JP6826399B2 - レーザ測量装置の自動整準方法及びレーザ測量装置 - Google Patents

Description

本発明は、光波距離測定機構とレーザ回転照射機構とを一体に有するレーザ測量装置の自動整準方法及びレーザ測量装置に関する。

測量装置としては、測距光学系の測定光軸を測定対象物に向け、測距、水平角、鉛直角の測定を行う、いわゆるトータルステーションといわれる光波距離測定装置がある。また、近年は光波距離測定装置として、測定対象物の移動に追従して回動する追従機能付きの光波距離測定装置も開発されている。

また、レーザ光線を回転照射して、基準面を形成するレーザ回転照射装置も知られている（特許文献１、２参照）。

そして、光波距離測定装置（光波距離測定機構ともいう）とレーザ回転照射装置（レーザ回転照射機構ともいう）とを一体としたレーザ測量装置を用いて、スリップフォーム舗装機械等の建設機械の制御を行うシステムも開発されている（特許文献３参照）。

特開２００４−２１２０５８号公報 特開２００５−２７４２２９号公報 特開２０１４−５５４９９号公報

上記特許文献１、２に示されているようなレーザ測量装置や光波距離測定装置等の測量装置は、設置の際に、測量装置に具備されているチルトセンサを用いて測量装置の鉛直軸が重力方向と一致するように整準される。

特許文献３に記載されているような光波距離測定装置とレーザ回転照射装置とが一体のレーザ測量装置においても整準が行われるが、正しく整準が行われなければ光波距離測定装置による測距等及びレーザ回転照射装置による基準面の形成のいずれも正しい測量ができなくなるため、より正確な整準が求められる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光波距離測定機構とレーザ回転照射機構とが一体に構成されるレーザ測量装置において、自動的により正確な整準を行うことのできるレーザ測量装置の自動整準方法及びレーザ測量装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るレーザ測量装置の自動整準方法では、少なくとも測距を行う光波距離測定機構と、レーザ光線を回転照射して基準面を形成するレーザ回転照射機構と、姿勢を調整する整準部と、を一体に備えるレーザ測量装置の自動整準方法であって、前記光波距離測定機構に設けられた第１のチルトセンサに基づき、前記整準部により整準を行う第１整準工程と、前記レーザ回転照射機構に設けられた第２のチルトセンサに基づき、前記整準部により整準を行う第２整準工程と、前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部を、事前に設定されたニュートラル位置とした後、当該ニュートラル位置を原点として水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて有効な測定範囲を探すサーチ工程と、を備える。

また、本発明に係るレーザ測量装置の自動整準方法において、前記整準部のニュートラル位置は、前記レーザ測量装置の鉛直軸が地球の重力方向と略一致する状態としたときの前記整準部の状態であってもよい。
また、本発明に係るレーザ測量装置の自動整準方法において、前記第２のチルトセンサは前記第１のチルトセンサよりも精度が高く、前記第２整準工程は前記第１整準工程よりも狭い角度範囲の整準を行ってもよい。

また、本発明に係るレーザ測量装置の自動整準方法において、前記第１整準工程の後、前記第２整準工程を行うのが好ましい。

また、本発明に係るレーザ測量装置の自動整準方法において、前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部により、水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて有効な測定範囲を探すサーチ工程をさらに備えてもよい。

また、上記した目的を達成するために、本発明に係るレーザ測量装置では、少なくとも測距を行う光波距離測定機構と、レーザ光線を回転照射して基準面を形成するレーザ回転照射機構とを一体に備えるレーザ測量装置であって、前記光波距離測定機構に設けられ、傾斜を検出する第１のチルトセンサと、前記レーザ回転照射機構に設けられ、傾斜を検出する第２のチルトセンサと、装置全体の傾きを調整可能な整準部と、前記第１のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を行い、且つ前記第２のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を行う整準制御部と、を備え、前記整準制御部は、前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部を、事前に設定されたニュートラル位置とした後、当該ニュートラル位置を原点として水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて、有効な測定範囲を探すサーチ制御を実行する。

また、本発明に係るレーザ測量装置において、前記整準部のニュートラル位置は、前記レーザ測量装置の鉛直軸が地球の重力方向と略一致する状態としたときの前記整準部の状態であってもよい。
また、本発明に係るレーザ測量装置において、前記第２のチルトセンサは前記第１のチルトセンサよりも精度が高く、前記整準制御部は、前記第２のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を、前記第１のチルトセンサに基づく前記整準部による整準よりも狭い角度範囲としてもよい。

