DE1294035B

DE1294035B - Device for establishing a reference surface in space

Info

Publication number: DE1294035B
Application number: DE1966P0039836
Authority: DE
Inventors: Studebaker Robert H
Original assignee: Process Equipment Co
Current assignee: Process Equipment Co
Priority date: 1965-07-01
Filing date: 1966-07-01
Publication date: 1969-04-30
Also published as: NL6609210A; CH456968A; GB1156072A; BE683422A

Description

geometrischen Bezugsfläche beim Umlaufen nicht ab- 30 gen (nicht gezeigt) imter jedem gewünschten Winkel weicht. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, bezüglich des Gabelträgers 47 einstellen; in der gleichen Weise kann der Gabelträger 47 bezüglich der Basis 50 eingestellt werden,Do not reduce the geometric reference surface when revolving (not shown) at any desired angle gives way. According to the invention this is achieved by adjusting the fork carriage 47; in the same Way, the fork carriage 47 can be adjusted with respect to the base 50,

daß der Laser stationär und bezüglich einer Bezugsachse einstellbar angeordnet ist, und daß als Ablenkeinrichtung ein rotierendes Pentaprisma vorgesehen ist.that the laser is arranged to be stationary and adjustable with respect to a reference axis, and that as a deflection device a rotating pentaprism is provided.

Das Pentaprisma hat im Gegensatz zu einem einfachen Spiegel die Eigenschaft, daß es einen ankommenden Strahl genau um den für das Pentaprisma charakteristischen Winkel umlenkt, und zwar unabhängig von kleinen Änderungen des Anstellwinkels zwischen dem ankommenden Strahl und der Eintrittsfläche des Pentaprismas. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, daß an Stelle des Pentaprismas auch ein anderes Prisma konstanter Ablenkung (ein Praktische Versuche mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung haben ergeben, daß einwandfreie Höhenmessungen durchgeführt werden können, wenn der Laserstrahl auf einer Kreisbahn mit einer Drehgeschwindigkeit zwischen 250 und 1000 Upm umläuft. In contrast to a simple mirror, the pentaprism has the property that there is an incoming mirror Beam deflects exactly by the angle characteristic of the pentaprism, independently of small changes in the angle of attack between the incoming beam and the entrance surface of the pentaprism. It goes without saying for the Experts say that instead of the pentaprism, another prism of constant deflection (a Practical tests with the device described above have shown that flawless Height measurements can be performed when the laser beam is on a circular path at a rotational speed rotates between 250 and 1000 rpm.

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, ist es für die Anwendung dieser Erfindung nicht erforderlich, daß die durch den Laserstrahl definierte Bezugsebene waagerecht verläuft. Wie z. B. die Fig. 2 zeigt, kann zum Planieren einer schiefen Ebene die Drehachse desAs the F i g. 2 and 3 show, it is not necessary for the practice of this invention that the The reference plane defined by the laser beam runs horizontally. Such as B. Fig. 2 shows, can for Leveling an inclined plane the axis of rotation of the

Prisma also, das die gleichen optischen Eigenschaften 45 Laserstrahls 14 bezüglich der Lotrechten geneigt wie das Pentaprisma hat) verwendet werden könnte. werden, so daß die durch den Laser 16 definiertePrism that has the same optical properties 45 laser beam 14 inclined with respect to the perpendicular like the pentaprism has) could be used. so that the defined by the laser 16

Durch die Erfindung wird also sichergestellt, daß Bezugsebene parallel zur schiefen Ebene verläuft, der vom Laser erzeugte Laserstrahl während des Wie andererseits die Fig. 3 zeigt, kann der Lasergesamten Umlaufs des Pentaprismas um genau den .strahl auch eine kegelige Bezugsfläche festlegen, für das Prisma charakteristischen Winkel umgelenkt 5° Der Laser läßt sich natürlich auch zum Festlegen wird, wobei etwaige Laufungenauigkeiten der Penta- einer vertikalen Bezugsfläche verwenden, indem man prismalagerung ohne Einfluß auf die vom rotierenden
Laserstrahl definierte Bezugsebene bleibt.The invention thus ensures that the reference plane runs parallel to the inclined plane, the laser beam generated by the laser during the As on the other hand Fig characteristic angle deflected 5 ° The laser can of course also be used for setting, using any running inaccuracies of the penta- a vertical reference surface by prismatic bearing without influence on the rotating
The reference plane defined by the laser beam remains.

