CN103940413A - 测量仪器的旋转驱动部及测量仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明为测量仪器的旋转驱动部（5），测量仪器具有用于使测距光轴朝向测定对象物的旋转部（7），旋转驱动部（5）使该旋转部旋转，该旋转驱动部具有使输出轴（6）旋转的旋转马达、和将该旋转马达与所述输出轴的连结接合、断开的离合器部，所述旋转马达、所述离合器部是沿着所述输出轴串联配设的结构，所述输出轴固定于所述旋转部上。
Description
技术领域
本发明涉及测量仪器所使用的旋转驱动部及使用了该旋转驱动部的测量仪器。
背景技术
在测量仪器、例如全站仪（total station）中具有瞄准测定点的望远镜部。该望远镜部由托架部支承并能够在竖直方向上旋转，而且该托架部由基盘部支承并能够在水平方向上旋转。此外，全站仪具有用于使所述望远镜部旋转的马达和用于使所述托架部旋转的马达。以下，所述望远镜部、所述托架部总称为旋转部。
以往所使用的马达是电动马达。成为了该电动马达的输出轴与所述旋转部的输出轴经由第一齿轮和第二齿轮而连结，所述电动马达的旋转力经由第一齿轮和第二齿轮而传递到所述旋转部的机构，所述第一齿轮设于所述输出轴上，所述第二齿轮设于所述旋转轴上，且与所述第一齿轮啮合。此外，所述第一齿轮、所述第二齿轮的啮合存在齿隙。由于齿隙影响旋转精度、旋转定位精度，因此需要尽可能减小齿隙。尤其是在测量仪中旋转角度的精度要求以秒为单位。为此，需要高精度的齿轮，而且组装精度也要求高精度。为此，制造费用变得昂贵。而且，由于齿轮的磨损等，齿隙增大，随着时间的推移而精度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不存在由齿隙等导致的误差、高精度且构造简单的测量仪器的旋转驱动部及具有该测量仪器的旋转驱动部的测量仪器。
为了达到上述目的，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，测量仪器具有用于使测距光轴朝向测定对象物的旋转部，所述旋转驱动部使该旋转部旋转，其中，该旋转驱动部具有使输出轴旋转的旋转马达、和将该旋转马达与所述输出轴的连结接合、断开的离合器部，所述旋转马达、所述离合器部是沿着所述输出轴串联配设的结构，所述输出轴固定于所述旋转部上。
并且，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，所述旋转马达借助摩擦力使被驱动体旋转，所述离合器部介于所述被驱动体与所述旋转部之间，借助摩擦力而将所述被驱动体的旋转传递到所述旋转部，所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力设定为大于所述被驱动体与所述旋转部之间的摩擦力。
并且，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，所述被驱动体为环形形状，所述旋转马达具有对所述被驱动体赋予旋转力的环形形状的振动发生部，该振动发生部利用超声波振动而产生沿周向移动的挠曲波动，该挠曲波动借助所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力而使该被驱动体旋转。
并且，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，所述离合器部具有能够选择所述旋转部与所述被驱动体之间的摩擦力的结构。
并且，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，所述离合器部具有介于所述旋转力传递路径上的摩擦发生部件和对该摩擦发生部件作用推压力的弹压机构。
并且，本发明的测量仪器的旋转驱动部中，所述输出轴被设置成与所述振动发生部一体旋转，所述被驱动体设于支承所述旋转部的部件上。
