JPH02140614A - レーザを用いた測量方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、２つの基準点にそれぞれ設置したレーザ燈台
から互に回転方向の異なる２つのレーザ光を回転照射し
、計測地点及びその近傍地点にそれぞれ設置したレーザ
受光器でレーザ光を受光することにより計Δ１１地点の
位置を計測するレーザを用いた計測方法に関する。

（従来の技術） 三角ＤＩｍによって角度又は平面位置を求める従来の方
法は、トランシットを操作する７１）Ｊ　ｍ士１名とボ
ールをもつ作業員の少なくとも２名の人員を必要とし、
また作業時間も長時間を必要とした。また、レーザを用
いた。１ＩＪｊ１方法も存在した（特開昭８２−１２７
Ｈ２号）。この方法によれば、２つの基準点にそれぞれ
設置したレーザ燈台から互に回転方向の異なる２つのレ
ーザ光を回転照射し、計測地点に設置したレーザ受光器
で該２つのレーザ光を受光することにより、１つの基準
点及び他の基準点における２つの基準点を結ぶ基準線と
、基準点と計測地点を結ぶ線のなす角度を測定し、該角
度と２つの基準点間の距離とから計測地点の座標を算出
するものである。

（発明が解決しようとする課ＪｊＢ） 上記の方法によれば、格別な熟練を要しないで迅速なり
Ｉ　Ｒを行なうことができ、かつデータの自動記録やコ
ンピュータへの入力が可能となる優れたａｌ　ｍ方法で
あるが、２つの基準点間の距離を計測しなければならな
いという課題があった。

本発明は、従来のこのような課題を解決したレーザを用
いたｎｊ量方法を提供することをその目的としたもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するために、２つの基準点
にそれぞれ、線対称軸から時計方向及び反時計方向に一
定速度でレーザ光を旋回照射するレーザ燈台を、該線対
称軸が２つの基準点を結ぶ基準線と一致するように配置
し、計測地点及びその近傍地点にそれぞれ、前記２つの
基準点に設置したレーザ燈台のレーザ光を各別に受光す
る２つのレーザ受光器を設置し、計１１１１地点の該２
つの受光器でそれぞれ受光した２つの基準点からの時計
方向のレーザ光及び反時計方向のレーザ光の受光時点間
の時間を測定し、該時間と時計方向又は反時計方向のレ
ーザ光の一周期との比から計測地点と２つの基準点とを
結ぶ線と基準線とのなす角度を算出し、また前記近傍地
点と２つの基準点とを結ぶ線と基準線とのなす角度を、
計測地点の場合と同様にして算出し、これらの角度と、
計測地点とその近傍地点間の距離とから計測地点と一基
準点間の距離を算出し、該距離から計測地点の座標を演
算し表示することを特徴とする。

（作　用） 第１図において、ＡＳＢはそれぞれ基準点、Ｃは計測地
点、Ｃ４はその近傍地点であり、ｚＢＡｃ−Ｃ１乙ＢＡ
Ｃ，−α２、ｔＣＢＡ−β１ｚ　Ｃ，ＢＡ−β２、ｔＡ
ＣＢ−φ、ｉ　ＣＣＩＢ−ψ、ＣＣＩ−ｆｉ、ＡＣ−Ｌ
とすると、計測地点Ｃの座標は次のようにして求められ
る。

ΔＡＣＣ，において正弦定理を用いると、正弦定理を用
いると、 となる。また、ΔＡＢＣにおいて、正弦定理を用いると
、 となる。また、ΔＡＢＣＩにおいても、正弦定理を用い
ると、 となる。上記２式より、 となることがわかる。よって、（３）、（６）式より、
となる。上記２式より、 という式が導かれ、この式を変形し、 Ｓｉｎφ−ｋｓｌｎψ となることがわかる。同様にΔＢＣＣ，において、ただ
し、 を得る。ところで、第１図より、 φ＋ψ＋α１　十β２−ｉ　ＣＣＩＢ”１ＡＣＣ１＋ｚ
ＢＡＣ＋　ｉ　ＣＩ　ＢＡ　＝　　２　　πであること
は明らかである。これとく７）式より、−ｋ　　５ｆｆ
ｌψ−−３ｌｆｉφ −−３ｆｆｌ　（２π−ψ−α、−β２）−５ｇ１（ψ
＋αＸ＋β２） −ｓｔｎψ幅（α１＋β２）十幅ψＳｉｎ　（αｒ−１
３２）箕ψ５ｆｌ（ｆｆ＋＋β２）−３ＩＲψ　（ｋ＋
Ｑ）Ｓ　（（Ｘ　ｒ−β２））（０≦ψくπ、０≦α、
＋β２くπ） となる。

