CN113654540A - 一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置及方法。所述装置包括：基体，其设有靶球支撑部和容纳腔；底座，其设于基体外围，被配置为支撑基体，并与基体在竖向相对位置不变，在水平方向相对位置可变；划点组件，被配置为容纳于容纳腔内；水平调节部分，被配置为在竖向与底座相对位置可调；位置调节机构，包括横向位置调节装置和纵向位置调节装置；水平度显示仪，包括在基体的上表面设置的两个沿长度方向的中心线相互垂直的水平气泡仪，每个水平气泡仪的横向或纵向中心线都不经过另一个水平气泡仪。本发明能够精准刻划放样坐标，提升了粒子加速器使用激光跟踪仪在地面放样点的精度和效率。

Description

一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置及方法

技术领域

本发明涉及粒子加速器的准直测量技术领域，具体涉及一种用于激光跟踪仪平面坐标高精度放样的装置及方法。

背景技术

随着粒子加速器元件准直安装精度的不断提升和标准化的准直安装，大部分加速器元件的准直安装需要激光跟踪仪配合三维准直控制网才能完成。在粒子加速器的准直安装中，有一个很关键的步骤就是使用激光跟踪仪将加速器安装元件的几何中心和支撑系统的主要几何元素放样至加速器基础安装地面或预埋件的理论坐标位置。激光跟踪仪的测量原理不同于光学测量仪器，无法直接瞄准地面目标点进行坐标放样。由于激光跟踪仪测量的坐标位置是在测量靶球中心，直接使用激光跟踪仪靶球无法在地面上画出精确的位置标记点，在放样过程中必须要借助于能和激光跟踪仪靶球配接的装置来获取精确的位置坐标并在地面放样出坐标标记点。

传统的使用激光跟踪仪进行地面位置坐标放样方法是借助于一个中间开孔的靶标座，将激光跟踪仪靶球中心的投影点通过靶标座中心的小孔刻画在加速器安装基础平面上。使用此方法进行放样存在一个问题：靶标座接触放样面，如果放样面不平整或者靶标座底部有杂物等因素将会导致靶标座产生一个倾斜误差，靶标座支撑着靶球，因为靶标座自身的厚度和激光跟踪仪的靶球半径高度，将会使得靶标座的倾斜误差在激光跟踪仪靶球中心产生一个成放大倍数的坐标误差，而且通过靶标座中心孔人为进行放样面坐标中心画点的过程也会因为划针和孔的对中、控制划针的角度等问题而带来误差。加速器关键元件位置坐标点的放样误差将会直接影响加速器支撑系统的安装精度，如果放样误差超过支撑系统设计的调节范围，将会严重影响准直安装的工期，进而影响粒子加速器元件的准直安装效率。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置及方法，以较准确地进行激光跟踪仪平面坐标的放样，提高放样坐标的精度。

本发明首先提出一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，所述装置包括：

基体，其设有靶球支撑部和容纳腔，所述靶球支撑部被配置为支撑所述靶球，所述容纳腔位于所述靶球支撑部的下方，且所述容纳腔的中心轴与所述支撑部的中心轴同轴；

底座，其设于所述基体外围，其被配置为支撑所述基体，并与所述基体在竖向相对位置不变，在水平方向相对位置可变；

划点组件，该划点组件被配置为容纳于所述容纳腔内，所述划点组件的底部包括划点端，该划点端被配置为在放样位置处划点，所述划点端与所述容纳腔的中心轴同轴；

水平调节部分，其被配置为在竖向与所述底座相对位置可调，以调节所述基体的水平度；

位置调节机构，其包括横向位置调节装置和纵向位置调节装置，其被配置为以所述底座为支撑调节所述基体的横向和纵向位置；

水平度显示仪，其包括在所述基体的上表面设置的两个沿长度方向的中心线相互垂直的水平气泡仪，用于在水平调节过程中监测所述基体的水平度，每个所述水平气泡仪的横向或纵向中心线都不经过另一个水平气泡仪。

