DE2157113A1 - Gerät zum Erzeugen einer ebenen oder konischen optischen Bezugsfläche - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22,

D.pl.-lng. K. GUNSCHMANN _T._{tefon! (08)1J} ,_2966t4 Dr. rer. not. W. KORBER

PATENTANWÄLTE ,„ „ , ,.„,

17. November 1971

G/Ne

Erland Samuel Ljungdahl,
IPafnerstigen 9»
P.iuraholm / Schweden

und

Lars Axel Ekström,
Stallbäcken 11,
D.iursholm / Schweden

Patentanmeldung

Gerät gum Erzeugen einer ebenen oder konischen optischen Bezugsfläche

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erzeugen einer ebenen oder konischen optischen Bezugsfläche durch Ablenkung eines primären Lichtstrahles aus einer festgelegten Sichtung mittels einer rotierenden oder drehbaren Ablenkvorrichtung, die durch eine Spiegel- oder Prismenvorrichtung gebildet ist.

Im Grundbau, Ingenieurbau und bei der Errichtung von Gebäuden jeglicher Art oder ähnlichen Arbeiten ist es notwendig, Hessbezugspunkte oder -ebenen zu bilden, damit die Arbeiten massgerecht durchgeführt und kontrolliert werden können. Es ist bekannt, solche Bezugspunkte oder -ebenen unter Verwendung von Wasserwaagen bzw. Höhrenlibellen, Visiergeräten, Spanndrähten, die zwischen zwei Festpunkten oder einem Festpunkt und einem Lot gespannt werden, Nivellierinstrumenten oder Theodoliten sowie durch Längenmessungen von primären Bezugspunkten oder -ebenen aus festzulegen.

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Diese "bekannten Verfahren sind aber in verschiedener Hinsicht mit Nachteilen behaftet, insbesondere weil meist ein umständlicher Transport, eine besondere Handhabung und Hilfepersonen notwendig sind und auch ein erheblicher Zeit- und Kostenaufwand entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Gerät zu schaffen, mit dem eine grosse Anzahl von Bezugspunkten oder eine kontinuierliche ebene Bezugsfläche oder auch eine kegelförmige Bezugsfläche mit Orthogonale und Mittelachse jeweils in vertikaler, horizontaler oder beliebiger Sonderrichtung mittels eines gerichteten oder nach allen Richtungen schwenkenden schmalen Lichtstrahles hoher Intensität erzeugt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäse der Erfindung darin, dass zum Erzeugen des primären Lichtstrahles eine aus der Lichtquelle und gegebenenfalls Zoeatz linsen,, Verschlüssen o&, dgl. zur Bildung eines schmalen Strahles bestehende I&chtstrahl-Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist, die als in zwei ebenen bewegliches Pendel ausgebildet und so angeordnet ist, dass der primäre Lichtstrahl mit dem Pendel in seiner Buhelage genau senkrecht oder mit einer gegebenen Abweichung von der Senkrechten im wesentlichen senkrecht gerichtet ist.

™ Nachstehend ist die Erfindung an Hand der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausfiihrungsform beschrieben, die zum Erzeugen von ebenen und konischen Bezugsflächen dient, wobei a uss er dem noch andere Ausführungsformen kurz erläutert sind.

Das dargestellte Gerät ist mit einer pulsierenden oder stetigen Lichtquelle 1, z. B. einem Laser, versehen, die einen schmalen, intensiven Strahl mit sichtbarem Licht bzw. Strahlung erzeugt. Das Licht bzw. die Strahlung kann durch eine Brille zur Änderung der Wellenlänge oder durch Verwendung einer besonderen, z. B. fluoreszierenden Strahlung, sichtbar gemacht werden. Die Lichtquelle 1 ist in einem stehenden Gehäuse oder einer anderen fassung als Pendel in einer Lagervorrichtung aufgehängt, die

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in zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen leicht bewegbar ist, und mechanisch so ausgeglichen, dass der Lichtstrahl 2, nachdem etwaige Pendelschwingungen auf gehört haben, mit einer durch die Lagerreibung und den Ausgleich bestimmten Genauigkeit senkrecht nach unten fällt· JDie Genauigkeit ist dabei so gross gemacht, dass die Ablenkung der Strahlmittelachse von der genau senkrechten linie kleiner ist als der Auebreitvinkel des Strahles* Zur Gewihrleistung einer solch grossen Genau-igkeit kann das Lager s. B. in form Ton dünnen. Metallstreifen 3 ausgebildet sein, die rechtwinklig einer hinter dem anderen mit einem isolierenden Zwischenstück 4 angeordnet sind, so dass sie leicht in zwei Ebenen beweglich sind und sogleich als elektrische Zuleitung dienen. Besondere elektrische Zuleitungen, die unerwünschte Kräfte einleiten könnten, sind daher nicht erforderlich.

