CN101263362A - 光学装置、及使用光学装置测量物体尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装置及使用装置测量物体尺寸的方法。该光学装置不使用高处作业车或梯子就地可测量远处的物体尺寸、例如混凝土的裂纹尺寸。为此，光学装置(例如测量装置10)包括具有焦点板(46)的望远镜(16)。焦点板(46)设有多个用于与投影在上述焦点板(46)上的物体(C)的像(C’)的大小(W)进行对比的参照标尺(52)。可以使用由该参照标尺(52)计测出的物体像的大小、由光学装置的测距部(20)计测出的距离(从基准点P₀到物体之间的距离)来测量物体的大小。

Description

光学装置、及使用光学装置测量物体尺寸的方法

技术领域

本发明涉及一种光学装置，特别是涉及一种可较好地应用于物体(例如，在混凝土结构物表面产生的裂纹)的尺寸测量的光学装置。本发明还涉及使用上述那样的光学装置测量物体尺寸的方法。

背景技术

作为诊断混凝土结构物(例如桥梁、隧道、大楼)的老化状态的方法之一，测量在混凝土表面产生的裂纹宽度(与裂纹传播方向垂直的方向上的大小)。但是，以往采用的用于测量裂纹宽度的方法，是使普通的标尺(scale)或裂纹宽度测量用的裂纹标尺与混凝土表面抵接、并通过目视测量裂纹宽度，因此，测量部位被限定在测量者的手可够到的范围内。另外，专利文献1中提出了一种在细长杆的前端安装有标尺或裂纹标尺的裂纹测量装置，但可用该装置测量的范围也限定于杆可够到的部位，不能测量到存在于例如桥梁的横梁、隧道的穹顶部的裂纹。

专利文献1：日本特开平8-94752号公报

由于这些原因，为了测量例如在混凝土结构物的高处部位产生的裂纹，不得不使用高处作业车或梯子，因此，测量需要很多时间。当然，存在即使使用高处作业车或梯子也够不到的高处的裂纹就不能测量的问题。

发明内容

因此，本发明涉及一种用于对物体、例如像混凝土结构物的裂纹那样，具有大约0.1～几毫米大小的物体，从远离该物体的地方(例如，远离几米～几百米的地方)进行测量的光学装置、及使用该光学装置测量物体尺寸的方法。

为了达到这样的目的，本发明的光学装置为包括具有焦点板(46)的望远镜(16)的光学装置(10)，在上述焦点板(46)上设有多个参照标尺(52)，该多个参照标尺(52)用于与投影在上述焦点板(46)上的物体(C)的像(C’)的大小(W’)进行对比。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述多个参照标尺(52)在与上述望远镜(16)的光轴(38)垂直的方向或以上述光轴(38)为中心的圆周方向中的任意排列方向上隔开间隔地排列。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述多个参照标尺(52)分别为在上述焦点板(46)上在二维方向扩展的标记。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述多个参照标尺(52)的标记在上述排列方向上分别具有与其他参照标尺的标记不同的大小。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述标记呈四边形状或圆的平面形状。

本发明的其他形式的光学装置，在上述多个参照标尺(52)的附近分别设有与上述多个参照标尺(52)的大小对应的标识(54)。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述光学装置(10)还具有测距部件(20)，该测距部件(20)测量从上述望远镜(16)的基准点(P₀)到用上述望远镜(16)瞄准的物体(C)之间的距离(L₀)。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述测距部件(20)具有激光测距部或超声波测距部。

本发明的其他形式的光学装置具有输入部(22)和运算部件(32)，该输入部(22)输入与上述多个参照标尺(52)相关的标识(54)，该运算部件(32)基于从上述输入部(22)输入的上述标识(54)和由上述测距部件(20)测量出的距离(L₀)来运算上述物体(C)的尺寸(W)。

本发明的其他形式的光学装置具有输出由上述运算部件(32)运算出的上述物体(C)的尺寸(W)的输出部(26)。

在本发明的其他形式的光学装置中，上述物体(C)的像(C’)为在混凝土结构物上产生的裂纹。

本发明的使用光学装置测量物体尺寸的方法包括准备光学装置(10)的工序和运算工序；该光学装置(10)具有望远镜(16)和测距部(20)，该望远镜(16)包括设有多个参照标尺(52)的焦点板(46)，该测距部(20)测量从用上述望远镜(16)瞄准的物体(C)到基准点(P₀)之间的距离(L₀)；在该运算工序中，将投影在上述望远镜(16)的焦点板(46)上的物体(C)的像(C’)与上述多个参照标尺(52)中的一个或多个参照标尺(52)进行比较，基于比较求得的值(54)和由上述测距部(20)测量出的距离(L₀)来运算上述物体(C)的尺寸(W)。

在本发明的其他形式的测量方法中，其中，上述物体(C)为在混凝土结构物的表面(Q)产生的裂纹，上述第2工序包括基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)的距离(L)的副工序、使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

