用于可傾斜激光光學(xué)系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種具有等級(jí)機(jī)構(gòu)（1）的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備（28），包括：透鏡筒（21），具有激光光學(xué)系統(tǒng)（20）；等級(jí)臂（2），在XZ平面中可傾斜地支撐在框架結(jié)構(gòu)（8）上；傾斜傳感器（10），設(shè)置在等級(jí)臂（2）處且構(gòu)造為檢測(cè)等級(jí)臂（2）的水平位置；傾斜機(jī)構(gòu)（22），設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)（8）上且設(shè)計(jì)成相對(duì)于XZ平面傾斜等級(jí)臂（2）；碼元件（12’，12”）和位置檢測(cè)設(shè)備，用于提供和檢測(cè)反饋位置信息；以及水平化機(jī)構(gòu)（23），可傾斜地支撐透鏡筒（21）且設(shè)計(jì)成傾斜透鏡筒（21）以具有傾斜傳感器（10）檢測(cè)的水平位置且因此使等級(jí)臂（2）水平，其特征在于，碼元件（12’，12”）或位置檢測(cè)設(shè)備直接布置在等級(jí)臂（2）上，且反饋位置信息直接依賴于等級(jí)臂（2）上的參考點(diǎn)的位置，參考點(diǎn)分別通過碼元件（12’，12”）或位置檢測(cè)設(shè)備限定，因而允許直接從反饋位置信息推導(dǎo)出等級(jí)臂（2）的位置，和/或直接從反饋位置信息計(jì)算等級(jí)臂（2）相對(duì)于透鏡筒（21）的傾斜角度（β，β1）。
【專利說明】用于可傾斜激光光學(xué)系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)
[0001]本發(fā)明涉及用于可傾斜激光光學(xué)系統(tǒng)尤其是可傾斜旋轉(zhuǎn)激光水平儀(construction laser)的等級(jí)機(jī)構(gòu)(grade mechanism)的反饋傳感器、尤其是原始位置傳感器，且涉及用于確定該等級(jí)機(jī)構(gòu)的等級(jí)臂(grade arm)的位置的方法。
[0002]具有可旋轉(zhuǎn)激光光束的激光水平儀主要用在建筑工業(yè)中，作為用于跟蹤地板、屋頂和墻壁上水平和垂直線或者標(biāo)記點(diǎn)或?qū)ο笠怨潭窂交騾⒖季€或確定水平或垂直平面或墻壁、屋頂和地板上預(yù)定傾斜的平面的輔助裝置，其幫助取向或沿著對(duì)象定位。例如可以使用旋轉(zhuǎn)激光水平儀來對(duì)準(zhǔn)墻壁、窗戶或門框架和確定鉛錘測(cè)量或電氣裝置的路線。
[0003]常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)激光水平儀包含位于外殼中的激光器單元、其發(fā)射的激光光束通過偏轉(zhuǎn)設(shè)備偏轉(zhuǎn)約90°。外殼通常包含光學(xué)透明窗口或切口，這使得激光能夠發(fā)射到外部。偏轉(zhuǎn)設(shè)備繞軸旋轉(zhuǎn)，該軸一般與光學(xué)軸一致。當(dāng)偏轉(zhuǎn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，作為其偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，激光光束橫向傳播到偏轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸，以在表面上產(chǎn)生可見或可檢測(cè)路徑或線的方式描述平面。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)預(yù)定或給定設(shè)置的路徑對(duì)準(zhǔn)，與容納激光器單元的外殼有關(guān)，激光器單元一般以兩個(gè)相互垂直的方向可傾斜地安裝。從現(xiàn)有技術(shù)已知:旋轉(zhuǎn)激光水平儀可以在參考瓶(reference vial )、尤其是兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)參考瓶的幫助下成水平,該參考瓶包含用于確定光學(xué)核心模塊的絕對(duì)等級(jí)的傳感器裝置。
[0005]常規(guī)地，對(duì)于控制旋轉(zhuǎn)激光水平儀的等級(jí)和其水平對(duì)準(zhǔn)，使用等級(jí)機(jī)構(gòu)，該等級(jí)機(jī)構(gòu)包含安裝在可傾斜等級(jí)臂上的傾斜傳感器(例如參考瓶)，相應(yīng)地兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)的傾斜傳感器在一個(gè)等級(jí)臂或平臺(tái)上。備選地，歐洲專利申請(qǐng)EP 09177262.4描述了在兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)的等級(jí)臂上使用兩個(gè)傾斜傳感器。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，存在一般公開旋轉(zhuǎn)激光器的各種可用文檔，該旋轉(zhuǎn)激光器的傾斜可以通過該設(shè)計(jì)(例如文檔US 5，485，266)的等級(jí)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。