また、本発明に係るレーザ測量装置において、前記整準制御部は、前記第１のチルトセンサに基づく整準の後、前記第２のチルトセンサに基づく整準を行うのが好ましい。

また、本発明に係るレーザ測量装置において、前記整準制御部は、前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部により、水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて、有効な測定範囲を探すサーチ制御を実行してもよい。

上記手段を用いる本発明によれば、光波距離測定機構とレーザ回転照射機構とが一体に構成されるレーザ測量装置において、自動的により正確な整準を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る自動整準装置を備えるレーザ測量装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動整準ルーチンを示したフローチャートである。 図２のフローチャートの続きである。 図２、図３のフローチャートの続きである。 サーチ制御ルーチンを示したフローチャートである。 図５のフローチャートの続きである。 サーチ駆動の説明図である。 傾斜角取得制御ルーチンを示したフローチャートである。 温度とチルト待ち時間の関係図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１に本実施形態に係る製造方法により製造されるレーザ測量装置１が示されており、同図に示すレーザ測量装置１は、光波距離測定機構２の上にレーザ回転照射機構３が一体的に設けられている。

レーザ測量装置１は、例えば上記特許文献３に記載されているスリップフォーム舗装機械のような建設機械の制御システムに用いられるレーザ測量装置であって、測量の際には図示しない三脚を介して任意の点に設置される。

光波距離測定機構２は、トータルステーションと同等の機能を有する。例えば光波距離測定機構２は、測距光を建設機械が有するターゲットに向かって照射し、当該ターゲットからの反射測距光を受光して測距及び測角を行い、またターゲットからの反射光に基づきターゲットの追尾を行う。

詳しくは、光波距離測定機構２は、下部に基台部１０と回転基盤１１を有している。

基台部１０には図示しない三脚が取り付け可能である。基台部１０は図示しない水平回転駆動部を有しており、当該水平回転駆動部により回転基盤１１を水平方向（レーザ測量装置１の鉛直軸に対して直行する面内）に回転駆動する。

また、基台部１０と回転基盤１１との間には、基台部１０に対する傾きを調整して整準する整準部１２を備えている。整準部１２は、図１では点線のブロックとして簡略的に示しているが、具体的には例えば回転基盤１１の水平面上の任意の一か所が支点として固定されており、当該水平面上の任意の二か所に、回転基盤１１を上下方向に移動可能な２つの整準ねじが設けられ、これらの整準ねじの締め度合いに応じて基台部１０に対する回転基盤１１の傾斜を調整するものである。なお、整準ねじの数はこれに限られるものではなく、例えば３本備えていてもよい。また、各整準ねじはステッピングモータ等のアクチュエータにより駆動可能であり、当該アクチュエータを介して自動整準可能である。

また、回転基盤１１には、円形気泡管からなる水平チルトセンサ１３（第１のチルトセンサ）が設けられており、当該水平チルトセンサ１３によりレーザ測量装置１の回転基盤１１から上方部分の傾き、即ちレーザ測量装置１全体としての傾斜状態を検出可能である。

回転基盤１１の上面には一対の支柱部１４、１５が立設されており、当該一対の支柱部１４、１５の間に望遠鏡部１６が鉛直方向に回転可能に支持されている。図示しないが、当該一対の支柱部１４、１５には望遠鏡部１６を鉛直方向に回転させる鉛直回転駆動部が設けられている。

望遠鏡部１６には、測距光学系、追尾光学系及び測距部が収納されており、望遠鏡部１６から測距光Ｌ１、追尾光（図示せず）が射出され、ターゲットからの反射測距光を測距部にて受光して測距を行う。また、望遠鏡部１６は、追尾光学系を介してターゲットで反射された追尾光を受光し、水平回転駆動部により水平方向に、鉛直回転駆動部により鉛直方向に駆動されることでターゲットの自動追尾が可能である。

さらに基台部１０には、図示しないが、基台部１０に対する回転基盤１１の水平方向の回転角（水平角）を検出する水平角検出器が設けられ、支柱部１４、１５には望遠鏡部１６の鉛直方向の回転角（鉛直角）を検出する鉛直角検出器が設けられている。これら水平角検出器及び鉛直角検出器により検出される水平角及び鉛直角から望遠鏡部１６の視準方向が測定可能となっている。

