DE2944408C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserstrahl-Nivellierinstrument nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nivellierinstrumente dieser Art werden z. B. für Vermes­ sungs- und Bauzwecke verwendet. Sie arbeiten so, daß ein im Gerät erzeugter Laserstrahl in eine waagerechte Ebene ver­ schwenkt wird, um eine waagerechte Ebene festzulegen. Als Lichtquelle werden vielfach röhrenartige Gaslaser benutzt. Der Ausgangsstrahl des Gaslasers wird gewöhnlich senkrecht ausgerichtet und dann durch Drehköpfe in die Waagerechte ab­ gelenkt, und in einer waagerechten Ebene verschwenkt.

Ein Laser-Nivellierinstrument muß ein bestimmtes Maß an selbsttätiger Horizontierung ermöglichen, um den Strahl nach Aufstellung und Einschaltung des Instrumentes in einer waage­ rechten Ebene zu halten. Das Stativ oder das Untergestell, auf dem das Gerät im Feld steht, kann außerdem angestoßen oder auf andere Weise veranlaßt werden, während der Meßarbei­ ten geringfügig zu schwanken; durch eine selbsttätige Hori­ zontierung erübrigt es sich dann, bei einer solchen Störung jedes Mal die Horizontierung von Hand nachzustellen.

Durch eine selbsttätige Horizontierung kann das Gerät an­ fänglich auch schneller aufgestellt werden, da Präzisions­ einstellungen dann nicht erforderlich sind.

Helium-Neon-Laser, die als Lichtquelle in den bekannten Laser-Nivelliergeräten benutzt werden, sind verhältnismäßig groß, so daß dementsprechend die bekannten Laser-Nivellier­ geräte verhältnismäßig große und schwere Instrumente mit Servomotoren und großen Netzteilen oder Energiequellen für die Versorgung der Plasmaröhre und für die gewünschte selbst­ tätige 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.

Ein aus dem DE-GM 73 09 229 bekanntes Laserstrahl-Nivellier­ instrument weist eine im unteren Teil des Gerätes angeordne­ te relativ großvolumige Laserquelle auf, die als Gaslaser ausgebildet ist und deren Strahlrichtung vertikal nach oben gerichtet ist. Oberhalb des Gaslasers befindet sich eine Linsenanordnung, die aus zwei Teilen besteht, wobei ein Lin­ senteil sich fest im Gehäuse befindet und ein zweiter Lin­ senteil ein Stück oberhalb des Austrittsebene des Laser­ strahls aus dem Laser angeordnet ist. Das untere Linsen­ teil ist an mehreren Drähten aufgehängt, die bei Verkippen des Gerätes eine seitliche Bewegung des unteren Linsenteils ermöglichen. Oberhalb des oberen Linsenteils befindet sich eine Drehspiegelanordnung, die eine 90°-Umlenkung des auf­ treffenden Laserstrahls in eine horizontale Ebene bewirkt.

Das optische System dieser bekannten Einrichtung ist jedoch nicht in der Lage, Kippfehler des Gerätes zu kompensieren. Da das unere Teillinsensystem eine Sammellinse ist, wird ein außermittig in die Sammellinse eintretender Strahl in der Brennebene gebündelt, die gleichfalls die Brennebene der oberen Linse ist. Der dann aus der oberen Linse aus­ tretende Lichtstrahl verläuft jedoch nicht parallel zur Vertikalen, sondern ausschließlich parallel zur Achse des aus dem Laser austretenden Laserstrahls. Ein Kippfehler α der Einrichtung kann daher auf diese Weise nicht ausgeglichen werden.

Dieses bekannte Gerät ist im übrigen aufgrund der Verwendung eines Gaslasers im Vergleich zum erfindungsgemäß verwendeten Halbleiterlaser sehr voluminös und daher für ein Nivellier­ instrument, das z. B. auf Baustellen eingesetzt wird, sehr unhandlich. Es ist außerdem ein erheblicher Aufwand zu trei­ ben, um einen Gaslaser mit ausreichender Energie zu versorgen.

