CN1537241A - 利用旋转头人工校平旋转激光器 - Google Patents

Abstract

一种独立激光发生器使用激光二极管和镜子以产生激光束，将其分成两部分，并且产生垂直的激光束。利用一个或者多个镜子接收光和将其分成两个光束。接着，一个内部马达使镜子转动并且其中一个光束成为旋转激光，所述旋转激光用于在水平或者垂直方向对目标物进行校准。其他光束可用于使旋转激光线发生器在不同的平面内定位和定向。

Description

利用旋转头人工校平旋转激光器

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119(e)的规定要求于2002年3月1日申请的、申请号为No.60/360,945的美国临时专利申请的优先权，申请号为No.60/360,945的美国临时专利申请的全部内容在这里作为参考。

背景技术

表面校准在从建筑到内部装饰的多个领域中是长期问题。校准对于墙壁而言，应该垂直于地板、平行于地板、与地板对齐或者与铅锤对齐。从事砖石砌筑的人都知道表面和粉笔线校直和校准的重要性。当诸如电器插口的小的细节在地板上方的同一水平处校准时，房间会更具有吸引力。利用画和其他墙壁装饰品进行内部装饰的住宅在装饰品校准时，特别是相对于垂直准线或者水平准线校准时，会具有更好的外观。使用许多机械和电子校准装置，并且可使用一些激光装置。这样一些产品是笨重的，另外一些使用效果不好。例如，有时不希望在已完工的内部区域中使用粉笔线。

目前激光装置的不足之处在于，不易提供水平和垂直校平。如果使用者期望从水平校准变为垂直校准，那么他们必须被重新定位和重新定向。使用者可能诸如在挂壁、吊顶或者设定电器插口高度时需要水平校平，以及诸如在门窗框架制作时需要垂直校平。通常，校平激光装置必须被重新定向和调平，从而在从水平方向改为垂直方向后，该装置将读出调平和调直的数据。因此，人们需要利用一种便利的、易于校正的激光装置对目标物进行校准，并且能够在水平面和垂直面内快速和精确使用。

发明内容

本发明的一个实施例是用于产生一种旋转激光的激光线发生器。激光线发生器包括具有至少一个安装部件的壳体。激光线发生器还包括激光光源、至少一个用于接收和传送激光的镜子以及用于使所述至少一个镜子旋转的马达，其中激光从光源通过镜子的中心被传送到所述至少一个镜子。激光线发生器还包括与所述马达相连的控制器以便控制马达的速度。

另一个实施例是一种旋转激光线发生器，所述旋转激光线发生器包括壳体和安装在所述壳体内的激光光源。激光线发生器还包括至少一个适于从光源接收光并且沿着第一传播方向和第二传播方向投射该光的镜子，所述激光线发生器还包括电源和与所述至少一个镜子相连的马达。在该实施例中，光在通过马达中心的一个路径中传播。激光光源、马达和至少一个镜子以枢转的方式安装在壳体内。

另一个实施例是一种用于投射激光的方法。所述方法包括提供旋转激光线发生器。该方法还包括通过用于使至少一个镜子旋转的马达的中心投射激光，并且使所述至少一个镜子转动以将第一激光束投射到第一表面上以及将与所述第一激光束垂直的第二激光束投射到与所述第一表面垂直的第二表面上。

所述激光发生器产生可在垂直平面或者水平面中旋转360度的激光束，以在该表面中校准目标物。

附图说明

图1是旋转激光线发生器在用于产生水平激光束的位置处的等距视图。

图2是图1所示实施例的另一种可选择的位置布置，其中示出了用于产生垂直激光束的位置。

图3是在图1中所示实施例所用的部件的分解图。

图4是在图1中所示实施例的旋转部分的局部横截面。

图5是一种旋转激光线发生器的旋转部分的另一种可选择的横截面图。

图6是图1中所示实施例的侧视图。

图7是图6中所示实施例的另一种可选择的视图。

图8是激光线发生器的另一种可选择的实施例。

图9是激光线发生器的另一种可选择的实施例。

图10示出了用于所述旋转激光线发生器的控制装置的一个实施例。

具体实施方式

参照附图和下面的描述可以更好地理解本发明。图1是旋转激光线发生器10的第一实施例的等距视图。该旋转激光线发生器包括壳体12和安装壳体的基座14。该发生器还包括盖16，所述盖16具有至少一个水准指示器13，诸如气泡水准器。顶盖16是透镜组件17，所述透镜组件17包括透镜盖18和透镜19a，激光可从透镜19a发出。该旋转激光线发生器10可被安装在其底部部件上并且用在所示位置，其中透镜和透镜盖18在水平面中产生360度的光线。该激光光源和透镜以点的形式投射激光束。通过使透镜沿着箭头所示方向较快地旋转，该点被投射在围绕使用旋转激光线的房间或者其他区域的360度圆中。这样，使用者明显地看出，发生器正在投射一个整圆，这取决于透镜旋转的速度。

