JP2004333216A

JP2004333216A - Total station

Info

Publication number: JP2004333216A
Application number: JP2003126919A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Fukushima; 史彦福島
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a total station for instantly directing the collimation axis of a telescope or a laser-beam irradiation axis to a designated position. <P>SOLUTION: When inputting an approximate distance from an apparatus point 222 to an arbitrary position on a line L into an on-line position designation area 220 of a measurement controller 200, an image 232 of a tunnel planned excavation cross-section at the inputted line distance position is displayed in an excavated cross-section position designated area 230. When designating a collimation point or a laser irradiation point 233a (x'<SB>1</SB>, y'<SB>1</SB>) in the designated area 230, a vertical angle and a horizontal angle are calculated as the deviation of a designated point (x<SB>1</SB>, y<SB>1</SB>) in the excavation cross-section from the collimation axis O of the telescope 46 or the laser-beam irradiation axis O1. When they are transmitted to the total station, a horizontal shaft 43B and a vertical shaft 43A are rotatively driven by the control of a verticality control part 56 and a horizontality control part 54, turning the collimation axis O of the telescope 46 or the irradiation axis O1 roughly in an aimed direction with respect to a tunnel excavation cross-section (heading surface A). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測距・測角手段を備えた測距・測角儀であるモータドライブ駆動のトータルステーションに係り、特に、掘削機によりトンネルなどを掘削する際の掘削領域を示す基準となるマーキングを施すために使用されるレーザ光照射手段を備えたトータルステーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネルを掘削するに際しては、レーザ光照射手段であるレーザポインタを備えたモータドライブ駆動のトータルステーションを用いて、被掘削面にトンネル穴の輪郭に沿って間欠的にレーザ光をスポット照射し、レーザ光照射点にペイントなどでマーキングを施した後、トンネル穴の輪郭に対応するこのマーキングに沿って掘削することが行われている。即ち、トータルステーションは、路線に沿った工事計画物に関する計画情報（工事計画物の線形データと路線位置に対応する工事計画物の鉛直断面データ）および所定の駆動プログラムが記憶部に記憶された外部パソコンなどの遠隔制御装置からの制御信号によって駆動し、例えば予め所定の駆動プログラムにおいて設定されている所定の路線位置におけるトンネル穴設計値に沿ってレーザ照射光が間欠的にスポット照射されるようになっている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、トンネルの掘削現場において、レーザポインタ付きトータルステーションは、このようなマーキング作業のために使用される他、トンネルの切羽面やトンネル穴内周面の所定位置を計測（測距・測角）したり、切羽面やトンネル穴内周面の所定位置にマーキングをするためにも使用され、トータルステーションの視準軸やレーザ光照射軸を任意位置に向けて動かすには、外部パソコンやリモコンなどの遠隔操作によってトータルステーションを任意の位置に向けることが行われている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３３２６４号公報（第３頁から第５頁、図１から図４）
【特許文献２】
特開２００１−１２９５０号公報（第３頁から第６頁、図１から図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術においては、トータルステーションの視準軸を任意の方向に動かすには、パソコン（パーソナルコンピュータ）の矢印キーやジョイスティックを用いて、作業員がトータルステーションを見ながらトータルステーション（水平回転可能に支持されている本体および本体に対し鉛直回転可能に支持されているレーザポインタ付き視準用望遠鏡）を水平回転および鉛直回転させなければならず、操作が面倒である。すなわち、トータルステーションを見ながらトータルステーションを水平方向および鉛直方向に回転させるには、トータルステーションをどの程度回転させるかを、目視による三次元的な感覚を使いながら行い、最終的な目標位置にトータルステーションを動かすには試行錯誤的な作業が必要である。しかも、トータルステーションは、トンネル工事の諸作業の邪魔にならないように高所に設置することが多く、トータルステーションを任意の方向に操作するのがきわめて面倒である。
【０００６】
本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、路線上所定位置における工事計画物の鉛直断面を画像として表示手段の画面に表示するとともに、この画面で指示した鉛直断面画像内の指定位置に望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を即座に向けることができるレーザポインタ付きトータルステーションを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係るトータルステーションにおいては、視準用望遠鏡から視準点に向けて出射した測距光とその戻り光により器械点から視準点までの距離を測距する測距手段と、視準用望遠鏡の視準軸に対する前記視準点の水平角と鉛直角を測角する測角手段と、制御信号にしたがって視準用望遠鏡の水平軸および鉛直軸を回転駆動制御する回転制御手段と、前記望遠鏡の視準軸と同軸または平行のレーザ光照射軸に沿ってレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを備えたトータルステーションにおいて、
路線に沿った工事計画物に関する計画情報（工事計画物の線形データと路線位置に対応する工事計画物の鉛直断面データ）を記憶した記憶手段と、前記器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力する路線距離入力手段と、前記記憶手段の工事計画物に関する計画情報に基づいて、前記入力された路線上任意位置における工事計画物の鉛直断面に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記画面上の工事計画物の鉛直断面画像内で視準点またはレーザ光照射点が指定されたときに、前記工事計画物の鉛直断面上における指定点の座標と前記望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸とのずれ量として鉛直角と水平角を演算し、この演算結果を基に前記ずれ量を０にするための制御信号を前記回転制御手段に出力する演算手段とを備えた構成とした。
【０００８】
（作用）回転制御手段は、記憶手段に記憶されている工事計画情報（例えば、（トンネルの線形データと路線位置に対応するトンネルの鉛直断面データ）に基づいた所定の駆動プログラム（例えば、路線上の所定位置に対応するトンネル掘削断面上の複数の指定位置に順次レーザ照射光を向けるというプログラム）に対応する制御信号を受けて、水平軸及び鉛直軸の回転駆動を制御し、これにより、トンネルの切羽面上には、掘削予定のトンネル掘削断面の設計値に沿ってレーザ照射光が所定のタイミングで間欠的に移動する。この間に、作業員は、トンネル掘削断面の設計値に沿ったレーザ光照射点に順次ペイントでマーキングを行う。これにより、トンネル掘削断面の設計値に沿って付けられたペイントマークを目安として掘削機又はボーリングにより掘削を行うことができる。
【０００９】
また、工事計画物を形成する現場において、路線に沿った工事計画物の鉛直断面内の任意の位置に視準軸やレーザ光照射軸を向けたい場合は、距離入力手段により器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力（指定）すると、表示手段の画面には、記憶部に記憶されている工事計画情報に基づいて、路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）に関する画像が表示され、この鉛直断面画像が表示されている画面上のｘ’ｙ’座標と路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）のｘｙ座標とは略対応したものとなっている（図５，６参照）。そして、画面上に表示された画像（工事計画物の鉛直断面画像、例えば、トンネル掘削断面）内で任意の点を視準点またはレーザ光照射点として指定すると、演算手段によって、指定位置（画面上の座標ｘ’_１，ｙ’_１）に対応する工事計画物の鉛直断面（例えば、トンネル掘削断面）内のｘｙ座標（ｘ_１，ｙ_１）とトータルステーションの望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸とのズレ量が鉛直角および水平角のズレ量（θａ，θｂ）として求められ、即ち視準軸またはレーザ光照射軸を指定位置（ｘ_１，ｙ_１）に一致させるための鉛直角θａと水平角θｂが求められる。演算手段は、この求められた鉛直角θａと水平角θｂを０とするための制御信号を回転制御手段に出力し、これにより水平軸と鉛直軸が回転駆動されて、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸が指定位置に向けられる。
【００１０】
例えば、掘削されたトンネル切羽面上の所定点の計測（測距・測角により三次元座標を得るための計測）を行いたい場合には、切羽面上の計測したい位置に反射ターゲットを設置し、目視した切羽面までの機械点からの概略距離を入力（指定）すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、このトンネル掘削断面画像内において、前記ターゲット設置点に概略対応する位置を視準点として指定することで、指定位置と視準軸とのズレ量（θａ，θｂ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、望遠鏡の視準軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、測距・測角距手段により、トンネル切羽面上の所定点を計測する。
【００１１】
また、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面上の所定点にマーキングしたい場合は、同じく概略距離を入力（指定）し、画面上に表示されたトンネル鉛直断面画像内において、前記マーキングしたい所定点に概略対応する位置をレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量（θｃ，θｄ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。
【００１２】
また、掘削途中のトンネル内後方のトンネル穴内周面所定位置にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、目視した補強材配設予定位置までの機械点からの概略水平距離を入力（指定）すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、画面上に表示されたトンネル掘削断面画像内において、前記補強材配設予定位置に概略対応する位置をレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量（θｅ，θｆ）が求められ、このずれ量が０となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ光照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。