根据本发明的一种实施方式，所述两个水平气泡仪各自在所述基体的边缘设置。

根据本发明的一种实施方式，所述基体为正四面体，两个所述水平气泡仪分别设置在所述基体的相邻两边处。

根据本发明的一种实施方式，所述水平气泡仪的中心距离所述基体的中心距离为50±5mm。

根据本发明的一种实施方式，所述水平调节部分为水平调节螺旋杆，该水平调节螺旋杆为一组，该组水平调节螺旋杆分布于所述底座的周边，以分别在竖向螺旋调节所述底座的不同位置的高度；优选地，一组所述水平调节螺旋杆与所述水平气泡仪均呈交错分布，即任何一个水平气泡仪的中心与所述基体的中心的连线都不与任意一个水平调节螺旋杆至所述基体的中心的连线相交；优选地，所述水平调节螺旋杆的数量为三个，所述底座的外形呈正四边形，所述底座的其中相邻的两个角和该两角所在边的对边中心处，分别设置所述水平调节螺旋杆；优选地，所述水平调节螺旋杆的下端呈锥形；优选地，所述横向位置调节装置与纵向位置调节装置为顶紧机构或螺旋机构，其穿过所述底座并且轴向分别对应两个所述水平气泡仪所在的基体的边。

根据本发明的一种实施方式，所述划点组件为弹性可压缩组件，优选地，所述划点组件包括划点器和弹性元件，所述划点器的下端为所述划点端，所述弹性元件使得所述划点器没被压下时其划点端保持在所述基体的容纳腔内；优选地，所述弹性元件为弹簧，所述划点端为尖端；优选地，所述划点组件还包括助力器，所述助力器设于所述划点器的上端，所述助力器与所述划点器为一体件或单独的部件，所述助力器包括压下面，所述弹性元件设于所述划点器与助力器之间，且位于所述压下面下方。

根据本发明的一种实施方式，所述装置还包括靶球吸附部分，所述靶球吸附部分设于所述靶球支撑部下方，且位于所述划点组件上方；优选地，所述靶球吸附部分包括磁铁，该磁铁优选为环形永磁铁；优选地，所述靶球吸附部分还包括限位卡簧，其在竖向方向限制所述磁铁；优选地，所述容纳腔包括一组不同直径的容纳孔，所述靶球吸附部分与所述划点组件分别位于不同容纳孔处；优选地，所述靶球支撑部为所述容纳腔顶部周圈的弧面，该弧面与所述靶球的球面相匹配；进一步地，所述装置还包括靶球，所述靶球与所述靶球支撑部相配合安装。

本发明还提出一种利用所述激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置进行放样的方法，所述方法包括：

通过激光跟踪仪监测和判断支撑靶球的基体的位置度，通过水平调节部分进行基体的水平调节，直至放样装置的位置度和水平度达到精度要求；

通过划点组件在放样面上划点标记。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过参考激光跟踪仪测量的靶球中心的坐标位置，将所述放样装置置于待安装元件放样坐标的大概位置；

将基体的位置度调节至精度要求范围之内时，参考激光跟踪仪测量放置于靶球支撑部上的靶球中心的平面位置坐标数据，通过整体平移放样装置将所述放样装置的坐标位置移动至放样坐标；

通过水平度显示仪，判断放样装置的水平度是否达到水平要求范围之内，如果超出范围则继续调节放样装置的水平度，直至达到水平精度要求；

通过监测激光跟踪仪测量靶球中心的平面坐标数据，判断靶球基体的中心坐标位置是否达到放样点的精度要求范围之内，如果超出精度要求的范围则需继续调节基体的位置，直至达到精度要求，并监测调节放样装置的水平度，直至放样装置的位置度和水平度均满足精度要求。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

当调节基体的位置与水平度，直至放样装置的水平度和位置度均达到精度要求后，将激光跟踪仪测量靶球挪开，向下按压划点组件，通过划点组件的下端将放样坐标刻画于安装基础面，单点放样工作完成；

在调节放样装置的水平度与位置度前，所述方法还包括：

使用激光跟踪仪测量待安装装置四周的三维准直控制网点；借助于三维准直控制网点数据进行激光跟踪仪的定位，即将激光跟踪仪定位于全局坐标系；

依据待安装装置的安装总图，查询出放样元件的几何中心和放样装置的定位相对于全局坐标系的平面坐标值，使用测量软件建立放样元件的元件坐标系。

本发明提供的用于激光跟踪仪平面位置坐标高精度放样的装置及使用方法，通过设计的水平调节部分能够有效消除因为粒子加速器基础安装平面的不平整等因素引起的坐标放样误差，本发明装置内嵌的划点器能够以较高的精度快速放样出激光跟踪仪测量靶球中心在水平面的投影位置坐标，减小了使用传统方法放样带来的误差，本发明的使用将会提升使用激光跟踪仪在粒子加速器安装平面放样的精度和效率。

