SE524329C2 - Ett positionsstyrarrangemang, speciellt för ett geodektiskt instrument, samt ett geodetiskt instrument - Google Patents

Description

25 30 2 u PO n 24 9 C71 2 och den rörliga enheten, därigenom tillåtande att den rörliga enheten kan förflyttas medan växelarrangemanget förblir i läge.

Genom att använda ett växelarrangemang och två vinkelsensorer såväl som en frik- tionskoppling på varje axel runt vilken den rörliga enheten skall förflyttas med hjälp av en motor blir geodemeterinstrumentet relativt komplicerat och dyrt. Det förelig- ger därför ett behov för en förbättrad design i dessa avseenden.

Med avseende på generell rotation av en rörlig enhet i ett geodemeterinstrument är det tidigare känt genom US 2002/0005944 A1 att tillhandahålla en optisk sändare, där ett huvudaggregat roteras runt en vertikal axel med användning av en elektrisk direktdriven motor och där det föreligger medel att avge ljussignaler till en avlägsen mottagare vid en speciell rotationsposition för huvudaggregatet. Vid ett arrange- mang av detta slag finns det emellertid inget behov eller avsikt att stoppa huvud- aggregatet i ett speciellt rotationsläge. Det föreligger inte heller något behov av att göra en forcerad vridning av huvudaggregatet.

Uppfinningens ändamål Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett förbättrat lägesstyrarrange- mang som är enklare och som är billigare att framställa. Ett ytterligare ändamål är att tillhandahålla ett lägesstyrarrangemang som är högeligen precist vid användning, men ändå enkelt att använda. Ett ytterligare ändamål är att tillhandahålla ett arrange- mang som kräver mindre utrymme. Ett ytterligare ändamål är att tillhandahålla ett förbättrat geodetiskt instrument.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt uppfinningen tillhandahålls ett styrarrangemang som det definieras i krav 1 och även ett geodetiskt instrument som det definieras i krav 8. 10 15 20 25 30 U1 l'\) vpl» CN I\D W \D Genom att tillhandahålla en direktdriven elektrisk motor elimineras behovet av ett kopplingsarrangemang och genom att göra det möjligt att selektivt driva motorn i ett normalt arbetssätt eller i ett friktionssätt, elimineras behovet av en konventionell friktionskoppling för att tillåta forcerad rotation av den rörliga enheten.

Genom att tillhandahålla medel för att automatiskt koppla om mellan arbetssätten för motorn som svar på närvaron av en yttre kraft som påverkar den rörliga enheten, möjliggörs ett enkelt användningssätt eftersom operatören inte behöver bekymra sig över att välja ett arbetssätt.

I en ytterligare utföringsfonn är en friktionsstyrenhet anpassad att styra, i friktions- arbetssättet, storleken på motståndet mot forcerad rotation och företrädesvis är nämnda friktionsstyrenhet så anordnad att motståndet begränsas till ett valt värde. På detta sätt kan en god precision erhållas vid manuell förflyttning av läget för den rörliga enheten.

Elimineringen av kopplingsarrangemanget tillhandahåller en snabbare och lugnare drift då den rörliga enheten förflyttas från ett läge till ett annat.

Ytterligare ändamål, särdrag och fördelar hos uppfinningen kommer att framgå i den nedanstående beskrivningen av en föredragen utföringsform med referens till med- följande ritningar.

Kort beskrivning av ritningama Fig. 1 visar en vy framifrån av ett geodetiskt instrument vid vilken uppfinningen används, fig. 2 visar en schematisk snittvy av ett motorarrangemang som används i ett lägesstyrarrangemang enligt uppfinningen, och 10 15 20 25 30 [Fl FO 42:.

QN PO \O fig. 3 visar ett blockdiagram som illustrerar ett lägesstyrarrangemang enligt upp- finningen.

