JP2018066623A

JP2018066623A - 反射ターゲット及び反射ターゲットの調整方法

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Publication number: JP2018066623A
Application number: JP2016204792A
Authority: JP
Inventors: 加藤　登; Noboru Kato; 登加藤; 健志松澤; Kenji Matsuzawa
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: JP6748916B2

Abstract

【課題】曲率を有する計測対象物に係止部材などの締め跡などを残すことなく、簡便に取り付けることが可能な反射ターゲットを提供する。
【解決手段】本発明に係る反射ターゲット１００は、反射プリズム１２０と、前記反射プリズム１２０が取り付けられる取り付け支柱部（プリズム取り付け部）２５０と、前記取り付け支柱部（プリズム取り付け部）２５０と連結されるボール２２０と、前記ボール２２０を回動自在に保持するボール保持部２１０と、前記ボール保持部２１０を支持する立設支持部１３５と、磁石からなり、前記立設支持部１３５が配される磁性基台１３０と、前記磁性基台１３０に設けられる弾性層１３２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、トータルステーションなどから出射されるレーザー光を反射する反射ターゲット、及び、このような反射ターゲットに搭載された反射プリズムの姿勢・向きを調整する反射ターゲットの調整方法に関するものである。

建設工事現場において、トータルステーションなどからレーザー光を出射して計測対象物からの反射光を基に、当該計測対象物までの距離と方向を計測することで、計測対象物の位置座標を取得する技術が知られている。このようなトータルステーションを用いた計測においては、計測対象物にはプリズムなどの反射ターゲットが取り付けられる。また、トータルステーションには、このような反射ターゲットを自動的に追尾する機能を有するものが知られている。

上記のようなトータルステーションを用いる際においては、鋼管などの曲率を有する計測対象物に、反射ターゲットを取り付ける必要性が生じる場合がある。

例えば、特許文献１（特開２０１１−２０２４５０号公報）には、鋼管杭の位置を測量するためのトータルステーションと、前記トータルステーションのターゲットとなる光学プリズムとを備え、前記光学プリズムは、前記鋼管杭の上端部に設置されていることを特徴とする杭打設システムが開示されている。
特開２０１１−２０２４５０号公報

光学プリズムを鋼管杭の上端部に設置する際には、プリズム用取付具２０の本体部の下面に形成された係合溝２４に、鋼管矢板１１の上端部が挿入されて、係止ボルト２２を締め付けることで、鋼管矢板１１にプリズム用取付具２０が固定され、光学プリズムが取り付けられるようになっている。

このような従来の光学プリズムの取り付けにおいては、鋼管杭の曲率に対応するために、鋼管杭は係止ボルト２２によって固定されるような取り付け方法が採用されているが、鋼管杭が係止ボルト２２によって直接締め付けられることで、鋼管杭に係止ボルト２２による締め跡が残ってしまうこととなる。

地中に打設される鋼管杭のように、ボルトなどの締め跡が多少残ったとしても、大局に影響がない場合もあるが、従来技術によれば、曲率を有する計測対象物に対して、係止ボルトなどによる締め跡などを残すことなく、プリズムなどの反射ターゲットを設けることができない、という問題があった。

この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る反射ターゲットは、反射プリズムと、前記反射プリズムが取り付けられるプリズム取り付け部と、前記プリズム取り付け部と連結されるボールと、前記ボールを回動自在に保持するボール保持部と、前記ボール保持部を支持する立設支持部と、磁石からなり、前記立設支持部が配される磁性基台と、前記磁性基台に設けられる弾性層と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る反射ターゲットの調整方法は、前記に記載の反射ターゲットを調整する反射ターゲットの調整方法であって、前記反射ターゲットを計測対象物に設置するステップと、設置された前記反射ターゲットの近傍に情報処理装置を配するステップと、前記反射プリズムを追尾し、前記反射ターゲットの画像を取得するトータルステーションを設置するステップと、前記トータルステーションで取得された画像データを前記情報処理装置に送信するステップと、送信された前記画像データを前記情報処理装置に表示するステップと、表示された前記画像データを参照して前記反射プリズムの向きを調整するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る反射ターゲットの調整方法は、前記トータルステーションに対して前記反射プリズムを追尾するように指令するステップ、をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明に係る反射ターゲットの調整方法は、前記情報処理装置で前記画像データを表示する際には、基準線も併せて表示することを特徴とする。

