Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Nivelliereinrichtung, bestehend aus einem Laserstrahl-Nivelliergerät, welches Laserstrahl-Nivelliergerät Mittel zur Erzeugung eines Laserstrahles und einen rotierbaren, den Laserstrahl aussendenden Kopf aufweist, wobei der durch den rotierbaren Kopf in eine Rotationsbewegung versetzbare Laserstrahl die zu Messzwecken verwendbare, waagerechte, senkrechte oder geneigte Laserebene bildet, und bestehend aus einem Hilfsmittel, mit dem der vom Laserstrahl-Nivelliergerät ausgesandte Laserstrahl empfangbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb dieser Laserstrahl-Nivelliereinrichtung.
Derartige Laserstrahl-Nivelliergeräte dienen dazu, eine waagerechte oder eine geneigte Ebene festzulegen und werden für Bauzwecke verwendet. Dabei wird der aus dem Gerät austretende Laserstrahl durch einen Drehkopf in eine waagerechte oder um einen gewünschten Prozentsatz geneigte Rotation versetzt. Der kontinuierlich um 360 DEG rotierende Laserstrahl bildet die Laserebene. Der Laserstrahl ist an beliebiger Stelle rund um das Nivelliergerät sichtbar, beispielsweise an einer Mauerfläche, die er bei seiner raschen Rotation immer wieder passiert, oder er kann mittels eines geeigneten Empfangsgerätes sichtbar gemacht werden. Hierdurch lässt sich die Neigung der gedachten Ebene zwischen dem Nivelliergerät und der Auftreff-Stelle des Laserstrahles messen. Ein solches Laserstrahl-Nivelliergerät ermöglicht es, eine Vielzahl von Mess- und Kontroll- arbeiten durchzuführen.
Anwendung finden Laserstrahl-Nivelliergeräte beispielsweise beim Erdaushub und der Planierung von Baugruben, beim Kontrollieren von Betonfundamenten und Betondecken, beim Ausrichten von Schalungen, beim Einnivellieren von Gleiskörpern für Hochbaukrane und vieles mehr. Es sind sowohl Laserstrahl-Nivelliergeräte bekannt, die einen von blossem Auge sichtbaren Laserstrahl aussenden, wie auch Geräte, die eine Laserlichtquelle aufweisen, deren Laserlicht nur von einem besonderen Empfangsgerät wahrgenommen und angezeigt werden kann. Je nach Tageslichtverhältnissen, Beschaffenheit der Auftreff-Fläche und der Entfernung zum Laserstrahl-Nivelliergerät, kommt es vor, dass ein so genannter sichtbarer Laserstrahl nur schwach erkennbar ist.
Um insbesondere einen sichtbaren Laserstrahl, beispielsweise an einer gewünschten Stelle auf einer Mauer besser sehen zu können, ist es bekannt, das Laserstrahl-Nivelliergerät mit einer besonderen Steuerungsfunktion auszustatten, d.h. einem Scanning. Hierbei wird die kontinuierliche, um 360 DEG erfolgende Rotation des Laserstrahles unterbrochen. Dieser wird stattdessen in eine Hin- und Her-Bewegung versetzt, dem so genannten Scanning. Durch das rasche Hin- und Her-Bewegen des Laserstrahles in einem begrenzten Winkelbereich, wird das auftreffende Laserlicht in diesem Bereich deutlich besser sichtbar. Zur Durchführung von Messarbeiten, kann dieser Scanning-Winkelbereich nach und nach verschoben werden. Die Bedienungsperson kann hierzu der Steuerung des Laserstrahl-Nivelliergerätes nach und nach den entsprechenden Steuerungsbefehl eingeben.
Um diese Arbeit zu vereinfachen wurde versucht, ein mit einer Spiegelfläche versehenes Hilfsmittel zu verwenden. Das vom Spiegel zum Laserstrahl-Nivelliergerät zurückreflektierte Laserlicht wird dort aufgefangen und als Steuerungssignal zur Auslösung der Scanning-Funktion verwendet. In der Praxis entstehen hierbei jedoch häufig Probleme, indem die Steuerung oftmals auch auf andere reflektierende Flächen ansprechen kann, so z.B. auf Fenster-scheiben, Fahrzeugrückspiegel, verchromtes Werkzeug usw., sodass durch die vermeintliche Automation eine damit nicht beabsichtigte und ganz und gar unerwünschte Verzögerung der Messarbeit verursacht werden kann.
