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Hintergrund
der Erfindung
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die vorliegende Erfindung betrifft
ein Laser – Nivelliersystem,
welches einen Laserstrahl in vertikaler oder horizontaler Richtung
ausstrahlt und eine Abtastung durchführt, während der Laserstrahl ausgestrahlt
wird, um eine Referenzlinie oder Referenzebene zu bilden.
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Um eine Trennung in einem Gebäude einzubauen
oder um Beleuchtungsbefestigungen, für z. B. Leuchtstofflampen an
einer Decke zu installieren, wird die Anordnung entsprechend einer
Markierungslinie vorgenommen, welche auf einem Fußboden markiert
ist, und ein Laser – Nivelliersystem
wird verwendet, um die Position, welche durch die Markierungslinie
angegeben ist, an eine Deckenfläche,
eine Wandfläche
u.s.w. zu projizieren.
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Das Laser – Nivelliersystem wird so angeordnet,
dass es eine Referenzlinie oder Referenzebene bildet. Somit muss
die Position, die Stellung u.s.w. des zu installierenden Laser – Nivelliersystems
exakt mit einer vorbestimmten Position oder Stellung ausgerichtet
werden.
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15 zeigt
einen bekannten Typ eines Laser – Nivelliersystems.
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Innerhalb einer Haupteinheit 1 sind
eine Laserlicht emittierende Einrichtung, eine drehbare Antriebseinheit,
eine Steuerung usw. angeordnet. Auf der Haupteinheit 1 ist
eine drehbare Einheit 2 installiert, und ein Laserstrahl
wird von der drehbaren Einheit 2 ausgestrahlt, und das
Abtasten durch den Laserstrahl wird durch Drehung der drehbaren
Einheit 2 ausgeführt.
Die Haupteinheit 1 ist auf einer Basisplatte 5 mit
mindestens 2 Nivellierschrauben 3 und 4 befestigt.
Durch Einstellung der Nivellierschrauben 3 und 4 ist
es möglich,
die Neigung der Drehachse der drehbaren Einheit 2 auf eine
vorbestimmte Lage einzustellen. An den Seiten der Haupteinheit 1 sind
Röhrenlibellen
oder Nivellierwaagen 8 und 9 so vorgesehen, dass
diese Röhrenlibellen
von der Außenseite erkannt
werden können.
Um die Neigung einzu stellen, muss mindestens eine der Nivellierschrauben 3 und 4 gedreht
werden, und die Neigung der Haupteinheit 1 wird eingestellt,
je nachdem, ob die Nivellierschrauben 3 oder 4 hinein-
oder herausbewegt werden. Weiterhin wird die Neigungseinstellung durch
die Nivellschrauben 3 und 4 durchgeführt, indem
die Röhrenlibellen 8 und 9 beobachtet
werden.
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Weil die Bewegung der Nivellierschrauben, das
heißt
die Höheneinstellung
in eine Neigungseinstellung umgewandelt wird, kann die Neigungsrichtung
und die Größe der Neigung
nicht intuitiv bestimmt werden ,sondern für die Einstellung ist einiges Geschick
erforderlich. Auch wird die Neigung durch Beobachtung der Position
der Luftblasen in den Röhrenlibellen
beurteilt, und dies führt
infolge der individuellen Abweichung des Operators zu weitreichenden
individuellen Unterschieden. Dadurch ist für eine Bestimmung mit höherer Genauigkeit
ebenfalls einiges Geschick erforderlich.
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Weiterhin wird im Falle, dass eine
vertikale Referenzebene durch drehbares Abtasten vorgenommen wird,
ein Hilfswerkzeug verwendet, und das Laser – Nivelliersystem wird horizontal
gelegt, so dass die Drehachse der drehbaren Einheit 2 in
einer horizontalen Richtung ausgerichtet ist. In diesem Fall ist
es erforderlich, eine Richtung der vertikalen Ebene einzustellen.
Wenn die Nivellierschrauben nicht rechtwinklig zur Einstellrichtung
angeordnet sind, ist es sehr schwierig, die Richtung mittels der
Nivellierschrauben einzustellen. Aus diesem Grund ist es erforderlich,
das Hilfswerkzeug mit einer Einstelleinrichtung usw. zu versehen.
Es ist schwierig, den Laserstrahl zwecks drehbarer Abtastung mit
der Markierungslinie auf dem Boden auszurichten, weil der Laserstrahl
linear ist. Weiterhin ist es in dem Fall schwierig, wenn sich der
Ort der drehbaren Abtastung des Laserstrahles an einer anderen Stelle
befindet, den Laserstrahl visuell auszurichten, während auf
der Seite der Haupteinheit gearbeitet wird. Es ist notwendig, die
Röhrenlibellen
von oben zu beobachten, aber wenn das Nivelliersystem in einer Position angeordnet
ist, welche sich höher
als die Sichtlinie befindet, ist es sehr schwierig, die Einstellung
vorzunehmen.
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US
4221483 bezieht sich auf ein Laserstrahl – Nivellierinstrument
, welches eine drehbare Einheit umfasst, die eine Referenzebene
bildet und eine neigbare Glasplatte aufweist, um die Feinabstimmung
vorzunehmen.
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US
5331395 bezieht sich auf eine Ausrichtungseinrichtung für ein Laser – Nivellierinstrument, die
einen Kopf besitzt, der um 90° schwenkbar
ist, und ein drehbares Prisma zur Erzeugung einer vertikalen Ebene
umfasst.
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Die Erfindung wird in den Patentansprüchen dargelegt.
Bevorzugte Merkmale werden nachfolgend beschrieben.
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Weiterhin umfasst das erfndungsgemäße Laser – Nivelliersystem
eine Neigungsanzeigeeinrichtung, welche mit der Nivelliereinrichtung
verbunden ist und verwendet wird, um die Neigung der drehbaren Einheit
anzuzeigen. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
ist außerdem
in einer solchen Weise gestaltet, dass die Nivelliereinrichtung
ein Kippmechanismus ist, der in zwei axialen Richtungen kippbar
ist, und eine Drehachse eines Einstellknopfes ist parallel zur Drehachse
für das
Kippen angeordnet. Das erfindungsgemäße Laser - Nivelliersystem
ist in der Weise gestaltet, das der Referenzstrahlungspunkt durch
einen Schlitz gebildet wird, der auf der optischen Bahn des schwenkenden
Laserstrahles angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem umfasst eine
Drehwinkelerfassungseinrichtung, die auf der drehbaren Einheit angeordnet
ist, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Lichtemission
auf der Basis eines Erfassungssignals von der Drehwinkelerfassungseinrichtung,
und ein Punkt wird in einer Drehebene des Laserstrahles durch die
Steuereinrichtung gebildet, welche die Licht emittierende Einrichtung
steuert. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
umfasst außerdem
eine Drehwinkelerfassungseinrichtung sowie eine Steuereinrichtung,
und die drehbare Einheit wird zur reziproken Abtastung betrieben
oder durch die Steuereinrichtung auf der Basis eines Signals von der
Drehwinkelerfassungseinrichtung gestoppt. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
ist in der Weise gestaltet, dass ein Winkelkompensator vorgesehen
ist, um den Lichtstrahl aufrecht zu erhalten, der von der Licht
imitierenden Einrichtung in vertikaler oder horizontaler Richtung
ausgesendet wird, unabhängig
von der Neigung des gesamten Systems. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
ist außerdem
in solcher Weise gestaltet, dass ein Laserstrahl ausgesendet wird,
der sich rechtwinklig zur horizontalen Referenzebene oder zur vertikalen
Referenzebene bewegt. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem ist in der
Weise gestaltet, dass die drehbare Einheit auf der Basis eines Signals
von einer Licht empfangenden Einrichtung gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
ist auch so gestaltet, dass eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist,
welche die Informationen vom Objektreflektor anzeigt, die durch
einen Signalprozessor ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
ist außerdem
so gestaltet, dass die Anzeigeeinrichtung die Operationsrichtung
des Nivelliersystems anzeigt. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem ist in solcher
Weise gestaltet, dass ein Greifrahmen um die drehbare Einheit vorgesehen
ist, um die drehbare Einheit zu schützen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
so gestaltet, dass eine Wandbefestigung vorgesehen ist, welche eine
Klemmeinrichtung zum Anklemmen an ein festes Objekt sowie eine Führungseinrichtung zum
Abstützen
der Haupteinheit vorgesehen sind, um diese auf- und abbewegen zu
können,
so dass ein Laserstrahl zur drehbaren Abtastung in horizontaler
Richtung ausgesendet werden kann. Das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
umfasst eine Bodenbefestigung, welche die Haupteinheit so abstützt, dass
ein Laserstrahl in vertikaler Richtung zur drehbaren Abtastung ausgestrahlt
werden kann, und die Bodenbefestigung besitzt mindestens eine Nivellierschraube.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Laser – Nivelliersystem
so gestaltet, dass Röhrenlibellen
an der Haupteinheit sowie Spiegel gegenüber den Röhrenlibellen angeordnet sind,
und dass die Röhrenlibellen
direkt oder durch die Spiegel beobachtet werden können. Deshalb
trägt die
vorliegende Erfindung zu einer leichten Betätigung bei, wenn das Laser – Nivelliersystem
installiert werden soll, oder wenn die Abstrahlungsrichtung des
Laserstrahles eingestellt oder verändert werden soll, nachdem
das Laser – Nivelliersystem
installiert ist, damit die Einstellungsrichtung mit der Operationsrichtung
in Einklang steht. Weil eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der
Einstellungsbedingung nahe einem Einstellknopf vorgesehen ist, kann
ein Operator die Operationsbedingungen visuell bestätigen, und
dies trägt
zu einer Verbesserung der Bedienbarkeit bei. Die Erfindung kann
auf verschiedene Weise in die Praxis umgesetzt werden, und einiges
davon soll nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
Teilschnittansicht einer runden Libelle in der vorstehenden Ausführungsform
zeigt;
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3 ein
schematisches Blockdiagramm der vorstehenden Ausführungsform
zeigt;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Objektreflektors in der vorstehenden
Ausführungsform
zeigt;
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5 ein
schematisches Blockdiagramm eines Mechanismus einer automatischen
Winkelkompensation in der vorstehenden Ausführungsform zeigt;
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6 ein
schematisches Blockdiagramm eines Mechanismus einer automatischen
Winkelkompensation in der vorstehenden Ausführungsform zeigt;
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7 eine
Draufsicht einer Nivellierbasis der vorstehenden Ausführungsform
zeigt;
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8 eine
horizontale Schnittansicht der Nivellierbasis der vorstehenden Ausführungsform zeigt;
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die 9(A) und (B) Schnitte entlang der Schnittlinie C-C
in 8 zeigen;
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die 10(A) und (B) Schnitte entlang der Schnittlinie D-D
in 8 zeigen;
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11 eine
perspektivische Ansicht einer Ausfuhrüngsform eines erfindungsgemäßen Laser – Nivelliersystems
zeigt, welches unter Verwendung einer Wandbefestigung installiert
ist;
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12 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser
-Nivelliersystems zeigt, wenn es unter Verwendung einer Bodenbefestigung
installiert ist.
