光学倾斜仪制造技术

在一种光学倾斜仪中，由辐射源（２）发射辐射（Ｓ）。该辐射（Ｓ）在通过包含至少第一介质（１１，１３）的容纳元件（６，６’）之后，聚焦在照相机（９）上。根据第一介质（１１，１３）的位置，特别是液位相对于倾斜仪或者照相机（９）的位置，可推断出倾斜仪的倾斜度。使用照相机（９）记录第一介质（１１，１３）的位置可评测多个特征，特别是界面（１４）的形状、尺度和位置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的光学倾斜仪、根据权利要求17的前序部分所述的仪器倾斜度的测量方法以及具有这种倾斜仪的大地测量仪器。
技术介绍
各种结构类型的倾斜仪很久以来就在必须考虑到仪器位置的所有领域得到应用。这特别适用于大地测量领域或者建筑业中的测量。尽管对于高精密测量来说，具有复杂结构的各种实现方式是公知的，然而迄今缺少简单和坚固而仍具有足够精度的倾斜仪。在US 5,392,112中说明了一种倾角测量仪，该倾角测量仪把一条光束分割成两条分光束，该两条分光束在被仪器固定表面和液面各自反射之后，在一个检测器上聚焦并在此被记录。从两条分光束的空间点的相对位置推断出仪器的倾角。在公开文件DE 41 10 858中公布了一种双轴倾斜仪，该双轴倾斜仪将一个几何图形通过一台倾敏的和可偏转光束的传感器投影到一个线性阵列上。该传感器含有一种液体，该液体相对于仪器的位置使得该图形在线性阵列上的投影受到影响或发生偏转。除了由于这种包含成像光学系统以及可选的分束器的复杂结构而产生的缺点以外，这种结构类型的倾斜仪还由于两条分光束的射束路径的所需最小长度而只能在受限程度上实现小型化。在JP 09243359中说明了一种更简单的倾斜传感器，该倾斜传感器具有一个谜封的并填充了液体的容器。该容器的内侧具有拱形面，汞滴停留在该拱形面内。该容器和位于该容器内的液体由一个光源照射，并且光辐射由一台由四个光电二极管组成的作为简单的象限传感器的检测器记录。从由于汞滴引起的遮光的位置，可推断出传感器的倾斜度。由于这种结构，就不能利用光电二极管的由阴影投射产生的变暗的任何信息。特别是对检测器上的明暗过渡的准确位置没有进行考虑。因此在现有技术中，虽然高精密和开发成熟的倾斜仪是公知的，但是如果不投入大量费用，这些倾斜仪的体积由于其与类属相一致的复杂性和结构而无法得以缩小。另一方面，存在简单的解决方案，然而鉴于为测定倾斜度而供使用的信息是非常有限的，因而更有可能会粗略估计倾斜度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光学倾斜仪，该光学倾斜仪与简单的遮光测量仪器相比在得到改进的测量精度的情况下，具有一种简单结构。另一目的是提供一种倾斜仪，该倾斜仪具有最少的机械和光学部件，并因此具有更大的坚固性和耐冲击性。本专利技术的另一目的是保证大地测量仪器或建筑业所用仪器中的结构可集成性。这特别是涉及已有电子部件作为评测装置的应用。此外，又一目的是对老化效应和环境效应例如热变化加以考虑的可能性。这些目的是根据本专利技术，分别通过权利要求1和17的限定特征以及通过从属权利要求的限定特征来实现的。本专利技术涉及一种光学倾斜仪。通过一个辐射源产生辐射，使用该辐射将一介质聚焦到照相机上。该介质保持在一容纳元件中。该容纳元件例如可由液体用盒或者悬摆用保持器构成。在此情况下，图像无需与光学准确图像对应。重要的是对容纳元件的透射，该容纳元件具有至少一种位于其内部或者由该容纳元件保持的第一介质。可选地，可通过图像处理来评测该介质或该介质的一部分在照相机上的图像，这样例如也可考虑和校正成像误差，例如失真。因此在此方面，应把容纳元件的透射理解为成像，在该成像中，产生至少第一介质或第一介质的一部分的可由照相机评测的图像。所用的辐射可位于可见光谱范围内，但也可位于不可见光谱范围内，并在通常情况下，通过辐射源、照相机以及介质的技术和物理参数来确定。作为辐射源，除了各种类型的常规灯以外，还可使用发光二极管或激光器，特别是半导体激光器。根据实现形式，使用该辐射来透射该介质，或将该介质用于遮挡辐射。在照相机上形成的图像的组成部分或者至少部分介质中的要被分析的组成部分现可含有包括介质在照相机上的阴影投射在内的明暗过渡，或者两种介质之间的界面。