JP3906640B2

JP3906640B2 - レーザ墨出し器の光線評価方法

Info

Publication number: JP3906640B2
Application number: JP2001049162A
Authority: JP
Inventors: 達也本田; 朋広安田; 国法中村; 一成吉村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002250626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はライン光やポイント光を出力するレーザ墨出し器の光線評価に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光の傾きを検出する方法として、カメラをレーザ光の光軸方向に移動させ、複数地点でレーザ光の画像を取り込み、取り込んだ画像の輝度分布の最大輝度位置を検出して、各画像間の最大輝度位置のずれから傾きを検出することがなされており、さらに特開平１１−２０４８７１号公報には、最大輝度位置に代えて、輝度分布波形を所定の輝度レベルで切った時に交わる２点間の中心位置を各画像において求めて、各画像間の中心位置のずれから傾きを検出することがなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、撮像された画像は撮像した画像の位置精度の影響下にあるために、得られたレーザ光の傾きについての精度はさほど高くない。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところはレーザ光の傾きを簡便に且つ高精度に測定することができるレーザ墨出し器の光線評価方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、位置関係がわかっている複数の撮像手段によってレーザ墨出し器から出力されるライン光と水平基準線とを同時に撮像し、画像処理手段に取り込んだ各撮像画像の輝度分布からライン光と基準線の各中心を求めてライン光の中心と基準線の中心とのずれ量を各撮像画像について求め、このずれ量からライン光の水平方向に対する傾きを上記画像処理手段で算出するにあたり、水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て左右方向に所定の間隔で並べるとともに水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て前後方向に所定の間隔で並べて、これら水平方向基準線として用いる水盛り管の水面とレーザ墨出し器から出力した水平ライン光とを同時に撮像して水平ライン光の水平に対する傾きとレーザ墨出し器からの水平ライン光の仰角とを上記画像処理手段で算出することに特徴を有している。ライン光と同時に基準線も同時に撮像するために、正確に且つ簡便にライン光の傾きを検出することができる。
【０００６】
この場合、撮像手段はバックライトで背後から照明された水盛り管の水面と水平ライン光とを同時に撮像するものを好適に用いることができ、さらにはバックライトとして拡散光を出力するものを好適に用いることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２及び図３はレーザ墨出し器１が出力する鉛直ライン光と水平ライン光の傾きを検出するための装置を示しており、鉛直ライン光用には基準線５として下端に錘５０を備えた下げ振りを用いて、レーザ墨出し器１から見て基準線５の背後となる位置に上下一対の撮像手段２，２を所定の上下間隔Ｈで配置している。なお、一対の撮像手段２，２は鉛直方向において同一のところに位置するように固定してあるが、各光軸はレーザ墨出し器１の方向に向けておくのが好ましい。そして、これら撮像手段２，２はその出力を図３に示すように映像信号切換器３０を介してコンピュータからなる画像処理手段３に入力する。
【０００８】
鉛直ライン光の評価について説明すると、上記撮像手段２，２によって鉛直ライン光と基準線（下げ振り）５とを同時に撮像すれば、その撮像画像は図４に示すように基準線５が影となった鉛直ライン光の画像となっている。この画像における鉛直ライン光の長手方向（上下方向）と直交する方向に切り出した画像の輝度分布を求めるとともに、該輝度分布から鉛直ライン光の中心位置Ａと基準線５の影５０の中心位置Ｂとを求める。
【０００９】
鉛直ライン光の中心位置は、輝度分布における最大輝度となっているところを選んでもよいが、影５０がこの中心に重なっていると、最大輝度の位置が左右にずれてしまうことになるために、たとえば図４(b)にも示すように所定の輝度レベル以上となっている範囲の中心を鉛直ライン光の中心位置Ａとするとよい。
【００１０】
同様に影５０の中心も、鉛直ライン光の像の範囲内において所定の輝度レベル以下となっている範囲の中心、もしくは輝度レベルが極端に変化する２点の中間点を影５０（基準線５）の中心位置Ｂとするとよい。
【００１１】
このようにして基準線５と鉛直ライン光との水平方向位置を撮像画像から求めることで、そのずれ量を測定することができ、さらに所定の上下間隔Ｈで並んでいる２つの撮像手段２，２での撮像画像における各ずれ量から図７に示すように、鉛直ライン光ＬＬの左右方向の傾き角を算出することができる。図１にこの処理のフローを示す。図７中の２５は撮像手段による撮像範囲を示している。
【００１２】