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13 ein
schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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14 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
und
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15 eine
perspektivische Ansicht eines Laser – Nivelliersystems des Standes
der Technik zeigt.
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Im Folgenden werden anhand von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Zeichnungen erläutert.
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In 1 werden
die aus 15 bekannten Bauteile
durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine Haupteinheit 1 ist
auf einer Nivellierbasis 10 befestigt. An der Oberseite
der Haupteinheit 1 ist eine drehbare Einheit 2 drehbar
befestigt, und ein Laserstrahl wird von den Seiten- sowie einer oberen Endfläche der
drehbaren Einheit 2 ausgestrahlt. Auf der Haupteinheit 1 sind
eine erste runde Libelle oder Nivellierwaage 6 für die horizontale
Richtung und eine zweite runde Libelle 7 für die vertikale
Richtung vorgesehen. Die erste runde Libelle 6 ist an einer zweiten
Seitenfläche
der Haupteinheit 1 vorgesehen und, wie in 2 erkennbar ist, ist die erste runde
Libelle 6 in einer Ausnehmung 11 angeordnet, welche in
der Haupteinheit 1 gebildet ist. Die Ausnehmung 11 umfasst
einen ebenen Bereich 12, an welchem die erste Runde Libelle 6 befestigt
ist, eine schräge
Fläche 13,
welche dem ebenen Bereich 12 gegenüber liegt, und eine weitere
schräge
Fläche 13', die einen gegenüber der
schrägen
Ebene 13 unterschiedlichen Neigungswinkel aufweist. An
der schrägen
Ebene 13 ist ein Spiegel 14 angebracht, und ein
Spiegel 14' ist an
der schrägen
Ebene 13' angebracht.
Die erste runde Libelle 6 kann von oben oder von der Seite oder
von unten über
die Spiegel 14 oder 14' beobachtet werden.
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Die zweite runde Libelle 7 ist
auf einer Ebene vorgesehen, welche rechtwinklig zu der Seite verläuft, an
welcher die erste Libelle 6 vorgesehen ist, und sie wird
verwendet, wenn das System in einer vertikalen Position installiert
ist.
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Wie weiter unter noch beschrieben
werden soll, besitzt die Nivellierbasis 10 eine Neigungsbasis, welche
in zwei Richtungen gekippt werden kann, und dort sind Einstellknöpfe 15 und 16 vorgesehen,
deren Achsen rechtwinklig zueinander verlaufen. Eine Drehrichtung
von jedem der Einstellknöpfe 15 und 16 ist
eng mit einer Bewegungsrichtung der Luftblasen in der ersten runden
Libelle 6 verbunden. Durch Einstellen der ersten runden
Libelle 6 kann das Laser – Nivelliersystem grob bzw.
schnell eingestellt werden. Nach der Grobeinstellung wird eine schwenkbare Operationsebene
des Laserstrahles in horizontaler oder vertikaler Richtung durch
einen später
zu beschreibenden Neigungs- Kompensationsmechanismus eingestellt.
Im Falle, dass das System in vertikaler Position installiert ist,
wird die Stellung grob durch den Einstellknopf 15 und durch
eine Nivellierschraube 86, die an einer Bodenbefestigung 85 angeordnet sind,
eingestellt. Der Einstellknopf 16 wird verwendet, um eine
vertikal drehbare Strahlungsrichtung einzustellen.
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 18 eine Funktionsplatte bezeichnet,
auf welcher Abtastknöpfe,
eine Anzeigeeinheit usw. angeordnet sind.
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Die Anzeigeeinheit zeigt die Informationen von
dem Objektreflektor an. Mit dem Bezugszeichen 19 ist ein
Greifrahmen bezeichnet, der um die drehbare Einheit 2 angeordnet
ist, um diese zu schützen.
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Im Folgenden wird die grundsätzliche
Anordnung der Haupteinheit 1 und die Anordnung der Nivellierbasis 10 beschrieben.
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Zunächst soll die grundsätzliche
Anordnung der Haupteinheit 1 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden.
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In der Figur werden dieselben Bauteile
wie in 1 mit denselben
Bezugzeichen bezeichnet. Die Haupteinheit 1 umfasst einen
Lichtemitter 20, eine drehbare Einheit 2, einen
Reflexionslichtdetektor 21, eine Steuereinheit (CPU) 38,
eine Antriebseinheit 23 für das lichtemittierende Element,
eine motorische Antriebseinheit 24 und eine Anzeigeeinheit 39.
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Zunächst soll der Lichtemitter 20 beschrieben
werden. Auf einer optischen Achse einer Laserdiode 25,
welche eine linear polarisierte Strahlung oder einen gerichteten
Lichtstrahl aussendet, ist eine Kollimatorlinse 26, ein
erstes λ/4-doppelt
brechendes Element 27 und ein perforierter Spiegel 28 in
einer von der Laserdiode 25 ausgehenden Reihenfolge angeordnet.
Der von der Laserdiode 25 ausgesendete Laserstrahl ist
ein linear polarisierter gerichteter Lichtstrahl, und dieser Lichtstrahl
wird durch die Kollimatorlinse 26 in parallele Strahlen
umgewandelt oder kollimatiert und danach durch das erste λ/4-doppelt
brechende Element 27 in kreisförmig polarisiertes Licht umgewandelt.
Die kreisförmig
polarisierte Strahlung oder der gerichtete Lichtstrahl wird zur drehbaren
Einheit 2 über
den Spiegel 28 abgestrahlt.
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Nunmehr soll eine Beschreibung der
drehbaren Einheit 2 gegeben werden. Die drehbare Einheit 2 lenkt
den polarisierten Lichtstrahl, der vom Lichtemitter 20 ausgeht,
auf einer optischen Achse um 90° ab,
strahlt ihn aus und dreht den Lichtstrahl zwecks drehbarer Abtastung.
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Ein drehbares Stützelement 40 ist drehbar angeordnet,
und ein Abtast-Zahnrad 41 ist mit dem drehbarem Stützelement 40 verbunden.
Ein Antriebsritzel 43 ist an einem Abtastmotor
42 befestigt und
greift in das Abtast-Zahnrad 41 so ein, dass das drehbare
Stützelement
40 um die optische Achse des Lichtemitters 20 durch den
Abtastmotor 42 gedreht wird.
