一種雷射投線儀光線自動調節裝置製造方法
2023-05-19 05:54:41
一種雷射投線儀光線自動調節裝置製造方法
【專利摘要】一種雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於它包括雷射投線儀（1）、控制雷射投線儀（1）的光線上下移動的第一伺服調節臺（3）、控制雷射投線儀（1）光線正反轉動的第二伺服調節臺（5）、監測光線的三個數字相機、PC機和單片機，第一伺服調節臺和第二伺服調節臺在底板（4）上的位置可調，雷射投線儀通過底座（2）安裝在底板上，PC機通過USB數據線接收三個數字相機上光線的位置反饋信號，根據位置反饋再發送信號給單片機，由單片機向伺服電機發送脈衝，進而控制第一伺服調節臺或第二伺服調節臺上的伺服電機的轉動角度與轉動速度，調節雷射光線的上下移動和正反旋轉。本發明實現了光線的自動調節，大大提高了調節效率。
【專利說明】一種雷射投線儀光線自動調節裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷射標線技術，尤其是一種雷射自動標線技術，具體地說是一種雷射投線儀光線自動調校的設備。
【背景技術】
[0002]眾所周知，雷射投線儀是一種新型的光機電一體化儀器，它大多採用635nm雷射二極體，可以在牆面上投射出可見的紅色水平直線和鉛垂直線，利用儀器內部的自動補償器或長水準器手動置平可保持雷射投射線的水平(或鉛垂)位置。主要用於室內裝飾、門窗安裝、管線鋪設、隧道掘進、吊垂線以及質檢和工程監理等建築施工中。新型雷射投線儀在原理上有別於傳統校準儀器，其精度要求亦高於傳統投線儀，所以其實際生產和使用過程中的光線精密調節方法及裝置引起了越來越多國內外學者的關注。
[0003]雷射投線儀主要需要校準的指標包括一條或者1-2條水平線的水平精度、1-4條垂直線與1-2條水平線的正交精度、1-4條垂直線的正交精度、雷射線的直線度、下對點精度和儀器的自動補償精度等。
[0004]已有的雷射投線儀光線調校主要是靠人工調校，分別測量水平雷射橫線、豎線與基準線間的平行誤差，根據測量的數據，人工進行擰緊和擰松光線調節塊上的螺栓，從而調節光線位置，直至達到所需要的精度。此種調校方法中的調校設備可以很好解決雷射投線儀的光線調校問題，但也有些弊端:1)以水準儀，垂球吊線最為水平和垂直基準，精度相對較低；2)光線調節的過程較為繁瑣，需要很長時間。
[0005]雷射投線儀的光線調校主要分為兩塊:光線調校與光線檢測，已有的雷射投線儀光線調校裝置主要還是利用人工調校，對雷射投線儀的光線檢測，現存在數字相機的檢測方式，如申請號為201310491282.5的一種雷射投線儀校準系統，其包括底座、支架、8個採樣光管；支架固定在底座上，採樣光管固定在支架上；每個採樣光管均包括平行光管、數字相機、鏡頭定位套筒、光管套，平行光管通過光管套固定在支架上，鏡頭定位套筒固定在平行光管上，數字相機依次通過接口轉換件、鏡頭套筒與鏡頭定位套筒連接；數字相機前端設置有USB接口 ；本發明與光管微小角度測量、機器視覺測量技術、數據融合等技術結合對雷射投線儀進行精度檢測及校準，檢測結果能夠量化、存儲及建庫管理。這個檢測裝置實現了實時的光線位置檢測，且精度也比較高，但是只有檢測的功能，光線的調校還是需要人工去完成。已有的光線調校裝置調節較為繁瑣，如申請號為201310708136.3的中國專利雷射投線儀光線自動調節的方法，包括以下步驟:(1)將雷射器裝入可調節光線位置的雷射器座上；(2)將兩顆滾珠放入機芯上的球形凹槽內；(3)雷射器座安裝在機芯上，同時安裝兩個位置調節螺栓和兩個角度調節螺栓；(4)打開電源，雷射器發射出光線，通過放置在一米外同一直線上的三個線陣CXD傳感器監測光線的實際位置；(5)通過線陣CXD傳感器把光線的當前位置反饋給工業控制計算機，工業控制計算機發送脈衝至伺服電機；(6)伺服電機驅動六角浮動扳手，調節兩個位置調節螺栓和兩個角度調節螺栓的進與退，從而調校雷射光線位置。其美中不足之處在於，光線調校裝置採用工控機與四個電機進行調節，各電機單獨的調節螺栓，控制繁瑣，電機控制同步性差，不利於精確控制，且生產成本較高。
[0006]本發明裝置在已有的雷射投線儀光線調校機構的基礎上，利用伺服電機進行自動調校光線位置與傾斜度，並利用數字相機進行光線的位置檢測，實現雷射投線儀光線的自動調校，且調校精度較高。
[0007]伺服電機可以精確控制主軸的轉動位置和速度。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，並能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性。在本方法中可用作調節雷射器座上調節螺栓的執行機構。