【００１３】
このように、作業員は、計測したい位置やレーザ光を照射したい位置の器械点からの概略距離を入力するための操作と、画面上において視準点またはレーザ光照射点を指定するための操作を行うだけで、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に即座に向けることができる。
【００１４】
請求項２においては、請求項１に記載のトータルステーションにおいて、前記視準軸とレーザ光照射軸を平行に設けるとともに、前記表示手段に、視準点指定モードとレーザ光照射点指定モードとを切り替えるための切り替えスイッチを設けるように構成した。
【００１５】
（作用）視準軸とレーザ光照射軸がδｘ、δｙだけオフセットしているとすると、路線距離Ｌｚにおける視準軸とレーザ光照射軸間のズレは、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚであるから、指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、指定位置と視準軸のズレ量（鉛直角θａ，水平角θｂ）に対し、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚだけ補正してやればよい。即ち、指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、θ’ａ＝θａ＋θｙ／Ｌｚ、θ’ｂ＝θｂ＋δｘ／Ｌｚとして求める（補正する）ことができ、演算手段は、この補正式に基づいて指定位置とレーザ光照射軸のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）を演算する。
【００１６】
また、視準軸とレーザ光照射軸が同一軸上にないので、ビームスプリッタなどの光路切り換え手段が不要で、望遠鏡の構造が簡潔となる。
【００１７】
また、切り替えスイッチによりモードを切り替えることで、単一の画面において視準点を指定する視準点指定モードとレーザ光照射点を指定するレーザ光照射点指定モードの双方の形態を使い分けできる。
【００１８】
請求項３においては、請求項１または２に記載のトータルステーションにおいて、前記記憶手段と前記路線距離入力手段と前記表示手段および前記演算手段を、トータルステーション本体と有線又は無線で情報の授受を行って前記トータルステーション本体を遠隔操作する操作器に配置するように構成した。
（作用）遠隔制御装置を操作することで、トータルステーションから離れた場所から視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に正確に向けることができる。特に、無線によりトータルステーションを遠隔操作する場合には、操作ケーブルが不要な分、遠隔制御装置を自由な場所に移動させ易いし、トータルステーションから遠く離れた場所からでも操作できる。
【００１９】
請求項４においては、請求項１〜３のいずれかに記載のトータルステーションにおいて、視準軸に沿って出射した光が測定点に設置した反射ターゲットで反射され、その反射光の受光中心と前記望遠鏡の視準軸のずれが０となるように前記水平軸および鉛直軸の回転を自動的に制御する自動視準装置を内蔵するように構成した。
【００２０】
（作用）望遠鏡の視準軸が表示手段の画面上で指定した工事計画物の鉛直断面内の概略目標位置に向けられた後は、自動視準装置を作動することで、トータルステーションの望遠鏡の視準軸が工事計画物の所定位置に設置した反射ターゲットの中心位置に一致するように、水平軸および鉛直軸が自動的に回転駆動する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態に付き、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例を示すレーザポインタ付きトータルステーションの全体構成を説明するためのブロック図であり、図２は、このトータルステーションの光学系と自動視準装置を説明する図であり、図３（ａ）は、このトータルステーションの正面図であり、図３（ｂ）は、同じくこのトータルステーションの背面図であり、図４は、このトータルステーションの自動視準装置に用いられる十字形ラインセンサを説明する図である。
【００２３】
本実施例のレーザポインタ付きトータルステーション１１０は、図３にその外観全体を示すが、例えば暗い工事現場などで工事計画物であるトンネルを掘削する場合のトンネル切羽に掘削基準となるマーキングを施す際のマーキング位置をレーザ照射光で照射するために使用されるもので、トータルステーション１１０に備わっている視準用望遠鏡４６は、図３（ａ）に示したように、望遠鏡４６の光学系の中心に視準軸Ｏが設定されており、この視準軸Ｏからオフセットした位置（δｘ，δｙ）には、レーザ光照射手段であるレーザポインタのレーザ光照射軸Ｏ１が視準軸Ｏと平行に設定されている。また図３（ａ），（ｂ）に示したように、整準台４０上に水平回転可能に水平回転軸（鉛直軸）４３Ａを取り付け、この水平回転軸（鉛直軸）４３Ａに一体化したトータルステーション本体部（以下、本体部という）４２の一対の柱部４４間に、鉛直回転軸（水平軸）４３Ｂにより望遠鏡４６が鉛直回転可能に取り付けられている。即ち、望遠鏡４６は、整準台４０に対し、水平回転軸（鉛直軸）４３Ａにより水平回転でき、鉛直回転軸（水平軸）４３Ｂにより鉛直回転できる。
【００２４】
また、整準台４０は、自動整準台として下盤３４、定盤３５、３本の整準ねじ部３６を備えており、３本の整準ねじ３６のうち２本の整準ねじ３６は回転駆動軸として、駆動モータ（図示省略）に連結されている。定盤３５上部には本体部４２が固定され、下盤３４は三脚またはベース盤（図示省略）に固定されるようになっている。さらに定盤３５の縁には、制御回路が内蔵されたＸ−Ｙ座標傾斜センサ（図示省略）が固定されている。この傾斜センサは、定盤３５の本体部４２の傾斜量（θｘ，θｙ）を検出し、この検出出力を、２本の整準ねじ３６に設けられた駆動モータに供給するようになっている。各駆動モータは、傾斜量を０にする方向に整準ねじ３６を回転駆動し、定盤３５を自動的に水平状態に維持するように構成されている。すなわち、トータルステーション１１０を設置した際に、トータルステーション１１０本体が振動などで傾いた状態ときでも常に水平状態を保つことができるように構成されている。この自動整準装置については、例えば特２６３２３７２号において詳しく開示されている。
【００２５】
本実施例のトータルステーション１１０は、視準望遠鏡４６で捕らえた測定対象、例えば、トンネルの切羽面に設置した反射ターゲット９０に向けて照明光を照射する照明装置を有する自動視準型トータルステーションとして構成されている。具体的には、図１に示したように、望遠鏡４６を介しての視準により、器械点から測定点までの距離を測定する測距手段としての測距部（光波距離計）４８と、望遠鏡４６（の視準軸）の水平角を測定する水平測角部（水平エンコーダ）５０と、望遠鏡４６（の視準軸）の垂直角を測定する垂直測角部（垂直エンコーダ）５２と、望遠鏡４６の水平角を制御する水平制御部（水平サーボモータ）５４と、望遠鏡４６の垂直角を制御する垂直制御部（垂直サーボモータ）５６と、これら各部を制御するとともに、測定結果を算定するためのＣＰＵ（演算制御部）５８とを備えている。もちろん、望遠鏡４６は、手動で容易に回転させることもできる構成としている。
【００２６】
さらに、本実施例のトータルステーション１１０は、反射ターゲット９０を用いた自動視準のためにタッチペン６８または指などの測定点指定手段で触れることにより測定点を指定したり、各種データやコマンドなどを入力することができるタッチパネルディスプレイ６４と、トータルステーション１１０とは別体の遠隔操作器としての計測制御機（パーソナルコンピュータ）２００などの外部機器と無線または有線で情報の授受（データの入出力）を行うための入出力装置６６とを備えている。
【００２７】
タッチパネルディスプレイ６４は、本体部４２の下部背面に取り付けられており、ここには、視準カメラ光学系の視準軸（光軸）Ｏの方向を示すレチクル線（十字線）９２、各種のコマンドを入力するためのアイコン、データを入力するためのテンキー、測距部４８や測角部（測角手段）５０、５２で得た測定結果などを表示できるようになっている。なお、測定点に設置された反射ターゲット９０を視準した状態では、タッチパネルディスプレイ６４上には、後述する視準カメラ光学系４７によって撮像された反射ターゲット９０の画像が表示される。
【００２８】
もちろん、タッチパネルディスプレイ６４の代わりに、液晶ディスプレイなどの表示装置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボードとを別体にして備えたものを用いたり、測定点指定手段としては、カーソル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティックなどを用いてもよい。
【００２９】
視準カメラ光学系４７は、その視準軸Ｏ上に、対物レンズ１１、反射プリズム７０、ダイクロイックミラー７２、ビームスプリッタ１２０、合焦レンズ１９、視準ＣＣＤカメラ素子４５が設置されて構成されている。また、視準カメラ光学系４７は、測距光を出射する赤外線ＬＥＤなどの発光素子７４と、この測距光を集光する集光レンズ７６と、集光された測距光を反射プリズム７０に向けて反射するダイクロイックミラー７８とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸Ｏ２は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸測距部光学系とされ、対物レンズ１１から略平行光が出射される。なお、レンズ７６から拡散光を送光するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、視準カメラ光学系４７は、可視光で照明するＬＥＤなどの光源８０と、この照射光を集光する集光レンズ８２と、集光された照明光を反射プリズム７０に向けて反射するミラー８４とで構成される照明装置を有している。この照明装置の光軸Ｏ３は、視準軸Ｏと共役の光学系で視準軸Ｏと同軸照明光学系とされ、対物レンズ１１からは略平行光が出射される。
【００３１】
さらに、視準カメラ光学系４７は、測定点に設置した反射ターゲット９０で反射され拡散された測距光がダイクロイックミラー７２で反射してフォトダイオードなどの受光素子８６に入射して距離計測される。また、反射ターゲット９０の像はビームスプリッタ１２０を通過し合焦レンズ１９を経て、デジタル画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５上に結像し、この反射ターゲット９０の像はタッチパネルディスプレ６４上に表示される。光源８０が点滅する場合には、ディスプレイ６４上に現れる反射ターゲット像も点滅する。なお、反射ターゲット９０で反射された光源８０の光の一部は、ビームスプリッタ１２０を介して十字形ラインセンサ１２２上において結像する。光源８０の結像がラインセンサ１２２（１２３，１２４）のピクセル上に来ない場合もあるので、望遠鏡４６を鉛直方向，水平方向に回動して、光源８０の結像の少なくとも一部がラインセンサ１２３，１２４のピクセル上に来るようにすることで、光源８０の結像中心位置を認識できる。そして、光源８０の結像中心がラインセンサ１２２の中心に一致するように、望遠鏡４６が鉛直方向，水平方向に回動される（自動視準される）ことになる。なお、視準カメラ光学系４７において、視準ＣＣＤカメラ素子４５の代わりに、その他の適当な撮像素子を用いてもよく、十字形ラインセンサ１２２の代わりに４分割センサなどのセンサを適宜用いてもよい。
【００３２】
照明光としては、赤外線レーザ光でもよいが、本実施例では、視野全体に照明光が広がりやすいように、ＬＥＤなどの光源８０による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。
【００３３】
また、本実施例では、光源８０をＣＰＵ５８からのオン／オフ切替指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源８０を点滅可能にしてもよい。光源８０を点滅させると、暗所で直接見る反射ターゲット９０も、タッチパネルディスプレイ６４上の反射ターゲット像も点滅するので、一層反射ターゲット９０を視認しやすく測定点の指定が容易になる。
【００３４】
また発光素子７４から出射された測距光（ＬＥＤまた赤外線レーザ光）は、集光レンズ７６、ダイクロイックミラー７８、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象のターゲットに向けて送光される。そして、反射ターゲットで反射された測距光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１を透過して、ダイクロイックミラー７２で直角方向に反射され、受光素子８６に入射する。反射ターゲット９０までの距離は、従来と同様に、発光素子７４から図示しない光ファイバにより直接受光素子８６へ入射する参照光と、反射ターゲット９０で反射してから受光素子８６に入射する測距光と基準信号との位相差から算出される。
【００３５】