從該文檔還已知:等級(jí)臂的傾斜通過馬達(dá)、尤其是步進(jìn)馬達(dá)進(jìn)行，該馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)借助于螺母與等級(jí)臂連接的導(dǎo)螺桿。等級(jí)機(jī)構(gòu)在其導(dǎo)螺桿機(jī)構(gòu)中采用編碼器以檢測(cè)導(dǎo)螺桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，或在其旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中采用編碼器。在步進(jìn)馬達(dá)的情況中，步進(jìn)馬達(dá)執(zhí)行的步數(shù)對(duì)應(yīng)于等級(jí)臂的傾斜角度中的某一變化。為了能夠使得等級(jí)臂返回到原始位置，步進(jìn)馬達(dá)在某一方向中執(zhí)行的步數(shù)被計(jì)算且尤其被記憶。
[0007]作為由于導(dǎo)螺桿機(jī)構(gòu)的重復(fù)使用導(dǎo)致的累計(jì)誤差或者由于機(jī)構(gòu)部件的重復(fù)使用或劣化導(dǎo)致的機(jī)構(gòu)部件的磨損的結(jié)果，誤差可能發(fā)生且導(dǎo)致角度設(shè)置中的一般偏離，使得不再能夠保證傾斜精確度。而且，例如，如果設(shè)備未接觸地面或通過其他環(huán)境接收震動(dòng)，步進(jìn)馬達(dá)可能失去執(zhí)行的步的計(jì)數(shù)。因此，等級(jí)機(jī)構(gòu)將不再能夠使得等級(jí)臂返回到正確的原始位置。在激光水平儀的下述應(yīng)用中，這則將導(dǎo)致不正確的傾斜且將使得重新校正成為必要。
[0008]使用測(cè)量至少一個(gè)位置、優(yōu)選地原始位置中等級(jí)臂的傾斜的反饋傳感器，將總是可以參考回初始位置。上述現(xiàn)有技術(shù)文檔針對(duì)旋轉(zhuǎn)激光器的所有解決方案均不具有允許確認(rèn)設(shè)置的等級(jí)或顯示誤差或偏離的反饋控制形式。這種類型的反饋傳感器從歐洲專利申請(qǐng)EP I 901 034 A2已知。該文檔公開了一種反饋傳感器系統(tǒng)，該反饋傳感器系統(tǒng)具有安裝在導(dǎo)螺桿的螺母上的發(fā)光二極管(LED)和模板，一同將光圖案投射到安裝在透鏡筒上的電荷耦合設(shè)備(CCD)陣列掃描儀的圖像接收表面上。盡管該解決方案具有一些缺點(diǎn):首先仍存在螺母且尤其是螺母與等級(jí)臂的連接可能變得不精確的可能性。不幸的是，這減小了反饋傳感器的可靠性。另一缺點(diǎn)在于由于設(shè)置有模板和CCD導(dǎo)致的復(fù)雜性且因此相對(duì)昂貴。
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于等級(jí)機(jī)構(gòu)的高度精確的原始位置和窄范圍等級(jí)傳感器系統(tǒng)，該等級(jí)機(jī)構(gòu)精確地且可靠地允許返回到原始位置，以這種方式，還校正在螺母和等級(jí)臂之間的連接中出現(xiàn)的偏離。此外，本發(fā)明的特定目的是提供使用簡(jiǎn)單方式和減小制造成本的解決方案。這些目的其中至少一個(gè)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的原始位置傳感器系統(tǒng)和/或本發(fā)明的從屬權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)激光水平儀的等級(jí)機(jī)構(gòu)包括:透鏡筒，其中布置激光光學(xué)系統(tǒng)；水平化機(jī)構(gòu)，其可傾斜地支撐透鏡筒；框架結(jié)構(gòu)，固定到透鏡筒且設(shè)置有等級(jí)臂和傾斜機(jī)構(gòu)，該傾斜機(jī)構(gòu)相對(duì)于水平平面傾斜等級(jí)臂；傾斜傳感器，設(shè)置在等級(jí)臂處且構(gòu)造為檢測(cè)等級(jí)臂的預(yù)設(shè)參考位置；以及反饋傳感器系統(tǒng)，構(gòu)造為檢測(cè)等級(jí)臂的位置和/或基于等級(jí)臂的位置計(jì)算傾斜角度。
[0011]可傾斜地支撐透鏡筒的水平化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為傾斜透鏡筒，從而通過等級(jí)臂上的傾斜傳感器檢測(cè)參考位置且然后通過傾斜透鏡筒使等級(jí)臂水平。
[0012]等級(jí)臂在XZ平面和YZ平面其中至少一個(gè)中可傾斜，其中XZ平面具有X軸和Z軸，YZ平面具有Y軸和Z軸，Z軸是激光光學(xué)系統(tǒng)的光軸或與之一致，且X軸和Y軸在垂直于Z軸的平面中彼此垂直。在具有兩個(gè)等級(jí)臂的情況中，一個(gè)等級(jí)臂在XZ平面中可傾斜且另一個(gè)等級(jí)臂在YZ平面中可傾斜。
[0013]傾斜機(jī)構(gòu)包含:導(dǎo)螺桿，通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)；以及螺母，通過導(dǎo)螺桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且與等級(jí)臂嚙合且使等級(jí)臂相對(duì)于參考位置傾斜。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的反饋傳感器系統(tǒng)，與EP I 901 034 A2的解決方案相對(duì)照，光源和陰影投射對(duì)象直接安裝在等級(jí)臂上而不是螺母上，因此根據(jù)本發(fā)明的反饋傳感器系統(tǒng)還校正由于螺母以及其與等級(jí)臂的連接中的誤差導(dǎo)致的偏離，這對(duì)于整體儀器精確度而言是重要的。
