DE112005002506B4

DE112005002506B4 - Selbstnivellierendes Laser-Ausrichtungswerkzeug und Verfahren davon

Info

Publication number: DE112005002506B4
Application number: DE112005002506T
Authority: DE
Inventors: Robin Fairborn McCarty
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: WO2006044022A1; CN100575875C; CN101044373A; DE112005002506T5; US7073269B2; US20060080849A1

Abstract

Selbstnivellierungsverfahren, das die Materialsteifheit bei einem Pendelaufhängungssystem (8) eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges (10) ausgleicht, wobei das Verfahren umfasst:
Halten einer Plattform (16) von einem Pendelaufhängungselement (30) mit einer vorbestimmten Materialsteifheit, wobei die Plattform (16) einen großen Selbstnivellierungsbereich über Massegewicht aufweist;
Bereitstellen einer letzten Neigungskorrektur durch magnetische Anziehung zwischen einem Magneten (40) und dem eisenhaltigen Material (44) an der Pendelplattform (16), die die vorbestimmte Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes (30) derart überkommt, dass die Plattform (16) in einem im wesentlichen lotrechten Zustand positioniert wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Laser-Ausrichtungswerkzeuge und insbesondere auf ein selbstnivellierendes Laser-Ausrichtungswerkzeug sowie ein Verfahren, das die Materialsteifheit eines Pendelaufhängungssystems ausgleicht.
Eine Vielzahl von Vermessungs- und Zimmermannswerkzeugen haben früher Laser zum Verbessern der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Nivellierung eingesetzt. Um die Genauigkeit von solchen Laser-Ausrichtungswerkzeugen weiter zu verbessern gibt es verschiedene Verfahren zum automatischen Selbstnivellieren entweder des Lasers oder einer reflektierenden Oberfläche innerhalb des Laser-Ausrichtungswerkzeuges.
In einer allgemeinen Kategorie von automatischer Selbstnivellierung wird ein Pendelaufhängungssystem verwendet zum Nivellieren des Lasers durch Gravitation. Bei einem Beispiel eines Pendelaufhängungssystems wird der Laser oder die reflektierende Oberfläche innerhalb eines Gehäuses mit einem Kugellagergelenk aufgehängt. Jedoch ist bei Neigungswinkeln nahe der Horizontalen die zum Überkommen der Reibung in den Kugellagern verfügbare Kraft sehr klein, was zu einer Ungenauigkeit führt.
Bei einem anderen Beispiel eines Pendelaufhängungssystems ist der Laser oder die reflektierende Oberfläche mit einem flexiblen Halteelement, wie z. B. einem Faden, einem Draht oder einer Schraubenfeder, aufgehängt. Fäden besitzen jedoch wenn überhaupt wenig Torsionswiderstand, was zu Schwierigkeiten bei der Linienausrichtung führt. Zusätzlich, bei Neigungswinkeln, erlaubt die Materialsteifheit (d. h. Biegen, Dehnen, Auslenkung) des Drahtes oder der Schraubenfeder, obwohl gering, dem Pendelaufhängungssystem nicht, wirklich lotrecht zu hängen, wodurch es auch zu Ungenauigkeit führt.
Dementsprechend gibt es einen Bedarf nach einer Nivellierungstechnik, welche die Materialsteifheit bei einem Pendelaufhängungssystem eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges ausgleicht.
Aus der Veröffentlichung EP 0 670 468 A1 ist ein selbstnivellierendes Laserstrahlgerät bekannt, bei dem der Laser an einem inneren Gehäuse angebracht ist, welches wiederum innerhalb eines äußeren Gehäuses aufgehängt ist. Eine Schwingungsdämpfung des aufgehängten inneren Gehäuses erfolgt mit dem Prinzip einer Wirbelstrombremse. Ähnliche Vorrichtungen sind auch aus den Veröffentlichungen US 5,541,727 A und US 5,144,487 A bekannt.
