專利名稱：轉動角檢測裝置及測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測轉動角的轉動角檢測裝置及測定測定對象的角度和距離的
測量裝置。
背景技術：
在土木、建設領域中，已普及了作為測定測定對象的角度和距離的測量裝置的全站儀。從近距離的測定對象到遠距離的測定對象，全站儀能以高精度測定角度、距離，但近幾年，對于在內飾領域等以比較近距離的物體作為對象的場所使用的低價且小型而機動性良好的全站儀(以下稱為迷你全站儀)的需求正在增加。作為全站儀高價的一個主要原因，可舉出對角度檢測精度、轉動精度要求高精度。對由角度誤差而引起的測定值誤差而言，由于角度誤差與到測定對象的距離成比例所以對角度精度要求到以秒為單位。因此，成為角度誤差的原因的、由轉動角檢測裝置的檢測誤差、測定用望遠鏡的轉動軸的晃動引起的轉動誤差(由轉動中心的轉動帶來的傾斜誤差)嚴格受限。在現有技術中，作為用于測量裝置的轉動角檢測裝置采用編碼器，而高精度的編碼器是高價的。另外，要使轉動軸的轉動精度達到要求精度，僅管理部件單體的加工精度是難以實現的，需要在轉動軸、軸承部的組裝狀態下進行微調、精密加工，因此會變成非常高的價格。
發明內容
本發明的目的在于提供一種以簡單的結構可進行高精度的角度檢測的轉動角檢測裝置及使用該轉動角檢測裝置的測量裝置。為達到上述目的，本發明的轉動角檢測裝置具備:軸承部；轉動軸，其以可轉動的方式支撐于該軸承部；軸部空間，其形成于該轉動軸；軸承部空間，其形成于所述軸承部；第一聚光透鏡，其容納于所述軸部空間，且具有與所述轉動軸的軸心一致的光軸；第二聚光透鏡，其設置于所述軸承部空間，并設置于所述轉動軸的軸心的延長線上；角度檢測圖形，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中任一方的焦點位置；圖像傳感器，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中其他任一方的焦點位置，其中，該圖像傳感器用于檢測投影至該圖像傳感器的所述角度檢測圖形的投影像，并用于檢測該投影像的與所述轉動軸的轉動相伴的位移。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，在所述圖像傳感器上可設定基準位置，從而檢測所述角度檢測圖形相對該基準位置的轉動位移量。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，通過所述圖像傳感器檢測所述角度檢測圖形，進而基于該角度檢測圖形，檢測角度檢測圖形圖像的中心位置，基于所檢測的角度檢測圖形圖像的中心位置與所述圖像傳感器上的所述基準位置的偏差、和所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡的焦點距離來檢測所述轉動軸的傾斜角。
另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，就所述角度檢測圖形而言，沿半徑方向延伸的線段以規定角距配置于全周，并具有線段圖形，該線段圖形具有由所述線段構成的環狀軌跡。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述角度檢測圖形具有以該角度檢測圖形的中心為中心的一個圓或多個同心圓的圓形圖形。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述角度檢測圖形具有多個以多重同心的方式形成的環狀軌跡。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述檢測線為設定在如下范圍的直線:經過所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心，在與對圓周進行所需等分的各半徑垂直相交的方向上，且按照每個所述軌跡包含于該軌跡。