专利名称：倾斜检测设备和激光测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及倾斜检测设备，其可以高准确度来检测水平状态，以及还可按期望检测任意角度。本发明还涉及激光测量仪器，其可通过旋转照射来投射激光束以按期望形成水平面或倾斜面。
背景技术：
激光测量仪器被用来通过旋转照射来投射激光束，并形成为建设工程和土木工程所需的参考线或参考平面。为了形成水平参考平面和设置倾斜参考平面的目的，激光测量仪器具有倾斜检测设备。在过去，激光测量仪器已经是已知的，其可形成水平参考平面并且可形成具有期望的倾斜角度的参考平面，如在专利公开JP-A-2007-132716 (专利文献I)中和在专利公开 JP-A-2006-308592 (专利文献2)中所公开的。如在专利文献I中所公开的倾斜检测设备是用于以高准确度来检测水平状态的倾斜传感器和用于检测离参考位置的倾斜角度的编码器的组合。该倾斜传感器检测水平状态，以及该编码器以高准确度来检测离水平状态的角度。倾斜传感器以高准确度来检测水平状态以及编码器检测离如由该倾斜传感器所设置的水平状态的角度，并且可检测离该水平状态的任意倾斜角度。如专利文献2中所公开的倾斜检测设备是用于以高准确度来检测水平状态的倾斜传感器和用于检测相对于重力场的倾斜角度的重力传感器的组合。该水平状态由该倾斜传感器所准确地检测，以及倾斜角度由该重力传感器所直接检测。通过如专利文献I中所公开的倾斜检测设备，可由编码器以高准确度来检测角度。因此，通过专利文献I中所公开的激光测量仪器，可以高准确度来设置水平参考平面和倾斜参考平面。然而，在专利文献I中所公开的倾斜检测设备中，存在的问题是，编码器的机制是复杂的，并且需要更高的成本。在如专利文献2中所公开的倾斜检测设备中，能以高准确度来检测水平状态，但通过使用重力传感器来检测倾斜角度，并且该重力传感器具有更低的分辨率(更低的检测准确度)。由于这个缘故，根据专利文献2的倾斜检测设备具有简单的结构，但存在的问题在于，检测倾斜角度的检测准确度是低的。为克服以上问题，本发明的目的是提供一种倾斜检测设备，其具有简单的结构，并且能以更低的成本来生产，并且其可以更高的准确度来检测倾斜角度。而且，本发明提供了一种以更低成本生产的激光测量仪器，其可通过在该激光测量仪器中采用如以上所描述的倾斜检测设备，来以高准确度设置水平参考平面或倾斜参考平面。现有技术参考
[专利文件I] JP-A-2007-132716专利公开 [专利文件2] JP-A-2006-308592专利公开。
发明内容
本发明提供了一种倾斜检测设备，包括第一倾斜传感器，用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，第二倾斜传感器，用于检测相对重力方向的倾斜，以及用于以比该第一倾斜传感器的准确度更低的准确度和在比该第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，其中该第一倾斜传感器和该第二倾斜传感器彼此相对地被固定，以及通过使用作为参考的如由该第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来由该第二倾斜传感器检测该倾斜。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中该第二倾斜传感器可被设置在多个小检测范围中，其中倾斜的检测范围彼此部分重叠或连续，以及在该多个小检测范围之间，由该第一倾斜传感器设置第一小检测范围的参考，并且第二小检测范围的参考是在该第一小检测范围中获得的预定值，该第一小检测范围与该第二小检测范围重叠或连续。进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，进一步包括第三小检测范围，
并且在该第三小检测范围中的参考是在该第二小检测范围中所检测的检测结果。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中该第二倾斜传感器可被设置在更大的检测范围和更小的检测范围中，该更大的检测范围包括由该第二倾斜传感器可检测的所有倾斜角度范围，该更小的检测范围是该更大的检测范围的一部分，且该更小的检测范围的分辨率被设置成比该更大的检测范围的分辨率更高的分辨率，以及基于作为参考的在该更大的检测范围中所检测的检测结果来执行该更小的检测范围中的倾斜检测。进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，包括多个第一倾斜传感器，用彼此不同的倾斜来安装该多个第一倾斜传感器，以及该第二倾斜传感器基于由该第一倾斜传感器之一所检测的参考位置来检测倾斜。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中该第二倾斜传感器包括倾斜位移传感器、用于放大来自该倾斜位移传感器的检测信号的放大器、用于在该放大器上设置参考位置的参考设置器、和用于设置该放大器的增益的增益设置器，以及其中可根据所检测的倾斜角度来使该参考偏移，并且该放大器的动态范围与预置的更小的检测范围相匹配。