专利名称：一种激光仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能用于距离测量的激光仪。
背景技术：
目前在日常生活和工程应用中，很多场合都需要进行较大距离的测量，采用卷尺、滚轮等传统工具测量在实际使用中均较为麻烦，不仅费时费力而且测量误差大，甚至在有些特殊场合无法完成测量工作。因此这类传统距离测量工具已越来越不能令使用者满足，所以近几年随着科技的发展，激光测距仪及超声波测距仪开始在民用领域普及。
超声波测距仪的优点是成本低廉，体积小重量轻。但其致命的弱点是测距精度低，在市场销售的超声波测距仪的标称测量误差大都为正负0.5％，即当测量距离为15m时，其最大误差有正负7.5cm；而且超声波测距仪易受干扰，对环境温度、湿度变化敏感，工作状态不稳定。此外由于超声波测距仪的声波扩散角大，能量衰减快，所以一般只能测到15m左右的距离，而大的扩散角也对测试场地提出了较高要求，即要求被测物面积大、声波反射性好且四周有1m以上的无障碍空间等，否则就无法测量或误测。所有这些都限制了它在民用的领域大范围普及，目前它大都用于一些需要面积及体积测量的场合。
激光测距仪可以很好的解决超声波测距的上述缺陷。在市场上销售的现有激光测距仪大都利用光速发射及接收的时间差或相位差来进行测量，它的优点是测量距离远、精度高、性能稳定，精度一般在正负5mm左右。但其缺点是价格昂贵，即使配置最低的激光测距仪其售价也要5000圆以上，因此目前它只局限于民用专业领域，还无法普及到家庭使用。
综合以上所述，针对超声波测距仪及现有激光测距仪的各自不足之处，有必要加以改进，以解决好性价比的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可用于较大距离测量、精度适中且成本较低的激光仪。本实用新型是通过以下技术方案来实现的一种激光仪包括激光仪的壳体中设有电源和激光束发生装置，壳体上设有出光窗口；在本实用新型中，所述的激光束发生装置是一种至少产生两束基本位于平行平面内的且夹角为1°到14°的可见准直激光束的激光束发生装置。设平面F为平行两准直激光束的某一平面，平面E为垂直两准直激光束中另意一束的平面。本实用新型中，两准直激光束可以直接向外投射，也可以转换为扇形扁平激光束后向外投射，当以扇形扁平激光束的方式向外投射时所述扇形面与导轨横截面的交线应垂直于平面F。如图1所示，两激光束在平面F上的投影线相交于点O，两者的夹角为α，并与平面E在平面F上的投影线分别相交于点A与点B。当直线A B的长度为S时，点O与平面E的距离L可表示为L＝S/tgα。观察上述公式，当本实用新型结构尺寸确定后α为一常数，因此被测距离L仅与直线AB的长度S相关，且两者间为线性比例关系，所以对于不同的距离L，总可以通过量取S的数据值来求取点O与平面E的距离L，亦即完成对距离L的测量。此外，由于激光束是可见的，所以可直接用肉眼观察或测量，无需其它工具的附助，使用非常的方便。由于本实用新型的目的在于提供一种可用于较大距离测量、精度适中且成本较低的激光仪，所以必需对两激光束的夹角做出特殊的选择，即确定一个能实现本实用新型目的1/tgα值。
