JP2004029018A - 角度誤差規定方法及び該方法に用いる装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の角度誤差を規定する方法を提供する。
【解決手段】受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の実際の変化（Δε）と意図した変化（Δε＊）とを規定する方法であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、少なくとも２つの測定軸を有する光電角度測定装置が前記受信機に取り付けられており、第１の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記少なくとも一つの他の回転軸の回りの回転を抑制し、前記第１の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、前記主軸の空間角度の実際の第１変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、前記主軸の空間角度の意図した第１変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する回転ステップを含む。
【選択図】図１
【解決手段】受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の実際の変化（Δε）と意図した変化（Δε＊）とを規定する方法であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、少なくとも２つの測定軸を有する光電角度測定装置が前記受信機に取り付けられており、第１の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記少なくとも一つの他の回転軸の回りの回転を抑制し、前記第１の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、前記主軸の空間角度の実際の第１変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、前記主軸の空間角度の意図した第１変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する回転ステップを含む。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の角度誤差を規定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に例として挙げる事項に制限されるものではないが、本発明で挙げた以下の課題は、センサ又はエフェクタを有するトラッキング装置に関するものである。このトラッキング装置は、車両や船の甲板等の変位可能な取り付け面（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）に配置されている。例えば、センサは画像記録装置であってもよく、エフェクタは大砲の砲身（ｗｅａｐｏｎ ｂａｒｒｅｌ）であってもよく、画像記録装置の主な光軸及び／又は砲身のコア軸は、少なくともおよそ主軸であると考えられている。センサ及び／又はエフェクタは、その照準（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）及び／又はその主軸の照準が、動く目的物のセンサ及び／又はエフェクタに関する位置に対応するように移動可能に置かれる。また、センサの場合には、移動している標的に直接照準することを意味し、一方、砲身としてのエフェクタの場合には、目的物がその後に到着するポイントを当てることを意味しており、それによって、砲身から発泡された発射体（ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ）を上記ポイントの目的物に当てることができる。
【０００３】
センサ及び／又はエフェクタは、受信機にしっかりと取り付けられており、全体としていっしょになって基本的に一つの機能ユニットを構成している。受信機は、俯仰軸（ａｘｉｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）について回転できるようにキャリアに接続されている。センサ及び／又はエフェクタの俯仰は、基本的に俯仰軸のまわりのキャリアに対する受信機の回転を介して設定されている。主軸は休止位置で水平であると仮定している。キャリアは、回転軸の回りに回転できるようにキャリア基台に接続されている。回転の動きの効果は、俯仰軸が水平に保たれるか、又は、わずかに水平からずれるかして、キャリアがキャリア基台に対して回転軸の回りに回転することによって補償される。回転軸は俯仰軸に垂直であり、例えば、横軸（ｌａｔｅｒａｌ ａｘｉｓ）について６０°である。キャリア基台は、横軸について回転できるように車両及び／又は船の甲板に直接又は／間接に接続されている。センサ及び／又はエフェクタの外側角（ｌａｔｅｒａｌ ａｎｇｌｅ）は、基本的にキャリア基台の横軸の回りの回転を通じて設定される。横軸は、休止位置では少なくともほぼ垂直に配置される。
【０００４】
上記の様々な回転軸の方向及び／又は角度は、人が主張する理論的な値である。これらの方向及び／又は角度の実際の値は、普通、理論値から外れる。その偏差は、基本的に製造及び取り付けの許容誤差に基づくものであり、ふつう相対的な移動は正確に連続して生じるのではなく、むしろ次第に生じるものであり、また、それがわずかづつであれば、それらの移動の間にトラッキング装置の各部材の重心の相対位置での変化として生じる。偏差及び／又は幾何学的誤差によって、理論的及び／又は所望の方向から空間的−角度誤差分だけ外れて、センサ及び又はエフェクタの主軸の実際の方向となる。換言すれば、回転軸の回りの回転の間、特定の角度の実際の変化は、これらの角度の意図した変化から外れる。意図した変化は、この場合、符号化装置によって得られる。意図した変化からの実際の変化の偏差は、角度誤差と呼ばれる。角度誤差は、機能ユニットの結果の影響を受けており、例えば、センサが目的物を測る場合の正確さの影響を受ける。
【０００５】
ふつう角度誤差は、例えば、試験方法の間に、品質検査の面で、工場で規定される。角度誤差は一般にそれぞれのトラッキング装置及び／又はトラッキング装置の型式で異なり、そのため、角度誤差によって少なくとも部分的に各トラッキング装置が表されている。角度誤差は、このために記録されている。
【０００６】
