JP2002054923A - Angle measuring instrument of surveying device - Google Patents

Angle measuring instrument of surveying device

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JP2002054923A
JP2002054923A JP2000241606A JP2000241606A JP2002054923A JP 2002054923 A JP2002054923 A JP 2002054923A JP 2000241606 A JP2000241606 A JP 2000241606A JP 2000241606 A JP2000241606 A JP 2000241606A JP 2002054923 A JP2002054923 A JP 2002054923A
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孝徳 谷内
Shinichi Suzuki
新一 鈴木
Tomoyuki Tajima
智之 田嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and quickly obtain an interpolating amount and to keep its accuracy for a long period. SOLUTION: In this angle measuring instrument of a surveying device comprising a control part 4 for calculating an interpolating amount on the basis of an output signal from a light receiving part 3 receiving the transmitted light or reflected light from an outer peripheral edge part having the graduation of a rotary encoder 1, and accurately measuring an angle on the basis of the interpolating amount, multiplier parts α, β to be multiplied by a function f [n] of a position equivalent to an output signal (an) from CCD of a cosine wave component C and a tangent wave component S of space frequency ωin an interpolation arithmetic expression θI are expanded in advance, and triangular functions included in each expanded term are respectively calculated in the control part 4. A constant of the multiplier part composed of each calculated term is obtained as a coefficient of each output signal and stored in a storing part 5 with a period T.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】この発明は、受光部からの出力信号から所
定の内挿演算式に基づき演算処理を行い、内挿量を算出
して測角を行う測量機の測角装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angle measuring device of a surveying instrument that performs an arithmetic process from an output signal from a light receiving unit based on a predetermined interpolation arithmetic expression, calculates an interpolation amount, and measures an angle.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその問題点】測量機の測角装置に使用
するロータリエンコーダとして、等間隔で同一パターン
の目盛りを持つインクリメンタル方式のものや、方位角
や高度角に対応して全円周上の目盛りのパターンが相互
に異なり、方位角や高度角と目盛り位置とが1:1で対
応付けられたアブソリュート方式のものが知られてい
る。そして、このアブソリュート方式のロータリエンコ
ーダとしては、例えば、全周に亙り広狭異なる2種類の
目盛りを全て等間隔であるが、相互に異なる固有のパタ
ーンで設けた構成のものが知られている。
2. Description of the Related Art As a rotary encoder used in an angle measuring device of a surveying instrument, there is an incremental type having scales of the same pattern at equal intervals, and a rotary encoder corresponding to an azimuth angle and an altitude angle. Absolute type is known in which the scale patterns are different from each other, and the azimuth angle and the altitude angle are associated with the scale positions in a 1: 1 relationship. As the absolute type rotary encoder, for example, there is known a configuration in which two types of scales, which are widely and narrowly varied over the entire circumference, are all provided at equal intervals, but are provided in mutually different unique patterns.

【0003】通常、このアブソリュート方式の測角装置
では、例えば図3に示すように、ロータリエンコーダ1
と、このロータリエンコーダ1の目盛りに向けて読取り
光を出射するLEDなどの発光部2と、この発光部2か
らの光のうちロータリエンコーダ1の目盛り1A、1B
部分で反射したり(反射型)、透過したもの(透過型)
を受光するCCDなどの受光部3と、この受光部3から
出力される信号データに基づき所定の内挿演算式から内
挿量を演算して測定角度の内挿を行う演算部(図略)と、
この演算結果から測角データを表示する表示部(図略)と
を備えている。
Normally, in this absolute type angle measuring device, for example, as shown in FIG.
A light emitting unit 2 such as an LED that emits reading light toward the scale of the rotary encoder 1; and scales 1A and 1B of the rotary encoder 1 of the light from the light emitting unit 2.
Reflected or reflected (reflective type) at a part (transmissive type)
A light receiving unit 3 such as a CCD for receiving light, and a calculating unit (not shown) for calculating an interpolation amount from a predetermined interpolation calculation expression based on signal data output from the light receiving unit 3 and interpolating a measurement angle. When,
A display unit (not shown) for displaying angle measurement data based on the calculation result is provided.

【0004】ここで、この測角装置での内挿演算式を用
いた測角方法について、図4を参照しながら説明する。
例えば、このロータリエンコーダ1には、等間隔だが広
狭2種類の異なる幅で設けたM本の目盛り1A、1Bが
周縁部に設けられており、そのうち任意の連続するk本
の目盛り1A、1Bの情報によって位置J(ただし、J
は正数)が求まる。つまり、測定する角度θcとして
は、 θc=360°×(J/M) ・・・(1) ただし、(360°/M)ステップ(目盛りピッチ)が
求められる。
Here, a description will be given of an angle measuring method in the angle measuring device using an interpolation operation formula with reference to FIG.
For example, the rotary encoder 1 is provided with M scales 1A and 1B provided at equal intervals but with two different widths of a wide width and a narrow width, and is provided at a peripheral portion thereof, of which k continuous scales 1A and 1B are provided. The position J (however, J
Is a positive number). That is, as the angle θc to be measured, θc = 360 ° × (J / M) (1) However, (360 ° / M) steps (scale pitch) are obtained.

