JPH0411806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は２本のレーザー光線を用いた角度検出
方法および装置に関する。

［従来の技術］ 三角測量によつて角度又は平面位置を求める従
来の方法はトランシツトを用いて行うのが普通で
あり、トランシツトによる場合はトランシツトを
操作する測量士１名とポールをもつ作業員の少な
くとも２名の人員を必要とし、また作業時間もか
かるものであつた。

そこで本出願人はレーザーを用いて測量を行う
方法について先に特許出願を行つた（特開昭62−
50616号公報参照）。この方法によれば格別な熟練
を要せずして迅速に測量を行うことができ、かつ
データの自動記録やコンピユータへの入力が可能
となり、優れた測量方法であるが、基準点と計測
点間での通信（実用的には無線）が必要であり、
無線の誤作動等による測量誤差の危険性があつ
た。

その他の従来技術としては、例えば特開昭56−
117110号公報には発光手段を有する漂流ブイを用
いた位置測定方法が記載されている。しかし、こ
の技術では固定点間のデータ伝送が不可欠であ
り、それによる時間遅れが精度及びリアルタイム
な処理能力という点で悪影響を及ぼす。また、固
定点間に障害物があると計測自体が不可能であ
る。さらに、固定点側で測定点の位置が求められ
るので、特にロボツトの様に現在位置を入力しつ
つ制御をする場合には不適当である。これに加え
て、この従来技術では発光手段からの光が距離の
３乗に比例して光量が減少するため、発光源であ
る固定点と受光箇所である測定点との距離を長く
することが出来ない。これに関連して、この従来
技術では外乱光対策が必要であり、その分だけ演
算処理が複雑化し、或いは計測精度が低下してし
まう。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提
案されたもので、レーザを用いた測量方法の長所
をそのまま生かし、基準点と計測点間での通信に
用いる無線装置の誤作動、その他に起因する測量
誤差を生じることとないレーザーを用いた角度検
出方法及び装置の提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明による２本のレーザー光線を用いた角度
検出方法によれば、計測用と固定点である基準点
にレーザー燈台を設置し、該レーザー燈台から２
本のレーザー光線を水平面内においてむらのない
同じ旋回速度で互いに逆回転する様に旋回照射
し、該２本のレーザー光線に関して角度的に中心
に位置する線を基準線とし、計測点にはレーザー
光を検知するセンサーおよび正確な時間測定装置
を設置し、レーザー燈台により照射される２本の
レーザー光線を検知する時間間〓を計測し、これ
を演算装置に入力して計測点とレーザー光線の基
準線とのなす角度に変換するようになつている。

また本発明による２本のレーザー光線を用いた
角度検出装置によれば、計測用の固定点である基
準点にレーザー燈台を設け、該レーザー燈台は２
本のレーザー光線を水平面内において互いに同じ
旋回速度で逆回転する様に回転照射する機構を内
蔵しており、計測点で２本のレーザー光を検知す
る計測点用センサーと、計測点で２本のレーザー
光を受光する時間間〓を測定する時間測定装置
と、計測点で２本のレーザー光の受光した時間の
時間間〓から前記２本のレーザー光線に関して角
度的に中心に位置する基準線と計測点とのなす角
度を演算し表示する角度演算表示装置とを備えて
いる。

［作用効果の説明］ ２本のレーザー光線を水平面内において同じ旋
回速度で互いに逆回転するので、２本のレーザー
光線の角度的に中心の線すなわち基準線は不変で
ある。したがつて２本のレーザー光線の経路の差
から計測点におけるセンサが受光する時間に間〓
すなわち差が生ずる。この時間間〓から２本のレ
ーザー光線の基準線と計測点とのなす角度を求め
ることができる。それ故に、レーザを用いた測量
方法の長所をそのまま生かし、基準点と計測点間
での通信に用いる無線装置の誤作動等による測量
誤差を生じないような測量が達成されるのであ
る。

そして、基準線と計測点とのなす角度は計測点
において求めることが出来るので、レーザー燈台
を２台用いて平面位置を求める場合でも、固定点
（レーザー燈台）間のデータ伝送が不要であり、
時間遅れがないリアルタイムで且つ精度の高い処
理が可能である。また、障害物がある場合には基
準点を移動すれば計測或いは測量には全く影響が
無い。さらに、測定点にてその位置を特定するこ
とが可能なので、特にロボツトの制御等に好適で
ある。これに加えて、散乱が極めて小さなレーザ
ー光線を用いているため、発光源である基準点で
ある固定点と計測点である受光箇所との距離を長
くすることが出来て、しかも、外乱光対策が不要
である。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の角度検出装置２
組を使つた実施例につき説明する。

