数字水准仪

摘要

一种水准仪、诸如数字水准仪，具有各种特征或实施方式，诸如覆盖显示屏的超声焊接的透镜、嵌入模制在光感测器前面的管、一个或多个按钮组件以及用于将隔室固定在水准仪的框架内的盒组件。

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月20日提交的美国申请No.62/645,417的优先权，其全部内容通过参引合并于此。

背景技术

本发明总体上涉及工具领域。具体地，本发明涉及诸如水准仪的工具，其包括数字水准仪传感器、数字显示器和/或其他电子部件。

水准仪用于多种应用，尤其是在建筑和建造行业中。传统上，要测量取向，水准仪使用的是一个或多个装有液体(例如乙醇)和气体(例如空气)的小气泡的小瓶。小瓶的壁是弧形的，使得当水准仪放置在足够水平或竖直的表面上时，气泡在至少一个小瓶的中心处或中心附近排列。

发明内容

本公开描述了水准仪的一个或多个实施方式。特别地，本公开可以用于数字水准仪(更多细节例如参见专利申请美国序列号16/269,030)。

在一个实施方式中，水准仪包括平坦的底面、与底面相反的顶面、取向传感器、用于计算相对于目标的取向的控制器、光感测模块和显示器。光感测模块测量该水准仪周围的亮度水平。该光感测模块包括主通道、由主通道限定、与水准仪的外部视觉连通的前表面、测量亮度水平的光感测器以及位于光感测器与主通道之间的挡光件。挡光件会干涉直接从前表面穿行到光感测器的光。基于光感测模块的测量结果，显示器发出与相对取向和光感测器的测量结果相对应的图像。取向传感器(例如，加速度计、气泡小瓶)测量顶面和底面中的一者相对于重力的感知方向的取向。

在另一个实施方式中，水准仪包括平坦的底面、与底面相反的顶面、取向传感器、显示器和按钮组件。按钮组件包括后壁、与后壁一起限定内部腔体的多个侧壁、限定内部通道的套筒、与套筒对准并固定地联接至套筒的杆以及联接至套筒的支撑臂。支撑臂包括从所述多个侧壁的第一壁延伸的第一部件、联接至第一部件的接头以及联接至接头和套筒的第二部件。取向传感器测量顶面和底面之一相对于重力的感知方向的取向。显示器发出与所测量的取向相对应的图像。

在另一个实施方式中，通过将取向传感器联接到水准仪来制造水准仪。取向传感器测量水准仪相对于重力的感知方向的取向。该水准仪包括具有纵向轴线并且限定了腔体的本体、由本体限定的平坦的底面、以及由本体限定且与底面相反的顶面。腔体包括上通道和下通道。盒组件被插入腔体内。盒组件包括至少四个盒。第一盒和第三盒包括竖向部分和水平部分。水平部分布置在下通道内。第二盒和第四盒包括竖直部分和水平部分，其中水平部分布置在上通道内。第二盒和第四盒的竖直部分分别与第一盒和第三盒的竖直部分可滑动地接合。将电子器件壳体插入到本体中位于第一盒的竖直部分和第三盒的竖直部分与第三盒的竖直部分和第四盒的竖直部分之间。

在一个实施方式中，透镜覆盖显示屏并且被超声焊接到水准仪的本体上。超声焊接形成相对强或紧的密封，从而降低液体围绕透镜进入水准仪的能力，从而保护水准仪内部的电子器件。光感测器被嵌入在水准仪中，并感测通过管的光，该管被嵌入模制到水准仪本体中位于光感测器前面。环境光是由光感测器测量的，并且这些测量结果用于根据环境光照来配置水准仪显示屏的亮度。嵌入模制提供了管与水准仪本体之间的针对液体的另一种相对强/紧的密封。

该实施方式包括输入模块，该输入模块具有被橡胶小键盘覆盖的一个或多个按钮组件。在橡胶小键盘上放置面板，并将该面板超声焊接到水准仪的本体上。每个按钮组件均包括杆和套筒，该杆和套筒由两个臂固定地联接并支撑。当臂响应于使用者按下按钮而弯曲时，杆被限制沿杆的纵向轴线运动。

