JPH05678B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、土木・建築工事において使用する
自動測量装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、土木・建築での測量機器は、トランシツ
ト（主に方位角）、レベル（水準）が用いられて
いる。これらの機器を用いた測量方法は、通常、
箱尺（スタツフ）やポールなどの標的を持つ人と
測定者の２名によつて行われている。

また、公知例としてレーザー追尾装置を用いた
位置計測装置、及びその改良方法として、レーザ
ーを扇状にして、追尾が途切れたときに追尾の再
開が自動的に行われるようにする方法（津村 他
「レーザーとコーナキユーブによる移動ロボツト
の能動型位置計測法」第４回知能ロボツトシンポ
ジウム講演論文集’88−６−13，14）がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の測量方法によれば、工事により
地形が変化する場合など頻繁に測量作業を行わな
ければならないので、その都度、測量誤差が累積
するおそれがあり、精度を上げるためには、十分
な精査と熟練した技術による人為的な誤差の排除
が要求された。その結果、相当な時間と人件費が
かかると共に、場合によつては危険を伴なうこと
も多かつた。

さらに、公知例のレーザー追尾装置を用いた位
置計測装置は、作業中にレーザーが遮られた場
合、追尾を再開させる為に、ある定まつたパター
ンで追尾レーザーをスキヤンさせる必要があり、
計測精度を上げるとレーザー追尾用のモータを高
速回転させることが困難となるので、追尾レーザ
ーが再帰反射装置に入光するまでの、計測の中断
時間が長くなるという問題があつた。

また、たとえ作業者がレーザーを捜そうとして
も追尾レーザーを見つけるのは困難であつた。土
木作業においては立木等の障害物は避けられない
ので、その度に長時間測量作業が中断したので実
用的ではない。

また、公知例の扇状のレーザービームを用いる
方法は、上記の欠点を補うため、レーザービーム
を広げ、ターゲツトのずれの方向の検出を行える
ようにしたものであるが、レーザーを広げてしま
うとレーザーの単位断面積当りの光強度が低下す
る為に、センサで検出出来るようにするには、レ
ーザー強度を十分に上げなければならない。

たとえば、100ｍの距離に於いて、直径20mm出
力1mWのレーザーを使用し追尾を行う場合、タ
ーゲツトのずれの方向検出を行う角度範囲を0.5゜
とすると、100ｍの距離に於けるレーザーの光強
度をレーザーを広げない場合と同じにするのは、
およそ１［mW］・100［ｍ］・0.5［deg］・π
［rad］／180［deg］／0.02［ｍ］≒44mWのレーザ
ーを使用しなければならない、 しかし、本発明が利用される土木・建築の分野
で使用することを考えると、作業者に対する安全
面からレーザー出力は数mW程度に抑える必要が
あり、ビームを広げるこの方法は実用的ではない
という問題点があつた。

この発明の課題は、上記の様な問題点を解決す
るためになされたものであり、自動的に角度、距
離を測定できるため、測量の為の人員の削減が行
なえ、場合によつては頻繁に測定点に立ち入らず
測量でき、また、たとえレーザーが遮られた場合
でも作業者が容易にレーザーを捜し出せる、省力
化され、かつ安全な自動測量装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記のように課題を解決するため、この発明
は、レーザー発射装置と、このレーザー発射装置
側の通信装置と、前記レーザー発射装置に対して
位置計測地点に配置するターゲツトと、このター
ゲツト側の通信装置とによつて構成され、 前記レーザー発射装置は、追尾レーザーをター
ゲツトに向けて発射し、ターゲツトのコーナキユ
ーブプリズムで反射して戻つてきた光を検出する
ことによりコーナキユーブプリズムを追尾するレ
ーザー追尾機能と、水平面と直角の上下に揺動し
かつ上下揺動範囲内に上記追尾レーザーを含む鉛
直面レーザーをターゲツトに向けて発射する機能
と、前記追尾レーザーと同軸に計測光をターゲツ
トに向けて発射し、ターゲツトで反射し戻つてき
た反射光と計測光の位相差を計測することにより
光路長を計測し、レーザー発射装置とターゲツト
の間の距離を計測する測距機能と、ターゲツト側
の通信装置からの信号によつて追尾レーザーと鉛
直面レーザー及び計測光の方向を変化させる機能
との組合せからなり、 前記ターゲツトは、レーザー発射装置から発射
された追尾レーザーと計測光を反射するコーナキ
ユーブプリズムと、このコーナキユーブプリズム
の両側に位置し、レーザー発射装置から発射され
た鉛直面レーザーを検出して出力する横長のライ
ンセンサと、このラインセンサからの鉛直面レー
ザー検出信号に従い鉛直面レーザーがコーナキユ
ーブプリズムからどれだけ離れているかを表示す
る検出装置とからなり、 前記ターゲツト側の通信装置は、レーザー発射
装置を制御する信号をレーザー発射装置側へ送
り、レーザー発射装置側の通信装置から送られて
くるレーザーの発射方向を示す角度と距離測定デ
ータとを受信し、ターゲツトの位置を計算表示す
るように形成され、 前記レーザー発射装置側の通信装置は、レーザ
ーの発射方向の計測データと距離測定データとを
ターゲツト側の通信装置に送信し、かつターゲツ
ト側の通信装置から送られてくるレーザー発射装
置を制御する信号を受信するように形成されてい
る構成を採用したものである。

