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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Detektieren und Anzeigen einer Laserstrahlung umfassend ein die Laserstrahlung emittierendes Lasergerät, wie Rotationslaser oder Linienlaser, und ein Anzeigegerät mit zumindest einem Laserstrahlendetektor und zumindest einem detektierte Laserstrahlung anzeigendes Anzeigeelement. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf ein Verfahren zum Detektieren von von einem Lasergerät, wie Rotationslaser oder Linienlaser, emittierter Laserstrahlung und Anzeigen der detektierten Laserstrahlung.
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In der Bauindustrie werden zum Ausmessen eines gleichmäßigen Niveaus wie horizontale oder vertikale Ebene rotierende Punktlaser eingesetzt. In diesen sogenannten Baulasern wird ein Laserstrahl in Rotation versetzt, um eine virtuelle Ebene im Raum zu bilden. Zum Schutz der Augen ist die Lichtleistung der Laser begrenzt. Daher ist nur in dunklen Räumen der Laserstrahl als Linie an einer Wand erkennbar. In hellem Umgebungslicht sind somit Hilfsmittel erforderlich, um den rotierenden Laserstrahl sichtbar zu machen. Diese Hilfsmittel, die auch als optoelektronische Messlatten bezeichnet werden, zeigen dem Nutzer, in welcher Richtung das Anzeigegerät bewegt werden muss, um die Position des Laserstrahls zu ermitteln.
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Herkömmliche Empfänger für gepulste Laserstrahlungen sind mit Fotodetektoren wie z. B. Fotodioden, Fototransistoren oder Solarzellen mit großen Siliziumflächen ausgestattet. Die Fotodetektoren sind zumeist aufgrund ihrer großen Siliziumflächen sehr teuer. Fotodetektoren sind zudem zumeist Infrarotdetektoren mit einer maximalen Empfindlichkeit im Bereich zwischen 900 nm und 1000 nm, die mit Abstrichen in der Empfindlichkeit auch für die Detektion von sichtbarem Licht zwischen 400 nm und 700 nm verwendet werden. Mit Hilfe von Farbfiltern vor den Fotodetektoren wird dieser „Breitebereich“ meist auf eine geringe Bandbreite um die zu detektierende Strahlung reduziert. Neben dem Empfänger sind zusätzliche Anzeigen erforderlich. Dabei können LEDs zum Einsatz gelangen.
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Ein entsprechendes Gerät ist prinzipiell der 1 zu entnehmen. In einem Gehäuse 10 sind entlang einer vertikal verlaufenden Geraden Fotodetektoren 12, 14 angeordnet, mittels der auftreffende Laserstrahlung erfasst wird. In Abhängigkeit von dem von der Laserstrahlung beaufschlagten Fotodetektor wird eine der Leuchtdioden 16, 18, 20 geschaltet.
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Eine optoelektronische Messlatte zur Ermittlung der Laserstrahlung eines Rotationslasers ist der
DE-C-35 12 708 zu entnehmen. Die Messlatte umfasst eine Vielzahl von entlang einer Vertikalen verlaufenden optoelektronischen Elementen, mit denen eine Auswerteeinrichtung mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist. Bei den optoelektronischen Elementen handelt es sich um Fotodioden, um sodann mittels der Auswerteeinrichtung auf der Anzeigevorrichtung digital einen Höhenwert oder einen Abstand zu einem Bezugspunkt anzuzeigen. Auf dem gleichen Prinzip beruht die Anordnung zur Positionsbestimmung eines sich bewegenden oder gepulsten Lichtstrahls nach der
US-A-3 894 230. -
Nach der
DE-A-1 915 935 werden mittels Fotoelementen, die entlang einer Geraden angeordnet sind, die Lagekoordinaten eines Laserstrahls in Bezug auf einen vorgegebenen Punkt ermittelt.
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Nach dem Stand der Technik sind Detektoren und Anzeigeelemente getrennt voneinander angeordnet, so dass entsprechende Messeinrichtungen relativ voluminös ausgebildet sind.
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Auch ist der schaltungstechnische Aufwand erheblich, so dass eine Störanfälligkeit zu beobachten ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei geringem schaltungstechnischen Aufwand präzise die Position einer zu detektierenden Laserstrahlung angezeigt werden kann. Gleichzeitig soll das Anzeigegerät kompakt ausgebildet sein.