Für manche Anwendungef&lle genügt es. den lichtstrahl mittels einer wasserwaage oder Libelle zu richten, die auf den gewünschten Winkel su dem Licht strahl einjustiert werden kann.

Der in dieser Weise erzeugte senkrechte Lichtstrahl 2 wird in einer Ablenkvorrichtung 5 abgelenkt;* dl· durch ein Prisma oder eine Doppelepiegelvorrichtung, Torsugsweise eine solche gebildet ist, die den Lichtstrahl mit konstantem Winkel derart ablenkt, dass der Strahl s. B. rechtwinklig zu seiner Einfallrichtung austritt, unabhängig mm kleinen Bichtungsänder tragen des Prismas oder der Efciegerrorrichtung in Bezug auf die senkrechte Linie. Sie Ablenkvorrichtung 5 ist auf einem in der Verlängerung des Lichtstrahl?» angeordneten senkrechten Zapfen 6 fest angebracht, der durch einen. Motor 7 oder eine andere Drehvorrichtung in Iladrehung versetzt werden kann. Hierbei kreist der Lichtstrahl 8 um die durch den Lichtstrahl mit der Pendelaufhangung erzeugte senkrechte linie und erzeugt eine waagerechte Bezugsebene. Wenn der Drehzapfen 6 sehr genau montiert und ausgerichtet ist, kann statt eines Prismas oder eines Doppelspiegele auch ein einfacher Spiegel verwendet werden.

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Der um die senkrechte Linie kreisende Lichtstrahl erzeugt an den von ihm getroffenen Objekten ein Lichtband von der Breite des Strahles, das z. B. an Wänden, Abstandslatten bzw. -gliedern leicht beobachtet werden kann. Gegebenenfalls kann die Beobachtung mittels Spezialbrillen zum Filtern oder Ändern von Wellenlängen durchgeführt werden, oder die bestrahlten Flächen können mit einem auf die Wellenlänge der Strahlung abgestimmten Überzug aus wellenänderndem Material, z. B. fluoreszierendem Material, versehen werden.

Die Pendelvorrichtung, die leicht beweglich sein muss, ist gegen störende Kräfte, z. B. Luftströmungen, durch ein äusseres P rohrförmiges Schutzgehäuse 9 geschützt. Dieses Schutzgehäuse ist in Höhe des kreisenden Lichtstrahles, das einen Teil der in ihm fest oder beweglich angeordneten Vorrichtungen bilden kann, mit einer schlitzförmigen Lichtauslassöffnung 10 versehen, die zusammen mit den innen angeordneten Vorrichtungen durch eine transparente Schale und beim Transport der Einrichtung durch eine Hülse geschützt sein kann, die an der Aussenseite des Schutzgehäuses 9 verschiebbar angeordnet ist.

Der Motor 7 bzw. die sonstige Drehvorrichtung für das Prisma bzw. die Spiege!vorrichtung kann entweder an einer Verlängerung des Lichtquellenpendels oder an der Innenseite des Schutzgehäuses 9 befestigt sein. Im letzteren falle muss das Schutzgehäuse mit einer Genauigkeit senkrecht ausgerichtet sein, die mindestens so gross ist, dass der Lichtstrahl auf das Prisma bzw. die Spiegelvorrichtung auftrifft.

Damit verhindert wird, dass die Lichtquelle 1 nach einer Störung ihres Gleichgewichtszustandes noch zu lange Zeit Pendelschwin gungen ausführt, kann die pendelnde Aufhängung Kit einer Dämpfungsvorrichtung z. B. in Gestalt eines mit viskoser Flüssigkeit gefüllten Gefässee oder in Form einer elektrisch leitenden unmagnetischen Platte 11 versehen sein, die in einigem Abstand konzentrisch um die Aufhängung und vorzugsweise um den unteren

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Teil der Lichtquelle 1 herum angeordnet ist und der am Schutzgehäuse 9 befestigte Dauermagnete 12 in solcher Anordnung zugeordnet sind, dass ihr Kraftfluss durch die Platte 11 hindurchgeht .

