JPH02126107A - レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 - Google Patents
レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置Info
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- JPH02126107A JPH02126107A JP27904688A JP27904688A JPH02126107A JP H02126107 A JPH02126107 A JP H02126107A JP 27904688 A JP27904688 A JP 27904688A JP 27904688 A JP27904688 A JP 27904688A JP H02126107 A JPH02126107 A JP H02126107A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、２台のレーザ変位計を用いて、２次元座標
系の計測を行う場合におけるレーザ光軸の相対角度を検
出する方法と、その装置に関するものである。
系の計測を行う場合におけるレーザ光軸の相対角度を検
出する方法と、その装置に関するものである。
（従来の技術）
レーザの指向性を利用して位置の検出や距離の計測を行
うことはレーザ応用技術として周知である。ところで、
土木建築構造物やその他人型の構造物等の建造に際して
は、単に一次元方向の胴側以外に、２次元、３次元方向
の計測が必要である。
うことはレーザ応用技術として周知である。ところで、
土木建築構造物やその他人型の構造物等の建造に際して
は、単に一次元方向の胴側以外に、２次元、３次元方向
の計測が必要である。
例えば連続地中壁等の構築に際してのトレンチ掘削にお
ける掘削機の垂直度と水平度を含む変位量の計測等がそ
れである。
ける掘削機の垂直度と水平度を含む変位量の計測等がそ
れである。
そこで、従来２次元座標系の計測方法として、スリット
光を用いる方法や、基準光と反射光の光路差を用いる方
法、さらにはレーザドツプラ流速計を用いて、流速をベ
クトル的に検出して行う方法などが開発され創案されて
いる。
光を用いる方法や、基準光と反射光の光路差を用いる方
法、さらにはレーザドツプラ流速計を用いて、流速をベ
クトル的に検出して行う方法などが開発され創案されて
いる。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、１次元方向の計測機器は、かなり普及されて
いるが、２次元座標系で計測のできる機器は少ない。現
状では特注によって作成されているのが実情である。
いるが、２次元座標系で計測のできる機器は少ない。現
状では特注によって作成されているのが実情である。
そのため、２次元座標系の計測機器は、非常に高価で、
しかも操作が難しく、特に光軸の直交を正確にだすこと
が難しくレーザ応用による２次元座標系４測の普及の大
きなネックとなっている。
しかも操作が難しく、特に光軸の直交を正確にだすこと
が難しくレーザ応用による２次元座標系４測の普及の大
きなネックとなっている。
この発明は、このような２次元座標系計測における問題
点を解決する手段として、比較的入手の容易な１次元方
向の計測機器として用いられているレーザ変位計の２合
を直交させ、レーザ光軸によって２次元座標系を作り、
いわゆる２次元方向の計測を行うに際し、その２次元座
標系の精度を向上させるため、前記交差する光軸の相対
角を簡易に、しかも精密に検出する方法と、その装置を
提供することを目的としてなされたものである。
点を解決する手段として、比較的入手の容易な１次元方
向の計測機器として用いられているレーザ変位計の２合
を直交させ、レーザ光軸によって２次元座標系を作り、
いわゆる２次元方向の計測を行うに際し、その２次元座
標系の精度を向上させるため、前記交差する光軸の相対
角を簡易に、しかも精密に検出する方法と、その装置を
提供することを目的としてなされたものである。
（課題を解決するための手段）
一ヒ記目的を達成する手段として本発明がとった検出方
法の特徴とするところは、交差するレーザ光軸の中に、
寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に立ててゆっくりと
回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同時に計
測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角を検出
するようにしたことにある。
法の特徴とするところは、交差するレーザ光軸の中に、
寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に立ててゆっくりと
回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同時に計
測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角を検出
するようにしたことにある。
また、上記相対角の検出装置として、レーザ発光部と受
光部とを備えたレーザ変位計の２台を、水平基盤上のＸ
軸方向とＹ軸方向とに交差して設け、このＸ軸、Ｙ軸の
交差部中心に、寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に、
かつ回転自在に吊す下げ振りを設けた２次元座標系の相
対角検出装置としたことにある。
光部とを備えたレーザ変位計の２台を、水平基盤上のＸ
軸方向とＹ軸方向とに交差して設け、このＸ軸、Ｙ軸の
交差部中心に、寸法精度の高い多角柱ゲージを鉛直に、
かつ回転自在に吊す下げ振りを設けた２次元座標系の相
対角検出装置としたことにある。
（作用）
この発明は、以上説明したように、２台のレーザ変位計
を交差して設け、それぞれのレーザ変位計の発光部から
発振されるレーザ光の交差部中心に、多角柱ゲージを下
げ振りとして設けているため、その下げ振りによってレ
ーザ光の一部分が遮られる。すなわち多角柱ゲージによ
って遮れたレーザ光の影の部分が、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれ
の受光部によって検出される。そこで受光部に内蔵され
た受光素子により、前記明暗に応じて検出した信号を電
気信号に変換すればＸ軸、Ｙ軸方向の影を生じている部
分の長さが測定される。Ｘ軸および）′軸方向の影の部
分の長さが測定されるとＸ軸およびＹ軸方向の相対角度
は理論的に算出することができる。この点を第１図に基
づいて具体的に説明する。
を交差して設け、それぞれのレーザ変位計の発光部から
発振されるレーザ光の交差部中心に、多角柱ゲージを下
げ振りとして設けているため、その下げ振りによってレ
ーザ光の一部分が遮られる。すなわち多角柱ゲージによ
って遮れたレーザ光の影の部分が、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれ
の受光部によって検出される。そこで受光部に内蔵され
た受光素子により、前記明暗に応じて検出した信号を電
気信号に変換すればＸ軸、Ｙ軸方向の影を生じている部
分の長さが測定される。Ｘ軸および）′軸方向の影の部
分の長さが測定されるとＸ軸およびＹ軸方向の相対角度
は理論的に算出することができる。この点を第１図に基
づいて具体的に説明する。
まず、図面に示すようにレーザ発振器ＡおよびＢより発
振されたレーザ平行光を交差させて２次元座標系を作る
。そして、この交差部中心に、高精度に加工して得られ
た正四角柱ゲージＣを下げ振りとして鉛直に垂下させる
。するとレーザ平行光は、その正四角柱ゲージＣによっ
てその平行光の一部を遮ることになる。
振されたレーザ平行光を交差させて２次元座標系を作る
。そして、この交差部中心に、高精度に加工して得られ
た正四角柱ゲージＣを下げ振りとして鉛直に垂下させる
。するとレーザ平行光は、その正四角柱ゲージＣによっ
てその平行光の一部を遮ることになる。
ＬＡ、ＬＢがその影の部分を示す。そこでこの影の部分
ＬＡ、ＬＢが前記したように計測されると、レーザ発振
器ＡおよびＢより発振されたレーザ光軸の相対角度θば
、次のような計算によって理論的に算出することができ
る。すなわち下げ振りとして使用した正四角柱ゲージＣ
の対角線長さをＩ−とし、レーザ発振Ｒ’ＬＡによるレ
ーザ光の正四角柱ゲージＣに対する投影角をαとし、同
じくレーザ発振器Ｂによるレーザ光の投影角をβとする
と、次のような関係式が成り立つ。
ＬＡ、ＬＢが前記したように計測されると、レーザ発振
器ＡおよびＢより発振されたレーザ光軸の相対角度θば
、次のような計算によって理論的に算出することができ
る。すなわち下げ振りとして使用した正四角柱ゲージＣ
の対角線長さをＩ−とし、レーザ発振Ｒ’ＬＡによるレ
ーザ光の正四角柱ゲージＣに対する投影角をαとし、同
じくレーザ発振器Ｂによるレーザ光の投影角をβとする
と、次のような関係式が成り立つ。
ＬＡ＝ＬＸＣＯ３（α）
ＬＢ＝ＬＸＣＯ３（β）
θ−９０−１α−β
したがって、以上の関係式から２次元座標系を構成する
レーザ光軸の相対角（４５−９０’）を理論的に算出す
ることができる。
レーザ光軸の相対角（４５−９０’）を理論的に算出す
ることができる。
特に本発明では、下げ振りとして設けた前記正四角柱ゲ
ージＣをゆっくりと回転させるようにしているため、回
転させながらＬＡ、ＬＢの計測データを多数とり、その
データの平均値を求め、しかるのち前記関係式より相対