角度誤差は所定の限界値を超えないことになっている。それらは、ハードウエア及び／又は装置のいずれかを介してやり直し及び／又は取り付け補正によって、あるいはソフトウエアを通じて、規定された角度誤差を考慮して、例えば、センサシステムの結果解析で補償してもよい。
【０００７】
角度誤差をただ記録するか、それを補償するかにかかわらず、それらを測定しなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これまで角度誤差の測定には、チェーン度量法（ｃｈａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）が行われている。このために、まず水平にし、続いてある軸から次の軸について、即ち、横軸から回転軸（ｒｏｌｌ ａｘｉｓ）に、さらに俯仰軸について測定を順々に行う。この測定には、自動コリメータ（視準儀）、セオドライト（経緯儀）、鏡、角度水平器（ａｎｇｌｅ ｌｅｖｅｌｓ）、傾斜計等の光学測定装置が主に用いられる。さらに、マルチアダプタ、ホルダ、等価質量物が必要である。マルチアダプタは必需品であり、解像度と測定精度の違いや高精度で働かせる要求は測定方法の欠点である。しかし、その最大の欠点は、チェーン度量法によって測定誤差が蓄積すること、及び誤差の結合が事実上避けられないことである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、通常の方法の欠点を避けることができる方法を特定することであり、上記方法の能力を問題なく発揮できる装置を提供することであり、その装置の用途を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明によって解決できる。すなわち、本発明に係る角度誤差を規定する方法は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の実際の変化（Δε）と意図した変化（Δε＊）とを規定する方法であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、
少なくとも２つの測定軸を有する光電角度測定装置が前記受信機に取り付けられており、
第１の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記少なくとも一つの他の回転軸の回りの回転を抑制し、前記第１の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、
前記主軸の空間角度の実際の第１変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、
前記主軸の空間角度の意図した第１変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する
回転ステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る装置は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度における意図した変化（Δε＊）と実際の変化（Δε）とを規定する装置であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、前記装置は、
前記受信機の回転の間、センサ及び／又はエフェクタの主軸の空間角度の意図した変化を提供するために設けられている符号化装置と、
前記受信機に取り付け可能であって、少なくとも２つの測定軸を備え、回転軸のうち一つの回りについての回転の間に主軸の空間角度の実際の変化（Δε）を検出する光電型角度測定装置と、
前記意図した変化（Δε＊）とそれに関連付けられた実際の変化（Δε）とを記録する記録ユニットと
を備えることを特徴とする。
【００１２】
なお、各引用請求項によって好ましい態様が特定される。
【００１３】
本発明は、どのような場合にも空間的に固定された方向を必要とせず、それぞれの角度変化を示すだけのレーザジャイロ等の２軸、好ましくは３軸の光電角度測定装置の使用を基本としている。測定軸ができるだけ主軸と一致するように、又は、所望すれば互いに平行となるように、通常、センサ、エフェクタ、又はセンサ及び／又はエフェクタの代わりに一時的に測定を行うために角度測定装置及び／又はレーザジャイロが取り付けられている。他の取り付け配置であってもよいが、結果解析が可能なように座標変換する必要がある。機能ユニットには、受信機、センサ又はエフェクタ、及び／又は角度測定装置を含んでいる。
【００１４】
特に水平にすることなく空間的に固定された方向を必要としないレーザジャイロ等の角度測定装置の使用によって、新しい測定は通常の測定に関して著しく簡単になっており、さらに、この新しい測定はより正確である。横軸、回転軸、俯仰軸の回りの回転による受信機の移動の間、角度測定装置によって主軸の実際の角度変化を認識することができる。一度に３つの回転軸のうちのただ一つの回りの移動によって、主軸の角度及び／又は相対位置の実際の変化を測定できる。実行された移動は、使用されたトラッキング装置の動きに一致する。
【００１５】
この新しい方法で実行された測定は非常に正確であって再現できる。また、結局のところ、終端間測定（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）なので、誤差の結合を避けることができる。
【００１６】
いくつかのアダプタ部分は、角度測定装置及び／又はレーザジャイロを取り付けるために、もしかすると必要である。角度測定装置及び／又はレーザジャイロを取り付けることによって、質量と重心との比が著しく変化しないということは重要である。ここで、角度測定装置及び／又はレーザジャイロの質量が相対的に小さい場合に、空間関係はさておいて、エフェクタ機能ユニットのみを取り付ける場合について考慮している。また、角度測定装置及び／又はレーザジャイロがセンサ及び／又はエフェクタの代わりに取りつけられ、その質量がセンサ及び／又はエフェクタの質量よりも小さい場合に、補償用の等価質量が取りつけられている。
【００１７】
誤差測定手順の結果は、角度測定装置がエフェクタ及び／又はセンサの主軸についての所定位置に正確に配置される場合に限り確実である。光電角度測定装置の測定軸の適切な測定軸は、正確に主軸に対応する。この主軸は角度誤差の測定前に検証されるべきものである。このために、俯仰軸の回りに移動させてもよい。適切な測定軸が実際に主軸と一致する場合には、俯仰軸の回りの移動の間、俯仰軸の平面を描く。適切な測定軸が主軸と一致しない場合には、俯仰軸の回りの移動の間に、頂点が測定軸と俯仰軸の交点にある円錐面を描く。この場合には、円錐面に含まれている角度がほぼ１８０°でなければ補正を行わなければならない。補正はハードウエア又はソフトウエアを用いて行われるが、通常、ソフトウエアを用いた補正が好ましい。
