CN1103441C - 水平线高度可调的激光垂准水平仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平线高度可调的激光垂准水平仪，包括发出激光的装置，投射激光线(面)的光学系统，使激光线(面)转动和/或移动的装置，投射激光线(面)的光学系统包括垂直激光器组件、水平激光器组件和/或倾斜线激光器组件等。本发明的产品能在建筑装修工作及类似工作中，在不同高度进行水平和垂直及倾斜方向定位，并且使用方便，置平稳定可靠，结构简单，易于推广，价格便宜。

Description

水平线高度可调的激光垂准水平仪

本发明是关于一种建筑装修及其他工程用的小型激光仪器，更特别的是关于一种水平线高度可调的激光垂准水平仪。

自激光器件进入工程技术实际应用领域以来，已有一些仪器产品将激光技术应用于建筑、装修及其他类似工作中的定向、定位等方面。

初期的激光水平仪(激光水准仪、激光回转仪等)使用气体或固体激光器，但这些激光水平仪体积较大，功能单一，且价格高昂，使用时性能受到很大限制。1976年我国建设毛主席纪念堂时已使用了当时的科研成果激光回转仪，以控制工地平面抄平；这当然较之过去的普通水平仪抄平快速，而且方便了一些；但由于种种原因(技术及经济方面)，该类仪器在相当长一段时间中，在我国没有批量生产和推广。

国外出现同类仪器比这要更早一些，并且在80年代已初步形成批量，并且在建筑工程应用中得到初步的推广。90年代前期，国外出现的使用条码技术的激光自动安平水准仪，主要是用于测绘及大型工程建设中的水准线路测量，在建筑施工、装修及安装施工使用并不方便；由于价格高昂，优点并不突出，在我国直到现在仍很少使用。

半导体激光器件的出现和逐步大量使用，为工程用的激光仪器的小型化和普及创造了一定条件；因此90年代国外不少厂商陆续成批生产了激光回转水平仪类型的工程用抄平仪器产品，其价格亦有所下降；因而在经济发达国家和地区，普及面有所扩大。这些仪器功能亦有某些改进，某些品种附带了指向天顶的光点，(例如美国David White的产品)。某些厂商还曾就其该类产品在中国登记了专利(例如日本TOPCON)，但由于这类型仪器的技术早已扩散，因而可以作专利保护的内容范围很有限。近几年，国际市场上出现了用于装修的小型激光回转水平仪，其价格折合人民币约数千元。其中美国富山公司(Momentum Laser-Inc.)曾为其产品在我围申请专利；但其设计除了使用同向的两个半导体激光器以增加亮度这一点非本质的特点外，其余并无什么大改进。我国的一些光学仪器厂商(如北光、西北光等)于近年亦仿制国外同类产品生产了较小型的激光回转水平仪，但这些产品在技术上并无重大的改进；其最低价格仍停留在二千元人民币上下，对于我国的建筑、装修业仍是太贵了；但更重要的是，这些激光抄平仪器功能单一，使用不够方便，还不能真正满足建筑、装修及类似工程工作的需要。

按我国有关部门统计，1998年我国仅民用装修(尚不含大型工商建筑装修)已共用资金2,000亿元，其中工具、设备、量具(含仪器)所占资金比例颇大。综观遍布全国各大、中、小城镇的装修工具商店，即可见一、斑。横平、竖直是建筑装修最基本，也是最重要的质量要求；但作为保证建筑装修质量最基本的要求横平、竖直的仪器及量具仍十分落后；我国至今仍主要是使用精度低，使用不便，已沿用了几百年甚至几千年的垂球、墨斗、水平尺；仍然用“弹墨线”的方法来施工，甚至仍使用塑料管装水来测水平，因而不仅大大影响了生产率的提高，亦难保质量。

本发明的目的在于提供一种包括发出激光的装置，投射激光线(面)的光学系统和使激光线(面)转动和/或移动装置的水平线高度可调的激光垂准水平仪。

本发明的目的之二是提供一种能在建筑装修工作及类似工作中，在不同高度进行水平方向定位，并迅速地提供水平基准及保证所提供的水平线有一定精度，以及所提供的水平线能按工作的需要不断调整高度的激光垂准水平仪。

本发明的目的之三在于提供一种仪器能简单地安置，不用脚架等专用附件，并且水平线高度调整时不需要来回搬动仪器，更不需要升高降低整个仪器的激光垂准水平仪。

本发明的目的之三在于提供一种在提供水平线的同时，提供铅垂线和/或倾斜线，并且倾斜线的位置同样可调的激光垂准水平仪。

本发明的这些以及其它目的将通过下列详细说明和描述来进一步阐述。

本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪，包括发出激光的装置，投射激光线(面)的光学系统，使激光线(面)转动和/或移动的装置。

