專利名稱：旋轉(zhuǎn)激光平面定位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定位器。特別涉及一種可以測(cè)定由旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器發(fā)出的激光束在遠(yuǎn)處掃出的光軌跡中心線位置的光平面定位器。
旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器的核心是一個(gè)半導(dǎo)體激光器，發(fā)出的激光束垂直于旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)使激光束在空間形成一個(gè)光平面。這個(gè)光平面不論其半徑多大，空間取向如何，都不彎曲、不變形。以光平面作為基準(zhǔn)面，測(cè)定在光平面法線方向各空間點(diǎn)之間的相對(duì)距離，有很大實(shí)用價(jià)值。但半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束有一定發(fā)散角，激光束直徑隨發(fā)射距離的增大而增大。根據(jù)市場(chǎng)上已有的旋轉(zhuǎn)激光接收器產(chǎn)品的性能說(shuō)明書(shū)可以看出，各種激光接收器都以測(cè)量光斑位置為手段，使得作為基準(zhǔn)面的光平面定位誤差與光斑直徑成比例，致使測(cè)量誤差隨檢測(cè)點(diǎn)到激光發(fā)射器之間的距離增大而增大，使得旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器的用途受到限制。
本旋轉(zhuǎn)激光平面定位器可測(cè)出旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器在檢測(cè)點(diǎn)掃出的光軌跡中心線的位置，使得光平面的定位誤差與光斑的直徑無(wú)關(guān)，從而與檢測(cè)點(diǎn)到激光發(fā)射器之間的距離無(wú)關(guān)。這樣，在旋轉(zhuǎn)激光平面定位器允許的最大測(cè)量范圍內(nèi)可以得到，其誤差與檢測(cè)點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器之間距離無(wú)關(guān)的、對(duì)于作為基準(zhǔn)面的光平面的精確定位。正是由于要求光平面的定位誤差限制在某個(gè)與距離無(wú)關(guān)的固定范圍內(nèi)，本旋轉(zhuǎn)激光平面定位器電路結(jié)構(gòu)采取了后面所述的技術(shù)措施，保證了本定位器在各檢測(cè)點(diǎn)的定位誤差值小于1mm。這就使得本定位器可以部分代替經(jīng)緯儀和普通水準(zhǔn)儀的工作。因?yàn)榻?jīng)緯儀的最小角度測(cè)量誤差為±7″，在這個(gè)角誤差下30米處垂直于視線方向的長(zhǎng)度測(cè)量誤差為2mm；而即使在150m或更遠(yuǎn)，只要在測(cè)量范圍內(nèi)，本定位器對(duì)光平面兩側(cè)各點(diǎn)之間的距離測(cè)量誤差總可以做到不超過(guò)1mm。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型在電路上采用兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)通道A、B，如圖一所示。每個(gè)信號(hào)通道的最前端都是光電傳感器，兩個(gè)信號(hào)通道的光電傳感器在空間上作直線排列，聯(lián)結(jié)兩個(gè)光電傳感器的直線平行于定位器的豎向中心線。在測(cè)量時(shí)使得兩個(gè)光電傳感器的聯(lián)結(jié)線方向平行于光平面的法線方向。光電傳感器A1、B1將旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器掃入的脈沖激光信號(hào)變?yōu)槊}沖電流信號(hào)；脈沖電流信號(hào)經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換器A2、B2變換成脈沖電壓信號(hào)；這個(gè)脈沖電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器A3、B3放大后進(jìn)入比較器A4、B4，比較器的輸出信號(hào)再送入跳變檢測(cè)器A5、B5作跳變檢測(cè)，跳變檢測(cè)器檢測(cè)出的閾值以上跳變信號(hào)使各自的單穩(wěn)態(tài)電路A6、B6動(dòng)作并保持一定時(shí)間，再將這個(gè)保持了一定時(shí)間的跳變信號(hào)送入微處理器7進(jìn)行信號(hào)處理。本裝置采用高性能、帶有內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器的微處理器進(jìn)行信號(hào)處理。信號(hào)處理程序的流程圖如圖二所示。
為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)，各種距離的檢測(cè)點(diǎn)上，將光平面的定位誤差降到1mm以下并固定在這個(gè)范圍內(nèi)，采取了以下技術(shù)措施本實(shí)用新型采用不易飽和的光電池作光電傳感器，接收從旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器掃來(lái)的脈沖激光信號(hào)。因?yàn)楣怆姵氐妮敵鲭娏髋c入射光的光強(qiáng)及受光面積成正比。在設(shè)計(jì)中，細(xì)致安排光電信號(hào)通道的放大倍數(shù)，使得上述光電傳感器輸出的脈沖信號(hào)達(dá)到某個(gè)設(shè)定的閾值以上，這個(gè)閾值以上的脈沖信號(hào)引發(fā)跳變檢測(cè)器跳變，并輸出跳變信號(hào)。微處理器接到某個(gè)信號(hào)通道送來(lái)的跳變信號(hào)后，用聲和光(紅色發(fā)光二極管發(fā)出的光)信號(hào)指示這個(gè)光電信號(hào)通道的光電池收到了激光信號(hào)。因?yàn)檩斎胩儥z測(cè)器的脈沖信號(hào)幅值在設(shè)定的閾值以下時(shí)，跳變檢測(cè)器不發(fā)生跳變，適當(dāng)提高此閾值，可以提高光電接收器的抗干擾能力。
