JP3889116B2 - 傾斜角検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば測量機の本体に取り付けられ、本体の傾斜角を電気的に検出する傾斜角検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の傾斜角検出器として、例えば特開平２−４２３１０号公報により、上下方向に光を透過する円形の気泡管の上方に光を照射する投光部を設けると共に、受光量に比例した信号を出力する、矩形であって直線上に対向する２組の位置検出用受光素子を気泡管の下方に各々９０度ずつ位相をずらして放射状に配設し、且つ、気泡の像の影響を受けない位置に参照用受光素子を取り付けたものが知られている。このものでは、各組毎における位置検出用受光素子の受光量の差から気泡が基準点からどの程度ずれているかを求めて、傾斜角を演算する。尚、参照用受光素子の受光量から投光部の照射強度を検出して演算結果を補正している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の傾斜角検出器では、２組である４枚の矩形の位置検出用受光素子を相互に重ならないように放射状に配設するため、放射状の中心部分に位置検出用受光素子が存在しない不感部分が生じる。気泡の像の輪郭線が該不感部分に掛かると気泡の像の位置を正確に検出できなくなり、従って、気泡の像の輪郭線が不感部分に掛からないようにするため傾斜角の検出範囲が狭くなる。
【０００４】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、傾斜角の検出範囲を広くし得る傾斜角検出器を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、少なくとも上下方向に光を透過する円形の気泡管と、該気泡管に上下方向から光を照射する送光部と、気泡管を透過した光を受光し気泡管内の気泡に対応する画像信号を出力する画像センサと、該画像信号から気泡の中心位置を求め、所定の基準点と気泡の中心位置との距離から傾斜角を演算する演算処理部とを備えた傾斜角検出器において、上記演算処理部は、画像信号を複数方向からスキャンし、スキャン線が気泡の輪郭線と交差する２つの交点の座標を検出し、該検出座標からその中点の座標を各スキャン線について算出し、該中点の座標から気泡の中心位置を求めることを特徴とする。
【０００６】
画像センサによる画像信号から気泡の中心位置を求めるので、気泡の像が画像信号から外れない限り気泡の中心位置を求めることができ、従って傾斜角の検出範囲を広くすることができる。
【０００７】
尚、互いに直交する２方向から各々所定ピッチで連続して画像信号をスキャンし、１回のスキャンで得られる２カ所の交点の中点の位置を求め、直交する各方向毎に連続して求められる中点の位置から演算される２本の直線の交点を気泡の中心位置とすると、連続して求めた中点の位置を用いるので、１カ所の交点の座標に誤差等のエラーが生じても該エラーの影響を少なくすることができる。
【０００８】
ところで、気泡管を例えば測量機の本体に取り付ける際には、傾斜していない状態、すなわち水平状態で気泡の中心位置が基準点に一致するように調整して固定されているが、例えば調整ねじの狂い等の経時変化が要因となって、傾斜しない状態で基準点と気泡の中心位置とが一致しない状態になるおそれがある。そのため、上記演算処理部により求められた気泡の中心位置を、上記所定の基準点の位置として記憶する記憶手段を備え、必要に応じて基準点の位置を校正することが望ましい。
【０００９】
尚、気泡管の形状による制限や測量機等の構造に起因する制限により、傾斜角検出器の検出範囲が決まる。検出範囲を外れたスキャンは演算時間を不必要に長くするだけである。そこで、スキャンする範囲を設定し得るようにして、不必要なスキャンを行わなくてよいようにすることが望まれる。
【００１０】