【００１８】
この補正の後、実際の誤差測定が行われる。このために、一時には回転の３つの軸、即ち、俯仰軸、回転軸、横軸のうちただ一つの回りについて回転し、その一方、他の２つの軸の回りの回転を阻害している。回転は順次行われる。それぞれの回転ステップの後、意図した角度変化は符号化装置によって得られ、光電角度測定装置及び／又はレーザジャイロによって対応する実際の変化が得られる。互いに対応する意図した変化と実際の変化とは、記録ユニットに記録される。
【００１９】
実際の誤差測定は、より狭い意味ではここで終了する。以下にはこの測定の結果解析について述べる。
【００２０】
誤差測定の結果、即ち、それぞれの角度の実際の変化と意図した変化は、記録ユニットに記録され、上述のように、単にそれぞれのトラッキング装置を特徴付けるためだけに用いられるに過ぎない。
【００２１】
通常、装置はデータ処理システムを有し、及び／又は、装置はシステムに結合されている。データ処理システムのコンピュータユニットを用いて、誤差測定の結果を用いてマトリックスが作成される。
【００２２】
通常、角度誤差、即ち、実際の角度変化と意図した角度変化との差は、コンピュータユニットを用いて計算される。
【００２３】
これらの角度誤差は、ただ記録されるか、又は、補償のための基礎として用いられる。補償はハードウエア又はソフトウエアを用いて行われる。
【００２４】
ソフトウエアを用いた補償は、経験的誤差関数を作成し、その経験的誤差関数から可能性のある数学的誤差関数を作成するために行われる。これらは制御用にトラッキング装置を使用する間に考慮される。
【００２５】
補償、特にハードウエアによる補償は、通常、角度誤差が所定の限界値を超えた場合に限って行われる。このため、コンピュータユニットは、測定された角度誤差と所定の限界値とを比較する。
【００２６】
データ処理システムは、本発明に係る方法に関連して、データのハードコピーを作成するためにプリンタユニットを備えていてもよい。
【００２７】
データ処理システムは、好ましくは、ディスプレイユニットを備えていてもよい。
【００２８】
さらに、データ処理システムは、この新規な方法を完全にあるいは部分的に制御するために、通常はディスプレイユニットと組み合されている入力ユニットを備えていてもよい。
【００２９】
本発明は、特にトラッキング装置のセンサ及び／又はエフェクタの主軸の角度誤差を規定するために用いられ、機能ユニット、さらに正確にはセンサ及び／又はエフェクタの受信機は、直接には俯仰軸の回りに回転可能であって、間接には回転軸及び横軸の回りに回転可能である。この場合には、センサは、ＴＶカメラ等の画像記録装置であってもよく、エフェクタは、砲身（ｗｅａｐｏｎ ｂａｒｒｅｌ）であってもよく、トラッキング装置の取り付け面は、例えば、特に車両や船の甲板等の動く面であってもよい。
【００３０】
装置は、その位置決め装置に関して自律的、及び／又は、外部位置決め装置から分離されていてもよい。しかし、外部位置決め装置、例えば、ＰＳＤ装置を用いた装置と結合されていてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細は、以下に添付図面を用いて実施の形態によって説明する。
図１は、トラッキング装置を有するマウント面１を示している。使用にあたって、トラッキング装置２は、基本的には機能ユニット４を備えており、より具体的には、キャリア６及びキャリア基台８と共に、センサ、エフェクタ、及び角度測定装置５を備える。機能ユニットは、本発明に係る装置の部品ではない。
【００３２】
機能ユニット４は、受信機４．１を備えている。トラッキング装置２が用意されている場合には、それは主軸ｅを有するセンサ又はエフェクタの受信機４．１に取り付けられている。本発明に係るテスト方法を実行するために、３軸の角度測定装置５を測定軸のうち一つが少なくとも主軸ｅの方向と一致するように受信機４．１に一時的に取り付けると、受信機４．１が変位する間における意図とした方向からの測定軸の偏差は、受信機４．１が同じように変位する間における主軸の偏差と一致する。
【００３３】
機能ユニット４及び／又は受信機４．１は、キャリア６に俯仰軸ｌについて回転可能に結合されており、上方回転面Ｌに沿ってキャリア６について回転する。図１に示された配置において、俯仰軸ｌは面に垂直であり、回転面Ｌは図の面に平行であり、したがって俯仰軸ｌは点で表される。ここに示された例では、俯仰軸ｌは休止時には水平である。主軸ｅの仰角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）λは、基本的に俯仰軸ｌの周りの回転として設定される。
【００３４】
以下に、角度測定装置５を取り付ける間及び／又はその後の位置及び照準をどのように測定するか、理想の及び／又は所望の位置及び／又は照準をどのように補償するかについて説明する。既述したように、角度測定装置５は、トラッキング装置２を使用している間、センサ又はエフェクタの代わりに受信機４．１に取り付けられている。角度測定装置５がセンサ又はエフェクタより著しく軽い場合には、さらに該センサ又はエフェクタと等価な重さとなる適当な位置に取り付けられる。その後、上述のように、主な測定軸の位置及び照準が主軸ｅから外れるかどうか、それにどのくらい外れるかを俯仰軸ｌの周りの回転によってチェックされる。この偏差の補償は、角度測定装置５を作り直すか、又は、より正確に取り付けるかによってハードウエアを介して行われる。しかしまた、補償は、本発明に係る方法の実施及び／又は結果の解析の間に偏差を記録し、それを考慮することができるという点でソフトウエアを介して行ってもよい。
【００３５】
キャリア６は、キャリア基台８に回転軸ｂについて回転できるように結合されており、回転面Ｂの中心に沿ってキャリア基台について回転する。回転軸ｂは、理論的には俯仰軸ｌに対して垂直である。回転軸ｂの回りに回転することによって、取り付け面１が移動した場合に通常連続して変化する回転角βを補償する。
【００３６】
キャリア基台８は、直接的又は間接的に取り付け面１の上に横軸ａについて回転しうるように配置されており、取り付け面１に対して回転面Ａの下面に沿って回転しうる。横軸ａは、回転軸ｂについて理論的な固定角φをなし、この例での休止時には垂直となる。機能ユニット４及び／又は主軸ｅの外側角（ｌａｔｅｒａｌ ａｎｇｌｅ）ａは、基本的に横軸ａの回りに回転するように設定される。
【００３７】
