一种棱镜测角仪及其0位的确定方法与流程

本发明涉及测量仪器领域，具体涉及一种棱镜测角仪。

背景技术：

测量目标物的方位角前均需先将棱镜测角仪调平，然后调整确定测角仪的0位；在目标物上均需设定一处基准面，该基准面与水平面之间接近垂直；目前市场上的棱镜测角仪均采用机械方式来调整确定测角仪的0位，根据不同形式的棱镜测角仪，采用机械方式确定0位的方法包括以下两种：

1）采用磁吸固定方式的棱镜测角仪

棱镜测角仪的磁吸面依靠磁性吸附在目标物的基准面上，当棱镜测角仪调整确定好0位时，垂直于直角棱镜棱线的面与棱镜测角仪上的磁吸面垂直。此时绕基准面的法线旋转棱镜测角仪，可以在一个方向上调平棱镜测角仪；在另一个与之垂直的方向上设置转轴-脚螺旋调平机构，通过调整该机构的脚螺旋可以在另一个方向上调平棱镜测角仪。此类棱镜测角仪调整确定0位的方法简单可靠，但对磁吸面加工精度要求很高，使用中也需要格外注意保护。另外导磁材料质量重，安装不便。因加工误差、和依靠机械方式调整0位的方式均会在重复定位中产生累积误差。

2）采用纯机械定位、调平方式的棱镜测角仪

利用一对呈90°夹角安装的转轴-脚螺旋调平机构和采用机械靠面来保证重复安装定位的精度。该种类的棱镜测角仪虽然可以用轻质量的材料加工制造，但因为有两个方向的转轴-脚螺旋调平机构，因此仪器结构上还需额外添加锁紧机构，这使得此类棱镜测角仪的结构较为复杂，其加工精度要求也很高。

上述两类棱镜测角仪存在结构复杂、加工精度要求高、确定0位所需的时间长或质量重的问题，如果测角仪调0后与基准之间产生了相对位移，则需要重新调平并确定0位，重新确定的0位与产生位移前确定的0位之间有一定误差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是通过一种棱镜测角仪，能保证测角仪在同一目标物的不同位置上所确定的每一个0位均相同。

为解决上述技术问题，本发明提供的测角仪，包括固定于目标物的基准面上的反射镜，还包括：测角装置、设于反射镜的对侧且安放在目标物上的调平基座，该调平基座的上端固定有壳体，所述壳体的内侧底面上竖直设有固定轴，所述固定轴上套设有可绕其轴线旋转的转动轴套，该转动轴套向上延伸出壳体外，测角装置包括固定部和转动部，所述的固定部和转动部分别套设于所述固定轴和转动轴套上，所述转动轴套的顶端设有光电自准直仪，该光电自准直仪设于壳体外，所述光电自准直仪的上方设有直角棱镜，所述直角棱镜的棱线与转动轴套的轴线垂直，可随所述转动轴套同步旋转的任一部件上设有调平辅助装置；

所述光电自准直仪可水平的向反射镜射出平行光，通过转动调整所述转动轴套，所述平行光经反射镜反射后可在光电自准直仪中形成像。

进一步的，所述光电自准直仪包括光源、分化板、准直透镜组、分光镜和光电图像处理传感器；

进一步的，所述测角装置是绝对式编码器或增量式编码器。

进一步的，所述调平基座是全站仪基座，所述调平辅助装置是水准气泡；全站仪基座是通用标准件，互换性好且能实现手动调平的目的。

进一步的，所述调平基座是电动调平基座，所述调平辅助装置是倾斜传感器，倾斜传感器设于可随所述转动轴套同步旋转的任一部件上；用电动调平基座配合倾斜传感器，用于实现自动校准和调平。

进一步的，所述转动轴套与壳体之间设有伺服旋转装置；伺服旋转装置代替手动旋转转动轴套。

进一步的，所述棱镜测角仪上设有通讯模块；通讯模块实现测角仪与上位机之间的通讯，上位机可遥控操纵测角仪。

进一步的，所述的棱镜测角仪的0位确定方法，包括以下步骤：

1）配合调平辅助装置调整所述调平基座，使得所述转动轴套的轴线垂直于水平面；

2）所述光电自准直仪水平的向反射镜发射出平行光，通过转动调整所述转动轴套，使得所述反射镜上有平行光反射至光电自准直仪中，反射的平行光在光电自准直仪中形成像并可测出一角度值；

3）所述角度值被光电自准直仪反馈至测角装置中，此时直角棱镜与反射镜之间的对应关系被测角装置记忆为0位。

本发明的有益效果：本发明的测角仪结构简单且轻便，测角仪确定0位的基准是反射镜，采用了光电方式来确定测角仪的0位；0位所代表的对应关系是：将目标物基准面的法线向水平面投影，得到一条在水平面上的直线，称该直线为0位方向直线。调平棱镜测角仪且确定好0位时，垂直于直角棱镜棱线的面与水平面间的交线和所述的0位方向直线之间接近平行；若改变测角仪与基准间的相对位置并重新进行测角仪的0位设定，调平后重新设定的0位与原先测量时确定的0位相同。

附图说明

为了清楚说明发明的创新原理及其相比于现有棱镜测角仪技术的优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明可能的实施例。在图中：

