JP2009156773A

JP2009156773A - 測量機及び測量補正方法

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Publication number: JP2009156773A
Application number: JP2007337110A
Authority: JP
Inventors: 康仁 ▲配▼島; Yasuhito Haijima; Kaoru Kumagai; 薫熊谷
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-27
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Abstract

【課題】
測量機の回動部の回転による回転軸のブレ、測距光軸のズレを正確に検出し、補正の精度を向上させ、測定精度の向上を図る。
【解決手段】
回転自在な回動部３，４と、該回動部を支持する支持部６，３と該支持部と、前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサ１５，２４と、該傾斜センサからの信号に基づき前記回動部の回転ブレを演算する制御部２６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回動部を有する測量機、例えば追尾機能を有し、測距光学系が回動部に収納されている様な測量機、及び該測量機についての測量補正方法に関するものである。

追尾機能を有する測量機は、反射ミラー等の測定対象物を追尾して測定点の測量を行うものであり、測量機側に測量作業者がいなくても、測量が可能となっている。

斯かる測量機では、測距光学系の光軸（測距光軸）が常に測定対象物に向く様に、水平方向に回転し、又鉛直（高低）方向に回転可能な構造となっており、前記測距光軸の水平角、高低角が角度検出器によって検出され、測定対象物迄の距離測定が行われると共に測定対象物の水平角、高低角が測定される様になっている。

一般的に、回動部が回転可能である為には、回転軸と軸受部には間隙が必要であり、又製作誤差による偏心、回転ガタ等があり、回転時に測距光軸のズレを生ずる。該測距光軸のズレは、水平角、高低角の誤差として現れるので、測定精度を向上させる為には、前記測距光軸のズレの影響を除去する必要がある。

又、回動部に起因する誤差の他に、角度検出器自体が誤差を有する場合があり、高精度の測定を行うには、前記角度検出器の誤差を補正する必要がある。

尚、回転時の前記測距光軸のズレを補正することができる測量機として、特許文献１に示されるものがある。

特許文献１は、水平回転するエンコーダ板（角度検出用のパターンが形成された円板）を反射鏡とし、前記エンコーダ板に第１検出光を照射し、前記エンコーダ板からの反射第１検出光を受光器で受光し、又自由液面に第２検出光を照射し、自由液面からの反射第２検出光を同一の前記受光器で受光し、該受光器での受光位置のズレにより、自由液面に対するエンコーダ板の傾斜、即ち測距光軸のズレを検出し、検出結果に基づき測定値を補正することを開示している。

特許文献１では、エンコーダ板が回転軸に対して垂直に取付けられていること、前記エンコーダ板自体、或は反射面にうねり等が存在しないことを前提としている。ところが、実際には、取付け誤差により前記エンコーダ板が回転軸に対して垂直でないこと、前記反射面にうねり等が存在すること等があり、前記受光器での受光位置のズレが正確に測距光軸のズレを反映しない場合がある。この場合、高精度の補正が得られない。

特開２００３−１８５４３６号公報

特開２００７−１２７６２８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測量機の回動部の回転による回転軸のブレ、測距光軸のズレを正確に検出し、補正の精度を向上させ、測定精度の向上を図るものである。

本発明は、回転自在な回動部と、該回動部を支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサと、該傾斜センサからの信号に基づき前記回動部の回転ブレを演算する制御部とを具備する測量機に係るものである。

本発明は、前記制御部は予め測定した前記反射鏡部の前記反射面のうねりのデータが格納された記憶部を有し、前記制御部は前記傾斜センサからの信号より前記反射面のうねりを除去して前記回動部の回転ブレを演算する測量機に係り、又前記回動部と支持部間の相対回転角を検出するエンコーダが設けられ、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレに基づき前記エンコーダで測定された角度を補正する測量機に係り、又前記回動部は、鉛直軸と該鉛直軸を中心に回転する水平回動部と、水平軸と該水平軸を中心に回転する鉛直回動部とを具備し、前記傾斜センサは、前記水平回動部の回転ブレを検出する水平傾斜センサと前記鉛直回動部の回転ブレを検出する鉛直傾斜センサから構成された測量機に係り、又前記回動部は、測距部を収納する鏡筒部であり、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレと前記測距部で測距した測距値に基づき水平距離と垂直距離の少なくとも１つを補正する演算を行う測量機に係り、又前記反射鏡部は、前記回動部の回転中心線上に設けられた測量機に係り、又前記反射鏡部はリング状に形成され、前記回動部の回転中心線と同心に設けられた測量機に係り、又前記反射鏡部は、エンコーダのエンコーダ板にリング状に形成された測量機に係るものである。

