JP6485195B2 - Inclination measuring method and apparatus, electronic apparatus and program - Google Patents

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JP6485195B2 JP2015093909A JP2015093909A JP6485195B2 JP 6485195 B2 JP6485195 B2 JP 6485195B2 JP 2015093909 A JP2015093909 A JP 2015093909A JP 2015093909 A JP2015093909 A JP 2015093909A JP 6485195 B2 JP6485195 B2 JP 6485195B2
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Description

本発明は、傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム等に関する。   The present invention relates to an inclination measuring method and apparatus, an electronic apparatus, a program, and the like.

加速度センサーの出力には、環境変化及び経時変化等によるバイアスやドリフトがある。また、加速度センサーに特有の誤差として、加速度センサーを含む機器が水平面に対して傾斜としている場合には、加速度センサーの出力には重力加速度成分に起因した誤差(オフセット)が生ずる。   The output of the acceleration sensor includes bias and drift due to environmental changes and changes with time. Further, as an error peculiar to the acceleration sensor, when the device including the acceleration sensor is inclined with respect to the horizontal plane, an error (offset) due to the gravitational acceleration component occurs in the output of the acceleration sensor.

特許文献1では、自転車などの移動体に配置した加速度センサー10を水平方向に180°反転させる前後の静止状態(加速度=0)で加速度検出を行ない、両方の検出値の平均値を取ることにより、傾斜に基づくオフセット量を求めている。   In Patent Document 1, acceleration detection is performed in a stationary state (acceleration = 0) before and after the acceleration sensor 10 arranged on a moving body such as a bicycle is inverted 180 ° in the horizontal direction, and an average value of both detection values is obtained. The offset amount based on the inclination is obtained.

特許文献2は、ターンテーブルの角度位置が0度(S1)、90度(S2)、180度(S3)、270度(S4)での感度軸の出力値に基づいて、感度軸の出力値を補正する較正値を求めている。具体的には、90度ずつの位相の違う4点(S1〜S4)の静止データの統計平均値から2直線を表わす連立一次方程式を解き、多軸センサーの最大・最小出力点と振り幅の中心値を求めることで較正値を算出している。   According to Patent Document 2, the output value of the sensitivity axis is based on the output value of the sensitivity axis when the angular position of the turntable is 0 degrees (S1), 90 degrees (S2), 180 degrees (S3), and 270 degrees (S4). A calibration value for correcting the above is obtained. Specifically, simultaneous linear equations representing two straight lines are solved from statistical average values of static data of four points (S1 to S4) with different phases of 90 degrees, and the maximum and minimum output points and amplitude of the multi-axis sensor are calculated. The calibration value is calculated by obtaining the center value.

特許文献3は、検出面が傾いた場合でも角速度を検出する角速度センサーを提供するために、角速度検出部と同じ面内に少なくとも三つの加速度検出部を設置している。これらの加速度検出部で検出した加速度を用いて角速度検出面の傾斜角を算出した後、傾斜角による角速度の変動量を推測して補正している。   In Patent Document 3, in order to provide an angular velocity sensor that detects an angular velocity even when the detection surface is tilted, at least three acceleration detection units are installed in the same plane as the angular velocity detection unit. After calculating the inclination angle of the angular velocity detection surface using the acceleration detected by these acceleration detectors, the fluctuation amount of the angular velocity due to the inclination angle is estimated and corrected.

特開2004―354214号公報(0013)JP 2004-354214 A (0013) 特開2010―281598号公報(0044−0045)JP 2010-281598 A (0044-0045) 特開平06―324066号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-324066

特許文献1,2では、加速度センサーを0度と180度の各停止位置に回転し(特許文献1)、あるいは加速度センサーを0度、90度、180度、270度の各停止位置に回転し(特許文献2)、各停止位置で静止状態にて加速度センサーで加速度を検出し、それらの平均値に基づいてオフセット量や較正値を求めている。このような手法で求めたオフセット量や較正値でもなお誤差が存在している。   In Patent Documents 1 and 2, the acceleration sensor is rotated to 0 ° and 180 ° stop positions (Patent Document 1), or the acceleration sensor is rotated to 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° stop positions. (Patent Document 2), acceleration is detected by an acceleration sensor in a stationary state at each stop position, and an offset amount and a calibration value are obtained based on an average value thereof. There is still an error in the offset amount and the calibration value obtained by such a method.

加速度センサーを搭載するセンサー機器は水平に設置されるが、例えば地震等の外的要因により設置面が傾斜することがある。あるいは、特許文献1のようにセンサー機器が移動体に搭載される場合、移動面は傾斜している。このような場合、水平面に対する傾斜度(傾斜角や傾斜方位)を測定する必要がある。傾斜度を測定する際、加速度センサーの測定値には傾斜による重力加速度成分が誤差(傾斜誤差とも称する)として重畳される。また、特許文献1,2のようにセンサー機器を回転してオフセット量や較正値を求める場合でも、回転前後の各停止位置にて異なるドリフト(動的誤差とも称する)や、各停止位置にて実質的に一定のバイアス(静的誤差とも称する)を除去する必要がある。   A sensor device equipped with an acceleration sensor is installed horizontally, but the installation surface may be inclined due to an external factor such as an earthquake. Or when a sensor apparatus is mounted in a moving body like patent document 1, the moving surface inclines. In such a case, it is necessary to measure the degree of inclination (inclination angle or inclination direction) with respect to the horizontal plane. When measuring the inclination, a gravitational acceleration component due to inclination is superimposed as an error (also referred to as inclination error) on the measurement value of the acceleration sensor. Further, even when the sensor device is rotated to obtain an offset amount or a calibration value as in Patent Documents 1 and 2, a drift (also referred to as a dynamic error) that differs at each stop position before and after the rotation, or at each stop position It is necessary to remove a substantially constant bias (also referred to as static error).

本発明の幾つかの態様は、加速度センサーの出力に重畳する誤差として、回転前後の各停止位置にて異なるドリフト(動的誤差)や、各停止位置にて実質的に一定のバイアス(静的誤差)を除去して、加速度センサーの設置面の傾斜度(傾斜角や傾斜方位)を精度高く測定できる傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラムを提供することを目的とする。   In some aspects of the present invention, the error superimposed on the output of the acceleration sensor is different drift (dynamic error) at each stop position before and after the rotation, and a substantially constant bias (static) at each stop position. An object of the present invention is to provide an inclination measuring method and apparatus, an electronic device, and a program that can accurately measure the inclination (inclination angle and inclination azimuth) of the installation surface of the acceleration sensor by removing an error.

(1)本発明の一態様は、重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定した静止状態にて測定される前記直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定工程と、
前記第1測定方位及び前記第2測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する傾斜度測定工程と、
を有し、
前記誤差測定工程は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する工程を含む傾斜度測定方法に関する。
(1) According to one aspect of the present invention, there is provided a first measurement orientation in which one of the orthogonal two-axis detection axes of an acceleration sensor having an orthogonal two-axis detection axis on a virtual plane intersecting the gravity direction is set as a reference orientation. , In a stationary state set to each of the second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position around the normal to the virtual plane and the third measurement azimuth returned to the reference azimuth. An error measurement step of measuring a different dynamic error in each of the first to third measurement orientations using an output of an acceleration sensor having the detection axes of the two orthogonal axes measured by
The dynamic error and the substantially constant static error in each of the first to third measurement directions are removed from the output of the acceleration sensor set to the first measurement direction and the second measurement direction. An inclination measuring step for measuring at least one of the inclination angle and the inclination azimuth based on the data depending on the inclination angle and the inclination azimuth angle with which the virtual plane is inclined with respect to the horizontal plane;
Have
The error measurement step relates to an inclination measurement method including a step of measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensors set in the first measurement direction and the third measurement direction.

第1測定方位と第3測定方位とは、加速度センサーの検出軸が共に基準方位に設定される同一方位と平行になる。ここで、静止状態で測定される加速度センサーの出力には、その測定方位に固有の動的誤差(ドリフト)と、他の測定方位でも等しい静的誤差(バイアス)と、その測定方位に固有の傾斜誤差が含まれる(後述の式(7)(8)を参照のこと)。また、後述の式(7)(8)に示すように、傾斜誤差は傾斜角φと傾斜方位θに依存するので、未知数は4である。よって、検出軸を計3つ以上の異なる測定方位に設定して計4回以上測定(直交二軸の検出軸の一方では基準方位で2回測定)している。直交二軸の検出軸を持つ加速度センサーであれば、直交二軸のうちの各一軸を第2測定方位に設定した後に基準方位に戻すことで、計4つ以上の測定方位(0°、90°、180°、270°360°=0°)に設定することができる。   The first measurement direction and the third measurement direction are parallel to the same direction in which the detection axes of the acceleration sensor are both set as the reference direction. Here, the output of the acceleration sensor measured in a stationary state includes a dynamic error (drift) inherent to the measurement direction, a static error (bias) that is equal in other measurement directions, and a characteristic inherent to the measurement direction. A tilt error is included (see equations (7) and (8) below). Further, as shown in equations (7) and (8) described later, since the tilt error depends on the tilt angle φ and the tilt direction θ, the unknown is 4. Therefore, the detection axis is set to a total of three or more different measurement directions, and the measurement is performed a total of four times or more (measurement is performed twice in the reference direction on one of the two orthogonal detection axes). In the case of an acceleration sensor having two orthogonal detection axes, a total of four or more measurement orientations (0 °, 90 °) can be obtained by setting each of the orthogonal two axes as the second measurement orientation and then returning it to the reference orientation. (°, 180 °, 270 °, 360 ° = 0 °).

ここで、平行な同一方位である第1,第3測定方位での加速度センサーの出力の差分は、第1測定方位と第3測定方位との動的誤差の差分となる。この動的誤差の差分は、測定中の傾斜変化あるいは、温度特性変動、環境振動変化、ランダムドリフトなどが考えられるが、測定自体を比較的短時間に行われ、測定タイミングも環境温度変動が小さい、安定している時間帯を選択し、また測定時に測定端末の消費電流変化も安定させる条件とすることで、測定中の傾斜変化あるいは、環境振動変化、などを殆ど無視できるほどに縮小できる。また測定条件を適宜選択することで、ランダムドリフトを殆ど無視できるほどに縮小できる。そこで、例えば第1測定方位の動的誤差は零とし、第3測定方位では動的誤差が最大または最小となり、第3測定方位と第1測定方位との間の第2測定方位の動的誤差は、第1,第3測定方位間の動的誤差の差分に基づいて割り当てることができる。   Here, the difference in the output of the acceleration sensor in the first and third measurement directions which are the same parallel direction is the difference in dynamic error between the first measurement direction and the third measurement direction. The difference in the dynamic error may be tilt change during measurement, temperature characteristic fluctuation, environmental vibration change, random drift, etc., but the measurement itself is performed in a relatively short time, and the measurement timing is also small in environmental temperature fluctuation. By selecting a stable time zone and making the current consumption change of the measuring terminal stable at the time of measurement, it is possible to reduce the inclination change or the environmental vibration change during the measurement so that it can be almost ignored. In addition, by appropriately selecting the measurement conditions, the random drift can be reduced so that it can be almost ignored. Therefore, for example, the dynamic error of the first measurement azimuth is zero, the dynamic error is the maximum or the minimum in the third measurement azimuth, and the dynamic error of the second measurement azimuth between the third measurement azimuth and the first measurement azimuth. Can be assigned based on the difference in dynamic error between the first and third measurement orientations.

ランダムドリフトを無視すると、静止状態での加速度センサーの出力は、水平面に対する前記仮想平面の傾斜に起因した重力加速度成分による傾斜誤差(傾斜角φと傾斜方位θに依存する)、動的誤差及び静的誤差の総和となる。静止状態での加速度センサーの出力から動的誤差及び静的誤差を除去することで、傾斜誤差が求められ、傾斜誤差から傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定することができる。   If random drift is ignored, the output of the acceleration sensor in a stationary state is a tilt error (depending on tilt angle φ and tilt direction θ), dynamic error and static error due to the gravitational acceleration component due to the tilt of the virtual plane with respect to the horizontal plane. It is the total sum of errors. By removing the dynamic error and the static error from the output of the acceleration sensor in the stationary state, the tilt error is obtained, and at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle can be measured from the tilt error.

(2)本発明の一態様では、前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”01=(X”−X”)/2と、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記Y軸成分の平均値Y”01=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”01 +Y”01 1/2を求め、傾斜角φ=180×Iφ/πを算出することができる。 (2) In one aspect of the present invention, in the inclination measuring step, the two orthogonal detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the virtual plane When the gravity component projected onto Iφ is Iφ, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cosθ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sinθ) of the gravity in the first measurement direction, X-axis component X ″ 1 = −X ″ 0 and Y-component Y ″ 1 = −Y ″ 0 of gravity in the orientation, and the X-axis component of gravity in the first measurement orientation and the second measurement orientation Average value X ″ 01 = (X ″ 0 −X ″ 1 ) / 2, and the average value Y ″ 01 = (Y ″ 0) of the Y-axis component of gravity in the first measurement direction and the second measurement direction "using the 1) / 2, Iφ = ( X" -Y 01 2 + Y "01 2) seeking 1/2, is possible to calculate a tilt angle φ = 180 × Iφ / π Kill.

このように、第1,第2測定方位が同一方向で逆向きの関係にあることから、X”=−X”及びY成分Y”=−Y”の関係を利用して、比較的簡易に傾斜角φを求めることができる。 In this way, since the first and second measurement orientations are in the same direction and in the opposite direction, using the relationship of X ″ 1 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0 , The inclination angle φ can be determined relatively easily.

(3)本発明の一態様では、前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、を求め、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”01=(X”−X”)/2と、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記Y軸成分の平均値Y”01=(Y”−Y”)/2とを用いてIφ=(X”01 +Y”01 1/2を求め、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化して、前記傾斜方位角θを測定することができる。 (3) In one aspect of the present invention, in the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the virtual plane When the gravity component projected onto Iφ is Iφ, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cosθ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sinθ) of the gravity in the first measurement direction, X-axis component X ″ 1 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0 of gravity in the azimuth, X-axis component X ″ 1 = −X ″ 0 and Y in the second measurement direction The component Y ″ 1 = −Y ″ 0 is obtained, and the average value X ″ 01 = (X ″ 0 −X ″ 1 ) / of the X-axis component of gravity in the first measurement orientation and the second measurement orientation Iø = with 2, the average value Y "01 = (Y" 0 -Y "1) / 2 of the Y-axis component of gravity in the first measuring direction and the second measuring orientation ( "01 2 + Y" 01 2 ) seeking 1/2, said X and Y-axis component X "0, X" 1, Y "0, Y" 1 was normalized by dividing Iø, the tilt azimuth angle θ Can be measured.

この場合も、第1,第2測定方位が同一方向で逆向きの関係にあることから、X”=−X”及びY成分Y”=−Y”の関係を利用して、比較的簡易に傾斜方位角θを求めることができる。 Also in this case, since the first and second measurement orientations are in the same direction and in the opposite direction, the relationship of X ″ 1 = −X ″ 0 and the Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0 is used, The tilt azimuth angle θ can be obtained relatively easily.

(4)本発明の他の態様は、重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々で静止状態にて測定される前記加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定工程と、
前記第1〜第4測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する傾斜度測定工程と、
を有し、
前記誤差測定工程は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する工程を含む傾斜度測定方法に関する。
(4) According to another aspect of the present invention, a first measurement orientation in which one of the orthogonal biaxial detection axes of an acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis on a virtual plane intersecting the direction of gravity is set as a reference orientation. A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around the normal to the virtual plane, and 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around the normal. The third measurement azimuth, the fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position around the normal line, and the fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth and the stationary state An error measurement step of measuring a different dynamic error in each of the first to fifth measurement orientations using an output of the detection axes of the two orthogonal axes of the acceleration sensor measured in
The dynamic error and the substantially constant static error in each of the first to fifth measurement directions are removed from the output of the acceleration sensor set to the first to fourth measurement directions, An inclination measurement step for measuring at least one of the inclination angle and the inclination azimuth based on data depending on an inclination angle and an inclination azimuth angle at which the virtual plane is inclined with respect to a horizontal plane;
Have
The error measurement step relates to an inclination measurement method including a step of measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensors set in the first measurement direction and the fifth measurement direction.

本発明の他の態様は、本発明の一態様である2軸2方位回転測定とは異なり、2軸4方位回転測定であり、直交二軸の検出軸の各々を異なる4つの測定方位に設定して、傾斜角及び傾斜方位角の少なくとも一方を測定することができる。   Another aspect of the present invention is a two-axis four-direction rotation measurement, which is different from the two-axis two-direction rotation measurement which is one aspect of the present invention, and each of the orthogonal two-axis detection axes is set to four different measurement directions. Thus, at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle can be measured.