まず本発明の測量方法を実施するに際して使用
する装置について説明すると、基準点ＡおよびＢ
で２本のレーザー光線を水平面にむらのない同一
の旋回速度で互いに逆方向に回転照射するレーザ
ー燈台１Ａおよび１Ｂと、計測点Ｃでそれらのレ
ーザー光を検知する計測点用センサー３と、レー
ザー光を受光する時間間〓を測定する時間測定装
置４（受光間〓測定回路）と、レーザー光の受光
時間間〓から基準線（すなわち２本のレーザー光
線に関し角度的に中心に位置する線）と計測点と
のなす角度を求めその値と基準点間の距離から計
測地点の座標を演算し表示する座標演算表示装置
５（マイクロコンピユータ）とを用いる。

第１図および第２図に前記各機器の配置関係を
示し、ＡおよびＢは基準点、Ｃは計測地点であ
り、基準点Ａには前述のレーザー燈台１Ａと他方
のレーザー燈台１Ｂの基準線方向を検知する基準
線検知センサー２Ａが設置され、また基準点Ｂに
はレーザー燈台１Ｂと他方のレーザー燈台１Ａの
基準線方向を検知する基準線検知センサー２Ｂが
設置され、また計測地点Ｃにはレーザー燈台１Ａ
およびレーザー燈台１Ｂのレーザー光を検知する
計測点用センサー３が設置され、さらに計測点Ｃ
には前述の時間測定装置（受光間〓測定回路）４
および座標演算表示装置（マイクロコンピユー
タ）５が設けられる。ｌは基準点Ａと基準点Ｂ間
の距離であり、あらかじめ計測する。

計測地点Ｃにおけるレーザー光受光時間間〓と
角度の関係を第３図および第４図を参照し説明す
ると、計測地点Ｃで観測可能な値は時間間〓t1，
t2，t3…である。基準方向と計測点のなす角度は
θはθ＝（t1−t2）／（｜t1−t2｜）×t2／（t1＋
t2）×180°で表わせる。

ただしt1はccω（基準線に対して反時計回りレ
ーザー光線）→cω（基準線に対して時計回りレー
ザー光線）の時間間〓、t2はcω−ccωの時間間〓
である。

第５図および第６図にレーザー燈台１の詳細を
示し、レーザー燈台１は前述のようにレーザー光
線を水平面内に互いに逆方向に回転照射して基準
線に対して反対方向に同じ速度で回転する２本の
光線を照射するようになつており、レーザー発振
器１１と、レーザー発振器１１からのレーザー光
線を基準線に対して反対方向に同じ速度で回転す
る２本の光線cω、ccωとして照射するための固
定ミラー１２と、レーザー発振器と固定ミラーが
設けられていてむらのない旋回速度で旋回する回
転体１３とからなつている。

第７図および第８図に基準線検知センサー２を
示し、第７図に示すように基準線の方向ではcω、
ccωのレーザー光線が同時に受光されるので、こ
れを検出し、レーザー燈台１の据付角を微調整す
る。第８図に基準線検知センサーの回路を示し、
フオトダイオード２１、増幅整形回路２２、パル
ス間〓判別回路２３、表示回路２４とからなり、
レーザー光をフオトダイオードで検出し、cω、
ccωのレーザー光受光時間間〓が許容時間内であ
れば表示する。

第９図に計測点用センサー３を示し、時間計測
用、方向判別用のフオトダイオード３１，３４
と、各別の増幅整形回路３２，３２と、方向判別
回路３３とからなつており、cω、ccωレーザー
光を区別するために、フオトダイオード３１，３
４は平面的に微少距離離れており、受光順序によ
り方向判別するようにする。またレーザー燈台１
Ａ用のセンサーと２Ｂ用のセンサーは高さを変え
て区別するようにする。

