CN103229019B - 旋转激光器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的旋转激光器（1）具有：电磁辐射源（9），尤其是激光束源，用于产生参考束；偏转装置，可以关于旋转轴旋转，用于所述参考束的旋转发射，使得激光区域（34a，34b）被限定，所述参考束沿着参考路径行进且所述参考路径的至少一部分可视地和/或借助于检测器感知为表面（32）上的参考线（35a，35b）。而且，设置了：转动装置，用于关于至少一个转动轴，尤其是关于两个转动轴，转动所述旋转轴；范围测量单元，用于测量到所述参考路径上的点的范围（d）；以及，控制装置，用于控制所述转动装置且用于比较范围（d）。而且，所述旋转激光器（1）具有用于所述激光区域（34a，34b）相对于所述表面（32）的垂直取向的功能性，所述控制装置被形成使得以下的步骤被自动地执行：通过转动所述旋转轴改变所述激光区域（34a，34b）相对于所述表面（32）的倾斜，针对各个倾斜角分别实施从所述参考线（35a，35b）到所述旋转激光器（1）的参考线范围的确定，确定所述激光区域（34a，34b）的倾斜角为垂直倾斜角，对于该垂直倾斜角，所述激光区域（34a，34b）包括具有相应最短确定参考线范围的所述参考线（35a，35b）且因此相对于所述表面（32）垂直。

Description

旋转激光器

本发明涉及根据权利要求1的预特征化条款所述的用于产生参考光束的旋转激光器，且涉及根据权利要求10的预特征化条款所述的用于激光区域的取向的方法。

在工业领域或建筑工业中已经使用旋转激光器很多年，使用该旋转激光器是为了标记点或对象或确立路径或参考线。使用它们，可以投影水平、竖直或对角平面，这提供用于取向或定位对象的标记。

旋转激光器通常从旋转光电装置构建，该光电装置是激光器单元的一部分且借助于该光电装置，参考激光束可以以这种方式在移动的同时被发射：在表面上产生可觉察或可被检测器检测的路径或线。所以，路径可以根据限定的规范取向，激光器单元可以相对于密封激光器单元的外壳在两个相互垂直的方向中转动。为了从外壳发射激光，外壳附加地包含光学透明的窗口或开口。

US5,852,493公开了具有双倾斜机制的自取向旋转激光器。该激光器包含连接到框架的光源，框架通常被悬挂且框架和悬架与可旋转底座组合。再者，在两个方向中取向的控制机制布置在悬架上以定向光源。两个位置传感器彼此以90°角布置在框架上，它们被可旋转地安装。通过传感器从参考位置的位移，控制机制可以将光源位移到一位置，使得从其得出的传感器倾斜中的变化同样对应于其参考，且光源然后具有限定的倾斜。在一个实施例中，使用两个传感器，这两个传感器均布置在公共安装架上且由此可以同时被影响。

EP2144037公开了一种旋转激光器、尤其是自补偿旋转激光器（即，水平化自身的旋转激光器）以及用于测量其旋转轴的倾斜的方法。这种旋转激光器包含底座和用于发射激光光束且关于旋转轴旋转的激光器单元，使得旋转激光光束定义激光平面。激光器单元配置成相对于底座可旋转，且旋转轴由此可以在至少一个方向中倾斜。再者，倾斜传感器布置在设备上以测量轴的倾斜角，该传感器随着激光器单元改变其位置，且关于激光器单元的旋转轴可旋转地安装。因此，可以在至少两个不同位置测量旋转轴的倾斜角，且可以从其得出绝对倾斜角。

旋转激光器最初并不旨在测量到激光光束投影的表面上的点的距离。然而，现在，从组合旋转激光器和距离测量功能性的现有技术已经知道一些实施例，例如用于获得范围信息以及平面投影且由此产生空间设计图。

WO2009/053085描述了一种距离测量方法以及参考线投影和距离测量设备（例如旋转激光器），其中用于投影的发射或至少其光束路径同样用于距离测量。此处，在光学测量束的帮助下，限定的测量路径被行进或执行，即，以这种方式引导测量束：其投影的轨迹也对应于被投影的参考线。在这种情况中，到测量路径的至少一个点的距离被确定，测量路径被重复执行或行进至少一次以用于距离的确定。使用集成到设备中的距离仪表实施距离确定，且发射的测量束优选地与参考束同轴耦合。该实施例还包含两个倾斜传感器，通过这两个倾斜传感器可以确定激光平面的限定倾斜角。为确定或调节平面的位置而提供这些传感器，同时其代表了本实施例的缺点：因为针对每个应用而言使用传感器可实现的精确度并不足够高，且传感器还仅具有有限的测量范围，这允许主要在竖立位置使用设备，但是不允许设备在平躺位置中倾斜。

在原先已知的旋转激光器中，仅可以通过激光器本身的位置或例如通过发射的激光区域的手动受控转动实施激光平面或激光区域相对于表面的精确取向（尤其是垂直于表面）。因此仅在花费极大时间的条件下实现精确取向，并且仅可以在用户的眼睛对于距离的精确度的范围内有限精度地实施精确取向。因为需要考虑很多细节，所以仅对于良好训练、有经验且高度有资格的用户存在能够简单且快速地实施取向的可能性。因此不提供激光区域的取向的用户友好性。在这些情形下，对于旋转激光器的一般用户而言，取向可能变成精细且复杂的处理。再者，由于旋转激光器的位置的干扰，例如由于激光器上的不利影响，不能可靠地精确维持激光区域的调节取向。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于激光区域相对于表面的精确且可靠的垂直取向的改善旋转激光器，该取向可以快速地和简单地且以用户友好的方式完成。