Es ist zwar bereits bekannt, bei großen Scheinden Laserstrahl um eine horizontale Achse rotieren läßt.It is already known to rotate the laser beam around a horizontal axis in the case of large shards leaves.

In den F i g. 4 und 5 ist ein praktisches Ausfüh-In the F i g. 4 and 5 is a practical execution

werfern die Lichtquelle stationär anzuordnen und die 55 rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Ablenkeinrichtung rotieren zu lassen. In diesem Fall dargestellt. Ein Rahmen 70 in Form eines runden wähltthrowers to arrange the light source stationary and the 55 approximate example of a device according to the invention Rotate deflector. In this case shown. A frame 70 in the form of a round one chooses

man diese Anordnung jedoch nur deshalb, weil der Scheinwerfer sehr schwer ist und es konstruktiv einfacher ist, lediglich die Optik rotieren zu lassen. Überdies besteht in diesem Fall die Ablenkeinrichtung aus einfachen Spiegeln, so daß sich die Laufungenauigkeiten der Lagerung der Ablenkeinrichtung auf das rotierende Lichtbündel übertragen. Dieser bekannten Vorrichtung ist somit keine Anregung zur Lösung des erfindungsgemäßen Problems zu entnehmen.However, this arrangement is only used because the headlight is very heavy and it is constructive it is easier to just let the optics rotate. Moreover, in this case there is the deflector from simple mirrors, so that the running inaccuracies of the storage of the deflection device transferred to the rotating light beam. This known device is therefore not a stimulus to find a solution to the problem according to the invention.

An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Metalltellers ist mit mehreren Auslegern 71 versehen, die an dem Metallteller angeschweißt sind und zur Halterung von Bolzen dienen, die durch die gegabelten Enden 73 α von ausziehbaren Stativfüßen 73 verlaufen. Auf diese Weise läßt sich der Rahmen 70 mittels der Stativfüße 73 auf jeder Art von Gelände in angenähert waagerechter Stellung aufstellen, wobei eine ungefähre Höheneinstellung des Rahmens 70 durch entsprechende Höhenverstellung der Stativfüße 73 erfolgen kann, die dann durch Klemmschrauben 73 b fixiert werden.
Am Rahmen 70 ist außerdem ein zylindrischerAn exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows the metal plate is provided with several arms 71 which are welded to the metal plate and serve to hold bolts that run through the forked ends 73 α of extendable tripod feet 73. In this way, the frame 70 can be set up in an approximately horizontal position by means of the tripod feet 73 on any type of terrain, an approximate height adjustment of the frame 70 can be made by appropriate height adjustment of the tripod feet 73, which are then fixed by clamping screws 73 b.
On the frame 70 is also a cylindrical one

Aufsatz 70 α angeschweißt, während ein ähnlicher zylindrischer Aufsatz 70 b, der aus zwei halbkreisförmigen Teilen besteht, durch mehrere Schrauben 70 c mit der Oberfläche des Rahmens 70 verbunden ist. Die Aufsätze 70 α und 70 b sind in der Mitte mit Aussparungen versehen, durch die ein innerer Gelenkabschnitt 70 d gebildet wird. Der Gelenkabschnitt 70 d hat eine teilkugelige Form und ist präzise bearbeitet.Attachment 70 α welded on, while a similar cylindrical attachment 70 b, which consists of two semicircular parts, is connected to the surface of the frame 70 by several screws 70 c. The attachments 70 α and 70 b are provided in the middle with recesses through which an inner joint section 70 d is formed. The joint section 70 d has a partially spherical shape and is precisely machined.

Ein Gehäuseteil 75, das hohl ausgebildet ist, weist einen Gelenkabschnitt 75 α mit einer äußeren Lagerfläche 756 auf. Der Gelenkabschnitt 75 α paßt mit dem Gelenkabschnitt 70 d zusammen, so daß das Gehäuseteil 75 in den Rahmen 70 in senkrechter Stellung eingepaßt werden kann. *5A housing part 75 which is hollow, has a hinge section 75 α with an outer bearing surface 756 on. The hinge section 75 α fits together with the hinge section 70 d , so that the housing part 75 can be fitted into the frame 70 in a vertical position. * 5

