用于可倾斜激光光学系统的等级机构技术方案

一种具有等级机构（1）的旋转激光水平仪设备（28），包括：透镜筒（21），具有激光光学系统（20）；等级臂（2），在XZ平面中可倾斜地支撑在框架结构（8）上；倾斜传感器（10），设置在等级臂（2）处且构造为检测等级臂（2）的水平位置；倾斜机构（22），设置在框架结构（8）上且设计成相对于XZ平面倾斜等级臂（2）；码元件（12’，12”）和位置检测设备，用于提供和检测反馈位置信息；以及水平化机构（23），可倾斜地支撑透镜筒（21）且设计成倾斜透镜筒（21）以具有倾斜传感器（10）检测的水平位置且因此使等级臂（2）水平，其特征在于，码元件（12’，12”）或位置检测设备直接布置在等级臂（2）上，且反馈位置信息直接依赖于等级臂（2）上的参考点的位置，参考点分别通过码元件（12’，12”）或位置检测设备限定，因而允许直接从反馈位置信息推导出等级臂（2）的位置，和/或直接从反馈位置信息计算等级臂（2）相对于透镜筒（21）的倾斜角度（β，β1）。

Hierarchical mechanism for a tilted laser optical system

A hierarchical mechanism (1) of the rotary laser level device (28), including: a lens barrel (21), with a laser optical system (20); grade (2), the arm in the XZ plane can be obliquely supported on the frame structure (8); the tilt sensor (10), set in the level arm (2) and configured to detect level arm (2) the horizontal position; tilt mechanism (22), set in the frame structure (8) and designed to be tilted with respect to the XZ plane level arm (2); the code element (12 ', 12') and position detection equipment, and provide for the position feedback information detection; and the level of institutions (23), tiltably supporting the lens barrel (21) and designed to tilt the lens barrel (21) with a tilt sensor (10) and the horizontal position detection level arm (2), which is characterized in that the code element (12 \12\) or the position detection device arranged directly on the level arm (2), and the feedback position information depends directly on the level arm (2) on the position of the reference point, the reference point through the code element (12 ', 12') or the position detection equipment limited, thus allowing the derived class arm directly feedback from the location information (2) position, and / or directly from the position feedback information to calculate the level arm (2) relative to the lens barrel (21) tilt angle (beta, beta 1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可倾斜激光光学系统的等级机构本专利技术涉及用于可倾斜激光光学系统尤其是可倾斜旋转激光水平仪(construction laser)的等级机构(grade mechanism)的反馈传感器、尤其是原始位置传感器，且涉及用于确定该等级机构的等级臂(grade arm)的位置的方法。