附图说明

图1是本发明一实施例激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的俯视结构示意图；

图2是本发明一实施例激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的轴向半剖示意图；

图3是本发明一实施例激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置放置有靶球的三维结构示意图；

图4是本发明一实施例激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置与激光跟踪仪放样示意图；

附图标号：1底座、2基体、3水平调节螺旋杆、4水平气泡、5横向位置调节装置、6纵向位置调节装置、7测量基准弧面、8环形永磁铁、9划点器、10助力器、11弹簧、12限位卡簧、13靶球、14激光跟踪仪。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1至图4，本发明首先提出一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，所述装置包括：

基,2，其设有靶球支撑部和容纳腔，所述靶球支撑部被配置为支撑所述靶球，所述容纳腔位于所述靶球支撑部的下方，且所述容纳腔的中心轴与所述支撑部的中心轴同轴；

底座1，其设于所述基体外围，其被配置为支撑所述基体，并与所述基体在竖向相对位置不变，在水平方向相对位置可变；

划点组件，该划点组件被配置为容纳于所述容纳腔内，所述划点组件的底部包括划点端，该划点端被配置为在放样位置处划点，所述划点端与所述容纳腔的中心轴同轴；

水平调节部分，其被配置为在竖向与所述底座相对位置可调，以调节所述基体的水平度；

位置调节机构，其包括横向位置调节装置5和纵向位置调节装置6，其被配置为以所述底座1为支撑调节所述基体2的横向和纵向位置；

水平度显示仪，其包括在所述基体的上表面设置的两个沿长度方向的中心线相互垂直的水平气泡仪4，用于在水平调节过程中监测所述基体的水平度，每个所述水平气泡仪4的横向或纵向中心线都不经过另一个水平气泡仪。

上述技术方案，设置通过调节底座或以底座为支撑对基体进行调节，可以尽量减少对基体的大幅度扰动，提高测量与放样的精度；水平度显示仪的设计使得水平度的显示尽量反应基体整个上表面的平面度，不会局限于单个方向或局部集中于某处，而是在两个不同方向、错开位置处同时监测，以更高精度的形式进行测量及指导进一步的调节。

根据本发明的一种实施方式，两个水平气泡仪4各自在所述基体2的边缘设置。

在水平调节时，水平气泡仪4在基体2的边缘处会比在中心处有更大的移动幅值，使得水平气泡仪4能够有更好的灵敏度，如果进行水平调节，本发明水平气泡仪4远离基体2中心处的设置能够捕捉到基体2整体更微小的变化值，这对精度要求极高的应用场合意义重大，因为微小的测量误差极有可能导致较大的不良后果，尤其用于在人体治疗中的医疗设备中。

根据本发明的一种实施方式，所述基体2为正四面体，两个水平气泡仪4分别设置在基体2的相邻两边处。

但水平气泡仪4远离基体2中心处的距离也不能太大，否则整体结构过大，太过庞杂，加工精度也不好保障，成本也高。

根据本发明的一种实施方式，水平气泡仪4的中心距离基体2的中心距离为50±5mm。

根据本发明的一种实施方式，水平调节部分为水平调节螺旋杆3，该水平调节螺旋杆3为一组，该组水平调节螺旋杆3分布于底座1的周边，以分别在竖向螺旋调节底座1的不同位置的高度。

优选地，一组水平调节螺旋杆3与水平气泡仪4均呈交错分布，即任何一个水平气泡仪4的中心与基体2的中心的连线都不与任意一个水平调节螺旋杆3至基体2的中心的连线相交。

以基体2的中心为圆心的圆周方向上，两个水平气泡仪4与几个水平调节螺旋杆3呈交错分布，即任何一个水平气泡仪4的中心与基体2的中心的连线都不与任意一个水平调节螺旋杆3至基体2的中心的连线相交，这使得调节与显示尽可能错开分布，更能精确确定基体2整体的调节精度，而不是局部的调节。

