專利名稱:一種測量角度的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及角度的測量技術(shù),具體說是一種測量角度的方法及其裝置。
在公知的電子經(jīng)緯儀中,通常采用由玻璃度盤形成的光柵度盤上刻劃極密的明暗條紋,利用幾何光學(xué)和物理光學(xué)原理在度盤的一側(cè)產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)轉(zhuǎn)動度盤時(shí)用光電接收器記錄條紋的移動個(gè)數(shù)而獲得度盤轉(zhuǎn)動角度值。但光柵度盤制造工藝要求極高,光電接收及信號處理復(fù)雜使儀器成本提高。
另采用編碼度盤是在玻璃上劃出黑白小區(qū)域,在不同半徑的圓環(huán)上分為數(shù)個(gè)道,用徑向排列的光電接收器分別接收各道上的信號,以此來確定角度值。該方法誤差較大,故一般僅用作粗測。
還有一種是將編碼度盤和光柵度盤結(jié)合起來的經(jīng)緯儀,即在一個(gè)度盤上既刻上“黑”、“白”準(zhǔn)矩形碼,又刻制光柵。測量時(shí)用“黑”、“白”碼確定角度在某個(gè)區(qū)間,再用光柵條紋確定該區(qū)間的精確值,其精度和光柵盤等量級,制造工藝也復(fù)雜成本很高。
再有一種通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動測量部去尋找照準(zhǔn)部,而對步進(jìn)電機(jī)的步時(shí)距離進(jìn)行脈沖記數(shù)并將該值轉(zhuǎn)換成被測角度值的方法,其精度不易提高,且測量時(shí)間較長。
本發(fā)明的目的是提供一種測量角度的方法及其裝置,實(shí)現(xiàn)以較低的投入求取更好的測量角度值,提高精度降低誤差,減少成本。
本發(fā)明之目的是通過下述的方法和裝置實(shí)現(xiàn)的。
一種測量角度的方法,它包括采用的通過光纖而形成的光孔和固態(tài)圖像傳感器的感光面陣分別位于照準(zhǔn)件和固定件上,當(dāng)照準(zhǔn)件相對于固定件發(fā)生位移時(shí),使光源發(fā)光產(chǎn)生相互平行的細(xì)光束,至少有一束光照在固態(tài)圖像傳感器感光面陣上,光信號轉(zhuǎn)換成電信號再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,計(jì)算機(jī)對光束打在感光面陣上光斑中心位置進(jìn)行判定,并計(jì)算出照準(zhǔn)件此時(shí)轉(zhuǎn)動的角度值,然后把求得的值顯示出來或傳作它用。
實(shí)現(xiàn)上述方法的測量裝置包括具有在定盤上開有若干個(gè)通孔,每一孔內(nèi)安置光纖,光源設(shè)于光纖另一端,且在另一動盤上鑲有固態(tài)圖形傳感器感光面陣。
與現(xiàn)有儀器相比較,本發(fā)明新穎的設(shè)計(jì)思路免除了對難度很大的光柵度盤制造工藝的依賴,大幅降低了成本,而利用硬件、軟件相互補(bǔ)充的方法使精度可達(dá)0.1″以上。
由于照準(zhǔn)件相對固定件轉(zhuǎn)動時(shí)無需光電部分工作,而轉(zhuǎn)動后可立即令其工作,此時(shí)無任何機(jī)械動作,故工作速度非???。
圖1為工作原理圖。
圖2為測角裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖3為電氣原理圖。
結(jié)合附圖實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述見圖1原理圖所示,利用轉(zhuǎn)動的n個(gè)光束順序打在固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)上。設(shè)固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)所在盤(1)為靜止的,在通光情況下n個(gè)光束相對于固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)旋轉(zhuǎn)一周后必然有n個(gè)半徑不等的同心圓的光斑軌跡(D)留在動盤(1)上,使之保證n個(gè)圓形軌跡(D)都必需通過固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)。