本发明的另一特定目的是在竖直或水平方向产生激光区域相对于表面的垂直投影。

通过实施独立权利要求的特征化特征实现这些目的。可以在从属专利权利要求中发现以可选或有利的方式改善本发明的特征。

根据本发明，一种旋转激光器包括激光束源，可见或借助于检测器可检测的激光束通过该激光束源发射。该激光束通过使用机动化的偏转装置（例如，偏转镜）偏转且用作参考束，通过偏转镜的移动导致的激光束的移动，在表面上产生参考路径。另外，提供用于通过使用参考束的到表面上的点的距离或范围测量的装置。

使用该布置，参考路径被投影到表面上，激光区域通过参考路径且尤其是在表面上产生的线限定。为了实施根据本发明用于激光区域的取向的功能，在这种情况中，旋转激光器可以处于平躺位置，使得投影例如在空间中在底部、壁、或顶部上延伸，尤其是为此目的，在实施功能之前旋转激光器以这种方式布置到：激光区域已经粗略地相对于壁垂直取向。通过该功能的开始，激光区域在角度范围内在壁上移动，且激光区域相对于壁的表面的倾斜由此改变。在此期间，从旋转激光器到表面上的相对参考线的距离被连续地测量。激光区域的倾斜可以通过转动包括偏转装置的旋转激光器的一部分实施，或通过偏离镜本身的转动来实施。另外，可以针对每次测量存储用于偏转装置的角度设置的相应位置数据和值且其被相互分配。在贯穿角度范围之后，存储的到参考线的距离被相互比较且最短距离值被限定。随后，通过使用存储的角度值，激光平面和激光区域以这种方式投影：它延伸通过参考线，针对该参考线确定最短距离。在这种情况中，可以附加地考虑投影不在原先限定的角度范围的边缘延伸，而是处于角度边范围的限制内。当满足该条件时，获得激光线或激光区域到壁的投影，该投影相对于该壁垂直且因此具有从辐射源到壁的最短距离。

与其他已知旋转激光器及其投影方法相对照，本实施例提供一种系统，其不仅可以是投影到表面的竖直或水平激光线，而且激光区域的投影可以以这种方式自动取向：如上所述，它相对于表面垂直。

使用本发明，可以进一步可靠地且以自动方式实施取向，所得激光区域相对于表面的垂直定位还具有高精确度。另外，有利的是，例如，通过按下按钮实施取向，可以简单地实施取向且可以实现高的用户友好性，而且几乎不需要任意其他现有知识。还提供相对于外部影响的高抵抗性：可以连续地实施取向功能且因此例如可能导致激光相对于表面的取向的旋转激光器的振动或撞击可以被自动地补偿。自动取向的简单和快速的可重复性是本发明的又一优点。

为了确定具有到旋转激光器的最短距离的参考线，在这种情况中，作为备选，可以部分地排除角度范围的完全贯穿和测量的距离的比较，而是，可以实施距离的连续比较，只要遇到距离最小即只要之前减小的距离值再次增加，则处理停止，且由此确立的最小值代表具有到旋转激光器的最短距离的参考线的位置。

激光区域的转动可以通过激光器核心模块实施，该激光器核心模块包括激光束源和用于引导激光束的可旋转偏转装置，该激光束平行于偏转装置的旋转轴引导且当到达偏转装置时偏转。完整的模块附加地可以相对于旋转激光器的外壳关于至少一个轴转动，且因此允许发射的激光束的取向。在模块的旋转运动中，旋转激光器的外壳保持在其原始位置。

在旋转激光器的定位使得在贯穿转动范围或角度范围时确定在角度范围的限制针对点的最短距离的情况中，旋转激光器还可以通过移动激光器核心模块实施附加需要的粗调，使得在壁上扫描的区域改变，且在调节之后，可以覆盖壁上具有相对最短距离的参考线的区域。旋转激光器相对于壁的定位还可以或可选地手动地实施。

再者，可以以各种方式实施参考线的距离确定。一方面，可以通过针对每个线确定到线上的点的距离来确定各个参考线彼此的相对位置，线上点的位置通过激光束相对于旋转激光器的旋转轴的发射角预先确定，该发射角针对所有测量保持恒定，且在与之相对垂直的方向中实施激光区域的转动。以这种方式获得距离值：该距离值可以彼此比较且可以使用该距离值确定距离最小值，使得可以实施激光区域相对于表面的垂直取向。然而，以这种方式确定的距离不对应于绝对距离，即，参考线上到旋转激光器的角度依赖于最短距离。为了确定这些绝对距离，可以初始地使用固定转动角度测量到参考线上的至少两个点的距离，且可以从相关的发射角和测量的距离值导出参考线的分布。在这种情况中，在与之垂直的方向中的激光区域的转动不是必须的。通过计算垂直于参考线且延伸通过旋转激光器的直线且确定从激光器到直线与表面的交点的长度，可以从该分布曲线算术地得出绝对距离的确定。作为可选，可以使用预定分辨率测量很多到参考线上的点的距离，进而分别用于公共的固定转动角度。通过比较这些距离，进而可以确定对应于到参考线的绝对距离的最小距离值。使用高分辨率的测量点，可以实施具有最短距离的点的直接确定，不过如果提供粗略分辨率的测量点，可以通过计算表示距离和发射角的函数的确定最小距离，例如借助于拟合或回归，可以通过确定该函数的最小值确定最小距离。

为了改善激光区域的取向过程中的精确度，激光区域相对于旋转激光器的距离测量和属于其的发射角的值可以彼此关联，可以累积且从其导出平均值，使得可以更精确地确定具有到壁或表面的最短距离的点的位置。