本實(shí)用新型的光電信號(hào)通道中采用了比較電路，這個(gè)電路靈敏度高，易于設(shè)定跳變閾值，閾值兩側(cè)狀態(tài)有快速的跳變，且穩(wěn)定性好，工作可靠，能以最小的代價(jià)得到需要的放大倍數(shù)，從而使電路簡(jiǎn)化。
本實(shí)用新型為了保證在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)、各種距離的檢測(cè)點(diǎn)上，把光平面的定位誤差保持在一個(gè)較小數(shù)值以內(nèi)，采取了放置在一條直線上的兩組光電池是可以運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，兩組光電池同時(shí)等距地相向運(yùn)動(dòng)或是相背運(yùn)動(dòng)，相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩組光電池之間的距離縮小，最小距離為零，在兩個(gè)光電池之間距離為零的位置做一條刻線，作為中心線位置的指示標(biāo)志；相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩組光電池之間的距離增大，光電池之間的最大距離也就是可測(cè)量的最大光斑直徑，它對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)激光平面定位器對(duì)旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器的最遠(yuǎn)檢測(cè)點(diǎn)。這時(shí)掃來(lái)的激光光斑應(yīng)正好位于兩個(gè)光電池的正中間，兩個(gè)光電池上的受光面積相等，并且兩個(gè)光電池的輸出電流都略大于跳變檢測(cè)器的跳變閾值。
由于本實(shí)用新型實(shí)施了以上技術(shù)措施，當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光平面定位器于檢測(cè)區(qū)域內(nèi)從零到最大接收距離之間的任一位置上作光平面的定位檢測(cè)時(shí)，沿著光平面法線方向，調(diào)整旋轉(zhuǎn)激光平面定位器的位置和兩個(gè)光電池之間的距離，使得指示器指示出兩個(gè)接收通道同時(shí)接收到激光信號(hào)，這時(shí)綠色發(fā)光二極管亮，并響一長(zhǎng)聲，固定定位器，調(diào)大兩個(gè)光電池之間的距離，若仍是綠色發(fā)光二極管亮，再調(diào)大兩個(gè)光電池之間的距離。反復(fù)上述步驟，直到兩個(gè)光電池之間的距離略小于檢測(cè)點(diǎn)處的光斑直徑，此時(shí)，如果再將定位器向上(或向下)移動(dòng)0.5mm，通道指示器即指示下面的(或上面的)接收通道沒(méi)有收到激光信號(hào)，綠色發(fā)光二級(jí)管熄滅，上面的(或下面的)紅色發(fā)光二級(jí)管亮。這時(shí)的旋轉(zhuǎn)激光平面定位器中心線指示標(biāo)志的位置，就是光軌跡中心線的位置，而其測(cè)量誤差小于±0.5mm。
為了保證在全部測(cè)量范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)激光平面定位器對(duì)光平面的定位誤差都控制在±0.5mm以下，本實(shí)用新型采用了可以連續(xù)改變兩個(gè)光電池之間距離的技術(shù)措施。為了保證兩個(gè)光電池在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)稱于一個(gè)不動(dòng)的中點(diǎn)(即中心線位置的指示標(biāo)志點(diǎn))，如圖三所示，本實(shí)用新型采用一條有正反螺文、且螺距相等的螺絲1.螺絲的支架2固定在印刷電路板上，兩組光電池3分別固定在相應(yīng)的支架4上，支架4與具有正、反螺文的螺母5聯(lián)結(jié)，6是固定支架的固定孔。當(dāng)螺絲向兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電池就等距地相向或相背運(yùn)動(dòng)，以保證旋轉(zhuǎn)激光平面定位器以小于±0.5mm的誤差定位光平面的中心線。
為了拓廣激光接收器的應(yīng)用范圍，本裝置被小型化、工具化了。小型化是指全部電器零件使用機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性能好的直插式元、器件，并使全部電路分布在兩塊大小相等的電路板上，兩塊電路板用螺釘重疊地固定在機(jī)殼中，這種布置，減小了外殼面積，增加了機(jī)械強(qiáng)度，也便于使用者隨身攜帶。工具化是指本裝置在使用中操作簡(jiǎn)單，沒(méi)有必須受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人員才能操作的要求。
