CN1059961C - 激光水准装置 - Google Patents

Abstract

一种激光水准装置，它具有可照射出激光光束的发光部件，转动扫描激光光束的转动部件，以及按在特定方向上形成光斑的方式使扫描的激光光束关断的部件。它形成有基准光斑，故可用使该光斑光束的照射点与基准点吻合的方式，将激光水准装置1设置于基准点，而且可用激光光束在光斑之外部分形成的扫描线来调整激光水准装置的姿态。

Description

激光水准装置

本发明涉及土木、建筑业中可沿垂直或水平方向射出激光进行扫描以形成基准线或基准面的激光水准装置。

安装在被设置于建筑物中的间壁、天花板上的萤光灯等的位置，需根据打在地面上的墨线确定，且可用激光水准装置将该墨线所示的位置投影到间壁、天花板等上，而进行确定。

下面参考图9说明已有的激光水准装置，特别是可形成垂直基准线、垂直基准面的激光水准装置1。

激光水准装置1由内装有投影系统、控制部件、电源等的装置主体2和具有可设置在该装置主体2上的以水平方向转动轴心为中心转动的五棱镜的转动部件3所构成。由前述装置主体2的投影系统射出的激光光束，通过五棱镜后沿与上述转动轴心垂直的方向射出，从而通过转动前述转动部件3的五棱镜可形成垂直基准面。在前述装置主体2的上表面上设置有气泡管4，在前述装置主体2的下面设置有三个地脚5，通过其内的一个调整螺栓，便可以将激光水准装置1调节到水平状态。

可按下述方式，进行调整激光水准装置1的设置姿态的作业。

激光水准装置分为两类型，一类型是其转动部件3本身是可转动的，另一类型是其转动部件为防水构造，其构造为只使该转动部件3内部的转动部分转动。在前述转动部件3本身可转动的类型中，操作者可通过手动，适当地转动转动部件3，而使激光水准装置达到合适位置。而在转动部件3内部装有转动部分的类型中，不能由外部转动。因此，必须另外设置用机械方式由外部转动该转动部分的机械，或是设置可通过电气开关使转动部分以低速正反转动的机构。

调整激光水准装置的设置姿态的作业，首先是转动转动部件3本身。在激光光束10由该转动部件3垂直向下方射出的状态下相吻合的位置标记8，9，分别刻印在前述装置主体2和转动部件3的转动部分上，用手动转动前述转动部件3，使前述位置吻合标记8、9相吻合，激光光束处于由该转动部件3垂直向下方射出的状态。当激光光束的照射点与地面上的基准点，比如说与前述打出的墨线6和墨线7的交点相吻合，特别是当激光光束的扫描方向与前述打出墨线6相吻合时，转动前述转动部件3的转动部分，或是在所需角度的范围内往返转动，即可使激光光束的轨迹与前述打出墨线6相吻合。或者是，它还有与转动部件3的转动轴方向一致的激光射出，则这种激光水准装置还应调整设置姿态，不仅与前述墨线6和墨线7的交点相吻合，而且沿转动轴方向射出的激光光束的照射点，也要与刻印在墨线7延长线上的基准点相吻合。

而且，若转动部件3内部有转动部分，类似地还要通过开关操作适当地转动转动部分，使激光光线照射方向垂直朝下，而将照射点与基准点相吻合，随后还要调整激光光束的扫描方向。

对于上述已有的激光水准装置，需调整设置基准位置、及设置基准位置后的扫描线方向，并转动转动部分而进行两次调整作业，故作业繁杂且作业的时间长。而且，当转动部件内部内装有转动部分时，由于不能由外部转动转动部分，还必需如前所述，设置机械或电气的、可使转动部分正反转动的机械，故存在构造复杂等问题。

