DE2944408A1

DE2944408A1 - Laserstrahl-nivellierinstrument

Info

Publication number: DE2944408A1
Application number: DE19792944408
Authority: DE
Inventors: Joseph F Rando
Original assignee: Spectra Physics Inc
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1979-11-01
Publication date: 1980-06-12
Also published as: US4221483B1; CH643945A5; JPS5582011A; JPH0127045Y2; US4221483A; DE2944408C2; JPS63183506U; JPS5952363B2

Description

SL

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- C- Hamburg, 31. Oktober 1979

^ 230979 ~><t#//no Priorität: 20.11.1978

Z9444ÖÖ u.s.A.

Pat.Anm. 962

Anmelder;

Spectra-Physics Inc. Mountain View,CaI. U.S.A.

Laserstrahl-Nivellierinstrument

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserstrahl-Nivellierinstrument mit einer Laserlicht erzeugenden Quelle einschließlich Mitteln zur Erzeugung eines Laserstrahles und mit einer Drehspiegelanordnung, mit der der Laserstrahl in die Waagerechte umlenkbar und in einer waagerechten Ebene verschuenkbar ist. Nivellierinstrumente dieser Art werden z. B. für Uermessungs- und Bauzwecke verwendet. Sie arbeiten so, daß ein im Gerät erzeugter Laserstrahl in einer waagerechten Ebene verschwenkt wird, um eine waagerechte

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Ebene festzulegen. Als Lichtquelle werden vielfach röhrenartige Gaslaser benutzt. Der Au§gangsstrahl des Gaslasers wird gewöhnlich senkrecht ausgerichtet und dann in die Waagerechte durch Drehköpfe abgelenkt, die den waagerechten Strahl in einer waagerechten Ebene verschwenken. In dem US-Patent 4 062 634 ist ausführlich ein Laser-Nivellierinstrument beschrieben, das mit einer Gaslaserröhre als Lichtquelle arbeitet.

Ein Laser-Nivellierinstrument muß ein bestimmtes Maß an selbsttätiger Horizontierung ermöglichen, um den Strahl in einer waagerechten Ebene zu halten, nachdem das Instrument anfänglich aufgestellt und eingeschaltet worden ist. Die Basis oder das Untergestell, auf dem das Gerät im Feld steht, kann angestoßen oder auf andere Ueise veranlaßt werden, während der Meßarbeiten geringfügig zu schwanken; durch eine selbsttätige Horizontierung erübrigt es sich dann, bei einer solchen Störung jedes Mal die Horizontierung von Hand nachzustellen.

Durch eine selbsttätige Horizontierung kann das Gerät anfänglich auch schneller aufgestellt werden, da Präzisionseinstellungen dann nicht erforderlich sind.

Die Helium-Neon-Laser, die als Lichtquelle in den bekannten Laser-Nivelliergeräten benutzt werden, sind verhältnismäßig

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groß, so daß dementsprechend die bekannten Laser-Nivelliergeräte verhältnismäßig große und schuere Instrumente mit Servomotoren und großen Netzteilen oder Energiequellen für die Versorgung der Plasmaröhre und für die gewünschte selbsttätige Horizontierung sind. Viele dieser bekannten Laser-Nivelliergeräte sind so groß, daß sie nicht von einer Person allein von einem Meßort zum nächsten gebracht werden können. Sie sind außerdem verhältnismäßig teuer in der Herstellung.

Die Erfindung bezweckt daher, ein verhältnismäßig leichtes, tragbares Laser-Nivelliergerät zu schaffen, das eine abgeschlossene Einheit bildet und von einem Plann getragen werden kann und innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereiches des Instrumentes eine selbsttätige Horizontierung ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Laserstrahl-Nivellierinstrument mit den Merkmalen des Anspruches 1 geschaffen.

Das erfindungsgemäße Laser-Nivelliergerät verzichtet auf Plasmaröhren und elektrische Servomotoren und die dadurch erforderlichen großen Netzteile der bekannten Laser-Nivelliergeräte; statt dessen wird durch Verwendung einer Festkörper-Lichtquelle ein wesentlich leichteres,Instrument geschaffen, dessen Leistungsfähigkeit gegenüber bisher üblichen Geräten keinesfalls verringert ist. Das Gerät wird vorteilhaft mit selbsttätiger Horizontierung ausgestattet und ersetzt damit

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optische, automatische Nivelliergeräte in allen wesentlichen Funktionen.

