DE10116018A1 - Laserstrahl-Nivelliervorrichtung - Google Patents
Laserstrahl-NivelliervorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Nivelliervorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle und einer Mehrzahl von aus dem Gerät austretenden Laserstrahlen sowie mit optischen Mitteln zur Beeinflussung dieser Laserstrahlen. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Nivellierlaser zur
Gewinnung einer optischen Referenzebene nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Im Vermessungswesen wie beispielsweise bei Messarbeiten für
den Innenausbau auf einer Baustelle werden für verschiedene
Anwendungen sogenannte Höhenrisse benötigt. Ein Höhenriss
ist eine Waagerechte im Raum, die über den gesamten
Vollkreis von 360° um einen Bezugspunkt herum die exakt
gleiche Höhe über einer Bezugsebene besitzt. Diese
Höhenrisse sind als Referenzebenen für weitere Maße von
hoher Wichtigkeit. Ein Höhenriss kann heutzutage auf
optische Weise mit Lasern gewonnen werden. Beispielsweise
gibt es zu diesem Zwecke sogenannte Baulaser, die entweder
manuell oder automatisch über eine Neigungsvorrichtung
mechanisch auf eine Bezugsebene einjustiert werden können.
Der Laser selbst sendet dann einen gebündelten Lichtstrahl
aus, der auf ein Prisma oder einen Spiegel am Gerät gelenkt
wird. Dieses Prisma beziehungsweise der Spiegel des
Baulasers rotiert um eine Geräteachse, so das der
Laserstrahl kreisförmig umgelenkt wird und beispielsweise an
allen Wänden eines geschlossenen Raumes als eine waagerechte
Linie, die parallel zum zuvor eingestellten Bezugsniveau des
Gerätes verläuft, erscheint. Die Linie kann auf die Wand
übertragen werden oder es können ausgehend von diesem neuen
Nivellierniveau weitere Maße abgetragen werden.
Aus der EP 0 722 080 B1 ist eine solche Laser-
Nivelliervorrichtung mit einer lichtemittierenden Einheit
zum Ausstrahlen eines Laserstrahls bekannt. Die Vorrichtung
der EP 0 722 080 B1 besitzt eine Dreheinheit zur Rotation
des Laserstrahls in einer Ebene.
Die in der EP 0 722 080 B1 beschriebene Dreheinheit der
Laser-Nivelliervorrichtung besteht aus einem rotierenden
Penta-Prisma, das den Laserstrahl durch mehrfache
Totalreflexion um insgesamt 90° aus seiner ursprünglich
senkrechten Ausbreitungsrichtung umlenkt. Mit Hilfe dieses
rotierenden Prismas spannt der einzelne Laserstrahl der EP 0 722 080 B1
für das menschliche Auge eine geschlossene Ebene
auf. In der EP 0 722 080 B1 sind zudem Mittel vorgesehen, um
den rotierenden Laserstrahl in speziellen Winkelbereichen
der Scan-Ebene abzublocken, um so gleichzeitig Markierungs-
und Orientierungsmarken mit Hilfe des Lasers setzen zu
können.
Aus der EP 0 586 804 B1 ist eine Laser-Apparatur mit einer
Mehrzahl von aus dem Gehäuse der Apparatur austretenden
Laserstrahlen bekannt. Die aus dem Gehäuse der EP 0 586 804 B1
austretenden Laserstrahlen sind zueinander orthogonal und
können jeweils in einer Ebene mit Hilfe eines drehenden
Penta-Prismas rotiert werden. Die Laser-Apparatur ermöglicht
somit die Erzeugung von drei zueinander senkrechten
Bezugsebenen.
Da ein sich drehendes Prisma, genau wie ein Spiegel, der bei
vergleichbaren Geräten des Standes der Technik zur Erzeugung
einer Bezugsebene zum Einsatz kommt, unter bestimmten
Umständen - beispielsweise im Falle eines Defektes - stehen
bleiben kann und so ein gebündelter Laserstrahl mit
entsprechend erhöhter Leistungsdichte aus dem Gerät
austritt, dürfen Laser dieser Art nur eine austretende
Lichtleistung von 1 mW aufweisen, um das Gefährdungspotential
für mittelbar oder unmittelbar beteiligte Personen gering zu
halten.
