JP6433343B2 - 3D position measurement system - Google Patents

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Description

本発明は、測定点の三次元位置を計測するためのシステムであって、特に、測定点から既知の固定長ずれた位置にプリズムが固定された指示棒を用いて測定点の三次元位置を計測するシステムに関する。   The present invention is a system for measuring the three-dimensional position of a measurement point, and in particular, the three-dimensional position of the measurement point is determined using an indicator bar in which a prism is fixed at a position deviated from the measurement point by a known fixed length. It relates to a measurement system.

測量、計測、またはBIM(Building Information Modeling)の分野では、一般的に、測距および測角を行う測量機と再帰反射型のプリズムを利用して、測定点の三次元位置を計測する。ただし、プリズムには所要の大きさがあることから、測定点に直接プリズムの光学的な反射点を設置することができない。このため、一般的に、プリズムを指示棒(または指示台)に固定する手法が採られている。   In the field of surveying, measurement, or BIM (Building Information Modeling), generally, a three-dimensional position of a measurement point is measured using a surveying instrument that performs distance measurement and angle measurement and a retroreflective prism. However, since the prism has a required size, the optical reflection point of the prism cannot be set directly at the measurement point. For this reason, generally, a method of fixing the prism to the indicating rod (or indicating stand) is adopted.

詳細には、指示棒の先端を測定点に設置し、指示棒に測定点から既知の固定長だけずらした位置にプリズムを固定し、気泡管等を使用して指示棒の鉛直状態を確保してプリズムの三次元位置計測を行い、この計測値に対し、上記の固定長分だけ鉛直下方に移動して測定点の三次元位置を演算する。しかし、この手法は、部屋の角など、指示棒を傾斜させなければならない場合には使用できなかった。   Specifically, the tip of the indicator rod is installed at the measurement point, the prism is fixed to the indicator rod at a position shifted by a known fixed length from the measurement point, and a vertical state of the indicator rod is secured using a bubble tube or the like. Then, the three-dimensional position of the prism is measured, and the three-dimensional position of the measurement point is calculated by moving the measured value vertically downward by the fixed length. However, this method could not be used when the indicator bar had to be tilted, such as in the corner of a room.

これに対し、測定点から指示棒を傾斜させた状態であっても計測が行える三次元位置計測システムがある。例えば特許文献1では、指示棒上に、既知の長さ分だけ離間させた二点に反射プリズムを固定して、二点のプリズムに対し測定し、二点の三次元位置から測定点の位置を演算している。また、特許文献2では、指示棒に入射角センサと傾斜センサとを備え、これらセンサの値を利用して測定点の位置を演算している。   On the other hand, there is a three-dimensional position measurement system that can perform measurement even when the pointing rod is tilted from the measurement point. For example, in Patent Document 1, a reflecting prism is fixed to two points that are separated by a known length on an indicator bar, measurement is performed on two prisms, and the position of the measurement point is determined from the three-dimensional position of the two points. Is calculated. Moreover, in patent document 2, the indicator bar is provided with an incident angle sensor and a tilt sensor, and the position of the measurement point is calculated using the values of these sensors.

特許第3735422号Japanese Patent No. 3735422 特開2010−223754号公報JP 2010-223754 A

しかし、特許文献1の構成では、二点を同時に測定することができないため、二点の測定中はプリズムを静止させるという作業制約があった。また、プリズムが遠距離にあるときは、二つのプリズム間の距離を離さなければならない等の不都合があった。特許文献2の構成では、新たなセンサの搭載が必要であり高価であった。   However, in the configuration of Patent Document 1, since two points cannot be measured at the same time, there is a work constraint that the prism is stationary during the measurement of the two points. Further, when the prism is at a long distance, there is a disadvantage that the distance between the two prisms must be increased. The configuration of Patent Document 2 requires a new sensor and is expensive.

本発明は、前記問題を解決するため、測定点から指示棒を傾斜させた状態であっても、特段の作業制約なく計測が行える三次元位置計測システムを提供することを目的とする。   In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a three-dimensional position measurement system that can perform measurement without any particular work restriction even when the pointer is inclined from the measurement point.

前記目的を達成するために、本発明のある態様に係る三次元位置計測システムでは、測定点に設置される指示棒と、前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、前記測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置と、前記画像撮像部にて前記傾斜ケースを撮像して得た画像から得た前記指示棒の傾斜方向と、前記第1の固定長と、から前記測定点の三次元位置を計測する。   In order to achieve the above object, in a three-dimensional position measurement system according to an aspect of the present invention, a pointing rod installed at a measurement point, and a first fixed that is known in the axial direction of the pointing rod from the measurement point There is a prism fixed at a position that is deviated and an analysis pattern, and the analysis pattern is shifted from the prism to a known second fixed length before and after the indicator bar in the axial direction on a plane perpendicular to the axis direction of the indicator bar. A surveying instrument having a tilt case fixed to a position, a distance measuring unit that measures a distance to the prism, a angle measuring unit that performs angle measurement, and an image capturing unit, and the distance measuring unit and the distance measuring unit. From the three-dimensional position of the prism obtained at the corner, the tilt direction of the pointer obtained from the image obtained by imaging the tilt case at the image capturing unit, and the first fixed length Measure the three-dimensional position of the measurement point.

または、ある態様に係る三次元位置計測システムでは、測定点に設置される指示棒と、前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、前記プリズムの周囲風景を撮影する画像撮像部と、前記プリズムを撮影するプリズム撮像部とを有する測量機と、を備え、前記プリズム撮像部にて前記プリズムを撮像し、前記プリズムを視準して、前記測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置、前記画像撮像部にて前記傾斜ケースを撮像して得た画像から得た前記指示棒の傾斜方向、および前記第1の固定長から、前記測定点の三次元位置を計測する。   Alternatively, in the three-dimensional position measurement system according to an aspect, an indicator bar installed at a measurement point, and a prism fixed at a known first fixed length position in the axial direction of the indicator bar from the measurement point; An inclined case that has an analysis pattern, and that fixes the analysis pattern at a position that is known to be displaced from the prism by a second fixed length before and after the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod; A distance measuring unit that performs distance measurement up to the prism, a angle measuring unit that performs angle measurement, an image capturing unit that captures the surrounding landscape of the prism, and a surveying instrument that includes a prism imaging unit that captures the prism. The prism imaging unit captures the prism, collimates the prism, the three-dimensional position of the prism obtained by the distance measuring unit and the angle measuring unit, and the tilt case at the image imaging unit. Obtained by imaging Inclination direction of the indicator rod obtained from the image, and from the first fixed length, to measure the three-dimensional position of the measurement point.

上記態様において、前記三次元位置計測システムは、前記測距部および前記測角部で前記プリズムのプリズム中心の三次元位置を取得し、前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出し、前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、 前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測してもよい。   In the above aspect, the three-dimensional position measurement system acquires the three-dimensional position of the prism center of the prism by the distance measurement unit and the angle measurement unit, analyzes the image obtained by imaging the tilt case, and The pattern center of the analysis pattern is calculated, the position direction of the tilt case is calculated from the pattern center and the prism center on the image, and from the three-dimensional position of the prism center on the position direction of the tilt case. A three-dimensional position of the pattern center that is a point at which the distance becomes the second fixed length is calculated, and a three-dimensional position of the pattern center and a three-dimensional position of the prism center are calculated from the three-dimensional position of the prism center. The three-dimensional position of the measurement point may be measured by moving by the first fixed length in a direction along a straight line that passes.

上記態様の三次元位置計測システムにおいて使用される指示棒は、前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置にプリズムが固定され、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースが形成されていてもよい。   The indicator rod used in the three-dimensional position measurement system of the above aspect has a prism fixed at a position that is shifted from the measurement point to a known first fixed length in the axial direction of the indicator rod, and has an analysis pattern, An inclined case may be formed to fix the analysis pattern at a position deviated from the prism to a known second fixed length before and after the indicator bar in the axial direction on a plane perpendicular to the axis direction of the indicator bar.

前記目的を達成するために、本発明のある態様に係る三次元位置計測方法は、測定点に設置される指示棒と、前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を用いて、前記測距部および前記測角部で前記プリズムのプリズム中心の三次元位置を取得するプリズム位置取得工程と、前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出するパターン中心算出工程と、前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出するモジュール位置算出工程と、 前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出するパターン中心位置算出工程と、前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測する測定点計測工程と、を有していてもよい。   In order to achieve the above object, a three-dimensional position measurement method according to an aspect of the present invention includes an indicator bar installed at a measurement point, and a first fixed that is known in the axial direction of the indicator bar from the measurement point. There is a prism fixed at a position that is deviated and an analysis pattern, and the analysis pattern is shifted from the prism to a known second fixed length before and after the indicator bar in the axial direction on a plane perpendicular to the axis direction of the indicator bar. A surveying instrument having an inclined case fixed to a position, a distance measuring unit that measures a distance to the prism, a angle measuring unit that performs angle measurement, and an image capturing unit, and the distance measuring unit and the A prism position acquisition step of acquiring a three-dimensional position of the prism center of the prism in the angle measuring unit; and a pattern center calculation step of calculating an image obtained by imaging the tilt case and calculating a pattern center of the analysis pattern. On the image A module position calculating step of calculating a position direction of the tilt case from the pattern center and the prism center; and a distance from a three-dimensional position of the prism center on the position direction of the tilt case is the second fixed length. A pattern center position calculating step for calculating a three-dimensional position of the pattern center, and a straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the prism center from the three-dimensional position of the prism center. A measuring point measuring step of moving in the direction along the first fixed length and measuring the three-dimensional position of the measuring point.