具有可旋转激光光束的激光水平仪主要用在建筑工业中，作为用于跟踪地板、屋顶和墙壁上水平和垂直线或者标记点或对象以固定路径或参考线或确定水平或垂直平面或墙壁、屋顶和地板上预定倾斜的平面的辅助装置，其帮助取向或沿着对象定位。例如可以使用旋转激光水平仪来对准墙壁、窗户或门框架和确定铅锤测量或电气装置的路线。常规现有技术旋转激光水平仪包含位于外壳中的激光器单元、其发射的激光光束通过偏转设备偏转约90°。外壳通常包含光学透明窗口或切口，这使得激光能够发射到外部。偏转设备绕轴旋转，该轴一般与光学轴一致。当偏转设备旋转时，作为其偏转的结果，激光光束横向传播到偏转设备的旋转轴，以在表面上产生可见或可检测路径或线的方式描述平面。为了实现根据预定或给定设置的路径对准，与容纳激光器单元的外壳有关，激光器单元一般以两个相互垂直的方向可倾斜地安装。从现有技术已知:旋转激光水平仪可以在参考瓶(reference vial )、尤其是两个正交对准参考瓶的帮助下成水平,该参考瓶包含用于确定光学核心模块的绝对等级的传感器装置。常规地，对于控制旋转激光水平仪的等级和其水平对准，使用等级机构，该等级机构包含安装在可倾斜等级臂上的倾斜传感器(例如参考瓶)，相应地两个正交对准的倾斜传感器在一个等级臂或平台上。备选地，欧洲专利申请EP 09177262.4描述了在两个正交对准的等级臂上使用两个倾斜传感器。在现有技术中，存在一般公开旋转激光器的各种可用文档，该旋转激光器的倾斜可以通过该设计(例如文档US 5，485，266)的等级机构调节。从该文档还已知:等级臂的倾斜通过马达、尤其是步进马达进行，该马达旋转驱动借助于螺母与等级臂连接的导螺杆。等级机构在其导螺杆机构中采用编码器以检测导螺杆机构的旋转速度，或在其旋转驱动导螺杆的驱动马达中采用编码器。在步进马达的情况中，步进马达执行的步数对应于等级臂的倾斜角度中的某一变化。为了能够使得等级臂返回到原始位置，步进马达在某一方向中执行的步数被计算且尤其被记忆。作为由于导螺杆机构的重复使用导致的累计误差或者由于机构部件的重复使用或劣化导致的机构部件的磨损的结果，误差可能发生且导致角度设置中的一般偏离，使得不再能够保证倾斜精确度。而且，例如，如果设备未接触地面或通过其他环境接收震动，步进马达可能失去执行的步的计数。因此，等级机构将不再能够使得等级臂返回到正确的原始位置。在激光水平仪的下述应用中，这则将导致不正确的倾斜且将使得重新校正成为必要。使用测量至少一个位置、优选地原始位置中等级臂的倾斜的反馈传感器，将总是可以参考回初始位置。上述现有技术文档针对旋转激光器的所有解决方案均不具有允许确认设置的等级或显示误差或偏离的反馈控制形式。这种类型的反馈传感器从欧洲专利申请EP I 901 034 A2已知。该文档公开了一种反馈传感器系统，该反馈传感器系统具有安装在导螺杆的螺母上的发光二极管(LED)和模板，一同将光图案投射到安装在透镜筒上的电荷耦合设备(CCD)阵列扫描仪的图像接收表面上。尽管该解决方案具有一些缺点:首先仍存在螺母且尤其是螺母与等级臂的连接可能变得不精确的可能性。不幸的是，这减小了反馈传感器的可靠性。另一缺点在于由于设置有模板和CCD导致的复杂性且因此相对昂贵。本专利技术的目的是提供一种用于等级机构的高度精确的原始位置和窄范围等级传感器系统，该等级机构精确地且可靠地允许返回到原始位置，以这种方式，还校正在螺母和等级臂之间的连接中出现的偏离。此外，本专利技术的特定目的是提供使用简单方式和减小制造成本的解决方案。这些目的其中至少一个通过根据权利要求1所述的原始位置传感器系统和/或本专利技术的从属权利要求实现。根据本专利技术的一个实施方式的旋转激光水平仪的等级机构包括:透镜筒，其中布置激光光学系统；水平化机构，其可倾斜地支撑透镜筒；框架结构，固定到透镜筒且设置有等级臂和倾斜机构，该倾斜机构相对于水平平面倾斜等级臂；倾斜传感器，设置在等级臂处且构造为检测等级臂的预设参考位置；以及反馈传感器系统，构造为检测等级臂的位置和/或基于等级臂的位置计算倾斜角度。