管道敷設用的雷射校平系統的製作方法
2023-09-12 16:00:50 3
專利名稱：管道敷設用的雷射校平系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在一種管道敷設用的雷射校平系統。
在土木工程和建築技術領域中為了確定參考高度，現在採用旋轉的雷射輻照系統在一個水平面內進行偏振光束的旋轉掃描。
近幾年來，已把可見半導體雷射發展到了用於實際應用中，並且已經出現了採用可見半導體雷射的旋轉輻照系統，這使得進行可視勘測成為可能。在這種旋轉雷射輻照系統中，為了確保操作人員的安全，要限制雷射的輸出。由於這個原因，在要求對偏振光束的反射進行可視識別的勘測和測量中，其工作距離變得相對短了。
這樣，在現在採用的旋轉雷射輻照系統中，對偏振光束進行往復的掃描來增加偏振的反射光束的亮度，使工作距離延長。為了在適當的範圍內實現往復的掃描，必須識別出掃描位置。為了這一目的，採用了一種目標反射體檢測系統，在這個系統中在一個工作位置放置一塊目標反射體，並對由目標反射體反射的偏振的反射光束進行檢測，識別目標反射體的位置。
在上述目標反射體檢測系統中，為了識別目標反射體，使發射的光變成偏振光，並使由目標反射體反射回的反射光的偏振方向相對於發射光的偏振方向發生變化。這是因為玻璃面等不需要的反射體具有保持該偏振方向而反射的性質，所以，可以進行識別。
在上述旋轉雷射輻照系統中，用與目標反射體的偏振光相對應的檢測裝置檢測反射光。但是，在土木工程或建築工程的工作現場，常常有許多不需要的反射體，並且反射的方式不固定，包含各種各樣的偏振成分。
困此，當發自旋轉雷射輻照系統的雷射束照射到具有光亮表面的不需要的反射體上，強反射光進入主機的檢測器時或者由光學性質與目標反射體類似的反射物反射回的反射光進入主機的檢測器時，常常錯誤地把不需要的反射體檢測成目標反射體，並且在錯誤的位置進行往復掃描。
本發明的目的是要提供一種管道敷設用的雷射校平系統，該校平系統利用雷射束形成基準線作為敷設管道時的參考線。該雷射校平系統包括一個可轉動地支撐著的雷射發射器，供將輻照光束髮射到一個目標反射體上，所述輻射光束為偏振輻照光束，所述目標反射體有一個反射表面供改變所述偏振輻照光束的偏振方向，使所述偏振輻照光反射；一個反射光束檢測器，供檢測所述目標反射體反射來的反射光束；一個驅動機構，具有第一驅動裝置和第二驅動裝置，第一驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿垂直方向轉動，第二驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿水平方向轉動；和一個控制器，供控制至少其中之一所述驅動裝置從而根據所述反射光束的輸出將輻照光束引到目標反射體上。
圖1是用於解釋本發明的第一個實施例的圖；圖2是示出上述實施例中的偏振反射光束檢測電路的方框圖；圖3示出上述實施例中一種目標反射體的例子；圖4示出上述偏振反射光束檢測電路中的信號波形；圖5A和5B分別用於解釋目標反射體，偏振照射光束及目標反射體的輸出信號之間的關係的圖；圖6是解釋本發明的第二個實施例的圖；圖7是解釋本發明的第三個實施例的圖；圖8是解釋本發明的第四個實施例的圖；圖9示出目標反射體的另一個例子圖10示出裝有本發明的目標反射體檢測系統的一種雷射準直器的截面圖；圖11是上述雷射準直器的正面圖；圖12是沿圖10中A-A線的箭頭方向的剖視圖；以及圖13是上述雷射準直器的雷射振蕩器的示意圖。
圖1示出裝有按照本發明的目標反射體檢測系統的一種雷射旋轉照射系統。這個雷射旋轉照射系統包括旋轉照射系統主機1和一個目標反射體2，該反射體被放置在離旋轉照射系統主機1一定距離的地方。
首先，給出對旋轉照射系統主機1的描述。
旋轉照射系統主機1包括雷射發射器3、旋轉單元4、反射光檢測器5、旋轉控制器6、及發光元件的驅動器7。
先描述雷射發射器3。
在發射線偏振光的偏振輻照光束的雷射二極體10的光軸上，從雷射二極體10開始順序設置準直透鏡11，第一λ/4雙折射片12，以及穿孔鏡13。準直透鏡11把發自雷射二極體10的線偏振光的偏振輻照光束變成平行光束，然後由第一λ/4雙折射片12轉換成圓偏振光。圓偏振光的偏振輻照光束穿過穿孔鏡13照射到旋轉單元4上。
