专利名称：多功能自动激光铅直仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动激光铅直仪，更确切地说，涉及一种包括地面点对中机构、系统误差消除机构、补偿角超差报警装置、双光楔角度误差矫正器、可变径光阑、带有校准光楔的直角反射器，以及带有垂直度调整机构的多功能自动激光铅直仪，可以给出自动铅直激光束、自动水平激光束、自动水平激光平面、自动铅直激光平面、自动任意倾角激光束以及自动任意倾角的激光圆锥面，广泛适用于多种工程施工和安装作业。
现有的自动激光铅直仪，其地面基准点的对中不是使用锤球就是使用常规的光学对点器，然而前者易受外界干扰，后者则由于安装在三角基座中，其与主激光束方向难以作到同轴，故在仪器使用过程中常带来较大误差。此外，现有的自动激光铅直仪，其出射激光束的铅直误差值是不稳定的，这是由于在使用及运输过程中会由环境温度及振动干扰等因素造成激光器及悬置器结构件之间相对位置发生细微变化而使其偏离理想铅直方向，即所谓系统误差，而现有的自动激光铅直仪并无消除该系统误差的相应手段。第三，现有的自动激光铅直仪均有一个给定的自动补偿范围，由圆水准器指示，其处于工作状态时该圆水准器的水泡居中。但当振动、冲击等作业环境的影响使圆水泡偏离中心时，远离仪器作业的工作人员却毫无所知，从而影响到开头一节提到的六种基准失去基准性，致使仪器在非正常状态下工作而使施工作业出现严重失误。第四，大气干扰常给激光光斑中心的判读带来困难，致使气象条件差时的判读精度明显地下降，带来读数误差。第五，安装在自动激光铅直仪上方的直角反射器和扫描器，其在生产过程中也存在着90°角转折误差，从而造成直角反射器的出光方向偏离90°，以及扫描器扫出的激光(水平及铅直)平面与入射光束不垂直误差。所有这些在仪器生产和使用过程中经常出现的问题，如果在其工作过程中不能提供适当的调控手段加以克服，则该仪器将提供错误的基准而对施工误导并造成巨大损失。
因此，本实用新型的目的在于提供一种多功能自动激光铅直仪，其包括地面基准点对中机构、系统误差减小机构、补偿角超差报警装置和激光光斑调整装置，在弥补现有自动激光铅直仪地面点对中缺陷的同时，可在仪器装调及使用过程中实时减小其系统误差和提高其光斑判读精度。
本实用新型的另一目的在于提供一种多功能自动激光铅直仪，其顶端安装的直角反射器和扫描器，不仅能够提供自动水平的激光束、自动水平及铅直的激光平面、以及自动任意倾角激光束和自动任意顶角的激光圆锥面，而且其水平、铅直和任何倾角的方向及精度可以实时进行调整。
本实用新型的目的是这样实现的。
根据本实用新型的多功能自动激光铅直仪，包括有激光光源、平行光管形式的扩束器、二自由度的陀螺架和阻尼器，被安装在三角基座中，由电源供电，以提供自动铅直的激光束，其特征在于当采用半导体激光器作光源时，该半导体激光器的下方背靠背地同轴安装有第二只半导体激光器，且在其底部安装一双光楔角度误差矫正器，通过调整两块光楔之间的匹配角度，以将后一激光器的出光方向调整到与主激光器同轴但方向相反，从而被用来进行地面基准点对中，以替代现有技术中使用的锤球和光学对点器。但当采用He-Ne激光器作光源时，上述第二只半导体激光器则被该He-Ne激光器发出的尾光所替代，其出光方向同样是靠其底部安装的双光楔角度误差矫正器调整到与该He-Ne激光器同轴但方向相反，以用来进行地面基准点对中。
根据本实用新型的多功能自动激光铅直仪，其减小系统误差的机构有两个，可以分别使用其中之一或两者同时使用。其一，在三角基座安装有自校环，包括激光器、扩束器、陀螺架、阻尼器和地面点对中装置等在内的整个仪器主体，被安装在该仪器的下壳体中，下壳体则连同该仪器主体一起可在自校环中回转，于是下壳体在三角基座内的自校环中作360°旋转时，铅直的激光束由于系统误差的存在将在目标上画圆，根据该圆的半径及距离找出其正确位置，并通过旋转下壳体而使激光束对准该位置，便可减少其系统误差或提高其铅直精度。其二，自动激光铅直仪的顶部安装有双光楔角度误差校正器，通过改变两光楔之间的匹配角度来改变出射光束的方向，以对该铅直激光束的系统误差进行矫正或者减小。
根据本实用新型的多功能自动激光铅直仪，其底部安装有补偿角超差报警装置，当其铅直激光束超出给定的自动补偿范围时，使连接件导通而驱动报警器进行声和/或光信号报警，并且切断激光器的电源，以提示人们必须对该自动激光铅直仪的状态适时进行调整，例如通过调整脚螺旋而将圆水准器居中。