可倾斜地支撑透镜筒的水平化机构设计为倾斜透镜筒，从而通过等级臂上的倾斜传感器检测参考位置且然后通过倾斜透镜筒使等级臂水平。等级臂在XZ平面和YZ平面其中至少一个中可倾斜，其中XZ平面具有X轴和Z轴，YZ平面具有Y轴和Z轴，Z轴是激光光学系统的光轴或与之一致，且X轴和Y轴在垂直于Z轴的平面中彼此垂直。在具有两个等级臂的情况中，一个等级臂在XZ平面中可倾斜且另一个等级臂在YZ平面中可倾斜。倾斜机构包含:导螺杆，通过驱动马达可旋转地驱动；以及螺母，通过导螺杆往复运动，且与等级臂啮合且使等级臂相对于参考位置倾斜。根据本专利技术的反馈传感器系统，与EP I 901 034 A2的解决方案相对照，光源和阴影投射对象直接安装在等级臂上而不是螺母上，因此根据本专利技术的反馈传感器系统还校正由于螺母以及其与等级臂的连接中的误差导致的偏离，这对于整体仪器精确度而言是重要的。尽管激光水平仪的倾斜实际可以高达25%，对于正常使用情况，具有在等级设置的+/-4%范围内的高度精确的反馈精确度就足够。根据本专利技术的反馈传感器针对该目的设计。其是高度有效的解决方案，因为仅需要极其简单的组件，这对于成本有效的制造而言是尤其感兴趣的。对于本专利技术的反馈传感器系统，取代如EP I 901 034 A2所公开的具有绝对模板的孔，仅需要简单和低成本的销。取代CCD阵列传感器，单个光学线性传感器就足够，因为无需评估复杂图案而仅需评估简单阴影，该阴影的位置简单地通过一维传感器识别。另外，使用销和线性传感器，无需实施复杂计算来评估绝对光图案。因而，单独的计算单元也是可有可无的。此外，与使用塑料或玻璃盘编码器的其他解决方案相比，无需用于销的胶合处理。销可以直接作为等级臂组件的部件制造以减小制造成本，例如，等级臂和销可以制造为单个注模部件或铝铸件。备选地，取代具有LED、销和光学线性检测器作为反馈传感器装置的机构，可以想象其他方法:例如，可以使用数字码和编码器传感器，其中之一布置在等级臂上，且另一个布置在框架结构上，因而检测等级臂的绝对位置。为了进一步减小制造成本，等级臂的支撑轴承可以是“V接合”的形式。停留在两个线性支撑件上的轴承衬套的上半部分通过支撑销支撑，且像阴影投射销一样，可以制造为等级臂的集成部件。这减小了单个组件的制造成本且有利于组装。轴承衬套的下部附连到等级臂的底部且防止等级臂跳离支撑销。等级臂还可以以这种方式成形:存在多于一个的这种轴承衬套。具体而言，在支撑销的两端上均具有两个轴承衬套的版本可能是有用的。下部则必须根据等级臂的形状成形，或针对每一个轴承衬套存在一个下部。“V接合”的另一优点是增强的可重复性，因为与球轴承相比，仅两个轴承部件一一个内部和一个外部轴承部件一保持返回到初始位置。因为两个线性支撑件，和轴承衬套的情况一样，没有几何形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有等级机构（1）的旋转激光水平仪设备（28），所述设备包括：●透镜筒（21），其中布置有激光光学系统（20）；●框架结构（8），其固定到、集成到所述透镜筒（21）或直接通过所述透镜筒（21）的部分结构提供；●等级臂（2），其在XZ平面中被可倾斜地支撑在所述框架结构（8）上，所述XZ平面具有X轴和Z轴，所述Z轴是所述激光光学系统（20）的光轴（25），且所述X轴位于与所述Z轴垂直的平面内；●倾斜传感器（10），其设置在所述等级臂（2）上且被构造为检测所述等级臂（2）的水平位置；●倾斜机构（22），其设置在所述框架结构（8）上且被设计为相对于所述XZ平面倾斜所述等级臂（2）；●用于提供反馈位置信息的码元件（12’，12”）和用于检测所述反馈位置信息的位置检测设备；以及●水平化机构（23），其可倾斜地支撑所述透镜筒（21），并且被设计为倾斜所述透镜筒（21）以具有由所述倾斜传感器（10）检测的所述水平位置且因此使所述等级臂（2）水平，其特征在于，所述码元件（12’，12”）或所述位置检测设备直接布置在所述等级臂（2）上，且所述反馈位置信息直接依赖于在所述等级臂（2）上的参考点的位置，所述参考点分别通过所述码元件（12’，12”）或所述位置检测设备限定，因而允许：●直接从所述反馈位置信息推导出所述等级臂（2）的位置，和/或●直接从所述反馈位置信息计算所述等级臂（2）相对于所述透镜筒（21）的倾斜角度（β，β1）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.11 EP 11165763.11.