JP3076162B2

JP3076162B2 - レベル計測装置

Info

Publication number: JP3076162B2
Application number: JP04337191A
Authority: JP
Inventors: 公男菊池; 伸一朝田; 将史森田; 量幸板東; 正人西口
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JPH06186030A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地表の勾配や高さ等の
複数箇所のレベルを計測するレベル計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
地表の勾配や高さ等を計測する方法として、計測する位
置に配置された標尺を、水平な視準線により計測する水
準測量等のレベル計測がある。このレベル計測では、望
遠鏡を用いて作業員が必ず標尺が配置された計測点を視
準しなければならなかった。このため、複数の計測点を
計測する場合、それぞれの計測点に対して、位置決め、
焦点合わせ、標尺からの読み取り、読み取った高さの記
帳等を行わなければならない。このような方法では、作
業員が計測点を計測する度に上記の作業を必要として作
業時間が増大すると共に、作業員の操作等によって計測
精度が不安定になるという問題がある。

【０００３】この問題を解消するために、自動的にレベ
ル計測を行う自動計測装置がある。例えば、この自動計
測装置としては、視準線として水平に校正された望遠鏡
の接眼レンズ部にＣＣＤカメラを取り付け、このＣＣＤ
カメラから出力される画像信号を画像処理装置とパーソ
ナルコンピュータを用いることにより標尺の高さや計測
対象物の高さをデジタル化する装置がある。

【０００４】しかしながら、このような自動計測装置
は、作業員の計測時の誤差を少なくするために画像処理
装置等によって高さを特定しているが、複数の計測点を
計測する場合には作業員が必ず標尺が配置された計測点
を視準しなければならないため、作業員の作業が不可欠
であった。

【０００５】また、局部的にレベル変動が経時的に発生
するような場合には、複数箇所を長期間に亘って定期的
に計測しなければならない。従って、この定期的な計測
毎に作業員を派遣しなければならなかった。

【０００６】本発明は、上記事実を考慮して、遠隔操作
によってレベル計測装置の水平方向の向きと焦点距離を
変更し、複数の異なった位置にある計測点のレベル計測
を長期的に無人で計測することができるレベル計測装置
を得ることが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、所定位置に配置された標尺
の水平位置を読み取ることにより高さを計測するレベル
計測器において、水平方向に回転可能な回転台と、前記
回転台に設けられた望遠鏡の焦点距離を変更させる焦点
変更装置と、画像を検出するカメラと、前記回転台を回
転させる指示と前記望遠鏡の焦点距離を変更させる指示
及び画像を検出させる指示を複数の異なる前記所定位置
について遠隔地から行う制御装置と、前記複数の異なる
前記所定位置についての前記回転台の回転角度及び前記
望遠鏡の焦点距離を記憶する記憶手段とを備えている。

【０００８】

【作用】本発明のレベル計測器は、水平方向に回転可能
な回転台には画像を検出するカメラと焦点距離を変更さ
せる焦点変更装置を備えた望遠鏡が設けられている。制
御装置は、この回転台を回転させる指示と前記望遠鏡の
焦点距離を変更させる指示及び画像を検出させる指示を
遠隔地から行う。これらの指示は、複数の異なる所定位
置について行う。また、記憶手段には複数の異なる所定
位置についての回転台の回転角度及び望遠鏡の焦点距離
が記憶される。従って、所定位置に配置された標尺の水
平位置は回転台の回転と望遠鏡の焦点距離の変更及び画
像の検出によって遠隔地から読み取ることができ、複数
の計測点を遠隔地から自動的に計測することができる。
また、記憶手段に複数の異なる所定位置についての回転
台の回転角度及び望遠鏡の焦点距離が記憶されることに
より、複数の計測点を長期間に亘って定期的かつ自動的
に計測することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。本実施例は、計測基準点ＳＴの高さに基
づいて複数の計測点（４点、Ｏｂ₁〜Ｏｂ₄）をレベル
計測するものである。先ず、本発明のレベル計測装置に
適用可能な光学装置２０を説明する。

【００１０】図２に示した光学装置２０のプレート４４
とプレート４８とはアジャスタ４６を介して連結されて
いる。このプレート４８は設置箇所（図示省略）に固定
される。アジャスタ４６は、プレート４４とプレート４
８との間に所定の間隔を隔てて３ヶ所に取り付けられ、
各アジャスタ４６は、回転量に応じてプレート４４とプ
レート４８との間隔を変更する。従って、３つのアジャ
スタ４６の調整によってプレート４８に対してプレート
４４から上方の水平方向が調整される。

