JP6999759B2 - 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。

しかしながら、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では、光波距離測定装置における鉛直軸とレーザ回転照射装置における鉛直軸の２つの鉛直軸を有することとなり、両鉛直軸が一致していなければ、一方の装置に基づき整準しても他方の装置の鉛直軸がずれ、正確な測量が行えないという問題がある。

このため、レーザ測量装置においては、光波距離測定装置とレーザ回転照射装置とを精度よく組み立てる必要があるが、光波距離測定装置とレーザ回転照射装置をそれぞれの装置を精度よく製造し、且つ光波距離測定装置とレーザ回転照射装置との組み立ても精度よく行うことは容易ではない。

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、両機構の鉛直軸を効率よく正確に設定することのできる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は、基台部と、前記基台部に対して水平方向に回転駆動する回転基板と、少なくとも測距可能な望遠鏡部と、前記基台部に対する前記回転基板の傾斜を調整することで、整準のための姿勢調整が可能な整準部と、前記回転基板の傾きを検出する第１のチルトセンサと、前記回転基板上に立設され、前記望遠鏡部を鉛直方向に回転可能に支持する支柱部と、前記支柱部に支持される天板と、を有し、前記レーザ回転照射機構は、前記天板上に設けられ、前記レーザ光線を回転照射するレーザ照射部と、前記レーザ回転照射機構の傾きを検出する第２のチルトセンサと、前記天板に対する前記レーザ回転照射機構の姿勢を調整する姿勢調整部と、前記姿勢調整部にて調整した姿勢で前記レーザ回転照射機構を前記天板に固定する固定部と、を有する。

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傾きを検出する精度が高いのが好ましい。

また、本発明に係るレーザ測量装置において、前記整準部は、前記第１のチルトセンサにより検出される傾きに基づき、自動的に整準を行うことが可能であることが好ましい。

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、両機構の鉛直軸を効率よく正確に設定することができる。

本発明の一実施形態に係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レーザ測量装置における鉛直軸の設定ルーチンを示したフローチャートである。

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と回転基板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板１１を水平方向に回転駆動する。

また、基台部１０と回転基板１１との間には、図示しないが基台部１０に対する傾きを調整して整準する整準部を備えている。整準部は、例えば回転基板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、回転基板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に対する回転基板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、回転基板１１には、円形気泡管からなる水平チルトセンサ１２（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１２により回転基板１１、すなわち光波距離測定機構２の傾きを検出することが可能である。

本実施形態の整準部は、水平チルトセンサ１２により検出される傾き情報を取得して図示しないアクチュエータにより整準ねじを駆動することで自動的に整準を行う自動整準機能を有している。なお、整準部は、作業者が水平チルトセンサ１２を確認しながら整準ねじを手動操作して整準を行う構成としてもよい。

回転基板１１の上面には一対の支柱部１３、１４が立設されており、当該一対の支柱部１３、１４の間に望遠鏡部１５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１３、１４には望遠鏡部１５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１５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１５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１５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に対する回転基板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１３、１４には望遠鏡部１５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１５の視準方向が測定可能となっている。

また、回転基板１１上には測量制御部１６が設けられている。当該測量制御部１６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。例えば測量制御部１６は、望遠鏡部１５、水平チルトセンサ１２、水平角検出器、鉛直角検出器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、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１３、１４の上端には天板１７が設けられており、当該天板１７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。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の水平面上には、天板１７に対して固定された支点部２３が一か所と、調整ねじ２４、２５（姿勢調整部）が二か所に設けられている。これにより、上述した回転基板１１の整準部と同様に調整ねじ２４、２５の締め度合いに応じて天板１７に対する鍔部２０の傾き、すなわちレーザ回転照射機構３の傾きを調整可能である。

また、支点部２３及び各調整ねじ２４、２５（姿勢調整部）に隣接して、固定ねじ２６、２７、２８（固定部）が設けられている。固定ねじ２６、２７、２８は調整ねじ２４、２５により調整した角度を維持しつつ、鍔部２０を天板１７に固定する手段である。

