JP2019100898A - 測量装置及びトータルステーションと２次元レーザスキャナとの組立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元レーザスキャナをトータルステーションに容易に取付け可能な組立て方法を提供する。【解決手段】トータルステーション３と、トータルステーションの上面に固定される取付け台５と、取付け台の上面に固定される２次元レーザスキャナ４とを具備し、トータルステーションは、トータルステーションを水平回転させる水平回転駆動部１１と、水平角を検出する水平回転検出器１２と、第１測距部を内蔵する望遠鏡部１７と、望遠鏡部を鉛直回転させる第１鉛直回転駆動部１５と、鉛直角を検出する第１鉛直角検出器１６と、制御部１８とを具備し、２次元レーザスキャナは、第２測距光を発し測距を行う第２測距部２９と、第２測距光を鉛直面内に偏向する走査鏡２８と、走査鏡を水平軸心２４ａを中心に鉛直回転させる第２鉛直回転駆動部２６と、鉛直角を検出する第２鉛直角検出器２７とを具備し、走査鏡により第２測距光が走査され、点群データを取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の点群データを取得可能な測量装置及びトータルステーションと２次元レーザスキャナとの組立て方法に関するものである。

測量装置として、トータルステーションや３次元レーザスキャナがある。トータルステーションは、測定対象点の測定を行う場合に用いられる。３次元レーザスキャナは、測定対象物の形状を３次元座標を有する無数の点の集まり、即ち３次元点群データとして取得する。

３次元レーザスキャナは、測定対象物の３次元形状を短時間で測定できるという特徴があるが、３次元レーザスキャナはトータルステーションに比べて高価である。３次元レーザスキャナを安価に製造する為、トータルステーションに１軸で測距光を回転照射する２次元レーザスキャナを取付け、トータルステーションと２次元レーザスキャナの協働により、３次元点群データを取得するものもある。

然し乍ら、トータルステーションと２次元レーザスキャナとは別の装置である為、トータルステーションに２次元レーザスキャナを取付ける際には、トータルステーションの鉛直軸心上に２次元レーザスキャナの回転照射平面が位置する必要がある。従って、トータルステーションと２次元レーザスキャナとの位置合せを行う必要があり、取付け作業に時間を要していた。

特開２０１５−４０８３０号公報 特開２０１６−１６１４１１号公報

本発明は、２次元レーザスキャナをトータルステーションに容易に取付け可能な測量装置及びトータルステーションと２次元レーザスキャナとの組立て方法を提供するものである。

本発明は、トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションは、該トータルステーションを鉛直軸心を中心に水平回転させる水平回転駆動部と、前記トータルステーションの水平角を検出する水平回転検出器と、所定の測定点を視準し第１測距光を発して測距する第１測距部を内蔵する望遠鏡部と、該望遠鏡部を水平軸心を中心に鉛直回転させる第１鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する第１鉛直角検出器と、制御部とを具備し、該制御部は、測距結果、前記水平回転検出器の検出結果、前記第１鉛直角検出器の検出結果に基づき測定点の３次元測定を行う様構成され、前記２次元レーザスキャナは、ベースと、該ベース上に設けられ第２測距光を発し測距を行う第２測距部と、前記第２測距光を鉛直面内に偏向する走査鏡と、該走査鏡を水平軸心を中心に鉛直回転させる第２鉛直回転駆動部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する第２鉛直角検出器とを具備し、前記走査鏡により前記第２測距光が走査され、走査線に沿って点群データを取得する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記取付け台は、下部に前記トータルステーションの上面に固着されるフランジと、上部に前記２次元レーザスキャナに固着されるベース基板とを有し、前記取付け台は前記ベースに対して低剛性に構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記フランジは左右のいずれか一方が２点で固着され、いずれか他方が１点で固着され、前記ベース基板は左右のいずれか一方が１点で固着され、いずれか他方が２点で固着された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記ベース基板の上面中央部と、前記ベースの下面中央部とに、それぞれ円錐状の受け穴が穿設され、該受け穴間に球状の軸部材を介設し、該軸部材を挾んで３点で前記ベース基板と前記ベースとを固定した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記取付け台は、前記トータルステーションの上面に突設された取付けピンに固着され、該取付けピンの上面は球面に形成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記ベースと前記ベース基板との間に座が介在されてボルト付けされ、前記座の一面は球面に形成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記制御部は、前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとに、少なくとも２点の基準測定点をそれぞれ測定させ、該基準測定点の測定結果に基づき、前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとのキャリブレーションを実行する様構成された測量装置に係るものである。

