1、2020/10/9,1,2020/10/9,2,徠卡全站儀的十大技術(shù)特點(diǎn),一、機(jī)械軸系 1、全滾動(dòng)式精密柱形軸系 2、摩擦制動(dòng)，無(wú)限位微動(dòng)與激光對(duì)中 二、電子測(cè)角 3、特有的絕對(duì)編碼電子測(cè)角方式 4、小巧精密的液態(tài)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng) 5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能 三、電子測(cè)距 6、超高頻測(cè)距頻率技術(shù) 7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校正技術(shù) 8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理 四、軟件系統(tǒng) 9、高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS 10、UNICODE編碼體系與MMI技術(shù),2020/10/9,3,1、全滾動(dòng)式精密柱形軸系,徠卡全站儀的軸系傳承世界王牌T2光學(xué)經(jīng)緯儀的百年制造工藝，確保徠卡全站儀具有靈活而精密的垂直與水平轉(zhuǎn)動(dòng)

2、軸系，令操作者“手感”非凡！,徠卡T2光學(xué)經(jīng)緯儀半運(yùn)動(dòng)式圓柱形軸系的主要特點(diǎn)是將滾珠安置于軸套的錐形表面和軸的圓柱面、端面之間，滾珠和軸、軸套之間為點(diǎn)接觸，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中為滾動(dòng)摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活輕便，在低溫下不致發(fā)生咬死現(xiàn)象。新型的徠卡全站儀，垂直軸系的滾珠已發(fā)展為全身性的矩陣分布式結(jié)構(gòu)，使軸系的準(zhǔn)確度和運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性進(jìn)一步加強(qiáng)。,2020/10/9,4,2、摩擦制動(dòng)，無(wú)限位微動(dòng)與激光對(duì)中,人性化的技術(shù)進(jìn)步，使人、機(jī)之間的感覺更加友好。摩擦制動(dòng)與無(wú)限位的微動(dòng)驅(qū)動(dòng)，讓儀器操作者又少了一份約束。,2020/10/9,5,2、摩擦制動(dòng)，無(wú)限位微動(dòng)與激光對(duì)中續(xù),全站儀有了激光對(duì)中裝置，不但可以使儀器的整置工作方

3、便而快捷，更可貴的是免了您的低頭彎腰。 激光對(duì)點(diǎn)器由激光管、微型電路板、連接電纜及透鏡組成。它安裝在全站儀的垂直軸里，通過儀器底座將光點(diǎn)投在地面上。由于它的機(jī)械部分加工精細(xì)，其安裝十分簡(jiǎn)單，直接插進(jìn)垂直軸即可。當(dāng)儀器高為1.5米時(shí)，它的精度為0.8mm。,2020/10/9,6,3、獨(dú)特的絕對(duì)編碼電子測(cè)角方式,徠卡全站儀獨(dú)特的靜態(tài)條碼式碼盤測(cè)角技術(shù)，不但具有開機(jī)無(wú)需角度初始化等優(yōu)點(diǎn)，并且測(cè)角精度可優(yōu)于0.5，堪稱當(dāng)今全站儀制造領(lǐng)域一絕技，令同行望塵莫及。,目前，徠卡各系列的全站儀，無(wú)論測(cè)角精度高低，都采用該項(xiàng)測(cè)角技術(shù)，讓全球用戶分 享徠卡技術(shù)進(jìn)步帶來的好處。,2020/10/9,7,徠卡-絕對(duì)

4、編碼度盤的先驅(qū) 1984年，在徠卡高精度的全站儀采用動(dòng)態(tài)絕對(duì)編碼度盤。 1990年代起，徠卡采用獨(dú)特的靜態(tài)絕對(duì)編碼度盤。 絕對(duì)編碼度盤之優(yōu)點(diǎn)：在儀器關(guān)閉或丟電以后，還能保持原來的定向角。,3、獨(dú)特的絕對(duì)編碼電子測(cè)角方式 續(xù),普通編碼度盤,T2002動(dòng)態(tài)測(cè)角原理,2020/10/9,8,徠卡全站儀采用類似數(shù)字水準(zhǔn)條碼標(biāo)尺的單一軌道刻劃編碼度盤。度盤角度編碼信息由一線性CCD陣列和一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器讀出，為了確定其位置，一般需要捕獲至少10條編碼線信息。在實(shí)際角度測(cè)量過程中，單次測(cè)量包括大約60條編碼線，因此通過取平均和內(nèi)插的方法可以進(jìn)一步提高角度的測(cè)量精度。,3、獨(dú)特的絕對(duì)編碼電子測(cè)角方式

