ES2334496T3 - Herramienta automatica servocontrolada nivelada aplomada. - Google Patents
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Abstract
Un nivel óptico que comprende: un conjunto óptico (62) para generar al menos un rayo (64) de luz visible, incluyendo el conjunto óptico unas clavijas (65) de soporte; una plataforma (66) que incluye unas cunas en las que se insertan las clavijas de soporte para soportar el conjunto óptico; un mecanismo de oscilación por relajación proporcionado por las clavijas de soporte y las cunas que soportan el conjunto óptico para que gire con al menos un grado de libertad sobre las clavijas de soporte, en el cual la adherencia estática entre las clavijas de soporte y las cunas puede mantener al conjunto óptico en su sitio incluso cuando la plataforma se inclina con respecto al nivel; al menos un actuador (63) dispuesto para provocar el movimiento del conjunto óptico aplicando un par suficiente para que el conjunto óptico supere la adherencia estática del mecanismo de oscilación por relajación permitiendo al conjunto óptico girar sobre las clavijas de soporte hasta una posición a nivel; un sensor (80) para proporcionar señales que puedan usarse para determinar si la plataforma está a nivel; y un circuito de control para recibir las señales desde el sensor y activar controladamente el al menos un actuador para superar la adherencia estática del mecanismo de oscilación por relajación e inclinar el conjunto óptico hacia el nivel para que el al menos un rayo de luz visible esté sustancialmente a nivel.
Description
Herramienta automática servocontrolada nivelada
aplomada.
La invención aquí descrita se refiere
generalmente a herramientas de alineación que generan rayos de
alineación ópticos. Más particularmente, se describen mecanismos de
nivelación mejorados para nivelar automáticamente el rayo o los
rayos.
Una variedad de herramientas de verificación y
carpintería han empleado láseres anteriormente. Las primeras
herramientas láser de alineación eran niveladas manualmente como se
describe en la Patente Estadounidense Nº 3.897.637 y en la Patente
Estadounidense Nº 3.279.070. Posteriormente, se emplearon
instrumentos autonivelantes para mejorar la precisión y la
fiabilidad.
En un tipo de instrumento de nivelación, se
suspende un láser completo mediante un péndulo y se nivela con la
gravedad. Por ejemplo, en la Patente Estadounidense Nº 3.771.876 se
cuelgan un rayo láser He-Ne y un chasis mediante un
soporte flexible para crear un rayo de plomada que posteriormente es
dirigido hacia el plano horizontal usando un pentaprisma. La Fig. 1
de este documento muestra dicho sistema, con el láser 4 colgado
mediante un cable 2 por encima de un pentaprisma 10. El rayo sale
por una ventana 14, mientras que un motor 16 gira el pentaprisma
10. La oscilación pendular del láser 4 se amortigua con un imán 12.
Se han usado fluidos viscosos para amortiguar las oscilaciones en
acercamientos alternativos.
En la Patente Estadounidense Nº 5.184.406 se
describe otro sistema de nivelación por láser y se muestra en la
Fig. 2. Se monta un conjunto 22 de láser y diodo sobre un flotador
26, que es sustentado por un líquido 28 en un recipiente 24. El
rayo láser permanece aplomado a pesar de la inclinación del
recipiente. En otro acercamiento mostrado en la Fig. 3, la Patente
Estadounidense Nº 5.144.487 usa un péndulo con rodamiento a bolas.
La plataforma 23 está suspendida de un pivote 25 con rodamiento a
bolas dentro de una carcasa 29. Un conjunto óptico dentro de la
plataforma 23 genera múltiples rayos láser colimados 21 para la
alineación. Unas corrientes parásitas inducidas por el imán 27
amortiguan el movimiento de la plataforma. El uso de varios
rodamientos a bolas hace que el instrumento sea caro, grande, y de
precisión y robustez limitadas.
En otro acercamiento distinto, se monta
rígidamente un láser en una carcasa del aparato y se usa un medio
de compensación (típicamente, dispositivos de lente) para corregir
la inclinación de la carcasa. Por ejemplo, en la Patente
Estadounidense Nº 3.684.381, una ventana superior 34 y una carcasa
35 (representada en la Fig. 4) contienen una fina película de aceite
36. Esta fina película de aceite 36 se usa para crear un prisma
corrector que dirige el rayo láser descendente 32 en la dirección
de la plomada. El prisma de aceite se forma con el nivel superior
del aceite 36 que está nivelado y una ventana inferior 38 que está
inclinada. Se monta una fuente de láser en una carcasa 30 de láser.
Este sistema sólo es preciso cuando se usan las dos células con
aceite con un índice de refracción de 1,5000. Este sistema ha
demostrado ser inadecuado debido a la ausencia de un fluido que
tenga las propiedades deseadas por encima del rango de temperatura
normal. Adicionalmente, el menisco de la película de aceite 36 en
los bordes de la cámara contribuye a errores de frente de onda. En
el sistema de la Fig. 4, un pentaprisma 40 (que típicamente está
girando) dirige el rayo de plomada sobre un plano horizontal.
Se han desarrollado varios procedimientos para
compensar la inclinación de un rayo láser usando cables. Por
ejemplo, en la Patente estadounidense Nº 4.221.483 una lente
pendular cuelga por debajo de un diodo láser. Según se inclina la
carcasa, el movimiento de la lente por la gravedad es proporcional
al ángulo de inclinación, que conduce el rayo de plomada hacia la
posición de plomada. De nuevo un pentaprisma convierte el rayo láser
al plano horizontal. En un sistema descrito en las Patentes
estadounidenses Nos. 4.852.265 y 4.912.851 y mostrados en la Fig.
5, un rayo láser 41 es reflejado por un espejo 43 sobre una
plataforma 46 que está suspendida de un único cable 44. El rayo
láser 42 reflejado es compensado por la inclinación de la plataforma
bajo la fuerza de la gravedad. La longitud y el diámetro del cable
se eligen de modo que cuando la carcasa del aparato se inclina
exactamente un grado, la plataforma se inclina exactamente medio
grado. Debido a la relación de dos a uno entre la inclinación del
espejo y la corrección del rayo, el rayo láser se restablece en su
dirección de plomada después de haberse inclinado. Estas patentes
también muestran diodos láser montados en voladizos que responden a
la inclinación de la carcasa para corregir el rayo de salida.
El documento EP-0895057 describe
un compensador de eje óptico. Un contenedor hermético tiene un
líquido transparente sellado en el mismo para formar una superficie
líquida libre. Una unidad compensadora de eje óptico permite que un
rayo láser pase a través del contenedor hermético con un ángulo
predeterminado y puede llevar a cabo una compensación del eje
óptico basada en los cambios de un eje óptico de salida en función
del cambio angular de dicha superficie líquida libre con respecto a
un eje óptico incidente. Un mecanismo de inclinación puede inclinar
dicha unidad de compensación del eje óptico. Un medio detector de
inclinación puede detectar la inclinación de la unidad de
compensación del eje óptico. Una unidad de control puede accionar el
mecanismo de inclinación de acuerdo a una detección de inclinación
por el medio detector de inclinación, y nivela la unidad de
compensación del eje óptico, y la unidad de compensación del eje
óptico compensa un ángulo de inclinación del eje óptico.
Todas las técnicas y aparatos de nivelación por
láser anteriormente mencionados sufren limitaciones de precisión,
problemas de robustez, y/o el coste de los componentes. En
particular, los dispositivos que precisan péndulos requieren
costosas juntas de baja fricción para permitir un libre movimiento
del láser. Estos péndulos de baja fricción están sujetos a
oscilaciones (al más mínimo toque) que precisan un largo tiempo para
estabilizarse. Como resultado, tales dispositivos pendulares
requieren mecanismos de amortiguación caros y difíciles de
perfeccionar para superar los problemas de oscilación. Lo que se
necesita es un procedimiento y un aparato para superar éstas y
otras dificultades con un dispositivo de nivelación láser de
relativo bajo coste.