由于光斑是一個(gè)平面圖形,直接使用精度低,選取使用其中心點(diǎn)用于計(jì)算,以提高精度。則可視(D)為光斑中心點(diǎn)軌跡。中心點(diǎn)之求法如下由于感光面陣中光敏單元矩形幾何尺寸、位置、溝阻區(qū)及電極間寬度已知,而光斑也是半徑已知的園,在光斑園中必能找到一條與某一光敏單元邊緣線重合的直線把該園分兩部分,利用光敏單元電荷積累及對溝阻區(qū)及電極間空間補(bǔ)償而求出線一邊部分園之面積,再求出園心到該直線間距離。再找出一條與上述直線垂直且滿足同樣條件的直線,同理求出園心到該直線之間距離,則確定了園心之坐標(biāo)。
各軌跡在感光面陣上的范圍可預(yù)先確定。在感光面陣(2)中某一軌跡上取一坐標(biāo)點(diǎn)(A),設(shè)光斑中心落在該點(diǎn)上時(shí),兩盤相對轉(zhuǎn)動0度角。據(jù)此在感光面陣(2)中,其它軌跡上都取一點(diǎn)(B)做參考點(diǎn),且求出光斑中心點(diǎn)落于該點(diǎn)時(shí),兩盤間相對于0度角時(shí)轉(zhuǎn)動的角度,上述角度及其坐標(biāo)值預(yù)先確定后存于計(jì)算機(jī)之中。
由于制造時(shí)保證,光束打在感光面陣(2)上的光斑不能少于一個(gè),不能多于二個(gè),上面的技術(shù)處理使感光面陣上的坐標(biāo)點(diǎn)能夠表示0°-360°角度值。測量時(shí),裝置自動進(jìn)行下列步驟,完成工作。先由計(jì)算機(jī)求出落于感光面陣(2)上某個(gè)光斑中心點(diǎn)(D)坐標(biāo)(如有兩個(gè)光斑取一個(gè)),再判定其所處軌跡,進(jìn)一步求出光斑中心處于同軌跡參考點(diǎn)時(shí)與此時(shí)的轉(zhuǎn)動角度。該值與參考點(diǎn)角度值之和即是此時(shí)相對于0度角之角度值,進(jìn)而求任意角度值。
圖2示出了測角裝置的結(jié)構(gòu)。動盤(1)緊固在軸(6)上且與軸(6)的同心度不大于0.01,定盤(4)固緊在軸套(5)上且與(5)的同心度不大于0.01,軸(6)與軸套(5)的徑向間隙不大于0.002,研磨到平滑轉(zhuǎn)動,動盤(1)與定盤(4)配對研磨,研磨面光潔度不低于0.01,固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)平行于動盤(1)與定盤(2)的接觸面,但有一定間隙,其量不大于0.005。取動盤(1)、定盤(4)的半徑為R1=R2=70mm固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)所在半徑為57mm。定盤(4)上開垂直通孔(3),取個(gè)數(shù)n=70個(gè),其在定盤(4)上均勻分布滿足前述條件,70個(gè)光纖的一端分別放入70個(gè)通孔(3)中,另一端統(tǒng)一對應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管,當(dāng)動盤(1)轉(zhuǎn)動,二極管發(fā)光時(shí),則有70個(gè)光束順序照射到感光面陣(2)上,動盤(1)與定盤(4)的間隙范圍為0.000-0.009。
在使用時(shí)動盤(1)隨工作設(shè)備的照準(zhǔn)件轉(zhuǎn)動,照準(zhǔn)件對準(zhǔn)初始目標(biāo)后啟動一次電氣部分光源通過光纖射出光束,感光面陣(2)接收后把該點(diǎn)方位記入計(jì)算機(jī),然后再轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)件,則動盤(1)作相對于定盤(4)的轉(zhuǎn)動,找到目標(biāo)后再次啟動電氣部分,則可測出該目標(biāo)相對于初始目標(biāo)的角度值。
圖三為電氣原理圖。A′為發(fā)光三極管及其驅(qū)動電路,B′為光信號處理部分以DL32固態(tài)圖像傳感器為核心,單片機(jī)通過BIC8718等芯片直接驅(qū)動它。C′為由LM725A組成的放大及反相部分,用于處理DL32輸出的電信號。D′完成了把模擬電信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可處理的數(shù)字信號任務(wù),由AD583采樣/保持器及AD578摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。E′為單片機(jī)控制及信號處理部分8751為帶有EPROM的單片機(jī),6264為數(shù)據(jù)存貯器用于存放待處理或處理完的信息。F′為由8279管理的鍵盤輸入及顯示部分,鍵盤可輸入各種命令而顯示器可顯示各種提示及所得結(jié)果等。