又本発明は、回転自在な回動部と、該回動部に収納された測距部と、前記回動部の角度を検出する角度検出器と、前記回動部を支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサとを具備する測量機に於いて、前記反射鏡部単体で前記反射面のうねりを測定する工程と、前記傾斜センサを前記支持部に取付けた状態で前記反射鏡部の前記反射面の傾斜を検出する工程と、該反射面の傾斜から該反射面のうねりを除去して回転ブレを演算する工程と、前記うねりと前記回転ブレに基づき測定された前記回動部の回転角、或は更に該回転角の値と前記測距部で得られた測距結果から演算される３次元座標の少なくとも一方を補正する測量補正方法に係るものである。

本発明によれば、回転自在な回動部と、該回動部を支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサと、該傾斜センサからの信号に基づき前記回動部の回転ブレを演算する制御部とを具備するので、測量機の設置状態に拘らず、前記回動部の前記回転ブレを演算することができる。

又本発明によれば、前記制御部は予め測定した前記反射鏡部の前記反射面のうねりのデータが格納された記憶部を有し、前記制御部は前記傾斜センサからの信号より前記反射面のうねりを除去して前記回動部の回転ブレを演算するので、傾斜センサからの検出結果だけでは得られない前記反射面のうねりによる誤差も補正でき、補正精度が向上する。

又本発明によれば、前記回動部と支持部間の相対回転角を検出するエンコーダが設けられ、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレに基づき前記エンコーダで測定された角度を補正するので、前記傾斜センサからの検出結果だけでは得られない前記反射面のうねりによる誤差も補正でき、補正精度が向上する。

又本発明によれば、前記回動部は、鉛直軸と該鉛直軸を中心に回転する水平回動部と、水平軸と該水平軸を中心に回転する鉛直回動部とを具備し、前記傾斜センサは、前記水平回動部の回転ブレを検出する水平傾斜センサと前記鉛直回動部の回転ブレを検出する鉛直傾斜センサから構成されたので、鉛直軸、水平軸の両方向の回転ブレが補正可能であり、補正精度が向上する。

又本発明によれば、前記回動部は、測距部を収納する鏡筒部であり、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレと前記測距部で測距した測距値に基づき水平距離と垂直距離の少なくとも１つを補正する演算を行うので、測距精度が向上するという優れた効果を発揮する。

又本発明によれば、回転自在な回動部と、該回動部に収納された測距部と、前記回動部の角度を検出する角度検出器と、前記回動部支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサとを具備する測量機に於いて、前記反射鏡部単体で前記反射面のうねりを測定する工程と、前記傾斜センサを前記支持部に取付けた状態で前記反射鏡部の前記反射面の傾斜を検出する工程と、該反射面の傾斜から該反射面のうねりを除去して回転ブレを演算する工程と、前記うねりと前記回転ブレに基づき測定された前記回動部の回転角、或は更に該回転角の値と前記測距部で得られた測距結果から演算される３次元座標の少なくとも一方を補正するので、傾斜センサからの検出結果だけでは得られない反射面のうねりによる誤差も補正でき、補正精度が向上し、測角精度、測距精度が向上するという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。

図１は、本発明に係る測量機の一例を示し、本発明の要部を示す断面図である。

図中、１は測量機本体を示し、該測量機本体１は、整準部２、托架部３、鏡筒部４、取手５を具備し、前記整準部２は既知点に設置される三脚（図示せず）に固定され、前記托架部３は前記整準部２に鉛直軸心を中心に水平回転可能に設けられ、前記鏡筒部４は前記托架部３に水平軸心を中心に回転可能に設けられ、前記取手５は前記托架部３の上端に掛渡って取付けられている。

