JP6749191B2 - Scanner and surveying equipment - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物の三次元形状を測定するのに用いられるスキャナ装置および該スキャナ装置を搭載した測量装置に関する。 The present invention relates to a scanner device used for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured and a surveying device equipped with the scanner device.
近年、測定対象物の三次元形状を測定するために、広範囲に複数設置されたターゲットの位置を検出できるスキャナ装置が利用されている。スキャナ装置は、送光部から測距光としてパルスレーザを送光し、これを回動ミラーによって測定対象物を含む所定の測定エリアに走査し、パルス毎の反射光を受光部で受光して距離測定を行うとともに、測距時のパルスレーザの方向から水平角，鉛直角を測定して、三次元点群データを取得する（例えば特許文献１）。 In recent years, in order to measure the three-dimensional shape of a measurement target, a scanner device capable of detecting the positions of a plurality of targets installed in a wide range has been used. The scanner device sends a pulse laser as distance measuring light from the light sending unit, scans this with a rotating mirror onto a predetermined measurement area including the measurement target, and receives reflected light for each pulse at the light receiving unit. While measuring the distance, the horizontal angle and the vertical angle are measured from the direction of the pulse laser at the time of distance measurement to acquire the three-dimensional point cloud data (for example, Patent Document 1).
図８は、従来のスキャナ装置の送光部の出力波形図である。図８に示すように、従来のスキャナ装置では、測距光が所定時間毎にパルス状（ＭＰ１，ＭＰ２）に発せられるため、一定間隔のスポット光の照射点が測距・測角される。しかし、スキャナ装置からの距離が遠くなると、測距光（スポット光）がターゲットを跨ぎ、ターゲットが大きくなければターゲットを検出できない場合があった。 FIG. 8 is an output waveform diagram of the light transmitting unit of the conventional scanner device. As shown in FIG. 8, in the conventional scanner device, the distance measuring light is emitted in a pulse shape (MP1, MP2) at predetermined time intervals, so that the irradiation points of the spot light at regular intervals are distance measured and angled. However, when the distance from the scanner device increases, the distance measuring light (spot light) straddles the target, and the target may not be detected unless the target is large.
本発明は、従来技術の問題に鑑みて、ターゲットとスキャナ装置との距離が遠くても、ターゲットを確実に検出することのできるスキャナ装置および該スキャナ装置を搭載した測量装置を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a scanner device that can reliably detect a target even if the distance between the target and the scanner device is long, and a surveying device equipped with the scanner device. And
上記課題を解決するために、本発明のある態様のスキャナ装置は、所定時間毎に測距光を送光しターゲットに反射した測距光を受光して測距する測距部と、少なくとも一軸回転軸周りに前記測距光を走査するための回動部と、前記回動部の回転角度を検出する角度検出部と、を備えるスキャナ装置であって、前記スキャナ装置は、前記測距が実行される間は、前記ターゲットを検出するためのターゲット検出光を送光し、受光した前記ターゲット検出光の受光光量から前記ターゲットを検出することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a scanner device according to an aspect of the present invention includes a distance measuring unit that transmits distance measuring light at predetermined time intervals, receives distance measuring light reflected by a target, and measures distance, and at least one axis. A scanner device comprising: a rotation unit for scanning the distance measuring light around a rotation axis; and an angle detection unit for detecting a rotation angle of the rotation unit. During the execution, the target detection light for detecting the target is transmitted, and the target is detected from the received light amount of the received target detection light.
本発明の別の態様のスキャナ装置は、所定時間毎に測距光を送光しターゲットに反射した測距光を受光して測距する測距部と、少なくとも一軸回転軸周りに前記測距光を走査するための回動部と、前記回動部の回転角度を検出する角度検出部と、を備えるスキャナ装置であって、前記スキャナ装置は、前記ターゲットを検出するためのターゲット検出光を継続的に送光し、前記測距が実行される時間には、前記測距光は前記ターゲット検出光に重畳されて送光され、受光した前記ターゲット検出光の受光光量から前記ターゲットを検出することを特徴とする。 A scanner device according to another aspect of the present invention includes a distance measuring unit that transmits distance measuring light at predetermined time intervals and receives distance measuring light reflected by a target to measure the distance, and the distance measuring unit around at least one axis of rotation. A scanner device comprising: a rotating part for scanning light; and an angle detecting part for detecting a rotation angle of the rotating part, wherein the scanner device outputs target detection light for detecting the target. At the time when the light is continuously transmitted and the distance measurement is executed, the distance measurement light is transmitted while being superimposed on the target detection light, and the target is detected from the received light amount of the received target detection light. It is characterized by
上記態様において、前記スキャナ装置は、前記ターゲット検出光の受光光量が予め設定された閾値を超える部分の平均角度を求め、該平均角度の位置がターゲット中心であるとして、ターゲットの概略位置を検出するのも好ましい。 In the above aspect, the scanner device obtains an average angle of a portion where the amount of received light of the target detection light exceeds a preset threshold value, and detects the approximate position of the target, assuming that the position of the average angle is the target center. Is also preferable.
上記態様において、前記ターゲット検出光を変調し、変調光のみを受光するように構成するのも好ましい。 In the above aspect, it is also preferable that the target detection light is modulated and only the modulated light is received.
