JP4458530B2 - Total station - Google Patents
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Description
本発明は、測距・測角手段を備えた測距・測角儀であるモータドライブ駆動のトータルステーションに係り、特に、掘削機によりトンネルなどを掘削する際の掘削領域を示す基準となるマーキングを施すために使用されるレーザ光照射手段を備えたトータルステーションに関する。 The present invention relates to a motor drive-driven total station that is a distance measuring / angle measuring instrument equipped with a distance measuring / angle measuring means, and in particular, a marking serving as a reference indicating an excavation area when excavating a tunnel or the like with an excavator. The present invention relates to a total station provided with laser light irradiation means used for applying.
従来、トンネルを掘削するに際しては、レーザ光照射手段であるレーザポインタを備えたモータドライブ駆動のトータルステーションを用いて、被掘削面にトンネル穴の輪郭に沿って間欠的にレーザ光をスポット照射し、レーザ光照射点にペイントなどでマーキングを施した後、トンネル穴の輪郭に対応するこのマーキングに沿って掘削することが行われている。即ち、トータルステーションは、路線に沿った工事計画物に関する計画情報(工事計画物の線形データと路線位置に対応する工事計画物の鉛直断面データ)および所定の駆動プログラムが記憶部に記憶された外部パソコンなどの遠隔制御装置からの制御信号によって駆動し、例えば予め所定の駆動プログラムにおいて設定されている所定の路線位置におけるトンネル穴設計値に沿ってレーザ照射光が間欠的にスポット照射されるようになっている(特許文献1参照)。 Conventionally, when excavating a tunnel, using a motor drive driven total station equipped with a laser pointer that is a laser beam irradiation means, the surface to be excavated is spot-irradiated intermittently along the contour of the tunnel hole, After marking a laser beam irradiation point with paint or the like, excavation is performed along this marking corresponding to the contour of the tunnel hole. That is, the total station is an external personal computer that stores plan information (planar data of the construction plan and vertical section data of the construction plan corresponding to the route position) about the construction plan along the route and a predetermined drive program stored in the storage unit. Driven by a control signal from a remote control device such as, for example, laser irradiation light is intermittently spot-irradiated along a tunnel hole design value at a predetermined route position set in advance in a predetermined driving program. (See Patent Document 1).
また、トンネルの掘削現場において、レーザポインタ付きトータルステーションは、このようなマーキング作業のために使用される他、トンネルの切羽面やトンネル穴内周面の所定位置を計測(測距・測角)したり、切羽面やトンネル穴内周面の所定位置にマーキングをするためにも使用され、トータルステーションの視準軸やレーザ光照射軸を任意位置に向けて動かすには、外部パソコンやリモコンなどの遠隔操作によってトータルステーションを任意の位置に向けることが行われている(特許文献2参照)。 In addition, the total station with a laser pointer is used for such marking work at the tunnel excavation site, as well as measuring (ranging and angle measurement) predetermined positions on the face of the tunnel and the inner peripheral surface of the tunnel hole. It is also used for marking a predetermined position on the face of the face and the inner peripheral surface of the tunnel hole. To move the collimation axis of the total station and the laser beam irradiation axis toward an arbitrary position, it is possible to remotely control the external computer or remote control. The total station is directed to an arbitrary position (see Patent Document 2).
しかし、従来技術においては、トータルステーションの視準軸を任意の方向に動かすに際して、液体のチルトセンサ(X軸、Y軸用チルトセンサ)の検出出力を基に視準軸の傾斜角を補正するようにしているので、トータルステーションの視準軸を任意の方向に位置決めするのに時間を要していた。すなわち、液体のチルトセンサでは視準軸を動かすときに視準軸の移動に伴って液体が揺れ、視準軸を任意の方向に動かした後、チルトセンサの検出出力が安定するまでに約0.5秒程度時間を要し、レーザマーキング位置の特定を行なうまでの待ち時間がある分、マーキング作業が遅れるという問題があった。 However, in the prior art, when the collimation axis of the total station is moved in an arbitrary direction, the tilt angle of the collimation axis is corrected based on the detection output of the liquid tilt sensor (X-axis, Y-axis tilt sensor). Therefore, it took time to position the collimation axis of the total station in an arbitrary direction. That is, in the liquid tilt sensor, when the collimation axis is moved, the liquid shakes with the movement of the collimation axis, and after the collimation axis is moved in an arbitrary direction, about 0 until the detection output of the tilt sensor becomes stable. It took about 5 seconds, and there was a problem that the marking work was delayed by the amount of waiting time until the laser marking position was specified.
本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザマーキング作業時の視準用望遠鏡の視準軸を任意の方向に動かしてレーザポイント位置を特定するまでの待ち時間を短縮することができるレーザポインタ付きトータルステーションを提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and its purpose is to wait for the laser point position to be specified by moving the collimation axis of the collimation telescope in an arbitrary direction during the laser marking operation. It is to provide a total station with a laser pointer that can shorten the time.
前記目的を達成するために、請求項1に係るトータルステーションにおいては、視準用望遠鏡から視準点に向けて出射した測距光とその戻り光により器械点から視準点までの距離を測距する測距手段と、前記視準用望遠鏡の水平角と鉛直角を測角する測角手段と、視準用望遠鏡を取り付けた本体部と、前記本体部の前後方向の傾斜であるX軸チルト角を検出するX軸チルトセンサと、前記本体部の左右方向の傾斜であるY軸チルト角を検出するY軸チルトセンサと、制御信号にしたがって視準用望遠鏡を水平方向および鉛直方向に回転駆動制御する回転制御手段と、前記視準用望遠鏡の視準軸と同軸または平行のレーザ光照射軸に沿ってレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを備えたトータルステーションにおいて、前記測角手段の測角による水平角と前記各チルトセンサの検出によるチルト角のうち視準点またはレーザ光照射点を移動する前の水平角とX軸チルト角とY軸チルト角をそれそれ記憶する記憶手段と、前記視準点またはレーザ光照射点を移動した後の視準点またはレーザ光照射点が指定されたときに、前記視準点またはレーザ光照射点移動後の視準点またはレーザ光照射点に前記視準用望遠鏡が視準されたと仮定したときの水平角と鉛直角を算出する水平・鉛直角算出手段と、前記記憶手段の記憶内容と前記水平・鉛直角算出手段の算出結果を基に前記視準点またはレーザ光照射点移動前の水平角と移動後の水平角との水平角偏差を算出するとともに、算出された水平角偏差と前記視準点またはレーザ光照射点移動前の各チルト角に基づいて前記視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角を算出するチルト角算出手段と、前記水平・鉛直角算出手段の算出による水平角と鉛直角を前記チルト角算出手段の算出結果に従って補正し、補正された水平角と鉛直角それぞれの前記視準点またはレーザ光照射点移動前の水平角と鉛直角からのズレ量を算出して、前記ズレ量を0にするための制御信号を前記回転制御手段に出力する演算手段とを備えた構成とした。 In order to achieve the above object, in the total station according to claim 1, the distance from the instrument point to the collimation point is measured by the distance measurement light emitted from the collimation telescope toward the collimation point and its return light. a distance measuring means, and angle measuring means for measuring the angular horizontal angle and vertical angle of the collimating telescope, a main body fitted with a visual mutatis mutandis telescope, the X-axis tilt angle is the front-rear direction of inclination of said main body portion An X-axis tilt sensor for detecting, a Y-axis tilt sensor for detecting a Y-axis tilt angle that is a horizontal tilt of the main body, and a rotation for rotationally driving the collimating telescope in a horizontal direction and a vertical direction according to a control signal In a total station comprising control means and laser light irradiation means for irradiating laser light along a laser light irradiation axis that is coaxial or parallel to the collimation axis of the collimation telescope, Storage means for storing the horizontal angle, the X-axis tilt angle, and the Y-axis tilt angle before moving the collimation point or the laser light irradiation point among the tilt angles detected by the respective tilt sensors; When the collimation point or the laser beam irradiation point after the collimation point or the laser beam irradiation point is designated, the collimation point or the laser beam irradiation point is moved to the collimation point or the laser beam irradiation point after the movement. Based on the horizontal / vertical angle calculation means for calculating the horizontal angle and the vertical angle when it is assumed that the collimating telescope is collimated, based on the storage contents of the storage means and the calculation result of the horizontal / vertical angle calculation means. The horizontal angle deviation between the horizontal angle before moving the quasi-point or laser beam irradiation point and the horizontal angle after moving is calculated, and the calculated horizontal angle deviation and each tilt angle before moving the collimation point or laser beam irradiation point Based on the collimation point or A tilt angle calculating means for calculating each tilt angle after moving the light irradiation point, and a horizontal angle and a vertical angle calculated by the horizontal / vertical angle calculating means are corrected according to a calculation result of the tilt angle calculating means. The amount of deviation from the horizontal angle and the vertical angle before moving the collimation point or laser beam irradiation point of each angle and vertical angle is calculated, and a control signal for setting the amount of deviation to 0 is output to the rotation control means And a computing means for performing the above.
