JPH0740066B2 - Method and device for measuring angle in three-dimensional space using laser beam - Google Patents

Method and device for measuring angle in three-dimensional space using laser beam

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JPH0740066B2
JPH0740066B2 JP1398687A JP1398687A JPH0740066B2 JP H0740066 B2 JPH0740066 B2 JP H0740066B2 JP 1398687 A JP1398687 A JP 1398687A JP 1398687 A JP1398687 A JP 1398687A JP H0740066 B2 JPH0740066 B2 JP H0740066B2
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angle
laser beam
lighthouse
ray
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達之 越智
興平 三尾
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザ光線を使用した3次元位置の測定方法
および装置に関し、更に詳しくは3次元空間の所定点が
基準点からなす角度を測定する方法及び装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for measuring a three-dimensional position using a laser beam, and more specifically, measuring an angle formed by a predetermined point in a three-dimensional space from a reference point. Method and device.

[従来の技術] レーザ光線を利用した距離或いは方向の測定は、トラン
シットによる測量に比較して熱練を必要とせず、また測
定データの処理がコンピュータで可能で、自動記録或い
は表示も可能など優れた測量法である。そこで、本出願
人は、このレーザ光線による優れた測定方法を特願昭60
−189688号(特公平3−58646号公報参照)、特願昭60
−267481号(特公平4−11806号公報参照)等によって
提案した。
[Prior Art] Distance or direction measurement using a laser beam does not require heat kneading as compared with surveying by transit, and measurement data can be processed by a computer, and automatic recording or display is also possible. It is a surveying method. Therefore, the applicant of the present invention has proposed a superior measurement method using this laser beam in Japanese Patent Application No.
-189688 (see Japanese Patent Publication No. 3-58646), Japanese Patent Application No. 60
No. 267481 (see Japanese Patent Publication No. 4-11806).

ところで、上記提案された測定方法或いは装置は、いず
れも平面における所定点すなわち計測点が基準点からな
る角度或いは方向を測定するもので、3次元空間の計測
点の方向は測定できないものである。また測定に使用さ
れるレーザがビーム形状であるため計測範囲が狭いとい
う難点がある。もっとも、平面位置の測定には、ビーム
形状でも格別問題は生じないが、3次元空間の計測点の
方向の測定には問題がある。
By the way, all of the above-mentioned proposed measuring methods or devices measure an angle or direction of a predetermined point on the plane, that is, the measuring point is the reference point, and cannot measure the direction of the measuring point in the three-dimensional space. In addition, since the laser used for measurement has a beam shape, the measurement range is narrow. Of course, the beam shape does not cause any particular problem in measuring the plane position, but there is a problem in measuring the direction of the measurement point in the three-dimensional space.

[発明の目的] したがって、本発明は、レーザを使用して3次元空間の
計測点の基準線からの方向を測定する方法及び装置を提
供することを目的とし、また測定範囲の拡大された測定
方法及び装置を提供することを目的としている。
OBJECT OF THE INVENTION Accordingly, the present invention aims to provide a method and apparatus for measuring the direction of a measurement point in a three-dimensional space from a reference line using a laser, and to perform measurement with an expanded measurement range. It is an object to provide a method and a device.

