JPS623610A

JPS623610A - 二つの対象物の間の相対的位置を決定するための測定装置

Info

Publication number: JPS623610A
Application number: JP14066685A
Authority: JP
Inventors: ベルンハルト・ゲツヒテル; ベルンハルト・ブラウネツケル; フリツツ・ハー・ミユーレル
Original assignee: Wild Heerbrugg AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-09
Also published as: JPH0518042B2

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】本発明は光学的測定方法及び光学的測定装置、特にバー
コードを遠隔的に読取るための装置に関る、。

相互に運動可能な三部分の相対的位置の非接触による測
定のための技術は種々の分野で必要とされる。

両部分はその位置が精度の高Ａレベル、又はダイヤゲー
ジ、例えば読取シ光学機器によって確定されるべき精密
機械の部分でありうる。このようにして例えば従来から
あるレベル又はレベルＩＣ接続された望遠鏡又はテレビ
カメラを使用る、ものでは遠くにある標尺上の高い個所
にある読取）スクールが読取られなければならない。

しかしながら望遠鏡による遠隔の高騒個所の読取スケー
ルの読取シは観察者に高度の集中力を要求る、ことにな
る。このよ５にしてこの方法では常に胱取り誤差が％に
観察者が未熟な場合に生ずる。

種々の方法で公知のレベルの誤差に対る、高り感度を消
去る、ための研究がなされた。標尺の読取りは従来使用
されて来た受信器によって置換えられることになる。

しかし標尺は非常に複雑でかつ野外又は残物敷地内での
乱暴な使用のためには実際上不適轟である。これに加え
て、この標尺による測定には不利なかなシの労力を伴う
。

オーストラリア特許２５４２７７７　Ｋよれば標尺は白
黒の縦縞及び三角形の組合せを備えているＯこれらのマークの走査によって標尺に直角にかつ適当な
コードの選択により、走査されｆｐ　／＜ルス長から高
さの測定値が求められる。しかしこの場合長い距離隔ら
れた標尺を読取る場合に伴う限定された側定精度及び低
感度は非常に不利である。

実施例第１図はレベルを示し、レベル１並びにレベル１から距
離２にセットされた標尺２から成る。

好適な実施例によれば、横向きのバーコード３は標尺２
上に配設され、レベル１は標尺２を読むために使用され
る。

第２図において、レベル１は対物レンズ４、共働る、ピ
ント調整駆動構を備え念ピント調整レンズ５、ビームス
プリッタ７、十字線８及び接眼鏡９を含む。ビームスプ
リッタ７によって主光線から分れた光線の近くに検出器
群１０がある。検出器群１０は光軸に対して直角に偉要
素を走査る、九めに使用されるトランスジューサがあル
、かつ従来の方法に相応した電気信号を発生させる丸め
に使用される。

配列は対物レンズ４に入射る、標尺２のコード要素が検
出器群１０の平面内に結倫されるようにされる。第３図
に拝承された信号処理装置１１は検出器群１０と直列に
接続されている＠第３図を参照すれば、信号処理装置１
１に検出器群１０内の検出器Ｑ；の信号が増巾器１２、
サンプリング及び保持手段１３、及びアナログデジタル
コンバータ１４を経てコンピュータ１５に入力される。

測定結果のデスプレー装置１６けコンピュータの出力側
に接続されて込る。

ノベルのピント調整駆動機［６に位置検出器１７、例え
ば回転ノブに連結ぢれ九変位トランスジューサ又は角度
検出器が接続されている。

この装置１７は装置は標尺上にピント合わせされた時に
ピント調整駆動機構の位置を決定る、ことができるよう
にる、。位置検出器１７の出力信号は別の入力信号とし
てコンピュータ１５に入力される。

コンピュータ１５にはＲＯＭＩ　８が接続されておｆｉ
、ＲＯＭＶＣは標尺上のバーコードに相幽る、参照コー
ドが記憶される。

コンピュータは標尺上のコード偉の位置、従って水準高
さを後で詳細に記載る、方法で検出器群１０によってつ
くられるコード儂とＦｊＯＭｌ　８に記憶された参照コ
ードとの比較によって決定る、実際上のレベリング操作
は標尺２をレベル１の望遠鏡で指示る、こと、及びピン
ト調整駆動機構６によシビント合わせる、ことから成る
。

検出器１７の位置によって入力された望遠鏡のピント位
置からコンピュータは最初にレベル１と標尺２との間の
距離２を決定る、。このために、ＲＯＭ１８はピント位
置の函数として距離ＺＫ関る、相応した校正定数を含む
。

好ましくはＲＯＭ１８に：も記憶された望遠鏡対物レン
ズの焦点距離、及びレベル１と標尺２との間の予め設定
された距離ｚく基いてコンピュータ１５は等式ｍ＝−ψ
によシ儂倍率を計算る、。

