DE29501464U1

DE29501464U1 - Leveling device

Info

Publication number: DE29501464U1
Application number: DE29501464U
Authority: DE
Original assignee: Mayer & Wonisch & Co KG GmbH
Current assignee: Mayer & Wonisch & Co KG GmbH
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2005-02-01

Description

NivelliereinrichtungLeveling device

Die Erfindung betrifft eine Nivelliereinrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The invention relates to a leveling device according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 36 01 179 C2 ist ein gattungsgemäßes Nivelliersystem mit einem rotierenden Laserstrahl bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung trifft der rotierende Laserstrahl auf eine im Abstand aufgestellte Meßlatte, die an der dem Laserstrahl zugewandten Oberfläche optoelektronische Elemente, beispielsweise lichtempfindliche Halbleiterelemente besitzt. Die Halbleiterelemente sind in einer Reihe übereinander angeordnet. Jedes solcher Halbleiterelemente kann einzeln oder in Verbindung mit einem benachbarten Element einen Höhenwert markieren. Die Meßgenauigkeit hängt im Regelfall davon ab, wie eng die optoelektronischen Elemente übereinander angeordnet sind. Bei einem gewählten Abstand von 0,5 cm beträgt auch die Auflösung des Nivelliersystems 0,5 cm.A generic leveling system with a rotating laser beam is known from DE 36 01 179 C2. In this known device, the rotating laser beam hits a measuring rod that is set up at a distance and has optoelectronic elements, for example light-sensitive semiconductor elements, on the surface facing the laser beam. The semiconductor elements are arranged one above the other in a row. Each of these semiconductor elements can mark a height value individually or in conjunction with an adjacent element. The measurement accuracy usually depends on how closely the optoelectronic elements are arranged one above the other. If a selected distance of 0.5 cm is selected, the resolution of the leveling system is also 0.5 cm.

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Um noch höhere Meßgenauigkeiten zu erzielen, wird es nach der genannten Veröffentlichung vorgesehen, den Laserstrahl gleichförmig in der Höhe zu verändern, so daß er symmetrisch um einen mittleren Höhenwert oszilliert. Alternativ könnte eine entsprechende Höhenvariation an der Meßlatte oder am Laserstrahl und der Meßlatte durchgeführt werden. Während eines MeßzyklusIn order to achieve even greater measurement accuracy, the publication in question proposes to change the height of the laser beam uniformly so that it oscillates symmetrically around a mean height value. Alternatively, a corresponding height variation could be carried out on the measuring rod or on the laser beam and the measuring rod. During a measuring cycle

wird der Laserstrahl gleichmäßig einmal zwischen einem oberen und einem unteren Höhenwert in der Höhe verändert. Dabei wird dann eine Vielzahl von Höhenmessungen durchgeführt, deren einzelne Meßwerte in einer Auswertesehaltung zur Bestimmng des arithmetischen Mittels verwendet werden. Die Amplitude der Höhenvariation muß bei diesem Nivellierverfahren zumindest dem Abstand zweier übereinander angeordneter optoelektronischer Elemente entsprechen.the laser beam is evenly changed in height between an upper and a lower height value. A large number of height measurements are then carried out, the individual measured values of which are used in an evaluation setting to determine the arithmetic mean. The amplitude of the height variation in this leveling method must correspond at least to the distance between two optoelectronic elements arranged one above the other.

