專利名稱：角度測量儀的制作方法
角度測量儀
本發(fā)明涉及到一種光學(xué)的角度測量儀器，特別是#^專利權(quán)利要求1前序
部分下的角度測量儀器。
背景技術(shù)：
角度測量儀可以用作純粹的經(jīng)緯儀皿行角度測量，或者結(jié)合望遠鏡形式 的距離觀懂儀器構(gòu)成坐標(biāo)觀懂系統(tǒng)的一部分。比艦型的形式是在一個經(jīng)緯儀
上的翻轉(zhuǎn)軸上具有一個V型軸承，也就是一個帶有定義了 2 ^h支撐點的^^ 由 承。不aa種V型軸承具有一錯點，那就是它僅僅只能在一個方向上承受負(fù)
載，因此不育被垂直方向上進行安裝，考慮到電機不斷交,變換的驅(qū)動力方向，
因此4眺釆用電init行驅(qū)動。
其它類型的帶有少量徑向間隙的軸承有空氣軸承和卡緊的滾珠軸承?？諝?軸承較為繁瑣而且,較大，而卡緊的滾珠軸承也有缺點，那就是滾珠并不能 十分理想化地進行轉(zhuǎn)動，因為它們必須卡得非常緊，來保證徑向位置偏差最小 化。、鵬也會對這種預(yù)應(yīng)力造成影響，根據(jù)所選##料的不同而有所不同，這 會進一步使其復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種前面所述類型的角度測量儀，它能夠消除前面 所述的那些轉(zhuǎn)軸支承的缺點。
具有專利權(quán)利要求i中所述特征的角度觀懂儀實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。 這個用于光學(xué)角度測量的角度測量儀具備一個帶有角度編碼器的望遠鏡 體，它可以至少圍繞一個轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)地被支承。望遠鏡體上可以裝配公知的 瞄準(zhǔn)鏡、 一個電子照相機、激光式測距儀等等。這里該轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地支撐在至
少2個支承位置上的，這些支承位置在轉(zhuǎn)軸的方向上相互之間是保持一定距離 的。至少2個傳離裝置在沿轉(zhuǎn)軸分別被安置在測量位置上來獲得轉(zhuǎn)軸的準(zhǔn)確 位置，這些測量位置在轉(zhuǎn)軸的方向上相互之間是保持一定距離的。這些傳感器 裝置中至少之一具有電容式傳感器組，它在測量位置處能夠獲得轉(zhuǎn)軸垂直于軸 向的方向上的移動。
這樣就可以以滾辦由承的普通的即不特別強的張緊工作。從而保證了滾珠 會,在,面的各直徑±^置的點上輕松地滾動。
這里轉(zhuǎn)軸上的點會由于軸承精度在垂直于軸方向上的平面上進行移動。這
種移動會分別被測量位置處的傳麟裝置獲得。由于存在2個測量位置，因此 該位置或轉(zhuǎn)軸的2點的位移和移動的轉(zhuǎn)軸的位置整體已知。此位置在計算望遠 鏡體或其中所安置的望遠鏡和/或測距儀的觀察方向時需要加以考慮(還考慮采 用常規(guī)方式借助于角度編碼器計算出的圍繞一個或者2個轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角度)。就 是說，望遠鏡體的觀察方向一方面是可以通過圍繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動來確定的，另外 一方面可以根據(jù)本發(fā)明所確定的轉(zhuǎn)軸位置，行修正。例如由于溫度測量， 的該儀器幾何上的進一步修正可以釆用公知的方式進行。
在本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式中，每個傳感器裝置都包括各具有2個電容傳感器 的第一傳感器對和第二傳感^對，第一傳感器對測量垂直于軸向的第一方向上 的轉(zhuǎn)軸位移，第二傳KI對測量垂直于軸向的第二方向上的轉(zhuǎn)軸位移，第一和 第二方向相互之間也是垂直的。通il傳自對相互之間的垂直定向可以將2個 方向上的位置確定相互分離開。
替換地可以使用更多或者更少的傳感器
例如可以僅僅使用一個傳自或者一個傳感器對，以僅僅測量一個方向上 的轉(zhuǎn)軸位移?；蛘?柳3個成三角形圍繞轉(zhuǎn)軸布置的傳麟，轉(zhuǎn)軸在2個方向 上的位移可以通腿3個傳麟的電容總體計算出來。同樣還可以4頓5個或 者6個傳感器。不過前面所詳細(xì)介紹的具有2個相互垂直的傳 對的方案在 計算時特別簡單。
