雷射測量距離裝置的製作方法
2023-06-30 15:21:26
專利名稱：雷射測量距離裝置的製作方法
技術領域：
本發明系關於在遠處投射三條可見光雷射線構成三角形，以便測量遠處二個目標間距離的裝置。
測量距離的習用光電儀器，有光波測距器、三角測量法距離感測器、雷射調變測距方式距離感測器、脈衝測距方式距離感測器等，其應用原理不論為何？其所測距離都是目標點與測量者間的距離，無法測量兩個目標點間的距離。例如習用技術是無法在遠處準確地測量一棟建築物的寬度、一部車輛的長度及一間房屋的窗戶的高度。
本發明的主要目的是以雷射線相交形成點的方式來清楚又簡單地標示二目標點，利用三角原理測量取得兩點距離，其距離直接由本發明刻度尺上讀得，或者利用大型集成電路計算並顯示於顯示器上，克服無法於遠處測量二點距離的問題。
本發明的另一目的是裝置利用伸縮平臺、摺疊式平臺或捲尺而成，長度可縮至最短，研製力求小型化，隨身攜帶性高。
本發明是這樣實現的，其系使用三個可見光雷射線產生器，雷射線產生器的原理是雷射點光束投射到柱面透鏡而放大成線光束，旋轉柱面透鏡線光束以原來點光束為中心而旋轉(以下稱旋轉中心)，本發明是以三個雷射線產生器朝同一方向放置，其放置要領為雷射線產生器都拿掉柱面透鏡，三個點光束前進方向要一致而且平行，並且其三個前進軌跡共平面，共平面校正方法為調整柱面透鏡角度，使三個雷射線投影重疊成一直線稱之水平線，後述所提為測量目的雷射線產生器的移動，三線重疊為一是一定必要的，調整任意二個柱面透鏡角度使三雷射線成二條斜線及一條水平線，前述水平線不一定非水平不可，只是此線通過三個旋轉中心而借用該名稱，二條斜線分別與水平線相交角度可求得為已知，二條斜線不平行則三線前進遇障礙物如牆壁必相交於三點，如果三雷射線產生器對準一線齊頭並放時，此三角形的底邊(屬於水平線部分)長度即為發射二條斜線的雷射發射筒中心點間距離，其為已知可求得。綜合上述，依三角原理，三角形的底邊與兩內角都已知，則其他兩邊亦可求得。本發明利用上述兩邊以求遠處兩目標點距離，本發明兩內角預先設定靠改變雷射線產生器間距離以達成測量，本發明於測量時必須使三個雷射線產生器的點光束路徑共平面且發射方向一致，欲達到上述要求方式眾多，例如使用任意物料做成平臺，平臺上劃線或做一軌道，雷射線產生器放置其上平順移動，為使測量距離更長除了調整雷射斜線角度外亦可加長平臺長度，因此，使用伸縮平臺或摺疊平臺以利攜帶，伸縮平臺包含若干個伸縮體以同軸方式套接在一起且長度伸縮自如，摺疊平臺系將若干個平臺以旋轉扣環互相扣住且可以摺疊，甚至選用傳統尺帶捲尺亦可，只是點光束路徑共平面且發射方向一致將是不易克服的問題，本發明將提出雷射對準校正來克服；測量距離的計算分為儀器輸入計算或直接由平臺上判讀，前者以習知數字計算尺為基礎，後者利用三條雷射線所形成的三角形底邊長度為其他任一邊長度成固定比例，底邊長度即發射二條斜線的雷射發射筒間距離，因此可以眾多等距刻度線條或數字刻劃於平臺或尺帶以便做測距判讀；本發明的實施例對三角形的選用偏重直角三角形，主要原因在於直角三角形邊長的計算簡單、直角三角形容易辨認及可有一個點光束路徑不一定要與其他兩個共平面，只要三雷射點光束髮射方向一致平行即可。
本發明與已有技術相比，具有實質性的技術進步，解決了以前無法測量遠處兩個目標點間距離的難題，並且體積小、攜帶、使用都十分方便。
本發明的附圖簡單說明如下
圖1是本發明第一實施例的外觀示意圖。
圖2是本發明第一實施例的投射雷射線至牆壁以測量任意兩點距離的示意圖。
圖3是本發明第一實施例的投射雷射線至天花板面以測量任意兩點距離的示意圖。
圖4是本發明第二實施例的立體分解示意圖。
圖5是本發明第二實施例的測量牆壁二目標點示意圖。
