專利名稱：激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在土中埋設(shè)混凝土管時(shí)，設(shè)定作為混凝土管埋設(shè)位置、姿勢等的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)水平面的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置；特別是涉及檢出用于該激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置的靶及該靶的中心，在靶中心照射激光光線的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置。
在土中埋設(shè)混凝土管的具有代表性的操作方法是從地面往下挖，在挖出的溝中順序埋設(shè)混凝土管，然后再回填土。
在每個(gè)一定的直線區(qū)段，在設(shè)置混凝土管的深度以上挖下地面，并在設(shè)置于溝底的臺座上設(shè)置混凝土管。這時(shí)，要調(diào)整方向、斜度、特別是要使各混凝土管里面的最低位置相互一致，然后回填土。
這種混凝土管可供用于上下水道等、流通液狀物的管道，它有一定的斜度，但不能有彎曲。若埋設(shè)的混凝土管為上下左右蛇行時(shí)，則上述液狀物滯留其中，形成堵塞或在地下泄漏，起不到管道的作用。因此，在上述混凝土管埋設(shè)時(shí)，適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)線是必要的。
激光光線作為基準(zhǔn)線是很合適的，即使遠(yuǎn)距離也不會像線一樣松弛，不會對工程形成危害，即使有施工人員、混凝土管等的干擾，該光線也不會被切斷。
激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置就是在設(shè)置混凝土管時(shí)形成激光光線基準(zhǔn)線的裝置。
該激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置具有激光瞄準(zhǔn)裝置及靶，在挖下的最初的工作口或者說溝的起點(diǎn)設(shè)置激光瞄準(zhǔn)裝置，在溝的另一端設(shè)置靶。在該靶的中心位置設(shè)有表示中心位置的標(biāo)志，設(shè)置該靶時(shí)應(yīng)使其中心位置與要設(shè)置的混凝土管的中心位置一致。靶的中心位置由經(jīng)緯儀等測量儀器決定。
上述激光瞄準(zhǔn)裝置發(fā)出激光光線，調(diào)整激光瞄準(zhǔn)裝置使激光光線照射在靶的中心。調(diào)整完成后，激光瞄準(zhǔn)裝置發(fā)出的激光光線即為混凝土管設(shè)置時(shí)的基準(zhǔn)線。
然而，在施工過程中常有操作振動、車輛通過時(shí)的振動等，振動經(jīng)常引起位置偏移，因此要以相當(dāng)高的頻度在中斷施工的情況下進(jìn)行再調(diào)整，即必須進(jìn)行激光瞄準(zhǔn)裝置和靶位置的調(diào)整。
本發(fā)明提出一種可以檢出靶中心的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置及靶。
該激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置由激光瞄準(zhǔn)裝置及靶構(gòu)成，該激光瞄準(zhǔn)裝置由以下部件構(gòu)成具有偏振激光光線發(fā)射部件和從靶反射的激光光線受光部件并可自由旋轉(zhuǎn)支持的激光振蕩裝置；可使該激光振蕩裝置上下左右轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置；根據(jù)從上述靶反射的激光光線受光狀態(tài)驅(qū)動上述驅(qū)動裝置的控制裝置。上述靶的反射面是具有小球或小棱晶反射層的遞歸反射面，在左右的任一半上貼設(shè)了1/4λ雙折射構(gòu)件。
來自激光瞄準(zhǔn)裝置的偏振激光光線在水平方向橫向掃描靶，當(dāng)上述激光光線照射到靶上時(shí)，在貼有1/4λ雙折射構(gòu)件的反射面反射出與照射的偏振光不同的偏振光。在另一反射面以保存狀態(tài)反射偏振光。上述激光振蕩裝置檢出來自靶的反射光狀態(tài)，即通過檢出偏振光狀態(tài)的變化點(diǎn)可檢出靶中心，然后上述控制部控制驅(qū)動裝置使激光光線對著靶中心。于是，水平方向的照射位置就決定了。上下方向照射位置的決定大多采用邊目視靶邊通過手動或無線操作向中心調(diào)整裝置的方法。
在埋設(shè)混凝土管后，為了確認(rèn)是否照設(shè)定埋設(shè)混凝土管，或者作為規(guī)定時(shí)間后的維修，要進(jìn)行確認(rèn)在混凝土管埋設(shè)狀態(tài)下是否產(chǎn)生了隨經(jīng)過時(shí)間偏位的工作，即測定流道、管道的傾斜度。圖22說明了已有的管道傾斜度測定。
管道1是由連續(xù)埋設(shè)混凝土管2形成的，在上述管道1的上游端、下游端分別挖設(shè)了工作口3、工作口4。在混凝土管2的上游端面的規(guī)定位置，例如混凝土管的最下位置，水平設(shè)置水準(zhǔn)器5進(jìn)行水平測定，并在該水準(zhǔn)器5的水平測定位置垂直設(shè)置桿6。同時(shí)，在上述混凝土管2的下游側(cè)端面與水準(zhǔn)器5測定水平位置相應(yīng)的位置，即最下位置水平設(shè)置水準(zhǔn)器7進(jìn)行水平測定，并在水準(zhǔn)器7的位置垂直設(shè)置桿8。在地上設(shè)置水平測定器9，從水平測定器9讀出上述桿6及上述桿8的數(shù)值，再根據(jù)其數(shù)值差和桿6及桿8間的距離測定管道1的傾斜度。
