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JP2008157955A - 変位測定方法ならびに変位測定装置および変位測定用ターゲット - Google Patents

変位測定方法ならびに変位測定装置および変位測定用ターゲット Download PDF

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JP2008157955A JP2007337861A JP2007337861A JP2008157955A JP 2008157955 A JP2008157955 A JP 2008157955A JP 2007337861 A JP2007337861 A JP 2007337861A JP 2007337861 A JP2007337861 A JP 2007337861A JP 2008157955 A JP2008157955 A JP 2008157955A
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Akira Kuwata
昭 桑田
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Toyonaka Kenkyusho Co Ltd
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Toyonaka Kenkyusho Co Ltd
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Abstract

【課題】 変位測定対象物の被測定点の2次元または3次元の変位を、変位測定用ターゲットと1台のPSDカメラを介して、前記変位測定対象物から離れた測定地点から、容易且つ正確に測定する。
【解決手段】 平板片状の基板上に2個または4個の光源を所定間隔を保って固定した変位測定用タ−ゲットを、変位測定対象物の被測定点に付着し、その各光源からの光をPSDカメラのPSD受光面上に集束投射させることによって得られる各光源の位置に対応する位置検知電圧から、変位測定対象物上におけるX方向・Y方向間隔とその間隔に対応する間隔検知電圧の関係を表わす変位補正係数Kx,Kyを把握し、その上で、変位測定対象物の変位に伴う前記変位測定用タ−ゲットの光源の変位を、上記PSD受光面で検知してその光源の位置検知電圧を出力させ、その位置検知電圧と前記変位補正係数kx,kyを基に、変位測定対象物の被測定点の2次元または3次元の変位量を演算して測定する。
【選択図】図1

Description

この発明は、土地や家屋・建物の沈下・隆起・傾きなどの変位、堤防や道路・軌道・橋梁の歪み変位、トンネルの壁面変形、橋梁の振動、あるいは身体各部の動きなど、各種の変位測定対象物(略して「対象物」とも呼ぶ)の2次元あるいは3次元の変位量(変位距離・長さ、変位角度)を、半導体位置検出素子(Position Sensitive Detector:略称「PSD」)を用いて、その変位測定対象物から離れた測定地点から測定するための変位測定方法と、その変位測定方法で変位量を測定するための変位測定装置と、その変位測定方法・装置に用いる変位測定用ターゲットに関するものである。
従来、上記のような各種の変位対象物の変位量を、その対象物から離れた箇所から検知し測定する方法・装置として、変位測定対象物上に選定した被測定点に、発光ダイオード(Light Emitting Diode:略称「LED」)光源を配設して点灯し、そのLED光源からの光をPSDカメラのレンズを通して同PSDカメラの受光面(略して「PSD受光面」という)上に集束照射して光源像を結像させ、その光源像のPSD受光面上の位置に対応して生ずる位置検知電圧を基に、前記被測定点の変位量を検知し測定して、変位測定対象物の変位量を測定するものが提案されており、例えば、特開2000−201922公開特許公報(特許文献1)や、特開2004−251678公開特許公報(特許文献2)などに示されている。
しかし、上記のような従来の変位測定方法・装置では、光源から発する光が拡散光であることから、光源からの光をPSDカメラのレンズを通して絞ってPSD受光面の1点に集束照射して光源像を結像させる必要があり、そのために変位測定対象物上における一定の距離・長さ(変位量)がレンズによって光学的に縮小または拡大された状態でPSD受光面に捉えられて、真の変位量とは異なる変位量として計測されることになる。すなわち、格別の較正手段を加えることなく上記のような従来の変位測定方法・装置を用いれば、PSDカメラの光学系の倍率や、変位測定対象物とレンズとの間の距離の違いによって、変位測定対象物の変位量の測定値が変わることになり、現実に生じた変位測定対象物の変位量を高い精度で正しく測定することができない惧れがある。
特開2000−201922号公報 特開2004−251678号公報
この発明は、上記のような従来の変位測定方法・装置における難点を改良するもので、変位測定対象物で生じた2次元または3次元の変位量を、傾斜変位(回転変位)をも含めて、その変位測定対象物から離れた測定地点から、極めて容易に且つ高い精度で測定できるようにするものである。
