用于固定光学仪器的装置和方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于将光学仪器固定在保持单元上的装置以及一种根据权利要求16的前序部分所述的用于固定光学仪器的方法。

背景技术：

在使用光学仪器时需要采用保持单元，用于将光学仪器安装在期望的位置中。已知快速更换适配器用于在支架上快速地更换光学仪器，该适配器允许光学仪器与支架的非螺旋连接。已知的快速更换适配器包括固定在光学仪器上的夹板和固定在支架上的固定板，其中夹板通过夹紧机构而能够固定在固定板上。EP 0 982 613 B1公开了一种具有夹板和固定板的快速更换适配器，其具有楔形的引导部，该引导部包括固定的第一凹槽和能够通过夹紧机构调节的第二凹槽。为了进行固定，将夹板引入凹槽中并且第二凹槽通过加紧机构相对于固定板拉伸，从而将夹板固定在固定板的引导部上。

这种快速更换适配器被证明为可靠且容易操作的，但是该已知的快速安装适配器对于不同夹板来说不灵活，因为夹板必须严格地匹配在固定板的楔形引导部上。另外，夹板必须匹配各个光学仪器。

技术实现要素：

本发明的目的在于，发展用于光学仪器的快速更换适配器，其适用于具有标准螺纹容纳部的所有光学仪器。在此保持了已知快速更换适配器的良好的可操作性和高的可靠性。

对于开头所述用于固定光学仪器的装置来说，该目的根据本发明通过独立权利要求1的特征实现，而对于开头所述用于固定光学仪器的方法来说，该目的通过独立权利要求16的特征实现。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的用于将具有圆柱形容纳开口的光学仪器固定在保持单元上的装置包括：

-具有多个壳体部件的壳体，

-具有可调节的操作部件的操作单元，

-具有多个膨胀区段的膨胀套管，这些膨胀区段在垂直于所述膨胀套管的纵轴的平面中能够在闭合状态和扩张状态之间调节，以及

-第一调节单元，其将操作单元的运动转化成膨胀区段在垂直于膨胀套管纵轴的平面中的径向运动，

其中，膨胀区段在膨胀套管的闭合状态下能够引入光学仪器的容纳开口中并且在膨胀套管的扩张状态下与光学仪器的容纳开口形成力配合或形状配合的连接。

根据本发明的装置实现了，借助于可调节的操作部件将光学仪器固定在保持单元上。为此将光学仪器通过容纳开口插到处在闭合状态的膨胀套管上。随后借助于操作单元和第一调节单元使膨胀区段在垂直于膨胀套管纵轴的平面中扩张。在扩张的状态下，膨胀区段与光学仪器的容纳开口形成力配合或形状配合的连接。

“光学仪器”的概念在本发明的范围中涵盖所有的使用光学或电子光学元件的仪器。光学仪器例如为激光接收器、激光距离测量仪、线性激光装置、旋转激光装置、照相机和摄像机。所有光学仪器的共同点在于，它们在壳体中具有圆柱形的容纳开口，通过该容纳开口使得光学仪器能够固定在保持单元上。容纳开口的基面可以构造为圆形、方形、多边形或具有其他横截面形状。对于具有圆形基面的容纳开口来说可以在侧面上额外设置内螺纹，该内螺纹能够与保持单元的互补构造的外螺纹形成螺纹连接。

对于保持单元来说，独立放置在基底上的支架分为移动的保持单元和固定的保持单元。移动的保持单元保持在操作者的手中并且能够在空间中移动，例如测杆、水准尺和垂杆固定的保持单元在测量环境中使用具有其他功能并由操作者使用的部件；固定的保持单元例如为壁部适配器、轨道适配器、管道适配器和磁性适配器。根据本发明的装置适合于所有的通过螺纹连接固定光学仪器的保持单元。该保持单元具有旋入光学仪器上的合适的螺纹容纳部中的螺栓。

