JP2007333646A - ３次元座標位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの負荷を軽減して小型・軽量化と低コスト化を実現することができる３次元座標位置測定装置を提供すること。
【解決手段】測距部と、該測距部から出射されるレーザ光線を３次元空間の任意の方向に反射させて走査するスキャナ３０２を備えた測角部を有し、測距部から得られる距離信号と測角部から得られるレーザ光線の２軸の回転角度信号とから測定対象物の３次元座標位置を算出する３次元座標位置測定装置において、回転軸３１０−Ｓを回転させる垂直方向走査用モータ３１０と、回転軸３１３−Ｓを回転させる水平方向走査用モータ３１３を設け、ミラー３１２を回転軸３１０−Ｓに結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓで支持するとともに、３次元座標位置の算出において、回転軸３１３−Ｓとレーザ光線のミラー３１２面上の反射点が一致していないことによって生じる補正を加える。
【選択図】図３

Description

本発明は、対象物までの距離と水平角及び垂直角を測定することによって３次元の座標位置、距離、面積等を演算することができる装置であって、特に、片手で持つことができる程度の大きさと質量で比較的安価に高精度な測定を行うことができる３次元座標位置測定装置に関するものである。

近年、建築や測量の現場において光波距離計が多用されるようになってきた。この光波距離計とは、発光部から射出された指向性の高い光束を測定対象物の表面に照射し、測定対象物の表面で反射した反射光を受光部に入射させ、射出光と入射光の時間差或は光変調を掛けた場合の位相差によって発光部から対象物までの距離を算出する距離測定装置である。

ところで、レーザ技術が未発達の時代には光源の指向性が高くなかったため、測定対象物の表面にコーナーキューブ等のレトロリフレクと呼ばれる反射板の設置が必須であった。これに対して、レーザ技術の進歩により指向性に優れた強力な光源が容易に得られるようになった現在では、反射板無しの所謂ノンプリズム測定が可能になり、光波距離計としてレーザ距離計が急速に普及するに至った。ノンプリズム測定によれば、従来は巻尺により２人必要であった測定が１人でできるようになっり、人間が近づけない場所や対象物までの距離の測定も可能になった。

ここで、市販されているレーザ距離計を図６及び図７に基づいて説明する。

図６はレーザ距離計の使用形態を示す斜視図、図７は同レーザ距離計の機能ブロック図であり、図示のレーザ距離計１００は、人が片手で持つことができる程度の大きさと形状を備えた携帯型の距離測定装置である。

図７に示すように、レーザ距離計１００は、射出部２と集光部３及び演算／記憶部９から成る測距部２０と、電池等の不図示の電源部と、制御部１０と、外部入出力部１１を内蔵し、その上面には表示部５と操作部４が設けられ、側面には接続端子１２，１３が設けられている。

上記操作部４は、電源スイッチ、操作スイッチ等の各種押しボタンを有し、これらの押しボタンを操作することによって、図６に示すように、前記射出部２から対象物６に向けて測距光７が照射される。この測距光７としては可視レーザ光が使用され、測定者は、対象物６の測定面における測距光７の照射位置を目視で確認することができる。そして、対象物６の測定面で反射された反射光８は、集光部３を経て前記測距部２０の集光部３に入射し、前記演算／記憶部９によって当該レーザ距離計１００と対象物（測定面）６までの距離が算出され、測定結果が前記表示部５に表示される。

尚、測距光（レーザ光）にはパルスタイプのものと光変調を掛けたタイプのものがあり、パルスタイプのものは射出波と入射波の時間差から往復の距離を求め、その半分を測定距離とする。又、光変調タイプのものは、射出波と入射波の位相差から往復の距離を求め、その半分を測定距離とする。

以上説明したレーザ距離計１００は、当該レーザ距離計１００から対象物６までの奥行き距離は測定できるが、３次元座標位置測定はできない。そこで、「トータルステーション」と称される測定装置が開発されている（特許文献１参照）。その測定装置の外観を図８に示す。