一方、光源８０から出射された照明光は、集光レンズ８２、ミラー８４、反射プリズム７０、対物レンズ１１を経て、測定対象の測定点に設置された反射ターゲットに向けて送光される。そして、反射ターゲットで反射された拡散照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ１１とダイクロイックミラー７２とを透過してビームスプリッタ１２０により２つに分けられ、分割された光の一方は合焦レンズ１９を経て、照明されたターゲット像を結像するべく視準ＣＣＤカメラ素子４５に入射して、この結像がデジタル画像に変換され、分割された光の他方は十字形ラインセンサ１２２に集光される。視準ＣＣＤカメラ素子４５で得られたデジタル画像はタッチパネルディスプレイ６４に表示されるので、ディスプレイ６４におけるレクチル線（十字線）９２と反射ターゲット９０の中心を示す十字線との合致によって視準を確認することができる。
【００３６】
また、本実施例の望遠鏡４６には、視準軸Ｏと平行なレーザ光視準軸Ｏ１をもち、レンズ８８と赤色レーザ光源８９で構成されレーザ光照射手段であるレーザポインタ８７が内蔵されており、レーザ光視準軸Ｏ１に沿って赤色レーザ光を照射できるように構成されている。
【００３７】
また本実施例では、十字形ラインセンサ１２２、ＣＰＵ５８、水平制御部５４、垂直制御部５６からなる自動視準装置６９を備えて構成されており、この十字形ラインセンサ１２２を有する自動視準装置について、図２および図４に基づいて説明する。
【００３８】
十字形ラインセンサ１２２は、図４に示したように、２本のラインセンサ１２３、１２４を十字形に組み合わせたもので、その中心１２５を視準カメラ光学系の視準軸Ｏに沿う光線が入射する位置と一致させておく。両ラインセンサ１２３、１２４からの出力信号は、増幅器、波形整形器、Ａ／Ｄ変換器などで構成した信号処理部９１を経て、ＣＰＵ５８に入力される。ＣＰＵ５８は、両ラインセンサ１２３、１２４の各受光部分１２６、１２７それぞれの中点１２８、１２９を求めることにより、十字形ラインセンサ１２２の中心１２５と光源８０の照明光による反射ターゲット９０からの反射光の照射スポット１３０の中心１３１との水平方向偏差ｈ１および垂直方向偏差ｖ１を求める。両偏差ｈ１、ｖ１は、視準軸Ｏとターゲット方向（視準点）とのなす角に対応するので、ＣＰＵ５８は、両偏差ｈ１、ｖ１に応じた制御信号をそれぞれ水平制御部５４，垂直制御部５６に送り、両偏差ｈ１、ｖ１を共に０とするようにモータ駆動により鉛直軸４３Ａおよび水平軸４３Ｂを回転させることにより、本体部４２の望遠鏡４６（の視準軸Ｏ）を反射ターゲット９０の中心に向かせる、即ち反射ターゲット９０を自動視準する。この自動視準装置には、十字形ラインセンサ１２２以外にも、４分割光センサなどのセンサを用いることもできる。
【００３９】
また本実施例における計測制御機２００は、トータルステーション本体と入出力装置６６を介して情報の授受を行いながらトータルステーション１１０を遠隔操作するためのパーソナルコンピュータ（ＣＰＵ）２０２を内蔵するとともに、タッチパネルディスプレイ６４と同様な機能を備え、図５に示したように、表示手段としてのディスプレイパネル２１０を備えている。
【００４０】
ＣＰＵ２０２の記憶手段である記憶部（メモリ）２０３には、トンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）と、「トンネルＴの切羽面Ａに対応する所定の路線位置におけるトンネル鉛直断面外形上の複数の指定位置（図５，図６における符号Ｐ１〜Ｐ７参照）に順次レーザ照射光を向けるようにトータルステーション１１０の駆動を制御する」という所定の駆動プログラムとが記憶されている。このため、トンネルＴの切羽面Ａに正対するように設置したトータルステーション１１０を使って、切羽面Ａにトンネル穴掘削用のマーキングを施す場合には、ＣＰＵ２０２は、この駆動プログラムにしたがって、トータルステーション１１０のレーザ光照射装置（レーザポインタ）８７から赤色レーザ光を照射しつつ水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａを所定角度ずつ間欠回転駆動させるための制御信号をトータルステーション１１０の入出力装置６６に無線で送信する。この制御信号が入出力装置６６からＣＰＵ５８に転送されると、ＣＰＵ５８は、レーザ光源８８を起動させるための信号を出力するとともに、水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａを間欠回転駆動するための制御信号を垂直制御部５６および水平制御部５４に出力する。これにより、トンネルの切羽面Ａ上では、図６における符号Ｐ１→Ｐ２→…Ｐ６→Ｐ７に示すように、レーザ照射光がこれから掘削しようとするトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動することになるので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置（Ｐ１，Ｐ２，…Ｐ６，Ｐ７）に順次ペイントでマーキングを施せば、切羽面Ａにトンネル掘削断面外形に対応したペイントマークが施された状態となる。以後は、トータルステーション１１０の駆動を停止するとともに、トンネル鉛直断面外形に対応したペイントマークを基準として、掘削を継続する。
【００４１】
そして、所定長さにわたる掘削が終了すると、再び、トータルステーション１１０を新たな切羽面と正対する所定位置に設置するとともに、トータルステーション１１０の器械点位置を後方の基準点から後方交会法により求め、計測制御機２００にこの器械点位置をセットした後、再び計測制御機２００の駆動プログラムに基づいてトータルステーション１１０の駆動を制御する。前記したと同様、切羽面上では、レーザ照射光がトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動するので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置にマーキングを施した上で、ペイントマークを基準として切羽面の掘削を継続する。このような作業を繰り返すことで、工事計画物であるトンネルが完成する。
【００４２】
また、計測制御機２００のディスプレイパネル２１０には、器械点から路線Ｌ上の任意の位置までの距離を入力する距離入力手段としての路線上位置指定エリア２２０と、距離入力手段（路線上位置指定エリア２２０）で入力した路線Ｌ上の任意の位置におけるトンネルの掘削断面に関する画像を表示する表示手段である掘削断面上位置指定エリア２３０とが設けられている。
【００４３】
路線上位置指定エリア２２０には、トータルステーション１１０の器械点位置２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離（ｍ）が目盛り付けされており、作業者が入力手段であるタッチペンなどを用いて器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離として、例えば、８０メートルの目盛りをタッチすると、路線上位置表示線２２４がペンタッチした８０メートルの目盛り位置２２４ａまで移動するとともに、演算手段であるＣＰＵ２０２には、器械点位置から路線Ｌ上の任意の位置までの距離として８０メートルの距離情報が入力されるようになっている。この場合、器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離を指定したあと、距離増減エリアキー２２６を操作することで、器械点２２２から任意の位置までの距離を１ｍ，０．１ｍ，０．０１ｍの所定単位に切替設定して増減（調整）できる。
【００４４】
器械点２２２から路線Ｌ上の任意の位置までの距離が入力されたときには、記憶部（メモリ）２０３に記憶されているトンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）に基づいて、画面上のエリア２３０には、器械点２２２から入力距離相当位置（例えば、８０メートルの位置）におけるトンネルの掘削断面画像（計画掘削断面画像）２３２が表示される。この計画掘削断面画像２３２は画面上の直交座標軸ｘ’ｙ’に沿って表示されるとともに、計画掘削断面画像２３２には計画高としてのフォーメーションラインＦＬとスプリングラインＳＬも併せて表示される。
【００４５】
符号２３４は、レーザ光照射モードと自動視準モードとを択一的に切替えるモード切替エリアキーであり、作業員がタッチペンなどを用いてディスプレイパネル２１０の画面上の計画掘削断面画像２３２内の所定点２３３ａを視準点またはレーザ光照射点として指定するとともに、モード切替エリアキー２３４をクリックして視準軸モードを選択すると、ＣＰＵ２０２は、演算手段として、画面上のｘ’ｙ’座標と計画掘削断面（鉛直断面）のｘｙ座標との対応づけを行うとともに、画面上の指定点座標（ｘ’_１，ｙ’_１）に対するトンネルの計画掘削断面上の座標（ｘ_１，ｙ_１）と、望遠鏡４６の視準軸Ｏとのずれ量として鉛直角（θａ）と水平角（θｂ）とを演算し、計画掘削断面上の座標値（ｘ_１，ｙ_１）を座標表示エリア２３５ａ、２３５ｂにおいて表示する。すなわち、ＣＰＵ２０２は、視準軸Ｏを計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）に一致させるための鉛直角（θａ）と水平角（θｂ）を演算する。
【００４６】
一方、作業員が画面上のモード切替エリアキー２３４をクリックしてレーザ光照射モードを選択したときには、画面上の指定点座標（ｘ’_１，ｙ’_１）に対するトンネルの計画掘削断面上の座標（ｘ_１，ｙ_１）と、望遠鏡４６のレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量として鉛直角（θ’ａ）と水平角（θ’ｂ）とを演算し、その座標値（ｘ_１，ｙ_１）を座標表示エリア２３５ａ、２３５ｂにおいて表示する。すなわち、ＣＰＵ２０２は、レーザ光照射軸Ｏ１を掘削断面上の指定の位置（ｘ_１，ｙ_１）に一致させるための鉛直角（θ’ａ）と水平角（θ’ｂ）とを演算する。
【００４７】
なお、視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１は水平方向にδｘ，鉛直方向にδｙだけオフセットしているため、路線距離Ｌｚにおける視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１間のズレは、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚであるから、計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、計画掘削断面上の指定位置（ｘ_１，ｙ_１）と視準軸Ｏのズレ量（鉛直角θａ，水平角θｂ）に対し、水平方向にδｘ／Ｌｚ、鉛直方向にθｙ／Ｌｚだけ補正してやればよい。即ち、計画掘削断面上の指定位置とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）は、θ’ａ＝θａ＋θｙ／Ｌｚ、θ’ｂ＝θｂ＋δｘ／Ｌｚとして求める（補正する）ことができ、レーザ光照射モードが選択されたときには、演算手段であるＣＰＵ２０２は、この補正式に基づいて、指定位置とレーザ光照射軸Ｏ１のズレ量（鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）を演算する。
【００４８】
また、作業員がディスプレイパネル２１０の画面上で視準点（またはレーザ光照射点）２３３ａをタッチペンなどを用いて指定したあと、指定位置調整エリアキー２３６ａ、２３６ｂをそれぞれ操作することで、視準点（またはレーザ光照射点）２３３ａの位置を１ｍ，０．１ｍ，０．０１ｍの所定単位に切替設定して増減（調整）でｘ，ｙ方向にその位置を修正することができる。
【００４９】
このあと、ＣＰＵ２０２は、演算結果を無線でトータルステーション１１０の入出力装置６６に送信する。計測制御機２００のＣＰ２０２の演算結果がトータルステーション１１０のＣＰＵ５８に転送されると、計測制御機２００のＣＰＵ２０２とともに演算手段を構成するＣＰＵ５８により水平軸４３Ｂと鉛直軸４３Ａを回転駆動するための制御信号（制御指令）が生成される。すなわち、ＣＰＵ５８は、指定された点の座標（ｘ_１，ｙ_１）と望遠鏡４６の視準軸Ｏ（またはレーザ光照射軸Ｏ１）とのずれ量である鉛直角θａ，水平角θｂ（または鉛直角θ’ａ，水平角θ’ｂ）を０にするための制御信号を生成して、垂直制御部５６および水平制御部５４に出力する。垂直制御部５６および水平制御部５４は回転制御手段として、ＣＰＵ５８からの制御信号にしたがって水平軸４３Ｂと鉛直軸４３Ａを回転駆動する。
【００５０】
この結果、望遠鏡４６の視準軸Ｏ（またはレーザ光視準軸Ｏ１）は、トータルステーション１１０から目視距離８０メートルにあるトンネルの計画掘削断面上の所定位置（ｘｙ座標における（ｘ_１，ｙ_１）位置）に向けられる。
【００５１】
