JP4819522B2

JP4819522B2 - 整準方法及び整準装置

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Publication number: JP4819522B2
Application number: JP2006043835A
Authority: JP
Inventors: 康仁配島; きよ子鈴木
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: CN101025364A; EP1821066A3; EP1821066A2; EP1821066B1; US20070195313A1; JP2007225307A; US7360314B2; CN100582665C

Description

本発明は、測量機等の測定機器に用いられる整準方法及び整準装置に関するものである。

測定機器、例えば測量機により測定を行うには、先ず測量機を水平状態に設置することが要求され、測量機には設置状態を水平にする為の整準装置が具備されている。

図４に於いて、整準装置を具備した測量機について略述する。又、図４に示される測量機は、レーザ光線を回転照射して基準面を形成する回転レーザ装置である。

回転レーザ装置１はケーシング２と、投光光軸３を有するレーザ投光器４とを具備し、該レーザ投光器４は前記ケーシング２に収納され、任意の方向に傾動可能となっている。

前記レーザ投光器４の上部に回動部５が回転自在に設けられ、該回動部５にはペンタプリズム６が設けられている。

前記回動部５には走査ギア７が設けられ、前記レーザ投光器４には駆動ギア８を有する走査モータ９が設けられ、前記回動部５は前記走査モータ９により前記駆動ギア８、前記走査ギア７を介して回転駆動される。

前記ケーシング２の内部には、前記レーザ投光器４の周囲に設けられたＸ軸、Ｙ軸に関し、２組のＸ軸傾斜機構１１、Ｙ軸傾斜機構（一方は図示せず）が収納され、前記Ｘ軸傾斜機構１１はＸ軸傾斜用モータ１２と、前記レーザ投光器４と平行な方向の回転中心を有するＸ軸傾斜用スクリュー１３と、該Ｘ軸傾斜用スクリュー１３に螺合するスライドナット１４とを有する。前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は回転角を制御可能なモータ、例えばステッピングモータが用いられている。

前記レーザ投光器４は前記投光光軸３に対して直交し水平方向に延出する傾斜アーム１５を２本（一方は図示せず）有し、又両傾斜アーム１５は直交し、該傾斜アーム１５と前記スライドナット１４とはピンを介して係合している。

前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は駆動ギア１６、傾斜用ギア１７を介して前記Ｘ軸傾斜用スクリュー１３を回転させることができる。該Ｘ軸傾斜用スクリュー１３の回転により前記スライドナット１４が上下に移動し、該スライドナット１４が上下動することによって前記傾斜アーム１５が傾動し、前記レーザ投光器４が傾斜する。

又、図示していないもう１組のＹ軸傾斜機構は、前記Ｘ軸傾斜機構１１と同様の機構によって、該Ｘ軸傾斜機構１１が傾斜する方向と直交する方向に前記レーザ投光器４を傾斜可能となっている。

前記投光光軸３に対して直交する平面内にＸ軸傾斜センサ１８、Ｙ軸傾斜センサ１９が設けられ、前記Ｘ軸傾斜センサ１８と前記Ｙ軸傾斜センサ１９とは直交し、前記Ｘ軸傾斜センサ１８は前記傾斜アーム１５に対して平行となっている。前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９により前記レーザ投光器４の任意の方向の傾斜角を検出でき、前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９の検出結果に基づき、２組の前記Ｘ軸傾斜機構１１、Ｙ軸傾斜機構（一方は図示せず）により２本の前記傾斜アーム１５（一方は図示せず）を介して前記レーザ投光器４を傾斜させ、該レーザ投光器４が鉛直になる様に整準し、又該レーザ投光器４を任意の角度にも傾斜させることができる。

該レーザ投光器４が鉛直に整準された状態で、該レーザ投光器４からレーザ光線が射出され、該レーザ光線は前記ペンタプリズム６によって水平方向に偏向され、水平方向に照射される。更に、前記走査モータ９により前記駆動ギア８、前記走査ギア７を介して前記回動部５が回転されることで、レーザ光線が回転照射され、水平基準面が形成される。

又、一旦前記レーザ投光器４が鉛直に整準された状態から前記Ｘ軸傾斜用モータ１２が所定回転量（所定パルス数）、前記Ｘ軸傾斜用スクリュー１３を回転させることで、前記レーザ投光器４を所定の角度に傾斜させることができ、この状態でレーザ光線を回転照射することで、傾斜基準面が形成される。

上記した様に、前記回転レーザ装置１により基準面を形成する場合、先ず回転レーザ装置１の整準が行われるが、従来の整準方法について図５により説明する。

図５は、傾斜センサが光学式チルトセンサであった場合の傾斜角度と、整準時間を示すものである。又、図５中の曲線Ｑは、光学式チルトセンサの傾斜角度を示すものであり、曲線Ｓは、光学式チルトセンサの出力信号を表すものである。