(5)本発明の他の態様では、前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X=Iφ(sinθ)及びY成分Y=Iφ(cosθ)と、前記第3測定方位での重力のX成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、前記第4測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第3測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”03=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”03=(Y”−Y”)/2と、前記第2測定方位と前記第4測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”24=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”24=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”03 +X”24 1/2またはIφ=(Y”03 +Y”24 1/2を求め、傾斜角φ=180×Iφ/πを算出することができる。 (5) In another aspect of the present invention, in the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are an X axis and a Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the virtual When the gravity component projected onto the plane is Iφ, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of the gravity in the first measurement direction, X-axis component X 1 = Iφ (sin θ) and Y component Y 1 = Iφ (cos θ) of gravity in the measurement direction, and X component X ″ 2 = −X ″ 0 and Y component of gravity in the third measurement direction Y ″ 2 = −Y ″ 0 and the X-axis component X ″ 3 = −X ″ 1 and the Y component Y ″ 3 = −Y ″ 1 of gravity in the fourth measurement orientation, and the first measurement orientation mean and of the X-axis component of gravity in the third measuring azimuth value X "03 = (X" 0 -X "3) / 2 or the average of the Y-axis component value Y" 03 = And Y "0 -Y" 3) / 2, the average value X "24 = (X" 2 -X "4 of said X-axis component of gravity in the second measurement direction and the fourth measuring azimuth) / 2 or Using the average value Y ″ 24 = (Y ″ 2 −Y ″ 4 ) / 2 of the Y-axis component, Iφ = (X ″ 03 2 + X ″ 24 2 ) 1/2 or Iφ = (Y ″ 03 2 + Y ″ 24 2 ) 1/2 is obtained, and the inclination angle φ = 180 × Iφ / π can be calculated.

この場合、第1,第3測定方位が同一方向で逆向きの関係にあり、第2,第4測定方位が同一方向で逆向きの関係にあることから、X”=−X”、X”=−X”及びY成分Y”2=−Y”、Y”=−Y”の関係を利用して、比較的簡易に傾斜角φを求めることができる。 In this case, since the first and third measurement directions are in the same direction and in the reverse direction, and the second and fourth measurement directions are in the same direction and in the reverse direction, X ″ 2 = −X ″ 0 , Using the relationship of X ″ 3 = −X ″ 1 and Y component Y ″ 2 = −Y ″ 0 , Y ″ 3 = −Y ″ 1 , the tilt angle φ can be determined relatively easily.

(6)本発明の他の態様では、前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X=Iφ(sinθ)及びY成分Y=Iφ(cosθ)と、前記第3測定方位での重力のX成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、前記第4測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第3測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”03=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”03=(Y”−Y”)/2と、前記第2測定方位と前記第4測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”24=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”24=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”03 +X”24 1/2またはIφ=(Y”03 +Y”24 1/2を求め、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化して、前記傾斜方位角θを測定することができる。 (6) In another aspect of the present invention, in the inclination measuring step, the detection axes of the two orthogonal axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the virtual When the gravity component projected onto the plane is Iφ, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of the gravity in the first measurement direction, X-axis component X 1 = Iφ (sin θ) and Y component Y 1 = Iφ (cos θ) of gravity in the measurement direction, and X component X ″ 2 = −X ″ 0 and Y component of gravity in the third measurement direction Y ″ 2 = −Y ″ 0 and the X-axis component X ″ 3 = −X ″ 1 and the Y component Y ″ 3 = −Y ″ 1 of gravity in the fourth measurement orientation, and the first measurement orientation mean and of the X-axis component of gravity in the third measuring azimuth value X "03 = (X" 0 -X "3) / 2 or the average of the Y-axis component value Y" 03 = And Y "0 -Y" 3) / 2, the average value X "24 = (X" 2 -X "4 of said X-axis component of gravity in the second measurement direction and the fourth measuring azimuth) / 2 or Using the average value Y ″ 24 = (Y ″ 2 −Y ″ 4 ) / 2 of the Y-axis component, Iφ = (X ″ 03 2 + X ″ 24 2 ) 1/2 or Iφ = (Y ″ 03 2 + Y ″ 24 2 ) 1/2 is obtained, the X and Y axis components X ″ 0 , X ″ 1 , Y ″ 0 , Y ″ 1 are divided by Iφ and normalized to measure the tilt azimuth angle θ. be able to.

この場合、第1,第3測定方位が同一方向で逆向きの関係にあり、第2,第4測定方位が同一方向で逆向きの関係にあることから、X”=−X”、X”=−X”及びY成分Y”2=−Y”、Y”=−Y”の関係を利用して、比較的簡易に傾斜方位角θを求めることができる。 In this case, since the first and third measurement directions are in the same direction and in the reverse direction, and the second and fourth measurement directions are in the same direction and in the reverse direction, X ″ 2 = −X ″ 0 , By using the relationship of X ″ 3 = −X ″ 1 and Y component Y ″ 2 = −Y ″ 0 , Y ″ 3 = −Y ″ 1 , the tilt azimuth angle θ can be obtained relatively easily.

(7)上述した(3)または(6)の態様では、前記傾斜度測定工程は、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化した、振幅が±1のX及びY軸成分X'''、X'''、Y'''、Y'''をガウス平面の直交座標に変換し、前記傾斜方位角θが前記ガウス平面の第1〜第4象限の何れに存在するかを判定する工程を含むことができる。複素数の実数と虚数でそれぞれ求められる傾斜方位角の一致、不一致が、傾斜方位角が存在する象限と関係するからである。 (7) In the above aspect (3) or (6), the gradient measuring step is performed by dividing the X and Y axis components X ″ 0 , X ″ 1 , Y ″ 0 , Y ″ 1 by Iφ. The normalized X and Y axis components X ′ ″ 0 , X ′ ″ 1 , Y ′ ″ 0 , Y ″ ′ 1 having an amplitude of ± 1 are converted into orthogonal coordinates on a Gaussian plane, and the tilt direction A step of determining in which of the first to fourth quadrants of the Gaussian plane the angle θ exists may be included. This is because the coincidence and non-coincidence of the tilt azimuth obtained by the complex number of the real number and the imaginary number are related to the quadrant where the tilt azimuth exists.

(8)本発明の一態様では、前記第1〜第3測定方位での測定を1サイクルとしたとき、サイクル数nを2以上とする場合、nサイクルに亘って測定し、nサイクル目の前記第1測定方位を(n−1)サイクル目の測定方位として兼用することができる。   (8) In one aspect of the present invention, when the measurement in the first to third measurement orientations is one cycle, when the cycle number n is 2 or more, the measurement is performed over n cycles, and the nth cycle The first measurement direction can also be used as the measurement direction of the (n-1) th cycle.

このようにnサイクルに亘って測定値をサンプリングすることで、測定精度を高めることができる上、隣り合う2サイクルにて同一測定値を利用することができる。   By sampling the measurement values over n cycles in this way, the measurement accuracy can be increased and the same measurement values can be used in two adjacent cycles.

また、本発明の一態様では、本測定は連続して方位を変えながら、静止状態で計測を行うもので、測定は、測定順にほぼ等時間間隔で測定され、回転して方位を変えながら連続して計測した時の測定データ列から1サイクルの区間を抽出し、解析することができる。この抽出した1サイクルの区間は、サイクルの最初と最後の方位が同一であり、その他の方位は、測定に必要なすべての方位を含む区間である。この測定順は、方位の並び順に優先し、測定順に方位が並ぶ必要はない。   Further, in one aspect of the present invention, the main measurement is performed in a stationary state while continuously changing the azimuth, and the measurement is measured at approximately equal time intervals in the order of measurement, and continuously rotated while changing the azimuth. A section of one cycle can be extracted from the measurement data string when measured and analyzed. In this extracted one-cycle section, the first and last azimuths of the cycle are the same, and the other azimuths are sections including all the azimuths necessary for measurement. This measurement order has priority over the order of orientation, and the orientation need not be in order of measurement.

本発明の一態様では、抽出した1サイクルの測定順に動的誤差を測定し、測定結果から、動的誤差を補正したデータ列について、1サイクルのデータ中の同一方位のデータについて平均値を求めて、測定方位毎に丸めたデータを生成し、この結果について静的誤差を測定する手順に進むことができる。   In one embodiment of the present invention, dynamic errors are measured in the order of measurement in one extracted cycle, and an average value is obtained for data in the same direction in the data in one cycle for a data string in which dynamic errors have been corrected. Thus, it is possible to generate data rounded for each measurement direction and proceed to a procedure for measuring the static error for this result.

本発明の一態様では、回転計測の測定方位の基準方向を、センサーの設置された環境のNorth-East-Down(NED)座標系に関連付けて方位を決定して設置することで、回転計測の結果得られる傾斜方位角を環境の座標系方位で示すことができる。   In one aspect of the present invention, the reference direction of the measurement direction of rotation measurement is related to the North-East-Down (NED) coordinate system of the environment where the sensor is installed, and the direction is determined and installed. The resulting tilt azimuth can be indicated by the environmental coordinate system orientation.

(9)本発明の一態様では、前記加速度センサーの前記検出軸は、前記基準方位から第1方向に回転された後に、前記基準方位に向けて、前記第1方向とは逆方向の第2方向に回転されもよい。こうすると、動的誤差の偏りが平均化される。   (9) In one aspect of the present invention, the detection axis of the acceleration sensor is rotated in the first direction from the reference azimuth, and then the second direction opposite to the first direction toward the reference azimuth. It may be rotated in the direction. In this way, the dynamic error bias is averaged.

(10)本発明のさらに他の態様は、
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手段と、
前記第1〜第3測定方位にそれぞれ設定された前記加速度センサーの出力を受信する手段と、
前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定手段と、
前記前記第1測定方位及び前記第2測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手段と、
を有し、
前記誤差測定手段は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する傾斜度測定装置に関する。
に関する。
(10) Still another aspect of the present invention provides:
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane Means for outputting a command to set each of the second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position and the third measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Means for receiving an output of the acceleration sensor set in each of the first to third measurement directions;
Error measurement means for measuring different dynamic errors in each of the first to third measurement orientations using the output of the acceleration sensor;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first measurement direction and the second measurement direction, the dynamic error is substantially constant in each of the first to third measurement directions. Means for measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on a tilt angle and a tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to a horizontal plane, from which static errors have been removed;
Have
The error measuring unit relates to a tilt measuring device that measures the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor set in the first measurement direction and the third measurement direction.
About.

本発明のさらに他の態様に係る傾斜度測定装置により、本発明の一態様に係傾斜度測定方法を好適に実施することができる。   With the inclination measuring device according to still another aspect of the present invention, the slope measuring method according to one aspect of the present invention can be suitably implemented.

(11)本発明のさらに他の態様は、
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手段と、
前記第1〜第3測定方位にそれぞれ設定された前記加速度センサーの出力を受信する手段と、
前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定手段と、
前記前記第1〜第4測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手段と、
を有し、
前記誤差測定手段は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する傾斜度測定装置に関する。
(11) Still another aspect of the present invention provides:
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position, a third measurement orientation 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around the normal, and the normal Means for outputting a command to be set for each of a fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth at a rotational position around and a fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Means for receiving an output of the acceleration sensor set in each of the first to third measurement directions;
Error measurement means for measuring different dynamic errors in each of the first to fifth measurement orientations using the output of the acceleration sensor;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first to fourth measurement directions, the dynamic error and a static error that is substantially constant in each of the first to fifth measurement directions. Means for measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on the tilt angle and tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to the horizontal plane.
Have
The error measuring unit relates to a tilt measuring device that measures the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensors set in the first measurement direction and the fifth measurement direction.

本発明のさらに他の態様に係る傾斜度測定装置により、本発明の他の態様に係傾斜度測定方法を好適に実施することができる。   The gradient measuring apparatus according to still another aspect of the present invention can suitably implement the slope measurement method according to another aspect of the present invention.

(12)本発明のさらに他の態様は、(8)または(9)に記載の誤差測定装置を有する電子機器を定義している。   (12) Still another aspect of the present invention defines an electronic apparatus having the error measurement device according to (8) or (9).

(13)本発明のさらに他の態様は、
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手順と、
前記第1〜第3測定方位に設定された前記加速度センサーからの出力を受信する手順と、
前記第1〜第3測定方位の各々にて、静止状態で測定される前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する手順と、
前記第1測定方位及び前記第2測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手順と、
をコンピューターに実施させ、
前記動的誤差を測定する手順は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位での前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する手順を含むことを特徴とするプログラムに関する。
(13) Still another aspect of the present invention provides:
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane Outputting a command to set each of the second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position and the third measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Receiving an output from the acceleration sensor set in the first to third measurement directions;
A procedure for measuring different dynamic errors in each of the first to third measurement orientations using the output of the acceleration sensor measured in a stationary state in each of the first to third measurement orientations;
From the output of the acceleration sensor set to each of the first measurement direction and the second measurement direction, the dynamic error and the static error that is substantially constant in each of the first to third measurement directions. Measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on a tilt angle and a tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to a horizontal plane from which an error is removed;
To the computer,
The procedure for measuring the dynamic error includes a procedure for measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor in the first measurement direction and the third measurement direction. About.

(14)本発明のさらに他の態様は、
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手順と、
前記第1〜第5測定方位に設定された前記加速度センサーからの出力を受信する手順と、
前記第1〜第5測定方位の各々にて、静止状態で測定される前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する手順と、
前記第1〜第4測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手順と、
をコンピューターに実施させ、
前記動的誤差を測定する手順は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位での前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する手順を含むプログラムに関する。
(14) Still another aspect of the present invention provides:
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position; a third measurement orientation 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around a normal to the virtual plane; A procedure for outputting a command to be set for each of the fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position around the normal to the virtual plane and the fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth. When,
Receiving an output from the acceleration sensor set in the first to fifth measurement directions;
A procedure for measuring different dynamic errors in each of the first to fifth measurement orientations using the output of the acceleration sensor measured in a stationary state in each of the first to fifth measurement orientations;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first to fourth measurement directions, the dynamic error and a substantially constant static error in each of the first to fifth measurement directions Measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on the tilt angle and tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to the horizontal plane,
To the computer,
The procedure for measuring the dynamic error relates to a program including a procedure for measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor in the first measurement direction and the fifth measurement direction.

これらのプログラムをパーソナルコンピューター等の汎用機にインストールすることで、汎用機にて傾斜度測定を実現できる。   By installing these programs in a general-purpose machine such as a personal computer, it is possible to measure the inclination with the general-purpose machine.