Im mittleren Abschnitt des Gehäuseteils 75 befindet sich ein radial vorstehender Flansch 75 c, der über den Durchmesser des zylindrischen Aufsatzes 70 b hinausragt und oberhalb des Rahmens 70 liegt. Über den Umfang des Flansches 75 c verteilt sind in gleichen Abständen mehrere Gewindebohrungen 75 d vorgesehen, die zur Aufnahme von Verstellschrauben 76 dienen. Die Verstellschrauben 76 besitzen jeweils einen Einstellflansch 76 & und ein flaches Kopfstück 76 c, mit dem sie auf der Oberfläche des Rahmens 70 aufliegen. Die Verstellschrauben 76 lassen sich jeweils durch eine Feststellmutter 76 d in der endgültigen Stellung verriegeln. Mit Hilfe der VerstellschraubenIn the middle section of the housing part 75 there is a radially protruding flange 75 c, which projects beyond the diameter of the cylindrical attachment 70 b and lies above the frame 70. Distributed over the circumference of the flange 75 c , a plurality of threaded bores 75 d are provided at equal intervals, which are used to accommodate adjusting screws 76. The adjusting screws 76 each have an adjusting flange 76 and a flat head piece 76 c, with which they rest on the surface of the frame 70th The adjusting screws 76 can each be locked in the final position by a locking nut 76 d. With the help of the adjustment screws

76 läßt sich daher das Gehäuseteil 75 genau senkrecht einstellen, so daß bei einer Drehung des Gehäuseteils 75 um die Achse der entsprechenden Lagerflächen 70 d und 15 b eine genau senkrechte Lage gewährleistet ist.76, the housing part 75 can therefore be set exactly vertically, so that when the housing part 75 is rotated about the axis of the corresponding bearing surfaces 70 d and 15 b, an exactly vertical position is ensured.

Der Oberteil des Gehäuseteils 75 ist in axialer Richtung mit einem senkrecht liegenden Einschnitt versehen, wodurch Einklemmflansche 75 / entstehen, die durch mehrere Klemmbolzen 75 e gegeneinander gedrückt werden. Außerdem ist zwischen den Einklemmflanschen 75 / ein Zahnrad 75 k vorgesehen, das durch ein Handrad 75 7 betätigt werden kann.The upper part of the housing part 75 is provided in the axial direction with a perpendicular incision, thereby Einklemmflansche 75 / are formed, which are pressed against each other by a plurality of clamping bolts 75 e. In addition, a gear 75 k , which can be operated by a hand wheel 75 7, is provided between the clamping flanges 75 /.

Das Gehäuseteil 75 weist eine senkrecht verlaufende zylindrische Ausnehmung 75 g auf. In dieser zylindrischen Ausnehmung 75 g ist ein rohrförmiges Gehäuseteil 77 mittels eines zylindrischen AbschnittsThe housing part 75 has a vertical cylindrical recess 75 g . In this cylindrical recess 75 g is a tubular housing part 77 by means of a cylindrical section

77 a verschiebbar gelagert. An der Außenseite des Gehäuseteils 77 befindet sich eine axial verlaufende Zahnstange 77 c, die zwischen den Einklemmflanschen 75/ liegt und vom Zahnrad 75 k erfaßt wird. Auf diese Weise läßt sich eine Höheneinstellung des Gehäuseteils 77 bezüglich des Gehäuseteils 75 durch Drehen des Handrads 75 7 vornehmen. Durch Feststellschrauben 75 h läßt sich dann das Gehäuseteil 77 in jeder Lage festlegen. Dabei bleibt jedoch die Achse genau senkrecht, daß die Lage der Achse nur durch die Einstellung des Gehäuseteils 75 bezuglieh des Rahmens 70 festgelegt wird.77 a slidably mounted. On the outside of the housing part 77 there is an axially extending rack 77 c, which lies between the clamping flanges 75 / and is detected by the gear 75 k . In this way, the height of the housing part 77 with respect to the housing part 75 can be adjusted by turning the handwheel 75 7. The housing part 77 can then be fixed in any position by means of locking screws 75 h. In this case, however, the axis remains exactly perpendicular, so that the position of the axis is only determined by the setting of the housing part 75 with respect to the frame 70.

