DE19814151A1 - Two-axis laser measuring instrument, to define planes during building works, or to control earth-working machine - Google Patents
Two-axis laser measuring instrument, to define planes during building works, or to control earth-working machineInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein zweiachsiges Lasermeßgerät, das sich allgemein zur Bestimmung und zum Anzeigen von beim Bau benötigten Arbeitsebenen eignet. Gattungsgemäße Lasermeßgeräte werden bevorzugt im Tiefbau eingesetzt, beispielsweise im Sportplatzbau, bei Deich- oder Deponiebauten, und für die Steuerung von Erdbewegungsmaschinen.The present invention relates to a biaxial Laser measuring device that is generally used for determination and View work planes needed during construction. Generic laser measuring devices are preferred in civil engineering used, for example in sports field construction, in dyke or landfill constructions, and for the control of Earth moving machinery.
Es sind zweiachsige Lasermeßgeräte aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Lasermeßgeräte verfügen üblicherweise über eine gelenkig aufgehängte Einrichtung zum Erzeugen von zumindest einem Laserstrahl, die ein beträchtliches Gewicht aufweist und in einem Gehäuse aufgenommen ist. Diese gelenkige Aufhängung ist über zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Geräteachsen einer Neigeeinrichtung drehbeweglich einstellbar. Zusätzlich sind diese konventionellen Geräte mit einer Horizontiereinrichtung versehen, durch die die Laserstrahlerzeugungseinrichtung auf den Horizont ausrichtbar ist, d. h. ausrichtbar gegenüber einem absolut vertikal verlaufenden Horizont. They are biaxial laser measuring devices from the state of the art Technology known. Such laser measuring devices have usually via an articulated device for generating at least one laser beam, the one has considerable weight and in one housing is recorded. This articulated suspension is over two device axes of one perpendicular to each other Tilting device can be rotated. In addition are these conventional devices with a Provide leveling device through which the Laser beam generator on the horizon is alignable, d. H. alignable with an absolute vertical horizon.
Mit den Geräten des Standes der Technik ist es jedoch nicht möglich, Referenzpunkte aus dem Gelände, die nicht entlang eines rechtwinkligen Koordinatensystems angeordnet sind, ohne iterative Änderung der Anordnung des Meßgeräts relativ zur Umgebung korrekt abzubilden.However, it is not with the devices of the prior art possible to reference points from the terrain that are not along a rectangular coordinate system are arranged, relatively without iteratively changing the arrangement of the measuring device map to the environment correctly.
Unter Berücksichtigung des Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lasermeßgerät bereit zustellen, mit dem ungeachtet der Ausrichtung des Lasermeßgerätes gegenüber der Umgebung eine in zwei Richtungen beliebig geneigte Ebene mit hoher Genauigkeit auch in schiefwinkligen Koordinatensystemen automatisch erzeugbar ist.Taking into account the state of the art it is Object of the present invention, a laser measuring device ready to serve regardless of the orientation of the Laser measuring device compared to the environment one in two Directions any inclined plane with high accuracy also automatically in oblique coordinate systems can be generated.
Diese Aufgabe wird vorteilhafterweise durch das in Anspruch 1 beschriebene Lasermeßgerät gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes sind in den Unteransprüchen beschrieben.This task is advantageously carried out in Laser measuring device described claim 1 solved. Beneficial Further developments of the laser measuring device according to the invention are described in the subclaims.
So umfaßt das erfindungsgemäße Lasermeßgerät eine Einrichtung zum Erzeugen zumindest eines Laserstrahls. Einer dieser Laserstrahlen dient zum Darstellen einer durch Umgebungskoordinaten vorgegebenen Arbeitsebene, ein weiterer üblicherweise zum Übertragen der Gerätekoordinaten auf die Umgebungskoordinaten und andersherum. Es können weitere Hilfslaserstrahlen vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Lasermeßgerät umfaßt weiterhin eine Neigeeinrichtung zum Ausrichten der Laserstrahlerzeugungseinrichtung über eine drehbewegliche Neigelagerung auf vorgegebene, die der zu erzeugenden Arbeitsebene entsprechenden Neigungswinkel. Die Neigeeinrichtung ist in einer festen relativen Ausrichtung zu dem oder den erzeugten Laserstrahlen gekoppelt. Die vorgegebenen Neigungswinkel entsprechen üblicherweise den Angaben in Umgebungskoordinaten, mit Hilfe derer die gewünscht geneigte Ebene erzeugt werden soll. Ferner umfaßt das Lasermeßgerät eine Horizontiereinrichtung zum Ausrichten der Laserstrahlerzeugungseinrichtung und der Neigeeinrichtung über eine drehbewegliche Horizontierlagerung auf einen Horizont. Folglich sind innerhalb des Selbstnivellierbereiches des Lasermeßgerätes über die Horizontiereinrichtung die erzeugten Laserstrahlen ungeachtet des Neigungswinkels der Aufstellung des Lasermeßgerätes auf einen Horizont ausrichtbar. Unter Horizont wird eine absolut horizontale Linie verstanden, d. h. eine Linie, die rechtwinklig zur Richtung der Erdanziehungskraft verläuft. Die drehbewegliche Horizontierlagerung stellt die Schnittstelle der Laserstrahlerzeugungseinrichtung zur Umgebung dar. Erfindungsgemäß trägt sie sowohl die Laserstrahlerzeugungseinrichtung als auch die Neigeeinrichtung, so daß die Neigeeinrichtung die Gewichtskraft der Laserstrahlerzeugungseinrichtung nicht aufnehmen muß und von einem wesentlichen Anteil der Gesamtgewichtskraft befreit ist. Durch diese im wesentlichen kraftfreie Aufhängung der Neigeeinrichtung werden nachteilige Effekte vermieden, so daß sich eine genaue Ausrichtung der Laserstrahlerzeugungseinrichtung in kleinen Inkrementen erzeugen läßt. Die Horizontierlagerung ist um zwei Horizontierachsen drehbeweglich. Diese beiden Horizontierachsen spannen eine Horizontierebene auf. Auch die sich mit der Horizontiereinrichtung mitbewegende Neigeeinrichtung ist um zwei Achsen, zwei Neigeachsen, drehbeweglich gelagert. Eine erste dieser Neigeachsen ist parallel zu zumindest einem der erzeugten Laserstrahlen bei dessen Austritt aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung. Diese parallele Anordnung ermöglicht es, die übliche iterative Annäherung an die gewünschten vorgegebenen Neigungswinkel vorteilhaft zu umgehen, so daß die Bedienung des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes im Vergleich zu der Bedienung von vorbekannten Meßgeräten weniger zeit- und somit weniger arbeitsintensiv ist. Ferner entfällt hierdurch die sonst notwendige Ausrichtung des gesamten Lasermeßgerätes relativ zur Umgebung. Erfindungsgemäß läßt sich folglich das Lasermeßgerät im wesentlichen unabhängig von seiner Aufstellung bedienen. Ferner wird durch die Duplizierung einer zweiachsigen Verstellmöglichkeit und die Entkoppelung der beiden Lagerungen erfindungsgemäß eine wesentlich verbesserte Genauigkeit des Lasermeßgerätes erzielt.Thus, the laser measuring device according to the invention comprises a Device for generating at least one laser beam. One of these laser beams is used to represent one through Environment coordinates given working level further usually for transferring the device coordinates on the environmental coordinates and vice versa. It can further auxiliary laser beams can be provided. The The laser measuring device according to the invention further comprises a Tilting device for aligning the Laser beam generating device via a rotatable Tilt bearing to the specified one that is to be generated Working plane corresponding angle of inclination. The Tilt is in a fixed relative orientation coupled to the laser beam or beams generated. The Predefined inclination angles usually correspond to the Specifications in environmental coordinates, with the help of which the desired inclined plane should be generated. Also includes the laser measuring device a leveling device Aligning the laser beam generating device and the Tilting device via a rotatable Leveling storage on a horizon. Hence are within the self-leveling range of the laser measuring device the laser beams generated via the leveling device regardless of the angle of inclination of the installation of the Laser measuring device can be aligned on a horizon. Under Horizon is understood to be an absolutely horizontal line, d. H. a line perpendicular to the direction of the Gravity runs. The rotating one Horizontal storage represents the interface of the Laser beam generating device to the environment. According to the invention, it carries both Laser beam generating device as well Tilting device so that the tilting device Weight force of the laser beam generating device is not must take up and of a substantial portion of the Total weight is released. Through this in essential force-free suspension of the tilting device adverse effects are avoided, so that a exact alignment of the laser beam generating device in can generate small increments. The leveling is rotatable around two horizontal axes. These two Leveling axes span a leveling plane. Also that moving with the leveling device Tilt device is around two axes, two tilt axes, rotatably mounted. A first of these tilt axes is parallel to at least one of the laser beams generated its exit from the laser beam generating device. This parallel arrangement enables the usual iterative approximation to the desired given Tilt angle advantageous to bypass, so that the operation of the laser measuring device according to the invention compared to the Operation of known measuring devices less time and is therefore less labor intensive. Furthermore, it does not apply hereby the otherwise necessary alignment of the whole Laser measuring device relative to the environment. According to the invention consequently, the laser measuring device is essentially independent serve from its lineup. Furthermore, the Duplication of a two-axis adjustment option and the Decoupling the two bearings according to the invention significantly improved accuracy of the laser measuring device achieved.