前記托架部３は外形形状が略Ｕ字形状をしており、内部にチルトセンサ（図示せず）を具備し、該チルトセンサの検出結果を基に前記整準部２が調整され、前記測量機本体１が水平姿勢となる様に整準される。

前記整準部２より鉛直軸６が上方に延出し、該鉛直軸６が前記托架部３の底部を貫通し、前記鉛直軸６に水平回転軸７が回転自在に嵌合し、該水平回転軸７の上端に前記托架部３が固定されている。前記水平回転軸７の上端部にはフランジ部８が形成され、該フランジ部８に水平角エンコーダ板９が前記水平回転軸７と同心に取付けられている。

前記水平回転軸７には、水平被動ギア１１が嵌着され、該水平被動ギアが水平角モータ１２により回転されることで、前記托架部３が前記鉛直軸６を中心に水平回転する様になっている。

前記水平角エンコーダ板９と対向してエンコーダセンサ（図示せず）が設けられており、該エンコーダセンサと前記水平角エンコーダ板９とで水平角エンコーダ１３が構成される。前記水平角エンコーダ板９の下面周縁部は鏡面であり、反射鏡部となっている。

前記鉛直軸６は前記水平回転軸７の支持部であり、前記鉛直軸６には第１支持アーム１４が取付けられている。該第１支持アーム１４は、前記水平回転軸７の支持部の一部を構成し、前記水平回転軸７と平行に上方に延出しており、前記第１支持アーム１４の上部に水平傾斜センサ１５が設けられている。

該水平傾斜センサ１５は、前記水平角エンコーダ板９の反射鏡部に検出光を入射させ、該反射鏡部からの反射光を受光し、受光部上での反射光の受光位置と受光基準位置との比較によって偏差を求め、偏差の量、偏差の方向に基づき前記水平角エンコーダ板９の反射部位での傾斜、うねり、前記水平回転軸７の回転ガタを検出する様になっている。

前記鏡筒部４は前記托架部３の凹部に収納され、前記鏡筒部４は水平に突出する鉛直回転軸１６，１７を具備し、該鉛直回転軸１６，１７が前記托架部３に回転自在に支持されており、一方の前記鉛直回転軸１６には高低従動ギア１８が嵌着され、他方の前記鉛直回転軸１７には高低角エンコーダ１９が設けられている。

前記高低従動ギア１８は高低角モータ２１により回転される様になっており、該高低角モータ２１の駆動により、前記高低従動ギア１８及び前記鉛直回転軸１６，１７を介して前記鏡筒４が鉛直回転する様になっている。

前記鉛直回転軸１７には鉛直フランジ２２が嵌着され、該鉛直フランジ２２には前記鉛直回転軸１７と同心に高低角エンコーダ板２３が設けられている。該高低角エンコーダ板２３に対峙してエンコーダセンサ（図示せず）が設けられており、該エンコーダセンサと前記高低角エンコーダ板２３とで前記高低角エンコーダ１９が構成される。

前記高低角エンコーダ板２３の周縁部には鏡面が形成され、反射部が構成され、該反射部に対向する様に高低傾斜センサ２４（後述する）が設けられている。

前記托架部３の内壁の所要位置に水平方向に延びる第２支持アーム２５が設けられ、該第２支持アーム２５に前記高低傾斜センサ２４が取付けられている。前記托架部３は、前記鉛直回転軸１７の支持部であり、又前記第２支持アーム２５は前記鉛直回転軸１７の支持部の一部となっている。

前記高低傾斜センサ２４は、前記高低角エンコーダ板２３の反射鏡部に検出光を入射させ、該反射鏡部からの反射光を受光し、受光部上での前記反射光の受光位置と受光基準位置との比較によって偏差を求め、偏差の量、偏差の方向に基づき前記高低角エンコーダ板２３の反射部位での傾斜、うねり、前記鉛直回転軸１７の回転ガタを検出する様になっている。

前記鏡筒部４内部には測距光発光部、投光光学系、受光光学系、受光部、距離演算部等から構成される測距部（図示せず）が収納されている。又、前記托架部３内部には、制御部２６が設けられ、該制御部２６によって前記測距部が駆動され、測距が実行され、前記水平角エンコーダ１３、前記高低角エンコーダ１９からの角度信号が前記制御部２６に入力され、水平角、高低角の測定が実行される様になっている。