【００１１】プレート４４の上部には回転駆動部３８が
取り付けられている。回転駆動部３８は、パルスモータ
４０とギヤボックス４２から構成され、ギヤボックス４
２の出力軸が回転軸３７とされる。この回転駆動部３８
のキヤボックス４２には図示しないリミットスイッチが
回転軸３７の所定の角度でオンするように取り付けられ
ており、この図示しないリミットスイッチがオンする位
置を回転駆動部３８の機械原点としている。パルスモー
タ４０はギヤボックス４２に連結されており、パルスモ
ータ４０の回転力によりギヤボックス４２が駆動され
る。パルスモータ４０は光学系制御装置１８に接続され
ている（図１参照）。

【００１２】回転軸３７の上端部は回転テーブル３６に
固定されている。この回転テーブル３６はネジ状のアジ
ャスタ３４を介して摺動ステージ３２と連結されてい
る。アジャスタ３４は、摺動ステージ３２と回転テーブ
ル３６との間に水平方向に所定の間隔を隔てて３ヶ所に
取り付けられ、各アジャスタ３４は、回転量に応じて摺
動ステージ３２と回転テーブル３６との間隔を変更す
る。従って、３つのアジャスタ３４の調整によって回転
テーブル３６に対して摺動ステージ３２から上方の水平
方向が調整される。また、摺動ステージ３２の上部に
は、望遠鏡２２が取り付けられている。摺動ステージ３
２は、後述する望遠鏡２２の視軸Ｌと平行な水平面に対
して回転が微調整可能で、微調整の後には固定される構
成とされている。

【００１３】この望遠鏡２２の接眼側（図２紙面左側）
にはＣＣＤカメラ２４が取り付けられている。このＣＣ
Ｄカメラ２４は画像処理装置１４に接続されている（図
１参照）。また、望遠鏡２２の上部にはフォーカスコン
トローラ２６が取り付けられている。このフォーカスコ
ントローラ２６にはパルスモータ２８が配設され、フォ
ーカスコントローラ２６は光学系制御装置１８に接続さ
れている。パルスモータ２８の回転軸にはギヤ２９が固
着され、ギヤ２９はギヤ３０と噛み合わされている。こ
のギヤ３０はギヤ３１と噛み合わされており、ギヤ３１
の回転軸は望遠鏡２２の焦点距離調整機構（図示省略）
に連結されている。従って、パルスモータ２８の回転に
より、望遠鏡２２の焦点距離を調整することができる。

【００１４】従って、アジャスタ４６を調整することに
よって回転駆動部３８の回転方向の面と水平面とを平行
にして、次にアジャスタ３４を調整することによって回
転駆動部３８の回転方向の面と視軸Ｌとを平行にする。
これによって、水平面と視軸Ｌとを平行にすることがで
きる。また、パルスモータ２８が回転することによっ
て、望遠鏡２２の焦点距離が調整でき、計測基準点や計
測点への焦点合わせが可能となる。

【００１５】上記説明した光学装置２０を用いて、レベ
ル計測装置１０を構成する。図１に示すように、光学装
置２０は、光学系制御装置１８を介して、中央制御装置
１２及び画像処理装置１４に接続されている。光学系制
御装置１８は、ドライバ５０、カメラコントロールユニ
ット（ＣＣＵ）５２及びドライバ５４を含んで構成さ
れ、光学装置２０のフォーカスコントローラ２６がフォ
ーカスコントローラ２６を駆動するためのドライバ５０
に接続され、ＣＣＤカメラ２４がＣＣＤカメラ２４から
の信号を映像信号として出力するカメラコントロールユ
ニット５２に接続され、回転駆動部３８が回転駆動部３
８を駆動するためのドライバ５４に接続されている。

【００１６】カメラコントロールユニット５２は画像処
理装置１４に接続され、カメラコントロールユニット５
２から出力される映像信号が画像処理装置１４に入力さ
れる。この画像処理装置１４にはモニタ１５が接続され
ており、モニタ１５は画像処理装置１４に入力される映
像信号及び画像処理装置１４で画像処理された映像信号
による画像を表示する。