其中投射激光线(面)的光学系统包括垂直激光器组件、水平激光器组件和/或倾斜线激光器组件；所述的激光器组件主要包括激光管、凸透镜和柱面投镜，凸透镜安在激光管和柱面投镜之间，激光器组件可绕与其主光轴垂直的仪器主横轴转动或移动。

在本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪中，使激光线(面)转动的转动装置包括轮盘组件，垂直激光器组件、水平激光器组件安在轮盘组件上，可以在一起或分开安装，可以安装在一侧或二侧。

进一步的，本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪，包括底座、基座、立柱、按钮开关、轮盘组件、横轴组件、垂直激光器组件、水平激光器组件等，其中垂直激光器组件、水平激光器组件安在轮盘组件上，轮盘组件通过横轴组件与立柱连接，在轮盘组件上有0位水准器。基座在底座之上，基座上有置平水平器组件和置平螺丝，底座之下有支点，基座与底座通过支承件与拉力弹簧连接。横轴组件包括固定轴套、中间轴套、氟橡胶圈和主横轴，中间轴套在固定轴套与主横轴之间，氟橡胶圈套在主横轴上，倾斜微动螺丝与中间轴套连接并带动主横轴转动。在立柱的顶端可安装激光倾斜线组件，倾斜线组件包括激光器组件和调节器等，激光管通过电路与开关及电源连接。

本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪能在建筑装修工作及类似工作中，在不同高度进行水平方向定位，并迅速地提供水平基准及保证所提供的水平线有一定精度，所提供的水平线能按工作的需要不断调整高度；并且仪器能简单地安置，不用脚架等专用附件，水平线高度调整时不需要来回搬动仪器，更不需要升高降低整个仪器；在提供水平线的同时，提供铅垂线和/或倾斜线，并且铅垂线和/或倾斜线的位置同样可调；而且使用方便，置平稳定可靠，结构简单，易于推广，价格便宜。

以下通过附图及其说明来进一步说明和描述本发明。

图1是本发明的局部剖视图。

图2是本发明的右视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是本发明的立体图。

图5是本发明的激光器简单电路图。

图6是本发明的光路简图。

图7是本发明的主横轴剖视图。

图8是本发明的倾斜线附件中调节器的简视图。

在图1至图8中，符号1代表倾斜线附件，符号2代表立柱组件，符号3代表横轴组件，符号4代表按钮开关，符号5代表置平螺丝，符号6代表基座组件，符号7代表底座组件，符号8代表倾斜微动螺丝，符号9代表套筒弹簧组件，符号10代表置平水平器组件，符号11代表轮盘组件，符号12代表水平激光器组件，符号13代表垂直激光器组件，符号14代表支承件，符号15代表电池盒盖，符号16代表电池，符号17代表拉力弹簧组件，符号18代表0位水准器，符号19代表支点，符号20代表柱面透镜，符号21代表凸透镜，符号22代表激光管，符号23代表电路，符号24代表固定轴套，符号25代表中间轴套，符号26代表氟橡胶圈，符号27代表主横轴，符号28代表蜗轮，符号29代表蜗杆。

在本发明中，水平线高度可调的激光垂准水平仪，包括发出激光的装置，投射激光线(面)的光学系统，使激光线(面)转动和/或移动的装置；投射激光线(面)的光学系统包括垂直激光器组件、水平激光器组件和/或倾斜线激光器组件；激光器组件主要包括激光管、凸透镜和柱面透镜，凸透镜安在激光管和柱面透镜之间；激光器组件可绕与其主光轴垂直的仪器主横轴转动或移动。

以下通过具体实施例来进一步说明本发明，实施例仅用于说明，并不能限制本发明的范围。

本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪，包括底座(7)、基座(6)、立柱(2)、按钮开关(4)，还包括轮盘组件(11)、横轴组件(3)、垂直激光器组件(13)、水平激光器组件(12)等，其中垂直激光器组件(13)、水平激光器组件(12)安在轮盘组件(11)上，轮盘组件(11)通过横轴组件(3)与立柱(2)连接。