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Anordnungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der zumindest eine Laserstrahldetektor und das zumindest eine Anzeigeelement dasselbe Bauelement in Form einer LED ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Empfangsgerät mehrere entlang zumindest einer Geraden angeordnete LEDs aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die LEDs entlang von zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Geraden und versetzt zueinander angeordnet sind.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre steht ein kompaktes Anzeigegerät zur Verfügung, mit dem die Position einer Laserstrahlung ermittelt wird. Ein wesentliches Einsatzgebiet ist der Bausektor, um z. B. in einem Raum eine Markierung oder Linie zu ermitteln, um sodann von dieser ausgehend Arbeiten durchzuführen.
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Verfahrensmäßig wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass zum Detektieren und Anzeigen der Laserstrahlung dasselbe Bauelement in Form einer LED verwendet wird.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Lasergerät verwendet wird, mittels dessen die LED von einer gepulsten oder als von dem LED als gepulst bewerteten Laserstrahlung beaufschlagt wird, und dass im Zeitintervall zwischen detektiertem Laserstrahlpulsen die LED leuchtet.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass Pulsfrequenz der Laserstrahlung zum Festlegen des Zeitfensters zwischen den Laserstrahlpulsen ermittelt und in dem Zeitfenster die detektierte Laserstrahlung durch Leuchten der LED angezeigt wird.
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Erfindungsgemäß werden Licht emittierende Dioden (LEDs) verwendet, um sowohl als Empfänger als auch als Lichterzeuger zu fungieren. LEDs sind aufgrund ihrer hohen Produktionsstückzahlen und ihrer kleinen Siliziumflächen kostengünstig herstellbar. Grundsätzlich sind LEDs wegen ihrer kleinen lichtempfindlichen Fläche und des geringen Wirkungsgrads nur im direkten Anleuchten und kurzen Entfernung verwendbar. Diese Nachteile sind jedoch bei der Erfassung von einer Laserstrahlung unbeachtlich, da diese im erforderlichen Umfang fokussiert ist. So kann aus größerer Entfernung eine Laserstrahlung detektiert werden.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die von der LED detektierte Laserstrahlung mittels eines Impedanzwandlers in eine Spannung zur Erzeugung eines Signals umgesetzt wird, dass die Spannung verstärkt und das verstärkte Signal bewertet wird, und dass die LED dann geschaltet wird und Licht emittiert, wenn das Signal dahingehend bewertet worden ist, dass die LED von einer zu detektierenden Laserstrahlung beaufschlagt worden ist.
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Besondere Filter, wie diese bei Fotodetektoren grundsätzlich zum Einsatz gelangen, werden dann nicht benötigt, wenn die Kenntnis genutzt wird, dass LEDs in ihrer detektierbaren Wellenlänge auf einen Bereich begrenzt sind, der nahe unterhalb der emittierten Wellenlänge liegt. Somit bedarf es nur eines Abstimmens der LEDs auf die Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung, ohne dass zusätzliche Filter zur Unterdrückung störender Lichteinflüsse grundsätzlich erforderlich sind.
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Zwar ist es bekannt, LEDs anstatt zum Leuchten auch zum Detektieren von Licht zu verwenden. Hierzu gehören Anwendungen wie Tageslicht-Helligkeitsmessungen (Klaus-Jürgen Thiesler: Elektor 2/2004 „Lichtsensorik), bidirektionale Datenübertragungen über kurze Entfernungen (Paul Dietz et al: TR2003-35 Juli 2003; Kyle Holland: LED doubles as emitter and detector, php, August 2001), bidirektionale Datenübertragungen in Glasfasern (Sarah Bent et al: LEDs as both optical Sources and Detectors in Bi-directional Plastic Optical Fibre Links, Irish Signals and Systems Conference, 2006, IET: 345) oder spektralselektive Sonnenlicht-Detektoren (M. Forrest: Sun Photometer with light-emitting diodes as spectrally selective detectors, Febr. 1992).
