JP4379876B2 - 傾斜機能付き測量機 - Google Patents

Description

本発明は、測量機を所定の設定角に傾斜させることができる傾斜機能付き測量機に関する。

従来のレベルプレーナは、本体上部に回転するロータを設け、ロータの射出窓から水平面内にレーザ光を出射して、水平面設定に用いる測量機である。このレベルプレーナから、水平面と傾斜した面内にレーザ光を出射して、傾斜面を設定するために傾斜機能の付いたものもある。

このような傾斜面を設定できる傾斜機能付きレベルプレーナは、後記特許文献１に開示されている。図６に、この傾斜機能付きレベルプレーナを示す。

このレベルプレーナは、駆動モータ１５によって駆動される回転投光部３を備える。回転投光部３は、レーザダイオード７６から出射されたレーザビームをプリズム１８で水平面内又は設定された傾斜面内に投光し、水平面設定及び傾斜面設定をする平面が形成される。

レベルプレーナのケーシング５の上面の中央には貫通孔８が形成してあり、回転投光部３は貫通孔８に挿入され、回転投光部３の球面部１１が貫通孔８に支持される。ケーシング５にはスクリューシャフト（ねじ軸）３５が軸支されており、スクリューシャフトにはスライドナット（移動コマ）３７が螺合している。回転投光部３には水平方向へ傾動アーム２５が突設されており、傾動アーム２５の先端のピン２７とスライドナット３７に設けられたピン３８とが当接している。ここで、傾動モータ３１を駆動するとスクリューシャフト３５が回転し、スライドナット３７が移動し、この移動が、ピン３８、２７、傾斜アーム２５を介して回転投光部３に伝えられる。これで、回転投光部３を傾斜させることができる。

このように、傾動モータ３１、スクリューシャフト３５、スライドナット３７、ピン３８、２７、傾斜アーム２５からなる傾動手段は、図６において紙面内で回転投光部３が傾斜角に設定され、回転投光部３を任意の向きへ傾斜させることができる。

さらに、回転投光部３の下部には、ロータ８５と、スライドナット７９と螺合する傾斜設定スクリュー７８を支持する傾斜フレーム７７とが取り付けられている。ロータ８５にはエンコーダ８６とチルトセンサ８７が固定されている。エンコーダ８６の回転は、ＣＣＤユニット９１で読み取られる。ＣＣＤユニット９１とエンコーダ８６からなる角度検出器は、チルトセンサ８７と回転投光器３のなす角を測定するもので、チルトセンサ８７が角度０を示すときの前記角度検出器の検出角度も０となるように設定している。ロータ８５からは水平方向に傾斜アーム８９も突設されており、傾斜アーム８９の先端に設けられたピン９０とスライドナット７９に設けられたピン８０とが当接している。傾斜設定モータ８２を駆動すると傾斜設定スクリュー７８が回転し、スライドナット７９が移動し、この移動が、ピン８０、９０、傾斜アーム８９を介してロータ８５を設定角だけ傾斜させることができる。

ここで、回転投光部３の傾斜設定の動作について説明する。

まず、傾斜モータ３１と傾斜設定モータ８２を同時に駆動して、チルトセンサ８７とＣＣＤユニット９１とエンコーダ８６からなる角度検出器が、ともに角度０を検出するようにする。次に、ＣＣＤユニット９１とエンコーダ８６からなる角度検出器が設定角度を検出するまで、傾斜設定モータ８２を駆動させる。次に、チルトセンサ８７が角度０を示すまで、傾斜モータ３１を駆動させる。これで、回転投光部３は設定角だけ傾斜されることになる。

もちろん、傾斜設定モータ８２、傾斜設定スクリュー７８、移動コマ７９、ピン８０、９０、傾斜アーム８９、ロータ８５、エンコーダ８６、ＣＣＤユニット９１、チルトセンサ８７からなる傾斜設定手段は、図６における紙面と直交方向にも設けられており、回転投光部３を任意の向きへ傾斜設定することができる。
特開２００１−２８０９６４号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された傾斜機能付きレベルプレーナは、傾動モータ３１、スクリューシャフト３５、スライドナット３７、ピン３８、２７、傾斜アーム２５からなる傾動手段を２組と、傾斜設定モータ８２、傾斜設定スクリュー７８、移動コマ７９、ピン８０、９０、傾斜アーム８９、ロータ８５、エンコーダ８６、ＣＣＤユニット９１、チルトセンサ８７等、多数の部品からなる傾斜設定手段を２組揃えるため、レベルプレーナが大型化して高価になるという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、大型化することなく且つ高価になることのない傾斜機能付きレベルプレーナを提供することを課題とする。