したがって、トンネル掘削現場において、図６に示すように、切羽面Ａにおける所定位置２３３ａ１の計測（三次元座標値の測定）を行いたい場合は、まず計測したい切羽面Ａの所定位置２３３ａ１に反射ターゲット９０を設置する。ついで、計測制御機２００において、トータルステーション１１０からトンネルの切羽面Ａまでの概略目視距離（例えば８０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像２３２内で反射ターゲット設置点２３３ａ１（ｘ_１，ｙ_１）に概略相当する所定位置２３３ａ２（ｘ’_１，ｙ’_１）を視準点として指定し、さらに視準軸モードを選択することで、路線距離８０メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点２３３ａ２（ｘ’_１，ｙ’_１）と視準軸Ｏとのずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）が求まる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θａと水平角θｂ）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、視準望遠鏡４６の視準軸Ｏが概略反射ターゲット９０（反射ターゲット設置点２３３ａ１）の方を向く。
【００５２】
次に、ディスプレイパネル２１０の自動視準エリアキー２３７ａおよびプリズム使用キー２３７ｂをクリックして、トータルステーション１１０における自動視準装置６９を作動させると、光源８０からの照射光がトンネルＴの切羽面Ａの反射ターゲット９０に向けて照射され、その反射光の受光スポット１３０の中心１３１と十字型ラインセンサ１２２の中心１２５との水平方向偏差ｈ１および垂直方向偏差ｖ１が０になるように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動され、望遠鏡４６の視準軸ＯをトンネルＴの切羽面Ａにおける反射ターゲット９０の中心位置に正確に向けることができる。そこで、ディスプレイパネル２１０の計測エリアキー２３８をクリックして、トータルステーション１１０における測距・測角手段を作動させて、反射ターゲット９０までの距離および角度（水平角及び鉛直角）を求める。
【００５３】
また、トンネル掘削現場において、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面Ａ上の所定点２３３ｂ１にマーキングしたい場合は、計測制御機２００において、トータルステーション１１０からトンネルの切羽面Ａまでの概略目視距離（例えば８０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像２３２におけるトンネル切羽面Ａ上の所定点２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）に概略相当する位置をレーザ光照射点２３３ｂ２（ｘ’_２，ｙ’_２）として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離８０メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）とレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量（鉛直角θｃと水平角θｄ）が求まる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θｃと水平角θｄ）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θｃと水平角θｄ）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、レーザ光照射軸Ｏ１が指定点位置２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）の方を向く。次に、ディスプレイパネル２１０のレーザ光照射エリアキー２３９をクリックして、トータルステーション１１０におけるレーザ光照射手段（レーザポインタ）８７を作動させると、目的とするトンネル切羽面Ａ上の所定位置２３３ｂ１（ｘ_２，ｙ_２）にレーザ光が照射されるので、ここにペイントでマーキングを施す。
【００５４】
また、図６に示すように、掘削途中のトンネルＴ内後方のトンネル穴内周面所定位置２３３ｃ１にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、計測制御機２００において、トータルステーション１１０から補強材配設予定位置２３３ｃ１までの概略目視距離（例えばマイナス２０メートル）を入力し、画面上のエリア２３０に表示されたトンネル計画掘削断面画像（路線距離マイナス２０メートル地点のトンネル計画掘削断面画像）２３２Ａ内における補強材配設予定位置２３３ｃ１に概略対応する位置２３３ｃ２をレーザ光照射点として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離マイナス２０メートル地点のトンネル計画掘削断面上の指定点とレーザ光照射軸Ｏ１とのずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を求めることができる。ついで、計測制御機２００からトータルステーション１１０に、このずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を送信することで、トータルステーション１１０では、このずれ量（鉛直角θｅと水平角θｆ）を０にするように水平軸４３Ｂおよび鉛直軸４３Ａが回転駆動し、レーザ光照射軸Ｏ１が指定点位置２３３ｃ１の方を向く。次に、ディスプレイパネル２１０上のレーザ光照射エリアキー２３９をクリックして、トータルステーション１１０におけるレーザ光照射手段を作動させると、目的とするトンネル穴内周面所定位置２３３ｃ１にレーザ光が照射されるので、ここにペイントでマーキングを施す。
【００５５】
なお、前記実施例においては、計測制御機２００から無線によってトータルステーション１１０を遠隔制御するように構成されているが、有線によって遠隔制御する構造であってもよい。
【００５６】
また、前記実施例においては、計測制御機２００のディスプレイパネル２１０上にエリア２２０、２３０および各種操作エリアキーを設定し、計測制御機２００によってトータルステーション１１０を遠隔制御する構成として説明したが、トータルステーション１１０のタッチパネルディスプレイ６４上にエリア２２０、２３０および各種操作エリアキーを設定し、トータルステーション１１０単独で操作できる構造であってもよい。
【００５７】
また、前記実施例では、視準軸Ｏとレーザ光照射軸Ｏ１が（δｘ、δｙ）だけオフセットするものについて述べたが、視準軸Ｏからマーキング用の赤色レーザ光を照射する構成にすることも可能である。
【００５８】
また、前記実施例では、トータルステーション１１０をトンネルＴの掘削に使用する場合について述べたが、路線に沿った工事計画物としてはトンネルの他に例えば道路が考えられ、道路の敷設工事において、路線所定位置に道路の距離表示となるキロポスト設置点を示すマーキングを付ける場合等にも本発明を適用することができる。ただし、この場合は、計測制御機２００のＣＰＵ２０２の記憶部（メモリ）２０３に、またトータルステーション１１０単独で用いる場合はトータルステーション１１０のＣＰＵ５８にトンネル掘削用の計画情報（工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ）を記憶させておくことが必要である。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係るトータルステーションによれば、作業員は、トータルステーション設置点から計測したい位置またはレーザ光を照射したい位置までの概略距離を入力する操作と画面上における指定操作を行うだけで、望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に即座に向けることができるので、所定位置の計測作業時間や所定位置にレーザ照射光を向ける作業時間が著しく短縮される。
【００６０】
請求項２によれば、視準望遠鏡の構成が簡潔となるとともに、切り替えスイッチにより単一の画面を視準点指定モードとレーザ光照射点指定モードの双方の形態として使用できるので、表示装置の画面を小さくできる。
【００６１】
請求項３によれば、操作器は携帯に便利な上に、トータルステーションから遠く離れた場所からでも視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に正確に向けることができるので、特に無線により遠隔操作可能な操作器は非常に便利である。
【００６２】
請求項４によれば、望遠鏡の視準軸が概略指定の方向に向いた後は、自動視準装置により視準軸が工事計画物の目標位置に設置した反射ターゲットの中心に一致するように自動的に視準されるので、所定位置の正確な計測を短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるトータルステーション全体のブロック図である。
【図２】同トータルステーションの光学系および自動視準装置を説明する図である。
【図３】（ａ）は、同トータルステーションの正面図であり、（ｂ）は、同トータルステーションの背面図である。
【図４】十字形ラインセンサを説明する図である。
【図５】計測制御機に用いられるディスプレイの構成を説明する図である。
【図６】トンネル掘削断面を示す図である。
【符号の説明】
Ｔトンネル
Ａトンネルの切羽面
４６視準用望遠鏡
Ｏ視準軸
４７視準カメラ光学系
４８測距部
５４水平制御部
５６垂直制御部
５８ＣＰＵ
６４トータルステーションのタッチパネルディスプレイ
８０光源（照明装置）
８７レーザ光照射装置（レーザポインタ）
Ｏ１レー光照射軸
８９レーザ光源
９０反射ターゲット
９１信号処理部
１２２十字形ラインセンサ
１１０レーザポインタ付きトータルステーション
２００計測制御機
２０２演算手段であるＣＰＵ
２０３記憶手段である記憶部（メモリ）
２１０ディスプレイパネル
２２０路線上位置指定エリア
２３０掘削断面上位置指定エリア
２２２器械点
Ｌ路線
２３２、２３２Ａトンネルの計画掘削断面画像
ＦＬフォーメーションライン
ＳＬスプリングライン
２３３ａ１切羽面上の指定点（視準点）
２３３ｂ１切羽面上の指定点（レーザ照射点）
２３３ｃ１トンネル内周面上の指定点（レーザ照射点）
２３３ａ２、２３３ｂ２、２３３ｃ２トンネル計画掘削断面画像上の指定点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a total station driven by a motor drive, which is a distance measuring and angle measuring device provided with a distance measuring and angle measuring means, and in particular, a marking as a reference indicating an excavation area when excavating a tunnel or the like by an excavator. The present invention relates to a total station including a laser beam irradiation unit used for performing the application.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when excavating a tunnel, using a motor drive-driven total station equipped with a laser pointer as a laser light irradiating means, intermittently irradiating a laser beam spot on the surface to be excavated along the contour of the tunnel hole, After marking the laser beam irradiation point with paint or the like, excavation is performed along the marking corresponding to the contour of the tunnel hole. That is, the total station is an external personal computer in which planning information (linear data of the construction plan and vertical cross-sectional data of the construction plan corresponding to the route position) and a predetermined driving program are stored in the storage unit. Driven by a control signal from a remote control device such as a laser beam, so that laser irradiation light is intermittently spot-irradiated along a tunnel hole design value at a predetermined route position set in advance in a predetermined driving program, for example. (See Patent Document 1).