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述檢測線為如下方式設定的直線:以穿過所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心，并在與對圓周進行所需等分的各半徑垂直相交的方向上，且在每個所述軌跡包含于該軌跡的范圍的方式設定。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述角度檢測圖形的檢測通過在所述圖像傳感器上設定檢測線，并從掃描該檢測線而得到的信號提取所述角度檢測圖形的檢測信號來進行；所述檢測線是經過所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心，并橫穿所述圓形圖形的直線。另外，在本發明的轉動角檢測裝置中，所述檢測線是包含于所述軌跡內，并以所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心為中心的圓。另外，本發明的測量裝置具備:基臺部；架臺，其經由具有鉛直軸心的第一轉動軸以可轉動的方式設置于該基臺部；望遠鏡部，其經由具有水平軸心的第二轉動軸以可轉動的方式設置于該架臺；所述第一轉動角檢測裝置，其設置在所述第一轉動軸和所述基臺部之間；所述第二轉動角檢測裝置，其設置在所述第二轉動軸和所述架臺之間。根據本發明，其具備:軸承部；轉動軸，其以可轉動的方式支撐于該軸承部；軸部空間，其形成于該轉動軸；軸承部空間，其形成于所述軸承部；第一聚光透鏡，其容納于所述軸部空間，且具有與所述轉動軸的軸心一致的光軸；第二聚光透鏡，其設置于所述軸承部空間，并設置于所述轉動軸的軸心的延長線上；角度檢測圖形，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中任一方的焦點位置；圖像傳感器，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中其他任一方的焦點位置，其中，該圖像傳感器用于檢測投影至該圖像傳感器的所述角度檢測圖形的投影像，并用于檢測該投影像的與所述轉動軸的轉動相伴的位移。因此不使用高價編碼器而能測定該轉動軸的轉動角。另外，根據本發明，在所述圖像傳感器上可設定基準位置，從而檢測所述角度檢測圖形相對該基準位置的轉動位移量。因此所述基準位置的設定能在任意時期設定于任意位置，無需所述轉動軸和所述軸承部的機械設定，從而容易進行角度測定的初始設定。另外，根據本發明，通過所述圖像傳感器檢測所述角度檢測圖形，進而基于該角度檢測圖形，檢測角度檢測圖形圖像的中心位置，基于所檢測的角度檢測圖形圖像的中心位置與所述圖像傳感器上的所述基準位置的偏差、和所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡的焦點距離來檢測所述轉動軸的傾斜角。因此即使在該轉動軸的轉動中含有誤差的情況下，也能用所檢測的傾斜角校正測定值，即使該轉動軸的安裝精度不高也可進行高精度的測定，還能降低制作費用。另外，根據本發明，所述角度檢測圖形的檢測以如下方式進行:在所述圖像傳感器上設定檢測線，從掃描該檢測線而得到的信號中提取所述角度檢測圖形的檢測信號。因此能任意進行檢測線的設定，還可以使檢測線重復，因此對檢測線的設定位置、數量并無限制，可進行對應測定精度的設定。另外，根據本發明，具備:基臺部；架臺，其經由具有鉛直軸心的第一轉動軸以可轉動的方式設置于該基臺部；望遠鏡部，其經由具有水平軸心的第二轉動軸以可轉動的方式設置于該架臺；所述第一轉動角檢測裝置，其設置在所述第一轉動軸和所述基臺部之間；所述第二轉動角檢測裝置，其設置在所述第二轉動軸和所述架臺之間。因此不使用高價編碼器，并且即使在所述轉動軸、所述軸承部的組裝中產生誤差，也能用轉動角檢測裝置的檢測結果進行校正，而且在所述轉動軸、所述軸承部的組裝上不花費成本，從而可實現制作成本的降低。
