CN108072358B - 一种无需物理调教的激光水平测试仪及其装配加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明系提供一种无需物理调教的激光水平测试仪，包括机芯组件和机盖组件，机芯组件包括机芯架，机芯架固定有连接螺柱，机盖组件包括盖体，盖体内封胶固定有刚性螺母柱，刚性螺母柱与连接螺柱通过螺丝连接；机芯架上还固定有发光机构安装座，发光机构安装座设有安装凸块，发光机构包括环形凸起安装部；盖体设有旋转机构、折射机构。本发明的两大模块通过刚性连接且还设置有用于配合后续加工的基础，能够有效提高整机的精度。本发明还公开一种无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，在装配半成品后再对安装表面进行加工，从而显著降低整机各处的误差，最终成品无需进行调教能够直接使用，且激光准直面的精度高。

Description

一种无需物理调教的激光水平测试仪及其装配加工方法

技术领域

本发明涉及水平测试仪，具体公开了一种无需物理调教的激光水平测试仪及其装配加工方法。

背景技术

激光水准仪是将激光装置发射的激光束导入水准仪的望远镜筒内，使其沿视准轴方向出射的水准仪，通过发射出的激光线来测量及校验水平线/面、垂直线/面。激光水平测试仪是激光水准仪的一种，激光水平测试仪通过将激光发射装置发射出垂直的激光折射并旋转，使激光在不同时刻以同一轴心的不同水平方向发射出去，不同时刻发射出去的激光组成一个与水平面平行的激光准直面，旋转频率足够大时，人眼接收到的就是一个激光平面。激光水平测试仪被广泛于大型建筑工程及大型机器设备的建筑或安装工程中。

市面上大部分激光水平测试仪都是制作好具有不同安装位的一体化基座，再向基座里面安装不同的部件，所有的部件都安装到一个基座中，会提高安装的难度，安装稍有失误就会影响激光水平测试仪所形成激光准直面的精度，且最终制作好的成品需要经过复杂的调教才能使用；此外，在现有技术中，基座的所有安装位都是一次形成，安装位可能会与安装于其中的部件不适配，形成安装误差，同时各部件本身可能还会有不同程度的误差，两种误差叠加会形成大误差，导致激光水平测试仪所发射出的激光准直面的基准参考精度低。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种无需物理调教的激光水平测试仪及其装配加工方法，将激光水平测试仪分为通过刚性连接的两个大模块，能有效降低装配的难度，且最终成品无需调教，且设计可靠的装配加工步骤，能够有效防止多种误差叠加而影响发射出的激光准直面的精度。

为解决现有技术问题，本发明公开一种无需物理调教的激光水平测试仪，包括固定连接的机芯组件和机盖组件，机芯组件包括机芯架，机芯架固定有m根连接螺柱，m为大于等于3的整数，机芯架还设有x轴水准泡、y轴水准泡和z轴水准泡，机盖组件包括盖体，盖体内封胶固定有m根刚性螺母柱，刚性螺母柱凸出于盖体，刚性螺母柱与连接螺柱通过螺丝连接；

机芯架上还固定有发光机构安装座，发光机构安装座通过螺丝连接有发光机构，发光机构安装座设有n个安装凸块，n为大于等于3的整数，安装凸块贯穿有第一螺孔，第一螺孔还贯穿机芯架，发光机构包括光源支壳，光源支壳内固定有光源，安装盘远离光源发光的一侧固定有环形凸起安装部，环形凸起安装部的内环与光源支壳设有间距，环形凸起安装部中设有n个第二螺孔，第二螺孔还贯穿安装盘，第二螺孔与第一螺孔匹配；

盖体上设有球轴安装座，球轴安装座内固定有球轴，球轴内设有旋转机构，旋转机构顶部的输出端固定有折射机构；

连接螺柱的端面、刚性螺母柱的端面、安装凸块的端面、环形凸起安装部的端面均与xy面平行，光源的光轴、旋转机构的旋转轴心均与z轴平行，光源的光轴与旋转机构的旋转轴心同轴。

