本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于检验旋转激光器(或者雷射水平仪)的锥形误差(圆锥误差)的方法。
背景技术：
旋转激光器用在校平和标记工作的内部和外部区域中，如在目标面上显示水平、竖直或倾斜延伸的激光标记或确定和检验水平的高度走向、垂直线、对齐线和垂点。旋转激光器可布置在不同的构造成水平位置和竖直位置的仪器设备中。对此，分为仅应用在水平位置中的可水平应用的旋转激光器和应用在水平位置和竖直位置中的可水平和竖直应用的旋转激光器。可水平应用的旋转激光器具有第一水平轴线和第二水平轴线作为设备轴线，它们彼此垂直地延伸且限定水平平面。可水平和竖直应用的旋转激光器除了第一水平轴线和第二水平轴线以外，还具有竖直轴线作为设备轴线，该竖直轴线垂直于第一水平轴线和第二水平轴线的水平平面延伸。
为了确保旋转激光器在运行中的精确性，必须定期检验精确性且在超过设备制造商限定的最大差时校准旋转激光器。对此，为每个设备轴线单独地检验旋转激光器的精确性。已知有用于检验和/或校准水平轴线的方法和用于检验和/或校准竖直轴线的方法。在可水平应用的旋转激光器中依次检验第一水平轴线和第二水平轴线，其中，顺序是任意的。在可水平和竖直应用的旋转激光器中，在检验第一水平轴线和第二水平轴线随后检验竖直轴线。
设备轴线在限定状态下的定向借助旋转激光器的校平装置实现。旋转激光器在水平位置中的限定状态称为水平状态以及在竖直位置中称为竖直状态。校平装置包括使第一水平轴线定向在第一限定状态中的第一校平单元、使第二水平轴线定向在第二限定状态中的第二校平单元和在可竖直应用的旋转激光器中的第三校平单元，第三校平单元使竖直轴线定向在第三限定状态中。校平单元分别包括测量设备轴线的倾斜度的倾斜传感器和可调节设备轴线的倾斜度的调节元件。在理想情况下，倾斜传感器与对应的设备轴线平行地定向。如果倾斜传感器不是与对应的设备轴线平行地定向，设备轴线具有倾斜误差。
除了在倾斜传感器和设备轴线之间的偏差之外，可出现其他误差，这些误差有损旋转激光器的精确性。对此包括旋转激光器的锥形误差，该锥形误差由于偏转光学构造相对于旋转轴线的倾斜而产生。在设有多个在现有技术中的旋转激光器的情况下没有设置通过操作人员进行的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法。在多数的旋转激光器中在设备制造商处在校准服务中检验锥形误差。设有通过操作人员检验锥形误差的旋转激光器包括sokkia的旋转激光器triaxul-300和topcon的旋转激光器rl-1001s。对此在检验以及必要时校准水平轴线随后进行用于检验锥形误差的方法。检验锥形误差在旋转激光器的水平位置中借助可旋转的激光束在第一测量面和平行的第二测量面之间进行。旋转激光器以与第二测量面不同的测量距离设置在第一位置和第二位置上。
已知的用于检验旋转激光器triaxul-300和rl-1001s的锥形误差的方法的进程是相同的，这些方法的区别在于，在第一和第二测量面之间的间距以及旋转激光器在第一和第二位置中与第二测量面的测量距离。第一和第二测量面在旋转激光器triaxul-300中具有约30m的间距且在旋转激光器rl-1001s中具有约50m的间距。旋转激光器triaxul-300在第一位置中与第二测量面具有约29m的第一测量距离且在第二位置中与第二测量面具有约1m的第二测量距离。旋转激光器rl-1001s在第一位置中与第二测量面具有约25m的第一测量距离且在第二位置中具有约1至2m的第二测量距离。
为了检验旋转激光器的锥形误差，旋转激光器以水平位置以与第二测量面的第一测量距离设置在第一位置中。旋转激光器的水平轴线在第一位置中定向在水平的状态中，其中，第一水平轴线的水平状态由第一零位确定且第二水平轴线的水平状态由第二零位确定。可旋转的激光束的照射位置在第一测量面上标记为第一控制点。旋转激光器在第一位置中围绕旋转激光器的旋转轴线转动180°，且可旋转的激光束照射在第二测量面上的照射位置标记为第二控制点。然后，旋转激光器以水平位置以与第二测量面的第二测量距离设置在第二位置中，其中，水平轴线的定向相对于第一位置未发生变化。旋转激光器的水平轴线在第二位置中定向在水平的状态中。可旋转的激光束照射在第二测量面上的照射点标记为第三控制点。旋转激光器在第二位置中围绕旋转激光器的旋转轴线转动180°，且可旋转的激光束照射在第一测量面上的照射位置标记为第四控制点。在第一测量面上的第一和第四控制点之间的间距确定为第一差值，且在第二测量面上的第二和第三控制点之间的间距确定为第二差值。第一和第二差值与由设备制造商确定的最大差值比较。在第一和/或第二差值超过最大差值时，旋转激光器不满足精确性要求且应在设备制造商处进行调整。对于sokkia的旋转激光器triaxul-300最大差值为6mm，对于topcon的旋转激光器rl-1001s为10mm。
在已知的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法中具有以下缺点，在第一测量面和第二测量面之间的间距设置成固定的。为sokkia的旋转激光器triaxul-300确定的间距为30m，且在内部区域中的测量任务中尤其为topcon的旋转激光器rl-1001s确定的在第一和第二测量面之间的间距为50m通常不存在。此外，激光束的照射位置由操作人员手动地传递到测量面上，这不适宜该方法的自动化。此外不利的是，该方法的精确性与操作人员在确定激光束的中点时、在将中点传递到测量面上时且在确定控制点之间的间距时的细心程度相关。
技术实现要素：
本发明的目的是，改进用于检验旋转激光器的锥形误差的方法，该方法可匹配测量环境的环境条件。此外，该方法应适用于尽可能自动化的实施方式。