[発明の構成] 本発明によるレーザ光線を使用した3次元空間上の角度
測定方法によれば、所定間隔をおいたX、Y平面上の2
箇所の基準点の一方の基準点に互いに逆方向に等速で前
記X、Y平面に直角なZ軸を中心としてスリット状のレ
ーザ光線を回転照射する第1のレーザ灯台を設置し、他
方の基準点に前記X、Y平面内に位置し、そしてZ軸と
直交するX軸を中心として前記の第1のレーザ灯台と同
様にスリット状のレーザ光線を回転照射する第2のレー
ザ灯台を設置し、前記スリット状のレーザ光線はその一
側が回転軸に直角な方向に照射されて時計方向に回転す
る光線CW2と他側がその一側の光線CW2と角度ψで照射さ
れる光線CW1と、一側が回転軸に直角な方向に照射され
て反時計方向に回転される光線CCW1と他側がその一側の
光線CCW1と角度ψで照射される光線CCW2で構成され、計
測点には前記第1および第2のレーザ灯台から照射され
るレーザ光線を検知するセンサを設置し、前記第1のレ
ーザ灯台から照射される互いに逆方向に回転するレーザ
光線を検知する時間差を計測して演算装置に入力し、計
測点が第1および第2のレーザ灯台を設置した2つの基
準点を結ぶ基準線からなす角度αを算出し、前記第2の
レーザ灯台から照射される光線の時間差から、第2のレ
ーザ灯台を設置した基準点において計測点が前記X、Y
平面と対する角度βを算出するようになっている。
[Structure of the Invention] According to the angle measuring method in the three-dimensional space using the laser beam according to the present invention, 2 on the X and Y planes with predetermined intervals.
A first laser lighthouse for rotating and irradiating a slit-shaped laser beam around the Z axis perpendicular to the X and Y planes at the same speed in opposite directions to each other is installed at one of the reference points of the points, and at the other of the reference points. A second laser lighthouse which is located at the reference point in the X and Y planes and which rotatably irradiates a slit-shaped laser beam around the X axis orthogonal to the Z axis as in the first laser lighthouse is installed. However, the slit-shaped laser beam is a light beam CW2, one side of which is radiated in a direction perpendicular to the rotation axis and rotates clockwise, and the other side is a light beam CW1 which is radiated at an angle ψ with a light beam CW2 of that one side. One side is composed of a light beam CCW1 which is irradiated in a direction perpendicular to the rotation axis and is rotated counterclockwise, and the other side is composed of a light beam CCW1 of one side and a light beam CCW2 which is irradiated at an angle ψ. A sensor for detecting the laser beam emitted from the second laser lighthouse. Is installed, the time difference for detecting the laser beams emitted from the first laser lighthouse and rotating in mutually opposite directions is measured and input to the arithmetic device, and the measurement points are provided with the first and second laser lighthouses. The angle α formed from the reference line connecting the two reference points is calculated, and from the time difference of the light rays emitted from the second laser lighthouse, the measurement points are X, Y at the reference point where the second laser lighthouse is installed.
The angle β with respect to the plane is calculated.

また、本発明によるレーザ光線を使用した3次元空間上
の角度測定装置によれば、所定間隔をおいてX、Y平面
上の2つの基準点に設置され時計方向および反時計方向
に等速で回転するレーザ光を照射する第1および第2の
レーザ灯台と、計測点に設置され、前記第1および第2
のレーザ灯台からのレーザ光線を検知する検知センサ
と、前記検知センサが受光する時計方向および反時計方
向に回転するレーザ光線の時間差を測定する時間測定装
置と、その時間測定装置で測定された第1のレーザ灯台
に関する測定値が入力されて前記2つの基準点を結ぶ基
準線に対する角度を演算すると共に、第2のレーザ灯台
に関する測定値が入力されて前記X、Y平面に対する角
度を演算する演算装置とを備え、前記第1および第2の
レーザ灯台はスリット状のレーザ光線を照射し、前記ス
リット状のレーザ光線はその一側が回転軸に直角な方向
に照射されて時計方向に回転する光線CW2と他側がその
一側の光線CW2と角度ψで照射される光線CW1と、一側が
回転軸に直角な方向に照射されて反時計方向に回転され
る光線CCW1と他側がその一側の光線CCW1と角度ψで照射
される光線CCW2で構成されている。
In addition, according to the angle measuring device in the three-dimensional space using the laser beam according to the present invention, the angle measuring device is installed at two reference points on the X and Y planes at a predetermined interval and at a constant speed in the clockwise and counterclockwise directions. First and second laser lighthouses for irradiating a rotating laser light, and the first and second laser lighthouses installed at measurement points.
Detection sensor for detecting a laser beam from the laser lighthouse, a time measuring device for measuring a time difference between the laser beam rotating in the clockwise direction and the counterclockwise direction received by the detection sensor, and the first time measured by the time measuring device. Calculation for inputting a measurement value for one laser lighthouse to calculate an angle with respect to a reference line connecting the two reference points, and inputting a measurement value for a second laser lighthouse for calculating an angle with respect to the X and Y planes And a device for irradiating the first and second laser lighthouses with a slit-shaped laser beam, and the one side of the slit-shaped laser beam is radiated in a direction perpendicular to the rotation axis to rotate clockwise. CW2 and the ray CW1 which is irradiated at an angle ψ with the ray CW2 on the other side, and ray CCW1 which is rotated counterclockwise by radiating one side in the direction perpendicular to the rotation axis and the other side is the one. It is composed of a light CCW2 emitted by the light CCW1 and angle [psi.

