專利名稱：圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)角定向類設(shè)備的校準(zhǔn)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
針對(duì)經(jīng)緯儀等光電測(cè)角儀器，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室通常采用傳統(tǒng)的檢定裝置進(jìn)行檢定，傳統(tǒng)檢定裝置由一臺(tái)立式多齒分度臺(tái)、一臺(tái)臥式多齒分度臺(tái)、一臺(tái)自準(zhǔn)直儀和儀器座組成，自準(zhǔn)直平行光管焦平面上有刻線分劃板，通過立式多齒分度臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，與平行光管一起構(gòu)成任意角度水平方向無窮遠(yuǎn)目標(biāo)；通過臥式多齒分度臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成豎直方向無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，該傳統(tǒng)檢定裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。隨著軍隊(duì)信息化、快速適應(yīng)能力的不斷提高，繼續(xù)開發(fā)了一種既能檢測(cè)水平角度又能檢測(cè)豎直角度的測(cè)角定向設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)儀器，如

圖1和圖2所示，該儀器包括支撐架1、平板基座2、升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3、自準(zhǔn)直平行光管5、蝸輪蝸桿8、多齒分度臺(tái)9和耳軸10，所述平板基座2通過調(diào)平底腳螺栓與支撐架I固定連接；所述多齒分度臺(tái)9與升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3的基座固定連接，升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3與平板基座2固定連接；所述耳軸10的一側(cè)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)7，步進(jìn)電機(jī)7的輸出端與蝸輪蝸桿8的輸入端連接，蝸輪蝸桿8的輸出端與自準(zhǔn)直平行光管5的一端連接；所述耳軸10的另一側(cè)設(shè)有圓光柵4，圓光柵4的光柵盤與自準(zhǔn)直平行光管5的另一端連接。所述自準(zhǔn)直平行光管5包括光源、目鏡分劃板、準(zhǔn)直分劃板、分光棱鏡和物鏡6 ;所述目鏡分劃板和準(zhǔn)直分劃板均設(shè)在物鏡6的焦平面上。上述支撐架I具有調(diào)平功能，通過支撐架上的調(diào)平底腳螺栓可將平板基座2的橫縱方向精確調(diào)制水平狀態(tài)。升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3能夠調(diào)節(jié)多齒分度臺(tái)9的高度，以滿足不同類型測(cè)角定向設(shè)備的望遠(yuǎn)鏡軸系到平板基座2的距離。經(jīng)緯儀水平方向角的檢測(cè)是以多齒分度臺(tái)9作為圓分度標(biāo)準(zhǔn)器件，并以其刻度作為常角分度，以自準(zhǔn)直平行光管5為照準(zhǔn)標(biāo)，分別以多齒分度臺(tái)9的不同刻度位置作為經(jīng)緯儀度盤的起始檢定位置，用全組合法進(jìn)行經(jīng)緯儀度盤直徑全誤差的檢定。經(jīng)緯儀豎直方向角的檢測(cè)過程如下:自準(zhǔn)直平行光管5的光源將其準(zhǔn)直分劃板照亮后經(jīng)物鏡發(fā)出平行光束，用來提供測(cè)角定向設(shè)備所需瞄準(zhǔn)的無窮遠(yuǎn)像目標(biāo)；步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿8，蝸輪蝸桿8帶動(dòng)自準(zhǔn)直平行光管5的框架繞耳軸10旋轉(zhuǎn)，耳軸10另一側(cè)的圓光柵4內(nèi)安裝有精確的圓光柵編碼器，在光柵盤相對(duì)讀數(shù)頭發(fā)生轉(zhuǎn)角時(shí)，通過測(cè)量轉(zhuǎn)過的刻線數(shù)，按當(dāng)量計(jì)算轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)角，將實(shí)時(shí)測(cè)量的角度值反饋給電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)框架的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯儀豎直方向任意角度的檢測(cè)，提高經(jīng)緯儀的精度。由于校準(zhǔn)設(shè)備需要提供標(biāo)準(zhǔn)角度來檢定經(jīng)緯儀等測(cè)角定向設(shè)備的豎直角度，而影響標(biāo)準(zhǔn)角測(cè)量精度的因素主要包括圓光柵的刻劃誤差、細(xì)分誤差及軸系歪斜引起的轉(zhuǎn)角誤差，針對(duì)此三類誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高垂直標(biāo)準(zhǔn)角精度勢(shì)在必行。目前國外生產(chǎn)的圓光柵角分辨率及最大轉(zhuǎn)速都取決于光柵的直徑和所選讀數(shù)頭的分辨率。當(dāng)前國外圓光柵刻劃的最大刻線數(shù)為64800線，配置高倍數(shù)細(xì)分的讀數(shù)頭可實(shí)現(xiàn)0.01"的分辨率。由于安裝誤差及刻劃誤差存在，測(cè)量精度一直受限，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償修正。但是目前還沒有一種有效的方法，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱軸在高精度、快速、連續(xù)測(cè)量過程中，對(duì)圓光柵測(cè)角數(shù)據(jù)及軸系歪斜造成的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高測(cè)角定向類設(shè)備校準(zhǔn)儀器的測(cè)角精度的圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法，其具體步驟如下:
