JP2555095B2 - 測量装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は各種道路、トンネルの線形工事等における路
線測量を高精度で作業性よく行うことができる測量装置
に関するものである。

特に、本発明は、レーザ光をターゲットに投射して、
ターゲット上のレーザスポットの座標偏差を解析するこ
とで路線測量を行う測量装置に関するものである。

［従来の技術］ 高速道路、トンネル等の線形工事において、従来慣習
的に行われていたトラバス測量も、近年の電子機器を用
いた電子測量法によって、測定精度と測量作業性が飛躍
的に向上してきた。こうした電子的測量法の中でも高い
測定精度が期待できる方法としては、コヒーレントなレ
ーザ光を離間したターゲットに投射し、ターゲット上の
レーザスポットの座標偏差量をコンピュータで演算して
路線の曲率乃至勾配を測定するレーザ測量法がある。こ
のレーザ測量法でレーザ発振器とターゲットを別体に分
離した装置を用いると、測定基準となるレーザ光に対す
るターゲットの向き、位置決定・測定が困難である。
（特開昭57−63415号、特開昭57−96213号、特開昭56−
104209号） 上記したレーザ／ターゲット分離型の従来装置の欠点
を解消するために、本発明者は既に、特開昭60−243508
号で位置測定装置を提案している。

この提案の位置測定装置はレーザ光を受けるスクリー
ンを内蔵した案内筒をレーザ発振器と一体に連結しなが
らも揺動可能にしたものである。これによって、レーザ
発振器とターゲットであるスクリーンとの離間距離が一
定であるため、測量作業時の取扱いが簡便になったと共
に、コンピュータでの演算処理も単純化することが可能
になった。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記提案の測定装置ではレーザ発振側の筒
体とターゲット側の筒体とがゴム等の弾性材料によるシ
ールリングで揺動可能に連結されていたので、屈折角度
範囲が狭く被測定線路が大きい曲率を持つ場合などには
十分に対応できない可能性があった。また、上記弾性材
料は経年変化するため装置の耐久性にも問題があり、し
かも、レーザ発振器からターゲットまでの距離を弾性的
に変化させる惧れがあった。

また、２つの筒体の屈折点がレーザ発振器に近接する
位置にあったが、必ずしもこの構成が精度向上の最良の
ものであるとは言えなかった。つまり、ターゲット上の
レーザスポット位置を検出するための撮像手段の解像力
もさることながら、ターゲット上のレーザスポットの位
置偏差量が大きいほど測定精度は向上するが、上記屈折
点の位置構成が最大偏差量を得られるものでなかった。

さらに、特開昭61−292514号公報には、一対の中空円
筒形筒体の一端同志を中心に透孔が形成されたボールジ
ョイントで回動可能に連結する孔曲り測量装置が開示さ
れているが、透孔によって回動範囲が規制されることが
考慮されていないものである。しかも、軸回りの回動に
よって、回動偏位をも考慮しなければならず、位置検出
のためのノイズを除去できないものであった。

しかして本発明の目的は、レーザ発振器を具えた基筒
とレーザ光を投射するターゲットを具えた従動筒とを揺
動可能に確実に連結すると共に、広い揺動可能範囲と揺
動円滑性を確保し、且つ、高精度の安定性と優れた使用
耐久性を具えた自動測量装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明による測量装置は、
レーザー発振器を内蔵した主筒と、該レーザー発振器か
らのレーザー光を受けるターゲットと前記ターゲット上
のレーザースポットを撮像してレーザースポット位置信
号を出力する撮像手段を内蔵した従動筒とから成り、該
主筒と該従動筒のそれぞれの側端部には内面を球面状と
して前後２分割組付けする主ヨーク部材と外面を球面状
とする従ヨーク部材とを設けるとともに主ヨーク部材に
従ヨーク部材を組込みして互いに揺動する同心球面の継
手手段によって連結し、同心球面の一方に揺動可能な角
度範囲に相当する長さで軸方向に伸びる案内溝を設ける
とともに他方の同心球面に該溝に嵌入する支軸部材を設
けることを特徴とするものである。