角θを演算処理して求めると、きわめて精度の高い２次
元座標系を設定することができる。
ージＣをゆっくりと回転させるようにしているため、回
転させながらＬＡ、ＬＢの計測データを多数とり、その
データの平均値を求め、しかるのち前記関係式より相対
角θを演算処理して求めると、きわめて精度の高い２次
元座標系を設定することができる。
下記は平均化による演算処理の計算式を示す。
αｎ＝ｃＯ３−’ （Ｌ／ＬＡｎ）
βｎ＝ｃＯ３−’ （Ｌ／１．Ｂｎ）θｎ”−９０−
１αｎ−βｎ θ−Σθｎ ／ Ｎ 但しＮは計測回数 なお、上記演算処理は、ＬＡ、ＬＢの測定データをコン
ピュータのＣＰ Ｕに取り込むことによって高速に行う
ことができる。
１αｎ−βｎ θ−Σθｎ ／ Ｎ 但しＮは計測回数 なお、上記演算処理は、ＬＡ、ＬＢの測定データをコン
ピュータのＣＰ Ｕに取り込むことによって高速に行う
ことができる。
（実施例）
第２図は、上記相対角の検出方法を実施する装置の原理
的構成を示す斜視図である。
的構成を示す斜視図である。
図面で示すように、レーザ平行光を発振する発光部Ａ、
と、それを受ける受光部Ａ２からなるレザ変位計へと、
同じく発光部Ｂ１と受光部Ｂ２からなるレーザ変位計Ｂ
との２台を、水平基盤り上にＸ軸方向とＹ軸方向とに交
差させて設置する。
と、それを受ける受光部Ａ２からなるレザ変位計へと、
同じく発光部Ｂ１と受光部Ｂ２からなるレーザ変位計Ｂ
との２台を、水平基盤り上にＸ軸方向とＹ軸方向とに交
差させて設置する。
そして、高精度に加工した正四角柱ケージＣを、前記Ｘ
軸とＹ軸との交差する中心に、ゆっくりと回転させるこ
とができる下げ振りとして設ける。
軸とＹ軸との交差する中心に、ゆっくりと回転させるこ
とができる下げ振りとして設ける。
そしてその下げ振りをゆっくりと回転させ、前記それぞ
れの受光部Ａ２．８２によって受光した検出信号を電気
信号に変換させるとともに長さのデータに換算し、その
データをＣＰＵに送り込んで演算し、Ｘ軸およびＹ軸方
向に設置したレーザ光軸の相対角度θを検出する。
れの受光部Ａ２．８２によって受光した検出信号を電気
信号に変換させるとともに長さのデータに換算し、その
データをＣＰＵに送り込んで演算し、Ｘ軸およびＹ軸方
向に設置したレーザ光軸の相対角度θを検出する。
本発明は、以」二説明したように、もっばら１次元方向
の計測器として用いられるレーザ変位側０２台を組み合
わせて、２次元座標系を作り、その２次元座標系を形成
するレーザ光軸の相対角をきわめて簡単な操作で、高精
度に検出することができるため、レーザ応用の２次元計
測における精度を大きく向上させることができる。
の計測器として用いられるレーザ変位側０２台を組み合
わせて、２次元座標系を作り、その２次元座標系を形成
するレーザ光軸の相対角をきわめて簡単な操作で、高精
度に検出することができるため、レーザ応用の２次元計
測における精度を大きく向上させることができる。
第３図は、本発明方法ないし装置を連続地中壁を構築す
る際のトレンチ用掘削機Ｍの姿勢検知、すなわち掘削機
の水平方向の変位量を検知する手段として応用した場合
の原理を示すものである。
る際のトレンチ用掘削機Ｍの姿勢検知、すなわち掘削機
の水平方向の変位量を検知する手段として応用した場合
の原理を示すものである。
周知のように、掘削機Ｍで、トレンチを掘削する場合は
、その掘削されたトレンチが鉛直方向に、しかも前後左
右に傾きのない溝として掘削されることが必要である。
、その掘削されたトレンチが鉛直方向に、しかも前後左
右に傾きのない溝として掘削されることが必要である。
そのためには、掘削機Ｍの姿勢が掘削開始の時点から掘
削作業の終了に至るまで傾くことなく、水平方向の姿勢
を保っていることである。
削作業の終了に至るまで傾くことなく、水平方向の姿勢
を保っていることである。
すなわちＸ軸、Ｙ軸方向に対して変位しないことである
。万一変位した場合は、それを早期に検知して掘削機Ｍ
自体の姿勢を制御する等の対応が必要である。前記第３
図は、この掘削機の水平変位を検知する手段として応用
したもので、レーザによって形成した２次元座標系Ｘ−
Ｙの中心に、Ｆげ振りに相当するワイヤＷを上方より吊
り下げ、掘削機Ｍの中心に連結しておく。そして前記２
次元座標系Ｘ−Ｙによって、まず掘削作業開始前の初期
位置を検出する。すなわち第３図で示す２次元座標系ｘ
−ｙで、ワイヤＷの初期位置を検出しておく。次に掘削
作業を開始し、作業に基づくワイヤＷの位置を検出する
。例えば、ワイヤＷの初期位置が、前記２次座標系Ｘ−
Ｙで、ｘｏ、ｙ。
。万一変位した場合は、それを早期に検知して掘削機Ｍ
自体の姿勢を制御する等の対応が必要である。前記第３
図は、この掘削機の水平変位を検知する手段として応用
したもので、レーザによって形成した２次元座標系Ｘ−
Ｙの中心に、Ｆげ振りに相当するワイヤＷを上方より吊