Dies ist bei diesem Gerät nicht zuletzt auch deshalb der Fall, weil ein direktes Eingreifen durch die Bedienungsperson nur am Laserstrahl-Nivelliergerät selbst möglich ist, sodass diese von der u.U. relativ entfernten Mess-Stelle zum Gerät zurückgehen muss, um entsprechende Tasten zu betätigen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Laserstrahl-Nivelliereinrichtung, die die Möglichkeit des Abrufens einer Hin- und Her-Bewegung des Laserstrahles, d.h. eines Scannens, bietet, unter Zuhilfenahme eines Hilfsmittels so zu verbessern, dass ein zuverlässiges, störungsfreies Arbeiten möglich ist.
Die erfindungsgemässe Laserstrahl-Nivelliereinrichtung entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemässe Verfahren geht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 11 hervor.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Nivelliergerätes und des Hilfsmittels;
Fig. 2 zeigt eine Funktionsdarstellung des Nivelliergerätes und des Hilfsmittels nach Fig. 1;
Fig. 3 zeigt schematisch die Optik-Teile des Nivelliergerätes;
Fig. 4 zeigt ein Detail des Nivelliergerätes nach Fig. 3;
Fig. 5-7 zeigen drei zusätzliche Varianten des Hilfsmittels.
Der Antrieb und die Steuerung des Laserstrahl-Nivelliergerätes 1 sind in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht, welches vorzugsweise auf einem Stativ befestigbar ist. Oben ragt der den Laserstrahl 2 aussendende, normalerweise um 360 DEG rotierende Kopf 3 aus dem Gehäuse. Der Kopf 3 kann durch eine den Laserstrahl hindurchlassende Haube vor Feuchtigkeit und Staub geschützt werden.
An der Mess-Stelle wird der Laserstrahl 2 durch ein Hilfsmittel 4 empfangen. Dieses Hilfsmittel weist ein lichtempfindliches Element auf, z.B. Fotozellen 5, zum Empfang des Laserstrahles 2. Damit der Laserstrahl 2 leichter gefunden werden kann, sind mehrere Fotozellen 5 in einer senkrechten Reihe angeordnet. Das Hilfsmittel 4 weist zudem eine Infrarot-Lichtquelle 6 sowie eine oder mehrere Bedienungs-Tasten 7 auf. Die Fotozellen 5, die Infrarot-Lichtquelle 6 und die Bedienungs-Tasten 7 sind jeweils mit einer Steuerung 8 verbunden. Letztere kann verhältnismässig einfach sein und insbesondere aus einem Microchip bestehen.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der rotierbare Kopf 3 des Laserstrahl-Nivelliergerätes 1 mittels mindestens eines Kugellagers 9 im Bereich einer kreisrunden \ffnung am oberen Ende des Nivelliergeräte-Gehäuses an einer entsprechenden Halterung gelagert. Hierzu ist der Kopf 3 an seinem unteren Ende mit einem Rohrstück 10 versehen, an dem auch ein Zahnkranz 11 drehfest angeordnet ist. Die Rotation des Kopfes 3 wird von einem Elektromotor 12 bewirkt, der an seiner Antriebsachse mit einem Zahnrad 13 versehen ist, welches am Zahnkranz 11 angreift. Die optischen Bauteile des Laserstrahl-Nivelliergerätes 1 sind in wartungsfreundlicher Weise in einem Rohr-Gehäuse 14 angeordnet. Insbesondere sind hier die Laser-Lichtquelle 15, eine optische Linse 16 und ein optisches Element 17, auf dessen Zweck später eingegangen wird, fest angeordnet.
Der von der Laser-Lichtquelle 15 erzeugte Laserstrahl 2 ist vertikal nach oben, zum Kopf 3 hin gerichtet und erreicht diesen, nachdem er von der Linse 16 gebündelt wurde. Im Kopf 3 ist ein Pentaprisma 18 angeordnet, das den Laserstrahl 2 in die Horizontale umlenkt. Das Pentaprisma 18 ist fest im Kopf 3 angeordnet, sodass es mit diesem mitrotiert. Da der Laserstrahl 2 durch den um 360 DEG rotierenden Kopf 3 ähnlich einem Leuchtturmlicht schwenkbar ist, wird die zu Messzwecken verwendbare Laserebene gebildet. Das vorliegende Laserstrahl-Nivelliergerät 1 soll darüber hinaus die Möglichkeit einer sog. Scanning-Funktion, d.h. einer Hin- und Her-Bewegung des Laserstrahles 2 in einem begrenzten Winkelbereich, bieten. Zu diesem Zweck ist eine Kontrolle der Drehposition des Kopfes 3 erforderlich.
