CN101014829B - 带有压电驱动器的测地仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测地仪，其至少包括：用于定位测地仪的安装支座，用于将光路向目标对准的测量部件，改变用于测量的光路的部件，压电微型电动机，其能够改变所述光路，且具有至少一个传动接触元件，接触元件***作而在一个空间内振动。测量部件被支撑在对准部件中，对准部件相对于安装支座活动，测量部件相对于对准部件可活动。用于改变光路的部件具有作为运动接收元件的支承表面，当施加压力时，通过接触元件接触支承表面而产生推动力。

Description

带有压电驱动器的测地仪

技术领域

本发明涉及测地仪，该测地仪适于野外使用。

背景技术

在许多测地仪中必须通过例如校准集成光路的部件或通过在目标上聚焦来改变光路。这一改变必须是精确的，并且在动态应用中还必须足够快，这意味着不利的是例如要移动较大的质量。此外，对于适于野外使用的测量仪器来说，基本要求是驱动装置的坚固性、低能耗、在较宽温度范围内的可靠的操作。

这种测量仪的示例是用于多种测量任务的经纬仪或准距仪，它们单独使用或者与集成的自动目标采集和目标跟踪装置相结合，在上述任务中，需要例如在建筑物测量中的数据采集或仅仅是检验。测量装置的另一示例是扫描***，其在以三维点阵形式的扫描模式下记录表面地形。

在迄今已知的技术方案中，经常采用伺服电机来用于上述目的，该伺服电机提供用于部件的摆动或移动的驱动。但是，伺服电机具有串联的驱动齿轮机构，该机构由于该机械配置而表现出窜动，该窜动妨碍在开环过程中的高精确定位，并且另一方面，它们需要该齿轮或其他锁定元件来对已经实现的定位进行保持。

由于实际上通过闭环程序来实现定位的连续检验，并且还由于需要固定元件，因此包括电动机的上述这些方案变得复杂，由此还需要大的空间。

此外，电动机与齿轮驱动相结合无法将高的轴向速度和精确的、缓慢精细对准或定位相结合，这是由于通常来说电动机速度的有用范围并不是足够宽的。

另选的驱动装置比如静电梳可以用于非常小的调节范围。压电调节元件也早就已知用作移动光学元件或测量轴的驱动部件。但是，不利的是，只能够获得较小的线性移动距离，比如，很少的0.01mm的幅度的量级，但即使是这样也需要较大的电力输入。所获得的位置只能以瞬时的方式被保持，也就是说，只有在施加张力时。例如，由于蠕变效应，在任意较长的时间之后，位置不再稳定，并且随着所施加高压的精确值而波动。在使用堆叠的压电元件时也发现了同样的基本缺点，即使可以借助它们来实现大至0.5mm的较大的行进距离也是如此，其原因更具体地在于：只有有限的线性行进距离是可行的，同时不可能存在没有窜动的直接旋转。

从EP1 314 960可知，测地仪中采用压电元件来移动位于该仪器外壳内的辐射源。但是，所能获得的动作的活动余地受到压电元件的变形的限制。更具体的说，例如用于旋转所需要的称作循环驱动(endlessdrive)的不中断并且不受限制的移动，并不能借助压电致动器或压电调节元件、或者借助静电装置来实现。

在US 2002/198632中提及，水平旋转的镜子被传统的电动机驱动，该镜子沿垂直方向被一个或几个压电材料偏转。因此，通过调节元件来实现移动，在该申请中，该元件在上述小的调节范围内来回移动。

在EP 0 390 180中，公开了在测量装置中用于定位在激光回转仪中的激光束的光学模块。该模块借助于压电元件而振动。此外，借助压电元件对镜子进行小程度的重新调节，该调节元件也被描述为电动机。在该测量仪中，也采用压电调节元件，考虑到应用以及机械规格，它们具体的缺点是没有关系或者是可以接受的。

从美国专利No.4 585 969可知一种旋转驱动装置，该旋转驱动装置也采用压电元件来产生旋转运动。这里采用更复杂的机械机构以通过压电元件的膨胀运动来产生旋转运动。据说如此构造的电动机能够实现非常精确的定位，从而能够用于芯片生产或用于测量仪器。但是，复杂的配置妨碍了尤其是高的速度，该配置过于复杂，以致于无法用于坚固的测地应用，并且也不适合野外应用。

因此，从现有技术中可知的这些方案在大多数情况下当考虑具体应用时使用单个的压电调节元件来移动部件，这些元件的局限性(比如，它们较小的调节范围)不会产生任何明显的缺点。此外，它们应用的场合不会受到在野外应用时会发生的限制。