図８に示すように、測量装置２００は、測距部２０１と、測角部２０２と、表示部２０３及び操作部２０４から成り、三脚２１０上に取り付けて使用される。測角部２０２には電池等の電源部、測距光の制御回路、距離演算回路、測定データ記憶装置、測距部２０１を水平方向及び垂直方向に回転駆動する不図示のモータ等が内蔵されている。

又、前記操作部２０４は、電源スイッチ、操作スイッチ等の各種押しボタンを有し、これらの押しボタンを操作することによって前記測距部２０１から対象物２０６に測距光２０５が照射される。この測距光２０５としては可視レーザ光が使用され、測定者は、対象物２０６における測距光２０５の照射位置をファインダ２０７を覗くことによって目視で確認することができる。

更に、前記測距部２０１は、測角部２０２の働きにより図８に矢印にて示すように水平方向と垂直方向に回動可能であり、測距部２０１から射出される測距光２０５を３次元空間の任意の方角に向けて走査することができる。この測距部２０１により対象物２０６までの距離が求められ、測角部２０２により水平角と垂直角が求められるために３次元座標位置を測定することができ、測定結果は前記表示部２０３に表示されるとともに、前記測定データ記憶装置に蓄えられる。そして、得られた３次元座標データから任意の２点間距離を算出したり、面積を計算したり、或は対象物表面の形状を３次元ＣＡＤにて画像として表示したりすることができる。

しかしながら、上記測量装置２００は、測距部２０１全体を回転させるために大形化及びコストアップを免れないという問題がある。この問題を解決するための手段として、特許文献２には、ミラーにレーザビームを反射させ、ミラーを交差する２つの軸の回りに回転させる３次元座標位置測定装置が提案されている。
特開２０００−２２１０３７号公報 特開２００２−２５５４７６号公報

ところが、特許文献２において提案されている３次元座標位置測定装置は、３次元レーザセンサを建屋に固定して使用するものであるため、小型・軽量化及び低コスト化を実現するに至らず、可搬性については考慮されていない。

３次元座標位置測定装置は、測定のために測定者が対象物に近づくことが極めて困難な場所や、１人では測定できないような場面で使用されているが、依然として普及途上であり、価格を含めて種々の観点から改良が求められている。