當(dāng)以上述已有激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置及其靶決定激光光線的照射位置時(shí)，在靶反射面的一半上貼設(shè)1/4λ雙折射構(gòu)件，根據(jù)靶反射的激光光線的受光狀態(tài)檢出靶中心，再通過自動位置調(diào)整使激光光線照射到中心。在貼設(shè)1/4λ雙折射構(gòu)件的反射面反射與照射激光光線的偏振光不同的偏振激光光線，然而另外一個(gè)反射面則是以保存照射激光光線偏振狀態(tài)進(jìn)行反射的通常的反射面，因此當(dāng)上述靶板附近有金屬等反射面時(shí)，由于僅反射保存偏振光的反射光，就存在不可能檢出靶中心的問題。
位置的對合大多采用左右自動而上下手動對合的裝置，當(dāng)設(shè)置的管道有很大偏差時(shí)，不顧及靶將難以調(diào)整激光光線。為此，在激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置和靶兩方面都有必要安排工作人員，因此在位置對合時(shí)要有多人參加，不可避免地存在施工中的損失時(shí)間的問題。為了節(jié)約人員，在靶上設(shè)置了可轉(zhuǎn)動90°的機(jī)構(gòu)，自動進(jìn)行上下位置的對合，但又出現(xiàn)了裝置變得復(fù)雜和制造費(fèi)用增高的問題。
此外，在上述已有的管道傾斜測定中，工作人員要實(shí)際進(jìn)入工作口3、工作口4，又必須設(shè)置水準(zhǔn)器5、水準(zhǔn)器7，以及垂直支持桿6、桿8，還需要幾個(gè)工作人員，則難于提高測定精度。
本發(fā)明根據(jù)實(shí)施情況，可用簡單的結(jié)構(gòu)檢出靶中心，可用簡單的結(jié)構(gòu)不需要人員而進(jìn)行激光光線照射位置的上下左右位置調(diào)整，從而壓縮了損耗時(shí)間且僅有一個(gè)進(jìn)行操作，以達(dá)到節(jié)省人力的目的，可實(shí)現(xiàn)僅用一人進(jìn)行完成后管道及已有管道傾斜角測定，并且提高了測定精度。
本發(fā)明由激光瞄準(zhǔn)裝置和靶構(gòu)成，該靶具有指示該靶上規(guī)定位置的反射面，上述激光瞄準(zhǔn)裝置具有支持成可自由轉(zhuǎn)動的激光光線發(fā)射部件和反射激光光線受光部件的激光振蕩裝置，轉(zhuǎn)動該激光振蕩裝置的至少激光光線發(fā)射部件的驅(qū)動裝置，根據(jù)從上述靶的反射面的反射激光光線的受光狀態(tài)控制上述驅(qū)動裝置使激光光線對向靶規(guī)定位置的控制部。從激光振蕩裝置照射激光光線，橫過靶掃描激光光線，用受光部件檢出來自反射面的反射光，再根據(jù)受光部件的受光狀態(tài)識別所接收的反射光是來自上述靶的反射光，運(yùn)算受光狀態(tài)并根據(jù)該運(yùn)算結(jié)果控制驅(qū)動裝置就可決定激光光線的照射方向，當(dāng)激光光線的照射方向決定后，就可用在水平設(shè)定的照射方向測定對上述照射方向的水平傾斜角。
如上所述，若確實(shí)識別了來自靶的反射光，正確檢出了靶中心，則可使無誤動作的激光光線的照射位置與靶中心一致，可不轉(zhuǎn)動靶而使上下左右的照射位置與靶中心一致，做到了不要輔助人員并消除了損耗時(shí)間，工作效率提高了。
本發(fā)明具備檢測激光振蕩裝置的上下轉(zhuǎn)動角的傾斜角檢測部件上，檢測水平的傾斜傳感器，根據(jù)上述傾斜角檢測部件和上述傾斜傳感器的檢測表示從激光振蕩裝置照射的激光光線傾斜角的表示部，因此，激光基準(zhǔn)傾斜角的設(shè)定是容易進(jìn)行的。有的還具備檢測激光振蕩裝置的水平轉(zhuǎn)動角的水平角檢測部件，根據(jù)該水平角檢測部件的檢測，表示從激光振蕩裝置照射的激光光線水平角的表示部。有的還在靶的至少一個(gè)反射面上設(shè)有液晶快門，激光瞄準(zhǔn)裝置的受光部件具備與上述液晶快門的開關(guān)頻率調(diào)諧的電濾波器，或者受光部件具有分割反射光的部件以及與液晶快門開關(guān)頻率調(diào)諧的濾波器，通過該濾波器檢出被分割受光的反射光的受光狀態(tài)，比較光通量檢出靶中心，或者使上述液晶快門的開關(guān)頻率不同，在接收從靶來的反射光時(shí)消除噪聲。有的上述靶的反射面設(shè)置在距靶中心所需距離的位置，或者上述靶具有上下左右各個(gè)方向?qū)ΨQ的反射面，或者上述靶具有至少沿一個(gè)掃描方向形成所需圖形的多個(gè)反射面，或者上述靶的反射面的至少一個(gè)幅寬是漸次變化的形狀，或者控制部運(yùn)算受光信號的重心位置并從重心位置求出靶中心，或者控制部運(yùn)算受光信號的脈沖幅度并從脈沖幅度求出靶中心，從靶的反射光狀態(tài)求出靶中心。有的控制部根據(jù)受光信號的脈沖幅度運(yùn)算激光光線的掃描旋轉(zhuǎn)角，從對應(yīng)于該掃描旋轉(zhuǎn)角和上述脈沖幅度的靶的尺寸，算出激光振蕩裝置和靶之間的距離。