并且，本发明的测量仪器包括：以能够在水平方向上旋转的方式设于基盘部上的作为旋转部的托架部；设于所述基盘部上、且驱动所述托架部旋转的水平旋转驱动部；以能够在竖直方向上旋转的方式设于所述托架部上的作为旋转部的望远镜部；设于所述托架部上、且驱动所述望远镜部旋转的竖直旋转驱动部，所述水平旋转驱动部、所述竖直旋转驱动部的至少一方使用上述旋转驱动部的任一个。
根据本发明，测量仪器的旋转驱动部中，测量仪器具有用于使测距光轴朝向测定对象物的旋转部，旋转驱动部使该旋转部旋转，其中，该旋转驱动部具有使输出轴旋转的旋转马达、和将该旋转马达与所述输出轴的连结接合、断开的离合器部，所述旋转马达、所述离合器部是沿着所述输出轴串联配设的结构，所述输出轴固定于所述旋转部上，因此，从所述旋转马达到所述旋转部的旋转力传递路径变得简单，不存在由齿隙等导致的误差，可实现高精度的驱动。
此外，根据本发明，所述旋转马达借助摩擦力使被驱动体旋转，所述离合器部介于所述被驱动体与所述旋转部之间，借助摩擦力而将所述被驱动体的旋转传递到所述旋转部，所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力设定为大于所述被驱动体与所述旋转部之间的摩擦力，因此，在所述旋转马达未驱动时，能够通过手动使所述旋转部旋转，并在驱动时作用了过大负载的情况下，所述离合器部旋转而防止所述旋转马达的损伤。
此外，根据本发明，所述被驱动体为环形形状，所述旋转马达具有对所述被驱动体赋予旋转力的环形形状的振动发生部，该振动发生部利用超声波振动而产生沿周向移动的挠曲波动，该挠曲波动借助所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力而使该被驱动体旋转，因此，旋转部为所述被驱动体的最小结构，结构简单且只要控制所述振动发生部的超声波振动的发生状态即可，因此所述旋转部的控制容易。
此外，根据本发明，所述离合器部具有能够选择所述旋转部与所述被驱动体之间的摩擦力的结构，因此不需改变基本结构，就能实现旋转输出的改变。
此外，根据本发明，所述离合器部具有介于所述旋转力传递路径上的摩擦发生部件和对该摩擦发生部件作用推压力的弹压机构，因此，通过进行所述摩擦发生部件的材质、推压力的调整，不需改变基本结构，就能实现旋转输出的改变。
此外，根据本发明，测量仪器包括：以能够在水平方向上旋转的方式设于基盘部上的作为旋转部的托架部；设于所述基盘部上、且驱动所述托架部旋转的水平旋转驱动部；以能够在竖直方向上旋转的方式设于所述托架部上的作为旋转部的望远镜部；设于所述托架部上、且驱动所述望远镜部旋转的竖直旋转驱动部，所述水平旋转驱动部、所述竖直旋转驱动部的至少一方使用上述旋转驱动部的任一个，因此驱动系统变得简单，要求精度的部件数量减少，制作成本降低且可实现高精度的驱动。
附图说明
图1是表示本发明的测量仪的一例的概略图；
图2是本发明的实施例的测量仪的概略剖视图；
图3是该实施例所使用的超声波马达的剖切立体图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
在图1中，说明本实施例的测量仪1。
在三个腿部2上设有校平部3，在该校平部3上设有基盘部4。水平旋转驱动部5收纳于该基盘部4中。该水平旋转驱动部5具有竖直延伸的中空的水平输出轴6，在该水平输出轴6的上端安装有作为旋转部的托架部7。
该托架部7具有凹部8，在该凹部8中收纳有作为旋转部的望远镜部9，该望远镜部9经由竖直旋转轴11支承于所述托架部7上并能够自由旋转。在所述望远镜部9上设有具有测距光轴的瞄准望远镜10，并收纳有测距部（未图示）。
在所述托架部7中收纳有竖直旋转驱动部12，该竖直旋转驱动部12配置在所述竖直旋转轴11的轴心线上。所述竖直旋转驱动部12具有与所述竖直旋转轴11同心的竖直输出轴13，该竖直输出轴13的顶端固定安装在所述望远镜部9上。