Mit der vorgeschilderten bekannten Einrichtung sind mit einem brauchbaren technischen Aufwand gegenüber herkömmlichen Nivelliersystemen enger tolerierte Meßergebnisse zu erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei vielen Anwendungen im Baubereich, beispielsweise dem Abhängen einer Decke oder dem Verlegen eines Estrichbodens, bereits die normal erzielbare Meßgenauigkeit hinderlich ist. Bei solchen Anwendungen wird nämlich der Empfänger für den rotierenden Laserstrahl einfach an einer Meßlatte befestigt oder gar freihändig gehalten, um in einem Raum rundum eine gleiche Höhe abzustecken. Für solche Anwendungsfälle wird ein sogenannter Grobbereich mit einer Meßgenauigkeit von etwa 5 mm bis 10 mm benötigt, was mit den herkömmlichen Nivelliersystemen technisch zufriedenstellend nicht gelöst ist.With the known device described above, it is possible to achieve measurement results with a tighter tolerance than conventional leveling systems with a reasonable level of technical effort. However, it has been found that for many applications in the construction sector, for example when hanging a ceiling or laying a screed floor, even the normally achievable measurement accuracy is a hindrance. In such applications, the receiver for the rotating laser beam is simply attached to a measuring rod or even held freehand in order to mark out an equal height all around a room. For such applications, a so-called coarse range with a measurement accuracy of around 5 mm to 10 mm is required, which cannot be solved satisfactorily with conventional leveling systems.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Nivelliereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die Forderung nach einem Grobbereich der Meßgenauigkeit technisch einfach erfüllt wird.It is therefore the object of the invention to create a leveling device of the type mentioned at the outset, with which the requirement for a coarse range of measuring accuracy is met in a technically simple manner.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfinderische Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Inventive developments and refinements can be found in subclaims 2 to 9.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles geschildert.The advantages of the solution according to the invention are described below using an exemplary embodiment.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. ES zeigen:An example of the invention is shown in the drawing. It shows:

Figur 1 das Nivelliersystem in Anwendung in einem perspektivisch dargestellten Raum undFigure 1 the leveling system in use in a perspective room and

Figur 2 den Empfänger des Nivelliersystems nach Figur 1.Figure 2 shows the receiver of the leveling system according to Figure 1.

Das vereinfacht dargestellte Nivelliersystem 1 nach Figur 1 zeigt eine Nivelliereinrichtung 2 mit einem rotierenden Laserstrahl 4, der aus einer Optikeinheit 5 mit Winkelprisma 6 eines Laserstrahlerzeugers 3 austritt. Der Laserstrahlerzeuger 3 befindet sich in einem Gehäuse 7 der Nivelliereinrichtung 2, in welches ferner ein Elektromotor 8 eingesetzt ist, der mittels einem Riemengetriebe 9 auf das Winkelprisma 6 wirkt und dieses in eine Drehbewegung um die Achse 10 versetzt. Das Gehäuse 7 steht auf einer Basiseinheit 11 in Form eines Nivelliertellers auf und ist auf dieser justiert und lösbar fixiert.The simplified leveling system 1 according to Figure 1 shows a leveling device 2 with a rotating laser beam 4 that emerges from an optical unit 5 with an angle prism 6 of a laser beam generator 3. The laser beam generator 3 is located in a housing 7 of the leveling device 2, in which an electric motor 8 is also inserted, which acts on the angle prism 6 by means of a belt drive 9 and causes it to rotate about the axis 10. The housing 7 stands on a base unit 11 in the form of a leveling plate and is adjusted and releasably fixed to it.

Bei der oben geschilderten und in Figur l gezeigten Nivelliereinrichtung 2 handelt es sich im wesentlichen um die in dem Gebrauchsmuster Nr. G 94 18 040 beschriebene Einrichtung. Jedoch sind auch andere aus dem Stand der Technik und aus der Praxis bekannte Nivelliereinrichtungen mit rotierendem Laserstrahl 4 einsetzbar.The leveling device 2 described above and shown in Figure 1 is essentially the device described in the utility model no. G 94 18 040. However, other leveling devices with a rotating laser beam 4 known from the state of the art and from practice can also be used.

Bei entsprechender horizontaler Ausrichtung der Nivelliereinrichtung 2 über den Nivellierteller 11 zeichnet der rotierende Laserstrahl 4 entlang der Wände 12 eines Raumes 13 eine Lichtlinie 14, die in genau horizontaler Ebene umläuft. Dadurch ist es möglich, bis entlang dieser Lichtlinie 14 gestalterische Arbeiten, wie beispielsweise Fliesenlegen, Malerarbeiten oder auch technische Einrichtungen in einfacher Weise schnell und präzise vorzunehmen.When the leveling device 2 is aligned horizontally using the leveling plate 11, the rotating laser beam 4 draws a light line 14 along the walls 12 of a room 13, which runs in a precisely horizontal plane. This makes it possible to carry out design work, such as laying tiles, painting or even technical installations, quickly and precisely in a simple manner along this light line 14.