进一步的，安装凸块凸起于发光机构安装座的高度为0.5～1mm，所有的安装凸块内切分布于直径为P的圆内，P≥27mm。

进一步的，环形凸起安装部凸起于安装盘的高度为3.5～4mm，环形凸起安装部的外环直径大于等于27mm。

进一步的，旋转机构包括空心转轴，空心转轴靠近机芯组件的一端固定有转盘，空心转轴的另一端为旋转机构的输出端，空心转轴通过轴承安装于球轴中，旋转机构还包括旋转驱动电机，旋转驱动电机的输出端通过皮带与转盘连接。

进一步的，空心转轴的柱状内腔半径为R，光源所发出光束的半径为r，r≤R。

进一步的，转盘上固定有编码磁盘，盖体内设有光电传感器，光电传感器的感应部正对编码磁盘。

进一步的，球轴的球端连接有球体限位块，球体限位块与盖体之间设有卡位板，卡位板设有葫芦状的让位缺口，让位缺口小半径的部分位于卡位板的中心，卡位板通过卡位连接机构与盖体连接。

本发明还公开一种无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，依次包括以下步骤：

A、通过机械加工获得机芯架、盖体和发光机构；

B、将x轴水准泡、y轴水准泡和z轴水准泡固定于机芯架中；

C、将机芯架放在铣床中，通过x轴水准泡、y轴水准泡和z轴水准泡对机芯架调平，铣床对连接螺柱的端面和安装凸块的端面铣加工，使连接螺柱的端面和安装凸块的端面均与xy面平行；

D、将发光机构夹于旋转校准装置中，在发光机构的80～120m远处放置CCD屏，旋转校准装置驱动发光机构旋转，调整发光机构的位置，直至旋转的发光机构在CCD屏中的投影由一个圆环变成一个圆点，铣床再对调整好角度的发光机构的环形凸起安装部端面进行铣加工，使环形凸起安装部的端面与xy面平行；

E、将球轴固定于球轴安装座中，将刚性螺母柱通过封胶的方式固定于盖体中，将盖体通过球轴配合夹具固定于铣床中，铣床对刚性螺母柱的端面进行铣加工，使刚性螺母柱的端面与xy面平行；

F、安装凸块的端面与环形凸起安装部的端面相对紧贴，通过螺丝将发光机构固定于发光机构固定座中，将旋转机构安装于球轴中，将折射机构固定于旋转机构的输出端，连接螺柱的端面与刚性螺母柱的端面相对紧贴，通过螺丝将盖体固定于机芯架中。

进一步的，步骤C和D中，安装凸块端面的直径为p，铣床中铣刀刀口长L，p≤L，环形凸起安装部端面的宽度为q，q≤L。

进一步的，步骤C、D和E中，根据下式设计需要铣加工的面的外径，j＝i/tank，i为铣床的加工精度，j为加工面的外径，k为加工成型的精度，0≤k≤37”。

本发明的有益效果为：本发明公开一种无需物理调教的激光水平测试仪及其装配加工方法，设置机芯组件和机盖组件共两大模块用于预装配，避免一次性装配所有部件，能够有效减低装配的难度，两大模块通过刚性连接且还设置有用于配合后续加工的基础，能够有效提高整机的精度；此外，机芯架在安装好水平调节机构之后，再对发光机构安装座中的安装凸块进行表面加工，能够有效确保水平调节机构的调节结果能够直接反馈到安装凸块上，从而避免安装误差和/或安装部件本身的问题而形成大误差，发光机构、盖体同样采用在装配半成品后再对安装表面进行加工，从而显著降低整机各处的误差，最终成品无需进行调教能够直接使用，且整机所发出的激光准直面的精度高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明拆分为机芯组件和机盖组件的结构示意图。