［作 用］ 測量対象となる道路等の線形線路上に基準方向線に向
けて主筒を配置し、従動筒を前記線路上に配置する。主
筒と従動筒は同心球面の継手手段によって連結している
ため、従動筒は主筒に対して前記線路の曲率乃至屈曲角
度に応じた角度をとる。主筒に内蔵されたレーザ発振器
からのレーザ光は従動筒に内蔵されたターゲット上に投
射され、そこにレーザスポットが形成される。上記線路
上の主筒と従動筒が一直線に並べば、ターゲット上のレ
ーザスポットはターゲット中心に位置するが、上記線路
が曲率を持つ場合は上記主筒と従動筒が継手手段部分で
屈折するためにターゲット上のレーザスポットは変移す
る。この時のレーザスポットを撮像手段で検出して変位
置量をコンピュータを用いて演算解析することで上記線
路の曲率乃至屈曲角度を求めることができる。

上記継手手段を主筒と従動筒の略中間部分に配するこ
とで、同じ曲率条件下でも比較的大きな変位が得られる
ため測定誤差率が低下し、測定精度を向上することがで
きると共に、比較的大きい線路曲率にも追従することが
できる。

また、主筒と従動筒を連結する継手手段を構成する同
心球面の摺接構造は、円滑な屈曲運動を許し、且つ、精
度低下を招来することなく優れた使用耐久性を確保す
る。

本発明の他の目的、特徴は添付の図面に基づく以下の
実施例の説明で明らかにする。

［実施例］ 図面第１図から第３図は本発明による測量装置の一実
施例を示し、第１図は部分欠截斜視図、第２図は継手手
段部分の部分欠截斜視図、第３図は部分破断側断面図で
ある。

図中、１は主筒である。主筒１は内部にレーザ光ｂを
軸方向に発振させるレーザ発振器２を有している。

３は従動筒である。この従動筒２には前記レーザ発振
器２からのレーザ光ｂを受けるターゲットと、このター
ゲットに前記レーザ光ｂが形成するレーザスポットｓを
撮像する撮像手段５が内蔵されている。

撮像手段５としては、電子撮像管や、固体撮像装置で
あるCCDなどを用いることができる。電子撮像管の場
合、前記ターゲット４は電子管前面の受光ターゲットで
あり、ターゲット４と撮像手段５は一体構造となる。ま
た、CCD等の撮像装置を用いる場合は、半透光性スクリ
ーンをターゲット４として、その後方に適当な光学系を
介してCCD受光面にレーザスポットを結像させてもよい
し、あるいは、ターゲット４として集束レンズを配し、
集束レンズの焦点位置に撮像手段であるCCDの受光面を
配してレーザスポットをCCDに直接結像させてもよい。

６は上記主筒１と従動筒３を屈折可能に連結した継手
手段である。この継手手段６な、第２図から明らかなよ
うに、主筒１のレーザ光出射側端部に設けた主ヨーク部
材７と、従動筒３のレーザ光入射側端部に設けた従ヨー
ク部材８とで構成している。ここでは主ヨーク部材７に
従ヨーク部材８が内包されているので、主ヨーク部材７
の内面９を球面状にし、従ヨーク部材８の外面10を同じ
く球面状にしている。これら部材7,8の球面状内外面は
略々同じ曲率を有した同芯関係になっている。したがっ
て主包１を原軸とし、従動筒３を縦動軸としたユニバー
サル継手構成を呈し、主筒１に対して従動筒３を揺動自
在に運動させることができる。

また、この実施例では外側ヨークである主ヨーク部材
７を前後に２分割して前半部7aと後半部7bの２要素から
構成しているが、球面状の外面10を持つ従ヨーク部材８
を球状内面９を持つ主ヨーク部材７の内部に組込むため
の構造である。

主ヨーク部材７を構成する前半部7aと後半部7bは鍔部
11a,11bを有し、これら鍔部を接面状に合わせてボル
ト、ナット等の係止部材12,12…で内面の球状を保持し
ている。