在特定实施例中，可以在旋转激光器上提供倾斜传感器，使得参考线平行于地球重力场引导且可以在限定角度范围内在该方向中移动。在该条件下，到参考路径上的固定点的距离现在再次被测量和存储，且在确定具有最短距离的点之后，平行于重力场的参考线或参考区域通过该点投影，这进而处于角度范围的限制内，因此相对于壁垂直投影且代表从辐射源到壁的最短距离。这样，产生不仅相对于表面垂直而且还竖直地延伸的激光区域。

具体而言，激光平面还可以同时相对于两个表面取向。为此，例如可以选择两个相对的壁，平面被投影到这两个相对的壁上，且在这两个相对的壁上，到参考线（激光平面分别限定）的距离被相应地确定。如果这些壁相互平行延伸，则激光平面可以以这种方式取向：在每个壁上，具有到旋转激光器的最短距离的参考线位于平面中且该平面因此相对于两个壁垂直。然而，如果两个壁的分布曲线不同于平行取向，则对于每个壁，这进而可以确定具有到旋转激光器的最短范围的参考线且记录相应的倾斜角。随后，激光平面可以以这种方式取向：平面的倾斜角对应于针对两个壁确定的角度之间的中间倾斜角。这样，获得激光平面的投影，其代表一种类型的用于两个壁的公共补偿平面，同时具有相对于壁不等于90°的预定角。

再者，考虑偏转装置或偏转镜的角度设置、激光平面和旋转激光器的倾斜以及到参考路径上的点或到所有点的距离，点的位置或参考路径的分布曲线可以转换到外部坐标系统。

用于说明目的，下面可选地以其他方式描述根据本发明的旋转激光器和用于激光区域的取向的方法。

根据本发明的旋转激光器包括：电磁辐射源，尤其是激光束源，用于产生参考束，和偏转装置，可以关于旋转轴旋转，用于所述参考束的旋转发射，使得激光区域被限定，所述参考束沿着参考路径行进且所述参考路径的至少一部分可视地和/或借助于检测器感知为表面上的参考线。而且，提供转动装置，用于关于至少一个转动轴，尤其是关于两个转动轴，转动所述旋转轴，并且提供范围测量单元，用于测量到所述参考路径上的点的范围。另外，旋转激光器包括控制装置，用于控制所述转动装置且用于比较范围。

根据本发明，所述旋转激光器具有用于所述激光区域相对于所述表面的垂直取向的功能性，所述控制装置被形成使得以下的步骤被自动地执行：通过转动所述旋转轴改变所述激光区域相对于所述表面的倾斜，针对各个倾斜角分别实施从所述参考线到所述旋转激光器的参考线范围的确定，确定所述激光区域的倾斜角为垂直倾斜角，对于该垂直倾斜角，所述激光区域包括具有相应最短确定参考线范围的所述参考线且因此相对于所述表面垂直。

尤其是，在所述功能性的范围内，可以将所述激光区域的所述倾斜角调节为所述垂直倾斜角。

尤其是，在所述功能性的改进的范围内，使用以下步骤实施激光区域相对于第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的取向。通过所述激光区域的变化的倾斜，确定到位于所述第一表面和所述第二表面上的参考线的参考线范围，对于所述第一表面和所述第二表面，所述激光区域的两个倾斜角的确定实施为第一垂直倾斜角和第二垂直倾斜角，对于所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角，所述激光区域分别包括具有相应的第一最短确定参考线范围和第二最短确定参考线范围的第一参考线和第二参考线，且因此相对于所述第一表面和/或所述第二表面垂直，以及调节所述激光区域的所述倾斜角到中心，具体地，算术平均所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的倾斜角。

尤其是，分别确定的所述倾斜角和所述参考线范围彼此关联以形成值对且被存储在数据库中，尤其是表格中。而且，至少使用在所述表面偏转的所述参考束的一部分实施范围测量。

所述旋转激光器可以进一步包括用于在所述偏转装置的旋转设置的帮助下确定所述参考束的发射角的装置，并且在确定的发射角，关于到点的范围的测量值被累积，并且关于测量的范围的平均值被确定。这样，当确定到点的距离时，可以实现精确度的增加，其因此还可以更精确地实施激光平面的取向。

根据本发明，可以在到所述参考线上的所述点的范围测量的帮助下实施到所述旋转激光器的所述参考线范围的确定，为此，所述参考线上的所述点的位置可以通过所述参考束的预定发射角来限定，且在垂直于所述激光区域的方向中转动所述激光区域的过程中，所述预定发射角被保持，且到所述点的所述范围被考虑作为到所述旋转激光器的所述参考线范围。

作为可选，可以通过到以下点的范围的测量和发射角的确定来实施到所述旋转激光器的参考线范围的确定：所述参考线上的至少两个点。另外，在该情形中，从所述范围和所述发射角导出所述参考线的分布曲线，且算术地计算从所述旋转激光器到所述参考线的最短路径，所述最短路径被考虑作为到所述旋转激光器的所述参考线范围。

尤其是，还可以通过到以下点的范围的测量和发射角的确定来实施到所述旋转激光器的参考线范围的确定：具有预定分辨率的在所述参考线上的多个点，所述预定分辨率尤其是所述偏转装置每10°的角度变化对应5到50个点的分辨率。在该情形中，可以通过比较到所述点的范围来确定最小范围，尤其是，通过计算表示所述范围和发射角的函数的最小值来确定最小范围，所述最小范围被考虑作为到所述旋转激光器的所述参考线范围。