更に又本発明は、トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションにより少なくとも２点の基準測定点を測定し、前記２次元レーザスキャナにより前記２点の基準測定点を測定し、前記トータルステーションによる前記２点の基準測定点の測定結果と、前記２次元レーザスキャナによる前記２点の基準測定点の測定結果との偏差を求め、該偏差に基づき前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとの間のキャリブレーションを行うトータルステーションと２次元レーザスキャナとの組立て方法に係るものである。

本発明によれば、トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションは、該トータルステーションを鉛直軸心を中心に水平回転させる水平回転駆動部と、前記トータルステーションの水平角を検出する水平回転検出器と、所定の測定点を視準し第１測距光を発して測距する第１測距部を内蔵する望遠鏡部と、該望遠鏡部を水平軸心を中心に鉛直回転させる第１鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する第１鉛直角検出器と、制御部とを具備し、該制御部は、測距結果、前記水平回転検出器の検出結果、前記第１鉛直角検出器の検出結果に基づき測定点の３次元測定を行う様構成され、前記２次元レーザスキャナは、ベースと、該ベース上に設けられ第２測距光を発し測距を行う第２測距部と、前記第２測距光を鉛直面内に偏向する走査鏡と、該走査鏡を水平軸心を中心に鉛直回転させる第２鉛直回転駆動部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する第２鉛直角検出器とを具備し、前記走査鏡により前記第２測距光が走査され、走査線に沿って点群データを取得する様構成されたので、前記取付け台と前記２次元レーザスキャナとがそれぞれ３点で支持されることで、前記ベースに対する前記取付けピンの高さ、前記取付け台の変形に基づく影響を抑制することができ、取付け時の調整、精度出しが大幅に軽減される。

又本発明によれば、トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションにより少なくとも２点の基準測定点を測定し、前記２次元レーザスキャナにより前記２点の基準測定点を測定し、前記トータルステーションによる前記２点の基準測定点の測定結果と、前記２次元レーザスキャナによる前記２点の基準測定点の測定結果との偏差を求め、該偏差に基づき前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとの間のキャリブレーションを行うので、前記取付け台を高精度に製作する必要がなく、又前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとの間の組立て精度を高精度とする必要がなく、作業性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る測量装置を示す正面図である。 本発明の第１の実施例に係る取付け台を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る取付け台を示す側面図である。 本発明の第１の実施例に係る取付け台の変形例を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る測量装置を示す正面図である。 本発明の第２の実施例に係る取付け台を示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る測量装置について説明する。

測量装置１は、図示しない三脚に取付けられた整準ユニット２、該整準ユニット２に設けられた第１測定ユニットとしてのトータルステーション３、該トータルステーション３上に設けられた第２測定ユニットとしての２次元レーザスキャナ４、前記トータルステーション３に前記２次元レーザスキャナ４を取付ける為の取付け台５とを有している。

前記トータルステーション３は、固定部６、第１托架部７、水平回転軸８、水平回転軸受９、第１水平回転駆動部としての水平回転モータ１１、水平回転検出器としての水平角エンコーダ１２、第１鉛直回転軸１３、第１鉛直回転軸受１４、第１鉛直回転駆動部としての第１鉛直回転モータ１５、第１鉛直角検出器としての第１鉛直角エンコーダ１６、望遠鏡部１７、第１制御部１８、記憶部１９、第１通信部２０、操作部２１等を具備している。

前記トータルステーション３は、第１測定基準点を有している。例えば、前記望遠鏡部１７の光軸（第１測距光軸）と、前記第１鉛直回転軸１３の軸心１３ａとが交差する点を第１測定基準点とする。

前記水平回転軸受９は前記固定部６に固定され、前記水平回転軸８は鉛直な軸心８ａを有し、前記水平回転軸受９に回転自在に支持される。

前記水平回転軸受９と前記第１托架部７との間には前記水平回転モータ１１が設けられ、該水平回転モータ１１は前記第１制御部１８によって制御される。該第１制御部１８は、前記水平回転モータ１１により前記第１托架部７を前記水平回転軸８を中心に回転させる様になっている。

前記第１托架部７の前記固定部６に対する相対回転角は、前記水平角エンコーダ１２によって検出される。該水平角エンコーダ１２からの検出信号は前記第１制御部１８に入力され、該第１制御部１８により水平角データが演算される。該第１制御部１８は、前記水平角データに基づき前記水平回転モータ１１に対するフィードバック制御を行う。

前記第１托架部７には第１凹部２２が形成されている。又、該第１凹部２２を挾んで対向する部位の上面には、円筒状の取付けピン４５が所定数（第１の実施例では３本、図１中では取付けピン４５ａ，４５ｃのみ図示）予め設けられている。該取付けピン４５にはネジ孔（図示せず）が形成されている。該取付けピン４５には、前記２次元レーザスキャナ４が取外された状態では、ハンドル（図示せず）がボルトにより取付け可能となっている。該ハンドルは、前記トータルステーション３の持運びに使用される。更に、前記第１托架部７に前記第１鉛直回転軸受１４を介して前記第１鉛直回転軸１３が回転自在に設けられる。