Eine pendelartig angeordnete Sammellinse, die unter der Festkörper-Lichtquelle mittels einer mechanischen leichten Aufhängung angeordnet ist, ermöglicht in einem begrenzten Bereich eine selbsttätige Horizontierung, ohne daß die leichte, kompakte Konstruktion damit aufgegeben wurde.

Der Kraftverbrauch des erfindungsgemäßen Gerätes ist verhältnismäßig klein, so daß das Instrument einschl. einem abgeschlossenen Batteriesatz leicht tragbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Festkörperlichtquelle eine Diode, die einen intensiven Strahl aus infrarotem Laserlicht erzeugt. Der aus der Diode austretende Lichtstrahl, der rasch divergiert, wird durch die im Brennueitenabstand unter der Diode angeordnete Sammellinse praktisch im Unendlichen abgebildet, so daß der Lichtstrahl beim Austritt aus der Linse parallelisiert ist.

Die Sammellinse ist an mehreren feinen Drähten pendelartig unter der Diode aufgehängt, so daß die Linse sich unter dem Einfluß der Schwerkraft im Fall einer geringfügigen Verschiebung oder Kippung der Gesamtanordnung nach Arbeitsbeginn in eine genau vertikal unter der Diode be-

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befindliche Lage bewegt. Diese besondere Aufhängung ermöglicht außerdem, daß eine genaue Horizontierung bei der anfänglichen Aufstellung des Gerätes nicht erforderlich ist. Unerwünschte Schwingungen der Pendel-Linse werden durch eine Luft- oder Magnet-Dämpfung unterdrückt.

Zwischen der Diode und der Linse ist eine Glasplatte eingefügt, die auf einem Träger angeordnet ist, der in zwei rechtwinklig zueinander liegenden Richtungen kippbar ist, so daß damit eine Feineinstellung der optischen Zentrierung der Linse mit Bezug auf die Diode ermöglicht wird. Das Laser-Nivelliergerät kann damit im Feld und auch anfänglich beim Zusammenbau leicht justiert werden.

Das Laser-Nivelliergerät nach der Erfindung ist mit einem drehbaren Fünfkant-Prisma oder einer gleichwertigen Kombination von zwei Spiegeln ausgestattet, um den genau vertikalen Strahl in einen genau horizontalen Strahl umzulenken und den horizontalen Strahl zur Erzeugung einer horizontalen Ebene (innerhalb der durch die Drehung des Prismas oder der Spiegelkombination gegebenen Grenzen) zu schwenken.

Alle wesentlichen Betriebsteile des Laser-Nivelliergerätes sind in einem wasserdichten Lampengehäuse untergebracht und ein aufladbarer Batteriesatz ist als integraler Teil des Gerätes in dem Instrument mit eingebaut. Die Batterie ist

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nicht in dem wasserdichten Teil mit untergebracht und kann zur Aufladung herausgenommen werden.

Die elektrische Steuerschaltung des Gerätes weist eine Anzahl von Sicherheitsmerkmalen auf. Der Laser wird selbsttätig abgeschaltet, falls das Gerät über den Bereich der selbsttätigen Horizontierung hinaus gekippt wird. Auch uird die Energiezufuhr zur Diode selbsttätig abgeschaltet, falle das drehbare Fünfkant-Prisma oder die entsprechende Spiegelanordnung angehalten wird oder sich nicht schnell genug dreht. Damit wird vermieden, daß ein Grenzwert der Energiedichte an einer bestimmten Stelle überschritten wird, was sonst zu einer Augengefährdung führen könnte. Eine Hochtemperatur-Abschaltung ist ebenfalls vorzugsweise in der elektrischen Steuerschaltung vorgesehen, die die Temperatur der Diode abtastet und die Energiezufuhr in dem Fall abschaltet, daß die Temperatur der Diode in einen Bereich steigt, in der die Lebensdauer der Diode durch Diffusion beeinträchtigt wird.