なお、この場合には、取り付け面１は動くが、水平ではないので、機能ユニット４及び／又は主軸ｅの仰角及び外側角は、明らかに仰角λ及び／又は外側角ａとしてのみ測定されることはない。
【００３８】
トラッキング装置２は、回転面Ｌ，Ｂ及びＡのそれぞれについての符号化装置１０を備えている。それぞれの場合に、ゼロ位置から始めると、同時に２つの軸についてそれぞれ回転することを防止しながら、符号化装置１０によって、回転軸の一つの回り、即ち俯仰軸ｌ又は回転軸ｂ又は横軸ａの回りの回転の間の主軸ｅの空間角の意図した変化Δε＊を得ることができる。回転は回転ステップで実行され、これに相当する意図した変化Δε＊は各回転ステップの後に確定される。
【００３９】
同時に、主軸ｅの空間角の実際の変化Δεは、各回転ステップの後、角度測定装置５によって測定される。
【００４０】
別の測定手順で得られた意図した変化Δε＊と関連付けられた実際の変化Δεは、テーブルの形で記録され、解析される。
【００４１】
この目的のために、角度測定機５と符号化装置１０は、データ処理システム１２、この場合、好ましくはラップトップ型のシステムに接続される。データ処理システム１２は、意図した変化と実際の変化とさらに可能であれば本発明に係る方法に関連したデータを記録する記録ユニット１２．１を備えている。さらに、データ処理システム１２は、コンピュータユニット１２．２を備えており、コンピュータユニット１２．２は、それぞれの回転方向と回転ステップを考慮しながら、実際の変化と意図した変化とに基づいて多次元マトリクスを生成するために用いられる。テストされたそれぞれのトラッキング装置及び／又は所望の理想の配置からの幾何学的な偏差は、このマトリクスで表現される。さらに、データ処理システムは、本発明に係る方法に関してデータを表形式及び／又はグラフィック形式で表示するディスプレイユニット１２．３を備えている。また、データ処理システムは、入力ユニット１２．４を備えている。通常、入力ユニット１２．４は、ディスプレイユニット１２．３と組み合されており、測定手順の結果解析用と、本発明に係る方法の全体を制御するために用いられる。プリンタユニット１２．５は、新規な方法で結合されているデータのハードコピーを作成するために使用される。
【００４２】
図１に示された装置によれば、外部標準点なしに動作させることができる。図２に示された装置によれば、特に外部ユニットとの相互関係を意図した場合には、有効に使用できる。図２に示された装置は、図１の装置と基本的に同じように構成されており、同一又は対応する部分には同じ符号を付している。さらに、図２に示した装置は、外部標準システムが設けられている場合には、これとリンクする目的でＰＳＤ装置を備えている。ＰＳＤ装置は、基本的に受信機に取り付けられているＰＳＤレーザ照射器２０．１、ＰＳＤ受信機２０．２、それにＰＳＤ電子システム２０．３を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の装置を有するトラッキング装置について、非常に簡略化して示した概略図である。
【図２】本発明に係る第１の装置を有するトラッキング装置について、図１と同様の概略図である。
【符号の説明】
１ 取り付け面、２ トラッキング装置、４ 機能ユニット、４．１ 受信機、５ 角度測定装置、６ キャリア、８ キャリア基台、１０ 符号化装置、１２データ処理システム、１２．１ 記憶ユニット、１２．２ コンピュータユニット、１２．３ ディスプレイユニット、１２．４ 入力ユニット、１２．５ プリンタユニット、２０．１ ＰＳＤレーザ照射器、２０．２ ＰＳＤ受信機
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の角度誤差を規定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に例として挙げる事項に制限されるものではないが、本発明で挙げた以下の課題は、センサ又はエフェクタを有するトラッキング装置に関するものである。このトラッキング装置は、車両や船の甲板等の変位可能な取り付け面（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）に配置されている。例えば、センサは画像記録装置であってもよく、エフェクタは大砲の砲身（ｗｅａｐｏｎ ｂａｒｒｅｌ）であってもよく、画像記録装置の主な光軸及び／又は砲身のコア軸は、少なくともおよそ主軸であると考えられている。センサ及び／又はエフェクタは、その照準（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）及び／又はその主軸の照準が、動く目的物のセンサ及び／又はエフェクタに関する位置に対応するように移動可能に置かれる。また、センサの場合には、移動している標的に直接照準することを意味し、一方、砲身としてのエフェクタの場合には、目的物がその後に到着するポイントを当てることを意味しており、それによって、砲身から発泡された発射体（ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ）を上記ポイントの目的物に当てることができる。
【０００３】
センサ及び／又はエフェクタは、受信機にしっかりと取り付けられており、全体としていっしょになって基本的に一つの機能ユニットを構成している。受信機は、俯仰軸（ａｘｉｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）について回転できるようにキャリアに接続されている。センサ及び／又はエフェクタの俯仰は、基本的に俯仰軸のまわりのキャリアに対する受信機の回転を介して設定されている。主軸は休止位置で水平であると仮定している。キャリアは、回転軸の回りに回転できるようにキャリア基台に接続されている。回転の動きの効果は、俯仰軸が水平に保たれるか、又は、わずかに水平からずれるかして、キャリアがキャリア基台に対して回転軸の回りに回転することによって補償される。回転軸は俯仰軸に垂直であり、例えば、横軸（ｌａｔｅｒａｌ ａｘｉｓ）について６０°である。キャリア基台は、横軸について回転できるように車両及び／又は船の甲板に直接又は／間接に接続されている。センサ及び／又はエフェクタの外側角（ｌａｔｅｒａｌ ａｎｇｌｅ）は、基本的にキャリア基台の横軸の回りの回転を通じて設定される。横軸は、休止位置では少なくともほぼ垂直に配置される。
【０００４】