該第１鉛直回転軸１３は、水平な前記軸心１３ａを有し、一端部は前記第１凹部２２内に延出し、前記一端部に前記望遠鏡部１７が固着されている。又、前記第１鉛直回転軸１３の他端部には、前記第１鉛直角エンコーダ１６が設けられている。

前記第１鉛直回転軸１３に前記第１鉛直回転モータ１５が設けられ、該第１鉛直回転モータ１５は前記第１制御部１８に制御される。該第１制御部１８は、前記第１鉛直回転モータ１５により前記第１鉛直回転軸１３を回転し、前記望遠鏡部１７は前記第１鉛直回転軸１３を中心に回転される様になっている。

前記望遠鏡部１７の高低角（鉛直角）は、前記第１鉛直角エンコーダ１６によって検出され、検出結果は前記第１制御部１８に入力される。該第１制御部１８は、前記第１鉛直角エンコーダ１６の検出結果に基づき前記望遠鏡部１７の第１鉛直角データを演算し、該第１鉛直角データに基づき前記第１鉛直回転モータ１５に対するフィードバック制御を行う。

前記記憶部１９には、前記第１制御部１８で演算された水平角データ、第１鉛直角データ、後述する第２鉛直角データ、測距結果等、各種測定データが格納される。又、前記記憶部１９には、後述する第１測距部による測距を制御する第１測距プログラム、後述する第２測距部２９による測距を制御する第２測距プログラム、前記水平角エンコーダ１２及び前記第１鉛直角エンコーダ１６の検出結果に基づき前記トータルステーション３の方向角を演算する第１角度測定プログラム、前記水平角エンコーダ１２及び後述する第２鉛直角エンコーダ２７の検出結果に基づき前記２次元レーザスキャナ４の方向角を演算する第２角度測定プログラム、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４との通信を行う為の通信プログラム、前記トータルステーション３の第１測定基準点と前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点のキャリブレーションを行うキャリブレーションプログラム等のプログラムが格納される。

又、前記記憶部１９としては、ＨＤＤ、メモリカード等種々の記憶手段が用いられる。該記憶部１９は、前記第１托架部７に対して着脱可能であってもよく、或は所要の通信手段を介して外部記憶装置或は外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記第１通信部２０は、前記２次元レーザスキャナ４の第２通信部３１（後述）との間で、無線或は有線等所要の通信手段で通信可能となっている。

前記操作部２１は、例えばタッチパネルであり、該操作部２１を介して測定条件の設定、測定の開始及び停止の指令、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とのキャリブレーションの実行の指令等が入力可能となっている。

次に、前記望遠鏡部１７について説明する。

該望遠鏡部１７は、視準望遠鏡１０を具備し、又第１測距部（図示せず）を内蔵している。該第１測距部は、前記軸心１３ａと直交する方向に測距光を射出する射出部（図示せず）と、測定対象物で反射された反射測距光を受光する受光部（図示せず）とを有している。

前記第１測距部は、前記射出部から射出された第１測距光の発光のタイミングと、測定対象物で反射された反射測距光の前記受光部による受光のタイミングの時間差（即ち、第１測距光の往復時間）に基づき、測定対象物の測距が実行され、測距結果は前記水平角データと前記第１鉛直角データに関連付けられて、又は座標値として前記記憶部１９に保存される。

前記２次元レーザスキャナ４は、前記取付け台５を介して前記トータルステーション３の上面にネジ止めされている。又、前記２次元レーザスキャナ４は、中央部に第２凹部３３が形成された第２托架部２３、第２鉛直回転軸２４、第２鉛直回転軸受２５、第２鉛直回転駆動部としての第２鉛直回転モータ２６、第２鉛直角検出器としての前記第２鉛直角エンコーダ２７、走査鏡２８、前記第２測距部２９、前記第２通信部３１、ベース３２、第２制御部３９等を具備している。前記第２測距部２９等、前記２次元レーザスキャナ４の各構成要素は、前記ベース３２上に設けられている。

前記２次元レーザスキャナ４は、第２測定基準点を有している。該第２測定基準点は、例えば前記２次元レーザスキャナ４の測距光軸（第２測距光軸３８ａ）が前記第２鉛直回転軸２４の軸心２４ａと交差する点とする。該軸心２４ａと前記第２測距光軸３８ａとは同心であり、反射光軸３０と前記軸心２４ａとは前記走査鏡２８の反射面で交差する。尚、前記記憶部１９、前記操作部２１は、前記２次元レーザスキャナ４に対しても共通して使用される。一方で、記憶部、操作部を前記２次元レーザスキャナ４に別途設けてもよい。又、前記第２制御部３９を省略し、前記第１制御部１８に前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４の両方を制御させてもよい。

