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JP4412803B2 - 位置測定設定装置及び位置測定設定方法 - Google Patents

位置測定設定装置及び位置測定設定方法 Download PDF

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JP4412803B2
JP4412803B2 JP2000104404A JP2000104404A JP4412803B2 JP 4412803 B2 JP4412803 B2 JP 4412803B2 JP 2000104404 A JP2000104404 A JP 2000104404A JP 2000104404 A JP2000104404 A JP 2000104404A JP 4412803 B2 JP4412803 B2 JP 4412803B2
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設施工現場、屋内での内装施工作業等で位置測定及び位置設定を行う為の位置測定設定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
3次元位置測定装置として最も一般的なものはGPS(汎地球測位システム)である。
【0003】
GPSは人工衛星から発せられる電波を受信して測定点の位置を決定するものである。又、自動測量機であるトータルステーションに目標対象物追尾機能を設け、目標対象物にはプリズムを設け目標対象物の位置を測量するものもある。
【0004】
前記トータルステーションを用いた測定方法では、トータルステーションから追尾光を発し、該追尾光が前記プリズムにより反射され、この反射光を前記トータルステーションが受光することで、目標対象物を検出し、測距儀により目標対象物迄の距離を測定するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記GPSの3次元測定装置を用いた測定、位置設定では人工衛星からの電波を必要とするので、室内或は電波障害のある場所等では測量に必要な電波を受信できないことから、使用が制限され、或は使用できないという問題がある。
【0006】
又、近年の追尾機能を具備したトータルステーションでは目標対象物を検出する為に、追尾光をランダムに上下左右に全周囲に亘り前記追尾光がプリズムで反射される位置が検出される迄スキャンする必要があり、作業時間が長くなる。又、トータルステーションは測距儀を具備した経緯儀を基本装置としているので、構造が複雑でコストの高いものとなってしまうという問題があった。
【0007】
本発明は斯かる実情に鑑み、回転レーザ装置を使用し、簡単、安価な装置で、而も、野外、室内、電波受信に影響する障害物が存在する場所等に拘らず、確実に簡単に而も迅速に対象物の位置測定、或は所定位置への目標対象物の位置決めが行える様にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置とレーザ光線を受光し前記回転レーザ装置に向けて反射する反射部を有する測定点指標装置とを具備し、該測定点指標装置が前記回転レーザ装置の情報を受けて前記測定点指標装置の位置を転写する転写機構を有する位置測定設定装置に係り、又前記回転レーザ装置がレーザ光線を回転照射する本体部と、前記測定点指標装置迄の測距を行うと共に測距結果を前記測定点指標装置に送信する測距部とを具備し、前記測定点指標装置は送信される測距結果を受信する受信手段と、受信した測距結果を表示する表示ユニットを具備した位置測定設定装置に係り、又前記回転レーザ装置が前記本体部を回転する回転駆動部と、回転照射されるレーザ光線から測距部の方向を検出する方向検出器と、反射されるレーザ光線から前記測量点指標装置の方向を検出する受光部とを具備し、前記方向検出器と前記受光部の検出が一致する迄前記回転駆動部を回転させ、前記測距部を前記測定点指標装置に向ける様に制御する位置測定設定装置に係り、又前記回転レーザ装置が前記本体部を回転する回転駆動部と、回転照射されるレーザ光線から測距部の方向を検出する方向検出器と、反射されるレーザ光線から前記測量点指標装置の方向を検出する受光部と、回転照射されるレーザ光線の回転量を検出する第1エンコーダと、前記本体部の回転量を検出する第2エンコーダとを具備し、前記方向検出器と前記受光部が検出した時の前記第1エンコーダの回転量から角度差を算出し、その角度差を解消する様に前記第2エンコーダに基づいてその角度差分だけ前記回転駆動部を作動させ、前記測距部を前記測定点指標装置に向ける位置測定設定装置に係り、又前記回転レーザ装置のレーザ光線と前記測距部の測距光は同軸に射出され、前記本体部は回転照射されるレーザ光線を回転方向に沿ってスキャンさせる為のスキャン手段を具備している位置測定設定装置に係り、又本体部から射出されるレーザ光線及び測距部から射出される測距光は鉛直面上に於いて所定の拡がり角を有する位置測定設定装置に係り、又前記転写機構が転写ロッドを有し、転写ロッドは自在支持手段により鉛直に懸垂される様支持される位置測定設定装置に係り、又前記回転駆動部は前記本体部の回転量を検出するエンコーダを具備し、前記本体部の回転量から回転角を算出する位置測定設定装置に係り、又前記転写ロッドは落下可能であり、先端で測定点を指示する位置測定設定装置に係り、又前記転写ロッドの先端が石突き形状又はスタンプ構造になっている位置測定設定装置に係り、又前記測定点指標装置は前記転写ロッドを解除可能な固定手段を具備している位置測定設定装置に係り、又前記測定点指標装置は転写ロッド先端までの距離を測定可能なスケールを具備する位置測定設定装置に係り、又前記転写ロッドにスケールが形成されている位置測定設定装置に係り、又前記測定点指標装置は前記回転レーザ装置の動作を制御する通信手段を有する位置測定設定装置に係り、又前記通信手段は変調を付した光通信である位置測定設定装置に係り、又前記通信手段は無線であって、前記測定点指標装置に送信装置が備えられ、前記回転レーザ装置に受信装置が備えられている位置測定設定装置に係り、又前記通信手段は、前記回転レーザ装置の動作を制御する様に配列された反射面パターンである位置測定設定装置に係り、更に測定点指標装置と、該測定点指標装置迄の距