CN104833345A - 一种快速判断角度的标线仪及标线方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种快速判断角度的标线仪，包括标线组件、微处理器、调整驱动模块，所述微处理器与所述标线组件、所述调整驱动模块相连，所述调整驱动模块与所述标线组件相连，还包括加速度传感器，与所述微处理器相连，用于获得所述标线组件的第一安平信号。本发明还提出一种快速判断角度的标线仪标线方法。本发明的优点在于：本发明设计了一种快速判断角度的标线仪，通过安装加速度传感器，可以快速判定仪器角度，一般仪器的响应时间<2S。同时，该发明可以对仪器角度测量精度高，可以保证＜±0.5°的测量精度甚至更高精度。

Description

一种快速判断角度的标线仪及标线方法

技术领域

本发明涉及一种标线仪及标线仪标线方法，尤其涉及一种可快速判断角度的标线仪及其标线方法。

背景技术

激光标线仪在工程建筑中已经使用多年，它们通常用来为建筑工程产生光参照面，用于商业拓建、铺设基础、铺砌瓷砖、安装柜橱、安装天花板、吊平顶部天棚和安装户外平台等。使用时，将激光标线仪设置于施工墙面前的地面上，让其产生激光光束映射在墙面、地面或天花板，并使映射在墙面、地面或天花板的激光光束平行或垂直于水平面，如此便可根据激光光束进行标记与施工后的检验。当然，根据需要，激光标线仪也可发出2组或3组正交的激光光束，形成2轴或3轴正交的标线面。

现有的激光标线仪仪器本身有一定的适用角度范围，一般为水平±4°，即将仪器放置于作业面时，如果作业面不是标准水平，超过该适用范围仪器将不能正常的投射激光线使用。对于该角度是否超范围的判定识别，传统的激光标线仪多采用物理方式，通过安平系统如电子水泡式安平系统来进行检测，在仪器的安平过程中，检测到设备不是水平状态，通过水平校准电机，调整激光管所处的平面水平状态，实现仪器内部标准水平。

安平系统判断标线仪的安平状态是根据电子水泡提供的信号进行检测的，预设安平状态时电子水泡的输出信号是V0，低于V0或者高于V0都属于非安平状态。在仪器的安平过程中，检测到设备不是水平状态，通过水平校准电机，调整激光管所处的平面水平状态，实现仪器内部标准水平。在调整过程中，一旦报警圈和报警弹簧接触，就会触发报警，则表示仪器所处的平面已经超过了仪器本身能够自调整的范围。在最坏的情况下，即仪器原状态为一面报警，如果仪器水平旋转180度放置，则水平校准电机需要调整激光管所处平面8°才能感知超过自调整范围，耗时较长，约40秒以上。即传统的物理报警圈方式无法实现快速的判别仪器是否超出使用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可快速判断角度的标线仪，引入加速度传感器，可以快速的感知仪器角度信息，判断仪器是否处于正常工作角度范围，其角度判断时间可以小于2S。

为解决上述技术问题，本发明提出的一种可快速判断角度的标线仪的技术解决方案为：

一种快速判断角度的标线仪，包括标线组件、微处理器、调整驱动模块，所述微处理器与所述标线组件、所述调整驱动模块相连，所述调整驱动模块与所述标线组件相连，还包括加速度传感器，与所述微处理器相连，用于获得所述标线组件的第一安平信号。

进一步地，还包括报警模块，所述报警模块与所述微处理器相连。

进一步地，所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息；

所述微处理器判断是否需要安平所述标线组件；

如需进行安平，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行安平；

如不需进行调节，控制标线组件进行标线。

进一步地，所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，控制报警模块启动报警；

当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行安平；

当α小于等于第二预设值β2时，控制标线组件进行标线。

优选地，还包括安平系统，所述安平系统包括安平信号传感器，与所述安平信号传感器相连的信号处理模块。

所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，控制报警模块启动报警；

当α小于等于第一预设值β1时，控制所述安平系统工作；所述安平系统的所述安平信号传感器检测所述标线组件的第二安平信号，所述信号处理模块对检测到的所述第二安平信号进行处理，获得处理信号，并将该处理信号传给所述微处理器；