根据本发明，该目的通过独立权利要求1的特征在开头所述的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法中实现。有利的改进方案在从属权利要求中给出。
根据本发明，用于检验旋转激光器的锥形误差的方法具有以下步骤：
–旋转激光器设置在第一测量面和第二测量面之间的第一位置中，其中，旋转激光器在第一位置中具有与第二测量面的第一测量距离d1且在测量方向上定向到第二测量面上，
–旋转激光器的水平轴线定向在水平的状态中，其中，水平轴线的水平状态通过用于第一水平轴线的第一零位和用于第二水平轴线的第二零位确定，
激光束照射在第一测量面上的照射位置确定为第一控制点，
–激光束照射在第二测量面上的照射位置通过激光接收器的探测区确定为第二控制点，且第二控制点与探测区的零点位置的间距作为第一高度位移h1存储，
-旋转激光器设置在第一测量面和第二测量面之间的第二位置中，其中，旋转激光器在第二位置中具有与第二测量面的第二测量距离d2且在测量方向上定向到第二测量面上，
–旋转激光器布置在激光束在第一测量面上的照射位置与第一控制点重合的高度上，
-激光束照射在第二测量面上的照射位置通过激光接收器的探测区确定为第三控制点，且第三控制点与探测区的零点位置的间距作为第二高度位移h2存储，
–在第二控制点和第三控制点之间的间距作为第一高度位移和第二高度位移的差δ算出，
–由第一测量距离d1、第二测量距离d2和差δ算出锥形误差δ，以及
-比较锥形误差δ与最大误差δmax。
在根据本发明的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法中，在第一和第二位置中测量在旋转激光器和激光接收器之间的测量距离d1、d2且不是确定在预先给定的测量距离上。这具有以下优点，即，第一和第二测量距离d1、d2可与测量环境的环境条件相匹配。在根据本发明的方法中，激光束在第二测量面上的照射位置借助激光接收器确定且作为与探测区的零点位置的高度偏差h1、h2存储。通过使用具有测量功能的激光接收器提高在实施该方法时的测量精确性。激光接收器根据固定的路径确定激光束在探测区上的照射点。这具有以下优点，该方法的精确性与操作人员的细心无关且适合于自动地实施该方法。在旋转激光器布置在通过马达调节高度的三脚架和转动平台上时，根据本发明的方法在第一和第二位置中可自动地实施；操作人员仅需将旋转激光器从第一位置调节到第二位置中。
旋转激光器在第一位置中在任一测量方向上都定向到第二测量面上。对此，第一水平轴线、第二水平轴线或在水平平面中的任一轴线可定向到第二测量面上。重要的是，旋转激光器在第二位置中的定向相对于第一位置没有变化且确定的测量方向定向到第二测量面上。在第一测量面上的第一控制点用于使旋转激光器在第二位置中进行高度调节。锥形误差δ由第一测量距离d1、第二测量距离d2和在第一和第二高度偏差h1、h2之间的差δ算出。锥形误差δ可根据公式tan(δ)＝1/2(h1-h2)/(d1-d2)算出。在锥形误差δ大于最大误差δmax时，需要调整旋转激光器。
在优选的实施方式中，在第一位置中激光束照射在第一测量面上的照射位置通过其他的激光接收器确定。使用其他的激光接收器的优点是，激光束照射在第一测量面上的照射位置可以高度的测量精确性确定。此外，第一测量面的位置和与第二测量面的间距可根据相应的测量环境调整。在旋转激光器和激光接收器具有自动对准功能时，根据本发明的方法的方法步骤可在第一和第二位置中全自动地进行。操作人员仅需使旋转激光器从第一位置调节到第二位置中。
特别优选地，在第二位置中以调控的方式进行旋转激光器的高度调节。因为第一和第二测量距离d1、d2是任意的，必须如此调节旋转激光器的高度，使得偏差由于锥形误差引起。对此，使用激光束在第一测量面上的第一控制点。旋转激光器在第二位置中调节在这样的高度上，使得激光束照射在第一测量面上的照射位置与第一控制点重合。在调控高度调节时，可自动化地执行该方法。通过其他的激光接收器存储第一控制点且借助自动对准功能用于旋转激光器的高度调节。该自动对准功能在欧洲专利ep1203930b1中描述。
优选地，在第一位置中的第一测量距离和/或在第二位置中的第二测量距离借助旋转激光器和激光接收器确定。根据本发明的方法具有以下优点，即，在检验旋转激光器的锥形误差时可参考测量环境的环境条件。在旋转激光器和激光接收器之间的第一和第二测量距离选择为测量环境所允许的那样。
特别优选地，在旋转激光器和激光接收器之间的第一测量距离和/或第二测量距离借助第一测量方法作为第一间隔，借助于第二测量方法作为第二间隔或作为平均间隔由第一间隔和第二间隔确定。在旋转激光器和激光接收器之间的第一测量距离和/或第二测量距离可借助不同的测量方法确定时，可使用于检验旋转激光器的锥形误差的方法匹配测量仪器(旋转激光器和激光接收器)的测量环境的环境条件和功能。
在第一优选的实施方式中，在旋转激光器和激光接收器之间的第一测量距离和/或第二测量距离作为第一间隔借助第一测量方法确定。在第一测量方法中，激光束倾斜已知的倾斜角且存储倾斜的激光束与探测区的零点位置的间距。第一测量方法适用于具有测量功能的激光接收器，测量功能可测量激光束与零点位置的间距。可借助旋转激光器的校平装置使激光束倾斜该倾斜角。校平装置包括第一校平单元和第二校平单元，第一校平单元使第一水平轴线定向在第一限定状态中，第二校平单元使第二水平轴线定向在第二限定状态中。旋转激光器可在任一测量方向上定向到第二测量面上，其中，第一水平轴线、第二水平轴线或在水平平面中的任一轴线可定义为测量方向。在第一水平轴线或第二水平轴线用作测量方向时，旋转激光器为了测量间隔布置在合适的角位置中。对此，在第一水平轴线用作测量方向时借助第一校平单元使激光束倾斜并且在第二水平轴线用作测量方向时借助第二校平单元使激光束倾斜。