优选第一调节单元构造为沿轴向可调的芯销，其中芯销由膨胀区段包围并且轴向平行于膨胀套管的纵轴延伸。芯销由膨胀套管的膨胀区段包围，这些膨胀区段在垂直于芯销纵轴的径向平面中可调。芯销沿轴向的平移运动转化成膨胀区段垂直于芯销纵轴的径向运动。通过膨胀区段的径向运动使得膨胀套管能够在闭合状态和扩张状态之间调节。

将平行于膨胀套管纵轴的所有方向限定为轴向并且将垂直于膨胀套管纵向设置的所有平面限定为径向平面。径向是这样的方向，其在径向平面中延伸并且与膨胀套管的纵轴相交。

特别优选该芯销具有包含锥形外表面的锥形区段并且膨胀区段具有互补构造的锥形内表面，其中膨胀区段的内表面在芯销沿轴向运动的过程中沿着芯销的外表面滑动。芯销沿轴向的平移运动通过锥形区段转化成膨胀区段的径向运动。通过在芯销上形成锥形的外表面以及在膨胀区段上形成锥形的内表面可以将芯销沿轴向的运动转化成膨胀区段的径向运动。

芯销的锥形外表面可以结合在一个共同的面中，例如锥体面或截锥体面，或者该锥形的外表面由多个锥形的表面部分组成。锥形的表面是通过绕轴旋转的曲线产生旋转面。对于将芯销沿轴向的平移运动转化成膨胀区段的径向运动来说重要的是，相互对应的外表面和内表面互补地构成。

特别优选芯销除了锥形区段之外还具有阶梯区段和圆柱区段，其中圆柱区段由第一弹性部件包围，该第一弹性部件张紧在可调节的阶梯区段和壳体的其中一个固定的壳体部件之间。当芯销沿轴向朝膨胀套管移动时，第一弹性部件压缩。第一弹性部件优选形成为复位弹簧并且用于使得膨胀区段在操作部件的回位过程中返回到其初始位置中。

特别优选膨胀区段在其内表面上分别具有第一引导部件并且芯销在外表面上具有互补构造的第二引导部件，其中膨胀区段在芯销沿轴向的运动过程中借助第一和第二引导部件移动。例如构造为楔形引导部的引导部件确保了，膨胀区段在打开芯销连接的情况下从扩张状态运动到闭合状态。

膨胀区段的第一引导部件特别优选构造为突起并且芯销的第二引导部件构造为互补的凹槽。引导部件的形成允许了膨胀套管的紧凑设计。

在一个优选的设计中，膨胀区段在外表面上分别具有连接区段和环形凸缘区段，其中连接区段在扩张的状态下与光学仪器的容纳开口形成力配合或形状配合的连接，并且环形凸缘区段在扩张的状态下沿轴向与壳体的其中一个固定的壳体部件形成形状配合的连接。连接区段插入光学仪器的容纳开口中并且能够与容纳开口形成力配合或形状配合的连接。在此，力配合或形状配合的连接类型取决于连接区段的外部几何结构。环形凸缘区段用于确保光学仪器不会沿轴向平移运动。通过膨胀区段的径向运动使得环形凸缘区段能够从后夹住其中一个固定的壳体部件并且将光学仪器固定在适配器上。膨胀区段的环形凸缘区段能够构造为一件式或者由多个部件组成。

特别优选膨胀区段的连接区段具有外螺纹，其中该外螺纹与光学仪器的形成为螺纹容纳部的容纳开口在扩张状态下形成形状配合的连接。在此外螺纹的特性特别优选地与螺纹容纳部的内螺纹匹配。

膨胀区段在内侧通过锥形的内表面与芯销接触；膨胀区段的内表面沿着芯销的外表面滑动。膨胀区段插入光学仪器的容纳开口中并且能够在外侧与容纳开口形成力配合或形状配合的连接。膨胀区段在内侧的结构设计与膨胀区段在外侧的结构设计不相关。因此膨胀区段内侧上的例如锥形内表面和引导部件的优选设计可以以任意的方式与膨胀区段在外侧上的例如连接区段和环形凸缘区段的优选设计相结合。