当角α在(0，1°)区间内取值时，1/tgα的值很大，如α＝0.1°时1/tgα的值为572.96，此时虽然能通过测量很小的S来求得很大的L，可以实现对较大距离的测量，但却对S的测量精确度提出了很高的要求，否则会因测量结果的大误差而失去实用价值。因此角α在这一区间取值时，不能用普通的卷尺、直尺或标尺来对S进行测量，例如α取上述的0.1°时，其S每出现1mm的读数误差就会造成572.96mm的L误差，所以此时必须采用专用的精密测量装置来测取S，显然这样会造成仪器造价的直线上升，而且使用精密测量装置时一般其调校、测量程序会较为麻烦，一般人很难使用。此外，角α在这一区间取值时，还对仪器本身的α夹角的精确底提出了很高的要求，如当α为0.09°、0.1°、0.11°时其相应的1/tgα值分别为636.2、572.96、520.87，即此时α出现0.01°的调校误差时L会出现50S以上的误差，假设此时S实测为1m，则L的误差有50m以上，所以角α在这一区间取值时对仪器本身的精密性要求很高，这样同样会造成造价的直经升高。综上所述，当α在(0，1°)区间时不能满足本实用新型的创造目的，也不适用于一般民用领域的使用。
当角α在(45°，90°)区间内取值时，S会小于L，对本实用新型而言，此时再通过测量S来求得L没有实际意义，不在讨论范围。
当角α在(14°，45°)区间内取值时，1/tgα的值很小，如α＝30°时1/tgα的值为1.732，此时虽然L对S的测量误差及对仪器本身的α夹角的调校误差不敏感，但当对较大距离测量进行测量时，S的测量会变得很麻烦。例如α取上述的30°时，当对20m左右的目标进行距离测量时，其所需要测的S约有十几米，这在实际使用中很困难，因此不具备对较大距离测量的实际意义，所以当角α在这一区间内取值时也不能满足本实用新型的创造目的。
当角α在[1°，14°]区间内取值时，其1/tgα的值在57.29至4.01之间，此时能兼顾L对S的测量误差及对仪器α角调校误差的敏感性与实际操作的方便性，而且不需借助专用的精密测量装置来测取S，所以只有当α在这一区间内取值时才能很好的满足本实用新型的创造目的。
在本实用新型中，所述的激光束发生装置包括一个投射可见准直激光束的激光器，在准直激光束的投射路径上设有分光镜，在分光镜的分光光路上设有反射镜，其中分光镜与反射镜的镜面之间有0.5°到7°的夹角，分光镜与反射镜的法平面基本平行于激光器产生的准直激光束。激光器产生的可见准直激光束经分光镜后，由于发生透射与反射所以形成两束分光激光束，其中一分光激光束经反射镜反射后与另一分光激光束一起向外投射。当反射镜与分光镜的镜面之间有0.5°到7°的夹角时，其反射激光束或透射激光束间的夹角为1°到14°；当分光镜与反射镜的法平面基本平行于激光器产生的可见准直激光束时，则准直激光束、透射激光束、反射激光束有基本共面的特性。此外，由于该结构只使用了一个激光器来产生两束激光束，所以有助于本实用新型制造成本的降低。
在本实用新型中，所述的激光发生装置包括二个投射可见准直激光束的激光器，激光器内设有准直透镜，准直激光束与准直透镜的光轴基本重合，两激光器的准直透镜的光轴基本处于平行平面内且两者间有1°到14°的夹角。通过两激光器本实用新型也可以产生所需的激光束，而且这样的结构有助于简化对激光束投射方向的校准程序，能提高生产效率。
在本实用新型中，所述的壳体上设有水平及铅直确定装置。通过这种装置，在对水平或铅直方向的距离进行测量时，能减少测量误差。而且利用这种装置，可使激光束在目标物上形成水平或铅直的激光点、线，可作为施工的参考基准点、线使用。
在本实用新型中，所述壳体内设有自动安平机构，所述的激光束发生装置连接在自动安平机构的摆动件上。利用安平机构能使本实用自动产生水平或铅直投射的激光束，其对在对水平或铅直方向的距离进行测量时，能减少测量误差；另外，其在目标物上形成水平或铅直的激光点、线，可作为施工的参考基准点、线使用；而且由于上述是利用安平机构来自动实现的，所以无需人工校准，具有使用方便、高效的优点。