本旋轉(zhuǎn)激光平面定位器定位精度高、體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、便于攜帶、而且價(jià)格低廉，可以同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)定位操作，沒(méi)有必須專業(yè)操作人員才能使用的硬性要求，適宜于在地面高程粗測(cè)、劃線、機(jī)器安裝，房屋驗(yàn)收等工作中使用，特別適宜于一般人在遠(yuǎn)距離的橫向測(cè)距中使用，如建筑施工、房屋裝飾等領(lǐng)域中的工人在施工操作中使用。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)激光平面定位器，包括兩個(gè)完全一樣的獨(dú)立光電信號(hào)通道；每個(gè)光電信號(hào)通道都包括光電傳感器、把所述光電傳感器輸出的脈沖電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號(hào)的電流電壓轉(zhuǎn)換器、把所述電流電壓轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行放大的電壓放大器、對(duì)所述電壓放大器輸出的脈沖電壓與某一標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的比較器、將所述比較器的輸出電壓進(jìn)行跳變檢測(cè)的電壓跳變檢測(cè)器、把所述電壓跳變檢測(cè)器輸出的閾值以上的跳變信號(hào)進(jìn)行延時(shí)的單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路、把所述單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路輸出的延時(shí)跳變信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理的微處理器、所述的微處理器對(duì)信號(hào)作處理后將位置信號(hào)送入訊響器和三個(gè)發(fā)光二極管；其特征在于，所述兩個(gè)光電傳感器做成是可以相向或相背移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的任一點(diǎn)上作檢測(cè)時(shí)，調(diào)整所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器的位置和所述兩個(gè)光電傳感器之間的距離，直到激光光斑落在所述兩個(gè)光電傳感器的正中間，且每個(gè)光電傳感器的受光面積正好略大于跳變閾值所對(duì)應(yīng)的受光面積，從而引起所述電壓跳變檢測(cè)器狀態(tài)跳變，使得當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器沿光平面法線方向移動(dòng)距離不小于±0.5mm時(shí)，就顯示所述兩個(gè)光電傳感器中有一個(gè)沒(méi)有受到激光照射，從而在全部檢測(cè)區(qū)域內(nèi)把旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器在各檢測(cè)點(diǎn)處掃出的激光光軌跡中心線的定位誤差降到±0.5mm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)激光平面定位器，其特征在于所述兩個(gè)光電傳感器由一條具有等螺距的正、反螺紋螺絲拖動(dòng)，所述螺絲由支架固定在印刷電路板上，所述兩個(gè)光電傳感器固定在所述螺絲的螺母上，當(dāng)正或反相旋轉(zhuǎn)所述螺絲時(shí)，所述兩個(gè)光電傳感器對(duì)于它們之間的中點(diǎn)相向或相背作等距運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)激光平面定位器，其特征在于從所述兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)通道輸出的信號(hào)送入所述同一個(gè)微處理器，使用軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將所述微處理器的輸出信號(hào)送入所述訊響器和三個(gè)發(fā)光二極管，用三種不同的聲、光信號(hào)指示，所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器在檢測(cè)點(diǎn)沿激光平面的法線方向處在偏上、正好在位、偏下三種不同的位置狀態(tài)，以簡(jiǎn)化所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器的硬件電路，增加狀態(tài)顯示功能、降低成本，提高可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)激光平面定位器，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器全部采用機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好的直插式元、器件，并將所述的元、器件安裝在兩塊同樣大小的印刷電路板上，所述兩塊電路板重疊地用螺釘緊固在機(jī)殼上，以縮小所述激光平面定位器的體積，提高機(jī)械強(qiáng)度，降低成本、便于攜帶，從而將所述旋轉(zhuǎn)激光平面定位器工具化。
專利摘要垂直于旋轉(zhuǎn)軸的激光束掃出一個(gè)光平面,準(zhǔn)確定位光平面,對(duì)測(cè)量其兩側(cè)空間點(diǎn)間的相對(duì)距離有很大實(shí)用價(jià)值。但半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束有發(fā)散角,以測(cè)定光斑位置為手段的一般激光接收器,其定位誤差隨檢測(cè)距離增大而增大。本旋轉(zhuǎn)激光平面定位器,采取改變光電轉(zhuǎn)換器間距離、并使用比較器和跳變檢測(cè)器等手段,將定位誤差降到±0.5mm以下,使之在≥30米處優(yōu)于經(jīng)緯儀和普通水平儀的性能,并已小型化、工具化,便于攜帶和使用。
文檔編號(hào)G01B11/30GK2363266SQ99204760
公開(kāi)日2000年2月9日 申請(qǐng)日期1999年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月24日
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