または、ある態様に係る三次元位置計測システムでは、測定点に設置される指示棒と、前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたターゲットと、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記ターゲットから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、前記ターゲットまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、前記傾斜ケースおよび前記ターゲットを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心および前記ターゲットのターゲット中心を算出し、前記測距部および前記測角部で前記ターゲット中心の三次元位置を取得し、前記画像上での前記パターン中心と前記ターゲット中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、前記傾斜ケースの位置方向上で前記ターゲット中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、前記ターゲット中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記ターゲット中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測する。   Alternatively, in the three-dimensional position measurement system according to an aspect, an indicator bar installed at a measurement point, and a target fixed at a known first fixed length deviating position in the axial direction of the indicator bar from the measurement point; An inclined case that has an analysis pattern, and that fixes the analysis pattern at a position deviated from the target by a second fixed length before and after the target bar in the axial direction on a plane perpendicular to the axial direction of the pointer bar; A surveying instrument having a distance measuring unit for measuring a distance to the target, an angle measuring unit for measuring an angle, and an image imaging unit, and analyzing an image obtained by imaging the inclined case and the target. The pattern center of the analysis pattern and the target center of the target are calculated, the three-dimensional position of the target center is obtained by the distance measuring unit and the angle measuring unit, and in the pattern on the image And the target center, the position direction of the inclined case is calculated, and the distance from the three-dimensional position of the target center on the position direction of the inclined case is the second fixed length. Calculating a three-dimensional position, moving from the three-dimensional position of the target center in a direction along a straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the target center by the first fixed length; The three-dimensional position of the measurement point is measured.

または、ある態様に係る三次元位置計測システムでは、測定点から既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、解析パターンを有し、前記解析パターンを前記測定点と前記プリズムのプリズム中心を結ぶ線と垂直な面かつ前記第1の固定長と同方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定される傾斜ケースと、前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、前記測距部および前記測角部で前記プリズム中心の三次元位置を取得し、前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出し、前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測する。   Alternatively, in the three-dimensional position measurement system according to an aspect, the prism includes a prism fixed to a known first fixed length position shifted from the measurement point and an analysis pattern, and the analysis pattern is the prism of the measurement point and the prism. An inclined case fixed at a position perpendicular to the line connecting the centers and in the same direction as the first fixed length and shifted from the prism to a known second fixed length, and distance measurement for measuring the distance to the prism And a surveying instrument that includes an angle measuring unit that performs angle measurement, and an image capturing unit, and the three-dimensional position of the prism center is acquired by the distance measuring unit and the angle measuring unit. The image obtained by imaging is analyzed to calculate the pattern center of the analysis pattern, the position direction of the tilt case is calculated from the pattern center and the prism center on the image, and the position of the tilt case The three-dimensional position of the pattern center, which is the point at which the distance from the three-dimensional position of the prism center becomes the second fixed length, is calculated, and the three-dimensional position of the pattern center is calculated from the three-dimensional position of the prism center. The three-dimensional position of the measurement point is measured by moving by the first fixed length in a direction along a straight line passing through the position and the three-dimensional position of the prism center.

本発明によれば、指示棒が傾斜していても、測定点に指示棒の先端を設置するだけで、測定点の三次元位置を計測することができる。   According to the present invention, even if the pointer is inclined, the three-dimensional position of the measurement point can be measured only by installing the tip of the pointer at the measurement point.

本実施の形態に係る三次元位置計測システムの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the three-dimensional position measuring system which concerns on this Embodiment. 測量機の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a surveying instrument. 本実施の形態に係る指示棒の構成を示す右方斜視図である。It is a right perspective view which shows the structure of the indicator stick which concerns on this Embodiment. 同指示棒の計測状態の平面図である。It is a top view of the measurement state of the pointer. 測量機から指示棒を見た図であって、(a)は指示棒の軸方向が視線方向と一致しているときの状態を示す図、(b)は指示棒の軸方向が視線方向からずれたときの状態を示す図である。It is the figure which looked at the indicator rod from the surveying instrument, where (a) shows the state when the axial direction of the indicator rod coincides with the line-of-sight direction, and (b) shows the axis direction of the indicator rod from the line-of-sight direction. It is a figure which shows a state when it shift | deviates. 三次元位置計測システムの計測フロー図であり、(a)は基本形のフロー、(b)は自動追尾を行う場合のフローである。It is a measurement flow figure of a three-dimensional position measurement system, (a) is a flow of a basic form, (b) is a flow in the case of performing automatic tracking. 三次元位置を算出するフロー図である。It is a flowchart which calculates a three-dimensional position. ビジュアル画像の例である。It is an example of a visual image. 計測手法のイメージ図である。It is an image figure of a measuring method. 解析パターンの変形例である。It is a modification of an analysis pattern. 傾斜ケースの変形例である。It is a modification of an inclination case. 傾斜ケースの変形例である。It is a modification of an inclination case. 傾斜ケースの変形例である。It is a modification of an inclination case. 図13の変形例に係る三次元位置を算出するフロー図である。It is a flowchart which calculates the three-dimensional position which concerns on the modification of FIG. ビジュアル画像の例である。It is an example of a visual image. ビジュアル画像の例である。It is an example of a visual image. 図13の変形例に係る計測手法のイメージ図である。It is an image figure of the measurement method which concerns on the modification of FIG. 本実施の第2の形態に係る指示棒の構成を示す右方斜視図である。It is a right perspective view which shows the structure of the indicator stick which concerns on this 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る測量機の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of the surveying instrument which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る三次元位置計測システムの計測フロー図であり、(a)は基本形のフロー、(b)は自動追尾を行う場合のフローである。It is a measurement flow figure of the three-dimensional position measurement system concerning a 2nd embodiment, (a) is a flow of a basic form, and (b) is a flow in the case of performing automatic tracking. 第3の実施形態に係る構成を示す右方斜視図である。It is a right perspective view which shows the structure which concerns on 3rd Embodiment.

次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(システム全体)
図1は本実施の形態に係る三次元位置計測システムの全体構成を示す斜視図である。三次元位置計測システム1は、測量機2と、プリズム3と、指示棒4と、傾斜ケース5を備える。指示棒4は、先端を測定点Xに設置して使用される。測量機2は、三脚6を用いて既知の点に据え付けられる。なお、矢印eは測量機2の視線方向を示している。
(Whole system)
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the three-dimensional position measurement system according to the present embodiment. The three-dimensional position measurement system 1 includes a surveying instrument 2, a prism 3, an indicator bar 4, and an inclined case 5. The indicator bar 4 is used with its tip placed at the measurement point X. The surveying instrument 2 is installed at a known point using a tripod 6. Note that the arrow e indicates the line-of-sight direction of the surveying instrument 2.

(測量機)
測量機2は、自動追尾可能なモータドライブトータルステーションである。図2は測量機2の内部構成を示すブロック図である。
(Surveying instrument)
The surveying instrument 2 is a motor drive total station capable of automatic tracking. FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the surveying instrument 2.

測量機2は、水平角検出器11と、鉛直角検出器12と、傾斜センサ13と、操作部14と、水平回転駆動部15と、鉛直回転駆動部16と、演算制御部17と、記憶部18と、通信部19と、EDM20と、プリズム撮像部21と、画像撮像部22と、表示部23と、走査部24と、第2の画像撮像部25を備える The surveying instrument 2 includes a horizontal angle detector 11, a vertical angle detector 12, an inclination sensor 13, an operation unit 14, a horizontal rotation driving unit 15, a vertical rotation driving unit 16, an arithmetic control unit 17, and a storage. A unit 18, a communication unit 19, an EDM 20, a prism imaging unit 21, an image imaging unit 22, a display unit 23, a scanning unit 24, and a second image imaging unit 25 are provided .

EDM(光波測距儀)20は、プリズム3を視準して赤外レーザ等の測距光を出射し、プリズム3までの測距を行う測距部である。走査部24は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ等の走査光を出射して、プリズム3を探索走査する。水平回転駆動部15および鉛直回転駆動部16は、EDM20を収容した筐体を水平および鉛直方向に回転駆動させるモータである。水平角検出器11および鉛直角検出器12は、ロータリーエンコーダであり、EDM20を収容した筐体の水平方向および鉛直方向の回転角度をそれぞれ求め、視準光軸の水平角および鉛直角を求める測角部である。傾斜センサ13は、EDM20の筐体の傾斜を検出し水平に整準するために使用される。   The EDM (light wave range finder) 20 is a distance measuring unit that collimates the prism 3 and emits distance measuring light such as an infrared laser to measure the distance to the prism 3. The scanning unit 24 scans the prism 3 by emitting scanning light such as an infrared laser having a wavelength different from that of the distance measuring light. The horizontal rotation driving unit 15 and the vertical rotation driving unit 16 are motors that rotate and drive the housing containing the EDM 20 in the horizontal and vertical directions. The horizontal angle detector 11 and the vertical angle detector 12 are rotary encoders, and measure the horizontal angle and the vertical angle of the collimating optical axis by obtaining the horizontal and vertical rotation angles of the housing that houses the EDM 20, respectively. It is a corner. The inclination sensor 13 is used for detecting the inclination of the casing of the EDM 20 and leveling it horizontally.