根据本实用新型的多功能自动激光铅直仪，其顶部安装有可变径光阑，可以根据作业距离和气象条件改变圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高仪器的判读精度。
根据本实用新型的第二方面，该自动激光铅直仪的上方安装有直角反射器，所述直角反射器的出光口上安装有可旋转光楔，被用来对其提供的水平激光束的方向进行校准。
根据本实用新型第二方面的多功能自动激光铅直仪，其直接安装于自动激光铅直仪上方或者经过直角反射器安装于其上方的扫描器，包括使光束偏转90°角的五角棱镜或者直角棱镜，靠电机驱动其绕一轴线旋转。且此扫描器进一步包括一垂直度调整机构，对其该旋转轴线相对于扫描器支承座的垂直度进行调整，从而使其扫描出来的激光平面与入射激光束垂直或成一定角度。
本实用新型的上述结构及其所提供的优点和特点，通过
以下结合附图详细阐述的具体实施例将变得更加清楚和明白。然而本实用新型并不局限于此实施例，而在于其所揭示的实质精神和权利要求书限定的保护范围，其中
图1为本实用新型的多功能自动激光铅直仪结构原理图，可提供自动铅直的激光束L；图2为直角反射器安置在该自动激光铅直仪之上以提供自动水平激光束H的结构原理图；图3为扫描器安置在该自动激光铅直仪之上以提供自动水平激光平面的结构原理图；图4为本实用新型的多功能自动激光铅直仪局部剖视图，用以表示补偿角超差报警装置的结构，以及使用半导体激光器作光源时地面基准点的对中机构设置；图5为本实用新型的双光楔角度误差矫正器结构原理图；图6为本实用新型在使用He-Ne激光器作光源时，其利用该激光器的尾光替代半导体激光器而与双光楔角度误差矫正器一起构成地面基准点对中机构；图7表示本实用新型中使用的扫描器结构，其固定棱镜的扫描器主体，可以通过垂直度调整机构(图8及9)，调整旋转轴与扫描器支承座之间的垂直关系；图8为图7所示扫描器顶视图，表示通过三连杆支撑的垂直度调整机构安装位置；图9为沿图8中箭头A方向局部剖视放大的调整机构；图10为采用自校环消除系统误差时的结构图参见图1，本实用新型的主体部分为图示的自动激光铅直仪1(图中的上壳体已被简化)，如图所示，该自动激光铅直仪1的核心为由激光器3 1(图中为半导体激光器)和平行光管形式的扩束镜7组成的激光准直系统，由电源8供电并由二自由度的陀螺架5悬置在内套筒43(参见图4)中和由复合磁场12产生阻尼，藉以提供自动铅直的激光束。该自动激光铅直仪1的上方安装有双光楔角度误差矫正器3和可变径光阑4，前者包括上光楔13和上光楔座14以及下光楔15和下光楔座16，后者包括连续变径的可变光阑或若干固定光阑。该自动激光铅直仪1的下方安装有补偿角超差报警机构和地面基准点对中机构，前者由具有导电能力的弹性橡胶9、导电环10和报警器11组成，于声和/或光报警的同时，可以切断电源8对激光器31的供电，以使仪器停止工作；后者则由与激光器31背靠背同轴安置的另一半导体激光器31′提供激光束，而由角度误差矫正器(同样包括上、下光楔17、19和上、下光楔座18、20)进行同轴校正后射向地面。具有上述整体性结构的自动激光铅直仪1，经过图4中的下壳体40被安装在三角基座(2)中，其三角基座(2)的中心安装有自校环(47)，基座(2)上方装有圆水准器(48)。
参见图2，其中的直角反射器21由使光轴偏转90°角的反射棱镜组成，图中所示为五角棱镜22，被安装在镜筒44中并通过连接机构24将其固定在自动激光铅直仪1的上方，借助微动机构25使激光束沿水平方向微动及照准，以提供任意方向的水平激光束H。楔镜23安装在镜筒44的出光口前方，以消除因棱镜22加工及安装误差造成的和使用过程中产生的激光束水平误差。
参见图3，其中的扫描器26包括使光轴偏转90°角的反射棱镜(此处为五角棱镜27)、固定及旋转机构45、直流电动机28、调速电位器30和圆水准器29，被安装在主体34中，其相对于安装在自动激光铅直仪1或者安装在直角反射器21上的扫描器支承座33的方向，可以通过垂直度调整机构(35，36，32)进行调整。
参见图4，其中的半导体激光器31和准直扩束器7通过悬挂体42悬置在内套筒43中。内套筒43则通过绝缘环垫41绝缘及由紧固螺钉46与下壳体40相连，上壳体(未表示)则直接安装在下壳体40之上以进行整体性封装而构成自动激光铅直仪1。如图所示，悬挂体42底部的外围安装有具导电能力的弹性胶圈9，当补偿角超差时此弹性胶圈9与下壳体40的内壁相接触，于产生减震作用的同时导通声光报警器11(参见图1及6)报警并切断激光电源8。
