JPS608711A - 角度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セオドライト等の角度測定装置の改良に関す
る。

従来、目盛を使用せずに角度を測定づる装置としては、
たとえばＵ、　Ｓ、　ＡＲＭＹ　ＥｎａｔｎｅｅｒＴｏ
ｐｏｇｒａｐｈｔｃ　ｌ　ａｂｏｒａｔｏｒｌｅｓのＲ
ｅｐｏｒｔ　Ｅ　Ｔ　Ｌ−ＴＲ−７２−１の中で報告さ
れているものがある。

この角度測定装置は、等速回転体の周面に設番ノられた
スリットが、ある固定された基準点に対して１回転する
のに要する時間Ｔ１ど、その基準点から角度測定点まで
回転するのに要づる時間Ｔ２をめ、３６０’　Ｘ　（Ｔ
　２／　Ｔ　１　）　ヲ演ｔＪｔＺｒ；Ｘとによって、
角度をめるものである。

に記のＪ：うな角度測定装置は、目盛盤を必要としない
ので測定が簡単であり、しがちその構成も簡単であると
いう特徴を有づるものである。

また、同レポートにおいては、等速回転体の回転中心と
、角度測定点の回転中心の偏心による誤差を補償するた
めに、いわゆる１８ｏ°対向読みについて言及している
。

同レポートの方法においては、回転体の１回転における
等速回転性能が、その測角精度に大きく影響づる。した
がって、測角精度を高く維持づるためには、回転体を駆
動（るモータの等速回転性能が所定値以下にならないよ
うに、相当の注意を払う必要がある。

回転体が１回転づる間に１周期の回転むらがあった場合
には、１８０°対向読みを採用すると、その悪影響はキ
ャンセルされる傾向にある。一方、同レポートの方式を
我々が実験した結果、モータまたは回転制御のための帰
還検出系において、回転体１回転についで２周期の回転
むらが存在することが判明した。したがって、測角１４
度においても、２周期の誤差カーブを描く結果が生じ、
この誤差は１８０°対向読みを採用してもキャンセルさ
れずに残るという問題がある。

本発明は、上記の従来の問題点に着目してなされたもの
で、検出部を増加することなく、また簡単な構成によっ
て、回転体が１回転する間に生じる２周期の回転むらを
補正づることができる装置を提供することを目的とする
ものである。

この目的を達成づるために、本発明は、被検出部を、９
０°以下の角度間隔で設けられた２つのスリットで構成
し、前記基準点および前記角度測定点をそれぞれ２つ設
り、前記角度測定点と前記基準点との相対位置に応じて
、測角演綽に用いる各々１つの角度測定点と基準点とを
選択づるようにしたものである。

以下、添附図面に示す実施例に基づいて本発明を詳述づ
る。第１図は、本発明の−・実施例を示づ平面図であり
、第２図は、第１図の■−■線から見た縦断面図である
。

回転体１は、２つの円板１ａ、１ｂで構成され、これら
の回転軸１Ｇを介してモータ３によって等速回転するも
のであり、回転軸１ｃは、角度測定装置の非可動部であ
る基板２に軸支されている。

規準アーム４の回転軸は、回転＠１ｃとほぼ一致するよ
うに設定されている。このｐＡ準アーム４には、図示し
ない規準望遠鏡が固定され、規準望遠鏡の角度と規準ア
ーム４の角度とが一致づるようになっている。

さらに、基板２上には、基準となる基準点Ｒ１゜Ｒ２が
設けられ、これら基準点Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ対となっ
た発光素子と受光素子とを有する。

また、回転体１を構成する円板１ｂの外周部には、回転
軸１Ｃの半径方向に向いたスリットＳＲ１゜ＳＲ２が設
けられ、このスリットＳＲ１，ＳＲ２は、回転体１の回
転に伴い、基準点Ｒ１およびＲ２を構成する発光素子か
ら受光素子に向かう光路の中を、通過するようになって
いる。そして、回転体１が回転しているときに、スリッ
トＳＲ１゜ＳＲ２がそれら光路を通過すると、各受光素
子がパルスを発生Ｊる。スリットＳＲ１とＳＲ２とは９
０°以下の間隔で設置されている。

一方、規準アーム４の両端部には、角度測定点Ｍ１．Ｍ
２が設けられている。これら角度測定点Ｍ１．Ｍ２には
、基準点Ｒ１，Ｒ２と同様に、発光素子と受光素子の組
がそれぞれ設けられている。

これら発光素子と受光素子とは、円板１ａを挟むように
対向し、その円板１ａに設けられたスリットＳＭＩ、Ｓ
Ｍ２が角度測定点Ｍ１．Ｍ２を通過する度に、角度測定
点Ｍ１．Ｍ２においてパルスが発生する。スリットＳＭ
Ｉと８Ｍ２とは９０゜以下の間隔で設置されている。

