JP4824212B2

JP4824212B2 - Laser irradiation device

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Publication number: JP4824212B2
Application number: JP2001214094A
Authority: JP
Inventors: 貴章山崎
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: JP2003028640A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平面に対し任意の傾斜角度でレーザ光線を投光することができるレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光線を水平方向に投光することによりレーザ光線により水平基準線を形成したり、或は、レーザ光線を回転走査し、レーザ光線により水平基準面を形成するレーザ照射装置が知られている。又、この種のレーザ照射装置として、レーザ光線を水平方向に投光するだけでなく、水平面を基準として所望の傾斜角度でレーザ光線を投光できる様にした装置も具体化されている。
【０００３】
図７、図８に於いて、レーザ光線の投光方向を所望の角度に傾斜可能な従来のレーザ照射装置１について説明する。
【０００４】
該レーザ照射装置１は整準部２、本体部４を具備している。
【０００５】
該本体部４について説明する。
【０００６】
ケーシング５の中央には逆切頭円錐形の凹部６が形成され、該凹部６の中央に支持座７が形成されている。該支持座７は、前記凹部６に円形の貫通孔８を穿設し、該貫通孔８の内周を３等分した位置に３次曲面で滑らかに隆起させた突起９を形成したものである。
【０００７】
前記貫通孔８にレーザ光線を発するレーザ投光器１０を落込み、該レーザ投光器１０の頭部１１を前記支持座７に係合支持させる。前記頭部１１は下部が球面形状をしており、この球面部１１ａが前記３つの突起９に摺動自在に当接する。而して、前記レーザ投光器１０は垂線に対して如何なる方向にも傾動可能に支持される。該レーザ投光器１０は２組の傾斜部により、直交する２方向に傾動される。
【０００８】
前記頭部１１に水平方向に延出するモータ座１４を設け、該モータ座１４には走査モータ１５が設けられ、該走査モータ１５の出力軸にはギア１６が嵌着される。該ギア１６は後述する走査ギア１７に噛合する。
【０００９】
前記レーザ投光器１０の頭部１１には前記レーザ投光器１０の軸心に合致させ軸受１２を介してプリズム保持体１３が回転自在に設けられている。該プリズム保持体１３には走査ギア１７が嵌着され、前記した様に該走査ギア１７は前記ギア１６に噛合される。前記走査モータ１５によって前記プリズム保持体１３が垂直軸心を中心に回転される様にする。而して、該プリズム保持体１３、前記走査ギア１７は回動部３を構成する。又、前記プリズム保持体１３にはペンタプリズム１８が設けられ、前記レーザ投光器１０から発せられるレーザ光線を水平方向に偏向して投光窓１９を通して射出する様になっている。又、前記走査モータ１５により、前記ギア１６、走査ギア１７を介して前記プリズム保持体１３が回転されることで、射出されたレーザ光線により基準面が形成される。
【００１０】
以下、前記レーザ投光器１０を傾斜させる傾斜部について説明する。
【００１１】
尚、２組の傾斜部は同一の構成であるので、以下は一方の傾斜部について説明する。
【００１２】
前記レーザ投光器１０の前記頭部１１から水平方向に傾動アーム２５を延出し、前記凹部６の円錐面を貫通させて、前記傾動アーム２５の先端部を前記ケーシング５の内部に位置させ、前記傾動アーム２５の先端に係合ピン２７を突設する。該係合ピン２７は円柱形状であり、その軸心は前記球面１１ａの球心を通り、前記レーザ投光器１０の中心線（光軸）と直交する。又、前記係合ピン２７は上下方向にのみ移動可能とする。
【００１３】
前記ケーシング５の内壁に棚板２９を設け、該棚板２９に傾斜モータ３１を設け、前記傾斜モータ３１の回転軸に駆動ギア３３を嵌着する。前記係合ピン２７に直交し、前記ケーシング５の天井部と前記棚板２９とに掛渡るスクリューシャフト３５を回転自在に設け、該スクリューシャフト３５の下端に被動ギア３６を嵌着し、該被動ギア３６は前記駆動ギア３３に噛合させる。前記スクリューシャフト３５にスライドナット３７を螺合し、該スライドナット３７にピン３８を突設し、該ピン３８と前記係合ピン２７とを摺動可能に当接させる。
【００１４】
前記ケーシング５の天井部、前記凹部６の円錐部にスプリング受け４３を設け、該スプリング受け４３と前記レーザ投光器１０との間にスプリング４４を張設し、前記レーザ投光器１０を図７中時計方向に付勢する。
【００１５】
而して、前記傾斜モータ３１を駆動し、前記駆動ギア３３、被動ギア３６を介して前記スライドナット３７を上下変位させることで、前記傾動アーム２５が傾動し、前記レーザ投光器１０が前記球面部１１ａの中心を中心として傾斜する。
【００１６】
前記レーザ投光器１０の中途部に傾斜検出部６９が設けられる。前記レーザ投光器１０の光軸に直交するセンサ支持棚６３が前記レーザ投光器１０に設けられ、前記センサ支持棚６３に水平を検知する傾斜検出器である固定気泡管２０、固定気泡管２１が設けられる。該固定気泡管２０及び固定気泡管２１は直交する方向に設けられ、静電容量検出型の電気気泡管であり、水平面を基準として傾斜角度に対応した電気信号を出力するものである。
【００１７】
前記レーザ投光器１０の下端部には前記固定気泡管２０と平行に配置された任意角設定気泡管６５を具備する傾斜角設定部７４が設けられる。
【００１８】
該傾斜角設定部７４を説明する。
【００１９】
前記レーザ投光器１０の下端にベースプレート６４が固着され、該ベースプレート６４に支柱７０が立設され、該支柱７０の上端には球６７が固着されている。前記ベースプレート６４の上方に傾動基板６２が配置され、該傾動基板６２の裏面に円錐状の凹部６１が形成され、該凹部６１に前記球６７が嵌合され、前記支柱７０は前記球６７を介して前記傾動基板６２を支持し、該傾動基板６２は前記球６７を中心に傾動可能となっている。更に前記傾動基板６２と前記ベースプレート６４との間にスプリング６８が設けられ、前記円錐状の凹部６１を前記球６７に押圧すると共に前記傾動基板６２を図７中時計方向に付勢する。
