CN1128860A - 激光坡度设定装置 - Google Patents

Abstract

一种激光坡度设定装置，它包括：可沿中心绕竖直轴转动的摆动支架；通过在该摆动支架上的支承体可沿中心相对水平轴倾斜设置的激光投光器；与上述激光投光器分开的可沿中心绕上述水平轴转动设置的倾斜传感器；可与该倾斜传感器一起转动的编码器；可使上述支承体倾斜的垂直角调整器；设于该支承体上可使倾斜传感器倾斜的倾斜传感器倾斜器。从而使编码器测出的倾斜角与设定坡度一致，使倾斜传感器与激光投光器一起倾斜从而使倾斜传感器处于水平状态。

Description

激光坡度设定装置

本发明涉及一种确定各种土木工程施工基准线的激光坡度设定装置。

在进行土木工程施工时必须要有水平基准线或与水平方向倾斜规定角度的基准线，因此，为了确定上述基准线，要设置激光坡度设定装置。

比如，在下水管道施工中埋设混凝土管的时候，管道不能形成弯曲状，另外必须按规定的角度倾斜。

上述混凝土管是作为上下水管道等的、用于使液体通过的通道来设置的，故它要保持一定的坡度，另外不能形成弯曲状。如果所埋没的混凝土管沿上下左右方向是蛇形弯曲，则会发生上述液体滞留，堵塞或向土中泄漏的现象，这样便不能实现其作为通道的功能。因此在埋设上述混凝土管时要设置正确的基准线。

作为上述的基准线，激光线束很方便，既使远距离也无象线那样的松弛现象，并且不会出现操作中的障碍，另外操作时，也不会因混凝土管等的干扰而被切断。

上述激光坡度设定装置就是通过发出激光线束来形成设置混凝土管用的基准线。

作为以将混凝土管等埋入土中的作业为代表的施工包括下述明挖法，即向下开挖地面，在所开挖的槽中顺序放入混凝土管，最后回填土。

下面参照图5对明挖法进行说明。

激光坡度设定装置1沿所定的水平或倾斜方向发出激光线束，使激光线束与水平方向保持一致形成水平基准线，相对该水平基准线使激光线束按规定角度倾斜而形成带坡度的基准线。

在每个所定直线区段在埋没混凝土管2的起点形成竖向孔3，其深度大于混凝土管的设置深度，之后从竖向孔3开挖连续的埋设槽4，其深度大于混凝土管的设置深度。

上述激光坡度设定装置1在放入竖向孔3中后按坡度角θ发出激光线束，最后形成基准激光线束L。对于上述混凝土管2，其轴心与上述基准线重合，这样该管2便可借助台座5设置于埋设槽4内。

当混凝土管2的轴心与上述基准激光线束L重合时，便可向上述埋设槽4中回填土，从而将混凝土管2埋好。

对于上述激光坡度设定装置，必须正确确定其水平位置。从前，激光坡度设定装置的水平位置是这样确定的，在竖向孔3上方设置支承台6，在该支承台6上设置经纬仪7，通过该经纬仪7吊下测锤8，并使其与已知点10重合从而将经纬仪7设定好。另外也可在竖向孔3内设置激光坡度设定装置，使该测锤8与激光坡度设定装置的中心重合，再从激光坡度设定装置1吊下测锤9，使该测锤9与上述已知点10相重合。

下面通过图6、图7对已有的激光坡度设定装置进行说明。

激光投光器11设置在摆动支架13上，该摆动支架13可相对水平轴12沿中心倾斜，该摆动支架13可沿水平方向在中心绕设于图中未示出的主支架上的竖向轴14转动。位于水平轴12上的倾斜杆15可自由摆动，在该倾斜杆15上设有能得到电信号输出的由电气泡管等构成的倾斜度传感器16。

上述摆动支架13连有水平角调整机构17，上述激光投光器11连有垂直角调整机构18，上述倾斜杆15连有倾斜传感器倾斜机构19。该机构19设在激光投光器11的支承件上并可与该激光投光器11一起倾斜。

上述水平角调整机构17由沿水平方向设置的可自由转动的第一螺杆20、与该第一螺杆20以螺纹方式连接的第一移动螺母21、插入该螺母21中与摆动支架13连接的销23、与上述第一螺杆20相连的从动齿轮24、通过驱动齿轮25与从动齿轮24相连的水平角调整马达26所构成。

上述垂直角调整机构18由沿水平方向设置的可自由转动的第二螺杆27、与该第二螺杆27以螺纹方式连接的第二移动螺母28、插入该螺母28中与上述激光投光器11连接的销29、与上述第二螺杆27相连的从动齿轮30、通过驱动齿轮25与从动齿轮30相连的垂直角调整马达32所构成。