在本发明的其他形式的测量方法中，上述物体(C)为在混凝土结构物的表面(Q)产生的裂纹，上述第2工序包括以下副工序：基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)之间的距离(L)的副工序；假想在上述表面(Q)上沿与上述裂纹的宽度尺寸垂直的方向延伸的延长线(L₁)的副工序；求出上述延长线(L₁)上的至少2点坐标〔P₁₍₁₎、P₁₍₂₎〕、上述表面上的1点坐标〔P₁₍₃₎〕的副工序；定义上述延长线(L₁)的副工序；定义上述表面(Q)的副工序；求出从上述基准点(P₀)向上述表面(Q)引出的垂线(L₃)与上述表面(Q)交叉的第1交点坐标(P₀’)的副工序；求出从上述基准点(P₀)向上述延长线(L₁)引出的垂线(L₂)与上述延长线(L₁)交叉的第2交点坐标(P₀”)的副工序；求出将上述基准点(P₀)与第2交点坐标(P₀”)连结起来的线(L₂)、和将上述第1交点坐标(P₀’)与第2交点坐标(P₀”)连结起来的线(L₄)所成的角度(θ)的副工序；使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

本发明的测量裂纹宽度的方法包括第1工序和第2工序；在第1工序中，准备具有望远镜(16)和测距部(20)的光学装置(10)，该望远镜(16)包括具有多个参照标尺(52)的焦点板(46)，该测距部(20)测量从用上述望远镜(16)瞄准的平面(Q)上的裂纹部分(C₁)到基准点(P₀)之间的距离(L₀)；在第2工序中，将投影在上述望远镜(16)的焦点板(46)上的裂纹像(C’)与上述多个参照标尺(52)中的一个或多个参照标尺(52)进行比较，利用比较求得的值(W’)和由上述测距部(20)测量出的距离(L₀)来运算上述裂纹部分(C₁)的宽度尺寸(W)。

在本发明的其他形式的测量裂纹宽度的方法中，上述第2工序包括基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)之间的距离(L)的副工序、使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

在本发明的其他形式的测量裂纹宽度的方法中，上述第2工序包括以下副工序：求出包含上述裂纹像(C’)的延长线(L₁)和上述基准点(P₀)的平面(Q₀)与上述平面(Q)的交角(θ)的副工序；基于上述距离(L0)求出上述焦点板(46)与上述裂纹部分(C1)之间的距离(L)的副工序；使用上述值(W’)、交角(θ)、距离(L)求出上述宽度尺寸(W)的副工序。

采用这样的光学装置及方法，不使用高处作业车或梯子，就可以测量远处的物体尺寸、例如混凝土的裂纹尺寸。

附图说明

图1为作为本发明光学装置的实施方式的测量装置的立体图。

图2为表示图1所示测量装置的结构与功能的框图。

图3为表示图1所示测量装置的望远镜的概略结构的剖视图。

图4为表示投影在图3所示的焦点板上的物体(裂纹)与参照标尺的图。

图5为表示图2所示测距部的结构与功能的框图。

图6为表示图1所示的输入部与表示部的详细的图。

图7为说明测量物体宽度或裂纹宽度的原理的图。

图8为放大投影在望远镜的焦点板上的裂纹而得的图。

图9为表示裂纹宽度、裂纹像宽度、角度的关系的图。

图10为表示投影在望远镜的焦点板上的裂纹、延长线(假想线)、计测点的图。

图11为表示角度的计算方法的图。

图12为表示求出裂纹宽度的步骤的流程图。

图13为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图14为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图15为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图16为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图17为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图18为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图19为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图20为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

图21为表示形成在焦点板上的参照标尺、尺寸标识的其他例子的图。

附图标记说明

10：激光测量装置(全站仪(total station))；12：基台；14：主体；16：望远镜；18：物体；20：测距部；22：输入部；24：显示部；26：输出部；28：计算机；30：控制部；32：裂纹宽度运算部；34：坐标运算部；35：存储部；36：镜筒；38：光轴；40：物镜；42：对焦透镜；44：正像棱镜；46：焦点板(焦点板)；48：目镜；50：十字线；52：参照标尺；54：数值标识；56：激光；58：发光部；60：受光部；62：运算部；64：光学系统；66：棱镜；68：功能键；70：0～9数字键；72：光标移动键；74：回车(进入)键；76：液晶显示器；C’：裂纹像。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的光学装置及使用该光学装置测量物体尺寸的方法。另外，在本专利申请中，“光学装置”包括望远镜、含有望远镜的瞄准装置、具有瞄准功能和测距功能的测量装置。另外，“物体”不必一定是有限尺寸的独立物体，还包含物体的一部分或隶属于物体的有形物(例如，在混凝土结构物上产生的裂纹的一部分)。其中，为了容易理解发明，在以下说明中，说明将本发明组入测量装置的状态下使用该测量装置测量在混凝土结构物上形成的裂纹大小(宽度)的方法。