[0008]數字相機是一種利用電子傳感器把光學影像轉換成電子數據的照相機。數字相機與普通照相機在膠捲上靠溴化銀的化學變化來記錄圖像的原理不同，數字相機的傳感器是一種光感應式的電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)。在本裝置中可將數字相機安放在檢測雷射光線的具體位置。
[0009]通過對國內外專利文獻的檢索，目前未發現基於數字相機的雷射投線儀光線自動調節裝置，本發明首次提出該調節裝置。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是針對現有的投線儀調節周期長，自動化程度不高的問題，設計一種雷射投線儀光線自動調節裝置，以克服現有技術的缺點，它利用伺服電機，齒輪傳動，使雷射器座上面的光線調節螺栓一進一退，控制雷射頭上下擺動與順逆旋轉，並通過數字相機進行光線監測，從而控制雷射光線的位置和角度。
[0011]本發明的技術方案是:
一種雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於它包括雷射投線儀1、控制雷射投線儀I的光線上下移動的第一伺服調節臺3、控制雷射投線儀I光線正反轉動的第二伺服調節臺5、監測光線的三個數字相機、PC機和單片機，第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5垂直安裝在底板4上，第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5在底板4上的位置可調以便實現與雷射投線儀I上的光線上下移動調節機構及光線正反轉動機構的配合與分離，雷射投線儀I通過底座2安裝在底板4上，PC機通過USB數據線接收三個數字相機上光線的位置反饋信號，根據位置反饋再發送信號給單片機，由單片機向伺服電機發送脈衝，進而控制第一伺服調節臺3或第二伺服調節臺5上的伺服電機的轉動角度與轉動速度，調節雷射光線的上下移動和正反旋轉。
[0012]所述的第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5的結構相同，它們均包括伺服電機301、連接座302、相互嚙合的兩個齒輪組成的齒輪組303、上調節扳手304、下調節扳手305、連接板306、移動臺307、絲槓308、手柄309、聯軸器310，伺服電機301與聯軸器310連接，聯軸器帶動齒輪組303中的兩個齒輪相向旋轉，從而使與齒輪組303中的各自齒輪相連的上調節扳手304與下調節扳手305朝相反方向旋轉，驅動安裝在雷射座107上的上光線調節螺栓101和下光線調節螺栓102作相反方向轉動從而實現雷射光線的上下移動，或驅動安裝在雷射器106側面的正轉調節螺栓104和反轉調節螺栓105作相反方向的轉動從而實用雷射光線的正向或反向旋轉；伺服電機301通過連接座302安裝在移動臺307上，通過轉動手柄309帶動絲槓308轉動，絲槓308帶動移動臺307在底板4上水平移動，從而帶動安裝在移動臺307上的伺服電機301前後移動，上調節板手304與下調節扳手(305)通過移動臺307的前後移動與上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102或上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105配合或分離；絲槓308的兩端支承在連接板306上，連接板306固定安裝在底板4上。
[0013]所述的雷射投線儀I上的上角度調節螺栓104與下角度調節螺栓105在雷射座107的同一側。
[0014]三個數字相機離雷射投線儀I中的雷射器106的距離為1-2米。
[0015]所述的雷射投線儀I包括上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102、滾珠103、上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105、雷射器106、雷射座107和機芯座108，雷射座107與機芯座108通過上位置調節螺栓101和下位置調節螺栓102及位於兩者之間的滾珠103實現可擺動連接，雷射座107通過上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102的擰緊與擰松而上下擺動，從而使光線上下移動；雷射座107與雷射器106間隙配合，上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105與雷射器106兩側的凹槽接觸，通過上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105的擰緊與擰松實現雷射器106的正反旋轉，從而改變光線的角度；在光線位置與角度調節中，通過單個伺服電機與齒輪傳動結合的方式，使各調節螺栓的正反轉同步進行，提高了調節的同步性，調節精度也得到了提高。
