專利名稱：一種激光測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光測量儀，利用該測量儀能夠借助激光來提供一測量基準(zhǔn)面，特別是除了水平基準(zhǔn)面以外，提供一種對于水平基準(zhǔn)面成指定傾斜角的任選傾斜的設(shè)定平面。
激光測量儀用于在很寬的范圍內(nèi)取代光學(xué)水平儀提供一水平基準(zhǔn)面。
利用這種激光測量儀，通過沿水平方向投射激光束形成水平基準(zhǔn)線或者通過沿水平方向經(jīng)過一旋轉(zhuǎn)棱鏡形成水平基準(zhǔn)面。
在建筑工程作業(yè)和民用工程作業(yè)中，通過利用水平基準(zhǔn)面來進(jìn)行定位和水平平面設(shè)定。例如，通過利用光檢測器來檢測激光束，從而測定一基準(zhǔn)位置，這種方式用于測定在室內(nèi)裝飾作業(yè)中的窗的安裝位置或吊頂用的水平線。
此外，如在本申請人的6-26861號日本專利公開文本中提出的，這種激光測量儀現(xiàn)在不僅用于設(shè)定水平平面此外還用于設(shè)定傾斜平面，其廣泛用于施工作業(yè)，例如設(shè)定道路的排水傾斜度或設(shè)定道路表面斜度。
下面參閱圖28到35，對在公開號為6-26861的日本專利公開文本中提出的激光測量儀進(jìn)行介紹。
在外殼5的中心形成一個(gè)截頭圓錐形的凹槽6，支承座7設(shè)在凹槽6的中心。支承座7包含3個(gè)凸起部分9，它們在圓形通孔8的內(nèi)周邊上在3個(gè)均勻間隔的位置上按三次彎曲表面平滑地凸起。
用于發(fā)射激光束的激光投射器10位于通孔8中，激光投射器10的頭11嵌入并由支承座一支承0頭11的下部設(shè)計(jì)呈球形，這一球形部分11a以滑動(dòng)方式接觸上述三個(gè)凸起9。按這樣的方式支承激光投射器10，在于使它能夠相對于豎直線成任何方向傾斜。
電動(dòng)機(jī)座14設(shè)在頭11上，一掃描電動(dòng)機(jī)15裝在電動(dòng)機(jī)座14上。齒輪16與掃描電動(dòng)機(jī)15的輸出軸相連接。齒輪16與掃描齒輪17相嚙合，這將在后文介紹。
激光投射器10的軸線與激光投射器10的頭11對準(zhǔn)，一鏡座13以可旋轉(zhuǎn)方式經(jīng)過軸承12進(jìn)行安裝。掃描齒輪17連接在鏡座13上。如上所述，由于掃描齒輪17與齒輪16相嚙合，使得鏡座13可以利用掃描電動(dòng)機(jī)15圍繞豎直軸旋轉(zhuǎn)。五邊形棱鏡18裝在鏡座13上，由激光投射器10發(fā)射的激光束經(jīng)過投光窗19沿水平方向照射。
在激光投射器10的中部，配置一傳感器支承架63，在支承架上設(shè)有固定的汽泡管20和21，用作檢測水平度的傾斜檢測器，使它們的朝向彼此垂直。該固定的汽泡管20和21是電容檢測型的電式汽泡管，每個(gè)汽泡管發(fā)出的電信號對應(yīng)于水平面的傾斜角。
在激光投射器10的下端，固定一個(gè)近似成直角三角形的底板64，立柱70立在底板64的直角部分的角頂?shù)母浇?，?7裝在立柱70的上端。一個(gè)L形傾斜調(diào)節(jié)板62設(shè)在底板64的上方，一圓錐形凹槽99形成在傾斜調(diào)節(jié)板62的背后表面上的頂點(diǎn)處。球67嵌入凹槽99，傾斜調(diào)節(jié)板62的角頂部分支承在主柱70上，使傾斜調(diào)節(jié)板62在球67上可旋轉(zhuǎn)。此外，彈簧68設(shè)在傾斜調(diào)節(jié)板62和底板64之間，圓錐形凹槽99壓靠在球67上。傾斜調(diào)節(jié)板62被順時(shí)針推動(dòng)，如圖28所示。
用作傾斜運(yùn)動(dòng)檢測器的任選角度設(shè)定汽泡管65和66設(shè)在傾斜調(diào)節(jié)板62的沿L形的部分上。使任選角度設(shè)定汽泡管處在彼此垂直的兩個(gè)方向上。
支承板72位于在傳感器支承架，63的下方并由激光投射器10伸出。傾斜調(diào)節(jié)螺釘52和53以可旋轉(zhuǎn)方式安裝在底板64上的這樣的位置處，以便與在底板的頂點(diǎn)處的立柱70形成一個(gè)三角形，傾斜調(diào)節(jié)螺釘52和53的上端以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在支承板72上。
傾斜調(diào)節(jié)螺釘52的下端由底板64向下伸出，傾斜調(diào)節(jié)齒輪54與傾斜調(diào)節(jié)螺釘52的伸出端相連接。那么傾斜調(diào)節(jié)齒輪54與傾斜調(diào)節(jié)齒輪56相嚙合，如下所述。傾斜調(diào)節(jié)螺釘53的下端由底板64向下伸出，傾斜調(diào)節(jié)齒輪55與傾斜調(diào)節(jié)螺釘53的伸出端相連接。傾斜調(diào)節(jié)齒輪55與下文要介紹的傾斜調(diào)節(jié)齒輪57相嚙合。
一個(gè)傾斜調(diào)節(jié)螺母48擰在傾斜調(diào)節(jié)螺釘52上，具有圓形斷面的螺母上的柱50伸到傾斜調(diào)節(jié)螺母48上。一個(gè)具有圓形截面的傾斜調(diào)節(jié)柱60在傾斜調(diào)節(jié)板62的端面上伸出，其位置接近該任選角度設(shè)定汽泡管65，平行于任選角度設(shè)定汽泡管65的中心線，使傾斜調(diào)節(jié)柱60與螺母上的柱50相接觸。此外，接有兩個(gè)平行的導(dǎo)柱71，它們搭接在底以64和支承板72之間，傾斜調(diào)節(jié)柱60以滑動(dòng)方式保持在兩個(gè)導(dǎo)柱71之間，以便限制傾斜調(diào)節(jié)板62沿水平方向的旋轉(zhuǎn)，以及使傾斜調(diào)節(jié)柱60沿豎直方向和繞傾斜調(diào)節(jié)柱60的軸旋轉(zhuǎn)。
傾斜調(diào)節(jié)螺母49擰在傾斜調(diào)節(jié)螺釘53上，具有圓形截面的螺母上的柱51在傾斜調(diào)節(jié)螺母49上的一位置上伸出。具有圓形截面的傾斜調(diào)節(jié)柱61在傾斜調(diào)節(jié)板62的端面上的伸出位置接近任選角度設(shè)定汽泡管66，平行于任選角度設(shè)定汽泡管66的中心線，使傾斜調(diào)節(jié)柱61與螺母上的柱51相接觸。
在底板64的下表面上，懸下安裝一個(gè)柱73，以及經(jīng)過這個(gè)柱73固定一個(gè)還用作電動(dòng)機(jī)座的傾斜檢測件23。在傾斜檢測件23的上表面上裝有傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59，上述傾斜調(diào)節(jié)齒輪56連接在傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58的輸出軸上，傾斜調(diào)節(jié)齒輪57連接在傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)59的輸出軸上，使傾斜調(diào)節(jié)齒輪56、57分別和傾斜調(diào)節(jié)齒輪54和55相嚙合。
在傾斜檢測件23的下表面上裝一環(huán)形反射鏡。在與傾斜檢測件23各對面的位置上，安裝指定數(shù)量(在本實(shí)施例中為4)的光傳感器24a、24b、24c和24d，每一個(gè)光傳感器都包含一組發(fā)光元件和光探測元件，這些元件當(dāng)將外殼5和激光投射器10彼此重直定位時(shí)處在環(huán)繞激光投射器的軸的同一圓形周沿上。
由激光投射器10的頭11水平沿伸有二彼此垂直的傾斜調(diào)節(jié)臂25和26。傾斜調(diào)節(jié)臂25和26通過凹槽6的圓錐形表面并定位在外殼5內(nèi)部，在傾斜調(diào)節(jié)臂25和26的前端伸出觸接柱27和28。觸接柱27和28設(shè)計(jì)成圓形的，二圓柱的軸線彼此垂直且包含在一平面內(nèi)，它們通過球形部分11a的中心。限制觸接柱27和28其中一個(gè)，例如觸接柱27的沿水平方向的運(yùn)動(dòng)，使它僅能夠沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。雖然在圖上沒有表示，觸接柱27以可滑動(dòng)方式嵌入在沿豎直方向延伸的導(dǎo)槽中，或者觸接柱27利用一彈性裝置例如彈簧以可滑動(dòng)方式壓靠在沿豎直方向延伸的側(cè)壁表面上。
架板29和30裝在外殼5的內(nèi)壁上。水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31裝在架板29上，水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)32裝在架板30上。驅(qū)動(dòng)齒輪33連接在水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31的轉(zhuǎn)軸上，驅(qū)動(dòng)齒輪34連接在水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)32上。一螺桿軸35以可旋轉(zhuǎn)方式安裝，其在與觸接柱27相垂直的方向上運(yùn)轉(zhuǎn)并在外殼5的頂面和架板29間的范圍內(nèi)跨接。一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪36連接在螺柱軸35上，驅(qū)動(dòng)齒輪36還與驅(qū)動(dòng)齒輪33相嚙合。一滑動(dòng)螺母37與螺桿軸35相連接，柱38在滑動(dòng)螺母37上伸出，柱38以可滑動(dòng)方式與觸接柱27相接觸。
與之相似，螺桿軸39運(yùn)轉(zhuǎn)垂直于觸接柱28并以可旋轉(zhuǎn)方式安裝跨接在外殼5的頂面和架板30間。驅(qū)動(dòng)齒輪40與螺柱軸39相嚙合，驅(qū)動(dòng)齒輪40還與驅(qū)動(dòng)齒輪34相嚙合。一滑動(dòng)螺母41與螺桿軸39相連接，柱42在滑動(dòng)螺母41上伸出，柱42以可滑動(dòng)方式與觸接柱28相接觸。
一彈簧固件件43設(shè)在外殼5的頂面和螺桿軸35或螺桿軸39之間，彈簧44置于彈簧固定件43和激光投射器10之間，使激光投射器10順時(shí)針被推動(dòng)圍繞圖28中的支承座7。
在圖中，參考數(shù)碼45表示電池箱，其容納用于驅(qū)動(dòng)激光測量儀的電池。激光測量儀的主體4經(jīng)過一用于調(diào)整水平的水平調(diào)整螺釘46安裝在一三角架(未表示)。參考數(shù)碼47表示一環(huán)繞鏡座13的玻璃窗。
圖33是上述常規(guī)類型儀器的控制單元的方塊圖。
固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65的檢測結(jié)果經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路85輸入到角度檢測電路87，固定的汽泡管21和任選角度設(shè)定汽泡管66的檢測結(jié)果經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路86輸入到角度檢測電路88?；鶞?zhǔn)角度92和91分別設(shè)定在角度檢測電路88和87上?；鶞?zhǔn)角度91和92通常分別為0°。
當(dāng)來自固定的汽泡管20的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路85輸入到角度檢測電路87時(shí)，角度檢測電路87由基準(zhǔn)角91檢測一偏差，以及將角度檢測電路87的信號輸入到電動(dòng)機(jī)控制器89。然后由電動(dòng)機(jī)控制器89驅(qū)動(dòng)和控制水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31。