优选地，水平调节螺旋杆3的数量为三个，底座1的外形呈正四边形，底座1的其中相邻的两个角和该两角所在边的对边中心处，分别设置所述水平调节螺旋杆3。

优选地，水平调节螺旋杆3的下端呈锥形。

优选地，横向位置调节装置5与纵向位置调节装置6为顶紧机构或螺旋机构，其穿过底座1并且轴向分别对应两个所述水平气泡仪4所在的基体2的边。

优选地，横向位置调节装置5与纵向位置调节装置6为顶紧机构或螺旋机构，其穿过所述底座1并且轴向分别对应两个所述水平气泡仪4所在的基体的边。如此尽量使得位置调节装置与水平气泡仪4接近，不至于在位置调节时影响水平气泡仪4的显示。

根据本发明的一种实施方式，划点组件为弹性可压缩组件。

进一步地，所述划点组件包括划点器9和弹性元件，所述划点器9的下端为所述划点端。

根据本发明的一种实施方式，所述划点端为尖端。

根据本发明的一种实施方式，划点器的端部为0.05mm左右粗细的划针。

优选地，所述划点组件还包括助力器10，助力器可使得压下更方便省力，容易施力。助力器10设于划点器9的上端，可为带有较大面积的部件。助力器10与划点器9为一体件或单独的部件。助力器10包括压下面，用于施力。弹性元件设于划点器9与助力器10之间，且位于压下面下方。

如图1至4所示，划点器9为柱体，下端呈尖锥状，助力器10呈薄圆台状，圆台面积大于柱体的截面。

根据本发明的一种实施方式，所述装置还包括靶球吸附部分，用于吸附靶球，以免靶球滚落。靶球吸附部分设于靶球支撑部下方，且位于划点组件上方。

优选地，所述靶球吸附部分为磁力吸附部件，包括磁铁，该磁铁优选为环形永磁铁8。

优选地，靶球吸附部分还包括限位卡簧12，其在竖向方向限制环形永磁铁8。

优选地，容纳腔包括一组不同直径的容纳孔，靶球吸附部分与划点组件分别位于不同容纳孔处，端部都有台阶限位。

优选地，靶球支撑部为容纳腔顶部周圈的弧面即如图所示的测量基准弧面7，该弧面与靶球的球面相匹配。

优选地，激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置基体1的材质可为304不锈钢。

进一步地，所述放样装置还包括所述靶球13，所述靶球13与所述靶球支撑部相配合安装。

本发明实施方式还提出一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的使用方法，装置装配使用示意如图4所示，方法主要包括：

通过激光跟踪仪监测和判断支撑靶球的基体的位置度，通过水平调节部分进行基体的水平调节，直至放样装置的位置度和水平度达到精度要求；

通过划点组件在放样面上划点标记。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过参考激光跟踪仪测量的靶球中心的坐标位置，将所述放样装置置于待安装元件放样坐标的大概位置；

将基体的位置度调节至精度要求范围之内时，参考激光跟踪仪测量放置于靶球支撑部上的靶球中心的平面位置坐标数据，通过整体平移放样装置将所述放样装置的坐标位置移动至放样坐标；

通过水平度显示仪，判断放样装置的水平度是否达到水平要求范围之内，如果超出范围则继续调节放样装置的水平度，直至达到水平精度要求；

通过监测激光跟踪仪测量靶球中心的平面坐标数据，判断靶球基体的中心坐标位置是否达到放样点的精度要求范围之内，如果超出精度要求的范围则需继续调节基体的位置，直至达到精度要求，并监测调节放样装置的水平度，直至放样装置的位置度和水平度均满足精度要求。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

当调节基体的位置与水平度，直至放样装置的水平度和位置度均达到精度要求后，将激光跟踪仪测量靶球挪开，向下按压划点组件，通过划点组件的下端将放样坐标刻画于安装基础面，单点放样工作完成；