離と方向角を測定する回転レーザ装置とを具備し、前記測定点指標装置は位置情報を記憶すると共に、前記回転レーザ装置からの測定結果から現在の位置を算出するプログラムを備え、前記回転レーザ装置が既知点上に置かれた前記測定点指標装置を検知及び測定する第1ステップと、前記測定点指標装置からの通信により基準点であることを前記回転レーザ装置が認識する第2ステップと、移動した前記測定点指標装置を前記回転レーザ装置が測定する第3ステップと、前記測定点指標装置に記憶されている位置情報と前記第3ステップの測定結果を比較する第4ステップと、前記記憶されている位置情報と測定結果の一致により位置を決定する第5ステップからなる位置測定設定方法に係り、更に又測定点指標装置と、該測定点指標装置迄の距離と方向角を測定する回転レーザ装置とを具備し、前記測定点指標装置は前記回転レーザ装置からの測定結果から位置を算出する位置演算プログラムと前記算出結果に基づいて所定の結果を得る測量プログラムとを備え、前記回転レーザ装置が既知点上に置かれた前記測定点指標装置を検知及び測定する第1ステップと、前記測定点指標装置からの通信により基準点であることを前記回転レーザ装置が認識する第2ステップと、移動した前記測定点指標装置を前記回転レーザ装置が測定する第3ステップと、前記第3ステップの測定結果から位置を算出する第4ステップと、前記算出結果を基に演算プログラムを実行し所定の結果を得る第5ステップからなる位置測定設定方法に係るものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
本発明は可視レーザ光線を照射、回転走査し、基準線、基準面を形成する回転レーザ装置と該回転レーザ装置からのレーザ光線を受光し、又該レーザ光線を回転レーザ装置に向けて反射する測定点指標装置(目標対象物)を具備し、測定点視標装置で水平方向の位置決めをする装置である。
【0011】
図1は回転レーザ装置1の主要部を示しており、該回転レーザ装置1は本体部2、該本体部2に回転自在に設けられた回動部3、前記本体部2が取付けられ該本体部2を回動させる回動装置4、前記本体部2に着脱可能に設けられた測距部5とから構成され、前記本体部2には所定の偏光とした(好ましくは円偏光)基準レーザ光線を発光する基準光発光部6、受光部7、傾斜検出部8、制御部9(後述)が設けられている。又測定点指標装置10は前記回転レーザ装置1に対峙し測定点に立設するものである。
【0012】
前記基準光発光部6について説明する。
【0013】
該基準光発光部6は前記回動部3の回転軸と同心に設けられ、半導体レーザ素子に代表される発光素子11を具備している。該発光素子11から発せられるレーザ光線27は集光レンズ12により平行光束とされ、ハーフミラー13を透過し、1/4λ波長板20で円偏光とされ、前記回動部3に射出される。前述した測定点指標装置10から反射され、再び前記基準発光部6に入射した前記反射レーザ光線27は前記1/4λ波長板20で再び直線偏光とされ、前記ハーフミラー13によって前記受光部7に向け反射される。
【0014】
前記受光部7について説明する。
【0015】
前記ハーフミラー13の反射光軸上に集光レンズ14、偏光ビームスプリッタ15が配設され、更に該偏光ビームスプリッタ15の透過光軸上に受光素子16a、反射光軸上に受光素子16bが配設されている。前記測定指標装置10から反射され、前記回動部3を経て入射した反射光は、前記ハーフミラー13で反射され、前記集光レンズ14で集光され、前記偏光ビームスプリッタ15によりレーザ光線の偏光状態により前記受光素子16aに向け透過され又は前記受光素子16bに向け反射され、該受光素子16a,16bの受光面で結像し、該受光素子16a、16bにより検出される。前記受光素子16a,16bの受光信号は図示しない検出回路により、前記測定点指標装置10であることが確認され、検出される。
【0016】
前記傾斜検出部8について説明する。
【0017】
該傾斜検出部8は直交する2軸方向に一軸傾斜センサであるX軸傾斜センサ17、Y軸傾斜センサ18が配置された構成を有し、装置本体を鉛直に設置する場合には、X軸傾斜センサ17、Y軸傾斜センサ18が水平面を検出し、前記レーザ光線27により水平のレーザ平面を形成する。
【0018】
而して、前記X軸傾斜センサ17、Y軸傾斜センサ18は図1での状態での前記回転レーザ装置1の傾斜を検出する。
【0019】
前記回動部3を説明する。
【0020】
プリズムホルダ21は前記基準光発光部6の光軸を中心に回転自在に支持され、前記プリズムホルダ21にはペンタプリズム22が固定され、該ペンタプリズム22は前記基準光発光部6からの前記レーザ光線27を直角に偏向する。前記プリズムホルダ21には走査ギア23が設けられ、該走査ギア23には駆動ギア24を介して走査モータ25が連結され、該走査モータ25によって前記ペンタプリズム22が回転される様になっている。又、前記プリズムホルダ21には該プリズムホルダ21(即ち前記ペンタプリズム22)の回転位置、回転角度を検出するエンコーダが設けられていてもよい。
【0021】
前記ペンタプリズム22は前記基準光発光部6から射出された前記レーザ光線27を水平方向に偏向すると共に前記測定点指標装置10から反射される反射レーザ光線27を前記基準光発光部6の光軸方向に偏向し、前記ハーフミラー13を経て前記受光部7に入射させる。
【0022】
前記回動装置4を説明する。
【0023】
前記本体部2は前記回動装置4に回転自在に設置され、前記本体部2の下端には前記回動装置4に突出する回転軸55を具備し、該回転軸55はギア列56を介して方向制御用モータ57に連結されている。又、前記回転軸55にはエンコーダ58が設けられ、前記回動装置4と前記本体部2との相対角度を検出可能となっている。而して、前記方向制御用モータ57の駆動により、前記本体部2が回転し、該本体部2の回転角は前記エンコーダ58により検出される様になっている。
【0024】
前記測距部5について説明する。
【0025】
前記測距部5は測距儀29、方向検出器30と後述する測距演算部31とから構成される。先ず前記測距儀29を説明する。
【0026】
測距儀29から射出される測距光39は、前記レーザ光線27が形成する基準平面と平行となる様に射出される。光軸上にはコリメートレンズ32、プリズム33が配設され、該プリズム33を挾み一方の側に測距光発光部34が設けられ、他方の側には測距光受光部35が設けられる。
