CN106197308B

CN106197308B - 测量装置

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Publication number: CN106197308B
Application number: CN201610359332.8A
Authority: CN
Inventors: 熊谷薰; 吉野健一郎
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: JP6539501B2; US9909871B2; EP3098564A1; JP2016223841A; EP3098564B1; CN106197308A; US20160349051A1

Abstract

本发明涉及测量装置。具备：水平旋转单元和装载于该水平旋转单元的测定单元，所述水平旋转单元具备：使所述测定单元旋转的驱动部、测定水平角数据的水平角检测器、第一同步数据产生部、第一存储部、以及第一控制部，所述第一同步数据产生部输出示出所述水平角检测器的水平角数据的取得时的定时的第一同步数据，所述第一控制部将所述水平角数据和所述第一同步数据相关联并储存到所述第一存储部中，所述测定单元具备：进行测距的测距部、对测距时的铅垂角进行检测的铅垂角检测器、第二同步数据产生部、第二存储部、以及第二控制部，所述测定单元基于由所述测距部得到的测距数据和由所述铅垂角检测器得到的铅垂角数据来取得二维测定数据，所述第二同步数据产生部输出示出所述测距数据取得时、所述铅垂角数据取得时的定时的第二同步数据，所述第二控制部将所述二维测定数据和所述第二同步数据相关联并储存到所述第二存储部中，所述水平角数据和所述二维测定数据能够基于所述第一同步数据和所述第二同步数据变换为三维数据。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及能够进行测定对象点的测定或测定对象物的点云数据的取得等不同的测定方式下的测定的测量装置。

背景技术

以往，在进行测定对象点的测定的情况下，使用全站仪，在对测定对象物的形状进行测定的情况下，使用激光扫描仪。该激光扫描仪将测定对象物的形状测定为具有坐标的无数的点的集合。

关于全站仪和激光扫描仪，测定方法不同，因此，为没有互换性的测量装置，需要与进行测定对象点的测定的情况、进行测定对象物的形状测定的情况各个情况对应的全站仪或激光扫描仪。

因此，需要多个测量装置，设备成本变高。特别地，激光扫描仪为高价的装置，为了设备而成本的负担大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在对测定对象点进行测定的测量装置或取得测定对象物的点云数据的测定装置等中简化装置结构来谋求成本的降低的测量装置。

为了达成上述目的，本发明的测量装置具备：水平旋转单元和装载于该水平旋转单元的测定单元，所述水平旋转单元具备：使所述测定单元旋转的驱动部、测定水平角数据的水平角检测器、第一同步数据产生部、第一存储部、以及第一控制部，所述第一同步数据产生部输出示出所述水平角检测器的水平角数据的取得时的定时的第一同步数据，所述第一控制部将所述水平角数据和所述第一同步数据相关联并储存到所述第一存储部中，所述测定单元具备：进行测距的测距部、对测距时的铅垂角进行检测的铅垂角检测器、第二同步数据产生部、第二存储部、以及第二控制部，所述测定单元基于由所述测距部得到的测距数据和由所述铅垂角检测器得到的铅垂角数据来取得二维测定数据，所述第二同步数据产生部输出示出所述测距数据取得时、所述铅垂角数据取得时的定时的第二同步数据，所述第二控制部将所述二维测定数据和所述第二同步数据相关联并储存到所述第二存储部中，所述水平角数据和所述二维测定数据能够基于所述第一同步数据和所述第二同步数据变换为三维数据。

此外，在本发明的测量装置中，所述水平旋转单元和所述测定单元分别具有GPS装置，所述第一同步数据产生部和所述第二同步数据产生部基于从所述GPS装置得到的定时信号来输出所述第一同步数据和所述第二同步数据。

此外，在本发明的测量装置中，构成为：所述第一控制部和所述第二控制部分别具有发出控制信号用的定时信号的时钟，所述第一控制部和所述第二控制部的任一个向所述第一控制部和所述第二控制部的任另一个输出控制信号，基于该控制信号使所述第一同步数据和所述第二同步数据同步。

此外，在本发明的测量装置中，所述水平旋转单元具有校平单元，所述测定单元具有对水平2个方向的倾斜进行检测的倾斜传感器，在利用所述校平单元将所述水平旋转单元校平为水平的状态下，校正所述测定单元相对于所述水平旋转单元的安装状态，以使所述倾斜传感器检测出水平。

此外，在本发明的测量装置中，构成为：所述测定单元为二维扫描仪单元，该二维扫描仪单元具备：发出脉冲测距光并且按照该脉冲测距光的每一个进行测距的距离测定部、设置于具有水平的轴心的铅垂旋转轴并且对所述脉冲测距光进行旋转照射的扫描镜、旋转所述铅垂旋转轴的电动机、以及对所述铅垂旋转轴的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述测定单元基于所述距离测定部的测距结果和所述铅垂角检测器所检测的测距时的铅垂角来取得二维点云数据。

