JP3978737B2

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Publication number: JP3978737B2
Application number: JP15532698A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 邦広林
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH11325891A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザー光による測定基準線や基準平面を形成することのできるレーザー測量機に係わり、特に、水平基準線及び基準平面のみならず、水平面に対して所定の角度傾斜した基準線や基準平面を形成することのできるレーザーレベル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の傾斜設定可能な回転レーザー装置には、レーザー投光部が自在に傾斜できる様に、ジンバル又は球面で支持される構造のものや、垂直軸及び水平軸上にレーザー投光部が支持されるものがある。
【０００３】
ここで図１０に基づいて、レーザー投光部が、球面で支持される構造のものを説明する。レーザー投光部９１００は、球面で支持されており、レーザー投光部９１００に設けられた回転照射部９２００から、レーザー光が基準平面上に回転照射される様に構成されている。なお回転照射部９２００は、モータ９２５０により駆動されている。
【０００４】
レーザー投光部９１００は、直交する２方向に伸びるアーム９３００（１方向が図示せず）をモータ９３５０により駆動される上下機構で上下させることにより、１方向又は２方向に傾斜可能に構成されている。このレーザー投光部９１００は、本体に形成された２個の傾斜センサ９４１０、９４２０とにより、整準されている。そしてレーザー投光部９１００は、整準された後に所定の方向に傾斜設定される。
【０００５】
この傾斜設定は、例えば、設定傾斜角度を直接、又は２個の傾斜センサ９４１０、９４２０の出力をモータのパルス数に換算し、演算された角度に基づいて、モータ９３５０を駆動させることにより設定することができる。なお、適宜の傾斜検出器を採用することができる。そして、レーザー投光部９１００を１方向のみ傾斜させれば、所定の方向に対する傾斜面を形成し、レーザー投光部９１００を２方向傾斜させれば、複合傾斜面を形成することができる。
【０００６】
次に図１１に基づいて、レーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成を説明する。垂直軸周りに回動する托架部９５００と、托架部９５００上の水平軸周りに回動するレーザー投光部９１００とから構成されている。
このレーザー投光部９１００上には、回転照射部９２００が設けられ、基準平面上にレーザー光を回転照射することができる。そして、レーザー投光部が球面で支持される構成と同様に、適宜の整準手段により整準されている。
【０００７】
レーザー投光部９１００が垂直軸及び水平軸上で支持される構成では、レーザー投光部９１００の回動方向が、傾斜方向と一致する様に托架部を水平軸回りに回転させ、この托架部の回転の後、レーザー投光部９１００を垂直軸回りに回転させ所定角度に傾斜させることにより、傾斜設定を行う様に構成されている。
【０００８】
なお複合傾斜面は、２方向の傾斜データから複合傾斜の方向と傾斜角を演算し、演算結果に基づいて決定された方向に傾斜させることにより形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレーザー測量機は、傾斜設定装置の回転軸が、理想的な任意の軸を中心に回転する場合には誤差を生じさせることはないが、現実には、円滑に回転させるための軸ガタが必要であり、軸ガタの角度の換算分が傾斜誤差となるという問題点があった。
【００１０】
従って、軸ガタによる傾斜誤差を小さくし、傾斜設定精度を高めることのできるレーザー測量機の出現が強く望まれていた。
【００１１】
更に、球面で支持される回転レーザー装置は、傾斜を設定するための基本的構造が簡単であるため、比較的精度の高い設定が可能であるが、設定勾配に構造的限界があるため、高勾配の設定には適さないという問題点があった。
【００１２】
また、垂直軸及び水平軸上で支持される回転レーザー装置は、高勾配の設定は比較的容易であるが、上述の様に、回転軸に多くの誤差が蓄積されるので、高い工作精度を要求され、コスト高となるという問題点があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、本体上を垂直軸周りに回動する托架部と、この托架部上にあり、前記垂直軸に直交する水平軸を回動部として回動するレーザー投光部を具備するレーザー装置本体であって、前記レーザー投光部に設けられ、前記水平軸と同軸方向にレーザー光を照射するための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、回動して前記水平軸に平行なレーザー平面を形成するための回動照射部と、前記托架部に設けられ、前記レーザー投光部より照射されたレーザー光を再び該レーザー投光部に反射させるための光路形成手段と、この光路形成手段に設けられた光軸の第１の補正をするための液体表面反射コンペンセータと、前記レーザー投光部に設けられ、光軸の第２の補正をするための角倍率縮小手段とを具備し、前記光路形成手段に照射されたレーザー光は、前記第１の補正の後、再び前記レーザー投光部に反射され、更に該レーザー投光部において前記第２の補正を行うことにより、前記回動照射部に向けて反射するレーザー光軸の、前記托架部と前記レーザー投光部の軸ガタによる誤差を補正することを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、前記托架部の傾きを検出するための傾斜センサを具備することもできる。
【００１５】
更に本発明の液体表面反射コンペンセータは、２軸方向の補正を行う光学手段を備えることもできる。
【００１６】
そして本発明は、前記液体表面反射コンペンセータと前記角倍率縮小手段とにより、前記回動照射部に向けてレーザー光軸を、水平軸と直交する方向に補正する構成にすることもできる。
【００１７】
また本発明は、前記液体表面反射コンペンセータの入射と出射の光路上に、前記角倍率縮小手段が配置する構成にすることもできる。
【００１８】
更に本発明の前記回動照射部は、回動を検出するための回転角検出器が設けられ、前記レーザー投光部の回動方向に往復走査のレーザー平面を形成する構成にすることもできる。
【００１９】
そして本発明の托架部には、垂直軸周りの回動を検出するための第１の回転角検出器が設けられ、前記レーザー投光部には、水平軸周りの回動を検出するための第２の回転角検出部が設けられている構成にすることもできる。
【００２０】
また本発明は、傾斜設定のデータと、前記第１の回転角検出部と、前記第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射する構成にすることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、托架部が本体上を垂直軸周りに回動し、レーザー装置本体は、托架部上にあり、垂直軸に直交する水平軸を回動部として回動するレーザー投光部を具備しており、レーザー投光部に設けられた光源部が、水平軸と同軸方向にレーザー光を照射し、レーザー投光部に設けられた回動照射部が、回動して水平軸に平行なレーザー平面を形成し、托架部に設けられた光路形成手段が、レーザー投光部より照射されたレーザー光を再び該レーザー投光部に反射させ、この光路形成手段に設けられた液体表面反射コンペンセータが、光軸の第１の補正を行い、レーザー投光部に設けられた角倍率縮小手段が、光軸の第２の補正を行い、光路形成手段に照射されたレーザー光は、第１の補正の後、再びレーザー投光部に反射され、更にレーザー投光部において第２の補正を行うことにより、回動照射部に向けて反射するレーザー光軸の、托架部とレーザー投光部の軸ガタによる誤差を補正することができる。
【００２２】
傾斜センサが、托架部の傾きを検出することもできる。
【００２３】
更に本発明の液体表面反射コンペンセータに備えた光学手段が、２軸方向の補正を行うこともできる。
【００２４】
そして本発明は、液体表面反射コンペンセータと角倍率縮小手段とにより、回動照射部に向けてレーザー光軸を、水平軸と直交する方向に補正することもできる。
【００２５】
また本発明は、液体表面反射コンペンセータの入射と出射の光路上に、角倍率縮小手段を配置することもできる。
【００２６】
更に本発明の回動照射部に設けられた回転角検出器が回動を検出し、レーザー投光部の回動方向に往復走査のレーザー平面を形成することもできる。
【００２７】
そして本発明の托架部に設けられた第１の回転角検出器が、垂直軸周りの回動を検出し、レーザー投光部に設けられた第２の回転角検出部が、水平軸周りの回動を検出することもできる。
【００２８】
また本発明は、傾斜設定のデータと、第１の回転角検出部と、第２の回転角検出部との角度検出に基づいて、所定方向の傾斜面にレーザー光を照射することもできる。
【００２９】
【実施例】