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Auf dem drehbaren Stützelement 40 ist
ein Pentagonprisma 44 zur Aufspaltung des oberen vertikalen
Laserstrahles in ein übertragenes
Licht und ein reflektiertes Licht angeordnet. In dieser Weise wird
der Laserstrahl, welcher von dem Lichtemitter 20 ausgesendet
wird, in einer horizontalen Richtung abgestrahlt, und der Laserstrahl,
der das Pentagonprisma 44 passiert, wird in Richtung nach
oben als oberer vertikaler Laserstrahl abgestrahlt. Die Drehstellung
des drehbaren Drehelementes 40 wird durch einen Kodierer 45 ermittelt,
und das ermittelte Signal des Kodierers 45 wird in die
Steuereinheit (CPU) 38 eingegeben. Der von der drehbaren
Einheit 2 ausgestrahlte Laserstrahl passiert einen Objektreflektor 47 zwecks
Abtastung. Dieser ist so angeordnet, dass, wenn der Laserstrahl
ihn passiert oder auf diesen auftrifft, der polarisierte reflektierte
Lichtstrahl, der von dem Objektreflektor 47 zurückkommt,
in die drehbare Einheit 2 eintritt. Der polarisierte reflektierte Lichtstrahl,
der in das Pentagonprisma 44 eintritt, wird zu dem perforierten
Spiegel 28 abgelenkt, und der polarisierte reflektierte
Lichtstrahl wird über
den perforierten Spiegel 28 zum Reflexionslichtdetektor 21 geleitet.
Der perforierte Spiegel kann z. B. ein runder ebener Spiegel mit
einem Loch in seiner Mitte sein.
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Nunmehr soll der Reflexionslichtdetektor 21 beschrieben
werden.
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Auf der optischen Achse für das Reflexionslicht
des perforierten Spiegels 28 befindet sich eine Kondensorlinse 30,
ein zweites λ/4-doppelt
brechendes Element 31, eine Stiftbohrung 32, ein
Polarisations-Strahlenteiler 33, ein erster fotoelektrischer Wandler 34,
welche in dieser Reihenfolge, vom perforierten Spiegel 28 aus
gesehen, angeordnet sind. Auf der optischen Achse des reflektierten
Lichtes des Polarisations-Strahlenteilers 33 ist ein zweiter
fotoelektrischer Wandler 35 angeordnet. Die Ausgänge vom
ersten fotoelektrischen Wandlers 34 und dem zweiten fotoelektrischen
Wandler 35 werden in eine Reflexionslicht-Ermittlungsschaltung 36 eingegeben.
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Der Polarisations-Strahlenteiler 33 teilt
den polarisierten reflektierten Lichtstrahl, welcher in den Reflexionslichtdetektor 21 eintritt
und strahlt die geteilten Lichtstrahlen zum ersten fo toelektrischen Wandler 34 und
zum zweiten fotoelektrischen Wandler 35. Das zweite U4-doppelt brechende
Element 31 und der Polarisations-Strahlenteiler 33 sind
in der Weise angeordnet, dass der Lichtstrahl, welcher dieselbe
Polarisationsrichtung wie der polarisierte reflektierte Lichtstrahl
hat, welcher vom Lichtemitter 20 ausgesendet wurde und
zu der Haupteinheit zurückkehrt,
nachdem er das λ/4-doppelt
brechende Element zweimal passiert hat, zu dem ersten fotoelektrischen
Wandler 34 abgestrahlt wird, und dass der polarisierte
reflektierte Lichtstrahl, welcher zu der Haupteinheit mit derselben
Polarisationsrichtung zurückkehrt,
wie der polarisierte Lichtstrahl, welcher vom Lichtemitter 20 ausgesendet
wurde, zum zweiten fotoelektrischen Wandler 35 abgestrahlt
wird.
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Nunmehr soll eine Beschreibung des
Objektreflektors 47 anhand der 4 erfolgen.
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Eine Reflexionsschicht 54 wird
auf einer Basisplatte 53 gebildet, und die Reflexionsfläche wird entlang
einer diagonalen Linie von der rechten oberen Ecke zu der linken
unteren Ecke in der Figur in zwei Teile geteilt, und ein U4-doppelt
brechendes Element 55 wird auf der rechten Hälfte der
Reflexionsfläche
befestigt. Ein freiliegender Bereich auf der linken Hälfte der
Reflexionsfläche 54 ist
ein die Polarisation erhaltender Reflexionsabschnitt 54a,
welcher den auftreffenden Lichtstrahl reflektiert und die Polarisationsrichtung
aufrecht erhält,
und die rechte Hälfte
der Reflexionsschicht 54, an welcher das λ/4-doppelt
brechende Element 55 befestigt ist, ist ein die Polarisation
umkehrender Reflexionsabschnitt 55a, welcher den Lichtstrahl
unter Umkehrung der Polarisationsrichtung reflektiert. Die Breiten
des die Polarisation erhaltenden Reflexionsabschnittes 54a und des
die Polarisation umkehrenden Reflexionsabschnittes 55a werden
in dem Zusammenhang ermittelt, dass die Breite des die Polarisation
erhaltenden Abschnittes 54a linear von oben nach unten
abnimmt, und dass die Breite des die Polarisation umkehrenden Reflexionsabschnittes 55a linear
zunimmt. In 4 ist der
die Polarisation erhaltene Reflexionsabschnitt 54a und
der die Polarisation umkehrende Reflexionsabschnitt 55a durch
die diagonale Linie auf der Reflexionsschicht 54 geteilt,
wobei der Teilungsmodus nicht auf diese Teilung beschränkt ist.
Die Reflexionsschicht 54 ist aus zurückstrahlendem Material hergestellt,
und eine Mehrzahl von sehr kleinen Tripeln oder sphärischen
Reflektoren usw. sind auf dieser angeordnet. Wie vorstehend beschrieben
hat das λ/4-doppelt
brechende Element 55 eine solche Funktion, dass der polarisierte
reflektierte Lichtstrahl eine Phasendifferenz von λ/2 in Bezug
zu dem einfallenden Lichtstrahl verursacht. Deshalb passiert das
reflektierte Licht das λ/4-doppelt brechende
Element 55 im Vergleich zum auftreffenden Lichtstrahl zweimal.
Wenn das kreisförmig
polarisierte Licht eintritt, wird das reflektierte Licht in umgekehrte
Drehung versetzt, und wenn ein linear polarisiertes Licht eintritt,
besitzt das reflektierte Licht eine Polarisationsebene, die rechtwinklig
zum auftreffenden Licht verläuft.
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Im Folgenden soll eine Beschreibung
der Funktion und eines Verfahrens zur Ermittlung des Objektreflektors 47 erfolgen.
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Nachdem ein linear polarisierter
Lichtstrahl von der Laserdiode 25 ausgesandt und durch
die Kollimatorlinse 26 in parallele Strahlen aufgeteilt
wurde, und nachdem er das erste λ/4-doppelt brechende Element 27 passiert
hat, wird er in einen kreisförmig polarisierten
Lichtstrahl umgewandelt. Der kreisförmig polarisierte Lichtstrahl
passiert den perforierten Spiegel 28, wird durch das Pentagonprisma
44 um 90° abgelenkt
und von der Haupteinheit 1 abgestrahlt.
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Das Pentagonprisma 44 wird
durch den Abtastmotor 42 über das Antriebsritzel 43 und
das Abtastzahnrad 41 gedreht. Durch Drehung des Pentagonprismas 44 wird
der polarisierte Lichtstrahl zwecks totaler Umfangsabtastung (Allround-Abtastung)
abgestrahlt. Durch die Allround-Abtastung tastet der polarisierte
Lichtstrahl den Objektreflektor 47 ab, und der polarisierte
reflektierte Lichtstrahl wird vom Objektreflektor 47 reflektiert.
Infolgedessen trifft der polarisierte reflektierte Lichtstrahl auf
das Pentagonprisma 44 auf.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst
der Objektreflektor 47 den die Polarisation aufrecht erhaltenden
Reflexionsabschnitt 54a und den die Polarisation umkehrenden
Reflexionsabschnitt 55a. Der polarisierte reflektierte
Lichtstrahl, der durch den die Polarisation aufrecht erhaltenden
Reflexionsabschnitt 54a reflektiert wird, umfasst kreisförmig polarisiertes
Licht, welches den Polarisationszustand des einfallenden polarisierten
Lichtstrahles beibehält.
Der polarisierte reflektierte Lichtstrahl, der durch den die Polarisation
umkehrenden Reflexionsabschnitt 55a reflektiert wird, umfasst
kreisförmig
polarisiertes Licht, welches eine Phase aufweist, die um λ/2 in Bezug
zur Polarisation des einfallenden polarisierten Lichtstrahles abweicht.