Aus der US-PS 37 71 876 ist ein Nivellierinstrument bekannt, bei welchem die Laseranordnung selbst in einem kardanischen Gelenk aufgehängt ist.

Dadurch, daß die gesamte Laseranordnung kardanisch aufgehängt ist, ist eine relativ steife Aufhängung erforderlich, um das Gerät erschütterungsfrei machen zu können. Um einen Kippfehler vollkommen ausgleichen zu können, müßte die Aufhängung jedoch extrem weich ausgebildet sein bei gleichzeitig großem Gewicht der angehängten Laseranordnung. Diese Forderungen beeinflus­ sen jedoch erheblich die Handhabbarkeit des Gerätes.

Dieser Stand der Technik verwendet ebenso einen Gaslaser, der relativ voluminös ist. Die kurze Aufhängung des Lasersystems ermöglicht nur einen sehr kleinen Winkel, der bei ausreichen­ der Empfindlichkeit kompensierbar ist. Aufgrund der Größe des aufgehängten Systems sind auch aufwendige Dämpfungseinrich­ tungen zur Unterdrückung von Schwingungen des aufhängten Systems erforderlich. Es ist ferner erforderlich, die Energie­ zufuhrleitungen entweder über die Aufhängung selbst oder über getrennte Drähte zu führen, wodurch sich weitere Fehler ein­ schleichen können.

Ausgehend von dem DE-GM 73 09 229 liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, ein leichtes, tragbares Laserstrahl-Nivellier­ instrument zu schaffen, das innerhalb eines großen Kippbe­ reiches eine selbsttätige Horizontierung bei hoher Empfind­ lichkeit und Genauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Laser-Nivelliergerät verzichtet auf Plasmaröhren und elektrische Servomotoren und die dadurch erforderlichen großen Netzteile der bekannten Laser-Nivel­ liergeräte; stattdessen wird durch Verwendung einer Festkör­ per-Lichtquelle ein wesentlich leichteres Instrument geschaf­ fen, dessen Leistungsfähigkeit gegenüber bisher üblichen Ge­ räten keinesfalls verringert ist.

Eine pendelartig angeordnete Sammellinse, die unter der Fest­ körper-Lichtquelle mittels einer mechanischen leichten Auf­ hängung angeordnet ist, ermöglicht in einem begrenzten Be­ reich eine selbsttätige Horizontierung, ohne daß die leichte, kompakte Konstruktion damit aufgegeben wurde.

Der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Gerätes ist ver­ hältnismäßig klein, so daß das Instrument einschl. einem ab­ geschlossenen 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 austre­ tende Lichtstrahl, der rasch divergiert, wird durch die im Brennweitenabstand 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 Laserstrahl-Quelle aufgehängt, so daß die Linse sich unter dem Einfluß der Schwerkraft im Falle einer gering­ fügigen Verschiebung oder Kippung der Gesamtanordnung nach Arbeitsbeginn in eine genau vertikal unter der Diode befind­ lichen Lage bewegt. Diese besondere Aufhängung ermöglicht außerdem, daß eine genaue Horizontierung bei der anfäng­ lichen Aufstellung des Gerätes nicht erforderlich ist. Uner­ wünschte Schwingungen der Pendel-Linse werden durch eine Luft- oder Magnet-Dämpfung unterdrückt.

Zwischen der Diode und der Linse kann vorzugsweise eine Glasplatte eingefügt sein, die auf einem Träger angeordnet ist, der in zwei rechtwinklig zueinander liegenden Richtun­ gen kippbar ist, so daß damit eine Feineinstellung der op­ tischen Zentrieung der Linse mit Bezug auf die Diode ermög­ licht wird. Das Laser-Nivelliergerät kann damit im Feld und auch anfänglich beim Zusammenbau leicht justiert werden.

Das Laserstrahl-Nivellierinstrument nach der Erfindung ist vorzugsweise 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 vorzugsweise in einem wasserdichten Lampengehäuse un­ tergebracht und ein aufladbarer Batteriesatz ist als integra­ ler Teil des Gerätes in dem Instrument mit eingebaut. Die Batterie ist nicht in dem wasserdichten Teil mit unterge­ bracht und kann zur Aufladung herausgenommen werden.