【００３０】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（原理）
【００３２】
ここで、本発明の原理について説明する。
【００３３】
「傾斜設定装置の回転軸ガタについて」
【００３４】
まず、回転軸ガタについて説明する。
【００３５】
図４に示す様に、Ｘ軸方向に回転軸７００が設置されており、第１のベアリング７１０と第２のベアリング７２０とにより、回動自在に軸止されている。そして、この回転軸７００（Ｘ軸）と直交する方向に、レーザー光が照射され、このレーザー照射光軸をＺ軸とする。
【００３６】
この回転軸７００のガタによる光学系の傾斜誤差は、図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ₁と、図６に示すＸＹ平面内誤差θ₂となる。
【００３７】
図５に示す様にＸＺ平面内誤差θ₁ は、回転軸７００が、原点を中心にＸＺ平面内で、角度θ₁だけ回転した場合である。この場合には、照射されるレーザー光は、Ｚ軸から倒れることになる。
【００３８】
レーザー装置では、Ｚ軸の直角方向に向けて回転照射されるため、Ｚ軸の倒れは、回転照射面の倒れとなる。例えば、水平面から傾いた平面が形成される。
【００３９】
次に図６に示す様に、ＸＹ平面内誤差θ₂ は、回転軸７００が、原点を中心にＸＹ平面内で、角度θ₂だけ回転した場合である。
【００４０】
軸ガタは、通常、ＸＺ平面内誤差θ₁ と、ＸＹ平面内誤差θ₂ との誤差を有しており、ＸＺ平面内誤差θ₁ をなくすためには、ＸＹ平面内誤差θ₂ もなくす必要がある。ＸＺ平面内誤差θ₁ のみを補正する構造の場合には、必ず、回転照射面の傾きとなる。
【００４１】
「液体表面反射コンペンセータの原理」
【００４２】
次に、液体表面反射コンペンセータ８００の原理を図７に基づいて説明する。液体表面反射コンペンセータ８００は、液体８１０と、アナモフィックプリズムビームエキスパンダー８２０と、ミラー８３０と、角倍率縮小部１４００とから構成されている。
【００４３】
液体８１０の表面は、常に水平となることから、液面がＹ軸を中心に角度αだけ傾いた場合には、液体８１０の表面を反射した後の光軸の傾き角をβ₁とすれば、
【００４４】
β₁＝２α ・・・・・・第１式
【００４５】
となる。
【００４６】
また、Ｘ軸を中心に角度αだけ傾いた場合には、液体８１０の表面を反射した後の光軸の傾き角をβ₂とすれば、
【００４７】
β₂＝ｃｏｓ^-1（ｃｏｓ²θｃｏｓ２α＋ｓｉｎ²θ）・・・・・第２式
【００４８】
となり、ＺＹ平面上で傾くことになる。ここで、θは、液体８１０の表面に対する液面入射角である。
【００４９】
そして、液体８１０の屈折率をηとすれば、液体８１０を通過して空気側に射出された光軸は、
【００５０】
β₁＝２αη ・・・・・・第３式
【００５１】
β₂＝η＊（ｃｏｓ^-1（ｃｏｓ²θｃｏｓ２α＋ｓｉｎ²θ））・・・第４式
【００５２】
だけ傾くことになる。
【００５３】
従って、液体８１０への入射角が２次元で異なる場合には、入射角と射出角では、その感度が異なる。
【００５４】
例えば、θ＝５０度、η＝１.４０３、α＝１０分として、第３式、第４式に代入すれば、
【００５５】
β₁＝２＊（１０分）＊１.４０３＝０.４６７６６
【００５６】
β₂＝１.４０３＊（ｃｏｓ^-1（ｃｏｓ²（５０度）ｃｏｓ２（２＊１０分）
＋ｓｉｎ²（５０度））＝０.３００６１
【００５７】
となり、
【００５８】
β₁／β₂＝１.５５５７倍・・・・第５式
【００５９】
の感度差を有している。
【００６０】
更に、液面入射角θに対して、β₁は、２.８０６倍の倍率となり、β₂は、１.８０３倍の倍率となる。
【００６１】
アナモフィックプリズムビームエキスパンダー８２０は、一方向のみに倍率がかかるので、第５式の感度倍率の方向に配置させ、最終的に、β₁：β₂＝１：１となる様に設定する。即ち、この場合には、アナモフィックプリズムビームエキスパンダー８２０の角倍率を１／（β₁／β₂）＝１／１.５５５７に設定することとなる。
【００６２】
以上の様に感度倍率等を設定すれば、Ｘ、Ｙ平面の２次元上における反射後の光軸は常に一定となり、Ｙ軸を中心に角度αだけ傾いた場合には、アナモフィックプリズムビームエキスパンダー８２０を通過した後の光軸は、全方向に対して、
【００６３】
２αη＊（１／（β₁／β₂））
＝２αη＊（１／１.５５５７）＝１.８０３α ・・・・・第６式
【００６４】
だけ、もとの光軸に対して傾くことになる。
【００６５】
この光束が、ミラー８３０により反射され、角倍率縮小部１４００（倍率１.８０３）を通過すると、図８に示す様に、ｆ₁：ｆ₂＝１.８０３：１により、
【００６６】
１.８０３α＊（１／１.８０３）＝α ・・・・・第７式
【００６７】
だけ傾きを補正する方向に傾くことになり、最終光軸は、常に液体表面の法線と平行となる。
【００６８】
従って、装置本体の傾きと関係なく、常に鉛直方向の光軸を設定することができる。
【００６９】
更に、この光軸をペンタプリズムにより９０度水平方向に偏向させ、この光を回動させることにより、一定な水平面を形成することができる。
【００７０】
「実施例」
【００７１】
「第１実施例」
【００７２】
本第１実施例のレーザー装置１００００は、図１に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１０００と、このレーザー装置本体１０００を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１０００は、自動整準部２０００に連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【００７３】
レーザー装置本体１０００は、図１に示す様に、垂直軸周りに回動して傾斜方向に向けるための托架部１０１０と、この托架部１０１０上にあり、鉛直軸に交わる水平軸周りに回動して傾斜を設定するためのレーザー投光部１０２０とから構成されている。
【００７４】
托架部１０１０は、モータ等の適宜の回動手段から構成された托架部駆動手段８１００により回動可能に構成されている。
【００７５】
更にレーザー投光部１０２０も、モータ等の適宜の回動手段から構成されたレーザー投光部駆動手段８２００により回動可能に構成されている。
【００７６】
また托架部１０１０は、光源部１１００と、第１の反射ミラー部１３７１と、第２の反射ミラー部１３７２と、第３の反射ミラー部１３７３と、第４の反射ミラー部１３７４と、液体表面反射コンペンセータ１３８０と、第１の回転角検出部１７００とを備えている。
【００７７】
そしてレーザー投光部１０２０は、光源部１１００と、対物レンズ１２００と、ミラー１３６０と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、第２の回転角検出部１８００とを備えている。
【００７８】
光源部１１００はレーザー光源であり、本実施例では、半導体レーザーが採用されているが、レーザー光を照射可能である素子であれば、何れの素子を使用することができる。
【００７９】
対物レンズ１２００は、光源部１１００からのレーザー光を平行光線とするためのものである。本実施例では、レーザー装置本体１０００の水平軸方向にレーザー光が照射される様に構成されている。
【００８０】
なお、レーザー投光部１０２０は、光源部１１００からのレーザー光の射出方向を中心軸として、回動自在に構成されている。従って、レーザー投光部１０２０は、水平方向と直交する面内で回転自在に取り付けられている。
【００８１】
対物レンズ１２００から射出されたレーザー光は、第１の反射ミラー部１３７１で鉛直下方に反射され、更に、第２の反射ミラー部１３７２で水平方向に反射されて、液体表面反射コンペンセータ１３８０に入射される様に構成されている。
【００８２】
また、液体表面反射コンペンセータ１３８０から射出されたレーザー光は、第３の反射ミラー部１３７３で鉛直上方に反射され、更に、第４の反射ミラー部１３７４で、水平方向に反射されてミラー１３６０に入射される様に構成されている。
【００８３】
ミラー１３６０の前後には、角倍率縮小部１４００が配置されている。角倍率縮小部１４００は、ミラー１３６０の後に配置する構成にすることもできる。図１の場合では、コンパクトに構成するためミラー１３６０を介して構成されている。
【００８４】
そしてミラー１３６０に入射されたレーザー光は、角倍率縮小部１４００で補正され、鉛直上方に反射される様に構成されている。
【００８５】
液面が水平になることを利用した液体表面反射コンペンセータ１３８０と、角倍率縮小部１４００とは、常に鉛直方向の光軸を形成するためのものである。
【００８６】
この液体表面反射コンペンセータ１３８０の原理は、上述の「液体表面反射コンペンセータの原理」に記載した通りである。
【００８７】
本第１実施例の液体表面反射コンペンセータ１３８０は、液体１３８１と、アナモフィックプリズム１３８２、１３８２とを備えている。液体１３８１は、ジメチルシリコンオイルが採用されているが、何れの液体を使用してもよい。アナモフィックプリズム１３８２は、Ｙｚ方向に１／１.５５５７倍の倍率を有し、Ｙｘ方向には、１倍の倍率となる。
【００８８】
そして、液体表面反射コンペンセータ１３８０全体では、Ｙｚ方向に２.８０６倍の倍率を有し、Ｙｘ方向には、１.８０３倍の倍率を有している。
【００８９】
