JP3595022B2

JP3595022B2 - レーザ光線を利用した構真柱計測システム

Info

Publication number: JP3595022B2
Application number: JP12043895A
Authority: JP
Inventors: 知行北島
Original assignee: 北島大介
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JPH08313256A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、土木、建築等の分野において、構真柱設置工事における構真柱の鉛直度をレーザ光線を利用して計測する構真柱計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木建築構造物にとって、構真柱は非常に重要な意味をもち、１本の構真柱にかかる荷重は数百トンにもなるので、その鉛直度の僅かな狂いでもその影響は大なるものがあり、正確な鉛直度での設置が求められている。従来、構真柱設置工事におけるその鉛直度計測法として、下げ振りとＴＶカメラを内臓した測定管と、画像処理装置、及びコンピュータを組み合わせたもので、測定管の底部にＴＶカメラを内臓し、測定管の上部から吊るした下げ振りから発した光をＴＶカメラでとらえ、下げ振りの位置を画像処理するような、錘下げ振り方式が知られている。
【０００３】
また、他の方式として、レーザ受光器とレーザ発振器を内臓したレーザ管と、表示用パーソナルコンピュータを組み合わせたもので、上部に設置したレーザ発振器から発振されたレーザを下方に設置したレーザ受光器でとらえ、構真柱の鉛直度を受光座標値で表示するものが知られている。その場合、レーザ受光器とケーブル等で接続された外部表示手段に受光位置をＸ−Ｙ二次元座標で表示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方式において、下げ振り方式は装置が大がかりであると共に、下げ振りが安定するまでに非常に時間がかかり、且つ正確な精度が得にくいという問題がある。また、レーザ光線を利用した方式の場合は、レーザ発振器が上部に取付けられているので、構真柱設置作業において構真柱の鉛直度を出すのに、受光器のレーザポイントの座標の動きと実際の構真柱底部の動きが逆方向となり、しかもパーソナルコンピュータの画面を見ながら間接的に操作するため、水中ジャッキの誤操作を起し易いという問題点がある。
【０００５】
さらに、従来のレーザ光線を利用した方式の場合は、受光器の座標軸とジャッキの軸がずれていても、受光器が水中の深い位置にあるのでそれを確認することができず、その場合は正確な鉛直度を得ることができない問題がある。また、受光手段と外部表示装置とは別の位置にあるため、該方法では受光中心点の鉛直位置とのずれ具合が判断できるのみであり、表示位置に直接アクセスしてその位置を墨出し等の基準点にすることは出来ないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決し、構真柱設置工事において短時間に且つ正確に鉛直度を計測することができ、特に、受光器に表示されるレーザポイントの座標の動きと実際の構真柱底部の動きが同一の動きをして表示されて誤操作をするおそれがなく、また受光器の座標軸と水中ジャッキの軸のずれを目視しながら補正して一致させることができ、さらにジャッキ制御もリアルタイムで制御できるレーザ光線を利用した構真柱計測システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のレーザ光線を利用した構真柱計測システムは、レーザ管の中の底部に水密構造にレーザ発振器を取付け、上部に前記レーザ発振器に対向してレーザ受光器組立体を取り付けてなり、前記レーザ管を前記レーザ受光器組立体が上方に位置するように構真柱に平行に取り付けて、構真柱の鉛直度を計測するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