此外，在本发明的测量装置中，构成为：所述测定单元为瞄准测距单元，该瞄准测距单元具备：能够沿铅垂方向旋转的望远镜部、沿铅垂方向旋转该望远镜部的电动机、以及对所述望远镜部的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述望远镜部具有瞄准望远镜和距离测定部，该距离测定部在利用所述瞄准望远镜瞄准了规定的测定点的状态下进行该测定点的测距，所述铅垂角检测器对瞄准了的状态的所述瞄准望远镜的铅垂角进行测定，所述测定单元基于测距结果和检测出的铅垂角来测定所述测定点的二维坐标。

此外，在本发明的测量装置中，在所述测定单元还装载有其他的测定单元，所述测定单元为所述瞄准测距单元，所述其他的测定单元为所述二维扫描仪单元。

进而此外，在本发明的测量装置中，所述水平旋转单元为全站仪所具备的水平旋转机构部，在该水平旋转机构部装载有所述二维扫描仪单元。

根据本发明，具备：水平旋转单元和装载于该水平旋转单元的测定单元，所述水平旋转单元具备：使所述测定单元旋转的驱动部、测定水平角数据的水平角检测器、第一同步数据产生部、第一存储部、以及第一控制部，所述第一同步数据产生部输出示出所述水平角检测器的水平角数据的取得时的定时的第一同步数据，所述第一控制部将所述水平角数据和所述第一同步数据相关联并储存到所述第一存储部中，所述测定单元具备：进行测距的测距部、对测距时的铅垂角进行检测的铅垂角检测器、第二同步数据产生部、第二存储部、以及第二控制部，所述测定单元基于由所述测距部得到的测距数据和由所述铅垂角检测器得到的铅垂角数据来取得二维测定数据，所述第二同步数据产生部输出示出所述测距数据取得时、所述铅垂角数据取得时的定时的第二同步数据，所述第二控制部将所述二维测定数据和所述第二同步数据相关联并储存到所述第二存储部中，所述水平角数据和所述二维测定数据能够基于所述第一同步数据和所述第二同步数据变换为三维数据，因此，能够个别地进行利用所述水平旋转单元的水平角数据的取得和利用所述测定单元的二维测定数据的取得，能够省略在所述水平旋转单元与所述测定单元间的数据的授受，能够简化电路结构，进而，所述水平旋转单元与所述测定单元的分离变得容易，也能够进行该测定单元的交换。

此外，根据本发明，所述水平旋转单元和所述测定单元分别具有GPS装置，所述第一同步数据产生部和所述第二同步数据产生部基于从所述GPS装置得到的定时信号来输出所述第一同步数据和所述第二同步数据，因此，由所述水平旋转单元取得的水平角数据与由所述测定单元取得的二维测定数据的相关联变得容易，能够基于两个数据来进行向三维数据的变换。

此外，根据本发明，构成为：所述第一控制部和所述第二控制部分别具有发出控制信号用的定时信号的时钟，所述第一控制部和所述第二控制部的任一个向所述第一控制部和所述第二控制部的任另一个输出控制信号，基于该控制信号使所述第一同步数据和所述第二同步数据同步，因此，由所述水平旋转单元取得的水平角数据与由所述测定单元取得的二维测定数据的相关联变得容易，能够基于两个数据来进行向三维数据的变换。

此外，根据本发明，所述水平旋转单元具有校平单元，所述测定单元具有对水平2个方向的倾斜进行检测的倾斜传感器，在利用所述校平单元将所述水平旋转单元校平为水平的状态下，校正所述测定单元相对于所述水平旋转单元的安装状态，以使所述倾斜传感器检测出水平，因此，保证由所述测定单元取得的二维测定数据的精度。

此外，根据本发明，构成为：所述测定单元为二维扫描仪单元，该二维扫描仪单元具备：发出脉冲测距光并且按照该脉冲测距光的每一个进行测距的距离测定部、设置于具有水平的轴心的铅垂旋转轴并且对所述脉冲测距光进行旋转照射的扫描镜、旋转所述铅垂旋转轴的电动机、以及对所述铅垂旋转轴的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述测定单元基于所述距离测定部的测距结果和所述铅垂角检测器所检测的测距时的铅垂角来取得二维点云数据，因此，能够将测量装置用作三维激光扫描仪。

此外，根据本发明，构成为：所述测定单元为瞄准测距单元，该瞄准测距单元具备：能够沿铅垂方向旋转的望远镜部、沿铅垂方向旋转该望远镜部的电动机、以及对所述望远镜部的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述望远镜部具有瞄准望远镜和距离测定部，该距离测定部在利用所述瞄准望远镜瞄准了规定的测定点的状态下进行该测定点的测距，所述铅垂角检测器对瞄准了的状态的所述瞄准望远镜的铅垂角进行测定，所述测定单元基于测距结果和检测出的铅垂角来测定所述测定点的二维坐标，因此，能够将测量装置用作全站仪。

此外，根据本发明，在所述测定单元还装载有其他的测定单元，所述测定单元为所述瞄准测距单元，所述其他的测定单元为所述二维扫描仪单元，因此，所述测定单元能够根据测定条件来作为全站仪或作为三维激光扫描仪使用。