[0016]本發明的有益效果是:
(1)本發明裝置利用伺服電機，齒輪傳動，使兩個調節扳手正反旋轉，調節螺栓一進一退，從而讓雷射座上下擺動，雷射器在雷射座內正反旋轉，最終光線可調節到目標位置，實現了雷射投線儀光線的全自動調校，大大提高了調校精度，降低了生產成本；
(2)本發明裝置利用數字相機進行光線位置的實時監測，實現了雷射投線儀實時監測、實時調校的目的，反饋速度快，大大提高了調校效率；
(3)本發明裝置利用PC機通過USB數據線接收數字相機上光線的位置反饋，通過控制軟體計算信號輸出，傳輸到單片機中，單片機向伺服驅動器輸入一定頻率的脈衝，控制伺服電機轉動的角度與轉動的速度，形成了一個閉環控制迴路，降低了生產故障；
【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為光線調節平臺機械結構圖。
[0017]圖2為雷射投線儀機芯部分裝配圖。
[0018]圖3為光線調節裝置主要組成部分結構圖圖4為雷射投線儀光線調校系統圖
圖5為調節光線位置時三個數字相機上光線的反饋圖6為調節光線角度時三個數字相機上光線的反饋
圖中，1、雷射投線儀；2、底座；3、第一伺服調節臺；4、底板；5_第二伺服調節臺；101、上位置調節螺栓；102、下位置調節螺栓；103、滾珠；104、上角度調節螺栓；105、下角度調節螺栓;106、雷射器;107、雷射座;108、機芯座;301、伺服電機;302、連接座;303、齒輪;304、上調節扳手；305、下調節扳手；306、連接板；307、移動臺；308、絲槓；309、手柄；310、聯軸器。
[0019]【具體實施方式】:
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0020]如圖1-5所示。
[0021]一種雷射投線儀光線自動調節裝置，如圖1、4所示，它包括雷射投線儀1、控制雷射投線儀I的光線上下移動的第一伺服調節臺3、控制雷射投線儀I光線正反轉動的第二伺服調節臺5、監測光線的三個數字相機、PC機和單片機，第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5垂直安裝在底板4上，第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5在底板4上的位置可調以便實現與雷射投線儀I上的光線上下移動調節機構及光線正反轉動機構的配合與分離，雷射投線儀I通過底座2安裝在底板4上，PC機通過USB數據線接收三個數字相機上光線的位置反饋信號，根據位置反饋再發送信號給單片機，由單片機向伺服電機發送脈衝，進而控制第一伺服調節臺3或第二伺服調節臺5上的伺服電機的轉動角度與轉動速度，調節雷射光線的上下移動和正反旋轉。其中第一伺服調節臺3和第二伺服調節臺5的結構相同，如圖3所示，它們均包括伺服電機301、連接座302、相互嚙合的兩個齒輪組成的齒輪組303、上調節扳手304、下調節扳手305、連接板306、移動臺307、絲槓308、手柄309、聯軸器310，伺服電機301與聯軸器310連接，聯軸器帶動齒輪組303中的兩個齒輪相向旋轉，從而使與齒輪組303中的各自齒輪相連的上調節扳手304與下調節扳手305朝相反方向旋轉，驅動安裝在雷射座107上的上光線調節螺栓101和下光線調節螺栓102作相反方向轉動從而實現雷射光線的上下移動，或驅動安裝在雷射器106側面的正轉調節螺栓104和反轉調節螺栓105作相反方向的轉動從而實用雷射光線的正向或反向旋轉；伺服電機301通過連接座302安裝在移動臺307上，通過轉動手柄309帶動絲槓308轉動，絲槓308帶動移動臺307在底板4上水平移動，從而帶動安裝在移動臺307上的伺服電機301前後移動，上調節板手304與下調節扳手(305)通過移動臺307的前後移動與上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102或上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105配合或分離；絲槓308的兩端支承在連接板306上，連接板306固定安裝在底板4上。雷射投線儀I上的上角度調節螺栓104與下角度調節螺栓105在雷射座107的同一側。