【0027】
前記測距光発光部34は測距光39を発する光源(LED、LD等)36を有し、該光源36は図示しない発光制御部により発光状態が制御され、前記測距光39が発光されるだけでなく、変調等の手段により通信データが重合される様になっている。
【0028】
前記光源36からの測距光39はコリメートレンズ37、光ファイバ38を経て前記プリズム33に向かって射出され、前記光ファイバ38から射出された測距光39は光路切替えチョッパ41により前記測距光39と内部参照光39aとに切替えられ、前記測距光39は前記プリズム33に反射され、前記コリメートレンズ32で平行光束として射出される。射出された前記測距光39は後述する前記測定点指標装置10で反射され、前記コリメートレンズ32を経て前記測距儀29に入射する。
【0029】
又、前記光ファイバ38から射出され、前記光路切替えチョッパ41で前記測距光39から切替えられた前記内部参照光39aは、リレーレンズ42を透過して前記プリズム33に内面反射され、前記測距光受光部35に入光する。
【0030】
該測距光受光部35は、バンドパスフィルタ43、濃度フィルタ44を有し、該バンドパスフィルタ43、濃度フィルタ44を透過した測距光39は光ファイバ46、コンデンサレンズ48を介して測距受光素子49に入光する様構成されている。
【0031】
前記測距演算部31は前記光源36を駆動するドライバ(図示せず)を具備すると共に前記測距受光素子49が受光する測距光39、内部参照光39aの受光信号から前記測定点指標装置10迄の距離を演算する様になっている。
【0032】
前記方向検出器30は前記ペンタプリズム22から照射されるレーザ光線27の一部を反射する反射鏡51、該反射鏡51で反射されたレーザ光線27を収束させる集光レンズ52、方向検出用の受光センサ53から構成され、前記ペンタプリズム22の向きが前記反射鏡51の光軸と合致した時に前記ペンタプリズム22からの照射光の一部が前記受光センサ53で受光される様になっている。即ち、測距方向に対する前記ペンタプリズム22、即ち前記回動部3からのレーザ光線が測距方向に向いているかを検出する。
【0033】
前記制御部9について図2を参照して説明する。
【0034】
該制御部9には方向検出器30及び前記エンコーダ58からの信号が入力されると共に前記受光部7、傾斜検出部8、測距演算部31からの信号が入力される。前記走査モータ25は前記制御部9からの制御信号を基にモータドライバ62によって駆動され、又前記方向制御用モータ57はモータドライバ63によって駆動される。更に、前記発光素子11は前記制御部9からの制御信号を基にドライバ61により駆動され、前記発光素子11が発光される。
【0035】
又、前記制御部9には操作部64、表示部65が接続され、前記操作部64からは作動開始停止等の作業指示の入力等が行われ、前記表示部65には装置の作動状態の表示、或は前記測定点指標装置10に送る情報等の表示等が行われる。
【0036】
前記制御部9は前記本体部2と測距部5に分かれていてもよく、一体となる場合にはどちらか一方をメイン制御部としてもよい。分けることにより、前記測距部5の分離が可能となる。
【0037】
図3、図4に於いて、前記測定点指標装置10を説明する。
【0038】
平板が略L字状に曲げられた形状の主フレーム70の垂直部の前記本体部2と対峙する面(正面)に反射プレート71が固着され、前記垂直部の背面には表示ユニット72が取付けられている。
【0039】
前記反射プレート71の両側縁には回転レーザ光の基準位置を示す指標71aであるV字欠切部が形成され、又正面には反射部が設けられ、該反射部は縦長短冊状の偏光保存反射面73aと偏光変換反射面73b及び偏光保存反射面74aと偏光変換反射面74bが対の状態で中心線に対して対称に設けられている。前記偏光保存反射面73a,74aには再帰反射シート等が使用され、レーザ光線27が入射した場合に、偏光状態を保存したまま反射するものであり、前記偏光変換反射面73b,74bは再帰反射シートの上に更に1/4λ波長板が貼設されたものであり、レーザ光線27が入射した場合に位相を90°偏光して反射するものである。而して、前記反射プレート71、偏光保存反射面73a、偏光変換反射面73b、偏光保存反射面74a、偏光変換反射面74bは反射部を構成する。
【0040】
又、前記反射面73a,73b,74a,74bの下方には矩形形状の測距用反射面75が設けられ、該測距用反射面75の中心には受光窓76が穿設され、測距光39が該受光窓76を通って受光素子78に受光される様になっている。
【0041】
前記表示ユニット72は前記受光素子78からの測距光受光信号から通信データを分離抽出する信号処理部79を有している。前記受光素子78の受光中心と前記指標71a,71aを結ぶ直線との距離は、平行に射出される前記測距光39と回転レーザ光線27との間隔に等しくなっている。又、前記表示ユニット72は背面に表示部80を有し、該表示部80には前記信号処理部79で分離抽出した情報を表示する様になっている。
【0042】
前記測定点指標装置10を検出する為、前記受光部7は偏光、偏光保存反射面及び偏光に応じて受光する2受光素子16a,16bを具備している。これはノイズ光を受光して安易に誤作動を起こさない様にする為の構成である。然し、基本的に前記反射プレート71は図5の様な単なる2枚の再帰反射面73a,74aでもよい。更に、誤作動を起こさない場所であれば1枚の単なる再帰反射面で可能である。
【0043】
2枚の再帰反射面、偏光保存反射面又は偏光変換反射面から構成される場合には、前記基準光発光部6の円偏光に変換する前記1/4λ波長板20は必要なく、前記受光部7も1受光素子で構成される。
【0044】
前記主フレーム70の水平部には測定点設定部82が設けられている。
【0045】
前記水平部に揺動リング83が第1水平軸84を介して揺動自在に設けられ、又前記揺動リング83には第2水平軸85を介してジンバルフレーム86が揺動自在に設けられている。該ジンバルフレーム86には転写機構が設けられている。以下転写機構を説明する。
【0046】
