专利名称：一种双向多功能激光垂准仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光测绘仪器产品，特别是一种双向多功能激光垂准 仪，属于光学仪器类。
技术背景垂准仪是一种，在竖直方向，利用准直原理，提供铅垂准线，用于完 成点、上、下垂直位移(投影)测量和相对铅垂线的水平偏差测量的光学测绘仪器，它的工作原理见附图2。仪器在原点上0，进行对中、精密安平定向后再用望远镜旋转后，对径 180°两个位置均值就可在不同高度得到仪器竖轴中心，其记录下来的坐标 位置，即为原点的垂准点，连线即为铅垂线。借助垂准仪可对高层、超高 层房屋、烟囱、电视塔、发射井架、大型设备、电梯、水坝等工程中竖向 垂直度进行施工测量、控制测量、监理和变形观测的工作，是施工现场、 工地常用仪器之一。按《JB/T9319-1999垂准仪专业标准》现分水准器式和 自动补偿型两类垂准仪(光学、激光的)。根据测量的点位误差(S)和标 准偏差Y^S/AH表示其仪器的精度，分为高、中、低三个等级。目前我国北京、苏州等地生产并上市的激光垂准仪是一类普通水准器 式，精度中等偏低的仪器，仅用于天顶方向激光垂准仪，它通过现场几年 使用，存在如下几方面不足1、仅能用于天顶方向垂准测量，功能单一； 2、 下对中器2 3M咅率，对中精度仅为士1咖/1500咖，增加了 垂准测量系统误差，难以提高垂准测量整体精度要求；3、 只能进行单向垂准和短距离下对中，故一次垂准测量最远距 离也较短，天顶激光垂准仪白天为120 150米，夜晚250米；4、 由于上述综合原因，使仪器的使用范围受到较大局限，运用面不广， 例如天顶向激光垂准仪不能用于将地面点需向井下远距离投点工程的场 合；而垂准测量精度不高，不能用于较高要求的工程测量项目中，如大型 设备、电梯安装及水坝监理、变形观测中。而随着我国经济和城市建设可持续的发展，工程建设项目门类的增多， 复杂以及精度、完工时间等方面的要求，越来越高，仅单向天顶激光垂准 仪已难以达到、满足市场用户要求。因此，如何开发出具有双向检测功能的激光垂准仪，已是国内供应厂 商和用户的一种期望和需求。发明内容本发明的目的旨在提出一种可以一次性同时完成朝上、朝下二个方向垂准测量的功能、对中极限误差《士0.2咖/1500咖，整个仪器又可当作 上、下二台精密对中器使用，用于精密安装和导线测量等工作的高性能激 光垂准仪。这种双向多功能激光垂准仪，由主支架l、天顶望远镜组件2和天底外 调焦激光望远镜组件3和球面竖轴组件4、三角基座6组成，其特征在于 所述的天顶望远镜组2和天底外调焦激光望远镜组件3分别置于主支架的 顶部A面和B平面上，分别由内六角螺钉和圆柱头螺钉将天顶望远镜组件2
和天底外调焦激光望远镜组件3安装在支架或竖轴中心上，所述的主支架1 的下部置有一4)108基准孔11，同时，该球面竖轴组件4上部端面置有一 V 型轴套4-15，并经有孔调节螺钉将整个主支架固定在竖轴组件4上，组成 一绕竖轴旋转的组合轴系；此外，在主支架的侧面又安装供一供调平、调 铅锤定向用的长水准器5。所述天顶望远镜组件2设计有两条共存光轴； 一条光轴2-9由物镜2-1 调焦镜2-2、改向棱镜2-3、分划板2-4、立方棱镜2-5、望远目镜2-1构 成；另一条激光光轴2-7由上激光管2-6、立方棱镜2-5及改向棱镜2-3、 调焦镜2-2、物镜2-1构成；其中立方棱镜2-5中间45°中间斜面上镀有 对可见黄光(D光)有高透射率，对入635nm红外光有高反射率的多层膜 系。所述的天底外调焦激光望远镜组件3，其光轴3-2由半导体激光器3-6、 透镜组合件3-5、调焦镜筒3-4、转向棱镜3-3和带物镜3-1的镜筒3-7串 接构成，其中的转向棱镜3-3处于直角转折处，由此形成天底方向视准光 轴3-2;其通光口径不小于16毫米。所述的球面竖轴组件4由"丄"型大孔竖轴组合件4-l、 V型轴套4-15、 定位轴套4-13、轴座4-14及消间隙压片组件4-16组成，其中所述的"丄" 型大孔竖轴组件4-1下部置于设有标准外圆的大孔竖轴4-1的中心，该"丄" 型大孔竖轴下部水平基座上置有一圈滚珠4-12，其上套置着内圈呈球面的 定位轴套4-13，该定位轴套4-13与支撑V型轴套4-15的下盘4-18为紧配 合；同时所述的"丄"型大孔竖轴上部置于V型轴套4-15中。所述的V型轴套4-15侧平面上，安装一块消间隙弹簧片4-162,该消