【００２０】
該傾動基板６２に傾動傾斜検出器である前記任意角設定気泡管６５が設けられている。
【００２１】
軸受板７２が前記センサ支持棚６３の下方位置に配設され、前記軸受板７２は前記レーザ投光器１０より水平方向に突出する。前記軸受板７２と前記ベースプレート６４間に傾動螺子５２が回転自在に設けられている。
【００２２】
該傾動螺子５２の下端部は前記ベースプレート６４より下方に突出し、前記傾動螺子５２の突出した下端部に傾動ギア５４が嵌着され、該傾動ギア５４は後述する傾動ギア５６に噛合する。
【００２３】
前記傾動螺子５２に傾動ナット４８が螺合され、該傾動ナット４８には断面円のナットピン５０が水平方向に突設されている。前記傾動基板６２の任意角設定気泡管６５側の端面より該任意角設定気泡管６５の中心線と平行に断面円の傾動ピン６０が突設され、該傾動ピン６０は前記ナットピン５０に当接する。更に、前記ベースプレート６４と前記軸受板７２との間に２本の平行なガイドピン７１が掛渡され、該２本のガイドピン７１により前記傾動ピン６０を摺動自在に挾持し、前記傾動基板６２の水平方向の回転を規制し、且つ前記傾動ピン６０の上下方向、及び該傾動ピン６０の軸心を中心とする回転を許容する。
【００２４】
前記ベースプレート６４の下側には支持部材７３を介してモータ受座２３が設けられ、該モータ受座２３に傾斜角設定モータ５８が取付けられ、該傾斜角設定モータ５８の出力軸に固着された傾動ギア５６が前記傾動ギア５４に噛合する。
【００２５】
図中、４５はレーザ照射装置１を駆動する為の電池を収納する電池ボックスである。又、上記したレーザ照射装置１の本体部４はレベル出しの為のレベル出しボルト４６を介して図示しない３脚に設けられる。又、４７は前記プリズム保持体１３の周囲を囲繞するガラス窓である。
【００２６】
上記した従来のレーザ照射装置１に於けるレーザ光線の投光方向を傾斜させる作動を図８を参照して説明する。
【００２７】
前記レベル出しボルト４６を調整して前記本体部４の整準を行う。
【００２８】
次に、図示しない傾斜制御部に傾斜値を入力する。
【００２９】
前記固定気泡管２０の検知結果に基づき、２組の傾斜部により前記レーザ投光器１０の整準を行う。即ち、前記傾斜モータ３１を駆動し、前記スクリューシャフト３５、前記スライドナット３７、前記傾動アーム２５を介して、前記レーザ投光器１０を傾動させ、前記固定気泡管２０、固定気泡管２１が水平を検知する状態にし、前記レーザ投光器１０の整準を行う。
【００３０】
次に、前記任意角設定気泡管６５の出力と前記固定気泡管２０との出力が同一となる様、前記傾斜角設定モータ５８を駆動し、前記傾動ギア５６、傾動ギア５４、傾動螺子５２、傾動ナット４８、ナットピン５０を介し、前記傾動基板６２の角度を調節する。而して、前記傾動基板６２のゼロ位置（水平位置）が設定される。
【００３１】
入力された前記傾斜値に前記傾動基板６２を傾斜させる。以下は前記任意角設定気泡管６５が検出する傾斜方向の設定を説明する。
【００３２】
前記任意角設定気泡管６５の出力と前記固定気泡管２０との出力が同一となった状態から、前記傾斜角設定モータ５８を設定角に対応するステップ数で駆動し、前記傾動基板６２を前記レーザ投光器１０を傾斜させたい逆の方向に設定角度傾斜させる。
【００３３】
前記傾動基板６２が設定角度に傾斜したら、前記傾斜モータ３１を駆動し、前記レーザ投光器１０を傾斜させたい方向に傾斜させる。前記任意角設定気泡管６５が水平を検出する状態とすると、前記レーザ投光器１０の傾斜設定、即ちレーザ光線の投光方向を所定角度傾斜させることが完了する。
【００３４】
而して、前記走査モータ１５により前記プリズム保持体１３を介し前記ペンタプリズム１８を回転させれば所定方向に傾斜した基準面を形成することができる。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
上記レーザ照射装置では傾斜角を設定する為に、傾斜検出部６９、傾斜角設定部７４が必要であり、それぞれに固定気泡管等の傾斜検出器を必要とし、高価なものとなっている。又、傾斜設定は、レーザ投光器１０の整準、傾斜角設定部７４のゼロ位置設定、傾斜角設定部７４による傾斜角の設定、前記レーザ投光器１０の傾斜による傾斜角設定部７４のゼロ位置検出等傾斜作動が複雑となっており、傾斜設定の為の制御も複雑となっていた。この様な複雑な機構、制御方法は簡易タイプの安価な装置には向いていない。
【００３６】
本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、而も簡潔な作動で傾斜設定を行えるレーザ照射装置を提供するものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉛直軸上方に向けて射出されるレーザ光線を垂直に偏向し、前記偏向されたレーザ光線を回転照射させレーザ基準面を形成するレーザ投光部を有するレーザ照射装置に於いて、前記鉛直軸に対して垂直であり、互いに直交する２方向について前記レーザ投光部の傾きを調整する整準手段と、前記レーザ投光部に設けられ少なくとも１方向について任意の傾斜角を設定する傾斜設定部とを有し、該傾斜設定部は少なくとも１方向に傾動可能で直交する２方向の水平を検知するチルトセンサと、該チルトセンサと共に傾動し前記レーザ投光部に対する垂直又は平行を検知するゼロ点検出手段を備えるレーザ照射装置に係り、又前記ゼロ点検出手段は、測定光を発光する光源部と、該光源部に対向して設けられる受光部と、前記光源部と前記受光部の間に設けられ、前記発光部から受光部に向かう測定光の範囲を規定するスリットが設けられた遮光プレートを有し、該遮光プレートのスリット位置を検知するレーザ照射装置に係り、又前記ゼロ点検出手段がレーザ投光部に対する垂直又は平行を検知し、前記チルトセンサが２方向の水平を検知したときレーザ基準面は水平となるレーザ照射装置に係り、更に又前記チルトセンサは入力するパルス数に比例した回転をするモータで傾動され、所定の傾斜角の設定は、前記ゼロ点検出手段が検知する位置を基準として、所定の傾斜角に対応するパルス数を前記モータに入力することで設定されるレーザ照射装置に係るものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１、図２は本発明の実施の形態の要部を示しており、図１中、図７中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００４０】
