DE2218432A1 - Laseranordnung fuer vermessung und raeumliche steuerung - Google Patents

Description

Laseranordnung für Vermessung und räumliche Steuerung

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung mit einer Quelle zur Erzeugung eines Laserstrahls und einem automatischen Regler zur Horizont!erung des Laserstrahls (iJivellierregler) für Vermessung und räumliche Steuerung«

Bei den meisten Anwendungen von Lasergeräten zu Vermessungszwecken oder zur gesteuerten Führung von Arbeitsmaschinen, sei es im Tunnelbau, bei Rohrdurchpressungen, bei Drainageverlegimgen, Gleisrichtarbeiten usw., muß ein der Führung dienender Laserstrahl stets genau eingemessen bleiben, unabhängig von eventuellen Bodenverschiebungen oder sonstigen Verkippimgen der Laseranordnung. Insbesondere im Pail einer vorgegebenen Neigung des Strahls ist es dabei wichtig, daß die Neigung des Strahls einen genauen Wert beibehält.

Die Forderung nach räumlicher Konstanz eines ausgesandten Laserstrahls konnte bislang bei Lasergeräten, die eine horizontale Führungsgerade zu erzeugen hatten, erfülltwerden. Zu diesem Zweck hat man Nivellierregler vorgesehen, die zv/ei übereinander angeordnete Umlenkspiegel enthalten, von denen der erste Spiegel eine feste Lage bzgl. der Achse einer Laserstrahlungsquelle einnimmt, während der zweite Spiegel zur Kompensation von Verkippungen der Achse der Laserstrahlungsquelle pendelnd

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aufgehängt ist. Um dabei auch einen Laserstrahl mit einstellbarer Neigung auszustrahlen, ist bereits vorgeschlagen worden, den ersten oberen Spiegel drehbar zu lagern und mit einer feststellbaren Verschiebeeinrichtung zur Einstellung der Spiegelneigung zu verbinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt wieder die Aufgabe zugrunde, eine Laseranordnung für Vermessung und räumliche Steuerung zu schaffen, mit der ein Laserstrahl mit einstellbarer und ablesbarer Neigung gegen die Horizontale erzeugt werden kann, wobei der Neigungswinkel innerhalb eines gewissen Regelbereichs unabhängig von Ve.rkippungen der Anordnung bleibt.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird abweichend vom erwähnten älteren Vorschlag bei einer Laseranordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im Strahlengang hinter dem automatischen Nivellierregler ein optisches Umlenksystem angeordnet ist, das aus zwei im Strahlengang aufeinanderfolgenden Spiegeln besteht, wobei einer der beiden Spiegel drehbar gelagert ist und mit einer Einrichtung zum Einstellen der Neigung gegen den anderen Spiegel verbunden ist.

Die Erfindung geht von der neuartigen Überlegung aus, daß sowohl eins definiert einstellbare Neigung des Strahls gegen die Horizontale als auch eine Unabhängigkeit des Strahls von Verkippungen der Laseranordnung in besonders einfacher V/eise durch zwei bestimmte, im Strahlengang aufeinanderfolgende Eingriffe in den Laserstrahl erreicht werden kann. In einem ersten Eingriff wird der aus der Laserstrahlquelle kommende Strahl durch einen automatischen Nivellierer zunächst horizontiert und in einem darauffolgenden Eingriff wird der nun horizontale Strahl von einem Umlenksystem geneigt, das so beschaffen ist, daß βε

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ungeachtet einer eigenen Verkippung diesen Strähl im stets gleichen eingestellten Winkel dreht. Bei einer solchen Anordnung funktionieren der automatische Nivellierer einerseits und die Neigungseinstellung des Laserstrahls andererseits unabhängig voneinander, so daß bei einem Verstellen des Laserstrahls der Nivellierregler und damit die optische Achse der Anordnung unbeeinflußt bleibt.

Anhand der Figuren soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitenansicht und

Figur 2 das Prinzip der Neigungseinstellung im Strahlengang einer erfindungsgemäßen Laseranordnung.

Bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung sind mit 2 eine Laserstrahlquelle, mit 3 ein Umkehrprisma, mit 4 ein automatischer Nivellierer und mit 6 ein aus zwei Spiegeln 8 und 9 bestehendes optisches Umlenksystem bezeichnet. Alle Teile sind in einem Gehäuse untergebracht und an den Gehäusewänden, von denen nur eine Seitenwand 12 in der Figur zu sehen ist, mit Befestigungselementen λ'/ie Klammern oder Schrauben 16 montiert. Ein aus der Laserstrahlquelle kommender Laserstrahl 13 wird zunächst aus Gründen eines kompakten Aufbaus der Laseranordnung im Umkehrprisma 3 in die Gegenrichtung gebracht, tritt dann in den Nivellierer ein und verläßt diesen horizontiert. Der Nivellierer kann dabei ein handelsübliches Kompensationsgerät sein, das mittels einer Luftblasenanzeige 18 nach dem Prinzip einer Wasserwaage grob horizontal eingestellt ist und dann selbstätig

