专利名称：旋转激光平面定位器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定位器。特别涉及一种可以测定由旋转激光发射器发出的激光束在远处扫出的光轨迹中心线位置的光平面定位器。
旋转激光发射器的核心是一个半导体激光器，发出的激光束垂直于旋转轴，旋转使激光束在空间形成一个光平面。这个光平面不论其半径多大，空间取向如何，都不弯曲、不变形。以光平面作为基准面，测定在光平面法线方向各空间点之间的相对距离，有很大实用价值。但半导体激光器发出的激光束有一定发散角，激光束直径随发射距离的增大而增大。根据市场上已有的旋转激光接收器产品的性能说明书可以看出，各种激光接收器都以测量光斑位置为手段，使得作为基准面的光平面定位误差与光斑直径成比例，致使测量误差随检测点到激光发射器之间的距离增大而增大，使得旋转激光发射器的用途受到限制。
本旋转激光平面定位器可测出旋转激光发射器在检测点扫出的光轨迹中心线的位置，使得光平面的定位误差与光斑的直径无关，从而与检测点到激光发射器之间的距离无关。这样，在旋转激光平面定位器允许的最大测量范围内可以得到，其误差与检测点到旋转激光发射器之间距离无关的、对于作为基准面的光平面的精确定位。正是由于要求光平面的定位误差限制在某个与距离无关的固定范围内，本旋转激光平面定位器电路结构采取了后面所述的技术措施，保证了本定位器在各检测点的定位误差值小于1mm。这就使得本定位器可以部分代替经纬仪和普通水准仪的工作。因为经纬仪的最小角度测量误差为±7″，在这个角误差下30米处垂直于视线方向的长度测量误差为2mm；而即使在150m或更远，只要在测量范围内，本定位器对光平面两侧各点之间的距离测量误差总可以做到不超过1mm。
为了实现上述目的，本实用新型在电路上采用两个独立的信号通道A、B，如图一所示。每个信号通道的最前端都是光电传感器，两个信号通道的光电传感器在空间上作直线排列，联结两个光电传感器的直线平行于定位器的竖向中心线。在测量时使得两个光电传感器的联结线方向平行于光平面的法线方向。光电传感器A1、B1将旋转激光发射器扫入的脉冲激光信号变为脉冲电流信号；脉冲电流信号经电流电压转换器A2、B2变换成脉冲电压信号；这个脉冲电压信号经电压放大器A3、B3放大后进入比较器A4、B4，比较器的输出信号再送入跳变检测器A5、B5作跳变检测，跳变检测器检测出的阈值以上跳变信号使各自的单稳态电路A6、B6动作并保持一定时间，再将这个保持了一定时间的跳变信号送入微处理器7进行信号处理。本装置采用高性能、带有内部只读存储器的微处理器进行信号处理。信号处理程序的流程图如图二所示。
为了在整个测量范围内，各种距离的检测点上，将光平面的定位误差降到1mm以下并固定在这个范围内，采取了以下技术措施本实用新型采用不易饱和的光电池作光电传感器，接收从旋转激光发射器扫来的脉冲激光信号。因为光电池的输出电流与入射光的光强及受光面积成正比。在设计中，细致安排光电信号通道的放大倍数，使得上述光电传感器输出的脉冲信号达到某个设定的阈值以上，这个阈值以上的脉冲信号引发跳变检测器跳变，并输出跳变信号。微处理器接到某个信号通道送来的跳变信号后，用声和光(红色发光二极管发出的光)信号指示这个光电信号通道的光电池收到了激光信号。因为输入跳变检测器的脉冲信号幅值在设定的阈值以下时，跳变检测器不发生跳变，适当提高此阈值，可以提高光电接收器的抗干扰能力。
本实用新型的光电信号通道中采用了比较电路，这个电路灵敏度高，易于设定跳变阈值，阈值两侧状态有快速的跳变，且稳定性好，工作可靠，能以最小的代价得到需要的放大倍数，从而使电路简化。
本实用新型为了保证在整个测量范围内、各种距离的检测点上，把光平面的定位误差保持在一个较小数值以内，采取了放置在一条直线上的两组光电池是可以运动的结构，两组光电池同时等距地相向运动或是相背运动，相向运动时，两组光电池之间的距离缩小，最小距离为零，在两个光电池之间距离为零的位置做一条刻线，作为中心线位置的指示标志；相背运动时，两组光电池之间的距离增大，光电池之间的最大距离也就是可测量的最大光斑直径，它对应于旋转激光平面定位器对旋转激光发射器的最远检测点。这时扫来的激光光斑应正好位于两个光电池的正中间，两个光电池上的受光面积相等，并且两个光电池的输出电流都略大于跳变检测器的跳变阈值。
由于本实用新型实施了以上技术措施，当旋转激光平面定位器于检测区域内从零到最大接收距离之间的任一位置上作光平面的定位检测时，沿着光平面法线方向，调整旋转激光平面定位器的位置和两个光电池之间的距离，使得指示器指示出两个接收通道同时接收到激光信号，这时绿色发光二极管亮，并响一长声，固定定位器，调大两个光电池之间的距离，若仍是绿色发光二极管亮，再调大两个光电池之间的距离。反复上述步骤，直到两个光电池之间的距离略小于检测点处的光斑直径，此时，如果再将定位器向上(或向下)移动0.5mm，通道指示器即指示下面的(或上面的)接收通道没有收到激光信号，绿色发光二级管熄灭，上面的(或下面的)红色发光二级管亮。这时的旋转激光平面定位器中心线指示标志的位置，就是光轨迹中心线的位置，而其测量误差小于±0.5mm。