又、前記水平角モータ１２、前記高低角モータ２１の駆動が制御され、又前記水平傾斜センサ１５からは、該水平傾斜センサ１５が検出した傾斜角が前記制御部２６に入力され、又前記高低傾斜センサ２４からは、該高低傾斜センサ２４が検出した傾斜角が前記制御部２６に入力され、該制御部２６は前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４からの信号に基づき、測定した測距結果、水平角、高低角を補正する様になっている。

図２、図３により前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４について、説明する。尚、前記水平傾斜センサ１５と前記高低傾斜センサ２４とは同一の構成であるので、以下は前記水平傾斜センサ１５について説明する。

図２は、水平角エンコーダ板９の下面を示しており、該水平角エンコーダ板９にはエンコーダとしての角度パターン２８がリング状に形成され、前記水平角エンコーダ板９の周縁部は鏡面とされ、反射鏡部２９が形成されている。

図３は、前記水平傾斜センサ１５の基本構成を示しており、検出光射出光軸３１上に発光素子（ＬＥＤ）３２、コンデンサレンズ３３、パターン３４、ハーフミラー（ビームスプリッタ）３５が配設され、該ハーフミラー３５は、前記検出光射出光軸３１を直角に偏向し、検出光３６の一部を偏向された偏向射出光軸３１′上に反射する。該偏向射出光軸３１′上にはコンデンサレンズ３７が配設され、前記偏向射出光軸３１′は前記反射鏡部２９に対して垂直となる様に設定されている。又、前記ハーフミラー３５を通過した前記偏向射出光軸３１′の上にはプロファイルセンサ３８が配設されている。前記反射鏡部２９の反射面が前記偏向射出光軸３１′に対して正確に垂直であれば、前記反射鏡部２９で反射された前記検出光３６の反射光軸は前記偏向射出光軸３１′と合致し、垂直に対して傾斜していると、反射光軸は前記偏向射出光軸３１′に対してブレを生じる。このブレを求めることで、反射面の傾斜を検出することができる。

前記プロファイルセンサ３８は、例えばＣＣＤセンサ、或はＣＭＯＳセンサであり、２次元に広がる受光面を有し、多数の画素の集合体である。各画素は受光信号を発し、その受信の信号を処理することで、例えば受光したスポット光の重心の位置情報を得ることができる。尚、プロファイルセンサ３８は、例えば、一辺が１．９ｍｍの正方形、画素数２５６×２５６、画素ピッチ７．８μｍのものが使用される。

例えば、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示される様に、受光面上にＸ−Ｙ座標を設定すると、画素のＸ座標、Ｙ座標を特定することで、プロファイルセンサ３８は、パターンが図４（Ａ）の状態の時を基準の位置とし、図４（Ｂ）に示される様に、各画素の受光面上でのパターンの移動量が特定される。尚、図４中のパターン３４はパターンの一部を示している。又、パターンの一例としては、特開２００７−１２７６２８号公報（特許文献２）に示されるものがある。

前記発光素子３２から発せられた検出光３６が前記パターン３４を透過し、前記ハーフミラー３５で反射されて前記反射鏡部２９に投射される。該反射鏡部２９で反射された前記検出光３６は前記ハーフミラー３５を透過して前記プロファイルセンサ３８に投影される。

前記偏向射出光軸３１′に対して、前記反射鏡部２９の反射面が完全に垂直であると、該反射鏡部２９で反射された前記検出光３６の光軸と前記偏向射出光軸３１′とはブレがなく、前記プロファイルセンサ３８に投影された前記パターン３４は前記プロファイルセンサ３８の座標軸の原点Ｏに合致する（図４（Ａ）参照）。一方、前記反射鏡部２９の反射面が前記偏向射出光軸３１′に対して傾斜していると、前記プロファイルセンサ３８に投影された前記パターン３４は、原点Ｏからズレる。

ズレ量の大きさで反射面の傾斜量が検出され、ズレの方向で反射面の傾斜方向が検出される。前記水平角エンコーダ板９を回転させ、所定角度ステップ（例えば１°）毎に前記プロファイルセンサ３８上のパターンのズレを検出することで、前記反射鏡部２９の全周での傾斜量、傾斜方向を検出することができる。

