JP6585465B2

JP6585465B2 - 墨出し装置

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Publication number: JP6585465B2
Application number: JP2015213353A
Authority: JP
Inventors: 石橋　久義; 久義石橋
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: JP2017083354A

Description

本発明は、墨出し装置に関するもので、特に、墨出しにより、対象物にレーザ光のラインを転写する装置に関する。

従来、対象物にレーザ光のラインを転写する場合、作業者が、壁、床、あるいは、天井などの対象物の表面に投射されたレーザ光のライン上に、墨や鉛筆等で複数の印を付け、その印を結ぶように、墨ツボや定規等を使って、対象物にラインを描く（墨出しする）ことが行われている。
しかしながら、上記の方法では、対象物の表面に一旦印を付けてから、墨ツボ等でラインを描くため作業効率が悪いだけでなく、墨出し作業は、二人一組で行う必要があるため、コスト高の要因となっていた。

そこで、図７に示すような、複数のフォトセンサ５１を直線状に配列したラインセンサ５２によりレーザ光Ｌのラインの位置を検出し、検出された位置に墨出しペン５３を移動させて墨出しを行う構成の墨出し装置５０が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ラインセンサ５２を搭載する台車５４の脚部には、車輪５５が前後動自在に取付けられており、墨出し装置５０を、同図の左右方向である前後方向へ移動可能としている。
ラインセンサ５２は、墨出し装置５０の上面に、フォトセンサ５１の配列方向が墨出し装置５０の移動方向である前後方向に直交する方向（同図の上下方向）になるように取付けられ、墨出しペン５３は、フォトセンサ５１の配列方向と平行な方向であるに延長するスライドバー５６に移動自在に係合されている。
したがって、墨出しペン５３を対象物の表面に接触させながら車輪５５を駆動して、墨出し装置５０を、墨出し開始点である基準点Ｋ₁から終点Ｋ₂まで移動させれば、レーザ光Ｌに沿ったラインを対象物の表面に描画することができる。
なお、引用文献１では、レーザ光Ｌを照射する装置として、レーザ光Ｌを回転させながら照射するレーザ発振機５７ａを備えたレーザレベル装置５７が用いられている。

また、図８（ａ），（ｂ）に示すような、作業者が一人でも墨出し作業を容易に行うことができるレーザ用墨出し器６０が提案されている。
このレーザ用墨出し器６０は、複数のフォトセンサ６１を直線状に配列したラインセンサ６２と、フォトセンサ６１の配列方向の延長線上に設けられた墨付けスタンプ６３とを備えたもので、レーザ光Ｌの方向がフォトセンサ６１の配列方向に一致したときには、図８（ｃ）に示すように、墨付けスタンプ６３の押しボタン６４を押圧して、対象物である壁面２にゴム印６５を押し付けることで、レーザ光Ｌに沿ったラインを壁面２に描画することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２９１７４号公報特開２０１３−９２４４９号公報

しかしながら、上記従来の墨出し装置５０では、墨出しペン５３を移動させる手段に加えて、車輪５５を駆動する駆動装置が必要なため、装置が大掛かりになるだけでなく、対象物が壁や天井などの場合には、吸着装置などの墨出し装置５０を壁面や天井面に保持する手段がが必要であった。
一方、レーザ用墨出し器６０は、構造が簡単であるという利点はあるものの、レーザ光Ｌに沿ったラインを描画するためには、レーザ用墨出し器６０を持った作業員が、フォトセンサ６１の配列方向をレーザ光Ｌの方向とを完全に一致したことを確認してから押しボタン６４を押圧する必要があるため、作業効率が悪いといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡単で、かつ、墨出し作業が容易な墨出し装置を提供することを目的とする。