【００１７】中央制御装置１２は、ＣＰＵ５６、ＲＯＭ
５８、ＲＡＭ６０、入出力ポート６２及びこれらを接続
するデータバスやコントロールバス等のバス６４を含ん
で構成されている。なお、このＲＡＭ６０には、後述す
るレベル計測制御等の制御プログラムが記憶されてい
る。

【００１８】入出力ポート６２には、焦点距離の変更及
び回転駆動を指示するために光学系制御装置１８のドラ
イバ５０及びドライバ５４が接続され、また画像処理さ
れた映像の計測データが入力されるように画像処理装置
１４が接続されている。この入出力ポート６２にはデー
タやコマンドを入力するためのキーボード６８も接続さ
れている。

【００１９】また、入出力ポート６２には、４つの標尺
やスタッフ等が配設された計測点Ｏｂ₁、Ｏｂ₂、Ｏｂ
₃、Ｏｂ₄を照明するランプ等の照明装置６６Ａ，６６
Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄに接続された照明系制御装置１６が
接続されている。

【００２０】なお、中央制御装置１２と画像処理装置１
４及びモニタ１５は、光学装置２０から離れた遠隔地に
配設され、光学装置２０を遠隔操作が可能になってい
る。従って、作業員を派遣することなく、レベル計測が
可能となる。

【００２１】以下、本実施例の作用を図３乃至図７を参
照して説明する。本実施例では、第１回目のレベル計測
の各種設定を行い（以下、ティーチングという）、第２
回目以降のレベル計測をティーチング時の設定に基づい
て自動計測している。

【００２２】第１回目のレベル計測であるティーチング
が開始されると、図４のステップ１０２へ進む。ステッ
プ１０２では、計測点の値を示す変数ｎに１がセットさ
れると共に、回転駆動部３８の機械原点検出が行われ
る。すなわち、この機械原点検出は図示しないリミット
スイッチのオンオフ判断で行われ、回転駆動部３８の回
転軸３７を回転させて図示しないリミットスイッチがオ
ンした位置で回転駆動部３８の回転を停止する。機械原
点検出が終了すると、次のステップ１０４において計測
基準点ＳＴの設定が行われる。この計測基準点ＳＴの設
定は、遠隔地に配設されたキーボード６８の入力指示に
よって行われる。すなわち、作業員は、モニタ１５によ
って計測基準点ＳＴの出現を監視しながら回転駆動部３
８を回転させ、モニタ１５に計測基準点ＳＴが表れると
計測基準点ＳＴに焦点が合致するように望遠鏡２２の焦
点距離を変更する。計測基準点ＳＴがモニタ１５の画面
中心に位置するまで繰り返して実行され、機械原点から
計測基準点ＳＴまでの回転角度Ψ及び望遠鏡２２の焦点
距離ｆstが記憶される（図３参照）。

【００２３】なお、上記モニタ１５の画面中心は、画面
を縦横に複数分割した画素の位置で特定される。本実施
例では、横方向及び縦方向共に５１２画素で分割した。
従って、横方向をＸ軸に対応させ、縦方向をＹ軸に対応
させて、モニタ１５の画面中心は、（２５６、２５６）
の座標位置の画素に対応される。

【００２４】画像処理装置１４では、計測基準点ＳＴの
重心位置座標を求め表示するようにしている。このた
め、作業員はモニタ１５を目視しながら容易に計測基準
点ＳＴをモニタ１５の画面中心に位置させることができ
る。

【００２５】計測基準点ＳＴの設定が終了するとステッ
プ１０８へ進み、計測点Ｏｂｎ（本実施例では、ｎ＝１
〜４）の設定が行われる。この計測点の設定は、上記計
測基準点ＳＴの設定と同様に、遠隔地に配設されたキー
ボード６８の入力指示によって行われる。すなわち、作
業員は、モニタ１５によって計測点Ｏｂｎの出現を監視
しながら回転駆動部３８を回転させ、モニタ１５に計測
点Ｏｂｎが表れると計測点Ｏｂｎに焦点が合致するよう
に望遠鏡２２の焦点距離を変更する。計測点Ｏｂｎがモ
ニタ１５の中心に位置するまで繰り返して実行され、計
測基準点ＳＴから計測点Ｏｂｎまでの回転角度φｎ及び
望遠鏡２２の焦点距離ｆobn が記憶される。また、計測
点Ｏｂｎの設定時には、照明系制御装置１６に制御信号
が出力され、計測点Ｏｂｎが照明される。これによっ
て、計測点は最適な照度の光が照射される。