[0015]盡管激光水平儀的傾斜實(shí)際可以高達(dá)25%，對(duì)于正常使用情況，具有在等級(jí)設(shè)置的+/-4%范圍內(nèi)的高度精確的反饋精確度就足夠。根據(jù)本發(fā)明的反饋傳感器針對(duì)該目的設(shè)計(jì)。其是高度有效的解決方案，因?yàn)閮H需要極其簡(jiǎn)單的組件，這對(duì)于成本有效的制造而言是尤其感興趣的。
[0016]對(duì)于本發(fā)明的反饋傳感器系統(tǒng)，取代如EP I 901 034 A2所公開的具有絕對(duì)模板的孔，僅需要簡(jiǎn)單和低成本的銷。取代CCD陣列傳感器，單個(gè)光學(xué)線性傳感器就足夠，因?yàn)闊o需評(píng)估復(fù)雜圖案而僅需評(píng)估簡(jiǎn)單陰影，該陰影的位置簡(jiǎn)單地通過一維傳感器識(shí)別。另外，使用銷和線性傳感器，無需實(shí)施復(fù)雜計(jì)算來評(píng)估絕對(duì)光圖案。因而，單獨(dú)的計(jì)算單元也是可有可無的。此外，與使用塑料或玻璃盤編碼器的其他解決方案相比，無需用于銷的膠合處理。銷可以直接作為等級(jí)臂組件的部件制造以減小制造成本，例如，等級(jí)臂和銷可以制造為單個(gè)注模部件或鋁鑄件。
[0017]備選地，取代具有LED、銷和光學(xué)線性檢測(cè)器作為反饋傳感器裝置的機(jī)構(gòu)，可以想象其他方法:例如，可以使用數(shù)字碼和編碼器傳感器，其中之一布置在等級(jí)臂上，且另一個(gè)布置在框架結(jié)構(gòu)上，因而檢測(cè)等級(jí)臂的絕對(duì)位置。
[0018]為了進(jìn)一步減小制造成本，等級(jí)臂的支撐軸承可以是“V接合”的形式。停留在兩個(gè)線性支撐件上的軸承襯套的上半部分通過支撐銷支撐，且像陰影投射銷一樣，可以制造為等級(jí)臂的集成部件。這減小了單個(gè)組件的制造成本且有利于組裝。軸承襯套的下部附連到等級(jí)臂的底部且防止等級(jí)臂跳離支撐銷。等級(jí)臂還可以以這種方式成形:存在多于一個(gè)的這種軸承襯套。具體而言，在支撐銷的兩端上均具有兩個(gè)軸承襯套的版本可能是有用的。下部則必須根據(jù)等級(jí)臂的形狀成形，或針對(duì)每一個(gè)軸承襯套存在一個(gè)下部。
[0019]“V接合”的另一優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)的可重復(fù)性，因?yàn)榕c球軸承相比，僅兩個(gè)軸承部件一一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)外部軸承部件一保持返回到初始位置。因?yàn)閮蓚€(gè)線性支撐件，和軸承襯套的情況一樣，沒有幾何形狀的過度確定。通過滑動(dòng)表面的長(zhǎng)度的自由定義，可以控制預(yù)載引導(dǎo)的軸。
[0020]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，等級(jí)機(jī)構(gòu)包含兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)的等級(jí)傳感器設(shè)備，該設(shè)備具有根據(jù)本發(fā)明的原始位置傳感器以測(cè)量X軸和Y軸中的等級(jí)。如歐洲專利申請(qǐng)EP09177262.4所述，兩個(gè)獨(dú)立等級(jí)臂的使用規(guī)避了當(dāng)使用具有兩個(gè)傾斜傳感器的公共等級(jí)臂時(shí)與源于滾動(dòng)誤差的不精確性相關(guān)的問題。針對(duì)該目的，也可以僅使用一個(gè)等級(jí)機(jī)構(gòu)。等級(jí)機(jī)構(gòu)則必須可樞轉(zhuǎn)地安裝在透鏡筒上。通過繞Z軸樞轉(zhuǎn)，它可以依次測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向中的等級(jí)。
[0021]本發(fā)明的等級(jí)機(jī)構(gòu)還可以與雙等級(jí)臂一同使用，該雙等級(jí)臂上安裝同時(shí)測(cè)量XZ平面和YZ平面中的傾斜的兩個(gè)傾斜傳感器。在這種情況中，使用光學(xué)陣列檢測(cè)器(例如CCD陣列傳感器)是有利的，用以最小化或排除滾動(dòng)誤差，該滾動(dòng)誤差在雙等級(jí)臂通過單個(gè)支撐銷支撐且通過兩個(gè)傾斜機(jī)構(gòu)獨(dú)立傾斜時(shí)出現(xiàn)。因而，即使等級(jí)臂僅通過傾斜機(jī)構(gòu)其中一個(gè)在XZ平面中傾斜，陰影投射對(duì)象的位置和傾斜改變。因?yàn)檫@還影響陰影投射對(duì)象投射的陰影，線性檢測(cè)器最終將僅檢測(cè)陰影的一部分或根本檢測(cè)不到陰影。陣列檢測(cè)器可以檢測(cè)陰影投射對(duì)象的二維陰影輪廓。在圓錐或圓柱銷的情況中，矩形陰影將被投射在陣列檢測(cè)器上。陣列檢測(cè)器正確地檢測(cè)陰影的輪廓，即使它由于等級(jí)臂的滾動(dòng)而傾斜，且可以得出陰影投射對(duì)象的位置。
