光学望远镜旋转编码器绝对位置参考点校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用光学望远镜成像原理，配合一台激光垂准仪，实现旋转编码器的绝对位置参考点的校准方法。①利用激光垂准仪产生垂直方向的基准，利用平行于光轴的光线经系统反射最终会聚于焦点的物理现象获得旋转编码器绝对位置参考值；②在俯仰轴校准完毕后，开启望远镜俯仰轴跟踪，手动控制望远镜对恒星目标水平扫描。根据恒星天文方位和方位旋转编码器当前反馈值，计算出方位轴绝对位置参考值。本发明解决了大型光学望远镜系统由于结构设计等原因，未配备寻星镜引起目标搜索困难，导致旋转编码器绝对位置参考校准费时费力的问题，大大节约了望远镜调试过程的时间。
【专利说明】光学望远镜旋转编码器绝对位置参考点校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转编码器绝对位置参考点的校准方法，尤其涉及一种应用于大型光学望远镜的增量式编码器绝对位置参考点的校准方法。
【背景技术】
[0002]旋转编码器(也称为码盘)，是将旋转位置或旋转量转换成为模拟或数字信号的机电设备，主要应用于科学研究、工业控制、机器人技术等需要精确旋转位置和速度反馈的领域。旋转编码器可分为绝对式和增量式编码器两种。绝对式编码器通过对旋转轴不同的位置加以编码，可依据转轴的位置输出对应的编码。而增量式编码器通过2个相位相差90°正交信号A相和B相的输出，反馈转轴的旋转变化量，以及计算旋转方向、位置及角度信息。但增量式编码器无法反馈转轴的绝对位置，因此在位置控制系统中一般加入了第三个输出，一般称为Z相。每旋转一圈，Z相信号会有一个信号输出，用来判断转轴的绝对位置。
[0003]大型光学望远镜在天文、航天等科学研究和重大工程领域有着广泛的应用，为实现对目标快速、精密的跟踪成像，其俯仰和方位两个轴系均安装有旋转编码器。增量式编码器由于分辨力高、结构紧凑、便于安装，在大型望远镜位置和速度反馈中被广泛采用。
[0004]为使编码器反馈的位置与望远镜的绝对天文指向一致，系统中均安装了绝对位置反馈模块。每次望远镜上电、开机，需要驱动望远镜转动至绝对位置参考点，此时编码器输出Z相信号，如图1所示。反馈系统收到Z相信号后，将对应的绝对角度置入角度位置计数器中，此后编码器的反馈值在此绝对位置基础上加、减，此过程在望远镜控制系统中称为“归零”。
[0005]望远镜在安装完成后，需要通过对“归零”数值进行设置或校准，从而实现目标的跟踪。通常获得“归零”值是通过天文的方法，通过手动跟踪望远镜使其指向太阳、月亮等大型天体，通过计算“归零”值与目标实际值的偏差进行“粗归零”;在此基础上自动跟踪恒星、行星等天体，并通过搜索的方式实现“精归零”。大型光学望远镜接收视场角仅约为300"，为解决搜索目标的困难，在出厂时需要配备一只视场角为3°的寻星望远镜作为辅助。
[0006]而由于结构的限制，在许多大型望远镜中无法安装寻星镜，此时利用视场角为300"的望远镜实施俯仰和水平两个方向的搜索，并完成“归零”是一件非常耗时耗力的事情。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服光学望远镜系统中未安装寻星望远镜，从而带来的“归零”困难问题，提出了一种利用望远镜自身结构，配合一台激光垂准仪，实现旋转编码器的“归零”方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
利用激光垂准仪的激光作为垂直基准，获得望远镜俯仰轴旋转编码器“归零值”，再通过扫描的方式跟踪恒星，获得水平轴编码器“归零值”。
[0010]具体的说，有下列步骤:
(I)如图2，在望远镜上方安装一个激光垂准仪4，并设置为下出光。手动驱动望远镜俯仰轴，逐步对准天顶方向。在望远镜焦点7处观察，当垂准仪发出的激光与焦点重合时，根据望远镜成像原理，可知望远镜俯仰轴此时指向“正”天顶，而俯仰轴编码器位置值应为90°，通过计算与编码器显示值的偏差，可获得俯仰轴编码器的“归零”值。