また、上記態様のいずれかに記載のスキャナ装置と、自動視準機能を備え、前記測距光とは別のＴＳ測距光を送光しターゲットに反射したＴＳ測距光を受光して、送光から受光までに光波が発振した回数に基づいて前記ターゲットまでの距離を測定し、筐体と望遠鏡の回転角から前記ターゲットの角度を測定する測量機と、を備え、 前記スキャナで前記ターゲット検出光の受光光量から検出された一以上のターゲットの概略位置を前記測量機で測距および測角する測量装置も好ましい。 In addition, the scanner device according to any one of the above aspects, which has an automatic collimation function, transmits TS distance measuring light different from the distance measuring light, and receives the TS distance measuring light reflected by the target, The distance to the target is measured based on the number of times the light wave oscillates from light transmission to light reception, and a surveying instrument that measures the angle of the target from the rotation angle of the housing and the telescope, and the target with the scanner It is also preferable that the surveying device measures the approximate position of one or more targets detected from the received light amount of the detection light with the surveying instrument.
本発明のスキャナ装置および測量装置によれば、ターゲットとスキャナ装置との距離が遠くても、ターゲットを確実に検出することができる。 According to the scanner device and the surveying device of the present invention, the target can be reliably detected even if the distance between the target and the scanner device is long.
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, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は第１の実施の形態に係るスキャナ装置の外観斜視図である。図１における符号１が、本形態に係るスキャナ装置である。 FIG. 1 is an external perspective view of a scanner device according to the first embodiment. Reference numeral 1 in FIG. 1 is a scanner device according to the present embodiment.
スキャナ装置１は、三次元レーザスキャナであり、三脚を用いて既知の点に据え付けられている。スキャナ装置１は、下方から、整準部１ａと、整準部１ａの上に設けられ水平方向回転軸Ｈ１-Ｈ１周りに回転する本体体１ｂと、本体体１ｂの上部に設けられた回転照射部１ｃと、を有する。 The scanner device 1 is a three-dimensional laser scanner and is installed at a known point using a tripod. The scanner device 1 includes, from below, a leveling section 1a, a main body 1b provided on the leveling section 1a and rotating around a horizontal rotation axis H1-H1, and a rotary irradiation provided on the main body 1b. And a portion 1c.
図２は第１の実施の形態に係るスキャナ装置１の構成ブロック図である。スキャナ装置１は、水平角検出部１１、鉛直角検出部１２、水平回転駆動部１３、鉛直回転駆動部１４、回動ミラー１５、演算制御部１６、記憶部１７、表示部１８、操作部１９、送光部２０、受光部２１、撮像部２２を有する。 FIG. 2 is a configuration block diagram of the scanner device 1 according to the first embodiment. The scanner device 1 includes a horizontal angle detection unit 11, a vertical angle detection unit 12, a horizontal rotation drive unit 13, a vertical rotation drive unit 14, a rotary mirror 15, an arithmetic control unit 16, a storage unit 17, a display unit 18, and an operation unit 19. , A light transmitting unit 20, a light receiving unit 21, and an imaging unit 22.
本体部１ｂには、水平回転駆動部１３、水平角検出器１２、演算制御部１６、記憶部１７、表示部１８、操作部１９、送光部２０、受光部２１、撮像部２２が設けられている。回転照射部１ｃには、回動ミラー１５、鉛直回転駆動部１４、鉛直角検出部１２が設けられている。 A horizontal rotation drive unit 13, a horizontal angle detector 12, a calculation control unit 16, a storage unit 17, a display unit 18, an operation unit 19, a light transmitting unit 20, a light receiving unit 21, and an imaging unit 22 are provided in the main body unit 1b. ing. The rotary irradiation unit 1c is provided with a rotary mirror 15, a vertical rotation drive unit 14, and a vertical angle detection unit 12.
回動ミラー３３は、鉛直回転駆動部３２に駆動されて、鉛直方向回転軸Ｖ１-Ｖ１（図１）周りに、一定角速度で高速回転する。また、回動ミラー３３は、図示しない鏡筒を介して、水平方向回転軸Ｈ１-Ｈ１（図１）上に配置されており、本体部１ｂと一体に水平回転する。 The rotating mirror 33 is driven by the vertical rotation drive unit 32 and rotates at high speed around the vertical rotation axis V1-V1 (FIG. 1) at a constant angular velocity. Further, the rotating mirror 33 is arranged on the horizontal rotation axis H1-H1 (FIG. 1) via a lens barrel (not shown), and horizontally rotates together with the main body 1b.
水平回転駆動部１３と鉛直回転駆動部１４はモータであり、演算制御部１６に制御されて、それぞれ水平方向回転軸Ｈ１−Ｈ１と鉛直方向回転軸Ｖ１-Ｖ１を駆動する。 The horizontal rotation drive unit 13 and the vertical rotation drive unit 14 are motors, and are controlled by the arithmetic control unit 16 to drive the horizontal rotation shafts H1-H1 and the vertical rotation shafts V1-V1, respectively.
水平角検出部１１と鉛直角検出部１２はロータリエンコーダである。水平角検出部１１は、本体部１ｂの水平回転角を検出する。鉛直角検出部１２は、回動ミラー３３の鉛直回転角を検出する。 The horizontal angle detection unit 11 and the vertical angle detection unit 12 are rotary encoders. The horizontal angle detector 11 detects the horizontal rotation angle of the main body 1b. The vertical angle detector 12 detects the vertical rotation angle of the rotating mirror 33.
表示部１８と操作部１９は、スキャン装置１のインターフェースであり、測定作業の指令・設定や作業状況および測定結果の確認などが行える。 The display unit 18 and the operation unit 19 are interfaces of the scanning device 1 and can perform command/setting of measurement work, confirmation of work status and measurement result, and the like.
