專利名稱：傾斜度指示設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用激光束指示傾斜度(grade )。
背景技術(shù)：
用于指示傾斜度的激光束系統(tǒng)用在各種測量和建筑應(yīng)用中。由傾斜度 指示設(shè)備發(fā)出的激光束能夠用作諸如建筑現(xiàn)場的工作區(qū)域的傾斜度基準(zhǔn)。
如果傾斜度指示設(shè)備的激光束發(fā)射器設(shè)置為使激光束在平面上旋轉(zhuǎn)， 則旋轉(zhuǎn)的激光束能夠用于建立基準(zhǔn)面作為二維工作區(qū)域的仰角 (elevational)基準(zhǔn)。遠(yuǎn)離傾斜度指示設(shè)備設(shè)置的激光束檢測器截取激光 束作為引導(dǎo)。激光束檢測器可以例如安裝在工具或機(jī)器上并引導(dǎo)建筑現(xiàn)場 的操作者或成形地形。例如激光束檢測器由地上運(yùn)動設(shè)備承栽以在工作區(qū) 域的各處確定正確的仰角。
如果激光束或基準(zhǔn)面傾斜已知的傾斜角(grade angle)——例如相對 于水平方向或水平面(level plane )，傾斜度指示設(shè)備能夠用于借助于激光 指示并成形各種斜坡，或去匹配或成形已有的地形。
可以想象對于長距離的具體傾斜度指示需要相對于基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)方向 精細(xì)地調(diào)節(jié)激光束。最后，如果傾斜度是在激光束的水平面或水平方向的 ^出上指示的，傾斜度指示設(shè)備可以基于初始位置調(diào)節(jié)，其中激光束確切 地水平或旋轉(zhuǎn)激光束應(yīng)用中的基準(zhǔn)面確實(shí)是水平的。從那里開始傾斜角被 調(diào)節(jié)至希望值，例如通過使用步進(jìn)馬達(dá)以及馬達(dá)的各步和傾斜角之間的已 知關(guān)系?？蛇x地激光的傾斜角可以直接通過使用附接至激光發(fā)射器的傳感 器指示，傳感器測量激光發(fā)射器的斜度。
盡管此種方法在較簡單或小范圍應(yīng)用中工作良好，但是許多應(yīng)用需要 的精確度不能由上述方法達(dá)到。例如，傾斜度指示設(shè)備不可以對于水平基
7準(zhǔn)面設(shè)置在正確的初始位置，隨著時(shí)間經(jīng)過的溫度變化可能導(dǎo)致曾經(jīng)調(diào)節(jié) 過的角度，或者傳感器的精度不夠。這些影響導(dǎo)致所指示傾斜度的潛在大 偏差，特別是在較遠(yuǎn)距離的情況下。

發(fā)明內(nèi)容
因此希望提供具有激光束調(diào)節(jié)的高精度傾斜角調(diào)節(jié)以及效率高的更好 操作性的傾斜度指示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，傾斜度指示設(shè)備包括激光單元，其適于發(fā) 射激光束；傾斜度傳感器，其附接至所述激光單元以提供與所述激光束相 對于激光角的傾斜角相對應(yīng)的傾斜度輸出值；水平傳感器，其附接至所述 激光單元以指示所述激光束的水平角；以及機(jī)械單元，其適于調(diào)節(jié)激光束 的傾斜角使得所述傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出值。通過采用水平傳 感器和傾斜度傳感器能夠獲得改善的精度。
根據(jù)一個實(shí)例，設(shè)置控制器來發(fā)出指令指示所述機(jī)械單元調(diào)節(jié)所述激 光單元的傾斜角，使得所述激光傳感器提供與所述激光束的水平角相對應(yīng) 的預(yù)定水平輸出值；獲得所述傾斜度傳感器在所述水平角處的傾斜度輸出 值；以及在激光單元的希望傾斜角和所述傾斜度傳感器在所述水平角處的 傾斜度輸出值的基礎(chǔ)上獲得所述傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。
根據(jù)另 一個實(shí)例，所述激光單元的至少一部分是可轉(zhuǎn)動的以沿著激光 面發(fā)射所述激光束；所述傾斜度輸出值由兩個輸出值分量構(gòu)成，并且其中 各輸出值分量對應(yīng)于與彼此基本垂直并限定所述激光面的x軸和y軸的其 中之一相關(guān)的 一個傾斜角分量；并且各所述傾斜度指示設(shè)備包括與所述軸 的至少一個相對準(zhǔn)的視覺指示。因此傾斜度指示設(shè)備不僅可以使用激光束 指示傾斜角，而且適于在激光面旋轉(zhuǎn)激光束以指示沿著x軸和y軸傾斜至 希望方向的基準(zhǔn)面。
根據(jù)另一實(shí)例，所述控制器適于通過訪問(access )保存傾斜度水平 傳感器的多個傾斜度輸出值和所述激光束的相應(yīng)傾斜角的表的存儲器而獲 得所述希望的傾斜度輸出值。采用預(yù)先準(zhǔn)備的表能夠減小工作中的計(jì)算量。根據(jù)另 一 實(shí)例，所述控制器適于在描述所述傾斜度水平傳感器的傾斜 度輸出值差和所述激光束的傾斜角差之間函數(shù)關(guān)系的相關(guān)函數(shù)的J^出上， 獲得所述的希望傾斜度輸出值。
才艮據(jù)另 一實(shí)例，所述控制器適于通過在與保存在所述表中并最接近所
插值而獲得所述傾斜度傳感器的所述希望傾斜度輸出值。這樣，所述表不 需要存儲所有的可能傾斜角以及對應(yīng)的傾斜度傳感器輸出值，而是可以使 用插值來估計(jì)表中沒有的傾斜角。
根據(jù)另 一實(shí)例，設(shè)有溫度傳感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的環(huán)境溫 度，以及如果溫度變化超過預(yù)定的閾值則發(fā)出指示，命令重新調(diào)節(jié)零角
(zero angle )。因此，為了避免因?yàn)闇囟茸兓瘜?dǎo)致傾斜角的過大變化以及 激光束或激光面的過大變化，重新調(diào)節(jié)傾斜度指示設(shè)備。
根據(jù)另 一實(shí)例，設(shè)有位置傳感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的位置， 以及如果位置變化超過預(yù)定的閾值則發(fā)出警報(bào)。
根據(jù)另 一 實(shí)例，設(shè)有將在激光面為水平的情況下的水平傳感器輸出值 限定為限定所述零角的水平輸出值。
根據(jù)另一實(shí)例，為了在操作期間重新調(diào)節(jié)所述零角，所述控制器適于 對所述機(jī)械單元發(fā)出指令以調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角，從而所述水平傳 感器提供限定所述零角的水平輸出值以及其后發(fā)出指令命令所述機(jī)械單元 再次調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角到所述傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出 值的位置。
根據(jù)另 一 實(shí)例，所述控制器適于在保存所述表的存儲器中記錄與外部 所述已知傾斜角相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值，例如用于工作期間的后來基 準(zhǔn)的表的初始記錄。
根據(jù)另一實(shí)例，所述控制器適于在保存所述表的存儲器中記錄與對應(yīng) 于x軸和對應(yīng)y軸的外部設(shè)置的已知傾斜角分量相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值。
根據(jù)另一實(shí)例，所述傾斜度傳感器包括重力傳感器。進(jìn)一步地，根據(jù)另 一 實(shí)例所述水平傳感器包括檢測流體中氣泡
(bubble)位置的檢測器。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用于指示傾斜度的方法包括從激光單元 發(fā)射激光束；通過附接至所述激光單元的傾斜度傳感器提供傾斜度輸出值， 所述傾斜度輸出值與所述激光束相對于水平角的傾斜角相對應(yīng)；通過附接 至所述激光單元的水平傳感器單元指示所述激光束的水平角；以及通過機(jī) 械單元調(diào)節(jié)所述激光束的傾斜角使得所述傾斜度傳感器提供希望輸出值。