[0003]
At the excavation site of a tunnel, a total station with a laser pointer is used for such a marking operation, and also measures (distance measurement and angle measurement) a predetermined position on a face of a tunnel or an inner peripheral surface of a tunnel hole. It is also used to mark a predetermined position on the face and inner surface of the tunnel hole.To move the collimation axis and laser beam irradiation axis of the total station to an arbitrary position, it is necessary to remotely operate an external personal computer or remote control. A total station is directed to an arbitrary position (see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-133264 A (pages 3 to 5, FIGS. 1 to 4)
[Patent Document 2]
JP 2001-12950 A (pages 3 to 6, FIGS. 1 to 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, in order to move the collimating axis of the total station in an arbitrary direction, a worker uses an arrow key or a joystick of a personal computer (personal computer) and looks at the total station while viewing the total station. The main body and the collimating telescope with a laser pointer supported vertically rotatable with respect to the main body must be rotated horizontally and vertically, and the operation is troublesome. In other words, in order to rotate the total station in the horizontal and vertical directions while looking at the total station, it is necessary to determine how much the total station should be rotated using a three-dimensional visual sense, and move the total station to the final target position. Requires trial and error work. Moreover, the total station is often installed at a high place so as not to disturb the various works of the tunnel construction, and it is extremely troublesome to operate the total station in an arbitrary direction.
[0006]
The present invention has been made in view of the problems of the related art, and an object thereof is to display a vertical section of a construction plan at a predetermined position on a route as an image on a screen of a display unit and to display a vertical section designated on this screen. An object of the present invention is to provide a total station with a laser pointer that can immediately point a collimating axis or a laser beam irradiation axis of a telescope to a designated position in a cross-sectional image.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the total station according to claim 1, the distance from the instrument point to the collimating point is measured by the ranging light emitted from the collimating telescope toward the collimating point and the returned light. Distance measuring means, angle measuring means for measuring a horizontal angle and a vertical angle of the collimating point with respect to the collimating axis of the collimating telescope, and rotationally drivingly controlling the horizontal axis and the vertical axis of the collimating telescope according to the control signal. Rotation control means, a total station comprising a laser light irradiation means for irradiating laser light along a laser light irradiation axis coaxial or parallel to the collimating axis of the telescope,
Storage means for storing plan information (linear data of the construction plan and vertical cross-sectional data of the construction plan corresponding to the route position) on the construction plan along the route; Route distance input means for inputting a distance, and display means for displaying, on a screen, an image relating to a vertical section of the construction plan at an arbitrary position on the inputted route, based on the plan information on the construction plan in the storage means. When a collimation point or a laser beam irradiation point is designated in the vertical cross-sectional image of the construction plan on the screen, the coordinates of the designated point on the vertical cross section of the construction plan and the collimation axis of the telescope or A calculating means for calculating a vertical angle and a horizontal angle as a shift amount from the laser beam irradiation axis, and outputting a control signal for setting the shift amount to 0 to the rotation control means based on the calculation result. And the.
[0008]
(Operation) The rotation control means performs a predetermined driving program (for example, on the route) based on the construction plan information stored in the storage means (for example, (linear data of the tunnel and vertical section data of the tunnel corresponding to the route position)). Receiving a control signal corresponding to a program for sequentially directing the laser irradiation light to a plurality of designated positions on a tunnel excavation section corresponding to the predetermined position of the tunnel, and controlling the rotation drive of the horizontal axis and the vertical axis, thereby The laser irradiation light intermittently moves at a predetermined timing on the face of the tunnel along the design value of the tunnel excavation section to be excavated. Marking is sequentially performed on the light irradiation points with paint, and the excavator or boring machine is used as a guide for the paint mark attached along the design value of the tunnel excavation cross section. It is possible to carry out the excavation by the ring.
[0009]
Also, at the site where the construction plan is formed, if it is desired to direct the collimation axis or the laser beam irradiation axis to any position in the vertical section of the construction plan along the route, use the distance input means from the instrument point on the route. When the distance to an arbitrary position is input (designated), the screen of the display means displays a vertical section (for example, a vertical section) of the construction plan at the designated position on the route based on the construction plan information stored in the storage unit. An image relating to the tunnel excavation section) is displayed, and the x'y 'coordinates on the screen on which the vertical section image is displayed and the xy coordinates of the vertical section (for example, tunnel excavation section) of the construction plan at the designated position on the route Substantially correspond to (see FIGS. 5 and 6). When an arbitrary point is designated as a collimation point or a laser beam irradiation point in an image displayed on the screen (a vertical cross section image of a construction plan, for example, a tunnel excavation cross section), the designated position (screen Upper coordinate x ' ₁ , Y ' ₁ ) In the vertical section (for example, tunnel excavation section) of the construction plan corresponding to (x) ₁ , Y ₁ ) And the collimation axis of the telescope of the total station or the laser beam irradiation axis are obtained as vertical and horizontal angle deviations (θa, θb), that is, the collimation axis or the laser beam irradiation axis is designated at the designated position (x ₁ , Y ₁ The vertical angle θa and the horizontal angle θb are determined to match the above. The arithmetic means outputs a control signal for setting the obtained vertical angle θa and horizontal angle θb to 0 to the rotation control means, whereby the horizontal axis and the vertical axis are rotationally driven, and the collimating axis of the telescope or The laser beam irradiation axis is directed to the designated position.
[0010]
For example, when it is desired to measure a predetermined point on an excavated tunnel face (measurement for obtaining three-dimensional coordinates by distance measurement and angle measurement), a reflection target is set at a position to be measured on the face of the face. If the user inputs (designates) the approximate distance from the machine point to the face face, the tunnel excavation cross-sectional image at the route position corresponding to the input distance is displayed on the screen. Then, in this tunnel excavation cross-sectional image, a position (θa, θb) between the specified position and the collimation axis is determined by designating a position roughly corresponding to the target installation point as a collimation point. The rotation of the horizontal and vertical axes is controlled so that the amount becomes zero, and the collimating axis of the telescope is automatically directed to the designated position. Therefore, a predetermined point on the tunnel face is measured by the distance measuring / angle measuring means.
[0011]
In addition, when it is desired to mark a predetermined point on the tunnel face in order to launch blasting, the approximate distance is input (designated) in the same manner, and in the tunnel vertical cross-sectional image displayed on the screen, the approximate point is marked on the predetermined point. By designating the corresponding position as a laser beam irradiation point, the deviation amount (θc, θd) between the designated position and the laser beam irradiation axis is obtained, and the horizontal axis and the vertical axis are shifted so that the deviation amount becomes zero. The rotation is controlled, and the laser beam irradiation axis is automatically directed to the designated position. Therefore, laser light irradiation may be performed by laser irradiation means to mark the laser light irradiation position.
[0012]
Further, when it is desired to arrange a reinforcing material such as a lock bolt at a predetermined position on the inner peripheral surface of the tunnel hole at the rear of the tunnel during excavation, the approximate horizontal distance from the mechanical point to the estimated reinforcing material disposing position is input ( If specified, the tunnel excavation cross-sectional image at the line position corresponding to the input distance is displayed on the screen. Therefore, in the tunnel excavation cross-sectional image displayed on the screen, a position substantially corresponding to the reinforcing member arrangement planned position is designated as a laser beam irradiation point, so that the deviation amount between the designated position and the laser beam irradiation axis ( θe, θf) are obtained, and the rotation of the horizontal axis and the vertical axis is controlled so that the deviation amount becomes zero, and the laser beam irradiation axis is automatically directed to the designated position. Therefore, laser light irradiation may be performed by laser light irradiation means to mark the laser light irradiation position.
[0013]
In this way, the operator performs the operation for inputting the approximate distance from the instrument point at the position to be measured or the position to irradiate the laser light, and the operation for specifying the collimation point or the laser light irradiation point on the screen. By simply performing, the collimating axis of the telescope or the laser beam irradiation axis can be immediately turned to the designated direction.
[0014]
According to a second aspect, in the total station according to the first aspect, the collimation axis and the laser light irradiation axis are provided in parallel, and the display means is switched between a collimation point designation mode and a laser light irradiation point designation mode. To provide a changeover switch.
[0015]
(Function) Assuming that the collimation axis and the laser beam irradiation axis are offset by δx and δy, the deviation between the collimation axis and the laser beam irradiation axis at the route distance Lz is δx / Lz in the horizontal direction and δx / Lz in the vertical direction. Since it is θy / Lz, the deviation between the specified position and the laser beam irradiation axis (vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b) is the deviation between the specified position and the collimation axis (vertical angle θa, horizontal angle θb). In contrast, correction may be made by δx / Lz in the horizontal direction and by θy / Lz in the vertical direction. That is, the deviation amount (vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b) between the designated position and the laser beam irradiation axis can be obtained (corrected) as θ′a = θa + θy / Lz and θ′b = θb + δx / Lz. The calculating means calculates the amount of deviation (vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b) between the designated position and the laser beam irradiation axis based on the correction formula.
[0016]
Further, since the collimating axis and the laser beam irradiation axis are not on the same axis, no optical path switching means such as a beam splitter is required, and the structure of the telescope is simplified.
[0017]
Further, by switching the mode with the changeover switch, it is possible to selectively use both forms of the collimation point designation mode for designating the collimation point and the laser light irradiation point designation mode for designating the laser light irradiation point on a single screen.
[0018]
According to a third aspect, in the total station according to the first or second aspect, the storage unit, the route distance input unit, the display unit, and the calculation unit exchange information with a total station body by wire or wirelessly. The total station was configured to be placed on a remote controller.
(Operation) By operating the remote control device, the collimation axis or the laser beam irradiation axis can be accurately directed in the designated direction from a place away from the total station. In particular, when the total station is remotely controlled by radio, the remote control device can be easily moved to a free place because the operation cable is unnecessary, and the remote control apparatus can be operated from a place far from the total station.
