CN216746116U - 一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，涉及工程测量领域。本申请包括控制端和显示端，控制端包括电机、激光器和主控装置，电机、激光器和主控装置电性连接；电机上安装有电机转轴；所述控制端和显示端通过电机转轴活动连接；在任意状态下，本申请的主控装置能够感知姿态并自动驱动电机使控制端相对显示端旋转，使激光器在物体表面投影垂直墨线；通过LED水平尺功能，手动校准控制端姿态至水平，主控装置感知姿态并自动驱动电机使控制端相对显示端旋转，最终使激光器在物体表面投影水平墨线，本申请实现垂直墨线仪功能，同时兼有的LED水平尺功能，提高了工作人员的测量效率。

Description

一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪

技术领域

本申请涉及工程测量领域，尤其是涉及一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪。

背景技术

在现代房屋装修、建筑施工和机械制造等作业中常需要标准的水平墨线或垂直墨线来保证作业精度，而传统激光墨线仪是通过重力摆锤与激光器联动的方式实现微小角度的调平，存在稳定性较差的缺点；另外，传统激光墨线仪作业时还需把仪器安装到较为水平的平面和合适的高度，前期准备过程较为繁琐。

而同样具有角度校准功能的水平尺往往是以单一功能的仪器形式存在，对于从事精度要求较高测量工作的测绘人员来说，往往需要准备多种角度测量工具，多种工具的安装和切换使用不仅耗时耗力降低了效率，也占用了存放空间。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供了一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，本申请在单一水平尺功能的基础上克服了传统气泡水平仪精度低、使用场景对照明条件有要求和测量角度功能单一等缺陷；在单一墨线仪功能的基础上，克服传统墨线仪调平能力差和便携性差等问题；集水平尺和传统激光墨线仪的两种功能为一体，且两种功能相互辅助，适应了更广阔的使用场景，大大提高了工作效率。

本申请的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，包括控制端和显示端，所述控制端包括电机、激光器和主控装置，所述电机、激光器和主控装置电性连接；所述电机上安装有电机转轴；所述控制端和显示端通过电机转轴活动连接。

进一步地，所述控制端包括控制端外壳，控制端外壳包括控制上盖和控制下盖，所述控制下盖端部设置用于安装激光器的安装基座；所述控制端外壳侧面开设槽口，槽口处设置滑块，所述滑块能够控制主控装置；滑块能够沿控制端外壳侧壁拨动位移。

进一步地，所述显示端包括显示端外壳，所述显示端外壳内部安装显示面板和电池，所述显示面板和电池与主控装置电性连接。

进一步地，所述显示端外壳包括显示上盖和显示下盖，所述显示上盖和显示下盖尾部设置端盖。

进一步地，所述电机能够根据不同测量精度需求，搭配不同减速比的齿轮部件。

进一步地，所述显示面板为LED显示面板，所述显示上盖上的孔洞嵌有导光材料。

综上所述，本申请具有如下有益效果：

本申请通过主控装置感知姿态，并自动驱动电机使控制端相对于显示端旋转，通过激光器在物体表面投影垂直墨线，实现垂直墨线仪功能，同时兼有的LED 水平尺功能，不仅可以显示被测物体的水平、垂直的角度信息，还可以实现水平墨线仪功能，克服了原有单一功能的不足，且集两者功能为一体，前者辅助后者，拓宽了使用场景，减少资源使用，结构设计合理，尺寸携带方便，提高了使用者的工作效率，适合推广使用。

附图说明

图1为本申请外部结构示意图；

图2为本申请内部结构示意图；

图3为控制端部分结构示意图；

图4为本申请水平、垂直墨线仪功能原理图；

图5为本申请装置的夹角计算方式示意图。

附图标记说明：

1、控制端；

101、控制端外壳；1011、控制上盖；1012、控制下盖；1013、滑块；102、电机；

1021、电机转轴；103、激光器；104、主控装置；

2、显示端；

201、显示端外壳；2011、显示上盖；2012、显示下盖；2013、端盖；202、电池；

203、显示面板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点以下结合附图对本申请进行进一步的详细说明。参考图1-5，一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，包括控制端1和显示端2，所述控制端1包括电机102、激光器103和主控装置104，所述电机102、激光器103和主控装置104电性连接；所述电机102上安装有电机转轴1021；所述控制端1和显示端2通过电机转轴1021活动连接，使得控制端1可与显示端2产生相对旋转。