本発明者等が現場で使用されている状況を調査した結果、３次元座標位置測定装置に対してユーザが求めている要求や技術課題は次のような項目に要約することができる。
（１）小型・軽量化
距離計は、鋼製巻尺（コンベックス）や携帯電話並の大きさにして欲しいという要望がある。シャツやズボンのポケットに入る、或は腰のベルトに吊るすことができる程度の大きさ・質量であることが望まれている。
（２）測距部と測角部の分離及び測距部の単独使用
測角は必要とせず、測距のみの使用頻度も比較的高い。内装工事等は９０％以上が測距のみである。従来の装置では測距部は分離できないが、測距部が分離できれば小型・軽量が実現して使い勝手が良くなる。
（３）三脚を使わないで２点間の距離測定を可能にする
距離計が小型・軽量になっても、三脚を使用する測定では全体としては大型で使い勝手が悪いため、三脚を使用しない２点間の距離測定方法が望まれている。
（４）低価格化
一般に距離計は「道具」としては高価である。電動工具や手持工具に近い価格が望まれている。測距部と測角部に分けると、測角部の方が高価であるためめに測角部の低価格化が必要である。
（５）遠隔操作
操作ボタンを指で押す際の手振れを防止したり、操作ボタンを目視で確認することなく扱うことができるようにするためのリモコン装置が必要である。又、３次元の座標位置測定のように距離計を長時間固定しておく使い方においては、使用者の疲労を軽減するためにも遠隔操作が望まれる。遠隔操作は有線・無線の何れでも良い。
（６）測定精度と測定速度のモード切替え
一般に測定精度と測定速度は両立しない関係にある。モード切替ボタン等により精度重視の測定と速度重視（測定時間短縮）の測定を切替える。例えば、内装工事では精度を重視し、３次元の座標位置測定では速度を重視する。
（７）レーザスポットの細径化と視認性の向上
どこを測定しているかの確認はレーザスポットを目視することに頼っている。スポットは大きい方が見易いが、面に凹凸があったり傾斜があったりする場合は測定箇所が曖昧になってしまう。レーザスポットの細径化と視認性の向上の両立性が望まれている。
（８）長時間の連続使用を可能にする
３次元の座標位置測定は時間が掛かるために電源が問題になる。電源としてバッテリを使うとバッテリが大きなものになってしまうため、適切な外部電源の接続が必要になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、モータの負荷を軽減して小型・軽量化と低コスト化を実現することができる３次元座標位置測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
射出部と集光部及び演算／記憶部から成る測距部と、
１枚のミラーを交差する２つの軸で支持し、２つの軸をモータで回転させて前記測距部から出射されるレーザ光線を３次元空間の任意の方向に反射させて走査するスキャナと、前記モータを駆動制御するモータ駆動回路を備えた測角部と、
を有し、前記測距部から得られる距離信号と前記測角部から得られるレーザ光線の２軸の回転角度信号とから測定対象物の３次元座標位置を算出する３次元座標位置測定装置において、
前記交差する２つの軸の一方を回転させる第１モータと、他方の軸を回転させる第２のモータを設け、前記ミラーを前記第１のモータの回転軸に結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を前記第２のモータの回転軸で支持するとともに、３次元座標位置の算出において、前記第２のモータの回転軸と前記レーザ光線の前記ミラー面上の反射点が一致していないことによって生じる補正を加えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
射出部と集光部及び演算／記憶部から成る測距部と、
１枚のミラーを交差する２つの軸で支持し、２つの軸をモータで回転させて前記測距部から出射されるレーザ光線を３次元空間の任意の方向に反射させて走査するスキャナと、前記モータを駆動制御するモータ駆動回路を備えた測角部と、
を有し、前記測距部から得られる距離信号と前記測角部から得られるレーザ光線の２軸の回転角度信号とから測定対象物の３次元座標位置を算出する３次元座標位置測定装置において、
前記交差する２つの軸の一方を回転させる第１モータと、他方の軸を回転させる第２のモータを設け、前記ミラーを前記第１のモータの回転軸に結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を前記第２のモータの回転軸で支持するとともに、前記第１及び第２のモータをステッピングモータで構成し、これらのステッピングモータをフルステップの整数Ｎ分割で駆動するマイクロステップ駆動することを特徴とする。

請求項３記載の発明において、請求項１又は２記載の発明において、前記第１及び第２のモータの回転角のゼロ点調整用目印を前記スキャナの近傍に設けたとを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ミラーを第１のモータの回転軸に結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を第２のモータの回転軸で支持する構成を採用したため、モータの負荷を小さく抑えることができ、小型のモータを採用することができる。この結果、モータ及びミラーを支えるためのフレームや軸受が不要となり、３次元座標位置測定装置の小型・軽量化と低コスト化を図ることができる。又、３次元座標位置の算出において、第２のモータの回転軸とレーザ光線のミラー面上の反射点が一致していないことによって生じる補正を加えたため、座標位置測定誤差を小さく抑えることができる。

請求項２記載の発明によれば、第１及び第２のモータをステッピングモータで構成し、これらのステッピングモータをフルステップの整数Ｎ分割で駆動するマイクロステップ駆動するようにしたため、ロータリーエンコーダ等の角度検出器を省略することができ、モータの負荷の低減と相俟って位置決め分解能と精度を高めることができる。

請求項３記載の発明によれば、前記第１及び第２のモータの回転角のゼロ点調整用目印をスキャナの近傍に設けたため、回転角のゼロ点調整作業を容易に行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る３次元座標位置測定装置の平面図、図２は同３次元座標位置測定装置の側面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は測距レーザ光の光路に着目した斜視図、図５は同３次元座標位置測定装置の機能ブロック図である。

本発明に係る３次元座標位置測定装置３００は、レーザ距離計１００と、ベース３０１と、スキャナ３０２とモータ駆動回路３０３を備えた測角部３０４（図５参照）とで構成されている。