进而此外，根据本发明，所述水平旋转单元为全站仪所具备的水平旋转机构部，在该水平旋转机构部装载有所述二维扫描仪单元，因此，能够将三维激光扫描仪的功能追加到原有的全站仪中。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的测量装置的概略说明图。

图2是本发明的第二实施例的测量装置的概略说明图。

图3是本发明的第三实施例的测量装置的概略说明图。

图4是本发明的第四实施例的测量装置的概略说明图。

具体实施方式

以下，参照附图并说明本发明的实施例。

首先，在图1中，说明第一实施例。

第一实施例示出了构成为具有激光扫描仪（laser scanner）的功能的测量装置1的情况。

该测量装置1主要具有：安装于未图示的三脚架的校平（leveling）单元2、设置于该校平单元2的水平旋转单元3、以及以能拆装的方式设置于该水平旋转单元3的测定单元4。在第一实施例中，该测定单元4为二维扫描仪单元4a。

前述水平旋转单元3具备：固定部5、水平旋转体6、水平旋转轴7、水平旋转轴承8、水平旋转电动机9、作为水平角检测器的水平角编码器11、水平角控制部12、第一同步数据产生部13、第一存储部14等。

前述水平旋转轴承8被固定于前述固定部5，前述水平旋转轴7以旋转自由的方式被前述水平旋转轴承8支承，前述水平旋转体6被前述水平旋转轴7支承，前述水平旋转体6与前述水平旋转轴7整体地进行旋转。

在前述水平旋转轴承8与前述水平旋转体6之间设置有前述水平旋转电动机9，该水平旋转电动机9由前述水平角控制部12控制，该水平角控制部12利用前述水平旋转电动机9使前述水平旋转体6以前述水平旋转轴7为中心旋转。

由前述水平角编码器11检测前述水平旋转体6相对于前述固定部5的相对旋转移位。来自该水平角编码器11的检测信号被输入到前述水平角控制部12中，由该水平角控制部12运算水平角检测数据，基于该水平角检测数据通过前述水平角控制部12进行针对前述水平旋转电动机9的反馈（feedback）控制。

此外，将前述水平角检测数据与前述第一同步数据产生部13输出的第一同步数据相关联并保存到前述第一存储部14中。该第一存储部14使用HDD、CD、存储卡等各种存储单元，该第一存储部14相对于前述水平旋转单元3为可拆装也可，或者，能够经由需要的通信手段向外部存储装置或外部数据处理装置送出数据也可。

前述二维扫描仪单元4a经由连结器15以能拆装的方式设置在前述水平旋转单元3的上表面。

该连结器15由与前述水平旋转单元3的上表面连接的下连结要素15a和与前述二维扫描仪单元4a的下表面连接的上连结要素15b构成。

前述连结器15具有连结功能和中心对准（alignment）功能。前述下连结要素15a与前述上连结要素15b嵌合并连结，由此，前述水平旋转轴7的轴心7a与前述二维扫描仪单元4a的机械轴心一致，进而，前述水平旋转单元3与前述二维扫描仪单元4a整体地进行旋转。

在此，前述机械轴心沿铅垂方向延伸，与铅垂旋转轴22（后述）的轴心正交，通过测距光（后述）入射到扫描镜24（后述）的点。

此外，前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a通过连接器16电连接。

该连接器16为能够分离的构造，前述二维扫描仪单元4a被机械地安装于前述水平旋转单元3，由此，将前述二维扫描仪单元4a与前述水平旋转单元3电连接。

在此，作为电连接，能够使用电接点、电容耦合、电感耦合、无线等接触、非接触的连接手段。

前述二维扫描仪单元4a具备在中央形成有凹部18的框体19、收纳于该框体19内的以下的结构要素。

作为结构要素，为距离测定部21、前述铅垂旋转轴22、轴承23、前述扫描镜24、扫描电动机25、作为铅垂角检测器的铅垂角编码器26、铅垂角控制部27、主控制部28、操作输入部29、显示部31、第二同步数据产生部32、第二存储部33等。

经由前述轴承23以旋转自由的方式支承前述铅垂旋转轴22。前述铅垂旋转轴22具有水平的轴心22a，一个端部向前述凹部18内延伸，在该一个端部连接有前述扫描镜24。此外，在前述铅垂旋转轴22的另一个端部设置有前述铅垂角编码器26。前述扫描电动机25旋转前述铅垂旋转轴22，前述扫描镜24通过该铅垂旋转轴22的旋转以水平轴心为中心进行旋转。

此外，前述轴心7a与前述轴心22a在前述扫描镜24的反射面上正交。

由前述铅垂角编码器26检测该扫描镜24的旋转移位，检测结果被输入到前述铅垂角控制部27中。该铅垂角控制部27基于前述检测结果运算前述扫描镜24的铅垂角数据，基于该铅垂角数据对前述扫描电动机25进行反馈控制。