间隙弹簧片4-162由连接螺钉固定；形成无间隙轴系，并将大孔竖轴4-1 卡套在V型轴套4-15的轴孔4-163内，同时在消间隙弹簧片4-162正对的 V型轴套4-15内孔上设一与轴孔4-163贯通的弧形槽4-165，由此构成无 间隙轴系。根据以上技术方案提出的这种双向多功能激光垂准仪，具有以下优点 1、由于新仪器对中采用望远镜，铅垂定向而又采用大球面精密竖轴系 和20〃长水准器的机构去保证，定向精度和稳定性都提高了，大大减少了 垂准测量成果中系统误差和偶然误差，使仪器垂准测量精度提高到中等偏 高水平；2、创造了一次垂准测量最远距离的新高度，因为双向测量新仪器白 天可达300米，晚上可达500米。这不仅减少了测站数，而且节省大量测 量工作的用工、用时，和保证施工的进度；3、新产品对中方便和具有双向、单向激光垂准仪多项功能，它可以为 现场开展全方位、全天候测量工作，在现场仪器操作方便了，适应性更强 了，因此可扩大到用于监理、电梯安装及变形观测工作中，使仪器又具有 使用工效更高的优点，深受广大工程测量等用户欢迎与青睐，市场需求是 不小的。
附图1为本发明的整体结构示意图；附图2为垂准仪的工作原理图；附图3为双向多功能激光垂准仪结构示意图；附图4为天顶激光光学望远镜系统部件组装附图5为天底外调焦激光望远镜组件结构及连接示意图； 附图6为大通孔竖轴系统示意图；附图7为V型轴套与大通孔竖轴平面连结关系示意图； 附图8所示的是多用目视的目标靶。图中1、主支架 2、天顶望远镜组件 2-1、物镜 2-2、调焦 镜 2-3、改向棱镜 2-4、分划板 2-5、立方棱镜 2-6、上激 光管 2-7、激光光轴 2-8、中心可动法兰盘 2-9、光轴 2-10、 内六角螺钉 3、天底外调焦激光望远镜组件 3-l、物镜组件 3-2、 视准光轴 3-3、改向棱镜 3-4、调焦镜筒 3-5、透镜组件 3-6、 半导体激光器 4、球面竖轴组件 4-1、大孔竖轴 4-12、滚珠 4-13、球面定位轴套 4-14、轴座 4-15、 V型轴套 4-16、消间隙 压片组件 4-18下盘 4-161、连接螺钉 4-162、消间隙弹簧压片 4-163、轴套 4-165、弧形槽 5、长水准器6、三角基座 7、圆柱头螺钉 8、建筑物参考面 9、紧固螺钉 11、基准孔具体实施方式
如图所示的该种双向多功能激光垂准仪，它是对现有的单向激光垂准仪的一种创造性改进。其具体方案是这种双向多功能激光垂准仪，由主支架K天顶望远镜组件2和天底外调激光望远镜组件3和球面竖轴组件4、 三角基座6组成，其特征在于所述的天顶望远镜组1和天底外调焦激光 望远镜组件3分别置于主支架的顶部A面和B平面上，分别由内六角螺钉 2-10和圆柱头螺钉7将天顶望远镜组件1和天底外调焦激光望远镜组件3 安装在支架或竖轴中心上，所述的主支架1的下部置有一4) 108基准孔11， 同时，该主支架的外部置有一V型轴套4-15，并经一有孔调节螺钉将整个 主支架固定在竖轴组件4上，组成一绕竖轴旋转的组合轴系；此外，在主 支架的侧面分别安装有供一起调平、调铅锤定向用的长水准器5。所述天顶望远镜组件2设计有两条共存光轴； 一条光轴2-9由调焦镜 2-2、改向棱镜2-3、分划板2-4、立方棱镜2-5、望远目镜2-l构成；另一 条激光光轴2-7由上激光管2-6、立方棱镜2-5及改向棱镜2-3、调焦镜2-2、 物镜2-l构成；其中立方棱镜2-5中间45°中间斜面上镀有对可见黄光(D 光)有高透射率，对X^35n m红外光有高反射率的多层膜系。所述的天底外调焦激光望远镜组件3，其光轴3-2由半导体激光器3-6、 透镜组合件3-5、调焦镜筒3-4、转向棱镜3-3和带物镜3-1的镜筒3-7串 接构成，其中的转向棱镜3-3处于直角转折处，由此形成天底方向视准光 轴3-2;其通光口径不小于16毫米。