圖1 (A)是本發明實施例的轉動角檢測裝置的示意性剖面圖，圖1⑶是對測定對象的轉動軸傾斜時的說明圖。圖2是表示用于所述轉動角檢測裝置的角度檢測圖形的第一例的說明圖。圖3是表示用于所述轉動角檢測裝置的角度檢測圖形的第二例的說明圖。圖4是表示用于所述轉動角檢測裝置的角度檢測圖形的第三例的說明圖。圖5是表示用于所述轉動角檢測裝置的角度檢測圖形的第四例的說明圖。圖6是表示采用所述角度檢測圖形的角度檢測方法的第一例，并表示圖形和圖形檢測的關系的明圖。圖7(A)、(B)是表示采用所述角度檢測圖形的角度檢測方法的第二例的說明圖，圖7(A)表示圖形和圖形檢測的關系，圖7(B)是將圖形以直線方式展開的說明圖。圖8是表示實施本發明的轉動角檢測裝置的測量裝置的實施例的主視圖。圖9是該測量裝置的示意性剖面圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施例進行說明。首先，在圖1(A)、圖1(B)中，對本發明的實施例的轉動角檢測裝置進行說明。在圖1中，I是作為轉動角度的測定對象的轉動軸，該轉動軸I通過軸承2以轉動自如的方式支撐于軸承部3。在所述轉動軸I的端部，與該轉動軸I的軸心同心地形成有圓柱狀的軸部空間4，軸端部為中空結構。在所述軸承部3中，在所述軸部空間4的軸心的延長線上形成有軸承部空間5。該軸承部空間5與所述軸部空間4同心，并且所述軸承部空間5與所述軸部空間4的直徑相同。在該軸部空間4和所述軸承部空間5容納有轉動角檢測裝置6的主要結構要素。在所述軸部空間4設置有第一聚光透鏡7，在所述軸承部空間5設置有第二聚光透鏡8。所述第一聚光透鏡7、所述第二聚光透鏡8的倍率分別為一倍，具有相同的焦點距離。
所述第一聚光透鏡7、所述第二聚光透鏡8分別具有光軸9a、9b，該光軸9a與所述轉動軸I的軸心一致，所述光軸9b與所述軸承部空間5的軸心一致。因此,在所述轉動軸I未傾斜的狀態下，所述光軸9a和所述光軸9b在一條直線上一致。此外，所述第一聚光透鏡7和所述第二聚光透鏡8優選具有相同特性，以免產生像的畸變，。在所述軸部空間4的底部設置有角度檢測圖形11，該角度檢測圖形11位于所述第一聚光透鏡7的焦點位置。另外，在所述軸承部空間5設置有圖像傳感器12，該圖像傳感器12位于所述第二聚光透鏡8的焦點位置。在所述軸承部空間5、所述軸部空間4的適當的位置設置有用于照明所述角度檢測圖形11的發光部。在圖示中，作為一個例子表示了設置于所述軸部空間4的底部且用于照明所述角度檢測圖形11的發光部13。作為所述圖像傳感器12，使用作為像素集合體的(XD、或CMOS傳感器等，并且以各像素在所述圖像傳感器12上的位置能確定的方式構成。另外，來自該圖像傳感器12的受光信號輸入于信號處理部14，該信號處理部14以基于受光信號測定轉動角、所述轉動軸I的傾斜(傾斜角)的方式構成。圖2表示所述角度檢測圖形11的一個例子。該角度檢測圖形11的基本形狀是圓形，該角度檢測圖形11的中心與所述第一聚光透鏡7的光軸即所述光軸9a —致。所述角度檢測圖形11包括:位于中心部的定心用圓形圖形15、配置于該圓形圖形15的周圍的線段圖形16。所述圓形圖形15是以規定線寬繪制的圓。所述線段圖形16是徑向延伸的線段以規定角距配置于全周的結構，并且由該線段圖形16形成環狀的軌跡。在該線段圖形16內，多個規定位置的識別用線段17是粗線。所述線段圖形16的內端和外端分別位于與所述圓形圖形15同心的圓周上。另外，如圖所示，所述標識用線段17并未設置于等分圓周的位置，通過檢測該標識用線段17的位置，能檢測超過所述角度檢測圖形11的角距間隔的轉動角。