一种用于检定全站仪的棱镜定位装置及其控制方法与流程

本发明涉及全站仪计量检定技术领域，特别涉及一种用于检定全站仪的棱镜定位装置及其控制方法。

背景技术：

全站仪是一种具有自动测距、测角和数据自动记录传输及计算的光、机、电一体化设备，由于全站仪的精度易受许多因素的影响而产生变化，其测距部分的性能需定期按国家现行相关计量技术法规规范进行检定，其中最主要的两项技术指标：测量的重复性和测距的综合标准差，都需要在长度基线场上进行检定，采用多段基线组合比较法测定全站仪的加常数、乘常数和测距综合标准差。所谓长度基线场是建立在室外长度大于1000m地面上且位于同一直线上的7个距离不等的强制对中基线桩，其中对中基线桩的编号分别为一至七号，6段对中基线桩的间距从24～312m不等，采用高精度的铟钢线进行标定。在进行全站仪进行检定时，首先将全站仪安装在一号对中基线桩上，反射棱镜安装在二号对中基线桩上，全站仪瞄准反射棱镜并收到其返回光后实现对该段距离的测量，若干次重复读数后，接着将反射棱镜依次安装在三至七号对中基线桩上重复上述测量；然后将全站仪安装在二号对中基线桩上，反射棱镜依次安装在三至七号对中基线桩上，重复上述测量直至将全站仪依次安装到六号对中基线桩上进行最后测量为止，一共进行21段标准基线距离的测量，将实测距离与标准基线距离比较，得出全站仪的测距精度、加常数、乘常数和测距标准偏差。

在现有的技术手段中，各个对中基线桩上的反射棱镜均安装在棱镜定位装置上，现有的定位装置一般为用直线电机或旋转电机控制反射棱镜进行位置的变化，从而使反射棱镜遮挡或避开全站仪的检测光线，但是由于控制电机自身存在测量误差，对于反射棱镜的位置移动也会产生一定的误差，并且由于不同控制电机的精度有差异，造成全站仪对不同对中基线桩上的反射棱镜进行测距时，实测距离的误差值不同，从而影响了全站仪的测距精度、加常数、乘常数和测距标准偏差等参数。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于检定全站仪的棱镜定位装置及其控制方法，实现棱镜精确定位。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于检定全站仪的棱镜定位装置，包括支撑组件、动力组件、轴承组件和棱镜安装组件；

所述动力组件包括旋转电机和电机连杆，所述旋转电机设于所述支撑组件的顶端，所述电机连杆一端与旋转电机的输出轴固定连接，所述电机连杆另一端与所述轴承组件连接；所述棱镜安装组件设置于轴承组件上，所述棱镜安装组件上设有棱镜；

所述轴承组件被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于自由状态。

本发明采用的另一技术方案为：

一种用于检定全站仪的棱镜定位装置的控制方法，包括以下步骤：

s1、当所述棱镜需要进行定位时调节旋转电机以使轴承组件在旋转电机的旋转方向上处于自由状态；

s2、当所述轴承组件处于静止状态时，所述棱镜定位完成。

本发明的有益效果在于：通过一种用于检定全站仪的棱镜定位装置及其控制方法，包括支撑组件、动力组件、轴承组件和棱镜安装组件，所述动力组件包括旋转电机和电机连杆，所述旋转电机设于所述支撑组件的顶端，所述电机连杆一端与旋转电机的输出轴固定连接，所述电机连杆另一端与所述轴承组件连接，所述棱镜安装组件设置于轴承组件上，将所述轴承组件被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于自由状态，依靠轴承组件与棱镜安装组件的重力作用实现棱镜的精确定位，避免了旋转电机自身的设备误差给棱镜定位带来影响。

附图说明

图1所示为本发明的用于检定全站仪的棱镜定位装置的示意图；

图2所示为本发明的用于检定全站仪的棱镜定位装置的主视图；

图3所示为本发明的用于检定全站仪的棱镜定位装置的轴套组件的局部剖面图；

图4所示为图3的a-a方向的截面图；

图5所示为本发明的用于检定全站仪的棱镜定位装置的控制方法的实施例的流程图；

标号说明：

10、支撑组件；11、支撑板；12、支撑架；121、第一门；

20、动力组件；21、旋转电机；22、电机连杆；

30、轴承组件；31、轴杆；32、轴套；33、滚动轴承；311、第一凸出部；312、连接孔；321、第二凸出部；34、轴承安装板；

40、棱镜安装组件；41、悬挂支架；411、第一放置槽；412、第二放置槽；50、陀螺仪传感器；51、第一金属触片；52、第二金属触片；

60、棱镜。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于:所述轴承组件被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于自由状态，依靠轴承组件与棱镜安装组件的重力作用实现棱镜的精确定位。

