JPS61112914A - 中でも測地学的器機のための角度測定装置 - 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】 〔発明の目的〕 酢夏−り外千団り年Ｉ一 本発明は中でも測地学的な器機のための、測定目盛とし
て増分的刻線目盛列を有する回転分度盤と、各目盛間隔
を同数の部分に分割するパルス発生器と、間隔の値と内
挿の値とを測定するためのオプト電子学的走査系と（但
しこれら走査系は器機の水］を軸または垂直軸に対して
直径の上で訃つその軸の回りに対として回転可能に、ま
たは大きさを変え得る角度で固定配置されている）、］
二配分度盤の光学的読み取りのための手段と、および測
定値の評価と表示とのための後続配置された諸装置とを
包含する、角度測定装置に関する。この装置は水平方向
角度および垂直方向角度を測定するための、並びに種々
の角度を経始および表示するための全ての測地学的およ
び精密測定技術的器機において、すなわち例えば経緯儀
、視距機、角度目盛測定装置、ゴニオメータおよび分度
盤等において用いられる。

種々の測定器具に一定の目盛精度の分度盤を用いること
は知られている。角度を測定する種々の測地学的器機に
おいては何回もの測定を行なってそれぞれの新しい測定
の前にその分度盤をスライド調節することにより固有目
盛誤差を除かなければならない。これは或る限られた範
囲までしか可能ではなく、そして或る一定の精度しか得
られない。分度盤を電気光学的に読み取ることによって
一段階読み取りシステムまたは二段階読み取りシステム
を用いて分□度盤を多くのポジションにおいて増分的に
または絶対的に読み取ることが可能である。一段階の分
度盤読み取りはこの分度盤があまり大きくならないとき
に限定された精度しかもたらさない。より精密な分度盤
はマイクロメータによって二段階で読み取られ、その際
分度盤の読み取り１表示は相［」盛読み取りと精密読み
取りとを合成して行なわれる。粗目盛読み取りは増分的
および絶対的読み取りによって行なわれ、一方精密読み
取りは増分的に数えることによって行なわれる。全体と
しての読み取りは両方の読み取り値に与えられる（スイ
ス特許第４４４５０８号公報）。

精密読み取りを求めるための内挿は機械的および光学的
手段によって行なうことができるか、或はまた分度盤を
多数回も走査検出する場合に電子的にも行なうことがで
きる（位相測定法）。この位相測定法によれば増分的な
読み取りの高い分解能（Ａｕｆｌ　ｏｃｓｕｎｇ）およ
び精度上昇が達成される。分度盤の増分的測定方法はそ
の都度の角度変化に際して継続的な順方向および逆方向
カウントが行なわれるために全てのオプト電子学的（０
ρｔｏｅ１．ｅｃｔ−ｒｏｎｊｓｃｈ）構成要素が常運
転状態になっているので、継続的に電流を必要とすると
言う欠点を有する。その」二にその都度スイッチオン過
程の後で零点を検査し、そしてその都度のスイッチオフ
過程の後で角度従属状態が消し去られてしまう。

動きの変化やその器機の変形は追加的な表示の変更をも
たらす。絶対的読み取りはこのような欠点は示さない。

完全コード化のためのトレースの労作を制限するために
、シリーズ的なコーディングが用いられ、これを動的に
読み取る。この絶対的読み取りシステムはその精度にお
いて肉眼による光学的読み取り方法に匹敵する。増分的
読み取り方法は個々の目盛誤差の加算をもたらすけれど
も絶対的読み取り方法ではこれはあり得ない。ここでは
目盛誤差の総和は例えば経緯儀において通常的であるよ
うに分度盤を人手によってスライド調節することによっ
て除かなければならない。スイス特許第３７２８４７号
公報から分度盤目盛の検査装置が公知であり、これによ
れば分度盤の目盛誤差は回転する分度盤を用いて求めら
れる。

東ドイツ特許第１１７］１５号公報には、角度を数値に
換算するための、および角度をコード化するための装置
と方法とが記述されている。この方法は、これが完全に
増分的に行なわれることおよびその読み取り系内の全て
の汚れや全ての短期間の変形が測定結果に影響を及ぼし
、そして各測定を異なった目盛のところで行なわなけれ
ばならないと言うことが欠点である。