転写ロッド87が鉛直方向に移動自在に設けられている。該転写ロッド87は所要の重量を有すると共に下端は尖端で石突きとなっており、円筒面には軸心方向に沿ってスケール90が刻印されている。スケール読取り位置と前記指標71a迄の距離を予めスケールにオフセット値として加味しておけば、前記スケール90の読みが直ちに前記測定点指標装置10の高さ、即ちレーザ光線27の照射高さとなる。
【0047】
前記転写ロッド87にはロックプレート88がスプリング89により一端を押付けられており、前記転写ロッド87はロックプレート88との摩擦力で位置が保持される様になっている。前記揺動リンク83には前記ロックプレート88の他端に向かって進退可能なロック解除ボタン91が設けられ、該ロック解除ボタン91は図示しないスプリングにより後退方向に付勢されている。又、該ロック解除ボタン91を図示の様に前記第2水平軸85に摺動自在に設ける等、前記ロック解除ボタン91の軸心を前記第2水平軸85の軸心に合致させることで、前記ロック解除ボタン91を操作した場合に無用のモーメントが発生しない。
【0048】
而して、前記転写ロッド87はジンバル機構により常に鉛直方向に向く様になっており、前記ロック解除ボタン91を押込みロックを解除することで、前記転写ロッド87は鉛直に落下、該転写ロッド87の下端が地面に衝突することで、地面に窪みをつける等し、測定点を地面に転写する様になっており、又前記スケール90により前記測定点指標装置10の高さが分る様になっている。
【0049】
尚、前記ジンバルフレーム86はジンバル構造による支持でなく、球面座により支持してもよい。又、地面がコンクリートやタイルの場合は、傷つきにくく、或は傷をつけたくない場合には、先端にスタンプ等を取付けてマーキングを行う。又、ジンバルフレームとロッドの組合わせに代わり、直接に重りを下げてもよく、或はペイント等の液体を落としても同様に位置を印すことができる。
【0050】
以下作用を説明する。
【0051】
転写ロッド87を上昇させた状態とした前記測定点指標装置10を作業者が持ち設定点近傍に保持する。
【0052】
前記操作部64より回転レーザ装置1を駆動する。
【0053】
先ず該回転レーザ装置1の整準が行われ、前記傾斜検出部8からの傾斜検出に基づき前記回転レーザ装置1が水平の状態にセットされる。次に、前記発光素子11が発光され、レーザ光線27が前記ペンタプリズム22を経て水平方向に照射され、更に前記走査モータ25が駆動され、前記レーザ光線27が回転照射され、測定点指標装置10のサーチ状態となる。
【0054】
作業者は前記レーザ光線27が前記指標71aを通過する様に反射プレート71の高さ位置を調整する。前記レーザ光線27が前記指標71aを通過する状態に位置合わせすると、測距光39の高さは受光素子78の受光中心と一致する。前記レーザ光線27が前記偏光保存反射面73a、偏光変換反射面73b、偏光保存反射面74a、偏光変換反射面74bを通過することで、前記受光素子16aが偏光が保存された反射光を受光し、前記受光素子16bが偏光が変換された反射光を受光する。
【0055】
更に、前記受光部7は前記測定点指標装置10特有のパターンに従った受光信号の出力を行い、この受光信号から前記反射プレート71であることを認識特定することができ、又どちらの方向から前記レーザ光線27が前記測定点指標装置10を横切っているかを知ることができる。この反射面と偏光の組合わせによりノイズ光と該測定点指標装置10からの反射光を正確に区別でき誤操作が防止される。
【0056】
該測定点指標装置10からの反射光を受光した時、方向検出器30の受光センサ53からの出力がない場合には、測距儀29の射出方向が前記測定点指標装置10の方向に一致していない場合であるので、制御部9は回動装置4を作動させ、前記受光センサ53の出力がある迄本体部2を回転させる。尚、前記回動部3にエンコーダがある場合には、前記受光センサ53の検出と、前記測定点指標装置10からの反射光を受光する前記受光部7の検出時のエンコーダ出力から角度差を算出し、その角度差分だけエンコーダ58に従って前記回動装置4を作動させる。
【0057】
尚、前記エンコーダ58は基準方向から前記測定点指標装置10の方向角を算出する場合にも使用する。前記制御部9は距離と方向から前記測定点指標装置10の位置を算出することになる。
【0058】
前記測距部5と測定点指標装置10とを正対させるには、前記受光部7が受光した時間と、前記方向検出器30が受光した時間とを計測し、前記ペンタプリズム22の回転速度から、前記測定点指標装置10に対する角度差を検出でき、この角度差に対応した分だけ前記方向制御用モータ57により前記本体部2を回転すればよい。或は、前記ペンタプリズム22を回転させた状態で、更に前記方向制御用モータ57を駆動し、前記本体部2を回転させ、前記受光部7と方向検出器30が同時に検出する点を求めてもよい。
【0059】
前記測距用反射面75からの反射光が前記測距儀29に入射され、前記回転レーザ装置1と測定点指標装置10間の距離が測定される。測距情報は前記測距光39を変調する等の方法で測距光39に重合される。
【0060】
該測距光39は前記受光素子78により受光され、更に受光信号化される。前記信号処理部79は受光信号より測距情報を分離抽出し、前記表示部80に表示させる。
【0061】
前記測定点指標装置10を保持する作業者は前記表示部80に表示された情報から前記測定点指標装置10を保持している位置が設定すべき点に合致しているかどうかを判断し、合致していなければ適正な位置となる様に移動する。
【0062】
前記測定点指標装置10が設定位置となったところで、前記ロック解除ボタン91を押込む、前記転写ロッド87の保持が解除され、自重により落下し、測定結果を地面に転写する。前記した様に該転写ロッド87はジンバル構造により正確に鉛直方向に向く様になっているので、前記測定点指標装置10が傾いた状態で保持されていたとしても、転写結果には誤差はなく、正確な位置設定が行える。又、上記した様に、前記ロック解除ボタン91は前記第2水平軸85と軸心が一致しているので、前記ロック解除ボタン91の操作時に手振れ等が生じない。
【0063】
更に、レーザ光線27を指標71aに合わせた状態で、前記スケール90を読めば、基準面に対する地面の高さも即時に測定することができる。即ち、3次元の測量が簡便に而も迅速に行うことができる。又、前記転写ロッド87を既存の地点の上に落下させ、設定することで、前記地点そのものの測定も可能になる。