请参照图1至图5，一种用于检定全站仪的棱镜定位装置，包括支撑组件、动力组件、轴承组件和棱镜安装组件；

所述动力组件包括旋转电机和电机连杆，所述旋转电机设于所述支撑组件的顶端，所述电机连杆一端与旋转电机的输出轴固定连接，所述电机连杆另一端与所述轴承组件连接；所述棱镜安装组件设置于轴承组件上，所述棱镜安装组件上设有棱镜；

所述轴承组件被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于自由状态。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过一种用于检定全站仪的棱镜定位装置，包括支撑组件、动力组件、轴承组件和棱镜安装组件，所述动力组件包括旋转电机和电机连杆，所述旋转电机设于所述支撑组件的顶端，所述电机连杆一端与旋转电机的输出轴固定连接，所述电机连杆另一端与所述轴承组件连接，所述棱镜安装组件设置于轴承组件上，所述轴承组件被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于自由状态，依靠轴承组件与棱镜安装组件的重力作用实现棱镜的精确定位，避免了电机的误差给棱镜定位带来影响。

进一步的，所述轴承组件还被配置为当棱镜不需要进行定位时在旋转电机的旋转方向上处于受旋转电机驱动的状态。

从上述描述可知，旋转电机驱动轴承组件使棱镜处于不需要定位的位置。

进一步的，所述轴承组件包括轴杆、轴套和滚动轴承，所述轴套为内部中空的圆柱形壳体，所述轴杆设置在轴套内部且与轴套同轴设置，所述轴杆的轴线位置设有连接孔，所述电机连杆另一端与连接孔固定连接；两个所述滚动轴承分别套设在轴杆的两端且分别对应设置于所述圆柱形壳体内部两端；

所述轴杆中部的侧壁外表面上垂直设有第一凸出部，所述轴套中部的侧壁内表面上垂直设有与第一凸出部相对设置的第二凸出部，当棱镜需要进行定位时所述第一凸出部与第二凸出部不接触，当棱镜不需要进行定位时所述第一凸出部与第二凸出部相互倚靠。

从上述描述可知，轴杆设置在轴套内部且与轴套同轴设置，两个滚动轴承分别套设在轴杆的两端且分别对应设置于所述圆柱形壳体内部两端，使轴套与轴杆之间在发生相对滑动时，两者之间的摩擦力很小；棱镜需要进行定位时所述第一凸出部与第二凸出部不接触，当棱镜不需要进行定位时所述第一凸出部与第二凸出部相互倚靠，通过旋转电机控制第一凸出部与第二凸出部是否倚靠并且共同运动，使棱镜可处于定位状态和非定位状态。

进一步的，所述第一凸出部的数量为两个，两个所述第一凸出部以所述轴杆的轴线为对称轴对称分布在轴杆中部的侧壁外表面上，所述第二凸出部的数量为两个，两个所述第二凸出部以所述轴套的轴线为对称轴对称分布在轴套中部的侧壁内表面上。

从上述描述可知，第一凸出部和第二凸出部的数量均为两个，且第一凸出部对称分布在轴杆中部的侧壁外表面上，第二凸出部对称分布在轴套中部的侧壁内表面上，该结构使第一凸出部与第二凸出部倚靠的压力均匀分布到两个第一凸出部和第二凸出部之间，使棱镜的位置变化过程更稳定。

进一步的，还包括第一检测组件、第二检测组件和控制芯片，所述第一检测组件为陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器设置于所述棱镜安装组件的下端，所述第二检测组件包括第一金属触片和第二金属触片，所述第一金属触片设于所述第一凸出部上，所述第二金属触片设于所述第二凸出部上，当所述第一凸出部与第二凸出部相互倚靠时，所述第一金属触片与第二金属触片相互接触，所述陀螺仪传感器与所述控制芯片无线连接，所述第一金属触片和第二金属触片分别与所述控制芯片电连接。

从上述描述可知，第一检测组件为陀螺仪传感器，陀螺仪传感器可预选记录棱镜处于定位状态的初始参数，再记录装置工作时棱镜处于实际定位状态的实际参数，两者进行比较，判断棱镜的定位是否完成及定位的精度；陀螺仪传感器还可记录棱镜处于非定位状态的参数，同理，进行判断棱镜是否处于非定位状态；第二检测组件包括第一金属触片和第二金属触片，对第一凸出部与第二凸出部是否倚靠进行判断，间接可知棱镜所处的位置状态。