尚、パターンのズレを検出する場合、前記プロファイルセンサ３８が受光したパターン３４の受光信号と原点Ｏ又は基準となる位置にパターンが投影された場合に得られる信号とのズレを求め、信号のズレに基づきパターン３４の受光位置と原点Ｏ、又は基準となる位置との偏差を位置ズレとして求める。又、プロファイルセンサを用いて、受光位置を検出する方法としては、スポットビームを受光した重心位置を演算する方法と、パターンをあてて受信信号のズレを読取る方法等がある。

前記水平傾斜センサ１５の場合、前記検出光射出光軸３１は水平であり、前記偏向射出光軸３１′は鉛直となる。

次に、図５により、前記制御部２６について説明する。

該制御部２６は、ＣＰＵで代表される演算部４１、半導体メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置等から構成される記憶部４２、駆動制御部４３等から構成され、前記演算部４１には、前記水平角エンコーダ１３、前記高低角エンコーダ１９、前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４、チルトセンサ４４、表示部４５、操作部４６が電気的に接続され、前記駆動制御部４３には前記水平角モータ１２、前記高低角モータ２１が電気的に接続されている。

前記水平角エンコーダ１３、前記高低角エンコーダ１９は、それぞれ測距光軸の水平角、高低角を検出し、検出された水平角、高低角は前記演算部４１に入力される。又、前記水平傾斜センサ１５は、前記托架部３が水平回転した場合の前記鉛直軸６の回転ブレを検出し、検出結果は、前記演算部４１に入力される。又、前記高低傾斜センサ２４は前記鏡筒部４が鉛直回転した場合の前記鉛直回転軸１７の回転ブレを検出し、検出結果は前記演算部４１に入力される。

前記記憶部４２は、データ格納部４８、プログラム格納部４９を有している。

前記データ格納部４８には、工場等で精密検査された前記水平角エンコーダ板９の前記反射鏡部２９のうねりの測定データ、前記水平回転軸７に対する前記水平角エンコーダ板９の傾きの測定データが、前記水平角エンコーダ板９の回転角度に関連付けて格納されている。

又、同様に、前記データ格納部４８には、前記高低角エンコーダ板２３の前記反射鏡部２９のうねりの測定データ、前記鉛直回転軸１７に対する前記高低角エンコーダ板２３の傾きの測定データが、前記高低角エンコーダ板２３の回転角度に関連付けて格納されている。

前記プログラム格納部４９には、測定を実行する為に前記測距部（図示せず）、前記水平角モータ１２、前記高低角モータ２１等を駆動制御する為のシーケンスプログラム（図示せず）、エンコーダズレ量演算プログラム５１、回転軸傾斜量演算プログラム５２、回転軸のガタ演算プログラム５３、測定値補正プログラム５４等のプログラムが格納されている。

尚、前記演算部４１と前記エンコーダズレ量演算プログラム５１はエンコーダズレ量演算手段として機能し、前記演算部４１と前記回転軸傾斜量演算プログラム５２は回転軸傾斜量演算手段として機能し、前記演算部４１と前記回転軸のガタ演算プログラム５３は回転軸のガタ演算手段として機能し、前記演算部４１と前記測定値補正プログラム５４は測定値補正手段として機能する。

以下、本発明の作用について説明する。

先ず、前記水平角エンコーダ板９、前記高低角エンコーダ板２３それぞれの前記反射鏡部２９単体での鏡面むら（鏡面の撓み、歪み）を測定する。

前記水平角エンコーダ板９、前記高低角エンコーダ板２３単体での測定では、芯ブレがない様に、又回転中心に対して前記水平角エンコーダ板９、前記高低角エンコーダ板２３が垂直となる様に高精度で保持された状態で測定が行われる。

又、反射面でのうねり等による鏡面むらの測定は、図３で示した水平傾斜センサ１５と同様な構成の測定装置が用いられ、反射面で反射された検出光をプロファイルセンサで受光して受光位置と基準位置との偏差を測定する。尚、この場合、鏡面むらの測定に使用される測定装置が、前記測量機本体１に取付けられた前記水平角エンコーダ板９、前記水平傾斜センサ１５と同等の関係、配置になる様に構成されることが好ましく、この場合、測定データは、直ちに測量機本体１用の補正データとして使用可能である。

