[發明專利]光學望遠鏡旋轉編碼器絕對位置參考點校準方法

在審

• 申請號: 201310415873.4
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN104457816A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王培源;郭唐永;鄒彤;李欣;朱威;李世鵬
• 申請（專利權）人: 中國地震局地震研究所
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種旋轉編碼器絕對位置參考點的校準方法，尤其涉及一種應用于大型光學望遠鏡的增量式編碼器絕對位置參考點的校準方法。

背景技術

旋轉編碼器（也稱為碼盤），是將旋轉位置或旋轉量轉換成為模擬或數字信號的機電設備，主要應用于科學研究、工業控制、機器人技術等需要精確旋轉位置和速度反饋的領域。旋轉編碼器可分為絕對式和增量式編碼器兩種。絕對式編碼器通過對旋轉軸不同的位置加以編碼，可依據轉軸的位置輸出對應的編碼。而增量式編碼器通過2個相位相差90°正交信號A相和B相的輸出，反饋轉軸的旋轉變化量，以及計算旋轉方向、位置及角度信息。但增量式編碼器無法反饋轉軸的絕對位置，因此在位置控制系統中一般加入了第三個輸出，一般稱為Z相。每旋轉一圈，Z相信號會有一個信號輸出，用來判斷轉軸的絕對位置。

大型光學望遠鏡在天文、航天等科學研究和重大工程領域有著廣泛的應用，為實現對目標快速、精密的跟蹤成像，其俯仰和方位兩個軸系均安裝有旋轉編碼器。增量式編碼器由于分辨力高、結構緊湊、便于安裝，在大型望遠鏡位置和速度反饋中被廣泛采用。

為使編碼器反饋的位置與望遠鏡的絕對天文指向一致，系統中均安裝了絕對位置反饋模塊。每次望遠鏡上電、開機，需要驅動望遠鏡轉動至絕對位置參考點，此時編碼器輸出Z相信號，如圖1所示。反饋系統收到Z相信號后，將對應的絕對角度置入角度位置計數器中，此后編碼器的反饋值在此絕對位置基礎上加、減，此過程在望遠鏡控制系統中稱為“歸零”。

望遠鏡在安裝完成后，需要通過對“歸零”數值進行設置或校準，從而實現目標的跟蹤。通常獲得“歸零”值是通過天文的方法，通過手動跟蹤望遠鏡使其指向太陽、月亮等大型天體，通過計算“歸零”值與目標實際值的偏差進行“粗歸零”；在此基礎上自動跟蹤恒星、行星等天體，并通過搜索的方式實現“精歸零”。大型光學望遠鏡接收視場角僅約為300，為解決搜索目標的困難，在出廠時需要配備一只視場角為3°的尋星望遠鏡作為輔助。

而由于結構的限制，在許多大型望遠鏡中無法安裝尋星鏡，此時利用視場角為300的望遠鏡實施俯仰和水平兩個方向的搜索，并完成“歸零”是一件非常耗時耗力的事情。

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發明內容

本發明的目的在于克服光學望遠鏡系統中未安裝尋星望遠鏡，從而帶來的“歸零”困難問題，提出了一種利用望遠鏡自身結構，配合一臺激光垂準儀，實現旋轉編碼器的“歸零”方法。

本發明的目的是這樣實現的：

利用激光垂準儀的激光作為垂直基準，獲得望遠鏡俯仰軸旋轉編碼器“歸零值”，再通過掃描的方式跟蹤恒星，獲得水平軸編碼器“歸零值”。

具體的說，有下列步驟：

（1）如圖2，在望遠鏡上方安裝一個激光垂準儀4，并設置為下出光。手動驅動望遠鏡俯仰軸，逐步對準天頂方向。在望遠鏡焦點7處觀察，當垂準儀發出的激光與焦點重合時，根據望遠鏡成像原理，可知望遠鏡俯仰軸此時指向“正”天頂，而俯仰軸編碼器位置值應為90°，通過計算與編碼器顯示值的偏差，可獲得俯仰軸編碼器的“歸零”值。

（2）利用相關軟件計算一個恒星的軌道，僅打開俯仰軸的驅動電機，并控制望遠鏡跟蹤。手動驅動望遠鏡方位軸，使其指向目標恒星出現的方位，并在望遠鏡成像CCD器件8中觀察，當恒星目標出現在視場中央時，記下此時方位軸編碼器的數值，通過與恒星天文坐標比較計算可獲得方位軸編碼器的“歸零”值。

（3）將俯仰軸、方位軸的2個旋轉編碼器“歸零”值置入編碼器系統，并試跟蹤多顆恒星，用于驗證“歸零”值。

所述的望遠鏡成像原理是指，任何進入視場，且平行于光軸的光線，經主鏡5和副鏡6，最終均會聚于系統的焦點。

所述的相關軟件是一種自行編寫的軟件，其主要功能是望遠鏡所在地理坐標和恒星星歷預報，計算出某一時刻恒星所在的方位角，俯仰角，并用于望遠鏡跟蹤。

所述激光垂準儀和CCD均為通用設備。

本發明具有下列優點和積極效果：通過一臺激光垂準儀及光學成像的原理，解決了大型望遠鏡在未安裝尋星鏡的情況下，目標需俯仰和方位兩維搜索困難，從而導致方位和俯仰軸增量式編碼器的“歸零”值確定耗時耗力的問題，節約了調試時間。

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附圖說明????

圖1是旋轉編碼器示意圖

圖2是激光垂準儀及望遠鏡光學結構原理圖

圖中：其中：

????1－旋轉編碼器??????2－旋轉編碼器讀數頭??3－Z相絕對位置傳感器