在第一测量方法的第一变型方案中，旋转激光器水平地定向，水平定向的激光束调节到探测区的零点位置上，激光束朝向激光接收器倾斜倾斜角α，倾斜的激光束照射在激光接收器的探测区上的照射位置确定为第一测量点，第一测量点与探测区的零点位置的间距作为第一高度h1＝h(α)存储，第一间隔d1由倾斜角α和在第一高度h1和探测区的零点位置之间的高度差δh算出。在激光接收器的纵向方向平行于垂线方向定向时，第一间隔d1根据公式tan(α)＝δh/d1算出。对于小的倾斜角α近似适用tan(α)≈sin(α)。第一测量方法的第一变型方案尤其适用于具有自动对准功能的旋转激光器和激光接收器，在其中，可自动地将激光束的高度调节在激光接收器的探测区的零点位置上。
在第一测量方法的第二变型方案中，旋转激光器水平地定向，水平定向的激光束照射在激光接收器的探测区上的照射位置确定为参考点，参考点与探测区的零点位置的间距作为参考高度h0＝h(0°)存储，激光束倾斜倾斜角α，倾斜的激光束照射在探测区上的照射位置确定为第一测量点，第一测量点与探测区的零点位置的间距作为第一高度h1＝h(α)存储且第一间隔d1由倾斜角α和在第一高度h1和参考高度h0之间的高度差δh算出。在激光接收器的纵向方向平行于垂线方向定向时，第一间隔d1根据公式tan(α)＝(h1-h0)/d1＝δh/d1算出。对于小的倾斜角α近似适用tan(α)≈sin(α)。第一测量方法的第二变型方案适用于没有自动对准功能的旋转激光器和激光接收器。操作人员仅需确保，通过激光接收器的探测区获取倾斜了倾斜角α的激光束。在具有自动对准功能的旋转激光器和激光接收器中，激光束自动地移动到探测区的范围中。
在第一测量方法的第三变型方案中，旋转激光器水平地定向，水平定向的激光束在倾斜方向上倾斜了倾斜角α，倾斜的激光束照射在激光接收器的探测区上的照射位置确定为第一测量点，第一测量点与探测区的零点位置的间距作为第一高度h1＝h(α)存储，激光束沿方向相反的倾斜方向倾斜负的倾斜角-α，倾斜的激光束照射在探测区上的照射位置确定为第二测量点，第二测量点与探测区的零点位置的间距作为第二高度h2＝h(-α)存储且第一间隔d1由倾斜角α和在第一高度h1和第二高度h2之间的高度差δh算出。在激光接收器的横向方向平行于垂线方向定向时，第一间隔d1可根据公式tan(2α)＝(h(α)-h(-α))/d1＝δh/d1算出。对于小的倾斜角α近似适用tan(2α)≈sin(2α)。第一测量方法的第三变型方案适用于具有和没有自动对准功能的旋转激光器和激光接收器。在水平定向激光束首先朝探测区的零点位置或至少在零点位置附近定向时，可利用探测区的整个探测高度。在具有自动对准功能的设备系统中，可自动地将高度调节在零点位置上。
在优选的第二实施方式中，在旋转激光器和激光接收器之间的第一测量距离和/或第二测量距离作为第二间隔借助第二测量方法确定。在第二测量方法中，旋转激光器水平定向，水平定向的激光束以旋转速度vr围绕旋转轴线旋转，确定可旋转的激光束在激光接收器的探测区上的信号长度ts且由旋转速度vr、信号长度ts和探测区的探测宽度bd计算第二间隔d2。在激光接收器的纵向方向平行于垂线方向定向时，第二间隔d2可根据公式ts/tfull＝bd/(2πd2)以tfull＝60/vr算出。旋转速度vr是每分钟的转数且对于一转所需的时间tfull为60/vr。第二测量方法适用于没有自动对准功能的旋转激光器和激光接收器。激光接收器必须能够测量可旋转的激光束在探测区上的信号长度ts。
在优选的第三实施方式中，在旋转激光器和激光接收器之间的第一测量距离和/或第二测量距离作为平均间隔由第一间隔和第二间隔确定。通过第一间隔和第二间隔的平均可提高能确定在旋转激光器和激光接收器之间的测量距离的精确性。借助第一测量方法确定的第一间隔大于或等于实际的测量距离。在激光接收器的纵向方向不是平行于垂线方向定向，而是相对于垂线方向倾斜时，在垂线方向上的竖直间距小于激光接收器的探测区测量的间距。借助第二测量方法确定的第二间隔小于或等于实际的测量距离。在激光接收器的纵向方向不是平行于垂线方向定向，而是相对于垂线方向倾斜时，可旋转的激光束扫描探测区上的垂直于垂线方向的水平间距大于探测区的探测宽度bd。
在该方法的优选的改进方案中，激光接收器相对于垂线方向的倾斜度作为在第一竖直平面中的第一竖直角度φ1和/或在第二竖直平面中的第二竖直角度φ2得出，其中，第一竖直平面由垂线方向和激光接收器的探测区的法线向量限定，且第二竖直平面由探测区的纵向方向和横向方向限定。第一竖直角度φ1在探测区的法线向量和垂线方向之间测得，其中第一竖直角度φ1示出了在法线向量和垂线方向之间的偏差90°，第二竖直角度φ2在垂线方向和探测区的纵向方向之间测得。在根据本发明的方法的实施方式中，激光接收器在纵向布置中定向，其中，探测区的纵向方向应平行于垂线方向且探测区的横向方向应垂直于垂线方向延伸。通过激光接收器相对于垂线方向倾斜使得水平和竖直间距与激光接收器的探测区测得的间距不同。在激光接收器的倾斜度已知的情况下，可相应地校准该数值。激光接收器可相对于垂线方向倾斜第一竖直角度、第二竖直角度或第一和第二竖直角度。激光接收器的倾斜度可借助双轴加速度传感器或借助两个单轴加速度传感器测得。
特别优选地，在借助激光接收器进行评价时对于第一竖直角度φ1和/或第二竖直角度φ2而言乘以与角度相关的校正系数cos(φ1)、cos(φ2)、1/cos(φ2)。通过乘以一个与角度相关的校正系数或多个与角度相关的校正系数可补偿激光接收器倾斜第一竖直角度φ1和/或第二竖直角度φ2。在利用激光接收器的测量功能和测量在探测区上沿纵向方向的间距的公式中，间距乘以用于第一竖直角度φ1的校正系数cos(φ1)和用于第二竖直角度φ2的校正系数cos(φ2)。在根据本发明的方法中，在测量距离的间距测量中借助第一方法、在确定第二和第三控制点之间的差时且在计算锥形误差时参考校正系数cos(φ1)*cos(φ2)。
