DE69533468T2

DE69533468T2 - Inkrementaler Geber

Info

Publication number: DE69533468T2
Application number: DE69533468T
Authority: DE
Inventors: Fumio Ohtomo; Kunihiro Hayashi; Kazuki Osaragi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: EP0718599B1; JPH08178700A; EP0718599A1; CN1131847A; DE69533468T3; EP0718599B2; DE69533468D1; CN1117966C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen inkrementellen Codierer gemäß Anspruch 1.
Codierer sind im großen Umfang zum elektrischen Messen von Entfernungen entwickelt und benutzt worden. Optische Codierer und magnetische Codierer sind in der Grundkonfiguration ganz analog.
Rotierende Codierer wurden überwiegend für die elektrische Messung von Winkeln benutzt. Optische Codierer, insbesondere, verkörpern fortgeschrittene optische Techniken, sind zur Messung mit hoher Genauigkeit und hoher Auflösung fähig, besitzen eine hohe Auflösungsleistung und sind unempfindlich gegenüber Störungen, wie externem Magnetismus und besitzen eine lange Lebensdauer auf Grund ihres berührungsfreien Messbetriebs.
Optische Codierer mit derart äquivalenten Eigenschaften werden z.B. in Vermessungsinstrumenten zum Messen von Winkeln verwendet.
Optische Codierer, die in gängigen Vermessungsinstrumenten eingesetzt werden, werden in diejenigen des absoluten Systems, d.h. absolute optische Codierer, und diejenigen des inkrementellen Systems, d.h. inkrementelle optische Codierer, klassifiziert.
In einem absoluten optischen Codierer sind Winkel und Positionen auf einem Umkreis in 1-zu-1 Beziehung, und Positionen auf einem Umkreis werden als absolute Adressen registriert. Daher kann Positionsinformation über jede Position erhalten werden. Jedoch besitzt ein absoluter optischer Codierer eine komplexe Konstruktion und es ist sehr schwer, einen absoluten optischen Codierer in einer kompakten, leichten Konstruktion zu konstruieren, um den absoluten optischen Codierer in ein Vermessungsinstrument einzubauen.
Wie in 6 gezeigt umfasst ein inkrementeller optischer Codierer einen Rotor 9100, der mit einer Hauptskala 9110, einem Stator 9200 mit einer Unterskala 9210, und einem Erfassungsmittel 9300 ausgestattet ist, zwischen dessen Bestandteilen der Rotor 9100 und der Stator 9200 angeordnet sind. Die Hauptskala 9110, die auf dem Rotor 9100 gebildet ist, hat Teilstriche, die in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, z.B., Winkelabständen von 80 Sekunden, am Rand des Rotors 9100 in einem unterbrochenen Muster. Die Unterskala 9210, die auf dem Stator 9200 gebildet ist, besitzt Teilstriche, die in Winkelabständen angeordnet sind, gleich denen der Hauptskala 9110 in einem unterbrochenen Muster.
Das Erfassungsmittel 9300 umfasst eine LED 9310, eine Kollimatorlinse 9320 und einen Fotosensor 9330. Die LED 9310 und der Fotosensor 9330 werden mit dem Rotor 9100 und dem Stator 9200 zwischen ihnen angeordnet. Wenn der Rotor 9100 rotiert, wird das durch die LED 9310 emittierte Licht unterbrochen, jedes Mal, wenn der Rotor 9100 sich um einen Winkel dreht, der einem Abstand der Hauptskala 9110 entspricht, und der Fotosensor 9330 stellt ein elektrisches Signal bereit, das die Unterbrechung des Lichts anzeigt. Die durch den Fotosensor 9330 bereitgestellten elektrischen Signale werden gezählt, um den Winkel zu erfassen, um den sich der Rotor 9100 gedreht hat.