在调节放样装置的水平度与位置度前，所述方法还包括：

使用激光跟踪仪测量待安装装置四周的三维准直控制网点；借助于三维准直控制网点数据进行激光跟踪仪的定位，即将激光跟踪仪定位于全局坐标系；

依据待安装装置的安装总图，查询出放样元件的几何中心和放样装置的定位相对于全局坐标系的平面坐标值，使用测量软件建立放样元件的元件坐标系。

本发明提供的用于激光跟踪仪平面位置坐标高精度放样的装置及使用方法，通过设计的水平调节部分能够有效消除因为粒子加速器基础安装平面的不平整等因素引起的坐标放样误差，本发明装置内嵌的划点器能够以较高的精度快速放样出激光跟踪仪测量靶球中心在水平面的投影位置坐标，减小了使用传统方法放样带来的误差，本发明的使用将会提升使用激光跟踪仪在粒子加速器安装平面放样的精度和效率。

实施例1

本发明实施方式公开了一种用于激光跟踪仪平面坐标高精度放样的装置，如图1至图4所示。

本实施例激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置底座1和基体2的材质为304不锈钢，形状均为等边四边形结构，其中基体2的等边四边形的每个角均为倒角结构。

在激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置底座1的其中相邻的两个角和该两角所在边的对边中心处，共设置有3个可以手动调节的水平调节螺旋杆3，水平调节螺旋杆3的材质为304不锈钢，和底座1之间通过丝孔连接，上端部为圆形防滑旋钮结构，在水平调节过程中分别通过手动旋转三个水平调节螺旋杆3的防滑旋钮，以进行不同位置处水平调节螺旋杆3与底座1之间的相对竖直方向的移动，以对底座进行水平调节，而底座1又与基体2在竖直方向同步移动，最终达到了对基体2的水平调节。

水平调节螺旋杆3的下端部为锥形结构，可防止在调节过程中与地面之间的滑动。

在基体2的上表面设置有两个沿长度方向的中心线相互垂直的水平气泡仪4，气泡水平仪的原理是利用气泡在玻璃管内，气泡可经常保持在最高位置的特性，用于在水平调节过程中监测基体2的水平度，并能够引导三个水平调节螺旋杆3的水平调节。两个水平气泡仪4尽量各自在基体2的边缘设置，即远离基体2的中心处设置，且两个水平气泡仪4不相交，每个水平气泡仪4的横向或纵向中心线都不经过另一个。优选地，将两个水平气泡仪4分别设置在基体2的相邻两边处。

在水平调节时，水平气泡仪4在基体2的边缘处会比在中心处有更大的移动幅值，使得水平气泡仪4能够有更好的灵敏度，如果进行水平调节，本发明水平气泡仪4远离基体2中心处的设置能够捕捉到基体2整体更微小的变化值，这对精度要求极高的应用场合意义重大，因为微小的测量误差极有可能导致较大的不良后果，尤其用于在人体治疗中的医疗设备中。

但水平气泡仪4远离基体2中心处的距离也不能太大，否则整体结构过大，太过庞杂，加工精度也不好保障，成本也高，故本实施例中，水平气泡仪4的中心距离基体2的中心距离为50mm。

本实施例中，以基体2的中心为圆心的圆周方向上，两个水平气泡仪4与三个水平调节螺旋杆3呈交错分布，即任何一个水平气泡仪4的中心与基体2的中心的连线都不与任意一个水平调节螺旋杆3至基体2的中心的连线相交，这使得调节与显示尽可能错开分布，更能精确确定基体2整体的调节精度，而不是局部的调节。

在底座1的三个边设置有可以双向微调基体2的位置调节机构，其中横向位置调节装置5采用对顶的方式调节基体2的横向位置坐标，纵向位置调节装置6采用单个丝杆推拉的方式调节基体2的纵向位置坐标。

本实施例中横向位置调节装置5与纵向位置调节装置6的轴向分别对应两个水平气泡仪4所在的基体边，如此尽量使得位置调节装置与水平气泡仪4接近，不至于在位置调节时影响水平气泡仪4的显示。

在基体2上表面的中心设置有一个环形凸台，在环形凸台中心内侧凹陷设置有能与激光跟踪仪测量靶球精密配接的测量基准弧面7，测量基准弧面7用于在放样过程中基体2与激光跟踪仪测量靶球12的精密配接。