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Das exakte Ausmessen der Höhenlage der Lichtlinie 14 innerhalb vorbestimmter Toleranzen ist eine technisch aufwendige und bisher nicht befriedigend gelöste Aufgabe. Über einen Empfänger 15 für den rotierenden Laserstrahl 4 wird mit der vorliegenden Erfindung eine optimale Lösung angeboten.The exact measurement of the height of the light line 14 within predetermined tolerances is a technically complex task that has not yet been satisfactorily solved. The present invention offers an optimal solution using a receiver 15 for the rotating laser beam 4.

Der Empfänger 15 wird in einer einmal vermessenen Höhenlage an einer Wand 12 oder auf einem Stativ (nicht gezeichnet) in bestimmter Entfernung zur Nivelliereinrichtung 2 angebracht. Der Empfänger 15 besitzt auf seiner der Nivelliereinrichtung zugewandten Frontfläche in einem vertikal ausgedehnten Fenster 16 Sensoren in Form von Fotodioden 17, wie dies in Figur 2 besonders deutlich zu erkennen ist. Die Fotodioden 17 sind durch die Mittellinie 18 in einen oberen Bereich 19 und in einen unteren Bereich 20 räumlich und funktionell (elektrisch) getrennt. Die Fotodioden 17 sowohl des oberen (19) als auch des unteren Bereiches 20 sind elektrisch parallel geschaltet und mit einer Auswerteeinheit 21 verbunden, die unter anderem einen Auswerterechner 22 aufweist. An die Auswerteeinheit 21 sind Ausgabeeinrichtungen, beispielsweise eine Anzeige oder ein Display 23 und/oder ein Drucker 24 angeschlossen. Die Verbindung des Drukkers 24 zur Auswerteeinheit ist mit der Leitung 25 nur angedeutet. Für die Energieversorgung der elektrischen/elektronischen Einrichtungen sind Batterien oder Akkumulatoren 26 vorgesehen, die in dem Empfänger 15 an geeigneter Stelle und leicht zugänglich untergebracht sind.The receiver 15 is mounted at a height that has been measured once on a wall 12 or on a tripod (not shown) at a certain distance from the leveling device 2. The receiver 15 has sensors in the form of photodiodes 17 in a vertically extended window 16 on its front surface facing the leveling device, as can be seen particularly clearly in Figure 2. The photodiodes 17 are spatially and functionally (electrically) separated by the center line 18 into an upper area 19 and a lower area 20. The photodiodes 17 of both the upper (19) and the lower area 20 are electrically connected in parallel and connected to an evaluation unit 21, which has, among other things, an evaluation computer 22. Output devices, for example a display 23 and/or a printer 24, are connected to the evaluation unit 21. The connection of the printer 24 to the evaluation unit is only indicated with the cable 25. Batteries or accumulators 26 are provided for the power supply of the electrical/electronic devices, which are housed in the receiver 15 in a suitable place and are easily accessible.

Ferner sind auf der Frontfläche des Empfängers 15 drei übereinander angeordnete Leuchtdioden 27, 28 und 29 hinter entsprechenden Ausnehmungen eingesetzt. Diese drei Leuchtdioden stellen eine optische Anzeige für die Bewertung der Höhe des rotierenden Laserstrahles 4 in Bezug auf den ausgerichteten Empfänger 15 dar, wie weiter unter erläutert ist. Die Empfängertechnologie beruht auf nur zwei Fotosensor-Einheiten, von denen eine Einheit oberhalb der Mittellinie 18 und eine unterhalb dieser Mittellinie 18 angebracht ist und die aus jeweils mehre-Furthermore, on the front surface of the receiver 15, three LEDs 27, 28 and 29 arranged one above the other are inserted behind corresponding recesses. These three LEDs represent an optical display for evaluating the height of the rotating laser beam 4 in relation to the aligned receiver 15, as explained further below. The receiver technology is based on only two photo sensor units, of which one unit is mounted above the center line 18 and one below this center line 18 and which each consist of several