尚、説明を簡単にする為、以下は前記Ｘ軸傾斜センサ１８に関する整準について説明する。

該Ｘ軸傾斜センサ１８は液体を満たした気泡管内の気泡の位置によって傾斜角を検出するものである為、前記Ｘ軸傾斜センサ１８には傾斜させた場合の気泡の移動による応答遅れがある。従って、整準は前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答遅れを考慮したものとなる。

又、該Ｘ軸傾斜センサ１８は水平に対して微小角範囲については角度検出が可能であるが、検出範囲を超えると、傾斜方向は検出できるが、傾斜角自体の検出はできない特性を有している。測定は、傾斜角が測定可能なダイナミックレンジ領域と、傾き方向のみが検出可能なダイナミックレンジ超過領域に分けて行われる。

即ち図５に示す様に、ダイナミックレンジ超過領域では、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の傾いている方向が検出され、前記Ｘ軸傾斜機構１１により検出された方向と逆方向に前記回転レーザ装置１が傾斜される。次に、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の出力信号の目標値（設定記憶された０値）を通過したか否かを判断し、目標値の通過を確認した場合には、前記Ｘ軸傾斜機構１１により傾き速度を減じ前記Ｘ軸傾斜センサ１８の傾き方向を反転させる様に前記回転レーザ装置１を傾かせる。そして、再び目標値の通過を確認した場合には、前記Ｘ軸傾斜機構１１により更に傾き速度を減じ、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の傾き方向を再度反転させる様に前記回転レーザ装置１を傾かせる。これらの動作を繰返すことにより、ダイナミックレンジ領域迄減衰させ、前記回転レーザ装置１を水平に整準することができる。

次に、ダイナミックレンジ領域に入ったら整準動作を遅くし、ハンチングを起こさない様に水平に整準する。

上記従来の整準方法では、前記Ｘ軸傾斜センサ１８を目標値（設定記憶された０値）を通過する様に傾斜させ、目標値である水平を通過する毎に、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の傾斜方向の反転を繰返し、ダイナミックレンジ領域に入ると、該Ｘ軸傾斜センサ１８の検出角が０となる様に収斂させるものであり、整準が完了する迄に多くの時間が掛るという問題があった。

特開２００１−１８３１３４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、整準作業での傾斜センサの水平検出の収斂時間を短縮し、迅速に整準時間が完了できる整準方法及び整準装置を提供しようとするものである。

本発明は、傾斜センサが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出結果を基に整準を行い収斂させる整準方法に係り、又前記第２方向に傾斜させる駆動速度は、前記第１方向に駆動させる駆動速度の１／２であり、前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動速度は、前記第２方向への駆動速度と同じである整準方法に係るものであり、又前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動時間は、前記両０が検出される間の時間の１／３である整準方法に係るものであり、更に又前記第２方向から更に第１方向に傾斜させ、傾斜後傾斜状態を維持する時間は１．６秒より小さい時間である整準方法に係るものである。

又本発明は、傾斜センサと、装置本体を傾斜駆動するモータとが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出に基づき整準を行い収斂させる制御部を具備する整準装置に係るものである。

本発明によれば、傾斜センサが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出結果を基に整準を行い収斂させるので、前記傾斜センサの水平検出の収斂時間が短縮し、迅速な整準が可能となる。

又本発明は、傾斜センサと、装置本体を傾斜駆動するモータとが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出に基づき整準を行い収斂させる制御部を具備するので、前記傾斜センサの水平検出の収斂時間が短縮し、迅速な整準が可能となる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

本発明が実施される測量機器としては、図４に示した測量機が例示される。先ず、図１、図２により本発明の原理を説明する。尚、説明を簡略化する為、Ｘ軸についての整準を説明する。又、図１中、曲線Ｑはレーザ投光器４の傾斜角、曲線ＳはＸ軸傾斜センサ１８が出力する検出角を示している。

測量機は水平状態になく、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の最大検出角度α以上に傾斜しているものとする。又、前記Ｘ軸傾斜センサ１８は、傾斜方向は検出する。

前記Ｘ軸傾斜センサ１８の検出結果を基に、該Ｘ軸傾斜センサ１８の検出角度が０度となる方向１にＸ軸傾斜用モータ１２を駆動し、前記レーザ投光器４を傾斜させる。前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は所定速度、例えば最大速度Ｖ１で定速回転される（ＳＴＥＰ：０１）。

前記Ｘ軸傾斜センサ１８が０位置（Ａ点）を検出する。Ａ点を検出した時点より次の０位置を検出する迄の時間のカウントを開始する（ＳＴＥＰ：０２）。前記Ｘ軸傾斜センサ１８が０位置を検出した時点（Ａ点）で、装置本体の実質的な傾斜は、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答遅れにより０位置をオーバランしている。その為、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は前記最大速度Ｖ１より小さい所定速度Ｖ２で、逆方向２に定速回転される（ＳＴＥＰ：０３）。逆方向の回転速度Ｖ２は、例えばＶ２＝Ｖ１／２とする。