Die Steuerschaltung enthält vorzugsweise auch einen Lichtaustrittsdetektor, der die Lichtabgabe der Diode wahrnimmt und mittels einer Servoschaltung die Verringerung des zur Diode fließenden Stromes bewirkt, um eine konstante Leistungsabgabe für die Abtastung zu ermöglichen und dadurch die Lebensdauer der Einrichtung zu verbessern und einen optischen

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Schaden an der Diode zu vermeiden.

Ueitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben eich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines die Erfindung verkörpernden Laser-Nivellierinstrumentes, das teilweise entlang der Linie 1-1 der Fig. 2 aufgeschnitten ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 2 und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gerätes.

Ein Laser-Nivellierinstrument 11, siehe Fig. 1 und 2, hat ein Gehäuse 13 mit einem oberen Handgriff 15, um das Instrument 11 von einer Einsatzstelle zur anderen zu tragen.

Das Instrument 11 ist mittels einer Grundplatte 17 oben auf einem Dreifuß angeordnet. Die Platte 17 ist hierzu mit einer Geuindebohrung 19 versehen, mit der die Platte

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auf einer entsprechenden Schraube des Dreifusses aufgeschraubt wird. Hon Hand einstellbare Schrauben 21 ermöglichen die anfängliche Einstellung, mit der das Instrument 11 in den Bereich der selbsttätigen Horizontierung gebracht uird. In Verbindung mit der Einstellung der Schrauben 21uerden Blasenlibellen 22 benutzt, um das Gerät 11 in den Bereich der selbsttätigen Horizontierung zu bringen.

Zu den Hauptkomponenten im optischen Ueg des Gerätes 11 gehört eine Festkörperübergangsschicht 23, eine pendelartige Sammellinse 25, Drehspiegel 27 und eine Glasplatte 29, die für die Feineinstellung gekippt uerden kann.

Die Festkörperübergangsschicht 23 erzeugt einen intensiven Strahl eines rasch divergierenden Laserlichtes.

Die pendelartige Sammellinse 25 bündelt das aus der Schicht 23 austretende, divergierende Laserlicht. Die Linse 25 schwingt auch aufgrund der Schwere innerhalb des Selbsthorizontierungsbsreiches derart, daß die optischen Elemente der Linsenanordnung genau und richtig unter der Trennschicht 23 liegen. Die Linse richtet dadurch den parallelisierten Lichtstrahl in eine genau senkrechte Richtung.

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Die Drehspiegel 27 lenken den senkrecht gerichteten Lichtstrahl um 90 ab und schwenken den abgelenkten Lichtstrahl in einer waagerechten Ebene innerhalb der Grenzen, die sich durch das drehende Fünfkant-Prisma oder eine gleichwertige Kombination von zuei Spiegeln ergeben.

Das Licht in dieser waagerechten Ebene wird durch Detektoren wahrgenommen, die auf Zielvorrichtungen oder Peillatten angeordnet sind. Dieee sind in den Zeichnungen nicht mit dargestellt, aber an sich bekannt.

Die Glasplatte 29 kann in zwei rechtwinklig zueinander liegenden Einstellrichtungen gekippt werden, um eine Feinabstimmung des Ausmaßes zu ermöglichen, um das das von der Trennschicht 23 zur Sammellinse 25 gehende Licht ausgerückt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Festkörperübergangsschicht 23 eine Diode und erzeugt eine elektromagnetische Strahlung, die sichtbar ist und infrarotes Licht enthält. Die Diode selbst ist ein Plättchen von etwa 2/u hoch und etwa 10 bis 15/u lang und erscheint daher als Schlitz der Bodenfläche eines Gehäuses 31, an dem die Diode angeordnet ist.

In dieser speziellen Ausführungsform erzeugt die Diode ungefähr zwei bis vier mw Licht, das kegelförmig abstrahlt mit einem Uinkel von etwa 90 in einer Richtung und

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etua 9 in der anderen Richtung. Das Licht hat eine sehr hohe Intensität und divergiert sehr rasch. Die Diode selbst ist ein handelsüblicher Teil, für den verschiedene Hersteller am Markt sind.