【0005】ここで、さらに、目盛り間の角度、内挿量
θIを測定するため、目盛りのピッチを2πとしたとき
の位相角ψが算出される。これにより、内挿量θIは、 θI=(360°/M)×(ψ/2π) ・・・(2) となる。従って、一度読み込んだCCDから出力される
出力信号により、求められる角度θは、 θ=θc+θI ・・・(3) となる。
Here, in order to measure the angle between the graduations and the interpolation amount θI, a phase angle ψ when the pitch of the graduations is 2π is calculated. Thereby, the interpolation amount θI is as follows: θI = (360 ° / M) × (ψ / 2π) (2) Therefore, the angle θ obtained from the output signal output from the CCD once read is as follows: θ = θc + θI (3)

【0006】次に、目盛り間の内挿量θIについて説明
する。フーリエ変換による式の展開を行えば、 ここで、位置xをnについての離散化させたものに対応
させると、 ここで、nの範囲を、区間[−∞,+∞]から区間[−
N,+N]に変更したために、重みWnを乗じて、 となる。
Next, the interpolation amount θI between the scales will be described. If you expand the expression by Fourier transform, Here, if the position x is made to correspond to a discretized one with respect to n, Here, the range of n is changed from the interval [−∞, + ∞] to the interval [−
N, + N], multiply by the weight Wn, Becomes

【0007】ところで、ある周期T0から求められる空
間周波数ω0では、(6)式が となる。 ただし、ω0=(1/T0)×2π ・・・(8) さらに、(7)式を展開すると、 となる。
By the way, at the spatial frequency ω0 obtained from a certain period T0, the equation (6) is Becomes However, ω0 = (1 / T0) × 2π (8) Further, when the equation (7) is expanded, Becomes

【0008】そして、(8)式を(9)式に代入して、
展開すると、 ここで、 とおくと、(10)式は、 F(ω0)=C−jS ・・・(13) となる。
Then, substituting equation (8) into equation (9),
When expanded, here, In other words, the expression (10) is as follows: F (ω0) = C−jS (13)

【0009】次に、この展開式(10)又は(13)
と、測角装置の構成との関係について図5を参照しなが
ら説明する。(5)式から(12)式におけるf[n]
は、位置を変数とする関数(位置の関数)であり、発光
部2により受光部3であるCCDに投影された目盛りの
投影像Zが、CCDの画素位置からそれぞれ出力される
出力信号データの数列anと等価である。 但し、anはCCDの出力信号のうちで、角度算出に寄
与する2N+1個のデータを示すものであり、a0はC
CD上の座標原点とする。
Next, this expansion formula (10) or (13)
The relationship between the above and the configuration of the angle measuring device will be described with reference to FIG. F [n] in equations (5) to (12)
Is a function (position function) using the position as a variable. The projected image Z of the scale projected by the light emitting unit 2 on the CCD as the light receiving unit 3 is output signal data of the output signal data output from the pixel position of the CCD. It is equivalent to the sequence an. Here, an indicates 2N + 1 pieces of data which contribute to the angle calculation among the CCD output signals, and a0 indicates C
This is the coordinate origin on the CD.

【0010】ところで、ロータリエンコーダ1が回動す
ることにより、このCCDとロータリエンコーダ1との
位置関係が変化すると、CCD上での目盛りの投影像Z
は、例えば図6から図7のように変化する。これによ
り、位置の関数f[n]も変化するが、空間周波数ωや周
期Tは変化しない。
By the way, when the rotary encoder 1 rotates to change the positional relationship between the CCD and the rotary encoder 1, the projected image Z of the scale on the CCD is changed.
Changes from FIG. 6 to FIG. 7, for example. As a result, the position function f [n] also changes, but the spatial frequency ω and the period T do not change.

【0011】このロータリエンコーダからの目盛りに関
するデータが、CCDからの出力信号として一定時間隔
で採取されるので、このデータの採取毎に出力信号an
が更新される。そして、この更新されたデータから、逐
次最新の角度θ(=θc+θI)が算出されるが、この
演算には、(11)式及び(12)式が用いられる。
Since data relating to the scale from the rotary encoder is sampled at regular intervals as an output signal from the CCD, the output signal an is output every time this data is sampled.
Is updated. Then, the latest angle θ (= θc + θI) is sequentially calculated from the updated data, and the equations (11) and (12) are used in this calculation.

【0012】例えば、余弦波成分(11)式について考
えてみると、 同じく、正弦波成分(12)については、 となる。
For example, considering the cosine wave component (11), Similarly, for the sine wave component (12), Becomes

【0013】ところで、ロータリエンコーダ1には、等
ピッチの目盛りが刻設されており、この目盛りの間隔が
周期T0に対応している。また、センサの設置状況によ
りCCD上での投影像Zの周期が変動するが、目盛りの
周期T0に対応した空間周波数ω0が支配的になる。従
って、(7)式の右辺の絶対値について、ω0を変化さ
せて演算し、このとき最大となるω0が目盛りの周期に
対応する空間周波数となる。なお、空間周波数ωと周期
Tの関係については、(8)式で関係つけられている。
By the way, the rotary encoder 1 is provided with graduations of equal pitch, and the interval between the graduations corresponds to the period T0. Further, the cycle of the projected image Z on the CCD varies depending on the installation state of the sensor, but the spatial frequency ω0 corresponding to the scale cycle T0 becomes dominant. Therefore, the absolute value of the right side of the equation (7) is calculated by changing ω0, and the maximum ω0 at this time is the spatial frequency corresponding to the period of the scale. Note that the relationship between the spatial frequency ω and the period T is related by equation (8).

