专利名称：用于重力对准的摩擦枢轴的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种包括摩擦枢轴的装置，更具体地涉及但并不限于诸如激光水平仪的装置，这些装置依赖摩擦枢轴来使绕轴线的悬摆部件重力对准。
背景技术：
这种装置的精确度取决于悬摆部件重力对准的精度。任何失准将导致装置的不精确。悬摆装置绕着枢转的一个点或多个点中的摩擦是失准的主要原因。传统上，通过采用诸如润滑或精密滚柱轴承的措施降低枢轴中的摩擦来解决该问题。
遗憾的是，该传统解决方案产生了另外的问题，其中一个问题在于随着枢轴中摩擦的减小，悬摆部件需要花费较长的时间来停止摆动并达到静止。由于只有在悬摆部件静止后才可能进行精确的读数，从而轴承的摩擦力越低，使用者在读数之前必须等待的时间就越长，并且因此装置的使用就越不方便。该问题的传统解决方案是采用阻尼装置来降低摆动。
摩擦非常低的枢轴的另一问题在于，悬摆部件容易受到偶然的环境影响的干扰，这些影响使悬摆部件进一步摆动，从而导致进一步延迟读数并给使用者带来麻烦。
因此，可以看到，对失准引起的不精确的问题的传统解决方案导致了昂贵而复杂的方案，而且传统解决方案还产生了另外的问题，在解决产生的另外的问题的方案中需要更多开销且更加复杂化。
发明内容
本发明的主要目的在于在不产生另外的问题的情况下，简单而经济地解决所有这些问题。
为了明了如何实现这一点，首先考虑一端具有重物且另一端具有枢轴的简单刚性摆中在工作中的力。在从重物没有重力对准的位置释放悬摆时，重力恢复力引起悬摆向下摆动。悬摆经过重力对准点，并继续向上摆动，摆动由于枢轴中的摩擦和作用在悬摆上的重力而减慢，其速度降低直到角动量为零且悬摆非常短暂地停止在其摆动的最高点。如果重力恢复力大于枢轴中的静摩擦，则悬摆将重复该循环。否则，悬摆将保持静止。其原因在于，在悬摆运动时，其运动受到枢轴中的动摩擦或滚动摩擦的阻挡。在悬摆摆动终止且在其反向之前，悬摆暂停，而且在该点处对任何进一步运动的阻挡不是由于动摩擦，而是由于静摩擦。在该点处静摩擦显著大于动摩擦。悬摆将总是停止在循环终止处，而且该点将总是超过重力对准的点。这两个点之间的距离将与枢轴中的摩擦成比例，并将代表依赖于该对准的装置的最终精度。摩擦大的枢轴将使精度变差。摩擦小的枢轴使对准精度提高，但轴承中小的摩擦将意味着悬摆振动次数的增加，从而导致悬摆延迟静止。
本发明通过采用被特意设计成摩擦且为可控摩擦的枢轴简单而廉价地来解决这些问题。
根据本发明，摩擦枢轴包括重力响应方向装置，其用于指示重力对准的基准方向；摩擦枢转装置，其用于允许所述重力响应装置大概重力对准；振动装置，其用于使所述枢转装置的一个或多个元件振动；以及便携电源装置，其用于向所述振动装置供电。
振动装置产生的振动的持续时间和发生频率可通过手动切换器或电子定时电路加以控制。
悬摆运动受到枢轴中的摩擦力的阻挡，从而防止悬摆部件自由振动，但枢轴的摩擦不能大到抑制悬摆部件大概与重力方向对准的程度。
振动施加到枢轴的一个或多个部件上。该振动使得所述枢轴的一个元件相对于另一个元件微小地运动。这将静摩擦转换为动摩擦。因此，在振动脉冲的持续时间内，能进行进一步的运动，而且悬摆部件在重力恢复力的影响下运动得更接近于重力对准。因此，悬摆部件的动量不会使它们运动超过重力对准点，振动脉冲将短于悬摆周期的四分之一。悬摆的振动因此停止在重力对准位置附近，并且不振动枢轴中的相对较大的静摩擦将降低运动超过重力对准位置的程度，从而确保枢轴停止在重力对准位置附近。此外，枢轴的相对较高的静摩擦使得枢轴对可能会对采用低摩擦轴承的仪器产生不利影响的环境干扰具有相当的抵抗力。实验已经表明，在不振动的枢轴中，在离转动轴40mm半径处的10gm的质量可偏离重力对准正负1.623度。采用相同的枢轴，在振动3秒后，该偏离减小到离重力对准正负0.00955度。通过上述脉冲振动可进一步减小稳定时间。
应注意到，本发明通过用廉价的枢轴来替代昂贵的精确滚柱轴承，能在降低这种采用重力对准的仪器的费用的同时，提高了这种仪器的精度和方便性。