雷射投線儀I包括上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102、滾珠103、上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105、雷射器106、雷射座107和機芯座108，如圖2所示，雷射座107與機芯座108通過上位置調節螺栓101和下位置調節螺栓102及位於兩者之間的滾珠103實現可擺動連接，雷射座107通過上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102的擰緊與擰松而上下擺動，從而使光線上下移動；雷射座107與雷射器106間隙配合，上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105與雷射器106兩側的凹槽接觸，通過上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105的擰緊與擰松實現雷射器106的正反旋轉，從而改變光線的角度；在光線位置與角度調節中，通過單個伺服電機與齒輪傳動結合的方式，使各調節螺栓的正反轉同步進行，提高了調節的同步性，調節精度也得到了提高。
[0022]本發明裝置還包括三個數字相機，放置在離光線調節平臺f 2m處，各相鄰數字相機間距為Im ;三個數字相機把光線的當前位置通過USB數據線傳輸到PC機上，PC機對光線的位置反饋經過控制軟體(為此系統編寫的算法)處理後發送控制信號給單片機，由單片機向伺服驅動器發送計算得到的脈衝數，從而控制伺服電機的旋轉角度與旋轉速度。
[0023]詳述如下:
(I)、總體裝配
如圖1所示，光線調節平臺包括雷射投線儀1，底座2，伺服調節臺3、5、底板4。如圖2所示，伺服調節臺包括伺服電機301、連接座302、齒輪303、上調節扳手304、下調節扳手305、連接板306、移動臺307、絲槓308、手柄309、聯軸器310。雷射投線儀I裝入底座2中，並一起安裝在底板4上；伺服調節臺301上的各調節扳手與雷射投線儀I上的各調節螺栓的軸心在同一直線上；伺服電機301與聯軸器310連接，驅動齒輪303旋轉，使上調節扳手304與下調節扳手305朝相反方向旋轉，驅動各光線調節螺栓轉動；伺服電機301通過連接座302安裝在移動臺307上，調節手柄309可使絲槓308轉動，讓移動臺307上的伺服電機301移動；上調節板手304與下調節扳手305通過移動臺307的移動可與調節螺栓配合或分離；
(2)、雷射投線儀裝配。
[0024]如圖3所示，雷射投線儀包括上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102、滾珠103、上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105、雷射器106、雷射座107、機芯座108。雷射座107與機芯座108通過滾珠103相接觸，雷射座107通過上位置調節螺栓101、下位置調節螺栓102的擰緊與擰松而上下擺動，從而使光線上下移動；雷射座107與雷射器106間隙配合；上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105與雷射器106上的凹槽接觸，通過上角度調節螺栓104、下角度調節螺栓105的擰緊與擰松使雷射器106正反旋轉，從而改變光線的角度。
[0025](3)、本發明的調節原理與調節方法:
如圖4所示，雷射投線儀光線調節系統整體是由PC機通過USB數據線接收三個數字相機上光線的位置反饋，如圖5所示，PC機上的控制軟體中顯示當前光線在三個數字相機上的位置，並轉化為對應的坐標值。控制軟體根據光線的當前位置，計算出相應的輸出信號發送給單片機，單片機再向伺服驅動器發送一定頻率的脈衝，控制伺服電機轉動的角度與轉動速度，使調節螺栓一進與一退，最終使光線達到所需的位置。
[0026]調節方法:
1、打開為此系統編寫的特定的控制軟體，系統初始化，同時在控制軟體上設定數字相機上光線需要達到的目標值，在本實施例中數字相機I上的目標值是10.0Omm,數字相機2上的目標值是10.00mm，數字相機3上的目標值10.00mm。
[0027]2、打開雷射投線儀，PC機與各數字相機進行通信，通過USB數據線把光線在各數字相機上的位置圖像反饋到PC機上，通過圖像處理技術提取光線的坐標值；
3、調節手柄309，移動臺307前進，使各調節扳手與對應的調節螺栓配合。
[0028]開始調節，調節步驟如下:
1)PC機根據數字相機的反饋，首先判斷中間的數字相機2上的光線位置反饋，並對當前反饋位置與設定的目標位置進行比較；
2)若中間數字相機2檢測的光線位置在目標位置之上，則單片機向對應的伺服驅動器發送正脈衝，下位置調節螺栓擰緊，上位置調節螺栓擰松，光線向下移動；
3)若中間數字相機2檢測的光線位置在目標位置之下，則單片機向對應的伺服驅動器發送負脈衝，下位置調節螺栓擰松，上位置調節螺栓擰緊，光線向上移動。
[0029]當中間的數字相機2上檢測的光線位置到達設定的目標位置後，再進行光線的角度調節，調節步驟如下:
DPC機根據當前數字相機上的反饋，判斷左右兩個數字相機I和數字相機3的光線位置反饋；