図６は、鏡面むらについての測定結果を示すものであり、前記反射鏡部２９を１回転した場合、鏡面むらが全くない場合は、受光位置が基準位置に合致したままであり（図４（Ａ）、図６（Ａ）参照）、ズレ量を検出できない。

又、前記反射鏡部２９に鏡面むらがある場合は、ズレ量が検出される（図４（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。ズレ量は、１回転周期で変化する。ズレ量は、前記反射鏡部２９の回転位置（回転角度）と共に測定され、回転角度とズレ量が関連付けられる。得られた鏡面むらの測定データは設定補正データとして、前記操作部４６を介して前記データ格納部４８に予め格納される。

測定が完了した前記水平角エンコーダ板９、前記高低角エンコーダ板２３がそれぞれ前記水平回転軸７、前記鉛直回転軸１７に取付けられ、測定が実行される。

測定が実行される過程で、前記水平回転軸７、前記鉛直回転軸１７が回転した場合に、前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４により各前記反射鏡部２９の反射面の傾斜が検出される。反射面の傾斜は、上記した様に偏向射出光軸３１′（図３参照）の傾き、即ち前記パターン３４の原点Ｏからのズレδとして現れる（図４（Ｂ））。測定の結果、角度に対応した傾きによるズレ量は、記憶部に格納される。或は、測量作業の際に測定前に回転軸を３６０度以上回転させ、プロファイルセンサのズレ量を、作業の度に記憶し補正量として用いてもよい。
。

又、このズレには、前記反射鏡部２９について工場等で測定した、反射鏡部２９単体の鏡面むらに起因するものの他に、前記鉛直軸６に対する前記水平回転軸７の回転ガタ、前記鉛直回転軸１７が回転する際の回転ガタ、更に、前記水平角エンコーダ板９の回転中心に対する傾き、前記高低角エンコーダ板２３の回転中心に対する傾きに起因するものが含まれる。

従って、前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４で検出する前記プロファイルセンサ３８上の前記パターン３４のズレには、前記反射鏡部２９の鏡面むらに起因するズレδ１、回転中心に対する反射鏡部２９の傾斜に起因するズレδ２、前記水平回転軸７、前記鉛直回転軸１７の回転時の回転ガタに起因するズレδ３が含まれる。尚、ズレδ１について設定補正データとして、前記データ格納部４８に格納されている。

先ず、前記水平傾斜センサ１５の検出結果を基に水平角の補正について説明する。

前記水平傾斜センサ１５が検出するズレの内、ズレδH1、ズレδH2は、直接水平角エンコーダ１３が検出する水平角、高低角の誤差となって現れる。又、前記ズレδH1、ズレδH2は、測距光軸のブレを伴わない。ズレδH3については、鉛直方向の回転の軸をＺ軸とすると、その成分はＸ方向（図１水平方向の回転軸１６，１７の方向）とＹ方向（図１の紙面に対して垂直方向）がある。Ｘ方向のズレは水平方向の角度の誤差となって現れ、Ｙ方向のズレは高低角方向の角度の誤差となって現れる。従って、ズレδH3は、水平角だけでなく、高低角方向の測定誤差、光軸のブレを生じさせる。そして、測定誤差だけでなく、測距の結果から演算される水平距離、垂直距離（比高）にも誤差を及ぼす。

この為、水平角の補正、測距結果の補正では、前記ズレδH1、ズレδH2、とズレδH3とは分離して行う必要がある。又、ズレの方向がＸ軸、Ｙ軸それぞれに対してズレを生じる場合（図４（Ｂ）参照）、Ｘ成分、Ｙ成分それぞれについて補正を行う。

