CN1825057B - 一种激光水平装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种激光水平装置及其操作方法，至少包括输入装置、倾角传感器、马达、处理单元以及至少一激光模块。输入装置用以输入水平倾度值。倾角传感器提供一倾角信号，以表示激光水平装置的水平状态。马达与倾角传感器电连接，用以调整激光水平装置的水平状态。处理单元经由取样倾角信号，来判断激光水平装置的水平状态。当激光水平装置位于水平状态时，处理单元转换水平倾度值为对应的倾角信号，并依据倾角信号来驱动马达，以调整激光水平装置至水平倾度，待调整完成后，停止供电至倾角传感器与马达。激光模块用以发射至少一激光束。

Description

一种激光水平装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种激光水平装置及其操作方法，且特别是有关于一种具有断续供电模式的激光水平装置及方法。

背景技术

在建筑、模板放样标定、天花板水平稳定与地面整形的工作上，水平仪的架设与水平仪是否能随时与地面保持水平是相当重要的课题。请参考图1，图1是绘示一种公知的水平仪调校水平装置。如图1所示，利用一铅垂102受重力影响，使得铅垂102将永远与水平面保持垂直。此水平仪可克服任何一种地表状态，并因为铅垂102与水平面保持垂直，因此，与铅垂连接的激光水平扫描装置能够准确的测量出水平面。然而，以铅垂测量水平面，虽然为一简单有效的装置，但由于铅垂有一定的摆动时间，须待其完全静止才可进行测量，因此在测量上仍存在效率不高的问题。此外，公知的水平仪在使用中难以保证铅垂102的位置，因此会造成远处激光线抖动，影响产品的精度。

另外还有一种激光水平仪可测量水平状况，其是利用一内含倾角传感器的水平调整装置结合激光，投射出完全水平的光线。倾角传感器可分为两种，即单向与双向倾角传感器，单向倾角传感器可感应一方向的倾角变化，而双向倾角传感器则可感测一水平面的倾角变化。倾角传感器的水平测量原理如图2所绘示，是利用金属棒与倾角传感器内的电解液的覆盖面积不同，造成导电率亦会随之改变的特性，以金属棒浸于电解液中，当液面未达水平时，电解液于金属棒的液面高度各不相同，其导电率亦会不同，如此各金属棒上的电阻值亦会随之发生相应的变化，通过读取电阻值的变化，便可了解倾角传感器的倾斜情况。

然而，在水平调整装置中，若倾角传感器长时间工作，会产生工作不稳定的情况，且较耗电。此外，目前的激光水平仪并没有光线锁定的功能，当使用者移动水平调整装置后，系统会自行调整，再次指向水平位置，导致使用者无法作其它种类的应用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种激光水平装置及方法，不仅可以提高水平装置的工作稳定度，还可达到省电的目的。

本发明的另一目的是在提供一种激光水平装置及方法，可将激光水平装置所投射出的激光束倾斜锁定于使用者需要的角度。

根据本发明的上述目的，提出一种激光水平装置，至少包括一输入装置、一倾角传感器、一马达、一处理单元以及至少一激光模块。输入装置用以输入一水平倾度值。倾角传感器用以提供一倾角信号，以表示激光水平装置的水平状态。马达与倾角传感器电连接，用以调整激光水平装置的水平状态。处理单元可经由取样倾角信号，来判断激光水平装置的水平状态。当激光水平装置位于水平状态时，处理单元更进一步转换水平倾度值为相对应的倾角信号，并依据倾角信号来驱动马达，以调整激光水平装置至水平倾度，待调整完成后，停止供电至倾角传感器与马达。激光模块用以发射至少一激光束。

依照本发明的较佳实施例，上述的倾角传感器可为电解液式、电容式或任何可供水平感测的倾角传感器。激光束是选自于由一水平线、一斜线、一360度的水平圆环面、一360度的倾斜圆环面、一铅垂线、两相互垂直的铅垂线、两相互垂直的直线、一对地光线以及其任意组合所组成的一族群。