图3为本发明拆分为各个部件的结构示意图。

图4为本发明的俯视结构示意图。

图5为本发明沿图4中A-A’的剖面结构示意图。

图6为本发明中机芯架和发光机构安装座的结构示意图。

图7为本发明中盖体和球轴的结构示意图。

图8为本发明中发光机构的俯视结构示意图。

图9为本发明沿图8中B-B’的剖面结构示意图。

附图标记为：机芯组件10、机芯架11、连接螺柱12、x轴水准泡13、y轴水准泡14、z轴水准泡15、机盖组件20、盖体21、球轴安装座211、球轴212、刚性螺母柱22、发光机构安装座30、安装凸块31、第一螺孔311、发光机构40、光源支壳41、光源42、安装盘43、环形凸起安装部44、第二螺孔441、空心转轴51、转盘52、编码磁盘521、轴承53、旋转驱动电机54、皮带55、折射机构60、球体限位块71、卡位板72、让位缺口721、卡位连接机构73。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参考图1至图9。

本发明方案公开一种无需物理调教的激光水平测试仪，包括固定连接的机芯组件10和机盖组件20，机芯组件10包括机芯架11，机芯架11固定有m根连接螺柱12，m为大于等于3的整数，机芯架11还设有x轴水准泡13、y轴水准泡14和z轴水准泡15，机盖组件20包括盖体21，盖体21内封胶固定有m根刚性螺母柱22，优选地，刚性螺母柱22为黄铜螺母柱，刚性螺母柱22凸出于盖体21，刚性螺母柱22与连接螺柱12通过螺丝连接；

机芯架11上还固定有发光机构安装座30，发光机构安装座30通过螺丝连接有发光机构40，发光机构安装座30设有n个安装凸块31，n为大于等于3的整数，安装凸块31贯穿有第一螺孔311，第一螺孔311还贯穿机芯架11，发光机构40包括光源支壳41，光源支壳41内固定有光源42，优选地，光源42为激光二极管，安装盘43远离光源42发光的一侧固定有环形凸起安装部44，环形凸起安装部44的内环与光源支壳41设有间距，能够防止光源支壳41妨碍后续的配合加工，环形凸起安装部44中设有n个第二螺孔441，第二螺孔441还贯穿安装盘43，第二螺孔441与第一螺孔311匹配，安装凸块31和环形凸起安装部44都凸起于它们所设置的平面，能够有效为后续的配合加工提供加工基础；

盖体21上设有球轴安装座211，球轴安装座211内固定有球轴212，球轴212内设有旋转机构，旋转机构顶部的输出端固定有折射机构60，优选地，球轴212的一端为球状、另一端为轴，中心为两端连通的通道，折射机构60包括五棱镜和五棱镜安装座；

连接螺柱12的端面、刚性螺母柱22的端面、安装凸块31的端面、环形凸起安装部44的端面均与xy面平行，光源42的光轴、旋转机构的旋转轴心均与z轴平行，光源42的光轴与旋转机构的旋转轴心同轴。

本发明一种无需物理调教的激光水平测试仪的工作过程为：通过x轴水准泡13、y轴水准泡14和z轴水准泡15调节整机的水平，发光机构40中的光源42向上面的折射机构60发射出细光束，旋转机构带动折射机构60旋转，旋转的折射机构60将细光束向水平四周折射出去，形成与水平面平行的激光准直面。

本发明设置机芯组件10和机盖组件20共两大模块用于预装配，避免一次性装配所有部件，能够有效减低装配的难度，两大模块通过刚性连接且还设置有用于配合后续加工的基础，能够有效提高整机的精度。

为提高本发明的精度，在本实施例中，安装凸块31凸起于发光机构安装座30的高度为0.5～2mm，所有的安装凸块31内切分布于直径为P的圆内，P≥27mm，环形凸起安装部44凸起于安装盘43的高度为0.5～1mm，环形凸起安装部44的外环直径大于等于27mm。安装凸块31和环形凸起安装部44的凸起高度为3.5～4mm，能够为后续的表面铣加工提供一个凸起易加工的基础，且不会凸起过高而影响其他部件的安装；j＝i/tank，i为铣床的加工精度，j为加工面的外径，k为加工成型的精度，使用精度为0.005mm的铣床时，铣刀旋转的直径或加工面旋转的直径大于等于27mm时才能满足，加工成型的精度要求0≤k≤37”。