記憶部18には、EDM20を制御して測距測角を行う為のプログラム、操作部14から入力される信号に基づき水平回転駆動部15および鉛直回転駆動部16を駆動する為のプログラム、通信を制御する為のプログラム、プリズム3の自動視準、自動追尾を行う為のプログラム、後述する画像処理プログラム、後述する測定点Xの三次元位置を算出するための演算プログラム等の各種プログラムが格納されている。操作部14からは、上記プログラムに要する各種操作が行える。演算制御部17は、上記プログラムらを実行し、各種演算および各種制御を行う。通信部19は、外部無線機等から指示信号を受信する。演算制御部17は、外部から指示された場合、測定点の方向にEDM20を回転駆動させ、自動追尾の開始/停止等も行う。表示部23は、各種表示や計測値等を表示する。   The storage unit 18 includes a program for controlling the EDM 20 to perform distance measurement and angle measurement, a program for driving the horizontal rotation driving unit 15 and the vertical rotation driving unit 16 based on a signal input from the operation unit 14, and communication. Various programs such as a program for controlling the lens, a program for automatically collimating the prism 3, a program for performing automatic tracking, an image processing program to be described later, and a calculation program for calculating the three-dimensional position of the measurement point X to be described later are stored. Has been. Various operations required for the program can be performed from the operation unit 14. The arithmetic control unit 17 executes the above programs and performs various calculations and various controls. The communication unit 19 receives an instruction signal from an external wireless device or the like. When instructed from the outside, the arithmetic control unit 17 rotates the EDM 20 in the direction of the measurement point, and also starts / stops automatic tracking. The display unit 23 displays various displays and measurement values.

プリズム撮像部21および画像撮像部22は、画像信号を出力するイメージセンサであり、例えばCCDやCMOSセンサ等、画素(ピクセル)の集合体で構成されている。画像撮像部22は、プリズム3の周囲風景(プリズム3も含めた風景)を撮影する。プリズム撮像部21は、走査光の波長のみを通すフィルタが設けられており、プリズム3によって反射された走査部24からの走査光を受光することで、プリズム3のみを好適に撮影するように構成されている。第2の画像撮像部25は、任意の構成要素であり、画像撮像部22よりも広角のものである。用途は後述する。   The prism imaging unit 21 and the image imaging unit 22 are image sensors that output image signals, and are configured by an aggregate of pixels (pixels) such as a CCD or a CMOS sensor. The image capturing unit 22 captures the scenery around the prism 3 (landscape including the prism 3). The prism imaging unit 21 is provided with a filter that passes only the wavelength of the scanning light, and is configured to receive the scanning light from the scanning unit 24 reflected by the prism 3 so that only the prism 3 is suitably photographed. Has been. The second image capturing unit 25 is an arbitrary component and has a wider angle than the image capturing unit 22. The use will be described later.

なお、上記は測量機2の構成の一例であり、当業者の知識に基づく改変がなされてよい。   The above is an example of the configuration of the surveying instrument 2, and modifications based on the knowledge of those skilled in the art may be made.

(指示棒)
図3は本実施の形態に係る指示棒4の構成を示す右方斜視図、図4は図3の指示棒4の計測状態の平面図である。指示棒4は、棒状の支持体31と、プリズム3と、傾斜ケース5とを備える。
(Instruction bar)
FIG. 3 is a right perspective view showing the configuration of the indicating rod 4 according to the present embodiment, and FIG. 4 is a plan view of the measuring state of the indicating rod 4 in FIG. The indicator bar 4 includes a rod-like support 31, a prism 3, and an inclined case 5.

支持体31は、先端が石突き状に形成されており、計測時は先端が測定点Xに設置される。支持体31の素材は特に限定されないが、例えば金属等、適度な剛性と軽量性を備えるものが好ましい。支持体31の他方の端部には、プリズム3が固定されている。   The support 31 has a tip-like shape at the tip, and the tip is set at the measurement point X during measurement. Although the raw material of the support body 31 is not specifically limited, For example, what has moderate rigidity and lightweight property, such as a metal, is preferable. The prism 3 is fixed to the other end of the support 31.

プリズム3は、指示棒4(支持体31)の軸方向PP上にプリズム3の中心(以下、プリズム中心Pc)が配置されるように固定されている。なお、プリズム中心Pcとは、厳密にはプリズム3の浮上点とする。ここで浮上点とは、プリズム3が測量機2に対し傾斜しても不動に見える仮想的な点を言う。プリズム中心Pcから支持体31の先端(測定点X)までの長さは既知の距離で固定されている(以下、この距離を第1の固定長L1とする)。本形態では、プリズム3は、コーナーキューブプリズムの他に、入射光に対して平行な反射光を出射可能でかつターゲット中心が画像解析可能なものが採用でき、再帰性の反射シート等も使用できる。   The prism 3 is fixed so that the center of the prism 3 (hereinafter, prism center Pc) is disposed on the axial direction PP of the indicator rod 4 (support 31). Strictly speaking, the prism center Pc is the flying point of the prism 3. Here, the levitation point refers to a virtual point that appears stationary even when the prism 3 is tilted with respect to the surveying instrument 2. The length from the prism center Pc to the tip (measurement point X) of the support 31 is fixed at a known distance (hereinafter, this distance is referred to as a first fixed length L1). In this embodiment, the prism 3 can adopt a prism 3 other than the corner cube prism, which can emit reflected light parallel to the incident light and can analyze the image of the target center, and can use a retroreflective sheet or the like. .

(傾斜ケース)
図3および図4に示すように、傾斜ケース5は、解析のための解析パターン41と、解析パターン41を支持するケース42とを備える。
(Inclined case)
As shown in FIGS. 3 and 4, the inclined case 5 includes an analysis pattern 41 for analysis and a case 42 that supports the analysis pattern 41.

解析パターン41は、指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面に、指示棒4の軸方向PPの方向にプリズム中心Pcから前方に既知の距離(第2の固定長L2)だけずれる位置に固定されている。なお、前後方向の記述に関し、軸方向PPにおいて測定点X側を後方としている。解析パターン41は、本形態ではパターン幅44を有する正円として形成されている。   The analysis pattern 41 is a position that is shifted by a known distance (second fixed length L2) forward from the prism center Pc in a direction perpendicular to the axial direction PP of the pointing rod 4 in the axial direction PP of the pointing rod 4. It is fixed to. Regarding the description in the front-rear direction, the measurement point X side in the axial direction PP is the rear. The analysis pattern 41 is formed as a perfect circle having a pattern width 44 in this embodiment.

ただし、解析パターン41は、画像解析により解析パターン41の中心(後述するパターン中心Kc)が求まる形状であればどのような形状であってもよい。解析パターン41の変形例は後述する(図10)。   However, the analysis pattern 41 may have any shape as long as the center of the analysis pattern 41 (pattern center Kc described later) is obtained by image analysis. A modified example of the analysis pattern 41 will be described later (FIG. 10).

ケース42は、前方に開口部43を有し、前面に解析パターン41が形成された円柱状の中空体であり、プリズム3を中に収容する。ケース42は、支持体31に固定されている。   The case 42 is a cylindrical hollow body having an opening 43 in the front and an analysis pattern 41 formed on the front surface, and accommodates the prism 3 therein. The case 42 is fixed to the support 31.

ただし、ケース42は、解析パターン41をプリズム3の前後に固定できるものであれば、解析パターン41と概略一致する形状としなくてもよい。   However, the case 42 does not have to have a shape that roughly matches the analysis pattern 41 as long as the analysis pattern 41 can be fixed before and after the prism 3.

また、解析パターン41は、開口部43を画成するケース42の前面で形成されているが、ケース42と同素材で形成する必要はなく、画像処理上の明暗差が有利となる配色、例えば白黒色などを印刷、貼付け等で形成されるのも好ましい。また、解析パターン41は、ケース42の外周または内周に形成されてもよい。プリズム3および傾斜ケース5は、接着/ネジ止め/凹凸係合/溶着等の好適な固定手段にて固定されてよい。   The analysis pattern 41 is formed on the front surface of the case 42 that defines the opening 43, but it is not necessary to form the analysis pattern 41 with the same material as the case 42. It is also preferable to form white black or the like by printing, pasting or the like. The analysis pattern 41 may be formed on the outer periphery or inner periphery of the case 42. The prism 3 and the inclined case 5 may be fixed by suitable fixing means such as adhesion / screwing / concave / convex engagement / welding.

次に、図5は測量機2から指示棒4を見た図であって、(a)は指示棒4の軸方向PPと視線方向eが一致しているときの状態を示す図、(b)は指示棒4の軸方向PPが視線方向eからずれたときの状態を示す図である。   Next, FIG. 5 is a view of the indicator rod 4 viewed from the surveying instrument 2, and FIG. 5A is a diagram showing a state when the axial direction PP of the indicator rod 4 and the line-of-sight direction e coincide with each other. ) Is a diagram showing a state when the axial direction PP of the pointing rod 4 is deviated from the line-of-sight direction e.

測量機2の視線方向eが指示棒4の軸方向PPと一致している場合は、(a)に示すように、パターン41のパターン中心Kcにプリズム3が位置して見える。一方、視線方向eが指示棒4の軸方向PPと一致していない場合は、(b)に示すように、プリズム3はパターン中心Kcに位置せず視線の移動方向と反対方向に移動して見える。   When the line-of-sight direction e of the surveying instrument 2 coincides with the axial direction PP of the pointing rod 4, the prism 3 appears to be located at the pattern center Kc of the pattern 41 as shown in FIG. On the other hand, when the line-of-sight direction e does not coincide with the axial direction PP of the pointing rod 4, the prism 3 is not located at the pattern center Kc and moves in the direction opposite to the line-of-sight movement direction, as shown in FIG. appear.

傾斜ケース5は、視線方向eとの傾斜角に応じて、パターン中心Kcに対してのプリズム3(プリズム中心Pc)の位置が変化する。よって、パターン41を撮影して画像解析することにより、視線方向に対する傾斜ケース5の位置方向がわかる。次いで、パターン41がプリズム中心Pcからどのくらい離間しているか(第2の固定長L2)が分かれば、指示棒4の傾斜方向を解析することができる。詳細には、次の手法から測定点Xの三次元位置を計測することができる。   In the tilt case 5, the position of the prism 3 (prism center Pc) with respect to the pattern center Kc changes according to the tilt angle with the line-of-sight direction e. Therefore, by photographing the pattern 41 and analyzing the image, the position direction of the inclined case 5 with respect to the line-of-sight direction can be determined. Next, if it is known how far the pattern 41 is from the prism center Pc (second fixed length L2), the inclination direction of the indicating rod 4 can be analyzed. Specifically, the three-dimensional position of the measurement point X can be measured from the following method.