【００２６】次のステップ１１２では全計測点の設定が
終了したか否かを判断し、否定判断の場合には、ステッ
プ１１４においてｎを１インクリメントしてステップ１
０８へ戻る。全計測点の設定が終了した場合には、肯定
判断され、ステップ１１６において、計測基準点ＳＴ及
び計測点Ｏｂｎの設定情報（機械原点からの回転角度
Ψ、φ₁、φ₂、φ₃、φ₄及び望遠鏡２２の焦点距離
ｆst、ｆob₁、ｆob₂、ｆob₃、ｆob₄）がテーブルと
してＲＡＭ６０に記憶されると共に、プリンタ等の出力
装置に記録されて、本ルーチンを終了する。

【００２７】次に、第２回目以降のレベル計測を説明す
る。作業員がキーボード６８によってレベル計測を指示
すると、図５のステップ１２０へ進み、上記で説明した
第１回目のレベル計測における設定情報を読み取る。ま
た、計測点の値を示す変数ｎに１がセットされる。次の
ステップ１２２では、上記と同様に回転駆動部３８の機
械原点検出が行われる。機械原点検出が終了すると、次
のステップ１２４において読み取った計測基準点ＳＴの
設定情報（回転角度Ψ）に基づいて回転駆動部３８が回
転し、望遠鏡２２の視軸Ｌが計測基準点ＳＴに向けられ
る。従って、モニタ１５には計測基準点ＳＴが表れる。
次のステップ１２６では、読み取った計測基準点ＳＴの
設定情報（焦点距離ｆst）に基づいて計測基準点ＳＴに
焦点が合致するように望遠鏡２２の焦点距離を変更す
る。このように、計測基準点ＳＴの角度及び焦点あわせ
が設定情報に基づいて自動的に行われる。

【００２８】次のステップ１２８では、角度及び焦点あ
わせが終了した計測基準点ＳＴの計測が行われる。この
計測時には、計測基準点ＳＴの望遠鏡２２の回転方向の
角度、すなわちＣＣＤカメラ２４上の位置を求めてい
る。次のステップ１３０では、検出された計測基準点Ｓ
ＴのＣＣＤカメラ２４上の位置が中心から所定距離を越
えているか否かを判断することによって、計測基準点Ｓ
Ｔがずれているか否かを判断し、肯定判断の場合には、
ステップ１３２において、ずれが所定範囲内になるまで
サブルーチン（図６参照）が実行される。

【００２９】また、ステップ１３２において求められた
計測基準点ＳＴのずれ量（画素数）は記憶され、次回の
計測はこの記憶されたずれ量が補正される。従って、次
回の計測時には計測基準点ＳＴはモニタ１５の画面中心
に位置することになる。

【００３０】ステップ１３０で否定判断されると、ステ
ップ１３４へ進み、上記計測基準点ＳＴの設定と同様
に、読み取った設定情報（この場合、回転角度φ₁）に
基づいて回転駆動部３８が回転し、望遠鏡２２の視軸Ｌ
が１番目の計測点Ｏｂ₁に向けられる。従って、モニタ
１５には計測点Ｏｂ₁が表れる。また、この計測点Ｏｂ
₁の設定時には、照明系制御装置１６に制御信号が出力
され、計測点Ｏｂ₁が照明される。次のステップ１３６
では計測点Ｏｂ₁に焦点が合致するように読み取った設
定情報（焦点距離ｆob₁）に基づいて望遠鏡２２の焦点
距離を変更する。従って、モニタ１５の画面上には焦点
が合致した計測点Ｏｂ₁が映し出される。次のステップ
１３８では計測点Ｏｂ₁の計測が行われる。

【００３１】この計測では、計測基準点ＳＴの重心位置
座標と計測点Ｏｂ₁の重心位置座標との上下方向の偏
差、すなわちＹ軸の画素数を演算することによって計測
点Ｏｂ ₁のレベルを特定できる。

【００３２】次のステップ１４０では全計測点の設定が
終了したか否かを判断し、否定判断の場合には、ステッ
プ１１４においてｎを１インクリメントしてステップ１
３４へ戻る。全計測点Ｏｂ₁〜Ｏｂ₄の計測が終了する
と、ステップ１４４へ進み、計測結果をＲＡＭ６０に記
憶すると共に、プリンタ等の出力装置に記録して、本ル
ーチンを終了する。