在借助第二测量方法作为第二间隔对第一或第二测量间距进行间距测量时不是利用激光接收器在纵向方向上的普通的测量功能，而是利用在横向方向上的探测宽度。通过激光接收器在第二竖直平面中倾斜第二竖直角度φ2，可旋转的激光束扫描到探测区上的水平间距大于探测区的探测宽度bd。可旋转的激光束的信号长度相应于在探测区上的水平间距。对于竖直间距适用关系式bd/cos(φ2)。激光接收器倾斜第一竖直角度φ1没有使水平间距发生改变。在借助第二测量方法的间隔测量中考虑与角度相关的校正系数1/cos(φ2)。
在该方法的优选的改进方案中，为了将第一水平轴线和第二水平轴线定向在水平状态中，与温度或取决于温度的测量值相关地记录多个第一零位和第二零位且存储在第一特征曲线和第二特征曲线中。对此，术语“特征曲线”包括连续的特征曲线以及具有零位和温度或零位和与温度相关的测量值的间断数值对的表格。第一特征曲线对于第一水平轴线建立在温度或与温度相关的测量值和第一倾斜传感器的第一零位之间的关系，且第二特征曲线对于第二水平轴线建立在温度或与温度相关的测量值和第二倾斜传感器的第二零位之间的关系。将与水平轴线的限定状态相应的倾斜角定义为零位。由特征曲线可为旋转激光器的允许的运行温度范围中的每个温度读取零位。
优选地，测量旋转激光器的温度或与温度相关的测量值，从特征曲线中得出与温度或测量值关联的零位且水平轴线定向在通过零位定义的水平状态中。通过温度测量可提高旋转激光器的精确性，因为降低了温度对旋转激光器的精度的影响。根据本发明的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法在第一水平轴线和第二水平轴线的水平状态中进行。在检验时假设偏差由于锥形误差引起。第一水平轴线和第二水平轴线的倾斜误差越小，其在确定锥形误差时的影响越小。
附图说明
下面根据附图描述本发明的实施例。附图不是一定按尺寸比例显示实施例，用于解释的附图更多是以示意性的和/或稍微变形的形式实施。对此需要注意，可针对一种实施方式的形状和细节进行多种改型和变化，而不会偏离本发明的一般思想。本发明的一般思想不限于下面所示且描述的优选实施方式的具体形状和细节，或不限于相比于在权利要求中要求保护的对象受限的对象。在给出的测量范围中也应公开了处于所述边界之内的值作为边界值的情况且可任意使用并且要求保护。为了简单，下面对于相同或相似的部件或具有相同的或相似的功能的部件使用相同的附图标记。
图1示出了具有在水平位置中的旋转激光器和在纵向布置中的激光接收器的装置；
图2a至2c示出了图1中的旋转激光器的三维示意图(图2a)和旋转激光器在竖直平面中的主要构件的示意图(图2b)和在水平平面中的主要构件的示意图(图2c)；
图3a、3b示出了图1的激光接收器的三维示意图(图3a)和激光接收器和旋转激光器的主要构件的示意图(图3b)；
图4a至4c示出了图1的旋转激光器和激光接收器在根据本发明的用于检验旋转激光器的锥形误差的方法的实施方式中的视图；
图5a至5c示出了用于借助合适的激光束测量在旋转激光器和激光接收器之间的测量距离的第一测量方法的三个变型方案；
图6a、6b示出了相对于垂线方向倾斜第一竖直角度(图6a)和第二竖直角度(图6b)的激光接收器的示意图；以及
图7a至7c示出了具有气泡的光学倾斜传感器的构造(图7a)，示出倾斜传感器的零位与温度相关的一特征曲线(图7b)以及示出温度与气泡的气泡长度相关的其他的特征曲线(图7c)。
具体实施方式
图1示出了具有旋转激光器11和激光接收器12的装置10，它们可经由无线的通信连接13连接。旋转激光器11布置在水平位置中，该水平位置设置用于旋转激光器的水平应用。旋转激光器11布置在配有马达的三脚架14上，该三脚架使得旋转激光器11可在高度方向15中自动地调节高度。额外地可设有转动平台16，转动平台使得旋转激光器11可围绕转动平台16的转动轴线17自动地调节角度。转动平台16可集成到三脚架14中或作为单独的构件布置在三角架14上。激光接收器12具有测量功能，测量功能调查提供激光束照射到激光接收器12的探测区18上的照射位置且示出激光束至探测区18的零点位置19的间距。
旋转激光器11构造成可水平和竖直使用的旋转激光器，旋转激光器具有可围绕旋转激光器11的旋转轴线21旋转的第一激光束22和静止的第二激光束23。可旋转的第一激光束22产生激光平面，激光平面垂直于旋转轴线21地布置，且第二激光束23垂直于第一激光束22的激光平面延伸。在图1示出的旋转激光器11的水平位置中使用第一激光束22且定向到激光接收器12的探测区18上，其中，激光接收器12定向成纵向布置。
借助探测区18和垂线方向24定义激光接收器12的定向。激光接收器12的获取第一或第二激光束22、23的照射位置的探测区18在纵向方向25上具有探测高度hd且在横向方向26上具有探测宽度bd。纵向方向25相应于激光接收器12的测量方向且横向方向26垂直于纵向方向25定向，其中，纵向和横向方向25、26平行于探测区18的上侧延伸。在激光接收器12的定向称为纵向布置时，在其中探测区18的纵向方向25平行于垂线方向24定向，在激光接收器12的定向称为横向布置时，在其中探测区18的横向方向26平行于垂线方向24定向。
图2a至2c示出了旋转激光器11的三维示意图(图2a)以及旋转激光器11的主要构件的示意图，其中，图2b示出了在平行于旋转轴线21的竖直平面中的构件以及图2c示出了在垂直于旋转轴线21的水平平面中的构件。
旋转激光器11包括设备壳体31和布置在设备壳体31中的测量装置。设备壳体31由基壳32、旋转头33和多个手柄34构成。经由操作装置35操作旋转激光器11，操作装置集成在基壳32中且可从外部进行操作。除了集成在基壳32中的操作装置35还可设置远程操作装置36，远程操作装置可经由通信连接与旋转激光器11连接。旋转激光器11的测量装置在基壳32的内部中产生激光束，激光束照射在可围绕旋转轴线21旋转的偏转光学构造37上。激光束的第一部分通过偏转光学构造37偏转90°且形成旋转激光器11的第一激光束22，该第一激光束限定激光平面38。激光束的第二部分穿过偏转光学构造37并且形成旋转激光器11的第二激光束23。根据第一激光束22围绕旋转轴线21旋转的旋转速度区分为旋转激光器11的旋转模式、直线模式和点模式。