以上の課題を達成するために、請求項１に係る発明では、レーザ光を出射するとともに傾動可能な投光部支持体に回転自在に支持された回転投光部と、該回転投光部を傾動させる傾動手段と、前記回転投光部の傾斜角を検出する角度検出器と、該角度検出器の検出角度が設定角度になるように前記傾動手段を制御する傾斜制御器とを備えた傾斜機能付き測量機において、前記傾動手段は、前記投光部支持体に当接する移動コマと、該移動コマに螺合するねじ軸と、該ねじ軸を回転させるモータとからなり、前記角度検出器は、前記移動コマの位置を検出する位置センサからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記位置センサは、前記移動コマに固定された発光体と、該発光体の光を受光するＣＣＤラインセンサと、前記移動コマに固定されるとともに前記発光体と前記ラインセンサの間に配置された衝立と、該衝立に設けられたスリットからなることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明において、前記スリットは複数設けられることを特徴とする。

以上詳細に説明したように、請求項１に係る発明によれば、角度検出器により回転投光部の傾斜角を検出し、該傾斜角が設定角度になるように傾斜制御器で傾動手段を制御することによって、回転投光部を任意の方向に設定角度で傾斜させることができるので、特許文献１に開示された従来レベルプレーナのように、多数の部品から構成される傾斜設定手段が不要になり、軽量小型で安価な傾斜機能付きレベルプレーナを得ることができる。

さらに、傾動手段は、回転投光部に当接する移動コマと、該移動コマに螺合するねじ軸と、該ねじ軸を回転させるモータとからなり、前記角度検出器は、前記移動コマの位置を検出する位置センサからなるから、ねじ軸を回転させると移動コマが移動し、移動コマに押圧されて投光部支持体が傾動し、さらに回転投光部が傾斜する。この際、移動コマの基準位置からの移動量から、回転投光部の傾斜角が求まるので、傾斜角の設定角度に応じた位置へ移動コマを移動させることにより、容易に回転投光部を設定角度に傾斜させることができる。また、本発明によれば、角度検出センサとして、特許文献１に開示された従来のレベルプレーナのようなエンコーダが不要になり、いっそう軽量小型で安価な傾斜機能付きレベルプレーナを得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、さらに、前記位置センサは、前記移動コマに固定された発光体と、該発光体の光を受光するＣＣＤラインセンサと、前記移動コマに固定されるとともに前記発光体と前記ラインセンサの間に配置された衝立と、該衝立に設けられたスリットからなるから、発光体から発した光は、スリットを通過して、ＣＣＤラインセンサに入射し、ＣＣＤラインセンサへの光の入射位置から、移動コマの基準位置からの移動量を検出することができ、この移動量から回転投光部の傾斜角を算出することができる。したがって、本発明によれば、簡単な構成で高精度の角度検出が可能となり、高精度に傾斜角度を設定できる傾斜機能付きレベルプレーナを得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、さらに、前記スリットは複数設けられるから、いずれかのスリットが目詰まりしても、それ以外のスリットを通過した光により、移動コマの位置を求めることができ、回転投光部の傾斜角を算出することができ、信頼性が高い傾斜機能付きレベルプレーナを得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例につき、測量機のうちレベルプレーナを例に、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るレベルプレーナの主要部の断面図である。図２は、発光体、スリット及びＣＣＤラインセンサから構成される角度検出器を説明する図である。図３は、前記角度検出器で角度を測る方法を説明する図である。図４は、前記ＣＣＤラインセンサの出力を示す図である。図５は、前記移動コマの基準位置からの移動量と、回転投光部の傾斜角との関係を説明する図である。

図１に示したように、このレベルプレーナ１００は、図示しない駆動モータにより歯車１１２を介して、駆動される回転投光部１１０を備える。回転投光部１１０の下部は、ベアリング１１４を介在させて投光部支持体１１６に回転自在に取り付けられる。投光部支持体１１６の底にはレーザダイオード７６が固定されており、レーザダイオード７６から出射されたレーザビームＬは、コリメータレンズ１１８で平行光線にされ、プリズム１８で反射して、水平面内又は設定された傾斜面内に出射する。前記回転投光部１１０の駆動は、歯車１１２でなく、ベルトで回転させてもよい。また、コリメータレンズ１１８とレーザダイオード７６との間に絞りを設けて、レーザビームＬを出射してもよい。