以下，對上述轉動角檢測裝置6的作用進行說明。所述角度檢測圖形11通過所述第一聚光透鏡7、所述第二聚光透鏡8的作用以I: I的關系投影至所述圖像傳感器12，該圖像傳感器12發出對應于所接收的所述角度檢測圖形11的信號。若所述轉動軸I轉動,則所述角度檢測圖形11與該轉動軸I 一體轉動，轉動的角度檢測圖形圖像投影至所述圖像傳感器12。該圖像傳感器12按照每個像素發出受光信號，因此例如若所述線段圖形16和所述標識用線段17移動，則接收來自該線段圖形16和所述標識用線段17的像的像素位置會發生變化。因此，基于來自所述圖像傳感器12的信號來檢測接收所述線段圖形16和所述標識用線段17的像素的位置變化，由此能檢測所述轉動軸I相對于所述軸承部3的轉動角。其次，對所述轉動軸I相對于所述軸承部3傾斜的情況進行說明。在所述第一聚光透鏡7、所述第二聚光透鏡8的作用下，入射于所述第一聚光透鏡7的光線通過所述第二聚光透鏡8與該光線平行地投影至所述圖像傳感器12。因此，如圖1(B)所示，若所述第一聚光透鏡7的所述光軸9a相對于所述第二聚光透鏡8的光軸9傾斜，則投影至所述圖像傳感器12的所述角度檢測圖形圖像，以相當于所述第一聚光透鏡7的所述光軸9a的傾斜的量從傾斜的方向投影至所述圖像傳感器12。因此，所投影的像在該圖像傳感器12上進行對應于傾斜度的位移。在此，如果將所述圖像傳感器12上的圖形圖像的位移量設為Λ，將所述第一聚光透鏡7的所述光軸9a的傾斜度設為α，將所述第二聚光透鏡8的焦點設為f，則形成為tana = Λ/f。進而，所述圓形圖形15的中心表示所述角度檢測圖形11的中心，通過檢測接收來自所述圓形圖形15的光的所述圖像傳感器12的各像素的位置來能求出所述圓形圖形15的中心，通過求出該圓形圖形15的中心與傾斜前的該圓形圖形15的中心的偏差來求出所述位移量Λ。因此，基于所述圖像傳感器12的受光結果，能檢測所述第一聚光透鏡7的所述光軸9a的傾斜度即所述轉動軸I的傾斜角。所述角度檢測圖形11在所述圖像傳感器12上的轉動、或所述角度檢測圖形11的中心位置的位移量Λ，其能以所述圖像傳感器12的像素單位來檢測，因此可進行高精度的測定。進而，在本實施例中，能檢測轉動角和所述轉動軸I的傾斜度。通過根據所檢測的傾斜度進行測定值的校正，能得到消除了由該轉動軸I的傾斜所帶來的影響的測定結果。因此，即使在所述轉動軸I的轉動含有誤差的狀態下，即不以高精度進行該轉動軸I的組裝，也能進行高精度的角度檢測。此外，在上述實施例中，可以在所述轉動軸I側設置所述圖像傳感器12，并且可以在所述軸承部3側設置所述角度檢測圖形11。圖3表示該角度檢測圖形11的第二例。在第二例中，所述圓形圖形15由多個(圖示中為四個)同心的圓15a_15d而構成。通過由多個圓15a-15d而構成所述圓形圖形15,能分別對該圓15a_15d求出中心,通過使得到的中心位置平均化，能高精度地求出所述角度檢測圖形11的中心位置。另外，在第二例中，在所述圓形圖形15、所述線段圖形16之外還設置有基準指示圖形18。該基準指示圖形18在與設置有所述線段圖形16的圓周的直徑不同的直徑(圖示中為小直徑)的圓周上，由在徑向上延伸的3個線段18a、18b構成，該線段18a，18b以等角距配置，兩端的線段18b形成為粗的線寬。此外，線段18a、18b的線寬可以相同。通過設置所述基準指示圖形18，在測定開始時用所述圖像傳感器12檢測所述基準指示圖形18的位置，若將所檢測的位置設定為基準位置，則能夠基于測定時的所述基準指示圖形18的位置和所述基準位置的差求出測定時的角度。另外，就微小轉動角而言，通過所述線段圖形16的線段之間的偏移來檢測。圖4表示所述角度檢測圖形11的第三例。