JP4824384B2

JP4824384B2 - レーザ測量機

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Publication number: JP4824384B2
Application number: JP2005309526A
Authority: JP
Inventors: 純一古平
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: JP2007120958A; CN1955637B; US7454842B2; CN1955637A; US20070089309A1; CH698427B1; DE102006050733B4; DE102006050733A1

Description

本発明は、レーザ投光部をジンバル機構に支承させて傾動させる測量機の改良に関するものである。

従来のレーザ測量機では、図８に示すように、ケーシング５０の中央に穴あき半球形状の凹部が形成され、この凹部にレーザ光線を発するレーザ投光器５１が傾動自在に係合支持されている。

レーザ投光器５１の頭部には、このレーザ投光器５１の軸心周りに回転するプリズム保持体５２が設けられている。このプリズム保持体５２には走査ギヤが嵌着され、ギヤを介して走査モータ５３’によって軸心周りに回転されるようになっている。而して、このプリズム保持体５２と走査ギヤとは回動部５３を構成する。

又、プリズム保持体５２にはペンタプリズム５４が設けられ、レーザ投光器５１の軸心方向から発せられるレーザ光線を直角に偏向し、水平方向に射出するようになっている。

凹部から突出するレーザ投光器５１の中途部に、レーザ投光器５１の軸心に直交するように、傾斜を検知する傾斜検出器の固定気泡管５５と固定気泡管５６とが直交して設けられる。レーザ投光器５１の鉛直を検知する。

更に、レーザ投光器５１の下端部には、レーザ投光器５１に対し、直交する方向に傾斜可能に設けられたベースプレート５７が設けられ、ベースプレート５７上には傾斜を検知する任意角設定気泡管５８と任意角設定気泡管５９とが設けられている。

ベースプレート５７は任意角設定駆動部６０及び任意角設定駆動部６１により傾斜される。なお、ベースプレート５７の傾斜方向と、傾斜を検知する任意角設定気泡管５８と任意角設定気泡管５９の設けられる方向は、レーザ投光器５１の傾斜方向に一致している。

このレーザ投光器５１からは、レーザ投光器５１を傾斜させるための傾動用アーム６２と傾動用アーム６３とが直角に水平方向に延出している。傾動用アーム６２と傾動用アーム６３とはそれぞれ係合ピンを介して傾斜駆動部６４及び傾斜駆動部６５に係合されている。

以下、レーザ投光器５１を鉛直にする整準について説明する。

固定気泡管５５、固定気泡管５６の検知結果に基づき、傾斜を補正し、固定気泡管５５及び固定気泡管５６が水平を検出するまで傾斜駆動部６４及び傾斜駆動部６５を駆動する。固定気泡管５５、固定気泡管５６が水平を検知したとき、レーザ投光器５１の軸心は鉛直に整準される。

次に、レーザ投光器５１を任意の方向に自在に傾斜させる傾斜設定について説明する。まず、一つの方向の傾斜を設定する方法を説明する。

任意角設定駆動部６０を作動させ、一つの方向の任意角にベースプレート５７を傾斜させる。任意角設定駆動部６０は駆動パルス数により所定の傾斜角に設定可能である。傾斜方向に設けられかつ傾いた任意角設定気泡管５８が水平を検知するまで傾斜駆動部６２を作動させ、レーザ投光器５１を傾斜させる。任意角設定気泡管５８が水平を検知するとき、レーザ投光器５１は所定の傾斜角に設定される。

更に、直交するもう一方の任意角設定駆動部６１、任意角設定気泡管５９、傾斜駆動部６３も同様に検出作動させることにより、レーザ投光器５１の２方向の傾斜設定が可能となる。
特開平６−２６８６１号公報

しかしながら、その従来のレーザ測量機では、レーザ投光器（レーザ投光部）を半球形状の凹部に支持するピボット構造となっているので、ガタは少ないが構造上傾斜範囲が大きくとれないという問題がある。

レーザ測量機には、レーザ投光器をジンバル機構に支承させ、傾動機構を用いてレーザ投光器を傾動させる構造のものもあるが、このものでは、ジンバル機構の軸受け部分にガタが生じるのを避けることができず、精密な傾動角度を要求されるものには不向きである。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、ガタがある構造のものであっても、精密に傾動角度設定が可能なレーザ測量機を提供することにある。