本發(fā)明的另一優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式中，在傳感器裝置的至少一個中，第一傳感器 對的第一傳感器和第二對傳感器的第一傳感器分別安置在第一傳感器元件支座 上的，第一傳感器對的第二傳感器和第二傳感器對的第二傳感器分別安置在第 二個傳感器元件支座上的。這樣就可以調(diào)整2個傳/iWE轉(zhuǎn)軸上的位置， 一個 對的兩個傳繊的調(diào)整分別相互之間是^l^的。由于2個傳麟相互垂直地處 于同一個支座上，因此它們相對轉(zhuǎn)軸的位置通過支座的移動同樣也可以基本相 互3蟲立iikii^H周節(jié)。
本發(fā)明的另一優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式中，分別在轉(zhuǎn)軸和電極之間的傳感器是根據(jù)其 在轉(zhuǎn)軸和電極之間的距離形成電容。這里轉(zhuǎn)軸最好是電接地的。這樣可以非常
簡單i艦行線路布置以及傳感器電容的計算。
符合本發(fā)明的測量裝置可以應(yīng)用在角度測量儀的多個轉(zhuǎn)軸上，特別是用在
翻轉(zhuǎn)軸(或者頂軸(Zenitachse))禾口/或者豎軸(或者方位角度軸(Azimutachse))上。
在本發(fā)明的另一雌結(jié)構(gòu)形式中，角度須憧儀有一個電子電路，它為傳感 器對中的至少一個而構(gòu)造用于根據(jù)第一傳感器的電容產(chǎn)生第一信號，根據(jù)第二 傳感器的電容產(chǎn)生第二信號及形成第一和第二信號之間的差信號。這個差信號
就是轉(zhuǎn)軸^m—和第二傳感器之間的方向上所發(fā)生的位移量。
對本發(fā)明其他雌結(jié)構(gòu)形式可以參照本發(fā)明的相關(guān)專禾敗利要求。


在下面借助在所附圖中示出的本發(fā)明所推薦的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)
明。其都采用了示意形式
附圖1 帶有轉(zhuǎn)軸^g傳感器的角度測量儀的側(cè)視附圖2 轉(zhuǎn)軸位置傳感器的詳細(xì)視圖；禾口
附圖3 用于計算轉(zhuǎn)軸位置傳感器電容值的電子電路。
這些在圖紙上所采用的附圖標(biāo)記及其含義在附圖標(biāo)記清單表中統(tǒng)一列出。
原則上附圖中的相同部fH吏用相同的附圖標(biāo)記。
具體實施例方式
附圖1中顯示的是帶有轉(zhuǎn)軸位置傳感器的角度觀糧儀的偵艦圖。 這里望遠鏡體5可以圍繞翻轉(zhuǎn)軸1進行旋轉(zhuǎn)，并支承在支架4上。支架4 可圍繞豎軸2旋轉(zhuǎn)地支承在基座3上。這個支承結(jié)構(gòu)具有滾珠軸承6。 2個轉(zhuǎn)軸 1， 2上都裝配了電容式傳感器7，這些電容式傳自成對的或者與蟲地在軸向 方向上相互之間保持一定距離地設(shè)置。最好在轉(zhuǎn)軸l， 2的軸承6處安置傳自 7。通過傳感器7的電容的變化可以觀懂出轉(zhuǎn)軸的側(cè)向偏移并育嫩換算出轉(zhuǎn)軸位 置的角度修正。用于測量圍繞相應(yīng)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的角度測量儀或者角度編碼 器以及有可育採用的電機驅(qū)動裝置并沒有在圖紙上示出來。
附圖2顯示的是轉(zhuǎn)軸位置傳感器的詳細(xì)視圖。附圖左邊顯示的是軸向的視 圖，右邊是一個橫截面圖，這里軸向是在紙平面方向上的。在基礎(chǔ)支座12上(只 在橫截面圖中示出)，它是支架4或者基座3的一部分，有2個傳,元件支座 14， 14'，并用固定裝置如螺釘13進行了固定。這種固定是可調(diào)節(jié)的，因此傳感
器7和轉(zhuǎn)軸11之間的距離也是可以調(diào)節(jié)的。在轉(zhuǎn)軸11和傳感器7的電極16之 間的空氣間隙中形成了電容。電極16到轉(zhuǎn)軸11的距離分另何以通過支座14的 位移調(diào)節(jié)至大約15微米。對于直徑為28mm的轉(zhuǎn)軸，在電極寬度為3mm，長 度為10mm時，產(chǎn)生基本電容大約為34pF。
轉(zhuǎn)軸11可以是翻轉(zhuǎn)軸1或者豎軸2。傳感器7a， 7b， 7c， 7d的齡都有一 個電極16，它il3^色緣體15來謝f^色緣，并固定在傳li^l元件支座14上，還 ilil電極連接導(dǎo)線17與計算電子裝置電連接。絕緣體15由于其機械的精度和 穩(wěn)定性最好是釆用陶瓷t才料制成。轉(zhuǎn)軸ll與計算電子裝置的接地接頭是連在一 起的。
