CN104169681A - 具有能够检测自身移动的激光接收器的激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括激光接收器(10)和激光发射器(20)的激光系统(100)以及使用这个系统(100)的方法。激光接收器被设计用于由其激光光电传感器(1)相对于激光接收器(10)来定位激光束(22)。激光接收器(10)具有提供指示激光接收器的移动以及这个移动的移动方向和加速度的信号的加速度传感器(4)和连接到光电传感器(1)并且连接到加速度传感器(4)的电路(3)，电路(3)被设计成计算光电传感器(1)和加速度传感器(4)的信号并且使光电传感器(1)和加速度传感器(4)的信号相关以及对根据加速度传感器(4)导出的信息进行加权。激光系统的激光接收器和激光发射器两者都设置有通信装置，使得通过传送加权信息，能够响应于所述激光接收器的移动来调整和/或重新调整激光平面。

Description

具有能够检测自身移动的激光接收器的激光系统

本发明涉及根据权利要求1所述的激光接收器、根据权利要求7所述的激光系统以及如权利要求13中所要求保护的用于使用根据本发明的激光接收器的方法。

常规激光接收器是特别小的手持式装置，其包括显示器和激光光电传感器。尽管是手持式激光接收器，但是那些激光接收器常常设置有适配器以被安装在三角架或其它类型的支架上。激光接收器的光电传感器通常包括零位置。为了将检测到的激光束认为是等内的，所述激光束的光必须入射在光电传感器的零位置。通常，光电传感器包括当被激光束照射时提供电输出信号的多个光敏元件。特别地，光敏元件被以线性阵列布置，该线性阵列通常在阵列中心具有零位置。在激光接收器中包括的电路连接到光电传感器并且被设计成计算光电传感器的电输出信号。光电传感器的电输出信号指示所检测到的激光束相对于零位置的入射。该电路被设计成根据光电传感器的电输出信号导出所检测到的激光束与激光接收器之间的相对位置。为了通过使用激光接收器找到激光束，激光接收器由操作员慢慢地移动通过所搜索到的激光束假定位于的空间。在激光束击中激光接收器的光电传感器情况下，这个击中和击中相对于零位置的位置在激光接收器的连接到该电路的显示器上指示。激光接收器的移动然后被操作员集中于空间的已指示入射的一部分，直到激光束和激光接收器在显示器上或者由声信号指示为等内的为止。

最频繁地，在构造侧使用上面描述的形式的激光接收器从而与旋转构造激光器的旋转激光束协作。在US 6,314,650 B1中公开了包括与旋转构造激光器协作的这样的激光接收器的激光系统。能够响应于通过系统的用户的一个或多个输入来调整由激光发送器所生成的激光束或激光平面。系统可在不同的模式下操作，使得从激光接收器至激光发送器的消息得到对激光束或由旋转激光束所生成的平面的倾斜或斜率的各种调整。系统优选地可操作以自动地将光束或激光平面的任何漂移考虑在内。此外，在US 6,314,650 B1中说明了像平面锁/坡度锁(零漂移或平面调整)、线锁(目标检测模式)、激光捕捉和激光跟踪(斜率匹配：光束被调整成跟随激光接收器的移动)等等这样的不同模式的主要步骤。然而，由激光接收器的移动所引起的、分别在检测激光束或激光平面的仰角(incline)时或在调整激光束或激光平面时的任何误差不是US 6,314,650 B1的主题并且甚至未被提到可能是问题。

如可以示例性地借助于US 6,314,650 B1所看到的，通常假定在激光接收器和激光束或激光平面的协作期间，特别是在坡度锁/平面锁定模式期间，激光接收器的位置保持稳定，然而特别由于温度改变，所发射的激光束的位置和方向可以随着时间的推移而漂移。所发射的激光束然后被重新调整以补偿这样的漂移，特别用于分别用所生成的激光束或激光平面满足激光接收器的零位置。然而，在激光接收器倾斜或者移动时校正是临时的。

US 6,292,258 B1至少认识到了激光接收器的倾斜能够影响检测到的旋转基准激光束的仰角的精度。为了解决认识到的问题，US 6,292,258 B1提供了一种装配有激光束检测单元的激光接收器，该激光束检测单元设置有具有能够输送指示激光束相对于激光接收器的仰角的仰角信号的、以(线性)阵列布置的多个光敏元件的激光光电传感器，并且设置有在激光接收器倾斜的情况下提供电信号的倾角传感器。因此，所公开的激光接收器能够检测旋转基准激光束的存在和仰角，并且能够提供激光接收器倾斜的指示。设计了用于根据所指示的激光接收器倾斜来校正来自光电传感器的生成的仰角信号的集成电路。因此，激光接收器能够向用户指示激光束相对于由激光接收器的倾斜所引起的倾斜故障完美无缺的检测到的仰角。

然而，在激光接收器示出与倾斜不同的移动的情况下，这些其它移动即侧向或向上或向下移动(沉在泥里)或这些移动与倾斜的组合不能够被如在上面记载的文档中所公开的激光接收器考虑到。激光束的正确调整或重新调整或激光接收器的位置响应于除激光接收器的倾斜以外的移动的校正是不可能的。

因此本发明的目标是提供即便当激光接收器是非计划中的任意移动的主体时，也有能力对要由激光接收器检测的激光束的仰角的准确指示的激光接收器。更具体地，本发明的目标是提供独立于激光接收器的漂移、倾斜或其它移动，有能力分别对于激光束的仰角的准确检测以及激光束和激光平面的准确调整的激光发送器和激光接收器的系统。此外，激光系统应能够响应于激光接收器的移动而迅速地调整或者重新调整所发射的激光束。