一种具有等级机构(I)的旋转激光水平仪设备(28)，所述设备包括: ?透镜筒(21),其中布置有激光光学系统(20)； ?框架结构(8)，其固定到、集成到所述透镜筒(21)或直接通过所述透镜筒(21)的部分结构提供； ?等级臂(2)，其在XZ平面中被可倾斜地支撑在所述框架结构(8)上，所述XZ平面具有X轴和Z轴，所述Z轴是所述激光光学系统(20)的光轴(25)，且所述X轴位于与所述Z轴垂直的平面内； ?倾斜传感器(10)，其设置在所述等级臂(2)上且被构造为检测所述等级臂(2)的水平位置； 籲倾斜机构(22)，其设置在所述框架结构(8)上且被设计为相对于所述XZ平面倾斜所述等级臂(2); ?用于提供反馈位置信息的码元件(12’，12”)和用于检测所述反馈位置信息的位置检测设备；以及 ?水平化机构(23)，其可倾斜地支撑所述透镜筒(21)，并且被设计为倾斜所述透镜筒(21)以具有由所述倾斜传感器(10)检测的所述水平位置且因此使所述等级臂(2)水平，其特征在于， 所述码元件(12’，12”)或所述位置检测设备直接布置在所述等级臂(2)上，且所述反馈位置信息直接依赖于在所述等级臂(2)上的参考点的位置，所述参考点分别通过所述码元件(12’，12”)或所述位置检测设备限定，因而允许: ?直接从所述反馈位置信息推导出所述等级臂(2)的位置，和/或 ?直接从所述反馈位置信息计算所述等级臂(2)相对于所述透镜筒(21)的倾 斜角度(β，D。2.根据权利要求1所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于， 所述码元件是阴影投射对象(12’)，尤其是销、大量的销、或孔，所述等级臂(2)和所述阴影投射对象(12’ )尤其被制造为共同的工件。3.根据权利要求2所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于， ?发光器(11)、尤其是发光二极管和所述阴影投射对象(12’)被安装在所述等级臂(2)上，所述阴影投射对象(12’)布置在所述参考点上， ?光学线性检测器(13)被构造为接收所述阴影投射对象(12’)的阴影(14)以检测所述阴影投射对象(12’)的位置、尤其是垂直位置，以及 ?所述位置检测设备被构造为从所述阴影投射对象(12’)的所述位置推导出所述等级臂(2)的位置和/或基于所述阴影投射对象(12’)的所述位置计算在所述等级臂(2)和所述光轴(25)之间的倾斜角度(β，βρ。4.根据权利要求1所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于，所述码元件是具有提供所述反馈位置信息的数字码(12”)的编码器。5.根据权利要求4所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于， ?所述数字码(12”)包括所述等级臂(2)的经编码的绝对位置或在所述等级臂(2)上的所述参考点的经编码的绝对位置，以及 ?提供编码器传感器(16)，其设计为检测所述数字码(12”)的至少一部分且从所述数字码(12”)的检测到的部分推导出所述等级臂(2)的位置。6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于， 所述位置检测设备被构造为确定: ?所述参考点的相对于预设原始位置的位置，和/或 ?相对于预设角度(β )的在所述等级臂(2)和所述光轴(25)之间的角度(β P。7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转激光水平仪设备(28)，其特征在于， 所述位置检测设备被构造为检测在高于和低于在所述等级臂(2)上的参考点的预设原始位置至少4°的角度范围内的在所述等...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·温尼斯托菲尔，T·阿默尔，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：
国别省市：