在借助于一個4重的圖讀取器，或4重的傳 |測量角度位置時，這種角 度測量裝置同樣可以提供關(guān)于轉(zhuǎn)軸移動的信息，因此可以將其用于為此目的的 傳感器裝置。在這種情況下，僅僅還需在軸向方向上間隔的附力啲前面所述類 型的電容式傳感器裝置，用來完整地確定轉(zhuǎn)軸的位置。
附圖3顯示的是用于計算轉(zhuǎn)軸位置傳 電容值的電子電路。這種電子電 路最好是分別對傳麟7a， 7b， 7c， 7d中的一個具有電位器用于形麟一信號 ，二信號，電位器由一個電阻Rl和傳感器的可變電容Cs構(gòu)成。特別是在電 壓源(其電壓為Uo)和電位器抽頭(其電壓為Us)之間安置了電阻R1。傳感 器7a， 7b， 7c， 7d的電容就處于電位器的抽頭和轉(zhuǎn)軸l， 2; 11之間。為了對 電位器的抽頭上的信號Us進行整流以及進fr濾波，將一個二極管D串聯(lián)在電 位器的抽頭和放大器輸入端之間，并將一個濾波電容C安置在放大器輸A^喆和 接ite間。最好是分別由4Th對傳lf^對2個傳 將2個二極管D進行艦， 這也就是說將 置在同一個二極管外殼內(nèi)。
傳^l對的這2個被濾波后的信號會傳遞至嗟動放大器X， Y的2錫入 端處。差動放大器X， Y的輸出端信號就是轉(zhuǎn)軸在從傳感器中心出發(fā)的X和Y 軸方向上的偏移量。通過采用這種差動的方法可以將溫度的影響保持在較小的 水平。這2個差動放大器X， Y的輸出端通過一個A/D變換器實現(xiàn)數(shù)灘號化， 并以數(shù)字方式通過一個系統(tǒng)控制器來進一步進行處理。當(dāng)然，模擬和數(shù)字信號 處理之間的接口也可以在電路裝置上的其它位置上實現(xiàn)，并具備相同的整體功 能。用于確定轉(zhuǎn)軸位移的電路同樣也可以采用純模擬的形式來實現(xiàn)。
電壓源上具備一個振蕩器Osc和一個驅(qū)動器Div。振蕩器Osc的頻率為f，
例如大約為1.5 MHz，的正弦形信號可以通過驅(qū)動器Drv來放大到例如大約2
Vpp左右的電壓Uo。電阻Rl和傳感器電極的電容Cs—起構(gòu)成了電位器。在二
極管D則絵對電位器抽頭上產(chǎn)生的電壓Us進行整流并在電容C中進行、搶波。
<formula>formula see original document page 8</formula>
當(dāng)傳^iH敏感度為大約100 mV/Mm，噪音在大約1 mV時，產(chǎn)生的^fj辛率 為10-20 nm。對于相應(yīng)于150讓的軸承距離的傳繊距離，其產(chǎn)生的關(guān)于轉(zhuǎn) 軸ll (圍繞一個垂直于轉(zhuǎn)軸ll的轉(zhuǎn)軸)的轉(zhuǎn)動的角度敏感度為大約O.l微弧度 (mikrorad)。
最好這個電子電路具有一個補償電路用于消除溫度的影響，特別是具有一 個電位器R1-R2和一個用于整流和滄波的電路，它類似于各單個傳感器7a， 7b， 7c， 7d的電路構(gòu)造。這樣會產(chǎn)生一個參考電壓，它也^it)!A/D變換器鄉(xiāng)行 數(shù)字化的。通過將傳感器對的測量信號與參考電壓相關(guān)，就可以消除可變信號 振幅Uo的影響了。
附圖標(biāo)記清單表
1翻轉(zhuǎn)軸11轉(zhuǎn)軸
2豎軸12基礎(chǔ)支座
3基座13固定裝置，螺釘
4支架14傳麟元件支座
5望遠鏡體15絕緣體
6繊軸承16電極
7，7a…7d傳麟17電才^￡接導(dǎo)線
權(quán)利要求
1. 一種用于光學(xué)角度測量的角度測量儀，它具有可以圍繞至少一個轉(zhuǎn)軸(1，2；11)旋轉(zhuǎn)地支承的望遠鏡體5，轉(zhuǎn)軸(1，2；11)可旋轉(zhuǎn)地支撐在至少兩個支承位置6上，支承位置6在轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的軸向方向上相互間隔，其特征在于，至少兩個傳感器裝置沿著轉(zhuǎn)軸(1，2；11)分別被安置在測量位置上來獲得轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的位置，測量位置在轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的方向上相互間隔，傳感器裝置的至少一個是由一組電容式傳感器(7a，7b，7c，7d)構(gòu)成的，它能夠在測量位置處獲得轉(zhuǎn)軸(1，2；11)在垂直于軸向上的位移。