また、本発明に係る反射ターゲットの調整方法は、前記基準線と前記反射プリズムの像を重ね合わせることで、前記反射プリズムの向きを調整することを特徴とする。

本発明に係る反射ターゲットは、磁石からなり、前記立設支持部が配される磁性基台と、前記磁性基台に設けられる弾性層と、を有するので、このような本発明に係る反射ターゲットによれば、曲率を有する計測対象物に係止部材などの締め跡などを残すことなく、反射ターゲットを簡便に取り付けることが可能となる。

また、本発明に係る反射ターゲットの調整方法によれば、反射ターゲットをトータルステーションと正対するように簡便に調整することができ、計測対象物の位置座標を精度高く求めることが可能となる。

本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００を示す図である。本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００を計測対象物に取り付けた様子を示す図である。本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００を計測対象物に取り付けた様子を示す図である。本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００の調整の必要性を説明する図である。本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００の調整の様子を示す図である。反射ターゲット１００と反射ターゲット１００を調整に用いる補助用のスマートフォン５０（情報処理装置）を示す図である。スマートフォン５０にインストールされている反射ターゲット１００の調整用アプリケーションの画面を示す図である。スマートフォン５０のタッチパネル部５５における表示例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００を示す図である。本発明においては、反射ターゲット１００として、レーザーの反射効率が高い反射プリズム１２０を用いることを想定している。

本発明に係る反射ターゲット１００は、反射プリズム１２０が装着され、計測対象位置に取り付けられて用いられるものである。反射プリズム１２０は、内部にプリズムを収容可能なプリズム収容胴部１２１と、雄ネジであるネジ部１２３（螺刻部は不図示）とを有している。プリズム収容胴部１２１の先端側における開口部１２２の周縁には先端枠部１２５が設けられている。また、反射プリズム１２０は、ネジ部１２３を利用して、取り付けネジ穴部２５６に取り付けられる。

反射ターゲット１００に装着されている反射プリズム１２０には、例えば、トータルステーション１０によって出射されたレーザー光が入射される。反射プリズム１２０の開口部１２２に入射された光は、反射プリズム１２０内に収容されているプリズムによって、入射光と平行な反射光とされ、反射プリズム１２０から出射される。

なお、以下、本実施形態では、反射ターゲット１００がトータルステーション１０の照準として用いられる場合を例に挙げて説明するが、反射ターゲット１００は、レーザー測距計などのその他の機器のターゲットとしても用いることができるものである。本発明においては、反射ターゲット１００を追尾するものがトータルステーション１０に限定されるわけではない。

反射ターゲット１００の磁性基台１３０は永久磁石材料により形成されており、反射ターゲット１００は磁性基台１３０の磁力によって鋼材や鋼管などの計測対象物に取り付けられる。

磁性基台１３０の２つの主面のうち第１面側は反射プリズム１２０が装着される側の面として利用される。第１面側には立設支持部１３５が垂直に設けられている。また、磁性基台１３０の２つの主面のうちの第１面側と対向する第２面側には弾性層１３２が設けられている。弾性層１３２は、例えば、反射ターゲット１００が鋼材などに取り付けられて用いられる際の固着面として利用される。

弾性層１３２はゴム材料などにより構成されており、反射ターゲット１００が磁性基台１３０の磁力によって鋼材や鋼管などの計測対象物に取り付けられる際、計測対象物が傷ついてしまうことはない。

立設支持部１３５の先端部にはボール保持部２１０が設けられている。このボール保持部２１０には、回動可能なボール２２０が取り外せないような形で収容されている。また、本実施形態では図示しないストッパーなどの固定具（不図示）によって、ボール２２０の動きを必要に応じて規制することができるようになっている。また、ボール２２０とボール保持部２１０との間には適切な摩擦が設定されており、ボール２２０が所定値以下の力では簡単に回動しないようになっている。

ボール２２０からは、取り付けネジ穴２５６が設けられている取り付け支柱部２５０が延出している。取り付けネジ穴２５６によって、反射プリズム１２０を装着することができるようになっている。以上のような構成により、反射ターゲット１００においては、ボール２２０の回動に基づいて反射プリズム１２０の開口部１２２を所定の方向に向けることができるようになっている。

図２及び図３は本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００を計測対象物に取り付けた様子を示す図である。

図２は計測対象物として、柱状部材の平面部に反射ターゲット１００を取り付けた例である。この場合、磁性基台１３０を、弾性層１３２を介して当該平面部に吸着させることで、反射ターゲット１００を計測対象物に問題なく取り付けることができる。

一方、図３は曲率を有する鋼管外周の曲面などに反射ターゲット１００を取り付ける例を示している。磁性基台１３０の第２面側は平面であるが、弾性層１３２が計測対象物の前記曲面に沿うように弾性変形するので、曲率を有する計測対象物に対しても、反射ターゲット１００を問題なく取り付けることができる。

