JPH04175608A - 動いている平面の水準測定方法及び水準傾きの検出装置 - 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］ 本発明は水平に設定された定盤２機器類、装置等のベー
スなどの水準器を検出すると共に、水準でない場合その
傾いている方向を特定することができる水準測定方法及
び水準傾きの検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 水平に設置、設定されたものの水準を検出する方法とし
ては、水準器を使用することが最も一般的である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の水準器は管状の密閉容器内に水銀と一つ
の気泡を入れ、その気泡が容器の中心に位置するか偏在
するかで水準であるかどうかを判定しているため、水平
面に対してはその向きを変え乍ら水準器を設置しなけれ
ば、当該水平面のどの方位において傾きがあるかという
ことは検出できないという問題があった。また、傾きが
どの方向であるかを検出するためには、何度も水準器の
向きを変えなければならず、更に、傾きがある、つまり
水準でないことを検出してもその向きを精度高く特定す
ることはできない。

また、従来の水準器は、その構造上、測定対象が静定さ
れたものでなければ、水準の測定はできないものが大半
である。

本発明は従来の水準測定における上記のような問題点に
鑑み、静定的なものでも動的なものでも１回の測定操作
で、測定平面が水準であるが否がと、水準でない場合の
傾きの方向や度合を検出することができる水準測定方法
及びそのための装置を開発することを課題としてなされ
たものである。

〔課題を解決するための手段３ 上記課題を解決するためになされた本発明において、測
定方法の構成は、測定平面上に立設状態で載置できる基
準部材に、平面内の全方向に自由揺動する重錘部材を支
持させ、水準測定時、上記重錘を自由揺動させると共に
、この揺動状態を当該重錘の周囲の少なくとも４箇所に
おいて適宜の検出手段で検出し、この検出信号を演算処
理することにより、前記平面が水準にあるが否が及び水
準にないときのその傾き方向を特定することを特徴とす
るものであり、また、この方法を実施する装置の構成は
、測定平面上に立設姿勢で載置できる基準部材に、平面
内の全方向に自由に揺動できるようにして重錘を吊下す
ると共に、前記重錘の揺動する周囲に、当該重錘の揺動
を電気的又は磁気的若しくは光学的に検出する複数の検
出手段を、各検出手段の２個が対向するようにして配設
する一方、これらの対向させた検出手段の出力を取出し
て比較演算処理する検出信号処理手段と、この処理手段
の出力を受けて駆動される表示手段とを設けたことを主
な特徴とするものである。

［作　用］ 測定平面上に立設姿勢で載置できる基準部材に吊下した
重錘は平面内の全方向に自由揺動できるので、二〇重錘
は基準部材が測定面に置がけるだけで自由に揺動し始め
、この自由揺動が継続して振動状態となる。

この振動状態を、吊ドした重錘の周囲に配設された複数
の対向設置した検出手段により、例えば電気信号で検出
し、この検出信号を解析することにより、基準部材が載
置された測定平面が水準にあるかどうか、水準にないと
きにはどの方向に関して傾いているかということ並びに
その程度を検出する。

（実施例］ 次に、本発明の実施例を図に拠り説明する。

第１図（ａ）は本発明方法に使用する検出器本体の一例
の縦断面図、第１図（１））は第１図（ａ）の■−■線
断面図、第２図（ａ）は本発明方法に使用′する使出器
本体の他の例の縦断面図、第２図（１））は第２図（ａ
、）の■−■線断面図、第コ３図（ａ）は検出器本体に
おける別個の要部の斜視図、第３図（１））は同じく検
出器本体の他の例の縦断面図、第４図（ａ）は水準状態
における吊杆１重錘と検出手段の関係の一例を示す模式
図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の状態における検出手
段の出力波形の一例を示す波形図、第５図（ａ）は基準
平面が傾いた状態における吊杆２重錘と検出手段の関係
の一例を示す模式図、第５図（ｂ）は第５図（Ｆｌ）の
状態における検出手段の出力波形の一例を示す波形図、
第６図は第１図の検出器本体における検出手段の検出出
力を処理して本発明水準装置を構成する機能ブロック図
である。