送光部２０は、図示しない、発光素子と、可視光を透過し赤外光を反射するビームスプリッタを有する。発光素子は、赤外パルスレーザを発するレーザダイオードである。ビームスプリッタは、発光素子の光軸上に配置され、測距光軸と撮像光軸を分割する。 The light transmitting unit 20 includes a light emitting element (not shown) and a beam splitter that transmits visible light and reflects infrared light. The light emitting element is a laser diode that emits an infrared pulse laser. The beam splitter is arranged on the optical axis of the light emitting element and divides the distance measurement optical axis and the imaging optical axis.
受光部２１は、例えばフォトダイオードなどの受光素子である。送光部２０からターゲットに送光され、ターゲット反射した上記パルスレーザは、回動ミラー１５，上記ビームスプリッタを介して、受光部２１に受光される。 The light receiving section 21 is a light receiving element such as a photodiode. The pulse laser transmitted from the light transmitting unit 20 to the target and reflected by the target is received by the light receiving unit 21 via the rotating mirror 15 and the beam splitter.
撮像部２２は、多数の画素が平面状に配列されたイメージセンサであり、送光部２０から光路分割した光軸を原点としてＸ-Ｙ座標を想定し、測定対象物の画像データを取得する。 The image pickup unit 22 is an image sensor in which a large number of pixels are arranged in a plane, and the X-Y coordinates are assumed with the optical axis obtained by dividing the optical path from the light transmitting unit 20 as the origin, and image data of the measurement target is acquired. ..
演算制御部１６は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積回路に実装したマイクロコントローラである。演算制御部１６は、操作部１９から、探索範囲の指定やスキャン開始の指示を受ける。また、送光部２０の発光を制御し、鉛直回転駆動部１２を制御して回動ミラー３３を回動するとともに、水平回転駆動部１３を駆動して、パルスレーザを鉛直方向および水平方向に走査する。送光部２０の発光制御については後述する。また、受光部２１の出力信号から、測距光が往復する時間を計測することで、照射点までの距離を求める。また、水平角検出部１１と鉛直角検出部１２の値から各照射点の角度を測定する。そして、各照射点の距離，水平角，及び鉛直角から、点群データを得る。また、撮像部２２が得た画像データを画像処理し、点群データに合成する。 The arithmetic control unit 16 is a microcontroller in which, for example, a CPU, a ROM, a RAM and the like are mounted on an integrated circuit. The arithmetic control unit 16 receives an instruction to specify a search range and start scanning from the operation unit 19. In addition, the light emission of the light transmitting unit 20 is controlled, the vertical rotation driving unit 12 is controlled to rotate the rotating mirror 33, and the horizontal rotation driving unit 13 is driven to move the pulse laser in the vertical direction and the horizontal direction. To scan. The light emission control of the light transmitting unit 20 will be described later. Further, the distance to the irradiation point is obtained by measuring the time that the distance measuring light travels back and forth from the output signal of the light receiving unit 21. Moreover, the angle of each irradiation point is measured from the values of the horizontal angle detection unit 11 and the vertical angle detection unit 12. Then, point cloud data is obtained from the distance, horizontal angle, and vertical angle of each irradiation point. In addition, the image data obtained by the image capturing unit 22 is subjected to image processing and combined with the point cloud data.
記憶部１７は、例えばハードディスクドライブであり、上記演算制御のためのプログラムが格納されており、取得した点群データおよび画像データが記憶される。なお、送光部２０，受光部２１，演算制御部１６が「測距部」、回動ミラー１５が「回動部」、水平角検出部１１，鉛直角検出部１２，演算制御部１６が「角度検出部」である。 The storage unit 17 is, for example, a hard disk drive, stores a program for the above arithmetic control, and stores the acquired point cloud data and image data. In addition, the light transmitting unit 20, the light receiving unit 21, the arithmetic control unit 16 is a “distance measuring unit”, the rotating mirror 15 is a “rotating unit”, the horizontal angle detecting unit 11, the vertical angle detecting unit 12, and the arithmetic control unit 16 are It is an “angle detector”.
ここで、演算制御部１６は、送光部２０の発光制御を以下のように行う。 Here, the arithmetic control unit 16 controls the light emission of the light transmitting unit 20 as follows.
図３はスキャナ装置１の送光部２０および受光部２１の出力波形図である。図３に示すように、演算制御部１６は、発光素子の電流値制御により点灯時間幅一定の測距パルスＭＰ１，ＭＰ２，・・・（測距光６）を生成する。よって、測距光６は、一定間隔のスポット光として照射される。図１の符号６１，６２，６３，６４〜６ｎは、上記測距光６の照射点を示している。 FIG. 3 is an output waveform diagram of the light transmitting unit 20 and the light receiving unit 21 of the scanner device 1. As shown in FIG. 3, the arithmetic control unit 16 generates the distance measurement pulses MP1, MP2,... (Distance measurement light 6) having a constant lighting duration by controlling the current value of the light emitting element. Therefore, the distance measuring light 6 is emitted as spot light at regular intervals. Reference numerals 6 1 , 6 2 , 6 3 , 6 4 to 6 n in FIG. 1 indicate irradiation points of the distance measuring light 6.
測距パルスＭＰ１，ＭＰ２は、それぞれターゲット反射して、受光部２１に入射する。受光パルスＲＰ１は測距パルスＭＰ１からΔｔ１遅れ、受光パルスＲＰ２は測距パルスＭＰ２からΔｔ２遅れる。この時間差に基づき、各照射点６１，６２の距離が測定される。 The distance measurement pulses MP1 and MP2 are reflected by the target and enter the light receiving unit 21. The light receiving pulse RP1 is delayed from the distance measuring pulse MP1 by Δt1, and the light receiving pulse RP2 is delayed from the distance measuring pulse MP2 by Δt2. The distance between the irradiation points 6 1 and 6 2 is measured based on this time difference.