レーザ投光器１０の支持構造、傾斜部の機構等は基本的には従来のものと同一であり、その説明は省略する。以下、本実施の形態に係る傾斜角設定部について説明する。
【００４１】
レーザ投光器１０にフレーム７７が固着され、該フレーム７７に前記レーザ投光器１０の軸心と平行な傾斜設定スクリュー７８が回転自在に設けられ、前記フレーム７７より下方に突出する下端部には設定被動ギア８１が嵌着されている。前記傾斜設定スクリュー７８に傾斜設定ナット７９が螺合され、該傾斜設定ナット７９は回転が拘束され前記傾斜設定スクリュー７８の軸心方向のみ移動可能となっている。又、前記傾斜設定ナット７９には水平方向に突出する伝動ピン８０が設けられ、後述する従動ピン９０に当接する様になっている。又、前記フレーム７７には傾斜角設定モータ８２が設けられ、該傾斜角設定モータ８２の出力軸には設定駆動ギア８３が嵌着され、該設定駆動ギア８３は前記設定被動ギア８１に噛合する。
【００４２】
前記傾斜角設定モータ８２はステッピングモータ、サーボモータ、エンコーダ付ＤＣモータ等回転量を制御できるものが用いられ、好ましくはステップ数で回転角度が入力され、ステップ数に応じて回転されるステッピングモータが用いられる。該ステッピングモータは制御が簡単で、安価である。
【００４３】
前記レーザ投光器１０の傾動方向と一致する方向に回転可能にロータ８５を設け、該ロータ８５に遮光プレート８６を設け、該遮光プレート８６が前記ロータ８５と一体回転する様にする。又、該ロータ８５にはＸ軸（紙面と平行な水平軸）チルトセンサ８７、Ｙ軸（紙面と垂直な水平軸）チルトセンサ８８が設けられ、前記ロータ８５と一体回転する。前記レーザ投光器１０側には受光器９４、ＬＥＤ（発光素子）９５が取付けられ、該受光器９４及びＬＥＤ９５は前記遮光プレート８６を挾み前記レーザ投光器１０に固定され、前記ロータ８５とは相対回転する様になっている。
【００４４】
前記受光器９４、ＬＥＤ９５と前記遮光プレート８６によってゼロ点検出器８４が構成され、該ゼロ点検出器８４は該ゼロ点検出器８４と前記レーザ投光器１０とが垂直の関係になった時にゼロ点検出をする。即ち、前記Ｘ軸チルトセンサ８７が傾斜を検出する平面が前記レーザ投光器１０の中心線と直交する状態となった時にゼロ点を検出する。一例を挙げれば、前記レーザ投光器１０が鉛直状態で、前記Ｘ軸チルトセンサ８７が水平を検出する時に前記ゼロ点検出器８４はゼロ点を検出する。
【００４５】
前記ゼロ点検出器８４を図２により説明する。
【００４６】
前記受光器９４は一対の受光素子９４ａ，９４ｂから成り、該受光素子９４ａ，９４ｂは前記ＬＥＤ９５の光軸に対して対称に配置されている。前記遮光プレート８６にはスリット孔８６ａが穿設され、ゼロ点を検出する状態ではスリット孔８６ａの中心とＬＥＤ９５との光軸が基本的に合致する。尚、スリット孔８６ａの中心とＬＥＤ９５との光軸がずれている場合には電気的に補正する。
【００４７】
該ＬＥＤ９５から発せられた光は、前記スリット孔８６ａを通して前記受光素子９４ａと受光素子９４ｂにより検出される。図２（Ａ）の様に、該受光素子９４ａ，９４ｂの受光量が一致した状態で、ゼロ点が検出される。又、図２（Ｂ）の様に、前記遮光プレート８６がずれると前記受光素子９４ａ，９４ｂの受光量に差が生じ、ゼロ点からずれていると判断され、又受光量の大小を比較することで、ずれた方向も検出される。
【００４８】
前記Ｙ軸チルトセンサ８８は傾斜アーム８９で調整するＹ軸方向の水平を検出する。
【００４９】
前記ロータ８５からは前記傾斜設定ナット７９に向かって傾斜アーム８９が延出し、該傾斜アーム８９の先端には前記従動ピン９０が突設され、該従動ピン９０は前記伝動ピン８０に下方から当接する。前記ロータ８５とレーザ投光器１０間にはスプリング９２が張設され、前記傾斜アーム８９を反時計方向に付勢し、前記従動ピン９０を前記伝動ピン８０に所要の力で押圧する。又前記スプリング９２は前記傾斜アーム８９、従動ピン９０、伝動ピン８０を介して前記傾斜設定ナット７９を上方に押上げ、該傾斜設定ナット７９と前記傾斜設定スクリュー７８のバックラッシを抑止する。
【００５０】
尚、図中７６はレーザ光線を発するレーザダイオードである。
【００５１】
図３は制御ブロック図を示しており、前記Ｘ軸チルトセンサ８７、Ｙ軸チルトセンサ８８、ゼロ点検出器８４からの検出信号は処理回路９７に入力され、該処理回路９７で検出信号に基づき角度の算出等の処理が行われ、更にＣＰＵ（演算部）９８に送出される。該ＣＰＵ９８には操作部１０１から傾斜設定指令が入力され、前記ＣＰＵ９８は傾斜設定指令と前記処理回路９７からの信号に基づき、前記傾斜モータ３１、傾斜角設定モータ８２の回転方向、回転量等を演算し、演算結果に基づき制御信号をモータ駆動回路９９に発する。該モータ駆動回路９９では制御信号に基づき前記傾斜モータ３１、傾斜角設定モータ８２を駆動する。該傾斜角設定モータ８２の駆動はステップ数で入力され、該傾斜角設定モータ８２はステップ数に対応する角度だけ回転する。
【００５２】
前記処理回路９７、ＣＰＵ９８、モータ駆動回路９９は制御部１００を構成する。
【００５３】
図４、図５を参照して傾斜設定の作動について説明する。
【００５４】
前記操作部１０１より目標の傾斜角を入力する。
【００５５】