Der inkrementelle optische Codierer ist imstande, das Zählen der Ausgangssignale des Fotosensors 9330 von jeder Position des Rotors 9100 zu beginnen und den Drehwinkel des Rotors 9100 von der Position zu messen, an der das Zählen der Ausgabesignale des Fotosensors 9330 begonnen hat.
Ein Vermessungsinstrument, das einen inkrementellen optischen Codierer verwendet, wird unter Bezugnahme auf 7(a) und 7(b) beschrieben. Ein Vermessungsinstrument 10000 umfasst eine Basiseinheit 8100, eine Standardeinheit 8200, die in einer horizontalen Ebene drehbar auf der Basis 8100 montiert ist, ein Zielfernrohr 8300, das auf der Standardeinheit 8200 zum Drehen in einer vertikalen Ebene unterstützt ist, einen ersten Detektor 8400 zum Erfassen des horizontalen Winkels der Standardeinheit 8200 und einen zweiten Detektor 8500 zum Erfassen des Erhebungswinkels der Sichtlinie des Teleskops 8300.
Die Basiseinheit 8100 ist mit einem Nivellierteller 8150 verbunden, der fest auf einem Dreibein oder ähnlichem mittels Nivellierschrauben 8160 zu montieren ist. Das Niveau des Vermessungsinstruments 10000 kann durch Drehen der Nivellierschrauben 8160 eingestellt werden. Die Basiseinheit 8100 ist mit einem unteren Einstellknopf 8120 und einem unteren Feststellknopf 8130 versehen, um die Basiseinheit 8100 einzustellen und festzustellen. Die Standardeinheit 8200 ist mit einem oberen Einstellknopf 8220 und einem oberen Feststellknopf 8230 versehen, um die Standardeinheit 8200 einzustellen und festzustellen. Das Zielfernrohr 8300 ist mit einem Erhöhungseinstellknopf 8320 und einem Erhöhungsfeststellknopf 8330 versehen, um den Erhöhungswinkel in der Zielrichtung des Zielfernrohrs 8300 einzustellen und das Zielfernrohr 8300 in der eingestellten Zielrichtung festzustellen.
Ein optischer Codierer, der in dem zweiten Detektor 8500 beinhaltet ist, erfasst den Erhöhungswinkel der Zielrichtung des Zielfernrohrs 8300 im Verhältnis zu, z.B., dem Zenit. Der optische Codierer des zweiten Detektors 8500 ist mit einem Index zur Erfassung des Nullpunkts versehen, um einen Winkel von einem Referenzpunkt zu bestimmen. Die Signale werden unter Benutzung eines Index als Referenzpunkt oder als Nullpunkt gezählt, um einen Winkel zu messen. Ein optischer Codierer, der in dem ersten Detektor 8400 beinhaltet ist, zum Messen des horizontalen Winkels der Standardeinheit 8200 hat keine besondere Referenz richtung und benötigt daher keinen Referenzpunkt. Daher ist der optische Codierer ein gewöhnlicher, der mit keinem Index versehen ist.
Der inkrementelle optische Codierer, der mit einem Index versehen ist, des zweiten Detektors 8500, wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Der inkrementelle optische Codierer des zweiten Detektors 8500 umfasst einen Rotor 8510, einen Stator 8520 und einen optischen Detektor 8530, umfassend Komponenten, die mit dem Rotor 8510 und dem Stator 8520 dazwischen angeordnet sind. Der Rotor 8510 wird an seinem Rand mit einer Hauptskala 8511 versehen, welche Teilstriche besitzt, die in gleichen Winkelabständen gebildet werden, und einem Nullpunkterfassungsindex 8512. Der Stator 8520 ist mit einer ersten Unterskala 8521 zur Benutzung in Kombination mit der Hauptskala 8511 versehen, und einer zweiten Unterskala 8520 zur Benutzung in Kombination mit dem Nullpunkterfassungsindex 8512. Der optische Detektor 8530 umfasst eine Indexerfassungseinheit und eine Hauptskalaerfassungseinheit. Die Indexerfassungseinheit umfasst eine erste lichtemittierende Vorrichtung 8531, eine erste Kollimatorlinse 8532 und einen ersten Fotosensor 8533 und ist imstande, den Nullpunkterfassungsindex 8512 des Rotors 8510 zu erfassen. Die Hauptskalenerfassungseinheit umfasst eine zweite lichtemittierende Vorrichtung 8536, eine zweite Kollimatorlinse 8536 und einen zweiten Fotosensor 8537. Die Hauptskalenerfassungseinheit erfasst Lichtimpulse, die durch ein unterbrochenes Muster der Hauptskala 8511 des Rotors 8510 erzeugt werden, der zweite Fotosensor 8537 wandelt die Lichtimpulse in entsprechende elektrische Signale um. Die elektrischen Signale werden gezählt, um einen Winkel von einem Nullpunkterfassungspunkt zu bestimmen.
