JP2017166841A - 測量機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸に超音波モータを採用した測量機において、低速回転時に異音を発生させないための超音波モータの制御方法及びそのための測量機を提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を解決するために、測量機（1）は、回転軸（6,11）と、発光部（203）と受光部（204）を備え、前記回転軸（6,11）の回転速度を検出するエンコーダ（21,22）と、前記回転軸（6,11）に設けられた超音波モータ（5,12）と、クロック信号を出力するクロック信号発振部（63）と、前記クロック信号を基準にして前記超音波モータ（5,12）の駆動周期（TM）と前記発光部（203）の発光周期（TR）を１：ＮまたはＮ：１，但しＮは自然数，にする制御部（23）と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、回転軸に超音波モータが設けられた測量機に関する。

測量機、例えばトータルステーションは、測定点を視準する望遠鏡と、上記望遠鏡を鉛直方向に回転可能に支持する托架部と、上記托架部を水平方向に回転可能に支持する基盤部とを備えている。上記望遠鏡は鉛直回転軸に設けられた鉛直回転モータによって、上記托架部は水平回転軸に設けられた水平回転モータによって駆動される。特許文献１には、上記鉛直回転モータ及び水平回転モータに超音波モータを採用した測量機が開示されている。

特開２０１４−１３７２９９号公報

超音波モータは、回転速度を上げる場合は駆動周波数を下げ、回転速度を下げる場合は駆動周波数を上げるように制御すればよいが、測量機の回転軸に超音波モータを採用した場合には、超音波モータの回転速度の調整は、鉛直回転軸及び水平回転軸の回転速度に照らし合わせて行わなくてはならない。鉛直回転軸及び水平回転軸の回転速度は、各回転軸に設けられたロータリエンコーダの角度信号から得ることができるが、超音波モータとロータリエンコーダに同期を取らなければ、回転速度の調整はうまく機能しない。

本発明は、前記問題を解決するため、回転軸に超音波モータを採用した測量機において、超音波モータの回転速度のフィードバックを好適に機能させることができる測量機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の測量機は、回転軸と、発光部と受光部を備え、前記回転軸の回転速度を検出するエンコーダと、前記回転軸に設けられた超音波モータと、クロック信号を出力するクロック信号発振部と、前記クロック信号を基準にして前記超音波モータの駆動周期と前記発光部の発光周期を１：ＮまたはＮ：１，但しＮは自然数，にする制御部と、を有することを特徴とする。

上記態様において、前記制御部は、前記駆動周期と前記発光周期を同一にすることも好ましい。

上記態様において、前記制御部は、前記駆動周期の開始と前記発光周期の開始を一致させることも好ましい。

上記態様において、前記制御部は、前記駆動周期の開始に対し前記発光周期の開始を所定時間遅延させることも好ましい。

本発明によれば、回転軸に超音波モータを採用した測量機において、超音波モータの回転速度のフィードバックを好適に機能させることができる。

本形態に係る測量機の概略縦断面図である。 図１の超音波モータを含む部分の断面斜視図である。 本形態に係る測量機のブロック図である。 本形態の第１の制御方法に係るタイミングチャート図である。 本形態の第１の制御方法の変形例１に係るタイミングチャート図である。 本形態の第１の制御方法の変形例２に係るタイミングチャート図である。 本形態の第２の制御方法に係るタイミングチャート図である。

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本形態に係る測量機の測量機の概略縦断面図、図２は図１の超音波モータを含む部分の断面斜視図である。符号１が測量機であり、測量機１は、整準部３の上に設けられた基盤部４と、基盤部４上を水平回転軸６周りに水平回転する托架部７と、托架部７に鉛直回転軸１１周りに鉛直回転する望遠鏡９と、を有する。測量機１は、自動視準機能、自動追尾機能を備えており、望遠鏡９には、図示しない測距光学系、追尾光学系が収容されている。測距光学系、追尾光学系の構成は従来技術の構成と同等で良いため記載を省略する。測量機１では、托架部７の水平回転と望遠鏡９の鉛直回転の協働により測距光及び追尾光がターゲットに照射される。

水平回転軸６の下端部には水平回転用の超音波モータ５が設けられ、上端部には水平角検出用のロータリエンコーダ２１が設けられている。鉛直回転軸１１の一方の端部には鉛直回転用の超音波モータ１２が設けられ、他方の端部には鉛直角検出用のロータリエンコーダ２２が設けられている。

