JPH07218217A

JPH07218217A - ３次元位置標定装置

Info

Publication number: JPH07218217A
Application number: JP1455194A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Iida; 泰久飯田; Masayoshi Konishi; 雅義小西; Masaru Taniguchi; 優谷口; Tomio Aoyama; 富夫青山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1995-08-18
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JP3117351B2

Abstract

(57)【要約】【目的】視覚カメラの光軸のずれの影響を受けること
なく、移動体に対する正確な追尾・位置決めを可能と
し、標定精度を向上する。【構成】ヘッド部４のレーザ発振器１１から移動体５
のコーナーキューブ６に向けてレーザビームを投射し、
その反射レーザビームを４分割光電変換素子１８で受光
する。光電変換素子１８からは各受光面の受光量に比例
したレベルの信号が出力され、各信号レベルが信号処理
回路２４で検出される。コンピュータ２３は、信号処理
回路２４からの信号により反射レーザビームが４分割光
電変換素子１８の中心へ入射するように水平回転装置２
及び垂直回転装置３を制御する。また、変調器１２から
の参照信号と信号処理回路２４からの測定信号との位相
差を位相計測器２２で測定し、この位相差と水平回転装
置２及び垂直回転装置３の回転角の関係から移動体５の
座標位置をコンピュータ２３により算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元的に移動する物
体の位置を遠隔位置から高精度に測定する位置標定装置
に関し、特に原子炉容器超音波探傷システムの水中移動
体の３次元位置標定に適用される３次元位置標定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば原子炉容器超音波探傷システムに
おいては、超音波探触子を備えた水中移動体により容器
の探傷を行なっているが、この探傷に際して水中移動体
の位置を３次元位置標定装置を用いて標定している。図
８は、本発明の対象となる３次元位置標定装置の概念図
である。

【０００３】図８において、１は標定装置本体で、この
本体１上に水平回転装置２及び垂直回転装置３を介して
ヘッド部４が装着される。このヘッド部４は、レーザ発
振器を備え、このレーザ発振器により発生したレーザビ
ームを移動体５に向けて投射する。この移動体５は、超
音波探触子を備えると共にコーナーキューブ６を備え、
上記ヘッド部４から投射されるレーザビームをコーナー
キューブ６により受けてヘッド部４へ反射する。標定装
置本体１は、移動体５のコーナーキューブ６により反射
されたレーザビームをヘッド部４で受けて処理し、移動
体５の３次元位置を標定する。

【０００４】しかして、従来の３次元位置標定装置は、
上記標定装置本体１及び移動体５が図９に示すように構
成されている。即ち、移動体５は、ヘッド部４から投射
されるレーザビームを反射するコーナーキューブ６と共
に、このコーナーキューブ６の中心部に光源７を備えて
いる。この光源７から投射される光は、標定装置本体１
のヘッド部４へ送られる。

【０００５】一方、標定装置本体１は、前述したヘッド
部４に、レーザビームを出力するレーザ発振器１１、こ
のレーザ発振器１１を周波数ｆで強度変調する変調器１
２、コーナーキューブ６からの反射レーザビームを受け
て電気信号に変換する光電変換素子１３、移動体５の光
源７からの投射光をモニタする視覚カメラ１４、ハーフ
ミラー１５、全反射ミラー１６が設けられている。ハー
フミラー１５は、レーザ発振器１１からの投射光及び移
動体５のコーナーキューブ６からの反射レーザビームを
透過させると共に、光源７からの投射光を全反射ミラー
１６方向に反射させる。全反射ミラー１６は、上記ハー
フミラー１５の反射光を更に反射して視覚カメラ１４に
入射する。

【０００６】また、標定装置本体１には、上記ヘッド部
４の視覚カメラ１４により撮像された画像を処理する画
像処理装置２１、変調器１２からの参照信号ｆ1 と光電
変換素子１３からの測定信号ｆ2 との位相差Δθを測定
する位相計測器２２、上記画像処理装置２１及び位相計
測器２２の出力信号を処理するコンピュータ２３が設け
られている。このコンピュータ２３は、画像処理装置２
１の処理データに基づいてヘッド部４が光源７方向に向
くように水平回転装置２及び垂直回転装置３を制御する
と共に位相計測器２２から計測された位相差Δθに基づ
いて移動体５の位置、距離等を標定する。