前記レーザ受光器組立体の望ましい構成として、レーザ光線を感知する光センサで構成された受光手段と受光位置を表示する表示手段とを有し、前記受光手段と前記表示手段が鉛直線上に一体的に固定され、前記受光手段で受光したレーザ光線の中心点を前記表示手段に表示するように構成する。前記受光手段のレーザ光線受光位置を検出してデータ処理を行いレーザ光線中心部を演算処理する演算処理部は、前記受光手段及び表示手段と共にハウジングに一体に設けても良く、別体の専用コントローラとして外部に設けても良い。別体の専用コントローラとして設ける場合、該専用コントローラに、構真柱を支えているジャッキを駆動制御する制御ユニットを連結することによって、前記レーザ受光位置に応じて前記ジャッキを制御して構真柱を自動的に鉛直に制御することができる。
【０００９】
【作用】
レーザ管の底部に設置されたレーザ発振器から鉛直方向に投光されたレーザ光線は、一定の面積をもって直進し、レーザ受光器組立体の受光手段によってその面積と位置が感知され、演算処理部でその位置をＸ−Ｙ座標に置換してその中心位置を求め、表示手段にその位置を表示する。従って、人為的によらず、演算処理によって中心点を求めるので、正確に中心点を求めることができる。また受光器組立体が上部にあるので目視でき、受光器組立体の座標軸と水中ジャッキの軸がずれている場合は直視しながら調整して容易に一致させることができる。
【００１０】
しかも本発明では、レーザ光線を受光している受光手段と表示手段の表示面とは同一鉛直上に座標原点を一致させることができ、その場合あたかもレーザ光線を直視した場合と同様に、表示手段に表示された中心位置が即実際の中心点と一致するので、受光位置が表示面に表示されると、該表示された座標位置が即基準点（墨出し位置）として利用できる。
【００１１】
そして、本発明では、構真柱の頭頂が墨出し位置にあり、構真柱の底部を変位させることによって構真柱を鉛直に調整することができるので、構真柱の底部の動きと表示面に表示されるレーザポイントの動きが同一となり、ジャッキを誤操作する心配がない。また、レーザ光線の受光位置の座標点を基に各水中ジャッキの駆動ストロークを演算することができるので、水中ジャッキの圧力と時間とストロークとの関係式に基づく演算プログラムを予め専用コントローラに格納しておけば、全て自動的に構真柱を鉛直に調整することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る構真柱計測システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施例に係る構真柱計測システムの模式図を示し、掘削孔内に構真柱の据付け工事における鉛直度を計測して鉛直に据付ける場合を示し、掘削孔内には泥水が流入している状態にある。図中、１が構真柱であり、該構真柱は本実施例では上部ジャッキ３及び下部ジャッキ４の２段のジャッキ群により掘削孔２内に立設保持されている。ジャッキ群は本実施例では油圧ジャッキからなる水中ジャッキが採用され、各段の水中ジャッキは図２に示すようにそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に一致するように互いに直角に配置された４個で構成されている。なお、図中５はスタンドパイプ、６は泥水をそれぞれ表している。
【００１３】
本実施例の構真柱鉛直度計測装置９は、図３に示すように、レーザ管１０の底部には水が進入しないように水密構造でレーザ発振器１１を、上部にレーザ受光器組立体２０を取り付けてある。レーザ発振器１１は、公知の小型のレーザ発振器が採用できるが、レーザ管が傾斜しても常に鉛直方向にレーザビームを発振できるように取り付けられている。
【００１４】
一方、レーザ受光器組立体２０は、レーザ管の上部フランジ１２にボルトナット等の取付具で着脱自在かつ水平度調節可能に取り付けられ、その具体的構造が図３（ｂ）の断面模式図に示されている。本実施例のレーザ受光器組立体２０は、レーザ光線の中心点を受光位置と同軸的に同位置で表示し、表示されたレーザ光線中心点を墨出し位置として利用することができるように、次のような特別な工夫がなされている。
【００１５】
即ち、本実施例に係るレーザ受光器組立体２０は、図３（ｂ）に示すように、プラスチック又は金属等の適宜の材料で形成された取付けフランジ２１を有するケーシング２２に、受光手段２３、表示手段としての液晶表示盤２４が一体に設けられて構成されている。前記ケーシングは、レーザ管に対して水平に設置できるように、複数本の調整ネジ２８及び必要に応じて水準器等任意の水平調節手段が設けられている。