Das Gehäuse 31 ist auf einem thermoelektrischen Kühler 33 angeordnet, der in Abhängigkeit einer bestimmten am Gehäuse abgetasteten Temperatur eingeschaltet uird. Der Kühler 33 kühlt das Gehäuse und die Diode und verhindert Schäden an der Diode aufgrund von Diffusion, die bei Betrieb mit zu hoher Temperatur auftreten könnte.

Das Gehäuse 31 und der thermoelektrische Kühler 33 sind auf einer Trägerplatte 35 angeordnet, deren seitliche Stellung eingestellt werden kann, um eine Zentrierung der Diode mit Bezug auf die Linse 2-5 zu ermöglichen. Die Platte 35 wird dann mit Feststellschrauben 37 in der eingestellten Lage fixiert. Die Platte 35 uird in der fixierten Lage mit Bezug auf den Hauptrahmen 13 durch einen damit verbundenen Teilrahmen 39 gehalten.

Die Sammellinse 25hat einen Aufnahmeuinkel von etua 35 , so daß sie etwas weniger als die Hälfte des aus der Diode 23 austretenden Lichtkegels aufnimmt. Die Linse 25 ist in einer Buchse oder einem Zylindermantel 41 angeordnet, der ein Außengewinde 43 aufweist, das in das Innengewinde 45 eines Zylinders 47 eingeschraubt ist. Die Geuinde 43, 45 ermöglichen,

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den Abstand zwischen der Linse 25 und der Diode 23 zu verändern. Bei Benutzung des Gerätes 11 uird die Linse 25 durch Drehung der Buchse 41 auf dia Brennweite der Linse mit Bezug auf die Diode 23 gestellt. Dadurch uird die Diode und das von ihr emittierte Licht auf der entgegengesetzten, nach unten gerichteten Seite der Linse 25 nahezu im Unendlichen abgebildet und damit der aus der Sammellinse 25 austretende Lichtstrahl im wesentlichen parallelisiert.

Der Zylinder 47 ist so aufgehängt, daß damit eine Pendelanordnung für die Linse 25 innerhalb des Bereiches der selbsttätigen Horizontierung des Gerätes 11 geschaffen uird. Die Aufhängung des Zylinders 47 ueist drei feine Drähte 49 auf. Jeder Draht 49 ist mit seinem unteren Ende am Zylinder 47 durch einen Klemmarm 51 befestigt, während das obere Ende des Drahtes durch einen Klemmarm 53 mit dem Teilrahmen 39 verbunden ist.

Das äußere Ende jedes Klemmarmes 51 ist geschlitzt, siehe Fig. 2, und innerhalb des Schlitzes uird der Draht 49 mit einer Schraube 55 eingespannt. Die Klemmarme 53 springen vom Teilrahmen 39 vor, an dem sie durch Kopfschrauben 56 befestigt sind.

Das untere Ende des Zylinders 47 hängt in geringem Abstand über einem zugehörigen Teil des Hauptgehäuses 13. Die vorspringende Anordnung der Klemmarme 53 und 51 uirkt feder-

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artig und sorgt für ausreichende Federuirkung im Fall eines axialen Stoßes, so daß der Zylinder 47 gegen den Teil des Hauptgehäuses 13, der unmittelbar unter dem unteren Ende des Zylinders 47 sich erstreckt, durchhängen kann, ohne dabei eine solche Spannung in den feinen Drähten 49 hervorzurufen, daß etwa einer der Drähte brechen könnte.

Die pendelartige Aufhängung mittels der dünnen Drähte 49 gestattet eine seitliche Verschiebung des Zylinders 47 unter der Schwerkraft, uobei die Linsenelemente parallel zur Diode gehalten uerden. Damit wird eine selbsttätige Horizontierung innerhalb eines begrenzten Bereiches im Fall einer Kippung des Gehäuses 13 ermöglicht. Die pendelartige Aufhängung gestattet demnach der Linse 25, in eine genau senkrechte Stellung unter der Diode 23 im Fall einer geringfügigen Verschiebung oder Kippung des Gerätes 11 zu schwenken.