Dies erfolgt am einfachsten mittels einer kreisrunden Scheibe 19, welche, wie der Zahnkranz 11, drehfest und annähernd waagerecht am den Kopf 3 tragenden Rohrstück 10 angeordnet ist. Die Scheibe 19 ist im Bereich ihres Umfangs mit in regelmässigen Abständen angeordneten Markierungen 20 versehen. Die Markierungen 20 müssen dabei einen deutlichen Helligkeits-Kontrast zur sie umgebenden Fläche der Scheibe 19 aufweisen. Durch einen diesen Kontrast erkennenden, ortsfest angeordneten Markenleser 21, kann das Drehen der Scheibe 19 erkannt werden. Vorzugsweise ist noch ein baugleicher zweiter Markenleser 22 vorgesehen, der gegenüber dem ersten phasenverschoben angeordnet ist. Das Vorhandensein zweier Markenleser 21 und 22 verbessert die Kontrolle der Drehposition bzw. Drehrichtung der Scheibe 19.
Das erfindungsgemässe Laserstrahl-Nivelliergerät 1, zusammen mit dem dazugehörigen Hilfsmittel 4, funktioniert wie folgt: Das beim normalen Betrieb einer 360 DEG -Rotation an sich nicht erforderliche Hilfsmittel 4 wird, wenn eine Scanning-Funktion gewünscht wird, in den Bereich des Laserstrahles 2 gehalten. Der Laserstrahl 2 trifft dabei auf die Fotozellen 5, wodurch über die Steuerung 8 ein kurzes Aufleuchten der Infrarot-Lichtquelle 6 bewirkt wird. Der Infrarot-Lichtstrahl 23 geht, in umgekehrter Richtung zum Laserstrahl 2, zum Laserstrahl-Nivelliergerät 1 zurück. Der Infrarot-Lichtstrahl 23 gelangt zum im Kopf 3 des Laserstrahl-Nivelliergerätes 1 angeordneten Pentaprisma 18 und wird von diesem nach unten, in das Innere des Gerätes umgelenkt, wo er auf das optische Element 17 trifft.
Das optische Element 17 ist eine das Laserlicht 2 hindurchlassende, jedoch mit einer Beschichtung versehene Scheibe. Durch die Beschichtung wirkt das optische Element 17 nach oben wie ein Spiegel. Es ist so angeordnet, dass der von oben kommende Infrarot-Lichtstrahl 23 um annähernd 90 DEG seitlich umgelenkt wird, sodass dieser auf eine Fotozelle 24 trifft. Das optische Element 17 ist vorzugsweise so konzipiert, dass es einen sichtbaren Laserstrahl, der bei einer Wellenlänge von ca. 500-650 nm liegt, von unten nach oben ungehindert, d.h. in möglichst unverminderter Lichtstärke durchlässt. Demgegenüber soll der von oben kommende Infrarot-Lichtstrahl, welcher bei einer Wellenlänge von ca. 870 nm liegt, annähernd vollständig zur Fotozelle 24 umgelenkt werden, um dort zuverlässig empfangbar zu sein.
Sowohl diese Fotozelle 24, wie auch die Markenleser 21 und 22, der die Rotation des Kopfes 3 bewirkende Elektromotor 12 sowie die Laser-Lichtquelle 15 sind mit einer Geräte-Steuerung 25 verbunden, durch welche alle Geräte-Funktionen steuerbar sind. Die Geräte-Steuerung 25 ist so ausgelegt, dass das Auftreffen des Inf-rarot-Lichtstrahles 23 auf der Fotozelle 24 die Scanning-Funktion auslöst, d.h. die Hin-und Her-Bewegung des Laserstrahles 2 in einem begrenzten Winkelbereich. Hierzu wird der Elektromotor 12, in Abhängigkeit von den über die Markenleser 21 und 22 eingehenden Rotationsinformationen, von der Geräte-Steuerung 25 angesteuert.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Scannen bzw. das Hin-und Her-Bewegen des Laserstrahles 2 auszulegen. In einer sehr einfachen Ausführung der Steuerungsfunktionen löst der Infrarot-Lichtstrahl 23 sofort das in seinem Winkelmass 26 vorgegebene Scanning aus. Möglich ist es auch, die unvermeidbare, wenn auch kurze Reaktionszeit miteinzuberechnen, indem der Kopf 3 vor dem Ausführen des Scannens, zur Kompensierung der Reaktionszeit, um einige Winkelgrade zurückgedreht wird. Weiter kann das Scannen so gesteuert werden, dass es zu beiden Seiten der erfassten Position des Hilfsmittels 4 erfolgt, d.h. dass das Hin- und Her-Bewegen jeweils so ausgeführt wird, dass sich die Hilfsmittel-Position annähernd in der Mitte des Winkelmasses 26 befindet. Denkbar ist es aber auch, die Hilfsmittel-Position als linker oder ggf. rechter Endanschlag des Schwenkwinkels anzunehmen.