【0014】このように、内挿量θIを求める演算式
(2)は、位相角度ψを用いて算出されるが、この位相
角度ψは、 ψ=tan-1(S/C) ・・・(15) を用いて、別言すれば、正弦成分S及び余弦成分Cから
なる三角関数から算出されるが、この三角関数内には周
期Tが入り込んでいる。
As described above, the operation formula (2) for obtaining the interpolation amount θI is calculated by using the phase angle 、, and this phase angle ψ is calculated as follows: ψ = tan −1 (S / C) In other words, using (15), it is calculated from a trigonometric function consisting of a sine component S and a cosine component C, and a period T is included in this trigonometric function.

【0015】これにより、この内挿量θIは、(2),
(11),(12),(15)式から、次の内挿演算式 θI=(360°/M)・(1/2π)・tan-1(S/C) ・・・(16) により、逆正接関数内を例えば2N+1個の項数に展開
し、それぞれの項について三角関数を演算する。換言す
れば、逆正接関数内において、各CCDの各素子ごとに
出力信号anと正弦波成分又は余弦波成分とについての
乗算を行うとともにそれらの和をそれぞれ求め、その後
にこれらを除算して逆正接関数値を得るようになってい
る。
As a result, the interpolation amount θI is given by (2),
From equations (11), (12), and (15), the following interpolation equation θI = (360 ° / M) · (1 / 2π) · tan −1 (S / C) (16) , The arctangent function is expanded into, for example, 2N + 1 number of terms, and a trigonometric function is calculated for each term. In other words, in the arc tangent function, the output signal an and the sine wave component or the cosine wave component are multiplied for each element of each CCD, and their sums are obtained. A tangent function value is obtained.

【0016】このように、この内挿演算式には、三角関
数を各項毎に含んでいるが、特に三角関数部分の演算は
面倒で時間を要しており、不都合を生じている。
As described above, the interpolation formula includes a trigonometric function for each term. However, the calculation of the trigonometric function is particularly troublesome and time-consuming, causing inconvenience.

【0017】ところで、このような内挿演算式には、周
期Tが、空間周波数ωの正弦波成分中及び余弦波成分中
の三角関数内部に入り込んでいるが、この周期Tは一旦
決定されれば後は不変のものではなく、例えば経時変化
などによって周期Tが変動する場合もある。
In such an interpolation formula, the period T enters the trigonometric function in the sine wave component and the cosine wave component of the spatial frequency ω, and this period T is determined once. After that, the period T is not invariable, and the period T may fluctuate due to, for example, aging.

【0018】そこで、高精度の測角を行おうとすると、
測角のたびにこの周期Tを算出するとともに、その算出
した周期Tに応じて毎回内挿演算式から測角を行うこと
が考えられるが、このように周期Tの算出を内挿量の算
出毎に行うと、一層時間を要し、実用に耐えられない。
Therefore, when trying to measure the angle with high precision,
It is conceivable that the cycle T is calculated every time the angle measurement is performed, and the angle measurement is performed by the interpolation formula every time according to the calculated cycle T. In this manner, the calculation of the cycle T is performed by calculating the interpolation amount. If it is performed every time, it takes more time and cannot be put to practical use.

【0019】[0019]

【発明の目的】そこで、上記した事情に鑑み、内挿量を
容易に、かつ、迅速に、しかも、長期間に亙って精度を
維持できるようにすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to make it possible to easily, quickly and maintain the accuracy for a long period of time.

【0020】[0020]

【発明の概要】この発明による測量機の測角装置は、周
縁部に等ピッチで目盛りを設け測定方向に沿って回動す
るロータリエンコーダと、このロータリエンコーダの目
盛りを設けた周縁部に向けて読取光を出射する発光部及
びこの読取光のうち前記外周縁部の目盛り部分での透過
光若しくは反射光を受光する受光部と、この受光部から
の出力信号に基づいて内挿演算式から、内挿量の演算処
理を行う演算部と、スリットの投影像の周期及びこの演
算部で行う前記演算処理のプログラムを記憶する記憶部
とを備え、内挿量を算出して測角を行う測量機の測角装
置であって、前記演算部が、前記内挿演算式中に含む三
角関数を予め定数の配列として演算して記憶部に記憶さ
せておくとともに、前記演算部が、毎回、内挿演算式か
ら内挿量を演算する際に、三角関数部分を定数として扱
い、積和演算のみを行うように構成したことを特徴とし
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION An angle measuring device for a surveying instrument according to the present invention is provided with a rotary encoder that is provided with scales at a peripheral edge thereof at equal pitches and rotates along a measuring direction, and is directed toward the peripheral edge provided with the scales of the rotary encoder. A light emitting unit that emits reading light and a light receiving unit that receives transmitted light or reflected light at the scale portion of the outer peripheral edge of the reading light, and an interpolation operation expression based on an output signal from the light receiving unit, A measurement unit for calculating an interpolation amount, and a storage unit for storing a cycle of the projection image of the slit and a program for the calculation process performed by the calculation unit, and calculating an interpolation amount to measure an angle. An angle measuring device for the machine, wherein the arithmetic unit previously calculates a trigonometric function included in the interpolation arithmetic expression as an array of constants and stores it in a storage unit, and the arithmetic unit always performs Calculate the interpolation amount from the interpolation formula When handles trigonometric function part as a constant, and characterized by being configured to perform only the product-sum operation.

