BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Laser-Nivellier nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Laser-Nivelliere senden einen horizontalen rotierenden Messstrahl aus, der von einem fotoelektrischen Empfänger detektiert wird. Der rotierende Laserstrahl definiert dabei eine Bezugsebene. Sobald sich der Empfänger in der Bezugsebene befindet, zeigt er dies durch optische und/oder akustische Signale an. Annäherungen an die Bezugsebene werden durch geeignete Vorsignale, z. B. durch Änderungen in der Tonfrequenz, angezeigt.
Durch geeignete Mittel wird gewährleistet, dass die erzeugte Bezugsebene tatsächlich horizontal ist. Solche Horizontiermittel können Libellen, Pendel oder Neigungssensoren mit Servoantrieben sein.
Es gibt darüber hinaus Aufgaben, vor allem bei der Verwendung des Nivelliers im Bauwesen, wo auch andere Bezugsebenen benötigt werden. So ist zum Ausrichten von Wandelementen, Fassadenstrukturen oder dergleichen eine vertikale Bezugsebene erforderlich. Ferner gibt es Aufgaben, die geneigte Bezugsebenen verlangen, so z. B. zum Herstellen von Gefällen bei Planierungsarbeiten oder zum Ausrichten von geneigten Baustrukturen. In diesen Fällen sind Bezugsebenen erforderlich, die bis zu einigen Winkelgraden gegen den Horizont oder gegen die Vertikale neigbar sind. Dabei muss bei einer bestimmten Messaufgabe ein vorgegebener Neigungswert eingestellt werden. Schliesslich gibt es Aufgaben, die zweckmässig gelöst werden können, wenn eine lotrechte Bezugslinie verfügbar ist. Diese Bezugslinie ist mit Vorteil ein vertikaler Laserstrahl.
Für die genannten Aufgabenstellungen gibt es bereits Lösungen, die aber durchwegs Mängel im praktischen Gebrauch aufweisen. So ist es bei bekanntgewordenen Instrumenten nötig, das Laser-Nivellier von der stehenden Normalstellung in eine liegende Stellung zu bringen und in der neuen Position auszurichten und zu fixieren, um eine Vertikalebene zu erzeugen. Auch sind dazu noch zusätzliche Horizontierungsmittel nötig, um die Bezugsebene mit der erforderlichen Genauigkeit in die Vertikale auszurichten.
Insbesondere ist keines der bekannten Instrumente in der Lage, alle erwähnten Aufgaben gleichermassen zu lösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Instrument zu schaffen, welches die erwähnten Nachteile bekannter Instrumente vermeidet. Es sollen neben der Grundaufgabe, eine horizontale Bezugsebene zu erzeugen, mit einfachen Zusatzeinrichtungen vertikale und geneigte Bezugsebenen erzeugt werden können. Ausserdem ist an die Erzeugung einer Lotlinie gedacht. Insbesondere soll ein Wechsel von einem Betriebszustand in einen anderen möglich sein, ohne dass die Stellung des Instrumentes verändert werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst.
Durch diese Massnahmen kann das Instrument während des Messvorgangs auf seiner Basis, also auf einem Sockel oder auf einem Stativ, unverändert sowohl für horizontale als auch für vertikale Nivelliervorgänge stehen bleiben, so dass die Grundreferenz während dieser ganzen Messung erhalten bleibt. Da diese Lösung mit allen bekannten Horizontiermitteln, also auch mit der einfachen und zuverlässigen Pendelkompensation zur Selbsthorizontierung des Instrumentes verträglich ist, ergibt sich ein besonders zuverlässiges und einfach zu bedienendes Instrument. Zusätzlich weist dieses Instrument den erheblichen Vorteil auf, dass nicht nur exakt horizontale oder vertikale Ebenen markiert werden können, sondern beliebig geneigte Zwischenebenen, für welche entsprechende Adapter vorgesehen sind, die sich besonders einfach und trotzdem präzis auf das Grundinstrument aufsetzen lassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Nivellier zum Horizontalnivellieren,
Fig. 2 das gleiche Instrument mit 90 Grad geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zum Vertikalnivellieren,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Aufsicht gem. Fig. 2,
Fig. 4 das gleiche Instrument mit geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zur Definition einer schiefen Bezugsebene, wobei die Bezugsebene gegen die Vertikale neigbar ist.