Es sei hier eingefügt, dass das Hilfsmittel 4 nach dem Auslösen der Scanning-Funktion nicht weiter in den Laserstrahl 2 gehalten werden muss. Das Laserstrahl-Nivelliergerät 1 und/oder das Hilfsmittel 4 können bezüglich ihrer Steuerungen 25 bzw. 8 und den damit verbundenen Eingabe-Tasten 28 bzw. 7 so ausgelegt sein, dass das Winkelmass 26 des Scannens jeweils frei wählbar ist. Auch ein durch Tastendruck während der Messarbeit wahlweises Vergrössern oder Verkleinern des Winkelmasses 26 kann ohne weiteres vorgesehen werden.
Zur Steigerung des Bedienungskomforts kann eine weitere Steuerungsfunktion vorgesehen werden, indem von der Bedienungsperson während der Messarbeit je nach Bedarf der Anfangs- und Endpunkt des Scanning-Winkelmasses 27 bestimmbar ist. Dies erfolgt vorzugsweise so, dass ein erstes Infrarot-Signal des Hilfsmittels 4 vom Laserstrahl-Nivelliergerät 1 als Anfangspunkt des Winkelmasses 27 festgehalten wird und ein zweites, aus einer räumlich versetzten Position eintreffendes Signal, als Endpunkt des Winkelmasses 27 gespeichert wird. In Fig. 2 ist diese zweite Position des Hilfsmittels 4 gestrichelt angedeutet. Beispielsweise ist das Hilfsmittel 4 so ausgelegt, dass insbesondere das zweite Signal für den Endpunkt durch Drücken einer Taste 7 ausgelöst wird.
Das erste Signal für den Anfangspunkt kann auch in diesem Fall automatisch ausgelöst werden, sobald der Laserstrahl 2 auf die Fotozellen 5 trifft. Hierdurch ist eine rasche Reaktion gewährleistet, sodass das Scannen genau im gewünschten Bereich stattfindet. Dies wäre bei einer manuellen Auslösung durch die Bedienungsperson, wegen der raschen Rotation des Drehkopfes 3, kaum möglich. Da die unterschiedlichen Reaktionszeiten von verschiedenen Bedienungspersonen, d.h. die Geschwindigkeit mit der diese die Schwenkposition des Laserstrahles 2 erfassen und auf eine Taste drücken können, steuerungstechnisch nicht erfassbar sind, ist ein exaktes Ausrichten des Scanning-Bereiches mit einer herkömmlichen, manuell zu betätigenden Fernsteuerung, schwierig. Das vorliegende Hilfsmittel 4 ist daher einer normalen Fernsteuerung hoch überlegen.
Auch im Fall der manuellen Auslösung des Endpunktes des Winkelmasses 27 ergeben sich keine Schwierigkeiten, da zu diesem Zeitpunkt der Scanning-Bereich an sich schon feststeht und es nur noch um die örtliche Bestimmung des besagten Endpunktes geht. Letzteres ist von der persönlichen Reaktionsfähigkeit der Bedienungsperson völlig unabhängig.
Die Kombination des beschriebenen Laserstrahl-Nivelliergerätes 1 mit einem automatisch reagierenden Hilfsmittel 4 ermöglicht ausser dem Auslösen eines Scannens auch andere interessante Anwendungen. So kann im Zusammenwirken der automatischen Rückmeldung des Auftreffens des Laserstrahles 2 und der Kontrolle der Drehposition des Kopfes 3 über die Scheibe 19 auch die Winkel-Bestimmung eines bestimmten Punktes im 360 DEG -Drehbereich erfolgen. Umgekehrt könnte, auch über das Hilfsmittel 4, der Steuerung 25 ein gewünschter Punkt angegeben werden, der dann durch das Laserstrahl-Nivelliergerät 1, d.h. durch den in die entsprechende Drehposition gesteuerten Drehkopf 3 und den diesen verlassenden Laserstrahl 2, angeleuchtet und so im Raum bezeichnet wird.