(1-1：测量装置)

图1表示将本发明的光学装置具体化了的激光测量装置(全站仪)10。测量装置10与普通的测量装置相同，包括与未图示的三角架自由装卸地连结固定的基台12、能以垂直轴(Z轴)为中心旋转地与基台12连结的主体14、能以水平轴(X轴)为中心旋转地与主体14连结的望远镜16。测量装置10具有测距部件或测距部(在图2中用附图标记20表示)，该测距部件或测距部用于测量3轴-垂直轴(Z轴)、水平轴(X轴)、及与望远镜16的光轴38重合的Y轴相交叉的基准点(基准坐标或机械坐标)P₀、与用望远镜16瞄准的物体18之间的距离。在实施方式中，测量装置10具有用于输入测量所需数据的输入部22、显示测量结果等的显示部24、将从输入部22输入的数据、测量结果数据输出到其他装置(例如计算机28)上的输出部26。

图2为从功能方面表示测量装置10的结构的框图。如图示所示，测量装置10具有控制部30。控制部30与测距部20、输入部22、显示部24、输出部26电连接，如以后的详细说明，综合控制这些测距部20、输入部22、显示部24、输出部26。控制部30具有裂纹宽度运算部32、坐标运算部34和存储部35；该裂纹宽度运算部32用于运算物体的大小、例如在混凝土结构物上形成的裂纹宽度；该坐标运算部34用于运算测量对象的空间坐标、例如位于用望远镜16瞄准的位置的裂纹部分的三维坐标；该存储部35用于存储坐标运算、裂纹宽度运算所需的程序、数据。除此之外，虽然未图示，但测量装置10还具有测量所需的构成元件、例如校准器、测角部等。

(1-2：望远镜)

图3表示望远镜16的概略结构。如图示所示，望远镜16在镜筒(在图1中用附图标记36表示)内，从物体侧朝向测量操作员侧(图中的左侧到右侧)，沿光轴38依次具有物镜40、对焦透镜42、正像棱镜44、焦点板46、目镜48，被瞄准的物体像(例如，裂纹像)通过物镜40、对焦透镜42、正像棱镜44成像到焦点板46上，由此，操作员通过目镜48放大观察物体像。

(1-3：焦点板及参照标尺)

图4将被画在焦点板46上的瞄准标识十字线50和多个标记或参照标尺52、与在焦点板46上成像并通过目镜48观察到的物体像或裂纹像C’一并表示。十字线50的交点位于光轴38上。在实施方式中，多个(例如16个)参照标尺52形成在焦点板46的周边区域。多个参照标尺52分别由具有较大的横向尺寸和较小的纵向尺寸的四边形或带状的标记构成，在与光轴垂直的上下方向上隔开间隔地排列成一排。如图示所示，多个带状参照标尺的横向长度相同。另一方面，多个带状参照标尺的纵向尺寸不同，使配置于最下段的参照标尺的纵向尺寸最短、配置于最上段的参照标尺的纵向尺寸最长，并且越是位于上段的参照标尺的纵向尺寸就越大。

在实施方式中，从第2格到最上格的参照标尺52的纵向尺寸为最下格的参照标尺52的纵向尺寸的整数倍。另外，在各参照标尺52的横向侧方上标有与其参照标尺对应的尺寸标识54的数值，在最上格的参照标尺52(1)的横向侧方标有尺寸标识“1”、在最下格的参照标尺52(16)的旁边标有尺寸标识“16”。尺寸标识54不必一定为数值，也可以为其他标记(例如字母)。各尺寸标识54的数值与相对应的参照标尺52的实际纵向尺寸相关，尺寸标识54与实际纵向尺寸的关系以图表或公式的形式存储于存储部35。因此，操作员将投影在焦点板上的物体像与参照标尺进行对比，当将具有与物体像大小相同的参照标尺或具有最接近物体像大小的参照标尺的尺寸标识的数值，通过输入部22输入到测量装置10时，测量装置10可以计算投影在焦点板46上的物体像的大小。

(1-4：测距部)

参照图5，测距部20具有发光部(激光装置)58、受光部60、运算部62、光学系统64，该发光部58为输出激光的、例如激光二极管等；该受光部60接受来自物体(例如裂纹)的激光反射光；该运算部62基于从激光发射到受光的时间、运算从物体到基准点P₀之间的距离；该光学系统64将从发光部58射出的激光沿望远镜16的光轴38引导至物体，并且将沿光轴38从物体返回的激光引导至受光部60。如图示所示，构成光学系统64的一部分的棱镜66配置于望远镜16的内部，由此，激光56的路线与望远镜16的光轴38重合。另外，激光测距部20的距离计算，并不限定于利用从发光到受光的时间的方法，例如也可以根据两者的相位差求出距离。

(1-5：输入部)