根据本发明的目的，提出一种激光水平装置的操作方法，其中，上述的激光水平装置至少包括一倾角传感器、一马达、一处理单元以及至少一激光模块，且激光模块可提供至少一种激光束。此方法至少包括如下步骤。首先，供电至上述的激光水平装置。接着，进行一第一取样步骤，以取样倾角传感器所输出的数个输出信号。然后，进行一第一判别步骤，以查看倾角传感器是否在水平状态。若倾角传感器不在水平状态，则处理单元驱动马达对倾角传感器进行调整，以使倾角传感器达到水平，并重复第一取样步骤与第一判别步骤，直到倾角传感器达水平为止；若倾角传感器在水平状态，则进行一第二判别步骤，以判别是否进行一锁定功能。若不进行锁定功能，则暂停供电至倾角传感器与马达；若进行锁定功能，则设定一水平倾度值，并将水平倾度值转换为相对应的一倾角信号。

接下来，进行一第一调整步骤，依倾角信号驱动马达，以调整激光水平装置至水平倾度值。随后，进行一第三判别步骤，确认激光水平装置的倾角是否相等于水平倾度值，以判断锁定功能是否结束。若锁定功能尚未结束，则重复第一调整步骤，直到锁定功能结束；若锁定功能结束，则在决定开启激光模块的激光束数量后，暂停供电至倾角传感器与马达。

依照本发明的较佳实施例，上述的进行锁定功能，设定水平倾度值，并将水平倾度值转换为相对应的倾角信号的步骤是经由查询水平倾度值与倾角信号的一转换对应表，且上述的转换对应表是预先内建于处理单元中。此外，在进行第一判别步骤后，还至少包括进行一第二取样步骤与一第四判别步骤，以确认倾角传感器是否水平。在供电至激光水平装置的步骤后，还至少包括等待一第一预设时间，以使倾角传感器处于稳定工作的状态。在暂停供电至倾角传感器与马达一第二预设时间后，还至少包括重新恢复供电至激光水平装置。

在本发明的较佳实施例中，激光模块的激光束是选自于由一水平线、一斜线、一360度的水平圆环面、一360度的倾斜圆环面、一铅垂线、两相互垂直的铅垂线、两相互垂直的直线、一对地光线以及其任意组合所组成的一族群。倾角传感器可为电解液式、电容式或任何可供水平感测的倾角传感器。

根据本发明的目的，提出一种激光水平装置的操作方法，其中，上述的激光水平装置至少包括一倾角传感器、一马达、一处理单元以及至少一激光模块，且激光模块可提供至少一种激光束。此方法至少包括如下步骤。首先，供电至上述的激光水平装置。接着，进行一第一取样步骤，以取样倾角传感器所输出的数个输出信号。然后，进行一第一判别步骤，以查看倾角传感器是否在水平状态。若倾角传感器不在水平状态，则处理单元驱动马达对倾角传感器进行调整，以使倾角传感器达到水平，并重复第一取样步骤与第一判别步骤，直到倾角传感器达水平为止，而后暂停供电至倾角传感器与马达；若倾角传感器在水平状态，则暂停供电至倾角传感器与马达。接着，等待一预定时间后，继续供电至倾角传感器与马达。

依照本发明的较佳实施例，上述的预定时间为1200毫秒。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1是绘示一种公知的水平仪调校水平装置。

图2是绘示倾角传感器的水平测量原理。

图3是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的水平调整装置工作流程示意图。

图4是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的水平调整装置信号时序图。

图5是绘示依照本发明较佳实施例的激光水平装置的操作方法。

图6a与图6b是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的本体组示意图。

其中，附图标记说明如下：

102：铅垂                  200：倾角传感器

202：电解液                204：第一引脚

206：第二引脚              208：第三引脚

210：第四引脚              302：倾角传感器

304：信号发生模块          306：取样保持模块

308：求差模块              310：处理单元

322：第一水平测量信号      324：第二水平测量信号

326：第三水平测量信号      328：第四水平测量信号

330：一串输出信号          332：取样触发信号

334：取样触发信号          336：取样触发信号

338：取样触发信号          340：第一保持信号

342：第二保持信号          344：第三保持信号

346：第四保持信号

348：第一水平测量结果信号

350：第二水平测量结果信号

402：第一输出信号           404：第二输出信号

406：第三输出信号           408：第四输出信号

410：第一输出信号           412：第二输出信号

414：第三输出信号           416：第四输出信号

502：供电至激光水平装置

504：进行信号取样

506：查看倾角传感器是否水平(第一判别步骤)