Der Bereich der Selbsthorizontierung ist bei der dargestellten Ausführungsform - 10 min. Dieser Bereich wird begrenzt durch den im Fünfkant-Prisma auftretenden Fehler.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Länge der Drähte 49 zwischen den Klemmarmen 51 und 53 ausreichend größer als der Brennueitenabstand zwischen der Diode 23 und 25 ist, so daß ein Ausgleich für den Elastizitätsmodul der Drähte möglich wird. Die Drahtlänge ist

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gegenüber der Brennweite um eine solche Strecke größer, die ausreicht, um den Biegewiderstand dar Orähta zu überwinden und zu ermöglichen, daQ die Linse 25 durch die Schwerkraft um die genaue Strecke bewegt wird, die erforderlich ist, um die Linse in einer genau senkrechten Lage unter der Diode zu halten.

Das Ausmaß der Selbsthorizontierung wird durch einen zweiten Zylinder 57 begrenzt. Dieser Zylinder 57 umgibt den inneren Zylinder 47 auf dem größten Teil seiner Länge; sein Innendurchmesser ist etwas größer als der Außendurchmeaser des Zylinders 47, so daß dieser in einem begrenzten Maß innerhalb des Außenzylinders 57 schwingen kann,um die Selbsthorizontierung zu ermöglichen. Der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Zylinders 47 und dem Innendurchmesser des Zylinders 57 beträgt vorzugsweise etwa 0,3 rom.

Der Innenzylinder 47 weist eine Messingbuchse 59 auf, dio die Innenfläche des Zylinders 57 berührt, falls die zur Horizontierung erforderliche Lageänderung größer als der Bereich ist, der durch die pendelartige Linsenanordnung für die selbsttägige Horizontierung vorgesehen ist. Der Zylinder 5' ist gegen den Rahmen 13 durch eine Isolation 61 isoliert, und ein Kontakt zwischen der Messingbuchse 59 und dem Zylinder erdet einen Draht 63. Die Erdung dieses Drahtes 63 schaltet

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die Spannung von der Diode 23 ab, siehe die weiter unten folgende Erläuterung zur Fig. 3.

Für dia Bewegung des inneren Zylinders 47 innerhalb des äußeren Zylinders 57 ist eine Luftdämpfung vorgesehen. Diese Dämpfung tritt aufgrund des Strömungsuiderstandes ein, der mit dem Ausgleich verbunden ist, uenn die Luft aus dem enger werdenden Zwischenraum an der Stelle, an der sich die Zylinderflächen aufeinanderzu bewegen, nach dem größer werdenden Zwischenraum zwischen den Zylinderflächen fließt, die sich voneinander fortbewegen. Uährend der verhältnismäßig geringe Zwischenraum oder der Spalt zwischen den zwei Zylindern an den Spaltenden offen ist für den Zu- oder Abfluß von Luft in den bzw. aus dem Spalt, ist die Länge des Spaltes, die durch Anordnung des einen Zylinders in dem anderen sich ergibt, groß genug, um eine merkliche Förderung der Dämpfungswirkung zu erreichen, die sich aufgrund der Luftbewegung zwischen den zwei Zylindern ergibt. Die Dämpfung beruht darauf, daß einerseits die Luft, die zwischen den sich annäherenden Flächen herausgedrückt wird, auf einen Strömungswiderstand tritt und ebenso auch die Luft, die in den Raum zwischen den sich auseinanderbewegenden Flächen einströmt. Dabei hängt die Dämpfung in dem Gerät 11 sowohl von der verhältnismäßig geringen Breite des Spaltes zwischen dem Innenzylinder 47 und dem Außenzylinder 57 und auch von der verhältnismäßig großen Länge ab, mit der der eine Zylinder sich über dem anderen erstreckt.

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Anstatt der hier beschriebenen Luftdämpfung kann auch eine magnetische Dämpfung benutzt werden.