Ein Verfahren des so konstruierten herkömmlichen Vermessungsinstruments 10000 wird beschrieben werden. Der Nivellierteller 8150 des Vermessungsinstruments 10000 wird auf einem Dreibein montiert und der Nivellierteller 8150 wird nivelliert durch Drehen der Nivellierschrauben 8160. Dann wird ein Hauptschalter geschlossen und das Zielfernrohr 8300 wird um eine vollständige Drehung gedreht, um die Vorbereitungen zu vervollständigen. Wenn das Zielfernrohr 8300 gedreht wird, wird der Rotor 8510 des zweiten Detektors 8500 gedreht, setzt der Nullerfassungsindex 8512 einen Nullpunkt, um einen Winkel von dem Nullpunkt zu messen.
Dieses herkömmliche Vermessungsinstrument 10000 benötigt eine volle Drehung des Zielfernrohrs 8300, das mit dem zweiten Detektor 8500 einschließlich des inkrementellen optischen Codierers, der mit dem Index versehen ist; d.h., der Nullerfassungsindex 8512 des Rotors 8510 muss durch die Indexerfassungseinheit des optischen Detektors 8530 durch Drehen des Zielfernrohrs 8300 um eine volle Drehung erfasst werden. Das Zielfernrohr 8300 muss um eine volle Drehung gedreht werden, weil der Index 8512, im Allgemeinen, von außen nicht sichtbar ist. Wenn das Zielfernrohr 8300 schnell gedreht wird, ist die Indexerfassungseinheit des optischen Detektors 8530 nicht imstande, den Nullerfassungsindex 8512 des Rotors 8510 zu erfassen und daher kann keine Messung vorgenommen werden. Dementsprechend muss das Zielfernrohr 8300 mit einer angemessenen Drehgeschwindigkeit unterhalb einer bestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht werden, wobei die angemessene Drehgeschwindigkeit unvermeidbar von der Intuition des Benutzers abhängt, was sehr störend ist.
EP-A-O 268 558 offenbart einen inkrementellen Codierer, der einen Rotor umfasst, der mit einer Hauptskala und zwei Unterskalen ausgestattet ist, sowie mit Erfassungsmitteln mit einer Lichtquelle, mit einem optischen System und einer lichtempfangenden Einheit. Die Indexabstände jeder Skala werden als konstant beschrieben.