ベース３０１には、図１及び図２に示すように、前記レーザ距離計１００を位置決めするための４つの突起３０６と２つの突起３０７、前記スキャナ３０２の位置決め用溝３０８及びレーザ距離計１００を固定するためのノブボルト３０５、２つの取付孔３１５が形成されており、ベース３０１は、取付孔３１５に挿通する２本のネジ４０１によって三脚取付部４００に固定される。

又、前記スキャナ３０２は、垂直方向走査用モータ３１０の回転軸３１０−Ｓに取り付けられ、レーザビーム反射用ミラー３１２を接着等の方法で保持するマウント３１１と、フレーム３０９と、このフレーム３０９に取り付けられた水平方向走査用モータ３１３と、この水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓに取り付けられたマウント３１４とで構成されている。ここで、マウント３１４は、図３に示すように、水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓと前記垂直方向走査用モータ３１０の回転軸３１０−Ｓとが直交するように垂直方向走査用モータ３１０を保持している。そして、スキャナ３０２は、図２に示すように、前記ベース３０１の２つの位置決め用溝３０８に嵌合した状態で４本のネジ３２６によってベース３０１に固定される。この構成により垂直方向走査用モータ３１０の回転軸３１０−Ｓがθ回転し、水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓがφ回転する。

ところで、図３に示すように、水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓは、ミラー３１２、マウント３１１、垂直方向走査用モータ３１０及びマウント３１４から成る結合体の略重心位置を支える構造になっている。従って、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３の各回転軸３１０−Ｓ及び３１３−Ｓ回りの負荷、即ち慣性モーメントは極めて小さく抑えられている。

ここで、垂直方向走査用モータ３１０及び水平方向走査用モータ３１３は、１回転５００ステップの小型の５相ステッピングモータで構成されている。これらの垂直方向走査用モータ３１０及び水平方向走査用モータ３１３を１ステップ８０分割のマイクロステップ駆動すると、１回転が４０，０００ステップになり、角度分解能は、
３６０／４００００＝０．００９度＝０．５４分
となる。

この種のステッピングモータの位置決め精度は軽負荷であれば２分以内である。前述のようにしたように垂直方向走査用モータ３１０及び水平方向走査用モータ３１３の各回転軸３１０−Ｓ，３１３−Ｓ回りの慣性モーメントは極めて小さいため、１ステップ８０分割のマイクロステップ駆動により２分（角度）の位置決め精度が得られる。

ところで、前記レーザ距離計１００には、図５に示すように、射出部２と集光部３及び演算／記憶部９から成る測距部２０と、電池等の不図示の電源部と、制御部１０と、外部入出力部１１が内蔵されており、その上面には表示部５と、電源スイッチ、操作スイッチ等の各種押しボタンを有する操作部４が設けられ、側面には接続端子１２，１３が設けられている。又、図４に示すように、射出部２の直上には、垂直方向走査用モータ３１０及び水平方向走査用モータ３１３の各回転軸３１０−Ｓ，３１３−Ｓの回転角の基準点を定めるための目印Ｐ２が設けられている。

前記測角部３０４のモータ駆動回路３０３は、前記垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３を駆動するものであって、図２に示すように、前記ベース３０１の下面に取り付けられている。尚、図示しないが、モータ駆動回路３０３には、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３の各回転軸３１０−Ｓ，３１３−Ｓの回転角度を検出するための回転角度検出機構が内蔵されている。

そして、図１に示すように、垂直方向走査用モータ３１０とモータ駆動回路３０３とは、ケーブル３１６とコネクタ３１８，３２１を介して電気的に接続される。又、水平方向走査用モータ３１３とモータ駆動回路３０３とは、ケーブル３１７とコネクタ３１９，３２０を介して電気的に接続される。

又、図５に示すように、モータ駆動回路３０３とレーザ距離計１００の外部入出力部１１とは、ケーブル３２２とコネクタ３２３，１３を介して電気的に接続される。又、レーザ距離計１００の外部入出力部１１は、ケーブル３２５とコネクタ３１４，１２を介してパソコンやリモコン等の外部機器と電気的に接続される。

