一种测绘仪器及其采用的混合编码定位方法与流程

本发明属于精密仪器仪表领域，具体涉及一种测绘仪器以及该测绘仪器采用的混合编码定位方法。

背景技术：

力矩电机作为高精密驱动部件，已经在多个领域得到推广。使用力矩电机的伺服驱动系统一般采用增量式编码器作为其驱动反馈，编码器的分辨率决定了该驱动系统的最小分辨率。

增量式编码器的优点在于：反馈速度快。故由于力矩电机在驱动过程中需要高速反馈，所以增量式编码器是必不可少的。

然而，增量式编码器的缺点在于：1.设备启动时无法确定其当前位置，增量式编码器需要先检查到过零信号；2.超高分辨率且高精度的增量式编码器成本高，普通的工业级测绘仪器无法承受。

目前，绝对值测角技术具有精度等级高、技术可靠、成本合理等优势，绝对值测角技术可以在较低的成本控制下，轻松达到0.1’’的角度分辨率，测角精度最高实现0.5’’，而相同分辨率的且小体积的增量式编码器成本极高，这限制了增量式编码器在测绘仪器中的大量使用。

综上，现有的测绘仪器难以达到成本和分辨率的均衡配置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本较低且能够实现快速、高分辨率反馈驱动的测绘仪器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测绘仪器，包括发出旋转指令的控制主机、电机、反馈所述电机的转动状态参数的反馈系统、基于所述旋转指令和所述电机的转动状态参数控制所述电机的驱动系统，所述反馈系统包括：

向所述驱动系统反馈所述电机转动的角度变化量的增量式测角装置；

向所述驱动系统反馈所述电机转动到的绝对角度值和角度变化量的绝对值测角装置。

所述电机为力矩电机。

所述测绘仪器包括转动装置，所述转动装置包括由所述电机驱动的横轴和/或竖轴，所述电机通过第一连接组件与所述横轴相连接和/或通过第二连接组件与所述竖轴相连接。

所述第一连接组件包括同轴连接于所述横轴一端的延长连接套、同轴套设于所述横轴和所述延长连接套外的安装座、套设在所述横轴上并与所述安装座的部分内表面配合连接的轴承、同轴设置于所述延长连接套一端的第一转子压套；所述安装座上与所述延长连接套相对应的部分设置有与所述电机的定子的形状相配合的第一安装槽，所述电机的定子设置于所述第一安装槽中，所述延长连接套上设置径向凸出的第一凸台，所述电机的转子套设在所述延长连接套上并由所述第一凸台和所述第一转子压套夹紧，所述电机的定子与转子之间形成有间隙。

所述第二连接组件包括同轴套设在所述竖轴上的竖轴套、同轴套设于所述竖轴套上的第二转子压套、同轴套设于所述竖轴套外并与所述测绘设备的支架相固定连接的支架过渡件，所述支架过渡件上设置有与所述电机的定子的形状相配合的第二安装槽，所述电机的定子设置于所述第二安装槽中，所述竖轴套上设置有径向凸出的第二凸台，所述电机的转子套设在所述竖轴套上并由所述第二凸台和所述第二转子压套夹紧，所述电机的定子与转子之间形成有间隙。

所述反馈系统还包括混合编码度盘，所述混合编码度盘上具有对应所述绝对值测角装置的绝对值编码和对应所述增量式测角装置的增量式编码。

一种上述测绘仪器采用的混合编码定位方法，为：

所述绝对值测角装置向所述驱动系统反馈所述电机当前转动到的绝对角度值；

所述控制主机向所述驱动系统发出含有所述电机需要旋转到的目标绝对角度值的旋转指令，所述驱动系统计算所述电机当前转动到的绝对角度值与所述目标绝对角度值之间的角度差值，并将所述角度差值划分为第一角度部分和/或第二角度部分，所述第一角度部分为所述角度差值中构成所述增量式测角装置最小分辨率的最大整数倍的部分，所述第二角度部分为所述角度差值中除所述第一角度部分外的部分，所述驱动系统再计算所述增量式测角装置最小分辨率与所述第二角度部分的比值，并将所述比值结合所述电机实现所述增量式测角装置的最小分辨率所需的时间计算所述电机实现所述第二角度部分所需的时间；