盒组件用于对插入水准仪框架中的电子器件壳体进行固定。每个盒组件都放置在框架中，电子器件壳体插入两个盒组件之间。盒组件和电子器件壳体充分紧密地联接以将电子器件隔室相对于水准仪本体牢固地保持或约束。

附加的特征和优点将在下面的详细描述中阐述，并且，部分特征和优点对于本领域技术人员而言从描述中将是明显的，或者通过实践包括在书面描述中以及附图中的实施方式而认识到。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的。

包括附图以提供进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施方式，并且与描述一起用于解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1是根据示例性实施方式的水准仪的立体图。

图2是根据示例性实施方式的图1的水准仪的顶面上的显示器的横截面图，包括透镜至水准仪本体的附接的详细视图。

图3是根据示例性实施方式的图1的水准仪的输入模块的部件的立体图。

图4是根据示例性实施方式的图3的水准仪的面板与水准仪本体之间的密封的横截面图。

图5是根据示例性实施方式的图3的水准仪的光管和光感测器的详细横截面立体图。

图6是根据示例性实施方式的图3的水准仪的输入模块的几个按钮组件的详细立体图。

图7是根据示例性实施方式的按钮组件的详细立体图。

图8是根据示例性实施方式的图1的水准仪的盒组件的立体图。

图9示出了根据示例性方法的用于制造图1的水准仪的图示的一系列步骤。

图10是根据示例性实施方式的部分插入图1的水准仪的水准仪框架中的电子器件壳体的立体图。

图11是根据示例性实施方式的图10的电子器件壳体的一部分的详细立体图。

具体实施方式

总体上参照附图，示出了水准仪及其元件的各种实施方式。这里讨论的水准仪的各种实施方式涉及纯数字水准仪，但是设想的是这些实施方式可以与数字和模拟的组合的水准仪(例如，具有数字部件和小瓶的组合的水准仪)一起使用。

在一个实施方式中，将覆盖显示屏的透镜超声焊接到水准仪本体上，以形成针对液体的相对强/紧的密封(例如，IP65等级的密封)。透镜可以由聚碳酸酯制成以具有很强的冲击韧性，并且/或者可以由诸如具有所需特性、诸如光学透明度的聚合物之类的其他材料制成。对于数字水准仪，强液体密封有助于保护水准仪本体内的电子器件免受否则可能由液体引起的损坏。

将管在光感测器的前面嵌入模制到水准仪的本体中。光感测器测量环境照明的水平，该测量结果用于配置显示器的亮度。光管和水准仪本体之间的嵌入模制提供了密封(例如IP65密封)，以保护内部电子器件免受液体侵害，并协助光感测器提供对环境光的准确测量。

输入模块包括面板，该面板被置于橡胶小键盘上，并且还超声焊接到水准仪的本体上。这种布置在保持针对液体密封的同时提供了电子输入接口的功能，以保护内部电子器件同时相对容易制造。小键盘的每个按钮都至少覆盖一个按钮组件。按钮组件包括固定地联接至套筒的杆，杆由支撑臂支撑以在按钮被按下时选择性地与电子器件接合。套筒通过支撑臂保持在适当位置，支撑臂本身牢固地固定到模制成单体件的按钮组件的壁上。臂限制杆沿套筒和杆的纵向轴线移动。

盒组件对插入水准仪的框架中的电子器件壳体进行固定。每个盒组件均包含两个彼此配合地接合的部件。每个盒组件都放置在水准仪框架中，并展开以与水准仪框架中的通道接合。电子器件壳体在两个盒组件之间插入水准仪框架中。盒组件的内部包括稍微升高的突出部，并且电子器件壳体包括与突出部相对应的凹部，从而将电子器件壳体固定到水准仪框架内的特定位置。由于干涉，盒组件和电子器件壳体足够紧密地联接在一起，以相对于水准仪本体约束或牢固地保持电子器件隔室。

参照图1，示出了根据示例性实施方式的诸如数字水准仪10之类的水准仪。总体上，水准仪10包括显示器12和显示器13、顶面6、底面8和纵向轴线4。水准仪本体包括大体上平坦的底面8和相反的顶面6，该相反的顶面6大体上平行于平坦的底面8。如将总体上理解的那样，水准仪的底部被放置在工件(例如，结构、表面等)上，以便水准仪10的使用者测量工件表面的包括但不限于表面是水平或垂直的程度。