WO 92/04599 offenbart einen inkrementellen Codierer zum Messen von Längen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen inkrementellen Codierer bereitzustellen, der eine Vielzahl von Indices besitzt und imstande ist, einen Referenzpunkt oder einen Nullpunkt zu erfassen, ohne den Rotor eine volle Drehung zu drehen. Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren bereitzustellen, zum Bestimmen eines Referenzpunktes durch Benutzung eines inkrementellen Codierers. Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben durch einen inkrementellen Codierer mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein inkrementeller Codierer bereitgestellt, der umfasst: einen Rotor, der mit einer Hauptskala versehen ist, einen Stator, der mit einer ersten Unterskala versehen ist, und ein Erfassungsmittel, das eine Lichtquelleneinheit, ein optisches System und eine lichtempfangende Einheit umfasst, zwischen denen der Rotor und der Stator angeordnet sind; der Rotor ist mit einer Vielzahl von Indices zum Erfassen eines Referenzpunktes versehen, wobei der Stator mit einer zweiten Unterskala zur Benutzung in Kombination mit den Indices versehen ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein inkrementeller Codierer bereitgestellt, indem die Erfassungsmittel einen spezifischen Index I, erfassen, die Teilstriche der Hauptskala gezählt werden, bis das Erfassungsmittel den nächsten Index I₂ erfasst, ein gesetzter Referenzpunkt durch Berechnung auf der Basis der gezählten Anzahl der Teilstriche der Hauptskala bestimmt wird, der Winkel oder der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Position des Index I₂ bestimmt wird, der Winkel oder der Abstand zwischen dem Index I₂ und einer optionalen Position auf der Basis der korrespondierenden Anzahl von Teilstrichen der Hauptskala bestimmt wird, und der Winkel oder der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der optionalen Position durch Addieren des Winkels oder des Abstandes zwischen dem Referenzpunkt und der Position des Index I₁ zu dem Winkel oder der Abstand zwischen dem Index I₂ und der optionalen Position bestimmt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines inkrementellen Codierers 1000 in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht eines Rotors 100, der in dem inkerementellen Codierer 1000 beinhaltet ist;
3(a) ist ein Hilfsdiagramm, um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erklären;
3(b) ist ein Hilfsblockdiagramm, um die elektrische Konfiguration des inkrementellen Codierers 1000 der 1 zu erklären;
4 ist ein Flussdiagramm, um den Betrieb des inkrementellen Codierers 1000 aus 1 zu erklären;
5 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Schaltkreises, der in dem inkrementellen Codierer 1000 aus 1 enthalten ist; und
6, 7(a), 7(b) ,8 sind Ansichten zur Erklärung eines konventionellen Vermessungsinstruments.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf 1 umfasst ein inkrementeller Codierer 1000 in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rotor 100, einen Stator 200 und einen optischen Detektor 300, welcher Bestandteile besitzt, zwischen denen der Rotor 100 und der Stator 200 angeordnet sind.
Der Rotor 100 wird an seinem Rand mit einer Hauptskala 110 versehen, die Teilstriche besitzt, die bei gleichen Winkelabständen gebildet werden, und eine Vielzahl von Nullerfassungsindices 120. Der Stator 200 ist mit einer ersten Unterskala 210 zur Benutzung in Kombination mit der Hauptskala 110 versehen, und einer zweiten Unterskala 220 zur Benutzung in Kombination mit den Nullerfassungsindices 120. Der optische Detektor 300, d.h., ein Erfassungsmittel, umfasst eine Indexerfassungseinheit 310 und eine Hauptskalaerfassungseinheit 320. Die Indexerfassungseinheit 310, die imstande ist, die Nullerfassungsindices 120 zu erfassen, umfasst eine erste lichtemittierende Vorrichtung 311, eine erste Kollimatorlinse 312 und einen ersten Fotosensor 313. Die Hauptskalenerfassungseinheit 320 umfasst eine zweite lichtemittierende Vorrichtung 321, eine zweite Kollimatorlinse 322 und einen zweiten Fotosensor 323. Die Hauptskalenerfassungseinheit 320 erfasst Lichtimpulse, die durch das unterbrochene Muster der Hauptskala 110 erzeugt werden und der zweite Fotosensor 323 wandelt die Lichtimpulse in entsprechende elektrische Signale um. Die elektrischen Signale, die durch den zweiten Fotosensor 323 bereitgestellt werden, werden gezählt, um einen Winkel von einem Nullerfassungspunkt zu erfassen. Die erste lichtemittierende Vorrichtung 311 und die zweite lichtemittierende Vorrichtung 321 können lichtemittierende Vorrichtungen von jedem Typ sein, wie etwa LEDs. Der erste Fotosensor 313 und der zweite Fotosensor 323 können Fotosensoren von jedem Typ sein, vorausgesetzt, dass die Fotosensoren zur fotoelektrischen Wandlung fähig sind.