这些目标通过实现独立权利要求的特征来实现的。以另选或有利的方式进一步发展本发明的特征在从属专利权利要求中描述。

根据本发明的激光接收器被设计成检测激光束，特别是检测被设计成由发射旋转激光束来生成激光光平面的旋转构造激光器的旋转激光束。激光接收器包括具有零位置的激光光电传感器。当所述激光光电传感器被激光束照射时提供电输出信号。激光接收器进一步包括加速度传感器，其被设计成提供指示激光接收器的移动以及这个移动的方向和加速度的指示的电输出信号。所述光电传感器和所述加速度传感器连接到电路。所述电路被设计成导出所检测到的激光束与光电传感器的零位置之间的相对位置，并且基于此导出激光束与激光接收器的相对位置。此外，所述电路被设计成对根据加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权并且启动适应于经加权的信息的自动化动作。此外，激光接收器包括连接到电路以与用户通信的输出装置和可选的输入装置。

本发明使得能够准确地确定所发射的激光束的相对位置。由激光接收器的移动(倾斜、慢漂移或侧向、向上、向下快速移动及其组合)所引起的任何故障能够通过给激光接收器设置加速度传感器并且设置设计成以适合的方式考虑加速度传感器的信息的电路来避免。因此，根据本发明的激光接收器的用户能够调整或者重新调整激光束，而没有通过不考虑激光接收器的移动的扭曲。

特别地，激光接收器的电路被设计成提供使来自加速度传感器的电输出信号与来自光电传感器的电输出信号相关的相关信号。在优选实施方式中，激光光电传感器具有光敏元件的线性阵列并且零位置位于光敏元件的线性阵列处，特别是在线性阵列中心。激光光电传感器的光敏元件优选地是光电二极管，特别是雪崩二极管。

在另一个优选实施方式中加速度传感器被设计为三轴加速度传感器，以在三个不同的方向特别是空间方向上检测激光接收器的移动和加速度，使得能够在笛卡儿坐标系中指示该移动。

从激光接收器即从光电传感器并且从加速度传感器提供两个独立的信号，使得能够检测激光接收器相对于激光平面的移动以及这样的移动的加速度和方向，仅要求单个激光束击中仅具有单个(不是空间上解析的)光敏元件的光电传感器。

这是一个相当大的优点，即，当搜索激光束时或在捕捉和跟踪模式(见下面)期间。在捕捉模式期间，在用户设法捕捉激光束以在成功的捕捉之后通过使用跟踪模式将激光束导向空间中的预定位置。在跟踪模式期间，激光束跟随移动激光接收器直到跟踪模式被去激活为止，并且由此能够被容易地带入预定位置/仰角。可以理解的是，能够通过激光接收器的非计划中的倾斜的自动化校正更容易地且准确地执行那些操作，并且通过那样，即促进激光光平面在构造侧的调整。激光接收器的非常用户友好的版本设置有预编程了各种可选择的加权准则的电路，使得用户能够确定激光接收器应多准确地工作或激光接收器对移动应多么灵敏地进行动作。为此目的电路还能够被设计为可编程的，使得用户能够借助于输入装置根据他当前的要求相对于加权准则对电路进行编程，即在一个方向上移动的灵敏度可以比在另一方向上小。

激光接收器优选地包括至少一个输出装置，其中该输出装置可以是显示器和/或扩音器和/或形式为用于发送通信信号的发送器单元或用于接收并且发送通信信号的收发器单元的通信装置。应理解的是，这些通信装置优选地被设计用于远程即无线通信，但是也能够包括借助于电缆连接的通信。

借助于显示器，能够向用户通知关于激光接收器与由该激光接收器所检测到的激光束之间的相对位置，或者在激光接收器的感兴趣地面上方的绝对仰角是已知的情况下，激光束或激光光平面分别在这个地面或在它与这个地面相对的仰角上已知的底座上方的仰角能够在显示器上提供给用户。此外，能够在显示器上向用户指示激光接收器的当前移动灵敏度/加权准则和/或包括移动的加速度和方向的可能移动。

激光束在激光接收器的光电传感器的零位置处的入射能够由借助于扩音器提供给用户的声信号来指示。在相当大的和/或快速的移动情况下，声信号能够借助于扩音器(例如声警报器)提供给用户。

指示激光束在光电传感器上的移动、入射的通信信号或包括“命令信号”的其它消息通过使用激光接收器的通信装置能够提供给激光发射器或者给中央计算机或者给外部控制单元，即放置在构造侧任何地方的计算机或控制单元。在通信装置是收发器的情况下，电路相对于加权准则或操作模式的选择/激活/去激活(见下面)的编程能够通过向激光接收器即从中央计算机或外部控制单元发送编程信号来完成。

在激光接收器的有利实施方式中，电路被设计成在至少一个操作模式下工作，其中操作模式可借助于输入装置来激活和去激活的或选择的。操作模式可以是即坡度锁定模式、线锁定模式、平面锁定模式、跟踪模式、束捕捉模式，像它们在US 6,314,650B1中的原理中所描述那样。它进一步能够被设计成在激光控制模式下工作。

电路被设计用于在激光控制模式下运行时向激光接收器的已连接通信装置发送根据加速度传感器的电输出信号导出的“命令信号”或者发送加速度传感器的电输出信号。激光接收器的这样的配置优选地与具有用于接收由激光接收器的通信装置所发送的已传送信号的接收器单元的激光发射器合作使用。激光发射器的通信装置以及激光接收器的那些优选地被设计用于远程即无线通信。

激光接收器与激光发射器之间的典型协作在激光系统中定义。这样的激光系统优选地用于生成基准激光光平面并且包括激光接收器和激光发射器，优选设计成在使所发射的激光束旋转时提供激光光平面的旋转构造激光器。根据本发明的激光系统包括根据上面所描述的实施方式中的任一种并且具有至少通信信号发送器单元的激光接收器。激光系统的旋转构造激光器进一步设置有至少通信信号接收器和连接到该通信信号接收器以使传入通信信号工作的控制单元。