発明が解決しようとする皿蟇ム 本発明は上述した諸欠点を除いて全ての精度段階に対し
て高い精度、高い測定の確実性並びに測定手段の低廉な
費用と共に目盛誤差を除いて角度測定を行なうことを目
的とする。

本発明の課題は、回転分度盤を備えた角度測定装置を、
粗測定段階と精密測定段階とを用いる測定に際して、角
度決定と同時に、分度盤の完全な回転を必要とすること
なくその分度盤目盛誤差と読み取り誤差との影響を除く
ように構成することである。

〔発明の構成〕

問題点を解決するための手段 本発明に従えば上記の課題は、上記回転分度盤に対して
上記増分的刻線目盛列と共軸に少なくとも一つ以上の完
全コード化された目盛列が備えられていること、一方の
読み取りポジションにおける一ヒ記回転分度盤の目盛刻
線がもう一方の読み取りポジションの各目盛列のための
インデックスを形成し、そしてそのコード間隔内で検出
された内挿値だけに対して平均値を作り出すこと、固定
の走査系と回転可能な走査系との間の角度の大きさがそ
のコード化された目盛の読み取りと内挿測定とから求め
られること、およびその測定目盛およびその完全コード
化された目盛が同時的に上記の固定走査系と回転可能走
査系とによって読み取られることによって解決される。

回転分度盤の目盛を、分度盤の目盛誤差に依存する或る
函数であるコンピュータプログラムに従って走査検出す
ること、回転分度盤の読み取りを、追加的目盛刻線また
は予め与えられたコードワードであるような或る零点マ
ークによって発動させることおよび回転可能走査系と固
定走査系とが分度盤の半径線および直径線を走査検出す
るために上方からの照明光または透過光において同一目
盛を上下から読み取ることが有利である。更にまた、目
盛間隔の値が、一つのコードワードの長さを包含するよ
うなＨ１’ｌ定「」盛列の個々の１」盛間隔の数から作
り出される平均値であること、内挿間隔の値が、測定目
盛の同様に一つのコードワードの長さを包含する内挿間
隔の数から形成される平均値であること、それら目盛間
隔の値と内挿間隔の値とが分度盤の固定された、または
回転可能な半径線または直径線のところで各走査系によ
って読み取られ、そしてその角度の大きさの平均値を決
定すること、更にはまた完全コード化された目盛に対し
て両側に同心的に少なくとも一つ以上の増分的刻線目盛
列が設けられ、および／またはその増分的刻線目盛列に
対して両側に同心的に少なくとも一つ以」二の完全コー
ド化目盛が設けられていること、およびその角度の大き
さの内挿値が上記目盛間隔値と内挿間隔値との平均値か
ら商を作り出すことによって得られることが有利である
。また、−に記零点マークが固定走査系のマークと一致
したときに回転可能走査系のマークのところにおける完
全コー１く化′目盛の読み取りの作動がもたらされるこ
とおよびコンピュータパルス信号が固定走査系のマーク
のところおよび回転可能走査系のマークのところにおい
て同時にその完全コード化目盛の読み取りを発動させ、
そしてその角度の大きさの度数値を両方の読み取り値の
差額から形成することも有利である。

（肛 本発明によれば回転分度盤を用いて相測定段階および精
密測定段階による角度測定を、測定に際して分度盤の完
全な回転を必要とすることなく角度測定と同時に分度盤
目盛誤差および読み取り誤差の影響を除くように行なう
ことができる。これによって精度と測定の確実性とが上
昇し、そして測定手段の低い費用と共に比較的小さな分
度盤を用いて角度測定を行なうことが可能となる。