Die Hauptskala 110 und die Nullerfassungsindices 120 des Rotors 100 werden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Hauptskala 110 ist ein unterbrochenes Muster von Teilstrichen, die bei gleichen Winkelabständen am Rand des Rotors 100 gebildet werden. Die Nullerfassungsindices werden am Rand des Rotors 100 bei verschiedenen Winkelabständen gebildet, so dass die Anzahl der Teilstriche der Hauptskala 110, welche den Abständen zwischen den benachbarten Indices 120 entsprechen, verschieden voneinander sind.
Angenommen, dass die Indices I₁, I₂,... und I_N gebildet werden und dass die Position des Index I_N ausgedrückt wird durch:
sDann sind die entsprechenden Positionen der Indices I₁ und I₂ 3°8'0" und 6° 18'40".
Diese verschiedenen Abstände zwischen den so angeordneten Nullerfassungsindices 120 vergrößern sich in einer bestimmten Richtung.
Bezug nehmend auf 3(a), angenommen dass K₁ die Anzahl der Teilstriche der Hauptskala 110 zwischen der Position Index I₁ und einer optionalen Position ist und K₂ die Anzahl der Teilstriche der Hauptskala 110 zwischen der Position des Index I₂ und dem gleichen optionalen Punkt ist. Dann wird die Zahl K₁ von der Zahl K₂ subtrahiert; K_X = |K₂ – K₁|, wobei K_X die Anzahl der Teilstriche zwischen den entsprechenden Positionen der Indices I₁ und I₂ ist. Da sich die verschiedenen Abstände zwischen den Indices 120 in der spezifischen Richtung vergrößern, kann der Abstand L₀ zwischen einem Referenzpunkt (Nullpunkt) und der Position des Index I₂ durch Benutzung der Zahl K_X bestimmt werden; d.h., die Zahl K_X und der Abstand zwischen dem Referenzpunkt (Nullpunkt) und dem Index 120 sind in Eins-Zu-Eins Entsprechung. Der Abstand L₁ zwischen der Position des Index I₂ und der optionalen Position kann von der Zahl K₂ geschlossen werden. Der Abstand zwischen dem Referenzpunkt (Nullpunkt) und der optionalen Position ist I₀ + L₁, d.h., die Summe des Abstands L₀ zwischen dem Referenzpunkt (Nullpunkt) und der Position des Index I₂ und dem Abstand L₁ zwischen der Position des Index I₂ und der optionalen Position.
Daher ist die folgende Erfindung auf einen rotierenden Codierer zum Erfassen eines Winkels durch Anordnen der Indices auf einem Kreis anwendbar.
In dieser Beschreibung wird der spezifische Index I₁ willkürlich festgelegt und der nächste Index I₂ kann ein Index unmittelbar nach dem Index I₁ oder ein Index mehrere Abstände hinter dem Index I₁ sein. Entsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung das Messen einer Distanz oder eines Winkels von jeder Position.
Bezug nehmend auf 3(b) besitzt der inkrementelle Codierer 1000 die Indexerfassungseinheit 310, die Hauptskalenerfassungseinheit 320, einen Controller 400, einen ersten Zähler 510 und einen zweiten Zähler 520.