ここでまた、ΔＡＢＣについて、正弦定理を用いると、 となる。この式と（４）式より、 となり、さらに（９）式を代入すると、となる。よって
この式より、 ただし、 となり、ＡＣの長さが求められる。

第２図に示すように、計測地点０１基準点Ａ及びＢを含
む水平面上で、基準点ＡをＸ−Ｙ直交座標系の原点とし
、基準点ＡとＢをＸ軸上に載せる・と、計ｎ１地点Ｃの
座標（Ｘｃ、Ｙｃ）は、である。

上記角度α１　β１　Ｃ２及びβ２は次のようにして求
められる。

２つの基準点Ａ及びＢにそれぞれ一定速度で時計方向及
び反時計方向にレーザ光を旋回照射するレーザ燈台を、
時計方向に旋回照射する光と反時計方向に旋回照射する
光が一致する線対称軸が２つの基準点を結ぶ基準線と一
致するように設置する。

基準黒人に設置したレーザ燈台において、第３図に示す
ように基準線から時計方向及び反時計方向にレーザ光Ｃ
１１ｌＡ及びＣＣＷａを旋回照射し、基準点Ｂに設置し
たレーザ燈台において、基準線から時計方向及び反時計
方向にレーザ光ＣＷａ及びＣＣＷａを旋回照射したとき
、レーザ光ＣｗＡ及びＣＣｖ＾とＣ１ａ及びＣＧＶ　Ｂ
の照射方向は、第４図に示すように、時間と共に変化す
る。

第４図において、ｔｌは計測地点Ｃ又は近傍地点Ｃ１に
おけるレーザ光ＣＣＶの受光時点からレーザ光Ｃｗの受
光時点までの時間、ｔｌは計測地点Ｃ又は近傍地点Ｃ，
におけるレーザ光ＣＭの受光時点からレーザ光ＣＣｖの
受光時点までの時間である。

第４図から明らかなように、基準線と、基準点Ａ、Ｂと
計測地点Ｃ又は近傍地点Ｃ１とを結ぶ線とのなす角度θ
と時間ｔＩＳｔ２との間には次の関係がある。

すなわち、 又は、 但し、角度は左回り正、右回りを負とする。

かくて、時間ｒ＋Ｓｊ２をΔｐ１定すれば、上式からα
、　Ｃ２、βｌ　β２が求まるから、この角度と、計測
地点Ｃと近傍地点０１間の距離１を前記０式に代入する
と、計測地点ＣとＩＡ準点Ａ　１１１の距離りが求まり
（１３式から計ｎ１地点Ｃの座標が求まる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面につき説明する。

まず本発明の測量方法の実施に使用する装置について説
明すると、基準点でレーザ光を一定速度で時計方向及び
反時計方向に旋回照射するレーザ燈台と、該レーザ燈台
の線対称軸が２つの基準点を結ぶ基準線に一致するのを
検出する基準線方向検知センサと、２つのレーザ燈台の
レーザ光をそれぞれ検知する２つのレーザ受光器から成
るレーザ受光装置２つと、該レーザ受光器に接続され時
計方向の光と反時計方向の光の受光時点間の時間を測定
する時間測定装置と、該受光時点間の時間と時計方向又
は反時計方向の光の一周期との比を演算し、読比から計
ｉｌｌ地点と２つの基準点とを結ぶ線と基準線とのなす
角度及び近傍地点と２つの基準点とを結ぶ線と基準線と
のなす角度を算出し、該角度と、計測地点と近傍地点間
の距離とから計測地点と一基準点間の距離を算出し、該
距離から計測地点の座標を演算し表示する座標演算表示
装置とを使用する。