また、スリットＳＭ１とＳＲ１とは周方向および径方向
の同一位置にあり、スリットＳＭ２とＳＲ２とも同一位
置にある。なお、スリットＳＭ１とＳＩｖ’１２との角
度間隔についても、またスリットＳＭ２とＳＲ２との角
度間隔についても、正確な値がわかっていなくてもよい
。

第３図は、上記実施例に使用する回路の一例を示すもの
であり、第４図は、第３図の要部の信号波形を示づタイ
ムチャートである。

ここで、測定精度を向上させるには対向読み（たとえば
、あるスリットが、１つの基準点からその隣の角度測定
点まで移動する時間と、残りの基準点から残りの角度測
定点まで移動（る時間との平均をとる方法）を採用する
が、以下の説明は一方のみについて行なう。ブなわら、
各円板１ａ。

１ｂごとに２つのスリットを使用するが、基準点として
はＲ１のみを使用し、角度測定点としてはＭｌのみを使
用したとして説明り−る。対向読みを行なう際には、以
下の説明に基づいて、さらに基準点Ｒ２，角度測定点Ｍ
２についても測定し、所定の演算を実行した後に、両者
の平均をとればよい。

第３図において、Ｒ１出力信号と表示したものは、基準
点Ｒ１における受光素子の出力信号であり、Ｍ１出力信
号と表示したものは、角度測定点Ｍ１における受光素子
の出力信号である。測定開始信号は、角度測定を開始す
るために、マイクロコンピュータ等から出力される信号
である。

Ｄフリップフロップ５は、測定開始信号を受けている間
にＲ１信号を一段分周づるものであり、Ｄフリップフロ
ップ６は、同様にＭ１信号を一段分周するものである。

また、ＲＳフリップ７０ツブ７は、Ｄフリップフロップ
５の非反転比ツノ１３号の立上りエッチでセットされ、
Ｄフリップ７０ツブ６の非反転用ノＪ信号の立上りでリ
セットされるものである。さらに、ＲＳフリップフロッ
プ（ＮＩＬ、Ｄフリップフロップ５の反転出力信号の立
上りエッチによってセットされ、Ｄフリップフロップ６
の反転出力信号の立上りによってリセットされるもので
ある。また、ＲＳフリップフロップ９【よ、Ｄフリップ
フロップ５の反転出力信号の立上りエッチによってセッ
トされ、Ｄフリップ７０・ノブ６の非反転出力信号の立
上りによってリセットされるものである。

Ｄフリップフロップ１０は、Ｄフリップフロップ５の非
反転出力信号を入力し、スリットＳＲＩが通過するまで
の時間、づなわも回転体１の１回転時間の間、パルスを
出力するものである。

分周回路１２は、りＯツク発生回路１１からのクロック
信号（以下、［通常のクロック信号」という。〉を１段
分周しており、すなわち、クロック発生回路１１が出力
するクロック信号の半分の周波数のクロック信号（以下
、「半分のクロック信号」という。）を出力している。

もつとも、分周回路１２の代りに、半分のクロック信号
を最初から発生するクロック発生回路を使用Ｊるように
してもよい。

ＮＯＲ回路２１は、ＲＳフリップフロップ７の非反転出
力とＲＳフリップフロップ８の非反転出力とを入力する
ものであり、第４図のｔ４の左端からｔ５の右端までの
時間幅を有する信号を出力するものである。

ＡＮＤ回路２２は、半分のクロック信号とＮＯＲ回路２
１の出力とＲＳノリツブフロップ９の反転出力とを入力
するものであり、第４図のｔｌとｔ２との合計時間の間
、半分のクロック信号を通過させるものである。つまり
、第４図におけるｔｌと１２との合に１時間の半分の時
間に、通常のクロック信号を出力したと同じことをする
ものである。

ＡＮＤ回路２３は、クロック発生回路１１の出力とＲＳ
フリップ７０ツブ９の反転比ノｊとを受けるものであり
、第４図の１３の時間の間、通常のクロック信号を通過
させるものである。

ＮＯＲ回路２４は、ＡＮＤ回＃２２．２３の各出力を受
けるものであり、第４図のｔｌとｔ２とを加えた時間に
生じる半分のクロック信号と、第４図のｔ３に生じる通
常のクロック信号とを通過させるものである。これらの
クロック信号を、ｊＪウンタ３０がカランｌ−する。

