电子水平仪标尺制造技术

本发明专利技术涉及电子水平仪及其所用标尺，尤其涉及一种将标尺图谱像变换为电信号，并对该信号作傅里叶变换，来实现对焦控制和异常检测功能的电子水平仪。上述标尺将第１、第２图谱和有时需要的第３图谱沿测长方向等间隔顺序排列，第１、与第２图谱的宽度变化周期不同，第３图谱则等宽。上述水平仪做成光电变换器接收望远镜光学系统来的光并将图谱变换为电信号，信号处理部对此信号作傅里叶变换后，进行对焦控制和异常检出。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子水平仪及其用到的电子水平仪标尺，特别是涉及可以将标尺的图谱像由光电变换器变换为电信号，对所得到的电信号进行傅里叶变换，以执行对焦控制以及异常检测等的电子水平仪和电子水平仪标尺。以往进行直接水平测量等的时候，使用了水平仪(水准仪)与标尺。即，测量者利用水平仪目视标尺的刻度来测定高低落差。这种藉助于老式水平仪的测量产生测量者的读数误差。为了消除这种读数误差，已开发出以电子方式进行标尺刻度作业的电子水平仪。这种电子水平仪的结构的例子是，从标尺一侧发出包含规定信号的光，在电子水平仪一侧接收并且识别这种光，再读取标尺的刻度。尽管现在图像处理技术很选进，可通过对倍率随距离变化的标尺刻度进行图像处理，以电子方式读取标尺刻度，但问题在于需要大量的处理时间，缺乏实用性。因此，开发出本专利技术的第1实施例以及第2实施例，即标尺刻度的倍率随距离变化，也能用简易的信号处理，以电子方式读取标尺刻度的电子水平仪。这种第1实施例以及第2实施例的电子水平仪可自动地求出高低落差，但需使标尺的图谱像与焦点重合，而这种对焦作业需要手动进行。随着近年自动对焦技术的进步，对焦作业进入自动化，但一般采用三角测量法。这种三角测量法的自动对焦控制存在需采用专用控制单元，从而导致成本上升的问题。而且，第1实施例以及第2实施例的电子水平仪由于对焦作业是手动的，所以存在因标尺瞄准偏差和标尺焦点偏差而造成测定错误的可能性较高的问题。附图示出的是本专利技术实施例。图1表示第1实施例电子水平仪的构成;图2是第1实施例电子水平仪用标尺2的说明图;图3是表示第1实施例电子水平仪1外观的斜视图;图4表示第1实施例输出信号的能谱;图5是第1实施例距离测定原理的说明图;图6是第1实施例远距离测定原理的说明图;图7是第1实施例远距离测定原理的说明图;图8是第1实施例远距离测定原理的说明图;图9是第1实施例近距离测定原理的说明图;图10是第1实施例运算处理装置的构成图;图11是第1实施例作用的说明图;图12是第2实施例电子水平仪用标尺的图谱;图13是第3实施例电子水平仪1的构成图;图14是第3实施例运算处理装置16的构成图;图15是第3实施例对焦控制的说明图;图16是第3实施例的变形例对焦控制说明图;图17是第4实施例电子水平仪1的构成图;图18是第4实施例运算处理装置16的构成图。 根据附图说明本专利技术实施例。第1实施例如图1～图3所示的本实施例测量装置由电子水平仪1与电子水平仪用标尺2组成。电子水平仪1如图3所示安装在校平装置100上。第1实施例的电子水平仪1如图1所示，由物镜11、补偿器12、分束器13、目镜14、线型传感器15以及运算处理装置16组成。物镜11是用来形成电子水平仪用标尺2的图谱像的。补偿器12是不论电子水平仪光轴多么倾斜，总是使瞄准线自动呈水平用的自动补偿机构，该机构使水平光线上下变化并且成像。分束器13是用来将分光成目镜14方向与线型传感器15方向两部分的。目镜14是测量者用来观察电子水平仪用标尺2的。线型传感器15相当于图谱检测部，是用来将物镜形成的电子水平仪用标尺2的图谱像变换为电信号的。本实施例中使用电荷耦合器件(CCO)作线型传感器。只要是至少在一维配置有光电二极管的线性图像传感器，上述线型传感器都可采用。运算处理装置16由放大器16、取样保持电路162、A/D变换器163、RAM164、时钟驱动器165、微型计算机166以及显示器167组成。再后面，电子水平仪用标尺2如图2所示按相等间隔(P)重复配置有第1图谱A、第2图谱B和第3图谱R。