本発明の一実施形態に係る測定システムの全体図である。1 is an overall view of a measurement system according to an embodiment of the present invention. 図1に示す測定端末装置の外観図である。It is an external view of the measurement terminal device shown in FIG. 図2に示す筐体内に配置される三軸加速度センサーの配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the triaxial acceleration sensor arrange | positioned in the housing | casing shown in FIG. 水平座標系に対して傾斜したセンサー座標系を示す図である。It is a figure which shows the sensor coordinate system inclined with respect to the horizontal coordinate system. 加速度センサーを回転させた時の回転角度と、各測定方位でのセンサー出力、動的誤差、静的誤差及び傾斜誤差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation angle when rotating an acceleration sensor, the sensor output in each measurement azimuth | direction, a dynamic error, a static error, and an inclination error. 図1に示す端末装置及び測定端末装置のブロック図である。It is a block diagram of the terminal device and measurement terminal device which are shown in FIG. 2軸4方位回転測定にてX軸加速度センサーで得られた測定値を正規化した値(縦軸)と回転角度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the value (vertical axis | shaft) and the rotation angle which normalized the measured value obtained by the X-axis acceleration sensor in the biaxial 4 direction rotation measurement. 2軸4方位回転測定にて直交二軸(X軸及びY軸)加速度センサーで得られた測定値を正規化した値(縦軸)と回転角度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the value (vertical axis | shaft) and the rotation angle which normalized the measured value obtained by the orthogonal biaxial (X-axis and Y-axis) acceleration sensor in the biaxial 4 azimuth | direction rotation measurement. 重力加速度に基づく入力Iの傾斜方位角を示す説明である。It is description which shows the inclination azimuth of the input I based on a gravitational acceleration. 2軸4方位回転測定にて直交二軸(X軸及びY軸)加速度センサーで得られた測定値を示す図である。It is a figure which shows the measured value obtained with the orthogonal biaxial (X-axis and Y-axis) acceleration sensor by the biaxial 4 azimuth | direction rotation measurement. 2軸4方位回転測定にて直交二軸(X軸及びY軸)加速度センサーで得られた出力から動的誤差を減算した一次加工データを示す図である。It is a figure which shows the primary processing data which subtracted the dynamic error from the output obtained by the orthogonal biaxial (X axis and Y axis) acceleration sensor in the biaxial 4-azimuth rotation measurement. 2軸4方位回転測定にて直交二軸(X軸及びY軸)加速度センサーで得られた出力から動的誤差及び静的誤差を減算した二次加工データ(傾斜誤差)を示す図である。It is a figure which shows the secondary processing data (tilt error) which subtracted the dynamic error and the static error from the output obtained by the orthogonal two-axis (X-axis and Y-axis) acceleration sensor in the two-axis four-azimuth rotation measurement. 図12に示すデータを傾斜量Iφで除算した、規格化された三次加工データを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing normalized tertiary processing data obtained by dividing the data shown in FIG. 12 by an inclination amount Iφ. 傾斜量Iφで規格化された三次加工データを複素平面上に置き換えて示す図である。It is a figure which replaces the tertiary processing data normalized by the inclination amount Iφ on the complex plane. 傾斜方位θを実数成分と虚数成分とで示すフェザー座標を説明する図である。It is a figure explaining the feather coordinate which shows inclination azimuth in a real number component and an imaginary number component. 2軸4方位回転測定で計算される三次加工データと傾斜方位角θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the tertiary processing data calculated by biaxial 4 direction rotation measurement, and inclination | tilt azimuth angle (theta). 2軸2方位回転測定で収集される加速度の規格化された値と方位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the normalized value of the acceleration collected by the biaxial 2-azimuth | direction rotation measurement, and an azimuth | direction. 2軸2方位回転測定で収集される加速度の測定値を示す図である。It is a figure which shows the measured value of the acceleration collected by 2 axis | shaft 2 azimuth | direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算される一次加工データを示す図である。It is a figure which shows the primary processing data calculated by biaxial 2 direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算される二次加工データを示す図である。It is a figure which shows the secondary processing data calculated by biaxial 2 direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算される二次加工データの計算例を示す図である。It is a figure which shows the example of calculation of the secondary process data calculated by biaxial 2 azimuth | direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算される三次加工データを示す図である。It is a figure which shows the tertiary processing data calculated by biaxial 2 azimuth | direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算されるノルムIφ、sinθ、cosθ、tanθを示す図である。It is a figure which shows norm I (phi), sin (theta), cos (theta), and tan (theta) calculated by biaxial 2 azimuth | direction rotation measurement. 2軸2方位回転測定で計算される三次加工データと傾斜方位角θとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the tertiary processing data calculated by biaxial 2 azimuth | direction rotation measurement, and inclination | tilt azimuth angle (theta). North-East-Down(NED)座標系を示す図である。It is a figure which shows a North-East-Down (NED) coordinate system. 加速度センサーの出力ノイズ分析を示す図である。It is a figure which shows the output noise analysis of an acceleration sensor. 回転区間t、測定区間t及び1サイクル区間を説明するための図である。Rotational section t S, is a view for explaining the measurement period t R and 1 cycle interval. 各サイクルにて最初に設定される方向を同一とした複数サイクルを示す図である。It is a figure which shows the several cycle which made the direction set initially in each cycle the same. 各サイクルにて最初に設定される方向を異ならせた複数サイクルを示す図である。It is a figure which shows the several cycle which varied the direction initially set in each cycle. 図29の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of FIG. 傾斜方位角θφ、測定方位と傾斜方位角の差ψn、測定方位角θn及び仮想平面Pφを説明するための図である。It is a figure for demonstrating inclination azimuth angle (theta) phi, the difference (psi) n of measurement azimuth | direction and inclination azimuth angle, measurement azimuth angle (theta) n, and virtual plane P ( phi ). 傾斜角φと傾斜量Iφとを説明するための図である。It is a figure for demonstrating inclination | tilt angle (phi) and inclination amount (Iphi). 1次加工データを示す図である。It is a figure which shows primary processing data. 二次加工データを示す図である。It is a figure which shows secondary processing data. 方位角方向の求め方を示す図である。It is a figure which shows how to obtain | require an azimuth angle direction. 静的誤差の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of a static error. 更正値の更新動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the update operation | movement of a correction value. 傾斜測定動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows inclination measurement operation | movement. 各サイクルで基準方位を変えながらデータ収集を複数サイクルで実施する例を示す図である。It is a figure which shows the example which implements data collection in multiple cycles, changing a reference azimuth | direction in each cycle. 各サイクルで基準方位を変えながらデータ収集を複数サイクルで実施する他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example which implements data collection in multiple cycles, changing a reference azimuth in each cycle. 測定開始指令から待ち時間を経てデータ収集する動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flow which collects data after waiting time from a measurement start command.

以下、本発明の好適な実施の形態について、比較例を参照して詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to comparative examples. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1. 測定システム
図1に示す測定システムは、測定データを集中管理するホスト装置1と、ホスト装置1と例えばインターネットや無線、携帯電話で接続された複数の端末装置2と、各端末装置2と例えばWiFi(登録商標)やBluetooth(登録商標)等の無線通信、移動体通信システム、ローカルエリアネットワーク(LAN)で接続された一又は複数の測定端末装置3と、を有する。端末装置2は携帯電話やスマートフォン、タブレット、又は端末PC等の汎用機であっても専用機であっても良い。測定端末装置3は、加速度センサーに接続或いは内蔵している機器、携帯電話やスマートフォン、タブレット、又は端末PC等の汎用機であっても専用機、加速度計測器であってもよい。
1. Measurement System The measurement system shown in FIG. 1 includes a host device 1 that centrally manages measurement data, a plurality of terminal devices 2 that are connected to the host device 1 via, for example, the Internet, wireless, or mobile phones, and each terminal device 2 that is connected to, for example, WiFi. (Registered trademark) or wireless communication such as Bluetooth (registered trademark), a mobile communication system, or one or a plurality of measurement terminal devices 3 connected by a local area network (LAN). The terminal device 2 may be a general-purpose machine such as a mobile phone, a smartphone, a tablet, or a terminal PC, or a dedicated machine. The measurement terminal device 3 may be a general-purpose device such as a device connected to or built in an acceleration sensor, a mobile phone, a smartphone, a tablet, or a terminal PC, or a dedicated device or an acceleration measuring device.

各測定端末3では、設置時での初期較正と、定期的な維持較正が実施される。各測定端末3には、経時的変化や環境変化に起因したドリフトや、設置面の傾斜に起因した誤差が生ずるからである。その較正を実施するために、ホスト装置1または各端末装置2の記憶装置に較正プログラム(誤差測定プログラム、傾斜度測定プログラム、バイアス補正プログラム等を含む)が格納されている。各測定端末3での較正は、較正プログラムに従って実行される。較正プログラムは、ホスト装置1より端末装置2に送信されても良い。   In each measurement terminal 3, initial calibration at the time of installation and periodic maintenance calibration are performed. This is because each measurement terminal 3 has a drift due to a change over time or an environmental change, or an error due to an inclination of the installation surface. In order to perform the calibration, a calibration program (including an error measurement program, an inclination measurement program, a bias correction program, etc.) is stored in the storage device of the host device 1 or each terminal device 2. Calibration at each measurement terminal 3 is executed according to a calibration program. The calibration program may be transmitted from the host device 1 to the terminal device 2.

図2に示す測定端末装置2は、底面4Aを設置面とする筐体4内部に、図3に示す三軸(X,Y,Z)加速度センサー10x,10y,10zを有する。なお、誤差測定や傾斜角・傾斜方位角測定には加速度センサー10zの出力は用いず、後述の通り二軸加速度センサー10x,10yの一方又は双方を用いることができる。換言すれば、加速度センサー10zの出力を用いずに測定できる、傾斜角φが過度に大きくない範囲で本実施形態は有効である。   The measurement terminal device 2 shown in FIG. 2 has the triaxial (X, Y, Z) acceleration sensors 10x, 10y, and 10z shown in FIG. 3 inside the housing 4 having the bottom surface 4A as an installation surface. Note that the output of the acceleration sensor 10z is not used for error measurement or tilt angle / tilt azimuth angle measurement, and one or both of the biaxial acceleration sensors 10x and 10y can be used as described later. In other words, the present embodiment is effective as long as the inclination angle φ is not excessively large and can be measured without using the output of the acceleration sensor 10z.

三軸加速度センサー10x,10y,10zの座標X,Y,Zにおいて、直交X,Y軸を含むX−Y平面(仮想平面ともいう)は底面4Aと平行であり、Z軸はX−Y平面と直交する。筐体4には回転操作部5とインジケーター(LED等)6が設けられている。測定端末2にて、較正プログラムに従った処理が実施される手順を、インジケーター6の点灯または点滅により操作者に指示することができる。指示に従い回転操作部5が回転操作されると、底面(設置面)4Aと直交する法線(Z軸)回りで、三軸加速度センサー10x,10y,10zが回転される。なお、特に定期的な維持較正を無人で実施するために、回転操作部5に代えて、あるいは回転操作部5に加えて、上述の軸を自動回転させるモーター等の回転駆動部8(図6参照)を設けても良い。具体的には、筐体4の外からツマミにより加速度センサーを回転することができ、ツマミが必要な方向で止まるようにクリックがある。また、回転による較正作業の開始をプログラムに通知するトリガ入力部がある。回転させて良い時間を表示したり、較正作業が終了したことを示す表示部がある。また取得した較正値の適用を指示する入力部がある。   In the coordinates X, Y, and Z of the triaxial acceleration sensors 10x, 10y, and 10z, the XY plane (also referred to as a virtual plane) including the orthogonal X and Y axes is parallel to the bottom surface 4A, and the Z axis is the XY plane. Orthogonal to The casing 4 is provided with a rotation operation unit 5 and an indicator (LED or the like) 6. The operator can be instructed by the lighting or blinking of the indicator 6 in the measurement terminal 2 in order to execute the process according to the calibration program. When the rotation operation unit 5 is rotated according to the instruction, the three-axis acceleration sensors 10x, 10y, and 10z are rotated around the normal line (Z axis) orthogonal to the bottom surface (installation surface) 4A. In particular, in order to perform periodic maintenance calibration unattended, instead of the rotation operation unit 5 or in addition to the rotation operation unit 5, a rotation drive unit 8 such as a motor for automatically rotating the above-described shaft (FIG. 6). Reference) may be provided. Specifically, the acceleration sensor can be rotated from the outside of the housing 4 with a knob, and there is a click so that the knob stops in the required direction. There is also a trigger input unit that notifies the program of the start of calibration work by rotation. There is a display section for displaying a time when the rotation can be performed and indicating that the calibration work is completed. There is also an input unit for instructing application of the acquired calibration value.

2. 加速度センサーの出力に重畳する誤差
図4には、水平座標系(Xr,Yr,Zr)と、センサー座標系(X,Y,Z)が示されている。水平座標系(Xr,Yr,Zr)の直交二軸Xr,Yrを含む(Xr−Yr)平面は水平面であり、Zr軸は水平面(Xr−Yr)に直交する鉛直軸である。
2. Error superimposed on the output of the acceleration sensor FIG. 4 shows a horizontal coordinate system (Xr, Yr, Zr) and a sensor coordinate system (X, Y, Z). The (Xr-Yr) plane including the orthogonal two axes Xr, Yr of the horizontal coordinate system (Xr, Yr, Zr) is a horizontal plane, and the Zr axis is a vertical axis orthogonal to the horizontal plane (Xr-Yr).

図4に示すように、水平座標系(Xr,Yr,Zr)のZr軸(鉛直軸)とセンサー座標系(X,Y,Z)のZ軸とは傾斜角φであり、センサー座標系(X,Y,Z)の(X−Y)平面は水平座標系(Xr,Yr,Zr)の(Xr−Yr)平面に対して傾斜しているものと仮定する。回転操作部5により三軸加速度センサー10x,10y,10zをZr軸周りで回転させると、Zr軸に沿って作用する重力加速度Gは、図4に示すようにZ軸を中心に円又は楕円或いは直線Cを描く。この円又は楕円或いは直線Cの大きさは、回転静止される二軸加速度センサー10x,10yの測定値Dx,Dy値のいずれか一方又は双方から求めることができる。また、(X−Y)平面と(Xr−Yr)平面の交わる直線がXrまたはYrのどちらか一方と平行の場合、Zr軸に沿って作用する重力加速度Gは、Z軸を中心に直線の軌跡を描く。この直線の大きさは、測定値Dx,Dy値のいずれか一方又は双方から求めることができる。なお、加速度センサー10x,10y,10zの座標系(X,Y,Z)では、加速度Xと加速度Yは右手系座標となっており、−Z方向から見てYはXに対して反時計回りに90度の方向となっている。   As shown in FIG. 4, the Zr axis (vertical axis) of the horizontal coordinate system (Xr, Yr, Zr) and the Z axis of the sensor coordinate system (X, Y, Z) are tilt angles φ, and the sensor coordinate system ( It is assumed that the (XY) plane of (X, Y, Z) is inclined with respect to the (Xr-Yr) plane of the horizontal coordinate system (Xr, Yr, Zr). When the three-axis acceleration sensors 10x, 10y, and 10z are rotated around the Zr axis by the rotation operation unit 5, the gravitational acceleration G acting along the Zr axis is a circle, an ellipse, or the like centered on the Z axis as shown in FIG. Draw a straight line C. The size of the circle, ellipse, or straight line C can be obtained from one or both of the measured values Dx and Dy of the biaxial acceleration sensors 10x and 10y that are rotated and stopped. In addition, when the straight line intersecting the (XY) plane and the (Xr-Yr) plane is parallel to either Xr or Yr, the gravitational acceleration G acting along the Zr axis is a straight line centering on the Z axis. Draw a trajectory. The size of this straight line can be obtained from one or both of the measured values Dx and Dy. In the coordinate system (X, Y, Z) of the acceleration sensors 10x, 10y, 10z, the acceleration X and the acceleration Y are right-handed coordinates, and Y is counterclockwise with respect to X when viewed from the −Z direction. The direction is 90 degrees.

加速度センサー10x,10y,10zの出力軸を、図25に示すNorth-East-Down(NED)座標系に方位が関連付けて位置決定された第1測定方位を基準方位とすることができる。図25に示すN-E平面で示される水平面に投影したセンサーの基準方向を、NED座標系のN-E平面内の方位に関連付けする。加速度センサー10x,10y,10zによって傾斜方位角ψを求めるため、この傾斜方位角ψは加速度センサー10x,10y,10zが設置された場所で、設置場所のNED座標系と加速度センサー10x,10y,10zの出力軸方向が関連付けされていることで、傾斜の方角を示すことができる。つまり、図25に示すように、加速度センサーの基準方向出力の水平面への投影方向とNED座標系の基準とする方向のなす角をψとする。   The output axes of the acceleration sensors 10x, 10y, and 10z can be set as the reference azimuth with the first measurement azimuth determined by associating the azimuth with the North-East-Down (NED) coordinate system shown in FIG. The reference direction of the sensor projected on the horizontal plane indicated by the NE plane shown in FIG. 25 is associated with the orientation in the NE plane of the NED coordinate system. Since the inclination azimuth angle ψ is obtained by the acceleration sensors 10x, 10y, and 10z, the inclination azimuth angle ψ is the place where the acceleration sensors 10x, 10y, and 10z are installed, and the NED coordinate system of the installation place and the acceleration sensors 10x, 10y, and 10z. Since the output axis directions are associated with each other, the direction of inclination can be indicated. That is, as shown in FIG. 25, an angle formed by the projection direction of the reference direction output of the acceleration sensor onto the horizontal plane and the reference direction of the NED coordinate system is represented by ψ.

ここで、三軸加速度センサー10x,10y,10zが静止している場合、入力Iは重力加速度Gの傾き成分となる。傾斜角φによる加速度GのX−Y平面上のバイアスシフトのノルムIφは、
となる。また、図4の通りX軸とIφとの交差角を、傾斜方位角θとする。加速度センサー10xの測定値Dxと、加速度センサー10yの測定値Dyとは、ノルムIφと傾斜方位角θを用いて次の式で表すことができる。
Here, when the three-axis acceleration sensors 10x, 10y, and 10z are stationary, the input I is a gradient component of the gravitational acceleration G. The norm Iφ of the bias shift on the XY plane of the acceleration G due to the tilt angle φ is
It becomes. Further, as shown in FIG. 4, the crossing angle between the X axis and Iφ is defined as a tilt azimuth angle θ. The measured value Dx of the acceleration sensor 10x and the measured value Dy of the acceleration sensor 10y can be expressed by the following equations using the norm Iφ and the tilt azimuth angle θ.

加速度センサー10x,10yの測定値には、実際にはドリフトによる誤差が重畳されている。このドリフトを次のように定義する。
In reality, errors due to drift are superimposed on the measured values of the acceleration sensors 10x and 10y. This drift is defined as follows.

ここで、三軸加速度センサー10x,10yが静止している場合、入力Iは重力加速度Gの傾き成分Iφのみとなるので、式(5)は次式(6)となる。
Here, when the three-axis acceleration sensors 10x and 10y are stationary, the input I is only the gradient component Iφ of the gravitational acceleration G, so the equation (5) becomes the following equation (6).