Nachteilig bei optischen Nivelliervorrichtungen mit
Ausgangsleistungen im Bereich von nur 1 mW ist, dass der
Laserstrahl in normal hellen Räumen nicht, beziehungsweise
nur noch sehr schwer erkennbar ist, so dass der Vorteil der
Verwendung von für das menschliche Auge sichtbarer
Laserstrahlung nur unzureichend ausgenutzt werden kann. Zwar
gibt es technische Hilfmittel in Form von optischen
Empfängern und Wandlern, mit denen man einen schwachen
Laserstrahl beispielsweise an der Wand eines Raumes wieder
detektieren kann, doch wird das gesamte Nivelliersystem
durch diese Zusatzkomponenten komplexer, die Bedienung für
eine einzelne Person unnötig erschwert, wenn nicht gar
unmöglich gemacht und zudem ergibt sich dadurch eine erhöhte
Anfälligkeit des Messgerätes.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines
Nivellierniveaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem
gegenüber den Vorteil, dass auf eine rotierende
Strahlumlenkung verzichtet werden kann.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Nivellierebene
(Höhenriss) durch mehrere stationäre Laserstrahlen markiert,
so dass die Notwendigkeit, einen einzelnen Strahl zur
Erzeugung einer Referenzebene (Nivellierniveau) rotieren zu
lassen, entfällt. Sowohl die Lichtquelle, als auch die
optischen Elemente, durch die der Laserstrahl anschließend
läuft, sind fest zueinander in dem Gerät montiert. Auf eine
Drehvorrichtung und entsprechende bewegliche
Strahlumlenkungen kann verzichtet werden. Die Vermeidung von
rotierenden Teilen innerhalb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung bedeutet eine deutliche Vereinfachung des
Systems.
Zudem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dem
Sicherheitsaspekt dieses Messwerkzeuges Rechnung getragen,
indem eine durch den eventuellen Ausfall der Rotationsmimik
verursachte Gefährdung von Personen von vornherein
ausgeschlossen ist.
Die aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung
austretenden Laserstrahlen sind divergent, so dass die
Leistungsdichte der Strahlen mit zunehmenden Abstand vom
Gerät abnimmt und eine Gefährdung von Personen dadurch
reduziert wird.
Die Verwendung mehrerer Laserstrahlen zur Definition der
Nivellierebene ermöglicht eine hellere Darstellung der Ebene
und damit einen deutlich verbesserten Arbeitskomfort
gegenüber Vorrichtungen des Standes der Technik.
Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen und
Details sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und
Verbesserungen der in Anspruch 1 angegeben Vorrichtung
möglich.
Die Verwendung von Laserstrahlen mit stark divergentem
Strahlengang ermöglicht es aufgrund der Strahlaufweitung
zudem, die Ausgangsleistung eines jeden Lasers gegenüber den
Lasern mit rotierender Strahlumlenkung zu erhöhen, ohne dass
eine kritische Leistungsdichte der Strahlung überschritten
wird.
Durch die Verwendung von Laserstrahlen mit einer
entsprechend großen Strahldivergenz lässt sich zudem in
vorteilhafter Weise erreichen, dass sich die einzelnen, von
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgehenden Laserstrahlen
trotz divergierender Ausbreitungsrichtungen überlappen und
so eine gemeinsame Fläche aufspannen. Diese gemeinsame
Fläche dient als Nivellierebene, deren Schnitt
beispielsweise mit den Wänden eines Raumes den gewünschten
Höhenriss liefert.
Vorteilhafterweise lässt sich die Divergenz der einzelnen
Laserstrahlen und/oder deren Anzahl im Gerät so einrichten,
dass sich in einer bestimmten Entfernung vom Messgerät eine
geschlossene Vollkreisfläche als aufgespannte Bezugsebene
ergibt.
Eine besonders einfache Anordnung für die erfindungsgemäße
Vorrichtung ergibt sich, wenn die aus dem Gerät austretenden
Laserstrahlen gleichmäßig über den Umfang der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verteilt sind.
