CN107664496B - 具有适应性热控制功能的激光标线工具 - Google Patents

具有适应性热控制功能的激光标线工具 Download PDF

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Abstract

公开了一种激光标线工具，包括：至少一个激光二极管，用于发射出激光束；微处理器单元，用于至少控制激光二极管的操作；以及温度传感器，用于检测激光标线工具的内部温度；其中，所述微处理器单元被构造成在所检测到的内部温度达到温度阈值时降低激光二极管的工作功率。

Description

具有适应性热控制功能的激光标线工具
技术领域
本申请涉及一种具有适应性热控制功能的激光标线工具。
背景技术
各种激光标线工具被用于建筑以及其它行业。激光标线工具可以包括用于产生激光线的一或多个激光二极管。在过去几年，大功率红色激光二极管的价格急剧下降。因此，大功率激光二极管被采用以提高激光线的可见度。与此同时，激光标线工具中使用的激光二极管数量越来越多以形成更多的激光线。产品中升高的激光二极管功率和更多的激光二极管数量增大了产品的热负载。
随着激光二极管制造技术的进展，近来具有各种输出功率的绿色激光二极管在市场上出现。由于绿色激光射线的光子是高能的，绿色激光二极管的偏置电压也较高，在6.0V到8.0V的范围。这大约是640nm红色激光二极管所需的大约2.5V正偏置电压的三倍。较高的偏置电压导致更多的废热产生和更大的能量消耗。
因此，使用大功率红色激光二极管或绿色激光二极管导致激光标线工具产品的工作温度范围减小和电池寿命缩短。在工具的环境温度较高时，激光二极管废热成为问题。
近来，许多激光标线工具制造商开始发布使用绿色激光二极管的产品。所有这些产品以固定的脉冲模式操作激光二极管，其占空比为50％，工作频率在5kHz到10KHz的范围。以50％的占空比操作激光二极管能够将热负载降低60％(假定切换式电源供电效率为90％)，并且延长了电池寿命。缺点是激光线的可见度降低了50％。
发明内容
本申请的目的是扩展激光标线产品的工作温度范围。
为此，提供了一种激光标线工具，其包括：至少一个激光二极管，用于发射出激光束；微处理器单元，用于至少控制激光二极管的操作；以及温度传感器，用于检测激光标线工具的内部温度；其中，所述微处理器单元被构造成在所检测到的内部温度达到温度阈值时降低激光二极管的工作功率。
根据一种可行实施方式，所述温度阈值比激光二极管的许用最高工作温度低10到25℃。例如，所述温度阈值为大约45℃。
根据一种可行实施方式，所述温度阈值包括与激光二极管的不同工作功率级别对应的至少两个不同的温度阈值，并且微处理器单元被构造成在所检测到的内部温度达到某个温度阈值时将激光二极管的工作功率降低到相应的工作功率级别。
根据一种可行实施方式，通过减小激光二极管的工作占空比或电流而降低激光二极管的工作功率。
根据一种可行实施方式，所述激光标线工具还包括作为激光标线工具电源的电池，其中，所述微处理器单元被进一步构造成在电池剩余电量减少到电池电量阈值时降低激光二极管的工作功率。
根据一种可行实施方式，所述微处理器单元被进一步构造成在启动降低激光二极管功率之前请求使用者的许可。
根据一种可行实施方式，所述微处理器单元被进一步构造成计算在激光二极管的特定工作功率下电池剩余电量所能达到的工作时间。
根据一种可行实施方式，所述激光二极管包括安装在摆锤上的一或多个激光二极管，并且所述温度传感器附装于摆锤或安装在摆锤附近，以测量摆锤温度或摆锤附近区域的温度。
根据一种可行实施方式，所述激光标线工具还包括存储在微处理器单元或可被微处理器单元读取的存储器中的适应性热控制固件，所述固件用于基于所检测到的内部温度降低激光二极管的工作功率。
根据一种可行实施方式，所述激光标线工具是自安平型的，包括基座，所述基座具有可调式腿，用于调节激光标线工具的方位。