再者，可以实施用于确定到所述旋转激光器的最短参考线范围的所述激光区域的变化的倾斜，直到在该情形中记录的测量曲线的分布中确立了最小值。

所述旋转激光器可以进一步包括具有激光束源且具有所述偏转装置的激光器核心模块，所述偏转装置可以绕所述旋转轴旋转且被提供为用于激光束的引导装置，所述激光束平行于所述旋转轴而被发射，且所述激光器核心模块可以关于至少一个轴，尤其是关于两个轴转动。使用该实施例，在实施功能性之前旋转激光器的粗略取向不是必须的，但可以通过移动模块实施。

另外，可以使用倾斜仪表记录旋转激光器相对于重力场的取向，且激光区域可以平行于重力场取向。这两个步骤在实施功能性之前实施，且导致激光区域的垂直取向且最终导致相对于表面的垂直取向。

根据本发明，相对于旋转轴或激光区域的取向，旋转轴或激光平面因此可以借助于转动装置自动水平或竖直地取向，尤其是旋转轴的水平或竖直取向根据倾斜传感器的测量值而实施。

就根据本发明使用旋转激光器的范围测量方面，根据本发明，范围测量单元可以包括发射单元和接收单元，且以这种方式形成：用于所述范围测量的测量束的发射和接收在平行的方向上，尤其是同轴地发生，特别地，所述范围测量借助于波形数字化（WFD；如结合图9所描述的）来实施。

除了发射参考束的激光束源，可以提供同样用于产生激光辐射的第二光束源，该激光辐射尤其适于在表面偏转之后被接收器检测，且因此可以精确地实施到表面的辐射源中的范围的确定。这两个光束还可以一同引导，相互平行地偏移或同轴，以能够实施分别在参考束限定的点的范围测量。

本发明的另一方面涉及参考线到表面的投影，参考线是可投影的，使得两个相邻线之间的第一距离的等于两个其他相邻线之间的第二距离或大小相等。再者，参考线之间的距离可以借助于旋转轴或激光区域的倾斜角的限定变化来精确调节，使得产生平行偏移线。根据本发明，这种投影基于激光区域相对于表面的垂直方向和在这种情况中实施的测量或在表面上确定的测量值（角度和范围）。从可以在本上下文中产生的范围测量值和相应倾斜角的关系可以看出，可以在预定位置且适于表面上确定的线的距离来实施投影。根据本发明，至少第一和第二投影倾斜角因此可以以这种方式调节为用于激光区域的倾斜的倾斜角：在通过至少两个投影倾斜角在表面上产生的参考线之间存在限定距离，尤其是多个投影倾斜角可调节且由此在表面上产生的两个相应相邻参考线之间的距离相同或大小相等。

根据本发明的用于通过参考束关于旋转轴的旋转发射来限定的激光区域相对于表面垂直取向的方法，所述参考束沿着参考路径行进且至少一部分可视地和/或借助于检测器感知为所述表面上的参考线，该方法包括：改变所述激光区域相对于所述表面的倾斜，针对各个倾斜角分别实施从所述参考线到所述旋转激光器的参考线范围的确定，以及，确定所述激光区域的倾斜角为垂直倾斜角，对于该垂直倾斜角，所述激光区域包括具有相应最短确定参考线范围的所述参考线且因此相对于所述表面垂直。

在根据本发明的方法中，尤其是，将所述激光区域的所述倾斜角调节为所述垂直倾斜角。

再者，根据本发明，在所述方法的改进的范围内，可以实施激光区域相对于第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的取向。为此，通过所述激光区域的变化的倾斜，确定到位于所述第一表面和所述第二表面上的参考线的参考线范围。而且，对于所述第一表面和所述第二表面，所述激光区域的两个倾斜角的确定实施为第一垂直倾斜角和第二垂直倾斜角，对于所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角，所述激光区域分别包括具有相应的第一最短确定参考线范围和第二最短确定参考线范围的第一参考线和第二参考线，且因此相对于所述第一表面和/或所述第二表面（32）垂直，以及，调节所述激光区域的所述倾斜角到中心，具体地，算术平均所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的倾斜角。

另外，在所述激光区域的所述垂直取向之前，所述激光区域可以大致地垂直于所述表面地取向，特别地，平行于或垂直于所述重力场，尤其是水平地或竖直地实施所述激光区域的取向。这样，一方面，可以避免在测量过程中尤其是将要手动实施的激光区域的取向，且另一方面，可以通过平行取向实施相对于激光区域的表面的垂直投影。

再者，可以关于外部坐标系统确定在所述参考路径上的至少一个点、尤其是多个点的绝对位置，根据被提供用于引导所述参考束的旋转轴的设置来记录发射角，且测量到该点的范围。除此之外，关于所述外部坐标系统确定在所述参考路径上的所述点的坐标。

就参考线范围的确定方面，在根据本发明的方法的范围中，可以借助于测量束的发射和接收来实施参考线范围的确定，所述发射和接收在平行的方向上，尤其是同轴地发生，特别地，所述参考线范围借助于波形数字化（WFD）来确定。

根据本发明的另一方面，在本发明的范围中，至少第一投影倾斜角和第二投影倾斜角以这种方式调节为用于所述激光区域的倾斜角：在通过上述至少两个投影倾斜角在所述表面上产生的所述（尤其地，平行的）参考线之间存在确定的距离，特别地，多个投影倾斜角可调节且由此在所述表面上产生的两个相应的相邻参考线之间的距离相同或大小相等。

尤其是，存储在机器可读介质上的计算机程序产品或通过电磁波具体体现的计算机数据信号，所述计算机程序产品或计算机数据信号具有程序代码，尤其当在旋转激光器的电子数据处理单元中运行程序时，所述程序代码用于实施用于通过沿着参考路径引导参考束而限定的激光区域相对于表面的垂直取向的方法。