在水平面中的旋转光束能够让旋转激光线发生器的使用者在一个房间中垂直地校准目标物，诸如对吊顶的底部、电器插口、窗口、隔板等进行校准。激光线发生器可装有旋转或枢转机构和旋转或枢转旋钮15。这能够让使用者将激光线发生器的工作部分枢转90度，从而也使光束枢转90度。激光线发生器接着将在与上述水平面成90度角的垂直面中产生光束。旋转的垂直光束将让使用者水平地校准目标物，诸如窗边缘或者门框。使旋转透镜枢转能够使旋转激光线发生器重新定向和重新校平所需的设定时间达到最小。

图2是图1所示实施例的等距视图，其中透镜组件17已经旋转或者枢转到右侧以在垂直面中产生激光。图2中示出了第二气泡水准器13和在透镜盖18中的第二透镜19b以及透镜组件17。其他所有的附图标记与图1中所示的相同，包括壳体12、底座14和旋转或者枢转旋钮15，旋转或者枢转旋钮15现转到右侧以使进行另一种可选择的激光定向。当透镜盖和透镜沿着箭头所示方向旋转时，光在垂直面中从透镜19a中发出。还应该注意的是，利用第二透镜19b(图1中未示出)可使光沿着垂直于从透镜19a发出的光的方向发出。这样，使用者可通过利用来自于第二透镜19b的激光在附近的墙壁上选择一定高度或者一个点使激光线发生器被重新设定或者定向。通过相对于顶棚或者其他上表面使激光线发生器设定位置或者定向，可在图1中所示的取向中使用第二透镜。气泡水准器包括图2中所示的两个，还可包括垂直于这两个气泡水准器的第三气泡水准器。图3中示出了具有三个气泡水准器的一个实施例，可使用一个或者多个圆形气泡水准器，来代替所示线性气泡水准器。

图3是旋转激光线发生器的一个实施例的分解图，但为了清楚起见，其中没有示出所有的部件，仅示出了旋转激光线发生器的一些部件。下底座14可包括用于三脚架的安装配件11，从而能够将该发生器快速且容易地安装在工位或者房间内。配件11最好以与下底座14的底表面平齐的方式被安装，从而可使该发生器被安装在平表面上，诸如台子或者桌子。应该注意的是，可利用在其底部上的配件安装该发生器，但是利用其枢转能力能够产生垂直光束或者水平光束。下底座14安装在上底座59上以便以可调节的方式安装由左内壳体55和右内壳体57构成的内壳体框架。可利用一个或者多个咬合安装部件64使上底座59咬合安装在下底座14中。

发生器的枢转部分包括在安装右内壳体57和左内壳体55的轴65上的枢转旋钮15，其中右内壳体57和左内壳体55形成了一个枢转框架。还具有在枢转框架和壳体51之间提供扭转载荷的弹簧67，利用三叶形舌片49和位于右外壳51内的分别在顶边和右边处与所述三叶形舌片49匹配的凹口将枢转框架和壳体51锁定在一起。当使用者想将光取向从水平变为垂直时，使用者按下旋钮，下压弹簧并且使三叶形舌片49脱离固定凹口。接着使用者使旋钮右转以将激光取向变为垂直方向，如图2中所示。当需要时，使用者可使旋钮左转以将激光取向变回到水平方向。

底盘71安装在框架的内壳体部分55、57内。底盘71最好是压铸件，但也可利用其他常规方法制成。底盘或者铸件最好限定用于固定安装三个相互垂直的气泡水准器13、用于使激光透镜旋转的马达22(图4)以及用于控制旋转激光线发生器的印刷电路板的安装部件。电池设有电池触点69(图3中仅示出了一个)以将电池电力传输给印刷电路板。发生器最好能够通过电池门70方便地安装或者更换电池。