所述主控装置104能够感知姿态，并自动驱动电机102使控制端1相对显示端2旋转，通过激光器103在物体表面投影垂直墨线，实现垂直墨线仪功能。

所述电机102能够根据不同测量精度需求，搭配不同减速比的齿轮部件。

所述控制端1包括控制端外壳101，控制端外壳101包括控制上盖1011和控制下盖1012，所述控制上盖1011上设置按键，可以通过按键操控触发内部的主控装置104，所述控制下盖1012端部设置用于安装激光器103的安装基座；所述控制端外壳101侧面开设槽口，槽口处设置滑块1013。

所述主控装置104与电机102、激光器103、显示面板203、电池202电性连接，所述主控装置104设有与滑块1013联动的功能开关，滑块1013能够沿控制端外壳101侧壁拨动位移来启闭功能开关，进而控制主控装置104。

如图3所示，所述显示端2包括显示端外壳201，所述显示端外壳201内部安装显示面板203和电池202，所述显示端外壳201包括显示上盖2011和显示下盖2012，所述显示上盖2011和显示下盖2012尾部设置端盖2013；所述端盖 2013用于更换电池202，电池202可以采用充电电池，也可采用一次性电池，为了便于充电和用户使用，通常选用无需拆卸的充电电池。所述显示面板203和电池202与主控装置104电性连接。

通常，显示面板203可以设置为为LED显示面板，所述显示上盖2011上的孔洞嵌有导光材料。

显示面板203能够根据主控装置104感知姿态，点亮相应的LED灯，显示被测物体的水平、垂直的角度信息，实现LED水平尺功能。

本实用新型的工作原理为：所述主控装置104的功能开关控制水平、垂直墨线仪功能的开启与关闭。当开关开启时，有LED水平尺功能与水平、垂直墨线仪功能，当开关关闭时，仅有LED水平尺功能。具体为，通过LED水平尺功能手动校准控制端1姿态至水平，主控装置104自动驱动电机102使控制端1相对显示端2旋转，通过激光器103在物体表面投影水平、垂直墨线。

如图1所示，定义了水平尺坐标系，由图中互相垂直的X轴、Y轴、Z轴组成。其中，X轴垂直于激光器103发射端平面，Y轴垂直于显示面板203，Z轴垂直于X轴、 Y轴。所述控制端1与显示端2的中心在X轴上。

所述LED水平尺功能，通过显示面板203显示角度信息。如图1所示的水平尺坐标系，若使用LED水平尺功能测量X轴与水平面夹角时，所述显示面板 203根据夹角的大小点亮对应的LED灯。若图示X轴与水平面平行时，所述显示面板203对应水平状态的LED灯亮起；若使用LED水平尺功能测量Y轴与水平面夹角时，所述显示面板203根据夹角的大小点亮对应的LED灯。若图示Y轴与水平面平行时，所述显示面板203对应垂直状态的LED灯亮起。所述显示面板 203可根据实际情况，通过修改LED灯数量或使用多种颜色LED灯来满足不同的精度需求。

所述水平、垂直墨线仪功能，如图4所示。激光器投射垂直墨线投影面γ与水平墨线投影面α，与物体表面β相交。其中垂直墨线投影面γ与面XY平行，水平墨线投影面α与面XZ平行。在实现垂直墨线仪功能时，图4所示装置垂直墨线投影面γ上的激光，投影在物体表面β后垂直于水平面。具体方法为通过驱动电机102使控制端1绕X轴转动，直至图示装置Z轴水平，即面XY垂直于水平面，从而在物体表面β投影垂直墨线。在实现垂直墨线仪功能时，图4所示装置垂直墨线投影面α上的激光，投影在物体表面β后平行于水平面。具体方法为通过驱动电机使控制端1绕X轴转动，直至图示装置Z轴水平，同时通过所述LED水平尺功能手动校准图示装置X轴至水平，即面XZ平行于水平面，从而在物体表面β投影水平墨线。

为了更清楚的解释水平墨线仪功能与LED水平尺功能之间的依赖关系，引入两个矢量

其中

为所述水平墨线投影面α的法线，

为物体表面β的法线。由于水平墨线是水平墨线投影面α与物体表面β的交线，所以通过计算法线

的关系，可以知道水平墨线仪功能实现的必要条件。假设矢量

为(X_a，Y_a，Z_a)，矢量

为(X_b，Y_b，Z_b)，用矢量

来表示矢量

与

的叉乘，则

要实现水平墨线仪功能，需矢量

与水平面平行，即

X_aY_b-Y_aX_b＝0

此时有两种情况：

情况一：X_aY_b＝Y_aX_b。即矢量

在水平面上的投影平行于矢量

水平面上的投影。此条件实现非常苛刻。

情况二：X_a＝0且Y_a＝0，即矢量

矢量

垂直于水平面。既只需图4所示装置面XZ平行于水平面。

可以看到，在日常使用环境中，情况二更加容易满足。具体方法为通过LED 水平尺功能手动校准图示装置X轴至水平，主控装置104自动驱动电机102使图示装置Z轴旋转至水平，从而满足情况二中的水平墨线仪实现前提。