所述微处理器判断是否需要调节所述标线组件；

如需进行调节，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行调节；

如不需进行调节，控制标线组件进行标线。

优选地，所述标线组件包括调节座、光源座、光源、光学单元、驱动单元；所述光源座设置在所述调节座上，所述光源设置在所述光源座内，所述光学单元将所述光源发出的光线进行折射，所述驱动单元驱动所述光学单元旋转，所述光线因所述光学单元的旋转而形成光面。

优选地，所述标线组件包括调节座、光源座、光源、光学单元；所述光源座设置在所述调节座上，所述光源设置在所述光源座内，所述光学单元将所述光源发出的光线进行反射，形成光面。

优选地，所述安平系统为电子水泡式安平系统；所述光源为激光发射管，发射点状激光；所述标线组件为至少1组，所述标线组件大于1组时，各所述标线组件形成的所述光面互相垂直。

本发明还提出一种快速判断角度的标线仪标线方法，包括以下步骤：

加速度传感器快速检测标线组件第一安平信号；

对所述第一安平信号进行处理获得标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，报警；

当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，对所述标线组件进行安平；

当α小于等于第二预设值β2时，标线组件进行标线。

进一步地，对所述标线组件进行安平的步骤还包括：

所述安平调整速度与所述α大小相关，具体为α越小，安平调整速度越慢；α越大，安平调整速度越快。

本发明还提出一种快速判断角度的标线仪标线方法，包括以下步骤：

加速度传感器快速检测标线组件第一安平信号；

对所述第一安平信号进行处理获得标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，报警；

当α小于等于第一预设值β1时，

安平系统检测所述标线组件第二安平信号；

判断是否需要对所述标线组件进行安平？

如所述标线组件需要安平，对所述标线组件进行安平；

对所述标线组件进行安平完成后，重复安平系统检测所述标线组件第二安平信号的步骤；

如所述标线组件不需要安平，则标线仪进行标线工作。

本发明的优点在于：本发明设计了一种快速判断角度的标线仪，通过安装加速度传感器，可以快速判定仪器角度，一般仪器的响应时间<2S。同时，该发明可以对仪器角度测量精度高，可以保证＜±0.5°的测量精度甚至更高精度。

附图说明

图1 为本发明第一实施例逻辑图；

图2 为本发明第二实施例逻辑图；

图3为本发明第一种标线组件逻辑图；

图4为本发明第二种标线组件逻辑图；

图5为本发明第一实施例工作流程图；

图6为本发明第二实施例工作流程图；

图7为加速度传感器工作原理图；

其中，1为基座；2为调整驱动模块； 3为标线组件；4为微处理器；5为加速度传感器；6为报警模块；7为安平系统； 30为调节座；31为光源座；32为光源；33为光学单元；34为驱动单元。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面结合实施例并配合附图予以详细说明，各附图相同部件采用相同的标号表示。

图1为本发明第一实施例逻辑图。包括调整驱动模块2、标线组件3、微处理器4，微处理器4与标线组件3、调整驱动模块2相连，调整驱动模块2与标线组件3相连，加速度传感器5与微处理器4相连，用于获得标线组件3的第一安平信号。

本发明还可以包括报警模块6，报警模块6与微处理器6相连，用于判断标线组件3或标线仪是否超过预定角度，如果超过预定角度，可进行声光警示，以提醒工作人员正确操作标线仪。

加速度传感器5检测标线组件3的第一安平信号并传给微处理器4，微处理器4对第一安平信号进行处理，获得标线组件3的角度信息；微处理器4判断是否需要安平标线组件3；如需进行安平，控制调整驱动模块2对标线组件3进行安平；如不需进行调节，控制标线组件3进行标线作业。