前記エンコーダズレ量演算プログラム５１により、前記水平角エンコーダ１３からの検出結果と前記水平傾斜センサ１５からの検出結果に基づき、水平回転角に対応したズレδが検出される。更に、前記回転軸傾斜量演算プログラム５２により、前記データ格納部４８に格納された設定補正データ（ズレδH1）に基づき、前記ズレδから前記ズレδH1を除去した回転軸の傾斜が演算される。得られたズレには、ズレδH2とズレδH3が含まれており、前記水平角エンコーダ板９が回転軸心に垂直の場合は、前記ズレδH2は０であり、演算により得られるズレは、ズレδH3となる。又、前記水平角エンコーダ板９が回転軸心に傾きを有する場合は、ズレδH2が含まれるが、該ズレδH2は１回転毎に周期的に現れるので、演算により除去することが可能である。

前記演算プログラム５３により前記回転軸のガタが演算される。前記回転軸傾斜量演算プログラム５２で得られた前記回転軸の傾斜から更に前記ズレδH2が演算され、ズレδH3が分離抽出される（図７参照）。

得られたズレδH1、ズレδH2、ズレδH3に基づき前記高低角エンコーダ１９で測定された高低角が補正され、更に測距光軸のブレが演算され、測距の結果から演算される水平距離、垂直距離（比高）の値も補正される。

尚、前記水平傾斜センサ１５は、前記鉛直軸６に対する前記托架部３の回転ガタ、前記水平角エンコーダ板９の反射鏡部２９のうねりを相対的に検出しており、前記測量機本体１がどの様な姿勢に設置されても、該測量機本体１に対する相対的な回転ガタ、光軸のブレを正確に検出し、又測定結果を高精度で補正することができる。

前記高低傾斜センサ２４の検出結果を基に高低角の補正をする場合も同様に行われる。

前記エンコーダズレ量演算プログラム５１により、前記高低角エンコーダ１９からの検出結果と前記高低傾斜センサ２４からの検出結果に基づき、高低回転角に対応したズレδＶが検出される。

更に、前記回転軸傾斜量演算プログラム５２により、前記データ格納部４８に格納された設定補正データ、ズレδV1に基づき、回転軸の傾斜が演算される。前記回転軸のガタ演算プログラム５３により、ズレδV2、ズレδV3が演算され、前記鉛直回転軸１７のガタが演算される。

得られたズレδV1、ズレδV2、ズレδV3に基づき前記高低角エンコーダ１９で測定された高低角が補正され、更に測距光軸のブレが演算され、測距結果も補正される。

高低角についても、前記高低傾斜センサ２４により検出されるズレδＶは前記托架部３に対する前記鉛直回転軸１７に関するズレであり、やはり、前記托架部３の姿勢に拘らず、前記測量機本体１に対する相対的な回転ガタ、光軸のブレを正確に検出し、又測定結果を高精度で補正することができる。又、水平方向角の回転軸のズレを考慮して、高低角を得ることが可能となるので、鉛直方向の回転軸の倒れを考慮したより精密な測定が可能となる。又、水平角、高低角が補正できるので、測距、測角の結果求められる測定点の３次元座標の補正も可能となる。

図８、図９は第２の実施の形態を示しており、第２の実施の形態では反射鏡部２９をそれぞれ、前記水平回転軸７、前記鉛直回転軸１７の回転中心に設けたものである。

前記反射鏡部２９を回転中心に設け、前記水平傾斜センサ１５、前記高低傾斜センサ２４の検出光射出光軸３１を回転軸心に合致させたものである。前記検出光射出光軸３１を回転軸心に合致させることで、前記反射鏡部２９のうねりの影響は受けず、反射面の傾きと回転ガタによるズレ量をプロファイルセンサでの測定から読取ることができる。１周の周期を有する反射面の傾きによる誤差を取除くことで、回転ガタによるズレ量を推定し、補正することができる。

図１０、図１１は第３の実施の形態を示すものであり、水平角エンコーダ板９、高低角エンコーダ板２３とは別にリング状の反射鏡部２９を設けたものであり、該反射鏡部２９を前記水平角エンコーダ板９、前記高低角エンコーダ板２３と別体とすることで、前記反射鏡部２９の板厚を厚くすることができ、反射面のうねりを小さくすることができる。

