JP3078031B2 - 多点変位測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、鉄骨構造体の
梁の撓みを測定するとか、潜函工法における函体の沈下
姿勢を監視するとか、あるいは、埋め立て地のような軟
弱地盤における地盤沈下量を測定するなどのために用い
られる多点変位測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の変位測定装置としては、望遠鏡の
視準軸を、微動ネジあるいは補正板（コンペンセータ
ー）などにより自動的に水平に導くことができるように
構成された装置、いわゆるレベルが用いられ、そのレベ
ルにより、上述した梁や函体などに取り付けられた標尺
付きのターゲットの中心位置といった被測定対象物の特
定箇所を視準し、基準位置からの変位を測定していた。

【０００３】ところが、このような従来の変位測定装置
によれば、変位量を測定しようとするたびに、その変位
測定装置を設置した箇所までいって視準する必要があ
り、不便であった。殊に、作業現場では、多数の箇所に
ターゲットを取り付けて測定するのが実情であり、そし
て、各ターゲットそれぞれに対して変位測定装置を設置
し、各変位測定装置それぞれにおいて個別に視準する必
要があるため、被測定対象物における複数の特定箇所の
変位を同時的に測定しようとした場合に、各変位測定装
置それぞれに最低でも１人の人間が、すなわち、その測
定数に見合っただけの人数の作業者が必要になり、人手
を要して不経済になる欠点があった。

【０００４】また、データの採取にあっては、各作業者
が目で視準してメモ帳などに記入しており、視準操作ミ
スやデータの記入ミスなどが発生しやすく、変位の測定
精度が低下する欠点があった。

【０００５】そこで、レベルの接眼部に小型のＣＣＤカ
メラを取り付け、特定箇所の画像を撮像するとともに、
その画像信号を画像処理手段によって処理し、必要な時
に、必要なデータを自動的に取り込むことができるよう
にして、人手少なく変位を測定できる技術を先に提案し
た（特開平２−１０２４０６号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
改良した従来例の場合でも、数１０点〜数百点にもおよ
ぶ多数の箇所の変位を測定するときに、多数の変位測定
装置が必要になって金額的に高価になり、また、それら
の多数の変位測定装置を設置するとともに設置スペース
を確保するために手間を要する欠点があった。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、多数の被測定対象物における特定箇所
の変位を、手間少なく、かつ、安価にして良好に測定で
きるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の多点変位測定装
置は、上述のような目的を達成するために、整準台に鉛
直軸芯周りで水平回転可能にかつ水平方向の軸芯周りで
上下回転可能に支持台を設け、前記支持台を鉛直軸芯周
りで水平回転駆動する水平回転駆動機構を設けるととも
に、前記支持台を水平方向の軸芯周りで上下回転駆動す
る上下回転駆動機構を設け、前記整準台に対する前記支
持台の基準位置からの水平回転量を計測する水平回転量
検出器を設けるとともに、前記整準台に対する前記支持
台の水平位置からの上下回転量を計測する上下回転量検
出器を設け、前記支持台に、被測定対象物の特定箇所を
視準するレベルを設けるとともに、そのレベルに、視野
内の画像を撮像して画像信号を出力する撮像手段を付設
し、かつ、前記撮像手段に、前記被測定対象物の特定箇
所の前記視野に対する位置を画像処理により判別する画
像処理手段を付設するとともに、その画像処理手段で判
別された前記被測定対象物の特定箇所の前記視野に対す
る位置を数値化する数値化手段を設け、多数の被測定対
象物の特定箇所を所定の順に視準し、各特定箇所それぞ
れにおいて計測された水平回転量および上下回転量を記
憶する記憶手段と、その記憶手段に記憶させた水平回転
量および上下回転量に基づき、各被測定対象物それぞれ
に対して最初に視準した姿勢になるように前記水平回転
駆動機構および前記上下回転駆動機構を自動的に作動す
る制御手段と、各特定箇所それぞれに対する２回目以降
の視準に伴って画像処理手段により判別した視野に対す
る位置と最初の位置とを比較して変位量を算出する変位
量算出手段とを備えて構成する。