前記２次元レーザスキャナ４は、前記水平回転軸８を中心に前記トータルステーション３と一体に回転する様になっている。該トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とは微調整をしていないので、前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点は、前記水平回転軸８の軸心８ａと必ずしも合致していない。又、前記軸心１３ａと前記軸心２４ａとは平行であるとは限らない。従って、第２測定基準点と前記軸心８ａとの間にはズレが生じ、或は回転照射平面（後述）は前記軸心８ａに対して傾斜し、ズレ量或は傾斜量は未知となっている。即ち、前記第１測定基準点に対する前記第２測定基準点の位置は未知となっている。ここで、前記反射光軸３０は例えば鉛直方向に延出し、前記第２測定基準点を通過する。

前記第２鉛直回転軸２４は、前記第２托架部２３に前記第２鉛直回転軸受２５を介して回転自在に支持されている。前記第２鉛直回転軸２４の軸心２４ａは例えば水平であり、一端部は前記第２凹部３３内に延出し、前記一端部には前記走査鏡２８が固着されている。又、前記第２鉛直回転軸２４の他端部には、前記第２鉛直角エンコーダ２７が設けられている。前記第２鉛直回転モータ２６は、前記第２鉛直回転軸２４を回転し、該第２鉛直回転軸２４を介して前記走査鏡２８は前記軸心２４ａを中心に回転される。

前記走査鏡２８の回転角は、前記第２鉛直角エンコーダ２７によって検出され、検出結果は前記第２通信部３１、前記第１通信部２０を介して前記第１制御部１８に入力される。該第１制御部１８は、前記検出結果に基づき前記走査鏡２８の第２鉛直角データを演算し、該第２鉛直角データに基づき前記第２鉛直回転モータ２６をフィードバック制御する。尚、前記第２鉛直回転軸２４は、図示しない高精度な傾斜センサ、例えばチルトセンサが設けられ、前記第１制御部１８は前記傾斜センサの検出結果に基づき回転の際の軸ブレ等を補正可能となっている。

次に、前記第２測距部２９について説明する。

発光素子３４からパルス光の第２測距光が射出され、第２測距光は投光光学系３５、ビームスプリッタ３６を介して射出される。該ビームスプリッタ３６から射出される第２測距光の第２測距光軸は、前記軸心２４ａと合致しており、第２測距光は前記走査鏡２８によって直角に偏向される。該走査鏡２８が前記軸心２４ａを中心に回転することで、第２測距光は前記軸心２４ａと直交する平面（回転照射平面）内を回転（走査）する。尚、第２測距光としては、パルス光に限らず、例えば特許文献２に示される断続光であってもよい。

測定対象物で反射された第２測距光（以下反射測距光）は、前記走査鏡２８に入射し、該走査鏡２８で偏向され、前記ビームスプリッタ３６、受光光学系３７を経て受光素子３８で受光される。該受光素子３８から発せられた受光信号は、前記第２制御部３９に入力される。

該第２制御部３９は、前記発光素子３４の発光タイミングと、前記受光素子３８の受光タイミングの時間差（即ち、パルス光の往復時間）に基づき、第２測距光の１パルス光毎に測距を実行する（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）。尚、測距方法としては、測距光として連続光、又は断続光を照射し、射出光と反射光の位相差により測距を行ってもよい。

尚、前記第２測距部２９には内部参照光学系（図示せず）が設けられ、第２測距光の一部が分割され、前記内部参照光学系を経て前記受光素子３８で分割された第２測距光が受光される。前記内部参照光学系で受光した測距光の受光タイミングと、反射測距光の受光タイミングとの時間差により測距を行うことで、高精度の測距が可能となる。

前記走査鏡２８を鉛直方向に回転しつつ、測距を行うことで、第２鉛直角データと測距データが得られ、前記第２鉛直角データと前記測距データに基づき２次元の点群データが取得できる。更に、該２次元点群データ取得時の水平角が前記水平角エンコーダ１２によって取得される。

又、前記第２制御部３９により演算された前記走査鏡２８の第２鉛直角データ、前記第２測距部２９で測定された測距データは関連付けられた状態で、前記第２通信部３１、前記第１通信部２０を介して前記トータルステーション３に送信され、前記記憶部１９に記憶される。或は、測距データと第２鉛直角データ、前記水平角エンコーダ１２により検出した水平角データで表される３次元の座標値として前記記憶部１９に記憶される。