在基体2垂向的中轴线上设置有上大下小的3层台阶式的通孔，在最上层的通孔内设置有环形永磁铁8，环形永磁铁8用于磁吸激光跟踪仪测量靶球。在通孔内环形永磁铁8的上侧设置有卡槽，在卡槽内安装限位卡簧12，限位卡簧12用于限定环形永磁铁8的垂向位置。在环形永磁铁8下部的两层通孔内分别安装助力器10及划点器9。划点器9的下端部为0.05mm粗细的针状结构，加工材料为碳化钨硬质合金。划点器9的上端部设置有助力器10，划点器9用于通过激光跟踪仪确定放样坐标后的地面画点；助力器10用于在使用划点器在放样平面划点时的助力。在划点器9外周和助力器10下底面之间装有弹簧11，用于放样过程中划点器9和助力器10的压缩和回弹。

实施例2

该实施例提供一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的使用方法，采用实施例1提供的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，以重离子治疗装置同步加速器磁铁及支撑系统的关键点在同步加速器安装基础面的放样为例来描述激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的使用方法，该方法可包括以下步骤：

步骤S1：在重离子治疗装置同步加速器现场设置激光跟踪仪14。激光跟踪仪14自由设站，架设位置需要满足在同一测站能够测量约10m范围内的足够多的三维准直控制网点(一般要大于8个不同平面的控制网点)，还要保证在激光跟踪仪测头的俯仰角较小的情况下能够测量到地面的放样点。

步骤S2：使用激光跟踪仪14测量重离子治疗装置同步加速器四周约10m范围内的地面和墙面上的三维准直控制网点；采用SA(SpatialAnalyzer，空间分析)测量软件中的UMSN(Unified Spatial Metrology Network，空间网络统一分析)模块，借助于重离子治疗装置的三维控制网数据进行激光跟踪仪14的定位，即将激光跟踪仪14定位于重离子治疗装置的全局坐标系；

步骤S3：依据重离子治疗装置安装总图，查询出放样元件的几何中心和支撑系统安装定位孔相对于重离子治疗装置的全局坐标系的平面坐标值，使用SA测量软件建立放样元件的元件坐标系；

步骤S4：将激光跟踪仪测量靶球13放置于本发明的测量基准弧面7上，在SA测量软件中，使用激光跟踪仪14的实时动态监测功能监测放样元件在元件坐标系下的放样坐标；通过参考激光跟踪仪测量靶球13中心的坐标位置，将本放样装置移动至重离子治疗装置同步加速器安装地面元件放样坐标的大概位置(横坐标和纵坐标误差约1mm之内)。

步骤S5：参考本装置基体2上表面的两个水平调节气泡仪4，监测和判断基体2的水平度，通过参考水平气泡仪4的气泡位置，手动调节水平调节螺旋杆3进行底座1的水平调节。

步骤S6：将本装置基体2的水平调节至精度要求范围之内(0.5mm/m)，再次参考放置于本装置的测量基准弧面7上的激光跟踪仪测量靶球13中心的平面位置坐标数据，分别调节横向位置调节装置5和纵向位置调节装置6，将基体2的中心微调至至放样坐标。

步骤S7：再次监测本装置基体2上表面的两个水平调节气泡4，判断本装置基体2的水平调节是否达到水平要求范围之内，如果超出范围则需按照步骤S5继续调节底座1的水平度，直至达到水平精度要求(0.5mm/m)。

步骤S8：再次监测放置于本装置的测量基准弧面7上的激光跟踪仪测量靶球13中心的平面坐标数据，判断本装置基体2的中心坐标位置是否达到放样点的精度要求范围之内(0.1mm)，如果超出精度要求的范围则需按照步骤S6继续平移调节基体2的位置，直至达到精度要求。

步骤S9：重复步骤S7、S8，直至本装置的水平度和位置度均达到精度要求；将激光跟踪仪测量靶球13从测量基准弧面7挪开，使用拇指向下按压安装于本装置中间通孔内的划点器9上端设置的助力器10，通过划点器9的下端为针状结构将放样坐标刻画于安装基础地面。将拇指挪开助力器10后，划点器9便通过安装在划点器9和助力器10之间设置的弹簧11弹回原位，单点放样工作完成。