上記の様々な回転軸の方向及び／又は角度は、人が主張する理論的な値である。これらの方向及び／又は角度の実際の値は、普通、理論値から外れる。その偏差は、基本的に製造及び取り付けの許容誤差に基づくものであり、ふつう相対的な移動は正確に連続して生じるのではなく、むしろ次第に生じるものであり、また、それがわずかづつであれば、それらの移動の間にトラッキング装置の各部材の重心の相対位置での変化として生じる。偏差及び／又は幾何学的誤差によって、理論的及び／又は所望の方向から空間的−角度誤差分だけ外れて、センサ及び又はエフェクタの主軸の実際の方向となる。換言すれば、回転軸の回りの回転の間、特定の角度の実際の変化は、これらの角度の意図した変化から外れる。意図した変化は、この場合、符号化装置によって得られる。意図した変化からの実際の変化の偏差は、角度誤差と呼ばれる。角度誤差は、機能ユニットの結果の影響を受けており、例えば、センサが目的物を測る場合の正確さの影響を受ける。
【０００５】
ふつう角度誤差は、例えば、試験方法の間に、品質検査の面で、工場で規定される。角度誤差は一般にそれぞれのトラッキング装置及び／又はトラッキング装置の型式で異なり、そのため、角度誤差によって少なくとも部分的に各トラッキング装置が表されている。角度誤差は、このために記録されている。
【０００６】
角度誤差は所定の限界値を超えないことになっている。それらは、ハードウエア及び／又は装置のいずれかを介してやり直し及び／又は取り付け補正によって、あるいはソフトウエアを通じて、規定された角度誤差を考慮して、例えば、センサシステムの結果解析で補償してもよい。
【０００７】
角度誤差をただ記録するか、それを補償するかにかかわらず、それらを測定しなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これまで角度誤差の測定には、チェーン度量法（ｃｈａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）が行われている。このために、まず水平にし、続いてある軸から次の軸について、即ち、横軸から回転軸（ｒｏｌｌ ａｘｉｓ）に、さらに俯仰軸について測定を順々に行う。この測定には、自動コリメータ（視準儀）、セオドライト（経緯儀）、鏡、角度水平器（ａｎｇｌｅ ｌｅｖｅｌｓ）、傾斜計等の光学測定装置が主に用いられる。さらに、マルチアダプタ、ホルダ、等価質量物が必要である。マルチアダプタは必需品であり、解像度と測定精度の違いや高精度で働かせる要求は測定方法の欠点である。しかし、その最大の欠点は、チェーン度量法によって測定誤差が蓄積すること、及び誤差の結合が事実上避けられないことである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、通常の方法の欠点を避けることができる方法を特定することであり、上記方法の能力を問題なく発揮できる装置を提供することであり、その装置の用途を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明によって解決できる。すなわち、本発明に係る角度誤差を規定する方法は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の実際の変化（Δε）と意図した変化（Δε＊）とを規定する方法であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、
少なくとも２つの測定軸を有する光電角度測定装置が前記受信機に取り付けられており、
第１の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記少なくとも一つの他の回転軸の回りの回転を抑制し、前記第１の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、
前記主軸の空間角度の実際の第１変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、
前記主軸の空間角度の意図した第１変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する
回転ステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る装置は、受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度における意図した変化（Δε＊）と実際の変化（Δε）とを規定する装置であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、前記装置は、
前記受信機の回転の間、センサ及び／又はエフェクタの主軸の空間角度の意図した変化を提供するために設けられている符号化装置と、
前記受信機に取り付け可能であって、少なくとも２つの測定軸を備え、回転軸のうち一つの回りについての回転の間に主軸の空間角度の実際の変化（Δε）を検出する光電型角度測定装置と、
前記意図した変化（Δε＊）とそれに関連付けられた実際の変化（Δε）とを記録する記録ユニットと
を備えることを特徴とする。
【００１２】
なお、各引用請求項によって好ましい態様が特定される。
【００１３】
本発明は、どのような場合にも空間的に固定された方向を必要とせず、それぞれの角度変化を示すだけのレーザジャイロ等の２軸、好ましくは３軸の光電角度測定装置の使用を基本としている。測定軸ができるだけ主軸と一致するように、又は、所望すれば互いに平行となるように、通常、センサ、エフェクタ、又はセンサ及び／又はエフェクタの代わりに一時的に測定を行うために角度測定装置及び／又はレーザジャイロが取り付けられている。他の取り付け配置であってもよいが、結果解析が可能なように座標変換する必要がある。機能ユニットには、受信機、センサ又はエフェクタ、及び／又は角度測定装置を含んでいる。
【００１４】
特に水平にすることなく空間的に固定された方向を必要としないレーザジャイロ等の角度測定装置の使用によって、新しい測定は通常の測定に関して著しく簡単になっており、さらに、この新しい測定はより正確である。横軸、回転軸、俯仰軸の回りの回転による受信機の移動の間、角度測定装置によって主軸の実際の角度変化を認識することができる。一度に３つの回転軸のうちのただ一つの回りの移動によって、主軸の角度及び／又は相対位置の実際の変化を測定できる。実行された移動は、使用されたトラッキング装置の動きに一致する。
【００１５】
この新しい方法で実行された測定は非常に正確であって再現できる。また、結局のところ、終端間測定（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）なので、誤差の結合を避けることができる。
【００１６】
