DE69932668T2

DE69932668T2 - Lasersystem

Info

Publication number: DE69932668T2
Application number: DE69932668T
Authority: DE
Inventors: Fumio Tokyo Ohtomo; Kunihiro Tokyo Hayashi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: EP0959326A2; EP0959326A3; JPH11325899A; EP0959326B1; US6104479A; DE69932668D1; JP3937268B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laservermessungsgerät, geeignet zum Bilden einer Messbezugslinie und einer Bezugsebene durch Laserlicht, und insbesondere ein Laservermessungsgerät, geeignet zum Bilden einer Bezugslinie und einer Bezugsebene, jeweils geneigt um einen vorbestimmten Winkel gegen eine horizontale Ebene sowie eine horizontale Bezugslinie und eine Bezugsebene.
Als konventionelle neigbare Drehlasersysteme sind ein System bekannt mit einem Aufbau, bei welchem eine Laserprojektionseinheit durch kardanische Bügel oder eine sphärische Oberfläche getragen wird, und ein System mit einem Aufbau, bei welchem eine Laserprojektionseinheit auf vertikalen und horizontalen Achsen getragen wird.
CH 504756 offenbart einen Kompensator für zufällige Bewegung für ein optisches System, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist ein Gehäuse, ein Teleskop zum Wiederdimensionieren des Bildes um den Faktor zwei, welches sich innerhalb des Gehäuses bewegen kann, eine Vorrichtung, welche mit dem Teleskop kooperiert, zum Projizieren eines kollimierten Lichtstrahls von dem optischen System zu dem Gehäuse, eine Reflexionsvorrichtung, welche in der Bahn des Strahles montiert ist und zum Reflektieren des kollimierten Lichtstrahls in einer Richtung angeordnet ist, die in Bezug zu derjenigen des vom Teleskop kommenden Strahles verschoben ist, eine Trägheitsvorrichtung, welche auf der Reflexionsvorrichtung montiert und angeordnet ist zum Halten der letzteren in einer Winkelposition, die raumfest ist, unabhängig von eventuellen Winkelbewegungen des Gehäuses mit kleiner Amplitude, und eine optische Vorrichtung, welche starr in Bezug zu dem Gehäuse in der Bahn des reflektierten, von der Reflexi onsvorrichtung kommenden Strahls montiert und angeordnet ist, um in dem Gehäuse ein Bild zu bilden.
Es wird nunmehr eine Beschreibung eines Systems mit einem Aufbau, in welchem die Laserprojektionseinheit durch die sphärische Oberfläche getragen wird, beruhend auf 11. Eine Laserprojektionseinheit 9100 wird von einer sphärischen Oberfläche getragen und ist derart aufgebaut, dass Laserlicht auf eine Bezugsebene von einem Drehstrahler 9200 drehbar aufgebracht wird, welcher in der Laserprojektionseinheit 9100 vorgesehen ist. Der Drehstrahler 9200 wird übrigens von einem Motor 9250 angetrieben.
Die Laserprojektionseinheit 9100 ist so aufgebaut, dass sie in einer Richtung oder in zwei Richtungen durch Bewegen eines Armes 9300 neigbar ist, sich erstreckend in Überschneidung von zwei Richtungen aufwärts und abwärts durch einen Nach-Oben-Nach-Unten-Mechanismus, angetrieben durch einen Motor 9350. Die Laserprojektionseinheit 9100 wird nivelliert durch zwei Gradientensensoren 9410 und 9420, gebildet in einem Hauptkörper. Darüber hinaus wird die Laserprojektionseinheit 9100 eingestellt, um in einer vorbestimmten Richtung nach seiner Nivellierung geneigt zu sein.
Das Gradientensetzen kann z.B. erfolgen durch Umwandeln der Ausgänge, erzeugt von zwei Gradientensensoren 9410 und 9420, zu der Anzahl von Impulsen und Antreiben des Motors 9350 auf der Grundlage eines berechneten Winkels. Ein geeigneter Gradientendetektor kann vorgesehen sein. Wenn die Laserprojektionseinheit 9100 nur in einer Richtung geneigt ist, dann kann eine Oberfläche oder Ebene, geneigt zu einer vorbestimmten Richtung, gebildet werden. Wenn die Laserprojektionseinheit 9100 in zwei Richtungen geneigt ist, dann kann eine kombinierte geneigte Oberfläche gebildet werden.
Es folgt eine Beschreibung des Aufbaus, bei welchem eine Laserprojektionseinheit 9100 durch vertikale und horizontale Achsen getragen wird, beruhend auf der
12. Der vorliegende Aufbau weist eine Montageeinheit 9500 auf, gedreht um eine vertikale Achse, und die Laserprojektionseinheit 9100 , gedreht um eine horizontale Achse auf der Montageeinheit 9500. Ein Drehstrahler 9200 ist auf der Laserprojektionseinheit 9100 vorgesehen, so dass Laserlicht auf eine Bezugsebene drehbar aufgebracht werden kann. Darüber hinaus ist die Laserprojektionseinheit durch geeignete Nivelliereinrichtungen nivelliert in einer Weise ähnlich zu dem Aufbau, bei welchem die Laserprojektionseinheit durch die sphärische Oberfläche getragen wird.
Bei dem Aufbau, bei welchem die Laserprojektionseinheit 9100 durch die vertikalen und horizontalen Achsen getragen wird, wird die Montageeinheit in einer vorbestimmten Richtung gedreht in einer solchen Art und Weise, dass die Drehrichtung der Laserprojektionseinheit 9100 mit einer ansteigenden Richtung zusammenfällt. Nach der Drehung der Montageeinheit ist die Laserprojektionseinheit 9100 zu einem vorbestimmten Neigungswinkel geneigt, um ein Gradientensetzen durchzuführen.