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Die Stiftöffnung 32 hat die
Wirkung, dass der reflektierte Lichtstrahl nicht passieren kann,
wenn sie nicht dem polarisierten Lichtstrahl gegenüberliegt und
seine optische Achse, die in Bezug zum polarisierten abgestrahlten
Lichtstrahl, der von der Haupteinheit abgestrahlt wird, abweicht,
d. h. der reflektierte Lichtstrahl, der von einem anderen unerwünschten Reflektor,
außer
dem Objektreflektor 47 ausgeht, wird nicht zu dem ersten
fotoelektrischen Wandler 34 und zu dem zweiten fotoelektrischen
Wandler 35 abgestrahlt, während er es dem polarisierten
reflektierten Lichtstrahl, welcher die Stiftöffnung 32 passiert, ermöglicht,
dass er zum Polarisations-Strahlenteiler 33 übertragen
wird. Der Polarisations-Strahlenteiler 33 teilt den Lichtstrahl
in polarisierte Komponenten, welche sich rechtwinklig zu einander
kreuzen. Er ermöglicht
es dem polarisierten reflektierten Lichtstrahl, welcher dem polarisierten
abgestrahlten Lichtstrahl gleich ist (jedoch eine Polarisationsrichtung aufweist,
die um 180° abweicht),
zu passieren, während
er den polarisierten reflektierten Lichtstrahl reflektiert, welcher
eine Polarisationsrichtung aufweist, die von dem des polarisierten übertragenen
Lichtstrahls, der von der Laserdiode 25 erzeugt wurde,
um 90° abweicht.
Der erste fotoelektrische Wandler 34 und der zweite fotoelektrische
Wandler 35 empfangen jeweils die in dieser Weise geteilten
polarisierten reflektierten Lichtstrahlen.
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Die Lichtaufnahmebedingungen des
ersten fotoelektrischen Wandlers 34 und des zweiten fotoelektrischen
Wandler 35 sind wie folgt:
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Wenn der polarisierte reflektierte
Lichtstrahl, der von dem die Polarisation umkehrenden Reflexionsabschnitt 55a des
Objektreflektors 47 reflektiert wird, auf den Reflexionslichtdetektor 21 auftrifft,
ist die Lichtmenge, die in den ersten fotoelektrischen Wandler 34 eintritt,
auf Grund des Verhältnisse
zwischen dem zweiten λ/4-doppelt
brechenden Element 31 und dem Polarisations-Strahlenteiler 33,
größer als
die Lichtmenge, die in den zweiten fotoelektrischen Wandler 35 eintritt.
Wenn der polarisierte reflektierte Lichtstrahl, der durch den reflektierenden Abschnitt
des Objektreflektors 47 oder durch einen unerwünschten
Reflektor reflektiert wird, in den Reflexionslichtdetektor 21 eintritt,
ist die Lichtmenge, die in den zweiten fotoelektrischen Wandler 35 eintritt,
größer, als
die Lichtmenge, die in den ersten fotoelektrischen Wandler 34 eintritt.
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Deshalb ist es durch Herausfinden
eines Unterschiedes zwischen dem polarisierten reflektierten Lichtstrahl
zum ersten fotoelektrischen Wandler 34 und dem polarisierten
reflektierten Lichtstrahl zum zweiten fotoelektrischen Wandler 35 möglich, zu
ermitteln, ob der eintretende polarisierte reflektierte Lichtstrahl
durch den die Polarisation aufrechterhaltenden Reflexionsabschnitt 54a des
Objektreflektors 47 oder durch den die Polarisation umkehrenden
Reflexionsabschnitt 55a reflektiert wurde. Weiterhin unterscheiden
sich, wenn der Zustand der Signale (d. h. die Abtastgeschwindigkeit)
des ersten fotoelektrischen Wandlers 34 und des zweiten
fotoelektrischen Wandlers 35, welche den polarisierten
reflektierten Lichtstrahl von dem Objektreflektor 47 empfangen, auf
einem konstanten Maß gehalten
wird, die Breiten der Signale vom ersten fotoelektrischen Wandler 34 und
vom zweiten fotoelektrischen Wandler 35 entsprechend der
Position, um den Objektreflektor 47 abzutasten. Infolgedessen
ist es durch Ermittlung der Breiten der Signale vom ersten fotoelektrischen Wandler 34 und
vom zweiten fotoelektrischen Wandler 35 und durch Vergleich
dieser miteinander möglich,
die Abstrahlungsposition des Laserstrahles zum Objektreflektor 47 zu
bestimmen. Wenn z. B. die Breiten der Signale vom ersten fotoelektrischen Wandler 34 und
vom zweiten fotoelektrischen Wandler 35 einander gleich
sind, befindet sich die Abstrahlungsposition des Laserstrahles in
der Mitte des Objektreflektors 47. Vorstehende Beschreibung
bezieht sich auf den Fall, bei welchem der Laserstrahl die Mitte
des Objektreflektors 47 durch umlaufende Drehung abtastet,
während
es durch Veränderung
des Funktionsmodus möglich
ist, eine reziproke Funktion zu erreichen oder die Drehung zu stoppen.
Die Form des Objektreflektors ist nicht auf die des Objektreflektors 47,
welche in den Figuren dargestellt ist, beschränkt, und die Form kann modifiziert
werden, um die Funktion zu verändern.
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Nunmehr soll unter Bezugnahme auf
die 5 und 6 die Beschreibung eines
automatischen Winkelkompensators erfolgen, der in dem Laser-Nivelliersystem
vorgesehen ist.
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An der unteren Seite eines eine Flüssigkeit abdichtenden
Behälters 102,
in welchem eine transparente Flüssigkeit 96 eingeschlossen
ist, um eine freie Flüssigkeitsoberfläche 95 zu
bilden, ist ein erstes Einfallsfenster 98 vorgesehen, welches
als erste Einfallseinrichtung dient, sowie ein zweites Einfallsfenster 99,
benachbart zum ersten Einfallsfenster 98, welches als zweite
Einfallseinrichtung dient, um einen Lichtstrahl von der Außenseite
zur transparenten Flüssigkeit 96 zu
leiten. Weiterhin sind ein erstes Abstrahlungsfenster 100, das
als erste Lichtabstrahlungseinrichtung dient und ein zweites Abstrahlungsfenster 101,
das als zweite Lichtabstrahlungseinrichtung zum Abstrahlen des reflektierten
Lichtstrahles, der durch die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 nach außerhalb
des die Flüssigkeit
einschließenden
Behälters 102 dient,
an dem die Flüssigkeit
einschließenden
Behälter 102 vorgesehen.
Das erste Abstrahlungsfenster 100 ist in einer Position
seitlich von dem zweiten Einfallsfenster 99 und das zweite
Abstrahlungsfenster 101 ist in einer Position seitlich
von dem ersten Einfallsfenster 98 angeordnet.
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Innerhalb des die Flüssigkeit
einschließenden
Behälters 102 ist
ein Flüssigkeitsbewegungsverhinderer 103 drehbar
in der transparenten Flüssigkeit 96 eingebettet,
und die Drehachse des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 ist
genau oder grob mit der Ebene der freien Flüssigkeitsoberfläche 95 ausgerichtet.
Wie im folgenden noch beschrieben werden soll, besitzt der Flüssigkeitsbewegungsverhinderer 103 eine
die Bewegung der transparenten Flüssigkeit verhindernde Platte 104 in
einer Position etwas unterhalb der freien Flüssigkeitsoberfläche 95 der
transparenten Flüssigkeit 96,
und das Zentrum der Schwerkraft des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 wird
in einer solchen Position eingesetzt, dass die Flüssigkeitsbewegungsverhinderungsplatte 104 immer
in horizontaler Position gehalten wird.
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Ein Projektionssystem 105 ist
in einer Position gegenüber
dem ersten Einfallsfenster 98 und dem zweiten Einfallsfenster 99 angeordnet.
In dem Projektionssystem 105 ist eine Lichtquelleneinheit 106, eine
Kollimatorlinse 107 und ein Polarisations-Strahlenteiler 108 in
der Reihenfolge zum ersten Einfallsfenster 98 hin angeordnet,
und eine λ/2-Wellenplatte 109,
die aus einem doppelt brechenden Element hergestellt ist, wird drehbar
zwischen dem Polarisations-Strahlenteiler 108 und der Kollimatorlinse 107 angeordnet.