可以容易地理解的是，根据本发明的包括激光接收器的激光系统允许基准激光光平面在构造侧的更准确且更高效的安装，并且同样必要时促进激光光平面的监控和更准确的重新调整。

在优选实施方式中，在激光系统中包括的激光发射器的控制单元设置有调整单元，其能够调整由旋转构造激光器所生成的基准激光束的旋转速度和/或由旋转激光束所生成的基准光平面的倾斜和/或基准光平面的仰角和或所发射的激光束的焦点和/或激光输出的强度。

在控制单元被进一步设计成允许与从激光接收器接收到的“命令信号”相关地或与激光接收器的移动相关的调整，特别是与激光接收器的移动的加速度和方向相关地进行调整的情况下，该调整能够仅由一个用户获得，或者是完全自动化的。后者调整特别对像坡度锁、平面锁、线锁这样的监控情形感兴趣。在所有情况下，已调整激光束的精度是非常高的，因为激光接收器的任何移动能够被考虑在内。

在激光发射器和激光接收器每个都设置有用于接收和发送通信信号的通信单元情况下，关于激光发射器的调整操作的信息能够被从激光发射器发射到激光接收器并且随后能够借助于激光接收器的输出装置输送给用户，特别地在显示器上。激光发射器的调整操作的实现能够用这种方法通过声信号指示给激光接收器的用户。

激光系统的另一优选实施方式包括具有用于变化基准激光束的聚焦或离焦的可切换透镜和/或马达控制的准直透镜和/或液体透镜的旋转构造激光器。

这特别对于要么提高具有较清晰的焦点的基准激光束在接近距离下的可见性，要么用较离焦的激光束延伸能够检测基准激光束的距离的范围有用。在目标上具有较大斑点尺寸的这样的离焦激光束对于搜索/捕捉/跟踪应用也是有益的。

在另一优选实施方式中，旋转构造激光器设置有滤光装置以用于变化所发射的激光的强度。

特别地，激光接收器设置有输出装置，并且可选地设置有输入装置，以用于向激光器发送命令以实现基准激光束的聚焦或离焦。

使用激光束的焦点的变化性和/或所发射的激光的强度的变化性，允许在较多情形下使用激光束，因为强度和/或焦点能够适应于当前要求、环境的照明条件以及到使用激光束的位置的激光发射器的距离。

根据本发明的一个实施方式，激光接收器和/或激光器设置有输入装置以用于发送命令以实现基准激光束的聚焦或离焦和/或基准激光束在向上或向下方向上的移动，其中，旋转激光束的旋转速度和基准激光束的移动的方向与来自加速度传感器的信号相关。此外，激光发射器能够设置有用于特别地通过束屏蔽或者通过限制激光束在预定义端点之间的钟摆运动来约束激光平面的范围的装置。这在需要可见激光光线时即在墙壁处是有利的，并且能够连同线锁定模式和滤光和/或聚焦调整组合使用。

可以以与已知的计算机游戏控制台装置的设计类似的方式提供激光接收器和/或激光器的输入装置。可以提供按钮、游戏杆或触摸屏符号，从而指示基准激光束的移动的方向和/或速度并且允许针对激光束调整的用户输入实现。在输入命令的短激活时，响应调整速度可以是慢的，但是输入命令的较长的激活而提高。

在监控、线锁定、坡度锁定、平面锁定模式期间，能够遇到激光接收器由于激光接收器的非常快速的非计划移动而与激光发射器失去光学联系。在这样的情况下，由加速度传感器与激光接收器的光电传感器的组合所引起的、对激光接收器相对于激光平面的移动的方向进行确定的可能性促进激光接收器由激光发射器的搜索。特别地，促进了激光束进入激光接收器已离开激光平面所在的方向的重定向并且能够被进一步加速，即通过积极主动地提高激光束的旋转速度。

如果激光发射器的控制单元设置有能实现激光束的重新定向的搜索功能性，则对丢失的激光接收器的搜索甚至可以是完全自动化的。搜索功能可以例如使得能够自动提高激光束的旋转速度和/或启动所生成的激光平面进入激光接收器离开激光平面的方向的倾斜和/或向上或向下移动。

激光接收器以及可选地同样激光器可以进一步设置有罗盘以用于促进在方位角方向上对激光接收器的搜索，利用激光接收器通常相对于基准激光束的方向在45°垂直角方向内对准。此外，可以应用无线位置确定法，诸如GPS。此外，为了同时允许距离测量，激光接收器优选地设置有距离测量装置，通常然后设置有电子距离测量装置。

用来确定激光接收器与激光发射器之间的精确距离的优选方法是通过时间经过法，其要求接收器定向与旋转器适当对准。用来实现对准的简单方法在于以这样一种方式改变接收器的定向，即测量的和向用户指示的距离是最短的(接收器与传入激光束正交/垂直)。用来确保接收器和激光发射器的对准的其它方法在本领域内已知。

知道了激光接收器和激光发射器之间的精确距离，确定接收器位置所需要的平面数能够减少1(对于方程1、2以及3来说)。此外，减少确定接收器的位置和或定向所需要的平面数减少移动接收器的运动不确定性。

知道精确方向和距离，立桩标出应用是可能的。

关于建筑工地的常常需要的信息是地面与激光接收器之间的距离，被称作接收器的地面高度。通常，接收器的地面高度通过读取安装在测量杆的接收器的高度来测量。例如通过使用对准地面的超声设备或测距仪，已经公开使地面高度测量自动化的许多系统。