Im Unterteil des Gehäuseteils 77 befindet sich ein Laser 78, der einen scharf gebündelten und senkrecht nach oben gerichteten Laserstrahl 80 über ein geeignetes Kollimatorobjektiv 79 erzeugt. Der obere Abschnitt 77 & des Gehäuseteils 77, der einen etwas größeren Durchmesser hat, enthält einen Elektromotor 81, der nur schematisch angedeutet ist. Der Elektromotor 81 besitzt eine Hohlwelle 81 a, durch die der Laserstrahl 80 hindurchgeht. Am oberen Ende der Hohlwelle 81 α befindet sich eine optische Ablenkvorrichtung 82, die aus einem den einfallenden Strahl um genau 90° umlenkendes Pentaprisma besteht. Das Pentaprisma 82 ist durch eine Halterung α auf der Hohlwelle 81 α befestigt.In the lower part of the housing part 77 there is a laser 78 which generates a sharply bundled and vertically upwardly directed laser beam 80 via a suitable collimator objective 79. The upper section 77 & of the housing part 77, which has a somewhat larger diameter, contains an electric motor 81, which is only indicated schematically. The electric motor 81 has a hollow shaft 81 a through which the laser beam 80 passes. At the upper end of the hollow shaft 81 α there is an optical deflection device 82 which consists of a penta prism which deflects the incident beam by exactly 90 °. The pentaprism 82 is fixed by a bracket α on the hollow shaft 81 α.

Auf dem oberen Abschnitt 77 & des Gehäuseteils ist ein Flansch 83 befestigt, der eine sehr plane, sich radial erstreckende Bezugsfläche 83 α aufweist. Die Bezugsfläche 83 α verläuft genau senkrecht zur Achse des Gehäuseteils 77 und damit zur Achse der zylindrischen Bohrung 75 g. Auf der Bezugsfläche α sind zwei senkrecht zueinander liegende Nivellierinstrumente 84 (beispielsweise Wasserwaagen) angeordnet. Mit Hilfe der Blasen 84 α der Wasserwaagen läßt sich die Bezugsfläche 83 α waagerecht einstellen, so daß der abgelenkte Laserstrahl 80 a in einer genau waagerechten Ebene verläuft.On the upper section 77 & of the housing part, a flange 83 is attached, which has a very planar, radially extending reference surface 83 α . The reference surface 83 α runs exactly perpendicular to the axis of the housing part 77 and thus to the axis of the cylindrical bore 75 g. Two leveling instruments 84 (for example spirit levels) lying perpendicular to one another are arranged on the reference surface α. With the help of the bubbles 84 α of the spirit levels, the reference surface 83 α can be adjusted horizontally so that the deflected laser beam 80 a runs in an exactly horizontal plane.

Die vom Laserstrahl definierte Bezugsebene läßt sich also durch die Verstellschrauben 76 genau horizontal machen. Die Höheneinstellung des Laserstrahls kann durch das Handrad 75 7 verändert werden.The reference plane defined by the laser beam can therefore be precisely horizontal by means of the adjusting screws 76 do. The height adjustment of the laser beam can be changed by means of the hand wheel 75 7 will.

Claims

Patent claims:

1. Device for determining a reference surface in space, with one arranged in a housing Laser, with means for generating a rotating, defining the reference surface Laser beam, and with a deflection device arranged at one end of the housing, which deflects the laser beam passing through the housing by a certain angle, thereby characterized in that the laser (12; 78) is stationary and adjustable with respect to a reference axis is arranged, and that a rotating pentaprism (44; 82) as a deflection device is provided.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the housing (75,77) has a tubular inner housing part (77 ) which is inserted into an axial bore (75 g) of an outer housing part (75), and that the outer Housing part (75) is provided with a spherical joint section (75 a) which is mounted in a corresponding spherical joint section (70d) of a frame (70).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the inner housing part (77) in the outer housing part (75) is arranged axially displaceable and adjustable.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the outer housing part (77) is provided with a flange (75 c) extending perpendicular to the housing axis, which covers a support surface of the frame (70), and that at least three over the circumference Adjusting screws (76) distributed over the flange (75 c) and screwed into the flange (75 c), which are supported on the support surface of the frame (70), are provided for adjusting the angle of the housing.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pentaprism (82) can be driven by an electric motor (81) mounted in the housing (75, 77), the drive shaft (81 a) of which is hollow.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the upper end of the housing (75,77) a loading perpendicular to the housing axis

Zugsfläche (83 α) is formed, on which at least two leveling instruments (84) are arranged.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that that one of the two leveling instruments (84) can be pivoted about an axis parallel to the reference surface.

1 sheet of drawings