DE2143812C3

DE2143812C3 - Arrangement for generating a Uchtplane

Info

Publication number: DE2143812C3
Application number: DE19712143812
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8000 München; Met Viktor Dipl.-Ing. Dr. Palo Alto Calif. Kindl (V.St.A.)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1976-09-16

Description

3030th

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung rur Erzeugung einer geometrischen Lichtebene aus einem gebündelten Laserstrahl, insbesondere für die Steuerung von Erdbewegungs- oder Gleisrichtmaschinen. The present invention relates to an arrangement for generating a geometric plane of light a focused laser beam, especially for controlling earthmoving or track straightening machines.

Es sind bereits eine Reihe von mit einer Laserlichtcbene arbeitenden Steuereinrichtungen bekanntgeworden, wobei die durch Auffächerung eines Laserstrahls gebildete Lichtebene je nach dem Anwendungszweck ills waagerechte oder geneigte Bezugsebene dient und die Abweichungen der zu steuernden Maschine icnkrccht zur Bezugsebene mit Hilfe von Photoempfangseinrichtungen bestimmt und automatisch korrigiert werden. Die Verwendung einer derartigen Lichtebene hat gegenüber einer Steuerungseinrichtung mit einem gebündelten Laserstrahl den Vorteil, daß die /u steuernde Maschine nicht seitlich aus dem Führungsstrahl herauslaufen kann und somit beispielsweise eine Vertikalsteuerung einer Erdbewegungs- oder Gleisrichtmaschine auch dann in einfachster Weise möglich ist, wenn sich diese Maschine in beliebigen Schlangenlinien und Kurven auf einem Gelände bewegt.There are already a number of with a laser light plane working control devices became known, which by fanning out a laser beam formed light plane depending on the application ills horizontal or inclined reference plane is used and the deviations between the machine to be controlled and the reference plane with the help of photo-receiving devices can be determined and automatically corrected. The use of such The light plane has the advantage over a control device with a focused laser beam that the / u controlling machine cannot run out of the guide beam laterally and thus, for example, a Vertical control of an earthmoving or track straightening machine is then also possible in the simplest way is when this machine moves in arbitrary serpentines and curves on a terrain.

Zur Erzeugung von solchen Lichtebenen wurden bislang Zylinderlinscn, die jedoch nur einen gewissen Sektor und keine volle 360 -Ebene bilden können, oder Spiegel oder Prismen verwendet, welche den gebündeilen Laserstrahl um W umlenken und um die ILaserstrahlachse rotieren. Mit Hilfe dieser letzteren bewegten Einrichtungen wird erreicht, daß der abgelenkte Strahl rundumgeschwenkt wird und periodisch die ganze Ebene bestreicht.Cylindrical lenses have hitherto been used to generate such light planes, but only a certain amount Sector and not a full 360 plane can be used, or mirrors or prisms are used to bundle the Deflect the laser beam around W and rotate around the I laser beam axis. With the help of this latter moving devices is achieved that the deflected beam is pivoted around and periodically covered the whole plane.