在本实施例中，旋转机构包括空心转轴51，空心转轴51靠近机芯组件10的一端固定有转盘52，空心转轴51的另一端为旋转机构的输出端，空心转轴51通过轴承53安装于球轴212中，旋转机构还包括旋转驱动电机54，旋转驱动电机54的输出端通过皮带55与转盘52连接。旋转驱动电机54通过皮带55带动空心转轴51转动，空心转轴51上的折射机构60跟随转动。

在本实施例中，空心转轴51的柱状内腔半径为R，光源42所发出光束的半径为r，r≤R，能够防止空心转轴51影响光源42所发射光束的形状和/或方向。

在本实施例中，转盘52上固定有编码磁盘521，盖体21内设有光电传感器，光电传感器的感应部正对编码磁盘521，编码磁盘521设有黑白相间的纹路，可以使旋转编码盘62产生的脉冲信号传到光电感应器上，从而监控并调节转盘52的旋转速度。

在本实施例中，球轴212的球端连接有球体限位块71，球体限位块71与盖体21之间设有卡位板72，卡位板72设有葫芦状的让位缺口721，让位缺口721小半径的部分位于卡位板72的中心，卡位板72通过卡位连接机构73与盖体21连接，卡位连接机构73至少设有两个。卡位板72主要起防护的作用，葫芦状的让位缺口721的小半径部分用于将球体限位块71卡住，葫芦状的让位缺口721的大半径部分供球体限位块71通过，卡位连接机构73包括卡位电机、卡位块和勾簧，卡位电机安装于盖体中，卡位块与卡位电机的输出端螺纹连接，盖体21的侧面设有与卡位块匹配的限位柱，限位柱限制卡位块的转动，勾簧的一端与卡位块连接，勾簧的另一端与卡位板72连接，卡位电机正转配合限位柱带动卡位块下降，被拉紧的勾簧将卡位板72的位置固定，卡位电机反转配合限位柱带动卡位块上升，恢复原长度的勾簧松开卡位板72。

本发明实施例还公开一种无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，依次包括以下步骤：

A、通过机械加工获得机芯架11、盖体21和发光机构40，机芯架11、盖体21和发光机构40均设有用于预装配的安装位；

B、将x轴水准泡13、y轴水准泡14和z轴水准泡15固定于机芯架11中，x轴水准泡13、y轴水准泡14和z轴水准泡15为水平调节机构；

C、将机芯架11放在铣床中，通过x轴水准泡13、y轴水准泡14和z轴水准泡15对机芯架11调平，铣床对连接螺柱12的端面和安装凸块31的端面铣加工，使连接螺柱12的端面和安装凸块31的端面均与xy面平行，且所有连接螺柱12的端面共面、所有安装凸块31的端面共面，即水平调节机构的调节能够直接作用于安装凸块31和连接螺柱12上，能有效避免因各种因素而使水平调节机构无法有效调节安装凸块31和连接螺柱12；

D、将发光机构40夹于旋转校准装置中，在发光机构40的80～120m远处放置CCD屏，旋转校准装置驱动发光机构40旋转，调整发光机构40的位置，直至旋转的发光机构40在CCD屏中的投影由一个圆环变成一个圆点，其中，CCD屏是通过连接计算机获得精确的影像，铣床再对调整好角度的发光机构40的环形凸起安装部44端面进行铣加工，使环形凸起安装部44的端面与xy面平行，能够确保环形凸起安装部44的端面与光源42所发射光束的光轴垂直；

E、将球轴212固定于球轴安装座211中，将刚性螺母柱22通过封胶的方式固定于盖体21中，将盖体21通过球轴212配合夹具固定于铣床中，铣床对刚性螺母柱22的端面进行铣加工，使刚性螺母柱22的端面与xy面平行，能够确保球轴212的轴心与刚性螺母柱22的端面垂直，且所有刚性螺母柱22的端面共面；