また、第４の反射ミラー部１３７４とミラー１３６０との間と、ミラー１３６０の鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されている。
【００９０】
本第１実施例の角倍率縮小部１４００は、ｆ₁：ｆ₂＝１.８０３：１となっており、ＸＺ平面内誤差θ₁を１／１.８０３とするものである。なお、液体表面反射コンペンセータ１３８０の倍率に合わせて、１／Ｘとすることができる。
【００９１】
回転照射部１５００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、傾斜設定した基準平面上にレーザー光を回転照射させるためのものである。この回転照射部１５００には、ペンタプリズム１５１０が固定されており、回転照射部駆動手段８３００により回転可能に構成されている。レーザー光偏角部１３００により鉛直上方に反射されたレーザー光は、角倍率縮小部１４００を通過した後、ペンタプリズム１５１０に入射される。
【００９２】
ペンタプリズム１５１０に入射されたレーザー光は、反射されて９０度偏向されると共に、回転ヘッド１５００の回転に伴って、平面方向に回転照射される様に構成されている。従って、任意な方向の傾斜した平面内に、レーザー光を照射してレーザー基準面を形成することができる。
【００９３】
傾斜センサ１６００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とから構成されており、レーザー装置本体１０００の傾きを検出することができる。この傾斜センサ１６００は、傾きを検出することができるものであれば、何れのセンサを採用することができる。本実施例では、気泡管が採用されており、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０により、レーザー装置本体１０００の水平に対する傾きを検出することができる。
【００９４】
傾きを検出する傾斜センサ１６００として例えば、図２に示す様な気泡管を用いたセンサが利用できる。このセンサは、気泡管１６５０の上面に２つの電極１６５１、１６５２、下面に電極１６５３を配置し、気泡１６５０ａが気泡管の傾きに従って移動し、電極１６５１と電極１６５３間及び電極１６５２と電極１６５３間の静電容量Ｃ₁、Ｃ₂ の変化に変換し、これを検出することにより、気泡管１６５０の傾きθを求めるものである。
【００９５】
第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の垂直軸周り（水平方向）の回転角度を検出すると共に、傾斜方向の設定を行うためのものである。本実施例ではローター１７１０が、托架部１０１０に取り付けられており、このローター１７１０と対向する位置にステータ１７２０を配置し、ローター１７１０とステータ１７２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第１の回転角検出部１７００は、托架部１０１０の水平方向の回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００９６】
第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０に設けられ、水平軸周りの回転角度を検出するためのものである。本実施例ではローター１８１０が、レーザー投光部１０２０に取り付けられており、このローター１８１０と対向する位置にステータ１８２０を配置し、ローター１８１０とステータ１８２０との間の回転角を検出する様に構成されている。第２の回転角検出部１８００は、レーザー投光部１０２０の水平軸周りの回転角度を検出することが可能なものであれば、何れのセンサを使用することができる。
【００９７】
次に、図３（ａ）に基づいて本実施例の電気的構成を説明する。
【００９８】
本実施例は、托架部駆動手段８１００と、この托架部駆動手段８１００を制御駆動するための托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動手段８２００と、このレーザー投光部駆動手段８２００を駆動するためのレーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動手段８３００と、この回転照射部駆動手段８３００を駆動するための回転照射部駆動回路８３１０と、第１の回転角検出部１７００と、この第１の回転角検出部１７００からの信号を処理するための第１の信号処理回路１７３０と、第２の回転角検出部１８００と、この第２の回転角検出部１８００からの信号を処理するための第２の信号処理回路１８３０と、制御手段６０００と、設定手段８５００と、自動整準部２０００とから構成されている。
【００９９】
第１の回転角検出部１７００と第２の回転角検出部１８００の検出信号に基づき、制御手段６０００が、所定の方向にレーザー基準面を作成させる駆動量を演算し、托架部駆動回路８１１０と、レーザー投光部駆動回路８２１０と、回転照射部駆動回路８３１０とを介して、托架部駆動手段８１００とレーザー投光部駆動手段８２００と回転照射部駆動手段８３００とを駆動する様に構成されている。
【０１００】
なお、設定手段８５００が、所定のレーザー基準面を得るためのデータを設定する様になっている。例えば設定手段８５００が、２方向の複合傾斜を設定すれば、制御手段６０００が設定データに基づいた演算を行い、所定のレーザー基準面を形成させる。
【０１０１】
そして設定手段８５００は、基準データ設定手段に該当するものである。
【０１０２】
更に、回転照射部駆動手段８３００が第１の駆動手段に該当し、托架部駆動手段８１００が第２の駆動手段に該当し、レーザー投光部駆動手段８２００が第３の駆動手段に該当するものである。
【０１０３】
また、自動整準部２０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０のデータに基づき、制御手段６０００が、托架部１０１０の回転中心を鉛直方向と一致させる様にするものである。詳細は以下に説明する。
【０１０４】
以上の様に構成されたレーザー装置本体１０００は、水平又は鉛直方向にレーザー光線を走査させるものであり、水平出し、心出し、鉛直出し等を行うことができる。即ち、水平面内に走査されるレーザー光線を、測量対象上で検出し、その到達高さから水準測量等を行ったり、鉛直方向にレーザー光線を視光させて、地上の基準点を移行設定させることができる。
【０１０５】
自動整準部２０００は、整準台２１００と底板２２００とからなっており、整準台２１００は、３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００により上下動自在に支持されている。
【０１０６】
次に、自動整準部２０００の電気系統を図３（ｂ）に基づいて説明すると、第１の傾斜センサ１６１０と、第２の傾斜センサ１６２０と、制御手段６０００と、第１のモータ駆動手段７１００と、第２のモータ駆動手段７２００と、第３のモータ駆動手段７３００と、第１のモータ４３１０と、第２のモータ４３２０と、第３のモータ４３３０とからなっている。
【０１０７】
第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とは、直交する２軸方向の傾きを検出する様に設定され、レーザー装置本体１０００の傾きを検出するものである。
【０１０８】
第２の傾斜センサ１６２０と第１の傾斜センサ１６１０との検出により、托架部の回転中心を垂直に設定するものである。
【０１０９】
制御手段６０００は、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０の出力信号に基づき、整準台２１００を基準面に設定するために必要な整準ネジ２３００、２３００、２３００の変位量を演算するものである。即ち、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０とが検出した傾き角が、両方とも０度となる様な３個の整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量をそれぞれ計算するものである。
【０１１０】
制御手段６０００は、それぞれの整準ネジ２３００、２３００、２３００の移動量に相当する制御信号を、対応する第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００に送出する。第１、２、３のモータ駆動手段７１００、７２００、７３００は、図示せぬコネクタを介して制御手段６０００からの制御信号に基ずき、モータ４３１０、４３２０、４３３０を回動させるための電力を発生させる様になっている。
【０１１１】
モータ４３１０、４３２０、４３３０は、モータ駆動手段７１００、７２００、７３００から供給された電力により整準ネジ２３００、２３００、２３００を回動させ、整準台２１００の傾きを修正する。そして、第１の傾斜センサ１６１０と第２の傾斜センサ１６２０は、再び整準台２１００の傾きを検出し、フィードバック制御を行うことにより、レーザー装置本体１０００の鉛直軸を正確に鉛直に整準（基準面に設定）させることができる。なお、任意の２個の整準ネジのみを駆動する様に構成しても、整準が可能である。
【０１１２】
以上の様に構成された本実施例は、自動整準部２０００が採用されているので、観測者が平盤水準器を視認しながら、整準ネジ２３０、２３０、２３０を手動で操作することなく、レーザー装置本体１０００の鉛直軸の整準を自動的に行うことができる。
