CN1808064A - 激光水平仪 - Google Patents

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约翰·K·霍基
约翰·麦吉本
丹尼尔·N·洛帕诺
杰弗里·S·霍华德
迈克尔·A·纳尔逊
约翰·C·韦尼格
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Abstract

本发明公开了一种激光水平仪，其包括外壳、可转动地安装到所述外壳的摆体、和设置在所述摆体上的激光二极管组件。采用万向节组件将所述摆体可转动地安装到外壳。万向节组件包括连接到外壳的框、设置在所述框上的第一对轴承、通过该第一对轴承延伸的轴、设置在所述轴上并可转动地支撑摆体的主体、和设置在所述主体与摆体之间的第二对轴承，所述第一对轴承设置在第二对轴承的一侧。

Description

激光水平仪
技术领域
本发明概括而言涉及一种激光水平仪，更具体而言，涉及一种在表面上产生激光线的激光水平仪。
背景技术
全部引用在此处作为参考的美国专利第5,539,990号公开了一种光学水平、铅直和角度校准装置，包括框、一般悬垂地安装在该框上并重力地限定垂直的铅直线的铅垂体、至少一电连接到电源并安装在铅垂体上用于发射激光的发光体、和至少一在发光体前面的安装在铅垂体上的圆柱表面透镜，用于在激光从发光体发射时通过该透镜平面地分开激光，以形成横截于圆柱表面透镜的透镜轴的激光平面，因此激光平面将投影地相交目标壁，以形成直线的光学图像，用作校平或铅直用途的参考线。这种激光水平仪难于安装在壁等上面。
本发明的目的是提供一种便宜且在多种应用中对大众有用的激光水平仪。
发明内容
根据本发明，提供了改进的激光水平仪。该激光水平仪包括外壳、可转动地安装到外壳的摆体和设置在摆体上的激光二极管组件。采用万向结(gimbal)组件用于将摆体可转动地安装到外壳。该万向结组件包括连接到外壳的框、设置在框上的第一对轴承、穿过第一对轴承而延伸的轴、设置在轴上并可转动地支撑摆体的主体、和设置在主体与摆体之间的第二对轴承。第一对轴承设置在第二对轴承的一侧。
描述了本发明的其他特点和优点，并且这些特点和优点将从附图和下面的详细描述中变得明显。
附图说明
附图示出了根据实际应用本发明原理的本发明的优选实施例，在附图中：
图1是根据本发明的激光水平仪的透视图；
图2是根据本发明的激光水平仪的局部截面图；
图3示出了根据本发明的万向结组件，其中图3A-3B分别是万向结组件的第一和第二实施例的顶视图；
图4示出了根据本发明的激光组件，其中图4A-4B分别是激光组件的局部截面图和局部透视图；
图5示出了根据本发明的外壳的样子，其中图5A是侧视图，且图5B是沿图5A的线B-B所取的局部截面图；
图6是沿图5A的线VI-VI所取的局部截面图；
图7示出了根据本发明的壁安装组件，其中图7A是侧视图，且图7B是沿图7A的线C-C所取的局部截面图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明，其中相同的参考标号表示相同部件。参照图1-2，激光水平仪10可以具有外壳11、悬挂在外壳11内的摆体组件20、和设置在摆体组件20上的两个线产生激光组件40。每个激光组件40优选产生激光平面使得在接触例如壁的表面时，在该表面上产生激光线。
优选地，对准激光组件40之一使其产生水平的平面光束HP，所以水平线HL出现在表面上。类似地，可以对准另一激光组件40以产生垂直平面光束VP，所以垂直线VL出现在表面上。水平平面光束HP和/或垂直平面光束VP优选通过安装到外壳11的窗15而离开外壳11。
本领域的技术人员将认识到，因为激光组件40安装在摆体组件20上，激光水平仪10将自水平(self-level)，产生真正的水平和/或垂直线。本领域的技术人员应该参照美国专利第5,539,990号以获得进一步信息，其全部内容引用在此处作为参考。
激光组件40可以由安装在外壳11中的至少一个电池12供给电源。本领域的技术人员将认识到，电池12可选择地安装在摆体组件20上。
开关13可以通过引线14连接到电池12和激光组件40。开关13可以被用于控制是否是一个或两个激光组件40被开启，因此将水平和/或垂直线投影到表面上。
摆体组件20可以包括摆体主体21，其支撑激光组件40。摆体主体21优选由非铁材料例如铸铝制成。