5、續(xù),2020/10/9,9,確定絕對(duì)編碼度盤測(cè)角精度的要素： 1、CCD陣列個(gè)數(shù)：1-4個(gè)（參見下圖） 2、偏心改正：使用本廠專用的角度計(jì)量?jī)x器TPM對(duì)其全站儀度盤的殘余偏心差進(jìn)行確定（度盤偏心的幅度，度盤偏心的相位角）。,3、獨(dú)特的絕對(duì)編碼電子測(cè)角方式 續(xù),2020/10/9,10,4、小巧精密的液態(tài)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng),液體補(bǔ)償器：當(dāng)儀器傾斜時(shí)，傾斜傳感器液體形成的光楔導(dǎo)致光束的位移。位移的大小感應(yīng)在陣列X和Y方向上。全站儀內(nèi)的微處理器根據(jù)位移的大小計(jì)算儀器的傾斜量以及改正這些傾斜所需的改正數(shù)，最后將正確的改正數(shù)由系統(tǒng)提供給角度輸出。,2020/10/9,11,T2000的液體補(bǔ)償器：圖中，M為經(jīng)

6、緯儀的垂直度盤，K為液體補(bǔ)償器，安裝在垂直度盤上方。工作時(shí)，發(fā)光二極管N發(fā)出的光透過度盤，經(jīng)過一套光路調(diào)整系統(tǒng)A、B、C、D、E、F、G，在液體補(bǔ)償器K的硅油液面上被反射，再經(jīng)過透鏡H，分劃板I被接收二極管J所接收。同時(shí)光路將分劃板影像投影到固定指標(biāo)的位置。當(dāng)垂直軸傾斜時(shí)，光線相對(duì)于液體表面的入射角發(fā)生變化，從而導(dǎo)致分劃板成像位置的變化，即相當(dāng)于固定指標(biāo)在變化，達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?4、小巧精密的液態(tài)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng)續(xù),2020/10/9,12,同樣是液體補(bǔ)償器，徠卡新型垂直軸液體補(bǔ)償器在光路上更加緊湊，并用一線性CCD陣列解決雙軸的補(bǔ)償問題。,精密而小巧的結(jié)構(gòu)，使液體補(bǔ)償器可以安裝在水平度盤中心

7、上方的垂直軸線上，即使照準(zhǔn)部快速旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)償器液體鏡面也可瞬間平靜如常。,4、小巧精密的液態(tài)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng)續(xù),2020/10/9,13,棱鏡上的三角線狀刻劃板（1）被LED（7）照明，在液體表面（2）上經(jīng)過兩次反射后經(jīng)成像透鏡（4）在線性CCD陣列（6）上形成影像（5）。通過三角線狀分劃板影像線間距的變化信息求得縱向傾斜量，橫向傾斜量則由分劃板影像中心在線性CCD陣列中的位移變化而求得。因此用一個(gè)一維線性接收器就能獲取縱、橫兩個(gè)傾斜量。,1 棱鏡分劃板 2 液面 3 偏轉(zhuǎn)透鏡 4 成像透鏡 5 分劃板影象 6 CCD線性陣列 7 發(fā)光二極管,4、小巧精密的液態(tài)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng)續(xù),2020/10/9,1