根據(jù)另一實(shí)施例提供一種包括適于使得數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行所述方法步 驟的程序。
根據(jù)另 一 實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中含有所述程序。 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
根據(jù)另一實(shí)施例提供包括所述傾斜度指示設(shè)備的光學(xué)儀器。
本發(fā)明的其它有利實(shí)施例在進(jìn)一步的權(quán)利要求中公開。


圖l說明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備的元件；
圖2說明根據(jù)本發(fā)明 一實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟；
圖3說明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備的元件，特別地示出 在基準(zhǔn)面上發(fā)出旋轉(zhuǎn)激光束的傾斜度指示設(shè)備；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟，特 別地示出用于在正常操作期間指示傾斜度的步驟；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于指示傾斜度的步驟，特別地示 出獲得傾斜度輸出值差用于調(diào)節(jié)傾斜度水平傳感器的實(shí)例；
圖6A、 6B、 6C示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的傾斜度輸出值和傾斜角值 對的表的實(shí)例，以調(diào)節(jié)傾斜度水平傳感器而提供希望的輸出值；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟，特 別地示出用于記錄傾斜角和傾斜度輸出值對的表的步驟；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟，特別地示出基于溫度變化而再調(diào)節(jié)；
圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟，特 別地示出用于檢測位置改變超過閾值的步驟；以及
圖IO示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備的元件。
具體實(shí)施例
下面參考附圖1和10說明所述實(shí)施例。 圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備的元件。 所述實(shí)施例中的傾斜度指示設(shè)備使用相對于基準(zhǔn)方向或水平角以希望 傾斜角發(fā)出的激光束。所述實(shí)施例使用傾斜度傳感器和水平傳感器的組合 用于確定水平角度和關(guān)于或相對于所述水平角度的傾斜角。在一個實(shí)例中， 通過采用水平傳感器和傾斜度傳感器， 一旦水平角度已經(jīng)調(diào)整，通過使用 水平傳感器來指示激光束的水平角度以及使用傾斜度傳感器來指示激光束 的傾斜角，能夠獲得改善的精度。然后機(jī)械單元能夠用于調(diào)節(jié)傾斜角，從 而獲得對應(yīng)于傾斜角的希望傾斜度輸出值，這樣依賴于傾斜度傳感器的輸 出來調(diào)節(jié)傾斜角。這樣，為了調(diào)節(jié)水平角度，采用水平傳感器來提供預(yù)定 的水平輸出值，使用例如水平傳感器的高精度水平指示。獲得在水平角度 的傾斜度輸出值后，采用例如傾斜度傳感器的高精度相對角度指示，能夠 以高精度調(diào)節(jié)傾斜角。
更精確地，圖1示出總體以標(biāo)號100示出的傾斜度指示設(shè)備，其包括 激光單元110以發(fā)射激光束111。傾斜度傳感器120附接至激光單元以提供 相應(yīng)于激光束相對于水平角度的傾斜角，并且水平傳感器130附接至激光 單元以指示激光束的水平角度。
設(shè)置機(jī)械單元140來調(diào)節(jié)激光束的傾斜角從而傾斜度傳感器提供希望 的傾斜度輸出值?？梢栽O(shè)置處理單元150來獲得傾斜度傳感器和水平傳感 器的輸出值，并向機(jī)械單元140發(fā)出適當(dāng)?shù)闹甘尽?br> 在示出的實(shí)施例中，傾斜度傳感器120和水平傳感器130附接至激光 單元110，以確保傾斜度傳感器和水平傳感器的輸出值與激光單元110發(fā)
ii出的激光束111為固定的關(guān)系。
根據(jù)本實(shí)施例，傾斜度傳感器120和水平傳感器130的組合用于以高 精度對激光單元調(diào)節(jié)水平角度，以及用于通過使用傾斜度傳感器120而在 水平傳感器提供的水平角度的基礎(chǔ)上計(jì)算傾斜角。例如，可以獲得這樣的 水平傳感器，其以高精度提供對應(yīng)于激光單元和激光束的完全水平方向或 水平方向的水平信號，并且從而能夠有利地用作水平傳感器130。
此外，可以獲得這樣的傾斜度傳感器，其以高精度提供對應(yīng)于傾斜角 改變的輸出值變化，從而適于基于傾斜度水平傳感器輸出值關(guān)于傾斜角的 變化的已知相對變化而調(diào)節(jié)傾斜角。由于傾斜度傳感器不可以提供對應(yīng)于 例如激光束或激光面的完全水平的水平位置的精確水平角度，由水平傳感 器130提供水平角度，并且然后基于傾斜度傳感器的輸出值調(diào)節(jié)由水平傳 感器提供的關(guān)于水平角度的相對角度。
大致地說，水平傳感器130可以提供高精度的水平角度，而傾斜度傳 感器120可以提供高的相對精度——盡管絕對精度低。將具有高精度水平 角度指示的水平傳感器與具有關(guān)于從水平傳感器的輸出確定的水平角度的 高精度相對傾斜角指示的傾斜度傳感器相結(jié)合，能夠提供具有改善精度的 傾斜度指示設(shè)備。
如果例如已知傾斜度傳感器提供對應(yīng)于傾斜角已知變化的例如電壓的 輸出值的已知變化，如果傾斜度傳感器的輸出值的變化和傾斜角的變化之 間的函數(shù)關(guān)系或?qū)?yīng)關(guān)系是已知的，則通過使用來自水平傳感器的水平角 度的指示，可以精確調(diào)節(jié)傾斜角。例如，傾斜度傳感器在水平傳感器提供 指示所述水平角度的預(yù)定輸出的位置處的輸出值作為基準(zhǔn)值，然后調(diào)節(jié)傾 斜度指示設(shè)備，從而傾斜度傳感器提供輸出值，示出與在水平角處的傾斜 度傳感器的特定希望差，其對應(yīng)于相對于水平角的激光束的傾斜角。
如果傾斜度傳感器的輸出值隨著傾斜角線性變化，該方法工作特別良 好，然而可以存在其它函數(shù)關(guān)系，其中希望傾斜角能夠使用所述函數(shù)關(guān)系 轉(zhuǎn)化為希望的傾斜度傳感器輸出值。
下文描述了在圖1所示的傾斜度指示設(shè)備IOO的構(gòu)成元件的實(shí)例。注意，下述構(gòu)成實(shí)例僅僅是實(shí)例而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
根據(jù)一個實(shí)例，傾斜度指示設(shè)備100包括在圖1中未示出的殼體，所 述殼體保持設(shè)備的構(gòu)成元件，即激光單元110、傾斜度傳感器120、水平傳 感器130、機(jī)械單元140以及處理單元150和可能的其它單元，諸如用于 進(jìn)行指示的指示設(shè)備或使用者設(shè)置激光束希望傾斜角的單元，例如顯示器 和設(shè)置希望傾斜角的調(diào)節(jié)按鈕。
為了能夠調(diào)節(jié)激光束lll的傾斜角，激光單元和附接的傾斜度傳感器 120和水平傳感器130至少應(yīng)該安裝成可樞轉(zhuǎn)的，傾斜角對應(yīng)于希望傾斜 角并且由機(jī)械單元140控制。例如，激光單元和傾斜度傳感器120與水平 傳感器130能夠樞轉(zhuǎn)地安裝在殼體的上部內(nèi)，并且由機(jī)械單元140驅(qū)動且 沒有在圖1中示出的機(jī)械結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為繞著樞轉(zhuǎn)點(diǎn)傾斜或旋轉(zhuǎn)激光單元和傳 感器。例如激光單元以及進(jìn)而激光束可以相對于水平角樞轉(zhuǎn)+/-10度或其它 范圍——取決于機(jī)械單元140的特性。