図26に示す加速度センサーの出力ノイズ分析から、フリッカー・ノイズDRBが主たる区間A−Bをデータ取得時の平均区間として選択する。レート・ホワイト・ノイズDRNは、最小になる測定区間の時間長さ以上に調整します。測定データの平均計算区間をこのように選択することで、レート・ホワイト・ノイズDRNの少ない精度の高い測定データが得られる。レート・ランダム・ウォーク・ノイズDRRのように平均区間が長くなるとドリフトが増大するノイズは、データ測定環境下で最小になる測定区間の時間長さ以下に調整する。測定データの平均計算区間をこのように選択することで、レート・ランダム・ウォーク・ノイズDRRが少ない精度の高い測定データが得られる。フリッカー・ノイズDRBは除去できないので、計測時間が不要に長くならないように適正化します。従って、データの平均値区間と異なり、方位を変えて測定する1サイクル全体がこの適正区間の最長以内に入るように選択することが望ましい。計測条件はランダムドリフトレートDが最小となるA-B区間の計測時間とするのが望ましい。 From the output noise analysis of the acceleration sensor shown in FIG. 26, the section AB with the main flicker noise DRB is selected as the average section at the time of data acquisition. Adjust the rate white noise D RN to be longer than the minimum measurement interval. By selecting the average calculation interval of the measurement data in this way, high-precision measurement data with less rate white noise DRN can be obtained. The noise whose drift increases as the average interval becomes longer, such as rate random walk noise DRR , is adjusted to be equal to or less than the time length of the measurement interval that is minimized in the data measurement environment. By selecting the average calculation interval of the measurement data in this way, highly accurate measurement data with less rate, random, walk, and noise DRR can be obtained. Since flicker noise D RB can not be removed, and then optimized so that the measurement time is not unnecessarily long. Therefore, unlike the average value section of the data, it is desirable to select so that the entire cycle measured by changing the direction falls within the longest of the appropriate section. Measurement conditions are desirable that the measurement time of the A-B section random drift rate D R becomes minimum.

環境によるドリフトレートEは、測定中の温度ドリフトによるオフセットDxΔTΔT,DyΔTΔTと表記する。以上のことから、加速度センサー10xの測定値Dxと加速度センサー10yの測定値Dyは、誤差を考慮すると次の式(7)(8)の通りとなる。
The drift rate E due to the environment is expressed as offsets Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT due to temperature drift during measurement. From the above, the measured value Dx of the acceleration sensor 10x and the measured value Dy of the acceleration sensor 10y are expressed by the following equations (7) and (8) in consideration of errors.

式(7)のモデルは、加速度センサー10xを回転させると、回転角度(横軸)と出力(縦軸)の関係は図5の通りとなる。図5に示す加速度センサー10xの測定値Dxの振幅は、傾斜角φに依存する。式(8)のモデルも同様となる。ここで、DFx,DFyは回転前後の各静止位置で実質的に一定であることから、静的誤差とも称する。一方、温度ドリフトによるオフセットDxΔTΔT,DyΔTΔTは、回転前後の各静止位置で異なることから、動的誤差とも称する。なお図5では、温度ドリフトDxΔTΔTを一定レートとして示している。実際の温度ドリフトDxΔTΔTは一定レートではないと予想されるが、ここでは一定のレートに近似して示している。また、重力加速度Gの傾き成分Iφ・cosθ,Iφ・sinθは、傾斜による誤差としてセンサー出力に重畳することから、傾斜誤差と称する。 In the model of Expression (7), when the acceleration sensor 10x is rotated, the relationship between the rotation angle (horizontal axis) and the output (vertical axis) is as shown in FIG. The amplitude of the measured value Dx of the acceleration sensor 10x shown in FIG. 5 depends on the inclination angle φ. The model of Formula (8) is the same. Here, since DFx and DFy are substantially constant at each stationary position before and after rotation, they are also referred to as static errors. On the other hand, offsets Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT due to temperature drift are also referred to as dynamic errors because they differ at each stationary position before and after rotation. In FIG. 5, the temperature drift Dx ΔT ΔT is shown as a constant rate. Although the actual temperature drift Dx ΔT ΔT is expected not to be a constant rate, it is shown here by approximating a constant rate. Further, since the inclination components Iφ · cos θ and Iφ · sin θ of the gravitational acceleration G are superimposed on the sensor output as errors due to inclination, they are referred to as inclination errors.

3. 端末装置及び測定端末装置
図6に、端末装置2及び測定端末装置3を示す。測定端末装置3は、三軸加速度センサー10x,10y,10z、回転操作部5、インジケーター6、通信装置7を有する。端末装置2は上述した回転駆動部8を有していても良い。また、測定端末装置3は、回転操作部5と回転駆動部8を外部に有してもよい。
3. Terminal Device and Measurement Terminal Device FIG. 6 shows a terminal device 2 and a measurement terminal device 3. The measurement terminal device 3 includes three-axis acceleration sensors 10x, 10y, and 10z, a rotation operation unit 5, an indicator 6, and a communication device 7. The terminal device 2 may have the rotation drive unit 8 described above. Moreover, the measurement terminal device 3 may have the rotation operation part 5 and the rotation drive part 8 outside.

端末PC等で構成される端末装置2は、上述した較正プログラム(誤差測定プログラム、傾斜度測定プログラム、バイアス補正プログラム等)を記憶する記憶装置20を有する。端末装置2で実施される誤差測定、傾斜度測定、バイアス補正は、較正プログラムに従って実施される。   The terminal device 2 composed of a terminal PC or the like has a storage device 20 that stores the above-described calibration program (error measurement program, inclination measurement program, bias correction program, etc.). Error measurement, inclination measurement, and bias correction performed in the terminal device 2 are performed according to a calibration program.

例えば端末装置2は、較正プログラムに従って実行制御される回転司令部30、誤差測定部40、傾斜度測定部50、傾斜バイアス補正部60及び通信装置70等を有する。回転司令部30は、較正プログラムに従って、通信装置70を介して測定端末装置3に送信される回転指令を生成する。   For example, the terminal device 2 includes a rotation command unit 30, an error measurement unit 40, an inclination measurement unit 50, an inclination bias correction unit 60, a communication device 70, and the like that are executed and controlled according to a calibration program. The rotation command unit 30 generates a rotation command to be transmitted to the measurement terminal device 3 via the communication device 70 according to the calibration program.

誤差測定部40は、測定端末装置3からの出力に基づいて、加速度センサー10x,10Yの出力に重畳している誤差を測定する誤差測定部40は、ドリフト(動的誤差)を測定する動的誤差測定部41と、バイアス(静的誤差)を測定する静的誤差測定部42と、例えば加速度センサー10X,10Yの出力から動的誤差及び静的誤差を除去して傾斜誤差を測定する傾斜誤差測定部43と、を有する。なお、加速度センサー10X,10Yの出力を処理する過程で静的誤差を除去できる場合には、静的誤差測定部42は不要であるか、あるいは不使用とすることができる。   The error measurement unit 40 measures the error superimposed on the output of the acceleration sensors 10x and 10Y based on the output from the measurement terminal device 3, and the error measurement unit 40 measures the drift (dynamic error). An error measuring unit 41, a static error measuring unit 42 for measuring a bias (static error), and a tilt error for measuring a tilt error by removing dynamic errors and static errors from outputs of the acceleration sensors 10X and 10Y, for example. And a measurement unit 43. If the static error can be removed in the process of processing the outputs of the acceleration sensors 10X and 10Y, the static error measuring unit 42 is not necessary or can be unused.

傾斜度測定部50は、例えば加速度センサー10X,10Yの出力から動的誤差及び静的誤差を除去して得られたデータから、傾斜度(傾斜角、傾斜方位)を測定する。傾斜度測定部50は、傾斜角測定部51と傾斜方位角測定部52とを有する。   The inclination measuring unit 50 measures the inclination (inclination angle, inclination direction) from data obtained by removing dynamic errors and static errors from the outputs of the acceleration sensors 10X and 10Y, for example. The inclination measuring unit 50 includes an inclination angle measuring unit 51 and an inclination azimuth measuring unit 52.

これら回転司令部30、誤差測定部40(動的誤差測定部41、静的誤差測定部42、傾斜誤差測定部43)、傾斜度測定部50(傾斜角測定部51、傾斜方位角測定部52)の機能は、以下にて説明する各種の回転測定方法にて明らかにされる。   These rotation command section 30, error measurement section 40 (dynamic error measurement section 41, static error measurement section 42, tilt error measurement section 43), slope measurement section 50 (tilt angle measurement section 51, tilt azimuth angle measurement section 52) ) Is clarified by various rotation measurement methods described below.

傾斜バイアス補正部60は、傾斜誤差測定部43で求められる傾斜誤差を傾斜バイアスとして、加速度検出時に、加速度センサーからの出力から傾斜バイアスを取り除くものである。
4. 誤差測定方法
以下に、較正プログラムに従って回転操作部5を操作して設定される回転位置(静止位置)での動的誤差DxΔTΔT,DyΔTΔT、静的誤差DFx,DFy及び傾斜誤差Iφ・cosθ,Iφ・sinθの測定方法について説明する。
The tilt bias correction unit 60 uses the tilt error obtained by the tilt error measurement unit 43 as a tilt bias, and removes the tilt bias from the output from the acceleration sensor when detecting acceleration.
4). Error Measurement Method In the following, dynamic errors Dx ΔT ΔT, Dy ΔT ΔT at the rotational position (static position) set by operating the rotary operation unit 5 according to the calibration program, static errors DFx, DFy, and tilt error Iφ · A method for measuring cos θ, Iφ · sin θ will be described.

本実施形態では、測定手法として以下の通り定める。
(i) 測定時に設定される加速度センサーの検出軸の方位を測定方位と称する。少なくとも一つの測定方位(基準方位)を重複させて測定し、基準方位とは異なる方位でも測定する。好ましくは最初と最後の測定方位を基準方位とする。
In the present embodiment, the measurement method is defined as follows.
(I) The direction of the detection axis of the acceleration sensor set at the time of measurement is referred to as a measurement direction. At least one measurement azimuth (reference azimuth) is measured in an overlapping manner, and measurement is also performed at an azimuth different from the reference azimuth. Preferably, the first and last measurement directions are set as the reference directions.

(ii)式(7)(8)中の未知数はそれぞれ4つ(例えば式(7)では、Iφ、cosθ、DFx及びDxΔTΔTの4つ)であるので、加速度センサーの検出軸を少なくとも4つ以上の測定方位(静止位置)に設定して測定する。つまり、未知数は、傾斜誤差Iφcosθ、バイアス(静的誤差)DFx及びドリフト(動的誤差)DxΔTΔTであり、これらの誤差を求めることになる。ただし、二軸加速度センサー10x,10yの出力を用いれば一測定方位での測定は2つと数えることができる。 (Ii) Since there are four unknowns in the equations (7) and (8) (for example, four in the equation (7), Iφ, cos θ, DFx, and Dx ΔT ΔT), the acceleration sensor has at least 4 detection axes. Measure with more than one measuring direction (stationary position). That is, the unknowns are the tilt error Iφcos θ, the bias (static error) DFx, and the drift (dynamic error) Dx ΔT ΔT, and these errors are obtained. However, if the outputs of the biaxial acceleration sensors 10x and 10y are used, two measurements in one measurement direction can be counted.

(iii)測定間の回転角度は、測定方位の数に依存して任意に定めることができるが、計算の都合上好ましくは測定間の回転角度は90度または180度刻みとする。
測定間の回転角度を90度または180度刻みとする場合には、2軸2方位回転測定(測定方位は0度、180度、360度)と、2軸4方位回転測定(測定方位は0度、90度、180度、270度、360度)とを挙げることができる。
(Iii) Although the rotation angle between measurements can be determined arbitrarily depending on the number of measurement directions, the rotation angle between measurements is preferably set in increments of 90 degrees or 180 degrees for the convenience of calculation.
When the rotation angle between measurements is 90 ° or 180 °, the biaxial 2-azimuth rotation measurement (measurement azimuth is 0 °, 180 °, 360 °) and the biaxial 4-azimuth rotation measurement (measurement azimuth is 0 Degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, 360 degrees).

4.1. 2軸4方位回転測定
図7は、2軸4方位で測定した時の測定方位(0度、90度、180度、270度、360度)毎の加速度センサー10xの測定値を示す。図7に示すように、0度と360度で測定値が同じである場合、この測定の間に加速度センサー10xの出力中のドリフトが安定していると仮定する。測定中のドリフトが安定していると仮定した場合、0度方位から+270度方位の間で直交する4方位の測定値は、測定時点の測定系の傾斜量と、加速度センサー10x(または10y)のドリフト(静的誤差)とによるオフセットの和であるとする。0度と360度で値に変動があるようなら、その差分を動的誤差として各測定に等分に割り当てて引き算する必要がある(動的誤差の除去)。任意の検出軸の直交する4方位での測定値の平均値は、バイアスのドリフトによるオフセット量を示す。任意の検出軸の直交する4方位の出力の回転方位に対する軌跡は、図7の通りサインカーブ上の4点となり、その振幅は水平面に対する傾きとなる。また、図7に示す最大値と最小値を取る方位は、その傾きの方位となる。
4.1. FIG. 7 shows measured values of the acceleration sensor 10x for each measurement direction (0 degree, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, 360 degrees) when measured in two axes and four directions. As shown in FIG. 7, when the measured values are the same at 0 degrees and 360 degrees, it is assumed that the drift in the output of the acceleration sensor 10x is stable during this measurement. Assuming that the drift during measurement is stable, the measurement values in four directions orthogonal from the 0 degree azimuth to the +270 degree azimuth are the amount of inclination of the measurement system at the time of measurement and the acceleration sensor 10x (or 10y). It is assumed that it is the sum of offsets due to the drift (static error). If the value varies between 0 degrees and 360 degrees, it is necessary to assign the difference equally to each measurement as a dynamic error for subtraction (removal of dynamic error). The average value of measured values in four orthogonal directions of an arbitrary detection axis indicates an offset amount due to bias drift. The locus with respect to the rotation direction of the output in four directions orthogonal to any detection axis is four points on the sine curve as shown in FIG. 7, and the amplitude thereof is an inclination with respect to the horizontal plane. Moreover, the azimuth | direction which takes the maximum value and minimum value shown in FIG. 7 becomes the azimuth | direction of the inclination.

なお、図7の縦軸は、測定値そのものではなく、予想される最大振幅と測定結果の比(振幅±1)に正規化されている。もし、センサー座標系(X,Y,Z)の(X−Y)平面が水平面に対して平行である場合、図7の縦軸の値は全て0になる。図7と同様にして、直交二軸加速度センサー10x,10yの出力を示すと、図8の通りとなる。図8に示すように、直交二軸加速度センサー10x,10yの出力の位相は90度ずれている。   In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 7 is normalized not to the measured value itself but to the ratio (amplitude ± 1) of the maximum expected amplitude and the measurement result. If the (XY) plane of the sensor coordinate system (X, Y, Z) is parallel to the horizontal plane, the values on the vertical axis in FIG. Similarly to FIG. 7, the outputs of the orthogonal biaxial acceleration sensors 10x and 10y are as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the phases of the outputs of the orthogonal biaxial acceleration sensors 10x and 10y are shifted by 90 degrees.

ここで、センサー座標系の(X−Y)平面を図9の通り定義する。X軸方向に対してY軸は反時計回りに90度の方向とする。加速度センサーの回転方向は、例えば反時計回りとし、0度→90度→180度→270度→0度(360度)の方向に回転させる。リリースする時には、内部配線が伸びきらないように、時計回り方向に戻すことができる。   Here, the (XY) plane of the sensor coordinate system is defined as shown in FIG. The Y axis is 90 degrees counterclockwise with respect to the X axis direction. The rotation direction of the acceleration sensor is, for example, counterclockwise, and is rotated in the direction of 0 degrees → 90 degrees → 180 degrees → 270 degrees → 0 degrees (360 degrees). When releasing, it can be returned clockwise so that the internal wiring does not stretch.

図9に示すように、0度方向からの傾斜方位角をθとし、傾斜量をIとし、測定順をn(n=0,1,2,3)とし、測定方位をn・π/2とすると、式(7)(8)に示す各測定値は次の通りとなる。
例えば、n=0の時の0度方向の測定値は、誤差をXe,Yeと表記すると次の式(9(10)の通りとなる。
As shown in FIG. 9, the inclination azimuth angle from the 0 degree direction is θ, the inclination amount is I, the measurement order is n (n = 0, 1, 2, 3), and the measurement azimuth is n · π / 2. Then, each measured value shown in Equations (7) and (8) is as follows.
For example, the measured value in the 0 degree direction when n = 0 is represented by the following equation (9 (10)) when the error is expressed as Xe, Ye.

4.1.1. 測定手順1(2軸4方位データ収集)
先ず、図2に示す回転操作部5を操作して直交二軸加速度センサー10x,10yを回転させ、例えば0度→90度→180度→270度→0度(360度)の順に各測定方位で停止させる。各測定方位にて、静止状態で2軸4方位データを加速度センサー10x,10yにて収集する。2軸4方位データを図10の通り定義する。
4.1.1. Measurement procedure 1 (2-axis 4-direction data collection)
First, the rotation operation unit 5 shown in FIG. 2 is operated to rotate the orthogonal biaxial acceleration sensors 10x and 10y. For example, each measurement azimuth in the order of 0 degrees → 90 degrees → 180 degrees → 270 degrees → 0 degrees (360 degrees). Stop at. In each measurement direction, the biaxial 4-direction data is collected by the acceleration sensors 10x and 10y in a stationary state. Two-axis four-direction data is defined as shown in FIG.

