JP2005274228A - レーザ測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の扇状レーザ光線により基準面を形成するレーザ測定システムに於いて、広範囲な傾斜基準面の設定を可能とする。
【解決手段】
レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置１と、レーザ光線を受光する受光装置２を具備するレーザ測定システムに於いて、前記回転レーザ装置は少なくとも１つが傾いている少なくとも２つの扇状レーザ光線を射出するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器が傾斜可能であり、前記受光装置は前記扇状レーザ光線を受光する少なくとも１つの受光部と、該受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とするレーザ基準面を検出可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ光線を回転照射して、水平基準面、或は水平基準面に対して所定の角度傾斜した基準平面を形成し、又レーザ光線を受光して位置測定を可能とするレーザ測定システムに関するものである。

従来、レーザ光線を回転照射して、基準面を形成する代表的なシステムとしては、回転レーザ装置及び測定点に設置され回転レーザ装置からのレーザ光線を受光する受光装置がある。

回転レーザ装置は、光束断面が点状のレーザ光線を回転照射して基準面を形成するものである。例えば、レーザ光線を水平面内に回転照射することで、水平基準面が形成され、鉛直面内に回転照射することで鉛直基準面が形成され、傾斜面内に回転照射することで傾斜基準面が形成される。

受光装置は、レーザ光線を受光し検出する受光部を有し、該受光部が検出したレーザ光線に基づき水平基準位置、鉛直基準位置等の測定を行うものである。更に、回転レーザ装置がレーザ光線を回転照射することで、受光装置がレーザ光線を検出し、検出結果に基づき受光装置と回転レーザ装置間の測距を行うものである。

一般に受光装置は、棒状体の所要位置に所要長さを有する受光部が設けられており、受光部のレーザ光線の受光位置で受光装置と基準面との関係を検出し、受光装置を適正な位置に移動させるものであった。受光装置の設置は測定作業者により測定点に立設され、作業者が適宜受光装置を例えば上下に移動して、受光部がレーザ光線を受光するものであるので、受光部は所要の長さが必要である。

ところが、土木工事の様に作業が広範囲に亘る場合は、回転レーザ装置と受光装置との距離が大きくなり、作業性を考慮すると受光部の長さも長くなってくる。

そこで、本出願人は特許文献１に於いて、受光装置が点状の受光部を有するのみで、受光部とレーザ光線との位置関係を検出できる測定システムを提案している。

特許文献１では、回転レーザ装置が傾斜する複数の扇状レーザ光線を回転照射しており、照射されるレーザ光線が所定の広がり角を有することから、受光装置でレーザ光線を受光し、又受光部が複数の扇状レーザ光線を受光した場合に生じる時間差に基づき、レーザ光線の基準位置からのずれを検出する様にしており、又レーザ光線に通信データを重畳して受光装置と回転レーザ装置間で通信を可能とし、回転レーザ装置側から送出される回転角（回転レーザ装置を中心とするレーザ光線の照射方向）を受光装置側に伝達し、受光装置では回転角のデータを受光して、ずれ量、ずれの方向を演算し、受光装置の表示部に表示する等して、受光装置の位置調整が的確に行える様にしている。

特許文献１の測定システムでは、複数の扇状レーザ光線を受光部が検出することで、検出時の時間差及び前記回転角（レーザ光線の照射方向）から受光位置が基準面に対してどの程度傾斜した基準面内にあるかを演算することができる。

従って、受光装置側で傾斜角を設定し、演算して得られた受光位置が設定した角度の傾斜面となった場合に所要の表示、警告音等を発する様にすれば、前記扇状レーザ光線の広がり角の範囲で任意の傾斜基準面を設定できる。

然し乍ら、上記特許文献１に係る測定システムでは、傾斜基準面の設定が前記扇状レーザ光線の広がり角の範囲に限定されており、例えば土木工事等で大きな傾斜基準面が必要となる場合に対応ができなかった。

特開２００２−３９７５５号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、複数の扇状レーザ光線により基準面を形成するレーザ測定システムに於いて、広範囲な傾斜基準面の設定を可能としたものである。

本発明は、レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光する受光装置を具備するレーザ測定システムに於いて、前記回転レーザ装置は少なくとも１つが傾いている少なくとも２つの扇状レーザ光線を射出するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器が傾斜可能であり、前記受光装置は前記扇状レーザ光線を受光する少なくとも１つの受光部と、該受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とするレーザ基準面を検出可能なレーザ測定システムに係るものである。