【0064】
図6及び図7に示す前記測定点指標装置10は、測定の途中、測定の終了後等に前記回転レーザ装置1に対して、動作命令を行う為の構成を有している。
【0065】
先ず、図6に示す測定点指標装置10は、前記測距部5の受光部49又は回転レーザ装置1の受光部7に向けて拡散的に操作光を照射する発光部66を有している。前記表示ユニット72に設けられた操作ボタン(図示せず)からの指示により、予め定められた変調に従って操作光が前記回転レーザ装置1に向けて照射される。前記受光部7が操作光を受光し、受光結果に基づき、前記回転レーザ装置1側では予め定められた動作を行う。
【0066】
図7に示す前記測定点指標装置10は回転される前記レーザ光線27を利用し動作命令を行わせる。偏光保存反射面67a,67b,67c,67d及び偏光変換反射面68a,68b,68cが交互に又は幅を替えてレーザ光線27の回転方向に配列され、該レーザ光線27の反射光が変調される。反射光は前記回転レーザ装置1側の受光部7に受光される。而して、回転方向に配列された各列の反射面は、バーコードと同等の機能を有し、前記受光部7で検出したパターンにより、前記回転レーザ装置1側では予め定められた動作を行う。尚、各列の反射面は間隔を置いて配列しても同様な効果が得られる。
【0067】
又、サーチを簡単に行う他の方法として、図8で示す様に拡散レンズ97等を使用し、射出光を扇形光27′で行う方法もある。この場合には測距光も同様に扇形とする必要がある。扇形とした場合には測定距離が短くなる。尚、この場合には高さ方向の位置は特定できなくなる。
【0068】
以上は回転レーザ装置1の回転レーザ光線27と測距装置の測距光39は、相互に平行であってそれぞれの装置より射出されている。これは従来の回転レーザ装置の発展型であって、測距装置を回転レーザ装置に取付け、これを回動装置上に設けて測定点指標装置10に向ける構造とした為である。
【0069】
然るに、そうでない場合は回転レーザ光27と測距光39は同軸から照射されてもよい。図9はレーザ光線27と測距光39とを同軸に照射する回転レーザ装置1であり、図10はその測定点指標装置である。
【0070】
図9は前記回転レーザ装置1の主要部を示しており、該回転レーザ装置1は前記本体部2、該本体部2に回転自在に設けられた前記回動部3、前記本体部2に着脱可能に設けられた測距部5とから構成され、前記本体部2には基準レーザ光線を発光する基準光発光部6、受光部7、傾斜検出部8、合焦光学系111が設けられている。
【0071】
前記基準光発光部6について説明する。
【0072】
ビームスプリッタ112を挟み一方の側に可視のレーザ光線27を発する第1レーザダイオード113が配設され、該第1レーザダイオード113の光軸上で該第1レーザダイオード113と前記ビームスプリッタ112との間にレーザ光線27を平行光束とするコリメータレンズ114が配設され、更に前記レーザ光線27の光軸上にはスキャン手段96が設けられ、又イメージローテータ108が回転自在に設けられている。
【0073】
前記スキャン手段96は前記回動部3の回転が停止している場合でも前記レーザ光線27を回転方向に沿って往復走査させ、見かけ上の輝度を増大する。ここで走査手段としては、例えばミラーを振動させることで入射レーザ光線の進行方向を変化させるガルバノメータ、多面鏡を回転させ反射光を走査する回転多面鏡走査器、回折格子の方向、ピッチを空間的に変化させたホログラムをディスク上に複数形成し、回転させることにより前記レーザ光線27を走査させるホログラムディスク走査器又は音響光学素子等が挙げられる。
【0074】
前記回動部3による照射方向と前記スキャン手段96による照射方向の偏向を関連付ける為、前記スキャン手段96には偏向を検出する偏向検出手段(図示せず)が設けられている。偏向検出手段としては前記スキャン手段96がホログラムディスクを回転する様な場合にはエンコーダを用い、スキャン手段96が音響光学素子を使用する場合では周波数を時間的にカウントし、前記回動部3のエンコーダ26が検出する位置と関連付け、演算にて実質の照射方向を検出する。
【0075】
前記イメージローテータ108は孔明き傘歯車110の回転軸上に設けられ、該孔明き傘歯車110は前記レーザ光線27の光軸を中心に回転自在に設けられている。前記イメージローテータ108は一回転により投影像を二回転する機能を有する。
【0076】
前記ビームスプリッタ112は前記第1レーザダイオード113、レーザ光線27を反射し、後述する光源36からの測距光39を透過する。前記第1レーザダイオード113からのレーザ光線27は前記ビームスプリッタ112で反射され、孔明きミラー115を通り前記合焦光学系111を経て後述するペンタプリズム22に向けられ、該ペンタプリズム22により偏向され、水平方向に照射される。前記合焦光学系111のレンズ群は前記ビームスプリッタ112と前記回動部3との間に設けられ、前記測距部5の測距データに基づいて合焦光学系駆動部(図示せず)がレンズ位置を調整して測距対象物の位置に前記レーザ光線27を合焦させる。
【0077】
前記回動部3を説明する。
【0078】
前記プリズムホルダ21は前記ビームスプリッタ112の射出レーザ光線光軸を中心に回転自在に支持され、前記プリズムホルダ21には前記ペンタプリズム22が固定され、該ペンタプリズム22は前記基準光発光部6からのレーザ光線27を直角に偏向させる。前記プリズムホルダ21には該プリズムホルダ21(即ち前記ペンタプリズム22)の回転を検出する前記エンコーダ26が設けられている。
【0079】
前記受光部7は前記ペンタプリズム22より射出されたレーザ光線27が前記測定点指標装置10に反射され、反射光が前記回転レーザ装置1に入光した場合に反射光を検出するものである。
【0080】
前記プリズムホルダ21には前記走査ギア23が固着され、該走査ギア23には前記駆動ギア24が噛合し、該駆動ギア24は前記走査モータ25の駆動軸116に嵌着され、前記走査モータ25によって駆動回転される様になっている。又、駆動軸116には小傘歯車117が嵌着され、該小傘歯車117は前記孔明き傘歯車110と噛合し、該孔明き傘歯車110と前記小傘歯車117とのギア比は2:1となっており、前記ペンタプリズム22とイメージローテイタ108とはギア列109により2:1の減速比で連結され、前記ペンタプリズム22の二回転に対して前記イメージローテータ108が一回転する様になっている。これにより前記ペンタプリズム22の回動に伴うスキャン手段96によるレーザ光線の回転をキャンセルできる。