一般的，加速度传感器5检测标线组件3的第一安平信号并传给微处理器4，微处理器4对第一安平信号进行处理，获得标线组件3的角度信息α；当α大于第一预设值β1时，说明标线组件3或标线仪超过预定角度，控制报警模块6启动报警；一般可以采用声和/或光报警，提醒工作人员正确操作标线仪，以调整其角度。这里的第一预设值β1一般可以根据具体情况进行设置，例如可设为5度，一般视标线仪的自调整角度情况来定，如果该标线仪再8度以内均可自动调节安平，则β1可设为8度。当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，控制调整驱动模块2对标线组件3进行安平；第二预设值β2一般视加速度传感器的检测精度以及标线仪对具体工作中角度精度的仪器进行设置，如β2可以设为0.001度，当α小于等于第二预设值β2时，控制标线组件3进行标线。

实际使用时，一般标线仪可设有基座1，标线组件3安装于基座1上，其他各部件也都或直接或间接安装在基座1上面.

图2为本发明第二实施例逻辑图。与第一实施例的区别在于，还包括安平系统7，安平系统7包括安平信号传感器，与安平信号传感器相连的信号处理模块。安平信号传感器7用来检测标线组件3以获得第二安平信号，信号处理模块对检测到的第二安平信号进行处理，获得处理信号，并将该处理信号传给微处理器4；微处理器4判断是否需要调节标线组件3；如需进行调节，控制调整驱动模块2对标线组件3进行调节；如不需进行调节，控制标线组件3进行标线作业。

实际使用时，安平系统7与标线组件3均安装于基座1上，其他部件也都或直接或间接安装在基座1上面，一般的，安平系统7可以采用电子水泡式安平系统。

具体工作时，加速度传感器5检测标线组件3的第一安平信号并传给微处理器4，微处理器4对第一安平信号进行处理，获得标线组件3的角度信息α；当α大于第一预设值β1时，说明标线组件3或标线仪超过预定角度，控制报警模块6启动报警；一般可以采用声和/或光报警，提醒工作人员正确操作标线仪，以调整其角度。这里的第一预设值β1一般可以根据具体情况进行设置，例如可设为5度，一般视标线仪的自调整角度情况来定，如果该标线仪再8度以内均可自动调节安平，则β1可设为8度。当α小于等于第一预设值β1时，控制安平系统7工作；安平系统7的所述安平信号传感器检测所述标线组件3，获得第二安平信号，信号处理模块对检测到的安平信号进行处理，如对安平信号进行模数转换或信号放大处理等，获得处理后的信号，并将该处理信号传给微处理器4，微处理器4通过该处理信号判断是否需要调节标线组件3，及该如何调节标线组件3，以控制调整驱动模块2对标线组件3进行调整；调整驱动模块2可以为步进电机或马达，通过步进电机或马达对标线组件3进行调节。

图3为标线组件3的一种实施例的逻辑结构图，标线组件3包括调节座30、光源座31、光源32、光学单元33；光源座31设置在调节座30上，光源32设置在光源座31内，光学单元33将光源32发出的光线进行反射，形成光面8。一般地，光源32为激光发射管，发射点状激光光线，光学单元33可以为锥形镜面，可对光线进行反射。当微处理器4判断需要对标线组件3进行调节时，控制调整驱动模块2对标线组件3的调节座30进行调节；当微处理器4判断不需要对标线组件3进行调节时，控制标线组件3进行标线，开启光源32。

图4为标线组件3的另一种实施例的逻辑结构图，标线组件3包括调节座30、光源座31、光源32、光学单元33、驱动单元34；光源座31设置在调节座30上，光源32设置在光源座31内，光学单元33将光源32发出的光线进行折射，驱动单元34驱动光学单元旋转，光线因光学单元的旋转而形成光面8。一般地，光源32为激光发射管，发射点状激光光线，光学单元33为五角棱镜，可将光源32发出的光线折射90度。驱动单元34一般采用马达或电机等可以带动光学单元高速运转的机械结构，通常有内转子电机或外转子中空电机，如采用内转子中空电机，光源32发射出的光线通过电机的中空管射至五角棱镜，电机带动五角棱镜高速旋转，光线因五角棱镜的高速旋转而形成光面。当微处理器4判断需要对标线组件3进行调节时，控制调整驱动模块2对标线组件3的调节座30进行调节；当微处理器4判断不需要对标线组件3进行调节时，控制标线组件进行标线，开启光源32，驱动单元34开始运转。