[発明の原理] 本発明は、原理的には先に提案された特願昭60−267418
号(特公平4−11806号公報参照)に記載の発明が利用
されている。そこで、まずその先行発明の概要を説明す
る。
[Principle of the Invention] The present invention is based on the principle of the previously proposed Japanese Patent Application No. 60-267418.
The invention described in Japanese Patent Publication No. 11806/1992 is used. Therefore, the outline of the prior invention will be described first.

第1図に示すように(x、y)平面上に基準線ABがあ
り、そして同平面上にC点すなわち計測点があるとき、
C点が基準線ABとなす角θを求めることについて考察す
ると、レーザビームをA点からB点へ向け発し、そして
このレーザビームを反時計方向CCWと時計方向CWとに等
速で回転させると、C点では反時計方向のレーザビーム
CCWを観測して、次に時計方向のビームCWを観測する筈
である。そして再び反時計方向のビームCCWを観測する
ことになる。計測点Cが第3或いは第4象現に存在する
ときは、観測順序が異なるだけで、原理的には同じであ
ることは明らかである。
As shown in FIG. 1, when the reference line AB is on the (x, y) plane and the point C, that is, the measurement point is on the same plane,
Considering how to obtain the angle θ formed by the point C and the reference line AB, when the laser beam is emitted from the point A to the point B and the laser beam is rotated at a constant speed in the counterclockwise direction CCW and the clockwise direction CW. , Point C is a counterclockwise laser beam
Observe the CCW and then the clockwise beam CW. And we will observe the CCW beam CCW again. When the measurement point C exists in the third or fourth quadrant, it is clear that the observation order is the same but the principle is the same.

このように観測時刻が異なるので、この観測時間差から
角θを算出できることになる。すなわち第2図に示すよ
うに、C点における観測時間差はt1、t2、t1・・・であ
るので、角θはθ=(t1−t2)/(|t1−t2|)×t1/(t
1+t2)×180゜で求められる。
Since the observation times are different in this way, the angle θ can be calculated from this observation time difference. That is, as shown in FIG. 2, since the observation time differences at the point C are t1, t2, t1 ..., The angle θ is θ = (t1−t2) / (| t1−t2 |) × t1 / (t
1 + t2) × 180 °

ところで、反時計方向に回転するレーザと、時計方向の
レーザを準備するのは等速で駆動する方法にも、またコ
スト的にも問題があるので、1個の回転レーザを使用
し、そしてミラーを適用することによって、2方向の回
転レーザCCW、CWを得るようにし、また反時計方向のレ
ーザCCWと時計方向のレーザCWを区別するために、先の
発明では上下方向に所定間隔をおいてレーザビームが適
用されている。
By the way, it is problematic to prepare a counterclockwise rotating laser and a clockwise laser both in a method of driving at a constant speed and in terms of cost. Therefore, one rotating laser is used and a mirror is used. In order to obtain the two-direction rotating lasers CCW and CW and to distinguish the counterclockwise laser CCW and the clockwise laser CW by applying A laser beam is applied.

このように、x、y平面上で回転するレーザすなわち
x、y平面に垂直なz軸を中心にして両方向に等速で回
転するレーザを適用すると、x、y平面上の計測点が基
準線となす角すなわち方向が求まり、同様にx軸を中心
として両方向に等速で回転するレーザを使用すると、計
測点が基準点においてx、y平面となす角が求まること
になる。
As described above, when a laser rotating on the x, y plane, that is, a laser rotating at a constant speed in both directions around the z axis perpendicular to the x, y plane is applied, the measurement point on the x, y plane becomes a reference line. Angle, that is, the direction, is obtained. Similarly, when a laser that rotates in both directions around the x axis at a constant speed is used, the angle formed by the measurement point with the x and y planes at the reference point is obtained.