そして、演算制御部１６は、測距光６により測距が実行される間（測距パルスＭＰ１の発光後から測距パルスＭＰ２の発光前の間）は、発光素子を連続的に点灯させ、ターゲット検出光７を生成する。図１の符号８は、ターゲット検出光７の照射ラインを示している。符号９−ｎは、広範囲に複数設置されているターゲットのうちの１つを示している。送光部２０から送光されたターゲット検出光７は、ターゲット９−ｎに入射した場合反射され、ターゲット反射光１０となって受光部２１で受光される。演算制御部１６は、予め設定された受光光量閾値Ｔｈ１を基準に、ターゲット反射光９が閾値Ｔｈ１を超えるか否か判定し、閾値Ｔｈ１超となる部分の平均角度θ（平均位置）を求める。そして、平均角度θの位置がターゲット中心であると仮定して、仮定したターゲット中心の水平角，鉛直角をターゲットの概略位置として検出する。閾値Ｔｈ１は、ターゲット検出の誤認を防ぐために、例えばある有効飛距離に対し、その飛距離で得られると予想される光量を基に設定する。 Then, the arithmetic control unit 16 continuously lights the light emitting element while the distance measurement is performed by the distance measuring light 6 (after the emission of the distance measurement pulse MP1 and before the emission of the distance measurement pulse MP2). Target detection light 7 is generated. Reference numeral 8 in FIG. 1 indicates an irradiation line of the target detection light 7. Reference numeral 9-n indicates one of a plurality of targets installed in a wide range. The target detection light 7 sent from the light sending unit 20 is reflected when it enters the target 9-n and becomes target reflected light 10 which is received by the light receiving unit 21. The arithmetic control unit 16 determines whether or not the target reflected light 9 exceeds the threshold Th1 with reference to a preset threshold value Th1 of received light amount, and obtains the average angle θ (average position) of the portion exceeding the threshold Th1. Then, assuming that the position of the average angle θ is the target center, the horizontal angle and the vertical angle of the assumed target center are detected as the rough position of the target. The threshold Th1 is set, for example, for a certain effective flight distance, based on the amount of light expected to be obtained at that flight distance in order to prevent erroneous detection of the target.
次に、スキャナ装置１の基本動作について説明する。図４はスキャナ装置１を用いた測量方法のフローチャートである。 Next, the basic operation of the scanner device 1 will be described. FIG. 4 is a flowchart of a surveying method using the scanner device 1.
測定を開始すると、ステップＳ１に移行して、操作部１９から、スキャナ装置１の探索範囲が指定される。 When the measurement is started, the process proceeds to step S1 and the search range of the scanner device 1 is designated from the operation unit 19.
次に、ステップＳ２に移行して、操作部１９からスキャン開始が指示される。 Then, the process proceeds to step S2, and the operation unit 19 gives an instruction to start scanning.
次に、ステップＳ３に移行して、スキャナ装置１は、ステップＳ１の探索範囲に測距光６とターゲット検出光７を走査する。この走査は、測距光６の発光，測距光６の受光，ターゲット検出光７の発光，ターゲット検出光７の受光を繰り返すとともに、回動ミラー１５で鉛直方向を走査した後、本体部１ｂが水平回転することを繰り返すことにより行われる。 Next, in step S3, the scanner device 1 scans the range finding light 6 and the target detection light 7 in the search range of step S1. In this scanning, the distance measuring light 6 is emitted, the distance measuring light 6 is received, the target detecting light 7 is emitted, and the target detecting light 7 is received, and after the vertical direction is scanned by the rotating mirror 15, the main body 1b is scanned. Is repeated by rotating horizontally.
次に、ステップＳ４に移行して、演算制御部１６は、ステップＳ１の探索範囲に対し探索が終了したかを判定する。終了していない場合はステップＳ３に戻る。 Next, in step S4, the arithmetic control unit 16 determines whether or not the search has ended for the search range of step S1. If not completed, the process returns to step S3.
ステップＳ４が終了した場合は、ステップＳ５に移行して、演算制御部１６は、ターゲット検出光７の受光光量が閾値Ｔｈ１を超える部分の平均角度θを求め、一以上のターゲット９−ｎの概略位置を検出する。 When step S4 ends, the process proceeds to step S5, and the arithmetic control unit 16 obtains the average angle θ of the portion where the received light amount of the target detection light 7 exceeds the threshold Th1 and outlines one or more targets 9-n. Detect the position.
次に、ステップＳ６に移行して、演算制御部１６は、ステップＳ５で検出した概略位置に対し、スキャン密度を上げてターゲットスキャンを行い、各ターゲット９−ｎの水平角，鉛直角，距離を測定する。 Next, in step S6, the arithmetic control unit 16 increases the scan density and performs a target scan with respect to the rough position detected in step S5 to determine the horizontal angle, vertical angle, and distance of each target 9-n. taking measurement.
次に、ステップＳ７に移行して、ターゲット概略位置の全てを測定したか判定する。測定し終えてなければ、ステップＳ６へ戻る。全て測定し終えていれば、ステップＳ８に移行して、測定を終了する。 Next, in step S7, it is determined whether or not all the target approximate positions have been measured. If the measurement has not been completed, the process returns to step S6. If all measurements have been completed, the process proceeds to step S8 and the measurement is completed.