【０００７】上記の構成において、標定装置本体１側の
ヘッド部４は、まず、コーナーキューブ６の中心に設け
られている光源７からの投射光をハーフミラー１５及び
全反射ミラー１６で反射させ、視覚カメラ１４に入射し
てモニタし、画像処理装置２１へ入力する。この画像処
理装置２１は、視覚カメラ１４からの画像信号を２値化
画像処理して光源７の位置を求め、視覚カメラ１４の中
心からのずれ量をコンピュータ２３によって計算する。
このコンピュータ２３は、上記ずれ量に基づいて水平回
転装置２及び垂直回転装置３を制御し、ヘッド部４を回
転させて視覚カメラ１４の中心に光源７を位置づける。

【０００８】次にヘッド部４は、変調器１２によって強
度変調したレーザビームをレーザ発振器１１からコーナ
ーキューブ６に向けて投射し、その反射レーザビームを
ハーフミラー１５を介して光電変換素子１３で受光す
る。光電変換素子１３は、上記反射レーザビームを電気
信号に変換して測定信号ｆ2 とし、変調器１２から出力
される参照信号ｆ1 と共に標定装置本体１内の位相計測
器２２へ入力する。位相計測器２２は、変調器２１から
の参照信号ｆ1 と光電変換素子１３からの測定信号ｆ2
との位相差Δθを測定してコンピュータ２３に入力す
る。コンピュータ２３は、信号の位相差Δθから標定装
置本体１とコーナーキューブ６との間の距離Ｌを求め、
水平回転装置２の水平回転角θと垂直回転装置３の垂直
回転角φとからコーナーキューブ６の位置を算出する。

【０００９】その他の従来例として特開昭６０−１４０
１６５号公報に記載された位置検出装置がある。この位
置検出装置は、図１０に示すように、光波測距装置３０
からコーナレフレクタ３１に測距用の光を照射し、コー
ナレフレクタ３１からの反射光により、その間の距離測
定を行なう。また、レーザ発振器３２は、狭い広がり角
の光を発射し、図１１（ａ）に示すように移動体３３上
に設けられたスクリーン３４上にレーザパターン３５と
して照射する。そして、レーザビームのレーザパターン
３５とスクリーン３４の中心３６を一致させることによ
り、移動体３３を自動追尾させるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記図９に示した従来
の３次元位置標定装置では、移動体５の光源７からの投
射光を視覚カメラ１４によりモニタし、そのモニタ画像
に基づいてヘッド部４の位置決めを行なうと共に、その
後の移動体５の追尾制御についても視覚カメラ１４りモ
ニタ画像に基づいて行なっているので、視覚カメラ１４
の光軸と位置標定用レーザ発振器１１のレーザビーム軸
とを平行に維持する必要があり、その光軸調整が非常に
面倒であった。また、視覚カメラ１４の光軸とレーザ発
振器１１のレーザビーム軸にずれが生じるとヘッド部４
の水平回転角θ、垂直回転角φに誤差が生じたり、光電
変換素子１３の受光面に入射するレーザビームの位置ず
れを生じ、その位置ずれに伴い位相計測器２２による位
相計測に誤差が生じてコーナーキューブ６に対する３次
元座標の標定精度が低下するという問題があった。又、
本体１のヘッド部４のみを方向制御して移動体５を追尾
させているので、移動体５の向きによっては、コーナー
キューブ６にレーザビームが入射できなくなる場合があ
り、移動体５を標定する範囲が制約されるという問題が
あった。

【００１１】また、図１０に示した位置検出装置は、図
１１（ｂ）に示すように移動体３３が傾くと、それに伴
ってスクリーン３４が傾いてコーナリフレクタ３１の位
置がずれてしまい、この結果、レーザパターン３５とス
クリーン３４の中心３６とを一致させても、光波測距装
置３０から照射された光３７は、コーナリフレクタ３１
に入射できなくなる。従って、移動体３３が傾いた場合
には、移動体３３の追尾・位置決めが不可能になるとい
う問題があった。