如图6所示，输入部22具有多个键、例如功能键68、0～9数字键70、光标移动键72、回车键(记入)74。在此，功能键68用于指示执行后述的裂纹尺寸测量的处理。另外，0～9数字键70用于输入标在焦点板46上的尺寸标识54的数值。

(1-6：显示部)

如图6所示，显示部24具有液晶显示器76。在液晶显示器76上显示由测距部20测量出的数值(例如距离、方位角)、通过0～9数字键70输入的尺寸标识54的数值、由裂纹宽度运算部32运算出的裂纹宽度、由坐标运算部34运算出的坐标值、测量结果之外的操作上所需的信息。

(1-7：输出部)

如图1所示，输出部26将显示于显示部24上的各种信息(测量结果等)输出到与输出部26连接的计算机28。

(2-1：计算方法的基本思想)

下面，说明计算在混凝土结构物表面产生的裂纹宽度的方法的基本思想。其中，为了容易说明，首先，如图7所示，考虑用设置于高处的测量装置10观察在位于其下方的水平面(例如，混凝土结构物的表面)Q上产生的恒定宽度W的直线裂纹C的状况。图中画着的裂纹C具有相当大的宽度，但这是为了容易理解计算方法。在此，使裂纹C的沿长度方向延长的一缘线为L_L，另一缘线为L_R。使包含裂纹C的一缘线L_L和测量装置的基准点P₀的倾斜的平面(图中为包含由点P₀、P_L0、P_L2形成的三角形的面)为Q₀。另外，使通过点P₀的箭头D₁方向的垂直平面(图中为包含由点P₀、P₀’、P_L0形成的三角形的面)为Q₁。在此，如图示所示，点P₀’为通过点P₀的垂线与平面Q₀的交叉点，点P_L0为倾斜平面Q₀与垂直平面Q₁交叉的缘线L_L上的点。另外，点P_R0为通过点P_L0为垂直横切裂纹C的线与另一方缘线L_R交叉的点。

图8表示在该状况下投影在测量装置10的望远镜16的焦点板46上的图像。图中，附图标记C’表示裂纹C的投影像，附图标记W’表示投影出的裂纹像C’的宽度。附图标记P_L0’、P_R0’、P_R1’、P_M1’分别表示与图7的点P_L、P_R0、P_P1、P_M1对应的投影点。线L_L’、L_R’分别表示与图7的缘线L_L、L_R对应的投影线。附图标记Q₀’、Q₁’分别为将图7的平面Q₀、Q₁投影在焦点板46上的线。如图示所示，在焦点板46上，平面Q₁的投影像Q₁’倾斜地横穿过裂纹像C’。另外，与裂纹C的实际横向宽度W对应的、将点P_L0、P_R0连结起来的线的投影线为通过投影点P_L0’、P_R0’倾斜地横穿过裂纹像W’的线。另外，图8所表示的多条线中的线L_L’、L_R’以外的线(例如，投影线Q₁’、将点P_L0’与P_R0’连结起来的线、将点P_M1’与点P_R1’连结起来的线)，实际上为不显示在焦点板46上的线。

在焦点板46上与实际裂纹C的横向宽度W对应的线，为倾斜地横穿过裂纹像C’的线(将点P_L0’与P_R0’连结起来的线)，而不是垂直横切裂纹像C’的线(将点P_L0’P_R1’连结起来的线)。如图7所示，垂直横切该裂纹像C’的线为从另一方缘线L_R上的任意点(例如，点P_R1)向倾斜的平面Q₀引出垂线时，该垂线与倾斜的平面Q₀交叉的点P_M1与点P_R1连结起来的垂线的投影，在本发明中，使用在焦点板46上显示的裂纹像的宽度求出实际的裂纹宽度，观察者从焦点板46读取的裂纹像的宽度W’为该垂线的长度。

如图7所示，考虑包含点P₀、P₀’、与裂纹C垂直交叉的三角形的垂直平面Q₂。如图示所示，垂直平面Q₂与缘线L_L、L_R交叉的点分别为点P_L2、P_R2。另外，考虑包含缘线L_R与垂线(将点P_R1、P_M1连结起来的线)的四边形的平面Q₃。如图示所示，平面Q₂与平面Q₃的交叉线为将点P_M2与点P_R2连结起来的线(垂线)。在此，将点P_M2与点P_R2连结起来的垂线与将点P_M1和P_R1连结起来的垂线平行且具有相同长度。利用该关系，如从与缘线L_L、L_R平行的方向D₂(参照图7)看平面Q₁、Q₂时的图9所示，可以基于裂纹像C’的宽度W’求出将点P_M2与点P_R2连结起来的垂线的长度W”，根据该长度W”求出实际裂纹C的宽度W。

(2-2：裂纹宽度W的计算)

垂线长W”与在焦点板46上成像的裂纹像C’的宽度W’、和从焦点板46到裂纹C之间的距离L的积大致成比例，由以下的公式1提供。

[公式1]

W”＝αLW’