2. 按照豐又利要求1所述的角度測量儀，其中，所述至少一個傳感皿置中 的每個具有分別帶有兩個電容式傳感器的第一傳感器對(7a， 7b)和第二傳感 器對(7c， 7d)，第一傳 |對(7a， 7b)測量轉(zhuǎn)車由(1， 2; 11)在垂直于軸向 的第一方向上的位移，第二傳感器對(7c， 7d)測量轉(zhuǎn)軸(1， 2; 11)在垂直 于軸向的第二方向上的位移，第一和第二個方向相互之間是基本垂直的。
3. 按照權(quán)利要求2所述的角度測量儀，其中，在傳麟驢的至少一個處， 第一傳感器對(7a， 7b)的第一傳感器(7a)和第二傳^1對的第一傳 (7c) 分別安置在第一傳 元件支座(14)上，第一傳感器對的第二傳感器(7b) 和第二傳li^對的第二傳感器(7d)分別安置在第二傳 元件支座(140上。
4. 按照J(rèn)^權(quán)禾腰求其中之一項的角度觀U量儀，其中，分別在轉(zhuǎn)軸(1， 2; 11)和電極(16)之間的傳感器上是根據(jù)在轉(zhuǎn)軸(1, 2; 11)和電極(16)之 間的距離形成電容。
5. 按照上述權(quán)利要求其中之一項的角度測量儀，其中，轉(zhuǎn)軸(1， 2; 11) 是翻轉(zhuǎn)軸(1)和減是豎軸(2)。
6. 按照上述權(quán)利要求其中之一項的角度測量儀，該角度測量儀具有一個電 子電路，它為傳感器對(7a， 7b， 7c， 7d)中的至少一傳感器對構(gòu)造用于根據(jù) 第一傳感器(7a， 7c)的電容產(chǎn)生第一信號，根據(jù)第二傳感器(7b， 7d)的電 容產(chǎn)錢二個信號及由第一和第二信號形成差信號。
7. 按照權(quán)利要求6的角度測量儀，其中，用于各傳感器(7a， 7b， 7c， 7d)的用來形成第一信號和第二信號的電子電路最好是具有電位器(R1， Cs)， 電位器由電阻(Rl)禾口傳繊的電容(Cs)構(gòu)成，特別是在電壓源(Osc， Drv) 和電位器抽頭之間安置戶脫電阻(Rl)，傳麟(7a， 7b， 7c， 7d)的電容(Cs) 安置于抽頭和轉(zhuǎn)軸(1， 2; 11)之間。
8. 按照權(quán)利要求7的角度測量儀，其中，電子電路具有可以對電位器的抽 頭上的信號進行整流以及濾波的電路，特別是與信號串聯(lián)的二極管(D)及接地 的濾波電容(C)。
9. 按照權(quán)利要求8的角度測量儀，其中，傳 |對(7a， 7b， 7c， 7d)的 相應(yīng)兩個傳感器的兩個二極管(D)布置在同一個二極管外殼內(nèi)。
10. 按照權(quán)利要求6至9其中之一項的角度測量儀，其中，電子電路具有補 償電路用于消除驗的影響，特別是具有電位器和用于整流和搶波的電路，它 類似于各傳感器(7a， 7b， 7c， 7d)的開關(guān)安置。
全文摘要
一種用于光學(xué)角度測量的儀器，具有一個望遠鏡體5，它可以圍繞至少一個轉(zhuǎn)軸(1，2；11)進行旋轉(zhuǎn)并支撐在其上，這里的轉(zhuǎn)軸(1，2；11)是旋轉(zhuǎn)支撐在至少2個軸承支承架6上的，軸承支承架6在轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的軸向方向上相互之間是保持一定距離的。這里沿著轉(zhuǎn)軸(1，2；11)在其上的每處測量位置上都安裝了至少2個傳感器來獲得轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的位置，這些測量位置在轉(zhuǎn)軸(1，2；11)的軸向方向上相互之間是保持一定距離的。這些所安置的傳感器中至少有一處是由一組電容式傳感器(7a，7b，7c，7d)構(gòu)成的，它能夠獲得轉(zhuǎn)軸(1，2；11)在測量位置處垂直于軸向方向上的位移變化。
文檔編號G02B23/16GK101384881SQ200780004727
公開日2009年3月11日 申請日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者D·邁耶 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司