装置本体は逆方向２に向けて傾斜し、前記Ｘ軸傾斜センサ１８は再び０位置（Ｂ点）を検出する。カウントはＢ点検出時点にて終了する（ＳＴＥＰ：０４）。逆方向２に於いても、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答遅れにより、未だ０位置をオーバランしている。

従って、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は収束に向け、方向３に向けて速度Ｖ３で駆動時間Ｘｔだけ反転駆動される。反転駆動される場合の駆動時間Ｘｔは、前記Ａ点から前記Ｂ点に至る時間Ｔを基に算出される（ＳＴＥＰ：０５）。

前記方向１に駆動される前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は設定された速度（既知の速度Ｖ１）で而も定速であり、同様に逆方向２に駆動される場合も、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２は設定された速度（既知の速度Ｖ２）で而も定速となっている。この為、前記時間Ｔは前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答遅れを現す固有のパラメータとなっている。応答遅れは、前記Ｘ軸傾斜センサ１８内の液体の粘性に起因し、温度の影響を受ける。例えば温度が低い場合には液体の粘性が高く、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答時間Ｔは長くなる。

ここで、応答遅れを現すパラメータを応答遅れ係数ηとした場合、該応答遅れ係数ηは温度に依存する係数である。前記駆動時間Ｘｔは（ＫＴ×η）によって求められる。Ｋは後述するＶ３と共に実験的に得られる係数である。本実施の形態ではＫ＝１／３である。

前記応答遅れ係数ηは、実験、実測で予め求めておくものとする。例えば、温度を適宜変更して既知の速度Ｖ１、Ｖ２で前記Ｘ軸傾斜センサ１８を傾斜させた場合の、該Ｘ軸傾斜センサ１８の機械的な傾斜速度に対する検出角度の出力速度、出力値等を測定して応答遅れを求める等である。又、任意の傾斜角に対する前記Ｘ軸傾斜センサ１８の応答速度を求めておく。

速度Ｖ１は、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２の負荷、前記Ｘ軸傾斜センサ１８のハンチング等を考慮して求められ、本実施の形態では数秒（３〜５秒）で装置本体を１°傾斜させる回転速度である。又、速度Ｖ２はあまり速いと傾斜センサの収束に時間が掛り、遅いと整準に時間が掛る為、本実施の形態ではＶ２＝Ｖ１／２となっている。尚、減速の度合いについては、前記応答遅れ係数ηを考慮して最適な値が選択される。

速度Ｖ３の値も、応答遅れ係数ηと同様、実験、実測により設定し、既定値とする。尚、前記速度Ｖ３の値は、複数の値を設定し、前記時間Ｔの値に応じて適正値を選択する様にしてもよい。本実施の形態でのＶ３は、駆動時間を変数として、例えばＶ３＝Ｖ２＝Ｖ１／２となっている。

而して、前記速度Ｖ３で、駆動時間Ｘｔだけ前記Ｘ軸傾斜用モータ１２を方向３に駆動した時（ＳＴＥＰ：０６）に、実質的に装置本体の傾斜角を例えば３′の範囲となる様に、駆動時間Ｘｔを設定することができる。駆動時間ＸｔはＸｔ＝ＫＴ×ηとＫ＝１／３と応答遅れ係数ηにより決まる。然し乍ら、本実施の形態では広い温度範囲（−１０℃〜＋４０℃）でη＝１が適応可能となっている。又、駆動時間Ｘｔは、Ｘｔだけ駆動した場合に、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の傾きが０又は０を僅かに越える傾斜となる時間としてもよい。

但し、この時の前記Ｘ軸傾斜センサ１８はオーバすることにより３′より多く検出するので、収束する迄そのまま一定時間待機させる（ＳＴＥＰ：０７）。本実施の形態では単純に温度等に影響を受けない最大時間（例えば１．６秒程度）となっている。尚、最大時間は、使用される液体の粘性等を考慮して決定してもよい。

前記Ｘ軸傾斜センサ１８の検出角が、例えば、３′以内であることが確認されると（ＳＴＥＰ：０８）、該Ｘ軸傾斜センサ１８の検出結果を基に、該Ｘ軸傾斜センサ１８の出力値が０となる様に、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２がフィードバック制御される（微調整、ＳＴＥＰ：０９）。

又、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２を、速度Ｖ３で、駆動時間Ｘｔだけ駆動した場合に、前記Ｘ軸傾斜センサ１８の検出角が３′を越えていた場合は、該Ｘ軸傾斜センサ１８の検出角度が０度となる様、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２を駆動する手順に戻り（ＳＴＥＰ：０１）、整準が繰返される。