所述驱动系统驱动所述电机转动，所述电机每实现一次等于所述增量式测角装置的最小分辨率的转动，所述增量式测角装置向所述驱动系统发出一次增量反馈信号，当所述驱动系统接收到所述增量反馈信号的次数达到所述第一角度部分相对所述增量式测角装置最小分辨率的倍数时，所述驱动系统再驱动所述电机转动实现所述第二角度部分所需的时间，所述绝对值测角装置向所述驱动系统反馈所述电机转动过的角度是否等于所述第二角度部分，从而实现所述旋转指令。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过增量式测角装置和绝对值测角装置的有机结合，能够实现快速和高精度的电机转动定位，并可以降低维护保养成本，简化制造工艺。

附图说明

附图1为本发明中横轴与电机的连接结构示意图。

附图2为本发明中竖轴与电机的连接机构示意图。

附图3为本发明中实现第一角度部分的驱动方法示意图。

附图4为本发明中实现第二角度部分的驱动方法示意图。

附图5为本发明的混合编码定位方法的示意图。

以上附图中：1、底座；2、支架；3、转子；4、定子；5、延长连接套；6、安装座；7、轴承；8、第一转子压套；9、竖轴套；10、第二转子压套；11、支架过渡件；12、横轴；13、竖轴。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种测绘仪器，包括底座1、支架2、转动装置等。支架2设置在底座1上。转动装置包括能够转动的横轴12和/或竖轴13。该测绘仪器还包括控制主机、电机、反馈系统和驱动系统，其中，控制主机用于发出旋转指令，电机采用直流力矩电机并与横轴12和/或竖轴13相连接，从而通过电机驱动横轴12和/或竖轴13转动，反馈系统用于反馈电机的转动状态参数，驱动系统则基于旋转指令和电机的转动状态参数控制电机。

电机通过第一连接组件与横轴12相连接和/或通过第二连接组件与竖轴13相连接。

对于横轴12，如附图所示，第一连接组件包括延长连接套5、安装座6、轴承7以及第一转子压套8。延长连接套5同轴连接于横轴12的一端，延长连接套5靠近横轴12的一端套设在横轴12的端部从而实现二者的连接。延长连接套5上设置径向凸出的第一凸台。轴承7套设在横轴12上轴承7的局部安装在支架2上从而实现横轴12的安装。安装座6同轴套设与横轴12和延长连接套5外，且并未与横轴12和延长连接套5直接连接。安装座6的空心部分形成有内表面，则对于安装座6的一端，其对应于横轴12以及轴承7，且轴承7的局部外周与安装座6的部分内表面配合连接，安装座6另外局部对应固定连接在支架2上。安装座6上与延长连接套5相对应的部分设置有与直流力矩电机的定子4的形状相配合的第一安装槽，则直流力矩电机的定子4设置于第一安装槽中而固定安装，直流力矩电机的定子4与延长连接套5之间设置有多点点胶实现胶粘。第一转子压套8同轴设置于延长连接套5一端，即未靠近横轴12的一端。直流力矩电机的转子3套设在延长连接套5上，并由第一凸台和第一转子压套8夹紧，直流力矩电机的定子4与转子3之间形成有一定间隙。

对于竖轴13，如附图所示，第二连接组件包括竖轴套9、第二转子压套10、支架过渡件11。竖轴套9同轴套设在竖轴13上，竖轴套9上设置有径向凸出的第二凸台。第二转子压套10的局部套设在竖轴套9的一端上，第二转子压套10还与底座1相固定连接。支架过渡件11同轴套设于竖轴套9外，其与支架2相固定连接，未与竖轴套9直接连接。支架过渡件11上设置有与直流力矩电机的定子4的形状相配合的第二安装槽，直流力矩电机的定子4设置于第二安装槽中，直流力矩电机的定子4与支架过渡件11之间设置有多点点胶实现胶粘。直流力矩电机的转子3套设在竖轴套9上，并由第二凸台和第二转子压套10夹紧，直流力矩电机的定子4与转子3之间形成有一定间隙。

反馈系统包括增量式测角装置和绝对值测角装置，增量式测角装置用于向驱动系统反馈电机转动的角度变化量，绝对值测角装置用于向驱动系统反馈电机转动到的绝对角度值和角度变化量。其中高精度绝对值测角装置的精度已经可以达到0.5’’级别，稳定可靠。高分辨率的增量式编码读数系统在工业领域广泛使用，同样稳定可靠。