Ausser dieser Winkel-Bestimmung ist ausserdem das Messen der Distanz zwischen dem Laserstrahl-Nivelliergerät 1 und dem Hilfsmittel 4 denkbar. Dies erfolgt am zuverlässigsten mittels einer der Steuerung 25 zugeordneten Zeitmessvorrichtung, durch welche der Zeitunterschied zwischen einem gezielten Aussenden des Laserstrahles 2 in Richtung auf das Hilfsmittel 4 und dem Eintreffen der hierdurch vom Hilfsmittel 4 ausgehenden Rückmeldung.
Eine Distanzmessung ist aber auch über eine besondere Gestaltung des Hilfsmittels 4 nach Fig. 5 denkbar. Die Fotozellen 5 sind hier in zwei mit Abstand parallel zueinander stehenden Reihen angeordnet. Der rotierende Laserstrahl 2 trifft also zuerst auf die eine Reihe und löst dabei ein erstes Signal aus und danach auf die zweite Reihe, wobei ein zweites Signal des Hilfsmittels 4 an das Laserstrahl-Nivelliergerät 1 ausgelöst wird. Da im Laserstrahl-Nivelliergerät 1 die Kontrolle der jeweiligen Drehposition des Kopfes 3 über die Scheibe 19 erfolgt, kann durch eine entsprechende Programmierung der Steuerung 25 aus der Winkelabweichung der beiden Rücksignale die Distanz zwischen dem Laserstrahl-Nivelliergerät 1 und dem Hilfsmittel 4 ermittelt werden.
Je weiter das Hilfsmittel 4 entfernt ist, desto kleiner wird logischerweise der Winkelunterschied sein, aus dem die beiden Signale eintreffen. Jedem ermittelten Winkelunterschied entspricht eine bestimmte Entfernung. Zu einer möglichst genauen Messung ist es von Vorteil, wenn die beiden Fotozellen-Reihen 5 auf dem Hilfsmittel 4 möglichst weit auseinander angeordnet werden.
Eine Distanzmessung mittels der beiden Fotozellen-Reihen 5 des Hilfsmittels 4 kann, ausser über eine Ermittlung des Winkelunterschieds, auch noch auf andere Weise erfolgen. Bei einer feststehenden Rotationsgeschwindigkeit des Kopfes 3 bei seiner 360 DEG -Umdrehung kann, zumindest in einem gewissen Entfernungsbereich, durch Messung der Zeit, die der vorbeikommende Laserstrahl 2 von der einen Fotozellen-Reihe 5 zur anderen benötigt, die Distanz zwischen dem Laserstrahl-Nivelliergerät 1 und dem Hilfsmittel 4 errechnet werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Distanzmessung auch ausschliesslich im Hilfsmittel 4 stattfinden kann, indem die erforderliche Zeitmessvorrichtung in dessen Steuerung 8 integriert wird.
Da jeder möglichen Schwenk-Zeit des Laserstrahles 2 zwischen den beiden Fotozellen-Reihen 5 eine bestimmte Entfernung entspricht, ist es an sich nicht schwierig, über die entsprechend programmierte Steuerung 8 eine Anzeige der jeweiligen Distanz zu bewirken. Selbstverständlich kann diese Zeitmessungs-Steuerungsfunktion anstatt im Hilfsmittel 4 auch im Laserstrahl-Nivelliergerät vorgesehen sein.
Gemäss Fig. 6 kann das Hilfsmittel 4 mit einem Display, d.h. einer Anzeige 29 versehen sein. Diese ist, wie schon die Fotozellen 5, die Infrarot-Lichtquelle 6 und die Bedienungs-Tasten 7, mit der Hilfsmittel-Steuerung 8 verbunden. Auf dieser Anzeige 29 sind für die Bedienungsperson Daten anzeigbar, beispielsweise vom eingestellten Betriebsmodus bis hin zur gemessenen Distanz zwischen dem Laserstrahl-Nivelliergerät 1 und dem Hilfsmittel 4.
Das Hilfsmittel 4 kann, zusätzlich zu den beschriebenen, mit beliebigen weiteren Fernsteuerungsfunktionen ausgestattet werden. Es ist ausdrücklich zu betonen, dass an Stelle der Infrarot-Lichtquelle 6 auch eine beliebige andere fernsteuerungstechnisch einsetzbare Vorrichtung einsetzbar ist. So kann anstatt einer Infrarot- beispielsweise eine Laser-Lichtquelle 6 vorhanden sein. Gemäss Fig. 7 ist auch eine Funkvorrichtung denkbar. Letztere besteht aus einer am Hilfsmittel 4 angeordneten Vorrichtung 30 zum Aussenden eines Funksignals 31 und einer am Laserstrahl-Nivelliergerät 1 vorgesehenen Empfangsvorrichtung, d.h. einer Antenne 32.