上記の課題を解決するために、この発明では、直交X−Y座標軸のX方向間隔とY方向間隔がそれぞれ所定のX方向間隔と所定のY方向間隔に保たれた2個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されて成る変位測定用タ−ゲットを用いる。またこの発明では、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源の間隔と、その直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源の間隔が、それぞれ所定のX方向間隔と所定のY方向間隔に保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されて成る変位測定用タ−ゲットを用いる。
そして上記の課題を解決するために、この発明では、2個または4個の光源を備えた前記の変位測定用タ−ゲットを変位測定対象物の被測定点に付着し、その変位測定用タ−ゲット上の各光源の点灯を切り替えて各光源からの光をPSDカメラのレンズを通して同PSDカメラのPSD受光面上に集束投射することにより、各光源のPSD受光面上の位置にそれぞれ対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力させ、それらのX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記の所定X方向間隔ならびに所定Y方向間隔に基づいて、前記所定X方向間隔に対応した所定X方向間隔検知電圧に対する前記所定X方向間隔の比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔に対応した所定Y方向間隔検知電圧に対する前記所定Y方向間隔の比率すなわちY方向変位補正係数Kyを算出して把握し、その上で、変位測定対象物上の各光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、各光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧を計測し、これらの各光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、X方向変位補正係数KxならびにY方向変位補正係数Kyを基に、変位測定対象物の被測定点の2次元または/および3次元の変位量を演算して測定する変位測定方法を提示する。因みに、X方向変位補正係数Kxは、変位後時点tでPSDカメラによって得られる各光源のX方向位置検知電圧と、変位前初期時点tでPSDカメラによって得られたX方向位置検知電圧との電圧差として導き出されるX方向変位検知電圧の、単位電圧当たりに対応する、変位測定対象物上のX方向の変位量(距離・長さ)を意味するものである。同様にY方向変位補正係数Kyは、変位後時点tでPSDカメラによって得られる各光源のY方向位置検知電圧と、変位前初期時点tでPSDカメラによって得られたY方向位置検知電圧との電圧差として導き出されるY方向変位検知電圧の、単位電圧当たりに対応する、変位測定対象物上のY方向の変位量(距離・長さ)を意味するものである。そして、変位測定対象物とPSDカメラの間の測定環境が同じであればX方向変位補正係数KxとY方向変位補正係数Kyは不変であるので、PSDカメラを介して実測したX方向変位検知電圧値とY方向変位検知電圧測定値に、それぞれX方向変位補正係数Kx、Y方向変位補正係数Kyを乗じて補正することにより、変位測定対象物で現実に生じた2次元または3次元の真の変位量を、その変位測定対象物から離れた測定地点から、極めて容易に且つ高い精度で測定できることになる。
また、上記の変位測定方法を実行するために、この発明では、直交X−Y座標軸のX方向間隔ならびにY方向間隔がそれぞれ所定のX方向間隔と所定のY方向間隔に保たれた2個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットと;レンズとPSD受光面を備え、そのレンズを通して前記2個の各光源からの光が前記PSD受光面上に順次集束投射されることにより、前記2個の各光源の前記PSD受光面上の位置に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力するPSDカメラと;前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔ならびに前記所定Y方向間隔に基づいて算出されるところの、前記所定X方向間隔に対応した所定X方向間隔検知電圧に対する前記所定X方向間隔の比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔に対応した所定Y方向間隔検知電圧に対する前記所定Y方向間隔の比率すなわちY方向変位補正係数Kyと、前記変位測定対象物上の前記2個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記変位測定対象物上の前記2個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元の変位量を演算し出力するコンピュータを組み合わせた変位測定装置を提示する。