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Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine Laserstrahlung detektiert und angezeigt, und zwar mit ein und demselben LED. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere LEDs entlang einer Geraden, die vorzugsweise vertikal verläuft, angeordnet werden, um hochgenau die Position der auftreffenden Laserstrahlung zu ermitteln. Da erwähntermaßen eine Laserstrahlung eine hohe Lichtbündelung aufweist, können somit LEDs mit geringer Empfindlichkeit verwendet werden.
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Ist ein bevorzugtes Einsatzgerät ein Rotationslaser, bei dem die LED bzw. LEDs von einem rotierenden Laserstrahl überstrichen wird, so kann auch ein Laser benutzt werden, der keinen rotierenden Laserstrahl, sondern einen gepulsten emittiert. Das Rotieren des Laserstrahls kommt somit einem gepulsten Laserstrahl gleich.
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In der „Totzeit“, also in dem Zeitfenster, in dem zwei aufeinander folgende Lichtpulse die LED beaufschlagen, kann sodann die LED als Sender verwendet werden. Zeitlich versetzt wird somit das gleiche Bauelement als Empfänger- und Anzeigeelement verwendet.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1 ein Messgerät nach dem Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Messgerät,
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3 das Messgerät gemäß 2 mit einer Halterung und
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4 einen Rotationslaser mit zugeordnetem Messgerät.
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Der 2 ist ein erfindungsgemäßes Messgerät 22 zum Detektieren und Anzeigen einer Laserstrahlung zu entnehmen. Das Messgerät 22 weist ein Gehäuse 24 auf, in dem entlang einer Geraden mehrere Leuchtdioden 26, 28, 30 insbesondere im äquidistanten Abstand zueinander, angeordnet sind. Die Leuchtdioden 26, 28 dienen dabei sowohl zur Ermittlung auftreffender Laserstrahlung als auch zum Anzeigen dieser. Hierzu nutzt man die Eigenschaft der LEDs 26, 28, 30, dass diese nicht nur Licht erzeugen, sondern auch Licht erkennen können. Dabei arbeitet die LED beim Detektieren von Licht ähnlich wie eine Fotodiode.
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Wie den 3 und 4 zu entnehmen ist, kann das die LEDs 26, 28, 30 als Empfänger- und Anzeigeelemente aufweisende Messgerät 22 über eine Halterung 32 mit einer Messlatte 34 verbunden sein, die vertikal ausgerichtet sein sollte. Entlang der Messlatte 34 wird das Messgerät 22 mittels der Halterung 32 solange verschoben, bis die von einem Lasergerät wie Rotationslaser 36 emittierte Strahlung 38 auf eine der LEDs 26, 28, 30 trifft, die sodann die auftreffende Strahlung durch Leuchten der LED anzeigt. Hierzu ist es erforderlich, dass die Laserstrahlung 38 entweder gepulst ist oder – wie bei dem Rotationslaser 36 – rotierend bewegt und somit im zeitlichen Abstand eine oder mehrere LEDs 26, 28, 30 überstreichen kann.
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Da die LEDs 26, 28, 30 eine kleine lichtempfindliche Fläche und einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, wird mittels eines Impedanzwandlers die Lichtenergie in eine Spannung umgesetzt. Sodann wird das Signal verstärkt und ggfs. gefiltert und bewertet. Während der „Totzeit“ zwischen zwei aufeinander folgenden Laserpulsen wird sodann die LED zum Leuchten geschaltet und somit als Sender genutzt. Es wird zeitlich versetzt der gleiche Baustein als Empfänger- und Anzeigeelement verwendet. Das Schalten und somit Leuchten der LED erfolgt nur dann, wenn das Signal dahingehend bewertet worden ist, dass die LED von einer zu detektierenden Lasterstrahlung beaufschlagt worden ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen:
- – Detektieren eines pulsierenden bzw. rotierenden Laserstrahls mit Hilfe von Licht emittierenden Dioden (LEDs),
- – Ermitteln der Pulsfrequenz und Einrichtung und Synchronisierung eines Zeitfensters zum Empfang während der Sendezeit des Lasers und Anzeigen der Signale während der „Totzeit“, also zwischen zwei Pulsen,
- – Umsetzen der pulsierenden Laserlichtleistung in eine Wechselspannung,
- – Verstärken des Nutzsignals,
- – ggfs. Unterdrücken von Störsignalen,
- – Anzeige der detektierten Signale mit der die Strahlung empfangenden LED.