為了允許激光束111透出殼體，激光束能夠穿過的上部透光殼體組件 可以集成在殼體中。例如，殼體的光殼體組件可以包括高光學(xué)性能的四塊 直立的平坦透明玻璃片，所述四塊玻璃片在其側(cè)邊緣表面處結(jié)合在一起， 以形成方形截面。所述玻璃片的下邊緣可以安裝于在殼體上緣內(nèi)形成的凹 部內(nèi)，而玻璃片的上邊緣安裝于在殼體頂蓋內(nèi)形成的凹部內(nèi)。這將允許激 光束沿任何方向射出?？蛇x地，如果激光束僅僅需要沿一個方向射出，則 單片玻璃片就足夠了。
激光單元110可以是測量領(lǐng)域使用的任何類型激光單元，諸如沿著豎 直方向?qū)⒓す馐l(fā)射至棱鏡或反射鏡裝置將激光束轉(zhuǎn)化至水平方向，以獲 得小型的傾斜度指示設(shè)備。激光單元在一個實(shí)例中包括帶有至少一個安裝 構(gòu)件的殼體，所述安裝構(gòu)件用于可旋轉(zhuǎn)地安裝在傾斜度指示設(shè)備100的殼 體內(nèi)。
水平傳感器130固定至激光單元，優(yōu)選地使得即使隨著時(shí)間的經(jīng)過， 不會出現(xiàn)激光單元相對于水平傳感器的相對位置的偏移。類似地，傾斜度 傳感器120固定至激光單元，優(yōu)選地至少隨著時(shí)間的經(jīng)過穩(wěn)定至水平角的下一次重新調(diào)整。
水平傳感器130可以是現(xiàn)有技術(shù)的任何水平傳感器，例如，水平傳感 器130由檢測流體中氣泡位置的傳感器——例如使用紅外線發(fā)光器和傳感 器、光敏二極管，用于檢測玻璃瓶中的氣泡。然而，注意，任何其它傳感 器可以用作水平傳感器，只要該傳感器能夠精確提供對應(yīng)于水平角度的輸 出信號。如果例如圖1中指示的方向112械j人為構(gòu)成水平方向，優(yōu)選地， 水平傳感器設(shè)置為使得其不變且重復(fù)地提供對應(yīng)于所述水平角或水平方向 的輸出信號。例如，水平傳感器能夠設(shè)置為使得在所述水平角水平傳感器 提供最大輸出信號或任何其它預(yù)存的限定輸出信號。
傾斜度傳感器120可以由用于基于重力而檢測傾斜度傳感器位置的重 力傳感器構(gòu)成。然而，明確地指出，其它傳感器可以提供為或用作傾斜度 傳感器120,只要該傳感器能夠提供適當(dāng)高的精度用于相對于水平角調(diào)節(jié) 傾斜角。所述傾斜度傳感器在一個實(shí)例中提供根據(jù)對應(yīng)于傾斜角的已知函 數(shù)變化的輸出值，從而用于調(diào)節(jié)希望傾斜角的傾斜度傳感器能夠被調(diào)節(jié)， 使得傾斜度傳感器提供已知的希望輸出值，即激光單元能夠被旋轉(zhuǎn)直到傾 斜度傳感器提供對應(yīng)于希望傾斜角的希望輸出值。
機(jī)械單元140在一個實(shí)例中固定至傾斜度指示設(shè)備100的殼體，并且 包括在圖1中為示出的機(jī)械機(jī)構(gòu)，用于使激光單元和傾斜度和水平傳感器 繞樞軸點(diǎn)傾斜。例如，機(jī)械單元包含步進(jìn)馬達(dá)用于轉(zhuǎn)動激光單元，且步進(jìn) 馬達(dá)的每一步對應(yīng)于傾斜角增量，從而通過累計(jì)步進(jìn)馬達(dá)的步數(shù)能夠基于 傾斜度傳感器的輸出調(diào)節(jié)傾斜角。步進(jìn)馬達(dá)可以旋轉(zhuǎn)心軸用于實(shí)現(xiàn)激光單 元繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)的運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)。盡管機(jī)械單元在一個實(shí)例中附接至傾斜度指示 設(shè)備100的殼體，但是機(jī)械單元在其它實(shí)例中安裝在激光單元處。
處理單元150可以是傾斜度指示設(shè)備的任何類型的中央處理單元或微 控制器，以基于傾斜度傳感器和水平傳感器的輸出值將指令發(fā)給機(jī)械單元 140。例如，處理單元150讀取來自傾斜度傳感器的對應(yīng)于激光束相對于水 平角的傾斜角的傾斜度輸出值，以調(diào)節(jié)激光束的傾斜角，使得傾斜度傳感 器提供希望輸出值。此外，處理單元在一個實(shí)例中指令機(jī)械單元調(diào)節(jié)激光束的傾斜角，使水平傳感器指示激光束的水平角作為用于基于傾斜度傳感 器的輸出值而操作機(jī)械單元的基準(zhǔn)點(diǎn)，用于調(diào)節(jié)希望傾斜角。
盡管處理單元150可以設(shè)置為連接至傾斜度傳感器和水平傳感器及機(jī) 械單元的分離實(shí)體，在替代實(shí)施例中也可以的是，傾斜度傳感器、水平傳 感器和機(jī)械單元集成提供處理單元150的功能的控制元件。
處理單元可以基于存儲在未示出的存儲器內(nèi)的程序而運(yùn)行，當(dāng)程序栽 入至處理單元時(shí)，所述程序使得處理單元執(zhí)行所述功能。可選地或者另外，
行，例如使用特定的集成電路。
下面，將參考圖2說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于指示傾斜度的方法的步驟，例如使 用圖1所示的傾斜度指示設(shè)備，然而，圖2不限于此。圖2示出在傾斜度
的方向的步驟。
在第一步驟200中，激光束從諸如激光單元110的激光單元發(fā)出，激 光單元具有附接至其上的諸如圖1中傾斜度傳感器120的傾斜度傳感器和 諸如圖1中水平傳感器130的水平傳感器。激光束可以發(fā)射至單個方向或 者激光單元可以旋轉(zhuǎn)以在激光面發(fā)射激光束。
在步驟201中，由水平傳感器指示激光束的水平角。從而，水平傳感 器，優(yōu)選具有高精度的水平指示，提供或限定水平角作為傾斜度傳感器的 基準(zhǔn)及獲得希望傾斜度輸出值。
在步驟202中，傾斜度傳感器提供對應(yīng)于激光束相對于由水平傳感器 指示的激光束水平角的傾斜角的傾斜度輸出值。換句話說，傾斜度傳感器 例如基于前述函數(shù)關(guān)系，通過對應(yīng)于相對于水平角的激光束傾斜角的差值 提供在水平角處從傾斜度傳感器的輸出值偏離的傾斜度輸出值。
在步驟203中，由例如機(jī)械單元140的機(jī)械單元調(diào)節(jié)激光束的傾斜角， 從而傾斜度傳感器提供對應(yīng)于希望傾斜角的希望傾斜度輸出值。能夠通過 改變激光束的傾斜角并觀察傾斜度傳感器在變化期間的輸出直到檢測到希望傾斜度輸出值為止而執(zhí)行調(diào)整步驟。
圖2示出執(zhí)行用于指示水平角的步驟，所述執(zhí)行通過使用水平傳感器 以及通過在由水平傳感器提供的水平角的基礎(chǔ)上使用傾斜度傳感器來調(diào)節(jié) 傾斜角而進(jìn)行，允許以高精度調(diào)節(jié)激光束的傾斜角。因?yàn)閮A斜角能夠通過 調(diào)節(jié)激光束的取向直到獲得希望傾斜度傳感器輸出值位置而簡單地調(diào)節(jié)， 所以簡單的傾斜度指示變得是可能的并且獲得高的總產(chǎn)率。
下面參考圖3說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備的元件，特別地示 出通過旋轉(zhuǎn)激光束提供基準(zhǔn)面的傾斜度指示設(shè)備。盡管圖l示出的傾斜度 指示設(shè)備例如允許相對于諸如水平方向的一個方向進(jìn)行調(diào)節(jié)傾斜角，圖3 使得能夠通過分別地設(shè)置兩個傾斜角分量而進(jìn)行雙重傾斜度調(diào)節(jié)，以限定 激光面在兩個方向的傾斜或傾斜度。
圖3大致示出傾斜度指示設(shè)備300，包括激光單元310，其中激光單元 的至少一部分可以旋轉(zhuǎn)以在激光面367發(fā)射激光束。激光單元310在一個 實(shí)例中產(chǎn)生在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的激光束——通過大致向上發(fā)射激光束并然后在 反射鏡或五棱鏡組件中使其改變方向90度。五棱鏡組件在一個實(shí)例中包括 一對反射鏡以產(chǎn)生雙反射并且被繞著豎直軸線旋轉(zhuǎn)，如果傾斜度指示設(shè)備 處在豎直位置，在投射裝置內(nèi)導(dǎo)致水平光束旋轉(zhuǎn)，限定激光面。所述激光 面可以相對于水平或水平方向傾斜特定的傾斜角，由此提供傾斜的激光面， 如圖3所示。例如，激光面相對于由優(yōu)選彼此垂直的x軸和y軸限定的基 準(zhǔn)面傾斜。在一個實(shí)例中，x軸和y軸構(gòu)成的基準(zhǔn)面是水平的，即水平的。 注意，然而可以限定基準(zhǔn)面的任何其它水平角度，例如x軸和y軸中的一 個是在豎直方向上。