圖1是有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例的激光瞄準(zhǔn)裝置的要部側(cè)面圖；圖2是有關(guān)上述實(shí)施例的激光瞄準(zhǔn)裝置的要部剖面圖；圖3(A)、(B)、(C)是動作說明圖；圖4是上述實(shí)施例的控制方塊圖；圖5是表示上述實(shí)施例的激光振蕩裝置的光學(xué)系統(tǒng)的方塊圖；圖6是上述實(shí)施例采用的靶的正面圖；圖7是對該靶照射激光光線得到的受光信號的波形圖；圖8是表示有關(guān)本發(fā)明的激光瞄準(zhǔn)裝置的激光振蕩裝置的其它光學(xué)系統(tǒng)的方塊圖；圖9是對應(yīng)于該光學(xué)系統(tǒng)使用的靶的說明圖；圖10(A)是從該靶反射激光的光波形；圖10(B)是表示反射激光光線的檢出信號的曲線圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置測定管道傾斜角時(shí)的說明圖；圖12是表示在傾斜角測定中使用的靶和管道1的關(guān)系的說明圖；圖13是表示本發(fā)明的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置具有的激光振蕩裝置的光學(xué)系統(tǒng)另一個(gè)例子的方塊圖；圖14是表示本發(fā)明的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置具有的激光振蕩裝置的光學(xué)系統(tǒng)又一個(gè)例子的方塊圖；圖15是表示靶的另一個(gè)例子的說明圖；圖16是表示靶的又一個(gè)例子的說明圖；圖17是表示靶的再一個(gè)例子的說明圖；圖18是表示靶的又另一個(gè)例子的說明圖；圖19是表示靶的再另一個(gè)例子的說明圖；圖20是表示靶的再又一個(gè)例子的說明圖；圖21是表示靶的其它例子的說明圖；圖22是已有的管道傾斜角測定方法的說明圖。
根據(jù)本發(fā)明的附圖予以詳細(xì)說明。
圖1～圖4表示激光瞄準(zhǔn)裝置10，圖6表示靶61。
首先對激光瞄準(zhǔn)裝置10進(jìn)行說明。
激光振蕩裝置11設(shè)在以水平軸12為中心可以傾斜動作的擺動框架13上，該擺動框架13設(shè)在以垂直軸14為中心可在水平方向轉(zhuǎn)動的圖中未示出的主體框架上。在水平軸12上設(shè)置傾動盤42。傾斜桿15與傾動盤42連接，在上述傾動盤42上設(shè)置表示水平狀態(tài)的氣泡管等傾斜傳感器16。在水平軸12設(shè)置編碼器43，該編碼器43檢出上述水平軸12的轉(zhuǎn)動角，即上述激光振蕩裝置11的傾斜角。來自上述編碼器43的信號輸入到傾斜度控制器48(后述)。
設(shè)置與上述擺動框架13連接的水平角調(diào)整機(jī)構(gòu)17，設(shè)置與上述激光振蕩裝置11連接的垂直角調(diào)整機(jī)構(gòu)18，設(shè)置與上述傾斜桿15連接的傾斜感器傾動機(jī)構(gòu)19。該傾斜傳感器傾動機(jī)構(gòu)19設(shè)置在上述激光振蕩裝置11的支持體上，并與激光振蕩裝置11形成一體傾動。
上述水平角調(diào)整機(jī)構(gòu)17的構(gòu)成是在水平方向設(shè)置可自由轉(zhuǎn)動的第1螺桿20，與該第1螺桿20螺合的第1螺母21，植設(shè)在該第1螺母21中并與上述擺動框架13連接的銷23，嵌在上述第1螺桿20中的從動齒輪24，通過驅(qū)動齒輪25與從該動齒輪24連接的水平角調(diào)整馬達(dá)26。
上述垂直角調(diào)整機(jī)構(gòu)18的構(gòu)成是在水平方向設(shè)置的可自由轉(zhuǎn)動的第2螺桿27，與該第2螺桿27螺合的第2螺母28，植設(shè)在該第2螺母28中并與上述激光振蕩裝置11連接的銷29，嵌在上述第2螺桿27中的從動齒輪30，通過驅(qū)動齒輪31與該從動齒輪30連接的垂直角調(diào)整馬達(dá)32。
上述傾斜傳感器傾動機(jī)構(gòu)19的構(gòu)成是在垂直方向設(shè)置的可自由轉(zhuǎn)動的第3螺桿33，與該第3螺桿33螺合的第3螺母34，植設(shè)在該第3螺母34中并與上述傾斜桿15連接的銷35，嵌在第3螺桿33中的從動齒輪36，通過驅(qū)動齒輪37與該從動齒輪36連接的傾斜設(shè)定馬達(dá)38。
水平調(diào)整控制器46控制驅(qū)動水平角調(diào)整馬達(dá)26，垂直角控制器47控制驅(qū)動垂直角調(diào)整馬達(dá)32，傾斜控制器48控制驅(qū)動傾斜設(shè)定馬達(dá)38。
水平角調(diào)整機(jī)構(gòu)17的水平角調(diào)整馬達(dá)26由水平調(diào)整控制器46驅(qū)動，垂直角調(diào)整機(jī)構(gòu)18的垂直角調(diào)整馬達(dá)32由垂直角控制器47驅(qū)動，傾斜傳感器傾動機(jī)構(gòu)19的傾斜設(shè)定馬達(dá)38由傾斜控制器48驅(qū)動，來自編碼器43的轉(zhuǎn)動角度信號輸入到傾斜控制器49。
上述水平調(diào)整控制器46、垂直角控制器47、傾斜控制器48分別由控制裝置45控制，來自上述傾斜傳感器16的檢出信號輸入到該控制裝置45?？刂蒲b置45上連接進(jìn)行裝置的起動停止及傾斜設(shè)定等的操作盤49，表示傾斜的設(shè)定值、動作狀態(tài)、激光光線的照射方向、靶61的檢出位置等的表示器50，第1反射激光光線檢出器51(后述)。
下面根據(jù)圖5簡述激光振蕩裝置11。
圖中，55是激光發(fā)光部，該激光發(fā)光部55具有發(fā)光二極管56、準(zhǔn)直透鏡57，來自發(fā)光二極管56的激光光線通過準(zhǔn)直透鏡57形成平行激光光線58，透過第1半透鏡59或孔鏡，照射到靶61。
靶61所反射的反射光58′射入激光振蕩裝置11，射入的反射光58′通過由聚焦透鏡60、第1反射激光光線檢出器51組成的受光部件接收。如通過上述聚焦透鏡60第1反射激光光線檢出器51接收到反射光58′，則第1反射激光光線檢出器51把檢出信號輸入上述控制裝置45。該控制裝置45根據(jù)第1反射激光光線檢出器51的受光狀態(tài)，通過水平調(diào)整控制器46驅(qū)動控制水平角調(diào)整馬達(dá)26，通過垂直角控制器47驅(qū)動控制垂直角調(diào)整馬達(dá)32，決定來自激光振蕩裝置11的激光光線58照射方向。圖5表示射出激光振蕩裝置的激光光線的激光發(fā)光部及光學(xué)系統(tǒng)，一體化的作為接收反射激光光線的受光部的反射激光光線檢出器和光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)然以另一種組合件構(gòu)成也是可以的。
