JPH0449045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転角度測定装置に関する。

〔発明の概要〕

入力クロツクパルス数に比例した回転角度が生
じるように角度測定軸を減速機を介してモータで
もつて駆動し、角度測定軸の回転原点位置と角度
入力軸によつて定まる測定角度位置との間に含ま
れるクロツクパルス数をカウンタで計数すること
により、簡単な構成で高分解能の角度測定値が得
られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、測量用又は割出し盤などに使用される回
動角度測定装置として、インクリメンタル型ロー
タリーエンコーダ及びアブソリユート型ロータリ
ーエンコーダ等を使用したものが一般的である。
これらはさらに光電式あるいは磁気式に分けられ
る。測量用のものはその用途上、角度測定が360°
にわたり、さらに度、分、秒まで正確に測定され
ることが要求される。このため光電式の場合は、
回転円板の前面にわたつて、濃淡のむらなくしか
も一定の角度で微細に放射状スリツトを設ける必
要がある。又、磁気式の場合も、回転円板の前面
にわたつて一様の強さでしかも高精度の角度の磁
気パターンを設ける必要がある。

実開昭59−138713号には、目盛板を使用しない
角度測定装置が開示されている。この角度測定装
置は、定速回転円板が角度基準点と角度測定点と
の間を回転する間の測角時間をパルス計数により
測定し、計数値を角度値に換算するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述の回動角度測定装置において
は、光学式、磁気式のいずれにおいても、スリツ
ト又は磁気パターンを秒のオーダまで設定しなけ
らばならないため、そのピツチ間隔が極小とな
り、回動円板製作上、全角度にわたり均一なスリ
ツト又は磁気パターンを作成するには高度な加工
技術が必要となつていた。さらに機構上回動円板
を偏心のないように軸に取付ける高度な組立技術
が必要となつていた。従つて、歩留り良く、装置
を製作することは甚だ困難であつた。又、スリツ
ト又は磁気パターンの分解能を高めるためには、
信号検出可能なスリツト巾又は着磁巾の制限によ
り、装置の小形化、簡素化が犠牲になるという問
題点があつた。

また前記実開昭59−138713号に記載の目盛板を
使用しない角度測定装置は、時間計測を原理とし
ているため、定速回転円板の回転速度を高精度に
一定に保つ必要があり、高精度のモータ定速サー
ボ回路を必要とする。また、野外での土木計測に
使用するため可搬型としたり或いは、振動、揺動
のある場所で使用する場合には、モータ速度の変
動が生じ易く、角度測定に誤差が生じ易い。

従つて本発明の目的は、高度な加工技術や組立
技術を使用せずる簡易な構成で高い分解能が得ら
れ、また小形化が可能な角度測定装置を提供する
ことである。

本発明の別の目的は、時間計測を原理としな
い、従つて定速回転円板を必要としないパルス計
測式角度測定装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図及び第２図に示すように、減速機８を介
してモータ７によつて回転される角度測定軸４
と、この角度測定軸４の回転原点を検出する原点
位置検出器１１とを測定側に設けてある。上記角
度測定軸と共通軸心を有する角度入力軸１によつ
て上記回転原点に対する回転角度が設定され且つ
上記角度測定軸４の回転に伴つてその回転角度位
置１２を検出する回転位置検出器を角度入力側に
設けてある。上記原点位置検出器１１及び回転位
置検出器１２の夫々の出力の間隔を所定のクロツ
クパルスに基いて計数するカウンタ２６を設け、
上記クロツクパルスのパルス数に比例した回転角
度が生じるように上記クロツクパルスでもつて上
記モータ７を制御し、このカウンタ２６より上記
入力角度軸１から入力された角度に対応する角度
測定値を得るようにしてある。