Die λ/2-Wellenplatte 109 ist
in der Weise gestaltet, dass, wenn die y-Achse des Gesamtsystems
in eine vertikale Richtung gerichtet wird, die λ/2-Wellenplatte 109 quer
zum Lichtstrahl von der Lichtquelleneinheit 106 angeordnet
ist, wie dies in 5 dargestellt
ist, und, wenn die z-Achse des Gesamtsystems in eine vertikale Richtung
gerichtet wird, wie dies in 6 dargestellt
ist, die Mitte der Schwerkraft aus der Mitte der Drehung verschoben wird
und die λ/2-Wellenplatte 109 aus
der optischen Bahn des Lichtstrahles gerät.
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Als Lichtquelle der Lichtquelleneinheit 106 wird
ein Halbleiterlaser verwendet, welcher linear polarisiertes Licht
aussendet, um die Richtung der Polarisation linear polarisiert zu
erhalten, welche parallel zur x-Achse schwingt, wie dies in 5 erkennbar ist. Die Polarisationsplatte
der λ/2-Wellenplatte 109 wird
in solcher Weise angeordnet, dass, wenn der von der Lichtquelleneinheit 106 auftreffende
Laserstrahl 112 die λ/2-Wellenplatte 109 passiert,
die Polarisationsrichtung um 90° gedreht
und parallel zur y-Achse geschwenkt wird.
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Gegenüber dem Polarisations-Strahlenteiler 108 ist
ein Reflexionsspiegel 110 angeordnet, und der Reflexionsspiegel 110 reflektiert
den Lichtstrahl, welcher durch den Polarisations-Strahlenteiler 108 reflektiert
wird, zum zweiten Einfallsfenster 99. Der Polarisations-Strahlenteiler 108 ist
in der Weise gestaltet, dass er einem auftreffenden Lichtstrahl 112 die
Passage ermöglicht,
welcher die λ/2-Wellenplatte 109 passiert,
d. h. einem auftreffenden Lichtstrahl 112, der parallel
zur y-Achse schwingt, und dass er einen auftreffenden Lichtstrahl 112 reflektiert,
so dass er die λ/2-Wellenplatte
nicht passiert, d. h. einen Lichtstrahl 112, welcher parallel
zu x-Achse schwingt.
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Wenn er in die transparente Flüssigkeit 96 durch
das erste Einfallsfenster 98 einfällt, passiert der einfallende
Lichtstrahl 112 die die Flüssigkeitsbewegung verhindernde
Platte 104 des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 und
trifft auf die freie Flüssigkeitsfläche 95 mit
einem vorbestimmten Winkel, z. B. mit 50° unter der in 5 dargestellten Bedingung auf. Nachdem
er durch die freie Flüssigkeitsfläche 95 reflektiert
wurde, passiert er die die Flüssigkeitsbewegung
verhindernde Platte 104 als reflektierter Lichtstrahl 113 und
wird durch das erste Abstrahlungsfenster 100 abgestrahlt.
Nach Eintritt in die transparente Flüssigkeit 96 durch
das zweite Einfallsfenster 99 passiert der eintretende
Lichtstrahl 112 die die Flüssigkeitsbewegung verhindernde
Platte 104 des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 und trifft
auf die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 mit
einem vorgegebenen Winkel von z. B. 50° unter der in 6 dargestellten Bedingung auf. Der reflektierte
Lichtstrahl 113, welcher durch die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 reflektiert
wird, passiert die die Flüssigkeitsbewegung
verhindernde Platte 104 und wird durch das zweite Abstrahlungsfenster 101 abgestrahlt.
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Ein Reflexionsspiegel 114 ist
vorgesehen, welcher den reflektierten Lichtstrahl 113,
der durch das erste Abstrahlungsfenster 100 in vertikaler
Richtung abgestrahlt wird, reflektiert, und ein anamorphotisches
Prismensystem 115 wird zwischen dem ersten Abstrahlungsfenster 100 und
dem zweiten Reflexionsspiegel 114 angeordnet. Auf der optischen
Achse des reflektierten Lichtstrahles 113, der durch den Reflexionsspiegel 114 reflektiert
wird, ist ein Strahlenausweiter 116, ein Polarisations-Strahlenteiler 117 und
ein drehbares Pentagonprisma 44, das durch eine Dreheinrichtung,
z. B. einen Motor usw. gedreht wird, in dieser Reihenfolge angeordnet.
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In einer Position gegenüber dem
zweiten Abstrahlungsfenster 101 ist ein Reflexionsspiegel 119 angeordnet,
um den reflektierten Lichtstrahl 113, der durch das zweite
Abstrahlungsfenster 101 abgestrahlt wird, zu dem Polarisations-Strahlenteiler 117 zu
leiten, und ein Strahlenausweiter 120 ist zwischen dein
Polarisations-Strahlenteiler 117 und dem Reflexionsspiegel 119 so
angeordnet, dass die optische Achse des durch den Polarisations-Strahlenteiler 117 reflektierten
Lichtstrahles 113 mit der optischen Achse des Lichtstrahles übereinstimmt,
welcher den Polarisations-Strahlenteiler 117 passiert.
Der Polarisations-Strahlenteiler
ist in der Weise gestaltet, dass er die Passage des Lichtstrahles
ermöglicht,
welcher parallel zur z-Achse schwingt, und dass er den Lichtstrahl
reflektiert, der parallel zur x-Achse schwingt.
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Im Folgenden soll die Funktion beschrieben werden.
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Nachdem der ausgehende Lichtstrahl 112 von
der Lichtquelleneinheit 106 ausgesendet wurde und die λ/2-Wellenplatte 109 passiert
hat und in Richtung der y-Achse schwingt, passiert er den Polarisations-Strahlenteiler 108 und
trifft auf die transparente Flüssigkeit 96 durch
das erste Eintrittsfenster 98 auf und wird durch die freie
Flüssigkeitsoberfläche total reflektiert.
Der Reflexionspunkt der transparenten Flüssigkeit 96 stimmt
mit der Rotationsachse des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 überein bzw.
annähernd überein.
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Nachdem er durch die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 der
transparenten Flüssigkeit 96 reflektiert wurde,
wird der reflektierte Lichtstrahl 113 durch das erste Abstrahlungsfenster
abgestrahlt, und nachdem er das anamorphotische Prismensystem 115 passiert hat,
wird er in vertikaler Richtung durch den Reflexionsspiegel 114 reflektiert.
Nachdem er weiterhin den Strahlenausweiter 116 und den
Polarisations-Strahlenteiler 117 passiert hat, wird er
in horizontaler Richtung durch das Pentagonprisma 44 abgestrahlt.
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Wie zuvor beschrieben, vergleichmäßigt das anamorphotische
Prismensystem 115 die Reflexionsempfindlichkeiten auf der
freien Flüssigkeitsoberfläche 95 in
allen Richtungen, und der Strahlenausweiter 116 passt die
Empfindlichkeit letztendlich an. Deshalb wird die optische Achse
des Lichtstrahles, welcher den Strahlenausweiter 116 passiert,
in vertikaler Richtung immer kompensiert, unabhängig von der Neigung des Gesamtsystems.
Dementsprechend bildet der Lichtstrahl 113, der von dem
Pentagonprisma 44 ausgesendet wird, eine horizontale Referenzlinie.
Durch Drehung des Pentagonprismas 44 ist es möglich, eine
horizontale Referenzebene zu erhalten, welche jederzeit konstant
ist. D. h., die vorliegende Erfindung kann als Planierer verwendet
werden.
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Nunmehr soll unter Bezugnahme auf 6 ein Fall beschrieben werden,
bei welchem das gesamte System um 90° gedreht wird.
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Der Flüssigkeitsbewegungsverhinderer 103 wird
um 90° gedreht,
sodass die Flüssigkeitsbewegungs-Verhinderungsplatte 104 in
horizontaler Position gehalten wird. Weil die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 der
transparenten Flüssigkeit 96 in
Bezug zur Mitte der Schwerkraft immer in horizontaler Richtung gehalten
wird, wenn das gesamte System um 90° gedreht wird, wird sie ebenfalls
um 90° gedreht.
Die λ/2-Wellenplatte 109 wird
auch um 90° gedreht,
und sie wird von der optischen Bahn des einfallenden Lichtstrahles 112 bestimmt.
Deshalb tritt der auftreffende Lichtstrahl 112, welcher
in Richtung der x-Achse schwingt, in den Polarisations-Strahlenteiler 108 ein,
und der eintretende Lichtstrahl 112 wird durch den Polarisations-Strahlenteiler 108 zum
Reflexionsspiegel 110 reflektiert. Indem er durch den Reflexionsspiegel 110 reflektiert
wird und durch das zweite Eintrittsfenster 99 eintritt,
wird der eintretende Lichtstrahl 112 durch die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 total
reflektiert. Der Reflexionspunkt des eintretenden Lichtstrahles 112 auf
der transparenten Flüssigkeit 96 stimmt
mit der Rotationsachse des Flüssigkeitsbewegungsverhinderers 103 überein bzw.
annähernd überein.