本発明は、対象物の表面に照射されるライン状のレーザ光を受光して、前記レーザ光の照射位置を墨出しする墨出し装置であって、前記レーザ光を受光する複数の受光素子がライン状に配列された第１及び第２のラインセンサと、前記レーザ光の前記対象物の表面における位置である墨出し位置を算出する墨出し位置算出手段と、前記対象物の表面に前記レーザ光のラインに沿った線を描くことで、前記レーザ光の照射位置を墨出しする描線手段と、レールと、前記描線手段が取付けられた可動体とを備え、前記描線手段を、前記レールに沿って、前記算出された墨出し位置まで移動させる移動手段とを備え、前記第１及び第２のラインセンサは、前記第１のラインセンサの受光素子の配列方向と前記第２のラインセンサの受光素子の配列方向とが互いに並行になるように配置され、前記墨出し位置算出手段は、前記第１のラインセンサで検出された前記レーザ光の位置と前記第２のラインセンサで検出された前記レーザ光の位置とを結ぶ直線と前記レールとの交点の位置を前記墨出し位置として算出することを特徴とする。
本発明の墨出し装置は、２つのラインセンサでレーザ光Ｌの位置を検出することで墨出し位置を算出する構成であるので、墨出し装置を、レーザ光Ｌが第１及び第２のラインセンサの延長方向と交差するように保持すれば、墨出し位置を容易に算出できる。したがって、簡単な構成で、対象物の表面にレーザ光Ｌに沿ったラインを正確にかつ効率良く描画することができる。
なお、本発明の墨出し装置を用いれば、作業者が一人でも墨出し作業を容易に行うことができることはいうまでもない。
また、前記描線手段を、前記第１及び第２のラインセンサを取付けた基板の外側で、かつ、前記第１のラインセンサの前記第２のラインセンサとは反対側、もしくは、前記第２のラインセンサの前記第１のラインセンサとは反対側に配置したので、描画位置を確認しながら墨出しを行うことができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の実施の形態に係る墨出し装置の構成を示す図である。本実施の形態に係る墨出し装置の機能ブロック図である。リニアスライダーの一例を示す図である。本発明による墨出し装置の動作を説明するための図である。本発明による墨出し装置の他の例を示す図である。第１及び第２のラインセンサの配置例を示す図である。従来の墨出し装置の構成を示す図である。従来の墨出し器の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る墨出し装置１の構成を示す図で、図２は墨出し装置１の機能ブロック図である。
各図において、１０は保持台、１１，１２は第１及び第２のラインセンサ、１３は描線手段としての墨出し器、１４は移動手段としてのリニアスライダ、１５は墨出し位置算出手段（演算器）、１６は位置制御手段（制御器）、１７はボタンスイッチ、１８はバッテリー、１９は電源スイッチである。
保持台１０は、長方形板状の取付板１０ａと、取付板１０ａの裏面側（対象物である壁の表面側）に設けられた３つの脚部１０ｂと、取付板１０ａの中央部に形成されたスリット１０ｃと、図示しない作業者が把持するハンドル１０ｄとを備え、第１及び第２のラインセンサ１１，１２やリニアスライダ１４等の部品を搭載する。なお、スリット１０ｃの延長方向は、取付台１０ａの長手方向に平行な方向である。
以下、取付板１０ａの長手方向を上下方向（ｘ方向）、幅方向を左右方向（ｙ方向）、厚さ方向を高さ方向（ｚ方向）という。

第１及び第２のラインセンサ１１，１２は、レーザ光Ｌを受光する複数の受光素子Ｄを備え、各受光素子Ｄの配列方向がｘ方向になるように取付板１０ａの表面側に、所定の距離ａを隔てて取付けられる。以下、取付板１０ａの表面側から見たときに取付板１０ａの左側に配置されたラインセンサを第１のラインセンサ１１、右側に配置されたラインセンサを第２のラインセンサ１２という。
墨出し器１３は、図示しないインクタンクと噴射器とを備えたインクジェット型の描線具で、噴射器の噴射孔１３ｈからインクタンク内のインクを対象物である壁の表面（以下、壁面２という）に噴射することで、レーザ光Ｌのラインに沿った線を壁面２に描画する。
墨出し器１３は、噴射孔１３ｈが壁面２側に位置するように、リニアスライダ１４に搭載される。
リニアスライダ１４は、レール１４ａと可動体１４ｂとを備え、可動体１４ｂに取付けられた墨出し器１３を、レール１４ａに沿って、墨出し位置算出手段１５で算出された墨出し位置まで移動させる。リニアスライダ１４は、可動体１４ｂの移動方向であるレール１４ａの延長方向が、受光素子Ｄの配列方向と同じ方向であるｘ方向になるように、取付板１０ａの表面側に取付けられる。