前記第１制御部１８と前記第２制御部３９は、少なくとも２点の基準測定点を前記トータルステーション３と、前記２次元レーザスキャナ４とでそれぞれ測定し、各測定結果に基づき、前記軸心８ａと前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点及び回転照射平面とのズレ量を演算する。又、前記第１制御部１８は、前記ズレ量に基づき、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とのキャリブレーションを行う。キャリブレーション結果は、前記記憶部１９に記憶される。

又、前記第１制御部１８は、前記トータルステーション３による第１測距データ、前記第１鉛直角エンコーダ１６による第１鉛直角データ、及び前記水平角エンコーダ１２による水平角データに基づき、所定の測定点の３次元座標を測定する。又、前記第２制御部３９は、前記２次元レーザスキャナ４の点群データ取得の為の制御を行うと共に、前記水平回転モータ１１の制御も実行し、前記２次元レーザスキャナ４による鉛直方向の走査と、前記水平回転モータ１１の水平方向の回転との協働により、２次元（水平、鉛直の２軸）のスキャンが実行される。２次元のスキャンとパルス光毎の測距により、前記走査鏡２８の第２鉛直角データ、前記第２測距部２９の第２測距データ、前記水平角エンコーダ１２の水平角データが取得でき、第２鉛直角データ、水平角データ、第２測距データをキャリブレーション結果に基づき補正することで、測定対象物に対応する３次元の点群データが取得できる。又、前記第１制御部１８は、３次元点群データと前記トータルステーション３が測定した前記基準測定点の３次元座標との関連付けを行う。

次に、図１〜図３を参照して、前記取付け台５について説明する。

該取付け台５は金属製であり、アーチ状の外形を有する。鉛直下方向に延出する板状の基部４１と、該基部４１の中心部に下方から逆凹字形状に形成された切欠き部４２と、前記基部４１の下端に形成され、水平方向に延出するフランジ４３と、前記基部４１の上端に形成され、水平方向に延出する板状のベース基板４４とを有している。前記取付け台５は、例えば前記トータルステーション３及び前記２次元レーザスキャナ４と同等の幅を有している。

前記切欠き部４２は、前記望遠鏡部１７を鉛直回転させた際に、該望遠鏡部１７と前記基部４１とが干渉しない形状、大きさとなっている。

前記フランジ４３は、前記取付けピン４５に対応して形成される。即ち、３本の取付けピン４５ａ〜４５ｃに対応する位置に、３つのフランジ４３ａ〜４３ｃが形成される。該フランジ４３ａ〜４３ｃには、図示しないボルト孔が穿設されている。該ボルト孔を介して、固着部材４６、例えばボルト４６ａ〜４６ｃが前記取付けピン４５ａ〜４５ｃのネジ孔に螺合され、前記取付け台５が前記トータルステーション３に取付けられる。即ち、前記取付け台５は、前記トータルステーション３に３点でネジ止めされる。

尚、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さは、製作誤差等により必ずしも一致していない。この状態で前記取付け台５を前記トータルステーション３に取付けた場合、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さの違いから、前記取付け台５に変形が生じる可能性がある。

第１の実施例では、前記取付け台５を３点支持にて前記トータルステーション３に取付けられるので、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さの違いに基づく前記取付け台５への影響を軽減できる。従って、前記トータルステーション３に前記取付けピン４５が４本以上設けられている場合であっても、３本の該取付けピン４５を使用して３点支持とするのが望ましい。

前記ベース基板４４は、Ｔ字状の外形（平面形状）を有する板状の部材であり、一端部には該ベース基板４４の長手方向と直交する方向に延出する取付け片４７が形成されている。前記ベース基板４４の他端部と、前記取付け片４７の両端部には、それぞれ孔４８ａ〜４８ｃが形成されている。

該孔４８ａ〜４８ｃを介して、六角穴付きボルト等の固着部材４９、例えばボルト４９ａ〜４９ｃ（図１中ではボルト４９ａ，４９ｃのみ図示）が前記ベース３２に形成されたネジ孔（図示せず）に螺合され、前記取付け台５に前記２次元レーザスキャナ４が取付けられる。即ち、該２次元レーザスキャナ４は、前記取付け台５に３点でネジ止めされる。

前記２次元レーザスキャナ４が３点支持にて前記取付け台５に取付けられるので、該取付け台５が完全な平面ではなく、該取付け台５に変形が生じていた場合であっても、該取付け台５の変形に基づく前記ベース３２への影響を低減することができる。

尚、第１の実施例では、前記ベース３２の下面は、所定の形状、所定の深さで肉抜きが施されており、該ベース３２の軽量化を図ると共に、該ベース３２の剛性の低下を防止している。第１の実施例では、該ベース３２の剛性は、材質、板厚、肉抜き形状が考慮され、前記取付け台５の剛性よりも高くなっている。従って、該取付け台５に変形が生じていたとしても、該取付け台５への３点支持、該取付け台５の低剛性により、前記ベース３２に変形を生じさせることなく前記取付け台５に前記ベース３２を取付けることができる。