標尺２はこの像倍率で検出器群１０上に結儂される。

選ばれ次側としての信号処理装置１１の操作を第４ム図
〜ｔｉＪ４０図に関連して説明る、。

第４ム社参照コードＲ（ｒａｍ、△）のための信号を示
し、この信号はＲＯＭ１８から読出でれかつ理解を容易
にる、ために、検出器群１ｏの平面内に示されかつこの
平面内で個々の検出器ＤｉＯ位置γの函数として示され
て込る。こうしてγは可変であ夛、一方儂倍率ｍはパラ
メータとじて考えられる。△もパラメータであ夛、かつ
第４Ｂ図に対応る、個々の検出器要素りのスタート位置
に対る、コードのスタート位置の相対的関係を示す。

コード表示又は検出器配置の選択は距離△は二つの隣接
し比検出器要素Ｄ１の間の検出器間隔ｈ′よシも常に小
さ−（第４Ｂ図参照）。

位置ｒの函数として、第４Ｂ図は個々の検出器要素ｐ１
（γ）、ｉ−１，２，・・・・Ｎの感度−４１Ｄ（γ）
を示す。

相応して選択された制御プログラムにより、コンピユー
タ１５＃ｉ第４ム図及び第４Ｂ図による検出器感度曲線
Ｄ　（ｒ）の合成され比値に参照コードＲ（γ；ｍ、△
）の値を連続的に掛算しかつ位置ｒＫついてこれを積分
る、。

結果は第４Ｃ間にブロードされた不連続値Ｐ１Ｐ２等（
ｍ、△）によって構成されて込る。

Ｐ、（ｍ、△）’ｗ　ｆ：　Ｒ（ｒａｍ、△）　−ＤＩ
　（ｒ）・ｄｒ感度曲線ＤＩ（γ）はその後適当なコン
ピュータ操作によって検出器間隔ｈｃよって置換えられ
かつＲ（γ：ｍ、△）倍されかつ積分されるＯ第二の不
連続値Ｐ２　（ｍ、△）はこの操作によって得られる。

この処理は完全な参照コードがカバーされるまで繰返さ
れる。結果は第４Ｃ図に図式的に表わされて込る・０プログラム制御された方法で、コンピュータ１５は最終
的に検出器群１０において個々の検出要素ＤｉＫよって
測定された強度Ｑ１と計算され、弁別された参照値Ｐ１
（ｍ＋△）との間の相互相関ＫＬ　（ｍ、△）を次の公
式によって決定る、、この式でＮは使用され之検出器要
素の数である。

こうして計算された相互相関函数の値に基いて、コンピ
ュータは予め決定された相互相関の最大値による置換を
プログラム制御された方法によって行う。パラメータｍ
と△はそれから数学的方法によって変えられ、相互相関
函数Ｋｒａ（ｍ、Δ）の最大値はり、ｍ及び△の函数と
して決定される。

このように計算されたり、ｍ及び△の値から最大の相関
を有る、値群が選択され、そして相応したパラメータか
ら読取位置、即ち本実施例の水準高さが計算される。

レベル１と標尺２との間の距離の最初に行われる決定に
ついては次の式に基いて精度△Ｖｚが得られる。

△Ｚ／Ｚ　−ＯＰＤ　、８−　Ｚ／Ｄ”Ｄｉレベル１の
対物レンズの口径、　ＯＰＤは光学的位相差である。も
しもＯＰＤ≦λ／２かつＤ＝４σｎと仮定すれば、相対
的距離精度△Ｚ／Ｚは２−１００ｍの場合は±１４によ
りよく、Ｚ＝５ｍの場合は±０．７％よりもよい。

記載の使用及びプロセスのために好適にる、ためにバー
コード３は次の条件を充足しなければ々らない。

標尺２の像倍率がレベル１と標尺２の間の距離Ｄｌｌ（
よって検出器群の平面上で変わるので、像倍率ｍはかな
りの変化をうける口例えば距離２を１．５から１００ｍに変える場合に像倍
率の変化は６６．６倍になる。

検出器群１０の個々の要素Ｄ１は相互に限定された間隔
を有る、ので、検出器要素上へのコード要素の投影は検
出器要素の相互間隔ｈ１よすも大きく々ければならず、
そうすれば検出器要素はコードを解像る、ことができる
りこのようにして、通信工学から導かれるナイキスト理
論に基いて、コード要素Ｇ１の投影は検出器要素の相互
間距離ｈｌの少なくとも２倍であるべきである。