4.1.2. 測定手順2(動的誤差の測定)
次に、動的誤差である、測定中のドリフトDxΔTΔT,DyΔTΔTを測定する。図7について上述した通り、もし最初(0度)と最後(360度=0度)の測定値が等しい場合には測定中のドリフトは無視できるが、変動があるようなら、最初(0度)と最後(360度)の測定値の差分からドリフトDxΔTΔT,DyΔTΔTを求めることができる。なぜなら、式(7)(8)から分かる通り、測定方位が0度で共に等しい測定値X0,X4は、ドリフトDxΔTΔTのみが異なり、他の値であるIφ・cosθ及びDFxについては測定値X0,X4間で共に等しいからである。本実施形態にて、最初と最後の測定方位を等しくした理由は、全ての測定方位でのドリフト(動的誤差)の測定を可能とするためである。
4.1.2. Measurement procedure 2 (dynamic error measurement)
Next, drifts Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT during measurement, which are dynamic errors, are measured. As described above with reference to FIG. 7, if the first (0 degree) and last (360 degree = 0 degree) measurement values are equal, the drift during measurement can be ignored, but if there is a fluctuation, the first (0 degree) The drifts Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT can be obtained from the difference between the measured values at the last and 360 degrees. This is because, as can be seen from the equations (7) and (8), the measured values X0 and X4 having the same measurement azimuth at 0 degrees differ only in the drift Dx ΔT ΔT, and the other measured values of Iφ · cos θ and DFx are measured values This is because both X0 and X4 are equal. In the present embodiment, the reason why the first and last measurement orientations are made equal is to enable measurement of drift (dynamic error) in all measurement orientations.

ここで、測定方位が0度で共に等しい測定値X0,X4の差分、測定値X0,X4中の動的誤差の差分となる。この動的誤差の差分は、測定中の傾斜変化或いは、温度特性変動、環境振動変化、などが考えられるが、測定自体を比較的短時間に行われ、測定タイミングも環境温度変動が小さい、安定している時間帯を選択し、また測定時に測定端末の消費電流変化も安定させる条件とすることで、殆ど無視できるほどに縮小できる。そこで、最初の0度の測定方位の動的誤差は零とし、最後の360度の3測定方位では動的誤差が最大または最小となり、その間の90度、180度、270度の各測定方位での動的誤差は、測定値X0,X4の差分に基づいて割り当てることができる。   Here, the measurement azimuth is 0 degree, and the difference between the measurement values X0 and X4 is the same, and the difference between the dynamic errors in the measurement values X0 and X4. The difference in the dynamic error may be a change in inclination during measurement, temperature characteristic fluctuation, environmental vibration change, etc., but the measurement itself is performed in a relatively short time, and the measurement timing is also stable with little environmental temperature fluctuation. By selecting the time period during which measurement is performed, and by setting the conditions for stabilizing the change in current consumption of the measurement terminal during measurement, the time can be reduced to almost negligible. Therefore, the dynamic error of the first 0 degree measurement azimuth is zero, and the last 360 degree three measurement azimuth has the maximum or minimum dynamic error, with 90, 180, and 270 degrees between each measurement azimuth. Can be assigned based on the difference between the measured values X0 and X4.

例えば、上述したように測定中のドリフトDxΔTΔT,DyΔTΔTをそれぞれ一定レート(傾き)で近似した場合、最初(0度)と最後(360度)の測定値の差分(X4−X0)を線形補完することで、n回目の測定値Xnに重畳しているドリフト(動的誤差)は、n(X4−X0)/4と表すことができる。こうして、全ての測定方位での測定値に重畳しているドリフト(動的誤差)を測定することが可能となる。なお、n番目の測定値Xnからドリフト(動的誤差)が除外されたデータXn’は次の通り示される。また、図10に示す各測定値からはドリフト(動的誤差)が除外された一次加工データXn’Yn’は図11に示すようになる。
For example, as described above, when the drifts Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT being measured are approximated at a constant rate (slope), the difference (X4−X0) between the first (0 degree) and the last (360 degree) measurement values. Is linearly complemented, the drift (dynamic error) superimposed on the nth measurement value Xn can be expressed as n (X4−X0) / 4. In this way, it is possible to measure the drift (dynamic error) superimposed on the measurement values in all measurement directions. The data Xn ′ from which the drift (dynamic error) is excluded from the nth measurement value Xn is shown as follows. Further, primary processing data Xn′Yn ′ from which drift (dynamic error) is excluded from the measured values shown in FIG. 10 is as shown in FIG.

4.1.3. 測定手順3(静的誤差の測定)
式(9)(10)に示す表記を用いると、測定値X0〜X3は、次のように示すことができる。
4.1.3. Measurement procedure 3 (Static error measurement)
If the notation shown to Formula (9) (10) is used, measured value X0-X3 can be shown as follows.

X0〜X3の計測値の平均は、
となる。右辺第1項のカッコ内は、測定の前提としての対称性から、
となり、このことから、下記の式が成立する。
以上のことから、次の式が成立する。
このように、直交する測定方位(0度、90度、180度、270度)の計測値を加算平均することで、正弦波または余弦波の成分の値は消去されて、誤差Xeのみを取り出すことができる。
The average of the measured values of X0 to X3 is
It becomes. In the parenthesis of the first term on the right side, from the symmetry as the premise of measurement,
From this, the following equation is established.
From the above, the following equation is established.
In this way, by adding and averaging the measurement values of the orthogonal measurement directions (0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees), the value of the sine wave or cosine wave component is eliminated, and only the error Xe is extracted. be able to.

誤差Xe=DFx+DRx+DxΔTΔTまたは誤差Xe=DFy+DRy+DyΔTΔTであるので、Xavgに代えて、X’avgを計算する。
データX’は動的誤差DxΔTΔT,DyΔTΔTが除去されているため、その平均値X’avgも動的誤差DxΔTΔT,DyΔTΔTを含まない誤差(Xe−DxΔTΔT)または(Xe−DyΔTΔT)を求めることができる。ここで、上述したようにランダムドリフトDRx,DRyを無視できるとすれば、平均値X’avg=DFxまたは平均値Y’avg=DFyとなり、平均値X’avgまたはY’avgにより静的誤差DFxまたはDFyが求まることが分かる。
Since the error Xe = DFx + DRx + Dx ΔT ΔT or error Xe = DFy + DRy + Dy ΔT ΔT, instead XAVG, calculate the X'avg.
Since the data X ′ has the dynamic errors Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT removed, the average value X′avg also does not include the dynamic errors Dx ΔT ΔT and Dy ΔT ΔT (Xe−Dx ΔT ΔT) or (Xe−Dy ΔT ΔT) can be obtained. If the random drifts DRx and DRy can be ignored as described above, the average value X′avg = DFx or the average value Y′avg = DFy, and the static error DFx is determined by the average value X′avg or Y′avg. Or it can be seen that DFy is obtained.

4.1.4. 測定手順4(傾斜誤差の測定)
次に、動的誤差が除去されたデータX’からさらに静的誤差DFxを除去するために次式を計算し、図12に示す二次加工データを求める。
こうして求められた二次加工データX”nは、測定値Xから動的誤差DxΔTΔT及び静的誤差DFxが減算されたものであり、式(7)からX”n=Iφ・cosθが傾斜誤差として求められる。同様に、式(8)からY”n=Iφ・sinθが傾斜誤差として求められる。
4.1.4. Measurement procedure 4 (measurement of tilt error)
Next, in order to further remove the static error DFx from the data X ′ from which the dynamic error has been removed, the following equation is calculated to obtain the secondary processing data shown in FIG.
The secondary processing data X ″ n thus obtained is obtained by subtracting the dynamic error Dx ΔT ΔT and the static error DFx from the measured value X, and X ″ n = Iφ · cos θ is inclined from the equation (7). It is calculated as an error. Similarly, Y ″ n = Iφ · sin θ is obtained as a tilt error from the equation (8).

以上により、2軸4方位データから、動的誤差、静的誤差及び傾斜誤差の全てを求めることができる。   As described above, all of the dynamic error, static error, and tilt error can be obtained from the biaxial 4-azimuth data.

4.1.5. 測定手順5(傾斜角φの測定)
求められた二次加工データX”nを測定順序nを用いて示すと次式の通りである。
この式を用いると、手順4で求めた各二次加工データX”nの関係は次の通りとなる。
測定誤差等を縮小するために、次の通りの組み合わせで平均を計算する。
このX”02とX”13は互いに直交するので、この2値から傾斜量Iφを次式の通りに計算する。
この傾斜量Iφは傾斜角φの水平面への投影であることから、傾斜角Iφangleは、次の通りとなる。
測定値がG単位である場合、傾斜角φは次の通り表記される。
以上の通り、2軸4方位データから傾斜角φを求めることができる。
4.1.5. Measurement procedure 5 (Measurement of tilt angle φ)
The obtained secondary machining data X ″ n is shown using the measurement order n as follows.
Using this equation, the relationship between the secondary machining data X ″ n obtained in the procedure 4 is as follows.
In order to reduce the measurement error etc., the average is calculated with the following combinations.
Since X ″ 02 and X ″ 13 are orthogonal to each other, the inclination amount Iφ is calculated from these two values as follows.
Since this inclination amount Iφ is a projection of the inclination angle φ onto the horizontal plane, the inclination angle I φangle is as follows.
When the measured value is in G units, the tilt angle φ is expressed as follows.
As described above, the tilt angle φ can be obtained from the biaxial 4-azimuth data.

4.1.6. 測定手順6(傾斜方位角θの測定)
先ず、手順5で求めた傾斜量Iφで、手順4で求められた各二次加工データX”nを次式の通り除算して、図13に示す三次加工データを求める。
この三次加工データは、X'''=cosθ、Y'''=sinθとなり、図8に示す振幅±1に規格化された正弦波または余弦波を意味する。
4.1.6. Measurement procedure 6 (Measurement of tilt azimuth angle θ)
First, the secondary machining data X ″ n obtained in the procedure 4 is divided by the inclination amount Iφ obtained in the procedure 5 according to the following equation to obtain the tertiary machining data shown in FIG.
This tertiary processed data is X ″ ′ = cos θ and Y ′ ″ = sin θ, which means a sine wave or cosine wave normalized to amplitude ± 1 shown in FIG.

この正弦波または余弦波を、図14に示すようにガウス平面に直交座標に並べ替え、その際に測定方向を考慮して極性を付与する。
式(12)を式(11)を用いて変形するとともに、図14に示すX,Yの実数毎及びX,Yの虚数毎に平均する。それにより、X軸及びY軸の複素数表現は次式の通りとなる。
As shown in FIG. 14, this sine wave or cosine wave is rearranged into orthogonal coordinates on the Gaussian plane, and the polarity is given in consideration of the measurement direction.
The equation (12) is transformed using the equation (11), and averaged for every real number of X and Y and every imaginary number of X and Y shown in FIG. Thereby, the complex number representation of the X-axis and the Y-axis is as follows.

式(18)に示すX軸及びY軸の複素数のノルムは、次式の通り1となる。
例えばX軸の実数及び虚数とノルムとの関係は図15に示す通りとなり、図15から傾斜方位角θについては、実数及び虚数から次式が成立する。
The norm of the complex number of the X axis and the Y axis shown in Expression (18) is 1 as shown in the following expression.
For example, the relationship between the real number and imaginary number of the X axis and the norm is as shown in FIG. 15, and the following equation is established from the real number and the imaginary number for the tilt azimuth angle θ from FIG.

図15に示す第1〜第4象限の各区間で取り得る値から、次のことが成立する。
第1象限 θs>0,θc>0 結果θ=θc,θs=θc
第2象限 θs>0,θc>0 結果θ=θc,θs≠θc
第3象限 θs<0,θc>0 結果θ=2π−≠θc,θs=θc
第4象限 θs<0,θc>0 結果θ=2π−θc,θs≠θc
その結果、θs>0,θc>0の場合には、次式が成立する(単位はradian)。
同様に、θs>0,θc>0の場合には、次式が成立する(単位はradian)。
以上のことから、傾斜方位角θxn,θynは図16の通りとなる。図16に示す傾斜方位角θxn,θynの平均値を計算することもできる。
X平均値θavg−xとY平均値θavg−yは前提としては同値になるが、種々の要因で異なる値となる場合があるが概ね等しい。
以上の通り、測定手順1〜6により、式(7)(8)中の未知数4つの全てについて解を求めることができる。
From the values that can be taken in each section of the first to fourth quadrants shown in FIG.
First quadrant θs> 0, θc> 0 Result θ = θc, θs = θc
Second quadrant θs> 0, θc> 0 Result θ = θc, θs ≠ θc
Third quadrant θs <0, θc> 0 Result θ = 2π− ≠ θc, θs = θc
Fourth quadrant θs <0, θc> 0 Result θ = 2π−θc, θs ≠ θc
As a result, when θs> 0 and θc> 0, the following equation is established (unit is radian).
Similarly, when θs> 0 and θc> 0, the following equation is established (unit is radian).
From the above, the tilt azimuth angles θxn and θyn are as shown in FIG. The average value of the tilt azimuth angles θxn and θyn shown in FIG. 16 can also be calculated.
The X average value θ avg-x and the Y average value θ avg-y are assumed to be the same value as a premise, but they may be different values due to various factors, but are approximately equal.
As described above, the solutions can be obtained for all four unknowns in the equations (7) and (8) by the measurement procedures 1 to 6.

4.2. 2軸2方位回転測定
4.2.1. 測定手順1(2軸2方位データ収集)
先ず、図2に示す回転操作部5を操作して直交二軸加速度センサー10x,10yを回転させ、0度→180度→0度(360度)の順に各測定方位で停止させる。各測定方位にて、静止状態で2軸2方位での測定値を加速度センサー10x,10yにて収集する。図17は、2軸2方位で測定した時の測定方位(0度、180度、360度)毎の加速度センサー10xの測定値を示す(Y軸は省略)。図7に示す2軸4方位回転測定と同様に、0度と360度で値が同じである場合、この測定の間に加速度センサー10xの出力中のドリフトが安定していると仮定する。もし変動があるようなら、その差分を動的誤差として各測定に等分に割り当てて引き算する。なお、図17の縦軸も図7と同様に測定値そのものではなく、予想される最大振幅と測定結果の比(振幅±1)に正規化されている。2軸2方位データを図18の通り定義する。
4.2. 2-axis 2-azimuth rotation measurement 4.2.1. Measurement procedure 1 (2-axis 2-azimuth data collection)
First, the rotation operation unit 5 shown in FIG. 2 is operated to rotate the orthogonal biaxial acceleration sensors 10x and 10y, and stopped at each measurement direction in the order of 0 degrees → 180 degrees → 0 degrees (360 degrees). In each measurement azimuth, measurement values in two axes and two azimuths are collected by the acceleration sensors 10x and 10y in a stationary state. FIG. 17 shows measured values of the acceleration sensor 10x for each measurement direction (0 degrees, 180 degrees, 360 degrees) when measured in two directions and two directions (Y-axis is omitted). As in the biaxial 4-azimuth rotation measurement shown in FIG. 7, if the values are the same at 0 degrees and 360 degrees, it is assumed that the drift in the output of the acceleration sensor 10x is stable during this measurement. If there is a variation, the difference is assigned to each measurement as a dynamic error and subtracted. Note that the vertical axis in FIG. 17 is normalized not to the measurement value itself as in FIG. 7 but to the ratio between the expected maximum amplitude and the measurement result (amplitude ± 1). Two-axis two-direction data is defined as shown in FIG.

4.2.2. 測定手順2(動的誤差の測定)
次に、式(7)(8)中の動的誤差である、測定中のドリフトDxΔTΔTn,DyΔTΔTnを測定する。図17について上述した通り、もし最初(0度)と最後(360度=0度)の測定値が等しい場合には測定中のドリフトは無視できるが、変動があるようなら、2軸4方位回転測定の測定手順2(4.1.1)と同様にして、最初(0度)と最後(360度)の測定値の差分からドリフトDxΔTΔTn,DyΔTΔTnを求めることができる。
4.2.2. Measurement procedure 2 (dynamic error measurement)
Next, the drifts Dx ΔT ΔTn and Dy ΔT ΔTn during measurement, which are dynamic errors in the equations (7) and (8), are measured. As described above with reference to FIG. 17, if the first (0 degree) and last (360 degree = 0 degree) measurement values are equal, drift during measurement is negligible, but if there is a fluctuation, biaxial four-direction rotation measurement procedure in the same manner as in 2 (4.1.1) of the measurement, the first (0-degree) and the last (360) of the measured value differences from the drift Dx [Delta] T .DELTA.Tn of, it is possible to determine the Dy [Delta] T .DELTA.Tn.

