(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元スキャナの鉛直回転モータの回転軸に連係された目盛盤と固定状態の走査盤を備えたインクリメンタルエンコーダから得られる、位相の異なる２つの疑似サイン波信号を利用して回転角度を検出するインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法において、前記疑似サイン波信号の１つを角度信号としてパルス化し、パルス化した角度信号をカウントする一方、別途カウントされるクロック信号のカウント値を、前記角度信号の立ち上がりのタイミング毎に保存するとともに、前記３次元スキャナの制御部から出力される回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミング毎に保存し、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミングで保存したクロック信号のカウント値Ttrig iと、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりの直前にカウントした前記パルス化した角度信号のカウント値i と、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりの前後に立ち上がった各角度信号の立ち上がり時のタイミングで保存したクロック信号の各カウント値Ti、Ti+1と、目盛盤の円周に沿って設けたメインスケールたる等間隔に配置された多数のスリットの１ピッチの角度である角度ピッチλとから、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミングにおける回転角度θをθ＝｛i＋（Ttrig i−Ti）／（Ti+1−Ti）｝・λによって求めることを特徴とするインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法。
【請求項２】
前記回転角度検出指令信号は、前記３次元スキャナの制御部からスキャン動作時に出力されるトリガ信号であることを特徴とする請求項１記載のインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法に関し、特に、３次元スキャナの鉛直回転、すなわち水平軸を回転軸とする回転、の回転角度の検出に用いて好適なインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインクリメンタルエンコーダにおいては、一般に、その検出部から位相が９０°異なる正弦波に近い２つの信号（疑似サイン波信号）が得られるが、この２つの信号を利用して高い分解能を実現するための内挿方法として、大別するとアナログ方式とデジタル方式がある。アナログ方式としては、例えば、前記２つの位相の異なる信号を電気回路上で比率を変えて合成することにより、様々な位相差を有する信号を生成し、細かいピッチの信号を得ることで、高い分解能を実現するアナログ分割方式が知られている。しかし、このアナログ分割方式によると、分解能を高めるためには電気回路が複雑となり、回路規模が大きくなるので、実装面積が大きく、また、コスト高になるという不都合がある。そして、インクリメンタルエンコーダを３次元スキャナの鉛直回転の回転角度の検出に用いる場合には、大きな実装面積は確保できないことに加え、３次元スキャナの鉛直回転における回転速度は数千rpmとなるが、この程度の高速回転になると、アンプ等の周波数特性等によりアナログ特性が変動あるいは劣化する傾向があるため、このアナログ分割方式は適していない。
【０００３】
一方、デジタル方式は、アナログ分割方式と比較して回路規模を小さくできるので、３次元スキャナの鉛直回転の回転角度の検出に用いる場合に適している。このデジタル方式としては、例えば、前記２つの位相の異なる信号をデジタル変換し、このデジタル変換して得た信号S1，S2に基づいて、回転角度θを、アークタンジェントを用いた、θ＝tan−１S2／S1により求めて、細かいピッチの角度を得ることで、高い分解能を実現するデジタル内挿方式が知られている。そして、このデジタル内挿方式を改良したものとして、複数の信号のゼロ点により分割される内挿区間において、測定点の位置が、その内挿区間で選ばれる２つの信号の値を基にした比例演算式により算出することで、分解能を大幅に高めた内挿方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−２４４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した改良型デジタル内挿方法を含め従来のデジタル内挿方式は、デジタル変換する２つの位相の異なるアナログ信号の電圧値を基にして比例演算するので、前記２つの信号の波形の歪みや、位相差の精度に影響を受けてしまうという不都合がある。このため、前記改良型デジタル内挿方法では、３次元スキャナの水平回転軸が数千rpm程度で高速回転する鉛直回転において要求される精度や安定性に応えることができないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、このような不都合を解消し、３次元スキャナにおける水平回転軸の数千rpm程度の高速回転中にも高精度及び安定性を維持することができるインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために本発明の請求項１に係るインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法は、３次元スキャナの鉛直回転モータの回転軸に連係された目盛盤と固定状態の走査盤を備えたインクリメンタルエンコーダから得られる、位相の異なる２つの疑似サイン波信号を利用して回転角度を検出するインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法において、前記疑似サイン波信号の１つを角度信号としてパルス化し、パルス化した角度信号をカウントする一方、別途カウントされるクロック信号のカウント値を、前記角度信号の立ち上がりのタイミング毎に保存するとともに、前記３次元スキャナの制御部から出力される回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミング毎に保存し、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミングで保存したクロック信号のカウント値Ttrig