前記制御部１００を介して前記傾斜角設定モータ８２が駆動され、前記傾斜設定スクリュー７８が回転され、前記ロータ８５が回転される。前記遮光プレート８６と受光器９４が相対回転する。回転の方向は前記受光素子９４ａ，９４ｂの受光量の差が少なくなる方向であり、受光量が一致した時に、ゼロ点が検出される（図５（Ａ）参照）。ゼロ点を検出した状態では、前記Ｘ軸チルトセンサ８７により傾斜が検出される仮想面は前記レーザ投光器１０の中心線と直交し、該レーザ投光器１０が鉛直にされた場合に、前記Ｘ軸チルトセンサ８７は水平を検出する状態である。
【００５６】
尚、ゼロ点検出は前記レーザ投光器１０がどの様な状態でもよく、鉛直である必要はない。従って、直ちに傾斜設定動作が準備できる。
【００５７】
ゼロ点が検出されると、設定された傾斜値と同じ角度分だけ設定方向とは逆の方向に前記ロータ８５、即ち前記Ｘ軸チルトセンサ８７が回転する様に前記傾斜角設定モータ８２にステップ数が入力される。該傾斜角設定モータ８２はステップ数だけ回転し、傾斜角が設定される（図５（Ｂ）参照）。
【００５８】
傾斜角の設定が完了すると、前記傾斜モータ３１が駆動され、前記駆動ギア３３、被動ギア３６を介して前記スクリューシャフト３５が回転され、更に前記スライドナット３７が上下に変位される。前記傾動アーム２５を介して前記レーザ投光器１０が傾動される。前記Ｘ軸チルトセンサ８７が水平を検出すると、前記傾斜モータ３１は停止され、傾斜の設定が完了する（図５（Ｃ）参照）。
【００５９】
前記走査モータ１５を駆動し、前記ギア１６、走査ギア１７を介して前記プリズム保持体１３を回転すればレーザ光線が回転照射され、所定方向に所定角傾斜したレーザ基準面が形成される。
【００６０】
新たな傾斜角を設定する場合は、上記作動が繰返される。
【００６１】
上記傾斜設定に於いて、傾斜設定を行う度に先ずゼロ点が検出されるので、誤差が累積することはない。
【００６２】
図６はゼロ点検出器８４の変更例を示している。
【００６３】
該変更例では、ロータ８５の形状を前記Ｘ軸チルトセンサ８７、前記ゼロ点検出器８４の形状を取付けの為の必要最小限としたものであり、又ロータ８５に前記受光器９４を取付け、前記レーザ投光器１０に前記遮光プレート８６及びＬＥＤ９５（図示せず）を取付けたものである。
【００６４】
本変更例に於いても前記受光器９４と遮光プレート８６が相対回転し、ゼロ点が検出される。
【００６５】
尚、前記ゼロ点検出器８４は前記レーザ投光器１０に対し垂直な状態をゼロ点として検出したが、前記ゼロ点検出器８４を前記ロータ８５の上部に設ける等し、前記レーザ投光器１０に対して平行な状態をゼロ点として検出してもよい。前記遮光プレート８６はどこに設けられてもよいが、前記Ｘ軸チルトセンサ８７と一体に傾動し、該Ｘ軸チルトセンサ８７によって検出される仮想面が前記レーザ投光器１０の中心線（光軸）と垂直なる場合がゼロ点検出位置であればよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、鉛直軸上方に向けて射出されるレーザ光線を垂直に偏向し、前記偏向されたレーザ光線を回転照射させレーザ基準面を形成するレーザ投光部を有するレーザ照射装置に於いて、前記鉛直軸に対して垂直であり、互いに直交する２方向について前記レーザ投光部の傾きを調整する整準手段と、前記レーザ投光部に設けられ少なくとも１方向について任意の傾斜角を設定する傾斜設定部とを有し、該傾斜設定部は少なくとも１方向に傾動可能で直交する２方向の水平を検知するチルトセンサと、該チルトセンサと共に傾動し前記レーザ投光部に対する垂直又は平行を検知するゼロ点検出手段を備える構成であるので、レーザ投光部自体の傾斜を検出する傾斜センサは必要なく、構成が簡単であり、又傾斜設定を行う場合にレーザ投光部自体の整準を行う必要がないので、傾斜設定が簡単に行える。
【００６７】
又、前記ゼロ点検出手段は、測定光を発光する光源部と、該光源部に対向して設けられる受光部と、前記光源部と前記受光部の間に設けられ、前記発光部から受光部に向かう測定光の範囲を規定するスリットが設けられた遮光プレートを有し、該遮光プレートのスリット位置を検知するので、簡単な構成であると共に部品単体の精度は要求されないので安価である。
【００６８】
又、前記チルトセンサは入力するパルス数に比例した回転をするモータで傾動され、所定の傾斜角の設定は、前記ゼロ点検出手段が検知する位置を基準として、所定の傾斜角に対応するパルス数を前記モータに入力することで設定されるので、傾斜設定の為の制御が簡単である等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す要部立面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は該実施の形態に於けるゼロ点検出器の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の制御系の要部ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態の作動を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の作動を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の変更例を示す要部立面図である。
【図７】従来例の断面図である。
【図８】該従来例の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３回動部
１０レーザ投光器
１５走査モータ
３１傾斜モータ
２５傾動アーム
３５スクリューシャフト
７８傾斜設定スクリュー
７９傾斜設定ナット
８２傾斜角設定モータ
８４ゼロ点検出器
８５ロータ
８６遮光プレート
８７Ｘ軸チルトセンサ
８８Ｙ軸チルトセンサ
８９傾斜アーム
９４受光器
１００制御部
１０１操作部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser irradiation apparatus capable of projecting a laser beam at an arbitrary inclination angle with respect to a horizontal plane.