在附图中示意性表达的指定实施例的帮助下，下面纯粹通过举例更详细地描述根据本发明的方法和根据本发明的旋转激光器，还讨论本发明的其他优点。详细地，

图1示出根据本发明的旋转激光器的实施例，

图2示出根据本发明的旋转激光器，其中示出激光区域到表面的投影，

图3示出对应于本发明的旋转激光器，其中示出激光投影，该投影相对于表面垂直取向，

图4示出根据本发明的旋转激光器的另一实施例，其中示出激光光束相对于表面的取向，

图5a-b示出根据本发明针对激光器区域的取向记录的测量值，以图形和表格表达了范围和角度，

图6a-b示出根据本发明的旋转激光器投影激光平面以及沿着参考线的测量值的图形表达，

图7示出对应于本发明的旋转激光器投影激光平面以及激光平面相对于表面垂直取向，以及

图8示出根据本发明处于竖立位置的旋转激光器，其中示出了激光平面的投影。

图1以侧面图示出根据本发明的旋转激光器1。旋转激光器1包括底座2和用于产生激光区域的激光器单元3，激光器单元3借助于转动设备4安装，使得它可以相对于底座2转动。转动设备4允许激光器单元3关于X轴和Y轴（未示出）转动且因此在两个方向中转动。激光器单元还具有空心轴5，其在其中心区域连接到转动设备4。该轴具有下端6和上端7。在空心轴5内部在下端6提供激光准直器单元8。激光准直器单元8还可以包含至少一个激光束源9（例如激光二极管）和准直器10，单元8在激光器头13的方向中沿着中线12产生平行于空心轴5的准直激光束11。激光器头13具有光学透明盖子14，该盖子借助于两个轴承15、16相对于空心轴5可旋转地布置。棱镜形式的偏转装置17集成到盖子14中，使得激光束11的方向改变90°角。由于偏转装置17随同盖子14旋转这一事实，产生激光区域，其中激光束11关于旋转轴18旋转。旋转轴18与空心轴5的中线12同心。激光器头13还包含用于旋转盖子14的马达。在轴5的下端6，提供倾斜传感器19。倾斜传感器19安装在具有电路21的传感器平台20上。形成传感器平面20，使得它可以使用两个轴承22、23相对于轴5转动。在特定的实施例中，可以在平台20上提供两个倾斜传感器，一个传感器测量旋转轴18相对于X轴的倾斜，且另一个测量相对于Y轴的倾斜。另外，适于实施根据本发明用于激光平面的取向的功能性的控制装置50布置在旋转激光器1上。

图2示出根据本发明的旋转激光器1，其将激光束11投影到表面32上，旋转激光器1处于通过90°倾斜的平躺位置。激光束11沿着参考路径移动，且由此限定激光区域34，且在表面32上限定参考线35。激光区域34还可以关于轴36转动，且由此可以改变其相对于表面32的倾斜。在这种情况中，如图3所示，激光区域34相对于表面32任意取向，且可以通过实施根据本发明的功能性与其垂直地取向。

图3示出根据本发明的旋转激光器1，同样在通过90°倾斜的状态中限定了激光区域34a、34b。激光区域34a处于相对于表面32的未确定的倾斜中，且在这种情况中，限定了参考线35a。根据本发明，通过以这种方式实施功能性：激光区域34b相对于表面32垂直，从而激光区域34a相对于表面32取向。为此，在测量到参考线35a、35b的范围即参考线范围的同时，通过关于轴36转动，激光区域34a、34b可以在转动范围内在表面32上自动引导。确定的参考线范围相互比较，且由此得出具有从表面32到旋转激光器1的最短距离的范围。在针对激光区域34b示出的取向中，从旋转激光器1到表面32上的参考线35b的测量范围最短。以这种方式投影激光区域34b：参考线35b位于包含激光区域的平面中，因此激光区域34b垂直于表面32。

为了说明根据本发明的取向功能性，图4示出用于垂直取向的激光区域的位置的确定。为此，旋转激光器1进而可以发射作为参考束的激光束11，在这种情况中，通过在移动的偏转装置的偏转帮助下，激光束11可以限定激光区域且因此限定表面32上的参考线35。在该参考线35上，可以连续测量到点37的范围d，且相对于旋转激光器1的旋转轴18，参考线上点37的位置通过激光束11的发射角预先确定或维持，对于所有测量保持恒定。在这种情况中，激光束11在相对于参考线的垂直方向中在转动范围38内转动。在贯穿转动范围38之后，具有最短测量范围d的点37a的位置可以被确定且激光束11可以在其上取向，即，激光区域可以被投影到表面32，使得激光区域包含点37a且因此垂直于表面32。再者，旋转激光器1可以具有倾斜传感器39，且由此处理关于旋转激光器1的位置的信息。使用平行于地球重力场的参考线35的取向，可以实施相对于表面32的垂直投影且尤其同时地实施参考线35或激光区域的垂直投影。

图5a和5b示出根据本发明在测量的到参考线上点的测量值的帮助下确定激光区域的垂直取向的分布曲线，其在预定发射角的帮助下限定。图5a代表测量曲线40，从激光区域的转动期间记录范围d和转动角度α获得该分布曲线。可以以不同间隔记录范围，例如，其可以作为角度变化的函数，此处角度变换以1°步进且被分配给相应角度α。通过示出的曲线，在本示例中，可以非常快速地确定用于具有最短测量范围d的点的角度设置。旋转激光可以贯穿例如±10°的转动范围，此处仅表达了从-8°到0°的部分范围。在-8°的角度α从旋转激光器到表面的范围d是3022.2mm，在-7°减小到3015.2mm且在-4°达到最小值3000mm。在激光进一步位移到0°时，测量范围d再次增加到3007.3mm。最短距离因此是在-4°的角度设置记录的3000mm。在相对于旋转激光器的角度α，可以相对于表面垂直的激光区域可以被发射且在该表面取向。也可以在测量曲线40的记录过程中确定最短距离d，其例如在值之前在范围d中呈现减小之后在测量范围d中的增加的情形中，分布曲线中的最小值被确立，且激光区域的转动停止。获得的最小值然后可以作为激光区域的角度设置的函数代表从参考线上的点到旋转激光器的最短范围d。如图5b所示，记录的测量值还可以存储在表格中且彼此分配。这样，例如在选择特定范围d之后，相应的角度α可以被快速地设置，且壁上的相关位置可以被标记。