图1为本发明的棱镜测角仪的剖视图；

图2为图1的立体图；

图3为所述光电自准直仪的原理图；

图4为图1的局部放大图。

具体实施方式

如图1，本实施例的棱镜测角仪，包括固定于目标物的基准面上的反射镜1、测角装置6、设于反射镜1的对侧且安放在目标物上的调平基座2，该调平基座2的上端固定有壳体3，所述壳体3的内侧底面上竖直设有固定轴4，所述固定轴4上套设有可绕固定轴4的中轴线旋转的转动轴套5，所述转动轴套5包括堆叠设置的上轴套s与下轴套x，上轴套s的轴线与下轴套x的轴线重合，上轴套s向上延伸出壳体3外，测角装置6包括固定部25和转动部26，所述的固定部25和转动部26分别套设于所述固定轴4和转动轴套5上，所述上轴套s的顶端设有光电自准直仪7，该光电自准直仪7设于壳体3外，所述光电自准直仪7的上方设有直角棱镜8，所述直角棱镜8的棱线与转动轴套5的轴线垂直，可随所述转动轴套5同步旋转的任一部件上设有调平辅助装置9，所述壳体3的右端面上设有显示屏p；

所述光电自准直仪7可水平的向反射镜1射出平行光，通过转动调整所述转动轴套5，所述平行光经反射镜1反射后可在光电自准直仪7中形成像。

所述反射镜1与目标物基准面之间通过机械弹性卡扣固定。

本实施例优选固定轴4是固定的，转动轴套5带动其上部件同步旋转。该方案还能是：转动轴套5是固定于调平基座2上的，转动轴套5中穿设有可绕其轴线旋转的固定轴4，光电自准直仪7等部件随着固定轴4转动。

本实施例优选所述测角装置6是绝对式编码器，绝对式编码器的转动部26是码盘，该码盘套固定于下轴套x上，绝对式编码器的固定部25是读数系统，该读数系统与固定轴4的底部固定；绝对式编码器亦可将读数系统作为转动部26并固定于下轴套x上，将码盘作为固定部25并固定于固定轴4上。测角装置6可采用增量式编码器等替换，增量式编码器和绝对式编码器均由码盘和读数系统构成。

本实施例优选的固定轴4与下轴套x之间留有环形间隙，该环形间隙中设有环形保持架c，环形保持架c的侧壁上设有大量的滚珠，下轴套x通过一对平面轴承g实现与固定轴4之间的可旋转；下轴套x和固定轴4之间还可以直接高精度的轴孔配合实现下轴套x的可旋转。下轴套x和固定轴4之间还可以通过滑动轴承等部件实现下轴套x的可旋转。

所述光电自准直仪7包括光源10、分化板11、准直透镜组12、分光镜14和光电图像处理传感器13。

本实施例优选的所述调平基座2是全站仪基座，所述调平辅助装置9是水准气泡。

所述调平基座2还能是是电动调平基座，同时所述调平辅助装置9是倾斜传感器。

调平辅助装置9设置在可随所述转动轴套5同步旋转的任一部件上，所述任一部件包括转动部26、光电自准直仪7或转子22；本实施例优选的：所述光电自准直仪7上罩设有防尘罩，当调平辅助装置9是水准气泡时，所述水准气泡设置在防尘罩的顶面上，使得使用者在仪器外部即可观察到调平辅助装置9，如将水准气泡设置于壳体3内的所述任一部件上，则需要在壳体3的表面上设置方便观察的透视窗；当调平辅助装置9是倾斜传感器时，该倾斜传感器还可设置于上轴套s的内壁上。

所述转动轴套5上套设有伺服旋转装置18，本实施例优选的伺服旋转装置18是由定子20、转子22组成的无刷电机，利用测角装置6可将角度值反馈给伺服旋转装置18，该反馈功能代替了普通伺服电机的编码系统功能，所述定子20与固定部25相固定，所述转子22位于定子20与下轴套x之间且套设于下轴套x上。伺服旋转装置18还可以由伺服电机和减速机构组成。伺服旋转装置18还可采用超声波电机等替换。

所述棱镜测角仪上设有通讯模块。

实施例2

上述棱镜测角仪的0位确定方法，包括以下步骤：

1）配合调平辅助装置9调整所述调平基座2，使得所述转动轴套5的轴线垂直于水平面；

2）所述光电自准直仪7水平的向反射镜1发射出平行光，通过转动调整所述转动轴套5，使得所述反射镜1上有平行光反射至光电自准直仪7中，反射的平行光在光电自准直仪7中形成像并可测出一角度值，该角度值代表平行光光轴与反射镜法线间的夹角；

3）所述角度值被光电自准直仪7反馈至测角装置6中，此时直角棱镜8与反射镜1之间的对应关系被测角装置6记忆为0位。

本发明的测角仪确定0位的基准是反射镜1，采用了光电方式来确定测角仪的0位；0位所代表的对应关系是：将目标物基准面的法线向水平面投影，得到一条在水平面上的直线，称该直线为0位方向直线。调平棱镜测角仪且确定好0位时，垂直于直角棱镜8棱线的面与水平面间的交线和所述的0位方向直线之间接近平行。若改变测角仪与基准间的相对位置并重新进行测角仪的0位设定，调平后重新设定的0位与原先测量时确定的0位相同。

上述实施例采用的光电自准直仪7根据图3所示的原理图制作；还可采用德国molle公司生产的产品型号elcomat-3000，或德国trioptics公司生产的产品型号triangleta300-38，或九江精达检测技术有限公司生产的产品型号csz-1，或西安光衡光电科技有限公司生产的产品型号aim-300-pro等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。