所述水平旋转驱动部5具有旋转马达14和离合器部15。所述旋转马达14和所述离合器部15具有同一轴心线，以所述水平输出轴6为中心而沿着该水平输出轴6串联（tandem，一前一后）地配设。所述离合器部15为接合状态时，所述旋转马达14的旋转力直接传递给所述水平输出轴6。所述离合器部15为断开状态时，所述水平输出轴6与所述旋转马达14分离，所述水平输出轴6能够单独旋转。此外，所述离合器部15为断开状态时，所述水平输出轴6与所述旋转马达14借助规定的摩擦力而连结。
从而，所述离合器部15为断开状态时，所述托架部7能够相对于所述水平旋转驱动部5相对旋转，并借助所述摩擦力而保持位置。
所述竖直旋转驱动部12也是与所述水平旋转驱动部5同样的构造。
所述竖直旋转驱动部12具有旋转马达16和离合器部17。所述旋转马达16和所述离合器部17在同一轴心线上一前一后地配设。该离合器部17为接合状态时，所述旋转马达16的旋转力直接传递给所述竖直输出轴13。所述离合器部17为断开状态时，所述竖直输出轴13与所述旋转马达16分离，所述竖直输出轴13能够单独旋转。此外，所述离合器部17为断开状态时，所述竖直输出轴13与所述旋转马达16借助规定的摩擦力而连结，即使在所述离合器部17为断开状态时，所述望远镜部9也被保持于任意的位置。
另外，虽然未图示，在所述水平输出轴6上设有水平角编码器，检测所述水平输出轴6的旋转角度。在所述竖直旋转轴11上设有竖直角编码器，检测所述竖直输出轴13的旋转角度。
通过所述托架部7的水平旋转、所述望远镜部9的竖直旋转的协作，测距光轴朝向测定对象物，所述测距部经由所述望远镜部9射出激光光线，接受来自测定对象物的反射光来测定距离。此外，基于所述水平角编码器、所述竖直角编码器的检测结果来测定水平角、竖直角。
在上述实施例中，所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12由于是马达和离合器部配置在同一轴心线上，因此是紧凑的构造。而且，由于是马达和离合器部一前一后地配置、在离合器接合状态下马达的旋转力直接传递到输出轴的构造，因此不存在齿隙，在旋转传递路径上不产生误差而高精度地传递驱动。而且组装很容易。
另外，在上述实施例中，所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12都是一前一后式的结构，但也可以是仅其中一方是一前一后式的结构。
接着，由图2、图3说明一前一后式的结构的所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12具有超声波马达的例子。
另外，在图2、图3中，对于与图1所示相同的部件标注相同的附图标记，省略其说明。
图中，附图标记21表示相对于所述水平输出轴6设置的水平角检测编码器，附图标记22表示相对于所述竖直旋转轴11设置的竖直角检测编码器，附图标记23表示设于所述托架部7的内部、控制所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12的驱动的控制部。
在图3中，进一步详细说明所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12。另外，由于所述水平旋转驱动部5和所述竖直旋转驱动部12是相同的构造，因此，以下说明所述水平旋转驱动部5。
马达壳体25是在底板26上突出设有中空圆筒体27的构造。在所述底板26上穿设有底孔28，在所述中空圆筒体27的顶板29上穿设有顶孔31，所述底孔28和所述顶孔31配置在同心上。
圆筒形状的轴承部件32从上方嵌合于该顶孔31中。在该轴承部件32上形成有固定凸缘33，该固定凸缘33通过螺栓34而固定于所述顶板29上。从而，所述轴承部件32经由所述固定凸缘33而固定于所述顶板29上，所述轴承部件32的轴心与所述底孔28、所述顶孔31同心。