Die kombinierte geneigte Oberfläche kann übrigens gebildet werden durch Durchführen einer arithmetischen Operation von Zwei-Wege-Gradientendaten und Neigen der Laserprojektionseinheit in einer bestimmten Richtung, auf der Grundlage des Ergebnisses der Operation.
Das konventionelle Laservermessungsgerät hat jedoch ein Problem, indem, obwohl keine Fehler erzeugt werden, wenn eine drehbare Achse einer Gradientensetzvorrichtung gedreht wird mit einer idealen zufälligen Achse als Zentrum, ein axiales Spiel zum Schaffen einer glatten Drehung tatsächlich erforderlich ist, und ein umgewandelter Wert eines Winkels entsprechend dem axialen Spiel einen Gradientenfehler ergeben wird.
Es besteht daher eine starke Nachfrage nach einem Laservermessungsgerät, welches geeignet ist, einen Gradientenfehler, welcher durch ein axiales Spiel erzeugt wird, zu reduzieren und eine Gradientensetzgenauigkeit zu verbessern.
Darüber hinaus hat das drehbare Lasersystem, getragen durch die sphärische Oberfläche, ein Problem, indem, während relatives hochgenaues Setzen möglich ist, da ein Grundaufbau zum Setzen eines Gradienten oder einer Neigung einfach ist, es nicht geeignet ist für Hochgradientensetzen, da eine strukturelle Begrenzung dem geschätzten Gradienten auferlegt wird.
Darüber hinaus hat das drehbare Lasersystem, getragen auf den vertikalen und horizontalen Achsen, ein Problem, indem, obwohl das Setzen eines hohen Gradienten relativ leicht ist, eine hohe Arbeitsgenauigkeit erforderlich ist, da sich viele Fehler in der drehbaren Achse, wie oben beschrieben, akkumulieren, was eine Kostenerhöhung verursacht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laservermessungsgerät, geeignet zum Bilden einer Messbezugslinie und einer Bezugsebene durch Laserlicht. Das vorliegende Laservermessungsgerät ist derart aufgebaut, dass eine Montageeinheit um eine vertikale Achse gedreht wird, eine Laserprojektionseinheit um eine horizontale Achse gedreht wird, eine Lichtquelle Laserlicht in einer Richtung parallel zu der horizontalen Achse aufbringt, ein Drehstrahler das Laserlicht drehbar auf die Bezugsebene aufbringt, erste Ablenkeinrichtungen, welche in der Laserprojektionseinheit vorgesehen sind, das Laserlicht in einer Schnittrichtung ablenken, und zweite Ablenkeinrichtungen, welche in dem Drehstrahler vorgesehen sind, das Laserlicht, welches von den ersten Ablenkeinrichtungen ausgesandt wird, in einer Schnittrichtung ablenken.
Typische der verschiedenen Erfindungen der vorliegenden Erfindungen sind kurz gezeigt worden. Verschiedene Erfindungen der vorliegenden Anmeldung und spezielle Konfigurationen dieser Erfindungen werden verstanden aus der nachfolgenden Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in welchen:
1 eine grafische Darstellung eines Lasersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Gradientensensors ist;
3(a) eine grafische Darstellung zum Beschreiben einer elektrischen Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist;
3(b) eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines elektrischen Systems einer automatischen Nivelliereinheit ist;
4 eine grafische Darstellung zum Erläutern eines drehbaren Achsenspiels einer Gradientensetzvorrichtung ist;
5 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Fehlers θ₁ in einer XZ-Ebene ist;
6 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Fehlers θ₂ in einer XY-Ebene ist;
7 eine grafische Darstellung zum Erläutern des Prinzips einer Korrektur unter Verwendung eines Bildrotators ist;
8 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Lasersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Lasersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Lasersystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine grafische Darstellung zum Beschreiben eines Standes der Technik ist; und
12 eine grafische Darstellung zum Beschreiben des Standes der Technik ist.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hiernach unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Prinzip)
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben.
[Betrachten des Spiels einer drehbaren Achse der Gradientensetzvorrichtung]
Zunächst wird ein Spiel einer drehbaren Achse erläutert.
Wie in 4 gezeigt, ist eine drehbare Achse 700 in einer X-Achsenrichtung angeordnet und drehbar durch ein erstes Lager 710 und ein zweites Lager 720 unterstützt. Laserlicht wird in der Richtung orthogonal zu der drehbaren Achse 700 (X-Achse) aufgebracht. Eine optische Achse, längs welcher das Laserlicht aufgebracht wird, wird als Z-Achse definiert.
Gradientenfehler, erzeugt in einem optischen System aufgrund eines Spiels der drehbaren Achse 700, weisen einen Fehler θ₁, gezeigt in 5, in einer XZ-Ebene und einen Fehler θ₂, gezeigt in 6, in einer XY-Ebene auf.
[Prinzip der Korrektur unter Verwendung eines Bildrotators 960]
(1) Korrektur eines Fehlers θ₁ in der XZ-Ebene
Wie in 7(a) gezeigt, ist Laserlicht, welches von einer Laserlichtquelle 600 ausgesandt wird, durch eine Kollimatorlinse 910 parallel gesetzt, um auf einen Bildrotator 960 aufzutreffen. Das Laserlicht, welches den Bildrotator 960 passiert hat, wird auf einen Spiegel 970 geworfen. Das Laserlicht, welches auf den Spiegel 970 geworfen wird, wird um 90 Grad ablenkt, um auf eine Z-Achse orthogonal zu seiner Einfallsrichtung reflektiert zu werden.