式中，系数α为由望远镜的光学系统确定的常数，例如为由物镜的倍率等确定的值。从物体(裂纹)到焦点板之间的距离L是基于由测距部得到的距离测量结果得到的。具体地说明，在测量装置10中，从基准点P₀到焦点板46之间的距离ΔL为已知。另外，从基准点P₀到裂纹之间的距离L₀由测距部20求出。裂纹宽度运算部32基于这些值计算从物体到焦点板之间的距离L(＝L₀+ΔL)。

操作员基于通过输入部22输入的尺寸标识(例如，“1”～“16”的值)得到在焦点板46上成像的裂纹像C’的宽度W’。具体地说明，如上述那样，标在焦点板46上的尺寸标识与其实际纵向尺寸的关系以图表或公式的形式存储于存储部35中。因此，操作员将投影在焦点板上的裂纹像C’的宽度W’与参照标尺进行对比，当从输入部22输入具有与宽度W’相同大小(纵向尺寸)的参照标尺或具有最接近于裂纹像的大小(纵向尺寸)的参照标尺的尺寸标识时，裂纹宽度运算部32基于存储部35的图表或关系式来计算焦点板46上的裂纹像的宽度W’。例如，当操作员从输入部22输入尺寸标识“10”时，裂纹宽度运算部32计算实际的裂纹像的宽度为“5μm”。

应该注意的是公式1为理想的式子，在式中，垂线长W”表示为与裂纹像C’的宽度W’和从焦点板46到裂纹之间的距离L成比例，但实际的光学系统包含各种像差，因此，在实际计算中优选使用将公式1变形而得的下述公式2，实验求出包含于该公式2中的系数α₁、α₂的值。

[公式2]

W”＝(α₁L+α₂)W’

在此，如图9所示，垂线长W”与实际的裂纹C的宽度W具有以下的公式3的关系。

[公式3]

W”＝Wsinθ

例如，在图7中，角度θ为将点P₀与点P_L2连结起来的线、和将点P₀’与点P_L2连结起来的线交叉的角度、或平面Q与Q₀的交角。角度θ的求法以后说明。

根据公式2、3得到以下的公式4。

[公式4]

$W=\frac{({\mathrm{\α}}_{1}L+{\mathrm{\α}}_2)W^{\′}}{\sin \mathrm{\θ}}$

系数α₁、α₂例如可以通过以下的顺序求出。首先，在壁面标出不同大小(宽度)W’的多个(n个)标记(例如，长方形的标记)，测量各标记的宽度W(W₁…W_n)。接着，设置测量装置，测量从测量装置(基准点P₀)到各标记之间的距离L(L₁…L_n)。并且，读取投影在焦点板上的各标记的大小(尺寸标识)W’(W₁’…W_n’)。然后，求出各标记的角度θ。接着，对这4个值(L、W、W’、θ)进行统计处理(例如，最小平方法)，求出系数α₁、α₂。或者，系数α₁、α₂也可以如下这样求出：在壁面上标出一个规定大小(宽度)W的标记，改变从壁面到测量装置之间的距离L(L₁…L_n)，读取各距离的尺寸标识W’(W₁’…W_n’)，对上述值(L、W、W’、θ)进行统计处理。另外，也可以在壁面上的同一个部位轮流标出多个标记，即，将距离L和角度θ保持为恒定，根据宽度W、W’的关系求出系数α₁、α₂。像以上那样计算出的系数α₁、α₂被存储于存储部35。

也可以代替公式4，使用加入了考虑各个光学装置固有的机械误差等的修正常数α₃的以下公式5。

[公式5]

$W=\frac{({\mathrm{\α}}_{1}L+{\mathrm{\α}}_2)W^{\′}}{\sin \mathrm{\θ}}+{\mathrm{\α}}_3$

(2-3：角度θ的计算)

如图1所示，在混凝土结构物的表面上产生的裂纹的行进方向不受限定，为蜿蜒曲折的形状。因此，如图11所示，在测量实际的裂纹宽度时，假设一条投影在焦点板46上的裂纹上的、欲测量的裂纹宽度的裂纹部分C₁的延长线L₁。该延长线L₁为沿与测量对象的裂纹部分C₁的宽度方向垂直的方向延伸的线。具体地讲，可以通过特定认为存在于该延长线L₁上的结构物表面上的2点来计算延长线L₁。图中，用P₁₍₁₎、P₁₍₂₎表示被特定的点。如后述说明，由于需要定义存在有裂纹部分C₁的混凝土表面的函数，因此，此时，一并特定裂纹部分C₁附近的第3点P₁₍₃₎。在图10中，分别用P₁₍₁₎’、P₁₍₂₎’、P₁₍₃₎’表示点P_{1 (1)}、P₁₍₂₎、P₁₍₃₎的投影点。

接着，使用测量装置求出3点P₁₍₁₎、P₁₍₂₎、P₁₍₃₎各自的坐标(x₁、y₁、z₁)、(x₂、y₂、z₂)、(x₃、y₃、z₃)。此时，测量装置使用其基准点P₀、和从该基准点到各点之间的倾斜距离及方位角进行计算。