【０１１３】
そして托架部１０１０で支持するレーザー投光部１０２０の回転軸の軸ガタ、ＸＺ平面内の角度θ₁ 、ＸＹ平面内のθ₂ は、液体表面反射コンペンセータ１３８０と角倍率縮小部１４００により、補正相殺され、誤差のない所定の基準平面を作成することができる。
【０１１４】
なお、液体表面反射コンペンセータ１３８０と角倍率縮小部１４００との組み合わせによる補正系は、それ自身でレーザー装置本体１０００の傾きも補正することが可能である。それ程大きくない傾きを補正するのみであれば、自動整準部２０００を使用しない構成にすることもできる。
【０１１５】
「第２実施例」
【０１１６】
本第２実施例のレーザー装置２００００は、図９に示す様に、所定の方向に傾斜を設定することのできるレーザー装置本体１００１と、このレーザー装置本体１００１を水平に載置するための自動整準部２０００とから構成されている。レーザー装置本体１００１は、自動整準部２０００に対して連結されており、水平方向に回転自在に取り付けられている。
【０１１７】
またレーザー装置本体１００１は、光源部１１００と、対物レンズ１２００と、ミラー１３６０と、第１の反射ミラー部１３７１と、第２の反射ミラー部１３７２と、第３の反射ミラー部１３７３と、第４の反射ミラー部１３７４と、液体表面反射コンペンセータ１３８０と、第１の角倍率変換部１３９１と、第２の角倍率変換部１３９２と、角倍率縮小部１４００と、回転照射部１５００と、傾斜センサ１６００と、第１の回転角検出部１７００と、第２の回転角検出部１８００とが備えられている。
【０１１８】
対物レンズ１２００から射出されたレーザー光は、第１の反射ミラー部１３７１で鉛直下方に反射され、第１の角倍率変換部１３９１を通過した後、更に、第２の反射ミラー部１３７２で水平方向に反射されて、液体表面反射コンペンセータ１３８０に入射される様に構成されている。
【０１１９】
また、液体表面反射コンペンセータ１３８０から射出されたレーザー光は、第３の反射ミラー部１３７３で鉛直上方に反射され、第２の角倍率変換部１３９２を通過した後、更に、第４の反射ミラー部１３７４で、水平方向に反射されてミラー１３６０に入射される様に構成されている。
【０１２０】
第１の角倍率変換部１３９１と、第２の角倍率変換部１３９２とは、共に、ｆ₃：ｆ₄＝１.１０９：１の倍率を有している。
【０１２１】
そして、第４の反射ミラー部１３７４とミラー１３６０との間と、ミラー１３６０の鉛直上方には、角倍率縮小部１４００が配置されており、この倍率は、第１の角倍率変換部１３９１と第２の角倍率変換部１３９２とが、光路中に挿入されているので、ｆ₁：ｆ₂＝２：１となっている。
【０１２２】
第２実施例のその他の構成、効果、作用等は、第１実施例と同様であるから、説明を省略する。
【０１２３】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、本体上を垂直軸周りに回動する托架部と、この托架部上にあり、前記垂直軸に直交する水平軸を回動部として回動するレーザー投光部を具備するレーザー装置本体であって、前記レーザー投光部に設けられ、前記水平軸と同軸方向にレーザー光を照射するための光源部と、前記レーザー投光部に設けられ、回動して前記水平軸に平行なレーザー平面を形成するための回動照射部と、前記托架部に設けられ、前記レーザー投光部より照射されたレーザー光を再び該レーザー投光部に反射させるための光路形成手段と、この光路形成手段に設けられた光軸の第１の補正をするための液体表面反射コンペンセータと、前記レーザー投光部に設けられ、光軸の第２の補正をするための角倍率縮小手段とを具備し、前記光路形成手段に照射されたレーザー光は、前記第１の補正の後、再び前記レーザー投光部に反射され、更に該レーザー投光部において前記第２の補正を行うことにより、前記回動照射部に向けて反射するレーザー光軸の、前記托架部と前記レーザー投光部の軸ガタによる誤差を補正するので、球面で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、高勾配の設定が可能であり、垂直軸及び水平軸上で支持されるタイプの回転レーザー装置でも、回転軸に多くの誤差が蓄積されることなく、コスト安で高精度のレーザー装置を提供できるという卓越した効果がある。
【０１２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるレーザー装置１０００を説明する図である。
【図２】傾斜センサ１６００を説明する図である。
【図３（ａ）】本実施例の電気的構成を説明する図である。
【図３（ｂ）】自動整準部２０００の電気系統を説明する図である。
【図４】傾斜設定装置の回転軸ガタについて説明する図である。
【図５】ＸＺ平面内誤差θ_１を説明する図である。
【図６】ＸＹ平面内誤差θ_２を説明する図である。
【図７】原理を説明する図である。
【図８】原理を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施例であるレーザー装置１００１を説明する図である。
【図１０】従来技術を説明する図である。
【図１１】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１００００第１実施例のレーザー装置
２００００第２実施例のレーザー装置
１０００第１実施例のレーザー装置本体
１００１第２実施例のレーザー装置本体
１０１０托架部
１０２０レーザー投光部
１１００光源部
１２００対物レンズ
１３００レーザー光偏角部
１３６０ミラー
１３７１第１の反射ミラー部
１３７２第２の反射ミラー部
１３７３第３の反射ミラー部
１３７４第４の反射ミラー部
１３７５第５の反射ミラー部
１３７６第６の反射ミラー部
１３７７第７の反射ミラー部
１３７８第８の反射ミラー部
１３８０液体表面反射コンペンセータ
１３８１液体
１３８２アナモフィックプリズム
１３９１第１の角倍率変換部
１３９２第２の角倍率変換部
１４００角倍率縮小部
１５００回転ヘッド
１５１０ペンタプリズム
１６００傾斜センサ
１６１０第１の傾斜センサ
１６２０第２の傾斜センサ
１７００第１の回転角検出部
１７１０ローター
１７２０ステータ
１７３０第１の信号処理回路
１８００第２の回転角検出部
１８１０ローター
１８２０ステータ
１８３０第２の信号処理回路
２０００自動整準部
２１００整準台
２３００整準ネジ
４０００駆動手段
６０００制御手段
８１００托架部駆動手段
８１１０托架部駆動回路
８２００レーザー投光部駆動手段
８２１０レーザー投光部駆動回路
８３００回転照射部駆動手段
８３１０回転照射部駆動回路
８５００設定手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a laser surveying instrument capable of forming a measurement reference line and a reference plane by laser light, and more particularly, a reference line and a reference inclined at a predetermined angle with respect to a horizontal plane as well as a horizontal reference line and a reference plane. The present invention relates to a laser level device capable of forming a plane.
[0002]
[Prior art]
In conventional rotary laser devices that can be tilted, the laser projector is supported by a gimbal or a spherical surface so that the laser projector can be tilted freely, and the laser projector is supported on the vertical and horizontal axes. There is something.
[0003]
Here, based on FIG. 10, the thing of the structure where a laser projection part is supported by a spherical surface is demonstrated. The laser projector 9100 is supported by a spherical surface, and is configured such that laser light is rotated and irradiated onto a reference plane from a rotation irradiation unit 9200 provided in the laser projection unit 9100. Note that the rotation irradiation unit 9200 is driven by a motor 9250.