ren parallel geschalteten Fotodioden für oben und unten bestehen. Dies bedeutet, daß im Prinzip lediglich zwei Meßkanäle für oben und unten eingerichtet sind. Die im Empfänger 15 eingesetzte Elektronik 21 kann nun mit Hilfe des rotierenden Laser-Strahles 4 erkennen, ob mehr Lichtenergie bzw. Licht im oberen oder unteren Bereich 19, 20 verteilt ist. Dadurch wird eine Auswertung für "zu hoch" oder "zu tief" für den rotierenden Laserstrahl 4 bzw. für die Lichtlinie 14 möglich. Durch eine Bewertung der Höhe der Leistungsverteilung am oberen und unteren Bereich oder Kanal wird zusätzlich das Maß "Mitte" oder "Mitte gefunden" aus den beiden Bereichen bzw. Meßkanälen erzeugt .en parallel-connected photodiodes for the top and bottom. This means that in principle only two measuring channels are set up for the top and bottom. The electronics 21 used in the receiver 15 can now use the rotating laser beam 4 to detect whether more light energy or light is distributed in the upper or lower area 19, 20. This makes it possible to evaluate whether the rotating laser beam 4 or the light line 14 is "too high" or "too low". By evaluating the level of the power distribution in the upper and lower area or channel, the measurement "middle" or "middle found" is also generated from the two areas or measuring channels.

Die Meßgenauigkeit des Bereiches "Mitte gefunden" ist aufgrund der eingesetzten Mittel sehr eng begrenzt und liegt in einem Toleranzband von etwa 0,2 mm bis 2 mm. Diese Einstellung ist der Feinbereich, mit dem ein sehr genaues Vermessen der Höhe grundsätzlich und der Lichtlinie 14 möglich ist.The measuring accuracy of the "center found" area is very limited due to the means used and lies in a tolerance band of about 0.2 mm to 2 mm. This setting is the fine range with which a very precise measurement of the height in principle and of the light line 14 is possible.

Das Verändern dieser eng tolerierten Meßgenauigkeit in einen Grobbereich zwischen etwa 5 mm bis 10 mm ist mit Meßbereichen 19 und 20 zufriedenstellend nicht möglich, weil sich hier eine Abhängigkeit des Meßgenauigkeit von der Entfernung des Empfängers 15 zur Nivelliereinrichtung 2 ergibt. Um bei bestimmten Arbeiten, wie beispielsweise das Verlegen eines Estrichs oder das Abhängen einer Decke, für die Meßgenauigkeiten der Höhe von 5 mm bis 10 mm durchaus üblich und vertretbar sind, technisch einfach mit dem gleichen Empfänger 15 durchführen zu können, besitzt der Empfänger 15 ein zweites, horizontal ausgerichtetes Fenster 30, in das wiederum Fofodioden 17 eingesetzt sind. Der Empfänger kann wegen der großen Toleranz an einer Meßlatte (nicht gezeichnet) befestigt oder sogar freihändig gehalten werden. Wenn nun der rotierende Laserstrahl 4 über diese Fotodiode/Fotodioden 17 im Fenster 30 streicht, so wird über die Auswerteeinheit 21 das Signal "Mitte gefunden" über einen Meßbereich von etwa 5 mm bis 10 mm ausgegeben. Diese Breite ent-Changing this closely tolerated measurement accuracy to a rough range between about 5 mm and 10 mm is not satisfactorily possible with measuring ranges 19 and 20, because here the measurement accuracy depends on the distance of the receiver 15 from the leveling device 2. In order to be able to carry out certain work, such as laying a screed or hanging a ceiling, for which height measurement accuracies of 5 mm to 10 mm are quite common and justifiable, in a technically simple manner with the same receiver 15, the receiver 15 has a second, horizontally aligned window 30, in which photodiodes 17 are inserted. Due to the large tolerance, the receiver can be attached to a measuring rod (not shown) or even held freehand. When the rotating laser beam 4 passes over this photodiode/photodiodes 17 in the window 30, the signal "center found" is output via the evaluation unit 21 over a measuring range of approximately 5 mm to 10 mm. This width corresponds to

spricht etwa der Strahlbreite des Laserstrahles 4 plus einer Fotodiodenbreite.corresponds approximately to the beam width of the laser beam 4 plus one photodiode width.