【0021】前記制御部が、内挿量を算出して測角を行
う際に、毎回若しくは一定の頻度で、前記記憶部に記憶
された周期Tと実際に算出された周期との差を求め、こ
の差が所定の値を上回っている場合には、その新しく算
出された周期を記憶部に記憶し直す自己診断を行うよう
に構成することが好ましい。
When the control unit calculates the interpolation amount and performs the angle measurement, the control unit calculates the difference between the cycle T stored in the storage unit and the actually calculated cycle every time or at a constant frequency. If the difference exceeds a predetermined value, it is preferable to perform a self-diagnosis in which the newly calculated cycle is stored in the storage unit.

【0022】前記記憶部にスリットの投影像の周期を記
憶しておくとともに、前記周期が変動したことを検出す
ると、前記記憶部に記憶されていた周期を変動後の新し
い周期に記憶し直すとともに、前記制御部がこの周期を
含んだ前記三角関数の各定数部分を演算し直して記憶部
に記憶し直すように構成することが好ましい。
In the storage unit, the period of the projected image of the slit is stored, and when the change of the period is detected, the period stored in the storage unit is stored again as a new period after the change. It is preferable that the control unit recalculates each constant part of the trigonometric function including the cycle and stores the calculated constant part again in the storage unit.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について添
付図面に基づき説明する。図1は、この発明に係る測量
機の測角装置を示すものであり、ロータリエンコーダ1
と、発光部2及び受光部3と、一部が演算部を構成する
制御部4と、記憶部5と、表示部6とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an angle measuring device of a surveying instrument according to the present invention.
, A light emitting unit 2 and a light receiving unit 3, a control unit 4, a part of which constitutes an arithmetic unit, a storage unit 5, and a display unit 6.

【0024】ロータリエンコーダ1は、測定する方向に
沿った回動角度に合わせて回動する円盤状のものが使用
されており、全外周縁部に沿って透光部(又は遮光部)
からなる広狭二種類の幅を有する目盛りを設けている。
The rotary encoder 1 is a disc-shaped one that rotates in accordance with the rotation angle along the direction of measurement, and has a light-transmitting portion (or light-shielding portion) along the entire outer peripheral edge.
Graduations having two types of widths, wide and narrow, are provided.

【0025】発光部2は、このロータリエンコーダの目
盛りを設けた外周縁部に向けて光を出射するものであ
り、この実施形態ではLED(発光ダイオード)が使用
されている。そして、この発光部2は、制御部4により
制御されたLEDドライバ21によってその点灯動作が
制御されている。
The light emitting section 2 emits light toward the outer peripheral edge provided with the scale of the rotary encoder. In this embodiment, an LED (light emitting diode) is used. The lighting operation of the light emitting unit 2 is controlled by an LED driver 21 controlled by the control unit 4.

【0026】一方、受光部3は、ロータリエンコーダ1
を挟んでこの発光部2とは逆側において正対するように
配置されており、外周縁部の目盛りである透光部を透過
した透過光を受光するCCD(電荷結合素子)が使用さ
れている。この受光部3は、制御部4により制御された
CCDドライバ31によってその動作が制御されてい
る。また、この受光部3は、その出力がA/D変換部3
2の入力に接続されており、CCDから出力されるアナ
ログ信号がデジタル信号に変換されて制御部4へ出力さ
れるようになっている。なお、この受光部3としては、
この実施形態のものの他に、例えば適宜の反射部材で光
路を変更させることにより、ロータリエンコーダ1に対
して発光部2と同じ側に配置する構成であってもよい。
On the other hand, the light receiving section 3 includes the rotary encoder 1
A CCD (Charge Coupled Device) that receives light transmitted through a light-transmitting portion, which is a scale on the outer peripheral edge, is used so as to face the light-emitting portion 2 opposite to the light-emitting portion 2. . The operation of the light receiving unit 3 is controlled by a CCD driver 31 controlled by the control unit 4. The output of the light receiving section 3 is the A / D conversion section 3.
The analog signal output from the CCD is converted into a digital signal and output to the control unit 4. In addition, as this light receiving part 3,
In addition to the one in this embodiment, for example, the optical path may be changed by an appropriate reflecting member, so that the rotary encoder 1 is arranged on the same side as the light emitting unit 2.