[0004]
The laser projector 9100 is configured to be tiltable in one direction or two directions by moving up and down an arm 9300 (one direction is not shown) extending in two orthogonal directions by a vertical mechanism driven by a motor 9350. Yes. The laser projector 9100 is leveled by two inclination sensors 9410 and 9420 formed on the main body. Then, the laser projector 9100 is tilted in a predetermined direction after leveling.
[0005]
This tilt setting is set, for example, by setting the tilt angle directly or by converting the outputs of the two tilt sensors 9410 and 9420 into the number of motor pulses and driving the motor 9350 based on the calculated angle. be able to. An appropriate inclination detector can be employed. If the laser projector 9100 is inclined in only one direction, an inclined surface with respect to a predetermined direction can be formed, and if the laser projector 9100 is inclined in two directions, a compound inclined surface can be formed.
[0006]
Next, a configuration in which the laser projector 9100 is supported on the vertical axis and the horizontal axis will be described with reference to FIG. The frame 9500 rotates around the vertical axis, and the laser projector 9100 rotates around the horizontal axis on the frame 9500.
A rotation irradiation unit 9200 is provided on the laser projection unit 9100, and the laser beam can be rotated and irradiated on a reference plane. Then, similarly to the configuration in which the laser projection unit is supported by the spherical surface, the laser projection unit is leveled by appropriate leveling means.
[0007]
In the configuration in which the laser projector 9100 is supported on the vertical axis and the horizontal axis, the frame is rotated around the horizontal axis so that the rotation direction of the laser projector 9100 coincides with the tilt direction. After the rotation of the gantry, the laser projector 9100 is rotated about the vertical axis and tilted at a predetermined angle to set the tilt.
[0008]
The compound inclined surface can be formed by calculating the compound inclination direction and the inclination angle from the two directions of inclination data and inclining in the direction determined based on the calculation result.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional laser surveying instrument does not cause an error when the rotation axis of the tilt setting device rotates around an ideal arbitrary axis, but in reality, it rotates smoothly. There is a problem that the amount of shaft backlash is necessary, and the converted angle of the shaft backlash results in a tilt error.
[0010]
Accordingly, there has been a strong demand for the appearance of a laser surveying instrument that can reduce the tilt error due to axial backlash and increase the tilt setting accuracy.
[0011]
Furthermore, the rotating laser device supported by a spherical surface has a simple basic structure for setting the inclination, so that it can be set with relatively high accuracy. There was a problem that it was not suitable for setting the gradient.
[0012]
In addition, a rotary laser device supported on the vertical axis and the horizontal axis is relatively easy to set a high gradient. However, as described above, a lot of errors are accumulated on the rotary axis, so that high working accuracy is achieved. There was a problem that it was required and the cost was high.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the above problems, and a rack part that rotates around a vertical axis on the main body, and a horizontal axis that is on the rack part and is orthogonal to the vertical axis is a rotary part. A laser apparatus main body comprising a rotating laser projector, the light source being provided in the laser projector and irradiating laser light in a direction coaxial with the horizontal axis, and the laser projector A rotation irradiating unit for rotating to form a laser plane parallel to the horizontal axis, and a laser beam provided on the frame and irradiated from the laser projecting unit again. An optical path forming means for reflecting on the optical section, a liquid surface reflecting compensator for performing a first correction of the optical axis provided on the optical path forming means, and a laser projecting section provided on the laser projection section. Angular magnification reduction means for correcting 2 Then, after the first correction, the laser light irradiated to the optical path forming means is reflected again by the laser projector, and further, the second correction is performed in the laser projector, It is characterized in that an error caused by axial backlash between the frame part and the laser light projecting part of the laser optical axis reflected toward the rotating irradiation part is corrected.
[0014]
The present invention may also include an inclination sensor for detecting the inclination of the rack part.
[0015]
Furthermore, the liquid surface reflective compensator of the present invention can also include optical means for performing biaxial correction.
[0016]
The present invention can also be configured such that the laser optical axis is corrected in a direction perpendicular to the horizontal axis toward the rotational irradiation unit by the liquid surface reflection compensator and the angular magnification reduction means.
[0017]
The present invention may also be configured such that the angular magnification reduction means is disposed on the incident and outgoing optical paths of the liquid surface reflecting compensator.
[0018]
Further, the rotation irradiation unit of the present invention may be provided with a rotation angle detector for detecting rotation, and a laser plane for reciprocal scanning may be formed in the rotation direction of the laser projection unit. .
[0019]
The rack portion of the present invention is provided with a first rotation angle detector for detecting the rotation about the vertical axis, and the laser projector is for detecting the rotation about the horizontal axis. It is also possible to adopt a configuration in which the second rotation angle detector is provided.
[0020]
Further, the present invention is configured to irradiate laser light on a tilted surface in a predetermined direction based on tilt setting data, and angle detection of the first rotation angle detection unit and the second rotation angle detection unit. You can also
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention configured as described above, the rack part rotates on the main body around the vertical axis, and the laser apparatus main body is on the frame part, and the horizontal axis orthogonal to the vertical axis is used as the rotation part. A rotating laser projecting unit is provided, the light source unit provided in the laser projecting unit irradiates laser light in the direction coaxial with the horizontal axis, and the rotating projecting unit provided in the laser projecting unit The laser beam is rotated to form a laser plane parallel to the horizontal axis, and the optical path forming means provided in the frame part reflects the laser beam emitted from the laser projector unit again to the laser projector unit, The liquid surface reflection compensator provided in the optical path forming unit performs the first correction of the optical axis, and the angular magnification reduction unit provided in the laser projection unit performs the second correction of the optical axis, and the optical path forming unit. After the first correction, the laser light applied to the Further, by performing the second correction in the laser projection unit, it is possible to correct an error caused by the backlash of the mounting unit and the laser projection unit of the laser optical axis reflected toward the rotation irradiation unit. .
[0022]
The inclination sensor can also detect the inclination of the rack part.
[0023]
Furthermore, the optical means provided in the liquid surface reflective compensator of the present invention can also perform biaxial correction.
[0024]
And this invention can also correct | amend a laser optical axis to the direction orthogonal to a horizontal axis toward a rotation irradiation part with a liquid surface reflection compensator and an angular magnification reduction means.
[0025]
In the present invention, the angular magnification reduction means can be arranged on the incident and outgoing optical paths of the liquid surface reflecting compensator.
[0026]
Furthermore, the rotation angle detector provided in the rotation irradiation unit of the present invention can detect the rotation and form a laser plane for reciprocal scanning in the rotation direction of the laser projection unit.
[0027]
And the 1st rotation angle detector provided in the rack part of this invention detects rotation around a vertical axis, and the 2nd rotation angle detection part provided in the laser projection part is a horizontal axis rotation. Can also be detected.
[0028]
The present invention can also irradiate the inclined surface in the predetermined direction with the laser beam based on the tilt setting data, and the angle detection of the first rotation angle detection unit and the second rotation angle detection unit.
[0029]
【Example】
[0030]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
(principle)
[0032]
Here, the principle of the present invention will be described.
[0033]
“Rotation axis play of tilt setting device”
[0034]
First, the rotation shaft backlash will be described.
[0035]
As shown in FIG. 4, a rotation shaft 700 is installed in the X-axis direction, and is pivotally supported by a first bearing 710 and a second bearing 720. Then, laser light is irradiated in a direction orthogonal to the rotation axis 700 (X axis), and this laser irradiation optical axis is taken as a Z axis.
[0036]
The tilt error of the optical system due to the backlash of the rotating shaft 700 becomes an XZ in-plane error θ ₁ as shown in FIG. 5 and an XY in-plane error θ ₂ shown in FIG.
[0037]
As shown in FIG. 5, the XZ-plane error θ ₁ is a case where the rotation shaft 700 is rotated by an angle θ ₁ around the origin in the XZ plane. In this case, the irradiated laser beam falls from the Z axis.
[0038]
In the laser apparatus, rotation irradiation is performed in a direction perpendicular to the Z axis, so that the tilting of the Z axis causes the rotation irradiation surface to tilt. For example, a plane inclined from a horizontal plane is formed.
