JP2004354151A - 変位計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザビームが形成する平面の変動による影響を抑えるようにした変位計測システムを得る。
【解決手段】監視対象物である高架構造物１の橋脚５−１〜橋脚５−ｎにレベルセンサ２１−１〜２１−ｎをそれぞれ配設し、これらレベルセンサ２１−１〜２１−ｎと別に、不動点３１上にもレベルセンサ３２を設ける。各レベルセンサ２１−１〜２１−ｎ、３２は、それぞれ不動点１１に配設されている回転レーザレベル１２から水平方向に向けて放射されるレーザビームを受光し、受光位置の変位（レベル変位）を示す信号をホストコンピュータ４２へ送信する。ホストコンピュータ４２は、レベルセンサ３２から送信される信号が示すレベル変位検出値Ｄｃを用いて補正値ｈｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）を算出する。ホストコンピュータ４２はさらに、レベルセンサ２１−１〜２１−ｎから送信される各信号が示す各橋脚におけるレベル変位検出値Ｄｊを補正値ｈｊでそれぞれ補正する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物などの不同沈下を監視するための変位計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査レーザ光を送光し、この走査レーザ光を複数の測定点で受光することによって各測定点におけるレベル変位を検出する変位計測システムが知られている（特許文献１参照）。変位計測システムは、回転するレーザビーム（走査レーザ光）を水平方向に放射する回転レーザレベルと、各測定点においてレーザビームの受光位置の鉛直方向の変化（レベル変位）をそれぞれ検出する複数のレベルセンサと、各レベルセンサによる検出結果を監視するコントローラとを有し、各レベルセンサが配設されている構造物のレベル変動を監視する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２０８０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記システムでは、回転レーザレベルから放射されるレーザビームが形成する平面（すなわち、水平方向に対するレーザビームの放射方向角）が変動しないことが前提になる。レーザビームの放射方向角が変動すると、測定点にレベル変動が生じていないにもかかわらずレーザビームの受光位置が変化し、レベル変動が生じた場合と同様の監視結果が得られてしまう。とくに、回転レーザレベルから測定点までの距離が長くなると、レベルセンサで検出されるレベル変位が距離に比例して大きくなるので問題になりやすい。
【０００５】
本発明は、レーザビームが形成する平面に変動があった場合でも、測定点の変位を正確に計測できる変位計測システムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による変位計測システムは、第１の不動点に配設され、回転するレーザビームを射出する回転レーザビーム射出手段と、変位計測の対象物に配設され、レーザビームを受光して当該レーザビームが形成する平面と略直角方向における変位情報を示す信号を送出する第１の受光位置検出手段と、第１の不動点と異なる第２の不動点に配設され、レーザビームを受光して当該レーザビームが形成する平面と略直角方向における変位情報を示す信号を送出する第２の受光位置検出手段と、第２の受光位置検出手段からの信号が示す変位情報に基づいて第１の受光位置検出手段からの信号が示す変位情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
請求項１に記載の変位計測システムにおいて、回転レーザビーム射出手段から第１の受光位置検出手段までの第１の距離と、回転レーザビーム射出手段から第２の受光位置検出手段までの第２の距離との比に応じて補正を行うように補正手段を構成してもよい。
請求項１または２に記載の変位計測システムにおいて、回転レーザビーム射出手段および第１の受光位置検出手段を結ぶ線と、回転レーザビーム射出手段および第２の受光位置検出手段を結ぶ線との挟角を所定範囲内にするとよい。
請求項１〜３のいずれかに記載の変位計測システムにおいて、補正手段による補正後の変位情報を変位計測値にするとよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による変位計測システムの全体構成図である。本実施の形態では、変位計測システムで鉄道や道路などの高架構造物１のレベル変位を監視する。この監視は、たとえば、高架構造物１の周辺で工事（近接施工工事）が行われる場合など、工事の影響による既存の高架構造物１の不同沈下などの発生の有無を調べるために行う。
【０００８】
