徕卡全站仪十大技术特点.ppt

2020/5/15,1,2020/5/15,2,徕卡全站仪的十大技术特点,一、机械轴系1、全滚动式精密柱形轴系2、摩擦制动，无限位微动与激光对中二、电子测角3、特有的绝对编码电子测角方式4、小巧精密的液态双轴补偿系统5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能三、电子测距6、超高频测距频率技术7、动态测距频率校正技术8、无棱镜相位法激光测距原理四、软件系统9、高可靠实时操作系统RTOS10、UNICODE编码体系与MMI技术,2020/5/15,3,1、全滚动式精密柱形轴系,徕卡全站仪的轴系传承世界王牌T2光学经纬仪的百年制造工艺，确保徕卡全站仪具有灵活而精密的垂直与水平转动轴系，令操作者“手感”非凡！,徕卡T2光学经纬仪半运动式圆柱形轴系的主要特点是将滚珠安置于轴套的锥形表面和轴的圆柱面、端面之间，滚珠和轴、轴套之间为点接触，旋转运动中为滚动摩擦，转动灵活轻便，在低温下不致发生咬死现象。新型的徕卡全站仪，垂直轴系的滚珠已发展为全身性的矩阵分布式结构，使轴系的准确度和运转的灵活性进一步加强。,2020/5/15,4,2、摩擦制动，无限位微动与激光对中,人性化的技术进步，使人、机之间的感觉更加友好。摩擦制动与无限位的微动驱动，让仪器操作者又少了一份约束。,2020/5/15,5,2、摩擦制动，无限位微动与激光对中续,全站仪有了激光对中装置，不但可以使仪器的整置工作方便而快捷，更可贵的是免了您的低头弯腰。激光对点器由激光管、微型电路板、连接电缆及透镜组成。它安装在全站仪的垂直轴里，通过仪器底座将光点投在地面上。由于它的机械部分加工精细，其安装十分简单，直接插进垂直轴即可。当仪器高为1.5米时，它的精度为0.8mm。,2020/5/15,6,3、独特的绝对编码电子测角方式,徕卡全站仪独特的静态条码式码盘测角技术，不但具有开机无需角度初始化等优点，并且测角精度可优于0.5，堪称当今全站仪制造领域一绝技，令同行望尘莫及。,目前，徕卡各系列的全站仪，无论测角精度高低，都采用该项测角技术，让全球用户分享徕卡技术进步带来的好处。,2020/5/15,7,徕卡-绝对编码度盘的先驱1984年，在徕卡高精度的全站仪采用动态绝对编码度盘。1990年代起，徕卡采用独特的静态绝对编码度盘。绝对编码度盘之优点：在仪器关闭或丢电以后，还能保持原来的定向角。,3、独特的绝对编码电子测角方式续,普通编码度盘,T2002动态测角原理,2020/5/15,8,徕卡全站仪采用类似数字水准条码标尺的单一轨道刻划编码度盘。度盘角度编码信息由一线性CCD阵列和一个8位的A/D转换器读出，为了确定其位置，一般需要捕获至少10条编码线信息。在实际角度测量过程中，单次测量包括大约60条编码线，因此通过取平均和内插的方法可以进一步提高角度的测量精度。,3、独特的绝对编码电子测角方式续,2020/5/15,9,确定绝对编码度盘测角精度的要素：1、CCD阵列个数：1-4个（参见下图）2、偏心改正：使用本厂专用的角度计量仪器TPM对其全站仪度盘的残余偏心差进行确定（度盘偏心的幅度，度盘偏心的相位角）。,3、独特的绝对编码电子测角方式续,2020/5/15,10,4、小巧精密的液态双轴补偿系统,液体补偿器：当仪器倾斜时，倾斜传感器液体形成的光楔导致光束的位移。位移的大小感应在阵列X和Y方向上。全站仪内的微处理器根据位移的大小计算仪器的倾斜量以及改正这些倾斜所需的改正数，最后将正确的改正数由系统提供给角度输出。,2020/5/15,11,T2000的液体补偿器：图中，M为经纬仪的垂直度盘，K为液体补偿器，安装在垂直度盘上方。工作时，发光二极管N发出的光透过度盘，经过一套光路调整系统A、B、C、D、E、F、G，在液体补偿器K的硅油液面上被反射，再经过透镜H，分划板I被接收二极管J所接收。同时光路将分划板影像投影到固定指标的位置。当垂直轴倾斜时，光线相对于液体表面的入射角发生变化，从而导致分划板成像位置的变化，即相当于固定指标在变化，达到自动补偿的目的。,4、小巧精密的液态双轴补偿系统续,2020/5/15,12,同样是液体补偿器，徕卡新型垂直轴液体补偿器在光路上更加紧凑，并用一线性CCD阵列解决双轴的补偿问题。,精密而小巧的结构，使液体补偿器可以安装在水平度盘中心上方的垂直轴线上，即使照准部快速旋转，补偿器液体镜面也可瞬间平静如常。,4、小巧精密的液态双轴补偿系统续,2020/5/15,13,棱镜上的三角线状刻划板（1）被LED（7）照明，在液体表面（2）上经过两次反射后经成像透镜（4）在线性CCD阵列（6）上形成影像（5）。通过三角线状分划板影像线间距的变化信息求得纵向倾斜量，横向倾斜量则由分划板影像中心在线性CCD阵列中的位移变化而求得。因此用一个一维线性接收器就能获取纵、横两个倾斜量。