The present invention relates to a laser beam leveling device, consisting of a laser beam leveling device, which laser beam leveling device has means for generating a laser beam and a rotatable head which emits the laser beam, the laser beam which can be set into a rotational movement by the rotatable head being used for measurement purposes , forms a horizontal, vertical or inclined laser plane, and consists of an aid with which the laser beam emitted by the laser beam leveling device can be received. The invention further relates to a method for operating this laser beam leveling device.
Laser leveling devices of this type are used to establish a horizontal or an inclined plane and are used for construction purposes. The laser beam emerging from the device is set in a horizontal or inclined rotation by a desired percentage by means of a rotary head. The laser beam, which rotates continuously by 360 °, forms the laser plane. The laser beam is visible at any point around the leveling device, for example on a wall surface that it passes over and over again during its rapid rotation, or it can be made visible using a suitable receiving device. In this way, the inclination of the imaginary plane between the leveling device and the point of impact of the laser beam can be measured. Such a laser beam leveling device makes it possible to carry out a large number of measurement and control work.
Laser beam leveling devices are used, for example, for excavation and leveling construction pits, for checking concrete foundations and ceilings, for aligning formwork, for leveling track bodies for building cranes and much more. Both laser beam leveling devices are known which emit a laser beam which is visible to the naked eye, and devices which have a laser light source whose laser light can only be perceived and displayed by a special receiving device. Depending on the daylight conditions, the nature of the impact surface and the distance to the laser beam leveling device, it can happen that a so-called visible laser beam is only weakly recognizable.
In order, in particular, to be able to see a visible laser beam better, for example at a desired location on a wall, it is known to equip the laser beam leveling device with a special control function, i.e. a scanning. The continuous, 360 ° rotation of the laser beam is interrupted. Instead, it is moved back and forth, the so-called scanning. Due to the rapid back and forth movement of the laser beam in a limited angular range, the incident laser light is clearly more visible in this area. To carry out measurement work, this scanning angle range can be gradually shifted. For this purpose, the operator can gradually enter the control command of the laser beam leveling device.
In order to simplify this work, an attempt was made to use a tool provided with a mirror surface. The laser light reflected back from the mirror to the laser beam leveling device is collected there and used as a control signal to trigger the scanning function. In practice, however, problems often arise because the controller can often also respond to other reflective surfaces, e.g. on window panes, vehicle rear-view mirrors, chrome-plated tools etc., so that the supposed automation can cause an unintended and completely undesirable delay in the measurement work.
This is not least the case with this device, because direct intervention by the operator is only possible on the laser beam leveling device itself, so that it may be relatively distant measuring point must go back to the device in order to press the appropriate buttons.
The present invention has for its object to provide a laser beam leveling device which has the ability to obtain a reciprocating movement of the laser beam, i.e. of scanning, offers to improve with the help of a tool so that reliable, trouble-free work is possible.
The laser beam leveling device according to the invention corresponds to the characterizing features of patent claim 1. The method according to the invention is evident from the characterizing features of patent claim 11.
A preferred embodiment of the subject matter of the invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows a view of the leveling device and the aid;
Fig. 2 shows a functional representation of the leveling device and the aid according to Fig. 1;
Fig. 3 shows schematically the optical parts of the leveling device;
Fig. 4 shows a detail of the leveling device according to Fig. 3;
5-7 show three additional variants of the aid.
The drive and the control of the laser beam leveling device 1 are accommodated in a cylindrical housing, which can preferably be attached to a tripod. The head 3, which emits the laser beam 2 and normally rotates by 360 °, projects out of the housing at the top. The head 3 can be protected from moisture and dust by a hood that allows the laser beam to pass through.
At the measuring point, the laser beam 2 is received by an aid 4. This aid has a photosensitive element, e.g. Photocells 5, for receiving the laser beam 2. So that the laser beam 2 can be found more easily, several photocells 5 are arranged in a vertical row. The tool 4 also has an infrared light source 6 and one or more control buttons 7. The photocells 5, the infrared light source 6 and the control buttons 7 are each connected to a controller 8. The latter can be relatively simple and in particular consist of a microchip.