ｍ５図は、前記各機器の配置関係を示す。

同図において、Ａ及びＢは基準点、Ｃは計測地点、Ｃ１
は計測地点Ｃから所定圧［Ｍれた近傍地点であって、基
準点Ａには前記レーザ燈台ＩＡと基準線方向検知センサ
２Ａが設置され、基準点Ｂには前記レーザ燈台ＩＢと基
準線方向検知センサ２Ｂが設置され、また計ｎ）地点Ｃ
にはレーザ燈台ｌ＾及びＩＢのレーザ光を検知するレー
ザ受光装置３が設置され、その近傍地点Ｃ７にも同様の
レーザ受光装置４が設置される。さらに計測点Ｃには、
前記時間測定装置５及び座標演算表示装置６が設置され
る。

第６図及び第７図は、レーザ燈台ＬＡ、　ＩＢを示す。

同図において、７は垂直方向にレーザ光を照射するレー
ザ発振器、８は該レーザ発振器７のレーザ光の光軸上に
回転軸が配置され一定速度で回転する回転体で、該回転
体８は、２つのプリズム９．及び９２とミラーｌＯとを
具備する。１１は断面り形をなす棒状の固定ミラーであ
る。

この構成によれば、第６図示のように、レーザ発振器７
からのレーザ光はプリズム９．を経てミラー１０から水
平方向にレーザ光ＣＣＶを照射すると共に該ミラーｌＯ
、プリズム９２を経て固定ミラーＩＩから水平方向にレ
ーザ光Ｃｖを照射する。

このレーザ光ＣＣνとＣ′ｌｄはプリズム９．と９２が
第７図示の位置では同方向すなわち、線対称軸方向に照
射し、第７図の矢示方向Ｒに回転体８が回転すると、レ
ーザ光ＣＣＶは反時計方向に、レーザ光Ｃｌ１ｌは時計
方向に同一速度で旋回照射する。

このレーザ燈台ＬＡ及びｌＢは、第５図示のように、三
脚１２上に互に高さを異ならせて搭載されており、また
レーザ燈台ＩＡの上には、レーザ燈台ＩＢのレーザ光を
受光する基準線方向検知センサ２Ａが、レーザ燈台ＩＢ
の下にはレーザ燈台ＩＡのレーザ光を受光する基準線方
向検知センサ２Ｂが配置されている。該基準線方向検知
センサ２Ａ。

２Ｂは、第８図示のように、フォトダイオード１３と増
幅整形回路１４と、パルス間隔判別回路１５と、表示回
路１６とから成り、例えば第９図に示すように、基準点
Ｂ（又はＡ）に設置した基準線方向検知センサ２Ｂ（又
は２Ａ）のフォトダイオード１３で基準点Ａ（又はＢ）
のレーザ燈台ＩＡ（又はＩＢ）からのレーザ光Ｃν及び
ＣＣＶを受光し、パルス間隔判別回路】５でレーザ光Ｃ
νとＣＣｖの受光時点間の時間をδ−１定し、レーザ燈
台ＩＡ（又はＩＢ）の据付角を矢示方向に微調整して該
時間が許容時間内になった時、表示回路■６の表示器で
線対称軸が基準線と一致したことを表示するように構成
されたものである。計測地点Ｃ及びその近傍地点Ｃ７に
それぞれ設置するレーザ受光装置３及び４は、第５図示
のように、レーザ燈台ＩＡ及びＩＢのレーザ光を各別に
検出するレーザ受光器３＾及び３Ｂ並びにレーザ受光器
４Ａ及び４Ｂから成り、前記時間ｎ１定装置５及び座標
演算表示装置６と共に同一の支持部材１７で支持されて
いる。

