JP6621344B2

JP6621344B2 - 水準器及び傾斜角度検出方法

Info

Publication number: JP6621344B2
Application number: JP2016043965A
Authority: JP
Inventors: 幹雄梶木
Original assignee: 幹雄梶木
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: JP2017161268A

Description

本発明は、水準器及び傾斜角度検出方法に関する。

従来、気泡管による水準器の表面には、気泡の移動範囲に応じて気泡管の中心軸線方向に離間した目盛りが配されている。そして、当該目盛りに対する気泡端の位置から測定面の傾斜にともなう気泡の移動量を目視等により読み取り、水平面に対する傾斜量を計測している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０５−０９９６６８号公報

しかしながら、上記従来の水準器及び傾斜角度検出方法では測定精度を高めるためには気泡管の真円度や真直度等の製造精度を高める必要があり、気泡管の精度が測定精度に影響を及ぼす問題がある。一方、気泡管の精度を高めると製造コストが上昇する。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、気泡管の精度の影響を低減した高精度な測定が可能な水準器及び傾斜角度検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る水準器は、少なくとも一部の側面が透明とされて長手方向に中心軸線を有して内部に液体と気泡とが封入された気泡管と、前記気泡の気泡端の位置を検知する検出部と、該検出部が検知した前記気泡端の移動量から前記気泡管の水平面に対する傾斜角度を算出する制御部と、前記移動量と前記傾斜角度との関係を直線関係に修正する補正部と、を備え、前記検出部による前記気泡端の読取部が、前記中心軸線の鉛直方向から前記気泡管を平面視したときに前記気泡管の側面に前記中心軸線が投影されてなる仮想線から離間して、前記気泡と前記気泡管との屈折率の違いにより前記気泡端が幅をもって見える位置にて前記気泡管に配される。

また、本発明に係る傾斜角度検出方法は、少なくとも一部の側面が透明とされて長手方向に中心軸線を有して内部に液体と気泡とが封入された気泡管を前記中心軸線の鉛直方向から平面視したときに前記気泡管の側面に前記中心軸線が投影されてなる仮想線から離間した位置にて前記気泡の気泡端の位置を検知する検出ステップと、検知された前記気泡端の移動量と、該移動量から算出された前記気泡管の水平面に対する傾斜角度と、の関係を直線関係に修正する補正ステップと、補正後の傾斜角度を表示する出力ステップと、を備えている。

本発明は、気泡管の透明な側面と気泡との屈折率の違いから、気泡を見たときに気泡管の中心軸線がその側面に投影されてなる仮想線と交差するところの気泡端よりも、そこからずれた気泡端のほうが幅広に見える。そのため、検出部による測定誤差をより小さくすることができる。また、気泡管の製造精度がよくなくても補正ができ、測定精度を向上させることができる。

また、透明な前記側面との境界が前記仮想線と平行に形成された着色部が前記気泡管の側面に配され、前記中心軸線の鉛直方向から前記気泡管を平面視したとき、前記読取部が、前記仮想線と前記境界との間に挟まれるように配されていてもよい。

この場合は、気泡管の透明な側面と気泡との屈折率の違いから、読取部において気泡管を見たとき、気泡内のみ着色部によって着色され、気泡の外側は透明のままに視認させることができる。そのため、気泡管の傾斜角度が大きく気泡が気泡管の端部に偏ってしまった場合に、気泡の実態をより正確に把握することができ、検出部にて気泡端を検知する際、気泡が気泡管のどちらの端部に偏っているかまで把握することができる。

さらに、前記検出部がラインセンサーを備えていてもよい。この場合、気泡の位置をより安価により精度よく把握することができる。

本発明によれば、気泡管の精度の影響を低減した高精度な測定が可能になる。

本発明の一実施形態に係る水準器の概要を示す構成図である。本発明の一実施形態に係る水準器の気泡管を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る水準器による気泡移動量と傾斜量との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る水準器の測定方法を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る水準器における気泡端の測定位置を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る水準器における気泡端の測定位置を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る水準器による気泡端の視認状態を示す説明図である。本発明の他の実施形態に係る水準器による気泡端の視認状態を示す説明図である。

本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態に係る水準器１０は、図１に示すように長手方向に中心軸線Ｃを有する気泡管１１と、気泡管１１に沿って配される検出部１２と、検出部１２からの信号が入力する制御部１３と、制御部１３から出力される信号が入力する補正部１５と、補正部１５からの出力信号を表示する出力部１６と、を備えている。

気泡管１１は、図２に示すように、透明部１７と着色部１８とが配され、内部に液体２０と気泡２１とが封入され、不図示の支持部に把持されている。気泡管１１には、気泡管１１の径方向となるＩＩ方向から気泡管１１を平面視したときに、気泡管１１の側面に中心軸線Ｃが投影されてなる仮想線Ｌから平行に離間して、検出部１２による気泡端２１Ａの読取部２２が配されている。

中心軸線Ｃを気泡管１１の側面に投影したときに形成される仮想線Ｌと平行に着色部１８と透明部１７との境界Ｂが直線状に形成される。この際、ＩＩ方向から気泡管１１を平面視したとき、仮想線Ｌと境界Ｂとの間に読取部２２が挟まれるように配される。

検出部１２は、ラインセンサー２３を備え、ＩＩ方向から読取部２２に向かうように気泡管１１の近傍に配されている。

制御部１３は、検出部１２が検知した気泡管１１に対する気泡２１の位置から不図示の水平面に対する気泡管１１の傾斜角度を公知の方法によって算出する。

ここで、気泡管１１の精度や環境温度によっては、検出部１２が検知した気泡端２１Ａの移動量と、不図示の水平面に対する気泡管１１の傾斜角度と、の関係は非線形となる。そのため、補正部１５は、公知の方法に基づき、図３に示すように、気泡端２１Ａの移動量と傾斜角度との関係を直線関係に修正する。出力部１６は、不図示の表示部を備えており、修正された傾斜角度を表示する。