Die Laserstrahlen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen
sich durch refraktive Elemente, die in den Strahlengang
eingebracht werden, in gewünschter Weise beeinflussen. Im
Speziellen kann die Strahldivergenz der aus dem Gerät
austretenden Laserstrahlen durch eine in den Strahlengang
eingebrachte optische Linse stark vergrößert werden, so dass
jeder Laserstrahl ein gewisses Flächensegment überstreicht.
Einen besonderen Vorteil für die erfindungsgemäße
Vorrichtung liefern hierbei sogenannte Zylinderlinsen.
Zylinderlinsen gestatten die Beeinflussung der
Strahldivergenz eines Laserstrahls in nur einer Ebene. In
der zu dieser Ebene orthogonalen Richtung des Raumes
passiert ein Lichtstrahl eine Zylinderlinse ohne zusätzliche
Änderung seiner Strahldivergenz und verbleibt somit
kollimiert, wenn er bereits vor Eintritt in die Linse
kollimiert war. Somit gestattet es eine Zylinderlinse in
einfacher Weise einen kollimierten Laserstrahl flächenartig
aufzuweiten ohne, dass bewegliche optische Elemente, die
verschleissanfällig sind, benutzt werden müssen.
Die Aufweitung der aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen
Vorrichtung austretenden Laserstrahlen lässt sich sowohl
durch konvexe, als auch durch konkave Zylinderlinsen in
einfacher Weise realisieren.
Um eine deutlich differenzierbare optische Nivellierebene zu
erhalten, ist es von Vorteil, dass die aus dem Gehäuse der
erfindungsgemäßen Vorrichtung austretenden Laserstrahlen in
der Richtung senkrecht zur erzeugten Referenzebene gut
kollimiert sind. Die Güte der Kollimation in dieser Richtung
bestimmt die Genauigkeit mit der beispielsweise ein
Höhenriss angezeichnet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lassen sich die Laserstrahlen jeweils durch eine
einzelne Laserdiode erzeugen, die dann auch jeweils getrennt
angesteuert werden kann.
Eine kostengünstige und kompakte Ausführungsform der
Erfindung stellt ein System mit lediglich einer Lichtquelle
dar. In solch einem System wird der ursprüngliche
Laserstrahl erst in entsprechende Teilstrahlen zerlegt, die
dann wiederum einzeln in erfindungsgemäßer Weise
aufgefächert werden.
Eine Vorrichtung, die es erfindungsgemäß ermöglicht, dass
die Teilstrahlen einzeln zuschaltbar sind, ermöglicht es,
dass das Gerät auch als Linienlaser verwendet werden kann.
Speziell können durch das Abschalten oder Ausblenden
einzelner Teilstrahlen in vorteilhafter Weise optische
Messmarkierungen und Messpunkte innerhalb der gewünschten
Nivellierebene gesetzt werden.
Optische Blenden zwischen der den jeweiligen Laserstrahl
erzeugenden Lichtquelle und dem Austritt des Laserstrahls
aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglichen in einfacher Weise einen wohldefinierten
Lichtstrahl aus dem divergenten Lichtkegel auszublenden und
somit auch auf diese Art einen Bezugslinie beziehungsweise
einen Bezugspunkt innerhalb der Nivellierebene zu erzeugen.
Diese Blenden gestatten ebenso, den Strahldurchmesser oder
auch den Öffnungswinkel des Laserstrahls anzupassen und
damit den Überlapp der einzelnen Flächensegmente in der
Nivellierebene besser kontrollieren zu können. Desweiteren
ermöglichen solche Blenden etwaige, an den Linsen
auftretende Verzerrungen des Laserstrahls aufgrund von
Linsenfehlern auszublenden und damit die Qualität der durch
die Laserstrahlen definierten Nivellierebene zu erhöhen.
Die Verwendung von Laserstrahlen im für das menschliche Auge
sichtbaren Spektralbereich gestattet das einfache Erkennen,
der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten
Nivellierebene. Aufwendige optische Detektoren oder Wandler,
die das Messsystem komplexer und damit teuer machen würden,
sind für die erfindungsgemäße Laser-Nivelliervorrichtung
somit nicht notwendig. Laserdioden im sichtbaren
Spektralbereich stehen mittlerweile auch für höhere
Ausgangsleistungen auf dem Markt zur Verfügung.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einer Anordnung versehen, die es gestattet die gesamte
Vorrichtung bezüglich einer gewünschten Bezugsebene
auszurichten. Dabei kann sowohl eine manuelle, als auch eine
automatische Ausrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgenommen werden.