即ち、スキャナ装置１を用いれば、点群データ測定のためのスキャナの発光（測距光６）と並行して、ターゲットを検出するための発光（ターゲット検出光７）を行うことから、ターゲットとスキャナ装置１との距離が遠くても、ターゲット検出光７が、ターゲットを跨ぐことなく確実にターゲットを検出する。また、ターゲット検出光７の光源，光学系は、測距光６の光源，光学系と共用されているから、新たなデバイスを搭載することなく安価に実現することができる。また、ターゲットにプリズムや反射シートなど、再帰反射性の高いものを使用すれば、ターゲット検出光７の発光光量は抑えることができる。 That is, when the scanner device 1 is used, light emission for detecting the target (target detection light 7) is performed in parallel with light emission of the scanner (distance measurement light 6) for measuring the point cloud data. Even if the distance from the scanner device 1 is long, the target detection light 7 reliably detects the target without straddling the target. Moreover, since the light source and the optical system of the target detection light 7 are also used as the light source and the optical system of the distance measuring light 6, it can be realized at low cost without mounting a new device. Further, if a target having a high retroreflectivity such as a prism or a reflection sheet is used, the emitted light amount of the target detection light 7 can be suppressed.
次に、図５は第２の実施の形態に係る測量装置の外観斜視図である。図５における符号１００が、本形態に係る測量装置である。第２の実施形態では、第１の実施形態のスキャナ装置１を、測量機２に搭載している。以下、第１の実施形態と同一の要素については同一の符号を付して、記載を省略する。 Next, FIG. 5 is an external perspective view of the surveying device according to the second embodiment. Reference numeral 100 in FIG. 5 is a surveying device according to the present embodiment. In the second embodiment, the scanner device 1 of the first embodiment is mounted on the surveying instrument 2. Hereinafter, the same elements as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
測量機２は、いわゆるモータドライブトータルステーションであり、本形態では測量機２が三脚を用いて既知の点に据え付けられている。測量機２は、下方から、整準部と、整準部の上に設けられた基盤部と、該基盤部上を水平方向回転軸Ｈ２-Ｈ２周りに回転する筐体２ｂと、筐体２ｂの中央で鉛直方向回転軸Ｖ２-Ｖ２周りに回転する望遠鏡２ａと、を有する。 The surveying instrument 2 is a so-called motor drive total station, and in this embodiment, the surveying instrument 2 is installed at a known point using a tripod. The surveying instrument 2 includes, from below, a leveling unit, a base unit provided on the leveling unit, a housing 2b that rotates on the base unit around a horizontal rotation axis H2-H2, and a housing 2b. And a telescope 2a that rotates about a vertical rotation axis V2-V2 at the center of the.
図６は第２の実施の形態に係る測量装置の構成ブロック図である。測量装置１００は、水平角検出部１１０と、鉛直角検出器１２０と、水平回転駆動部１３０と、鉛直回転駆動部１４０と、表示部１５０と、操作部１６０と、演算制御部１７０と、追尾部１８０と、測距部１９０と、記憶部２００と、スキャナ装置１とを備える。 FIG. 6 is a configuration block diagram of the surveying device according to the second embodiment. The surveying instrument 100 includes a horizontal angle detection unit 110, a vertical angle detector 120, a horizontal rotation drive unit 130, a vertical rotation drive unit 140, a display unit 150, an operation unit 160, a calculation control unit 170, and tracking. The unit 180, the distance measuring unit 190, the storage unit 200, and the scanner device 1 are provided.
水平回転駆動部１３０と鉛直回転駆動部１４０はモータであり、演算制御部１７０に制御されて、それぞれ水平方向回転軸Ｈ２−Ｈ２と鉛直方向回転軸Ｖ２-Ｖ２を駆動する。測量機２では、筐体２ｂの水平回転と望遠鏡２ａの鉛直回転の協働により、望遠鏡２ａから測距光（または追尾光）が出射される。 The horizontal rotation drive unit 130 and the vertical rotation drive unit 140 are motors and are controlled by the arithmetic control unit 170 to drive the horizontal rotation shafts H2-H2 and the vertical rotation shafts V2-V2, respectively. In the surveying instrument 2, the distance measuring light (or tracking light) is emitted from the telescope 2a by the cooperation of the horizontal rotation of the housing 2b and the vertical rotation of the telescope 2a.
水平角検出部１１０と鉛直角検出部１２０は、ロータリエンコーダである。水平角検出部１１０は水平方向回転軸Ｈ２−Ｈ２に対して設けられ筐体２ｂの水平方向の回転角を検出する。鉛直角検出部１２０は鉛直方向回転軸Ｖ２-Ｖ２に対して設けられ望遠鏡２ａの鉛直方向の回転角を検出する。 The horizontal angle detector 110 and the vertical angle detector 120 are rotary encoders. The horizontal angle detection unit 110 is provided with respect to the horizontal rotation axis H2-H2 and detects the horizontal rotation angle of the housing 2b. The vertical angle detector 120 is provided with respect to the vertical rotation axis V2-V2 and detects the vertical rotation angle of the telescope 2a.
表示部１５０と操作部１６０は、測量装置１００のインターフェースであり、測定作業の指令・設定や作業状況および測定結果の確認などが行える。 The display unit 150 and the operation unit 160 are interfaces of the surveying instrument 100, and are capable of issuing commands/settings for measurement work, confirming work status and measurement results, and the like.