気泡管内の温度が上がると内部の圧力が上がり気泡が小さくなる。ところが、気泡管内の圧力を一定にすると、温度が上がるにつれ気泡も膨張し、気泡の大きさと温度は一定の関係を有する。そこで、気泡管内の圧力を一定に保つ圧力調節手段を有すると共に、上記画像信号から気泡の大きさを求め、該気泡の大きさから温度を演算することができる。このようにして演算した温度は、例えば測量機であれば測量結果に対する補正に用いる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は円形の気泡管であり、透明なケーシング１０内にアルコールやエーテルからなる液体１１と気泡１２とが封入されている。また、該気泡管１に圧力調節手段である等圧機構５を設けた。等圧機構５の構造は図１の（ｂ）に示すように、ケーシング１０の底部であって、気泡管１の中心から可能な限り外側に離れた位置に筒状の開口１０ａを形成し、該開口１０ａをケーシング１０の内部からゴムの薄膜からなるシール５１で閉塞した。そして、開口１０ａ内に摺動自在のピストン５２を設けると共に、ばね５３の付勢力でピストン５２をシール５１に押接し、ケーシング１０内を一定の圧力に保持したまま気泡１２の膨張及び収縮を許容し得るようにした。気泡管１の上方には気泡管１に対して平行光線を照射する投光部２が設けられている。また、気泡管１の下方には投光部から照射され気泡管１を通過した光を受光し、気泡１２の像を画像信号に変換するＣＣＤ受光素子からなる画像センサ３が配設されている。尚、投光部２及び画像センサ３は図示しないが適宜の光学系を備えている。画像センサ３へ変換された画像信号は演算処理部４に入力される。
【００１２】
演算処理部４に画像信号が入力されると、演算処理部４は画像信号を所定の閾値により２値化する。図２に示すように、演算処理部４内には予め基準点Ｓを原点とするＸ−Ｙ直交座標が規定されている。該基準点Ｓの座標は演算処理部４内の記憶部４１に記憶されており、気泡管１が傾いていない状態で気泡１２の像Ｂの中心Ｃに一致するように予め設定されている。記憶部４１に記憶されている基準点Ｓの座標は外部からの操作により書き換えることが可能で、外部からの操作により気泡の像Ｂの中心Ｃの座標を基準点Ｓの座標として取り込むように構成されている。
【００１３】
画像信号を２値化すると、次にＹ軸に平行であって、互いに一定のピッチを存するスキャン線（・・・，Ｘ＝ｎ，Ｘ＝ｎ＋１，・・・，Ｘ＝ｎ＋ｍ，Ｘ＝ｎ＋ｍ＋１）で、スキャンする。本実施の形態の場合には図において左側から右側へと順次スキャンしていく。スキャン線Ｘ＝ｎに沿ってスキャンした場合には像Ｂの輪郭とスキャン線Ｘ＝ｎとは交差しないが、次のスキャン線Ｘ＝ｎ＋１に沿ってスキャンすると２つの交点Ｈｎ＋１，Ｌｎ＋１が生じる。両交点Ｈｎ＋１，Ｌｎ＋１のＹ座標を求め、平均すると両交点Ｈｎ＋１，Ｌｎ＋１の中点Ｍｎ＋１のＹ座標が求められる。該中点Ｍｎ＋１のＹ座標をＹｎ＋１とすると、スキャン線Ｘ＝ｎ＋ｍに沿ってスキャンして求められる中点Ｍｎ＋ｍのＹ座標Ｙｎ＋ｍまで、各スキャン線に沿ってスキャンして求められるｍ個の各中点のＹ座標の平均値を求める。該平均値をＹｃとすると、Ｙｃは、
Ｙｃ＝（（Ｙｎ＋１）＋・・・・＋（Ｙｎ＋ｍ））／ｍ
により求められる。尚、スキャン線Ｘ＝ｎ＋ｍ＋１に沿ってスキャンしても交点が生じないので、それ以上のスキャンは行わない。
【００１４】
同様にして、Ｘ軸に平行なスキャン線（・・・，Ｙ＝ｎ，・・・，Ｙ＝ｎ＋ｍ＋１）について、図において下方から上方に向かって順次スキャンし、各中点のＸ座標の平均値Ｘｃを求める。
【００１５】
そして、各平均値により規定される点を像Ｂの中心Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）とする。尚、該中心Ｃは２直線Ｃ１（Ｙ＝Ｙｃ），Ｃ２（Ｘ＝Ｘｃ）の交点である。上記実施の形態では、演算処理の簡素化のためにＸ軸及びＹ軸に平行な２方向に沿ってスキャンを行ったが、両座標軸に対して所定の角度で交わる互いに異なる２方向に沿ってスキャンを行い、各方向でのスキャンにより求められる中点を通る２本の直線を演算し、両直線の交点として中心Ｃの座標を求めるようにしてもよい。
【００１６】
また、例えば上記スキャン線Ｘ＝ｎ＋１に沿ってスキャンし交点Ｈｎ＋１，Ｌｎ＋１を得ると、中点Ｍｎ＋１を通りスキャン線Ｘ＝ｎ＋１に直角な直線（Ｃ１に相当する）に沿ってスキャンを行う。すると、そのスキャンで得られる中点を通り、かつそのスキャン方向に対して直角方向にスキャンし、交点を求める。この操作を数回繰り返すことにより収束する点を中心Ｃとしてもよい。また、像Ｂの輪郭線上の点の座標を３点以上求め、円の方程式から中心座標を演算してもよい。