水准仪10包括在水准仪10的顶部和底部(从图1的角度看)的第一测量面。水准仪10的测量面提供了非常平坦的表面，所述表面允许水准仪10通过将水准仪10的测量面之一放置为抵靠被测其他物体来测量物体的取向。水准仪10被认为可以具有任何数目的测量面(例如1至4)。

水准仪10包括取向传感器9(例如，酒精小瓶、加速计)，以测量水准仪10相对于重力的感知方向的取向(例如，如果水准仪10为静止的，则与重力对齐)。在具有数字水准仪的实施方式中，控制器11随后基于从取向传感器9接收的信号来计算水准仪10的取向，并且随后计算水准仪10的取向与水准仪10的目标取向(例如，垂直于重力、垂直的、另一选择的角度)之间的差。

参照图2，在一个或更多个实施方式中，显示器12和显示器13可以是任何显示技术(例如，LCD、等离子、OLED、QLED等)。为了保护显示器12和13免受湿气和其他污染物的侵害，透镜16通过围绕显示器12和显示器13定位的密封件14固定在本体18上。透镜16联接到本体18并延伸以形成顶面6的至少一部分。因此，透镜16被超声焊接到水准仪本体18上以产生牢固的液体密封(例如，IP65)。替代性地，透镜16可以通过诸如RTV硅树脂之类的硅树脂来固定。如本公开的一个或多个实施方式中所述，认为可以通过将透镜16超声焊接到本体18来保护显示器12和显示器13。

在一个实施方式中，将透镜16的附接突出部90放置在本体18的附接通道92内。随后，将附接突出部90超声焊接以附接至本体18。可以将诸如具有带颜色的材料的框架周向地加在透镜16周围以覆盖或掩盖超声焊接。

现在参照图3至图4，在面板24与本体18之间固定有小键盘26，面板24在一个实施方式中包括塑料。为了保护内部电子器件免受湿气和其他污染物的侵害，面板24被超声焊接至本体18(图4中最佳示出)以实现IP65密封标准。附接突出部94被放置在附接通道96内并且随后被超声焊接。小键盘26被设置在面板24与本体18之间。在使用中，当压下小键盘26时，小键盘26与按钮组件30接合。在至少一个实施方式中，本体18包括弹性体并且小键盘26包括橡胶。在一实施方式中，面板24的外围25被焊接到本体18。

现在参照图5，图5描绘了图3的大致在图3中的本体18的左上角附近的一部分的放大截面图。光感测器22用于测量在水准仪10周围的环境光的亮度水平。该测量结果用于配置水准仪10中的显示器12和显示器13的亮度。例如，如果水准仪10是在明亮晴朗的天气里在室外使用的，那么光感测器22测量亮度并且该测量结果被作为依据来相应地将显示器12和显示器13调节到最大亮度或接近最大亮度。替代性地，如果水准仪10是在较暗的条件内部使用的，则为了节省能量，显示器12和显示器13被配置成亮度较低。

因为光感测器22位于水准仪10的本体18的内部，所以管20允许光通过首先穿过由主通道100限定的管20的前表面112、穿过主通道100的介质114、通过穿过侧通道108的介质116在挡光件21周围反射和/或折射而到达光感测器22。然后，光行进穿过包括介质118(例如，空气)的内部腔体124到达光感测器22。在一个实施方式中，主通道100与侧通道108视觉上连通，侧通道108与内部腔体124视觉上连通。水准仪10周围的环境光穿过管20到达光感测器22。在一个实施方式中，光感测器22和挡光件21与主通道100的纵向轴线102对准。为了允许光穿过管20的内部容积，认为管20的内部容积可以是空气(或其他气体)、透明塑料(或其他固体材料)、或其他透明或部分透明的介质。光感测器22的宽度120小于挡光件21的宽度106，挡光件21是不透光的或几乎是不透光的，因此光必须——诸如经由加到主通道100的与前表面112相对的底部的在光到达光感测器22之前分散光的纹理材料——围绕挡光件21反射、折射和/或弯曲以到达光感测器22。在一个实施方式中，光感测器22固定地联接到电路板(例如，安装到电路板上)，且光感测器22发送代表通过光感测器22的测量结果的信号。电路板进一步通信地联接到控制器11，控制器11计算水准仪10的取向。