【０００９】

【作用】本発明の多点変位測定装置の構成によれば、多
数の被測定対象物を視準できる任意の位置に、整準台が
水平姿勢となるようにレベルを設置し、梁や函体などに
取り付けた多数のターゲットそれぞれに対して、ターゲ
ットの中心位置といった被測定対象物の特定箇所がレベ
ルの視野の中心などにくるように、整準台に対して支持
台を水平回転したり上下回転したりして視準し、その視
準終了後の水平回転量および上下回転量それぞれを水平
回転量検出器および上下回転量検出器から読み取って記
憶する。そして、数時間とか一日間といった所定の周期
を経た２回目以降は、制御手段により水平回転駆動機構
および上下回転駆動機構を自動的に作動し、各被測定対
象物それぞれに対して、読み取った水平回転量および上
下回転量それぞれに基づき、整準台に対して支持台を水
平回転したり上下回転したりして最初に視準した姿勢に
し、その状態での各被測定対象物の特定箇所の視野に対
する位置を画像処理手段で画像処理することにより判別
させ、その位置を数値化手段により数値化し、その数値
化された値を記録し、変位量算出手段によって、２回目
以降の視野に対する位置と最初の位置とを比較して変位
量を自動的に算出し、所定周期後における多数の被測定
対象物の特定箇所の変位量を知ることができる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明に係る多点変位測定装置の
実施例を示す一部切欠全体側面図である。

【００１１】この図において、１は、水平確認用の気泡
管２を備えた整準台を示し、その整準台１に鉛直方向に
支持軸３が設けられるとともに、支持軸３にボールベア
リング４…を介して鉛直軸芯Ｐ１周りで水平回転可能に
回転台５が設けられている。

【００１２】回転台５には、コの字状のブラケット６が
設けられ、そのブラケット６に水平方向の軸芯Ｐ２周り
で上下回転可能に支持台７が設けられるとともに、支持
台７に、梁や函体などに取り付けられた標尺付きのター
ゲット８（図３参照）の中心位置Ｇといった被測定対象
物の特定箇所を視準するレベル９が設けられ、そのレベ
ル９の接眼レンズ１０に、視準した視野内の画像を撮像
して画像信号を出力するＣＣＤ（電荷結合デバイス）１
１が付設され、被測定対象物の特定箇所を視準してレベ
ル９によって撮像された画像と、レベル９の内部に示さ
れた基準位置と比較するための視準線（ヘアーライン）
とを合成した状態の画像の画像信号を電荷の転送によっ
て出力できるように構成されている。上述のようなＣＣ
Ｄ１１に代えて、バケットブリケードデバイス（ＢＢ
Ｄ）などの各種の撮像手段を用いることができる。

【００１３】回転台５の水平方向の外周面には大径ギヤ
１２が取り付けられ、一方、整準台１に、水平回転駆動
機構としての正逆転可能な第１のパルスモータ１３が設
けられるとともに、その第１のパルスモータ１３のモー
タ軸１３ａに取り付けられた小径ギヤ１４が大径ギヤ１
２に咬合され、第１のパルスモータ１３に印加されたパ
ルス電圧に応じた量だけ回転台５を鉛直軸芯Ｐ１周りで
水平回転駆動できるように構成されている。

【００１４】回転台５の下向き面には、鉛直軸芯Ｐ１を
中心とする所定径の仮想円に沿うように、所定ピッチで
突起１５…が並設され、一方、整準台１に、投光器と受
光器とを備えた水平回転量検出器としての第１の反射形
光学センサ１６が設けられ、前記突起１５…側に光を投
射するとともに反射した光を受け、その投受光の時間差
から突起１５…の個数を計測し、その計測した個数に基
づいて回転台５の水平回転量を計測するように構成され
ている。水平回転量検出器としては、透過形の光学セン
サとかホール素子を利用した磁気センサなど各種の手段
が適用できる。

【００１５】支持台７に一体の水平方向を向いた支持軸
７ａと、ブラケット６に設けられた上下回転駆動機構と
しての正逆転可能な第２のパルスモータ１７とがベベル
ギヤ機構１８を介して連動連結され、第２のパルスモー
タ１７に印加されたパルス電圧に応じた量だけ支持台７
を水平方向の軸芯Ｐ２周りで上下回転駆動できるように
構成されている。