ここで、測定方位が0度で共に等しい測定値X0,X2の差分が、測定値X0,X2中の動的誤差の差分となる。最初の0度の測定方位の動的誤差は零とし、最後の360度の3測定方位では動的誤差が最大または最小となり、その間の180度の測定方位での動的誤差は、測定値X0,X2の差分に基づいて割り当てることができる。例えば、上述したように測定中のドリフトDxΔTΔTn,DyΔTΔTnをそれぞれ一定レート(傾き)で近似した場合、最初(0度)と最後(360度)の測定値の差分(X2−X0)を線形補完することで、n回目の測定値Xnに重畳しているドリフト(動的誤差)は、n(X2−X0)/2と表すことができる。こうして、全ての測定方位での測定値に重畳しているドリフト(動的誤差)を測定することが可能となる。なお、n番目の測定値Xnからドリフト(動的誤差)が除外されたデータXn’は次の通り示される。また、図18に示す各測定値からはドリフト(動的誤差)が除外された一次加工データXn’ ,Yn’は図19に示すようになる。
Here, the difference between the measurement values X0 and X2 that are equal to each other at the measurement azimuth of 0 degrees is the difference in dynamic error in the measurement values X0 and X2. The dynamic error of the first 0 degree measurement direction is zero, the dynamic error is the maximum or minimum at the last 360 degree measurement direction, and the dynamic error at the 180 degree measurement direction is measured value X0. , X2 can be assigned based on the difference. For example, when the drifts Dx ΔT ΔTn and Dy ΔT ΔTn being measured are approximated at a constant rate (slope) as described above, the difference (X2−X0) between the first (0 degree) and the last (360 degree) measurement values Is linearly complemented, the drift (dynamic error) superimposed on the n-th measurement value Xn can be expressed as n (X2−X0) / 2. In this way, it is possible to measure the drift (dynamic error) superimposed on the measurement values in all measurement directions. The data Xn ′ from which the drift (dynamic error) is excluded from the nth measurement value Xn is shown as follows. Further, primary processed data Xn ′ and Yn ′ from which drift (dynamic error) is excluded from the measured values shown in FIG. 18 are as shown in FIG.

4.2.3. 測定手順3(静的誤差の測定)
2軸4方位回転測定の処理手順3(4.1.3)と同様にして、式(13)で定義されるX’0とX’1との平均から静的誤差DFxを求め、Y’0とY’1との平均から静的誤差DFyを求める。
4.2.3. Measurement procedure 3 (Static error measurement)
The static error DFx is obtained from the average of X′0 and X′1 defined by the equation (13) in the same manner as in the processing procedure 3 (4.1.3) of the biaxial 4-azimuth rotation measurement, and Y ′ The static error DFy is obtained from the average of 0 and Y′1.

4.2.4. 測定手順4(傾斜誤差の測定)
次に、動的誤差が除去された一次加工データX’からさらに静的誤差DFxを除去するために次式を計算し、図20に示す二次加工データを求める。
こうして求められた二次加工データX”nは、測定値Xから動的誤差DxΔTΔT及び静的誤差DFxが減算されたものであり、式(7)からX”n=Iφ・cosθが傾斜誤差として求められる。同様に、式(8)からY”n=Iφ・sinθが傾斜誤差として求められる。式(16)を計算することにより、各測定方位での傾斜誤差X”n,Y”nは図21の通りとなる。
以上により、2軸2方位回転測定から、動的誤差、静的誤差及び傾斜誤差の全てを求めることができる。
4.2.4. Measurement procedure 4 (measurement of tilt error)
Next, in order to further remove the static error DFx from the primary machining data X ′ from which the dynamic error has been removed, the following equation is calculated to obtain the secondary machining data shown in FIG.
The secondary processing data X ″ n thus obtained is obtained by subtracting the dynamic error Dx ΔT ΔT and the static error DFx from the measured value X, and X ″ n = Iφ · cos θ is inclined from the equation (7). It is calculated as an error. Similarly, Y ″ n = Iφ · sin θ is obtained as the tilt error from the equation (8). By calculating the equation (16), the tilt errors X ″ n and Y ″ n in each measurement direction are obtained as shown in FIG. It becomes street.
As described above, all of the dynamic error, static error, and tilt error can be obtained from the biaxial, two-azimuth rotation measurement.

4.2.5. 測定手順5(傾斜角φの測定)
処理手順4で求められた二次加工データX”n,Y”nを次式の通り変形して、X”0,X”1,Y”0,Y”1をそれぞれ求める。
4.2.5. Measurement procedure 5 (Measurement of tilt angle φ)
The secondary processing data X ″ n, Y ″ n obtained in the processing procedure 4 is transformed as follows to obtain X ″ 0, X ″ 1, Y ″ 0, Y ″ 1.

以上のことから、次式が成立する。
測定誤差等を縮小するため、X軸、Y軸についてそれぞれ次式により平均化する。なお、次式では正負の符号を考慮して平均化している。
上述の式を計算して次式を求める。
From the above, the following equation is established.
In order to reduce the measurement error and the like, the X axis and the Y axis are averaged by the following equations, respectively. In the following equation, averaging is performed in consideration of positive and negative signs.
The following formula is obtained by calculating the above formula.

このX”01とY”01は直交しているので、この2値から次式により傾斜量Iφを計算することができる。
この傾斜量Iφは傾斜角φの水平面への投影であることから、2軸4方位回転測定の式(12)(13)と同様にして傾斜角φを求めることができる。
以上の通り、2軸2方位データから傾斜角φを求めることができる。
Since X ″ 01 and Y ″ 01 are orthogonal to each other, the inclination amount Iφ can be calculated from these two values according to the following equation.
Since the tilt amount Iφ is a projection of the tilt angle φ onto the horizontal plane, the tilt angle φ can be obtained in the same manner as in the equations (12) and (13) of the biaxial four-direction rotation measurement.
As described above, the tilt angle φ can be obtained from the biaxial 2-azimuth data.

4.2.6 測定手順6(傾斜方位角θの測定)
先ず、手順5で求めた傾斜量Iφで、手順4で求められた各二次加工データX”nを式(14)の通り除算して規格化して、図22に示す三次加工データX'''nを求める。
次に、0度及び180度の三次加工データについて、X軸を実数としY軸を虚数として複素数Vを表すと次の通りとなる。
4.2.6 Measurement procedure 6 (Measurement of tilt azimuth angle θ)
First, each secondary machining data X ″ n obtained in the procedure 4 is divided by the inclination amount Iφ obtained in the procedure 5 and normalized as shown in the equation (14) to obtain the tertiary machining data X ″ shown in FIG. 'N is calculated.
Next, regarding the tertiary processed data of 0 degree and 180 degrees, the complex number V is expressed as follows with the X axis as a real number and the Y axis as an imaginary number.

0度及び180度の三次加工データについての複素数Vを用いて、図15に示す複素数のノルム、sinθ、cosθ及びtanθを求めると、図23の通りとなる。また、傾斜方位角θxn,θynは図24の通りとなる。図24に示す傾斜方位角θxn,θynの平均値を計算することもできる。
X平均値θavg-xとY平均値θavg-yは前提としては同値になるが、種々の要因で異なる値となる場合があるが概ね等しい。
以上の通り、測定手順1〜6により、2軸2方位回転測定でも式(7)(8)中の未知数4つの全てについて解を求めることができる。なお、2軸4方位回転測定と比べると、2軸2方位回転測定ではデータ数が小さくなるので精度は劣化するが、測定量が約1/2となるので計測上の負荷は減少する。
4.3. 回転角が90度の整数倍以外を含む回転測定の一般的手法
上述した各実施形態では加速度センサーの回転角度を90度の整数倍としたが、以下、90度の整数倍の以外の回転角を含む方位回転測定の一般的手法について説明する。
FIG. 23 shows the complex norm, sin θ, cos θ, and tan θ shown in FIG. 15 using the complex number V for the tertiary processed data of 0 degrees and 180 degrees. Further, the tilt azimuth angles θxn and θyn are as shown in FIG. The average value of the tilt azimuth angles θxn and θyn shown in FIG. 24 can also be calculated.
The X average value θavg-x and the Y average value θavg-y are assumed to be the same value as a premise, but they may be different values due to various factors, but are approximately equal.
As described above, the solutions can be obtained for all four unknowns in the equations (7) and (8) by the measurement procedures 1 to 6 even in the biaxial two-direction rotation measurement. Compared with the biaxial 4-azimuth rotation measurement, the number of data is smaller in the 2-axis 2-azimuth rotation measurement, so the accuracy deteriorates. However, the measurement amount is about ½, so the measurement load is reduced.
4.3. General method of rotation measurement including rotation angle other than integer multiple of 90 degrees In the above-described embodiments, the rotation angle of the acceleration sensor is set to an integer multiple of 90 degrees. Hereinafter, rotation angles other than an integer multiple of 90 degrees are used. A general method of azimuth rotation measurement including the will be described.

4.3.1. 処理手順1(データ収集)
加速度センサーの検出軸を回転させ方向を変えて静止状態で測定する計測を連続して行う。図27に示すように、加速度センサーの検出軸を回転させて所望の方向に向ける区間tと、静止状態の間に加速度を測定する区間tとの一対で、一方向の測定を構成する。この一方向の測定が繰り返され、検出軸を回転させて方向を変えながら連続して計測する。測定方位を変えながら測定された連続した測定データから、誤差を測定するデータ処理の区間を切り出し、これを1サイクルとする。計測方向は、円周(2π)を3以上の自然数で割った角度ステップで計測する。円の中心から円に内接する正多角形の頂点への方向を測定方位とする。1サイクルの区間をm=0,1,2,…,mとする。1サイクル区間は、区間の最初の測定方向(基準方位)m=0とし、この方向から回転したその他の方向の測定と、最初の測定方向(基準方位)と同じ方向の測定m=mまでの区間とする。この1サイクルの区間内に設定される方位は、最初の方位(基準方位)と、基準方位と同じ方向である最後の方位と、その他の方位とは、誤差を測定するために必要なすべての方位を含む。測定に必要な全ての方位が1サイクル中に1回以上含まれる。従って、1サイクルの区間の長さは異なる場合がある。方位を変更する回転の方向は交互に反転してもよい。また、隣り合うサイクル区間の回転は、サイクル区間内の方向順番が対称であってもよいし、あるいは同順であってもよい。
4.3.1. Processing procedure 1 (data collection)
Measure continuously in a stationary state by rotating the detection axis of the acceleration sensor and changing the direction. As shown in FIG. 27, a pair of an interval t S in which the detection axis of the acceleration sensor is rotated and directed in a desired direction and an interval t R in which acceleration is measured during a stationary state constitutes one-way measurement. . This measurement in one direction is repeated, and measurement is continuously performed while changing the direction by rotating the detection shaft. An interval of data processing for measuring an error is cut out from continuous measurement data measured while changing the measurement direction, and this is defined as one cycle. The measurement direction is measured in angular steps obtained by dividing the circumference (2π) by a natural number of 3 or more. The direction from the center of the circle to the vertex of the regular polygon inscribed in the circle is taken as the measurement direction. One cycle interval of m = 0,1,2, ..., and m m. 1 cycle interval, a first measurement direction (reference direction) m = 0 interval, other and the direction of measurement which is rotated from this direction, until the measurement m = m m in the same direction as the first measuring direction (reference direction) It is set as the section. The azimuth set in this one-cycle section is the first azimuth (reference azimuth), the last azimuth that is the same direction as the reference azimuth, and the other azimuths, which are all necessary to measure the error. Includes orientation. All orientations necessary for measurement are included once or more in one cycle. Accordingly, the length of one cycle section may be different. The direction of rotation for changing the direction may be reversed alternately. Further, the rotations of adjacent cycle sections may be symmetric in the direction order in the cycle sections, or may be in the same order.

図28〜図30に示すように、誤差測定に必要な方向数を例えば5つとし、その方向をa,b,c,d,e,fとし、この5つの方向が[0:2π]の範囲にあるとする。図28〜図30に示すように、回転して方位を変えながら連続して計測した時の測定をs=0,1,2,…とする。なお、図28〜図30において、s=0,1,2,…の各回での回転方向は同一方向でも良いし、交互に逆回転させても良い。   As shown in FIGS. 28 to 30, for example, the number of directions required for error measurement is five, the directions are a, b, c, d, e, and f, and these five directions are [0: 2π]. Suppose that it is in range. As shown in FIGS. 28 to 30, s = 0, 1, 2,... Are measured when continuously measured while rotating and changing the direction. 28 to 30, the rotation direction at each time of s = 0, 1, 2,... May be the same direction, or may be alternately reversed.

図28及び図29では、例えばk番目のサイクルは、S=14の測定の後、1サイクルの成立が判定され、kサイクル区間が成立する。成立したkサイクル区間について、後述する誤差評価プロセスを行う。1サイクルの最初と最後が同じ方向である。図28では全てのサイクルの最初の方向は方向aで同じであるが、図29での隣り合うサイクルは、サイクルの最初の方向が異なる。図30でも、サイクルの最初と最後が同じ方向であるが、1サイクル中に5つの方向(a,b,c,d,e,f)が各2回ずつ設定されている。   In FIG. 28 and FIG. 29, for example, in the k-th cycle, after measurement of S = 14, it is determined that one cycle is established, and a k cycle section is established. The error evaluation process described later is performed for the established k cycle interval. The first and last cycle are in the same direction. In FIG. 28, the initial direction of all cycles is the same in direction a, but adjacent cycles in FIG. 29 differ in the initial direction of the cycle. In FIG. 30, the first and last cycles are in the same direction, but five directions (a, b, c, d, e, f) are set twice each in one cycle.

なお、上述した通り、加速度センサーの検出軸を、図25に示すNorth-East-Down(NED)座標系に方位が関連付けて位置決定された第1測定方位を基準方位とすることができる。重力方向と交差する仮想平面に検出軸を有する加速度センサーの検出軸を、概ね水平面とする。図25に示すように、加速度センサーの基準方向出力の水平面への投影方向とNED座標系の基準とする方向のなす角をψとする。回転計測の測定方位の基準方向を、加速度センサーの設置された環境のNorth-East-Down(NED)座標系に関連付けて方位を決定する。また、図26に示すように、計測条件はランダムドリフトレートDが最小となるA-B区間の計測時間とするのが望ましい。 Note that, as described above, the detection axis of the acceleration sensor can be set to have the first measurement direction determined in association with the North-East-Down (NED) coordinate system shown in FIG. 25 as the reference direction. A detection axis of an acceleration sensor having a detection axis on a virtual plane that intersects the direction of gravity is generally a horizontal plane. As shown in FIG. 25, an angle formed by the projection direction of the reference direction output of the acceleration sensor onto the horizontal plane and the reference direction of the NED coordinate system is denoted by ψ. The direction is determined by associating the reference direction of the measurement direction of rotation measurement with the North-East-Down (NED) coordinate system of the environment where the acceleration sensor is installed. Further, as shown in FIG. 26, the measurement condition is desirable that the measurement time of the A-B section random drift rate D R becomes minimum.

4.3.2. 処理手順2(動的誤差の測定)
測定結果を次のモデル式でそれぞれのパラメータが表される関係とする。測定データからそれぞれの項が44見積もられる。
4.3.2. Processing procedure 2 (dynamic error measurement)
The measurement result is a relationship in which each parameter is expressed by the following model formula. Each term is estimated from the measurement data.

ここで、図31には上記式中の傾斜方位角θφ、測定方位と傾斜方位角の差ψn、測定方位角θnが示されている。また、重力方向と交差する仮想平面Pφ(図31)に検出軸を有する加速度センサーが、平面Pφの法線周りに回転した時の、水平面Pに対して傾斜している最大角度を図32の通り傾斜角φとし、この時加速度センサーの検出軸に出力される重力加速度成分を傾斜量Iφとする。重力加速度の傾斜角φによる傾斜量Iφは、次の通り上述した式(1)と同じとなる。
Here, FIG. 31 shows the tilt azimuth angle θφ, the difference between the measurement azimuth angle and the tilt azimuth angle ψn, and the measurement azimuth angle θn in the above formula. The acceleration sensor has a detection axis in the virtual plane P phi (Fig. 31) intersecting the direction of gravity, when rotated about the normal line of the plane P phi, the maximum angle which is inclined relative to the horizontal plane P H As shown in FIG. 32, the inclination angle φ is set, and the gravitational acceleration component output to the detection axis of the acceleration sensor at this time is set as the inclination amount Iφ. The amount of inclination Iφ due to the inclination angle φ of the gravitational acceleration is the same as the above-described equation (1) as follows.

ここで、傾斜量Iφは、傾斜の方向と加速度センサ出力軸を基準方位とした時の仮想平面Pφ上の方向との関係を、基準方向に対して以下の式の通りとする。
Here, the inclination amount Iφ has a relationship between the direction of the inclination and the direction on the virtual plane when the acceleration sensor output axis is set as the reference orientation as the following formula with respect to the reference direction.

計測した1サイクルのデータについて、測定データの順番mを、m=0,1,2,…,mとし、m回目の加速度センサー出力をDmとし、測定の方位角をθmとする。1サイクルのデータ区間の最初の測定方向(基準方位)をm=0とし、最後の測定方向(基準方位)をm=mとする。測定単位区間の基準方向の最初のデータm=0と最後のデータm=mの差を求め、その差をそれぞれの測定データに測定中に、均等に配分して、m回目の測定中の動的誤差を求める。m回目の加速度センサーの出力Dmから動的誤差を引き算する。
For the measured data of one cycle, the order m of the measurement data is m = 0, 1, 2,..., M m , the mth acceleration sensor output is Dm, and the measurement azimuth is θm. First measurement direction of one cycle data section (reference azimuth) and m = 0, the last measurement direction (reference direction) and m = m m. The difference between the first data m = 0 and the last data m = m m in the reference direction of the measurement unit section is obtained, and the difference is evenly distributed during the measurement to the respective measurement data. Find the dynamic error. The dynamic error is subtracted from the output Dm of the mth acceleration sensor.

