激光扫平仪检测方法与调校系统

　　1　引　　言

　　扫平仪是一种提供平面或直线基准的仪器,在大型推平、挖掘工程作业如修建机场、高速公路、隧道和盐池推平[1,2]中有广泛的应用。目前国外已将微型的激光扫平仪应用于建筑物装修、体育场地、停车场修建等民用场合。

　　新型的扫平仪利用半导体激光器发出的激光束轨迹作为测量基准,具有小巧、廉价、操作简单、适用面宽等特点。近年来,我国生产的激光扫平仪数量急剧增加,而且主要用于出口。但目前激光扫平仪的检测、校正、鉴定还处于人工目视检测状态,检测、校正的精度和效率都急待改进[3]。本文通过扫平仪的工作原理分析,设计了高效、快速、小空间的数显式激光扫平仪的检测调校系统。

　　2　激光扫平仪光空间关系

　　扫平仪工作时,水平出射的激光束旋转形成一个水平平面,并以此作为工作基准平面,在直角坐标系下,当XOZ为水平面时,该平面可表示为:

　　Y=H0         (1)

　　H0为仪器工作时激光束水平平面的高度。激光扫平仪生产过程中的安装调试和检验,就是要在设计的精度范围内保证式(1)中的关系。调试和检验前,激光扫平仪出射的激光束形成的　　空间轨迹是不确定的。图1表示了这种空间关系。

　　设旋转轴的方向与垂直方向夹角为α,激光束的出射方向与旋转轴夹角为90°—β,H为扫平仪旋转轴的长度。为确定激光束在空间中的轨迹,以旋转轴方向为坐标系的Y′轴,以激光束在垂直Y′的平面上的投影为X′轴,建立图1中的辅助坐标系O′—X′—Y′—Z′。

　　当光束旋转角度γ时,距离光源即坐标原点L远处光束方向上P′点的坐标矢量为:[X1,Y1,Z1]T,式中:

　　坐标系O′—X′—Y′—Z′是由基准坐标系O—X—Y—Z绕Z轴旋转α角、沿Y轴平移H得到的。点P′在两个坐标系中的位置向量之间的关系可以表示为:

　　则式(3)展开为:

　　式中,γ角为形成扫描平面所需的旋转角,取值范围为[0,360°]。

　　由式(1),激光扫平仪提供基准光平面,光点在Y轴上的坐标值Y0为H。也就是(5)式右端前两项必须恒等于0,即α和β同时为0。这个关系,即是激光扫平仪的工作条件,也是设计调试系统的依据。(5)式右端第二项表示旋转轴与水平面的关系。α不为0时,光束锥面的转轴是任意的;α为0时,式(5)指出光线扫描形式一个转轴垂直于水平面的光束锥面。(5)式右端第一项表示出射光线与旋转轴的关系。β不为0时,出射光线与旋转轴不垂直,光线扫描为锥面;β为0时,出射光线与旋转轴垂直,光线扫描为平面。