激光投線儀光線自動調校的方法
【專利摘要】一種激光投線儀光線自動調校的方法，其特征是它包括以下步驟：(1)將激光器裝入可調節光線位置的激光器座上；(2)將兩顆滾珠放入機芯上的球形凹槽內；(3)激光器座安裝在機芯上，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，激光器發射出光線，通過放置在一米外同一直線上的三個線陣CCD傳感器監測光線的實際位置；(5)通過線陣CCD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沖至伺服電機；(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，從而調校激光光線位置。本發明自動化程度高，調節方便快速。
【專利說明】激光投線儀光線自動調校的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光標線技術，尤其是一種激光自動標線技術，具體地說是一種激光投線儀光線自動調校的方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，激光投線儀是一種新型的光機電一體化儀器，它大多采用635nm激光二極管，可以在墻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激光投射線的水平(或鉛垂)位置。主要用于室內裝飾、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筑施工中。新型激光投線儀在原理上有別于傳統校準儀器，其精度要求亦高于傳統投線儀，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]激光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、激光線的直線度、下對點精度和儀器的自動補償精度等。
[0004]已有的激光投線儀在生產時，光線調節方法主要是靠人工，調節光線的方法為:采用水準儀在室內墻面建立水平基準，采用垂球吊線作為鉛垂基準，距墻面3-5m處安置儀器。分別測量水平激光橫線、豎線與基準線間的平行誤差，根據測量的數據，人工進行調節光線位置，直至達到所需要的精度。此種方法可以很好解決激光投線儀的光線調節問題，但也有些弊端:1)投線儀水平比對時，其高度不容易調整，且光線傾斜度不好控制；2)光線調節的過程較為繁瑣，需要很長時間；3)工人的勞動強度大，技能要求高。
[0005]已有的激光投線儀光線調節方法主要是人工調節，調校方法繁瑣且調校機構不僅調節精度不高，不適合光線的自動調節。如申請號為200820162697.2、名稱為“一種半導體激光器投線儀快速調校機構”的中國專利，其結構由擺錘體、激光器座、使激光器座產生上、下擺動或左、右擺動的調校機構等部件構成，通過操作擺錘體上所設的兩位移調校螺桿及兩組角度調校螺桿，即可使激光器座在擺錘體的傾斜安裝孔和水平安裝孔內進行上、下擺動或左、右擺動。其美中不足之處在于所用螺桿較多，不適合光線的自動調節，且光線的調節精度不高。又如申請號為201020671836.1、名稱為“激光投線儀調試座”的中國專利，其包括主體部、至少部分插入到主體部的調試部、至少部分插入到調試部的激光管、用于徑向調節激光管并穿過調試部的若干個第一調節件、其中激光管的外表面設置有與第一調節件配合的若干個第一配合件。其不足之處在于光線的水平調節無法精確控制，且不利于光線的自動控制。又如申請號為20122007782.8、名稱為“無線遙控激光投線儀”的中國專利，其不足之處在于激光投線儀與調試裝置一體化，生產成本高，且一體式的調試精度相對較差。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有的激光投線儀普遍存在調節速度慢，勞動強度大，精度不高的問題，發明一種基于伺服電機和線陣CCD傳感器的激光投線儀光線自動調校的方法。
[0007]本發明的技術方案是:
一種激光投線儀光線自動調校的方法，其特征是它包括以下步驟:
(1)將激光器6裝入激光座3上；
(2)把兩顆滾珠7放入機芯座8上的滾槽內，兩滾珠的中心連線過激光器6的中心；
(3)將激光座3安裝在機芯座8上并與所述滾珠7相接觸，在激光座3安裝用于使激將座產生擺動的擺動螺栓1，2和使激光器6繞其中心軸轉動的轉動螺栓4，5，并預緊擺動螺栓1，2將激光座3固定在機芯座8上；
(4)打開電源，發射激光光線，通過放置在同一高度直線上的三個線陣CCD傳感器監測激光光線的當前位置；
(5)通過線陣CCD傳感器把激光光線的當前位置反饋給工業控制計算機，計算機根據光線檢測位置值與設定的目標位置值進行對比后，發送脈沖給伺服電機；
(6)伺服電機驅動六角浮動扳手先調節擺動螺栓1，2實現激光座3的擺動，再調節轉動螺栓4，5使激光器6繞其中心軸轉動，反復調整，最終使激光光線與目標位置一致。
[0008]所述的機芯座8上的滾珠槽是球形槽或錐形槽，滾珠槽中的滾珠7作為激光座3的擺動支點，可實現激光座3上下擺動。
