專利名稱：一種雙向多功能激光垂準儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光測繪儀器產品，特別是一種雙向多功能激光垂準 儀，屬于光學儀器類。
技術背景垂準儀是一種，在豎直方向，利用準直原理，提供鉛垂準線，用于完 成點、上、下垂直位移(投影)測量和相對鉛垂線的水平偏差測量的光學測繪儀器，它的工作原理見附圖2。儀器在原點上0，進行對中、精密安平定向后再用望遠鏡旋轉后，對徑 180°兩個位置均值就可在不同高度得到儀器豎軸中心，其記錄下來的坐標 位置，即為原點的垂準點，連線即為鉛垂線。借助垂準儀可對高層、超高 層房屋、煙囪、電視塔、發射井架、大型設備、電梯、水壩等工程中豎向 垂直度進行施工測量、控制測量、監理和變形觀測的工作，是施工現場、 工地常用儀器之一。按《JB/T9319-1999垂準儀專業標準》現分水準器式和 自動補償型兩類垂準儀(光學、激光的)。根據測量的點位誤差(S)和標 準偏差Y^S/AH表示其儀器的精度，分為高、中、低三個等級。目前我國北京、蘇州等地生產并上市的激光垂準儀是一類普通水準器 式，精度中等偏低的儀器，僅用于天頂方向激光垂準儀，它通過現場幾年 使用，存在如下幾方面不足1、僅能用于天頂方向垂準測量，功能單一； 2、 下對中器2 3M咅率，對中精度僅為士1咖/1500咖，增加了 垂準測量系統誤差，難以提高垂準測量整體精度要求；3、 只能進行單向垂準和短距離下對中，故一次垂準測量最遠距 離也較短，天頂激光垂準儀白天為120 150米，夜晚250米；4、 由于上述綜合原因，使儀器的使用范圍受到較大局限，運用面不廣， 例如天頂向激光垂準儀不能用于將地面點需向井下遠距離投點工程的場 合；而垂準測量精度不高，不能用于較高要求的工程測量項目中，如大型 設備、電梯安裝及水壩監理、變形觀測中。而隨著我國經濟和城市建設可持續的發展，工程建設項目門類的增多， 復雜以及精度、完工時間等方面的要求，越來越高，僅單向天頂激光垂準 儀已難以達到、滿足市場用戶要求。因此，如何開發出具有雙向檢測功能的激光垂準儀，已是國內供應廠 商和用戶的一種期望和需求。發明內容本發明的目的旨在提出一種可以一次性同時完成朝上、朝下二個方向垂準測量的功能、對中極限誤差《士0.2咖/1500咖，整個儀器又可當作 上、下二臺精密對中器使用，用于精密安裝和導線測量等工作的高性能激 光垂準儀。這種雙向多功能激光垂準儀，由主支架l、天頂望遠鏡組件2和天底外 調焦激光望遠鏡組件3和球面豎軸組件4、三角基座6組成，其特征在于 所述的天頂望遠鏡組2和天底外調焦激光望遠鏡組件3分別置于主支架的 頂部A面和B平面上，分別由內六角螺釘和圓柱頭螺釘將天頂望遠鏡組件2
和天底外調焦激光望遠鏡組件3安裝在支架或豎軸中心上，所述的主支架1 的下部置有一4)108基準孔11，同時，該球面豎軸組件4上部端面置有一 V 型軸套4-15，并經有孔調節螺釘將整個主支架固定在豎軸組件4上，組成 一繞豎軸旋轉的組合軸系；此外，在主支架的側面又安裝供一供調平、調 鉛錘定向用的長水準器5。所述天頂望遠鏡組件2設計有兩條共存光軸； 一條光軸2-9由物鏡2-1 調焦鏡2-2、改向棱鏡2-3、分劃板2-4、立方棱鏡2-5、望遠目鏡2-1構 成；另一條激光光軸2-7由上激光管2-6、立方棱鏡2-5及改向棱鏡2-3、 調焦鏡2-2、物鏡2-1構成；其中立方棱鏡2-5中間45°中間斜面上鍍有 對可見黃光(D光)有高透射率，對入635nm紅外光有高反射率的多層膜 系。