專利名稱：激光束照射裝置的制作方法
本申請是申請日為93年10月27日、申請?zhí)枮?3119831.3、發(fā)明名稱為“具有往返激光掃描系統(tǒng)的激光旋轉照射裝置”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及激光照射裝置，詳細地說，就是將激光束投射到對象物上，以該激光束的投射位置為基準而使用的打墨線用激光旋轉儀或旋轉照射型激光儀，該裝置還具有往返激光掃描系統(tǒng)。
先有的旋轉照射型激光儀有日本專利公報特開昭62-951419號及特開昭63-179208號等登載的專利。在這些儀器中，作為激光源使用的是He-Ne氣體激光及激光二極管等。
在先有的使用He-Ne氣體激光的旋轉照射型激光儀中，當該儀器本體到對象物之間的距離比較長時，則到達對象物的He-Ne氣體激光的能量將減少，于是難于辯認，導致不能有效地進行打墨線作業(yè)。
另外，在使用激光二極管的旋轉照射型激光儀中，投射的激光是紅外線，所以，必須在對象物上設置紅外線傳感器。另一方面，雖然最近出現(xiàn)了一種激光二極管，這種激光二極管產(chǎn)生波長和He-Ne氣體激光接近的可見光波長的激光，但是，當該儀器本體到對象物之間的距離較長時，由于到達對象物的激光束的能量減少，以致于難于辯認，所以，仍然不能有效地進行打墨線作業(yè)。
本發(fā)明是鑒于先有的旋轉照射型激光儀存在的上述問題而提出來的方案，其目的旨在提供一種能提高對象物上的激光束的有效能量、使激光束的掃描能根據(jù)激光束檢測裝置的輸出而暫停在反射裝置上的激光照射裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種照射激光束的激光照射裝置，其特征在于包括發(fā)射激光束的激光源、投射激光束的激光束投射裝置、沿掃描方向旋轉所述激光束投射裝置的掃描裝置、至少具有一個用于反射由所述投射裝置投射出的激光束的反射區(qū)的反射裝置、用于檢測由所述反射裝置反射回來的激光束的激光束檢測裝置和使旋轉裝置暫停轉動從而使激光束的掃描根據(jù)激光束檢測裝置的輸出而暫停在反射裝置上的控制裝置。
圖1是本發(fā)明實施例的具有往返激光掃描系統(tǒng)的激光束照射裝置的光學圖。
圖2是本發(fā)明實施例的反射器的正面圖。
圖3是本發(fā)明實施例的反射器的正面圖。
圖4是本發(fā)明實施例的反射器的剖面圖。
圖5是本發(fā)明實施例的反射器的剖面圖。
圖6是本發(fā)明第1實施例的控制系統(tǒng)的框圖。
圖7是本發(fā)明實施例的防振蕩電路的電路圖。
圖8是本發(fā)明第2實施例的控制系統(tǒng)的框圖。
圖9是本發(fā)明第2實施例的控制系統(tǒng)中微機的動作流程圖。
圖10是本發(fā)明第3實施例的控制系統(tǒng)的框圖。
圖11是本發(fā)明第4實施例的控制系統(tǒng)的框圖。
圖12是本發(fā)明第4實施例的控制系統(tǒng)中微機的動作流程圖。
圖13是本發(fā)明第5實施例的控制系統(tǒng)中的微機的動作流程圖。
圖14是本發(fā)明第6實施例的控制系統(tǒng)中的微機的動作流程圖。
下面，參照
本發(fā)明實施例的照射激光束的激光照射裝置。具有往返激光掃描系統(tǒng)的光學系統(tǒng)的激光照射裝置如圖1所示，在從LD發(fā)光器2發(fā)射出來的激光束的光軸O上配置有平行光管透鏡4、傾斜角修正系統(tǒng)6、反射鏡8、束擴展器9、具有光軸O穿過孔7的開孔鏡8′和束旋轉系統(tǒng)10。往返激光掃描系統(tǒng)的光學系統(tǒng)也可以不包括傾斜角修正系統(tǒng)6。
傾斜角修正系統(tǒng)6是不論本體(圖中未示)如何傾斜，始終保持鉛直地反射從激光光源2發(fā)射出來的激光束的光學系統(tǒng)的一部分。由填充玻璃20、具有液體背面的反射面22的油浴24、填充玻璃26和一對棱鏡30及32構成，使光軸O偏轉的光軸調(diào)整系統(tǒng)34和束擴展器9通過將具有不同焦距的一對透鏡36及38相隔指定的間隔進行配置而構成，用來擴展激光束的寬度。