Darüber hinaus wird eine Winkelverstärkungsreduziereinrichtung 950 auf der Z-Achse platziert. Die Winkelverstärkungsreduziereinrichtung 950, welche in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist eingestellt auf f₁ : f₂ = 2 : 1 und wird verwendet, um einen Fehler θ₁ in der XZ-Ebene zu korrigieren. Die Winkelverstärkungsreduziereinrichtung 950 ist auf einer drehbaren Achse 700 konfiguriert, ausgenommen für den Bildrotator 960. Der Bildrotator 960 ist auf der Gehäuseseite des Lasersystems befestigt.
Wenn, wie in 7(b) gezeigt, die vorliegende Ausführungsform um einen Winkel θ₁ in der XY-Ebene gedreht wird, wird das Laserlicht, welches auf den Bildrotator 960 auftrifft, auch um den Winkel θ₁ geneigt. Der Bildrotator 960 ist derart aufgebaut, dass auffallendes Laserlicht darin gebrochen wird und einmal durch seine Innenwandoberfläche reflektiert wird und das reflektierte Laserlicht wieder gebrochen wird, gefolgt von der Aussendung zur Außenseite.
Da eine einfallende Oberfläche und eine ausgehende oder aussendende Oberfläche des Bildrotators 960 geneigte Oberflächen haben, jede eingestellt im gleichen Winkel, ist das ausgesandte Laserlicht um einen Winkel 2θ₁ in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen am Einfallswinkel θ₁ geneigt.
Das von dem Bildrotator 960 ausgesandte Licht wird um 90 Grad durch den Spiegel 970 abgelenkt, so dass es um einen Winkel 2θ₁ zu oder in Bezug zu der Z-Achse geneigt ist.
Darüber hinaus ist das in die Winkelverstärkungsreduziereinrichttung 950 geworfene Licht, angeordnet auf der Z-Achse, um einen Winkel 2θ₁ zu der Z-Achse geneigt und um einen Winkel 2θ₁ + θ₁ zu der vertikalen Achse. Da jedoch die Winkelverstärkungsreduziereinrichtung 950 eingestellt zu f₁ : f₂ = 2 : 1, obwohl das einfallende Laserlicht in der umgekehrten Richtung geneigt ist, wird die Neigung des Laserlichts korrigiert zu 2θ₁·1/2 durch die Winkelverstärkungsreduziereinrichtung 950, wobei der Fehler in der XZ-Ebene korrigiert wird.
(2) Korrektur eines Fehlers 82 in der XY-Ebene
Wenn die vorliegende Ausführungsform um einen Winkel θ₂ in der XY-Ebene gedreht wird, wie in 7(c) gezeigt, ist sie um den Winkel θ₂ geneigt, unabhängig von dem Bildrotator 960. Da jedoch die Laserlichtquelle 600 und der Spiegel 970 integral zueinander sind, wird das Laserlicht durch eine reflektierende Oberfläche des Spiegels 970 im rechten Winkel in einer 90°-Richtung reflektiert. Der entsprechende Fehler θ₂ in der XY-Ebene wird daher gelöscht.
[Ausführungsformen]
[Erste Ausführungsform]
Wie in 1 gezeigt, weist eine Lasergerät oder System 10000 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse des Lasersystems 10000 auf, welches geeignet ist, einen Gradienten oder eine Neigung in einer vorbestimmten Richtung einzustellen, und eine automatische Nivelliereinheit zum Platzieren des Gehäuses horizontal darauf. Das Gehäuse ist mit der automatischen Nivelliereinheit gekoppelt, so dass ihre nicht dargestellten vertikalen Achsen miteinander zusammenfallen, und ist mit dieser verbunden, um in der horizontalen Richtung drehbar zu sein.
Wie in 1 gezeigt, weist das Gehäuse eine Montageeinheit 1010 auf, welche sich um die vertikale Achse dreht und das Gehäuse in einer geneigten Richtung ausrichtet, und eine Laserprojektionseinheit 1020, welche auf der Montageeinheit 1010 platziert ist und sich um die horizontale Achse dreht, welche die vertikale Achse schneidet, um einen Gradienten oder eine Neigung einzustellen.
Die Montageeinheit 1010 ist drehbar aufgebaut durch eine Montageeinheit-Antriebseinrichtung 8100, welche aus einer geeigneten Dreheinrichtung wie einem Motor oder dergleichen besteht.
Darüber hinaus ist die Laserprojektionseinheit 1020 auch drehbar aufgebaut durch die Laserprojektionseinheit-Antriebseinrichtung 8200, welche aus einer geeigneten Dreheinrichtung wie einem Motor oder dergleichen besteht.
Darüber hinaus ist das Gehäuse mit einer Lichtquelle 1100, einer Kollimatorlinse 1200, einem Laserlichtablenker, einem Winkelverstärkungsreduzierer 1400, einem Drehstrahler 1500, einem Gradientensensor, einem ersten Drehwinkeldetektor 1700 und einem zweiten Drehwinkeldetektor 1800 versehen.
Die Lichtquelle 1100 ist eine Laserlichtquelle. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Halbleiterlaser als Lichtquelle 1100 verwendet. Jede Vorrichtung kann jedoch verwendet werden, wenn die Lichtquelle 1100 eine Laserlicht ausstrahlbare Vorrichtung ist.
Die Kollimatorlinse 1200 wird verwendet, um das von der Lichtquelle 1100 ausgesandte Licht zu einem parallelen Lichtstrahl einzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Laserlicht in der horizontalen Richtung des Gehäuses 1000 aufgebracht.
Das Gehäuse 1000 ist drehbar aufgebaut mit der Richtung, in welcher das Laserlicht von der Lichtquelle 1100 ausgesandt wird, als zentraler Achse. Das Gehäuse ist daher in einer Ebene orthogonal zu der horizontalen Richtung drehbar.