所述的天底外調焦激光望遠鏡組件3，其光軸3-2由半導體激光器3-6、 透鏡組合件3-5、調焦鏡筒3-4、轉向棱鏡3-3和帶物鏡3-1的鏡筒3-7串 接構成，其中的轉向棱鏡3-3處于直角轉折處，由此形成天底方向視準光 軸3-2;其通光口徑不小于16毫米。所述的球面豎軸組件4由"丄"型大孔豎軸組合件4-l、 V型軸套4-15、 定位軸套4-13、軸座4-14及消間隙壓片組件4-16組成，其中所述的"丄" 型大孔豎軸組件4-1下部置于設有標準外圓的大孔豎軸4-1的中心，該"丄" 型大孔豎軸下部水平基座上置有一圈滾珠4-12，其上套置著內圈呈球面的 定位軸套4-13，該定位軸套4-13與支撐V型軸套4-15的下盤4-18為緊配 合；同時所述的"丄"型大孔豎軸上部置于V型軸套4-15中。所述的V型軸套4-15側平面上，安裝一塊消間隙彈簧片4-162,該消
間隙彈簧片4-162由連接螺釘固定；形成無間隙軸系，并將大孔豎軸4-1 卡套在V型軸套4-15的軸孔4-163內，同時在消間隙彈簧片4-162正對的 V型軸套4-15內孔上設一與軸孔4-163貫通的弧形槽4-165，由此構成無 間隙軸系。根據以上技術方案提出的這種雙向多功能激光垂準儀，具有以下優點 1、由于新儀器對中采用望遠鏡，鉛垂定向而又采用大球面精密豎軸系 和20〃長水準器的機構去保證，定向精度和穩定性都提高了，大大減少了 垂準測量成果中系統誤差和偶然誤差，使儀器垂準測量精度提高到中等偏 高水平；2、創造了一次垂準測量最遠距離的新高度，因為雙向測量新儀器白 天可達300米，晚上可達500米。這不僅減少了測站數，而且節省大量測 量工作的用工、用時，和保證施工的進度；3、新產品對中方便和具有雙向、單向激光垂準儀多項功能，它可以為 現場開展全方位、全天候測量工作，在現場儀器操作方便了，適應性更強 了，因此可擴大到用于監理、電梯安裝及變形觀測工作中，使儀器又具有 使用工效更高的優點，深受廣大工程測量等用戶歡迎與青睞，市場需求是 不小的。
附圖1為本發明的整體結構示意圖；附圖2為垂準儀的工作原理圖；附圖3為雙向多功能激光垂準儀結構示意圖；附圖4為天頂激光光學望遠鏡系統部件組裝附圖5為天底外調焦激光望遠鏡組件結構及連接示意圖； 附圖6為大通孔豎軸系統示意圖；附圖7為V型軸套與大通孔豎軸平面連結關系示意圖； 附圖8所示的是多用目視的目標靶。圖中1、主支架 2、天頂望遠鏡組件 2-1、物鏡 2-2、調焦 鏡 2-3、改向棱鏡 2-4、分劃板 2-5、立方棱鏡 2-6、上激 光管 2-7、激光光軸 2-8、中心可動法蘭盤 2-9、光軸 2-10、 內六角螺釘 3、天底外調焦激光望遠鏡組件 3-l、物鏡組件 3-2、 視準光軸 3-3、改向棱鏡 3-4、調焦鏡筒 3-5、透鏡組件 3-6、 半導體激光器 4、球面豎軸組件 4-1、大孔豎軸 4-12、滾珠 4-13、球面定位軸套 4-14、軸座 4-15、 V型軸套 4-16、消間隙 壓片組件 4-18下盤 4-161、連接螺釘 4-162、消間隙彈簧壓片 4-163、軸套 4-165、弧形槽 5、長水準器6、三角基座 7、圓柱頭螺釘 8、建筑物參考面 9、緊固螺釘 11、基準孔具體實施方式