即使当机械电动机与压电调节元件相结合，并且由伺服电动机产生的行进距离例如通过合适的机械配置受到压电调节元件的高精确位置变化的约束，这些问题也不会得到解决。该结合或者其他类似的结合没有克服为了保持所达到的位置而在压电元件处必须保持高电压的缺点。该高电压的不精确性将会立即产生位置变化，该位置变化需要用于电子调节装置的较大输入。对于适于野外使用的仪器，与该调节相关的较大电力消耗是又一个缺点。

发明内容

本发明的任务是提供一种适于野外使用的测地仪，该测地仪具有数量较少的和/或不复杂的驱动部件，并相应地减小整体尺寸。

本发明另一个的任务是为单个部件以及仪器整体提供更高的反应速度。

本发明另一个的任务是提供一种测地仪，该测地仪提供直接定位或者用于定位或瞄准过程的少量运动。

本发明另一个的任务是提供一种测地仪，该测地仪提供简化或改进的手动可对准性。

本发明提供一种测地仪，该测地仪至少包括：一个用于定位测地仪的安装支座，用于将光路向目标对准的测量部件，改变用于测量的光路的部件，一个压电微型电动机，所述压电微型电动机能够改变所述光路，且具有至少一个传动接触元件，该接触元件***作而在一个空间内振动，所述测量部件被支撑在对准部件中，该对准部件相对于所述安装支座活动，并且所述测量部件相对于所述对准部件可活动，用于改变所述光路的所述部件具有作为运动接收元件的支承表面，其中当施加压力时，通过所述接触元件接触所述支承表面而产生推动力。

优选的是，通过所述接触元件和所述至少一个运动接收元件的配合而产生连续的线性或旋转运动。能够由所述测地仪内的计算机控制所述压电微型电动机，使得能够自由地配置所述压电微型电动机的推动力或制动力。在所述测地仪内的所述计算机提供能够被连续地重新调节的控制频率。所述计算机从基础值开始以较小的量改变所述控制频率，具体是基于温度改变所述控制频率，直至发现最大的移动速度，或者改变所述控制频率同时测量电流作为时间的函数，并且从中确定所述控制频率的最优工作值。

还优选的是，所述接触元件和所述支承表面形成安全摩擦离合器，该接触元件和所述支承表面能够相对于彼此手动地移动。所述至少一个支承表面布置在所述安装支座处，或者所述至少一个支承表面布置在所述测量部件处，或者所述测地仪中包括两个支承表面，其中一个支承表面布置在所述安装支座处，另一个支承表面布置在所述测量部件处。安装支座和测量部件都具有弯曲支承表面或环形支承表面。为了改变光路，所述对准部件被制成为能够通过作为对准电动机的压电微型电动机而活动，并且/或者所述测量部件被制成为能够通过作为测量电动机的所述压电微型电动机而活动，或者通过作为测量电动机的另外的压电微型电动机而活动。所述安装支座的支承表面轴向接触所述对准电动机的该安装支座的支承表面被指定的接触元件，并且所述测量部件的支承表面径向接触所述测量电动机的该测量部件的支承表面被指定的接触元件。

还优选的是，测量电动机和对准电动机置在所述对准部件内。测量部件和对准部件被集成在一共用部件中，该共用部件能够围绕两个轴活动。至少一个光学元件被指定给所述光路，该光学元件能够通过所述压电微型电动机移动，或者，该光学元件也能够通过另外的作为所述调节电动机的压电微型电动机活动。所述光学元件包括透镜并被支撑为能够相对于导向架移动，所述调节电动机将所述光学元件压靠所述导向架并且/或者压靠一个或多个副缸。所述光学元件包括槽形支承表面，该槽形支承表面被指定给所述调节电动机。所述光学元件是校准板，该校准板能够被移入所述光路，并且将所述光路切换到测量径迹。所述光学元件是能够被移入所述光路的滤光器。所述压电微型电动机包括至少两个指定的局部压电微型电动机，该局部压电微型电动机沿它们的推动方向以相似的方式动作。

还优选的是，所述测地仪是一种经纬仪。所述对准部件能够相对于所述安装支座围绕支撑轴旋转。所述测量部件能够相对于所述对准部件围绕倾斜轴旋转。该共用部件能够通过球面弯曲的支承表面围绕所述两个轴活动。该光学元件能够通过另外的作为所述调节电动机的压电微型电动机被移入或调入所述光路。所述光学元件被支撑为能够相对于导向架沿长度方向移动。所述滤光器是滤光轮。该局部压电微型电动机沿它们的推动方向通过串联或堆叠的布置以相似的方式动作。

根据本发明，以用于野外使用的方式设计测地仪，并且可以使用压电微型电动机。在该微型电动机中，采用在一定空间内作用并且具有接触元件的压电振动器，该压电振动器作为作用在合适的支承表面上的驱动元件，因此当压电振动器和支承表面被合适地调谐时可以获得最优的运动。该空间振动或振荡运动是通过压电材料的配线以及调谐配置产生的，并且它们的作用在所述支承表面上的接触元件通过合适的控制器来感应，以便执行推进运动，例如椭圆运动。