ただし、上下一対の撮像手段２，２が左右方向においてずれて配置されている虞があることから、上記傾き角の算出の前に、基準線５の位置を一致させる処理を行うことが望ましい。すなわち、各撮像手段２，２で撮像される画像中での夫々基準線５，５の位置は同じであるはずことから、任意の一台の撮像手段２で撮像した画像から検出した基準線５の位置を基準として、この基準線５に他の撮像手段２で撮像した画像から検出した基準線５の位置を合わせる補正を行うことで、撮像手段２，２の左右の位置ずれを補正し、この後、上記傾き角の算出を行うのである。図５はこの補正処理の概念を、図６はこの補正処理を加えた場合のフローを示している。
【００１３】
次に水平ライン光の評価については、図２及び図３に示すように分岐栓６４で３分岐された水盛り管６５で相互に接続されている３つの水平ライン検出装置６を設けている。各水平ライン検出装置６は、上端が大気に開放された水盛り管６の端末の管６６を固定したものであるとともに撮像手段２を設けたものであり、また図８に示すように、各水平ライン検出装置６には撮像手段２から見て管６６の背後となる位置にバックライト６７を設けてある。このバックライト６７は、管６６における水面（基準線）６０を明瞭に撮像することができるようにするために設けたものであるが、バックライト６７と管６６との間に光拡散板６８を配置して、拡散光で水面６０を照らすことができるようにしておくと、さらに明瞭に水面６０を撮像することができる。なお、図８においてαは管６６とレーザ墨出し器１とを結ぶ線と撮像手段２の光軸とがなす角度であり、該角度αが鋭角となるように水平ライン検出装置６を設置してある。、
そして、図９に示すように管６６に水平ライン光が照射されるスクリーン６９を取り付けて、このスクリーン６９に照射された水平ライン光ＬＬと基準線（水面６０）とを撮像手段２で同時に撮像して、図９に示すように該撮像画像から水平ライン光ＬＬと基準線６０との上下のずれ量Ｈｄを算出する。水平ライン光ＬＬの中心位置は上記鉛直ライン光の場合と同様にして検出すればよく、基準線（水面）６０は輝度変化のエッジでみればよい。
【００１４】
そして、図１０に示すように、左右に所定の間隔で並んでいる２台の水平ライン検出装置６，６から水平ライン光ＬＬの傾き角を算出することができ、さらにレーザ墨出し器１から見て前後に所定の間隔（Ｌ２−Ｌ１）で並んでいる２台の水平ライン検出装置６，６からレーザ墨出し器１が出力している水平ライン光の仰角を算出することができる。
【００１５】
前記鉛直ライン光のための基準線５を下げ振りで得ている場合、該下げ振りを光ファイバーで構成するとともに錘５０内に光源を内蔵させておき、該光源から出力されて光ファイバーに入った光が光ファイバーの外面から漏れるようにしておいてもよい。
【００１６】
この場合、撮像手段２によって撮像された画像は、図１１に示すように光っている基準線５０’がライン光に重畳されたものとなっていることから、輝度分布を求めた時、ゆるやかなピークとなっているところをライン光の中心位置Ａ、ライン光の線幅よりも細いために急峻なピークとなっているところを基準線５の中心位置とすればよい。
【００１７】
下げ振りを光ファイバーで形成するかわりにたとえば白色の糸を使用して、撮像手段２の背後から下げ振りを照明するようにしても、撮像画像中に明るい基準線５を得ることができる。
【００１８】
レーザ墨出し器１から上下方向に出力されるポイント光が鉛直上方もしくは鉛直下方に向けて出力されているかを評価するには、図１２に示すように、レーザ墨出し器１の上方に撮像手段２を設けるとともに、レーザ墨出し器１の下方に撮像手段２を設け、さらにこれら撮像手段２，２で上方へのポイント光ＰＬや下方へのポイント光ＰＬを撮像する時に同時に撮像することができる基準点を、ここでは光ファイバーで形成した下げ振り５を利用して設けている。すなわち、撮像手段２でポイント光ＰＬを撮影するにあたり、撮像手段２と墨出し器１との間に透明スクリーン２６を配するとともに、光ファイバーで形成した下げ振り５における透明スクリーン２６付近の位置の外面に切り込みを入れて、この切り込みから光が外部に出るようにしておき、透明スクリーン２６に映ったポイント光ＰＬと、上記切り込みから出た光（基準点）とを撮像手段２で同時に撮像するのである。
【００１９】
この場合、撮像手段２，２で撮像した画像は図１３(a)に示すようにポイント光５の像に隣接して光ファイバーからなる下げ振り５から漏れた光の像５１を備えたものとなっていることから、撮像画像から上記両像を通る方向で切り出した画像の輝度分布を求めて、図１３(b)に示すように輝度のピークとなっているところを夫々ポイント光ＰＬの中心位置Ａと基準点Ｂとする。
【００２０】
この時、下げ振り５とレーザ墨出し器１との水平方向間隔が既知であれば、この値と、レーザ墨出し器１と上下の撮像手段２，２までの距離と、上記中心位置Ａと基準点Ｂとの間の距離とから、ポイント光ＰＬの鉛直軸に対する傾き角を算出することができる。下げ振り５とレーザ墨出し器１との水平方向間隔が既知でない場合は、図１２に示すように、レーザ墨出し器１に近接した位置で撮像を行う撮像手段２’をさらに設けて、この撮像手段２’でのポイント光ＰＬの中心位置Ａと基準点Ｂとの間隔を求めれば、レーザ墨出し器１からのこれら３つの撮像手段２，２，２’までの距離を用いてポイント光ＰＬの傾き角（図１５中のβ）を算出することができる。
【００２１】