旋轉單元4使來自雷射發射器3的偏振輻照光束沿水平方向射出並進行掃描。在一個旋轉支架15上設有一塊把發自雷射發射器3的偏振輻照光束的光軸旋轉90°的五邊形稜鏡14，該旋轉支架15繞偏振輻照光束的光軸轉動，並且該旋轉支架15通過從動齒輪16和驅動齒輪17與掃描馬達18相連接。
由目標反射體2反射回來的偏振反射光束入射到旋轉單元4。入射到五邊形稜鏡14上的偏振反射光束射向穿孔鏡13後轉向，由穿孔鏡13將偏振反射光束反射到反射光檢測器5中。
下面將給出對反射光檢測器5的描述。
在穿孔鏡13的反射光軸上，從穿孔鏡13開始順序設置聚光透鏡20，第二λ/4雙折射片21，針孔22，雙色鏡或偏振光束分光鏡23，以及由光二極體和其它元件組成的第一光探測器24，並且在偏振光束分光鏡23的反射光軸上設置由光二極體和其它元件組成的第二光探測器25。上述第一光探測器24和第二光探測器25的輸出信號輸入到偏振反射光束檢測器電路26。
偏振光束分光鏡23把入射到反射光檢測器5的偏振反射光束分光後，導向第一光探測器24和第二光探測器25，第二塊λ/4雙折射片21和偏振光束分光鏡23的設置方式使得發自雷射發射器3的偏振輻照光束兩次穿過λ/4雙折射片，偏振方向變換後，返回主機1的偏振反射光束射向第一光探測器24，並且偏振方向與發自雷射發射器3的偏振輻照光束的偏振方向相同的返回主機1的偏振反射光束射向第二光探測器25。
現在參考著圖2給出對偏振反射光束檢測電路26的一個例子描述。
上述第一光探測器24和第二光探測器25的輸出通過放大器31和放大器35輸入差分放大器32，該差分放大器32的輸出通過同步檢測器33輸入差分放大器34。上述第一光探測器24和第二光探測器25的輸出通過放大器31和放大器35輸入加法放大器36，該加法放大器36的輸出通過同步檢測器38輸入差分放大器39。該差分放大器39和差分放大器34的輸出信號輸入旋轉控制器6。
上述偏振反射光束檢測電路26設有一個振蕩電路40，它把用來進行同步檢測的時鐘信號輸給同步檢測器33和同步檢測器38，同時把進行脈衝調製必須的時鐘信號輸出發光元件的驅動器7。
上述旋轉控制器6根據來自反射光檢測器5的信號對掃描馬達18的旋轉進行控制，並且旋轉控制器6使發自雷射發射器3的偏振輻照光束以目標反射體2為中心往復掃描。
發光元件的驅動器7根據來自偏振反射光束檢測電路26的時鐘信號對發自雷射二極體10的偏振輻照光束進行脈衝調製。
現在參考圖3給出對目標反射體2。
在基板27上形成一個反射層28。在圖中的左半部粘貼上一塊λ/4雙折射片29。反射層28的暴露部分用作保持入射光束的偏振方向並反射的反射部分，而上述λ/4雙折射片29部分用作偏振光轉換反射器，它相對於入射光束轉換反射光的偏振方向並進行反射。上述反射層28由循環反射材料構成，並且設置了多個小的三面直角稜鏡或球形反射器。上述λ/4雙折射片29有使偏振反射光束相對於入射光束產生λ/4相位差的作用。
下面，對其運行進行描述。
基於來自振蕩器電路40的時鐘信號對發自雷射二極體10的偏振輻照光束進行調製，該雷射二極體10由發光元件的驅動單元7所驅動。準直透鏡11把發自雷射二極體10的線偏振光的偏振輻照光束轉變成平行光束，這個光束在通過第一λ/4雙折射片12後進一步變成圓偏振的偏振輻照光束。圓偏振的輻照光束通過穿孔透鏡13，被五邊形稜鏡14變成水平方向射出。
掃描馬達18通過驅動齒輪17和從動齒輪16使五邊形稜鏡14旋轉。開始，五邊形稜鏡14的旋轉範圍是繞整個圓周旋轉，從五邊形稜鏡14射出的偏振輻照光束沿整個圓周掃描。
通過沿整個圓周掃描，偏振輻照光束通過目標反射體2。當通過目標反射體2時，偏振輻照光束被目標反射體2反射，該偏振反射光束射入五邊形稜鏡14。
如前所述，目標反射體2的半個面只是反射層28，而另一半在反射層28上粘貼著λ/4雙折射片29。因此，在反射層28的暴露部分反射的偏振反射光束是圓偏振光，它保留著入射偏振輻照光束的偏振狀態。通過λ/4雙折射片29後在反射層28上反射、進而通過λ/4雙折射片29的偏振反射光束是圓偏振光，相對於入射偏振輻照光束的偏振狀態位相偏離λ/2。
在目標反射體2上反射回的偏振反射光束被五邊形稜鏡14偏轉90°，進入穿孔鏡13，該穿孔鏡13把反射光束反射到聚光透鏡20上。將該聚光透鏡20反射光束，作為會聚光射入第二λ/4雙折射片21。以圓偏振光返回的反射光束由第二λ/4雙折射片21轉換成線偏振光，射入針孔22。如上所述，在反射層28的暴露部分反射的反射光束與穿過λ/4雙折射片29反射的反射光束之間的位相差為λ/2，所以，由第二λ/4雙折射片21轉換成線偏振光的兩束反射光束之間偏振面相差90°。