508：是否进行一锁定功能(第二判别步骤)

510：再进行信号取样(第二取样步骤)

512：确认倾角传感器是否水平(第四判别步骤)

514：调整马达

516：暂停供电至倾角传感器与马达，等待一预定时间后继续供电

518：设定一水平倾度值，并将水平倾度值转换为相对应的倾角信号

520：根据倾角信号来驱动马达，以调整水平装置至该水平倾度值(第一调整步骤)

522：确认水平装置的倾角是否相等于设定的水平倾度值(第三判别步骤)

524：决定开启激光模块的激光束数量

602：水平激光组    604：垂直激光组

606：对地激光组    608：水平调整台

具体实施方式

本发明披露一种激光水平装置及方法，适用于激光水平仪与角度测量仪中，通过对水平装置的倾角传感器断续供电，不仅可以增加水平装置的工作稳定度，并可达到省电的目的。另一方面，通过对倾角传感器与马达断续供电，可以锁定水平装置的倾斜角度，以让使用者作进一步的利用。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图6a与图6b的图示。

本发明的激光水平装置是由外壳组、电器组和本体组三部分所组成。外壳组由外壳和操作面板所组成。电器组主要是由水平调整装置与电源部分所组成，水平调整装置则至少包括倾角传感器、信号发生模块、取样保持模块、求差模块、处理单元以及马达。本体组则由水平激光组、垂直激光组、对地激光组和水平调整台四部分所组成。其中，处理单元采集经过处理后的倾角传感器信号，然后控制马达调整倾角传感器的水平位置，同时根据用户选择控制激光束点亮的模式。

请参照图3并同时参照图4，图3是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的水平调整装置工作流程示意图，而图4是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的水平调整装置信号时序图。本发明较佳实施例的水平调整装置至少包括倾角传感器302、信号发生模块304、取样保持模块306、求差模块308、处理单元3 10以及马达(未绘示)。

如图3所示，首先，信号发生模块304等时序间隔地产生数个水平测量信号：第一水平测量信号322、第二水平测量信号324、第三水平测量信号326以及第四水平测量信号328。上述的水平测量信号具有相同时序与脉波宽度，且分别间隔一个或数个时间周期。水平测量信号为正脉冲、负脉冲或正负交杂的脉冲。水平测量信号分别依序多向交替输出至双向倾角传感器302的第一输入引脚A、第二输入引脚B、第三输入引脚C以及第四输入引脚D，其中，第一输入引脚A、第三输入引脚C以及第二输入引脚B、第四输入引脚D彼此对称设置，而产生如图4所示的第一测量周期A1、第二测量周期A2、...或第六测量周期A6表示的四段一周期的一串输出信号330，此每一测量周期内的输出信号分别包含有第一输出信号402、第二输出信号404、第三输出信号406以及第四输出信号408。第一输入引脚A与第三输入引脚C可测量A-C方向的水平状况，并经由双向倾角传感器302的输出引脚输出同一方向的倾角信息，而第二输入引脚B与第四输入引脚D亦可经由此输出引脚输出另一方向的倾角信息，亦即此输出引脚所产生的一串输出信号330同时包含二方向的倾角信息。

这些水平测量信号亦同时输出至取样保持模块306，以作为对这一串输出信号330进行取样保持的取样触发信号332、取样触发信号334、取样触发信号336、取样触发信号338。通过这些取样触发信号可分别取样保持第一输出信号402、第二输出信号404、第三输出信号406以及第四输出信号408，而分离出第一保持信号340、第二保持信号342、第三保持信号344以及第四保持信号346，分别对应于第一水平测量信号322、第二水平测量信号324、第三水平测量信号326以及第四水平测量信号328。