进一步的，所述棱镜安装组件包括悬挂支架，所述悬挂支架一体成型于所述轴套的侧壁外表面上，并且所述悬挂支架沿轴套的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布，所述悬挂支架的下部设有第一放置槽，所述第一放置槽内设有形状规则的棱镜且所述棱镜沿所述轴套的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布。

从上述描述可知，悬挂支架一体成型于所述轴套的侧壁外表面上，形状规则的棱镜处于悬挂支架上，且悬挂支架和棱镜均沿所述轴套的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布，使悬挂支架和轴套形成的整体的重心在中轴线上，保证了棱镜能够精确的定位。

一种用于检定全站仪的棱镜定位装置的控制方法，包括以下步骤：

s1、当所述棱镜需要进行定位时调节旋转电机以使轴承组件在旋转电机的旋转方向上处于自由状态；

s2、当所述轴承组件处于静止状态时，所述棱镜定位完成。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：调节旋转电机使轴承组件在旋转电机的旋转方向上处于自由状态，依靠轴承组件与棱镜安装组件的重力作用使靠轴承组件与棱镜安装组件保持静止，从而实现棱镜的精确定位。

进一步的，在步骤s1之前还包括：

s0、获取棱镜位于定位状态时陀螺仪传感器的第一数据并存储；

步骤s1具体为：

当所述棱镜需要进行定位时调节旋转电机使所述第一凸出部与第二凸出部由相互倚靠的状态转换成相互分离的状态；

步骤s2具体为：

连续多次获取陀螺仪传感器的第二数据，判断所述第二数据与第一数据的差值是否均在预设误差范围内，若是，则判断是否接收到接触信号，所述接触信号由第一凸出部上的第一金属触片与第二凸出部上的第二金属触片接触所产生；

若否，则判定所述棱镜定位完成。

从上述描述可知，陀螺仪传感器预先获取棱镜位于定位状态时的第一数据，再调节旋转电机使所述第一凸出部与第二凸出部由相互倚靠的状态转换成相互分离的状态，从而使棱镜进行对位，此时连续多次获取陀螺仪传感器的第二数据，若第二数据与第一数据的差值在预设误差范围内，并且没有接收到第一金属片与第二金属片接触产生的接触信号，则判定棱镜完成定位；只需通过陀螺仪传感器、第一金属触片和第二金属触片进行检测，便可判断棱镜是否准确的定位，十分方便。

进一步的，步骤s0还包括：获取棱镜位于非定位状态时陀螺仪传感器的第三数据并存储；

在步骤s2之后还包括以下步骤：

s3、当所述棱镜定位完成之后，控制芯片发送定位完成信息至全站仪，所述定位完成信息用于触发全站仪进行测量；

s4、控制芯片接收到全站仪发送的测量完成信息后，驱动旋转电机；

s5、获取陀螺仪传感器的第四数据，判断所述第四数据是否等于第三数据，若是，则停止旋转电机。

从上述描述可知，控制芯片与全站仪之间的交互信息控制全站仪的完成对于不同位置处的棱镜定位装置的距离测量；步骤s5与s2的原理相同，陀螺仪通过检测的数据使棱镜从定位位置处旋转到设定的非定位位置处。

请参照图1至图4，本发明的实施例一为：

一种用于检定全站仪的棱镜定位装置，包括支撑组件10、动力组件20、轴承组件30、棱镜安装组件40、第一检测组件和第二检测组件。

所述支撑组件10包括支撑板11和支撑架12，所述支撑板11水平设置，所述支撑板11为方形板且支撑板11的四个角上设有固定螺钉，固定螺钉用于支撑板11固定在对中基线桩位置处，所述支撑架12竖直设置在所述支撑板11上表面，所述支撑架12的侧壁设有第一开口和用于封闭第一开口的门121，所述门121铰接于支撑架12的设有第一开口的侧壁上，所述第一开口内设有电源、控制芯片和无线通信模块，所述电源、控制芯片和无线通信模块相互电连接。

所述动力组件20包括旋转电机21和电机连杆22，所述旋转电机21设于所述支撑架12的顶端，所述电机连杆22一端与旋转电机21的输出轴固定连接，所述电机连杆22另一端与所述轴承组件30连接，所述旋转电机21和电源、控制芯片电连接。