[0002]
[Prior art]
There is known a laser irradiation apparatus that forms a horizontal reference line by projecting a laser beam in a horizontal direction, or rotates and scans the laser beam to form a horizontal reference plane by the laser beam. Further, as this type of laser irradiation apparatus, an apparatus that not only projects a laser beam in a horizontal direction but also can project a laser beam at a desired inclination angle with respect to a horizontal plane is realized.
[0003]
7 and 8, a conventional laser irradiation apparatus 1 capable of tilting the laser beam projection direction to a desired angle will be described.
[0004]
The laser irradiation apparatus 1 includes a leveling unit 2 and a main body unit 4.
[0005]
The main body 4 will be described.
[0006]
A concave truncated cone 6 is formed in the center of the casing 5, and a support seat 7 is formed in the middle of the concave 6. The support seat 7 is formed by forming a circular through hole 8 in the recess 6 and forming a projection 9 smoothly raised by a cubic surface at a position obtained by dividing the inner periphery of the through hole 8 into three equal parts. is there.
[0007]
A laser projector 10 that emits a laser beam is dropped into the through hole 8, and the head 11 of the laser projector 10 is engaged with and supported by the support seat 7. The lower portion of the head 11 has a spherical shape, and the spherical portion 11a abuts on the three protrusions 9 in a slidable manner. Thus, the laser projector 10 is supported so as to be tiltable in any direction with respect to the perpendicular. The laser projector 10 is tilted in two orthogonal directions by two sets of inclined portions.
[0008]
A motor seat 14 extending in the horizontal direction is provided on the head 11, a scanning motor 15 is provided on the motor seat 14, and a gear 16 is fitted on the output shaft of the scanning motor 15. The gear 16 meshes with a scanning gear 17 described later.
[0009]
A prism holder 13 is rotatably provided on the head 11 of the laser projector 10 through a bearing 12 so as to match the axis of the laser projector 10. A scanning gear 17 is fitted to the prism holder 13, and the scanning gear 17 is engaged with the gear 16 as described above. The prism motor 13 is rotated about the vertical axis by the scanning motor 15. Thus, the prism holder 13 and the scanning gear 17 constitute the rotating unit 3. The prism holder 13 is provided with a pentaprism 18 so that the laser beam emitted from the laser projector 10 is deflected in the horizontal direction and emitted through the projection window 19. Also, the prism motor 13 is rotated by the scanning motor 15 via the gear 16 and the scanning gear 17, whereby a reference plane is formed by the emitted laser beam.
[0010]
Hereinafter, the inclined portion for inclining the laser projector 10 will be described.
[0011]
In addition, since two sets of inclination parts are the same structures, the following demonstrates one inclination part.
[0012]
The tilting arm 25 extends horizontally from the head 11 of the laser projector 10, passes through the conical surface of the recess 6, and the tip of the tilting arm 25 is positioned inside the casing 5. An engagement pin 27 is projected from the tip of the arm 25. The engagement pin 27 has a cylindrical shape, and its axis passes through the spherical center of the spherical surface 11 a and is orthogonal to the center line (optical axis) of the laser projector 10. The engagement pin 27 is movable only in the vertical direction.
[0013]
A shelf plate 29 is provided on the inner wall of the casing 5, an inclination motor 31 is provided on the shelf plate 29, and a drive gear 33 is fitted on the rotation shaft of the inclination motor 31. A screw shaft 35 that is orthogonal to the engagement pin 27 and spans between the ceiling portion of the casing 5 and the shelf plate 29 is rotatably provided, and a driven gear 36 is fitted to the lower end of the screw shaft 35, and the driven The gear 36 is engaged with the drive gear 33. A slide nut 37 is screwed onto the screw shaft 35, a pin 38 is projected from the slide nut 37, and the pin 38 and the engagement pin 27 are slidably contacted.
[0014]
A spring receiver 43 is provided at the ceiling of the casing 5 and the conical portion of the recess 6, and a spring 44 is stretched between the spring receiver 43 and the laser projector 10, and the laser projector 10 is rotated clockwise in FIG. 7. Energize to.
[0015]
Thus, the tilt motor 31 is driven, and the slide nut 37 is displaced up and down via the drive gear 33 and the driven gear 36, whereby the tilt arm 25 tilts, and the laser projector 10 moves the spherical portion. It inclines around the center of 11a.
[0016]
A tilt detector 69 is provided in the middle of the laser projector 10. A sensor support shelf 63 that is orthogonal to the optical axis of the laser projector 10 is provided in the laser projector 10, and a fixed bubble tube 20 and a fixed bubble tube 21 that are inclination detectors that detect horizontal are provided on the sensor support shelf 63. . The fixed bubble tube 20 and the fixed bubble tube 21 are provided in directions orthogonal to each other, and are electrostatic capacitance detection type electric bubble tubes that output an electric signal corresponding to an inclination angle with respect to a horizontal plane.
[0017]
An inclination angle setting unit 74 having an arbitrary angle setting bubble tube 65 arranged in parallel with the fixed bubble tube 20 is provided at the lower end of the laser projector 10.
[0018]
The inclination angle setting unit 74 will be described.
[0019]
A base plate 64 is fixed to the lower end of the laser projector 10, a column 70 is erected on the base plate 64, and a sphere 67 is fixed to the upper end of the column 70. A tilting substrate 62 is disposed above the base plate 64, a conical recess 61 is formed on the back surface of the tilting substrate 62, the sphere 67 is fitted in the recess 61, and the column 70 is interposed via the sphere 67. The tilting substrate 62 is supported, and the tilting substrate 62 can tilt around the sphere 67. Further, a spring 68 is provided between the tilting substrate 62 and the base plate 64 to press the conical recess 61 against the sphere 67 and urge the tilting substrate 62 clockwise in FIG.