基準(zhǔn)面367，類似于圖1的基準(zhǔn)方向112，由水平角度的激光束限定， 即在水平傳感器提供對應(yīng)于水平角的輸出信號時(shí)的角度。
通過借助于旋轉(zhuǎn)激光束提供激光面而增加的一個自由度，傾斜角包括 與x軸和y軸之一相關(guān)的兩個傾斜角分量。在一個實(shí)例中，激光面相對于 x方向的傾斜由箭頭365指示，相對于y方向的傾斜由箭頭366指示。類似地提供水平角的水平傳感器具有兩個水平角分量。
相應(yīng)地，傾斜度傳感器320提供由兩個傾斜度輸出值分量構(gòu)成的傾斜 度輸出值，并且水平傳感器330提供具有兩個水平輸出值分量的水平傳感 器輸出值。
分別提供兩個輸出值分量的傾斜度傳感器或水平傳感器可以通過設(shè)置 彼此垂直的——優(yōu)選地與X軸和y軸對準(zhǔn)的兩個傾斜度傳感器或水平傳感 器元件而得到。
各傾斜度輸出值分量對應(yīng)于與限定激光面的x軸和y軸之一相關(guān)的一 個傾斜角分量。盡管x軸和y軸可以設(shè)置為彼此垂直，但是x軸和y軸的 其它取向也是可行的。
本實(shí)施例中的水平傳感器具有兩個感測方向用于指示與兩個水平角分 量對應(yīng)的水平輸出值。類似地，本實(shí)施例中的傾斜度傳感器具有兩個感測 方向用于指示與兩個傾斜角分量對應(yīng)傾斜度輸出值。傾斜度傳感器的感測 方向優(yōu)選地與x軸和y軸對準(zhǔn)從而操作者對傾斜角分量的設(shè)置對應(yīng)于激光 面相對于x軸和y軸的傾斜。優(yōu)選，傾斜度指示i殳備包括與x軸和y軸中 至少之一對準(zhǔn)的視覺指示，以向操作者提供視覺基準(zhǔn)來將傾斜度指示設(shè)備、 x軸和y軸與地形或目標(biāo)對準(zhǔn)，從而建立希望傾斜角分量和構(gòu)造位置等方 向之間的關(guān)系。例如，視覺指示由傾斜度指示設(shè)備的使用者用來將x軸或 y軸與地形或目標(biāo)的特征對準(zhǔn)，以提供所述軸的傾斜角分量與"真實(shí)世界" 的關(guān)系。
盡管傾斜度指示設(shè)備可以包括一個此種指示用于一個所述軸，所述傾 斜度指示設(shè)備可以對x軸和y軸提供兩個此種視覺指示，提供傾斜角分量 將調(diào)節(jié)的方向的視覺指示。
為了能夠基于兩個傾斜角分量調(diào)節(jié)激光面，4幾械單元340包括機(jī)械裝 置來在兩個方向旋轉(zhuǎn)盡管單元，優(yōu)選地所述兩個方向彼此垂直并對準(zhǔn)x軸 和y軸。例如，才幾械單元340除了包括圖1中步進(jìn)馬達(dá)和心軸以外，可以 包括第二步進(jìn)馬達(dá)和第二心軸以實(shí)現(xiàn)激光單元的旋轉(zhuǎn)，而計(jì)算兩個傾斜角
分量。然而，注意沿所述兩個方向旋轉(zhuǎn)所述激光單元的機(jī)械裝置應(yīng)該與殼體上的(例如傾斜度指示設(shè)備的陽棚上的)視覺指示相關(guān)，即x軸和y軸 與傾斜度傳感器的感測方向?qū)?zhǔn)——但不是必需的。即，傾斜度傳感器可 以一定的公差設(shè)置在線路板上，然而應(yīng)該確保兩個感測方向之間90的角。 此方面的偏離不影響傾斜度指示的精度并且由此能夠簡化制造過程。
處理單元350接收傾斜度傳感器值分量和水平傳感器值分量，并且將 相應(yīng)的指示提供至機(jī)械單元以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)激光束和激光面以及傾斜角。
如圖3所示，激光面367在x方向如箭頭365所示傾斜并在y方向如 箭頭366所示傾斜。在此，標(biāo)號362表示以旋轉(zhuǎn)方式發(fā)射以限定激光面的 激光束。如果x軸360和y軸361設(shè)置為彼此垂直，由箭頭365指示的沿 x方向的傾斜將等于繞y軸的旋轉(zhuǎn)，而由箭頭366指示的沿y方向的傾斜 將等于繞x軸的旋轉(zhuǎn)。然而如果x軸和y軸不彼此垂直則不會如此。
圖3中實(shí)施例的步驟類似于圖1中實(shí)施例的步驟，激光束在激光面內(nèi) 旋轉(zhuǎn)，傾斜角由兩個傾斜角分量構(gòu)成，并且傾斜度輸出值由兩個傾斜度輸 出值分量構(gòu)成，且水平輸出值也由兩個水平輸出值分量構(gòu)成。
在操作期間，激光束從激光單元發(fā)射以限定激光面，所述激光單元上 附接有傾斜度傳感器和水平傳感器。水平傳感器通過兩個水平傳感器輸出 值指示激光束或面的水平角，傾斜度傳感器提供對應(yīng)于激光面相對于水平 角分量的傾斜角分量的沿x軸和y軸的傾斜度輸出值分量。
然后激光面的傾斜角分量由機(jī)械單元調(diào)節(jié)，從而傾斜度傳感器提供希 望的傾斜度輸出值分量。
下面，為了簡化的原因在假定激光束具有一個自由度(即一個傾斜角 分量)的基礎(chǔ)上il明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，然而注意下面的所有內(nèi)容也適用于具 有對應(yīng)于z軸和y軸的傾斜角分量的旋轉(zhuǎn)激光束。
下面，將參考圖4描述本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例。
圖4示出用于指示傾斜度的方法的步驟，特別是諸如圖1或圖3的水 平指示設(shè)備的水平指示設(shè)備的常規(guī)步驟。由于可能缺乏來自傾斜度傳感器 的水平角度指示的精度，在操作中可能需要通過使用水平傳感器調(diào)節(jié)水平 角度。在此方法中，獲得在由水平傳感器限定的水平角處傾斜度傳感器的
18輸出值，并用于傾斜度指示。從而，來自水平傳感器的優(yōu)選的高精度水平 角指示能夠用在使用傾斜度傳感器精確指示傾斜角的方法中。
在第一步驟401中，激光束從激光單元發(fā)出，激光單元具有附接至其 上的分別如圖1和圖3所示的激光單元激光單元110或310。
在步驟402中，確定是否需要水平角重新調(diào)節(jié)。例如，在調(diào)節(jié)傾斜度 指示設(shè)備或在滿足進(jìn)一步情況的基礎(chǔ)上，諸如檢測設(shè)備的運(yùn)動、溫度或其 它外部狀況的變換，需要水平角重新調(diào)節(jié)。此外，水平角重新調(diào)節(jié)能夠基 于用戶輸出調(diào)節(jié)，指示需要調(diào)節(jié)設(shè)備的零角或水平角。
如果在步驟402中，結(jié)果為"是"，則指示需要水平角重新調(diào)節(jié)，在步 驟403中激光單元的傾斜角或傾斜角分量被調(diào)節(jié)，從而水平傳感器提供與 激光束的水平角或水平角分量相對應(yīng)的預(yù)定水平輸出或預(yù)定的水平輸出值
與水平角對應(yīng)的預(yù)定水平輸出值可以預(yù)先地確定，例如在制造所述設(shè) 備時(shí)。例如，在制造期間，帶有激光單元的傾斜度指示i殳備可以取向?yàn)槭?得激光單元處在完全水平或水平方向，并且能夠記錄在水平角位于此真正 水平、水平方向的水平傳感器輸出值，并且將之限定為預(yù)定的水平輸出值。
相應(yīng)地，在調(diào)節(jié)激光單元使得水平傳感器提供預(yù)定的輸出值時(shí)，已知 激光單元處在的位置使得激光束或激光面處在水平角上。水平角可以對應(yīng) 于水平方向，平面的水平取向。然而在備選方案中，水平角也可以限定為 對應(yīng)于包括激光面或激光束的豎直取向的任何其它角。
在步驟404中，在調(diào)節(jié)激光單元的傾斜角使得水平傳感器提供預(yù)定的 水平輸出值之后，獲得在水平角處的傾斜度傳感器的傾斜度輸出值或傾斜 度輸出值分量。換句話說，對于在水平角取向的激光束，傾斜度傳感器的 "零位置"是已知的并且對應(yīng)的傾斜度輸出值能夠得到和/或記錄。然后知
值差能夠在該初始設(shè)置或調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)。