图2b、图2c示出了旋转激光器11的主要构件的示意图。旋转激光器11包括具有产生激光束的辐射源39和准直光学构造40的激光装置。辐射源39例如构造成半导体激光，半导体激光产生在可见的波长范围中的激光束，例如波长为635nm的红色激光束或波长为532nm的绿色激光束。在从辐射源39中发出激光束之后，借助准直光学构造40对激光束进行准直。可替代地，准直光学构造可集成在辐射源中或在具有很高的光束质量和较小发散度的辐射源39中可取消准直光学构造。
经准直的激光束照射在将第一和第二激光束22、23分开的偏转光学构造37上。偏转光学构造37与转动装置41连接，转动装置使偏转光学构造37围绕旋转轴线21运动。转动装置41包括可转动的轴42、马达单元43和传动装置44，传动装置例如构造成齿形皮带的形式且将马达单元43的运动传递到轴42上。偏转光学构造37与可转动的轴42联接且构造成可围绕旋转轴线21转动。轴42支承在定子部件46的转动轴承45中，转动轴承与半球形杯47连接。半球形杯47可围绕两个垂直于旋转平面(垂直于旋转轴线21的平面)的摆动平面倾斜地支承在与壳体固定的安装框架49中的半球形杯支承部48中。旋转激光器11包括在围绕旋转轴线21旋转期间测量轴42的转动角的测量装置50。测量装置50例如构造成角编码器且由与轴42不可相对转动地连接的刻度盘、用于扫描刻度盘的扫描装置以及评价和调控元件构成。
旋转激光器11构造成可水平和竖直应用的旋转激光器，其中，可水平和竖直应用的旋转激光器的不同之处在于可水平应用的旋转激光器具有额外的设备轴线。旋转激光器11具有第一水平轴线51和第二水平轴线52作为设备轴线，它们彼此垂直地延伸且限定设备平面。第一水平轴线和第二水平轴线51、52经由显示元件显示在旋转激光器11的旋转头33上。可水平和垂直应用的旋转激光器11除了第一水平轴线和第二水平轴线51、52之外还具有其他的设备轴线，设备轴线称为竖直轴线53且在理想情况下与第一水平轴线和第二水平轴线51、52的设备平面垂直地定向。
旋转激光器11构造成自动校平的旋转激光器，在旋转激光器11的设备壳体31设置在自动校平范围中时，该旋转激光器自动地进行校平。旋转激光器的自动校平范围通常在5°。旋转激光器11包括校平装置，校平装置与设备壳体31的定向无关地使旋转激光器11的设备轴线定向到限定的状态中。校平装置包括将第一水平轴线51定向到限定的第一状态中的第一校平单元55、将第二水平轴线52定向到限定的第二状态中的第二校平单元56和将竖直轴线53定向到限定的状态中的第三校平单元57。
第一校平单元55包括第一倾斜传感器58和第一调节元件，第二校平单元56包括第二倾斜传感器59和第二调节元件，第三校平单元57包括第三倾斜传感器60和第三调节元件。校平单元55、56、57的调节元件集成到倾斜装置61中，倾斜装置具有第一调节马达62和第二调节马达63。第一调节马达62使安装框架49围绕第一摆动轴线倾斜，第一摆动轴线与第二水平轴线52重合，第二调节马达63使安装框架49围绕第二摆动轴线倾斜，第二摆动轴线与第一水平轴线51重合。第一调节马达62形成第一校平单元55的第一调节元件，且第二调节马达63形成第二校平单元56的第二调节元件。因为竖直轴线53垂直于第一水平轴线和第二水平轴线51、52的水平平面地定向，可借助第一和第二调节马达62、63调节竖直轴线53的定向。第一和第二调节马达62、63共同形成第三校平单元57的第三调节元件。
激光平面或设备平面的水平定向表示优选的限定的、旋转激光器11应定向在水平位置中的状态，其中，水平定向的设备平面也称为水平平面。激光平面或设备平面的竖直定向表示优选的限定的、旋转激光器11应定向在竖直位置中的状态，其中，竖直定向的设备平面也称为竖直平面。产生可旋转的第一激光束22的激光平面38可借助于倾斜装置61相对于旋转激光器11的水平平面或竖直平面倾斜。旋转激光器11可使旋转的第一激光束22的激光平面朝一个倾斜方向或两个倾斜方向倾斜。在旋转激光器11的校平状态下使激光平面倾斜。旋转激光器11可倾斜为水平位置或竖直位置。
图3a、3b示出了激光接收器12的三维示意图(图3a)以及激光接收器12的主要构件以及与旋转激光器11共同作用的示意图(图3b)。激光接收器12具有测量功能，测量功能确定激光束与探测区18的零点位置19的间距。
激光接收器12包括接收器壳体71、操作装置72、光学显示器73、扬声器74和探测区18，借助探测区获取激光束的照射位置。探测区18在纵向方向25上具有探测高度hd且在横向方向26上具有探测宽度bd。纵向方向相应于激光接收器12的测量方向且横向方向26垂直于纵向方向25定向，其中，纵向和横向方向25、26与探测区18平行地延伸。
操作装置72、光学显示器73、扬声器74和探测区18集成在激光接收器12的接收器壳体71中。操作人员经由光学显示器73读取关于激光接收器12的信息。对此例如包括激光接收器12的充电状态、关于与旋转激光器11的无线通信连接13的信息和扬声器74设置的音量。此外，作为数值可以光学方式显示激光束至激光接收器12的零点位置19的间距。作为以光学方式显示在光学显示器73上的替代或补充，可经由扬声器74报告激光束的间距。探测区18的零点位置19经由标记凹痕75显示在接收器壳体71上。
图3b示出了激光接收器12的主要构件和激光接收器12与旋转激光器11共同作用的方框图。在激光接收器12和旋转激光器11之间的通信经由通信连接13进行，通信连接连接在激光接收器12中的第一发送/接收单元76与在旋转激光器11中的第二发送/接收单元77。第一和第二发送/接收单元76、77例如构造成无线电模块，以及在激光接收器12和旋转激光器11之间的通信经由构造成无线电连接的通信连接13进行。