实际使用中，一般标线仪，其标线组件3为至少1组，也可以是2组或3组，标线组件3大于1组时，各标线组件3形成的光面互相垂直。如采用2组标线组件3时，该标线仪可以形成2个互相垂直的光面，如为一个水平光面和一个与之成90度的垂直光面；采用3组标线组件3时，形成3个互相垂直的光面，如形成一个水平光面和两个与之成90度的垂直光面，同时，这两个垂直光面又互成90度。

图5、图6为本发明工作流程图，图5为第一实施例工作流程图，包括步骤：开启电源，400开始工作；

401加速度传感器5快速检测标线组件第一安平信号；

402对第一安平信号进行处理；

403获得标线组件3的角度信息α；

404当α大于第一预设值β1时，407报警；

405β2<α≤β1，即当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，408对标线组件3进行安平；

406当α小于等于第二预设值β2时，411标线组件3进行标线。

其中步骤408，对标线组件进行安平的速度可以是匀速安平，也可以根据设置为安平的速度与α大小相关，具体为α越小，安平速度越慢；α越大，安平速度越快。

图6为第二实施例工作流程图，包括步骤：开启电源，400开始工作；

401加速度传感器5快速检测标线组件3第一安平信号；

402对第一安平信号进行处理；

403获得标线组件3的角度信息α；

404当α大于第一预设值β1时，407报警；

405当α小于等于第一预设值β1时，

409安平系统检测标线组件第二安平信号；

410判断是否需要对标线组件3进行安平？

如标线组件3需要安平，对标线组件3进行安平；

对标线组件3进行安平完成后，重复安平系统检测标线组件3第二安平信号的步骤；

如标线组件3不需要安平，则标线仪进行标线工作。

标线仪的自动安平机构是标线仪的核心机构，它通过执行元件步进电机和传动机构完成，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

以电子水平式安平标线仪为例，其自动安平系统完成的内容是：1)判断水泡是否在安平状态；2)如为非安平状态，则判断倾斜的方向、倾斜的程度；3)根据倾斜的程度，对步进电机控制参数赋值；4)调用步进电机运动子程序。电机旋转速度：电机旋转速度由控制参数SPEED决定，仪器倾斜角度小，则需要电机转速小，方便检测平衡位置，SPEED参数赋A1(值A1在调试过程中确认)；如仪器倾斜角度大，则电机转速要求就大，可以节省安平时间，SPEED参数赋A2(值A2在调试过程中确认),在实际使用中，A1可以是200，A2可以是100。

电机的控制信号有两个，一是正反转方向控制信号，一是脉冲信号，脉冲信号的频率决定电机的速度，频率越高，速度越高，反之，速度就低。

关于加速度传感器及角度信息计算，利用加速度传感器可以测量出该仪器的及时状态，比如目前采用的三轴加速度传感器可以测量出X、Y、Z三个方向上的加速度信息，如图7（a）（b）（c）（d）所示。

微处理器可以通过加速度传感器对外的接口读出该信息，一般为十六进制数据，比如Z轴：00FF FFFF，需要一定比例转化为我们熟知的单位为g的数据，水平静止状态下，一般三轴相关数据转化为X轴：0g，Y轴：0g，Z轴：1g。

将加速度传感器贴装于仪器上，即与仪器处于同一水平面，则可通过计算得到的角度判定仪器放置的平面与水平面夹角。以单轴为例，参考图7（b）所示，当加速度传感器在检测轴X轴和重力方向平面旋转时，根据基本三角原理，X轴上的重力矢量投影会产生等于加速度计X轴与水平线夹角正弦值的输出加速度，在重力为理想值1g时，输出加速度为：

Ax = 1g * sin（θ）

该种检测方法需要理想的1g重力加速度，且不能测量整个360°范围角，且检测范围越大，误差越大。所以我们本方案采用的是3轴检测方式。

角度对应关系如下图所示，计算公式为：

φ= 

同时，根据Ax、Ay的正负和绝对值大小，判断在φ超过预设安平范围时是前后左右四个方向上哪个方向角度超过范围，主控制单元检测到该方向后通知报警单元给予闪灯、语音报警等提示。