図１において、変位計測システムは、回転レーザレベル１２と、ｎ台の受光位置計測装置（レベルセンサ）２１−１〜２１−ｎと、受光位置計測装置３２と、ホストコンピュータ４２とを有する。回転レーザレベル１２は、上記近接施工工事の影響による沈下や振動等を受けない不動点１１に配設される。回転レーザレベル１２は、水平方向（不動点１１における重力方向と直角の方向）に向けてレーザビームを放射するとともに、このレーザビームを回転レーザレベル１２の回りに３６０度回転させるように構成されている。レーザビームの波長は、たとえば、７８０ｎｍの近赤外波長である。レーザビームの放射方向角（すなわち、レーザビームが形成する平面の角度）は、水平方向に対する角度偏差が、たとえば、±１０（秒）以内となるように構成されている。なお、水平方向に対するレーザビームの放射方向角をδφと表すことにする。
【０００９】
受光位置計測装置（レベルセンサ）２１−１〜２１−ｎは、高架構造物１のｎ本の橋脚５−１〜５−ｎにそれぞれ配設されている。受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎは回転レーザレベル１２からのレーザビームをそれぞれ受光し、鉛直方向の受光位置を示す信号を出力するように構成されている。受光位置を示す信号は、それぞれ通信ケーブル４１を介してホストコンピュータ４２へ送信される。なお、受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎには、回転レーザレベル１２による上記波長のレーザビームを受光するために適した受光素子および波長フィルタがそれぞれ備えられ、他の光源からの光の影響を受けないように構成されている。
【００１０】
受光位置計測装置３２は、上記近接施工工事の影響による振動等を受けない不動点３１に配設される。不動点３１は、回転レーザレベル１２が配設される不動点１１とは別に設けられている。受光位置計測装置３２は、橋脚５−１〜５−ｎにそれぞれ配設されるレベルセンサと同様のレベルセンサで構成され、回転レーザレベル１２からのレーザビームを受光し、鉛直方向の受光位置を示す信号を出力するように構成されている。受光位置を示す信号は、通信ケーブル３３を介してホストコンピュータ４２へ送信される。
【００１１】
ホストコンピュータ４２は、受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎおよび受光位置計測装置３２から送信される信号を受信し、受信信号が示す各測定点（この場合橋脚５−１〜５−ｎおよび不動点３１）におけるレベル変位（変位計測値）を記録するとともに、レベル変位が管理限界値を超えた場合にはアラームを発信するように構成されている。レベル変位が小さい場合は、当該測定点の沈下等が管理値内であり、レベル変位が管理限界値を超えた場合は当該測定点に異常沈下等が発生したと考えられる。管理限界値は、許容されるレベル変位の上限であり、レベル変位の監視を開始する前にあらかじめ設定されている。
【００１２】
一般に、上述した回転レーザレベル１２では、光学部品、電気部品および機械部品などの各特性の経時変化や、回転レーザレベル１２の周囲温度の変化に伴う各部品の特性変動などによって放射方向角が変動する。この角度変動をδθとすると、回転レーザレベル１２によるレーザビームの放射方向角δＢは次式（１）で表される。
【数１】
δＢ＝δφ＋δθ （１）
【００１３】
放射方向角δφは、レーザビームの水平方向に対する定常的な偏差に対応し、放射方向角δθは、たとえば、昼夜間の温度差のように周囲環境の変化に起因する変動に対応する。変位計測システムは、レーザビームの受光位置の相対的変化を監視するので、定常的に生じている偏差δφよりも、方向角の変動δθの方が問題になりやすい。方向角の変動δθは、レーザビームが形成する平面の変動に相当する。
【００１４】
図２は、上式（１）において定常的な偏差δφを０とした場合の鉛直方向のレベル変位δＤを説明する図である。図２において、回転レーザレベル１２からのレーザビームの放射方向角がδθ変動すると、距離Ｌを隔てた測定点では鉛直方向にδＤのレベル変位が検出される。この場合のレベル変位δＤは実際の測定点のレベル変位に関係なく検出されるので誤差といえる。レベル変位δＤは、次式（２）で表される。
【数２】
δＤ＝｛Ｌ×ｔａｎ（δθ）｝ （２）
ただし、Ｌは回転レーザレベル１２およびレベルセンサ（測定点）間の距離である。
【００１５】
本発明は、レーザビームの放射方向角の変動δθによって生じるレベル変位δＤの影響を抑えることに特徴を有する。
【００１６】
図３は、図１の変位計測システムを上から見た図である。ただし、ホストコンピュータ４２および通信ケーブル４１、３３は省略している。図３において、回転レーザレベル１２から受光位置計測装置２１−１までの距離をＬ１とする。回転レーザレベル１２から受光位置計測装置２１−２までの距離をＬ２とする。同様に、回転レーザレベル１２から受光位置計測装置２１−ｎまでの距離をＬｎとする。また、回転レーザレベル１２から受光位置計測装置３２までの距離をＬｃとする。