对前述距离测定部21进行说明。

从发光元件35射出脉冲光的测距光，测距光经由投射光学系统36、分束器（beamsplitter）37射出。从该分束器37射出的测距光的光轴与前述轴心22a一致，测距光被前述扫描镜24直角地偏向。该扫描镜24进行旋转，由此，在与前述轴心22a正交且包含前述轴心7a的平面内旋转（扫描）测距光。

由测定对象物反射的测距光（以下，反射测距光）入射到前述扫描镜24，被该扫描镜24偏向，经由前述分束器37、光接收光学系统38被光接收元件39光接收。

测距控制部41基于前述发光元件35的发光定时和前述光接收元件39的光接收定时的时间差（即，脉冲光的往返时间）按照测距光的每1个脉冲执行测距。

再有，在图中，42为内部参照光学系统，利用经由该内部参照光学系统42光接收的测距光的光接收定时与反射测距光的光接收定时的时间差来进行测距，由此，能够进行高精度的测距。

沿铅垂方向旋转前述扫描镜24，并进行测距，由此，能够得到铅垂角数据和测距数据，并且，基于前述铅垂角数据和前述测距数据来取得二维的点云数据（point clouddata）。

根据来自前述主控制部28的控制信号将由前述铅垂角控制部27运算的铅垂角数据和由前述距离测定部21测定的测距数据向前述第二存储部33发送。在该第二存储部33中，将前述垂直角数据和前述测距数据与来自前述第二同步数据产生部32的第二同步数据相关联并保存。

与由前述距离测定部21测距的发光定时同步地输出从前述铅垂角控制部27输出的前述铅垂角数据。

前述第二存储部33与前述第一存储部14同样地使用HDD、CD、存储卡等各种存储手段，前述第二存储部33相对于前述二维扫描仪单元4a为可拆装也可，或者，能够经由需要的通信手段向外部存储装置送出数据也可。

前述操作输入部29具有输入键（input key），从该操作输入部29向前述主控制部28输入测定所需要的信息、数据。在前述显示部31中显示来自前述操作输入部29的输入信息或测定状况等。再有，前述操作输入部29为触摸面板，兼用显示部也可。在该情况下，省略前述显示部31。前述主控制部28与来自前述操作输入部29的输入信息、数据对应地将控制信号向前述铅垂角控制部27、前述距离测定部21送出，此外，经由前述连接器16将控制信号向前述水平角控制部12送出。

然后，前述主控制部28进行前述二维扫描仪单元4a的点云数据取得用的控制，并且，也进行前述水平旋转单元3的控制。通过由前述二维扫描仪单元4a进行的铅垂方向的扫描和前述水平旋转单元3的水平方向的旋转的协作，执行二维（水平、铅垂2个方向）的扫描。通过二维的扫描，能够取得前述铅垂角数据、前述水平角数据、前述测距数据，能够取得与测定对象物的面对应的三维的点云数据。

关于通过前述二维扫描仪单元4a和前述水平旋转单元3的协作得到的测定数据，与水平旋转有关的测定数据（以下，第一测定数据）被储存到前述第一存储部14中，此外，由前述二维扫描仪单元4a得到的测定数据（以下，第二测定数据）被分别储存到前述第二存储部33中。

此外，在前述第一存储部14中储存的前述第一测定数据与来自前述第一同步数据产生部13的前述第一同步数据相关联，在前述第二存储部33中储存的前述第二测定数据与来自前述第二同步数据产生部32的前述第二同步数据相关联。

基于前述第一同步数据和前述第二同步数据来进行前述第一测定数据和前述第二测定数据的综合。

接着，对前述第一同步数据产生部13、前述第二同步数据产生部32进行说明。

前述第一同步数据产生部13、前述第二同步数据产生部32制作用于使由前述水平旋转单元3取得的水平旋转（水平角）的数据和由前述二维扫描仪单元4a取得的二维的测定数据在时间上一致的同步数据。

作为用于制作同步数据的第一方法，在前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a分别设置未图示的GPS接收机。使前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a各自具备从GPS接收机得到的GPS周、GPS时间和使用了1PPS信号的时钟。前述第一同步数据产生部13和前述第二同步数据产生部32分别从GPS接收机取得GPS周、GPS时间和1PPS信号来作为时刻信号（定时信号），将包含日期和时刻数据（定时数据）的定时信号输出为同步数据。

此外，作为第二方法，前述水平角控制部12、前述主控制部28分别具有用于发出控制用的控制信号的时钟信号产生器。因此，前述水平角控制部12和前述主控制部28各自具有基于前述时钟信号产生器发出的时钟信号的时钟。

前述第一同步数据产生部13、前述第二同步数据产生部32基于从各个时钟得到的时钟信号输出同步信号。

根据前述水平旋转单元3的时钟经由前述连接器16向前述主控制部28送出同步信号，该主控制部28使前述二维扫描仪单元4a的时钟与前述水平旋转单元3的时钟同步。前述第一同步数据产生部13、前述第二同步数据产生部32将同步的日期和定时数据输出为同步数据。