Ein Bildrotator 1350 ermöglicht Laserlicht, welches über eine Kollimatorlinse 1200 einfällt, hindurch zu treten, um auf einen Spiegel 1360 zu fallen. Das auf den Spiegel 1360 auftreffende Licht wird um 90 Grad abgelenkt, um in der vertikalen Richtung reflektiert zu sein.
Ein Winkelverstärkungsreduzierer 1400 ist in der vertikalen Richtung angeordnet. Der Winkelverstärkungsreduzierer 1400, verwendet in der ersten Ausführungsform, ist eingestellt zu f₁ : f₂ = 2 : 1 und wird verwendet, um einen Fehler θ₁ in der XZ-Ebene zu korrigieren.
Wenn ein Gehäuse 1001 eines Lasersystems um einen Winkel θ₁ gedreht wird, ist das auf den Bildrotator 1350 auftreffende Laserlicht auch um den Winkel θ₁ geneigt. Der Bildrotator 1350 ist derart aufgebaut, dass das einfallende Laserlicht darin gebrochen und einmal durch seine Innenwandoberfläche reflektiert wird, und das reflektierte Laserlicht wird wieder gebrochen, gefolgt durch Aussenden zur Außenseite. Da eine einfallende Oberfläche und eine ausgehende oder aussendende Oberfläche des Bildrotators 1350 geneigte Oberflächen haben, jeweils eingestellt um den gleichen Winkel, ist das ausgesandte Laserlicht um einen Winkel 2θ₁ in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen am einfallenden Winkel θ₁ geneigt.
Das vom Bildrotator 1350 ausgegebene Laserlicht ist um 90 Grad durch den Spiegel 1360 abgelenkt, so dass es um einen Winkel 2θ₁ zu einer Z-Achse geneigt ist.
Darüber hinaus ist das auf den Winkelverstärkungsreduzierer 1400 auftreffende Licht, angeordnet in der vertikalen Richtung, um einen Winkel 2θ₁ zu der Z- Achse geneigt und um einen Winkel 2θ₁ + θ₁ zu der vertikalen Achse geneigt. Da jedoch der Winkelverstärkungsreduzierer 1400 eingestellt ist zu f₁ : f₂ = 2 : 1, obwohl das einfallende Laserlicht in der umgekehrten Richtung geneigt ist, wird die Neigung des Laserlichtes zu 2θ₁·1/2 durch den Winkelverstärkungsreduzierer 1400 korrigiert, wodurch der Fehler in der XZ-Ebene korrigiert wird.
Der Drehstrahler 1500 ist in der Laserprojektionseinheit 1020 vorgesehen und wird verwendet, um Laserlicht drehbar auf eine Gradientensollbezugsebene aufzubringen. Ein Pentaprisma ist an dem Drehstrahler 1500 befestigt und drehbar aufgebaut durch die Drehstrahler-Antriebseinrichtung 8300. Das in der vertikalen Richtung durch den Laserlichtablenker 1300 reflektierte Laserlicht tritt durch den Winkelverstärkungsreduzierer 1400 hindurch, gefolgt durch Auftreffen auf das Pentaprisma 1510.
Das auf das Pentaprisma 1510 auftreffende Laserlicht wird um 90 Grad abgelenkt, um in der horizontalen Richtung zu dem Gehäuse 1000 reflektiert zu werden, und wird drehbar in der horizontalen Richtung mit der Drehung des Drehkopfes 1500 aufgebracht. Das Laserlicht kann daher auf eine Bezugsebene gestrahlt werden, um eine Laserbezugsebene zu bilden.
Das Pentaprisma 1510 entspricht der ersten Ablenkeinrichtung.
Der Gradientensensor weist einen ersten Gradientensensor 1610 und einen zweiten Gradientensensor 1620 auf und ist geeignet, die Neigung des Gehäuses zu erfassen. Jeder Sensor kann verwendet werden, wenn der Gradientensensor geeignet ist, die Neigung zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform wird als Gradientensensor ein Blasenrohr verwendet. Die Neigung des Gehäuses zum Horizont kann durch den ersten Gradientensensor 1610 und den zweiten Gradientensensor 1620 erfasst werden.
Als Gradientensensor zum Erfassen der Neigung kann z.B. ein Sensor unter Verwendung eines Blasenrohrs, gezeigt in 2, verwendet werden. Dieser Sensor weist eine Bauart auf, bei welcher zwei Elektroden 1651 und 1652 auf der oberen Oberfläche des Blasenrohres 1650 angeordnet sind, wohingegen eine Elektrode 1653 auf der unteren Oberfläche angeordnet ist, und eine Blase 1650a bewegt sich entsprechend der Neigung des Blasenrohres 1650 und wird umgewandelt zu Veränderungen der Kapazitäten C1 und C1 zwischen den Elektroden 1651 und 1653 und zwischen den Elektroden 1652 und 1653, wonach sie erfasst werden, um eine Neigung θ des Blasenrohres 1650 zu bestimmen.
Der erste Drehwinkeldetektor 1700 wird verwendet, um den Drehwinkel um die vertikale Achse (in der horizontalen Richtung) der Montageeinheit 1010 zu erfassen und um eine geneigte Richtung einzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Drehwinkeldetektor 1700 so aufgebaut, dass ein Rotor 1710 an der Montageeinheit 1010 befestigt ist und ein Stator 1720 in einer Position gegenüber dem Rotor 1710 angeordnet ist, wodurch der Drehwinkel zwischen dem Rotor 1710 und dem Stator 1720 erfasst wird. Jeder Sensor kann verwendet werden, wenn der erste Drehwinkeldetektor 1700 geeignet ist, den horizontalen Drehwinkel der Montageeinheit 1010 zu erfassen.