De acuerdo con los principios de la presente
invención, se describen un aparato y un procedimiento para lograr la
nivelación de un rayo.
Un primer aspecto de la invención proporciona un
nivel óptico que comprende: un conjunto óptico para generar al
menos un rayo láser visible, incluyendo el conjunto óptico unas
clavijas de soporte; una plataforma que incluye unas cunas en las
que se insertan las clavijas de soporte para soportar el conjunto
óptico; un mecanismo de "oscilación por relajación"
(slip-stick) proporcionado por las clavijas de
soporte y las cunas que soportan pivotalmente el conjunto óptico
para su rotación con al menos un grado de libertad sobre las
clavijas de soporte, en el cual la adherencia estática entre las
clavijas de soporte y las cunas puede mantener el conjunto óptico
en su sitio incluso cuando se inclina la plataforma con respecto al
nivel; al menos un actuador dispuesto para provocar movimiento del
conjunto óptico al suministrar al conjunto óptico un par suficiente
para superar la adherencia estática del mecanismo de "oscilación
por relajación" permitiendo al conjunto óptico girar sobre las
clavijas de soporte hasta una posición de nivel; un sensor para
proporcionar señales que pueden usarse para determinar si la
plataforma está a nivel; y unos circuitos de control para recibir
señales desde el sensor y activar controladamente el al menos un
actuador para superar la adherencia estática del mecanismo de
"oscilación por relajación" e inclinar el conjunto óptico hacia
el nivel de tal modo que el al menos un rayo láser visible esté
sustancialmente a nivel.
Un segundo aspecto de la invención proporciona
un procedimiento para proyectar un rayo de luz visible en la
dirección del nivel o de la plomada, pese a la condición inclinada
de un conjunto óptico, que comprende: (a) montar un conjunto óptico
mediante la inserción de unas clavijas de soporte en unas cunas de
una plataforma, proporcionando las clavijas de soporte y las cunas
un mecanismo de "oscilación por relajación" que soporta
pivotalmente el conjunto óptico y puede mantener el conjunto óptico
en una posición estacionaria por fricción entre las clavijas de
soporte y las cunas, y en el cual el conjunto óptico puede
inclinarse sobre dos ejes cuando es sometido a un par suficiente
por un actuador, y mantener su posición una vez que se ha retirado
el par, permitiendo por lo tanto que el conjunto óptico se incline
controladamente, pudiendo el conjunto óptico generar al menos un
rayo de luz visible; (b) detectar si el al menos un rayo de luz
generado por el conjunto óptico está a nivel; (c) aplicar sobre el
conjunto óptico, mediante el actuador, un par suficiente como para
inclinar controladamente el conjunto óptico hasta un nuevo ángulo en
el caso de que el al menos un rayo de luz visible generado por el
conjunto óptico no esté a nivel; (d) detectar si el al menos un rayo
de luz visible generado por el conjunto óptico está a nivel cuando
el conjunto óptico está en el nuevo ángulo; (e) aplicar sobre el
conjunto óptico, mediante el actuador, una nueva presión suficiente
para inclinar controladamente el conjunto óptico hasta otro ángulo
si el nuevo ángulo es tal que el al menos un rayo de luz visible
generado por el conjunto óptico no está a nivel; y (f) repetir las
operaciones de detectar e inclinar como en los pasos (d) y (e)
hasta que el al menos un rayo de luz visible generado por el
conjunto óptico esté a nivel.
Otras características y ventajas de la invención
se harán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada y
los dibujos adjuntos que ilustran, a modo de ejemplo, los principios
de la invención.
La siguiente descripción detallada se
comprenderá más rápidamente en conjunto con los dibujos adjuntos, en
los que:
Las Figs. 1 a 5 ilustran aspectos de
dispositivos de nivelación y aplomado por rayo de la técnica
anterior.
La Fig. 1 es una vista parcial en sección de un
proyector láser pendular que cuelga de un único soporte por encima
de un pentaprisma giratorio.
La Fig. 2 es una vista parcial en sección de un
proyector láser en una plataforma flotante para proyectar un rayo
láser auto nivelado.
La Fig. 3 es un dibujo parcial recortado de una
plataforma autonivelante que usa un pivote con rodamiento a
bolas.
La Fig. 4 es una vista parcial en sección de un
proyector láser y un medio de compensación de película líquida para
proyectar un rayo láser de nivel.
La Fig. 5 es una vista parcial en sección que
muestra un proyector láser con un medio de compensación de cable
para producir un rayo de plomada directamente y un rayo de nivel con
la ayuda de un pentaprisma.
La Fig. 6 es un diagrama de sistema de bloques
de una realización de una herramienta autonivelada automática capaz
de poner en práctica los principios de la presente invención.
\newpage
Las Figs. 7A-7D representan
diversas vistas de un dispositivo nivelador de eje único de acuerdo
con los principios de la presente invención.
Las Figs. 8A y 8B son unas vistas laterales de
realizaciones de un sensor que apunta hacia arriba y hacia abajo,
el elemento sensor de acuerdo con los principios de la presente
invención.
La Fig. 9 es una vista lateral de una
realización de un sensor inclinado de acuerdo con los principios de
la presente invención.
La Fig. 10 es una vista de arriba abajo de una
porción de un dispositivo nivelador por rayo láser biaxial de
acuerdo con los principios de la presente invención.
Las Figs. 11A y 11B representan una vista en
sección transversal y una vista en perspectiva de una realización
de un conjunto óptico de acuerdo con los principios de la presente
invención.
La Fig. 12 es una vista en sección lateral de un
elemento detector biaxial montado en una plataforma óptica de
acuerdo con los principios de la presente invención.
La Fig. 13 es una vista en perspectiva de un
elemento detector biaxial de acuerdo con los principios de la
presente invención.
La Fig. 14 representa una realización de un
detector de cuadratura de acuerdo con los principios de la presente
invención.
Las Figs. 15 y 16 son unas vistas en sección
lateral de realizaciones de un elemento sensor adicional de acuerdo
con los principios de la presente invención.
La Fig. 17 es una vista en perspectiva de una
realización de un mecanismo de "oscilación por relajación" de
bloque con ranura en V formado en la unión entre dos componentes
enganchados inclinables.
La Fig. 18 es una vista en perspectiva de otra
realización de un mecanismo "oscilación por relajación" de
clavija y bloque en V formado en la unión entre dos componentes
enganchados de forma inclinable.
La Fig. 19 es una vista en perspectiva de una
realización de un mecanismo "oscilación por relajación" de cono
y bola formado en la unión entre dos componentes enganchados de
forma inclinable.
La Fig. 20 es un diagrama de flujo que ilustra
una realización de un procedimiento adecuado para nivelar rayos de
salida de acuerdo con los principios de la presente invención.
Debe comprenderse que en los dibujos las mismas
referencias numéricas designan los mismos elementos
estructurales.
La presente invención se ha mostrado y descrito
particularmente con respecto a ciertas realizaciones preferidas y a
unas características específicas de la misma. Las realizaciones
expuestas a continuación han de tomarse como ilustrativas antes que
limitativas. Para los expertos en la técnica será aparente que
pueden hacerse diversos cambios y modificaciones en la forma y los
detalles sin alejarse del espíritu y el alcance de la invención.
Una realización de un sistema de acuerdo con los
principios de la presente invención puede ilustrarse de manera
sencilla con referencia al diagrama 90 de sistema de bloques de la
Fig. 6. El sistema incluye un elemento proyector 91 de rayo móvil
(también denominado aquí conjunto óptico), un elemento sensor 92, un
circuito 93 de control, y un elemento motriz 94. El conjunto óptico
móvil 91 produce al menos un rayo de luz de salida. El elemento
sensor 92 detecta si el conjunto óptico 91 está a nivel
(determinando por lo tanto si los rayos de salida están a nivel).