此外，在前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a分别设置有时钟，根据该二维扫描仪单元4a的时钟经由前述连接器16向前述水平角控制部12送出同步信号，该水平角控制部12将所述水平旋转单元3的时钟与前述二维扫描仪单元4a的时钟同步，从前述第一同步数据产生部13和前述第二同步数据产生部32输出同步的日期和定时数据来作为同步数据也可。

再有，将同步数据记为日期和时刻（定时），但是，此外，只要能够进行在前述第一存储部14中保存的水平角数据和在前述第二存储部33中保存的铅垂角数据、测距数据的同步核对即可，也可以为专用的同步数据形式。

以下，对上述测量装置1的工作进行说明。

在将该测量装置1用作激光扫描仪的情况下，将前述二维扫描仪单元4a经由前述连结器15安装于前述水平旋转单元3。

该连结器15使前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a机械地整体化，并且，使前述二维扫描仪单元4a的机械轴心与前述水平旋转单元3的旋转轴心一致。

此外，通过装配该水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a，从而经由前述连接器16电连接前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a。

前述水平角控制部12执行与前述水平旋转单元3的旋转有关的控制，前述主控制部28执行前述二维扫描仪单元4a的控制即由前述距离测定部21进行的测距的控制、前述扫描镜24的旋转的控制。该主控制部28执行前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a的综合控制。

在从前述距离测定部21发出测距光的状态下，通过前述扫描电动机25以前述铅垂旋转轴22为中心地铅垂旋转前述扫描镜24。进而，通过前述水平旋转电动机9水平旋转前述水平旋转单元3。

通过前述扫描镜24的铅垂旋转和前述水平旋转单元3的水平旋转的协作，在铅垂方向、水平方向这2个方向上扫描前述测距光。

按照测距光的每1个脉冲进行测距，此外，按照每1个脉冲检测铅垂角。此外，以测距光的脉冲间隔或能够充分插值的间隔检测水平角。将每1个脉冲的测距数据、铅垂角数据、水平角数据相关联，由此，取得各测定点的三维数据。进而，通过在铅垂、水平的二维上扫描测距光，从而能够取得三维的点云数据。

如上述那样，在前述第一存储部14中储存由前述水平旋转单元3取得的水平角数据，在前述第二存储部33中储存由前述二维扫描仪单元4a取得的测距数据、铅垂角数据。

此外，从前述第一同步数据产生部13输出的第一同步数据和从前述第二同步数据产生部32输出的第二同步数据例如为同步的日期和时刻数据（定时数据），基于前述日期和定时数据将水平角数据和测距数据、铅垂角数据相关联。

因此，能够个别地取出储存在前述第一存储部14中的数据和储存在前述第二存储部33中的数据并输入到其他的外部数据处理装置例如PC中，使用水平角数据和测距数据、铅垂角数据变换为三维数据。

再有，在储存在前述第一存储部14中的数据的测定完成后，将数据输入到前述第二存储部33中，通过前述主控制部28变换为三维数据也可。

如上述那样，为将由前述水平旋转单元3取得的水平角数据和由前述二维扫描仪单元4a取得的二维数据分别个别地储存到前述第一存储部14、前述第二存储部33中的结构，前述水平旋转单元3与前述二维扫描仪单元4a间的控制信号的授受仅为经由前述连接器16授受的同步信号，因此，不需要将前述水平旋转单元3的控制系统和前述二维扫描仪单元4a的控制系统相关联，能够使电路结构简单。

如上述那样，连结前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a的前述连结器15也具有使前述水平旋转轴7的旋转轴心与前述二维扫描仪单元4a的机械轴心一致的中心对准功能，但是，也能够追加以下的结构，以便进一步提高连结的状态的机械的精度。

将对与前述铅垂旋转轴22的轴心正交的方向和与该铅垂旋转轴22的轴心平行的方向这2个方向（即，水平2个方向）的倾斜进行检测的倾斜传感器（tilt sensor）（未图示）设置于前述二维扫描仪单元4a。通过前述校平单元2校平前述水平旋转单元3，在该校平单元2被校平的状态即前述水平旋转轴7为铅垂的状态下，校正前述二维扫描仪单元4a的安装状态，以使前述倾斜传感器检测出水平。将该二维扫描仪单元4a调整为水平，由此，在保持高精度地校平后的状态的状态下连结该二维扫描仪单元4a和前述水平旋转单元3。

前述二维扫描仪单元4a能够经由前述连结器15断开，能够将前述二维扫描仪单元4a以外的测定单元安装于前述水平旋转单元3。

在第一实施例中，为将前述显示部31、前述操作输入部29、前述主控制部28配设于前述二维扫描仪单元4a的结构，但是，也可以为将前述显示部31、前述操作输入部29、前述主控制部28设置于前述水平旋转单元3并且将控制信号经由前述水平角控制部12、前述连接器16向前述铅垂角控制部27和前述距离测定部21送出来进行控制的结构。