所述的球面竖轴组件4由"丄"型大孔竖轴组合件4-1、 V型轴套4-15、 定位轴套4-13、轴座4-14及消间隙压片组件4-16组成，其中所述的"丄" 型大孔竖轴组件4-l下部置于设有基准孔11的轴座4-14的中心，该"丄" 型大孔竖轴水平基座上置有一圈滚珠4-12，其上套置着内圈呈球面的定位 轴套4-13，该定位轴套4-13与支撑V型轴套4-15的下盘4-18为紧配合； 同时所述的"丄"型大孔竖轴上部置于V型轴套4-15中。所述的V型轴套4-15侧平面上，安装一块消间隙弹簧片4-162，该消 间隙弹簧片4-162由连接螺钉固定；形成无间隙轴系，并将大孔竖轴4-17 卡套在V型轴套4-15的轴孔4-163内，同时在消间隙弹簧片4-162正对的 V型轴套4-15套体上设一与轴孔4-163贯通的弧形槽4-165，由此构成无
间隙轴系。以下结合附图进一步阐述本发明，所示的附图3中，在垂准仪中间， 设计一个支架l，在其顶部A面和B平面上，分别安装一部天顶望远镜组件 2和天底外调焦激光望远镜组件3 (或光学望远镜组)，为了保证它们与仪 器竖轴严格同轴，安装之初就可依上望远镜物镜座和下对中镜座的内孔； 经偏心差校正好后，才可分别用4""M3X10内六角螺钉和3--M3X8圆柱头 螺钉将上、下望远镜筒轴线安装在主支架1或大孔竖轴中心上，并同轴； 而主支架下部留有4)108基准孔；在套入"V型轴套4-15外圆后"后，可 用4~~M3X10有孔调节螺钉将整个主支架固定在竖轴组件4上，绕竖轴作 旋转；此外，主支架1侧面上，分别还装有长水准器5供仪器调平，铅垂 定向指示之用；二块小盖板防尘防潮，并供装电源开关、商标用。图4表示的是一套具有普通可见光、又具有能发射激光光束的望远镜 系统供用户选择，作垂准测量工作；该天顶望远镜设计有两条光轴共存； 一条光轴2-9、调焦镜2-2、改向棱镜2-3、分划板2-4、望远目镜2-l构 成；另一条激光光轴2-7由上激光管2-6、立方棱镜2-5及改向棱镜2-3、 调焦镜2-2、物镜构成， 一般可单独使用，特殊情况下加滤光片，可目视观 察激光；通过调整上激光管2-6，三维坐标(上下、左右、前后)位置和立 方棱镜2-5可以使半导体激光发射窗孔发出激光束，形成的光轴2-7、象点 与望远镜分划板的十字丝中心形成的光轴，象可以达到同轴、同心、同焦 (对oo调整)，其中立方棱镜2-5中间45°中间斜面上镀有对可见黄光(D 光)有高透射率，对A二635nm红外光有高反射率的多层膜系来保证，是很 重要的一个技术要求。
图5所示本仪器的天底外调焦激光望远镜组件3，其光轴由激光器发射 激光束经棱镜改向物镜指向天底，形成天底方向视准光轴3-2;调整激光器发射窗孔中心；可与竖轴达到同轴、同心要求，同时可以对远近目标对焦， 在工作面上，给出激光小光点，去完成近距离目标精密对中，和远距离的垂准测量，放大倍率本仪器设计为lix较大，通光口径不小于16毫米，最 短视距1.2米；由于有竖轴大通孔设计的保证，天底望远镜倍率、通光口径还可进一步增大、提高，留有余地。本部件的结构、零件和性能要求专 利给予保护。图6、图7给出的是用于本发明的一套大通孔精密竖轴系统结构，零部 件组装图和连接关系。所述的大球面竖轴组合件4由"丄"型大孔竖轴4-17、 V型轴套4-15、球面定位轴套4-13、支架l、轴座4-ll及消间隙压片组成， 其中所述的"丄"型大孔竖轴下部置于设有基准孔的轴座的中心，该"丄" 型大孔竖轴水平基座上置有一圈滚珠4-12，其上套置着内圈呈球面的定位 轴套4-13，该定位轴套4-13与主支架为硬配合；同时所述的"丄"型大孔 竖轴上部置于V型轴套4-15。上部轴心就是固定竖轴中心决定，而轴系下 部由精密滚珠和球面定位套绕着固定竖轴旋转的中心决定后，上下两轴心 连线就是仪器的心脏——真正竖轴轴线。这种竖轴轴线除了下部由高精密 度加工的滚珠4-12和球面定位轴套4-13组成外，其上部则是应用由V型 轴套4-15、消间隙弹簧压片4-162和设于V型轴套4-15内径另一侧的弧形 槽4-162组成，在这种结构中，置于V型轴套4-15中的大孔竖轴4-17实 际上1与V型轴套4-15只存在两个接触点，它的另一接触点则是紧紧压住 它的消间隙弹簧压片4-162，而设于V型轴套4-15内径另一侧的弧形槽4-162就变成其进行微调的余量空间。正是上述这套竖轴组合件才保证无间 隙竖轴系统的高精度精密结构，从而使本发明的这种双向多功能激光垂准 仪具有高精度测量效果。图8所示的是150X150X5特大尺寸，多用目视的目标耙——光学、激 光垂准仪用的必备附件。