(作用)回転制御手段は、記憶手段に記憶されている工事計画情報(例えば、トンネルの線形データと路線位置に対応するトンネルの鉛直断面データ)に基づいた所定の駆動プログラム(例えば、路線上の所定位置に対応するトンネル掘削断面上の複数の指定位置に順次レーザ照射光を向けるというプログラム)に対応する制御信号を受けて、水平軸及び鉛直軸の回転駆動を制御し、これにより、トンネルの切羽面上には、掘削予定のトンネル掘削断面の設計値に沿ってレーザ照射光が所定のタイミングで間欠的(一定時間毎)に移動する。この間に、作業員は、トンネル掘削断面の設計値に沿ったレーザ光照射点に順次ペイントでマーキングを行う。これにより、トンネル掘削断面の設計値に沿って付けられたペイントマークを目安として掘削機又はボーリングにより掘削を行うことができる。 (Operation) The rotation control means is a predetermined drive program (for example, on a route) based on construction plan information (for example, tunnel linear data and tunnel vertical section data corresponding to the route position) stored in the storage means. Receiving a control signal corresponding to a program for directing laser irradiation light to a plurality of specified positions on a tunnel excavation section corresponding to a predetermined position), and controlling the rotation drive of the horizontal axis and the vertical axis, thereby On the face, the laser irradiation light moves intermittently (every fixed time) at a predetermined timing along the design value of the tunnel excavation section to be excavated. During this time, the worker sequentially marks the laser beam irradiation points along the design value of the tunnel excavation cross section with paint. As a result, excavation can be performed by an excavator or boring using the paint mark attached along the design value of the tunnel excavation cross section as a guide.
また、工事計画物を形成する現場において、路線に沿った工事計画物の鉛直断面内の任意の位置に視準軸やレーザ光照射軸を向けたい場合は、距離入力手段により器械点から路線上の任意の位置までの距離を入力(指定)すると、表示手段の画面には、記憶部に記憶されている工事計画情報に基づいて、路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面(例えば、トンネル掘削断面)に関する画像が表示され、この鉛直断面画像が表示されている画面上のx’y’座標と路線上の指定位置における工事計画物の鉛直断面(例えば、トンネル掘削断面)のxy座標とは略対応したものとなっている(図5,6参照)。
そして、画面上に表示された画像(工事計画物の鉛直断面画像、例えば、トンネル掘削断面の画像)内で任意の点233aを、視準点またはレーザ光照射点を移動した後の視準点またはレーザ光照射点として指定すると、水平・鉛直角算出手段により指定されたxy座標に対する水平角(θh)及び鉛直角(θv)が算出される。また、記憶手段に視準点またはレーザ光照射点を移動する前の各チルト角(X0,Y0)が記憶され、チルト角算出手段により前記チルト角(X0,Y0)と視準点またはレーザ光照射点を移動する前と後の水平角の差を示す水平角偏差(θh−θ0)とを基に視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角(XH,YH)が算出される。この算出結果に従って視準点またはレーザ光照射点移動後の水平角(θH)と鉛直角(θV)が演算手段で補正される。そして、演算手段によって、画面上の指定位置座標(x’1,y’1)に対応する工事計画物の鉛直断面(例えば、トンネル掘削断面)内のxy座標(x1,y1)とトータルステーションの視準軸またはレーザ光照射軸とのズレ量、すなわち、補正された水平角(θH)と鉛直角(θV)それぞれの視準点またはレーザ光照射点移動前の水平角と鉛直角からのズレ量を算出する。さらに、演算手段はこのズレ量を0とするための制御信号を回転制御手段に出力し、これにより水平軸と鉛直軸が回転駆動されて、視準用望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸が指定位置に向けられる。
In addition, when it is desired to point the collimation axis or laser beam irradiation axis at any position in the vertical section of the construction plan along the route at the site where the construction plan is formed, the distance input means can be When a distance to an arbitrary position is input (designated), a vertical section of the construction plan at the designated position on the route (for example, on the screen of the display means, based on the construction plan information stored in the storage unit, for example, An image related to the tunnel excavation section is displayed, and the x'y 'coordinates on the screen on which the vertical section image is displayed and the xy coordinates of the vertical section (for example, tunnel excavation section) of the construction plan at the specified position on the route Are substantially corresponding to each other (see FIGS. 5 and 6).
Then, the collimation point after moving the collimation point or the laser light irradiation point at an
例えば、掘削されたトンネル切羽面上の所定点の計測(測距・測角により三次元座標を得るための計測)を行いたい場合には、切羽面上の計測したい位置に反射ターゲットを設置し、目視した切羽面までの機械点からの概略距離を入力(指定)すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、このトンネル掘削断面画像内において、前記ターゲット設置点に概略対応する位置を、視準点を移動した後の視準点として指定することで、指定位置と視準軸とのズレ量が求められ、このズレ量が0となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、望遠鏡の視準点が指定位置に自動的に向けられる。そこで、測距・測角手段により、トンネル切羽面上の所定点を計測する。なお、測距手段の方式としては、位相差方式とパルス方式のいずれであってもよい。 For example, if you want to measure a predetermined point on the excavated tunnel face (measurement to obtain 3D coordinates by distance measurement and angle measurement), install a reflective target at the position you want to measure on the face. If the approximate distance from the machine point to the face of the face to be viewed is input (designated), a tunnel excavation cross-sectional image at the route position corresponding to the input distance is displayed on the screen. Therefore, in this tunnel excavation cross-sectional image, the position roughly corresponding to the target installation point is designated as the collimation point after moving the collimation point , thereby obtaining the deviation amount between the designated position and the collimation axis. The rotation of the horizontal axis and the vertical axis is controlled so that the amount of deviation becomes zero, and the collimation point of the telescope is automatically directed to the designated position. Therefore, a predetermined point on the face of the tunnel is measured by distance measurement / angle measuring means. Note that the method of the distance measuring means may be either a phase difference method or a pulse method.
また、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面上の所定点にマーキングしたい場合は、同じく目視した切羽面までの概略距離を入力(指定)することで、画面上に表示されたトンネル鉛直断面画像内において、前記マーキングしたい所定点に概略対応する位置を、視準点を移動した後のレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量が求められ、このズレ量が0となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。 Also, if you want to mark a predetermined point on the tunnel face in order to set up blasting, enter (designate) the approximate distance to the face to be seen in the tunnel vertical cross-section image displayed on the screen. The position roughly corresponding to the predetermined point to be marked is designated as the laser light irradiation point after the collimation point is moved, whereby the amount of deviation between the designated position and the laser light irradiation axis is obtained. The rotation of the horizontal axis and the vertical axis is controlled so as to be 0, and the laser beam irradiation axis is automatically directed to the designated position. Therefore, it is only necessary to irradiate the laser beam by the laser irradiation means and mark the laser beam irradiation position.