[0019]
According to claim 4, in the total station according to any one of claims 1 to 3, light emitted along the collimation axis is reflected by a reflection target provided at a measurement point, and a light receiving center of the reflected light and the telescope. The automatic collimating device that automatically controls the rotation of the horizontal axis and the vertical axis so that the deviation of the collimating axis becomes zero is configured.
[0020]
(Operation) After the collimating axis of the telescope is directed to the approximate target position in the vertical section of the construction plan specified on the screen of the display means, the automatic collimation device is operated to enable the visualization of the telescope of the total station. The horizontal axis and the vertical axis are automatically rotated so that the quasi-axis coincides with the center position of the reflection target installed at a predetermined position of the construction plan.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 is a block diagram for explaining an overall configuration of a total station with a laser pointer according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining an optical system and an automatic collimation device of the total station. 3A is a front view of the total station, FIG. 3B is a rear view of the total station, and FIG. 4 is a cross-shaped line sensor used in the automatic collimation device of the total station. FIG.
[0023]
FIG. 3 shows the overall appearance of the total station 110 with a laser pointer according to the present embodiment. For example, when marking a tunnel face as a digging reference when digging a tunnel which is a construction plan at a dark construction site or the like, The collimating telescope 46 provided in the total station 110 is used for irradiating the marking position with laser irradiation light. As shown in FIG. 3A, the collimating telescope 46 is collimated to the center of the optical system of the telescope 46. The axis O is set. At a position (δx, δy) offset from the collimation axis O, the laser light irradiation axis O1 of the laser pointer as the laser light irradiation means is set parallel to the collimation axis O. I have. As shown in FIGS. 3A and 3B, a horizontal rotation axis (vertical axis) 43A is mounted on the leveling table 40 so as to be horizontally rotatable, and integrated with the horizontal rotation axis (vertical axis) 43A. A telescope 46 is vertically rotatably mounted between a pair of pillars 44 of a total station main body (hereinafter referred to as main body) 42 by a vertical rotation axis (horizontal axis) 43B. That is, the telescope 46 can be horizontally rotated with respect to the leveling table 40 by the horizontal rotation axis (vertical axis) 43A, and can be vertically rotated by the vertical rotation axis (horizontal axis) 43B.
[0024]
The leveling table 40 is provided with a lower platen 34, a leveling plate 35, and three leveling screw portions 36 as automatic leveling tables, and two leveling screws 36 among the three leveling screws 36 are provided. Is connected to a drive motor (not shown) as a rotary drive shaft. A main body 42 is fixed to an upper portion of the surface plate 35, and the lower plate 34 is fixed to a tripod or a base plate (not shown). Further, an XY coordinate tilt sensor (not shown) having a built-in control circuit is fixed to the edge of the surface plate 35. This tilt sensor detects the tilt amount (θx, θy) of the main body 42 of the surface plate 35 and supplies the detection output to a drive motor provided on the two leveling screws 36. . Each drive motor is configured to rotationally drive the leveling screw 36 in a direction to reduce the tilt amount to 0, and to automatically maintain the surface plate 35 in a horizontal state. That is, when the total station 110 is installed, the horizontal state can be always maintained even when the main body of the total station 110 is inclined by vibration or the like. The automatic leveling device is disclosed in detail, for example, in Japanese Patent Publication No. 2632372.
[0025]
The total station 110 according to the present embodiment is configured as an automatic collimating total station having an illumination device that irradiates illumination light toward a measurement target captured by the collimating telescope 46, for example, a reflection target 90 installed on a face of a tunnel. ing. Specifically, as shown in FIG. 1, a distance measuring unit (lightwave distance meter) 48 as distance measuring means for measuring a distance from an instrument point to a measuring point by collimating through a telescope 46, A horizontal angle measuring unit (horizontal encoder) 50 for measuring the horizontal angle of (the collimating axis of) the telescope 46, a vertical angle measuring unit (vertical encoder) 52 for measuring the vertical angle of (the collimating axis of) the telescope 46, A horizontal control unit (horizontal servomotor) 54 for controlling the horizontal angle of the telescope 46, a vertical control unit (vertical servomotor) 56 for controlling the vertical angle of the telescope 46, and control of these units, and measurement results are calculated. (Operation control unit) 58 for the operation. Of course, the telescope 46 is configured to be easily rotated manually.
[0026]
Further, the total station 110 of the present embodiment designates a measurement point by touching with a measurement point designation means such as a touch pen 68 or a finger for automatic collimation using the reflection target 90, and inputs various data and commands. For transmitting and receiving information (input and output of data) to or from an external device such as a measurement controller (personal computer) 200 as a remote controller separate from the total station 110 and a touch panel display 64 that can be operated separately from the total station 110. And an input / output device 66.
[0027]
The touch panel display 64 is attached to the lower back surface of the main body 42, and includes a reticle line (crosshair) 92 indicating the direction of a collimation axis (optical axis) O of the collimation camera optical system, various commands. , A numeric keypad for inputting data, measurement results obtained by the distance measuring unit 48 and the angle measuring units (angle measuring means) 50 and 52, and the like. In a state where the reflection target 90 installed at the measurement point is collimated, an image of the reflection target 90 captured by the collimation camera optical system 47 described later is displayed on the touch panel display 64.
[0028]
Of course, instead of the touch panel display 64, a device having a display device such as a liquid crystal display and a keyboard for inputting various commands and data may be used separately. , A mouse, a trackball, a joystick, or the like.
[0029]
The collimating camera optical system 47 includes an objective lens 11, a reflecting prism 70, a dichroic mirror 72, a beam splitter 120, a focusing lens 19, and a collimating CCD camera element 45 provided on a collimating axis O thereof. I have. The collimating camera optical system 47 includes a light emitting element 74 such as an infrared LED that emits distance measuring light, a condenser lens 76 that collects the distance measuring light, and a reflecting prism 70 that collects the distance measuring light. And a dichroic mirror 78 that reflects light toward the optical axis. The optical axis O2 of this optical system is conjugate with the collimating axis O and is coaxial with the collimating axis O. The distance measuring unit is an optical system, and substantially parallel light is emitted from the objective lens 11. The diffused light may be transmitted from the lens 76.
[0030]
Further, the collimating camera optical system 47 reflects a light source 80 such as an LED that illuminates with visible light, a condenser lens 82 that collects the irradiation light, and reflects the collected illumination light toward the reflection prism 70. An illumination device including the mirror 84 is provided. The optical axis O3 of this illuminating device is an optical system conjugate with the collimating axis O and is a coaxial illumination optical system with the collimating axis O. The objective lens 11 emits substantially parallel light.
[0031]
Further, in the collimating camera optical system 47, the distance measurement light reflected and diffused by the reflection target 90 installed at the measurement point is reflected by the dichroic mirror 72, enters the light receiving element 86 such as a photodiode, and measures the distance. . The image of the reflection target 90 passes through the beam splitter 120, passes through the focusing lens 19, and forms an image on the collimating CCD camera element 45 that converts the image into a digital image. The image of the reflection target 90 is displayed on the touch panel display 64. Is displayed. When the light source 80 blinks, the reflection target image appearing on the display 64 also blinks. A part of the light of the light source 80 reflected by the reflection target 90 forms an image on the cross-shaped line sensor 122 via the beam splitter 120. Since the image formed by the light source 80 may not come on the pixels of the line sensor 122 (123, 124), the telescope 46 is rotated in the vertical and horizontal directions so that at least a part of the image formed by the light source 80 becomes a line. By making the pixels come on the pixels of the sensors 123 and 124, the image forming center position of the light source 80 can be recognized. Then, the telescope 46 is rotated in the vertical and horizontal directions (automatic collimation) so that the imaging center of the light source 80 matches the center of the line sensor 122. In the collimating camera optical system 47, another appropriate image pickup device may be used instead of the collimating CCD camera element 45, and a sensor such as a four-division sensor may be appropriately used instead of the cross-shaped line sensor 122. Is also good.
[0032]
The illumination light may be infrared laser light, but in this embodiment, an illumination device that emits visible light illumination light from a light source 80 such as an LED is provided so that the illumination light easily spreads over the entire field of view.
[0033]
Further, in this embodiment, the light source 80 can be turned on and off by an on / off switching command from the CPU 58. Of course, the light source 80 may be made blinkable by an appropriate modulation circuit. When the light source 80 is turned on and off, the reflection target 90 directly viewed in a dark place and the reflection target image on the touch panel display 64 also blink, so that the reflection target 90 can be more easily visually recognized and the measurement point can be easily designated.
[0034]
The distance measuring light (LED or infrared laser light) emitted from the light emitting element 74 is transmitted to the target to be measured via the condenser lens 76, the dichroic mirror 78, the reflecting prism 70, and the objective lens 11. . The distance measurement light reflected by the reflection target travels backward in the optical path, passes through the objective lens 11, is reflected by the dichroic mirror 72 at right angles, and enters the light receiving element 86. As in the related art, the distance to the reflection target 90 is the same as that of the conventional art. It is calculated from the phase difference between the signal and the reference signal.
[0035]
On the other hand, the illumination light emitted from the light source 80 is transmitted through the condenser lens 82, the mirror 84, the reflection prism 70, and the objective lens 11 to the reflection target set at the measurement point to be measured. Then, the diffuse illumination light reflected by the reflection target travels backward in the optical path that has come, passes through the objective lens 11 and the dichroic mirror 72, is split into two by the beam splitter 120, and is one of the split lights. Is incident on a collimated CCD camera element 45 through a focusing lens 19 to form an illuminated target image, and this image is converted into a digital image, and the other of the divided light is a cross-shaped line sensor. The light is collected at 122. Since the digital image obtained by the collimating CCD camera element 45 is displayed on the touch panel display 64, the collimation is confirmed by matching the reticle line (cross line) 92 on the display 64 with the cross line indicating the center of the reflection target 90. can do.
[0036]
The telescope 46 of this embodiment has a laser pointer collimating axis O1 parallel to the collimating axis O, a lens 88 and a red laser light source 89. It is configured to be able to emit red laser light along the laser light collimating axis O1.
[0037]
In the present embodiment, the automatic collimating device 69 includes the cross-shaped line sensor 122, the CPU 58, the horizontal control unit 54, and the vertical control unit 56. Will be described based on FIG. 2 and FIG.