第１図（ａ）、　（ｂ）に於て、１は本発明装置に含ま
れる検出器本体の基準部材となる筒状本体、２はこの本
体１の天蓋部材で、中央部に凹球面を有する窪みが受座
３として形成されている。受片：３は第２図（ａ）に示
すような凹球面を有する穴でもよい。

４は−Ｉ−記受片３に載架支持される下端面が微小な球
面状部４ａに形成された逆円錐状をなす支持部材である
。５は重錘６の支持体たる吊杆で、略口状に形成された
その−１一部が」−記支持部材４の」−面中央に取付け
られると共に、下半側が天蓋部材２に形成した孔２ａを
貫通させられている。而して、支持部材４には受座３と
天蓋部材２の間に柔らかいコイルバネ５ａを介在させ、
支持部材４の下端の球面状部４ａと受座３のフリクショ
ンを軽減している。フリクションの軽減のさせ方として
は、球面状部４ａと受座３に同極の磁性を付与すること
によっても実現できる。

上記吊杆５の下半側は、ここでは筒状本体１の内部にお
いて支持部材４の中心と同軸」−に位置するように形成
され、この部分に重錘６がネジ機構６ａなどにより上、
Ｆ位置調整自在に取付けられている。

尚、重錘６の上、ド位置は、その揺動乃至は振動周波数
を調整したら固定する。ここで、重錘６は吊杆５の上部
側、つまり、支持点の近傍に位置付けると振動周波数が
高くなるので、本発明方法による水準度並びにその傾き
の検出精度が高まる。

以上の各部材１〜６の構成によって、上記重錘６は筒状
本体１の内部でその受座３と支持部材４の当接面におい
て平面上のあらゆる方向に揺動可能に吊杆５に吊下支持
される。

本発明において、重錘６を平面内で自由に揺動ないしは
振動させるための構造は、上記例に限られるものではな
く、他の任意の構造、例えば、第２図（ａ）、　（ｂ）
に示す構造とすることが出来る。第２図（ａ）、　（ｂ
）において、第１図（ａ）、　（ｂ）と同一符号は同一
部材を示す。

また、受座の構造としては、第３図（ａ）に示すように
重錘６を有する吊杆５を交叉するピボット軸３１０．３
２０により支持するようにしてもよい。ここで、ピボッ
ト軸３２０は上記の天蓋部材２に回転自在に支持される
。

一方、第３図（′０）に示すように、基準部材たる皿状
本体１１Ｏの中央に重錘受杆２１を立設すると共に該受
杆２１の」二端球状尖端２１ａに形成する一方、この尖
端２＋ａに、下面が凹面３１ａに形成された支持ブロッ
ク３１を支持させると共に、この支持ブロック３１から
放射状に延設した４本の支持杆５Ｉに、環状の重ｆｉ６
１を支持させるように構成してもよい。

上記の重錘６，６１は、自由揺動可能に支持されている
ため、基準部材としての筒状本体１１皿状本体１１が少
し傾く、即ち、これら本体ｌ、１１がおかれた測定平面
が水準から外れているど揺動が起こり、それが持続、つ
まり、振動することとなる。

従って、揺動のし始めを検出すれば、基準平面に傾きが
発生したことを検出することができる。

ここで、前記重錘６，６１が例えば、前後方向で揺動し
始め、これが継続して振動状態になると、この振動が前
、後の検出手段に検出されるので、前記本体１．ＩＩの
傾きがいずれの側に生じたのか、或は、傾きの度合はど
の程度かといったことは、検出手段の出力だけでは検出
９判別できない。

本発明ではこのような状態において、迅速且つ正確に、
測定平面の傾きの有無や傾きの方向、或は、傾き度合を
、簡単な構造で検出できるようにした。以下、この部の
構成について第１図、第２図により説明をする。

