专利名称：激光校准设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种激光校准设备和方法，尤其涉及一种用于三脚架和激光头组件的激光校准设备和方法。
背景技术：
三脚架和激光头组件为布置激光二极管提供了一个稳定平台以从那里发射多条激光线。这些激光具有许多用途，从测量到水准测量。在水准测量的情况下，激光光束被发射到物体的表面上以便在其上面提供一条完全水平的线。例如，激光校平器可以被用来把图片水平地悬挂在墙上，在建造过程中对准托梁或横梁，或者用来标记一条线。
一般地，激光校平器仅仅只有一个激光源向外发射一个水平的光束。根据从激光源到激光束要射入的物体表面的距离，仅仅一个激光源只能提供小于180°的激光弧。在实践中，这导致了发射到物体表面的水平线其长度有限。为了发射可见的光线到物体表面上而不对线的长度有所限制，例如将连续的光束发射在正方形房间的4面墙上，必须使用不止一个激光源。
然而，在仅仅一个设备上校准不止一个激光源是困难的。当对准或校准一个激光光束时，为了提供一条精确的水平线，6个校正因素必须要考虑。前三个校正因素包括X轴、Y轴和Z轴(对应于空间的三个运动方向)。该X、Y和Z方向可以通过在Z轴上调整激光源的高度以及通过使用摆锤校准X和Y轴而被校准。另外三个校正因素包括绕X轴的旋转，即滚转，绕Y轴的旋转，即俯仰，和绕Z轴的旋转，即横摆。当使用仅仅一个光源时，滚转、俯仰和横摆可以通过简单地调整激光源的各个部分而被调整。然而，当使用多个光源时，调整滚转，俯仰和横摆就更加困难了。
于是，本发明设法提供一种对多个激光源有用的激光校准设备和一种校准多个激光源的方法。
发明内容
一种激光校准设备包括一个外壳和枢轴地连接到该外壳上并从其悬挂下来的一个摆锤。一个激光平台被安装在摆锤上。至少一个用来发射激光线的激光器被安装在激光平台上。该激光器包括一个在管座内可旋转的激光管和一个枢轴地连接到激光管的激光透镜。第一调节机构被安装在激光平台和激光器之间，相对于激光平台枢转激光器以调整激光线的俯仰。第二调节机构被安装在管座和激光管之间，相对于管座旋转激光管以调整激光线的滚转。第三调节机构被安装在激光管和激光透镜之间，相对于激光管枢转激光透镜以调整激光线的拱度。第四调节机构被安装在摆锤上以调整摆锤的重心。第一、第二、第三和第四调节机构用来使从激光器发射的激光线水平。
本发明的更多方面将从下文提供的详细描述中变得明显。应该理解详细的描述和特殊的例子，当说明本发明优选实施例时，目的仅仅在于说明而不是在于限制本发明的范围。
从详细描述和附图中将更加充分地理解本发明，其中图1是根据本发明原理构造的带有激光校准装置的示例的激光器三脚架组件的轴测图；图2是本发明的激光校准装置外壳的轴测图；图3是图2的外壳沿箭头3-3方向取得的横截面，显示了位于其中的本发明激光校准装置；图4是本发明激光校准装置的轴测图；图5是与本发明激光校准装置结合使用的单个激光源的轴测图；和图6是处于分解配置下的图5的单个激光光源的轴测图。
具体实施例方式
以下优选实施例的说明实际上仅仅是示例的，而不是为了限制本发明、及其应用或使用。
参考图1，关联示例性的激光器三脚架组件12显示了激光校准设备10。该激光校准设备10和相关方法被用来校准多个激光源，以下将会更详细说明，以使激光器三脚架组件12可以被用来发射出水平连续的激光线到特定的表面上。该激光器三脚架组件12通常包括一个可拆卸地连接到从三脚架基部18伸出的可伸缩颈部16的激光头14。该三脚架基部18包括多个支腿20。对于该示例的激光器三脚架组件12的详细描述可以在共同受让的未决的申请号为＿＿中发现。
现在参考图2，激光头14包括用来保护位于其中的激光校准设备10(图1)的外壳22。在外壳22的顶部形成多个窗口24以允许位于其中的激光源从激光头14发射激光束。
参考图3，该激光校准设备10被示出与激光头14协同工作。该激光校准设备10通常包括摆锤26、安装在摆锤26上的激光平台28和安装在激光平台28上的多个激光源30。
摆锤26包括一个长轴32，该长轴在位于其一端的枢转点34和位于轴32另一端的加重磁铁36之间延伸。该枢转点34是可旋转地连接到激光头14内部的外壳22的顶部38。枢转点34允许摆锤26在X和Y方向上运动(如图4所示)。加重磁铁36用来保持轴32垂直于一条完全的水平线。加重磁铁36接合在安装于外壳22上的金属触点40。该金属触点40可以通过接合一个开关(未示出)而被移动，从而使摆锤36的带有加重磁铁36的一端可以自由地运动。当金属触点40运动回它的接合位置(如图3所示)，该加重磁铁36与金属触点40接合，从而避免摆锤26绕着枢转点34旋转。当激光器三脚架组件12在被运输的过程中，金属触点40用来避免摆锤26移动，从而阻止激光校准设备10在运输的过程中移动。
