DE2649211C3 - Vorrichtung zum Ausrichten eines Spiegels für ein Laser-Nivettierungsgerat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Spiegels für ein Laser-Nivellie- w» rungsgerät, mit einem optischen Ablenksystemi einem um eine feststehende Achse drehbaren Spiegel, Wobei die genannte Achse in der Ebene des Spiegels liegt, sowie mit einem an einem seiner Enden mit dem Spiegel fest verbundenen Spiegelhebel und mit einer Feinein· Wr Stellvorrichtung für die Verdrehung des Spiegels, die eine axial bewegliche Meßtaste aufweist.

ßs ist bekannt, daß, wenn mäh einen Spiegel um einen Winkel alpha dreht, das durch diesen Spiegel abgelenkte Strahlenbünde! um einen doppelt so großen Winkel, d. h. um einen Winkel 2 χ alpha gedreht wird. Es ist ebenfalls bekannt, daß im Baugewerbe und bei der Ausführung von Nivellierungsarbeiten die mit der Durchführung dieser Arbeiten beauftragten Geometer als Bezugsgröße die Neigung verwenden, d, h. den Tangens des zwischen dem Bezugslichtstrahl und der Horizontalen gebildeten Winkels.

Da einerseits der Tangens des Winkels alpha nicht der Hälfte des Tangens des Winkels 2 χ alpha entspricht, und da andererseits der Drehwinkel des vom Spiegel abgelenkten Strahles dem doppelten Drehwinkel des Spiegels gleich ist, ist es erforderlich, daß man über ein Meßgerät mit linearer Anzeige verfügt, welches den Tangens des Winkels 2 χ alpha anzeigt und mit dem die Drehung des Spiegels um den Winkel alpha nervorrufenden mechanischen System zusammenwirkt.

Die französische Patentschrift Nr. 2154 554 beschreibt bereits eine Vorrichtung, die dazu geeignet ist, diese Bedingung zu erfüllen.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein mit einem Spiegel fest verbundener Hebel, der die Drehachse dieses Spiegels schneidender Hebel um die genannte Spiegeldrehachse vermittels eines Feineinstellorganes schwenkbar angeordnet. Die Länge dieses Hebels ist veränderlich, und der dem Spiegel entgegengesetzt liegende Endpunkt des Hebels bewegt sich längs einer Kreisbahn und wirkt mit einem Meßgerät mit linearer Anzeige zusammen.

Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht es jedoch nicht, mit Genauigkeit eine Drehung um einen gegebenen Winkel alpha seitens des Spiegels zu erzielen, wenn das Meßgerät mit linearer Anzeige auf den Wert des Tangens des Winkels 2 χ alpha eingestellt wird, was mit Hilfe der Feineinstellvnrrichtung geschieht.

Hierdurch können erhebliche Fer'rnessungen hervorgerufen werden, wenn der Abstand zwischen dem Gerät und dem angezielten Punkt verhältnismäßig groß ist, wie dies in den meisten Fällen bei Nivellierungsarbeiten der Fall ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, mit der auch bei einem großen Abstand zwischen dem Laser-Nivellierungsgerät und dem angezielten Punkt eine Drehung des Spiegels um einen gegebenen Winkel mit Genauigkeit auszuführen, wenn das Meßgerat auf den Tangens des doppelten Winkels eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, dem Spiegel mit absoluter Genauigkeit, ohne daß man sich mit Annäherungswerten begnügen müßte, um einen gegebenen Winkel alpha zu drehen

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weisi einfache, zuverlässig arbeitende und billige mechanische Teile auf und gestattet es, das Laserstrahlenbündel unter einem Winkel austreten /u lassen, der genau demjenigen Winkel entspricht, dessen Tangens an der linearen Anzeigevorrichtung eingestellt Worden ist, die mit der den Spiegel drehenden mechanischen Vorrichtung zusammenwirkt.

Ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch ausgezeichnet, daß sie ferner einen um eine zur Spiegeidrehachse parallele zweite feststehende Achse drehbaren Bedienungshebel aufweist, der zwischen seinen beiden Enden einen zylindrischen Rölätiöhskörper-Oberflä-

chenteil mit einer zu den genannten feststehenden Achsen parallelen Achse, sowie einen mit der Meßtaste zusammenwirkenden, zur Drehachse des Bedienungshebels parallelen ebenen Oberflächenteil besitzt, während der Spiegelhebel an seinem dem Spiegel entgegenge- ■> setzten freien Ende eine ebene Oberfläche aufweist, die zu der durch die Spiegeldrehachse und die Achse des zylindrischen Oberflächenteiles bestimmten Ebene parallel ist und dem genannten zylindrischen Oberflächenteil gegenüberliegt, wobei elastische Rückholmittel in mit dem Spiegelhebel derart zusammenwirken, daß sie die genannte ebene Oberfläche und den zylindrischen Oberflächenteil miteinander in Berührung halten, und wobei die Feineinstellvorrichtung auf den Bedienungshebel einwirkt, dessen Drehachse in einem Abstand von der Spiegeldrehachse angeordnet ist, welcher dem Abstand zwischen der genannten Bedienungshebel-Drechachse und der Achse des zylindrischen Oberflächenteiles gleich ist

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren m beschrieben, welche mehrere Ausführunj^beispiele darstellen.

F i g. 1 zeigt teilweise im Aufriß und teilweise im Schnitt in einer senkrechten Ebene eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. r>

F i g. 2 ist eine andere Ansicht dieser ersten Ausführungsform, teilweise im Aufriß und teilweise im senkrechten Schnitt dargestellt

F i g. 3 stellt im senkrechten Schnitt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung so dar.

Fig.4 und 5 sind schemalische Darstellungen des Wirkungsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In den beiden in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Vor- i> richtung ein ortsfestes optisches Ablenkungssystem 2, einen beweglichen Spiegel 3. einen ersten mit dem Spiegel verbundenen Hebel 4 auf, der drehbar angeordnet ist und nachstehend als »Spiegelhebel« bezeichnet wird, sowie einen zweiten, ebenfalls drehbar m angeordneten, nachstehend als »Bedienungshebel« bezeichneten Hebel 5, ferner eine Feineinstellvorrichtung 6 und eine Meßvorrichtung mit linearer Anzeige 7, wobei die Vorrichtungen 6 und 7 mit dem Bedienungshebel 5 zusammenwirken. ι.

Die Bezugsnummer 1 bezeichnet den einfallenden Laserstrahl (bzw. Laserstrahlenbündel), der in den dargestellten Ausführungsbeispielen vertikal verläuft, während die Bezugsnuni-ner 8 den durch das optische System 2 abgelenkten Strahl bezeichnet; die Bezugs- ,<·. nummer " bezeichnet den durch den beweglichen Spiegel 4 umgelenkten Strahl. Entsprechende Bauelemente bzw. Baueinheiten der beiden dargestellten Ausführungsbcispiele sind durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist der mit dem Spiegel 3 fest verbundene Spiegelhebel 4 drehbar an einer ortsfesten, in der Spiegelebene liegenden Achse 10 angeordnet und weist an seinem Ende Aa eine zur Achse iö parallele ebene wi Stützfläche auf. Der Bedienungshebel 5 ist drehbar an einer zur Achse 10 parallelen ortsfesten Achse 12 angeordnet; die Achsen 10 und 12 sind durch einen Abstand D voneinander getrennt.