,1棱镜分划板2液面3偏转透镜4成像透镜5分划板影象6CCD线性阵列7发光二极管,4、小巧精密的液态双轴补偿系统续,2020/5/15,14,目镜,竖轴,调焦透镜,物镜,反光镜,一般的望远镜,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）,徕卡光路,2020/5/15,15,接收二极管,发射二极管,内外光路转换马达,棱镜,标准EDM,徕卡光路,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,16,激光光源,双模式EDM:IR与RL,徕卡光路,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,17,ATR发光二极管（红外光束）,CCD阵列,TCRA机器人,徕卡光路,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,18,全站仪发射红外光束，并利用自准直原理和CCD图象处理功能，无论在白天还是黑夜，都能实现目标的自动识别、照准与跟踪。这是徕卡技术带领全站仪向测量机器人迈进的关键一步。,TPS1000TPS1100,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,19,ATR自动目标识别和照准可分为三个过程：目标搜索过程、目标照准过程和测量过程。启动ATR测量时，全站仪中的CCD相机视场内如果没有棱镜，则先进行目标搜索；一旦在视场内出现棱镜，即刻进入目标照准过程；达到照准允许精度后，启动距离和角度的测量。,ATR的目标照准过程,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,20,ATR照准过程,发射红外光束搜索到棱镜精确地照准棱镜,定位时，马达驱动望远镜来照准棱镜的中心并使之处于预先设定的限差之内，一般情况下，十字丝只是位于棱镜中心附近。它之所以没有定位于棱镜中心，是为了优化测量速度。因为确定十字丝和光学照准间的偏差比靠马达准确地定位于棱镜中心要快些。,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,21,ATR照准过程,发射红外光束搜索到棱镜精确地照准棱镜,测量偏差对Hz和V进行改正测量距离,ATR精密测量过程,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,22,ATR流程图,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,23,ATR图像识别与处理,CCD影像,纵、横光点求和功能,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,24,ATR自动跟踪,目标自动跟踪是一种自动控制系统或反馈环。ATR是一个测量系统，它不仅仅提供实际值，而且也提供实际值与所需值之间的偏差，以及来自电子或光学视准线的在水平和垂直方向上的改正值。自动控制系统试图使测量值偏差最小，而不考虑目标的速度和加速度。偏差以视频速度读出，通过仪器控制电路来确定马达转动所需要的电流，以便获得所需目标位置。,5、智能自主式目标自动识别与跟踪功能（ATR）续,2020/5/15,25,6、超高频测距频率技术,根据相位法测距原理，提高测距信号的频率，有利于提高测距精度。徕卡全站仪采用当今世界上最高的测距信号频率，使之位居世界全站仪最高测距精度之颠，当然具有坚实的理论基础。,2020/5/15,26,6、超高频测距技术续,徕卡：5MHz(TC2000)7.5MHz（DI2000、DI1000）15MHz（TC1000）50MHz（90年代初：DI1600、TC1600、早期的TPS1000）100MHz（98年起：TPS300/700/1100系列，则安装TCW型测距头）大量测试结果表明，这种利用高频技术测距的全站仪，工作稳定，数据离散不大，受环境条件的影响小，其测距精度远高于全站仪本身的标称精度，从而充分证明了高频测距技术的成熟性、可靠性和先进性。,2020/5/15,27,7、动态测距频率校准技术,采用温度补偿晶体振荡器：温度变化时，温补网络里热敏电阻引起的频率变化量与晶体振荡器的频率变化量近似相等且符号相反，从而提高频率稳定度；采用频率综合和锁相技术：即在采用高稳定温补晶体振荡器的基础上，用频率合成的方法得到所有需要的频率，如精测、粗测、主、本振频率。使各个频率之间严格相关，具有与温补晶振相同的频率稳定度；晶振器件老化：一般来说，器件使用初期老化进程最快，为了不把这种变化带给用户，工厂在仪器制造时，先进行晶体老化工作。