上述の通り動的誤差を減算したデータについて、1サイクルの測定区間の中で測定方位が重複している測定値は、同じ方位で平均し、測定方位角毎のデータすることができる。
測定方位毎のデータは、測定方位番号nで区分された測定値Dnと測定方位角θnの組合せとし、それらを図33に示す1次加工データDn’とする。
As described above, with respect to the data obtained by subtracting the dynamic error, the measurement values in which the measurement azimuth overlaps in one cycle of the measurement interval can be averaged in the same azimuth and data for each measurement azimuth angle can be obtained.
The data for each measurement azimuth is a combination of the measurement value Dn divided by the measurement azimuth number n and the measurement azimuth angle θn, and these are the primary processed data Dn ′ shown in FIG.

4.3.3. 処理手順3(静的誤差の測定)
次に、1次加工データの平均値を計算して、静的誤差Dを算出する。ただし、測定方位番号n=0,1,2,…,nであり、測定方位数はnである。
4.3.3. Processing procedure 3 (Static error measurement)
Next, an average value of the primary processing data is calculated to calculate a static error DF . However, measuring the azimuth number n = 0,1,2, ..., a n n, measurement orientation number is n n.

4.3.4. 処理手順4(二次加工データの生成)
1次加工データDn’から静的誤差Dを減算して二次加工データDn”を生成する。この二次加工データを図34に示す。
4.3.4. Processing procedure 4 (generation of secondary processing data)
The static machining error DF is subtracted from the primary machining data Dn ′ to generate secondary machining data Dn ″. This secondary machining data is shown in FIG.

こうして求められた二次加工データX”mは、測定値Xから動的誤差DxΔTΔT及び静的誤差DFxが減算されたものであり、式(7)からX”m=Iφ・cosθが傾斜誤差として求められる。同様に、式(8)からY”m=Iφ・sinθが傾斜誤差として求められる。 The secondary machining data X ″ m obtained in this way is obtained by subtracting the dynamic error Dx ΔT ΔT and the static error DFx from the measured value X, and X ″ m = Iφ · cos θ is inclined from the equation (7). It is calculated as an error. Similarly, Y ″ m = Iφ · sin θ is obtained as a tilt error from the equation (8).

4.3.5. 処理手順5(二次加工データを用いた計算)
測定方位角θnと二次加工データDn”の関係は次式で表される。
4.3.5. Processing procedure 5 (calculation using secondary machining data)
The relationship between the measurement azimuth angle θn and the secondary machining data Dn ″ is expressed by the following equation.

測定方位θnは測定条件なので既知数とし、傾斜量Iφ、傾斜方位角θφを未知数A,Bとして、任意のA,Bから二次加工データC”nを推測する。
Since the measurement azimuth θn is a measurement condition, it is a known number, and the amount of inclination I φ and the inclination azimuth angle θ φ are unknowns A and B, and secondary processing data C ″ n is estimated from arbitrary A and B.

推定された二次加工データC”nと計測された二次加工データDn”との比Rnを求める。
A ratio Rn between the estimated secondary machining data C ″ n and the measured secondary machining data Dn ″ is obtained.

未知数Bを任意の範囲で調整して、Bが傾斜方位角と等しくなる場合(B=θφ)、次の式が成立し、それぞれの測定方位角におけるこの比は一定の値になる。
When the unknown B is adjusted in an arbitrary range and B becomes equal to the tilt azimuth (B = θφ), the following equation is established, and this ratio at each measurement azimuth becomes a constant value.

これを利用して、任意のBについて二次加工データのそれぞれの測定方位角θnにおける比Rnの分散σを計算し、この分散σが最小となるBmlを、傾斜方位角θφの最尤値とする。
Using this, the variance sigma R ratio Rn at each measuring azimuth θn of secondary processing data calculated for any B, and B ml of the dispersion sigma R becomes minimum, the tilt direction angle theta phi Maximum likelihood value.

これより傾斜量Iφを算出する。求めた傾斜方位角θφの最尤値Bmlの時の比Rnの相加平均は、未知数Aを1とした時、次のように示される。
From this, the amount of inclination is calculated. The arithmetic mean of the ratio Rn at the maximum likelihood value B ml of the obtained tilt azimuth angle θ φ is expressed as follows when the unknown A is 1.

B=Bmlの時の相加平均を傾斜量Iφの最尤値とする。図35に示すように、未知数Bを全周の範囲でこの分散σが最小となるBmlを求めると、180度方位差の2方向が求まる。従って、未知数Bを任意の範囲振って分散σを計算する区間は[0〜π]の区間とし、この区間で最尤値となる方位角にπを加算した方位角の近傍の最尤値を算出する。測定値には誤差が含まれるので、算出した2傾斜方位角の平均を求めて、方位角方向とします。この2つの平行な方向に傾斜方位角があり、傾斜の仰角方向を傾斜方位角方向とすると、この算出された2傾斜方向の相加平均が正の整数区間にある方位を傾斜方位角として選択する。 The arithmetic mean of the time of B = B ml and the maximum likelihood value of the lean amount I phi. As shown in FIG. 35, when the unknown B is obtained as B ml that minimizes the variance σ R in the entire circumference range, two directions of 180 ° azimuth difference are obtained. Accordingly, the interval for calculating the variance σ R by shifting the unknown B in an arbitrary range is the interval [0 to π], and the maximum likelihood value near the azimuth angle obtained by adding π to the azimuth angle that becomes the maximum likelihood value in this interval. Is calculated. Since the measurement value includes an error, the average of the calculated two tilt azimuths is obtained and set as the azimuth direction. If there is a tilt azimuth angle in these two parallel directions, and the elevation angle direction of the tilt is the tilt azimuth angle direction, the azimuth in which the calculated arithmetic mean of the two tilt directions is in a positive integer section is selected as the tilt azimuth angle. To do.

4.3.6. 処理手順6(平均値の計算)
それぞれの測定サイクルをk=1,2,…,k回繰り返して計測したとき、測定サイクルkで得られた計測値を次の通り定義する。
測定精度を向上させるため、全サイクルk=1〜kでの計測値の平均を求める。
4.3.6. Processing procedure 6 (calculation of average value)
When each measurement cycle is repeated k = 1, 2,..., K k times, the measurement values obtained in the measurement cycle k are defined as follows.
In order to improve the measurement accuracy, an average of measured values in all cycles k = 1 to kk is obtained .

4.3.7. 処理手順7(温度依存性の評価)
それぞれの測定サイクルをk=1,2,…として、サイクルの測定区間の温度センサー出力Tmの平均を計算し、Tmをサイクル区間の測定温度とする。kサイクルの測定温度平均値Tkは次の通りとなる。
4.3.7. Processing procedure 7 (Evaluation of temperature dependence)
For each measurement cycle, k = 1, 2,..., The average of the temperature sensor outputs Tm in the measurement interval of the cycle is calculated, and Tm is set as the measurement temperature in the cycle interval. The measured temperature average value Tk of k cycles is as follows.

それぞれの測定サイクルkの平均温度Tkと静的誤差の計測値DFkとの相関から、静的誤差DFkの温度依存性は、図36に示す通りに評価される。図36に示す相関は、次の通り、各項毎に温度特性補正係数を有する二次関数以上(h≧2)の多項式で近似することができる。
From the correlation between the average temperature Tk of each measurement cycle k and the measured value DFk of the static error, the temperature dependence of the static error DFk is evaluated as shown in FIG. The correlation shown in FIG. 36 can be approximated by a polynomial of a quadratic function or more (h ≧ 2) having a temperature characteristic correction coefficient for each term as follows.

4.3.8. 処理手順8(測定結果に対する補正)
加速度センサーの入出力を次の通り定義して、補正を行うことができる。
4.3.8. Processing procedure 8 (correction for measurement results)
The input / output of the acceleration sensor can be defined as follows to make corrections.

バイアス補正は、加速度センサーの入出力を次の通り定義して、補正を行うことができる。なお、温度特性相関を更新するために、較正測定時には温度特性補正を行わない。
The bias correction can be performed by defining the input / output of the acceleration sensor as follows. In order to update the temperature characteristic correlation, temperature characteristic correction is not performed during calibration measurement.

4.3.9. 更正値の更新処理
次に、図37を参照して、上述した処理手順1〜7に従った更正値の更新動作につて説明する。先ず、加速度センサーに関して、図4に示す水平座標系への関連付け、測定条件等が初期設定される(ステップ1)。個別の測定条件として、例えば図26に示すようにランダムドリフトレートDが最小となる測定条件を設定し(ステップ2)、図26に示す区間A−Bを初期設定する(ステップ3)。その後、図27〜図30に示すようにして加速度センサーを順次回転静止させて測定を行う(ステップ4)。各回転静止毎に、図27〜図30に示す1サイクル区間の定義の判定を実施する(ステップ5)。図27〜図30に示す1サイクル区間が成立していなければ(ステップ6がNO)、ステップ4に戻る。1サイクル区間が成立していれば(ステップ6がYES)、ステップ7に移行する。ステップ7では、加速度センサーの出力Dmから動的誤差を引き算して一次加工データを生成し、さらに1サイクル区間で一次加工データの平均値を生成する。さらに、一次加工データから静的誤差を引き算して二次加工データを求め、二次加工データに基づいて各種の補正値を計算する(ステップ8)。全サイクルについて回転静止位置での測定が終了したか否かが判断され(ステップ9)、ステップ9での判断がNOであればステップ4に戻り、ステップ9での判断がYESであればステップ10に移行する。ステップ10では、統計計算として例えば全サイクルk=1〜kでの計測値の平均が求められ、その統計値が更正値として更新される(ステップ11)。
4.3.9. Correction Value Update Processing Next, the correction value update operation according to the above-described processing steps 1 to 7 will be described with reference to FIG. First, with respect to the acceleration sensor, association with the horizontal coordinate system shown in FIG. 4, measurement conditions, and the like are initially set (step 1). As a separate measurement condition, set the measurement conditions, for example, random drift rate D R as shown in FIG. 26 becomes minimum (step 2), initializes the segment A-B shown in FIG. 26 (Step 3). Thereafter, as shown in FIGS. 27 to 30, the acceleration sensor is sequentially rotated and stopped to perform measurement (step 4). The determination of the definition of one cycle section shown in FIGS. 27 to 30 is performed for each rotation stationary (step 5). If the one-cycle section shown in FIGS. 27 to 30 is not established (NO in step 6), the process returns to step 4. If one cycle section is established (YES in step 6), the process proceeds to step 7. In step 7, primary processing data is generated by subtracting a dynamic error from the output Dm of the acceleration sensor, and an average value of the primary processing data is generated in one cycle section. Further, the secondary machining data is obtained by subtracting the static error from the primary machining data, and various correction values are calculated based on the secondary machining data (step 8). It is determined whether or not the measurement at the rotational stationary position has been completed for all the cycles (step 9). If the determination in step 9 is NO, the process returns to step 4. If the determination in step 9 is YES, step 10 is performed. Migrate to In step 10, for example, an average of measured values in all cycles k = 1 to kk is obtained as a statistical calculation, and the statistical value is updated as a corrected value (step 11).

4.3.10. 傾斜角等の測定
図38は、上述した処理手順1〜8に従った傾斜角、傾斜方位角、傾斜量等の傾斜計測定動作について説明する。図38において、ステップ1〜ステップ11は図37と同じであり、ステップ12が追加されている。図38において、ステップ11にて更正値が更新された後に、傾斜角、傾斜方位角、傾斜量等の傾斜計測定動作が終了したか否かが判断される(ステップ12)。ステップ12での判断がNOであれば、ステップ4に戻って、ステップ4〜ステップ11による傾斜角、傾斜方位角、傾斜量等の傾斜計測定動作が行われる。ここで、図38のステップ10での統計計算では、測定データ及び更正値を用いて傾斜方位角の平均値θφR、傾斜量の平均値IφR、傾斜角の平均値φが求められる。
4.3.10. Measurement of Inclination Angle, etc. FIG. 38 explains inclinometer measurement operations such as an inclination angle, an inclination azimuth angle, and an inclination amount according to the above-described processing procedures 1-8. In FIG. 38, Step 1 to Step 11 are the same as FIG. 37, and Step 12 is added. In FIG. 38, after the correction value is updated in step 11, it is determined whether or not the inclinometer measurement operation such as the tilt angle, the tilt azimuth angle, and the tilt amount is finished (step 12). If the determination in step 12 is NO, the process returns to step 4 to perform inclinometer measurement operations such as the tilt angle, tilt azimuth, and tilt amount in steps 4 to 11. Here, in the statistical calculation in step 10 of FIG. 38, the average value theta .phi.R tilt azimuth using the measured data and calibration values, the inclination amount of the average I .phi.R, average phi R tilt angle is determined.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は全て本発明の範囲に含まれるものとする。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.

例えば、基準方位に設定した第1静止位置(例えば0度)から少なくとも2つの第2静止位置(例えば、90度、180度、270度)を経て再度基準方位である第3静止位置(360度=0度)にて測定する1サイクルとしたときには、図39及び図40に示すようにして複数サイクルで実施される。   For example, after passing through at least two second stationary positions (for example, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees) from the first stationary position (for example, 0 degrees) set as the reference direction, the third stationary position (360 degrees) that is the reference direction again. = 0 degrees), the measurement is performed in a plurality of cycles as shown in FIGS. 39 and 40.

図39に示す例では、0度→90度→180度と反時計回り方向に回転させた後に、180度→90度→0度と時計回転方向に回転させ、逆方向の回転を交互に繰り返している。一方向に連続回転させると内部配線が破綻するからである。また、図39の例では、1サイクル目(0度→90度→180度→0度)と2サイクル目(180度→90度→0→180度)とは、基準方位が0度、180度とそれぞれ異なっている。   In the example shown in FIG. 39, after rotating counterclockwise from 0 degree → 90 degrees → 180 degrees, it is rotated clockwise from 180 degrees → 90 degrees → 0 degrees and rotating in the opposite direction alternately. ing. This is because internal wiring breaks down when it is continuously rotated in one direction. In the example of FIG. 39, the first direction (0 degrees → 90 degrees → 180 degrees → 0 degrees) and the second cycle (180 degrees → 90 degrees → 0 → 180 degrees) have a reference orientation of 0 degrees, 180 degrees. Each degree is different.

一方、図40に示す例では、0度→90度→180→270度と反時計回り方向に回転させた後に、270度→0度と時計回転方向に戻し回転させている。また、図40の例でも、1サイクル目(0度→90度→180度→270度→0度)と、2サイクル目(90度→180度→270度→0度→90度)と、3サイクル目(180度→270度→0度→90度→180度)、4サイクル目(270度→0度→90度→180度→270度)とは、基準方位が0度、90度、180度、270度とそれぞれ異なっている。   On the other hand, in the example shown in FIG. 40, after rotating counterclockwise from 0 degrees → 90 degrees → 180 → 270 degrees, it is rotated back to 270 degrees → 0 degrees clockwise. In the example of FIG. 40, the first cycle (0 degree → 90 degrees → 180 degrees → 270 degrees → 0 degree), the second cycle (90 degrees → 180 degrees → 270 degrees → 0 degree → 90 degrees), The third cycle (180 degrees → 270 degrees → 0 degrees → 90 degrees → 180 degrees) and the fourth cycle (270 degrees → 0 degrees → 90 degrees → 180 degrees → 270 degrees) are the reference orientations of 0 degrees and 90 degrees , 180 degrees and 270 degrees.

図41は、測定開始指令から待ち時間を経てデータ収集する動作フローが示されている。端末PC2から測定端末装置3へ指令後に、測定端末装置3はデータ出力するが、端末PC2はそのデータを取り込まない。待ち時間は、上述した通り、環境温度変動が小さい、安定している時間帯を選択するために設けられている。待ち時間経過後に端末PCに取り込まれるデータは、図41に示すように、所定サイクル毎に平均化することで測定精度を高めることができる。   FIG. 41 shows an operation flow for collecting data through a waiting time from the measurement start command. After the instruction from the terminal PC2 to the measurement terminal device 3, the measurement terminal device 3 outputs data, but the terminal PC2 does not capture the data. As described above, the waiting time is provided to select a stable time zone in which the environmental temperature fluctuation is small. As shown in FIG. 41, the data taken into the terminal PC after the elapse of the waiting time can be averaged every predetermined cycle to improve the measurement accuracy.