在装置的一个扩展方案中，设置张紧环和第二调节单元，其中第二调节单元将操作单元的运动转化成张紧环沿轴向的运动。通过能够借助第二调节单元调节的张紧环可以避免或至少消除光学仪器相对于纵轴的倾斜。第二调节单元的结构设计与具有芯销和膨胀套管的第一调节单元不相关。因此，第一调节单元的优选设计能够以任意的方式与第二调节单元的优选设计相结合。

特别优选第二调节单元包括压板和多个圆柱销，其中圆柱销由第二弹性部件包围，该第二弹性部件张紧在可调的压板和壳体的其中一个固定的壳体部件之间。当压板沿轴向朝膨胀套管运动时，第二弹性部件压缩。第二弹性部件优选构造为复位弹簧并且用于使压板在操作部件回位过程中返回到其初始位置中。

特别优选操作部件能够在第一位置、第二位置和第三位置之间调节，其中第一调节单元将操作部件在第一和第二位置之间的运动转化成膨胀区段在垂直于膨胀套管纵轴的平面中的径向运动，并且第二调节单元将操作部件在第二和第三位置之间的运动转化成张紧环的运动。

特别优选操作单元包括具有第一控制区域和第二控制区域的控制盘，其中第一控制区域使芯销沿轴向运动并且第二控制区域使压板沿轴向运动。操作单元的调节范围划分为两个角范围，在第一角范围中芯销通过第一控制区域沿轴向运动并且在第二角范围中压板通过第二控制区域沿轴向运动。在此，第一和第二控制区域的控制曲线优选相互协调，从而在第一角范围中只有芯销沿轴向运动并且在第二角范围中只有压板沿轴向运动。

本发明还涉及一种保持单元和根据本发明的用于固定光学仪器的装置。在第一个优选变体中，根据本发明的用于固定光学仪器的装置能够与保持单元可拆卸地连接，从而该装置能够加装在常规的保持单元中。在第二个优选变体中，根据本发明的用于固定光学仪器的装置与保持单元不可拆卸地连接。第二变体主要适合于能够更紧凑设计的新的保持单元。所有具有标准螺纹连接的光学仪器能够固定在该保持单元上。

根据本发明的装置的优势在于，不要求改变光学仪器的螺纹连接。因为光学仪器的螺纹连接不变，所以所有的光学仪器既能够固定在常规的保持单元上也能够固定在本发明采用的保持单元上。

根据本发明，用于将具有圆柱形容纳开口的光学仪器固定在快速安装适配器上的方法的特征在于：

-光学仪器通过容纳开口插接在具有多个可调膨胀区段的膨胀套管上，其中该膨胀套管处在闭合状态中，并且

-膨胀区段借助操作单元和第一调节单元在垂直于膨胀套管纵轴的平面中从闭合状态转移到扩张状态，其中膨胀区段在扩张状态下与光学仪器的容纳开口形成力配合或形状配合的连接。

根据本发明的方法的优势在于，光学仪器借助于可调的操作部件而固定在支架上。光学仪器可以简单且快速地由操作者固定在支架上或者从支架上拆下。省去了复杂地打开和关闭螺纹连接。

在根据本发明的方法的一个优选的扩展方案中，在将膨胀套管转换到扩张状态之后，张紧环借助于操作单元和第二调节单元沿轴向平行于膨胀套管的纵轴朝光学仪器移动。通过能够借助第二调节单元调节的张紧环能够防止或至少消除光学仪器相对于纵轴的倾斜。