【００１６】また、支持台７の横側面の所定箇所に、水
平方向の軸芯Ｐ２を中心とする仮想の円弧に沿うよう
に、所定ピッチで突起１９…が並設され、一方、整準台
１に、投光器と受光器とを備えた上下回転量検出器とし
ての第２の反射形光学センサ２０が設けられ、前記突起
１９…側に光を投射するとともに反射した光を受け、そ
の投受光の時間差から突起１９…の個数を計測し、その
計測した個数に基づいて支持台７の水平位置からの上下
回転量を計測するように構成されている。上下回転量検
出器としては、透過形の光学センサとかホール素子を利
用した磁気センサなど各種の手段が適用できる。

【００１７】前記ＣＣＤ１１には、レベル９の視野内の
画像を表示する補助モニター２１が付設され、設置初期
において、この補助モニター２１を見ながら、レベル９
を水平回転ならびに上下回転し、各ターゲット８…を視
準し、その中心位置Ｇが視野内の所定箇所に位置するよ
うに設定できるように構成されている。

【００１８】また、整準台１には入力スイッチ２２が設
けられ、上述した位置設定完了後にＯＮすることによ
り、そのときに計測された水平回転量および上下回転量
それぞれを後述するマイクロコンピュータ２３に取り込
んで記憶できるようになっている。

【００１９】また、ＣＣＤ１１には、図２のブロック図
に示すように、ターゲット８の中心位置Ｇの視野に対す
る位置を画像処理により判別する画像処理手段２４が接
続されている。

【００２０】マイクロコンピュータ２３には、数値化手
段２５と変位量算出手段２６と水平回転用パルス数算出
手段２７と上下回転用パルス数算出手段２８と記憶手段
２９とが備えられ、数値化手段２５と変位量算出手段２
６とが第１のゲート３０を介して接続されるとともに数
値化手段２５と記憶手段２９とが第２のゲート３１を介
して接続されている。

【００２１】数値化手段２５には画像処理手段２４が接
続され、画像処理手段２４で判別された被測定対象物の
特定箇所の視野に対する位置を、ｘ−ｙ座標系で二値化
するようになっている。

【００２２】水平回転用パルス数算出手段２７に第１の
反射形光学センサ１６が接続されるとともに上下回転用
パルス数算出手段２８に第２の反射形光学センサ２０が
接続され、また、入力スイッチ２２からの指令信号が、
水平回転用パルス数算出手段２７、上下回転用パルス数
算出手段２８および第１のゲート３０それぞれに入力さ
れるようになっており、補助モニター２１で確認しなが
らレベル９を水平回転ならびに上下回転させ、各ターゲ
ット８…それぞれをレベル９の視野内の所定箇所に位置
させるように視準し、その状態で入力スイッチ２２を押
すことにより、そのときのレベル９の基準位置からの水
平回転量と水平位置からの上下回転量それぞれとを第１
および第２のパルスモータ１３，１７それぞれに対して
付与するパルス数に換算して記憶手段２９に記憶させる
とともに、第１のゲート３０を開き、ターゲット８の中
心位置Ｇのｘ−ｙ座標上の数値を記憶手段２９に記憶さ
せるようになっている。

【００２３】記憶手段２９には、起動スイッチ３２によ
って作動されるタイマ３３が接続され、このタイマ３３
において、例えば、１２時間とか１日など、所定の周期
を設定することにより、所定周期ごとに記憶手段２９に
変位量計測開始信号を入力し、先に手動で視準したとき
に記憶した所定数のパルス信号を第１および第２のパル
スモータ１３，１７それぞれに対する第１および第２の
ドライバ３４，３５に出力し、レベル９を自動的に最初
に各ターゲット８…それぞれを視準した姿勢になるよう
に水平回転ならびに上下回転して順に初期設定した位置
で視準するようになっている。水平回転用パルス数算出
手段２７、上下回転用パルス数算出手段２８、記憶手段
２９、第１および第２のドライバ３４，３５から成る構
成をして、ターゲット８…それぞれに対して最初に視準
した姿勢になるように第１および第２のパルスモータ１
３，１７を作動する制御手段３６と称する。

【００２４】そして、最初に視準した姿勢になった後
に、記憶手段２９から変位量算出手段２６にターゲット
８の中心位置Ｇのｘ−ｙ座標上の初期の数値を入力する
とともに、第２のゲート３１に変位量算出信号を出力
し、第２のゲート３１を開いて視準されたターゲット８
の画像を数値化したｘ−ｙ座標上の数値を変位量算出手
段２６に入力し、そのｘ，ｙそれぞれの差に基づいて変
位量を算出し、その変位量をモニタ３７に表示したり、
磁気ディスクなどの記録手段３８に記録したりするよう
になっている。