根据一种可行实施方式，所述激光标线工具还包括使用者选择控制界面，用于选择激光标线工具的工作模式，所述使用者选择控制界面包括下述中的一或多个：
设置在激光标线工具的本体上的人机界面；
IRDA或RF型遥控界面；
用于与带有定制应用软件的智能手机建立通信的蓝牙或WiFi连接元件。
根据本申请，采用了适应性固件以在激光标线工具的内部温度达到温度阈值时降低工具的工作功率，以避免进一步的温度升高，从而激光标线工具的工作范围可以扩展，并且电池的寿命可以延长，而激光线的可见度可以在较长工作时间内维持较高水准。
附图说明
本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，其中：
图1是根据本申请可行实施方式的激光标线工具的示意性正视图；
图2是图1所示激光标线工具的控制单元的框图；
图3是图2所示控制单元执行的热控制程序的流程图；
图4是展示本申请的热控制效果的曲线图；
图5是根据本申请可行实施方式的激光标线工具的使用者选择控制界面的框图。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的一些可行实施方式。
参照图1，本申请的一种激光标线工具1包括工具本体(裸工具)2，其由基座3支撑。基座3包括平台4，从平台4向下延伸的三个可调式腿5，和安装在平台4上面的转盘6。工具本体2可拆卸地附装于转盘6。通过调节至少一个腿的高度，工具本体2的方位可以改变。
工具本体2包括水平激光束发射窗7和一或多个竖直激光束发射窗8，水平激光平面可透过所述水平激光束发射窗射出，竖直激光平面可透过所述竖直激光束发射窗射出。当激光平面投射在对象表面上时，在对象表面上产生激光线。
如图2所示，工具本体2包括用于控制其工作的微处理器单元(MCU)10。MCU 10连接着用于产生激光平面的激光二极管11、用于为工具本体2供电的电池12、用于检测工具本体2的内部温度的温度传感器13、和设置在工具本体2上的人机界面(HMI)14。
激光标线工具1还包括摆锤(未示出)，其通过万向接头支撑在工具本体2内部，并且激光二极管11安装在摆锤上，因此工作中产生热量容易传递到摆锤。激光二极管11可以是红色激光二极管，绿色激光二极管，或发出其它颜色激光的激光二极管。温度传感器13也可以安装在摆锤上，并且摆锤处的温度可以作为一个参数用来控制激光标线工具1的工作。
在激光标线工具1工作时，激光二极管11产生的热量积累于工具本体2内部，尤其是在摆锤处。为了避免激光标线工具1性能(例如所产生的激光线的可见度)下降，并且防止激光标线工具1因处于高内部温度而受损，MCU 10针对激光二极管11的工作实施主动热控制。
具体地讲，一旦激光标线工具1被接通或从模式唤醒，MCU 10读取温度传感器13测量的温度。如果测量的温度低于预定极限值，例如，大约45℃，则MCU 10控制激光二极管11以满输出功率(连续模式)工作。在因聚集的废热或外界温度条件变化导致内部温度升高时，MCU 10连续监视内部温度变化。如果内部温度达到预定级别，MCU 10降低激光二极管11的工作功率，例如，通过减小激光二极管11的电流或工作占空比(变为脉冲模式)。降低功率可以通过单步或多步的形式实施，取决于产品规格、以及特定产品中使用的激光二极管的类型和数量。功率的降低还可以通过电池12的剩余电量触发，以便延长电池寿命。电池12的剩余电量可以由MCU 10中的电池管理模块检测到。在很多情况下，如果激光标线工具1的使用时间短于半小时，内部温度不会达到触发功率降低的极限值。
图3通过简化的流程图展示了MCU 10可执行的适应性(主动)热控制程序，该程序包括下面描述的步骤。
在步骤S1，激光标线工具1开始工作。
接下来，在步骤S2，温度传感器13测量的温度被读取。
接下来，在步骤S3，判断测量的温度是否低于温度阈值，该温度阈值可以比激光二极管11的许用最高工作温度低10到25℃，例如，可以是大约45℃；如果判断结果为“否”，则程序转到步骤S6，而如果判断结果为“是”，则程序转到步骤S4。