进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中，该第一倾斜传感器是倾斜传感器，以及该第二倾斜传感器是加速度传感器。本发明涉及一种激光测量仪器，包括激光束投射器，具有用于发射激光束的光源和用于将该激光束以旋转照射进行投射的旋转器，驱动单元，用于使该激光束投射器倾斜，以及倾斜检测设备，用于检测该激光束投射器的倾斜，其中该倾斜检测设备具有第一倾斜传感器和第二倾斜传感器，该第一倾斜传感器用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，该第二倾斜传感器与该第一倾斜传感器相对地被固定，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比该第一倾斜传感器的准确度更低的准确度，在比该第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，以及基于作为参考的由该第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来由该第二倾斜传感器检测该倾斜，以及由该驱动单元来设置该倾斜。而且，本发明提供了如以上所描述的激光测量仪器，其中该倾斜检测设备相对于该激光束投射器被可倾斜地安装，由所述第二倾斜传感器基于来自所述第一倾斜传感器检测水平状态的状况的检测结果来将所述检测设备设置成预定倾斜，以及该激光束投射器被倾斜，使得该第一倾斜传感器通过驱动单元来检测该水平状态，以及设置该倾斜。进一步，本发明提供了如以上所描述的激光测量仪器，其中该第一倾斜传感器和该第二倾斜传感器被安装在该激光束投射器上，并且该第一倾斜传感器和该第二倾斜传感器通过该激光束投射器来彼此相对地被固定，以及基于来自该第一倾斜传感器检测水平状态的状况的该第二倾斜传感器的检测结果来倾斜该激光束投射器，以及设置该倾斜。
图I是示出了根据本发明的实施例的倾斜检测设备的示意性框 图2是要被用在倾斜检测设备中的第二倾斜传感器的示意性框 图3是用于解释第二倾斜传感器的分辨率的附 图4是示出了第二实施例中的第二倾斜传感器的分辨率的附 图5是第二实施例的第二倾斜传感器的示意性框图；
图6是根据第三实施例的倾斜检测设备的框 图7是示出了第三实施例中的第二倾斜传感器的分辨率的附 图8是具有根据本发明的倾斜检测设备的激光测量仪器的第一实施例的主要部分的透视 图9是示出了根据本发明的激光测量仪器的控制系统的示意性框 图10 (A)和图10 (B)是示出了激光测量仪器的操作的说明性附图。图10 (A)示出了倾斜角度设定的状况，以及图10 (B)示出了倾斜参考平面设定的状况；以及
图11是示出了具有根据本发明的倾斜检测设备的激光测量仪器的第二实施例的主要部分的透视图。参考数字的图例 I倾斜检测设备
2第一倾斜传感器 3第二倾斜传感器 4倾斜计算单元 11激光束投射器 12旋转器 14激光束 26 X轴调平马达 31 Y轴调平马达 33 X轴倾斜传感器 39 X轴倾斜设置马达 41 Y轴倾斜传感器
47Y轴倾斜设置马达
48X轴倾斜角度检测器
49Y轴倾斜角度检测器 51控制系统
52控制运算单元 53调平单元 54倾斜设置单元56X轴驱动控制单元
57Y轴驱动控制单元
58X轴倾斜设置控制单元
59Y轴倾斜设置控制单元 61温度传感器
62定时器。
具体实施例方式将在以下通过参考附图来对本发明的实施例给出描述。图I示出了根据本发明的实施例的倾斜检测设备的概要。在图I中，参考数字I表示倾斜检测设备，数字2表示第一倾斜传感器，其检测相对于重力方向的倾斜，并且其具有用于以高准确度检测例如水平状态或垂直状态的参考位置的高分辨率。例如，第一传感器2是光电倾斜传感器。参考数字3表示用于梯度设置的第二倾斜传感器。该第二倾斜传感器具有比第一倾斜传感器2的分辨率更低的分辨率，并且在比该第一倾斜传感器2的范围更宽的范围中检测倾斜。例如，第二倾斜传感器3是用于检测相对重力方向的倾斜(即，相对于垂直状态的倾斜，或相对于水平状态的倾斜)的加速度传感器。在图I中，参考数字4表示倾斜计算单元，用于基于来自该第一倾斜传感器2和该第二倾斜传感器3的信号来计算水平状态或倾斜角度，以及用于输出计算结果作为倾斜角度信号。第一倾斜传感器2和第二倾斜传感器3被集成在一起，或者这些传感器可被分离地安装在要被检查的物体上，在那里倾斜要被检测。在第一倾斜传感器2和第二倾斜传感器3彼此相分离地被安装的情况下，第一倾斜传感器2和第二倾斜传感器3在彼此相对地固定的状况下被安装，使得第一传感器2和第二传感器3以集成的方式被倾斜。要由第一倾斜传感器2所检测的倾斜方向与要由第二倾斜传感器3所检测的倾斜方向相一致。第二倾斜传感器3通过使用作为参考的由该第一倾斜传感器2检测的水平状态，来检测要由第一倾斜传感器2所检测的方向上的倾斜，并且还检测要由第一倾斜传感器2所检测的倾斜范围外的倾斜。 第一倾斜传感器2以高准确度来检测水平状态，并且还检测在水平状态周围±4'的范围内的倾斜角度，并且输出该倾斜角度作为第一倾斜检测信号5。例如，第一倾斜传感器2的检测准确度为±1"。第二倾斜传感器3检测在垂直状态周围±30°的范围内的倾斜角度。