Aus der Druckschrift DE 196 22 910 A1 ist eine Einrichtung zur Kalibrierung eines Neigungsmessgerätes bekannt, wobei ein Vertikalpendel durch die auf seinen Massenschwerpunkt wirkende Gravitationskraft ausgelenkt wird und der Massenschwerpunkt des Vertikalpendels verändert werden kann, indem eine in einem Glasrohr befindliche Kugel zwischen zwei stabilen Positionen hin und her bewegt werden kann mittels des Magnetfeldes einer Betätigungsspule. Die Auslenkung des Vertikalpendels wird mittels eines Wegaufnehmers bestimmt. Die durch die Kugelbewegung erzielte Änderung des Massenschwerpunktes führt zu einem definierten Messsignal, das zur Kalibrierung des Neigungsmessgerätes verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine im wesentlichen waagerechte und lotrechte Pendelplattform eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges in zwei Stufen bereit. In einer ersten Stufe wird die Pendelplattform mit einem großen Selbstnivellierungsbereich unter dem Gewicht seiner Masse ausgelenkt. In einer zweiten Stufe wird die endgültige Neigungskorrektur bereitgestellt durch magnetische Anziehung. Magnetische Anziehung zwischen einem Magneten und einer Pendelplattform überkommt die Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes, die ansonsten verhindern würde, dass die Plattform einen wirklich waagerechten und lotrechten Zustand erreicht.
Bei einer Ausführungsform sind eine Laserquelle und -optik auf der Pendelplattform montiert. Die Pendelplattform ist nahezu waagerecht aufgrund der relativ geringen Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes. Die verbleibenden, relativ geringen, neigungsabhängigen Fehler werden durch magnetische Anziehung zwischen einem an einem Gehäuse des Laser-Ausrichtungswerkzeuges montierten Magneten und einem an der Pendelplattform vorgesehenen eisenhaltigen Material korrigiert. Der Magnet stellt eine näherungsweise radiale, regional lineare Kraft aufgrund eines magnetischen Feldes bereit, welches das eisenhaltige Material beeinflusst, wenn die Plattform geneigt wird als Folge davon, dass das Gehäuse geneigt wird, und der Abstand zwischen dem eisenhaltigen Material und dem Magnet abnimmt, was umgekehrt die radiale Anziehungskraft auf das eisenhaltige Material erhöht. Dementsprechend neigt die magnetische Anziehung zwischen dem eisenhaltigen Material und dem Magneten dazu, die Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes auszugleichen durch Ziehen der Plattform in eine Position, die im wesentlichen wirklich waagerecht und lotrecht ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein selbstnivellierendes Verfahren bereitgestellt, welches die Materialsteifheit bei einem Pendelaufhängungssystem eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges ausgleicht. Das Verfahren umfasst Halten einer Plattform mit einem Pendelaufhängungselement mit einer vorbestimmten Materialsteifheit. Die Plattform hat einen großen Selbstnivellierungsbereich über das Massegewicht. Das Verfahren beinhaltet weiter das Bereitstellen einer endgültigen Neigungskorrektur durch magnetische Anziehung zwischen einem Magneten und der Pendelplattform, welche die vorbestimmte Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes derart überkommt, dass die Position der Plattform in einem im wesentlichen wirklich waagerechten und lotrechten Zustand ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Selbstnivellierungsverfahren bereitgestellt, das die Materialsteifheit eines Pendelaufhängungssystems eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges ausgleicht. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Plattform und das Halten der Plattform mit einem Pendelaufhängungselement mit einer vorbestimmten Materialsteifheit. Die Plattform besitzt einen großen Selbstnivellierungsbereich über das Massegewicht. Das Verfahren beinhaltet weiter das Bereitstellen eines magnetisch anziehenden Materials an der Pendelplattform, Anordnen des magnetisch anziehenden Materials oberhalb eines Magneten, so dass, wenn die Plattform als Folge davon, dass das Gehäuse geneigt wird, geneigt wird, eine radial anziehende Kraft zwischen dem Material und dem Magneten in der Richtung der Neigung zunimmt, wodurch die vorbestimmte Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes ausgeglichen wird und die Plattform in eine Ausrichtung gezogen wird, die im wesentlichen wirklich waagerecht und lotrecht ist.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird ein selbstnivellierendes Laser-Ausrichtungswerkzeug bereitgestellt, das einen Laserstrahl in einer im wesentlichen wirklich waagerechten oder lotrechten Ausrichtung bereitstellt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse sowie eine an dem Gehäuse gesicherte und intern in dem Gehäuse über ein Pendelaufhängungselement herabhängende Pendelplattform zum Bewirken einer ersten Stufe einer Ausrichtung, wenn das Gehäuse nicht wirklich waagerecht oder lotrecht ist, wobei ein Restwinkel einer Abweichung des Laserstrahls von der wirklich waagerechten und lotrechten Ausrichtung übrig bleibt. Die Vorrichtung beinhaltet weiter ein magnetisch anziehendes Material, das an der Pendelplattform vorgesehen ist, sowie einen an das Gehäuse und unterhalb des Materials montierten Magneten, so dass, wenn die Plattform geneigt wird als Folge davon, dass das Gehäuse geneigt wird, eine radial anziehende Kraft zwischen dem Material und dem Magneten zunimmt, wodurch eine zweite Stufe einer Ausrichtung durch Ausgleichen der Materialsteifheit des Pendelhalteelementes bewirkt wird und die Plattform in eine Ausrichtung gezogen wird, die im wesentlichen wirklich waagerecht und lotrecht ist.