【００１２】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、視覚カメラとレーザ発振器の光軸のずれの影響を受
けることなく、正確な追尾・位置決めが可能であり、標
定精度を向上し得る３次元位置標定装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】また、本発明は、視覚カメラとレーザ発振
器の光軸のずれの影響を受けず、標定精度を向上し得る
と共に、移動体の向きに関係なく移動体を確実に追尾し
得る３次元位置標定装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明は、標定装置本体に水平回転装置及び
垂直回転装置を介して保持されたヘッド部にレーザ測距
手段を備え、移動体に設けたコーナーキューブからの反
射レーザビームを検出して移動体の３次元位置を標定す
る３次元位置標定装置において、上記レーザ測距手段の
測距用レーザ発振器から投射されて上記移動体のコーナ
ーキューブにより反射されてヘッド部に戻ってきたレー
ザビームを受光する４分割光電変換素子と、この４分割
光電変換素子から出力される４つの信号のレベルを検出
する信号処理回路と、この信号処理回路から出力される
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、このＡ／Ｄ変換器の出力信号に基づき、上記移動体
のコーナーキューブにより反射されたレーザビームが４
分割光電変換素子の中心部に入射するように上記水平回
転装置及び垂直回転装置を回転制御する手段と、上記レ
ーザ発振器から投射されるレーザビームと上記４分割光
電変換素子で検出された反射レーザビームとの位相差を
計測する位相計測手段と、この手段により計測された位
相差と上記ヘッド部の水平回転角及び垂直回転角に基づ
いて上記移動体の３次元位置を標定する標定手段とを具
備したことを特徴とする。

【００１５】（２）第２の発明は、上記第１の発明に対
して更に標定装置本体から移動体へのデータ通信手段を
設けると共に、移動体のコーナーキューブを水平回転装
置及び垂直回転装置により回転可能に保持し、本体側で
移動体の位置を標定した後、その位置データを上記デー
タ通信手段により移動体へ送信し、移動体では自身の姿
勢を検出してその姿勢データと上記本体からの位置デー
タに基づいてコーナーキューブを本体のヘッド部に対し
て正対させるようにしたものである。

【００１６】

【作用】

（１）第１の発明は、ヘッド部のレーザ発振器から強度
変調したレーザビームを移動体のコーナーキューブに向
けて投射し、その反射レーザビームを４分割光電変換素
子で受光する。４分割光電変換素子は、受光面が４分割
されており、それぞれ受光量に比例した信号を信号処理
回路へ出力する。この信号処理回路は、４分割光電変換
素子の４つの受光面に入射したレーザビームのレベルを
検出し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換する。
そして、このデジタル信号に基づいて、上記反射レーザ
ビームが４分割光電変換素子の中心部へ入射するように
水平回転装置及び垂直回転装置を回転制御し、ヘッド部
により移動体を追尾させる。

【００１７】また、信号処理回路は、４分割光電変換素
子で光電変換された４つの電気信号を加算し、その加算
結果を測定信号ｆ2 として位相計測手段に出力する。位
相計測手段は、レーザ発振器の変調周波数である参照信
号ｆ1 と測定信号ｆ2 の位相差を測定する。そして、こ
の位相計測手段により計測した位相差とヘッド部の水平
回転角及び垂直回転角に基づいて移動体の座標位置を算
出する。

【００１８】上記のように移動体のコーナーキューブか
ら反射される測距用のレーザビームを利用してヘッド部
の方向を制御することにより、視覚カメラを用いること
なく移動体を追尾でき、視覚カメラとレーザ発振器の光
軸のずれによる影響を無くして移動体の位置を確実に標
定することができる。

【００１９】（２）第２の発明は、移動体のコーナーキ
ューブからの反射レーザビームに基づいてヘッド部の方
向を制御すると共に、移動体の位置を標定する。この移
動体に対する位置標定を終了すると、その位置データを
データ通信手段により移動体へ送信する。移動体では自
身の姿勢を検出し、その姿勢データと上記本体から送ら
れてくる位置データに基づいてコーナーキューブの水平
回転装置及び垂直回転装置を回転制御してコーナーキュ
ーブを本体のヘッド部に正対させる。従って、移動体の
向きに関係なく、また、移動範囲の制約を受けることな
く移動体を追尾でき、リアルタイムで位置標定を行なう
ことができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。（第１実施例）第１実施例に係る３次元位置標定装置
は、図１に示すように構成されている。この第１実施例
に示す３次元位置標定装置は、前記図８に示した３次元
位置標定装置と同様に標定装置本体１上に水平回転装置
２及び垂直回転装置３を介してヘッド部４が装着され
る。水平回転装置２は、ヘッド部４を垂直軸回りに水平
面内で回転させて水平回転角θを調整し、垂直回転装置
３はヘッド部４を水平軸回りに垂直面内で回転させて垂
直回転角（仰角）φを調整する。また、移動体５は、上
記ヘッド部４から投射されるレーザビームを反射するコ
ーナーキューブ６を備えると共に、その中心部に光源７
を備えている。