计算轴与水平面的夹角θ步骤如图5所示。设定一个参考坐标系E、N、U(其中面EN与水平面平行，U轴垂直于水平面向上)，图示X、Y、Z为水平尺坐标系。所述主控装置104感知当前姿态，并用四元数q表示。则水平尺坐标系X、Y、Z各轴在参考坐标系E、N、U中的投影分别为：

定义θ_z为，Z轴绕X轴旋转，到EN平面的夹角，既Z轴与水平面的夹角。其中，

代表Z轴绕X轴旋转到面EN后的目标矢量。X轴矢量表示为(X_x，Y_y，Z_z)，可以证明X轴在面EN的投影

与

也是垂直的，则根据三角公式可知矢量

为

通过矢量

与

的叉乘可以求得θ_z为

求出角度θ_z的余弦值，可确定角度θ_z的符号

以上描述为矢量

与水平面的夹角，同理可拓展出矢量

与水平面的夹角，在此不一一赘述。

所述兼有水平尺的自适应手持墨线仪，自适应的测量装置姿态。如图5所示，在参考坐标系E、N、U中，若水平尺坐标系Y轴与参考坐标系U轴的夹角≤45°或≥-45°，则LED水平尺功能会自适应的测量X轴与面EN的夹角，所述显示面板203 根据夹角的大小点亮相应的LED灯。水平、垂直墨线仪功能会自适应的测量Z轴与面EN的夹角，所述电机102根据夹角的大小使控制端1旋转相应角度，使装置Z轴旋转至面EN，即水平面；若水平尺坐标系Z轴与U轴的夹角＜45°或＞-45°，则LED水平尺功能会自适应的测量X轴与面EN的夹角，所述显示面板203根据夹角的大小点亮相应的LED灯。水平、垂直墨线仪功能会自适应的测量Y轴与面 EN的夹角，所述电机102根据夹角的大小使控制端1旋转相应角度，使装置Y轴旋转至面EN，即水平面；若水平尺坐标系X轴与U轴的夹角＜45°或＞-45°，则LED 水平尺功能会自适应的测量Y轴与面EN的夹角，所述显示面板203根据夹角的大小点亮相应的LED灯。水平、垂直墨线仪功能此时失效，该功能自动关闭。

以上为本申请的较佳实施例，本申请不限于上述实施的结构，可以有多种变形，也不限于上述的应用领域，可以在更多相似的领域应用，总之，在不脱离本申请的设计思路、机械结构形式、智能驱动控制方式的所有改进和变化，均属于本申请的范围内。

Claims (6)

1.一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：包括控制端(1)和显示端(2)，所述控制端(1)包括电机(102)、激光器(103)和主控装置(104)，所述电机(102)、激光器(103)和主控装置(104)电性连接；所述电机(102)上安装有电机转轴(1021)；所述控制端(1)和显示端(2)通过电机转轴(1021)活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：所述控制端(1)包括控制端外壳(101)，控制端外壳(101)包括控制上盖(1011)和控制下盖(1012)，所述控制下盖(1012)端部设置用于安装激光器(103)的安装基座；所述控制端外壳(101)侧面开设槽口，槽口处设置滑块(1013)，所述滑块(1013)能够控制主控装置(104)；滑块(1013)能够沿控制端外壳(101)侧壁拨动位移。

3.根据权利要求1所述的一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：所述显示端(2)包括显示端外壳(201)，所述显示端外壳(201)内部安装显示面板(203)和电池(202)，所述显示面板(203)和电池(202)与主控装置(104)电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：所述显示端外壳(201)包括显示上盖(2011)和显示下盖(2012)，所述显示上盖(2011)和显示下盖(2012)尾部设置端盖(2013)。

5.根据权利要求2所述的一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：所述电机(102)能够根据不同测量精度需求，搭配不同减速比的齿轮部件。

6.根据权利要求4所述的一种兼有水平尺的自适应手持墨线仪，其特征在于：所述显示面板(203)为LED显示面板，所述显示上盖(2011)上的孔洞嵌有导光材料。

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