又本発明は、前記回転レーザ装置は、前記レーザ投光器を傾斜可能な傾斜設定部を有すると共に傾斜角検出部を有し、前記回転レーザ装置が所定角度の傾斜基準面を形成可能なレーザ測定システムに係り、更に又前記受光装置は、前記扇状レーザ光線の広がり角の範囲で、傾斜基準面の設定が可能であるレーザ測定システムに係るものである。

本発明によれば、レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光する受光装置を具備するレーザ測定システムに於いて、前記回転レーザ装置は少なくとも１つが傾いている少なくとも２つの扇状レーザ光線を射出するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器が傾斜可能であり、前記受光装置は前記扇状レーザ光線を受光する少なくとも１つの受光部と、該受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とするレーザ基準面を検出可能であるので、受光装置側でレーザ光線の検出が容易であり、回転レーザ装置側で基準面の傾斜設定を行うことなく、レーザ光線の広がりの範囲で簡単に傾斜面の設定が可能である。

又本発明によれば、前記回転レーザ装置は、前記レーザ投光器を傾斜可能な傾斜設定部を有すると共に傾斜角検出部を有し、前記回転レーザ装置が所定角度の傾斜基準面を形成可能であるので、扇状レーザ光線の広がり角の範囲を越えた傾斜基準面の設定が行え、広範囲で傾斜基準面を形成することができる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１〜図３に於いて、本実施の形態に使用される回転レーザ装置、受光装置について概略を説明する。

回転レーザ装置１は、複数の扇形レーザ光線を回転照射し、受光装置２は前記扇形レーザ光線を受光する少なくとも１つ（図中では２つ（図７参照））の受光部を具備している。

三脚５が適宜位置に設置され、該三脚５に前記回転レーザ装置１が取付けられる。該回転レーザ装置１は、本体部６と該本体部６に回転自在に設けられた回動部７を具備し、該回動部７よりレーザ光線３が回転照射される。

前記受光装置２は所要の支持手段により保持される。図１は野外での実施状態を示しており、該受光装置２は作業者により手持ち可能なロッド８に設置され、ロッド下端は尖端となっている等既知点等に設置可能な形状となっている。

前記レーザ光線３は複数のファンビーム（扇状レーザ光線）で構成され、例えば鉛直なファンビーム３ａ，３ｂ及び該ファンビーム３ａ，３ｂに対して対角線上にθの角度で傾斜したファンビーム３ｃによりＮ字状に構成されている。又、前記ファンビーム３ａ，３ｂはそれぞれαの広がり角度で±δの方向に照射されている（図９参照）。尚、該ファンビーム３ａ，３ｂは必ずしも鉛直である必要はなく、該ファンビーム３ａ，３ｂが相互に平行で水平面に対して交差していればよい。

先ず、前記回転レーザ装置１について、図２、図３により説明する。

本実施の形態に係る回転レーザ装置１はケーシング１０（図２では一部を示している）と、投光光軸１１（後述）を有するレーザ投光器１２とを具備し、該レーザ投光器１２は前記ケーシング１０に傾動可能に収納されている。

円筒形の凹部１３が前記ケーシング１０の上面中央に形成され、前記レーザ投光器１２が前記凹部１３の中央を上下方向に貫通する。前記レーザ投光器１２は傾斜することができる様に、球面部１４を介して前記凹部１３に支持される。前記レーザ投光器１２の上部に前記回動部７が回転自在に設けられ、該回動部７にはペンタプリズム１５が設けられている。

前記回動部７には走査ギア１６が設けられ、前記レーザ投光器１２には駆動ギア１７を有する走査モータ１８が設けられ、前記回動部７は前記走査モータ１８により前記駆動ギア１７、走査ギア１６を介して回転駆動される。該走査ギア１６には図示してないがロータリエンコーダ７４（後述）が設けられ、該ロータリエンコーダ７４により、前記回動部７の回転角が検出される様になっている。