使用计算出的2点P₁₍₁₎、P₁₍₂₎的坐标(x₁、y₁、z₁)、(x₂、y₂、z₂)求出裂纹延长线L₁的函数。例如，用以下的公式6定义该延长线L₁。

[公式6]

$\frac{x-x_1}{k_1}=\frac{y-y_1}{k_2}=\frac{z-z_1}{k_3}$

k₁＝x₂-x₁

k₂＝y₂-y₁

k₃＝z₂-z₁

使用3点P₁₍₁₎、P₁₍₂₎、P₁₍₃₎的坐标(x₁、y₁、z₁)、(x₂、y₂、z₂)、(x₃、y₃、z₃)，例如用公式7定义混凝土表面的函数。

[公式7]

m₁(x-x₁)+m₂(y-y₁)+m₃(z-z₃)＝0

m₁＝(y₂-y₁)(z₃-z₁)-(y₃-y₁)(z₂-z₁)

m₂＝(z₂-z₁)(x₃-x₁)-(z₃-z₁)(x₂-x₁)

m₃＝(x₂-x₁)(y₃-y₁)-(x₃-x₁)(y₂-y₁)

如图11所示，求出从基准点P₀(x₀、y₀、z₀)向延长线L₁引出的垂线L₂的函数、和延长线L₁与垂线L₂的交点的坐标P₀”(x₀”、y₀”、z₀”)。坐标P₀”在延长线L₁上，是与基准点P₀的距离最小的点，因此，可以计算与基准点P₀的距离为最小的延长线L₁上的点P₀”，可以求出将该点P₀”与基准点P₀连结起来的直线。例如，垂线L₂用以下的公式8定义。

[公式8]

$\frac{x-x_0}{k_4}=\frac{y-y_0}{k_5}=\frac{z-z_0}{k_6}$

k₄＝x₀″-x₀

k₅＝y₀″-y₀

k₆＝z₀″-z₀

接着，求出从基准点P₀(x₀、y₀、z₀)向平面Q(或包含平面的假想面)引出的垂线L₃的函数、和平面Q与垂线L₃的交点P₀’的坐标P₀’(x₀’、y₀’、z₀’)。坐标P₀’在平面Q上，是与基准点P₀的距离最小的点，因此，可以计算与基准点P₀的距离为最小的平面上的点P₀’，可以求出将该点P₀’与基准点P₀连结起来的直线。例如，垂线L₃用以下的公式9定义。

[公式9]

$\frac{x-x_0}{k_7}=\frac{y-y_0}{k_8}=\frac{z-z_0}{k_9}$

k₇＝x₀′-x₀

k₈＝y₀’-y₀

k₉＝z₀′-z₀

求出将点P₀’(x₀’、y₀’、z₀’)与点P₀”(x₀”、y₀”、z₀”)连结起来的垂线L₄。例如，垂线L₄用以下的公式10定义。

[公式10]

$\frac{x-{x_0}^{\′}}{k_{10}}=\frac{y-{y_0}^{\′}}{k_{11}}=\frac{z-{z_0}^{\′}}{k_{12}}$

k₁₀＝x₀″-x₀

k₁₁＝y₀″-y₀

k₁₂＝z₀″-z₀

求出垂线L₂与L₄的交角θ。另外，由于交角θ为将P₀、P₀”、P₀’这3点连结起来的角度，因此，也可根据这3个坐标进行计算。

(2-2：裂纹宽度的测量)

参照图12的流程图详细说明混凝土结构物的表面产生的裂纹宽度的测量。

步骤S101：接通输入部22的裂纹宽度测量模式键(功能键)。由此，控制部30基于其接通信号开始裂纹宽度测量模式。

步骤S102：用望远镜16瞄准测量对象的裂纹部分C₁(参照图11)。

步骤S103：调整对焦透镜42，以使裂纹部分C₁的像清晰地成像于焦点板46上。

步骤S104：接通输入部22的测距键(功能键)。控制部30基于其接通信号驱动测距部20，测量从基准点P₀到裂纹部分C₁之间的距离L₀。测量出的距离L₀被存储到存储部35。此时，优选为，与距离L₀一起、或代替L₀，基于距离L₀与ΔL计算从焦点板到裂纹之间的距离L，将该值L存储到存储部35。

步骤S105：假想裂纹部分C₁的裂纹延长线L₁在平面(混凝土表面)Q上，瞄准该延长线L₁上的2点P₁₍₁₎、P₁₍₂₎和在裂纹部分C₁附近的平面上的另一点P₁₍₃₎，求出各自的坐标(x₁、y₁、z₁)、(x₂、y₂、z₂)、(x₃、y₃、z₃)。将测量出的坐标存储到存储部35。