り下げ、掘削機Ｍの中心に連結しておく。そして前記２
次元座標系Ｘ−Ｙによって、まず掘削作業開始前の初期
位置を検出する。すなわち第３図で示す２次元座標系ｘ
−ｙで、ワイヤＷの初期位置を検出しておく。次に掘削
作業を開始し、作業に基づくワイヤＷの位置を検出する
。例えば、ワイヤＷの初期位置が、前記２次座標系Ｘ−
Ｙで、ｘｏ、ｙ。
の位置から掘削作業にともなって、ＸＨ，ＹＨに変位し
たとする。すると、その時点におけるワイ−ｔ−ｗの変
位量ＤＸ、ＤＹは、 ＤＹ＝ＸＩ（−ＸＯ ＤＹ＝ＹＨ−ＹＯ の関係式から知ることができる。
たとする。すると、その時点におけるワイ−ｔ−ｗの変
位量ＤＸ、ＤＹは、 ＤＹ＝ＸＩ（−ＸＯ ＤＹ＝ＹＨ−ＹＯ の関係式から知ることができる。
ところで掘削１１Ｍは、前記ワイヤＷと連結されている
ため、掘削作業にともなってその長さはＩｌｌから７！
２に変化する。したがって、このワイ−ｔ−ｗの長さの
変位との関係から実際の掘削機Ｍの変位計ＴＸ、ＴＹは
、 ＴＸ＝ＤＸＸ ＜１．／β２） ’ｒｙ＝Ｄｙｘ （ｊｌ！＋ ／ １２）より求めるこ
とができる。・ （発明の効果） この発明によるレーザ変位計による２次元計測における
相対角度の検出方法および装置は、以上説明したように
簡単な操作で、相対角の検出が可能で、しかも交差する
レーザ光軸中に、高精度の多角柱ゲージを下げ振りとし
て利用し、ているため、きわめて精度の高い２次元座標
系を設定することができる。特に、その下げ振りである
多角柱ゲージをゆっ（りと回転させ、多数の計測データ
をとり、その平均値から相対角を算出するため、測定精
度が向上し、理論上のゲージ精度をもった２次元座標系
が得られる。
ため、掘削作業にともなってその長さはＩｌｌから７！
２に変化する。したがって、このワイ−ｔ−ｗの長さの
変位との関係から実際の掘削機Ｍの変位計ＴＸ、ＴＹは
、 ＴＸ＝ＤＸＸ ＜１．／β２） ’ｒｙ＝Ｄｙｘ （ｊｌ！＋ ／ １２）より求めるこ
とができる。・ （発明の効果） この発明によるレーザ変位計による２次元計測における
相対角度の検出方法および装置は、以上説明したように
簡単な操作で、相対角の検出が可能で、しかも交差する
レーザ光軸中に、高精度の多角柱ゲージを下げ振りとし
て利用し、ているため、きわめて精度の高い２次元座標
系を設定することができる。特に、その下げ振りである
多角柱ゲージをゆっ（りと回転させ、多数の計測データ
をとり、その平均値から相対角を算出するため、測定精
度が向上し、理論上のゲージ精度をもった２次元座標系
が得られる。
しかも、それらの演算処理はコンピュータ処理により行
うことができるため、きわめて迅速に結果を得ることが
可能である。なお、この発明方法および装置は、前記実
施例で示したように連続地中壁等を構築する際に使用す
る掘削機の水平方向の変位量を検出する手段として応用
できるほか、前記精度の高い２次元座標系が得られるの
で、逆に多角柱の寸法計測や回転計として応用すること
も可能である。
うことができるため、きわめて迅速に結果を得ることが
可能である。なお、この発明方法および装置は、前記実
施例で示したように連続地中壁等を構築する際に使用す
る掘削機の水平方向の変位量を検出する手段として応用
できるほか、前記精度の高い２次元座標系が得られるの
で、逆に多角柱の寸法計測や回転計として応用すること
も可能である。
また、この方法によって得られる２次元座標系は、１次
元的装置の組み合わせによるものであるため、装置構成
がきわめて簡単で、＝１測方法そのものの操作上に特別
な技能を必要とせず、レーザ応用による２次元計測の普
及に大きく貢献することができる。
元的装置の組み合わせによるものであるため、装置構成
がきわめて簡単で、＝１測方法そのものの操作上に特別
な技能を必要とせず、レーザ応用による２次元計測の普
及に大きく貢献することができる。
第１図は、本発明による相対角度検出方法を示す原理図
、第２図は検出方法を実施する装置を例示する斜視図、
第３図は本発明方法を連続地中壁等の構築用掘削機の水
平方向変位量検出に応用した場合の構成図である。 Ａ−Ｂ・・・レーザ変位計 Ａ＋ 、Ｂ＋・・・発光部
Ａｚ、Ｂｚ・・・受光部 Ｃ・・・多角柱ゲージＤ・
・・水平基盤 Ｍ・・・掘削機第１図 第２図 −ｊｌｔｉ’ｒ’−′。 第３図
、第２図は検出方法を実施する装置を例示する斜視図、
第３図は本発明方法を連続地中壁等の構築用掘削機の水
平方向変位量検出に応用した場合の構成図である。 Ａ−Ｂ・・・レーザ変位計 Ａ＋ 、Ｂ＋・・・発光部
Ａｚ、Ｂｚ・・・受光部 Ｃ・・・多角柱ゲージＤ・
・・水平基盤 Ｍ・・・掘削機第１図 第２図 −ｊｌｔｉ’ｒ’−′。 第３図
Claims (2)
- （１）交差するレーザ光軸の中に、寸法精度の高い多角
柱ゲージを鉛直に立て、レーザ光軸交差部でゆっくりと
回転させ、各々のレーザ光を遮る部分の長さを同時に計