また、掘削途中のトンネル内後方のトンネル穴内周面所定位置にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、目視した補強材配設予定位置までの機械点からの概略水平距離を入力(指定)すれば、画面上には入力した距離に対応する路線位置におけるトンネル掘削断面画像が表示される。そこで、画面上に表示されたトンネル掘削断面画像内において、前記補強材配設予定位置に概略対応する位置を、視準点を移動した後のレーザ光照射点として指定することで、指定位置とレーザ光照射軸とのズレ量が求められ、このズレ量が0となるように、水平軸および鉛直軸の回転が制御されて、レーザ光照射軸が指定位置に自動的に向けられる。そこで、レーザ光照射手段によりレーザ光を照射し、レーザ光照射位置にマーキングすればよい。 Also, if you want to place a reinforcing material such as a lock bolt at a predetermined position on the inner peripheral surface of the tunnel hole behind the tunnel during excavation, enter the approximate horizontal distance from the mechanical point to the planned reinforcing material placement position ( If specified, a tunnel excavation cross-sectional image at the route position corresponding to the input distance is displayed on the screen. Therefore, in the tunnel excavation cross-sectional image displayed on the screen, by designating a position roughly corresponding to the reinforcing material placement planned position as a laser beam irradiation point after moving the collimation point , The amount of deviation from the laser beam irradiation axis is obtained, and the rotation of the horizontal axis and the vertical axis is controlled so that the amount of deviation is zero, and the laser beam irradiation axis is automatically directed to the designated position. Therefore, it is only necessary to irradiate the laser beam by the laser beam irradiation means and mark the laser beam irradiation position.
このように、作業員は、計測したい位置やレーザ光を照射したい位置の器械点からの概略距離を入力するための操作と、画面上において視準点またはレーザ光照射点を指定するための操作を行うだけで、視準用望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に即座に向けることができる。 In this way, the operator performs an operation for inputting the approximate distance from the instrument point at the position to be measured or the position to be irradiated with the laser light, and an operation for designating the collimation point or the laser light irradiation point on the screen. The collimation axis of the collimation telescope or the laser beam irradiation axis can be immediately directed in the specified direction simply by performing the above.
請求項2に係るトータルステーションにおいては、請求項1に記載のトータルステーションにおいて、前記チルト角算出手段は、X軸とY軸をそれぞれ水平角偏差だけ回転したときの座標変換に従って、視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角を算出するように構成した。
In the total station according to claim 2 , in the total station according to claim 1, the tilt angle calculation means may perform a collimation point or laser beam according to coordinate conversion when the X-axis and the Y-axis are respectively rotated by a horizontal angle deviation. Each tilt angle after movement of the irradiation point is calculated.
(作用)視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角を座標変換に従って算出しているので、移動後の各チルト角を正確に求めることができる。 (Operation) Since each tilt angle after the collimation point or the laser beam irradiation point is moved is calculated according to the coordinate transformation, each tilt angle after the movement can be accurately obtained.
以上の説明から明らかなように、請求項1に係るトータルステーションによれば、視準用望遠鏡の視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に向けるときに、向ける前のチルト角検出値を基に向けた後のチルト角を算出し、この算出値を基に視準軸またはレーザ光照射軸を指定の方向に向けた後の水平角と鉛直角を算出しているので、チルト角を考慮して水平角と鉛直角を補正して所定位置にレーザ照射光を向けるまでの時間が著しく短縮される。 As is apparent from the above description, according to the total station of claim 1, when the collimation axis of the collimation telescope or the laser beam irradiation axis is directed in the specified direction, the tilt angle detection value before being directed is based on the detected tilt angle value. calculating a tilt angle after towards, since the calculated horizontal angle and the vertical angle after having its collimation axis or laser irradiation visual axis based on the calculated value in the specified direction, taking into account the tilt angle Thus, the time required to correct the horizontal angle and the vertical angle and direct the laser irradiation light to a predetermined position is remarkably shortened.
請求項2に係るトータルステーションによれば、移動後の各チルト角を座標変換によって求めているので、視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角を正確に求めることができる。 According to the total station of the second aspect, since each tilt angle after movement is obtained by coordinate conversion, each tilt angle after movement of the collimation point or laser light irradiation point can be obtained accurately.
以下、本発明の好ましい実施の形態に付き、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図8は、本発明の一実施例であるトータルステーションを示し、図1は本発明の一実施例を示すレーザポインタ付きトータルステーションの全体構成を説明するためのブロック図であり、図2は同トータルステーションの光学系と自動視準装置を説明する図であり、図3(a)は同トータルステーションの正面図であり、図3(b)は同トータルステーションの背面図であり、図3(c)は同トータルステーションのタッチパネルディスプレイを抜き出して示す図であり、図4は同トータルステーションの自動視準装置に用いられる十字形ラインセンサを説明する図であり、図5は計測制御機に用いられるディスプレイの構成を説明する図であり、図6はトンネル掘削断面を示す図であり、図7は視準点またはレーザ光照射点を移動した後のチルト角を座標変換によって求める方法を説明するための図であり、図8は望遠鏡の視準軸を任意の方向に向けるときの作用を説明するためのフローチャートである。 1 to 8 show a total station according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram for explaining the overall configuration of the total station with a laser pointer according to an embodiment of the present invention. It is a figure explaining the optical system and automatic collimation device of the total station, FIG. 3 (a) is a front view of the total station, FIG. 3 (b) is a rear view of the total station, FIG. FIG. 4 is a diagram showing a touch panel display extracted from the total station, FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-shaped line sensor used in the automatic collimation device of the total station, and FIG. 5 is a configuration of a display used in a measurement controller the is a diagram illustrating, FIG. 6 shows a tunneling sectional, 7 move quasi point or laser beam irradiation point viewing After a diagram for explaining a method of obtaining the coordinate conversion tilt angle, FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of Rutoki toward the collimation axis of the telescope in any direction.