在本实用新型中，所述壳体是水平尺的尺身，在水平尺的尺身上设有水平水准泡及铅直水准泡。本实用新型的壳体做成水平尺尺身后，不仅能完成本实用新的创造目的，而且还能做为激光水平尺与普通水平尺使用，具有一机多能的优点，从而满足消费者物超所值的需求。
在本实用新型中，所述壳体内设有能将准直激光束折射为扇形扁平激光束的透镜。当两扇形扁平激光束的扇面垂直平面F时，其投射在被测物表面时会形成两条平行的激光细线，这样能有助于提高测量精度，此外这种激光线也可作为施工的参考基准线使用。
在本实用新型中，所述的透镜连接在一切换装置上，切换装置上设有使透镜移入/移出可见准直激光束投射路径的机构。通过这种切换装置，本实用新型即可以向外投射可见准直激光束也可以向外投射扇形扃平激光束，而且可构成多种形式的相互组合，具体可根据实际使用情况进行自由选择，具有灵活、实用的优点。当直接向外投射准直激光束时本实用新型可以在被测物上表面形成激光小圆点，适用于对较远距离的测量；如上所述的，当向外投射的是两束垂直平面F的扇形扁平激光束时，本实用新型能在被测物表面形成条相互平行的激光细线，能起到提高测量精度的要求；当向外投射的是两束相互垂直的扇形扁平激光束时，本实用新型能在物体表面形成一非常有用的“十”字交叉基准线；当然本实用新型也能在被测表面形成一激光线与一激光点，测量激光点到激光线的垂直距离也可以求得被测距离L。
在本实用新型中，所述的分光镜及反射镜连接在一切换装置上，在切换装置上还连接有能将准直激光束折射为扇形扁平激光束的透镜，切换装置上设有使所述分光镜及透镜进行移入/移出可见准直激光束投射路径切换的机构。当分光镜处于准直激光束投射路径上时，透镜移出投射路径，本实用新型能用一个激光器投射夹角为1°到14°的准直激光束；当透镜处于准直激光束投射路径上时，分光镜移出投射路径，本实用新型可向外投射扇形扃平激光束，而且因为激光束事先未经分光，所以此时透镜形成的扇形扁平激光束强度大，能在物体表面形成较亮的激光线。因此通过这种装置，本实用新型不仅能用一个激光器实现本实用新型的创造目的，而且可以完成与激光墨线仪相同的打线功能。
在本实用新型中，所述的夹角为5.7106°。由于两激光束间的夹角为5.7106°，所以距离L可表示为L＝10S。即L与S呈10倍正比，这样即使使用普通的钢卷尺也能迅速的测得较大距离的L，只要将实测值乘以10即可，而且其测量误差在正负2cm左右，高于目前市场上所售的掌式超声波测距仪，其测量量程也大于掌式超声波测距仪，在价格上更具有绝对优势。
图1为本实用新型的原理示意图。
图2-1为本实用新型的一实施例的结构示意图。
图2-2为图2的G-G剖视图。
图3为本实用新型的另一实施例的结构示意图。
图4为本实用新型的又一实施例的结构示意图。
具体实施方式
结合图2所示本实用新型的一实施例的结构包括壳体1、水平水准泡2、铅直水准泡3、反射镜4、切换装置5、分光镜6、分光镜座7、电池腔盖8、金属安装座9、激光器10、电池11、船形开关12、线透镜13。
以下结合附图对该实施的构造作进一步的说明如2-1、图2-2所示，壳体1内固定有金属安装座9，金属安装座9右侧的滑槽内设有切换装置5，切换装置5能在滑槽内滑动，激光器10通过螺钉连接在金属安装座9的左侧，激光器10投射的准直激光束可通过螺钉调校为水平。反射镜4胶接在切换装置5右侧的斜面上，分光镜座7通过螺钉连接在切换装置5的右侧端面上，分光镜6胶接在分光镜座7上。