JP2640766B2 - レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 - Google Patents
レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置Info
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- JP2640766B2 JP2640766B2 JP27904688A JP27904688A JP2640766B2 JP 2640766 B2 JP2640766 B2 JP 2640766B2 JP 27904688 A JP27904688 A JP 27904688A JP 27904688 A JP27904688 A JP 27904688A JP 2640766 B2 JP2640766 B2 JP 2640766B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、２台のレーザ変位計を用いて、２次元座
標系の計測を行う場合におけるレーザ光軸の相対角度を
検出する方法と、その装置に関するものである。
標系の計測を行う場合におけるレーザ光軸の相対角度を
検出する方法と、その装置に関するものである。
（従来の技術） レーザの指向性を利用して位置の検出や距離の計測を
行うことはレーザ応用技術として周知である。ところ
で、土木建築構造物やその他大型の構造物等の建造に際
しては、単に一次元方向の計測以外に、２次元,3次元方
向の計測が必要である。
行うことはレーザ応用技術として周知である。ところ
で、土木建築構造物やその他大型の構造物等の建造に際
しては、単に一次元方向の計測以外に、２次元,3次元方
向の計測が必要である。
例えば連続地中壁等の構築に際してのトレンチ掘削に
おける掘削機の垂直度と水平度を含む変位量の計測等が
それである。
おける掘削機の垂直度と水平度を含む変位量の計測等が
それである。
そこで、従来２次元座標系の計測方法として、スリッ
ト光を用いる方法や、基準光と反射光の光路差を用いる
方法、さらにはレーザドップラ流速計を用いて、流速を
ベクトル的に検出して行う方法などが開発され創案され
ている。
ト光を用いる方法や、基準光と反射光の光路差を用いる
方法、さらにはレーザドップラ流速計を用いて、流速を
ベクトル的に検出して行う方法などが開発され創案され
ている。
（発明が解決しようとする課題） ところが、１次元方向の計測機器は、かなり普及され
ているが、２次元座標系で計測のできる機器は少ない。
現状では特注によって作成されているのが実情である。
ているが、２次元座標系で計測のできる機器は少ない。
現状では特注によって作成されているのが実情である。
そのため、２次元座標系の計測機器は、非常に高価
で、しかも操作が難しく、特に光軸の直交を正確にだす
ことが難しくレーザ応用による２次元座標系計測の普及
の大きなネックとなっている。この発明は、このような
２次元座標系計測における問題点を解決する手段とし
て、比較的入手の容易な１次元方向の計測機器として用
いられているレーザ変位計の２台を直交させ、レーザ光
軸によって２次元座標系を作り、いわゆる２次元方向の
計測を行うに際し、その２次元座標系の精度を向上させ
るため、前記交差する光軸の相対角を簡易に、しかも精
密に検出する方法と、その装置を提供することを目的と
してなされたものである。
で、しかも操作が難しく、特に光軸の直交を正確にだす
ことが難しくレーザ応用による２次元座標系計測の普及
の大きなネックとなっている。この発明は、このような
２次元座標系計測における問題点を解決する手段とし
て、比較的入手の容易な１次元方向の計測機器として用
いられているレーザ変位計の２台を直交させ、レーザ光
軸によって２次元座標系を作り、いわゆる２次元方向の
計測を行うに際し、その２次元座標系の精度を向上させ
るため、前記交差する光軸の相対角を簡易に、しかも精
密に検出する方法と、その装置を提供することを目的と
してなされたものである。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成する手段として本発明がとった検出方
法の特徴とするところは、交差するレーザ光軸の中に、
寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に立ててゆっくりと
回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同時に計