また、回転基盤１１上には温度センサ１７と、制御部１８（整準制御部）が設けられている。温度センサ１７はレーザ測量装置１周囲の外気温度を検出する機能を有しており、制御部１８はレーザ測量装置１における測量制御を行う機能を有している。例えば制御部１８は、望遠鏡部１６、水平チルトセンサ１３、水平角検出器、鉛直角検出器、及び温度センサ１７により検出された各種情報の読み取り、記憶、演算等を行い、演算結果に応じて整準部１２、鉛直回転駆動部、及び水平回転駆動部の駆動制御等を行う。

また、一対の支柱部１４、１５の上端には天板１９が設けられており、当該天板１９上にレーザ回転照射機構３が設けられている。

レーザ回転照射機構３は、レーザ光線Ｌ２を一定速度で回転照射し、当該レーザ光線Ｌ２により基準面が形成される。当該レーザ光線Ｌ２は、所定の広がり角を有する複数の扇状ビーム（ファンビーム）で構成され、少なくとも１つは水平面に対して傾斜している。例えば、レーザ光線Ｌ２は、鉛直方向の扇状ビームと水平面に対して所定の角度で傾斜した扇状ビームの２つの扇状ビームにより構成されている。これにより、基準面だけでなく高さ方向にも拡がった水平領域として基準を形成することができる。なお、レーザ光線の構成は上記特許文献２、３に示されるように種々考えられる。

詳しくは、レーザ回転照射機構３は、円板状の鍔部２０の中央部に円柱部２１が一体的に立設されており、当該円柱部２１の上面にレーザ照射部２２が水平方向に回転可能に設けられている。

鍔部２０は天板１９に対して固定されている。円柱部２１の周面には、一対の一軸チルトセンサ２３、２４（第２のチルトセンサ）が設けられている。これらの一軸チルトセンサ２３、２４は例えば円柱型の気泡管であり軸が直交する向きに配置されており、レーザ回転照射機構３の水平方向にて直交する２軸、すなわちＸ軸Ａｘ及びＹ軸Ａｙの傾きを検出可能である。そして、Ｘ軸Ａｘ及びＹ軸Ａｙの傾きを検出して合成することで水平面に対する傾斜角を算出可能である。このようにこれら一対の一軸チルトセンサ２３、２４によってもレーザ測量装置１全体の傾斜状態を検出可能であり、これら一軸チルトセンサ２３、２４は上記水平チルトセンサ１３よりも傾きを検出する精度が高い。

レーザ照射部２２は、上述したレーザ光線Ｌ２を照射する部分であり、円柱部２１上にてレーザ光線Ｌ２の照射向きを水平方向に回転可能である。レーザ回転照射機構３における測量制御についても上記制御部１８により行われ、レーザ照射部２２は制御部１８により駆動制御される。

以上のように構成されたレーザ測量装置１は、測量実施時には任意の地点に三脚を介して当該レーザ測量装置を設置した後、測量を行う前にレーザ測量装置１の鉛直軸を重力方向に合わせるため整準を行う。本実施形態のレーザ測量装置１では、図示しないスイッチ等の操作手段を操作することにより制御部１８による自動整準制御を実行可能である。

ここで図２から図４を参照すると、本実施形態におけるレーザ測量装置の制御部１８において実行される自動整準ルーチンがフローチャートで示されている。また、図５、図６には自動整準制御内で実行されるサーチ制御ルーチンを示すフローチャートが、図７にはサーチ駆動の説明図が、図８には自動整準制御及びサーチ制御内で実行される傾斜角取得制御ルーチンを示すフローチャートが、図９には温度とチルト待ち時間の関係図が、それぞれ示されている。

まず図２から図４のフローチャートに基づき自動整準制御について説明する。

図２に示すように、自動整準制御が開始されると、ステップＳ１として制御部１８は、整準に用いるチルトセンサとして水平チルトセンサ１３を選択する。

続くステップＳ２として制御部１８は、詳しくは後述する傾斜角取得制御に基づき水平チルトセンサ１３により検出される傾斜角ａ１を取得する。

そして、ステップＳ３として制御部１８は、ステップＳ２にて取得した傾斜角ａ１が予め定められた測定範囲内（例えば±２．５°以内）にあるか否かを判別する。当該測定範囲は例えば水平チルトセンサ１３の仕様として測定可能な範囲に設定されている。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、即ち傾斜角ａ１が測定範囲内である場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、制御部１８は整準部１２を駆動して整準を行う（以下、整準駆動ともいう）（第１整準工程）。つまり、上記ステップＳ２で検出された傾斜角ａ１が水平（傾斜角ａ１＝０°）となるようステッピングモータにより整準ねじを駆動する。