更に、主ヨーク部材７の内面の対抗位置（ここでは軸
方向中間部の上下位置）に支軸部材13,13を設けてい
る。この実施例では、主ヨーク部材７を成す前半部7aと
後半部7bの接合部分に球部材を部分的に埋設固定させて
支軸部材13を形成している。一方、従ヨーク部材８の外
面10に前記支軸部材13を摺動可能に受け入れる案内溝1
4,14を形成している。この案内溝14は従動筒３の軸方向
に形成され、その長さは主筒１に対する従動筒３の屈折
可能な角度範囲に相当する。これら支軸部材13,13及び
案内溝14,14によって、主筒に対して従動筒３の軸回り
の揺動を許すが、主筒に対して軸回りの回転運動を規制
することができる。ここでは主ヨーク部材７に支軸部材
13を設け、従ヨーク部材８に案内溝14を設けているが、
主ヨーク部材に案内溝を設け、従ヨーク部材に支軸部材
を設けてもよい。

上記の継手構造によって、従動筒３は主筒１に対して
軸回りに回転することなく、揺動運動のみ許される。

したがって、第４図に示すように、測量対象となる線
路Ｒの基準方向線に主筒１を設置してターゲット４の中
心を線路上に一致させるように従動筒３を継手手段６で
角度調整しながら配置させることができる。これによっ
て、主筒１に内蔵されたレーザ発振器２から発振された
レーザ光ｂは主筒１に対する従動筒３の屈折角度に応じ
てターゲット４の中心から変移した位置にレーザスポッ
トＳ′を形成する。このようにして非直線の線路Ｒの曲
率乃至屈折角度に相応して変移するレーザスポットを撮
像手段５で位置検出して、コンピュータ等で演算するこ
とで線路Ｒの曲率乃至屈折角度を求めることができる。

上記の動作原理から分るように、同じ曲率条件でも、
レーザスポットが変移してターゲット４の中心からの変
位量が大きくなるほど、測定精度が向上し、微小曲率で
も測定可能になる。したがって、ターゲット４の変移度
を大きくすればよい。しかし、本発明の構成では従動筒
３が継手手段６の部分で屈折するため、継手手段６にお
ける屈折角度を大きくすればターゲット４におけるレー
ザスポットの変位が大きくなる。つまり、継手手段６を
介して固定側の主筒１と従動筒３を連結した構造では主
筒１を長くして従動筒３を短かくするほど従動筒３の屈
折角度は大きくなる。

この点を第５図（Ａ），（Ｂ）を参照して敷行する
と、第５図（Ａ）が本発明の構成となる略々等しい長さ
の主筒１と従動筒３によるものである。主筒１と従動筒
３を直線状に配した時のレーザスポットＳはターゲット
４の中心に位置する。そこで、従動筒３を一定の曲率を
持つ線路Ｒの上に配するとターゲットは４′に傾き、レ
ーザスポットＳ′はターゲット中心からΔｔだけ変移す
る。

一方、第５図（Ｂ）に示すように継手手段６′をレー
ザ発振器側に置くとターゲット４″の傾きが比較的小さ
くなり、ターゲット中心からレーザスポットＳ′までの
変移Δｔ′が第５図（Ａ）の構成における変移Δｔより
小さくなる。したがって、解像力も劣り、精度も前出の
構成のほうが高くなる。

ところが、継手手段を第５図（Ｂ）に示すように光軸
中間点Ｏより更に前方に移すと（仮想線６″）、ターゲ
ット上のレーザスポットが流れてピンポイント状になら
なくなるばかりか、曲率の大きい線路Ｒに追従できなく
なる。

以上の理由によって、本発明では主筒１と従動筒３を
繋ぐ継手手段６をレーザ発振器２とターゲット４の略々
中間位置に設定している。

また、本発明ではターゲット４で変移したレーザスポ
ットＳを位置検出してから線路Ｒの曲率解析及びレーザ
発振駆動するための制御系を具えている。この制御系は
第４図に概略的に示すように、撮像手段５がレーザスポ
ットＳを撮像して座標位置情報として出力した信号を演
算処理してレーザスポットＳの変位量とそれによる線路
の曲率を求める演算処理部15と、この演算処理部15と同
期的にレーザ発振器２を発振作動させるレーザ駆動部16
と、演算処理部15の演算結果を実時間で表示するCRT等
の視覚表示装置を含む出力部17とから成る。出力部17
は、演算結果を記録するプリンタ、あるいは、データ蓄
積用の各種メモリ装置をも包括する。