Diese bekannten Anordnungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. So kann man, wie bereits ausgeführt, mit Hilfe einer Zylinderlinse keine volle 3b0- Ebene erzeugen, während andererseits für die rotierenden Spiegel b/.w. Prismen ein Energie verbrauchender Motor benötigt wird, was gerade bei beweglichen, im Gelände einzusetzenden Meßanordnungen von Nachteil ist, zumal es darüber hinaus grundsätzlich im Sinne eines robusten, wartungsfreien Betrieb*, erwünscht ist. möglichst auf mechanisch bewegte Tcik· verzichten zu können.However, these known arrangements have a number of disadvantages. So you can, as already executed, do not generate a full 3b0 plane with the help of a cylindrical lens, while on the other hand for the rotating mirror b / .w. Prisms an energy-consuming motor is required, which is especially true for movable, To be used in the field measuring arrangements is disadvantageous, especially since it is also fundamentally in In the sense of a robust, maintenance-free operation *, desired is. to be able to do without mechanically moved Tcik · if possible.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe •"-stellt, eine Anordnung zur Erzeugung einer I.ich ι ebene zu schaffen, welche es ohne Verwendung mechanisch bewegter Teile ermöglicht, auch ganze Ebenen, die einen Wänkclbereich von 360" überstreichen. _/u erzeugen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß im Strahlengang des Lasers ein KegeKpicgel, der einen Öffnungswinkel von 90° aufweist, mit seiner Kegelspitze der Strahlrichtung entgegen derart angeordnet ist. daß zumindest ein Teil seiner Kegelfläche angestrahlt wird. Unter einem Kegelspiegel wird dabei allgemein eine verspiegelte Fläche verstanden, die zumindest einen Teil der Mantelfläche eines geraden Kreiskegels darstellt.The object of the present invention is to create an arrangement for generating an I ι plane, which makes it possible without the use of mechanically moving parts, including entire planes that span a tilting range of 360 ". _{/ u} generate. To solve this problem, in an arrangement of the type mentioned at the outset, according to the present invention, a KegeKpicgel, which has an opening angle of 90 °, is arranged with its cone tip counter to the direction of the beam in the beam path of the laser. that at least part of its conical surface is illuminated. A conical mirror is generally understood to mean a mirrored surface which represents at least part of the lateral surface of a straight circular cone.

Die Verwendung eines mit einem Spiegelbelag versehenen Kegels zum Ablenken eines Lichtbündels isi an sich wohlbekannt (DTPS 6 71 041). In der DT-AS 12 98 210 wurde auch schon beschrieben, einen Kegelmantelausschnitt zum Abknicken von Laserstrahlen einzusetzen. Das dort beschriebene Gerät dient jedoch zur Steigerung der Impulsfrequenz eines oder mehrerer gerichteter Ausgangsstrahlen hoher Leistung und benötigt ferner mechanisch bewegte Teile.The use of a mirror-coated cone to deflect a light beam isi well known per se (DTPS 6 71 041). In the DT-AS 12 98 210 has already been described, a section of the surface of a cone to be used for kinking laser beams. However, the device described there is used to increase the pulse frequency of one or more directed high power output beams and also requires mechanically moving parts.

Während bei einer erfindungsgemäßen Anordnung bereits ein einen Teil eines Kegelmantels darstellender Spiegel geeignet ist, eine - für viele Steuerungszwecke ausreichende — Sektorfläche zu bilden, ist eine Anordnung zur Erzeugung einer vollen Lichtebene, die einen Winkelbereich von 360° überstreicht, in Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kegelspiegels in der Achse des Laserstrahls angeordnet ist, wobei für eine Lichtebene senkrecht zum vom Laser kommenden Laserstrahl, die Kegelachse koaxial zur Laserstrahlachse stehen muß. Als Kegeispiegel wird dabei vorzugsweise ein Glaskegel verwendet, dessen Mantelfläche mit einem geeigneten, auf die Weilenlänge des verwendeten Laserstrahls abgestimmten Material verspiegelt ist.While in an arrangement according to the invention already a part of a cone shell representing Mirror that is suitable for forming a sector surface that is sufficient for many control purposes is one Arrangement for generating a full light plane that covers an angular range of 360 °, in further development of the invention characterized in that the axis of the conical mirror is in the axis of the laser beam is arranged, the cone axis for a light plane perpendicular to the laser beam coming from the laser must be coaxial to the laser beam axis. A glass cone is preferably used as the cone mirror used, the outer surface of which with a suitable, is mirrored material matched to the length of the laser beam used.