前記ケーシング１０の内部には、前記レーザ投光器１２の周囲に設けられた２組の傾斜機構１９（一方は図示せず）が収納され、該傾斜機構１９は傾斜用モータ２０と、前記レーザ投光器１２と平行な方向の回転中心を有する傾斜用スクリュー２２と、該傾斜用スクリュー２２に螺合する傾斜ナット２３とを有する。該傾斜ナット２３には後述するピン２７と係合するピン２８が突設されている。

前記レーザ投光器１２は前記投光光軸１１に対して直交する方向に延出する傾斜アーム２４を２本（一方は図示せず）有し、又両傾斜アーム２４は直交している。図２では該傾斜アーム２４は紙面に対して平行な方向に延出し、又図示しない傾斜アームは紙面に対して垂直な方向に延出している。前記傾斜アーム２４の先端には断面円形のピン２７が突設され、前記傾斜アーム２４は前記ピン２７を介して前記ピン２８と係合している。前記レーザ投光器１２と前記傾斜機構１９とは前記ピン２７、前記ピン２８を介して連結されている。

前記傾斜用モータ２０は駆動ギア２５、傾斜用ギア２６を介して前記傾斜用スクリュー２２を回転させることができる。該傾斜用スクリュー２２の回転により前記傾斜ナット２３が上下に移動し、該傾斜ナット２３が上下動することによって前記傾斜アーム２４が傾動し、前記レーザ投光器１２が傾斜する。又、図示していないもう一組の傾斜機構は傾斜用モータ２１を具備し、前記傾斜機構１９と同様の機構によって、該傾斜機構１９が傾斜する方向と直交する方向に前記レーザ投光器１２を傾斜させる。

該レーザ投光器１２には傾斜設定部５１が設けられる。以下、傾斜設定部５１について説明する。

前記レーザ投光器１２にフレーム５２が固着され、該フレーム５２に前記レーザ投光器１２の軸心と平行な傾斜設定スクリュー５３が回転自在に設けられ、前記フレーム５２より下方に突出する下端部には設定被動ギア５４が嵌着されている。前記傾斜設定スクリュー５３に傾斜設定ナット５５が螺合され、該傾斜設定ナット５５は所要の手段で回転が拘束され前記傾斜設定スクリュー５３の軸心方向のみ移動可能となっている。又、前記傾斜設定ナット５５には水平方向に突出する伝動ピン５６が設けられ、後述する従動ピン６６に当接する様になっている。又、前記フレーム５２には傾斜設定モータ５７が設けられ、該傾斜設定モータ５７の出力軸には設定駆動ギア５８が嵌着され、該設定駆動ギア５８は前記設定被動ギア５４に噛合する。

前記レーザ投光器１２の軸心と直交する回転軸心を有するロータ５９を設け、該ロータ５９にアブソリュートエンコーダ６１を設け、該アブソリュートエンコーダ６１が前記ロータ５９と一体回転する様にする。又、該ロータ５９にはＸ軸（紙面と平行な水平軸）チルトセンサ６２、Ｙ軸（紙面と垂直な水平軸）チルトセンサ６３が設けられ、前記ロータ５９と一体回転する。前記レーザ投光器１２にはＣＣＤユニット６４が取付けられ、該ＣＣＤユニット６４により前記アブソリュートエンコーダ６１の角度が読取られる様になっている。

前記ＣＣＤユニット６４と前記アブソリュートエンコーダ６１によって角度検出器が構成され、該角度検出器は前記Ｘ軸チルトセンサ６２と前記レーザ投光器１２との角度を検出する。前記アブソリュートエンコーダ６１が角度０を検出する状態で且つ前記Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３が角度０を検出する状態で前記レーザ投光器１２の軸心が鉛直となる様前記アブソリュートエンコーダ６１、Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３と前記レーザ投光器１２との関係が定められている。ここで前記Ｘ軸チルトセンサ６２は前記傾斜アーム２４で調整するＸ軸方向の水平を検出し、前記Ｙ軸チルトセンサ６３は図示しない傾斜アーム（紙面に対して垂直な方向に延出する傾斜アーム）で調整するＹ軸方向の水平を検出する。