为了保证在全部测量范围内，旋转激光平面定位器对光平面的定位误差都控制在±0.5mm以下，本实用新型采用了可以连续改变两个光电池之间距离的技术措施。为了保证两个光电池在运动过程中对称于一个不动的中点(即中心线位置的指示标志点)，如图三所示，本实用新型采用一条有正反螺文、且螺距相等的螺丝1.螺丝的支架2固定在印刷电路板上，两组光电池3分别固定在相应的支架4上，支架4与具有正、反螺文的螺母5联结，6是固定支架的固定孔。当螺丝向两个方向旋转时，光电池就等距地相向或相背运动，以保证旋转激光平面定位器以小于±0.5mm的误差定位光平面的中心线。
为了拓广激光接收器的应用范围，本装置被小型化、工具化了。小型化是指全部电器零件使用机械强度高、热稳定性能好的直插式元、器件，并使全部电路分布在两块大小相等的电路板上，两块电路板用螺钉重叠地固定在机壳中，这种布置，减小了外壳面积，增加了机械强度，也便于使用者随身携带。工具化是指本装置在使用中操作简单，没有必须受过专业训练的人员才能操作的要求。
本旋转激光平面定位器定位精度高、体积小、重量轻、机械强度高、便于携带、而且价格低廉，可以同时进行多点定位操作，没有必须专业操作人员才能使用的硬性要求，适宜于在地面高程粗测、划线、机器安装，房屋验收等工作中使用，特别适宜于一般人在远距离的横向测距中使用，如建筑施工、房屋装饰等领域中的工人在施工操作中使用。
权利要求1.一种旋转激光平面定位器，包括两个完全一样的独立光电信号通道；每个光电信号通道都包括光电传感器、把所述光电传感器输出的脉冲电流信号转换成脉冲电压信号的电流电压转换器、把所述电流电压转换器输出的脉冲电压信号进行放大的电压放大器、对所述电压放大器输出的脉冲电压与某一标准电压进行比较的比较器、将所述比较器的输出电压进行跳变检测的电压跳变检测器、把所述电压跳变检测器输出的阈值以上的跳变信号进行延时的单稳态延时电路、把所述单稳态延时电路输出的延时跳变信号进行信号处理的微处理器、所述的微处理器对信号作处理后将位置信号送入讯响器和三个发光二极管；其特征在于，所述两个光电传感器做成是可以相向或相背移动的结构，在检测区域内的任一点上作检测时，调整所述旋转激光平面定位器的位置和所述两个光电传感器之间的距离，直到激光光斑落在所述两个光电传感器的正中间，且每个光电传感器的受光面积正好略大于跳变阈值所对应的受光面积，从而引起所述电压跳变检测器状态跳变，使得当所述旋转激光平面定位器沿光平面法线方向移动距离不小于±0.5mm时，就显示所述两个光电传感器中有一个没有受到激光照射，从而在全部检测区域内把旋转激光发射器在各检测点处扫出的激光光轨迹中心线的定位误差降到±0.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的旋转激光平面定位器，其特征在于所述两个光电传感器由一条具有等螺距的正、反螺纹螺丝拖动，所述螺丝由支架固定在印刷电路板上，所述两个光电传感器固定在所述螺丝的螺母上，当正或反相旋转所述螺丝时，所述两个光电传感器对于它们之间的中点相向或相背作等距运动。
3.根据权利要求1所述的旋转激光平面定位器，其特征在于从所述两个独立信号通道输出的信号送入所述同一个微处理器，使用软件对信号进行处理，并将所述微处理器的输出信号送入所述讯响器和三个发光二极管，用三种不同的声、光信号指示，所述旋转激光平面定位器在检测点沿激光平面的法线方向处在偏上、正好在位、偏下三种不同的位置状态，以简化所述旋转激光平面定位器的硬件电路，增加状态显示功能、降低成本，提高可靠性。
4.根据权利要求1所述的旋转激光平面定位器，其特征在于所述旋转激光平面定位器全部采用机械强度高、热稳定性好的直插式元、器件，并将所述的元、器件安装在两块同样大小的印刷电路板上，所述两块电路板重叠地用螺钉紧固在机壳上，以缩小所述激光平面定位器的体积，提高机械强度，降低成本、便于携带，从而将所述旋转激光平面定位器工具化。
专利摘要垂直于旋转轴的激光束扫出一个光平面,准确定位光平面,对测量其两侧空间点间的相对距离有很大实用价值。但半导体激光器发出的激光束有发散角,以测定光斑位置为手段的一般激光接收器,其定位误差随检测距离增大而增大。本旋转激光平面定位器,采取改变光电转换器间距离、并使用比较器和跳变检测器等手段,将定位误差降到±0.5mm以下,使之在≥30米处优于经纬仪和普通水平仪的性能,并已小型化、工具化,便于携带和使用。
文档编号G01B11/30GK2363266SQ99204760
公开日2000年2月9日 申请日期1999年2月24日 优先权日1999年2月24日
发明者张云鹗 申请人:张云鹗