次に、本発明に係る３次元座標位置測定装置３００の動作について説明する。

前記レーザ距離計１００の制御部１０は、走査部４からの信号によって測距部２０、測角部３０４、表示部５及び外部入出力部１１の全ての制御を司るものである。又、外部入出力部１１は、必要に応じてパソコンやリモコン等の外部機器とデータや制御信号のやり取りも行う。

前記操作部４の押しボタンを操作すると、その信号が制御部１０に伝わり、図４に示すように、前記射出部２からビーム走査用ミラー３１２に測距光７が照射され、この測距光７は、ビーム走査用ミラー３１２で反射されて測距光７’となって対象物６に照射される。そして、対象物６の表面で反射された反射光８’は、ビーム走査用ミラー３１２にて進行方向を曲げられて反射光８となり、集光部３に入射する。すると、測距部２０の演算／記憶部９は、測距光７の照射開始時間（位相）と反射光８の入射時間（位相）時間差（位相差）から対象物（測定面）６までの距離を算出する。

又、前記操作部４の押しボタンを操作すると、その信号が制御部１０及び外部入出力部１１を経てモータ駆動回路３０３に伝わり、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３を駆動し、ビーム走査用ミラー３１２を水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓの回り適宜の方向に回転させることによって、測距光７が３次元空間の任意の方角に走査される。

ここで、レーザ距離計１００による対象物（測定面）６までの距離Ｌと垂直方向走査用モータ３１０の回転軸３１０−Ｓの回転角θ及び水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓの回転角φからＸ，Ｙ，Ｚ直交座標を求めるための変換式について説明する。

図４において、Ｐ１点はＸ，Ｙ，Ｚ座標の原点である。ここで、回転角θと回転角φの原点は反射光７’が射出部２に向かうようなビーム走査用ミラー３１２の位置とする。レーザ距離計１００による距離測定の基準点は射出部２である。

従って、Ｐ１から反射光７’による対象物（測定面）６上のスポットＳ１までの距離をｄ１とすると、
距離Ｌ＝Ｃ１＋ｄ１となる。

回転軸３１０−Ｓと３１３−Ｓがそれぞれθ、φ回転したときの対象物（測定面）６上のスポットＳ１’までの距離をｄ１’とすると、
距離Ｌ＝Ｃ１−Ａ１＋ｄ１’
となる。

回転軸２１０−Ｓと３１３−Ｓの交点から原点Ｐ１までの距離をＢ１とすると、
Ａ１＝Ｂ１×ｔａｎφ
の関係が成り立つ。

従って、
ｄ１’＝Ｌ−（Ｃ１−Ａ１）＝ｄとおくと、
Ｘ＝２ｄ×ｃｏｓφ×ｓｉｎφ×ｃｏｓ² θ
Ｙ＝−２ｄ×ｃｏｓφ×ｓｉｎθ×ｃｏｓθ
Ｚ＝ｄ×（−１＋２ｃｏｓ² φ×ｃｏｓ² θ）＋Ａ１
としてＸ，Ｙ，Ｚ座標を算出することができる。尚、Ｚ座標算出式の右辺の＋Ａ１は、回転軸３１３−Ｓとレーザ光の反射点のズレの補正項であり、これにより測定誤差を小さく抑えることができる。

上式から、レーザビームの振れ角はモータの回転軸の振れ角の２倍以下になることが容易に理解できる。Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の算出方法の一例を以下に示す。
［Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の算出方法］
ミラーを回転させてレーザビームを３次元的に振る場合、着目すべきはミラーの回転角と反射の法則である。レーザビームの回転角がミラーの回転角の２倍になるのは特殊な条件下である。従って、レーザスポットの座標位置を作図で求めるのは一般的には困難であるので数式を用いる。

１．反射の法則のベクトル表記
ｎ：反射面の法線ベクトル
ｒ１：入射光の位置ベクトル
ｒ２：反射光の位置ベクトル
とするとき、
入射角と反射角が等しいという反射の法則は、
ｒ２＝ｒ１−２（ｒ１・ｎ）ｎ
と表される。