如剖视图G-G所示，切换装置5上还固定有线透镜13，当分光镜6刚好处于激光器10的出光孔前侧时，准直激光束将投射到分光镜6上，由于发生透射与反射而产生透射激光束与反射激光束，透射激光束仍保持水平方向通过壳体右侧的出光窗口直接向外投射，反射激光折转一定角度后投射向反射镜4，并经反射镜4的反射后从出光窗口直接向外投射，通过调校分光镜座7上的连接螺钉，可精确校准分光镜6与反射镜4镜面间的夹角，在本实施例中，两镜面夹角为2.8553°，因此透射激光束与反射镜4向外反射的激光束间有5.7106°的夹角，而且两激光束反向延长线的交点与壳体1的左侧面基本重合；当线透镜13刚好处于激光器10的出光孔前侧时，准直激光束将投射到线透镜13上，由于发生折射而向外投射一扇形扁平激光束。金属安装座9的上部固定有水平水准泡2与铅直水准泡3，通过观察水准泡，本实施例中的透射激光束可保持水平投射或铅直投射。壳体1的下部设有电池腔，电池11设在电池腔中，电池腔下部设有电池腔盖8，电池腔盖8能防止电池11从电池腔中掉出。壳体1的左侧面卡装有一船形开关12，可以控制激光器10的电路的通断。
结合图3所示本实用新型的另一实施例的结构包括上切换装置14、前盖15，铅直线透镜16，安装座17，上激光器18、铅直水准泡座19、铅直水准泡20，壳体21、水平水准泡22、水平水准泡座23、船形开关24、后盖25、电池腔盖26、电池27、下激光器28、水平线透镜29、下切换装置30。
以下结合附图对该实施的构造作进一步的说明如图3所示，壳体21左侧端部的内腔中固定有安装座17，安装座17的右侧端面分别用螺钉固定有上激光器18与下激光器28，通过螺钉的调校可使两激光器投射出的激光束保持特定的夹角，本实施例中两激光束的夹角为5.7106°且两激光束的反向延长线的交点与壳体右侧面基本重合，其中下激光器28产生的准直激光束为水平方向。在安装座17左侧端面的滑槽中设有上切换装置14与下切换装置30，其中上切换装置14上设有铅直线透镜16，下切换装置30上设有水平线透镜29，当上切换装置14向上滑动后可使铅直线透镜16位于上激光器投射的准直激光束路径上并将该激光束折射为一铅直的扇形扁平激光束，当下切换装置30向下滑动后可使水平线透镜29位于下激光器投射的准直激光束路径上并将该激光束折射为一水平的扇形扁平激光束，此时该两激光束能在物体表面形成一可见的十字交叉线，安装座17的最左侧固定有前盖15，前盖15起到保护内部装置的作用。壳体21的右侧端面固定有后盖25，后盖25的上部卡装有两个船形开关24，能分别控制上激光器18与下激光器28的电路的通断，后盖25的下部设有电池腔，电池27设在电池腔内，电池腔右侧设有电池腔盖26，可防止电池27从腔中掉出；壳体21中部的上平面固定有水平水准泡座23，水平水准泡座23内固定有水平水准泡22，铅直水准泡20通过铅直水准泡座19固定在壳体21左侧的中部，通过观察水准泡，本实施例中下激光器28产生的准直激光束可保持水平投射或铅直投射。
结合图4所示本实用新型的又一实施例的结构包括壳体31、激光器32、摆动件33、外轴承座34、内轴承座35、反射镜36、分光镜37、分光镜座38、电池腔盖39、电池40、船形开关41。
以下结合附图对该实施的构造作进一步的说明如图4所示，壳体31内通过螺钉固定有外轴承座34，外轴承座34的两个轴承孔内设有滚动轴承，内轴承座35两端的轴头分别位于两滚动轴承的内孔中，摆动件33通过销轴与固定在内轴承座35中部的滚动轴承连接，如图所示，因两组滚动轴承的轴线相互垂直，所以摆动件33能实现两自由度的自由摆动。激光器32通过螺钉连接在摆动件33的左侧，激光器32投射的准直激光束可通过螺钉调校为水平。