所述水平输出轴6旋转自如地贯穿所述轴承部件32，该水平输出轴6的上端部6a、下端部6b分别从所述轴承部件32突出。
在所述水平输出轴6的上端形成有连结部35，与该连结部35的下端连续地形成有轴部凸缘36。所述水平角检测编码器21的模式环37固定于该轴部凸缘36上（参照图2）。所述连结部35以凹窝方式与所述托架部7的底面结合，并通过螺栓（未图示）而固定于所述模式环37的底面上（参照图2）。
在所述下端部6b设有挡圈38，该挡圈38与所述轴承部件32的下端卡合，由此约束所述水平输出轴6的轴心方向的位移。
所述下端部6b的比所述挡圈38更向下方延伸的部分为两阶的阶梯构造，作为旋转体的旋转板39固定安装于第一阶的台阶上，固定螺母41螺纹接合于第二阶的台阶上。所述旋转板39的直径是小于所述中空圆筒体27的内径的小径，成为所述旋转板39与所述底板26分隔开的状态。所述旋转板39在轴心方向上的位移被所述固定螺母41约束，所述旋转板39与所述水平输出轴6一体地旋转。
在所述旋转板39的上表面上与该旋转板39同心地固定安装有薄板环状的压电陶瓷（压电元件）42，在该压电陶瓷42上紧贴地固定有振子43。该振子43由弹性材料构成，呈半径（中心半径）为R的环形形状。在该振子43上沿圆周方向以规定间距刻设有狭缝44，该狭缝44从顶点朝向下方分离开所需要的范围，在周向上形成有以规定间隔排列的梳齿45。并且，在该周向上以规定间隔排列的所述梳齿45的集合形成圆周列群。
在所述中空圆筒体27中内嵌有作为定子的固定环46。该固定环46能够相对于所述中空圆筒体27沿轴心方向位移，并在周向上旋转自如。所述固定环46与所述振子43直径相同，载置在该振子43上，该振子43与所述固定环46机械接触。
在该固定环46的上表面与所述顶板29的下表面之间形成有所需要的空间，在该空间中收纳有环状的摩擦片47、作为弹压部件的防松垫圈48、摩擦片49。
所述摩擦片47以粘接等所需要的方式固定安装于所述固定环46的上表面，所述摩擦片49以粘接等所需要的方式固定安装于所述顶板29的下表面。所述防松垫圈48夹设在所述摩擦片47与所述摩擦片49之间，向使所述摩擦片47与所述摩擦片49分离的方向弹压。所述摩擦片47、所述摩擦片49介于所述固定环46与所述顶板29之间的旋转力传递路径中，作为产生所需要的摩擦的摩擦发生部件而发挥功能。
此外，所述防松垫圈48的弹压力经由所述摩擦片47而传递到所述固定环46，以规定的力将该固定环46向所述振子43推压。
通过所述防松垫圈48的弹压力，在所述防松垫圈48与所述摩擦片47、所述摩擦片49之间产生的摩擦力F1作用于所述固定环46与所述顶板29（即所述马达壳体25）之间，在所述固定环46与所述振子43之间产生与所述防松垫圈48的推压力对应的摩擦力F2。
通过对所述压电陶瓷42施加高频而产生超声波振动，使所述梳齿45产生挠曲振动。而且，该梳齿45的集合、即圆周列群通过所述挠曲振动而形成沿周向移动的挠曲振动波，该挠曲振动波借助摩擦力而使所述固定环46相对旋转。此外，通过控制对所述压电陶瓷42施加的高频，能够控制所述固定环46的旋转速度、旋转方向。在此，所述压电陶瓷42、所述振子43构成振动发生部，所述压电陶瓷42、所述振子43、所述固定环46构成超声波马达51。
另外，图中附图标记52表示缆线，该缆线52与所述压电陶瓷42电连接，穿过所述水平输出轴6的中空部与所述控制部23电连接。
接着，摩擦力F1作用于所述固定环46与所述顶板29之间，借助该摩擦力F1而所述顶板29、即所述马达壳体25相对于所述振子43相对旋转。
在本实施例的情况下，由于所述马达壳体25固定于所述基盘部4上，因此所述固定环46借助摩擦力F1而固定于所述马达壳体25上，所述振子43旋转。
该振子43的旋转经由所述旋转板39而传递到所述水平输出轴6，进而经由该水平输出轴6使所述托架部7旋转（参照图2）。