前記レーザ受光器３Ａ、　３Ｂ、　４Ａ及び４Ｂは、例
えば、第１０図に示すように、フォトダイオード１８、
及び１８２と、増幅整形回路１９．及び１９２と、方向
判別回路ｚＯとから成り、フォトダイオード１８□及び
１８゜は、レーザ受光器３Ａ、　４Ａでは、レーザ燈台
ＩＡ、レーザ受光器３Ｂ、　４Ｂではレーザ燈台ＩＢの
時計方向のレーザ光Ｃｗと反時計方向Ｃｗとを区別する
ために平面的に微小距離離れて配置され、方向判別回路
２０は、時計方向のレーザ光Ｃνと反時計方向のレーザ
光ＣＣＶの受光順序を判別するものである。

前記増幅整形回路１９１に接続される時間測定装置５の
時間測定回路５＾は、例えば第１１図に示すように、該
増幅整形回路ＩＬからのパルスにより開かれ次いで閉じ
られるゲート回路２１と、該ゲート回路２１の入力側に
接続された水晶発振回路２２と、出力側に接続されたカ
ウンター回路２３とから成る。

前記座標演算表示装置６は、第１２図に示すように、前
記時間測定装置５の時間測定回路５＾を介してレーザ受
光器３＾、３８１４＾及び４Ｂにそれぞれ接続された時
間−角度変換部２４ｊい２４Ｂ−２４４Ａ及び２４４Ｂ
と座標計算部２５と表示部２６とから成る。

前記時間ｉ１！１定回路５＾でそれぞれ測定された前記
時間【Ｉ及びｔ２と方向判定回路２０で行なわれた角度
変換の符号判断とから前記各時間−角度変換部２４．Ａ
及び２４．Ｂは、計測地点Ｃと基準点Ａ及びＢとを結ぶ
線と基準線とのなす角度α１及びβ１を算出するもので
あり、前記各時間−角度変換部２４４Ａ及び２４４Ｂは
、近傍地点Ｃ３と基準点Ａ及びＢとを結ぶ線と基準線と
のなす角度α２及びβ２を算出するものであり１、座標
計算部２５は、前記内角α１　β１　α２及びβ２と、
予め測定され記憶された計測地点Ｃと近傍地点０１間の
距ｆｌｌを前記■に代入して計測地点Ｃと基準点Ａ間の
長さしを算出し、該長さしを前記０３式に代入してＸ−
Ｙ直交座標における座標値を算出するものであり、表示
部２６は計測地点Ｃの座標値を表示するものである。

前記座標計算部２６に予め求める座標を事前に入力して
おけば、表示部２６に計測地点Ｃの移動方向を表示する
ようにすることもできる。

該ｉｍ　ｍ装置を用いて、計測地点の座標を求めるＤＪ
ｆｆｉ方法について説明すると、第５図に示すように、
レーザ燈台ＩＡ及びＩＢをそれぞれ基準点Ａ及びＢに配
置し、先ず、基準線方向検知センサ２Ｂが線対称軸と基
準線が一致したのを表示するまでレーザ燈台ＬＡの据付
角を微調整する。レーザ燈台ＩＢの据付角も、基準線方
向検知センサ２＾を用いて微調整する。次いで、計１１
−１地点Ｃに設置したレーザ受光器３＾でレーザ燈台ｌ
＾からの時計方向及び反時計方向のレーザ光を、レーザ
受光器３Ｂでレーザ燈台１Ｂからの時計方向及び反時計
方向のレーザ光をそれぞれ受光し、レーザ受光器３Ａ及
び３Ｂにそれぞれ接続された時間ｎ１定回路５Ａでレー
ザ燈台ｌ＾及びＩＢからの時計方向のレーザ光の受光時
点と反時計方向のレーザ光の受光時点間の時間を測定し
、前記座標演算表示装置６の時間−角度変換部２４３Ａ
及び２４．Ｂで基準点Ａと計測点とを結ぶ線と基準線と
のなす角度α１及び基準点Ｂと計測点とを結ぶ線と基準
線とのなす角度β１を、前記（１４Ａ）（１４Ｂ）式に
前記時間を代入することによって算出する。