本发明的第一实施例在加重悬摆臂的一端处具有基准点，该悬摆臂垂直地连接到可枢转的轴上。锥形轴端位于挠性材质的两个相对板中的锥形内凹中，所述两个相对的板通过被固定地连接到外壳上而保持分开一预定距离。该两板的一区域突出到外壳之外，且没有受到支承。所述锥形内凹和所述振动装置定位在该区域中。具有轴向连接的偏心重物的小的低压电机提供了廉价的振动装置。这类电机在移动电话或寻呼机中使用。
本发明的第二实施例包括重量偏心的柱形外壳，该外壳在公共轴周围摩擦地连接到另一柱形外壳上，所述第二外壳容纳有激光投射装置。在该实施例中，指示重力对准的基准点为位于加重外壳外周上的标记，且其它标记在所述第二外壳的外周上相隔规则的角度间距，所述其它标记指示所述激光投射装置偏离所述重力垂直方向的角位移。
本发明的另一实施例可将所述振动装置放置在所述柱形外壳中的一个或两个中。
在另一实施例中，所述两个相对板中的一个或两个被具有锥形内凹的材料块替代。这些块可相对于所述可枢转的轴轴向运动，并通过簧片或螺旋弹簧保持靠在所述轴的端部上，从而供给枢轴的摩擦预加载。
尽管以下描述提出了本发明的若干不同实施例，但对本领域内技术人员显而易见的是，可以组合各种特征以形成其它类似的示例。
现在将仅通过示例的方式参照附图更加详细地描述根据本发明的摩擦枢轴，在附图中图1为根据本发明的摩擦枢轴的第一实施例的立体图；图2、图3和图4分别为图1的侧视图、正视图和仰视图；并且图5为根据本发明的摩擦枢轴的第二实施例的立体图；图6和图7分别为图5的俯视图和后视图。
具体实施例方式
在所有的附图中，为了清楚起见，省略了切换/定时装置以及便携电源装置。
图1至图4显示包括悬摆组件200的摩擦枢轴100，该悬摆组件200通过轴向的轴500连接到固定连接至外壳600上的半枢轴300和400上。
悬摆组件200包括悬摆201、重物202以及基准点203。半枢轴300为具有锥形内凹302和振动装置303的板301。板301以包括该锥形内凹302和振动装置303的延伸部分可相对于轴500轴向运动的方式固定地连接在外壳600上。该运动受到板301的尺寸(gauge)和弹性的控制。类似的，半枢轴400包括具有锥形内凹402和振动装置403的板401。轴向的轴500具有位于锥形内凹302和402中的锥形端部501和502。轴端和内凹的相对角度可以使得只有轴的点支承在锥形内凹中。将轴向的轴500保持在锥形内凹302和402之间的力可根据板301、401的挠性而变化。板301和401可向内倾斜以增加该力，从而增加板301和401与轴500之间的摩擦力。
振动装置303和403可以为机电、磁力控制的或压电类型的。切换/定时控制器(未示出)是现有并公知的，而且诸如仙童半导体公司(FairchildSemiconductor Corporation)生产的NE555N或德州仪器公司(TexasInstruments)生产的NE555P集成电路类型的通用555计时器或相当物可提供数秒至数毫秒的脉冲。从而将看到可采用两个这样的集成电路，一个用于控制持续时间，另一个用于控制振动脉冲产生的频率。
悬摆组件200、半枢轴300和400以及外壳600一起形成共协的机械组件，部件的设计和选择是相互依赖的。悬摆组件200的质量可以根据采用本发明的应用场合而变化。板301和401的刚度以及振动装置303和403施加的振动强度必须选择为与悬摆组件的质量相适应。
图5至图7显示结合有摩擦枢轴100a的激光定位工具的示例，该摩擦枢轴100a包括通过轴向的轴500a和500b连接至半枢轴300a和400a的悬摆组件200a，所述半枢轴300a和400a固定地连接到一外壳上。
悬摆组件200a包括第一柱形外壳201a，其容纳有向激光孔700a发射光束的激光投射装置。该第一外壳201a在其外周上还具有角基准标记203a。第一柱形外壳201通过轴500a和500b在共用轴周围摩擦地连接到第二柱形外壳201b上，该第二柱形外壳的重量是偏心的，并具有指示重力对准的基准点203b。
半枢轴300a为具有锥形内凹302a的磷青铜薄片，其通过紧固件601b固定地连接到外壳上。