接着，在未对所述压电陶瓷42施加高频的状态下、即未驱动所述超声波马达51的状态下，由于摩擦力F1作用于所述固定环46与所述顶板29之间，摩擦力F2作用于所述振子43与所述固定环46之间，因此通过摩擦力F1、F2将所述水平输出轴6（即托架部7）固定。
此外，在摩擦力F1与摩擦力F2之间存在摩擦力F1＜摩擦力F2的关系，由摩擦转矩T1＜摩擦转矩T2而引起的相对于旋转的约束力发挥作用。另外，为了实现摩擦力F1＜摩擦力F2，适当选择所述摩擦片47、所述摩擦片49和所述防松垫圈48之间的摩擦系数，进而适当选择该防松垫圈48的弹压力。另外，所述摩擦片47、所述摩擦片49的材质可举出高分子化合物，例如氟素树脂等高分子化合物，或者只要满足条件也可举出金属或对金属表面进行了处理的物质等。
所述摩擦转矩T1取决于所述固定环46与所述顶板29之间的摩擦系数、所述防松垫圈48的弹压力。通过改变所述摩擦片47、所述摩擦片49的材质而选择所述摩擦系数，通过改变所述防松垫圈48的材质、板厚、形状而改变弹压力。从而，通过调整所述摩擦系数、所述弹压力能够选择最合适的摩擦转矩T1。
在此，若作为外力对所述水平输出轴6作用旋转力M＞T1，则由于所述摩擦转矩的关系，所述水平输出轴6旋转。此外，在该水平输出轴6旋转的状态下旋转力M＜T2、所述振子43和所述固定环46成为固定状态。
从而，在所述测量仪1中，若使所述水平旋转驱动部5为非驱动状态，使手动的旋转力M作用于所述托架部7，则该托架部7以所述水平输出轴6为中心旋转，能够使所述托架部7在任意的位置固定。
此外，对于所述望远镜部9也是同样，即便使所述竖直旋转驱动部12为非驱动状态，也能够通过手动使所述望远镜部9旋转，并将该望远镜部9固定于任意位置。
而且，所述固定环46、所述摩擦片47、所述摩擦片49、所述防松垫圈48构成离合器机构53。该离合器机构53在所述超声波马达51驱动时向所述水平输出轴6传递旋转力，并在所述超声波马达51未驱动时与外力相呼应而允许所述水平输出轴6的旋转。
进而，在所述超声波马达51驱动中对所述水平输出轴6作用了过大载荷的情况下，所述离合器机构53使所述马达壳体25与所述固定环46之间产生滑动，作为防止所述超声波马达51损伤的安全装置而发挥功能。
如上所述，在本实施例中，由于在将来自该超声波马达51的旋转力向所述水平输出轴6传递的路径上不存在齿隙等误差要因，所述超声波马达51的旋转力直接传递给所述水平输出轴6，因此能够进行高精度的旋转控制，而且部件数量少、旋转部分（图示中仅示出了所述水平输出轴6）少，因此组装误差也减小。
而且，在所述超声波马达51未驱动时，能够通过手动使旋转部旋转，此时，在所述压电陶瓷42与所述固定环46之间没有滑动，不产生磨损。因此，能够使所述超声波马达51长期维持高精度。
在利用具有所述水平旋转驱动部5、所述竖直旋转驱动部12的所述测量仪1执行测距、测角的情况下，在使所述水平旋转驱动部5、所述竖直旋转驱动部12为未驱动的状态下，通过手动使所述托架部7水平旋转，并使所述望远镜部9竖直旋转，用目视使所述瞄准望远镜10对准测定对象物，在该瞄准望远镜10的视野中捕捉到测定对象物时使所述水平旋转驱动部5、所述竖直旋转驱动部12驱动，自动瞄准测定对象物。
在瞄准了测定对象物的状态下进行测距，并利用所述水平角检测编码器21、所述竖直角检测编码器22测定瞄准状态的水平角、竖直角，执行测距、测角。
在所述测量仪1中，通过使用上述的所述水平旋转驱动部5、所述竖直旋转驱动部12，驱动系统周边的构造变得简单、部件数量减少，并且要求精度的部件减少，谋求了制作成本的降低。而且，通过旋转部减少且由马达直接驱动所述托架部7、所述望远镜部9，能够实现高精度的驱动，并防止精度随时间的推移而降低。
另外，上述实施例中，所述水平旋转驱动部5、所述竖直旋转驱动部12都使用了超声波马达，但也可以仅其中一方使用超声波马达。