ステップＳ５において、制御部１８は整準部１２が駆動限界に達したか否かを判別する。つまり、整準部１２の整準ねじの可動範囲内にあるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち整準ねじが可動範囲の限界に達した場合、整準部１２が駆動限界にあると判断し、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、制御部１８は、整準範囲外として図示しない表示部や警報器等により、その旨のエラー表示又はエラー報知（以下、これをエラー処理という）を行い、当該ルーチンを終了する。

一方、上記ステップＳ５の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち整準ねじが可動範囲内にあり、整準部１２が駆動可能である場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、制御部１８はステップＳ２と同様に、再度傾斜角取得制御に基づき水平チルトセンサ１３による傾斜角ａ１を取得する。

そして、ステップＳ８において、制御部１８はステップＳ３と同様に、ステップＳ８にて取得した傾斜角ａ１が測定範囲内にあるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち傾斜角ａ１が測定範囲内にある場合には、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、制御部１８は、ステップＳ７において取得した傾斜角ａ１が予め定められた第１整準精度範囲内（例えば±３０''以内）であるか否かを判別する。第１整準精度範囲は、水平チルトセンサ１３に基づく整準に求められる整準精度に設定されている。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち、傾斜角ａ１が第１整準精度範囲外にある場合はステップＳ１０に進む。

制御部１８は、ステップＳ４における整準部１２による整準駆動の回数（以下、駆動回数Ｎという）を記憶しており、ステップＳ１０において、制御部１８は整準部１２の駆動回数Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）する。

続くステップＳ１１において、制御部１８は整準部１２の駆動回数Ｎが予め設定された上限回数（例えば１０回）内にあるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち整準部１２の駆動回数Ｎが未だに上限に達していない場合はステップＳ４に戻り、再度整準駆動を試みる。

一方、ステップＳ１１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち整準部１２の駆動回数Ｎが上限に達した場合には、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御部１８は複数回の整準駆動を行っても整準精度を満たさないことから、装置の故障や設置位置が不適当である可能性を考慮し、整準タイムアウトとして、エラー処理を行い、当該ルーチンを終了する。

一方、上記ステップＳ９の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち水平チルトセンサ１３により検出した傾斜角ａ１が第１整準精度範囲内に入ったときは、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、制御部１８は水平チルトセンサ１３に基づく整準を終了し、図３のステップＳ２１に進む。

図３のステップＳ２１において、制御部１８は整準に用いるチルトセンサとして一対の一軸チルトセンサ２３、２４を選択する。

続くステップＳ２２からＳ２８までは、上記ステップＳ２からＳ８と用いるチルトセンサが異なるのみで、実行する内容は同じである。つまり、一軸チルトセンサ２３、２４により傾斜角ａ２を検出し（Ｓ２２）、当該傾斜角ａ２が測定範囲にある場合に（Ｓ２３）、整準部１２による整準駆動を行う（Ｓ２４）（第２整準工程）。そして、整準部１２の駆動限界に達した場合は（Ｓ２５）、エラー処理を行い（Ｓ２６）、駆動可能な範囲内である場合は再度傾斜角ａ２を検出し（Ｓ２７）、測定範囲内にあるか確認する（Ｓ２８）。

そして、再度検出した傾斜角ａ２が測定範囲内にある場合には、ステップＳ２９にて、制御部１８は傾斜角ａ２が第２整準精度範囲内（例えば±１０''以内）であるか否かを判別する。第２整準精度範囲は、一軸チルトセンサ２３、２４に基づく整準に対する整準精度であり、上記第１整準精度範囲をよりも狭く、即ち高い精度に設定されている。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち、傾斜角ａ２が第２整準精度範囲外にある場合はステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０からＳ３２は、上記ステップＳ１０からＳ１２と同様に、制御部１８は整準部１２の駆動回数Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）し（Ｓ３０）、当該駆動回数Ｎが上限（例えば１０回）内にある場合はステップＳ２４に戻り、上限に達した場合はエラー処理を行う（Ｓ３２）。