第１図、第２図において、７は上記吊杆５の下端に取付
けた平円板状の光遮蔽板で、ここでは平面円形に形成さ
れている。８．９．１０．１１は上記遮蔽板７の外周上
において、この板７を上下から挟む態様で基準部材であ
る筒状本体１の下端に平面９０度ピッチで配設した、例
えば、ホトインタラプタなどによる検出手段である。８
ａ〜ｌｌａ、８ｂ〜ｌ】ｂはホトインタラプタの場合、
発光部と受光部である。光遮蔽板７と検出手段８〜１１
は、吊杆５のできるだけ下端側に設けることが望ましい
。小さな傾きでも感度よく検出するためである。尚、第
３図（ｂ）において、第１図、第２図と同一符号は同一
部材を示す。

而して、上記の各検出手段８〜１１は、筒状本体１が水
準状態の測定平面ＢＨ上に鉛直、つまり、本体１と吊杆
５とが共に鉛直な姿勢にあるときは、いずれの検出手段
８〜１１も信号を生じないが、−例として、筒状本体ｌ
が第１図において左側に傾くと、検出手段１０のホトイ
ンタラプタの受光側に信号が生じるようになっている。

また、筒状本体１が各検出手段８〜１１の中間側、つま
り、傾めに傾いていると、対応する側の２つの検出手段
に信号が発生する。

従って、いま、遮蔽板７と各検出手段８〜１１の関係を
平面から見て第１図、第２図の（ｂ）に示すように位置
付けたとすると、検出手段８の出力は基準部材たる筒状
本体Ｉの右傾を、検出手段９の出力は前記本体１の前傾
（向う側への傾き）を、検出手段１０の出力は前記本体
１の左傾を、検出手段１１の出力は前記本体１の後傾（
手前側への傾き）を、それぞれ示すことになる。また、
検出手段８゜９、又は、同９，１０、若しくは、同１１
．８の、夫々の同時出力は、基準部材たる筒状本体１が
それぞれ前後、或は、左右において斜めに傾いているこ
とを示すこととなる。

この結果、上記各検出手段８〜１１のいずれから最初の
出力が得られるかということを検出すれば、筒状本体ｌ
が載置された測定平面が当初いずれの方向に傾いたこと
を知ることができるので、本発明検出器は、この機能だ
けでも水準器として使用することができる。

上記例の説明において、対向する検出手段８と同１０、
同じく検出手段９と同１１は、遮蔽板７に対し、鉛直時
を除いて、つまり、少しでも筒状本体１に傾きが生じる
と、直ちにその旨の信号を検出するように位置決めして
設けるよりは、筒状本体１に多少の傾き、例えば、基準
平面ＢＨの１度前後といった微小角度の傾きでは、それ
を検出することがない、即ち、不感帯を有するように位
置決め設定することが望ましい。

これは傾きに対し余り感度を鋭くすると、各検出手段８
〜１１の出力にいわゆるチャタリングが表われ、却って
、測定平面Ｂ）Ｉの傾きの検出がしにくくなるからであ
る。

しかし乍ら、本発明水準器は、移動したり水準状態にあ
る静定状態から傾くことがある測定平面Ｂ）Ｉを有する
対象に取付けて、当該対象の水準器、並びに、水準にな
い場合の傾きの方向を迅速且つ正確に検出することを目
的としているので、以下にこの目的に対応した構成につ
いて説明する。

而して、上記で説明した水準器は、それを取付けた測定
平面ＢＨを有する対象が移動したり傾いたりすると、重
錘６を取付けた吊杆５は、自由揺動可能にその取付部材
４が受座３に載架支持されているため、対象の移動等に
起因する吊杆５の揺動が振動状態となって継続すること
となる。

二こで、基準部材の筒状本体１に鉛直軸に対する傾きが
なければ（第４図（ａ）参照）、重錘の振動により、例
えば、検出手段８．１０に検出される信号は、第４図（
ｂ）から明らかなＪ：うに、路間等の出力値である。