Neben refraktiven Elementen wie den bereits erwähnten
optischen Linsen eignen sich auch diffraktive optische
Elemente in vorteilhafter Weise dazu, die Laserstrahlen in
ihrer Ausbreitung in gewünschter Weise zu beeinflussen.
Durch ein Beugungsgitter kann beispielsweise ein einzelner
Laserstrahl in ein divergentes, in einer Ebene liegendes
Strahlenbündel aufgefächert werden, so das wiederum ein
Flächensegment überstrichen und damit markiert wird. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung enthält dann eine Mehrzahl von
Laserstrahlen, die jeweils durch ein solches optisches
Beugungsgitter aufgespalten werden. Die einzelnen optischen
Komponenten sind in der Vorrichtung so zueinander
einjustiert, dass die verschiedenen Flächenelemente in einer
Ebene liegen und sich teilweise überlappen.
Besonders vorteilhaft lassen sich für diese Anwendung
holographische Strichgitter in Transmission verwenden, aber
auch klassisch geritzte Beugungsgitter können hierfür
verwendet werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Aufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 einen optischen Strahlengang der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 3, einen alternativen optischen Strahlengang der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
Fig. 5 einen optischen Strahlengang einer alternativen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt in einer Aufsicht die schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
10.
Auf einem gemeinsamen Grundelement 12, das als Trägerelement
ausgebildet ist, sind mehrere - im Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 sechs - Lichtquellen 14 in Form von Laserdioden 16
angebracht. Die Laserdioden 16 sind über den Umfang des
gemeinsamen Grundelementes 12 gleichverteilt, so dass im
gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein Winkel von 60°
zwischen den einzelnen Laserdioden besteht. Die Laserdioden
16 sind über elektrische Verbindungen, die in der Fig. 1
nicht dargestellt sind, mit einem Steuerteil verbunden, das
auch die Stromversorgung der Dioden 16 regelt. Sowohl
Steuerteil, als auch die optischen Komponenten lassen sich
im gezeigten Ausführungsbeispiel in einen gemeinsamen
Gehäuse 17 der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterbringen.
Die Ansteuerung der Dioden 16 geschieht derart, dass sich
die Laserdioden einzeln schalten lassen. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann somit immer mit der
jeweils für eine Messung gewünschten Anzahl von Dioden 16
betrieben werden.
Eine Bedienung des Steuerteils oder des gesamten Gerätes
über eine Fernbedienung ist in anderen Ausführungsbeispielen
möglich.
Das gemeinsamen Grundelement 12 lässt sich über eine
Verstellmimik beispielsweise in Form einer Drei-Punkt-
Lagerung ausrichten und in die Horizontale einnivellieren.
Dazu besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf dem
gemeinsamen Grundelement 12 eine Neigungsanzeige 20, die im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 exemplarisch als eine
Dosenlibelle 22 dargestellt ist. Andere Neigungsmesser
lassen sich selbstverständlich ebenfalls in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 einsetzen. Die Vorrichtung
gestattet es des Weiteren das gemeinsame Grundelement 12
gegenüber einer frei wählbaren Bezugsebene parallel
auszurichten. Dazu lässt sich die Verstellmimik 18
entsprechend einem Nivellierteller beispielsweise über eine
Drei-Punkt-Lagerung 24 des Grundelementes 12 so
einjustieren, dass das gemeinsame Grundelement 12 in der
gewünschten Ebene zu liegen kommt.
Jede der auf dem gemeinsamen Grundelement 12 aufgebrachten
Laserdioden 16 sendet im Betriebsfall einen sichtbaren
Laserstrahl 26 aus. Der optische Strahlengang ist für die in
Fig. 1 dargestellten sechs Anordnungen aus Laserdiode und
nachfolgenden optischen Komponenten identisch, so dass der
Strahlengang im Folgenden nur für eine einzelne Anordnung
beispielhaft für die weiteren Anordnungen beschrieben werden
soll.