图6a示出在空间42中根据本发明的旋转激光器1，相比于之前呈现的实施例，其借助于旋转激光束11限定激光平面41。激光平面41与空间42的底部、顶部和壁43相交，且由此产生连续参考线35。还表示了参考线35与空间42的边缘的交点A、B、C、D。示出的激光平面41相对于壁43未确定取向。根据本发明，在图7中表示了该激光平面42相对于壁43的垂直取向。

图6b示出沿着图6a的参考线的范围测量的分布曲线。旋转激光器的旋转轴的角度设置通过参考线的拐角点A、B、C、D表示。在这种表示的帮助下，可以为根据本发明的旋转激光器的用户提供相对于所需区域取向激光区域的选择可能性。例如，用户可以选择点B和C之间的区域，且因此实施图6a中相对于壁43垂直的取向。另外，用户还可以选择两个区域，例如点B和C之间的区域以及点D和A之间的区域，尤其是彼此平行相对的两个壁的区域。随后，激光平面可以以这种方式取向：它相对于两个平行的壁垂直。在非平行的壁的情况中，实施激光平面的取向，使得两个壁上激光平面的参考线分别与从旋转激光器具有最短范围的参考线具有相等的距离。

图7示出根据本发明的旋转激光器1的另一实施例，其具有跨度激光平面41a、41b以及相应的连续参考线35a、35b。在相对于壁43的之前未确定的角度β，在壁43引导具有产生的参考线35a的激光平面41a。通过使用用于激光区域的取向的功能性，激光平面41b相对于壁43以90°角取向，且因此与其垂直。对于激光平面41a的取向，从旋转激光器1到参考线35a的范围可以以各种方式确定且作为激光平面41a、41b相对于壁43的倾斜的函数被相互比较。例如，使用预定分辨率测量到参考线35a上的点37的范围，通过比较范围，确定对应于到参考线35a的范围的最小值。最为备选，还可以确定仅到两个点37的范围，从旋转激光器1的旋转轴的角度设置得出参考线35a的分布曲线，且从其算术地计算到旋转激光器的垂直距离，其对应于到参考线35a的范围。

图8示出根据本发明在竖立位置操作的旋转激光器1。通过旋转激光器在相对于壁43的未确定角度限定激光平面41a，且产生参考线35a。在根据本发明实施激光区域或激光平面41a、41b的取向的功能性之后，激光平面41b相对于壁43垂直投影。具体而言，可以实施在空间中激光平面41a、41b的垂直取向（特别地，水平取向），以例如在壁43上产生参考线35a、35b形式的标记，以用作建筑工作的取向辅助。

图9在典型信号序列的示意表达的帮助下解释了用于根据本发明的旋转激光器的特定范围测量原理，即波形数字化方法（WFD=波形数字化器），这在这种情况中在电子范围测量单元中所发生。相对于时间轴示出信号分布曲线，点指示采样点。在这种情况中，左手脉冲表达起始脉冲且右手脉冲表达停止脉冲。飞行时间且因此距离Di例如是从两个脉冲的峰值的时间差得出的，脉冲以相位表类似的方式被数字地采样。在这种情况中，解决方法基于范围测量中常见的两个基本信号检测原理的组合。第一基本原理基于阈值方法帮助下的测量信号检测，且第二基本原理基于使用用于识别的下游信号处理和信号的临时位置确定的信号采样。在阈值方法中，通常通过超过阈值的信号幅度来确立信号检测，不过距离确定信号特征可以以各种形式存在。一方面，接收信号的前沿可以释放时间触发，另一方面，接收信号可以借助于电子滤波器转换成其他合适的形式，以产生触发特征，这是独立于脉冲幅度的优点。相应的触发信号作为时间测量电路的起始或停止信号传送。对于信号检测并行地使用两个方法，也就是说，通过两个方法检测接收的脉冲或信号结构，这通常暗示着同步性或方法的至少时间重叠。

原理的核心是无损信号采集，无损旨在保留飞行时间信息方面解读。该方法基于GHz带中的接收的时间信号的直接信号采样。在表示的信号分布曲线中，采样点基本等距离地分布（相对于时间轴），可以以小于5psec的精确度维持间隔。脉冲可以通过发射单元引导到待测量的目标对象且通过接收光电装置馈入到光电检测器。从其获得的时间信号包含对应于每一个光学扫描目标的至少一个起始脉冲和一个停止脉冲。

在信号分析的范围中，针对起始脉冲和任意停止脉冲搜索时间轴或数字信号向量。脉冲的位置因此是精确已知到一个采样间隔。在这种情况中，脉冲位置的差异对应于将要确定的距离Di的第一粗略估算。

为了改善测量精确度，各种硬件和软件方法是已知的。例如，借助于两个脉冲的质心值评估，对于一百个时间间隔，插值典型地是可行的。其他方法是使用相位评估的数字傅立叶变换（DFT）或具有零交确定的微分。优选地，使用不易受信号失真和饱和的影响的评估方法。此处，通常使用源于数字过滤和估算理论的方法。使用这些方法，例如可以实现1mm的测量精确度。