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Der reflektierte Lichtstrahl 113,
der durch die freie Flüssigkeitsoberfläche 95 reflektiert
wird, wird durch das zweite Abstrahlungsfenster 101 abgestrahlt
und durch den Reflexionsspiegel 119 reflektiert und passiert
den Strahlenausweiter 120. Weiterhin wird er in horizontaler
Richtung durch den Polarisations-Strahlenteiler 117 reflektiert
und verläuft
entlang derselben optischen Achse, wie der des reflektierten Lichtstrahles,
bevor das gesamte System um 90° umgelegt
wurde. Weil das gesamte optische System um 90° umgelegt wurde, wird die optische
Achse des reflektierten Lichtstrahles 113 durch den Polarisations-Strahlenteiler 117 immer
in horizontaler Richtung gehalten. Durch Drehung des Pentagonprismas 44 wird
die abgestrahlte und gebildete Referenzebene in die vertikale Richtung
umgeformt, und es ist möglich,
eine drehbare Strahlungsebene zu erhalten, welche immer in einer
vertikalen Richtung in der z-y-Ebene gehalten wird, unabhängig von
der Neigung des gesamten Systems.
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In diesem Fall, wenn das gesamte
System um 90° umgelegt
wird, wie dies in 6 dargestellt ist,
wird die optische Achse in vertikaler Richtung in die z-y-Ebene
kompensiert, und es ergibt sich keine Kompensation der optischen
Achse in der Ebene der x-y-Achse. Der Grund dafür ist folgender: Wenn eine vertikale
Abstrahlungsebene mit dem Referenzpunkt ausgerichtet wird, wird
das gesamte System gedreht, um es auf die Referenz auszurichten,
und deshalb ist es bequemer, wenn die Bewegung in Drehrichtung der
Strahlungsebene langsam ist, wenn das System installiert wird.
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Nunmehr soll eine Beschreibung der
Nivellierbasis 10 unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 erfolgen.
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Die Nivellierbasis 10 umfasst
einen festen Rahmen 57 und eine Neigungsbasis 58,
welche in Bezug zum festen Rahmen 57 neigbar ist, und die Haupteinheit 1 ist
auf der Neigungsbasis 58 angeordnet. Ein Einstellungsknopf 15 für die X-Achse
ist vorgesehen, der mit der X-Achse
der Nivellierbasis 10 ausgerichtet ist, und ein Einstellungsknopf 16 für die Y-Achse
ist vorgesehen, der mit der Y-Achse ausgerichtet ist. An der oberen
Fläche
der Neigungsbasis 58 wird eine runde Libelle oder Nivelliereinrichtung 7 für die Y-Achse
parallel zur Y-Achse über eine
runde Basis 63 für
die Libelle befestigt, und eine runde Libelle oder Nivelliereinrichtung 6 wird
parallel zur X-Achse über
eine runde Basis 62 für
die Libelle befes tigt. Die runden Libellen 6 und 7 geben
die Neigungsrichtungen an und die Neigung wird mittels einer separat
vorgesehenen Einrichtung an der Haupteinheit, z. B. durch eine elektrische
runde Libelle ermittelt.
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Wenn der Einstellungsknopf 15 für die X-Achse
gedreht wird, neigt sich die obere Fläche der Neigungsbasis 58 um
eine Achse, welche parallel zur Achse des Einstellungsknopfes 15 für die X-Achse verläuft, und
die Neigung kann durch die runde Libelle 7 für die Y-Achse
ermittelt werden. Ähnlich
kann, wenn der Einstellungsknopf 16 für die Y-Achse gedreht wird,
die obere Fläche
der Neigungsbasis 58 um eine Achse geneigt werden, welche
parallel zur Achse des Einstellungsknopfes 16 für die Y-Achse verläuft, und
diese Neigung kann durch die runde Libelle 6 für die X-Achse
ermittelt werden.
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Die Drehrichtung für den Einstellungsknopf der
Achse stimmt mit der Neigungsrichtung der oberen Fläche der
Neigungsbasis 58 überein,
und das Ergebnis der Drehung des Achsen-Einstellungsknopfes erscheint an der
runden Libelle gegenüber
dem Achsen-Einstellungsknopf,
und die runde Libelle zeigt auch die Neigungsrichtung der Neigungsbasis 58 an.
Die Neigungsbasis 58 wird auf dem festen Rahmen 57 an
drei Punkten abgestützt,
d. h. über eine
Drehwelle 64, einen X-Achsen-Gewindeblock 61 und
einen Y-Achsen-Gewindeblock 65.
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Die Beschreibung soll anhand der
Neigungseinstellung unter Bezugnahme auf die 9 und 10 erfolgen,
wenn der Y-Achsen-Einstellungsknopf 16 gedreht wird. Für die X-Achse
ist ein Neigungseinstellungsmechanismus für den festen Rahmen 57 vorgesehen,
welcher dieselbe Anordnung aufweist, wie der, welcher für die Y-Achse
vorgesehen ist.
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Wenn die Einstellschraube 66 für die Y-Achse
eine Schraube mit Rechtsgewinde ist, und der Einstellungsknopf 16 für die Y-Achse
in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, bewegt sich der Gewindeblock 65 für die Y-Achse
in einer Richtung rechtwinklig zur Papierebene in 9 und in Richtung nach rechts in 10. Weil die untere Fläche des
Gewindeblockes 65 für
die Y-Achse schräg
ist, wenn der Gewindeblock 65 für die Y-Achse in Richtung nach
oben bewegt wird, nimmt der Abstand zwischen einem Gleitbolzen 67 für die Y-Achse
und der Achse für
die Einstellschraube für
die Y-Achse ab. Hinsichtlich der Bewegung des Gewindeblockes 65 für die Y-Achse
befindet sich der Gewindeblock 65 in linearem Kontalct mit
dem Gleitbolzen 67 für
die Y-Achse. Infolgedessen entsteht zwischen beiden eine Kraft,
um die Drehung zu unterdrücken,
und es besteht keine Notwendigkeit einen Drehstopp für den Gewindeblock 65 für die Y-Achse
vorzusehen.
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Wenn der Einstellungsknopf 15 für die X-Achse
der drei Abstützungspunkte
nicht verstellt wird, verändert
sich nur die Höhe
an dem Gewindeblock 65 für die Y-Achse. Deshalb wird
die Neigungsbasis 58 um die axiale Linie geneigt, welche
durch Verbindung eines Neigungsmittelpunktes 64' auf der Drehwelle 64 mit
einem Kontaktpunkt des Gleitbolzens 60 der X-Achse und
des Gewindeblockes 61 für die
X-Achse gebildet wird, d. h. einer axialen Linie parallel zur Drehachse
des Einstellungsknopfes 16 für die Y-Achse, und die unabhängige Einstellung
der Neigung kann ohne Störung
der Einstellung des Einstellungsknopfes 15 für die X-Achse
durchgeführt werden.
Ein Anschlagstift 69 für
die Drehung ist vorgesehen, um eine Verstellung der relativen Drehung zwischen
dem festen Rahmen 57 und der Neigungsbasis 58 zu
unterbinden, und er greift verschieblich in eine rechtwinklige Öffnung 70 ein.
Der Anschlagstift 69 für
die Drehung verschiebt sich in vertikaler Richtung in Bezug zum
Gleitstift 71 im Ausmaß der
Neigung des festen Rahmens 57 und der Neigungsbasis 58 und
unterdrückt
die Drehung der Neigungsbasis 58.
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Die Drehrichtung der Neigungsbasis 58 verläuft parallel
zur Drehrichtung des Einstellknopfes 16 für die Y-Achse.
Wenn die Drehrichtung des Einstellknopfes 16 für die Y-Achse
mit der Neigungsrichtung der Neigungsbasis 58 auszurichten
ist, sollte gewählt werden,
ob die Einstellschraube 66 für die Y-Achse als Schraube
mit Rechtsgewinde oder mit Linksgewinde vorgesehen wird.
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Das Ergebnis der Einstellung des
Einstellungsknopfes 16 für die Y-Achse wird an der runden Libelle 6 für die X-Achse
sichtbar, welche sich in einer Position gegenüber dem Operator befindet,
und der Operator kann die Neigung durch Beobachtung der runden Libelle 6 für die X-Achse
unmittelbar vor sich einstellen.
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In ähnlicher Weise wird, wenn der
Einstellungsknopf für
die 15 X-Achse gedreht wird, der X-Achsen-Gewindeblock 61 durch
Drehen der X-Achsen-Einstellschraube 68 bewegt.