圖6是本發明第三實施例外觀示意圖。
圖7是本發明第四實施例的立體分解示意圖。
圖8是本發明第四實施例的投射雷射線至天花板面以測量任意兩點距離示意圖。
圖9是本發明測量原理示意圖。
圖號說明1-伸縮平臺 11-摺疊平臺100-小平臺 101-第一雷射線產生器102-第二雷射線產生器103-第三雷射線產生器104-第一雷射發射筒 105-第二雷射發射筒106-第三雷射發射筒 107-第一柱面透鏡支架108-第二柱面透鏡支架109-第三柱面透鏡支架110-第一柱面透鏡111-第二柱面透鏡
112-第三柱面透鏡 113-對準箭頭114-栓銷 115-旋轉扣環121-長條狀軌道 122-凹溝123-箭頭 20-捲尺201-捲尺蓋 202-尺帶203-捲尺彈簧 204-捲尺底座205-雷射指示器 206-對準筒207-對準靶 208-雷射光束305-透鏡保護蓋 402-相交點B403-相交點A 404-相交點C 51-第一刻度線條52-第二刻度線條 57-推鈕開並 6-數字尺60-基準尺61-基準尺頂面62-基準尺側面63-擋塊 70-遊標 701-第一按鈕702-第二按鈕 703-第三按鈕 704-顯示器705-中空四方長柱體下面，根據圖1～圖9給出本發明的較好實施例。
請參閱圖1，它是第一實施例外觀圖，摺疊平臺11是由三個小平臺100以旋轉扣環115互相扣接而可以摺疊，第二及第三雷射線產生器102、103固定安裝於摺疊平臺11右端頂面，三個小平臺100頂面皆設有長條狀軌道121，第一雷射線產生器101設有凹溝122，使第一雷射線產生器101可以掛在長條狀軌道121上平順地移動，第三雷射線產生器103上的第三柱面透鏡112可調出72°及82°兩個固定角度，其方法是旋轉第三柱面透鏡支架109使對準箭頭113對準第三雷射線射筒106上的72°線段或82°線段，最後再以栓銷114轉緊固定。
請參閱圖2，它是第一實施例測量遠方牆壁二目標點示意圖，在圖2中，為了更詳盡闡述測量原理，繪圖時特意拿掉透鏡支架突顯柱面透鏡功能，第一雷射發射筒104發射點光束Lo，經第一柱面透鏡110折射放大成一線光束後投影於地平面EP與小屋第一垂直壁面W1而成一垂直線VL，第一柱面透鏡110與垂直線VL形成垂直截面VP，第二雷射發射筒105發射點光束Lo，經第二柱面透鏡111折射放大成一直線光束後投影於小屋第一垂直壁面W1與第二垂直壁面W2而成一水平直線HL，第二柱面透鏡111與水平直線HL形成水平截面HP，第三雷射發射筒106發射點光束Lo，經第三柱面透鏡112折射放大成一直線光束後投影於地平面EP與小屋第一垂直壁面W1，在後者形成一斜線OL，斜線OL與第三柱面透鏡112形成斜面OP，斜面OP與水平截面HP以銳角θ相交，斜線OL與垂直線VL相交於C點404，水平直線HL與斜線OL相交於B點402，水平直線HL與垂直線VL相交於A點403，A、B、C三點成一直角三角形△ABC,∠CAB為直角90°，∠CBA為銳角θ，調整第三柱面透鏡支架109使θ為72°，線段AB的長度即為本發明第一雷射發射筒到第三雷射發射筒的距離，因此待測兩點B、C的距離為線段BC=AB*secθ；例如圖2中θ角度為72°，即∠CBA=72°，AB=57.2公分，則BC=AB*sec72°=57.2*3.236≌185公分。
由上式可得待測目標點C404與點B402的距離為185公分，其對應唯一的摺疊平臺11上第一雷射發射筒104到第三雷射發射筒106的距離，因此在θ=72°保持不變情況下，任何上述兩雷射發射筒間距離將對應唯一的二待測目標點BC的距離，其比例關係即為sec72°=3.236，依此比例在摺平臺11的側面繪製第一刻度線條51，繪製原理系第一雷射線產生器左移一單位長度，則BC的距離增長3.236單位，同時於箭頭123對準處繪製一小線段，集合眾多小線段而成第一刻度線條51，同理第二刻度線條52以sec82°=7.185比例繪製。