【0027】制御部4は、このA/D変換部32からの
出力信号データanに基づき、この出力信号データan
等価な位置の関数f[n]及び後述する「固有周期」T0
を用いて記述した先の内挿演算式(16)、即ち、 に基づき演算処理を行い、内挿量θIを算出して測角を
行う。
The control unit 4 based on the output signal data a n from the A / D converter 32, the output signal data a n a position equivalent function f [n] and later "natural period" T0
The interpolation operation expression (16) described using , An interpolation amount θI is calculated and angle measurement is performed.

【0028】特に、この実施形態では、CCDを組み付
け後に、このCCDの組み付け状態によって微妙に異な
る内挿演算式(16)における周期Tを算出し、これを
「固有周期」T0として予め算出して記憶部5に記憶さ
せておくとともに、内挿演算式(16)における以下の
定数部分α,βもこの「固有周期」T0を用いて演算
し、予め記憶部5に記憶させておく。
In particular, in this embodiment, after assembling the CCD, the period T in the interpolation equation (16), which is slightly different depending on the state of assembling of the CCD, is calculated, and this is calculated in advance as the "natural period" T0. The following constant parts α and β in the interpolation operation formula (16) are calculated using the “natural period” T0, and are stored in the storage unit 5 in advance.

【0029】即ち、上述の内挿演算式(16)におい
て、空間周波数の余弦成分については、 同じく、正弦成分(12)については、 である。
That is, in the above-mentioned interpolation formula (16), the cosine component of the spatial frequency is Similarly, for the sine component (12), It is.

【0030】このうちCCDからの出力信号a-N,…,
0,…,aNにそれぞれ乗算させる各乗数部分につい
て、即ち 各余弦係数: α-N=W-N・cos[(2π/T0)・(−N)] ・ ・ ・ ・ ・ ・ α0=W0・cos[(2π/T0)・(0)] ・ ・ ・ ・ ・ ・ αN=WN・cos[(2π/T0)・(N)] (ただし、α-N,…,α0,…,αNは定数) ・・・(17´) 及び各正弦係数: β-N=W-N・sin[(2π/T0)・(−N)] ・ ・ ・ ・ ・ ・ β0=W0・sin[(2π/T0)・(0)] ・ ・ ・ ・ ・ ・ βN=WN・sin[(2π/T0)・(N)] (ただし、β-N,…,β0,…,βNは定数) ・・・(18´) を予め演算して数値として算出し、その算出結果の数値
を定数として記憶部5に記憶させておく。
Of these, the output signals a -N from the CCD are as follows:
a 0 ,..., a N For each multiplier part to be multiplied, ie, each cosine coefficient: α −N = W− N · cos [(2π / T0) · (−N)] ······ α 0 = W 0 · cos [(2π / T0) · (0)] · · · · · · α N = W N · cos [(2π / T0) · (N)] (where α -N , ..., α 0 ,..., Α N are constants) (17 ′) and each sine coefficient: β −N = W− N · sin [(2π / T0) · (−N)] ······· β 0 = W 0 · sin [(2π / T0) · (0)] β N = W N · sin [(2π / T0) · (N)] (where β -N ,..., Β 0, ..., beta N is a constant) (18 ') previously calculated by the calculated numerically and stored in a storage unit 5 the value of the calculation result as a constant.

【0031】従って、以下のような簡易化された内挿演
算式(以下、実内挿演算式とよぶ)、つまり三角関数の
演算が必要のない次式、 θI=(1/2π)・(360°/M)・ tan-1[[(α-N・(−N))+… +(α0・(0))+…+(αN・(N))]/ [(β-N・(−N))+…+(β0・(0))+… +(βN・(N))]] ・・・(16´) から内挿量θIが算出できる。
Therefore, the following simplified interpolation equation (hereinafter, referred to as a real interpolation equation), that is, the following equation that does not require the operation of a trigonometric function, is given by: θI = (1 / 2π) · ( 360 ° / M) tan -1 [[(α- N -(-N)) + ... + (Α 0 · (0)) +... + (Α N · (N))] / [(β -N · (-N)) + ... + (β 0 · (0)) +… + (Β N · (N))]] (16 ′), the interpolation amount θI can be calculated.

【0032】記憶部5は、「固有周期」T0を記憶して
おくとともに、(17),(18)に示す係数α、βを
定数として「固有周期」T0とともに記憶しておくよう
になっている。
The storage unit 5 stores the "natural period" T0 as well as the coefficients α and β shown in (17) and (18) as constants together with the "natural period" T0. I have.

【0033】従って、この実施形態に係る測角装置によ
れば、その記憶させてある「固有周期」T0と、この
「固有周期」T0を用いて計算して定数化させた三角関
数部分α及びβとを,予め記憶部に記憶させておくよう
になっている。これにより、その後は、毎回、実内挿演
算式(16´)に基づいて内挿量θIを算出させるよう
になるので、厄介で時間を要する三角関数の演算を毎回
行う必要がない。
Therefore, according to the angle measuring apparatus according to this embodiment, the stored "natural period" T0, and the trigonometric function part α and the constant calculated and converted using the "natural period" T0. β is stored in the storage unit in advance. As a result, thereafter, the interpolation amount θI is calculated each time based on the real interpolation calculation expression (16 ′), so that it is not necessary to perform the cumbersome and time-consuming calculation of the trigonometric function every time.