Diese und andere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit der begleitenden Zeichnung. Es sei bemerkt, dass der Schutzumfang der Ansprüche definiert wird durch den Vortrag darin und nicht durch die spezielle Diskussion von Merkmalen und Vorteilen, die in der vorliegenden Beschreibung ausgeführt sind.
Die Organisation und die Art und Weise des Betriebs der Erfindung zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen davon können am besten verstanden werden durch Bezug auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung, bei der:
1 eine Teilschnittansicht eines selbstnivellierenden Laser-Ausrichtungswerkzeuges mit einer Laserquelle ist, die mit einem Pendelaufhängungselement aufgehängt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Während die Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, werden bestimmte Ausführungsformen in der Zeichnung gezeigt und werden im Detail hierin beschrieben werden mit dem Verständnis, dass die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung zu betrachten ist und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf das hierin Dargestellte und Beschriebene zu beschränken.
Fachleute würdigen, dass Elemente in der Zeichnung dargestellt sind zum Zwecke der Einfachheit und Klarheit und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Z. B. können die Abmessungen einiger Elemente in der Zeichnung übertrieben sein relativ zu anderen Elementen, um zu helfen, das Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
1 zeigt allgemein eine veranschaulichende Ausführungsform eines selbstnivellierenden Laser-Ausrichtungswerkzeuges 10, das verwendet wird zum Bereitstellen eines Laserstrahls in einem wirklich waagerechten oder lotrechten Zustand. Das Werkzeug 10 besitzt ein Gehäuse 12, das teilweise geschnitten ist, um ein innen untergebrachtes, allgemein mit einem Bezugszeichen 8 gekennzeichnetes Pendelaufhängungssystem des Werkzeuges 10 zu zeigen. Wie dargestellt ist eine sichtbare Laserquelle 14 an einer hängenden Pendelplattform 16 des Pendelaufhängungssystems 8 montiert. Der divergierende Laserstrahl 20, der von der zusammen mit der Linse 18 arbeitenden Laserquelle 14 erzeugt ist, stellt einen konvergenten Fokus in einem vorbestimmten Abstand bereit.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird der austretende Lichtstrahl 20 teilweise reflektiert durch eine Optik 22, die den Strahl in einen nach oben und in einen nach unten gerichteten Strahl 24, 24' sowie in ein Paar von orthogonalen, horizontalen Strahlen 24'' und 24''' aufteilt. Es ist bei anderen Ausführungsformen einzusehen, dass die Optik 22 außerdem von dem Typ sein kann, der drei orthogonale horizontale Strahlen sowie zwei vertikale Strahlen (einen nach oben und einen nach unten) erzeugt, wie z. B. der in dem US-Patent Nr. 6,563,646 an Litvin, gemeinsam gehörend der Trimble Navigation Limited (Sunnyvale, Kalifornien), offenbarten Typ, wobei die Offenbarung davon hierin vollumfänglich durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Bei noch weiteren Ausführungsformen kann der austretende Strahl 20 von einer Oberfläche reflektiert werden, derart, dass eine gewünschte Strahlausrichtung bewirkt wird, mit oder ohne einen enthaltenen Strahlteiler. Austrittsfenster 26, 26', 26'' und 26''' sind vorgesehen für waagerechte, lotrechte und rechtwinkelige Strahlen. Es ist zu würdigen, dass dünne Linsen, die typischerweise in einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik für den endgültigen Neigungsausgleich verwendet werden, nicht benötigt werden aufgrund des Ausgleichverfahrens der vorliegenden Erfindung, die im folgenden beschrieben ist.