Die elektrische Steuerschaltung des Gerätes weist vorzugs­ weise eine Anzahl von Sicherheitsmerkmalen auf. Der Laser wird selbsttätig abgeschaltet, falls das Gerät über den Bereich der selbsttätigen Horizontierung hinaus gekippt wird. Auch wird die Energiezufuhr zur Diode selbsttätig ab­ geschaltet, falls das drehbare Fünfkant-Prisma oder die ent­ sprechende 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. Ei­ ne Hochtemperatur-Abschaltung kann ebenfalls in der elek­ trischen Steuerschaltung vorgesehen sein, die die Tempera­ tur der Diode abtastet und die Energiezufuhr abschaltet, wenn die Temperatur der Diode in einen Bereich steigt, in dem die Lebensdauer der Diode durch Diffusion beeinträch­ tigt wird.

Die Steuerschaltung enthält vorzugsweise auch einen Licht­ austrittsdetektor, der die Lichtabgabe der Diode wahrnimmt und mittels einer Servoschaltung die Verringerung des zur Diode fließenden Stromes bewirkt, um eine konstante Lei­ stungsabgabe für die Abtastung zu ermöglichen und dadurch die Lebensdauer der Einrichtung zu verbessern und einen optischen Schaden an der Diode zu vermeiden.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispiels­ weise erläutert und dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines die Erfindung ver­ körpernden Laser-Nivellierinstruments, das teilweise entlang der Linie 1-1 der Fig. 2 auf­ geschnitten 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 Instru­ ment 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 Gewindebohrung 19 versehen, mit der die Platte auf einer entsprechenden Schraube des Dreifußes auf­ geschraubt wird. Von Hand einstellbare Schrauben er­ möglichen die anfängliche Einstellung, mit der das In­ strument 11 in den Bereich der selbsttätigen Horizon­ tierung gebracht wird. In Verbindung mit der Einstellung der Schrauben 21 werden Blasenlibellen 22 benutzt, um das Gerät 11 in den Bereich der selbsttätigen Horizontierung zu bringen.

Zu den Hauptkomponenten im optischen Weg des Gerätes 11 ge­ hört eine Festkörperübergangsschicht 23, eine pendelartige Sammellinse 25, Drehspiegel 27 und eine Glasplatte 29, die für die Feineinstellung gekippt werden 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 Selbsthorizontierungsbereiches derart, daß die opti­ schen Elemente der Linsenanordnung genau und richtig unter der Trennschicht 23 liegen. Die Linse richtet dadurch den parallelisierten Lichtstrahl in eine genau senkrechte Richtung.

Die Drehspiegel 27 lenken den senkrecht gerichteten Licht­ strahl 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 zwei Spiegeln ergeben.

Das Licht in dieser waagerechten Ebene wird durch Detektoren wahrgenommen, die auf Zielvorrichtungen oder Peillatten an­ geordnet sind. Diese sind in den Zeichnungen nicht mit dar­ gestellt, aber an sich bekannt.

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

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Festkörperüber­ gangsschicht 23 eine Diode und erzeugt eine elektro-magne­ tische Strahlung, die sichtbar ist und infrarotes Licht enthält. Die Diode selbst ist ein Plättchen von etwa 2 µ hoch und etwa 10 bis 15 µ lang und erscheint daher als Schlitz der Bodenfläche eines Gehäuses 31, an dem die Diode angeordnet ist.

In dieser speziellen Ausführungsform erzeugt die Diode unge­ fähr zwei bis vier mw Licht, das kegelförmig abgestrahlt mit einem Winkel von etwa 90° in einer Richtung und etwa 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 31 abgetasteten Temperatur eingeschaltet wird. 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 seitlich Stellung eingestellt werden kann, um eine Zentrierung der Diode mit Bezug auf die Linse 25 zu ermöglichen. Die Platte 35 wird dann mit Feststellschrauben 37 in der eingestellten Lage fixiert. Die Platte 35 wird in der fixierten Lage mit Bezug auf den Hauptrahmen 13 durch einen damit verbundenen Teil­ rahmen 39 gehalten.