【0034】次に、この発明にかかる測量機の測角装置
の制御部4による自己診断、即ち周期Tの定期的な確認
作業について、以下に説明する。この制御部4による測
量機の測角方法では、第1ステップS1から第8ステッ
プS8までの工程で構成されている。
Next, the self-diagnosis by the control unit 4 of the angle measuring device of the surveying instrument according to the present invention, that is, the work of periodically checking the period T will be described. The angle measurement method of the surveying instrument by the control unit 4 includes steps from a first step S1 to an eighth step S8.

【0035】第1ステップS1では、電源を投入すると
毎回若しくは一定の頻度で、制御部4が自己故障診断、
つまり経時変化によって周期Tが「固有周期」T0に対
して変動したか否かの診断を開始する。
In a first step S1, the control unit 4 performs a self-diagnosis every time or at a constant frequency when the power is turned on.
That is, a diagnosis is started as to whether or not the period T has changed with respect to the “natural period” T0 due to a change over time.

【0036】第2ステップS2では、CCDからの出力
信号anをA/D変換部32でデジタル信号に変換した
後、このデジタル信号を制御部へ出力する。
[0036] In the second step S2, it converts the output signal a n from the CCD to a digital signal by the A / D converter 32, and outputs the digital signal to the control unit.

【0037】第3ステップS3では、このデジタル信号
を入力した制御部では、内部に設けたメモリに記憶され
た演算方法に従って、周期Tを算出する。
In the third step S3, the control section which has received the digital signal calculates the period T in accordance with the calculation method stored in the memory provided therein.

【0038】第4ステップS4では、予めCCDの組み
付け時に制御部4で算出されて記憶部5に記憶されてい
た周期T、つまり「初期設定周期」Tmと、毎回測角作
業に先立ち行う「実測周期」Tcとについて、「相対誤
差」dTを算出する。 dT=|Tm-c|
[0038] In the fourth step S4, performs pre CCD period calculated by the control unit 4 is stored in the storage unit 5 during assembly T, i.e. the "initial setting period" T m, prior to the angle measuring operations each time " The “relative error” dT is calculated for the “measurement cycle” Tc . dT = | T m− T c |

【0039】第5ステップS5では、第4ステップS4
で求めた相対誤差dTが以下のような確認式を満足する
か否か、つまりその「相対誤差」dTが「許容値」Tm
ax内に収まるか否かを判断する。 dT<Tmax ・・・(19) つまり、「相対誤差」dTが確認式(19)を満足しな
いと判断された場合には、次の第6ステップS6へ移行
する。一方、「相対誤差」dTが確認式(19)を満足
すると判断された場合には、第8ステップS8へ移行す
る。
In the fifth step S5, the fourth step S4
Whether or not the relative error dT obtained in the step satisfies the following confirmation formula, that is, the “relative error” dT is “allowable value” Tm
It is determined whether it is within ax. dT <Tmax (19) That is, when it is determined that the “relative error” dT does not satisfy the confirmation equation (19), the process proceeds to the next sixth step S6. On the other hand, when it is determined that the “relative error” dT satisfies the confirmation equation (19), the process proceeds to an eighth step S8.

【0040】第6ステップS6では、「相対誤差」dT
が確認式(19)を満足しないと判断されたので、今ま
で使用していた周期、つまり「初期設定周期」Tmでは
精度の高い内挿量θIが得られないことがわかる。そこ
で、今回新たに算出された「実測周期」Tcを、今後の
測角作業に先立って行う「実測周期」との比較に使用す
る。そのため、この今回算出された「実測周期」Tc
(以下、これを「後期設定周期」Tm´とよぶ)を記憶
部へ格納する。
In the sixth step S6, the "relative error" dT
Is determined not to satisfy the confirmation equation (19), it can be seen that a highly accurate interpolation amount θI cannot be obtained in the cycle used so far, ie, the “initial setting cycle” Tm. Therefore, the “actual measurement period” Tc newly calculated this time is used for comparison with the “actual measurement period” to be performed prior to the future angle measurement operation. Therefore, the “actual measurement cycle” Tc calculated this time
(Hereinafter, this is referred to as “late setting cycle” Tm ′) is stored in the storage unit.

【0041】第7ステップS7では、制御部4により、
三角関数の演算を毎回行う必要のない簡略化された実内
挿演算式(16´)において、第6ステップS6で設定
した「後期設定周期」Tm´を「固有周期」T0に変更
させ、この新しい「固有周期」T0に基づいて、再度、
三角関数内の空間周波数ω0、余弦係数α-N,…,
α 0,…,αN、正弦係数β-N,…,β0,…,βNなどを
算出する。そして、記憶部5内に格納されていたこれら
の因子のデータを新しいデータに交換して記憶し直して
おくとともに、これらの新しいデータに基づいて三角関
数の演算が必要のない新たに簡素化された実内挿演算式
(16´)を作り直して更新しておく。
In the seventh step S7, the control unit 4
Simplified implementation without the need to perform trigonometric functions every time
In the insertion equation (16 '), set in the sixth step S6
Changed "Late setting cycle" Tm 'to "Natural cycle" T0
And based on this new "natural period" T0, again
Spatial frequency ω0, cosine coefficient α in trigonometric function-N,…,
α 0,…, ΑN, Sine coefficient β-N, ..., β0, ..., βNEtc.
calculate. Then, those stored in the storage unit 5
Exchange the data of the factor with new data and re-store
In addition, based on these new data,
New simplified real interpolation formulas that do not require arithmetic on numbers
(16 ') is recreated and updated.