本実施例のレーザポインタ付きトータルステーション110は、図3にその外観全体を示すが、例えば暗い工事現場などで工事計画物であるトンネルを掘削する場合のトンネル切羽面に掘削基準となるマーキングを施す際のマーキング位置をレーザ照射光で照射するために使用されるもので、トータルステーション110に備わっている視準用望遠鏡46は、図3(a)に示したように、視準用望遠鏡46の光学系の中心に視準軸Oが設定されており、この視準軸Oからオフセットした位置(δx,δy)には、レーザ光照射手段であるレーザポインタのレーザ光照射軸O1が視準軸Oと平行に設定されている。また図3(a),(b)に示したように、整準台40上に水平回転可能に水平回転軸(鉛直軸)43Aを取り付け、この水平回転軸(鉛直軸)43Aに一体化したトータルステーション本体部(以下、本体部という)42の一対の柱部44間に、鉛直回転軸(水平軸)43Bにより望遠鏡46が鉛直回転可能に取り付けられている。即ち、望遠鏡46は、整準台40に対し、水平回転軸(鉛直軸)43Aにより水平回転でき、鉛直回転軸(水平軸)43Bにより鉛直回転できる。
The
また、整準台40は、自動整準台として下盤34、定盤35、3本の整準ねじ部36を備えており、3本の整準ねじ36のうち2本の整準ねじ36は回転駆動軸として、駆動モータ(図示省略)に連結されている。定盤35上部には本体部42が固定され、下盤34は三脚またはベース盤(図示省略)に固定されるようになっている。さらに定盤35の縁には、制御回路が内蔵されたX−Y座標傾斜センサ(図示省略)が固定されている。この傾斜センサは、本体部42の傾斜量(θx,θy)を検出し、この検出出力を、2本の整準ねじ36に設けられた駆動モータに供給するようになっている。各駆動モータは、傾斜量(θx,θy)を0にする方向に整準ねじ36を回転駆動して、本体部42を自動的に水平状態に維持するように構成されている。即ち、トータルステーション110を設置した際に、トータルステーション110が振動などで傾いた状態のときでも常に水平状態を保つことができるように構成されている。この自動整準装置については、例えば特2655276号,特2688933号において詳しく開示されている。
The leveling table 40 includes a
また、本実施例のトータルステーション110の本体部42には、図1及び図3(a)に示すように、本体部42の前後方向(X軸方向)の傾斜(角度)であるX軸チルト角を検出するX軸チルトセンサ22Xと、本体部42の左右方向(Y軸方向)の傾斜(角度)であるY軸チルト角を検出するY軸チルトセンサ22Yが設けられている。なお、図3(a)において、左右方向をY軸、Y軸と直交し紙面と垂直な方向をX軸とする。チルトセンサ22X、22Yの検出によるチルト角は、本体部42の傾きに伴う測角値を補正するために用いられる。すなわち、本体部42がX軸に対して傾いているときには、その傾きが鉛直角(天頂角)の誤差となり、本体部42がY軸に対して傾いているいときには、本体部42の水平回転により、その傾きが水平角の誤差となるので、各チルトセンサ22X、22Yの検出値を基に水平角と鉛直角を補正することとしている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3A , the
本実施例のトータルステーション110は、視準望遠鏡46で捕らえた測定対象、例えば、トンネルの切羽面に設置した反射ターゲット90に向けて照明光を照射する照明装置を有する自動視準型トータルステーションとして構成されている。具体的には、図1および図3に示したように、視準用望遠鏡46を介しての視準により、器械点から測定点までの距離を測定する測距手段としての測距部(光波距離計)48と、視準用望遠鏡46(の視準軸O)の水平角を測定する水平測角部(水平エンコーダ)50と、視準用望遠鏡46(の視準軸O)の垂直角(鉛直角)を測定する垂直測角部(垂直エンコーダ)52と、視準用望遠鏡46(の視準軸O)の水平角を制御する水平制御部(水平サーボモータ)54と、視準用望遠鏡46(の視準軸O)の垂直角(鉛直角)を制御する垂直制御部(垂直サーボモータ)56と、これら各部を制御するとともに、測定結果を算定するためのCPU(演算制御部)58とを備えている。もちろん、視準用望遠鏡46は、手動で容易に回転させることもできる構成としている。
The
さらに、本実施例のトータルステーション110は、反射ターゲット90を用いた自動視準のためにタッチペン68または指などの測定点指定手段で触れることにより測定点を指定したり、各種データやコマンドなどを入力することができるタッチパネルディスプレイ64と、トータルステーション110とは別体の遠隔操作器としての計測制御機(パーソナルコンピュータ)200などの外部機器と無線または有線で情報の授受(データの入出力)を行うための入出力装置66とを備えている。
Further, the
タッチパネルディスプレイ64は、図3(b)に示すように、本体部42の下部背面に取り付けられており、ここには、視準カメラ光学系の視準軸(光軸)Oの方向を示すレチクル線(十字線)92、各種のコマンドを入力するためのアイコン、データを入力するためのテンキー、測距部48や測角部(測角手段)50、52で得た測定結果などを表示できるようになっている。なお、測定点に設置された反射ターゲット90を視準した状態では、タッチパネルディスプレイ64上には、後述する視準カメラ光学系47によって撮像された反射ターゲット90の画像901が表示される。タッチパネルディスプレイ64上のレチクル線(十字線)92は、視準用望遠鏡46を上下左右方向に回動させても移動することはない。図3(b),(c)のタッチパネルディスプレイ64は、視準望遠鏡46の視準軸Oを示すレチクル線(十字線)92と反射ターゲット像901の中心がズレている状態と重なった状態(一致した状態)を示している。
As shown in FIG. 3B, the
また、タッチパネルディスプレイ64の代わりに、液晶ディスプレイなどの表示装置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボードとを別体にして備えたものを用いたり、測定点指定手段としては、カーソル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティックなどを用いてもよい。
Further, instead of the
視準カメラ光学系47は、その視準軸O上に、対物レンズ11、反射プリズム70、ダイクロイックミラー72、ビームスプリッタ120、合焦レンズ19、視準CCDカメラ素子45が設置されて構成されている。また、視準カメラ光学系47は、測距光を出射する赤外線LEDなどの発光素子74と、この測距光を集光する集光レンズ76と、集光された測距光を反射プリズム70に向けて反射するダイクロイックミラー78とで構成される測距部光学系を有し、この測距部光学系の光軸O2は、視準軸Oと共役の光学系で視準軸Oと同軸測距部光学系とされ、対物レンズ11から略平行光が出射される。なお、レンズ76から拡散光を送光するようにしてもよい。
The collimating camera
さらに、視準カメラ光学系47は、可視光で照明するLEDなどの光源80と、この照射光を集光する集光レンズ82と、集光された照明光を反射プリズム70に向けて反射するミラー84とで構成される照明装置を有している。この照明装置の光軸O3は、視準軸Oと共役の光学系で視準軸Oと同軸照明光学系とされ、対物レンズ11からは略平行光が出射される。
Further, the collimating camera
さらに、視準カメラ光学系47では、測定点に設置した反射ターゲット90で反射され拡散された測距光がダイクロイックミラー72で反射してフォトダイオードなどの受光素子86に入射し、CPU58において距離計測される。また、反射ターゲット90の像はビームスプリッタ120を通過し合焦レンズ19を経て、デジタル画像に変換する視準CCDカメラ素子45上に結像し、タッチパネルディスプレ64上に反射ターゲット像901として表示される。光源80が点滅する場合には、ディスプレイ64上に現れる反射ターゲット像901も点滅する。なお、反射ターゲット90で反射された光源80の光の一部は、ビームスプリッタ120を介して十字形ラインセンサ122上において受光スポット130として結像する(図4参照)。なお、光源80の結像(受光スポット)130がラインセンサ122(123,124)のピクセル上に来ない場合もあるので、視準用望遠鏡46を鉛直方向,水平方向に回動して、光源80の結像(受光スポット)130の少なくとも一部がラインセンサ123,124のピクセル上に来るようにすることで、光源80の結像中心131位置を認識できる。そして、光源80の結像中心131がラインセンサ122の中心125に一致するように、視準用望遠鏡46が鉛直方向,水平方向に回動される(自動視準される)ことになる。なお、視準カメラ光学系47において、視準CCDカメラ素子45の代わりに、その他の適当な撮像素子を用いてもよく、十字形ラインセンサ122の代わりに4分割センサなどのセンサを適宜用いてもよい。
Further, in the collimation camera
照明光としては、赤外線レーザ光でもよいが、本実施例では、視野全体に照明光が広がりやすいように、LEDなどの光源80による可視光の照明光を出射する照明装置を備えた。