如圖所示的該種雙向多功能激光垂準儀，它是對現有的單向激光垂準儀的一種創造性改進。其具體方案是這種雙向多功能激光垂準儀，由主支架K天頂望遠鏡組件2和天底外調激光望遠鏡組件3和球面豎軸組件4、 三角基座6組成，其特征在于所述的天頂望遠鏡組1和天底外調焦激光 望遠鏡組件3分別置于主支架的頂部A面和B平面上，分別由內六角螺釘 2-10和圓柱頭螺釘7將天頂望遠鏡組件1和天底外調焦激光望遠鏡組件3 安裝在支架或豎軸中心上，所述的主支架1的下部置有一4) 108基準孔11， 同時，該主支架的外部置有一V型軸套4-15，并經一有孔調節螺釘將整個 主支架固定在豎軸組件4上，組成一繞豎軸旋轉的組合軸系；此外，在主 支架的側面分別安裝有供一起調平、調鉛錘定向用的長水準器5。所述天頂望遠鏡組件2設計有兩條共存光軸； 一條光軸2-9由調焦鏡 2-2、改向棱鏡2-3、分劃板2-4、立方棱鏡2-5、望遠目鏡2-l構成；另一 條激光光軸2-7由上激光管2-6、立方棱鏡2-5及改向棱鏡2-3、調焦鏡2-2、 物鏡2-l構成；其中立方棱鏡2-5中間45°中間斜面上鍍有對可見黃光(D 光)有高透射率，對X^35n m紅外光有高反射率的多層膜系。所述的天底外調焦激光望遠鏡組件3，其光軸3-2由半導體激光器3-6、 透鏡組合件3-5、調焦鏡筒3-4、轉向棱鏡3-3和帶物鏡3-1的鏡筒3-7串 接構成，其中的轉向棱鏡3-3處于直角轉折處，由此形成天底方向視準光 軸3-2;其通光口徑不小于16毫米。所述的球面豎軸組件4由"丄"型大孔豎軸組合件4-1、 V型軸套4-15、 定位軸套4-13、軸座4-14及消間隙壓片組件4-16組成，其中所述的"丄" 型大孔豎軸組件4-l下部置于設有基準孔11的軸座4-14的中心，該"丄" 型大孔豎軸水平基座上置有一圈滾珠4-12，其上套置著內圈呈球面的定位 軸套4-13，該定位軸套4-13與支撐V型軸套4-15的下盤4-18為緊配合； 同時所述的"丄"型大孔豎軸上部置于V型軸套4-15中。所述的V型軸套4-15側平面上，安裝一塊消間隙彈簧片4-162，該消 間隙彈簧片4-162由連接螺釘固定；形成無間隙軸系，并將大孔豎軸4-17 卡套在V型軸套4-15的軸孔4-163內，同時在消間隙彈簧片4-162正對的 V型軸套4-15套體上設一與軸孔4-163貫通的弧形槽4-165，由此構成無
間隙軸系。以下結合附圖進一步闡述本發明，所示的附圖3中，在垂準儀中間， 設計一個支架l，在其頂部A面和B平面上，分別安裝一部天頂望遠鏡組件 2和天底外調焦激光望遠鏡組件3 (或光學望遠鏡組)，為了保證它們與儀 器豎軸嚴格同軸，安裝之初就可依上望遠鏡物鏡座和下對中鏡座的內孔； 經偏心差校正好后，才可分別用4""M3X10內六角螺釘和3--M3X8圓柱頭 螺釘將上、下望遠鏡筒軸線安裝在主支架1或大孔豎軸中心上，并同軸； 而主支架下部留有4)108基準孔；在套入"V型軸套4-15外圓后"后，可 用4~~M3X10有孔調節螺釘將整個主支架固定在豎軸組件4上，繞豎軸作 旋轉；此外，主支架1側面上，分別還裝有長水準器5供儀器調平，鉛垂 定向指示之用；二塊小蓋板防塵防潮，并供裝電源開關、商標用。