上記の構成要素よりなる本発明の測量装置を実際に測
量工事に供する場合は、主筒１及び従動筒３を何らかの
保持手段に固定させる必要がある。一例としては、測量
対象となる線路に沿って敷設されたレールに、夫々別々
に主筒１と従動筒３を固定した台車を載せ、レールに沿
って台車をレーザ発振器２からターゲット４までの距離
を測定単位ピッチとして移動させながら測量作業を行
う。この場合、測量単位ピッチ毎に演算処理部15に測定
データを蓄積しながら測定を連続的に行えば、測量対象
線路全体の曲率をも把握でき、測量後に視覚的に再現す
ることも可能である。また、トラバース測量が困難なト
ンネル掘削工事では掘削機械に主筒乃至従動筒の一方を
取り付け、他方を掘削地盤基準点に合わせればトンネル
削進方向の適不適を判定することができる。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、レーザ発振器
を内蔵した主筒とレーザ光を受けるターゲット及びレー
ザスポットを撮像する撮像手段を内蔵した従動筒を、互
いに摺接する同心球面の継手手段によって揺動可能に連
結したので、各種線路測量に際して、主筒に対して従動
筒を広い揺動可能範囲で円滑に揺動させることができ、
被測量線路に正確に追従させやすく、しかも、継手手段
が伸縮などの変形を起こさないので高い精度を安定して
維持できる上に使用耐久性にも優れた性能を発揮する。
また、主筒と従動筒を連結する継手手段をレーザ発振器
とターゲットの略々中間点に位置づけたので、小さい曲
率に対しても比較的大きいレーザスポット変位が得ら
れ、測定精度を向上させることができる。しかも、コン
ピュータ等の制御系との結合によって実時間の自動測量
を迅速、且つ、正確行うことができ、取扱いも簡便であ
る。更に、継手手段の摺接面の一方に支軸部材を設け、
他方の摺接面に案内溝を設けて互いに嵌合させたので、
主筒，従動筒は相対的に軸回り回転が阻止されるうえに
揺動可能な角度範囲を自由に設定することができ、揺動
変移のみによるデータで演算できるので、演算が容易で
誤差の原因を除去することができる。なお、主筒と従動
筒の組込みは、主ヨーク部材の一つに従ヨーク部材を嵌
め込みした後に他の主ヨーク部材を組付けすればよく、
側端部を連続開放した揺動自在で角度範囲が規制されな
い同心球面を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による測量装置の一実施例を示し、第１図
は部分欠截斜視図、第２図は継手手段の部分欠截斜視
図、第３図は部分破断側断面図、第４図は測量原理の概
念図、第５図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の効果を示す説
明図とその比較例を示す説明図である。 １……主筒、２……レーザ発振器、３……従動筒、４…
…ターゲット、５……撮像手段、６……継手手段、13…
…支軸部材、14……案内溝、ｂ……レーザ光、Ｓ……レ
ーザスポット。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー発振器を内蔵した主筒と、該レー
   ザー発振器からのレーザー光を受けるターゲットと前記
   ターゲット上のレーザースポットを撮像してレーザース
   ポット位置信号を出力する撮像手段を内蔵した従動筒と
   から成り、該主筒と該従動筒のそれぞれの側端部には内
   面を球面状として前後２分割組付けるする主ヨーク部材
   と外面を球面状とする従ヨーク部材とを設けるとともに
   主ヨーク部材に従ヨーク部材を組込みして互いに揺動す
   る同心球面の継手手段によって連結し、同心球面の一方
   に揺動可能な角度範囲に相当する長さで軸方向に伸びる
   案内溝を設けるとともに他方の同心球面に該溝に嵌入す
   る支軸部材を設けることを特徴とする測量装置。
2. 【請求項２】該主筒と該従動筒を連結する継手を該レー
   ザー発振器と該ターゲットの略々中間位置に配したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の測量装置。