請參閱圖3，它是本發明投射雷射線至天花板面以測量任意兩點距離，所測距離不長，因此將三個小平臺摺合為一，由圖示知垂直線VL由第一雷射發射筒104發射點光束Lo，經第一柱面透鏡110折射放大成一直線光束後投影於第二垂直壁面W2與天花板面TP而成；水平直線HL由第二雷射發射筒105發射點光束Lo，經第二柱面透鏡111折射放大成一直線光束後投影於第一垂直壁面W1、天花板面TP與第三直壁面W3而成；斜線OL由第三雷射發射筒106發射光束Lo，經第三柱面透鏡112折射放大成一直線光束後投影於第二垂直壁面W2及天花板面TP而成，垂直線VL、水平直線HL及斜線OL在天花板面TP上相交出三點，分別為A點403、B點402及C點404，三點形成直角三角形△ABC，水平直線HL及斜線OL以銳角θ=82°相交於B點，82°的由來是調整第三柱面透鏡支架109使其上的對準箭頭113對準第三雷射發射筒106上的82°標示線，再以栓銷114轉緊固定；例如圖3中θ角度為82°，即∠CBA=82°AB=7公分，則BC=AB*sec82°=7*7.185≌50.3公分。
由上式可得待測目標點C404與點B402的距離為50.3公分，以上數據可以箭頭123對準第二刻度線條52判讀出來。
請參閱圖4，它是本發明第二實施例立體分解圖，系將第二雷射線產生器102及第三雷射線產生器103安裝在捲尺蓋201頂面，第一雷射線產生器101安裝在尺帶202端頭，三個雷射線產生器101、102、103結構一樣為分別在雷射發射筒104、105、106套上柱面透鏡支架107、108、109，然後安置柱面透鏡110、111、112並加蓋，第二柱面透鏡111設定可調兩個固定角度為72°與82°，尺帶202在捲尺底座204內部捲成環狀，捲尺彈簧203安裝於環內，雷射指示器205固接在第一雷射線產生器101下端，對準筒206及對準靶安裝在捲尺20下側面。
請參閱圖5，它是本發明第二實施例測量遠方牆壁二目標點示意圖，圖5與圖2測量原理相同，直角三角形底邊相同為57.2公分，斜角相同為72°，詳細說明參考圖2的解說不再贅述，但圖5的第二實施例與圖2的第一實施例不同處在於本身結構外，操作方式亦大不相同，第二實施例必須以右手拿捲尺20，左手託住第一雷射射線產生器101向外拉展尺帶202，三個雷射發射筒104、105、106所發射點光束是否平行，依靠雷射指示器205所發射雷射光束208是否通過對準筒206到達對準靶207來校正，測量時雷射光束208到達對準靶207則準確度大為提高，對準靶207可更換為電子式接收裝置，例如使用光敏電組感應接收雷射光點再化為電信號並以蜂鳴器告知等。
請參閱圖6，它是本發明第三實施例外觀圖，本實施例使用伸縮平臺1由三個中空四方長柱體705同軸套接而成，第一雷射射線產生器101安置於最內環中空四方長柱體705左端頂面，第二雷射射線產生器102與第三雷射射線產生器103安置於最外環中空四方長柱體705右端頂面，本實施例如果繪製刻度線條於伸縮平臺1上使用時簡便性不佳，但是如果配合用一捲尺測量直角三角形(三雷射線投影形成)的底邊，然後再計算其斜邊長度，實用價值就提高了。