當(dāng)來自固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65的信號利用轉(zhuǎn)換電路85輸入到角度檢測電路87時(shí)，角度檢測電路87輸出一對應(yīng)該偏差的信號。這一信號輸入到傾斜驅(qū)動(dòng)電路83，利用該傾斜驅(qū)動(dòng)電路83驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58并進(jìn)行控制。當(dāng)來自任選角度設(shè)定汽泡管65的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換電路85輸入到角度檢測電路87時(shí)，角度檢測電路87由基準(zhǔn)角度91檢測出偏差，并且角度檢測電路87的信號輸入到電動(dòng)機(jī)控制器89。然后利用電動(dòng)機(jī)控制器89驅(qū)動(dòng)和控制水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31。
角度檢測電路88的信號輸入到電動(dòng)機(jī)控制器90，利用電動(dòng)機(jī)控制器90驅(qū)和控制該水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)32。來自角度檢測電路88的信號和來自任選角度設(shè)定器82的信號輸入到傾斜驅(qū)動(dòng)電路84，利用傾斜驅(qū)動(dòng)電路84驅(qū)動(dòng)和控制傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)59。
角度檢測電路87和88的角度偏差輸入到鑒別器93。鑒別器93由角度檢測電路87和88的二角偏差中選擇出一個(gè)較大的角度偏差，并向顯示裝置驅(qū)動(dòng)器94輸出一個(gè)與所選擇的角度偏差變化相對應(yīng)的輸出量，在顯示裝置95上顯示一個(gè)與該偏差相對應(yīng)的數(shù)值。
由激光束形成的基準(zhǔn)面可以設(shè)定在水平方向或設(shè)定在任一角度上。在下文中，將介紹為了形成水平基準(zhǔn)面，激光測量儀所進(jìn)行的水平調(diào)節(jié)操作。
當(dāng)將主體4已經(jīng)安裝但還未進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，通常激光投射器10的軸線并不與豎直線對準(zhǔn)，以及固定的汽泡管20和21并不處在水平位置。在這樣情況下轉(zhuǎn)換電路85和86工作，使來自固定的汽泡管20和21的信號輸入到角度檢測電路87和88。
假如基準(zhǔn)角度91和92分別設(shè)為0°，由角度偏差電路87和88輸出角度偏差信號。當(dāng)角度偏差信號輸出時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制器89和90沿指定方向驅(qū)動(dòng)水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31、32，以便使角度偏差信號變?yōu)?。
下面以水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32為實(shí)例，介紹與水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31有關(guān)的作。
當(dāng)水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31被驅(qū)動(dòng)時(shí)，水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)齒輪33和驅(qū)動(dòng)齒輪36傳遞到螺桿軸35，由于螺桿軸35的旋轉(zhuǎn)，使滑動(dòng)螺母37上或下移動(dòng)?；瑒?dòng)螺母37的上或下移動(dòng)經(jīng)過柱38和觸接柱27傳遞到傾斜調(diào)節(jié)臂25，因此激光投射器被傾斜。
如上所述，觸接柱27的移動(dòng)沿水平方向受到限制，只能沿豎直方向移動(dòng)。因此，激光投射器10的傾斜方向受到限制，它的傾斜圍繞著該行進(jìn)通過球形部分11a中心的觸接柱28的軸線。接著，當(dāng)水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)32被驅(qū)動(dòng)時(shí)，蝸桿軸39旋轉(zhuǎn)，由于柱42使觸接柱28上或下運(yùn)動(dòng)。
由于觸接柱27的水平運(yùn)動(dòng)受一個(gè)槽(未表示)限制，它的豎直運(yùn)動(dòng)受柱38和彈簧44的限制，觸接柱27只被允許圍繞該運(yùn)轉(zhuǎn)通過球形部分11a的中心的觸接柱27的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)桿42被上或下運(yùn)動(dòng)時(shí)，對觸接柱28的豎直運(yùn)動(dòng)的變化量，由于在柱42和觸接柱28之間沿軸向的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)是給定的，激光投射儀10圍繞觸接柱27的軸線被傾斜。如上所述，觸接柱27的截面是圓形的。因此，當(dāng)觸接柱27旋轉(zhuǎn)時(shí)，觸接柱27的軸線的傾斜是不變的。即由水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32產(chǎn)生的傾斜不會(huì)對其它傾斜軸線即觸接柱27和28的軸線的傾斜產(chǎn)生影響。因此，可以與另一個(gè)軸線的傾斜調(diào)節(jié)無關(guān)進(jìn)行一個(gè)軸線的傾斜調(diào)節(jié)，傾斜調(diào)節(jié)的操作和與傾斜調(diào)節(jié)操作相關(guān)的控制程序可以廣為簡化。
由于激光投射儀10受彈簧44順時(shí)針方向推動(dòng)，如圖28所示，激光投射儀10精確地跟蹤滑動(dòng)螺母37的運(yùn)動(dòng)。
在激光投射儀10的傾斜操作中，由于激光投射儀10的球形部分11a利用凸起9支承在三點(diǎn)上，激光投射儀10的支承是穩(wěn)定的。由于在球形部分11a和具有平滑彎曲表面的凸起9之間的接觸作用，激光投射儀10沿任意的傾斜方向平滑地運(yùn)動(dòng)，激光投射器10的姿勢可以易于調(diào)節(jié)和控制。
當(dāng)激光投射儀10被傾斜時(shí)，進(jìn)行水平調(diào)節(jié)操作，使來自固定的汽泡管20和21的檢測值接近水平。最后由電動(dòng)機(jī)控制器89和90輸出的角度偏差變?yōu)?，從而完成水平調(diào)節(jié)操作。
固定的汽泡管20和21的檢測范圍是窄的，當(dāng)超出預(yù)定范圍時(shí)，產(chǎn)生飽和狀態(tài)。因此，傾斜方向可以被檢測，但傾斜角的值不能被檢測。因此，設(shè)有光傳感器24a、24b、24c和24d，以便使包含水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32、驅(qū)動(dòng)齒輪33和34、驅(qū)動(dòng)齒輪36和40、螺桿軸35和39、滑動(dòng)螺母37和41以及傾斜調(diào)節(jié)臂25和26的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不會(huì)運(yùn)動(dòng)到機(jī)械調(diào)節(jié)范圍之外。即當(dāng)達(dá)到機(jī)械調(diào)節(jié)范圍的限值時(shí)，由光學(xué)傳感器24a、 24b、24c和24d的其中之一發(fā)出的光被裝在傾斜檢測件23上的反射鏡反射并由光傳感器檢測。因此，檢測了出現(xiàn)到達(dá)機(jī)械調(diào)節(jié)范圍限值的位置，停止了水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32，或者在顯示裝置上顯示或發(fā)出蜂鳴報(bào)警。
在這一實(shí)例中，利用水平調(diào)節(jié)螺釘46進(jìn)行粗調(diào)，使之落入調(diào)節(jié)范圍，可進(jìn)行水平調(diào)節(jié)操作。
當(dāng)完成水平調(diào)節(jié)操作時(shí)，由激光投射儀10發(fā)出激光束。此外，驅(qū)動(dòng)掃描電動(dòng)機(jī)15以便圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)激光投射儀10，經(jīng)過五邊形棱鏡18使激光束沿水平方向照射。通過進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，由激光束形成一水平基準(zhǔn)面。
在水平調(diào)節(jié)操作的過程中，從開始到完成水平調(diào)節(jié)需要一些時(shí)間。在這一期間，顯示水平調(diào)節(jié)操作的過程，以便使操作者了解水平調(diào)節(jié)操作正在恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行并消除操作者二意不定的感覺。
利用鑒別器93判別由角度檢測電路81和88發(fā)出的角度偏差的幅值，并選擇出較高的角度偏差。所選擇的角度偏差的變化輸出到顯示裝置驅(qū)動(dòng)器94，顯示的內(nèi)容根據(jù)角度偏差的變化而變化。在顯示裝置95上顯示該角度。
較高角度偏差被選擇出，是由于用于較高角度偏差的角度調(diào)節(jié)所需的時(shí)間較長。替代角度偏差幅值的選擇，可以得到由角度檢測電路87和88輸出的各角度偏差的和，并根據(jù)各角度偏差的和可以改變顯示的內(nèi)容。
圖34是表示角度偏差和時(shí)間之間相互關(guān)系的曲線圖。根據(jù)這一關(guān)系圖，改變顯示內(nèi)容的位置是預(yù)先設(shè)定的。當(dāng)角度偏差達(dá)到預(yù)定位置時(shí)，顯示被轉(zhuǎn)換，將水平調(diào)節(jié)操作的過程通知操作者。
接著，介紹在如上所述形成水平基準(zhǔn)面之后將由激光束形成的基準(zhǔn)面設(shè)定在任選角度的情況。
由任選角度設(shè)定器81和82產(chǎn)生的使基準(zhǔn)面傾斜的數(shù)值分別輸入到傾斜驅(qū)動(dòng)電路83和84。
確定固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65的檢測結(jié)果與固定的汽泡管21和任選角度設(shè)定汽泡管66的檢測結(jié)果是否相同，并使它們彼此相同。在這樣情況下，最好使固定的汽泡管20和21處在水平位置上，反之它們也可以不處于水平位置下，假如它們在未飽和狀態(tài)下，也是滿足需要的。
當(dāng)來自固定的汽泡管20和21以及任選角度設(shè)定汽泡管65和66的輸出量彼此相同時(shí)，使任選角度設(shè)定汽泡管65和66按照由任選角度設(shè)定器81和82設(shè)定的角度傾斜，激光投射儀10被傾斜，使任選角度設(shè)定管65和66轉(zhuǎn)到水平位置。那么就可以得到用于形成任選角度基準(zhǔn)面的激光投射儀的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光投射儀10形成一基準(zhǔn)面時(shí)，激光束基準(zhǔn)面就是按照預(yù)期的形成的。
此外，下面將提供更具體的介紹。由于對任選角度設(shè)定汽泡管65的角度設(shè)定操作與對任選角度設(shè)定汽泡管66的角度設(shè)定操作相似，下面將僅對任選角度設(shè)定汽泡管65進(jìn)行介紹。