【００１６】
受光手段２３は、ケーシング２２の下面に該ケーシング２２と一体成形又は別個に取付けられた円筒状又は多角形筒状のフード２６内に、多数の光センサをケーシング２２の下平面に配列してマトリック状に構成することによって、レーザ光線受光位置が正確に検出できる。なお、２７は微弱な光をカットするために設けられたフィルタである。
【００１７】
液晶表示盤２４は、受光手段２３で検知したレーザ光線の中心位置を、後述する演算処理手段で求めて液晶画面２５に表示するものであり、該液晶画面２５は図３（ｃ）に示すように、前記光センサマトリックスのＸ−Ｙ座標と同様なＸ−Ｙ座標面を有し、その座標原点が受光手段２３の座標原点と鉛直線上で一致する（即ち、共通のＺ軸を有する）ように設けられている。なお、受光手段と液晶画面の座標軸を鉛直線上で機械的に完全に一致させることは困難であるが、液晶画面の座標軸はプログラムによって電子的に設定されるものであるので、装置組立完了後にソフトウェアで座標軸を調整することによって、完全に一致させることが可能である。
【００１８】
演算処理手段は、本実施例では、別体の専用コントローラ３０として外部に設けられ、該専用コントローラ３０に、構真柱１を支えている水中ジャッキ群を駆動制御する油圧制御ユニット３２がシーケンサ３１を介して連結され、構真柱計測システムを構成している。即ち、本実施例の構真柱計測システムでは、Ｘ−Ｙ座標上で表される受光器組立体でのレーザビーム受光位置信号に基づいて、水中ジャッキの設置位置からその作動ストロークを演算する専用コントローラ３０と、シーケンサ３１及び水中ジャッキを制御する油圧ユニット３２とから構成され、構真柱の鉛直度を計測して、その計測信号を利用して自動的に前記水中ジャッキの駆動ストロークを制御して構真柱を鉛直に調節できるようになっている。
【００１９】
本実施例のレーザ光線を利用した構真柱計測システムは以上のように構成され、レーザ管１の底部に設置されたレーザ発振器から鉛直方向に投光されたレーザ光線１４は、一定の面積をもって直進し、レーザ受光器組立体２０のフィルタ２７を通って受光手段２３によってその面積と位置が感知される。受光手段２３は、レーザ光線１４のゆらぎ及びレーザ発振器１１とレーザ受光器組立体２０自体の振動等による誤差を少なくするために、レーザ光線１４を複数回計測し、計測した各位置及び大きさからその中心点の平均値を二次元座標に置換して最終値とし、それを受光手段と一体的に固定された液晶表示盤２４に表示される。
【００２０】
レーザ光線の受光中心点が表示されると該中心点の座標から各水中ジャッキの駆動ストロークが判る。従って、水中ジャッキの圧力と時間とストロークとの関係式に基づく演算プログラムを予め専用コントローラ３０に格納しておけば、自動的に水中ジャッキを駆動して、構真柱の鉛直度を調整することができる。なお、専用コントローラとして、演算処理手段、及び前記液晶表示盤と同様な表示手段を有するものを採用して、前記液晶表示盤に表示されたものと全く同じ画面を該専用コントローラに表示することによって、遠隔位置で該表示画面を見ながらリアルタイムで構真柱の鉛直度を調整することができる。
【００２１】
前記実施例の構真柱計測システムにより構真柱を鉛直に設置する一例が図４に示されている。
本実施例では、長さ４０ｍの構真柱に２０ｍのレーザ管が平行に取り付けられ、該構真柱を深さ１０ｍの位置で上部ジャッキ３が、深さ２０ｍの位置で下部ジャッキ４が支えている。測定の結果、受光位置が液晶画面に図４（ｂ）に示すように、Ｘ＝−２５ｍｍ、Ｙ＝２０ｍｍと表示された場合、該構真柱のＸ軸方向への倒れ角θｘはθｘ＝０．０７１６°である。従って、該構真柱を鉛直にするためには、Ｘ軸方向の上部ジャッキをストロークＬｘ_１＝１２．５ｍｍ、同様にＸ軸方向の下部ジャッキ４をストロークＬｘ_２＝２５．０ｍｍとなるように図４（ｂ）に矢印で示す方向に駆動することによって、Ｘ軸方向の傾きを直すことができる。同様にＹ軸方向の傾きを直すためには、Ｙ軸方向の上部ジャッキ３をストロークＬｙ_１＝１０．０ｍｍ、Ｙ軸方向の下部ジャッキ４をストロークＬｙ_２＝２０．０ｍｍとなるように図４（ｃ）に矢印で示す方向に駆動すれば良い。それにより、構真柱の底部の動きに合わせて、液晶画面に表示されるレーザポイントも同一方向に動き、レーザポイントが座標原点に位置したときに構真柱も鉛直になったことがわかる。