夫庭叢 以下、添付の図式的に示した各図面によって本発明を更
に詳細に説明する。

第１図は、水平水準用の三脚１と、支持台２と、望遠鏡
９と、およびこの望遠鏡９によって目標を狙うために−
に記支持台２を精密調節するための部材８とからなる公
知の基本構造を要する経緯儀を示す。この経緯儀は回転
可能な分度盤１４　と、固定的走査系１３および］７と
、および」配分支持台２と共に回転可能な走査系１８お
よび１９とを備えている。三脚］−の中に嵌め込み心棒
３が嵌め込まれており、この中に直立軸ブシュ４が固定
配置されている。直立軸ブシュ４の上にホルダ１６によ
って固定的走査系】３および１７が中心を合わせて設け
られている。直立軸ブシュ４の中で直立軸５が回転し、
この軸の中にモータ６が接続ケーブルと共に固定されて
いる。直立軸５は回転可能な走査系】８および１９並び
に電流供給と信号取り出しとのための接続線２０および
２１　を支持台２と一緒に支持している。モータ６はギ
ヤ２７およびカプリング１０を介して軸１２を駆動し、
この軸は軸受Ｊ】の中で回転し、この軸受は直立軸５と
固定的に結合されている。この＠１２は回転可能分度盤
１４　を有する分度盤支持部材１５を支えている。回転
可能走査系および固定走査系１８、＝１２− １９．１３および１７は垂直回転軸Ａ−Ａから同じ間隔
を有しており、この回転軸は直立軸５の中心を通って延
びていて経緯儀はこれの回りに分度盤１４と共に回転す
る。この場合に走査系１３，１７および１８．１９は互
いに直径」二に設けられている。

この経緯儀のこれらの構造要素のそれぞれの機能は公知
であり、従ってここではそれ以上記述しない。

次に角度の測定の態様を第２図の図式図によって説明す
るならば、回転可能分度盤１４の上に測定目盛列とコー
ド目盛列とが設けられているが、見易さのために測定目
盛列２４だけを拡大して示してあり、と言うのはこの回
転分度盤】４に対してその測定目盛列と同心的に少なく
とも一つ以上の完全コード化目盛列が設けられており、
その際この完全コード化目盛列に対して両側に同心的に
少なくとも一つ以上の増分的測定目盛列が設けられ、お
よび／またはその増分的測定目盛列に対して両側に同心
的に少なくとも一つ以上の完全コード化目盛列が設けら
れているからである。直径線Ｏ−○または半径線Ｒが固
定の、または回転可能な走査系１３．１７または１８．
１９によって走査検出され、その際回転可能走査系１８
、】９は固定走査系１３、Ｉ７に対して或る角度αだけ
互いにずれている。この場合に一方の読み取りポジショ
ンにおける回転分度盤１４の目盛刻線がもう一方の読み
取りポジションにおける目盛のためのインデックスを構
成するか、またはその逆になる。分度盤１４の半径線お
よび直径線の走査検出のためにそれら回転可能および固
定の走査系１８．１９．１３および１７は同一目盛を上
側からの照明光または透過光において下側から、および
」二側から走査検出する。観測者が測定過程を開始させ
ると、分度盤１４は４ｉ１１１　Ａ　−Ａの回りに一様
な回転状態に置かれ、そしてこの回転分度盤１４の目盛
は分度盤１４の１」盛誤差に依存する或る函数であるコ
ンピュータプログラムに従って走査検出される。分度盤
１４は目盛列２４　を有しており、この目盛列は目盛列
２５および２６の内挿と読み取りとに利用され、そして
角度の度数の値を決定する（第３図参照）。

分度盤１４　を回転させたときに各目盛列２４．２５お
よび２６は両走査系１７および１８のそれら目盛に従属
する各開口（読み取りポジションＡＳ）を通過し、そし
てそれらは電気信号に変換される。

図示されていないマイクロコンピュータのプログラムに
含まれている命令がそのマイクロコンピュータに接続し
ているバーｌくウェアの作動をフリップフロップ２９の
作動によってもたらし、そして各測定ポジションＡＳ　
１７／２５．１７／２６並びにＡＳ１８／２４および１
８／２６のところにおりる各目盛列２４．２５および２
６の読み取りを準備させる（第４図）。次いで目盛列２
５の第１のマークが読み取りポジションＡＳ　１８／２
５のそれに従属する開口を通過したときにそのパルスは
グー１〜回路（Ｔｏｒ−ｓｃｈａｌｔｕｎｇ）　２８を
介してゲート回路３０および３２を次のように、すなわ
ち読み取りポジションＡＳ　１８／２６のところで後続
側の目盛２６がゲート回路３０を介してレジスタ３１の
中に読み取られ、そして同時に読み取りポジションＡＳ
　］７／２４のところで後続側の目盛２４がグー１−回
路３２を介してカウンタ３３の中へ記録されるように制
御する。