参照图2-3，摆体组件20可以通过万向结组件30可转动地安装到外壳11。万向结组件30的第一实施例在图3A中示出。此组件30可以包括安装到外壳11的框31。至少一个且优选两个的轴承32可转动地设置的框31上。轴34可以被轴承32支撑。万向结体35可以设置在轴34上并与其一起转动。
万向结体35可以具有向外延伸的销37。摆体主体21通过至少一个且优选两个轴承36可以转动地连接到销37。本领域的技术人员应该认识到，轴承32可以设置在轴34上，但是轴承36也可以设置在销37上。本领域的技术人员应该认识到，销37可以被一体的销或轴承取代。
优选地，销37与轴34共轴且基本垂直。销37的轴和轴34优选在摆体主体21的重心CG上方的点交叉。
本领域的技术人员还应该认识到，使框31、轴承32和轴34在摆体后面会沿垂直轴产生较短的万向结组件30。这又允许摆体设置得更靠近窗15。
较短的万向结组件30也可以允许垂直激光组件40射出在轴37后面延伸的垂直平面激光束VP(和因此的垂直线VL)，如图2所示。类似地，较短的万向结组件30可以允许垂直激光组件40射出在摆体主体21的重心CG后面延伸的垂直平面光束VP(和因此的垂直线VL)。此设置增加了在使用者头顶上方的天花板上的垂直线VL的可见度。
万向结体35可以具有狭槽35S以允许垂直平面光束VP通过万向结体35和/或通过销37的轴出射。
本领域的技术人员将认识到，万向结组件30优选具有一对不设置在其他对轴承(例如轴承36)之间的轴承(例如轴承32)。换句话说，一对轴承(例如轴承32)可以设置在由其他轴承对(例如轴承36)所限定的旋转轴的一侧)。因此，重心CG仍然在一对轴承(例如轴承36)之间，而不在两对之间。
万向结组件30的可选实施例可以在图3B中看出，其中相同标号指示相同的部件。如图3B所示，万向结体35不再基本位于轴承36之间。而是，万向结体35优选侧向延伸并支撑轴承36。因此摆体主体21可以具有由轴承36可转动地支撑的轴38。本领域的技术人员将认识到，如在先前实施例中一样，轴34、38的轴基本垂直，且至少一对轴承不设置在其他轴承对之间。本领域的技术人员将认识到，重心CG可以与轴38的旋转轴共面，且重心CG可以不需要直接位于轴34、38的轴的交点下面。
参照图2，摆体主体21可以用螺纹(threadingly)接收至少一个定位螺丝23以保证摆体组件20的适当平衡。在组装时，定位螺丝23将被旋转以提供适当平衡，然后用例如Loc-Tite等的固定化合物(locking compound)固定在适当的位置。定位螺丝23可以支撑一个或多个用螺纹设置在其上的螺母23N，以进一步保证摆体组件20的适当平衡。
摆体主体21还可以具有底板22。底板22可以由铜制成。橡胶片或O形环22O可以设置在底板22上或者设置在摆体主体21上(例如橡胶片或O形环24O)以消除任何振动，且因此限制摆体组件20发出卡嗒声。底板22可以与设置在外壳11中的磁体15磁相互作用，以磁阻尼摆体组件20，这在本领域是公知的。
摆体主体21可以具有用于夹持每个激光组件40的激光筒25。如图2所示，激光筒25(且因此激光组件40)优选并行设置，而不是一个设置在另一个上。此设置减小了摆体主体21和/或激光水平仪10的高度。
本领域的技术人员还将认识到，激光筒25的轴优选既不平行也不共面。支撑垂直激光组件40的激光筒25优选相对于支撑水平激光组件40的激光筒25倾斜。具体地，支撑垂直激光组件40的激光筒25优选从水平线向上倾斜约40度角。
参照图4，激光组件40可以如下组装。首先，将激光二极管41插入进激光筒25的一侧。激光二极管41可以通过压配合、胶、固定化合物(例如Loc-Tite)、帽、或定位螺丝等固定到激光筒25。
支撑校准透镜42L的校准透镜支架42插入到激光筒25的另一侧。校准透镜支架42可以由铝制成。校准透镜支架42可以通过胶、固定化合物(例如Loc-Tite)、帽、或定位螺丝等固定到激光筒25。
优选将线或圆柱透镜43插入到透镜支架44中。然后透镜支架44通过销46安装到筒连接体45。然后筒连接体45设置在激光筒25上。透镜支架44和/或筒连接体45可以由黄铜制成。
透镜支架44优选围绕销46旋转以消除线凸起。然后将透镜支架44胶合在筒连接体45的适当位置。然后将筒连接体45围绕其长轴旋转到适当取向。然后将筒连接体45胶合到激光筒25的适当位置。本领域的技术人员将认识到，例如Loc-Tite的固定化合物可以被用于固定透镜支架44和/或筒连接体45的位置。