本发明的目的之一是提供一种可方便地进行激光水准装置基准位置的设置、及设置后的姿态调整的激光水准装置，另一个目的是简化该激光水准装置的构造。

本发明可以是具有照射出激光光束的发光部件、转动扫描该激光光束的转动部件、按在特定方向上形成光斑的方式使扫描的激光光束关断的部件的激光水准装置；亦可以是具有照射出激光光束的发光部件、转动扫描该激光光束的转动部件、以及按在特定方向上形成激光标识的方式在所需角度范围内实施关断的部件的激光水准装置；还可以是所述光斑是具有所需长度的激光标记的激光水准装置。而且，本发明可以是上述关断部件具有检测转动部件角度的角度检测器、根据该角度检测器输出的信号发出激光光束通断信号的信号处理部件、以及根据该信号处理部件的输出信号对上述发光部件实施通断控制的控制部件的激光水准装置；亦可以是按在特定方向上形成光斑的方式在前后所需角度范围内实施关断，或在特定方向上关断而形成光斑，或特定方向为垂直向下、垂直向上、水平方向中至少一个的激光水准装置；也可以是上述关断部件具有可使激光光束透射的狭缝孔的、按可遮断激光光束方式配置的狭缝板的激光水准装置；还可以是按使狭缝板的狭缝孔位于转动部件的转动轴心的垂直下方的位置处的方式设置狭缝板的，或按使狭缝板的狭缝孔垂直位于转动部件的转动轴心的垂直上方和下方的位置处的方式设置有狭缝板的激光水准装置；还可以是在所需角度内沿特定的方向往返扫描的激光水准装置。

图1为表示本发明一实施例的概略方框图。

图2为前一实施例的外形图。

图3为表示本发明一实施例的主要部分的侧剖面图。

图4为表示前一实施例主要部分的平面图。

图5为表示前一实施例主要部分的底面图。

图6为表示本发明另一实施例主要部分的侧剖面图。

图7为表示本发明作用的示意性斜视图。

图8为表示本发明作用的示意性斜视图。

图9为已有实例的外形图。

下面详细说明本发明的最佳实施例。

图1为概略性地表示本实施例的方框构成图，在图中，与图9所示部件相同的部件用相同的标号示出，2为装置主体，3为转动部件。首先说明转动部件3。

在前述装置主体2上以可自由转动方式设置有转动支撑台16，在该转动支撑台16上设置有五棱镜15且同时设置有同轴的从动齿轮17，该从动齿轮17与嵌装在扫描电动机19输出轴上的驱动齿轮18相啮合。

下面，说明装置主体2。

它设有检测前述转动支撑台16转动的角度检测器11，还设有其光轴与前述转动支撑台16的转动轴心相一致的发光部件12，前述角度检测器11由转动圆板和检测部件构成，在该转动圆板上以等角度间隔在全圆周上设置角度检测狭缝，且在全圆周的一个位置处设置有0位置检测狭缝，检测部件具有可发出检测前述角度检测狭缝的角度脉冲信号的编码器和检测到前述0位置检测狭缝时发出0复位信号的断续器。而且，前述发光部件12具有由激光二极管20和准直镜等构成的光学系统21，由激光二极管20发出的激光光束作为平行光束，由前述五棱镜15改变方向而射出。

前述装置主体2还具有信号处理部件13。前述角度检测器11的输出信号输入至该信号处理部件13，且前述信号处理部件13的输出信号输入至诸如CPU等的控制部件26。该控制部件26可分别向驱动前述发光部件12的发光控制部件27，驱动扫描电动机19的转动控制部件28发出控制信号。