在第三例中，所述角度檢測圖形11為格子圖形，表示了該格子圖形的多個直線19以等間隔垂直相交而構成的情況，在所述直線19內，多個直線19a形成為粗的線寬，通過該直線19a可檢測所述角度檢測圖形11的中心和基準位置，并且能檢測該角度檢測圖形11的轉動方向的姿態。圖5表示該角度檢測圖形11的第四例。在第四例中，所述圓形圖形15由多個(圖示中為四個)同心的圓15a_15d構成，并且所述線段圖形16是多個(圖示中為四個)軌跡16a、16b、16c、16d以多重同心的方式配置而構成。所述軌跡16a、16b、16c、16d分別與圖2所示的所述線段圖形16相同，是徑向延伸的線段21以規定角距配置于全周的結構。另外，構成所述軌跡16a、16b、16c、16d的所述各線段21a、21b、21c、21d的角距，按照每個所述軌跡16a、16b、16c、16d稍微不同，通過檢測軌跡之間的所述各線段21a、21b、21c、21d的相位關系來求出轉動位置。在第四例中，用該各線段21a、21b、21c、21d的相位關系以相同的道理決定所述角度檢測圖形11的轉動位置，因此如第一例所示(參照圖2)，無需使多個該線段21形成粗線。另外，各軌跡的所述線段21的內端、外端分別位于圓周上，因此通過檢測該線段21的內端、外端來能夠檢測圓形，進而基于所檢測的圓形能夠檢測中心位置。因此，可省略所述圓形圖形15。此外，對于所述角度檢測圖形11可考慮各種變形，因此并不限定于上述例子。其次，采用上述圖形，對檢測角度和中心的方法進行說明。首先，在圖6中，說明角度和中心檢測方法的第一例。另外，第一例用圖5表示的第四所述角度檢測圖形11進行說明。基于從構成所述圖像傳感器12的全部像素發出的信號，能夠識別各軌跡16a、16以16(3、16(1的所述各線段21&、2113、21(3、21(1并求出所述角度檢測圖形11的轉動角、中心，但以下更簡便地說明檢測角度和中心的方法。圖6表示投影至所述圖像傳感器12的角度檢測圖形圖像11'。另外，圖示的該角度檢測圖形圖像11'的中心處于與所述圖像傳感器12的中心一致的狀態。為取得來自該圖像傳感器12的受光信號，在規定位置設定掃描線，在掃描線上進行掃描而取得來自掃描線上像素的輸出。關于掃描線的設定，設定用于角度檢測的角度檢測線22以及用于中心檢測的中心檢測線23。首先，所述角度檢測線22以與等分圓周(圖示中為八等分)的半徑垂直相交且包含于各軌跡16a、16b、16c、16d的方式設定。因此，在第一方法中，對圓周進行八等分，且軌跡數量為四個，因此所述角度檢測線22是三十二個。其次，以橫割所述圓形圖形15的方式，設定還經過所述圖像傳感器12的中心的兩個中心檢測線23。該兩個中心檢測線23優選是垂直相交的。在檢測角度時，通過掃描所述角度檢測線22，能取得在橫割所述線段21的位置的像素信號。例如，下面對所述角度檢測線22a-22d進行說明，若掃描所述角度檢測線22a，則在每次橫割所述線段21時，能得到該線段21的檢測信號，從而能在所述圖像傳感器12上確定輸出該檢測信號的像素的位置。其次，若掃描角度檢測線22b，則同樣在每次橫割所述線段21時，能夠得到該線段21的檢測信號，從而能在所述圖像傳感器12上確定輸出該檢測信號的像素的位置。進而，對于角度檢測線22c、角度檢測線22d也能夠依次得到所述線段21的檢測信號，從而能在所述圖像傳感器12上確定該檢測信號位置。在該角度檢測線22a_22d之間比較通過掃描所述角度檢測線22a_22d上來得到的檢測信號，由此能夠檢測所述各角度檢測線22a-22d之間的相位差，進而基于相位差，能夠檢測所述角度檢測圖形11相對于所述圖像傳感器12的基準位置的轉動角。此外，轉動角能夠通過橫割一個半徑的一組的角度檢測線22來檢測，但通過其他組、進而多個組的角度檢測線22來進行角度檢測，且通過對檢測結果進行平均來進一步提高測定精度。另外，對由所述一組的角度檢測線22所得到的結果和由與該一組的角度檢測線22具有180°相位差的其他組的角度檢測線22所得到的結果進行平均化，由此能抵消因圖形的歪斜等產生的誤差。