此后，在步驟405中基于激光單元的希望傾斜角和傾斜度傳感器在由 水平傳感器指示的水平角處的傾斜度輸出值得到傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。換句話說，對于在水平角處已知的傾斜度傳感器輸出以及已知 的傾斜角相對于水平角的傾斜角和傾斜度傳感器的輸出值變化之間的關(guān) 系，能夠調(diào)節(jié)任何與希望傾斜角相對應(yīng)的希望傾斜度輸出值。
希望傾斜度輸出值在步驟405中可以從預(yù)先記錄的表或使用傾斜角和 傾斜度輸出值之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行的任何計(jì)算而得到。
如果在步驟402中結(jié)果為"否"，流程直接進(jìn)行至步驟405。
在獲得對應(yīng)于希望傾斜角的傾斜度輸出值之后，激光束的傾斜角在步 驟406中由機(jī)械單元調(diào)節(jié)，使得傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出值。例 如，傾斜角可以逐步增加，直到得到希望傾斜度輸出值。類似地，在雙傾 斜度的情況下，激光束的傾斜角分量可以由機(jī)械單元調(diào)節(jié)從而傾斜度傳感 器提供希望傾斜度輸出值分量。
下面，將參考圖5說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖5示出用于指示傾斜度的方法的步驟，特別是用于限定或獲得與希 望傾斜角相對應(yīng)的希望傾斜度傳感器輸出值的步驟。
在上文指出傾斜度傳感器可以提供高精度的相對信號，即輸出值的變 化可以穩(wěn)定精確地對應(yīng)于傾斜角的變化。在一個實(shí)例中，傾斜度傳感器輸 出值隨著傾斜角線形地變化，從而如果水平角和傾斜度傳感器的相應(yīng)輸出 值已知，則能夠精確地調(diào)節(jié)傾斜度指示設(shè)備。然而，傾斜度輸出值的變化 和傾斜度傳感器之間的關(guān)系不是必須是線性的，任何其它函數(shù)或數(shù)學(xué)關(guān)系 是可以的。
因此，知道在^f吏用水平傳感器進(jìn)行前次調(diào)節(jié)限定的水平角處的傾斜度 水平傳感器輸出值，可以基于傾斜度水平傳感器輸出值的變化和傾斜角之 間的線形、函數(shù)或其它數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算與希望傾斜角相對應(yīng)的傾斜度傳感器 希望輸出值。
由于此途徑是容易實(shí)現(xiàn)的，但是可能導(dǎo)致高的計(jì)算努力，特別是在雙 傾斜度模式下尤其如此——其中需要計(jì)算傾斜角分量和相應(yīng)輸出值分量。 因此，可以預(yù)先生成表并將^儲在傾斜度指示設(shè)備的存儲器中，所W 保存傾斜度水平傳感器的多個傾斜度輸出值以及相對應(yīng)的激光束傾斜角，或者替代地，傾斜度水平傳感器的多個傾斜度輸出值分量和激光束的相應(yīng) 傾斜角分量。
在下面將參考圖5說明用于限定希望傾斜度傳感器輸出值的步驟。在 第一步驟501中，激光束的希望傾斜角通過使用者輸入獲得。例如，通過 傾斜度指示設(shè)備的輸入單元，操作者可以輸入與激光束的x軸或y軸相對 應(yīng)的希望傾斜角或傾斜角分量。所述輸入單元可以包括按鈕和對應(yīng)的顯示 裝置用于分別地設(shè)置傾斜角或傾斜角分量，例如在將傾斜度指示設(shè)備設(shè)置 在建造位置后，x軸或y軸之一基于傾斜度指示設(shè)備處的視覺指示取向， 如上文所概括描述的。
在步驟502中，獲得在水平角處的傾斜度傳感器的傾斜度輸出值，例 如如前所述——通過調(diào)節(jié)傾斜角使得其與由水平傳感器指示的水平角重合 并且通過讀取在所述調(diào)節(jié)后的水平角處的傾斜度傳感器輸出值或輸出值分
此后，在一備選方式中，在步驟503中，基于傾斜度水平傳感器的多
述表例如在制造所述設(shè)備期間預(yù)先記錄。所述表中的與作為水平角的傾斜 度傳感器輸出值相對應(yīng)的傾斜度傳感器輸出值在此過程中可以限定為零角 或偏差，并且任何希望輸出值能夠通過基于傾斜度輸出值差和在水平角處 的傾斜度傳感器輸出值傾斜角之間的已知函數(shù)關(guān)系而加上輸出值差得到。
盡管所述表用于存儲與基于水平角處傾斜度傳感器輸出值的傾斜角差 相對應(yīng)的輸出值差，但是也可以由所^存儲傾斜度傳感器輸出的絕對值。
在步驟503的替代中，在步驟504中，傾斜度輸出值差可以基于傾斜 度水平傳感器的傾斜度輸出值差和激光束的傾斜角差之間的函數(shù)關(guān)系獲 得。例如傾斜度水平傳感器的傾斜度輸出值差和激光束的傾斜角差之間可 以是線性關(guān)系、或者其它函數(shù)或數(shù)學(xué)關(guān)系。知道水平角處的傾斜度傳感器 的傾斜度輸出值，然后能夠使用傾斜度輸出值差和傾斜角差之間關(guān)于水平 角的函數(shù)關(guān)系計(jì)算任何希望傾斜度輸出值。
在步驟503和504之后，在步驟505中通過對水平角處的傾斜度傳感
l:，所器的希望傾斜度輸出值加上與希望傾斜角相對應(yīng)的傾斜度輸出值差而計(jì)算 希望傾斜度輸出值。然后，能夠通過適當(dāng)?shù)赜蓹C(jī)械單元旋轉(zhuǎn)所述激光單元 而得到希望傾斜度輸出值。
接下來，參考圖6A、 6B和6C來說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖6A示出保存帶有相應(yīng)對的傾斜角值和傾斜角傳感器的傾斜度輸出 值的存儲器。該示例表特別適用于帶有一個自由度(即僅僅在一個方向上 可調(diào)的)激光束的傾斜度指示設(shè)備。在此情況下，能夠限定例如希望傾斜 角值負(fù)10度、負(fù)5度、0度、5度和10度，并且在初始記錄過程中，可以 記錄對應(yīng)的傾斜度輸出值用于從外部預(yù)先設(shè)置傾斜角。例如，可以獲得指 示的成對傾斜角和傾斜度輸出值。
如向前所指出的，傾斜度輸出傳感器的精度可以較高，而由傾斜度傳 感器指示的水平角的例如絕對精度可以不是精確的。因此，由傾斜度傳感 器指示的零或水平角可以不是總對應(yīng)于真正的水平角。因此對應(yīng)于真正水 平角的傾斜度輸出值——例如由水平傳感器限定，應(yīng)該經(jīng)常使用水平傳感 器調(diào)整。相應(yīng)實(shí)例在上文給出。
在圖6A中，現(xiàn)在假定在通常操作期間水平傳感器指示傾斜度輸出值 等于負(fù)0.25 (電壓或任何其它量)處的水平角。因此，在所述表的_^5出上 用于獲得希望傾斜度輸出值的計(jì)算必須從所述水平角或傾斜度輸出值負(fù) 0.25開始。
在一個實(shí)例中，如果需要負(fù)5度的傾斜角(從負(fù)5度至負(fù)IO度)，所 述希望傾斜度輸出值將為負(fù)0.5。為了調(diào)節(jié)負(fù)5度的傾斜角，機(jī)械單元將調(diào) 節(jié)激光束使得檢測到傾斜度輸出值為負(fù)0.5。
在另一個實(shí)例中，在圖6A中，應(yīng)該調(diào)節(jié)正10度的傾斜角，希望的傾 斜度輸出值應(yīng)該是0.25,計(jì)算在圖6A指示的水平角處開始，即-0，25+0.5 -0.25。
盡管示出的附圖僅僅示出有限數(shù)量的傾斜角值以及對應(yīng)的傾斜度輸出 值，但是可以記錄更多數(shù)據(jù)的表。
作為替代或附加，可以通過在與保存在所*中并最接近所述希望傾而獲得傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。所述插值優(yōu)選地基于傾斜角和
傾斜度輸出值差之間的已知函數(shù)關(guān)系。在圖6A的示例表中，如果需要2.5 度的傾斜角，臨近的傾斜度輸出值將是負(fù)0.25和0，并且假設(shè)傾斜角和傾 斜度輸出值之間為線性關(guān)系，希望傾斜度輸出值將是負(fù)0.125。
圖6B示出特別適用于激光束在激光面上旋轉(zhuǎn)的雙傾斜度應(yīng)用，所述 表示出x軸傾斜度值和y軸傾斜度值以及對應(yīng)的傾斜度輸出值x和y。