这样在仪器投入使用后，老化进程将变得极为缓慢。对于徕卡仪器来说，仪器出厂前已使晶体老化一年，使第一年3ppm的变化量在用户使用之前结束，而后晶体年变化量约为1ppm。,常见的频率补偿技术,2020/5/15,28,7、动态测距频率校准技术续,徕卡测距仪具有三种不同类型的频率：标称频率（nominalfrequency）即仪器标称的精测频率，该频率由生产厂家设计并确定，是其它两频率设计的基础，可被用来粗略地计算精测尺长。发射频率，或称实际频率（effectivefrequency）即来自晶体振荡器的调制频率。晶体一旦由厂家选定，其频率便不可调整。但该频率受温度影响而变化，且可通过光电转换装置和频率计进行测试。计算频率（calculatedfrequency）这是徕卡测距仪特有的一种频率，由计算产生。它用来对发射频率进行校正，但这种校正并不直接应用于发射频率，而是通过自动测相环节的计算过程来进行。,2020/5/15,29,7、动态测距频率校准技术续,为了保证测距结果的准确性，一般全站仪采用被动“保姆”式的温补等测距频率稳定技术，有时事与愿违。徕卡全站仪一反常规，采用动态测距频率校准技术，尤如治水中的以“疏”换“堵”。因此，无论是“严冬”还是“酷夏”，徕卡全站仪都有无与伦比的测距稳定性。,徕卡技术人员正在进行全站仪的超低温试验,2020/5/15,30,7、动态测距频率校准技术续,2020/5/15,31,7、动态测距频率校准技术续,在生产过程中，除对晶体进行老化外，还对晶体在整个温度范围内的变化进行严格的测试，得出其在标准温度下的频率FO，同时还测出了在其它温度状态下的三个温度系数K1、K2、K3，求出晶体随温度变化的多项式函数曲线和表达式，即：,测距仪工作时，将受到环境、自身元器件运作时的发热等温度的影响。因此，晶体振荡器频率即测距频率必然会产生变化。徕卡测距仪内部的温度传感器适时地测出此时晶体附近的温度，将其送往CPU，代入K1、K2和K3所组成的温度表达式对F0进行校正，得出该温度状态下的计算频率和测尺来参加最终距离解算。,2020/5/15,32,8、无棱镜相位法激光测距原理,早在20世纪80年代，徕卡就推出了脉冲法无棱镜测距仪，并采用独特的“时间幅值转换电路”，使测距精度优于1cm。现在，徕卡发扬传统优势，进一步推出相位法无棱镜测距全站仪，激光光斑小，测距精度优于3mm，为世界之最。,集激光与红外测距于一身的徕卡全站仪,2020/5/15,33,8、无棱镜相位法激光测距原理续,2020/5/15,34,8、无棱镜相位法激光测距原理续,TCR类型的全站仪测距头里的RL功能，它发射可见的红色激光束，其波长为670nm，不用反射镜（或反射片）可测距离达80m，精度为（3mm+2ppmD）。其测距原理也为相位法测距原理。其精测频率为100MHz，相应的精测尺长为1.5米，粗测尺长最大可达12km。通常，脉冲法测距具有测程远一些的优势，而相位法测距则有精度高一些的优势。徕卡全站仪将相位法测距的精度优势应用在无棱镜测距上，这在世界测绘市场上是个首创。由于徕卡仪器无棱镜测距的准确度也是由特殊的频率系统即采用动态频率校正技术来保证，因此这种方式的精度相对同类产品来说是最高的，而且有棱镜测距和无棱镜测距两种方式的精度几乎相等。徕卡的TCR无棱镜方式不仅可在近距离使用，它还能进行远距离测量。红色激光束（即RL方式）可以在1000m5000m的距离上用单棱镜来进行测距，其精度仍然是（3mm+2ppmD），比红外光（IR方式）的测程几乎提高了一倍。另外，TCR的可见激光束实际上能帮助照准。当观测员看到从棱镜上反射回来的红光时，就会知道自己已对准了目标，甚至没有必要从望远镜中去寻找目标。,2020/5/15,35,光斑小：精度高照准可信度高可见光：照准可信度高能在黑暗中作业,10m处的光斑大小,8、无棱镜相位法激光测距原理续,2020/5/15,36,8、无棱镜相位法激光测距原理续,徕卡RL,普通脉冲EDM,2020/5/15,37,8、无棱镜相位法激光测距原理续,普通脉冲EDM,徕卡RL,2020/5/15,38,8、无棱镜相位法激光测距原理续,普通脉冲EDM,徕卡RL,2020/5/15,39,9、高可靠实时操作系统RTOS,徕卡TPS仪器是基于实时多任务操作系统RTOS的。RTOS主要是管进程和线程的调度。内核小，高效且可靠性极高。这充分保证了徕卡仪器快捷的响应速度和高可靠性。尤其能胜任可靠性和实时性要求较高的无人值守的在线监控系统中，如在线变形监测，在线滑坡监测等等领域。航天发射的运载火箭，对软、硬件的可靠性要求无疑是最中之最，它们安装的软件操作系统是实时操作系统RTOS。徕卡全站仪也采用实时操作系统RTOS，目的只有一条：高品质、高可靠。,2020/5/15,40,9、高可靠实时操作系统RTOS续,单任务,多任务,D