專利名稱：激光基準系統的制作方法
激光基準系統相關申請的交叉引用無關于聯邦資助研究或開發的聲明不適用
背景技術：
本發明總體涉及激光發射器，并且更特別地涉及激光基準系統和對由激光發射器產生的激光的基準平面進行取向的方法。激光發射器被有效地對準以使激光發射器限定沿期望對準方向具有期望坡度的平面。對準方向不需要為正交的。激光系統已經用于多種現有技術勘測和建造應用中。在一種類型的系統中，激光發射裝置提供旋轉激光束，旋轉激光束在工作場所建立基準平面。通常，基準平面形成了水平仰角基準平面或大致傾斜的基準平面。激光由一個或多個激光束檢測器檢測。激光束檢測器安裝到支架上或在工作場所運行的建造裝備上，所述支架放置到距發射裝置的相當遠的距離處。在工作之前，需要將發射裝置按與工作場所的正確取向安設到工作場所處。作為實施例，假設結構已經提前確定工作場所按一定梯度沿一定方向傾斜。進一步假設工作場所為矩形的，并且工作場所的角選為坐標系的原點，使得矩形的一個邊為X軸，而矩形的另一個邊為y軸。期望的瀑布線可沿X軸和y軸之間的方向延伸。結構將具有為工作場所指定的X軸坡度和I軸坡度，X軸坡度和I軸坡度一起沿著瀑布線產生期望坡度。發射器放置于工作場所的構成原點的角處。發射器具有其自身的內X軸和y軸， 并且這些軸標記在發射器的頂部上。操作員利用這些標記物或利用可安裝到發射器的頂部上的望遠鏡手動地將發射器X軸和I軸與工作場所X軸和I軸對準。用于對準發射器的這些布置中沒有一個可得到大的精度。如果發射器完美地對準使得其X軸和y軸分別與工作場所的X軸和y軸平行，那么當操作員輸入X軸梯度和y軸梯度時發射器將產生沿著瀑布線具有正確俯仰角的基準光平面。然而，當發射器的X軸和y軸不對準時，即，從上方看時，相對于工作場所的X軸和I 軸稍順時針或稍逆時針樞轉，產生了問題。如果發射器不對準并且如果操作員輸入期望的工作場所軸線坡度，則發射器將產生具有正確俯仰角的基準光平面，而基準平面的最大俯仰角不與期望瀑布線對準。但是，基準平面將從期望的取向繞著垂直軸線稍微旋轉。用于將發射器與工作場所對準的一種系統顯示在授予Cain的于2000年4月25 日發布的美國專利No. 6，055，046中。所述系統具有包括角度編碼器的發射器。角度編碼器連續地指示旋轉光束的角度取向。發射器和回射目標沿著工作場所的側邊定位，在要對準激光發射器的方向上間隔開。然后，目標的角度取向由當光從目標反射回發射器時輸出的角度編碼器確定。可選擇地，光電檢測器可用作檢測器，當光束被檢測到時，光電檢測器經由無線電或其它發射器將信號發回發射器上的接收器。在任一情形下，發射器的軸線旋轉以通過電子方式對準。該布置需要精確的角度編碼器，從而增加了建造裝置時的花費和復雜度。在授予Kahle的于2004年2月17日發布的美國專利No. 6，693，706中示出的用于對準發射器的另一種系統確定發射器圍繞垂直軸線的不重合量(稱為“傾角”)，然后對不重合量進行補償。換言之，梯度傾角為發射器的X軸和I軸分別與工作場所的X軸和I 軸的角不重合度(從上方看)。該系統確定該傾角并且改變發射器的操作以使得生成正確取向的基準平面。這些現有技術系統限制于確定并補償正交的對準方向，以使也發射器的也正交的 X軸和y軸將以相同的傾角偏離對準方向。然而，并不總是這樣。此外，有時可能期望匹配由發射器和兩個光束檢測器限定的梯度，然后確定匹配梯度沿兩個對準方向的傾斜度。因此，可以看出，需要改進和簡化用于將激光發射器與工作場所對準的系統，以使得從激光發射器投射的激光的平面以正確取向的坡度精確地限定基準平面。
發明內容
一種對由發射器產生的激光的基準平面進行取向的方法，所述發射器包括定位布置，所述定位布置調節基準平面相對于第一發射器軸線以及相對于與所述第一發射器軸線垂直的第二發射器軸線的角度取向，激光由第一檢測器和第二檢測器檢測，所述方法包括如下步驟通過沿第一對準方向定位第一檢測器來限定來自發射器的第一對準方向以便由激光的平面照射；以及通過沿第二對準方向定位第二檢測器來限定來自發射器的第二對準方向以便由激光的平面照射。所述方法進一步包括如下步驟確定第一對準方向相對于第一發射器軸線和第二發射器軸線的取向；確定第二對準方向相對于第一發射器軸線和第二發射器軸線的取向；以及指定基準平面沿第一對準方向和第二對準方向的期望取向。最后， 所述方法包括如下步驟確定將基準平面定位在期望取向上所需的基準平面相對于第一發射器軸線以及相對于第二發射器軸線的角度取向；以及相對于第一發射器軸線和第二發射器軸線取向基準平面以使得獲得基準平面沿第一對準方向和第二對準方向的期望取向。確定第一對準方向相對于第一發射器軸線和第二發射器軸線的取向的步驟可以包括如下步驟確定沿著由第一檢測器檢測到的第一平面的第一發射器軸線和第二發射器軸線的方向的傾斜度；以及確定沿著由第一檢測器檢測到的第二平面的第一發射器軸線和第二發射器軸線的方向的傾斜度。確定第二對準方向相對于第一發射器軸線和第二發射器軸線的取向的步驟可以包括如下步驟確定沿著由第二檢測器檢測到的第一平面的第一發射器軸線和第二發射器軸線的方向的傾斜度；以及確定沿著由第二檢測器檢測到的第二平面的第一發射器軸線和第二發射器軸線的方向的傾斜度。確定將基準平面定位在期望取向上所需的基準平面相對于第一發射器軸線以及相對于第二發射器軸線的角度取向的步驟可以包括使用等式的步驟
權利要求