Der Betrieb des inkrementellen Codierers 1000 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der inkrementelle Codierer 1000 ist mit einer Stromversorgung verbunden, um die Winkelmessung in Schritt S1 zu beginnen, der erste Zähler 510 wird in Schritt S2 zurück gesetzt und dann der Rotor 100 in Schritt S3 gedreht. In Schritt S4 wird abgefragt, um zu sehen, ob die Indexerfassungseinheit 110 den ersten Index I₁ erfasst hat. Schritt SS wird ausgeführt, wenn die Antwort in Schritt S4 bestätigend ist, d.h., wenn der erste Index I₁ erfasst wurde, oder Schritt S4 wird wiederholt, wenn die Antwort in Schritt S4 negativ ist, d.h., wenn der erste Index I₁ nicht erfasst wurde. In Schritt SS beginnt der erste Zähler 510 Impulssignale zu zählen, welche durch die Hauptskalenerfassungseinheit 320 erzeugt wurden und Lichtimpulse repräsentieren, die durch das unterbrochene Muster produziert werden und der zweite Zähler 520 wird in Schritt S6 zurück gesetzt.
In Schritt S7 wird geprüft, ob die Indexerfassungseinheit 310 den zweiten Index I₂ erfasst hat. Schritt S8 wird ausgeführt, wenn die Antwort in Schritt S7 bestätigend ist, d.h., wenn der zweite I₂ erfasst wurde, oder der Schritt S7 wird wiederholt, wenn die Antwort in Schritt S7 negativ ist, d.h., wenn der zweite Index I₂ nicht erfasst wurde. In Schritt S8 beginnt der zweite Zähler 520 Impulssignale zu zählen, die durch die Hauptskalenerfassungseinheit 320 bereitgestellt werden und nicht Impulse repräsentieren, die durch das unterbrochene Muster erzeugt wurden und die Zähloperation des zweiten Zählers 520 wird bis zu einer optionalen Funktion fortgesetzt.
In Schritt S9 berechnet der Controller 400 den Unterschied zwischen den jeweiligen Zählungen des ersten Zählers 510 und des zweiten Zählers 520, um einen Winkel zwischen dem Nullpunkt und der Position des Index I₂ zu berechnen oder ab zu rufen, entsprechend der berechneten Differenz zwischen den Zählungen.
Der Controller 400 berechnet einen Winkel zwischen der Position des Index I₂ und einer optionale Position auf der Basis der Zählung, welche die Position des Index I₂ anzeigt. Der Winkel zwischen dem Nullpunkt und dem optionalen Punkt kann durch Addieren des Winkels zwischen der Position des Index I₂ und der optionalen Position, und des Winkel zwischen dem Nullpunkt und der Position des Index I₂ bestimmt werden. Der erste Zähler 510 und der zweite Zähler 520 können nach Verbindung des inkrementellen Codierers 1000 an die Stromversorgung zurück gesetzt werden.
Die elektrische Konfiguration eines elektronischen Schaltkreises, der in dem inkrementellen Codierer 1000 beinhaltet ist, wird unter Bezugnahme auf 5 mittels eines Beispiels beschrieben. Der elektronische Schaltkreis weist einen Hauptskalenerfassungssignalverstärker 601, einen A/D-Wandler 602, einen Rechteckpulsgenerator 603, einen Richtungserkennungsschaltkreis 604, einen ersten Hoch-Runter-Zähler 605, einen Indexerfassungssignalverstärker 606, einen Wellenform-Formungsschaltkreis 607, einen zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 und eine CPU 609 auf.
Der Hauptskalenerfassungssignalverstärker 601 verstärkt elektrische Signale, die durch den zweiten Fotosensor 323 bereitgestellt werden. Der A/D-Wandler 602 wandelt die Ausgabesignale des Hauptskalenerfassungssignalverstärkers 601 in entsprechende digitale Signale und übergibt dieselben an die CPU 609. Der erste Zähler 605 entspricht dem ersten Zähler 510 und der zweiten Zähler 608 entspricht dem zweiten Zähler 520. Der richtungidentifizierende Schaltkreis 605 identifiziert die Richtungen der Rotation oder die Richtung der Erhöhung oder Erniedrigung. Der Indexerfassungssignalverstärker 606 verstärkt elektrische Signale, die durch den ersten Fotosensor 313 bereitgestellt werden.