从WO 00/74153可以获知一种具有多层结构的压电电动机。在电极之间设置有压电材料，通过这种电极配置产生振动并引起接触元件(比如陶瓷销)运动，从而间接地引起需被移动的主体的运动。在这里，陶瓷销通过设计成支承表面的接触表面驱动主体。

WO 98/53509公开了一种压电微型电动机，该电动机通过带有边缘和平面的压电板直接驱动轴。在这里，针对轴设计并调谐板的表面，使得二者发生耦合并且将压电板的运动传递到轴，导致轴旋转。这里，可以用几个微型电动机来作用在同一根轴上。

在WO 00/25370中描述了多向电动机，通过驱动压电电动机的倾斜可以使主体的旋转方向发生变化。

在EP 0741420中，公开了一种驱动装置，该驱动装置使带有弯曲表面的元件围绕两个正交轴旋转。该装置由两对压电电动机驱动。

在用于测量仪的驱动装置中，如果存在根据测地仪的要求设计的支承表面，那么这种振动压电***能够被用作微型电动机。在大多数情况下，测量仪必须包括高速运动模式和最低速度下的高度精确定位模式。

通过使用微型电动机和支承表面的创新设计，可以使用相同的结构来实现在纳米每秒的范围内以及在米每秒的范围内的速度，该结构没有窜动，不会受到外界运动的干扰，因此可以同时实现高度精确定位和快速扫描运动。在不再施加张力时，通过摩擦来保持位置，也就是说，通过力锁定来保持位置。因此，不需要永久电力供应。而且，借助这些压电振动器可以实现旋转的循环驱动装置，而借助压电调节元件则不可能实现。此外，相对于现有技术的***来说，移动零件的数量有所减少。

根据本发明，在测地仪中，压电微型电动机驱动需要调节(更具体的说，旋转或线性位移)的部件。该部件例如通过较准或再较准或者通过在目标上聚焦而改变用于测量的光路。根据本发明，所述部件可以是用于较准测地仪的部件，但是它们也可以是在测地仪内的光路的元件，比如折叠式反射镜或滤光片。不仅在通过直接传动将运动传递到轴时，而且最重要的是在采用接触元件和支承表面相结合时，可以实现多种结构和详细设计。

通过接触元件和支承表面之间的相互作用而产生线性运动，当施加压力时，通过接触元件接触支承表面而产生推动力。该耦合用于传输推动力，通过没有窜动的运动进行直接定位。可以通过软件直接配置推动力和速度。当断电时，支撑上述支承表面的元件被接触元件所施加的压力固定，从而不需要额外的制动或固定元件。当超过某一最大力时，在接触元件和支承表面之间的安全摩擦离合器仍允许滑动，从而能够避免仪器整体受损或发生位置变动。例如，能够防止在快速手动对准被三角架支撑的测量仪时可能发生的三角架变形。在这里，压电驱动装置并不只用于产生运动。而是，该压电驱动装置受到电控制，使得保持力可以从由摩擦所提供的最大值变化到非常小的值。在这些条件下，轴的位置保持不变。

与基于驱动齿轮装置的现有技术方案不同，通过该安全摩擦离合器，更具体的说，是通过安全摩擦离合器与保持力的受控变化相结合可以实现对仪器部件的交互手动调节，这意味着使用者例如可以直接手动对准该仪器。在开始或在测量工作过程中，当手动模式通过降低保持力可以得到明显的支持时，手动对准允许快速、用户友好的粗对准。当使用编码器来记录部件的相对于彼此的位置时，在任何变形之后，通过电动机可以实现精确的再定位，这避免了用于定位的较长的行程。

借助合适设计的元件或支承表面，滑动推动可以被转化成旋转或倾斜运动。

通过设计弯曲的支承表面，可以移动需要相互旋转的部件。通过在两个旋转平面相交的点设置的微型电动机，其在旋转之后可以例如被用来在两个旋转平面内产生运动。支承表面可以包括一个、也可以包括多个旋转平面，例如通过使用球形表面或球形设计。

当使用多个微型电动机时，这样做是有利的，即，将这些微型电动机与其中一个部件相关联，并且为有待相对于该部件移动的部分提供支承表面。以这种方式，能够实现微型电动机和联合电源(joint powersupply)或控制方案的结合。

为了增大驱动力，若干微型电动机可以布置成串联或彼此叠置。

根据本发明所采用的压电微型电动机可以用作可伸缩轴驱动***，该***能够被用于移动测量仪的主要部件，该测量仪设计成具有所需的主要应用的功能。更具体地，能够产生围绕该测量仪的支撑轴和/或倾斜轴的运动。在这里，由于多个微型电动机根据本发明的空间配置致使所产生的力(该力通过相对于旋转轴的支承力而产生)消失，去掉了轴承，因此使用多个微型电动机是特别有利的。