Der Bedienungshebel 5 weist an seinem Ende 5a eine « zur Achse 12 parallele e^ne Stützfläche 13 auf. Eine um ihre Drehachse 15 drehbar angeordnete Rolle 14 mit zylindrischer Umfangsfläche und einem Durchmesser d ist durch eine mit dem Hebel 5 fest verbundene Achse 25 mit diesem Hebel 5 verbunden. Die Drehachse 15 ist zu den Achsen 10 und 12 parallel und im Abstand D von der Achse 12 angeordnet

Die Feineinstellvorrichtung 6 besitzt eine Mikrometerschraube 16, die sich mit ihrem Bedienungsende gegenüberliegenden Ende auf dem Bedienungshebel 5 bzw. auf der der ebenen Stützfläche 13 gegenüberliegenden Fläche abstützt. Eine mit ihren beiden Enden einerseits am Gehäuse 17 der Vorrichtung und andererseits am Hebel 4 befestigte Rückholfeder 20 dient dazu, die Stützfläche 11 ununterbrochen mit der Rolle 14 und folglich den Hebel 5 mit dem Ende 16a der Schraube 16 in Berührung zu halten. Die Meßvorrichtung mit linearer Anzeige 7 weist eine axial bewegliche Meßtaste 18 und ein Zifferblatt 19 auf, durch welches die Bewegung der Meßtaste 18 in Bezug auf deren Bezugsstellung angezeigt wird.

Das Ende 18a der Meßtaste 18 w^!rkt mit der ebenen Fläche !3 des Bedienungshebels zusammen

In der zweiten, in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das ortsfeste optische Ablenksystem 2 ein fünfsdtiges Prisma 21 und einen Spiegel 22 auf. Der Bedienungshebel 5 besitzt zwei wesentlich rechtwinklig zueinander angeordnete Arme 23,24. Eine zylindrische Rolle 14 mit einem Durchmesser d ist um seine Drehachse 15 drehbar am Ende des Armes 23 angeordnet und wirkt mit der ebenen Fläche 11 des Spiegelhebels 4 zusammen.

Die mit der Taste 18 der Meßvorrichlung zusammenwirkende ebene Stützfläche 13 ist am Ende 24a des Armes 24 vorgesehen.

Die Mikrometerschraube 16 sützt sich mit ihrem Ende 16a auf dem Arm 24 des Bedienungshebels 5 zwischen der Fläche 13 und der Achse 12 ab.

Eine einerseits am Gehäuse 17 und andererseits am Arm 23 des Hebels 5 befestigte Rückholfeder 20 ist derart ausgestaltet, daß sie ununterbrochen die Fläche 11 "n die Rolle 14 andrückt und folglich den Arm 24 mit dem Ende 16a der Schraube 16 in Berührung hält.

Bei den beiden dargestellten Ausführung?-Formen ist die Stellung der ebenen Stützfläche 11 auf dem Spiegelhebel derart gewählt, daß boi ganz gleich welcher Stellung des genannten Hebels die Fläche 11 zu der durch die parallelen Achsen 10 und 15 bestimmten Ebene parallel ist und sich von dieser Ebene in einem Abstand d/2 befindet.

Wie aus F i g. 1 bis 3 hervorgeht, liegt die Drehachse 15 der zylindrischer. Rolle 14 in der durch die Achsen 10 und 12 definierten Ebene P.

Diese Lage der Achse wurde deshalb gewählt, damit üie Darstellung der verschiedenen Organe und Bauelemente vereinfacht werden können, abir sie stellt keineswegs ein wesentliches Merkmal der Vorrichtung dar, und ist nicht erforderlich, um eine befriedigende Wirkungsweise derselben zu gewährleisten. Die Lage der Achse 15 in Pezug auf die Ebene Π kann beliebig gewählt werden, wenn das austretende Strahlenbündel 9 sich in seiner Bezugsstellung befindet, wie nachstehend anhand der F i g, 5 näher beschrieben.

Eine der Wesentlichen Bedingungen der befriedigenden Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt mit de. Stellung der Meßvorrichtung mit linearer Anzeige 7 in Bezug auf den Bedienungshebel 5 zusammen, wenn der letztere sich in seiner Bezugsstellung befindet. Um den Tangens des Drehwinkels alpha des Bedienungshebels genau zu messen, ist es in der Tat

erforderlich, daß sich die Meßtaste 18 senkrecht zu der durch die in ihrer Bezugsstellung befindlichen Fläche 13 bewegt.