いくつかのアダプタ部分は、角度測定装置及び／又はレーザジャイロを取り付けるために、もしかすると必要である。角度測定装置及び／又はレーザジャイロを取り付けることによって、質量と重心との比が著しく変化しないということは重要である。ここで、角度測定装置及び／又はレーザジャイロの質量が相対的に小さい場合に、空間関係はさておいて、エフェクタ機能ユニットのみを取り付ける場合について考慮している。また、角度測定装置及び／又はレーザジャイロがセンサ及び／又はエフェクタの代わりに取りつけられ、その質量がセンサ及び／又はエフェクタの質量よりも小さい場合に、補償用の等価質量が取りつけられている。
【００１７】
誤差測定手順の結果は、角度測定装置がエフェクタ及び／又はセンサの主軸についての所定位置に正確に配置される場合に限り確実である。光電角度測定装置の測定軸の適切な測定軸は、正確に主軸に対応する。この主軸は角度誤差の測定前に検証されるべきものである。このために、俯仰軸の回りに移動させてもよい。適切な測定軸が実際に主軸と一致する場合には、俯仰軸の回りの移動の間、俯仰軸の平面を描く。適切な測定軸が主軸と一致しない場合には、俯仰軸の回りの移動の間に、頂点が測定軸と俯仰軸の交点にある円錐面を描く。この場合には、円錐面に含まれている角度がほぼ１８０°でなければ補正を行わなければならない。補正はハードウエア又はソフトウエアを用いて行われるが、通常、ソフトウエアを用いた補正が好ましい。
【００１８】
この補正の後、実際の誤差測定が行われる。このために、一時には回転の３つの軸、即ち、俯仰軸、回転軸、横軸のうちただ一つの回りについて回転し、その一方、他の２つの軸の回りの回転を阻害している。回転は順次行われる。それぞれの回転ステップの後、意図した角度変化は符号化装置によって得られ、光電角度測定装置及び／又はレーザジャイロによって対応する実際の変化が得られる。互いに対応する意図した変化と実際の変化とは、記録ユニットに記録される。
【００１９】
実際の誤差測定は、より狭い意味ではここで終了する。以下にはこの測定の結果解析について述べる。
【００２０】
誤差測定の結果、即ち、それぞれの角度の実際の変化と意図した変化は、記録ユニットに記録され、上述のように、単にそれぞれのトラッキング装置を特徴付けるためだけに用いられるに過ぎない。
【００２１】
通常、装置はデータ処理システムを有し、及び／又は、装置はシステムに結合されている。データ処理システムのコンピュータユニットを用いて、誤差測定の結果を用いてマトリックスが作成される。
【００２２】
通常、角度誤差、即ち、実際の角度変化と意図した角度変化との差は、コンピュータユニットを用いて計算される。
【００２３】
これらの角度誤差は、ただ記録されるか、又は、補償のための基礎として用いられる。補償はハードウエア又はソフトウエアを用いて行われる。
【００２４】
ソフトウエアを用いた補償は、経験的誤差関数を作成し、その経験的誤差関数から可能性のある数学的誤差関数を作成するために行われる。これらは制御用にトラッキング装置を使用する間に考慮される。
【００２５】
補償、特にハードウエアによる補償は、通常、角度誤差が所定の限界値を超えた場合に限って行われる。このため、コンピュータユニットは、測定された角度誤差と所定の限界値とを比較する。
【００２６】
データ処理システムは、本発明に係る方法に関連して、データのハードコピーを作成するためにプリンタユニットを備えていてもよい。
【００２７】
データ処理システムは、好ましくは、ディスプレイユニットを備えていてもよい。
【００２８】
さらに、データ処理システムは、この新規な方法を完全にあるいは部分的に制御するために、通常はディスプレイユニットと組み合されている入力ユニットを備えていてもよい。
【００２９】
本発明は、特にトラッキング装置のセンサ及び／又はエフェクタの主軸の角度誤差を規定するために用いられ、機能ユニット、さらに正確にはセンサ及び／又はエフェクタの受信機は、直接には俯仰軸の回りに回転可能であって、間接には回転軸及び横軸の回りに回転可能である。この場合には、センサは、ＴＶカメラ等の画像記録装置であってもよく、エフェクタは、砲身（ｗｅａｐｏｎ ｂａｒｒｅｌ）であってもよく、トラッキング装置の取り付け面は、例えば、特に車両や船の甲板等の動く面であってもよい。
【００３０】
装置は、その位置決め装置に関して自律的、及び／又は、外部位置決め装置から分離されていてもよい。しかし、外部位置決め装置、例えば、ＰＳＤ装置を用いた装置と結合されていてもよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細は、以下に添付図面を用いて実施の形態によって説明する。
図１は、トラッキング装置を有するマウント面１を示している。使用にあたって、トラッキング装置２は、基本的には機能ユニット４を備えており、より具体的には、キャリア６及びキャリア基台８と共に、センサ、エフェクタ、及び角度測定装置５を備える。機能ユニットは、本発明に係る装置の部品ではない。
【００３２】
機能ユニット４は、受信機４．１を備えている。トラッキング装置２が用意されている場合には、それは主軸ｅを有するセンサ又はエフェクタの受信機４．１に取り付けられている。本発明に係るテスト方法を実行するために、３軸の角度測定装置５を測定軸のうち一つが少なくとも主軸ｅの方向と一致するように受信機４．１に一時的に取り付けると、受信機４．１が変位する間における意図とした方向からの測定軸の偏差は、受信機４．１が同じように変位する間における主軸の偏差と一致する。
【００３３】
機能ユニット４及び／又は受信機４．１は、キャリア６に俯仰軸ｌについて回転可能に結合されており、上方回転面Ｌに沿ってキャリア６について回転する。図１に示された配置において、俯仰軸ｌは面に垂直であり、回転面Ｌは図の面に平行であり、したがって俯仰軸ｌは点で表される。ここに示された例では、俯仰軸ｌは休止時には水平である。主軸ｅの仰角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）λは、基本的に俯仰軸ｌの周りの回転として設定される。
【００３４】
以下に、角度測定装置５を取り付ける間及び／又はその後の位置及び照準をどのように測定するか、理想の及び／又は所望の位置及び／又は照準をどのように補償するかについて説明する。既述したように、角度測定装置５は、トラッキング装置２を使用している間、センサ又はエフェクタの代わりに受信機４．１に取り付けられている。角度測定装置５がセンサ又はエフェクタより著しく軽い場合には、さらに該センサ又はエフェクタと等価な重さとなる適当な位置に取り付けられる。その後、上述のように、主な測定軸の位置及び照準が主軸ｅから外れるかどうか、それにどのくらい外れるかを俯仰軸ｌの周りの回転によってチェックされる。この偏差の補償は、角度測定装置５を作り直すか、又は、より正確に取り付けるかによってハードウエアを介して行われる。しかしまた、補償は、本発明に係る方法の実施及び／又は結果の解析の間に偏差を記録し、それを考慮することができるという点でソフトウエアを介して行ってもよい。