在一个实施方式中，主光通道100和侧通道108径向地围绕光感测模块122的纵向轴线102，其中侧通道108比侧通道108径向上围绕的挡光件21在径向上更远离纵向轴线102。主通道100的宽度104小于光阻碍件21的宽度106，因此使光更容易在光阻碍件21周围传输。侧通道108的内表面110包括相对反射的材料(例如浅色不透光表面)，以将光朝向感测器重新定向。

管20将光过滤到光感测器22，以帮助光感测器22检测环境光的平均亮度。例如，如果水准仪10在建筑物内部并且管20恰好与光源(例如，灯泡)轴向对准，则管20向光感测器22提供平均环境光，以减少光感测器22高估环境亮度的可能性。

在一个实施方式中，管20的内表面23是相对高反射性的，从而传播光通过管20、围绕挡光件21反射到光感测器22。例如，可以将管20的内表面23涂成白色。在另一个实施方式中，在水准仪10中管20与光感测器22之间不包括挡光件21，并且主通道100包括与前表面112相对的纹理材料以分散光。

为了保护光感测器22和其他内部部件免受湿气和其他污染物的侵害，将管20插入模制到本体18中(如图5中所示)。面板24包括供管20放置在其中的开口。小键盘26被成形为不覆盖管20(图3中所示)。

参照图6至图7，按钮组件30包括柱，示出为杆32，杆32与套环轴向对准，套环示出为套筒36。当用户按下小键盘26上的按钮时，固定地联接的杆32和套筒36导致支撑臂38弯曲，直到杆32的封闭的导电端148与下面的电子器件(例如，常开瞬时开关、常闭瞬时开关)接合以指示使用者已经按下了小键盘26上的相关联的按钮。在另一实施方式中，当用户按下小键盘26上的按钮时，小键盘26抵接杆32的面向按钮的端部150，杆32在套筒36的内部通道156内沿着纵向轴线152滑动，直到杆32的封闭的导电端148与下面的电子器件(例如，常开瞬时开关、常闭瞬时开关)接合，以指示用户按下了小键盘26上的相关按钮。

侧壁142在支撑壁140之间延伸，并且与后壁144一起限定了腔体160。支撑壁140限制了小键盘26的行程，以防止杆32偏转到不与下面的电子器件接合的位置。支撑臂38固定地紧固到按钮组件30的支撑壁140。支撑臂38包括大致垂直于支撑壁140的第一部件40、弯曲并固定地紧固到套筒36的第二部件42以及位于第一部件40与第二部件42之间的连接接头44。基于此考虑图6内的支撑臂38，第一部件40沿着彼此相反的第一方向166和第二方向170中的一者延伸，并且第二部件42的至少一部分沿着第一方向166和第二方向170中的另一者延伸。杆32的该支撑机构允许不多于一个自由度地使杆32沿其纵向轴线平移但不沿其他方向平移。因此，该按钮为用户提供了更好的触感。在一个实施方式中，套筒36、支撑臂38和杆32是单体模制组件。

现在参照图8至图11，盒组件50被利用于将电子器件壳体74固定在本体18内。在制造水准仪10期间，将两个盒组件50放置在本体18内，然后将电子器件壳体74放置在盒组件50之间(图9中最佳示出)。

盒组件50包括第一盒部件52和第二盒部件60。第一盒部件52包括竖直部分54，该竖直部分54与第二盒部件60的竖直部分64的竖直通道66配合地接合。因此，第一盒部件52能够朝向和远离第二盒部件60滑动。第一盒部件52包括具有腔体58的水平部分56，当第一盒部件52和第二盒部件60配合接合时，腔体58远离第二盒部件60定向。第二盒部件60还包括具有腔体的水平部分62，当第一盒部件52和第二盒部件60彼此配合地接合时，该腔体远离第一盒部件52定向。

参照图9所示，在制造水准仪10的过程中，盒组件50被放置在本体18内。为了被放置在本体18内，第一盒部件52和第二盒部件60朝向彼此滑动，从而从图9的角度看减小了盒组件50的高度。一旦盒组件50在本体18内，则第一盒部件52和第二盒部件60滑开到上通道190和下通道192中。结果，第一盒部件52的水平部分56和第二盒部件60的水平部分62被移动到本体18底部和顶部上的通道72(在图9的右下图#6中最佳显示)中。