【００２２】
以上の動作を前記実施例では、全て自動的に行われるが、手動操作で行う場合は、表示手段を直接見ながら、ジャッキをリアルタイムで操作することによって、簡単に鉛直にすることができる。以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限るものでなく、その技術思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、レーザ受信器組立体としては、前記実施例のように、受光手段と表示手段が一体に構成されたものの他に、受光手段のみからなり、表示手段と演算処理手段が別体に構成されているもの、あるいは受光手段と演算処理手段及び表示手段が一体に構成されたもの等が採用できる。なお、表示手段として、液晶表示盤に限らずＣＲＴ等も採用できるが、小型軽量に構成するためには液晶表示盤が好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のレーザ光線を利用した構真柱計測システムによれば、構真柱設置工事において熟練を要することなく、短時間に且つ正確に容易に鉛直度を計測することができ、従来と比べて高い精度で鉛直度に構真柱を短時間に設置することができる。また、装置全体が小型軽量に形成きるので、工事現場に搬入し手軽に使用することができ、取扱が容易である。
【００２４】
受光手段と表示手段とは座標原点を一致させているので、表示手段に表示された中心位置が即実際の中心点と一致し、表示された座標位置が即基準点（墨出し位置）として利用できる。
【００２５】
特に、構真柱の頭頂が墨出し位置にあり、構真柱の底部を変位させることによって構真柱を鉛直に調整することができるので、構真柱の底部の動きと表示面に表示されるレーザポイントの動きが同一方向となり、ジャッキを誤操作するおそれがなく、また受光器の座標軸とジャッキの軸がずれても目視しながら一致させることができ、ジャッキ制御もリアルタイムで制御できる。
【００２６】
また、請求項４の構成によれば、前記レーザ受光位置に応じて自動的にジャッキを制御して、全て自動的に構真柱を鉛直に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る構真柱計測システムによる構真柱の設置工事を示す模式図である。
【図２】その平面模式図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施例に係る構真柱計測システムの模式図であり、（ｂ）は受光器組立体の断面図であり、（ｃ）は液晶表示画面を示している。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の構真柱計測システムにより構真柱を鉛直に設置する場合の説明図である。
【符号の説明】
１構真柱３上部ジャッキ
４下部ジャッキ９構真柱鉛直度計測装置
１０レーザ管１１レーザ発振器
１４レーザ光線２０レーザ受光器組立体
２３受光手段２４液晶表示盤
２６フード３０専用コントローラ
３１シーケンサ３２油圧制御ユニット

Claims

レーザ管の中の底部に水密構造にレーザ発振器を取付け、且つ上部に前記レーザ発振器に対向してレーザ受光器組立体を取り付けてなり、前記レーザ管を前記レーザ受光器組立体が上方に位置するように構真柱に平行に取り付けて、構真柱の鉛直度を計測するように構成してなり、前記レーザ受光器組立体が、レーザ光線を感知する光センサで構成された受光手段と受光位置を表示する表示手段とを有し、前記受光手段と前記表示手段が鉛直線上に一体的に固定され、前記受光手段で受光したレーザ光線の中心点を前記表示手段に表示するようにしてなることを特徴とするレーザ光線を利用した構真柱計測システム。
前記受光手段のレーザ光線受光位置を検出してデータ処理を行いレーザ光線中心部を演算処理する演算処理部が、前記受光手段及び表示手段と共にハウジングに一体に設けられている請求項１に記載の構真柱計測システム。
前記受光手段のレーザ光線受光位置を検出してデータ処理を行いレーザ光線中心部を演算処理する演算処理部が、別体の専用コントローラとして外部に設けられ、該専用コントローラに、構真柱を支えているジャッキを駆動制御する制御ユニットが連結され、前記レーザ受光位置に応じて自動的に前記ジャッキを制御して、構真柱を鉛直にするようにした請求項１に記載の構真柱計測システム。