In dem Beispiel nach Figur 2 verläuft die Lichtlinie 14, welche hier durch den rotierenden Laserstrahl 4.1 vom Punkt 32 aus erzeugt wird, in einer Höhe mit einer Differenz 31 zur Mittellinie 18. In dieser Einstellung würde mehr Licht im oberen Bereich 19 des Fensters 16 durch die Fotodioden erfaßt werden, was bereits zu einer Bewertung von "zu hoch" führen kann (bei enger Toleranz). Die Fotodioden 17 im Fenster 30 der Grobbereichserfassung würden bei gleicher Höhenlage der Lichtlinie 14 in der Auswertung dagegen das Signal "Mitte gefunden" initiieren {Grobbereich).In the example according to Figure 2, the light line 14, which is generated here by the rotating laser beam 4.1 from point 32, runs at a height with a difference 31 to the center line 18. In this setting, more light would be detected by the photodiodes in the upper area 19 of the window 16, which can already lead to an evaluation of "too high" (with a narrow tolerance). The photodiodes 17 in the window 30 of the coarse area detection would, however, initiate the signal "center found" in the evaluation if the light line 14 were at the same height {coarse area).

Würde die Lichtlinie 14.1 dagegen weit außerhalb (hier unterhalb) der Mittellinie 18 durch den rotierenden Laserstrahl 4.2 vom Punkt 32 aus initiiert werden, so würde die Auswertung immer lauten "zu tief" bzw. das Fenster für den Grobbereich würde gar nicht angesprochen werden.If, however, the light line 14.1 were initiated far outside (here below) the center line 18 by the rotating laser beam 4.2 from point 32, the evaluation would always be "too low" or the window for the coarse range would not be addressed at all.

Die Pfeile 33 oberhalb und unterhalb des horizontalen Fensters 30 deuten optisch die Grobbereichserfassung an, was für die Einstellung der Nivelliereinrichtung eine Erleichterung darstellt. Der symbolosierte Lautsprecher 34 weist darauf hin, daß das Meßergebnis "Mitte gefunden" auch akustische anzeigbar ist.The arrows 33 above and below the horizontal window 30 visually indicate the coarse range detection, which makes it easier to adjust the leveling device. The symbolized loudspeaker 34 indicates that the measurement result "center found" can also be displayed acoustically.

Die Leuchtdioden 27, 28 und 29 zeigen das Meßergebnis "Mitte gefunden" optisch an, wobei auch nahe Toleranzbereiche zur "Mitte gefunden" -Bewertung optisch signalisiert werden können. In Ampeltechnik sind verschiedene Anzeigen denkbar.The LEDs 27, 28 and 29 visually indicate the measurement result "center found", whereby close tolerance ranges for the "center found" evaluation can also be visually signaled. Various displays are conceivable using traffic light technology.

Leuchtet nur die obere Leuchtdiode 27 auf, bedeutet dies in der Meßauswertung "zu hoch" für die Lichtlinie 14. Leuchtet nur die untere Leuchtdiode 29 auf, bedeutet dies für die Lichtlinie "zu tief". Leuchtet dagegen nur die mittlere Leuchtdiode 28 beim Überstreichen des rotierenden Laserstrahles 4 über den Empfän-If only the upper LED 27 lights up, this means "too high" for the light line 14 in the measurement evaluation. If only the lower LED 29 lights up, this means "too low" for the light line. If, on the other hand, only the middle LED 28 lights up when the rotating laser beam 4 passes over the receiver,