三轴传感器测量角度的好处是不需要对加速度传感器输出的数据做转化，可直接用于计算，因为转化比例因子是一样的；测量角度为360度全范围；可以忽略对外界理想1g值的依赖，不随海拔等因素的变更影响角度值的测量。

以上皆为本发明具体实施例, 但本发明的设计构思并不局限于此。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动, 均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (12)

1.一种快速判断角度的标线仪，包括标线组件、微处理器、调整驱动模块，所述微处理器与所述标线组件、所述调整驱动模块相连，所述调整驱动模块与所述标线组件相连，其特征在于，还包括加速度传感器，与所述微处理器相连，用于获得所述标线组件的第一安平信号。

2.如权利要求1所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与所述微处理器相连。

3.如权利要求1所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息；

所述微处理器判断是否需要安平所述标线组件；

如需进行安平，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行安平；

如不需进行调节，控制标线组件进行标线。

4.如权利要求2所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，控制报警模块启动报警；

当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行安平；

当α小于等于第二预设值β2时，控制标线组件进行标线。

5.如权利要求1所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，还包括安平系统，所述安平系统包括安平信号传感器，与所述安平信号传感器相连的信号处理模块。

6.如权利要求5所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述加速度传感器检测所述标线组件的第一安平信号并传给所述微处理器，所述微处理器对所述第一安平信号进行处理，获得所述标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，控制报警模块启动报警；

当α小于等于第一预设值β1时，控制所述安平系统工作；所述安平系统的所述安平信号传感器检测所述标线组件的第二安平信号，所述信号处理模块对检测到的所述第二安平信号进行处理，获得处理信号，并将该处理信号传给所述微处理器；

所述微处理器判断是否需要调节所述标线组件；

如需进行调节，控制所述调整驱动模块对所述标线组件进行调节；

如不需进行调节，控制标线组件进行标线。

7.如权利要求1所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述标线组件包括调节座、光源座、光源、光学单元、驱动单元；所述光源座设置在所述调节座上，所述光源设置在所述光源座内，所述光学单元将所述光源发出的光线进行折射，所述驱动单元驱动所述光学单元旋转，所述光线因所述光学单元的旋转而形成光面。

8.如权利要求1所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述标线组件包括调节座、光源座、光源、光学单元；所述光源座设置在所述调节座上，所述光源设置在所述光源座内，所述光学单元将所述光源发出的光线进行反射，形成光面。

9.如权利要求7或8所述的快速判断角度的标线仪，其特征在于，所述安平系统为电子水泡式安平系统；所述光源为激光发射管，发射点状激光；所述标线组件为至少1组，所述标线组件大于1组时，各所述标线组件形成的所述光面互相垂直。

10.一种快速判断角度的标线仪标线方法，其特征在于，包括以下步骤：

加速度传感器快速检测标线组件第一安平信号；

对所述第一安平信号进行处理获得标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，报警；

当α小于等于第一预设值β1时，且α大于第二预设值β2时，对所述标线组件进行安平；

当α小于等于第二预设值β2时，标线组件进行标线。

11.如权利要求10所述的快速判断角度的标线仪标线方法，其特征在于，对所述标线组件进行安平的步骤还包括：

所述安平调整速度与所述α大小相关，具体为α越小，安平调整速度越慢；α越大，安平调整速度越快。

12.一种快速判断角度的标线仪标线方法，其特征在于，包括以下步骤：

加速度传感器快速检测标线组件第一安平信号；

对所述第一安平信号进行处理获得标线组件的角度信息α；

当α大于第一预设值β1时，报警；

当α小于等于第一预设值β1时，

安平系统检测所述标线组件第二安平信号；

判断是否需要对所述标线组件进行安平？

如所述标线组件需要安平，对所述标线组件进行安平；

对所述标线组件进行安平完成后，重复安平系统检测所述标线组件第二安平信号的步骤；

如所述标线组件不需要安平，则

标线仪进行标线工作。