【００２５】次に、変位量の測定動作につき、図３の概
略平面図、図４の概略フロー図、および、図５の視野の
正面図を用いて説明する。先ず、鉄骨構造体の梁とか、
潜函工法における函体などの構造体Ｋの所定箇所に所定
間隔を隔ててターゲット８…を取り付けておき、それら
の全てのターゲット８…を視準できる場所に、整準台１
が水平になるようにレベル９を設置する。

【００２６】その後に、各ターゲット８…それぞれに対
して個別にレベル９を手動操作して、ターゲット８の中
心位置Ｇがレベル９の視野内の所定箇所に位置するよう
に視準し（Ｓ１）、入力スイッチ２２をＯＮして（Ｓ
２）画像を取込み（Ｓ３）、２値化してターゲット８の
中心位置Ｇの初期値ｘ₁ ，ｙ₁ の値を求める（Ｓ４）。

【００２７】次いで、レベル９の視準姿勢である、第１
および第２の反射形光学センサ１６，２０で計測された
水平回転量と上下回転量、ならびに、ステップＳ４で求
めたターゲット８の中心位置Ｇの初期値ｘ₁ ，ｙ₁ を記
憶手段２９に記憶させる（Ｓ５）。

【００２８】全ターゲット８…に対する手動による視準
を終了した（Ｓ６）後、起動スイッチ３２をＯＮしてお
き、それに伴い、タイマ３３で設定された所定周期ごと
に指令信号を出力し（Ｓ７）、全ターゲット８…を順に
前述した初期の視準姿勢で自動的に視準して（Ｓ８）画
像を取り込み（Ｓ９）、２値化してターゲット８の中心
位置Ｇのｘ−ｙ座標系上のｘ₂ ，ｙ₂ の値を求める（Ｓ
１０）。

【００２９】その計測値ｘ₂ ，ｙ₂ と初期値ｘ₁ ，ｙ₁
とを変位量算出手段２６に入力して比較し、補正を加え
て変位量を算出する。

【００３０】すなわち、レベル９の視野における画面上
の座標系を、図５の（ａ）に示すように、左上の隅部を
原点（０，０）とし、そして、右下の隅部を(511，479)
とし、図５の（ｂ）に示すように、例えば、沈下傾向に
あれば、予めターゲット８の中心位置Ｇが視野の上方側
に位置するように視準するといったように視野内の所定
箇所に位置するようにして視準し、その初期値ｘ₁ ，ｙ
₁ の値を求める。

【００３１】このとき、視野内のターゲット８ａの３点
Ａ，Ｂ，Ｃのｘ−ｙ座標系上のｘ，ｙの値の差からＡ−
Ｂ，Ａ−Ｃそれぞれの座標巾ｎ，ｍを求める。そして、
ターゲット８のそれらに対応する実測値ｂ，ａを測定
し、座標一目盛りに相当するｘ方向およびｙ方向それぞ
れでの実際の長さ〔ｂ／ｎ，ａ／ｍ〕を求めておく。

【００３２】所定周期ごとにターゲット８の中心位置Ｇ
のｘ−ｙ座標系上のｘ₂ ，ｙ₂ の値を求めた後には、計
測値ｘ₂ ，ｙ₂ と初期値ｘ₁ ，ｙ₁ との差を計算すると
ともに、上記一目盛り相当分の実際の長さ〔ｂ／ｎ，ａ
／ｍ〕により補正を加え、 ｘ＝（ｘ₂ −ｘ₁ ）・ｂ／ｎ、ｙ＝（ｙ₂ −ｙ₁ ）・ａ／ｍ としてｘ方向およびｙ方向それぞれでの実際の変位量を
算出する。

【００３３】上述したモニタ３７や記録手段３８など
は、現場事務所などに設置しておき、鉄骨梁の撓みや、
潜函工法において沈下させる函体の沈下レベル、すなわ
ち、変位を測定するときに、初期においてのみレベル９
を手動操作するだけで、以降の変位量の測定を現場事務
所などの所望の場所で便利に行うことができる。