[発明の作用効果] 本発明によれば前述の如く2つのスリット状のレーザ光
線を用いてその交点を求めるので、センサが光線を検知
しやすく、容易に3次元的な角度を求めることができ
る。したがって例えば移動する物体もその物体にセンサ
を設ければその3次元方向を求めることができる。この
ようにスリット状のレーザ光線を用いることによってセ
ンサが容易に光線を検知でき、角度の測定上極めて好適
である。
[Advantageous Effects of the Invention] According to the present invention, since the intersection point is obtained by using the two slit-shaped laser beams as described above, the sensor can easily detect the beam, and the three-dimensional angle can be easily obtained. . Therefore, for example, even if a moving object is provided with a sensor, the three-dimensional direction can be obtained. By using the slit-shaped laser beam as described above, the sensor can easily detect the beam, which is extremely suitable for angle measurement.

[実施例] 本発明の実施に際しては、基準点を結ぶ基準線を補正す
るためには基準方向検出センサを使用し、またレーザ光
線の検知センサは、フォトダイオード、増幅整形回路、
しきい値回路等で構成することができる。レーザ光線を
受光する時間差は、水晶発振回路、ゲート回路、カウン
タ回路等で構成し、演算装置はマイクロコンピュータで
構成できる。しかしながら、これらの装置は、いずれも
当業者において周知であり任意に適用できるものである
から、以下の実施例では、ブロック図として示されるだ
けである。
[Embodiment] In carrying out the present invention, a reference direction detection sensor is used to correct a reference line connecting reference points, and a laser beam detection sensor includes a photodiode, an amplification shaping circuit,
It can be configured with a threshold circuit or the like. The time difference for receiving the laser beam is constituted by a crystal oscillation circuit, a gate circuit, a counter circuit, etc., and the arithmetic unit can be constituted by a microcomputer. However, since these devices are all well known to those skilled in the art and can be arbitrarily applied, they are only shown as block diagrams in the following embodiments.

以下添付図面の第3図、第4図によって、レーザ灯台の
実施例から説明する。
An embodiment of a laser lighthouse will be described below with reference to FIGS. 3 and 4 of the accompanying drawings.

第3図において、レーザ灯台1は、固定ハウジング10
と、このハウジング内に設けられている回転台20と、ハ
ウジング10及び回転台20に取付けられている後述する各
種の光学装置とから成っている。
In FIG. 3, the laser lighthouse 1 has a fixed housing 10
And a rotary table 20 provided in the housing, and various optical devices described later attached to the housing 10 and the rotary table 20.

固定ハウジング10は、略箱形に形成され、その底壁11の
中心部にはレーザ発振器30が固定されている。そして、
この発振器から照射されるレーザ光線Xは、中心透孔12
からハウジングの内部へ達するようになっている。固定
ハウジング10は、上方部に支持部材13を一体的に備えて
いる。そしてこの支持部材に反射面Sが回転中心線Cに
一致するようにミラー2が固定されている。
The fixed housing 10 is formed in a substantially box shape, and the laser oscillator 30 is fixed to the center of the bottom wall 11 of the fixed housing 10. And
The laser beam X emitted from this oscillator is the central through hole 12
To reach the inside of the housing. The fixed housing 10 is integrally provided with a support member 13 at an upper portion thereof. The mirror 2 is fixed to the support member so that the reflection surface S coincides with the rotation center line C.

固定ハウジング10の内部には、モータの構成要素である
固定子21が設けられ、この固定子に対向して平板状の回
転子22が軸受23により回転自在に軸受けされている。そ
して、この回転子22に回転台24が一体的に載置されてい
る。回転台の回転中心には透孔25が形成され、レーザ発
振器30からのレーザ光線Xはこの透孔25を通って、回転
台24に固定されたペンタプリズム3に達するようになっ
ている。
A stator 21 which is a component of the motor is provided inside the fixed housing 10, and a flat plate-shaped rotor 22 is rotatably supported by a bearing 23 so as to face the stator. A rotary table 24 is integrally mounted on the rotor 22. A through hole 25 is formed at the center of rotation of the rotary table, and the laser beam X from the laser oscillator 30 reaches the pentaprism 3 fixed to the rotary table 24 through the through hole 25.