更にまた、上記の変位測定方法を実行するために、この発明では、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源のX方向間隔、ならびに前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源のY方向間隔が、それぞれ所定X方向間隔ならびに所定Y方向間隔に保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットと;レンズとPSD受光面を備え、そのレンズを通して前記4個の各光源からの光が前記PSD受光面上に順次集束投射されることにより、前記4個の各光源の前記PSD受光面上の位置に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力するPSDカメラと;前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔ならびに前記所定Y方向間隔に基づいて算出されるところの、前記所定X方向間隔に対応した所定X方向間隔検知電圧に対する前記所定X方向間隔の比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔に対応した所定Y方向間隔検知電圧に対する前記所定Y方向間隔の比率すなわちY方向変位補正係数Kyと、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元および/または3次元の変位量を演算し出力するコンピュータ組み合わせた変位測定装置を提示する。
そして、この発明に係る前記の変位測定用ターゲットを含む変位測定用装置を用いて、この発明に係る前記の変位測定方法を実行すれば、変位測定対象物に付着した変位測定用ターゲット上の光源にPSDカメラを向けてその光源を撮像する極めて簡単な測定操作によって、土地や建物の沈下・隆起・傾きや、堤防や道路・軌道・橋梁の歪みや、トンネルの壁面変形、橋梁の振動など、各種の変位測定対象物の2次元あるいは3次元の変位量を、変位測定対象物に対し非接触状態で、その変位測定対象物から離れた測定地点から、極めて容易に且つ高い精度で測定することができるようになる。
この発明の最良の実施形態の一つは、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源のX方向間隔と前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源のY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔Sxと所定Y方向間隔Syに保たれた4個の光源が平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットを、変位測定対象物の被測定点に付着し、前記4個の各光源の点灯を切り替えて前記各光源からの光をPSDカメラのレンズを通して前記PSDカメラのPSD受光面上に集束投射することにより、前記4個の各光源のPSD受光面上の位置にそれぞれ対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力させ、前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔の比率すなわちY方向変位補正係数Kyを算出して把握し、その上で、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記4個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧を計測し、これら4個の各光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元および/または3次元の変位量を演算し測定する変位測定方法である。
この発明の最良の実施形態の他の一つは、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源のX方向間隔、ならびに前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源のY方向間隔が、それぞれ所定X方向間隔Sxならびに所定Y方向間隔Syに保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットと;レンズとPSD受光面を備え、そのレンズを通して前記4個の各光源からの光が前記PSD受光面上に順次集束投射されることにより、前記4個の各光源の前記PSD受光面上の位置に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力するPSDカメラと;前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて算出されるところの、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔Syの比率すなわちY方向変位補正係数Kyと、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元および/または3次元の変位量を演算し出力するコンピュータを含む変位測定装置である。
そして、この発明の上記最良実施形態において、直交X−Y座標軸のX方向間隔とY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔と所定Y方向間隔に保たれた2個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されて成る変位測定用タ−ゲット、ならびに、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源の間隔と、その直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源の間隔が、それぞれ所定X方向間隔と所定Y方向間隔に保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されて成る変位測定用タ−ゲットは、極めて重要な役割を果たすものである。