使用根据本发明包括激光旋转器和具有线性光电传感器并且具有加速度传感器的激光接收器的激光系统允许以另选方式确定地面高度。在接收器被安装在使其底座在支点上可倾斜地固定于地面上的电杆情况下，确定地面高度意指确定标记优选地接收器的光电传感器的零位置c到未知支点的距离。

根据本发明的激光接收器的操作能够被一般描述如下。激光接收器检测旋转基准激光束击中其光电传感器。光电传感器将由光照所引起的电输出信号提供给激光接收器的电路，并且电路导出所检测到的激光束与激光接收器的零位置之间的相对位置。基于这个电路计算激光束和激光接收器的相对位置，特别是在激光接收器的零位置和基准点不相同的情况下。激光接收器的加速度传感器检测激光接收器的任何移动，并且将指示所述移动以及指示所述移动的方向和加速度的电输出信号提供给电路。电路对根据加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权并且启动适应于所述加权信息的自动化动作。

对根据加速度传感器的电输出信号导出的信息的加权能够依赖于所选择的/激活的操作模式和/或依赖于由用户所选择或者编程的加权准则。

从而如果用于对根据加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权的准则中的至少一些被提供为预先编程的一组准则则是有利的。预先编程的准则的这些集合能够记录，即在电路的存储单元中或在连接或者至少可连接到电路的单独的存储装置中。

以下操作模式中的至少一个能够由用户借助于适当输入装置来选择和/或激活：坡度锁定模式、线锁定模式、平面锁定模式、跟踪模式、束捕捉模式、激光控制模式。在模式后面操作的步骤在上面提到的美国专利中给出，并且被记录在电路的存储单元中或在连接或者至少可连接到电路的单独的存储装置中。

由电路启动并且适应于加权信息的自动化动作能够包括各种动作，即，生成根据光电传感器的电输出信号导出的、指示所导出的所检测到的激光束与激光接收器之间的相对位置的输出信号并且将它发送到连接的输出装置；生成从光电传感器的电输出信号得到的、指示检测到的激光束与激光接收器之间的所得到的相对位置的输出信号并且根据加速度传感器的电输出信号来校正所述输出信号以及将该输出信号发送到所连接的输出装置；向所连接的输出装置发送警告信号；向连接的输出装置发送命令“停止激光发射”。那些动作能够依赖于加权准则和/或所选操作模式逐个地或者组合启动。本领域的技术人员知道哪些动作在哪些情形下有意义，使得所有可能的组合和依赖的具体描述不在本文中给出。

用来使用根据本发明的激光接收器的另一个方法是用于控制激光发送器，特别是旋转构造激光器，其中，激光发射器具有用于接收通信信号的接收器并且激光接收器具有用于发送通信信号的发送器。激光接收器以预定方式移动，使得加速度传感器将指示移动以及移动方向和移动加速度的适当电输出信号提供给电路或者给激光接收器的输出装置，特别是提供给用于向激光发射器的接收器发射加速度传感器的电输出信号或由电路所输送的并且根据加速度传感器的电输出信号导出的“命令信号”的激光接收器的通信装置。被连接到激光发射器的通信装置并且设计成使传入通信信号工作的激光发射器的控制单元正借助于其调整单元来调整激光发射器的功能。

将参照附图中示意性地示出的可能实施方式的示例在下面对本发明进行说明，在附图中：

图1示出发明的激光接收器的实施方式；

图2示出包括发射基准激光束的激光器和发明性的激光接收器的发明性的激光系统的实施方式；以及

图3示出发明的激光系统的激光器。

图4、图5、图6例示用于使用根据本发明的激光系统来确定地面高度的可能性。

图1示出发明的激光接收器10的实施方式的例示图。激光接收器10被设计用于检测所述激光接收器10相对于基准激光束22的相对位置(见图2)，其中，激光束优选地是由设计成在使所发射的激光束22旋转时提供激光光平面23的旋转构造激光器所生成的旋转基准激光束。激光接收器10包括激光光电传感器1，该激光光电传感器1在这个示例中具有光敏元件2的线性阵列。光敏元件2当被基准激光束22照射时提供电输出信号。应与激光束对准的零位置Z位于光敏元件2的线性阵列上。在所示出的示例中，零位置Z在线性阵列中心。然而它还能够被不同地定位。激光接收器10进一步设置有设计成当激光接收器移动时提供电输出信号的加速度传感器4。电输出信号指示移动本身以及这个移动的加速度和方向。光敏元件2和加速度传感器4被连接到电路3，其被设计成计算并且使光电传感器的电输出信号和加速度传感器4的电输出信号相关。

本发明使得能够相对于激光接收器10定位激光平面23，并且因此允许激光平面23相对于激光接收器10的调整实现。

特别地，激光接收器的电路3被设计成提供使来自加速度传感器4的电输出信号与来自光电传感器1的输出相关联的相关信号。特别地，电路3被设计成从光电传感器1的电输出信号分别得到在所检测到的激光束22及激光接收器10的零位置z与激光接收器10之间的相对位置。它被进一步设计成对根据加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权并且设计成启动适应于所述加权信息的自动化动作。这些可能的动作之一是即得到的激光接收器和激光束的相对位置根据加速度传感器的电输出信号的校正。在非常大的或快速的移动情况下，自动化动作可以是向激光发射器发射的声警报信号或停止命令，以停止激光发射器的另外的调整活动。

因为电路被连接到输出装置6、7、8，即显示器8以及在这个示例中扩音器7和通信装置6，所以用户能够通过显示器8上的输出或者通过声信号而设置有根据电路3的计算的结果的信息。

此外，光电传感器或加速度传感器的原始电输出信号或计算的结果以及由这个计算所得到的“命令”信号能够借助于激光接收器的通信装置6发射到像激光发射器、外部控制单元和/或计算机这样的外部单元。通信装置6优选地被设计用于远程即无线通信，并且在这个实施方式中，它以用于接收和发送通信信号的收发器单元的形式给出。然而，常常可能实际上足以给激光接收器10提供用于仅发送通信信号的发送器单元。