La información proporcionada por el elemento sensor 92 referente a
si los rayos de salida están a nivel se envía al circuito 93 de
control. El circuito 93 de control usa la información del sensor
para activar selectivamente el elemento motriz 94 para ajustar los
ángulos de inclinación del conjunto óptico 91, nivelando así los
rayos de salida.
Los principios de la presente invención pueden
ilustrarse con referencia a las ilustraciones esquemáticas
simplificadas de las Figs. 7A-7D. La realización 60
representada en las Figs. 7A-7D está simplificada y
representada con un sólo eje de rotación. Otras realizaciones que
tienen dos ejes de rotación se describen con más detalle a
continuación. La realización 60 incluye una carcasa 61, un conjunto
óptico 62 montado de manera inclinable en la carcasa 61, un
elemento motriz 63 para inclinar el conjunto óptico 62, y un
elemento sensor 80.
Refiriéndose a las Figs. 7A y 7B, la Fig. 7A
muestra una vista lateral de la realización 60 con una pared
lateral 61'' de la carcasa 61 retirada para permitir una vista
interior. La Fig. 7B es una vista de arriba abajo de la realización
60 con el techo 61' de la carcasa 61 retirado. El conjunto óptico 62
está posicionado de manera inclinable dentro de la carcasa 61. El
conjunto óptico 62 produce un rayo 64 de salida (p.ej., un rayo
láser colimado) que se proyecta a través de una abertura en la
carcasa 61. En la realización 60 representada, el conjunto óptico
62 incluye unas clavijas 65 que soportan el conjunto óptico 62 en
una cuna 66, formando una unión tal que el conjunto óptico 62 pueda
girar sobre un eje 67 (representado por la flecha de trazos)
definido por el eje de las clavijas 65. La unión incluye un
mecanismo de "oscilación por relajación" que proporciona
suficiente adherencia estática para sujetar el conjunto óptico 62 en
su sitio incluso cuando el conjunto está algo inclinado con
respecto al nivel, mientras que permite al conjunto girar con una
fricción relativa baja una vez que se ha superado la adherencia
estática. Esto permite al conjunto óptico 62 moverse en respuesta a
un par aplicado y también evitar movimientos u oscilaciones
sustanciales del conjunto óptico 62 en ausencia de este par
aplicado. Resumiendo, el mecanismo de "oscilación por
relajación" permite al conjunto óptico 62 inclinarse en
respuesta al par aplicado y mantener su nuevo ángulo de inclinación
hasta que se aplique un par adicional.
En la realización representada, la unión de
"oscilación por relajación" usa un mecanismo de "oscilación
por relajación" que comprende la cuna 66 y las clavijas 65. Por
ejemplo, pueden insertarse las clavijas 65 en la cuna 66, encajando
de tal modo que la cuna 66 pueda girarse en respuesta a un par de
magnitud suficiente, pero que de otro modo no gire libremente, Por
lo tanto, pueden aplicarse unos pares de magnitud apropiada para
girar el conjunto óptico 62 para cambiar su ángulo de inclinación,
que se mantiene gracias al mecanismo de "oscilación por
relajación" (aquí, las clavijas 65 y la cuna 66). Adicionalmente,
el mecanismo de "oscilación por relajación" también evita el
movimiento u oscilación sustancial del conjunto óptico en ausencia
de un par aplicado. Los inventores contemplan otras realizaciones de
mecanismos de "oscilación por relajación". Un ejemplo de un
mecanismo de "oscilación por relajación" adecuado incluye una
clavija 65 que se coloca en una cuna 66 de tal modo que la fricción
entre la clavija 65 y la cuna 66 proporciona el mecanismo de
"oscilación por relajación". El par aplicado es proporcionado
por un elemento motriz 63. Debe comprenderse que el conjunto óptico
62 no precisa tener clavijas y en su lugar puede ser montado en una
plataforma óptica móvil que está posicionada de forma inclinable
usando una unión de "oscilación por relajación". Otros ejemplos
de realizaciones de "oscilación por relajación" incluyen,
aunque sin limitación, aquellas analizadas a continuación con
respecto a las Figs. 15, 16 y 17.
En la Fig. 7C, cuando la carcasa 61 está
inclinada respecto al nivel (representado aquí por la línea 70), el
conjunto óptico 62 y el rayo 64 de salida producido por la
proyección del rayo también están inclinados. Se muestra el ángulo
68 de inclinación entre el nivel 70 y la carcasa 61. También se
muestra el ángulo 69 de inclinación entre el nivel y el rayo 64 de
salida. Refiriéndose a la Fig. 7D, para nivelar el rayo 64 de
salida, se activa el elemento motriz 63 para aplicar un par sobre el
conjunto óptico 62, inclinando por lo tanto el rayo 64 de salida
hacia el nivel. Pueden usarse uno o más actuadores en el elemento
motriz 63 para aplicar un par sobre el conjunto óptico 62. Los
inventores contemplan que puedan usarse muchos tipos diferentes de
actuadores, conocidos por los expertos en la técnica, para aplicar
un par sobre el conjunto óptico 62. La realización 60 de la Fig. 7D
representa el uso de un motor eléctrico en el elemento motriz 63.
Girando el motor 63 en una primera dirección 71 (indicada por la
flecha), se aplica un par reactivo (mostrado por la flecha 72) en
la dirección opuesta, moviendo así el conjunto óptico 62 para que el
rayo 64 de salida quede a nivel. En la realización ilustrada, el
eje de rotación del motor 63 está sustancialmente paralelo al eje
de rotación 67, tal como muestra la Fig. 7A, (definido por el eje
con el que el conjunto óptico 62 gira sobre las clavijas 65). Debe
observarse que el actuador puede estar posicionado de cualquier
manera, siempre y cuando algún componente del par proporcionado por
el actuador induzca al conjunto óptico 62 a inclinarse sobre el eje
definido por las clavijas 65. Puede requerirse una activación
repetida del actuador 63 para nivelar el rayo 64.
En otras realizaciones, puede usarse una amplia
variedad de actuadores alternativos para aplicar el par requerido
sobre el conjunto óptico 62. A modo de ejemplo, pueden usarse
fácilmente bobinas móviles, motores con engranajes, solenoides, y
una variedad de otros actuadores.
Las Figs. 7A-7D, y 9 enfocan
otro aspecto de la invención. Las realizaciones representadas
incluyen un elemento sensor 80 que se usa para detectar si el rayo
64 de salida está a nivel. Sujetando el elemento sensor 80 a un
conjunto óptico 62 y calibrando el elemento sensor 80 de forma que
lea intérprete como nivelado cuando el rayo 64 de salida está a
nivel, puede usarse el elemento sensor 80 para nivelar el rayo 64.
En una realización adicional, el elemento sensor 80 puede
calibrarse de modo que cuando el sensor está nivelado se proyecte el
rayo 64 de salida con un ángulo predeterminado distinto al de
nivel. Además, en una realización relacionada, puede programarse el
sistema para que cuando el elemento sensor 80 esté orientado en una
posición predeterminada no nivelada, el rayo 64 de salida esté a
nivel. Este tipo de realización puede usar la electrónica de
circuitos de control para absorber la diferencia entre el ángulo
del rayo 64 de salida y la orientación del sensor 80. Las técnicas
para usar la electrónica de circuitos de control para conseguir esto
son conocidas en la técnica.