Das Ausgangssignal des Hauptskalenerfassungssignalsverstärkers 601 wird an den A/D-Wandler 602 und den Rechteckpulsgenerator 603 übergeben. Das Ausgangssignal des Hauptskalenerfassungssignalsverstärkers 601 wird an den A/D- Wandler 602 als ein Signal zur Interpolation und an den Rechteckpulsgenerator 603 als ein Zählsignal gegeben. Der Rechteckpulsgenerator 603 erzeugt ein Zählsignal von Rechteckpulsen, der Richtungserkennungsschaltkreis 604 erkennt die Rotationsrichtung oder die Richtung der Erhöhung oder Erniedrigung und das Ausgangssignal des Richtungserkennungsschaltkreises 604 wird an den ersten Hoch-Runter-Zähler 605 und den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 gegeben. Das digitale Ausgangssignal zur Interpolation, das durch den A/D-Wandler 602 bereitgestellt wird, wird als Interpolationsdaten an die CPU 609 gegeben.
Die Wellenform des Ausgangssignals des Indexerfassungssignalverstärkers 606 wird durch den Wellenform-Formungsschaltkreis 607 geformt und das Ausgangssignal des Wellenform-Formungsschaltkreises 607 wird als Startsignal an den ersten Hoch-Runter-Zähler 605 und den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 gegeben. Das Startsignal wird an den ersten Hoch-Runter-Zähler 605 nur dann gegeben, wenn ein Kontrollsignal, dass durch die CPU 609 bereitgestellt wird, AN ist.
Ähnlich wird das Startsignal an den zweiten Zähler 608 nur dann gegeben, wenn das Kontrollsignal, das durch die CPU 609 bereitgestellt wird, AN ist. Wenn das Startsignal an den ersten Hoch-Runter-Zähler 605 und den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 gegeben wird, mit dem Kontrollsignal, das durch die CPU 609 bereitgestellt wird, beginnen die Hoch-Runter-Zähler 605 und 608 ihre Zähloperation.
Der erste Hoch-Runter-Zähler 605 wird bei Verbindung des inkrementellen Codierers 1000 mit der Stromversorgung zurück gesetzt und der erste Zähler 605 beginnt die Zähloperation, wenn das erste Startsignal hierzu mit dem Steuersignal N gegeben wird, das durch die CPU 609 bereitgestellt wird. Wenn ein Zählbeginnsignal an die CPU 609 gegeben wird, geht das an den ersten Hoch-Runter-Zähler 605 gegebene Steuersignal auf AUS und das Steuersignal, das an den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 gegeben wird, geht auf AN. Wenn der nächsten Index erfasst wird, wird ein Startsignal an den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 gegeben, um den zweiten Hoch-Runter-Zähler 608 dazu zu veranlassen, die Zähloperation zu beginnen.
Dieser elektronische Schaltkreis ist fähig, die in 4 gezeigte Operation auszuführen. Der Rest der Techniken und ihrer Anwendungen in Vermessungsinstrumenten sind die gleichen wie die konventionellen Techniken und daher wird die Beschreibung derselben ausgelassen.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist der Rotor mit einer Hauptskala ausgestattet, der Stator mit der ersten Unterskala ausgestattet, und die Lichtquelleneinheit, das optische System und die lichtempfangende Einheit der Erfassungsmittel sind mit dem Rotor und dem Stator zwischen sich angeordnet, die Indices zum Erfassen der Referenzposition werden auf dem Rotor gebildet, und die zweite Unterskala zum Indizieren wird auf dem Stator gebildet. Daher muss der Rotor nicht in voller Drehung zur Erfassung des Nullpunkts gedreht werden, und der Nullpunkt kann durch Drehen des Rotors über einen schmalen Winkel erfasst werden, um die Winkelmessung zu beginnen.
Die Indices werden bei verschiedenen Abständen gebildet. Die Indices werden bei verschiedenen Abständen, die sich in einer bestimmten Richtung vergrößern, gebildet.