其中，本发明的水平线高度可调的激光垂准水平仪，基座(6)在底座(7)之上，基座(6)上有置平水平器组件(10)和置平螺丝(5)，底座(7)之下有支点(19)，基座(6)与底座(7)通过支承件(14)与拉力弹簧(17)连接，在基座(6)上有电池盒盖(15)与电池(16)；垂直激光器组件(13)、水平激光器组件(12)可以安在轮盘组件(11)上的任何位置，可以在一起或分开安装，在轮盘组件(11)上的横杆上有0位水准器(18)；横轴组件(3)包括固定轴套(24)、中间轴(25)套、氟橡胶圈(26)和主横轴(27)，中间轴套(25)在固定轴套(24)与主横轴(27)之间，氟橡胶圈(26)套在主横轴(27)上，倾斜微动螺丝(8)与中间轴套(25)连接并带动主横轴(27)转动；在立柱(2)的顶端可安装倾斜线附件(1)，倾斜线附件(1)包括激光器组件和调节器；垂直激光器组件(13)、水平激光器组件(12)和倾斜线附件(1)中的激光器组件包括激光管(22)、凸透镜(21)和柱面透镜(20)，凸透镜(21)安在激光管(22)和柱面透镜(20)之间，激光管(22)通过电路(23)与开关(4)及电源连接。

本发明将建筑、装修及类似工作中水平与铅垂定向、定位的工作集中于一台仪器，并且水平定向线高度可调，铅垂线位置可移动，还可提供倾斜线，实现了建筑装修及类似工作中一直没有妥善解决的问题；从而大大加快了装修等工作的速度，提高了劳动生产率，大大改善质量。使装修工作摆脱用水管、水平尺定水平，用垂球定垂线，用墨斗弹墨线的原始落后状况，为装修等工作大大提高一步，创造了条件。尽管本产品功能比现有背景技术中的水准仪、激光回转仪水平等功能强得多；但与背景技术中已有的激光回转水平仪等相比，结构简单，造价较低(大约为目前价格最低的激光回转水平仪价格的四分之一至三分之一，为进口激光回转水平仪价格的几十分之一，其价格相当于一般电动工具的水平，因而很易普及推广。

本发明采用半导体激光管作为激光光源，激光光线经过一个凸透镜会聚，提高了光线的平行度，(出射光投射成接近圆形的小光斑)；出射光线再经过一个圆柱而透镜，展开成与柱面透镜轴线垂直(正交)的一个扇形面，当投射到某工作平面(例如墙面)上时，形成鲜明的激光红线(直线)，改变柱面透镜的轴线方向，可得水平方向、铅垂方向及倾斜方向的投射线，见附图6。

本发明采用两组激光器及光学镜头分别产生水平线和铅垂线。两组激光器投射的水线及铅垂线(面)之间的互相垂直关系，用调整两组激光器组件(含镜头)的柱面透镜轴线方向而达到。激光发光管用干电池供电，为保证稳定供电，在电池与激光管间有简单的电源装置，这类电源电路，在一些如激光教鞭、激光电子玩具及VCD、DCD的激光头部件等产品中已普遍使用。仪器亦可根据用户需要，提供外接电池和充电器附件或交流电供电附件，以便于长期时间连续工作，整机电路很简单，电路原理示意简图如附图5。

在本发明中，产生水平射线的激光器(含镜头)组件，可绕与其主光轴垂直的仪器主横轴转动。当工作面与主横轴平行时，(亦即工作面与激光器光轴绕横轴转动生成的平面正交；或者说，与该激光器光轴水平位置垂直时)，当该激光器转动到不同位置，就在工作面(例如墙面)上投射出不同高度的水平线。该激光器组件绕主横轴转动的具体结构，可以有多种方式，例如将该激光器组件装在绕主横轴转动的轮盘形手轮沿上，或装在绕主横轴转动的其他形状构件上。

在本发明中，产生铅垂线的激光器组件与产生水平线的激光器组件一起，安装在绕仪器主横轴转动的构件上。该两组激光器可安装在轮盘的同一侧，或装在两侧(反向)，两组激光器所投射的激光线平面在出厂时调整至互相垂直；当轮盘从0位置转动180°时，铅垂线(面)转到仪器的背面；当转动90°时，则在天顶方向的工作面上，产生正、背面两面铅垂线的连线；而水平线激光器组件此时则产生了与之垂直的横线；转动仪器底座，可产生不同位置的铅垂线(面)。