Der von der Laserdiode 16 im eingeschalteten Zustand
emittierte, sichtbaren Laserstrahl 26 durchläuft zunächst
eine Kollimationseinheit 28. Diese Kollimationseinheit 28
kann aus diversen optischen Komponenten bestehen, von denen
in Fig. 1 nur stellvertretend je eine optischen Linse 30
und eine Blende 32 lediglich schematisch eingezeichnet sind.
Aufgabe der Kollimationseinheit 28 ist es, das eher
schlechte Strahlprofil der Laserdiode 16 in einen möglichst
wohlgeformten und gut kollimierten Laserstrahl zu
verwandeln. Dazu kann der von der Laserdiode 16 emittierte
Lichtstrahl 26 beispielsweise auch über eine
Teleskopanordnung kollimiert.
Der kollimierte Laserstrahl 26 durchläuft nach der
Kollimationseinheit 28 eine weitere Blende 34, mit der sich
der Strahlquerschnitt des Laserstrahls 26 einjustieren
lässt. Nach der Blende 34 trifft der Laserstrahl 26 in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung auf weitere optische Mittel 33
zur Strahlbeeinflussung. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich bei diesen
optischen Mitteln 33 um refraktive, also brechende optische
Elemente 35, die die Strahldivergenz des Laserstrahls 26
modifizieren. Das refraktive Element 35 in diesem
Ausführungsbeispiel ist eine Zylinderlinse 36, auf die der
Laserstrahl 26 mittig auftrifft. Die Zylinderlinse 36 ist
derart in den Strahlengang des Laserstrahls 26 eingebracht,
dass die Linse lediglich eine Brechkraft in der Ebene
parallel zum gemeinsamen Grundelement 12 der Laserdioden 16
besitzt. (In der Fig. 1 liegt diese Ebene parallel zur
Papierebene.) Senkrecht zu dieser Brechebene ist die
Zylinderlinse 36 optisch homogen und besitzt daher keinerlei
Brechkraft für den Laserstrahl 26, so dass dieser die
Zylinderlinse 36 durchläuft, ohne in dieser Richtung
modifiziert zu werden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich bei der
Zylinderlinse 36 um eine kurzbrennweitige, konvexe
Zylinderlinsen 38 (Sammelinse). Der Strahlengang im Bereich
der Zylinderlinse 38 ist zur Verdeutlichung nochmals in
Fig. 2 im Detail dargestellt.
Der kollimierte Laserstrahl 26 wird in Fig. 2, von der
Kollimationsoptik 28 kommend, in einem kurzen Abstand hinter
der Zylinderlinse 38 fokussiert und weitet sich dann nach
Durchlaufen eines Fokus der Linse 38 in einer Ebene parallel
zum Grundelement 12 auf. Der Strahlengang im Fokalbereich
ist in der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 nicht
zu sehen. Der Laserstrahl 26 überstreicht dabei einen
Winkelbereich 48 und leuchtet somit ein Flächenelement 46
aus. Der Öffnungswinkel 48 des Flächenelementes 46 nach der
Zylinderlinse 38 hängt im Wesentlichen von der Brechkraft
der benutzten Zylinderlinse 38 ab und ist umgekehrt
proportional zur Brennweite dieser Linse. Um eine
flächenmäßig große Auffächerung des Laserstrahls 26 zu
erreichen und gleichzeitig ein möglichst kompaktes Gerät zu
realisieren, sollten Zylinderlinsen 38 mit einer sehr kurzen
Brennweite benutzt werden. In vorteilhafter Weise lässt sich
eine weitere Blende auch hinter der Linse 36 in den
Strahlengang einbringen, mit deren Hilfe der Öffnungswinkel
48 beeinflusst werden kann.
In der Richtung senkrecht zur Auffächerung 46 behält der
Laserstrahl 26 aufgrund der optischen Homogenität der
Zylinderlinse 38 seinen ursprünglichen Strahldurchmesser,
wie er vor der Zylinderlinse 38 vorlag, bei.