[0020]
The arbitrary angle setting bubble tube 65 which is a tilt tilt detector is provided on the tilt substrate 62.
[0021]
A bearing plate 72 is disposed below the sensor support shelf 63, and the bearing plate 72 projects from the laser projector 10 in the horizontal direction. A tilting screw 52 is rotatably provided between the bearing plate 72 and the base plate 64.
[0022]
A lower end portion of the tilting screw 52 projects downward from the base plate 64, and a tilting gear 54 is fitted to the projecting lower end portion of the tilting screw 52, and the tilting gear 54 meshes with a tilting gear 56 described later.
[0023]
A tilting nut 48 is screwed onto the tilting screw 52, and a nut pin 50 having a circular cross-section projects from the tilting nut 48 in the horizontal direction. A tilting pin 60 having a circular cross-section projects from the end surface of the tilting substrate 62 on the arbitrary angle setting bubble tube 65 side in parallel with the center line of the arbitrary angle setting bubble tube 65, and the tilting pin 60 contacts the nut pin 50. . Further, two parallel guide pins 71 are spanned between the base plate 64 and the bearing plate 72, and the tilting pin 60 is slidably held by the two guide pins 71, and the tilting substrate is supported. The horizontal rotation of 62 is restricted, and the vertical direction of the tilt pin 60 and the rotation about the axis of the tilt pin 60 are allowed.
[0024]
A motor seat 23 is provided below the base plate 64 via a support member 73, and an inclination angle setting motor 58 is attached to the motor seat 23, and is fixed to the output shaft of the inclination angle setting motor 58. A tilt gear 56 meshes with the tilt gear 54.
[0025]
In the figure, reference numeral 45 denotes a battery box that houses a battery for driving the laser irradiation apparatus 1. The main body 4 of the laser irradiation apparatus 1 is provided on a tripod (not shown) via a leveling bolt 46 for leveling. Reference numeral 47 denotes a glass window surrounding the prism holder 13.
[0026]
The operation of tilting the projection direction of the laser beam in the above-described conventional laser irradiation apparatus 1 will be described with reference to FIG.
[0027]
The leveling bolt 46 is adjusted to level the main body 4.
[0028]
Next, an inclination value is input to an inclination control unit (not shown).
[0029]
Based on the detection result of the fixed bubble tube 20, the laser projector 10 is leveled by two sets of inclined portions. That is, the tilt motor 31 is driven to tilt the laser projector 10 through the screw shaft 35, the slide nut 37, and the tilt arm 25, and the fixed bubble tube 20 and the fixed bubble tube 21 detect horizontal. Then, the laser projector 10 is leveled.
[0030]
Next, the tilt angle setting motor 58 is driven so that the output of the arbitrary angle setting bubble tube 65 and the output of the fixed bubble tube 20 are the same, and the tilt gear 56, the tilt gear 54, the tilt screw 52, The angle of the tilt board 62 is adjusted via the tilt nut 48 and the nut pin 50. Thus, the zero position (horizontal position) of the tilt substrate 62 is set.
[0031]
The tilt substrate 62 is tilted to the input tilt value. Hereinafter, the setting of the inclination direction detected by the arbitrary angle setting bubble tube 65 will be described.
[0032]
From the state in which the output of the arbitrary angle setting bubble tube 65 and the output of the fixed bubble tube 20 are the same, the tilt angle setting motor 58 is driven by the number of steps corresponding to the set angle, and the tilt substrate 62 is The laser projector 10 is tilted at a set angle in the opposite direction to be tilted.
[0033]
When the tilting substrate 62 is tilted at a set angle, the tilt motor 31 is driven to tilt the laser projector 10 in a desired direction. When the arbitrary angle setting bubble tube 65 is in a state of detecting the horizontal, the tilt setting of the laser projector 10, that is, the tilting of the laser beam projection direction is completed by a predetermined angle.
[0034]
Thus, if the pentagonal prism 18 is rotated by the scanning motor 15 via the prism holder 13, a reference plane inclined in a predetermined direction can be formed.
[0035]
[Problems to be solved by the invention]
In order to set the tilt angle, the laser irradiation apparatus requires the tilt detection unit 69 and the tilt angle setting unit 74, and each requires a tilt detector such as a fixed bubble tube, which is expensive. The tilt setting is performed by leveling the laser projector 10, setting the zero position of the tilt angle setting unit 74, setting the tilt angle by the tilt angle setting unit 74, and detecting the zero position of the tilt angle setting unit 74 by tilting the laser projector 10. The equal inclination operation is complicated, and the control for setting the inclination is also complicated. Such complicated mechanisms and control methods are not suitable for simple and inexpensive devices.
[0036]
In view of such circumstances, the present invention provides a laser irradiation apparatus that can set an inclination with a simple configuration and a simple operation.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a laser irradiation apparatus having a laser projection unit that vertically deflects a laser beam emitted toward the upper vertical axis and rotationally irradiates the deflected laser beam to form a laser reference plane. Leveling means for adjusting the tilt of the laser projector in two directions perpendicular to the vertical axis and perpendicular to each other, and an arbitrary tilt angle provided in the laser projector for at least one direction A tilt setting unit, the tilt setting unit being tiltable in at least one direction and detecting horizontal in two orthogonal directions, and tilting together with the tilt sensor to detect vertical or parallel to the laser projection unit The zero point detecting means includes a light source unit that emits measurement light, a light receiving unit provided opposite to the light source unit, and the light source unit. A light-shielding plate provided between the light-receiving units and provided with a slit that defines a range of measurement light from the light-emitting unit toward the light-receiving unit, and relates to a laser irradiation apparatus that detects a slit position of the light-shielding plate; The zero point detection means detects whether the laser projection unit is vertical or parallel, and the tilt sensor detects a horizontal direction in two directions. The laser reference plane is horizontal, and the tilt sensor It is tilted by a motor that rotates in proportion to the number of pulses to be input, and the predetermined tilt angle is set by inputting the number of pulses corresponding to the predetermined tilt angle on the basis of the position detected by the zero point detecting means. This is related to the laser irradiation apparatus set.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
1 and 2 show the main part of the embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
[0040]
The support structure of the laser projector 10, mechanism or the like of the inclined slope portion is basically the same as conventional, a description thereof will be omitted. Hereinafter, the tilt angle setting unit according to the present embodiment will be described.