La Fig. 8A es una vista en sección transversal
de una realización de un sensor. El elemento sensor 80 incluye un
fotosensor 81 sensible a la posición, un dispositivo 82 de nivel de
burbuja, y una fuente 83 de luz detectora para generar un rayo 84
de luz detectora (también llamado luz detectora). Pueden usarse
muchos tipos diferentes de fuentes de luz detectora incluyendo,
aunque sin limitación, bombillas incandescentes, diodos láser, y
diodos luminiscentes (LEDs), prefiriéndose los LEDs. La luz
detectora 84 pasa a través del dispositivo 82 de nivel de burbuja
hasta un fotosensor 81 sensible a la posición, que detecta si el
dispositivo 82 de nivel de burbuja está nivelado (como es el caso
en la Fig. 8). En la realización 80 representada, el rayo 84 pasa
fácilmente a través del fluido 86 del nivel 82 de burbuja pero es
refractado por la burbuja 85. Como resultado, del nivel 82 de
burbuja sale un rayo 88 de luz con forma de "donut". Este se
caracteriza por una zona 87 oscura o de sombra (también llamada
aquí mancha oscura) definida por la burbuja 85. Alrededor de la zona
87 de sombra hay un anillo 88 de luz con forma anular. Aunque el
sensor 80 se representa con el rayo detector 84 apuntando hacia
arriba, el sensor 80 puede orientarse para que el rayo 84 apunte
hacia abajo pasando a través de un dispositivo 82 de nivel de
burbuja hasta un fotosensor 81 sensible a la posición colocado
debajo del dispositivo 82 de nivel de burbuja. Dicho sensor que
apunta hacia abajo está representado en la Fig. 8B.
La Fig. 8A representa un ejemplo simplificado en
el cual el dispositivo 82 de nivel de burbuja está representando el
nivelado por burbuja sobre un eje. En este ejemplo, según se
inclina el nivel de burbuja sobre un eje hacia la izquierda o la
derecha, la burbuja 85 se mueve desde el centro. Esto altera la
posición y la cantidad de luz que detecta el fotosensor 81 sensible
a la posición.
La Fig. 9 muestra un detector 80 inclinado hacia
la izquierda. Consecuentemente, la burbuja 85 se mueve hacia la
derecha, alterando la cantidad y la posición de la luz 88 detectada
por el fotosensor 81 sensible a la posición. De acuerdo con los
principios de la presente invención, el fotosensor 81 sensible a la
posición proporciona información al circuito de control (no
representado), que activa el elemento motriz 63 (de las Figs.
7A-7D) para corregir la inclinación del rayo 64 de
salida.
Una realización preferida de la presente
invención monta un conjunto óptico de tal forma que pueda inclinarse
con múltiples grados de libertad. La realización puede inclinarse
sobre dos ejes. Tal realización biaxial 100 está representada en la
Fig. 10. La Fig. 10 es una vista de arriba abajo de una porción de
un dispositivo de nivel de rayo láser biaxial de acuerdo con los
principios de la presente invención. La realización 100
representada incluye un conjunto óptico 102 montado sobre una
plataforma óptica móvil 103. La plataforma óptica móvil 103 está
posicionada para permitir la inclinación sobre dos ejes. También
están montados en la plataforma óptica móvil 103 el elemento motriz
120 y el elemento detector 130. La plataforma óptica móvil 103
incluye uniones de "oscilación por relajación" para permitir
la inclinación en respuesta a los pares aplicados por el elemento
motriz 120 y del tal forma que se produzcan mínimos movimientos u
oscilaciones del conjunto óptico 102 en ausencia de dichos pares
aplicados.
La realización 100 representada está normalmente
encerrada en una carcasa y comprende un conjunto óptico 102 montado
sobre una plataforma óptica móvil 103. En la Solicitud de Patente
Estadounidense con Nº de Serie 09/571.482 titulada "Dispositivo
Penta Láser Auto Nivelable" presentada el 16 de Mayo de 2000 se
describe un ejemplo de un conjunto óptico 102 adecuado. Tal
conjunto óptico 102 puede producir cinco rayos de luz. Los cinco
rayos incluyen dos parejas de rayos de luz dirigidos en direcciones
opuestas y sustancialmente colineales. Estos dos pares intersectan
entre sí sustancialmente en ángulos de 90º. Se produce otro rayo que
intersecta con las dos parejas de rayos y que también se encuentra
sustancialmente a 90º con respecto a las dos parejas de rayos.
Estos rayos pueden usarse para definir plomada, nivel, y direcciones
de ángulos rectos. Aunque se prefiere el conjunto óptico descrito
anteriormente, puede usarse casi cualquier conjunto óptico que
produzca al menos un rayo láser de acuerdo con los principios de la
presente invención.
El conjunto óptico 102 está montado sobre una
plataforma óptica móvil 103 que puede inclinarse sobre dos ejes de
rotación. Esto puede lograrse posicionando de manera inclinable la
plataforma óptica 103 dentro de un marco 104 de manera que la
plataforma óptica móvil 103 pueda girar sobre un primer eje 105, y
montando el marco 104 de manera que pueda girar sobre un segundo
eje 106. En la realización preferida, el primer eje 105 está
sustancialmente a 90º con respecto al segundo eje 106. El montaje de
la plataforma óptica 103 sobre el marco 104 es tal que pueda
inclinarse sobre dicho primer eje 105 en forma de "oscilación por
relajación". Similarmente, el marco 104 está posicionado de tal
manera que pueda inclinarse sobre dicho segundo eje 106 en forma de
"oscilación por relajación". En una realización, la plataforma
óptica 103 incluye una primera pareja de clavijas 110 que están
enganchadas a la periferia interior 104' del marco 104 de manera que
la primera pareja de clavijas 110 definen el primer eje 105. La
primera pareja de clavijas 110 y el marco 104 forman una unión de
"oscilación por relajación" (es decir, la plataforma óptica 103
se mueve en respuesta al par aplicado por el elemento motriz 120,
pero no experimenta movimientos u oscilaciones sustanciales en
ausencia del par inducido por el elemento motriz 120). El marco 104
incluye una segunda pareja de clavijas 111 en la periferia exterior
104'' del marco. La segunda pareja de clavijas 111 está enganchada
a un soporte 112 de manera que la segunda pareja de clavijas 111
define el segundo eje 106. Típicamente, el soporte 112 está montando
a, o forma parte de, una carcasa (no representada en esta vista).
Al igual que en la primera pareja de clavijas 110, el enganche entre
el segundo pareja de clavijas 111 y el soporte 112 forma una unión
de "oscilación por relajación". A continuación se describen en
detalle realizaciones específicas de uniones de "oscilación por
relajación" particulares.
Refiriéndose de nuevo a la realización biaxial
de la Fig. 10, los rayos de salida pueden nivelarse automáticamente
en dos dimensiones. Al igual que con las realizaciones de un solo
eje descritas anteriormente, el elemento motriz comprende dos
actuadores 120', 120''. Los actuadores están posicionados de manera
que el par aplicado sobre la realización por un primer actuador
120' esté sustancialmente a 90º con respecto al par aplicado por un
segundo actuador 120''. En la realización representada, los dos
actuadores 120', 120'' son motores eléctricos. Al ser activado, el
primer motor 120' aplica un par reactivo que hace que la plataforma
103 se incline sobre un primer eje 105. De manera similar, cuando
es activado el segundo motor 120'' aplica un par reactivo que hace
que la plataforma 104 se incline sobre el segundo eje 106. Estos
actuadores 120', 120'' están controlados por el circuito de control
del dispositivo (aquí no representado). Alternativamente, pueden
montarse los actuadores 120', 120'' de manera que cada actuador
haga que la plataforma 103 se incline sobre ambos ejes 105, 106
simultáneamente.
Un ejemplo de un elemento motriz 120 adecuado
comprende una pareja de motores eléctricos (correspondientes a los
actuadores 120', 120''), tal como el Modelo Nº
RF-400CA, producido por Mabuchi Motor Co, Ltd. en
Matsudo, Japón. En otras realizaciones, puede utilizarse una amplia
variedad de actuadores alternativos que usen la interacción de
bobinas electromagnéticas con imanes permanentes para aplicar un par
sobre la plataforma óptica. Los inventores contemplan otros
elementos motrices usando otros tipos de actuadores incluyendo,
aunque sin limitación, actuadores electroestáticos, disposiciones
con ventiladores, o pesos accionados por pequeños motores.