Beim Zusammenbau des Gerätes 11 wird die Diode 23 über der Linse 25 zentriert, bevor die Diode in ihrer Lage durch die Schrauben 37 fixiert wird. Eine genaue Zentrierung durch mechanische Einstellung der Diode 23 ist jedoch schwierig. Das Gerät 11 weist eine Feinabstimmungseinstellung auf, die eine gesteuerte Verrückung des Lichtstrahles ermöglicht, der aus der Diode 23 austritt. Diese Feinabstimmungseinstellung weist eine Glasplatte 29 auf, die auf einer Trägerplatte 71 angeordnet ist. Die Trägerplatte 71 kann in zwei rechtwinklig zueinanderliegenden Richtungen durch Stellschrauben 73 und 75, siehe Fig. 2, gekippt werden. Eine festgelegte Schraube 77 bildet einen festliegenden Schwenkpunkt oder Bezugspunkt für die Platte 71 mit Bezug auf den Hauptrahmen 13. Die Platte 71 ist außerdem mit einer Reihe von Schlitzen 79 ausgebildet, die mit nicht dargestellten Blechstreifen zusammenwirken, um Führungen zu bilden, welche eine Kippbewegung der Trägerplatte 71 ermöglichen, jedoch eine Drehung der Platte 71 vermeiden.

Durch Kippung der Glasplatte 29 wird der Strahl beim Durchgang durch die Glasplatte versetzt. Das Ausmaß der Versetzung ist eine Funktion der Wellenlänge des Lichtes, der Dicke der Glasplatte und des Winkels der Glasplatte. Die

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Schrauben 73 und 75 gestatten, den Kippuinkel der Glasplatte in sehr geringem Ausmaß zu ändern, so daß sich dadurch eine Feinabstimmungseinstellung für die Versetzung des Strahles und die wirksame Zentrierung der Diode 23 mit Bezug auf die Linse 26 ergibt.

Auf der Trägerplatte 71 ist auch ein Detektor 81 angeordnet, der die Intensität des aus der Diode 23 austretenden Lichtes aufnimmt. Der Detektor 81 ist mit einer Servo-Schaltung verbunden, die ein Teil der Steuerung des Leistungsniveaus bildet, mit welcher die von der Diode abgegebene Leistung gesteuert uird, Diese Steuerung des Leistungsniveaus verhindert, daß die Diode optisch beschädigt uird, indem der Stromzufluß zur Diode begronzt uird, uenn bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gearbeitet uird. Diese Steuerung uird ueiter unten mit Bezug auf Fig. 3 ausführlich erläutert.

Die Spiegelanordnung 27 ist eine Kombination aus zuei Spiegeln, die einem Fünfkant-Prisma gleichwertig ist, das aber ebenfalls benutzt werden kann. .

Die Spiegelanordnung 27 sitzt in einem Gehäuse 83, das mittels Präzisionslager 85 drehbar innerhalb des Hauptrahmens 13 angeordnet ist. Das Lagerspiel muß im Vergleich zum Selbsthorizontierungsbereich klein sein.

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Ein Antriebsmotor 87 dreht das Gehäuse 83 durch miteinander kämmende Zahnräder 89 und 91.

Der senkrechte Strahl wird durch dan Spiegel 27 innerhalb der durch diesen gegebenen Grenzen in einen genau waagerechten Strahl abgelenkt, der über eine waagerechte Ebene verschwenkt uird, «jährend er durch schrägstehende Fenster 93 hindurchgeht. Die Fenster 93 sind so geneigt, daS irgendwelches reflektierte Licht unter einem Uinkel reflektiert wird, daß es nicht mit dem nach außen gerichteten, waagerechten Strahl interferieren kann, der für die Bezugsebene verwendet wird.

Das Nivelliergerät 11 ist so gebaut, daß es ein wasserdichtes Lampengehäuse aufweist, das alle Betriebsteile umschließt. Dadurch wird eine Kondensation von Feuchtigkeit im Inneren vermieden, die die optischen Einrichtungen des Gerätes stören könnte.