[0041]
A frame 77 is fixed to the laser projector 10, and an inclination setting screw 78 parallel to the axis of the laser projector 10 is rotatably provided on the frame 77, and a set driven gear is provided at a lower end projecting downward from the frame 77. 81 is fitted. An inclination setting nut 79 is screwed onto the inclination setting screw 78, and the rotation of the inclination setting nut 79 is restricted and can move only in the axial direction of the inclination setting screw 78. The tilt setting nut 79 is provided with a transmission pin 80 protruding in the horizontal direction so as to abut on a driven pin 90 described later. The frame 77 is provided with an inclination angle setting motor 82, and a setting drive gear 83 is fitted on the output shaft of the inclination angle setting motor 82, and the setting drive gear 83 meshes with the setting driven gear 81. .
[0042]
As the tilt angle setting motor 82, a stepping motor, a servo motor, a DC motor with an encoder or the like that can control the rotation amount is used. Preferably, a rotation angle is input by the number of steps, and a stepping motor that rotates according to the number of steps is used. Used. The stepping motor is simple to control and inexpensive.
[0043]
A rotor 85 is provided so as to be rotatable in a direction coinciding with the tilting direction of the laser projector 10, a light shielding plate 86 is provided on the rotor 85, and the light shielding plate 86 rotates integrally with the rotor 85. The rotor 85 is provided with an X-axis (horizontal axis parallel to the paper surface) tilt sensor 87 and a Y-axis (horizontal axis perpendicular to the paper surface) tilt sensor 88, and rotates integrally with the rotor 85. A light receiver 94 and an LED (light emitting element) 95 are attached to the laser projector 10 side. The light receiver 94 and the LED 95 are fixed to the laser projector 10 with the light shielding plate 86 interposed therebetween, and are rotated relative to the rotor 85. It is supposed to do.
[0044]
The light receiver 94, the LED 95, and the light shielding plate 86 constitute a zero point detector 84. The zero point detector 84 performs zero inspection when the zero point detector 84 and the laser projector 10 are in a vertical relationship. Get out. That is, the zero point is detected when the plane on which the X-axis tilt sensor 87 detects the tilt is perpendicular to the center line of the laser projector 10. For example, when the laser projector 10 is in a vertical state and the X-axis tilt sensor 87 detects horizontal, the zero point detector 84 detects a zero point.
[0045]
The zero point detector 84 will be described with reference to FIG.
[0046]
The light receiver 94 includes a pair of light receiving elements 94 a and 94 b, and the light receiving elements 94 a and 94 b are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the LED 95. The light shielding plate 86 is provided with a slit hole 86a, and the center of the slit hole 86a and the optical axis of the LED 95 basically coincide with each other when the zero point is detected. In addition, when the optical axis of the center of the slit hole 86a and LED95 has shifted | deviated, it correct | amends electrically.
[0047]
The light emitted from the LED 95 is detected by the light receiving element 94a and the light receiving element 94b through the slit hole 86a. As shown in FIG. 2A, the zero point is detected in a state where the light receiving amounts of the light receiving elements 94a and 94b coincide. Further, as shown in FIG. 2B, when the light shielding plate 86 is shifted, a difference occurs in the light receiving amount of the light receiving elements 94a and 94b, and it is determined that the light receiving amount is shifted from the zero point. Thus, the shifted direction is also detected.
[0048]
The Y-axis tilt sensor 88 detects horizontal in the Y-axis direction adjusted by the tilt arm 89.
[0049]
An inclined arm 89 extends from the rotor 85 toward the inclined setting nut 79, and the driven pin 90 projects from the tip of the inclined arm 89. The driven pin 90 contacts the transmission pin 80 from below. Touch. A spring 92 is stretched between the rotor 85 and the laser projector 10 to urge the inclined arm 89 counterclockwise and press the driven pin 90 against the transmission pin 80 with a required force. The spring 92 pushes up the tilt setting nut 79 through the tilt arm 89, the driven pin 90, and the transmission pin 80, and suppresses backlash between the tilt setting nut 79 and the tilt setting screw 78.
[0050]
In the figure, reference numeral 76 denotes a laser diode that emits a laser beam.
[0051]
FIG. 3 is a control block diagram. Detection signals from the X-axis tilt sensor 87, the Y-axis tilt sensor 88, and the zero point detector 84 are input to the processing circuit 97, and the processing circuit 97 determines the detection signal based on the detection signals. Processing such as angle calculation is performed, and the result is further sent to a CPU (calculation unit) 98. The CPU 98 receives a tilt setting command from the operation unit 101, and the CPU 98 determines the rotation direction, rotation amount, and the like of the tilt motor 31 and the tilt angle setting motor 82 based on the tilt setting command and a signal from the processing circuit 97. The control signal is issued to the motor drive circuit 99 based on the calculation result. The motor drive circuit 99 drives the tilt motor 31 and the tilt angle setting motor 82 based on the control signal. The drive of the tilt angle setting motor 82 is input by the number of steps, and the tilt angle setting motor 82 rotates by an angle corresponding to the number of steps.
[0052]
The processing circuit 97, the CPU 98, and the motor driving circuit 99 constitute a control unit 100.
[0053]
The tilt setting operation will be described with reference to FIGS.
[0054]
A target tilt angle is input from the operation unit 101.
[0055]
The tilt angle setting motor 82 is driven via the controller 100, the tilt setting screw 78 is rotated, and the rotor 85 is rotated. The light shielding plate 86 and the light receiver 94 rotate relative to each other. The direction of rotation is a direction in which the difference between the received light amounts of the light receiving elements 94a and 94b is reduced, and when the received light amounts match, a zero point is detected (see FIG. 5A). In a state where the zero point is detected, the virtual plane whose inclination is detected by the X-axis tilt sensor 87 is orthogonal to the center line of the laser projector 10, and when the laser projector 10 is set vertical, the X-axis tilt is detected. The sensor 87 is in a state of detecting level.