ロータリエンコーダ２１，２２は、アブソリュート式エンコーダであり、図３に示すように、回転円盤２０１と、回転円盤２０１に設けられた角度目盛（スリット）２０２と、スリット２０２を照射する発光ダイオード（発光部）２０３と、スリット２０２の投影像を読み取るイメージセンサ（受光部）２０４と、イメージセンサ２０４で得た角度信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０５を有する。なお、ロータリエンコーダ２１，２２は、この他に、回転円盤、固定スリット、発光ダイオード（発光部）、フォトトランジスタ（受光部）を有するインクリメンタルエンコーダであってもよい。

托架部７には、制御部２３が収容されている。制御部２３は、鉛直回転用のロータリエンコーダ２２及び超音波モータ１２と托架部７内でケーブル接続され、水平回転用のロータリエンコーダ２１及び超音波モータ５とは水平回転軸６の中空部にケーブルを挿通して接続されている。

超音波モータ５，１２の構成について、鉛直方向と水平方向の構成は同等であるので、水平方向の構成を用いて説明する。超音波モータ５は、ベース部３９から順に、振動を発生する圧電セラミック４２、振動を増幅させるステータ金属４３、ステータ金属４３と干渉するロータ４６、ロータ４６をステータ金属４３側へ押圧するウェーブワッシャ４８を、リング状に備える。圧電セラミック４２にはＳｉｎ電極とＣｏｓ電極が付されており、交互に駆動電圧を掛けることで圧電セラミック４２が超音波振動する。圧電セラミック４２が振動すると、ステータ金属４３に波状の進行波が形成され、ウェーブワッシャ４８の押圧による摩擦によってステータ金属４３とロータ４６が相対回転する。本形態では、モータケース２５が基盤部４に固定され、ロータ４６はモータケース２５に固定されているので、ステータ金属４３が回転し、ベース部３９を介して水平回転軸６がステータ金属４３と一体に回転する。

図３は本形態に係る測量機のブロック図である。鉛直用と水平用のブロック図は同等であるので、水平回転用の超音波モータ５と水平角検出用のロータリエンコーダ２１に関して示し、鉛直回転用の超音波モータ１２と鉛直角検出用のロータリエンコーダ２２は説明を省略する。測量機１は、制御部２３と、ロータリエンコーダ２１と、測距部６１と、追尾部６２と、クロック信号発振部６３と、駆動回路７３と、超音波モータ５を有する。

測距部６１は、制御部２３に制御されて、上記測距光学系を用いて測距光をターゲットに照射してその反射光を受光して測距を行う。追尾部６２は、制御部２３に制御されて、上記追尾光学系を用いて追尾光をターゲットに照射してその反射光を受光し、ターゲットが移動した場合は追尾を行う。

駆動回路７３は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）７３１とアナログ回路７３２によって構成されている。ＦＰＧＡ７３１は制御部２３もしくは図示を略する外部機器によって内部論理回路を定義変更可能である。ＦＰＧＡ７３１は、可変の駆動周波数（駆動信号の周波数）及び可変の振幅で制御信号を発生させることができ、上記駆動周波数及び上記振幅を動的に変化させることができる。また、超音波モータ５に対して、二種類の位相の異なる信号を発生させる。アナログ回路７３２は、トランス等で構成されており、上記制御信号を超音波モータ５に必要な振幅まで増幅させ、上記駆動周波数の交流駆動電圧を生成し、超音波モータ５の圧電セラミック４２に付されているＳｉｎ電極とＣｏｓ電極に出力する。なお、駆動回路７３は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの他のＰＬＤ（Programmable Logic Device）が用いられてもよい。

制御部２３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積回路に実装したマイクロコントローラによって構成されている。制御部２３は、図示を略する外部パーソナルコンピュータからソフトウェアを変更可能である。制御部２３は、ロータリエンコーダ２１の発光ダイオード２０３を発光させる制御信号を出力し、ロータリエンコーダ２１から得た出力パルスをカウントして一定時間あたりのパルス数から回転速度を検出する。また、制御部２３は、超音波モータ５に対し駆動回路７３を介して駆動信号を出力する。