此外，所述角度檢測線22的設定并不是指物理性地在所述圖像傳感器12上設定，而是指在提取信號時的假想的線，因此即使相鄰的所述角度檢測線22具有重復也不受影響。因此，在理論上，能夠設定橫割無限分割的半徑的該角度檢測線22。另外，所分割的半徑數量即所述角度檢測線22的組數越多，則測定精度就越高。另外，可與所要求的測定精度相應地適當設定分割數、所述角度檢測線22的組數。即，當要求高精度 時，則增加分割數、該角度檢測線22的組數，當不要求高精度時，則減少分割數、組數等。其次，當欲求出所述角度檢測圖形圖像1Γ的中心時，掃描所述中心檢測線23上。通過掃描該中心檢測線23，當每次橫割所述圓15a-15d時，能夠得到所述線段21的檢測信號，并能夠基于所得到信號求出所述角度檢測圖形圖像IP的中心位置。對所得到的所述角度檢測圖形圖像11'的中心位置和所述圖像傳感器12的所述基準位置進行比較。在所述光軸9a(所述轉動軸I)傾斜時，求出偏差，并基于該偏差求出所述光軸9a的傾斜角。此外，通過增加所述圓形圖形15，并增加所述中心檢測線23的數量，得到多個檢測值，從而使檢測精度提高。其次，在圖7中，對角度檢測方法的第二例進行說明。另外，利用圖3表示的第二所述角度檢測圖形11對第二例進行說明。此外，圖7(B)是將該角度檢測圖形11以直線方式展開的圖。在極坐標系中確定構成所述圖像傳感器12的像素位置，使角度檢測的掃描線25設成圓形。作為該掃描線25設定:與所述線段圖形16的基準圓(經過該線段圖形16的內端和外端的中間的圓)相同地設定的角度檢測線25a ;在經過所述基準指示圖形18的圓上設定的基準位置檢測線25b。根據所述圖像傳感器12上的所述基準指示圖形18的基準位置、和通過掃描所述基準位置檢測線25b來得到的所述基準指示圖形18的位置的比較，求出所述角度檢測圖形11的轉動角。另外，關于所述線段圖形16的角距以下的角度檢測，取得360°分的所述線段圖形16的信號，對所得到的各線段的檢測信號乘以sin (2 πη/360 Θ )、cos (2 Jin/360 θ )，從sin成分、cos成分的比例關系求出角距內的相位。圖8、圖9表示本實施例的所述轉動角檢測裝置6作為測量裝置而應用于全站儀30的情況。在校平部31經由校平螺釘32設置有基臺部33。在該基臺部33設置有架臺34，在該架臺34支撐有包括光學系統的望遠鏡部35。在該望遠鏡部35的內部設置有測距部(未圖示)。該測距部以如下方式構成:從所述望遠鏡部35對測定對象照射測距光，接收從測定對象所反射的測距光，基于所接收的反射光來進行測距。所述基臺部33可以通過所述校平螺釘32進行校平使其呈水平。另外，所述架臺34可以以鉛直軸心為中心進行轉動，所述望遠鏡部35可以以水平軸心為中心進行轉動。另夕卜，在所述架臺34設置有具有顯示部36的操作輸入部37，所述顯示部36用于顯示所述全站儀30的工作狀態或到測定對象物的距離的測定值等。在所述基臺部33的上面設置有架臺基座38，在該架臺基座38的中心設置有向上方突出的軸承部39。水平轉動軸41經由軸承42以轉動自如的方式嵌合于該軸承部39，所述架臺34的筐體43固定附著于所述水平轉動軸41。所述架臺基座38構成支撐所述筐體43的所述基臺部33的一部分，并且具有作為將所述筐體43的下部開口封閉的下部蓋的機倉泛。在所述軸承部39固定有水平轉動齒輪44，在該水平轉動齒輪44嚙合有水平轉動驅動齒輪45。該水平轉動驅動齒輪45固定于水平轉動馬達46的輸出軸，所述水平轉動驅動齒輪45通過所述水平轉動馬達46轉動，由此所述筐體43經由所述水平轉動齒輪44以所述水平轉動軸41為中心在水平方向上轉動。所述水平轉動馬達46固定于所述筐體43，所述水平轉動馬達46和所述筐體43作為一體而轉動。