このパルスによって追加的にゲート回路３４　がゲート
回路３０を介して次のように、すなわち目盛列２５が測
定ポジションＡＳ　１７／２５のところでこのゲート回
路を通過できるように予め準備される。

次に目盛列２５の一つのマークが読み取りポジション＾
Ｓ　１７／２５のそれに従属する開口を通過したならば
、ゲート回路３２はゲート回路３４を遮断し、そしてそ
れによってカウンタ３３の中での目盛列２４のカウント
を終了させる。カウンタ３３内で見出される値が１°／
１０の角度の値を表わす。

目盛列２５の」１記マークが読み取りポジションＡＳ　
１７／２５のそれに従属する開口と一致したならば同時
に、読み取りポジションＡＳ　１７／２６のところの目
盛の、レジスタ３６中への読み取りのためのゲート回路
が開かれる。目盛列２６のレジスタ３１　または３６中
への読み取りは目盛列２５の第２のマークが読み取りポ
ジションＡＳ　１８／２５またはＡＳ　１７／２５と一
致して電気信号がゲート回路３０または３５を遮断した
ときに終了する。レジスタ３１および３６のコード化さ
れた内容Ｇ１およびＧ２はマイクロコンピュータの中で
引算（Ｇｌ−Ｇ２）され、その際この差額はその角度の
度数の値を表わす。もしＧ２が６１　よりも大きいとき
、すなわち上記差額がマイナスの場合はその角度差額（
Ｇｌ　７　Ｇ２）にその分度盤１４の全角度、例えば４
００°が加算される。目盛列２５の最初のマークが測定
ポジションＡ３１８／２５のそれに従属する開口と一致
したときに、目盛列２５の最初のマークと共に現われる
目盛列２４のマークが発信機３９によって作り出された
パルスのゲート回路４２を介して第１の目盛間隔カウン
タ４３の中へ行なわれる計数およびその発信機パルスの
ゲート回路４０を介して第１の内挿間隔カウンタ４１の
中へ行なわれる計数が開始されるようにして角度の内挿
値の測定も開始される。

目盛列２４の測定ポジションＡＳ　１７／２４のところ
の最初のマークがゲート回路４０を遮断してカウンタ４
１内でのパルスの計数を終了させる。このカウンタの内
容ａ１はコンピュータに受は取られて記憶される。

同時に、読み取りポジションＡＳ　１７／２４のところ
の目盛列２４の最初のマークによってグー１〜回路４４
　を介して第２の目盛間隔カウンタ４５が満たされ、そ
して第２の内挿間隔カウンタ４７の中に発信機のパルス
を読み取るためのゲート回路４６が開かれる。

分度盤１４が更に回転して目盛列２４の第２のマークが
読み取りポジションＡＳ　１８／２４の開口と一致した
ならば、先ず第１にその電気信号がゲート回路４６を遮
断してカウンタ４７の中の発信機パルスの計数を終了さ
せ、そして第２に第１の目盛間隔カウンタ４３の内容ｂ
□がマイクロコンピュータに受は取られて消去される。

カウンタ４７の内容ｃ１　は内挿間隔値に対する補正量
を表わす。

これと同様にして測定ポジションＡＳ　１７／２４のそ
れに対応する開口のところを通過する目盛列２４の第２
のマークが第２の目盛間隔カウンタ４５のＨ１数を終了
させ、その際カウンタ４５の内容ｄ１　はコンピュータ
に受は取られてこのカウンタ４５は消去される。