針孔22具有使相對於由主機發出的偏振輻照光束光軸偏離的不正對的反射光束不能進入光探測器24和25的作用，並且穿過針孔22的反射光束射入偏振光束分光鏡23。
偏振光束分光鏡23具有透過偏振方向與發自雷射發射器3的偏振輻照光束相差180°的光束和反射偏振方向與發自雷射束髮射器3的偏振輻照光束相差90°的光束的作用。透過偏振光束分光鏡23的反射光束被分成互相垂直的偏振分量，光探測器24和25分別接收被分開的反射光束。
第一光探測器24和第二光探測器25接收光的狀態，當在主機以外兩次穿過λ/4雙折射片的偏振反射光束即在目標反射體2的λ/4雙折射片29部分反射的偏振反射光束進入反射光探測器5時，根據第二λ/4雙折射片21與偏振光束分光鏡23的關係，進入第一光探測器24的光量比進入第二光探測器25的光量多。當未通過λ/4雙折射片的偏振反射光束即在目標反射體2的反射層28的暴露部分或在其它不需要的反射器上反射的偏振反射光束進入時，則進入第二光探測器25的光通量比進入第一光探測器24的光量多。
求出射入第一光探測器24和第二光探測器25的偏振反射光束的入射光量之差，可以識別入射的偏振反射光束是在目標反射體2的反射層28的暴露部分反射的，還是在λ/4雙折射片29部分反射的。
下面，給出更詳細的描述。
在反射光束兩次穿過λ/4雙折射片29的情況下，進入反射光檢測器5的第一光探測器24的光量比進入第二光探測器25的光量多。其信號如圖4中的a和b所示。光探測器24和25輸出的信號被放大器31和35放大，並由差分放大器32得到它們的差。這個信號如圖4中的c所示。當差分放大器32的輸出信號被來自振蕩器電路40的時鐘1進行同步檢測時，得到相對於偏壓為正的電壓(圖4中的d)，當它被時鐘2進行同步檢測時，得到相對於偏壓為負的電壓(圖4中的e)。當求出由同步檢測而得到的電壓之差(d-e)時，差分放大器34輸出相對於偏壓為正的電壓(圖4中的f)。
在反射光束不穿過λ/4雙折射片29的情況下，進入反射光檢測器5的第二光探測器25的光量比進入第一光探測器24的光量多。這兩個信號在圖4中以h和i給出。光探測器24和25的輸出信號被放大器31和35放大，其差由差分放大器32得到。這個信號在圖4中以j給出。當差分放大器32的輸出信號被來自振蕩器電路40的時鐘1進行同步檢測時，得到相對於偏壓為負的電壓(圖4中的k)。當它被時鐘2同步檢測時，得到相對於偏壓為正的電壓(圖4中的1)。當求出由同步檢測所得到的電壓之差(k-1)時，差分放大器34輸出相對於偏壓為負的電壓(圖4中的m)。
當偏振輻照光束掃描圖3中的目標反射體2時，反射光檢測電路26的差分放大器34的輸出成為圖5B所示的波形。在差分放大器34的輸出出現正信號，在正信號的下降邊之後一定時間內有負信號的下降邊時，則識別為目標反射體2，並由旋轉控制器6控制和驅動掃描馬達18，使五邊形稜鏡14往復旋轉，從而使發自旋轉輻照系統主機1的偏振輻照光束以目標反射體2為中心往復掃描。
採用目標反射體2時，如果偏振 輻照光束的旋轉方向反轉時，反射光探測電路26的差分放大器34的輸出信號的正負變為相反的順序。
由旋轉輻照系統主機1射出的偏振輻照光束由鏡子等反射一次入射到目標反射體2上並反射回來時，差分放大器34的輸出信號的正負順序成為旋轉方向與接收反射光束時偏振輻照光束的旋轉方向相反時的順序。因此，可以識別是在目標反射體2以外反射一次而返回的反射光束，還是由目標反射體2反射回來的反射光束。
現在，參考圖6說明第二個實施例。在圖6中對與圖1中相同的元件標以同樣的符號，這裡不再作詳細的描述。
在圖6給出的實施例中設有一個校準顯示單元41。
校準顯示單元41包括一個位置識別器42和一個顯示器43。在來自反射光束檢測電路26的表示第一光探測器24和第二光探測器25接收光的狀態的信號輸入位置識別器42的同時輸入來自檢測設在旋轉單元4上的五邊形稜鏡14的轉動位置的編碼器44的信號。
根據校準顯示單元41的顯示，使旋轉單元4停止旋轉，可以很容易把偏振輻照光束的照射點準確地與目標反射體2的反射層28的暴露部分和λ/4雙折射片29部分之間的邊界對準。