[0022]甚至可以僅使用一個(gè)陣列檢測(cè)器來確定兩個(gè)方向中等級(jí)臂的傾斜:陣列檢測(cè)器不僅檢測(cè)陰影的位置，而且檢測(cè)其傾斜，且從陰影的位置推導(dǎo)出XZ平面中等級(jí)臂的傾斜且從陰影的傾斜推導(dǎo)出YZ平面中等級(jí)臂的傾斜。
[0023]陣列檢測(cè)器還對(duì)于使用兩個(gè)獨(dú)立等級(jí)臂的實(shí)施方式是有用的。陣列檢測(cè)器例如可以用于檢測(cè)傾斜過程中由于傾斜機(jī)構(gòu)的劣化導(dǎo)致的陰影橫向波動(dòng)一例如抖動(dòng)。在這種情況中，可以向操作員提供需要維護(hù)服務(wù)的警告。
[0024]在下文中將通過參考結(jié)合附圖的示例性實(shí)施方式詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中:
[0025]圖1示出根據(jù)本發(fā)明包含等級(jí)機(jī)構(gòu)的可傾斜旋轉(zhuǎn)激光水平儀的示意性表達(dá)；
[0026]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明具有傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的第一實(shí)施方式的示意性表達(dá)；
[0027]圖2b示出傾斜狀態(tài)中圖2a的實(shí)施方式的示意性表達(dá)；
[0028]圖3示出根據(jù)本發(fā)明具有傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施方式的示意性表達(dá)；[0029]圖4示出通過光學(xué)線性傳感器接收的示例性光強(qiáng)和從這些值得出的相應(yīng)角度的圖示；
[0030]圖5a示出根據(jù)本發(fā)明具有傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的第三實(shí)施方式的示意性表達(dá)，其中使用數(shù)字碼和編碼傳感器；
[0031]圖5b示出根據(jù)本發(fā)明具有傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的第四實(shí)施方式的示意性表達(dá)，其中使用數(shù)字碼和編碼傳感器；
[0032]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的第五實(shí)施方式的示意性表達(dá)；
[0033]圖7示出框架結(jié)構(gòu)上用于可傾斜支撐等級(jí)臂的V接合的示意性表達(dá)；
[0034]圖8示出圖1的旋轉(zhuǎn)激光水平儀無框架結(jié)構(gòu)的示意性表達(dá)，等級(jí)機(jī)構(gòu)的組件直接安裝在透鏡筒上；
[0035]圖9示出根據(jù)本發(fā)明使用具有雙等級(jí)臂的傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)的第六實(shí)施方式的示意性表達(dá)；
[0036]圖1Oa-C示出具有陰影的陣列傳感器的三個(gè)示例性表達(dá)；
[0037]圖11示出示意性說明傾斜傳感器、水平化機(jī)構(gòu)、等級(jí)機(jī)構(gòu)和原始位置傳感器系統(tǒng)之間的協(xié)作的工作原理的流程圖。
[0038]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明包含等級(jí)機(jī)構(gòu)I的可傾斜旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備28的示意性表達(dá)。等級(jí)機(jī)構(gòu)I安裝在透鏡筒21上，該透鏡筒21包含激光光學(xué)系統(tǒng)20且通過水平化機(jī)構(gòu)23可傾斜地支撐。激光光學(xué)系統(tǒng)20在光軸25的方向中發(fā)射激光光束24。激光光束24通過偏轉(zhuǎn)設(shè)備26偏轉(zhuǎn)約90°，該偏轉(zhuǎn)設(shè)備26繞光軸25旋轉(zhuǎn)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)設(shè)備26旋轉(zhuǎn)時(shí)，作為其偏轉(zhuǎn)結(jié)果，激光光束24橫向傳播到偏轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸，且描述平面27。
[0039]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明具有原始位置傳感器系統(tǒng)的等級(jí)機(jī)構(gòu)1，其包含:框架結(jié)構(gòu)8，固定到激光光學(xué)系統(tǒng)20 (未示出)的透鏡筒21上；以及傾斜機(jī)構(gòu)22，設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)8且包含導(dǎo)螺桿5、借助于齒輪鏈6驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿5的步進(jìn)馬達(dá)9以及通過導(dǎo)螺桿5往復(fù)運(yùn)動(dòng)的螺母7。等級(jí)機(jī)構(gòu)I還包含等級(jí)臂2，其可傾斜地支撐在框架結(jié)構(gòu)8上且通過螺母7的嚙合裝置17與傾斜機(jī)構(gòu)22的螺母7嚙合。傾斜傳感器10固定在等級(jí)臂2上。