Um die Steuerung bei der Ausrichtung der Laserstrahlerzeugungseinrichtung zu vereinfachen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die zweite Neigeachse parallel zur Horizontierebene, oder ist zur noch weiteren Vereinfachung parallel zu einer der Horizontierachsen.To control the alignment of the Simplifying the laser beam generating device is according to a development of the invention, the second tilt axis parallel to the leveling plane, or to the other Simplification parallel to one of the leveling axes.
Um den konstruktiven Aufwand der Laserstrahlerzeugungseinrichtung gering zu halten und das Lasermeßgerät mit der zur komfortablen automatischen Bedienung notwendigen Anzahl von Laserstrahlen auszustatten, erzeugt bevorzugt die Laserstrahlerzeugungseinrichtung einen ersten Arbeitslaserstrahl und einen zweiten Ziellaserstrahl. Der Arbeitslaserstrahl dient üblicherweise zur Darstellung der gewünscht geneigten Arbeitsebene und der Ziellaserstrahl zur Übertragung der Gerätekoordinaten auf die Umgebungskoordinaten.To the design effort of To keep laser beam generating device low and that Laser measuring device with the for convenient automatic Operation necessary number of laser beams equip preferably produces the Laser beam generating device a first Working laser beam and a second target laser beam. The Working laser beam is usually used to represent the desired inclined working plane and the target laser beam for transferring the device coordinates to the Environmental coordinates.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung verläuft idealerweise die erste Neigeachse rechtwinklig zu der Horizontierebene, die durch die beiden Horizontierachsen aufgespannt wird. Der Arbeitslaserstrahl tritt idealerweise ebenfalls rechtwinklig zur Horizontierebene aus oder Laserstrahlerzeugungseinrichtung. Die Orthogonalität von erster Neigeachse und Horizontierebene erleichtert das Übertragen der Gerätekoordinaten auf die Umgebungskoordinaten bzw. der Umgebungskoordinaten auf die Gerätekoordinaten.According to a development of the invention ideally the first tilt axis perpendicular to the Leveling plane through the two leveling axes is spanned. The working laser beam ideally occurs also at right angles to the leveling plane or Laser beam generating device. The orthogonality of the first tilt axis and leveling plane make this easier Transfer the device coordinates to the Environment coordinates or the environment coordinates on the Device coordinates.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung schneiden die zwei Neigeachsen sich nicht. Der Aufbau des Gerätes ist somit weniger Restriktionen unterworfen und es wird eine größere Flexibilität bei der Gestaltung der Lagerungen bereitgestellt.According to a further embodiment of the invention cut the two axes of inclination are not. The structure of the device is thus subject to fewer restrictions and it becomes a greater flexibility in the design of the bearings provided.
Zur einfacheren Erfassung eines von dem Lasermeßgerät entfernten Ziels ist erfindungsgemäß der Ziellaserstrahl kollimiert, so daß die Mantellinien des erzeugten Strahls im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und bei Bewegen der Laserstrahlerzeugungseinrichtung zum Auffinden eines Ziels, wie z. B. einer Reflexionsmarkierung, dieses Ziel mit größtmöglicher Sicherheit erfaßt wird. Es wird sowohl eine Zielsuche durch manuelle Steuerung der Suchbewegung, als auch durch automatische Steuerung der Suchbewegung ermöglicht.For easier detection of one of the laser measuring devices The target laser beam according to the invention is the distant target collimates so that the generatrices of the generated beam run essentially parallel to each other and at Moving the laser beam generating device to find it a target such as B. a reflection mark, this Target is captured with the greatest possible security. It will both a target search by manual control of the Search movement, as well as by automatic control of the Search movement enabled.
Gemäß einer Fortbildung der Erfindung umfaßt das Lasermeßgerät weiterhin ein Prisma zur Ablenkung des Arbeitslaserstrahls in eine Arbeitsrichtung. Der Laserstrahl tritt aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung bevorzugt in einer Normalenrichtung aus, d. h. er ist üblicherweise zur Horizontierebene rechtwinklig. Über ein Prisma läßt sich dieser Arbeitslaserstrahl definiert in eine Arbeitsrichtung ablenken, wobei die Arbeitsrichtung einem Neigungswinkel gemäß der vorgegebenen Koordinaten entspricht.According to a development of the invention, this includes Laser meter continues to use a prism to deflect the Working laser beam in one working direction. The Laser beam emerges from the laser beam generating device preferably in a normal direction, i.e. H. he is usually perpendicular to the horizontal plane. About one Prisma, this working laser beam can be defined in distract a working direction, being the working direction an angle of inclination according to the given coordinates corresponds.
Dieses Prisma ist vorteilhafterweise ein drehbeweglich angeordnetes Pentagonprisma, so daß der abgelenkte Arbeitslaserstrahl eine Arbeitsebene erzeugt, in der die Arbeitsrichtung liegt. Erfindungsgemäß wird folglich vorteilhafterweise eine plastische Darstellung der gewünscht geneigten Ebene erzielt und der in der Normalenrichtung aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung austretende Laserstrahl nahezu verlustfrei um 90° abgelenkt.This prism is advantageously a rotatable arranged pentagon prism so that the deflected Working laser beam creates a working plane in which the Direction of work lies. Accordingly, according to the invention advantageously a plastic representation of the desired inclined plane and that in the Normal direction from the laser beam generating device emerging laser beam almost lossless by 90 ° distracted.
Um eine automatische Steuerung des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes weiter zu vereinfachen, ist vorgesehen, daß die Bewegungen der Neigeeinrichtung über Meßwerke erfaßt werden. Eine weitere Vereinfachung wird dadurch erzielt, daß über die Meßwerke die Bewegungen der Neigeeinrichtung auch gestellt werden.To automatic control of the invention To further simplify the laser measuring device, it is provided that the movements of the tilting device are detected by measuring mechanisms become. A further simplification is achieved that the movements of the tilting device via the measuring mechanisms also be asked.
Idealerweise ist für jede der Achsen, um die die Laserstrahlerzeugungseinrichtung gedreht bzw. geschwenkt wird, gemäß einer Fortbildung der Erfindung jeweils ein Meßwerk zum Erfassen und/oder Stellen der entsprechenden Bewegungen vorgesehen, so daß die Ansteuerung und die Verarbeitung der zur Steuerung notwendigen Daten einfacher gestaltet wird.Ideally, for each of the axes around which the Laser beam generating device rotated or pivoted is, according to a development of the invention Measuring device for recording and / or setting the corresponding Movements provided so that the control and the Processing of the data necessary for control easier is designed.
Jedes dieser Meßwerke umfaßt hierbei zumindest einen Lagesensor, mit dem die Abweichung der Lage der Sensoren von einer Horizontalen bestimmbar ist. Diese Lagesensoren sind bevorzugt Elektrolytsensoren. Die Meßwerke arbeiten bevorzugt über Reflexionsscheiben und nach dem Auflichtverfahren, womit sich eine Genauigkeit beim Stellen und Erfassen von Winkeln erreichen läßt, die im Bereich von wenigen Winkelsekunden liegt.Each of these measuring units comprises at least one Position sensor with which the deviation of the position of the sensors can be determined from a horizontal. These position sensors are preferred electrolyte sensors. The measuring units work preferably over reflecting discs and after Incident light method, which results in accuracy when positioning and detecting angles in the range of a few angular seconds.
Die Lagesensoren sind bevorzugt entlang je einer Sensorrichtung ausgerichtet. Um die Zuordnung der Richtung des Ziellaserstrahls zu den einzelnen Lagesensoren fest zu definieren und um den Steuerungsaufwand gering zu halten, ist erfindungsgemäß nach einer Weiterbildung vorgesehen, daß zwei Sensoren für je eine Sensorrichtung vorgesehen sind und die beiden Sensorrichtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem aufspannen. Des weiteren kann zu diesem Zweck der Ziellaserstrahl parallel zu einer dieser Sensorrichtungen und rechtwinklig zur anderen verlaufen.The position sensors are preferably along one each Sensor direction aligned. To assign the direction of the target laser beam to the individual position sensors define and to keep the control effort low, is provided according to a further development according to the invention, that two sensors are provided for each sensor direction are and the two sensor directions are rectangular Clamp the coordinate system. Furthermore, this can Purpose of aiming the laser beam parallel to one of these Sensor directions and perpendicular to the other.