圖4表示的是一套具有普通可見光、又具有能發射激光光束的望遠鏡 系統供用戶選擇，作垂準測量工作；該天頂望遠鏡設計有兩條光軸共存； 一條光軸2-9、調焦鏡2-2、改向棱鏡2-3、分劃板2-4、望遠目鏡2-l構 成；另一條激光光軸2-7由上激光管2-6、立方棱鏡2-5及改向棱鏡2-3、 調焦鏡2-2、物鏡構成， 一般可單獨使用，特殊情況下加濾光片，可目視觀 察激光；通過調整上激光管2-6，三維坐標(上下、左右、前后)位置和立 方棱鏡2-5可以使半導體激光發射窗孔發出激光束，形成的光軸2-7、象點 與望遠鏡分劃板的十字絲中心形成的光軸，象可以達到同軸、同心、同焦 (對oo調整)，其中立方棱鏡2-5中間45°中間斜面上鍍有對可見黃光(D 光)有高透射率，對A二635nm紅外光有高反射率的多層膜系來保證，是很 重要的一個技術要求。
圖5所示本儀器的天底外調焦激光望遠鏡組件3，其光軸由激光器發射 激光束經棱鏡改向物鏡指向天底，形成天底方向視準光軸3-2;調整激光器發射窗孔中心；可與豎軸達到同軸、同心要求，同時可以對遠近目標對焦， 在工作面上，給出激光小光點，去完成近距離目標精密對中，和遠距離的垂準測量，放大倍率本儀器設計為lix較大，通光口徑不小于16毫米，最 短視距1.2米；由于有豎軸大通孔設計的保證，天底望遠鏡倍率、通光口徑還可進一步增大、提高，留有余地。本部件的結構、零件和性能要求專 利給予保護。圖6、圖7給出的是用于本發明的一套大通孔精密豎軸系統結構，零部 件組裝圖和連接關系。所述的大球面豎軸組合件4由"丄"型大孔豎軸4-17、 V型軸套4-15、球面定位軸套4-13、支架l、軸座4-ll及消間隙壓片組成， 其中所述的"丄"型大孔豎軸下部置于設有基準孔的軸座的中心，該"丄" 型大孔豎軸水平基座上置有一圈滾珠4-12，其上套置著內圈呈球面的定位 軸套4-13，該定位軸套4-13與主支架為硬配合；同時所述的"丄"型大孔 豎軸上部置于V型軸套4-15。上部軸心就是固定豎軸中心決定，而軸系下 部由精密滾珠和球面定位套繞著固定豎軸旋轉的中心決定后，上下兩軸心 連線就是儀器的心臟——真正豎軸軸線。這種豎軸軸線除了下部由高精密 度加工的滾珠4-12和球面定位軸套4-13組成外，其上部則是應用由V型 軸套4-15、消間隙彈簧壓片4-162和設于V型軸套4-15內徑另一側的弧形 槽4-162組成，在這種結構中，置于V型軸套4-15中的大孔豎軸4-17實 際上1與V型軸套4-15只存在兩個接觸點，它的另一接觸點則是緊緊壓住 它的消間隙彈簧壓片4-162，而設于V型軸套4-15內徑另一側的弧形槽4-162就變成其進行微調的余量空間。正是上述這套豎軸組合件才保證無間 隙豎軸系統的高精度精密結構，從而使本發明的這種雙向多功能激光垂準 儀具有高精度測量效果。圖8所示的是150X150X5特大尺寸，多用目視的目標耙——光學、激 光垂準儀用的必備附件。
權利要求
1、一種雙向多功能激光垂準儀，由主支架(1)、天頂望遠鏡組件(2)和天底外調激光望遠鏡組件(3)和球面豎軸組件(4)、三角基座(6)組成，其特征在于所述的天頂望遠鏡組(1)和天底外調焦激光望遠鏡組件(3)分別置于主支架的頂部A面和B平面上，分別由內六角螺釘和圓柱頭螺釘將天頂望遠鏡組件(1)和天底外調焦激光望遠鏡組件(3)安裝在支架或豎軸中心上，所述的主支架(1)的下部置有一φ108基準孔(11)，同時，該主支架的外部置有一V型軸套(4-15)，并經一有孔調節螺釘？將整個主支架固定在豎軸組件(4)上，組成一繞豎軸旋轉的組合軸系；此外，在主支架的側面分別安裝有供一起調平、調鉛錘定向用的長水準器(5)。