[0039]
Next, as shown in FIG. 6, the XY in-plane error θ ₂ is a case where the rotation shaft 700 is rotated by an angle θ ₂ in the XY plane around the origin.
[0040]
The axial backlash usually has an error of XZ in-plane error θ ₁ and XY in-plane error θ _2. To eliminate XZ in-plane error θ ₁ , it is necessary to eliminate XY in-plane error θ _2. There is. In the case of a structure in which only the XZ in-plane error θ ₁ is corrected, the rotation irradiation surface is always inclined.
[0041]
"Principle of liquid surface reflection compensator"
[0042]
Next, the principle of the liquid surface reflective compensator 800 will be described with reference to FIG. The liquid surface reflection compensator 800 includes a liquid 810, an anamorphic prism beam expander 820, a mirror 830, and an angular magnification reduction unit 1400.
[0043]
Since the surface of the liquid 810 is always horizontal, if the liquid surface is inclined by an angle α about the Y axis, the inclination angle of the optical axis after reflecting the surface of the liquid 810 is β _1. ,
[0044]
β ₁ = 2α ······· 1 formula
It becomes.
[0046]
Further, if the optical axis is inclined by an angle α around the X axis, the inclination angle of the optical axis after reflecting the surface of the liquid 810 is β ₂ .
[0047]
_{^{^{β 2 = cos -1 (cos 2}}} θcos2α + sin 2 θ) ····· second equation [0048]
And tilt on the ZY plane. Here, θ is a liquid surface incident angle with respect to the surface of the liquid 810.
[0049]
If the refractive index of the liquid 810 is η, the optical axis emitted through the liquid 810 to the air side is
[0050]
β ₁ = 2αη (3)
_{^{β 2 = η * (cos -1}} (cos 2 θcos2α + sin 2 θ)) ··· fourth equation [0052]
Will just lean.
[0053]
Therefore, when the incident angle to the liquid 810 is two-dimensionally different, the sensitivity differs between the incident angle and the exit angle.
[0054]
For example, if θ = 50 degrees, η = 1.403, α = 10 minutes, and substituting into the third and fourth equations,
[0055]
β ₁ = 2 * (10 minutes) * 1.43 = 0.46766
[0056]
β ₂ = 1.403 * (cos ⁻¹ (cos ² (50 degrees) cos ² (2 * 10 minutes)
+ Sin ² (50 degrees)) = 0.30061
[0057]
And
[0058]
β ₁ / β ₂ = 1.5557 times .... Formula 5
Sensitivity difference.
[0060]
Furthermore, with respect to the liquid surface incident angle θ, β ₁ has a magnification of 2.806 times, and β ₂ has a magnification of 1.803 times.
[0061]
Since the anamorphic prism beam expander 820 is multiplied only in one direction, the anamorphic prism beam expander 820 is arranged in the direction of the sensitivity magnification of the fifth equation, and finally set so that β ₁ : β ₂ = 1: 1. That is, in this case, the angular magnification of the anamorphic prism beam expander 820 is set to 1 / (β ₁ / β ₂ ) = 1 / 1.5557.
[0062]
If the sensitivity magnification and the like are set as described above, the optical axis after reflection on the two dimensions of the X and Y planes is always constant, and when tilted by an angle α around the Y axis, the anamorphic prism beam expander 820 is used. The optical axis after passing through
[0063]
2αη * (1 / (β ₁ / β ₂ ))
= 2αη * (1 / 1.5557) = 1.803α Expression 6
Only tilted with respect to the original optical axis.
[0065]
When this light beam is reflected by the mirror 830 and passes through the angular magnification reduction unit 1400 (magnification 1.803), as shown in FIG. 8, f ₁ : f ₂ = 1.803: 1,
[0066]
1.803α * (1 / 1.803) = α Expression 7
The final optical axis is always parallel to the normal of the liquid surface.
[0068]
Therefore, the optical axis in the vertical direction can always be set regardless of the inclination of the apparatus main body.
[0069]
Furthermore, a certain horizontal plane can be formed by deflecting the optical axis 90 degrees horizontally by a pentaprism and rotating the light.
[0070]
"Example"
[0071]
“First Example”
[0072]
As shown in FIG. 1, the laser apparatus 10000 of the first embodiment includes a laser apparatus main body 1000 that can set an inclination in a predetermined direction, and an automatic adjustment for placing the laser apparatus main body 1000 horizontally. The quasi part 2000 is comprised. The laser apparatus main body 1000 is connected to the automatic leveling unit 2000 and is attached to be rotatable in the horizontal direction.
[0073]
As shown in FIG. 1, the laser apparatus main body 1000 has a rack 1010 that rotates around a vertical axis and is directed in an inclined direction, and is on the rack 1010 and around a horizontal axis that intersects the vertical axis. It is comprised from the laser projection part 1020 for rotating and setting an inclination.
[0074]
The gantry 1010 is configured to be rotatable by a gantry driving unit 8100 configured by appropriate rotating means such as a motor.
[0075]
Further, the laser projector 1020 is also configured to be rotatable by a laser projector drive unit 8200 configured by appropriate rotating means such as a motor.
[0076]
The frame 1010 includes a light source unit 1100, a first reflection mirror unit 1371, a second reflection mirror unit 1372, a third reflection mirror unit 1373, a fourth reflection mirror unit 1374, and a liquid surface. A reflective compensator 1380 and a first rotation angle detector 1700 are provided.
[0077]
The laser projector 1020 includes a light source 1100, an objective lens 1200, a mirror 1360, an angular magnification reduction unit 1400, a rotation irradiation unit 1500, and a second rotation angle detection unit 1800.
[0078]
The light source unit 1100 is a laser light source. In this embodiment, a semiconductor laser is used. However, any element can be used as long as it is an element that can emit laser light.
[0079]
The objective lens 1200 is for making the laser beam from the light source unit 1100 into parallel rays. In this embodiment, the laser apparatus body 1000 is configured to be irradiated with laser light in the horizontal axis direction.
[0080]
Note that the laser projector 1020 is configured to be rotatable about the emission direction of the laser light from the light source unit 1100 as a central axis. Therefore, the laser projector 1020 is attached to be rotatable in a plane orthogonal to the horizontal direction.
[0081]
The laser light emitted from the objective lens 1200 is reflected vertically downward by the first reflecting mirror unit 1371, further reflected by the second reflecting mirror unit 1372 in the horizontal direction, and incident on the liquid surface reflecting compensator 1380. It is configured as follows.
[0082]
Further, the laser light emitted from the liquid surface reflection compensator 1380 is reflected vertically upward by the third reflection mirror unit 1373, further reflected by the fourth reflection mirror unit 1374 in the horizontal direction, and incident on the mirror 1360. It is configured to be.
[0083]
An angular magnification reduction unit 1400 is disposed before and after the mirror 1360. The angular magnification reduction unit 1400 may be arranged after the mirror 1360. In the case of FIG. 1, it is configured via a mirror 1360 to be compact.
[0084]
The laser light incident on the mirror 1360 is corrected by the angular magnification reduction unit 1400 and is reflected vertically upward.
[0085]
The liquid surface reflection compensator 1380 utilizing the fact that the liquid level is horizontal, and the angular magnification reduction unit 1400 are for always forming an optical axis in the vertical direction.
[0086]
The principle of the liquid surface reflection compensator 1380 is as described in the above-mentioned “Principle of the liquid surface reflection compensator”.
[0087]
The liquid surface reflective compensator 1380 of the first embodiment includes a liquid 1381 and anamorphic prisms 1382 and 1382. The liquid 1381 is dimethyl silicone oil, but any liquid may be used. The anamorphic prism 1382 has a magnification of 1 / 1.557 times in the Yz direction and a magnification of 1 in the Yx direction.
[0088]
The entire liquid surface reflective compensator 1380 has a magnification of 2.806 times in the Yz direction and a magnification of 1.803 times in the Yx direction.
[0089]
Further, an angular magnification reduction unit 1400 is disposed between the fourth reflection mirror unit 1374 and the mirror 1360 and vertically above the mirror 1360.