【００３３】次に、計測基準点ＳＴのズレを補正するス
テップ１３２の例を説明する。上記ステップ１３０にお
いて計測基準点ＳＴの位置Ｘ１がズレていると判断され
た場合には、図６のステップ１５０へ進む。本実施例で
はこの位置ズレの判断基準は、モニタ１５上の画面の中
心位置Ｘ０から左右に２０画素の範囲Ｗ（図７（１）参
照）を用いており、この範囲Ｗを越えた位置に計測基準
点ＳＴの重心が位置する場合には、計測基準点ＳＴがズ
レていると判断する。ステップ１５０では、回転駆動部
３８を所定角度（０．０２度）に対応するパルス数Ｎの
信号を出力することにより回転し（図７（２）参照）、
ステップ１５２において計測基準点ＳＴの重心位置Ｘ２
を演算する。次のステップ１５４では以下の式（１）
から所定角度（０．０２度）の回転による計測基準点Ｓ
Ｔの変動量Ｓ、及び式（２）からズレ量ＰＬを求める。

【００３４】Ｓ＝Ｘ２ − Ｘ１ −−− （１）ＰＬ＝（Ｘ０−Ｘ１）／Ｓ −−− （２）但し、上記値は画素数を示す。

【００３５】従って、回転駆動部３８を所定角度（０．
０２度）回転したときのパルス数を値Ｎとすれば、Ｎ・
ＰＬが距離ＰＬだけ計測基準点ＳＴを回転するときのパ
ルス数となる。

【００３６】次のステップ１５６では、Ｎ・ＰＬだけ移
動して計測基準点ＳＴを移動して画面中心に位置するよ
うにして（図７（３）参照）本サブルーチンを終了す
る。

【００３７】このように、本実施例では、中央制御装置
１２及び画像処理装置１４は、光学装置２０から離れた
遠隔地に配設され、光学装置２０を遠隔操作できるた
め、作業員を派遣することなく、複数点のレベル計測が
可能となる。従って、レベル計測毎に作業員を派遣する
ことなく、複数箇所を自動的に計測することができる。
また、局部的にレベル変動が経時的に発生するようなレ
ベル計測であっても、レベル計測毎に作業員を派遣する
ことなく、複数箇所を長期間に亘って定期的かつ自動的
に計測することができる。

【００３８】なお、本実施例では、計測基準点の重心位
置と計測点の重心位置との偏差からレベルを求めている
が、計測基準点及び計測点にスタッフ等の高さが記録さ
れた標尺を用いて、画像処理によってこの高さを表す数
字等を認識するようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
平方向に回転可能な回転台の回転及び回転台に設けられ
た望遠鏡の焦点距離の変更を複数の異なる所定位置につ
いて遠隔地から指示できるため、作業員や計測部位の各
所に派遣することがなく、複数の計測点を遠隔地から即
時的にかつ短時間で計測することができる、という効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】レベル計測装置の概略構成を示すブロック図で
ある。

【図２】（１）は光学装置の概略構成を示す外観正面図
である。（２）は（１）のＩ−Ｉ線矢視図（側面図）で
ある。

【図３】レベル計測を説明するためのイメージ図であ
る。

【図４】ティーチングの流れを示すフローチャートであ
る。

【図５】レベル計測の流れを示すフローチャートであ
る。

【図６】基準点補正の流れを示すフローチャートであ
る。

【図７】基準点補正の過程を示すイメージ図である。

【符号の説明】

１０レベル計測装置１２中央制御装置（制御装置）１４画像処理装置１６照明系制御装置１８光学系制御装置２０光学装置（カメラ）３８回転駆動部（回転台）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者板東量幸大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者西口正人大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (56)参考文献特開昭60−25413（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−156009（ＪＰ，Ａ) 特開平１−212079（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−76612（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−116215（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 1/00 - 1/02 G01C 5/00 G01C 15/00,15/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定位置に配置された標尺の水平位置を
読み取ることにより高さを計測するレベル計測器におい
て、水平方向に回転可能な回転台と、前記回転台に設け
られた望遠鏡の焦点距離を変更させる焦点変更装置と、
画像を検出するカメラと、前記回転台を回転させる指示
と前記望遠鏡の焦点距離を変更させる指示及び画像を検
出させる指示を複数の異なる前記所定位置について遠隔
地から行う制御装置と、前記複数の異なる前記所定位置
についての前記回転台の回転角度及び前記望遠鏡の焦点
距離を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とするレ
ベル計測装置。