Die Sammellinse 25 hat einen Aufnahmewinkel von etwa 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 Gewinde 43, 45 ermöglichen, den Abstand zwischen der Linse 25 und der Diode 23 zu ver­ ändern. Bei Benutzung des Gerätes 11 wird die Linse 25 durch Drehung der Buchse 41 auf die Brennweite der Linse mit Bezug auf die Diode 23 gestellt. Dadurch wird die Diode und das von ihr emittierte Licht auf der entgegengesetzten, nach unten gerichteten Seite der Linse 25 nahezu im Unendlichen abge­ bildet und damit der aus der Sammellinse 25 austretende Licht­ strahl im wesentlichen parallelisiert.

Der Zylinder 47 ist so aufgehängt, daß damit eine Pendel­ anordnung für die Linse 25 innerhalb des Bereiches der selbsttätigen Horizontierung des Gerätes 11 geschaffen wird. Die Aufhängung des Zylinders 47 weist 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 wird der Draht 49 mit einer Schraube 55 eingespannt. Die Klemmarme 53 springen vom Teilrahmen 39 vor, an dem sie durch Kopfschrauben 56 be­ festigt sind.

Das untere Ende des Zylinders 47 hängt in geringem Abstand über einem zugehörigen Teil des Hauptgehäuses 13. Die vor­ springende Anordnung der Klemmarme 53 und 51 wirkt feder­ artig und sorgt für ausreichende Federwirkung 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 ge­ stattet eine seitliche Verschiebung des Zylinders 47 unter der Schwerkraft, wobei die Linsenelemente parallel zu Diode gehalten werden. Damit wird eine selbsttätige Horizontierung innerhalb eines begrenzten Bereiches im Fall einer Kippung des Gehäuses 13 ermöglicht. Die pendelartige Aufhängung ge­ stattet demnach der Linse 25, in eine genau senkrechte Stel­ lung unter der Diode 23 im Fall einer geringfügigen Ver­ schiebung oder Kippung des Gerätes 11 zu schwenken.

Der Bereich der Selbsthorizontierung ist bei der darge­ stellten Ausführungsform ±10 min. Dieser Bereich wird be­ grenzt 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 Brennweitenabstand zwischen der Diode 23 und 25 ist, so daß ein Ausgleich für den Elasti­ zitätsmodul der Drähte möglich wird. Die Drahtlänge ist gegenüber der Brennweite um eine solche Strecke größer, die ausreicht, um die Biegewiderstand der Drähte zu über­ winden und zu ermöglichen, daß die Linse 25 durch die Schwer­ kraft 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 Innen­ durchmesser ist etwas größer als der Außendurchmesser des Zylinders 47, so daß dieser in einem begrenzten Maß inner­ halb des Außenzylinders 57 schwingen kann, um die Selbst­ horizontierung zu ermöglichen. Der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Zylinders 47 und dem Innendurch­ messer des Zylinders 57 beträgt vorzugsweise etwa 0,3 mm.

Der Innenzylinder 47 weist eine Messingbuchse 59 auf, die die Innenfläche des Zylinders 57 berührt, falls die zur Horizontierung erforderliche Lageänderung größer als der Bereich ist, der durch die pendelartige Linsenanordnung für die selbsttätige Horizontierung vorgesehen ist. Der Zylinder 57 ist gegen den Rahmen 13 durch eine Isolation 61 isoliert, und ein Kontakt zwischen der Messingbuchse 59 und dem Zylinder 57 erdet einen Draht 63. Die Erdung dieses Drahtes 63 schaltet die Spannung von der Diode 23 ab, siehe die weiter unten folgende Erläuterung zur Fig. 3.