另外，上述的所述测量仪1涉及全站仪，但作为其它测量仪的例子，可以举出经由偏光镜照射测距光、并使该偏光镜向水平方向和竖直方向旋转而向规定范围照射激光光线、测定多点的激光扫描仪，也可以将本实施例适用于该激光扫描仪中。
Claims (11)
1.一种测量仪器的旋转驱动部，测量仪器具有用于使测距光轴朝向测定对象物的旋转部，所述旋转驱动部使该旋转部旋转，其中，该旋转驱动部具有使输出轴旋转的旋转马达、和将该旋转马达与所述输出轴的连结接合、断开的离合器部，所述旋转马达、所述离合器部是沿着所述输出轴串联配设的结构，所述输出轴固定于所述旋转部上。
2.根据权利要求1所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述旋转马达借助摩擦力使被驱动体旋转，所述离合器部介于所述被驱动体与所述旋转部之间，借助摩擦力而将所述被驱动体的旋转传递到所述旋转部，所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力设定为大于所述被驱动体与所述旋转部之间的摩擦力。
3.根据权利要求2所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述被驱动体为环形形状，所述旋转马达具有对所述被驱动体赋予旋转力的环形形状的振动发生部，该振动发生部利用超声波振动而产生沿周向移动的挠曲波动，该挠曲波动借助所述旋转马达与所述被驱动体之间的摩擦力而使该被驱动体旋转。
4.根据权利要求2所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述离合器部具有能够选择所述旋转部与所述被驱动体之间的摩擦力的结构。
5.根据权利要求1所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述离合器部具有介于所述旋转力传递路径上的摩擦发生部件和对该摩擦发生部件作用推压力的弹压机构。
6.根据权利要求2所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述离合器部具有介于所述旋转力传递路径上的摩擦发生部件和对该摩擦发生部件作用推压力的弹压机构。
7.根据权利要求4所述的测量仪器的旋转驱动部，其中，所述离合器部具有介于所述旋转力传递路径上的摩擦发生部件和对该摩擦发生部件作用推压力的弹压机构。
8.根据权利要求3所述的测量仪器的旋转驱动部，其特征在于，所述输出轴被设置成与所述振动发生部一体旋转，所述被驱动体设于支承所述旋转部的部件上。
9.一种测量仪器，包括：以能够在水平方向上旋转的方式设于基盘部上的作为旋转部的托架部；设于所述基盘部上、且驱动所述托架部旋转的水平旋转驱动部；以能够在竖直方向上旋转的方式设于所述托架部上的作为旋转部的望远镜部；设于所述托架部上、且驱动所述望远镜部旋转的竖直旋转驱动部，所述水平旋转驱动部、所述竖直旋转驱动部的至少一方使用权利要求1所述的旋转驱动部。
10.一种测量仪器，包括：以能够在水平方向上旋转的方式设于基盘部上的作为旋转部的托架部；设于所述基盘部上、且驱动所述托架部旋转的水平旋转驱动部；以能够在竖直方向上旋转的方式设于所述托架部上的作为旋转部的望远镜部；设于所述托架部上、且驱动所述望远镜部旋转的竖直旋转驱动部，所述水平旋转驱动部、所述竖直旋转驱动部的至少一方使用权利要求2所述的旋转驱动部。
11.一种测量仪器，包括：以能够在水平方向上旋转的方式设于基盘部上的作为旋转部的托架部；设于所述基盘部上、且驱动所述托架部旋转的水平旋转驱动部；以能够在竖直方向上旋转的方式设于所述托架部上的作为旋转部的望远镜部；设于所述托架部上、且驱动所述望远镜部旋转的竖直旋转驱动部，所述水平旋转驱动部、所述竖直旋转驱动部的至少一方使用权利要求3所述的旋转驱动部。
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