〔作用〕

追尾レーザーは常にコーナキユーブプリズムに
入光するように制御され、そのレーザー光の計測
角度と、追尾レーザーと同軸の光波距離計の距離
計測値とから、ターゲツトの位置が計測され、通
信装置によつて作業者はその位置を知ることが出
来る。

また、レーザーが遮られた場合、作業者はター
ゲツトに取り付けられたラインセンサを用いて、
適当に移動し、その表示装置の出力に従つて、鉛
直面レーザーの位置を容易に捜し出し、追尾レー
ザーが自動的にターゲツトに入光し位置計測が再
開される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図はこの発明に係る自動測量装置の全体構
造を示しており、レーザー発射装置１１と、レー
ザー発射側通信装置１４と、ターゲツト６１及び
ターゲツト側通信装置７１によつて構成されてい
る。

前記レーザー発射装置１１は、追尾レーザー１
２と水平面と直角の上下に揺動する鉛直面レーザ
ー１３を、各々のレーザーが同一平面内にあるよ
うに発射する。作業者がターゲツト６１を持つて
位置計測地点にたち、ターゲツト６１のラインセ
ンサ６４が鉛直面レーザー１３を検出するよう
に、ターゲツト６１を動かす。

ラインセンサ６４の表示により、コーナキユー
ブプリズム６３が鉛直面レーザー１３の上下揺動
範囲即ち、追尾レーザー１２のスキヤニング面に
はいるようにする。追尾レーザー１２は、追尾が
始まるまで常に鉛直面レーザー１３と同一の平面
内で上下にスキヤニングされている。

追尾が始まると、その時の追尾レーザー１２の
方向を示す角度と距離測定のデータが、レーザー
発射装置１１からレーザー発射側通信装置１４に
よつて送信され、ターゲツト側通信装置７１で受
信され、ターゲツトの位置が計算、表示される。

第２図はレーザー発射装置１１とレーザー追尾
機構の具体的な構造を示しており、三脚１５上に
垂直軸１６を中心に回動自在となるようケース１
７が取付けられ、三脚１５上に設置した水平モー
ド１８とエンコーダ１９により歯車２０を介して
ケース１７に水平の回転を与えるようになつてい
る。

上記ケース１７内のレーザー発生装置２１から
出たレーザーはプリズム２２とプリズム２３によ
り光路を変更され、ビームエキスパンダ２４に入
光する。ビームエキスパンダ２４は、レーザーが
長距離に於いて回折の影響によつて広がつてしま
わないように、レーザーの直径を大きくする。

ビームエキスパンダ２４から出たレーザーは、
ミラー２５で反射し、ビームスプリツター２６に
よつてレーザー１２ａとレーザー１３ａになる。

一定回転方向に高速に回転している鉛直モータ
２７で回されているミラー２８により、レーザー
１３ａは、直角に反射され、防塵ガラス２９を通
過し、鉛直面レーザー１３となる。レーザー１２
ａは、光波距離計３０の光軸と同軸になるよう
に、ビームスプリツター３１で反射され、追尾モ
ータ３２によつて回転させられるミラー３３で直
角に反射し防塵ガラス２９を通過し、追尾レーザ
ー１２となり、空間に発射される。

光波距離計３０は計測光３４ａを発射し、その
光はミラー３５によつて反射し、前記ビームスプ
リツター３１を透過し、前記ミラー３３によつて
直角に反射し追尾レーザー１２と同軸に空間に発
射される。光波距離計３０の発射する計測光３４
ａは高周波で強度変調されており、計測光３４と
図示しない反射光の位相差を計測することにより
光路長を計測しその値を出力する。