以下将详细说明如何对这一串输出信号330取样保持，以分离出保持信号的方法。如图所示，第一水平测量信号322、第二水平测量信号324、第三水平测量信号326以及第四水平测量信号328具有相同时序且分别间隔一个时间周期，并分别依序输入至双向倾角传感器302的各输入引脚。因此，在第一测量周期A1时，以第一水平测量信号322为例，假设当时的水平状态使双向倾角传感器302的输出引脚产生如图4所示的第一输出信号402，则此第一输出信号402经过取样保持模块306进行取样保持后，第一输出信号402会被分离为如图3所示的第一保持信号340，其电压电平相等于第一输出信号402的电位Va1，且取样保持模块306将维持第一保持信号340的电平Va1直至第二测量周期，而继续跟随第二测量周期内所输出的第一输出信号410的电平Va2，此输出信号电平的高低代表双向倾角传感器302中第一输入引脚输入端相对于倾度的电位变化。同样地，以此方式即可依序得出第二保持信号342、第三保持信号344以及第四保持信号346，亦即可依序得知各输入引脚输入端相对于倾度的电位变化。

接着仍请参照图3，将第一保持信号340、第二保持信号342、第三保持信号344以及第四保持信号346送入求差模块308，以求差同方向(A-C向或B-D向)的保持信号(340-344或342-346)，分别求差上述第一保持信号340、第三保持信号344以得到第一水平测量结果信号348，以及求差第二保持信号342、第四保持信号346以得到第二水平测量结果信号350。当传感器位于水平状态时，其水平测量结果信号应为零，但为避免处理单元310无法处理零信号的可能，通常会刻意垫高一电位Va于同一方向(A-C向或B-D向)的保持信号中，使其即使位于水平状态，求差模块308仍会输出一固定电位信号Va。其求差公式为：

Adata+Va-Cdata＝OutData

Bdata+Va-Ddata＝OutData

当水平时，Adata＝Cdata，而Bdata＝Ddata，其中，Adata、Bdata、Cdata以及Ddata分别为第一保持信号340、第二保持信号342、第三保持信号344以及第四保持信号346，而Outdata为第一水平测量结果信号348或第二水平测量结果信号350。

上述的求差模块308可为一差动放大器或一减法器。此外，亦可移除该求差模块308，而直接将第一保持信号340、第二保持信号342、第三保持信号344以及第四保持信号346送入处理单元310中，由处理单元310进行求差的动作，经由求差倾角传感器302输出的倾角信号可得出至少一方向的水平信号。倾角传感器302所输出的信号在以下的步骤中均通称为倾角信号。

接着，请参照图5，图5是绘示依照本发明较佳实施例的激光水平装置的操作方法。如图5所示，系统在供电至激光水平装置后，会先维持供电一段时间，例如在本较佳实施例中，系统会维持供电约400毫秒，这段时间是为了让激光水平装置的倾角传感器稳定工作，以将水平装置调整至水平状态。接着，在步骤504中，系统会进行如图3所示的第一取样步骤，以取样倾角传感器所输出的输出信号，并于步骤506中进行一第一判别步骤，以查看倾角传感器是否在水平状态。

若倾角传感器已经在水平状态，则如步骤508所示，系统会进行一第二判别步骤，以判别是否进行一锁定功能；若倾角传感器不在水平状态，则系统会如步骤510所示，再进行一次信号取样(第二取样步骤)，以于步骤512中进行一第四判别步骤，以确认倾角传感器是否水平。若再次确认后，倾角传感器是在水平状态，则系统回到步骤508，进行第二判别步骤；若倾角传感器经再次确认不在水平状态，则如步骤514所示，处理单元会驱动一马达对倾角传感器进行调整，使倾角传感器达到水平，并回到步骤504，进行后续的步骤(第一取样步骤与第一判别步骤)，直到倾角传感器达到水平为止。

