精密测角云台的制作方法

【技术领域】

本发明涉及精密测量技术领域，尤其涉及一种配置位置传感器的测角云台装置。

背景技术：

目前技术监控系统中常用的云台，在测量监控目标的方位角和俯仰角时，只能凭借云台马达的转动圈数进行计算。由于马达有失步现象和齿轮空回等弊端，往往导致监控获取的方位角和俯仰角数据误差较大。

就水平方向上的方位角而言，误差清除需马达旋转到归零位，但工作期间又不一定能运转到归零位，每次所谓的“归零”都存在实际上的误差，这样长时间运行累积导致数据误差也将越来越大。而在垂直方向上的俯仰角而言，是通过扇形齿轮俯仰摆动计算角度，齿轮回空会导致实际角度与计算角度存在误差，所以方位角和俯仰角两个方面互相影响和叠加，导致整体偏差值较大。现有云台技术已经不能满足高精度定位要求。

云台的定位性能在技术监控系统中具有重要作用，其定位性能的好坏直接影响着监控目标位置的精确与否。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种解决误差较大、归零不准确问题的精密测角云台。该精密云台通过采用高精密码盘绝对值光电角度编码器，实时测量摄像机光轴、水平面夹角和方位基准夹角，从而大大地提高了摄像机位置监控定位精度。

一种精密测角云台，其特征在于，该云台包括以下结构：底座、水准气泡、挂臂、方位旋转机构、俯仰运动机构和摄像机安装机构，

底座：支撑和承载其他部件安装固定于其上，水准气泡安装在底座上；

方位旋转机构：包括方位驱动组件以及方位角度传感器，方位驱动组件安装在底座之上，方位角度传感器与方位驱动组件装配在一起；

俯仰运动机构：包括俯仰驱动组件以及俯仰角度传感器，俯仰运动机构安装在方位驱动组件的传动末端上；

在方位旋转机构之上设置了一对挂臂，该挂臂支撑摄像机本身，以及在两侧挂臂上分别架设安装俯仰驱动组件以及俯仰角度传感器；

摄像机安装机构：摄像机安装机构通过方位驱动组件和俯仰驱动组件传动控制，通过挂臂安装在俯仰驱动组件的传动末端；摄像机及其他拍摄扫描设备安装在摄像机安装机构上。

该方位驱动组件包括马达、蜗轮蜗杆、方位转轴，其中马达驱动蜗杆，蜗杆蜗轮传动配合，通过蜗轮的轮齿与带有齿轮的方位转轴啮合传动；而方位转轴通过轴配合与方位角度传感器的角度编码器保持同角度转动连接关系。

该俯仰驱动组件包括马达、蜗轮蜗杆、齿轮组，其中马达驱动蜗杆，蜗杆蜗轮传动配合，蜗轮传动给齿轮组，通过齿轮组带动摄像机安装机构俯仰摆动；摄像机安装机构俯仰转动同步带动俯仰角度传感器的角度编码器。

其中齿轮组包括一级传动齿轮和扇形齿轮，该一级传动齿轮与蜗轮同轴，扇形齿轮的扇形角与摄像机最大俯仰角度对应。

该方位角度传感器包括方位角度编码器、方位角光电转换器；该俯仰角度传感器包括俯仰角编码器、俯仰角光电转换器、光发射管、齿轮组、俯仰转轴和弹簧。

该方位角度编码器为高精密码盘绝对值角度编码器，而该俯仰角编码器为多码盘绝对值光电角度编码器。

所述高精密码盘绝对值角度编码器有一级编码盘，所述编码器，由金属编码器码盘、玻璃编码器码盘或聚酯薄膜编码器码盘按二进制码或格雷码刻录而成，编码盘固定在方位转轴上，其编码最大数取决于最大分辨率。

所述多码盘绝对值光电角度编码器有俯仰角编码盘和俯仰角倍率编码盘，由金属编码器码盘、玻璃编码器码盘或聚酯薄膜编码器码盘按二进制码或格雷码刻录而成，俯仰角倍率编码盘固定在俯仰转轴上，其编码最大数取决于齿轮组变比；俯仰角编码盘固定在最末一级齿轮盘上，其编码最大数取决于最大分辨率，最终角度读数由两个编码盘读数确定。

在底座上设有水准气泡。使用两个水准气泡互相之间呈90°角放置。

其中马达包括步进电机或直流电机。

本发明所涉及的精密测角云台，通过方位驱动组件和俯仰驱动组件，分别完成高精度水平角度转动和俯仰摆动，并通过配套的角度传感器，实时测量转动的角度，能够精密定位监控点位置。

