JPS62267605A - 回転角度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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〕

角度測定軸上に当該角度測定軸が回転した角度に対応す
る数のパルスを発生させることができるパルス発生器を
設け、上記角度測定軸をモータによって回転駆動させ、
角度測定軸が原点位置から角度入力軸によって設定ささ
た測定角度位置迄回転する間に、上記パルス発生器から
送られるパルスの周波数をＰＬＬ回路で逓倍してから積
算カウンタで計数することによって、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
ダ及びアブソリュ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、回転円板の全面にわた
って、濃淡のむらなくしかも一定の角度で微細に放射状
スリットを設ける必要がある。又、磁気式の場合も、回
転円板の全面にわたっ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。

〔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、スリット又は磁気パタ
ーンを秒のオーダまで設定しなければならないため、そ
のピッチ間隔が極小となり、回動円板製作上、全角度に
わたり均一なスリッ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っていた。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
必要となっていた。従って、歩留り良く、装置を製作す
ることは甚だ困難であった。又、スリット又は磁気パタ
ーンの分解能を高めるためには、信号検出可能なスリッ
ト巾又は着磁中の制限により、装置の小形化、簡素化が
犠牲になるという問題点があった。

従って本発明の目的は、高度な加工技術や組立技術を使
用せす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ｇ置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

実施例に対応する添付図面に示すように、モータ４によ
って回転される角度測定軸１１と、この角度測定軸１１
の回転原点を検出する原点位置検出器１４と、上記角度
測定軸１１が回転した角度に対応する数のパルスを発生
することができるパルス発生器１５とを測定側に設けで
ある。

上記角度測定軸１１と共通軸心を存する角度入力軸心６
によって上記回転原点に対する回転角度が設定され且つ
角度測定軸１１の回転に伴ってその回転角度位置を検出
する回転位置検出器１０を角度入力端に設けである。

上記原点位置検出器１４及び回転位置検出器１０の夫々
の出力の間隔を、上記パルス発生器１５から発生される
パルスに基づいて計数する積算カウンタ２６を設け、こ
の積算カウンタ２６のカウントを読み取ることによって
上記角度入力軸６から人力された角度に対応する角度測
定値を得るようにしである。パルス発生器１５の出力パ
ルスの周波数を逓倍するＰＬＬ回路２８を設けて、高分
解能を得ている。

〔作　用〕

ＰＬＬの周波数逓倍率に対応した分解能が得られる。モ
ータ回転数が変動しても、ＰＬＬ回路がパルス発生器の
出力パルスの位相に追従するので、回転変動の影響が測
定値に現われない。またモータを高速で回転させて、同
一角度について複数個測定し、その平均を取って、測定
精度を上げることもできる。

〔実施例〕

以下本発明の第１実施例を図面を参照して説明する。第
１図〜第３図はそれぞれ本発明による回転角度測定装置
本体１の構造を示す縦断面図及び横断面図である。

第１図に示すように、筐体２の一側端面３上には定電圧
にて回転駆動されるモータ４が配設されており該モータ
４の出力軸５の軸心の延長線上には角度入力軸６が配設
されている。該角度入力軸６は筺体２の他側端面７上に
配設された軸受８に回動自在に支持されている。この角
度入力軸６上には角度入力軸側回転円板９が固着されて
おり、該角度入力軸側回転円板９上には回転位置検出器
１０が配設されている。上記回転位置検出器ＩＯは、角
度人力軸側回転円板９に対向して角度測定軸ｌｌ上に固
着された角度測定軸側回転円板１２に形成されたスリッ
ト部１３の通過を検出する為に配設されているものであ
る。上記角度測定軸１１はモータ４によって回転駆動せ
しめられる。

１４は筐体２上に配設された角度原点位置検出器であり
、角度測定軸側回転円板１２上に形成されたスリット部
１３を検出する為に配設されており、この角度原点位置
検出器１４がスリット部１３を検出した瞬間が、角度測
定の原点となる。

１５はパルス発生器であり、角度測定軸１１上に固着さ
れた円形の符号板１６と、筐体２上に配設された符号検
出器１７とによって構成されている。上記符号板１６上
には、周知のインクリメンタル形エンコーダと同様に、
角度情報目盛１８が形成されており、この角度情報目盛
１８を符号検出器１７が検出して角度情報信号１９を発
生するように構成されている。即ち、符号板１６上にそ
の周縁を例えば３６０分割する角度情報目盛１８を形成
しておけば、符号板１６がモータ４によって回転せしめ
られている間中、符号検出器１７からは１度にって１パ
ルスの角度情報信号１９が発生される。

第４図は上記回転位置検出器１０、角度原点位置検出器
１４、符号検出器１７で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ックダイヤグラ
ムである。

先ず七オドライト（トランシット）等の角度軸に連結さ
れた角度入力軸６が測定すべき角度に設定される。次に
モータ４が始動されて角度測定が始まる。

角度原点位置検出器１４は、角度測定軸側回転円板１２
のスリット部１３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、フリップ
フロップ等から成るゲート制御回路２３に導出する。上
記回転円板１２が更に回転して、角度入力軸６によって
角度が設定された角度入力軸側回転円板９上の回転位置
検出器１０に対向すると、この回転位置検出器１０から
ストップ信号（ＳＴＯ）２２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２１からストップ信
号２２までの区間で高レベルとなるゲート信号２４を発
生し、この区間でゲート回路２５が開かれる。従って、
ゲート回路２５に供給されるクロック信号ＣＫが、ゲー
ト回路２５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に同期してリセント信号２７が積算カウンタ２６に
与えられる。