下面，參照圖6說明靶61。
在矩形靶板62的靶中心(本圖表示靶中心和圖形中心一致的情況)上刻印十字線63，以十字線63的交點(diǎn)為中心，在左右上下對稱的位置分別設(shè)置左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67，而左反射面64、右反射面65至少水平方向的幅寬是相同的，并且上反射面66、下反射面67至少上下方向的幅寬是相同的。當(dāng)上述幅寬不相同時(shí)，左反射面64和右反射面65以及上反射面66和下反射面67的形狀相對于上述十字線的垂直線、水平線為對稱形狀也是可以的。
上述左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67是在靶板62上貼設(shè)了由小球或者小棱晶構(gòu)成的遞歸反射層組成的。
以下說明埋設(shè)管道等時(shí)的激光光線之基準(zhǔn)線的設(shè)定，以及設(shè)定基準(zhǔn)線使其相對于水平面傾斜所需角度θ的情況。
設(shè)置激光瞄準(zhǔn)裝置1，通過在激光瞄準(zhǔn)裝置1上設(shè)置的棒氣泡管圖中未示出)，對管道的圓周方向(與管道軸心方向成正交的方向)調(diào)整為水平。
把設(shè)定傾斜角θ從操作上述盤49輸入到上述控制裝置45。該控制裝置45通過上述傾斜控制器48驅(qū)動上述傾斜設(shè)定馬達(dá)38。通過上述驅(qū)動齒輪37、從動齒輪36、第3螺桿33，使第3螺母34向上移動，使上述傾斜桿15向設(shè)定角度θ的反方向傾斜。該傾斜桿15與上述傾動盤42成為一體，一起轉(zhuǎn)動。該傾動盤42的轉(zhuǎn)動角由編碼器43檢出，反饋給上述傾斜控制器48。當(dāng)編碼器43的檢出角度與設(shè)定角度相同時(shí)，停止上述傾斜設(shè)定馬達(dá)38。
上述控制裝置45通過上述垂直角控制器47驅(qū)動上述垂直角調(diào)整馬達(dá)32，通過上述驅(qū)動齒輪31、從動齒輪30、第2螺桿27移動第2螺母28，通過銷29使激光振蕩裝置11及傾斜桿15一體傾動。上述驅(qū)動垂直角調(diào)整馬達(dá)32直到上述傾斜傳感器16檢出的角度為0時(shí)止。
當(dāng)上述控制裝置45從上述傾斜傳感器16檢知基準(zhǔn)水平面時(shí)，停止垂直角調(diào)整馬達(dá)32，從激光振蕩裝置11發(fā)出的激光設(shè)定在設(shè)定角θ。該設(shè)定角表示在上述表示器50。
傾斜角度設(shè)定后，驅(qū)動上述水平角調(diào)整馬達(dá)26，通過上述水平角調(diào)整機(jī)構(gòu)17，使從激光振蕩裝置11發(fā)出的激光在水平方向掃描，該激光光線根據(jù)靶61的檢出照射十字線63的交點(diǎn)，進(jìn)行基準(zhǔn)線水平方向的設(shè)定。
以激光瞄準(zhǔn)裝置完成一次傾斜設(shè)定后，設(shè)置激光瞄準(zhǔn)裝置時(shí)，不必在水平方向重新設(shè)定激光振蕩裝置。當(dāng)主體設(shè)置在某個(gè)角度，可由編碼器得到以前已設(shè)定的角度，并通過運(yùn)算求得與新設(shè)定角度的差，當(dāng)傾斜傳感器達(dá)到基準(zhǔn)水平時(shí)，即形成新設(shè)定的角度。
不言而喻，上述傾斜設(shè)定馬達(dá)38可以采用脈沖馬達(dá)、DC馬達(dá)、伺服馬達(dá)等。若上述編碼器43可與傾動盤42機(jī)械連接，可通過聯(lián)軸節(jié)連接水平軸12，或通過齒輪等動作傳遞部件連接。由于上述編碼器43檢出實(shí)際的傾斜角，則可以設(shè)置在激光瞄準(zhǔn)裝置所需處的傾斜設(shè)定表示器表示傾斜度。上述傾斜傳感器16不僅設(shè)置在傾動盤42上，也可以設(shè)在傾斜桿15上，與傾斜桿15一體傾動的地方。編碼器43無論光學(xué)式、磁力式都可以。
本發(fā)明具有檢出靶61中心的功能，由于這種中心檢出功能，則例如因振動等原因激光光線照射位置移動時(shí)，可進(jìn)行自動調(diào)整。
首先，在以激光瞄準(zhǔn)裝置10為起點(diǎn)處設(shè)置水平，在目標(biāo)位置設(shè)置上述靶61。起動上述激光瞄準(zhǔn)裝置10，照射激光光線58，手動大致設(shè)定照射方向的左右及傾斜。設(shè)定后使自動調(diào)整工作。
使上述水平角調(diào)整馬達(dá)26轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)上述第1螺桿20，通過上述第1螺母21、銷23，使激光瞄準(zhǔn)裝置10的激光振蕩裝置11以垂直軸14為中心在水平方向來回轉(zhuǎn)動，在水平方向來回掃描平行激光光線58。水平方向的掃描一邊在上方或下方緩慢移動一邊來回掃描。當(dāng)未檢出的情況下，就擴(kuò)大掃描范圍再進(jìn)行掃描。