图4下方的地面基准点对中机构，包括与主激光器31背靠背同轴安装的半导体激光器31′、上及下光楔17，19和上及下光楔座18，20，通过调整上、下光楔17、19的匹配角度，以将激光器31′的出光方向调整至与激光铅直仪主光束一致。
参见图5，所示为双光楔角度误差矫正器其安装在上光楔座14中的上光楔13，可以相对于安装在下光楔座16中的下光楔15旋转及匹配，并可由止动螺钉38及39使其相对固定，并经过基础件37与自动激光铅直仪1相连接。
参见图6，所示为使用He-Ne激光器6作光源的自动激光铅直仪1，图中所有与前述图中相同的编号均指与其相同的零件，不再赘述。其与图1及4的区别仅在于省去了第二只半导体激光器31′，而以其He-Ne激光器6的尾光替代。
参见图7-9，图中所示扫描器26的结构，其大部分零件均已在叙述图3中扫描器26时提及，不再重复，只不过此处的五角棱镜未表示。图8及9则给出一种三连杆垂直度调整机构的结构，它包括120°均匀分布的三根双头螺杆36，分别将主体34及支承座33连在一起(为简便起见，图7中未绘出三连杆机构)。螺杆36的两端分别由螺母35等零件固定，通过调节螺母32旋转而改变该螺杆36的紧固长度，从而改变三根螺杆(36)的相对长度以实现上述垂直度调整，进而实现对激光平面与入射激光束的垂直度调整。
参见图10，图中所示为采用自校环47减小仪器系统误差时的具体结构。如图所示，包括激光器、扩束器、陀螺架、阻尼器及地面点对中装置等在内的整个仪器主体均被安装在仪器下壳体40中，下壳体40可以在固定于三角基座2中的自校环47内回转。于是当下壳体40在自校环47中作360°回转时，由于仪器系统误差的存在其铅直激光束并不在目标上落在同一位置，而是围绕某一位置画圆。根据该圆的半径及距离便可找出系统误差较小时的光斑正确位置，于是按照其位置便可实现该铅直仪的安装调整，以减小系统误差或将其使用精度提高，随后通过制动机构49将其制动在三角基座2中。
综上所述，本实用新型的多功能自动激光铅直仪，由于在以上五个方面采用七种不同的手段作了较大改进，故其提供的六种基准不仅精度高，仪器功能齐全，且在使用过程中可实时调整和提高其使用精度，并可通过报警装置随时监控其使用状况，适时予以调整，因而可摒弃现有技术的种种缺陷而为社会及公众提供一种较为理想的多功能自动激光铅直仪。
权利要求1.一种多功能自动激光铅直仪，包括激光光源(31)、平行光管形式的扩束器(7)、二自由度的陀螺架(5)和阻尼器(12)，被安装在三角基座(2)中，由电源(8)供电，以提供自动铅直的激光束(L)，其特征在于当激光光源(31)为半导体激光器时，该激光器(31)的下方背靠背地同轴安装有第二只半导体激光器(31′)，且在其底部安装一双光楔角度误差矫正器(17，18，19，20)，通过调整两块光楔(17，19)之间的匹配角度，以将后一激光器(31′)的出光方向调整到与主激光器(31)同轴但方向相反，从而被用来进行地面基准点对中，以替代现有技术中使用的锤球和光学对点器。
2.根据权利要求1的多功能自动激光铅直仪，其特征在于当上述激光光源(31)为He-Ne激光器(6)时，后一半导体激光器(31′)则被该He-Ne激光器(6)发出的尾光所替代，其出光方向同样是靠其底部安装的双光楔角度误差矫正器(17，18，19，20)调整到与该He-Ne激光器同轴但方向相反，以用来进行地面基准点对中。
3.根据权利要求1或2的多功能自动激光铅直仪，其特征在于三角基座(2)中安装有自校环(47)，下壳体(40)作为整台仪器的承载体通过该自校环(47)与三角基座(2)相连接，其相对该自校环(47)回转以对其激光束的铅直方向进行自校准，藉以提高精度。
4.根据权利要求1或2的多功能自动激光铅直仪，其特征在于其底部安装有补偿角超差报警装置(9，10，11)，当其铅直激光束偏离铅直方向超出给定的自动补偿范围时，使零件(9及10)导通而驱动报警器(11)进行声和/或光信号报警，并且切断激光器(31，31′，6)的电源，以提示人们必须对该自动激光铅直仪(1)的状态适时调整。
5.根据权利要求1或2的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有双光楔角度误差矫正器(3)，以对其出射的铅直激光束(L)的方向进行校正。
6.根据权利要求1或2的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离和气象条件改变其圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