このようにすることによって、カウンタ３０は、第４図
のｔｌのパルス幅およびｔ２のパルス幅を半分のクロッ
クパルスＣカランｉ・さしｔ３のパルス幅を通常のクロ
ックパルスＣカラン１−させたのと同様になる。したが
って、カウンタ３０は、ＲＳフリップ７０ツブ７の出力
パルス幅とＲＳフリップフロップ８の出力パルス幅とを
半分のクロックパルスでカウントしたことになり、第４
図のｔ４＋ｔ５を得たことになる。

このカウンタの内容をマイクロコンピコ〜り５０に取り
込み、その値を２で割ることによって、ＲＳフリップフ
ロップ７の出ツノ信号幅と、ＲＳフリップフロップ８の
出ノｊ信号幅との平均をとることができる。この時間を
Ｔ２とづる。

Ｄフリップフロップ１０は、分周回路である。

カウンタ４０は、回転体１が１回転づる時間をカウント
するものであり、スリットＳＲ１が基準点Ｒ１を通過し
てから、同じスリン１〜ＳＲＩが次にＭ単点Ｒ１を通過
するまでの時間をカラン１〜（るものである。この時間
をＴ１とする。そして、前記した３６０°Ｘ　（Ｔ２／
Ｔ１　＞を演算づることによって、測角値を得ることが
できる。

一般に、多桁のカウンタは実装スペースが大きく、しか
も消費電力が比較的大きくなる。しかし、上記のように
すれば、測定角が多桁のカウンタは〕Ｊウンタ３０のみ
であるので、測角装置全体の形状を小型にすることがで
き、省電力のものとづることができる。

第５図は、上記のように角度測定した場合に、そのとき
の測定誤差が補償される原理を示したものであり、たと
えば、スリット間隔を９０’　として９０゛の挟角をセ
オドライトの各位置で測定した誤差カーブである。ここ
で実線のカーブ（課、従来方法による誤差カーブ（第４
図において、ＲＳフリップフロップ７の出力信号と、Ｄ
フリップフロップ１０の出力信号とのみを使用した場合
にお（プる誤差カーブ）である。また、図中、破線のｊ
ｊ−ブは、２つ目のスリン１−　Ｓ　Ｒ２Ｊ夕よび８Ｍ
２を使用して測定した場合の誤差カーブ（第４図におい
て、ＲＳフリップフロップ８の出力信号と、Ｄフリップ
フロップ１０の出）Ｊ信号とのみを使用した場合におけ
る誤差カーブ）である。

ところで、第１〜４図に示した実施例は、第５図の実線
の誤差カーブと、破線のそれとが加えられて測定される
ものであり、これら２つのカーブの位相は９０°ずれて
いる。このために、９０゜の間隔でスリットを設【プた
ときの誤差はｌ！ｌ！蕪的には零とすることができるも
のである。そして、このように誤差を零にするためには
、Ｍ１出力信号であるパルスｐ１及びｐ２が共に、第４
図にお【プる間隔ｔ６の間に存在することが必要である
（なお、パルスＤ１．Ｄ２は、それぞれスリットＳＭ１
．８Ｍ２が測定点Ｍ１を通過するときに、発生づるもの
であり、間隔ｔ６は、Ｒ１出力信号のパルス間隔のうち
、長い間隔のことである）。

しかし、規準アーム４の方向によっては、この間隔ｔ６
の間にパルスｐ１またはｐ２が存在しないことがあり得
る。本考案は、規準アーム４がどの方向を向いていても
、この間隔ｔ６の間にパルスｐ１．ｐ２が存在するよう
にしたもので、このため２つの角度測定点Ｍ１．Ｍ２の
うち、一方を選択使用することを特徴とづる。

第６図は、間隔ｔ６の間に、上記パルスｐ１またはｐ２
が存在しない場合のタイムチセードである。この例は、
Ｒ１出力信号の位相がＭ１出力信号の位相よりも少し遅
れた場合であって、第４図の場合と比較すると、Ｒ１，
Ｍｌの各出力信号の位相関係が逆転した場合を示してい
る。このときには、カウンタ３０の内容とカウンタ４０
の内容とを前記した式に従って演算したのでは、第４図
について説明したのと同様の動作はじずに、実際とは異
なる測角値になる。

そこで、第４図について説明したのと同様の動作を常に
行なわせるためには、角度測定の前処理において、第１
図に示した規準アーム４がどの方向に向いているかをま
ず測定する。そして、ｔ６の間に前記Ｍ１出力信号であ
るパルスｐ１．ｐ２が存在するようにするには、角度測
定点Ｍ１またはＭ２のいずれを、使用Ｊる方が適切かを
判断し、その判断結果に基づいて、角度測定点Ｍ１．Ｍ
２を選択するようにすればよい。

たとえば、第６図に示づタイムチャー１・を得るのに角
度測定点Ｍ１を使用していたどりると、このときに角度
測定点Ｍ２を使用づ１ｔば、第４図に示す間隔ｔ６の間
にパルスｐｉ、ｐ２が入る。