請求項１に記載するレーザ測量機は、レーザ光源部からのレーザ光束を回転させて回転基準平面を形成するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器を互いに直交するX方向とY方向とに傾動させるためのジンバル機構が設けられているレーザ測量機において、
前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との両方向に延びる傾動用アームと、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の両端にある傾動用アームの少なくとも一方に設けられた傾斜駆動部と、Ｘ方向及びＹ方向の両端にある傾動用アームの移動量を検出する検出器とを備え、前記傾動用アームの移動量を検出する検出器は、前記傾動用アームに係合する傾斜駆動部の移動量を検出し、前記検出器により検出された移動量からＸ方向及びＹ方向の傾きを算出することを特徴とする。

請求項２に記載するレーザ測量機は、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とのいずれか一方の方向でかつ互いに反対方向に延びて前記ジンバル機構の枠体を支持する一対の軸部を結ぶ軸線とＸ方向とＹ方向とのいずれか他方の方向でかつ互いに反対方向に延びる一対の軸部を結ぶ軸線との交点が前記レーザ投光部の傾動中心となっていることを特徴とする。

請求項３に記載のレーザ測量機は、前記傾斜駆動部が駆動モータと該駆動モータによって駆動される棒ネジと前記各傾動用アームにそれぞれ係合されかつ該棒ネジによって上下方向に往復動されるスライダとから構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載のレーザ測量機は、前記各検出器が前記スライダに臨んで光学的に該スライダの移動量を検出するリニア検出器から構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載のレーザ測量機は、前記算出は前記スライダの基準位置からの移動量と傾動用アームの長さとに基づいて前記レーザ投光部の水平面からの傾動角度を求めることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ投光部の傾斜機構の傾きを直接に対向読みとする構造としたので、レーザ投光部とその支持機構にガタがある場合であっても、正確な傾斜角を設定可能となる。また、ジンバル支持機構のような傾斜角の大きくとれる支持機構が採用できるため、傾斜範囲を大きくすることが可能である。

以下に、本発明に係わるレーザ測量機の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１において、１は測量機のケーシングである。このケーシング１の下部には整準ネジ２が設けられている。その整準ネジ２はケーシング１を水平に調整する機能を果たす。

そのケーシング１内には、図２に示すように、ジンバル機構３が設けられている。そのジンバル機構３は、ここでは矩形状の外方枠４とこの外方枠４によって包囲される矩形状の内方枠５とから構成されている。

外方枠４は図２に示すようにＸ方向に延びる一対の平行板４ａ、４ａとＹ方向に延びる一対の平行板４ｂ、４ｂとを有する。この外方枠４はケーシング１に固定されている。その内方枠５はＸ方向に延びる一対の平行板５ａ、５ａとＹ方向に延びる一対の平行板５ｂ、５ｂとを有する。

その内方枠５の一対の平行板５ｂ、５ｂにはＸ方向でかつ互いに反対方向に延びる一対の軸部６、６が後述するレーザ投光器の光軸Ｏを境にして対称位置に突出形成されている。この一対の軸部６、６は外方枠４の一対の平行板部４ｂ、４ｂにボールベアリング７ａ、７ａ等の軸受けを介して回動可能に支承されている。その内方枠５にはレーザ投光器８が設けられるもので、このレーザ投光器８にはＹ方向でかつ互いに反対方向に延びる一対の軸部９、９がレーザ投光器８の光軸Ｏを境にして対称位置に突出形成されている。この一対の軸部９、９は内方枠４の一対の平行板部５ａ、５ａにボールベアリング７ｂ、７ｂを介して回動可能に支承されている。

その一対の軸部６、６を結ぶ軸線Ｋ２とその一対の軸部９、９を結ぶ軸線Ｋ１との交点がレーザ投光器８の傾動中心となっている。

そのレーザ投光器８の底部にはレーザ光源部１０が設けられ、そのレーザ投光器８の上部には回転筒１１が回動可能に設けられ、その回転筒１１の内部にはペンタプリズム１２が設けられている。レーザ投光器８の上部外周部には駆動モータ１３がブラケット１４を介して取り付けられ、回転筒１１の下部にはギヤ１５が形成され、そのギヤ１５には駆動モータ１３の出力ギヤ１６が噛合されている。