Der zweite Drehwinkeldetektor 1800 ist innerhalb der Laserprojektionseinheit 1020 vorgesehen und wird benutzt, um den Drehwinkel um die horizontale Achse zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Drehwinkeldetektor 1800 derart aufgebaut, dass ein Rotor 1810 an der Laserprojektionseinheit 1020 befestigt ist und ein Stator 1820 in einer Position gegenüber dem Rotor 1810 angeordnet ist, wodurch der Drehwinkel zwischen dem Rotor 1810 und dem Stator 1820 erfasst wird. Jeder Sensor kann verwendet werden, wenn der zweite Drehwinkeldetektor 1800 geeignet ist, den Drehwinkel um die horizontale Achse der Laserprojektionseinheit 1020 zu erfassen.
Eine elektrische Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr in Verbindung mit 3(a) beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform weist eine Montageeinheit-Antriebseinrichtung 8100 auf, eine Montageeinheit-Antriebsschaltung 8110 zum Steuern und Antreiben der Montageeinheit-Antriebseinrichtung 8100, eine Laserprojektionseinheit-Antriebseinrichtung 8200, eine Laserprojektionseinheit-Antriebsschaltung 8210 zum Antreiben der Laserprojektionseinheit-Antriebseinrichting 8200, eine Drehstrahler-Antriebseinrichtung 8300, eine Drehstrahler-Antriebsschaltung 8310 zum Antreiben der Drehstrahler-Antriebseinrichtung 8300, einen ersten Drehwinkeldetektor 1700, eine erste Signalverarbeitungsschaltung 1730 zum Verarbeiten eines Signals, ausgegeben von dem ersten Drehwinkeldetektor 1700, einen zweiten Drehwinkeldetektor 1800, eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 1830 zum Verarbeiten eines Signals, ausgegeben von dem zweiten Drehwinkeldetektor 1800, eine Steuereinrichtung 6000, eine Einstelleinrichtung 8500 und eine automatische Nivelliereinheit 2000.
Aufgrund der erfassten Signale, jeweils ausgegeben von dem ersten Drehwinkeldetektor 1700 und dem zweiten Drehwinkeldetektor 1800, ist die Steuereinrichtung 6000 derart aufgebaut, um den Antriebsbetrag zu berechnen zum Bilden einer Laserbezugsebene in einer vorbestimmten Richtung und um die Montageeinheit-Antriebseinrichtung 8100, die Laserprojektionseinheit-Antriebseinrichtung 8200 und die Drehstrahler-Antriebseinrichtung 8300 durch die Montageeinheit-Antriebsschaltung 8110, die Laserprojektionseinheit-Antriebsschaltung 8210 und die Drehstrahler-Antriebsschaltung 8310 anzutreiben.
Die Einstelleinrichtung 8500 stellt Daten ein zum Erhalten einer vorbestimmten Laserbezugsebene. Wenn z.B. die Einstelleinrichtung 8500 einen bidirektionalen kombinierten Gradienten einstellt, führt die Steuereinrichtung 6000 eine Berechnung durch aufgrund von eingestellten Daten, um hierdurch eine vorbestimmte Laserbezugsebene zu bilden.
Darüber hinaus entspricht die Einstelleinrichtung 8500 der Bezugsdaten-Einstelleinrichtung.
Darüber hinaus entspricht die Drehstrahler-Antriebseinrichtung 8300 der ersten Antriebseinrichtung, die Montageeinheit-Antriebseinrichtung 8100 entspricht der zweiten Antriebseinrichtung und die Laserprojektionseinheit-Antriebseinrichtung 8200 entspricht der dritten Antriebseinrichtung.
Die Steuereinrichtung 6000 erlaubt der automatischen Nivelliereinheit 2000, das Drehzentrum der Montageeinheit 1010 mit der vertikalen Richtung in Übereinstimmung zu bringen, aufgrund von Daten von dem ersten Gradientensensor 1610 und dem zweiten Gradientensensor 1620. Einzelheiten hierzu werden weiter unten beschrieben.
Das Gehäuse 1000, aufgebaut wie oben beschrieben, scannt den Laserstrahl in der horizontalen oder vertikalen Richtung und ist in der Lage, eine horizontale Anordnung, Zentrierung, eine vertikale Anordnung usw. durchzuführen. Ein innerhalb einer horizontalen Ebene gescannter Laserstrahl wird auf einem zu messenden Gegenstand erfasst. Ein Grundbezugspunkt kann daher verschoben und eingestellt werden durch Durchführen einer Nivellierung oder dergleichen von der erreichbaren Höhe des Strahls oder durch visuelles Platzieren des Laserstrahls in der vertikalen Richtung.
Die automatische Nivelliereinheit 2000 weist einen Nivelliertisch 2100 und eine Bodenplatte 2200 auf. Der Nivelliertisch 2100 ist in Richtungen nach oben und nach unten durch drei Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300 einstellbar getragen.
Ein elektrisches System der automatischen Nivelliereinheit 2000 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 3(b) beschrieben. Das elektrische System weist den ersten Gradientensensor 1610, den zweiten Gradientensensor 1620, die Steuereinrichtung 6000, eine erste Motorantriebseinrichtung 7100, eine zweite Motorantriebseinrichtung 7200, eine dritte Motorantriebseinrichtung 7300, einen ersten Motor 4310, einen zweiten Motor 4320 und einen dritten Motor 4330 auf.