束旋轉系統(tǒng)10是反射垂直向上入射的激光束使之在水平面內(nèi)旋轉掃描的光學系統(tǒng)，它是將五角形棱鏡42設置在旋轉支持臺40上而構成的。在旋轉支持臺40的中間部位，安裝有用來檢測旋轉支持臺40旋轉方向的編碼器44。在旋轉支持臺40的下部安裝有齒輪46，作為旋轉支持臺40的旋轉驅(qū)動源的電機48的輸出齒輪50與齒輪46嚙合。電機48的旋轉驅(qū)動由控制系統(tǒng)100進行控制，控制系統(tǒng)100與編碼器44及后面所述的激光束檢測系統(tǒng)80的光電變換元件86相連接。
配置在被測定物(即對象物)上的反射激光束用的反射器60是如圖2所示那樣將兩個沿垂直方向延伸的反射帶62及64間隔配置的第1反射部件66，或者是如圖3所示那樣將兩個沿垂直方向延伸的反射帶62及64間隔配置并在其下部設置其它圖形的反射帶67的第2反射部件68。反射帶62、64和反射帶67如圖4所示，在其背面設有多個直角棱鏡70或者如圖5所示那樣，設有多個球體72。
激光束檢測系統(tǒng)80是在開孔鏡8′的反射光軸OO上相隔適當間隔配置聚光透鏡82、針孔板84和光電變換元件86而構成的。
往返激光掃描系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)如圖6所示，具有振蕩器102、輸入振動器102的輸出信號的LD驅(qū)動電路104和輸入LD驅(qū)動電路104的輸出信號的LD發(fā)光器106。此外，電氣系統(tǒng)還具有接收從反射器60反射回來的激光束的光電變換元件86、電機48和控制系統(tǒng)100。還有使編碼器44的輸出信號輸入控制系統(tǒng)100的結構。
第1實施例的控制系統(tǒng)100是通過使激光束只在兩個反射器60的角度范圍內(nèi)往返掃描以便容易辨認激光束的結構。該控制系統(tǒng)100如圖6所示，具有與光電變換元件86的輸出端連接，用于放大輸入信號的調(diào)制信號檢測器112和與調(diào)制信號檢測器112的輸出連接的防振蕩電路114。
防振蕩電路114的輸出通過波形形成器116、雙脈沖判別器118和正轉/反轉信號發(fā)生器120與電機驅(qū)動電路134連接。波形形成器116的輸出還通過遠近判別器130與雙脈沖判別器118連接。雙脈沖判別器118的輸出通過檢查/掃描判別器132與電機驅(qū)動電路134連接。遠近判別器130和檢查/掃描判別器132的輸出端與防振蕩電路114連接。
防振蕩電路114如圖7所示，由電阻R1、R2模擬開關S1、S2、S3、反相器I和電容器C構成，通過調(diào)節(jié)RC濾波電路的時間常數(shù)防止發(fā)生振蕩。在反射器60之間進行掃描時，因本體(圖中未示出)與對象物之間的距離較短時，檢測信號長則振蕩的時間也長，所以，使防振蕩電路114的RC濾波電路的時間常數(shù)增長。相反，掃描時本體(圖中未示出)與對象物之間的距離較長時，由于檢測信號短，振蕩的時間也短，所以，使RC濾波電路的時間常數(shù)縮短。另一方面，在反射器60上進行掃描檢查時，由于激光束橫掃反射器60的時間短，返回來的激光束發(fā)生振蕩的可能性很小，所以，操作模擬開關S1、S2和S3，以使輸入信號繞過RC濾波電路。
遠近判別器130利用由反射器60的兩個垂直反射帶62及64發(fā)生的雙脈沖信號的間隔判別本體(圖中未示出)與對象物之間的距離，改換防振蕩電路114的時間常數(shù)。如果從輸入第1個脈沖后到輸入第2個脈沖的時間處于檢查或掃描中分別設定的指定時間內(nèi)，雙脈沖判別器118判斷為是反射器60時，發(fā)生1個脈沖，并將該脈沖信號輸給正轉/反轉信號發(fā)生器120及檢查/掃描判別器132。