測するとともに、各々の計測値から光軸の相対角度を検
出することを特徴とするレーザ変位計による２次元計測
における相対角度の検出方法。 - （２）水平基盤上に、レーザ発光部と受光部とを備えた
レーザ変位計の２台をＸ軸、Ｙ軸方向に交差させて設け
、Ｘ軸、Ｙ軸の交差部中心に寸法精度の高い多角柱ゲー
ジを鉛直に、かつ回転自在に吊した下げ振りを設けたこ
とを特徴とするレーザ変位計による２次元計測における
相対角度の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27904688A JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27904688A JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126107A true JPH02126107A (ja) | 1990-05-15 |
| JP2640766B2 JP2640766B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17605646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27904688A Expired - Fee Related JP2640766B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | レーザ変位計による２次元計測における相対角度の検出方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640766B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5475783A (en) * | 1993-09-30 | 1995-12-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module, method of manufacturing the same, and sleeve |
| US5596665A (en) * | 1994-10-31 | 1997-01-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module having structure for defining fixing position of sleeve |
| US6315465B1 (en) | 1998-12-21 | 2001-11-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
| US6833999B2 (en) | 2001-02-19 | 2004-12-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module and method of making the same |
| CN107843243A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-27 | 中国冶集团有限公司 | 一种高层建筑外立面激光测量校正系统及方法 |
| JP2020030126A (ja) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社デンソー | 角度検出装置及び角度検出方法 |
| CN111102918A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种立方镜坐标系的自动化测量系统 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP27904688A patent/JP2640766B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN111102918A (zh) * | 2018-10-29 | 2020-05-05 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种立方镜坐标系的自动化测量系统 |
| CN111102918B (zh) * | 2018-10-29 | 2021-07-27 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种立方镜坐标系的自动化测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2640766B2 (ja) | 1997-08-13 |
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