Fig. 5 das gleiche Instrument mit geschwenktem Kopf und eingesetztem Adapter zur Definition einer schiefen Bezugsebene, wobei die Bezugsebene gegen die Horizontale neigbar ist, und
Fig. 6 ein Einsatzteil mit zwei messbar verdrehbaren Keilen.
In der Basis 1 des Instrumentes befindet sich eine Laserlichtquelle mit einer Kollimatoroptik zur Aussendung eines vertikal, also in der z-Achse verlaufenden Laserstrahls.
Dieser Laserstrahl wird von einem motorgetriebenen rotierenden Spiegel 2, vorzugsweise einem Pentaprisma, in einen rotierenden Strahl umgesetzt, welcher somit eine Bezugsebene definiert. Der Motorantrieb 8 für den Spiegel bzw. das Pentaprisma befindet sich im Kopf 3 des Instrumentes. Zur Energieversorgung sind Batterien 9 vorgesehen. Der Kopf 3 ist mit der Basis 1 über ein Scharnier 4 verbunden, wobei im Scharnierbereich die erforderlichen Kabelverbindungen für die Stromversorgung des Spiegelantriebs 8 im Kopf 3 verlaufen.
Zur exakten Zentrierung und Horizontierung des Kopfes 3 auf der Basis 1 sind Passelemente 5 bzw. 6 vorgesehen. Die Arretierung des Kopfes 3 an der Basis 1 erfolgt vorzugsweise mit einem Schnellspannverschluss 7, der z. B. dem Scharnier 4 diametral gegenüber angebracht ist. Das Scharnier 4 ist so ausgebildet und angeordnet, dass es im arretierten Zustand des Kopfes 3 die Zentrier- und Arretierfunktion nicht behindert.
Fig. 2 zeigt das gleiche Instrument, bei welchem der Kopf 3 um 90" um das Scharnier 4 geschwenkt ist. Dabei befindet sich die Drehachse für den rotierenden Spiegel 2 nicht mehr in der z-Achse, sondern sie liegt nun in der horizontalen Ebene. Der vertikal aus der Basis 1 des Instrumentes austretende Laserstrahl wird durch einen aufgesetzten Adapter 10 auf den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 des Instrumentes umgelenkt. Dazu ist der Adapter 10 mit einem Umlenkprisma 11 mit definiertem Umlenkwinkel ausgestattet. In dieser Konfiguration eignet sich das Instrument zur Markierung einer vertikalen oder schiefen Bezugsebene.
Zur präzisen gegenseitigen Ausrichtung zwischen der Basis
1, dem Kopf 3 und dem Adapter 10 weist der Adapter 10 gegenüber dem Kopf 3 des Instrumentes zweite Passelemente
12 auf, welche mit den zuvor erwähnten Passelementen 5,6 am Kopf 3 des Instrumentes zusammenwirken, wobei sich der Kopf 3 am Adapter 10 mit gleichartigen Schnellspannverschlüssen 7 arretieren lässt, mit welchem er in der Grundstellung gem. Fig. 1 gegenüber der Basis 1 arretierbar ist.
Zur Erleichterung der Feinausrichtung der vertikalen Bezugsebene ist der Adapter 10 gem. Fig. 3 um seine vertikale Achse 15 um kleine Winkelbeträge schwenkbar in der Basis 1 des Instrumentes befestigt. Zur Vornahme solcher Schwenkbewegungen dient eine Stellschraube 16, welche die Winkelposition zwischen dem Instrumentenkopf 3 und der Basis 1 und damit das Azimut der vertikalen Bezugsebene, durch Schwenken um die Achse 15 feinverstellt. Unterstützt wird die Einstellung durch einen Federpuffer 17, welcher einerseits für eine spielfreie Lagerung des Adapters 10 der vertikalen Achse 15 sorgt und andererseits das spielfreie Rückschwenken des Adapters 10 beim Lösen der Stellschraube 16 ermöglicht.