前記ロータ５９からは前記傾斜設定ナット５５に向かって傾斜アーム６５が延出し、該傾斜アーム６５の先端には前記従動ピン６６が突設され、該従動ピン６６は前記伝動ピン５６に下方から当接する。前記ロータ５９とレーザ投光器１２間にはスプリング６７が張設され、前記傾斜アーム６５を反時計方向に付勢し、前記従動ピン６６を前記伝動ピン５６に所要の力で押圧する。又前記スプリング６７は前記傾斜アーム６５、従動ピン６６、伝動ピン５６を介して前記傾斜設定ナット５５を上方に押上げ、該傾斜設定ナット５５と前記傾斜設定スクリュー５３のバックラッシを抑止する。

尚、図中３１はレーザダイオード等レーザ光線を発するレーザ光線発光部である。又、傾斜角の検出手段としてアブソリュートエンコーダ６１を用いたが、前記傾斜設定スクリュー５３又は前記傾斜設定モータ５７の回転角を検出するエンコーダを求めて、傾斜角を検出する様にしてもよい。

図３は制御ブロック図を示しており、図中７１はＣＰＵで代表される制御部である。

該制御部７１には前記Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３からの検出結果が入力されると共に、前記アブソリュートエンコーダ６１の検出角度即ち前記ＣＣＤユニット６４からの角度検出結果、前記ロータリエンコーダ７４から前記回動部７の回転角が入力される。又、前記制御部７１は記憶部７２を具備し、該記憶部７２には傾斜角設定を行うシーケンスプログラム、或は傾斜角設定を行う為に必要な演算プログラムが設定入力されている。傾斜角設定に必要なデータは入力部７３から前記制御部７１に入力される。

該制御部７１は前記Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３及びＣＣＤユニット６４から入力されるデータに基づき傾斜モータ駆動部７５，７６、傾斜設定モータ駆動部７７に制御駆動信号を発し、該傾斜モータ駆動部７５，７６、傾斜設定モータ駆動部７７を介して前記傾斜モータ２０，２１、傾斜設定モータ５７を駆動する。

又、前記制御部７１は、発光制御部３９（後述）を制御し、前記レーザ光線発光部３１から発せられるレーザ光線の発光状態を制御する。

図４、図５を参照して傾斜設定の作動について説明する。

前記入力部７３より目標の傾斜角を入力する。

前記制御部７１が前記傾斜設定モータ駆動部７７を介して前記傾斜設定モータ５７を駆動し、前記傾斜設定スクリュー５３を回転させる。該傾斜設定スクリュー５３の回転により前記傾斜設定ナット５５が上下に移動し、前記伝動ピン５６、従動ピン６６、傾斜アーム６５を介し前記ロータ５９と共に前記アブソリュートエンコーダ６１が一体に回転する。該アブソリュートエンコーダ６１の検出する回転角は前記ＣＣＤユニット６４により信号化され、前記制御部７１に入力される。この時前記Ｙ軸チルトセンサ６３が水平を検知すると傾斜設定の状態になり前記傾斜用モータ２１の駆動は停止される。

前記制御部７１では前記ＣＣＤユニット６４からの信号と前記入力部７３からの設定値とを比較し、一致したところで前記傾斜設定モータ５７を停止する。

この状態では前記ロータ５９は前記レーザ投光器１２に対し目標の傾斜角と同一角度で逆方向に回転している。前記ロータ５９には前記Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３が固着されており、前記Ｘ軸チルトセンサ６２は前記ロータ５９と共に前記レーザ投光器１２に対し傾斜し、前記Ｙ軸チルトセンサ６３は傾斜角だけ捻転するがＹ方向の水平検出には影響がない（図４（Ｂ）参照）。

次に、前記制御部７１は前記Ｘ軸チルトセンサ６２からの信号が０、即ち該Ｘ軸チルトセンサ６２が水平を検出する迄、前記傾斜設定モータ駆動部７７に駆動制御信号を発して前記傾斜用モータ２０を駆動する。

前記Ｘ軸チルトセンサ６２からの信号が前記制御部７１に入力され、該制御部７１では入力される信号が０かどうかを判断し、０でない場合は、前記傾斜用モータ２０の駆動を続行し、０となったところで該傾斜用モータ２０を停止する。前記Ｘ軸チルトセンサ６２は前記レーザ投光器１２に対し目標の傾斜角と同一角度で逆の方向に傾斜しているので前記Ｘ軸チルトセンサ６２が水平を検出した状態で前記レーザ投光器１２は目標の傾斜角に傾斜している。而して、傾斜角の設定が完了する（図４（Ｃ）参照）。