接下来根据附图描述本发明的实施例。这些附图不需要按正确比例示出实施例，而是为了有利于阐述以示意性和/或不变形的方式展示附图。对于附图中直接可见的教导的补充参见相关的现有技术。在此考虑到，可以对实施方式的形式和细节进行多种改进和改变，而不会偏离本发明的一般构思。在说明书、附图以及权利要求书中公开的本发明的特征可以单独地或者任意结合地应用于本发明的扩展。另外，在本发明的范围内涉及由说明书、附图和/或权利要求书中公开的特征中的至少两个所组成的所有组合。本发明的一般构思不局限于以下示出和描述的优选实施方式的具体形式或细节，或者不局限于相比于权利要求中要求保护的主体所限制的技术方案。在给出的尺寸范围中也应当将在提及的临界值内部的数值公开为临界值并且能够任意使用和要求保护。为了清楚起见，接下来对于相同或相似的部件或者具有相同或相似作用的部件采用相同的附图标记。

附图说明

图1A、B示出了一种仪器(装置)系统，其包括借助根据本发明的快速安装适配器固定在支架上的旋转激光器(图1A)；以及图1A中快速安装适配器的放大图(图1B)；

图2示出了图1B中快速安装适配器的纵截面，其包括壳体、操作单元和膨胀套管，该膨胀套管能够在闭合状态和扩张状态之间调节；

图3示出了图1B中快速安装适配器的操作单元的放大三维视图；

图4示出了图1B中快速安装适配器的膨胀套管的纵截面，其能够借助于操作单元和设置为芯销的第一调节单元在闭合状态和扩张状态之间调节；以及

图5A-C示出了根据本发明的具有图1A的旋转激光器的快速安装适配器，(图5A)在具有插入的旋转激光器的第一位置，(图5B)在具有固定的旋转激光器的第二位置，以及(图5C)在具有固定并对齐的旋转激光器的第三位置。

具体实施方式

图1A示出了具有光学仪器11的仪器系统10，该光学仪器借助于设置为快速安装适配器的根据本发明的装置12而固定在作为保持单元的支架13上。光学仪器11构造为旋转激光器。支架13构造为三脚架并且包含支架头14以及在图1A中仅部分示出的三个支架腿15。

快速安装适配器12在所示实施例中构造为单独的适配器并且通过标准化的螺纹连接可拆卸地固定在支架头14上。用于光学仪器11的螺纹连接具有两种螺纹类型：用于较小光学仪器11的1/4英寸20牙惠氏标准螺纹以及用于较大光学仪器11的3/8英寸16牙惠氏标准螺纹。在支架头14上设有支架螺栓，其旋入快速安装适配器12上的匹配的螺纹容纳部中。

图1B示出了图1A中根据本发明的快速安装适配器的放大图。该快速安装适配器12包括壳体16、操作单元17、第一连接装置18以及第二连接装置19，第一连接装置使快速安装适配器12与旋转激光器11连接，第二连接装置使快速安装适配器12与支架13连接。第二连接装置19形成为螺纹容纳部，其能够与支架13的互补构造的螺纹销钉形成螺纹连接。当快速安装适配器12集成在支架头14中时，则省去第二连接装置。

第一连接装置18形成为膨胀套管并且包括多个膨胀区段21，这些膨胀区段能够与旋转激光器11的螺纹容纳部形成力配合或形状配合的连接。在此，膨胀套管18能够由操作者通过操作单元17在闭合状态和扩张状态之间调节，其中在图1B中示出了处于闭合状态的第一连接装置18。在该实施例中，膨胀套管18包括三个膨胀区段21，这些膨胀区段围绕纵轴22对称布置。操作单元17能够围绕旋转轴23调节。

图2示出了图1B中根据本发明的快速安装适配器12沿包含纵轴22和旋转轴23的截面的纵截面。快速安装适配器12能够通过第一连接装置18与旋转激光器11连接并且能够通过第二连接装置19与支架13连接。

形成为膨胀套管的第一连接装置18能够由操作者通过操作单元17在闭合状态和扩张状态之间调节。在闭合的膨胀套管情况下，旋转激光器11能够放置在快速安装适配器12上并且膨胀套管18插入旋转激光器11的螺纹容纳部中。当旋转激光器11放置在快速安装适配器12上时，膨胀套管18通过操作单元17扩张，从而将旋转激光器11固定在快速安装适配器12上。操作单元17的运动通过形成为芯销的第一调节单元31传递到膨胀套管18的膨胀区段21上。