Fig. 3 zeigt einen Strahlengang zur Aufweitung des
Laserstrahls 26, wie er sich durch Verwendung eines
alternativen refraktiven Elementes 35 ergibt. Der
kollimierte Laserstrahl 26 durchläuft in Fig. 3 von der
Kollimationseinheit 28 kommend wiederum eine Blende 34
direkt vor einer Zylinderlinse 36. Bei der in Fig. 3
dargestellten Linse 36 handelt es sich um eine konkave
Zylinderlinse 40 (Zerstreuungslinse), die den durchtretenden
Laserstrahl 26 direkt in einer Ebene parallel zum
Grundelement 12 aufweitet.
Die Blende 34, die sich direkt vor der Zylinderlinse 36
befindet, gestattet es, die Auffächerung des Laserstrahls 26
in gewissen Grenzen zu variieren und so den Öffnungswinkel
48 des vom Laserstrahl 26 überstrichenen Flächenelementes 46
einzustellen. Ebenso ermöglicht es diese Blende 34, den
Durchmesser des Laserstrahls 26 auf der Linsenoberfläche 50
zu kontrollieren und somit Linsenfehler, die bei einem zu
großen Strahlquerschitt deutlich zu Tage treten, zu
minimieren. Linsenfehler würden zu einer Verzerrung des vom
Laserstrahl 26 aufgespannten Flächenelementes 46 führen, und
somit die Qualität der Nivellierebene verschlechtern.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind insgesamt sechs
Laserdioden 16 mit entsprechendem Strahlverlauf und
anschließender Strahlaufweitung auf dem gemeinsamen
Grundelelement 12 aufgebracht. Die einzelnen optischen
Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 werden so
zueinander einjustiert, dass die aus dem Gerät austretenden
Laserstrahlen 26 exakt in einer Ebene liegen. In einem
gewissen Abstand von dem Gerät überlagern sich dann die
sechs von den jeweiligen Laserstrahlen 26 aufgespannten
Flächenelemente 46 zu einer gemeinsamen Fläche 52, so dass
sich ein Vollkreis 54 als Nivellierebene ergibt. Dieser
Vollkreis 54 der Laserstrahlung kann in bekannter Weise als
Bezugs- oder Messfläche (Nivellierniveau) genutzt werden.
Fig. 4 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Auf einem gemeinsamen,
runden Grundelement 12 sind vier Laserdioden 16 vorgesehen,
die jeweils einem Quadranten des Grundelementes 12
zugeordnet sind. Die Laserdioden 16 sitzen mit dem "Rücken"
zueinander auf dem Grundelement 12 und senden im
Betriebsfall jeweils einen Laserstrahl 26 in
entgegengesetzte Richtungen aus. Die elektrische Versorgung
der Dioden 16 wird durch eine zentrale Bohrung 56 in dem
Grundelement 12 gewährleistet.
Das Grundelement 12 lässt sich über eine Drei-Punkt-Lagerung
58 gegenüber einem Fuß- und Stativteil 60 in jede gewünschte
Raum- und Bezugsebene einjustieren.
Jede der Laserdioden 16 befindet sich im Ausführungsbeispiel
der Fig. 4 zusammen mit der zugehörigen Kollimationsoptik
28 in einem Gehäuse 62 das lediglich eine Öffnung 63 für den
Austritt der Strahlung 26 sowie entsprechende elektrische
Zuleitungen besitzt. Das Diodengehäuse 62 wird durch ein
stabiles Trägerelement 64 fest mit dem Grundelement 12
verbunden. Das Trägerelement 64 in Fig. 4 dient zudem als
Kühlkörper für die Laserdiode 16 und gestattet somit in
vorteilhafter Weise die Ableitung der anfallenden Wärme.
Das Trägerelement 64 besitzt zudem eine Aufnahme für die
Linse 36, die den Laserstrahl 26 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung flächenmäßig aufweitet. In dem in Fig. 4
dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Aufnahme aus
einer Bohrung 66 in zwei Stegen 68 und 70 des
Trägerelementes 64. Die Zylinderlinse 36, die in diesem
Ausführungsbeispiel in Form einer konvexen Stablinse 72
ausgebildet ist, wird in die Bohrung 66 eingesetzt und im
Bereich der Stege 68 und 70 verklebt. Andere
Befestigungsarten für die Linse 36 sind selbstverständlich
ebenso möglich. Der Laserstrahl 26 durchdringt die
Zylinderlinse 72 im Bereich zwischen den beiden Stegen 68
und 70.