Die Pendelplattform 16 ist mit einem Pendelaufhängungselement 30 aufgehängt, wie z. B. einem einzelnen Draht, Schraubenfeder(n) oder irgendeinem anderen Element, das sich verbiegt und ausreichende Torsionssteifigkeit aufweist, um Torsionsdrehung (d. h. Hin- und Herdrehen um das Pendelhalteelement 30) zu minimieren, und dessen Materialsteifheit (d. h. Eigenschaften im Bezug auf Biegen, Dehnen, Auslenken) so ist, dass sie der Pendelplattform 16 erlaubt, nahezu waagerecht zu hängen, wenn das Werkzeug 10 geneigt ist. Bei einem Beispiel wiegt die Pendelplattform 16 näherungsweise 26 Gramm und das Pendelaufhängungselement 30 ist ein 20,9 mm langer Draht mit einem Durchmesser von 0,18 mm. Solch eine Anordnung ist ausreichend schwach, um der Pendelplattform 16 zu erlauben, unter der Kraft der Gravitation zu etwa 98% des wirklich lotrechten innerhalb eines Gehäuseneigungsbereiches von ±5° zu hängen.
Das Pendelaufhängungselement 30 ist oben an dem Gehäuse 12 durch eine Klemme 32 und unten an der Pendelplattform 16 mit einer Klemme 34 befestigt. Einstellschrauben 36 und 38 sind vorgesehen zum Kalibrieren der Pendelplattform 16 und damit der Strahlen 24, 24', 24'' und 24''' in eine waagerechte und lotrechte Ausrichtung. Wie bekannt stellt das Drehen der Schrauben 36 und 38 den Ort des Schwerpunktes des Pendelaufhängungssystems 8 fein ein, womit die Strahlen 24, 24', 24'' und 24''' neu ausgerichtet werden. Es gibt andere gut bekannte Verfahren des Verschiebens des Ortes des Schwerpunktes eines Pendels, wie z. B. das selektive Hinzufügen oder Wegnehmen von Gewicht.
Endgültige Neigungskompensation der Pendelplattform 16 wird bereitgestellt durch einen permanenten Ringmagneten 40, der das leichte Fehlen einer wirklich lotrechten und waagerechten Ausrichtung korrigiert, die durch die Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes 30 verursacht ist. Bei einer Ausführungsform ist diese endgültige Neigungskompensation ausreichend, um etwa 2% Fehler aufgrund der Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes 30 zu korrigieren. Wenn das Werkzeug 10 geneigt ist, gleicht der Ringmagnet 40 die Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes 30 aus durch Ziehen der Pendelplattform 16 in eine im wesentlichen lotrechte und/oder waagerechte Ausrichtung. Die endgültige Ausrichtung der Pendelplattform 16 durch dieses Verfahren ist auf etwa ±30 Bogensekunden wirklich lotrecht und waagerecht.
Ein magnetisch anziehendes Material, wie z. B. ein eisenhaltiges Element 44 wird zum Ziehen der Pendelplattform 16 in die im wesentlichen wirklich lotrechte und waagerechte Ausrichtung verwendet. Wie dargestellt ist das eisenhaltige Element 44 mittig über dem Ringmagneten 40 ausgerichtet. Der Ringmagnet 40 stellt ein Magnetfeld bereit, das, wenn er unterhalb des eisenhaltigen Elementes angeordnet ist, eine näherungsweise radiale regional lineare Kraft bereitstellt. Dementsprechend, wenn das Gehäuse 12 geneigt wird, nimmt eine anziehende Kraft zwischen dem magnetisch anziehenden Material 44 und dem Magneten 40 in der Richtung der Neigung zu, wodurch eine endgültige oder zweite Stufe der Ausrichtung durch Ausgleichen der Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes 30 und Ziehen der Plattform 16 in eine Ausrichtung, die im wesentlichen wirklich waagerecht und lotrecht ist, bewirkt wird.