1 ホスト装置、2 端末装置、3 測定端末装置、4 筐体、4A 設置面、5 回転操作部、6 インジケーター、7 通信装置、8 回転駆動部、10x,10y,10z 加速度センサー、20 記憶装置、30 回転司令部、40 誤差測定部、41 動的誤差測定部、42 静的誤差測定部、43 傾斜誤差測定部、50 傾斜度測定部、51 傾斜角測定部、52 傾斜方位角測定部、60 傾斜バイアス補正部、70 通信装置、XYZ センサー座標系、XrYrZr 絶対座標系、θ 傾斜方位角、φ 傾斜角、Iφ・cosθ,Iφ・sinθ 傾斜誤差、DFx,DFy 静的誤差、DxΔTΔT,DyΔTΔT 動的誤差、X0,X1,X2,…Y0,Y1,Y2… 測定値、X0,X’1,X’2,…Y’0,Y’1,Y’2… 一次加工データ 1 host device, 2 terminal device, 3 measurement terminal device, 4 housing, 4A installation surface, 5 rotation operation unit, 6 indicator, 7 communication device, 8 rotation drive unit, 10x, 10y, 10z acceleration sensor, 20 storage device, 30 rotation command unit, 40 error measurement unit, 41 dynamic error measurement unit, 42 static error measurement unit, 43 tilt error measurement unit, 50 tilt degree measurement unit, 51 tilt angle measurement unit, 52 tilt azimuth angle measurement unit, 60 Tilt bias correction unit, 70 communication device, XYZ sensor coordinate system, XrYrZr absolute coordinate system, θ tilt azimuth angle, φ tilt angle, Iφ · cos θ, Iφ · sin θ tilt error, DFx, DFy static error, Dx ΔT ΔT, Dy ΔT ΔT Dynamic error, X0, X1, X2,... Y0, Y1, Y2 ... Measurement value, X0, X'1, X'2, ... Y'0, Y'1, Y'2 ... Primary machining data

Claims (14)

重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の一方の検出軸を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定した静止状態にて測定される前記直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定工程と、
前記第1測定方位及び前記第2測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する傾斜度測定工程と、
を有し、
前記誤差測定工程は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する工程を含むことを特徴とする傾斜度測定方法。
A first measurement direction in which one detection axis of the two orthogonal axes of the acceleration sensor having a detection axis of two orthogonal axes in a virtual plane intersecting with the direction of gravity is set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane Detection of the two orthogonal axes measured in a stationary state set in each of a second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at a rotational position and a third measurement azimuth returned to the reference azimuth. An error measurement step of measuring a different dynamic error in each of the first to third measurement orientations using an output of an acceleration sensor having an axis;
The dynamic error and the substantially constant static error in each of the first to third measurement directions are removed from the output of the acceleration sensor set to the first measurement direction and the second measurement direction. An inclination measuring step for measuring at least one of the inclination angle and the inclination azimuth based on the data depending on the inclination angle and the inclination azimuth angle with which the virtual plane is inclined with respect to the horizontal plane;
Have
The error measurement step includes a step of measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor set in the first measurement direction and the third measurement direction. Method.
請求項1に記載の傾斜度測定方法において、
前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”01=(X”−X”)/2と、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記Y軸成分の平均値Y”01=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”01 +Y”01 1/2を求め、傾斜角φ=180×Iφ/πを算出することを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to claim 1,
In the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the gravity component projected on the virtual plane is Iφ. Then, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of gravity in the first measurement direction, and the X-axis component X ″ of gravity in the second measurement direction 1 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0, and the average value X ″ 01 = (X ″) of the X-axis component of gravity in the first measurement orientation and the second measurement orientation 0− X ″ 1 ) / 2 and the average value Y ″ 01 = (Y ″ 0 −Y ″ 1 ) / 2 of the Y-axis component of gravity in the first measurement azimuth and the second measurement azimuth. Then, Iφ = (X ″ 01 2 + Y ″ 01 2 ) 1/2 is obtained, and the inclination angle φ = 180 × Iφ / π is calculated.
請求項1に記載の傾斜度測定方法において、
前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”、前記第2測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、を求め、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”01=(X”−X”)/2と、前記第1測定方位と前記第2測定方位での重力の前記Y軸成分の平均値Y”01=(Y”−Y”)/2とを用いてIφ=(X”01 +Y”01 1/2を求め、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化して、前記傾斜方位角θを測定することを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to claim 1,
In the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the gravity component projected on the virtual plane is Iφ. Then, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of gravity in the first measurement direction, and the X-axis component X ″ of gravity in the second measurement direction 1 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0 , X-axis component X ″ 1 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 1 = −Y ″ 0 of the second measurement orientation , And the average value X ″ 01 = (X ″ 0 −X ″ 1 ) / 2 of the X-axis component of gravity in the first measurement direction and the second measurement direction, and the first measurement direction and the mean value of the Y-axis component of gravity in the second measurement direction Y "01 = (Y" 0 -Y "1) / 2 and by using the Iφ = (X" 01 2 + Y "01 2 Seeking 1/2, said X and Y-axis component X "0, X" 1, Y "0, Y" 1 and is divided by Iφ normalized, and measuring the inclination azimuth angle θ Inclination measurement method.
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々で静止状態にて測定される前記加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定工程と、
前記第1〜第4測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する傾斜度測定工程と、
を有し、
前記誤差測定工程は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する工程を含むことを特徴とする傾斜度測定方法。
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position, a third measurement orientation 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around the normal, and the normal The orthogonality of the acceleration sensor measured in a stationary state at each of a fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth and a fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth at a rotational position around An error measurement step of measuring different dynamic errors in each of the first to fifth measurement orientations using outputs of two detection axes;
The dynamic error and the substantially constant static error in each of the first to fifth measurement directions are removed from the output of the acceleration sensor set to the first to fourth measurement directions, An inclination measurement step for measuring at least one of the inclination angle and the inclination azimuth based on data depending on an inclination angle and an inclination azimuth angle at which the virtual plane is inclined with respect to a horizontal plane;
Have
The error measurement step includes a step of measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor set in the first measurement direction and the fifth measurement direction. Method.
請求項4に記載の傾斜度測定方法において、
前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X=Iφ(sinθ)及びY成分Y=Iφ(cosθ)と、前記第3測定方位での重力のX成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、前記第4測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第3測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”03=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”03=(Y”−Y”)/2と、前記第2測定方位と前記第4測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”24=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”24=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”03 +X”24 1/2またはIφ=(Y”03 +Y”24 1/2を求め、傾斜角φ=180×Iφ/πを算出することを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to claim 4,
In the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the gravity component projected on the virtual plane is Iφ. Then, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of gravity in the first measurement direction, and the X-axis component X 1 of gravity in the second measurement direction = Iφ (sin θ) and Y component Y 1 = Iφ (cos θ), X component X ″ 2 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 2 = −Y ″ 0 of gravity in the third measurement orientation, The X-axis component X ″ 3 = −X ″ 1 and the Y component Y ″ 3 = −Y ″ 1 of gravity in the fourth measurement orientation are obtained, and the gravity of the gravity in the first measurement orientation and the third measurement orientation is determined. an X-axis average X "03 = (X" 0 -X "3) / 2 or the average value Y of the Y-axis component" 03 = (Y "0 -Y " 3) components / 2, The average of the X-axis component of the gravitational the serial second measurement direction and at the fourth measurement azimuth value X "24 = (X" 2 -X '4) / 2 or the average value Y of the Y-axis component "24 = ( Y ″ 2 −Y ″ 4 ) / 2 and Iφ = (X ″ 03 2 + X ″ 24 2 ) 1/2 or Iφ = (Y ″ 03 2 + Y ″ 24 2 ) 1/2 An inclination measuring method, wherein an angle φ = 180 × Iφ / π is calculated.
請求項4に記載の傾斜度測定方法において、
前記傾斜度測定工程は、前記直交二軸の検出軸をX軸及びY軸とし、前記傾斜角をφとし、前記傾斜方位角をθとし、前記仮想平面に投影される重力成分をIφとしたとき、前記第1測定方位での重力のX軸成分X”=Iφ(cosθ)及びY軸成分Y”=Iφ(sinθ)と、前記第2測定方位での重力のX軸成分X=Iφ(sinθ)及びY成分Y=Iφ(cosθ)と、前記第3測定方位での重力のX成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”と、前記第4測定方位での重力のX軸成分X”=−X”及びY成分Y”=−Y”とを求め、前記第1測定方位と前記第3測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”03=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”03=(Y”−Y”)/2と、前記第2測定方位と前記第4測定方位での重力の前記X軸成分の平均値X”24=(X”−X”)/2または前記Y軸成分の平均値Y”24=(Y”−Y”)/2とを用いて、Iφ=(X”03 +X”24 1/2またはIφ=(Y”03 +Y”24 1/2を求め、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化して、前記傾斜方位角θを測定することを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to claim 4,
In the inclination measuring step, the orthogonal biaxial detection axes are the X axis and the Y axis, the inclination angle is φ, the inclination azimuth is θ, and the gravity component projected on the virtual plane is Iφ. Then, the X-axis component X ″ 0 = Iφ (cos θ) and the Y-axis component Y ″ 0 = Iφ (sin θ) of gravity in the first measurement direction, and the X-axis component X 1 of gravity in the second measurement direction = Iφ (sin θ) and Y component Y 1 = Iφ (cos θ), X component X ″ 2 = −X ″ 0 and Y component Y ″ 2 = −Y ″ 0 of gravity in the third measurement orientation, The X-axis component X ″ 3 = −X ″ 1 and the Y component Y ″ 3 = −Y ″ 1 of gravity in the fourth measurement orientation are obtained, and the gravity of the gravity in the first measurement orientation and the third measurement orientation is determined. an X-axis average X "03 = (X" 0 -X "3) / 2 or the average value Y of the Y-axis component" 03 = (Y "0 -Y " 3) components / 2, The average of the X-axis component of the gravitational the serial second measurement direction and at the fourth measurement azimuth value X "24 = (X" 2 -X '4) / 2 or the average value Y of the Y-axis component "24 = ( Y ″ 2 −Y ″ 4 ) / 2 is used to obtain Iφ = (X ″ 03 2 + X ″ 24 2 ) 1/2 or Iφ = (Y ″ 03 2 + Y ″ 24 2 ) 1/2 An inclination measuring method characterized by measuring the inclination azimuth angle θ by normalizing the X and Y axis components X ″ 0 , X ″ 1 , Y ″ 0 , Y ″ 1 by dividing by Iφ.
請求項3または6において、
前記傾斜度測定工程は、前記X及びY軸成分X”、X”、Y”、Y”をIφで除して正規化した、振幅が±1のX及びY軸成分X’‘‘、X’‘‘、Y’‘‘、Y’‘‘をガウス平面の直交座標に変換し、前記傾斜方位角θが前記ガウス平面の第1〜第4象限の何れに存在するかを判定する工程を含むことを特徴とする傾斜度測定方法。
In claim 3 or 6,
The inclination measuring step is performed by dividing the X and Y axis components X ″ 0 , X ″ 1 , Y ″ 0 , Y ″ 1 by Iφ and normalizing the X and Y axis components X ′ having an amplitude of ± 1. ″ 0 , X ′ ″ 1 , Y ′ ″ 0 , Y ′ ″ 1 are converted into Cartesian coordinates of the Gaussian plane, and the tilt azimuth angle θ is in any of the first to fourth quadrants of the Gaussian plane. A method for measuring the degree of inclination, comprising the step of determining whether or not the slope exists.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の傾斜度測定方法において、
前記検出軸を前記基準方位から回転させて前記基準方位に戻すまでの間の測定を1サイクルとしたとき、サイクル数nを2以上とする場合、nサイクルに亘って測定し、nサイクル目の前記第1測定方位を(n−1)サイクル目の測定方位として兼用することを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to any one of claims 1 to 7,
When the measurement until the detection axis is rotated from the reference azimuth and returned to the reference azimuth is 1 cycle, when the cycle number n is 2 or more, the measurement is performed over n cycles, and the nth cycle The first measurement direction is also used as the measurement direction of the (n-1) th cycle.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の傾斜度測定方法において、
前記加速度センサーの前記検出軸は、前記基準方位から第1方向に回転された後に、前記基準方位に向けて、前記第1方向とは逆方向の第2方向に回転されることを特徴とする傾斜度測定方法。
In the inclination measuring method according to any one of claims 1 to 8,
The detection axis of the acceleration sensor is rotated in a first direction from the reference azimuth, and then rotated in a second direction opposite to the first direction toward the reference azimuth. Inclination measurement method.
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手段と、
前記第1〜第3測定方位にそれぞれ設定された前記加速度センサーの出力を受信する手段と、
前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定手段と、
前記前記第1測定方位及び前記第2測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手段と、
を有し、
前記誤差測定手段は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定することを特徴とする傾斜度測定装置。
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane Means for outputting a command to set each of the second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position and the third measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Means for receiving an output of the acceleration sensor set in each of the first to third measurement directions;
Error measurement means for measuring different dynamic errors in each of the first to third measurement orientations using the output of the acceleration sensor;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first measurement direction and the second measurement direction, the dynamic error is substantially constant in each of the first to third measurement directions. Means for measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on a tilt angle and a tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to a horizontal plane, from which static errors have been removed;
Have
The inclination measuring device, wherein the error measuring means measures the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor set in the first measurement direction and the third measurement direction.
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手段と、
前記第1〜第5測定方位にそれぞれ設定された前記加速度センサーの出力を受信する手段と、
前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する誤差測定手段と、
前記前記第1〜第4測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手段と、
を有し、
前記誤差測定手段は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位に設定された前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定することを特徴とする傾斜度測定装置。
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position, a third measurement orientation 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around the normal, and the normal Means for outputting a command to be set for each of a fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth at a rotational position around and a fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Means for receiving an output of the acceleration sensor set in each of the first to fifth measurement directions;
Error measurement means for measuring different dynamic errors in each of the first to fifth measurement orientations using the output of the acceleration sensor;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first to fourth measurement directions, the dynamic error and a static error that is substantially constant in each of the first to fifth measurement directions. Means for measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on the tilt angle and tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to the horizontal plane.
Have
The inclination measuring device, wherein the error measuring means measures the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensors set in the first measurement direction and the fifth measurement direction.
請求項10または11に記載の傾斜度測定装置を有することを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the inclination measuring device according to claim 10. 重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第2測定方位と、前記基準方位に戻した第3測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手順と、
前記第1〜第3測定方位に設定された前記加速度センサーからの出力を受信する手順と、
前記第1〜第3測定方位の各々にて、静止状態で測定される前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第3測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する手順と、
前記第1測定方位及び前記第2測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第3測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手順と、
をコンピューターに実施させ、
前記動的誤差を測定する手順は、前記第1測定方位及び前記第3測定方位での前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する手順を含むことを特徴とするプログラム。
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane Outputting a command to set each of the second measurement azimuth 180 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position and the third measurement azimuth returned to the reference azimuth;
Receiving an output from the acceleration sensor set in the first to third measurement directions;
A procedure for measuring different dynamic errors in each of the first to third measurement orientations using the output of the acceleration sensor measured in a stationary state in each of the first to third measurement orientations;
From the output of the acceleration sensor set to each of the first measurement direction and the second measurement direction, the dynamic error and the static error that is substantially constant in each of the first to third measurement directions. Measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on a tilt angle and a tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to a horizontal plane from which an error is removed;
To the computer,
The procedure for measuring the dynamic error includes a procedure for measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor in the first measurement direction and the third measurement direction. .
重力方向と交差する仮想平面に直交二軸の検出軸を有する加速度センサーの前記直交二軸の検出軸の一方を、基準方位に設定した第1測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から90度離れた第2測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から180度離れた第3測定方位と、前記仮想平面に対する法線の周りの回転位置にて前記第1測定方位から270度離れた第4測定方位と、前記基準方位に戻した第5測定方位と、の各々に設定する指令を出力する手順と、
前記第1〜第5測定方位に設定された前記加速度センサーからの出力を受信する手順と、
前記第1〜第5測定方位の各々にて、静止状態で測定される前記加速度センサーの出力を用いて、前記第1〜第5測定方位の各々で異なる動的誤差を測定する手順と、
前記第1〜第4測定方位の各々の測定方位に設定された前記加速度センサーの出力から、前記動的誤差と、前記第1〜第5測定方位の各々で実質的に一定の静的誤差とが除去された、前記仮想平面が水平面に対して傾斜する傾斜角及び傾斜方位角に依存するデータに基づいて、前記傾斜角及び前記傾斜方位角の少なくとも一方を測定する手順と、
をコンピューターに実施させ、
前記動的誤差を測定する手順は、前記第1測定方位及び前記第5測定方位での前記加速度センサーの出力の差分に基づいて、前記動的誤差を測定する手順を含むことを特徴とするプログラム。
One of the orthogonal biaxial detection axes of the acceleration sensor having an orthogonal biaxial detection axis in a virtual plane that intersects the direction of gravity is set to a first measurement direction set as a reference direction, and around a normal to the virtual plane A second measurement orientation 90 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position; a third measurement orientation 180 degrees away from the first measurement orientation at a rotational position around a normal to the virtual plane; A procedure for outputting a command to be set for each of the fourth measurement azimuth 270 degrees away from the first measurement azimuth at the rotational position around the normal to the virtual plane and the fifth measurement azimuth returned to the reference azimuth. When,
Receiving an output from the acceleration sensor set in the first to fifth measurement directions;
A procedure for measuring different dynamic errors in each of the first to fifth measurement orientations using the output of the acceleration sensor measured in a stationary state in each of the first to fifth measurement orientations;
From the output of the acceleration sensor set to the measurement direction of each of the first to fourth measurement directions, the dynamic error and a substantially constant static error in each of the first to fifth measurement directions Measuring at least one of the tilt angle and the tilt azimuth angle based on data depending on the tilt angle and tilt azimuth angle at which the virtual plane is tilted with respect to the horizontal plane,
To the computer,
The procedure for measuring the dynamic error includes a procedure for measuring the dynamic error based on a difference between outputs of the acceleration sensor in the first measurement direction and the fifth measurement direction. .
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