根据本发明的优选实施方式，加速度传感器4被设计为三轴加速度传感器。因此能够在三个不同的方向特别是空间方向上检测激光接收器10的移动和/或加速度。这促进激光接收器10相对于激光平面23的移动的方向的确定。

电路3能够被设计为可编程的并且能够设置有用于记录程序步骤的集成储存器或者像它在图1中被示出的那样，它被连接到集成在激光接收器10中的外部存储单元80。作为另一个替代方案，像USB棒、外部硬盘等等这样的外部存储单元能够借助于适当的连接器(未示出)连接到激光接收器10的电路3。在所示出的示例中操作模式(例如坡度(grade)锁定模式、线锁定模式、平面锁定模式、跟踪模式、束捕捉模式、激光控制模式)和预先编程的加权准则可被记录在存储单元80中。借助于适合的输入装置8、9能够分别选择或者激活/去激活操作模式，并且能够选择预先编程的加权准则。那些加权准则可以是例如有关与移动方向有关或与移动方向无关的在预定时间内激光接收器的移动加速度和/或移动速率和/或移动距离的阈值。另一准则可以是有关依赖于激光接收器的确定移动和其它移动而计算的所确定的激光平面的定向的故障的阈值。并且另外的加权准则能够由用户根据当前要求编程。

根据所示出的实施方式，激光接收器10设置有显示器8从而允许由操作人员5(同样见图2)直接地从激光接收器10读取信息。显示器8在这个实施方式中被提供为触摸屏显示器8，使得能实现各种操作模式的选择或激活/去激活以及选择或者对加权准则进行编程和/或如果激光发射器设置有用于与激光接收器10进行通信的装置，则使能实现命令向其它单元或向激光发射器20的发送。

作为示例，激光接收器10及其电路3可以设置有设计成在显示器8上在基准激光束22相对于激光接收器10的调制期间向用户提供关于激光接收器10的移动的信息的可激活的并且并且可去激活的束监视功能性。为了激活这个功能性，能够从触摸屏显示器8上的菜单8a选择这个功能性，并且能够通过使用《ok》按钮8b确认选择。

应理解，用于命令启动的触摸屏输入的设计的上述描述是仅仅是说明性质的，并且为类似目的服务的任何等效实施方式被包括在本发明中。

图2示出包括发射基准激光束22的激光发射器20和如关于图1上面所描述的发明的激光接收器10的发明的激光系统100的实施方式。特别地，激光发射器20被提供为设计成在时所发射的激光束22旋转时提供激光光平面23的旋转构造激光器20。激光发射器20设置有通信装置21，该通信装置21被设计用于特别与激光接收器10的通信装置6远程即无线通信。

因此，激光平面23响应于激光接收器10相对于激光平面23的移动的调整可以是自动化的、需要一个人员5，或者是完全自动化的使得可以不需要操作人员。

作为这样的激光系统100的一部分，如果激光接收器10设置有如图1中所示出的输入按钮9a至9f则可能是有利的。能够代替触摸屏8或者除触摸屏显示器8之外提供这些输入或命令按钮9a至9f。命令或输入按钮9a至9f能够像图1中所示出的那样布置于按钮域9中。输入按钮9a至9f可以与功能性相关联，所述功能性可以相当于如上面所描述的触摸屏显示器8的功能性或者能够涵盖附加的功能性，它们同样能够用来浏览在显示器上呈现的菜单。

在所例示的实施方式中，给出了用于浏览菜单的输入按钮：方向按钮9b；确认按钮9a；用于依赖于在菜单中给出和在显示器上示出的所选功能性而降低和提高即扩音器的响度、显示器的亮度/对比度、激光束的光线强度、激光束的旋转速率等等的渐减按钮9c和渐增按钮9d；用于使激光束聚焦和离焦的聚焦按钮9e和离焦按钮9f。

一般地，可以以与已知计算机游戏控制装置的设计类似的方式提供激光接收器10和/或激光发射器的命令输入装置。可以提供按钮、游戏杆或触摸屏符号，指示基准激光束22的移动的方向和/或速度或旋转激光束的旋转速度的加速度或减速度，从而允许针对激光束调整的用户输入实现。在输入命令的短激活时，响应调整速度可以是慢的，但是随着输入命令的更长激活而提高。

图3示出激光发射器20，特别是具有激光源70和用于以已知方式使所生成的激光束22旋转的设备72的旋转构造激光器20。根据所示出的实施方式，激光发射器20设置有控制单元25，该控制单元25具有调整单元24以用于调整基准激光束22的旋转速度和/或由所发射的激光束22所生成的基准光平面23的倾斜和/或由所发射的激光束22所生成的基准光平面23的仰角和/或激光束22的焦点和/或激光输出的强度。

出于聚焦和强度目的，激光发射器设置有可切换透镜27、马达控制的准直透镜28和/或另一可调整透镜29，以用于变化基准激光束22的聚焦或离焦。此外，能够像由标志30示例性地示出的那样提供一个或多个可变滤光器。这样的透镜和滤光器单独或者组合地在传出束路径上提供。它们是可调整的，即能够通过遥控或者通过命令输入使用激光发射器20的输入装置9'来调整激光束22的聚焦和离焦以及激光强度的渐增和渐减。