Zwischen dem Schutzgehäuse 9 und dem Lichtquellenpendel sind ferner Puffer und/oder Anschlagglieder 13 angebracht, damit Beanspruchungen der Lichtquelle 1 und anderer Teile beim Transport oder sonstigen Handhabungen der Einrichtung verringert werden.

Zur Benutzung des Gerätes wird zunächst das Stand- bzw. Schutzgehäuse 9 in etwa senkrechter Stellung mittels eines Gestelles auf einer Trag- bzw. Unterstützungsflache aufgestellt, die durch einen Fussboden, eine Stütze od. dgl. gebildet sein kann. Nach kurzer Zeit pendelt sich die Lichtquelle 1 in senkrechter Eichtung ein, wobei der Lichtstrahl 2 bei der Ausfuhrungsform, bei der die Drehvorrichtung 7 an dem Schutzgehäuse 9 befestigt ist, auf das Prisma oder die Spiegelvorrichtung auftrifft. Sollte der Lichtstrahl das Prisma bzw. die Spiegelvorrichtung nicht genau genug treffen, so kann das Schutzgehäuse in senkrechter Eichtung nacheingestellt werden, bis der Lichtstrahl genau genug auftrifft.

Eine Eontrolle, ob der Lichtstrahl vor dem Auftreffen auf das Prisma in genau senkrechter Eichtung verläuft, kann dadurch ausgeübt werden, dass die Drehvorrichtung 7 mit dem Prisma vorübergehend weggenommen und durch ein Gefäss mit freiem Flüssigkeitsspiegel, das vorzugsweise Quecksilber enthält, ersetzt wird. Hierbei wird der Lichtstrahl genau auf seinem Entstehungspunkt reflektiert. Diese Methode ist genauer bei der Ausführungsform, bei der der Motor 7 in. dem Schutzgehäuse 9 befestigt ist, weil die pendelnde Aufhängung bei der Kontrolle keiner Interferenz ausgesetzt zu werden braucht, die das Gleichgewicht stören könnte.

Pur manche Zwecke ist eine schwach geneigte Bezugsebene er-

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wünscht. Dies ist z. B. bei der Herstellung von Strassen, Garagenrampen od. dgl. der Fall. Eine solche geneigte Bezugsebene kann sowohl durch Ablenken des waagerechten Lichtstrahles mittels eines Linearprismas oder eines Spiegels vor der Lichtauslassöffnung 10 des Schutzgehäuses, als auch durch entsprechende Schrägeinstellung der Lichtquellenpendels erzeugt werden. Eine leicht ein-stellbare, bestimmte Schrägeinstellung kann herbeigeführt werden, wenn an dem unteren Ende des Lichtquellenpendels ein Körper 14- aus ferromagnetischem Material befestigt und an der Innenseite des Schutzgehäuses 9 eine oder mehrere Hagnetspulen 15 angebracht werden, die mit elektrischem Strom gespeist werden. Durch Regelung des durch die Spulen fliessenden Stromes können die Grosse und Sichtung der Schrägstellung der Lichtquelle in einfacher Veise Justiert werden. Bei dieser Ausführungsform ist Jedoch darauf zu achten, dass mögliche Dämpfungsmagnete so angeordnet werden, dass ihre Streufelder keinen Anlass zu Fehlern bietet. Auch muss die Ablenkvorrichtung 5 für den Lichtstrahl an der pendelnden Aufhängung angeordnet sein. Eine schräg verlaufende Bezugsebene kann weiterhin erreicht werden, wenn der Lichtstrahl durch ein nichtrotierendes Prisma 16 geht, das vor der rotierenden Ablenkvorricltang 5 angeordnet ist.