[0009]所述線陣CXD傳感器之間的間距為I米，三塊線陣CXD傳感器接收激光光線信號，通過串行通訊口向工業控制計算機反饋當前的光線位置；工業控制計算機接收到當前激光光線的位置信號后，首先調節激光光線的上下位置，調節步驟如下:I)工業控制計算機根據當前三塊線陣CCD傳感器的反饋值，判斷中間那塊線陣CCD傳感器的位置反饋，并對實際位置與目標位置進行比較；2)若中間線陣CCD傳感器檢測的光線位置在目標位置之上，則驅動擺動螺栓1，2使激光座3向下擺動，使激光光線向下移動；3)若中間線陣CCD傳感器上激光光線的位置在目標位置之下，則驅動擺動螺栓1，2使激光座3向上擺動，從而使光線上移；
其次，當中間的線陣CCD傳感器上檢測的激光光線位置到達目標位置后，再進行光線的角度調節，調節步驟如下:I)工業控制計算機根據當前三塊線陣CCD傳感器的反饋值，判斷左右兩塊線陣CCD傳感器的位置反饋；2)若線陣CCD傳感器反饋的光線位置右傾時，則左側角度轉動螺栓5后退，右側角度轉動螺栓4前進，激光器6順時針旋轉，激光光線逐漸調節到水平位置；3)若線陣CCD傳感器反饋的激光光線左傾時，則左側角度轉動螺栓5前進，右側角度轉動螺栓4后退，激光器6逆時針旋轉，光線逐漸調節到水平位置；左右兩塊線陣CCD傳感器反饋的位置到達目標位置后，調節激光光線的上下位置，等中間的線陣CCD傳感器反饋的位置達到目標位置后，再進行光線的角度調節，如此循環，直到三塊線陣CCD傳感器反饋的位置都達到設定的目標位置后，結束調節。
[0010]所述的線陣CXD傳感器離激光器6的距離為1-2米。
[0011]本發明通過在已有的激光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，并利用線陣CCD進行光線的位置檢測，實現激光投線儀光線的自動調校，且調校精度較高。
[0012]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，并能快速反應，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激光器座上調節螺栓的執行機構。
[0013](XD，即電荷耦合元件，是一種半導體器件。CXD上有許多排列整齊的感光元件，能感應光線并將光信號轉變成數字信號，一塊CCD上包含的像素數越多其提供的畫面分辨率也就越高。在本方法中可將CCD設置于精確檢測激光光線的具體位置。
[0014]本發明的有益效果:
I)這種方法通過伺服電機調節激光器座上的螺栓，比已有的人工調節方法精度高，且勞動強度小。
[0015]2)本方法運用線陣CCD進行光線位置的反饋，實現了光線位置的自動檢測，精度聞。
[0016]3)本方法把伺服控制與線陣CCD光線檢測結合起來，形成了激光光線位置調節，光線位置檢測的一個閉環控制回路，最終實現了激光投線儀光線的自動調校。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的光線調節塊的安裝示意圖。
[0018]圖2為本發明的激光投線儀的裝配結構示意圖(局部)。
[0019]圖3為本發明的激光投線儀自動調節整體示意圖。
[0020]圖4為本發明的激光光線檢測系統圖。
[0021]圖5為本發明的激光光線調節流程圖。
[0022]圖中:1、上擺動螺栓(上位置調節螺栓)；2、下擺動螺栓(下位置調節螺栓)；3、激光座；4、左轉動螺栓(左角度調節螺栓)；5、右轉動螺栓(右角度調節螺栓);6、激光器；7、滾珠；8、機芯座；9、浮動六角扳手；10、聯軸器；11、伺服電機。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0024]如圖1-5所示。
[0025]本實施例中采用3mm的滾珠7裝入機芯座8上的球形或錐形滾珠槽中，二個位置調節螺栓1、2采用M3的內六角螺栓，二個角度調節螺栓4、5也采用M3的無頭內六角螺栓，并利用伺服電機11進行光線的自動調校。其中線陣CCD傳感器的分辨精度為
0.0lmm,總量程為35mm，同時在控制軟件上設定三塊C⑶光線需要達到的目標值，CXDl的目標值是25.00mm, (XD2的目標值是25.00mm, (XD3的目標值25.0Omm,誤差范圍為Jt 0.2mm。
[0026]一種激光投線儀光線自動調校的方法。步驟如下:
A)把激光器6裝入激光座3內，在機芯座8上的滾珠槽內放入兩顆3_的滾珠7，把激光座3安裝在機芯座8上，并把兩顆滾珠7嵌入激光器座3上的滾珠槽(球形或錐形)內，安裝位置調節螺栓1、2，角度調節螺栓4、5，并進行預緊；如圖1-3所示。
[0027]B)把機芯座8安裝在伺服電機調校臺上，打開電源，給激光器6通電，激光器6發出光線。
[0028]C)在伺服電機調校臺I米(或1-2米之間的任意距離處)遠處，平行于機芯正面的同一高度直線上放置三塊線陣CXD傳感器，分別標記為(XD1、(XD2、(XD3，相鄰CXD的間距為lm。三塊線陣CXD接收光線信號，通過串行通訊口向工業控制計算機反饋(XD1、(XD2、(XD3上光線所在位置；如圖4所示。