回転台24の中心には、前述のようにペンタプリズム3が
固定され、そして周縁部には3角形の反射プリズム4と
ビームスプリッタ6が、また中間位置にはシリンドリカ
ル凹レンズ5が軸心が斜め上方を向くようにして一体的
に設けられている。したがって、回転台24が回転する
と、プリズム3、シリンドリカル凹レンズ5、反射プリ
ズム4およびスプリッタ6が一体的に回転することにな
る。
As described above, the pentaprism 3 is fixed to the center of the rotary table 24, and the triangular reflecting prism 4 and the beam splitter 6 are provided at the peripheral portion, and the cylindrical concave lens 5 is provided at an intermediate position so that the axial center is obliquely upward. Are provided integrally so as to face. Therefore, when the rotary table 24 rotates, the prism 3, the cylindrical concave lens 5, the reflecting prism 4, and the splitter 6 rotate integrally.

レーザ灯台1は、以上のように構成されているので、レ
ーザ発振器30から照射されるレーザ光線Xは、ペンタプ
リズム3で図示のように屈折され、シリンドリカル凹レ
ンズ5に達する。シリンドリカル凹レンズ5では、図示
のようにレーザ光線は上下方向にのみ拡散され、第1の
端部の光線L1は、その一部はビームスプリッタ6を通っ
て直進してレーザ光線CCW1となり、残りの光線は反射プ
リズム4で屈折され、そしてミラー2で反射してレーザ
光線CW1となる。また第2の端部のレーザ光線L2は、そ
の一部は反射プリズム4及びビームスプリッタ6を通っ
て直進し、光線CCW2となり、残余の光線は反射プリズム
4で屈折して、更にミラー2で反射して光線CW2とな
る。
Since the laser lighthouse 1 is configured as described above, the laser beam X emitted from the laser oscillator 30 is refracted by the pentaprism 3 as shown in the figure and reaches the cylindrical concave lens 5. In the cylindrical concave lens 5, the laser beam is diffused only in the vertical direction as shown in the figure, and a part of the light beam L1 at the first end goes straight through the beam splitter 6 to become the laser beam CCW1, and the remaining light beam Is refracted by the reflection prism 4 and reflected by the mirror 2 to become a laser beam CW1. A part of the laser beam L2 at the second end goes straight through the reflecting prism 4 and the beam splitter 6 to become a beam CCW2, and the remaining beam is refracted by the reflecting prism 4 and further reflected by the mirror 2. Then it becomes a ray CW2.

したがって、凹レンズ5を通ってプリズム、ミラー等を
通過或いは屈折されたレーザ光線は、スリット状にCCW2
とCCW1及びCW1とCW2との間に拡散され、しかも斜め上方
へ照射される。それ故、第3図において角ψで示される
範囲に計測点が存在すると、計測点は2種のレーザ光線
CW、CCWに照射されることになる。そして、今回転台20
を上方からみて反時計方向に回転させると、レーザ光線
CCW1、CCW2は回転台と同方向に回転するが、光線CW1、C
W2はミラー2が反射されているので反転し、時計方向に
回転する。この回転方向の関係は第4図に模式的に示さ
れている。
Therefore, the laser beam that has passed through the concave lens 5 and passed through the prism, the mirror, or the like or being refracted is CCW2 in a slit shape.
Between CCW1 and CCW1 and CW1 and CW2, and is irradiated obliquely upward. Therefore, if the measurement point exists in the range indicated by the angle ψ in FIG.
It will be irradiated to CW and CCW. And now turntable 20
When viewed from above and rotated counterclockwise, the laser beam
CCW1 and CCW2 rotate in the same direction as the turntable, but rays CW1 and CW
W2 is inverted because the mirror 2 is reflected, and rotates clockwise. This rotational direction relationship is schematically shown in FIG.