所述水平轉動軸41的下端部為中空，由中空部形成第一軸部空間47。在該第一軸部空間47容納有水平角度檢測圖形48、水平第一聚光透鏡49，所述水平角度檢測圖形48、所述水平第一聚光透鏡49設置在所述水平轉動軸41的軸心上。在所述架臺基座38的中心部下面設置有軸部支架51，該軸部支架51的軸心與所述水平轉動軸41的軸心一致。在所述軸部支架51形成有從上面側開始作為圓柱狀凹部的軸承部空間52，在該軸承部空間52容納有水平第二聚光透鏡53和水平圖像傳感器54，所述水平第二聚光透鏡53、所述水平圖像傳感器54設置于所述軸部支架51的軸心上。所述水平角度檢測圖形48、所述水平第一聚光透鏡49、所述水平第二聚光透鏡53、以及所述水平圖像傳感器54構成用于檢測水平角的水平轉動角檢測裝置55的主要部分。在所述望遠鏡部35設置有從左右兩端朝水平方向延伸的鉛直轉動軸56，該鉛直轉動軸56經由軸承57支撐于所述筐體43，所述望遠鏡部35可以以所述鉛直轉動軸56為中心在鉛直方向上轉動。在該鉛直轉動軸56的一端固定有鉛直轉動齒輪58，在該鉛直轉動齒輪58嚙合有鉛直轉動驅動齒輪59。該鉛直轉動驅動齒輪59固定于鉛直轉動馬達61的輸出軸，通過驅動該鉛直轉動馬達61，所述望遠鏡部35經由所述鉛直轉動驅動齒輪59、所述鉛直轉動齒輪58以所述鉛直轉動軸56為中心轉動。在所述鉛直轉動軸56的另一端部形成有與該鉛直轉動軸56同心的第二軸部空間62，在該第二軸部空間62容納有鉛直角度檢測圖形63、鉛直第一聚光透鏡64，所述鉛直角度檢測圖形63、所述鉛直第一聚光透鏡64設置于所述鉛直轉動軸56的軸心上。以與所述鉛直轉動軸56的另一端部同心的方式，筒狀的保持架65向內部突出設置，在該保持架65的頂端部嵌入設置有軸部支架66。在該軸部支架66形成有與所述鉛直轉動軸56的軸心同心的軸承部空間67，在該軸承部空間67容納有鉛直第二聚光透鏡68、鉛直圖像傳感器69。所述鉛直第二聚光透鏡68、所述鉛直圖像傳感器69設置于所述鉛直轉動軸56的軸心上。所述鉛直角度檢測圖形63、所述鉛直第一聚光透鏡64、所述鉛直第二聚光透鏡68以及所述鉛直圖像傳感器69構成用于檢測鉛直角(高低角)的鉛直轉動角檢測裝置71的主要部分。通過所述校平螺釘32來校平所述全站儀30。在校平之后，該全站儀30定位成基準位置。其次，為使所述望遠鏡部35校準測定對象，驅動所述水平轉動馬達46使所述筐體43進行水平方向的轉動。該筐體43的水平轉動角通過所述水平轉動角檢測裝置55來檢測。另外，同時檢測出所述水平轉動軸41的軸晃動(軸的傾斜度)，基于所檢測的軸晃動，校正所述水平轉動角檢測裝置55所檢測的水平角。另外，驅動所述鉛直轉動馬達61，使所述望遠鏡部35在鉛直方向上轉動。該望遠鏡部35的鉛直轉動角通過所述鉛直轉動角檢測裝置71來檢測，而且還同時檢測出所述鉛直轉動軸56的軸晃動。相同地，基于所檢測的軸晃動，校正所述鉛直轉動角檢測裝置71所檢測的鉛直角。若所述望遠鏡部35的校準結束，則從該望遠鏡部35射出測距光，而測定到測定對象的距離，同時通過所述水平轉動角檢測裝置55、所述鉛直轉動角檢測裝置71來測定水平角、高低角。在本實施例的測量裝置中，不使用高價編碼器也能夠高精度地測定水平角、高低角，而且由于所述水平轉動角檢測裝置55、所述鉛直轉動角檢測裝置71不要求制作精度，因此能以低價制造，從而能夠實現測量裝置的制作成本的降低。
權利要求
1.一種轉動角檢測裝置，其具備:軸承部；轉動軸，其以可轉動的方式支撐于該軸承部；軸部空間，其形成于該轉動軸；軸承部空間，其形成于所述軸承部；第一聚光透鏡，其容納于所述軸部空間，且具有與所述轉動軸的軸心一致的光軸；第二聚光透鏡，其設置于所述軸承部空間，并設置于所述轉動軸的軸心的延長線上；角度檢測圖形，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中任一方的焦點位置；圖像傳感器，其設置于所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡中其他任一方的焦點位置，其中，該圖像傳感器用于檢測投影至該圖像傳感器的所述角度檢測圖形的投影像，并用于檢測該投影像的與所述轉動軸的轉動相伴的位移。