當偏振輻照光束照射在目標反射體2的任意位置上時，反射光檢測電路26的差分放大器34的輸出信號如圖4和圖5所示的那樣。差分放大器34的輸出信號相對於偏壓為正電壓時，偏振輻照光束位於圖5中的目標反射體2的左邊；差分放大器34的輸出信號相對於偏壓為負電壓時，偏振輻照光束位於圖5中的目標反射體2的右邊；差分放大器34輸出信號為偏壓值，而檢測有無反射光的差分放大器39的輸出信號相對於偏壓為正電壓時，偏振輻照光束位於圖5中目標反射體2的中心。位置識別器42對這三種狀態進行識別，並將其識別結果輸入顯示器43。偏振輻照光束不處於中心時，由表示移動方向的箭頭43a和箭頭43c進行顯示；處於中心時，在中央的43b顯示上進行顯示。
由於設有校準顯示單元41，可以由一個操作人員很容易地並且準確地靠顯示器43進行偏振輻照光束的校準調整。
現在，參考圖7說明第三個實施例。
圖7所示的實施例有自動聚焦功能。利用自動聚焦機構測量旋轉照射系統主機1與目標反射體2之間的距離，並根據測量結果調整射出的偏振輻照光束聚焦位置。
在圖7中，對與圖6中相同的部件標以相同的符號。
在圖7所示的雷射發射器3的準直透鏡11與第一λ/4雙折射片12之間設有自動聚焦機構45，自動聚焦機構45由聚焦控制器46驅動。來自反射光束檢測電路26的第一光探測器24和第二光探測器25的光接收狀態和來自編碼器44的位置信號輸給聚焦控制器46。
通過檢測偏振輻照光束通過目標反射體2的λ/4雙折射片29部分的寬度和通過反射層28的暴露部分的寬度時的角度，根據角度和目標反射體2的寬度可以反過來計算出旋轉照射系統主機1與目標反射體2之間的距離。
即，目標反射體2被偏振輻照光束掃描時由目標反射鏡2反射的偏振反射光束在第一光探測器24和第二光探測器25上表現的光接收狀況如圖5所示，通過計數從反射光束檢測電路26輸出的正信號的上升邊到負信號的上升邊之間編碼器44輸出的脈衝數便可求出與目標反射鏡2的寬度對應的與五邊形稜鏡14的旋轉中心相對的中心角。目標反射體2的寬度是已知的，因此可以計算出旋轉照射系統主機1與目標反射體2之間的距離。計算結果輸入自動聚焦機構45，自動聚焦機構45便產生與所測得的距離適當地對應的動作。
在上面的解釋中，是求從正信號的上升邊到負信號的上升邊之間的掃描角度，但是，也可以測量從正信號上升邊到負信號上升邊之間的時間，根據與掃描速度的關係求出距離。但是，這時，相對於掃描速度的設定值的誤差成為距離測量誤差，所以，用不受掃描速度設定值的誤差影響的檢測角度的方法測量距離是準確、可靠的。
現在，參考圖8和9對第四個實施例進行描述。
第四個實施例設置有相對於目標反射體調整和控制偏振輻照光束的照射位置的功能。
把旋轉照射系統主機1從圖1所示的位置轉動90°而設置，以使主機旋轉單元47以垂直軸心為中心旋轉，旋轉照射系統主機1成為使旋轉單元4繞水平軸旋轉的結構。因此，由旋轉單元4射出的偏振輻照光束沿垂直方向掃描。
現在對在本實施例中採用的在圖9中給出的目標反射體2′進行描述。
目標反射體2′，由對角線(分割線)分割矩形反射層28的表面，所分割的一部分粘貼上λ/4雙折射片29。
分割方法不限於用對角線分割。只要偏振輻照光束橫向掃描目標反射體2′時，由分界線分割的目標反射體2′上的掃描線的線長之比當偏振輻照光束的橫掃位置在垂直於掃描方向的方向上移動時以指定的關係逐漸改變，任何一種分割方法都可以。
下面，參考圖2和圖8說明運行情況。
根據掃描位置在反射層28的暴露部分和λ/4雙折射片29部分的寬度來檢測偏振輻照光束照射到目標反射體2′上的位置。如上所述，有兩種方法檢測該寬度一種是根據偏振輻照光束旋轉對，在第一光探測器24和第二光探測器25上的反射光束的光接收時間進行檢測的方法；另一種是利用與旋轉單元4同軸安裝的編碼器44根據角度進行檢測的方法。這裡，說明採用編碼器44的方法，這種方法不會由於旋轉單元4的旋轉速度而造成誤差。
偏振輻照光束對目標反射體2′沿垂直方向掃描。偏振輻照光束穿過目標反射體2′時，由目標反射體2′反射的偏振反射光束通過旋轉單元4進入反射光檢測器5，分別由第一光探測器24和第二光探測器25接收。偏振反射光束檢測電路26檢測第一光探測器24和第二光探測器25的光接收狀況。