このように、レーザ光線が照射されるので、第3図にお
いて示す計測エリアに計測点が存在すると、計測点は反
時計方向の光線CCWと、時計方向の光線CWとに照射され
る。したがって、第1図、第2図に関して説明したよう
に、時間差を測定すると計測点の角度或いは方向が演算
できることになる。反時計方向の光線CCWを受光するセ
ンサと、時計方向の光線CWを受光するセンサとを設ける
と、計測エリア以外の計測点の角度も演算できる。
As described above, since the laser beam is emitted, when the measurement point exists in the measurement area shown in FIG. 3, the measurement point is emitted to the counterclockwise ray CCW and the clockwise ray CW. Therefore, as described with reference to FIGS. 1 and 2, if the time difference is measured, the angle or direction of the measurement point can be calculated. If a sensor that receives the counterclockwise light beam CCW and a sensor that receives the clockwise light beam CW are provided, the angles of the measurement points other than the measurement area can also be calculated.

そこで、第5図によって、その測定方法について説明す
る。基準点Aをx、y平面上に定め、そして基準点A
に、レーザ灯台1の回転中心CがZ軸と一致するように
設置して、レーザ光線を照射する。計測点Cには、レー
ザ光線検出センサ50を設け、レーザ光線を検知するよう
にする。また時間測定装置51と演算装置52を設ける。
Therefore, the measuring method will be described with reference to FIG. The reference point A is set on the x and y planes, and the reference point A
Then, the laser lighthouse 1 is installed so that the center of rotation C of the laser lighthouse 1 coincides with the Z axis, and the laser beam is emitted. A laser beam detection sensor 50 is provided at the measurement point C to detect the laser beam. Further, a time measuring device 51 and a computing device 52 are provided.

さて、上述のようにしてレーザ光線が照射されると、セ
ンサ50は光線CCWとCWを検知する。そしてその信号が時
間測定装置に入力されて、第2図について説明したよう
に、時間差t1、t2、t1、t2・・・が測定される。したが
って、これらの時間差t1、t2から計測点Cが基準線ABか
らなる角αがα=(t1−t2)/(|t1−t2|)×t1/(t1
+t2)×180゜の式により演算装置52によって算出され
る。
Now, when the laser beam is applied as described above, the sensor 50 detects the light beams CCW and CW. Then, the signal is input to the time measuring device, and the time differences t1, t2, t1, t2 ... Are measured as described with reference to FIG. Therefore, from these time differences t1 and t2, the angle α at which the measurement point C is formed by the reference line AB is α = (t1−t2) / (| t1−t2 |) × t1 / (t1
+ T2) × 180 ° is calculated by the arithmetic unit 52.

さて本発明によると、3次元空間の計測点の位置も容易
に測定できる。例えば第6図に示すように、x軸上の基
準点A、Cに回転中心がZ軸と一致するようにレーザ灯
台1を設置して、角α、γを測定する。基準点A、C間
の距離lは予め求められているので、2角と一辺が定ま
り、C′の座標(x′、y′)は演算装置52により算出
され、角βが算出されているので、Zも演算され、その
座標(x′、y′、z′)が演算される。これらの演算
値はディスプレイに表示し、またプリントアウトするこ
ともできる。
Now, according to the present invention, the position of the measurement point in the three-dimensional space can be easily measured. For example, as shown in FIG. 6, the laser lighthouse 1 is installed at reference points A and C on the x-axis so that the center of rotation coincides with the Z-axis, and the angles α and γ are measured. Since the distance l between the reference points A and C is previously obtained, the two corners and one side are determined, the coordinates (x ', y') of C'are calculated by the arithmetic unit 52, and the angle β is calculated. Therefore, Z is also calculated, and its coordinates (x ', y', z ') are calculated. These calculated values can be displayed on the display or printed out.