前述信号处理部件13由角度信号处理部件22，计数器23，比较器24和计数器基准值设定部件25所构成。前述角度检测器11的输出信号输入至前述角度信号处理部件22，由该角度信号处理部件22进行放大等所需的信号处理，再将与角度信号相对应的脉冲信号输入前述计数器23。该计数器23对角度信号处理部件22输入的脉冲数进行计数，并将计数结果输出至前述比较器24和控制部件26。前述计数器基准值设定部件25可任意设定脉冲数，并将该设定的数值输入前述比较器24。前述比较器24对前述计数器基准值设定部件25设定的数值和由前述计数器23输出的数值进行比较，当两者吻合时向前述控制部件26输入吻合信号。该控制部件26根据该吻合信号，向前述发光控制部件27输出发光控制信号，并通过该发光控制部件27控制前述激光二极管20的发光。而且，控制部件26还向转动控制部件28发出转动控制信号，并通过该转动控制部件28控制前述扫描电动机19的转动。

下面参考图2说明其动作方式。

由前述发光部件12发出的平行激光光束，由前述五棱镜15相对光轴变向为直角方向，由转动部件3出射。而且，前述扫描电动机19通过驱动齿轮18、从动齿轮17使前述五棱镜15转动，从而使五棱镜15射出的激光光束进行扫描，由激光光束形成垂直的基准面。

前述角度检测器11的断续器输出的0复位信号，被设置在激光光束到达沿垂直方向向下射出的位置之前的预定角度，比如说

3c°处发出，且该0复位信号通过前述控制部件26被送入至前述计数器23。

当前述0复位信号输入计数器23时，计数器23的计数值即复位为0。前述计数器基准值设定部件25向前述比较器24分别输入与不到30°而接近30°的角度相对应的第一设定计数值，与包含30°的附近小角度相对应的第二设定计数值，和与60°相对应的第三设定计数值。

当前述计数器23由控制部件26输入0复位信号时，前述发光控制部件27发出关断信号，使前述激光二极管20停止发光。前述比较器24比较计数器23的信号和计数器基准值设定部件25的设定值，当计数值与前述第一设定计数值吻合时，向前述控制部件26发出第一吻合信号。根据该第一吻合信号，前述控制部件26向前述发光控制部件27发出发光控制信号，使发光部件12射出激光光束。

随后，当计数器23的输出信号与前述第二设定计数值吻合时，前述比较器24向前述控制部件发出第二吻合信号。根据该第二吻合信号，前述控制部件26向前述发光控制部件27发出控制信号，使发光部件12停止发光。而且，当计数值与前述第三设定计数值吻合时，前述比较器24向前述控制部件26发出第三吻合信号，根据该第三吻合信号，前述控制部件26通过前述发光控制部件27使前述发光部件12发出激光光束。

而且，激光光束的发光状态如图2所示，向垂直下方呈光斑状发出，在由垂直下方至所需角度(在上述实施例中为30°)范围内关断，且在其它范围内形成垂直基准面。

激光水准装置1的设置，是在前述发光状态下，首先使光斑与墨线6和墨线7的交叉点相吻合，再使激光光束在地面上扫描的轨迹与前述墨线6相吻合，故容易进行。不言而喻，在设置激光水准装置1时，不需要使转动部件3停止转动或以低速转动等的特殊的操作。

而且，激光光束的关断角度并不仅限于30°。在上述实施例中，是除垂直向下的一部分外前后关断，但也可以仅在垂直向下的一部分关断。形成光斑的方向并不仅限于垂直向下，还可以为垂直向上或是呈水平方向，也可以在垂直方向、水平方向的四个方向同时或在选定的方向上呈光斑状。形成的光斑为点状，也可以为具有所需长度的线段，激光标记等。

而且在上述实施例中，激光光束呈全圆周转动扫描，但也可以在预定范围内往返扫描，即设定在前述信号处理部件13达到预定脉冲数时发出反转用反转信号，在预定范围，比如说形成光斑前后的所需的诸如30°的角度范围内往复扫描，用这种在限定范围内往返扫描的方式，可增大光斑的亮度，提高可辨认度。在前述实施例中，是用使扫描的激光在基准点前后关断的方式，形成照射基准点的光斑，在下面说明的实施例中，是用机械(物理)方式在基准点前后遮断光，以形成光斑。