例如，第二倾斜传感器3的检测准确度为±1'。进一步，在图2中示出了第二倾斜传感器3。第二倾斜传感器3具有用于感测和检测相对于重力方向的倾斜位移的倾斜位移传感器6、用于放大来自倾斜位移传感器6的信号的放大器7、以及用于在放大器7处设置参考电压的参考设置器8。例如，倾斜位移传感器6是加速度传感器，以及位移传感器6检测相对于重力方向(即，相对垂直线)的倾斜位移，并且发出与该倾斜位移相对应的信号。例如，微型计算机被用作为参考设置器8。在如由倾斜位移传感器6所检测的任意倾斜角度下，参考(即参考位置)被如此偏移，使得来自放大器7的输出将是0V。来自放大器7的输出被输入到倾斜计算单元4，作为第二倾斜检测信号9。基于第二倾斜检测信号9，倾斜角度由倾斜计算单元4所计算。接下来，参照图3，将对由根据第一实施例的倾斜检测设备I所进行的倾斜检测操作给出描述。在第一实施例中，要被施加到放大器7的参考电压(偏移电压)被如此设置，使得每当由倾斜位移传感器6所检测的角度超出预定角度时，在每个预定角度下的来自放大器7的输出电压将为0V。例如，如图3中所示的，假设倾斜位移传感器6检测-10°至+10°范围中的倾斜，并且放大器7的输出电压为最大5V (S卩，动态范围为最大5V)。每当第二倾斜传感器3检测1°，参考设置器8设置要被施加到放大器7的参考电压，使得来自放大器7的输出电压将为0V。
例如，当1° 15/的角度要被检测时，要被施加到放大器7的参考电压被如此设置，使得在第一倾斜传感器2检测水平状态的位置处来自放大器7的输出电压将是0V。当倾斜检测设备I被倾斜并且倾斜位移传感器6的检测角度达到I °时，放大器7的输出将是5V。在倾斜位移传感器6的检测角度变为1°时，要被施加到放大器7的参考电压由参考设置器8所再次设置，使得来自放大器7的输出将是0V。倾斜位移传感器6被进一步倾斜，并且在与15'相对应的检测信号被输出的时刻，该检测角度将是1° 15'。这里，在1°的角度位移被看作是5V的情况下
1° X3600" +5000mV-0. 72" /mV。这表示的意思是，分辨率具有足够的值。如以上所描述的，在第一实施例中，在每个所需角度下，S卩，每当角度超过1°，下一个1°被精细地划分并检测。这种更精细的划分以这样的方式被设置，使得更精细划分的范围的一部分将彼此重叠。例如，在检测范围为1°的情况下，更精细划分的范围应当被设为 I。I'。通过精细划分，即使当在温度系数上未发现线性时，其有利的是，可进行更精细的修改。在由倾斜检测设备I来设置角度的情况下，例如，在角度被设置成3° 30'的情况下，偏移被如此进行，使得倾斜检测设备I被倾斜，以及每当倾斜检测设备被倾斜1°，来自第二倾斜检测信号9的输出将为O。每当进行偏移，倾斜计算单元4计算角度，其中增加了1°的角度。所增加的角度将是3°的位置，以及进一步，30'的角度被检测的位置将是要被设置的角度。因此，检测范围与要被偏移的值是连续的，并且作为偏移的0值将是用于下一个检测范围的参考。接下来，参照图I、图2、图4和图5，将对第二实施例给出描述。该布置的概要与第一实施例的概要相同。在第二实施例中，提供了增益设置器10。要被施加到放大器7的增益由该增益设置器10设置成两个值。在增益的两个值之一中，与第一实施例相似地，相对于离预定角度的预定角度的变化(更精细划分的范围)，变化后的预定角度被设置成0V，以及该增益(在下文指的是“用于更精细检测的增益”)被如此施加，使得在(例如，离该预定的角度)1°的角度变化下从放大器7输出5V的电压。在另一个情况下，增益(在下文指的是“用于粗糙检测的增益”)被如此施加，使得将5V的电压输出到由倾斜位移传感器6可检测的角度范围，即，以满标度(粗糙检测范围)。在第二实施例中，用于粗糙检测的增益和用于更精细检测的增益被选择性地施加到放大器7。从而，能在高速下并且以高准确度来检测倾斜角度。现在参照图4和图5，将对第二实施例的操作给出描述。首先，用于粗糙检测的增益由增益设置器10施加在放大器7上。当用于粗糙检测的增益被施加时，来自放大器7的输出电压将在满标度(即-10°至+10°的范围)中的OV至5V的范围中。要被施加到放大器7的参考电压由参考设置器8所如此设置，使得在水平状态由第一倾斜传感器2所检测的位置处的来自放大器7的输出电压将是2. 5V。通过此过程，该参考位置被偏移。例如，当相对于水平状态的1° 15/的倾斜角度要被检测时，1°的角度在用于粗糙检测的增益的状况下被检测，以及在角度1°被检测的时刻(即，当输出电压为2. 75V 时)，由参考设置器8进行重置，使得该参考电压将是0V。接着，用于更精细检测的增益由该增益设置器10施加到放大器7。当用于更精细检测的增益被施加时，来自放大器7的输出电压将被如此设置，使得在倾斜位移传感器6的1°的角度变化下，输出电压将是5V。当倾斜检测设备I从所检测的角度为1°的位置进一步倾斜时，以及所检测的角度为15'的位置将是要被检测的1° 15'的角度的位置。如以上所描述的，当该15'的角度被检测时，倾斜位移传感器6的分辨率为0.72" /mV，以及可实现以高准确度的检测。就是说，在第二实施例中，检测范围可被设置成用于粗糙检测的范围，以及被设置成用于更精细划分的范围。