本领域的技术人员将认识到，此设置允许用最小数目的元件沿两轴调整。此设置还可以保证透镜支架44和/或筒连接体45在组件内保持固定的空隙间距以提供最佳和稳定的胶合连接性能。此外，此设置不需要任何调节螺丝或弹簧。
如上所述，可以将窗15安装到外壳11以允许激光束从外壳11射出。参照图1和5，窗15优选由玻璃制成。优选如此将此窗15安装到外壳11，以防止破坏而且避免与粘合安装相关的质量问题。
窗15可以通过用设置在外壳11上的顺应性弹性材料层16包覆成型两元件而安装到外壳11。此材料可以是热塑性聚氨脂(urethane)，例如Versollan。外壳11优选由例如Xenoy的塑料制成。如图5B所示，层16支撑在其前侧和背侧的窗15。此安装设置优选导致无肮脏粘结剂的完全密封。此密封还可以防水或耐水。此外，由于悬置玻璃的弹性材料，该安装设置具有自然的柔性性能，如果激光水平仪10被掉落或撞击，这可以保护窗15。
优选以相对于水平线的一角度设置窗15。参照图5A，窗15以相对水平线的角度W设置。优选地，角度W为约55度。本领域的技术人员将认识到角度W优选大于角度A。
本领域的技术人员将认识到优选用与层16相同的弹性材料基本覆盖外壳11。此层16可以提供其他部件，例如设置在外壳11底部的脚11F。由于此材料的质量，脚11F可以除了稳定支撑外壳11之外还额外提供防滑功能。
本领域的技术人员还应该认识到，外壳11和/或层16可以在其上具有标记11I以向用户显示垂直线VL和/或水平线HL相对外壳11的典型位置。
参照图2，优选向激光水平仪10提供摆体探测机构50以探测何时外壳11倾斜超过自水平范围，即摆体主体21不能移动到基本垂直位置以产生真正水平和/或垂直线。
探测机构50可以包括至少三(且优选四)对红外(IR)发射体51T和接收体51R的对51。优选地，对51从摆体主体21彼此等间距地设置。
本领域的技术人员将认识到，发射体51T优选设置在接收体51R上方，或相反。发射体51T与接收体51R之间存在间距，允许板22在其间延伸并截断IR光束。当该束被截断时，监控对51的电路启动超范围信号。当此信号被启动时，微处理器间歇地开启和关闭激光组件40以表明此情况。
本领域的技术人员还将认识到，发射体/接收体对51可以设置在这样的位置，即在摆体主体21接触外壳11或其任何其他元件之前，板22在一对之间延伸(因此触发超范围信号)。此设置提供对超出自水平范围情况的更精确的探测。
橡胶减震器52可以设置在发射体/接收体对51附近以限制板22(且因此摆体主体21)的移动范围。
参照图1和5-6，激光水平仪10可以具有可转动地安装到外壳11的可转动安装组件60。安装组件60可以包括相对靠近外壳11设置的基本垂直体61，和从体61延伸并可转动地啮合外壳11的基本水平凸缘62。
优选凸缘62设置在外壳11上方。本领域的技术人员将认识到，如果凸缘62设置在外壳11上，且体61的最低部分设置在包含外壳11的最低部分的平面11P上方(其间产生间隙G)，用户将能够在不移除安装组件60的情形下在水平表面上设置激光水平仪10。
本领域的技术人员将认识到，相对靠近外壳11设置体61使激光水平仪10的尺寸最小化。此外，如果激光水平仪10被掉落，此设置能防止对体61的破坏，因为体61没有许多弯曲的余地。
体61可以在其上具有至少一个磁体63且优选两个磁体63。此磁体63允许用户安装激光水平仪10到金属表面或导轨。如果采用多个磁体63，优选磁体63的极性不对准。如图5A所示，可以设置上磁体63使得其北极和南极分别指向体61的背部和前部，同时可以设置下磁体63使得其北极和南极分别指向体61的前部和背部。否则，磁场将影响摆体主体21的水平位置。磁体63可以在体61中插入成型。
优选在磁体63之间的体61中设置金属板64，以传导或分流其间的磁场，因此使对摆体主体21的磁干扰最小化。板64可以在体61中插入成型。
优选在体61背部设置脚61R以将体61(更具体地是磁体63)与金属表面分离。此间隙将允许用户容易地沿金属表面移动激光水平仪10。
此脚61F可以由橡胶制成。此材料将增加金属表面与激光水平仪10之间的摩擦。
优选地，将安装组件60永久地安装到外壳11。永久地将安装组件60固定到外壳11保证了用户在拆开安装组件60后不会将其丢失。
安装组件60可以通过用螺纹啮合外壳11的螺丝67安装到外壳11。螺丝67可以由钢制成。作为选择，螺丝67可以用螺纹啮合到设置在外壳11上的插入件17。插入件17可以由黄铜制成。螺丝67可以通过凸缘62中的孔延伸。