此外，考虑到无声驱动，可以在噪音比较关键的环境(比如教堂)中使用。

借助压电微型电动机，可以将速度降至几乎任何所需的低值，对于精细对准，这意味着可以实现高精度定位。由于移动质量较小，因此测量仪能够设计成高度动态的，从而也能够同样获得采样或扫描过程所需的高速。因此，根据本发明的测量仪还能够被设计成目标跟踪***，激光***或扫描仪。

由于没有考虑到仪器的其他部件的调节装置，因此现有技术的压电微型电动机的已知形式并不适用于需要在野外使用的测地应用。由于物理原因，压电微型电动机能够被合理操作的温度范围具有非常窄的界限，并且该温度范围远小于适于野外使用的测量仪器所需的温度范围，因此它们的有效性并不明显。

在根据本发明的配置中，考虑到了驱动器的性能与温度的相关性，例如，通过永久监视及优化压电元件的控制频率。不同量的测量可以用作干涉的基础。

如果在移动部件中设置了诸如编码器的测量***，则使用者可以选择频率的基本值作为测量温度的函数，并且从该值出发，以微小的量改变频率，直至求得移动的最大速度。

如果***没有编码器或者能够由此求出速度的可比较测量的可能性，则使用者可以在改变控制频率的同时测量电流，并且根据该关系确定合适的工作点。

相对于仅基于测量温度的控制频率的选择(本发明也可以实现)，这两种方法提供了实质的优点。一定会出现的样本分散以及制造公差具有这样的影响，即在任何给定的温度下，不同的个体电动机需要不同的控制频率。在工作过程中，在微型电动机内的压电材料变热。这一变热只能通过电动机外壳的温度、间接并且带有一定延迟地确定。但是，除非重新调节频率，否则任何温度变化都会立刻引起输出下降。

上述两种方法通过连续地重新调节控制频率来解决这些问题。

此外，由于压电微型电动机的简单结构以及测地仪的具有创造性的设计，因此可以实现仪器运行的无需维修或者减少维修。

附图说明

下面借助在附图中示意示出的示例性实施例，并且仅以示例的形式来更详细说明或解释根据本发明的测地仪。具体而言，

图1是借助压电微型电动机的驱动装置的示意图；

图2是在测量仪中用于控制压电微型电动机的电路图；

图3a-b是作为根据本发明的测量仪的第一示例性实施例的经纬仪的示意图；

图4是根据本发明的测量仪的第一示例性实施例的示意侧视图；

图5是作为根据本发明的测量仪的第二示例性实施例的经纬仪的示意图；

图6是作为根据本发明的测量仪的第三示例性实施例的扫描仪的示意图；

图7a-c是根据本发明的测量仪的第四示例性实施例的示意图；

图8a-b是表示由压电微型电动机来驱动光学元件的示意图；以及

图9是根据本发明的测量仪的第五示例性实施例的示意图。

具体实施方式

图1是借助压电微型电动机1的驱动装置的示意图。该驱动装置包括至少一个运动传递接触元件2，运动接收元件(在这里为支承表面3)被指定给接触元件2。运动接收元件将接触元件2的运动转换成所希望的运动。该运动接收元件的另一种实现方式例如可以是具有偏心开口的盘片，接触元件2进入该偏心开口接合，由此产生转动。

微型电动机1’也可以是由多个局部微型电动机1a组成的，这些局部微型电动机1a相对于待移动的部件布置，以便产生类似的动作。在该示例中，具有作为支承表面3的圆形陶瓷表面的盘状元件被三个局部微型电动机1a驱动，这三个局部微型电动机1a布置为循环驱动装置。通过该元件的转动，例如，人们可以将测量部件的光路设计成活动的或者固定的。由于不需要补偿因齿轮窜动而引起的不精密度，因此通过软件可以自由地设置由微型电动机1所产生的向前的推动，同时还可以实现或改进位置的直接接近。微型电动机1或其接触元件2作用到支承表面3上的压力能够被其他部件改变，例如压电元件PE。通过有选择地改变压力，能够有助于对单个部件的手动调节。当在不合适的角度位置处质量或相应的惯性矩的分布非常不对称时，这种情况的另一应用是产生增强的压力。可变压力允许在不合适的位置施加正常范围内的较小的力，该力可以连续地增大。以此方式，通常比较小的磨损可以被进一步地降低。

如该示例性实施例所示，为了获得较高的推力，可以设置至少两个压电微型电动机1a，特别是以串联或叠置的方式，以便沿着它们的推动方向相同地动作。尽管基本上根据本发明的测量仪也可以由仅仅一个压电微型电动机1驱动或移动。