此外，在将前述显示部31、前述操作输入部29、前述主控制部28设置于前述水平旋转单元3的情况下，在前述二维扫描仪单元4a具备加速度传感器，由于通过前述二维扫描仪单元4a的前述加速度传感器来感测前述水平旋转单元3的水平角的运动而基于该加速度传感器的感测结果来进行测定开始的控制，也可以省略前述连接器16。

再有，将摄像机设置在前述二维扫描仪单元4a的前述框体19中，或者，将经由前述扫描镜24进行拍摄的摄像机设置在该框体19内，将由摄像机取得的图像数据和图像取得时的前述铅垂角数据与前述第二同步数据产生部32的第二同步数据相关联并保存到前述第二存储部33中。将图像数据取得时的前述水平角数据与前述第一同步数据产生部13的第一同步数据相关联并保存到前述第一存储部14中。将保存在该第一存储部14和前述第二存储部33中的数据经由未图示的记录介质等向未图示的外部数据处理装置例如PC转送。PC也能够基于前述第一同步数据、前述第二同步数据来组合前述水平角数据和前述铅垂角数据、前述图像数据，生成全景图像，基于该全景图像，将RGB的颜色信息附加到作为坐标数据的集合的点云数据的各坐标。

在图2中，说明第二实施例。

第二实施例示出了构成为具有全站仪（total station）的功能的测量装置1的情况。

再有，在图2中，对与在图1中示出的部分同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在水平旋转单元3中经由连结器15安装有瞄准测距单元45来作为测定单元4。该瞄准测距单元45具有瞄准望远镜57，能够高精度地对规定的测定点进行测距。

在框体47形成有凹部48。在前述框体47经由轴承49以旋转自由的方式设置有铅垂旋转轴51。

前述铅垂旋转轴51具有水平的轴心51a，一个端部向前述凹部48内延伸，在该一个端部连接有望远镜部52。此外，在前述铅垂旋转轴51的另一个端部设置有铅垂角编码器53。

在前述铅垂旋转轴51设置有铅垂电动机54，利用该铅垂电动机54旋转前述铅垂旋转轴51，前述望远镜部52通过该铅垂旋转轴51的旋转以水平轴心为中心进行旋转。

通过前述铅垂角编码器53检测前述望远镜部52的高度角（elevation angle）（铅垂角），将检测结果输入到铅垂角控制部55中。该铅垂角控制部55基于前述铅垂角编码器53的检测结果来运算前述望远镜部52的铅垂角数据，基于该铅垂角数据来反馈控制前述铅垂电动机54。

对前述望远镜部52进行说明。

该望远镜部52具备前述瞄准望远镜57，此外，内置有距离测定部（未图示）。关于该距离测定部，距离测定原理与在图1中示出的距离测定部21相同，因此，省略说明。

前述瞄准望远镜57的测距光轴与前述轴心51a、轴心7a正交，且，该轴心7a与前述测距光轴被设定为存在于同一平面内。

在前述框体47设置有显示部58、操作输入部59，进而，内置有主控制部61、第三同步数据产生部62、第三存储部63。

从前述操作输入部59向前述主控制部61输入测定所需要的信息、数据。在前述显示部58中显示来自前述操作输入部59的输入信息或测定状况等。再有，前述操作输入部59也可以为触摸面板。

前述主控制部61与来自前述操作输入部59的输入信息、数据对应地向前述铅垂角控制部55、前述望远镜部52送出控制信号，此外，经由连接器16向水平角控制部12送出控制信号。

前述第三同步数据产生部62输出用于将由前述瞄准测距单元45取得的测定数据与由前述水平旋转单元3取得的水平角数据相关联的第三同步数据。

根据来自前述主控制部61的控制信号将由前述铅垂角控制部55运算的前述铅垂角数据和由前述望远镜部52测定的测距数据向前述第三存储部63发送。在该第三存储部63中，将前述铅垂角数据和前述测距数据与来自所述第三同步数据产生部62的前述第三同步数据相关联并保存。

从前述铅垂角控制部55输出的前述铅垂角数据示出前述瞄准望远镜57瞄准了测定点后的状态的该瞄准望远镜57的高度角，经由前述铅垂角控制部55被输入到前述第三存储部63中。

前述瞄准测距单元45在由前述瞄准望远镜57瞄准了规定的测定点的状态下进行该测定点的测距和铅垂角的测定。因此，在前述瞄准测距单元45中，能够取得测定点的二维数据（即，二维坐标）。

以下，对构成为全站仪的第二实施例的测量装置1的工作进行说明。

通过前述水平旋转单元3的水平旋转、前述望远镜部52的铅垂旋转的协作将前述瞄准望远镜57朝向测定点并且通过该瞄准望远镜57瞄准规定的测定点。经由该瞄准望远镜57将测距光照射到测定点，执行测定点的测距。测距数据被输入到前述第三存储部63中并被储存到该第三存储部63中。

此外，通过前述铅垂角编码器53和前述铅垂角控制部55检测瞄准测定点时的铅垂角，该铅垂角控制部55将铅垂角数据与从前述第三同步数据产生部62输出的第三同步数据相关联并储存到前述第三存储部63中。