Für die Bewegung des inneren Zylinders 47 innerhalb des äußeren Zylinders 57 ist eine Luftdämpfung vorgesehen. Diese Dämpfung tritt aufgrund des Strömungswiderstandes ein, der mit dem Ausgleich verbunden ist, wenn die Luft aus dem enger werdenden Zwischenraum an der Stelle, an der sich die Zy­ linderflächen aufeinanderzu bewegen, nach dem größer wer­ denen Zwischenraum zwischen den Zylinderflächen fließt, die sich voneinander fortbewegen. Während der verhältnis­ mäßig geringe Zwischenraum oder der Spalt zwischen den zwei Zylindern an den Spaltenden offen ist für den Zu- oder Ab­ fluß 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 annähernden 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 Zy­ linder sich über dem anderen erstreckt.

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 fixert 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 Feinabstimmungsein­ stellung weist eine Glasplatte 29 auf, die auf einer Träger­ platte 71 angeordnet ist. Die Trägerplatte 71 kann in zwei rechtwinklig zueinanderliegenden Richtungen durch Stell­ schrauben 73 und 75, siehe Fig. 2, gekippt werden. Eine festgelegte Schraube 77 bildet einen festliegenden Schwenk­ punkt 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 Blech­ streifen 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 Durch­ gang durch die Glasplatte versetzt. Das Ausmaß der Ver­ setzung ist eine Funktion der Wellenlänge des Lichtes, der Dicke der Glasplatte und des Winkels der Glasplatte. Die Schrauben 73 und 75 gestatten, den Kippwinkel 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 ver­ bunden, die ein Teil der Steuerung des Leistungsniveaus bildet, mit welcher die von der Diode abgegebene Leistung gesteuert wird. Diese Steuerung des Leistungsniveaus verhindert, daß die Diode optisch beschädigt wird, indem der Stromzufluß zur Diode be­ grenzt wird, wenn bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gearbeitet wird. Diese Steuerung wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 3 ausführlich erläutert.

Die Spiegelanordnung 27 ist eine Kombination aus zwei 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 ange­ ordnet ist. Das Lagerspiel muß im Vergleich zum Selbsthorizon­ tierungsbereich klein sein.

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

Der senkrechte Strahl wird durch den Spiegel 27 innerhalb der durch diesen gegebenen Grenzen in einen genau waagerechten Strahl abgelenkt, der über eine waagerechte Ebene verschwenkt wird, während er durch schrägstehende Fenster 93 hindurchgeht. Die Fenster 93 sind so geneigt, daß irgendwelches reflektierte Licht unter einem Winkel 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 außer­ dem so ausgebildet und gestellt, daß mit Bezug auf die Pfosen 94, Fig. 1, der Strahl über jeden Pfosten hinaus um einen vollen Winkel 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 40 62 634 beschrieben.

Die elektrische Kraft für das Instrument 11 liefert ein Batteriesatz 95. Der Batteriesatz 95 bildet einen verhält­ nismäßig kleinen Netzteil, da für die Selbsthorizontierung keine Servomotoren erforderlich sind. Außerdem ist der Batte­ riesatz 95 wiederaufladbar. Der abgeschlossene, leichte Batterie­ satz gestattet, daß das Instrument 11 von Hand durch eine 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. Wie 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, wenn der innere Zylinder 47 den äußeren Zylinder 57 berührt, weil das Gerät 11 aus dem Bereich der selbsttätigen Horizontierung 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 Leistungs­ dichte des Lasers überschreitet.

Der Detektor 81 für die Lichtaustrittsleistung ist einer Leistungshöhensteuerung oder einem Diodentreiber 103 zugeordnet, um den der Laserdiode 23 zugeführten Strom zu verringern, falls die Lichtabgabe der Diode 23 ein be­ stimmtes 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 unbe­ dingt 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, wenn bei zu niedrigen Temperaturen zu hohe Energie erzeugt wird.

Die elektrische Schaltung, siehe Fig. 3, enthält auch einen Antriebsmotor 107 für die Drehbewegung, einen Zustandsan­ zeiger 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 genau waagerechte Ebene innerhalb des Selbsteinstellungsbereiches des Gerätes 11 schwenkt. Die kippbare Glasplatte 29 ermög­ licht eine Feinabstimmng, um eine genau bemessene, seitliche Absetzung der Strahles in zwei rechtwinklig zueinanderliegenden Richtungen und damit eine genaue Einstellung der optischen Zen­ trierung der Laserdiode mit Bezug auf die Linse 25 zu ermöglichen.