在原始位置，等級(jí)臂2相對(duì)于框架結(jié)構(gòu)8以輸出角度β對(duì)準(zhǔn)。在該示例性表達(dá)中，示出90°的示例性輸出角度β。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的原始位置傳感器系統(tǒng)是用于該等級(jí)機(jī)構(gòu)I的反饋傳感器，以實(shí)現(xiàn)從儀器的真實(shí)水平即等級(jí)臂2的原始位置開始+/-4%內(nèi)的可接受的可重復(fù)性。原始位置傳感器系統(tǒng)包含LEDll (或備選的發(fā)光器)和銷12’，它們安裝在等級(jí)臂上且以這種方式對(duì)準(zhǔn):當(dāng)LEDll朝向銷12’發(fā)射光時(shí)，陰影14被從銷投射向原始位置傳感器13。原始位置傳感器13包含光學(xué)線性檢測(cè)器且安裝在框架結(jié)構(gòu)8上。
[0041]銷12’以這種方式安裝在可移動(dòng)等級(jí)臂2的參考點(diǎn)上:在等級(jí)臂2的原始位置中，它剛好位于原始位置傳感器13中心的前方。LEDll照射銷12’，這因而將陰影14投射到光學(xué)線性檢測(cè)器的光敏表面上。從陰影14在線性檢測(cè)器的表面上的位置，可以計(jì)算銷12’相對(duì)于原始位置傳感器13的縱軸的垂直位置。可以從銷的垂直位置通過原始位置傳感器13確定等級(jí)機(jī)構(gòu)的絕對(duì)位置，且相應(yīng)地確定等級(jí)臂2和框架結(jié)構(gòu)8之間的角度β1Ι5備選地，作為針對(duì)此目的的附加特征，可以提供單獨(dú)的計(jì)算單元15。
[0042]而且可以取代銷12’使用多個(gè)銷或諸如簡(jiǎn)單孔的其他對(duì)象，只要該對(duì)象投射陰影14即可，該陰影14可以被原始位置傳感器13的光學(xué)線性檢測(cè)器識(shí)別，且可以從該陰影14推導(dǎo)出該對(duì)象的垂直位置。
[0043]圖2b示出對(duì)于旋轉(zhuǎn)激光水平儀產(chǎn)生的激光平面與水平軸齊平的情況的同一等級(jí)機(jī)構(gòu)I。在傾斜機(jī)構(gòu)22將等級(jí)臂2向上傾斜到角度^時(shí)，等級(jí)臂2上的傾斜傳感器10報(bào)告傾斜，該傾斜隨后通過透鏡筒21 (未示出)(框架結(jié)構(gòu)8固定到該透鏡筒21)和光學(xué)軸25的傾斜補(bǔ)償，直到傾斜傳感器再次報(bào)告水平對(duì)準(zhǔn)。
[0044]在圖3中說明的本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，LEDll不在平行于等級(jí)臂2的方向中而是在與之正交的方向中發(fā)射光。陰影投射銷12’以這種方式安裝在等級(jí)臂2的橫向延伸2a上:陰影14被投射到安裝在框架結(jié)構(gòu)8上的原始位置傳感器13的光學(xué)線性檢測(cè)器的表面上。理論上，光可以在等級(jí)臂2通過傾斜機(jī)構(gòu)22傾斜的平面內(nèi)的任意方向中發(fā)射。在圖3中，示出在等級(jí)臂2通過傾斜機(jī)構(gòu)22傾斜之后但在水平化機(jī)構(gòu)23隨后傾斜透鏡筒21以水平化等級(jí)臂2之前的情形。
[0045]圖4是說明原始位置傳感器13的光學(xué)線性檢測(cè)器的工作原理的圖示。檢測(cè)器以一個(gè)維度的線性分辨率測(cè)量其表面上的光強(qiáng)。銷12’的陰影14導(dǎo)致檢測(cè)器的光敏表面的某一區(qū)域中的光強(qiáng)的突降。光強(qiáng)的局部最小值對(duì)應(yīng)于銷12’的垂直位置和等級(jí)臂2的角度β10當(dāng)?shù)燃?jí)臂2通過傾斜機(jī)構(gòu)22返回到其原始位置時(shí)，角度^應(yīng)當(dāng)?shù)扔陬A(yù)定輸出角度β。此處,示出測(cè)量角度P1和輸出角度β之間約0.3°的差異。如果步進(jìn)馬達(dá)9失去執(zhí)行的步的數(shù)目，或傾斜機(jī)構(gòu)22的一部分,例如齒 輪鏈6或螺母7或嚙合裝置17由于劣化變得不精確，則可能出現(xiàn)該差異。等級(jí)臂2的傾斜然后可以通過傾斜機(jī)構(gòu)22校正，直到等級(jí)臂2在輸出角度β到達(dá)其真實(shí)原始位置。
[0046]如圖5a所示，原始位置傳感器系統(tǒng)還可以由具有編碼器傳感器16的線性或旋轉(zhuǎn)編碼器組成或包含后者，該編碼器傳感器16安裝在框架結(jié)構(gòu)8上且設(shè)計(jì)為掃描安裝在等級(jí)臂2上的角度或線性標(biāo)尺的表面上的數(shù)字碼12”。數(shù)字碼12”包含等級(jí)臂2的編碼的絕對(duì)位置且可以通過例如，光學(xué)、磁性、電感性或電容性裝置之類的各種裝置提供。編碼器傳感器16檢測(cè)編碼12”的一部分，且從該部分得出等級(jí)臂2的絕對(duì)位置。如圖5b所示，編碼器還可以布置在等級(jí)臂2的橫向延伸2a上。
[0047]在圖6中說明等級(jí)機(jī)構(gòu)I的另一示例性實(shí)施方式，其具有某一獨(dú)立特征設(shè)計(jì)但是一般具有與上述實(shí)施方式相同的工作原理。如此處所示，還可以提供單獨(dú)的計(jì)算單元15，馬達(dá)9可以驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿5而無需通過齒輪鏈6的傳動(dòng)比調(diào)節(jié)，LEDll和陰影投射銷12’的位置以及框架結(jié)構(gòu)8上的可傾斜支撐件4的設(shè)計(jì)也可以變化。而且，可設(shè)想用于嚙合螺母7和等級(jí)臂2的嚙合裝置17的不同設(shè)計(jì)。