在步骤S4，电池12的剩余电量被检测。
接下来，在步骤S5，判断电池12的剩余电量是否高于电池电量阈值，例如，电池满电量的大约40％；如果判断结果为“是”，则程序返回步骤S2，而如果判断结果为“否”，程序转到步骤S6。
在步骤S6，功率降低被触发，以使激光二极管11以降低的输出功率工作。
接下来，在步骤S7，激光标线工具1的工作结束。激光标线工具1工作结束可能是激光标线工具1被关闭或电池12被耗尽的结果。
上面描述的适应性或主动热控制可根据各种要求而修改。例如，可以采用多步功率降低，其中不同的温度阈值和/或电池电量阈值被用于确定相应的工作功率级别。例如，当第一温度阈值被达到时，工作功率被降低到第一级别；接下来，如果更高的第二温度阈值被达到时，工作功率被进一步降低到低于第一级别的第二级别；依此类推。通过这种方式，内部温度可以维持在适合于激光线可见度和工具安全性的常规范围。
此外，在程序中也可以不考虑电池电量。在这种情况下，功率降低只响应于一或多个温度阈值被触发，并且电池耗尽后可以简单地更换或充电。
此外，上述程序在步骤S6中可以修改为添加下述子步骤：询问使用者是否触发功率降低。如果使用者输入确认指令，则触发功率降低；反之，则维持功率不变。为了这个目的，MCU 10可被构造成计算在每个工作功率下电池剩余电量能够达到的工作时间，从而使用者可以决定是否需要触发功率降低。
上面描述的程序或是对激光标线工具1进行适应性(主动)热控制的类似程序可以存储在MCU 10或可被MCU 10读取的存储器中，例如以适应性热控制固件的形式，用于在检测到的激光标线工具1内部温度超过温度阈值时降低激光二极管的工作功率。
为检验激光标线工具1中的适应性热控制的效果做了实验。作为对比例的不带适应性热控制的常规激光标线工具和本申请的激光标线工具1均置于室温下的环境中。对比例的激光标线工具红色激光二极管被接通。随着内部废热积累，摆锤温度升高并最终稳定在大约62℃。在这个温度点，激光二极管不再发出可见光。图4中以曲线C1表示对比例激光标线工具的温度-时间关系。
另一方面，图4以曲线C2表示本申请的激光标线工具1的温度-时间关系。当温度传感器13的内部温度读数在图4中的点“A”处达到45℃时，具有适应性(智能)热控制功能的MCU 10将激光二极管的工作从连续模式切换到脉冲模式。在脉冲模式，产生的废热量减小，并且达到均衡温度大约52℃。这个温度比对比例激光标线工具达到的温度低大约10℃，远低于红色激光二极管的截断温度。
从上面的比较可以看出，在环境温度较高时，例如，高于40℃，甚至达到45℃，不带适应性热控制功能的激光标线工具不能长时间工作。另一方面，本申请的具有适应性热控制功能的激光标线工具1能在相同的环境中一直工作到电池12耗尽。
图1所示的激光标线工具1是自安平型的激光标线仪，因为激光标线工具1的方位可通过可调式腿5调节。可以理解，本申请的适应性热控制功能也适用于其它类型的激光标线工具。
根据本申请的进一步进展，除了上面描述的适应性热控制模式以外，MCU 10中还可以存储其它多种工作模式。在这种情况下，提供了使用者选择控制界面用于在工作中根据特定的需要而选择工作模式。
在图2所示的例子中，HMI 14构成了使用者界面。HMI 14可以设置在工具本体2的顶部。在大多数工作中，该顶部是大体水平的并且朝向上方，因而使用者可以容易地从HMI14读取信息和输入指令。HMI 14可以包括位于工具本体2上的开关和/或触控板。在这种情况下，需要至少一个选择界面用于选择工作模式。HMI 14还可以包括作为指示元件的发光二极管。激光标线工具1的工作信息，例如激光线的可见度、发射的激光线数量、电池剩余电量，可以通过发光二极管展现。
作为HMI 14的补充或替代方案，工作模式可以通过装有定制应用软件(APP)的智能手机选择。智能手机和应用软件可以通过能够建立通信连接的蓝牙或WiFi技术实施。在这种情况下，工具本体2中需要设置蓝牙或WiFi模块来接收指令。激光标线工具1的工作信息显示在智能手机的屏幕上。