編碼器44檢測反射光檢測電路26的差分放大器34的輸出信號相對於偏壓為正電壓時旋轉單元4的轉動角度以及輸出信號相對於偏壓為負電壓時旋轉單元4的轉動角度。這樣得到的兩個轉動角度之比與上述的線段之比對應。通過求轉動角度之比，可以判斷偏振輻照光束在目標反射體2′上的掃描位置。位置識別器(圖中未畫出)根據兩個轉動角度之比判別偏振輻照光束照射在目標反射體2′的哪個位置。根據這一判別結果，主機的旋轉單元47使旋轉輻照主機1轉動，把偏振輻照光束的照射位置改變到目標反射體2′上所期望的位置。
如上所述，按照本發明，由於能可靠地識別目標反射體，所以可以防止掃描操作的誤識別。
本發明不限於雷射旋轉照射系統，也可以用於提供固定參考線的雷射參考水平線設定系統。
圖10至圖13示出了本發明用於雷射參考水平線設定系統的情況。
在把水泥管埋到地下的典型操作中，典型的作業有挖掘地面、把水泥管放入挖掘的濠溝，然後再進行掩埋的方法。
每隔一定的直線區間，從地面向下挖掘到大於掩埋水泥管的深度，在溝底臨時設置的基底上放置水泥管。
水泥管被用作城市供水、汙水排放，或輸送液體的流動通道，以一定的傾斜度設置，沒有彎曲。如果埋下的水泥管沿水平方向或垂直方向彎曲，液體會滯留或阻塞，或者可能洩漏到土壤中，從而失去流動通道的功能。因此，掩埋水泥管道時，必須有一條適當的參考線。
雷射參考水平線設定系統是利用發射雷射束來提供參考線的。雷射束適宜於作這樣的參考線，這是由於它既不會像線繩那樣在長距離下鬆弛，也不影響施工，同時也不會被施工人員或水泥管道切斷。
雷射參考水平線設定系統具有一個雷射準直器和一個靶目標。把雷射準直器放在挖掘的濠溝的一端，靶目標放在濠溝的另一端。靶目標的位置利用勘測儀器比如經緯儀確定。
然後，由雷射準直器發射出雷射束，調整它使得雷射束照射到靶目標的中心。在完成雷射準直器的調整後，雷射準直器發射出的雷射束就成為放置水泥管的參考線。
在靠近框架51的前端安裝著一個俯仰框架53，它可以繞水平放置俯仰軸52轉動，雷射振蕩器55設置成可以繞擺動軸54轉動。動軸與俯仰框架53相垂直。
在俯仰框架53的下測面有一個向後伸展的水平輔助框架56，在水平輔助框架56上伸出一根水平杆57，在水平杆57與框架51之間設置了一根彈簧58，在圖10中沿順時針方向拉動俯仰框架53。在框架51的基底上安裝著一個俯仰馬達59，一根俯仰螺絲60與俯仰馬達59的輸出軸相連接。螺母61與俯仰螺絲60相嚙合，在螺母61上伸出的杆62與杆57相連結。
在俯仰框架53的一個側面上安裝著一個垂直輔助框架63，一個擺動馬達65通過一個齒輪箱64安裝在垂直輔助框架63上。一根引導軸66和一根擺動螺絲67由齒輪箱64沿水平方向伸展，擺動螺絲67與擺動馬達65的輸出軸相連接。旋在擺動螺絲67上的螺母塊68與引導軸66滑動嵌合。
由雷射振蕩器55的後端水平伸出的杆69與螺母塊68上伸出的連接杆70相連接。一根彈簧71在水平方向上，即圖12中向右的方向拉雷射振蕩器55。該彈簧設在杆69與垂直輔助框架63之間。
當俯仰馬達59和擺動馬達65驅動下，雷射振蕩器55可以在彼此互相垂直的兩個方向轉動。
下面，參考著圖13簡短地描述一下雷射振蕩器55。
在這個圖中，標號72表示雷射束髮射器，線偏振雷射束由此發射器發射出。由雷射束髮射器72發出的雷射束穿過一塊半反射鏡73或一塊穿孔鏡及一塊λ/4雙折射片74。光被轉換成圓偏振的雷射束75，並朝著目標反射體2發射出去。
由目標反射體2反射的反射光束75′進入雷射振蕩器55，並且穿過λ/4雙折射片74。穿過λ/4雙折射片74後，反射光束75′被轉變成線偏振光，並在半反射鏡73上反射到半反射鏡76上。半反射鏡76把反射光束75′分光，穿過此半反射鏡的那部分反射光束75′被引導穿過準直透鏡77和一塊偏振片78照射第一光探測器79，剩餘的反射光束75′被引導穿過準直透鏡80和一塊偏振片81照射到第二光探測器82。偏振片78和偏振片81的偏振面彼此偏差90°。
把第一光探測器79和第二光探測器82設計成產生對應於所接收的光通量的電信號，並把第一光探測器79和第二光探測器82的信號輸入到控制器83。控制器83比較來自第一光探測器79的信號和來自第二光探測器82的信號，並且它們的偏差。基於計算的結果，控制器83對俯仰馬達59的驅動單元84和擺動馬達65的驅動單元85發出驅動命令。
當接受來自控制器83的驅動命令，驅動單元84和85分別驅動俯仰馬達59和擺動馬達65，來消除偏差。
下面，將對運行進行描述。