F、安装凸块31的端面与环形凸起安装部44的端面相对紧贴，通过螺丝将发光机构40固定于发光机构固定座30中，将旋转机构安装于球轴212中，将折射机构60固定于旋转机构的输出端，连接螺柱12的端面与刚性螺母柱22的端面相对紧贴，通过螺丝将盖体21固定于机芯架11中，即水平调节机构能够有效调节整机所发射出激光束的水平。

本发明中机芯架11在安装好水平调节机构之后，再对发光机构安装座30中的安装凸块31进行表面加工，能够有效确保水平调节机构的调节结果能够直接反馈到安装凸块31上，从而避免安装误差和/或安装部件本身的问题而形成大误差，发光机构40、盖体21同样采用在装配半成品后再对安装表面进行加工，从而显著降低整机各处的误差，最终成品无需进行调教能够直接使用，且整机所发出的激光准直面的精度高。

为进一步提高发光机构40收水平调节机构调节的精度，在本实施例中，步骤C和D中，安装凸块31端面的直径为p，铣床中铣刀刀口长L，p≤L，环形凸起安装部44端面的宽度为q，q≤L，能够确保铣刀对安装凸块31和环形凸起安装部44都是一刀铣成型，避免出现多刀铣形成结合面而影响端面的精度。

在本实施例中，步骤C、D和E中，根据下式设计需要铣加工的面的外径，j＝i/tank，i为铣床的加工精度，铣床的加工精度i一般为0.01mm或0.005mm，j为加工面的外径，即j为铣刀旋转的直径或加工面旋转的直径，k为加工成型的精度，根据实际选用铣床的加工精度，确保最终加工成型的精度符合0≤k≤37”，再设计需要加工的面的外径。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，包括固定连接的机芯组件(10)和机盖组件(20)，所述机芯组件(10)包括机芯架(11)，所述机芯架(11)固定有m根连接螺柱(12)，m为大于等于3的整数，所述机芯架(11)还设有x轴水准泡(13)、y轴水准泡(14)和z轴水准泡(15)，所述机盖组件(20)包括盖体(21)，所述盖体(21)内封胶固定有m根刚性螺母柱(22)，所述刚性螺母柱(22)凸出于所述盖体(21)，所述刚性螺母柱(22)与所述连接螺柱(12)通过螺丝连接；

所述机芯架(11)上还固定有发光机构安装座(30)，所述发光机构安装座(30)通过螺丝连接有发光机构(40)，所述发光机构安装座(30)设有n个安装凸块(31)，n为大于等于3的整数，所述安装凸块(31)贯穿有第一螺孔(311)，所述第一螺孔(311)还贯穿所述机芯架(11)，所述发光机构(40)包括光源支壳(41)，所述光源支壳(41)内固定有光源(42)，安装盘(43)远离所述光源(42)发光的一侧固定有环形凸起安装部(44)，所述环形凸起安装部(44)的内环与所述光源支壳(41)设有间距，所述环形凸起安装部(44)中设有n个第二螺孔(441)，所述第二螺孔(441)还贯穿所述安装盘(43)，所述第二螺孔(441)与所述第一螺孔(311)匹配；

所述盖体(21)上设有球轴安装座(211)，所述球轴安装座(211)内固定有球轴(212)，所述球轴(212)内设有旋转机构，所述旋转机构顶部的输出端固定有折射机构(60)；

所述连接螺柱(12)的端面、所述刚性螺母柱(22)的端面、所述安装凸块(31)的端面、所述环形凸起安装部(44)的端面均与xy面平行，所述光源(42)的光轴、所述旋转机构的旋转轴心均与z轴平行，所述光源(42)的光轴与所述旋转机构的旋转轴心同轴。