Die Gewichtskraft der Laserstrahlerzeugungseinrichtung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausschließlich von der Horizontiereinrichtung, insbesondere deren Lagerung aufgenommen. Die Neigelagerung ist folglich im wesentlichen kraftfrei. Diese Abfuhr der Gewichtskraft über die Horizontierlagerung wird dadurch erreicht, daß die Horizontierlagerung einerseits mit dem Gehäuse des Lasermeßgerätes, andererseits mit der Laserstrahlerzeugungseinrichtung gekoppelt ist.The weight of the laser beam generating device is according to a preferred embodiment of the invention exclusively from the leveling device, in particular their storage added. The tilting position is consequently essentially without force. This removal of weight is achieved by the leveling that the Horizontal storage on the one hand with the housing of the Laser measuring device, on the other hand with the Laser beam generating device is coupled.
Um einen ortsunabhängigen Einsatz im Gelände zu gewährleisten, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes vorgesehen, daß es weiterhin eine netzunabhängige Stromversorgung umfaßt, beispielsweise in Form von Batterien.In order to be able to use it anywhere in the field ensure is according to a further embodiment of the Laser measuring device according to the invention provided that it also includes a mains-independent power supply, for example in the form of batteries.
Die Bedienung des Lasermeßgerätes wird erfindungsgemäß dadurch vereinfacht, daß es ebenfalls mit Peripheriegeräten versehen ist, wie z. B. mit einem Display zur Anzeige der eingegebenen und der gemessenen Daten und mit einer Tastatur zum Steuern des Lasermeßgerätes. Es ist ebenfalls möglich, das erfindungsgemäße Lasermeßgerät über eine Fernbedienung zu steuern.The operation of the laser measuring device is according to the invention simplified by the fact that it also has peripheral devices is provided such. B. with a display to show the entered and the measured data and with a Keyboard for controlling the laser measuring device. It is also possible, the laser measuring device according to the invention via a Remote control.
Da gattungsgemäße Lasermeßgeräte auch unter widrigen Witterungsbedingungen eingesetzt werden müssen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß es weiterhin ein im wesentlichen wasserdichtes Gehäuse mit einer Austrittsmöglichkeit für die Laserstrahlen umfaßt, so daß eine Unabhängigkeit von den Witterungsbedingungen erzielt ist. Es ist darüber hinaus bevorzugt, daß alle Bestandteile des Lasermeßgerätes in dem Gehäuse angeordnet sind, so daß einerseits ein ortsunabhängiger Einsatz des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes möglich ist, andererseits zugleich sämtliche Bauteile des Lasermeßgerätes geschützt sind.Since generic laser measuring devices also under adverse conditions Weather conditions must be used, one sees Development of the invention that it is still an im essential waterproof case with a Exit possibility for the laser beams includes, so that achieved independence from the weather conditions is. It is also preferred that all ingredients of the laser measuring device are arranged in the housing, so that on the one hand a location-independent use of the laser measuring device according to the invention is possible, on the other hand At the same time, all components of the laser measuring device are protected are.
Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Bauteile des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes lassen sich, wie bereits geschildert, um mehrere Achsen verneigen. Diese Neigewinkel sind jedoch begrenzt, was üblicherweise durch die jeweilige konstruktive Ausgestaltung der Lagerungen bedingt ist. Dieser begrenzte Bereich wird als Selbstnivellierbereich bezeichnet, da sich das Lasermeßgerät innerhalb dieses Bereichs automatisch selbst nivelliert. Um diesen Selbstnivellierbereich für Bedingungen zu vergrößern, bei denen der Winkel, unter dem das Lasergerät abgestellt wird, extrem groß ist, ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, daß das Lasermeßgerät mit einer Vorneigeeinrichtung versehen ist, so daß sich die Nullage des Selbstnivellierbereichs verändern läßt.The arranged within the housing components of the Laser measuring device according to the invention can, as already depicted to bow around several axes. This tilt angle are limited, however, usually by the particular constructive design of the bearings is necessary. This limited area is called the self-leveling area referred to, because the laser measuring device within this Automatically leveled itself. To this Self-leveling area to enlarge for conditions when which the angle at which the laser device is turned off is extremely large, is provided according to a further training, that the laser measuring device with a forward tilting device is provided so that the zero position of the Self-leveling range can be changed.
Erfindungsgemäß ist es überdies vorteilhaft, das Lasermeßgerät in Kombination mit Mitteln zum Reflektieren des zumindest einem erzeugten Laserstrahls zu verwenden, so daß ein vollständiges Lasermeßsystem bereitgestellt wird.According to the invention, it is also advantageous that Laser measuring device in combination with means for reflecting to use the at least one generated laser beam, so that a complete laser measurement system is provided.
Im folgenden wird zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben und ausgeführt. Es zeigt:The following is for further explanation and for better Understanding the invention with reference to the attached drawings an embodiment closer described and executed. It shows:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Lasermeßgerätes im Teilschnitt; Figure 1 is a front view of a laser measuring device in partial section.
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Vorderansicht der Horizontiereinrichtung, der Neigeeinrichtung, der Laserstrahlerzeugungseinrichtung, sowie der Meßwerke der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 shows an enlarged front view of the leveling device, the tilting device, the laser beam generating means, and the measuring elements of the present invention;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Draufsicht auf die genannten Bauteile; Fig. 3 is a plan view corresponding to Fig 2 to the components mentioned.
Fig. 4 eine Vorderansicht der Zielstrahloptik und der Peilanordnung des Lasermeßgerätes; Fig. 4 is a front view of the objective optical system and the beam of Peilanordnung Lasermeßgerätes;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Draufsicht; FIG. 5 shows a top view corresponding to FIG. 4;
Fig. 6 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Vorneigeeinrichtung; und Fig. 6 is a front view of another embodiment of the present invention with a Vorneigeeinrichtung; and
Fig. 7 eine retroreflektierende Meßlatte der vorliegenden Erfindung für die Nutzung in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes. Fig. 7 is a retroreflective yardstick of the present invention for use in combination with the inventive Lasermeßgerätes.
Die Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt des Lasermeßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Aus der rechten Seite der Fig. 1 ist entnehmbar, daß das Gehäuse 10 des Lasermeßgerätes von oben nach unten im wesentlichen aus einem Griff 1, einer Kuppel 2, einem Mittelabschnitt 3 und einem Boden 4 besteht. Der Griff 1 dient zur Handhabung des Geräts bei der Aufstellung. Die Kuppel 2 ist aus einem transparenten Material, vorzugsweise Glas, so daß der Durchtritt der Laserstrahlen gewährleistet ist. Der Mittelabschnitt 3 besteht vorzugsweise aus Aluminium, kann aber auch aus einem anderen Metall oder einem widerstandsfähigen Kunststoffmaterial gebildet sein. Der Boden 4 ist mit einer Standardaufnahme für in Stativ versehen. Die Verbindungen zwischen den Gehäuseteilen sind in bekannter Weise wasserdicht ausgebildet. Fig. 1 shows a partial section of the Lasermeßgerätes according to the present invention. From the right side of FIG. 1 it can be seen that the housing 10 of the laser measuring device consists essentially of a handle 1 , a dome 2 , a central section 3 and a bottom 4 from top to bottom. The handle 1 is used to handle the device when installing. The dome 2 is made of a transparent material, preferably glass, so that the passage of the laser beams is ensured. The middle section 3 is preferably made of aluminum, but can also be formed from another metal or a resistant plastic material. The base 4 is provided with a standard holder for a tripod. The connections between the housing parts are watertight in a known manner.
In den Mittelabschnitt 3 ist ein Display 5 und eine Tastatur 6 - beide in der Figur nur schematisch dargestellt - integriert. Das Display 5 stellt eine Schnittstelle zwischen Benutzer und Meßgerät dar und zeigt alle zur Dateneingabe, Datenerfassung und Datenauswertung und sonstige auch zur Steuerung notwendigen Werte an. Die Tastatur 6 stellt eine weitere Schnittstelle zwischen Benutzer und Lasermeßgerät dar und dient zur Eingabe von Daten und Steuerungsbefehlen. Es ist ebenfalls möglich, das Lasermeßgerät über eine (nicht dargestellte) Fernbedienung zu bedienen.A display 5 and a keyboard 6 - both shown only schematically in the figure - are integrated in the middle section 3 . The display 5 represents an interface between the user and the measuring device and shows all the values necessary for data entry, data acquisition and data evaluation and other values which are also required for control. The keyboard 6 represents another interface between the user and the laser measuring device and is used for entering data and control commands. It is also possible to operate the laser measuring device via a remote control (not shown).