(計測手法)
まず、計測の概要から説明する。図6は三次元位置計測システム1の計測フロー図であり、(a)は基本形のフロー、(b)は自動追尾を行う場合のフローである。
(Measurement method)
First, the outline of measurement will be described. 6A and 6B are measurement flow diagrams of the three-dimensional position measurement system 1. FIG. 6A is a basic flow, and FIG. 6B is a flow when automatic tracking is performed.

基本は、(a)に示すように、まずステップS11で、走査部24でプリズム3を探索走査する。次に、ステップS12で、プリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3が自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS11に戻る。視準できた場合は、ステップS13に移行し、プリズム3を測距測角し、プリズム3の三次元位置を計測する。次に、ステップS14に移行し、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。なお、ステップS13とS14は同時に行われてもよい。次に、ステップS15に移行し、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS16に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。   Basically, as shown in (a), first, in step S11, the scanning unit 24 searches and scans the prism 3. Next, in step S12, it is determined whether the prism 3 has been automatically collimated from an image in which only the prism 3 is captured using the prism imaging unit 21. If collimation is not possible, the process returns to step S11. If collimation is possible, the process proceeds to step S13, and the prism 3 is distance-measured and the three-dimensional position of the prism 3 is measured. Next, the process proceeds to step S <b> 14, and the inclined case 5 is photographed by the image capturing unit 22. Note that steps S13 and S14 may be performed simultaneously. Next, the process proceeds to step S15, and the three-dimensional position of the measurement point X is calculated. Next, the process proceeds to step S16, the measurement point X is displayed on the display unit 23, and the process ends.

自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS21で、プリズム3を探索走査し、ステップS22で、プリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3がロック(視準)できたか判断し、以降ステップS23〜S26はステップS13〜S16と同じである。ステップS27で、自動追尾の停止が指示された場合は、ステップS28に進み追尾を停止する。停止の指示がない場合は、ステップS22に戻り、追尾を続ける。   When performing automatic tracking, as shown in (b), first, in step S21, the prism 3 is searched and scanned, and in step S22, the prism 3 is extracted from an image in which only the prism 3 is captured using the prism imaging unit 21. Is determined to be locked (collimation), and steps S23 to S26 are the same as steps S13 to S16. If the stop of automatic tracking is instructed in step S27, the process proceeds to step S28 to stop tracking. If there is no stop instruction, the process returns to step S22 to continue tracking.

(三次元位置の計算手法)
次に、本実施の形態における、図6のステップS15またはS25における、測定点Xの三次元位置を計算する手法について説明する。図7は三次元位置を算出するフロー図である。図8および図9は、図7のフローの説明を補足するための図であって、図8はビジュアル画像の例、図9は計算手法のイメージ図である。
(Three-dimensional position calculation method)
Next, a method for calculating the three-dimensional position of the measurement point X in step S15 or S25 of FIG. 6 in the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart for calculating a three-dimensional position. 8 and 9 are diagrams for supplementing the description of the flow of FIG. 7, in which FIG. 8 is an example of a visual image, and FIG. 9 is an image diagram of a calculation method.

まず、ステップS111で、画像撮像部22で撮影したビジュアル画像から、解析パターン41のパターン中心Kcを画像解析する(図8参照)。   First, in step S111, the pattern center Kc of the analysis pattern 41 is image-analyzed from the visual image captured by the image capturing unit 22 (see FIG. 8).

次に、ステップS112で、EDM20で得たプリズム3の測距値および水平角検出器11および鉛直角検出器12で得たプリズム3の測角値を記憶部18から読み出す。   Next, in step S 112, the distance measurement value of the prism 3 obtained by the EDM 20 and the angle measurement value of the prism 3 obtained by the horizontal angle detector 11 and the vertical angle detector 12 are read from the storage unit 18.

次に、ステップS113で、画像上でのプリズム中心Pcの位置とパターン中心Kcの水平方向ずれ量Xcおよび鉛直方向ずれ量Ycを求める(図8参照)。なお、プリズム3は、プリズム撮像部21では撮影されるが画像撮像部22では映らない場合が多い。ただし、プリズム中心Pcの三次元位置は明確に分かるので、予めプリズム3が視準されたときプリズム中心Pcは画像撮像部22のビジュアル画像上でどの点に位置するかを記憶部18に登録しておけばよい。そして、ずれ量XcおよびYcから、傾斜ケース5(パターン中心Kc)の位置方向(方向ベクトルB)を求める(図9参照)。なお、方向ベクトルとは、大きさを持たない向き情報のみを有するベクトルである。   Next, in step S113, the horizontal displacement amount Xc and the vertical displacement amount Yc between the position of the prism center Pc and the pattern center Kc on the image are obtained (see FIG. 8). The prism 3 is often captured by the prism imaging unit 21 but is not captured by the image imaging unit 22. However, since the three-dimensional position of the prism center Pc is clearly known, when the prism 3 is collimated in advance, the prism center Pc is registered in the storage unit 18 at which point on the visual image of the image capturing unit 22 is located. Just keep it. Then, the position direction (direction vector B) of the inclined case 5 (pattern center Kc) is obtained from the shift amounts Xc and Yc (see FIG. 9). The direction vector is a vector having only direction information having no size.

次に、ステップS114で、プリズム中心Pcを中心に第2の固定長L2を半径とする球Sを演算し、球Sと方向ベクトルBの交点を求める。この交点の位置情報がパターン中心Kcの三次元位置である。そして、パターン中心Kc(三次元位置)とプリズム中心Pc(三次元位置)を通る直線(方向ベクトルA)を求める。(図9参照)。方向ベクトルAが、指示棒4の傾斜方向である。   Next, in step S114, the sphere S having the radius of the second fixed length L2 around the prism center Pc is calculated, and the intersection of the sphere S and the direction vector B is obtained. The position information of this intersection is the three-dimensional position of the pattern center Kc. Then, a straight line (direction vector A) passing through the pattern center Kc (three-dimensional position) and the prism center Pc (three-dimensional position) is obtained. (See FIG. 9). The direction vector A is the inclination direction of the pointing rod 4.

次に、ステップS115で、プリズム中心Pcの位置(三次元位置)から、方向ベクトルAの方向に、第1の固定長L1だけ移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。   Next, in step S115, the first fixed length L1 is moved from the position (three-dimensional position) of the prism center Pc in the direction of the direction vector A to obtain the three-dimensional position of the measurement point X.

(効果)
以上、本実施の形態の三次元位置計測システム1では、傾斜ケース5によって解析パターン41を軸方向PPにおいてプリズム3(プリズム中心Pc)から既知量(第2の固定長L2)だけ前後にずらして配置したため、パターン中心Kcとプリズム中心Pcを結ぶ線(方向ベクトルA)が指示棒4の軸方向PPと一致する。このため、プリズム中心PcまでのプリズムベクトルP(図9参照)から方向ベクトルAの方向に第1の固定長L1だけ移動させることで、測定点Xを計測できるのである。
(effect)
As described above, in the three-dimensional position measurement system 1 of the present embodiment, the analysis pattern 41 is shifted back and forth by the known amount (second fixed length L2) from the prism 3 (prism center Pc) in the axial direction PP by the inclined case 5. Therefore, the line (direction vector A) connecting the pattern center Kc and the prism center Pc coincides with the axial direction PP of the pointing rod 4. Therefore, the measurement point X can be measured by moving the prism vector P (see FIG. 9) up to the prism center Pc by the first fixed length L1 in the direction of the direction vector A.

なお、図6のステップS11〜S13またはS21〜23は、画像撮像部22で得た画像を使用して視準を行っても、本発明は実施することができる。この場合、走査部24による特定波長ではなく、連続スペクトルの照明光を使用して撮像された画像から視準されてもよい。   In addition, even if step S11-S13 or S21-23 of FIG. 6 performs collimation using the image acquired by the image imaging part 22, this invention can be implemented. In this case, you may collimate from the image imaged using the illumination light of a continuous spectrum instead of the specific wavelength by the scanning part 24. FIG.

但し、画像撮像部22とは別にプリズム撮像部21を設け、S11〜S13またはS21〜23は、走査部24とプリズム撮像部21とで得たプリズム3のみが撮像された画像を使用して視準を行うことで、プリズム3の自動視準をより確実に行うことができ、プリズム3の位置をより正確に解析することができるので、上記のステップS115でのプリズム中心Pcの三次元位置がより高精度で得られるため好ましい。   However, a prism imaging unit 21 is provided separately from the image imaging unit 22, and S11 to S13 or S21 to 23 are viewed using an image obtained by imaging only the prism 3 obtained by the scanning unit 24 and the prism imaging unit 21. By performing the collation, the automatic collimation of the prism 3 can be performed more reliably, and the position of the prism 3 can be analyzed more accurately. Therefore, the three-dimensional position of the prism center Pc in the above step S115 is determined. This is preferable because it can be obtained with higher accuracy.

本実施の形態により、作業者は、測定点Xに指示棒4の先端を当てるだけで、指示棒4が傾斜していても、プリズム3を整準させるなどの調整を行わなくとも、測定点Xの三次元位置を計測することができるため、作業効率が向上する。また、図5の(b)に示すように、自動追尾機能と組み合わせれば、プリズム追尾時はプリズム3の測距測角値とパターン中心Kcをリアルタイムに算出し、測定点Xの位置を更新することから、作業者は測定したい点に次々と指示棒4を当てるだけで連続した計測が可能となり、いっそう作業効率が向上する。   According to the present embodiment, the operator simply touches the tip of the indicator rod 4 to the measurement point X, and even if the indicator rod 4 is tilted, the operator does not need to make adjustments such as leveling the prism 3. Since the three-dimensional position of X can be measured, work efficiency is improved. Also, as shown in FIG. 5B, when combined with the automatic tracking function, the distance measurement angle value and the pattern center Kc of the prism 3 are calculated in real time during prism tracking, and the position of the measurement point X is updated. As a result, the operator can continuously measure by simply placing the pointer 4 on the points to be measured one after another, and the work efficiency is further improved.