图2是在测量仪中用于控制压电微型电动机的电路图。处理器CPU通过控制器CON和驱动器DR控制压电微型电动机1，通过处理器CPU对驱动器DR的直接控制可以确保线性控制。通过编码器ENC(例如测角传感器(goniometric sensor))获取被微型电动机1移动的部件的当前位置。基本上，由于向前推动的线性可测量性而可以直接定位部件，但是，使用该编码器ENC可以更加有利，这是由于因安全摩擦离合器的缘故而可能发生扭转，并且扰动所存储的标称位置和真实的当前位置之间的现有相关性。因此，编码器ENC连续地检验部件的真实位置，并且考虑到没有窜动的前推力，所以可以直接定位，而不需要现有技术方案中所需的多次精调校正。

图3a-b是作为根据本发明的测量仪的第一示例性实施例的经纬仪或整个工作站的示意图。

在图3a中，整个工作站被表示为测地仪4，该测地仪4具有对准部件(aligning component)5和测量部件7。该测量部件7包括物镜6，通过该物镜6限定至待测目标的光路。该对准部件能够围绕垂直支撑轴相对于没有在这里表示出的安装支座转动。通过将测量部件7支承在对准部件5内，可以围绕水平倾斜轴线移动测量部件7。围绕支撑轴和倾斜轴的活动性允许覆盖大的空间角度范围，当使用具有测量部件7(该测量部件7能够通过支撑装置而被转动)的设计时，可以完全覆盖周围空间。

针对相同的测量仪4，图3b提供了简化的示意图。通过轴9，带有物镜6的测量部件7被相对于对准部件5可旋转地枢接。轴9具有弯曲的支承表面3a，微型电动机作为测量电动机1b被指定给该支承表面3a，该测量电动机1b径向接触支承表面3并且导致围绕倾斜轴的转动。由编码器ENC获取测量部件7相对于对准部件5的当前位置。用来测量目标的射线能够穿过物镜6发出、或者穿过平行于物镜6的光轴的附加光路以及相关联的镜子11发出，其包括发射激光辐射的遥测单元10，从而通过移动测量部件5就能够扫描周围环境。对准部件5围绕支撑轴的旋转是通过第二微型电动机(即对准电动机1c)实现的，对准电动机1c轴向接触布置在安装支座8内的环形支承表面3b。通过使用该对准电动机1c可以相对于安装支座8旋转对准部件5，该配置起到了循环驱动装置的作用。通常，编码器(这里未示出)也被指定给该轴，这样能够精确地记录并检验部件相对于支承轴和倾斜轴的对准。对准部件5的急跳动作会产生第二微型电动机1b的接触元件在支承表面3b上的滑动，从而安装支座8不会改变位置。因此，该配置将对准部件5和安装支座8在主动或意外的急跳动作的情况下解耦。通过测量电动机1b和对准电动机1c的配合，能够移动并对准光路，从而围绕两个轴改变光路。如果将所有的微型电动机设置在单个部件中，则可以确保结构上的有利控制以电力供应。

图4是根据本发明的测量仪4的第一示例性实施例的示意侧视图。在该第一实施例中，测量部件7包括与物镜6相对设置的目镜13，从而使用者可以进行直接观察。借助其它记录或对准***也同样可以实现根据本发明的实施例，例如，借助照相机***，甚至可以不设置目镜13。遥测单元10包括激光源14，该激光源14通过分束器16和镜子11向目标发射激光射线S。在目标处反射之后，射线被接收回来，并且被镜子11和分束器16导向传感器15。通过镜子11的对准，激光射线沿着平行于通过物镜6的光路的轴线被发射和接收回来。但是，在根据本发明的另一个实施例中，整个遥测单元10可以同样集成到测量部件7中，从而激光射线S同轴地通过物镜6而被发射和接收。

在图5中示意地表示根据本发明的测量仪的第二示例性实施例。该测量仪也包括测量部件7’、安装支座8和对准部件5’，其中测量部件7带有物镜6和固定在轴9上的镜子11，对准部件5’带有编码器ENC和遥测单元10，该测量部件7’借助轴9被相对于对准部件5’可旋转地枢接。与在第一示例性实施例中的类似，对准部件5’能够借助对准电动机1c和指定的环形支承表面3b相对于安装支座8移动。但是，在该第二示例性实施例中，指定给测量电动机1b的弯曲支承表面3c并没有连接到轴9上，而是直接设置在测量部件7’上。在这里，支承表面可以覆盖360°的角度范围，或者仅是一段圆周。使用者能够利用该结构将两个微型电动机设置得非常靠近在一起，从而可以实现紧凑的结构。如果弯曲的支承表面3c和环形支承表面3b被布置成至少部分相对，那么单个微型电动机可以接触两个支承表面，只要该电动机能转动。于是测量电动机1b和对准电动机1c的功能可以结合在单个能够转动180°的微型电动机内。