Folglich muß die Meßtaste 18 senkrecht zur ebenen Stützfläche 13 stehen, wenn die verschiedenen Organe der Vorrichtung sich in ihrer Bezugsstellung befinden.

Der Abstand zwischen dem Ende 18a in Bezugsstellung und der Achse 12 ist mit dem Buchstaben U bezeichnet. Dieser Abstand (/stellt eine Konstante der Vorrichtung dar.

Der Buchstabe Tbezeichnet die Länge des vom Ende 18a der Meßtaste 18 durchlaufenen Weges, der einer Drehung des Bedienungshebels 5 um einen Winkel älpha in Bezug auf die Bezugsstellung dieses Hebels entspricht.

Der Tangens des Winkels alpha ist gleich dem Verhältnis T/U, wobei T und U beispielweise in Millimeter ausgedrückt sind. Vorteilhafterweise kann man der Größe U einen vorbestimmten Wert geben, z. B. 100 mm. In diesem Fall ist tang alpha gleich 100 T und der Wert von tang alpha kann dann bei Verwendung einer geeigneten Gradeinteilung unmittelbar auf dem Zifferblatt 19 abgelesen werden.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 5 die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Der austretende Laserstrahl 9 soll in Bezug auf seine Bezugsrichtung, beispielsweise auf die Horizontale, um einen Winkel alpha abgelenkt werden, und der Wert des Tangens dieses Winkels alpha ist bekannt.

Man dreht die Mikrometerschraube 16 im entsprechenden Drehsinn, wodurch der Bedienungshebel 5 um seine Drehachse 12 gedreht wird, und man prüft den auf dem Zifferblatt 19 des Meßgerätes 7 angezeigten Wert. Wenn dieser Wert gleich tang alpha ist, hat sich der Bedienungshebel 5 um den Winkel alpha gedreht.

Unter der Wirkung der Rolle 14 wird der Spiegelhebel 4 und folglich auch der Spiegel 3 um einen Winkel alpha/2 gedreht In der Tat geht aus F i g. 4 hervor, daß das durch die Schnittpunkte der Achsen 10, 12 und 15 gebildete Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck ist, da der Abstand zwischen den Achsen 10 und 12 gleich dem Abstand zwischen den Achsen 12 und 15 ist.

Hieraus ergibt sich, daß, wenn sich der Bedienungshebel 5 um einen Winkel alpha dreht, der Spipgelhebel 4 und der Spiegel 3 eine Drehbewegung von alpha/2 ausführen; Folglich wird der austretende Laserstrahl 9 in Bezug auf seine Bezugsrichtüng um einen Winkel alpha

"i Verdreht bzw. abgelenkt

Gemäß Fig. 4 fallen die Ebenen P und ti zusammen, wenn alle Bauteile der Vorrichtung sich in ihrer Bezugsstellung befinden·
Gemäß Fig.5 ist die Ebene H von der Ebene P

ίο verschieden, wenn alle Bauteile sich in ihrer Bezugsstellung befinden. Bei dieser Stellung steht die Meßtaste 18 senkrecht zur Ebene TI, wie vorstehend vermerkt.

Wenn der Bedienungshebel 5 um einen Winkel alpha gedreht wird, dreht sich der Spiegelhebel um einen Winkel alpha/2, wobei das vorstehend erwähnte Dreieck gleichschenklig bleibt.

Bei den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Aiisfiihrungsformen wird ein um seine Drehachse 15 drehbares zylindrisches Element, nämlich die drehbare Rolle 14 verwendet. In einer abgeänderten Ausführungsform kann jedoch auch eine feststehende zylindrische Rolle öder auch eine zylindrische Rotationskörper-Teiloberfläche verwendet werden, deren Drehachse der Achse 15 entspricht und die von dieser Achse im Abstand d/2 angeordnet ist.