【００１７】
ホストコンピュータ４２は、受光位置計測装置３２から送信される信号が示すレベル変位検出値Ｄｃを用いて、次式（３）により補正値ｈｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）を算出する。ここで、受光位置計測装置３２は不動点３１に配設されているため、受光位置計測装置３２における実際のレベル変位は０であり、受光位置計測装置３２で検出されるレベル変位検出値Ｄｃは回転レーザレベル１２の放射方向角の変動に起因するレベル変位に相当するという考えに基づく。
【数３】
ｈｊ＝Ｄｃ×（Ｌｊ／Ｌｃ） （３）
ただし、補正値ｈｊは、受光位置計測装置２１−ｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）によるレベル変位検出値Ｄｊに対する補正値である。距離Ｌｊは、回転レーザレベル１２から受光位置計測装置２１−ｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）までの距離である。上式（３）は、受光位置計測装置３２で検出されるレベル変位検出値Ｄｃ（すなわち、レーザビームの放射方向角の変動δθによって生じる誤差）を、光位置計測装置２１−ｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）で見込まれる誤差に距離Ｌｊと距離Ｌｃとの比に応じて換算するものである。
【００１８】
ホストコンピュータ４２は、各受光位置計測装置２１−ｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）から送信される信号が示すレベル変位検出値Ｄｊと、上式（３）による補正値ｈｊとを用いて、次式（４）により補正後のレベル変位検出値Ｄｊ’（ｊは１〜ｎまでの整数）を算出する。レベル変位検出値Ｄｊ’は、回転レーザレベル１２の放射方向角δθの変動に起因する誤差を除外したものである。
【数４】
Ｄｊ’＝Ｄｊ−ｈｊ （４）
【００１９】
ホストコンピュータ４２は、補正後のレベル変位検出値Ｄｊ’（ｊは１〜ｎまでの整数）のいずれかが管理限界値を超えた場合にアラームを発信する。これにより、工事施工者は、近接施工工事を中断して必要な措置をとる。
【００２０】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）レベル変化の監視対象物である高架構造物１の橋脚５−１〜橋脚５−ｎに受光位置計測装置（レベルセンサ）２１−１〜２１−ｎをそれぞれ配設し、これらレベルセンサ２１−１〜２１−ｎと別に、不動点３１上にもレベルセンサ３２を設ける。各レベルセンサ２１−１〜２１−ｎ、３２は、それぞれ不動点１１に配設されている回転レーザレベル１２から水平方向に向けて放射されるレーザビームを受光し、受光位置の変位（レベル変位）を示す信号をホストコンピュータ４２へ送信する。
【００２１】
（２）ホストコンピュータ４２は、レベルセンサ３２から送信される信号が示すレベル変位検出値Ｄｃを用いて、上式（３）により補正値ｈｊ（ｊは１〜ｎまでの整数）を算出する。ホストコンピュータ４２はさらに、レベルセンサ２１−１〜２１−ｎから送信される各信号が示す各橋脚におけるレベル変位検出値Ｄｊを補正値ｈｊでそれぞれ補正し、補正後のレベル変位検出値Ｄｊ’を記録する。
【００２２】
（３）ホストコンピュータ４２は、補正後のレベル変位検出値Ｄｊ’のいずれかが管理限界値を超えた場合にアラームを発信する。
【００２３】
たとえば、回転レーザレベル１２からレベルセンサ３２までの距離Ｌｃが４０（ｍ）、回転レーザレベル１２によるレーザビームの放射方向角の変動δθが５（秒）の場合は、レベル変位δＤ（すなわち、レベルセンサ３２で検出されるレベル変位検出値Ｄｃは上式（２）により１（ｍｍ）である。この場合に回転レーザレベル１２からの距離Ｌｊが８０（ｍ）であるレベルセンサ２１−ｊで見込まれる誤差ｈｊは上式（３）により２（ｍｍ）となる。レベルセンサ２１−ｊによるレベル変位検出値Ｄｊを補正値ｈｊで補正することで、２（ｍｍ）分の誤差を除去できるので、回転レーザレベル１２およびレベルセンサ２１−ｊにおける物理的な仕様変更を行うことなく、システムのレベル検出精度を高めることができる。
【００２４】
一般に、レベルセンサ２１−ｊのレベル検出精度は±０．５（ｍｍ）である。上述したようにレーザビームの放射方向角の変動δθによる誤差が２（ｍｍ）あると、システムとしてのレベル検出精度が±２．５（ｍｍ）に低下する。しかしながら、本実施の形態では上記２（ｍｍ）分の誤差を除去することによって変位計測システムで±０．５（ｍｍ）のレベル検出精度を得ることが可能になる。この結果、従来は６（ｍｍ）程度が限界であった変位計測システムの管理限界値を３（ｍｍ）にすることも可能になる。
【００２５】