发生器还包括控制装置77，控制装置77最好包括接通/断开开关和用于使透镜旋转所用的马达的转速加快和减慢的开关。所述透镜被安装在头铸件25上并且受到头盖18和透镜夹具79的保护。透镜夹具79最好由一种相对于由透镜传送的激光为透明的材料制成。透镜夹具79可被咬合安装在头盖18中以夹持透镜19a和19b并且当激光发生器旋转时防止它们掉出。头盖18也咬合安装在顶盖75中以便于安装和拆卸。头铸件25最好是压铸件，但也可由其他适合常规方法制造，诸如机加工。头盖被安装在马达22顶部并且其自身安装镜子21a和21b。

旋转激光线发生器还具有顶盖75，顶盖75具有用于气泡水准器的区域。透镜在垂直或者水平方向上被正确的安装对于激光发生器的机能是重要的。因此，旋转激光线发生器最好在发生器的两个相互垂直轴上装有人工校平轮61、63。校平轮让使用者利用气泡水准器对发生器的取向进行微调。如从下面看到的，发生器最好还能够产生垂直于旋转光束的光束。当旋转光束呈水平取向时，该光束将从激光发生器的顶部发出并且在顶棚或者顶表面上是可见的。该辅助或者第二光束可用于设定发生器的位置并且可与气泡水准器结合使用以使发生器定向。

图4示出了旋转激光线发生器的工作部分的一个实施例。激光由激光二极管或者其他由电池供电的激光光源产生。一种优选的激光二极管是，输出功率小于5mW并且耗费很少电力的635纳米的类型为IIIa的激光二极管。该二极管产生可由透镜27聚焦并且由棱镜28反射的相干激光，棱镜28的后壁上最好具有至少一个镜面。该光如图4中所示的形式被反射传输直至其达到镜子21b。在该实施例中，激光通过在马达22中心的一个路径，所述马达22包括定子部分23和旋转的空心轴24。头铸件25仅被部分示出以可看到更多的关于安装部件的细节。头铸件25安装镜子21a和21b并且利用任何适合的方法将其安装在轴24上，诸如钎焊或者焊接。也可使用紧固件以便于拆卸和维护，只要采用能够确保该轴和铸件对准的步骤即可，因此旋转激光将维持水平取向。

镜子21a的位置适于接受从镜子21b反射的光并且使经过反射的光穿过透镜19a。在一个实施例中，镜子21a和21b是由浮法玻璃制成的并且厚度为1.5毫米(0.038英寸)。在一些实施例中，镜子21a和21b的相对表面是平行的并且平行度最好保持在10弧度秒内。镜子21a的取向最好与垂直方向成45度角，如箭头A所示，镜子21b的取向最好与水平方向成45度角，如箭头B所示。在一个特别优选的实施例中，镜子21a和21b与水平方向成45°±0.05°的角度。具有这些特征的旋转激光线发生器在与激光检测器结合使用时，可以高达200英尺(直径200英尺)的距离用于室内并且可以高达800英尺的距离用于室外。该实施例在100英尺处的精度为6.5毫米(0.25英寸)。镜子21a实际上反射入射到其上的所有光线，而镜子21b仅是部分反射的，能够使反射入射到其上的大约25％的光线传输通过该镜子，而其余的75％被反射到镜子21a。

图5中示出了旋转激光线发生器20。激光二极管26产生通过马达轴24传输的激光。马达22安装头铸件25，并非直接安装而是通过适配器27安装，所述适配器27可为任何适宜形状或材料的。在该实施例中，激光路径还通过轴24和马达22的中心。

图6示出了激光线发生器的一个实施例和镜子21a和21b使用的一种方法。镜子21a和21b被安装于顶盖75所保护的头铸件25上。应该注意的是，为了清楚起见，在该图中已移除了透镜盖18。如由直光路31和传输光路33所指示的，激光从图的底部进入并通过镜子21b被传输。在一个实施例中，镜子21b以这种方式直接通过约25％的入射光。大部分光线，约75％沿着路径32并从镜子21b处反射以及从镜子21a处再反射，沿路径32离开，并垂直于直光路31。当头铸件和镜子旋转时，沿路径32离开的激光束将行进360°水平路径以便于垂直地校准目标，并且沿着路径33的激光在用于布置激光发生器的顶棚上将是可视的。图7是旋转镜子、头铸件25和顶盖16暴露的正面透视图。镜子21a由头铸件25的零件固定，顶部镜子21b也是一样。如图6中所示的，顶盖已被移除，以便于可看到镜子和头铸件的零件。