測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角を検出
するようにしたことにある。
法の特徴とするところは、交差するレーザ光軸の中に、
寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に立ててゆっくりと
回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同時に計
測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角を検出
するようにしたことにある。
また、上記相対角の検出装置として、レーザ発光部と
受光部とを備えたレーザ変位計の２台を、水平基盤上の
Ｘ軸方向とＹ軸方向とに交差して設け、このＸ軸,Y軸の
交差部中心に、寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に、
かつ回転自在に吊す下げ振りを設けた２次元座標系の相
対角検出装置としたことにある。
受光部とを備えたレーザ変位計の２台を、水平基盤上の
Ｘ軸方向とＹ軸方向とに交差して設け、このＸ軸,Y軸の
交差部中心に、寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に、
かつ回転自在に吊す下げ振りを設けた２次元座標系の相
対角検出装置としたことにある。
（作用） この発明は、以上説明したように、２台のレーザ変位
計を交差して設け、それぞれのレーザ変位計の発光部か
ら発振されるレーザ光の交差部中心に、各角柱ゲージを
下げ振りとして設けているため、その下げ振りによって
レーザ光の一部分が遮られる。すなわち多角柱ゲージに
よって遮れたレーザ光の影の部分が、Ｘ軸,Y軸それぞれ
の受光部によって検出される。そこで受光部に内蔵され
た受光素子により、前記明確に応じて検出した信号を電
気信号に変換すればＸ軸,Y軸方向の影を生じている部分
の長さが測定される。Ｘ軸およびＹ軸方向の影の部分の
長さが測定されるとＸ軸およびＹ軸方向の相対角度は理
論的に算出することができる。この点を第１図に基づい
て具体的に説明する。
計を交差して設け、それぞれのレーザ変位計の発光部か
ら発振されるレーザ光の交差部中心に、各角柱ゲージを
下げ振りとして設けているため、その下げ振りによって
レーザ光の一部分が遮られる。すなわち多角柱ゲージに
よって遮れたレーザ光の影の部分が、Ｘ軸,Y軸それぞれ
の受光部によって検出される。そこで受光部に内蔵され
た受光素子により、前記明確に応じて検出した信号を電
気信号に変換すればＸ軸,Y軸方向の影を生じている部分
の長さが測定される。Ｘ軸およびＹ軸方向の影の部分の
長さが測定されるとＸ軸およびＹ軸方向の相対角度は理
論的に算出することができる。この点を第１図に基づい
て具体的に説明する。
まず、図面に示すようにレーザ発振器ＡおよびＢより
発振されたレーザ平行光を交差させて２次元座標系を作
る。そして、この交差部中心に、高精度に加工して得ら
れた正四角柱ゲージＣを下げ振りとして鉛直に垂下させ
る。するとレーザ平行光は、その正四角柱ゲージＣによ
ってその平行光の一部を遮ることになる。
発振されたレーザ平行光を交差させて２次元座標系を作
る。そして、この交差部中心に、高精度に加工して得ら
れた正四角柱ゲージＣを下げ振りとして鉛直に垂下させ
る。するとレーザ平行光は、その正四角柱ゲージＣによ
ってその平行光の一部を遮ることになる。
LA,LBがその影の部分を示す。そこでこの影の部分LA,
LBが前記したように計測されると、レーザ発振器Ａおよ
びＢより発振されたレーザ光軸の相対角度θは、次のよ
うな計算によって理論的に算出することができる。すな
わち下げ振りとして使用した正四角柱ゲージＣの対角線
長さをＬとし、レーザ発振器Ａによるレーザ光の正四角
柱ゲージＣに対する投影角をαとし、同じくレーザ発振
器Ｂによるレーザ光の投影角をβとすると、次のような
関係式が成り立つ。
LBが前記したように計測されると、レーザ発振器Ａおよ
びＢより発振されたレーザ光軸の相対角度θは、次のよ
うな計算によって理論的に算出することができる。すな
わち下げ振りとして使用した正四角柱ゲージＣの対角線
長さをＬとし、レーザ発振器Ａによるレーザ光の正四角
柱ゲージＣに対する投影角をαとし、同じくレーザ発振
器Ｂによるレーザ光の投影角をβとすると、次のような
関係式が成り立つ。
LA＝Ｌ×COS（α） LB＝Ｌ×COS（β） θ＝90−｜α−β｜ したがって、以上の関係式から２次元座標系を構成す
るレーザ光軸の相対角（45−90゜）を理論的に算出する
ことができる。
るレーザ光軸の相対角（45−90゜）を理論的に算出する