【００２１】上記ヘッド部４には、図１に示すようにレ
ーザビームを出力するレーザ発振器１１、このレーザ発
振器１１を周波数ｆで強度変調する変調器１２、コーナ
ーキューブ６からの反射レーザビームを受光して電気信
号に変換する４分割光電変換素子１８、移動体５の光源
７からの投射光をモニタする視覚カメラ１４、ハーフミ
ラー１５、全反射ミラー１６が設けられている。ハーフ
ミラー１５は、レーザ発振器１１からの投射光及び移動
体５のコーナーキューブ６からの反射レーザビームを透
過させると共に、光源７からの投射光を全反射ミラー１
６方向に反射させる。全反射ミラー１６は、上記ハーフ
ミラー１５の反射光を更に反射して視覚カメラ１４に入
射する。

【００２２】また、標定装置本体１には、上記ヘッド部
４の視覚カメラ１４により撮像された画像を処理する画
像処理装置２１、４分割光電変換素子１８により変換さ
れた信号を処理する信号処理回路２４、この信号処理回
２１で処理された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器２５、上記変調器１２からの参照信号ｆ1 と信号
処理回路２４で処理された測定信号ｆ2 との位相差Δθ
を計測する位相計測器２２、上記画像処理装置２１、位
相計測器２２及びＡ／Ｄ変換器２５の出力信号を処理す
るコンピュータ２３が設けられている。このコンピュー
タ２３は、初期設定時は画像処理装置２１の出力データ
に基づいて、また、移動体５を追尾する際はＡ／Ｄ変換
器２５の出力データに基づいてヘッド部４が光源７方向
に向くように水平回転装置２及び垂直回転装置３を制御
する。更にコンピュータ２３は、位相計測器２２により
計測された位相差Δθに基づいて移動体５の位置、距離
等を標定する。

【００２３】次に上記実施例の動作を説明する。最初に
標定装置本体１のヘッド部４の位置を初期設定する。こ
の場合、まず、移動体５に設けられている光源７からの
投射光をヘッド部４のハーフミラー１５及び全反射ミラ
ー１６で反射させて視覚カメラ１４に入射させる。視覚
カメラ１４は、上記光源７からの投射光をモニタし、標
定装置本体１内の画像処理装置２１へ入力する。この画
像処理装置２１は、視覚カメラ１４からの画像信号を２
値化画像処理して光源７の位置を求め、視覚カメラ１４
の中心からのずれ量をコンピュータ２３によって計算す
る。コンピュータ２３は、上記ずれ量に基づいて水平回
転装置２及び垂直回転装置３を回転制御し、光源７から
の投射光が視覚カメラ１４の中心に入射するようにヘッ
ド部４の向きを調整する。

【００２４】上記のようにヘッド部４の位置を初期設定
した後、移動体５に対する追尾制御を行なう。即ち、ヘ
ッド部４内の変調器１２によって強度変調したレーザビ
ームをレーザ発振器１１から移動体５のコーナーキュー
ブ６に向けて投射し、その反射レーザビームをハーフミ
ラー１５を透過させて４分割光電変換素子１８で受光す
る。４分割光電変換素子１８は、図２に示すように受光
面がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに４分割されており、各分割素子部
からそれぞれ受光量に比例したアナログ信号を出力す
る。従って、コーナーキューブ６からの反射レーザビー
ムが４分割光電変換素子１８の中心に入力された場合
は、各分割素子部から均等な信号が出力されるが、反射
レーザビームが中心からずれると、それに応じて各分割
素子部から異なる信号レベルの信号が出力される。この
４分割光電変換素子１８から出力される信号は、信号処
理回路２４へ送られるて処理される。