As can be seen from FIG. 3, the rotatable head 3 of the laser beam leveling device 1 is mounted on a corresponding holder in the region of a circular opening at the top end of the leveling device housing by means of at least one ball bearing 9. For this purpose, the head 3 is provided at its lower end with a pipe section 10 on which a ring gear 11 is also arranged in a rotationally fixed manner. The rotation of the head 3 is effected by an electric motor 12 which is provided on its drive axis with a gear 13 which engages the ring gear 11. The optical components of the laser beam leveling device 1 are arranged in a tube housing 14 in a maintenance-friendly manner. In particular, here the laser light source 15, an optical lens 16 and an optical element 17, the purpose of which will be discussed later, are fixedly arranged.
The laser beam 2 generated by the laser light source 15 is directed vertically upwards towards the head 3 and reaches it after it has been bundled by the lens 16. A pentaprism 18 is arranged in the head 3 and deflects the laser beam 2 into the horizontal. The pentaprism 18 is fixed in the head 3 so that it rotates with it. Since the laser beam 2 can be swiveled by the head 3 rotating by 360 ° like a lighthouse light, the laser plane that can be used for measurement purposes is formed. The present laser beam leveling device 1 is also intended to provide a so-called scanning function, i.e. offer a back and forth movement of the laser beam 2 in a limited angular range. For this purpose, a check of the rotational position of the head 3 is necessary.
The easiest way to do this is by means of a circular disk 19 which, like the ring gear 11, is arranged in a rotationally fixed and approximately horizontal manner on the tube piece 10 carrying the head 3. The disk 19 is provided in the region of its circumference with markings 20 arranged at regular intervals. The markings 20 must have a clear brightness contrast to the surface of the pane 19 surrounding them. The rotation of the disk 19 can be detected by a mark reader 21 which recognizes this contrast and is arranged in a stationary manner. A structurally identical second mark reader 22 is preferably provided, which is arranged out of phase with the first. The presence of two mark readers 21 and 22 improves the control of the rotational position or direction of rotation of the disk 19.
The laser beam leveling device 1 according to the invention, together with the associated tool 4, functions as follows: The tool 4, which is not required per se in normal operation of a 360 ° rotation, is held in the area of the laser beam 2 if a scanning function is desired , The laser beam 2 strikes the photocells 5, whereby the control unit 8 causes the infrared light source 6 to light up briefly. The infrared light beam 23 returns to the laser beam leveling device 1 in the opposite direction to the laser beam 2. The infrared light beam 23 arrives at the pentaprism 18 arranged in the head 3 of the laser beam leveling device 1 and is deflected by the latter down into the interior of the device, where it strikes the optical element 17.
The optical element 17 is a pane which transmits the laser light 2 but is provided with a coating. Due to the coating, the optical element 17 acts upwards like a mirror. It is arranged in such a way that the infrared light beam 23 coming from above is deflected laterally by approximately 90 ° so that it strikes a photocell 24. The optical element 17 is preferably designed in such a way that it detects a visible laser beam, which is at a wavelength of approx. 500-650 nm, from bottom to top, i.e. lets the light through as undiminished as possible. In contrast, the infrared light beam coming from above, which is at a wavelength of approximately 870 nm, should be deflected almost completely to the photocell 24 in order to be reliably receivable there.
Both this photocell 24, as well as the tag readers 21 and 22, the electric motor 12 which causes the head 3 to rotate, and the laser light source 15 are connected to a device controller 25, by means of which all device functions can be controlled. The device controller 25 is designed so that the impact of the infrared light beam 23 on the photocell 24 triggers the scanning function, i.e. the back and forth movement of the laser beam 2 in a limited angular range. For this purpose, the electric motor 12 is controlled by the device controller 25 as a function of the rotation information received via the tag readers 21 and 22.
There are various options for designing the scanning or the back and forth movement of the laser beam 2. In a very simple embodiment of the control functions, the infrared light beam 23 immediately triggers the scanning given in its angular dimension 26. It is also possible to include the unavoidable, if short, reaction time by turning the head 3 back by a few angular degrees to compensate for the reaction time before performing the scanning. Furthermore, the scanning can be controlled so that it takes place on both sides of the detected position of the aid 4, i.e. that the back and forth movement is carried out in such a way that the auxiliary position is approximately in the middle of the angular dimension 26. However, it is also conceivable to assume the auxiliary position as a left or, if applicable, right end stop of the swivel angle.
It should be inserted here that the aid 4 does not have to be held further in the laser beam 2 after the triggering of the scanning function. The laser beam leveling device 1 and / or the auxiliary means 4 can be designed with respect to their controls 25 or 8 and the associated input keys 28 or 7 such that the angular dimension 26 of the scanning can be freely selected in each case. An optional enlargement or reduction of the angular dimension 26 by pressing a key during the measuring work can also be provided without further notice.