ことができる。
特に本発明では、下げ振りとして設けた前記正四角柱
ゲージＣをゆっくりと回転させるようにしているため、
回転させながらLA,LBの計測データを多数とり、そのデ
ータの平均値を求め、しかるのち前記関係式より相対角
θを演算処理して求めると、きわめて精度の高い２次元
座標系を設定することができる。
ゲージＣをゆっくりと回転させるようにしているため、
回転させながらLA,LBの計測データを多数とり、そのデ
ータの平均値を求め、しかるのち前記関係式より相対角
θを演算処理して求めると、きわめて精度の高い２次元
座標系を設定することができる。
下記は平均化による演算処理の計算式を示す。
αｎ＝COS-1（L/LAn） βｎ＝COS-1（L/LBn） θｎ＝90−｜αｎ−βn| θ＝Σθn/N 但しＮは計測回数 なお、上記演算処理は、LA,LBの測定データをコンピ
ュータのCPUに取り込むことによって高速に行うことが
できる。
ュータのCPUに取り込むことによって高速に行うことが
できる。
（実施例） 第２図は、上記相対角の検出方法を実施する装置の原
理的構成を示す斜視図である。
理的構成を示す斜視図である。
図面で示すように、レーザ平行光を発振する発光部A1
と、それを受ける受光部A2からなるレーザ変位計Ａと、
同じく発光部B1と受光部B2からなるレーザ変位計Ｂとの
２台を、水平基盤Ｄ上にＸ軸方向とＹ軸方向とに交差さ
せて設置する。そして、高精度に加工した正四角柱ケー
ジＣを、前記Ｘ軸とＹ軸との交差する中心に、ゆっくり
と回転させることができる下げ振りとして設ける。そし
てその下げ振りをゆっくりと回転させ、前記それぞれの
受光部A2,B2によって受光した検出信号を電気信号に変
換させるとともに長さのデータに換算し、そのデータを
CPUに送り込んで演算し、Ｘ軸およびＹ軸方向に設置し
たレーザ光軸の相対角度θを検出する。
と、それを受ける受光部A2からなるレーザ変位計Ａと、
同じく発光部B1と受光部B2からなるレーザ変位計Ｂとの
２台を、水平基盤Ｄ上にＸ軸方向とＹ軸方向とに交差さ
せて設置する。そして、高精度に加工した正四角柱ケー
ジＣを、前記Ｘ軸とＹ軸との交差する中心に、ゆっくり
と回転させることができる下げ振りとして設ける。そし
てその下げ振りをゆっくりと回転させ、前記それぞれの
受光部A2,B2によって受光した検出信号を電気信号に変
換させるとともに長さのデータに換算し、そのデータを
CPUに送り込んで演算し、Ｘ軸およびＹ軸方向に設置し
たレーザ光軸の相対角度θを検出する。
本発明は、以上説明したように、もっぱら１次元方向
の計測器として用いられるレーザ変位計の２台を組み合
わせて、２次元座標系を作り、その２次元座標系を形成
するレーザ光軸の相対角をきわめて簡単な操作で、高精
度に検出することができるため、レーザ応用の２次元計
測における精度を大きく向上させることができる。
の計測器として用いられるレーザ変位計の２台を組み合
わせて、２次元座標系を作り、その２次元座標系を形成
するレーザ光軸の相対角をきわめて簡単な操作で、高精
度に検出することができるため、レーザ応用の２次元計
測における精度を大きく向上させることができる。
第３図は、本発明方法ないし装置を連続地中壁を構築
する際のトレンチ用掘削機Ｍの姿勢検知、すなわち掘削
機の水平方向の変位量を検知する手段として応用した場
合の原理を示すものである。
する際のトレンチ用掘削機Ｍの姿勢検知、すなわち掘削
機の水平方向の変位量を検知する手段として応用した場
合の原理を示すものである。
周知のように、掘削機Ｍで、トレンチを掘削する場合
は、その掘削されたトレンチが鉛直方向に、しかも前後
左右に傾きのない溝として掘削されることが必要であ
る。そのためには、掘削機Ｍの姿勢が掘削開始の時点か
ら掘削作業の終了に至るまで傾くことなく、水平方向の
姿勢を保っていることである。
は、その掘削されたトレンチが鉛直方向に、しかも前後
左右に傾きのない溝として掘削されることが必要であ
る。そのためには、掘削機Ｍの姿勢が掘削開始の時点か
ら掘削作業の終了に至るまで傾くことなく、水平方向の
姿勢を保っていることである。
すなわちＸ軸,Y軸方向に対して変位しないことであ
る。万一変位した場合は、それを早期に検知して掘削機
Ｍ自体の姿勢を制御する等の対応が必要である。前記第
３図は、この掘削機の水平変位を検知する手段として応
用したもので、レーザによって形成した２次元座標系Ｘ
−Ｙの中心に、下げ振りに相当するワイヤＷを上方より
吊り下げ、掘削機Ｍの中心に連結しておく。そして前記
２次元座標系Ｘ−Ｙによって、まず掘削作業開始前の初