当操作者没有将旋转激光器11正确放置在快速安装适配器12上时，会产生这样的危险，即，旋转激光器11的旋转轴没有和快速安装适配器12以及支架13的纵轴重合，而是相对于该纵轴略微倾斜。为了防止旋转激光器11相对于纵轴倾斜，快速安装适配器12具有张紧环32(Spannring)，其能够借助于第二调节单元33调节。

壳体16由三个固定的壳体部件多件式地构造而成。第一壳体部件形成为壳体杯形部34并且在底侧35上具有用于将快速安装适配器12与支架13连接的螺纹容纳部19。在快速安装适配器12的与底侧35相对置的顶侧36上，壳体杯形部与形成为壳体顶盖37的第二壳体部件连接。壳体顶盖37多阶地设有第一阶和第二阶。膨胀区段21在壳体顶盖37的第一阶上滑动并且在连接的状态下从后夹住形成为环形的第三壳体部件38。张紧环32位于固定的壳体顶盖37的第二阶上。

操作单元17包括形成为旋转开关的操作部件41以及在壳体杯形部34中能够绕旋转轴23旋转地支承的轴42。在轴42上具有形成为偏心盘的控制盘43，该控制盘与轴42抗扭转地连接。轴42绕旋转轴23的旋转运动通过控制盘43转化为第一调节单元31或者第二调节单元33沿轴向44的平移运动。在此，轴向44设置为平行于快速安装适配器12的纵轴。

芯销31由第一弹性部件46包围，该第一弹性部件张紧在固定的壳体顶盖37和芯销31之间。当芯销31沿轴向44移动到膨胀套管18上时，压缩第一弹性部件46。第一弹性部件46形成为复位弹簧并且用于使膨胀区段21在旋转开关41回位时返回至其初始位置中。芯销31由膨胀套管18的膨胀区段21包围，该膨胀区段能够在垂直于芯销31纵轴的平面内调节。在该实施例中设有三个膨胀区段21，它们相对于纵轴22对称布置。

第二调节单元33包括紧贴在控制盘43上的压板47以及四个圆柱销48。张紧环32通过圆柱销48与压板47连接并且能够借助于第二调节单元33沿轴向44调节。圆柱销48由第二弹性部件49包围，该第二弹性部件张紧在固定的壳体顶盖37和能够调节的压板47之间。当压板47沿轴向44移动到膨胀套管18上时，压缩第二弹性部件49。第二弹性部件49形成为复位弹簧并且用于使压板47在旋转开关41回位时返回至其初始位置中。

图3示出了图1B中快速安装适配器12的操作单元17的放大三维视图。该操作单元17包括旋转开关41、轴42和控制盘43。

控制盘43与轴42抗扭转地连接。通过控制盘43将轴42绕旋转轴23的旋转运动转化成第一调节单元31或第二调节单元33沿轴向44的平移运动。控制盘43包括与第一调节单元31共同作用的第一控制区域51以及与第二调节单元33共同作用的第二控制区域52。第一和第二控制区域51、52集成在一个共同的控制盘中。替代性地可以为第一和第二控制区域设置分开的控制盘，这些控制盘与轴42抗扭转地连接。

操作单元17的调节区域可以划分为两个角范围，在第一角范围中芯销31通过第一控制区域51沿轴向44移动并且在第二角范围中压板47通过第二控制区域52沿轴向44移动。在此，在该实施例中第一和第二控制区域51、52的控制曲线彼此协调，从而在第一角范围中只有芯销31沿轴向44移动并且在第二角范围中只有压板47沿轴向44移动。第一控制区域51与旋转轴23的间距在第一角范围中增大并且在第二角范围中恒定；第二控制区域52与旋转轴23的间距在第一角范围中恒定并且在第二角范围中增大。

图4示出了图1B中快速安装适配器12的膨胀套管18沿平行于纵轴22和旋转轴23的截面的纵截面，该膨胀套管借助于操作单元17和芯销31能够在闭合状态和扩张状态之间调节。