Claims (33)

1.一种旋转激光器(1)，该旋转激光器具有：

电磁辐射源(9)，用于产生参考束(11)，

偏转装置(17)，能够关于旋转轴(18)旋转，用于所述参考束(11)的旋转发射，使得激光区域(34，34a，34b)被限定，所述参考束(11)沿着参考路径行进且所述参考路径的至少一部分可视地和/或借助于检测器感知为表面(32)上的参考线(35，35a，35b)，

转动装置，用于关于至少一个转动轴转动所述旋转轴(18)，

范围测量单元，用于测量到所述参考路径上的点(37，37a)的范围(d)，以及

控制装置，用于控制所述转动装置且用于比较范围(d)，

其特征在于，

所述旋转激光器(1)具有用于所述激光区域(34，34a，34b)相对于所述表面(32)的垂直取向的功能性，所述控制装置被形成使得以下的步骤被自动地执行：

通过转动所述旋转轴(18)改变所述激光区域(34，34a，34b)相对于所述表面(32)的倾斜，针对各个倾斜角分别实施从所述参考线(35，35a，35b)到所述旋转激光器(1)的参考线范围的确定，

确定所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角为垂直倾斜角，对于该垂直倾斜角，所述激光区域(34，34a，34b)包括具有最短参考线范围的所述参考线(35，35a，35b)且因此相对于所述表面(32)垂直。

2.根据权利要求1所述的旋转激光器(1)，其特征在于，所述电磁辐射源(9)包括激光束源。

3.根据权利要求1所述的旋转激光器(1)，其特征在于，转动装置，用于关于两个转动轴转动所述旋转轴(18)。

4.根据权利要求1所述的旋转激光器(1)，其特征在于，

在所述功能性的范围内实施以下另外的步骤：

将所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角调节为所述垂直倾斜角，

或

在所述功能性的范围内，使用以下步骤实施激光区域(34，34a，34b)相对于第一表面和与所述第一表面相对的第二表面(32)的取向：

通过所述激光区域(34，34a，34b)的变化的倾斜，确定到位于所述第一表面和所述第二表面(32)上的参考线(35，35a，35b)的参考线范围，

对于所述第一表面和所述第二表面(32)，所述激光区域(34，34a，34b)的两个倾斜角的确定实施为第一垂直倾斜角和第二垂直倾斜角，对于所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角，所述激光区域(34，34a，34b)分别包括具有相应的第一最短参考线范围和第二最短参考线范围的第一参考线和第二参考线(35，35a，35b)，且因此相对于所述第一表面和/或所述第二表面(32)垂直，以及

调节所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角到所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的中心倾斜角。

5.根据权利要求4所述的旋转激光器(1)，其特征在于，实施调节所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角到所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的中心算术平均倾斜角。

6.根据权利要求1所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

分别确定的所述倾斜角和所述参考线范围彼此关联以形成值对且被存储在数据库中，

并且/或者

所述旋转激光器(1)包括用于在所述偏转装置(17)的旋转设置的帮助下确定所述参考束(11)的发射角的装置，并且在确定的发射角，关于到点(37，37a)的范围(d)的测量值被累积，并且关于测量的范围(d)的平均值被确定。

7.根据权利要求6所述的旋转激光器(1)，其特征在于，分别确定的所述倾斜角和所述参考线范围彼此关联以形成值对且被存储在数据库中，至少使用在所述表面(32)偏转的所述参考束(11)的一部分实施范围测量。

8.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

在到所述参考线(35，35a，35b)上的所述点(37，37a)的范围测量的帮助下实施到所述旋转激光器(1)的所述参考线范围的确定，所述参考线(35，35a，35b)上的所述点(37，37a)的位置通过所述参考束(11)的预定发射角来限定，且在垂直于所述激光区域(34，34a，34b)的方向中转动所述激光区域(34，34a，34b)的过程中，所述预定发射角被保持，且到所述点(37，37a)的所述范围(d)被考虑作为到所述旋转激光器(1)的所述参考线范围。

9.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

通过到以下点的范围(d)的测量和发射角的确定来实施到所述旋转激光器(1)的参考线范围的确定：

所述参考线(35，35a，35b)上的至少两个点(37，37a)，从所述范围(d)和所述发射角导出所述参考线(35，35a，35b)的分布曲线，且算术地计算从所述旋转激光器(1)到所述参考线(35，35a，35b)的最短路径，所述最短路径被考虑作为到所述旋转激光器(1)的所述参考线范围，和/或

具有预定分辨率的在所述参考线(35，35a，35b)上的多个点(37，37a)，通过比较到所述点(37，37a)的范围(d)来确定最小范围(d)，所述最小范围(d)被考虑作为到所述旋转激光器(1)的所述参考线范围。

10.根据权利要求9所述的旋转激光器(1)，其特征在于，所述预定分辨率是所述偏转装置每10°的角度变化对应5到50个点的分辨率。

11.根据权利要求9所述的旋转激光器(1)，其特征在于，通过计算表示所述范围(d)和发射角的函数的最小值来确定最小范围(d)，所述最小范围(d)被考虑作为到所述旋转激光器(1)的所述参考线范围。

12.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

实施用于确定到所述旋转激光器(1)的最短参考线范围的所述激光区域(34，34a，34b)的变化的倾斜，直到在该情形中记录的测量曲线(40)的分布中确立了最小值，

并且/或者

所述旋转激光器(1)包括具有激光束源(9)且具有所述偏转装置(17)的激光器核心模块，所述偏转装置(17)能够绕所述旋转轴(18)旋转且被提供为用于激光束的引导装置，所述激光束(11)平行于所述旋转轴而被发射，且所述激光器核心模块能够关于至少一个轴(36)转动。