在系统进行第二判别步骤，以判别是否进行一锁定功能后，若不进行锁定功能，则暂停供电至倾角传感器与马达，并等待一预定时间后继续供电，如步骤516所示；若进行锁定功能，则如步骤518所示，设定一水平倾度值，并由处理单元依据预先内建的水平倾度值与倾角信号的转换对应表，将水平倾度值转换为相对应的倾角信号。接着，在步骤520中，根据倾角信号来驱动马达，以调整激光水平装置至水平倾度值(第一调整步骤)，再于步骤522中，进行一第三判别步骤，确认水平装置的倾角是否相等于设定的水平倾度值，以判断锁定功能是否结束。若锁定功能尚未结束，则回到步骤520，重复第一调整步骤，直到锁定功能结束；若锁定功能结束，则在决定开启激光模块的激光束数量后，回到步骤516，暂停供电至倾角传感器与马达，并等待一预定时间后继续供电。

在系统暂停供电至倾角传感器与马达一预定时间后，系统会重新供电至倾角传感器与马达，并重复上述的步骤。在本较佳实施例中，系统所维持的预定时间约为1200毫秒。值得一提的是，上述的时间可自行设定，并非只局限在400毫秒与1200毫秒。

因此，本发明的一个特征就是，当水平装置调整至水平状态后，系统即会进入断续供电模式。如此一来，水平装置的工作稳定度可以增加，且可达到省电的目的。

本发明的另一特征就是，系统会对倾角传感器与马达断续供电，以在水平装置处于锁定状态时，将光束倾斜锁定于使用者需要的角度。

接着，请参考图6a与图6b，图6a与图6b是绘示根据本发明较佳实施例的激光水平装置的本体组示意图。如图所示，本发明较佳实施例的激光水平装置的本体组是由水平激光组602、垂直激光组604、对地激光组606以及水平调整台608所组成，因此，在本发明的较佳实施例中，激光模块可投射的激光束种类包括水平光线、垂直光线、对地光线以及上述光线的任意组合。水平激光组602具有四个激光射出端，可投射出四道散角大于90度的激光，两两结合后，可形成两道散角大于180度的水平光线(第一水平光线与第二水平光线)，而两道光线同时射出时，则可形成一个360度的水平圆环面。垂直激光组604则具有二个激光射出端，可投射出两道互成90度的铅垂光线(第一垂直光线与第二垂直光线)。对地激光组606则投射出一束对地的激光点，是两道垂直光线(第一垂直光线与第二垂直光线)相交在地面的铅垂点。

因此，在本发明的较佳实施例中，当使用者在选择激光束种类与数量时，可以依序选择打开或关闭第一水平光线及/或第二水平光线、第一垂直光线及/或第二垂直光线以及对地光线，故使用者可以根据需求，选择第一水平光线、第二水平光线、第一垂直光线、第二垂直光线以及对地光线进行组合使用，并将上述的光线设置成任意角度的直线或斜线，以形成一水平线(或一斜线)、一铅垂线、一个360度水平圆环面(或一倾斜圆环面)、两条相互垂直的铅垂线(或直线)、一条铅垂线加一个360度的水平圆环面(或一个倾斜圆环面加一条垂直于此面的垂线)、一水平线加两条成90度的铅垂线(或一条斜线加两条相互成90度的垂直于此线的直线)、以及两条相互成90度的铅垂线加一个360度的水平圆环面(或一个倾斜圆环面加两条相互成90度的垂直于此面的垂线)。

值得一提的是，在实际的操作中，上述的锁定功能与激光束种类的选择是相互独立并行的，亦即只要其中任何一个动作，系统都能马上反应，并没有先后顺序的问题。所以，在其它实施例中，使用者亦可先选择投射光线的种类，再选择锁定功能的使用与否。

由上述本发明的实施例可知，本发明的一个优点就是，水平装置在调整至水平后，会进行断续供电模式，可以提高水平装置的工作稳定度，并达到省电的目的。

由上述本发明的实施例可知，本发明的另一优点就是，本发明的激光水平装置除了提供水平光线、铅垂光线和对地光点外，增加的锁定功能扩大了水平装置的使用范围，为使用者提供了任意角度的一字基准线、十字基准线以及360度的基准面。