又、第１の実施例では、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃは、ハンドル取付けの座と共用になっているので、上端面は平面となっている。従って、該取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さに誤差があったとしても、３点での取付けであり、前記取付け台５に作用する力を分散させることができる。この為、前記取付け台５を取付けた際に該取付け台５が傾斜した場合であっても、取付けによって発生する前記ベース３２への変形力は僅かであり、該ベース３２の変形を防止することができる。

以下、前記測量装置１を用いた測定について説明する。

先ず、前記トータルステーション３に前記取付け台５を取付けた後、該取付け台５に前記２次元レーザスキャナ４を取付け、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とを一体化させる。

この時、前記水平回転軸８の前記軸心８ａと、前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点とは、必ずしも合致していない。従って、前記測量装置１による測定の前段階として、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とのキャリブレーションを行い、第１測定基準点に対する第２測定基準点の位置を既知とする必要がある。

前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４により、少なくとも２点の基準測定点をそれぞれ測定する。即ち、前記トータルステーション３で各基準測定点の水平角データ、第１鉛直角データ、第１測距データをそれぞれ取得し、前記２次元レーザスキャナ４で水平角データ、第２鉛直角データ、第２測距データをそれぞれ取得する。

前記第１制御部１８は、各基準測定点を測定した際の測定結果の偏差に基づき、第２測定基準位置と前記軸心８ａとのズレ、前記軸心１３ａと前記軸心２４ａとの平行のズレを演算する。前記第１制御部１８は、演算したズレ量、傾斜量に基づき、前記トータルステーション３の第１測定基準点に対する、前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点の位置、前記軸心１３ａと前記軸心２４ａとの平行のズレを演算し、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とのキャリブレーションが完了する。

キャリブレーション完了後、測定に必要な情報、データが前記操作部２１から入力されると、前記第１制御部１８は入力情報やデータに対応し、前記水平回転モータ１１、前記第１鉛直回転モータ１５、前記第１測距部に制御信号を送出する。

前記第１托架部７の水平回転、前記望遠鏡部１７の鉛直回転の協働により、前記視準望遠鏡１０が所定の測定点に向けられ、該視準望遠鏡１０により所定の測定点が視準される。第１測距光が前記視準望遠鏡１０を介して測定点に照射され、測定点の測距が実行される。第１測距データは前記記憶部１９に入力され、該記憶部１９に格納される。

又、測定点を視準した際の鉛直角が、前記第１鉛直角エンコーダ１６によって検出され、水平角が前記水平角エンコーダ１２によって検出され、第１鉛直角データと水平角データが前記記憶部１９に格納される。又、第１測距データ、水平角データ、第１鉛直角データは相互に関連付けられる。

前記第１制御部１８は、前記記憶部１９に格納された測定点の第１測距データと、測距時の第１鉛直角データと水平角データとにより、測定点の３次元座標を取得することができる。又は、第１測距データと測距時の第１鉛直角データと水平角データとにより、測定点の３次元座標を算出し、前記記憶部１９に格納することができる。

次に、前記２次元レーザスキャナ４により測定対象物の３次元点群データを取得する場合について説明する。

前記第２測距部２９からパルス光の第２測距光が発せられた状態で、前記第２鉛直回転モータ２６により前記走査鏡２８が前記第２鉛直回転軸２４の軸心２４ａを中心に回転される。更に、前記第２托架部２３（前記第１托架部７）が前記水平回転モータ１１により水平回転される。

前記走査鏡２８の鉛直回転と、前記第１托架部７の水平回転の協働により、前記第２測距光は鉛直、水平の２方向に走査される。

第２測距光の１パルス光毎に測距が実行され、又１パルス光毎に鉛直角と水平角が検出される。１パルス光毎の第２測距データ、第２鉛直角データに基づき、鉛直平面内の２次元座標が取得される。又、該２次元座標と測距と同期して水平角データが検出される。第２測距データ、第２鉛直角データ、水平角データに基づき、各測定点での３次元座標が取得される。更に、第２測距光が鉛直、水平の２次元に走査されることで、３次元点群データが取得できる。

尚、測定前に事前に実行されたキャリブレーションにより、前記トータルステーション３の第１測定基準点に対する、前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点の位置は既知となっている。

従って、前記第１測定基準点と前記第２測定基準点との位置関係と、前記走査鏡２８の第２鉛直角データに基づき、前記第１制御部１８により前記２次元レーザスキャナ４の座標系を前記トータルステーション３の座標系へと変換することができるので、前記２次元レーザスキャナ４で取得された２次元座標を座標変換し、各測定点での３次元座標を取得する様にしてもよい。