一方、上記ステップＳ２９の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち一軸チルトセンサ２３、２４により検出した傾斜角ａ２が第２整準精度範囲内に入ったときには、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、制御部１８は一軸チルトセンサ２３、２４に基づく整準も終了し、自動整準制御を終了する。

一方、上記ステップＳ３、Ｓ８、Ｓ２３、Ｓ２８における傾斜角ａ１又はａ２の測定範囲の判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合、即ち傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲外であった場合は、対応するチルトセンサの有効な測定範囲を探すサーチ制御を行うべく、図４に示すステップＳ４１に進む。

制御部１８は、後述するサーチ制御の実行回数（以下、サーチ回数Ｓという）を記憶しており、ステップＳ４１において、サーチ回数Ｓが上限回数（例えば１回）内であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちすでにサーチ制御を上限回数より多く実行している場合、このときの整準に用いるチルトセンサが水平チルトセンサ１３であるときはステップＳ６に、一軸チルトセンサ２３、２４であるときはステップＳ２６に進み、エラー処理を行う。

一方、ステップＳ４１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちサーチ回数Ｓが上限を超えていない場合は、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２において、制御部１８はサーチ回数Ｓをインクリメント（Ｓ＝Ｓ＋１）する。

続くステップＳ４３では、制御部１８は後述するサーチ制御を実行する（サーチ工程）。

そしてステップＳ４４において、制御部１８はサーチ制御が正常に終了したか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちサーチ制御が正常に終了しなかった場合はこのとき選択されているチルトセンサに応じてステップＳ６又はステップＳ２６に進み、エラー処理を行う。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちサーチ制御が正常に終了した場合は、このとき選択されているチルトセンサに応じてステップＳ４又はステップＳ２４に進み、整準を行う。

次に、ステップＳ４３において実行されるサーチ制御について、図５から図７に基づき詳しく説明する。

まず図５に示すように、サーチ制御のステップＳ５１として、制御部１８は、整準部１２をニュートラル位置に駆動する。当該ニュートラル位置は、例えば工場出荷時において、レーザ測量装置１の鉛直軸が地球の重力方向と略一致する状態としたときの整準部１２の状態である。なお、ステップＳ５１におけるニュートラル位置は、常に工場出荷時の状態である必要はなく、例えばニュートラル位置の学習機能がある場合は、最新のニュートラル位置とする。

続いて、ステップＳ５２からＳ５４においては、上記ステップＳ５からＳ８、Ｓ２５からＳ２８と同様に、改めて整準部１２が駆動限界にあるか確認し（Ｓ５２）、傾斜角取得制御によりこのとき選択されているチルトセンサにより傾斜角ａ１又はａ２を取得し（Ｓ５３）、取得した傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲内にあるかを確認する（Ｓ５４）。

そして、ステップＳ５８の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち依然として傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲外である場合は、ステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、制御部１８は整準部１２をサーチ駆動する。サーチ駆動は、整準部１２のニュートラル位置を原点として設定された水平方向の一方向（例えばＸ軸の正方向）にレーザ測量装置１を所定量傾けるよう整準部１２を駆動する。

続いてステップＳ５６からＳ５８では、再び整準部１２が駆動限界にあるかを確認し（Ｓ５６）、傾斜角取得制御により傾斜角ａ１又はａ２を取得し（Ｓ５７）、取得した傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲内にあるかを確認する（Ｓ５８）。

ステップＳ５５でのサーチ駆動を行った結果、傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲内に入った場合には、ステップＳ５８の判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、ステップＳ５９に進む。また、上記ステップＳ５４においてサーチ駆動を行う前の段階で傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲内にあった場合もステップＳ５９に進む。

ステップＳ５９では、制御部１８はサーチ制御が正常に終了したとして、当該ルーチンを抜ける。

一方、上記ステップＳ５８の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちサーチ駆動を行っても、傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲外にある場合には、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０において、制御部１８はあらかじめ定めた全範囲のサーチ駆動が終了したか否かを判別する。サーチ駆動を行う方向は複数設定可能であり、例えば本実施形態では図７に示すように、Ｘ軸の正負２方向（ｄ１、ｄ２）、Ｙ軸の正負２方向（ｄ３、ｄ４）、Ｘ軸及びＹ軸と中間の４方向（ｄ５からｄ８）の合計８方向にサーチ駆動を行うよう設定されている。