このように3箇所の基準点からレーザ光線が照射される
と、レーザ光線検知センサ50は、それらを区別するよう
に構成する必要がある。その実施例が第7図に示されて
いる。すなわちセンサ50はフォトダイオードなどから構
成されるが、レーザ灯台の設置点が異なるので、それを
利用してセンサ50を3個a′、b′、c′設けて、それ
ぞれのセンサa′、b′、c′には、それぞれの基準点
A、B、Cに設けられている灯台の光線のみを受光する
ようになっている。また図示はされていないが、レーザ
灯台のレーザの波長を変えて、光学フィルタで分別する
ようにすることも、更には灯台の回転周期を変えてマイ
クロコンピュータで判別するようにすることもできる。
When the laser beam is emitted from the three reference points in this way, the laser beam detection sensor 50 needs to be configured to distinguish them. An example thereof is shown in FIG. That is, the sensor 50 is composed of a photodiode or the like, but since the installation point of the laser lighthouse is different, three sensors a ', b', and c'are provided by using this, and the respective sensors a ', b. ′ And c ′ are designed to receive only the light beams of the lighthouses provided at the respective reference points A, B, and C. Although not shown, the wavelength of the laser of the laser lighthouse may be changed so that the laser light can be separated by the optical filter, or the rotation cycle of the lighthouse can be changed so as to be discriminated by the microcomputer.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によるとレーザ光線がスリ
ット状に拡大されているので、測定範囲が広く、したが
って3次元空間に存在する計測点の角度が容易に測定で
きる。更には、レーザ光線がスリット状であるため移動
計測点も測定できる。またレーザ光線を使用しているの
で、瞬時に測定でき、しかもそのデータの表示や記録が
容易である等の効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the laser beam is expanded in a slit shape, the measurement range is wide and therefore the angle of the measurement point existing in the three-dimensional space can be easily measured. Furthermore, since the laser beam has a slit shape, it is possible to measure a moving measurement point. Further, since the laser beam is used, there is an effect that the measurement can be performed instantly and the data can be easily displayed and recorded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図及び第2図は計測点におけるレーザ光線の受光時
間間隔と角度との関係を示す説明図、第3図は本発明に
係るレーザ灯台の1実施例を示す側面図、第4図はレー
ザ灯台の模式的平面図、第5図及び第6図はそれぞれ異
なる測定法を示す説明図、第7図はレーザ光線検知セン
サの1実施例を示す模式的斜視図である。 1……レーザ灯台、2……ミラー、20……回転台、30…
…レーザ発振器、50……レーザ光線検知センサ、51……
時間測定装置、52……演算装置、CCW……反時計方向に
回転するレーザ光線、CW……時計方向に回転するレーザ
光線、α……計測点が基準線となす角度、β……計測点
が基準点においてx、y平面となす角度
1 and 2 are explanatory views showing the relationship between the light receiving time interval and the angle of the laser beam at the measurement point, FIG. 3 is a side view showing one embodiment of the laser lighthouse according to the present invention, and FIG. FIG. 5 is a schematic plan view of a laser lighthouse, FIGS. 5 and 6 are explanatory views showing different measuring methods, and FIG. 7 is a schematic perspective view showing one embodiment of a laser beam detection sensor. 1 ... Laser lighthouse, 2 ... Mirror, 20 ... Turntable, 30 ...
… Laser oscillator, 50 …… Laser beam detection sensor, 51 ……
Time measuring device, 52 ... Arithmetic device, CCW ... Laser beam rotating counterclockwise, CW ... Laser beam rotating clockwise, α ... Angle formed by reference point with reference line, β ... Measuring point Is the angle formed by the x and y planes at the reference point