2、 如權利要求l所述一種雙向多功能激光垂準儀，其特征在于所述天頂望遠鏡組件(2)設計有兩條共存光軸； 一條光軸(2-9)由調焦鏡(2-2)、 改向棱鏡(2-3)、分劃板(2-4)、立方棱鏡(2-5)、望遠目鏡(2-l)構成；另 一條激光光軸(2-7)由上激光管(2-6)、立方棱鏡(2-5)及改向棱鏡(2-3)、 調焦鏡(2-2)、物鏡(2-1)構成；其中立方棱鏡(2-5)中間45°中間斜面上 鍍有對可見黃光(D光)有高透射率，對入二635nm紅外光有高反射率的多 層膜系。
3、如權利要求l所述一種雙向多功能激光垂準儀，其特征在于所述的天底外調焦激光望遠鏡組件(3)，其光軸(3-2)由半導體激光器(3-6)、透 鏡組合件(3-5)、調焦鏡筒(3-4)、轉向棱鏡(3-3)和帶物鏡(3-1)的鏡筒(3-7) 串接構成，其中的轉向棱鏡(3-3)處于直角轉折處，由此形成天底方向視準光軸(3-2);其通光口徑不小于16毫米。
4、如權利要求1所述一種雙向多功能激光垂準儀，其特征在于所述的球面豎軸組件(4)由"丄"型大孔豎軸組合件(4-1)、 V型軸套(4-15)、定 位軸套(4-13)、軸座(4-14)及消間隙壓片組件(4-16)組成，其中所述的"丄" 型大孔豎軸組件(4-1)下部置于設有基準孔的軸座(4-14)的中心，該"丄" 型大孔豎軸水平基座上置有一圈滾珠(4-12)，其上套置著內圈呈球面的定 位軸套(4-13)，該定位軸套(4-13)與支撐V型軸套(4-15)的下盤(4-18)為 硬配合；同時所述的"丄"型大孔豎軸(4-1)上部置于V型軸套(4-15)中。 5、如權利要求l所述一種雙向多功能激光垂準儀，其特征在于所述 的V型軸套(4-15)側平面上，安裝一塊消間隙彈簧片(4-162)，該消間隙彈 簧片(4-162)由連接螺釘固定；形成一無間隙軸系，并將大孔豎軸(4-l)卡 套在V型軸套(4-15)的非標軸孔(4-163)內，同時在消間隙彈簧片(4-162) 正對的V型軸套4-15套體上設一與軸孔(4-163)貫通的弧形槽(4-165)，由 此構成無間隙軸系。
全文摘要
一種雙向多功能激光垂準儀，由主支架、天頂望遠鏡組件和天底外調激光望遠鏡組件和球面豎軸組件、三角基座組成，其特征在于所述的天頂望遠鏡組和天底外調焦激光望遠鏡組件分別置于主支架的頂部A面和B平面上，分別由內六角螺釘和圓柱頭螺釘將天頂望遠鏡組件和天底外調焦激光望遠鏡組件安裝在支架或豎軸中心上，所述的主支架的下部置有一φ108基準孔，同時，該主支架的外部置有一V型軸套，并經一有孔調節螺釘將整個主支架固定在豎軸組件上，組成一繞豎軸旋轉的組合軸系；此外，在主支架的側面分別安裝有供一起調平、調鉛錘定向用的長水準器。
文檔編號G01C15/00GK101149261SQ20061011640
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月22日 優先權日2006年9月22日
發明者宋偉時, 諶祖光 申請人:上海光中測繪儀器有限公司