目標反射體2被設置在靶目標的位置。由雷射振蕩器55發射出圓偏振雷射束，用手動粗調框架51的位置，使雷射束朝目標反射體2發射。驅動擺動馬達65，在水平方向上在一定的角度內對雷射振蕩器55往復掃描。當接收到由目標反射體2反射回來的反射光束75′時，控制器83停止擺動馬達65的往復掃描，然後變成自動微調。
由雷射振蕩器55發出的圓偏振雷射束75在目標反射體2的偏振變換反射單元和反射單元之間往復運動。如前所述，在偏振變換反射單元和反射單元上反射時圓偏振光的旋轉方向不同。因此，進入雷射振蕩器55的反射光束75′穿過λ/4雙折射片74後，在偏振變換反射單元上反射時與在反射單元上反射時，成為偏振面不同的線偏振光束。
如果把偏振片78的偏振面與在上述偏振變換反射單元上反射的雷射束的偏振面調成一致，則到達偏振片81的反射光束75′就被偏振片81所屏蔽，不會被第二光探測器82檢測到。
來自第一光探測器79的檢測信號與來自第二光探測器82的檢測信號之間有差別。控制器83算出兩個信號的偏差，並向驅動單元85發出驅動命令。該驅動命令包括擺動馬達65的旋轉方向和轉動量，驅動擺動馬達65使在圖3中圓偏振雷射束75向右移動。
從反射單元反射回來的反射光束75′進入雷射振蕩器55時，射向第一光探測器79的雷射束被偏振片78所屏蔽，控制器83計算的偏差與上述偏差符號相反，驅動擺動馬達65，使在圖3中圓偏振雷射束75向左移動。
當圓偏振雷射束75與偏振變換反射單元和反射單元之間的邊界對準時，來自第一光探測器79的信號與來自第二光探測器82的信號之間的偏差變成0。俯仰馬達59和擺動馬達65均不被驅動，雷射振蕩器55的位置被固定下來。
靠上面的操作，在水平方向進行位置調整。
為了調整垂直方向上的位置，把目標反射體2轉90°，從而使控制器83控制俯仰馬達59。經過與上面所述相類似的步驟，可以調整垂直方向上的位置。
進而，如果目標反射體2的位置由於某種原因比如振動而產生偏離，來自第一光探測器79的信號與來自第二光探測器82的信號之間再次出現偏差。控制器83驅動俯仰馬達59和擺動馬達65來消除這一偏差，自動地把雷射束的照射位置調整到與目標反射體2的中心對準。
在上述實施例中，雷射振蕩器55在兩個方向上，即水平方向和垂直方向上轉動，而它也可以只在一個方向上調整。另外，雷射振蕩器55的λ/4雙折射片74可以不使用，可以在反射層28的一半粘貼上一塊與雷射振蕩器55發射出的線偏振雷射束的偏振面成45°的偏振片，在反射層28的另一半粘貼上另一塊與其雷射偏振面成90°的偏振片。如上所述，在本實施例中，有多種改型。
另外，在上述實施例中是把雷射振蕩器裝在框架51和框架53上，可以自由搖動，但是，只要是在二個方向搖動的結構就行，所以，也可以採用球形軸承等結構。
權利要求
1.一種管道敷設用的雷射校平系統，它包括一個可轉動地支撐著的雷射發射器，供將輻照光束髮射到一個目標反射體上，所述輻射光束為偏振輻照光束，所述目標反射體有一個反射表面供改變所述偏振輻照光束的偏振方向，使所述偏振輻照光反射；一個反射光束檢測器，供檢測所述目標反射體反射來的反射光束；一個驅動機構，具有第一驅動裝置和第二驅動裝置，第一驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿垂直方向轉動，第二驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿水平方向轉動；和一個控制器，供控制至少其中之一所述驅動裝置從而根據所述反射光束的輸出將輻照光束引到目標反射體上。
2.如權利要求1所述的管道敷設用的雷射校平系統，其特徵在於，目標反射體的反射表面分成多個表面部分，至少其中一個所述表面部分有一個反射層為反射部分，供將光束作為保持偏振輻照光束偏振方向的偏振反射光束反射出去，其它所述表面部分的至少其中之一有一個雙折射層和一個反射層，且為偏振光變換和反射部分供將光束作為偏振反射光束反射出去，同時變換偏振輻照光束的偏振方向。
3.如權利要求2所述的管道敷設用的雷射校平系統，其特徵在於，控制器通過比較第一檢測裝置與第二檢測裝置兩者的輸出控制驅動機構，使輻射光束對準目標反射體所述各表面部分之間的界線。