現(xiàn)在在存儲器中表保存與對應(yīng)于傾斜度傳感器的感測方向x軸和y軸 的外部預(yù)設(shè)已知傾斜角分量相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值。在此情況下，如 同可以從對于特定角度在相應(yīng)方向上彼此相等的值x和y可以看出的，傾 斜度傳感器感測方向，即x軸和y軸，與用于記錄表中值的外部設(shè)定記錄 x軸和y軸對準(zhǔn)，從而傾斜度傳感器的x輸出對應(yīng)于x軸，并且傾斜度傳 感器的y輸出對應(yīng)于y軸。然而，在此實(shí)例中不是必須的，如果傾斜度傳 感器感測方向和記錄x軸和y軸之間存在偏差，例如由于在記錄表期間的 未對準(zhǔn)，與角x和y相對應(yīng)的值x和y的等值性將不會存在。然而，在二 維表中，任何此種偏差被考慮到并被"自動"校正。
圖6B示出用于x軸和y的傾斜度傳感器的絕對輸出值，其基于帶有 水平角x軸分量和水平角y軸分量的由水平傳感器檢測的水平角處的傾斜 度輸出值計(jì)算。在圖6B中，在水平角x軸分量處的傾斜度輸出值為 2.511111，在水平角y軸分量處的傾斜度輸出值為2.5。已知這些輸出值， 所ii^被相應(yīng)地調(diào)節(jié)從而傾斜度傳感器在x和y方向的希望輸出值能夠基 于希望傾斜角分量而從所述表直接讀取。
例如，對于具有x軸傾斜角值5和y軸傾斜角值-5的希望傾斜角， 希望傾斜度傳感器輸出值x分量為3.011111并且相應(yīng)的希望傾斜度傳感器 輸出值y軸分量為2。
類似于參考圖6A所作的說明，如果希望傾斜角不預(yù)存在表中，可以 使用兩個鄰近傾斜角值和相應(yīng)的傾斜度傳感器值進(jìn)行插值。在圖6B的實(shí) 例中，傾斜角y軸分量負(fù)2.5度及x軸分量7.5度并且假設(shè)傾斜度傳感器值變化和傾斜角之間為線性關(guān)系，則基于從鄰近傾斜角x方向5和10以及y 方向0和_ 5獲得的一對值，傾斜度傳感器輸出值在x方向?yàn)?.26111且在 y方向的希望傾斜度傳感器值為2.25。
圖6C示出與圖6B類似的實(shí)例，然而對于假定在x軸方向1.51111的 水平角處的假定傾斜度輸出值以及在y軸方向1.5的水平角處的傾斜度輸
出值，水平角將檢測為在傾斜度傳感器的不同輸出值處。
同樣，圖6C中的表在水平角處的傾斜度輸出值分量的^i^出上計(jì)算，
從而能夠從基于希望傾斜角分量的表直接得到希望傾斜度輸出值分量。另 外，在該情況中，如果希望傾斜角不是從表可以容易得到的，可以使用插 值以獲得在x和y方向的希望傾斜度傳感器輸出值。同樣，在圖6C中， 假定傾斜角分量應(yīng)該為x方向7.5度y方向-2.5度。在此實(shí)例中，x方向的 希望傾斜度傳感器輸出將為2.26111而y方向的希望傾斜度傳感器輸出將 為1.25。
作為度的替代，也能夠采用其它傾斜角單位。 下面將參考圖7說明進(jìn)一步的實(shí)施例。
圖7特別地示出用于記錄傾斜度傳感器輸出值和對應(yīng)傾斜角的表的步驟。
圖7的步驟可以在設(shè)備制造時(shí)執(zhí)行，其中所述傾斜度指示設(shè)備有序地 調(diào)節(jié)至已知的方向以具有激光面的已知取向。
在第一步驟701中，使用外部水平工具將激光面或激光束調(diào)節(jié)至已知 的水平角。例如，使用制造設(shè)備，激光面被調(diào)節(jié)至完全水平方向，并且在 步驟702中在水平角處的水平傳感器的水平輸出值或水平輸出值分量被記 錄。此外，傾斜度指示設(shè)備設(shè)置在工作臺上從而傾斜度傳感器的感測方向 優(yōu)選地與傾斜方向即工作臺的記錄x和y軸對準(zhǔn)。然而，如上所述，在記 錄所*中考慮到某些未對準(zhǔn)，并且所述未對準(zhǔn)在特定限制中不具有顯著 的負(fù)面影響。
這樣，在操作703中，在所述表中傾斜度傳感器在水平角處的傾斜度 輸出值被記錄，在包括步驟704、 705、 706的循環(huán)中，傾斜角然后增加，并且在設(shè)定傾斜角處的傾斜度傳感器的相應(yīng)傾斜度輸出值被記錄，從而逐
漸地填充所述表。如果結(jié)果為"否"，則重復(fù)步驟704-706，否則所述步
更具體地，在步驟704中，傾斜角修改的量為已知的增量，并且在步 驟705中在所述表中傾斜度傳感器在設(shè)定傾斜角處的傾斜度輸出值被記 錄。更具體地，為記錄如圖6B所示的二維表，與記錄x和y軸組之一相 關(guān)的傾斜角分量之一被改變已知的增量，直到此方向達(dá)到最大傾斜角分量。 然后，所述傾斜角分量的另一個被增加，并且該另一個同樣被改變已知的 增量，直到此方向達(dá)到最大傾斜角分量。該過程重復(fù)直至所i^的所有內(nèi) 容被填滿，既直到兩傾斜角分量已經(jīng)在其給定的范圍內(nèi)變化。
如上所述進(jìn)行的對于雙傾斜度指示設(shè)備獲得二維表，允許傾斜度傳感 器感測方向(即上述x和y軸)以及記錄x軸和y軸之間的某些偏離、理 想地，感測方向和x與y軸重合，然而，如果存在偏離，這對于記錄過程 是允許的且如前所述精度損失很小。
在一個實(shí)例中，在制造期間傾斜度指示設(shè)備安裝在能夠沿著x軸和y 軸傾斜的基座上。在將傾斜度指示設(shè)備安裝在基座上的過程中，所述設(shè)備 優(yōu)選地安裝為使得傾斜度傳感器的感測方向與基座的x軸和y軸對對準(zhǔn)。 例如，此種對準(zhǔn)能夠通過使用傾斜度指示設(shè)備殼體上的視覺指示獲得，所 述視覺指示指示傾斜度指示設(shè)備的一個感測方向。
下面結(jié)合圖8說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖8示出特別地說明傾斜度指示設(shè)備在溫度變化中工作期間的水平角 重新調(diào)節(jié)的步驟。
如上所述，傾斜度傳感器通常提供輸出信號，其中所述輸出信號的變 化隨著時(shí)間經(jīng)過是穩(wěn)定的，并且隨著時(shí)間經(jīng)過穩(wěn)定地與傾斜角變化相關(guān)。 然而，溫度變化可以對傾斜度傳感器的輸出信號的變化以及傾斜角之間函 數(shù)關(guān)系有影響。此外，傾斜度感測設(shè)備的機(jī)械元件可以由較大的溫度變化 影響，并且如上所述因?yàn)橛蓛A斜度感測設(shè)備可能覆蓋的大的距離，小的偏 離可以轉(zhuǎn)化成對傾斜度指示設(shè)備的較大距離的不可忽略的錯誤。
25監(jiān)測溫度變化因此在溫度潛在變化較大的環(huán)境中是特別重要的，例如
全天工作的建筑現(xiàn)場，傾斜度感測設(shè)備可能承受40攝氏度或更大的溫度變 化。
因此，為了在步驟801中基于溫度變化執(zhí)行水平角重新調(diào)節(jié)，傾斜度 水平傳感器的環(huán)境溫度由溫度傳感器檢測。所述環(huán)境溫度可以是傾斜度指 示設(shè)備周圍的、或傾斜度指示設(shè)備的殼體內(nèi)的空氣溫度。
在步驟802中，確定溫度變化是否超出預(yù)定閾值。例如，5攝氏度的 溫度變化可以限定為所述閾值。然而，注意可以采用較大或較小的閾值。 閾值的大小通常在傾斜度指示設(shè)備在時(shí)間上希望的精度以及用戶友好度之 間折中，因?yàn)樗浇堑闹匦抡{(diào)整需要傾斜度指示設(shè)備的正常運(yùn)行的簡短中 斷。
如果在步驟802結(jié)果為"是"，指示溫度變化超過預(yù)定閾值，在步驟 803進(jìn)行零角的重新調(diào)整，諸如由中央處理單元150或300調(diào)整。零角的 重新調(diào)整基本遵循圖4的步驟。也就是說，傾斜度指示設(shè)備被切換至重新 調(diào)整沖莫式，其中如前所述^f吏用水平傳感器將激光束或激光面重新調(diào)整至水 平角。 一旦在水平位置或達(dá)到的零角，在此位置獲得的傾斜度傳感器的輸 出值作為用于傾斜角的后續(xù)確定的新基準(zhǔn)點(diǎn)。
然后，激光束或激光面可以被驅(qū)動回在切換至重新調(diào)整模式之前所處 的取向，即基于激光單元的前一希望傾斜角以及在水平角的傾斜度輸出值 測量結(jié)果獲得的傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。激光束的傾斜角因此 由機(jī)械單元調(diào)節(jié)，使得傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出值。此后，重新 調(diào)整模式切換回正常運(yùn)行模式。
下面參考圖9說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖9示出用于在檢測到位置 變化時(shí)的水平角重新調(diào)節(jié)的步驟。