【0081】
前記傾斜検出部8は直交する2軸方向に前記X軸傾斜センサ17、Y軸傾斜センサ18を有し、前記ビームスプリッタ112の反射光軸が鉛直である場合に水平面を検出する。
【0082】
而して、前記X軸傾斜センサ17、前記Y軸傾斜センサ18は図9での状態での回転レーザ装置1の傾斜を検出する。
【0083】
前記測距儀29は図1に示したものと同様の構成を有し、前記測距儀29からの測距光39はビームスプリッタ112より入射し、本体部とペンタプリズム22を介してレーザ光線と同軸に照射される。更に後述する前記測定点指標装置10で反射され、前記ペンタプリズム22、ビームスプリッタ112等を経て入射される。図9に示す回転レーザ装置1が、前記測定点指標装置10に正対した場合、前記回動部3の回転動作は前記測定点指標装置10方向に固定され測距が行われるが、前記スキャン手段96によりレーザ光線は往復動作を継続する。
【0084】
図10で示す前記測定点指標装置10は同軸の場合に使用され、前記指標71a、指標71aを結ぶ線上に前記測距用反射面75′を有している。又該測距用反射面75′は前記測距光39を透過するバンドパスフィルタが設けられており、前記測距用反射面75′で反射された反射光は測距光39のみとなって前記測距部5に入射する様になっている。前記測距用反射面75′を設けることで前記測距光39とレーザ光線27を分離でき、該測距光39のS/Nを向上させることができる。
【0085】
次に、図11により前記測定点指標装置10の変更例を説明する。
【0086】
図11は該測定点指標装置10の反射プレート71部分を示しており、前記受光窓76を円形とし、前記測距用反射面75も前記受光窓76に対して同心のリング状としてある。又、前記測距用反射面75の周囲に指標線101を刻印する。
【0087】
屋外で作業をする場合、回転照射している前記レーザ光線27は視認性が悪い場合があり、精度よく前記指標71aに合わせることが難しい。この場合、1つの方法としては前記測距光39を可視光とし、該測距光39を位置合わせの基準光として使用することもできる。該測距光39はスポット光であるので、視認性が高い。基準として位置合わせを行う。即ち、該測距光39を前記指標線101に合わせる。前記測距光39とレーザ光線27とは平行で両者の距離は一定であるので、前記測距光39を前記指標線101に合わせることで、前記測定点指標装置10を精度よく水平基準位置にセッティングすることができる。
【0088】
回転レーザ光線(レーザ光線27)に可視レーザ光線を使用し、前記測距光39にも可視レーザ光線を使用した場合、一般に市販されている反射部材には再帰拡散性が生じる為、測距光光学系に回転レーザ光線が混合してしまい、ノイズ光となってしまう。これらの場合、回転レーザ光線と測距光を可視レーザ光線/不可視レーザ光線に分けておけば、前記測距儀29内部にノイズフィルタを設置することで、ノイズフィルタによりノイズ光を除去することができる。
【0089】
第2の方法として、図12に示す測定点指標装置10は、作業者の視認に頼ることなく、正確に前記レーザ光線27を検知し、精度よく該測定点指標装置10を基準高さに設置できる様にしたものである。
【0090】
該測定点指標装置10では前記偏光変換反射面73bと前記偏光保存反射面74aとの間にもう1組の反射部材103を設けたものである。該反射部材103は前記反射プレート71の中心線上に設けられ、縦長短冊状をしており、対角線により2分割された2つの反射面を有している。
【0091】
一方の反射面は再帰反射面であり、前記レーザ光線27の偏光状態を保存して反射する偏光保存反射面103aであり、他方の反射面は1/4λ位相差部材が貼設され、前記レーザ光線27の偏光状態を変更して反射する偏光変換反射面103bである。
【0092】
而して、前記偏光保存反射面103aは倒立三角形形状であり、前記偏光変換反射面103bは正立三角形形状であり、前記反射部材103を水平方向に走査した場合、両者の線分長が一致した位置が中心である。
【0093】
前述した様に、前記受光素子16a,16bはそれぞれ偏光状態の異なるレーザ光線27を検出する様になっており、図13(A)示す様に、前記レーザ光線27が前記反射部材103を横切って走査した場合、前記偏光保存反射面103a、偏光変換反射面103bで反射された反射レーザ光線を前記受光素子16a,16bが受光して出力する受光信号は、図13(B)となる。而して、パルス幅t1,t2を比較することで、レーザ光線の通過位置が中心より上か下かが分かり、又パルス幅t1,t2が等しくなる点を検出することで、前記測定点指標装置10の中心を検出することができる。作業者の位置合わせを表示する方法として、表示部に矢印等を設け、矢印を点灯して前記測定点指標装置10の上下移動する方向を示す。
【0094】
図14は図12の反射部を更に変更したものである。
【0095】
図14の測定点指標装置10では反射部105を4つの反射面106a,107b,107a,106bで構成したものであり、該反射面106a,107b,107a,106bは隣接して配置され、反射面106a,107aは偏光保存反射面であり、反射面106b,107bは偏光変換反射面である。又、前記反射面107bと反射面107aとの境界に前記反射部材103と同様な幅変化部が設けられ、この幅変化部は図13と同様に中心を示す効果を有している。
【0096】
図15は更に他の前記測定点指標装置10を示している。前述した拡散レンズ等を用いる場合、検出距離が短くならない様に高反射のプリズムを用いた測定点指標装置10である。
【0097】
該測定点指標装置10では反射部としてコーナキューブ等のプリズム120が用いられたものである。
【0098】
該プリズム120はジンバル支持機構121を介して前記反射プレート71に支持されており、前記ジンバル支持機構121により前記プリズム120は前記回転レーザ装置1に常に正対し、前記プリズム120の光軸とレーザ光線27の光軸とのずれを解消し、前記プリズム120での反射による誤差をなくしている。
【0099】