4.一種管道敷設用的雷射校平系統，它包括一個可轉動地支撐著的雷射發射器，供將輻照光束髮射到一個目標反射體上；一個反射光束檢測器，供檢測所述目標反射體反射來的反射光束，所述反射光束檢測器有一個第一檢測裝置和一個第二檢測裝置，第一檢測裝置供檢測偏振反射光束，其輸出為第一輸出；第二檢測裝置供檢測偏振光束，其輸出為第二輸出；一個驅動機構，具有第一驅動裝置和第二驅動裝置，第一驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿垂直方向轉動，第二驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿水平方向轉動；和一個控制器，供通過比較所述第一檢測裝置的所述第一輸出與所述第二檢測裝置的所述第二輸出控制所述驅動機構，從而根據所述反射光束檢測器的輸出將輻照光束引向目標反射體上。
5.如權利要求4所述的管道敷設用的雷射校平系統，其特徵在於，配備有一個判斷機構，供根據第一檢測裝置的輸出和第二檢測的輸出並根據偏振光改向反射部分與反射部分兩者的寬度比判斷偏振輻照光束照射到目標反射體上的位置，並供輸出輻照位置信號，且輻照光束的發射方向根據所述判斷機構來的輻照位置信號控制。
6.管道敷設用的一種雷射基準線調定系統，具有一個雷射投射儀和一個具中心的靶體，其特徵在於，所述雷射投射儀具有一個雷射發射器，可轉動地支撐著，供將輻射光束投射到所述靶體上；一個反射光束檢測器，供檢測所述靶體反射來的反射光束；第一驅動機構，供帶動所述雷射發射器沿垂直方向轉動；第二驅動機構，供帶動所述雷射發射器沿水平方向轉動；和一個控制器，供根據所述反射光束檢測器的輸出控制所述第一驅動機構或所述第二驅動機構的轉動過程，從而使其在預定角度範圍內來回掃描，並將輻照光束引向所述靶體的中心；所述靶體有一個第一反射表面和一個與所述第一反射表面平行的第二反射表面，兩反射表面配置在所述雷射投射儀的旋轉方向上。
7.如權利要求6所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述輻射光束為偏振輻照光束，所述第一反射表面的作用是改變所述偏振輻照光束的偏振方向和反射所述偏振輻照光束。
8.如權利要求6所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述輻照光束為偏振輻照光束，所述反射光束檢測器有一個第一檢測裝置和一個第二檢測裝置，第一檢測裝置供檢測所述靶體反射來的偏振輻照光束，其輸出為第一輸出，第二檢測裝置供所述偏振輻照光束改變偏振方向時檢測偏振輻照光束，其輸出為第二輸出，所述控制器通過比較所述第一檢測裝置的所述第一輸出和所述第二檢測裝置的所述第二輸出控制所述驅動機構。
9.如權利要求7所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述靶體的所述第二反射表面有一個反射層為反射表面，其作用是將光束作為保持偏振輻照光束的偏振方向的偏振反射光束反射出去，且所述第一反射表面有一個雙折射層和一個反射層。
10.如權利要求7所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述靶體的兩反射表面彼此接近配置，兩表面之間形成界面，其中一個所述反射表面的作用是改變所述偏振輻照光束的偏振方向和反射所述偏振輻射光，且所述輻照光束通過比較所述第一檢測裝置的所述第一輸出與所述第二檢測裝置的所述第二輸出引向兩所述反射表面的界面。
11.管道敷設用的一種雷射基準線調定系統，有一個雷射投射儀和一個具中心的靶體，其特徵在於，所述雷射投射儀具有一個雷射發射器，可轉動地支撐著，供將輻射光束投射到所述靶體上；一個反射光束檢測器，供檢測所述靶體反射束的反射光束；第一驅動機構，供帶動所述雷射發射器沿垂直方向轉動；第二驅動機構，供帶動所述雷射發射器沿水平方向轉動；和一個控制器，供根據所述檢測所述靶體反射來的反射光束的反射光束檢測器的輸出控制所述第一驅動機構或所述第二驅動機構的轉動過程，從而使其在預定角度範圍內來回掃描，且控制所述第一驅動機構和所述第二驅動機構的轉動過程從而將輻照光束引向所述靶體的所述中心；所述靶體具有第一和第二反射表面配置在所述雷射投射儀的轉動方向上。
12.如權利要求1所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述輻射光束為偏振輻照光束，所述第一反射表面的作用是改變所述偏振輻照光束的偏振方向和反射所述偏振輻照光束。