檢查/掃描判別器132根據(jù)雙脈沖判別器118的輸出信號判斷是檢查還是掃描，并將該結果的脈沖信號輸給防振蕩電路114。正轉/反轉信號發(fā)生器120由分頻電路構成，每當從雙脈沖判別器118輸入判斷為是反射器60的信號時，轉換正轉信號和反轉信號，并輸給電機驅(qū)動電路134。
電機驅(qū)動電路134根據(jù)來自正轉/反轉信號發(fā)生器112的正轉信號和反轉信號控制電機48的旋轉方向，根據(jù)來自檢查/掃描判別器132的檢查或掃描的信號控制旋轉速度，即，控制使得檢查時的旋轉速度比掃描時的旋轉速度快。
第2實施例的控制系統(tǒng)200和第1實施例一樣，是通過使激光束只在兩個反射器60的角度范圍內(nèi)往返掃描以便容易辨認激光束的結構。該控制系統(tǒng)200示于圖8，和第1實施例相同的構成標以相同的符號，并省略其說明。防振蕩電路114的輸出信號通過微機202輸給電機驅(qū)動電路134。
微機202的動作如圖9的流程圖所示，當進入檢查模式時，設定束旋轉系統(tǒng)10的檢查旋轉速度為60rpm。接著，在雙脈沖判別階段，判斷從反射器60輸入的輸入信號是否為雙脈沖。
在雙脈沖判別階段，如果判斷為是雙脈沖，就切換為掃描模式，轉換電機48的旋轉方向，設定束旋轉系統(tǒng)10的旋轉速度為比檢查模式慢的掃描模式的旋轉速度；如果判斷為不是雙脈沖，若在經(jīng)過指定的時間之前，則返回雙脈沖判別階段；若在經(jīng)過指定的時間之后，則返回檢查模式。
第3實施例的控制系統(tǒng)300是通過使激光束停止在兩個反射器60上以便容易辨認激光束的結構。該控制系統(tǒng)300如圖10所示，調(diào)制信號檢測器112的輸出信號通過雙脈沖判別器118和檢查/停止模式轉換器302輸給電機驅(qū)動電路134。當檢查/停止模式轉換器302從雙脈沖判別器118輸入表示已輸入了雙脈沖的信號時，將用于使束旋轉系統(tǒng)10的旋轉停止指定時間的電機停止信號輸給電機驅(qū)動電路134。
第4實施例的控制系統(tǒng)400和第3實施例一樣，是通過使激光束停止在兩個反射器60上以便容易辨認激光束的結構。該控制系統(tǒng)400示于圖11，和第1實施例相同的構成標以相同的符號，并省略其說明。防振蕩電路114的輸出信號通過微機402輸給電機驅(qū)動電路134。編碼器44的輸出信號輸給微機402。
控制系統(tǒng)400的微機402的動作如圖12的流程圖所示，當進入檢查模式時，設定束旋轉系統(tǒng)10的旋轉速度為檢查速度(60rpm)。接著，在雙脈沖判別階段判斷從反射器60輸入的輸入信號是否為雙脈沖。
在雙脈沖判別階段，如果判斷為是雙脈沖，則根據(jù)編碼器44的輸出信號存儲這時的束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向。然后，轉換束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向，變?yōu)楸葯z查模式慢的旋轉速度，使束旋轉系統(tǒng)10低速反向旋轉，返回到上述存儲的位置后使其停止指定的時間。束旋轉系統(tǒng)10停止了指定的時間后，再次開始檢查模式。
在雙脈沖判別階段，如果判斷為不是雙脈沖，就返回到檢查模式。
第5實施例的控制系統(tǒng)和第1實施例一樣，也是通過使激光束只在兩個反射器60的角度范圍內(nèi)往返掃描以便容易辨認激光束的結構，但該結構存儲著兩個反射器60的角度位置，即使去掉反射器60或暫時遮斷返回的激光束也能暫時繼續(xù)進行激光束往返掃描。第5實施例的控制系統(tǒng)除了微機402的動作外，其余的均與第4實施例相同。第5實施例的微機的動作如圖13所示，當進入檢查模式時，設定束旋轉系統(tǒng)10的旋轉速度為檢查速度(60rpm)，接著，在雙脈沖判別階段判斷從反射器60輸入的輸入信號是否為雙脈沖。
如果在雙脈沖判別階段判斷為是雙脈沖，則進入正/反判別階段。在正/反判別階段的任何一種判別中，都根據(jù)編碼器44的輸出信號存儲這時的束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置I、II。然后，轉換束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向，以低速旋轉的掃描模式使束旋轉系統(tǒng)10旋轉。