【００２５】この信号処理回路２４は、図２に示すよう
に差動アンプ２４ａ，２４ｂ，加算アンプ２４ｃからな
り、差動アンプ２４ａには４分割光電変換素子１８の受
光面Ｄ，Ｂからの信号、差動アンプ２４ｂには受光面
Ａ，Ｃからの信号、加算アンプ２４ｃには受光面Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄからの信号が入力される。

【００２６】上記のように構成された信号処理回路２４
は、４分割光電変換素子１８に入射するレーザビームが
受光面Ａ側にずれると差動アンプ２４ｂの出力信号βが
β＞０となり、受光面Ｂ側へずれると差動アンプ２４ａ
の出力信号αがα＜０となる。従って、差動アンプ２４
ａ，２４ｂの信号をＡ／Ｄ変換器２５でデジタルに変換
してコンピュータ２３に取り込み、α＝０、β＝０とな
るように水平回転装置２と垂直回転装置３を制御するこ
とで反射レーザビームを４分割光電変換素子１８の中心
へ入射させる。この制御を繰り返すことによって、ヘッ
ド部４により移動体５を追尾させる。

【００２７】また、信号処理回路２４は、４分割光電変
換素子１８で光電変換された４つの電気信号を加算アン
プ２４ｃで加算し、その加算結果γを図３（ｂ）に示す
測定信号ｆ2 として位相計測器２２に出力する。この位
相計測器２２には、更に変調器１２の変調周波数ｆＨｚ
の信号が図３（ａ）に示す参照信号ｆ1 として与えられ
ている。位相計測器２２は、この参照信号ｆ1 に対する
測定信号ｆ2 の位相遅れ（位相差）Δθを次式 Δθ＝（ｔ／Ｔ）×３６０［degree］により測定する。

【００２８】ここで、Ｔ；参照信号ｆ1 及び測定信号ｆ
2 の周期［秒］ｔ；参照信号ｆ1 に対する測定信号ｆ2 の時間遅れ
［秒］ｔはヘッド部４とコーナーキューブ６との間の距離Ｌを
往復する時間に相当し、距離Ｌはコンピュータ２３で以
下の式により求められる。但し、ヘッド部４から位相計
測器２２までの位相差は補正するものとする。

【００２９】２Ｌ＝Ｃ×Ｔ×Δθ／３６０Ｌ＝Ｃ×Ｔ×Δθ／７２０ ∴Ｌ＝Ｃ×Ｔ／２ここで、Ｃは光速（３．０×１０⁸ ｍ／秒）である。

【００３０】例えば変調器１２の周波数ｆ＝１００ＭＨ
ｚ、位相差Δθ＝９０deg とすれば、Ｔ＝１０nsec、ｔ
＝２．５nsecとなり、Ｌ＝３．０×１０¹¹×２．５×１０^-9／２＝３７５ｍｍとなる。

【００３１】次に、水平回転装置２の水平回転角θと垂
直回転装置３の垂直回転角φをコンピュータ２３に取り
込み、図４に示す距離Ｌと水平回転角θと垂直回転角φ
の関係から移動体５の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を次式に
より算出することができる。この場合、ヘッド部４の位
置を原点（０，０，０）とする。

【００３２】Ｘ＝Ｌcos φ・cos θ Ｙ＝Ｌcos φ・sin θ Ｚ＝Ｌsin φ 上記のように移動体５のコーナーキューブ６からの反射
レーザビームに基づいて移動体５を追尾することによ
り、視覚カメラ１４の光軸とレーザ発振器１１のレーザ
ビーム軸にずれを生じていても、その影響を受けなくな
り、移動体５の追尾を正確にでき、標定精度を向上する
ことができる。

【００３３】なお、上記実施例では、移動体５に設けた
光源７からの投射光をヘッド部４の視覚カメラ１４でと
らえてヘッド部４の位置を初期設定するようにしたが、
特に光源７及び視覚カメラ１４を用いなくても、最初に
移動体５のコーナーキューブ６からの反射レーザビーム
が４分割光電変換素子１８に入射するように位置調整を
行なっておくことにより、コーナーキューブ６からの反
射レーザビームのみを用いて移動体５を追尾することが
できる。即ち、４分割光電変換素子１８に一旦反射レー
ザビームが入射すると、移動体５が移動してもレーザ発
振器１１からのレーザビームは、コーナーキューブ６か
ら外れることなくロックされるので、移動体５を追尾す
ることができる。