所述轴承组件30被配置为当棱镜60需要进行定位时在旋转电机21的旋转方向上处于自由状态，所述轴承组件30还被配置为当棱镜60不需要进行定位时在旋转电机21的旋转方向上处于受旋转电机21驱动的状态，所述轴承组件30具体为：

根据图3及图4所示，所述轴承组件30包括轴杆31、轴套32和滚动轴承33，所述轴套32为内部中空的圆柱形壳体，所述轴杆31设置在轴套32内部且与轴套32同轴设置，所述轴杆31的轴线位置设有连接孔312，所述电机连杆22另一端与连接孔312固定连接，所述连接孔312的孔壁上垂直设有凹槽，所述电机连杆22另一端设有与所述凹槽相适配的凸起，旋转电机21通过电机连杆22与轴杆31固定连接，通过控制旋转电机21的转动可带动轴杆31的转动；两个所述滚动轴承33分别套设在轴杆31的两端且分别对应设置于所述圆柱形壳体内部两端，使轴套32与轴杆31之间在发生相对滑动时，两者之间的摩擦力很小；所述滚动轴承33的外侧设有轴承安装板34，通过四颗螺丝穿过轴承安装板34固定在所述轴套32的两端侧面上；

所述轴杆31中部的侧壁外表面上垂直设有以轴杆31的轴线为对称轴对称分布的两个第一凸出部311，所述轴套32中部的侧壁内表面上垂直设有以轴套32的轴线为对称轴对称分布的两个第二凸出部321，并且第一凸出部311与第二凸出部321相对设置，所述轴杆31的第一凸出部311与轴套32的侧壁为间隙配合，所述轴套32的第二凸出部321与轴杆31的侧壁为间隙配合，当棱镜60需要进行定位时所述第一凸出部311与第二凸出部321不接触，当棱镜60不需要进行定位时所述第一凸出部311与第二凸出部321相互倚靠，通过旋转电机21控制第一凸出部311与第二凸出部321是否倚靠并且共同运动，使棱镜60可处于定位状态或非定位状态；所述第一凸出部311与第二凸出部321的数量均为两个，使第一凸出部311与第二凸出部321倚靠的压力均匀分布到两个第一凸出部311和第二凸出部321之间，使棱镜60的位置变化过程更稳定。

所述棱镜安装组件40包括悬挂支架41，所述悬挂支架41一体成型于所述轴套32的侧壁外表面上，且所述悬挂支架41沿轴套32的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布，所述悬挂支架41的下部设有第一放置槽411，所述第一放置槽411内设有形状规则的棱镜60，且所述棱镜60沿所述轴套32的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布，所示第一放置槽411位置对应的悬挂支架41的下部设有第二开口和用于封闭第二开口的盖，且所述第二开口沿轴套32的垂直于轴径方向上的中轴线对称分布，所述盖的上边沿或下边沿铰接于悬挂支架41的设有第二开口的侧壁；使悬挂支架41和轴套32形成的整体的重心在中轴线上，在悬挂支架41和轴套32的重力作用下棱镜60可处于定位位置，保证了棱镜60能够精确的定位。

所述第一检测组件为陀螺仪传感器50，其芯片型号为mpu9250，所述悬挂支架41的第一放置槽411的下部设有第二放置槽412内，所述陀螺仪传感器50设置于所述棱镜安装组件40的第二放置槽412内，所述第二检测组件包括第一金属触片51和第二金属触片52，所述第一金属触片51设于所述第一凸出部311上，所述第二金属触片52设于所述第二凸出部321上，当所述第一凸出部311与第二凸出部321相互倚靠时，所述第一金属触片51与第二金属触片52相互接触，所述陀螺仪传感器50与所述控制芯片通过所述无线通信模块进行无线连接，由于所述第一金属触片51、第二金属触片52设置在轴杆31和轴套32上，轴杆31和轴套32均为导电材料，本发明所采用的滚动轴承33的外壳为绝缘材质，所以第一金属触片51、第二金属触片52通过电机连杆22与支撑架12内部的导线相连，使第一金属触片51和第二金属触片52分别与所述控制芯片电连接，在第一金属触片51与第二金属触片52未接触时，由于滚动轴承33隔绝了轴杆31和轴套32的电连接，因此第一金属触片51与第二金属触片52不会导通；