Die Fensterplatten 93 sind an ihren Verbindungsstellen außerdem so ausgebildet und gestellt, daß mit Bezug auf die Pfosten 94, Fig. 1, der Strahl über jeden Pfosten hinaus um einen vollen Uinkel von 360 geschwenkt werden kann, ohne daß sich auf dem entfernt liegenden Zielpunkt oder Strahldetektor eine Verminderung in der Beaufschlagung oder ein blinder Fleck ergibt, Diese Konstruktion ist grundsätzlich die gleiche wie mit Bezug auf die Fig. 9-11 des US-Patentes 4 062 634 beschrieben.

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Die elektrische Kraft für das Instrument 11 liefert ein Batteriesatz 95. Der Batteriesatz 95 bildet einen verhältnismäßig leichten Netzteil, da für die Selbsthorizontierung keine Servomotoren erforderlich sind. Außerdem ist der Batteriesatz 95 uiederaufladbar. Der abgeschlossene, leichte Batteriesatz gestattet, daß das Instrument 11 von Hand durch eins Person getragen und im Feld ohne zusätzliche Krafteinheit oder andere Ausrüstungsteile benutzt werden kann.

Ein Ein-Aus-Schalter 97 verbindet die im Blockdiagramm in Fig. 3 gezeigte elektrische Schaltung mit dem Batteriesatz 95. Uie Fig. 3 zeigt, sind verschiedene Bedingungen vorgesehen, unter denen die Spannung vom Diodenlaser 23 abgeschaltet werden kann. Zu diesen Bedingungen gehört die Abschaltung 63 aufgrund von Fehlhorizontierung, uenn der innere Zylinder 47 den äußeren Zylinder 57 berührt, weil das Gerät 11 aas dem Bereich der selbsttätigen Horizcntierung herausgekippt ist.

Eine bei geringer Drehgeschwindigkeit eintretende Abschaltung 99 sorgt dafür, die Spannung vom Diodenlaser 23 abzuschalten, falls der Drehspiegel 27 überhaupt nicht oder nicht schnell genug dreht, so daß damit verhindert wird, daß der Strahl die aus Sicherheitsgründen gesetzte Grenze für die Leistungsdichte des Lasers überschreitet.

Der Detektor 81 für die Lichtaustrittsleistung ist einer

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Leistungshöhensteuerung oder einem Diodentreiber 103 zugeordnet, um den der Laserdiode 23 zugeführten Strom zu verringern, falls die Lichtabgabe der Diode 23 ein bestimmtes Maximum übersteigt.

Ein Temperaturfühler, ein thermoelektrischer Kühler sowie eine Abschaltung bei hoher Temperatur können vorgesehen werden, um einen Schaden an der Diode 23 zu verhindern, der bei Betrieb auf zu hohem Temperaturniveau durch Diffusion auftreten könnte. Diese Komponenten sind jedoch nicht unbedingt erforderlich und deshalb in Fig. 3 nicht dargestellt. Der Lichtabgabedetektor 81 und die Leistungshöhensteuerung 103 verhindern einen optischen Schaden an der Diode 23, der entstehen könnte, uenn bei zu niedrigen Temperaturen zu hohe Energie erzeugt wird.

Die elektrische Schaltung, siehe Fig. 3, enthält auch einen Antriebsmotor 107 für die Drehbewegung, einen Zustandsanzeiger 109 und einen Niederspannungsdetektor 111.

Wesentlich für den Betrieb des Laser-Nivelliergerätes 11 ist die pendelartig angeordnete Sammellinse 25, die das von der Diode 23 abgegebene, rasch divergierende Laserlicht parallel richtet und den parallelisierten Lichtstrahl genau senkrecht nach unten auf den drehbaren Spiegel 27 richtet, der dann den

Strahl um 90 ablenkt und den abgelenkten Strahl über eine gena

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waagerechte Ebene innerhalb des Selbsteinstellungsbereiches des Gerätes 11 schwenkt. Die kippbare Glasplatte 29 ermöglicht eine Feinabstimmung, um eine genau bemessene, seitliche Absetzung des Strahles in zwei rechtwinklig zueinanderliegenden Richtungen und damit eine genaue Einstellung der optischen Zentrierung der Laserdiode mit Bezug auf die Linse 25 zu ermöglichen.