[0056]
In the zero point detection, the laser projector 10 may be in any state and does not have to be vertical. Therefore, an inclination setting operation can be prepared immediately.
[0057]
When the zero point is detected, the tilt angle setting motor 82 is stepped so that the rotor 85, that is, the X-axis tilt sensor 87 rotates in the direction opposite to the set direction by the same angle as the set tilt value. A number is entered. The tilt angle setting motor 82 rotates by the number of steps to set the tilt angle (see FIG. 5B).
[0058]
When the setting of the tilt angle is completed, the tilt motor 31 is driven, the screw shaft 35 is rotated via the drive gear 33 and the driven gear 36, and the slide nut 37 is further displaced up and down. The laser projector 10 is tilted through the tilt arm 25. When the X-axis tilt sensor 87 detects horizontal, the tilt motor 31 is stopped, and the tilt setting is completed (see FIG. 5C).
[0059]
When the scanning motor 15 is driven and the prism holder 13 is rotated through the gear 16 and the scanning gear 17, the laser beam is rotated and a laser reference surface inclined at a predetermined angle in a predetermined direction is formed.
[0060]
When a new inclination angle is set, the above operation is repeated.
[0061]
In the tilt setting, since the zero point is first detected every time the tilt setting is performed, no error is accumulated.
[0062]
FIG. 6 shows a modification of the zero point detector 84.
[0063]
In this modification, the shape of the rotor 85 is the minimum necessary for mounting the X-axis tilt sensor 87 and the zero point detector 84, and the light receiver 94 is mounted on the rotor 85. The light shielding plate 86 and the LED 95 (not shown) are attached to the laser projector 10.
[0064]
Also in this modified example, the light receiver 94 and the light shielding plate 86 rotate relative to each other, and the zero point is detected.
[0065]
The zero point detector 84 detects a state perpendicular to the laser projector 10 as a zero point. However, the zero point detector 84 is provided on the upper portion of the rotor 85 and the like. A parallel state may be detected as a zero point. The light shielding plate 86 may be provided anywhere, but tilts integrally with the X-axis tilt sensor 87, and a virtual plane detected by the X-axis tilt sensor 87 is a center line (optical axis) of the laser projector 10. The vertical position may be a zero point detection position.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a laser having a laser projecting unit that vertically deflects a laser beam emitted upward in the vertical axis and rotationally irradiates the deflected laser beam to form a laser reference plane. In the irradiation apparatus, leveling means for adjusting the inclination of the laser projector in two directions perpendicular to the vertical axis and orthogonal to each other, and provided in the laser projector in any direction in at least one direction A tilt setting unit that sets a tilt angle of the tilt sensor, the tilt setting unit tilting at least in one direction and detecting a horizontal direction in two orthogonal directions, and tilting together with the tilt sensor and the laser projector Therefore, there is no need for a tilt sensor for detecting the tilt of the laser projector itself, the configuration is simple, and tilt setting is performed. It is not necessary to perform the leveling of the laser projection unit itself when the tilt setting is performed easily.
[0067]
The zero point detection means is provided between the light source unit that emits measurement light, a light receiving unit provided opposite to the light source unit, and between the light source unit and the light receiving unit. Since it has a light-shielding plate provided with a slit for defining the range of the measurement light going to and detects the slit position of the light-shielding plate, the structure is simple and the accuracy of a single component is not required, so it is inexpensive.
[0068]
The tilt sensor is tilted by a motor that rotates in proportion to the number of input pulses, and the predetermined tilt angle is set based on the position detected by the zero point detecting means as a reference. Since the number is set by inputting the number to the motor, excellent effects such as easy control for setting the inclination are exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational view showing a main part of an embodiment of the present invention.
2A and 2B are explanatory diagrams of a zero point detector in the embodiment. FIG.
FIG. 3 is a principal block diagram of a control system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing the operation of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an elevation view of a principal part showing a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional example.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the conventional example.
[Explanation of symbols]
3 Rotating unit 10 Laser projector 15 Scanning motor 31 Tilt motor 25 Tilt arm 35 Screw shaft 78 Tilt setting screw 79 Tilt setting nut 82 Tilt angle setting motor 84 Zero point detector 85 Rotor 86 Light shielding plate 87 X-axis tilt sensor 88 Y-axis Tilt sensor 89 Tilt arm 94 Light receiver 100 Control unit 101 Operation unit

Claims

In a laser irradiation apparatus having a laser projection unit that vertically deflects a laser beam emitted toward the upper vertical axis and rotationally irradiates the deflected laser beam to form a laser reference surface. Two sets of inclined portions that are perpendicular to each other and adjust the inclination of the laser projector in two directions orthogonal to each other, and an inclination setting that is provided in the laser projector and sets an arbitrary inclination angle in at least one direction The tilt setting unit is tiltable in at least one direction and detects a horizontal direction in two orthogonal directions, and tilts together with the tilt sensor so that the laser projection unit is perpendicular or parallel to a zero point. a zero point detection means for detecting, and a tilt angle setting motor for setting the tilt angle is inclined the tilt sensor relative to the said zero point, the Chi by the tilt angle setting motor The Tosensa set to a predetermined inclination angle, the laser irradiation apparatus, characterized in that said tilt sensor by two sets of inclined portion is configured as to adjust the inclination of the laser projection unit as to detect the vertical or horizontal.

The zero point detection means is provided between a light source unit that emits measurement light, a light receiving unit provided opposite to the light source unit, and between the light source unit and the light receiving unit, and is directed from the light emitting unit to the light receiving unit. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: a light shielding plate provided with a slit that defines a range of measurement light, and detecting a slit position of the light shielding plate.

2. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein when the zero point detection unit detects vertical or parallel to the laser projection unit and the tilt sensor detects horizontal in two directions, the laser reference plane is horizontal.

The tilt sensor is tilted by a motor that rotates in proportion to the number of input pulses, and the predetermined tilt angle is set with the number of pulses corresponding to the predetermined tilt angle based on the position detected by the zero point detecting means. The laser irradiation apparatus of Claim 3 set by inputting into the said motor.