通过使用作为参考的由第一倾斜传感器2所检测的参考位置(例如，水平位置)，第二倾斜传感器3在粗糙检测范围模式中检测粗糙的倾斜角度(即粗略的倾斜角度)。在更精细划分的范围模式中，通过使用作为参考的所检测的粗糙倾斜角度来检测更精细划分的范围中的倾斜角度。接下来，当在第二实施例中通过使用倾斜检测设备来进行角度设置时，例如，在设置成3° 30'的情况下，在用于粗糙检测的增益的状况中进行3°的倾斜检测，以及小于或等于1°的30'的倾斜检测通过转换到用于更精细检测的增益来被实现。因此，一直到3°的倾斜，可在更高的速度下进行该设置。在需要准确度的30'的倾斜检测中，可在更低的速度下进行该设置。从而，可通过保持高准确度来更快地进行角度设置。图6示出了第三实施例，在图6中，如图I中所示的相同的部件由相同的符号所引用，并且这里未给出详细描述。在第三实施例中，提供了具有高分辨率的多个第一倾斜传感器2。在图中，示出了三个倾斜传感器第一倾斜传感器2a、第一倾斜传感器2b、以及第一倾斜传感器2c。当假设倾斜位移传感器6处于满标度(S卩，在-10°至+10°的范围中)时，第一倾斜传感器2b被如此安装，使得第一倾斜传感器2b可检测水平状态，以及当第一倾斜传感器2b检测水平状态时，另一个第一倾斜传感器2a在第一倾斜传感器2a以-5°的角度被倾斜的状况下被安装，以及另外一个第一倾斜传感器2c在第一倾斜传感器2c以+5°的角度被倾斜并且第一倾斜传感器2b检测水平状态的状况下被安装。就是说，第一倾斜传感器2a、2b和2c彼此之间以5°的相等的角距离被安装。而且，要由增益设置器10所施加的增益被如此设置，使得在倾斜位移传感器6的5°的角度变化下，该增益将是5V。参考图7，将在以下对第三实施例的操作给出描述。由第一倾斜传感器2b以高准确度来检测水平状态。例如，基于来自第二倾斜传感器3的第二倾斜检测信号9来检测从0°到5°的倾斜。在这种情况下，增益被如此设置，使得针对5°的角度变化在放大器7上发生5V变化，以及与一个倾斜位移传感器6的情况下的分辨率相比，该倾斜位移传感器6的分辨率增加到4倍。当倾斜角度达到5°时，倾斜角度5°由第一倾斜传感器2c以高准确度所检测。第一倾斜传感器2c的检测信号被输出到倾斜计算单元4，并且第一倾斜传感器2c的检测信号也被输出到第二倾斜传感器3。来自第一倾斜传感器2c的检测信号被输入到第二倾斜传感器3。由此该参考设置器8和增益设置器10使放大器7的参考电压偏移，使得放大器7的输出电压在倾斜角度5°下将是0V，并且增益被如此设置，使得在倾斜角度5°和倾斜角度10°之间的5°的角度变化将是放大器7的5V的输出。因此，倾斜位移传感器6检测从倾斜角度5°的倾斜变化，并将该变化输出到倾斜计算单元4。倾斜计算单元4进行相加，并且当由倾斜位移传感器6所检测的角度变化达到如由第一倾斜传感器2c所检测的倾斜角度5°时，并计算该倾斜角度。在第三实施例中，具有高准确度的第一倾斜传感器2适于均以预定的角度被安装，并且由第一倾斜传感器2所划分的角度范围适于由倾斜位移传感器6所检测。因此，倾斜位移传感器6的检测准确度被增加了由第一倾斜传感器2所划分的数量。每当由第一倾斜传感器2检测角度时，倾斜位移传感器6的误差被修正。从而，整个倾斜检测设备I的准确度被显著地改善。可以以两个或四个或更多个的数量来安装该第一倾斜传感器2。如以上所描述的，使用了例如加速度传感器的更低分辨率和更低成本的倾斜位移传感器6,并且放大器7的最大输出电压(动态范围)被分配为倾斜位移传感器6的满标度的一部分。从而，倾斜位移传感器6的分辨率被改善，并且可获得具有更高准确度的倾斜检测。接下来，参考图8，将对具有如以上所描述的倾斜检测设备I的激光测量仪器的第一实施例给出描述。图8示出了激光测量仪器的主要部分。在图8中，参考数字11表示激光束投射器。该激光束投射器11包括诸如激光二极管的光源以发射激光束，以及用于投射从该光源发射的激光束的投射光光学系统。该激光束投射器11在上端处具有旋转器12。该旋转器12围绕垂直轴(Z轴)13可旋转地被安装。该旋转器12具有偏转光学构件，例如，五角棱镜。从激光束投射器11投射的激光束14在水平方向上被偏转，并以旋转照射被投射，并且由该激光束14形成参考平面。激光束投射器11通过第一支撑轴(X轴)15被可旋转地安装在第一支撑构件17上。第一支撑构件17通过第二支撑轴(Y轴)18被可旋转地提供在第二支撑构件19上。因此，第一支撑构件17可围绕第二支撑轴(Y轴)18旋转，以及激光束投射器11可围绕第一支撑轴(X轴)15旋转，以及激光束投射器11可以在两个方向上倾斜X轴方向上、和Y轴方向上。这里，X轴在水平方向上延伸并且正交地跨越Z轴。Y轴在水平方向上延伸并且正交地跨越X轴和Z轴。在激光束投射器11上，提供了第一倾斜驱动杠杆21和第二倾斜驱动杠杆22，其分别在Y轴方向上和X轴方向上延伸。在第一倾斜驱动杠杆21的前端处，安装了第一螺母单元23，并且该第一螺母单元23被拧入第一螺杆24。该第一螺杆24通过第一齿轮系25被连接到X轴调平马达26。在第二倾斜驱动杠杆22的前端，安装了第二螺母单元27。该第二螺母单元27被拧入第二螺杆28，并且该第二螺杆28通过第二齿轮系29被连接到Y轴调平马达31。第一倾斜驱动杠杆21、第一螺母单元23、第一螺杆24、第一齿轮系25、和X轴调平马达26—起组成了 X轴倾斜驱动单元30。