測距部１９０は、スキャナ装置１とは波長の異なるＴＳ測距光６´として赤外パルスレーザ光をターゲット９−ｎに送光する。そして、ターゲット９−ｎからの反射光を例えばフォトダイオード等の受光部で受光し、測距信号に変換する。 The distance measuring unit 190 sends an infrared pulsed laser light to the target 9-n as the TS distance measuring light 6′ having a wavelength different from that of the scanner device 1. Then, the reflected light from the target 9-n is received by a light receiving portion such as a photodiode and converted into a distance measurement signal.
追尾部１８０は、追尾光としてＴＳ測距光６´とは異なる波長の赤外レーザ光を送光する。そして、イメージセンサ等の受光部で追尾光を含む風景画像と追尾光を除いた風景画像を取得する。演算制御部１７０では、両画像の差分からターゲット９−ｎの位置を検出し、常に望遠鏡２ａがターゲット９−ｎの方向を向くように自動で追尾する。 The tracking section 180 transmits infrared laser light having a wavelength different from that of the TS distance measuring light 6'as tracking light. Then, a light receiving unit such as an image sensor acquires a landscape image including the tracking light and a landscape image excluding the tracking light. The arithmetic control unit 170 detects the position of the target 9-n from the difference between the two images and automatically tracks the telescope 2a so that it always faces the target 9-n.
演算制御部１７０は、マイクロコントローラであり、回転駆動部１３０,１４０を制御し、追尾部１８０による自動追尾を行い、測距信号の出力を対比処理することで自動視準を行う。また、送光から受光までに光波が発振した回数に基づいて，ターゲット９−ｎの距離を測定し、水平角検出部１１０と鉛直角検出器１２の値から、ターゲット９−ｎの角度を測定して、各ターゲットのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標を測定する。記憶部２０は、例えばハードディスクドライブであり、上記演算制御のためのプログラムが格納されており、取得した測定データが記憶される。 The arithmetic control unit 170 is a microcontroller, controls the rotation driving units 130 and 140, performs automatic tracking by the tracking unit 180, and performs automatic collimation by comparing the output of the distance measurement signal. Further, the distance between the targets 9-n is measured based on the number of times the light waves oscillate from the light transmission to the light reception, and the angle of the targets 9-n is measured from the values of the horizontal angle detector 110 and the vertical angle detector 12. Then, the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate of each target are measured. The storage unit 20 is, for example, a hard disk drive, stores a program for the above arithmetic control, and stores acquired measurement data.
スキャナ装置１は、測量機２の望遠鏡２ａの上部に固定される。この他に、望遠鏡２ａの下部または側部、或いは表示部１５の下に配置されてもよい。本形態では、スキャナ装置１の水平回転は測量機２が担う。このため、本形態のスキャナ装置１には、整準部１ａ，本体部１ｂ，水平角検出部１１，水平回転駆動部１３は設けられておらず、回動ミラー３３は、水平方向回転軸Ｈ２-Ｈ２上に配置されている。また、スキャナ装置１の演算制御部１６は測量機２の演算制御部１７０と電気的に接続されており、測量機２の表示部１５０と操作部１６０が使用される。このため、本形態のスキャナ装置１には、表示部１８と操作部１９は設けられていない。 The scanner device 1 is fixed to the upper part of the telescope 2a of the surveying instrument 2. In addition to this, it may be arranged at the lower portion or side portion of the telescope 2a or below the display unit 15. In this embodiment, the surveying instrument 2 is responsible for horizontal rotation of the scanner device 1. Therefore, the scanner device 1 of the present embodiment is not provided with the leveling unit 1a, the main body unit 1b, the horizontal angle detection unit 11, and the horizontal rotation drive unit 13, and the rotary mirror 33 has the horizontal rotation axis H2. -Located on H2. The arithmetic control unit 16 of the scanner device 1 is electrically connected to the arithmetic control unit 170 of the surveying instrument 2, and the display unit 150 and the operation unit 160 of the surveying instrument 2 are used. Therefore, the scanner device 1 of this embodiment is not provided with the display unit 18 and the operation unit 19.
次に、測量装置１００の基本動作について、図４を引用して説明する。 Next, the basic operation of the surveying instrument 100 will be described with reference to FIG.
測定を開始すると、ステップＳ１と同様に、測量機２の操作部１６０から、スキャナ装置１の探索範囲が指定される。 When the measurement is started, the search range of the scanner device 1 is designated from the operation unit 160 of the surveying instrument 2 as in step S1.
次に、ステップＳ２と同様に、測量機２の操作部１６０からスキャン開始が指示される。 Next, similarly to step S2, the scan start is instructed from the operation unit 160 of the surveying instrument 2.
次に、ステップＳ３と同様に、スキャナ装置１は、ステップＳ１の探索範囲に測距光６とターゲット検出光７を走査する。この走査は、測距光６の発光，測距光６の受光，ターゲット検出光７の発光，ターゲット検出光７の受光を繰り返すとともに、回動ミラー１５で鉛直方向を走査した後、測量機２の筐体２ｂが水平回転することを繰り返すことにより行われる。 Next, as in step S3, the scanner device 1 scans the range finding light 6 and the target detection light 7 in the search range of step S1. In this scanning, the distance measuring light 6 is emitted, the distance measuring light 6 is received, the target detecting light 7 is emitted, and the target detecting light 7 is received, and the rotary mirror 15 scans in the vertical direction. This is performed by repeating the horizontal rotation of the housing 2b.
次に、ステップＳ４と同様に、スキャナの演算制御部１６は、ステップＳ１の探索範囲に対し探索が終了したかを判定する。終了していない場合はステップＳ３に戻る。 Next, as in step S4, the arithmetic operation control unit 16 of the scanner determines whether the search is completed in the search range of step S1. If not completed, the process returns to step S3.