以下この発明の実施例を、図面を参考に説明する。図1は、この発明に係る変位測定装置の基本構成説明図である。図2は、この発明に係る変位測定装置に用いる変位測定用ターゲットの平面図である。図3は、この発明に係る変位測定方法・装置による2次元平行変位の測定説明図である。図4は、この発明に係る変位測定方法・装置による2次元傾斜変位(2次元回転変位)の測定説明図である。図5は、この発明に係る変位測定方法・装置による3次元変位の測定説明図である。図6は、光源位置座標とPSDカメラによる光源位置検知電圧の関係を対比した一覧図である。
先ず、この発明に係る変位測定用ターゲットの実施例について説明する。図2における(a)は、この発明に係る変位測定用ターゲットの一つの実施例であって、2次元変位測定に適した変位測定用ターゲットT(T1)の表面を示している。変位測定用ターゲットT(T1)は、平板片状の基板1上に、2個の光源(実用上望ましくは、赤外線発光ダイオード)A,Dを、直交X−Y座標軸のX方向とY方向にそれぞれ所定X方向間隔Rxと、所定Y方向間隔Ryを保って配置固定して成るものである。所定X方向間隔Rxと所定Y方向間隔Ryは、変位測定装置の設計・製作上の条件に合わせて任意の長さに設定できるが、この実施例では便宜上、所定X方向間隔Rxと所定Y方向間隔Ryが共に10mmに設定されている。また、所定X方向間隔Rxと所定Y方向間隔Ryは、使用中にその所定間隔寸法が狂わないように、光源A,Dは所定の間隔Rx,Ryを保って基板1上に固く固定されている。
また図2における(b)は、この発明に係る変位測定用ターゲットの他の実施例で、3次元変位の測定に適した変位測定用ターゲットT(T2)の表面を示している。変位測定用ターゲットT(T2)は、平板片状の基板1上に、4個の光源(実用上望ましくは、赤外線発光ダイオード)A,B,C,Dが配置固定されて成り、直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う各光源間(光源A−B間、光源C−D間)のX方向間隔と、直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う各光源間(光源A−C間、光源B−D間)のY方向間隔を、それぞれ10mmの所定X方向間隔Rxと所定Y方向間隔Ryに固く保って配置固定して成るものである。なお、上記の所定間隔は10mmに限られるものではなく、変位測定装置の設計・製作上の条件に合わせて任意に設定できるものである。
次に、この発明に係る変位測定装置の実施例を説明する。図1は、この発明に係る変位測定装置の基本構成を示すもので、図1において、Wは、家屋・建物、道路、軌道、トンネル、橋梁などの各種の変位測定対象物、Wsは変位測定対象物Wの被測定点で、これらの対象物の変位測定に当たって、変位測定対象物Wの被測定点Wsに、変位測定用ターゲットT(T1あるいはT2)が付着される。2はPSDカメラで、PSDカメラ2は変位測定対象物Wから離れた変位測定地点において、被測定点Wsに固定された変位測定用ターゲットT(T1,T2)に向けて設置される。3はコンピュータで、PSDカメラ2の出力端子に接続されている。PSDカメラ2は、周知のように、レンズ21とPSD受光面22を主要部として備え、そのPSD受光面22で受光した光線の位置に対応した位置検知電圧を外部に出力するための、直交X−Y座標軸上のX方向位置検知電圧出力端子22x1,22x2と、同直交X−Y座標軸上のY方向位置検知電圧出力端子22y1,22y2が設けられており、そのX方向位置検知電圧出力端子22x1,22x2とY方向位置検知電圧出力端子22y1,22y2に、コンピュータ3の入力信号端子が接続されている。また周知のように、PSDカメラ2においては、変位測定用ターゲットT(T1またはT2)の光源A,B,C,Dからの光が、レンズ21を通してスポット光としてPSD受光面22上に集束投射される。そして、PSD受光面22で受光した光のPSD受光面22上の位置(X座標,Y座標)に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧が、それぞれX方向位置検知電圧出力端子22x1,22x2間と、Y方向位置検知電圧出力端子22y1,22y間に出力され、そのX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧に基づいて、コンピュータ3が、変位測定対象物Wの被測定点Wsの変位量を演算し、変位測定対象物Wの被測定点Wsの変位量が測定されるものである。すなわち、この発明に係る変位測定装置は、所定のX方向間隔ならびに所定のY方向間隔を保って、2個または4個の光源が配置固定されている変位測定用タ−ゲットと、レンズならびにPSD受光面を備えたPSDカメラと、そのPSDカメラから出力される前記光源の位置検知電圧に基づいて変位測定対象物の被測定点の2次元あるいは3次元の変位量を演算するコンピュータを含んで構成されたものである。
次に、この発明に係る変位測定方法、すなわち上記の変位測定装置を用いて変位測定対象物の変位量を測定する方法の実施例を説明する。この発明に係る変位測定方法は、変位測定対象物において生じた変位量(変位距離・長さ、変位角度)を、変位測定対象物の被測定点に取り付けた光源の変位量としてPSDカメラで捉えて測定するものであり、変位測定対象物において現実に生じた変位量を、PSDカメラのレンズを通して拡大または縮小された距離・長さとしてPSD受光面上に捉えて、そのPSD受光面上の距離・長さに対応した変位検知電圧をPSDカメラで発生させ、その変位検知電圧を基に、変位測定対象物で現実に生じた変位量を演算して測定するものであるが、変位測定対象物に生じた変位量が同じであっても、使用するPSDカメラの光学系の倍率や、測定時におけるPSDカメラのレンズと変位測定対象物間の距離が異なると、変位測定対象物で生じた同一の変位量に対して、その測定値に差が生じて真の変位量が正確に測定されない惧れがある。