第二倾斜驱动杠杆22、第二螺母单元27、第二螺杆28、第二齿轮系29、和Y轴调平马达31 —起组成了 Y轴倾斜驱动单元32。 作为X轴调平马达26和Y轴调平马达31，可使用具有可控制的旋转角度的马达，例如，脉冲马达、伺服马达等。在激光束投射器11的需要的部分上，例如，在下部上，安装了用作第一倾斜传感器的X轴倾斜传感器33，并且该X轴倾斜传感器33可围绕中心线(未示出)旋转，该中心线与第一支撑轴(X轴)15相平行地行进。X轴倾斜传感器33是具有高分辨率的倾斜传感器，例如，光电倾斜传感器，并且该X轴光电倾斜传感器可以高准确度来检测水平状态。X轴倾斜传感器33由X轴倾斜设置单元34相对于激光束投射器11而相对地倾斜，并且该X轴传感器33可相对于垂直轴(Z轴)13或相对于水平状态被设置成预定的倾斜角度。X轴倾斜设置单元34包括从X轴倾斜传感器33在水平方向上延伸的倾斜设置杠杆35、安装在倾斜设置杠杆35的前端上并被拧入了倾斜设置螺杆36的螺母37、以及X轴倾斜设置马达39，该X轴倾斜设置马达39通过第一倾斜设置齿轮系38被连接到倾斜设置螺杆36。而且，Y轴倾斜传感器41作为第一倾斜传感器被提供在激光束投射器11的所需要的部分上，例如，在下部上，并且Y轴倾斜传感器41可以围绕中心线(未示出)旋转，该中心线与第二支撑轴(Y轴)18相平行地行进。与X轴倾斜传感器33相类似，Y轴倾斜传感器41是具有高分辨率的倾斜传感器，例如，光电倾斜传感器，并且Y轴倾斜传感器41能以高准确度来检测水平状态。Y轴倾斜传感器41由Y轴倾斜设置单元42相对激光束投射器11而相对地倾斜，并且该Y轴倾斜传感器41可相对于垂直轴(Z轴)13或相对于水平状态以预定倾斜角度被设置。Y轴倾斜设置单元42包括从Y轴倾斜传感器41在水平方向上延伸的倾斜设置杠杆43、安装在倾斜设置杠杆43的前端上并被拧入了倾斜设置螺杆44的螺母45、以及Y轴倾斜设置马达47，该Y轴倾斜设置马达47通过第二倾斜设置齿轮系46被连接到倾斜设置螺杆44。用作第二倾斜传感器的X轴倾斜角度检测器48被安装在激光束投射器11的X轴倾斜传感器33上，并且X轴倾斜角度检测器48与X轴倾斜传感器33整体地倾斜。X轴倾斜角度检测器48检测在围绕第一支撑轴(X轴)15的旋转方向上的倾斜角度。
用作第二倾斜传感器的Y轴倾斜角度检测器49被安装在激光束投射器11的Y轴倾斜传感器41上，并且Y轴倾斜角度检测器49与Y轴倾斜传感器41整体地倾斜。Y轴倾斜角度检测器49检测在围绕第二支撑轴(Y轴)18的旋转方向上的倾斜角度。X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49可分别在比X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41更宽的范围中检测倾斜角度，并且这些倾斜角度检测器具有与X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41相比更低的检测准确度(更低的分辨率)。例如，分别使用用于检测重力方向(即，垂直线)上的倾斜角度的加速度传感器(作为X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41)。参考图9，将对激光测量仪器的控制系统51的概要给出描述。
在图9中，控制系统51包括控制运算单元52、调平单元53、倾斜设置单元54、倾斜检测设备I、倾斜计算单元4、以及用于设置和输入要被形成的参考平面的倾斜方向和倾斜角度的操作单元55。调平单元53具有X轴驱动控制单元56和X轴调平马达26，以在围绕X轴(第一支撑轴15)的旋转方向上执行调平，并且该调平单元53具有Y轴驱动控制单元57和Y轴调平马达31，以在围绕Y轴(第二支撑轴18)的旋转方向上执行调平。倾斜设置单元54具有X轴倾斜设置控制单元58和X轴倾斜设置马达39，用于设置围绕X轴(第一支撑轴15)的倾斜。倾斜设置单元54还具有Y轴倾斜设置控制单元59和Y轴倾斜设置马达47，用于设置围绕Y轴(第二支撑轴18)的倾斜。倾斜检测设备I具有作为第一倾斜传感器2的X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41，以及该倾斜检测设备I还具有作为第二倾斜传感器3的X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49。基于来自第一倾斜传感器2 (即，X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41)的输出，以及基于来自第二倾斜传感器3 (S卩，X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49)的输出，倾斜计算单元4计算倾斜方向和倾斜角度，并且该倾斜计算单元4将计算结果输出到控制运算单元52。首先，将对由激光束14形成水平参考平面时激光测量仪器的操作给出描述。