また、指示棒4の傾斜を測定するために新たなセンサを設ける必要がなく安価である。また、高精度に求まるプリズム位置を基準に解析パターン41の解析値から測定点Xを算出するため、センサ値を利用するよりも高精度である。   Further, it is not necessary to provide a new sensor for measuring the inclination of the indicating rod 4 and is inexpensive. Further, since the measurement point X is calculated from the analysis value of the analysis pattern 41 based on the prism position obtained with high accuracy, the accuracy is higher than when using the sensor value.

また、本形態の三次元位置計測システム1は、従来の指示棒に対し、プリズム3を設ける位置を変更し傾斜ケース5を追加するだけで良い。傾斜ケース5は、解析パターン41とこれを指示するケース42から簡易に形成できるため、非常に安価である。   Further, the three-dimensional position measurement system 1 according to the present embodiment only needs to change the position where the prism 3 is provided and add the inclined case 5 to the conventional indicator bar. The inclined case 5 is very inexpensive because it can be easily formed from the analysis pattern 41 and the case 42 for indicating the analysis pattern 41.

また、本実施の形態の三次元位置計測システム1は、容易に傾斜角の感度設計が行える。第2の固定長L2の距離を長くすれば、視線方向eからの傾斜角に対しての画像上でのプリズム3の移動量が大きく見える。すなわち、傾斜ケース5の長さ(第2の固定長L2)を変更するだけで、容易に傾斜角の感度設計が行える。このため、遠距離測距用、中距離測距用、近距離測距用の傾斜ケース5を用意して、用途に応じ付け替え可能に構成するのも好ましい。   In addition, the three-dimensional position measurement system 1 of the present embodiment can easily design the sensitivity of the tilt angle. If the distance of the second fixed length L2 is increased, the amount of movement of the prism 3 on the image with respect to the inclination angle from the line-of-sight direction e appears large. That is, the inclination angle sensitivity can be easily designed simply by changing the length of the inclined case 5 (second fixed length L2). For this reason, it is also preferable to prepare an inclined case 5 for long-distance ranging, medium-distance ranging, and short-distance ranging so that it can be changed according to the application.

また、視線方向eからの傾斜角が過度となると、画像解析に誤差が生じるおそれが高まるが、本実施の形態の三次元位置計測システム1は、傾斜角が過度となるとケース42によりプリズム3が視準できなくなるため、図6のステップS12又はS22以降が動作しなくなり、計測が中止されるため、誤測定を防止できる。   Further, if the tilt angle from the line-of-sight direction e is excessive, there is a high possibility that an error occurs in the image analysis. However, in the three-dimensional position measurement system 1 of the present embodiment, the prism 3 is moved by the case 42 when the tilt angle is excessive. Since collimation cannot be performed, steps S12 and S22 and subsequent steps in FIG. 6 do not operate and measurement is stopped, so that erroneous measurement can be prevented.

(変形例)
以下図10〜図13は、本実施の形態の変形例である。
(Modification)
10 to 13 are modifications of the present embodiment.

図10は解析パターン41の変形例である。(a)に示す解析パターンは、楕円の解析パターン41のうちの一部が欠落したパターンである。この場合でも、平行線の中点からパターン中心Kcを求められる。(b)に示す解析パターンは、矩形としたパターンである。この場合でも、対角線の交点からパターン中心Kcを求められる。(c)に示す解析パターン41は、平行な二直線としたパターンである。この場合でも、対角線の交点や垂直二等分線の中点等からパターン中心Kcを求められる。   FIG. 10 shows a modified example of the analysis pattern 41. The analysis pattern shown in (a) is a pattern in which a part of the elliptical analysis pattern 41 is missing. Even in this case, the pattern center Kc can be obtained from the midpoint of the parallel lines. The analysis pattern shown in (b) is a rectangular pattern. Even in this case, the pattern center Kc can be obtained from the intersection of the diagonal lines. The analysis pattern 41 shown in (c) is a pattern formed by two parallel straight lines. Even in this case, the pattern center Kc can be obtained from the intersection of diagonal lines, the midpoint of a perpendicular bisector, or the like.

図11は傾斜ケース5の位置についての変形例である。この例では、傾斜ケース5はプリズム3の後方に形成されている。すなわちこの例では、解析パターン41は、指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面に、指示棒4の軸方向PPの方向にプリズム中心Pcから後方に既知の距離(第2の固定長L2)だけずれる位置に固定されている。この構成としても、図7に示す方法にて同様に測定点Xを計測できる。   FIG. 11 is a modification of the position of the inclined case 5. In this example, the inclined case 5 is formed behind the prism 3. That is, in this example, the analysis pattern 41 has a known distance (second fixed length) on the plane perpendicular to the axial direction PP of the indicator bar 4 and rearward from the prism center Pc in the axial direction PP of the indicator bar 4. It is fixed at a position shifted by L2). Also with this configuration, the measurement point X can be similarly measured by the method shown in FIG.

図12は図3の傾斜ケース5の背面に照明装置8を設けた変形例である。照明装置8はどのような形態であってもよいが、例えば図示のように筐体内にLEDチップおよび電子基板を収容し、外部スイッチで必要に応じてON/OFF可能に構成する。傾斜ケース5の背面に照明装置8を設けることにより、暗い場所での計測であっても解析パターン41が撮影できるようになるため、夜間等の計測時に有効である。   FIG. 12 is a modified example in which the lighting device 8 is provided on the back surface of the inclined case 5 of FIG. The lighting device 8 may be in any form, but for example, an LED chip and an electronic board are accommodated in a casing as shown in the figure, and are configured to be turned on / off as required by an external switch. By providing the illumination device 8 on the back surface of the inclined case 5, the analysis pattern 41 can be photographed even in a dark place, which is effective at the time of measurement at night or the like.

図13は傾斜ケース5の位置についてのその他の変形例である。この例では、傾斜ケース5は、指示棒4の軸方向PP上ではなく、プリズム3の周囲に形成されている。解析パターン41は、指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面にあり、指示棒4の軸方向PPの前後に第2の固定長L2ずれる位置であれば、指示棒4の軸方向PP上になくてもよい。この構成とする場合は、ケース42の内部に、解析パターン41の中心となる位置に、画像撮像部22で撮像可能なマークQを形成する必要がある。マークQは、例えば白黒パターン等コントラストの大きい素材で形成するのが好ましい。   FIG. 13 shows another modification of the position of the inclined case 5. In this example, the inclined case 5 is formed not around the axial direction PP of the indicator bar 4 but around the prism 3. The analysis pattern 41 is on a plane perpendicular to the axial direction PP of the indicator bar 4 and is in a position displaced by the second fixed length L2 before and after the axial direction PP of the indicator bar 4, the axial direction PP of the indicator bar 4. It doesn't have to be on top. In the case of this configuration, it is necessary to form a mark Q that can be imaged by the image imaging unit 22 at a position that is the center of the analysis pattern 41 inside the case 42. The mark Q is preferably formed of a material having a high contrast such as a black and white pattern.

この形態では、ケース42は、マークQが撮像されやすいよう、透光性を有する素材で形成してもよい。より好ましくは、透明な素材や穴空きにより採光する形態よりも、撮像に他の影が投影しにくい半透明の素材で全周に形成するのが好ましく、例えばアクリル樹脂等が好適である。   In this embodiment, the case 42 may be formed of a material having translucency so that the mark Q can be easily imaged. More preferably, it is preferable to form the entire circumference with a translucent material in which other shadows are difficult to project for imaging, rather than a transparent material or a form in which light is taken with a hole, for example, an acrylic resin is suitable.

図13に示す形態では、解析パターン41が指示棒4の軸方向PP上に無いため、次の方法にて測定点Xを計測できる。図14は三次元位置を算出するフロー図である。図15〜図17は、図14のフローの説明を補足するための図であって、図15および図16ビジュアル画像の例、図17は計算手法のイメージ図である。   In the form shown in FIG. 13, since the analysis pattern 41 is not on the axial direction PP of the pointing rod 4, the measurement point X can be measured by the following method. FIG. 14 is a flowchart for calculating a three-dimensional position. 15 to 17 are diagrams for supplementing the description of the flow of FIG. 14, and examples of the visual images of FIGS. 15 and 16, and FIG. 17 are image diagrams of the calculation method.

まず、ステップS211で、画像撮像部22で撮影したビジュアル画像から、解析パターン41のパターン中心Kcを画像解析する(図15参照)。   First, in step S211, the pattern center Kc of the analysis pattern 41 is image-analyzed from the visual image captured by the image capturing unit 22 (see FIG. 15).

次に、ステップS212で、EDM20で得たプリズム3の三次元位置(プリズム中心Pcの測距値および測角値)を記憶部18から読み出す。   Next, in step S212, the three-dimensional position of the prism 3 (the distance measurement value and the angle measurement value of the prism center Pc) obtained by the EDM 20 is read from the storage unit 18.

次に、ステップS213で、画像上でのプリズム中心Pcの位置とパターン中心Kcの水平方向ずれ量Xcおよび鉛直方向ずれ量Ycを求め(図15参照)、ずれ量XcおよびYcから、傾斜ケース5の位置方向(方向ベクトルB)を求める(図17参照)。   Next, in step S213, the horizontal displacement amount Xc and the vertical displacement amount Yc of the position of the prism center Pc and the pattern center Kc on the image are obtained (see FIG. 15), and the tilt case 5 is obtained from the displacement amounts Xc and Yc. Position direction (direction vector B) is obtained (see FIG. 17).