この条件は標尺２のために選択されたコード格子５の大
きさをＧ≧２ｈ’ｍとる、、この際ｍは検出器群１０の
平面内の標尺の最大測定距離ＺＫ対る、像倍率である。

レペｙ１と標尺２との間の距離２が短い場合、望遠鏡へ
の実用可能な検出器、要素の数の減少の九めに視野は検
出器群１０の視野に二、三の格子要素Ｇ　Ｌかない程狭
くなる。格子要素のこの数はコード情報の明確な特定従
ってコード担体の明白かつ正確か読取りは不充分である
程小さい。この問題を解決る、ためにそのような場合に
、本発明の実施例においてレベル１にズームレンズ又は
拡大変換器のような可変焦点距離の光学系が使用される
。視野の走査装置はこの目的に適合る、。前述の問題の
他の解決法は精密格子系によって、明縞又は暗縞のいず
れか又は両方をコードの格子要素を細分化る、ことであ
り、その結果より細か込コードが形成される。

この細コードは犬き一距離２に対しては検出器群１０に
よって読取ることができず、代わ夛にグレーバリューと
して判断される。短Ａ距離２の場合、細コードは視野が
制限されてＡる場合における検出器群上の位置の決定に
役立つ。コード格子は組込コードとに適切であることが
実証され、粗ブードは実際の最大測定距離２に対る、コ
ード担体上の線間隔の儂の大きさの略１．５倍である＠コード担体は走査装置によって決定きれることができる
任意の形を有る、ことができる、例えばコード担体は円
形でもあシうる。

このことはコード担体に接続された成分の角度位置を自
動的にかつ非常に正確に走査る、ことを可能にる、。必
要な計算操作は、コード担体とリーダとの間の距離が確
定しているならば、像倍率ｍは光学系に関して確定した
量とみなされることができるように簡単化される。

好適な実施例に記載された相互相関の平面においてコン
ピュータで行われる比較操作は任意の積分比較操作から
成ることができる。コードパターンが結像される検出器
要素の多く又は殆んどが参照コードとの比較のために使
用される。

本発明を以上詳しく説明したが、この詳細な記載は単な
る例であって、保護範囲は本発明の精神及び特許請求の
範囲によってのみ限定されるものである。

位置信号から標尺２上にレベルと関連して上記のように
発せられる信号の代りに特定の位置と関係づけられ九角
度位置の直接測定のための同一信号を使用る、こともで
きる。例えば標尺２は特定の位置において距離計部分に
接続されるか、関連したコードパターンがそのような部
分に直接固定されてもよ−。