このように本考案は、９０°以下の角ｒ１１間隔で設け
た２つのスリ１−が、２つの基準点Ｒ１，ＨＶと２つの
角度測定点Ｍ１．Ｍ２とを通過覆ることによって生ずる
パルスを利用して測角するものであるが、２つのＭｌ、
Ｍ２のうちの一方を適宜選択使用づることにより、回転
体１の１回転における２周期の回転むらを補償した高粘
度な測角を行なうことができる。

角度測定点Ｍｌ、Ｍ２の選択手段は、具体的には、たと
えば、Ｒ１信号のパルス間隔のうち、長い方のパルス間
隔ｔ６を検出する手段ど、この間隔ｔ６内にパルスｌ）
１．　ｐ２が共に存在しているか否かを検出（る手段と
、もし間隔１−６の開にパルスｐ１．ｐ２が存在してい
ない場合にはＭ１出力信号として、角度測定点Ｍ２にお
【）る信号を使用ダる手段とによって構成されるもので
ある。すなわち、角度測定点と基準点との相対位置に応
じて、いずれか一方の角度測定点を選択するものである
。

ところで、上記のように角度測定点を選択する代りに、
基準点を選択するようにしても同様の結果が得られるの
で、上記選択手段としては、上記測角演算に用いる各々
１つの角度測定点と基準点とを選択づるものであればよ
い。

なお、第３．４図に示した測定開始信号を発生させるタ
イミングをいつに設定するかは重要であるが、Ｒ１出ノ
Ｊ信号が不等間隔で発生しているので、この性質を利用
して、角度測定の前段階において、従来技術を使用する
ことによって上記タイミングを適切に得ることができる
。これは、独立した回路、またはマイクロコンビコータ
５０を使用づることによって、上記タイミングを得るよ
うにしてもよい。

上記のように、本発明は、従来の角度測定装置と比較ダ
ると、機構的には、回転体に被検出部を１つ追加するだ
けで、その回転体の１回転にお１ノる２周期の回転むら
を充分に補正づることができるので、高精度の測角を行
なうことができ？ともに、角度測定点を選択することに
よって、測定角が多桁のカウンタを１つにすることがで
きるので、小型、省電ノｊの装置とすることができると
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１
図の■−■線から見た縦断面図、第３図は上記実施例に
使用する回路の一例を示したもの第４図は上記実施例の
タイムチャート、第５図は本発明の原理を示す図、第６
図は上記実施例にお番プる他のタイムチャートを示１図
である。 １・・・回転体、１ａ、１ｂ・・・円板、２・・・基板
、３・・・モータ、４・・・規準アーム、５，６．１０
・・・Ｄフリップフロップ、７，８，９・・・ＲＳフリ
ップ７０ツブ、１１・・・クロック発生回路、１２・・
・分周回路、３０．４０・・・カウンタ、５０・・・マ
イクロコンピュータ、Ｒ１，Ｒ２・・・検出点としての
基準点、Ｍｌ。 Ｍ２・・・検出点としての角度測定点、ＳＲＩ、ＳＲ２
，８Ｍ１．８Ｍ２・・・被検出部としてのスリット。 特許出願人　旭光学工業株式会社 同代理人　三　浦　邦　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１〉等速回転体の局部に設けた被検出部が、固定され
   た基準点を基準にして１回転するのに要づる時ｌｌＴ１
   と、前記基準点と角度測定点との間を回転するのに要す
   る時間Ｔ２とをめ、３６０゜ｘ　（Ｔ２／ＴＩ　）を演
   算することによって被測定角度をめる角度測定装置にお
   いて、前記被検出部を、９０°以下の角度間隔で設（プ
   られた２つのスリットで桶成し、前記基準点および前記
   角度測定点をそれぞれ２つ設け、前記角度測定点と前記
   基準点との相対位置に応じて、上記測角演算に用いる各
   々１つの角度測定点と基準点とを選択する手段を設けた
   ことを特徴とする角度測定装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記の３６０°
   Ｘ（Ｔ２／ＴＩ）の演算は、パルス幅をカウントするク
   ロック発生回路と、このパルスの半分の周波数のクロッ
   クを出ノＪする他のクロック発生回路と、これら２つの
   クロック発生回路を切換える論理回路と、測角値に応じ
   たパルスの幅に対応するクロックパルスをカウントする
   １つのカウンタと、前記回転体の１周角をカウントする
   他のカウンタとによって実行されることを特徴とする角
   度測定装置。 （３）特許請求の範囲第２項において、前記他のクロッ
   ク発生回路の代りに、１／２分周器が使用されているこ
   とを特徴とする角度測定装置。