在雙脈沖判別階段，如果判斷從反射器60輸入的輸入信號不是雙脈沖并進而判斷已經(jīng)過了指定的時間時，則進入掃描同步模式I。如果判斷還未經(jīng)過該指定的時間，則返回到雙脈沖判別階段。掃描同步模式I是在掃描模式中最后存儲的兩個反射器60的角度范圍持續(xù)掃描指定的時間后返回到檢查模式的階段。即，在模式判別階段，如果判斷為是掃描模式，則從編碼器44的輸出信號中檢測束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向和旋轉位置。
然后，在正/反判別階段，如果判斷為是正轉，則將束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置與上述旋轉位置I進行比較；如果判斷為是反轉，則將束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置與上述旋轉位置II進行比較。如果它們一致，則進入掃描同步模式I，判斷是否經(jīng)過了指定時間。如果判斷已經(jīng)過了該指定時間，則返回到檢查模式；如果判斷還未經(jīng)過指定的時間，則轉換正/反旋轉方向，返回到從編碼器44的輸出信號中檢測束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向和旋轉位置的階段。如果判斷為上述束旋轉系統(tǒng)10是正轉，則將旋轉位置和上述旋轉位置I進行比較；如果判斷是反轉，則將束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置與上述旋轉位置II進行比較，如果它們不一致，則返回到從編碼器44的輸出信號中檢測束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向和旋轉位置的階段。
第6實施例的控制系統(tǒng)和第1實施例一樣，也是通過使激光束只在兩個反射器60的角度范圍往返掃描以便容易辨認激光束的結構，但是，在掃描中如果未檢測到雙脈沖，則進入檢查模式；如果檢測到了單脈沖，則進入掃描同步模式II。掃描同步模式II存儲著兩個反射器60的角度位置，檢測雙脈沖，只要還未進入掃描模式就掃描上述角度范圍。這里，因為不清楚雙脈沖發(fā)生在掃描同步模式II流程中的何處，所以，雙脈沖的檢測以插入處理方式進行。即，圖14右下方的流程圖是在掃描同步模式II中進行往返激光掃描的狀態(tài)，當電機的旋轉方向在同一時間內(nèi)檢測到兩個反射器的反射光信號時，雙脈沖判別結果為是，其它的判斷為否，進行所謂的在掃描同步模式II的雙脈沖判斷結果中執(zhí)行該判斷結果的插入處理。第5實施例的控制系統(tǒng)除了微機402的動作外，其余和第4實施例相同。第5實施例的微機的動作如圖14所示，當進入檢查模式時，把束旋轉系統(tǒng)10的旋轉速度設定為檢查速度60rpm。然后，在雙脈沖判別階段，判斷從反射器60輸入的輸入信號是否為雙脈沖。
在雙脈沖判別階段，如果判斷是雙脈沖，則進入正/反判別階段。在正/反判別階段的任一種判別中，都由編碼器44的輸出信號存儲這時的束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置I和II。然后，轉換束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向，以低速旋轉的掃描模式使束旋轉系統(tǒng)10旋轉。
然后，在脈沖判別階段進行脈沖判別。如果在脈沖判別階段未檢測到脈沖并且已經(jīng)過指定的時間，則返回到檢查模式。如果未檢測到脈沖并且還未經(jīng)過指定的時間，則返回到脈沖判別階段。如果在脈沖判別階段檢測到了單脈沖，則進入掃描同步模式II；如果在脈沖判別階段檢測到了雙脈沖，則進入正/反判別階段。