图6是作为根据本发明的测量仪的第三示例性实施例的扫描仪的示意图。在带有激光源14和分束器16的遥测单元10’中，所产生的激光射线S被导向测量部件7”，该测量部件7”配备有倾斜的镜面11’。通过测量电动机1b和指定的支承表面3d的结合，该镜面11’或测量部件7”能够围绕水平轴相对于对准部件5”转动，从而基本能够进行360°角度的取样。通过第一编码器ENC1检测发射的方向或镜面的位置。由被扫描目标反射的激光射线通过同一镜面11”被接收回来，并且通过分束器16导向传感器15。通过对准电动机1c和指定的弯曲支承表面3d相结合，可以使对准部件5”围绕支撑轴相对于安装支座8’转动，从而借助测量部件7”和对准部件5”的组合运动可以进行空间的完全扫描取样。通过第二编码器ENC2检测对准部件5”相对于安装支座8’的位置。在该示例性实施例中，两个支承表面3d和3e被形成为径向接触的圆柱形套。也可以选择接触的其他形状和方式。这样，两个支承表面可以被设计成轴向接触的环形表面。

图7a-c提供根据本发明的测量仪的第四示例性实施例的示意图，其中图7a表示侧视图，图7b表示前视图，图7c表示后视图。在该示例性实施例中，测量部件和对准部件被集成到作为共用部件的旋转主体17内，该旋转主体17包括物镜6’，并且该部件能够围绕两个轴活动。用于旋转主体17的容器18被指定给安装支座20，该支座20和容器18被安装成固定的，或者安装成可彼此相对活动。旋转主体17通过单个的微型电动机1d而运动，该微型电动机1d能够通过调节元件19转动90°，沿推动方向连续或离散地改变。此时通过接触旋转主体17的表面可以实现向前推动，上述表面为球形弯曲支承表面。本实施例的改型获得了光学部件的在封闭部件中的良好封装。借助能够改变自身位置、从而能够沿推动方向连续调节的微型电动机1d的设计，可以将该微型电动机1d一直被对准为与推动方向相切，从而能够沿运动的希望方向获得最佳的向前推动。在EP 1 127 380中介绍了通过第二压电电动机改变电动机的对准的示例。因此使用者能够省略将运动分解为两个正交分量，以及通过两个独立的电动机产生这两个运动分量。

旋转主体17不必如本示例所示的那样为实质的球形。根据本发明，可以使用仅部分球形表面的或者具有不同曲线种类的表面，例如，具有变化的曲率半径的表面。

图8a-b表示由压电微型电动机对光学元件的驱动的示意图。作为对以上附图所示的示例性实施例的补充或替换，可以通过影响在测量部件或对准部件内的光路来实现光路的改动。

图8a表示光学元件21(例如透镜)，该光学元件21作为聚焦元件在导向架23(例如，望远镜主体)内被聚焦滑动地支撑，从而能够纵向地活动。借助作为调节电动机1e的微型电动机，光学元件21受压力而抵靠在导向架23的一个表面上，并且因此固定就位。调节电动机1e的压力因此在导向架23内产生滑动支承。这里，在导向架23内的摩擦力必须小于调节电动机1e的推动力。调节电动机1e的接触元件在用作导向槽的沟槽22内接触光学元件21，从而光学元件21被固定保持而不会转动。

为了聚焦，现有技术***使用能够在光路中移动的透镜元件，该透镜元件通过连接到透镜安装座上的销而沿着导轨移动。该导轨被设计成在可旋转设置的圆筒内的螺旋形。在这里，如此设计该***，即旋转中心应与透镜***的中心重合。用于确保所需位置重现精度的昂贵的弹簧***被用来避免偏心。此外，在经纬仪中，由于较大的使用角度范围，还需要在极限位置补偿重力。由压电调节电动机1e实现的根据本发明的驱动装置替代了这些弹簧***，本发明的驱动装置采用这样的设计使得压电***的静压力承担相应的固定功能。通过合适的导轨设计防止聚焦主体的变形。该配置可以实现无窜动支撑、没有疾动(dead run)并且没有滞后，从而可以实现快速直接的定位，并且还能够长久保持。此外，能够省略现有技术方案的某些部件，从而该测量仪变得更紧凑且更坚固。

在现有技术中，上述可旋转的圆筒被直接驱动或通过齿轮驱动。作为替换例，导向销也能够被直接驱动或者借助齿条或螺纹驱动。这些技术方案具有共同的特征，即根据其结构必然表现出一定的窜动。由于该窜动而产生的滞后妨碍并且减慢了聚焦过程。