目盛列２４の後続の各マークはそれぞれの測定ポジショ
ンＡＳ　１７／２４およびＡＳ　１８／２４　ノ、！ニ
ー　コロでこのような測定過程を反復させ、それによっ
てカウンタ４１．４３．４５および４７ハ常Ｌニー　ａ
、　ｂ、　ｃおよびｄの数値情報をマイクロコンピュー
タへ送り出し、このマイクロコンピュータがそれらの情
報を書き込み読み出しメモリに記憶させる。このメモリ
はそれらａ、ｂ、　ｃ、ｄの値に対してコードワードの
長さに相当して例えばそれぞれ１０個のメモリポジショ
ンを含んでおり、その際カウンタ４１　からの第１の情
報値ａ、はメモリポジションＭ１に、第２の情報値ａ２
はメモリポジションＭ２に、ａ３　はＭ３に、そしてそ
のようにして第１０の情報値ａｔｏ　は旧０にそれぞれ
記憶される。

第１０番目のメモリポジション旧０が書き込まれた後で
そのマイクロコンピュータは情報値ａ１ないしａＬＱの
平均値茗を作り出す。マイクロコンピュータは次に第１
１番目の情報値が再びメモリポジション旧の上に記憶さ
れ、そして情報値ａ２　ないしａ□、の平均値心が作り
出され、そして第１２番目の情報値がメモリポジション
Ｍ２の上に記憶されて情報値ａ３　がらａ１２．までの
平均値ｉが作り出され、等等のようにそのアドレスバス
を制御する。このような記憶装置の作動は目盛列２５の
第３番目のマークと読み取りポジションＡ５１８／２５
のそれに対応する開口とが一致したときに終了する。こ
のようにして第１の内挿間隔の各平均された数値情報ｉ
、ｉ、・・・ａ工。、第１の目盛間隔の各平均された数
値情報圏、虱、・・・ｂｌＯ１第２の内挿間隔の各平均
された数値情報己、乙、・・・乙、および第２の目盛間
隔の各平均された数値情報石、乙、・・・虱が得られる
。内挿値の標準化は数値情報ａ−ｎ　：　ｂｔＬまたは
Ｃ，ｔ：　ｄ、、　（ｎ　＝　１．２．　・・・１０）
の商の値を作り出すことによって行なわれる。これらの
商の値からもう一度平均値を取ることによってその角度
に従属する内挿値が与えられ、その際（ｃ＃ｒ）の平均
値は標準値のための補正値であり、従って標準値から、
商（ａ／Ｅ）の平均値によってその平＝２〇− 均値を作り出す前に差し引かなければならないと言うこ
とを考慮すべきである。

従って角度の大きさの内挿値は目盛間隔値と内挿間隔値
とのそれぞれの平均値から商を作り出すことによって得
られ、その際目盛間隔値と内挿間隔値とは走査系１３．
１７．１８および１９を用いて分度盤１４の固定および
回転可能の半径線または直径線のところで読み取られ、
そしてそれらの平均値が角度の大きさを与える。この角
度測定装置は水平方向角度のみならず垂直方向角度にも
適用可能である。垂直方向角度の測定については記述し
なかったけれどもこれは水平方向角度の測定と同様に行
なうことができるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した経緯儀の例の正面図、第２図
はその分度盤の走査系の説明図、第３図は分度盤の１例
の部分拡大説明図、第４図は本発明に従う装置の電子的
制御部のブロック線図。 １・・・三脚　　　　　２・・・支持台３・・・嵌込み
心棒　　４・・・直安軸ブシュ５・・・直Ｓγ軸　　　
　６・・・モータ７・・・接続ケーブル　８・・・微調
筋部材９・・・望遠鏡　　　　］（１・・・カプリング
１１・・・軸受 １３．１７．１８．１９・・・走査系 １４・・・分度盤　　　　１５・・・支持部材１６・・
・ホルダ　　　　２０．２］・・・接続線２４．２５．
２６・・・１１盛列 ２７・・・ギヤ ２８．３０．３２．３４．３５．４０．４２．４４．４
６・・・ゲート回路 ２９・・・フリップフロップ ３］、３６・・・レジスタ ３３．４１．４３．４５．４７・・・カウンタ３９・・
・発信機 億 Ｆｉｇ、　３ 襲