ステップＳ４が終了した場合は、ステップＳ５と同様に、スキャナの演算制御部１６は、ターゲット検出光７の受光光量が閾値Ｔｈ１を超える部分の平均角度θを求め、一以上のターゲット９−ｎの概略位置を検出する。 When step S4 is completed, as in step S5, the arithmetic control unit 16 of the scanner obtains the average angle θ of the portion where the received light amount of the target detection light 7 exceeds the threshold Th1 and determines one or more targets 9-n. The approximate position is detected.
次に、ステップＳ６において、スキャナの演算制御部１６は、ステップＳ５で検出した概略位置を測量機の演算制御部１７０に送信する。測量機の演算制御部１７０は、この情報を基に測量機２の望遠鏡２ａを上記概略位置に向け、ターゲット９-ｎを自動視準し、ＴＳ測距光６´を用いて、ターゲット９−ｎの水平角，鉛直角，距離を測定する。 Next, in step S6, the arithmetic control unit 16 of the scanner transmits the rough position detected in step S5 to the arithmetic control unit 170 of the surveying instrument. Based on this information, the arithmetic control unit 170 of the surveying instrument directs the telescope 2a of the surveying instrument 2 to the above-mentioned approximate position, automatically collimates the target 9-n, and uses the TS distance measuring light 6'to target 9- Measure the horizontal angle, vertical angle, and distance of n.
次に、ステップＳ７において、測量機の演算制御部１７０は、ターゲット概略位置の全てを測定したか判定する。測定し終えてなければ、ステップＳ６へ戻る。全て測定し終えていれば、ステップＳ８に移行して、測定を終了する。 Next, in step S7, the arithmetic and control unit 170 of the surveying instrument determines whether or not all the target approximate positions have been measured. If the measurement has not been completed, the process returns to step S6. If all measurements have been completed, the process proceeds to step S8 and the measurement is completed.
即ち、測量装置１００を用いれば、スキャナ装置１による点群データ測定と並行して、ターゲット検出光７がターゲットを検出するため、ターゲットと測量装置１００との距離が遠くても、ターゲット検出光７が、ターゲットを跨ぐことなく確実にターゲットを検出する。また、スキャナ装置１による高速回転でターゲット探索を行うことができ、スキャナ装置１が抽出したターゲット概略位置を測量機２によって自動で順次視準し測定することができるため、第１の実施形態による測定よりも、短時間で測定を終えることができる。 That is, if the surveying device 100 is used, the target detection light 7 detects the target in parallel with the point cloud data measurement by the scanner device 1. Therefore, even if the distance between the target and the surveying device 100 is long, the target detection light 7 However, it surely detects the target without straddling the target. Further, since the target search can be performed at high speed by the scanner device 1 and the approximate target position extracted by the scanner device 1 can be automatically collimated and measured sequentially by the surveying instrument 2, the first embodiment is different. The measurement can be completed in a shorter time than the measurement.
上記実施の形態の好適な変形例を挙げる。 Preferred modified examples of the above embodiment will be given.
図７は変形例に係るスキャナ装置１の送光部２０および受光部２１の出力波形図である。この変形例では、図７に示すように、演算制御部１６は、ターゲット検出光７を常時点灯し、送光するようにする。そして、測距光６により測距が実行される時間（測距パルスＭＰ１の発光時と測距パルスＭＰ２の発光時）は、測距光６はターゲット検出光７に重畳されて送光される。ターゲットの概略位置は、上記と同様に、ターゲット反射光１０の受光光量が閾値Ｔｈ１超となる部分の平均角度θを求めることで検出する。測距信号に対しては、測距用の別の閾値Ｔｈ２を設定し、受光パルスＲＰ１，ＲＰ２のうち閾値Ｔｈ２を超えた光量で距離解析を行う。 FIG. 7 is an output waveform diagram of the light transmitting unit 20 and the light receiving unit 21 of the scanner device 1 according to the modification. In this modified example, as shown in FIG. 7, the arithmetic control unit 16 always lights the target detection light 7 and sends it. Then, during the time when the distance measurement is performed by the distance measurement light 6 (when the distance measurement pulse MP1 is emitted and when the distance measurement pulse MP2 is emitted), the distance measurement light 6 is transmitted while being superimposed on the target detection light 7. .. Similar to the above, the approximate position of the target is detected by obtaining the average angle θ of the portion where the received light amount of the target reflected light 10 exceeds the threshold Th1. For the distance measurement signal, another threshold Th2 for distance measurement is set, and the distance analysis is performed with the light amount exceeding the threshold Th2 of the light receiving pulses RP1 and RP2.
別の変形例を挙げる。ターゲット検出光７を、送光部２０において所定の変調周波数となるように変調し、受光部２１は測距信号から変調周波のみを検出するようにしてもよい。これにより、ノイズが減り、ターゲット検出の誤認をより低減することができる。 Another modification will be described. The target detection light 7 may be modulated in the light transmitting section 20 so as to have a predetermined modulation frequency, and the light receiving section 21 may detect only the modulation frequency from the distance measurement signal. As a result, noise is reduced, and false detection of target detection can be further reduced.
また別の変形例を挙げる。測量装置１００においては、スキャナの演算制御部１６を測量機の演算制御部１７０に統合して、全て測量機の演算制御部１７０で制御が行えるように構成してもよい。 Another modification will be described. In the surveying instrument 100, the arithmetic control unit 16 of the scanner may be integrated with the arithmetic control unit 170 of the surveying instrument so that the arithmetic control unit 170 of the surveying instrument can control the whole operation.