通过水平角编码器11和前述水平角控制部12检测水平角，将水平角数据与从第一同步数据产生部13输出的第一同步数据相关联并储存到第一存储部14中。

关于前述第一同步数据和前述第三同步数据，与第一实施例同样地，通过前述主控制部61取得同步。

在测定后，基于前述第一同步数据和前述第三同步数据将在前述第一存储部14中储存的前述水平角数据和在前述第三存储部63中储存的前述测定数据相关联，由此，能够取得测定点的三维数据（即，三维坐标）。因此，前述测量装置1能够作为全站仪进行测定。

图3示出了第三实施例。

第三实施例示出了构成为具有全站仪的功能、激光扫描仪的功能的测量装置1的情况。

再有，在图3中，对与在图1和图2中示出的部分同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在水平旋转单元3的上表面经由连结器15装载有瞄准测距单元45。前述水平旋转单元3和前述瞄准测距单元45通过连接器16电连接。

进而，在前述瞄准测距单元45的上表面经由连结器15’装载有二维扫描仪单元4a。前述连结器15’为与前述连结器15同等的构造，前述连结器15’连结前述瞄准测距单元45和前述二维扫描仪单元4a，并且，也进行前述瞄准测距单元45与前述二维扫描仪单元4a的中心对准。此外，前述瞄准测距单元45和前述二维扫描仪单元4a通过连接器16’电连接。

在第三实施例中，根据测定的方式，选择使用前述瞄准测距单元45和前述二维扫描仪单元4a。

在作为全站仪测定规定的测定点的情况下，使用前述水平旋转单元3和前述瞄准测距单元45。

将由前述水平旋转单元3取得的水平角数据与第一同步数据产生部13取得的第一同步数据相关联并储存到第一存储部14中。此外，将由前述瞄准测距单元45取得的测定数据（测距数据、铅垂角数据）与第三同步数据产生部62输出的第三同步数据相关联并储存到第三存储部63中。

基于前述第一同步数据和前述第三同步数据将前述水平角数据和前述测定数据变换为测定点的三维数据。

接着，在作为激光扫描仪进行测定对象物的测定的情况下，使用前述水平旋转单元3和前述二维扫描仪单元4a。

将由前述水平旋转单元3取得的前述水平角数据与前述第一同步数据产生部13取得的前述第一同步数据相关联并储存到前述第一存储部14中。此外，将由前述二维扫描仪单元4a取得的二维点云数据与第二同步数据产生部32输出的第二同步数据相关联并储存到第二存储部33中。

基于前述第一同步数据和前述第二同步数据将前述水平角数据和前述二维点云数据变换为三维点云数据。

于是，通过一个测量装置1能够进行规定点的精密测定，能够取得测定对象物的点云数据。

图4示出了第四实施例。在图4中，对与在图1中示出的部分同等的部分标注相同附图标记，并省略其说明。

在第四实施例中，示出了在原有的全站仪65装载有二维扫描仪单元4a的情况。

前述全站仪65具备：能够以铅垂轴心为中心水平旋转的托架部66、以及以能将铅垂旋转轴67作为中心沿铅垂方向旋转的方式设置于该托架部66的望远镜部68。即，前述全站仪65具备水平旋转机构部（水平旋转单元）和铅垂旋转机构部。

此外，在前述托架部66内置有主控制部、存储部、同步数据产生部（均未图示）等控制系统，在前述望远镜部68内置有测距部（未图示）。

在前述全站仪65（即，前述托架部66）的上表面设置有连结器15，经由该连结器15装载有前述二维扫描仪单元4a。在装载有该二维扫描仪单元4a的状态下，前述全站仪65的水平方向的旋转轴心（铅垂轴心）与前述二维扫描仪单元4a的机械轴心一致。

前述托架部66相当于在图1中示出的水平旋转单元3的水平旋转体6，前述托架部66和沿水平方向旋转该托架部66的驱动部（未图示）构成水平旋转单元。

此外，前述二维扫描仪单元4a和前述全站仪65通过连接器16电连接。

通过电连接前述二维扫描仪单元4a和前述全站仪65，从而将来自内置于前述全站仪65的控制电路（未图示）的同步信号输入到主控制部28中。

在由前述全站仪65执行规定点的测定的状态下，前述二维扫描仪单元4a休止。

在作为激光扫描仪进行测定的情况下，基于前述全站仪65的控制电路发出的控制信息来制作第四同步数据，将该第四同步数据和所述全站仪65取得的水平角数据相关联并储存到前述全站仪65的存储部中。

前述二维扫描仪单元4a取得二维的点云数据，该点云数据与第二同步数据产生部32输出的第二同步数据相关联，前述点云数据和前述第二同步数据被储存到第二存储部33中。

来自前述全站仪65的控制信号经由前述连接器16被输入到前述主控制部28中，基于控制信号取得前述第四同步数据与前述第二同步数据的同步。因此，基于前述第四同步数据和前述第二同步数据将由前述全站仪65取得的前述水平角数据、由前述二维扫描仪单元4a取得的前述二维点云数据变换为三维点云数据。