当从操作单元55输入要被形成的参考平面是水平时，Y轴倾斜驱动单元32和Y轴倾斜设置单元42被驱动，使得X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41两者均检测水平状态。当X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41分别检测水平状态时，激光束投射器11的中心线在垂直方向上行进，并且从旋转器12投射的激光束14水平地行进。旋转器12以恒定的速度旋转，在水平面内以旋转照射来投射激光束14，并且形成水平参考平面。接下来，通过参考图10，将在以下对形成倾斜参考平面的情况给出描述。为了简化解释，将对在围绕第二支撑轴I8的旋转方向上的倾斜设置给出描述。从操作单元55设置要被形成参考平面的倾斜方向(即，关于是在相对第二支撑轴18的顺时针方向上还是在逆时针方向上的设置)和倾斜角度，并且要被设置的倾斜方向和倾斜角度被输入到控制运算单元52。控制运算单元52通过Y轴倾斜设置控制单元59，以与预置的倾斜角度相一致的旋转量来驱动Y轴倾斜设置马达47。当Y轴倾斜设置马达47是脉冲马达时，由与预置的倾斜角度相对应的多个脉冲来驱动该脉冲马达。
通过驱动Y轴倾斜设置马达47，Y轴倾斜传感器41被倾斜，并且与Y轴倾斜传感器41相集成的Y轴倾斜角度检测器49也被倾斜。Y轴倾斜传感器41的倾斜将与Y轴倾斜角度检测器49的倾斜相同。在预置的倾斜角度超出Y轴倾斜传感器41的检测范围的情况下，由Y轴倾斜角度检测器49检测倾斜角度。在控制运算单元52处判断由Y轴倾斜角度检测器49所检测的倾斜角度是否与如所设置和输入的倾斜角度相同。如果预置的倾斜角度与如由Y轴倾斜角度检测器49所检测的倾斜角度相同，则激光束投射器11的倾斜设置被执行。Y轴调平马达31通过Y轴驱动控制单元57进行驱动，以及激光束投射器11在倾 斜方向上按所设置的进行倾斜，使得Y轴倾斜传感器41检测水平状态。当由Y轴倾斜传感器41检测水平状态时，激光束投射器11的位置被确定，并且激光束投射器11在如由操作单元55所设置的倾斜方向上和倾斜角度下被倾斜。通过在投射激光束14的同时通过旋转照射来旋转该旋转器12，可形成倾斜参考平面。相对于围绕第一支撑轴15在旋转方向上的倾斜，可通过操作X轴倾斜传感器33、X轴倾斜设置马达39和X轴调平马达26来以相似的方式进行设置。通过将与第二支撑轴(Y轴)18有关的倾斜和与第一支撑轴(X轴)15有关的倾斜相综合，参考平面的倾斜可以被设置在任意方向上和任意角度下。温度传感器61 (见图9)被提供在激光测量仪器上的按需要的位置处，并且其可以按如此的方式被布置，使得当与倾斜设置时刻的温度相比，在检测温度上存在多于一定的预定值的温度变化时，可对重调平和重倾斜参考平面进行设置。或者，可提供定时器62(见图9)，并且当在通过对诸如来自外部的振动的影响之类的因素做出适当考虑来设置参考平面之后，一定的预定时间已经过去时，重调平或重倾斜参考平面可被强制设置。而且，其可被如此设计，使得重调平或重倾斜参考平面的设置功能可以按通断(ON-OFF)方式被执行。图11示出了根据本发明的激光测量仪器的第二实施例。在图11中，通过相同符号来引用如图8中所示的相同的部件，并且此处未给出详细描述。
在第二实施例的激光测量仪器中，未使用倾斜设置机制，并且简化了该机制。X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41两者均被置于激光束投射器11上，使得当激光束投射器11在垂直位置时，检测水平状态。类似地，X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49以这样的方式被放置，使得当激光束投射器11在垂直位置时，检测水平状态。X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49通过激光束投射器11分别被固定在X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41上。X轴倾斜角度检测器48和Y轴倾斜角度检测器49分别被相对地固定在X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41上，并且它们中的每个被整体地倾斜。现在，将对第二实施例的操作给出描述。首先，将对在由激光束14形成水平参考平面的情况下的如以上所描述的激光测量仪器给出描述。X轴调平马达26和Y轴调平马达31被驱动，使得X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41两者分别检测水平状态。当X轴倾斜传感器33和Y轴倾斜传感器41分别检测水平状态时，激光束投射器11的中心线正在垂直方向上行进，以及从旋转器12投射的激光束14在水平方向上行进。当旋转器12以恒定速度进行旋转时，在水平面内以旋转照射来投射激光束14，并且形成水平参考平面。接下来，将对形成倾斜参考平面的情况给出描述。为简化和便于解释，将在此对在围绕第二支撑轴18的旋转方向上的倾斜设置给出描述。Y轴调平马达31由与预置的倾斜角度相对应的旋转量所驱动，并且激光束投射器11围绕作为中心的第二支撑轴18被倾斜。激光束投射器11的倾斜由Y轴倾斜角度检测器49所检测。在实际检测的倾斜角度与预置的倾斜角度不一致的情况下，Y轴调平马达31被进一步驱动，并且偏差被修正。 当偏差被修正时，激光束投射器11被设置成按期望的倾斜角度。通过旋转该旋转器12并通过以旋转照射来投射激光束14，可形成倾斜的参考平面。相对于在围绕第一支撑轴15的旋转方向上的倾斜，通过操作X轴倾斜传感器33、X轴倾斜检测器48和X轴调平马达26，可按相似方式来进行设置。通过将与第二支撑轴(Y轴)18有关的倾斜和与第一支撑轴(X轴)15有关的倾斜相综合，参考平面的倾斜可以被设置在任意方向上和任意角度下。工业适用性