次に、ステップS214で、画像撮像部22で撮影したビジュアル画像から、マークQのマーク中心Kmを画像解析する(図16参照)。   Next, in step S214, image analysis is performed on the mark center Km of the mark Q from the visual image captured by the image capturing unit 22 (see FIG. 16).

次に、ステップS215で、画像上でのマーク中心Kmとパターン中心Kcの水平方向ずれ量Xdおよび鉛直方向ずれ量Ydを求め、パターン中心Kcからマーク中心Kmまでのマーク半径rを求める(図16参照)。   Next, in step S215, the horizontal deviation amount Xd and the vertical deviation amount Yd between the mark center Km and the pattern center Kc on the image are obtained, and the mark radius r from the pattern center Kc to the mark center Km is obtained (FIG. 16). reference).

次に、ステップS216で、解析パターン41の長辺半径Rを画像解析する(図16参照)。   Next, in step S216, image analysis is performed on the long side radius R of the analysis pattern 41 (see FIG. 16).

次に、ステップS217で、関数f(r/R)=θより、測量機2の視線方向から見た傾斜ケース5の水平方向傾斜角θxおよび鉛直方向傾斜角θyを求める(図17参照)。傾斜ケース5は、視線方向との傾斜角に応じて、解析パターン41に対してのマークQの位置が変化するため、視線方向との傾斜角の変化が、パターン中心Kcからマーク中心Kmまでのマーク半径rに対する関数で関係付けできる。この関数の一例は、日本特許公開公報2014−102246号にある。   Next, in step S217, the horizontal inclination angle θx and the vertical inclination angle θy of the inclined case 5 viewed from the line-of-sight direction of the surveying instrument 2 are obtained from the function f (r / R) = θ (see FIG. 17). In the inclined case 5, the position of the mark Q with respect to the analysis pattern 41 changes according to the inclination angle with respect to the line-of-sight direction, so that the change in inclination angle with respect to the line-of-sight direction is from the pattern center Kc to the mark center Km. It can be related by a function with respect to the mark radius r. An example of this function is in Japanese Patent Publication No. 2014-102246.

次に、ステップS218で、方向ベクトルB、傾斜角θxおよび傾斜角θyより、測量機2の視線方向から見た傾斜ケース5の法線方向(方向ベクトルA)を求める(図17参照)。方向ベクトルAが、指示棒4の傾斜方向である。   Next, in step S218, the normal direction (direction vector A) of the tilted case 5 as seen from the line-of-sight direction of the surveying instrument 2 is obtained from the direction vector B, the tilt angle θx, and the tilt angle θy (see FIG. 17). The direction vector A is the inclination direction of the pointing rod 4.

次に、ステップS219で、プリズム中心Pcの位置(三次元位置)から、方向ベクトルAの方向に、第1の固定長Lだけ移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。   Next, in step S219, the first fixed length L is moved from the position (three-dimensional position) of the prism center Pc in the direction of the direction vector A to obtain the three-dimensional position of the measurement point X.

この変形例では、傾斜ケース5の解析パターン41を指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面に設けているため、傾斜ケース5の解析で得られる方向ベクトルAが指示棒4の軸方向PPと一致する。このため、プリズム中心PcまでのプリズムベクトルP(図17参照)から方向ベクトルAの方向に第1の固定長L1だけ移動させることで、測定点Xを計測できるのである。   In this modification, since the analysis pattern 41 of the inclined case 5 is provided on a plane perpendicular to the axial direction PP of the indicator rod 4, the direction vector A obtained by the analysis of the inclined case 5 is the axial direction of the indicator rod 4. It matches PP. Therefore, the measurement point X can be measured by moving the prism vector P (see FIG. 17) up to the prism center Pc by the first fixed length L1 in the direction of the direction vector A.

この変形例でも、上記実施例と同様に、指示棒4が傾斜していても測定点Xに指示棒4の先端を設置するだけで測定点Xの三次元位置を計測することができる。また、指示棒4の傾斜を測定するために新たなセンサを設ける必要がなく安価である。また、従来の指示棒に対し、プリズム3を設ける位置を変更し傾斜ケース5を追加するだけで良いので、簡易に形成でき、非常に安価である。また、ケース42の長さ(第2の固定長L2)により容易に傾斜角の感度設計が行える。また、この形態では、傾斜ケース5のサイズに左右されず、異なる大きさのプリズム3に交換可能である。   In this modified example, as in the above-described embodiment, the three-dimensional position of the measurement point X can be measured only by installing the tip of the indicator bar 4 at the measurement point X even if the indicator bar 4 is inclined. Further, it is not necessary to provide a new sensor for measuring the inclination of the indicating rod 4 and is inexpensive. Further, since it is only necessary to change the position where the prism 3 is provided and add the inclined case 5 to the conventional indicator bar, it can be formed easily and is very inexpensive. In addition, the sensitivity of the tilt angle can be easily designed by the length of the case 42 (second fixed length L2). In this embodiment, the prism 3 can be replaced with a different size regardless of the size of the inclined case 5.

(第2の実施形態)
(システム全体)
第2の実施形態は、プリズム3を必須構成としない点が上記の実施形態と異なる。
(指示棒)
図18は第2の実施形態に係る指示棒4の構成を示す右方斜視図である。指示棒4は、棒状の支持体31と、傾斜ケース5とを備える。支持体31は、上記実施形態と同様、先端は測定点Xに設置される。
(Second Embodiment)
(Whole system)
The second embodiment differs from the above embodiment in that the prism 3 is not an essential component.
(Instruction bar)
FIG. 18 is a right perspective view showing the configuration of the indicating rod 4 according to the second embodiment. The indicator bar 4 includes a rod-like support 31 and an inclined case 5. As for the support body 31, the front-end | tip is installed in the measurement point X like the said embodiment.

支持体31の他方の端部には、プリズム3の位置に、プリズム3に代えて、画像撮像部22で撮像可能なマークTが形成されている。すなわち、マークTは測定点Xから第1の固定長L1で固定されている。マークTは、任意の支持部材、例えば支持体31に垂直に固定されたボード32などに形成してよい。本形態でも、マークTは、例えば白黒パターン等コントラストの大きい素材で形成するのが好ましい。   At the other end of the support 31, a mark T that can be imaged by the image imaging unit 22 is formed at the position of the prism 3 instead of the prism 3. That is, the mark T is fixed from the measurement point X with the first fixed length L1. The mark T may be formed on an arbitrary support member, for example, a board 32 fixed to the support 31 perpendicularly. Also in this embodiment, the mark T is preferably formed of a material having a high contrast such as a black and white pattern.