【００３４】また、上記実施例では、移動体５のコーナ
ーキューブ６からの反射レーザビームを４分割光電変換
素子１８に直接入射するようにしたが、４分割光電変換
素子１８の前面部に集光レンズを配置するようにしても
よい。この集光レンズを用いることにより、反射レーザ
ビームの入射許容範囲を大きくとることができ、４分割
光電変換素子１８に対する反射レーザビームの合わせ操
作が容易となる。

【００３５】（第２実施例）次に本発明の第２実施例を
図５及び図６を参照して説明する。図５は、第２実施例
に係る３次元位置標定装置の外観構成図、図６は回路構
成を示すブロック図である。

【００３６】この第２実施例に係る３次元位置標定装置
は、上記第１実施例と同様に視覚カメラとレーザ発振器
の光軸のずれによる影響を無くして測距精度を向上する
と共に、移動体のコーナーキューブを回転可能に保持
し、本体側からの指示によりコーナーキューブを常に本
体側に正対させるようにして、移動体の向きに関係な
く、移動体を追尾できようにしたものである。即ち、図
５に示すように標定装置本体１上に水平回転装置２及び
垂直回転装置３を介してヘッド部４を装着すると共に、
移動体５上に水平回転装置４１及び垂直回転装置４２を
介してコーナーキューブ６を装着し、標定装置本体１の
ヘッド部４だけでなく移動体５のコーナーキューブ６に
ついても、その方向を制御できるようにしている。

【００３７】そして、上記標定装置本体１のヘッド部４
には、図６に示すように追尾及び距離計算に用いる第１
のレーザ発振器１１ａ、通信用の第２のレーザ発振器１
１ｂ、レーザ発振器１１ａ，１１ｂを強度変調する第１
及び第２の変調器１２ａ，１２ｂ、コーナーキューブ６
からの反射レーザビームを集光レンズ１７を介して受光
し電気信号に変換する４分割光電変換素子１８が設けら
れている。この４分割光電変換素子１８は、図７に示す
ように集光レンズ１７の焦点Ｆよりも前方に設置され、
反射レーザビームが４分割光電変換素子１８の受光面
に、ある程度の広がりを持って入射されるようにしてい
る。

【００３８】また、上記標定装置本体１には、４分割光
電変換素子１８により変換された信号を処理する信号処
理回路２４、この信号処理回２４で処理された信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２５、上記変調器１
２の変調信号ｆ1 と信号処理回路２４で処理された信号
ｆ2 の位相を計測する位相計測器２２、上記位相計測器
２２及びＡ／Ｄ変換器２５の出力信号を処理するコンピ
ュータ２３が設けられている。このコンピュータ２３
は、Ａ／Ｄ変換器２５の出力データに基づいてヘッド部
４が移動体５方向に向くように水平回転装置２及び垂直
回転装置３を制御すると共に、移動体５に対する指令を
変調器１２ｂに与える。この変調器１２ｂは、コンピュ
ータ２３からの指令に従ってレーザ発振器１１ｂから投
射されるレーザビームを強度変調する。また、コンピュ
ータ２３は、位相計測器２２により計測された位相差Δ
θに基づいて移動体５の位置、距離等を標定する。

【００３９】一方、移動体５には、図５及び図６に示す
ように水平回転装置４１及び垂直回転装置４２を介して
コーナーキューブ６が設けられ、その中心部に光電変換
素子４３が設けられる。また、移動体５の内部にコンピ
ュータ４４、方位センサ４５、傾斜センサ４６が設けら
れ、コンピュータ４４に方位センサ４５及び傾斜センサ
４６の検出信号が入力されると共に、光電変換素子４３
の出力信号が復調器４７で復調されて入力される。コン
ピュータ４４は、方位センサ４５、傾斜センサ４６及び
復調器４７の出力信号に基づいて水平回転装置４１及び
垂直回転装置４２を制御する。