图8以局部横截面的方式示出了旋转激光线发生器80的替换实施例的正视图，其中将激光光源26布置得与马达82以及定子83平行。来自于激光光源26的激光指向通过马达轴84和头铸件85的中心的一个路径。轴84和头铸件85可被永久地装配或者可为允许拆卸的方式。永久方式可包括将头铸件85钎焊或焊接于轴上。其他方式可包括销连接或在轴和铸件之间使用干涉配合。可容易移除的装配的装置也是适用的，诸如轴和铸件之间的紧固件或键槽。

图9示出了旋转激光线发生器90的局部正视图。底盘71安装激光光源26、印刷电路板41和无刷直流马达92。该底盘可直接安装定子93，而马达轴94可被支撑于轴承上以便于旋转。轴94安装头铸件97以便于镜子95a和95b的旋转，所述镜子95a和95b被安装于头铸件97上，并用于透镜盖99的旋转，所述透镜盖99安装输出透镜98a和98b。来自于激光光源26的激光穿过轴94的中心并撞击在镜子95a上。在该实施例中，约25％的光线通过镜子95a和透镜盖99中的透镜98a被传输。光线的其余部分从镜子95a被反射到镜子95b，然后通过透镜98b被反射。离开透镜98b的光线垂直于离开透镜98a的光线。在一个实施例中，如图中所示的，透镜98a被定位在与水平成22.5度角的位置，而透镜98b被竖直定位，与水平成90°角。透镜98b的定位不像透镜98a和镜子的定位那么重要。透镜98a和98b的表面最好保持平坦并相互平行。各个透镜的表面的平行度最好保持在10弧度秒内。

当轴94旋转时，头铸件97、镜子95a和95b以及顶盖99也旋转。在所示的定位中，通过输出透镜98a传输的光线可作为圆点撞击在顶棚或上表面上。通过输出透镜98b传输的光线将作为水平旋转射束出现在房间的墙壁上或其他表面上或其所使用于其中的外壳上。使用如上所述的枢转结构，如图9中所示的整个的旋转激光线发生器90可被枢转90°。然后通过透镜98a传输的光线将作为圆点出现在房间中的墙壁上，而通过透镜98b传输的光线将作为竖直旋转射束出现，并且当头铸件和透镜旋转时该激光将撞击在顶棚、墙壁和地板上。在一个实施例中，透镜98a和98b大约2mm厚(约0.078英寸)并且直径约为11mm(直径为约0.43英寸)。

图10示出了旋转激光线发生器的控制线路的一个实施例。控制线路可包括一个或多个电池40，诸如与安装于电路板41上的电源42相连接的C电池。电路板最好是小的，并且可为传统的FR4或其他玻璃纤维材料的，或者可被印刷于挠性印刷或其他适宜媒介上。控制电路最好包括控制器44，所述控制器44通过轨迹47从马达轴24接收编码器信号或马达速度的其他指示。对于控制器44的输入最好包括开/关电路49和加速/减速信号48的轨迹。加速/减速和开/关的开关或其他控制可为图3中所示的三旋钮。电源可包括由控制器调节并向马达连接端子46输送可变直流输出电压以便于控制马达速度的电位计。马达22最好包括位于轴24上的编码器或用于指示轴速度的其他装置。虽然编码器可为用于指示轴速度的优选装置，但是也可使用其他方法，诸如安装于马达轴附近的电磁式拾波器或霍尔效应传感器。在一个实施例中，控制器控制从0rpm到约600rpm的轴旋转速度。

虽然已结合优选实施例示出并描述了本发明，但是应该理解的是，对于本发明的基本特征可作出除以上所述之外的某些改变和修正。例如，虽然优选实施例可通过使得透镜旋转的马达辐射激光而保存空间，但是其他实施例也可通过其他路径发送光线。

在激光产生装置的其他实施例中，可在斜线或斜面中校准，而不是水平或竖直校准。虽然当安装于三脚架上时激光线发生器可更便于使用，但是也可将其安装于桌子、地板或其他平坦表面上，并用于投射旋转的激光线。在不背离以上所述的原理的情况下还可使用本发明的许多其他变更。因此，本申请人的意图是保护本发明有效范围内的所有变更和修正。因此本发明被所附的权利要求所限定，所述权利要求包括所有的等价物。