【００１７】
中心Ｃの座標が求められると基準点Ｓと中心Ｃとの距離Ｌを求める。上記気泡管１について予め単位傾斜角での中心Ｃの移動距離Ｌｕを求めておき、その時点での傾斜角ａを、
ａ＝Ｌ／Ｌｕ
として求める。また、図２に示すθから傾斜方向を求めることができる。
【００１８】
上記気泡管１には等圧機構５が設けられているので、気泡１２は温度の上昇下降により膨張収縮する。各温度における直径Ｄの値を例えばテーブル値として上記記憶部４１に予め記憶させておく。一方、像Ｂの中心Ｃの位置と像Ｂの輪郭線上の１つまたは複数の点の座標から像Ｂの直径Ｄを求める。そして、演算により求めた直径Ｄを記憶部４１に記憶したテーブル値と照合すれば、そのときの温度を求めることができる。
【００１９】
尚、画像センサ３の大きさは、気泡の像Ｂの移動し得る範囲を完全に包含する大きさである必要があり、それ以上大きければ特に大きさを制限する必要はない。但し、スキャンする場合に、画像センサ３が大きいと無駄なスキャンをしなければならず、演算に時間を要する。そこで、図３に示すように、基準点Ｓを中心として所定の範囲Ｅを設定し、範囲Ｅの中でのみ上記のスキャンを行うようにした。該範囲Ｅは本発明の傾斜角検出器が取り付けられる測量機等の構造から定まる傾斜限界や気泡管１の測定可能限界等により決定されるもので、予め設定しておくが、傾斜角検出器を取り付けた後でも外部から設定し直し得るように構成されている。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、基準点近傍に不感領域が存在しないので、気泡の像を検出する範囲を従来のものより広く設定することができ、そのため傾斜角の検出範囲を広く設定できる。また、圧力調節手段を設けたことにより、外部温度の影響を気泡の大きさの変化として捉えることができ、外部温度の変化による誤差を補正することができ、かつ気泡の大きさから外部温度を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す図
【図２】画像処理の方法を説明する図
【図３】画像信号中のスキャン範囲を説明するための図
【符号の説明】
１ 気泡管
２ 投光部
３ 画像センサ
４ 演算処理部
５ 等圧機構
４１ 記憶部

Claims (5)

1. 少なくとも上下方向に光を透過する円形の気泡管と、該気泡管に上下方向から光を照射する送光部と、気泡管を透過した光を受光し気泡管内の気泡に対応する画像信号を出力する画像センサと、該画像信号から気泡の中心位置を求め、所定の基準点と気泡の中心位置との距離から傾斜角を演算する演算処理部とを備えた傾斜角検出器において、上記演算処理部は、画像信号を複数方向からスキャンし、スキャン線が気泡の輪郭線と交差する２つの交点の座標を検出し、該検出座標からその中点の座標を各スキャン線について算出し、該中点の座標から気泡の中心位置を求めることを特徴とする傾斜角検出器。
2. 互いに直交する２方向から各々所定ピッチで連続して画像信号をスキャンし、１回のスキャンで得られる２カ所の交点の中点の位置を求め、直交する各方向毎に連続して求められる中点の位置から各々演算される２本の直線の交点を気泡の中心位置とすることを特徴とする請求項１記載の傾斜角検出器。
3. 上記演算処理部により求められた気泡の中心位置を、上記所定の基準点の位置として記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の傾斜角検出器。
4. 上記スキャンする範囲を外部からの操作により変更し得るようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の傾斜角検出器。
5. 上記気泡管内の圧力を一定に保つ圧力調節手段を有すると共に、上記画像信号から気泡の大きさを求め、該気泡の大きさから温度を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の傾斜角検出器。

Images