探测区18、光学显示器73和扬声器74与评价装置78连接，评价装置布置在接收器壳体71的内部中。评价装置78与用以调控激光接收器12的调控装置79连接，其中，评价装置78和调控装置79集成在例如构造成微型控制器的控制装置81中。激光接收器12额外地包括传感器模块82，传感器模块布置在接收器壳体71的内部中且传感器模块与控制装置81连接。借助传感器模块82可测量激光接收器12相对于垂线方向24的倾斜度。传感器模块82包括双轴线加速度传感器或两个单轴线加速度传感器。
旋转激光器11的经由调控元件调控或与评价元件连接的构件包括辐射源39、转动装置41、测量装置50以及校平装置54和如果存在的话倾斜装置61。用于调控辐射源39的第一调控元件83、用于调控转动装置41的第二调控元件84、用于测量装置50的评价和调控元件85、用于调控校平装置54的第三调控元件86和用于调控倾斜装置61的第四调控元件87可构造成分开的构件，或如在图3b中所示地集成在共同的控制装置88中，该控制装置例如构造成微型控制器。调控元件经由通信连接与旋转激光器11的需要调控的构件连接。
旋转激光器11额外地包括温度传感器89，温度传感器布置在旋转激光器11的设备壳体31中。温度传感器89测量设备壳体31中的温度且将该温度传达给旋转激光器11的控制装置89。因为倾斜传感器58、59的定向与温度相关且旋转激光器11可应用在较大的温度范围中，例如在-20℃和+50℃之间，其中，倾斜传感器的定向使旋转激光器11的第一水平轴线和第二水平轴线51、52定向在水平状态中，有利的是，在旋转激光器11的控制装置88中存储多个零位υ。对此，与温度相关地，可为第一倾斜传感器58记录多个第一零位υ1，且为第二倾斜传感器59记录多个第二零位υ2，且以特征曲线或表格形式存储。从特征曲线或表格中读取与测量温度相关的零位，且将水平轴线定向在通过零位限定的水平状态中。
图4a至4c示出了在实施根据本发明的用于检验旋转激光器11的锥形误差的方法中的具有旋转激光器11和激光接收器12的图1中的装置10。图4a示出了旋转激光器11处于第一位置中，在其中旋转激光器11具有与激光接收器12的第一测量距离d1，图4b示出了旋转激光器11处于第二位置中，在其中旋转激光器11具有与激光接收器12的第二测量距离d2，以及图4c示出了激光接收器12在第一和第二位置中的可旋转的第一激光束22照射在探测区18上的照射位置。
根据本发明的用于检验旋转激光器11的锥形误差的方法在旋转激光器11的水平位置中且在激光接收器12的纵向布置中实施。旋转激光器11在水平位置中设置在三脚架14上或稳固的基础上。使用三脚架14的优点是，在温度波动小于基础处的高度上进行根据本发明的方法。此外，三角架14实现了借助高度调节装置16对旋转激光器11自动地进行高度调节。
为了调节旋转激光器11的水平位置，第一水平轴线51和第二水平轴线52定向在水平的状态中，其中，第一水平轴线51的水平状态通过第一倾斜传感器58的第一零位υ1确定，且第二水平轴线52的水平状态通过第二倾斜传感器59的第二零位υ2确定。第一水平轴线51借助第一校平单元55定向到第一零位υ1中，且第二水平轴线52借助第二校平单元56定向到第二零位υ2中。在旋转激光器11的控制装置89中存储用于第一倾斜传感器58的第一零位υ1，和用于第二倾斜传感器59的第二零位υ2。
检验旋转激光器11锥形误差在第一测量面91和第二测量面92之间进行。第一和第二测量面用于确定激光束的照射位置。激光接收器12固定在测量板上且包括第二测量面92。在该实施例中第一测量面91集成在其他的激光接收器94中，该其他的激光接收器固定在其他的测量板95上。其他的激光接收器94的结构相应于激光接收器12且具有测量功能。
旋转激光器11依次布置在第一和第二位置中。在第一位置中，旋转激光器11设置在与第二测量面92的第一测量距离d1处且第一水平轴线51定向到第二测量面92上。可替代地，旋转激光器11的第二水平轴线52或在水平平面中的任意轴线可定向到第二测量面92上。在第一位置中定向到第二测量面92上的轴线称为测量方向96。在第二位置中，旋转激光器11设置在与第二测量面92的第二测量距离d2处且测量方向96定向到第二测量面92上。第一和第二测量距离d1、d2在旋转激光器11的旋转轴线21和探测区18的形成第二测量面92的前侧之间测得。在图4a至4c的实施例中，旋转激光器11的第一水平轴线51在第一和第二位置中定向到第二测量面92上。
在第一位置中，激光束22围绕旋转轴线21旋转且照射到第一测量面91和第二测量面92上。可旋转的激光束22照射到第一测量面91上的照射位置通过其他的激光接收器94的评价装置确定为第一控制点97。可旋转的激光束21照射到第二测量面92上的照射位置通过激光接收器12的评价装置78确定为第二控制点98且第二控制点98与探测区18的零点位置19的间距作为第一高度位移h1存储。旋转激光器11从第一位置运动到第二位置中(图4b)。在第二位置中，激光束22围绕旋转轴线21旋转且照射到第一测量面91和第二测量面92上。旋转激光器11借助三角架14的高度调节装置在高度方向15上调节，直至激光束22照射在第一测量面91上的照射位置与第一控制点96重合。可旋转的激光束22在第二测量面92上的照射位置通过激光接收器12的评价装置78确定为第三控制点99，且第三控制点99与探测区18的零点位置19的间距作为第二高度位移h2存储。