【００３５】
キャリア６は、キャリア基台８に回転軸ｂについて回転できるように結合されており、回転面Ｂの中心に沿ってキャリア基台について回転する。回転軸ｂは、理論的には俯仰軸ｌに対して垂直である。回転軸ｂの回りに回転することによって、取り付け面１が移動した場合に通常連続して変化する回転角βを補償する。
【００３６】
キャリア基台８は、直接的又は間接的に取り付け面１の上に横軸ａについて回転しうるように配置されており、取り付け面１に対して回転面Ａの下面に沿って回転しうる。横軸ａは、回転軸ｂについて理論的な固定角φをなし、この例での休止時には垂直となる。機能ユニット４及び／又は主軸ｅの外側角（ｌａｔｅｒａｌ ａｎｇｌｅ）ａは、基本的に横軸ａの回りに回転するように設定される。
【００３７】
なお、この場合には、取り付け面１は動くが、水平ではないので、機能ユニット４及び／又は主軸ｅの仰角及び外側角は、明らかに仰角λ及び／又は外側角ａとしてのみ測定されることはない。
【００３８】
トラッキング装置２は、回転面Ｌ，Ｂ及びＡのそれぞれについての符号化装置１０を備えている。それぞれの場合に、ゼロ位置から始めると、同時に２つの軸についてそれぞれ回転することを防止しながら、符号化装置１０によって、回転軸の一つの回り、即ち俯仰軸ｌ又は回転軸ｂ又は横軸ａの回りの回転の間の主軸ｅの空間角の意図した変化Δε＊を得ることができる。回転は回転ステップで実行され、これに相当する意図した変化Δε＊は各回転ステップの後に確定される。
【００３９】
同時に、主軸ｅの空間角の実際の変化Δεは、各回転ステップの後、角度測定装置５によって測定される。
【００４０】
別の測定手順で得られた意図した変化Δε＊と関連付けられた実際の変化Δεは、テーブルの形で記録され、解析される。
【００４１】
この目的のために、角度測定機５と符号化装置１０は、データ処理システム１２、この場合、好ましくはラップトップ型のシステムに接続される。データ処理システム１２は、意図した変化と実際の変化とさらに可能であれば本発明に係る方法に関連したデータを記録する記録ユニット１２．１を備えている。さらに、データ処理システム１２は、コンピュータユニット１２．２を備えており、コンピュータユニット１２．２は、それぞれの回転方向と回転ステップを考慮しながら、実際の変化と意図した変化とに基づいて多次元マトリクスを生成するために用いられる。テストされたそれぞれのトラッキング装置及び／又は所望の理想の配置からの幾何学的な偏差は、このマトリクスで表現される。さらに、データ処理システムは、本発明に係る方法に関してデータを表形式及び／又はグラフィック形式で表示するディスプレイユニット１２．３を備えている。また、データ処理システムは、入力ユニット１２．４を備えている。通常、入力ユニット１２．４は、ディスプレイユニット１２．３と組み合されており、測定手順の結果解析用と、本発明に係る方法の全体を制御するために用いられる。プリンタユニット１２．５は、新規な方法で結合されているデータのハードコピーを作成するために使用される。
【００４２】
図１に示された装置によれば、外部標準点なしに動作させることができる。図２に示された装置によれば、特に外部ユニットとの相互関係を意図した場合には、有効に使用できる。図２に示された装置は、図１の装置と基本的に同じように構成されており、同一又は対応する部分には同じ符号を付している。さらに、図２に示した装置は、外部標準システムが設けられている場合には、これとリンクする目的でＰＳＤ装置を備えている。ＰＳＤ装置は、基本的に受信機に取り付けられているＰＳＤレーザ照射器２０．１、ＰＳＤ受信機２０．２、それにＰＳＤ電子システム２０．３を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の装置を有するトラッキング装置について、非常に簡略化して示した概略図である。
【図２】本発明に係る第１の装置を有するトラッキング装置について、図１と同様の概略図である。
【符号の説明】
１ 取り付け面、２ トラッキング装置、４ 機能ユニット、４．１ 受信機、５ 角度測定装置、６ キャリア、８ キャリア基台、１０ 符号化装置、１２データ処理システム、１２．１ 記憶ユニット、１２．２ コンピュータユニット、１２．３ ディスプレイユニット、１２．４ 入力ユニット、１２．５ プリンタユニット、２０．１ ＰＳＤレーザ照射器、２０．２ ＰＳＤ受信機
Claims (28)
- 受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度の実際の変化（Δε）と意図した変化（Δε＊）とを規定する方法であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、
少なくとも２つの測定軸を有する光電角度測定装置が前記受信機に取り付けられており、
第１の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記少なくとも一つの他の回転軸の回りの回転を抑制し、前記第１の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、
前記主軸の空間角度の実際の第１変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、
前記主軸の空間角度の意図した第１変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する
回転ステップを含むことを特徴とする方法。 - 少なくとも一つの別の回転軸の回りについて回転させる一方で、前記第１の回転軸、及び、さらに別の回転軸の回りの回転を抑制し、前記少なくとも一つの別の回転軸についての測定手順が行われる回転ステップであって、
前記主軸の空間角度の実際の第２変化（Δε）を検出し、前記角度測定装置で記録し、
前記主軸の空間角度の意図した第２変化（Δε＊）を符号化装置によって提供し、記録する