Aus der linken Hälfte des Teilschnitts ist die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 entnehmbar, die über eine Horizontiereinrichtung 60 in dem Gehäuse gelagert ist, und mittels der Horizontiereinrichtung innerhalb des Selbstnivellierbereichs des Geräts ungeachtet der Geräteaufstellung absolut waagerecht ausgerichtet werden kann. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 erzeugt einen ersten Ziellaserstrahl 36 und einen zweiten Arbeitslaserstrahl 16. Der Ziellaserstrahl tritt in der Fig. 1 seitlich nach links aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 aus. Der Arbeitslaserstrahl 16 tritt senkrecht nach oben aus der Laserstrahlerzeugungseinrichtung aus und wird über ein Pentagonprisma 14 zweimal abgelenkt, so daß der Arbeitslaserstrahl 16 zwischen Eintritt in das Prisma und Austritt aus dem Prisma insgesamt um 90° umgelenkt wird. Das Prisma 14 ist motorisch angetrieben, so daß es auf der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 derart rotiert, daß der kollimierte Arbeitslaserstrahl 16 eine Arbeitsebene abbildet. Die Anordnung der jeweiligen Optiken für den Ziellaserstrahl 36 und den Arbeitslaserstrahl 16 ist dabei dergestalt, daß die Gerade, die durch den Ziellaserstrahl 36 erzeugt wird, unter einem geringen Höhenversatz ständig parallel zu der Arbeitsebene liegt, die durch den Arbeitslaserstrahl 16 erzeugt wird. Um bei der Benutzung die Erstausrichtung des Geräts zu erleichtern, ist im Bereich der für den Benutzer einsehbaren Kuppel ebenfalls eine Peilanordnung 20 vorgesehen, die weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher erläutert wird. Die transparente Kuppel 2 ist durch mehrere Streben 7 eingefaßt und mit dem Mittelabschnitt 3 des Gehäuses 10 verbunden.The laser beam generating device 12 can be seen from the left half of the partial section, which is mounted in the housing via a leveling device 60 and can be aligned absolutely horizontally by means of the leveling device within the self-leveling area of the device regardless of the device configuration. The laser beam generating device 12 generates a first target laser beam 36 and a second working laser beam 16 . The target laser beam emerges laterally to the left in FIG. 1 from the laser beam generating device 12 . The working laser beam 16 emerges vertically upward from the laser beam generating device and is deflected twice via a pentagon prism 14 , so that the working laser beam 16 is deflected by a total of 90 ° between entry into the prism and exit from the prism. The prism 14 is motor-driven so that it rotates on the laser beam generating device 12 in such a way that the collimated working laser beam 16 forms a working plane. The arrangement of the respective optical systems for the target laser beam 36 and the working laser beam 16 is such here that the straight line that is generated by the target laser beam 36, is situated at a small height displacement constantly parallel to the work plane, which is generated by the working laser beam sixteenth In order to facilitate the initial alignment of the device during use, a direction finder arrangement 20 is also provided in the area of the dome visible to the user, which is explained in more detail below with reference to FIGS . 4 and 5. The transparent dome 2 is bordered by several struts 7 and connected to the central section 3 of the housing 10 .
Aus der Vorderansicht der Fig. 2 und der Draufsicht der Fig. 3 geht insbesondere folgendes hervor. In der Fig. 2 oben dargestellt ist die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 ist in einer Trommel 13 befestigt. Die Trommel 13 trägt ebenfalls das erste Meßwerk 40 und das zweite Meßwerk 50. Zur Ausrichtung der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Bauteile auf eine absolut vertikale Ebene, d. h. auf einen Horizont, dient die Horizontiereinrichtung 60.From the front view of FIG. 2 and the top view of FIG. 3, the following can be seen in particular. The laser beam generating device 12 is shown at the top in FIG. 2. The laser beam generating device 12 is fastened in a drum 13 . The drum 13 also carries the first measuring mechanism 40 and the second measuring mechanism 50 . The leveling device 60 serves to align the components shown in FIGS. 2 and 3 on an absolutely vertical plane, ie on a horizon.
Im folgenden werden Einzelheiten der Horizontiereinrichtung 60 beschrieben. Die Horizontiereinrichtung 60 ist um zwei Horizontierachsen 66, 72 drehbeweglich aufgehängt. Sie ist über konventionelle Lagerungen mit fest mit dem Gehäuse verbundenen Trägern 10 gekoppelt. Die Aufhängung relativ zu den Gehäuseträgern 10 (Fig. 3) ist über einen Längsneigungsträger 61 und einen Querneigungsträger 67 verwirklicht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Längsneigungsachse 66 rechtwinklig zur Querneigungsachse 72 ausgerichtet. Der Schnittpunkt der beiden Achsen liegt in der Mitte der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12, so daß der aus dieser Laserstrahlerzeugungseinrichtung mittig aus tretende Arbeitslaserstrahl durch den Koordinatenursprung der Horizontiereinrichtung verläuft.Details of the leveling device 60 are described below. The leveling device 60 is suspended rotatably about two leveling axes 66 , 72 . It is coupled via conventional bearings to supports 10 which are fixedly connected to the housing. The suspension relative to the housing supports 10 ( FIG. 3) is realized via a longitudinal inclination support 61 and a transverse inclination support 67 . In the exemplary embodiment shown, the longitudinal inclination axis 66 is aligned at right angles to the transverse inclination axis 72 . The intersection of the two axes lies in the middle of the laser beam generating device 12 , so that the working laser beam emerging from this laser beam generating device runs through the coordinate origin of the leveling device.
Die Ausrichtung der Horizontiereinrichtung wird durch Motoren 62, 68 vorgenommen, die jeweils auf Zahnsegmente 64, 70 wirken. In den Fig. 2 und 3 tritt der (nicht dargestellte) Ziellaserstrahl parallel zur Achse 72 nach rechts aus. Der Ziellaserstrahl bestimmt in der dargestellten Anordnung eine Längsrichtung. Horizontierung in der Längsrichtung findet folglich durch den Motor 62 statt, der auf das Zahnsegment 64 wirkt. Bei Betätigung des Motors 62 wird das Zahnsegment 64 in der Fig. 3 nach oben bzw. unten bewegt, so daß der Längsneigungsträger 61 um die Horizontierachse 66 gedreht wird. Entsprechend wird die Horizontierung in der Querneigungsrichtung über den Motor 68 vorgenommen, der auf das Zahnsegment 70 wirkt. Bei Betätigen des Motors 68 wird das Zahnsegment 70 ebenfalls in der Fig. 3 nach oben und unten bewegt, wodurch der Querneigungsträger 77 relativ zum Längsneigungsträger 61 um die Horizontierachse 72 gedreht wird. Bei anderer Ausrichtung des Ziellaserstrahls wird die Horizontiereinrichtung über eine entsprechend kombinierte Betätigung der jeweiligen Antriebe ausgerichtet. Mit dem Querneigungsträger 67 und dem Längsneigungsträger 61 werden die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 und die ersten und zweiten Meßwerke 40, 50 mit den dazugehörigen Bauteilen horizontiert.The alignment of the leveling device is carried out by motors 62 , 68 , which each act on tooth segments 64 , 70 . In FIGS. 2 and 3 of the tread (not shown) aiming laser beam parallel to the axis 72 to the right. The target laser beam determines a longitudinal direction in the arrangement shown. Leveling in the longitudinal direction consequently takes place by the motor 62 , which acts on the toothed segment 64 . When the motor 62 is actuated, the toothed segment 64 is moved up or down in FIG. 3, so that the longitudinally inclined support 61 is rotated about the horizontal axis 66 . Correspondingly, the leveling in the transverse direction is carried out via the motor 68 , which acts on the toothed segment 70 . When the motor 68 is actuated, the toothed segment 70 is likewise moved up and down in FIG. 3, as a result of which the transverse incline carrier 77 is rotated about the horizontal axis 72 relative to the longitudinal inclined carrier 61 . If the target laser beam is oriented differently, the leveling device is aligned by means of a correspondingly combined actuation of the respective drives. With the transverse tilt bracket 67 and the longitudinal tilt bracket 61, the laser beam generating device 12 and the first and second measuring units 40 are leveled 50 with the associated components.
Im folgenden wird die Neigeeinrichtung des erfindungsgemäßen Lasermeßgerätes erläutert werden. Auch die Neigeeinrichtung wird über zwei Achsen 44, 54 drehbeweglich verstellt. Die Verstellung wird um die Achse 44 über einen Motor 42 vorgenommen, der auf ein Zahnsegment 43 wirkt. Die Verstellung um die Achse 54 wird über einen Motor 52 vorgenommen, der auf ein Zahnsegment 53 wirkt. Der Motor 42 ist an einem Motorträger 41 aufgehängt, wobei der Motorträger 41 mit dem Querneigungsträger 67 der Horizontiereinrichtung verbunden ist. Der Motor 52 zur Neigungseinstellung um die Achse 54 ist an einem Motorträger 51 (Fig. 2) befestigt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Fig. 3 der Motorträger 51, der Motor 52 und das Zahnsegment 53 nicht dargestellt.The tilting device of the laser measuring device according to the invention will be explained below. The tilting device is also rotatably adjusted via two axes 44 , 54 . The adjustment is made about the axis 44 via a motor 42 , which acts on a toothed segment 43 . The adjustment about the axis 54 is carried out via a motor 52 , which acts on a toothed segment 53 . The motor 42 is suspended from a motor bracket 41 , the motor bracket 41 being connected to the cross slope bracket 67 of the leveling device. The motor 52 for adjusting the inclination about the axis 54 is fastened to a motor mount 51 ( FIG. 2). To simplify the illustration, the motor mount 51 , the motor 52 and the toothed segment 53 are not shown in FIG. 3.