激光光線58橫穿靶61時(shí)，來自上述左反射面64、右反射面65的反射光5′射入激光振蕩裝置11，通過上述第1反射激光光線檢出器51檢出反射光58′。來自上述第1反射激光光線檢出器51的受光信號如圖7所示，形成具有規(guī)定間隔的同幅度、同形狀的脈沖。當(dāng)來自上述第1反射激光光線檢出器51的信號是規(guī)定間隔的同幅度脈沖時(shí)，上述控制裝置45將識別所接收的反射光是來自靶61的光，運(yùn)算上述2個(gè)受光信號的水平重心位置，即水平方向的上述十字線63的交點(diǎn)。把運(yùn)算結(jié)果存儲在控制裝置45中，并在表示器50表示為水平角。水平角的表示在混凝土管等的傾斜角和彎曲的測定中是有效的。上述控制裝置45根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制上述水平調(diào)整控制器46并驅(qū)動上述水平角調(diào)整馬達(dá)26，使激光光線58的照射方向?yàn)樯鲜鲞\(yùn)算方向，并與上述水平重心位置一致。
在上述運(yùn)算水平重心位置時(shí)，求出左反射面64和右反射面65之間的激光光線照射方向的角度差。同時(shí)，由于左反射面64和右反射面65之間的距離是已知值，因此可根據(jù)上述左反射面64和右反射面65之間的角度差和距離，測量出從激光瞄準(zhǔn)裝置10到靶61的距離。
當(dāng)設(shè)定水平方向照射位置時(shí)，驅(qū)動上述垂直角調(diào)整馬達(dá)32，使第2螺桿27轉(zhuǎn)動，通過第2螺母28、銷29、擺動框架13，使上述激光振蕩裝置11以上述水平軸12為中心按要求角度上下方向傾動，在上下方向開始掃描。
根據(jù)上述第1反射激光光線檢出器51的受光信號的狀態(tài)，上述控制裝置45運(yùn)算垂直重心位置，即垂直方向的上述十字線63的交點(diǎn)。該演算結(jié)果作為垂直角表示在表示器50上，同時(shí)上述控制裝置45根據(jù)該運(yùn)算結(jié)果控制上述垂直角控制器47，驅(qū)動上述垂直角調(diào)整馬達(dá)32，使激光光線58的照射方向與上述垂直重心位置一致。然后，激光光線58設(shè)定水平方向、垂直方向，平行激光光線58的照射點(diǎn)與上述十字線63的交點(diǎn)一致?？稍O(shè)定水平方向或垂直方向的動作，而其他的也可手動。
其次，在反射面設(shè)置液晶快門，可防止反射光58′受光狀態(tài)的雜波的降低，可準(zhǔn)確檢出靶中心。
圖8～圖10說明在反射面設(shè)置液晶快門的實(shí)施例。
圖8表示與設(shè)置了液晶快門的靶97對應(yīng)的激光振蕩裝置11。
來自發(fā)光二極管56的激光光線通過準(zhǔn)直透鏡57成為平行激光光線58，透過第1半透鏡59或開孔鏡照射到靶97。
上述靶97所反射的反射光58′射入激光振蕩裝置11，射入的反射光58′由上述第1半透鏡59反射，而反射光58′的一部分透過第2半透鏡73，由聚焦透鏡60和第1反射激光光線檢出器51等組成的第1受光部件接收。當(dāng)通過上述聚焦透鏡60第1反射激光光線檢出器51接收反射光58′時(shí)，該第1反射激光光線檢出器51把檢出信號輸入控制裝置45。上述反射光58′的遺留部分由上述第2半透鏡73反射，并由聚焦透鏡74和第2反射激光光線檢出器76等組成的第2受光部件接收。當(dāng)通過上述聚焦透鏡74第2反射激光光線檢出器76接收反射光58′時(shí)，該第2反射激光光線檢出器76把檢出信號輸入上述控制裝置45。
上述第1反射激光光線檢出器51、第2反射激光光線檢出器76分別設(shè)置與后述液晶快門的頻率調(diào)諧的電濾波器。
控制裝置45比較上述第1反射激光光線檢出器51、第2反射激光光線檢出器76的受光量并檢出運(yùn)算受光狀態(tài)，根據(jù)所求出的受光狀態(tài)控制驅(qū)動裝置，決定激光振蕩裝置11的激光光線58照射方向。上述驅(qū)動裝置由水平角調(diào)整馬達(dá)26、垂直角調(diào)整馬達(dá)32、第1螺桿20、第2螺桿27等動力傳遞部件，以及驅(qū)動水平角調(diào)整馬達(dá)26、垂直角調(diào)整馬達(dá)32的水平調(diào)整控制器26、垂直角控制器47等組成。
下面，參照圖9說明上述靶97。
靶板98的表面是由小球或小棱晶等組成的遞歸反射面，在該靶板98的反射面上分成左反射面99、右反射面100，設(shè)置2個(gè)液晶快門101、液晶快門102。以不同頻率開關(guān)該液晶快門101、液晶快門102的控制部件(圖中未示出)設(shè)置在靶97的要求的位置，例如設(shè)在背面。另外，液晶快門101、液晶快門102的邊界線設(shè)定為靶97的靶中心。
首先，在作為起點(diǎn)的地方水平設(shè)置激光瞄準(zhǔn)裝置，把靶97設(shè)置在目標(biāo)位置。起動激光瞄準(zhǔn)裝置，照射激光光線58，手動大致設(shè)定照射方向的左右及傾斜。設(shè)定后進(jìn)行自動調(diào)整。
使上述垂直角調(diào)整馬達(dá)32轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動上述第2螺桿27，通過上述第2螺母28、銷29使激光瞄準(zhǔn)裝置的激光振蕩裝置11以垂直軸14為中心在水平方向來回轉(zhuǎn)動，在水平上來回掃描激光光線58。
激光光線58橫穿靶97并由左反射面99、右反射面100反射。當(dāng)上述液晶快門101、液晶快門102被驅(qū)動時(shí)，由上述左反射面99、右反射面100的反射光58′隨著液晶快門101、液晶快門102的開關(guān)而遮斷，調(diào)制為具有分別與液晶快門的開關(guān)頻率相同頻率的反射光，該反射光58′如圖10(A)所示。