[0090]
The angular magnification reduction unit 1400 of the first embodiment has f ₁ : f ₂ = 1.803: 1 and sets the XZ in-plane error θ ₁ to 1 / 1.803. In addition, it can be set to 1 / X according to the magnification of the liquid surface reflective compensator 1380.
[0091]
The rotation irradiation unit 1500 is provided in the laser projection unit 1020 and is used for rotating and irradiating laser light on a reference plane that is set to be inclined. A pentaprism 1510 is fixed to the rotation irradiation unit 1500 and is configured to be rotatable by a rotation irradiation unit driving unit 8300. The laser light reflected vertically upward by the laser light deflection unit 1300 passes through the angular magnification reduction unit 1400 and then enters the pentaprism 1510.
[0092]
The laser light incident on the pentaprism 1510 is reflected and deflected by 90 degrees, and is rotated and irradiated in the plane direction as the rotary head 1500 rotates. Therefore, a laser reference plane can be formed by irradiating laser light in a plane inclined in an arbitrary direction.
[0093]
The tilt sensor 1600 includes a first tilt sensor 1610 and a second tilt sensor 1620, and can detect the tilt of the laser apparatus main body 1000. Any sensor can be used as the tilt sensor 1600 as long as it can detect the tilt. In this embodiment, a bubble tube is employed, and the first tilt sensor 1610 and the second tilt sensor 1620 can detect the tilt of the laser device main body 1000 with respect to the horizontal.
[0094]
As the inclination sensor 1600 for detecting the inclination, for example, a sensor using a bubble tube as shown in FIG. 2 can be used. This sensor has two electrodes 1651 and 1652 on the upper surface of the bubble tube 1650, and an electrode 1653 on the lower surface. The bubble 1650a moves according to the inclination of the bubble tube, and between the electrode 1651 and the electrode 1653 and between the electrode 1652 and the electrode 1653. The inclination θ of the bubble tube 1650 is obtained by converting the capacitances C ₁ and C ₂ into changes and detecting them.
[0095]
The first rotation angle detection unit 1700 detects the rotation angle around the vertical axis (horizontal direction) of the rack unit 1010 and sets the tilt direction. In this embodiment, the rotor 1710 is attached to the rack portion 1010, and the stator 1720 is disposed at a position facing the rotor 1710, and the rotation angle between the rotor 1710 and the stator 1720 is detected. ing. As long as the first rotation angle detection unit 1700 can detect the rotation angle in the horizontal direction of the rack unit 1010, any sensor can be used.
[0096]
The second rotation angle detection unit 1800 is provided in the laser projector 1020 and detects the rotation angle around the horizontal axis. In this embodiment, the rotor 1810 is attached to the laser projector 1020, and the stator 1820 is disposed at a position facing the rotor 1810, and the rotation angle between the rotor 1810 and the stator 1820 is detected. Has been. The second rotation angle detector 1800 can use any sensor as long as it can detect the rotation angle around the horizontal axis of the laser projector 1020.
[0097]
Next, the electrical configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0098]
In the present embodiment, a rack drive unit 8100, a rack drive circuit 8110 for controlling and driving the rack drive unit 8100, a laser projector drive unit 8200, and this laser projector drive unit A laser projection unit driving circuit 8210 for driving the 8200, a rotation irradiation unit driving unit 8300, a rotation irradiation unit driving circuit 8310 for driving the rotation irradiation unit driving unit 8300, and a first rotation angle detection unit; 1700, a first signal processing circuit 1730 for processing a signal from the first rotation angle detector 1700, a second rotation angle detector 1800, and a second rotation angle detector 1800 A second signal processing circuit 1830 for processing a signal, a control unit 6000, a setting unit 8500, and an automatic leveling unit 2000 are included.
[0099]
Based on the detection signals of the first rotation angle detection unit 1700 and the second rotation angle detection unit 1800, the control unit 6000 calculates a drive amount for creating a laser reference plane in a predetermined direction, and mount unit drive circuit 8110. In addition, it is configured to drive the rack drive unit 8100, the laser projector drive unit 8200, and the rotary irradiation unit drive unit 8300 via the laser projector drive circuit 8210 and the rotation irradiation unit drive circuit 8310. Has been.
[0100]
Note that the setting means 8500 sets data for obtaining a predetermined laser reference plane. For example, when the setting unit 8500 sets a composite inclination in two directions, the control unit 6000 performs a calculation based on the setting data to form a predetermined laser reference plane.
[0101]
The setting unit 8500 corresponds to a reference data setting unit.
[0102]
Further, the rotation irradiation unit driving unit 8300 corresponds to the first driving unit, the mounting unit driving unit 8100 corresponds to the second driving unit, and the laser projector driving unit 8200 corresponds to the third driving unit. Is.
[0103]
The automatic leveling unit 2000 is configured so that the control unit 6000 matches the rotation center of the rack unit 1010 with the vertical direction based on data of the first tilt sensor 1610 and the second tilt sensor 1620. is there. Details will be described below.
[0104]
The laser device main body 1000 configured as described above scans a laser beam in the horizontal or vertical direction, and can perform leveling, centering, vertical alignment, and the like. In other words, a laser beam scanned in a horizontal plane is detected on the survey target, and leveling or the like is performed from the arrival height, or the laser beam is viewed in the vertical direction, and the ground reference point is set to shift. it can.
[0105]
The automatic leveling unit 2000 includes a leveling table 2100 and a bottom plate 2200. The leveling table 2100 is supported by three leveling screws 2300, 2300, and 2300 so as to be movable up and down.
[0106]
Next, the electric system of the automatic leveling unit 2000 will be described with reference to FIG. 3B. The first inclination sensor 1610, the second inclination sensor 1620, the control means 6000, and the first motor driving means. 7100, second motor driving means 7200, third motor driving means 7300, first motor 4310, second motor 4320, and third motor 4330.
[0107]
The first tilt sensor 1610 and the second tilt sensor 1620 are set so as to detect tilts in two orthogonal axes, and detect the tilt of the laser device main body 1000.
[0108]
By detecting the second tilt sensor 1620 and the first tilt sensor 1610, the rotation center of the rack portion is set to be vertical.
[0109]
Based on the output signals of the first tilt sensor 1610 and the second tilt sensor 1620, the control unit 6000 determines the displacement amount of the leveling screws 2300, 2300, and 2300 necessary for setting the leveling table 2100 to the reference plane. It is to calculate. That is, the movement amounts of the three leveling screws 2300, 2300, and 2300 are calculated so that the inclination angles detected by the first inclination sensor 1610 and the second inclination sensor 1620 are both 0 degrees. It is.
[0110]
The control means 6000 sends control signals corresponding to the movement amounts of the leveling screws 2300, 2300, 2300 to the corresponding first, second, and third motor driving means 7100, 7200, 7300. The first, second, and third motor driving means 7100, 7200, and 7300 use electric power for rotating the motors 4310, 4320, and 4330 based on a control signal from the control means 6000 via a connector (not shown). It is supposed to be generated.
[0111]
The motors 4310, 4320, and 4330 rotate the leveling screws 2300, 2300, and 2300 with the electric power supplied from the motor driving units 7100, 7200, and 7300 to correct the inclination of the leveling table 2100. The first tilt sensor 1610 and the second tilt sensor 1620 detect the tilt of the leveling table 2100 again and perform feedback control, thereby leveling the vertical axis of the laser device body 1000 accurately and vertically ( Can be set to the reference plane). Even if only two arbitrary leveling screws are driven, leveling is possible.
[0112]
In the present embodiment configured as described above, the automatic leveling unit 2000 is adopted, so that the observer manually operates the leveling screws 230, 230, 230 while visually recognizing the flat plate level. In addition, the leveling of the vertical axis of the laser apparatus main body 1000 can be automatically performed.
[0113]
Then, the backlash of the rotation axis of the laser projection unit 1020 supported by the frame unit 1010, the angle θ ₁ in the XZ plane, and θ ₂ in the XY plane are corrected by the liquid surface reflection compensator 1380 and the angular magnification reduction unit 1400. A predetermined reference plane that is offset and error free can be created.