Beskrivning av en föredragen utföringsform Fig. 1 visar en vy framifrån av ett geodetiskt instrument 1 av den typ som vanligen refereras till som en totalstation. En rörlig enhet 2, innefattande optisk utrustning hos totalstationen representerad av en lins 3, uppbärs i ett hus 4 på ett sådant sätt att den kan svängas relativt huset 4 runt en väsentligen horisontell axel 5 som indikeras genom en dubbelpil 6. Huset 4 innefattar en bas 7 med vars hjälp det uppbärs på ett stativ 8 på ett sådant sätt att den är roterbar relativt stativet 8 runt en väsentligen vertikal axel 9 som visas av en dubbelpil 10. Sålunda, genom att rotera den rörliga enheten 2 runt de två axlarna 5 och 9 kan den rörliga enheten 2 orienteras i vilken som helst önskad position för ändamålet att utföra en avsedd mätningsoperation. För rörelse av den rörliga enheten 2 runt axeln 5 finns ett motorarrangemang 1 1 i huset 4 och för rörelse av huset 4 och den rörliga enheten 2 runt axeln 9 finns en liknande motor anordnad 12 i stativet 8. Var och en av de två motorarrangemangen 11, 12 är inkluderade i ett lägesstyrarrangemang relaterat till respektive axel 5 och 9 och skall beskrivas nedan. Det geodetiska instrumentet 1 är avsett att uppbåras via stativet 8 på en tripod eller liknande utrustning på ett vanligt konventionellt sätt.

De två motorarrangemangen 11 och 12 är liknande till utseende och för enkelhets skull kommer nu endast motorarrangemanget 12 att beskrivas, under referens till fig. 2, där delar av stativet 8 har uteslutits för tydlighets skull. En drivaxel 13 hos motorn är roterbart uppburen av ett lager 14 som är fast i en övre del av stativet 8 och som gör ingrepp med den icke roterbara basen 7 hos huset 4, så att basen 7 kan roteras med användning av drivaxeln 13 för att indirekt rotera den rörliga enheten 2 runt axeln 9. Motorns rotor 15 uppbärs på ett icke roterbart sätt av drivaxeln 13 medan stativet 8 uppbär motoms stator 16 på ett icke roterbart sätt. 10 15 20 25 01 l\) 4:.

(N U- F-J xO För att kunna bestämma rotationsläget hos drivaxeln 13, och sålunda indirekt hos den rörliga enheten 2, är ett lägesdetekterande arrangemang 17 anordnat, det är anordnat att detektera det relativa läget mellan statom 16 och rotorn 15. I den utfö- ringsfonn som visas innefattar det lägesdetekterande arrangemanget 17 två detek- terande enheter 18 och 19, som är placerade diametralt motsatt varandra runt driv- axeln 13. Dessa två detekterande enheter 18, 19 är av väsentligen liknande utföran- de. I var och en av dem avger en ljusavgivare 20 som är fäst på statom 16 intermit- tent ljus mot en reflektor 21 som är fäst vid drivaxeln, från nämnda reflektor reflek- teras ljus mot en sensor 22 fäst vid statom 16. På dess väg från reflektom 21 till sensom 22 passerar ljuset genom en transparent skiva 23 som är icke roterbart fäst på drivaxeln 13 och som är försedd med ett mönster som orsakar specifika läges- signaler som genereras i sensom 22 då drivaxeln 13 roterar. Genom att använda signalproduktion med en hög hastighet kan en hög grad av precision erhållas av det positionsdetekterande arrangemanget 17.

De två detekterande enhetema 18, 19 kan lämpligen anordnas så att deras reflekte- rade ljus passerar genom radiellt olika områden med sinsemellan olika mönster på den transparenta skivan 23 för att tillåta en förbättrad noggrannhet i lägesbestäm- ningsarrangemanget 17.

Det skall noteras i fig. 2 att de två detekterande enhetema 18 och 19 i det positions- detekterande arrangemanget 17 är anordnade i en väsentligen stängd omgivning inne i motorarrangemanget 12 och av den anledningen är väl skyddad. Antalet detekterande enheter 18, 19 såväl som deras placering och deras utförande kan naturligtvis varieras såsom önskas.