Tal como se ha explicado con respecto a los
ejemplos anteriores de un solo eje, la realización de la Fig. 10
usa un elemento detector 130 para detectar si los rayos de salida
están a nivel. En la realización representada, el elemento detector
130 está posicionado en la plataforma óptica 103 de manera que
cuando los rayos de salida están a nivel, el elemento detector 130
interpreta que está a nivel. Refiriéndose a la Fig. 12, el elemento
detector 130 incluye un fotosensor 131 sensible a la posición, un
nivel 132 de burbuja de dos ejes, y una fuente 133 de luz detectora
para generar un rayo 134 de luz detectora (también llamado luz
detectora). Al igual que el elemento detector (80 de la Fig. 8)
previamente descrito, la luz detectora 134 pasa a través del nivel
132 de burbuja hasta el fotosensor 131 sensible a la posición, que
detecta si el nivel 132 de burbuja está nivelado (y por lo tanto
cuándo están nivelados los rayos de salida). Dado que la realización
ilustrada es inclinable con dos grados de libertad, es
particularmente apropiado un detector (p.ej., un nivel de burbuja)
que sea sensible a la inclinación con dos grados de libertad. En
otras realizaciones, puede usarse un pareja de detectores de
inclinación unidimensionales angulados. Debe mencionarse que pueden
usarse otras realizaciones de elementos detectores de acuerdo con
los principios de la presente invención.
Una realización de un conjunto óptico 102
adecuado para su uso en las realizaciones aquí representadas está
ilustrada en la Fig. 11A. El conjunto óptico 102 se presenta en una
vista lateral seccionada. El conjunto óptico 102 incluye una
abrazadera 170 de montaje (también llamada cilindro óptico). Dentro
del cilindro óptico 170 hay encajado un láser 171 semiconductor, un
colimador 172, y un divisor 173 del rayo. El cilindro óptico 170
incluye una pluralidad de aberturas (en esta vista sólo se muestran
las aberturas 190, 191, y 192) para que los rayos de salida puedan
dirigirse fuera del cilindro. El láser 171 semiconductor produce un
rayo 174 de luz que se dirige a través del colimador 172 (aquí, una
lente colimadora) para producir un rayo colimado 174'. Se dirige el
rayo colimado hacia un divisor 173 de rayo en donde se divide en una
pluralidad de rayos de salida (tres de los cuales se muestran aquí
como rayos de salida 181, 182, 183). En la realización preferida,
el divisor 173 de rayo comprende cuatro superficies reflectivas
rectangulares (dos de las cuales se muestran como 173', 173''). Las
superficies rectangulares están posicionadas oblicuamente en la ruta
del rayo colimado 174' de manera que reflejen el rayo colimado 174'
para producir cuatro rayos de salida (de los cuales aquí sólo se
representan dos, 181, 182) que se encuentran sustancialmente en
ángulos rectos entre sí. Las cuatro superficies reflectivas están
orientadas sustancialmente a 45º con respecto al rayo colimado. Se
posiciona una primera pareja 173', 173'' de las cuatro superficies
reflectivas de manera que produzca una primera pareja de rayos 181,
182 de salida dirigidos en direcciones opuestas esencialmente en la
misma línea (colineales). Se posiciona una segunda pareja de las
cuatro superficies reflectivas (aquí no representadas) de manera que
produzca una segunda pareja de rayos de salida dirigidos en
direcciones opuestas y esencialmente colineales. Además, la primera
pareja de rayos 181, 182 de salida intersecta con la segunda pareja
de rayos de luz (que se extiende en una dirección normal al plano
de la página) con un ángulo sustancialmente de 90º. Además, el
divisor 173 de rayo incluye una abertura 175 que permite que una
porción central del rayo colimado 174' pase a través del divisor
173 de rayo como un quinto rayo 183 en una línea que intersecta con
la primera y la segunda pareja de rayos dirigidos en direcciones
opuestas y que se encuentra sustancialmente a 90º de la primera y
la segunda pareja de rayos dirigidos en direcciones opuestas.
En la Fig. 11B se representa una vista en
perspectiva del conjunto óptico 102. Se muestra el cilindro óptico
170 y los rayos 181, 182, 183, 184 y 185 de salida sustancialmente
ortogonales. El rayo 183 de salida es paralelo al eje z, el primer
par rayos 181, 182 dirigidos en direcciones opuestas es paralelo al
eje y, y el segundo pareja de rayos 184, 185 dirigidos en
direcciones opuestas es paralelo al eje x. Además, se muestran las
aberturas 190, 181, 193.
La Fig. 12 representa una vista simplificada en
sección transversal de un nivel 132 de burbuja de dos ejes. Cuando
la burbuja 135 está centrada en el nivel 132, los rayos de salida
están a nivel.
Según se inclina el nivel 132 de burbuja, la
burbuja 135 se mueve desde una posición centrada. Esto altera la
posición y la cantidad de luz 138 detectada por el fotosensor 131
sensible a la posición. Para centrar más rápidamente la burbuja
135, el nivel 132 de burbuja puede incluir una cara 136 de burbuja
curvada. En la realización preferida la cara 136 de burbuja curvada
tiene un radio de curvatura de 50 centímetros. El fotosensor 131
sensible a la posición puede incorporar cualquiera de entre un
número detectores sensibles a la posición, disponibles
comercialmente que sean sensibles a la luz detectora 134. Algunos
ejemplos incluyen, aunque sin limitación, detectores de cuadratura,
detectores con dispositivos de carga acoplada (CCD), sensores de
imagen con semiconductores complementarios de óxido de metal (CMOS)
(tales como el descrito en la Patente Estadounidense Nº 5.461.425
de Fowler y otros, incorporado aquí por referencia).
La Fig. 13 es una vista en perspectiva
simplificada de una realización de un elemento detector 130 de dos
ejes que puede montarse en una plataforma óptica de acuerdo con los
principios de la presente invención. La fuente 133 de luz genera un
rayo de luz detectora 134 que es dirigido a través del nivel 132 de
burbuja de dos ejes hacia un detector 131 de cuadratura. La luz
detectora 134 pasa fácilmente a través del fluido 137 pero es
refractada en gran parte por la burbuja 135 del nivel 132 de burbuja
de dos ejes. Consecuentemente, la luz detectora 134 forma un anillo
de luz 138 alrededor de una mancha oscura 139. El anillo 138 y el
punto 139 rastrean el movimiento de la burbuja 135 a medida que se
inclina el detector 131 de cuadratura (y consecuentemente los rayos
de luz). Cuando la mancha oscura 139 está centrada en mitad del
detector 131 de cuadratura, los rayos de salida están a nivel. Por
lo tanto, cuando la mancha oscura 139 no está centrada en el
detector 131 de cuadratura, se hacen ajustes en el ángulo de
inclinación de la plataforma óptica hasta que la mancha oscura 139
está centrada. Esto se consigue mediante el circuito de control del
sistema que ajusta el ángulo de inclinación de la plataforma óptica
en respuesta a la información recibida desde el detector 131 de
cuadratura. Las realizaciones de detectores de burbuja pueden
fabricarse de forma que las paredes interiores del contenedor de la
burbuja no se humedezcan fácilmente con los fluidos que contienen
dentro. En un ejemplo, el fluido puede ser agua y la superficie
interior del contenedor de la burbuja puede estar tratada con un
material hidrófobo.