在本发明中，仪器用水准泡提供水平基准，并用手动置平。仪器出厂时调整至下列状态：仪器在零位置上时，激光器光轴水平，此时水平激光组件射出的水平面与水准器提供的水平基准线平行。在此状态下，水平激光器射出的激光光线平面在主横轴转动至不同位置时，仍以一定精度保持与水准器提供的水平基准线平行。水准器装在相对于仪器底座可以微倾的基座上，由于基座只需单向置平，因此只需一个置平螺丝，其他部件则随同基座一起被置平。底座与基座间，用两个半球面支承及强力拉力弹簧连接；因而在置平时，仪器中心高不变，且使用方便。该部分具体结构均较经典(现有技术已有)，因而说明从简。为了准确地提供所需高度的水平线，需为绕主横轴转动提供准确的微动，故主横轴设置微动螺丝，为了简化结构及使主横轴粗动时动作简单，主横轴可以不采用一般精密仪器上所用的制动螺丝，而使用了能360°连续旋转的摩擦制动轴系(见附图7)。主横轴与中间轴套(微动套)间为间隙0.01～0.03mm的动配合，两(或3)个氟橡胶圈(外径略大于中间轴套内径)，提供了摩擦制动所需的固紧力。微动螺丝带动中间轴套微动时，主横轴随之转动。随主横轴转动的部件很轻，并且经过平衡调整，在自然状态下没有偏堕，因而此制动力已足够。

在本发明中，绕主横轴转动，并装有激光器组件的部件(例如轮盘)上，设置另一个水准器，该水准器的水平基准线在出厂时调至与水平激光器组件的主光轴平行。因此，当置平仪器基座之后，再转动主横轴至该水准器置平时，水平线激光器主光轴及其展开的激光光线平面处于水平状态。我们定义此位置为“仪器的0位置”，并称此水准器为“0位水准器”。在某些工作中，可利用仪器在这种状态下提供的水平平面，控制工作地点的地面抄平等工作。投射水平线的激光器的主光轴绕仪器主横轴转动时，形成的与主横轴轴线垂直的平面，我们将其定名为本仪器的“主平面”。为投射在工作面(例如墙面)上的水平方向射线始终水平，需将仪器安置到主平面与工作面正交。

在本发明中，还可使用可以绕其自己的主光轴转动的第三组激光器，以产生倾斜角度可调的倾斜线，并投射到工作面上。可以用于绕激光器主光轴转动激光器的机构非常多。例如蜗轮蜗杆机构，如用18齿蜗轮、单头蜗杆时，蜗杆每转动一圈，倾斜线倾斜20°，通过读取刻度即可方便操作。倾斜线附件有另一附带用途：当仪器在零位置时，调整倾斜线至与水平线平行，当转动水平线激光器改变水平线高时，可以检查水平线是否仍水平(或者说主平面与工作面是否正交)。利用铅垂线激光器出射后激光铅垂面还可以检查工作面(例如墙面)是否铅垂及平直：置平仪器，在0位置时，在工作面上投射水平线，转动仪器底座至仪器激光铅垂面与工作面同向，并检查仪器置平；用小标尺或普通尺子检查在水平线上仪器近端与远端处两面的距离，并调至相等；此时可以用小标尺(或普通尺子)以激光铅垂面为准，检查工作面是否平直及是否铅垂。

Claims (6)

1、一种水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于其包括发出激光的装置，投射激光线(面)的光学系统，使激光线(面)转动和/或移动的装置，其中，投射激光线(面)的光学系统包括垂直激光器组件、水平激光器组件和/或倾斜线激光器组件；激光器组件主要包括激光管、凸透镜和柱面透镜，凸透镜安在激光管和柱面透镜之间；激光器组件可绕与其主光轴垂直的仪器主横轴转动或移动；使激光线(面)转动的转动装置包括轮盘组件，垂直激光器组件、水平激光器组件安在轮盘组件上，可以在一起或分开安装，可以安装在一侧或二侧。

2、如权利要求1所述的水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于包括底座、基座、立柱、按钮开关、轮盘组件、横轴组件、垂直激光器组件、水平激光器组件等，其中垂直激光器组件、水平激光器组件安在轮盘组件上，轮盘组件通过横轴组件与立柱连接，在轮盘组件上有0位水准器。

3、如权利要求2所述的水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于基座在底座之上，基座上有置平水平器组件和置平螺丝，底座之下有支点，基座与底座通过支承件与拉力弹簧连接。

4、如权利要求2所述的水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于横轴组件包括固定轴套、中间轴套和主横轴，中间轴套在固定轴套与主横轴之间，硅橡胶圈套在主横轴上，倾斜微动螺丝与中间轴套连接并带动主横轴转动。

5、如权利要求2所述的水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于在立柱的顶端可安装激光倾斜线组件，倾斜线组件包括激光器组件和调节器等。

6、如权利要求2所述的水平线高度可调的激光垂准水平仪，其特征在于激光管通过电路与开关及电源连接。

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