因此，在前述全站仪65装载有前述二维扫描仪单元4a，由此，能够作为三维扫描仪进行测定。

在第四实施例中，利用原有的全站仪的水平驱动机构，通过二维扫描仪单元，能够构成为三维扫描仪，因此，与另外设备三维扫描仪的情况相比廉价而且使全站仪和三维扫描仪整体化，不需要个别地处理，提高便利性。

再有，将摄像机设置在前述二维扫描仪单元4a的框体19中，或者，将经由扫描镜24进行拍摄的摄像机设置在该框体19内，将由摄像机取得的图像数据和图像取得时的前述铅垂角数据与前述第二同步数据产生部32的前述第二同步数据相关联并保存到前述第二存储部33中。将图像数据取得时的前述水平角数据与前述第四同步数据相关联并保存到前述全站仪65的未图示的存储部中。将保存在该全站仪65的存储部和前述第二存储部33中的数据经由未图示的记录介质等向未图示的PC转送。PC也能够基于前述第四同步数据、前述第二同步数据来组合前述水平角数据和前述铅垂角数据、前述图像数据，生成全景图像，基于该全景图像，将RGB的颜色信息附加到作为坐标数据的集合的点云数据的各坐标。

Claims

1.一种测量装置，其中，

具备：水平旋转单元和装载于该水平旋转单元的测定单元，

所述水平旋转单元具备：使所述测定单元旋转的驱动部、测定水平角数据的水平角检测器、第一同步数据产生部、第一存储部、以及第一控制部，所述第一同步数据产生部输出示出所述水平角检测器的水平角数据的取得时的定时的第一同步数据，所述第一控制部将所述水平角数据和所述第一同步数据相关联并储存到所述第一存储部中，

所述测定单元具备：进行测距的测距部、对测距时的铅垂角进行检测的铅垂角检测器、第二同步数据产生部、第二存储部、以及第二控制部，所述测定单元基于由所述测距部得到的测距数据和由所述铅垂角检测器得到的铅垂角数据来取得二维测定数据，所述第二同步数据产生部输出示出所述测距数据取得时、所述铅垂角数据取得时的定时的第二同步数据，所述第二控制部将所述二维测定数据和所述第二同步数据相关联并储存到所述第二存储部中，所述水平角数据和所述二维测定数据能够基于所述第一同步数据和所述第二同步数据变换为三维数据。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述水平旋转单元和所述测定单元分别具有GPS装置，所述第一同步数据产生部和所述第二同步数据产生部基于从所述GPS装置得到的定时信号来输出所述第一同步数据和所述第二同步数据。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其中，构成为：所述第一控制部和所述第二控制部分别具有发出控制信号用的定时信号的时钟，所述第一控制部和所述第二控制部的任一个向所述第一控制部和所述第二控制部的任另一个输出控制信号，基于该控制信号使所述第一同步数据和所述第二同步数据同步。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述水平旋转单元具有校平单元，所述测定单元具有对水平2个方向的倾斜进行检测的倾斜传感器，在利用所述校平单元将所述水平旋转单元校平为水平的状态下，校正所述测定单元相对于所述水平旋转单元的安装状态，以使所述倾斜传感器检测出水平。

5.根据权利要求1~权利要求4之中的任一项所述的测量装置，其中，构成为：所述测定单元为二维扫描仪单元，该二维扫描仪单元具备：发出脉冲测距光并且按照该脉冲测距光的每一个进行测距的距离测定部、设置于具有水平的轴心的铅垂旋转轴并且对所述脉冲测距光进行旋转照射的扫描镜、旋转所述铅垂旋转轴的电动机、以及对所述铅垂旋转轴的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述测定单元基于所述距离测定部的测距结果和所述铅垂角检测器所检测的测距时的铅垂角来取得二维点云数据。

6.根据权利要求1~权利要求4之中的任一项所述的测量装置，其中，构成为：所述测定单元为瞄准测距单元，该瞄准测距单元具备：能够沿铅垂方向旋转的望远镜部、沿铅垂方向旋转该望远镜部的电动机、以及对所述望远镜部的铅垂角进行检测的铅垂角检测器，所述望远镜部具有瞄准望远镜和距离测定部，该距离测定部在利用所述瞄准望远镜瞄准了规定的测定点的状态下进行该测定点的测距，所述铅垂角检测器对瞄准了的状态的所述瞄准望远镜的铅垂角进行测定，所述测定单元基于测距结果和检测出的铅垂角来测定所述测定点的二维坐标。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其中，在所述测定单元还装载有其他的测定单元，所述测定单元为权利要求6的瞄准测距单元，所述其他的测定单元为权利要求5的二维扫描仪单元。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其中，所述水平旋转单元为全站仪所具备的水平旋转机构部，在该水平旋转机构部装载有权利要求5的二维扫描仪单元。