13.根据权利要求12所述的旋转激光器(1)，其特征在于，所述激光器核心模块关于两个轴可转动。

14.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

所述范围测量单元包括发射单元和接收单元，且以这种方式形成：用于所述范围测量的测量束的发射和接收在平行的方向上。

15.根据权利要求14所述的旋转激光器(1)，其特征在于，用于所述范围测量的测量束的发射和接收同轴地发生。

16.根据权利要求14所述的旋转激光器(1)，其特征在于，所述范围测量借助于波形数字化来实施。

17.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

所述旋转轴(18)能够借助于所述转动装置自动地水平或竖直取向。

18.根据权利要求17所述的旋转激光器(1)，其特征在于，所述旋转轴(18)能够借助于所述转动装置自动地水平或竖直取向，所述旋转轴(18)能够根据倾斜传感器(19，39)的测量值的函数水平或竖直取向。

19.根据权利要求1或6所述的旋转激光器(1)，

其特征在于，

至少第一投影倾斜角和第二投影倾斜角能够以这种方式调节为用于所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角：在通过上述至少两个投影倾斜角在所述表面上产生的所述参考线(35，35a，35b)之间存在确定的距离。

20.根据权利要求19所述的旋转激光器(1)，其特征在于，至少第一投影倾斜角和第二投影倾斜角能够以这种方式调节为用于所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角：在通过上述至少两个投影倾斜角在所述表面上产生的所述参考线(35，35a，35b)之间存在确定的距离，多个投影倾斜角可调节且由此在所述表面上产生的两个相应的相邻参考线(35，35a，35b)之间的距离相同。

21.一种用于通过参考束(11)关于旋转轴(18)的旋转发射来限定的激光区域(34，34a，34b)相对于表面(32)垂直取向的方法，所述参考束(11)沿着参考路径行进且至少一部分可视地和/或借助于检测器感知为所述表面(32)上的参考线(35，35a，35b)

其特征在于，

实施以下步骤：

改变所述激光区域(34，34a，34b)相对于所述表面(32)的倾斜，针对各个倾斜角分别实施从所述参考线(35，35a，35b)到所述旋转激光器(1)的参考线范围的确定，

确定所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角为垂直倾斜角，对于该垂直倾斜角，所述激光区域(34，34a，34b)包括具有最短参考线范围的所述参考线(35，35a，35b)且因此相对于所述表面(32)垂直。

22.根据权利要求21所述的方法，

其特征在于，

该方法包括以下另外的步骤：

将所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角调节为所述垂直倾斜角，

或

在所述方法的改进的范围内，使用以下步骤实施激光区域(34，34a，34b)相对于第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的取向：

通过所述激光区域(34，34a，34b)的变化的倾斜，确定到位于所述第一表面和所述第二表面上的参考线(35，35a，35b)的参考线范围，

对于所述第一表面和所述第二表面，所述激光区域(34，34a，34b)的两个倾斜角的确定实施为第一垂直倾斜角和第二垂直倾斜角，对于所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角，所述激光区域(34，34a，34b)分别包括具有相应的第一最短参考线范围和第二最短参考线范围的第一参考线和第二参考线(35，35a，35b)，且因此相对于所述第一表面和/或所述第二表面垂直，以及

调节所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角到所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的中心的倾斜角。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，实施调节所述激光区域(34，34a，34b)的所述倾斜角到所述第一垂直倾斜角和所述第二垂直倾斜角之间的中心的算术平均倾斜角。

24.根据权利要求21或22所述的方法，

其特征在于，

在所述激光区域(34，34a，34b)的所述垂直取向之前，所述激光区域(34，34a，34b)大致地垂直于所述表面(32)地取向，

并且/或者

关于外部坐标系统确定在所述参考路径上的至少一个点(37，37a)的绝对位置，根据被提供用于引导所述参考束(11)的旋转轴(18)的设置来记录发射角，且测量到该点(37，37a)的范围(d)。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述激光区域(34，34a，34b)的所述垂直取向之前，所述激光区域(34，34a，34b)大致地垂直于所述表面(32)地取向，平行于或垂直于重力场，尤其是水平地或竖直地实施所述激光区域(34，34a，34b)的取向。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述激光区域(34，34a，34b)的所述垂直取向之前，所述激光区域(34，34a，34b)大致地垂直于所述表面(32)地取向，平行于或垂直于重力场地实施所述激光区域(34，34a，34b)的取向。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，关于外部坐标系统确定在所述参考路径上的多个点(37，37a)的绝对位置。

28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，关于所述外部坐标系统确定在所述参考路径上的所述点(37，37a)的坐标。

29.根据权利要求21或22所述的方法，

其特征在于，

借助于测量束的发射和接收来实施参考线范围的确定，所述发射和接收在平行的方向上。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，借助于测量束的发射和接收来实施参考线范围的确定，所述发射和接收在同轴地发生。

31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，借助于波形数字化来实施参考线范围的确定。

32.根据权利要求21或22所述的方法，

其特征在于，

至少第一投影倾斜角和第二投影倾斜角以这种方式调节为用于所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角：在通过上述至少两个投影倾斜角在所述表面上产生的所述参考线(35，35a，35b)之间存在确定的距离。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，至少第一投影倾斜角和第二投影倾斜角以这种方式调节为用于所述激光区域(34，34a，34b)的倾斜角：在通过上述至少两个投影倾斜角在所述表面上产生的所述参考线(35，35a，35b)之间存在确定的距离，多个投影倾斜角可调节且由此在所述表面上产生的两个相应的相邻参考线(35，35a，35b)之间的距离相同。