この発明はこのような大きな問題に対応する変位測定方法である。この発明に係る変位測定方法の特徴は、変位測定対象物の変位量を測定するに先立って、使用するPSDカメラや、そのPSDカメラと変位測定対象物の間の距離などの測定環境が定まった状態の下で、変位測定対象物上における所定の距離・長さと、その所定の距離・長さに対応してPSDカメラから出力された変位検知電圧との比率、換言すれば、変位検知電圧に対する実際の変位測定対象物上の真の距離・長さの比率、すなわち変位補正係数Kを算出し把握した上で、それと同じ測定環境下でPSDカメラを介して測定した変位測定対象物の変位量を、前記変位補正係数を用いて補正することにより、変位測定対象物で現実に生じた変位量を正確に測定できるようにするものである。
次に、図1ないし図4を参考に、この発明に係る変位測定方法の実施例を説明する。その実施例は、図2における(a)に示されるような、2個の光源A,Dを基板1上に配置した変位測定用ターゲットT1、あるいは図2における(b)に示されるような、4個の光源A,B,C,Dを基板1上に配置した変位測定用ターゲットT2を変位測定対象物Wの被測定点Wsに付着して、対象物Wの被測定点Wsに生じた変位を光源A,B,C,Dの変位としてPSDカメラ2で捉え、その変位計測データをコンピュータ3で演算処理して対象物Wの被測定点Wsの変位量を測定するものである。
図3は、図2の(a)に示されるような、2個の光源A,Dが、光源間の所定X方向間隔Rx、所定Y方向間隔Ryを保って配置固定された変位測定用ターゲットT1を用いた変位測定において、対象物Wの変位に伴って光源A,Dが、それぞれ変位前の時点t0における位置A,Dから変位後時点t1における位置A,D1に、X−Y座標面上で並行移動変位した例を示している。
また図4は、図2の(b)示されるような、4個の光源A,B,C,Dが、光源間の所定X方向間隔Rx、所定Y方向間隔Ryを保って配置固定された変位測定用ターゲットT2を用いた変位測定において、対象物Wの変位に伴って光源A,Dが、それぞれ変位前の時点t0における位置A,Dから変位後時点t1における位置A,Dに、X−Y面にそって回転変位した例を示している。
上記のような変位測定において、PSDカメラ2によって検知される計測データには図6に示したような、光源位置座標データや、その光源位置座標に対応して生ずる光源位置検知電圧データなどがあり、これらの計測データにX方向変位補正係数Kx、Y方向変位補正係数Kyなどの変位補正係数Kが加味され、これらの計測データに基づいて、コンピュータによって変位量が精度良く演算され測定される。
また図5は、直交X−Y−Z軸を含む3次元方向の変位に関する図面である。すなわち、X−Y座標面に配置され固定された光源A,B,C,Dが、更に3次元空間で変位する例である。図5の(a)は、光源A,Bを結ぶ線を軸として光源C,Dが紙面背後方向に変位した状態をPSDカメラ2捉えた各光源の位置関係を表わし、図5の(b)は、光源A,Cを結ぶ線を軸として光源B,Cが紙面背後の方向に変位した場合の各光源の位置関係を表わしており、PSDカメラで捉えた光源A,B,C,Dの位置関係は、周知の遠近法で知られた構図である。そして、周知の遠近法の解析手段でによって遠近法構図の各光源の3次元変位量を測定することは可能である。
言うまでも無く、土地、堤防、道路、軌道、橋梁、トンネル、建物 等々の、沈下、隆起、傾き、変形、歪み、振動 等の変位・変動は、日常生活環境の安全に大きく関わるものであり、これらの物件の変位・変動を測定し把握する上で、この発明に係る変位測定方法と変位測定装置は極めて有用であることから、日常生活環境の安全維持・管理に関わる土木・建設産業、不動産産業、運輸・交通産業、電力・ガス産業、各種の製造・サービス産業業において、この発明に係る変位測定方法・装置が幅広く利用されることが大いに期待できる。
この発明に係る変位測定装置の基本構成説明図。 この発明の主要部として用いる変位測定用ターゲットの平面図。 この発明に係る変位測定方法・装置による2次元並行変位の測定説明図。 この発明に係る変位測定方法・装置による2次元回転変位の測定説明図。 この発明に係る変位測定方法・装置による3次元変位の測定説明図。 この発明に係る変位測定方法における光源位置座標と位置検知電圧の関係一覧図。
符号の説明
1:平板片状の基板
2:PSDカメラ
3:コンピュータ
21:レンズ
22:PSD受光面
22X1,22X2:X方向位置検知電圧出力端子
22Y1,22Y2:Y方向位置検知電圧出力端子
A,B,C,D:光源(発光ダイオード)
:光源Aの変位前初期時点tにおける位置
:光源Aの変位後時点tにおける位置
:光源Bの変位前初期時点tにおける位置
:光源Bの変位後時点tにおける位置
:光源Cの変位前初期時点tにおける位置
:光源Cの変位後時点tにおける位置
:光源Dの変位前初期時点tにおける位置
:光源Dの変位後時点tにおける位置
T:変位測定用ターゲット
T1:2次元変位測定用ターゲット
T2:3次元変位測定用ターゲット
W:変位測定対象物
Ws:変位測定対象物の被測定点
:光源の変位前初期時点
:光源の変位後時点
K:変位補正係数
Kx:X方向変位補正係数
Ky:Y方向変位補正係数
Pax:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源AのX座標
Pay:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源AのY座標
Pbx:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源BのX座標