ステップＳ６０では、この８方向全てにおいてサーチ駆動を行ったか否かを判別しており、当該判別結果偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ５５に戻り、異なる方向でのサーチ駆動を行う。一方、８方向全てのサーチ駆動が終了した場合、即ち８方向にサーチ駆動しても傾斜角ａ１又はａ２が測定範囲に入らなかった場合には、当該判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、ステップＳ６１に進む。

ステップＳ６１では、制御部１８は整準部１２をニュートラル位置に駆動する。そして、ステップＳ６２において、制御部１８は整準部１２の駆動限界であるか否かを判別し、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち整準部１２の駆動限界でない場合は、ステップＳ６３に進む。

ステップＳ６３では、制御部１８はサーチ制御によっても有効な測定範囲が見つけられず、サーチの範囲外としてサーチ制御のエラー処理を行い、当該ルーチンを終了する。

一方、上記ステップＳ５２、Ｓ５６、Ｓ６２における整準部１２の駆動限界に関する判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち整準部１２が駆動限界に達した場合は、整準ねじの位置をリセットすべく、図６のステップＳ７１に進む。

制御部１８は、後述する整準ねじの位置をリセットした回数（以下、リセット回数Ｒという）を記憶しており、ステップＳ７１において、リセット回数Ｒが上限回数（例えば１回）内であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちすでに整準ねじのリセットを上限回数より多く実行している場合、ステップＳ７２に進む。

ステップＳ７２において、制御部１８は、サーチ制御のタイムアウトとしてエラー処理を行い、サーチ制御を終了する。

一方、上記ステップＳ７１の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちリセット回数Ｒが上限を超えていない場合は、ステップＳ７３に進む。ステップＳ７３において、制御部１８はリセット回数Ｒをインクリメント（Ｒ＝Ｒ＋１）する。

続くステップＳ７４において、制御部１８は、一度整準ねじを可動限界まで駆動して、絶対位置をリセットする。

そして、ステップＳ７５において、制御部１８は上記ステップＳ７４の絶対位置のリセットに成功したか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち整準ねじのリセットに成功した場合には、ステップＳ５１に戻り改めてサーチ制御を行う。一方、当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、例えばステッピングモータの故障等により整準ねじのリセットができなかった場合は、ステップＳ７６に進む。

ステップＳ７６では、制御部１８は、例えばステッピングモータのエラーとして、サーチ制御のエラー処理を行い、サーチ制御を終了する。

次に、上記ステップＳ２、Ｓ７、Ｓ２２、Ｓ２７、Ｓ５３、Ｓ５７において実行される傾斜角取得制御について、図８、図９に基づき詳しく説明する。なお、当該傾斜角取得制御は、本実施形態においては水平チルトセンサ１３及び一軸チルトセンサ２３、２４のいずれにも同様に適用されるものであり、以下の説明ではこれらのチルトセンサを区別することなく、単にチルトセンサと称して説明する。

まず図８に示すように、傾斜角取得制御のステップＳ８１として、制御部１８はタイムアウト時間Ｔｏを設定する。タイムアウト時間Ｔｏは、チルトセンサのエラーを判定するための時間であり、本実施形態では例えば後述するチルト待ち時間Ｔｗの３倍に設定する。

続くステップＳ８２では、制御部１８はこの時点での水平角ｈ１が取得できるか否かを判別する。当該水平角ｈ１は水平角検出器により検出され、制御部１８が当該水平角検出器から水平角情報を取得できない場合には、当該判別結果は偽（Ｎｏ）となりステップＳ８３に進む。

ステップＳ８３では、制御部１８は、制御部１８若しくは水平角検出器の故障、又は制御部１８と水平検出器との間の通信不良等でレーザ測量装置１の状態を正確に把握できないため、検出器エラーとしてエラー処理を行い、傾斜角取得制御を終了する。

一方、上記ステップＳ８２の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち制御部１８が水平角ｈ１を取得できた場合には、ステップＳ８４に進む。

ステップＳ８４において、制御部１８はチルト待ち時間Ｔｗを設定する。チルト待ち時間Ｔｗは、チルトセンサにより安定して傾斜角を取得するために必要な時間として設定され、これは温度に応じて設定される。

詳しくは、気泡管からなるチルトセンサは温度が高くなるほど内部の液体の粘性が低くなり気泡の動きが滑らかになることから、図９に示すように、チルト待ち時間は温度が高くなるほど短くなるよう設定されている。その一方で、気泡の動きが滑らかになると、感度が高くなり、振動による誤検出の可能性も高くなることから、高温になるほど待ち時間の減少度合いが小さくなる傾向に設定されている。