以上のような、本発明に係る反射ターゲット１００によれば、曲率を有する計測対象物に係止部材などの締め跡などを残すことなく、反射ターゲット１００を簡便に取り付けることが可能となる。

次に、以上のような本発明に係る反射ターゲット１００を利用する上での調整について説明する。図４は本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００の調整の必要性を説明する図であり、反射ターゲット１００が柱状の計測対象物に取り付けられている様子を示している。図４において、反射ターゲット１００は模式的に示されている。また、図４中、点線はトータルステーション１０からのレーザー光の出射方向を示しており、反射プリズム１２０によるレーザー光の反射を示すものではない。

トータルステーション１０は、反射ターゲット１００に設けられた反射プリズム１２０に向けてレーザー光を出射し、反射プリズム１２０からの反射光を受光することで、反射プリズム１２０の方位（水平角、鉛直角）を計測すると共に、反射プリズム１２０との間の距離も計測する。トータルステーション１０は既知の座標に設置されることで、当該既知の座標と、計測された方位（水平角、鉛直角）データと、距離データとから、反射プリズム１２０の基準位置Ｃの位置座標を算出する。さらに、基準位置Ｃから反射プリズム１２０が取り付けられている反射ターゲット１００の位置座標が、ひいては反射ターゲット１００が取り付けられている計測対象物の位置座標が算出される。

基準位置Ｃから反射プリズム１２０が取り付けられている反射ターゲット１００の位置座標や計測対象物の位置座標を正確に算出するためには、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と、反射プリズム１２０の開口部１２２とが正対している必要がある。

図４（Ａ）は反射ターゲット１００における反射プリズム１２０の向きの調整が正しくなされていない状態を示している。すなわち、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と、反射プリズム１２０の開口部１２２とが正しく正対していない状態を示している。このとき、トータルステーション１０から出射されるレーザー光がなす直線（点線）は、反射プリズム１２０の基準位置Ｃを通過するが、ボール２２０の中心Ｏを通過するものではない。トータルステーション１０は反射プリズム１２０を追尾し、反射プリズム１２０の基準位置Ｃを算出することができるが、この基準位置Ｃに基づいて、反射ターゲット１００の位置座標を正確に算出することはできない。

一方、図４（Ｂ）は反射ターゲット１００における反射プリズム１２０の向きが正しく調整されている状態を示している。図４（Ｂ）は、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と、反射プリズム１２０の開口部１２２とが正しく正対している状態を示している。このとき、トータルステーション１０から出射されるレーザー光がなす直線（点線）は、反射プリズム１２０の基準位置Ｃを通過すると共に、ボール２２０の中心Ｏも通過する。反射プリズム１２０の基準位置Ｃと、反射ターゲット１００の位置関係は規定通りとなり、トータルステーション１０によって算出される基準位置Ｃに基づいて、反射ターゲット１００の位置座標を正確に算出することができることとなる。

図４（Ａ）の状態から、図４（Ｂ）の状態への微調整は非常に困難である。本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法は、反射ターゲット１００における反射プリズム１２０の向きを、簡便に図４（Ｂ）の状態に調整し、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と、反射プリズム１２０の開口部１２２とが正しく正対している状態とすることができる方法である。

このために、本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法においては、調整を補助するために用いる、所定のアプリケーションがインストールされた情報処理装置を用いるようにする。

本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法においては、情報処理装置として、データ処理機能、表示機能、通信機能などを有する現在汎用のスマートフォン５０を適宜利用することができる。なお、これらの機能を有するものであれば、スマートフォン５０に代えて、例えば、タブレット型端末やパーソナルコンピューター、スマートウォッチなどの他の情報処理装置を用いることもできる。

図５は本発明の実施形態に係る反射ターゲット１００の調整の様子を示す図である。また、図６は反射ターゲット１００と反射ターゲット１００を調整に用いる補助用のスマートフォン５０（情報処理装置）を示す図である。図６は、調整者の視点からみた、反射ターゲット１００とスマートフォン５０を示している。

本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法においては、図５に示すように、反射ターゲット１００が計測対象物に取り付けられる。また、スマートフォン５０はスマートフォンホルダー８０によって、反射ターゲット１００の近傍に取り付けられる。反射ターゲット１００の調整者は、スマートフォン５０のタッチパネル部５５を参照しつつ、反射プリズム１２０の向きを調整することが想定されている。

トータルステーション１０としては、他の外部機器と通信を行い得る通信機能と、反射プリズム１２０を自動的に追尾する追尾機能と、レーザー光の出射方向の画像を、少なくとも望遠又は広角の２つの画角で取得することができる画像取得機能と、を有するものを用いる。