尚、上記実施の形態では、回動部に反射鏡部を設け、支持部に傾斜センサを設けたが、回動部に傾斜センサを設け、支持部に反射鏡部を設けてもよいことは言う迄もない。

本発明の実施の形態を示す断面図である。該実施の形態に用いられる水平角エンコーダ板、高低角エンコーダ板の平面図である。該実施の形態に用いられる水平傾斜センサ、高低傾斜センサの構成図である。該実施の形態に用いられるプロファイルセンサ、該プロファイルセンサに投影されたパターンとの関係を示す説明図である。該実施の形態の制御ブロック図である。（Ａ）（Ｂ）は前記水平傾斜センサ、前記高低傾斜センサで検出される鏡面むらによる回転角とズレδとの関係を示す説明図であり、（Ａ）は鏡面むらのない場合、（Ｂ）は鏡面むらがある場合を示している。前記水平傾斜センサ、前記高低傾斜センサからの信号から、鏡面むらに起因するズレδを除去し、得られた回転軸のガタを示す説明図である。第２の実施の形態に於ける水平傾斜センサを示す部分図である。第２の実施の形態に於ける高低傾斜センサを示す部分図である。第３の実施の形態に於ける水平傾斜センサを示す部分図である。第３の実施の形態に於ける高低傾斜センサを示す部分図である。

符号の説明

１測量機本体
２整準部
３托架部
４鏡筒部
７水平回転軸
９水平角エンコーダ板
１３水平角エンコーダ
１５水平傾斜センサ
１７鉛直回転軸
１９高低角エンコーダ
２３高低角エンコーダ板
２４高低傾斜センサ
２６制御部
２９反射鏡部
３１検出光射出光軸
３１′ 偏向射出光軸
３８プロファイルセンサ
４１演算部
４２記憶部
４８データ格納部
４９プログラム格納部

Claims

回転自在な回動部と、該回動部を支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサと、該傾斜センサからの信号に基づき前記回動部の回転ブレを演算する制御部とを具備することを特徴とする測量機。
前記制御部は予め測定した前記反射鏡部の前記反射面のうねりのデータが格納された記憶部を有し、前記制御部は前記傾斜センサからの信号より前記反射面のうねりを除去して前記回動部の回転ブレを演算する請求項１の測量機。
前記回動部と支持部間の相対回転角を検出するエンコーダが設けられ、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレに基づき前記エンコーダで測定された角度を補正する請求項１又は請求項２の測量機。
前記回動部は、鉛直軸と該鉛直軸を中心に回転する水平回動部と、水平軸と該水平軸を中心に回転する鉛直回動部とを具備し、前記傾斜センサは、前記水平回動部の回転ブレを検出する水平傾斜センサと前記鉛直回動部の回転ブレを検出する鉛直傾斜センサから構成された請求項１又は請求項２又は請求項３の測量機。
前記回動部は、測距部を収納する鏡筒部であり、前記制御部は、演算で得られた前記回転ブレと前記測距部で測距した測距値に基づき水平距離と垂直距離の少なくとも１つを補正する演算を行う請求項１又は請求項２の測量機。
前記反射鏡部は、前記回動部の回転中心線上に設けられた請求項１又は請求項２の測量機。
前記反射鏡部はリング状に形成され、前記回動部の回転中心線と同心に設けられた請求項１又は請求項２の測量機。
前記反射鏡部は、エンコーダのエンコーダ板にリング状に形成された請求項１又は請求項２の測量機。
回転自在な回動部と、該回動部に収納された測距部と、前記回動部の角度を検出する角度検出器と、前記回動部を支持する支持部と、該支持部と前記回動部のいずれか一方に設けられた反射鏡部と、前記支持部と前記回動部のいずれか他方に設けられ、検出光を射出し、前記反射鏡部で反射された前記検出光を受光して前記支持部に対する前記反射鏡部の反射面の相対的な傾斜を検出する傾斜センサとを具備する測量機に於いて、前記反射鏡部単体で前記反射面のうねりを測定する工程と、前記傾斜センサを前記支持部に取付けた状態で前記反射鏡部の前記反射面の傾斜を検出する工程と、該反射面の傾斜から該反射面のうねりを除去して回転ブレを演算する工程と、前記うねりと前記回転ブレに基づき測定された前記回動部の回転角、或は更に該回転角の値と前記測距部で得られた測距結果から演算される３次元座標の少なくとも一方を補正することを特徴とする測量補正方法。