[0048]圖7示出使用V形接合可傾斜地支撐在框架結(jié)構(gòu)8上的等級(jí)臂2的端部的實(shí)施方式。保持等級(jí)臂2的端部的可傾斜支撐件4此處是尤其由鋼制成的簡(jiǎn)單銷。在該端部，等級(jí)臂2具有附連到等級(jí)臂的下部件3。等級(jí)臂2和下部件3均具有V形槽口。當(dāng)?shù)燃?jí)臂2和下部件3被放置在一起時(shí)，這些V形槽口形成公共開口。因而，等級(jí)臂2且相應(yīng)地軸承襯套的上半部分通過兩個(gè)線性支撐件19停留在支撐銷4上。下部件3且相應(yīng)地軸承襯套的下半部分防止等級(jí)臂2跳離支撐銷4。此處，示出使用兩個(gè)軸承襯套和一個(gè)支撐銷4的實(shí)施方式，但是還可以設(shè)想使用一個(gè)或多于兩個(gè)的軸承襯套和多于一個(gè)的支撐銷4的各種備選實(shí)施方式。[0049]等級(jí)機(jī)構(gòu)I的框架結(jié)構(gòu)8可以以各種方式安裝到透鏡筒21，例如，它可以膠合或螺栓連接到透鏡筒21的表面。它還可以作為其集成部件制造。在另一備選實(shí)施方式中，等級(jí)機(jī)構(gòu)I的框架結(jié)構(gòu)8完全可以是不必要的。這在圖8中示出。上述實(shí)施方式中安裝到框架結(jié)構(gòu)8的等級(jí)機(jī)構(gòu)I的所有組件也可以直接安裝到透鏡筒21。還可以以這種方式制造透鏡筒21:其表面包含用于這些組件的必要安裝件。
[0050]圖9以頂視圖示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，使用具有雙等級(jí)臂2XY的等級(jí)機(jī)構(gòu)I ”。在等級(jí)臂2XY中，一個(gè)部件在X軸27的方向中對(duì)準(zhǔn)且另一個(gè)部件在Y軸29的方向中對(duì)準(zhǔn)。等級(jí)臂2XY的兩個(gè)部件均具有第一實(shí)施方式的特征:發(fā)光器11X/11Y、陰影投射對(duì)象12X/12Y和傾斜傳感器10X/10Y(未示出)。雙等級(jí)臂2ΧΥ通過銷4”支撐且可以通過第一傾斜機(jī)構(gòu)22Χ在XZ平面中傾斜且通過第二傾斜機(jī)構(gòu)22Υ在YZ平面中傾斜。
[0051]使用這種等級(jí)機(jī)構(gòu)1”，可以同時(shí)測(cè)量等級(jí)臂2ΧΥ相對(duì)于X軸27和Y軸29的傾斜。在圖9中，通過陰影投射對(duì)象12Χ/12Υ接收和檢測(cè)陰影14Χ/14Υ投射的傳感器裝置是二維地檢測(cè)陰影14Χ/14Υ的區(qū)域陣列檢測(cè)器13Χ/13Υ。
[0052]圖10a、10b和IOc示意性示出陣列檢測(cè)器13Χ的表面，其中示出規(guī)則陰影14Χ的表達(dá)。在圖1Oa中，陰影14Χ的位置代表XZ平面中等級(jí)臂2ΧΥ的原始位置，即0°傾斜角度β。當(dāng)陰影14Χ豎直站立時(shí)，在YZ平面中沒有傾斜。在圖1Ob中，陰影14Χ的位置被抬高。該位置代表等級(jí)臂2ΧΥ在XZ平面中的向上傾斜。而且，在該附圖中，陰影14Χ豎直站立，示出在YZ平面中沒有相對(duì)于Y軸29的傾斜。在圖1Oc中，陰影14Χ向左傾斜，這指示由于YZ平面中的向下傾斜導(dǎo)致的等級(jí)臂2ΧΥ的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0053]因?yàn)殛幱?4Χ的垂直位置代表等級(jí)臂在XZ平面中的傾斜且可以從陰影14Χ的傾斜推導(dǎo)出等級(jí)臂2ΧΥ在YZ平面中的傾斜，還可以僅使用單個(gè)陣列檢測(cè)器13Χ來檢測(cè)兩個(gè)方向中的原始位置。
[0054]圖11中，示出示意性說明傾斜傳感器10、水平化機(jī)構(gòu)23、傾斜機(jī)構(gòu)22和原始位置傳感器系統(tǒng)之間的協(xié)作的工作原理的流程圖:當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備被設(shè)立并且開啟以及操作員輸入水平平面將被投影時(shí)，原始位置傳感器驗(yàn)證等級(jí)臂2的位置是否是原始位置。如果存在偏離，則傾斜機(jī)構(gòu)22重新調(diào)節(jié)等級(jí)臂2的傾斜，直到原始位置傳感器驗(yàn)證等級(jí)臂2已經(jīng)到達(dá)其原始位置。如果等級(jí)臂2處于其原始位置，則水平化機(jī)構(gòu)23根據(jù)等級(jí)臂2上的傾斜傳感器10提供的信息使透鏡筒21水平。
[0055]當(dāng)設(shè)備的操作員選擇傾斜等級(jí)時(shí)，傾斜機(jī)構(gòu)22相應(yīng)地例如通過計(jì)算步進(jìn)馬達(dá)9的步數(shù)而傾斜等級(jí)臂2。因?yàn)閮A斜傳感器10安裝在等級(jí)臂2上，其不再水平。因而，水平化機(jī)構(gòu)23傾斜透鏡筒21，直到等級(jí)臂2和傾斜傳感器10再次水平。透鏡筒21和由旋轉(zhuǎn)激光水平儀產(chǎn)生的激光平面則具有所需的傾斜。只要操作員選擇不同的傾斜，該過程就一直重復(fù)，且一直到設(shè)備關(guān)閉。
[0056]可選地，在使用設(shè)備之后，傾斜機(jī)構(gòu)22使得等級(jí)臂2返回到(假設(shè)的)的原始位置，且原始位置傳感器驗(yàn)證等級(jí)臂2的位置是否處于原始位置。圖9中該選項(xiàng)通過虛線表示。在等級(jí)臂2的傾斜超過原始位置傳感器的感知角度的情況中這是尤其有利的。