步骤S106：使望远镜16在水平方向及/或垂直方向上移动，在裂纹像C’的附近配置参照标尺52，或者使参照标尺52重叠在裂纹像C’上。

步骤S107：读取与裂纹像C’的宽度相同或最接近于它的大小的参照标尺52的尺寸标识。

步骤S108：从输入部22输入读取到的尺寸标识54。

步骤S109：控制部30的裂纹宽度运算部32基于输入来的尺寸标识、存储部35的图表或关系式，计算投影在焦点板46上的裂纹像C’的宽度尺寸W’。将计算出的宽度W’存储到存储部35。

步骤S110：裂纹宽度运算部32还使用基准点P₀、测点P₁₍₁₎、P₁₍₂₎、P₁₍₃₎的坐标，如上述那样计算角度θ。

步骤S111：裂纹宽度运算部32使用距离L、系数α₁、α₂、裂纹像宽度W’来计算裂纹C的宽度W。

步骤S112：将计算出的裂纹宽度W显示于显示部24的液晶显示器上。在输出部26上连接有计算机28的情况下，将裂纹宽度W发送到该计算机28。

(5：变形例)

以上说明了本发明的尺寸测量装置，但可在权利要求书记载的技术方案的范围内进行各种改变。

例如，在以上说明中，对于测量装置10的光轴38与具有测量裂纹的壁面倾斜交差的情况下，对正确地计算出其裂纹宽度的方法进行了说明，但即使在光轴与壁面不垂直的情况下，也可以简单地使用公式11计算裂纹的宽度。

[公式11]

W＝(α₁L+α₂)W’+α₃

另外，裂纹宽度运算部也可以设置在与测量装置10的输出部26连接的外部装置、例如计算机28上，计算机28基于存储于该计算机28的程序、基于上述计算程序来计算裂纹宽度。在该情况下，从测量装置10将测距部20的测量结果(从基准点到物体之间的距离)发送到计算机28。另外，参照标尺52的尺寸标识(数值)也可以直接输入到计算机28。然后，计算机28基于上述的计算程序、基于表示尺寸标识和物体像尺寸的关系的图表或公式，根据尺寸标识计算物体像的大小。另外，根据物体像的大小和距离计算物体的实际尺寸。

参照标尺的形状、配置(部位、方向)并不限于上述图4的形式。例如，在图13所示的实施方式中，在左右方向配置有多个参照标尺，那些隶属于参照标尺的尺寸标识的数值被配置于参照标尺的上方。在图14所示的实施方式中，沿以光轴为中心的径向配置有多个参照标尺。在图15所示的实施方式中，各参照标尺沿以光轴为中心的周向延伸。在此，各参照标尺为大致圆形，但也可以为在周向上伸展规定角度的圆弧状。在图16所示的实施方式中，在焦点板的上部区域沿径向配置有横向宽度较小的多个参照标尺，在焦点板的下部区域沿径向配置有横向宽度较大的多个参照标尺。在图17所示的实施方式中，多个参照标尺具有相同的横向宽度，例如在与光轴垂直的水平方向上设有刻度。在图18、图19所示的实施方式中，各参照标尺用中实、中空的圆表示。这样，可以自由改变参照标尺的形状与排列方向，从而可以更简单地读取投影在焦点板上的物体像的大小。另外，通过设置多个参照标尺排列，可以将望远镜的移动抑制在最小限。在图20、图21所示的实施方式中，优选为，实心圆或中空心圆的参照标尺，以等间隔配置于以光轴为中心的一个或多个圆周上。

测距部件并不限于使用激光的测距部，也可以为使用超声波的超声波测距部。

在上述实施方式中，从输入部输入参照标尺的尺寸标识，但也可以预先准备表示尺寸标识和物体像尺寸的关系的图表，从输入部输入根据其图表得到的物体像尺寸。

另外，在上述实施方式中，是在焦点板上设置参照标尺，但只要是操作员通过目镜清晰地看见物体像和参照标尺，例如，也可以在光轴方向上、在焦点板的前后、在焦点深度的范围内配置玻璃等透明板(焦点板)，在该透明板上标出参照标尺。

另外，以上说明了使用本发明的光学装置测量裂纹大小的方法，但测量对象并不限于裂纹，所有物体都能作为测量对象。

Claims (17)

1.一种光学装置，其为包括具有焦点板(46)的望远镜(16)的光学装置(10)，其特征在于，在上述焦点板(46)上设有多个参照标尺(52)，该多个参照标尺(52)用于与投影在上述焦点板(46)上的物体(C)的像(C’)的大小(W’)进行对比。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，上述多个参照标尺(52)在与上述望远镜(16)的光轴(38)垂直的方向或以上述光轴(38)为中心的圆周方向中的任意一个排列方向上隔开间隔地排列。

3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，上述多个参照标尺(52)分别为在上述焦点板(46)上在二维方向扩展的标记。

4.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，上述多个参照标尺(52)的标记在上述排列方向上分别具有与其他参照标尺的标记不同的大小。