För att styra motorarrangemangen 11 och 12 för att erhålla en önskad position hos den rörliga enheten 2 tillhandahålles ett positionsstyrarrangemang för var och en av de två motorarrangemangen. Dessa positionsstyrarrangemang är liknande till utfö- 10 15 20 25 30 1 : * . ' . . . . . r-nA '10 3414- JL 6 rande och for enkelhets skull kommer endast positionsstyrarrangemanget som är relaterat till motorarrangemanget 12 att beskrivas nedan.

Fig. 3 visar schematiskt i blockdiagramforrn ett positionsstyrarrangemang 30 enligt uppfinningen relaterat till motorarrangemanget 12. Inmatningsmedel 31, genom vilka positionsstyrarrangemanget 30 mottar information om den avsända positionen eller positionen för den rörliga enheten 2 som drivs av motorarrangemanget 12.

Sådan avsedd positionsinformation kan tillhandahållas till inmatningsmedlen genom inmatning från en operatör, t.ex. via en joystick eller med andra medel, eller auto- matiskt av en eller flera enheter i uppmätningssystemet. Som ett exempel kan upp- mätningssystemet innefatta ett målfóljningsarrangemang för att göra det möjligt för den rörliga enheten att automatiskt följa ett mål. Åtskilliga andra liknande applika- tioner är tidigare kända och behöver inte beskrivas i ytterligare detalj här. Signaler från inmatningsmedlen 31 är, under normal drift, matad till en filterenhet 32 och därifrån till en adderande enhet 33, vars signal är matad till en regulator 34 som styr strömmen till motorn 12. Som svar på sändningsinmatningen åstadkommer motom 12 en rörelse hos den rörliga enheten 2 (i detta fall via huset 4 och runt axeln 9), vil- ket i sin tur orsakar det motsvarande lägesdetekterande arrangemanget 17 att gene- rera en positionssignal. I en anslutning mellan det positionsdetekterande arrange- manget 17 och den adderande enheten 33 är en teckenforändringsenhet 35 anordnad som förändrar tecknet på positionssignalen som matas till den adderande enheten 33. På detta sätt tillhandahålles en styrloop for att styra motom 12 till ett avsett rota- tionsläge. Så länge som det finns en skillnad mellan signalerna som mottas i den adderande enheten 33 från filterenheten 32 och teckenfórändringsenheten 35, kom- mer regulatom 34 att motta en signal som orsakar att motom 12 arbetar, men så snart skillnaden är noll kommer regulatom 34 inte att erhålla någon signal och motom kommer automatiskt att stanna.

En styrenhet 36 är också anordnad, vilken innehåller insignaler från inmatningsmed- len 31, det lägesdetekterande arrangemanget 17 och den adderande enheten 33. På n o u: f: 10 15 20 25 524 329 7 basis av dessa signaler kan styrenheten 36 bestämma om riktningsstyrarrangemanget 30 skall operera på normalt sätt, som visas ovan, eller i ett friktionsarbetssätt, som kommer att beskrivas nedan. För att åstadkomma detta styr styrenheten 36 ett om- kopplingsarrangemang 37 innefattande två omkopplare 38 och 39 och innefattade i positionsstyrarrangemanget. Omkopplaren 38 är placerad mellan inmatningsmedlen 31 och filterenheten 32 och kan ansluta filterenheten 32 antingen med inmatnings- medlen 31 (normalt arbetssätt, visat med heldragen linje) eller med det positions- detekterande arrangemanget 17 (friktionsarbetssätt, visat med streckad linje). Om- kopplaren 39 är placerad mellan reglerdonet 34 och motorn 12 och kan ansluta motorn 12 antingen till reglerdonet 34 (nonnalt arbetssätt, visat med en heldragen linje) eller med teckenförändringsenheten 35 via en friktionsstyrenhet 40 (friktions- arbetssätt, visat med en streckad linje).