期位置を検出する。すなわち第８図で示す２次元座標系
Ｘ−Ｙで、ワイヤＷの初期位置を検出しておく。次に掘
削作業を開始し、作業に基づくワイヤＷの位置を検出す
る。例えば、ワイヤＷの初期位置が、前記２次座標系Ｘ
−Ｙで、XO,YOの位置から掘削作業にともなって、XH,YH
に変位したとする。すると、その時点におけるワイヤＷ
の変位量DX,DYは、 DY＝XH−XO DY＝YH−YO の関係式から知ることができる。
る。万一変位した場合は、それを早期に検知して掘削機
Ｍ自体の姿勢を制御する等の対応が必要である。前記第
３図は、この掘削機の水平変位を検知する手段として応
用したもので、レーザによって形成した２次元座標系Ｘ
−Ｙの中心に、下げ振りに相当するワイヤＷを上方より
吊り下げ、掘削機Ｍの中心に連結しておく。そして前記
２次元座標系Ｘ−Ｙによって、まず掘削作業開始前の初
期位置を検出する。すなわち第８図で示す２次元座標系
Ｘ−Ｙで、ワイヤＷの初期位置を検出しておく。次に掘
削作業を開始し、作業に基づくワイヤＷの位置を検出す
る。例えば、ワイヤＷの初期位置が、前記２次座標系Ｘ
−Ｙで、XO,YOの位置から掘削作業にともなって、XH,YH
に変位したとする。すると、その時点におけるワイヤＷ
の変位量DX,DYは、 DY＝XH−XO DY＝YH−YO の関係式から知ることができる。
ところで掘削機Ｍは、前記ワイヤＷと連結されている
ため、掘削作業にともなってその長さはl1からl2に変化
する。したがって、このワイヤＷの長さの変位との関係
から実際の掘削機Ｍの変位量TX,TYは、 TX＝DX×（l1/l2） TY＝DY×（l1/l2） より求めることができる。
ため、掘削作業にともなってその長さはl1からl2に変化
する。したがって、このワイヤＷの長さの変位との関係
から実際の掘削機Ｍの変位量TX,TYは、 TX＝DX×（l1/l2） TY＝DY×（l1/l2） より求めることができる。
（発明の効果） この発明によるレーザ変位計による２次元計測におけ
る相対角度の検出方法および装置は、以上説明したよう
に簡単な操作で、相対角の検出が可能で、しかも交差す
るレーザ光軸中に、高精度の多角柱ゲージを下げ振りと
して利用しているため、きわめて精度の高い２次元座標
系を設定することができる。特に、その下げ振りである
多角柱ゲージをゆっくりと回転させ、多数の計測データ
をとり、その平均値から相対角を算出するため、測定精
度が向上し、理論上のデーダ精度をもった２次元座標系
が得られる。
る相対角度の検出方法および装置は、以上説明したよう
に簡単な操作で、相対角の検出が可能で、しかも交差す
るレーザ光軸中に、高精度の多角柱ゲージを下げ振りと
して利用しているため、きわめて精度の高い２次元座標
系を設定することができる。特に、その下げ振りである
多角柱ゲージをゆっくりと回転させ、多数の計測データ
をとり、その平均値から相対角を算出するため、測定精
度が向上し、理論上のデーダ精度をもった２次元座標系
が得られる。
しかも、それらの演算処理はコンピュータ処理により
行うことができるため、きわめて迅速に結果を得ること
が可能である。なお、この発明方法および装置は、前記
実施例で示したように連続地中壁等を構築する際に使用
する掘削機の水平方向の変位量を検出する手段として応
用できるほか、前記精度の高い２次元座標系が得られる
ので、逆に多角柱の寸法計測や回転計として応用するこ
とも可能である。
行うことができるため、きわめて迅速に結果を得ること
が可能である。なお、この発明方法および装置は、前記
実施例で示したように連続地中壁等を構築する際に使用
する掘削機の水平方向の変位量を検出する手段として応
用できるほか、前記精度の高い２次元座標系が得られる
ので、逆に多角柱の寸法計測や回転計として応用するこ
とも可能である。
また、この方法によって得られる２次元座標系は、１
次元的装置の組み合わせによるものであるため、装置構
成がきわめて簡単で、計測方法そのものの操作上に特別
な技能を必要とせず、レーザ応用による２次元計測の普
及に大きく貢献することができる。
次元的装置の組み合わせによるものであるため、装置構
成がきわめて簡単で、計測方法そのものの操作上に特別
な技能を必要とせず、レーザ応用による２次元計測の普
及に大きく貢献することができる。
第１図は、本発明による相対角度検出方法を示す原理
図、第２図は検出方法を実施する装置を例示する斜視
図、第３図は本発明方法を連続地中壁等の構築用掘削機
の水平方向変位量検出に応用した場合の構成図である。 Ａ・Ｂ……レーザ変位計、A1,B1……発光部 A2,B2……受光部、Ｃ……多角柱ゲージ Ｄ……水平基盤、Ｍ……掘削機