上記クロック信号ＣＫは角度情報信号１９をＮ逓倍（Ｎ
：任意整数）するＰＬＬ回路２８で作られる。ＰＬＬ回
路２８でＮ逓倍した周波数は分周器２９によってｌ／Ｎ
に分周してＰＬＬ回路２８にフィードバンクさせ、パル
ス発生器１５からの周波数ｆとの間で位相比較を行い、
ＰＬＬ回路２８内の電圧制御発振器ＶＣＯを制御する。

尚、この場合ＶＣＯには可変水晶発振器を用いて温度変
化による誤差を少なくするのが望ましい。このようにし
て角度情報信号に位相同期し、且つそのパルス間隔を１
／Ｈに細分したクロックパルスが得られる。従って積算
カウンタ２６の計数出力から角度情報信号１９が代表す
る角度より格段に分解能の高い角度測定値が得られる。

例えば、モータ４の回転数を１１００Ｏｒｐとした時に
、時間１分間当り、１１０００ｒｐ　Ｘ　３６０　＝　
３６０．０００パルスの角度情報がパルス発生器１５か
ら得られることになる。これを周波数ｆに変換するとｆ
＝３６０　、０００÷６０＝６ｋＨｚとなる。この周波
数ｆをＰＬＬ回路２８に入力して例えばＮ＝６０倍に逓
倍するとＮｆ＝３６０ｋＨｚとなり、積算カウンタ２６
の１カウント当り角度１分の分解能を得ることができる
。又、逓倍数Ｎを３６０とするとＮｆ　＝２，１６０　
ｋ　Ｈｚとなり、角度１０秒の分解能を得ることができ
る。なお積算カウンタ２６の出力は度分秒の単位に換算
して表示される。

またＰＬＬ回路２８を用いているから、モータ４の回転
速度がゆらいだり、ドリフト変動しても、角度情報信号
１０の周期変化にＰＬＬ出力が追従する。従って例えば
モータ回転速度が低下して角度情報信号１９のパルス幅
が広がっても、ＰＬＬ回路２８からの逓倍周波数はそれ
に応じ低くなり、人力角度に対応した正しい計数値が積
算カウンタ２６から得られる。

またモータ速度を上げれば、高速の測定ができるので、
例えば１秒当り１０回程度測定し、これを平均化させて
角度表示するようにすれば、測定精度を上げることがで
きる。

なお符号板１６に回転原点のマーク、スリット等があれ
ば、角度測定軸側回転円板１２を省略し、角度原点位置
検出器１４及び人力軸側の回転位置検出器１０を夫々符
号板１６に対向配置させてもよい。

重錘によって角度原点位置検出器１４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
ント機能を具備させれば、角度原点位置を電気的にてオ
フセン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るようにすれば省電力化が可能
である。

角度原点位置検出器１４及び回転位置検出器１０の受光
光路にレンズ系を介在させれば、エツジがシャープな検
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、検出用スリット部１３の幅
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１２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。

角度原点位置検出器１４、回転位置検出器１０、符号検
出器１７は本実施例に於いては光学式のものを示したが
、これらは磁気式にしてもよい。磁気式の場合は上記ス
リット部１３に代えて磁化パターンを形成する。又、角
度情報目盛１８を磁化パターンで形成するようにする。

〔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って
いるので、測定回路が簡単であり、外部回路とのインタ
ーフェースも容易である。また原点位置と人力角度位置
の二点を検出すれば良いので、従来のインクリメント形
やアブソリュート形のロータリーエンコーダのようにデ
ィスクの全面に均一かつ微細なスリットや磁気パターン
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ＰＬＬ回路２８を用いて角度情報信号の周波数を逓
倍し、それを計数して角度測定を行っているので、逓倍
率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。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は中央縦断面
図、第２図は第１図中Ａ−Ａ線に沿う部分の横断面図、
第３図は同じく第１図中Ｂ　−Ｂ　緑に沿う部分の横断
面図、第４図は回転角度を測定する回転角度測定回路の
ブロッ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・−・・−・・−・−・・・・回転角度測定装置本体
４・・・−一−−−−・・・−・−・・モータ６−・・
−・−・−−−一−−−−・角度入力軸９−−−−−・
・・−・−一−−−−・−角度入力軸側回転円板１０−
−一一一・−・−−−−一・−回転位置検出器１１−・
・・・・−・−・・・−角度測定軸１２・−・−・−一
−−−−−−・・−角度測定軸側回転円板１４−・−・
・・−・−一−−−・−・−角度原点位置検出器１５−
−−−−・・−−−一一−−−−−−−パルス発生器１
６−−−−−・・−・−−−一−−−・−符号板１７−
・−・−−−−一一−−−−−−−符号検出器２３−・
−・・−・−・・−−−−−〜ゲート制御回路２６−・
−・−・−−−−−−−−ｍ−積算カウンタ２８−・−
・−・−・−−−−一・・・−ＰＬＬ回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 モータによっ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って
   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
   測定軸の回転に伴ってその回転角度位置を検出する回転
   位置検出器と、 上記角度測定軸の回転角度に対応する数のパルスを発生
   するパルス発生器と、 上記パルス発生器の出力パルスに位相同期し且つ周波数
   が逓倍されたクロックパルスを形成するＰＬＬ回路と、 上記原点位置検出器と回転位置検出器との夫々の出力の
   間隔を、上記クロックパルスに基づいて計数する積算カ
   ウンタとを具備し、 上記積算カウンタのカウントによって角度入力軸から入
   力された角度に対応する角度測定値を得るようにしたこ
   とを特徴とする回転角度測定装置。