與圖8類似，不僅溫度變化對設(shè)備的精度有影響，位置變化也是如此， 例如保持所述傾斜度指示設(shè)備的起伏表面土壤。即使傾斜度傳感器能夠用 在某些位置移動中保持一定的希望傾斜角，例如通過機(jī)械單元重新調(diào)節(jié)激 光面，如果位置變化超過超出一定的限度，即如果例如傾斜度指示設(shè)備由于起伏的地面而傾斜，可能達(dá)到機(jī)械限制并且可能指示不正確的傾斜度或 者傾斜角的精度損失。
因此，如果位置變化超過一定的閾值，觸發(fā)報(bào)警，提醒操作者。
在步驟901中，傾斜度指示設(shè)備的位置由位置傳感器檢測。例如位置 傳感器能夠是使用GPS或任何其它技術(shù)的位置感測元件。此外，在另一實(shí) 例中，位置傳感器包括單元來如前所述在工作中監(jiān)督激光面或激光束的重 新調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償小的位置變化。
此種單元例如能夠累計(jì)調(diào)節(jié)激光單元取向的機(jī)械單元步進(jìn)馬達(dá)的脈 沖，從而獲得在設(shè)備運(yùn)行期間描述位置變化的測量值。
在步驟902中，然后確定位置變化是否超出一定的閾值。所述閾值能 夠根據(jù)需要設(shè)置，在精確的傾斜度指示和用戶友好性之間折中。
在一個實(shí)例中，在初始設(shè)置和傾斜角調(diào)節(jié)之后累計(jì)步進(jìn)馬達(dá)的脈沖， 如果步進(jìn)馬達(dá)的脈沖量超出一定的閾值，發(fā)出報(bào)警。
注意，激光束和激光面在正常工作期間的某些重新調(diào)節(jié)是期望的，例 如由于風(fēng)或其它環(huán)境因素，可能需要機(jī)械單元進(jìn)行輕微的重新調(diào)節(jié)以保持 傾斜度傳感器的某些輸出值。
然而，如果步進(jìn)馬達(dá)在相同方向的脈沖數(shù)超過預(yù)定的閾值，已知或出 現(xiàn)不可接受的位置改變。
類似地，如果諸如GPS傳感器等的位置檢測單元檢測到位置變換超出 某些預(yù)定的閾值，已知會出現(xiàn)不可接受的位置變化。
如果在步驟902中，結(jié)果是"是"，表示位置變化超過閾值，觸發(fā)報(bào)警。 所述報(bào)警能夠是以下的一種或多種設(shè)備上的視覺指示、聲音指示、至操 作者的信息傳送(例如通過無線連接)、或者設(shè)備關(guān)機(jī)。
下面結(jié)合圖IO說明本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備。
圖10總體上以1000示出傾斜度指示設(shè)備。傾斜度指示設(shè)備包括殼體 1001，類似于圖1和3殼體1001保持激光單元1010、傾斜度傳感器1020、 水平傳感器1030、才幾械單元1040以及處理單元1050。激光單元一體地形
27成或連接至傾斜度傳感器和水平傳感器且樞轉(zhuǎn)地安裝在殼體中，所述激光
單元能夠通過機(jī)械單元1040的操作而繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)1004轉(zhuǎn)動。
在圖10的實(shí)例中，機(jī)械單元1040包括諸如與心軸1006接合的軸的驅(qū) 動單元1041，心軸1006附接至激光單元1010、傾斜度傳感器和水平傳感 器。因此， 一旦軸1041旋轉(zhuǎn)，心軸1006如箭頭1007所示地移動，4艮據(jù)軸 1041的旋轉(zhuǎn)方向，導(dǎo)致激光單元、傾斜度傳感器和水平傳感器繞樞軸點(diǎn) 1004旋轉(zhuǎn)，并且導(dǎo)致激光束或激光面1060傾斜。
為了機(jī)械地保護(hù)傾斜度指示設(shè)備的激光單元和其它元件用于各種情況 下用在測量和建筑應(yīng)用中，殼體優(yōu)選地設(shè)有防水上透明燈塔組件1002、 1003，其中激光單元可以旋轉(zhuǎn)并且激光透出所述燈塔組件。例如所述透明 燈塔組件包括高光學(xué)質(zhì)量的直立平坦透明玻璃片，并且其在邊緣表面處結(jié) 合在一起以形成方形截面，玻璃片的標(biāo)號為1002。玻璃片的下緣可以安裝 在殼體1001的上環(huán)中形成的凹座內(nèi)。所述片的上緣可以安裝在于燈塔組件 的頂蓋1003內(nèi)形成的凹座內(nèi)。所述燈塔的尺寸設(shè)置為使得激光束或激光面 可以一定的最大傾斜角發(fā)出以符合規(guī)格要求。
柱1005，諸如三角架用于如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣牢固地保持殼體 1001。
盡管在上文中參考附圖描述了各個實(shí)施例，應(yīng)清楚地注意到，所述實(shí) 施例及其元件可以任意組合并且也在本發(fā)明的范圍中。
此外，可以提供包括適于使得諸如中夾處理單元的數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行 上述實(shí)施例中的步驟的指令的程序。
可以設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)，其中嵌有所述程序?？梢蕴峁┌ㄋ?計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
上述實(shí)施例的傾斜度指示設(shè)備可以集成到光學(xué)設(shè)備中。
權(quán)利要求
1. 一種傾斜度指示設(shè)備，包括激光單元，其用于發(fā)射激光束；水平傳感器，其附接至所述激光單元以指示所述激光束的水平角；傾斜度傳感器，其附接至所述激光單元以提供與所述激光束相對于所述水平角的傾斜角相對應(yīng)的傾斜度輸出值；機(jī)械單元，其用于調(diào)節(jié)激光束的傾斜角使得所述傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出值。
2. 如權(quán)利要求1所述的傾斜度指示設(shè)備，包括控制器，所述控制器適于發(fā)出指令指示所述機(jī)械單元調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角，使得所述水 平傳感器提供與所述激光束的水平角相對應(yīng)的預(yù)定水平輸出值；獲得所述傾斜度傳感器在所述水平角處的傾斜度輸出值；以及 基于激光單元的希望傾斜角和所述傾斜度傳感器在所述水平角處的 傾斜度輸出值，獲得所述傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的傾斜度指示設(shè)備，其中 所述激光單元的至少一部分是可旋轉(zhuǎn)的以沿著激光面發(fā)射所述激光束；所述傾斜度輸出值由兩個傾斜度輸出值分量構(gòu)成； 所述傾斜角由兩個傾斜角分量構(gòu)成；各傾斜度輸出值分量對應(yīng)于與彼此垂直并限定所述激光面的X軸和 Y軸的其中之一相關(guān)的一個傾斜角分量；并且所述傾斜度指示設(shè)備包括與所述軸的至少一個相對準(zhǔn)的視覺指示。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述控 制器適于通過訪問保存傾斜度水平傳感器的多個傾斜度輸出值和所述激光 束的相應(yīng)傾斜角的表的存儲器而獲得所述希望的傾斜度輸出值。
5. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述控制器適于基于描述所述傾斜度水平傳感器的傾斜度輸出值差和所述激光束 的傾斜角差之間的函數(shù)關(guān)系的相關(guān)函數(shù)，獲得所述的希望傾斜度輸出值。
6. 如權(quán)利要求4所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述控制器適于通過 在與保存在所述表中并最接近所述希望傾斜角的兩個傾斜角相對應(yīng)的保存 在所述表中的兩個傾斜度輸出值之間插值，而獲得所述傾斜度傳感器的所 述希望傾斜度輸出值。
7. 如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，包括溫度傳 感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的環(huán)境溫度，以及如果溫度變化超過預(yù)定 的闊值則發(fā)出指令以命令零角校準(zhǔn)。