现参照图3至图8进行说明。

图3至图5表示的是省略了激光水准装置外壳的主要部分的示意图。

如前所述的激光水准装置由装置主体2、转动部件3所构成。

首先说明转动部件3。在前述装置主体2上以可自由转动方式设置有转动支撑台16，在该转动支撑台16上设有五棱镜15，且同轴设有从动齿轮17，该从动齿轮17与嵌装在扫描电机19输出轴上的驱动齿轮18相啮合。前述五棱镜15将沿转动轴心的光束改变方向至与转动轴心成直角的方向，同时使一部分光束10c原封不动地透射出。

装置主体2具有发光部件12和图中未示出的控制回路，且发光部件12具有与前述转动支撑台16的转动轴心相重合的光轴。该发光部件12具有由激光振荡器14驱动的激光二极管20，和由聚光镜等构成的光学系统21，由激光二极管20发出的激光光束，作为平行光束朝向前述五棱镜15而射出。

在前述装置主体2的上面，设有与前述五棱镜15的转动轴心相平行的导向槽30，在该导向槽30中以可滑动方式嵌装有上狭缝板31。在前述上狭缝板31的基部贯穿设置有长形孔32，并利用通过该长形孔32的螺栓33将其固定在前述装置主体2上。而且，在前述上狭缝板31的前端部，还在前述五棱镜15的转动轴心垂直上方的位置处，设有与该转动轴心平行的狭缝孔34。

在前述装置主体2的下面，按与五棱镜15转动轴心相平行的方式，滑动自由地设置有与前述上狭缝板31相同的下狭缝板35，前述下狭缝板35由地脚5螺纹固定在装置主体2上。在该下狭缝板35的前端部也贯穿设置有狭缝孔36，该狭缝孔36位于前述五棱镜15的转动轴心的正下方，且与该转动轴心相平行。

下面参照图7、图8说明其动作方式。

拧松前述螺栓33、地脚5，使上狭缝板31、下狭缝板35后退，再拧紧前述螺栓33、地脚5而进行固定。上狭缝板31、下狭缝板35呈不干涉激光光束10的状态。再调节前述地脚5，通过气泡管4a、4b使装置主体2水平设置。

可驱动前述激光振荡器14而使前述发光部件12发出激光光束。由该发光部件12发出的平行激光光束的一部分透射过前述五棱镜15，其它部分通过五棱镜15相对光轴变向为直角方向并由转动部件3射出。利用前述扫描电机19通过驱动齿轮18、从动齿轮17使前述五棱镜15转动，从而通过五棱镜15射出的激光光束被扫描，形成垂直的基准面。

当激光光束10的扫描轨迹和墨线6相吻合时，拧松前述螺栓33、地脚5，拉出上狭缝板31、下狭缝板35，使其位于激光光束10横切过前述狭缝孔34、狭缝孔36的位置处。

由于前述上狭缝板31、下狭缝板35的存在，由转动部件3射出的激光光束10会在前述狭缝孔34、狭缝孔36的前后被遮断。因此，透射过狭缝孔34、狭缝孔36的激光光束，将呈光斑10a、10b状而沿垂直方向向上下射出。

在前述发光状态下，首先使光斑10b与墨线6和墨线7的交叉点相吻合，再使由激光光线扫描而得到的地上轨迹与前述墨线6相吻合，这样容易进行激光水准位置1的设置。而且不言而喻，不需为激光水准装置1的设置，进行停止转动部件3的转动或使其低速转动等特殊的操作。

而且，沿前述转动部件3的轴心方向射出的激光光束10中的一部分光束10c，在壁面上投影出与前述墨线6相正交的点。

下面分析光斑10a、10b与下狭缝板35间的关系。设置调节激光水准装置1时，若设由发光部件12的光轴至地面的距离为A，该光轴至前述下狭缝板35间的距离为B，狭缝孔36的宽度为C，则地面上激光照射宽度D为