図、第２図は検出方法を実施する装置を例示する斜視
図、第３図は本発明方法を連続地中壁等の構築用掘削機
の水平方向変位量検出に応用した場合の構成図である。 Ａ・Ｂ……レーザ変位計、A1,B1……発光部 A2,B2……受光部、Ｃ……多角柱ゲージ Ｄ……水平基盤、Ｍ……掘削機
Claims (2)
- 【請求項１】交差するレーザ光軸の中に、寸法精度の高
い多角柱ゲージを鉛直に立て、レーザ光軸交差部でゆっ
くりと回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同
時に計測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角
度を検出することを特徴とするレーザ変位計による２次
元計測における相対角度の検出方法。 - 【請求項２】水平基盤上に、レーザ発光部と受光部とを
備えたレーザ変位計の２台をＸ軸,Y軸方向に交差させて
設け、Ｘ軸,Y軸の交差部中心に寸法精度の高い多角柱ゲ
ージを鉛直に、かつ回転自在に吊した下げ振りを設けた
ことを特徴とするレーザ変位計による２次元計測におけ
る相対角度の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27904688A JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27904688A JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126107A JPH02126107A (ja) | 1990-05-15 |
| JP2640766B2 true JP2640766B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17605646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27904688A Expired - Fee Related JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640766B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5475783A (en) * | 1993-09-30 | 1995-12-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module, method of manufacturing the same, and sleeve |
| CA2161718A1 (en) * | 1994-10-31 | 1996-05-01 | Hiromi Kurashima | Optical module having structure for defining fixing position of sleeve |
| US6315465B1 (en) | 1998-12-21 | 2001-11-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
| JP4543561B2 (ja) | 2001-02-19 | 2010-09-15 | 住友電気工業株式会社 | 光モジュールの製造方法、及び光モジュール |
| CN107843243B (zh) * | 2017-10-31 | 2020-08-14 | 中国一冶集团有限公司 | 一种高层建筑外立面激光测量校正系统及方法 |
| JP7087824B2 (ja) * | 2018-08-23 | 2022-06-21 | 株式会社デンソー | 角度検出装置及び角度検出方法 |
| CN111102918B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-07-27 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种立方镜坐标系的自动化测量系统 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP27904688A patent/JP2640766B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02126107A (ja) | 1990-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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