步骤S10：按照步骤S6～S9所述方法放样其它坐标。

本发明实施方式的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，可以通过设置在装置底座的一组水平调节螺旋杆，结合设置在装置基体表面的水平气泡仪，将放样装置调节至高精度水平位置，消除了使用现有技术中因为粒子加速器安装平面的不平整等因素而引起的位置坐标放样点误差。

本发明实施方式的激光跟踪仪地面位置坐标高精度放样装置在和激光跟踪仪靶球接触弧面中心点的垂直投影方向设置有按压式的划点器，划点器的端部为0.05mm左右粗细的划针，通过激光跟踪仪确定需要放样的位置坐标后，只需使用拇指按压安装在划点器顶部的助力器，就可以将激光跟踪仪靶球中心的位置坐标投影点以小于0.2mm的精度刻划在粒子加速器的安装基础地面或者预埋件，克服了使用传统方法(传统的使用激光跟踪仪进行地面位置坐标放样方法是借助于一个中间开孔的靶标座，将激光跟踪仪靶球中心的投影点通过靶标座中心的小孔刻画在加速器安装基础平面上。使用此方法进行放样存在一个问题：靶标座接触放样面，如果放样面不平整或者靶标座底部有杂物等因素将会导致靶标座产生一个倾斜误差，靶标座支撑着靶球，因为靶标座自身的厚度和激光跟踪仪的靶球半径高度，将会使得靶标座的倾斜误差在激光跟踪仪靶球中心产生一个成放大倍数的坐标误差，而且通过靶标座中心孔人为进行放样面坐标中心画点的过程也会因为划针和孔的对中、控制划针的角度等问题而带来误差。)划点引起的误差，提升了粒子加速器使用激光跟踪仪在地面放样点的精度和效率。

本发明实施方式的激光跟踪仪地面位置坐标高精度放样装置在划点器和助力器之间设置有弹簧装置和限位结构，只有在通过按压助力器划点的时候，划点器的划针才能压缩弹簧伸出基体底部，平时划点器则通过设置在基体中间的限位结构和弹簧将划点器卡设于激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置的基体内部，将划点器和放样装置设计为一个整体，即增加了放样装置和划点器之间的精密匹配性，还可以避免放样装置元器件的凌乱遗失。整套装置设计结构紧凑，使用方便快捷，可以广泛应用于使用激光跟踪仪针对粒子加速器的准直测量技术领域中，当然也不排除应用于其他场合。

总之，本发明实施方式提供的用于激光跟踪仪平面位置坐标高精度放样的装置及使用方法，通过设计的水平参考气泡和水平调节机构能够有效消除因为粒子加速器基础安装平面的不平整等因素引起的坐标放样误差，本发明装置内嵌的划点器能够以优于0.2mm的精度快速放样出激光跟踪仪测量靶球中心在水平面的投影位置坐标，减小了使用传统方法放样带来的误差，本发明的使用将会提升使用激光跟踪仪在粒子加速器安装平面放样的精度和效率。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述装置包括：

基体，其设有靶球支撑部和容纳腔，所述靶球支撑部被配置为支撑所述靶球，所述容纳腔位于所述靶球支撑部的下方，且所述容纳腔的中心轴与所述支撑部的中心轴同轴；

底座，其设于所述基体外围，其被配置为支撑所述基体，并与所述基体在竖向相对位置不变，在水平方向相对位置可变；

划点组件，该划点组件被配置为容纳于所述容纳腔内，所述划点组件的底部包括划点端，该划点端被配置为在放样位置处划点，所述划点端与所述容纳腔的中心轴同轴；

水平调节部分，其被配置为在竖向与所述底座相对位置可调，以调节所述基体的水平度；

位置调节机构，其包括横向位置调节装置和纵向位置调节装置，其被配置为以所述底座为支撑调节所述基体的横向和纵向位置；

水平度显示仪，其包括在所述基体的上表面设置的两个沿长度方向的中心线相互垂直的水平气泡仪，用于在水平调节过程中监测所述基体的水平度，每个所述水平气泡仪的横向或纵向中心线都不经过另一个水平气泡仪。

2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述两个水平气泡仪各自在所述基体的边缘设置。

3.根据权利要求2所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述基体为正四面体，两个所述水平气泡仪分别设置在所述基体的相邻两边处。

4.根据权利要求1至3任一项所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述水平气泡仪的中心距离所述基体的中心距离为50±5mm。