The illumination light may be infrared laser light, but in this embodiment, an illumination device that emits visible illumination light from a
また、本実施例では、光源80をCPU58からのオン/オフ切替指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変調回路により光源80を点滅可能にしてもよい。光源80を点滅させると、暗所で直接見る反射ターゲット90も、タッチパネルディスプレイ64上の反射ターゲット像901も点滅するので、一層反射ターゲット90を視認しやすく測定点の指定が容易になる。
In this embodiment, the
また発光素子74から出射された測距光(LEDまた赤外線レーザ光)は、集光レンズ76、ダイクロイックミラー78、反射プリズム70、対物レンズ11を経て、測定対象のターゲットに向けて送光される。そして、反射ターゲット90で反射された測距光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ11を透過して、ダイクロイックミラー72で直角方向に反射され、受光素子86に入射する。反射ターゲット90までの距離は、従来と同様に、発光素子74から図示しない光ファイバにより直接受光素子86へ入射する参照光と、反射ターゲット90で反射してから受光素子86に入射する測距光と基準信号との位相差から算出される。
The distance measuring light (LED or infrared laser light) emitted from the
一方、光源80から出射された照明光は、集光レンズ82、ミラー84、反射プリズム70、対物レンズ11を経て、測定対象の測定点に設置された反射ターゲット90に向けて送光される。そして、反射ターゲット90で反射された拡散照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ11とダイクロイックミラー72とを透過してビームスプリッタ120により2つに分けられ、分割された光の一方は合焦レンズ19を経て、照明されたターゲット像を結像するべく視準CCDカメラ素子45に入射して、この結像がデジタル画像に変換され、分割された光の他方は十字形ラインセンサ122に集光される。視準CCDカメラ素子45で得られたデジタル画像はタッチパネルディスプレイ64に表示されるので、ディスプレイ64におけるレクチル線(十字線)92と反射ターゲット90の中心を示す十字線との合致によって視準を確認することができる。
On the other hand, the illumination light emitted from the
また、本実施例の視準用望遠鏡46には、視準軸Oと平行なレーザ光視準軸O1をもち、レンズ88と赤色レーザ光源89で構成されレーザ光照射手段であるレーザポインタ87が内蔵されており、レーザ光視準軸O1に沿って赤色レーザ光を照射できるように構成されている。
The
また本実施例では、十字形ラインセンサ122、CPU58、水平制御部54、垂直制御部56からなる自動視準装置69を備えて構成されており、この十字形ラインセンサ122を有する自動視準装置について、図2および図4に基づいて説明する。
In this embodiment, an
十字形ラインセンサ122は、図4に示したように、2本のラインセンサ123、124を十字形に組み合わせたもので、その中心125と視準カメラ光学系の視準軸Oに沿う光線が入射する位置とを一致させておく。両ラインセンサ123、124からの出力信号は、光線の入射位置を示す入射位置信号として、増幅器、波形整形器、A/D変換器などで構成した信号処理部91を経て、CPU58に入力される。そして、CPU58は、図4に示すように、照射スポット130に感応した両ラインセンサ123、124の光電変換素子群の出力による入射信号を取り込み、各受光部分126、127それぞれの中点128、129を求めることにより、十字形ラインセンサ122の中心125と光源80の照明光による反射ターゲット90からの反射光の照射スポット130の中心131との水平方向偏差h1および垂直方向偏差v1を求める。両偏差h1、v1は、視準軸Oとターゲット方向(視準点)とのなす角に対応するので、CPU58は、両偏差h1、v1に応じた制御信号をそれぞれ水平制御部54,垂直制御部56に送り、両偏差h1、v1を共に0とするようにモータ駆動により鉛直軸43Aおよび水平軸43Bを回転させることにより、本体部42の視準用望遠鏡46(の視準軸O)を反射ターゲット90の中心に向かせる、即ち反射ターゲット90を自動視準する。なお、この自動視準装置には、十字形ラインセンサ122以外にも、4分割光センサなどのセンサを用いることもできる。
As shown in FIG. 4, the
また本実施例における計測制御機200は、トータルステーション本体と入出力装置66を介して情報の授受を行いながらトータルステーション110を遠隔操作するためのパーソナルコンピュータ(CPU)202を内蔵するとともに、タッチパネルディスプレイ64と同様な機能を備え、図5に示したように、表示手段としてのディスプレイパネル210を備えている。
In addition, the
CPU202の記憶手段である記憶部(メモリ)203には、トンネル掘削用の計画情報(工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ)と、「トンネルTの切羽面Aに対応する所定の路線位置におけるトンネル鉛直断面外形上の複数の指定位置(図6における符号P1〜P7参照)に順次レーザ照射光を向けるようにトータルステーション110の駆動を制御する」という所定の駆動プログラムとが記憶されている。このため、図6に示すように、トンネルTの切羽面Aに正対するように設置したトータルステーション110を使って、切羽面Aにトンネル穴掘削用のマーキングを施す場合には、CPU202は、この駆動プログラムにしたがって、トータルステーション110のレーザ光照射装置(レーザポインタ)87から赤色レーザ光を照射しつつ水平軸43Bおよび鉛直軸43Aを所定角度ずつ間欠回転駆動させるための制御信号をトータルステーション110の入出力装置66に無線で送信する。この制御信号が入出力装置66からCPU58に転送されると、CPU58は、レーザ光源89を起動させるための信号を出力するとともに、水平軸43Bおよび鉛直軸43Aを間欠回転駆動するための制御信号を垂直制御部56および水平制御部54に出力する。これにより、トンネルの切羽面A上では、図6における符号P1→P2→…P6→P7に示すように、レーザ照射光がこれから掘削しようとするトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動することになるので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置(P1,P2,…P6,P7)に順次ペイントでマーキングを施せば、切羽面Aにトンネル掘削断面外形に対応したペイントマークが施された状態となる。マーキング作業終了後は、トータルステーション110の駆動を停止するとともに、トンネル鉛直断面外形に対応したペイントマークを基準として、掘削を継続する。
The storage unit (memory) 203 which is a storage unit of the
そして、所定長さにわたる掘削が終了すると、再び、トータルステーション110を新たな切羽面と正対する所定位置に設置するとともに、トータルステーション110の器械点位置を後方の基準点から後方交会法により求め、計測制御機200にこの器械点位置をセットした後、再び計測制御機200の駆動プログラムに基づいてトータルステーション110の駆動を制御する。前記したと同様、切羽面上では、レーザ照射光がトンネル掘削断面の外形に沿って所定間隔でスポット的に順次移動するので、作業員がレーザ照射光のスポット照射位置にマーキングを施した上で、ペイントマークを基準として切羽面の掘削を継続する。このような作業を繰り返すことで、工事計画物であるトンネルが完成する。
When the excavation over a predetermined length is completed, the
また、計測制御機200のディスプレイパネル210には、図5に示すように器械点から路線L上の任意の位置までの距離を入力する距離入力手段としての路線上位置指定エリア220と、距離入力手段(路線上位置指定エリア220)で入力した路線L上の任意の位置におけるトンネルの掘削断面に関する画像を表示する表示手段である掘削断面上位置指定エリア230とが設けられている。
Further, on the
路線上位置指定エリア220には、トータルステーション110の器械点位置222から路線L上の任意の位置までの距離(m)が目盛り付けされており、作業者が入力手段であるタッチペンなどを用いて器械点222から路線L上の任意の位置までの距離として、例えば、80メートルの目盛りをタッチすると、路線上位置表示線224がペンタッチした80メートルの目盛り位置224aまで移動するとともに、演算手段であるCPU202には、器械点位置から路線L上の任意の位置までの距離として80メートルの距離情報が入力されるようになっている。この場合、器械点222から路線L上の任意の位置までの距離を指定したあと、距離増減エリアキー226を操作することで、器械点222から任意の位置までの距離を1m,0.1m,0.01mの所定単位に切替設定して増減(調整)できる。