                D＝(C/B)×A  (1)

若考虑与射出光束直径相对应的狭缝宽度，则照射到地面上的激光孔呈点状。若将数值代入来表示实例，A＝100mm，B＝50mm，C＝0.5mm，数学表达式(1)为

        D＝(0.5mm/50mm)×100mm＝1mm  (2)

这时，若射出激光光束设定为1mm，投影到地面上的激光照射将大致呈斑点状。

当激光水准装置1的设置发生倾斜时，由于前述狭缝孔36的位置不在交叉点的垂直下方之上，所以照射光斑的位置也不在前述交叉点的垂直下方处。因此，若用前述气泡管4a、4b调整装置的水平位置，即可高精度地获得稳定的照射光斑。

对于在包含发光部件12光轴的垂直面内倾斜时，由于其结构可对光轴进行补偿，故即使狭缝孔产生倾斜，照射光斑也不会产生移动。

对于在与前述光轴正交的平面内倾斜时，如前所述，由于照射光斑将产生移动，比如说如果使用l′/ldiv的气泡管调整装置，即使读取误差为1个刻度，在前述实例中，即当A＝100mm时；光斑移动仅为0.03mm，不会产生实用方面的障碍。

若仅进行激光水准装置1的定位作用，也可不要前述的上狭缝板31。设置上狭缝板31，可使本装置成为具有铅直仪功能的转动激光装置。使用前述上狭缝板31，可沿垂直方向向上射出光斑状光束10a，故可将地上的墨线投影到天花板上，或是因其沿垂直方向射出，而形成高精度的基准。

而且，为形成光斑10a、10b而通过上狭缝板31、下狭缝板35在光斑前后实施遮断的范围，可通过上狭缝板31、下狭缝板35的宽度而适当选择。不言而喻，狭缝板也可设置在装置主体2的侧面上。

如图6所示，在上述实施例的转动支撑台16上还可设有编码器37，利用该编码器37，可对搜索位置、范围进行控制，若相对于转动照射的激光照射面配置狭缝板35时，则类似地，可在任意位置配置狭缝板35，并可通过朝向该狭缝板35往返搜索的方式，获得激光光斑。对于这种状态，通过利用一部分平均辉度较高的搜索激光照射光的方式，便可获得高辉度的照射光斑。

若采用如上所述的本发明，不仅结构简单，且不需特殊作业即可使激光水准装置定位，并可使激光水准装置形成的垂直激光平面，与预定位置精密地吻合。

Claims (10)

1.一种激光水准装置，其特征在于，它具有照射出激光光束的发光部件，转动扫描该激光光束以形成基准平面的转动部件，以及按在特定方向上形成光斑的方式使扫描的激光光束关断的部件。

2.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，所述光斑是具有所需长度的激光标记。

3.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，上述关断部件具有检测转动部件角度的角度检测器，根据该角度检测器的输出信号发出激光光束通断信号的信号处理部件，以及可根据该信号处理部件的输出信号对上述发光部件实施通断控制的控制部件。

4.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，关断是在光斑的前后所需角度范围内实施的。

5.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，特定方向为一个以上。

6.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，特定方向为垂直向上、垂直向下、水平方向中的至少一个。

7.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，上述关断部件为具有可使激光光束透射的狭缝孔的按可遮断激光光束方式配置的狭缝板。

8.如权利要求7所述的激光水准装置，其特征在于，按使狭缝板的狭缝孔位于转动部件的转动轴心的垂直下方的位置处的方式设置狭缝板。

9.如权利要求7所述的激光水准装置，其特征在于，按使狭缝板的狭缝孔位于转动部件的转动轴心的垂直上方和下方或水平方向的位置处的方式设置狭缝板。

10.如权利要求1所述的激光水准装置，其特征在于，在所需角度内沿特定的方向往返扫描。

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