請參閱圖7，第二雷射線產生器102及第三雷射線產生器103分別固定地安置在基準尺60的右端，第二柱面透鏡支架108上刻劃一對準箭頭113，對準第二雷射發射筒105上的72°或82°標示線，第一雷射線產生器101固定在安置在遊標70右端，遊標70可在基準尺60上滑動，基準尺60與遊標70的結合是數字尺6結構，數字尺6有光學式、電磁式或電磁誘導式等多種，先把基準尺60設定為預定長度，再由遊標70在基準尺60上滑動以相對位移由遊標70的位移感測器(未圖示)讀取長度值的信號，遊標70內部安裝有大規模集成電路LSI(未圖示)，加以處理計算位移量，並顯示於顯示器704上，以上有關數字尺6原理係為公知技術，因此沒有作圖示說明，遊標70具有三個按鈕，第一按鈕701被按下可在公制公分與英制英寸間作交互選擇，第二按鈕702被按下可在視窗顯示器704作重置歸零，第三按鈕703被按下以配合第二雷射線產生器101所選擇投射角度作為換算兩目點距離的角度依據。第一、第二及第三雷射線產生器101、102及103其結構相同，但第二雷射發射筒105所套入第二柱面透鏡支架108不是固定的，而是可旋轉調整的，在第二柱面透鏡支架108刻劃一對準箭頭113，對準第二雷射發射筒105上的72°或82°標示線，並以栓銷114轉緊固定，擋塊63安置於基準尺60左端以止擋遊標70脫離基準尺60，在數字尺6安裝三個雷射線產生器101、102、103時，其三個雷射發射筒所朝方向要一致，高度亦應力求一致。
請參閱圖8，它是本發明第四實施例投射雷射線至天花板面以測量任意兩點距離示意圖，垂直線VL由第一雷射線發射器101發射，水平直線HL由第三雷射線發射器103發射，斜線OL由第二雷射線發射器102發射，水平直線HL與斜線OL以銳角θ相交，垂直線VL、水平直線HL及斜線OL在天花板面TP上相交出三點，分別為A點403、B點402及C點404，三點形成直角三角形△ABC，水平直線HL及斜線OL以銳角θ=82°相交於B點402,82°的由來系調整第二柱面透鏡支架108使對準箭頭113對準第二雷射射光發射筒105上的82°標示線，再以栓銷114轉緊固定；例如圖8中θ角度為82°，即∠CBA=82°,AB=7公分，則CB=AB*sec82°=7*7.185≌50.3公分。
由上式可得待測目標點C404與點B402的距離為50.3公分，以上數據A點403與B點402間的距離實際上就是第一雷射發射筒104與第二雷射發射筒105間的距離，此距離以遊標70在基準尺60上滑動位移，由遊標70內設位移感應器(未圖示)讀取基準尺60上位移信號而獲得，至於AB*sec82°是計算是由遊標70內部的大規模集成電路(未圖示)計算求得，並顯示於顯示器704上，以上所述水平截面HP、水平直線HL等名詞系延用圖2測量實體垂直壁面兩目標點距離的定義，實際上水平截面HP並非真實環境的水平。
請參閱圖9，它是本發明測量原理示意圖，三個雷射發射筒104、105、106與三個柱面透鏡110、111、112可間隔一段距離，並不一定要互相緊靠，所發射點光束是平行同方向且共平面，繪圖觀點在中央點，所形成三角形不為直角三角形，∠CAB=α、∠CBA=θ，由A點403作一線段垂直於CB交點為D，則BD=AB*Cosθ,AD=AB*Sinθ，CD=AD*Cot(π-α-θ)=AB*Sinθ*Cot(π-α-θ)……(1)CB=BD+CD=AB*Cosθ+AB*Sinθ*Cot(π-α-θ)……(2)CB為角∠CAB對邊，由(2)式中，AB、α、θ皆已知可計算求得，CB用來測量遠方兩目標點距離。
權利要求