上述反射光58′射入到激光振蕩裝置11，由上述第2半透鏡73分割開，通過上述第1反射激光光線檢出器51、第2反射激光光線檢出器76檢出反射光58′。第1反射激光光線檢出器51、第2反射激光光線檢出器76具有透過調(diào)諧于上述液晶快門開關(guān)頻率的頻率之電濾波器，上述第1反射激光光線檢出器51僅接收來自上述左反射面99的反射光58′，并把其輸出輸入到上述控制裝置45，上述第2反射激光光線檢出器76僅接受來自上述右反射面100的反射光58′，并把其輸出輸入到控制上述裝置45。在上述控制裝置45中提取兩檢出器51、76的偏差時(shí)的輸出如圖10(B)所示，在輸出的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)可檢出靶中心。上述控制裝置45控制上述垂直角控制器47并驅(qū)動上述垂直角調(diào)整馬達(dá)32，使激光光線58的照射方向與上述靶97的靶中心(上述左反射面99、右反射面100的邊界)一致。
通過上述電濾波器，上述第1反射激光光線檢出器51、第2反射激光光線檢出器76只能接收來自靶97的反射光，可消除來自其他不需要反射體的噪聲，提高檢出精度。
在圖5～圖7說明的實(shí)施例中，在靶61的左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67的表面上還貼設(shè)液晶快門，在靶61的要求的位置，例如在背面設(shè)置以不同頻率驅(qū)動各液晶快門的快門控制電路。這種情況下，在上述第1反射激光光線檢出器51上設(shè)置調(diào)諧在液晶快門頻率的電濾波器。也可以使反射激光光線檢出電路與后述圖8有同樣的構(gòu)成。
當(dāng)驅(qū)動上述液晶快門時(shí)，反射光將配合液晶快門的開關(guān)而遮斷，以液晶快門的驅(qū)動頻率進(jìn)行調(diào)制。通過上述電濾波器，上述第1反射激光光線檢出器51可僅檢出來自靶61的反射光，并可除去來自其他不需要反射體的噪聲，提高檢出精度。另外，設(shè)置在上述左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67的液晶快門可使用同一頻率開關(guān)，也可以使用不同頻率開關(guān)。在以不同頻率開關(guān)的情況下，若在檢出器上設(shè)置對應(yīng)于各個(gè)液晶開關(guān)頻率的電濾波器，則可以分別識別出左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67。
靶61的反射面，左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67可以連續(xù)，也可以在水平方向、垂直方向變化反射面的幅寬。同時(shí)，沿著掃描線設(shè)置多個(gè)反射面，形成需要的圖形，從掃描得到的受光信號識別圖形，識別受光信號來自靶的信息，也可以從圖形判別靶中心。還可在液晶快門的表面設(shè)置1/4λ雙折射構(gòu)件，若設(shè)置偏振光分光鏡代替第2半透鏡，則由靶反射面反射的反射激光的相位相對于照射激光變換90°，偏振光分光鏡僅透過變換了90°的光，因此，由不需要反射面反射的光線被切斷，很容易與反射光分開。1/4λ雙折射構(gòu)件也可以設(shè)置在液晶快門的背面，還可以在從第2半透鏡到靶側(cè)設(shè)置另一個(gè)偏振光板代替分光鏡。
下面，參照圖11、圖12說明采用本發(fā)明的激光瞄準(zhǔn)裝置10測定管道1的傾斜角。
在管道1的一端設(shè)置靶61，在另一端設(shè)置激光瞄準(zhǔn)裝置10。上述靶61設(shè)置在混凝土管2上時(shí)，照射中心(上述十字線63的交點(diǎn))應(yīng)與混凝土管2的中心一致。
同樣，上述激光瞄準(zhǔn)裝置10通過支持腳41設(shè)置在混凝土管2上時(shí)，激光瞄準(zhǔn)裝置10的激光光線射出中心應(yīng)大致與混凝土管2的中心一致。
一旦使激光瞄準(zhǔn)裝置10工作，激光瞄準(zhǔn)裝置10通過上述的工作，將自動檢出上述靶61的照射中心，并使激光光線的照射位置與靶61的照射中心一致。這時(shí)，混凝土管和激光主線照射方向以及傾斜傳感器的傾斜角與管道1的傾斜一致。
當(dāng)傾斜傳感器為水平時(shí)，即通過上述傾斜控制器48驅(qū)動傾斜設(shè)定馬達(dá)38，使上述傾斜傳感器16的檢出結(jié)果為水平位置。從上述激光光線照射靶61的照射中心的狀態(tài)到上述傾斜傳感器16的檢出結(jié)果表示水平位置的角度，可由編碼器43檢出，檢出結(jié)果就是上述管道1的傾斜角，該傾斜角表示在上述表示器50上。水平角也可以如上述那樣表示在表示器50上。這樣，傾斜角及水平角的測定結(jié)果可以很容易從上述表示器了解，因此測定工作僅僅是把激光瞄準(zhǔn)裝置10和靶61設(shè)置在管道1中就可以了，1個(gè)操作員即可以測定。另外，如上所述的距離測定也可以一起進(jìn)行。
在圖13的實(shí)施例中，為了提高上述第1反射激光光線檢出器51的反射光58′的檢出精度，并增加反射光58′的檢出信息量，使激光瞄準(zhǔn)裝置10照射的激光光線為圓偏振光。使透過上述第1半透鏡59的激光光線再透過1/4λ雙折射構(gòu)件71成為圓偏振光激光光線，從激光瞄準(zhǔn)裝置10射出。
圖15表示本實(shí)施例使用的靶90。
在靶90是在上述靶61的左反射面64、右反射面65、上反射面66、下反射面67的表面設(shè)置1/4λ雙折射構(gòu)件，分別作為偏振光反射面77、78、79、80。
從激光瞄準(zhǔn)裝置10照射的圓偏振光激光光線58由上述靶90的偏振光反射面77、78、79、80反射，成為與照射的圓偏振激光光線58有不同偏振方向的圓偏振激光光線58′。該圓偏振激光光線58′透過1/4λ雙折射構(gòu)件71，成為相對于上述激光發(fā)光部55射出的直線偏振激光光線有90°偏振方向差異的直線偏振激光光線。上述圓偏振激光光線58′通過偏振板由上述第1反射激光光線檢出器51接收，使上述偏振板72的偏振方向與由靶90反射面反射并透過1/4λ雙折射構(gòu)件71而射入的偏振光方向一致。