前記走査モータ１８を駆動し、前記駆動ギア１７、走査ギア１６を介して前記ペンタプリズム１５を回転すればレーザ光線が回転照射され、所定方向に所定角傾斜したレーザ基準面が形成される。

新たな傾斜角を設定する場合は、上記作動が繰返される。

上記傾斜設定に於いて、前記アブソリュートエンコーダ６１の角度情報が基となっており、又該アブソリュートエンコーダ６１は前記レーザ投光器１２とロータ５９即ちＸ軸チルトセンサ６２との絶対角を出力するので、新たな設定角が入力される場合には、新たな設定角と前記アブソリュートエンコーダ６１の検出角とを比較し、該アブソリュートエンコーダ６１の検出角が直接設定角となる様に制御すればよく、傾斜角設定の度に前記レーザ投光器１２、Ｘ軸チルトセンサ６２を水平の状態に０リセットする必要がない。

尚、一方向の傾斜設定について説明したが、傾斜機構を２組設けることで任意の方向に傾斜させることができることは言う迄もない。この場合Ｙ軸チルトセンサはＹ軸方向の傾斜設定機構にセットされる。

次に、前記レーザ投光器１２及び前記回動部７について図６により説明する。

前記投光光軸１１上に配置されたレーザ光線発光部３１、コリメートレンズ３２等により投光光学系３３が構成され、該投光光学系３３は前記レーザ投光器１２内に収納されている。

前記回動部７はプリズムホルダ３４を有し、該プリズムホルダ３４は前記ペンタプリズム１５及び該ペンタプリズム１５の下側に設けられた回折格子（ＢＯＥ）３５を保持している。

前記レーザ光線発光部３１から発せられるレーザ光線３は前記コリメートレンズ３２により平行光線とされ、前記回折格子３５に入射する。入射したレーザ光線３は前記回折格子３５によって前記３つのファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃに分割形成される。該ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃは、前記ペンタプリズム１５によって水平方向に偏向され、前記プリズムホルダ３４の投光窓３６から照射される。

尚、前記回折格子３５は、前記レーザ光線３が前記ペンタプリズム１５で偏向された後に透過する位置に配置してもよい。

又、前記レーザ光線発光部３１は前記発光制御部３９によって発光状態が制御され、例えば前記レーザ光線３を変調する等の方法により該レーザ光線３に通信データを重畳可能となっており、前記回転レーザ装置１の照射回転方向の位置情報等のデータを前記受光装置２に向け光通信が可能となっている。

尚、通信手段としては別途無線通信機を設け、前記受光装置２には無線通信によりデータを送信してもよい。

次に、該受光装置２について図７、図８により説明する。

該受光装置２は、前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃを検出する為の受光ユニット４１と、表示部４２、指標表示部４３と、ブザー等の警告部４４と、入力キー等の入力部４５とを有する。前記受光ユニット４１は複数、例えば上下に２個フォトトランジスタ等の受光素子で構成された受光部４１ａ，４１ｂを具備し、該受光部４１ａと受光部４１ｂとの間の距離Ｄは既知の値となっている。更に、前記受光装置２は、受光装置用記憶部４６、ＣＰＵ等で構成される演算部４７、受光信号処理回路４８、受光信号出力部４９を内蔵している。

前記表示部４２には、例えば、前記レーザ光線３の回転中心点と前記受光ユニット４１とを結ぶ直線と水平基準面との成す角度（仰角γ（図１１参照））、前記受光装置２と前記回転レーザ装置１間の距離が表示される。又、前記指標表示部４３は、中央の線及び該中央の線に対して対称に配置された３角形で構成される指標を備え、前記レーザ光線３の走査位置が水平中心にある場合は中央の線、水平中心に対して上側、下側のいずれかにある場合は、該当する指標が点灯される。

前記受光信号処理回路４８は、前記受光ユニット４１からの前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃを受光した場合の受光信号が入力され、受光の有無を検出すると共にＡ／Ｄ変換等所要の信号処理をすると共に前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃに重畳された通信データを抽出分析して、前記演算部４７に入力する。後述する様に、該演算部４７は前記受光信号処理回路４８からの信号に基づき仰角γを演算し、更に前記受光部４１ａと受光部４１ｂとの位置関係を基に、前記回転レーザ装置１と受光装置２間の距離Ｌを演算する。更に前記演算部４７は演算結果を前記受光装置用記憶部４６に入力し、或は前記表示部４２に表示させる。又、前記受光信号出力部４９を介して演算結果を光通信で前記回転レーザ装置１に送信する。