5.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于，上述标记呈四边形状或圆的平面形状。

6.根据权利要求4或5所述的光学装置，其特征在于，在上述多个参照标尺(52)的附近分别设有与上述多个参照标尺(52)的大小对应的标识(54)。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学装置，其特征在于，上述光学装置(10)还具有测距部件(20)，该测距部件(20)测量从上述望远镜(16)的基准点(P₀)到用上述望远镜(16)瞄准的物体(C)之间的距离(L₀)。

8.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于，上述测距部件(20)具有激光测距部或超声波测距部。

9.根据权利要求7或8所述的光学装置，其特征在于，该光学装置具有输入部(22)和运算部件(32)；该输入部(22)输入与上述多个参照标尺(52)相关的标识(54)；该运算部件(32)基于从上述输入部(22)输入的上述标识(54)和由上述测距部件(20)测量出的距离(L)来运算上述物体(C)的尺寸(W)。

10.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，该光学装置具有输出部(26)，该输出部(26)用于输出由上述运算部件(32)运算出的上述物体(C)的尺寸(W)。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的光学装置，其特征在于，上述物体(C)的像(C’)为在混凝土结构物上产生的裂纹的像。

12.一种使用光学装置测量物体尺寸的方法，其特征在于，该方法包括第1工序和第2工序；

在第1工序中，准备光学装置(10)，该光学装置(10)具有望远镜(16)和测距部(20)，该望远镜(16)包括设有多个参照标尺(52)的焦点板(46)，该测距部(20)测量从用上述望远镜(16)瞄准的物体(C)到基准点(P₀)之间的距离(L₀)；

在第2工序中，将投影在上述望远镜(16)的焦点板(46)上的物体(C)的像(C’)与上述多个参照标尺(52)中的一个或多个参照标尺(52)进行比较，利用比较求得的值(W’)和由上述测距部(20)测量出的距离(L₀)来运算上述物体(C)的尺寸(W)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述物体(C)为在混凝土结构物的表面(Q)产生的裂纹，上述第2工序包括以下副工序：

基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)之间的距离(L)的副工序，

使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，上述物体(C)为在混凝土结构物的表面(Q)产生的裂纹，上述第2工序包括以下副工序：

基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)之间的距离(L)的副工序，

假想在上述表面(Q)上沿与上述裂纹的宽度尺寸垂直的方向延伸的延长线(L₁)的副工序，

求出上述延长线(L₁)上的至少2点坐标〔P₁₍₁₎、P₁₍₂₎〕、上述表面上的1点坐标〔P₁₍₃₎〕的副工序，

使用上述坐标〔P₁₍₁₎、P₁₍₂₎〕定义上述延长线(L₁)的副工序，

使用上述坐标〔P₁₍₁₎、P₁₍₂₎、P₁₍₃₎〕定义上述表面(Q)的副工序，

求出从上述基准点(P₀)向上述表面(Q)引出的垂线(L₃)与上述表面(Q)交叉的第1交点坐标(P₀’)的副工序，

求出从上述基准点(P₀)向上述延长线(L₁)引出的垂线(L₂)与上述延长线(L₁)交叉的第2交点坐标(P₀”)的副工序，

求出将上述基准点(P₀)与第2交点坐标(P₀”)连结起来的线(L₂)、和将上述第1交点坐标(P₀’)与第2交点坐标(P₀”)连结起来的线(L₄)所成的角度(θ)的副工序，

使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

15.一种使用光学装置测量裂纹宽度的方法，其特征在于，该方法包括第1工序和第2工序，

在第1工序中，准备光学装置(10)，该光学装置(10)具有望远镜(16)和测距部(20)，该望远镜(16)包括设有多个参照标尺(52)的焦点板(46)，该测距部(20)测量从用上述望远镜(16)瞄准的平面(Q)上的裂纹部分(C₁)到基准点(P₀)之间的距离(L₀)；

在第2工序中，将投影在上述望远镜(16)的焦点板(46)上的裂纹像(C’)与上述多个参照标尺(52)中的一个或多个参照标尺(52)进行比较，利用比较求得的值(W’)和由上述测距部(20)测量出的距离(L₀)来运算上述裂纹部分(C₁)的宽度尺寸(W)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述第2工序包括以下副工序：

基于上述距离(L₀)求出从上述焦点板(46)到裂纹(C)之间的距离(L)的副工序，

使用上述值(W’)、距离(L)、角度(θ)求出上述裂纹(C)的宽度(W)的副工序。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

上述第2工序包括以下副工序：

求出包含上述裂纹像(C’)的延长线(L₁)和上述基准点(P₀)的平面(Q₀)、与上述平面(Q)的交角(θ)的副工序，

基于上述距离(L₀)求出上述焦点板(46)与上述裂纹部分(C₁)之间的距离(L)的副工序，

使用上述值(W’)、交角(θ)、距离(L)求出上述宽度尺寸(W)的副工序。

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