【附图说明】

图1是本发明精密测角云台的主结构示意图；

图2是本发明精密测角云台的内部传动机构示意图；

图3是本发明精密测角云台的方位旋转机构示意图；

图4是本发明精密测角云台的俯仰运动机构示意图；

图5是本发明精密测角云台的俯仰驱动组件示意图；

其中：10、底座；11、水准气泡；20、挂臂；30、方位旋转机构；31、方位驱动组件；311、马达；312、蜗杆；313、蜗轮；314、轴承；315、方位转轴；32、方位角度传感器；321、方位角光电转换器；322、方位角度编码盘；40、俯仰运动机构；41、俯仰驱动组件；411、马达；412、蜗杆；413、涡轮；414、一级传动齿轮；415、扇形齿轮；42、俯仰角度传感器；421、俯仰角倍率编码盘；422、俯仰角倍率光电转换器；431、俯仰角编码盘；432、俯仰角光电转换器；441、编码齿轮组；445、弹簧；446、俯仰转轴；447、俯仰角度传感器安装支架；50、摄像机安装机构；

【具体实施方式】

下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明精密测角云台进行进一步的详细说明。

请参考附图1，其中示出了精密测角云台的外部结构，该附图示出完整整体的云台结构，包括底座10、挂臂20，以及设置挂臂上用于安装摄像机及其他拍摄扫描设备的摄像机安装机构50。

底座10是支撑和承载其他部件安装固定于其上，水准气泡11安装在底座10上，底座上一般会设置两个水准气泡11，使用两个水准气泡相互之间呈90度角放置。保证云台水平基准面与水平面一致。

请参考附图2：在底座10上，设有方位旋转机构30以及俯仰运动机构40，其中方位旋转机构30包括方位驱动组件31以及方位角度传感器32，方位驱动组件31安装在底座10之上，方位角度传感器32与方位驱动组件31装配在一起；而俯仰运动机构40包括俯仰驱动组件41以及俯仰角度传感器42，俯仰运动机构40安装在方位驱动组件31的传动末端上。

在方位旋转机构40之上设置了一对挂臂20，该挂臂20支撑摄像机本身，在两侧挂臂20上分别架设安装俯仰驱动组件41以及俯仰角度传感器42，摄像机安装机构50通过方位驱动组件31和俯仰驱动组件41传动控制，通过挂臂20安装在俯仰驱动组件41的传动末端；摄像机及其他拍摄扫描设备安装在摄像机安装机构50上。

请参考附图3：其中示出了方位驱动组件31，该方位驱动组件包括马达311、蜗轮蜗杆312/313、轴承314、方位转轴315，其中马达311驱动蜗杆312，蜗杆312蜗轮313传动配合，通过蜗轮313的轮齿与带有齿轮的方位转轴315啮合传动；而方位转轴315通过轴配合与方位角度传感器32的方位角度编码盘322保持同角度转动连接关系。

而该方位角度传感器32包括方位角度编码盘322、方位角光电转换器323。

该方位角度编码盘322为高精密码盘绝对值角度编码盘，所述高精密码盘绝对值角度编码盘有一级编码盘，所述编码盘，由金属编码器码盘、玻璃编码器码盘或聚酯薄膜编码器码盘按二进制码或格雷码刻录而成，编码盘固定在方位转轴315上，其编码最大数取决于最大分辨率。

请参考附图4，其中示出了俯仰运动机构，俯仰驱动组件41包括马达411、蜗轮412蜗杆413、传动齿轮组，其中马达411驱动蜗杆412，蜗杆412蜗轮413传动配合，蜗轮413传动给传动齿轮组，通过传动齿轮组带动摄像机安装机构50俯仰摆动；其中传动齿轮组包括一级传动齿轮414和与一级传动齿轮啮合的扇形齿轮415，该一级传动齿轮414与蜗轮413同轴，而扇形齿轮415的扇形角与摄像安装机构50最大俯仰角度对应。

摄像机安装机构50俯仰转动同步带动俯仰角度传感器42，俯仰角度传感器42安装在俯仰角度传感器安装支架447上，该俯仰角度传感器42包括俯仰角编码盘431、俯仰角光电转换器432、编码齿轮组441、俯仰转轴446和弹簧445。该俯仰角度传感器还包括俯仰角倍率编码盘421和俯仰角倍率光电转换器422，俯仰角倍率编码盘421和俯仰角倍率光电转换器422设置在俯仰转轴446上，俯仰转轴446通过俯仰齿轮组441进行传动，最终一级齿轮盘的转轴上设有俯仰角编码盘431和俯仰角光电转换器432。

该俯仰角编码器为多码盘绝对值光电角度编码器。所述多码盘绝对值光电角度编码器有俯仰角编码盘和俯仰角倍率编码盘，由金属编码器码盘、玻璃编码器码盘或聚酯薄膜编码器码盘按二进制码或格雷码刻录而成，俯仰角倍率编码盘421固定在俯仰转轴446上，其编码最大数取决于齿轮组变比；俯仰角编码盘431固定在最末一级齿轮盘上，其编码最大数取决于最大分辨率，最终角度读数由两个编码盘读数确定。

其中马达包括步进电机或直流电机。

本发明所涉及的精密测角云台，通过方位驱动组件和俯仰驱动组件，分别完成高精度水平角度转动和俯仰摆动，并通过配套的角度传感器，实时测量转动的角度，能够精密定位监控点位置。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。