La Fig. 14 representa una realización de un
detector 131 de cuadratura que presenta la mancha oscura 139 y el
anillo 138 de luz. Tal realización es adecuada para ser usada de
acuerdo con los principios de la presente invención. Como puede
verse, el detector 131 de cuadratura está completamente iluminado
excepto por la mancha oscura 139. Según se inclina el sensor, la
mancha oscura 139 se mueve con respecto al detector 131 de
cuadratura. Rastreando el movimiento de la mancha oscura 139, el
detector 131 de cuadratura proporciona información sobre el
nivelado. El elemento detector está calibrado de manera que los
rayos de salida estén nivelados cuando la mancha oscura 139 está
centrada en el detector 131 de cuadratura. El detector 131 de
cuadratura comprende cuatro fotodetectores 141, 142, 143, y 144.
Cuando el anillo 138 de luz incide en los fotodetectores del
detector de cuadratura, se produce corriente eléctrica. La magnitud
de la corriente está relacionada con la intensidad de la luz que
incide en los fotodetectores 141, 142, 143, y 144. Esta intensidad
de la luz se reduce con la presencia de la mancha oscura 139. La
corriente producida por los fotodetectores se mide y se procesa para
determinar la localización de la mancha oscura 139 en el detector
131 de cuadratura. Típicamente, la corriente producida por los
fotodetectores es conducida fuera del detector mediante unas líneas
conductoras 140, que pueden conectarse al circuito de control del
dispositivo. La corriente de los fotodetectores 141, 142, 143, y
144 es procesada para determinar la posición de la mancha oscura
139. Un ejemplo de un procedimiento usado para determinar la
posición del punto 139 es el siguiente: Para determinar la posición
izquierda/derecha (I/D) del punto 139, se suma la corriente
I_{141} producida por el fotodetector 141 a la corriente I_{143}
producida por el fotodetector 143, y se suma la corriente I142
producida por el fotodetector 142 a la corriente I_{144}
producida por el fotodetector 144. Se restan las dos sumas entre sí
tal como se muestra en la siguiente ecuación.
(I_{141} +
I_{143}) - (I_{142} + I_{144}) = Posición I/D de la
corriente
Si la posición I/D de la corriente es negativa,
se sabe que el punto 139 está demasiado a la izquierda. Y, a la
inversa, si la posición de la corriente I/D da un resultado
positivo, se sabe que el punto 139 está demasiado a la derecha.
También pueden determinarse las posiciones
superior e inferior del punto con el detector de cuadratura 131. Por
ejemplo, de acuerdo a la siguiente ecuación:
(I_{141} +
I_{142}) - (I_{143} + I_{144}) = Posición S/I de la
corriente
Si la posición superior/inferior de la corriente
es positiva, el punto está demasiado bajo. A la inversa, si la
posición superior/inferior de la corriente es negativa, entonces el
punto está demasiado alto. Si se usa el punto 139 representado como
ejemplo, la posición izquierda/derecha de la corriente será negativa
y la posición superior/inferior de la corriente será positiva, lo
que permitirá al circuito del control detectar el hecho de que el
rayo está en el cuadrante detectado por el fotodetector 143.
Basándose en esta información, los elementos motrices se activan
para ajustar el ángulo de inclinación de la plataforma óptica para
mover la mancha oscura 139 más arriba y hacia la derecha nivelando
la burbuja, por lo tanto nivelando los rayos de salida. Éste es un
modo de funcionamiento usado para nivelar rayos de luz en un
elemento detector.
En otra realización, el anillo 138 de luz (y la
mancha oscura 139) pueden generarse mediante una pluralidad de
LEDs. Una vez que el dispositivo está nivelado, puede ajustarse el
brillo de cada uno de estos LEDs hasta que la mancha oscura 139
esté centrada en el detector 131 de luz. Esto es ventajoso porque
puede lograrse electrónicamente sin la necesidad de pasos de
alineación costosos y que llevan tiempo. En vez de esto, puede
usarse un simple ajuste del brillo de los LEDs para centrar la
mancha oscura 139 en un paso de calibración. Una realización tal
puede usar cuatro LEDs.
La Fig. 15 representa el funcionamiento de otra
realización más de un sensor 150. El elemento sensor está
representado en una vista en sección transversal. El elemento sensor
150 incluye un fotosensor 81 sensible a la posición, un dispositivo
152 de nivel de burbuja, y una fuente 83 de luz detectora para
generar un rayo 84 de luz detectora (también llamado luz
detectora). Al igual que en las realizaciones comentadas
anteriormente, pueden usarse muchos tipos de fuente 83 de luz
detectora, prefiriéndose los LEDs. La luz 84 del detector pasa a
través del dispositivo 152 de nivel de burbuja hasta un fotosensor
81 sensible a la posición, que detecta si el dispositivo 152 de
nivel de burbuja está nivelado (como es el caso en la Fig. 15). En
la realización representada, el fluido 153 de la burbuja se trata
de manera que sea relativamente opaco a la luz 84 del detector. Por
ejemplo, puede añadirse un tinte al fluido 153 de la burbuja para
que una porción de la luz detectora pase a través del dispositivo
152 de nivel de burbuja en el área de la burbuja 155, pero no a
través del fluido 153. En otras palabras, el rayo 84 del detector
pasa fácilmente a través de la burbuja 155 del nivel 152 de
burbuja, pero es absorbido por el fluido 153. Como resultado, un
rayo 156 de luz detectora sale del nivel 152 de burbuja. Al
contrario que en las realizaciones anteriores, en las cuales el rayo
del detector tiene forma de anillo, este rayo 156 de luz detectora
se caracteriza por una mancha de luz definida por la burbuja 155.
Al igual que en las realizaciones anteriores, el sensor 80 puede
orientarse para que el rayo 84 apunte hacia abajo.
\newpage
La Fig. 16 muestra un detector 150 inclinado
hacia la izquierda. Consecuentemente, la burbuja 155 se mueve hacia
la derecha, alterando la cantidad y la posición de la luz 156
detectada por el fotosensor 81 sensible a la posición. De acuerdo
con los principios de la presente invención, el fotosensor 81
sensible a la posición proporciona información al circuito de
control (aquí no representado) que activa el elemento motriz 63 (de
las Figs. 7A-7D) para corregir la inclinación en el
rayo 64 de salida.
Los fotosensores sensible a la posición operan
de manera similar a los descritos anteriormente. La mayor diferencia
es que la información eléctrica es procesada por los fotodetectores
de manera ligeramente diferente para rastrear el punto de luz según
se mueve a través de los fotodetectores. Tales procedimientos son
conocidos por los expertos en la técnica.
Otra realización de un elemento detector
adecuado puede usar una pareja de niveles de burbuja de eje único
dispuestos en ángulos rectos entre sí de manera que pueda detectarse
un nivel con respecto al primer y al segundo eje. Cada nivel de
burbuja de eje único está asociado con una fuente de luz
correspondiente y con un correspondiente detector sensible a la
posición. Cada fuente de luz correspondiente y detector sensible a
la posición correspondiente está dispuesto para detectar si cada
nivel de burbuja de eje único está nivelado. Nivelando cada nivel
de burbuja de eje único, pueden nivelarse los rayos de salida con
respecto al primer y segundo ejes mencionados anteriormente.