しかし乍ら、吊杆５の揺動が、基準部拐の筒状本体１が
鉛直軸に対して傾いた状態（第５）図（２＋）参照）に
おいて続くと、その揺動に沿った方向に位置する検出手
段、例えば、検出手段８と１．０とに得られる検出出力
は、第５図（１））から明らかなように異ったものとな
る。

そこで、本発明では、−例として上記検出手段８又は１
０から出力が得られる時間を計測してこれを比較したり
、或は、検出手段８．ＩＯの検出出力をパルス信号で取
出すようにしておき、両出力を比較して演算処理するこ
とにより、上記例の場合、対象がいずれの検出手段８，
１０に関してより傾いているか、つまり、傾きの方向を
検出すると共に、検出手段８の単位時間における出力（
波形の面積やパルス数）を計測演算してこの傾きの度合
な検出するようにした。

ここで、本発明では、重錘が振動状態にあるときでも、
傾き検出の不感帯を、次のように設定することがある。

即ち、重錘６は筒状本体ｌが鉛直軸に対し傾いていない
場合でも、筒状本体１の取付対象の挙動によって自由に
揺動をすることがあるが、この場合、その揺動の前後に
配設された検出手段８，１０、又は、同９，１１が、は
ぼ均等な検出出力を供給することは先に述べた通りであ
る。そこで、本発明では、対となる検出手段８．ＩＯｌ
又は、同じく検出手段９．１１の検出出力の差を常時み
ておき、偏差ゼロ（又は予め設定した所定偏差内）では
、筒状本体１に傾きはないとする中立帯乃至は不感帯を
設定し、この設定条件下で前記の対の検出手段の出力に
偏差が検出されたとき、その向きにおいて傾きがあると
判断するようにするのである。

尚、検出手段８〜１１の一例として設けたホトインタラ
ブタにおいて、その発光部８８〜ｌｌａがパルス光を受
光側８ｂ〜１１１）へ照射するタイプのものを使用する
ことにより、各手段８〜１１の検出出力をパルス波形で
得るようにできる。このようにパルス波形なよる出力が
ある検出手段では、発光部の発光周波数を変調すること
により検出感度、或は、検出精度を任意に調整すること
が可能になる。

また、上記のような出力を得る検出手段としては、磁気
エンコーダのような構造のものを用いることもできる。

第６図は上記検出手段８〜＋１の出力信号の処理部の一
例を示す機能ブロック図で、本発明水準測定装置の一例
を示すブロック図である。

第６図に於て、１２〜１５は各検出手段８〜１１に接続
された検出回路で、例えば、各検出手段８〜１１におい
て出力８ｓｘｌｌｓのある時間をグロックパルスで計測
する回路、又は、検出手段出力のパルス数を計数するカ
ウンタ回路により形成されている。

１６〜１９は、各検出手段８〜１１において同時に１１
′。

に隣り合う２つの検出手段から検出出力がある場合にお
いて、隣り合う雨検出手段の検出回路１２〜・＋５の出
力の加算値を検出する加算検出回路で、２つの検出手段
からの入力がなければ作動しないゲート（図示せず）を
具備している。

２０〜２３は、上記の各検出回路１２〜１５、及び同１
６〜１９において、対応関係にある検出手段８〜１．１
の検出出力同士を比較する比較演算回路で、例えば、各
検出回路１２〜ｊ５、又は、加算検出回路１６〜１９の
検出数値の差を演算する。この演算値は、それぞれ次の
出力回路２４〜２７において角度（向き）を示す信号に
変換処理されて出力される。

を記実施例においては、４個の検出手段８〜１１を遮蔽
板７の円周上に９０度ピッチで配置しているが、この検
出手段の設置数を円周上に等ピッチで６個〜８個又はそ
れ以」−の個数にして設置することは任意である。