由一輸入裝置或一控制裝置(未表示)向轉(zhuǎn)換電路85輸入轉(zhuǎn)換信號，將來自固定的汽泡管20的信號和來自任選角度設(shè)定汽泡管65的信號輸入到角度檢測電路87。假若在角度檢測電路87中得到了由固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65檢測的角度的偏差，以及假如存在該偏差，這一偏差信號輸入到傾斜驅(qū)動(dòng)電路83。
傾斜驅(qū)動(dòng)電路83驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58。當(dāng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58被驅(qū)動(dòng)時(shí)，傾斜調(diào)節(jié)齒輪56旋轉(zhuǎn)，傾斜調(diào)節(jié)齒輪56的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傾斜調(diào)節(jié)齒輪54被傳遞到傾斜調(diào)節(jié)螺桿52，傾斜調(diào)節(jié)螺母48沿指定的方向上或下移動(dòng)。當(dāng)傾斜調(diào)節(jié)螺母48的螺母上的柱與傾斜調(diào)節(jié)柱60銜接時(shí)，使傾斜調(diào)節(jié)板62沿使偏差變?yōu)?的方向傾斜。
傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜由任選角度設(shè)定汽泡管65檢測，并經(jīng)轉(zhuǎn)換電路85將檢測信號進(jìn)一步輸入到角度檢測電路87。
利用角度檢測電路87順序地計(jì)算固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65的檢測角度的偏差，并將檢測的角度偏差反饋到傾斜驅(qū)動(dòng)電路83，驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58，直到使檢測的角度偏差變?yōu)?。
當(dāng)檢測的角度偏差為0時(shí)，激光投射儀10的軸線移動(dòng)到垂直于由任選角度設(shè)定汽泡管65和66檢測的平面的方向上。
接著，將即時(shí)出現(xiàn)的角度由任選角度設(shè)定器81輸入到傾斜驅(qū)動(dòng)電路83，開始傾斜基準(zhǔn)面設(shè)定的操作。
在傾斜驅(qū)動(dòng)電路83中，驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58，使之達(dá)到由任選角度設(shè)定器81輸入的即時(shí)信號相對應(yīng)的角度，使傾斜調(diào)節(jié)板62沿與要達(dá)到的傾斜基準(zhǔn)面相反的方向傾斜。
這里，例如將一個(gè)脈沖電動(dòng)機(jī)用作傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58，將用于傾斜調(diào)節(jié)所需的傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜調(diào)節(jié)角和脈沖電動(dòng)機(jī)的脈沖數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)在傾斜驅(qū)動(dòng)電路83中。然后將由任選角度設(shè)定器81設(shè)定的角度對應(yīng)的脈沖數(shù)輸出以驅(qū)動(dòng)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58。
利用傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58旋轉(zhuǎn)傾斜調(diào)節(jié)螺柱52，傾斜調(diào)節(jié)螺母48沿一指定方向例如向下移動(dòng)。
傾斜調(diào)節(jié)螺母48的移動(dòng)經(jīng)過螺母上的柱50和傾斜調(diào)節(jié)柱60傳遞到傾斜調(diào)節(jié)板62，如上所述，傾斜調(diào)節(jié)板62如圖28所示圍繞球67逆時(shí)針傾斜。
如上所述，傾斜調(diào)節(jié)柱60由導(dǎo)柱71導(dǎo)向，僅沿豎直方向傾斜。于是，傾斜調(diào)節(jié)柱60的傾斜不會(huì)影響任總角設(shè)定汽泡管66的傾斜。
當(dāng)傾斜調(diào)節(jié)板62傾斜時(shí)，角度檢測電路87的輸出值變化，由傾斜驅(qū)動(dòng)電路83計(jì)算的比較結(jié)果值下降。
當(dāng)比較值變?yōu)?時(shí)，傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58的驅(qū)動(dòng)停止，傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜設(shè)定操作完成。這一完成信號還輸入到轉(zhuǎn)換電路85，該電路以這樣一種方式轉(zhuǎn)換，即僅使來自任選角度設(shè)定汽泡管65的信號輸入到基準(zhǔn)角91。
還以相似的方式進(jìn)行對任選角度設(shè)定汽泡管66的傾斜調(diào)節(jié)操作。如上所述，由于傾斜調(diào)節(jié)柱60由導(dǎo)柱71導(dǎo)向，任選角度設(shè)定汽泡管66的傾斜調(diào)節(jié)操作不會(huì)對任選角度設(shè)定汽泡管65產(chǎn)生影響。因此，傾斜調(diào)節(jié)板62沿兩個(gè)方向的傾斜調(diào)節(jié)操作可以獨(dú)立地完成，對傾斜調(diào)節(jié)板62的2個(gè)方向的傾斜操作的控制程序是簡單的。
當(dāng)傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜設(shè)定操作完成時(shí)，為了設(shè)定該傾斜基準(zhǔn)面，根據(jù)任選角度設(shè)定汽泡管65的檢測結(jié)果，開始激光投射儀10的傾斜操作。激光投射儀10的傾斜設(shè)定操作以這樣一種方式進(jìn)行，即使任選角度設(shè)定汽泡管65的檢測結(jié)果為沿水平方向的。由于這一操作與根據(jù)固定的汽泡管20和21進(jìn)行水平調(diào)節(jié)操作的情況相似，這里不再進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
圖32表示已經(jīng)完成傾斜基準(zhǔn)面設(shè)定操作的狀態(tài)。當(dāng)傾斜基準(zhǔn)面的設(shè)定操作完成時(shí)，傾斜調(diào)節(jié)板62處于水平位置。
固定的汽泡管20和任選角度設(shè)定汽泡管65共同發(fā)揮作用保證了傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜調(diào)節(jié)操作的精度。每次進(jìn)行傾斜調(diào)節(jié)操作或已經(jīng)重復(fù)預(yù)定次數(shù)的操作之后都可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
圖35表示一與任選角度設(shè)定器81和82配合工作的控制器96的實(shí)例。傾斜調(diào)節(jié)板62的傾斜調(diào)節(jié)由兩個(gè)軸(X和Y)的傾斜調(diào)節(jié)來保證，即時(shí)的數(shù)字值顯示在顯示裝置97和98上。
在上面的介紹中，已經(jīng)完成由激光束形成的基準(zhǔn)面的方向傾斜的調(diào)節(jié)。實(shí)際上，精確設(shè)定必須首先沿一預(yù)期的方向(水平方向)完成，在該方向上激光投射儀的主體裝置4本可能是傾斜的。
在過去，為了進(jìn)行將主體設(shè)定在一傾斜的方向上的設(shè)定操作，如圖28所示已經(jīng)使用了在主體裝置4的上表面上裝的準(zhǔn)直儀。在主體裝置中的傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)的傾斜方向設(shè)定平行于該設(shè)定和檢測傾斜的汽泡管的縱向，按這樣一種方式進(jìn)行機(jī)械配置即使準(zhǔn)直儀75的準(zhǔn)直方向也平行于傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)。主體裝置的方向也與傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)對準(zhǔn)。設(shè)定準(zhǔn)直儀75對某一傾斜方向的操作是旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)該主體裝置以及轉(zhuǎn)動(dòng)在主體裝置中的傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)的傾斜方向和使汽泡管朝向預(yù)定的方向。在這當(dāng)中，由于主體裝置通常安裝三角架上，下面將對三角架的操作進(jìn)行介紹。
將一目標(biāo)(來表示)預(yù)先安裝在打算要設(shè)定的傾斜方向上，并且利用準(zhǔn)直儀75使激光投射儀的主體裝置朝向精確面向目標(biāo)的方向，可以將主體裝置4設(shè)定在要傾斜的方向上。
松開固定主體4的各螺釘(未表示)，旋轉(zhuǎn)主體裝置4。由準(zhǔn)直儀75對目標(biāo)瞄準(zhǔn)，主體裝置4的方向精確地朝著目標(biāo)設(shè)定。
由上述介紹明顯看出，在對激光測量儀的一系列設(shè)定操作中，將水平線用作設(shè)定內(nèi)部傾斜角(仰角)時(shí)的基準(zhǔn)，根據(jù)由一種傾斜檢測器例如汽泡管電檢測的傾斜信息進(jìn)行這一操作。因此測量儀將無人為誤差。故可以高精度地設(shè)定傾斜角。
另一方面，在設(shè)定主體裝置4到某一傾斜方向的操作中，使用了準(zhǔn)直儀75，優(yōu)于對測量儀確定對準(zhǔn)還是沒有對準(zhǔn)的人為判斷。此外，準(zhǔn)直儀75不需要由高技術(shù)的熟練人員來進(jìn)行準(zhǔn)直，這不同于對望遠(yuǎn)鏡的準(zhǔn)瞄準(zhǔn)準(zhǔn)直精度不高地。由于這個(gè)原因，由于準(zhǔn)直儀75本身精度低和人為誤差，利用準(zhǔn)直儀75來設(shè)定方向時(shí)不會(huì)實(shí)現(xiàn)高精度。