(1)利用FPGA采集圓光柵盤配套讀數(shù)頭獲取的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角位置信息，F(xiàn)PGA經(jīng)過運(yùn)算處理，輸出轉(zhuǎn)角位置對(duì)應(yīng)的角度計(jì)數(shù)值，并將角度計(jì)數(shù)值傳送給中央處理器；
(2)中央處理器計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置相對(duì)于絕對(duì)零位的轉(zhuǎn)角值，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示輸出；
(3)當(dāng)水平轉(zhuǎn)軸傾斜角度Θ時(shí)，瞄準(zhǔn)軸劃出一傾斜平面，同時(shí)瞄準(zhǔn)軸軌跡繪出的大圓在水平線上與零位子午線相交，并與零位子午線成同樣傾角Θ ；
設(shè)α為平行光管框架旋轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的實(shí)際垂直角，該值用過A點(diǎn)的子午線上的弧段來度量；α '為平行光管框架瞄準(zhǔn)B點(diǎn)時(shí)，圓光柵編碼器上的讀數(shù)值，則有
權(quán)利要求
1.一種圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法，其特征在于，其方法步驟如下: (1)利用FPGA采集圓光柵盤配套讀數(shù)頭獲取的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角位置信息，F(xiàn)PGA經(jīng)過運(yùn)算處理，輸出轉(zhuǎn)角位置對(duì)應(yīng)的角度計(jì)數(shù)值，并將角度計(jì)數(shù)值傳送給中央處理器； (2)中央處理器計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置相對(duì)于絕對(duì)零位的轉(zhuǎn)角值，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示輸出； (3)當(dāng)水平轉(zhuǎn)軸傾斜角度Θ時(shí)，瞄準(zhǔn)軸劃出一傾斜平面，同時(shí)瞄準(zhǔn)軸軌跡繪出的大圓在水平線上與零位子午線相交，并與零位子午線成同樣傾角Θ ； 設(shè)α為平行光管框架旋轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的實(shí)際垂直角，該值用過A點(diǎn)的子午線上的弧段來度量；α '為平行光管框架瞄準(zhǔn)B點(diǎn)時(shí)，圓光柵編碼器上的讀數(shù)值，則有
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法，其特征在于，在中央處理器的程序中加入偏差補(bǔ)償修正精度程序，用以修正平行光管框架旋轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的垂直角，偏差的計(jì)算采用分段線性補(bǔ)償計(jì)算方法，偏差補(bǔ)償修正精度的公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法，其特征在于，所述kf系列值通過高精度23棱面體進(jìn)行測(cè)定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓光柵測(cè)角偏差處理及軸系歪斜補(bǔ)償方法，其具體步驟如下利用FPGA采集圓光柵盤配套讀數(shù)頭獲取的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角位置信息，F(xiàn)PGA經(jīng)過運(yùn)算處理，輸出轉(zhuǎn)角位置對(duì)應(yīng)的角度計(jì)數(shù)值，并將角度計(jì)數(shù)值傳送給中央處理器；中央處理器計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置相對(duì)于絕對(duì)零位的轉(zhuǎn)角值，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示輸出；對(duì)由于軸系歪斜帶來的垂直角誤差進(jìn)行補(bǔ)償修正。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明通過分段線性修正角度的方法在圓光柵工作范圍內(nèi)進(jìn)行分段修正角度值及對(duì)軸系歪斜誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高精度圓光柵在復(fù)雜環(huán)境及受限條件下的精確測(cè)角要求，提高測(cè)角定向類設(shè)備校準(zhǔn)儀器的測(cè)角精度。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103162712SQ20131009143
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者雷正偉, 劉福, 馮廣斌, 張軍, 華翔, 牛滿科, 耿斌, 劉海濤, 賈波, 王勝磊 申請(qǐng)人:中國人民解放軍63908部隊(duì)