傾斜ケース5は、マークTを中に収容するように形成されている。解析パターン41は、指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面にあり指示棒4の軸方向PPの方向にマークTから前方向に第2の固定長L2ずれる位置に、ケース42によって固定されている。ケース42は、上記のボード32などで支持固定されてよい。すなわち、第2の実施形態では、マークTをターゲットとして視準し、マークTをノンプリズム測距することにより、測定点Xの三次元位置を計測する。
(測量機)
図19は第2の実施形態に係る測量機2´の内部構成を示すブロック図である。本形態は、上記実施形態で使用した測量機2を用いても、次の構成の測量機2´を用いても、画像撮像部22が高精度であれば実施できる。図19の測量機2´では、プリズム3を視準(追尾)するために設けられていたEDM20、プリズム撮像部21、および走査部24は必須の構成で無く、ノンプリズム測距部20´があればよい。ノンプリズム測距部20´は、ビームの細かいレーザ光等の測距光を出射し、プリズム以外のターゲットまでの測距を行う測距部である。本形態では、ターゲットはマークTであり、マークTへの視準(追尾)は、画像撮像部22による撮像でのパターンマッチング等の公知の画像処理により行われる。
(計測手法)
第2の実施形態に係る計測の概要を説明する。図20は第2の実施形態に係る三次元位置計測システムの計測フロー図であり、(a)は基本形のフロー、(b)は自動追尾を行う場合のフローである。基本は、(a)に示すように、まずステップS31で、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。次に、ステップS32で、画像撮像部22を用いて撮影された画像から、マークTを画像解析し、ターゲットを自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS31に戻る。視準できた場合は、ステップS33に移行し、マークTを測距測角し、マークTの三次元位置を計測する。次に、ステップS34に移行し、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS35に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS41で、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。次に、ステップS42で、ターゲットとなるマークTをロック(自動視準)できたか判断し、できた場合は、ステップS43に移行してマークTを測距測角する。その他のステップS44〜47は、図6のステップS25〜S28と同じである。
(三次元位置の計算手法)
図20のステップS34またはS44における、測定点Xの三次元位置を計算する手法は、上記実施の形態の「三次元位置の計算手法」において、プリズム3をマークTと読み替え、プリズム中心PcをマークTのマーク中心Tcに置き換えれば、(図7のフロー)と同様に行うことができる。
(効果)
以上、第2の実施形態では、上記の実施形態におけるプリズム3を視準(追尾)してプリズム測距を行う工程を、傾斜ケース5のマークTを視準(追尾)してノンプリズム測距する工程に置き換えたことで、プリズム3が無くとも、上記の実施形態と同様、測定点Xの三次元位置を計測することができる。
(変形例)
第2の実施形態においても、図10に倣って、解析パターン41を変形して良い。本形態では、マークTの視準が好適に行われるために、例えば傾斜ケース5のマークQとは異なる色とする、QRコード(登録商標)のようなバーコードを付けるなどが好適である。また、図11に倣って、解析パターン41は、指示棒4の軸方向PPに対して垂直な面に、マークTから後方に第2の固定長L2ずれる位置に固定されてもよい。また、図12に倣って、傾斜ケース5の背面に照明装置8を設けてもよい。また、図13に倣って、傾斜ケース5の位置をマークTの周囲の位置にオフセットさせてもよい。この場合も、マークTは、視準されやすいように、傾斜ケース5のマークQとは異なる色とする、QRコード(登録商標)のようなバーコードを付ける、などが好適である。
The inclined case 5 is formed so as to accommodate the mark T therein. The analysis pattern 41 is fixed by the case 42 at a position that lies on a plane perpendicular to the axial direction PP of the indicator bar 4 and is displaced forward from the mark T in the direction of the axial direction PP of the indicator bar 4 by the second fixed length L2. Has been. The case 42 may be supported and fixed by the board 32 or the like. That is, in the second embodiment, the three-dimensional position of the measurement point X is measured by collimating the mark T as a target and measuring the mark T by non-prism distance measurement.
(Surveying instrument)
FIG. 19 is a block diagram showing an internal configuration of the surveying instrument 2 ′ according to the second embodiment. Even if the surveying instrument 2 used in the above embodiment is used or the surveying instrument 2 ′ having the following configuration is used, this embodiment can be implemented as long as the image capturing unit 22 has high accuracy. In the surveying instrument 2 ′ in FIG. 19, the EDM 20, the prism imaging unit 21, and the scanning unit 24 that are provided for collimating (tracking) the prism 3 are not essential, and the non-prism ranging unit 20 ′ I just need it. The non-prism distance measuring unit 20 ′ is a distance measuring unit that emits distance measuring light such as a laser beam having a fine beam and performs distance measurement to a target other than the prism. In this embodiment, the target is the mark T, and collimation (tracking) to the mark T is performed by known image processing such as pattern matching in imaging by the image imaging unit 22.
(Measurement method)
An outline of measurement according to the second embodiment will be described. 20A and 20B are measurement flow diagrams of the three-dimensional position measurement system according to the second embodiment. FIG. 20A is a basic flow, and FIG. 20B is a flow when automatic tracking is performed. Basically, as shown in (a), first, in step S31, the image pickup unit 22 photographs the inclined case 5. Next, in step S32, the image of the mark T is analyzed from the image captured using the image capturing unit 22, and it is determined whether the target is automatically collimated. If collimation is not possible, the process returns to step S31. If collimation is possible, the process proceeds to step S33, where the mark T is measured for distance and the three-dimensional position of the mark T is measured. Next, the process proceeds to step S34, and the three-dimensional position of the measurement point X is calculated. Next, it transfers to step S35, displays the measurement point X on the display part 23, and complete | finishes. When performing automatic tracking, as shown in (b), first, in step S41, the inclined case 5 is photographed by the image capturing unit 22. Next, in step S42, it is determined whether or not the target mark T has been locked (automatic collimation). If so, the process proceeds to step S43 to measure the distance of the mark T by distance measurement. The other steps S44 to 47 are the same as steps S25 to S28 in FIG.
(Three-dimensional position calculation method)
The method for calculating the three-dimensional position of the measurement point X in step S34 or S44 in FIG. 20 is the same as the “three-dimensional position calculation method” in the above embodiment, in which the prism 3 is replaced with the mark T and the prism center Pc is marked. If it is replaced with the mark center Tc of T, it can be performed in the same manner as in the flow of FIG.
(effect)
As described above, in the second embodiment, the step of collimating (tracking) the prism 3 and performing the prism distance measurement in the above embodiment is performed by collimating (tracking) the mark T of the inclined case 5 and performing the non-prism distance measurement. By substituting for this step, the three-dimensional position of the measurement point X can be measured as in the above embodiment, without the prism 3.
(Modification)
Also in the second embodiment, the analysis pattern 41 may be modified following FIG. In this embodiment, since the collimation of the mark T is suitably performed, for example, a bar code such as a QR code (registered trademark) with a color different from the mark Q of the inclined case 5 is preferably used. 11, the analysis pattern 41 may be fixed on a surface perpendicular to the axial direction PP of the pointing rod 4 at a position shifted backward from the mark T by the second fixed length L2. Moreover, you may provide the illuminating device 8 in the back surface of the inclination case 5 according to FIG. 13, the position of the inclined case 5 may be offset to a position around the mark T. Also in this case, it is preferable that the mark T has a color different from that of the mark Q of the inclined case 5 or a barcode such as a QR code (registered trademark) so as to be easily collimated.

(第3の実施形態)
(システム全体)
第3の実施形態は、棒(支持体31)を必須構成としない点が上記の実施形態と異なる。図21は第3の実施形態に係る構成を示す右方斜視図である。測量機2は図2のものでよく、プリズム3はプリズム撮像部21で撮像されるのが好適である。第3の実施形態は、支持体31が無く、プリズム3と、傾斜ケース5を備える。
(Third embodiment)
(Whole system)
The third embodiment differs from the above embodiment in that the rod (support 31) is not an essential component. FIG. 21 is a right perspective view showing the configuration according to the third embodiment. The surveying instrument 2 may be the one shown in FIG. 2, and the prism 3 is preferably imaged by the prism imaging unit 21. The third embodiment has no support 31 and includes a prism 3 and an inclined case 5.

(効果)
すなわち、支持体31が無くとも、測定点Xから第1の固定長L1だけオフセットした位置にプリズム3(プリズム中心Pc)を配置し、傾斜ケース5の解析パターン41を、測定点Xとプリズム中心Pcを結ぶ線に対して垂直な面に設け、第1の固定長L1と同方向前後にプリズム中心Pcから第2の固定長L2だけオフセットした位置に配置すれば、図7のフローと同様の手法で、測定点Xの三次元位置を計測することができる。この形態は、例えば図21に示すように、ある筐体60内に何らかのセンサ61を内蔵した装置に対し、筐体60によりプリズム3をセンサ61の付近に置くことができない場合に有効である。第1の固定長L1は、当該装置の機械図面などを利用して求めればよい。なお、第3の実施形態において、第2の実施形態に倣い、プリズム3に代えてマークTをノンプリズム測距する構成に変更しても、測定点Xの三次元位置を計測することができる。
(effect)
That is, even without the support 31, the prism 3 (prism center Pc) is disposed at a position offset from the measurement point X by the first fixed length L 1, and the analysis pattern 41 of the inclined case 5 is arranged between the measurement point X and the prism center. If it is provided on a plane perpendicular to the line connecting Pc and is arranged at a position offset by a second fixed length L2 from the prism center Pc in the same direction as the first fixed length L1, it is the same as the flow of FIG. With this method, the three-dimensional position of the measurement point X can be measured. For example, as shown in FIG. 21, this form is effective when a prism 3 cannot be placed in the vicinity of the sensor 61 by the housing 60 with respect to a device in which some sensor 61 is built in a certain housing 60. What is necessary is just to obtain | require 1st fixed length L1 using the mechanical drawing of the said apparatus. In the third embodiment, the three-dimensional position of the measurement point X can be measured even if the mark T is changed to a non-prism distance measurement configuration in place of the prism 3 according to the second embodiment. .

また、上記実施形態および変形例に係る他の変形として、近距離計測時に、画像撮像部22の視野内にプリズム3および解析パターン41が映らないおそれがあるため、測量機2に、より広角な第2の画像撮像部25を設けておくのもよい。また、指示棒4の支持体31の先端にマーキングペンを設けることで、作業時には測定した軌跡を現場に残すことができる。また、描画した軌跡(測定点X)はデータとしてリアルタイムで記録されているため、演算制御部17にて描かれた速度等の情報も取得することができる。また、指示棒4の長さは、第1の固定長L1および/または第2の固定長L2が正確に分かりかつ位置決めされる形態で自由に伸縮可能に構成されてよい。   In addition, as another modification according to the above-described embodiment and the modification, the prism 3 and the analysis pattern 41 may not be reflected in the field of view of the image capturing unit 22 at the time of short distance measurement. A second image capturing unit 25 may be provided. In addition, by providing a marking pen at the tip of the support 31 of the pointing rod 4, the measured trajectory can be left on the site during work. Further, since the drawn locus (measurement point X) is recorded as data in real time, information such as the speed drawn by the arithmetic control unit 17 can also be acquired. In addition, the length of the indicator rod 4 may be configured to be freely extendable and contractable in a form in which the first fixed length L1 and / or the second fixed length L2 is accurately known and positioned.

以上、本発明の三次元位置計測システムについて、実施の形態および変形例を述べたが、これらは本発明の一例であり、各形態および各変形例を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。   As described above, the embodiment and the modification examples of the three-dimensional position measurement system of the present invention have been described. However, these are merely examples of the present invention, and each form and each modification example can be combined based on the knowledge of those skilled in the art. Such a form is also included in the scope of the present invention.