クロック信号発振部６３は、クロック信号を制御部２３及び駆動回路７３に出力する。ＦＰＧＡ７３１は、クロック信号に基づき、駆動信号の振幅，駆動周波数，制御周期ＴＭを制御する。制御部２３は、クロック信号に基づき、ロータリエンコーダ２１の発光ダイオード２０３を発光周期ＴＲで発光し、回転速度を検出する。

図４は本形態の第１の制御方法に係るタイミングチャート図である。制御部２３は、クロック信号発振部６３からのクロック信号を基準にして、超音波モータ５の制御周期ＴＭとロータリエンコーダ２１の発光周期ＴＲを１：１にし、周期を同一にする。また、駆動周期ＴＭと発光周期ＴＲを同一にした上で、駆動周期ＴＭの開始と発光周期ＴＲの開始を一致させる。これにより、第Ｎ-１周期目に検出したロータリエンコーダ２１の回転速度によって、第Ｎ周期目の駆動周波数を決定することができる。このように、超音波モータ５の制御開始とロータリエンコーダ２１の速度検出のタイミングを合わせれば、超音波モータ５に対し駆動周期ＴＭごとに回転速度のフィードバックをかけることができる。

図５は第１の制御方法の変形例１に係るタイミングチャート図、図６は第１の制御方法の変形例２に係るタイミングチャート図である。変形例１では、制御部２３は、クロック信号発振部６３からのクロック信号を基準にして、超音波モータ５の駆動周期ＴＭとロータリエンコーダ５の発光周期ＴＲを２：１に設定する。変形例２では、制御部２３は、クロック信号発振部６３からのクロック信号を基準にして、超音波モータ５の駆動周期ＴＭとロータリエンコーダ５の発光周期ＴＲを１：２に設定する。このように、駆動周期ＴＭと発光周期ＴＲは、１：ＮまたはＮ：１，但しＮは自然数，に設定されてもよい。Ｎ＝１と設定すれば、上記の効果が得られる。変形例１，２のように、駆動周期ＴＭと発光周期ＴＲをＮ：１又は１：Ｎ（Ｎは１以外の自然数）に設定すれば、電子デバイス等の制約で厳密に周期を合わせられない場合も，ほぼ同じ効果を得ることができる。

図７は本形態の第２の制御方法に係るタイミングチャート図である。制御部２３は、クロック信号発振部６３からのクロック信号を基準にして、超音波モータ５の駆動周期ＴＭとロータリエンコーダ５の発光周期ＴＲを同一にした上で、駆動周期ＴＭの開始に対し発光周期ＴＲの開始を所定時間ΔＴだけ遅延させてもよい。遅延時間ΔＴは、発光周期ＴＲに対し短い時間に設定する。発光周期ＴＲの開始を時間ΔＴだけ遅延させることで、駆動信号出力から実際に超音波モータ５が回転開始するまでタイムラグが生じた場合であっても、これが経過したタイミングでロータリエンコーダ２１の回転速度を取得することができるので、超音波モータ５に対し駆動周期ＴＭごとに回転速度のフィードバックをかけることができる。なお、第２の制御方法をＮ＝１の場合で説明したが、本形態でも、上記変形例のように駆動周期ＴＭと発光周期ＴＲをＮ：１または１：Ｎ（Ｎは１以外の自然数）に設定してもよい。

以上、好ましい実施の形態について述べたが、これら以外にも、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１ 測量機
５，１２ 超音波モータ
６，１１ 回転軸
２１，２２ エンコーダ
２３ 制御部
６３ クロック信号発振部
２０３ 発光部
２０４ 受光部

Claims (4)

1. 回転軸と、
   発光部と受光部を備え、前記回転軸の回転速度を検出するエンコーダと、
   前記回転軸に設けられた超音波モータと、
   クロック信号を出力するクロック信号発振部と、
   前記クロック信号を基準にして前記超音波モータの駆動周期と前記発光部の発光周期を１：ＮまたはＮ：１，但しＮは自然数，にする制御部と、を有することを特徴とする測量機。
   
2. 前記制御部は、前記駆動周期と前記発光周期を同一にすることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
   
3. 前記制御部は、前記駆動周期の開始と前記発光周期の開始を一致させることを特徴とする請求項１又は２に記載の測量機。
   
4. 前記制御部は、前記駆動周期の開始に対し前記発光周期の開始を所定時間遅延させることを特徴とする請求項１又は２に記載の測量機。
   

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