そのレーザ投光器８には、図３、図４に示すようにＸ方向でかつレーザ投光器８の光軸Ｏを境にして互いに反対方向に延びる一対の傾動用アーム部１７、１７が形成されている。この傾動用アーム部１７、１７はその互いに延びる方向先端部が下方に向かって直角に屈曲され、その屈曲方向下方端部に互いに反対方向に向かって突出する係合ピン部１７ａがそれぞれ形成されている。その一対の傾動用アーム部１７、１７はＺＸ平面内でレーザ投光器８をＸ方向に傾動させるＺＸ面内傾動機構の一部を構成している。

そのＺＸ面内傾動機構は、図５に示すように傾斜駆動部の一部を構成する駆動モータ１８を有する。この駆動モータ１８はケーシング１内の適宜箇所に固定され、この駆動モータ１８には出力ギヤ１９が設けられている。そのケーシング１内にはこの駆動モータ１８に隣接して棒ネジ２０が回転可能に設けられている。その棒ネジ２０には回転伝達ギヤ２１が設けられ、回転伝達ギヤ２１は出力ギヤ１９に噛合されている。棒ネジ２０はその駆動モータ１８によって回転駆動される。その棒ネジ２０にはスライダ２２が設けられている。そのスライダ２２は棒ネジ２０の回転によって上下方向に往復動される。そのスライダ２２には一対の係合爪２２ａ、２２ａが上下方向に間隔を開けて形成されている。この一対の係合爪２２ａは可撓性を有している。係合ピン部１７ａはその一対の係合爪２２ａ、２２ａの間にそれぞれ位置している。

その係合ピン部１７ａ、１７ａとその一対の軸部６、６とは同一直線上に位置されている。そのレーザ投光器８は、その係合爪２２ａ、２２ａと係合ピン部１７ａ、１７ａとの係合によりＺＸ面内でＸ方向に傾動される。

そのケーシング１内にはそのスライダ２２の往復動域に臨むようにしてリニア検出器２３が固定して設けられている。そのリニア検出器２３はスライダ２２の基準位置（水平位置）からの移動量を光学的に検出するのに用いられる。このスライダ２２の検出出力は演算部２４に入力される。その演算部２４の機能については後述する。

内方枠５には図４、図６に示すようにその平行板５ａ、５ａにＹ方向でかつ反対方向に延びる一対の傾動用アーム２５、２５が設けられている。符号２６、２６はその傾動用アーム２５、２５の一端部を固定保持する固定ブロックである。その一対の傾動用アーム２５、２５はＺＹ平面内でレーザ投光器８を傾動させるＺＹ面内傾動機構の一部を構成している。

ケーシング１内には一対の棒ネジ２７、２７が回転可能に設けられ、棒ネジ２７、２７にはスライダ２８、２８が上下動可能に設けられている。スライダ２８、２８には一対の係合爪２８ａ、２８ａが上下方向に間隔を開けて形成されている。その一対の係合爪２８ａ、２８ａの間に一対の傾動用アームの係合端部２５ａ、２５ａが位置されている。その棒ネジ２７、２７の駆動には図５に示すと同一構造の駆動モータ、回転伝達ギヤが用いられる。

そのレーザ投光器８は、その係合爪２８ａ、２８ａと係合端部２５ａ、２５ａとの係合によりＺＹ面内で傾動される。そのケーシング１内にはそのスライダ２８の往復動域に臨むようにしてリニア検出器２９が固定して設けられている。そのリニア検出器２９はスライダ２８の基準位置（水平位置）からの移動量を光学的に検出するのに用いられる。このスライダ２８の検出出力は演算部２４に入力される。

レーザ投光器８をＺＸ平面内でＸ方向に傾動させるときには、例えば、一方のスライダ２２を上昇させると共に、他方のスライダ２２を下降させる。すると、一方のリニア検出器２３により基準位置からの上昇量が検出され、他方のリニア検出器２３により基準位置からの下降量が検出される。

図７に示すように、レーザ投光器１０の傾動中心Ｏ’からネジ棒の中心軸（スライダ２２、２２）までの距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｘ軸方向にある両端スライダ２２、２の移動量ΔＸ１、ΔＸ２とすると、
Ｘ方向についての水平面からの傾斜角度θＸは、
θＸ＝ｔａｎ^-1（（ΔＸ１＋ΔＸ２）／（Ｌ１＋Ｌ２））
となり、支持機構にガタがあっても傾斜角度の算出は可能である。