1 三次元位置計測システム
2 測量機
3 プリズム
4 指示棒
5 傾斜ケース
11 水平角検出器(測角部)
12 鉛直角検出器(測角部)
17 演算制御部
20 EDM(測距部)
21 プリズム撮像部
22 画像撮像部
41 解析パターン
44 パターン幅
Kc パターン中心
Pc プリズム中心
L1 第1の固定長
L2 第2の固定長
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional position measurement system 2 Surveying instrument 3 Prism 4 Indicator bar 5 Inclined case 11 Horizontal angle detector (angle measuring part)
12 Vertical angle detector (angle measuring section)
17 Calculation control unit 20 EDM (ranging unit)
21 Prism imaging unit 22 Image imaging unit 41 Analysis pattern 44 Pattern width Kc Pattern center Pc Prism center L1 First fixed length L2 Second fixed length

Claims (7)

測定点の三次元位置を計測するための三次元位置計測システムであって、
測定点に設置される指示棒と、
前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、
前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、
前記測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置と、前記画像撮像部にて前記傾斜ケースを撮像して得た画像から得た前記指示棒の傾斜方向と、前記第1の固定長と、から前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
A three-dimensional position measurement system for measuring a three-dimensional position of a measurement point,
An indicator bar installed at the measurement point;
A prism fixed at a position deviating from the measurement point to a known first fixed length in the axial direction of the indicator rod;
An inclined case that has an analysis pattern, and that fixes the analysis pattern at a position that is known to be displaced from the prism by a second fixed length before and after the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod;
A surveying instrument having a distance measuring unit for measuring a distance to the prism, an angle measuring unit for measuring an angle, and an image capturing unit;
The three-dimensional position of the prism obtained by the distance measuring unit and the angle measuring unit, the inclination direction of the pointer obtained from the image obtained by imaging the inclined case by the image imaging unit, and the first A three-dimensional position measurement system, wherein the three-dimensional position of the measurement point is measured from a fixed length.
測定点の三次元位置を計測するための三次元位置計測システムであって、
測定点に設置される指示棒と、
前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、
前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、前記プリズムの周囲風景を撮影する画像撮像部と、前記プリズムを撮影するプリズム撮像部とを有する測量機と、を備え、
前記プリズム撮像部にて前記プリズムを撮像し、前記プリズムを視準して、前記測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置、前記画像撮像部にて前記傾斜ケースを撮像して得た画像から得た前記指示棒の傾斜方向、および前記第1の固定長から、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
A three-dimensional position measurement system for measuring a three-dimensional position of a measurement point,
An indicator bar installed at the measurement point;
A prism fixed at a position deviating from the measurement point to a known first fixed length in the axial direction of the indicator rod;
An inclined case that has an analysis pattern, and that fixes the analysis pattern at a position that is known to be displaced from the prism by a second fixed length before and after the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod;
A surveying instrument having a distance measuring unit that measures the distance to the prism, a angle measuring unit that performs angle measurement, an image imaging unit that captures the surrounding landscape of the prism, and a prism imaging unit that captures the prism; Prepared,
The prism is imaged by the prism imaging unit, the prism is collimated, and the three-dimensional position of the prism obtained by the distance measuring unit and the angle measuring unit, and the tilted case is imaged by the image imaging unit. A three-dimensional position measurement system that measures the three-dimensional position of the measurement point from the inclination direction of the pointer and the first fixed length obtained from the image obtained in this manner.
前記三次元位置計測システムは、
前記測距部および前記測角部で前記プリズムのプリズム中心の三次元位置を取得し、
前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出し、
前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、
前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、
前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする請求項1または2に記載の三次元位置計測システム。
The three-dimensional position measurement system includes:
The three-dimensional position of the prism center of the prism is acquired by the distance measuring unit and the angle measuring unit,
Analyzing the image obtained by imaging the tilt case to calculate the pattern center of the analysis pattern,
Calculate the position direction of the inclined case from the pattern center and the prism center on the image,
Calculating the three-dimensional position of the pattern center, which is the point at which the distance from the three-dimensional position of the prism center on the position direction of the inclined case becomes the second fixed length;
The three-dimensional position of the measurement point is moved from the three-dimensional position of the prism center along the straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the prism center by the first fixed length. The three-dimensional position measurement system according to claim 1, wherein the position is measured.
請求項1〜3のいずれかに記載の三次元位置計測システムで使用される指示棒であって、
前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置にプリズムが固定され、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースが形成された指示棒。
A pointer used in the three-dimensional position measurement system according to any one of claims 1 to 3,
A prism is fixed at a position deviated from the measurement point to a known first fixed length in the axial direction of the indicator rod,
An inclined case is formed which has an analysis pattern and fixes the analysis pattern at a position deviated from the prism to a known second fixed length before and after the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod. Indicator bar.
測定点の三次元位置を計測するための三次元位置計測方法であって、
測定点に設置される指示棒と、
前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、
前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を用いて、
前記測距部および前記測角部で前記プリズムのプリズム中心の三次元位置を取得するプリズム位置取得工程と、
前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出するパターン中心算出工程と、
前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出するモジュール位置算出工程と、
前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出するパターン中心位置算出工程と、
前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測する測定点計測工程と、
を有することを特徴とする三次元位置計測方法。
A three-dimensional position measurement method for measuring a three-dimensional position of a measurement point,
An indicator bar installed at the measurement point;
A prism fixed at a position deviating from the measurement point to a known first fixed length in the axial direction of the indicator rod;
An inclined case that has an analysis pattern, and that fixes the analysis pattern at a position that is known to be displaced from the prism by a second fixed length before and after the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod;
Using a surveying instrument having a distance measuring unit for measuring a distance to the prism, an angle measuring unit for measuring an angle, and an image capturing unit,
A prism position acquisition step of acquiring a three-dimensional position of a prism center of the prism at the distance measuring unit and the angle measuring unit;
A pattern center calculating step of analyzing the image obtained by imaging the inclined case and calculating a pattern center of the analysis pattern;
A module position calculating step for calculating a position direction of the inclined case from the pattern center and the prism center on the image;
A pattern center position calculating step of calculating a three-dimensional position of the pattern center, which is a point at which the distance from the three-dimensional position of the prism center on the position direction of the inclined case becomes the second fixed length;
The three-dimensional position of the measurement point is moved from the three-dimensional position of the prism center along the straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the prism center by the first fixed length. A measuring point measuring process for measuring the position;
A three-dimensional position measurement method characterized by comprising:
測定点の三次元位置を計測するための三次元位置計測システムであって、
測定点に設置される指示棒と、
前記測定点から前記指示棒の軸方向上に既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたターゲットと、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記指示棒の軸方向と垂直な面で前記指示棒の軸方向前後に前記ターゲットから既知の第2の固定長ずれる位置に固定する傾斜ケースと、
前記ターゲットまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、
前記傾斜ケースおよび前記ターゲットを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心および前記ターゲットのターゲット中心を算出し、
前記測距部および前記測角部で前記ターゲット中心の三次元位置を取得し、
前記画像上での前記パターン中心と前記ターゲット中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、
前記傾斜ケースの位置方向上で前記ターゲット中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、
前記ターゲット中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記ターゲット中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
A three-dimensional position measurement system for measuring a three-dimensional position of a measurement point,
An indicator bar installed at the measurement point;
A target fixed at a position deviating from a first fixed length known in the axial direction of the indicator rod from the measurement point;
An inclined case having an analysis pattern, and fixing the analysis pattern to a known second fixed length deviating position from the target in front and back in the axial direction of the indicator rod in a plane perpendicular to the axial direction of the indicator rod;
A surveying instrument having a distance measuring unit for measuring a distance to the target, an angle measuring unit for measuring an angle, and an image capturing unit;
Analyzing the image obtained by imaging the inclined case and the target to calculate the pattern center of the analysis pattern and the target center of the target,
The three-dimensional position of the target center is acquired by the distance measuring unit and the angle measuring unit,
Calculate the position direction of the inclined case from the pattern center and the target center on the image,
Calculating the three-dimensional position of the pattern center, which is the point at which the distance from the three-dimensional position of the target center on the position direction of the inclined case becomes the second fixed length;
The three-dimensional position of the measurement point is moved from the three-dimensional position of the target center in a direction along a straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the target center, A three-dimensional position measurement system characterized by measuring position.
測定点の三次元位置を計測するための三次元位置計測システムであって、
測定点から既知の第1の固定長ずれる位置に固定されたプリズムと、
解析パターンを有し、前記解析パターンを前記測定点と前記プリズムのプリズム中心を結ぶ線と垂直な面かつ前記第1の固定長と同方向前後に前記プリズムから既知の第2の固定長ずれる位置に固定される傾斜ケースと、
前記プリズムまでの測距を行う測距部および測角を行う測角部と、画像撮像部と、を有する測量機と、を備え、
前記測距部および前記測角部で前記プリズム中心の三次元位置を取得し、
前記傾斜ケースを撮像して得た画像を解析して前記解析パターンのパターン中心を算出し、
前記画像上での前記パターン中心と前記プリズム中心とから前記傾斜ケースの位置方向を算出し、
前記傾斜ケースの位置方向上で前記プリズム中心の三次元位置からの距離が前記第2の固定長となる点である前記パターン中心の三次元位置を算出し、
前記プリズム中心の三次元位置から、前記パターン中心の三次元位置と前記プリズム中心の三次元位置とを通る直線に沿う方向に、前記第1の固定長分移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
A three-dimensional position measurement system for measuring a three-dimensional position of a measurement point,
A prism fixed at a position deviating from a measurement point by a first known fixed length;
A position having an analysis pattern, the analysis pattern having a plane perpendicular to a line connecting the measurement point and the prism center of the prism, and a known second fixed length deviating from the prism in the same direction as the first fixed length. An inclined case fixed to the
A surveying instrument having a distance measuring unit for measuring a distance to the prism, an angle measuring unit for measuring an angle, and an image capturing unit;
The three-dimensional position of the prism center is acquired by the distance measuring unit and the angle measuring unit,
Analyzing the image obtained by imaging the tilt case to calculate the pattern center of the analysis pattern,
Calculate the position direction of the inclined case from the pattern center and the prism center on the image,
Calculating the three-dimensional position of the pattern center, which is the point at which the distance from the three-dimensional position of the prism center on the position direction of the inclined case becomes the second fixed length;
The three-dimensional position of the measurement point is moved from the three-dimensional position of the prism center along the straight line passing through the three-dimensional position of the pattern center and the three-dimensional position of the prism center by the first fixed length. A three-dimensional position measurement system characterized by measuring position.
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