投光部支持体１１６の上端部外周は、球面軸受１２０を介して、図示しないレベルプレーナケーシングの底部１２２から立設された支柱１２４に固定された支持板１２６の貫通孔１２８に取り付けられている。これによって、投光部支持体１１６は、球面軸受１２０の中心である回転中心Ｃ回りに任意の方向へ回転可能になっている。投光部支持体１１６の上端には、傾斜アーム１３０が固定されている。この傾斜アーム１３０の傍らにはレベルプレーナケーシングに固定されたコ字型のフレーム１３２が設置されている。このフレーム１３２の上下フランジ１３２ａ、１３２ｂ間にねじ軸１３４が垂設されており、このねじ軸１３４には移動コマ１３６が螺合しており、移動コマ１３６の一端に設けられた突部１３８が傾斜アーム１３０に当接している。ねじ軸１３４は、傾動モータ１４０により歯車１４２を介して回転させられる。

ここで、傾動モータ１４０を駆動するとねじ軸１３４が回転し、移動コマ１３６が上下方向に移動し、この移動が傾斜アーム１３０を介して投光部支持体１１６に伝えられ、回転投光部１１０を球面軸受１２０の回転中心Ｃと突部１３８の先端とを結んだ方向に傾斜させることができる。このように、傾動モータ１４０、歯車１４２、ねじ軸１３４、移動コマ１３６、突部１３８から傾動手段が形成される。もちろん、この傾動手段は、図１における紙面と直交方向にも設けられてもよい。この場合は、Ｘ方向、Ｙ方向の傾動手段により任意の方向に傾斜できるが、実用上は、回転中心Ｃと突部１３８の先端とを結ぶ方向に傾けることが実用的である。従って、本実施例では、このような実用的なものを採用し、傾斜方向を示す印（線、突部等）又は回転リング（図示省略）をレベルプレーナケーシングに設ける。

投光部支持体１１６と図示しないレベルプレーナケーシングとの間には、移動コマ１３６に設けられた突部１３８と傾斜アーム１３０の先端とが常に当接するように付勢するため、図示しないバネが張設されている。

フレーム１３２には鉛直方向に沿ってＣＣＤラインセンサ１５２が固定されている。移動コマ１３６のＣＣＤラインセンサ１５２に面する部分には、発光体（ＬＥＤ）１５４が固定されている。発光体１５４の前面には、発光体１５４から発する光を通過させる複数のスリット１６０（図２、図３参照）を等間隔に設けた衝立１５６が、移動コマ１３６に連結片１５８によって固定されている。衝立１５６は、発光体１５４に正対するとともに、ＣＣＤラインセンサ１５２に平行で、中心のスリットを発光体１５４の正面に位置させる。発光体１５４と衝立１５６の間隔は５−１０ｍｍ、衝立１５６とＣＣＤリニアセンサ１５２との間隔は１ｍｍ程度が適当である。スリット１６０は、１本−複数本でよいが、３−５本くらいが適当である。

発光体１５４から出射された光は、図３に示したように、スリット１６０を通過して、ＣＣＤラインセンサ１５２の各ピクセル１６２に入力する。各スリット１６０を通過した光は、ＣＣＤラインセンサ１５２に対して、図４に示したような分布をしている。この分布から、各スリット１６０を通過した光が照射する部分の中心位置のピクセル番号を求める。そして、複数のスリット１６０のうち中心のスリット１６０を通過した光が照射する部分の中心位置のピクセル番号を求めると、このピクセル番号から発光体１５４の位置すなわち移動コマ１３６の位置が求まる。ピクセル番号とは、ＣＣＤラインセンサ１５２を構成する各ピクセル１６２に一端から他端に向けて順番に付した番号のことである。

ところで、レベルプレーナ１００は、予め図示しない整準装置によって整準してあるとする。すると、ＣＣＤラインセンサ１５２によって発光体１５４の位置、すなわち移動コマ１３６の位置、より正確には、図５に示したように、投光部支持体１１６の回転中心Ｃと同じ高さの基準位置Ｏから移動コマの１３６の突部１３８の先端が移動した移動量ｈが求まる。ここで、回転中心Ｃとの間の距離をＬとすると、レベルプレーナ１００により設定する傾斜面の水平面からの傾斜角θは、θ＝ｔａｎ^−１（ｈ／Ｌ）となる。