Dabei wird die Feinjustierung durch die Auslegung des Scharniers 4 unterstützt, welches einerseits ein gewisses Spiel zwischen der Basis 1 und dem Kopf 3 des Instrumentes erlaubt, andererseits aber beide Teile unverlierbar aneinander schwenkbar befestigt. Diese Funktion wird z. B. durch Langlöcher 18 in der Scharnierbasis (Fig. 2) ermöglicht, so dass sich das Scharnier 4 mit daran angebrachtem Kopf 3 um kleine Winkelbeträge auf der Basis 1 verdrehen lässt.
Bei nicht eingesetztem Adapter 10 oder nach Herausschwenken oder Herausnehmen des Prismas 11 aus dem Strahlengang kann der Laserstrahl ungehindert aus der Basis 1 des Instrumentes nach oben austreten. Der Laserstrahl kann damit auch als Lot für Markierungen in der vertikalen Achse eingesetzt werden.
Ein in Fig. 1 angedeutetes Kompensationspendel 20 oder ähnliche Kompensationsmittel, welche sich in der Basis 1 des Instrumentes befinden, wird in seiner Funktion durch das Schwenken des Instrumentenkopfes 3 in keiner Weise beeinflusst. Es ist bezüglich der Feinausrichtung des Instrumentes unverändert funktionsfähig. Die vertikale Ebene ist allein durch die mechanische und optische Auslegung des Adapters 10 bestimmt.
Durch Änderung des Umlenkwinkels für den Laserstrahl zwischen der Basis 1 und dem Kopf 3 bzw. dem Adapter 10 sowie durch entsprechende mechanische Auslegung an den Verbindungsstellen zwischen diesen Teilen lassen sich bestimmte Neigungswinkel für die Bezugsebene definieren, wie dies anhand der Fig. 4 bis 6 beispielsweise dargestellt ist.
Die Fig. 6 zeigt zu diesem Zweck als Ausführungsbeispiel ein Zwischenstück 30 mit einem auf die Basis 1 aufsetzbaren Flansch 31 und mit einem schiefwinklig dazu angeordneten ringförmigen Drehkeil 32, auf welchen sich entweder der Kopf 3 oder der Adapter 10 über Kontaktstücke 39 bzw. 40 aufsetzen lassen. In der optischen Achse Z sind zwei optische Keile 33 und 34 (Fig. 5) angeordnet, die sich gegensinnig verdrehen lassen, so dass die sie durchdringenden Strahlen bezüglich der optischen Achse um bestimmte Winkelbeträge abgelenkt werden. Das Mass der Ablenkung wird durch den Winkel bestimmt, um welchen die Keile 33, 34 zusammen mit dem ringförmigen Drehkeil 32 verdreht werden. Zur Betätigung der Keile können z. B. Betätigungshebel 35, 36 nach aussen geführt sein.
Auf Skalen 37, 38 kann das Mass der Verdrehung bzw. direkt der Neigungswinkel der Bezugsebene gegenüber der Horizontalen bzw. der Vertikalen angezeigt werden.
Durch die erwähnte Anordnung des Motorantriebs 8 für den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 des Instrumentes und damit seiner Verlagerung aus der Basis 1 des Instrumentes, in welcher der Motor 8 üblicherweise angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit, den damit relativ autonomen Kopf 3 in praktisch beliebig geneigte Positionen zu bringen, wobei der von der Insturmentenbasis 1 ausgehende Laserlichtstrahl durch einen Adapter 10 und evtl. zusätzliche einstellbare Zwischenstücke auf den rotierenden Spiegel 2 im Kopf 3 umgelenkt wird. Dabei kann ein um geringe Neigungswinkel verstellbares Zwischenstück 30 auch direkt im Adapter 10 integriert sein.
In Abwandlung dieser aus praktischen Gründen zweckmässigsten Lösung kann auch der Motorantrieb 8 wie üblich in der Basis 1 des Instrumentes angeordnet sein, wobei die Antriebsverbindung zum rotierenden Spiegel 2 durch eine flexible Welle, neigbare Zahnradverbindungen, Gelenkwellen oder. ähnlichen Mitteln hergestellt werden kann.