激光接收器12的评价装置78计算在第二控制点98和第三控制点99之间的间距作为第一高度位移和第二高度位移h1、h2的差δ(图4c)。该评价可如所述地通过激光接收器12的评价装置78实施。可替代地，该评价可通过在旋转激光器11中的相应构件或其他的构件实施。在不是通过激光接收器12的评价装置78实施评价时，第二和第三控制点98、99或差δ经由通信连接转达给相应的构件。激光接收器12的评价装置78由差δ＝h1-h2、第一测量距离d1和在旋转激光器11和激光接收器12之间的第二测量距离d2计算出锥形误差δ且比较锥形误差δ和确定的最大误差δmax。锥形误差δ可根据公式tan(δ)＝1/2(h1-h2)/(d1-d2)算出。在锥形误差δ大于最大误差δmax时，需要调整旋转激光器11。
在旋转激光器11和激光接收器12之间的第一和第二测量距离d1、d2在第一和/或第二测量方法中借助旋转激光器11和激光接收器12确定。在旋转激光器11和激光接收器12之间的第一测量距离d1在第一位置中确定且在旋转激光器11和激光接收器12之间的第二测量距离d2在第二位置中确定。测量距离d1、d2可作为第一间隔d1借助第一测量方法确定，作为第二间隔d2借助第二测量方法确定或作为平均间隔d由第一间隔和第二间隔d1、d2确定。对此在旋转激光器11的水平位置中且在激光接收器12的纵向布置中确定第一间隔和第二间隔d1、d2。
在第二测量方法中，旋转激光器11在旋转模式下运行且可旋转的第一激光束22以恒定的旋转速度vr围绕旋转轴线21运动。第二测量方法包括以下的方法步骤：旋转激光器11水平地定向且第一激光束22以恒定的旋转速度vr围绕旋转轴线21旋转。激光束接收器12的评价装置78确定可旋转的第一激光束22在激光接收器12的探测区18上的信号长度ts。第二间隔d2可由第一激光束22的旋转速度vr、第一激光束22的信号长度ts和探测区18的探测宽度bd根据ts/tfull＝bd/(2πd2)以tfull＝60/vr算出。旋转速度vr是每分钟的转数，对于一转所需的时间tfull为60/vr。
图5a至5c示出了第一测量方法的三个变型方案，借助第一测量方法将旋转激光器11和激光接收器12之间的测量距离确定为第一间隔d1。第一测量方法应用在第一位置中，以便确定在旋转激光器11和激光接收器12之间的第一测量距离d1，且应用在第二位置中以便确定在旋转激光器11和激光接收器12之间的第二测量距离d2。
激光接收器12平行于垂线方向24定向且在旋转激光器11的旋转轴线21和激光接收器12的探测区18的前侧101之间测量第一间隔d1。在第一测量方法开始时，旋转激光器11的水平轴线51、52处于水平的状态中或定向在水平的状态中。旋转激光器11发出水平定向的激光束102。
在第一测量方法中，旋转激光器11在点模式下运行且激光束不围绕旋转轴线21运动。激光束倾斜已知的倾斜角α且将倾斜的激光束照射在激光接收器12的探测区18上的照射位置确定为测量点且测量点的高度位移作为高度存储。对此，可借助校平装置54或倾斜装置61使激光束倾斜。使用校平装置54的优点是，也可通过没有倾斜装置61的旋转激光器11确定测量距离d。第一测量方法的条件是，旋转激光器11如此相对于激光接收器12定向，使得倾斜方向近似垂直于激光接收器12的探测区18延伸。与垂直定向的偏差导致测量误差，对于小的偏差，测量误差是可接受的。
旋转激光器11在第一和第二位置中在测量方向96上定向到第二测量面上，其中，第一水平轴线51、第二水平轴线52或在水平平面中的任意轴线可定义为测量方向96。在第一或第二水平轴线51、52用作测量方向96时，旋转激光器11为了测量间隔布置在合适的角位置中。对此，在第一水平轴线51用作测量方向96时，借助第一校平单元55使激光束102倾斜，且在第二水平轴线52用作测量方向96时，借助第二校平单元56使激光束倾斜。如果在水平平面中的任意轴线用作测量方向96，旋转激光器11为了测量间隔必须调节到相应的角位置(第一或第二水平轴线51、52)中。
图5a示出了第一测量方法的第一变型方案。水平定向的激光束102调节在激光接收器12的零点位置19上。例如可借助高度可调节的三脚架将激光束102定向到零点位置19上。对于全自动式的实施方式，具有所谓的“自动对准功能”的三脚架是合适的，如在欧洲专利ep1203930b1中所述地。激光束随后借助校平装置54的相应的校平单元或倾斜装置61倾斜倾斜角α。倾斜的激光束103照射到激光接收器12的探测区18上的照射位置确定为第一测量点104且第一测量点104与零点位置19的间距作为第一高度h1＝h(α)存储。第一间隔d1可由倾斜角α和在第一高度(h1＝h(α))和探测区18的零点位置19之间的高度差δh算出。在零点位置19相应于高度0mm时，根据tan(α)＝h(α)/d1算出第一间隔d1。
图5b示出了第一测量方法的第二变型方案。水平定向的激光束102朝激光接收器12的探测区18发出。激光束102照射在探测区18上的照射位置确定为参考点105且参考点105与零点位置19的间距作为参考高度h0＝h(0°)存储。随后，激光束倾斜倾斜角α且倾斜的激光束103照射在探测区18上的照射位置确定为第一测量点106且第一测量点106与零点位置19的间距作为第一高度h1＝h(α)存储。第一间隔d1可由倾斜角α和在第一高度h1＝h(α)和参考高度h0＝h(0°)之间的高度差δh根据tan(α)＝(h1-h0)/d1算出。
图5c示出了第一测量方法的第三变型方案。水平定向的激光束102沿正的倾斜方向倾斜倾斜角α。倾斜的激光束103照射在探测区18上的照射位置确定为第一测量点107且第一测量点107与零点位置19的间距作为第一高度h1＝h(+α)存储。随后激光束沿与正的倾斜方向相反的负的倾斜方向倾斜负的倾斜角-α。倾斜的激光束108照射在探测区18上的照射位置确定为第二测量点109且第二测量点109与零点位置19的间距作为第二高度h2＝h(-α)存储。第一间隔d1可由倾斜角α和在第一高度h1＝h(+α)和第二高度h2＝h(-α)之间的高度差δh根据tan(2α)＝(h(+α)-h(-α))/d1算出。