In the
器械点222から路線L上の任意の位置までの距離が入力されたときには、記憶部(メモリ)203に記憶されているトンネル掘削用の計画情報(工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ)に基づいて、画面上のエリア230には、器械点222から入力距離相当位置(例えば、80メートルの位置)におけるトンネルの掘削断面画像(計画掘削断面画像)232が表示される。この計画掘削断面画像232は画面上の直交座標軸x’y’に沿って表示されるとともに、計画掘削断面画像232には計画高としてのフォーメーションラインFLとスプリングラインSLも併せて表示される。
When a distance from the
符号234は、レーザ光照射モードと自動視準モードとを択一的に切替えるモード切替エリアキーであり、作業員がタッチペンなどを用いてディスプレイパネル210の画面上の計画掘削断面画像232内の所定点233aを、視準用望遠鏡46を移動した後の視準点またはレーザ光照射点として指定するとともに、モード切替エリアキー234をクリックして自動視準モードを選択すると、CPU202は、演算手段として、画面上のx’y’座標(図5参照)と計画掘削断面(鉛直断面)のxy座標(図6参照)との対応づけを行うとともに、画面上の指定点座標(x’1,y’1)に対するトンネルの計画掘削断面上の座標(x1,y1)を演算し、計画掘削断面上の座標値(x1,y1)を、モード切替エリアキー234に隣接して設けられた座標表示エリア235a、235bにおいて表示する。そして、CPU202は、視準軸Oを計画掘削断面上の指定位置(x1,y1)に一致させるための鉛直角(θa)と水平角(θb)を演算する。この場合、本体部42の傾きを考慮して鉛直角と水平角を演算するには、チルト角センサ22X、22Yの検出値を基に補正する必要がある。しかし、視準点またはレーザ光照射点を移動させるために視準用望遠鏡46を回転させた後もチルト角センサ22X、22Yの検出値を基に鉛直角と水平角を補正したのでは、各チルトセンサ22X、22Yの検出値が安定するまでに時間がかかり、視準用望遠鏡46の視準軸を指定の方向に向けるまでの待ち時間が長くなる。
そこで、本実施例では、視準点またはレーザ光照射点を移動させる前に、チルトセンサ22Xの検出によるチルト角をX0として、チルトセンサ22Yの検出によるチルト角をY0として、それぞれメモリ203に記憶させるとともに、水平測角部50の測角による水平角θ0をメモリ203に記憶させる構成を採用している。また、視準用望遠鏡46を指定の方向に向けるために視準点またはレーザ光照射点が指定されたときには、CPU202は、水平・鉛直角算出手段として、視準点またはレーザ光照射点を移動させた後の視準点またはレーザ光照射点を視準点として視準用望遠鏡46が視準されたと仮定したときの水平角θhと鉛直角θvを算出し、チルト角算出手段として、メモリ203の記憶内容(θ0,X0,Y0)と水平・鉛直角算出手段の算出結果(θh,θv)を基に視準用望遠鏡46の回転前の水平角θ0と回転後の水平角θhとの水平角偏差(θh−θ0)を算出するとともに、算出された水平角偏差(θh−θ0)と視準点またはレーザ光照射点移動前のチルト角X0、Y0に基づいて移動後のチルト角XH、YHを算出するようになっている。さらにCPU202は、演算手段として、水平・鉛直角算出手段の算出による水平角θhと鉛直角θvをチルト角算出手段の算出によるチルト角XH、YHに従って補正し、補正された水平角θHと鉛直角θVそれぞれの視準点またはレーザ光照射点を移動させる前の水平角と鉛直角からのズレ量を演算し、この演算結果を、入出力装置66を介してCPU58に転送するようになっている。
Therefore, in this embodiment, before moving the collimation point or the laser light irradiation point, the tilt angle detected by the
具体的には、レーザマーキングを行うに際して、計測制御機200にチルト補正を有効とする通信コマンドが入力されると、水平測角部50の測角による水平角θ0が視準点またはレーザ光照射点を移動させる前の水平角としてメモリ203に記憶されるとともに、チルトセンサ22X、22Yの検出による各チルト角X0、Y0が視準点またはレーザ光照射点を移動させる前のチルト角としてメモリ203に記憶される。
Specifically, when performing a laser marking, when a communication command for enabling tilt correction is input to the
この後、視準用望遠鏡46の視準軸を指定の方向に向けるために、視準点またはレーザ光照射点を指定位置に移動させた後の視準点またはレーザ光照射点が指定されると、計測制御機200にチルト補正を無効にする通信コマンドが入力され、CPU202による処理が開始される。まず、CPU202は、視準点またはレーザ光照射点を移動させた後の視準点またはレーザ光照射点に視準用望遠鏡46が視準されたと仮定したときの水平角θhと鉛直角θvを算出するとともに、この算出結果とメモリ203に記憶された水平角θ0を基に視準点またはレーザ光照射点を移動させる前の水平角θ0と移動させた後の水平角θhとの水平角偏差(θh−θ0)を算出し、算出された水平角偏差(θh−θ0)と移動前のチルト角X0、Y0に基づいて、移動後のチルト角XH、YHを次の演算式に従って演算する。
チルト角XH=X0・cos(θh−θ0)−Y0・sin(θh−θ0)…………(1)
チルト角YH=X0・sin(θh−θ0)+Y0・cos(θh−θ0)………(2)
上記チルト角XH、YHは、図7に示すように、x軸、y軸を基準とした座標を(X0、Y0)としたときに、x軸、y軸を水平角偏差θ(=θh−θ0)だけ回転したときの座標変換に従って求めることができる。ただし、図7において、xはXHとし、yはYHとして、XはX0として、YはY0として、θはθh−θ0として求める。
Thereafter, in order toward the collimation axis of the viewing mutatis mutandis
Tilt angle XH = X0 · cos (θh−θ0) −Y0 · sin (θh−θ0) (1)
Tilt angle YH = X0 · sin (θh−θ0) + Y0 · cos (θh−θ0) (2)
As shown in FIG. 7, the tilt angles XH and YH are defined as horizontal angle deviation θ (= θh−) with the x-axis and y-axis as coordinates (X0, Y0) with respect to the x-axis and y-axis. It can be obtained according to coordinate transformation when rotated by θ0). However, in FIG. 7, x is XH, y is YH, X is X0, Y is Y0, and θ is determined as θh−θ0.
視準点またはレーザ光照射点を移動させた後のチルト角XH、YHが算出されたときには、算出されたチルト角XH、YHを基に移動後の水平角θhと鉛直角θvを補正する。補正後の水平角θHと鉛直角θVを次の演算式(補正式)に従って演算する。
補正後の水平角θH=θh−(YH/tan(θv))……(3)
補正後の鉛直角θV=θv−XH
……………(4)
この場合、CPU202は、補正後の水平角θHと鉛直角θVそれぞれの視準点またはレーザ光照射点を移動させる前の水平角と鉛直角からのズレ量を演算し、この演算結果を入出力装置66を介してCPU58に転送するようになっている。CPU58は、CPU202の演算結果によるズレ量を0にするための制御信号を生成して垂直制御部56、水平制御部54に出力するようになっている。
Quasi point or laser light irradiation tilt angle after moving the point XH, when YH is calculated viewing, calculated tilt angle XH, that to correct the horizontal angle θh and the vertical angle θv after movement based on YH . The vertical angle theta V and the horizontal angle θH after compensation for calculating according to the following arithmetic expression (correction equation).