在常規(guī)的土木工程作業(yè)中，不需要高精度，在利用準(zhǔn)直儀75進(jìn)行方向設(shè)定中不存在特殊問題，而近些年來，在高度機(jī)械化的土木工程作業(yè)中，精度的問題突出了。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種激光測量儀，利用該測量儀能夠高精度設(shè)定要由激光測量儀設(shè)定的傾仰角，以及還能夠通過消除人為誤差自動(dòng)地更精確地設(shè)定傾斜角。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的激光投射器包含至少一個(gè)用于發(fā)射激光束主體的裝置和一用于將來自主體裝置的激光束朝主體裝置反射的目標(biāo)反射器，其中該主體裝置包含一用于發(fā)射激光束的發(fā)射器；一用于旋轉(zhuǎn)和掃描激光束的旋轉(zhuǎn)裝置；一傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于使激光束按照對于水平面至少沿一個(gè)方向的任選角度產(chǎn)生傾斜；一旋轉(zhuǎn)角度檢測器，與旋轉(zhuǎn)裝置相連鎖，用于檢測激光束的照射方向；一反射光檢測器，用于檢測來自目標(biāo)反射器的反射光；以及一準(zhǔn)直顯示裝置，用于根據(jù)來自反射光檢測器的信號檢測對于目標(biāo)反射器的方向偏差及用于得到該方向偏差的信息，因此，反射光檢測器檢測反射的光檢測信號的重心(Center of gravity)的位置以及識別目標(biāo)反射器的重心，或者發(fā)射器調(diào)制激光束以及反射光檢測器裝有一個(gè)用于檢測被調(diào)制的激光束的濾波器，或者倘若入射到目標(biāo)反射器的激光束是一種圓偏振光，目標(biāo)反射器包含一偏振光維持反射面，用于在維持入射激光束的圓偏振光的同時(shí)反射該光，以及一偏振光變換反射面，用于反射與入射激光束的圓偏振光不同的圓偏振光中的光，主體裝置的發(fā)射器發(fā)射圓偏振光的激光束，以及反射光檢測器將所發(fā)射的圓偏振光的激光束與所發(fā)射圓偏振光不同的圓偏振光的激光束分離，并且檢測目標(biāo)分射器的兩個(gè)反射面之間的邊界；或者將主體裝置裝在主體裝置旋轉(zhuǎn)器上，該主體裝置旋轉(zhuǎn)器可以圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)主體裝置；或者將主體裝置裝在主體裝置旋轉(zhuǎn)器上，該主體裝置旋轉(zhuǎn)器可以圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)主體裝置；或者準(zhǔn)直顯示裝置裝有一顯示裝置，用于顯示主體裝置相對于目標(biāo)反射器的計(jì)算的方向偏差；或者準(zhǔn)直顯示裝置裝有一旋轉(zhuǎn)控制器，用于以這樣一種方式控制主體裝置旋轉(zhuǎn)器，即根據(jù)主體裝置相對于目標(biāo)反射器的計(jì)算的方向偏差，使主體裝置精確地朝向目標(biāo)反射器；或者旋轉(zhuǎn)角度檢測器是一編碼器，該編碼器具有至少一個(gè)指示器，或者裝有一個(gè)光學(xué)裝置，用于由發(fā)射器沿兩個(gè)方向即向上和向下方向發(fā)射激光束；在目標(biāo)反射器上形成的反射層的寬度沿豎直方向是逐漸變化的；或者形成在目標(biāo)反射器上的反射層的寬度沿豎直方向在一指定位置處具有極值；或者目標(biāo)反射器具有的反射層分為兩個(gè)部分，兩個(gè)反射層的寬度隨沿豎直方向位置的變化而變化；或者目標(biāo)反射器具有若干帶狀反射層，以及倘若目標(biāo)反射器被照射和掃描，反射若干脈沖式激光束；或者倘若入射到目標(biāo)反射器的激光束是圓偏振光，該目標(biāo)反射器具有一偏振光維持反射面，用于維持入射激光束的圓偏振光的同時(shí)反射該光，并具有一偏振光變換反射面，用于反射與入射激光束的圓偏振光不同的圓偏振光中的光，以及兩個(gè)反射面的寬度隨沿豎直方向位置的變化而變化；或者目標(biāo)反射器的照射和掃描位置沿豎直方向是移動(dòng)的；以及反射光檢測器根據(jù)由目標(biāo)反射器反射的激光束的寬度變化檢測沿豎直方向的中心或目標(biāo)；或者倘若檢測到目標(biāo)反射器的目標(biāo)中心，根據(jù)與傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的傾斜度相對應(yīng)的傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出，將與水平面的傾斜角顯示在顯示裝置上；或者目標(biāo)反射器具有反射層分為上部和下部部分，以及倘若對所得到的目標(biāo)反射器沿豎直方向照射和掃描激光束，通過測定由目標(biāo)反射器反射的激光束的重心的位置檢測沿豎直方向的目標(biāo)中心；或者提供一種手動(dòng)設(shè)定機(jī)構(gòu)，用于以手動(dòng)方式設(shè)定傾斜機(jī)構(gòu)的傾斜。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的機(jī)械部分的斷斷面圖；圖2是上述實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的方塊圖；圖3A和3B表示目標(biāo)反射器的一個(gè)實(shí)施例；圖4A和4B表示另一種目標(biāo)反射器的實(shí)例；圖5A、5B、5C、5D、5E和5F表示上一實(shí)例的工況；圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的方塊圖；圖7是第二實(shí)施例中的反射光檢測電路的一實(shí)例的電路圖；圖8是用在第二實(shí)施例中的目標(biāo)反射器的透視圖；圖9是用于解釋反射光檢測電路工況的示意圖；圖10A和10B表示來自目標(biāo)反射器、激光束和反射光檢測電路的各輸出量的相互關(guān)系；圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施例中的發(fā)射器的方塊圖；圖12是用在本發(fā)明中的角度顯示盤的正面圖；圖13是裝有能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)主體裝置方向的手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的激光測量儀的橫斷面圖；圖14是上述手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的基本部分的平面圖；圖15是裝有可手動(dòng)調(diào)節(jié)所照射的激光束的傾斜角的機(jī)構(gòu)的激光測量器的方塊圖；圖16A、16B和16C用于解釋利用目標(biāo)反射器測定所照射的激光束的傾斜的工況；圖17A、17B和17C用于解釋利用目標(biāo)反射器測定所照射的激光束的傾斜的工況；圖18是表示利用目標(biāo)反射器測定所照射的激光束的傾斜的工況的流程圖；圖19是表示利用目標(biāo)反射器測定所照射的激光束的傾斜的工況的流程圖；圖20A和20B表示目標(biāo)反射器的一個(gè)實(shí)例；圖21A和21B表示另一種目標(biāo)反射器的一個(gè)實(shí)例；圖22A和22B表示再一種目標(biāo)反射器的一個(gè)實(shí)例；圖23表示再一種目標(biāo)反射器的一個(gè)實(shí)例；圖24表示目標(biāo)反射器的一改進(jìn)實(shí)例；圖25A和25B表示目標(biāo)反射器、激光束和反射光檢測電路各輸出量的相互關(guān)系；圖26是本發(fā)明第五實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的方塊圖；圖27A和27B表示用在第五實(shí)施例中的目標(biāo)反射器；圖28是常規(guī)實(shí)例裝置的橫斷面圖；圖29是沿圖28中的A-A線箭頭方向所取的視圖；圖30是沿圖28中的B-B線箭頭方向所取的視圖；圖31是沿圖28中的C-C線箭頭方向所取的視圖；圖32是用于解釋常規(guī)實(shí)例工況的附圖；圖33是常規(guī)實(shí)例的控制系統(tǒng)的方塊圖；圖34是表示水平調(diào)節(jié)狀態(tài)的示意圖；以及圖35用于解釋控制器的一個(gè)實(shí)例。
在下文中參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行介紹。
在本發(fā)明中，一個(gè)目標(biāo)(目標(biāo)反射器168)置于在欲傾斜的方向上，主體裝置4識別該傾斜，對主體裝置4的傾斜方向或傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)的基本傾斜方向根據(jù)目標(biāo)反射器進(jìn)行校正。在圖1和圖2中，與圖28到35中相同的組成部分使用相同的符號表示，這里對它們不再詳細(xì)介紹。
首先，參照附圖1介紹機(jī)械部分。主體裝置旋轉(zhuǎn)器151安裝在電池箱45的下方?，F(xiàn)在對主體裝置旋轉(zhuǎn)器151進(jìn)行介紹。
一旋轉(zhuǎn)底座152固定在電池箱45的下表面上，旋轉(zhuǎn)軸153由旋轉(zhuǎn)底板152向下伸出。一旋轉(zhuǎn)底座154固定在旋轉(zhuǎn)底板152上，旋轉(zhuǎn)底座154以可旋轉(zhuǎn)方式經(jīng)過軸承155安裝在中空的固定底座156上。旋轉(zhuǎn)軸153通過旋轉(zhuǎn)底座154。旋轉(zhuǎn)齒輪157固定在旋轉(zhuǎn)軸153上，滑環(huán)158約束在旋轉(zhuǎn)軸153的前端上。觸頭159接觸滑環(huán)158，由主體裝置經(jīng)過滑環(huán)158和觸頭159提供驅(qū)動(dòng)電源和控制信號。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160安裝在固定底座156的底面上，與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160安裝在固定底座156的底面上，與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160的輸出軸相連接的輸出齒輪161與旋轉(zhuǎn)齒輪157相嚙合。一編碼器150安裝在旋轉(zhuǎn)底座154和固定底座156之間，利用編碼器150對旋轉(zhuǎn)底座154和固定底座156之間的角度，即主體裝置4相對于固定底座156之間的相對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，經(jīng)此檢測的旋轉(zhuǎn)角度輸入到旋轉(zhuǎn)控制器169。利用旋轉(zhuǎn)控制器169驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160，因此控制旋轉(zhuǎn)。
在固定底座156的下表面上形成有用于安裝在三角架上的螺釘孔(未表示)，利用該螺釘孔將固定底座156安裝到三角架(未表示)上。參照數(shù)碼46表示用于水平調(diào)節(jié)的螺釘。
下面結(jié)合圖2，將介紹光學(xué)和控制系統(tǒng)。
主體裝置4包括一發(fā)射器162、旋轉(zhuǎn)裝置163、反射光檢測器164、掃描控制器165、發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)裝置166和準(zhǔn)直顯示裝置167。首先，介紹發(fā)射器162。
在激光二極管101的光軸上，由激光二極管101方看按這樣的順序配置準(zhǔn)直透鏡102和孔鏡103。由激光二極管101發(fā)射的激光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡102轉(zhuǎn)為平行光束，該光束經(jīng)過孔鏡103朝向旋轉(zhuǎn)裝置163。由激光二極管101利用發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電路166發(fā)出光束。由發(fā)光元件驅(qū)動(dòng)電路166對該光調(diào)制，由激光二極管101發(fā)射的激光束可以由其它外部光束鑒別。
旋轉(zhuǎn)裝置163將由發(fā)射器162發(fā)射的激光束朝向水平方向用以進(jìn)行掃描。用于使來自發(fā)射器162的激光束的光軸偏轉(zhuǎn)90°角的五邊形棱鏡18以這樣一種方式支承，即使其圍繞發(fā)射器162的光軸可以旋轉(zhuǎn)。此外，利用掃描電動(dòng)機(jī)15經(jīng)過齒輪16和掃描齒輪7使其旋轉(zhuǎn)。以與五邊形棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)連的方式裝設(shè)編碼器105。
編碼器105包含一轉(zhuǎn)子109和檢測器107，它是一種裝有用于表示基準(zhǔn)位置的指示器108的增量式編碼器(圖5)。通過對由指示器108指定的基準(zhǔn)位置輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以檢測距基準(zhǔn)位置的角度。用表示基準(zhǔn)位置的指示器108以這樣一種方式配置，即當(dāng)旋轉(zhuǎn)激光束的照射方向與傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)的傾斜方向相對準(zhǔn)時(shí)，即激光束平行于該任選角度設(shè)定汽泡管65時(shí)，由檢測器107來檢測該指示器。