尚、前記既知点Ｘ等の位置情報は前記入力部４５により事前に前記受光装置用記憶部４６に入力しておいてもよい。又、前記回転レーザ装置１が通信手段として無線通信機を具備している場合は、前記受光装置２には無線受信機が設けられる。

前記受光信号出力部４９は、前記演算部４７が演算して得られた結果を出力する。前記受光信号出力部４９からの出力は、前記指標表示部４３を駆動する信号として使用される。

以下、図９〜図１４を参照して前記レーザ光線３の検出により基準面を算出する作動を説明する。

先ず、前記レーザ光線３を回転照射することにより水平基準面を形成し、又該水平基準面に対して、レーザ光線３の上下方向の広がり角の範囲で、任意な水平基準面、又は任意な傾斜基準面を検出する場合について説明する。

既知点Ｘに前記三脚５を介して前記回転レーザ装置１が設置され、前記アブソリュートエンコーダ６１が０を検出する状態で、前記Ｘ軸チルトセンサ６２、Ｙ軸チルトセンサ６３が水平を検出する様に前記傾斜機構１９を駆動して前記レーザ投光器１２を鉛直にする。

前記ロッド８が目標位置に設置される。該ロッド８の所定の高さ、即ち地表より既知の高さに前記受光装置２が取付けられている。尚、該受光装置２には予め前記入力部４５より前記受光部４１ａと受光部４１ｂ間の距離Ｄが入力され、この距離Ｄは前記演算部４７を介して前記受光装置用記憶部４６に記憶されている。

前記受光装置２の高さ、即ち前記受光部４１ａ，４１ｂの基準面に対する高低差、前記回転レーザ装置１と受光装置２間の距離Ｌ及び前記受光部４１ａ，４１ｂに対する仰角γ1 ，γ2 は該受光部４１ａ，４１ｂの受光信号の受光状態及び前記距離Ｄに基づき演算される。

又、前記仰角γ1 ，γ2 は前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃを前記受光部４１ａ、受光部４１ｂがそれぞれ受光することによって発せられる受光信号に基づき前記演算部４７により算出される。前記警告部４４は前記受光ユニット４１が前記レーザ光線３の受光範囲を外れた場合等にブザー等を鳴らし、作業者に注意を促す。

以下、仰角γ、前記受光装置２位置での水平線に対する高低差について、図９を参照して説明する。図９は前記受光ユニット４１と前記レーザ光線３との関係を示し、Ｈの高さが基準面の高さ即ち前記レーザ光線３の中心高さ、即ち水平を示している。

該レーザ光線３が回転照射され、該レーザ光線３が前記受光ユニット４１の例えば前記受光部４１ａを横切る。ここで、前記レーザ光線３が前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃで構成されているので、前記受光部４１ａが点状の受光素子であっても受光が可能であり、前記受光装置２の位置合せを正確に行わなくてもよい。

前記レーザ光線３が前記受光部４１ａを横切ることで、前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれが前記受光部４１ａを通過し、該受光部４１ａからは各前記ファンビーム３ａ，３ｂ，３ｃに対応した３つの受光信号５０ａ，５０ｂ，５０ｃが発せられる。

前記受光部４１ａが前記レーザ光線３に対して図９〜図１２に示すＡ点の位置にある場合、即ち前記受光部４１ａが前記レーザ光線３の中心にある場合の受光信号は、図１３（Ａ）で示され、前記３つの受光信号５０ａ，５０ｃ，５０ｂの時間間隔ｔ（＝ｔ0 ／２）は等しくなる。尚、前記回動部７は定速度回転で駆動され、図中、Ｔは前記レーザ光線３が一回転する周期である。

又、前記受光部４１ａが前記レーザ光線３の中心よりずれ、図９〜図１２に示すＢ点の位置にある場合の前記受光信号５０ａ，５０ｃ，５０ｂの時間間隔は異なる（図１３（Ｂ）参照）。図１０中、前記受光部４１ａが図の右から左へと相対移動する（レーザ光線３が図中左から右へ移動する）として、前記受光信号５０ａと受光信号５０ｃとの時間間隔ｔが短く、該受光信号５０ｃと受光信号５０ｂとの間隔が長くなる。