Die stabile Ausführung des Trägerelementes 64 und die
Tatsache, dass das Trägerelement sowohl die Laserdiode 16
als auch die Linse 36 fixiert, ermöglicht es, dass die
optischen Komponenten nur einmal zueinander einjustiert
werden müssen und dann anschließend fixiert werden können.
Eine relative Bewegung der optischen Komponenten
gegeneinander, die zu einer Änderung des Strahlverlaufs des
Laserstrahls 26 führen würde, ist damit weitgehend
ausgeschlossen. Auf diese Weise ist eine wartungsfreie und
sehr robuste Ausführungsform für die erfindungsgemäße
Vorrichtung 10 möglich.
Prinzipiell sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung
möglich, die es erlauben, die optischen Komponenten
gegenseitig zu justieren und nachzustellen und somit einen
aktiven Eingriff in den Strahlengang der erfindungsgemäßen
Vorrichtung erlauben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 wird durch ein Gehäuse
74 geschützt und verschlossen, das in der Fig. 4 nur in
symbolischer Darstellung angedeutet ist. Das Gehäuse 74
weist entsprechende Öffnungen 76 auf durch die die
Laserstrahlen 26 aus dem Gerät 25 austreten können.
In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 anhand einer Aufsicht auf
den optischen Strahlengangs im Gerät 25 aufgezeigt. In der
Vorrichtung selbst sind wiederum eine Mehrzahl von
lichtemittierenden Dioden 16 in der Art der Fig. 1
untergebracht. Diese Dioden 16 senden jeweils einen
Laserstrahl 26 aus, der dann einen entsprechenden
Strahlengang, wie er in Fig. 5 schematisch dargestellt ist,
durchläuft.
Die Laserdiode 16 sendet im Ausführungsbeispiel der Fig. 5
einen sichtbaren Laserstrahl 26 aus, der wiederum eine
Kollimationsoptik 28 durchläuft. Diese Kollimationsoptik 28
umfasst diverse optische Elemente und erzeugt einen
wohlkollimierten Lichtstrahl. Der Laserstrahl 26 wird dann
auf ein diffraktives optisches Element 78 gelenkt, das im
speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ein
holographisches Strichgitter 80 ist. Der eine Laserstrahl 26
wird durch das Beugungsgitter 80 in eine Vielzahl von
Laserstrahlen 82 aufgespalten, die um einen Zentralstrahl 84
divergieren. Das Strahlenbündel 82 liegt in einer Ebene
parallel zum Grundelement 12 und markiert damit ebenfalls
ein Flächensegment 86.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind eine Mehrzahl von
Laserdioden 16 mit dem entsprechenden Strahlengang durch
jeweils ein zugeordnetes Beugungsgitter 80 angeordnet. Die
einzelnen Beugungsgitter 80 werden auf dem Grundelement 12
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 derart zueinander
einjustiert, dass die jeweiligen Strahlenbündel 82 alle in
einer Ebene liegen. Die von den einzelnen Laserstrahlen
überstrichenen Flächensegmente 86 addieren sich wiederum zu
einer Gesamtfläche. Diese durch eine Vielzahl von diskreten
Laserstrahlen 82 aufgespannte Gesamtfläche stellt somit
ebenfalls eine Nivellierebene dar ohne, dass eine rotierende
Strahlumlenkung benutzt wurde.
Bei dem im Ausführungsbeipiel 5 dargestellten diffraktiven
Element 78 handelt es sich um ein Transmissionsgitter, das
sich heutzutage in einfacher Weise als holographisches
Gitter herstellen lässt. Alternative Ausgestaltungen des
Ausführungsbeipiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können
aber auch Reflexionsgitter, wie beispielsweise klassisch
geritzte Beugungsgitter verwenden.