由于上述第1反射激光光線檢出器51僅接收偏振光反射面77、78、79、80所反射的激光瞄準(zhǔn)裝置10照射的激光光線，而太陽光等、由不需要反射體所反射的外部雜散光即使射入，也會被切斷，從而提高檢出精度。求得上述靶90照射位置的情況與靶61已說明的情況一樣，進(jìn)行水平方向激光光線的掃描，求得反射光的水平方向重心位置，再進(jìn)行上下方向的掃描，求得反射光的上下方向的重心位置。
以圖16～圖19說明其他靶的例子。
圖16所示的靶91之反射面81、82為對稱正直角三角形、倒直角三角形。
來自該靶91的圓偏振激光光線58′為2個(gè)脈沖形狀，通過掃描激光光線的位置改變左右的脈沖幅寬，左右脈沖幅寬相等的位置就是通過十字線63交點(diǎn)的位置，通過運(yùn)算左右脈沖幅寬的重心，也可檢出上述十字線63水平方向的位置。而且采用靶91，一邊在水平方向掃描一邊在上下方向移動掃描位置，即可檢出十字線63的交點(diǎn)位置、照射中心。如圖6、圖15所示的靶61、靶90，由于在上下方向求得了中心位置，停止了水平方向的動作，也不必進(jìn)行上下方向的掃描，從而提高了工作效率。
圖17所示的靶92也基本上與上述靶91是一樣的，沿對角線設(shè)置反射面81、82，夾住窄條狀的非反射面83，形成對稱的正直角三角形、倒直角三角形，并集中設(shè)置在靶板92的一角。由于反射面81、82、非反射面83與上述十字線63的距離是已知的，則可求得反射面81、82、非反射面83的中心，從而求得十字線63的交點(diǎn)位置。
圖18所示的靶93，使正直角三角形反射面81和倒直角三角形非反射面84相鄰接，沿非反射面84設(shè)置窄條狀反射面85。激光光線在水平方向?qū)ι鲜龇瓷涿?1、非反射面84、反射面85掃描時(shí)，具有來自上述靶93的反射面81和來自上述反射面85的脈沖狀反射光，通過檢出反射面81的反射光脈沖的幅寬和從該脈沖到反射面85的反射光脈沖的幅寬(非反射面84的幅寬)為同一狀態(tài)，可如以前一樣檢出靶93的照射中心。
圖19所示的靶94是配置成N字形3個(gè)窄條狀反射面86，當(dāng)激光光線在水平方向?qū)υ摪?4掃描時(shí)，則因上述靶94具有3個(gè)同幅寬的脈沖狀反射光，在3個(gè)脈沖狀反射光的間隔相同的地方就是通過上述十字線63交點(diǎn)的位置，與以前一樣即可檢出靶94的照射中心。
圖16～圖19所示的靶沒有在反射面設(shè)置1/4λ雙折射構(gòu)件，在圖5所示實(shí)施例中當(dāng)然是可以使用的。反射面形狀可以是正三角形或倒三角形之一種。這時(shí)通過激光光線十字線63交點(diǎn)的掃描線預(yù)測了橫穿上述反射面時(shí)的幅寬，作為比較值輸入到上述控制裝置45。當(dāng)反射面形狀具有極大值、極小值的形狀時(shí)，上述控制裝置45也可以檢出極值。
圖14表示另一個(gè)實(shí)施例，是在圖13所示實(shí)施例中附加了以下結(jié)構(gòu)。
在第1半透鏡59和聚焦透鏡60之間設(shè)置了第2半透鏡73，通過聚焦透鏡74、偏振板75，把第2半透鏡73反射的圓偏振激光光線58′輸入到第2反射激光光線檢出器76，來自該第2反射激光光線檢出器76的受光信號輸入到上述控制裝置45。上述偏振板72和上述偏振板75把偏振方向改變90°，上述第1反射激光光線檢出器51和第2反射激光光線檢出器76可檢知偏振方向有90°差異的直線偏振激光光線。上述控制裝置45對來自上述第1反射激光光線檢出器51的激光光線受光信號和來自上述第2反射激光光線檢出器76的激光光線受光信號進(jìn)行比較運(yùn)算。當(dāng)半透鏡73為偏振光鏡的情況下，可省去偏振板72、76，第1半透鏡59也可以是多孔鏡。
本實(shí)施例使用的靶95如圖20所示，其反射面的整體形狀是縱長的矩形形狀，該反射面被對角線分為2部分，其中一部分構(gòu)成偏振光變換反射面87，另一部分構(gòu)成偏振光保存反射面88。正三角形的上述偏振光變換反射面87的表面上有1/4λ雙折射構(gòu)件，變換入射激光光線的偏振方向并予反射，倒三角形偏振光保存反射面88保存入射激光光線的偏振方向并予反射。
當(dāng)在水平方向?qū)ι鲜霭?5掃描圓偏振激光光線58時(shí)，偏振光變換反射面87反射的圓偏振激光光線58′變換了偏振方向，透過上述1/4λ雙折射構(gòu)件71，另外，透過上述第2半透鏡73的激光光線的偏振方向與偏振板72一致，由上述第1反射激光光線檢出器51檢出。由上述第2半透鏡73反射的圓偏振激光光線58′與上述偏振板75的偏振方向不同，被該偏振板75切斷，光不會射入到第2反射激光光線檢出器76。
上述偏振光保存反射面88反射的圓偏振激光光線58′是保存偏振方向的反射光，已透過上述1/4λ雙折射構(gòu)件71的激光光線的偏振方向與上述偏振板75一致，而與偏振板72不一致。因此，光不會射入到第1反射激光光線檢出器51，而僅射入到第2反射激光光線檢出器76。上述控制裝置45比較上述第1反射激光光線檢出器51、上述第2反射激光光線檢出器76的受光信號，當(dāng)來自兩反射激光光線檢出器51、76的信號脈沖幅寬成為相等狀態(tài)時(shí)，可把上述十字線63的中心作為圓偏振激光光線58通過的位置。由于靶95的整個(gè)反射面的中心與上述十字線63的交點(diǎn)的距離是已知的，因此可由運(yùn)算求得靶95的照射中心。
圖21所示的靶96是在靶板62上使用透明、半透明的透光性材料，在背面印刷或刻印具有與上述十字線63的交點(diǎn)一致的中心的標(biāo)識89，這就可確認(rèn)來自反射面?zhèn)鹊膱A偏振激光光線58的照射位置。