[0038]
As shown in FIG. 4, the cross-shaped line sensor 122 is formed by combining two line sensors 123 and 124 in a cross shape, and the center 125 of the cross-shaped line sensor 122 is a light beam along the collimation axis O of the collimation camera optical system. Make it coincide with the incident position. Output signals from the line sensors 123 and 124 are input to the CPU 58 via a signal processing unit 91 including an amplifier, a waveform shaper, an A / D converter, and the like. The CPU 58 obtains the midpoints 128 and 129 of the light receiving portions 126 and 127 of the two line sensors 123 and 124, respectively, and thereby reflects light reflected from the reflection target 90 by the center 125 of the cross-shaped line sensor 122 and the illumination light of the light source 80. The horizontal deviation h1 and the vertical deviation v1 from the center 131 of the irradiation spot 130 are determined. Since the two deviations h1 and v1 correspond to the angle between the collimation axis O and the target direction (collimation point), the CPU 58 sends a control signal corresponding to the two deviations h1 and v1 to the horizontal control unit 54 and the vertical control, respectively. The vertical axis 43A and the horizontal axis 43B are rotated by a motor so that both deviations h1 and v1 are set to 0, thereby causing the telescope 46 (of the collimating axis O) of the main body 42 to be reflected by the reflection target 90. , Ie, the collimation target 90 is automatically collimated. In addition to the cross line sensor 122, a sensor such as a four-division optical sensor may be used in the automatic collimation device.
[0039]
The measurement controller 200 according to the present embodiment incorporates a personal computer (CPU) 202 for remotely operating the total station 110 while transmitting and receiving information via the total station body and the input / output device 66. It has a similar function and, as shown in FIG. 5, has a display panel 210 as a display means.
[0040]
The storage unit (memory) 203 serving as a storage unit of the CPU 202 stores plan information for tunnel excavation (linear data of a tunnel, which is a construction plan, and data on a vertical section of a tunnel with respect to a route position), and “the face A of the tunnel T”. The driving of the total station 110 is controlled so that the laser irradiation light is sequentially directed to a plurality of designated positions (see symbols P1 to P7 in FIGS. 5 and 6) on the outer shape of the tunnel vertical cross section at a predetermined route position corresponding to Is stored. For this reason, when marking the face A for tunnel hole excavation using the total station 110 installed so as to face the face A of the tunnel T, the CPU 202 controls the total station 110 in accordance with the drive program. A control signal for intermittently rotating the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A by a predetermined angle while irradiating red laser light from a laser light irradiation device (laser pointer) 87 is wirelessly transmitted to the input / output device 66 of the total station 110. When this control signal is transferred from the input / output device 66 to the CPU 58, the CPU 58 outputs a signal for activating the laser light source 88 and outputs a control signal for intermittently rotating the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A. Output to the vertical control unit 56 and the horizontal control unit 54. Thus, on the face A of the tunnel, the laser irradiation light is spot-like at predetermined intervals along the outer shape of the tunnel excavation cross section to be excavated, as indicated by reference symbols P1 → P2 →... P6 → P7 in FIG. When the worker sequentially marks the spot irradiation positions (P1, P2,... P6, P7) of the laser irradiation light with paint, the face A is painted in accordance with the outer shape of the tunnel excavation cross section. The mark is given. After that, the driving of the total station 110 is stopped, and the excavation is continued based on the paint mark corresponding to the outer shape of the vertical section of the tunnel.
[0041]
When the excavation over the predetermined length is completed, the total station 110 is installed again at the predetermined position facing the new face, and the instrument point position of the total station 110 is obtained from the rear reference point by the rear intersection method, and the measurement control is performed. After setting the instrument point position in the machine 200, the drive of the total station 110 is controlled again based on the drive program of the measurement controller 200. As described above, on the facet, the laser irradiation light sequentially moves in spots at predetermined intervals along the outer shape of the tunnel excavation cross section, so that the worker performs marking on the spot irradiation position of the laser irradiation light. The excavation of the face is continued based on the paint mark. By repeating such operations, a tunnel, which is a construction plan, is completed.
[0042]
The display panel 210 of the measurement controller 200 includes a route position designation area 220 as a distance input device for inputting a distance from an instrument point to an arbitrary position on the route L, and a distance input device (route position designation device). An excavation section position designation area 230 which is a display means for displaying an image relating to the excavation section of the tunnel at an arbitrary position on the route L input in the area 220) is provided.
[0043]
The distance (m) from the instrument point position 222 of the total station 110 to an arbitrary position on the route L is graduated in the on-route position designation area 220, and the operator uses the touch pen or the like as an input means to perform instrument measurement. When a scale of 80 meters is touched, for example, as a distance from the point 222 to an arbitrary position on the route L, the position display line 224 on the route moves to the scale position 224a of 80 meters touched by a pen, and the CPU 202 as a calculating means. , Distance information of 80 meters is input as the distance from the instrument point position to an arbitrary position on the route L. In this case, after designating the distance from the instrument point 222 to an arbitrary position on the route L, by operating the distance increase / decrease area key 226, the distance from the instrument point 222 to the arbitrary position can be 1 m, 0.1 m, or 0.1 m. It can be increased or decreased (adjusted) by switching and setting to a predetermined unit of 0.01 m.
[0044]
When a distance from the mechanical point 222 to an arbitrary position on the route L is input, planning information for tunnel excavation stored in the storage unit (memory) 203 (linear data and route position of the tunnel as a construction plan) In the area 230 on the screen, a tunnel excavation cross-sectional image (planned excavation cross-sectional image) 232 at a position equivalent to the input distance from the instrument point 222 (for example, a position at 80 meters) is displayed in the area 230 on the screen. Is done. The planned digging section image 232 is displayed along the orthogonal coordinate axes x'y 'on the screen, and the planned digging section image 232 also displays the formation line FL and the spring line SL as the planned height.
[0045]
Reference numeral 234 denotes a mode switching area key for selectively switching between the laser beam irradiation mode and the automatic collimation mode. The operator uses a touch pen or the like to select a location within the planned excavation cross-sectional image 232 on the screen of the display panel 210. When the fixed point 233a is designated as a collimation point or a laser beam irradiation point, and the collimation axis mode is selected by clicking the mode switching area key 234, the CPU 202 executes the x'y 'coordinates on the screen and the planning In addition to making correspondence with the xy coordinates of the excavated section (vertical section), the designated point coordinates (x ′ ₁ , Y ' ₁ ), The coordinates (x ₁ , Y ₁ ) And the vertical angle (θa) and the horizontal angle (θb) as the amount of deviation from the collimating axis O of the telescope 46, and calculate the coordinate values (x ₁ , Y ₁ ) Are displayed in the coordinate display areas 235a and 235b. That is, the CPU 202 sets the collimating axis O to the designated position (x ₁ , Y ₁ ) Are calculated to match the vertical angle (θa) and the horizontal angle (θb).
[0046]
On the other hand, when the operator clicks the mode switching area key 234 on the screen and selects the laser beam irradiation mode, the designated point coordinates (x ′ ₁ , Y ' ₁ ), The coordinates (x ₁ , Y ₁ ) And a vertical angle (θ′a) and a horizontal angle (θ′b) as the amount of deviation from the laser beam irradiation axis O1 of the telescope 46, and the coordinate value (x ₁ , Y ₁ ) Are displayed in the coordinate display areas 235a and 235b. That is, the CPU 202 sets the laser beam irradiation axis O1 at a specified position (x ₁ , Y ₁ ) And a horizontal angle (θ′b) to make them coincide with each other.
[0047]
Since the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 are offset by δx in the horizontal direction and δy in the vertical direction, the deviation between the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 at the route distance Lz is horizontal. Since δx / Lz and θy / Lz in the vertical direction, the specified position (x ₁ , Y ₁ ) And the amount of deviation (vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b) between the laser beam irradiation axis O1 and the specified position (x ₁ , Y ₁ ) And the amount of deviation between the collimation axis O (vertical angle θa, horizontal angle θb) may be corrected by δx / Lz in the horizontal direction and θy / Lz in the vertical direction. That is, the deviation amount (vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b) between the designated position on the planned excavation section and the laser beam irradiation axis O1 is obtained as θ′a = θa + θy / Lz, θ′b = θb + δx / Lz. When the laser beam irradiation mode is selected, the CPU 202, which is an arithmetic unit, calculates the amount of deviation between the designated position and the laser beam irradiation axis O1 (vertical angle θ′a, The horizontal angle θ′b) is calculated.
[0048]
After the operator designates the collimation point (or laser beam irradiation point) 233a on the screen of the display panel 210 using a touch pen or the like, the operator operates the designated position adjustment area keys 236a and 236b, respectively, to collimate. The position of the point (or laser beam irradiation point) 233a can be switched to a predetermined unit of 1 m, 0.1 m, or 0.01 m and the position can be corrected in the x and y directions by increasing or decreasing (adjusting).
[0049]
Thereafter, the CPU 202 wirelessly transmits the calculation result to the input / output device 66 of the total station 110. When the calculation result of the CP 202 of the measurement controller 200 is transferred to the CPU 58 of the total station 110, the control signal for rotating the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A by the CPU 58 constituting the calculation means together with the CPU 202 of the measurement controller 200 ( A control command is generated. That is, the CPU 58 determines the coordinates (x ₁ , Y ₁ ) And the vertical angle θa and horizontal angle θb (or vertical angle θ′a, horizontal angle θ′b), which are the amounts of deviation between the collimating axis O (or the laser beam irradiation axis O1) of the telescope 46, are set to zero. A control signal is generated and output to the vertical control unit 56 and the horizontal control unit 54. The vertical control unit 56 and the horizontal control unit 54, as rotation control means, rotationally drive the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A according to a control signal from the CPU 58.
[0050]
As a result, the collimating axis O (or the laser beam collimating axis O1) of the telescope 46 is positioned at a predetermined position (x-coordinate in the xy coordinates) on the planned excavation section of the tunnel at a visual distance of 80 meters from the total station 110. ₁ , Y ₁ ) Position).