第１０図に受光時間測定回路４を示し、水晶発
振回路４１、ゲート回路４２、カウンター回路４
３とからなつている。

座標演算表示装置５としてはマイクロコンピユ
ータを用いて、直交座標、極座標などに変換し、
座標表示あるいは求める座標値を事前入力するこ
となどにより移動方向表示などを行う。

第１１図に全体機能図を示し、レーザー燈台１
Ａ，１Ｂに設けた基準線検知センサー２Ａ，２Ｂ
により、２光線cω、ccωの基準線が各々他方の
基準点Ａ，Ｂの方向に合うようにレーザー燈台１
Ａ，１Ｂの据付角を微調整する。レーザー燈台１
Ａ，１Ｂをむらのない旋回速度で旋回してレーザ
ー光cω、ccωを照射する。レーザー光cω、ccω
を計測点用センサー３Ａ，３Ｂのフオトダイオー
ド３１，３２でそれぞれ検出し、増幅整形回路３
２，３２を経て方向判別回路３３に入力して角度
変換の符号判断を行い、また受光間〓測定回路４
Ａ，４Ｂにより２光線cω、ccωを検出する時間
間〓を計測する。そして座標演算表示装置５の時
間・角度変換機能５１，５１によりレーザー光
cω、ccωの受光時間間〓から基準線と計測点Ａ，
Ｂのなす角度を求め、その値と基準点間距離入力
機能５２に入力されている基準点間の距離ｌから
座標計算機能５３により計測地点Ｃの座標を計算
し、表示機能５４で表示する。

［発明の効果］ 本発明による場合は、レーザー燈台は線対象な
２光線を照射できるレーザー燈台を必要としてレ
ーザー燈台がやや複雑なものとなるが、計測地点
での無線装置が不要で全体としてそれほどコスト
アツプにならず、無線の誤動作による計測誤差を
回避することができる。本発明による利点を挙げ
れば次のようである。

測量が一人で行える。平面上の任意の位置
で計測できる。同時に何点かの位置が計測でき
る。瞬時に計測できる。動きながら計測も可
能である。取扱いが簡単であつて熟練を要しな
い。かなりの精度で計測できる。装置は小
型、計量で安価に提供できる。測量範囲は300
ｍ程度まで可能である。データの自動記録やコ
ンピユータへの入力が可能である。

利用分野としては、通常の測量、移動ロボツト
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】

図面は本発明の実施例を示し、第１図および第
２図は機器の配置関係を示す平面図および正面
図、第３図および第４図は計測地点におけるレー
ザー光受光時間間〓と角度の関係を示す説明図、
第５図および第６図はレーザー燈台の正面図およ
び平面図、第７図および第８図は基準線検知セン
サーの配置図および基準線検知センサー回路図、
第９図は計測点用センサー回路図、第１０図は受
光間〓測定回路図、第１１図は全体機能図であ
る。 １Ａ，１Ｂ……レーザー燈台、２Ａ，２Ｂ……
基準線検知センサー、３Ａ，３Ｂ……計測点用セ
ンサー、４Ａ，４Ｂ……時間測定回路、５……座
標演算表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 計測用の固定点である基準点にレーザー燈台
   を設置し、該レーザー燈台から２本のレーザー光
   線を水平面内においてむらのない同じ旋回速度で
   互いに逆回転する様に旋回照射し、該２本のレー
   ザー光線に関して角度的に中心に位置する線を基
   準線とし、計測点にはレーザー光を検知するセン
   サーおよび正確な時間測定装置を設置し、レーザ
   ー燈台により照射される２本のレーザー光線を検
   知する時間間〓を計測し、これを演算装置に入力
   して計測点とレーザー光線の基準線とのなす角度
   に変換することを特徴とするレーザーを用いた角
   度検出方法。 ２ 計測用の固定点である基準点にレーザー燈台
   を設け、該レーザー燈台は２本のレーザー光線を
   水平面内において互いに同じ旋回速度で逆回転す
   る様に回転照射する機構を内蔵しており、計測点
   で２本のレーザー光を検知する計測点用センサー
   と、計測点で２本のレーザー光を受光する時間間
   〓を測定する時間測定装置と、計測点で２本のレ
   ーザー光の受光した時間の時間間〓から前記２本
   のレーザー光線に関して角度的に中心に位置する
   基準線と計測点とのなす角度を演算し表示する角
   度演算表示装置とを備えたことを特徴とするレー
   ザーを用いた角度検出装置。