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）中でも測地学的な器機のための、 測定目盛として増分的刻線目盛列を有する 回転分度盤と、 各目盛間隔を同数の部分に分割するパルス 発生器と、 間隔の値と内挿の値とを測定するためのオ プト電子学的走査系と（但しこれら走査系は器機の水平
   軸または垂直軸に対して直径の上で且つその軸の回りに
   対として回転可能に、または大きさを変え得る角度で固
   定配置されている）、 上記分度盤の光学的読み取りのための手段 と、および 測定値の評価と表示とのための後続配置さ れた諸装置と を包含する、角度測定装置において、 上記回転分度盤に対して上記増分的刻線目 盛列と共軸に少なくとも一つ以上の完全コード化された
   目盛列が備えられていること、 一方の読み取りポジションにおける上記回 転分度盤の目盛刻線がもう一方の読み取りポジションの
   各目盛列のためのインデックスを形成し、そしてそのコ
   ード間隔内で検出された内挿値だけに対して平均値作り
   出すこと、固定の走査系と回転可能な走査系との間の 角度の大きさがそのコード化された目盛の読み取りと内
   挿測定とから求められること、および その測定目盛およびその完全コード化され た目盛が同時的に上記の固定走査系と回転可能走査系と
   によって読み取られること を特徴とする、上記角度測定装置。
2. （２）回転分度盤の目盛を或るコンピュータプログラム
   に従って走査し、このプログラムはその分度盤の目盛分
   割誤差に依存する函数である、特許請求の範囲第１項記
   載の角度測定装置。
3. （３）回転分度盤の読み取りを、追加的な目盛刻線かま
   たは予め与えられたコードワードである、或る零点マー
   クによって作動させる、特許請求の範囲第１または第２
   項記載の角度測定装置。
4. （４）その目盛間隔の値が、測定目盛列の個々の目盛間
   隔の、一個のコードワードの長さを包含する数から作り
   出された平均値を表わす、特許請求の範囲第１項記載の
   角度測定装置。
5. （５）内挿間隔の値が、測定目盛の内挿間隔の、一個の
   コードワードの長さを包含する数から作り出された平均
   値を表わす、特許請求の範囲第１または第４項記載の角
   度測定装置。
6. （６）目盛間隔の値と内挿間隔の値とが固定走査系と回
   転可能走査系において形成される、特許請求の範囲第１
   、第４または第５項記載の角度測定装置。
7. （７）目盛間隔の値と内挿間隔の値とが、各走査系を用
   いて分度盤の固定または回転可能な半径線または直径線
   のところで読み取られ且つその角度の平均値を決定する
   、特許請求の範囲第１、第４、第５または第６項記載の
   角度測定装置。
8. （８）完全コード化目盛列の両側に同心的に少なくとも
   一つ以上の増分的刻線目盛が、および／または増分的刻
   線目盛の両側に同心的に少なくとも一つ以上の完全コー
   ド化された目盛列が設けられている、特許請求の範囲第
   １項記載の角度測定装置。
9. （９）角度の内挿の値が目盛間隔値と内挿間隔値とのそ
   れぞれの平均値から得られる、特許請求の範囲第１項記
   載の角度測定装置。
10. （１０）分度盤の半径線および直径線を検出するための
    回転可能走査系および固定走査系が同一の目盛を上方か
    らの照明光で、または透過光で上下から走査検出する、
    特許請求の範囲第１項記載の角度測定装置。
11. （１１）零点マークが固定走査系のマークと一致したと
    きに回転可能な走査系のマークのところの完全コード化
    目盛の読み取りが行なわれる、特許請求の範囲第１、第
    ３、または第１０項記載の角度測定装置。
12. （１２）コンピュータパルス信号が走査系の上記マーク
    のところおよび回転可能走査系の上記マークのところの
    完全コード化目盛の読み取りを同時に作動させ、そして
    角度の度数値を両読み取り値の差額として形成する、特
    許請求の範囲第１、第２、または第１０項記載の角度測
    定装置。