即，以3种图谱为一组，各组连续排列而成，定义配置在最左一侧的组为0组，并记作R(0)、A(0)、B(0)，则重复配置成R(1)、A(1)、B(1)、R(2)、A(2)、B(2)……。另外，全部图谱是按相等间隔p交变的，因而把与此间隔相对应的信号设为基准信号。第1实施例中设定为10mm的间隔，但可以采用任意的间隔距离。而且第3图谱R以黑条纹宽度8mm作为固定宽度，第1图谱A以600mm为一周期调制黑条纹部分宽度，第2图谱B以570mm为一周期调制黑条纹部分宽度。另外，第1图谱A与第2图谱B只要周期有差异，可以采用任意周期。第1图谱A、第2图谱B的调制情况如图2(b)所示。下面说明如上构成的本测量装置的测定原理。首先说明求出电子水平仪用标尺2水平位置的原理。电子水平仪用标尺2的第1图谱A是以600mm为一周期调制黑条纹部分宽度的，调制宽度设为0～10mm，则第1图谱宽度DA由下式给出。DA＝5＊(1+Sin(2*π*X/600-π/2)) (式1)其中，X＝10mm，40mm，70mm。……同样，电子水平仪用标尺2的第2图谱B是以570mm为一周期调制黑条纹部分宽度的，因而第2图谱宽度DB由下式给出。DB＝5＊(1+Sin(2*π*X/570+ (π)/2 )) (式2)其中，X＝20mm，50mm，80mm。……另外，式1与式2中加了±π/2相位差，这是为了在信号处理中便于将第1图谱A的信号与第2图谱B的信号相分离。而且，第1图谱A与第2图谱B周期有些差异，因而在与原点的距离为此二周期的最小公倍数处出现相同的图谱。本实施例中，在600mm与570mm的最小公倍数11400mm处出现相同的图谱。因而第1图谱A的信号与第2图谱B的信号的相位差是在0～11400mm范围内由0变化到2π的。即，设水平位置上第1图谱A的信号相位为ΦA，水平位置上第2图谱B的信号相位为ΦB，则电子水平仪用标尺2的水平位置H为H＝11400＊((ΦB-ΦA-π)/Qπ)mm(式3)以下说明运算电子水平仪1与电子水平仪用标尺2的距离的方法。若由上述电子水平仪1读取电子水平仪用标尺2，并作傅里叶变换，则如图4能谱所示，可得到第1图谱A的周期分量、第2图谱B的周期分量、第3图谱R与第1图谱A以及第2图谱B为一组的周期分量(为基准信号周期的3倍)以及基准信号(与图谱的等间距p相对应的信号)的周期分量。另外，谱线群随电子水平仪1与电子水平仪用标尺2的距离的减小向低频一侧移动。而且谱线群中，周期最小的是基准信号(与图谱的等间距P相对应的信号)。这种等间距确定为p，因而由透镜成像公式可以运算出电子水平仪1与电子水平仪用标尺2的距离。即，如图5所示，电子水平仪用标尺2的等间距P通过电子水平仪1的透镜形成像W，所以设从透镜至电子水平仪用标尺2的距离为L，从透镜到像的距离为d，则L＝d(P/W)，其中d f(f为透镜焦距)，因此，L＝d(p/w) f(p/w)。而且电子水平仪1透镜所形成的像W，在线型传感器15中一像素的长度设为C，线型传感器15所得与等间距P相当的频率(周期)的一波长设为K时，则W＝CK。因此，电子水平仪1与电子水平仪用标尺2的距离L为L＝((f/C＊K))＊P (式4)于是，可以求得电子水平仪1与电子水平仪用标尺2的大致距离。以下说明水平高度的测定原理。首先说明远距离测定的情况。如图6所示，若对线型传感器15所得信号作傅里叶变换，就可以得到与等间距P相当的信号。这里，设快速傅里叶变换(FFT)求得的相位为θ，与水平位置相当的线型传感器15的地址位置(第m位)的相位为θm，则H1＝(θm360°)＊P (式5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子水平仪用标尺，其特征在于具有以第１周期调制的第１图谱，以及以不同于该第１周期的第２周期调制的第２图谱，通过在测定方向上等间距顺序排列所述第１图谱与第２图谱而构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊谷薰，川岛伸二，古屋喜一，大友文夫，
申请(专利权)人：株式会社拓普康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]