Tal como se ha comentado con anterioridad, la
unión de "oscilación por relajación" es un componente
importante de las realizaciones construidas de acuerdo con los
principios de la presente invención. En la Fig. 17 se muestra una
realización de tal unión de "oscilación por relajación". El
mecanismo de "oscilación por relajación" está formado en la
unión entre dos componentes enganchados de manera inclinable. Por
ejemplo, un componente enganchado inclinable puede ser un marco 170
y el otro componente enganchado inclinable puede ser un soporte 171
del marco. El marco 170 puede incluir una clavija 172. La unión se
forma donde la clavija 172 se engancha con el soporte 171. La
clavija 172 encaja en una ranura de montaje en V del soporte 171. La
ranura 173 está dimensionada con respecto a la clavija 172 de
manera que el marco 170 pueda girar en respuesta a un par aplicado,
pero también impide movimientos u oscilaciones sustanciales del
marco en caso de ausencia del par aplicado. Consecuentemente, el
marco 170 puede mantener su nueva posición hasta que se induzcan
pares aplicados adicionales. Además, el ángulo de los lados de la
ranura de montaje en V se elige de manera que la clavija 172 no
trepe por el lado de la ranura de montaje en V en respuesta al par
aplicado. Adicionalmente, pueden elegirse materiales para aumentar
o disminuir la fricción entre la clavija 172 y el marco 170,
ajustando por lo tanto el mecanismo de "oscilación por
relajación". En un ejemplo adecuado, la ranura 173 tiene una
superficie de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) y la clavija
172 está hecha de aluminio. La combinación anterior de materiales es
ilustrativa, y de ninguna manera debe interpretarse como limitativa
de la invención. Pueden usarse muchas combinaciones de materiales
conocidas por los expertos en la técnica.
En la Fig. 18 se muestra otro mecanismo de
"oscilación por relajación" que puede formarse en la unión
entre dos componentes enganchados inclinables. Un soporte 181
incluye un accesorio anular 181' en el que encaja una clavija 182
del componente 180 para formar una unión inclinable. Una unión
adecuada incluye un accesorio 181' de ABS y una clavija 181 de
metal. El enganche por fricción de la clavija 182 con el accesorio
181' constituye el mecanismo de "oscilación por
relajación".
La Fig. 19 representa una vista en sección de
otro mecanismo más de "oscilación por relajación" que puede
formarse en la unión entre dos componentes enganchados inclinables.
Generalmente, la realización representada incluye una pareja de
componentes, incluyendo cada una un dispositivo de enganche.
Posicionada entre los dos dispositivos de enganche hay una bola.
Los componentes se deslizan sobre la bola en respuesta a un par
aplicado. La Fig. 19 muestra un primer componente A y un segundo
componente B posicionados sobre una bola. El primer componente A
incluye un cono 193 de enganche. Un segundo componente B incluye un
cono 194 de enganche coincidente. Los conos 193, 194 de enganche se
posicionan para atrapar entre sí un rodamiento de bolas 191. Si el
primer componente A corresponde a una plataforma óptica y el
segundo componente B corresponde a un componente base, el cono 193
de enganche puede moverse sobre la bola 191 en respuesta a un par
aplicado. Pueden añadirse otras características para evitar que la
bola 191 se desenganche de los conos 193, 194 de enganche. Los conos
193, 194 de enganche están ajustados con la bola 191 de manera que
enganchen friccionalmente con la bola 191 en una disposición de
"oscilación por relajación" para que los componentes A, B
puedan girar en respuesta a un par aplicado, pero también evitar
los movimientos u oscilaciones de los componentes en ausencia del
par aplicado. Consecuentemente, los componentes pueden mantener su
nueva posición hasta que se induzcan pares aplicados adicionales.
Los componentes A y B pueden seleccionarse de entre cualquiera de
los componentes del nivel incluyendo, aunque sin limitación, un
conjunto óptico, una plataforma óptica, un marco, una cuna, una
carcasa, u otros componentes adecuados.
La Fig. 20 es un diagrama de flujo que ilustra
una realización de un procedimiento adecuado para nivelar rayos de
salida de acuerdo con los principios de la presente invención. Un
primer paso (Operación 2001) incluye montar un conjunto óptico de
manera que pueda inclinarse sobre dos ejes y mantener su posición
después de inclinarse controladamente, siendo el conjunto óptico
capaz de generar rayos de luz. En un ejemplo, puede montarse el
conjunto óptico en una plataforma óptica capaz de inclinarse sobre
dos ejes ortogonales. Un siguiente paso incluye detectar si el
conjunto óptico está nivelado (Operación 2003). En una realización,
esto puede lograrse usando los elementos del detector de burbuja
descritos anteriormente. Si los rayos de luz generados por el
conjunto óptico no están a nivel, el conjunto óptico (es decir, la
plataforma óptica) se inclina controladamente hacia una dirección
de nivelado con un nuevo ángulo (Operación 2005). Esto puede
lograrse, por ejemplo, activando los elementos del actuador
(comentados anteriormente) para mover la plataforma óptica hacia una
dirección más cercana al nivel. De nuevo, detectando si el conjunto
óptico está a nivel cuando está en el nuevo ángulo (Operación
2007). Éste es básicamente el mismo proceso que en la Operación
2003. Si los rayos de luz generados por el conjunto óptico no están
a nivel con el nuevo ángulo, el conjunto óptico (es decir, la
plataforma óptica) se inclina controladamente hacia una dirección
de nivelado con un nuevo ángulo (Operación 2009). Éste es
básicamente el mismo proceso que en la Operación 2005. El proceso
de nivelación incluye detectar e inclinar continuamente como en las
Operaciones 2007 y 2009 hasta que los rayos de luz estén
nivelados.
La presente invención se ha mostrado y descrito
particularmente con respecto a ciertas realizaciones preferidas y
características específicas de las mismas. Sin embargo, debe
observarse que las realizaciones descritas anteriormente pretenden
describir los principios de la invención, no limitar su alcance. Por
lo tanto, tal como es fácilmente aparente para los expertos en la
técnica, pueden hacerse diversos cambios y modificaciones en forma
y en detalle sin alejarse del alcance de la invención tal como se
expone en las siguientes reivindicaciones. En particular, los
inventores contemplan que los principios de la presente invención
puedan ponerse en práctica con una cantidad diferente de mecanismos
de "oscilación por relajación", o una diversidad diferentes
actuadores del elemento motriz, y de elementos sensores.
Adicionalmente, la referencia en las
reivindicaciones a un elemento en singular no pretende significar
"único" a menos que se especifique explícitamente, sino más
bien, "uno o más". Adicionalmente, las realizaciones aquí
descritas de manera ilustrativa pueden ponerse en práctica sin
ningún elemento que no esté aquí descrito específicamente.
Claims (11)
1. Un nivel óptico que comprende:
un conjunto óptico (62) para generar al menos un
rayo (64) de luz visible, incluyendo el conjunto óptico unas
clavijas (65) de soporte;
una plataforma (66) que incluye unas cunas en
las que se insertan las clavijas de soporte para soportar el
conjunto óptico;
un mecanismo de oscilación por relajación
proporcionado por las clavijas de soporte y las cunas que soportan
el conjunto óptico para que gire con al menos un grado de libertad
sobre las clavijas de soporte, en el cual la adherencia estática
entre las clavijas de soporte y las cunas puede mantener al conjunto
óptico en su sitio incluso cuando la plataforma se inclina con
respecto al nivel;
al menos un actuador (63) dispuesto para
provocar el movimiento del conjunto óptico aplicando un par
suficiente para que el conjunto óptico supere la adherencia estática
del mecanismo de "oscilación por relajación" permitiendo al
conjunto óptico girar sobre las clavijas de soporte hasta una
posición a nivel;
un sensor (80) para proporcionar señales que
puedan usarse para determinar si la plataforma está a nivel; y un
circuito de control para recibir las señales desde el sensor y
activar controladamente el al menos un actuador para superar la
adherencia estática del mecanismo de oscilación por relajación e
inclinar el conjunto óptico hacia el nivel para que el al menos un
rayo de luz visible esté sustancialmente a nivel.
2. El nivel óptico de la Reivindicación 1 en el
cual el sensor (80) comprende:
una fuente (133) de luz para producir un rayo
(134) de luz detectora;
un nivel (132) de burbuja de dos ejes alineado
con el rayo de luz de manera que cuando el nivel de burbuja de dos
ejes está nivelado, el rayo de luz también está a nivel;
un detector (131) de luz sensible a la posición
que es sensible al rayo de luz detectora; y
estando dispuesta la fuente (133) de luz para
proyectar el rayo (134) de luz detectora a través del nivel (132) de
burbuja de dos ejes hacia el detector de luz sensible a la posición
para que el detector pueda determinar si el nivel de burbuja de dos
ejes está nivelado.