２．１枚ミラーの場合
ｎ０：反射面の法線ベクトルの初期位置
ｎ１：Ｘ軸をθ回転させたときの反射面の法線ベクトル
ｎ２：次にＹ軸をφ回転させたときの反射面の法線ベクトル

とすると、

となる。

又、

とすると、

となる。

而して、本実施の形態では、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３をステッピングモータで構成したため、ロータリーエンコーダ等の回転角検出器は不要であるが、測定開始前に角度のゼロ点調整が必要である。回転角θと回転角φの原点は反射光７’が射出部２に向かうようなビーム走査用ミラー３１２の位置であるため、この位置で原点調整をするには反射光７’を射出部２に向けることになり、視認性が極めて悪くなる。

そこで、射出部２の直上に目印（＋）Ｐ２を設け、この目印Ｐ２と原点Ｐ１を結ぶ直線とＺ軸とのなす角θ０を前もって設定しておき、目印Ｐ２に反射光７’のスポットを一致させたときの角度をφ＝０、θ＝θ０とすることで角度のゼロ点調整を行う。

前述のようにモータ駆動回路３０３には角度検出機構が内蔵されており、角度信号が外部入出力部１１を経て演算／記憶部９に送られる。すると、演算／記憶部９は、この角度信号から水平角と垂直角を算出し、これと対象物（測定面）６までの距離の測定結果から３次元座標位置、２点間距離等を算出し、その結果を前記表示部５に表示したり、当該演算／記憶部９に記憶し、或は外部入出力部１１を介してデータをパソコンやリモコン等の外部機器に送信したりする。

測角を必要としない用途においては、先ずコネクタ３２３，３２４を外し、次にノブボルト３０５を緩めてレーザ距離計１００をベース３０１から取り出す。これによりスキャナ３０２、モータ駆動回路３０３、ベース３０１等の不要な部位が無くなるため、装置の小型・軽量化が図られ、使い勝手が著しく向上する。

そして、レーザ距離計１００を元の状態に戻すには、該レーザ距離計１００をベース３０１上に載せ、これを２つの位置決め用突起３０７に突き当てた状態で固定用ノブボルト３０５を締める。すると、レーザ距離計１００は、４つの位置決め用突起３０６によってその位置決めがなされ、位置決め用突起３０６との摩擦によって確実に保持される。このとき、位置決め用突起３０６は、レーザ距離計１００の外径寸法に合わせる、或はレーザ距離計１００が圧入される寸法に配置することにより、レーザ距離計１００のベース３０１への位置決めが確実になる。尚、レーザ距離計１００を三脚等の物体に取付けた状態において、これの地表に対する傾斜が緩い場合には該レーザ距離計１００が落下する恐れがないため、固定用ノブボルト３０５を締めなくても測定は可能になる。

レーザ距離計１００を分離してこれを単独で使用する場合の動作は従来と同様であるため、これについての説明は省略する。

以上のように、本発明に係る３次元座標位置測定装置３００によれば、ビーム走査用ミラー３１２を垂直方向走査用モータ３１０の回転軸３１０−Ｓに結合して結合体とし、この結合体の略重心位置を水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３−Ｓで支持する構成を採用したため、水平方向走査用モータ３１３の負荷を小さく抑えることができ、該水平方向走査用モータ３１３として小型のものを採用することができる。この結果、水平方向走査用モータ３１３及びビーム走査用ミラー３１２を支えるためのフレームや軸受が不要となり、３次元座標位置測定装置３００の小型・軽量化と低コスト化を図ることができる。

又、３次元座標位置の算出において、水平方向走査用モータ３１３の回転軸３１３とレーザ光線のミラー３１２面上の反射点が一致していないことによって生じる補正を加えたため、座標位置測定誤差を小さく抑えることができる。

更に、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３をステッピングモータで構成し、これらのステッピングモータをフルステップの整数Ｎ分割で駆動するマイクロステップ駆動するようにしたため、ロータリーエンコーダ等の角度検出器を省略することができ、水平方向走査用モータ３１３の負荷の低減と相俟って位置決め分解能と精度を高めることができる。