Claims (30)

1.一种旋转激光线发生器，包括：

具有至少一个安装部件的壳体；

激光光源、至少一个用于接收和传送激光的镜子、以及用于使所述至少一个镜子旋转的马达，其中激光从光源通过镜子的中心被传送到所述至少一个镜子；以及

与所述马达相连的控制器，以控制马达的速度。

2.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括枢轴，使用者使激光线发生器的一部分枢转以改变激光的方向。

3.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述马达的取向平行于激光的转动轴线。

4.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括用于沿着垂直于激光转动轴线的方向传输一部分光的透镜。

5.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述电源是安装在壳体内并且以可切换的方式与激光光源相连的电池。

6.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括至少一个气泡水准器和用于调节旋转激光线发生器的人工装置。

7.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括三个相互之间呈直角取向的气泡水准器和用于调节气泡水准器的人工装置。

8.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括用于安装至少一个透镜的第二安装部件，所述第二安装部件安装在马达上。

9.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括用于控制马达速度的控制器。

10.如权利要求9所述的发生器，其特征在于，还包括安装在第一安装部件上的电路板，所述电路板安装电源和马达的控制器。

11.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，还包括用于马达的编码器。

12.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，马达的中心包括轴，并且激光通过轴的中心被传输。

13.一种旋转激光线发生器，包括：

具有至少一个安装部件和枢轴的壳体；

安装在壳体内的底盘上的激光光源；

安装在所述底盘上的马达；

以可旋转的方式安装在马达上的头铸件；以及

安装在头铸件上并且适于从激光光源接收光以及从所述光源投射光的至少一个镜子，其中激光光源通过镜子中的一个路径将光投射到至少一个镜子上，并且马达使头铸件和至少一个镜子转动。

14.如权利要求13所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括至少一个气泡水准器和用于调节所述至少一个气泡水准器的人工装置。

15.如权利要求13所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括以可切换的方式与马达和激光光源相连的至少一个电池。

16.如权利要求13所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括用于控制马达速度的控制器和编码器。

17.一种旋转激光线发生器，包括：

壳体；

安装在所述壳体内的激光光源；

至少一个适于从光源接收光并且沿着第一传播方向和第二传播方向投射该光的镜子；以及

电源和与所述至少一个镜子相连的马达，其中光在通过马达中心的一个路径中传播，激光光源、马达和至少一个镜子以枢转的方式安装在壳体内。

18.如权利要求17所述的旋转激光线发生器，其特征在于，所述第一和第二传播方向是垂直的。

19.如权利要求17所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括以可控制的方式与电源和马达相连并且用于控制马达速度的控制器。

20.一种用于投射激光的方法，所述方法包括：

提供旋转激光线发生器；

通过用于使至少一个镜子旋转的马达的中心投射激光；以及

使所述至少一个镜子转动以将第一激光束投射到第一表面上以及将与所述第一激光束垂直的第二激光束投射到与所述第一表面垂直的第二表面上。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括使至少一个镜子枢转90度。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括利用至少一个用于调节至少一个水准指示器的人工装置校平所述激光线发生器。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括控制马达的速度。

24.一种旋转激光线发生器，包括：

壳体；

安装在所述壳体内的激光光源和电源；

至少一个用于接收和传输激光的镜子；以及

用于使至少一个镜子旋转的马达，其中所述激光光源投射激光，镜子将光分成两部分，并且所述马达使至少一个镜子转动以投射一种旋转的激光。

25.如权利要求24所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括用于控制马达速度的控制器。

26.如权利要求24所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括用于使至少一个镜子、马达和激光光源旋转90度的枢转机构。

27.如权利要求24所述的旋转激光线发生器，其特征在于，还包括至少一个水准指示器和至少一个用于以人工的方式调节旋转激光线发生器的水平的装置。

28.如权利要求24所述的旋转激光线发生器，其特征在于，第一镜子与激光光源成45度角，第二镜子与经过反射的激光光源成45度角。

29.一种投射激光的方法，所述方法包括：

人工地校准激光发生器；

沿着水平取向投射和旋转激光；

使激光发生器的一部分枢转；以及

沿着水平取向投射和旋转激光。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括在实施使激光发生器枢转的步骤后人工地校准激光发生器。

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