半枢轴400a也是磷青铜薄片。其具有锥形内凹402a，并通过紧固件601a固定地连接到外壳上。在半枢轴400a的自由端处紧固有一具有轴向连接的偏心重物303b的1.5伏特的电机303a。电能通过半枢轴300a和400a供应至激光定位工具和/或振动装置303、403。
轴500a和500b具有锥形端部501a和501b，这些锥形端部分别位于半枢轴301a和401a的锥形内凹302a和402a中。
根据本发明的摩擦枢轴特别适于在欧洲专利出版物EP-A-1012538(WO 98/11407)中公开的那类激光定位工具中使用。在替代普通枢轴使用时，可在精度上获得相当的收益。在替代滚柱或滚珠轴承使用时，可节省较大的成本，而不会牺牲精度，并且无需其它的阻尼装置。该工具相对而言也不易受到外部环境干扰的影响。因而，可以看到，现在进行廉价的、易于使用的具有一定精度的铅直和角度测量是可能的。
权利要求
1.一种摩擦枢轴，其包括重力响应方向装置，其用于指示重力对准的基准方向；摩擦枢转装置，其用于允许所述重力响应装置的大概重力对准；振动装置，其用于使所述枢转装置的一个或多个元件振动；以及便携电源装置，其用于向所述振动装置供电。
2.根据权利要求1所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述振动装置产生的振动的持续时间和发生频率由手动切换器或电子定时电路进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述重力响应方向装置为垂直连接到可枢转轴上的加重悬摆臂。
4.根据权利要求1或2所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述重力响应方向装置为垂直连接到可枢转轴上的重量偏心元件。
5.根据权利要求3或4所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述摩擦枢转装置为挠性材质的两个相对板，它们通过固定地连接到外壳上从而保持相隔一预定距离，而且所述轴的锥形端部位于所述两个相对板内的锥形内凹中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述振动装置为具有轴向连接的偏心重物的低压电机。
7.根据权利要求5所述的摩擦枢轴，其特征在于，所述两个相对板中的一个或两个为具有锥形内凹的材料块，而且所述块可相对于所述可枢转的轴轴向运动，并通过簧片或螺旋弹簧保持靠在所述轴的端部上。
8.一种激光定位工具，其具有根据权利要求1至7中任一项所述的摩擦枢轴。
9.根据权利要求8所述的激光定位工具，在与权利要求4相关时，其特征在于所述激光定位工具与所述重力响应方向装置一体形成。
10.根据权利要求8或9所述的激光定位工具，其特征在于，该工具还包括重量偏心的柱形外壳，该外壳在公共轴周围摩擦地连接到另一柱形外壳上，所述第二外壳容纳有激光投射装置。
11.根据权利要求10所述的激光定位工具，其特征在于，指示重力对准的基准点为位于加重外壳的外周上的标记，且其它标记在所述第二外壳的外周上相隔规则的角度间距，所述其它标记指示所述激光投射装置偏离所述重力垂直方向的角位移。
12.根据权利要求10或11所述的激光定位工具，其特征在于，所述振动装置位于所述柱形外壳中的一个或两个中。
全文摘要
本发明提供一种在测量重力对准的装置中使用的摩擦枢轴。该摩擦枢轴(100)包括重力响应方向装置(200)，其用于指示重力对准的基准位置；摩擦枢转装置(300、400)，其用于允许所述重力响应装置的大概重力对准；振动装置(303、403)，其用于使所述枢转装置的一个或多个元件振动；以及便携电源装置(303a)，其用于向所述振动装置(303、403)供电。
文档编号G01C15/00GK1946984SQ200580013037
公开日2007年4月11日 申请日期2005年2月18日 优先权日2004年2月27日
发明者尼格尔·埃姆林·威廉士 申请人:尼格尔·埃姆林·威廉士