Die Vor.teile einer erfindungsgemäßen Anordnung sind neben der Vermeidung mechanisch bewegter Teile und energieverbrauchender Motoren:The advantages of an arrangement according to the invention are the avoidance of mechanically moving parts and energy-consuming motors:

a) Jede Richtung wird ständig bestrahlt, d. h., es ist die Anwendung hoher Modulationsfrequenzen zur Modulation des Laserstrahls möglich und man is« nicht auf die relativ niedrigen Drehfrequenzen eines Ablenkmotors angewiesen, was verbesserte Empfangseinrichtungen mit Hochfrequenzverstärkern ermöglicht.a) Every direction is continuously irradiated, i.e. h., it is the Use of high modulation frequencies to modulate the laser beam is possible and you are « did not rely on the relatively low rotational frequencies of a deflection motor, which improved Receiving devices with high frequency amplifiers allows.

b) Durch Verkippen der Kegelachse läßt sich in einfacher Weise eine definierte Neigung der Lichtebene einstellen undb) By tilting the cone axis, a defined inclination of the Set the light level and

c) es können auch kleinere öffnungswinkel als 360' erzeugt werden, indem man nur einen Teil eines (größeren) Kegels anstrahlt, ohne daß dabei der übrige Teil des Kegels abgedeckt werden müßte, so daß auch in solchen Fällen kein Energieverlusi eintritt.c) opening angles smaller than 360 'can also be used can be generated by illuminating only part of a (larger) cone without the The rest of the cone would have to be covered so that no energy loss would occur in such cases either entry.

In der Figur ist mit ¹I schematisch ein Laser 1 angedeutet, der vertikal auf einem Stativ 2 angeordnet ist. Der in senkrechter Richtung nach oben aus dem Laser 1 austretende Laserstrahl 4 trifft auf einen koaxial zum Laserstrahl angeordneten Kegelspiegel 3 mitIn the figure, ¹ I schematically indicates a laser 1 which is arranged vertically on a stand 2. The laser beam 4 emerging from the laser 1 in the vertical direction upwards also strikes a conical mirror 3 arranged coaxially to the laser beam

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einem 40 -Öffnungswinkel, wobei dieser kegclspiegcl über nicht eingezeichneten Halieriingsvorriehmngen so in;: dem Luscr 1 verbunden ist. daß sich sowohl die seilliche Luge des Kegelspiegels ;ils auch seine Neigung /ur Laseruchse verstellen Uil.il. In dem dlrgestellten Ausführungsbcispicl. bei dem der kcgiUpicgcl koaxial Laserstrahl angeordnet im. ergibt sieh eine waagerechte, den vollen Winkel \on ibt) uberstreiehcnde Hbene, vsie sie als He/ugsebene für eine horizontale Soll-Bewegung einer Erdbcwegungsnui schine benötigt wird.a 40 opening angle, this kegclspiegcl about not shown Halieriingsvorriehmngen so in ;: connected to Luscr 1. that both the roped lie of the cone mirror; ils also its inclination / ur laser search adjust Uil.il. In the depicted Execution example where the kcgiUpicgcl is coaxial Laser beam arranged in the. results see a horizontal one that spans the full angle \ on ibt) Hbene, vsie them as a height for a horizontal target movement of an earth path machine is required.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

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Patent claims:

! Arrangement for generating a geonicirischcn Light from a bundled laser beam. in particular for the control of earthmoving or track straightening machines, characterized in that in the beam path (4) of the laser (l) a conical mirror (3), which has an opening angle of 90 ", with its conical tip / c the Slrahlrich- · ° device is arranged opposite in such a way that at least part of its conical surface is irradiated.

2. Arrangement according to claim 1 for generating a light plane which has an angular range of 360 ° brushed over, characterized in that the axis of the conical mirror is in the axis of the laser beam is arranged.

See arrangement according to claim 1, characterized in that the conical mirror is adjustable and disordered in such a way that a defined inclination / wiping of the cone axis and the axis of the bundled laser beam coming from the laser can be set.

4. Arrangement according to claims 1 to i. characterized in that the conical mirror is a glass cone with a mirrored jacket.