上述の様に、第１の実施例では、アーチ状の前記取付け台５が３点支持にて前記トータルステーション３の上面に取付けられている。従って、開放されていた前記トータルステーション３の上部が前記取付け台５で閉塞され、前記第１托架部７と前記取付け台５とで閉鎖された枠状となるので、前記トータルステーション３の剛性を向上させることができる。

又、前記取付け台５は、前記トータルステーション３に予め設けられている前記取付けピン４５を介して取付けられる。従って、前記取付け台５を前記トータルステーション３に取付ける為の構成を別途設ける必要がなく、製作コストの低減を図ることができる。又、前記取付け台５を容易に取付けることができ、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４とを容易に一体化することができる。

又、前記取付け台５は、鉛直方向に延出する前記基部４１と水平方向に延出する前記ベース基板４４とを有している。即ち、水平な該ベース基板４４に対して垂直な前記基部４１を固着しているので、該基部４１はウェブとして機能し、前記取付け台５の曲げ剛性を向上させることができる。

又、前記取付け台５は前記トータルステーション３に３点支持され、前記２次元レーザスキャナ４は前記取付け台５に３点支持されている。従って、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さの違いに基づく前記取付け台５への変形が低減され、更に該取付け台５の変形に基づく前記ベース３２への影響が低減され、該ベース３２の変形を抑制することができる。

更に、第１の実施例では、前記測量装置１で測定を行う前段階として、前記トータルステーション３の第１測定基準点と、前記２次元レーザスキャナ４の第２測定基準点とのキャリブレーションを実行している。従って、前記軸心８ａと第２測定基準点、前記軸心１３ａと前記軸心２４ａとが合致していない場合であっても、前記第１測定基準点と前記第２測定基準点のズレを演算で補正することができるので、前記取付け台５を高精度に製作する必要がなく、製作コストを低減させることができる。更に、前記トータルステーション３と前記２次元レーザスキャナ４との間の組立ての精度を高精度とする必要がないので、作業性を向上させることができる。

尚、本実施例では、前記取付け台５を金属製としているが、合成樹脂等、前記ベース３２よりも剛性の低い材質であれば他の材質としてもよい。

図４は、第１の実施例に於ける前記取付け台５の変形例を示している。該変形例では、前記取付け台５を前記トータルステーション３に２点でネジ止めする方向と、前記２次元レーザスキャナ４を前記取付け台５に２点でネジ止めする方向とを異なる方向としている。この様な構成とすることで、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃの高さの違いに基づく、前記取付け台５の変形を分散できると共に、前記２次元レーザスキャナ４を取付けた際の安定性を向上させることができる。

尚、前記取付けピン４５ａ〜４５ｃを、上面が球面のものに交換してもよい。該取付けピン４５ａ〜４５ｃの上面を球面とすることで、前記ボルト４６ａ〜４６ｃを締付けた際の、該ボルト４６ａ〜４６ｃ近傍の変形の発生を防止できる。

又、前記ベース基板４４と前記ベース３２との間に、１面が球面に形成された座を介在させてもよい。該座を介在させることで、前記ボルト４９ａ〜４９ｃを締付けた際の、該ボルト４９ａ〜４９ｃの変形の発生を防止できる。

次に、図５、図６に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図５、図６中、図１、図２中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、取付け台５の幅は、トータルステーション３、２次元レーザスキャナ４の幅よりも小さくなっている。又、取付けピン４５ａ〜４５ｃの上面は球面となっている。

又、第２の実施例では、孔４８ａ〜４８ｃは、ボルト４６ａ〜４６ｃよりも中心側に形成されている。前記２次元レーザスキャナ４は、前記孔４８ａ〜４８ｃを介して、前記ボルト４９ａ〜４９ｃ（図５中ではボルト４９ａ，４９ｃのみ図示）により前記取付け台５に取付けられている。尚、第２の実施例に於いても、前記２次元レーザスキャナ４は前記取付け台５に３点支持されている。

ベース３２の下面の中央部には、例えば円錐状の受け穴５１が穿設されている。又、ベース基板４４の上面の中央部には、例えば円錐状の受け穴５２が穿設されている。更に、前記受け穴５１と前記受け穴５２との間には、球状の軸部材５３が介設されている。前記受け穴５１と前記受け穴５２は、前記ボルト４９ａ〜４９ｃの間に形成されている。即ち、前記軸部材５３を挾んで、前記ボルト４９ａ〜４９ｃが前記ベース３２に螺合されている。

第２の実施例では、前記２次元レーザスキャナ４と前記取付け台５との間に、球状の前記軸部材５３が介在されているので、前記取付け台５に生じている傾斜や変形の前記２次元レーザスキャナ４に及ぼす影響を低減することができる。