尚、図９で示される図は前記受光装置２と回動部７の距離に拘らず相似形であるので、時間間隔比を求めることで、無次元化した図形中の通過位置が演算できる。従って、前記受光部４１ａに関し、前記回動部７を中心としたＢ点位置迄の仰角γ1 は下記（１）式により演算できる。

γ1 ＝δ（１−２ｔ1 ／ｔ0 ）ｔａｎθ …（１）

同様にして前記受光部４１ｂの仰角γ2 は、下記（２）式により演算できる。

γ2 ＝δ（１−２ｔ2 ／ｔ0 ）ｔａｎθ …（２）

更に、仰角γ1 、γ2 と前記距離Ｄにより前記回転レーザ装置１と受光装置２間の距離Ｌを下記式により演算することができる。

図１４を参照して説明する。

水平位置から前記受光部４１ａ迄の距離をｄ1 、前記受光部４１ｂ迄の距離をｄ2 とすると、下記式により距離Ｌが演算できる。

ｄ1 ＝Ｌｔａｎ（γ1 ） …（３）
ｄ2 ＝Ｌｔａｎ（γ2 ） …（４）
Ｄ＋ｄ1 ＝ｄ2 …（５）

従って、
Ｌ＝Ｄ／（ｔａｎ（γ2 ）−ｔａｎ（γ1 ）） …（６）

又、距離Ｌが求められることで、式（３）、式（４）により前記受光部４１ａ、受光部４１ｂ迄の高低差ｄ1 、ｄ2 が演算できる。

更に、水平基準面に対して高低差ｄ1 、ｄ2 が演算できることから、例えば受光部４１ａの検出結果に基づけば、水平基準面に対して高低差ｄ1 がある任意の水平基準面を設定することができる。

更に、前記回転レーザ装置１を中心に形成される傾斜基準面を想定すると、傾斜基準面は方向が変化することで、前記水平基準面からの高低差が変化する。又この高低差は前記回転レーザ装置１と前記受光装置２との距離によっても変化する。

前記回転レーザ装置１からのレーザ光線３の照射方向は、前記回動部７の回転角を検出するエンコーダによって検出され、検出角は前記発光制御部３９、前記レーザ光線発光部３１によってデータが前記受光装置２側に伝達される。

又前記回転レーザ装置１と前記受光装置２との距離は、上述した様に該受光装置２に於いて演算することができる。従って、受光装置２に於いて、想定した傾斜基準面内での任意のレーザ光線３の照射方向に於ける水平基準面に対する高低差を演算することで、想定した傾斜基準面を認知することが可能となる。

即ち、前記受光装置２を上下方向に移動させ、該受光装置２の位置が該受光装置２が演算した高低差となったときに、前記警告部４４から警告音を発する、或は前記指標表示部４３の水平指標を点灯する等することで、想定した傾斜基準面の検出が可能となる。而して、傾斜基準面の設定が可能となる。

上記した、傾斜基準面の設定は、レーザ光線３の広がり角の範囲であったが、更に大きな傾斜基準面の設定が必要な場合は、前記傾斜設定部５１により前記レーザ投光器１２を所定の角度傾斜させる。

該レーザ投光器１２を傾斜させることで、前記レーザ光線３が回転照射され、形成する基準面が所定角度だけ傾斜し、傾斜した基準面が形成できる。

図１５は、前記レーザ投光器１２をωだけ上方に傾斜させ、傾斜基準面８１が形成された場合を示している。図１５中、図１４中で示したものと同一の場合は、同符号を付してある。

前記受光部４１ａと前記受光部４１ｂ間の距離Ｄ、及び前記傾斜基準面８１の傾斜角ωから、前記傾斜基準面８１を仮水平基準面と仮定した場合の前記受光部４１ａと前記受光部４１ｂ間の距離Ｄ′が求められ、更に仮水平基準面に対する仰角γ1 ′，γ2 ′が求められる。