所述陀螺仪传感器50可预选记录棱镜处于定位状态的初始参数，再记录装置工作时棱镜处于实际定位状态的实际参数，两者进行比较，判断棱镜的定位是否完成及定位的精度；陀螺仪传感器50还可记录棱镜处于非定位状态的参数，同理，进行判断棱镜是否处于非定位状态；所述第一金属触片51和第二金属触片52相互接触会发出电信号，对第一凸出部311与第二凸出部321是否倚靠进行判断，间接可知棱镜所处的位置状态。

所述用于检定全站仪的棱镜定位装置还包括开关和提示灯，所述开关和提示灯设于所述支撑架12的设有第一开口的侧壁上，所述开关和提示灯与电源和控制芯片相互电连接，所述开关为按钮开关，当开关开启时，所述提示灯从熄灭状态转变为绿灯代表装置正常工作，若提示灯转变为红灯则代表装置发生故障。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过一种用于检定全站仪的棱镜定位装置，包括支撑组件10、动力组件20、轴承组件30、棱镜安装组件40、第一检测组件和第二检测组件，所述动力组件20包括旋转电机21和电机连杆22，所述旋转电机21设于所述支撑组件10的顶端，所述电机连杆22一端与旋转电机21的输出轴固定连接，所述电机连杆22另一端与所述轴承组件30连接，所述棱镜安装组件40设置于轴承组件30上，所述轴承组件30被配置为当棱镜需要进行定位时在旋转电机21的旋转方向上处于自由状态，不受旋转电机21提供的驱动力，由棱镜安装组件40与轴承组件30自身重力将棱镜调节至定位位置，通过第一检测组件和第二检测组件可对棱镜是否处于定位位置进行准确的检测，实现棱镜的精确定位，避免了电机的误差给棱镜定位带来影响。

请参照图1至图5，本发明的实施例二为：

一种用于检定全站仪的棱镜定位装置的控制方法，包括以下步骤：

s0、获取棱镜位于定位状态时(棱镜所设置在的悬挂支架41由于自身的重力竖直向下时)陀螺仪传感器50的第一数据并存储，获取棱镜位于非定位状态时(棱镜所设置在的悬挂支架41旋转至水平状态时)陀螺仪传感器50的第三数据并存储；

s1、当所述棱镜需要进行定位时调节旋转电机21使所述第一凸出部311与第二凸出部321由相互倚靠的状态转换成相互分离的状态；

s2、当棱镜所设置在的悬挂支架41由于自身的重力竖直向下时，此时连续5次以时间间隔为0.2s的频率获取陀螺仪传感器50的第二数据，判断所述第二数据与第一数据的差值是否均在预设误差范围内，若是，则判断是否接收到接触信号，所述接触信号由第一凸出部311上的第一金属触片51与第二凸出部321上的第二金属触片52接触所产生；若否，则判定所述棱镜定位完成；

s3、当所述棱镜定位完成之后，控制芯片通过无线通信模块发送定位完成信息至全站仪，所述定位完成信息用于触发全站仪进行测量；

s4、控制芯片通过无线通信模块接收到全站仪发送的测量完成信息后，驱动旋转电机21带动第一凸出部311转动，使第一凸出部311与第二凸出部321相倚靠，从而带动悬挂支架41上的棱镜和陀螺仪传感器50转动；

s5、获取陀螺仪传感器50的第四数据，判断所述第四数据是否等于第三数据，若是，则停止旋转电机21，使棱镜处于非定位状态。

上述的步骤通过陀螺仪传感器50对棱镜处于实际定位的参数与预设的参数进行比较，判断棱镜是否完成定位；再通过第一金属触片51与第二金属触片52是否接触形成导通回路发出第一信号对棱镜是否完成定位进行确认；对棱镜处于实际定位的参数根据设定的时间间隔多次进行测量和记录，从而提高了该装置的可靠性和精确度。

上述的方法使棱镜在定位与非定位状态之间转化，当棱镜处于定位状态时，遮挡住全站仪发射的光线，使全站仪测量到距离此棱镜定位装置的距离，当棱镜处于非定位状态时，使全站仪发出的光线通过此棱镜定位装置而传递至下一个对中基线桩上的棱镜上，从而实现了全站仪对于不同位置处的棱镜定位装置的距离测量。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：调节旋转电机21使轴承组件30在旋转电机21的旋转方向上处于自由状态，依靠轴承组件30与棱镜安装组件40的重力作用使靠轴承组件30与棱镜安装组件40保持静止，从而实现棱镜的精确定位。

综上所述，本发明提供的一种用于检定全站仪的棱镜定位装置以及控制方法，依靠轴承组件与棱镜安装组件的重力作用实现棱镜的精确定位，避免了电机的误差给棱镜定位带来影响。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。