Bei einer experimentellen Ausführungsform werden die endgültige Neigungskompensation durch die vorliegende Erfindung offenbarende Werte offenbart und verglichen in Tabelle 1 (keine magnetisch unterstützte Kompensation) und Tabelle 2 (magnetisch unterstützte Kompensation). Für die experimentelle Ausführungsform, die zum Zusammenstellen der Daten aus Tabelle 1 und 2 verwendet wurde, hielt ein 0,821 Inch (20,85 mm) langer Musikdraht mit einem Durchmesser von 0,007 Inch (0,18 mm) eine Pendelplattform unterhalb eines Trägerrahmens, wodurch ein von der Halterung beschränktes Pendelaufhängungssystem gebildet wurde. Die Pendelplattform wog 25,7856 Gramm. Ein eisenhaltiges Element mit einem Durchmesser von 0,13 Inch (3,30 mm) wurde aufgehängt an einer Bodenfläche der Pendelplattform und mittig 0,298 Inch (7,57 mm) über einem Ringmagneten angeordnet. Der Ringmagnet stellte ein magnetisches Feld mit einem remanenten B-Feldwert von etwa 3,8 kG bereit. Der Ringmagnet ist derart angeordnet, dass er ein radiales magnetisches Feld bereitstellt, welches die Neigung entlang der N-S-Achse (Nicken) und der E-W-Achse (Rollen) ausgleicht. Ein Dämpfungspool war unterhalb des Ringmagneten vorgesehen zum Einwirken auf einen Abschnitt der Pendelplattform und zum Dämpfen jeder pendelartigen Schwingung.

In den Tabellen 1 und 2 sind Nicken [Minuten] und Rollen [Minuten] das Nicken und das Rollen des Rahmens aus der wirklichen Horizontalen und Total Δ [arcsecs] ist die gesamte vertikale Ausrichtung von der wirklichen Horizontalen oder Lotrechten. Tabelle 1 (magnetisch nicht unterstützte Kompensation)

Nicken [Minuten]	Total Δ [arcsecs]
0	0
34	–30
68	–62
102	–93
136	–123
170	–154
204	–183
238	–214
272	–244
306	–275
0	0
–34	31
–68	59
–102	97
–136	120
0	0
Nicken [Minuten]
0	0
–34	2
–68	5
–102	10
–136	14
0	0
34	–5
68	–10
102	–9
136	–14
0	0

Tabelle 2 (magnetisch unterstütze Kompensation)

Nicken [Minuten]	Total Δ [arcsecs]
0	0
34	–3
68	–8
102	–10
136	–11
170	–10
204	–9
238	–9
272	–8
306	–4
0	0
–34	2
–68	4
–102	8
–136	12
0	0
Nicken [Minuten]
0	0
–34	4
–68	8
–102	13
–136	18
0	0
34	–3
68	–7
102	–11
136	–14
0	0

Wie in Tabellen 1 und 2 offenbart kompensierte die experimentelle Ausführungsform mit dem radialen Magneten signifikant das Pendelaufhängungssystem in dem Bereich des Nickens von –2,27° bis 5,1°, wobei gezeigt wurde, dass die Fehler des Nickens in dem Bereich von –11 bis 12 Bogensekunden liegen, verglichen mit –275 bis 120 Bo gensekunden für das nicht kompensierte Pendelaufhängungssystem in dem gleichen Bereich des Nickens.
Es ist zu würdigen, dass das Variieren der Materialsteifheit des Haltedrahtes, d. h. das Ändern seines Durchmessers, seiner geometrischen Form und seiner Länge zu unterschiedlichen Graden an letztendlicher Fehlerkorrektur führen wird, wie es das Ändern der Masse des Pendelaufhängungssystems, des magnetischen Momentes des Ringmagneten und des Ortes des magnetisch anziehenden Elementes relativ zu dem Ringmagnet wird. Insbesondere können die Parameter und ihre Auswahl für einen bestimmten Bereich der letztendlichen Fehlerkorrektur mit den folgenden Differenzialgleichungen bestimmt werden:

und wobei r_f der Radius der Krümmung für den Bogen war, durch den Q_y wandert. Q_y ist die seitliche Kraft auf das Ende des Aufhängungselementes aufgrund der Masse der Pendelplattform, wenn das Gehäuse geneigt wird. U ist die Dehnungsenergie, die mit dem System verknüpft ist. Die Variablen n, s und t repräsentieren ein lokales Koordinatensystem, das mit der Federgeometrie verknüpft ist. M_i und F_i repräsentieren die Momente und Kräfte, die an der Feder in dem lokalen Koordinatensystem anliegen. Die Variablen r und ψ geben die Geometrie der Feder wieder.