さらに本実施形態では、傾斜角大きいほど気泡は気泡管の端側に位置し、気泡の動きが鈍くなることから、チルトセンサにより検出される傾斜角に応じて傾向を変更するよう設定されている。具体的には、チルトセンサにより検出される傾斜角が１０’より大きい場合は、傾斜角が１０’以下の大きい場合よりもチルト待ち時間が長くなる傾向に設定されている。

このように図９に示すような関係図等に基づきステップＳ８４のチルト待ち時間は設定される。

次のステップＳ８５では、制御部１８は現在のシステム時間Ｔｓを取得する。システム時間Ｔｓは、例えば制御部１８が有しているタイマにより計時した傾斜角取得制御の開始からの時間である。

ステップＳ８６では、制御部１８はステップＳ８５において取得したシステム時間Ｔｓがタイムアウト時間Ｔｏに達した（Ｔｏ＜Ｔｓ）か否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちシステム時間Ｔｓがタイムアウト時間Ｔｏに達している場合には、ステップＳ８７に進む。

ステップＳ８７では、制御部１８はタイムアウトとして、傾斜角取得についてのエラー処理を行い、傾斜角取得制御を終了する。

一方、ステップＳ８６の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちシステム時間Ｔｓがタイムアウト時間Ｔｏに達していない場合は、ステップＳ８８に進む。

ステップＳ８８において、制御部１８は再び水平角検出器による水平角ｈ２の取得が可能であるか否かを判別する。水平角ｈ２が取得できない場合は上述したステップＳ８３に進みエラー処理を行い、取得できた場合にはステップＳ８９に進む。

そして、ステップＳ８９において、上記ステップＳ８８において取得した水平角ｈ２と、先に上記ステップＳ８２において取得した水平角ｈ１との差から求められる水平回転角ｈｒが水平回転における許容範囲内（例えば±３０''以内）であるか否か、即ちレーザ測量装置１全体又は光波距離測定機構２が回転状態にないか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち水平回転角ｈｒが許容範囲外のレーザ測量装置１全体又は光波距離測定機構２が回転状態にあるような場合には、正確に傾斜角を取得するのは困難であるためステップＳ８２に戻る。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちレーザ測量装置１全体及び光波距離測定機構２が略静止状態にある場合は、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０において、制御部１８はチルト待ち時間が終了したか、即ちシステム時間Ｔｓがチルト待ち時間に達した（Ｔｏ＜Ｔｓ）か否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち未だチルト待ち時間内である場合はステップＳ８５に戻る。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちチルト待ち時間に達した場合はステップＳ９１に進む。

ステップＳ９１では、制御部１８は、対応するチルトセンサによる傾斜角の取得を行い、傾斜角取得制御を終了する。

このように、本実施形態では、チルトセンサにより傾斜角を取得するために、温度に応じて設定されるチルト待ち時間を設け、このチルト待ち時間が経過してから傾斜角を取得する。これにより、気泡管からなる水平チルトセンサ１３や一軸チルトセンサ２３、２４において、温度や振動等の外乱を考慮してより正確な傾斜角を検出することができることとなる。

そして、本実施形態における自動整準によれば、まず光波距離測定機構２が有する水平チルトセンサ１３に基づき整準を行った後、レーザ回転照射機構３が有する一対の一軸チルトセンサ２３、２４に基づき整準を行う。このように、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３を一体に備えるレーザ測量装置１において、各機構に設けられたチルトセンサ１３、２３、２４に基づく整準をそれぞれ行うことで、確実で正確な自動整準を行うことができる。

また、一軸チルトセンサ２３、２４は水平チルトセンサ１３よりも精度が高く、先に行う水平チルトセンサ１３に基づく整準で大まかな整準を行った後、一軸チルトセンサ２３、２４に基づく整準により狭い角度範囲での整準を行うことで、効率よく精度の高い整準を実現することができる。

また、本実施形態では、チルトセンサに検出される傾斜角が測定範囲外である場合でも、有効な測定範囲を探すサーチ制御を行うことで、レーザ測量装置１が傾いた状態からの整準も行うことができる。