参考图4，激光平台28被安装到靠近枢转点34的摆锤26的轴32上。对每个激光源30存在一个激光平台28。在提供的特别例子中，有三个激光源30和相应的三个激光平台28(只有两个可以看到)。然而，本发明也可使用少于或多于三个激光源30和三个激光平台28。每个激光源30都有一个由6个运动度定义的校准位置，该6个运动度包括X轴、Y轴、Z轴、X轴旋转(滚转)、Y轴旋转(俯仰)、Z轴旋转(横摆)。
激光平台28从轴32垂直地向外延伸。激光平台28具有下表面42，在下表面中形成一个凹槽44。以下将更加详细的描述，凹槽44用来允许激光源30在那个点上作枢转，从而调整俯仰。
激光平台28还包括位于激光源30上面的上表面46。该上表面46延长了激光源30的长度并且被安装在摆锤26上。对每个激光源30都存在上表面46。上表面46包括一个从上表面46一端穿过的俯仰螺钉48和一个在上表面46的相对俯仰螺钉48的另一端从上表面46朝激光源30延伸的偏置元件50。以下将更加详细的描述，俯仰螺钉48和偏置元件50用作调整激光源30的俯仰。
参考图5和6，将更加详细的描述激光源30中的一个。激光源30包括管座50，激光管52和透镜座54。管座50包括开口56，其大小能在其中容纳激光管52。开口56形成在管座50的前表面58。缝60从开口56延伸到管座50的上表面62。缝60的大小能容纳激光管52的一部分70，以下将介绍。管座50还包括在其底面66形成的凸缘64。凸缘64其大小可以配合于激光平台28的凹槽44(图4)中。
激光管52容纳激光二极管(未示出)，该激光二极管用于产生本发明所使用的激光束。垂直的翅片70从激光管52向上延伸。当激光管52被插入开口56时，垂直翅片70其大小配合到管座50的缝60中。激光管52还包括在激光管52末端形成的一对凹槽72和一个螺钉底板74，用来容纳透镜座54的部分。
透镜座54包括安装在其中的一个透镜76，用来聚焦产生自激光管52内的激光二极管(未示出)的激光束。透镜座54包括一对突片78，其大小适合于激光管52的凹槽72。突片78使得透镜座54固定在激光管52上。
激光源30包括两个用来校准激光源30的校准装置，包括一个旋转螺钉80和一个冠顶螺钉(crown screw)82。旋转螺钉80配合于激光管52的管座50和垂直翅片70上形成的螺纹孔。如下所述，调整旋转螺钉80相应地移动翅片70从而相对于管座50调整激光管52。冠顶螺钉82配合于透镜座54和激光管52的螺钉底板74的螺纹孔。如下所述，调整冠顶螺钉82从而调整穿过透镜座54的透镜76发射的激光的拱起效果。
参考图4、5和6，将描述激光校准设备10的校准过程。首先，选择一个激光源30并触发，以从所选择的激光源30发射激光束到物体上从而产生激光线。然后，调整所选择的激光源30的冠顶螺钉82来消除激光线上的任何拱起(例如，消除激光线上的任何弧度使其笔直)。冠顶螺钉82的调整使得透镜座54相对于激光管52移动，这是因为突片78使透镜座54在其顶部固定。
然后，所选择的激光源30的旋转螺钉80将激光线调整为水平面。调整旋转螺钉80移动了垂直翅片70并且依次使得激光管52相对于管座50移动。一旦所选择的激光源30已经使用冠顶螺钉82和旋转螺钉80被调整来建立一个笔直的水平线，那么然后其他多个激光源30中的每一个都相似地使用冠顶螺钉82和旋转螺钉80被调整。在这一点上从所有激光源30发射的激光线都是又笔直又水平的。然而，每条激光线也可能不对齐，或者不在同一平面上，以下将介绍。
接着，每个激光源30的斜倾螺钉48被调整，以便让从激光源30发射的每条激光线都在同一平面上(例如，每条激光线彼此对齐)从而形成一个“激光面”。激光面应该是直的并且是连续的，虽然不必是水平的。因为偏置元件50偏置了激光源30的远离激光平台28上表面46的一端，通过调整俯仰螺钉48，激光源被强制围绕凸缘64和凹槽44转动直到激光源30彼此成平面为止。
为了让激光面成为水平面，摆锤26被允许自由地摇摆以便让摆锤26的轴32完全垂直。激光源30的激光线在激光面上是笔直的并且彼此对齐。然而，激光面也许不是水平的。位于轴32一端的平衡螺钉84，被调整以使激光面成为水平面。平衡螺钉84通过移动平衡螺钉84的质心更靠近或更远离轴32来调整摆锤26的重心。