スマートフォン５０は、前記通信機能を利用することで、トータルステーション１０に対して制御指令を送信したり、トータルステーション１０から計測データや取得された画像データを受信したりすることができるようになっている。当該通信機能は無線によるもの、有線によるもののいずれでもよい。

スマートフォン５０には、トータルステーション１０に対して制御指令（例えば、追尾・捕捉継続（ロックオン）モードオン指令など）を送信したりすることができる調整用アプリケーションが予めインストールされている。このようなアプリケーションの概要を説明する。図７はスマートフォン５０にインストールされている反射ターゲット１００の調整用アプリケーションの画面を示す図である。

調整用アプリケーション起動中のスマートフォン５０のタッチパネル部５５には、画面中央に十字基準線Ｃ₁が、また、この十字基準線Ｃ₁の交点を中心とする２つの同心円からなる内周基準線Ｃ₂及び外周基準線Ｃ₃とが描画される。内周基準線Ｃ₂及び外周基準線Ｃ₃の径の大きさは、トータルステーション１０の画角、及びトータルステーション１０と反射プリズム１２０との間の距離、及び反射プリズム１２０の先端枠部１２５の寸法によって決定され、描画される。

調整者は、タッチパネル部５５の表示を参照しながら、内周基準線Ｃ₂と外周基準線Ｃ₃との間に、先端枠部１２５が収まるように、反射ターゲット１００における反射プリズム１２０の向きを調整することが期待されている。

また、調整用アプリケーションの画面には、周囲にＩ₁乃至Ｉ₄の４つのアイコンが描画され、ユーザー（調整者）のタッチ操作によって、アイコンに割り当てられた処理が実行される。

Ｉ₁は追尾・捕捉継続（ロックオン）モードオンオフアイコンであり、当該アイコンの操作によって、トータルステーション１０における追尾・捕捉継続（ロックオン）モードをオンとしたりオフとしたりすることができる。トータルステーション１０における追尾・捕捉継続（ロックオン）モードがオンとされることで、トータルステーション１０は反射プリズム１２０を追尾し続けて、反射プリズム１２０の基準位置Ｃが常に中心となるような画像データを取得する。

Ｉ₂は計測データ表示オンオフアイコンであり、当該アイコンが操作されることで、タッチパネル部５５における計測データの表示のオンオフを行うことができる。表示することができる計測データは、トータルステーション１０によって計測され、トータルステーション１０から送信されるものであり、反射プリズム１２０の方位（水平角、鉛直角）に係る計測データ、反射プリズム１２０との間の距離データ、及び、反射プリズム１２０の基準位置Ｃの位置座標データである。

Ｉ₃は、画角移動指令アイコンであり、当該アイコンが操作されることで、タッチパネル部５５には、トータルステーション１０の向き（計測方向）の操作を可能とする表示を出現させることができるようになっている。これにより、ユーザーはタッチパネル部５５からトータルステーション１０の向き（計測方向）を変更することが可能となる。

Ｉ₄は画角切り替えアイコンであり、当該アイコンが操作されることで、トータルステーション１０が取得する画像データの画角を変更することができる。トータルステーション１０は、広角で画像データを取得することができるモードと、望遠で画像データを取得することができるモードの少なくとも２つのモードを有している。これらを切り替えることで、タッチパネル部５５に表示させる画像データを選択することができる。

トータルステーション１０で広角の画像データを取得させ、これをタッチパネル部５５に表示させ、トータルステーション１０に対して、画角移動指令（計測方向移動指令）を発するようにする。これによってトータルステーション１０の計測方向を変更することで、反射プリズム１２０の概略の位置に対して、トータルステーション１０の計測方向を向けるようにすることができる。

トータルステーション１０で望遠の画像データを取得させ、これをタッチパネル部５５に表示させ、さらに、追尾・捕捉継続（ロックオン）モードオンオフアイコンＩ₁によってトータルステーション１０の追尾・捕捉継続（ロックオン）モードをオンとすることで、タッチパネル部５５には反射プリズム１２０のアップの画像データが表示され続けることとなる。

図８はスマートフォン５０のタッチパネル部５５における表示例を示す図である。図８は画角切り替えアイコンＩ₄によって望遠モードに設定し、追尾・捕捉継続（ロックオン）モードオンオフアイコンＩ₁によって、トータルステーション１０の追尾・捕捉継続（ロックオン）モードがオンとなっているときの表示を示している。

このとき、図８に示すように、反射プリズム１２０の画像のアップがタッチパネル部５５に映し出される。図８（Ａ）は反射プリズム１２０の向きの調整が完了していない状態を示している。