3. El nivel óptico de la Reivindicación 2 en el
cual el rayo de luz detectora es dirigido hacia abajo a través del
nivel de burbuja de dos ejes hacia el detector de luz sensible a la
posición que está posicionado por debajo del nivel de burbuja de dos
ejes.
4. El nivel óptico de la Reivindicación 2 en el
cual el rayo de luz del detector es dirigido hacia arriba a través
del nivel de burbuja de dos ejes hacia el detector de luz sensible a
la posición que está posicionado por encima del nivel de burbuja de
dos ejes.
5. El nivel óptico de la Reivindicación 2 en el
cual el detector de luz sensible a la posición es un detector de
cuadratura, un detector de dispositivo acoplado por carga, o un
detector semiconductor complementario de óxido de metal.
6. El nivel óptico de la Reivindicación 1 en el
cual el sensor (80) comprende:
un primer nivel de burbuja de un eje alineado
para producir un rayo de luz que forme algún primer ángulo
predeterminado con un primer eje cuando el nivel de burbuja de un
eje esté nivelado con respecto al primer eje;
un segundo nivel de burbuja de un eje alineado
para producir un rayo de luz que forme algún segundo ángulo
predeterminado con un segundo eje cuando el segundo nivel de burbuja
de un eje esté nivelado con respecto al segundo eje;
una primera fuente de luz y una segunda fuente
de luz;
un primer detector de luz sensible a la posición
y un segundo detector de luz sensible a la posición;
estando la primera fuente de luz posicionada
para que proyecte un primer rayo detector a través del primer nivel
de burbuja de un eje hacia el primer detector de luz sensible a la
posición permitiéndole determinar si el primer nivel de burbuja de
un eje está a nivel con respecto al primer eje; y
\newpage
estando la segunda fuente de luz posicionada
para que proyecte un segundo rayo detector a través del segundo
nivel de burbuja de un eje hacia el segundo detector de luz sensible
a la posición permitiéndole determinar si el segundo nivel de
burbuja de un eje está a nivel con respecto al segundo eje.
7. El nivel óptico de la reivindicación 1 en el
cual el sensor comprende:
un primer nivel de burbuja de un eje alineado
con el rayo de luz de manera que cuando el primer nivel de burbuja
de un eje está orientado con un primer ángulo predeterminado con
respecto al primer eje, entonces el rayo de luz está a nivel con
respecto al primer eje;
un segundo nivel de burbuja de un eje alineado
con el rayo de luz de manera que cuando el segundo nivel de burbuja
de un eje está orientado con un segundo ángulo predeterminado con
respecto al segundo eje, entonces el rayo de luz está a nivel con
respecto al segundo eje;
una primera fuente de luz y una segunda fuente
de luz;
un primer detector de luz sensible a la posición
y un segundo detector de luz sensible a la posición;
estando la primera fuente de luz posicionada de
manera que proyecte un primer rayo del detector a través del primer
nivel de burbuja de un eje hacia el primer detector de luz sensible
a la posición de manera que éste pueda determinar si el primer nivel
de burbuja de un eje está orientado con el primer ángulo
predeterminado con respecto al primer eje; y estando la segunda
fuente de luz posicionada de manera que proyecte un segundo rayo del
detector a través del segundo nivel de burbuja de un eje hacia el
segundo detector de luz sensible a la posición de manera que éste
pueda determinar si el segundo nivel de burbuja de un eje está
orientado con el segundo ángulo predeterminado con respecto al
segundo eje.
8. El nivel óptico de la Reivindicación 1 en el
cual el sensor comprende
un primer nivel de burbuja de un eje alineado
con el rayo de luz de manera que cuando el primer nivel de burbuja
de un eje está nivelado con respecto al primer eje, entonces el rayo
de luz también está a nivel con respecto al primer eje;
un segundo nivel de burbuja de un eje alineado
con el rayo de luz de manera que cuando el segundo nivel de burbuja
de un eje está nivelado con respecto al segundo eje, entonces el
rayo de luz también está a nivel con respecto al segundo eje;
una primera fuente de luz y una segunda fuente
de luz;
un primer detector de luz sensible a la posición
y un segundo detector de luz sensible a la posición;
estando la primera fuente de luz posicionada de
manera que proyecte un primer rayo detector a través del primer
nivel de burbuja de un eje hacia el primer detector de luz sensible
a la posición permitiéndole determinar si la plataforma está a nivel
con respecto al primer eje; y
estando la segunda fuente de luz posicionada de
manera que proyecte un segundo rayo detector a través del segundo
nivel de burbuja de un eje hacia el segundo detector de luz sensible
a la posición permitiéndole determinar si la plataforma está a nivel
con respecto al segundo eje.
9. El nivel óptico de la Reivindicación 8 en el
cual el primer nivel de burbuja de un eje y el segundo nivel de
burbuja de un eje están orientados sustancialmente a 90º entre
sí.
10. Un procedimiento para proyectar un rayo de
luz visible en una dirección nivelada o aplomada, a pesar de una
situación inclinada de un conjunto óptico, cuyo procedimiento
comprende:
(a) montar (2001) un conjunto óptico mediante
unas clavijas de soporte insertadas en las cunas de una plataforma,
proporcionando las clavijas de soporte y las cunas un mecanismo de
oscilación por relajación que soporta pivotalmente el conjunto
óptico, y que puede mantener al mismo en una posición estacionaria
por fricción entre las clavijas de soporte y las cunas, y en el
cual el conjunto óptico puede inclinarse sobre dos ejes cuando es
sometido a un par suficiente por un actuador y mantener su posición
una vez que se ha retirado el par, permitiendo por lo tanto que el
conjunto óptico se incline controladamente, siendo el conjunto
óptico capaz de generar al menos un rayo de luz visible;
(b) detectar (2003) si el al menos un rayo de
luz visible generado por el conjunto óptico está a nivel;
(c) aplicar un par mediante el actuador sobre el
conjunto óptico suficiente para inclinar controladamente (2005) el
conjunto óptico con un nuevo ángulo en el caso de que el al menos un
rayo de luz visible generado por el conjunto óptico esté a nivel
cuando el conjunto óptico esté en el nuevo ángulo;
(d) detectar (2007) si el al menos un rayo de
luz visible generado por el conjunto óptico está a nivel cuando el
conjunto óptico está con el nuevo ángulo;
(e) aplicar otro par sobre el conjunto óptico
mediante el actuador suficiente para inclinar controladamente (2009)
el conjunto óptico con otro ángulo si el nuevo ángulo es tal que el
al menos un rayo de luz visible generado por el conjunto óptico no
está a nivel; y
(f) repetir (2011) las operaciones de detectar e
inclinar como en los pasos (d) y (e) hasta que el al menos un rayo
de luz visible generado por el conjunto óptico esté a nivel.
11. El nivel óptico de la Reivindicación 10 en
el cual la operación de detectar si el al menos un rayo de luz
visible generado por el conjunto óptico está a nivel comprende:
proporcionar un nivel de burbuja de dos ejes
alineado de manera que cuando esté nivelado, el al menos un rayo de
luz visible generado por el conjunto óptico esté también a
nivel;
proporcionar al menos un rayo de luz detectora
para que sea proyectado a través de la burbuja de dos ejes;
proyectar el al menos un rayo de luz detectora a
través del nivel de burbuja de dos ejes hacia el detector de luz;
y
detectar, con dichos rayo de luz detectora y
detector de luz sensible a la posición, si el al menos un rayo de
luz visible generado por el conjunto óptico está a nivel.
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