1.一種對由發射器產生的激光的基準平面進行取向的方法，所述發射器包括定位布置，所述定位布置調節所述基準平面相對于第一發射器軸線以及相對于與所述第一發射器軸線垂直的第二發射器軸線的角度取向，激光由第一檢測器和第二檢測器檢測，所述方法包括如下步驟通過沿第一對準方向定位所述第一檢測器來限定來自所述發射器的所述第一對準方向以便于由所述激光平面照射；通過沿第二對準方向定位所述第二檢測器來限定來自所述發射器的所述第二對準方向以便于由所述激光平面照射；通過處理器確定所述第一對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向；通過處理器確定所述第二對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向；指定所述基準平面沿所述第一對準方向和所述第二對準方向的期望取向；通過處理器確定將所述基準平面定位在所述期望取向上所需的所述基準平面相對于所述第一發射器軸線以及相對于所述第二發射器軸線的角度取向；以及相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線取向所述基準平面，從而獲得所述基準平面沿所述第一對準方向和所述第二對準方向的所述期望取向。
2.如權利要求I所述的方法，其中，確定所述第一對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向的所述步驟包括如下步驟確定沿著由所述第一檢測器檢測到的第一平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度，并且確定沿著由所述第一檢測器檢測到的第二平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度。
3.如權利要求I所述的方法，其中，確定所述第二對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向的所述步驟包括如下步驟確定沿著由所述第二檢測器檢測到的第一平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度，并且確定沿著由所述第二檢測器檢測到的第二平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度。
4.如權利要求I所述的方法，其中，確定將所述基準平面定位在所述期望取向上所需的所述基準平面相對于所述第一發射器軸線以及相對于所述第二發射器軸線的角度取向的步驟包括使用如下等式的步驟
5.一種對由發射器產生的激光的基準平面進行取向的方法，所述發射器包括定位布置，所述定位布置調節所述基準平面相對于第一發射器軸線以及相對于與所述第一發射器軸線垂直的第二發射器軸線的角度取向，激光由第一檢測器和第二檢測器檢測，所述方法包括如下步驟通過沿第一對準方向定位所述第一檢測器來限定來自所述發射器的所述第一對準方向以便由所述激光平面照射，所述第一檢測器通過其相對于所述發射器的垂直位置來進一步限定激光的所述基準平面的梯度；通過沿第二對準方向定位所述第二檢測器來限定來自所述發射器的所述第二對準方向以便由所述激光平面照射，所述第二檢測器通過其相對于所述發射器的垂直位置來進一步限定激光的所述基準平面的梯度；通過處理器確定所述第一對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向；通過處理器確定所述第二對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向；沿所述第一對準方向取向所述基準平面以使得所述第一檢測器被照射；沿所述第二對準方向取向所述基準平面以使得所述第二檢測器被照射；通過處理器確定所述基準平面相對于所述第一發射器軸線以及相對于所述第二發射器軸線的角度取向，所述角度取向是當所述第一檢測器和所述第二檢測器二者被同時照射時得到的；以及通過處理器確定所述基準平面沿所述第一對準方向和所述第二對準方向這兩個方向的最終取向。
6.如權利要求5所述的方法，其中，確定所述第一對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向的所述步驟包括如下步驟確定沿著由所述第一檢測器檢測到的第一平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度，并且確定沿著由所述第一檢測器檢測到的第二平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度。
7.如權利要求5所述的方法，其中，確定所述第二對準方向相對于所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的取向的所述步驟包括如下步驟確定沿著由所述第二檢測器檢測到的第一平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度，并且確定沿著由所述第二檢測器檢測到的第二平面的所述第一發射器軸線和所述第二發射器軸線的方向的傾斜度。
8.如權利要求5所述的方法，其中，確定所述基準平面沿所述第一對準方向和所述第二對準方向這兩個方向的最終取向的步驟包括使用如下等式的步驟
全文摘要
本發明公開了操作激光基準系統的方法，所述方法對由發射器產生的激光的基準平面進行取向，從而對發射器的第一和第二軸線以及第一和第二非正交對準軸線之間的傾角進行補償。發射器包括光學系統，其被設置為產生激光束，所述光學系統沿著圍繞中央旋轉軸線限定的旋轉弧徑向地投射所述激光束，從而實質上限定激光的基準平面；以及定位布置，其與所述光學系統耦合，用于調節所述光學系統相對于第一發射器軸線以及相對于第二發射器軸線的角度取向。檢測器被設置為檢測激光束的接收。檢測器和發射器限定對準方向。檢測器進一步包括發射器，所述發射器用于發送由檢測器檢測到的關于激光束的位置的信息。所述系統進一步包括處理器，所述處理器適于接收來自所述檢測器的關于激光束的位置的發送信息。處理器計算傾角。
文檔編號G01C15/00GK102607536SQ20111034010
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年1月24日
發明者L·舒馬赫 申請人:天寶導航有限公司