円柱部２１の周面には、一対の一軸チルトセンサ２９、３０（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２９、３０は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。これら一軸チルトセンサ２９、３０は上記水平チルトセンサ１２よりも傾きを検知する精度が高い。

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測量制御部１６により行われ、レーザ照射部２２は測量制御部１６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、工場出荷前の製造時に光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３とが組み立てられるが、この組み立ての際にそれぞれの機構２、３の鉛直軸が重力方向に合うよう設定される。

ここで図２を参照すると、光波距離測定機構２及びレーザ回転照射機構３の鉛直軸の設定ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。なお、当該鉛直軸の設定ルーチンは、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３とが別体の状態から開始される。

鉛直軸の設定ルーチンのステップＳ１としては、光波距離測定機構２の水平チルトセンサ１２と、レーザ回転照射機構３の一対の一軸チルトセンサ２９、３０に対して、それぞれいわゆるチルトオフセット値の測定を行う（第１のチルトオフセット値測定工程）。

具体的には、光波距離測定機構２のチルトオフセット値の測定は、傾きを調整可能な台の上に光波距離測定機構２を載せ、一度水平チルトセンサ１２の値を読み取り記憶する。その後、その姿勢から水平方向に１８０°回転させた姿勢で再び水平チルトセンサ１２の値を読み取り記憶する。この両姿勢における水平チルトセンサ１２の値を比較し、両値が一致する台の傾きを探し出す。そして両姿勢における水平チルトセンサ１２の値が一致する台の傾きでの水平チルトセンサ１２の値をチルトオフセット値として記憶することで、水平チルトセンサ１２の絶対水平に対するズレ量（オフセット量）を認識する。レーザ回転照射機構３の一軸チルトセンサ２９、３０におけるチルトオフセット値の測定手法も同様である。

続いて、ステップＳ２として、光波距離測定機構２の天板１７の上にレーザ回転照射機構３を載置する（載置工程）。

ステップＳ３として、光波距離測定機構２の整準部による整準を行う（整準工程）。詳しくは、レーザ回転照射機構３を光波距離測定機構２に載せた状態で、上記ステップＳ１においてチルトオフセット値を測定済みの水平チルトセンサ１２に基づき、レーザ測量装置１の整準を行う。

ステップＳ４として、光波距離測定機構２の上に載せた状態でレーザ回転照射機構３における一対の一軸チルトセンサ２９、３０に対して、再度チルトオフセット値の測定を行う（第２のチルトオフセット値測定工程）。つまり、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３とが一体の状態で、水平方向に１８０°回転させて一軸チルトセンサ２９、３０の値が一致する台の傾きを探し出す。こうして光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３とを組み立てた状態での一軸チルトセンサ２９、３０のオフセット値を測定する。

そして、ステップＳ５として、上記ステップＳ４で測定した一軸チルトセンサ２９、３０のチルトオフセット値を用いて、レーザ回転照射機構３の鉛直軸が重力方向となるように調整ねじ２４、２５の締め度合いを調節し、鉛直軸が重力方向と一致した姿勢で固定ねじ２６、２７、２８によりレーザ回転照射機構３を光波距離測定機構２に固定する（固定工程）。

最後に、ステップＳ６として、レーザ回転照射機構３からレーザ光線Ｌ２を照射し、当該レーザ光線Ｌ２が水平方向に照射されるよう光波距離測定機構２の整準部を駆動して光波距離測定機構２及び前記レーザ回転照射機構３の一体としての姿勢を調整する（レーザ照射調整工程）。なお、この調整後の姿勢にて一軸チルトセンサ２９、３０のチルトオフセット値を更新する。

以上のようにして、レーザ測量装置１の鉛直軸を設定する。このように、事前に光波距離測定機構２及びレーザ回転照射機構３のそれぞれのチルトセンサについてチルトオフセット値を測定しておき、レーザ回転照射機構３の載置後に光波距離測定機構２の整準部により整準した上で、再度レーザ回転照射機構３のチルトセンサのオフセット値を測定して、当該レーザ回転照射機構３の姿勢の調整及び固定を行うことで、光波距離測定機構２及びレーザ回転照射機構３それぞれの鉛直軸が略重力方向と一致することとなる。