〔作用〕

角度測定の分解能は減速機８の減速比で十分に
高めることができる。角度測定軸の回転に伴つて
回転原点と入力角度位置との二点のみを検出する
ので、回転検出部（スリツトや磁気パターン等）
の構造が簡単になつている。また時間計測を原理
としないので、振動、揺動や経時変化に影響され
ない安定、高精度の測角を行うことが可能で、可
搬式の測角装置に適する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。第１Ａ，１Ｂ図は、それぞれ本発明による
回転角度測定装置の構造を示す縦断面図及び横断
面図である。

第１Ａ及び１Ｂ図に示すように、角度入力軸１
と、これに取付けられた角度入力軸側回転円板２
とが軸受３を介して筐体９に取付けられ、回動自
在にされている。この角度入力軸１の軸心の延長
線上に、角度測定軸４が軸受６を介して筐体９に
取付けられ、又、上記角度入力軸側回転円板２に
対向して角度測定軸側回転円板５がこの角度測定
軸４に取付けられている。

角度測定軸４は減速機８を介してモータ７に結
合され、モータ７の回転駆動に伴い角度測定軸側
回転円板５が回転駆動するようになされている。
減速機８の減速比は、例えば１：10⁴となつてい
る。

角度測定軸側回転円板５には、角度原点位置検
出用スリツト部１０が設けられ、筐体９に取り付
けられた角度原点位置検出器１１により、角度検
出原点が通過の瞬間において検出される。なお、
磁気式の場合はスリツト部を設ける必要はなく、
基準となる磁化パターンにより検出される。又、
角度入力軸側回転円板２には、回転位置検出器１
２が設けられ、これにより角度測定軸側回転円板
５の回転角度位置が検出される。これらの機構要
素はすべて所定のクリアランスで筐体９内に取付
けられている。

第２図は上記角度検出器１１，１２により得ら
れる電気信号により、回転角度を測定する回転角
度測定回路のブロツクダイヤグラムである。

まずセオドライト（トランシツト）等の角度軸
に連結された角度入力軸１が測定すべき角度に設
定される。次にモータ７が始動されて角度測定が
始まる。

角度原点位置検出器１１は、角度測定軸側回転
円板５のスリツト部１０が通過する瞬間に、回転
角度測定の原点を知らせるスタート信号２１
（STA）をフリツプフロツプ等からなるゲート制
御回路２３に導出する。回転円板５が更に回転し
て、角度入力軸１によつて角度が設定された角度
入力軸側回転円板２の回転位置検出器１２に対向
すると、ストツプ信号２２（STO）がゲート制
御回路２３に導出される。

ゲート制御回路２３はスタート信号STA２１
からストツプ信号STO２２までの区間で高レベ
ルとなるゲート信号２９を発生し、この区間でゲ
ート回路２４が開かれる。従つてクロツク発生回
路２５から供給されるクロツク信号２８が、ゲー
ト回路２４でストローブされ、積算カウンタ２６
で計数される。なおゲート制御回路２３からはス
タート信号２１に同期してリセツト信号３０が積
算カウンタ２６に与えられる。

一方、クロツク信号発生回路２５の出力のクロ
ツク信号２８はモータ駆動回路２７にも導出さ
れ、このモータ駆動回路２７の出力によりモータ
７が前記クロツク信号２８のパルス数と回転角が
比例するように駆動される。モータ７は例えばパ
ルスモータ（ステツピングモータ）であつてよ
い。

この結果、測定すべき角度（ゲート信号２９の
巾）がモータ７を駆動するクロツクパルスの数で
代表されるので、ゲート信号２９の区間でクロツ
ク信号２８を計数する積算カウンタ２６の出力が
角度を表すことになる。モータ７がクロツク信号
２９の１パルスにつき１度だけ回転するならば、
減速機８の介在により角度測定軸４の回転角は例
えば１／10⁴度となる。即ち、積算カウンタ２６
で10⁴個のクロツクパルスを計数したとき、１度
に相当する角度測定値が得られるので、高精度の
測角が容易に出来る。なおカウンタ２６の計数出
力は度分秒の単位に換算して表示される。