[0057]原始位置傳感器的可選附加功能是驗(yàn)證傳感器裝置可感知的范圍內(nèi)等級(jí)臂2的任意傾斜角度P1的可能性。該范圍依賴于線性或陣列檢測(cè)器的尺寸且應(yīng)當(dāng)在兩個(gè)方向中至少達(dá)到4°，尤其至少達(dá)到10°。
[0058]盡管上文部分地參考一些優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是必須理解的是，可以做出實(shí)施方式的不同特征的各種修改和組合。所有這些修改在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有等級(jí)機(jī)構(gòu)(I)的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，所述設(shè)備包括: ?透鏡筒(21),其中布置有激光光學(xué)系統(tǒng)(20)； ?框架結(jié)構(gòu)(8)，其固定到、集成到所述透鏡筒(21)或直接通過所述透鏡筒(21)的部分結(jié)構(gòu)提供； ?等級(jí)臂(2)，其在XZ平面中被可傾斜地支撐在所述框架結(jié)構(gòu)(8)上，所述XZ平面具有X軸和Z軸，所述Z軸是所述激光光學(xué)系統(tǒng)(20)的光軸(25)，且所述X軸位于與所述Z軸垂直的平面內(nèi)； ?傾斜傳感器(10)，其設(shè)置在所述等級(jí)臂(2)上且被構(gòu)造為檢測(cè)所述等級(jí)臂(2)的水平位置； 籲傾斜機(jī)構(gòu)(22)，其設(shè)置在所述框架結(jié)構(gòu)(8)上且被設(shè)計(jì)為相對(duì)于所述XZ平面傾斜所述等級(jí)臂(2); ?用于提供反饋位置信息的碼元件(12’，12”)和用于檢測(cè)所述反饋位置信息的位置檢測(cè)設(shè)備；以及 ?水平化機(jī)構(gòu)(23)，其可傾斜地支撐所述透鏡筒(21)，并且被設(shè)計(jì)為傾斜所述透鏡筒(21)以具有由所述傾斜傳感器(10)檢測(cè)的所述水平位置且因此使所述等級(jí)臂(2)水平，其特征在于， 所述碼元件(12’，12”)或所述位置檢測(cè)設(shè)備直接布置在所述等級(jí)臂(2)上，且所述反饋位置信息直接依賴于在所述等級(jí)臂(2)上的參考點(diǎn)的位置，所述參考點(diǎn)分別通過所述碼元件(12’，12”)或所述位置檢測(cè)設(shè)備限定，因而允許: ?直接從所述反饋位置信息推導(dǎo)出所述等級(jí)臂(2)的位置，和/或 ?直接從所述反饋位置信息計(jì)算所述等級(jí)臂(2)相對(duì)于所述透鏡筒(21)的傾 斜角度(β，D。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述碼元件是陰影投射對(duì)象(12’)，尤其是銷、大量的銷、或孔，所述等級(jí)臂(2)和所述陰影投射對(duì)象(12’ )尤其被制造為共同的工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， ?發(fā)光器(11)、尤其是發(fā)光二極管和所述陰影投射對(duì)象(12’)被安裝在所述等級(jí)臂(2)上，所述陰影投射對(duì)象(12’)布置在所述參考點(diǎn)上， ?光學(xué)線性檢測(cè)器(13)被構(gòu)造為接收所述陰影投射對(duì)象(12’)的陰影(14)以檢測(cè)所述陰影投射對(duì)象(12’)的位置、尤其是垂直位置，以及 ?所述位置檢測(cè)設(shè)備被構(gòu)造為從所述陰影投射對(duì)象(12’)的所述位置推導(dǎo)出所述等級(jí)臂(2)的位置和/或基于所述陰影投射對(duì)象(12’)的所述位置計(jì)算在所述等級(jí)臂(2)和所述光軸(25)之間的傾斜角度(β，βρ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于，所述碼元件是具有提供所述反饋位置信息的數(shù)字碼(12”)的編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， ?所述數(shù)字碼(12”)包括所述等級(jí)臂(2)的經(jīng)編碼的絕對(duì)位置或在所述等級(jí)臂(2)上的所述參考點(diǎn)的經(jīng)編碼的絕對(duì)位置，以及 ?提供編碼器傳感器(16)，其設(shè)計(jì)為檢測(cè)所述數(shù)字碼(12”)的至少一部分且從所述數(shù)字碼(12”)的檢測(cè)到的部分推導(dǎo)出所述等級(jí)臂(2)的位置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述位置檢測(cè)設(shè)備被構(gòu)造為確定: ?所述參考點(diǎn)的相對(duì)于預(yù)設(shè)原始位置的位置，和/或 ?相對(duì)于預(yù)設(shè)角度(β )的在所述等級(jí)臂(2)和所述光軸(25)之間的角度(β P。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述位置檢測(cè)設(shè)備被構(gòu)造為檢測(cè)在高于和低于在所述等級(jí)臂(2)上的參考點(diǎn)的預(yù)設(shè)原始位置至少4°的角度范圍內(nèi)的在所述等級(jí)臂(2)上的所述參考點(diǎn)的位置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述傾斜機(jī)構(gòu)(22)包括: ?