在图8b中示出的支承也依靠在导向架23’内的光学元件21’的运动，该运动由调节电动机1e产生，但这里没有涉及滑动摩擦，而是副缸24吸收压力。这可以减轻必须在运动中由驱动装置来克服的摩擦。为了保证在所有角度范围内安全运行，还需要采用额外的固定元件，例如，额外的副缸或弹簧。

图9表示根据本发明的测量仪的第五示例性实施例的示意图。这里，作为根据本发明的测地仪的示例，光路在经纬仪的望远镜内被改变。通过反射换向装置28和29以及物镜30，通过辐射源26将光线射向目标31，该辐射源26与电子分析器25一起设置在同一支承元件上。在光线被目标31反射后，光线被物镜30再次捕获，并且通过二色镜元件32、反射换向装置29以及镜头***33被导向用于信号处理的接收器34。接收器34的信号被电子分析器25处理，并且推导出距离数据。

校准板36位于光路中，作为第一光学元件，将由辐射源26发出的光线的一部分直接偏折到接收器34，从而在测量仪内形成基准径迹。为了将基准测量与正常测量过程分开，可以将校准板36移入光路，从而通过校准板36和透镜***33将分开的测量径迹导向到接收器34。通过第一压电微型电动机将校准板36移入光路，该第一压电微型电动机受到电子分析器25的控制，并且用作第一调节电动机1e’，同时驱动推杆37，该推杆37通过接头与校准板36相连接。

除了用于信号处理的部件外，经纬仪的望远镜还包括目视光学元件，目视光学件使得由目标31反射回的光线能够用于观察员或可用的照相机。作为第二光学元件的聚焦件21”以及目镜件38用于该应用；它们又可以包括多个部件，比如换向棱镜35。聚焦件21”被用作第二调节电动机1e的第二压电微型电动机移动，其方式与图8a或图8b所示的方式相似。由于透视的原因没有示出包围或定位聚焦件21”的导向架。该第二调节电动机1e也受到电子分析器25的控制。

用作第三调节电动机1e”的第三压电微型电动机也由电子分析器25控制，该第三压电微型电动机用于移动滤光轮40，该滤光轮40用作第三光学元件，该第三调节电动机1e”轴向接触驱动轮39上的环形支承表面，从而通过轴移动滤光轮40。该滤光轮40可以例如用于减小当工作在较近范围内时在接收器34处可能出现的高亮度。根据本发明，在测地仪中的所有光学元件都可以单独地形成，或者以任意组合形成，而两个或更多个光学元件能够被同一调节电动机移动。

相比于现有技术，上述压电电动机的使用具有实质的优点，这是由于根据本发明的微型电动机的应用解决了固定滤光板或任意其它光学元件的问题，上述滤光板或光学元件用于临时或永久地改变光路。迄今为止，为此目的必须提供诸如掣子的结构措施。

借助设计为天景滤片的滤片，过滤作用将作为滤片位置的函数而改变。因此，非常重要的是一旦过滤器位置设定之后就要精确保持该过滤器的位置。在此使用步进电动机的制动转矩常常太不精确，这是因为停止位置的数量非常少。如果采用三相电动机则能够提供更高的精确度。但是，在此人们必须忍受这样的缺点，即只能在连续电力供应的条件下保持位置。因此，当在野外仪器中使用时，相比于上述采用压电微型电动机来说，电池寿命将缩短。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以用替换或互补的方式将改动光路的各种手段彼此组合。也可以将微型电动机设置在测地仪中不同于上文所述的其他位置处。

Claims (27)

1.一种测地仪(4)，该测地仪(4)至少包括：

●一个用于定位测地仪(4)的安装支座(8，8’)，

●用于将光路向目标(31)对准的测量部件(7，7’，7”)，

●改变用于测量的光路的部件，

●至少一个压电微型电动机(1，1’，1a-e，1e’，1e”)，所述压

电微型电动机(1，1’，1a-e，1e’，1e”)能够改变所述光路，且具

有至少一个传动接触元件，该接触元件***作而在一个空间内振动，

其中所述测量部件(7，7’，7”)被支撑在对准部件(5，5’，5”)中，该对准部件(5，5’，5”)相对于所述安装支座(8，8’)活动，并且所述测量部件(7，7’，7”)相对于所述对准部件(5，5’，5”)可活动，

其特征在于：

用于改变所述光路的所述部件具有作为运动接收元件的支承表面(3，3a-e)，其中当施加压力时，通过所述接触元件接触所述支承表面而产生推动力。

2.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

通过所述接触元件(2)和所述支承表面(3，3a-e)的配合而产生连续的线性或旋转运动。

3.如权利要求1或2所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述压电微型电动机(1，1’，1a-e，1e’，1e”)能够由所述测地仪(4)内的计算机以能够自由地配置所述压电微型电动机(1，1’，1a-e，1e’，1e”)的推动力或制动力的方式来控制。