次に、本実施形態に係る水準器１０の作用について傾斜角度検出方法とともに説明する。
本傾斜角度検出方法は、図４に示すように、検出ステップ（Ｓ１）と、補正ステップ（Ｓ２）と、出力ステップ（Ｓ３）と、を備えている。

検出ステップ（Ｓ１）は、気泡管１１の中心軸線Ｃの鉛直方向（図２のＩＩ方向）から読取部２２を介して気泡端２１Ａの位置を検出部１２によって検知する。

このとき、図５に示すように、気泡管１１と気泡２１との屈折率の違いから、気泡管１１の中心軸線Ｃの鉛直方向から気泡２１を平面視したとき、気泡管１１の中心軸線Ｃと気泡端２１Ａとが交差する気泡端Ｄ１，Ｄ２は点に見える。一方、気泡端Ｍ１，Ｍ２では幅を持って見える。そこで、読取部２２では、ラインセンサー２３が幅を持った気泡端Ｍ１，Ｍ２の位置を検出する。そして、制御部１３では、検出部１２より出力された気泡端２１Ａの移動量に関する情報から気泡管１１の不図示の水平面に対する傾斜角度を算出する。

すなわち、気泡端Ｍ１，Ｍ２の２か所から算出される気泡２１の中心位置の気泡管１１に対する位置及び移動量から公知の方法によって傾斜角度を算出する。

補正ステップ（Ｓ２）は、検出ステップ（Ｓ１）にて制御部１３から出力された傾斜角度に関する情報を補正部１５にて修正して実際の傾斜角度を算出する。出力ステップ（Ｓ３）は、補正部１５から出力された傾斜角度情報を表示する。

なお、図６に示すように、傾斜角度が測定範囲を超えて、気泡２１が気泡管１１の何れか一方の端部に張り付いた状態になったとき、気泡端２１Ａの検出は気泡端Ｍ１，Ｍ２の何れか片側のみとなる。そのため、気泡２１の中心位置は把握できなくなるが、例えば気泡端Ｍ２のみ検出できる場合、気泡端Ｍ２側が相対的に高くなるように気泡管１１が傾いていることを把握することができる。

この水準器１０及び傾斜角度検出方法によれば、気泡端２１Ａを両端のＤ１，Ｄ２にて点として計測するのではなく、Ｍ１，Ｍ２にて面として計測することができる。そのため、精度よく気泡２１の位置を検出することができ、検出部１２による測定誤差をより小さくすることができる。

また、気泡管１１に着色部１８が上述した位置関係にて配されている。そのため、図７に示すように、気泡管１１と気泡２１との屈折率の違いから、読取部２２において気泡管１１を見たとき、気泡２１の内側のみ着色部１８によって着色された幅を有する部分Ｗが形成されるように、かつ、気泡２１の外側は透明のまま視認させることができ、より精度よく測定することができる。

さらに、検出部１２がラインセンサー２３を備えているので、２次元の画像センサーよりも少ない情報量で気泡２１の位置をより安価により精度よく把握することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、気泡管１１は直管であっても曲管であっても構わない。

また、図８に示すように、目視でも気泡２１の位置を確認できるように気泡管３０の表面に目盛３１が配されていてもよい。この場合、検出部１２による検知の邪魔にならないように、気泡管３０を中心軸線Ｃの鉛直方向から平面視した際に中心軸線Ｃを挟んで読取部２２の反対側に目盛３１が配される。

１０水準器
１１、３０気泡管
１２検出部
１３制御部
１５補正部
１６出力部
１８着色部
２０液体
２１気泡
２１Ａ、Ｄ１，Ｄ２，Ｍ１，Ｍ２気泡端
２２読取部
２３ラインセンサー

Claims

少なくとも一部の側面が透明とされて長手方向に中心軸線を有して内部に液体と気泡とが封入された気泡管と、
前記気泡の気泡端の位置を検知する検出部と、
該検出部が検知した前記気泡端の移動量から前記気泡管の水平面に対する傾斜角度を算出する制御部と、
前記移動量と前記傾斜角度との関係を直線関係に修正する補正部と、
を備え、
前記検出部による前記気泡端の読取部が、前記中心軸線の鉛直方向から前記気泡管を平面視したときに前記気泡管の側面に前記中心軸線が投影されてなる仮想線から離間して、前記気泡と前記気泡管との屈折率の違いにより前記気泡端が幅をもって見える位置にて前記気泡管に配される水準器。
透明な前記側面との境界が前記仮想線と平行に形成された着色部が前記気泡管の側面に配され、
前記中心軸線の鉛直方向から前記気泡管を平面視したとき、前記読取部が、前記仮想線と前記境界との間に挟まれるように配される請求項１に記載の水準器。
前記検出部がラインセンサーを備える請求項１又は２に記載の水準器。
少なくとも一部の側面が透明とされて長手方向に中心軸線を有して内部に液体と気泡とが封入された気泡管を前記中心軸線の鉛直方向から平面視したときに前記気泡管の側面に前記中心軸線が投影されてなる仮想線から離間した位置にて前記気泡の気泡端の位置を検知する検出ステップと、
検知された前記気泡端の移動量と、該移動量から算出された前記気泡管の水平面に対する傾斜角度と、の関係を直線関係に修正する補正ステップと、
補正後の傾斜角度を表示する出力ステップと、
を備えている傾斜角度検出方法。