以上のことから、本実施形態に係るレーザ測量装置１の自動整準方法及びレーザ測量装置１によれば、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３とが一体に構成されるレーザ測量装置１において、自動的により正確な整準を行うことができる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、光波距離測定機構２に水平チルトセンサ１３を、レーザ回転照射機構３に一対の一軸チルトセンサ２９、３０を設けており、この組み合わせが好ましくはあるが、それぞれの機構に設けられるチルトセンサは必ずしもこれに限られるものではない。例えば、光波距離測定機構に一対の一軸チルトセンサを設けてもよいし、レーザ回転照射機構に水平チルトセンサを設けてもよい。

また、上記実施形態では、回転基盤１１上に温度センサ１７を設けているが、温度センサが設けられる位置や数はこれに限られるものではなく、例えば一軸チルトセンサ近くにも温度センサを設けてもよい。

また、上記実施形態では、サーチ制御において８方向のサーチ駆動を行うよう設定されているが、サーチ駆動の方向やその数はこれに限られるものではなく、例えば１方向だけでもよい。

また、上記実施形態では、傾斜角取得制御においてタイムアウト時間Ｔｏをチルト待ち時間Ｔｗの３倍に設定しているが、タイムアウト時間の設定はこれに限られるものでない。

１ レーザ測量装置
２ 光波距離測定機構
３ レーザ回転照射機構
１３ 水平チルトセンサ（第１のチルトセンサ）
１６ 望遠鏡部
１７ 温度センサ
１８ 制御部（整準制御部）
２２ レーザ照射部
２３、２４ 一軸チルトセンサ（第２のチルトセンサ）

Claims (8)

1. 少なくとも測距を行う光波距離測定機構と、レーザ光線を回転照射して基準面を形成するレーザ回転照射機構と、姿勢を調整する整準部と、を一体に備えるレーザ測量装置の自動整準方法であって、
   前記光波距離測定機構に設けられた第１のチルトセンサに基づき、前記整準部により整準を行う第１整準工程と、
   前記レーザ回転照射機構に設けられた第２のチルトセンサに基づき、前記整準部により整準を行う第２整準工程と、
   前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部を、事前に設定されたニュートラル位置とした後、当該ニュートラル位置を原点として水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて有効な測定範囲を探すサーチ工程と、
   を備えるレーザ測量装置の自動整準方法。
2. 前記整準部のニュートラル位置は、前記レーザ測量装置の鉛直軸が地球の重力方向と略一致する状態としたときの前記整準部の状態である請求項１に記載のレーザ測量装置の自動整準方法。
3. 前記第２のチルトセンサは前記第１のチルトセンサよりも精度が高く、前記第２整準工程は前記第１整準工程よりも狭い角度範囲の整準を行う請求項１又は２に記載のレーザ測量装置の自動整準方法。
4. 前記第１整準工程の後、前記第２整準工程を行う請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ測量装置の自動整準方法。
5. 少なくとも測距を行う光波距離測定機構と、レーザ光線を回転照射して基準面を形成するレーザ回転照射機構とを一体に備えるレーザ測量装置であって、
   前記光波距離測定機構に設けられ、傾斜を検出する第１のチルトセンサと、
   前記レーザ回転照射機構に設けられ、傾斜を検出する第２のチルトセンサと、
   装置全体の傾きを調整可能な整準部と、
   前記第１のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を行い、且つ前記第２のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を行う整準制御部と、を備え、
   前記整準制御部は、前記第１のチルトセンサ又は前記第２のチルトセンサの測定値が所定の測定範囲外である場合、前記整準部を、事前に設定されたニュートラル位置とした後、当該ニュートラル位置を原点として水平方向のうちの１又は複数の予め定めた方向にて傾きを変化させて、有効な測定範囲を探すサーチ制御を実行するレーザ測量装置。
6. 前記整準部のニュートラル位置は、前記レーザ測量装置の鉛直軸が地球の重力方向と略一致する状態としたときの前記整準部の状態である請求項５に記載のレーザ測量装置。
7. 前記第２のチルトセンサは前記第１のチルトセンサよりも精度が高く、
   前記整準制御部は、前記第２のチルトセンサに基づく前記整準部による整準を、前記第１のチルトセンサに基づく前記整準部による整準よりも狭い角度範囲とする請求項５又は６に記載のレーザ測量装置。
8. 前記整準制御部は、前記第１のチルトセンサに基づく整準の後、前記第２のチルトセンサに基づく整準を行う請求項５から７のいずれか一項に記載のレーザ測量装置。
   

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