13.如權利要求11所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述靶體的至少其中一個所述反射表面有一個反射層為反射表面，其作用是將光束作為保持偏振輻照光束偏振方向的偏振反射光束反射出去，所述靶體的其它所述反射表面的至少其中之一有一個雙折射層和一個反射層，而且是個偏振光改向和反射表面，其作用改變所述偏振輻照光束的偏振方向和將光束作為偏振反射光反射出去。
14.如權利要求11所述的管道敷設用的的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述輻照光束為偏振輻照光束，所述反射光束檢測器有一個第一檢測裝置和一個第二檢測裝置，第一檢測裝置供檢測所述靶體反射來的偏振反射光束，其輸出為第一輸出，第二檢測裝置供檢測偏振輻照光束的偏振方向改變的情況下的偏振反射光束，其輸出為第二輸出，所述控制器通過比較所述第一檢測裝置的所述第一輸出與所述第二檢測裝置的所述第二輸出控制所述驅動機構。
15.如權利要求14所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述靶體的兩反射表面彼此接近配置，在兩表面之間形成界面，其中一個所述反射表面的作用是改變所述偏轉輻照光束的偏轉方向和反射所述偏振輻照光束，通過比較所述第一檢測裝置的所述第一輸出與所述第二檢測裝置的所述第二輸出將所述輻照光束引向所述兩反射表面的界面。
16.如權利要求14所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述輻照光束根據所述第一檢測裝置的所述第一輸出與所述第二檢測裝置的所述第二輸出的比較結果引向所述靶體的預定位置。
17.如權利要求6所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述第一反射表面的作用是改變所述偏振輻照光束的偏振方向，且所述系統還有一個檢測器和一個判斷器，檢測器供檢測從所述第一反射表面反射的光的寬度和從所述第二反射表面反射的光的寬度，判斷器供根據所述從所述第一反射表面反射的所述光的寬度和從所述第二反射表面反射的所述光的寬度判斷偏振輻照光束照射所述靶體的位置，從而根據所述判斷器來的輻照位置信號控制所述偏振輻照光束的發射方向。
18.如權利要求17所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，它還有一個焦點控制器，供通過根據所述檢測器的輸出計算出所述靶體的距離得出距離信號，和供根據所述距離信號操縱一個聚焦機構。
19.如權利要求11所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，所述第一反射表面的作用是改變所述偏振輻照光束的偏振方向，且所述系統還有一個檢測器和一個判斷器，檢測器供檢測從所述第一反射表面的光的寬度和從所述第二反射表面反射的光的寬度，判斷器供根據從所述第一反射表面反射的光的寬度和從所述第二反射表面反射的光的寬度判斷偏振輻照光束照射到所述靶體上的位置，從而根據所述判斷器來的輻照位置信號控制所述偏振輻照光束的發射方向。
20.如權利要求19所述的管道敷設用的雷射基準線調定系統，其特徵在於，它還包括一個焦點控制器，供通過根據所述檢測的輸出計算所述靶體的距離得出距離信號，和供根據所述距離信號操縱一個聚焦機構。
全文摘要
一種管道敷設用的雷射校平系統,包括:一個可轉動的雷射發射器,供將輻照光束髮射到一個目標反射體上,使所述偏振輻照光反射;一個反射光束檢測器,供檢測所述目標反射體反射來的反射光束;一個驅動機構,具有第一、第二驅動裝置,第一驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿垂直方向轉動,第二驅動裝置供驅動所述雷射發射器沿水平方向轉動;和一個控制器,供控制至少一個驅動裝置從而根據所述反射光束的輸出將輻照光束引到目標反射體上。
文檔編號G01C15/00GK1269501SQ9911077
公開日2000年10月11日 申請日期1994年9月9日 優先權日1993年9月9日
發明者大友文夫, 林邦廣, 古平純一, 西澤裕之, 吉野健一郎, 平野聰, 小川洋平 申請人:株式會社拓普康