Claims (11)

1. Laserstrahl-Nivellierinstrument mit einem abgeschlos­ senen Gehäuse, in dem eine vertikal angeordnete La­ serstrahl-Quelle dem Gehäuse fest zugeordnet ist und bei dem der erzeugte Laserstrahl durch eine hängend angeordnete Fokussieranordnung hindurchgeleitet und über eine im wesentlichen in Achsrichtung des Laser­ strahls liegende Drehspiegelanordnung in eine hori­ zontale Ebene umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlquelle (23) ein vertikal nach unten ge­ richteter Festkörperlaser zur Erzeugung eines diver­ gierenden Laserstrahls ist, daß die Fokussieranord­ nung eine Sammellinsenanordnung (25) ist, die im Brennpunkt­ abstand unterhalb der Laserstrahlquelle (23) angeordnet ist, und daß die Aufhängung der Fokussieranordnung durch eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten, dünnen Drähten gebildet ist, deren Länge zur Kompen­ sation der Steifheit der Drähte größer als die Brenn­ weite der Fokussieranordnung gewählt ist.

2. Laserstrahl-Nivellierinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinsenanordnung (25) in eine Linsenhalterung eingesetzt ist, die in einer an den Drähten aufgehängten Hülse aufgenommen ist, und daß der Abstand der Sammel-Linsenanordnung (25) von der La­ serstrahlquelle (23) einstellbar ist.

3. Laserstrahl-Nivellierinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Laserlicht­ quelle und der Sammellinse (25) eine in einen Träger (71) einge­ setzte Glasplatte (29) vorgesehen ist, und daß der Träger (71) in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Richtungen kippbar ist.

4. Instrument nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungseinrichtung einen die Sammellinsenanordnung (25) haltenden, ersten, in­ neren Zylinder (47) und einen zweiten, äußeren Zylin­ der (57) aufweist, der den ersten Zylinder mit einem engen Luftspalt umgibt.

5. Instrument nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Spaltbreite zwischen dem inneren und dem äußeren Zylin­ der (47, 57) im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 mm, bezogen auf eine zentrische Anordnung des inneren im äußeren Zy­ linder.

6. Instrument nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Festkörperlichtquelle eine ein infrarotes Laserlicht erzeugende Diode (23) ist.

7. Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltvorrichtung für die Erregung der Diode (23) eine die Leistungsdichte begrenzende Vorrichtung (99) aufweist, welche die Drehgeschwindigkeit der Drehspiegel­ anordnung (27) abtastet und in Abhängigkeit davon bei Un­ terschreitung einer Minimalgeschwindigkeit die Stromzufuhr zur Diode abschaltet.

8. Instrument nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen Detektor (81) aufweist, der die von der Diode abgegebene Lichtmenge feststellt, dem eine Servo-Schaltung (103) zugeordnet ist, welche die Stromzufuhr zur Diode verringert, wenn das von der Diode abgegebene Licht ein vorgewähltes Maximum überschreitet.

9. Instrument nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Diode (23) an einem Gehäuse (31) angeordnet ist, dem ein Temperaturfühler zugeordnet ist, der die Energiezufuhr zur Diode bei Erreichung einer vor­ bestimmten Maximaltemperatur abschaltet.

10. Instrument nach einem der Ansprüche 6-9, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung (63), die die Energiezufuhr zur Diode (23) in Abhängigkeit davon abschaltet, daß die Sammellinse (25) aus dem Bereich der Selbsthorizontierung herausschwingt.

11. Instrument nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Betriebsteile in einem wasserdicht ab­ geschlossenen Gehäuse (13) angeordnet sind mit Ausnahme eines abgeschlossenen, aufladbaren Batteriesatzes (95), der an dem Gehäuse als Teil des Instrumentes (11) ange­ ordnet ist.