8、4,目鏡,豎軸,調(diào)焦透鏡,物鏡,反光鏡,一般的望遠(yuǎn)鏡,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）,徠卡光路,2020/10/9,15,接收二極管,發(fā)射二極管,內(nèi)外光路轉(zhuǎn)換馬達(dá),棱鏡,標(biāo)準(zhǔn)EDM,徠卡光路,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,16,激光光源,雙模式EDM: IR 與 RL,徠卡光路,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,17,ATR發(fā)光二極管（紅外光束）,CCD 陣列,TCRA 機(jī)器人,徠卡光路,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,18,全站儀發(fā)射紅外光束，并利用自準(zhǔn)直原理和C

9、CD圖象處理功能，無(wú)論在白天還是黑夜，都能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別、照準(zhǔn)與跟蹤。這是徠卡技術(shù)帶領(lǐng)全站儀向測(cè)量機(jī)器人邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。,TPS1000 TPS1100,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,19,ATR自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和照準(zhǔn)可分為三個(gè)過程：目標(biāo)搜索過程、目標(biāo)照準(zhǔn)過程和測(cè)量過程。 啟動(dòng)ATR測(cè)量時(shí)，全站儀中的CCD相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)如果沒有棱鏡，則先進(jìn)行目標(biāo)搜索；一旦在視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)棱鏡，即刻進(jìn)入目標(biāo)照準(zhǔn)過程；達(dá)到照準(zhǔn)允許精度后，啟動(dòng)距離和角度的測(cè)量。,ATR的目標(biāo)照準(zhǔn)過程,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,20,ATR 照準(zhǔn)過程,發(fā)射紅

10、外光束 搜索到棱鏡 精確地照準(zhǔn)棱鏡,定位時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡來照準(zhǔn)棱鏡的中心并使之處于預(yù)先設(shè)定的限差之內(nèi)，一般情況下，十字絲只是位于棱鏡中心附近。它之所以沒有定位于棱鏡中心，是為了優(yōu)化測(cè)量速度。因?yàn)榇_定十字絲和光學(xué)照準(zhǔn)間的偏差比靠馬達(dá)準(zhǔn)確地定位于棱鏡中心要快些。,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,21,ATR 照準(zhǔn)過程,發(fā)射紅外光束 搜索到棱鏡 精確地照準(zhǔn)棱鏡,測(cè)量偏差 對(duì)Hz和V進(jìn)行改正 測(cè)量距離,ATR 精密測(cè)量過程,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,22,ATR 流程圖,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù)

11、,2020/10/9,23,ATR圖像識(shí)別與處理,CCD影像,縱、橫光點(diǎn)求和功能,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,24,ATR自動(dòng)跟蹤,目標(biāo)自動(dòng)跟蹤是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)或反饋環(huán)。ATR是一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，它不僅僅提供實(shí)際值，而且也提供實(shí)際值與所需值之間的偏差，以及來自電子或光學(xué)視準(zhǔn)線的在水平和垂直方向上的改正值。自動(dòng)控制系統(tǒng)試圖使測(cè)量值偏差最小，而不考慮目標(biāo)的速度和加速度。偏差以視頻速度讀出，通過儀器控制電路來確定馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的電流，以便獲得所需目標(biāo)位置。,5、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能（ATR）續(xù),2020/10/9,25,6、超高頻測(cè)距頻率技術(shù),根據(jù)

12、相位法測(cè)距原理，提高測(cè)距信號(hào)的頻率，有利于提高測(cè)距精度。徠卡全站儀采用當(dāng)今世界上最高的測(cè)距信號(hào)頻率，使之位居世界全站儀最高測(cè)距精度之顛，當(dāng)然具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。,2020/10/9,26,6、超高頻測(cè)距技術(shù)續(xù),徠卡：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，則安裝TCW型測(cè)距頭） 大量測(cè)試結(jié)果表明，這種利用高頻技術(shù)測(cè)距的全站儀，工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)離散不大，受環(huán)境條件的影響小，其測(cè)距精度遠(yuǎn)高于全站儀本身的標(biāo)稱精度