Om, under normal drift, en operatör snabbt vill ställa in den rörliga enheten 2 i en ny vinkel eller läge kan operatören, enligt uppfinningen, ta tag i den rörliga enheten 2 och manuellt vrida den till önskad vinkel och samtidigt uppleva en viss kraft som motverkar rörelsen. När operatören tar tag i den rörliga enheten 2 på sådant sätt kommer det positionsdetekterande arrangemanget 17 att detektera en stor och snabb förändring i läget hos den rörliga enheten 2. Detta kommer att orsaka en stor skill- nad mellan de signaler som mottas av den adderande enheten 33 och denna stora skillnad kommer att uppmärksammas av styrenheten 36, som nu bestämmer att driftsättet inte längre är normalt och därför påverkar omkopplama 38 och 39 att ändra från det normala arbetssättläget, representerat av heldragna linjer, till fiik- tionsarbetssättläget, representerat av streckade linjer. Som ett resultat kommer filterenheten 32 nu att motta insignaler direkt från det lägesdetekterande arrange- manget 17 för att erhålla information om det aktuella läget hos den rörliga enheten 2. Dessutom kommer motom 12 att kopplas till friktionsstyrenheten 40 snarare än till regulatom 34. 10 15 20 25 O 524 32/ s Som svar på den forcerade rörelsen som upptäckts av den rörliga enheten 2 åstad- kommer friktionsstyrenheten 40 att motorn 12 producerar ett vridmoment som mot- står den forcerade rörelsen. Storleken på detta vridmoment bestäms företrädesvis som en funktion av den temporära accelerationen och hastigheten hos den forcerade rörelsen, för att anpassa storleken av vridmomentet till den typ av rörelse som ut- förs. Det bör förstås att karaktären hos motståndsvridmomentet kan väljas på många sätt och lätt kan förändras genom förändringar i softvara i friktionsstyrenheten 40.

För att skydda motorn 12 är det föredraget att begränsa storleken på vridmomentet som tillåts av friktionsstyrenheten 40.

När den forcerade rörelsen av den rörliga enheten 2 upphör, kommer styrenheten 36 att på basis av lägesinformationen som mottas från det lägesdetekterande arrange- manget 17 att notera att hastighetsförändringen av läget har blivit relativt liten och därför besluta, på basis av denna analys och annan information som mottagits, att lägesstyrarrangemanget 30 nu bör drivas i normalt arbetssätt. Som ett resultat kom- mer omkopplama 38 och 39 att hanteras för att återställa arrangemanget 30 från friktionsarbetssätt till normalt arbetssätt (visat med heldragna linjer i flg. 3).

F riktionsstyrenheten 40 kan innefatta en deriveringsmodul 41 för bestämning av hastighetsförändringen i vinkelpositionen av den rörliga enheten 2, en proportione- ringsmodul 42 för att beräkna det motriktade vridmomentet som behövs och en begränsande modul 43 för att begränsa det tillåtna vridmomentet. Det motriktade vridmomentet som genereras i friktionsarbetssättet liknar en viskös friktion från en konventionell friktionsanordning såsom en slirande koppling eller liknande arrange- mang.

Det är uppenbart att det visade lägesstyrarrangemanget 30 för motorarrangemanget 12 kan uppvisa en viss grad av gemensamhet med ett motsvarande lägesstyrarrange- mang relaterat till det andra motorarrangemanget 12, för att erhålla en enklare och 10 15 r-nn 'ZÛQ o¿a JL/ .eo u» 9 mera kompakt utföringsforrn innefattande färre delar. Sålunda kan t.ex. styrenheten 36 och andra enheter uppvisa en kanal för var och en av motorarrangemangen.

För att erhålla en god precision är det önskvärt att använda en samplingshastighet på vinkelpositionen av cirka 1000 Hz och att låta ljusavgivama 20 generera mycket korta ljusblixtar. Varje blixt skulle kunna ha en varaktighet av endast några få mikrosekunder. Vinkelhastigheten hos varje motorarrangemang l 1, 12 skulle kunna ha ett maximivärde på cirka 1 eller 2 rad/s, och den maximala vinkelaccelerationen kan vara runt 3 rad/sz. Det är också önskvärt att effektkonsumtionen hos varje motor är så låg som möjligt, eftersom motorema normalt kommer att vara batteridrivna för att tillhandahålla flexibel användning av det geodetiska instrumentet.