Der erste Gradientensensor 1610 wird verwendet, um die Neigung des Gehäuses 1000 in der Richtung parallel zu der Richtung zu erfassen, in welcher zufällige zwei Nivellierschrauben 2300 und 2300 verbunden sind.
Der zweite Gradientensensor 1620 wird verwendet, um die Neigung des Gehäuses 1000 in der Richtung orthogonal zu der erfassenden Richtung des ersten Gradientensensors 1610 zu erfassen.
Die Steuereinrichtung 6000 berechnet Verschiebungen der Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300, erforderlich zum Einstellen des Nivelliertisches 2100 auf eine Bezugsebene oder Bezugsoberfläche, aufgrund von Signalen, welche von dem ersten Gradientensensor 1610 und dem zweiten Gradientensensor 1620 ausgegeben werden. Die Steuereinrichtung 6000 berechnet die jeweiligen Bewegungsbeträge solcher drei Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300, so dass beide geneigten Winkel, erfasst durch den ersten Gradientensensor 1610 und den zweiten Gradientensensor 1620, Null erreichen.
Die Steuereinrichtung 6000 überträgt Steuersignale entsprechend den Bewegungsbeträgen der jeweiligen Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300 zu ihrer entsprechenden ersten, zweiten und dritten Motorantriebseinrichtung 7100, 7200 und 7300. Die erste, zweite und dritte Motorantriebseinrichtung 7100, 7200 und 7300 erzeugen Spannung zum Drehen der Motoren 4310, 4320 und 4330, aufgrund von Steuersignalen, ausgegeben von der Steuereinrichtung 6010 durch nicht dargestellte Leiter.
Die Motoren 4310, 4320 und 4330 drehen die Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300, aufgrund der von den Motorantriebseinrichtungen 7100, 7200 und 7300 gelieferten Spannung, um hierdurch die Neigung des Nivelliertisches 2100 zu korrigieren. Der erste Gradientensensor 1610 und der zweite Gradientensensor 1620 erfassen wieder die Neigung des Nivelliertisches 2100 und führen eine Feedback-Kontrolle durch, um hierdurch zu ermöglichen, die vertikale Achse des Gehäuses 1000 genau vertikal zu nivellieren (sie zur Bezugsebene einzustellen).
Da in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben aufgebaut, die automatische Nivelliereinheit 2000 verwendet wird, kann ein Betrachter die vertikale Achse des Gehäuses 1000 des Lasersystems automatisch nivellieren, ohne manuell die Nivellierschrauben 2300, 2300 und 2300 zu betätigen, während ein ebenes Niveau visuell erkannt wird.
[Zweite Ausführungsform]
Wie in 8 gezeigt, weist ein Lasersystem 20000 gemäß einer zweiten Ausführungsform ein Gehäuse 1002 des Lasersystems auf, welches geeignet ist, einen Gradienten oder eine Neigung in einer vorbestimmten Richtung einzustellen, und eine automatische Nivelliereinheit 2000 zum Anordnen des Gehäuses 1002 horizontal darauf. Das Gehäuse 1002 ist mit der automatischen Nivelliereinheit 2000 gekoppelt und daran befestigt, um in der horizontalen Richtung drehbar zu sein.
Darüber hinaus ist das Gehäuse 1002 mit einer Lichtquelle 1100, einer Kollimatorlinse 1200, einem ersten reflektierenden Spiegel 1351, einem zweiten reflektierenden Spiegel 1352, einem dritten reflektierenden Spiegel 1353, einem Spiegel 1360, einem Winkelverstärkungsreduzierer 1400, einem Drehstrahler 1500, einem Gradientensensor 1600, einem ersten Drehwinkeldetektor 1700 und einem zweiten Drehwinkeldetektor 1800 versehen.
Der erste reflektierende Spiegel 1351, der zweite reflektierende Spiegel 1352 und der reflektierende Spiegel 1353 sind jeweils äquivalent zu dem Bildrotator 1350, verwendet in der ersten Ausführungsform.
Wenn das Gehäuse 1002 um einen Winkel θ₁ gedreht wird, ist das auf den ersten reflektierenden Spiegel 1351 auffallende Laserlicht ebenfalls um den Winkel θ₁ geneigt. Weiterhin reflektiert der erste reflektierende Spiegel 1351 das darauf einfallende Laserlicht. Nachdem das durch den ersten reflektierenden Spiegel 1351 reflektierte Laserlicht durch den zweiten reflektierenden Spiegel 1352 reflektiert wird, wird es durch den dritten reflektierenden Spiegel 1353 reflektiert, gefolgt durch die Aussendung zur Außenseite.
Das durch den ersten reflektierenden Spiegel 1351, den zweiten reflektierenden Spiegel 1352 und den dritten reflektierenden Spiegel 1353 übertragene Laserlicht wird um 90 Grad durch den Spiegel 1360 abgelenkt, so dass es um einen Winkel 2θ₁ geneigt ist.
Obwohl das auf den Winkelverstärkungsreduzierer 1400, angeordnet in der vertikalen Richtung, auftreffende Laserlicht um den Winkel 2θ₁ geneigt ist, in einer Weise ähnlich zu der ersten Ausführungsform, wird die Neigung des Laserlichts um 2θ₁·1/2 korrigiert durch den Winkelverstärkungsreduzierer 1400, so dass ein Fehler θ₁ in der XZ-Ebene korrigiert wird.
Da andere Konfigurationen, Wirkungen und Operationen der zweiten Ausführungsform identisch zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, unterbleibt ihre Beschreibung.