下面方法可提高精度。把多束光纖如三束放在一起組成一組,(n個(gè)光束變成n組光束)。設(shè)一組中有M個(gè)光束。從n組中分別抽出一束光纖對應(yīng)著一個(gè)光源,(一個(gè)光纖只能對應(yīng)一個(gè)光源)則共有M個(gè)光源為光纖提供光束,一個(gè)光源對應(yīng)n個(gè)光纖。測量時(shí)應(yīng)使M個(gè)光源分別發(fā)光而獲提M個(gè)光斑中心點(diǎn)坐標(biāo)然后計(jì)算機(jī)篩出精度好的點(diǎn)分別求出角度后取平均值,或者僅篩剩一個(gè)點(diǎn)來求出角度值。
該發(fā)明消除經(jīng)緯儀常有的偏心誤差也有獨(dú)到之處??稍贏盤上相對于園心對稱地鑲?cè)雰蓚€(gè)固態(tài)圖像傳感器兩面同時(shí)測量后取平均值。這樣偏心時(shí)造成的一面角大、一面角小和一面半徑長、一面半徑短的誤差會因此而極度削減。
采用下面方法還可進(jìn)一步提高本發(fā)明的工作速度。選擇適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)圖像傳感器,采用兩套針對它的可相互切換的驅(qū)動電路一套由計(jì)算機(jī)直接輸出信號驅(qū)動,如圖三中B′與E′。一套由工作頻率更高的相對獨(dú)立的電路組成。由于感光面陣上除了被光束照射的區(qū)域外沒有采樣意義,故可先用后者驅(qū)動,當(dāng)檢測到有光斑之區(qū)域時(shí)再切換到前者上驅(qū)動,以進(jìn)行對光斑的采樣,進(jìn)入無光斑區(qū)域后,再切換給后者驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.一種測量角度的方法,其特征在于利用光纖而形成的光孔相對于固態(tài)圖形傳感器感光面陣上的點(diǎn)發(fā)生位移時(shí),使光源發(fā)光通過光孔產(chǎn)生細(xì)光束,經(jīng)固態(tài)圖形傳感器接收光信號后,轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)對光束打在固態(tài)圖形傳感器感光面陣上的光斑中心位置進(jìn)行判定,計(jì)算出此時(shí)照準(zhǔn)件轉(zhuǎn)動了的角度值,把求得的值顯示出來或傳作它用。
2.一種用于權(quán)利要求1的測量角度裝置,包括同心的軸、軸套上各安裝的定盤和動盤,其特征在于定盤(4)上開有若干個(gè)通孔(3),每一孔內(nèi)安置有光纖且光纖另一端上設(shè)有光源;而在動盤(1)上鑲有固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)。
3.按權(quán)利要求2中所述的測量角度裝置,其特征在于定盤(4)上每一孔(3)內(nèi)設(shè)置的光纖可是一束或多束光纖。
4.按權(quán)利要求2中所述的測量角度裝置,其特征在于動盤(1)上可鑲有一個(gè)或多個(gè)固態(tài)圖形傳感器感光面陣(2)。
全文摘要
本發(fā)明屬角度測量方法及裝置,其方法在于利用光纖而形成的光孔相對于圖形傳感器感光面陣上的點(diǎn)發(fā)生位移時(shí),使光源發(fā)光產(chǎn)生細(xì)光束,傳感器接收光信號后轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換由計(jì)算機(jī)對光束打在感光面陣上的光斑中心位置進(jìn)行判定,計(jì)算出此時(shí)照準(zhǔn)件轉(zhuǎn)動了的角度值。其裝置在定盤上開有通孔,每一孔內(nèi)安置有光纖且光纖另一端設(shè)有光源;在動盤上鑲有圖形傳感器感光面陣。用于制造經(jīng)緯儀等設(shè)備以提高精度減少成本。
文檔編號G01C1/02GK1083921SQ9310529
公開日1994年3月16日 申請日期1993年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月28日
發(fā)明者俞文輝, 劉建偉 申請人:劉建偉, 俞文輝