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Erfindungsgemäß enthält das Messgerät 22 mehrere als Detektoren geschaltete LEDs 26, 28, 30 zum Erfassen eines als pulsierend bewerteten Laserstrahls wie rotierenden Laserstrahl. Die LEDs 26, 28, 30 fungieren zeitversetzt und synchron zum Sendesignal auch als Anzeigeelement. Folglich ist das Niveau des Laserstrahls, also dessen Position, unmittelbar an der LED sichtbar, die das Laserlicht empfängt. Die Erfindung wird selbstverständlich nicht verlassen, wenn separate Anzeigeelemente zusätzlich angesteuert werden. Zum Beispiel könnte der Anzeichenkante 25 eine gesonderte LED, wie grüne LED zugeordnet sein, die bei Beaufschlagen mit rotem Laserlicht selbst nicht die Funktion eines Empfängers/Senders ausüben kann. Die grüne LED könnte geschaltet werden, wenn eine oder mehrere zugeordnete Empfänger-/Sender LEDs beaufschlagt werden. Auch besteht die Möglichkeit, über eine oder mehrere von Laserstrahlung beaufschlagte Sender-/Empfänger LEDs z. B. ein LCD-Feld zu aktivieren, um eine gewünschte Information anzuzeigen.
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Unabhängig hiervon wird zunächst die Pulsfrequenz des Lasersignals, also beim Rotationslaser, die Überstreichzeiten bestimmt und synchron zum Sender die Empfangszeit festgelegt. Die Zeit ohne Empfangssignal wird sodann zur Anzeige der Signalebene genutzt. Signalebene ist die Ebene, in der der Laserstrahl auf zumindest eine der LEDs 26, 28, 30 auftrifft.
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Das empfangene pulsierende Laserlichtsignal wird in eine Spannung umgesetzt, die mit Hilfe von Verstärker- und ggfs. Filterschaltungen das Nutzsignal von Störsignalen befreit. Störsignale können ggfs. Sonnenlicht, eine Netzfrequenz bzw. deren ersten Oberton im Rhythmus geschaltete Lampe oder Blinklichter von Warnleuchten sein. Wählt man jedoch die LED in Bezug auf die emittierende Wellenlänge aus, die geringfügig oberhalb der Wellenlänge der Laserstrahlung liegt, ist eine Filterschaltung ggfs. nicht erforderlich, so dass infolgedessen der schaltungstechnische Aufwand vereinfacht wird.
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Werden während der Überstreichzeit mehrere Messungen durchgeführt, so kann (wenn z. B. mehrere LEDs überstrahlt werden) eine Abbildung der Punktform des Laserstrahls erstellt werden. Aus diesem Strahlprofil kann die Mitte, bei bekanntem Laserprofil auch die Entfernung ermittelt werden. Voraussetzung ist, dass sich das Strahlprofil über die Entfernung ändert, so dass bei bekannter Strahlprofiländerung über die Entfernung geschlossen werden kann.
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Es besteht auch die Möglichkeit, Sender-/Empfänger LEDs matrixförmig anzuordnen, um die Winkellage des Messgerätes zu detektieren. Voraussetzung ist, dass das Messgerät 22 zumindest zwei LED-Zeilen aufweist, die entlang Längsachse des Messgerätes 22 verlaufen. Werden z. B. zwei LEDs aktiviert, die nicht in einer gemeinsam horizontal verlaufenden Ebene verlaufen, sondern in einer Ebene, die die Vertikale unter einem Winkel < 90° schneidet, erkennt man, dass das Messgerät mit seiner Längsachse nicht vertikal ausgerichtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3512708 C [0005]
- US 3894230 A [0005]
- DE 1915935 A [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Klaus-Jürgen Thiesler: Elektor 2/2004 „Lichtsensorik), bidirektionale Datenübertragungen über kurze Entfernungen (Paul Dietz et al: TR2003-35 Juli 2003; Kyle Holland: LED doubles as emitter and detector, php, August 2001 [0018]
- Sarah Bent et al: LEDs as both optical Sources and Detectors in Bi-directional Plastic Optical Fibre Links, Irish Signals and Systems Conference, 2006, IET: 345 [0018]
- M. Forrest: Sun Photometer with light-emitting diodes as spectrally selective detectors, Febr. 1992 [0018]