反射镜36胶接在摆动件33右侧的斜面上，分光镜座38通过螺钉连接在摆动件33的右侧端面上，分光镜37胶接在分光镜座38上且刚好位于激光器32的出光孔前侧，当准直激光束投射到分光镜37后可产生透射激光束与反射激光束，透射激光束仍保持水平方向通过壳体右侧的出光窗口直接向外投射，反射激光折转一定角度后投射向反射镜36，并经反射镜36的反射后从出光窗口直接向外投射，通过调校分光镜座38上的连接螺钉，可精确校准分光镜37与反射镜36镜面间的夹角，在本实施例中，两镜面夹角为2.8553°，因此透射激光束与反射镜36向外反射的激光束间有5.7106°的夹角，而且两激光束反向延长线的交点与壳体31的左侧面基本重合。由于摆动件33能实现两自由度的自由摆动，所以在重力作用下即使壳体31发生一定的倾斜，摆动件33也能产生相应的角度补偿而保持原状态不变，所以激光器32投射的准直激光束能自动保持水平，无需人工校准。壳体31的下部设有电池腔，电池40设在电池腔中，电池腔下部设有电池腔盖39，电池腔盖39能防止电池40从电池腔中掉出；壳体31的左侧面卡装有一船形开关41，可以控制激光器32的电路的通断。
权利要求1.一种激光仪包括激光仪的壳体中设有电源和激光束发生装置，壳体上设有出光窗口；其特征在于所述的激光束发生装置是一种至少产生两束基本位于平行平面内的且夹角为1°到14°的可见准直激光束的激光束发生装置。
2.根据权利要求1所述的一种激光仪，其特征在于所述的激光束发生装置包括一个投射可见准直激光束的激光器，在准直激光束的投射路径上设有分光镜，在分光镜的分光光路上设有反射镜，其中分光镜与反射镜的镜面之间有0.5°到7°的夹角，分光镜与反射镜的法平面基本平行于激光器产生的准直激光束。
3.根据权利要求1所述的一种激光仪，其特征在于所述的激光发生装置包括二个投射可见准直激光束的激光器，激光器内设有准直透镜，准直激光束与准直透镜的光轴基本重合，两激光器的准直透镜的光轴基本处于平行平面内且两者间有1°到14°的夹角。
4.根据权利要求2或3所述的一种激光仪，其特征在于所述的壳体上设有水平及铅直确定装置。
5.根据权利要求2或3所述的一种激光仪，其特征在于所述壳体内设有自动安平机构，所述的激光束发生装置连接在自动安平机构的摆动件上。
6.根据权利要求4所述的一种激光仪，其特征在于所述壳体是水平尺的尺身，在水平尺的尺身上设有水平水准泡及铅直水准泡。
7.根据权利要求2或3所述的一种激光仪，其特征在于所述壳体内设有将准直激光束折射为扇形扁平激光束的透镜。
8.根据权利要求7所述的一种激光仪，其特征在于所述的透镜连接在一切换装置上，切换装置上设有使透镜移入/移出可见准直激光束投射路径的机构。
9.根据权利要求2所述的一种激光仪，其特征在于所述的分光镜及反射镜连接在一切换装置上，在切换装置上还连接有能将准直激光束折射为扇形扁平激光束的透镜，切换装置上设有使所述分光镜及透镜进行移入/移出可见准直激光束投射路径切换的机构，。
10.根据权利要求2或3所述的一种激光仪，其特征在于所述的夹角为5.7106°。
专利摘要一种激光仪包括激光仪的壳体中设有电源和激光束发生装置，壳体上设有出光窗口；在本实用新型中，所述的激光束发生装置是一种至少产生两束基本位于平行平面内的且夹角为1°到14°的可见准直激光束的激光束发生装置。本实用新型中，两准直激光束可以直接向外投射，也可以转换为扇形扁平激光束后向外投射，当以扇形扁平激光束的方式向外投射时所述扇形面与导轨横截面的交线应垂直于平面F。由于激光束是可见的，所以可直接用肉眼观察或测量，无需其它工具的附助，使用非常的方便。
文档编号G01C3/00GK2881542SQ20062010020
公开日2007年3月21日 申请日期2006年1月5日 优先权日2006年1月5日
发明者周培银 申请人:周培银