【0042】第8ステップS8では、「固有周期」T
が、「初期設定周期」Tmから「後期設定周期」Tm´
に更新されたこの新しい実内挿演算式(16´)を用い
て、所望の高度角や水平角が高い精度で測定されること
となる。
In the eighth step S8, the “natural period” T
From the “initial setting cycle” Tm to the “late setting cycle” Tm ′
Using the new real interpolation operation equation (16 ′) updated to the above, the desired altitude angle and horizontal angle are measured with high accuracy.

【0043】一方、第5ステップS5において、「相対
誤差」dTが確認式(19)を満足すると判断された場
合には、「初期設定周期」Tmが今回の測角測定作業に
おいても有効であるので、第8ステップS8に移行し
て、従前どおりの周期を用いた実内挿演算式により、内
挿量θIが計算される。
Meanwhile, in the fifth step S5, if the "relative error" dT is determined to satisfy the check equations (19), "initial setting period" T m is also effective in this angle measuring measuring operation Therefore, the process proceeds to the eighth step S8, and the interpolation amount θI is calculated by the actual interpolation operation using the same period as before.

【0044】以下、毎回測角測定作業を行う際に、これ
に先立ち毎回(或は一定の頻度でもよい)、上述した自
己故障診断作業を同様の方法で行う。
Hereinafter, the self-diagnosis work described above is performed by the same method every time (or at a constant frequency) before performing the angle measurement work every time.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、演算部が、内挿演算式中に含む三角関数を予め演算
して定数の配列として記憶部に記憶させておくととも
に、演算部が、毎回、内挿演算式から内挿量を演算する
際に、その三角関数の各定数化された部分を内挿演算式
に係数として組み込ませてある。従って、この発明によ
れば、面倒で多くの時間を要する三角関数の因子が予め
算出されて定数化されているので、毎回測角作業の際
に、三角関数の演算を行わずに済む分、内挿量の算出時
間を短縮化でき、延いては精度の高い測角作業を短時間
で行うことができる。
As described above, according to the present invention, the arithmetic unit calculates the trigonometric functions included in the interpolation equation in advance and stores them in the storage unit as an array of constants. Each time the unit calculates the interpolation amount from the interpolation operation expression, each constant part of the trigonometric function is incorporated as a coefficient in the interpolation operation expression. Therefore, according to the present invention, since the factor of the trigonometric function that requires a lot of time and is cumbersome is calculated in advance and converted into a constant, the amount of the trigonometric function does not need to be calculated each time the angle measurement work is performed. The calculation time of the interpolation amount can be shortened, and the highly accurate angle measurement can be performed in a short time.

【0046】しかも、この発明では、記憶部にスリット
の投影像の周期を記憶しておくとともに、周期が変動し
た場合にこれを制御部で検出すると、記憶部に記憶され
ていた周期を変動後の新しい周期に記憶し直すととも
に、この周期を含んだ三角関数の各定数部分を演算し直
して記憶部に記憶し直すように構成されている。従っ
て、この発明によれば、例えば経時変化などによって周
期Tが変動する場合でも、この周期Tが変化したことを
制御部が自己診断などによって検出すると、その変動後
の新しい周期Tを用いて、内挿演算式での三角関数部分
に相当する係数部分を新たに算出し直すようになってい
るから、長期間に亙り測角を行う場合にあっても、常時
一定の精度が維持できるようになり、便宜である。
Further, according to the present invention, the period of the projected image of the slit is stored in the storage unit, and when the period changes, the control unit detects the change. Is stored again in the new period, and each constant part of the trigonometric function including this period is recalculated and stored in the storage unit again. Therefore, according to the present invention, even when the cycle T fluctuates due to, for example, a change over time, when the control unit detects that the cycle T has changed by self-diagnosis or the like, a new cycle T after the change is used, Since the coefficient part corresponding to the trigonometric function part in the interpolation operation formula is newly recalculated, even when performing angle measurement over a long period of time, a constant accuracy can be maintained. It is convenient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る測量機の測角装置を示す概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an angle measuring device of a surveying instrument according to the present invention.

【図2】この発明に係る測量機の測角方法を示すフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an angle measuring method of the surveying instrument according to the present invention.

【図3】ロータリエンコーダによる測角を行う測角装置
の要部を示す概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a main part of an angle measuring device that performs angle measurement by a rotary encoder.

【図4】内挿方法を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an interpolation method.

【図5】この発明に係るロータリエンコーダでの透過光
による投影像と受光部の各画素からの出力信号の関係を
示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a projected image by transmitted light in a rotary encoder according to the present invention and an output signal from each pixel of a light receiving unit.

【図6】ロータリエンコーダによる投影像と受光部の画
素との位置関係を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a projected image by a rotary encoder and pixels of a light receiving unit.