Eine Betätigung des Motors 42 bewirkt, daß sich das Zahnsegment 43 mitsamt der Trommel 13, der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12, dem Motorträger 51 mit Motor 52 und Zahnsegment 53 für die Einstellung um die andere Achse 54 mitbewegt. Das Zahnsegment 43 ist als kreissegmentförmige Plattform ausgebildet, wobei das Kreissegment sich über einen Winkelbereich von <180° erstreckt. Dieser Bereich gewährleistet dem Bediener bei geeigneter Aufstellung des Lasermeßgeräts, daß der gesamte Bereich vor dem Lasermeßgerät erfaßbar ist. In dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Winkelbereich ca. 193°.An actuation of the motor 42 causes the toothed segment 43 together with the drum 13 , the laser beam generating device 12 , the motor mount 51 with motor 52 and toothed segment 53 to move about the other axis 54 . The toothed segment 43 is designed as a circular segment-shaped platform, the circular segment extending over an angular range of <180 °. When the laser measuring device is set up in a suitable manner, this area ensures that the entire area in front of the laser measuring device can be detected. In the exemplary embodiment shown and described, the angular range is approximately 193 °.
Das Auslenken der Arbeitsebene aus der horizontalen Lage um die jeweiligen Neigeachsen 44, 54 oder die Horizontierachsen 66, 72 wird durch Sensoren 48, 58 erfaßt. Eine 44 der Neigeachsen ist vertikal zur Arbeitsebene, die andere 54 parallel zu ihr angeordnet. Die Sensoren 48, 58 sind in zueinander unveränderlicher Lage an einem Sensorträger 59 befestigt. In dem Ausführungsbeispiel sind sie unter einem rechten Winkel zueinander an dem Sensorträger 59 befestigt, der sich zusammen mit der Horizontiereinrichtung bewegt. Bei einer Bewegung der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 um eine der Horizontierachsen 66, 72 bleibt also die Lage der Sensoren 48, 58 relativ zueinander unverändert.The deflection of the working plane from the horizontal position about the respective tilt axes 44 , 54 or the leveling axes 66 , 72 is detected by sensors 48 , 58 . One 44 of the tilt axes is vertical to the working plane, the other 54 is arranged parallel to it. The sensors 48 , 58 are fastened to a sensor carrier 59 in a mutually invariable position. In the exemplary embodiment, they are fastened at a right angle to one another on the sensor carrier 59 , which moves together with the leveling device. When the laser beam generating device 12 moves about one of the horizontal axes 66 , 72 , the position of the sensors 48 , 58 relative to one another remains unchanged.
Die Auslenkung der durch die Horizontiereinrichtung getragenen Bauteile mittels der Horizontiereinrichtung wird in zwei Richtungen durch je einen Sensor pro Richtung erfaßt. Die Längserstreckung der Sensoren 48, 58 bestimmt die Richtung, in der der jeweilige Sensor eine Abweichung von der Horizontalen erfassen kann. Durch die Art der Befestigung der Zielstrahloptik an der Trommel, die weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher erläutert wird, ist es möglich, die Richtung des austretenden Ziellaserstrahls exakt auf die Erfassungsrichtungen der Sensoren auszurichten. The deflection of the components carried by the leveling device by means of the leveling device is detected in two directions by one sensor in each direction. The longitudinal extent of the sensors 48 , 58 determines the direction in which the respective sensor can detect a deviation from the horizontal. The type of attachment of the aiming beam optics to the drum, which is explained in more detail below with reference to FIGS. 4 and 5, makes it possible to align the direction of the emerging target laser beam exactly with the detection directions of the sensors.
Einerseits sind die beiden Sensoren 48, 58 relativ zueinander in einer bestimmten Winkellage angeordnet, andererseits verbleibt der Sensorträger 59 durch die kombinierte Betätigung der Neigeeinrichtung und der Horizontiereinrichtung immer in der Horizontalen, während sich die Lage der Trommel 13 relativ zur Horizontalen verändert. Die Trommel wiederum trägt die Laserstrahlerzeugungseinrichtung, die die Richtung des Ziellaserstrahls und des Arbeitslaserstrahls bestimmt.On the one hand, the two sensors 48 , 58 are arranged relative to each other in a certain angular position, on the other hand, the sensor carrier 59 remains in the horizontal due to the combined actuation of the tilting device and the leveling device, while the position of the drum 13 changes relative to the horizontal. The drum in turn carries the laser beam generating device, which determines the direction of the target laser beam and the working laser beam.
Bei Verneigen der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 durch die Neigeeinrichtung um die Achse 54 durch Betätigen des Motors 52 bewegen sich in dem Meßwerk 50 eine (nicht dargestellte) Reflexionsscheibe 56 und der Sensorträger 59 relativ zueinander. Durch auf der Reflexionsscheibe aufgebrachte Teilungsstriche wird ein innerhalb des Meßwerks 50 ausgesendeter Lichtstrahl reflektiert und von einem Lesekopf wieder aufgefangen. Der Verneigewinkel bei dieser Relativbewegung um die Achse 54 wird durch Auswerten von beim Verneigen periodisch erzeugten Signalen erhalten, wobei die geforderte Genauigkeit durch Interpolation dieser Signale erreicht wird. Die Genauigkeit dieser Interpolation liegt im Bereich von wenigen Winkelsekunden, vorzugsweise in einem Bereich kleiner als 3 Winkelsekunden.When the laser beam generating device 12 bends through the tilting device about the axis 54 by actuating the motor 52 , a reflecting disk 56 (not shown) and the sensor carrier 59 move relative to one another in the measuring mechanism 50 . A light beam emitted within the measuring mechanism 50 is reflected by division lines applied on the reflecting disc and is picked up again by a reading head. The angle of inclination during this relative movement about the axis 54 is obtained by evaluating signals which are generated periodically when the element is being bent, the required accuracy being achieved by interpolation of these signals. The accuracy of this interpolation is in the range of a few arc seconds, preferably in a range less than 3 arc seconds.
Auf entsprechende Weise wird eine Drehung um die Achse 44, die durch Betätigen des Motors 42 erzeugt wird, von dem Meßwerk 40 bestimmt. Die Relativbewegung findet hier zwischen der Trommel 13 und somit auch dem Querneigungsträger 67 und der Laserstrahlerzeugungseinrichtung statt.In a corresponding manner, a rotation about the axis 44 , which is generated by actuating the motor 42 , is determined by the measuring mechanism 40 . The relative movement takes place here between the drum 13 and thus also the cross slope carrier 67 and the laser beam generating device.
Die Lagesensoren 48, 58 sind Elektrolytfühler, die vor einer Erstinbetriebnahme des Lasermeßgeräts durch eine geeignete Kalibrierung über EEPROMs auf einen Nullpunkt in der absoluten Horizontalen programmiert werden können, der unabhängig von der Stromversorgung des Geräts erhalten bleibt. Folglich sind die Lagesensoren 48, 58 geeignet, innerhalb des Selbstnivellierbereiches des Lasermeßgeräts die Abweichung der Arbeitsebene von der Horizontalen automatisch zu bestimmen. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Selbstnivellierbereich ± 15%.The position sensors 48 , 58 are electrolyte sensors which can be programmed to a zero point in the absolute horizontal by a suitable calibration via EEPROMs before an initial start-up of the laser measuring device, which remains independent of the power supply of the device. Consequently, the position sensors 48 , 58 are suitable for automatically determining the deviation of the working plane from the horizontal within the self-leveling range of the laser measuring device. In the embodiment shown, the self-leveling range is ± 15%.
Die Motorbewegungen der Motoren 42, 52 der Neigeeinrichtung und der Motoren 62, 68 der Horizontiereinrichtung werden über eine geeignete Prozessorsteuerung geregelt. Die Prozessorsteuerung regelt ebenfalls die Zustandsverwaltung der Laserstrahlen und signalisiert dem Benutzer die wichtigen Gerätezustände.The motor movements of the motors 42 , 52 of the tilting device and of the motors 62 , 68 of the leveling device are regulated via a suitable processor control. The processor control also regulates the state management of the laser beams and signals the user the important device states.