Pby:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源BのY座標
Pcx:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源CのX座標
Pcy:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源CのY座標
Pdx:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源DのX座標
Pdy:変位測定用ターゲットT上の光源A,B,C,Dの位置関係を示す光源DのY座標
Pax0:光源Aの変位前初期時点tにおけるX座標
Pay0:光源Aの変位前初期時点tにおけるY座標
Pbx0:光源Bの変位前初期時点tにおけるX座標
Pby0:光源Bの変位前初期時点tにおけるY座標
Pcx0:光源Cの変位前初期時点tにおけるX座標
Pcy0:光源Cの変位前初期時点tにおけるY座標
Pdx0:光源Dの変位前初期時点tにおけるX座標
Pdy0:光源Dの変位前初期時点tにおけるY座標
Pax1:光源Aの変位後時点tにおけるX座標
Pay1:光源Aの変位後時点tにおけるY座標
Pbx1:光源Bの変位後時点tにおけるX座標
Pby1:光源Bの変位後時点tにおけるY座標
Pcx1:光源Cの変位後時点tにおけるX座標
Pcy1:光源Cの変位後時点tにおけるY座標
Pdx1:光源Dの変位後時点tにおけるX座標
Pdy1:光源Dの変位後時点tにおけるY座標
Rx:変位測定用ターゲット上の光源間の所定X方向間隔
Ry:変位測定用ターゲット上の光源間の所定Y方向間隔
Sx:所定X方向間隔
Sy:所定Y方向間隔
Vsx:所定X方向間隔検知電圧
Vsy:所定Y方向間隔検知電圧
Vax0:光源Aの変位前初期時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vay0:光源Aの変位前初期時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vbx0:光源Bの変位前初期時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vby0:光源Bの変位前初期時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vcx0:光源Cの変位前初期時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vcy0:光源Cの変位前初期時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vdx0:光源Dの変位前初期時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vdy0:光源Dの変位前初期時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vax1:光源Aの変位後時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vay1:光源Aの変位後時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vbx1:光源Bの変位後時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vby1:光源Bの変位後時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vcx1:光源Cの変位後時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vcy1:光源Cの変位後時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)
Vdx1:光源Dの変位後時点tにおけるX座標対応電圧(X方向位置検知電圧)
Vdy1:光源Dの変位後時点tにおけるY座標対応電圧(Y方向位置検知電圧)

Claims (6)

  1. 直交X−Y座標軸のX方向間隔とY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔Sxと所定Y方向間隔Syに保たれた2個の光源が平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットを、変位測定対象物の被測定点に付着し、前記2個の各光源の点灯を切り替えて前記各光源からの光をPSDカメラのレンズを通して前記PSDカメラのPSD受光面上に集束投射することにより、前記2個の各光源のPSD受光面上の位置にそれぞれ対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力させ、前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔Syの比率すなわちY方向変位補正係数Kyを算出して把握し、その上で、前記変位測定対象物上の前記2個の光源の変位前初期時点tおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記2個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧を計測し、これら2個の各光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元の変位量を演算し測定することを特徴とする変位測定方法。