反馈系统还包括混合编码度盘，混合编码度盘上具有对应绝对值测角装置的绝对值编码和对应增量式测角装置的增量式编码。可以在现有的绝对值编码度盘上，同时刻划增量式编码。

本测绘仪器中将两种编码结合，发挥各自优势，适应测绘仪器的使用环境和使用特点。

上述测绘仪器采用的混合编码定位方法为：

绝对值测角装置向驱动系统反馈电机当前转动到的绝对角度值。

控制主机向驱动系统发出含有电机需要旋转到的目标绝对角度值的旋转指令，驱动系统计算电机当前转动到的绝对角度值与目标绝对角度值之间的角度差值，并将角度差值划分为第一角度部分和/或第二角度部分，第一角度部分为角度差值中构成增量式测角装置最小分辨率的最大整数倍的部分，第二角度部分为角度差值中除第一角度部分外的部分，驱动系统再计算增量式测角装置最小分辨率与第二角度部分的比值，并将比值结合电机实现增量式测角装置的最小分辨率所需的时间计算电机实现第二角度部分所需的时间。

驱动系统驱动电机转动，电机每实现一次等于增量式测角装置的最小分辨率的转动，增量式测角装置向驱动系统发出一次增量反馈信号，当驱动系统接收到增量反馈信号的次数达到第一角度部分相对增量式测角装置最小分辨率的倍数时，驱动系统再驱动电机转动实现第二角度部分所需的时间，绝对值测角装置向驱动系统反馈电机转动过的角度是否等于第二角度部分，从而实现旋转指令。

以上提出了一种采用绝对值测角与增量式测角相结合的混合编码测角方案作为力矩电机的反馈系统。其中，绝对值测角系统提供高分辨率、高精度的角度值；增量式编码器提供高速角度变化量的反馈。此方案可以实现：1.开机读取绝对值角度，测绘仪器可以直接显示当前位置角度，无需过零操作；2.最小细分采用绝对值测角系统提供的角度值，这样可以适当降低增量式编码器的分辨率，降低部件成本，提高经济性。3.由于绝对值测角系统的测角精度高，使用绝对值角度作为伺服控制定位的位置依据，可以轻松实现高精度定位。4.测绘仪器的很多测量程序都需要使用绝对值角度建立坐标系，使用绝对值角度能够更好的兼容现有的各种测量系统。

具体的，控制主机向驱动系统向驱动系统发出含有电机需要旋转到的目标绝对角度值的旋转指令后，驱动系统计算电机当前转动到的绝对角度值与目标绝对角度值之间的角度差值，可以将角度差值与增量式测角装置最小分辨率角度β作商，取整数部分即作为角度差值相对增量式测角装置最小分辨率的最大整数倍的倍数n，从而求得第一角度部分和第二角度部分。对于上述角度差值，可以既包括第一角度部分，也包括第二角度部分，也可以仅包括第一角度部分/第二角度部分。

对于第二角度部分，驱动系统计算增量式测角装置最小分辨率β与第二角度部分的比值n，并测量电机实现增量式测角装置最小分辨率角度β所需的时间δt，从而基于电机实现增量式测角装置最小分辨率角度β所需的时间δt与电机实现第二角度部分所需要的时间之比值也等于n，通过时间细分的方式实现对第二角度部分，即β/n的细分，计算出实现第二角度部分所需的时间，即δt/n。

如附图3所示，当驱动系统驱动电机转动而实现第一角度部分的角度时，电机每实现一次等于增量式测角装置的最小分辨率角度β的转动，增量式测角装置就向驱动系统发出一次增量反馈信号，当驱动系统接收到增量反馈信号的次数达到第一角度部分相对增量式测角装置最小分辨率的倍数n时，表明第一角度部分完成，可以停止电机。

如附图4所示，驱动系统再驱动电机转动实现第二角度部分所需的时间，当驱动时间等于实现第二角度部分β/n所需的时间δt/n时，表明第二角度部分完成，可以停止电机。与此同时，绝对值测角装置向驱动系统反馈电机转动过的角度δα是否等于或接近第二角度部分β/n，若等于，即完成全部旋转指令。

若角度差值仅包括第一角度部分/第二角度部分时，完成以上对应第一角度部分/第二角度部分的流程即可。

因此，该测绘仪器时间精确定位的流程如附图5所示，主要包括：1、接收控制主机的旋转指令，解析需要旋转到的绝对值角度；2、通过当前所在位置与指令要求定位的位置计算增量编码器对应的角度增量值信号；3、使用增量式编码器信号驱动力矩电机，控制旋转速度；4、精确定位时使用绝对值角度作为位置反馈。

通过以上方案，可以极大的提高自动化测绘仪器使用寿命、电机驱动的可靠性、驱动速度同时降低维护保养成本、简化制造工艺等，丰富了力矩电机的使用场合，使力矩电机伺服系统适应测绘仪器的使用环境和使用特点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。