また、レーザ投光器８をＺＹ平面内でＹ方向に傾動させるときには、例えば、一方のスライダ２８を上昇させると共に、他方のスライダ２８を下降させる。すると、一方のリニア検出器２９により基準位置からの上昇量が検出され、他方のリニア検出器２９により基準位置からの下降量が検出される。演算部２４はその一対のリニア検出器２９の検出出力により、Ｙ方向についての水平面からの傾斜角度を求める。

このように一対の傾動用アームを用いてレーザ投光器８を傾動させる構成とすれば、支持機構にガタが存在する場合であっても、レーザ投光器８の傾動角度を精確に求めることができる。

そのレーザ投光器８を水平面に対してＸ方向、Ｙ方向に所定の角度傾斜させ、回転筒１１を回転させると、水平面に対して角度θＸ、θＹを為す回転基準面（基準平面）を形成することができる。

なお、この発明の実施の形態では、傾斜駆動機構を傾斜アームの両端に設ける構成としたが、一方の端はスライダの移動量を検出する傾斜検出機構のみとして、他方のみに傾斜駆動機構を設けても正確な傾斜設定が可能である。

本発明に係わるレーザ測量機のジンバル機構の要部構成を示す側面図であって、ジンバル機構とレーザ投光器との保持関係を説明するための図であって、ジンバル機構とレーザ投光器との保持関係をＸＺ平面に直交する方向から目視した部分断面図である。図１に示すジンバル機構とレーザー投光器との保持関係を示す平面図である。図１に示すジンバル機構とレーザ投光器と傾動機構との三者の関係を説明するための図であって、三者の関係をＸＺ平面に直交する方向から目視した部分断面図である。図３に示すジンバル機構とレーザ投光器と傾動機構との三者の関係をＸＹ面に直交する方向から目視した図である。図３に示す傾動機構の駆動部を説明するための図である。図３に示すジンバル機構とレーザ投光器と傾動機構との三者の関係を説明するための図であって、ＹＺ面に直交する方向から目視した図である。図１に示すレーザ投光器の傾動角度を求めるための演算の一例を示す説明図であって、レーザ投光器の傾動中心から棒ネジまでの水平方向の距離とスライダの移動量との関係を示す説明図である。従来のレーザ測量機の要部構成を示す図である。

符号の説明

８…レーザ投光器
１０…レーザ光源部
１７…Ｘ方向傾動用アーム
２５…Ｙ方向傾動用アーム

Claims

レーザ光源部からのレーザ光束を回転させて回転基準平面を形成するレーザ投光器を有し、該レーザ投光器を互いに直交するX方向とY方向とに傾動させるためのジンバル機構が設けられているレーザ測量機において、
前記Ｘ方向と前記Ｙ方向との両方向に延びる傾動用アームと、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の両端にある傾動用アームの少なくとも一方に設けられた傾斜駆動部と、Ｘ方向及びＹ方向の両端にある傾動用アームの移動量を検出する検出器とを備え、前記傾動用アームの移動量を検出する検出器は、前記傾動用アームに係合する傾斜駆動部の移動量を検出し、前記検出器により検出された移動量からＸ方向及びＹ方向の傾きを算出するレーザ測量機。
前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とのいずれか一方の方向でかつ互いに反対方向に延びて前記ジンバル機構の枠体を支持する一対の軸部を結ぶ軸線とＸ方向とＹ方向とのいずれか他方の方向でかつ互いに反対方向に延びる一対の軸部を結ぶ軸線との交点が前記レーザ投光部の傾動中心となっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ測量機。
前記傾斜駆動部が駆動モータと該駆動モータによって駆動される棒ネジと前記各傾動用アームにそれぞれ係合されかつ該棒ネジによって上下方向に往復動されるスライダとから構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ測量機。
前記各検出器が前記スライダに臨んで光学的に該スライダの移動量を検出するリニア検出器から構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ測量機。
前記算出は前記スライダの基準位置からの移動量と傾動用アームの長さとに基づいて前記レーザ投光部の水平面からの傾動角度を求めることを特徴とする請求項３に記載のレーザ測量機。