當(dāng)由旋轉(zhuǎn)裝置163發(fā)出的激光束照射時(shí)，目標(biāo)反射器168反射激光束朝向旋轉(zhuǎn)裝置163。在圖3A和4A中表示了目標(biāo)反射器168。在圖3A中所示的目標(biāo)反射器具有一在基片121上的反射層122并反射來自旋轉(zhuǎn)裝置163的光，使光再次進(jìn)入旋轉(zhuǎn)裝置163。反射層122是一種包含作為很小的棱鏡的顆粒的反光表面。在圖4A所示的目標(biāo)反射器中，反射層122配置在基片121的兩個(gè)側(cè)面部分上。因此，有兩個(gè)反射層，以便易于在由目標(biāo)反射器168產(chǎn)生的反射光和由不需要的反射物產(chǎn)生的反射光之間進(jìn)行鑒別。
當(dāng)圖3A中所示的目標(biāo)反射器168被激光束掃描時(shí)，由目標(biāo)反射器168反射的激光束轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂信c圖3B中所示的目標(biāo)反射器168的反射激光束相同的寬度的脈沖式光束。當(dāng)由激光束對圖4A中所示的目標(biāo)反射器168掃描時(shí)，由圖4B中所示的目標(biāo)反射器168反射的激光束呈現(xiàn)由圖3B中的光束的形式變?yōu)殡p脈沖的形式，缺少了其中間的部分。
由目標(biāo)反射器168反射的激光束入射五邊形棱鏡18。當(dāng)入射五邊形棱鏡18時(shí)，反射的激光束偏轉(zhuǎn)朝向穿孔鏡103，該穿孔鏡103將反射的激光束朝向反射光檢測器164。
換著，對反射光檢測器164進(jìn)行介紹。
在來自～孔鏡103的反射光的光軸上，從～光鏡103方看按這樣的順序即聚光透鏡110和包含光敏二極管之類的第一光檢測器114順序地進(jìn)行配置，以使第一光檢測器114接收來自目標(biāo)發(fā)射器168的反射激光束，以及第一光檢測器114的輸出則輸入到反射光檢測電路116。反射光檢測電路116裝有用于檢測激光束中的光檢測信號的電氣式濾波器(未表示)。在來自第一光檢測器114的光檢測信號中，由其它外部信號提取和檢測調(diào)制的激光束。此外，將該信號處理例如放大并輸出到準(zhǔn)直顯示裝置167。
準(zhǔn)直顯示裝置167包含一位置鑒別器117和顯示裝置118。來自反射光檢測電路116的表示第一光檢測器114的光檢測狀態(tài)的信號輸入到位置鑒別器117，以及還輸入來自編碼器105的用于檢測旋轉(zhuǎn)裝置163上的五邊形棱鏡18的旋轉(zhuǎn)位置的角度信號。來自編碼器105的角度信號是一種當(dāng)接收到來自目標(biāo)反射器168的反射激光束時(shí)與光檢測狀態(tài)相對應(yīng)的編碼器105的角度信號。因此，通過得到在接收來自圖3所示的目標(biāo)反射器168的反射激光束得到的信號(圖3B)的前沿和后沿處的編碼器105的信號，以及來自基準(zhǔn)位置的角度信號，能夠易于檢測目標(biāo)反射器168的重心和目標(biāo)反射器168的中心的位置。此外，對于圖4中所示的目標(biāo)反射器168，通過得到在接收反射激光束得到的信號(圖4B)的前沿和后沿處的編碼器105的信號，以及來自基準(zhǔn)位置的信號，可以檢測目標(biāo)反射器168的重心即目標(biāo)反射器168的中心的位置。
位置鑒別器117由反射光檢測電路116的光檢測信號和編碼器105的角度信號計(jì)算光檢測信號的重心即目標(biāo)反射器168的中心的位置，并將計(jì)算結(jié)果輸入到顯示裝置118和旋轉(zhuǎn)控制器169，假如主體裝置4的方向是偏離的，顯示裝置118用箭頭118a或118c指示主體裝置4的校正方向。此外，假如主體裝置4精確地與目標(biāo)反射器168面對面地定位，由在中心處的顯示指示器118b指示出來。
在下文中參照圖5對操作情況進(jìn)行介紹。
在主體裝置4的水平調(diào)節(jié)操作完成之后(圖5A)，利用掃描電動(dòng)機(jī)15旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)裝置163，由發(fā)射器162發(fā)射的激光束在水平面上掃描。由編碼器105檢測旋轉(zhuǎn)裝置163的旋轉(zhuǎn)位置。在與旋轉(zhuǎn)裝置163整體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器105的板上，標(biāo)有用于發(fā)出角度脈沖的主刻度和用于表示基準(zhǔn)位置的指示器108。在主體裝置4的安裝側(cè)上的編碼器105上的檢測器107發(fā)出由主刻度產(chǎn)生的角度脈沖和由指針108產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置脈沖。編碼器105和主體裝置之間的機(jī)械相互關(guān)系按照這樣一種方式確定，即使激光束朝向主體裝置4的正前方方向或基本上朝著傾斜設(shè)定機(jī)構(gòu)的傾斜方向。當(dāng)安裝主體裝置4時(shí)，通常主體裝置4并不是精確地朝前面向目標(biāo)反射器168。如圖5B所示，在圖中假設(shè)主體裝置4逆時(shí)針偏離角度ω。
當(dāng)激光束掃描該平面和旋轉(zhuǎn)裝置163旋轉(zhuǎn)時(shí)，檢測器107檢測指示器108。然后，確認(rèn)該基準(zhǔn)面，利用編碼器105由檢測的位置(圖5C)來檢測旋轉(zhuǎn)裝置163的旋轉(zhuǎn)角度。此外，旋轉(zhuǎn)裝置163旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)激光束通過目標(biāo)反射器168時(shí)，來自目標(biāo)反射器168的反射激光束經(jīng)過旋轉(zhuǎn)裝置163和穿孔鏡103進(jìn)入反射光檢測器164，第一光檢測器114發(fā)出光檢測信號。反射光檢測電路11 6提取該僅包含激光束的光檢測信號并將其輸入到位置鑒別器117。在位置鑒別器117，計(jì)算目標(biāo)反射器168的中心位置，讀出來自編碼器105的相對該中心位置的角度信號。這一角度不是別的而是主體裝置4相對目標(biāo)反射器168的方向偏差即角度ω(圖5D)。對于ω的方向或大小由箭頭118a、顯示指示器118b或箭頭118c來表示。將角度信號ω輸入到旋轉(zhuǎn)控制器169。旋轉(zhuǎn)控制器169向旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號將其驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160經(jīng)過輸出齒輪161和旋轉(zhuǎn)齒輪157旋轉(zhuǎn)主體裝置4使之朝向欲校正的方向。由編碼器150檢測主體裝置4的旋轉(zhuǎn)角度，當(dāng)由編碼器150檢測的角度變?yōu)棣?圖5E)時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160停止。
當(dāng)主體裝置4精確地朝前面向目標(biāo)反射器168時(shí)，設(shè)定了仰角θ，驅(qū)動(dòng)掃描電動(dòng)機(jī)15使照射激光束進(jìn)行掃描。然后形成一基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)面相對于目標(biāo)成一仰角θ產(chǎn)生傾斜。
對主體裝置4的方向檢測并不限于用編碼器150。
下面參照圖6對第二實(shí)施例進(jìn)行介紹。在第二實(shí)施例中，目標(biāo)反射器168具有一形成在基片121上的反射層122，如圖8所示。在圖中的左半部，附有λ/4的雙折射元件123。因此，反射層122的露示部分用作偏振光維持反射元件，其在維持入射光束的偏振方向的同時(shí)，反射該光，λ/4雙折射元件123用作經(jīng)變換的偏振光反射元件，其在變換入射光束的偏振方向的同時(shí)，反射該光，因此提供了不同的偏振方向。
反射層122包含一種反向反光材料，即其具有很多很小的直角棱柱體的或球形物體反射器。λ/4雙折射元件123具有這樣一種功能，即使偏振光反射光束相對入射光束產(chǎn)生λ/4的相位差。
下面對在第二實(shí)施例中的主體裝置4進(jìn)行介紹。
在發(fā)射線性偏振激光束的激光二極管101的光軸上，從激光二極管101方看按這樣的順序即準(zhǔn)直透鏡102、第一λ/4雙折射元件104和穿孔鏡103依次分布。由激光二極管101發(fā)射的線性偏振激光束利用準(zhǔn)直透鏡102轉(zhuǎn)為平行光束，利用第一λ/4雙折射元件104進(jìn)一步變換為圓偏振光。經(jīng)過穿孔鏡103使圓偏振激光束朝前指向旋轉(zhuǎn)裝置163。旋轉(zhuǎn)裝置163沿水平方向投射來自發(fā)射器162的激光束。
來自目標(biāo)反射器168的偏振反射激光束進(jìn)入旋轉(zhuǎn)裝置163。在進(jìn)入五邊形棱鏡18時(shí)，偏振光反射激光束被偏轉(zhuǎn)朝向穿孔鏡103，在～孔鏡103上該偏振光反射激光束被反射朝向反射光檢測器164。
下面對反射光檢測器164進(jìn)行介紹。
在穿孔鏡103的反射光的光軸上，從穿孔鏡103方看按這樣的順序即聚光透鏡110、第二λ/4雙折射元件111、針孔112、偏振光束分離器113以及包含光敏二極管之類的第一光檢測器114依次分布各元件，以及將包含光敏二極管之類的第二光檢測器115分布在偏振光束分離器113的反射光軸上。將來自第一光檢測器114和第二光檢測器115的輸出輸入到反射光檢測電路116上。
偏振光束分離器113對進(jìn)入反射光檢測器164的偏振反射激光束進(jìn)行分離，使分離的光束進(jìn)入第一光檢測器114和第二光檢測器115。以這樣一種方式配置第二λ/4雙折射元件111和偏振光束分離器113，即使由發(fā)射器162發(fā)射的激光束穿過λ/4雙折射元件123二次以及返回到主體裝置的偏振反射激光束進(jìn)入第一光檢測器114，以及使具有與上述激光束不同偏振方向的來自反射層122的激光束進(jìn)入第二光檢測器115。
下面參照圖7對檢測偏振反射光束的反射光檢測電路116的一個(gè)實(shí)例進(jìn)行介紹。
第一光檢測器114和第二光探測器115的輸出經(jīng)過放大器131和135輸入到差分放大器132，差分放大器132的輸出經(jīng)過同步檢測器133輸入到差分放大器134。第一光探測器114和第二光探測器115的輸出經(jīng)過放大器131和135輸入到加法放大器136。加法放大器136的輸出經(jīng)過同步檢測器138輸入到差分放大器139。差分放大器139和134的輸出輸入到掃描控制器165、光發(fā)射元件驅(qū)動(dòng)電路166、以及準(zhǔn)直顯示裝置167。光發(fā)射元件驅(qū)動(dòng)電路166根據(jù)來自反射光檢測電路116的時(shí)鐘信號對由激光二極管101發(fā)射的偏振激光束進(jìn)行脈沖調(diào)制。
根據(jù)由振蕩電路140產(chǎn)生的時(shí)鐘信號利用光發(fā)射元件驅(qū)動(dòng)電路116對驅(qū)動(dòng)的激光二極管101發(fā)射的偏振激光束進(jìn)行調(diào)制。利用準(zhǔn)直透鏡102使由激光二極管101發(fā)射的線性偏振激光束變?yōu)槠叫泄馐?，并且在通過第一λ/4雙折射元件104之后該光束變?yōu)閳A偏振激光束。圓偏振激光束通過穿孔光鏡103，利用五邊形棱鏡18沿水平方向反射并照射。
利用掃描電動(dòng)機(jī)15經(jīng)過齒輪16和掃描齒輪17旋轉(zhuǎn)五邊形透鏡18。起始五邊形棱鏡18在所有圓周方向范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由五邊形棱鏡18照射的偏振激光束沿所有圓周方向掃描。