13、，從而充分證明了高頻測(cè)距技術(shù)的成熟性、可靠性和先進(jìn)性。,2020/10/9,27,7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù), 采用溫度補(bǔ)償晶體振蕩器：溫度變化時(shí)，溫補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)里熱敏電阻引起的頻率變化量與晶體振蕩器的頻率變化量近似相等且符號(hào)相反，從而提高頻率穩(wěn)定度； 采用頻率綜合和鎖相技術(shù)：即在采用高穩(wěn)定溫補(bǔ)晶體振蕩器的基礎(chǔ)上，用頻率合成的方法得到所有需要的頻率，如精測(cè)、粗測(cè)、主、本振頻率。使各個(gè)頻率之間嚴(yán)格相關(guān)，具有與溫補(bǔ)晶振相同的頻率穩(wěn)定度； 晶振器件老化：一般來說，器件使用初期老化進(jìn)程最快，為了不把這種變化帶給用戶，工廠在儀器制造時(shí)，先進(jìn)行晶體老化工作。這樣在儀器投入使用后，老化進(jìn)程將變得極為緩慢。對(duì)于徠卡儀

14、器來說，儀器出廠前已使晶體老化一年，使第一年3ppm的變化量在用戶使用之前結(jié)束，而后晶體年變化量約為1ppm。,常見的頻率補(bǔ)償技術(shù),2020/10/9,28,7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù)續(xù),徠卡測(cè)距儀具有三種不同類型的頻率： 標(biāo)稱頻率（nominal frequency） 即儀器標(biāo)稱的精測(cè)頻率，該頻率由生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并確定，是其它兩頻率設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可被用來粗略地計(jì)算精測(cè)尺長(zhǎng)。 發(fā)射頻率，或稱實(shí)際頻率（effective frequency） 即來自晶體振蕩器的調(diào)制頻率。晶體一旦由廠家選定，其頻率便不可調(diào)整。但該頻率受溫度影響而變化，且可通過光電轉(zhuǎn)換裝置和頻率計(jì)進(jìn)行測(cè)試。 計(jì)算頻率（calculate

15、d frequency） 這是徠卡測(cè)距儀特有的一種頻率，由計(jì)算產(chǎn)生。它用來對(duì)發(fā)射頻率進(jìn)行校正，但這種校正并不直接應(yīng)用于發(fā)射頻率，而是通過自動(dòng)測(cè)相環(huán)節(jié)的計(jì)算過程來進(jìn)行。,2020/10/9,29,7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù)續(xù),為了保證測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般全站儀采用被動(dòng)“保姆”式的溫補(bǔ)等測(cè)距頻率穩(wěn)定技術(shù)，有時(shí)事與愿違。徠卡全站儀一反常規(guī)，采用動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù)，尤如治水中的以“疏”換“堵”。因此，無(wú)論是“嚴(yán)冬”還是“酷夏”，徠卡全站儀都有無(wú)與倫比的測(cè)距穩(wěn)定性。,徠卡技術(shù)人員正在進(jìn)行全站儀的超低溫試驗(yàn),2020/10/9,30,7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率校準(zhǔn)技術(shù)續(xù),2020/10/9,31,7、動(dòng)態(tài)測(cè)距頻率

16、校準(zhǔn)技術(shù)續(xù),在生產(chǎn)過程中，除對(duì)晶體進(jìn)行老化外，還對(duì)晶體在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的變化進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，得出其在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的頻率FO，同時(shí)還測(cè)出了在其它溫度狀態(tài)下的三個(gè)溫度系數(shù)K1、K2、K3，求出晶體隨溫度變化的多項(xiàng)式函數(shù)曲線和表達(dá)式，即：,測(cè)距儀工作時(shí)，將受到環(huán)境、自身元器件運(yùn)作時(shí)的發(fā)熱等溫度的影響。因此，晶體振蕩器頻率即測(cè)距頻率必然會(huì)產(chǎn)生變化。徠卡測(cè)距儀內(nèi)部的溫度傳感器適時(shí)地測(cè)出此時(shí)晶體附近的溫度，將其送往CPU，代入K1、K2和K3所組成的溫度表達(dá)式對(duì)F0進(jìn)行校正，得出該溫度狀態(tài)下的計(jì)算頻率和測(cè)尺來參加最終距離解算。,2020/10/9,32,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理,早在20世紀(jì)80年代，徠