図16は前記回転レーザ装置1の変更例を示している。
【0100】
図16中、図1中で示したものと同様のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【0101】
回動装置4に本体部2を固着し、該本体部2を中心に該本体部2の周りを回転する回転部125を設ける。該回転部125にはリング状の従動歯車126が取付けられている。前記回動装置4はモータ127を有し、該モータ127の駆動歯車128は前記従動歯車126と噛合している。又、前記本体部2と前記測距部5(又は前記回動部125)との間にはエンコーダ129が設けられ、該エンコーダ129により前記測距部5の向きを検出可能となっている。
【0102】
而して、前記モータ127を駆動することで前記駆動歯車128、従動歯車126を介して前記測距部5が回転する。該測距部5を回転させつつ、前記回転部125を駆動して、前記レーザ光線27を回転照射すると前記測距部5が前記測定点指標装置10と正対していない状態では、前記受光素子16の反射光検出と前記方向検出器30のレーザ光線27検出とで時間のずれがあり、前記受光素子16と前記方向検出器30とで検出のずれがなくなった状態で前記測距部5が前記測定点指標装置10と正対する。従って、前記受光素子16と前記方向検出器30との間で検出のずれがない状態での前記エンコーダ129の検出角度を求めれば、この検出角度が前記測距部5が前記測定点指標装置10と正対する角度となる。
【0103】
又、前記実施の形態では通信手段として光通信を用いたが、無線通信を用いてもよいことは言う迄もない。
【0104】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0105】
【実施例1】
以下、位置情報に基づいて測定点の位置決めする方法について説明する。
【0106】
回転レーザ装置1は測定点指標装置10迄の距離と回転角度(方向角)を測定することができる。該測定点指標装置10は、位置決めする為の位置情報を記憶していると共に、前記回転レーザ装置1からの距離と方向角から現在の位置を算出する現在位置演算プログラムを備える。
【0107】
先ず、前記回転レーザ装置1を測定地点をカバーする地点に配置する。次に既知点上に前記測定点指標装置10を立てる。前記回転レーザ装置1が前記測定点指標装置10を検知し、前記回転レーザ装置1本体をその方向に向け測定を開始する。
【0108】
該回転レーザ装置1から前記測定指標装置10に距離と方向角が送信される。該測定点指標装置10は通信手段により、現測定地点が基準点であることを指令する。該指令により前記回転レーザ装置1は基準点の距離と方向をセットする。この時方向角はリセットされる。
【0109】
基準点である第1地点から第2地点へ前記測定点指標装置10を移動する。同様に前記回転レーザ装置1が測定を開始する。該回転レーザ装置1から前記測定点指標装置10に距離と方向角が送信される。該測定点指標装置10は距離と方向角から現在地点を算出する。記憶されている位置情報と現在地点を比較し、一致する迄移動する。一致したならば位置を転写し測定点の位置を決定する。複数の地点を決定する場合にはこれを繰返す。
【0110】
【実施例2】
次に位置、面積等を測定する方法について説明する。
【0111】
回転レーザ装置1は測定点指標装置10迄の距離と回転角度(方向角)を測定することができる。該測定点指標装置10は、前記回転レーザ装置1からの距離と方向角から現在の位置を算出する現在位置演算プログラムを備える。更に、例えば測地作業の場合には土地形状に応じて測定し、測定結果から面積及び距離を算出する測量プログラムを内蔵する。
【0112】
先ず、前記回転レーザ装置1を測定地点をカバーする地点に配置する。次に既知点上に前記測定点指標装置10を立てる。前記回転レーザ装置1が前記測定点指標装置10を検知し、前記回転レーザ装置1本体をその方向に向け測定を開始する。
【0113】
該回転レーザ装置1から前記測定指標装置10に距離と方向角が送信される。該測定点指標装置10は通信手段により、現測定地点が基準点であることを前記回転レーザ装置1に指令する。該指令により前記回転レーザ装置1は基準点の距離と方向をセットする。この時方向角はリセットされる。
【0114】
基準点である第1地点から第2地点へ前記測定点指標装置10を移動する。同様に前記回転レーザ装置1が測定を開始する。新たに送信された距離と方向角から、前記測定点指標装置10は移動後の現在地点を算出する。該測定点指標装置10は通信手段により、現在位置を記憶し、次の測定地点の測定に備えることを前記回転レーザ装置10に指令する。複数の地点を決定する場合にはこれを繰返す。
【0115】
測定終了後、内蔵された測量プログラムを作動させ、面積、測定点間の距離等、目的とする所定の測量結果を得る。
【0116】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、測定点の設定、所定点についての測量を容易に而も作業場所に限定されず行うことができ、又回転レーザ装置による測定点指標装置サーチ時間が大幅に短縮し、作業効率が向上するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す構成概略図である。
【図2】同前実施の形態の制御ブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態で使用される測定点指標装置の正面図である。
【図4】同前測定指標装置の側断面図である。
【図5】本発明の測定点指標装置の変更例を示す要部正面図である。
【図6】他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図7】更に他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図8】本発明の実施の形態の変更例を示す部分図である。
【図9】本発明の他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図10】本発明の更に他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図11】更に他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図12】更に他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図13】(A)(B)は反射部材からの反射光を受光した場合の受光信号を示す図である。