又、前記軸部材５３は、前記受け穴５１内に載置され、前記軸部材５３が前記受け穴５２内に位置する様前記２次元レーザスキャナ４を前記取付け台５に取付けるので、前記２次元レーザスキャナ４を容易に位置決めすることができ、作業性を向上させることができる。

尚、第２の実施例に於いても、取付け片４７（図２参照）を形成し、該取付け片４７の両端部に孔４８ａ，４８ｂを穿設してもよい。前記取付け片４７を形成することで、前記２次元レーザスキャナ４の安定性を向上させることができる。

又、第１の実施例及び第２の実施例に於いて、前記取付け台５は、前記トータルステーション３に予め設けられた取付けピン４５を介して取付けられている。従って、前記取付け台５に別途ハンドルを取付ける為の構成を追加し、前記取付け台５にハンドルを取付ける様にしてもよい。

１ 測量装置
３ トータルステーション
４ ２次元レーザスキャナ
５ 取付け台
７ 第１托架部
８ 水平回転軸
８ａ 軸心
１１ 水平回転モータ
１２ 水平角エンコーダ
１３ 第１鉛直回転軸
１３ａ 軸心
１５ 第１鉛直回転モータ
１６ 第１鉛直角エンコーダ
１７ 望遠鏡部
１８ 第１制御部
１９ 記憶部
２３ 第２托架部
２４ａ 軸心
２６ 第２鉛直回転モータ
２７ 第２鉛直角エンコーダ
２８ 走査鏡
２９ 第２測距部
３２ ベース
４１ 基部
４２ 切欠き部
４３ フランジ
４４ ベース基板
４５ 取付けピン
４７ 取付け片
５１ 受け穴
５２ 受け穴
５３ 軸部材

Claims (8)

1. トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションは、該トータルステーションを鉛直軸心を中心に水平回転させる水平回転駆動部と、前記トータルステーションの水平角を検出する水平回転検出器と、所定の測定点を視準し第１測距光を発して測距する第１測距部を内蔵する望遠鏡部と、該望遠鏡部を水平軸心を中心に鉛直回転させる第１鉛直回転駆動部と、前記望遠鏡部の鉛直角を検出する第１鉛直角検出器と、制御部とを具備し、該制御部は、測距結果、前記水平回転検出器の検出結果、前記第１鉛直角検出器の検出結果に基づき測定点の３次元測定を行う様構成され、前記２次元レーザスキャナは、ベースと、該ベース上に設けられ第２測距光を発し測距を行う第２測距部と、前記第２測距光を鉛直面内に偏向する走査鏡と、該走査鏡を水平軸心を中心に鉛直回転させる第２鉛直回転駆動部と、前記走査鏡の鉛直角を検出する第２鉛直角検出器とを具備し、前記走査鏡により前記第２測距光が走査され、走査線に沿って点群データを取得する様構成された測量装置。
2. 前記取付け台は、下部に前記トータルステーションの上面に固着されるフランジと、上部に前記２次元レーザスキャナに固着されるベース基板とを有し、前記取付け台は前記ベースに対して低剛性に構成された請求項１に記載の測量装置。
3. 前記フランジは左右のいずれか一方が２点で固着され、いずれか他方が１点で固着され、前記ベース基板は左右のいずれか一方が１点で固着され、いずれか他方が２点で固着された請求項２に記載の測量装置。
4. 前記ベース基板の上面中央部と、前記ベースの下面中央部とに、それぞれ円錐状の受け穴が穿設され、該受け穴間に球状の軸部材を介設し、該軸部材を挾んで３点で前記ベース基板と前記ベースとを固定した請求項３に記載の測量装置。
5. 前記取付け台は、前記トータルステーションの上面に突設された取付けピンに固着され、該取付けピンの上面は球面に形成された請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の測量装置。
6. 前記ベースと前記ベース基板との間に座が介在されてボルト付けされ、前記座の一面は球面に形成された請求項３に記載の測量装置。
7. 前記制御部は、前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとに、少なくとも２点の基準測定点をそれぞれ測定させ、該基準測定点の測定結果に基づき、前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとのキャリブレーションを実行する様構成された請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載の測量装置。
8. トータルステーションと、該トータルステーションの上面に３点で固定される取付け台と、該取付け台の上面に３点で固定される２次元レーザスキャナとを具備し、前記トータルステーションにより少なくとも２点の基準測定点を測定し、前記２次元レーザスキャナにより前記２点の基準測定点を測定し、前記トータルステーションによる前記２点の基準測定点の測定結果と、前記２次元レーザスキャナによる前記２点の基準測定点の測定結果との偏差を求め、該偏差に基づき前記トータルステーションと前記２次元レーザスキャナとの間のキャリブレーションを行うトータルステーションと２次元レーザスキャナとの組立て方法。
   

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