To increase the ease of use, a further control function can be provided by the operator being able to determine the start and end point of the scanning angular dimension 27 during the measurement work as required. This is preferably done in such a way that a first infrared signal from the aid 4 is recorded by the laser beam leveling device 1 as the starting point of the angular dimension 27 and a second signal arriving from a spatially offset position is stored as the ending point of the angular dimension 27. This second position of the aid 4 is indicated by dashed lines in FIG. 2. For example, the aid 4 is designed such that in particular the second signal for the end point is triggered by pressing a button 7.
In this case, too, the first signal for the starting point can be triggered automatically as soon as the laser beam 2 strikes the photocells 5. This ensures a quick response so that the scanning takes place exactly in the desired area. This would hardly be possible in the case of a manual triggering by the operator because of the rapid rotation of the rotary head 3. Since the different response times of different operators, i.e. the speed at which they can detect the swivel position of the laser beam 2 and press a key, which cannot be determined by the control technology, makes it difficult to exactly align the scanning area with a conventional, manually operated remote control. The present tool 4 is therefore highly superior to a normal remote control.
Even in the case of manual triggering of the end point of the angular dimension 27, there are no difficulties, since at this point in time the scanning area itself is already established and it is only a question of the local determination of the said end point. The latter is completely independent of the personal responsiveness of the operator.
The combination of the described laser beam leveling device 1 with an automatically reacting aid 4 enables other interesting applications in addition to triggering a scan. In cooperation with the automatic feedback of the impingement of the laser beam 2 and the control of the rotational position of the head 3 via the disk 19, the angle determination of a specific point in the 360 ° rotation range can also take place. Conversely, a desired point could also be given to the controller 25 via the auxiliary means 4, which point can then be determined by the laser beam leveling device 1, i.e. is illuminated by the rotary head 3, which is controlled in the corresponding rotary position, and the laser beam 2 leaving it and is thus designated in space.
In addition to this angle determination, it is also conceivable to measure the distance between the laser beam leveling device 1 and the aid 4. This takes place most reliably by means of a time measuring device assigned to the controller 25, by means of which the time difference between a targeted emission of the laser beam 2 in the direction of the aid 4 and the arrival of the feedback resulting thereby from the aid 4.
A distance measurement is also conceivable via a special design of the aid 4 according to FIG. 5. The photocells 5 are arranged here in two rows spaced parallel to one another. The rotating laser beam 2 thus first strikes one row and triggers a first signal and then the second row, a second signal from the auxiliary means 4 being triggered to the laser beam leveling device 1. Since in the laser beam leveling device 1 the respective rotational position of the head 3 is checked via the disk 19, the distance between the laser beam leveling device 1 and the aid 4 can be determined from the angular deviation of the two return signals by appropriate programming of the control 25.
The farther away the aid 4 is, the smaller will logically be the difference in angle from which the two signals arrive. A certain distance corresponds to each determined angle difference. For a measurement that is as accurate as possible, it is advantageous if the two rows of photocells 5 are arranged as far apart as possible on the aid 4.
A distance measurement by means of the two rows of photocells 5 of the auxiliary means 4 can also be carried out in another way, in addition to determining the angle difference. With a fixed rotational speed of the head 3 at its 360 ° rotation, the distance between the laser beam leveling device 1 can be measured, at least in a certain distance range, by measuring the time that the passing laser beam 2 takes from one row of photocells 5 to the other and the tool 4 can be calculated. This variant has the advantage that the distance measurement can also take place exclusively in the aid 4 by integrating the required time measurement device in its control 8.
Since every possible swiveling time of the laser beam 2 between the two rows of photocells 5 corresponds to a certain distance, it is not difficult per se to cause the respective distance to be displayed via the correspondingly programmed controller 8. Of course, this time measurement control function can also be provided in the laser beam leveling device instead of in the aid 4.
According to Fig. 6, the aid 4 with a display, i.e. a display 29 may be provided. Like the photocells 5, the infrared light source 6 and the control buttons 7, this is connected to the auxiliary control 8. Data can be displayed on this display 29 for the operator, for example from the set operating mode to the measured distance between the laser beam leveling device 1 and the aid 4.
In addition to those described, the auxiliary means 4 can be equipped with any further remote control functions. It should be emphasized that instead of the infrared light source 6, any other device that can be used by remote control technology can also be used. For example, a laser light source 6 may be present instead of an infrared one. 7, a radio device is also conceivable. The latter consists of a device 30 arranged on the auxiliary means 4 for transmitting a radio signal 31 and a receiving device provided on the laser beam leveling device 1, i.e. an antenna 32.