導(dǎo)螺桿(5)，其通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(9)、尤其是步進(jìn)馬達(dá)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)；以及?螺母(7)，其通過所述導(dǎo)螺桿(5)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過嚙合裝置(17)與所述等級(jí)臂(2)嚙合且使所述等級(jí)臂(2)傾斜。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述等級(jí)臂(2)以這種方式可傾斜地支撐在所述框架結(jié)構(gòu)(8)上:軸承組件(3)附連到所述等級(jí)臂(2)，所述等級(jí)臂(2)和所述軸承組件(3)以這種方式成形:它們一同形成至少一個(gè)軸承襯套，所述軸承襯套通過兩個(gè)線性支撐件(19)可傾斜地支撐在圓柱形銷(4)上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 至少兩個(gè)等級(jí)機(jī)構(gòu)(1，I’)，所述至少兩個(gè)等級(jí)機(jī)構(gòu)的至少兩個(gè)等級(jí)臂(2，2’)尤其以直角在垂直于所述光軸(25)的平面中對(duì)準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， ?所述等級(jí)機(jī)構(gòu)(I)尤其以至少90°的角度可繞所述光軸(25)樞轉(zhuǎn)地安裝，或 ?雙等級(jí)臂(2XY)通過兩個(gè)傾斜機(jī)構(gòu)(22X，22Y)傾斜且具有兩個(gè)正交對(duì)準(zhǔn)的傾斜傳感器(10X，10Y)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)，其特征在于， 所述框架結(jié)構(gòu)(8)以這種方式結(jié)合到所述透鏡筒(21)中: ?所述等級(jí)臂(2 )可傾斜地支撐在所述透鏡筒(21)上，并且 ?所述傾斜機(jī)構(gòu)(22)設(shè)置在所述透鏡筒(21)上。
13.一種用于確定旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)的等級(jí)機(jī)構(gòu)(I)的等級(jí)臂(2)的位置的方法，所述旋轉(zhuǎn)激光水平儀設(shè)備(28)包括: ?透鏡筒(21),其中布置有激光光學(xué)系統(tǒng)(20)； ?框架結(jié)構(gòu)(8)，其固定到、集成到所述透鏡筒(21)或直接通過所述透鏡筒(21)的部分結(jié)構(gòu)提供； ?等級(jí)臂(2)，其在XZ平面中被可傾斜地支撐在所述框架結(jié)構(gòu)(8)上，所述XZ平面具有X軸和Z軸，所述Z軸是所述激光光學(xué)系統(tǒng)(20)的光軸(25)，且所述X軸位于與所述Z軸垂直的平面內(nèi)； ?傾斜傳感器(10)，其設(shè)置在所述等級(jí)臂(2)上且被構(gòu)造為檢測(cè)所述等級(jí)臂(2)的水平位置； 籲傾斜機(jī)構(gòu)(22)，其設(shè)置在所述框架結(jié)構(gòu)(8)上且被設(shè)計(jì)為相對(duì)于所述XZ平面傾斜所述等級(jí)臂(2)； ?用于提供反饋位置信息的碼元件(12)和用于檢測(cè)所述反饋位置信息的位置檢測(cè)設(shè)備；以及 ?水平化機(jī)構(gòu)(23)，其可傾斜地支撐所述透鏡筒(21)，并且被設(shè)計(jì)為傾斜所述透鏡筒(21)以具有由所述傾斜傳感器(10)檢測(cè)的所述水平位置且因此使所述等級(jí)臂(2)水平， 其特征在于， ?檢測(cè)所述反饋位置信息，所述反饋位置信息直接依賴于在所述等級(jí)臂(2)上的參考點(diǎn)的位置，所述參考點(diǎn)分別通過所述碼元件(12)或所述位置檢測(cè)設(shè)備限定，以及 ?基于所述反饋位置信息推導(dǎo)出所述等級(jí)臂(2)的位置和/或基于所述參考點(diǎn)的位置計(jì)算所述等級(jí)臂(2)相對(duì)于所述透鏡筒(21)的傾斜角度(β，β P。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于， 確定: ?所述參考點(diǎn)的相對(duì)于預(yù)設(shè)原始位置的位置，和/或 ?相對(duì)于預(yù)設(shè)角度(β )的在所述等級(jí)臂(2)和所述光軸(25)之間的角度(β P。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于， 檢測(cè)在高于和低于在所述等級(jí)臂(2)上的所述參考點(diǎn)的預(yù)設(shè)原始位置至少4°尤其是至少10°的角度范圍內(nèi)的在所 述等級(jí)臂(2)上的所述參考點(diǎn)的位置。
【文檔編號(hào)】G01C15/00GK103547886SQ201280022787
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月11日
【發(fā)明者】馬丁·溫尼斯托菲爾, T·阿默爾 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司