本发明提供了一种倾斜检测设备，包括第一倾斜传感器，用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，第二倾斜传感器，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比第一倾斜传感器的准确度更低的准确度和在比第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，其中该第一倾斜传感器和该第二倾斜传感器彼此相对地被固定，并且由该第二倾斜传感器通过使用作为参考的如由该第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来检测该倾斜。从而，在以高准确度来检测要作为参考值的水平状态的同时，可通过使用低成本的第二倾斜传感器来减少制造成本。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，该第二倾斜传感器可被设置在多个小检测范围中，其中倾斜的检测范围彼此部分重叠或连续，以及在该多个小检测范围之间，由该第一倾斜传感器设置第一小检测范围的参考，并且第二小检测范围的参考是在该第一小检测范围中获得的预定值，该第一小检测范围与该第二小检测范围重叠或连续。进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，进一步包括第三小检测范围，并且在该第三小检测范围中的参考是在该第二小检测范围中所检测的检测结果。从而，可能通过部分限制第二倾斜传感器的检测范围来设置该第二倾斜传感器的检测准确度。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中该第二倾斜传感器可被设置在更大的检测范围和更小的检测范围中，该更大的检测范围包括由该第二倾斜传感器可检测的所有倾斜角度范围，该更小的检测范围是该更大的检测范围的一部分，且该更小的检测范围的分辨率被设置成比该更大的检测范围的分辨率更高的分辨率，以及基于作为参考的在该更大的检测范围中所检测的检测结果来执行该更小的检测范围中的倾斜检测。从而，第二倾斜传感器的检测范围被部分地限制，以及在该限制的范围内，该分辨率被设置成更高。由此在检测范围被保持在宽范围中的同时，可改善分辨率。
进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，包括多个第一倾斜传感器，用彼此不同的倾斜来安装该多个第一倾斜传感器，以及该第二倾斜传感器基于由该第一倾斜传感器之一所检测的参考位置来检测倾斜。从而，由第一倾斜传感器为每个预定倾斜角度所检测的结果被用作参考。由此，可能以更高的准确度和在更宽的范围中来检测倾斜。而且，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中该第二倾斜传感器包括倾斜位移传感器、用于放大来自该倾斜位移传感器的检测信号的放大器、用于在该放大器上设置参考位置的参考设置器、和用于设置该放大器的增益的增益设置器，以及其中可根据所检测的倾斜角度来使该参考偏移，并且该放大器的动态范围与预置的更小的检测范围相匹配。从而，在不改变第二倾斜传感器的基本结构的情况下保持宽检测范围的同时，可改善第二倾斜传感器的分辨率。进一步，本发明提供了如以上所描述的倾斜检测设备，其中，该第一倾斜传感器是倾斜传感器，以及该第二倾斜传感器是加速度传感器。从而，可能通过使用低成本的加速度传感器来减少制造成本。 而且，本发明提供了一种激光测量仪器，包括激光束投射器，具有用于发射激光束的光源和用于将该激光束以旋转照射进行投射的旋转器，驱动单元，用于使该激光束投射器倾斜，以及倾斜检测设备，用于检测该激光束投射器的倾斜，其中该倾斜检测设备具有第一倾斜传感器和第二倾斜传感器，该第一倾斜传感器用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，该第二倾斜传感器与该第一倾斜传感器相对地被固定，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比该第一倾斜传感器的准确度更低的准确度，在比该第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，以及基于作为参考的由该第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来由该第二倾斜传感器检测该倾斜，以及由该驱动单元来设置该倾斜。从而，可能在更宽的范围中设置参考平面的倾斜。