由上述本发明的实施例可知，本发明的又一优点就是，水平光线、铅垂光线和对地光点相互独立，使用者可以自行组合所需的基准光线，既方便又省电。

虽然本发明已以实施例披露如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与修饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种激光水平装置，包括：

一输入装置，用以输入一水平倾度值；

一倾角传感器，用以提供一倾角信号，以表示该激光水平装置的水平状态；

一马达，与该倾角传感器电连接，该马达用以调整该激光水平装置的水平状态；

一处理单元，经由取样该倾角信号，来判断该激光水平装置的水平状态，当该激光水平装置位于水平状态时，该处理单元更进一步转换该水平倾度值为相对应的该倾角信号，并依据该倾角信号而驱动该马达，以调整该激光水平装置至该水平倾度，待调整完成后，停止供电至该倾角传感器与该马达；以及

至少一激光模块，用以发射至少一激光束。

2.如权利要求1所述的激光水平装置，其中该倾角传感器为一电解液式倾角传感器或一电容式倾角传感器。

3.如权利要求1所述的激光水平装置，其中该激光束是选自于由一水平线、一斜线、一360度的水平圆环面、一360度的倾斜圆环面、一铅垂线、两相互垂直的铅垂线、两相互垂直的直线、一对地光线以及其任意组合所组成的一族群。

4.一种激光水平装置的操作方法，其中该激光水平装置至少包括一倾角传感器、一马达、一处理单元以及至少一激光模块，该激光水平装置的操作方法包括：

供电至该激光水平装置；

进行一第一取样步骤，以取样该倾角传感器所输出的数个输出信号；

进行一第一判别步骤，以查看该倾角传感器是否在水平状态；

若该倾角传感器不在水平状态，则该处理单元驱动该马达对该倾角传感器进行调整，以使该倾角传感器达到水平，并重复该第一取样步骤与该第一判别步骤，直到该倾角传感器达水平为止，而后暂停供电至该倾角传感器与该马达；

若该倾角传感器在水平状态，则暂停供电至该倾角传感器与该马达；以及

等待一第一预定时间后，继续供电至该倾角传感器与该马达。

5.如权利要求4所述的激光水平装置的操作方法，还包括：

若该倾角传感器在水平状态，则进行一第二判别步骤，以判别是否进行一锁定功能；

若不进行该锁定功能，则暂停供电至该倾角传感器与该马达；

若进行该锁定功能，则设定一水平倾度值，并将该水平倾度值转换为相对应的一倾角信号；

进行一第一调整步骤，依该倾角信号驱动该马达，以调整该激光水平装置至该水平倾度值；

进行一第三判别步骤，确认该激光水平装置的倾角是否相等于该水平倾度值，以判断该锁定功能是否结束；

若该锁定功能尚未结束，则重复该第一调整步骤，直到该锁定功能结束；以及

若该锁定功能结束，则在决定开启该激光模块的激光束数量后，暂停供电至该倾角传感器与该马达。

6.如权利要求5所述的激光水平装置的操作方法，其中该进行该锁定功能，设定该水平倾度值，并将该水平倾度值转换为相对应的该倾角信号的步骤是经由查询该水平倾度值与该倾角信号的一转换对应表。

7.如权利要求6所述的激光水平装置的操作方法，其中该转换对应表是预先内建于该处理单元中。

8.如权利要求4所述的激光水平装置的操作方法，在该供电至该激光水平装置的步骤后，还至少包括等待一第二预定时间，以使该倾角传感器处于稳定工作的状态。

9.如权利要求4所述的激光水平装置的操作方法，在该进行该第一判别步骤后，还至少包括进行一第二取样步骤与一第四判别步骤，以确认该倾角传感器是否水平。

10.如权利要求4所述的激光水平装置的操作方法，其中该激光模块的激光束是选自于由一水平线、一斜线、一360度的水平圆环面、一360度的倾斜圆环面、一铅垂线、两相互垂直的铅垂线、两相互垂直的直线、一对地光线以及其任意组合所组成的一族群。

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