iと、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりの直前にカウントした前記パルス化した角度信号のカウント値i と、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりの前後に立ち上がった各角度信号の立ち上がり時のタイミングで保存したクロック信号の各カウント値Ti、Ti+1と、目盛盤の円周に沿って設けたメインスケールたる等間隔に配置された多数のスリットの１ピッチの角度である角度ピッチλとから、前記回転角度検出指令信号の立ち上がりのタイミングにおける回転角度θをθ＝｛i＋（Ttrig i−Ti）／（Ti+1−Ti）｝・λによって求めるものである。 
【０００８】
同じく前記目的を達成するために本発明の請求項２に係るインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法は、前記回転角度検出指令信号は、前記３次元スキャナの制御部からスキャン動作時に出力されるトリガ信号であることを特徴とする。  
【０００９】
このように、疑似サイン波信号の１つをパルス化してなる角度信号の立ち上がりと、３次元スキャナの制御部から出力される回転角度検出指令信号、例えば、回転角度検出時に出力されるトリガ信号の各立ち上がりで、それぞれカウントしたカウント値を利用して求めた、各信号の立ち上がりにおける時間間隔に基づいて回転角度を算出するので、数千rpm程度の高速回転においても、角度信号とする疑似サイン波信号の波形の歪みや、他の疑似サイン波信号との位相差の精度の影響を受け難いものになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係るインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法によれば、数千rpm程度の高速回転する３次元スキャナの鉛直回転における回転角度を高精度で安定的に検出できるという効果を奏する。また、本発明の請求項２に係るインクリメンタルエンコーダの読み取り信号の内挿方法によれば、回転角度検出指令信号として、スキャン動作時に出力されるトリガ信号を用いるので、前記効果に加えて、３次元スキャナにおけるスキャン動作と回転角度検出動作が確実に連動してなされるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における３次元スキャナのブロック図。
【図２】同じく鉛直回転角度を読み取るインクリメンタルエンコーダのブロック図。
【図３】同じく読み取り信号の処理動作を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、３次元スキャナ１には、距離計部２の一部を構成する図示していないレーザ開口部を含むスキャナ部を鉛直方向に回転する鉛直回転モータ３と、前記スキャナ部を水平方向に回転する水平回転モータ４が設けられ、前記鉛直回転モータ３の回転軸には、鉛直角エンコーダ１０の目盛盤１１（図２参照）が取り付けられる一方、前記水平回転モータ４の回転軸には、水平角エンコーダ３０の目盛盤（図示せず）が取り付けられている。なお、前記距離計部２は、前記図示していないレーザ開口部からパルス波である測距レーザを照射してその反射波を受けることでスキャン動作を行うもので、スキャン範囲は任意に設定できるよう構成されている。
【００１３】
また、３次元スキャナ１は、スキャン動作時に、全スキャン範囲を自動撮影し、画像ファイル（図示せず）内に写真データとして保存し、この写真データを必要に応じてモニタに表示するカメラ部５と、外部機器（図示せず）との間で各種信号やデータの送受信を行う通信部６と、モニタ、タッチパネル、操作キーからなるＵＩ（ユーザーインターフェイス）部７を備えている。そして、３次元スキャナ１の動作は、スキャン動作を含め全て制御部８によって制御されるもので、スキャン動作は、測距レーザの照射を指令するトリガ信号によってなされる。本実施形態では、このトリガ信号を回転角度検出指令信号として利用する。
【００１４】
図２に示すように、鉛直角エンコーダ１０は、鉛直回転モータ３の回転軸とともに回転する目盛盤１１に対して固定状態にある走査盤１２が対向配置され、照明１３から発せられた照明光が、前記目盛盤１１及び前記走査盤１２に設けたスリットを透過して、受光素子１４に達することで、位相が９０°異なる２種類の疑似サイン波信号であるＡ，Ｂ相信号と、目盛盤１１が一回転する毎に出力される原点信号であるパルス状のＺ相信号とが出力される（図３参照）。
【００１５】
そして、本実施形態では２種類の疑似サイン波信号のうちＡ相信号が角度信号として使用され、Ｂ相信号は回転方向の検出に使用される。また、前記照明１３からの発光が、制御部８の制御信号を受けた駆動回路１５の駆動信号によってオンオフ制御されるほか、鉛直角エンコーダ１０の動作はすべて前記制御部８によって制御される。なお、水平角エンコーダ３０は公知の構成で、動作も従来のインクリメンタルエンコーダと変わるところはなく、また、本発明に係る内挿方法が適用されるものではないので、その詳細な説明は省略する。