通過沿所有的圓周方向掃描，偏振激光束通過目標(biāo)反射器168。當(dāng)偏振激光束通過目標(biāo)反射器168時(shí)被其反射，偏振反射激光束進(jìn)入五邊形棱鏡18。
如上所述，目標(biāo)反射器168的一半是一簡單的反射層122，在另一半上則附有λ/4雙折射元件123。因此，由反射層122的露出部分反射的偏振反射激光束是圓偏振光，維持入射的偏振激光束的偏振方向。通過λ/4雙折射元件123并被反射層122反射的偏振反射激光束進(jìn)一步通過λ/4雙折射元件123，變?yōu)閳A偏振激光束，相對于入射的偏振激光束的偏振方向相位偏移λ/2。因此，取決于各反射面各偏振方向是不同的。
利用五邊形棱鏡18使由目標(biāo)反射器168反射的偏振反射激光束偏轉(zhuǎn)90°角，并且進(jìn)入穿孔鏡103，其反射該反射激光束使之朝向聚光透鏡110。聚光透鏡110使反射激光束作為會(huì)聚光朝向第二λ/4雙折射元件111。返回作為圓偏振光，該反射激光束由第二λ/4雙折射元件111變?yōu)榫€性偏振光并進(jìn)入針孔112。如上所述，由反射層122的露出部分反射的反射激光束與由λ/4雙折射元件反射的反射激光束的不同在于相位偏移λ/2，在利用第二λ/4雙折射元件111變?yōu)榫€性偏振光的兩個(gè)反射激光束之間偏振面是不同的且偏移90°。
針孔112所起作用在于其不允許這樣的反射激光束即不精確面向且其光軸與由主體裝置4發(fā)射的激光束的光軸有偏移的反射激光束進(jìn)入第一光檢測器114和第二光檢測器115，反射激光束在通過針孔112之后，進(jìn)入偏振光束分離器113。
偏振光束分離器133允許與由發(fā)射器162發(fā)射的偏振激光束的偏振方向相同的激光束通過，而將與由發(fā)射器162發(fā)射的偏振激光束偏振方向不同偏移90°的激光束反射。因此，當(dāng)通過偏振光束分離器113時(shí)，該反射激光束分離為由偏振光束分離器113形成的彼此重直傳輸?shù)亩窆夥至浚谝还鈾z測器114和第二光檢測器115分別接收二分離的反射激光束。
在第一光檢測器114和第二光檢測器115的光接收狀態(tài)下，當(dāng)在至體裝置4以外二次通過λ/4雙折射元件后的偏振反射激光束，即由目標(biāo)反射器168的λ/4雙折射元件123反射的偏振反射激光束進(jìn)入反射光檢測器164時(shí)，由于第二λ/4雙折射元件111和偏振光束分離器113間的相互作用，使進(jìn)入第一光檢測器114的光量高于進(jìn)入第二光檢測器115的光量。此外，當(dāng)偏振反射激光束沒通過λ/4雙折射元件，即由目標(biāo)反射器168的反射層122的露出部分反射該偏振反射激光束時(shí)，進(jìn)入第二光檢測器119的光量高于進(jìn)入第一光檢測器114的光量。
通過求出輸入到第一光檢測器114的偏振反射激光束的入射光量和輸入到第二光檢測器115的入射光量之間的差，能夠確定入射的偏振反射光束是由目標(biāo)反射器168的反射層122的露出部分反射的還是由λ/4雙折射元件23所反射的。即能夠檢測反射層122的露出部分和λ/4雙折射元件123之間的邊界，即目標(biāo)反射器168的中心。
下面進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。
假如反射激光束通過λ/4雙折射元件12 3兩次之后，進(jìn)入反射光檢測器164的第一光檢測器114的光量高于進(jìn)入第二光檢測器115的光量。在圖9的a和b表示了各種信號。來自第一光檢測器114和第二光檢測器115的信號由放大器131和135放大，利用差分放大器132取差。這一信號由圖9中C的表示。當(dāng)利用來自振蕩器電路140的時(shí)鐘信號1以同步方式檢測差分放大器132的輸出信號時(shí)，得到偏置電壓的正的電壓(圖9中的d表示)。當(dāng)利用時(shí)鐘信號2進(jìn)行同步檢測時(shí)，得到偏置電壓的負(fù)電壓(圖9中e表示)。取通過同步檢測(d-e)得到的二電壓之間的差，得到作為偏置電壓的正的電壓(圖9中f表示)的差分放大器134的輸出。
假如反射激光束沒有通過λ/4雙折射元件123，進(jìn)入反射光檢測器164的第二光檢測器115的光量高于進(jìn)入第一光檢測器114的光量。在圖中用h和i表示了各種信號。由放大器131和135放大來自第一光檢測器114和第二光檢測器115，由差分放大器132取該差。在圖中用j表示該信號。當(dāng)利用振蕩器電路140的時(shí)鐘信號1以同步方式檢測差分放大器132的輸出信號時(shí)，得到偏置電壓的負(fù)的電壓(在圖9中用K表示)。當(dāng)利用時(shí)鐘信號2進(jìn)行同步檢測時(shí)，得到偏置電壓的正的電壓1在圖9中用L表示)。取通過同步檢測(k-e)得到的二電壓間的差，得到作為偏置電壓的負(fù)的電壓的差分放大器的輸出(在圖9中用m表示)。
假如利用偏振激光束對圖8中或10A中的目標(biāo)反射器168進(jìn)行掃描，反射光檢測電路116的差分放大器134的輸出具有如圖10B所示的波形。假如在差分放大器134的輸出端有正的信號，以及在由正信號的下降開始的指定時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)負(fù)的信號的下降，位置鑒別器117就識別出是目標(biāo)反射器168并且進(jìn)一步確定邊界的位置(其中信號值為0)是目標(biāo)反射器168的中心。假如目標(biāo)反射器168被使用，假如偏振激光束反方旋轉(zhuǎn)，無需說，反射光檢測電路116的差分放大器134的輸出信號的符號(+或-)被反向。
在目標(biāo)反射器168的中心已被識別之后對主體裝置4的方向校正與對上述實(shí)施例的所作介紹相似，這里不再詳細(xì)介紹。
參照圖11對第三實(shí)施例進(jìn)行介紹。在第三實(shí)施例中，發(fā)射器162以這種方式加以變化，即由激光二極管101發(fā)射的激光束還沿向下的方向發(fā)射。
將激光二極管101的光軸朝向與激光投射器10的旋轉(zhuǎn)中心相垂直的方向，將半棱鏡125設(shè)在交義點(diǎn)上。此外，將反射鏡126置于半棱鏡125的與激光二極管101相反的一側(cè)的某一位置上，將聚光透鏡127置于半棱鏡125和激光二極管101之間。由激光二極管101發(fā)射的和由半棱鏡125反射的激光束朝前面向五邊形棱鏡18，通過半棱鏡125由反射鏡126反射再由半棱鏡125反射的激光束被指向朝下的方向。由于激光束沿朝下的方向發(fā)出，能夠易于識別主體裝置4是否被正確地安裝在基準(zhǔn)位置上，這便利于將主體裝置4設(shè)定在基準(zhǔn)位置的操作。
圖13表示了一個(gè)實(shí)施例，其中取消了主體裝置旋轉(zhuǎn)器151，以及根據(jù)在顯示裝置118上的顯示手動(dòng)方式校正測量器主體裝置4的方向。與圖1中相同的組成元件使用相同的符號，這里不再對其詳細(xì)介紹。
如圖14所示，旋轉(zhuǎn)底板152安裝在電池箱45的下表面上，旋轉(zhuǎn)軸153在比旋轉(zhuǎn)底板152低的位置伸出。旋轉(zhuǎn)底座154固定在旋轉(zhuǎn)底板152上，旋轉(zhuǎn)度座154以可旋轉(zhuǎn)方式經(jīng)過軸承155安裝在中空的固定底座156上。旋轉(zhuǎn)軸153通過旋轉(zhuǎn)底座154。一固定套環(huán)145與旋轉(zhuǎn)軸153相約束，蝸輪147與旋轉(zhuǎn)軸153的下端利用其間的波形墊圈146相連接。裝設(shè)一個(gè)以可旋轉(zhuǎn)方式通過固定的底座156的細(xì)調(diào)桿142，與蝸輪147相嚙合的蝸輪到143形成在細(xì)調(diào)桿142的前端。在固定的套環(huán)145中，擰入以可旋轉(zhuǎn)的方式通過固定的底座156的固定螺釘148，固定螺釘148的前端可以與旋轉(zhuǎn)軸153形成接觸。
下面對主體裝置4的方向調(diào)節(jié)進(jìn)行介紹。
為了進(jìn)行粗調(diào)，松開固定螺釘148，沿指定的方向手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主體裝置4。在蝸輪147和旋轉(zhuǎn)軸153之間施加由波形墊圈146引起的摩擦力，以及當(dāng)施加在主體裝置4上的旋轉(zhuǎn)力增加大于摩擦力時(shí)，能夠手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主體裝置4。為了細(xì)調(diào)旋轉(zhuǎn)細(xì)調(diào)桿142，經(jīng)過蝸輪到143和蝸輪147旋轉(zhuǎn)主體裝置4進(jìn)行細(xì)調(diào)。
可以精確地使主體裝置4朝著指定的方向。當(dāng)主體裝置4的方向確定時(shí)，上緊固定螺釘148以使鎖緊主體裝置4。
在另一實(shí)施例中，編碼器的指示器可以位于多個(gè)位置，例如0°、90°、180°、270°等，通過將目標(biāo)反射器的位置與這些位置中的每一個(gè)位置相比較可以易于核實(shí)目標(biāo)反射器的位置。通過在多個(gè)位置上提供指示，可以很快地識別主體裝置4?；蛘呖梢詫⒃?°、90°、180°和270°處具有基準(zhǔn)位置檢測標(biāo)志的角度顯示盤129裝在顯示裝置118上，使得利用在角度顯示盤129上的光點(diǎn)顯示主體裝置4的方向，以及測量儀可以用視覺方式看出主體裝置4的方向。半棱鏡125可以是一種例如半透明鏡、光束分離器之類的光學(xué)元件，以便分離激光束。此外，在上述實(shí)施例中，激光測量儀具有的機(jī)構(gòu)可沿兩個(gè)方向傾斜，然而無需說，本發(fā)明可以適用于其機(jī)構(gòu)僅沿一個(gè)方向傾斜的激光測量儀。
在圖1所示的實(shí)施例中，通過反饋控制利用編碼器150檢測的主體裝置4相對固定底座156的旋轉(zhuǎn)角度來校正主體裝置4的方向，采用伺服電動(dòng)機(jī)之類用作旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，而編碼器150是可以取消的。在這種情況下，脈沖電動(dòng)機(jī)適于用作該電動(dòng)機(jī)。下面介紹它的工況。
利用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)160經(jīng)過旋轉(zhuǎn)齒輪157沿校正的方向旋轉(zhuǎn)主體裝置4。在旋轉(zhuǎn)主體裝置4的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)液旋轉(zhuǎn)裝置163。旋轉(zhuǎn)裝置163旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光束照射到目標(biāo)反射器168上。當(dāng)檢測來自目標(biāo)反射器的反射光時(shí)，計(jì)算其偏差。當(dāng)重復(fù)上述過程，使偏差變?yōu)?時(shí)，就確定主體裝置4的方向與預(yù)定方向?qū)?zhǔn)，主體裝置已經(jīng)旋轉(zhuǎn)ω角度，朝向校正的方向。
在上述實(shí)施例中，目標(biāo)反射器(目標(biāo))168位于在一傾斜的方向上并處在傾斜位置上，儀器本身的方向通過使主體裝置4近似轉(zhuǎn)到該方向上進(jìn)行校正。通過改變目標(biāo)反射器168，可以校正其本身的傾斜角，并進(jìn)行正確地設(shè)定。
在下文中，參照圖15將對第四實(shí)施例進(jìn)行介紹，其中可以校正傾斜方向和傾斜角度。圖15是如上述與圖2相對應(yīng)的實(shí)施例的控制系統(tǒng)的方塊圖。該儀器的機(jī)械部分和光學(xué)系統(tǒng)與上述實(shí)施例相同，不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。下面參照圖1介紹。
在下文中，將僅對與圖2的實(shí)施例不同的特征進(jìn)行介紹。