作为HMI 14和智能手机的补充或替代方案，工作模式可以通过使用IRDA或RF技术实现。在这种情况下，工具本体2可以包括适宜的传感器或信号接收器15，其连接着MCU 10，而遥控器20可以具有适宜的通讯模块，用以在其与MCU 10之间建立通信，如图5所示。遥控器20还包括按键21和/或屏幕22，用以输入指令/显示指令和激光标线工具1的工作信息。
激光标线工具1可以包括一或多个上面描述的使用者界面。通过使用一种上述使用者界面，激光标线工具1的工作模式，包括启用/禁用所述适应性热控制，可被使用者选择。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (12)

1.一种激光标线工具，包括：
至少一个激光二极管(11)，用于发射出激光束；
微处理器单元(10)，用于至少控制激光二极管的操作；以及
温度传感器(13)，用于检测激光标线工具的内部温度；
其中，所述微处理器单元被构造成在所检测到的内部温度达到温度阈值时降低激光二极管的工作功率，将激光二极管的工作从连续模式切换到脉冲模式，使得所述内部温度达到均衡的温度，所述均衡的温度低于导致激光二极管不再发出可见光时的截断温度。
2.如权利要求1所述的激光标线工具，其中，所述温度阈值比激光二极管的许用最高工作温度低10到25℃。
3.如权利要求1所述的激光标线工具，其中，所述温度阈值为45℃。
4.如权利要求1所述的激光标线工具，其中，所述温度阈值包括与激光二极管的不同工作功率级别对应的至少两个不同的温度阈值，并且微处理器单元被构造成在所检测到的内部温度达到某个温度阈值时将激光二极管的工作功率降低到相应的工作功率级别。
5.如权利要求1所述的激光标线工具，其中，通过减小激光二极管的工作占空比或电流而降低激光二极管的工作功率。
6.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，还包括作为激光标线工具电源的电池(12)，其中，所述微处理器单元被进一步构造成在电池剩余电量减少到电池电量阈值时降低激光二极管的工作功率。
7.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，所述微处理器单元被进一步构造成在启动降低激光二极管功率之前请求使用者的许可。
8.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，所述微处理器单元被进一步构造成计算在激光二极管的特定工作功率下电池剩余电量所能达到的工作时间。
9.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，所述激光二极管包括安装在摆锤上的一或多个激光二极管，并且所述温度传感器附装于摆锤或安装在摆锤附近，以测量摆锤温度或摆锤附近区域的温度。
10.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，还包括存储在微处理器单元或可被微处理器单元读取的存储器中的适应性热控制固件，所述固件用于基于所检测到的内部温度降低激光二极管的工作功率。
11.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，所述激光标线工具是自安平型的，包括基座(3)，所述基座具有可调式腿(5)，用于调节激光标线工具的方位。
12.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线工具，其中，还包括使用者选择控制界面，用于选择激光标线工具的工作模式，所述使用者选择控制界面包括下述中的一或多个：
设置在激光标线工具的本体上的人机界面；
IRDA或RF型遥控界面；
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