【図7】ロータリエンコーダの回動に伴う投影像と受光
部の画素との位置関係の変化を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a change in a positional relationship between a projected image and a pixel of a light receiving unit according to rotation of a rotary encoder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロータリエンコーダ 2 発光部 3 受光部 4 制御部 5 記憶部 θI 内挿量 ψ 位相角 an (CCDの第n番目の素子の)出力信号 C 余弦波成分 f[n] 位置の関数 S 余弦波成分 N CCDの総個数 T 周期 Wn 重さ関数 Z 投影像 α-N 余弦係数 α0 余弦係数 αN 余弦係数 β-N 正弦係数 β0 正弦係数 βN 正弦係数 ω 空間周波数Reference Signs List 1 rotary encoder 2 light emitting unit 3 light receiving unit 4 control unit 5 storage unit θI interpolation amount 量 phase angle an output signal (of CCD nth element) C cosine wave component f [n] function of position S cosine wave component N Total number of CCDs T Period Wn Weight function Z Projected image α -N cosine coefficient α 0 cosine coefficient α N cosine coefficient β -N sine coefficient β 0 sine coefficient β N sine coefficient ω Spatial frequency

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 新一 東京都練馬区東大泉二丁目5番2号 旭精 密株式会社内 (72)発明者 田嶋 智之 東京都練馬区東大泉二丁目5番2号 旭精 密株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shinichi Suzuki 2-5-2 Higashi Oizumi, Nerima-ku, Tokyo Asahi Seimitsu Co., Ltd. (72) Inventor Tomoyuki Tajima 2-5-Higashi Oizumi, Nerima-ku, Tokyo No. 2 Asahi Seimitsu Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周縁部に等ピッチで目盛りを設け測定方
向に沿って回動するロータリエンコーダと、このロータ
リエンコーダの目盛りを設けた周縁部に向けて読取光を
出射する発光部及びこの読取光のうち前記外周縁部の目
盛り部分での透過光若しくは反射光を受光する受光部
と、この受光部からの出力信号に基づいて内挿演算式か
ら内挿量の演算処理を行う演算部と、スリットの投影像
の周期及びこの演算部で行う前記演算処理のプログラム
を記憶する記憶部とを備え、内挿量を算出して測角を行
う測量機の測角装置であって、 前記演算部が、前記内挿演算式中に含む三角関数を予め
定数の配列として演算して記憶部に記憶させておくとと
もに、 前記演算部が、毎回、内挿演算式から内挿量を演算する
際に、三角関数部分を定数として扱い、積和演算のみを
行うように構成したことを特徴とする測量機の測角装
置。
1. A rotary encoder provided with graduations at an equal pitch on a peripheral edge thereof and rotating along a measurement direction, a light emitting section for emitting reading light toward the peripheral rim provided with the graduation of the rotary encoder, and the reading light. A light-receiving unit that receives transmitted light or reflected light at the scale portion of the outer peripheral edge, and a calculation unit that performs a calculation process of an interpolation amount from an interpolation calculation expression based on an output signal from the light-receiving unit, A storage unit for storing a cycle of a projection image of the slit and a program for the calculation processing performed by the calculation unit, wherein the angle measurement device of a surveying instrument that calculates an interpolation amount and performs angle measurement; However, the trigonometric functions included in the interpolation formula are calculated in advance as an array of constants and stored in the storage unit.When the calculation unit calculates the interpolation amount from the interpolation formula each time, , Treats trigonometric functions as constants Angle measuring device of a surveying machine which is characterized by being configured to perform only the product-sum operation.
【請求項2】 前記制御部が、内挿量を算出して測角を
行う際に、毎回若しくは一定の頻度で、前記記憶部に記
憶された周期Tと実際に算出された周期との差を求め、 この差が所定の値を上回っている場合には、その新しく
算出された周期を記憶部に記憶し直す自己診断を行うよ
うに構成されたことを特徴とする請求項1に記載の測量
機の測角装置。
2. When the control unit calculates an interpolation amount and performs angle measurement, a difference between a period T stored in the storage unit and an actually calculated period is always or at a constant frequency. The self-diagnosis is performed so that when the difference is larger than a predetermined value, the newly calculated cycle is stored in the storage unit. Angle measuring device of surveying instrument.
【請求項3】 前記記憶部にスリットの投影像の周期を
記憶しておき、 前記周期が変動したことを検出すると、前記記憶部に記
憶されていた周期を変動後の新しい周期に記憶し直すと
ともに、前記制御部がこの周期を含んだ前記三角関数の
各定数部分を演算し直して記憶部に記憶し直すように構
成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の測量機
の測角装置。
3. A cycle of the projection image of the slit is stored in the storage section, and when it is detected that the cycle has changed, the cycle stored in the storage section is stored again as a new cycle after the change. 3. The surveying instrument according to claim 1, wherein the control unit recalculates each constant part of the trigonometric function including the cycle and stores the calculated constant part again in the storage unit. 4. Horn device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014098667A (en) * 2012-11-15 2014-05-29 Canon Inc Measuring device, measuring method, and absolute encoder

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