[Dritte Ausführungsform]
Wie in 9 gezeigt, weist ein Lasersystem 30000 gemäß einer dritten Ausführungsform ein Gehäuse 1003 des Lasersystems 30000 auf, welches geeignet ist, einen Gradienten oder eine Neigung in einer vorbestimmten Richtung einzustellen, und eine automatische Nivelliereinheit 2000 zum Platzieren des Gehäuses 1003 horizontal darauf. Das Gehäuse 1003 ist mit der automatischen Nivelliereinheit 2000 gekoppelt und daran befestigt, um in der horizontalen Richtung drehbar zu sein.
Darüber hinaus ist das Gehäuse 1003 mit einer Lichtquelle 1100, einer Kollimatorlinse 1200, einem Bildrotator 1350, einem Pentaprisma 1365, einem Winkelverstärkungsreduzierer 1400, einem Drehstrahler 1500, einem Gradientensensor 1600, einem ersten Drehwinkeldetektor 1700 und einem zweiten Drehwinkeldetektor 1800 versehen.
Der Bildrotator 1350 erlaubt dem über die Kollimatorlinse 1200 einfallenden Laserlicht hindurch zu treten, um auf das Pentaprisma 1365 aufzutreffen. Das auf das Pentaprisma 1365 auftreffende Laserlicht wird um 90 Grad abgelenkt, um in der vertikalen Richtung reflektiert zu sein.
Der Winkelverstärkungsreduzierer 1400 ist in der vertikalen Richtung angeordnet. Der Winkelverstärkungsreduzierer 1400, verwendet in der zweiten Ausführungsform, ist eingestellt zu f₁: f₂ = 2 : 1 und wird verwendet, um einen Fehler θ₁ in der XZ-Ebene zu korrigieren.
Wenn das Gehäuse 1003 des Lasersystems um einen Winkel θ₁ gedreht wird, ist das Laserlicht, welches auf den Bildrotator 1530 auftrifft, auch um den Winkel θ₁ geneigt. Der Bildrotator 1530 ist derart aufgebaut, dass das einfallende Laserlicht darin gebrochen und einmal durch seine Innenwandoberfläche reflektiert wird und das reflektierte Licht wird wiederum gebrochen, gefolgt von der Aussendung zur Außenseite. Da eine einfallende Oberfläche und eine ausgehende oder aussendende Oberfläche des Bildrotators 1530 geneigte Oberflächen haben, jeweils ein gestellt im gleichen Winkel, ist das ausgesandte Laserlicht um einen Winkel 2θ₁ in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen am Einfallswinkel θ₁ geneigt.
Das von dem Bildrotator 1530 ausgesandte Laserlicht wird durch das Pentaprisma 1365 abgelenkt, so dass es um einen Winkel 2θ₁ zu einer Z-Achse geneigt ist.
Im Unterschied zu einem Spiegel führt das Pentaprisma 1365 eine Korrektur in Verbindung mit dem Winkelverstärkungsreduzierer durch unter Verwendung einer konkaven Linse, um das Laserlicht um den Winkel 2θ₁ in der Richtung entgegengesetzt zu der Z-Achse zu neigen.
Obwohl das auf den Winkelverstärkungsreduzierer 1400, angeordnet in der vertikalen Richtung, auftreffende Laserlicht gedreht wird und um einen Winkel 2θ₁ geneigt ist, wird die Neigung des Laserlichtes zu 2θ₁·1/2 durch den Winkelverstärkungsreduzierer 1400 korrigiert, wobei der Fehler θ₁ in der XZ-Ebene korrigiert wird.
Da andere Konfigurationen, Wirkungen und Operationen der dritten Ausführungsform identisch mit denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsformen sind, wird ihre Beschreibung unterlassen.
[Vierte Ausführungsform]
Wie in 10 gezeigt, weist ein Lasersystem 40000 entsprechend einer vierten Ausführungsform ein Gehäuse 1004 des Lasersystems 40000 auf, welches geeignet ist, einen Gradienten oder eine Neigung in einer vorbestimmten Richtung einzustellen, und eine automatische Nivelliereinheit 2000 zum Anordnen des Gehäuses 1004 horizontal darauf. Das Gehäuse 1004 ist mit der automatischen Nivelliereinheit 2000 gekoppelt und daran befestigt, um in der horizontalen Richtung drehbar zu sein.
Im Unterschied zu anderen Ausführungsformen ist das Gehäuse 1004 mit einer Lichtquelle 1100, vorgesehen auf der gegenüberliegenden Seite einer Achse, einer Kollimatorlinse 1200, einem Polarisations-Strahlteiler 1310, einer Viertelwellenlängenplättchen 1320, einem Bildrotator 1530, einem Spiegel 1325, einem Winkelverstärkungsreduzierer 1400, einem Drehstrahler 1500, einem Gradientensensor 1600, einem ersten Drehwinkeldetektor 1700 und einem zweiten Drehwinkeldetektor 1800 versehen.
Der Polarisations-Strahlteiler 1310 erlaubt es Laserlicht, welches über die Kollimatorlinse 12 einfällt, hindurch zu treten, um auf den Bildrotator 1530 durch das Viertelwellenlängenplättchen 1320 zu fallen. Das von dem Bildrotator 1530 ausgesandte Laserlicht wird durch den Spiegel 1325 reflektiert und durch den Bildrotator 1530 wieder übertragen, gefolgt von der Aussendung zu dem Polarisations-Strahlteiler 1310 durch das Viertelwellenlängenplättchen 1320.
Das auf den Polarisations-Strahlteiler 1310 auftreffende Licht wird um 90 Grad abgelenkt, um in der vertikalen Richtung reflektiert zu sein.
Der Winkelverstärkungsreduzierer 1400 ist in der vertikalen Richtung angeordnet. Der Winkelverstärkungsreduzierer 1400, verwendet in der vierten Ausführungsform, ist eingestellt zu f₁: f₂ = 4 : 1 und wird verwendet, um einen Fehler θ₁ in der XZ-Ebene zu korrigieren. Da das Laserlicht durch den Bildrotator 1530 zweimal in der fünften Ausführungsform übertragen wird, ist der Winkel zu 4θ₁ eingestellt.