回転ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 角度誤差は、実際の変化（Δε）とそれに関連付けられた意図した変化との差として規定され、記録されており、前記検出された角度誤差を用いてマトリクスが形成され、記録されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 前記角度誤差の測定後、前記角度誤差を０°以上の所定の限界値と比較することを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 少なくとも角度誤差の一部を補償するための手段は、前記角度誤差が前記所定の限界値より大きい場合に実施されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 角度誤差を補償するための対策は、角度誤差を引き起こす部材の一つを変更すること、及び／又は、その位置決めとを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 角度誤差の補償後、さらに判定手順と比較手順と、それぞれの比較の後、さらに角度誤差を補償する対策を実行することを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 少なくとも角度誤差の部分を補償するための測定は、コンピュータを用いて実行することを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 前記最初の測定手順を実行する前に、角度測定装置の主な測定軸の主軸からの空間軸偏差を測定し、
前記軸偏差を補償する対策が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記軸偏差を補償する対策には、光電型角度測定装置の位置の変更を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 前記軸偏差を補償する対策は、実際の角度変化を測定しながらコンピュータを用いて行われることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 前記補償の対策は少なくとも半自動で行われ、入力ユニット及びディスプレイユニットを用いた介入が可能であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
- データは記録ユニット又はプリンタユニットを用いたハードコピーに保持されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
- ＰＳＤ装置を用いて外部システムとリンクさせることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
- 受信機に取り付けられたセンサ又はエフェクタの主軸の空間角度における意図した変化（Δε＊）と実際の変化（Δε）とを規定する装置であって、前記受信機は第１の回転軸の回りに直接に回転可能であり、さらに少なくとも一つの他の回転軸の回りに間接に回転可能であって、前記装置は、
前記受信機の回転の間、センサ及び／又はエフェクタの主軸の空間角度の意図した変化を提供するために設けられている符号化装置と、
前記受信機に取り付け可能であって、少なくとも２つの測定軸を備え、回転軸のうち一つの回りについての回転の間に主軸の空間角度の実際の変化（Δε）を検出する光電型角度測定装置と、
前記意図した変化（Δε＊）とそれに関連付けられた実際の変化（Δε）とを記録する記録ユニットと
を備えることを特徴とする装置。 - 前記光電角度測定装置は、互いに直交する３つの回転軸を備え、測定軸の一つが主軸の方向と少なくとも一致することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
- 前記角度測定装置は、レーザジャイロを備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の装置。
- 前記角度測定装置によって測定された前記実際の変化（Δε）と前記符号化装置によって得られた前記意図した変化（Δε＊）との間の差として角度誤差を計算するコンピュータユニットを有するデータ処理システムをさらに備えたことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。
- 前記コンピュータユニットは、計算された角度誤差と所定の限界値との角度誤差の差異を規定するために設けられたことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
- 前記コンピュータユニットは、実際の変化と意図した変化とに基づいてマトリクスを作成するために使用されることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載の装置。
- 前記データ処理システムは、前記規定されたデータの少なくとも一部のハードコピーを作成するためにプリンタユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の装置。
- 前記データ処理システムは、前記符号化装置及び／又は前記角度測定装置及び／又は前記データ処理システムの機能を制御する入力ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１７から２１のいずれか一項に記載の装置。
- 複数の外部位置決め装置から分離されていることを特徴とする請求項１５から２２のいずれか一項に記載の装置。
- ＰＳＤ装置を用いた外部位置決め装置と連結されていることを特徴とする請求項１５から２３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信機がキャリアを介してキャリア基台に取り付けられており、前記キャリア基台は移動可能な取り付け面の上に直接に又は間接に取り付け可能なことを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記受信機、キャリア、及びキャリア基台は、トラッキング装置の部品であって、前記トラッキング装置は、主軸の補正を通じて外部の目的物の位置合せのために設けられたことを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記トラッキング装置は、光トラッキング装置であって、前記主軸はセンサを構成する画像記録装置の主軸であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
- 前記トラッキング装置は、大砲であって、前記主軸はエフェクタを構成する砲身の主軸であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
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