第３図と第４図は光センサ部分の構造を示して
おり、追尾モータ３２とエンコーダ３６によつて
水平の軸心を中心に回転するケース３７の内部に
ミラー３３とその周囲に光センサ３８を取付け、
ミラー３３は追尾レーザー１２と計測光３４を反
射する。

追尾レーザー１２は第１図で示したターゲツト
６１のコーナキユーブプリズム６３によつて反射
し帰還レーザー１２ｂとなる。帰還レーザー１２
ｂはレンズ３９により集光されて、光センサ３８
に入光する。また計測光３４は、前記追尾レーザ
ー１２と同様に、第１図のターゲツト６１のコー
ナキユーブプリズム６３により反射し光波距離計
３０に戻り計測が行われる。

第５図はレーザー発射側通信装置１４の構造を
ブロツク図で示しており、光センサ３８は帰還レ
ーザー１２ｂがどの位置に入光しているかを表す
信号をアンプ・スイツチング回路４１に入力し、
上記回路４１はマイクロコンピユーター４２と制
御切換回路４３に信号を出力する。

マイクロコンピユータ４２は、送受信機４４を
通してターゲツト側通信装置７１からの信号によ
り、鉛直モータ２７に対する制御命令をモータド
ライバ４５に出力し、追尾モータ３２と水平モー
タ１８の制御を光センサ３８からの信号に従わせ
るか、マイクロコンピユータ４２からの信号に従
わせるかを切り換える信号と、追尾モータ３２と
水平モータ１８のモータドライバ４８，４９を介
しての制御がマイクロコンピユータ４２からの信
号に従つているときのモータの制御信号を切り換
え回路４３に出力する。

また、マイクロコンピユータ４２は、光波距離
計３０の計測値と、追尾モータ３２及び水平モー
タ１８の回転に応じて回転するエンコーダ１９及
びエンコーダ３６の出力パルスを数えるカウンタ
４６及びカウンタ４７の値と、アンプ・スイツチ
ング回路４１を経て、光センサ３８の信号を送受
信機４４を通して、ターゲツト側通信装置７１に
出力する。

第６図はターゲツト６１の構成を示しており、
三脚６２上に固定したコーナキユーブプリズム６
３の左右両側に、左右に長いラインセンサ６４を
配置した構造を有し、ラインセンサ６４の出力
は、ターゲツト側通信装置７１に入力されてい
る。

上記ラインセンサ６４は、コーナキユーブプリ
ズム６３の両側に横長の水平状態で配置され、鉛
直面レーザー１３を広い範囲でとらえることがで
き、追尾レーザー１２をコーナキユーブプリズム
６３へ入光させるための、ターゲツト６１の位置
調整、即ち追尾操作を容易に行なえるようにする
役目を果すものである。

第７図はターゲツト側通信装置７１の構造を示
すブロツク図であり、キーボード７２を操作する
ことによりマイクロコンピユータ７３に指令を与
え、レーザー発射装置１１を制御する。

マイクロコンピユータ７３は、キーボードから
の入力に応じて送受信機７４に信号を出力し、送
受信機７４から入力されるレーザー発射装置１１
からの計算値から、ターゲツト６１の位置を計算
しその値をインターフエース７５を通して液晶デ
イスプレイ７６に出力する。

またラインセンサ６４からの信号はアンプ７７
を通しマイクロコンピユータ７３に入力される。
マイクロコンピユータ７３はラインセンサ６４か
らの信号を判断し、液晶デイスプレイ７６に表示
し、スピーカ７８によつて人に知らせる。

この発明の自動測量装置は上記のような構成で
あり、第１図のように、レーザー発射装置１１を
所定位置にセツトし、作業者はターゲツト６１を
持つて位置計測地点にたつ。

レーザー発射装置１１は、追尾レーザー１２と
鉛直面レーザー１３を同一平面内にあるよう発射
し、更に光波距離計３０によつて計測光３４が追
尾レーザー１２と同軸状に発射される。

鉛直面レーザー１３は、鉛直モータ２７による
ミラー２８の回転で、鉛直面内で回転すると共
に、追尾レーザー１２も追尾が始まるまで常に鉛
直面レーザー１３と同一の平面内で上下にスキヤ
ニングされている。

作業者はターゲツト６１のラインセンサ６４が
鉛直面レーザー１３を検出するように動かし、ラ
インセンサ６４の表示により、コーナキユーブプ
リズム６３が鉛直面レーザー１３の回転面、即ち
追尾レーザー１２のスキヤニング面にはいるよう
にする。