För precisionsstyming av motom är det önskvärt att ta tröghetsmomentet hos de delar som skall röras i beräkning för att kontrollera vridmomentet så att adekvat acceleration och retardation erhålles för att erhålla snabb och precis positionering.

Det kommer också att vara uppenbart att inom ramen för uppfinningen kan olika förändringar göras utöver de som har nämnts på de visade utföringsforrnema.

Claims (9)

r-n .1 *lñfl Uziflr ¿>¿ 7 lO Patentkrav

1. Ett positionsstyrarrangemang för styrning av rotationsläget hos en rörlig enhet (2), speciellt för ett geodetiskt instrument, innefattande en elektrisk motor (12) för rotation av nämnda rörliga enhet (2) runt en förbestämd rotationsaxel (9), ett reglerdon (34) för styrning av motorns drivning som svar på ett avsett rotationsläge hos den rörliga enheten, ett lägesdetekterande arrangemang (17) för detektering av det aktuella rotationsläget anordnat för att påverka reglerdonet(34) kännetecknad av att motorn (12) är en direktdriven motor vars drivaxel utgör rotationsaxeln för den rörliga enheten (2) och att motorn (12) är anordnad att selektivt arbeta i antingen en första normalt arbetssätt för rotation av den rörliga enheten till ett önskat läge elleri ett andra friktionsarbetssätt för att tillhandahålla motstånd mot en forcerad rotation av den rörliga enheten under en rotation från ett förbestämt läge till ett nytt läge.

2. Arrangemang enligt krav 1 kännetecknat av att en styrenhet (3 6) är anordnad för att detecktera en forcerad rotation av den rörliga enheten och för automatisk byta motoms arbetssätt som svar på huruvida det föreligger forcerad rotation eller inte.

3. Arrangemang enligt krav 2 kännetecknat av att styrenheten (36) är anordnad att frånkoppla reglerdonet (34) från motorn (12) och ansluta en friktionsstyrenhet (40) till motom för ett friktionsarbetssätt för motom och för att reversera nämda sekvens för ett normalt arbetsätt hos motom.

4. Arrangemang enligt krav 3 kännetecknat av att ñiktionsstyrenheten (40) är anordnad att anpassa motståndets storlek mot en forcerad rotation som svar på typen av forcerad rotation.

5. S. Arrangemang enligt krav 4 kännetecknat av att friktionsstyrenheten (40) är anordnad att begränsa motståndet mot en forcerad rotation till ett förbestämt maximivärde.

6. Arrangemang enligt krav 2 kännetecknat av att positionsinmatningsmedel (31) är ansluta till styrenheten (3 6) och är anslutningsbar till reglerdonet (34) vid motoms normalt arbetssätt.

7. Arrangemang enligt krav 6 kännetecknat av att styrenheten (36) styr ett omkopplingsarrangemang (37) för att ansluta inmatningsmedlen (31) till motom via 5 2 4 3 2 9 I l reglerdonet (34) under normalt driftssätt och för att frânkoppla reglerdonet (34) både från inmatningsmedlet (31 och från motorn i friktionsarbetssättet.

8. Ett geodetiskt instrument vilket uppvisar en rörlig enhet (2) roterbar åtminstone runt en rotationsaxel med användning av en elektrisk motor (12), varvid styrmedel är anordnade för att stoppa rotationen i ett önskat läge hos den rörliga enheten, kännetecknad av att den elektriska motorn är en direktdriven motor, vars drivaxel utgör den rörliga enhetens rotationsaxel och att motorn (12) är anordnad att selektivt arbeta i antingen en första normalt arbetssätt för rotation av den rörliga enheten till ett önskat läge eller i ett andra friktionsarbetssätt för att tillhandahålla motstånd mot en forcerad rotation av den rörliga enheten under en rotation från ett förbestärnt läge till ett nytt läge.

9. Ett geodetiskt instrument enligt krav 8 kännetecknat av att den elektriska motorn (12) utgör en del av ett lägesstyrarrangemang enligt något av kraven 1-7.