図８（Ａ）の状態から、調整者は、タッチパネル部５５の表示を参照しながら、内周基準線Ｃ₂と外周基準線Ｃ₃との間に、先端枠部１２５が収まるように、反射ターゲット１００における反射プリズム１２０の向きを調整する。

ここで、タッチパネル部５５で画像データを表示する際における画像の左右は、例えば、反射プリズム１２０の向きを調整者が右に動かした場合には、タッチパネル部５５での表示においても反射プリズム１２０の向きが右に動くようにされているので、調整者にとり把握しやすいようになっている。

調整者が反射プリズム１２０の向きを変更することで、タッチパネル部５５の表示は図８（Ｂ）に示すようなものとなる。図８（Ｂ）は反射プリズム１２０の向きの調整が完了した状態を示している。図８（Ｂ）の状態となると、トータルステーション１０のレーザー光出射口（不図示）と、反射プリズム１２０の開口部１２２とが正対していることとなる。

このように、本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法においては、基準線（内周基準線Ｃ₂、外周基準線Ｃ₃）と、反射プリズム１２０の先端枠部１２５の像を重ね合わせることで、反射プリズム１２０の向きを調整することできる。これにより、反射ターゲット１００をトータルステーション１０と正対するように簡便に調整することができ、計測対象物の位置座標を精度高く求めることが可能となる。

なお、本発明に係る反射ターゲット１００の調整方法においては、基準線（内周基準線Ｃ₂、外周基準線Ｃ₃）と、反射プリズム１２０の先端枠部１２５の像を重ね合わせることで、反射プリズム１２０の向きを調整するようにしたが、反射プリズム１２０の動きと連動するものであれば、先端枠部１２５の像を対象とすることに限定されるわけではない。その場合、基準線も適宜変更するようにしておけば良い。

以上、本発明に係る反射ターゲットは、磁石からなり、前記立設支持部が配される磁性基台と、前記磁性基台に設けられる弾性層と、を有するので、このような本発明に係る反射ターゲットによれば、曲率を有する計測対象物に係止部材などの締め跡などを残すことなく、反射ターゲットを簡便に取り付けることが可能となる。

１０・・・トータルステーション
５０・・・スマートフォン（情報処理装置）
５５・・・タッチパネル部
８０・・・スマートフォンホルダー
１００・・・反射ターゲット
１２０・・・反射プリズム
１２１・・・プリズム収容胴部
１２２・・・開口部
１２３・・・ネジ部
１２５・・・先端枠部
１３０・・・磁性基台
１３２・・・弾性層
１３５・・・立設支持部
２１０・・・ボール保持部
２２０・・・ボール
２５０・・・取り付け支柱部（プリズム取り付け部）
２５６・・・取り付けネジ穴部
Ｃ₁・・・十字基準線
Ｃ₂・・・内周基準線
Ｃ₃・・・外周基準線
Ｉ₁・・・追尾・捕捉継続（ロックオン）モードオンオフアイコン
Ｉ₂・・・計測データ表示オンオフアイコン
Ｉ₃・・・画角移動指令アイコン
Ｉ₄・・・画角切り替えアイコン

Claims

反射プリズムと、
前記反射プリズムが取り付けられるプリズム取り付け部と、
前記プリズム取り付け部と連結されるボールと、
前記ボールを回動自在に保持するボール保持部と、
前記ボール保持部を支持する立設支持部と、
磁石からなり、前記立設支持部が配される磁性基台と、
前記磁性基台に設けられる弾性層と、を有することを特徴とする反射ターゲット。
請求項１に記載の反射ターゲットを調整する反射ターゲットの調整方法であって、
前記反射ターゲットを計測対象物に設置するステップと、
設置された前記反射ターゲットの近傍に情報処理装置を配するステップと、
前記反射プリズムを追尾し、前記反射ターゲットの画像を取得するトータルステーションを設置するステップと、
前記トータルステーションで取得された画像データを前記情報処理装置に送信するステップと、
送信された前記画像データを前記情報処理装置に表示するステップと、
表示された前記画像データを参照して前記反射プリズムの向きを調整するステップと、を含むことを特徴とする反射ターゲットの調整方法。
前記トータルステーションに対して前記反射プリズムを追尾するように指令するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の反射ターゲットの調整方法。
前記情報処理装置で前記画像データを表示する際には、基準線も併せて表示することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の反射ターゲットの調整方法。
前記基準線と前記反射プリズムの像を重ね合わせることで、前記反射プリズムの向きを調整することを特徴とする請求項４に記載の反射ターゲットの調整方法。