  2. 直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源のX方向間隔と前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源のY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔Sxと所定Y方向間隔Syに保たれた4個の光源が平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットを、変位測定対象物の被測定点に付着し、前記4個の各光源の点灯を切り替えて前記各光源からの光をPSDカメラのレンズを通して前記PSDカメラのPSD受光面上に集束投射することにより、前記4個の各光源のPSD受光面上の位置にそれぞれ対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力させ、前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔Syの比率すなわちY方向変位補正係数Kyを算出して把握し、その上で、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記4個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧を計測し、これら4個の各光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元および/または3次元の変位量を演算し測定することを特徴とする変位測定方法。
  3. 直交X−Y座標軸のX方向間隔ならびにY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔Sxと所定Y方向間隔Syに保たれた2個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットと;レンズとPSD受光面を備え、そのレンズを通して前記2個の各光源からの光が前記PSD受光面上に順次集束投射されることにより、前記2個の各光源の前記PSD受光面上の位置に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力するPSDカメラと;前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて算出されるところの、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔Syの比率すなわちY方向変位補正係数Kyと、前記変位測定対象物上の前記2個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記変位測定対象物上の前記2個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元の変位量を演算し出力するコンピュータを含んで成ることを特徴とする変位測定装置。
  4. 直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源のX方向間隔、ならびに前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源のY方向間隔が、それぞれ所定X方向間隔Sxならびに所定Y方向間隔Syに保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されている変位測定用タ−ゲットと;レンズとPSD受光面を備え、そのレンズを通して前記4個の各光源からの光が前記PSD受光面上に順次集束投射されることにより、前記4個の各光源の前記PSD受光面上の位置に対応したX方向位置検知電圧とY方向位置検知電圧を出力するPSDカメラと;前記X方向位置検知電圧ならびに前記Y方向位置検知電圧と前記所定X方向間隔Sxならびに前記所定Y方向間隔Syに基づいて算出されるところの、前記所定X方向間隔Sxに対応した所定X方向間隔検知電圧Vsxに対する前記所定X方向間隔Sxの比率すなわちX方向変位補正係数Kxと、前記所定Y方向間隔Syに対応した所定Y方向間隔検知電圧Vsyに対する前記所定Y方向間隔Syの比率すなわちY方向変位補正係数Kyと、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位前初期時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記変位測定対象物上の前記4個の光源の変位後時点tにおけるX方向位置検知電圧ならびにY方向位置検知電圧と、前記X方向変位補正係数Kxならびに前記Y方向変位補正係数Kyを基に、前記変位測定対象物の被測定点の2次元および/または3次元の変位量を演算し出力するコンピュータを含んで成ることを特徴とする変位測定装置。
  5. 直交X−Y座標軸のX方向間隔とY方向間隔がそれぞれ所定X方向間隔と所定Y方向間隔に保たれた2個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されていることを特徴とする変位測定用タ−ゲット。
  6. 直交X−Y座標軸のX方向に隣り合う光源の間隔と、前記直交X−Y座標軸のY方向に隣り合う光源の間隔が、それぞれ所定X方向間隔と所定Y方向間隔に保たれた4個の光源が、変位測定対象物の被測定点に付着される平板片状の基板上に配置固定されていることを特徴とする変位測定用タ−ゲット。
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