本発明において、前記の出力回路２４〜２７の傾きの方
向を示す出力信号は、−例として、表示部（図示せず）
において、測定平面１（Ｂが水準にあるかどうかと水準
状態にない場合の当該平面＋３１１の傾きの方向を示す
内容で表示されるので、次の、この表示部の表示態様に
ついて説明する。

出力回路２４では、検出手段８と１０の検出出力が比較
され、出力の大きい検出手段８又は１０の側に角状本体
】が傾いている、つまり測定平面ＢＨが傾いていること
が判断され、その旨の表示が表示部になされる。

以下、同様にして出力回路２５では検出手段９と１１の
検出出力が比較され、出力の大きい側の検出手段９又は
】１の側に筒状体玉が傾き、測定平面ＢＨが水準にない
ことが判断され、その該の表示が表示部になされる。

ここで、本発明水準器は、測定平面１３Ｈ上に任意に仮
設した平面座標のＸ軸に、−例として検出手段８，１０
を沿わせ（または、Ｙ軸に検出手段９゜１１を沿わせ）
で設置することにより、上記表示部の表示は、測定平面
ＢＨがＸ軸の＋側、又は−側（又はＹ軸の＋側、又は、
−側）に傾いていることを表示する。

以上の説明から判るとおり、出力回路２６では、上記平
面座標の第２．第４象限を貫く向きに関して、同じく出
力回路２７では上記平面座標の第１゜第３象限を貫く向
きに関して、それぞれ基準平面ＢＨに傾きがあるときそ
の旨と傾きの方向を表示する。

従って、本発明において、検出手段８〜１１の設置数を
、上記実施例の４個から６個〜８個又はそれ以上にする
ことにより、これらの各検出手段の光遮蔽板７の中心に
関して対向位置関係にあるペアの検出出力、或は、各検
出手段の相隣るもの同士と、これらの相隣るもの同士の
前記遮蔽板７の中心に関する対向位置関係に立つペアの
それぞれのペアの加算された検出出力を取出し、上記実
施例のように処理することによって、よりきめの細かな
ピッチで傾き方向を表示することが可能になる。

また、上記の対向位置関係に立つ検出手段のペアにおけ
る検出出力の差（第５図（ｂ）参照）を解析することに
より、測定平面ＢＨの傾きがないとき、対向位置関係に
ある検出手段、例えば、第４図（ａ）、（ｂ）に示した
検出手段８．１０では検出出力に差はないので、傾き角
は概ね零度乃至はその近傍の微小角である。しかし、測
定平面ＢＨに傾きがあると対向位置関係にある、例えば
、第５図（ａ）、　（ｂ）に示した検出手段８，１０で
は検出出力に差異が生じる。このとき、検出手段８．１
０の出力を傾き角に対応したパルス数で検出するように
しておけば、」−２検出出力の差を示すパルス数を計数
することにより、直接傾き角を演算検出することもでき
る。

勿論、本発明においては傾き角の検出がこの手法のみに
限られるものではない。

［発明の効果］ 本発明は以上の通りであって、測定平面上に載置される
筒状本体等による沿直な基準部材に吊下げ等により自由
揺動可能に組込んだ重錘を、その基準部材のあらゆる方
向への傾きによって生じる継続揺動を振動としてとらえ
、この振動状態を少なくとも４個の検出手段の検出出力
によって取出すと共に、取出した検出出力を解析するこ
とにより、測定平面が水準状態にあるかどうかについて
、傾きの有無、その方向、程度を迅速かつ正確に検出す
ることができる。