GemrS einer weiteren Abänderung bestehen die dargestellten Einrichtungen 6 und 7 — d. h. die Feineinstellungsvorrichtung zum Verdrehen des Spiegels und die Meßvorrichtung mit linearer Anzeige — aus einer einzigen Einstell- und Ntaßvorrichtung.

Diese Einstell- und Meßvorrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise aus einer Mikrometerschraube bestehen, die einen z. B. eine Gradeinteilung von 0 bis 100 besitzenden Nonius aufweist und mit einer Drehzahlmeßeinrichtung zusammenwirkt.

Die genannte Einstell- und Meßvorrichtung kann ebenfalls in an sich bekannter Weise aus einer Mikrometerschraube bestehen, die mit einem Widerstand- oder Kapazitäts-Verstellungsmeß-System zusammenwirkt, wobei die durch dieses Meß-System erzeugten bignaie auf elektronischem Wege ausgewertet werden, um eine vorzugsweise numerische Anzeige des Tangens des Drehwinkels des Laserstrahlenbündels zu liefern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausrichten eines Spiegels für ein Laser-Nivellierungsgerät, mit einem optischen Ablenksystem, einem um eine feststehende Achse ϊ drehbaren Spiegel, wobei die genannte Achse in der Ebene des Spiegels liegt, sowie mit einem an einem seiner Enden mit dem Spiegel fest verbundenen Spiegelhebel und mit einer Feineinstellvorrichtung für die Verdrehung des Spiegels, die eine axial in bewegliche Meßtaste aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen um eine zur Spiegeldrehachse (10) parallele zweite feststehende Achse (15) drehbaren Bedienungshebel (5) aufweist, der zwischen seinen beiden Enden einen zylindrisehen Rotationskörper-Oberflächenteil (14) mit einer zu den genannten feststehenden Achsen (10, 15) parallelen Achse (12), sowie einen mit der Meßtaste\iS) zusammenwirkenden, zur Drehachse (12) des Bedienungshebels (5) parallelen ebenen 2» Oberflächenteil (13) besitzt, während der Spiegelhebel (4) an seinem dem Spiegel (3) entgegengesetzten freien Ende eine ebene Oberfläche (11) aufweist, die zu der durch die Spiegeidrehachse (10) und die Achse (15) des zylindrischen Oberflächenteiles (14) Ji bestimmten Ebene (Π) parallel ist und dem genannten zylindrischen Oberflächenteil (13) gegenüberliegt, wobei elastische Rückholmittel (20) mit dem Spiegelhebel (4) derart zusammenwirken, daß sie die genannte ebene Oberfläche (11) und den zylindrischen Oberflächenteil (13) miteinander in Berührung halten, und wobei üie Feineinstellvorrichtung (6) auf den Bedienungshebel (5) einwirkt, dessen Drehachse (12) in einem Abstand (D) von der Spiegeldrehachse (10) angeordnet ist, welcher dem r. AbstandfD) zwischen der genannten Bedienungshebel-Drehachse (12) und der Achse (15) des zylindrischen Oberflächenteiles (14) gleich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial bewegliche Meßtaste (18) bei -i» einer vorbestimmten Bezugsstellung der Bauteile der Vorrichtung zu der mit dieser Meßtaste (18) zusammenwirkenden ebenen Oberfläche (13) senkrechtsteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ι. gekennzeichnet, daß der Abstand (U) zwischen dem Berührungspunkt (18a,; der Meßtaste (18) und der ebenen Oberfläche (13), mit welcher die Taste (18) zusammenwirkt, und der Drehachse (12) des Bedienungshebels (15), in einer zu dieser Bedie- v. nungshebel Drehachse (12) senkrechten Richtung gemessen, einen vorbestimmten Wert von tOOmm besitzt, wenn sich die Bauelemente der Vorrichtung in einer vorbestimmten Bezugsstellung befinden.