上記撮像手段２’は、上方の撮像手段２でポイント光ＰＬを撮像する時に退避させておかなくてはならないことがあるために、図１４に示すように、上方に位置する撮像手段２を上記撮像手段２’の位置までレール２８に沿って移動させることができるようにしてもよい。必要とする撮像手段の数を少なくすることができる。
【００２２】
基準線や基準点として下げ振りや水盛り管を用いたものを示したが、図１６に示すように、鉛直なライン光や水平なライン光、さらには鉛直方向上下に向けてポイント光を出力するように予め調整された装置（レーザ墨出し器）５９を用いてもよい。
【００２３】
また、画像処理手段３として、輝度分布波形内の輝度値を累積してその累積値（図１７中のＳ）をレーザ光のパワー値として算出表示することができるものを用いれば、レーザ墨出し器１のレーザ光の強度も含めた定量的な評価を行うことができる。
【００２４】
このほか、撮像手段２としては、テレビジョンカメラなどの撮像用のレンズ系を備えたもののほかに、基準線もレーザ光で得ている図１６に示すものの場合、レンズ系を備えていないものを用いてもよい。
【００２５】
さらに撮像手段２としては、レーザ墨出し器１が出力するレーザ光の波長（たとえば６３５ｎｍ）成分についての透過量が大であるフィルターを備えたものを用いることも好ましい。外乱光の影響を避けやすくすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、ライン光と同時に基準線も同時に撮像するために、基準線を絶対位置として撮像画像中のライン光の位置を評価することができるものであり、このために正確に且つ簡便にライン光の傾きを検出することができる。殊に水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て左右方向に所定の間隔で並べるとともに、水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て前後方向に所定の間隔で並べて、これら水平方向基準線として用いる水盛り管の水面とレーザ墨出し器から出力した水平ライン光とを同時に撮像して水平ライン光の水平に対する傾きとの水平ライン光の仰角とを上記画像処理手段で算出することから、水盛り管の端部の水面を水平方向基準線として水平ライン光の傾きを測定することができる上に、水平ライン光の仰角の測定も簡便に且つ容易に行うことができる。
【００２７】
また、撮像手段はバックライトで背後から照明された水盛り管の水面と水平ライン光とを同時に撮像するものを好適に用いることができ、さらにはバックライトとして拡散光を出力するものを好適に用いることができる。基準線とする水面を撮像画像から容易に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のフローチャートである。
【図２】同上の全体構成を示す側面図である。
【図３】同上の全体構成を示す平面図である。
【図４】(a)は撮像画像の説明図、(b)は輝度分布と中心の説明図である。
【図５】基準線の位置補正についての説明図である。
【図６】他例のフローチャートである。
【図７】鉛直ライン光と基準線と傾き角についての説明図である。
【図８】水平ライン評価装置を示しており、（ａ）は平面図、(b)は斜視図である。
【図９】同上の水盛り管の水面と水平ライン光の説明図である。
【図１０】水平ライン光と基準線と傾き角についての説明図である。
【図１１】別の例を示すもので、(a)は撮像画像の説明図、(b)は輝度分布と中心の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態の他例を示すもので、(a)は側面図、(b)は平面図である。
【図１３】(a)は撮像画像の説明図、(b)は輝度分布と中心の説明図である。
【図１４】同上の他例の側面図である。
【図１５】ポイント光と基準線と傾き角についての説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態のさらに他例を示すもので、(a)は側面図、(b)は斜視図である。
【図１７】レーザパワーの説明図である。
【符号の説明】
１レーザ墨出し器
２撮像手段
３画像処理手段
５基準線
６０基準線

Claims

位置関係がわかっている複数の撮像手段によってレーザ墨出し器から出力されるライン光と水平基準線とを同時に撮像し、画像処理手段に取り込んだ各撮像画像の輝度分布からライン光と基準線の各中心を求めてライン光の中心と基準線の中心とのずれ量を各撮像画像について求め、このずれ量からライン光の水平方向に対する傾きを上記画像処理手段で算出するにあたり、水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て左右方向に所定の間隔で並べるとともに水盛り管の端部をレーザ墨出し器から見て前後方向に所定の間隔で並べて、これら水平方向基準線として用いる水盛り管の水面とレーザ墨出し器から出力した水平ライン光とを同時に撮像して水平ライン光の水平に対する傾きとレーザ墨出し器からの水平ライン光の仰角とを上記画像処理手段で算出することを特徴とするレーザ墨出し器の光線評価方法。
撮像手段はバックライトで背後から照明された水盛り管の水面と水平ライン光とを同時に撮像するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ墨出し器の光線評価方法。
バックライトとして拡散光を出力するものを用いることを特徴とする請求項２記載のレーザ墨出し器の光線評価方法。