【００４０】次に上記実施例の動作を説明する。最初
に、レーザ発振器１１ａから投射したレーザビームがコ
ーナーキューブ６により反射して、ヘッド部４の４分割
光電変換素子１８の受光面に入射するようにヘッド部４
の方向とコーナーキューブ６の方向を合わせる。

【００４１】その後、ヘッド部４のレーザ発振器１１ａ
から強度変調したレーザビームを移動体５のコーナーキ
ューブ６に向けて投射し、その反射レーザビームを集光
レンズ１７を介して４分割光電変換素子１８で受光す
る。この４分割光電変換素子１８の出力信号を信号処理
回路２４及びＡ／Ｄ変換器２５を介してコンピュータ２
３に送り、前記図１に示した実施例の場合と同様にして
移動体５を追尾する。上記のようにコーナーキューブ６
からの反射レーザビームが４分割光電変換素子１８に一
旦入射すると、移動体５が移動してもレーザ発振器１１
からのレーザビームは、コーナーキューブ６から外れる
ことなくロックされ、移動体５の追尾が行なわれる。ま
た、この移動体５の追尾制御と共に、前記第１実施例の
場合と同様にして移動体５に対する３次元位置の標定が
行なわれる。

【００４２】また、コンピュータ２３は、移動体５の標
定を行なうと、その標定により得た移動体５の位置デー
タを変調器１２ｂに入力してレーザ発振器１１ｂから投
射されるレーザビームを変調し、そのレーザビームを移
動体５へ送る。移動体５は、レーザ発振器１１ｂからの
レーザビームを光電変換素子４３で受光して復調器４７
で復調し、その復調した結果、即ち移動体５の位置デー
タ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をコンピュータ４４に伝える。

【００４３】コンピュータ４４は、方位センサ４５と傾
斜センサ４６の値を取り込んで移動体５の姿勢を解読
し、移動体５の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と姿勢から水平回転
装置４１と垂直回転装置４２を制御してコーナーキュー
ブ６を本体の方向へ向ける。

【００４４】以上の動作を繰り返すことによって移動体
５の追尾が行なわれる。この第２実施例によれば、測距
用レーザ発振器からレーザビームを移動体５のコーナー
キューブ６に投射し、このコーナーキューブ６で反射さ
れてヘッド部４に戻ってきたレーザビームの位置ずれを
検知し、該位置ずれデータに基づいて移動体を追尾して
いるので、従来装置で用いられている光源と視覚カメラ
を必要とせず、このため視覚カメラとレーザ発振器の光
軸のずれの影響を受けるという問題が全くなくなり、標
定精度を向上できる。

【００４５】更に、移動体５の位置を標定した後、その
位置データを移動体５へ送信し、その位置データ及び移
動体５の姿勢データに基づいてコーナーキューブ６の方
向を制御してヘッド部４に正対させるようにしたので、
移動体５の向きに関係なく、また、移動範囲の制約を受
けることなく移動体５を追尾でき、リアルタイムで位置
標定を行なうことができる。また、上記のように標定装
置本体１から移動体５への通信手段を備えているので、
本体１側から移動体５の動作を任意に制御することが可
能である。

【００４６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、移
動体のコーナーキューブから反射される測距用のレーザ
ビームを利用し、この反射レザービームの位置ずれをヘ
ッド部に設けた４分割光電変換素子で検出し、この位置
ずれデータに基づいてヘッド部の方向を制御して移動体
を追尾するようにしたので、視覚カメラを用いることな
く移動体を追尾でき、視覚カメラとレーザ発振器の光軸
のずれによる影響を無くして測距精度を向上することが
できる。

【００４７】また、本発明は、標定装置本体から移動体
へのデータ通信手段を設けると共に、移動体のコーナー
キューブを水平方向及び垂直方向に回転可能に保持し、
移動体の位置を標定した後、その位置データを上記デー
タ通信手段により移動体へ送信するようにしたので、移
動体では本体からの位置データ等に基づいてコーナーキ
ューブを本体の方向へ向けることができる。従って、移
動体の向きに関係なく、また、移動範囲の制約を受ける
ことなく移動体を追尾でき、リアムタイムで位置標定を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る３次元位置標定装置
の構成を示すブロック図。