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L e e r s e i t e

Claims

29U408 Patentansprüche

1. lLeseretrahl-Nivellierinstrument mit einer Laserlicht erzeugenden Quelle einschließlich Mitteln zur Erzeugung eines Laserstrahles und mit einer Drehspiegelanordnung, mit der der Laserstrahl in die Waagerechte umlenkbar und in einer waagerechten Ebene verschwenkbar ist, gekennzeichnet durch eine Festkörperlichtquelle (23) und eine ihr zugeordnete K'ollimationsvorrichtung (25) für die Zusammenfassung des aus der Festkörperlichtquelle kommenden, rasch divergierenden Lichtstrahls und dessen genau senkrecht nach unten auf die Drehspiegelanordnung (27) gehende Ausrichtung.

2. Nivellierinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine unter der Festkörperlichtquelle (23) im Brennueitenabstand angeordnete Sammellinse (25).

3. Nivellierinstrument nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Pendelaufhängung (29, 51, 53) der Sammellinse (25).

4. Nivellierinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daQ die Sammellinse (25) unter der Festkörperlichtquelle (23) an einer Mehrzahl von dünnen Drähten (49) aufgehängt ist, deren Aufhängungslänge größer als der Brennueitenabstand zwischen der Sammellinse (25) und

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der Festkörperlichtquelle (23) ist.

5. Nivellierinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daG die Sammellinse (25) in einer Buchse (47) angeordnet ist und die Drahtaufhängung (49, 51, 53) in Längserstreckung der Drähte (49) wirkende Federmittel (51, 53) enthält.

6. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Feineinstellvorrichtung (29, 71, 73, 75), die zur gesteuerten Versetzung des Lichtstrahles zwischen der Festkörperlichtquelle (23) und der Sammellinse (25) angeordnet ist.

7. Nivellierinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feineinstellvorrichtung eine zwischen der Festkörperlichtquelle (23) und der Sammellinse (25) angeordnete Glasplatte (29) aufweist, die in einem Träger (71) sitzt, der mit zwei Stellschrauben (73, 75) in zwei rechtwinklig zueinander gehenden Richtungen kippbar iet.

8. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung (47, 57) für die Schuingungsbeuegung der pendelartig aufgehängten Sammellinse (25).

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9. Nivellierinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung einen die Sammellinse (25) haltenden, ersten, inneren Zylinder (47) und einen zueiten, äußeren Zylinder (57) aufweist, der den ersten Zylinder mit einem engen Luftspalt umgibt.

10. Nivellierinstrument nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Spaltbreite zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder (47, 57) im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 mm, bezogen auf eine zentrische Anordnung des inneren im äußeren Zylinder.

11. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperlichtquelle eins infrarotes Laserlicht erzeugende Diode (23) ist.

12. Nivellierinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung für die Erregung der Diode (23) eine die Leistungsdichte begrenzende Vorrichtung (99) aufweist, welche die Drehgeschwindigkeit der Drehspiegelanordnung (27) abtastet und in Abhängigkeit davon bei Unterschreitung einer Minimumgeschwindigkeit die Stromzufuhr zur Diode abschaltet.

13. Nivellierinstrument nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen Detektor (81) aufweist, der die von der Diode abgegebene Lichtmenge wahrnimmt und dem eine Servo-Schaltung (103)

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zugeordnet ist, uelche die Stromzuführung zur Diode verringert, uenn das von der Diode abgegebene Licht ein vorgewähltes Maximum überschreitet.

14. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (23) an einem Gehäuse (31) angeordnet ist, dem ein Temperaturfühler züge- *' ordnet ist, der die Energiezufuhr zur Diode bei Erreichung einer vorbestimmten Maximal temperatur abschaltet.

15. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (63), die die Energiezufuhr zur Diode (23) in Abhängigkeit davon abschaltet, daß die Sammellinse (25) aus dem Bereich der Selbsthorizontierung herausschuingt.

16. Nivellierinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle Betriebsteile in einem wasserdicht abgeschlossenen Gehäuse (13) angeordnet sind mit Ausnahme eines abgeschlossenen, aufladbaren Batteriesatzes (95), der an dem Gehäuse als Teil des Instrumentes (11) angeordnet ist.

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