[0114]
Note that the correction system using the combination of the liquid surface reflection compensator 1380 and the angular magnification reduction unit 1400 can also correct the tilt of the laser apparatus main body 1000 by itself. If the inclination is not so large, the automatic leveling unit 2000 may not be used.
[0115]
"Second Example"
[0116]
As shown in FIG. 9, the laser apparatus 20000 of the second embodiment has a laser apparatus main body 1001 that can set an inclination in a predetermined direction and an automatic adjustment for placing the laser apparatus main body 1001 horizontally. The quasi part 2000 is comprised. The laser apparatus main body 1001 is connected to the automatic leveling unit 2000, and is attached to be rotatable in the horizontal direction.
[0117]
The laser device main body 1001 includes a light source unit 1100, an objective lens 1200, a mirror 1360, a first reflection mirror unit 1371, a second reflection mirror unit 1372, a third reflection mirror unit 1373, and a fourth. Reflection mirror unit 1374, liquid surface reflection compensator 1380, first angular magnification conversion unit 1391, second angular magnification conversion unit 1392, angular magnification reduction unit 1400, rotation irradiation unit 1500, and tilt sensor 1600. And a first rotation angle detection unit 1700 and a second rotation angle detection unit 1800.
[0118]
The laser light emitted from the objective lens 1200 is reflected vertically downward by the first reflection mirror unit 1371, passes through the first angular magnification conversion unit 1391, and then is further horizontal by the second reflection mirror unit 1372. And is incident on the liquid surface reflecting compensator 1380.
[0119]
Further, the laser light emitted from the liquid surface reflection compensator 1380 is reflected vertically upward by the third reflection mirror unit 1373, passes through the second angular magnification conversion unit 1392, and then further the fourth reflection mirror unit. 1374 is configured to be reflected in the horizontal direction and incident on the mirror 1360.
[0120]
Both the first angular magnification conversion unit 1391 and the second angular magnification conversion unit 1392 have a magnification ratio of f ₃ : f ₄ = 1.109: 1.
[0121]
An angular magnification reduction unit 1400 is disposed between the fourth reflection mirror unit 1374 and the mirror 1360 and vertically above the mirror 1360. The magnification is the same as the first angular magnification conversion unit 1391 and the first angular magnification conversion unit 1391. Since the second angular magnification conversion unit 1392 is inserted in the optical path, f ₁ : f ₂ = 2: 1.
[0122]
Other configurations, effects, operations, and the like of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0123]
【effect】
The present invention configured as described above has a rack part that rotates about the vertical axis on the main body, and rotates on the horizontal part perpendicular to the vertical axis that is on the frame part and that rotates on the vertical part. A laser apparatus main body comprising a laser projection unit, provided in the laser projection unit, provided in the laser projection unit, a light source unit for irradiating laser light in a direction coaxial with the horizontal axis, A rotating irradiation unit for rotating to form a laser plane parallel to the horizontal axis, and a laser beam provided from the laser projection unit to the laser projection unit again. An optical path forming means for reflecting, a liquid surface reflecting compensator for performing a first correction of the optical axis provided in the optical path forming means, and a second correction of the optical axis provided in the laser projector. An angular magnification reduction means for The laser light applied to the path forming means is reflected again by the laser projector after the first correction, and the rotation correction is performed by performing the second correction in the laser projector. The error of the laser beam axis reflected toward the part due to the axial backlash between the stand and the laser projection part is corrected, so a high gradient can be set even with a rotating laser device supported by a spherical surface. Even with a rotary laser device of a type supported on a vertical axis and a horizontal axis, there is an excellent effect that a high-precision laser device can be provided at low cost without accumulating many errors on the rotary shaft.
[0124]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a laser apparatus 1000 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a tilt sensor 1600. FIG.
FIG. 3A is a diagram illustrating the electrical configuration of the present embodiment.
FIG. 3B is a diagram illustrating an electrical system of the automatic leveling unit 2000.
FIG. 4 is a diagram illustrating a rotation shaft backlash of the tilt setting device.
FIG. 5 is a diagram for explaining an XZ in-plane error θ ₁ ;
6 is a diagram illustrating an XY plane error theta _2.
FIG. 7 is a diagram illustrating the principle.
FIG. 8 is a diagram illustrating the principle.
FIG. 9 is a diagram for explaining a laser apparatus 1001 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional technique.
FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10000 Laser apparatus 20000 of the first embodiment Laser apparatus 1000 of the second embodiment Laser apparatus body 1001 of the first embodiment Laser apparatus body 1010 of the second embodiment Mounting section 1020 Laser projection section 1100 Light source section 1200 Objective lens 1300 Laser beam deflection portion 1360 Mirror 1371 First reflection mirror portion 1372 Second reflection mirror portion 1373 Third reflection mirror portion 1374 Fourth reflection mirror portion 1375 Fifth reflection mirror portion 1376 Sixth reflection mirror portion 1377 Seventh reflection mirror unit 1378 Eighth reflection mirror unit 1380 Liquid surface reflection compensator 1381 Liquid 1382 Anamorphic prism 1391 First angular magnification conversion unit 1392 Second angular magnification conversion unit 1400 Angular magnification reduction unit 1500 Rotating head 1510 Penta prism 160 Tilt sensor 1610 First tilt sensor 1620 Second tilt sensor 1700 First rotation angle detector 1710 Rotor 1720 Stator 1730 First signal processing circuit 1800 Second rotation angle detector 1810 Rotor 1820 Stator 1830 Second signal Processing circuit 2000 Automatic leveling unit 2100 Leveling table 2300 Leveling screw 4000 Driving unit 6000 Control unit 8100 Mounting unit driving unit 8110 Mounting unit driving circuit 8200 Laser projecting unit driving unit 8210 Laser projecting unit driving circuit 8300 Rotation irradiation Unit driving means 8310 Rotating irradiation unit driving circuit 8500 setting means

Claims

A laser device main body comprising: a rack portion that rotates about a vertical axis on the main body; and a laser projector that rotates on the horizontal axis perpendicular to the vertical axis and that rotates on the horizontal axis. A laser light source provided in the laser light projecting unit for irradiating laser light in a direction coaxial with the horizontal axis; and a laser provided in the laser light projecting unit and rotated to be parallel to the horizontal axis. A rotation irradiating unit for forming a plane; an optical path forming means provided on the frame unit for reflecting the laser beam irradiated from the laser projecting unit to the laser projecting unit again; and this optical path A liquid surface reflection compensator for first correction of the optical axis provided in the forming means, and angular magnification reduction means for performing second correction of the optical axis provided in the laser projector. And the laser irradiated to the optical path forming means After the first correction, the light is reflected again by the laser projection unit, and further, the laser beam reflected toward the rotation irradiation unit by performing the second correction in the laser projection unit. A laser level device that corrects an error due to axial backlash between the frame and the laser projector .

The laser level apparatus according to claim 1, further comprising an inclination sensor for detecting an inclination of the rack part .

3. The laser level apparatus according to claim 1, wherein the liquid surface reflection compensator has optical means for performing biaxial correction.

The laser level device according to claim 1 or 2, wherein the laser optical axis is corrected in a direction orthogonal to a horizontal axis toward the rotation irradiation unit by the liquid surface reflection compensator and the angular magnification reduction means.

The laser level device according to claim 1 or 2, wherein the angular magnification reduction means is arranged on an incident optical path and an outgoing optical path of the liquid surface reflecting compensator.

The rotation irradiation detector for detecting rotation is provided in the rotation irradiation unit, and a laser plane for reciprocating scanning is formed in the rotation direction of the laser projection unit. Laser level device.

The rack portion is provided with a first rotation angle detector for detecting rotation around the vertical axis, and the laser projector is provided with a second rotation angle detector for detecting rotation around the horizontal axis. The laser level device according to claim 1 or 2, wherein a rotation angle detector is provided.

3. The laser beam is applied to an inclined surface in a predetermined direction based on tilt setting data and angle detection by the first rotation angle detection unit and the second rotation angle detection unit. The laser level device described.