17、卡就推出了脈沖法無(wú)棱鏡測(cè)距儀，并采用獨(dú)特的“時(shí)間 幅值轉(zhuǎn)換電路”，使測(cè)距精度優(yōu)于1cm ?，F(xiàn)在，徠卡發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步推出相位法無(wú)棱鏡測(cè)距全站儀，激光光斑小，測(cè)距精度優(yōu)于3mm，為世界之最。,集激光與紅外測(cè)距于一身的徠卡全站儀,2020/10/9,33,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),2020/10/9,34,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),TCR類型的全站儀測(cè)距頭里的RL功能，它發(fā)射可見的紅色激光束，其波長(zhǎng)為670nm，不用反射鏡（或反射片）可測(cè)距離達(dá)80m，精度為（3mm+2ppmD）。其測(cè)距原理也為相位法測(cè)距原理。其精測(cè)頻率為100MHz，相應(yīng)的精測(cè)尺長(zhǎng)為1.5米，粗測(cè)尺長(zhǎng)最大可達(dá)12

18、km。 通常，脈沖法測(cè)距具有測(cè)程遠(yuǎn)一些的優(yōu)勢(shì)，而相位法測(cè)距則有精度高一些的優(yōu)勢(shì)。徠卡全站儀將相位法測(cè)距的精度優(yōu)勢(shì)應(yīng)用在無(wú)棱鏡測(cè)距上，這在世界測(cè)繪市場(chǎng)上是個(gè)首創(chuàng)。由于徠卡儀器無(wú)棱鏡測(cè)距的準(zhǔn)確度也是由特殊的頻率系統(tǒng)即采用動(dòng)態(tài)頻率校正技術(shù)來保證，因此這種方式的精度相對(duì)同類產(chǎn)品來說是最高的，而且有棱鏡測(cè)距和無(wú)棱鏡測(cè)距兩種方式的精度幾乎相等。徠卡的TCR無(wú)棱鏡方式不僅可在近距離使用，它還能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量。紅色激光束（即RL方式）可以在1000m5000m的距離上用單棱鏡來進(jìn)行測(cè)距，其精度仍然是（3mm+2ppmD），比紅外光（IR方式）的測(cè)程幾乎提高了一倍。另外，TCR的可見激光束實(shí)際上能幫助照準(zhǔn)。當(dāng)觀

19、測(cè)員看到從棱鏡上反射回來的紅光時(shí)，就會(huì)知道自己已對(duì)準(zhǔn)了目標(biāo)，甚至沒有必要從望遠(yuǎn)鏡中去尋找目標(biāo)。,2020/10/9,35,光斑?。?精度高 照準(zhǔn)可信度高 可見光： 照準(zhǔn)可信度高 能在黑暗中作業(yè),10m處的光斑大小,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),2020/10/9,36,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),徠卡RL,普通脈沖EDM,2020/10/9,37,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),普通脈沖EDM,徠卡RL,2020/10/9,38,8、無(wú)棱鏡相位法激光測(cè)距原理續(xù),普通脈沖EDM,徠卡RL,2020/10/9,39,9、高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS,徠卡TPS儀器是基于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS的。RTOS主要是管進(jìn)程和線程的調(diào)度。內(nèi)核小，高效且可靠性極高。這充分保證了徠卡儀器快捷的響應(yīng)速度和高可靠性。尤其能勝任可靠性和實(shí)時(shí)性要求較高的無(wú)人值守的在線監(jiān)控系統(tǒng)中，如在線變形監(jiān)測(cè)，在線滑坡監(jiān)測(cè)等等領(lǐng)域。航天發(fā)射的運(yùn)載火箭，對(duì)軟、硬件的可靠性要求無(wú)疑是最中之最，它們安裝的軟件操作系統(tǒng)是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS。徠卡全站儀也采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS，目的只有一條：高品質(zhì)、高可靠。,2020/10/9,40,9、高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS 續(xù),單任務(wù),多任