Aus den Fig. 4 und 5 gehen Einzelheiten der Peilanordnung 20 besser hervor. In der Vorderansicht der Fig. 4 ist in der Mitte die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 erkennbar, die in der Trommel befestigt ist. An der Trommel ist ebenfalls über eine Höhenverstellung 32 und eine Parallelitätsverstellung 34 eine rohrförmige Zielstrahloptik 30 befestigt. Mit der Höhenverstellung 32 läßt sich durch Hineinschrauben und Herausschrauben einer Schraube am schematisch angedeuteten unteren Befestigungspunkt ein Kippen der Zielstrahloptik um die oberen beiden Befestigungspunkte erreichen. Somit läßt sich der austretende- Ziellaserstrahl 36 parallel zu der Achse des Lagesensors 58 (Fig. 2, 3) bringen. Durch die Parallelitätsverstellung 34 ist sichergestellt, daß der austretende Ziellaserstrahl 36 parallel dieser Achse des Lagesensors 58 und senkrecht zum Sensor 48 ausgerichtet ist. Der Ziellaserstrahl gibt also zu jedem Zeitpunkt exakt sowohl die Richtung als auch den Neigungswinkel der Laserstrahlerzeugungseinrichtung nach außen an, so daß eine eindeutige äußere Anzeige der Gerätekoordinaten gegeben ist.Go from FIGS. 4 and 5 details of Peilanordnung 20 more clearly. In the front view of FIG. 4, the laser beam generating device 12 , which is fastened in the drum, can be seen in the middle. A tubular aiming beam optic 30 is also attached to the drum via a height adjustment 32 and a parallelism adjustment 34 . With the height adjustment 32 , by screwing in and unscrewing a screw at the schematically indicated lower fastening point, the aiming optics can be tilted around the upper two fastening points. The emerging target laser beam 36 can thus be brought parallel to the axis of the position sensor 58 ( FIGS. 2, 3). The parallelism adjustment 34 ensures that the emerging target laser beam 36 is aligned parallel to this axis of the position sensor 58 and perpendicular to the sensor 48 . The target laser beam thus specifies both the direction and the angle of inclination of the laser beam generating device to the outside at all times, so that there is a clear external display of the device coordinates.
Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 umfaßt bevorzugt zwei (nicht dargestellte) Laserdioden, von denen eine den Arbeitslaserstrahl, die andere den Ziellaserstrahl erzeugt. Die jeweiligen Laserstrahlen werden nach dem Austreten aus den Dioden durch geeignete Optiken und einen Umlenkspiegel für den Ziellaserstrahl und das Prisma für den Arbeitslaserstrahl in die gewünschten Richtungen gelenkt. In den Darstellungen der Fig. 4 und 5 tritt der Arbeitslaserstrahl 16 genau über dem Ziellaserstrahl 36 parallel und geringfügig höhenversetzt zu diesem aus dem Pentagonprisma 14 aus.The laser beam generating device 12 preferably comprises two laser diodes (not shown), one of which generates the working laser beam, the other the target laser beam. After emerging from the diodes, the respective laser beams are directed in the desired directions by suitable optics and a deflection mirror for the target laser beam and the prism for the working laser beam. In the illustrations in FIGS. 4 and 5, the working laser beam 16 emerges from the pentagon prism 14 exactly above the target laser beam 36 in parallel and at a slightly offset height.
An der rohrförmigen Zielstrahloptik 30, die idealerweise koaxial zur Mittelachse der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 verläuft, ist weiterhin ein Diopterfuß 24 befestigt. Der Diopterfuß 24 trägt zwei Diopter 22. Die Diopter 22 geben eine Längsrichtung vor, die der Richtung des Ziellaserstrahls 36 entspricht. Zugleich liegt der Mittelpunkt der Diopter auf Höhe des Ziellaserstrahls 36. Es ist also über die Diopter jederzeit möglich, dem Verlauf des Ziellaserstrahls zu folgen.To the tubular target beam optical system 30, which ideally is coaxial with the central axis of the laser beam generating device 12 is further attached to a Diopterfuß 24th The rear sight 24 carries two rear sight 22 . The diopters 22 specify a longitudinal direction which corresponds to the direction of the target laser beam 36 . At the same time, the center of the rear sight is at the level of the target laser beam 36 . It is therefore possible at any time via the diopter to follow the course of the target laser beam.
Über die Diopter 22 kann das Bedienpersonal des Lasermeßgerätes den Ziellaserstrahl grob auf das zu treffende Ziel ausrichten, so daß das Lasermeßgerät zur optimalen Ausnutzung des gesamten Meßbereichs ohne erheblichen Aufwand ausgerichtet werden kann.Via the diopter 22 , the operating personnel of the laser measuring device can roughly align the target laser beam with the target to be hit, so that the laser measuring device can be aligned for optimal use of the entire measuring range without considerable effort.
Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 in Verbindung mit den Meßwerken 40, 50 eine gewisse Erstreckung unterhalb der Querneigungsachse 72 und der Längsneigungsachse 66 der Horizontiereinrichtung auf. Sollte das Lasermeßgerät gegenüber dem Horizont beispielsweise in Querneigungsrichtung schräg aufgestellt sein, wird die Horizontierung die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 und die Meßwerke 40, 50 um die Querneigungsachse 72 der Horizontiereinrichtung verschwenken, um sie horizontal auszurichten. Diese Verstellung ist möglich, solange die Laserstrahlerzeugungseinrichtung nicht an dem Gehäuse 10 anschlägt.As can be seen from FIG. 2, the laser beam generating device 12 in connection with the measuring units 40 , 50 has a certain extent below the transverse axis 72 and the longitudinal axis 66 of the leveling device. If the laser measuring device is set up obliquely with respect to the horizon, for example in the direction of bank, the leveling will pivot the laser beam generating device 12 and the measuring mechanisms 40 , 50 about the bank axis 72 of the leveling device in order to align them horizontally. This adjustment is possible as long as the laser beam generating device does not strike the housing 10 .
Dieser aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung dieser Bauteile bezüglich ihren Abmessungen relativ zum Gehäuse maximal mögliche Schwenkbereich wird als Selbstnivellierbereich des Lasermeßgerätes bezeichnet. Bei Aufstellung des Lasermeßgerätes unter extremen Neigungswinkeln kann es vorkommen, daß der Selbstnivellierbereich des Geräts überschritten wird. Um den Bereich zu vergrößern, ist eine Vorneigeeinrichtung 80 (Fig. 6) vorgesehen.This maximum swivel range due to the structural design of these components with respect to their dimensions relative to the housing is referred to as the self-leveling range of the laser measuring device. If the laser measuring device is installed at extreme angles of inclination, it may happen that the self-leveling range of the device is exceeded. In order to enlarge the area, a forward tilting device 80 ( FIG. 6) is provided.
Die Vorneigeeinrichtung ist lose mit dem Gehäuse 10 des Lasermeßgerätes gekoppelt. Sie weist einen Fuß 90 auf, der aus zwei rechtwinkligen Platten besteht. Eine dieser Platten ist mit einer Aufnahme 94 für ein Stativ oder ähnliches versehen, die andere am entgegengesetzten Ende des Fußes mit einer Kurvenbahn 82 ausgestattet. In dieser Kurvenbahn 82 bewegt sich ein Gleitelement 84, wobei das Gleitelement lösbar mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Auf dem Gleitelement 84 ist ein Peilstrich aufgebracht, der an einer der Gleitfläche 82 unmittelbar benachbarten Skala 92 vorbei streicht, wenn sich das Gehäuse 10 des Lasermeßgerätes relativ zum Fuß 90 bewegt.The front tilting device is loosely coupled to the housing 10 of the laser measuring device. It has a foot 90 , which consists of two rectangular plates. One of these plates is provided with a receptacle 94 for a tripod or the like, and the other is equipped with a curved track 82 at the opposite end of the foot. A sliding element 84 moves in this curved path 82 , the sliding element being detachably connected to the housing 10 . A dipstick is applied to the sliding element 84 , which passes a scale 92 immediately adjacent to the sliding surface 82 when the housing 10 of the laser measuring device moves relative to the base 90 .
Zur Einstellung der Vorneigung des Lasermeßgeräts bei einer extrem geneigten Oberfläche 98 wird zunächst der Fuß 90 ggf. auf einem Stativ abgestellt. Dann wird das Lasermeßgerät mit dem Gleitelement 84 auf die Kurvenbahn 82 eingesetzt, wobei eine mit dem Gleitelement 84 verbundene Klemmschraube 96 gelöst ist. Das Gehäuse 10 des Lasermeßgerätes kann sich nun über-das Gleitelement 84 in der Kurvenbahn 82 bewegen, wobei die Schwerkraft dazu dient, das Gehäuse 10 in einer annähernd vertikalen Position auszurichten, so daß das Gerät seinen größtmöglichen Arbeitsbereich ausnutzen kann. Nach Ausrichten des Lasermeßgerätes 10 läßt sich über die Klemmschraube 96 das Gleitelement 84 relativ zur Kurvenbahn 82 fixieren.To adjust the forward inclination of the laser measuring device in the case of an extremely inclined surface 98 , the foot 90 is first placed on a tripod, if necessary. Then the laser measuring device with the sliding element 84 is inserted onto the cam track 82 , a clamping screw 96 connected to the sliding element 84 being loosened. The housing 10 of the laser measuring device can now move over the sliding element 84 in the cam track 82 , the force of gravity serving to align the housing 10 in an approximately vertical position, so that the device can utilize its largest possible working area. After aligning the laser measuring device 10 , the sliding element 84 can be fixed relative to the cam track 82 via the clamping screw 96 .