又、垂直方向走査用モータ３１０と水平方向走査用モータ３１３の回転角θとφのゼロ点調整用の目印Ｐ２をスキャナ３０２の近傍に設けたため、回転角θ，φのゼロ点調整作業を容易に行うことができる。

本発明に係る３次元座標位置測定装置の平面図である。 本発明に係る３次元座標位置測定装置の側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る３次元座標位置測定装置の使用例を示す斜視図である。 本発明に係る３次元座標位置測定装置の機能ブロック図である。 従来のレーザ距離計の使用形態を示す斜視図である。 従来のレーザ距離計の機能ブロック図である。 従来の測量技術（トータルステーション）の使用形態を示す斜視図である。

符号の説明

２ 射出部
３ 集光部
４ 操作部
５ 表示部
６ 対象物
７，７’ 測距光
８，８’ 反射光
９ 演算／記憶部
１０ 制御部
１１ 外部入出力部
１２，１３ コネクタ
１００ レーザ距離計
３００ ３次元座標位置測定装置
３０１ ベース
３０２ スキャナ
３０３ モータ駆動回路
３０４ 測角部
３０５ ノブボルト
３０６ 位置決め用突起
３０７ 位置決め用突起
３０８ 位置決め用溝
３０９ フレーム
３１０ 垂直方向走査用モータ（第１のモータ）
３１０−Ｓ 回転軸
３１１ マウント
３１２ レーザビーム反射用ミラー
３１３ 水平方向走査用モータ（第２のモータ）
３１３−Ｓ 回転軸
３１４ マウント
３１５ 取付孔
３１６ ネジ
３１７ ケーブル
３１８ コネクタ
３１９ コネクタ
３２０ コネクタ
３２１ コネクタ
３２２ ケーブル
３２３ コネクタ
３２４ コネクタ
３２５ ケーブル
３２６ ネジ
Ｐ１ 原点
Ｐ２ 目印

Claims (3)

1. 射出部と集光部及び演算／記憶部から成る測距部と、
   １枚のミラーを交差する２つの軸で支持し、２つの軸をモータで回転させて前記測距部から出射されるレーザ光線を３次元空間の任意の方向に反射させて走査するスキャナと、前記モータを駆動制御するモータ駆動回路を備えた測角部と、
   を有し、前記測距部から得られる距離信号と前記測角部から得られるレーザ光線の２軸の回転角度信号とから測定対象物の３次元座標位置を算出する３次元座標位置測定装置において、
   前記交差する２つの軸の一方を回転させる第１モータと、他方の軸を回転させる第２のモータを設け、前記ミラーを前記第１のモータの回転軸に結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を前記第２のモータの回転軸で支持するとともに、３次元座標位置の算出において、前記第２のモータの回転軸と前記レーザ光線の前記ミラー面上の反射点が一致していないことによって生じる補正を加えたことを特徴とする３次元座標位置測定装置。
2. 射出部と集光部及び演算／記憶部から成る測距部と、
   １枚のミラーを交差する２つの軸で支持し、２つの軸をモータで回転させて前記測距部から出射されるレーザ光線を３次元空間の任意の方向に反射させて走査するスキャナと、前記モータを駆動制御するモータ駆動回路を備えた測角部と、
   を有し、前記測距部から得られる距離信号と前記測角部から得られるレーザ光線の２軸の回転角度信号とから測定対象物の３次元座標位置を算出する３次元座標位置測定装置において、
   前記交差する２つの軸の一方を回転させる第１モータと、他方の軸を回転させる第２のモータを設け、前記ミラーを前記第１のモータの回転軸に結合して結合体とし、該結合体の略重心位置を前記第２のモータの回転軸で支持するとともに、前記第１及び第２のモータをステッピングモータで構成し、これらのステッピングモータをフルステップの整数Ｎ分割で駆動するマイクロステップ駆動することを特徴とする３次元座標位置測定装置。
3. 前記第１及び第２のモータの回転角のゼロ点調整用目印を前記スキャナの近傍に設けたとを特徴とする請求項１又は２記載の３次元座標位置測定装置。

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