[0051]
Therefore, at the tunnel excavation site, as shown in FIG. 6, when it is desired to measure the predetermined position 233a1 (measurement of three-dimensional coordinate values) on the face A, first, the reflection target is set at the predetermined position 233a1 on the face A to be measured. 90 is installed. Next, the measurement controller 200 inputs the approximate visual distance (for example, 80 meters) from the total station 110 to the face A of the tunnel, and sets the reflection target in the tunnel planned excavation cross-sectional image 232 displayed in the area 230 on the screen. Point 233a1 (x ₁ , Y ₁ ), A predetermined position 233a2 (x ′ ₁ , Y ' ₁ ) Is designated as a collimation point, and the collimation axis mode is further selected, so that a designated point 233a2 (x ′) on a tunnel planned excavation cross section with a line distance of 80 meters can be obtained. ₁ , Y ' ₁ ) And the collimation axis O (vertical angle θa and horizontal angle θb) are obtained. Then, by transmitting the deviation amount (vertical angle θa and horizontal angle θb) from the measurement controller 200 to the total station 110, the total station 110 sets the deviation amount (vertical angle θa and horizontal angle θb) to zero. Then, the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A are rotationally driven, and the collimating axis O of the collimating telescope 46 generally faces the reflection target 90 (reflection target installation point 233a1).
[0052]
Next, when the automatic collimation device 69 in the total station 110 is operated by clicking the automatic collimation area key 237a and the prism use key 237b of the display panel 210, the irradiation light from the light source 80 is applied to the face A of the tunnel T. The horizontal axis 43B and the vertical axis 43B are set such that the horizontal deviation h1 and the vertical deviation v1 between the center 131 of the light receiving spot 130 of the reflected light and the center 125 of the cross-shaped line sensor 122 become zero. The shaft 43A is driven to rotate, and the collimating axis O of the telescope 46 can be accurately directed to the center position of the reflection target 90 on the face A of the tunnel T. Then, the user clicks the measurement area key 238 on the display panel 210 and activates the distance measurement / angle measurement means in the total station 110 to obtain the distance and angle (horizontal angle and vertical angle) to the reflection target 90.
[0053]
When it is desired to mark a predetermined point 233b1 on the tunnel face A at the tunnel excavation site in order to initiate blasting, the measurement controller 200 sets the approximate visual distance (for example, 80 meters) from the total station 110 to the tunnel face A. ), And a predetermined point 233b1 (x) on the tunnel face A in the tunnel planned excavation section image 232 displayed in the area 230 on the screen. ₂ , Y ₂ The position roughly corresponding to () is the laser beam irradiation point 233b2 (x ′ ₂ , Y ' ₂ ), And by selecting the laser beam irradiation mode, the designated point 233b1 (x ₂ , Y ₂ ) And the laser beam irradiation axis O1 (vertical angle θc and horizontal angle θd) are obtained. Then, by transmitting the deviation amount (vertical angle θc and horizontal angle θd) from the measurement controller 200 to the total station 110, the total station 110 sets the deviation amount (vertical angle θc and horizontal angle θd) to zero. The horizontal axis 43B and the vertical axis 43A are driven to rotate, and the laser beam irradiation axis O1 is moved to the designated point position 233b1 (x ₂ , Y ₂ ). Next, by clicking the laser light irradiation area key 239 on the display panel 210 and operating the laser light irradiation means (laser pointer) 87 in the total station 110, a predetermined position 233b1 (x ₂ , Y ₂ ) Is irradiated with a laser beam, and a marking is made here with paint.
[0054]
As shown in FIG. 6, when it is desired to dispose a reinforcing material such as a lock bolt at a predetermined position 233c1 on the inner peripheral surface of the tunnel hole behind the tunnel T during excavation, the measuring controller 200 The approximate visual distance (for example, minus 20 meters) up to the planned layout position 233c1 is input, and the tunnel planning excavation cross-sectional image (tunnel planning excavation cross-sectional image at a line distance minus 20 meters point) 232A displayed in the area 230 on the screen By designating the position 233c2 roughly corresponding to the reinforcing material arrangement planned position 233c1 as a laser beam irradiation point, and further selecting the laser beam irradiation mode, the designated point on the tunnel planned excavation cross section of the line distance minus 20 meters point The amount of deviation from the laser beam irradiation axis O1 (vertical angle θe and horizontal angle θf) can be determined. Can be. Then, by transmitting the deviation amount (vertical angle θe and horizontal angle θf) from the measurement controller 200 to the total station 110, the total station 110 sets the deviation amount (vertical angle θe and horizontal angle θf) to zero. Then, the horizontal axis 43B and the vertical axis 43A are driven to rotate, and the laser beam irradiation axis O1 is directed toward the designated point position 233c1. Next, by clicking the laser light irradiation area key 239 on the display panel 210 and operating the laser light irradiation means in the total station 110, the laser light is irradiated on the predetermined position 233c1 on the inner peripheral surface of the target tunnel hole. Here, marking is applied with paint.
[0055]
In the above embodiment, the total controller 110 is configured to be remotely controlled by wireless from the measurement controller 200, but may be configured to be remotely controlled by wire.
[0056]
In the above embodiment, the areas 220 and 230 and various operation area keys are set on the display panel 210 of the measurement controller 200, and the total station 110 is remotely controlled by the measurement controller 200. The area 220, 230 and various operation area keys may be set on the touch panel display 64 of this embodiment, and the total station 110 may be operated alone.
[0057]
In the above embodiment, the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 are offset by (δx, δy). However, a configuration is adopted in which the collimation axis O emits a red laser beam for marking. Is also possible.
[0058]
Further, in the above embodiment, the case where the total station 110 is used for excavation of the tunnel T has been described. However, as a construction plan along the route, for example, a road may be considered in addition to the tunnel. The present invention can also be applied to a case where a marking indicating a kilopost installation point, which is a distance indication of a road, is attached to a position. In this case, however, the tunnel digging plan information (linear data of the tunnel which is a construction plan) is stored in the storage unit (memory) 203 of the CPU 202 of the measurement controller 200, and in the CPU 58 of the total station 110 when the total station 110 is used alone. And data on the vertical section of the tunnel with respect to the route position).
[0059]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the total station according to the first aspect, the operator inputs the approximate distance from the installation point of the total station to the position to be measured or the position to irradiate the laser beam, and the designation on the screen By simply performing an operation, the collimating axis of the telescope or the laser beam irradiating axis can be immediately turned in the specified direction, so that the working time for measuring the predetermined position and the task of directing the laser irradiating light to the predetermined position are significantly reduced. You.
[0060]
According to the second aspect, the configuration of the collimating telescope is simplified, and a single screen can be used as both the collimating point designation mode and the laser beam irradiation point designation mode by the changeover switch. The screen can be made smaller.
[0061]
According to the third aspect of the present invention, the operation device is convenient to carry, and since the collimation axis or the laser beam irradiation axis can be accurately directed in the designated direction even from a place far from the total station, the operation device is particularly remote-controlled by wireless. Operable actuators are very convenient.
[0062]
According to the fourth aspect, after the collimating axis of the telescope is oriented in the roughly specified direction, the automatic collimating device adjusts the collimating axis to coincide with the center of the reflection target installed at the target position of the construction plan. Since the collimation is automatically performed, accurate measurement of the predetermined position can be performed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an overall total station according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical system and an automatic collimation device of the total station.
FIG. 3A is a front view of the total station, and FIG. 3B is a rear view of the total station.
FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-shaped line sensor.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a display used in the measurement controller.
FIG. 6 is a diagram showing a tunnel excavation cross section.
[Explanation of symbols]
T tunnel
Face of tunnel A
46 collimating telescope
O collimating axis
47 collimating camera optical system
48 Distance measuring unit
54 Horizontal controller
56 Vertical control unit
58 CPU
64 Total Station Touch Panel Display
80 Light source (lighting device)
87 Laser Light Irradiation Device (Laser Pointer)
O1 Ray light irradiation axis
89 Laser Light Source
90 reflective target
91 Signal processing unit
122 Cross line sensor
110 Total station with laser pointer
200 Measurement controller
202 CPU as arithmetic means
203 Storage Unit (Memory) as Storage Means
210 Display panel
220 On-line location designation area
230 Position designation area on excavation section
222 instrument points
L line
Planned excavation cross-sectional image of 232, 232A tunnel
FL formation line
SL Spring line
233a1 Designated point (collimation point) on face
233b1 Designated point (laser irradiation point) on face
233c1 Designated point (laser irradiation point) on inner circumferential surface of tunnel
233a2, 233b2, 233c2 Designated point on tunnel excavation cross section image

Claims

Distance measuring means for measuring the distance from the instrument point to the collimating point by the distance measuring light emitted from the collimating telescope toward the collimating point and the returned light, and the collimating point with respect to the collimating axis of the collimating telescope Angle measuring means for measuring the horizontal angle and the vertical angle of the telescope, rotation control means for rotationally controlling the horizontal axis and the vertical axis of the collimating telescope according to the control signal, and a laser coaxial or parallel to the collimating axis of the telescope In a total station equipped with a laser light irradiation means for irradiating laser light along the light irradiation axis,
Storage means for storing plan information (linear data of the construction plan and vertical cross-sectional data of the construction plan corresponding to the route position) on the construction plan along the route; Route distance input means for inputting a distance, and display means for displaying, on a screen, an image relating to a vertical section of the construction plan at an arbitrary position on the inputted route, based on the plan information on the construction plan in the storage means. When a collimation point or a laser beam irradiation point is designated in the vertical cross-sectional image of the construction plan on the screen, the coordinates of the designated point on the vertical cross section of the construction plan and the collimation axis of the telescope or Calculating means for calculating a vertical angle and a horizontal angle as an amount of deviation from the laser beam irradiation axis, and outputting a control signal for setting the amount of deviation to zero based on the operation result to the rotation control means. Total station characterized by.

2. The total station according to claim 1, wherein the collimating axis and the laser light irradiation axis are provided in parallel, and the display means has a changeover switch for switching between a collimation point designation mode and a laser light irradiation point designation mode. Total station characterized by the fact that was provided.

3. The total station according to claim 1, wherein the storage unit, the route distance input unit, the display unit, and the calculation unit exchange information with a total station body by wire or wirelessly to remotely control the total station body. Total station characterized by being arranged in the operation device.

The total station according to any one of claims 1 to 3, wherein light emitted along a collimating axis is reflected by a reflection target provided at a measurement point, and a shift between a light receiving center of the reflected light and a collimating axis of the telescope. A total station including an automatic collimation device for automatically controlling the rotation of the horizontal axis and the vertical axis so that the value becomes zero.