衬垫68可以设置在螺丝67与边缘62之间。衬垫68优选由塑料制成。本领域的技术人员将知道，选择塑料以保证螺丝67与凸缘62之间的低摩擦。
衬垫69W可以设置在凸缘62与外壳11之间。本领域的技术人员将知道，选择塑料以保证外壳11与凸缘62之间的低摩擦。一对酸模(Belleville)衬垫69B可以设置在外壳11与衬垫69W之间。此设置将占据凸缘62与外壳11之间的任何空隙。本领域的技术人员将认识到，此设置也可以保证在凸缘62与外壳11之间存在恒定力。此恒定力允许外壳11相对于安装组件60光滑转动。
优选在插入件17下面包覆成型层18。层18可以是弹性材料，例如热塑性聚氨脂或Versollan。
体61可以具有与标记11I对准的凹痕61N以对用户表明水平线HL相对外壳11和/或体61的典型位置。
体61可以具有键孔65，用于从位于壁或参考表面中的销或螺丝悬挂激光水平仪。
体61和/或凸缘62可以具有能容纳线或绳的孔66，其用于将激光水平仪10固定到部件以防止任何可能的掉落。
参照图7，激光水平仪10可以设置在壁安装组件70上。壁安装组件70可以包括体71、上凸缘71FU、和下凸缘71FL。优选体71基本垂直，而上和下凸缘71FU、71FL优选基本水平。上和下凸缘71FU、71FL优选具有基本共面且优选基本垂直的各自表面71FUS、71FLS，使得壁安装组件70可以稳定地靠着壁WW设置。上凸缘71FU也可以具有孔71H，用于允许螺丝或销73穿过其延伸以将壁安装组件70固定到壁WW。
壁安装组件70可以具有设置在体71中的金属板72。优选板72由钢制成。板72可以在体71中插入成型。采用这样的构造，用户仅需要靠着用于安装的体71放置安装组件60，因为磁体63将磁接合板72。
因为将激光水平仪10磁安装到壁安装组件70，用户可以通过沿轴V上下滑动激光水平仪10而容易地相对壁安装组件70移动激光水平仪10。为了便于此移动，优选在板72与磁体63之间产生间隙。此间隙可以通过向体61提供从体61向外延伸的凸起或凸缘61F而产生。如图7B所示，凸缘61F接触体71并防止板72与磁体63的直接接触。本领域的技术人员将认识到，优选设计凸缘61F使得脚61R不接触板72。
体71还可以具有凸起71S。由于激光水平仪10沿体71向上或向下移动，此凸起71S将接触安装组件60的部件(例如凸缘61F)，以防止用户超出此凸起而移动激光水平仪10。此凸起71S还防止激光水平仪10滑离体71。
壁安装组件70可以具有围绕轴74A可转动地安装到体71的夹74。夹74可以具有将夹74偏向壁安装组件70表面例如下凸缘71FL的弹簧75，用于夹紧天花板轨道或在其间凸起，由此将壁安装组件70夹到天花板轨道、凸起等。本领域的技术人员将认识到，夹74和/或壁安装组件70的另一表面例如下凸缘71FL可以在夹持区具有橡胶脚75以更好地夹紧凸起。
用户可以通过推动把手74H而围绕轴74A转动夹74，从而移动夹74以松开壁安装组件70。
本领域的技术人员将认识到，壁安装组件70可以安装在上凸缘71FU位于下凸缘71FL之上的第一取向和上凸缘71FU位于下凸缘71FL之下的第二取向。
本领域的技术人员可以认识到此处公开的方法以外的其他额外的或可选的方法。然而，所有这些额外的和/或可选的方法都视为本发明的等同物。
以上是目前在审的于2004年9月16日提交的申请序列号为29/213,371的美国申请的部分继续，其又是于2004年3月18日提交的申请序列号为29/201,635的美国申请，即美国专利号为D498,687的专利的继续。

Claims (1)

1、一种激光水平仪，包括：
外壳；
摆体，可转动地安装到所述外壳；
万向结组件，用于将所述摆体可转动地安装到所述外壳，其中所述万向结组件包括连接到外壳的框、设置在所述框上的第一对轴承、通过该第一对轴承延伸的轴、设置在所述轴上并可转动地支撑摆体的主体、和设置在所述主体与摆体之间的第二对轴承，所述第一对轴承设置在第二对轴承的一侧；和
激光二极管组件，设置在所述摆体上。
CNA2006100051738A 2005-01-13 2006-01-13 激光水平仪 Pending CN1808064A (zh)

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