DESCRIPTION
The invention relates to a laser level according to the preamble of claim 1.
Laser levels emit a horizontal rotating measuring beam, which is detected by a photoelectric receiver. The rotating laser beam defines a reference plane. As soon as the receiver is in the reference plane, it indicates this by means of optical and / or acoustic signals. Approaches to the reference level are indicated by suitable distant signals, e.g. B. indicated by changes in the tone frequency.
Suitable means ensure that the reference plane generated is actually horizontal. Such leveling means can be dragonflies, pendulums or inclination sensors with servo drives.
There are also tasks, especially when using the level in construction, where other reference levels are needed. A vertical reference plane is required to align wall elements, facade structures or the like. There are also tasks that require inclined reference levels, such as: B. for creating gradients in leveling work or for aligning inclined building structures. In these cases, reference planes are required that can be tilted up to a few degrees of angle against the horizon or against the vertical. A given inclination value must be set for a specific measurement task. Finally, there are tasks that can be conveniently solved if a vertical reference line is available. This reference line is advantageously a vertical laser beam.
There are already solutions for the above-mentioned tasks, but they all have shortcomings in practical use. With instruments that have become known, it is necessary to move the laser level from the standing normal position into a lying position and to align and fix it in the new position in order to generate a vertical plane. Additional leveling means are also required to align the reference plane with the required accuracy in the vertical.
In particular, none of the known instruments is able to solve all of the above-mentioned tasks equally.
It is therefore an object of the present invention to provide an instrument which avoids the disadvantages of known instruments mentioned. In addition to the basic task of generating a horizontal reference plane, vertical and inclined reference planes should be able to be generated with simple additional devices. The creation of a solder line is also considered. In particular, it should be possible to change from one operating state to another without having to change the position of the instrument.
This object is achieved according to the invention by the features defined in claim 1.
Through these measures, the instrument can remain on its base, i.e. on a base or on a tripod, unchanged for both horizontal and vertical leveling processes, so that the basic reference is retained throughout this measurement. Since this solution is compatible with all known leveling means, ie also with the simple and reliable pendulum compensation for self-leveling of the instrument, a particularly reliable and easy-to-use instrument results. In addition, this instrument has the considerable advantage that not only exactly horizontal or vertical planes can be marked, but also inclined intermediate planes, for which corresponding adapters are provided, which can be placed on the basic instrument in a particularly simple and precise manner.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with the aid of the drawings.
Show it:
1 the level for horizontal leveling,
2 shows the same instrument with a 90 ° swiveled head and an inserted adapter for vertical leveling,
Fig. 3 is a partially sectioned top view. Fig. 2,
Fig. 4 shows the same instrument with a swiveled head and an adapter used to define an inclined reference plane, the reference plane being tiltable against the vertical.
Fig. 5 shows the same instrument with a swiveled head and an adapter used to define an inclined reference plane, the reference plane being inclinable to the horizontal, and
Fig. 6 shows an insert with two measurably rotatable wedges.
In the base 1 of the instrument there is a laser light source with collimator optics for emitting a laser beam that runs vertically, ie in the z-axis.
This laser beam is converted by a motor-driven rotating mirror 2, preferably a pentaprism, into a rotating beam, which thus defines a reference plane. The motor drive 8 for the mirror or the pentaprism is located in the head 3 of the instrument. Batteries 9 are provided for energy supply. The head 3 is connected to the base 1 via a hinge 4, the necessary cable connections for the power supply of the mirror drive 8 running in the head 3 in the hinge area.
Fitting elements 5 and 6 are provided for exact centering and leveling of the head 3 on the base 1. The locking of the head 3 on the base 1 is preferably carried out with a quick-action fastener 7, which, for. B. the hinge 4 is diametrically opposite. The hinge 4 is designed and arranged such that it does not hinder the centering and locking function in the locked state of the head 3.