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Wenn der Gewindeblock 61 für die X-Achse bewegt
wird, neigt sich die Neigungsbasis 58 um eine Linie, welche
durch Verbindung des Neigungsmittelpunktes 64' mit einem Kontaktpunkt
des Gleitstiftes 67 für
die Y-Achse und des Y-Achsen-Gewindeblockes 65 gebildet
wird, und eine unabhängige
Neigungseinstellung kann ohne Störung
mit dem Einstellungsknopf 16 für die Y-Achse erfolgen.
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Durch Drehung des Einstellungsknopfes 16 für die Y-Achse
und des Einstellungsknopfes 15 für die X-Achse kann die Neigung
der Neigungsbasis 58 eingestellt werden. Weil die Drehrichtungen
des Einstellungsknopfes 16 für die Y-Achse und des Einstellungsknopfes 15 für die X-Achse
mit der Neigungsrichtung übereinstimmen,
ist auch ein sensorischer Abgleich möglich, und der Operator kann
die Einstellung durch Beobachtung der runden Libellen unmittelbar
vor sich vornehmen. Dies erleichtert den Einstellungsvorgang der
Neigungsbasis 58.
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Nunmehr soll eine Beschreibung der
Wandbefestigung 75 eines erfindungsgemäßen Laser-Nivelliersystems 73, welches
an einer vertikalen Fläche,
z. B. einer Wandfläche,
befestigt wird, unter Bezugnahme auf 11 erfolgen.
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Am oberen Ende einer Führung 76,
welche sich in eine vertikale Richtung erstreckt, wird eine Klemmeinrichtung 78,
die eine Rippe 77 umklammert, an der Wand befestigt, und
die Klemmeinrichtung 78 wird von der Befestigung gelöst, wenn
ein Klemmhebel 79 gedreht wird. An der Führung 76 ist ein
Gleitteil 80 mit einem Sockel 82 verschieblich
angebracht, und es wird ein vertikaler Gleit-Einstellungsknopf 81 verwendet,
um die Führung 76 und das
Gleitteil 80 zu befestigen. Das Laser-Nivelliersystem 73 wird
auf dem Sockel 82 angeordnet und durch eine Befestigungsschraube 83 von
unten befestigt.
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Um die Wandbefestigung 75 an
der vertikalen Fläche,
z. B. an einer Wandfläche,
zu befestigen, wird sie durch die Klemmeinrichtung 78 an
der Rippe 77 befestigt, und das Laser-Nivelliersystem 73 wird an
der vertikalen Fläche,
z. B. der Wandfläche über die
Wandbefestigung 75 befestigt. Um die Position des Laser-Nivelliersystems 73 in
vertikaler Richtung einzustellen, wird der Einstellungsknopf 81 gedreht, um
es entlang der Führung 76 auf
und ab zu bewegen, und der Einstellungsknopf 81 wird an
einer geeigneten Position fixiert.
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Zur Einstellung und Korrektur der
Strahlrichtung eines Laserstrahles nach Anbringung des Laser-Nivelliersystems 73,
wie es vorstehend beschrieben wurde, werden die Einstellungsknöpfe 15 und 16 betätigt, um
die runden Libellen abzugleichen. Nach einer Grobeinstellung korrigiert
und kompensiert der Kompensator den abtastenden Laserstrahl in horizontaler
Richtung, um eine absolut horizontale Referenzlinie oder -ebene
zu bilden, ohne dass ein weiteres Eingreifen durch den Operator
erforderlich wäre.
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12 zeigt
den Fall bei welchem das Laser-Nivelliersystem 73 horizontal
umgelegt wird, um eine vertikale Referenzebene zu bilden.
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In dem Fall, dass das Laser-Nivelliersystem 73 verwendet
wird, indem es horizontal umgelegt wird, kommt eine Bodenbefestigung 85 zum
Einsatz. Das Laser-Nivelliersystem 73 wird auf der Bodenbefestigung 85 fixiert
und auf der Bodenfläche
installiert. Das Laser-Nivelliersystem 73 wird
installiert, indem es horizontal umgelegt wird, und eine ungefähre Positionseinstellung
wird mittels des Einstellungsknopfes 15 und einer Nivellierschraube 86 vorgenommen,
welche an der Bodenbefestigung 85 angeordnet sind. Der
Einstellungsknopf 16 wird verwendet, um die Richtung der
vertikalen drehbaren Strahlungsebene einzustellen.
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Die Bodenbefestigung 85 besitzt
mindestens eine Nivellierschraube 86, und die grobe horizontale Ausrichtung
des Laser-Nivelliersystems 73, das an der Bodenbefestigung
fixiert ist, wird durch die Einstellung der Nivellierschraube 86 und
des Einstellungsknopfes 15 unter Beobachtung der runden
Libelle 7 vorgenommen. Nach der Einstellung wird der abtastende
Laserstrahl in vertikaler Richtung durch den Kompensator, wie vorstehend
beschrieben, kompensiert und abgeglichen. Die horizontale Richtung
der Abtastungs-Drehachse, des vertikal abtastenden Laserstrahles
wird durch den Einstellungsknopf 16 abgeglichen. Eine Anzeigeeinheit 17 ist nahe
des Einstellungsknopfes 16 angeordnet und eine Drehrichtung
des Einstellungsknopfes wird auf der Anzeigeeinheit durch eine Lampe
angezeigt, so dass der abtastende Laserstrahl auf eine vorbestimmte
Position des Objektreflektors gerichtet wird, was im Weiteren beschrieben
werden soll. Wenn die Abtastung des Laserstrahls zu der vorgegebenen Position
gelangt, wird eine Lampe eingeschaltet, um die Position anzuzeigen.
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Der Objektreflektor 47 wird
zur Einstellung der Strahlrichtung des Laserstrahles verwendet.
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Eine Anzeigemarkierung 87 wird
auf den Objektreflektor 47 aufgebracht, und die Anzeigemarkierung 87 wird
mit der Markierungslinie 93, die auf die Bodenfläche aufgebracht
wurde, abgeglichen. Wie zuvor beschrieben, kann die Strahlungsposition
des Laserstrahles durch die reflektierten Lichtstrahlen von dem
die Polarisation aufrechterhaltenden Reflexionsabschnitt 54a und
dem die Polarisation wandelnden Reflexionsabschnitt 55a ermittelt
werden. Dementsprechend kann die Positionierung durch Ermittlung
der Lichtempfangsbedingung des reflektierten Lichtstrahles von dem
Objektreflektor 47 ermittelt werden. Um die Positionierung
eines Strahlungspunktes vertikal unterhalb des Laserstrahles in
Bezug zu dem Referenzpunkt 0 durchzuführen, wird durch den Laserstrahl
ein Punkt gebildet, um die Erkennbarkeit zu verbessern und die Positionierung
zu erleichtern. Um den Punkt zu bilden, wird eine Schlitzplatte 90 vorgesehen.
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Auf der Schlitzplatte 90 wird
ein Schlitz 91 in einer Position unmittelbar unterhalb
der Drehachse der drehbaren Einheit 2 gebildet. Wenn die
Abtastung des Laserstrahles vor und hinter dem Schlitz 91 durch
die Schlitzplatte 90 unterbrochen wird, wird ein Punktlicht
direkt unterhalb der Drehachse der drehbaren Einheit 2 gebildet.
Die Schlitzplatte 90 ist in einer vorgegebenen Position
an der Haupteinheit 1 vorgesehen. In dem in 12 dargestellten Beispiel ist
sie an einem Rahmengriff 89 angeordnet.
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Um die Haupteinheit 1 des
Laser-Nivelliersystems zu installieren, wird das Punktlicht 92 zunächst mit
dem Schnittpunkt der Markierungslinien 93 und 94 unter
der zuvor beschriebenen lichtemittierenden Bedingung eingestellt,
und ein Ort auf dem Boden, der durch Abtastung des Laserstrahles
ermittelt wird, wird mit der Markierungslinie 93 abgeglichen.
Es ist unnötig,
darauf hinzuweisen, dass bei der Installation der Haupteinheit 1 des
Laser-Nivelliersystems
keine spezielle Betätigung
erforderlich ist, um die Drehung der drehbaren Einheit 2 zu
stoppen oder diese mit geringer Geschwindigkeit zu drehen.
