专利名称：激光基准系统的制作方法
激光基准系统相关申请的交叉引用无关于联邦资助研究或开发的声明不适用
背景技术：
本发明总体涉及激光发射器，并且更特别地涉及激光基准系统和对由激光发射器产生的激光的基准平面进行取向的方法。激光发射器被有效地对准以使激光发射器限定沿期望对准方向具有期望坡度的平面。对准方向不需要为正交的。激光系统已经用于多种现有技术勘测和建造应用中。在一种类型的系统中，激光发射装置提供旋转激光束，旋转激光束在工作场所建立基准平面。通常，基准平面形成了水平仰角基准平面或大致倾斜的基准平面。激光由一个或多个激光束检测器检测。激光束检测器安装到支架上或在工作场所运行的建造装备上，所述支架放置到距发射装置的相当远的距离处。在工作之前，需要将发射装置按与工作场所的正确取向安设到工作场所处。作为实施例，假设结构已经提前确定工作场所按一定梯度沿一定方向倾斜。进一步假设工作场所为矩形的，并且工作场所的角选为坐标系的原点，使得矩形的一个边为X轴，而矩形的另一个边为y轴。期望的瀑布线可沿X轴和y轴之间的方向延伸。结构将具有为工作场所指定的X轴坡度和I轴坡度，X轴坡度和I轴坡度一起沿着瀑布线产生期望坡度。发射器放置于工作场所的构成原点的角处。发射器具有其自身的内X轴和y轴， 并且这些轴标记在发射器的顶部上。操作员利用这些标记物或利用可安装到发射器的顶部上的望远镜手动地将发射器X轴和I轴与工作场所X轴和I轴对准。用于对准发射器的这些布置中没有一个可得到大的精度。如果发射器完美地对准使得其X轴和y轴分别与工作场所的X轴和y轴平行，那么当操作员输入X轴梯度和y轴梯度时发射器将产生沿着瀑布线具有正确俯仰角的基准光平面。然而，当发射器的X轴和y轴不对准时，即，从上方看时，相对于工作场所的X轴和I 轴稍顺时针或稍逆时针枢转，产生了问题。如果发射器不对准并且如果操作员输入期望的工作场所轴线坡度，则发射器将产生具有正确俯仰角的基准光平面，而基准平面的最大俯仰角不与期望瀑布线对准。但是，基准平面将从期望的取向绕着垂直轴线稍微旋转。用于将发射器与工作场所对准的一种系统显示在授予Cain的于2000年4月25 日发布的美国专利No. 6，055，046中。所述系统具有包括角度编码器的发射器。角度编码器连续地指示旋转光束的角度取向。发射器和回射目标沿着工作场所的侧边定位，在要对准激光发射器的方向上间隔开。然后，目标的角度取向由当光从目标反射回发射器时输出的角度编码器确定。可选择地，光电检测器可用作检测器，当光束被检测到时，光电检测器经由无线电或其它发射器将信号发回发射器上的接收器。在任一情形下，发射器的轴线旋转以通过电子方式对准。该布置需要精确的角度编码器，从而增加了建造装置时的花费和复杂度。在授予Kahle的于2004年2月17日发布的美国专利No. 6，693，706中示出的用于对准发射器的另一种系统确定发射器围绕垂直轴线的不重合量(称为“倾角”)，然后对不重合量进行补偿。换言之，梯度倾角为发射器的X轴和I轴分别与工作场所的X轴和I 轴的角不重合度(从上方看)。该系统确定该倾角并且改变发射器的操作以使得生成正确取向的基准平面。这些现有技术系统限制于确定并补偿正交的对准方向，以使也发射器的也正交的 X轴和y轴将以相同的倾角偏离对准方向。然而，并不总是这样。此外，有时可能期望匹配由发射器和两个光束检测器限定的梯度，然后确定匹配梯度沿两个对准方向的倾斜度。因此，可以看出，需要改进和简化用于将激光发射器与工作场所对准的系统，以使得从激光发射器投射的激光的平面以正确取向的坡度精确地限定基准平面。
发明内容
一种对由发射器产生的激光的基准平面进行取向的方法，所述发射器包括定位布置，所述定位布置调节基准平面相对于第一发射器轴线以及相对于与所述第一发射器轴线垂直的第二发射器轴线的角度取向，激光由第一检测器和第二检测器检测，所述方法包括如下步骤通过沿第一对准方向定位第一检测器来限定来自发射器的第一对准方向以便由激光的平面照射；以及通过沿第二对准方向定位第二检测器来限定来自发射器的第二对准方向以便由激光的平面照射。所述方法进一步包括如下步骤确定第一对准方向相对于第一发射器轴线和第二发射器轴线的取向；确定第二对准方向相对于第一发射器轴线和第二发射器轴线的取向；以及指定基准平面沿第一对准方向和第二对准方向的期望取向。最后， 所述方法包括如下步骤确定将基准平面定位在期望取向上所需的基准平面相对于第一发射器轴线以及相对于第二发射器轴线的角度取向；以及相对于第一发射器轴线和第二发射器轴线取向基准平面以使得获得基准平面沿第一对准方向和第二对准方向的期望取向。确定第一对准方向相对于第一发射器轴线和第二发射器轴线的取向的步骤可以包括如下步骤确定沿着由第一检测器检测到的第一平面的第一发射器轴线和第二发射器轴线的方向的倾斜度；以及确定沿着由第一检测器检测到的第二平面的第一发射器轴线和第二发射器轴线的方向的倾斜度。确定第二对准方向相对于第一发射器轴线和第二发射器轴线的取向的步骤可以包括如下步骤确定沿着由第二检测器检测到的第一平面的第一发射器轴线和第二发射器轴线的方向的倾斜度；以及确定沿着由第二检测器检测到的第二平面的第一发射器轴线和第二发射器轴线的方向的倾斜度。确定将基准平面定位在期望取向上所需的基准平面相对于第一发射器轴线以及相对于第二发射器轴线的角度取向的步骤可以包括使用等式的步骤
权利要求