如上所述，本發(fā)明的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置可用于在土中埋設(shè)混凝土管等土木工程，也可在各種建筑工程中用來形成基準(zhǔn)線，可以有效地提高基準(zhǔn)線設(shè)定施工的效率，防止設(shè)定時(shí)的誤動作。
權(quán)利要求
1.一種激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，其特征是由激光瞄準(zhǔn)裝置和靶構(gòu)成，該靶具有指示該靶上規(guī)定位置的反射面，上述激光瞄準(zhǔn)裝置具備具有可自由轉(zhuǎn)動支持的激光光線射出部件和反射激光光線的受光部件的激光振蕩裝置；至少可轉(zhuǎn)動該激光振蕩裝置的激光光線射出部件的驅(qū)動裝置；以及根據(jù)上述靶反射面的反射激光光線受光狀態(tài)，控制上述驅(qū)動裝置使激光光線射向上述靶的規(guī)定位置的控制部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，其特征是具備檢測激光振蕩裝置的上下轉(zhuǎn)動角的傾斜角檢測部件；檢測水平的傾斜傳感器；根據(jù)上述傾斜角檢測部件和上述傾斜傳感器的檢測，表示上述激光振蕩裝置照射的激光光線傾斜角的表示部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，其特征是具備具有檢測激光振蕩裝置的水平轉(zhuǎn)動角的水平角檢測部件，根據(jù)該水平角檢測部件的檢測表示上述激光振蕩裝置照射的激光光線的水平角的表示部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置具備在靶的至少一個(gè)反射面上設(shè)置液晶快門，激光瞄準(zhǔn)裝置的受光部件具有與上述液晶快門的開關(guān)頻率調(diào)諧的電濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，上述靶的反射面設(shè)置在距離靶中心有所需距離的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，上述靶具有在上下、左右各自的方向?qū)ΨQ的反射面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，上述靶具有至少沿一個(gè)掃描方向形成所需要圖形的多個(gè)反射面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求5、權(quán)利要求6、權(quán)利要求7的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，上述靶的反射面的至少一個(gè)幅寬是逐漸變形的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求3、權(quán)利要求4的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，上述受光部件具有分割反射光的部件，同時(shí)具有與液晶快門開關(guān)頻率調(diào)諧的濾波器，通過該濾波器檢出被分割并被接收的反射光的受光狀態(tài)，比較光通量并檢出靶中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求9的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，使上述液晶快門的開關(guān)頻率不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求5、權(quán)利要求6、權(quán)利要求7、權(quán)利要求9的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，在上述靶的至少一個(gè)反射面上設(shè)有1/4λ雙折射構(gòu)件，以及上述受光部件具有偏振光部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，控制部運(yùn)算受光信號的重心位置，并從該重心位置求得靶中心。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，控制部運(yùn)算受光信號的脈沖幅寬，并從該脈沖幅寬求得靶中心。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置，控制部根據(jù)受光信號的脈沖幅寬運(yùn)算激光光線的掃描轉(zhuǎn)動角，從對應(yīng)于該掃描轉(zhuǎn)動角和上述脈沖幅寬的靶尺寸運(yùn)算激光振蕩裝置和靶間的距離。
全文摘要
采用簡單的結(jié)構(gòu)并且不需要工作人員就可進(jìn)行激光光線照射位置的上下左右方向的位置調(diào)整，還可以測定傾斜角的激光基準(zhǔn)水平面設(shè)定裝置是由激光瞄準(zhǔn)裝置和靶組成的。上述靶具有指示上述靶上規(guī)定位置的反射面。上述激光瞄準(zhǔn)裝置具備具有可自由轉(zhuǎn)動支撐的激光光線射出部件和反射激光光線的受光部件的激光振蕩裝置；使該激光振蕩裝置的至少激光光線射出部件轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置；以及根據(jù)上述靶的反射面的反射激光光線受光狀態(tài)，控制上述驅(qū)動裝置使激光光線射向上述靶的規(guī)定位置的控制部。
文檔編號E03F7/12GK1158161SQ96190753
公開日1997年8月27日 申請日期1996年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月25日
發(fā)明者澁谷裕人, 阿出川俊和 申請人:株式會社拓普康