【図２】同実施例における４分割光電変換素子の信号処
理回路の構成図。

【図３】同実施例における位相計測の説明図。

【図４】同実施例における位置標定計算の説明図。

【図５】本発明の第２実施例に係る３次元位置標定装置
の外観図。

【図６】同実施例における３次元位置標定装置の構成を
示すブロック図。

【図７】同実施例における集光レンズと４分割光電変換
素子の位置関係を示す図。

【図８】本発明の対象とする３次元位置標定装置の概念
図。

【図９】従来の３次元位置標定装置の構成を示すブロッ
ク図。

【図１０】従来の位置検出装置の構成を示すブロック
図。

【図１１】図１０の位置検出装置におけるスクリーン上
のレーザパターンの動きを示す図。

【符号の説明】

１標定装置本体２水平回転装置３垂直回転装置４ヘッド部５移動体６コーナーキューブ７光源１１，１１ａ測距用レーザ発振器１１ｂ通信用レーザ発振器１２，１２ａ，１２ｂ変調器１３光電変換素子１４視覚カメラ１８４分割光電変換素子２１画像処理装置２２位相計測器２３コンピュータ２４信号処理回路２５Ａ／Ｄ変換器４１水平回転装置４２垂直回転装置４３光電変換素子４４コンピュータ４５方位センサ４６傾斜センサ４７復調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青山富夫兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標定装置本体に水平回転装置及び垂直回
転装置を介して保持されたヘッド部にレーザ測距手段を
備え、移動体に設けたコーナーキューブからの反射レー
ザビームを検出して移動体の３次元位置を標定する３次
元位置標定装置において、上記レーザ測距手段の測距用レーザ発振器から投射され
て上記移動体のコーナーキューブにより反射されてヘッ
ド部に戻ってきたレーザビームを受光する４分割光電変
換素子と、この４分割光電変換素子から出力される４つ
の信号のレベルを検出する信号処理回路と、この信号処
理回路から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力信号に
基づき、上記移動体のコーナーキューブにより反射され
たレーザビームが４分割光電変換素子の中心部に入射す
るように上記水平回転装置及び垂直回転装置を回転制御
する手段と、上記レーザ発振器から投射されるレーザビ
ームと上記４分割光電変換素子で検出された反射レーザ
ビームとの位相差を計測する位相計測手段と、この手段
により計測された位相差と上記ヘッド部の水平回転角及
び垂直回転角に基づいて上記移動体の３次元位置を標定
する標定手段とを具備したことを特徴とする３次元位置
標定装置。
【請求項２】標定装置本体に水平回転装置及び垂直回
転装置を介して保持されたヘッド部にレーザ測距手段を
備え、移動体に設けたコーナーキューブからの反射レー
ザビームを検出して移動体の３次元位置を標定する３次
元位置標定装置において、上記ヘッド部に設けられた測距用レーザ発振器及び通信
用レーザ発振器と、上記測距用レーザ発振器から投射さ
れて上記移動体上のコーナーキューブから戻ってきたレ
ーザビームの位置ずれを検知し、該位置ずれデータに基
づいて上記ヘッド部の水平回転装置及び垂直回転装置を
回転制御する手段と、上記測距用レーザ発振器から投射
されるレーザビームと上記コーナーキューブから戻って
きたレーザビームとの位相差を計測する位相計測手段
と、この手段により計測された位相差と上記ヘッド部の
水平回転角及び垂直回転角に基づいて上記移動体の３次
元位置を標定する標定手段と、この手段で標定された位
置データにより上記通信用レーザ発振器を変調制御して
レーザビームを上記移動体へ投射する手段と、上記移動
体に設けられたコーナーキューブを水平回転装置及び垂
直回転装置を介して回転可能に保持する手段と、上記移
動体に設けられ、上記通信用レーザ発振器からのレーザ
ビームを受光して位置データを復調する復調手段と、上
記移動体に設けられて移動体自体の姿勢角を検出する姿
勢角検出手段と、この手段により検出された姿勢データ
及び上記復調手段により解読された位置データに基づい
て上記コーナーキューブの水平回転装置及び垂直回転装
置を回転させ該コーナーキューブを上記ヘッド部に向か
って正対させる制御手段とを具備したことを特徴とする
３次元位置標定装置。