Zum Dämpfen der Schwingung des Pendelaufhängungssystems 8 ist bei einer Ausführungsform ein Dämpfungspool 46 innerhalb des Gehäuses unterhalb der Pendelplattform 16 vorgesehen. Der Dämpfungspool 46 enthält eine viskose Flüssigkeit, wie z. B. Mineralöl, die mit einer Flosse 48 wechselwirkt, welche von der Pendelplattform 16 herabhängt. Bei einer anderen Ausführungsform, welche durch den Schnitt aus Abschnitt 2-2 dargestellt ist, kann Wirbelstrombremsen auch zum Dämpfen der pendelartigen Schwingung der Pendelplattform 16 verwendet werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Magnet(en) 50 kann (können) nahe einem Dämpfungselement 52 angeordnet sein, das von der Pendelplattform 16 zu diesem Zwecke gehalten wird.
Die mechanischen Anschläge 54 und 54' sind vorgesehen zum Beschränken der Bewegung des Pendelaufhängungssystems 8 und zum Schützen des Pendelaufhängungselementes 30 sowie der Klemmen 32 und 34 vor Schaden aufgrund von mechanischen Schocks, während sie einen Bereich der Neigungskompensation erlauben, wie z. B. ±5° in jeder Richtung. Die Anschläge 54 und 54' sind nahe dem Schwerpunkt der Pendelplattform 16 zum Minimieren der schockinduzierten Rotation angeordnet. Die Anschläge 54 und 54' schränken auch die Auf-/Abwärtsbewegung der Pendelplattform 16 ein, um Schaden des Pendelaufhängungselementes 30 aufgrund ungewollter Auf-/Abwärtsbewegung der Pendelplattform zu verhindern.
Ein Batteriefach 56 hält eine Batterie an einer Stelle in dem Gehäuse 12 durch eine Feder an der Rückseite und eine Feder an der Vorderseite. Ein Schalter 60 steuert den Stromfluss zu einer Leitung 62, die Leistung an eine Platine 64 liefert. Die Komponenten der Platine 64 wurden ausgelassen zum Verringern der Komplexität der Zeichnung. Die Platine 64 ist an das Gehäuse 12 montiert und treibt die Laserquelle 14, wie z. B. eine Diode, wobei sie die elektrischen Leitungen 66 verwendet. Das Pendelaufhängungselement 30 kann verwendet werden als eine dieser Leitungen, die mit der Platine durch eine Leitung verbunden ist. Die elektrischen Leitungen 66 sind feine Kupfer- oder Golddrähte, welche Leistung zu der Laserquelle befördern. Der Durchmesser der elektrischen Leitungen 66 ist weniger als 25 μm, um irgendwelche mechanischen Kräfte zu vermeiden, die das Pendelaufhängungssystem 8 beeinflussen könnten. Zusätzlich sind die elektrischen Leitungen 66 relativ lang, um den Effekt irgendwelcher mechanischen Kräfte, die vorhanden sind, zu verringern.
Obwohl die Platine 64 als an das Gehäuse montiert dargestellt ist, kann bei anderen Ausführugsformen die Platine 64 an die Pendelplattform 16 montiert sein. Zusätzlich ist es bei anderen Ausführungsformen einzusehen, dass entweder die Laserquelle 14 oder die optischen Elemente 18 und 20 (zusammen oder getrennt) an der Pendelplattform 30 aufgehängt sein können, wobei die verbleibenden optischen Teile an das Gehäuse 12 montiert sind.
Bei einer noch anderen Ausführungsform kann der Permanentringmagnet 40 durch eine Magnetspule ersetzt sein, die elektrisch an die Platine 64 gekoppelt ist und von der Batterie 58 gespeist wird. Bei einer solchen Ausführungsform beinhaltet das Werkzeug 10 weiter einen Neigungssensor 68, der Sensordaten an die Platine 64 bereitstellt. Dies erlaubt dem magnetischen Feld, sich als eine Funktion des Stromes zu ändern, und daher kann die Kompensation von der Magnetspule geändert werden. Dementsprechend kann die Platine 64 eingerichtet sein zum Einstellen für perfekte Kompensation unter Verwendung des von dem Neigungssensor 68 erfassten Neigungswinkels als Eingang, um den von der Batterie 58 durch zumindest eine einer Mehrzahl von Wicklungen, die in der Magnetspule vorgesehen sind, fließenden Strom zu steuern. Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Thermistor 70 enthalten und elektrisch an die Platine 64 gekoppelt, so dass der Strom der Magnetspule derart eingestellt werden kann, dass irgendein durch Temperaturänderung bewirkter Fehler korrigiert wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind zum Veranschaulichen der Prinzipien der Erfindung, nicht zum Beschränken ihres Schutzumfanges gedacht. Andere Ausführungsformen bei Abwandlungen dieser bevorzugten Ausführungsformen werden den Fachleuten offensichtlich und können ohne Abweichung von dem Geiste und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, gemacht werden.