回転レーザレベル１２およびレベルセンサ３２間の距離Ｌｃは、少なくとも３０（ｍ）〜４０（ｍ）以上とするのが望ましい。この理由は、レーザビームの放射方向角の変動δθが５（秒）の場合に、レベルセンサ３２で少なくとも当該レベルセンサ３２のレベル検出精度より大きなレベル変位検出値Ｄｃを得る必要があるからである。
【００２６】
以上の説明では、ホストコンピュータ４２および受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎ間、ホストコンピュータ４２および受光位置計測装置３２間をそれぞれケーブル４１、３３で通信する例を説明したが、電波や赤外線を用いた無線通信によって信号を送受信するようにしてもよい。
【００２７】
レーザビームの水平方向に対する定常的な偏差（放射方向角δφ）が回転レーザレベル１２の回り３６０度で一定でない（いわゆるオフセット誤差を有する）場合は、図３において回転レーザレベル１２および受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎをそれぞれ結ぶ各線と、回転レーザレベル１２および受光位置計測装置３２を結ぶ線との挟角がそれぞれ所定範囲内（たとえば、９０度以内）となるようにするとよい。
【００２８】
上述した説明では、鉛直方向のレベル変位を監視する例を説明したが、鉛直方向に対して直角の方向（水平方向）についてのレベル変位を監視してもよい。この場合には、回転レーザレベル１２ならびに受光位置計測装置２１−１〜２１−ｎ、受光位置計測装置３２の設置方向をそれぞれ９０度変更すればよい。
【００２９】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。第１の不動点は、たとえば、不動点１１が対応する。回転レーザビーム射出手段は、たとえば、回転レーザレベル１２によって構成される。対象物は、たとえば、橋脚５−１〜５−ｎが対応する。レーザビームが形成する平面と略直角方向は、たとえば、鉛直方向が対応する。第１の受光位置検出手段は、たとえば、受光位置計測装置（レベルセンサ）２１−１〜２１−ｎによって構成される。第２の不動点は、たとえば、不動点３１が対応する。第２の受光位置検出手段は、たとえば、受光位置計測装置（レベルセンサ）３２によって構成される。補正手段は、たとえば、ホストコンピュータ４２によって構成される。第１の距離は、たとえば、距離Ｌ１〜Ｌｎが対応する。第２の距離は、たとえば、距離Ｌｃが対応する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による変位計測システムでは、レーザビームが形成する平面に変動があった場合でも、測定点の変位を正確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による変位計測システムの全体構成図である。
【図２】定常的な偏差を０とした場合の鉛直方向のレベル変位を説明する図である。
【図３】図１の変位計測システムを上から見た図である。
【符号の説明】
１…高架構造物、 １１、３１…不動点、
１２…回転レーザレベル、
２１−１〜２１−ｎ、３２…受光位置計測装置（レベルセンサ）、
４２…ホストコンピュータ

Claims (4)

1. 第１の不動点に配設され、回転するレーザビームを射出する回転レーザビーム射出手段と、
   変位計測の対象物に配設され、前記レーザビームを受光して当該レーザビームが形成する平面と略直角方向における変位情報を示す信号を送出する第１の受光位置検出手段と、
   前記第１の不動点と異なる第２の不動点に配設され、前記レーザビームを受光して当該レーザビームが形成する平面と略直角方向における変位情報を示す信号を送出する第２の受光位置検出手段と、
   前記第２の受光位置検出手段からの信号が示す変位情報に基づいて前記第１の受光位置検出手段からの信号が示す変位情報を補正する補正手段とを備えることを特徴とする変位計測システム。
2. 請求項１に記載の変位計測システムにおいて、
   前記補正手段は、前記回転レーザビーム射出手段から前記第１の受光位置検出手段までの第１の距離と、前記回転レーザビーム射出手段から前記第２の受光位置検出手段までの第２の距離との比に応じて前記補正を行うことを特徴とする変位計測システム。
3. 請求項１または２に記載の変位計測システムにおいて、
   前記回転レーザビーム射出手段および前記第１の受光位置検出手段を結ぶ線と、前記回転レーザビーム射出手段および前記第２の受光位置検出手段を結ぶ線との挟角が所定範囲内であることを特徴とする変位計測システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の変位計測システムにおいて、
   前記補正手段による補正後の変位情報を変位計測値とすることを特徴とする変位計測システム。

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