位置鑒別器117的輸出輸入到控制器171，該控制器總體控制用于控制水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32的電動(dòng)機(jī)控制器89和90、用于控制傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59的驅(qū)動(dòng)電路83和84、用于指示傾斜角的控制器96以及用于控制旋轉(zhuǎn)主體裝置4的旋轉(zhuǎn)裝置163的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)控制器169。
手動(dòng)控制器172和173連接到電動(dòng)機(jī)控制器89和90。通過手動(dòng)操作手動(dòng)控制器172和173，可以直接控制水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32。手動(dòng)控制器172和173裝有按鈕開關(guān)式輕觸開關(guān)，以便控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度。
下面參照圖16A、16B、16C和18對這一實(shí)施例的工況進(jìn)行介紹。
將儀器安裝在指定的位置，在該處需利用三角架調(diào)節(jié)傾斜。將主體裝置4近似朝向需傾斜的方向。在這種情況下，可以使用屬于主體裝置4的前和后瞄準(zhǔn)尺。將目標(biāo)反射器168安裝在應(yīng)進(jìn)行傾斜調(diào)節(jié)的位置上(圖16A)。
這里結(jié)合圖20A對用在這一實(shí)施例中的目標(biāo)反射器168進(jìn)行介紹。在這一目標(biāo)反向器中，各反射層122位于對稱的位置上，即相對基片121的中心位于上、下、左和右方上。在圖20A中，各反射層122形成在呈矩形的基片121的周邊區(qū)域上。當(dāng)激光束沿垂直方向照射對目標(biāo)反射器168進(jìn)行掃描時(shí)，像沿水平方向掃描的情況一樣接收如圖20B所示的雙脈沖的反射激光束。通過計(jì)算所接收的激光束的重心的位置，可以識別豎直方向的中心位置。
然后操作該儀器。在將儀器安放在水平基準(zhǔn)面上以后，開始旋轉(zhuǎn)照射激光束，沿傾斜方向進(jìn)行掃描(圖16B)。沿傾斜方向的掃描和機(jī)構(gòu)的操作在上述實(shí)施例中已經(jīng)作過介紹，這里不再詳細(xì)介紹。
當(dāng)來自目標(biāo)反射器168的反射激光束被檢測時(shí)，主體裝置4旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)設(shè)定傾斜方向。在傾斜方向已經(jīng)設(shè)定時(shí)，旋轉(zhuǎn)停止，同時(shí)將激光束照射到目標(biāo)反射器168上。水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32被控制操作，目標(biāo)反射器10是傾斜的。在這種情況下，假如激光束近似處在目標(biāo)的中心就足夠了。
沿水平傾斜方向進(jìn)行掃描并得到重心。與此同時(shí)，進(jìn)行掃描，以使得到豎直方向的重心。進(jìn)行往復(fù)掃描，檢測上下反射層，得到重心。假如激光束偏離目標(biāo)的中心，傾斜的方向由在顯示裝置上的箭頭118d和118e來表示。當(dāng)沿指定傾斜方向的傾斜度被設(shè)定時(shí)，控制器171操作傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59。傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59運(yùn)轉(zhuǎn)，傾斜調(diào)節(jié)板62傾斜，直到任選角度設(shè)定汽泡管65轉(zhuǎn)到水平方向?yàn)橹?。通過由即時(shí)的傾斜直到任選角度設(shè)定汽泡管65轉(zhuǎn)到水平方向止對傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59的脈沖數(shù)進(jìn)行變換，得到設(shè)定的傾斜角(圖16C)。該角度顯示在控制器171上的顯示裝置(未表示)上。倘若其時(shí)的傾斜度改變，使用手動(dòng)控制器172和173的開關(guān)或輕觸開關(guān)，同時(shí)注視顯示裝置118或控制器171的顯示裝置。傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59被控制運(yùn)轉(zhuǎn)，脈沖數(shù)與需變化的傾斜度相對應(yīng)，任選角度設(shè)定汽泡管65和66被傾斜。當(dāng)水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32被控制運(yùn)轉(zhuǎn)，使任選角度設(shè)定汽泡管65和66轉(zhuǎn)入水平方向時(shí)，就改變了傾斜度。傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59的脈沖數(shù)被轉(zhuǎn)變?yōu)樾Ｕ嵌龋@示傾斜角。水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32可以直接控制以改變傾斜度，該傾斜度可以由脈沖數(shù)變換并顯示出來。
倘若如在圖17A、17B和17C所示傾斜角很大在已經(jīng)完成對水平基準(zhǔn)面的設(shè)定之后，激光束照射位置明顯偏離目標(biāo)反射器168，一次進(jìn)行對水平基準(zhǔn)面的設(shè)定。然后轉(zhuǎn)換到手動(dòng)控制，利用屬于主體裝置的前后瞄準(zhǔn)器，使該傾斜方向激光束照射方向傾斜近似面向目標(biāo)反射器168的方向。利用激光束的反射可以核實(shí)沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的目標(biāo)反射器。在安裝之后，再次轉(zhuǎn)換到自動(dòng)掃描同時(shí)進(jìn)行傾斜，在轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行類似的設(shè)定操作。
假如使用圖21A中所示的目標(biāo)反射器168，下面將介紹其工況。
在目標(biāo)反射器168上，沒有反射層122的部分以對角方式呈帶狀分布，而反射層122分為2個(gè)部分一個(gè)呈直角三角形的反射層122a，一個(gè)呈倒直角三角形的反射層122b，這二反射層以這樣一種方式分布，即沿掃描方向反射層122a和122b劃分的寬度當(dāng)掃描位置移動(dòng)時(shí)彼此成反比。
當(dāng)使用目標(biāo)反射器168時(shí)得到的信號如圖21B所示，在同時(shí)存在由被分開的反射層122a和122b反射的反射激光束的信號的寬度的情況下即在根據(jù)兩個(gè)反射層同時(shí)存在由編碼器105得到各信號的情況下，需要得到的情況都會(huì)發(fā)現(xiàn)。因此，僅沿水平方向掃描而不沿豎直方向掃描就可以確定傾斜角的位置。由于不需要停止激光束的掃描，故作業(yè)效率高。
圖22A也表示了一種實(shí)例，其中目標(biāo)反射器168的反射層122被分為兩個(gè)部分。在這一實(shí)例中，每個(gè)反射層122a和122b設(shè)計(jì)成峰脊?fàn)畹娜切?，其頂點(diǎn)彼此面向，相對豎直中心線對稱分布。在這一目標(biāo)反射器168上，通過沿水平方向旋轉(zhuǎn)掃描，像在圖21A中的目標(biāo)反射器168的實(shí)例中一樣照射激光束。通過沿豎直方向移動(dòng)掃描位置，可以檢測沿豎直方向的位置中心。假如使用圖22A中所示的目標(biāo)反射器168，得到如圖22B中所示的信號，該中心位于兩個(gè)反射激光束的信號增加的方向上，以及該中心位于信號的最大值處?？刂七\(yùn)轉(zhuǎn)傾斜調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)58和59，通過檢測中心位置測定傾斜度。該信號的數(shù)值并不局限于最大值，二反射層可以這樣分布以求出最小值。
在圖23中，目標(biāo)反射器168的反射層以窄帶的形式分布，兩個(gè)沿側(cè)端以及一個(gè)沿對角線，作為整體形成一N形反射層122。假如使用這一目標(biāo)反射器168，利用激光束通過對目標(biāo)反射器進(jìn)行掃描反射的激光束信號變?yōu)?個(gè)脈沖信號，第二個(gè)信號位置依照掃描位置變化。當(dāng)?shù)诙}沖信號位置處在兩端處的脈沖信號的中心時(shí)，該中心就是目標(biāo)反射器168的中心。因此，通過檢測三個(gè)脈沖位置，可以檢測目標(biāo)反射器168的中心。在目標(biāo)反射器168的中心已被檢測之后的操作與上述相同，這里不再詳細(xì)介紹。
圖26是與圖6相對應(yīng)的實(shí)施例的示意圖，其中使用如在圖27A中所示的目標(biāo)反射器168。在矩形基片121上，分布有反射層122。在由對角線分開的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分上，附有一λ/4雙折射元件123，另一半是反射層122的露出部分。該露出部分用作偏振光維持反射元件，該元件用于在維持入射光束的偏振方向的同時(shí)反射該光，而λ/4雙折射元件123用作偏振光變換反射元件，其在變換入射光束的偏振方向的同時(shí)反射該光。以這樣一種方式進(jìn)行配置，即當(dāng)在反射層122的露出部分和λ/4雙折射元件123之間移動(dòng)掃描位置時(shí)，掃描方向的寬度彼此按反比例變化。
在圖26所示的實(shí)施例中，由發(fā)射器162照射圓偏振光束，在反射光檢測器164中裝一用于識別具有不同相位的反射激光束的光學(xué)系統(tǒng)。像在圖6中所示的實(shí)施例中一樣，在～孔鏡103的反射光軸上，從穿光鏡103方看掃這樣的順序即聚光透鏡110、第二λ/4雙折射元件111、針孔112、偏振光分離器113、包含光敏二極管類的第一光檢測器114，將它們依次配置，以及將包含光敏二極管之類的第二光檢測器115配置在偏振光束分離器113的反射光軸上。來自第一光檢測器114和第二光檢測器15的輸出輸入到反射光檢測電路116。
偏振光束分離器113將進(jìn)入反射光檢測器164的偏振反射激光束進(jìn)行分離，并使分離的光束進(jìn)入第一光檢測器114和第二光檢測器115。以這樣一種方式配置第二λ/4雙折射元件111和偏振光分離器113，即使由發(fā)射器162發(fā)射的且在2次通過λ/4雙折射元件之后返回到主體裝置的激光束，即偏振反射激光束進(jìn)入第一光檢測器114，而與上述激光束具有不同偏振方向的由反射層122反射的激光束進(jìn)入第二光檢測器115。
盡管沒有詳細(xì)解釋，其裝有如圖7所示的用于檢測偏振反射激光束的反射光檢測電路116。
由反射層122的露出部分反射的反射激光束與由λ/4雙折射元件123反射的反射激光束有λ/2的相位偏移。因此，在利用第二λ/4雙折射元件111將兩個(gè)反射激光束變換為線性偏振光時(shí)，偏振面偏移90°。因此，在由反射層122的露出部分反射的反射激光束和由λ/4雙折射元件123反射的反射激光束之間，進(jìn)入第一光檢測器114的光量與進(jìn)入第二光檢測器115的光量不同，如圖27B所示。
當(dāng)激光束旋轉(zhuǎn)照射對目標(biāo)反射器168掃描以及掃描位置沿豎直方向移動(dòng)時(shí)，信號的強(qiáng)度在由反射層122的露出部分反射的反射激光束和由λ/4雙折射元件123反射的反射激光束之間按反比例關(guān)系變化。兩個(gè)信號同時(shí)產(chǎn)生的點(diǎn)就是目標(biāo)反射器168的中心，目標(biāo)反射器的中心可以由反射光檢測電路116來檢測。在目標(biāo)反射器的中心已被檢測到后的操作與上述介紹相同。