Corrected horizontal angle θH = θh− (YH / tan (θv)) (3)
Corrected vertical angle θV = θv−XH
…………… (4)
In this case, the
一方、作業員が画面上のモード切替エリアキー234をクリックしてレーザ光照射モードを選択したときには、画面上の指定点座標(x’1,y’1)に対するトンネルの計画掘削断面上の座標(x1,y1)に対するレーザ光照射軸O1の鉛直角と水平角のズレ量を演算式(1)〜(4)に従って演算し、その座標値(x1,y1)およびズレ量を座標表示エリア235a、235bにおいて表示する。
On the other hand, when the worker clicks the mode
なお、視準軸Oとレーザ光照射軸O1は水平方向にδx,鉛直方向にδyだけオフセットしているため、路線距離Lzにおける視準軸Oとレーザ光照射軸O1間のズレは、水平方向にδx/Lz、鉛直方向にθy/Lzであるから、計画掘削断面上の指定位置(x1,y1)とレーザ光照射軸O1のズレ量は、計画掘削断面上の指定位置(x1,y1)と視準軸Oのズレ量に対し、水平方向にδx/Lz、鉛直方向にθy/Lzだけ補正してやればよい。即ち、計画掘削断面上の指定位置の鉛直角θ’V及び水平角θ’Hは、θ’V=θV+θY/Lz、θ’H=θH+δx/Lzとして補正することができ、レーザ光照射モードが選択されたときには、演算手段であるCPU202は、この補正式に基づいて、指定位置とレーザ光照射軸O1のズレ量を演算する。
Since the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 are offset by δx in the horizontal direction and δy in the vertical direction, the deviation between the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 at the route distance Lz is horizontal. Δx / Lz in the vertical direction and θy / Lz in the vertical direction, the deviation between the designated position (x 1 , y 1 ) on the planned excavation section and the laser beam irradiation axis O1 is the specified position (x 1 on the planned excavation section). , y 1) and viewed against the shift amount of the collimation axis O, .delta.x / Lz horizontally, may do it corrected by [theta] y / Lz vertically. That plan vertical angle Shita'V and horizontal angle Shita'H designated positions of the drilling on the cross section, θ'V = θV + θY / Lz , θ'H = θH + δx / Lz and to be you to correct the laser beam irradiation When the mode is selected, the
また、作業員がディスプレイパネル210の画面上で視準点(またはレーザ光照射点)233aをタッチペンなどを用いて指定したあと、画面左下の指定位置調整エリアキー236a、236bをそれぞれ操作することで、視準点(またはレーザ光照射点)233aの位置を1m,0.1m,0.01mの所定単位に切替設定して増減(調整)でx,y方向にその位置を修正することができる。
In addition, after the worker designates the collimation point (or laser beam irradiation point) 233a on the screen of the
このあと、CPU202は、演算結果を無線でトータルステーション110の入出力装置66に送信する。計測制御機200のCPU202の演算結果がトータルステーション110のCPU58に転送されると、計測制御機200のCPU202とともに演算手段を構成するCPU58により水平軸43Bと鉛直軸43Aを回転駆動するための制御信号(制御指令)が生成される。すなわち、CPU58は、指定された点の座標(x1,y1)と視準用望遠鏡46の視準軸O(またはレーザ光照射軸O1)とのズレ量を0にするための制御信号を生成して、垂直制御部56および水平制御部54に出力する。垂直制御部56および水平制御部54は回転制御手段として、CPU58からの制御信号にしたがって水平軸43Bと鉛直軸43Aを回転駆動する。
Thereafter, the
この結果、視準用望遠鏡46の視準軸O(またはレーザ光視準軸O1)は、トータルステーション110から目視距離80メートルにあるトンネルの計画掘削断面上の所定位置(xy座標における(x1,y1)位置)に向けられる。
As a result, the collimation axis O (or laser beam collimation axis O1) of the
したがって、トンネル掘削現場において、図6に示すように、切羽面Aにおける所定位置233a1の計測(三次元座標値の測定)を行いたい場合は、図8に示すように、まず、任意の既知点にトータルステーション110を設置し(ステップS1)、計測したい切羽面Aの所定位置233a1に反射ターゲット90を設置し、他の既知点を指定して測角する(ステップS2)。例えば、任意の既知点を器械点として、他の既知点に関する水平角などを測角する。この後、作業者の操作により、計測制御機200にチルト補正を有効にするための通信コマンドが入力されると、チルト補正がオンとなり(ステップS3)、水平測角部50の測角による水平角とチルト角センサ22X、22Yの検出値がそれぞれ視準点またはレーザ光照射点を移動させる前の水平角θ0およびチルト角X0、Y0として取得され、取得された水平角θ0およびチルト角X0、Y0がそれぞれメモリ203に記憶される(ステップS4)。ついで、チルト補正を無効にする通信コマンドが計測制御機200に入力されると、CPU202にチルト補正を無効(OFF)にするための命令が入力される(ステップS5)。この後、作業者の操作により、計測制御機200において、トータルステーション110からトンネルの切羽面Aまでの概略目視距離(例えば80メートル)が入力され、画面上のエリア230に表示されたトンネル計画掘削断面画像232内で反射ターゲット設置点233a1(x1,y1)に概略相当する所定位置233a2(x’1,y’1)が視準点またはレーザ光照射点を移動させた後の視準点として指定されると、所定位置233a2(x’1,y’1)にトータルステーション110のレーザ光照射軸を向けるための命令がCPU202に入力され(ステップS6)、CPU202において、演算式(1)、(2)に従って移動後のチルト角XH、YHが算出される(ステップS7)。さらに、CPU202において、補正後の水平角と鉛直角が演算式(3)、(4)に従って算出される(ステップS8)。この場合、補正後の水平角θHと鉛直角θVから、自動視準モードを選択することで、路線距離80メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点233a2(x’1,y’1)と視準軸Oとのズレ量が求められる。ついで、計測制御機200からトータルステーション110に、このズレ量を送信することで、トータルステーション110では、このズレ量を0にするように水平軸43Bおよび鉛直軸43Aが回転駆動し、視準用望遠鏡46の視準軸Oが概略反射ターゲット90(反射ターゲット設置点233a1)の方を向く(ステップS9)。
Accordingly, in the tunnel excavation site, as shown in FIG. 6, when it is desired to measure the predetermined position 233a1 on the face A (measurement of three-dimensional coordinate values), first, as shown in FIG. The
次に、ディスプレイパネル210の自動視準エリアキー237aおよびプリズム使用キー237bをクリックして、トータルステーション110における自動視準装置69を作動させると、光源80からの照射光がトンネルTの切羽面Aの反射ターゲット90に向けて照射され、その反射光の受光スポット130の中心131と十字型ラインセンサ122の中心125との水平方向偏差h1および垂直方向偏差v1が0になるように水平軸43Bおよび鉛直軸43Aが回転駆動され、視準用望遠鏡46の視準軸OをトンネルTの切羽面Aにおける反射ターゲット90の中心位置に正確に向けることができる。そこで、ディスプレイパネル210の計測エリアキー238をクリックして、トータルステーション110における測距・測角手段を作動させて、反射ターゲット90までの距離および角度(水平角及び鉛直角)を求める。
Next, when the automatic collimation area key 237a and the prism use key 237b on the
また、トンネル掘削現場において、発破を仕掛けるためにトンネル切羽面A上の所定点233b1にマーキングしたい場合は、計測制御機200において、トータルステーション110からトンネルの切羽面Aまでの概略目視距離(例えば80メートル)を入力し、画面上のエリア230に表示されたトンネル計画掘削断面画像232におけるトンネル切羽面A上の所定点233b1(x2,y2)に概略相当する位置を(視準軸を移動した後の)レーザ光照射点233b2(x’2,y’2)として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離80メートルのトンネル計画掘削断面上の指定点233b1(x2,y2)とレーザ光照射軸O1とのズレ量が演算式(1)〜(4)に従って求まる。ついで、計測制御機200からトータルステーション110に、このズレ量を送信することで、トータルステーション110では、このズレ量を0にするように水平軸43Bおよび鉛直軸43Aが回転駆動し、レーザ光照射軸O1が指定点位置233b1(x2,y2)の方を向く。次に、ディスプレイパネル210のレーザ光照射エリアキー239をクリックして、トータルステーション110におけるレーザ光照射手段(レーザポインタ)87を作動させると、目的とするトンネル切羽面A上の所定位置233b1(x2,y2)にレーザ光が照射されるので、ここにペイントでマーキングを施す。
Further, when it is desired to mark a predetermined point 233b1 on the tunnel face A in order to start blasting at the tunnel excavation site, in the
また、図6に示すように、掘削途中のトンネルT内後方のトンネル穴内周面所定位置233c1にロックボルト等の補強材を配設したい場合には、計測制御機200において、トータルステーション110から補強材配設予定位置233c1までの概略目視距離(例えばマイナス20メートル)を入力し、画面上のエリア230に表示されたトンネル計画掘削断面画像(路線距離マイナス20メートル地点のトンネル計画掘削断面画像)232A内における補強材配設予定位置233c1に概略対応する位置233c2を(視準軸を移動した後の)レーザ光照射点として指定し、さらにレーザ光照射モードを選択することで、路線距離マイナス20メートル地点のトンネル計画掘削断面上の指定点とレーザ光照射軸O1とのズレ量を演算式(1)〜(4)に従って求めることができる。ついで、計測制御機200からトータルステーション110に、このズレ量を送信することで、トータルステーション110では、このズレ量を0にするように水平軸43Bおよび鉛直軸43Aが回転駆動し、レーザ光照射軸O1が指定点位置233c1の方を向く。次に、ディスプレイパネル210上のレーザ光照射エリアキー239をクリックして、トータルステーション110におけるレーザ光照射手段を作動させると、目的とするトンネル穴内周面所定位置233c1にレーザ光が照射されるので、ここにペイントでマーキングを施す。
In addition, as shown in FIG. 6, when it is desired to arrange a reinforcing material such as a lock bolt at a predetermined position 233c1 on the inner peripheral surface of the tunnel hole behind the tunnel T during excavation, the measuring
なお、前記実施例においては、計測制御機200から無線によってトータルステーション110を遠隔制御するように構成されているが、有線によって遠隔制御する構造であってもよい。
In addition, in the said Example, although comprised so that the
また、前記実施例においては、計測制御機200のディスプレイパネル210上にエリア220、230および各種操作エリアキーを設定し、計測制御機200によってトータルステーション110を遠隔制御する構成として説明したが、トータルステーション110のタッチパネルディスプレイ64上にエリア220、230および各種操作エリアキーを設定し、トータルステーション110単独で操作できる構造であってもよい。
In the above embodiment, the
また、前記実施例では、視準軸Oとレーザ光照射軸O1が(δx、δy)だけオフセットするものについて述べたが、視準軸Oからマーキング用の赤色レーザ光を照射する同軸の構成にすることも可能である。 In the above-described embodiment, the collimation axis O and the laser beam irradiation axis O1 are offset by (δx, δy). However, the collimation axis O emits red laser light for marking. It is also possible to do.