Obwohl dies in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist, wurde daran gedacht, auch die untere Platte mit einer Kurvenbahn zu versehen, wobei an der unteren Platte zugleich eine Dosenlibelle befestigt ist. Auf diese Weise ließe sich in der Kombination der Kurvenbahnen bei Verwendung eines Stativs dessen eventuelle Schrägstellung in jede Richtung ausgleichen.Although this is not shown in the exemplary embodiment is thought, the lower plate with a Curved track to be provided, being on the lower plate a circular level is also attached. In this way could be in the combination of the curved tracks Use of a tripod whose inclination balance in every direction.
Die Abmessungen der Vorneigeeinrichtung sind dergestalt, daß der Drehmittelpunkt der Kurvenbahn 82 exakt im Mittelpunkt des rotierenden Pentagon-Prismas 14, d. h. im Austrittspunkt des Arbeitslaserstrahls 16 und die Stativaufnahme 94 in der Flucht dieser beiden Punkte liegt, so daß der Austritt des Arbeitslaserstrahls über dem Mittelpunkt des Stativs liegt. Hierdurch wird die Aufstellung und exakte Ausrichtung des Lasermeßgeräts über einem Fluchtpunkt mittels Lot ermöglicht.The dimensions of the front tilting device are such that the center of rotation of the cam track 82 lies exactly in the center of the rotating pentagon prism 14 , that is to say in the exit point of the working laser beam 16, and the tripod mount 94 is in alignment with these two points, so that the exit of the working laser beam lies above the center point of the tripod. This enables the laser measuring device to be set up and precisely aligned over a vanishing point by means of solder.
Fig. 7 schließlich zeigt ein Meßinstrument 100, das im wesentlichen aus einer Meßlatte 102 mit einer Detektoreinheit 108 besteht. Die Detektoreinheit 108 gleitet auf der Meßlatte 102, und kann über eine Klemmschraube 110 relativ zur Meßlatte 102 festgesetzt werden.Finally, FIG. 7 shows a measuring instrument 100 which essentially consists of a measuring staff 102 with a detector unit 108 . The detector unit 108 slides on the measuring rod 102 and can be fixed relative to the measuring rod 102 by means of a clamping screw 110 .
Sie ist mit einer Auswerteeinheit 116 versehen, die eine Empfangsfläche 122 und ein Display 120 aufweist. Die Empfangsfläche besteht aus zwei übereinander angeordneten, lichtempfindlichen Sensoren, beispielsweise Fotodioden. Die Fotodioden sind geeignet verschaltet, um zu erfassen, ob der einfallende Arbeitslaserstrahl lediglich eine der Dioden trifft, oder mittig zwischen beiden Dioden und somit zugleich mittig auf der Detektoreinheit einfällt. It is provided with an evaluation unit 116 , which has a receiving surface 122 and a display 120 . The reception area consists of two light-sensitive sensors, for example photodiodes, arranged one above the other. The photodiodes are suitably connected in order to detect whether the incident working laser beam hits only one of the diodes or is incident centrally between the two diodes and thus at the same time in the center of the detector unit.
Die Empfangsfläche 122 erfaßt den rotierenden Laserstrahl und zeigt über das Display an, in welcher Richtung der einfallende Laserstrahl von der Mitte der Detektoreinheit abweicht. Die Detektoreinheit ist ebenfalls mit einem Tongeber ausgestattet, der bei z. B. aufgrund der Höhe schlecht einsehbarem Display 122 die Höhenlage des einfallenden Laserstrahls mit sich unterscheidenden Signalen indiziert.The receiving surface 122 detects the rotating laser beam and shows on the display in which direction the incident laser beam deviates from the center of the detector unit. The detector unit is also equipped with a tone generator, which is used for e.g. B. due to the height of the display 122, which is difficult to see, the height of the incident laser beam is indicated with different signals.
Die Länge der Meßlatte 102 beträgt ca. 2 m. Sie ist mit einer Skala 104, und die Detektoreinheit 108 mit einem entsprechenden Sichtfenster 118 versehen, so daß im montierten Zustand von Meßlatte 102 und Detektoreinheit 108 die Skala 104 der Meßlatte 102 durch das Sichtfenster 118 der Detektoreinheit 108 erkennbar ist. Die untere Kante des Sichtfensters liegt auf gleicher Höhe wie die Spitze eines Indikatorpfeils und stimmt mit der Mitte der Detektoreinheit in dieser Richtung überein.The length of the measuring rod 102 is approximately 2 m. It is provided with a scale 104 , and the detector unit 108 is provided with a corresponding viewing window 118 , so that the scale 104 of the measuring staff 102 can be seen through the viewing window 118 of the detector unit 108 in the assembled state of the measuring staff 102 and detector unit 108 . The lower edge of the viewing window is at the same height as the tip of an indicator arrow and coincides with the center of the detector unit in this direction.
Die Meßlatte 102 ist weiterhin auf im wesentlichen der gesamten Länge einer ihrer Flächen mit einer retroreflektierenden Folie 106 beschichtet. Die retroreflektierende Folie bewirkt, daß auf sie auftreffende Lichtstrahlen in derselben Richtung wieder abgestrahlt werden, unter der sie eingefallen sind. Wird also der von der Laserstrahlerzeugungseinrichtung ausgesendete Ziellaserstrahl 36 auf die Meßlatte gerichtet, erscheint ein deutlicher Rückreflex und zeigt dem Benutzer die Ausrichtung der Ziellaserstrahlachse in Richtung dieser Meßlatte an. Es wird folglich einerseits möglich, auf Plänen oder Karten vorgegebene Umgebungskoordinaten auf die Gerätekoordinaten zu übertragen, andererseits sind Winkelmessungen zwischen verschieden aufgestellten Meßlatten möglich. Die Ergebnisse der Messungen werden dem Benutzer auf dem Display 5 des Lasermeßgeräts angezeigt. The measuring staff 102 is also coated with a retroreflective film 106 over substantially the entire length of one of its surfaces. The retroreflective sheeting causes rays of light striking it to be emitted again in the same direction in which they fell. If the target laser beam 36 emitted by the laser beam generating device is thus directed onto the measuring staff, a clear back reflection appears and shows the user the orientation of the target laser beam axis in the direction of this measuring staff. It is consequently possible, on the one hand, to transfer predetermined environmental coordinates to the device coordinates on plans or maps, and, on the other hand, it is possible to carry out angle measurements between differently positioned measuring staffs. The results of the measurements are shown to the user on the display 5 of the laser measuring device.
Zusätzlich zu dem Indikatorpfeil 112 ist die Detektoreinheit 108 mit einem Reflexstreifen 114 versehen. Indikatorpfeil 112 und Reflexstreifen 114 sind dabei relativ zueinander derart angeordnet, daß der Höhenunterschied zwischen dem oberen Rand des Reflexstreifens 114 und der Spitze des Indikatorpfeils 112 dem Höhenunterschied zwischen dem Ziellaserstrahl 36 und dem Arbeitslaserstrahl 16 bzw. der Arbeitslaserstrahlebene entspricht. Es ist somit die Höhenpositionen des Arbeitslaserstrahl auch mit dem Ziellaserstrahl 16 bestimmbar, indem dieser auf die obere Kante des Reflexstreifens 114 ausgerichtet wird.In addition to the indicator arrow 112 , the detector unit 108 is provided with a reflective strip 114 . Indicator arrow 112 and reflective strips 114 are arranged relative to one another in such a way that the height difference between the upper edge of the reflective strip 114 and the tip of the indicator arrow 112 corresponds to the difference in height between the target laser beam 36 and the working laser beam 16 or the working laser beam plane. The height positions of the working laser beam can thus also be determined with the target laser beam 16 by aligning it with the upper edge of the reflective strip 114 .
Im folgenden wird der Betrieb der einzelnen Bauteile des aus Lasermeßgerät und Meßinstrument 100 bestehenden Meßsystems anhand eines typischen Arbeitsablaufs erläutert werden, in dem eine zur horizontalen Ebene windschiefe Ebene dargestellt werden soll.In the following, the operation of the individual components of the measuring system consisting of laser measuring device and measuring instrument 100 will be explained on the basis of a typical workflow in which a plane skewed to the horizontal plane is to be represented.