4.如权利要求3所述的测地仪(4)，

其特征在于：

在所述测地仪(4)内的所述计算机提供能够被连续地重新调节的控制频率。

5.如权利要求4所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述计算机

●从基础值开始以较小的量改变所述控制频率，直至发现最大的移动速度，或者

●改变所述控制频率同时测量电流作为时间的函数，并且从中确定所述控制频率的能够得到所述最大的移动速度的最优工作值。

6.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述接触元件(2)和所述支承表面(3，3a-e)形成安全摩擦离合器，该接触元件(2)和所述支承表面(3，3a-e)能够相对于彼此手动地移动。

7.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述运动接收元件被设计为至少一个支承表面(3，3a-e)并布置在所述安装支座(8，8’)处并且/或者布置在所述测量部件(7，7’，7”)处。

8.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

安装支座(8，8’)和测量部件(7，7’，7”)都具有弯曲支承表面或环形支承表面(3，3a-e)作为所述运动接收元件。

9.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

为了改变光路

-所述对准部件(5，5’，5”)被制成为能够通过作为对准电动机(1c)的压电微型电动机而活动，或者

-所述测量部件(7，7’，7”)被制成为能够通过作为测量电动机的压电微型电动机而活动，或者

-所述对准部件(5，5’，5”)和所述测量部件(7，7’，7”)被制成为能够通过作为对准电动机(1c)和测量电动机的压电微型电动机而活动，或者

-所述对准部件(5，5’，5”)被制成为能够通过作为对准电动机(1c)的压电微型电动机而活动，并且所述测量部件(7，7’，7”)被制成为能够通过作为测量电动机(1b)的另外的压电微型电动机而活动。

10.如权利要求9所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述运动接收元件被设计为至少一个支承表面(3，3a-e)并布置在所述安装支座(8，8’)处和所述测量部件(7，7’，7”)处，

所述安装支座(8)的支承表面(3b)轴向接触所述对准电动机(1c)的该安装支座(8)的支承表面(3b)被指定的接触元件，并且

所述测量部件(7，7’，7”)的支承表面(3a，3b，3c)径向接触所述测量电动机(1b)的该测量部件(7，7’，7”)的支承表面(3a，3b，3c)被指定的接触元件。

11.如权利要求9所述的测地仪(4)，

其特征在于：

测量电动机(1b)和对准电动机(1c)布置在所述对准部件(5，5’，5”)内。

12.如权利要求1所述的测地仪，

其特征在于：

测量部件和对准部件被集成在一共用部件(17)中，该共用部件(17)能够围绕两个轴活动。

13.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

用于改变所述光路的所述部件是光学元件(21，21’)，该光学元件(21，21’)能够通过所述压电微型电动机移动，或者，该光学元件(21，21’)也能够通过另外的作为调节电动机(1e，1e’，1e”)的压电微型电动机活动。

14.如权利要求13所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述光学元件(21，21’，21”)包括透镜并被支撑为能够相对于导向架(23，23’)移动，所述调节电动机(1e)将所述光学元件(21，21’，21”)压靠所述导向架(23)并且/或者压靠一个或多个副缸(24)。

15.如权利要求13或14所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述光学元件包括槽形支承表面，该槽形支承表面被指定给所述调节电动机(1e)。

16.如权利要求13所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述光学元件是校准板(36)，该校准板(36)能够被移入所述光路，并且将所述光路切换到测量径迹。

17.如权利要求13所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述光学元件是能够被移入所述光路的滤光器。

18.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述至少一个压电微型电动机包括至少两个指定的局部压电微型电动机，该局部压电微型电动机沿它们的推动方向以相似的方式动作。

19.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述测地仪(4)是一种经纬仪。

20.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述对准部件(5，5’，5”)能够相对于所述安装支座(8，8’)围绕支撑轴旋转。

21.如权利要求1所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述测量部件(7，7’，7”)能够相对于所述对准部件(5，5’，5”)围绕倾斜轴旋转。

22.如权利要求5所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述计算机从基础值开始以较小的量基于温度改变所述控制频率，直至发现最大的移动速度。

23.如权利要求12所述的测地仪(4)，

其特征在于：

该共用部件(17)能够通过作为所述运动接收元件的球面弯曲的支承表面围绕所述两个轴活动。

24.如权利要求13所述的测地仪(4)，

其特征在于：

该光学元件(21，21’)能够通过所述另外的作为调节电动机(1e，1e’，1e”)的压电微型电动机被移入或调入所述光路。

25.如权利要求14所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述光学元件(21，21’，21”)被支撑为能够相对于导向架(23，23’)沿长度方向移动。

26.如权利要求17所述的测地仪(4)，

其特征在于：

所述滤光器是滤光轮(40)。

27.如权利要求18所述的测地仪(4)，

其特征在于：

该局部压电微型电动机沿它们的推动方向通过串联或堆叠的布置以相似的方式动作。

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