Das Erfassungsmittel erfasst den spezifischen Index I₁ und zählt die Teilstriche der Hauptskala bis der nächste Index I₂ erfasst wird, der Referenzpunkt wird durch Berechnung auf der Basis der gezählten Anzahl der Teilstriche der Hauptskala bestimmt und der Winkel und der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Position des Index I₂ kann bestimmt werden.
Das Erfassungsmittel erfasst den spezifischen Index I₁ und zählt die Teilstriche der Hauptskala bis der nächste Index I₂ erfasst wird, und der Referenzpunkt wird bestimmt durch Berechnung auf der Basis der gezählten Anzahl von Teilstrichen der Hauptskala, der Winkel oder der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der Position des Index I₂ wird bestimmt, der Winkel oder der Abstand zwischen der Position des Index I₂ und einer optionalen Position wird bestimmt auf der Basis der entsprechenden Anzahl von Teilstrichen der Hauptskala und der Winkel oder der Abstand zwischen dem Referenzpunkt und der optionalen Position kann durch Addieren des Winkels oder des Abstandes zwischen dem Referenzpunkt und dem Index I₂ zu dem Winkel oder dem Abstand zwischen der Position des Index I₂ und dem optionalen Punkt bestimmt werden.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch auf magnetische Codierer und rotierende Codierer anwendbar.
Selbst wenn das Zielfernrohr des Vermessungsinstruments, das die vorliegende Erfindung beinhaltet, schnell gedreht wird und Fehler bei der Winkelbestimmung vorkommen, kann die Winkelbestimmung leicht durch Schwenken des Zielfernrohrs über einen kleine Winkel in einer vertikalen Ebene wiederholt werden.
Der inkrementelle Codierer der vorliegenden Erfindung ist von geringer Größe und zu hoher Leistung imstande, und zum Vermeiden der Verschlechterung der Genauigkeit, selbst wenn der inkrementelle Codierer abrupt gehandhabt wird.

Claims

Rotierender Kodierer, umfassend einen Rotor (100), ausgestattet mit einer Hauptskala (110), die Teilstriche und eine Vielzahl von Indizes (120) zum Erfassen eines Referenzpunktes umfasst, wobei die Indizes in Abständen von verschiedenen Anzahlen von Teilstrichen angeordnet sind, wobei die Abstände in einer bestimmten Richtung zunehmen; einen Stator (200), ausgestattet mit einer ersten Unterskala (210) und mit einer zweiten Unterskala (220) zur Benutzung in Kombination mit den Indizes (120); und ein Erfassungsmittel (300), umfassend eine Lichtquelleneinheit (311; 321), ein optisches System (312; 322) und eine lichtempfangende Einheit (313; 323), wobei der Rotor (100) und der Stator (200) zwischen der Lichtquelleneinheit (311, 321) und der lichtempfangenden Einheit (313, 323) angeordnet sind, wobei das Erfassungsmittel (300) einen bestimmten Index (I₁) erfasst, die Teilstriche der Hauptskala gezählt werden, bis das Erfassungsmittel (300) den nächsten Index (I₂) erfasst, ein gesetzter Referenzpunkt durch Berechnung auf Basis der gezählten Anzahl von Teilstrichen der Hauptskala bestimmt wird und dann der Winkel zwischen dem Referenzpunkt und der Position des nächsten Index (I₂) bestimmt wird, und wobei der Winkel zwischen dem nächsten Index (I₂) und einer optionalen Position auf der Basis der entsprechenden Anzahl von Teilstrichen der Hauptskala (110) bestimmt wird und der Winkel zwischen dem Referenzpunkt und der optionalen Position durch Addieren des Winkels zwischen dem Referenzpunkt und der Position des nächsten Index (I₂) zu dem Win kel zwischen dem nächsten Index (I₂) und der optionalen Position bestimmt wird.