図３は、リニアスライダ１４の一構成例を示す図で、本例では、長方形板状の基台１４０と、ボールネジ１４１と、ボールネジ１４１を回転させるモータ１４２と、ボールネジ１４１のネジ軸１４１ａの両端側をそれぞれ回転可能に支持する軸受け１４３と、モータ本体１４２ａを支持するモータ支持部材１４４と、ネジ軸１４１ａのモータ１４２側の端部とモータ１４２の回転軸１４２ｂとを連結するカップリング１４５と、ボールネジ１４１のネジ軸１４１ａの延長方向と平行な方向に伸びる２本のレール部材１４６と、ボールネジ１４１のナット部１４１ｂの基台１４０側に取付けられるスライド部材１４７と、スライド部材１４７の両端側に設けられて、レール部材１４６に沿って摺動するガイド部材１４８とを備えたボールネジタイプのリニアスライダ１４を用いた。
レール部材１４６が図１のレール１４ａを構成し、ボールネジ１４１のナット部１４１ｂとスライド部材１４７とガイド部材１４８とが図１の可動体１４ｂを構成する。なお、レール部材１４６とガイド部材１４８とは、それぞれ、１個ずつでもよい。
上記構成のリニアスライダ１４を本発明の墨出し装置１に適用する場合には、スライド部材１４７の基台１４０側に、墨出し器１３を搭載するとともに、基台１４０の中央で、ボールネジ１４１のネジ軸１４１ａの直下に、ボールネジ１４１のネジ軸１４１ａの延長方向と平行な方向に伸びる、取付板１０ａのスリット１０ｃと連通する貫通孔１４ｈを形成すればよい。これにより、墨出し器１３の噴射孔１３ｈから壁面２にインクを噴射することができる。
なお、リニアスライダ１４に代えて、例えば、永久磁石から成る固定子とコイルから成る可動子とを備えたリニアモータ型のスライド装置や、ラックピニオン機構を備えた周知の移動手段を用いてもよい。

墨出し位置算出手段（演算器）１５は、第１及び第２のラインセンサ１１，１２でそれぞれ検出されたレーザ光Ｌの位置データ（受光素子Ｄの位置データ）を用いて、レーザ光Ｌの対象物の表面における位置である墨出し位置を算出する。なお、墨出し位置の算出方法については後述する。
位置制御手段（制御器）１６は、リニアスライダ１４のモータ１４２を制御して、ボールネジ１４１のネジ軸１４１ａを回転させ、スライド部材１４７をレール部材１４６に沿って墨出し位置まで移動させる。
演算器１５と制御器１６とは、取付板１０ａの右下側に配置される。
ボタンスイッチ１７は、墨出し器１３の噴射するインクの色を選択する第１のスイッチ１７ａと、オフセット量を選択する第２のスイッチ１７ｂとを備え、取付板１０ａ左下側に配置される。
バッテリー１８は、リニアスライダ１４、演算器１５、制御器１６、及び、墨出し器１３の噴射器を駆動するための電源で、取付板１０ａの右下側で、演算器１５と制御器１６の下側に配置される。
電源スイッチ１９は、取付板１０ａの側面に設けられる。

次に、墨出し装置１の動作について説明する。
作業者は、電源スイッチ１９を入れて墨出し装置１を立ち上げた後、第１のスイッチ１７ａを押して、墨出し器１３の噴射するインクの色を選択する。ここでは、レーザ光Ｌのラインに沿った墨出しを行うので、第２のスイッチ１７ｂは押さない。
次に、墨出し装置１のハンドル１０ｄを把持して、第１及び第２のラインセンサ１１，１２が、それぞれ、図示しないレーザレベル装置から壁面２に照射されたレーザ光Ｌのラインと交差するように保持する。これにより、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の受光素子Ｄのうちの、レーザ光Ｌのラインと交差する位置に位置する受光素子Ｄは、それぞれ、レーザ光Ｌを検出する。なお、受光素子Ｄの位置座標は、受光素子Ｄの配列方向に沿った長さとして表せる。
また、ライン状のレーザ光を照射するレーザレベル装置としては、特許文献１に記載のレーザ光Ｌを回転させながら照射するレーザ発振機５７Ｒを備えたレーザレベル装置５７や、半導体レーザと光学素子とを揺動させながらレーザ光Ｌを照射する構成のレーザレベル装置などの周知のレーザレベル装置を用いることができる。