1.一种对由发射器产生的激光的基准平面进行取向的方法，所述发射器包括定位布置，所述定位布置调节所述基准平面相对于第一发射器轴线以及相对于与所述第一发射器轴线垂直的第二发射器轴线的角度取向，激光由第一检测器和第二检测器检测，所述方法包括如下步骤通过沿第一对准方向定位所述第一检测器来限定来自所述发射器的所述第一对准方向以便于由所述激光平面照射；通过沿第二对准方向定位所述第二检测器来限定来自所述发射器的所述第二对准方向以便于由所述激光平面照射；通过处理器确定所述第一对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向；通过处理器确定所述第二对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向；指定所述基准平面沿所述第一对准方向和所述第二对准方向的期望取向；通过处理器确定将所述基准平面定位在所述期望取向上所需的所述基准平面相对于所述第一发射器轴线以及相对于所述第二发射器轴线的角度取向；以及相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线取向所述基准平面，从而获得所述基准平面沿所述第一对准方向和所述第二对准方向的所述期望取向。
2.如权利要求I所述的方法，其中，确定所述第一对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向的所述步骤包括如下步骤确定沿着由所述第一检测器检测到的第一平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的傾斜度，并且确定沿着由所述第一检测器检测到的第二平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的傾斜度。
3.如权利要求I所述的方法，其中，确定所述第二对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向的所述步骤包括如下步骤确定沿着由所述第二检测器检测到的第一平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的傾斜度，并且确定沿着由所述第二检测器检测到的第二平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的傾斜度。
4.如权利要求I所述的方法，其中，确定将所述基准平面定位在所述期望取向上所需的所述基准平面相对于所述第一发射器轴线以及相对于所述第二发射器轴线的角度取向的步骤包括使用如下等式的步骤
5.一种对由发射器产生的激光的基准平面进行取向的方法，所述发射器包括定位布置，所述定位布置调节所述基准平面相对于第一发射器轴线以及相对于与所述第一发射器轴线垂直的第二发射器轴线的角度取向，激光由第一检测器和第二检测器检测，所述方法包括如下步骤通过沿第一对准方向定位所述第一检测器来限定来自所述发射器的所述第一对准方向以便由所述激光平面照射，所述第一检测器通过其相对于所述发射器的垂直位置来进一步限定激光的所述基准平面的梯度；通过沿第二对准方向定位所述第二检测器来限定来自所述发射器的所述第二对准方向以便由所述激光平面照射，所述第二检测器通过其相对于所述发射器的垂直位置来进一步限定激光的所述基准平面的梯度；通过处理器确定所述第一对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向；通过处理器确定所述第二对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向；沿所述第一对准方向取向所述基准平面以使得所述第一检测器被照射；沿所述第二对准方向取向所述基准平面以使得所述第二检测器被照射；通过处理器确定所述基准平面相对于所述第一发射器轴线以及相对于所述第二发射器轴线的角度取向，所述角度取向是当所述第一检测器和所述第二检测器二者被同时照射时得到的；以及通过处理器确定所述基准平面沿所述第一对准方向和所述第二对准方向这两个方向的最终取向。
6.如权利要求5所述的方法，其中，确定所述第一对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向的所述步骤包括如下步骤确定沿着由所述第一检测器检测到的第一平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的倾斜度，并且确定沿着由所述第一检测器检测到的第二平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的倾斜度。
7.如权利要求5所述的方法，其中，确定所述第二对准方向相对于所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的取向的所述步骤包括如下步骤确定沿着由所述第二检测器检测到的第一平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的倾斜度，并且确定沿着由所述第二检测器检测到的第二平面的所述第一发射器轴线和所述第二发射器轴线的方向的倾斜度。
8.如权利要求5所述的方法，其中，确定所述基准平面沿所述第一对准方向和所述第二对准方向这两个方向的最终取向的步骤包括使用如下等式的步骤
全文摘要
本发明公开了操作激光基准系统的方法，所述方法对由发射器产生的激光的基准平面进行取向，从而对发射器的第一和第二轴线以及第一和第二非正交对准轴线之间的倾角进行补偿。发射器包括光学系统，其被设置为产生激光束，所述光学系统沿着围绕中央旋转轴线限定的旋转弧径向地投射所述激光束，从而实质上限定激光的基准平面；以及定位布置，其与所述光学系统耦合，用于调节所述光学系统相对于第一发射器轴线以及相对于第二发射器轴线的角度取向。检测器被设置为检测激光束的接收。检测器和发射器限定对准方向。检测器进一步包括发射器，所述发射器用于发送由检测器检测到的关于激光束的位置的信息。所述系统进一步包括处理器，所述处理器适于接收来自所述检测器的关于激光束的位置的发送信息。处理器计算倾角。
文档编号G01C15/00GK102607536SQ20111034010
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年1月24日
发明者L·舒马赫 申请人:天宝导航有限公司