2 shows the same instrument in which the head 3 is pivoted by 90 "around the hinge 4. The axis of rotation for the rotating mirror 2 is no longer in the z-axis, but is now in the horizontal plane. The laser beam emerging vertically from the base 1 of the instrument is deflected by an attached adapter 10 onto the rotating mirror 2 in the head 3 of the instrument 3. For this purpose, the adapter 10 is equipped with a deflection prism 11 with a defined deflection angle Marking of a vertical or inclined reference plane.
For precise mutual alignment between the base
1, the head 3 and the adapter 10, the adapter 10 has second fitting elements opposite the head 3 of the instrument
12, which cooperate with the aforementioned fitting elements 5, 6 on the head 3 of the instrument, the head 3 being able to be locked on the adapter 10 with similar quick-action fasteners 7, with which it can be locked in the basic position according to FIG. Fig. 1 can be locked relative to the base 1.
In order to facilitate the fine alignment of the vertical reference plane, the adapter 10 according to FIG. Fig. 3 about its vertical axis 15 pivoted by small angular amounts in the base 1 of the instrument. An adjusting screw 16, which finely adjusts the angular position between the instrument head 3 and the base 1 and thus the azimuth of the vertical reference plane, by pivoting about the axis 15, serves to make such pivoting movements. The setting is supported by a spring buffer 17 which, on the one hand, ensures that the adapter 10 of the vertical axis 15 is supported without play and, on the other hand, enables the adapter 10 to pivot back without play when the adjusting screw 16 is loosened.
The fine adjustment is supported by the design of the hinge 4, which on the one hand allows a certain amount of play between the base 1 and the head 3 of the instrument, but on the other hand both parts are captively pivotally attached to one another. This function is used e.g. B. through elongated holes 18 in the hinge base (Fig. 2), so that the hinge 4 can be rotated with attached head 3 by small angular amounts on the base 1.
When the adapter 10 is not inserted or after the prism 11 has been swiveled out or removed from the beam path, the laser beam can emerge from the base 1 of the instrument upwards without hindrance. The laser beam can also be used as a plumb line for markings in the vertical axis.
A compensation pendulum 20 indicated in FIG. 1 or similar compensation means, which are located in the base 1 of the instrument, is in no way influenced in its function by the pivoting of the instrument head 3. It remains functional with regard to the fine alignment of the instrument. The vertical plane is determined solely by the mechanical and optical design of the adapter 10.
By changing the deflection angle for the laser beam between the base 1 and the head 3 or the adapter 10 and by appropriate mechanical design at the connection points between these parts, certain angles of inclination for the reference plane can be defined, as is shown in FIGS. 4 to 6, for example is shown.
For this purpose, FIG. 6 shows, as an exemplary embodiment, an intermediate piece 30 with a flange 31 which can be placed on the base 1 and with an annular rotary wedge 32 arranged at an oblique angle thereto, on which either the head 3 or the adapter 10 are placed via contact pieces 39 or 40 to let. Arranged in the optical axis Z are two optical wedges 33 and 34 (FIG. 5) which can be rotated in opposite directions, so that the rays penetrating them are deflected by certain angular amounts with respect to the optical axis. The degree of deflection is determined by the angle through which the wedges 33, 34 are rotated together with the annular rotary wedge 32. To operate the wedges z. B. actuating lever 35, 36 to the outside.
The degree of rotation or directly the angle of inclination of the reference plane with respect to the horizontal or the vertical can be displayed on scales 37, 38.
The aforementioned arrangement of the motor drive 8 for the rotating mirror 2 in the head 3 of the instrument and thus its displacement from the base 1 of the instrument, in which the motor 8 is usually arranged, results in the possibility of the relatively autonomous head 3 in practice to bring any inclined positions, the laser light beam emanating from the instrument base 1 being deflected onto the rotating mirror 2 in the head 3 by an adapter 10 and possibly additional adjustable intermediate pieces. An intermediate piece 30 that can be adjusted by a small angle of inclination can also be integrated directly in the adapter 10.
In a modification of this solution, which is practical for practical reasons, the motor drive 8 can also be arranged in the base 1 of the instrument as usual, the drive connection to the rotating mirror 2 being made by a flexible shaft, inclinable gear wheel connections, cardan shafts or. similar means can be produced.