通过使用上述方法，多个激光源30的每一个被带成在同一平面内，然后被形成水平面。其后任何时候，可以重复使用校准方法以便校准激光源30。
本发明的描述本质上仅仅是示例的并且，因此，各种不偏离本发明要点的变化都是在本发明范围之内。这些变化不认为是偏离本发明精神和范围的。
权利要求
1.一种激光校准设备，包括外壳；枢转地连接到该外壳上并从其悬挂下来的摆锤；安装在所述摆锤上的激光平台；至少一个用来发射激光线的激光器，所述激光器枢轴地安装在所述激光平台上，该激光器具有在管座内可旋转的激光管和枢转地连接到所述激光管的激光透镜；安装在所述激光平台和所述激光器之间的第一调节机构，其用于使所述激光器相对于所述激光平台枢转以调整所述激光线的俯仰；安装在所述管座和所述激光管之间的第二调节机构，其使所述激光管相对于所述管座旋转以调整所述激光线的滚转；安装在所述激光管和所述激光透镜之间的第三调节机构，其使所述激光透镜相对于激光管枢转以调整所述激光线的拱起；安装在所述摆锤上的第四调节机构，其用于调整所述摆锤的重心；其中所述第一、第二、第三和第四调节机构用来使从激光器发射的激光线水平。
2.一种激光校准设备，包括外壳；枢轴地连接到该外壳上并从其悬挂下来的摆锤；被安装在所述摆锤上的激光平台，所述激光平台包括多个激光器安装结构；和多个激光器，每个激光器分别安装在所述多个激光器安装结构的相应一个上，每个所述多个激光器可枢转并且旋转地安装在所述激光平台上。
3.如权利要求2所述的激光校准设备，其中所述多个激光器具有可在管座中旋转的激光管和枢转地连接到所述激光管的激光透镜。
4.如权利要求3所述的激光校准设备，还包括与所述多个激光器中每一个相关联的滚转校准机构，用来旋转所述激光管以调整从其发射出的所述激光线的俯仰。
5.如权利要求4所述的激光校准设备，其中所述滚转校准机构被安装在所述管座和所述激光管之间。
6.如权利要求3所述的激光校准设备，还包括与多个激光器中每一个相关联的拱度校准机构，用来调整激光透镜的位置从而调整从其发射的所述激光线的拱起。
7.如权利要求6所述的激光校准设备，其中所述拱度校准机构被安装在所述激光管和所述激光透镜之间。
8.如权利要求3所述的激光校准设备，还包括安装在所述摆锤上的重心校准机构，用来调整所述摆锤的重心。
9.如权利要求8所述的激光校准设备，其中所述重心校准机构包括多个螺纹接合在所述摆锤上的平衡螺钉。
10.如权利要求2所述的激光校准设备，还包括与多个激光器的每一个相关联的俯仰校准机构，用来枢转所述激光器以调整从其发射的所述激光线的俯仰。
11.如权利要求10所述的激光校准设备，其中所述俯仰校准机构被安装在所述激光平台和所述激光器之间。
12.一种校准激光器的方法，该激光器包括多个被安装到激光平台的激光灯，该激光平台被安装到摆锤，每个激光灯包括俯仰校准机构、滚转校准机构和拱度校准机构，该方法包括调整所述的多个激光灯的第一个的所述拱度校准机构来消除所述第一激光灯中的任何拱起；调整所述多个激光灯中第一个的所述滚转校准机构以将激光线调整为水平线；调整所述多个激光灯中剩余的激光灯的拱度校准机构和滚转校准机构以使从所有所述多个激光灯发射的激光线都是笔直的并且是水平的；为每一个所述激光灯调整所述俯仰校准机构，以便使每一条发射自所述多个激光灯的所述的激光线都是在一个公共的平面上。
13.如权利要求12所述的方法，还包括调整所述摆锤的重心校准机构。
14.一种激光校准设备包括；外壳；枢转连接到该外壳上并从其悬挂下来的摆锤；安装在摆锤上的激光平台；和至少一个用来发射激光线的激光器，所述激光器安装在所述激光平台上，并且具有可在管座内旋转的激光管和枢转连接到激光管的激光透镜。
全文摘要
本发明公开了一种激光校准设备，其包括一个外壳和枢转地连接到该外壳并从其悬挂下来的一个摆锤。一个激光平台安装在摆锤上。至少一个用来发射激光线的激光器被安装在激光平台上。该激光器包括一个在管座内可旋转的激光管和一个枢转地连接到激光管的激光透镜。第一调节机构被安装在激光平台和激光器之间用来调整俯仰。第二调节机构被安装在管座和激光管之间用来调整滚转。第三调节机构被安装在激光管和激光透镜之间用来调整拱起。第四调节机构被安装在摆锤上用来调整摆锤的重心。
文档编号G01C5/00GK1661326SQ20051006280
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月8日 优先权日2004年2月13日
发明者奥莱克西·P·瑟奇延科, 詹姆斯·D·马歇尔, 罗伯特·沃特斯, 马库斯·博希, 罗德·缪尔 申请人:布莱克和戴克公司