この部分がコードパターン軸線と平行の方向に運動る、
場合には、前の位置又は前に特定された基準に対る、前
記の部分の変位に相当る、角度を直接計算る、ことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は離して配置された標尺及び標尺棒に沿って設け
られたバーコードの詳細、第２図は第１図のレベルの断面図、第３図は第１図のレ
ペ々に接続され之評価及び表示装置のブロック図、そし
て第４図は本発明の詳細な説明に有用な信号タイヤグラ
ムＡ、Ｂ及びＣを示すＯ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第一部分と第二部分との間の相対的位置を決定す
るための測定装置であって、第一部分と第二部分とが相互に運動可能であり、第一部分はコード担体、このコード担体上に配設された
一次元コードパターンとを有し、第二部分はコードパタ
ーンを遠隔的に読取るための光学的手段、コードパター
ンの像を信号に変換するためのコードリーダ、この信号
を受けるためのコンピュータ、を有し、コンピュータは
前記コードパターンに相応した情報を記憶するための手
段を有し、そしてコンピュータは相対的位置の測定のた
めに記憶された情報の相応する部分と前記信号を比較す
るための手段を有することを特徴とする測定装置。
（２）両部分は並進運動又は回転運動によって相互に運
動可能であり、そしてコード担体上に一次元コードを配
列するための手段を有する、特許請求の範囲第１項記載
の測定装置。
（３）第二部分は第一部分と第二部分との間の水平距離
を決定するための手段、第一部分と第二部分との間の垂
直距離を決定するためのコードパターンを読取る手段と
、測定された水平距離に依存して前記コードパターン信
号を修正する手段とを含む、特許請求の範囲第１項記載
の測定装置。
（４）コンピュータはコードリーダからの信号をデジタ
ル化し、並びに前記信号と記憶された参照コードとの間
の積分値比較を行うように構成されている、特許請求の
範囲第１項記載の測定装置。
（５）コンピュータは信号と記憶された情報との間の相
互相関の比較を行う、特許請求の範囲第１項記載の測定
装置。
（６）コードリーダは結像平面に配置された検出器群を
含む、特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
（７）コードリーダは時間おくれ走査のための手段に接
続されている、特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
（８）コンピュータは記憶された情報を検出器群の感度
によって修正するようにされており、そしてコンピュー
タは前記信号とこの操作から得られた信号を比較するた
めの比較器を有する、特許請求の範囲第６項記載の測定
装置。
（９）コードパターンは少なくとも一つの粗コードと少
なくとも一つの細コードとから成る、特許請求の範囲第
１項記載の測定装置。
（１０）光学系は望遠鏡を有し、望遠鏡は位置検出手段
に接続されたピント調整駆動機構と、コンピュータに前
記位置検出手段の出力を入力する手段とを有する、特許
請求の範囲第１項記載の測定装置。
（１１）コードパターンが少なくとも一つの粗コードと
、少なくとも一つの細コードとから成り、それによって
装置が粗コードを使って比較的長い距離を測定し、細コ
ードを使って比較的短い距離を測定するように使用され
ることができる、特許請求の範囲第１項記載の測定装置
。
（１２）コードパターンはデジタル化の後、デコードの
ために必要な準推計学的特性を保持するように選択され
ている、特許請求の範囲第１１項記載の測定装置。
（１３）第二部分がレベルから成り、第一部分は標尺か
ら成る、特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
（１４）装置が距離計として使用される、特許請求の範
囲第１項記載の測定装置。
（１５）装置がクリノメータとして使用される、特許請
求の範囲第１項記載の測定装置。
（１６）第一部分と第二部分との間の相対的位置を測定
する方法にして、第一部分と第二部分とは相対的に運動可能である方法に
おいて、第一部分上にコード担体を備えること、コード担体上に
一次元コードパターンを配列すること、第二部分で光学系を使用してコードパターンを遠隔的に
読取ること、コードバーパタンの像を信号に変換するコ
ードリーダを使用すること、前記信号を受けるためにコンピュータを使用すること、コンピュータにコードパターンに相応した信号を記憶さ
せること及び相対的位置を決定するため、前記記憶された情報の相応部分と前記信号を比較するた
めに前記コンピュータを使用することを特徴とする相対
的位置の測定方法。
（１７）記憶された情報の像倍率がコード担体とコード
リーダとの間の距離測定から導き出され、かつ計算プロ
セスに入力される、特許請求の範囲第１６項記載の方法
。
（１８）参照コードの像倍率と第二部分における検出器
要素に対する相対的位置とを変えることによってコンピ
ュータプログラムで制御された最適化計算を使用して、
相互相関函数の最大値を決定する、特許請求の範囲第１
６項記載の方法。
（１９）コード担体とコードリーダとの間の粗距離測定
が行われ、最適化の目的のために記憶された情報に相応
する参照コードを発生させるため最初の像倍率が計算さ
れる、特許請求の範囲第１６項記載の方法。
（２０）両部分は並進又は回転によって相互に運動可能
であり、相応して一次元コードが配設される、特許請求
の範囲第１６項記載の方法。
（２１）第一部分と第二部分の間の水平距離を決定し、
第一部分と第二部分との間の垂直距離を決定するために
コードパターンを読取り、そして所定の水平距離に依存
してコードパターン信号を修正する、特許請求の範囲第
１６項記載の方法。
（２２）コードパターン読取りが時間遅れ走査によって
行われる、特許請求の範囲第１６項記載の方法。
（２３）コードリーダは像平面に配列された検出器群を
有し、記憶された情報を検出器群の感度によって修正し、そし
てこの操作から得られた信号をコンピュータ内の前記信
号と比較する、特許請求の範囲第１６項記載の方法。
（２４）コードリーダが像平面に配列された検出器群を
有し、参照コードをコンピュータ内において、必要に応じて、
検出器間隔の分数によって置換える、特許請求の範囲第
１６項記載の方法。
（２５）少なくとも両部分の一つが光学系から成り、光
学系は望遠鏡から成り、望遠鏡は位置検出手段に接続さ
れたピント調整駆動機構と、コンピュータに前記位置検
出手段の出力を入力する手段とから成る、特許請求の範
囲第１６項記載の方法。
（２６）両部分の少なくとも一つは光学系、コードパタ
ーンに少なくとも一つの粗コードと少なくとも一つの細
コードとを設けること、粗コードを使って比較的長い距
離を測定し、そして細コードを使って比較的短い距離を
測定することから成る、特許請求の範囲第１６項記載の
方法。
（２７）粗コードと細コードをデジタル化した後尚細コ
ードパターンと粗コードパターンがデコードに必要な準
推計学的特性を保持するように設定する、特許請求の範
囲第２６項記載の方法。
（２８）両部分の少なくとも一つが光学系を有し、かつ
光学系を有する少なくとも一つの部分を距離計として使
用する、特許請求の範囲第１６項記載の方法。
（２９）両部分の少なくとも一つが光学系を有し、かつ
光学系を有する少なくとも一つの部分をクリノメータと
して使用する、特許請求の範囲第１６項記載の方法。