2.權利要求1所述的轉動角檢測裝置，其中，在所述圖像傳感器上可設定基準位置，從而檢測所述角度檢測圖形相對該基準位置的轉動位移量。
3.權利要求1或2所述的轉動角檢測裝置，其中，通過所述圖像傳感器檢測所述角度檢測圖形，進而基于該角度檢測圖形，檢測角度檢測圖形圖像的中心位置，基于所檢測的該角度檢測圖形圖像的中心位置與所述圖像傳感器上的所述基準位置的偏差、和所述第一聚光透鏡或所述第二聚光透鏡的焦點距離來檢測所述轉動軸的傾斜角。
4.權利要求1-3中任一項所述的轉動角檢測裝置，其中，就所述角度檢測圖形而言，沿半徑方向延伸的線段以規定角距配置于全周，并具有線段圖形，該線段圖形具有由所述線段構成的環狀軌跡。
5.權利要求1-4中任一項所述的轉動角檢測裝置，其中，所述角度檢測圖形具有以該角度檢測圖形的中心為中心的一個圓或多個同心圓的圓形圖形。
6.權利要求1-5中任一項所述的轉動角檢測裝置，其中，所述角度檢測圖形具有多個以多重同心的方式形成的環狀軌跡。
7.權利要求1-6中任一項所述的轉動角檢測裝置，其中，所述角度檢測圖形的檢測以如下方式進行:在所述圖像傳感器上設定檢測線，從掃描該檢測線而得到的信號中提取所述角度檢測圖形的檢測信號。
8.權利要求7所述的轉動角檢測裝置，其中，所述檢測線為設定在如下范圍的直線:經過所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心，在與對圓周進行所需等分的各半徑垂直相交的方向上，且按照每個所述軌跡包含于該軌跡。
9.權利要求5所述的轉動角檢測裝置，其中，所述角度檢測圖形的檢測通過在所述圖像傳感器上設定檢測線，從掃描該檢測線而得到的信號提取所述角度檢測圖形的檢測信號來進行；所述檢測線是經過所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心，并橫穿所述圓形圖形的直線。
10.權利要求7所述的轉動角檢測裝置，其中，所述檢測線是包含于所述軌跡內，并以所述圖像傳感器上的所述角度檢測圖形的中心為中心的圓。
11.一種測量裝置，其具備:基臺部；架臺，其經由具有鉛直軸心的第一轉動軸以可轉動的方式設置于該基臺部；望遠鏡部，其經由具有水平軸心的第二轉動軸以可轉動的方式設置于該架臺；第一轉動角檢測裝置，其為權利要求1所述的裝置，并設置在所述第一轉動軸和所述基臺部之間；第二轉動角檢測裝置，其為權利要求1所述的裝置，并設置在所述第二轉動軸和所述架臺之間。
全文摘要
本發明是轉動角檢測裝置及測量裝置。轉動角檢測裝置，其具備軸承部(3)；轉動軸(1)，其以可轉動的方式支撐于該軸承部；軸部空間(4)，其形成于該轉動軸；軸承部空間(5)，其形成于軸承部；第一聚光透鏡(7)，其容納于軸部空間，且具有與轉動軸的軸心一致的光軸(9a)；第二聚光透鏡(8)，其設置于軸承部空間，且設置于轉動軸的軸心的延長線上；角度檢測圖形(11)，其設置于第一聚光透鏡或第二聚光透鏡中任一方的焦點位置；圖像傳感器(12)，其設置于第一聚光透鏡或第二聚光透鏡中其他任一方的焦點位置。該圖像傳感器用于檢測投影至該圖像傳感器的角度檢測圖形的投影像，并用于用于檢測該投影像的與轉動軸的轉動相伴的位移。
文檔編號G01B11/26GK103162644SQ20121055727
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者熊谷薰, 穴井哲治, 大佛一毅, 大友文夫 申請人:株式會社拓普康