このように、発光体１５４とスリット１６０付きの衝立１５６とＣＣＤラインセンサ１５２から、傾斜角θを検出する角度検出器が構成される。さらに、この角度検出器の検出角度と、図示しない入力手段から入力される傾斜角θの設定角度とに応じて、傾動モータ１４０を制御する傾斜角制御器１５０が備えられる。傾斜角制御器１５０に図示しない入力手段から傾斜角θの設定角度が入力されると、傾斜角制御器１５０は、設定角度を得るための移動コマ１３６の基準位置Ｏからの移動量ｈを、ｈ＝ｔａｎθと算出する。そして、傾斜角制御器１５０は、モータ１４２を回転させて、移動コマ１３６を移動させるとともに、角度検出器１５０で移動コマ１３６の移動量ｈを監視し、算出された移動量ｈを検出したところで、モータ１４２を停止させる。これで、レベルプレーナ１００の設定する傾斜面は、水平面に対して設定した傾斜角θをなすことになる。

本実施例によれば、傾動モータ１４０、歯車１４２、ねじ軸１３４、移動コマ１３６、突部１３８からなる傾動手段と、発光体１５４、スリット付きの衝立１５６とＣＣＤラインセンサ１５２からなる角度検出器１５０を各２組だけ揃えれば、回転投光部１１０を設定角度に傾斜させることができる。しかも、前記特許文献１に開示されたレベルプレーナの傾斜角設定手段のように多数の部品を必要とすることなく、軽量小型で安価な傾斜機能付きレベルプレーナ１００を得ることができる。

ところで、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、角度検出器は、前記実施例のものに限らず、移動コマ１３６の基準位置Ｏからの移動量ｈを検出できるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、差動トランス、スライド式抵抗器等を用いることも可能である。また、角度検出器は、移動コマ１３６の移動量ｈを検出する以外にも、エンコーダのように、投光部支持体１１６の傾斜角θを直接検出するものであってもよい。さらに、前記実施例では、衝立１５６に３−５本のスリット１６０を設けたが、スリット１６０は１本でもよい。ただし、多数本のスリット１６０を設けると１本が目詰まりした場合や、ＣＣＤラインセンサ１５２がノイズを拾っても、角度検出可能となる利点がある。

本発明の一実施例に係る傾斜機能付きレベルプレーナの要部断面図である。 前記レベルプレーナの回転投光部の傾斜角を検出する角度検出器の構成について説明する図である。 前記角度検出器で角度を測定する方法を説明する図である。 前記角度検出器におけるＣＣＤラインセンサの出力を示す図である。 前記回転投光部を傾動させる傾動手段において、移動コマの基準位置からの移動量と、回転投光部の傾斜角との関係を説明する図である。 従来の傾斜機能付きレベルプレーナの要部断面図である。

符号の説明

１００ レベルプレーナ（測量機）
１１０ 回転投光部
１１６ 投光部支持体
１３４ ねじ軸（傾動手段）
１３６ 移動コマ（傾動手段）
１３８ 突部（傾動手段）
１４０ モータ（傾動手段）
１４２ 歯車（傾動手段）
１５０ 傾斜制御器
１５２ ＣＣＤラインセンサ（角度検出器）
１５４ 発光体（角度検出器）
１５６ 衝立（角度検出器）
１６０ スリット（角度検出器）

Claims (3)

1. レーザ光を出射するとともに傾動可能な投光部支持体に回転自在に支持された回転投光部と、該回転投光部を傾動させる傾動手段と、前記回転投光部の傾斜角を検出する角度検出器と、該角度検出器の検出角度が設定角度になるように前記傾動手段を制御する傾斜制御器とを備えた傾斜機能付き測量機において、
   前記傾動手段は、前記投光部支持体に当接する移動コマと、該移動コマに螺合するねじ軸と、該ねじ軸を回転させるモータとからなり、
   前記角度検出器は、前記移動コマの位置を検出する位置センサからなることを特徴とする傾斜機能付き測量機。
2. 前記位置センサは、前記移動コマに固定された発光体と、該発光体の光を受光するＣＣＤラインセンサと、前記移動コマに固定されるとともに前記発光体と前記ラインセンサの間に配置された衝立と、該衝立に設けられたスリットからなることを特徴とする請求項１に記載の傾斜機能付き測量機。
3. 前記スリットは複数設けられることを特徴とする請求項２に記載の傾斜機能付き測量機。

Images