5.根据权利要求1至3任一项所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述水平调节部分为水平调节螺旋杆，该水平调节螺旋杆为一组，该组水平调节螺旋杆分布于所述底座的周边，以分别在竖向螺旋调节所述底座的不同位置的高度；优选地，一组所述水平调节螺旋杆与所述水平气泡仪均呈交错分布，即任何一个水平气泡仪的中心与所述基体的中心的连线都不与任意一个水平调节螺旋杆至所述基体的中心的连线相交；优选地，所述水平调节螺旋杆的数量为三个，所述底座的外形呈正四边形，所述底座的其中相邻的两个角和该两角所在边的对边中心处，分别设置所述水平调节螺旋杆；优选地，所述水平调节螺旋杆的下端呈锥形；优选地，所述横向位置调节装置与纵向位置调节装置为顶紧机构或螺旋机构，其穿过所述底座并且轴向分别对应两个所述水平气泡仪所在的基体的边。

6.根据权利要求1至3任一项所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述划点组件为弹性可压缩组件，优选地，所述划点组件包括划点器和弹性元件，所述划点器的下端为所述划点端，所述弹性元件使得所述划点器没被压下时其划点端保持在所述基体的容纳腔内；优选地，所述弹性元件为弹簧，所述划点端为尖端；优选地，所述划点组件还包括助力器，所述助力器设于所述划点器的上端，所述助力器与所述划点器为一体件或单独的部件，所述助力器包括压下面，所述弹性元件设于所述划点器与助力器之间，且位于所述压下面下方。

7.根据权利要求1或2或3或6所述的激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置，其特征在于，所述装置还包括靶球吸附部分，所述靶球吸附部分设于所述靶球支撑部下方，且位于所述划点组件上方；优选地，所述靶球吸附部分包括磁铁，该磁铁优选为环形永磁铁；优选地，所述靶球吸附部分还包括限位卡簧，其在竖向方向限制所述磁铁；优选地，所述容纳腔包括一组不同直径的容纳孔，所述靶球吸附部分与所述划点组件分别位于不同容纳孔处；优选地，所述靶球支撑部为所述容纳腔顶部周圈的弧面，该弧面与所述靶球的球面相匹配；进一步地，所述装置还包括靶球，所述靶球与所述靶球支撑部相配合安装。

8.一种利用权利要求1至7任一项所述激光跟踪仪平面坐标高精度放样装置进行放样的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过激光跟踪仪监测和判断支撑靶球的基体的位置度，通过水平调节部分进行基体的水平调节，直至放样装置的位置度和水平度达到精度要求；

通过划点组件在放样面上划点标记。

9.根据权利要求8所述的放样的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过参考激光跟踪仪测量的靶球中心的坐标位置，将所述放样装置置于待安装元件放样坐标的大概位置；

将基体的位置度调节至精度要求范围之内时，参考激光跟踪仪测量放置于靶球支撑部上的靶球中心的平面位置坐标数据，通过整体平移放样装置将所述放样装置的坐标位置移动至放样坐标；

通过水平度显示仪，判断放样装置的水平度是否达到水平要求范围之内，如果超出范围则继续调节放样装置的水平度，直至达到水平精度要求；

通过监测激光跟踪仪测量靶球中心的平面坐标数据，判断靶球基体的中心坐标位置是否达到放样点的精度要求范围之内，如果超出精度要求的范围则需继续调节基体的位置，直至达到精度要求，并监测调节放样装置的水平度，直至放样装置的位置度和水平度均满足精度要求。

10.根据权利要求8或9所述的放样的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当调节基体的位置与水平度，直至放样装置的水平度和位置度均达到精度要求后，将激光跟踪仪测量靶球挪开，向下按压划点组件，通过划点组件的下端将放样坐标刻画于安装基础面，单点放样工作完成；

在调节放样装置的水平度与位置度前，所述方法还包括：

使用激光跟踪仪测量待安装装置四周的三维准直控制网点；借助于三维准直控制网点数据进行激光跟踪仪的定位，即将激光跟踪仪定位于全局坐标系；

依据待安装装置的安装总图，查询出放样元件的几何中心和放样装置的定位相对于全局坐标系的平面坐标值，使用测量软件建立放样元件的元件坐标系。

Images