[0011](2)利用相关软件计算一个恒星的轨道，仅打开俯仰轴的驱动电机，并控制望远镜跟踪。手动驱动望远镜方位轴，使其指向目标恒星出现的方位，并在望远镜成像CXD器件8中观察，当恒星目标出现在视场中央时，记下此时方位轴编码器的数值，通过与恒星天文坐标比较计算可获得方位轴编码器的“归零”值。
[0012](3)将俯仰轴、方位轴的2个旋转编码器“归零”值置入编码器系统，并试跟踪多颗恒星，用于验证“归零”值。
[0013]所述的望远镜成像原理是指，任何进入视场，且平行于光轴的光线，经主镜5和副镜6，最终均会聚于系统的焦点。
[0014]所述的相关软件是一种自行编写的软件，其主要功能是望远镜所在地理坐标和恒星星历预报，计算出某一时刻恒星所在的方位角，俯仰角，并用于望远镜跟踪。
[0015]所述激光垂准仪和(XD均为通用设备。
[0016]本发明具有下列优点和积极效果:通过一台激光垂准仪及光学成像的原理，解决了大型望远镜在未安装寻星镜的情况下，目标需俯仰和方位两维搜索困难，从而导致方位和俯仰轴增量式编码器的“归零”值确定耗时耗力的问题，节约了调试时间。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】
图1是旋转编码器示意图图2是激光垂准仪及望远镜光学结构原理图图中:其中:
I 一旋转编码器 2 —旋转编码器读数头3 - Z相绝对位置传感器 4一激光垂准仪 5 —光学望远镜主镜 6 —光学望远镜副镜 7 —光学望远镜焦点接收屏8 - CXD
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例详细说明:
(O首先设定俯仰轴“归零”值Zel和方位轴“归零”值Zaz均为“0”，手动驱动望远镜俯仰轴和方位轴分别使绝对位置传感器3转过旋转编码器读数头2，此时两轴编码器位置反馈值均为“O”。
[0019](2)在望远镜上方安装一个激光垂准仪4，并设置为下出光。手动驱动望远镜俯仰轴，逐步对准天顶方向。在望远镜焦点7处观察，当垂准仪发出的激光与焦点重合时，望远镜俯仰轴此时指向“正”天顶，俯仰轴编码器位置反馈显示值为Cel，则俯仰轴“归零”值Zd可以表示为:
Zel = 90° —Cel
将Zel置入跟踪系统，再次驱动望远镜俯仰轴使绝对位置传感器3转过旋转编码器读数头2，此时俯仰轴“归零”校准完毕，可以正常跟踪目标。
[0020](3)计算一个恒星的轨道，并控制望远镜俯仰轴自动跟踪。因为俯仰轴编码器绝对位置参考已经校准完毕，此时两维的扫描只剩下方位轴一维待确定。手动驱动望远镜方位轴，使其指向目标恒星所在的方位，并在望远镜成像C⑶器件8中观察，当恒星目标出现在视场中央时，停止扫描。当前方位轴编码器位置反馈值为Faz，软件计算的恒星天文方位值为Raz，则方位轴编码器的“归零”值Zaz可以表示为:
7 = R — F
z^azazaz
将Zaz置入跟踪系统，再次驱动望远镜方位轴使绝对位置传感器3转过旋转编码器读数头2，此时方位轴“归零”校准完毕，可以正常跟踪目标。
[0021](4)将俯仰轴、方位轴的2个旋转编码器“归零”值置入编码器系统，并试跟踪多颗恒星，用于验证“归零”效果。
【权利要求】
1.一种光学望远镜旋转编码器绝对位置参考校准方法，其特征在于: 利用光学望远镜成像原理，配合一台激光垂准仪，实现旋转编码器的绝对位置参考点的校准: 按下列步骤进行: ①利用激光垂准仪产生垂直方向的基准，旋转望远镜俯仰轴使激光经主、副镜反射到达系统焦点，此时望远镜指向天顶，则通过俯仰轴旋转编码器反馈数值，计算出绝对位置参考值； ②设定一个恒星目标，望远镜俯仰轴绝对位置参考点修正完毕后开启该轴跟踪，手动控制望远镜对目标水平扫描，当恒星目标出现在视场中时，记下当前方位轴旋转编码器反馈数值，根据恒星天文方位，计算出方位轴绝对位置参考值； ③将两轴位置参考值分别置入系统，则旋转编码器绝对位置参考校准完毕。
【文档编号】G01D18/00GK104457816SQ201310415873
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】王培源, 郭唐永, 邹彤, 李欣, 朱威, 李世鹏 申请人:中国地震局地震研究所