Venn eine schwach kegelförmige Bezugsfläche gebildet werden soll, " wie dies z. B. für die Herstellung einer in Querrichtung etwas geneigten und in Längsrichtung mit Gefälle zum Ableiten von Wasser zu Entwässerungsschächten versehenen Strassendecke erwün seht sein kann, so kann dies mit Hilfe eines um die Lichtauslassöffnung 10 des Schutzgehäuses herum angeordneten Prismas 17 von konisch-zylindrischer Gestaltung erreicht werden. Eine solche Bezugsfläche kann auch durch Austausch oder Ergänzung der rotierenden Ablenkvorrichtung 5 durch einen Teil 18 oder durch eine solche Meueinsteilung der Ablenkvorrichtung 5 erreicht werden, dass sie eine von 90° verschiedene Ablenkung des senkrechten Lichtstrahles 2 herbeiführt.

Es sind noch weitere Ausführungsformen bzw. Abänderungen möglich. Beispielsweise kann eine geneigte bzw. schräge Bezugsebene

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durch zwei identische Prismen 16 erreicht werden, die im Weg des senkrechten Lichtstrahles 2 derart angeordnet sind, dass sie unabhängig voneinander um eine gedachte senkrechte Achse gedreht werden können, die mit dem Lichstrahl zusammenfällt. Der Unterschied zwischen dem Einstellwinkel der Drehung der Prismen bestimmt dann die Grosse der Neigung der erzeugten Bezugsebene, und der gesamte Drehwinkel bestimmt die Neigungsrichtung der Bezugsebene.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, anstelle der vorstehend erwähnten beiden Prismen eine zentrisch angeordnete Linse grosser Brennweite und eine exzentrisch verschiebbare Linse der gleichen Brennweite, aber mit umgekehrten Vorzeichen zu verwenden. Die Grosse der exzentrischen Verschiebung der letztgenannten Linse gegenüber dem Mittelpunkt der zentrisch angeordneten Linse bestimmt dann die Neigung der Bezugsebene, während die Sichtung dieser Verschiebung die Neigungsrichtung der Bezugsebene bestimmt. Ähnliche Anordnungen können in Bezug auf das Drehen der Ablenkvorrichtung getroffen werden, wodurch eine konische Bezugsfläche erzeugt wird. Bei einer Kombination dieser Massnahmen wird eine konische Bezugsfläche mit einstellbarer Konizität und Neigungsachse 19 gebildet.

Die vorerwähnten Anordnungen zur Bildung geneigter und/oder konischer Bezugsflächen können auch dann angewendet werden, wenn die Lichtquelle fest mit dem Schutzgehäuse verbunden und mittels einer Wasserwaage oder Libelle genau senkrecht gerichtet ist.

Durch einfache Zusatz- und Ergänzungevorrichtungen kann allen möglichen Anforderungen der Fraxie Rechnung getragen werden. Z. B. kann die pendelnd aufgehängte Lichtquelle oder das Schutzgehäuse mit einer Röhrenlibelle zum schnellen Einstellen des Gerätes in die etwa senkrechte Stellung versehen werden. Die Lichtauslassöffnung 10 für den abgelenkten bzw. gebrochenen Lichtstrahl kann mit einem Haster bzw. Sieb oder einer Skala versehen sein, damit Winkelmarkierungen und Abblendungen

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in bestimmten Eichtungen ermöglicht werden. Weiterhin kann das Prisma oder die Spiegelvorrichtung bzw. die durch diese gebildete Ablenkvorrichtung 5 durch einen Riementrieb, Zahnräder oder einen Motor mit gebohrter Welle angetrieben werden, so dass die Lichtauslassöffnung 10 nahe am Boden des Schutzgehäuses angeordnet werden kann. Dies kann z. B. bei der Herstellung von Decken zweckmässig sein. Die gleiche Wirkung kann durch zwei konzentrische, konisch-zylindrische Prismen erreicht werden, die um die Lichtauslassöffnung 10 herum angeordnet sind. Eine Lichtauslassöffnung geringer Höhe ist günstig, weil hierdurch die Gefahr von Augenschäden verringert wird. Diese Gefahr kann weiterhin verringert werden, wenn )} durch einen automatischen Schalter oder Verschluss verhindert wird, dass ein Lichtstrahl erzeugt wird, wenn die Ablenkvorrichtung nicht rotiert.

Wenn ebene oder konische Bezugsflächen gebildet werden sollen, deren Neigung von der Horizontalebene stark abweicht, so wird die Lichtquelle zweckmässig fest in dem Schutzgehäuse angebracht und diesem die erforderliche Richtung oder Neigung mittels einer Wasserwaage, einer sonstigen Libelle, eines Lotes oder Bezugspunkte vermittelt, wodurch die gewünschte Bezugsfläche eingestellt wird.