根据更具体的布置，作为第一介质的介质被选择成与第二介质相协调，使得例如可将明暗边界识别为过渡效应或者特别显著的界面。原则上，两种效应同等有用。在选择各相时，对于介质来说，也可进行透射率或透射系数的匹配。用于指示位置的第一介质可以是固体、液体或气体。第二介质同样可具有这些相中的一种，但原则上，此处也可使用一个抽真空区域，只要保持第一介质的可检测边界即可。以下给出各种实施例的非一些非限定性的示例1、作为第一介质的悬摆位于气态的第二介质内。尽管气态的介质是可透辐射的，然而悬摆是不可透辐射的或者仅受限制地透明，这样，根据作为较少量照明区而在照相机上再现的悬摆的图像，可推断出悬摆位置，并因此可推断出倾斜度。2、把采用具有不同透射系数和密度的固体制成的两个半球相互连接成一个球，该球可旋转地安装在一个容纳元件内。3、把作为第一介质的一种不可透辐射的液体连同作为第二介质的一种可透辐射且不可溶于该液体的气体一起封入一个用作容纳元件的容器内。为了进行评测，使用两种介质之间的明暗过渡，其中，在两种介质仅具有对所述辐射的略微不同的透辐射性的情况下，也可进行明暗过渡的评测。4、把一种对所述辐射透明的气体和一种同样透明的液体封入一个容器内，其中，进行界面的检测。由于液体中的内聚性而在过渡区域内形成一条不是笔直而是弯曲的线。根据曲率，可确定液体位于哪一侧，从而可以不对两种介质中的一种、特别是液体进行着色。5、把作为第一介质和第二介质的两种具有不同密度但具有相似透射系数的相互不可溶解的液体封入一个用作容纳元件的容器内。使用两种介质之间的界面的图像进行评测。例如针对液体，提出了汞、水或硅油。为了确定第一介质的位置，不仅可使用界面的图像，而且可使用明暗过渡的图像或者两者的组合。为了实现界面的增强，可通过其他措施更容易地记录形成这种界面。例如可在界面上散布悬浮微粒，该悬浮微粒增强在该区域内的辐射吸收。而且可行的是，在界面上放置悬浮类的固体，而该固体可以是可透辐射或者不可透辐射的。第一介质或者两种介质之间的过渡的图像被投影到照相机上，在那里被记录并被转换为电子信号。作为合适的照相机，可使用例如CCD照相机或CMOS照相机。这种照相机例如可备有Agilent公司的CMOS黑白图像传感器(CMOS-Monochrome-Bildsensor)ADCS 2120，其具有由640×480像素点组成的场。由照相机产生的信号由一个评测单元进行分析并被针对仪器的倾斜度进行评测。为此，可使用一个独立的组件或一个独立的部件。另选地，也可使用其他仪器的可能现有部件。例如，在安装于测距仪内的倾斜仪的情况下，该评测单元的功能也可由供测距使用的电子部件一同承担。同样，作为辐射源，也可使用已供其他目的使用的源。因此在测距仪的示例中，在测距仪中可能的话供测距使用的激光的一部分可被输出耦合，并可能在散射或扩束之后，被用于介质的成像。从两种介质之间的边界的相对和绝对位置以及形状，可推断出仪器的倾斜度。如果例如一台照相机安装在一个填充有液体的矩形容器的侧面上，则从作为液位线的液面与照相机所成的角度，可确定倾斜方向(此处例如为纵向倾斜)。如果在另一轴上发生单纯倾斜(此处例如为横向倾斜)，则可根据液面高度测定倾斜度。对于液位线高度，两个轴上的组合倾斜不仅导致角度变化，而且导致位置变化。这种成像和评测不仅可使用纯明暗过渡进行，而且可可使用界面进行。此外，界面的分析还提供其他优点。根据上述例子，此处应考虑一种具有液态和气态介质的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学倾斜仪，具有：辐射源（２），用于产生辐射（Ｓ）；至少一个第一介质（１１，１３），其位置依赖于倾斜度；容纳元件（６，６’），用于第一介质（１１，１３）；检测器，用于记录图像（１６，１６’，１６”，１６’ ”）并将其转换为信号；以及评测单元（１０），用于确定倾斜度；其特征在于，检测器被形成为照相机（９），优选地被形成为ＣＭＯＳ或ＣＣＤ微型照相机；以及辐射源（２）和照相机（９）被配置成使得第一介质（１１，１３）的 至少一部分的图像由所述辐射间接或直接地再现在照相机（９）上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特埃内，库尔特吉热，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]