ここで、図４（ａ）の一点鎖線で示す、墨出し器１３の中心線（詳細には、墨出し器１３の噴射孔１３ｈの移動する点を通る直線）から第１のラインセンサ１１までの距離をａ１、第２のラインセンサ１２までの距離をａ２（ａ１＋ａ２＝ａ）とし、第１のラインセンサ１１の、レーザ光Ｌのラインと交差する位置（受光素子Ｄの配列方向に沿った位置）をｘ１、第２のラインセンサ１２の、レーザ光Ｌのラインと交差する位置をｘ２とすると、レーザ光Ｌの壁面２における位置である墨出し位置ｘ３は、以下の［数１］に示す式を用いて算出される。
［数１］
ｘ３＝ｘ２＋（ｘ１−ｘ２）×｛ａ２／（ａ１＋ａ２）｝
このように、本発明の墨出し装置１では、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の受光素子Ｄの配列方向が、レーザ光Ｌのラインと直交していなくても、第１のラインセンサ１１におけるレーザ光Ｌの位置ｘ１と、第２のラインセンサ１２におけるレーザ光Ｌの位置ｘ２とから、墨出し位置ｘ３を求めることができる。
なお、ｘ１及びｘ２の原点（ｘ１＝０、ｘ２＝０）は、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の最も下側の受光素子Ｄの位置としてもよいし、本例のように、取付板１０ａ短辺から所定距離ｘ方向に離れた短辺に平行な線（以下、基準線Ｋという）と第１及び第２のラインセンサ１１，１２との交点に位置する受光素子Ｄ₀の位置としてもよい。

図２に示すように、墨出し位置算出手段１５で算出された墨出し位置ｘ３のデータは、位置制御手段１６に送られる。位置制御手段１６では、リニアスライダ１４に、制御信号ｓ_rを送り、墨出し器１３の位置が墨出し位置ｘ３になるように、リニアスライダ１４を駆動・制御する。
墨出し器１３の位置が墨出し位置ｘ３に停止すると、リニアスライダ１４は、停止信号ｓ_kを墨出し器１３に送る。
停止信号ｓ_kを受け取った墨出し器１３は、噴射孔１３ｈが壁面２側にインクを噴射することで、墨出しを行う。
以上の操作を繰り返し行うことで、作業者が一人であっても、壁面２にレーザ光Ｌのラインに沿った線を容易にかつ精度よく描くことができる。
描画後には、電源スイッチ１９を切って墨出し作業を終了する。
なお、図４（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌのラインに対してオフセット量ｂを有するライン（オフセットライン）を墨出しする場合には、第２のスイッチ１７ｂを１回もしくは複数回押して、オフセット量ｂを設定することで、オフセットラインＮを墨出しすることができる。
オフセット量がｂであるときの墨出し位置ｘ３は、以下の［数２］に示す式を用いて算出することができる。
［数２］
ｘ３＝ｘ２＋（ｘ１−ｘ２）×｛ａ２／（ａ１＋ａ２）｝＋ｂ／cosθ
θ＝tan ^-1 ｛（ｘ１−ｘ２）／（ａ１＋ａ２）｝

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施形態では、インクジェット型の描線具（墨出し器１３）を用いたが、ペンや鉛筆などの描線具を用いてもよい。この場合には、墨出し位置ｘ３に、ペンや鉛筆などの先端を押し付ける構成の墨出し器を用いればよい。
また、前記実施形態では、対象物を壁としたが、天井あるいは床であっても、同様の方法で墨出しを行うことができる。
また、前記実施形態では、リニアスライダ１４からの停止信号ｓ_kにより、噴射孔１３ｈが壁面２側にインクを噴射することで、墨出しを行ったが、別途ハンドル１０ｄに描線スイッチを設けるとともに、ボタンスイッチ１７に停止信号ｓ_kにより点灯するボタンを設け、手動により、噴射孔１３ｈが壁面２にインクを噴射するようにしてもよい。
この場合には、描線位置が決定したなら、描画スイッチを押しながら取付板１０ａをスライドさせればよい。