γ1 ′，γ2 ′と前記距離Ｄ′とで前記受光部４１ａ、前記受光部４１ｂと前記回転レーザ装置１との距離Ｌ′が求められ、更に水平距離Ｌ、例えば前記受光部４１ｂと前記回転レーザ装置１との距離Ｌがｃｏｓ（γ1 ′＋ω）によって求められ、前記受光部４１ａ、前記受光部４１ｂの水平基準面からの高さｄ1 ，ｄ2 （図１４参照）がｓｉｎ（γ1 ′＋ω）、ｓｉｎ（γ2 ′＋ω）によってそれぞれ求められる。

尚、図１５で示した図では、前記傾斜基準面８１に対して受光装置２がωだけ傾斜した状態となっているが、傾斜角ωが大きく、傾斜によって生じる誤差が大きな場合について基準目標に対して受光装置２が傾斜した場合の補正の方法については、本出願人が先に出願した特願２００３−３５３８２６に示している。

上記した様に、前記傾斜基準面８１に対する前記受光部４１ａと前記受光部４１ｂ間の距離Ｄ′，ｄ′1 が求められることで、レーザ光線３を傾斜させた場合に、傾斜したレーザ光線の広がりの範囲で任意に傾斜基準面を設定することができる。

而して、前記レーザ光線３が広がりを持っていることで、前記受光装置２側がレーザ光線３を検知し易く、更に広範囲での傾斜基準面の設定が可能となる。

尚、レーザ光線３としては、複数の扇形レーザ光線で構成され、更に少なくとも１つが傾斜していればよく、例えば図１６（Ａ）〜（Ｒ）で例示されるものが使用可能である。

又、前記レーザ光線３が３以上の扇形レーザ光線で構成された場合、受光装置２が受光した扇形レーザ光線の複数の信号の間隔の比で、前記レーザ光線３に対する受光装置２の受光ユニット４１の位置が分るので、この場合は、受光部は１つでもよい。

本発明の実施の形態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に使用される回転レーザ装置の要部断面図である。 該回転レーザ装置を示すブロック図である。 該回転レーザ装置の作動説明図である。 該回転レーザ装置を示す概略ブロック図である。 該回転レーザ装置のレーザ投光器を示す断面図である。 本発明の実施の形態に使用される受光装置の正面図である。 本発明の実施の形態を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態の作用を示す斜視説明図である。 本発明の実施の形態の作用を示す正面説明図である。 本発明の実施の形態の作用を示す側面説明図である。 本発明の実施の形態の作用を示す平面説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は受光装置の受光信号を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於ける距離測定の説明図である。 本発明の実施の形態に於ける基準面を傾斜させた場合の距離測定の説明図である。 本発明の実施の形態で使用されるレーザ光線の形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転レーザ装置
２ 受光装置
３ レーザ光線
３ａ ファンビーム
３ｂ ファンビーム
３ｃ ファンビーム
７ 回動部
８ ロッド
１２ レーザ投光器
１５ ペンタプリズム
１９ 傾斜機構
２０ 傾斜用モータ
２１ 傾斜用モータ
３１ レーザ光線発光部
３５ 回折格子
４１ 受光ユニット
４１ａ 受光部
４１ｂ 受光部
４２ 表示部
４３ 指標表示部
４７ 演算部
５１ 傾斜設定部
５７ 傾斜設定モータ
５９ ロータ
６１ アブソリュートエンコーダ
６２ Ｘ軸チルトセンサ
６３ Ｙ軸チルトセンサ
６４ ＣＣＤユニット
６５ 傾斜アーム
７１ 制御部
７２ 記憶部

Claims (3)

1. レーザ光線を回転照射する回転レーザ装置と、レーザ光線を受光する受光装置を具備するレーザ測定システムに於いて、前記回転レーザ装置は少なくとも１つが傾いている少なくとも２つの扇状レーザ光線を射出するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器が傾斜可能であり、前記受光装置は前記扇状レーザ光線を受光する少なくとも１つの受光部と、該受光部が受光して形成する受光信号に基づき、前記回転レーザ装置を中心とするレーザ基準面を検出可能なことを特徴とするレーザ測定システム。
2. 前記回転レーザ装置は、前記レーザ投光器を傾斜可能な傾斜設定部を有すると共に傾斜角検出部を有し、前記回転レーザ装置が所定角度の傾斜基準面を形成可能な請求項１のレーザ測定システム。
3. 前記受光装置は、前記扇状レーザ光線の広がり角の範囲で、傾斜基準面の設定が可能である請求項１又は請求項２のレーザ測定システム。

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