用于计算在旋转激光器11和激光接收器12之间的测量距离d的公式和用于计算在校准水平轴线时的校正角θ1的公式适用于平行于垂线方向24定向的激光接收器12。为了校正由于激光接收器12未直立定向而引起的测量误差，激光接收器12包括传感器模块82，借助传感器模块测量激光接收器12相对于垂线方向24的倾斜度。
图6a、6b示出了激光接收器12的定向的示意图，其中，激光接收器12相对于垂线方向24可倾斜第一竖直角度φ1和/或第二竖直角度φ2。对此，图6a示出了在第一竖直平面中倾斜第一竖直角度φ1的激光接收器12，且图6b示出了在第二竖直平面中倾斜第二竖直角度φ2的激光接收器12。第一竖直平面由垂线方向24和探测区18的法线向量110限定，第二竖直平面由探测区18的纵向方向25和横向方向26限定。第一竖直角度φ1在法线向量110和垂线方向24之间测得，其中第一竖直角度φ1示出了在法线向量110和垂线方向24之间的偏差90°，第二竖直角度φ2在垂线方向24和探测区18的纵向方向25之间测得。
第一激光束照射到激光接收器12的探测区18上且产生第一照射位置111。第二激光束照射到激光接收器12的探测区18上并且产生第二照射位置112。激光接收器12的评价装置78计算在第一照射位置111和第二照射位置112之间的间距δl。在用于检验旋转激光器的锥形误差的方法中，间距δl相应于第一高度位移h1和第二高度位移h2的差δ，且在借助第一测量方法进行间距测量时间距δl相应于高度差δh。
如果激光接收器12相对于垂线方向24倾斜第一竖直角度φ1，在第一竖直平面中在垂线方向24上的竖直间距v1小于激光接收器12的探测区18测得的间距δl(图6a)。对于竖直间距v1适用关系式δl*cos(φ1)。如果激光接收器12相对于垂线方向24倾斜第二竖直角度φ2，在第二水平平面中在垂线方向24上的竖直间距v2小于激光接收器12的探测区18测得的间距δl(图6b)。对于竖直间距v2适用关系式δl*cos(φ2)。在激光接收器12相对于垂线方向24倾斜第一竖直角度φ1和第二竖直角度φ2时，对于在垂线方向24上的竖直间距适用关系式δl*cos(φ1)*cos(φ2)。在应用激光接收器12的测量功能且在探测区18上测量间距δl的公式中，间距δl乘以校正系数cos(φ1)*cos(φ2)。在借助第一测量方法对第一和第二测量距离d1、d2进行间距测量时且在确定第二和第三控制点98、99之间的差δ时，参考校正系数cos(φ1)*cos(φ2)。
在借助第二测量方法进行间距测量时也应参考第二竖直角度φ2。通过使激光接收器12倾斜第二竖直角度φ2，垂直于垂线方向24的、可旋转的第一激光束22扫描到探测区18上的水平间距大于探测区18在横向方向26上的探测宽度bd。可旋转的第一激光束22的信号长度相应于在探测区18上的水平间距。对于水平间距适用关系式bd/cos(φ2)。激光接收器12倾斜第一竖直角度φ1没有使可旋转的第一激光束22扫描到探测区18上的水平间距发生改变。
图7a至图7c示出了具有气泡116(图7a)的光学倾斜传感器115的构造、示出了倾斜传感器115的零位υ与温度t相关的特征曲线(图7b)以及示出了温度t与气泡116的气泡长度l相关的其他的特征曲线(图7c)。
在外部使用旋转激光器11时，可通过太阳辐射而在旋转激光器11的设备壳体31中发生温度变化，使得测量的温度与设备壳体31中的温度传感器89的位置相关。为了在温度测量时减小测量误差，可测量倾斜传感器58、59的温度。第一倾斜传感器58的温度称为第一温度t1且第二倾斜传感器59的温度称为第二温度t2。借助倾斜传感器58、59进行温度测量。借助倾斜传感器58、59进行温度测量的优点是，在旋转激光器11的设备壳体31中的对于第一水平轴线和第二水平轴线51、52定向重要的位置上精确地测量温度t1、t2。
图7a示出了倾斜传感器115的构件，该倾斜传感器在构造方面相应于旋转激光器11的倾斜传感器58、59。倾斜传感器115包括用气泡116和液体118填充的壳体117、光源119、光感测器120和间隔件121。气泡116具有的气泡长度与温度相关且因此适合作为温度t的测量变量。气泡116的气泡长度l可借助光源119和光感测器120测得。为了区别第一和第二倾斜传感器58、59，这些构件设有标号，该标号利用连接线与附图标记分开。第一倾斜传感器58具有标号“1”且第二倾斜传感器59具有标号“2”。
图7b示出了倾斜传感器115的零位υ与温度t相关的特征曲线。该特征曲线针对旋转激光器11的允许的从-20℃至+50℃的温度范围建立倾斜传感器115的温度和倾斜传感器115的零位υ之间的关系，该零位相应于在倾斜传感器115的限定状态下的定向。在旋转激光器11的控制装置89中存储示出第一倾斜传感器58的第一零位υ1与第一温度t1相关的第一特征曲线和示出第二倾斜传感器59的第二零位υ2与第二温度t2相关的第二特征曲线。
图7c示出了温度t与气泡116的气泡长度l相关的其他的特征曲线。该特征曲线针对旋转激光器11的允许的从-20℃至+50℃的温度范围建立倾斜传感器115的温度t和气泡116的气泡长度l之间的关系。气泡116的气泡长度l线性地随着倾斜传感器115的温度t变化，其中，气泡长度l随着温度t的下降而减小。在旋转激光器11的控制装置89中存储示出第一温度t1与第一气泡116-1的第一气泡长度l1相关的其他的第一特征曲线和示出第二温度t2与第二气泡1162的第二气泡长度l2相关的其他的第二特征曲线。
可替代地，可由示出倾斜传感器115的零位υ与气泡116的气泡长度l相关的特征曲线代替倾斜传感器115的零位υ与温度t相关的特征曲线。在这种情况下，在旋转激光器11的控制装置89中存储示出第一倾斜传感器58的第一零位υ1与第一气泡116-1的第一气泡长度l1相关的第一特征曲线和示出第二倾斜传感器59的第二零位υ2与第二气泡116-2的第二气泡长度l2相关的第二特征曲线。