[0029]D)工業控制計算機接收到當前光線的位置信號后，首先調節光線的上下位置，調節步驟如下:I)工業控制計算機根據三塊線陣CCD的反饋值，首先判斷中間的線陣CCD2上的光線位置反饋，并對當前反饋位置與設定的目標位置進行比較；2)若中間線陣CCD2檢測的光線位置在目標位置之上，則驅動上位置調節螺栓I后退、下位置調節螺栓2前進，使激光器座3向下擺動，光線向下移動；3)若中間線陣(XD2檢測的光線位置在目標位置之下，則驅動上位置調節螺栓I前進、下位置調節螺栓2后退，使激光器座3向上擺動，光線向上移動。
[0030]E)當中間的線陣(XD2上檢測的光線位置到達設定的目標位置后，再進行光線的角度調節，調節步驟如下:1)計算機根據當前三塊線陣CCD的反饋值，判斷左右兩塊線陣CXDl和(XD3的光線位置反饋；2)若線陣CXD反饋的光線位置右傾時，則左角度調節螺栓4后退，右角度調節螺栓5前進，激光器6順時針旋轉，光線逐漸調節到水平位置；3)若線陣CCD反饋的光線左傾時，則左角度調節螺栓4前進，右角度調節螺栓5后退，激光器6逆時針旋轉，光線逐漸調節到水平位置。
[0031]左右兩塊線陣CXDl和(XD3反饋的位置到達目標位置后，再執行步驟D，中間的線陣(XD2反饋的位置達到目標位置后，再執行步驟E，如此循環步驟D、E，直到三塊線陣CXD反饋的光線位置都達到設定的目標位置后，結束調節，如圖5。
[0032]本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種激光投線儀光線自動調校的方法，其特征是它包括以下步驟: (1)將激光器(6)裝入激光座(3)上； (2)把兩顆滾珠(7)放入機芯座(8 )上的滾槽內，兩滾珠的中心連線過激光器(6 )的中心； (3)將激光座(3)安裝在機芯座(8)上并與所述滾珠(7)相接觸，在激光座(3)安裝用于使激光座產生擺動的擺動螺栓(1，2)和使激光器(6)繞其中心軸轉動的轉動螺栓(4，5)，并預緊擺動螺栓(I，2 )將激光座(3 )固定在機芯座(8 )上； (4)打開電源，發射激光光線，通過放置在同一高度直線上的三個線陣CCD傳感器監測激光光線的當前位置； (5)通過線陣CCD傳感器把激光光線的當前位置反饋給工業控制計算機，計算機根據光線檢測位置值與設定的目標位置值進行對比后，發送脈沖給伺服電機； (6)伺服電機驅動六角浮動扳手先調節擺動螺栓(1，2)實現激光座(3)的擺動，再調節轉動螺栓(4，5)使激光器(6)繞其中心軸轉動，反復調整，最終使激光光線與目標位置一致。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的機芯座(8)上的滾珠槽是球形槽或錐形槽，作為激光座(3)的擺動支點。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述線陣CCD傳感器之間的間距為I米，三塊線陣CCD傳感器接收激光光線信號，通過串行通訊口向工業控制計算機反饋當前的光線位置；工業控制計算機接收到當前激光光線的位置信號后，首先調節激光光線的上下位置，調節步驟如下:1)工業控制計算機根據當前三塊線陣CCD傳感器的反饋值，判斷中間那塊線陣CXD傳感器的位置反饋，并對實際位置與目標位置進行比較；2)若中間線陣CXD傳感器檢測的光線位置在目標位置之上，則驅動擺動螺栓(1，2)使激光座(3)向下擺動，使激光光線向下移動；3)若中間線陣CXD傳感器上激光光線的位置在目標位置之下，則驅動擺動螺栓(1，2)使激光座(3)向上擺動，從而使光線上移； 其次，當中間的線陣CCD傳感器上檢測的激光光線位置到達目標位置后，再進行光線的角度調節，調節步驟如下:1)工業控制計算機根據當前三塊線陣CCD傳感器的反饋值，判斷左右兩塊線陣CCD傳感器的位置反饋；2)若線陣CCD傳感器反饋的光線位置右傾時，則左側角度轉動螺栓(5 )后退，右側角度轉動螺栓(4 )前進，激光器(6 )順時針旋轉，激光光線逐漸調節到水平位置；3)若線陣CCD傳感器反饋的激光光線左傾時，則左側角度轉動螺栓(5)前進，右側角度轉動螺栓(4)后退，激光器(6)逆時針旋轉，光線逐漸調節到水平位置；左右兩塊線陣CCD傳感器反饋的位置到達目標位置后，調節激光光線的上下位置，等中間的線陣CCD傳感器反饋的位置達到目標位置后，再進行光線的角度調節，如此循環，直到三塊線陣CCD傳感器反饋的位置都達到設定的目標位置后，結束調節。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的線陣CCD傳感器離激光器(6)的距離為1-2米。
【文檔編號】G01C25/00GK103712633SQ201310708136
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】周建忠, 陳寒松, 吳天成, 黃舒, 孟憲凱, 陳松玲, 馮旭 申請人:江蘇大學
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