Patentansprüche;

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Claims (1)

1. - 9 Pa tentansprüche

   Gerät zum Erzeugen einer ebenen oder konischen optischen Bezugsfläche durch Ablenkung eines primären Lichtstrahles aus einer bestimmten Richtung mittels einer rotierenden oder drehbaren Ablenkvorrichtung, die durch eine Spiegeloder Prismenvorrichtung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des primären Lichtstrahles (2) eine aus der Lichtquelle (1) und gegebenenfalls Zusatzlinsen, Verschlüssen od. dgl. zur Bildung eines schmalen Strahles bestehende Lichtstrahl-Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist, die als in zwei ebenen bewegliches Pendel ausgebildet und so angeordnet ist, dass der primäre Lichtstrahl mit dem Pendel in seiner Buhelage genau senkrecht oder mit einer gegebenen Abweichung von der Senkrechten im wesentlichen senkrecht gerichtet ist.

   Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel in zwei Gruppen von dünnen Blattfedern (J) aufgehängt ist, die voneinander isoliert senkrecht bzw. rechtwinklig zueinander und hintereinander angeordnet sind und zugleich die elektrische Zuleitung für die Lichtquelle (1) bilden.

   Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende oder drehbare Ablenkvorrichtung (5) eine senkrechte oder im wesentlichen senkrechte Drehachse aufweist, auf der eine an sich bekannte Spiegel- oder Prismenvorrichtung mit einer von dem Einfallwinkel im wesentlichen unabhängigen Lichtstrahlablenkung von vorzugsweise 90° angebracht ist.

   Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Lichtquelle (1) in Form eines Pendels gegen aussere mechanische Störungen stabilisiert und geschützt in einem äusseren rohrförmigen Schutzgehäuse (9) angeordnet ist, das zugleich einen Schutz für

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   - ίο -

   die Pendelaufhängung gegen äussere Luftströmungen bildet.

   5· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasezur Dämpfung der Pendelschwingungen eine elektromagnetische oder hydrodynamische, auf die Geschwindigkeit der Bewegungen ansprechende Vorrichtung (11, 12) und zur Begrenzung der Amplitude der Bewegungen, elastisch nachgiebige oder energieverzehrende Puffer (I3) oder Anschläge angeordnet sind, die so einstellbar sind, dass für den Transport und sonstige Bewegungen des Gerätes das Pendelspiel Null ist.

   * 6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Schutzgehäuse (9) gegenüber einem das Gehäuse tragenden Gestell beweglich angeordnet ist.

   7· Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrechte Lichtstrahl (2) um einen bestimmten, von der Senkrechten abweichenden Winkel mittels eines im Veg des Lichtstrahles vor der rotierenden Ablenkvorrichtung (5) angeorndeten Prismas (16) mit bekannten, festen Brechungswinkel oder eines Prismen-, Spiegel- oder Linsensystems mit einstellbarem Brechungswinkel ablenkbar ist.

   8. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel und damit die primäre Lichtquelle (1) um einen bekannten Winkel gegenüber der Senkrechten mittels einer elektromagnetischen Vorrichtung (14, 15) einstellbar ist, die aus einer oder mehreren, an dem äusseren Gehäuse (9) angebrachten Magnet spul en (15) und diesen zugeordneten ferromagne ti sehen Körpern (14) besteht, die an dem Pendel befestigt sind und auf die die Magnet spul en mit einer der Stromzuführung entsprechenden Kraft einwirken.

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   9· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass um die rotierende oder drehbare Spiegel- bzw. Prismenvorrichtung herum ein konisch-zylindrisches Prisma angeordnet ist.

   10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Spiegel- oder Prismenvorrichtung mindestens mit einer lichtbrechenden oder wiederspiegelnden Fläche versehen ist, deren Winkel zur Eotationsachse einstellbar ist.

   11. Gerät nach einem der Ansprüche 3 his 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der rotierenden Spiegel- oder Prismenvorrichtung als mit einer axialen Bohrung versehener Drehzapfen (6) ausgebildet ist, so dass der primäre Lichtstrahl (2) in axialer Richtung durch den Drehzapfen hindurchgeht und nahe dem Boden des Gehäuses (9) austritt.

   Der Patentanwalt

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