【００３４】本発明の多点変位測定装置としては、整準
台１に水平方向の軸芯Ｐ２周りで上下回転可能に回転台
を設け、その回転台に、水平姿勢にある状態での鉛直軸
芯Ｐ１周りで水平回転可能に支持台７を設け、その支持
台７にレベル９を設けて構成するものでも良く、要する
に、整準台１に鉛直軸芯周りで水平回転可能にかつ水平
方向の軸芯周りで上下回転可能に支持台７を設ける構成
のものであれば良い。

【００３５】

【発明の効果】本発明の多点変位測定装置によれば、整
準台に対して支持台を水平回転ならびに上下回転できる
から、１台の装置であっても１人で多数の被測定対象物
を上下方向の広い範囲にわたって視準でき、従来のよう
な被測定対象物の個数に応じただけの台数の装置を備え
ずに済んで安価にできるとともに人手を少なくできて経
済的であるのみならず、上下方向の大きな変位をも良好
に測定できる。 しかも、支持台の水平回転量および上下
回転量をそれぞれの検出器で計測するから、そのときの
計測値を記憶することにより、最初の視準姿勢を常に適
切に得て、変位量を良好に測定することができる。 更
に、支持台を鉛直軸芯周りで水平回転するとともに水平
方向の軸芯周りで上下回転して、最初に多数の被測定対
象物それぞれの特定箇所がレベルの視野の中心にくるよ
うに視準するだけで、２回目以降は、自動的に最初の姿
勢にできるとともに、変位量算出手段によって、所定周
期後における多数の被測定対象物の特定箇所の変位量を
自動的に知ることができるから、上下方向で広範囲の変
位があっても、多数の被測定対象物における特定箇所の
変位をより一層手間少なく測定できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】一部切欠全体側面図である。

【図２】全体の概略構成を示すブロック図である。

【図３】適用例を示す概略平面図である。

【図４】変位量の測定動作を示す概略フロー図である。

【図５】視野の正面図である。

【符号の説明】１…整準台 ７…支持台 ８…被測定対象物としてのターゲット ９…レベル １１…撮像手段としてのＣＣＤ １３…水平回転駆動機構としての第１のパルスモータ １６…水平回転量検出器としての第１の反射形光学セン
サ １７…上下回転駆動機構としての第２のパルスモータ ２０…上下回転量検出器としての第２の反射形光学セン
サ ２４…画像処理手段 ２５…数値化手段 ２６…変位量算出手段 ２９…記憶手段 ３６…制御手段 Ｐ１…鉛直軸芯 Ｐ２…水平方向の軸芯 Ｇ…ターゲットの中心位置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整準台に鉛直軸芯周りで水平回転可能に
   かつ水平方向の軸芯周りで上下回転可能に支持台を設
   け、前記支持台を鉛直軸芯周りで水平回転駆動する水平
   回転駆動機構を設けるとともに、前記支持台を水平方向
   の軸芯周りで上下回転駆動する上下回転駆動機構を設
   け、前記整準台に対する前記支持台の基準位置からの水
   平回転量を計測する水平回転量検出器を設けるととも
   に、前記整準台に対する前記支持台の水平位置からの上
   下回転量を計測する上下回転量検出器を設け、前記支持
   台に、被測定対象物の特定箇所を視準するレベルを設け
   るとと６に、そのレベルに、視野内の画像を撮像して画
   像信号を出力する撮像手段を付設し、かつ、前記撮像手
   段に、前記被測定対象物の特定箇所の前記視野に対する
   位置を画像処理により判別する画像処理手段を付設する
   とともに、その画像処理手段で判別された前記被測定対
   象物の特定箇所の前記視野に対する位置を数値化する数
   値化手段を設け、多数の被測定対象物の特定箇所を所定
   の順に視準し、各特定箇所それぞれにおいて計測された
   水平回転量および上下回転量を記憶する記憶手段と、そ
   の記憶手段に記憶させた水平回転量および上下回転量に
   基づき、各被測定対象物それぞれに対して最初に視準し
   た姿勢になるように前記水平回転駆動機構および前記上
   下回転駆動機構を自動的に作動する制御手段と、各特定
   箇所それぞれに対する２回目以降の視準に伴って画像処
   理手段により判別した視野に対する位置と最初の位置と
   を比較して変位量を算出する変位量算出手段とを備えた
   ことを特徴とする多点変位測定装置。