また、前記実施例では、トータルステーション110をトンネルTの掘削に使用する場合について述べたが、路線に沿った工事計画物としてはトンネルの他に例えば道路が考えられ、道路の敷設工事において、路線所定位置に道路の距離表示となるキロポスト設置点を示すマーキングを付ける場合等にも本発明を適用することができる。ただし、この場合は、計測制御機200のCPU202の記憶部(メモリ)203に、またトータルステーション110単独で用いる場合はトータルステーション110のCPU58にトンネル掘削用の計画情報(工事計画物であるトンネルの線形データおよび路線位置に対するトンネル鉛直断面に関するデータ)を記憶させておくことが必要である。
In the above-described embodiment, the case where the
T トンネル
A トンネルの切羽面
O 視準軸
22X X軸チルトセンサ
22Y Y軸チルトセンサ
46 視準用望遠鏡
47 視準カメラ光学系
48 測距部(測距手段)
50 水平測角部(測角手段)
52 垂直測角部(測角手段)
54 水平制御部(回転制御手段)
56 垂直制御部(回転制御手段)
58 CPU
64 トータルステーションのタッチパネルディスプレイ
69 自動視準装置
80 光源(照明装置)
87 レーザポインタ(レーザ光照射手段)
O1 レー光照射軸
89 レーザ光源
90 反射ターゲット
91 信号処理部
122 十字形ラインセンサ
110 レーザポインタ付きトータルステーション
200 計測制御機
202 CPU(水平・鉛直角算出手段、チルト角算出手段、演算手段)
203 メモリ(記憶手段)
210 ディスプレイパネル
220 路線上位置指定エリア
230 掘削断面上位置指定エリア
222 器械点
L 路線
232、232A トンネルの計画掘削断面画像
FL フォーメーションライン
SL スプリングライン
233a1 切羽面上の指定点(視準点)
233b1 切羽面上の指定点(レーザ照射点)
233c1 トンネル内周面上の指定点(レーザ照射点)
233a2、233b2、233c2 トンネル計画掘削断面画像上の指定点
Working face surface of the T tunnel A tunnel
50 Horizontal angle measuring unit (angle measuring means)
52 Vertical angle measuring unit (angle measuring means)
54 Horizontal control unit (rotation control means)
56 Vertical controller (rotation control means)
58 CPU
64 Total station
87 Laser pointer (Laser beam irradiation means)
O1 Ray
203 memory (storage means)
210
233b1 Designated point on the face (laser irradiation point)
233c1 Designated point (laser irradiation point) on the inner surface of the tunnel
233a2, 233b2, 233c2 Designated points on the tunnel excavation cross section image
Claims (2)
前記測角手段の測角による水平角と前記各チルトセンサの検出によるチルト角のうち視準点またはレーザ光照射点を移動する前の水平角とX軸チルト角とY軸チルト角をそれそれ記憶する記憶手段と、前記視準点またはレーザ光照射点を移動した後の視準点またはレーザ光照射点が指定されたときに、前記視準点またはレーザ光照射点移動後の視準点またはレーザ光照射点に前記視準用望遠鏡が視準されたと仮定したときの水平角と鉛直角を算出する水平・鉛直角算出手段と、前記記憶手段の記憶内容と前記水平・鉛直角算出手段の算出結果を基に前記視準点またはレーザ光照射点移動前の水平角と移動後の水平角との水平角偏差を算出するとともに、算出された水平角偏差と前記視準点またはレーザ光照射点移動前の各チルト角に基づいて前記視準点またはレーザ光照射点移動後の各チルト角を算出するチルト角算出手段と、前記水平・鉛直角算出手段の算出による水平角と鉛直角を前記チルト角算出手段の算出結果に従って補正し、補正された水平角と鉛直角それぞれの前記視準点またはレーザ光照射点移動前の水平角と鉛直角からのズレ量を算出して、前記ズレ量を0にするための制御信号を前記回転制御手段に出力する演算手段とを備えたことを特徴とするトータルステーション。 A distance measuring means for ranging the distance to the collimation point from the instrument point visual mutatis mutandis distance measuring light emitted toward the collimation point from the telescope and by the return light, a horizontal angle and a vertical angle of the collimating telescope Angle measuring means for measuring an angle, a main body portion to which a collimating telescope is attached, an X-axis tilt sensor that detects an X-axis tilt angle that is an inclination in the front-rear direction of the main body portion, and a horizontal inclination of the main body portion. A Y-axis tilt sensor for detecting a certain Y-axis tilt angle, rotation control means for rotating and controlling the collimation telescope in the horizontal and vertical directions according to the control signal, and coaxial or parallel to the collimation axis of the collimation telescope In a total station equipped with laser light irradiation means for irradiating laser light along the laser light irradiation axis,
Of the horizontal angle measured by the angle measuring means and the tilt angle detected by each tilt sensor, the horizontal angle before moving the collimation point or the laser light irradiation point, the X-axis tilt angle, and the Y-axis tilt angle are respectively set. Storage means for storing and the collimation point after moving the collimation point or laser light irradiation point when the collimation point or laser light irradiation point after moving the collimation point or laser light irradiation point is designated Or a horizontal / vertical angle calculating means for calculating a horizontal angle and a vertical angle when the collimating telescope is assumed to be collimated at a laser beam irradiation point, and stored contents of the storage means and the horizontal / vertical angle calculating means Based on the calculation result, a horizontal angle deviation between the horizontal angle before moving the collimation point or laser light irradiation point and the horizontal angle after movement is calculated, and the calculated horizontal angle deviation and the collimation point or laser light irradiation are calculated. Based on each tilt angle before point movement Tilt angle calculation means for calculating each tilt angle after moving the collimation point or laser light irradiation point, and correcting the horizontal and vertical angles calculated by the horizontal / vertical angle calculation means according to the calculation result of the tilt angle calculation means And calculating a deviation amount from the horizontal angle and the vertical angle before moving the collimation point or the laser beam irradiation point of each of the corrected horizontal angle and vertical angle, and a control signal for setting the deviation amount to zero. A total station comprising a calculation means for outputting to the rotation control means.
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