2.根据权利要求1所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述安装凸块(31)凸起于所述发光机构安装座(30)的高度为0.5～1mm，所有的所述安装凸块(31)内切分布于直径为P的圆内，P≥27mm。

3.根据权利要求1所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述环形凸起安装部(44)凸起于所述安装盘(43)的高度为3.5～4mm，所述环形凸起安装部(44)的外环直径大于等于27mm。

4.根据权利要求1所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述旋转机构包括空心转轴(51)，所述空心转轴(51)靠近所述机芯组件(10)的一端固定有转盘(52)，所述空心转轴(51)的另一端为所述旋转机构的输出端，所述空心转轴(51)通过轴承(53)安装于所述球轴(212)中，所述旋转机构还包括旋转驱动电机(54)，所述旋转驱动电机(54)的输出端通过皮带(55)与所述转盘(52)连接。

5.根据权利要求4所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述空心转轴(51)的柱状内腔半径为R，所述光源(42)所发出光束的半径为r，r≤R。

6.根据权利要求4所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述转盘(52)上固定有编码磁盘(521)，所述盖体(21)内设有光电传感器，所述光电传感器的感应部正对所述编码磁盘(521)。

7.根据权利要求1所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪，其特征在于，所述球轴(212)的球端连接有球体限位块(71)，所述球体限位块(71)与所述盖体(21)之间设有卡位板(72)，所述卡位板(72)设有葫芦状的让位缺口(721)，所述让位缺口(721)小半径的部分位于所述卡位板(72)的中心，所述卡位板(72)通过卡位连接机构(73)与所述盖体(21)连接。

8.一种应用于权利要求1～7任一所述无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

A、通过机械加工获得机芯架(11)、盖体(21)和发光机构(40)；

B、将x轴水准泡(13)、y轴水准泡(14)和z轴水准泡(15)固定于所述机芯架(11)中；

C、将所述机芯架(11)放在铣床中，通过所述x轴水准泡(13)、所述y轴水准泡(14)和所述z轴水准泡(15)对所述机芯架(11)调平，铣床对连接螺柱(12)的端面和安装凸块(31)的端面铣加工，使所述连接螺柱(12)的端面和所述安装凸块(31)的端面均与xy面平行；

D、将所述发光机构(40)夹于旋转校准装置中，在所述发光机构(40)的80～120m远处放置CCD屏，旋转校准装置驱动所述发光机构(40)旋转，调整所述发光机构(40)的位置，直至旋转的所述发光机构(40)在CCD屏中的投影由一个圆环变成一个圆点，铣床再对调整好角度的所述发光机构(40)的环形凸起安装部(44)端面进行铣加工，使所述环形凸起安装部(44)的端面与xy面平行；

E、将球轴(212)固定于所述球轴安装座(211)中，将刚性螺母柱(22)通过封胶的方式固定于所述盖体(21)中，将所述盖体(21)通过所述球轴(212)配合夹具固定于铣床中，铣床对所述刚性螺母柱(22)的端面进行铣加工，使所述刚性螺母柱(22)的端面与xy面平行；

F、所述安装凸块(31)的端面与所述环形凸起安装部(44)的端面相对紧贴，通过螺丝将所述发光机构(40)固定于所述发光机构安装座(30)中，将旋转机构安装于所述球轴(212)中，将折射机构(60)固定于所述旋转机构的输出端，所述连接螺柱(12)的端面与所述刚性螺母柱(22)的端面相对紧贴，通过螺丝将所述盖体(21)固定于所述机芯架(11)中。

9.根据权利要求8所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，其特征在于，步骤C和D中，所述安装凸块(31)端面的直径为p，铣床中铣刀刀口长L，p≤L，所述环形凸起安装部(44)端面的宽度为q，q≤L。

10.根据权利要求8所述的一种无需物理调教的激光水平测试仪的装配加工方法，其特征在于，步骤C、D和E中，根据下式设计需要铣加工的面的外径，j＝i/tank，i为铣床的加工精度，j为加工面的外径，k为加工成型的精度，0≤k≤37”。