一方、近傍地点Ｃ１に設置されたレーザ受光器４Ａでレ
ーザ燈台ＩＡからの時計方向及び反時計方向のレーザ光
を、レーザ受光器４Ｂでレーザ燈台ＩＢからの時計方向
及び反時計方向のレーザ光を、それぞれ受光し、レーザ
受光器４Ａ及び４Ｂに接続された時間測定回路５Ａでそ
れぞれレーザ燈台ＩＡ及びＩＢからの時計方向のレーザ
光の受光時点と反時計方向のレーザ光の受光時点間の時
間を測定し、前記座標演算表示装置６の時間−角度変換
部２４４Ａ及び２４４Ｂで基準点Ａと近傍地点Ｃ４とを
結ぶ線と基準線とのなす角度α２及び基準点Ｂと近傍地
点Ｃ１とを結ぶ線と基準線とのなす角度β２を、前記（
１４Ａ）（１４Ｂ）式に前記時間を代入することによっ
て算出し、座標計算部２５で前記時間−角度変ａ部２４
ｉ＾、２４ｉａ、　２４４Ａ及ヒ２４４ｓテｌｌ！Ｉ定
された角度α１、β１　α２及びβ２と、計測地点Ｃと
近傍地点０１間の距離ｌを前記（１２１式に代入するこ
とによって計測地点Ｃと嘩準点Ａ間の距ＭＬを求め該距
ＭＬと角度α１を１３式に代入することによって計測地
点Ｃの座標を算出し、表示部２６で該座標を表示する。

前記座標演算表示装置６としては、マイクロコンピュー
タを用いることができ、また、計測地点を、直交座標の
代りに極座標で表わすことができる。

（発明の効果） 本発明は、上述の構成を有するから、２つの基準点間の
距離を計測することなく、計測地点の座標を求めること
ができ、また、ハ１量を一人で迅速かつ高精度に行なう
ことができるなどの効果を有し、通常の７１１１の他、
移動ロボットなどの位置計測および制御などに用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の原理説明図、第３図及び第
４図は本発明に使用するレーザ燈台のレーザ光の説明図
、第５図は本発明に使用する機器の配置状態を示す説明
図、第６図及び第７図は前記レーザ燈台の一部截断側面
図及び平面図、第８図は基準線方向検知センサのブロッ
ク図、第９図は該ＩＡ卓綿線方向検知センサ使用してレ
ーザ燈台の設置を微調整する説明図、第１０図はレーザ
受光器のブロック図、第１１図は時間測定回路のブロッ
ク図、第１２図は本発明に使用する機器の接続状態を示
すブロック図である。 ｌ＾、ＩＢ・・・レーザ燈台 ２Ａ、　２Ｂ・・・基準線方向検知センサ３．４・・・
レーザ受光装置　　５・・・時間ｎ１定装置６・・・座
標演算表示装置　７・・・レーザ発振器。 第１図 第３図 第２図 第４図 第５図 Ａ 第８図 第９図 す 第６図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの基準点にそれぞれ、線対称軸から時計方向及び反
   時計方向に一定速度でレーザ光を旋回照射するレーザ燈
   台を、該線対称軸が２つの基準点を結ぶ基準線と一致す
   るように配置し、計測地点及びその近傍地点にそれぞれ
   、前記２つの基準点に設置したレーザ燈台のレーザ光を
   各別に受光する２つのレーザ受光器を設置し、計測地点
   の該２つの受光器でそれぞれ受光した２つの基準点から
   の時計方向のレーザ光及び反時計方向のレーザ光の受光
   時点間の時間を測定し、該時間と時計方向又は反時計方
   向のレーザ光の一周期との比から計測地点と２つの基準
   点とを結ぶ線と基準線とのなす角度を算出し、また前記
   近傍地点と２つの基準点とを結ぶ線と基準線とのなす角
   度を、計測地点の場合と同様にして算出し、これらの角
   度と、計測地点とその近傍地点間の距離とから計測地点
   と一基準点間の距離を算出し、該距離から計測地点の座
   標を演算し表示することを特徴とするレーザを用いた測
   量方法。