权利要求
1、一种双向多功能激光垂准仪，由主支架(1)、天顶望远镜组件(2)和天底外调激光望远镜组件(3)和球面竖轴组件(4)、三角基座(6)组成，其特征在于所述的天顶望远镜组(1)和天底外调焦激光望远镜组件(3)分别置于主支架的顶部A面和B平面上，分别由内六角螺钉和圆柱头螺钉将天顶望远镜组件(1)和天底外调焦激光望远镜组件(3)安装在支架或竖轴中心上，所述的主支架(1)的下部置有一φ108基准孔(11)，同时，该主支架的外部置有一V型轴套(4-15)，并经一有孔调节螺钉？将整个主支架固定在竖轴组件(4)上，组成一绕竖轴旋转的组合轴系；此外，在主支架的侧面分别安装有供一起调平、调铅锤定向用的长水准器(5)。
2、 如权利要求l所述一种双向多功能激光垂准仪，其特征在于所述天顶望远镜组件(2)设计有两条共存光轴； 一条光轴(2-9)由调焦镜(2-2)、 改向棱镜(2-3)、分划板(2-4)、立方棱镜(2-5)、望远目镜(2-l)构成；另 一条激光光轴(2-7)由上激光管(2-6)、立方棱镜(2-5)及改向棱镜(2-3)、 调焦镜(2-2)、物镜(2-1)构成；其中立方棱镜(2-5)中间45°中间斜面上 镀有对可见黄光(D光)有高透射率，对入二635nm红外光有高反射率的多 层膜系。
3、如权利要求l所述一种双向多功能激光垂准仪，其特征在于所述的天底外调焦激光望远镜组件(3)，其光轴(3-2)由半导体激光器(3-6)、透 镜组合件(3-5)、调焦镜筒(3-4)、转向棱镜(3-3)和带物镜(3-1)的镜筒(3-7) 串接构成，其中的转向棱镜(3-3)处于直角转折处，由此形成天底方向视准光轴(3-2);其通光口径不小于16毫米。
4、如权利要求1所述一种双向多功能激光垂准仪，其特征在于所述的球面竖轴组件(4)由"丄"型大孔竖轴组合件(4-1)、 V型轴套(4-15)、定 位轴套(4-13)、轴座(4-14)及消间隙压片组件(4-16)组成，其中所述的"丄" 型大孔竖轴组件(4-1)下部置于设有基准孔的轴座(4-14)的中心，该"丄" 型大孔竖轴水平基座上置有一圈滚珠(4-12)，其上套置着内圈呈球面的定 位轴套(4-13)，该定位轴套(4-13)与支撑V型轴套(4-15)的下盘(4-18)为 硬配合；同时所述的"丄"型大孔竖轴(4-1)上部置于V型轴套(4-15)中。 5、如权利要求l所述一种双向多功能激光垂准仪，其特征在于所述 的V型轴套(4-15)侧平面上，安装一块消间隙弹簧片(4-162)，该消间隙弹 簧片(4-162)由连接螺钉固定；形成一无间隙轴系，并将大孔竖轴(4-l)卡 套在V型轴套(4-15)的非标轴孔(4-163)内，同时在消间隙弹簧片(4-162) 正对的V型轴套4-15套体上设一与轴孔(4-163)贯通的弧形槽(4-165)，由 此构成无间隙轴系。
全文摘要
一种双向多功能激光垂准仪，由主支架、天顶望远镜组件和天底外调激光望远镜组件和球面竖轴组件、三角基座组成，其特征在于所述的天顶望远镜组和天底外调焦激光望远镜组件分别置于主支架的顶部A面和B平面上，分别由内六角螺钉和圆柱头螺钉将天顶望远镜组件和天底外调焦激光望远镜组件安装在支架或竖轴中心上，所述的主支架的下部置有一φ108基准孔，同时，该主支架的外部置有一V型轴套，并经一有孔调节螺钉将整个主支架固定在竖轴组件上，组成一绕竖轴旋转的组合轴系；此外，在主支架的侧面分别安装有供一起调平、调铅锤定向用的长水准器。
文档编号G01C15/00GK101149261SQ20061011640
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者宋伟时, 谌祖光 申请人:上海光中测绘仪器有限公司