上述倾斜传感器倾斜机构19由沿垂直方向设置的可自由转动的第三螺杆33、与该第三螺杆33以螺纹方式连接的第三移动螺母34、插入该螺母34与上述倾斜杆15连接的销35、与第三螺杆33连接的从动齿轮36、通过驱动齿轮37与从动齿轮36连接的坡角设定马达38所构成，该马达38采用脉冲马达。

从图7可知，标号39表示激光发光体，从该激光发光体39发出的激光线束通过瞄准镜40以平行光线射出。

下面根据图8，图9对已有激光坡度设定装置的动作，使其相对水平基准线接所规定的角度θ倾斜的过程进行说明。

设置激光坡度设定装置，通过该装置上设置的长条形气泡管(图中未示出)将装置调整至水平状态。在管等构件中沿圆周方向移动(图8A)。

然后，在激光投光器11水平的状态下，把相当于设定倾斜角度θ的脉冲数输入给坡度设定马达38，从而驱动该坡度设定马达38，通过驱动齿轮37、从动齿轮36、第三螺杆33使第三移动螺母34向上移动，最后使上述倾斜杆15沿设定角度θ的逆时针方向倾斜(参见图8B)。

驱动垂直角度调整马达32，通过驱动齿轮31、从动齿轮30、第二螺杆27使第二移动螺母28移动，通过销29使激光投光器11及倾斜杆15一起发生倾斜。驱动垂直角调整马达32直至倾斜传感器16测出的角度变为基准位。上述基准位是电信号为零的设定值[图8C]。

在倾斜传感器16变为基准位的状态下把激光投光器11倾斜设定为设定角θ。在上述角度设定后，驱动从动齿轮24，通过水平角调整机构17确定激光投光器11所发出的激光光束的水平方向。

在上述已有激光坡度设定装置中，上述倾斜杆15的角度设定变为借助脉冲马达操作的开环。

上述借助脉冲马达的开环控制的优点是利用较简单的结构对位置或转数进行控制，但是存在与输入给脉冲马达的脉冲数成比例的脉冲马达的旋转，或要以在转动传动线路中不会出现误差为前提，这样如果由于切断油路、污物等而使脉冲马达的平滑动作遭受阻碍，则会发生脱调现象，进而使脉冲数与转动数不对应。另外，如带有减速机及螺杆，则脉冲马达的动作不能正确地传递。因此，在上述依据脉冲数的已有激光坡度设定装置中会出现不能正确设定倾斜角的现象。另外因为没有修正所产生的误差的功能，故还会现出误差累积起来的现象。

针对上述情况，近年来有将工作口间的距离加长的倾向，再加上施工时坡度精度要求越来越高，因此上述已有激光坡度设定装置就会存在与上述精度要求提高不相适应的问题。

本发明的目的在于针对上述情况，提高确定激光基准位时倾斜角的设定精度，本发明的激光坡度设定装置包括：可沿中心绕竖直轴转动的摆动支架；通过该摆动支架上的支持体可相对水平轴沿中心倾斜设置的激光投光器；与上述激光器分开的可沿中心绕上述水平轴转动设置的倾斜传感器；可与该倾斜传感器一起转动的编码器；可使上述支承体倾斜的垂直角调整器；设于支承体上可使上述倾斜传感器倾斜的倾斜传感器倾斜器。

图1为表示本发明一个实施例的主要部分侧面图；

图2为上述实施例局部剖开的主要部分侧面图；

图3A-3C为上述实施例的动作说明图；

图4为上述实施例的动作流程图；

图5为采用激光坡度设定装置的明挖法的说明图；

图6为表示已有装置实例的主要部分侧面图；

图7为上述已有装置实例局部剖开的主要部分侧面图；

图8A-C为上述已有装置实例的动作说明图；

图9为上述已有装置实例的动作流程图。

下面参照附图说明本发明的一个实施例。

在图1、2中以及图6、7中，相同的部件采用相同的标号。

激光投光器11设在可沿中心相对水平轴12发生倾斜的摆动支架13上，该摆动支架13可沿水平方向在中心绕设于图中未示出的主体支架上的竖向轴14转动。上述水平轴12上设有倾斜盘42，该倾斜盘42上连有倾斜杆15，另外在该倾斜盘42上还设有可显示水平状态的由气泡管等构成的倾斜传感器16。上述水平轴12上设有可与上述倾斜传感器16一起转动的编码器43，该编码器43可测出上述水平轴12的旋转角，即上述激光投光器11的倾斜角。把从上述编码器43发出的信号输入给图中未示出的控制器中。

上述摆动支架13与水平角调整机构17相连，上述激光投光器11与垂直角度调整机构18相连，上述倾斜杆15与倾斜传感器倾斜机构19相连。上述倾斜传感器倾斜机构19设于激光投光器11的支承体上，并与激光投光器11一起发生倾斜。