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mittels freihängender optischer Systemteile einen einfallenden Lichtstrahl in die durch die Schwerkraft definierte Horizontale entläßt. Der horizontierte Laserstrahl durchläuft nun das optische Umlenksystem 6 mit den im Strahlengang aufeinanderfolgenden Umlenkspiegeln 8 und Der Spiegel 9 ist drehbar gelagert und mit einer Einrichtung 20 zum Einstellen der Neigung gegen den anderen Spiegel 8 verbunden. Die Einrichtung 20 kann beispielsweise aus einem Mikrometertrieb mit integrierter Anzeige bestehen. Wie in Figur 2 erläutert wird dreht ein derartiges Umlenksystem ungeachtet einer eigenen Verkippung den einkommenden Strahl stets im gleichen Winkel. Der die Laseranordnung verlassende Laserstrahl hat demnach stets den mit der Einstellung 20 definiert eingestellten Neigungswinkel zur wahren Horizontalen.

In Figur 2 ist gezeigt, wie eine Verkippung des Umlenksystems 6 der Figur 1 ohne Einfluß auf die eingestellte Neigung eines einfallenden Strahls bleibt. Das Umlenksystem, wieder bestehend aus den Spiegeln 8 und 9» sei um einen Winkel δ gegen die Horizontale verkippt. Zur Vereinfachung der Darstellungsweise ist dabei das Umlenksystem 6 nicht um den Kippwinkel verdreht, sondern die beiden Spiegel 8 und 9 als unverkippt und anstelle dessen der aus dem Nivellierer kommende tatsächlich horizcntierte Laserstrahl als um den Winkel δ verkippt dargestellt. Der Spiegel 8 ist starr montiert, beispielsweise mit einer Winkellage von 45 gegen die Horizontale. Der im Strahlengang folgende Spiegel 9 ist gegen die Ebene des Spiegels 8 um einen Winkel α /2 geneigt, um dem das Umlenksystem 6 verlassenden Strahl eine einstellbare Neigung von β zu geben. Wie aus der Figur 2 ersichtlich, tritt der um den Winkeld verkippte Strahl aufgrund des bekannten Gesetzes der geometrischen Optik, daß sich Einfalls- und Ausfallswinkel eines reflektierten Strahles gleichen, mit dem Neigungswinkel o+ 3 gegen die Horizontale aus dem Umlenksystem aus. Da

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also auch ein verkippter Strahl nur um den im Umlenksystem eingestellten Neigungswinkel gedreht wird, und da ein verkippter Strahl in dieser Darstellung einer Verkippung des Umlenksy3tems gegenüber dem in Wirklichkeit horizontierten Strahl entspricht, dreht das Umlenksystem einen einfallenden Strahl tatsächlich unabhängig von einer eigenen Verkippung im stets gleichen Winkel.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist es nicht notwendig, den Laserstrahl um 180° umzulenken. Auch könnte man daran denken, das optische Umlenksystem sinngemäß zu zwei Umlenkspiegeln aus Prismen aufzubauen. Beispielsweise könnten zwei gleichartig geformte Keilprismen im Strahlengang so hintereinander angeordnet sein, daß sie sich zu einem von einem diagonalen Luftspalt durchzogenen Quader ergänzen. Werden die beiden Prismen gegensinnig gegeneinander im gleichen Winkel um eine Achse parallel zum horizontierten Laserstrahl gedreht, so ist die dadurch bewirkte Neigung eines einfallenden Strahls zumindest für kleine Neigungswinkelbereiche in guter Nährung unabhängig von der Kippung des gesamten Umlenksystems gegen die Horizontale.

3 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Γ 1.jLaseranordnung mit einer Quelle zur Erzeugung eines ^-^Laserstrahls und einem automatischen Regler zur Horizontierung des Laserstrahls (Nivellierregler) für Vermessung und räumliche Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang hinter dem automatischen Nivellierregler ein optisches Umlenksystem angeordnet ist, das aus zwei im Strahlengang aufeinanderfolgenden Spiegeln (8,9) besteht, wobei einer der beiden Spiegel drehbar gelagert ist und mit einer Einrichtung zum Einstellen der Neigung gegen den anderen Spiegel verbunden ist.
2. 2. LaseranOrdnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einstellen der Neigung dann in der Nullage ist, wenn die Ebenen der beiden Spiegel (8,9) zueinander parallel und bei unverkippter Lage des optischen Systems um 45° gegen die Horizontale geneigt liegen.
3. 3. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahlquelle, automatischer Nivellierregler und optisches System in einem gemeinsamen Gehäuse feste Lagen zueinander haben.

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