以上、本発明の好ましい測量装置について、実施の形態および変形例を述べたが、各形態および各変形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。 Although the preferred surveying device of the present invention has been described above with reference to the embodiments and modifications, it is possible to combine each embodiment and each modification based on the knowledge of those skilled in the art, and such an embodiment is also within the scope of the present invention. include.
１ スキャナ装置
２ 測量機
６ 測距光
６１〜６ｎ 測距光の照射点
７ ターゲット検出光
８ ターゲット検出光の照射ライン
９−ｎ ターゲット
１１ 水平角検出部（角度検出部）
１２ 鉛直角検出部（角度検出部）
１５ 回動ミラー（回動部）
１６ 演算制御部（測距部）
２０ 送光部（測距部）
２１ 受光部（測距部）
Ｈ１-Ｈ１ スキャナの水平方向回転軸
Ｖ１-Ｖ１ スキャナの鉛直方向回転軸
Ｔｈ１ 閾値
１００ 測量装置
Ｈ２-Ｈ２ 測量機の水平方向回転軸
Ｖ２-Ｖ２ 測量機の鉛直方向回転軸
1 Scanner device 2 Surveying instrument 6 Distance measuring light 6 1 to 6 n Distance measuring light irradiation point 7 Target detection light 8 Target detection light irradiation line 9-n Target 11 Horizontal angle detection unit (angle detection unit)
12 Vertical angle detector (angle detector)
15 Rotating mirror (rotating part)
16 Arithmetic control unit (distance measuring unit)
20 Light transmitting unit (distance measuring unit)
21 Light receiving part (distance measuring part)
H1-H1 Scanner horizontal rotation axis V1-V1 Scanner vertical rotation axis Th1 Threshold
100 Surveyor H2-H2 Horizontal rotation axis of surveying instrument V2-V2 Vertical rotation axis of surveying instrument
Claims (5)
前記スキャナ装置は、
前記測距光を走査し、前記測距光のパルス発光と発光の間は、前記ターゲットを検出するために連続的に点灯させたターゲット検出光を送光し、受光した前記ターゲット検出光の受光光量から前記ターゲットの概略位置を検出し、
前記概略位置に対して再度前記測距光を走査して、前記ターゲットを測定する
ことを特徴とするスキャナ装置。
A distance measuring unit that emits a pulse of the distance measuring light at predetermined time intervals and receives the distance measuring light reflected by the target to measure the distance, and a rotating unit for scanning the distance measuring light around at least one axis of rotation, A scanner device comprising: an angle detection unit that detects a rotation angle of the rotating unit,
The scanner device is
While scanning the distance measuring light, during the pulse emission of the distance measuring light, the target detecting light which is continuously turned on to detect the target is sent, and the received target detecting light is received. Detecting the approximate position of the target from the amount of light ,
A scanner device , wherein the distance measuring light is scanned again at the approximate position to measure the target .
前記スキャナ装置は、
前記ターゲットを検出するために連続的に点灯させたターゲット検出光を継続的に送光し、前記測距光のパルス発光時は、前記測距光は前記ターゲット検出光に重畳されて送光され、受光した前記ターゲット検出光の受光光量から前記ターゲットの概略位置を検出し、
前記概略位置に対して再度前記測距光を走査して、前記ターゲットを測定する
ことを特徴とするスキャナ装置。
A distance measuring unit that emits a pulse of the distance measuring light at predetermined time intervals and receives the distance measuring light reflected by the target to measure the distance, and a rotating unit for scanning the distance measuring light around at least one axis of rotation, A scanner device comprising: an angle detection unit that detects a rotation angle of the rotating unit,
The scanner device is
The target detection light continuously turned on to detect the target is continuously transmitted, and when the distance measurement light is pulsed, the distance measurement light is transmitted while being superimposed on the target detection light. , Detecting the approximate position of the target from the received light amount of the received target detection light ,
A scanner device , wherein the distance measuring light is scanned again at the approximate position to measure the target .
The scanner device obtains an average angle of a portion where the amount of received light of the target detection light exceeds a preset threshold value, and detects the approximate position of the target, assuming that the position of the average angle is the target center. The scanner device according to claim 1 or 2.
The scanner device according to claim 1, wherein the target detection light is modulated and only the modulated light is received.
自動視準機能を備え、前記測距光とは別のＴＳ測距光を送光し前記ターゲットに反射したＴＳ測距光を受光して、送光から受光までに光波が発振した回数に基づいて前記ターゲットまでの距離を測定し、筐体と望遠鏡の回転角から前記ターゲットの角度を測定する測量機と、を備え、
前記スキャナの前記測距光と前記ターゲット検出光で前記ターゲットの概略位置を検出し、
前記概略位置に対して前記測量機の前記ＴＳ測距光で測距および測角し前記ターゲットを測定することを特徴とする測量装置。
The scanner device according to any one of claims 1 to 4,
An automatic collimation function, said distance measuring light and by sending another TS distance measuring light is received the TS distance measuring light reflected by the target, based on the number of times the light waves oscillated by receiving from sending And measuring the distance to the target, a surveying instrument for measuring the angle of the target from the rotation angle of the housing and the telescope,
Detecting the approximate position of the target with the distance measuring light of the scanner and the target detection light ,
Surveying apparatus characterized by distance measurement and angle measurement by the TS distance measuring light of the surveying instrument to the approximate position measuring said target.
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