Claims

Selbstnivellierungsverfahren, das die Materialsteifheit bei einem Pendelaufhängungssystem (8) eines Laser-Ausrichtungswerkzeuges (10) ausgleicht, wobei das Verfahren umfasst: Halten einer Plattform (16) von einem Pendelaufhängungselement (30) mit einer vorbestimmten Materialsteifheit, wobei die Plattform (16) einen großen Selbstnivellierungsbereich über Massegewicht aufweist; Bereitstellen einer letzten Neigungskorrektur durch magnetische Anziehung zwischen einem Magneten (40) und dem eisenhaltigen Material (44) an der Pendelplattform (16), die die vorbestimmte Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes (30) derart überkommt, dass die Plattform (16) in einem im wesentlichen lotrechten Zustand positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Magnet (40) eine näherungsweise radial, regional lineare Kraft aufgrund eines magnetischen Feldes unterhalb des eisenhaltigen Materials (44) an der Pendelplattform (16) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pendelplattform (16) ein magnetisch anziehendes Material vorsieht, das derart positioniert ist, dass es von dem Magneten (40) angezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pendelaufhängungselement (30) ein Material ist, das aus der aus Drähten, Federn und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Magnet (40) ein Permanentringmagnet ist, der sich unterhalb der Pendelplattform (16) befindet und eine näherungsweise radial, regional lineare Kraft aufgrund eines Magnetfeldes bereitstellt, das ein von dem Pendelaufhängungselement (30) gehaltenes, magnetisch anziehendes Material (44) anzieht.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Halten einer Laserquelle (14) mit der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Halten einer Optik (18, 22) mit der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Halten von zumindest einer reflektierenden Oberfläche mit der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem Dämpfen der Pendelschwingung der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Selbstnivellierungsbereich bis zu etwa 98% des wahren Lotes in einem Neigungsbereich von einer wirklichen Horizontalen von etwa ±5° ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die letzte Neigungskorrektur zum Korrigieren eines Lotfehlers von bis zu etwa 2% von dem wahren Lot ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Magnet (40) von einem Magnetspulentyp ist.
Selbstnivellierungsverfahren, das die Materialsteifheit bei einem Pendelaufhängungssystem (8) eines einen Laserstrahl (20) vorsehenden Laser-Ausrichtungswerkzeuges (10) ausgleicht, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Plattform (16); Halten der Plattform (16) von einem Pendelaufhängungselement (30) mit einer vorbestimmten Materialsteifheit, wobei die Plattform (16) einen großen Selbstnivellierungsbereich über das Massegewicht besitzt; Bereitstellen eines magnetisch anziehenden Materials (44) an der Pendelplattform (16); Anordnen des magnetisch anziehenden Materials (44) benachbart zu einem Magneten (40), so dass, wenn die Plattform (16) geneigt wird, eine anziehende Kraft zwischen dem Material (44) und dem Magneten (40) zunimmt, wodurch die Materialsteifheit des Pendelaufhängungselementes (30) ausgeglichen wird und die Plattform (16) in eine Ausrichtung gezogen wird, die im wesentlichen wirklich waagerecht und lotrecht ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Magnet (40) eine näherungsweise radial, regional lineare Kraft aufgrund eines Magnetfeldes unterhalb der Pendelplattform (16) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Pendelaufhängungselement (30) ein Material ist, das aus der aus Drähten, Federn und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend das Halten einer Laserquelle (14) mit der Plattform (16), wobei die Laserquelle (14) den Laserstrahl (20) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend das Halten einer Optik (18, 22) mit der Plattform (16) in dem Pfad des Laserstrahls (20).
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend das Halten von zumindest einer reflektiven Oberfläche mit der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Magnet (40) ein Permanentringmagnet ist, der unterhalb der Pendelplattform (16) angeordnet ist und eine näherungsweise radial, regional lineare Kraft aufgrund eines Magnetfeldes bereitstellt, das ein von dem Pendelaufhängungselement (30) gehaltenes magnetisch anziehendes Material (44) anzieht.