上述水平角调整机构17由沿水平方向设置的可自由转动的第一螺杆20、与该第一螺杆以螺纹方式相连接的第一移动螺母21、插于上述第一移动螺母21中与摆动支架相连的销23、固定于上述第一螺杆20上的从动齿轮24、通过驱动齿轮2 5与从动齿轮24相连的水平角调整马达26所构成。

上述垂直调整机构18由沿水平方向设置的可自由转动的第二螺杆27、与该第二螺杆27以螺纹方式相连中的第二移动螺母28、插于该第二移动螺母28上与上述激光投光器11相连的销29、与第二螺杆27相连的从动齿轮30、通过驱动齿轮31与从动齿轮30相连的垂直角调整马达32所构成。

上述倾斜传感器倾斜机构19由沿竖直方向设置的可自由转动的第三螺杆33、与该螺杆33以螺纹方式相连的第三移动螺母34、插入该第三移动螺母34与上述倾斜杆15相连的销35、固定于第三螺杆33上的从动齿轮36、通过驱动齿轮37与从动齿轮36相连的坡度设定马达38所构成。

上述的图中未示出的控制器用来对上述水平角调整马达26、垂直角调整马达32、坡度设定马达38进行控制并驱动。

下面针对管导的设置，参照图3、4对使基准线相对水平方向倾斜所定角度θ的设定过程进行说明。

首先设置激光坡度设定装置，通过设于该激光坡度设定装置本体上面的长条形气泡管(图中未示出)将管的圆周方向调整至基本水平的状态。

之后，激光投光器11把设定倾斜角θ输入给控制器(图中未示出)，通过该控制器驱动上述坡度设定马达38。通过驱动齿轮37、从动齿轮36、第三螺杆33使第三移动螺母34向上移动，并使上述倾斜杆15沿逆时针方向倾斜设定角度θ(图3B)。上述倾斜杆15与倾斜盘42一起转动，通过编码器43测出该倾斜盘42的转角，将该测出转角反馈给图中未示出的控制器。当上述编码器43的测出角度等于设定角度时使坡度设定马达38停止工作。

驱动垂直角调整马达32，通过驱动齿轮31、从动齿轮30、第二螺杆27使第二移动螺母产生移动，通过销29激光投光器11与倾斜杆15一起发生倾斜。驱动垂直角调整马达32，直至倾斜传感器16测出的角度为零，从而激光投光器11发生倾斜。

通过激光投光器11，倾斜杆15和倾斜盘42使倾斜传感器16倾斜，当控制器检测到来自倾斜传感器16的基准位时，使垂直角调整马达停止工作，之后确定出激光投光器11所发出的激光光束设定角度θ(图3C)。在角度设定之后，驱动从动齿轮24，通过水平角调整机构17对激光投光器11所发出的激光光线束进行水平方向的设定。

通过激光坡度设定装置设定完某一坡度后，在再次设置激光坡度设定装置时，不必把激光投光器重新设置成水平状态。无论主体设置成什么角度，因为以前设定的角度可由编码器获得，所以通过计算可求出和新设定的角度之间的差，当倾斜传感器达到基准位时，便形成新设定的角度。

众所周知，坡度设定马达38可使用脉冲马达、直流马达、伺服马达等类型的马达，另外编码器43最好与倾斜盘42成机械连接，它可通过轴接头连接在水平轴12上，也可通过齿轮等动作传递件连接。因为由编码器43测出实际的倾斜角，故也可在激光坡度设定装置所安设置的部位安装的坡度设定表示器来表示度。另外，倾斜传感器16可设在倾斜盘42上也可设在倾斜杆15或与该倾斜杆15成一起倾斜的部位上。

另外编码器43也可是光学式、磁气式中的任一种。

根据如上所述的本发明，因为采用了以通过直接检测激光投光器的倾斜度而得出检测结果作为设定角的控制闭环方式，故机构方面的误差起因不会带来影响，坡度设定精确度较高，另外即使反复使用也不会产生累积误差。

Claims (3)

1.一种激光坡度设定装置，它包括：可沿中心绕竖直轴转动的摆动支架；通过在该摆动支架上的支承体可沿中心相对水平轴倾斜设置的激光投光器；与上述激光投光器分开的可沿中心绕水平轴转动设置的倾斜传感器；可与该倾斜传感器一起转动的编码器；可使上述支承体倾斜的垂直角调整器；设于上述支承体上可使上述倾斜传感器倾斜的倾斜传感器倾斜器。

2.根据权利要求1所述的激光坡度设定装置，其特征在于还包括根据倾斜传感器和编码器发生的信号使上述垂直角调整器和倾斜传感器倾斜器动作的控制器。

3.根据权利要求1或2所述的激光坡度设定装置，其特征在于使倾斜传感器倾斜从而使编码器测出的倾斜角与设定坡度一致，使倾斜传感器与激光投光器一起倾斜从而使倾斜传感器处于水平状态。

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