随后，将电子器件壳体74放置本体18中位于盒组件50之间(图9中的图像#4最佳所示)。在将电子器件壳体74放置在盒组件50之间的过程中，在电子器件壳体74位于框架70内之前，盒组件50的肋68压靠在电子器件壳体74的顶面和底面上。结果，盒组件50压靠电子器件壳体74并稍微地使电子器件壳体74在竖向方向上(例如，从图9的角度观察的向上和向下方向)压缩变形。一旦电子器件壳体74位于框架70内，肋68就被布置在电子器件壳体74的凹部76内，结果，框架70不再由于电子器件壳体74而变形和/或变形较小。压缩力将电子器件壳体74保持在盒组件50中。电子器件壳体与盒组件之间的压缩力将电子器件隔室相对于水准仪本体限制或牢固地保持。

在肋68和电子器件壳体74的高度使电子器件壳体74的顶部和底部与框架70之间紧密配合的同时，斜切的突起82使电子器件壳体74的左侧和右侧与框架70之间紧密配合(通过盒组件50)。斜切的突起82位于电子器件壳体74的侧面上。当将电子器件壳体74放入框架70中时，斜切的突起82侧向地压在盒组件50上。斜切的突起82是成角度的突起，其较短的边缘扩展到较长的边缘。在一个实施方式中，两个斜切的突起从电子器件壳体74的每个侧壁向外延伸。

现在参照图11所示，斜切的突起82的较短边缘84的长度不如示出为螺钉接收器78的螺纹接收器的圆筒宽度80那么宽。结果，当螺钉接收器78配装在本体18内时，斜切的突起82的较短边缘84也安装在本体18内。当电子器件壳体74进一步插入本体18中时，斜切的突起82开始压靠在盒组件50上，直到整个电子器件壳体74都插入本体18内并且斜切的突起82的较大边缘86压靠在盒组件50上。

结果，电子器件壳体74被牢固地固定在框架70内(通过盒组件50)，使得电子器件壳体74在受到严重冲击(例如掉落)后，将优选地保持在相对于框架70的固定的取向上。在一个或多个实施方式中，电子器件壳体74和框架70被紧紧地压在一起，使得它们被密封以防止诸如液体之类的污染物。

在一个或多个实施方式中，将粘合剂放置在电子器件壳体74与框架70之间，以增强电子器件壳体与盒组件的刚性联接。在本文中考虑，粘合剂还可增强电子器件壳体74与框架70之间的密封、诸如液体密封。

应该理解，附图详细地图示了示例性实施方式，并且应当理解，本申请不限于说明书中阐述的或在附图中示出的细节或方法。还应该理解，该术语仅出于描述目的，并且不应被视为限制。

鉴于本说明书，本发明各个方面的进一步修改和替代性实施方式对于本领域技术人员将是明显的。因此，该说明书应被解释为仅是说明性的。在各种示例性实施方式中示出的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一些实施方式，但是在不实质上脱离本文所述主题的新颖教导和优点的情况下，许多改型是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)。示出为整体形成的一些元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或改变。根据替代实施方式，任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序可以改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在各种示例性实施方式的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。

除非另有明确说明，否则绝不旨在将本文阐述的任何方法解释为要求其步骤以特定顺序执行。因此，在方法权利要求没有实际列举其步骤应遵循的顺序的情况下，或者在权利要求书或说明书中没有特别声明步骤应限于特定顺序的情况下，绝不意味着可以推断出特定顺序。另外，如本文中所使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个组件或元件，而不旨在被解释为仅意味着一个。如本文所使用的，“刚性联接”是指两个部件被联接成：使得当受到力作用时，这些部件以固定的位置关系一起移动。

本发明的各种实施方式涉及任何特征的任何组合，并且在本申请或将来的申请中可以要求保护特征的任何这种组合。上面讨论的任何示例性实施方式的任何特征、要素或部件都可以单独使用，或者与上面讨论的任何其他实施方式的任何特征、要素或部件相结合使用。