Eine Blende 88, die nach jedem Beugungsgitter 80 in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 5 angeordnet ist,
gestattet es, den Öffnungswinkel 90 eines jeden
Flächensegmentes 86 in gewünschter Weise zu varriieren. Im
Speziellen gestattet es diese Blende 88 ein
Laserstrahlbündel 82 ganz auszublenden oder aber auch nur
den Zentralstrahl 84 eines Strahlenbündels 82 zu verwenden,
der dann in vorteilhafter Weise einen einzelner Bezugspunkt
markieren kann, beziehungsweise es gestattet die
erfindungsgemäße Vorrichtung auf einen vorgegebenen
Bezugspunkt hin auszurichten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die in der
Beschreibung vorgestellten Ausführungsbeispiele einer Laser-
Nivelliervorrichtung mit einer Mehrzahl von Laserdioden
begrenzt.
Sie lässt sich ebenso vorteilhaft mit nur einer einzelnen,
entsprechend leistungsstarken Laserdiode realisieren. Der
Laserstrahl dieser einen Diode wird dann durch entsprechende
optische Komponenten in eine Mehrzahl von Laserstrahlen
zerlegt, die anschließend jeweils eine entsprechende Linse
oder ein Beugungsgitter durchlaufen. Die optische Komponente
zur Zerlegung des ursprünglichen Laserstrahls kann
beispielsweise ebenfalls ein Beugungsgitter oder aber auch
ein entsprechend gestalteter Strahlteiler sein.
Ebensowenig ist die erfinderische Vorrichtung auf die
Verwendung von einzelnen Zylinderlinsen als refraktive
Elemente beschränkt. Es lassen sich auch Kombinationen
optischer Linsen und andere Linsensysteme zur
erfindungsgemäßen Auffächerung des Laserstrahls benutzen.
Claims (15)
1. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung mit mindestens einer
Lichtquelle (14) und mit einer Mehrzahl von aus dem Gerät
(25) austretenden Laserstrahlen (26, 82) sowie mit optischen
Mitteln (33) zur Beeinflussung der Laserstrahlen (26),
dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gerät (25)
austretenden Laserstrahlen (26) in einer gemeinsamen Ebene
liegen.
2. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strahldivergenz (44) der aus dem
Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in der gemeinsamen
Ebene so groß ist, dass sich die Laserstrahlen (26) in dieser
Ebene überlappen und eine gemeinsame Fläche (52) aufspannen.
3. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und/oder die
Strahldivergenz (44) der Laserstrahlen (26) so groß ist, das
sich in der gemeinsamen Ebene ein Vollkreis (54) als Fläche
(52) ergibt.
4. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 3 dadurch
gekennzeichnet, dass die aus dem Gerät (25) austretenden
Laserstrahlen (26) jeweils um einen Winkel voneinander
getrennt sind.
5. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in
Richtung senkrecht zur gemeinsamen Ebene im Wesentlichen
kollimiert sind.
6. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
optischen Mittel (33) zur Beeinflussung der Laserstrahlen
refraktive optische Elemente (35) sind.
7. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die refraktiven optischen Elemente (35)
optische Linsen, beispielsweise Zylinderlinsen (36, 38, 40)
sind.
8. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus dem Gehäuse (g2) des Nivelliergerätes (25) austretenden
Laserstrahlen (26) jeweils von einer Lichtquelle (14),
insbesondere von jeweils einer Laserdiode (16) erzeugt
werden.
9. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (62)
des Nivelliergerätes (25) austretenden Laserstrahlen (26)
durch Strahlteilung mindestens eines ursprünglichen
Laserstrahls erzeugt werden.
10. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (62)
austretenden Laserstrahlen (26) einzeln schaltbar sind.
11. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus dem Gehäuse (62) austretenden Laserstrahlen (26) Licht im
für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich
enthalten.
12. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Öffnungswinkel (48) eines jeden der aus dem Gehäuse (62)
austretenden Laserstrahlen (26) mittels mindestens einer
Blende (34) variierbar ist.
13. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vorrichtung (18, 24, 58, 60)
zur Ausrichtung des Gerätes (25) in einer vorgebbaren Ebene.
14. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die optischen Mittel (33) zur
Beeinflussung der Laserstrahlen (26, 82) diffraktive optische
Elemente (78) beinhalten.
15. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die diffraktive optische Elemente (78)
Beugungsgitter, im Speziellen holographische Strichgitter
(80) beinhalten.
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