7.根据权利要求3或4的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有双光楔角度误差矫正器(3)，以对其出射的铅直激光束(L)的方向进行校正。
8.根据权利要求3或4的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离改变其圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
9.根据权利要求3的多功能自动激光铅直仪，其特征在于其底部安装有补偿角超差报警装置(9，10，11)，当其铅直激光束偏离铅直方向超出予定范围时，使零件(9及10)导通而驱动报警器(11)进行声和/或光信号报警，并且切断激光器(31，31′，6)的电源，以提示人们必须对该自动激光铅直仪(1)的状态适时调整。
10.根据权利要求5的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离改变其圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
11.根据权利要求9的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有双光楔角度误差矫正器(3)，以将其出射的铅直激光束(L)的方向进行校正。
12.根据权利要求9的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离改变其圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
13.根据权利要求7的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离改变其圆孔衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
14.根据权利要求11的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的顶部安装有可变径光阑(4)，可以根据作业距离改变其圆光衍射激光的光斑大小，藉以提高判读的精度。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求的多功能自动激光铅直仪，其特征在于自动激光铅直仪(1)的上方安装有直角反射器(21)，且此直角反射器(21)的出光口上装有可旋转光楔(23)，以对其提供的水平激光束(H)的方向进行校准。
16.根据权利要求1至14中任一权利要求的多功能自动激光铅直仪，其特征在于直接安装在自动激光铅直仪(1)上方或者经过直角反射器(21)安装在该激光铅直仪(1)之上的扫描器(26)，包括使光束偏转90°角的五角棱镜或者直角棱镜(27)，靠电机(28)驱动其绕轴线(O-O)旋转；且此扫描器(26)进一步包括一垂直度调整机构(32，35，36)，以对该旋转轴线(O-O)相对其支承座(33)的垂直度进行调整。
17.根据权利要求15的多功能自动激光铅直仪，其特征在于直接安装在自动激光铅直仪(1)上方或者经过直角反射器(21)安装在该激光铅直仪(1)之上的扫描器(26)，包括使光束偏转90°角的五角棱镜或者直角棱镜(27)，靠电机(28)驱动其绕轴线(O-O)旋转；且此扫描器(26)进一步包括一垂直度调整机构(32，35，36)，以对该旋转轴线(O-O)相对其支承座的垂直度进行调整。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能自动激光铅直仪,它包括激光光源(31,6)、平行光管形式的扩束器(7)、二自由度的陀螺架(5)和阻尼器(12),其特征在于:该自动激光铅直仪(1)的下方安装有地面点对中机构(31′,17,18,19,20,6)和补偿角超差报警装置(9,10,11),三角基座(2)中装有自校环(47);该自动激光铅直仪(1)的顶部安装有双光楔角度误差矫正器(3)和可变径光阑(4),其上方安装有直角反射器(21)和/或扫描器(26),且其反射器(21)的出光方向可由光楔(23)校准,扫描器(26)的垂直度可由调整机构(32,35,36)进行调整。
文档编号G01C9/00GK2289204SQ9720322
公开日1998年8月26日 申请日期1997年4月21日 优先权日1997年4月21日
发明者欧阳立, 李文超, 韩文兴 申请人:北京金大安有限责任公司