Zu Beginn liegen dem Benutzer üblicherweise Pläne vor, auf denen relativ zu den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems der Umgebung xU, yU entsprechende Neigungswinkel αU, βU angegeben sind. Zusätzlich ist das Gelände üblicherweise vermessen worden, und es wurden drei Referenzmarken gesteckt, die eine Referenzebene aufspannen. Die Referenzebene besitzt entlang der Umgebungsachsen xU, yU die gewünschten Neigungswinkel αU, βU.At the beginning, the user usually has plans on which relative angles of inclination α U , β U are specified relative to the axes of a Cartesian coordinate system of the environment x U , y U. In addition, the site has usually been surveyed and three reference marks have been inserted that span a reference plane. The reference plane has the desired inclination angles α U , β U along the surrounding axes x U , y U.
Zu Beginn der Tätigkeit wird das Lasermeßgerät unter Beachtung seines Selbstnivellierbereichs in dem Gelände auf einem Stativ relativ zu einer Referenzmarke derart aufgestellt, daß der Austritt des Ziellaserstrahls auf einer Referenzmarke liegt, und sich die verbleibenden Referenzmarken in einem Winkelbereich von 180° vor dem Gerät befinden. Danach wird ein Meßinstrument 100 mit der Mitte des Sichtfensters auf eine weitere Referenzmarke ausgerichtet. Sollte sich der Austritt des Ziellaserstrahls um einen bestimmten Betrag oberhalb oder unterhalb der Referenzmarke befinden, kann mit Hilfe der Skala 104 die Detektoreinheit 108 des Meßinstruments 100 um den gleichen Wert versetzt werden.At the beginning of the activity, the laser measuring device is set up on a tripod relative to a reference mark, taking into account its self-leveling range, in such a way that the exit of the target laser beam lies on a reference mark and the remaining reference marks are in an angular range of 180 ° in front of the device. Then a measuring instrument 100 is aligned with the center of the viewing window on a further reference mark. If the exit of the target laser beam is above or below the reference mark by a certain amount, the detector unit 108 of the measuring instrument 100 can be offset by the same value with the aid of the scale 104 .
Nach dem Anschalten des Lasermeßgeräts werden der Prozessorsteuerung die Koordinaten der drei Referenzmarken in Umgebungskoordinaten xU, yU und der Lage der Referenzebene in Umgebungskoordinaten αU, βU eingegeben. Hiernach wird die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 12 mit der Prozessorsteuerung über die Motoren 62, 68 der Horizontiereinrichtung 60 in die horizontale Lage gefahren.After the laser measuring device has been switched on, the coordinates of the three reference marks in environmental coordinates x U , y U and the position of the reference plane in environmental coordinates α U , β U are entered into the processor control. The laser beam generating device 12 is then moved into the horizontal position with the processor control via the motors 62 , 68 of the leveling device 60 .
Anschließend wird mit der Prozessorsteuerung der Ziellaserstrahl über die Motoren 42, 52 der Neigeeinrichtung so lange verfahren, bis er die retroreflektierende Folie 106 der Meßlatte 102 in der Mitte des Sichtfensters trifft. Diese Lage wird mit der Prozessorsteuerung quittiert. Derselbe Vorgang wird mit der verbleibenden Referenzmarke wiederholt, womit durch die Ausrichtung des kollimierten Ziellaserstrahls auf die Referenzmarken in der Prozessorsteuerung ein Abbild der Umgebungskoordinaten xU, yU in Gerätekoordinaten geschaffen wurde. Die Gerätekoordinaten liegen der Prozessorsteuerung in Form von je zwei Drehwinkeln für jede Referenzmarke gegenüber der Horizontalen vor, die während des Betätigens der Neigeeinrichtung über die Meßwerke 40, 50 aufgezeichnet wurden. Ein Drehwinkel wird um die erste Neigeachse 44, der andere um die zweite Neigeachse 54 gemessen.The target laser beam is then moved with the processor control via the motors 42 , 52 of the tilting device until it hits the retroreflective film 106 of the measuring rod 102 in the middle of the viewing window. This position is acknowledged with the processor control. The same process is repeated with the remaining reference mark, whereby an image of the environmental coordinates x U , y U in device coordinates was created by the alignment of the collimated target laser beam with the reference marks in the processor control. The device coordinates are available to the processor controller in the form of two angles of rotation for each reference mark relative to the horizontal, which were recorded by the measuring mechanisms 40 , 50 during the actuation of the tilting device. One angle of rotation is measured around the first tilt axis 44 , the other around the second tilt axis 54 .
Die Prozessorsteuerung errechnet nun anhand der Daten die Richtung der größten Steigung in Gerätekoordinaten, verfährt den Ziellaserstrahl in diese Richtung und auf die größte Steigung. Über den Arbeitslaserstrahl wird nun die Arbeitsebene erzeugt. The processor control now uses the data to calculate the Direction of the greatest slope in device coordinates, moves the target laser beam in this direction and on the greatest slope. The is now over the working laser beam Working plane created.
Es ist möglich, die zuvor sequentiell geschilderten Vorgänge gleichzeitig auszuführen, insbesondere gilt dies für die Betätigung der Horizontiereinrichtung einerseits und der Neigeeinrichtung andererseits.It is possible to use those previously described sequentially Perform operations simultaneously, especially this for operating the leveling device on the one hand and the tilting device on the other hand.
Durch die Kollimierung des Ziellaserstrahls wird es darüber hinaus ermöglicht, den Ziellaserstrahl zu modulieren und ihn somit derart zu kodieren, daß bei Empfang von Lichtsignalen mit einer an dem Lasermeßgerät in unmittelbarer Nähe des Ziellaserstrahlaustritts angebrachten Auswertelektronik überprüft werden kann, ob das dort einfallende Licht tatsächlich das von der Referenzmarke reflektierte Licht des Ziellaserstrahls und nicht etwa z. B. einfallendes Fremdlicht oder eine Reflexion des Arbeitslaserstrahls ist.By collimating the target laser beam, it gets over it also allows modulating the target laser beam and encode it so that when receiving Light signals with a on the laser measuring device in immediate vicinity of the target laser beam exit attached evaluation electronics can be checked whether the light incident there is actually that of the Reference mark reflected light from the target laser beam and not z. B. incident external light or a reflection of the working laser beam.
Die vorliegende Erfindung erzielt u. a. die Vorteile, horizontale und geneigte Arbeitsebenen in einer oder parallel zu einer Referenzebene auch im schiefwinkligen Koordinatensystem darstellen zu können. Es wird möglich, geneigte Flächen längs einer gemeinsamen Geraden zu spiegeln, Planwinkel auf Fluchtstangen im Gelände zu übertragen, und resultierende Steigungen zu errechnen und anzuzeigen.The present invention achieves u. a. the advantages, horizontal and inclined working levels in one or parallel to a reference plane also at an oblique angle To be able to represent the coordinate system. It becomes possible inclined surfaces along a common straight line mirror, plan angle on escape poles in the area transferred, and calculate resulting slopes and display.
Claims (26)
- - einer Einrichtung (12) zum Erzeugen zumindest eines Laserstrahls (16, 36),
- - einer Neigeeinrichtung (40, 42, 50, 52) zum Ausrichten der Laserstrahlerzeugungseinrichtung über eine drehbewegliche Neigelagerung auf vorgegebene Neigungswinkel, und
- - einer Horizontiereinrichtung (60) zum Ausrichten der Laserstrahlerzeugungseinrichtung und der Neigeeinrichtung über eine drehbewegliche Horizontierlagerung auf einen Horizont;
- - die Horizontierlagerung ist um zwei eine Horizontierebene aufspannende Horizontierachsen (66, 72) drehbeweglich, und
- - die Neigelagerung ist um zwei Neigeachsen (44, 54) drehbeweglich, von denen eine erste (44) parallel zu zumindest einem der erzeugten Laserstrahlen ist.
- - a device ( 12 ) for generating at least one laser beam ( 16 , 36 ),
- - A tilting device ( 40 , 42 , 50 , 52 ) for aligning the laser beam generating device via a rotatable tilting bearing to a predetermined tilt angle, and
- - A leveling device ( 60 ) for aligning the laser beam generating device and the tilting device via a rotatable horizontal mounting on a horizon;
- - The horizontal mounting is rotatable about two horizontal axes spanning a horizontal plane ( 66 , 72 ), and
- - The tilt bearing is rotatable about two tilt axes ( 44 , 54 ), of which a first ( 44 ) is parallel to at least one of the laser beams generated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998114151 DE19814151A1 (en) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | Two-axis laser measuring instrument, to define planes during building works, or to control earth-working machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998114151 DE19814151A1 (en) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | Two-axis laser measuring instrument, to define planes during building works, or to control earth-working machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19814151A1 true DE19814151A1 (en) | 1999-10-14 |
Family
ID=7862947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998114151 Pending DE19814151A1 (en) | 1998-03-30 | 1998-03-30 | Two-axis laser measuring instrument, to define planes during building works, or to control earth-working machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19814151A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1998-03-30 DE DE1998114151 patent/DE19814151A1/en active Pending
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