控制单元25被连接到激光发射器20的通信装置21，从而特别地响应于激光接收器10的光电传感器1和加速度传感器4的信号，允许调整与来自激光接收器10的通信信号的相关实现。特别地，与激光接收器10的移动以及激光接收器的移动的加速度和方向的相关被用于调整操作。那种方式即激光接收器10的侧向、向上以及向下移动能够被用作针对激光发射器20以得到激光束的侧向、向上、向下调整的命令信号。激光接收器10的倾斜能够被转换成在由旋转激光束22所生成的激光光平面23的相符方向上的相符倾斜。以定义的速度绕圈移动激光接收器10能够调整激光束22的旋转速度。此外在激光系统100中包括距离传感器，激光接收器10向激光发射器20的移动能够被转换成激光束22的离焦，远离激光发射器20的移动能够被转换成激光束的聚焦或者反之亦然。仅存在激光调整通过激光接收器的移动的可能控制的几个示例。在激光接收器10的移动与激光器20/激光束22的调整之间的另外的且不同的相关是可能的并且被同样包括在本发明的范围中。

有利地，如果失去激光接收器10与激光发射器20之间的光学联系，则控制单元25进一步设置有搜索功能性(未示出)，以通过激光束的重新定向来重定位激光接收器10。

激光发射器进一步以已知方式设置有输入装置9'以用于直接地将调整命令给予给激光发射器20的控制单元25。

为了精确地确定激光平面例如在建筑工地处的定向，知道激光接收器在地面上方的高度是有利的。如基于图4所描述的那样，根据本发明包括生成激光平面的激光发射器(尤其是包括形成为激光旋转器的激光发射器或发射扇状激光平面的线激光器)和具有线性光电传感器并且具有加速度传感器的激光接收器的激光系统允许容易地确定地面高度A。在接收器被安装在使其底座在枢转点G上倾斜地固定于地面上的杆上情况下，确定地面高度A意指确定标记优选地接收器的光电传感器的零位置c到未知枢转点G的距离。

在激光平面势水平面110(零平面、水平平面)情况下，接收器的地面高度A能够由以下步骤确定：

步骤1：在接收器在与激光束垂直的垂直定向上时，测量接收器高度h₀，其中，高度h₀是在激光接收器的光电传感器的零位置c与在光电传感器处由激光束22击中的第一位置P0之间的距离。

步骤2：接收器高度h₁在接收器绕枢转点G以角度α倾斜情况下的测量并且由集成加速度/倾角传感器来确定角度α，其中，高度h₁是在激光接收器的光电传感器的零位置c与由激光束22在接收器的这个倾斜定向上击打的光电传感器的第二位置P1之间的距离。

能够根据下式确定接收器在枢转点G上方的高度A(A＝h₀+R)：

$\cos \mathrm{\α}=\frac{h_0+R}{h_1+R}$

在激光平面是倾斜平面120情况下，例如在倾角β与水平面110有关情况下，激光接收器在地面上方的高度A能够由以下步骤确定(见图5)：

步骤1：接收器在垂直定向时，测量接收器高度h₀。

步骤2：在接收器绕枢转点G以角度α倾斜时，测量接收器高度h₁和由集成倾角传感器测量角度α。

步骤3：在接收器绕枢转点G以角度γ倾斜情况下，测量接收器高度h₂和测量角度γ通过集成倾角传感器。

能够根据以下两组方程来计算接收器在地面上方的未知高度：

方程组1：需要上面所描述的3个测量结果：

c＝c₁+c₂

c₁ ²＝(h₁+R)²+(h₀+R)²-2·(h₀+R)·(h₁+R)·cos(α)

C₂ ²＝(h₂+R)²+(h₀+R)²-2·(h₀+R)·(h₂+R)·cos(γ)

c²＝(h₂+R)²+(h₁+R)²-2·(h₁+R)·(h₂+R)·cos(α+γ)

其中c1、c2分别是倾斜激光接收器在倾斜激光平面120内的位置P0与位置P1、P2之间的距离。

方程组2：

$\frac{h_2+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}=\frac{h_1+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

$\frac{h_0+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}=\frac{h_1+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\β})}$

$\frac{h_0+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\β}-\mathrm{\α})}=\frac{h_2+R}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\β})}$

能够求解两个方程系。

特别地，第二方程系得到：

h₁·h₂·sin(α+γ)-h₀·(h₂·sinγ+h₁·sinα)+

R·((h₁+h₂)·sin(α+γ)-(h₀+h₂)·sinγ-(h₀+h₁)·sinα)+

R²·(sin(α+γ)-sinγ-sinα)＝0

这是R的二次方程。如可以看到的那样，β取消并且能够直接求解该方程。

也能够确定水平面110与倾斜平面120之间的倾角β。使用第二组方程的第一方程，能够依照下式计算角度β

$\tan \mathrm{\β}=\frac{h_0+R-(h_2+R)\·\cos \mathrm{\γ}}{(h_2+R)\·\sin \mathrm{\γ}}$

在接收器的位置处的已知角度β情况下，上面的方程能够被用来检查或者调整接收器的线性化/比例精度。另选地，知道角度β，第二组方程仅需要根据第二组的第二方程的2个测量结果。

还能够反向使用这个方法。在接收器被放置在已知高度R情况下，能够确定倾角α。

当接收器沿着发射器的坐标轴(例如x轴或y轴)放置并且使用这个方法时，能够确定在那个轴方向上的坡度角度。这允许非坡度激光器(例如，设置为手动模式在所选轴方向上具有测平的正常自测平激光器)的坡度的确定实现。

组合测量方法定位和地面高度确定，有可能通过测量接收器在它在与2个平米相结合的地面上的枢转点G之上的倾角来测量线性接收器的3D坐标(见图6)。

步骤1：在第一激光平面相对于水平面具有第一倾角β1时(在第一平面是水平面β＝0情况下)测量在截距P1下接收器高度S1。

步骤2：在第二平面相对于水平面具有第二倾角β2时测量接收器高度S2在截距P2。

已测量到两个平面的高度S1与S2之间的差Δh并且知道两个激光平面在接收器的位置处的倾角β、β'，能够确定到发射器的距离d(发射器与具有两个平面的接收器的截距P1、P2之间的三角完全由两个角度β、β'以及高度S1、S2和高度的差Δh来描述)。同样地，采用已知三角几何能够确定到水平面的激光平面击打接收器所在的高度S1和S2，而不用通过接收器使用以下方程知道发射器平面方程：