权利要求
1.一种倾斜检测设备，包括第一倾斜传感器，用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，第二倾斜传感器，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比第一倾斜传感器的准确度更低的准确度和在比第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，其中所述第一倾斜传感器和所述第二倾斜传感器彼此相对地被固定，并且由所述第二倾斜传感器通过使用作为参考的如由所述第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来检测该倾斜。
2.根据权利要求I的倾斜检测设备，其中所述第二倾斜传感器能被设置在多个小检测范围中，其中倾斜的检测范围彼此部分重叠或连续，以及在所述多个小检测范围之间，由所述第一倾斜传感器设置第一小检测范围的参考，并且所述第二小检测范围的参考是在所述第一小检测范围中获得的预定值，所述第一小检测范围与所述第二小检测范围重叠或连续。
3.根据权利要求2的倾斜检测设备，进一步包括第三小检测范围，并且在所述第三小检测范围中的参考是在所述第二小检测范围中所检测的检测结果。
4.根据权利要求I的倾斜检测设备，其中所述第二倾斜传感器能被设置在更大的检测范围和更小的检测范围中，所述更大的检测范围包括由所述第二倾斜传感器可检测的所有倾斜角度范围，所述更小的检测范围是所述更大的检测范围的一部分，且所述更小的检测范围的分辨率被设置成比所述更大的检测范围的分辨率更高的分辨率，以及基于作为参考的在所述更大的检测范围中所检测的检测结果来执行所述更小的检测范围中的倾斜检测。
5.根据权利要求I倾斜检测设备，包括多个第一倾斜传感器，用彼此不同的倾斜来安装所述多个第一倾斜传感器，以及所述第二倾斜传感器基于由所述第一倾斜传感器之一所检测的参考位置来检测倾斜。
6.根据权利要求2或权利要求4的倾斜检测设备，其中所述第二倾斜传感器包括倾斜位移传感器、用于放大来自所述倾斜位移传感器的检测信号的放大器、用于在所述放大器上设置参考位置的参考设置器、和用于设置所述放大器的增益的增益设置器，以及其中能根据所检测的倾斜角度来使该参考偏移，并且所述放大器的动态范围与所述预置的更小的检测范围相匹配。
7.根据权利要求I、2、4或5之一的倾斜检测设备，其中，所述第一倾斜传感器是倾斜传感器，以及所述第二倾斜传感器是加速度传感器。
8.一种激光测量仪器，包括激光束投射器，具有用于发射激光束的光源和用于将所述激光束以旋转照射进行投射的旋转器，驱动单元，用于使所述激光束投射器倾斜，以及倾斜检测设备，用于检测所述激光束投射器的倾斜，其中所述倾斜检测设备具有第一倾斜传感器和第二倾斜传感器，所述第一倾斜传感器用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，所述第二倾斜传感器与所述第一倾斜传感器相对地被固定，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比所述第一倾斜传感器的准确度更低的准确度，在比所述第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，以及基于作为参考的由所述第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来由所述第二倾斜传感器检测该倾斜，以及由所述驱动单元来设置该倾斜。
9.根据权利要求8的激光测量仪器，其中所述倾斜检测设备相对于所述激光束投射器被可倾斜地安装，由所述第二倾斜传感器基于来自所述第一倾斜传感器检测水平状态的状况的检测结果来将所述检测设备设置成预定倾斜，以及所述激光束投射器被倾斜，使得所述第一倾斜传感器通过所述驱动单元来检测该水平状态，以及设置该傾斜。
10.根据权利要求8的激光测量仪器，其中所述第一倾斜传感器和所述第二倾斜传感器被安装在所述激光束投射器上，并且所述第一倾斜传感器和所述第二倾斜传感器通过所述激光束投射器来彼此相对地被固定，以及基于来自所述第一倾斜传感器检测水平状态的状况的所述第二倾斜传感器的检测结果来倾斜所述激光束投射器，以及设置该傾斜。
全文摘要
本发明提供了一种倾斜检测设备(1)，包括第一倾斜传感器(2)，用于以高准确度来检测相对于重力方向的倾斜，第二倾斜传感器(3)，用于检测相对于重力方向的倾斜，以及用于以比第一倾斜传感器的准确度更低的准确度和在比第一倾斜传感器的范围更宽的范围中检测倾斜，其中该第一倾斜传感器和该第二倾斜传感器彼此相对地被固定，并且由该第二倾斜传感器通过使用作为参考的如由该第一倾斜传感器检测的参考位置和检测方向来检测该倾斜。
文档编号G01C15/00GK102762953SQ201180006750
公开日2012年10月31日 申请日期2011年1月17日 优先权日2010年1月22日
发明者阿出川俊和 申请人:株式会社拓普康
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