尚、Ｙ軸、Ｙ軸傾斜センサ１９に関しても同様に整準が行われる。

図３は、本発明の概略構成を示している。図中、２２は演算制御部、２３は記憶部、２４はＸ軸モータ制御部、２５はＹ軸モータ制御部、２６は測量機内の温度を検出する温度センサを示している。

前記記憶部２３には、図２で示した整準シーケンスを行わせる為のシーケンスプログラムが格納され、又前記速度Ｖ１、速度Ｖ２、速度Ｖ３、温度に対応した応答遅れ係数η等、整準に必要なデータが格納されている。

前記温度センサ２６の検出により、適宜前記記憶部２３に記憶されている温度に応じた応答遅れ係数ηが選択され、前記駆動時間Ｘｔが決定される。

前記構成に基づく作動を略述する。

整準が開始されると、前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９からの信号を基に前記演算制御部２２は傾斜方向を判断し、前記Ｘ軸モータ制御部２４、前記Ｙ軸モータ制御部２５を介して傾斜が０になる方向に前記Ｘ軸傾斜用モータ１２、Ｙ軸傾斜用モータ２１を駆動し（ＳＴＥＰ：０１）、又前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９からの検出信号が０となった時点で、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２、前記Ｙ軸傾斜用モータ２１を、前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９からの信号が０となる迄、速度Ｖ２で反転駆動する（ＳＴＥＰ：０２〜ＳＴＥＰ：０４）。

前記演算制御部２２は、２つの０が検出された時間差Ｔを求めると共に、前記応答遅れ係数ηを基にＸｔを演算し、前記Ｘ軸傾斜用モータ１２、前記Ｙ軸傾斜用モータ２１を速度Ｖ３で時間Ｘｔだけ駆動し、駆動後一定時間待機する（ＳＴＥＰ：０５〜ＳＴＥＰ：０７）。

次に、前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９の検出角が、３′以内であるかどうかが判断され、３′以内である場合は、微調整が行われ、整準が完了し、３′を越える場合は、シーケンスのＳＴＥＰ：０１に戻り、再度整準が実施される（ＳＴＥＰ：０８、ＳＴＥＰ：０９）。

本発明によれば、往復で０点を検出することによる０点間の時間に基づき、概略傾斜センサが検出可能な位置迄整準動作を収斂させることができ、又モータの駆動速度Ｖ３が予め、前記Ｘ軸傾斜センサ１８、前記Ｙ軸傾斜センサ１９の特性に基づいて求められているので、傾きを収斂させる為の傾斜作動の繰返しを最小限とすることができ、整準時間を短縮し、迅速に整準が完了できる。

本発明の実施の形態に於ける整準作動時の傾斜センサの出力状態を示す線図である。本発明の実施の形態に於ける整準作業のフローチャートである。本発明の実施の形態の概略を示すブロック図である。本発明が実施される装置の一例である測量機の断面図である。従来の整準作動時の傾斜センサの出力状態を示す線図である。

符号の説明

１回転レーザ装置
２ケーシング
３投光光軸
４レーザ投光器
５回動部
１１Ｘ軸傾斜機構
１２Ｘ軸傾斜用モータ
１３Ｘ軸傾斜用スクリュー
１４スライドナット
１５傾斜アーム
１８Ｘ軸傾斜センサ
１９Ｙ軸傾斜センサ
２２演算制御部
２３記憶部
２４Ｘ軸モータ制御部
２５Ｙ軸モータ制御部

Claims

傾斜センサが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出結果を基に整準を行い収斂させることを特徴とする整準方法。
前記第２方向に傾斜させる駆動速度は、前記第１方向に駆動させる駆動速度の１／２であり、前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動速度は、前記第２方向への駆動速度と同じである請求項１の整準方法。
前記第２方向から更に第１方向に傾斜させる駆動時間は、前記両０が検出される間の時間の１／３である請求項１の整準方法。
前記第２方向から更に第１方向に傾斜させ、傾斜後傾斜状態を維持する時間は１．６秒より小さい時間である請求項１の整準方法。
傾斜センサと、装置本体を傾斜駆動するモータとが設けられた装置本体に於いて、前記傾斜センサの応答遅れを予め求め、前記傾斜センサが０点を検出する様に第１方向に前記装置本体を傾斜させ、０点が検出された後、更に０点が検出される様に前記第１方向と逆の第２方向に傾斜させ、両０が検出される間の時間を求め、該時間と前記応答遅れを基に更に第１方向に傾斜させる駆動時間を算出し、該駆動時間で前記装置本体を傾斜させ、傾斜後傾斜状態を所定時間維持した後、前記傾斜センサの検出に基づき整準を行い収斂させる制御部を具備することを特徴とする整準装置。