$\tan {\mathrm{\β}}_i=\frac{S_i}{\sqrt{(x_R^2+y_R^2)}}$

并且

$d=\sqrt{(x_R^2+y_R^2)}$

以及

a_i·x_R+b_i·y_R+(S_i)＝0

借此由激光发射器通过其原始R所生成的激光平面i能够一般由下式描述：

ai·x+bi·y+z＝0，

在以激光发射器和孔径的原点为中心的基于发射器的坐标系(X,Y,Z)内激光束分别离开发射器。在这个方程中，a_i、b_i是激光平面的已知参数(从具有弧度秒范围内精度的激光发射器的倾角传感器/坡度传感器得到)，其中i表示平面号(i＝1或i＝2)，并且其中，z坐标给出在基于发射器的坐标系内从激光发射器的激光出口光阑R所测量到的相对高度h_i。

能够分别导出激光接收器和在激光接收器的位置处的激光平面的地面高度，允许实现对激光平面的更加精确的确定、调整以及重新调整。

Claims (21)

1.一种激光系统(100)，该激光系统(100)生成高精确度的基准激光光平面(23)，并且包括激光发射器和激光接收器，

●所述激光发射器(20)被设计成提供由发射的激光束(22)所生成的激光光平面(23)，并且包括控制单元(25)，该控制单元(25)连接到通信信号接收器(21)以与所述激光接收器(10)进行通信；

●所述激光接收器(10)包括：

□连接到所述接收器(10)的电路(3)的输出装置(6、7、8)，所述输出装置(6、7、8)包括用于与所述激光发射器(20)进行通信的通信信号发送器(6)；

□激光光电传感器(1)，该激光光电传感器(1)具有零位置(z)并且被设计成检测所述激光发射器的激光束(22)以及当被所述基准激光束(22)照射时提供电输出信号，

□加速度传感器(4)，该加速度传感器(4)被设计成提供指示所述激光接收器(10)的移动以及方向和/或加速度的指示的电输出信号，

□所述电路(3)，所述电路(3)连接到所述输出装置(6、7、8)、所述光电传感器(1)以及所述加速度传感器(4)，并且被设计成根据所述光电传感器(1)的电输出信号导出所检测到的激光束(22)与所述激光接收器(10)的零位置(z)之间的相对位置并且可选地基于此导出所述激光束和所述激光接收器(10)的相对位置，并且被设计成对从所述加速度传感器(4)的电输出信号导出的信息进行加权以及启动适应于经加权的信息的自动化动作，

其特征在于

所述激光发射器(20)的控制单元(25)设置有调整单元(24)，并且被设计成(自动地)响应于以所述接收器(10)的传入通信信号的形式传送的所述激光接收器(10)的移动来调整和/或重新调整由所述激光发射器所发射的所述激光平面，其中，所述传入通信信号是由所述激光接收器(10)的电路(3)在对所述激光接收器(10)的加速度传感器(4)的信息和/或所述激光接收器(10)的加速度传感器(4)的电输出信号进行加权时所生成的信号，并且

●其中，调整包括以下各项中的至少一项：

□由所发射的激光束(22)所生成的基准光平面(23)的倾斜；

□由所发射的激光束(22)所生成的基准光平面(23)的仰角；

□旋转构造激光器的旋转速度；

□所述激光束(22)的焦点；

□所述激光的强度。

2.根据权利要求1所述的激光接收器(10)，

其特征在于

所述接收器(10)的所述输出装置是包括以下各项的组中的至少一种：显示器(8)、扩音器(7)、形式为用于发送通信信号的通信信号收发器或用于接收并且发送通信信号的通信信号收发器的通信装置(6)。

3.根据权利要求1或2所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述激光发射器(20)是

●设计成在使所发射的激光束(22)旋转时提供激光光平面(23)的旋转构造激光器，和/或

●设计成提供扇状激光光平面的线激光器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述加速度传感器(4)被设计为三轴加速度传感器，以在三个不同的空间方向特别是垂直的方向上检测所述激光接收器(10)的移动或加速度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述激光发射器(20)和所述激光接收器两者都设置有用于接收并且发送通信信号的通信收发器(21)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述电路(3)被设计成根据所述加速度传感器的电输出信号导出所述激光接收器(10)的移动的速度和/或估计的结束位置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述电路(3)用各种可选择的加权准则预先编程和/或可由用户借助于输入装置(8、8a、8b、9、9a、9b、9c、9d)对于所述加权准则进行编程；其中，预先编程的加权准则优选地来自至少包括以下各项的组：与所述移动方向有关或与所述移动方向无关的、关于所述激光接收器的移动加速度和/或移动速度和/或在预定时间内的移动距离的阈值和/或关于依赖于所确定的移动而计算出的所述激光平面的所确定的定向的故障的阈值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述系统(100)被设计成以至少一个操作模式工作，其中，所述操作模式是至少包括以下各项的一组操作模式中的一项：坡度(grade？)锁定模式、线锁定模式、平面锁定模式、跟踪模式、束捕捉模式、激光控制模式。