【図14】本発明の更に他の測定点指標装置を示す要部正面図である。
【図15】更に他の測定点指標装置を示す正面図である。
【図16】本発明の他の実施の形態を示す要部説明図である。
【符号の説明】
1 回転レーザ装置
2 本体部
3 回動部
4 回動装置
5 測距部
6 基準光発光部
7 受光部
8 傾斜検出部
10 測定点指標装置
25 走査モータ
26 エンコーダ
27 レーザ光線
29 測距儀
30 方向検出器
39 測距光
57 方向制御用モータ
58 エンコーダ
71 反射プレート
72 表示ユニット
75 測距用反射面
79 信号処理部
80 表示部
82 測定点設定部
91 ロック解除ボタン
96 スキャン手段
109 イメージローテイタ
120 プリズム

Claims (15)

  1. 回転レーザ装置と測定点指標装置とを具備する位置測定設定装置であって、
    前記回転レーザ装置は、
    レーザ光線を回転照射する回動部と、
    前記測定点指標装置迄の測距、前記測定点指標装置の方向の測定を行うと共に測距距離と測定した方向を含む測定情報を前記測定点指標装置に送信する測距部と、
    回転照射されるレーザ光線が前記測距部の方向に合致した場合に、前記レーザ光線の一部を受光して測距部の方向を検出する方向検出器と、
    前記測定点指標装置から反射されるレーザ光線を受光して測定点指標装置の方向を検出する受光部と、
    前記回動部と、前記方向検出器と、前記受光部とを一体に回転する回転駆動部とを有し、
    前記測定点指標装置は、
    前記レーザ光線を受光し前記回転レーザ装置に向けて反射する反射部と、
    前記測距部から送信される測定情報を受信する受信手段と、
    受信した測定情報を表示する表示ユニットと、
    自在支持手段により鉛直に懸垂される様支持された転写ロッドとを有し、
    前記回転レーザ装置は、前記方向検出器と前記受光部の検出が一致する迄前記回転駆動部を回転させ、前記測距部を前記測定点指標装置に向ける様に制御され、
    前記測定点指標装置が前記回転レーザ装置から受信した測定情報と、設定すべき点と合致した場合に、前記転写ロッドが落下し、先端で測定点を指示することで前記測定点指標装置の位置を設定すべき点に転写する転写機構を有することを特徴とする位置測定設定装置。
  2. 転照射されるレーザ光線の回転量を検出する第1エンコーダと、前記回動部の回転量を検出する第2エンコーダとを具備し、前記方向検出器と前記受光部が検出した時の前記第1エンコーダの回転量から角度差を算出し、その角度差を解消する様に前記第2エンコーダに基づいてその角度差分だけ前記回転駆動部を作動させ、前記測距部を前記測定点指標装置に向ける請求項の位置測定設定装置。
  3. 前記回転レーザ装置のレーザ光線と前記測距部の測距光は同軸に射出され、前記回動部はレーザ光線を回転方向に沿って往復走査するスキャン手段を具備している請求項の位置測定設定装置。
  4. 前記回動部から射出されるレーザ光線及び測距部から射出される測距光は鉛直面上に於いて所定の拡がり角を有する請求項の位置測定設定装置。
  5. 前記回転駆動部は前記回動部の回転量を検出するエンコーダを具備し、前記回動部の回転量から回転角を算出する請求項の位置測定設定装置。
  6. 前記転写ロッドの先端が石突き形状又はスタンプ構造になっている請求項の位置測定設定装置。
  7. 前記転写機構は前記転写ロッドを解除可能な固定手段を具備している請求項1の位置測定設定装置。
  8. 前記転写ロッドは摺動自在に設けられ、前記転写機構は前記レーザ光線の照射高さを示すスケールを有し、前記転写ロッドの位置を前記スケールで読取ることで、レーザ光線の照射高さを測定可能とした請求項1の位置測定設定装置。
  9. 前記転写ロッドにスケールが形成されている請求項の位置測定設定装置。
  10. 前記測定点指標装置は前記回転レーザ装置の動作を制御する通信手段を有する請求項の位置測定設定装置。
  11. 前記通信手段は変調を付した光通信である請求項10の位置測定設定装置。
  12. 前記通信手段は無線であって、前記測定点指標装置に送信装置が備えられ、前記回転レーザ装置に受信装置が備えられている請求項10又は請求項11の位置測定設定装置。
  13. 前記通信手段は、前記回転レーザ装置の動作を制御する様に配列された反射面パターンである請求項10の位置測定設定装置。
  14. 請求項1に係る位置測定設定装置を用いた位置測定設定方法であって、
    前記測定点指標装置は位置情報を記憶すると共に、前記回転レーザ装置からの測定結果から現在の位置を算出するプログラムを備え、前記回転レーザ装置が既知点上に置かれた前記測定点指標装置を検知及び測定する第1ステップと、前記測定点指標装置からの通信により基準点であることを前記回転レーザ装置が認識する第2ステップと、移動した前記測定点指標装置を前記回転レーザ装置が測定する第3ステップと、前記測定点指標装置に記憶されている位置情報と前記第3ステップの測定結果を比較する第4ステップと、前記記憶されている位置情報と測定結果の一致により位置を決定する第5ステップからなることを特徴とする位置測定設定方法。
  15. 請求項1に係る位置測定設定装置を用いた位置測定設定方法であって、
    前記測定点指標装置は前記回転レーザ装置からの測定結果から位置を算出する位置演算プログラムと前記算出結果に基づいて所定の結果を得る測量プログラムとを備え、前記回転レーザ装置が既知点上に置かれた前記測定点指標装置を検知及び測定する第1ステップと、前記測定点指標装置からの通信により基準点であることを前記回転レーザ装置が認識する第2ステップと、移動した前記測定点指標装置を前記回転レーザ装置が測定する第3ステップと、前記第3ステップの測定結果から位置を算出する第4ステップと、前記算出結果を基に演算プログラムを実行し所定の結果を得る第5ステップからなることを特徴とする位置測定設定方法。
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