芯销31由紧靠在控制盘43上的阶梯区段53、圆柱区段54和锥形区段55组成。阶梯区段53紧靠在控制盘43的第一控制区域51上并且将控制盘43的旋转运动传递到芯销31上。锥形区段55由膨胀套管18的膨胀区段21包围。膨胀区段21在内侧具有锥形的内表面56，其与芯销31的锥形外表面57互补地构造。芯销31沿轴向44的运动转化成膨胀区段21的径向运动。

为了引导膨胀区段21，芯销31的锥形外表面57具有三个楔形的凹槽58。膨胀区段21的锥形内表面56具有楔形的突起59，该突起与凹槽58互补地构造并且引入凹槽58中。当膨胀区段21沿着锥形外表面57滑动时，膨胀区段21通过突起59引入凹槽58中。

膨胀区段21在外侧由多个区段构成并且具有连接区段61、中间区段62和环形凸缘区段63。环形凸缘区段63用于确保旋转激光器11不会沿轴向44进行平移运动。通过膨胀区段21的径向运动，环形凸缘区段63从后夹住固定的第三壳体部件38并且将旋转激光器11固定在快速安装适配器12上。中间区段62使环形凸缘区段63与连接区段61连接，该连接区段61能够与旋转激光器11的容纳开口形成力配合或形状配合的连接。

连接区段61具有外螺纹64，该外螺纹在膨胀套管18闭合的情况下能够嵌入旋转激光器11的形成为螺纹容纳部的容纳开口中并且在膨胀套管18扩张的情况下能够与螺纹容纳部形成形状配合的连接。外螺纹64的特性优选与螺纹容纳部的内螺纹相匹配。膨胀区段21的螺纹区段能够由不含螺纹的圆柱区段所替代，其中在膨胀套管18和旋转激光器11的容纳开口之间的连接在这种情况下形成为力配合的连接。

图5A-C示出了图1A中的快速安装适配器12和旋转激光器11，其中旋转激光器11固定在快速安装适配器12上的不同位置中。在此，图5A示出了在第一位置中插入的旋转激光器11，图5B示出了在第二位置中固定的旋转激光器11，以及图5C示出了在第三位置中固定且对齐的旋转激光器11。

图5A示出了通过容纳开口71插在膨胀套管18上的旋转激光器11。膨胀套管18是闭合的并且在膨胀套管18和旋转激光器11的容纳开口71之间的连接打开。操作单元17的旋转开关41处在第一位置。为了将旋转激光器11固定在快速安装适配器12上，操作者将旋转开关41从第一位置沿旋转方向72绕旋转轴23运动到第二位置。旋转开关41的旋转运动通过轴42传递到控制盘43上。控制盘43的第一控制区域51紧靠在芯销31的阶梯区段53上并且使芯销31沿轴向44朝膨胀套管18运动。芯销31沿轴向44的平移运动通过锥形区段55转化成膨胀区段21的径向运动。

在膨胀区段21的径向运动的末尾部，环形凸缘区段从后夹住第三壳体部件38并且螺纹区段与旋转激光器11的容纳开口71形成形状配合和力配合的连接。图5B示出了固定在适配器12上的旋转激光器11处在第二位置。膨胀套管18是打开的并且膨胀区段21与旋转激光器11的容纳开口71形成形状配合和力配合的连接。

为了使旋转激光器11和快速安装适配器12的纵轴同轴对齐，操作者将旋转开关41从第二位置沿旋转方向72绕旋转轴23运动到第三位置。旋转开关41的旋转运动通过轴42传递到控制盘43。控制盘43的第二控制区域52紧靠在压板47上并且使张紧环32平行于纵轴22沿轴向44朝旋转激光器11运动。

图5C示出了固定在快速安装适配器12上并且旋转轴与快速安装适配器12的纵轴同轴设置的旋转激光器11。通过能够借助第二调节单元沿轴向44调节的张紧环32能够避免或至少消除旋转激光器11相对于纵轴的倾斜。