1.一種雷射測量距離裝置，包括三個雷射線產生器分別為第一、第二及第三雷射線產生器，其機構為設有雷射發射筒發射之點光束，經柱面透鏡折射形成線光束，旋轉柱面透鏡線光束以原來點光束為中心而旋轉，三個雷射線產生器放置於第一平面，三個雷射發射筒朝同一方向齊頭並放地對準於一對準線，使得三個點光束平行且三個線光束可調整成共平面平行於第一平面，投影至牆壁則三線重疊為一線稱為水平線，旋轉第一雷射發射筒及第二雷射發射筒上兩個柱面透鏡角度使三雷射線成二條斜線及一條水平線，二條斜線不平行則三線必相交於三點而成一三角形，二條斜線與水平線夾角為已知，三角形底邊長度即為第一雷射發射筒與第二雷射發射筒中心點間距離為已知，三角形已知三內角及底邊長，依三角原理其他二邊長可計算求得，二邊擇一邊用來測量遠處二目標點距離，距離的計算可以手算或藉一計算工具計算並顯示於顯示工具，任意距離的測量第一方式可在底邊長度不變下調整第一雷射發射筒或第二雷射發射筒上柱面透鏡角度而測得，第二方式可在三角形三內角不變下在前述對準線上移動第一雷射發射筒或第二雷射發射筒。
2.根據權利要求1所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該第一平面是長方形平臺，其中對準線是在該長方形平臺設有一直線軌道，三個雷射線產生器安置在該軌道而能平順地移動。
3.根據權利要求1所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該第一平面為一伸縮平臺，系由若干節伸縮體同軸套接而成並且伸縮自如，伸縮體為中空四方長條形，越外圍的伸縮體其口徑越大，該第一雷射線產生器，安置於最小口徑伸縮體左端頂面，而該第二雷射線產生器及第三雷射線產生器安置於最大口徑伸縮體右端頂面。
4.根據權利要求1所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該第一平面是摺疊式平臺，其系將若干個平臺以旋轉扣環互相扣住且可以摺疊，其中對準線是在該每個平臺設有一直線軌道，三個雷射線產生器安置在該軌道而能平順地移動。
5.根據權利要求1所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該第一雷射線產生器安置在捲尺的尺帶開始端，而該第二雷射線產生器及第三雷射線產生器則安置在捲尺側面，該第一雷射線產生器下方設有一雷射點光束產生器，該捲尺下緣設有該點光束對準裝置及接收裝置，其功能在於拉開尺帶測量時，輔助第一平面及對準線的完成。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該三雷射線必相交於三點而成一三角形，此三角形固定為直角三角形，調整該第一雷射線產生器使其產生垂直線與水平線直角相交，該第二雷射線產生器的柱面透鏡設定若干個角度，測量時擇一固定角度使用如θ，則產生的斜線與水平線以θ角相交，選擇斜邊為二目標點距離，其長度為底邊長乘以Secθ，底邊長即是該第一雷射發射筒及第二雷射發射筒在平臺上的距離或其間的尺帶的長度，在平臺或尺帶上刻劃一組眾多等距線條，選擇若干線條下沿繪製數字以標示所對應斜邊長度，θ角有若干個則印製若干組眾多等距線條以對應之。
7.根據權利要求1所述的雷射測量距離裝置，其特徵在於該第一平面及對準線及距離計算工具為一數字尺，系由基準尺與遊標構成，遊標可在基準尺上滑動以相對位移讀取基準尺的長度值信號，並以內建大型集成電路處理計算及顯示距離於平面顯示器。
全文摘要
一種雷射測量距離裝置,包括朝同一方向放置的三個雷射線產生器,使三個點光束前進方向一致且平行,和其三個前進軌跡共平面,調整任意二個柱面透鏡角度使三雷射線成二斜線及一水平線,二斜線不平行則三線前進遇障礙物必相交於三點,三角形底邊長度即為發射二斜線的雷射線射筒中心點間距離,三角形兩底角亦已知,依三角原理,從其他兩邊任選一邊來測量遠方兩目標點距離,藉由伸縮平臺、摺疊平臺、捲尺及數字尺來實施此種測量。
文檔編號G01C3/18GK1224148SQ9811063
公開日1999年7月28日 申請日期1998年1月23日 優先權日1998年1月23日
發明者李志仁 申請人:李志仁