Ausgleichsverfahren nach Anspruch 13, weiter mit Dämpfen der Pendelschwingung der Plattform (16).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Selbstnivellierungsbereich bis zu etwa 98% des wahren Lots für einen Neigungsbereich von einer wirklichen Horizontalen von ±5° ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die letzte Neigungskorrektur zum Korrigieren eines Lotfehlers von bis zu etwa 2% von dem wahren Lot ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Magnet (40) von einem Solenoid-Typ ist und das Verfahren weiter das Erhöhen/Verringern der Magnetfeldstärke des Magneten (40) in der Richtung der Neigung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend das Erfassen der Neigung und Erhöhen/Verringern der Magnetfeldstärke des Magneten (40) auf der Grundlage der erfassten Neigung.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend das Erfassen der Neigung, Erfassen der Temperatur und Erhöhen/Verringern der Magnetfeldstärke des Magneten (40) auf der Grundlage der erfassten Neigung und Temperatur.
Selbstnivellierendes Laser-Ausrichtungswerkzeug, das einen Laserstrahl (24', 24'', 24''') mit einer im wesentlichen wirklich horizontalen oder lotrechten Ausrichtung bereitstellt, wobei die Vorrichtung (10) umfasst: ein Gehäuse (12); eine Pendelplattform (16), die an dem Gehäuse (12) befestigt ist und im Inneren des Gehäuses (12) an einem Pendelaufhängungselement (30) herabhängt zum Bewirken einer ersten Stufe einer Ausrichtung, wenn das Gehäuse (12) nicht wirklich horizontal oder lotrecht ist, wobei ein Restabweichungswinkel des Laserstrahls (24', 24'', 24''') von einer wahren Horizontalen oder lotrechten Ausrichtung übrig bleibt; ein magnetisch anziehendes Material (44), das an der Pendelplattform (16) vorgesehen ist; und einen Magneten (40), der an das Gehäuse (12) und unterhalb des Materials (44) montiert ist, so dass, wenn die Plattform (16) geneigt ist, eine anziehende Kraft zwischen dem Material (44) und dem Magneten (40) zunimmt, wodurch eine zweite Stufe der Ausrichtung durch Ausgleichen der Materialsteifheit des Pendelhalteelementes (30) und Ziehen der Plattform (16) in eine Ausrichtung, die im wesentlichen wirklich horizontal oder lotrecht ist, bewirkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Magnet (40) eine näherungsweise radial, regional lineare Kraft aufgrund eines Magnetfeldes unterhalb des Pendelhalteelementes (30) vorsieht.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Pendelaufhängungselement (30) ein Material ist, das aus der aus Drähten, Federn und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Plattform (16) eine Laserquelle (14) enthält, die den Laserstrahl (20, 24', 24'', 24''') erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Plattform (16) eine Optik (18, 22) in dem Pfad des Laserstrahls (20, 24', 24'', 24''') enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Plattform zumindest eine reflektive Oberfläche enthält, die sich in dem Pfad des Laserstrahls (20, 24', 24'', 24''') befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Magnet (40) ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Permanentmagneten und Magneten vom Solenoid-Typ besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 26, weiter mit einem Dämpfungselement (46, 48; 50, 52), das auf die Pendelplattform (16) derart Einfluss nimmt, dass die Pendelschwingung der Plattform (16) gedämpft wird.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Selbstnivellierungsbereich bis zu etwa 98% des wahren Lotes für einen Neigungsbereich von einer wahren Horizontalen von etwa ±5° ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die letzte Neigungskorrektur zum Korrigieren eines Lotfehlers von bis zu etwa 2% von dem wahren Lot ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der Magnet (40) eine Mehrzahl von Magnetspulenwicklungen und die Vorrichtung weiter einen Neigungssensor (68), eine mit der Mehrzahl von Magnetspulenwicklungen und dem Neigungssensor elektrisch verbundenen Platine (64) sowie eine den Neigungssensor, die Platine (64) und die Mehrzahl von Magnetspulenwicklungen mit Spannung versorgende Leistungsversorgung (58) umfasst, wobei die Platine (64) dafür eingerichtet ist, eine Menge des von der Batterie (58) durch zumindest eine der Mehrzahl von Magnetspulenwicklungen zu fließenden Stromes auf der Grundlage des von dem Neigungssensor erfassten Neigungswinkels zu steuern.