また、前記実施形態では、墨出し器１３を第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２との間に配置したが、図５（ａ），（ｂ）に示すように、墨出し器１３を第１及び第２のラインセンサ１１，１２の外側に配置してもよい。特に、噴射器の噴射孔１３ｈが取付板１０ａの外側に位置するようにリニアスライダ１４を配置すれば、描画位置を確認しながら墨出しを行うことができるので、墨出し器１３に不具合が生じた場合でも、インクタンクを交換するなど、早急に対策をとることができる。
なお、墨出し器１３を第１及び第２のラインセンサ１１，１２の外側に配置したときの墨出し位置ｘ３は、以下の［数３］に示す式を用いて算出される。

また、前記実施形態では、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の各受光素子Ｄの配列方向を、ともに、リニアスライダ１４の移動方向と平行な方向としたが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の各受光素子Ｄの配列方向とリニアスライダ１４の移動方向とが交差していてもよい。
要は、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の各受光素子Ｄの配列方向が並行（間隔がｘ方向に行くにしたがって増加または減少するような配置）であれば、第１のラインセンサ１１の、レーザ光Ｌのラインと交差する位置（受光素子Ｄの配列方向に沿った位置）ｘ１と、第２のラインセンサ１２の、レーザ光Ｌのラインと交差する位置ｘ２と、第１のラインセンサ１１の各受光素子Ｄの配列方向とリニアスライダ１４の中心線とのなす角度θ₁と、第２のラインセンサ１２の各受光素子Ｄの配列方向とリニアスライダ１４の中心線とのなす角度θ₂とから墨出し位置ｘ３を算出することができる。
具体的には、［数１］のｘ１をｘ１sinθ₁、ｘ２をｘ２sinθ₂、ａ１をａ１−ｘ１cosθ₁、ａ２をａ２−ａ２cosθ₂として、第１及び第２のラインセンサ１１，１２の各受光素子Ｄの配列方向が並行である場合の墨出し位置ｘ３を算出する。
なお、ａ１及びａ２は、図６（ｂ）に示すように、基準線Ｋと第１及び第２のラインセンサ１１，１２との交点（受光素子Ｄ₀の位置）と、基準線Ｋと墨出し器１３の中心線との交点とを結んだ線分の長さである。

１墨出し装置、２壁面、１０保持台、１０ａ取付板、１０ｂ脚部、
１０ｃスリット、１０ｄハンドル、１１，１２第１及び第２のラインセンサ、
１３墨出し器、１３ｈ噴射孔、１４リニアスライダ、１４ａレール、
１４ｂ可動体、１５墨出し位置算出手段（演算器）、
１６位置制御手段（制御器）、１７ボタンスイッチ、１７ａ第１のスイッチ、
１７ｂ第２のスイッチ、１８バッテリー、１９電源スイッチ、
Ｄ受光素子、Ｌレーザ光。

Claims

対象物の表面に照射されるライン状のレーザ光を受光して、前記レーザ光の照射位置を墨出しする墨出し装置であって、前記レーザ光を受光する複数の受光素子がライン状に配列された第１及び第２のラインセンサと、
前記レーザ光の前記対象物の表面における位置である墨出し位置を算出する墨出し位置算出手段と、
前記対象物の表面に前記レーザ光のラインに沿った線を描くことで、前記レーザ光の照射位置を墨出しする描線手段と、
レールと、前記描線手段が取付けられた可動体とを備え、前記描線手段を、前記レールに沿って、前記算出された墨出し位置まで移動させる移動手段とを備え、
前記第１及び第２のラインセンサは、
前記第１のラインセンサの受光素子の配列方向と前記第２のラインセンサの受光素子の配列方向とが互いに並行になるように配置され、
前記墨出し位置算出手段は、
前記第１のラインセンサで検出された前記レーザ光の位置と前記第２のラインセンサで検出された前記レーザ光の位置とを結ぶ直線と前記レールとの交点の位置を前記墨出し位置として算出することを特徴とする墨出し装置。
前記描線手段が、
前記第１及び第２のラインセンを取付けた基板の外側で、かつ、
前記第１のラインセンサの前記第２のラインセンサとは反対側、もしくは、
前記第２のラインセンサの前記第１のラインセンサとは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の墨出し装置。