モータ７はDCモータでもよい。この場合モー
タ軸にパルス発生器を取付け、クロツク発生回路
２５の出力のクロツク信号２８を分周したパルス
とパルス発生器出力との位相を比較し、位相差が
無くなるようにPLL制御を行う。即ち、クロツ
ク信号２８を基準信号としてモータ７の回転角を
位相同期させる。これによつてパルス信号２８の
パルス数と角度測定軸４の回転角とを比例関係に
保つことができる。

なお重錘によつて角度原点位置検出器１１を常
に鉛直線上に保持させるようにすれば、土木測量
機器の高度角測定装置とすることができる。また
積算カウンタ２６にプリセツト機能を具備させれ
ば、角度原点位置を電気的にてオフセツトさせる
ことができ、補角の測定や任意の角度からの角度
差の測定に利用できる。

モータ７は常時一定方向に回転させておいても
よい。また測定時にのみ回転させてもよいので、
省電力化が可能となる。

角度原点位置検出器１１及び回転位置検出器１
２の受光光路にレンズ系を介在させれば、エツジ
がシヤープな検出信号が得られ、検出精度を高め
ることができる。また、レンズ系を介在させれ
ば、検出用スリツト１０の巾を広げて加工精度を
低くしても必要な分解能が得られるので、回転円
板５を含めて全体としてより小形化（小径化）す
ることも可能になる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による回転角度測定装置は
パルス数のカウントによるインクリメント式の角
度測定を行つているので、測定回路が簡単であ
り、外部回路とのインターフエースも容易であ
る。また原点位置と入力角度位置の二点を検出す
れば良いので、従来のインクリメント形やアブソ
リユート形のロータリーエンコーダのようにデイ
スクの全面に均一かつ微細なスリツトや磁気パタ
ーンを形成する必要がなく、製造が容易になり、
小形化しても高い精度が得られる。

またモータと角度測定軸との間に減速機を介在
させているので、減速比に応じて分解能を十分高
めることができ、内挿補間等を行わなくても高精
度の角度測定値が得られる。

また測定クロツクパルスに基いてモータがクロ
ツクパルス数に比例した回転角度が生じるように
制御されるので、時間測定によらないパルス計数
式（目盛板を使用しない）角度測定装置が得られ
る。つまり定測回転円板を設けて時間計測値を角
度計測値とする原理を利用していないので、振
動、揺動や経時変化に影響されない安定、高精度
の測角が可能で、特に土木測量に用いる可搬式の
測角装置に適する。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図はそれぞれ本発明による
回転角度測定装置の構造を示す断面図である。第
２図は回転角度を測定する回転角度測定回路のブ
ロツクダイヤグラムである。 なお図面に用いた符号において、１……角度入
力軸、２……角度入力軸側回転円板、４……角度
測定軸、５……角度測定軸側回転円板、７……モ
ータ、８……減速機、１１……角度原点位置検出
器、１２……回転位置検出器、２３……ゲート制
御回路、２５……クロツク信号発生回路、２６…
…積算カウンタ、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 減速機を介してモータによつて回転される角
   度測定軸と、この角度測定軸の回転原点を検出す
   る原点位置検出器と、上記角度測定軸と共通軸心
   を有する角度入力軸によつて上記回転原点に対す
   る回転角度が設定され且つ上記角度測定軸の回転
   に伴つてその回転角度位置を検出する回転位置検
   出器と、上記原点位置検出器及び回転位置検出器
   の夫々の出力の間隔を所定のクロツクパルスに基
   いて計数するカウンタと、上記クロツクパルスを
   入力としてクロツクパルスのパルス数に比例した
   回転角度が生じるように上記モータを制御するモ
   ータ駆動回路とを具備し、上記カウンタより上記
   角度入力軸から入力された角度に対応する角度測
   定値を得るようにした回転角度測定装置。