さらに、最後にレーザ回転照射機構３によるレーザ照射を行い、レーザ光線Ｌ２が水平方向に照射されるようレーザ測量装置１の姿勢を調整することで、より正確に基準面を形成することができることとなる。

また、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とを備えるレーザ測量装置１として、光波距離測定機構２が整準部を有し、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３のそれぞれにチルトセンサ１２、２９、３０を有しており、レーザ回転照射機構３が調整ねじ２４、２５及び固定ねじ２６、２７、２８により光波距離測定機構２に対する姿勢を調整した上で固定できる構成であることで、両機構２、３を組み立てる際に鉛直軸を効率よく設定することができる。

また、光波距離測定機構２とレーザ回転照射機構３のそれぞれにチルトセンサ１２、２９、３０を設けていることで、離れた位置にある各機構２、３においても、それぞれの傾斜状態を正確に検知することができる。特に、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２９、３０は光波距離測定機構２が有する水平チルトセンサ１２よりも傾きを検出する精度が高いことで、光波距離測定機構２の上に設けられるためにより精度の求められるレーザ回転照射機構３の姿勢調整を正確に行うことができる。チルトセンサが上下２ヶ所に分かれているのは、位置が離れている為、熱膨張などで１ヶ所のセンサで両方の状態を監視しきれない為である。トータルステーションの測角値はチルトのズレ分を計算して補正する方法が確立されており、第２のセンサが水平になるようにし、第１のセンサのズレ分は補正して使用する。

さらに、光波距離測定機構２が有する整準部が自動整準機能を有していることで、上記ステップＳ３での整準や、現場における整準作業を簡易化することができる。

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、両機構２、３の鉛直軸を効率よく正確に設定することができる。

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１２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、レーザ回転照射機構３の姿勢調整を調整ねじ２４、２５により行い、固定を固定ねじ２６、２７、２８により行っているが、レーザ回転照射機構３の姿勢調整手段及び固定手段はこれに限られるものではない。

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
１０ 基台部
１１ 回転基板
１２ 水平チルトセンサ（第１のチルトセンサ）
１３、１４ 支柱部
１５ 望遠鏡部
１６ 測量制御部
１７ 天板
２０ 鍔部
２１ 円柱部
２２ レーザ照射部
２３ 支点部
２４、２５ 調整ねじ（姿勢調整部）
２６、２７、２８ 固定ねじ（固定部）
２９、３０ 一軸チルトセンサ（第２のチルトセンサ）

Claims (3)

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は、
   基台部と、
   前記基台部に対して水平方向に回転駆動する回転基板と、
   少なくとも測距可能な望遠鏡部と、
   前記基台部に対する前記回転基板の傾斜を調整することで、整準のための姿勢調整が可能な整準部と、
   前記回転基板の傾きを検出する第１のチルトセンサと、
   前記回転基板上に立設され、前記望遠鏡部を鉛直方向に回転可能に支持する支柱部と、
   前記支柱部に支持される天板と、
   を有し、
   前記レーザ回転照射機構は、
   前記天板上に設けられ、
   前記レーザ光線を回転照射するレーザ照射部と、
   前記レーザ回転照射機構の傾きを検出する第２のチルトセンサと、
   前記天板に対する前記レーザ回転照射機構の姿勢を調整する姿勢調整部と、
   前記姿勢調整部にて調整した姿勢で前記レーザ回転照射機構を前記天板に固定する固定部と、
   を有する
   レーザ測量装置。
2. 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傾きを検出する精度が高い請求項１に記載のレーザ測量装置。
3. 前記整準部は、前記第１のチルトセンサにより検出される傾きに基づき、自動的に整準を行うことが可能である請求項１または２に記載のレーザ測量装置。
   

Images