在掃描同步模式II中進行雙脈沖判別，如果判斷為不是雙脈沖，則根據(jù)編碼器44的輸出信號檢測束旋轉系統(tǒng)10的旋轉方向和旋轉位置。然后，在正/反判別階段，如果判斷為正轉，則將束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置與上述旋轉位置I進行比較；如果判斷是反轉，則將束旋轉系統(tǒng)10的旋轉位置與上述旋轉位置II進行比較。如果它們是一致的，則轉換正/反旋轉方向，返回到進行雙脈沖判別的階段。
因為本發(fā)明具有如上所述的構成，所以，通過減慢激光束在對象物上的掃描速度、或停止掃描以及往返掃描等控制，可以提高對象物上激光束的實際能量，具有容易辨認該激光束的效果。
在本發(fā)明的實施形式中，即使在指定位置不存在反射器，通過在經(jīng)過指定的時間之前連續(xù)投射激光束，也可以有效地進行根據(jù)辨認激光束所作的作業(yè)。另外，通過使用調(diào)制過的激光束、在返回激光束的檢測系統(tǒng)中配置針孔光欄或使用指向性高的反射部件，可以入射雜音少的信號，確保穩(wěn)定的操作。
此外，通過使反射器中至少包括兩個反射部件，可以區(qū)別從反射器反射回來的光和從外部反射物反射的反射光，從而可以防止誤動作。通過使激光束投射器和激光束檢測器具有部分共同的光學系統(tǒng)以及進一步在該共同的光學系統(tǒng)中配置開孔鏡，可以得到簡單而小型的激光旋轉照射裝置。
權利要求
1.一種照射激光束的激光照射裝置，包括一用于發(fā)射激光束的激光源；投射激光束的激光束投射裝置；沿掃描方向旋轉所述激光束投射裝置的掃描裝置；具有至少一個用于反射由所述投射裝置投射出的激光束的反射區(qū)的反射裝置；用于檢測由所述反射裝置反射回來的激光束的激光束檢測裝置；以及用于使旋轉裝置暫停轉動從而使激光束的掃描與激光束檢測裝置的輸出相應地暫停在反射裝置上的控制裝置。
2.如權利要求1所述的激光照射裝置，其中，所述反射裝置包括第1和第2反射區(qū)。
3.如權利要求2所述的激光照射裝置，其中，所述控制裝置用于使所述掃描裝置的旋轉反向，以及在所述激光束檢測裝置檢測到兩個從所述反射裝置反射的脈沖時使激光束的掃描暫停在反射裝置上。
4.如權利要求1所述的激光照射裝置，其中，所述掃描裝置有一編碼器，用于檢測由所述投射裝置投射出的激光束的方向，并根據(jù)激光束檢測裝置和編碼器的輸出使激光束的掃描暫停在該反射裝置上。
5.如權利要求1所述的激光照射裝置，其中，所述控制裝置在接收到所述激光束檢測裝置的輸出信號后保持其接收到該輸出時的控制狀態(tài)。
6.如權利要求1所述的激光照射裝置，其中，所述激光束是經(jīng)過調(diào)到的，且所述激光束檢測裝置只檢測該調(diào)制過的激光束。
7.如權利要求1所述的激光照射裝置，其中，所述激光束檢測裝置具有一針孔光闌。
8.如權利要求1所述的激光束照射裝置，其中，所述激光束投射裝置和激光束檢測裝置有一部分是共用的。
9.如權利要求8所述的激光束照射裝置，其中，所述激光束檢測裝置和激光束投射裝置的共用部分包括一具有開孔的鏡子。
10.如權利要求8所述的激光束照射裝置，其中，所述激光束檢測裝置識別由所述反射回來裝置反射的激光束的多個圖形。
全文摘要
本發(fā)明是一種照射激光束的激光照射裝置,它由發(fā)射激光束的激光源、投射激光束的投射裝置、沿掃描方向旋轉所述激光束投射裝置的掃描裝置、反射激光束的反射裝置、檢測從該反射裝置反射回來的激光束的激光檢測裝置和控制旋轉裝置使激光束的掃描與檢測裝置相應而停止在反射裝置上的控制裝置構成。本發(fā)明的裝置能提高對象物上激光束的實際能量,具有容易辨認的效果。
文檔編號G01C5/00GK1206846SQ9810549
公開日1999年2月3日 申請日期1993年10月27日 優(yōu)先權日1992年10月27日
發(fā)明者大友文夫, 西澤裕之, 古平純一, 吉野健一郎 申請人:拓普康株式會社