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定間隔をおいたX、Y平面上の2箇所の
基準点の一方の基準点に互いに逆方向に等速で前記X、
Y平面に直角なZ軸を中心としてスリット状のレーザ光
線を回転照射する第1のレーザ灯台を設置し、他方の基
準点に前記X、Y平面内に位置し、そしてZ軸と直交す
るX軸を中心として前記の第1のレーザ灯台と同様にス
リット状のレーザ光線を回転照射する第2のレーザ灯台
を設置し、前記スリット状のレーザ光線はその一側が回
転軸に直角な方向に照射されて時計方向に回転する光線
CW2と他側がその一側の光線CW2と角度ψで照射される光
線CW1と、一側が回転軸に直角な方向に照射されて反時
計方向に回転される光線CCW1と他側がその一側の光線CC
W1と角度ψで照射される光線CCW2で構成され、計測点に
は前記第1および第2のレーザ灯台から照射されるレー
ザ光線を検知するセンサを設置し、前記第1のレーザ灯
台から照射される互いに逆方向に回転するレーザ光線を
検知する時間差を計測して演算装置に入力し、計測点が
第1および第2のレーザ灯台を設置した2つの基準点を
結ぶ基準線からなす角度αを算出し、前記第2のレーザ
灯台から照射される光線の時間差から、第2のレーザ灯
台を設置した基準点において計測点が前記X、Y平面と
対する角度βを算出することを特徴とするレーザ光線を
使用した3次元空間上の角度測定方法。
1. An X-axis and a Y-plane, which are spaced apart from each other by a predetermined distance.
A first laser lighthouse that rotatably irradiates a slit-shaped laser beam about a Z axis perpendicular to the Y plane is installed, and the other reference point is located in the X and Y planes and is orthogonal to the Z axis. A second laser lighthouse for rotating and irradiating a slit-shaped laser beam is installed around the axis similarly to the first laser lighthouse, and one side of the slit-shaped laser beam is irradiated in a direction perpendicular to the rotation axis. Rays that are rotated clockwise
CW2 and a ray CW1 which is irradiated on the other side at an angle ψ with the ray CW2 on its one side, a ray CCW1 which is rotated counterclockwise by being illuminated on a side perpendicular to the axis of rotation and a ray CCW1 on the other side CC
It is composed of W1 and a light beam CCW2 emitted at an angle ψ, and a sensor for detecting the laser beam emitted from the first and second laser lighthouses is installed at the measurement point, and is emitted from the first laser lighthouse. The time difference for detecting the laser beams rotating in mutually opposite directions is measured and input to the arithmetic device, and the angle α formed by the measurement point from the reference line connecting the two reference points where the first and second laser lighthouses are installed is defined as The laser is characterized in that the angle β with respect to the X and Y planes at the measurement point at the reference point where the second laser lighthouse is installed is calculated from the time difference between the light beams emitted from the second laser lighthouse. An angle measurement method using a light beam in a three-dimensional space.
【請求項2】所定間隔をおいてX、Y平面上の2つの基
準点に設置され時計方向および反時計方向に等速で回転
するレーザ光を照射する第1および第2のレーザ灯台
と、計測点に設置され、前記第1および第2のレーザ灯
台からのレーザ光線を検知する検知センサと、前記検知
センサが受光する時計方向および反時計方向に回転する
レーザ光線の時間差を測定する時間測定装置と、その時
間測定装置で測定された第1のレーザ灯台に関する測定
値が入力されて前記2つの基準点を結ぶ基準線に対する
角度を演算すると共に、第2のレーザ灯台に関する測定
値が入力されて前記X、Y平面に対する角度を演算する
演算装置とを備え、前記第1および第2のレーザ灯台は
スリット状のレーザ光線を照射し、前記スリット状のレ
ーザ光線はその一側が回転軸に直角な方向に照射されて
時計方向に回転する光線CW2と他側がその一側の光線CW2
と角度ψで照射される光線CW1と、一側が回転軸に直角
な方向に照射されて反時計方向に回転される光線CCW1と
他側がその一側の光線CCW1と角度ψで照射される光線CC
W2で構成されていることを特徴とするレーザ光線を使用
した3次元空間上の角度測定装置。
2. First and second laser lighthouses which are installed at two reference points on the X and Y planes at predetermined intervals and irradiate laser light which rotates at a constant speed in a clockwise direction and a counterclockwise direction, Time measurement for measuring a time difference between a detection sensor installed at a measurement point and detecting laser beams from the first and second laser lighthouses, and a laser beam rotating clockwise and counterclockwise received by the detection sensor. The device and the measured value of the first laser lighthouse measured by the time measuring device are input to calculate the angle with respect to the reference line connecting the two reference points, and the measured value of the second laser lighthouse is input. And a computing device for computing an angle with respect to the X and Y planes, the first and second laser lighthouses irradiate a slit-shaped laser beam, and the slit-shaped laser beam is on one side thereof. Rays of light CW2 and the other side that is irradiated in a direction perpendicular to the rotation shaft rotates in a clockwise direction one side CW2
And a ray CW1 radiated at an angle ψ, a ray CCW1 radiated on one side in a direction perpendicular to the axis of rotation and rotated counterclockwise, and a ray CCW1 radiated at an angle ψ on the other side with a ray CCW1 on one side.
An angle measuring device in a three-dimensional space using a laser beam, which is configured by W2.
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