ger 15 auf, so bedeutet dies für die Lichtlinie "Mitte gefunden". Nun kann eine Schaltung auch noch dergestallt aufgebaut sein, daß bei geringer vorestimmter Höhenabweichung der Lichtlinie 14 von der Mittellinie 18 je nach Zustand die obere 27 und die mittlere Leuchtdiode 28 oder die untere 29 und die mittlere Leuchtdiode 28 aufleuchten. Die bedeutet in der Auswertung, daß die Lichtlinie nahe dem Bereich "Mitte gefunden" bei Schaltung auf Feineinstellung oder gar bereits direkt auf "Mitte gefunden" bei Schaltung auf Grobbereich über die Fotodioden 17 des Empfängers 15 streicht. Durch diese Am- pelschaltung wird die Einstellarbeit weiterhin wesentlich ver- einfacht, weil der Bedienungsperson angezeigt wird, in welchem Nah-Bereich sich der Laserstrahl 4 in bezug auf die Mittellinie 18 befindet.ger 15, this means "center found" for the light line. A circuit can also be set up in such a way that, depending on the state, if the light line 14 deviates slightly from the center line 18 in terms of height, the upper 27 and the middle LED 28 or the lower 29 and the middle LED 28 light up. In the evaluation, this means that the light line passes over the photodiodes 17 of the receiver 15 near the "center found" area when switched to fine adjustment or even directly to "center found" when switched to coarse range. This traffic light circuit also makes the adjustment work much easier because the operator is shown in which close range the laser beam 4 is in relation to the center line 18.

Claims

Protection claims

1. Levelling device, with a housing from which a laser beam generator emits a rotating laser beam which is received and evaluated by an external receiver,
characterized,
that the receiver (15) has a device for receiving and evaluating light signals for the fine range and for the coarse range.

2. Leveling device according to claim 1,
characterized,

that the pain range has a measuring accuracy of about 0.2 millimeters to about 2 millimeters, while the coarse range has a measuring accuracy of about 5 millimeters to 10 millimeters.

3. Leveling device according to claim 1 or 2,
characterized,

that the reception of the light signals and the evaluation of measurement results in the fine range and in the coarse range can be recorded and carried out either in parallel or separately.
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4. Levelling device according to one of claims 1 to 3,
characterized,

that the fine area of the receiver (15) is formed from a window (16) which is aligned vertically upwards and downwards from a horizontal center line (18) on the front surface of the receiver (15) facing the laser beam (4),

—Q—

in which one or more sensors (17) connected in parallel are provided for the upper and lower measuring ranges (19, 20), which are connected in circuitry to the evaluation unit (21) and to optical and/or acoustic and/or printed displays (23, 24, 34).

5. Leveling device according to one of claims 1 to 3, characterized in that

that the coarse range of the receiver (15) consists of a window aligned horizontally on the horizontal center line (18)

(30) is formed on the front surface of the receiver (15) facing the laser beam (4), behind which one or more parallel-connected sensors (17) are provided, which are connected by circuitry to the evaluation unit (21) and to optical and/or acoustic and/or printed displays (23, 24, 34).

6. Levelling device according to one or more of the preceding claims,

characterized,

that the evaluation of the laser beam (4) is carried out by evaluating the light energy components of the rotating laser beam (4) striking the window(s) (16,30) above and below the center line (18).

7. Leveling device according to one or more of the above claims,

characterized,

that three light-emitting diodes (27, 28, 29) of the same color or of different colors are provided on the front surface of the receiver (15), which light up at least when the rotating laser beam (4) hits the center line (18) in the vicinity of the center line (18) according to the distribution of the light energy at the top or bottom or in the middle.

8. Leveling device according to claim 7,

characterized,

that in the close range to the center line (18) according to the distribution of the light energy of the incident laser beam (4) above or below, the middle light-emitting diode (28) also lights up together with the upper (27) or lower (29) light-emitting diode.

9. Levelling device according to one or more of the preceding claims,
characterized,

that the receiver (15) is arranged at a predetermined distance from the laser beam generator (3) and is held on a tripod, a measuring rod, on a wall or freely by hand for measuring purposes.