追尾レーザー１２がコーナキユーブプリズム６
３に入光すると、そのレーザー光の計測角度と追
尾レーザー１２と同軸の光波距離計３０の距離計
測値とからなるデータが、レーザー発射装置１１
からレーザー発射側通信装置１４によつて送信さ
れ、ターゲツト側通信装置７１で受信され、ター
ゲツト６１の位置が計算表示される。

ターゲツト６１を移動させたときの追尾は、追
尾モータ３２と水平モータ１８の制御を光センサ
３８からの信号に従わせ、コーナキユーブプリズ
ム６３の動きに追尾レーザー１２を上下左右に移
動させて追従させればよい。

また、レーザーが遮られた場合、作業者はター
ゲツト６１を適当に移動させ、ターゲツト６１に
取付けられたラインセンサ６４を用い、ターゲツ
ト側通信装置７１の出力に従つて鉛直面レーザー
１３の位置を容易に捜し出し、追尾レーザー１２
をコーナキユーブプリズム６３に入光させること
により位置計測を再開する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によると、上記のよう
な構成であるので、自動的に角度、距離を測定す
ることができ、測量が１名の作業者で行なえ、場
合によつては頻繁に測定点に立ち入らずに測量が
行える。その結果、誤差の累積は少なくなり、人
為的誤差も減少する。

また、レーザーが遮られた場合でも、回動する
鉛直面レーザーとターゲツトのラインセンサとに
よつて作業者が容易にレーザーを捜し出すことが
できる。

更に鉛直面レーザーを回転させるようにしたた
め、扇状のレーザービームの如くレーザーを広げ
る必要がなくレーザーの単位断面積当りの光強度
が低下しないので、レーザー出力を数mW程度に
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る自動測量装置の斜視
図、第２図はレーザー追尾装置の構成を示す一部
切欠斜視図、第３図は光センサの構成を示す平面
図、第４図は同上の正面図、第５図はレーザー発
射側通信装置のブロツク図、第６図はターゲツト
の構成を示す斜視図、第７図はターゲツト側通信
装置のブロツク図である。 １１…レーザー発射装置、１２…追尾レーザ
ー、１３…鉛直面レーザー、１４…レーザー発射
側通信装置、１８…水平モータ、２１…レーザー
発生装置、３０…光波距離計、３２…追尾モー
タ、３４…計測光、３８…光センサ、６１…ター
ゲツト、６３…コーナキユーブプリズム、６４…
ラインセンサ、７１…ターゲツト側通信装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザー発射装置と、このレーザー発射装置
   側の通信装置と、前記レーザー発射装置に対して
   位置計測地点に配置するターゲツトと、このター
   ゲツト側の通信装置とによつて構成され、 前記レーザー発射装置は、追尾レーザーをター
   ゲツトに向けて発射し、ターゲツトのコーナキユ
   ーブプリズムで反射して戻つてきた光を検出する
   ことによりコーナキユーブプリズムを追尾するレ
   ーザー追尾機能と、水平面と直角の上下に揺動し
   かつ上下揺動範囲内に上記追尾レーザーを含む鉛
   直面レーザーをターゲツトに向けて発射する機能
   と、前記追尾レーザーと同軸に計測光をターゲツ
   トに向けて発射し、ターゲツトで反射し戻つてき
   た反射光と計測光の位相差を計測することにより
   光路長を計測し、レーザー発射装置とターゲツト
   の間の距離を計測する測距機能と、ターゲツト側
   の通信装置からの信号によつて追尾レーザーと鉛
   直面レーザー及び計測光の方向を変化させる機能
   との組合せからなり、 前記ターゲツトは、レーザー発射装置から発射
   された追尾レーザーと計測光を反射するコーナキ
   ユーブプリズムと、このコーナキユーブプリズム
   の両側に位置し、レーザー発射装置から発射され
   た鉛直面レーザーを検出して出力する横長のライ
   ンセンサと、このラインセンサからの鉛直面レー
   ザー検出信号に従い鉛直面レーザーがコーナキユ
   ーブプリズムからどれだけ離れているかを表示す
   る検出装置とからなり、 前記ターゲツト側の通信装置は、レーザー発射
   装置を制御する信号をレーザー発射装置側へ送
   り、レーザー発射装置側の通信装置から送られて
   くるレーザーの発射方向を示す角度と距離測定デ
   ータとを受信し、レーザーの位置を計算表示する
   ように形成され、 前記レーザー発射装置側の通信装置は、レーザ
   ーの発射方向の計測データと距離測定データとを
   ターゲツト側の通信装置に送信し、かつターゲツ
   ト側の通信装置から送られてくるレーザー発射装
   置を制御する信号を受信するように形成されてい
   ることを特徴とする自動測量装置。