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Um das Punktlicht zu bilden, besteht
zusätzlich
zu dem Verfahren, es vor und nach dem Schlitz 91 durch
die Schlitzplatte 90 physikalisch zu unterbrechen, ein
Verfahren, das Licht vor und nach dem Punkt auszuschalten, um den
Punkt auf dem Abtastungsort des Laserstrahles zu bilden, oder ein
Verfahren, das Licht auszuschalten, um den Punkt zu bilden. Es wird
unter Bezugnahme auf die 13 und 14 ein Verfahren beschrieben,
um das Punktlicht durch Ein- oder Ausschalten an einer vorgegebenen Position
durch einen Kodierausgang zu bilden. In den 13 und 14 werden
dieselben Bauelemente wie in 3 mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Es ist ein Winkeldetektor 46 zur
Ermittlung der Drehung eines drehbaren Lagerteiles 40 vorgesehen,
und es ist ein Lichtemitter 20 angeordnet, welcher eine
optische Achse besitzt, die mit der Drehachse des drehbaren Lagerteiles 40 ausgerichtet
ist. Der Winleldetektor 46 umfasst eine drehbare Scheibe
und einen Detektor. Die drehbare Scheibe besitzt Winkelermittlungsschlitze,
die um den gesamten Umfang im gleichen Winkelabstand vorgesehen
sind, und ein Nullpositions-Ermittlungsschlitz ist nur an einem
Punkt des gesamten Umfanges vorgesehen. Der Detektor umfasst einen
Kodierer zur Ermittlung des Winkelermittlungsschlitzes und zur Aussendung von
Winkelimpulsen, sowie eine Unterbrechungseinheit zur Ermittlung
des Nullpositions-Ermittlungsschlitzes und zur Aussendung eines
Nullsetzungssignals. Der Lichtemitter 20 umfasst eine Laserdiode 25 sowie
ein optisches System 29, und ein Laserstrahl, der von der
Laserdiode 25 ausgesendet wird, wird zu einem Paral-lelstrahl umgewandelt
und zu dem Pentagonprisma 44 abgestrahlt.
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Die Haupteinheit 1 besitzt
einen Signalprozessor 48. Das Signal vom Winkeldetektor 46 wird
in den Signalprozessor 48 eingegeben, und das Signal vom
Signalprozessor 48 wird in die CPU 38 eingegeben.
Die CPU 38 gibt jeweils Steuersignale an eine Lichtemissionssteuerung 23 zum
Antrieb des Lichtemitters 20 sowie an eine Drehsteuerung 24 zum
Antrieb eines Abtastmotors 42 aus.
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Der Signalprozessor 48 umfasst
weiterhin einen Winkelsignalprozessor 49, einen Zähler 50,
einen Komparator 51 und eine den Zählerreferenzwert festsetzende
Einheit 52. Das Signal vom Winkeldetektor 56 wird
in den Winkelsignalprozessor 49 eingegeben. In dem Winkelsignalprozessor 49 wird
eine Signalverarbeitung z. B. eine Verstärkung durchgeführt, und
ein Impulssignal, welches dem Winkelsignal entspricht, wird in den
Zähler 50 eingegeben.
Der Zähler 50 zählt die
Anzahl von Impulsen vom Winkelsignalprozessor 49, und die
An zahl von Zählungen wird
an den Komparator 51 und die CPU 38 ausgegeben.
In die den Zählerreferenzwert
festsetzende Einheit 52 kann jede Anzahl von Zählungen
nach Bedarf eingegeben werden, und der so festgesetzte numerische
Wert wird in den Komparator 51 eingegeben. Der Komparator 51 vergleicht
den Wert, welcher durch die den Zählerreferenzwert festsetzende
Einheit 52 festgesetzt wurde, mit dem Wert vom Zähler 50.
Wenn die beiden Werte miteinander übereinstimmen, wird ein Koinzidenzsignal
in die CPU 38 eingegeben. Die CPU 38 gibt ein
Lichtemissions-Steuerungssignal an die Lichtemissions-Steuerung 23,
und die Lichtemission der Laserdiode 25 wird durch die Lichtemissionssteuerung 23 gesteuert.
Außerdem gibt
die CPU 38 ein Drehsteuerungssignal an die Drehsteuerung 24 und
steuert die Drehung des Abtastmotors 42 über die
Drehsteuerung 24.
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Im Folgenden soll mit Bezugnahme
auf 14 die Funktion
beschrieben werden.
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Nachdem der parallele Laserstrahl
von dem Lichtemitter 20 ausgesendet wurde, wird er in eine Richtung
rechtwinklig zur optischen Achse durch das Pentagonprisma 44 reflektiert
und durch die drehbare Einheit 2 abgestrahlt. Das Pentagonprisma 44 wird durch
den Abtastmotor 42 über
das Antriebsritzel 43 und das Abtastzahnrad 41 gedreht.
Durch die Abtastfunktion des Laserstrahles, der von dem Pentagonprisma 44 ausgestrahlt
wird, wird eine vertikale Referenzebene durch den Laserstrahl gebildet.
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Das Nullsetzungssignal von der Unterbrechereinheit
des Winkeldetektors 46 wird in der Weise festgesetzt, dass
es bei einem vorgegebenen Winkel, z. B. bei 30° vor der Position ausgegeben
wird, in welcher der Laserstrahl direkt unterhalb und entlang der
vertikalen Linie abgestrahlt wird, und das Nullsetzungssignal wird
in die CPU 38 über
den Zähler 50 eingegeben.
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Wenn das Nullsetzungssignal in den
Zähler 50 eingegeben
wird, wird der Zählerwert
des Zählers 50 auf
Null gesetzt. Durch die den Zählerreferenzwert festsetzende
Einheit 52 werden die folgenden drei Zählwerte in den Komparator 51 eingegeben:
Einen ersten vorgegebenen Zählwert,
der einem Winkel von weniger als 30° und näher an 30° entspricht, einen zweiten vorgegebenen
Zählwert,
der einem kleinen Winkel nahe und einschließlich 30° entspricht, und einen dritten
vorgegebenen Zählwert,
der einem Winkel von 60° entspricht.
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Wenn das Nullsetzungssignal in die
CPU 38 durch den Zähler 50 eingegeben
wird, wird ein Ausschaltsignal an die Lichtemissionssteuerung 23 ausgegeben,
und die Lichtemission der Laserdiode 25 wird gestoppt.
Der Komparator 51 vergleicht das Signal vom Zähler 50 mit
dem vorgegebenen Wert von der den Zählerreferenzwert festsetzenden
Einheit 52. Wenn die Anzahl von Zählungen mit dem ersten vorgegebenen
Zählwert übereinstimmt,
wird ein erstes Koinzidenzsignal an die CPU 38 ausgegeben.
Auf der Basis des ersten Koinzidenzsignals gibt die CPU 38 ein
Lichtemissionssteuersignal an die Lichtemissionssteuerung 23 aus,
und ein Laserstrahl wird von dem Lichtemitter 20 ausgesendet.
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Dann, wenn das Signal vom Zähler 50 mit dem
zweiten vorgegebenen Zählwert übereinstimmt, gibt
der Komparator 51 ein zweites Koinzidenzsignal an die CPU 38 aus.
Auf der Basis des zweiten Koinzidenzsignals gibt die CPU 38 ein
Steuersignal an die Lichtemissionssteuerung 23 aus, und
die Lichtemission des Lichtemitters 20 wird gestoppt. Weiterhin, wenn
die Anzahl der Zählungen
mit dem dritten vorgegebenen Zählwert übereinstimmt,
gibt der Komparator 51 ein drittes Koinzidenzsignal an
die CPU 38 aus. Auf der Basis des dritten Koinzidenzsignals strahlt
die CPU 38 vom Lichtemitter 20 über die
Lichtemissionssteuerung 23 einen Laserstrahl aus. Wie 14 zeigt, wird der Laserstrahl
in Punktform vertikal nach unten ausgesendet.
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Wie vorstehend beschrieben, wird,
um die Installation des Systems zu vereinfachen, ein Laserstrahl
in Punktform ausgesendet, und der Objektreflektor kann durch die
vorliegende Erfindung ermittelt werden. Weiterhin ist, um die visuelle
Erkennung zu erleichtern, ein reziproker Betrieb oder ein Stopp
der Drehung möglich.
Im Falle, dass das Laser-Nivelliersystem
installiert wird oder dass die Strahlrichtung des Laserstrahls nach
der Installation eingestellt oder verändert werden muss, kann die
Funktion leicht ausgeführt
werden, weil die Einstellrichtung mit der Funktionsrichtung übereinstimmt.
Weil eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der Einstellungsbedingungen
in der Nähe
des Einstellungsknopfes vorgesehen ist, kann der Operator die Funktionsbedingungen
visuell bestätigen,
und dies trägt
zur Verbesserung der Manövrierfähigkeit
bei. Weil die runden Libellen nicht nur von oben, sondern auch aus
seitlichen Richtungen und von unten betrachtet werden können, kann
die Beschränkung
der Installationsposition des Laser-Nivelliersystems weitestgehend
verringert werden.