Da der Spiegel 1325 und die Laserlichtquelle oder dergleichen integral in der vierten Ausführungsform geformt sind, ist es nicht erforderlich, ein rechtwinkliges Prisma oder dergleichen vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, aufgebaut wie oben beschrieben, wird eine Montageeinheit um eine vertikale Achse gedreht, eine Laserprojektionseinheit, getragen von der Montageeinheit, wird um eine horizontale Achse gedreht, eine Lichtquelle, vorgesehen innerhalb der Laserprojektionseinheit, bringt Laserlicht in der Richtung parallel zu der horizontalen Achse auf, ein Drehstrahler, vorgesehen in der Laserprojektionseinheit, bringt drehbar das Laserlicht auf eine Referenzebene auf, eine erste Ablenkeinrichtung, vorgesehen in der Laserprojektionseinheit, lenkt das Laserlicht in einer Schnittrichtung ab, und eine zweite Ablenkeinrichtung, vorgesehen in dem Drehstrahler, lenkt das Laserlicht, gesandt von der ersten Ablenkeinrichtung, in einer Schnittrichtung ab. Die erste Ablenkeinrichtung weist einen Spiegel auf, und ein Bildrotator ist zwischen dem Spiegel und der Lichtquelle angeordnet. Daher kann ein hoher Gradient eingestellt werden, selbst im Falle eines drehbaren Lasersystems einer Bauart, getragen durch eine sphärische Oberfläche, und viele Fehler werden nicht gespeichert oder akkumuliert in einer drehbaren Achse, selbst im Falle eines drehbaren Lasersystems der Bauart, getragen auf vertikalen und horizontalen Achsen. Es kann daher eine ausgezeichnete Wirkung erzielt werden, indem ein Kosten sparendes und hochgenaues Lasersystem geschaffen wird.
Während die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist mit Bezug auf die illustrativen Ausführungsformen, soll die Beschreibung nicht in beschränkender Weise ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen der illustrierten Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung sind für den Durchschnittsfachmann unter Bezugnahme auf diese Beschreibung offensichtlich. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Ansprüche solche Modifikationen oder Ausführungsformen abdecken, da sie in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Lasersystem, aufweisend: eine Montageeinheit (1010), welche um eine vertikale Achse drehbar ist; eine Laserprojektionseinheit (1020), welche von der Montageeinheit gehalten und um eine horizontale Achse drehbar ist, welche die vertikale Achse senkrecht schneidet; eine Lichtquelle (1100), welche in der Laserprojektionseinheit (1020) vorgesehen ist, zum Aufbringen von Laserlicht von der horizontalen Achse aufwärts in der vertikalen Richtung; einen Drehstrahler (1500), welcher in der Laserprojektionseinheit (1020) vorgesehen ist, zum drehbaren Aufbringen von Laserlicht auf eine Bezugsebene; erste Ablenkeinrichtungen (1360), welche in der Laserprojektionseinheit (1020) vorgesehen sind, zum Ablenken von Laserlicht in einer orthogonalen Richtung; zweite Ablenkeinrichtungen (1510), welche in dem Drehstrahler (1500) vorgesehen sind, zum Ablenken von Laserlicht, welches in den ersten Ablenkeinrichtungen in einer orthogonalen Richtung ausgesendet worden ist; und einen Bildrotator (1350), derart konstruiert, dass auffallendes Laserlicht darin gebrochen und einmal durch seine innere Wandoberfläche reflektiert wird, und dass das reflektierte Laserlicht wieder gebrochen wird, gefolgt von einer Aussendung zur Außenseite, wobei der Bildrotator (1350) zwischen den ersten Ablenkeinrichtungen (1360) und der Lichtquelle (1100) angeordnet ist; eine Winkelverstärkungsreduziereinheit (1400), welche in der vertikalen Richtung zwischen den ersten und zweiten Ablenkeinrichtungen angeordnet ist.
Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem die Winkelverstärkungsreduziereinheit (1400) Brennweiten f₁ : f₂ = 2 : 1 hat.
Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem der Bildrotator (1350) aus einem ersten reflektierenden Spiegel (1351), einem zweiten reflektierenden Spiegel (1352) und einem dritten reflektierenden Spiegel (1353) gebildet wird.
Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem die zweiten Ablenkeinrichtungen von einem Spiegel oder einem Pentaprisma (1365) gebildet werden zum Reflektieren von Laserlicht von der horizontalen Achse aufwärts in der vertikalen Richtung.
Lasersystem nach Anspruch 1, welches geeignet ist, eine Bezugsebene auf einer vorbestimmten Neigungsebene mit Hilfe des Drehens der Laserprojektionseinheit um eine horizontale Achse zu bilden.
Lasersystem nach Anspruch 1, bei welchem die Montageeinheit (1010) mit einem ersten Drehwinkeldetektor (1700) zum Erfassen einer Drehung um die vertikale Achse und die Laserprojektionseinheit mit einem zweiten Drehwinkeldetektor (1800) zum Erfassen einer Drehung um die horizontale Achse versehen ist.
Lasersystem nach Anspruch 1, welches geeignet ist, um das Laserlicht auf eine geneigte Oberfläche aufzubringen, welche in einer vorbestimmten Richtung angeordnet ist, auf der Grundlage von Gradientensolldaten (1610, 1620) und des Ergebnisses der Winkelerfassung durch den ersten Drehwinkeldetektor (1700) und den zweiten Drehwinkeldetektor (1800).