【００１６】
続いて、内挿処理を行う構成について、図２に基づき説明する。疑似サイン波のＡ，Ｂ相信号と、パルス状のＺ相信号は、比較回路１６に入力され、比較回路１６は各信号をそれぞれ矩形波として出力するよう構成している（図３参照）。なお、Ｂ相信号は本発明に係る内挿方法には直接関与しないので、以後の処理に関する説明は省略する。前記比較回路１６の出力である矩形波としてパルス化されたＡ相信号及びＺ相信号は、カウンタ回路１７に入力してカウントされ、カウント値がカウンタ回路１７から制御部８に入力するよう構成している。このパルス化されたＡ相信号のカウント値は、原点信号であるＺ相信号が前記カウンタ回路１７に入力すると、ゼロにリセットされるよう構成している。また、前記比較回路１６から出力された前記Ａ相信号は、ラッチ回路１８にも入力するよう構成している。
【００１７】
一方、発振回路１９で生成されたクロック信号はカウンタ回路２０に入力してカウントされ、カウント値はラッチ回路１８に入力して、Ａ相信号の立ち上がりのタイミング毎に、クロック信号のカウント値を保持するよう構成している。さらに、前記ラッチ回路１８には、距離計部２から制御部８の制御信号を受けてスキャン動作時に出力される回転角度検出指令信号であるトリガ信号が入力し、このトリガ信号の立ち上がりのタイミング毎にも、前記クロック信号のカウント値を保持するよう構成している。そして、ラッチ回路１８で保持された各カウント値は、制御部８に入力するよう構成されている。
【００１８】
次に、内挿方法について、図２及び図３に基づいて説明する。鉛直角エンコーダ１０で検出されたＡ，Ｂ相信号及びＺ相信号は、疑似サイン波信号のＡ相信号とパルス状信号であるＺ相信号が比較回路１６で矩形波状にパルス化され、このＡ相矩形波信号を角度信号として以後の処理を行う。まず、パルス化された角度信号であるＡ相矩形波信号はカウンタ回路１７でカウントされて、カウント値i , i+1・・・は制御部８に入力する。このＡ相矩形波信号のカウント値は、原点信号であるＺ相信号が前記カウンタ回路１７に入力すると、ゼロにリセットされる。
【００１９】
一方、発振回路１９で生成されたクロック信号はカウンタ回路２０でカウントされ、Ａ相矩形波信号の立ち上がりのタイミング毎にそのカウント値Ti, Ti+1・・・がラッチ回路１８で保存される。また、３次元スキャナ１の制御部８から距離計部２を介してスキャン動作時に出力される、回転角度検出指令信号であるトリガ信号が前記ラッチ回路１８に入力すると、このトリガ信号の立ち上がりのタイミング毎にクロック信号のカウント値Ttrig i , Ttrig i+1・・・が前記ラッチ回路１８で保存される。これら保存されたカウント値は、ラッチ回路１８から制御部８に出力される。
【００２０】
そして、制御部８に入力したＡ相矩形波信号（１）のカウント値をi とし、同じく制御部８に入力した前記Ａ相矩形波信号の立ち上がりのタイミングで保存されたクロック信号のカウント値をTiとし、同じく制御部８に入力したトリガ信号（１）の立ち上がりのタイミングで保存されたクロック信号のカウント値をTtrig iとし、同じく制御部８に入力した前記カウント値Tiの次のＡ相矩形波信号（２）の立ち上がりのタイミングで保存されたクロック信号のカウント値をTi+1とし、あらかじめ制御部８に入力されている目盛盤１１の円周に沿って設けたメインスケールたる等間隔に配置された多数のスリットの１ピッチの角度である角度ピッチをλとすると、トリガ信号（１）が入力したときのＡ相矩形波信号（１）の立ち上がりからトリガ信号（１）の立ち上がりまでの回転角度は、図３で理解できるように、｛（Ttrig i −Ti）／（Ti+1−Ti）｝・λで表すことができる。したがって、この場合の内挿が行われる一周期の開始時点から検出時点までの回転角度θは、θ＝｛i＋（Ttrig i−Ti）／（Ti+1−Ti）｝・λの演算式で表すことができる。
【００２１】
ここで、λは目盛盤１１におけるメインスケールの１ピッチの角度なので、あらかじめ求めて制御部８に入力しておけばよい。そして、制御部８は、鉛直角エンコーダ１０から入力した各カウント値i,  Ttrig i, Ti, Ti+1と、あらかじめ入力されていた前記λとから、トリガ信号を出力するタイミング毎に上述の演算式によって回転角度θを求めるものである。
【００２２】
そして、トリガ信号（２）の出力によってそのときの回転角度θを求める場合は、θ＝｛i＋（Ttrig i+1−Ti）／（Ti+1−Ti）｝・λの演算式によることになる。このようにして、本実施形態によれば、回転角度検出指令信号であるトリガ信号がラッチ回路１８に入力するタイミング毎に、このタイミングでの回転角度θを求めることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、回転角度検出指令信号としては、スキャン動作時に制御部８から出力されるトリガ信号に換えて、他の出力信号を用いてもよい。また、目盛盤１１は、鉛直回転モータ３の回転軸に直接取り付けるほか、この回転軸と常に同速で回転するよう間接的に取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１      ３次元スキャナ
２      距離計部
３      鉛直回転モータ
８      制御部
１０      鉛直角エンコーダ
１１      目盛盤
１２      走査盤
１３      照明
１４      受光素子
１５      駆動回路
１６      比較回路
１７，２０      カウンタ回路
１８      ラッチ回路
１９      発振回路
【図１】
0006359938.tif 000002
【図２】
0006359938.tif 000003
【図３】
0006359938.tif 000004