9.根据权利要求7和8的激光系统(100)，

特征在于

根据所述加速度传感器的电输出信号导出的信息的加权依赖于所选择的/所激活的操作模式。

10.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(100)，

其特征在于

所述系统被以这样的方式配置：由所述激光接收器(10)的电路(3)启动并且适应于经加权的信息的所述自动化动作是来自至少包括以下各项的组的至少一种：生成根据所述光电传感器的电输出信号导出的、指示所导出的所检测到的激光束与所述激光接收器之间的相对位置的输出信号并且将该输出信号发送到所连接的输出装置；生成根据所述光电传感器的电输出信号导出的、指示所导出的所检测到的激光束与所述激光接收器之间的相对位置的输出信号并且根据所述加速度传感器的电输出信号来校正所述输出信号以及将该输出信号发送到所连接的输出装置；向所连接的输出装置发送警告信号；向所连接的输出装置发送命令“停止激光发射”。

11.根据从属于权利要求8和9中任一项的权利要求10的激光系统(100)，

其特征在于

依赖于所述加权准则和/或所选操作模式，由所述激光接收器(10)的所述电路(3)启动的所述自动化动作逐个地或者组合地启动。

12.根据权利要求8至13中任一项的激光系统(100)，

其特征在于

所述激光发射器(20)设置有以下各项中的至少一项

●可切换透镜(27)，

●马达控制的准直透镜(28)，

●液体透镜(26)，

用于改变所发射的激光束(22)的聚焦或离焦。

13.根据权利要求8至14中任一项的激光系统(100)，

其特征在于

所述激光发射器(20)设置有用于改变所发射的激光的强度的滤光装置(30)。

14.根据前述权利要求中任一项的激光系统(100)，

其特征在于

所述激光接收器(10)的所述电路(3)和/或所述激光发射器(20、20')的控制单元(25)被设计成基于当由所述激光发射器的激光束以所述激光接收器相对于地面的至少两个不同的倾角照射时提供的所述激光光电传感器(1)和所述加速度传感器(4)的输出信号来确定所述激光接收器(10)的地面高度(A、S1、S2)。

15.一种使用根据权利要求1至14中任一项所设计的激光系统的方法：

●所述激光接收器(10)检测激光束(22)在其光电传感器(1)上的入射，并且将由所述照射所引起的电输出信号提供给所述激光接收器(10)的电路(3)；

●所述电路(3)导出所检测到的激光束(22)与所述零位置(z)之间的相对位置，并且基于此导出所述激光束(22)和所述激光接收器(10)的相对位置，

●所述激光接收器(10)的加速度传感器(4)检测所述激光接收器(10)的任何移动，并且将指示所述移动并且指示所述移动的方向和加速度的电输出信号提供给所述电路，

●所述电路(3)对根据所述加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权，并且启动适应于经加权的信息的自动化动作，

其特征在于

所述经加权的信息被传送到所述激光系统(100)的激光发射器(20)，并且所述激光发射器(20)的控制单元(25)借助于调整单元(25)响应于以所述接收器(10)的传入加权信息的形式传送的所述激光接收器(10)的移动来调整和/或重新调整由所述激光发射器发射的所述激光平面，其中，所述传入通信信号是由所述激光接收器(10)的所述电路(3)在对所述激光接收器(10)的加速度传感器(4)的信息和/或所述加速度传感器(4)的电输出信号进行加权时所生成的信号。

16.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于

在调整期间，调整来自所述激光发射器的功能的以下组的至少一项功能：

●由所发射的激光束(22)生成的基准激光平面(23)的倾斜；

●由所发射的激光束(22)生成的基准光平面(23)的仰角；

●旋转构造激光器的旋转速度；

●所述激光束(22)的焦点；

●所述激光的强度。

17.根据权利要求15或16所述的方法，

其特征在于

适应于经加权的信息的至少一个自动化动作被执行，其中，所述自动化动作是来自至少包括以下各项的组的一项：

●生成根据所述光电传感器(1)的电输出信号导出的、指示所导出的所检测到的激光束(22)与激光接收器(10)之间的相对位置的输出信号并且将所述输出信号发送到所连接的输出装置(6、7、8)；

●生成根据所述光电传感器(1)的电输出信号导出的、指示所导出的所检测到的激光束(22)与激光接收器(10)之间的相对位置的输出信号并且根据所述加速度传感器的电输出信号来校正所述输出信号以及将所述输出信号发送到所连接的输出装置(6、7、8)；

●向所连接的输出装置(6、7、8)发送警告信号；

●向所连接的输出装置(6、7、8)发送命令“停止激光发射”。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，

其特征在于

用于对根据所述加速度传感器的电输出信号导出的信息进行加权的所述准则由用户从预先编程的一组准则中选择和/或由用户编程。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，

其特征在于

由用户从至少包括以下各项的组当中选择和/或激活操作模式：坡度锁定模式、线锁定模式、平面锁定模式、跟踪模式、束捕捉模式、激光控制模式。

20.根据权利要求16的用于借助于激光接收器(10)来控制激光系统(100)内的激光发射器(20)的方法，所述方法包括以下步骤：

●以预定方式移动所述激光接收器(10)；

●在所述激光接收器(10)的所述电路(3)中计算所述激光接收器(10)的加速度传感器(4)的电输出信号，所述电输出信号指示所述移动以及移动方向和移动加速度；

●向所述激光发射器(20)的所述接收器(21)发送由所述电路(3)根据所述加速度传感器(4)的所述电输出信号导出的“命令信号”；

●基于所传入的“命令信号”来调整所述激光发射器(20)的功能。

21.根据权利要求16的用于借助于激光接收器(10)来控制激光系统(100)内的激光发射器(20)的方法，所述方法包括以下步骤：

●以预定方式移动所述激光接收器；

●向所述激光发射器(20)的所述通信信号接收器(21)发送所述激光接收器(10)的加速度传感器的电输出信号，所述电输出信号指示移动以及移动方向和移动加速度；

借助于所述控制单元(25)将所述激光接收器(10)的所述加速度传感器(4)的传入的电输出信号转换成用于调整所述激光发射器(20)的功能的“命令信号”，并且基于所述“命令信号”来调整所述激光发射器(20)的功能。