激光扫平仪光空间关系分析

　　激光扫平仪用激光扫描确定一个面是否平衡的仪器。投射一束可视激光束，根据激光束可以水准定位高度的一种仪器。另外的概念是在快速旋转轴带动下使可视激光点(一般有红光和绿光)扫出同一水准高度的光线，便于工程人员定位水准高度的一种仪器。

 

　　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。

 

　　从以上分析,激光扫平仪的检测和调试系统也是分成两个步骤工作的,即α、β分别调整。