従って、本発明方法並びにその水Ｂｓ測定装置は、それ
を設置した測定平面を有する対象が移動したり揺動した
りするものであっても、その移動、揺動に拘らず、前記
対象上の測定平面の水準状態を容易に、しかも、正確か
つ迅速に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明方法に使用する検出器本体の一例
の縦断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ線断
面図、第２図（ａ）は本発明方法に使用する侵出器本体
の他の例の縦断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の■
−■線断面図、第３図（ａ）は検出器本体における別個
の要部の斜視図、第３図（ｂ）は同じく検出器本体の他
の例の縦断面図、第４図（ａ）は水準状態における吊杆
１重錘と検出手段の関係の一例を示す模式図、第４図（
ｂ）は第４図（ａ）の状態における検出手段の出力波形
の一例を示す波形図、第５図（ａ）は基準平面が傾いた
状態における吊杆９重錘と検出手段の関係の一例を示す
模式図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の状態における検
出手段の出力波形の一例を示す波形図、第６図は第１し
ｊの検出器本体における検出手段の検出出力を処理して
本発明水準装置を構成する機能ブロック図である。 １・・・筒状本体、２・・・天蓋部材、３・・・受ｎ阻
４・・・支持部材、５・・・吊杆、６・・・重錘、７・
・光遮鈷板、８〜目・・・検出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　測定平面上に立設状態で載置できる基準部材に、平
   面内の全方向に自由揺動する重錘部材を支持させ、水準
   測定時、上記重錘を自由揺動させると共に、この揺動状
   態を当該重錘の周囲の少なくとも４箇所において適宜の
   検出手段で検出し、この検出信号を演算処理することに
   より、前記平面が水準にあるか否か及び水準にないとき
   のその傾き方向を特定することを特徴とする水準測定方
   法。 ２　検出信号の解析は、前後又は左右の揺動方向におけ
   る検出手段の検出信号がほぼ同じであるとき、基準部材
   が載置された測定平面に前後又は左右において傾きはな
   いと判定し、検出信号に偏差があるときは傾きがあると
   判定する請求項第１の水準測定方法。 ３　基準部材が載置される測定平面の傾きの検出は、当
   該傾きの有無と当該傾きの方向並びに度合を検出手段の
   検出信号に基いて検出する請求項１又は２の水準測定方
   法。 ４　各検出手段から得られる出力の解析は、重錘の揺動
   方向において対向する各検出手段の出力の大きさを比較
   することにより行う請求項１〜３の水準測定方法。 ５　検出手段の検出出力は、パルス信号である請項１〜
   ４の水準測定方法。 ６　測定平面上に立設姿勢で載置できる基準部材に、平
   面内の全方向に自由に揺動できるようにして重錘を吊下
   すると共に、前記重錘の揺動する周囲に、当該重錘の揺
   動を電気的又は磁気的若しくは光学的に検出する複数の
   検出手段を、各検出手段の２個が対向するようにして配
   設する一方、これらの対向させた検出手段の出力を取出
   して比較演算処理する検出信号処理手段と、この処理手
   段の出力を受けて駆動される表示手段とを設けたことを
   特徴とする水準傾きの検出装置。 ７　重錘の揺動は、バネの撥力、磁力などにより外部か
   ら付勢をし前記揺動の助長乃至は持続をさせるようにし
   た請求項６の水準傾きの検出装置。 ８　垂錘の吊下支持点にはスプリングを介在させ、重錘
   による当該支持点におけるフリクションを軽減するよう
   にした請求項６又は７の水準傾きの検出装置。 ９　重量の吊下支持点は、磁性の同極を以て形成し、重
   錘による当該支持点におけるフリクションを軽減乃至は
   解消するようにした請求項６〜８の水準傾きの検出装置
   。 １０　重錘の吊下は、重錘の揺動周波数を高めかつその
   周波数を調整するため、吊下支持点の近傍に位置付け且
   つ上下位置調整可能にすると共に、検出手段は検出感度
   を上げるため、吊下支持点から離れた吊下支持体の下端
   近くの位置に設けた請求項６〜９の水準傾きの検出装置
   。 １１　重錘がほぼ鉛直な向きに静定しているとき、又は
   、鉛直軸に対し前後乃至は左右に偏ることなく揺動する
   ときは、各検出手段に出力が生じさせないか、又は、揺
   動方向で対向した検出手段の出力を相殺した不感帯を設
   定するようにした請求項６〜１０の水準傾きの検出装置
   。