下面參照圖19，對假如使用在圖21、22、23和27中所示的目標(biāo)反射器的傾斜方向和傾斜角度的設(shè)定操作進(jìn)行介紹。將儀器置于一水平基準(zhǔn)面上，正如使用圖20的目標(biāo)反射器的情況一樣，旋轉(zhuǎn)照射激光束，沿傾斜方向進(jìn)行掃描。當(dāng)來自目標(biāo)反射器168的反射光被檢測時(shí)，旋轉(zhuǎn)主體裝置4，設(shè)定傾斜方向。
在傾斜方向已經(jīng)設(shè)定之后照射激光束的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)該旋轉(zhuǎn)裝置163。控制操作水平調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)31和32，傾斜激光投射器10。
如上所述，在沿豎直方向?qū)τ谀繕?biāo)反射器168改變照射位置的同時(shí)，進(jìn)行沿水平方向的掃描。這樣就可以檢測目標(biāo)反射器168的中心位置，無需停止儀器就可以設(shè)定傾斜角度并進(jìn)行顯示。
另外，參照圖24、25A和25B對目標(biāo)反射器168的一改進(jìn)實(shí)例進(jìn)行介紹。
正常情況下，當(dāng)接收來自目標(biāo)反射器的反射激光束時(shí)，光檢測信號并不是一接收到光就立即清晰出現(xiàn)，而是由于反射激光束的光點(diǎn)的周邊比其中心亮度較低，該信號開始多少有些雙意不定性或傾斜的不確定性。當(dāng)設(shè)有偏振光維持反射面和偏振光變換反射面以及檢測兩個(gè)面間的邊界時(shí)，可以消除這種雙意不定性或不確定性。
下面參照圖24、25A和25B對目標(biāo)反射器168進(jìn)行介紹。在這一目標(biāo)反射器168上，片狀反射層122a和122b分別配置在基片121的左右部分上，在基片121的中心部分露出在片狀部分之中。此外，λ/4雙折射元件123a和123b重疊附著在每個(gè)反射層122a和122b的右半部，以及設(shè)有兩組具有偏振光維持反射面和偏振光變換反射面的組合面的組合反射元件?？梢园凑者@種方式配置反射層122a和122b，即不僅基片121的中心部分而且其周邊部分都是露出的。此外，可以提供3組或更多的組合反射元件。
倘若利用激光束對如圖25A所示的目標(biāo)反射器168進(jìn)行掃描，來自差分最大器134的輸出信號如圖25B所示，可以得到在非反射部分明確分為相反符號(+和-)的兩個(gè)信號。通過檢測各信號的符號的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，即檢測偏振光維持反射面和偏振光變換反射面之間的邊界可以消除信號起始端的雙意不定性或不確定性，并且能夠精確地和正確地識別是不是由目標(biāo)反射器反射的光束。此外，兩個(gè)具有相反符號的信號間的時(shí)間差t對目標(biāo)反射器168是特定的。因此通過檢測時(shí)間差t，能夠精確地識別是否是目標(biāo)反射器168。即使當(dāng)存在來自目標(biāo)物體例如分層玻璃的反射光時(shí)，也能夠易于識別由地板表面反射的反射光，不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的操作。
由于具有偏振光維持反射面和偏振光變換反射面的組合反射部分以帶狀形式分布，這兩部分分布在基片121的兩個(gè)側(cè)邊或分布在對角線方向上，如圖23所示，因此能夠精確地檢測目標(biāo)反射鏡的目標(biāo)中心。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明能夠易于將激光測量儀與基準(zhǔn)位置對準(zhǔn)，這是因?yàn)闇y量儀器的安裝方向由測量儀器本身來檢測，因?yàn)闆]有人為誤差和精確地進(jìn)行檢測，以及因?yàn)檠爻碌姆较虬l(fā)射激光束。特別是，當(dāng)將激光測量儀安裝在比地表面高的位置上時(shí)，更是有用的。
權(quán)利要求
1.一種激光測量儀，其特征在于，包含至少一個(gè)用于發(fā)射激光束的主體裝置和一用于將來自主體裝置的激光束反射朝向主體裝置的目標(biāo)反射器，其中的所述主體裝置包含用于發(fā)射激光束的發(fā)射器，用于旋轉(zhuǎn)和掃描激光束的旋轉(zhuǎn)裝置，一傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于使激光束相對于水平面至少沿一個(gè)方向按一任選的角度傾斜，一旋轉(zhuǎn)角度檢測器，與旋轉(zhuǎn)裝置連鎖，用于檢測激光束的照射方向，一反射光檢測器，用于檢測來自目標(biāo)反射器的反射光，以及一準(zhǔn)直顯示裝置，用于根據(jù)來自反射光檢測器的信號檢測對于目標(biāo)反射器的方向偏差以及用于得到方向偏差上的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中的反射光檢測器檢測反射的光檢測信號的重心和識別目標(biāo)反射器的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光測量儀，其中的發(fā)射器調(diào)制該激光束并且反射光檢測器裝有用于檢測被調(diào)制的激光束的濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中假如入射目標(biāo)反射器的激光束是圓偏振光，該目標(biāo)反射器包含偏振光維持反射面，用于維持入射激光束的圓偏振光的同時(shí)反射該光，以及偏振光變換反射面，用于反射與入射激光束的圓偏振光不同的圓偏振光中的光，主體裝置的發(fā)射器發(fā)射圓偏振光的激光束，以及反射光檢測器將所發(fā)射的圓偏振光的激光束與所發(fā)射的圓偏振光不同的圓偏振光的激光束分離開并檢測目標(biāo)反射器的兩個(gè)反射面間的邊界。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中的主體裝置裝在一主體裝置旋轉(zhuǎn)器上，以及所述主體裝置旋轉(zhuǎn)器可以圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)該主體裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測量儀，其中所述的主體裝置旋轉(zhuǎn)器設(shè)置成可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，并且有一限制器，其允許主體裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)能力超過預(yù)置的能力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中的準(zhǔn)直顯示裝置設(shè)有一顯示裝置，用于顯示主體裝置相對于目標(biāo)反射器的計(jì)算的方向偏差。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測量儀，其中的準(zhǔn)直顯示裝置設(shè)有一旋轉(zhuǎn)控制器，用于以這樣一種方式控制主體裝置旋轉(zhuǎn)器，即根據(jù)主體裝置相對于目標(biāo)反射器的計(jì)算的角度偏差，使主體裝置精確地指向目標(biāo)反射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中的旋轉(zhuǎn)角度檢測器是一編碼器以及所述編碼器具有至少一個(gè)指示器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中裝有一光學(xué)裝置，用于使從該發(fā)射器能沿向上和向下的至少其中一個(gè)方向發(fā)射激光束。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中形成在目標(biāo)反射器上的反射層的寬度沿豎直方向逐漸變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中形成在目標(biāo)反射器上的反射層的寬度在沿豎直方向的指定位置上具有極值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中目標(biāo)反射器具有的反射層分為二部分，并且當(dāng)沿豎直方向位置變化時(shí)，所述兩個(gè)反射層的寬度也是變化的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中目標(biāo)反射器具有多個(gè)帶狀反射層，以及假如目標(biāo)反射器被照射和掃描就反射多個(gè)脈沖式激光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中假如入射目標(biāo)反射器的激光束是圓偏振光，該目標(biāo)反射器具有偏振光維持反射面，用于維持入射的激光束的圓偏振光的同時(shí)反射該光，以及偏振光變換反射面，用于反射與入射激光束的圓偏振光不同的圓偏振光中的光以及當(dāng)沿豎直方向位置變化時(shí)所述兩個(gè)反射面的寬度是變化了。
16.根據(jù)權(quán)利要求11到15所述的激光測量儀，其中目標(biāo)反射器的照射和掃描位置沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，以及根據(jù)由目標(biāo)反射器反射的激光束的寬度的變化，反射光檢測器檢測沿豎直方向的中心或目標(biāo)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11到15所述的激光測量儀，其中假如檢測到目標(biāo)反射器的目標(biāo)中心，根據(jù)來自傾斜機(jī)構(gòu)的與傾斜機(jī)構(gòu)的傾斜度對應(yīng)的輸出，在顯示裝置上顯示離開水平面的傾斜角。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光測量儀，其中假如目標(biāo)反射器的目標(biāo)中心被檢測到，根據(jù)來自傾斜機(jī)構(gòu)的與傾斜機(jī)構(gòu)的傾斜度對應(yīng)的輸出，在顯示裝置上顯示離開水平面的傾斜角。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中目標(biāo)反射器具有的反射層分為上下部分，假如沿豎直方向?qū)τ谀繕?biāo)反射器照射和掃描激光束，通過測定所得到的由目標(biāo)反射器反射的激光束的重心的位置，檢測沿豎直方向的目標(biāo)中心。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測量儀，其中設(shè)有一手動(dòng)設(shè)定機(jī)構(gòu)，用于手動(dòng)進(jìn)行傾斜機(jī)構(gòu)的傾斜設(shè)定。
全文摘要
一種激光測量儀，包含至少一個(gè)用于發(fā)射激光束的主體裝置和一用于將來自主體裝置的激光束反射朝向主體裝置的目標(biāo)反射器，而所述主體裝置包含發(fā)射激光束發(fā)射器、旋轉(zhuǎn)和掃描激光束的旋轉(zhuǎn)裝置、一傾料機(jī)構(gòu)，用于將激光束傾斜；一旋轉(zhuǎn)角度檢測器，與旋轉(zhuǎn)裝置連鎖，用于檢測激光束的照射方向；一反射光檢測器，以及一準(zhǔn)直顯示裝置，用于根據(jù)來自反射光檢測器的信號檢測相對于目標(biāo)反射器的方向偏差及用于得到方向偏差上的信息。
文檔編號G01C15/06GK1133969SQ96105910
公開日1996年10月23日 申請日期1996年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月14日
發(fā)明者大友文夫, 平野聰, R·W·戴維遜 申請人:株式會(huì)社拓普康