2)若數字相機反饋的光線位置右傾時，則單片機向對應的伺服驅動器發送負脈衝，下角度調節螺栓擰松，上角度調節螺栓擰緊，光線逐漸調節到水平位置； 3)若數字相機反饋的光線位置左傾時，則單片機向對應的伺服驅動器發送正脈衝，下角度調節螺栓擰緊，上角度調節螺栓擰松，光線逐漸調節到水平位置。如此反覆調節，最終使光線達到目標位置。光線位置調節示意圖如圖5所示，光線角度調節示意圖如圖6所示。
[0030]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
[0031]本發明未涉及部分與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於它包括雷射投線儀(I)、控制雷射投線儀(I)的光線上下移動的第一伺服調節臺(3)、控制雷射投線儀(I)光線正反轉動的第二伺服調節臺(5)、監測光線的三個數字相機、PC機和單片機，第一伺服調節臺(3)和第二伺服調節臺(5)垂直安裝在底板(4)上，第一伺服調節臺(3)和第二伺服調節臺(5)在底板(4)上的位置可調以便實現與雷射投線儀(I)上的光線上下移動調節機構及光線正反轉動機構的配合與分離，雷射投線儀(I)通過底座(2)安裝在底板(4)上，PC機通過USB數據線接收三個數字相機上光線的位置反饋信號，根據位置反饋再發送信號給單片機，由單片機向伺服電機發送脈衝，進而控制第一伺服調節臺(3)或第二伺服調節臺(5)上的伺服電機的轉動角度與轉動速度，調節雷射光線的上下移動和正反旋轉。
2.如權利要求1所述的雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於所述的第一伺服調節臺(3)和第二伺服調節臺(5)的結構相同，它們均包括伺服電機(301)、連接座(302)、相互嚙合的兩個齒輪組成的齒輪組(303)、上調節扳手(304)、下調節扳手(305)、連接板(306)、移動臺(307)、絲槓(308)、手柄(309)、聯軸器(310)，伺服電機(301)與聯軸器(310)連接，聯軸器帶動齒輪組(303)中的兩個齒輪相向旋轉，從而使與齒輪組(303)中的各自齒輪相連的上調節扳手(304)與下調節扳手(305)朝相反方向旋轉，驅動安裝在雷射座(107)上的上光線調節螺栓(101)和下光線調節螺栓(102)作相反方向轉動從而實現雷射光線的上下移動，或驅動安裝在雷射器(106)側面的正轉調節螺栓(104)和反轉調節螺栓(105)作相反方向的轉動從而實用雷射光線的正向或反向旋轉；伺服電機(301)通過連接座(302)安裝在移動臺(307)上，通過轉動手柄(309)帶動絲槓(308)轉動，絲槓(308)帶動移動臺(307 )在底板(4)上水平移動，從而帶動安裝在移動臺(307 )上的伺服電機(301)前後移動，上調節板手(304)與下調節扳手(305)通過移動臺(307)的前後移動與上位置調節螺栓(101)、下位置調節螺栓(102)或上角度調節螺栓(104)、下角度調節螺栓(105)配合或分離；絲槓(308)的兩端支承在連接板(306)上，連接板(306)固定安裝在底板(4)上。
3.如權利要求2所述的雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於雷射投線儀(I)上的上角度調節螺栓(104)與下角度調節螺栓(105)在雷射座(107)的同一側。
4.如權利要求1所述的雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於三個數字相機離雷射投線儀(I)中的雷射器(106)的距離為1-2米。
5.如權利要求1所述的雷射投線儀光線自動調節裝置，其特徵在於雷射投線儀(I)包括上位置調節螺栓(101)、下位置調節螺栓(102)、滾珠(103)、上角度調節螺栓(104)、下角度調節螺栓(105)、雷射器(106)、雷射座(107)和機芯座(108)，雷射座(107)與機芯座(108)通過上位置調節螺栓(101)和下位置調節螺栓(102)及位於兩者之間的滾珠(103)實現可擺動連接，雷射座(107)通過上位置調節螺栓(101 )、下位置調節螺栓(102)的擰緊與擰松而上下擺動，從而使光線上下移動；雷射座(107)與雷射器(106)間隙配合，上角度調節螺栓(104)、下角度調節螺栓(105)與雷射器(106)兩側的凹槽接觸，通過上角度調節螺栓(104)、下角度調節螺栓(105)的擰緊與擰松實現雷射器(106)的正反旋轉，從而改變光線的角度；在光線位置與角度調節中，通過單個伺服電機與齒輪傳動結合的方式，使各調節螺栓的正反轉同步進行，提高了調節的同步性，調節精度也得到了提高。
【文檔編號】G01C15/00GK104359465SQ201410635145
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】周建忠, 吳天成, 陳寒松, 孟憲凱, 盛傑, 陳松玲, 黃舒 申請人:江蘇大學