8. 如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，包括位置傳 感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的位置，以及如果位置變化超過預(yù)定的閾 值則發(fā)出警報(bào)。
9. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中將在激 光面為水平的情況下的水平傳感器輸出值限定為限定所述零角的水平輸出 值。
10. 如權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中為了在 操作期間校準(zhǔn)所述零角，所述控制器適于對所述機(jī)械單元發(fā)出指令以調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角，從而所述水 平傳感器提供限定所述零角的水平輸出值，以及其后發(fā)出指令，命令所述機(jī)械單元將所述激光單元的傾斜角再次調(diào)節(jié)到所 述傾斜度傳感器提供所述希望傾斜度輸出值的位置。
11. 如權(quán)利要求4所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述控制器適于在保 存所述表的存儲器中記錄與外部設(shè)定的已知傾斜角相對應(yīng)的多個傾斜度輸 出值。
12. 如權(quán)利要求4所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述控制器適于在保 存所述表的存儲器中記錄與對應(yīng)于X軸和對應(yīng)于Y軸的外部設(shè)置的已知傾 斜角分量相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值。
13. 如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述傾斜度傳感器包括重力傳感器。
14. 如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的傾斜度指示設(shè)備，其中所述 水平傳感器包括檢測流體中氣泡位置的檢測器。
15. —種用于指示傾斜度的方法，包括 從激光單元發(fā)射激光束；通過附接至所述激光單元的水平傳感器指示所述激光束的水平角； 通過附接至所述激光單元的傾斜度傳感器提供傾斜度輸出值，所述傾斜度輸出值與所述激光束相對于所述水平角的傾斜角相對應(yīng)；通過機(jī)械單元調(diào)節(jié)所述激光束的傾斜角使得所述傾斜度傳感器提供希望傾斜度輸出值。
16. 如權(quán)利要求15所述的用于指示傾斜度的方法，包括 發(fā)出指令指示所述機(jī)械單元調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角，使得所述水平傳感器提供與所述激光束的水平角相對應(yīng)的預(yù)定水平輸出值；獲得所述傾斜度傳感器在所述水平角處的傾斜度輸出值；以及 基于激光單元的希望傾斜角和所述傾斜度傳感器在所述水平角處的傾斜度輸出值，獲得所述傾斜度傳感器的希望傾斜度輸出值。
17，如權(quán)利要求15或16所述的用于指示傾斜度的方法，其中 旋轉(zhuǎn)所述激光單元的至少一部分以沿著激光面發(fā)射所述激光束； 提供具有兩個輸出值分量的所述傾斜度輸出值； 提供具有兩個傾斜角分量的所述傾斜角；其中各傾斜度輸出值分量對應(yīng)于與彼此垂直并限定所述激光面的X 軸和Y軸的其中之一相關(guān)的一個傾斜角分量；以及在所述傾斜度指示設(shè)備上提供與所述軸的至少一個相對準(zhǔn)的視覺指示。
18. 如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，包 括通過訪問保存傾斜度水平傳感器的多個傾斜度輸出值和所述激光束的相 應(yīng)傾斜角的表的存儲器而獲得所述希望的傾斜度輸出值。
19. 如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，包括，基于描述所述傾斜度水平傳感器的傾斜度輸出值差和所述激光束的傾 斜角差之間的函數(shù)關(guān)系的相關(guān)函數(shù)，獲得所述的希望傾斜度輸出值。
20. 如權(quán)利要求18所述的用于指示傾斜度的方法，包括通過在與保 存在所述表中并最接近所述希望傾斜角的兩個傾斜角相對應(yīng)的保存在所述 表中的兩個傾斜度輸出值之間插值，而獲得所述傾斜度傳感器的所述希望 傾斜度輸出值。
21. 如權(quán)利要16至20中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，包括 通過溫度傳感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的環(huán)境溫度，以及如果溫度變 化超過預(yù)定的閾值則發(fā)出指令以命令零角校準(zhǔn)。
22. 如權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，包 括通過位置傳感器來檢測所述傾斜度指示設(shè)備的位置，以及如果位置變化 超過預(yù)定的閾值則發(fā)出警報(bào)。
23. 如權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，包 括將在激光面為水平的情況下的水平傳感器輸出值限定為限定所述零角的 水平輸出值。
24. 如權(quán)利要求16至23中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，其 中為了在操作期間校準(zhǔn)所述零角，包括對所述機(jī)械單元發(fā)出指令以調(diào)節(jié)所述激光單元的傾斜角，從而所述水 平傳感器提供限定所述零角的水平輸出值，以及其后發(fā)出指令，命令所述機(jī)械單元將所述激光單元的傾斜角再次調(diào)節(jié)到所 述傾斜度傳感器提供所述希望傾斜度輸出值的位置。
25. 如權(quán)利要求18所述的用于指示傾斜度的方法，包括在保存所述 表的存儲器中記錄與外部設(shè)定的已知傾斜角相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值。
26. 如權(quán)利要求18所述的用于指示傾斜度的方法，包括在保存所述 表的存儲器中記錄與對應(yīng)于X軸和對應(yīng)Y軸的外部設(shè)置的已知傾斜角分量 相對應(yīng)的多個傾斜度輸出值。
27. 如權(quán)利要求15至26中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，其 中所述傾斜度傳感器包括重力傳感器。5
28. 如權(quán)利要求15至27中任一項(xiàng)所述的用于指示傾斜度的方法，其 中所述水平傳感器包括檢測流體中氣泡位置的檢測器。
29. —種包括適于使得數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行權(quán)利要求15 - 28中至少一 項(xiàng)方法的指令的程序。
30. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中嵌有程序，所述程序適于使得計(jì)算機(jī) 執(zhí)行權(quán)利要求15-28中至少一項(xiàng)方法。
31. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括如權(quán)利要求30所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
32. —種光學(xué)設(shè)備，其包括權(quán)利要求1 - 14之一的傾斜度指示設(shè)備。
全文摘要
本申請涉及例如使用激光束在建筑應(yīng)用中指示傾斜度。激光束從激光單元發(fā)射至相對于水平角具有傾斜角的希望方向。水平傳感器設(shè)置用于調(diào)節(jié)水平角，以及傾斜度傳感器設(shè)置用于基于來自水平傳感器的水平角指示傾斜角。
文檔編號G01C15/00GK101535764SQ200680056286
公開日2009年9月16日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者K·沃爾, L·舒馬赫, O·貝隆 申請人:特林布爾凱澤斯勞滕有限公司