WO2011090177A1

WO2011090177A1 - 傾斜検出装置及びレーザ測量機

Info

Publication number: WO2011090177A1
Application number: PCT/JP2011/051141
Authority: WO
Inventors: 俊和阿出川
Original assignee: 株式会社トプコン
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2011-07-28
Also published as: EP2527786B1; US8857069B2; JP5560054B2; US20120216413A1; CN102762953B; JP2011149854A; EP2527786A1; CN102762953A; EP2527786A4

Abstract

重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサ（２）と、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出する第２傾斜センサ（３）とを有する傾斜検出装置（１）であって、前記第１傾斜センサと前記第２傾斜センサとは相対的に固定され、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出する。

Description

傾斜検出装置及びレーザ測量機

　本発明は高精度に水平を検出し得ると共に任意の角度を検出可能な傾斜検出装置、及びレーザ光線を回転照射し、水平面或は所望の傾斜面を形成するレーザ測量機に関するものである。

　レーザ測量機はレーザ光線を回転照射し、建築作業、土木作業に必要な基準線、基準面を形成するものであり、水平基準面の形成、傾斜基準面の設定の為、傾斜検出装置を具備している。
　従来、水平基準面を形成すると共に所望の傾斜角の基準面を形成可能なレーザ測量機として、特開２００７−１３２７１６号公報（特許文献１）及び特開２００６−３０８５９２号公報（特許文献２）に示されるものがある。
　特許文献１に用いられている傾斜検出装置は、水平を高精度に検出する傾斜センサと、基準位置からの傾斜角を検出するエンコーダの組合わせであり、傾斜センサが水平を検出し、エンコーダは水平からの角度を高精度に検出するものである。前記傾斜センサが水平を高精度に検出し、前記エンコーダが前記傾斜センサで設定された水平からの角度を検出することで、水平からの任意な傾斜角が検出可能となる。
　特許文献２に用いられている傾斜検出装置は、水平を高精度に検出する傾斜センサと重力場に対する傾斜角を検出する重力センサの組合わせであり、水平は傾斜センサで正確に検出し、傾斜角は前記重力センサによって直接検出するものである。
　特許文献１に示される傾斜検出装置は、エンコーダにより高精度に角度検出ができることから、特許文献１に係るレーザ測量機では、水平基準面及び傾斜基準面が高精度に設定できる。
　然し乍ら、特許文献１の傾斜検出装置ではエンコーダの機構が複雑であり、高価であるという問題がある。又、特許文献２の傾斜検出装置では、水平は高精度に検出できるが、傾斜角を重力センサによって検出しており、重力センサは分解能（検出精度）が低い。この為、特許文献２の傾斜検出装置は、構造は簡単であるが、傾斜角の検出精度が低いという問題を有していた。
　本発明は斯かる実情に鑑み、構造が簡単で低コストの傾斜検出装置であり、而も傾斜角の検出精度の高い傾斜検出装置を提供し、又該傾斜検出装置をレーザ測量機に採用することで、水平基準面或は傾斜基準面を高精度で設定可能であり、而も低コストのレーザ測量機を提供するものである。

特開２００７−１３２７１６号公報特開２００６−３０８５９２号公報

　本発明は、重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出する第２傾斜センサとを有する傾斜検出装置であって、前記第１傾斜センサと前記第２傾斜センサとは相対的に固定され、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出する傾斜検出装置に係るものである。
　又本発明は、前記第２傾斜センサは、傾斜の検出範囲が部分的に重なる或は連続する複数の小検出範囲を設定可能であり、前記複数の小検出範囲の内、第１の小検出範囲の基準は前記第１傾斜センサによって設定され、第２の小検出範囲の基準は該第２の小検出範囲と重なる或は連続する前記第１の小検出範囲で得られる所定の値である傾斜検出装置に係り、又第３の小検出範囲を更に有し、該第３の小検出範囲に於ける基準は、前記第２の小検出範囲に於いて検出された検出結果である傾斜検出装置に係り、又前記第２傾斜センサは、該第２傾斜センサが検出可能な傾斜角度範囲を全て含む大検出範囲と、該大検出範囲の一部である小検出範囲とを設定可能であると共に、該小検出範囲の分解能は前記大検出範囲より高分解能に設定され、該小検出範囲での傾斜検出は前記大検出範囲で検出された検出結果を基準として行われる傾斜検出装置に係り、又前記第１傾斜センサを複数具備し、複数の前記第１傾斜センサは傾きを異ならせて設置され、前記第２傾斜センサは、前記第１傾斜センサの１つが検出した基準位置に基づき傾斜を検出する傾斜検出装置に係り、又前記第２傾斜センサは、傾斜変位センサと、該傾斜変位センサからの検出信号を増幅する増幅器と、該増幅器での基準位置を設定するリファレンス設定器と、前記増幅器のゲインを設定するゲイン設定器とを具備し、検出される傾斜角に応じて基準をオフセット可能であると共に前記増幅器のダイナミックレンジを設定された前記小検出範囲に対応させる傾斜検出装置に係るものであり、更に又前記第１傾斜センサはチルトセンサであり、前記第２傾斜センサは加速度センサである傾斜検出装置に係るものである。
　又本発明は、レーザ光線を発する光源と、前記レーザ光線を回転照射する回動部とを有するレーザ光線投光部と、該レーザ光線投光部を傾斜させる駆動部と、前記レーザ光線投光部の傾斜を検出する傾斜検出装置とを有し、該傾斜検出装置は、重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出し、前記第１傾斜センサに相対的に固定された第２傾斜センサとを有し、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出し、前記駆動部により傾斜を設定するレーザ測量機に係るものである。
　又本発明は、前記傾斜検出装置は前記レーザ光線投光部に対して傾動可能に設けられ、前記第１傾斜センサが水平を検出する状態から、前記第２傾斜センサの検出結果を基に前記傾斜検出装置を所定の傾斜に設定し、前記駆動部により前記第１傾斜センサが水平を検出する様前記レーザ光線投光部を傾斜させ、傾斜を設定するレーザ測量機に係るものである。
　又本発明は、前記第１傾斜センサ及び前記第２傾斜センサは、前記レーザ光線投光部に設けられ、前記第１傾斜センサ及び前記第２傾斜センサは、前記レーザ光線投光部を介して相対的に固定され、前記第１傾斜センサが水平を検出する状態から、前記第２傾斜センサの検出結果を基に前記レーザ光線投光部を傾斜させ、傾斜を設定するレーザ測量機に係るものである。

　図１は本発明の１実施例に係る傾斜検出装置の概略を示すブロック図である。
　図２は該傾斜検出装置に用いられる第２傾斜センサのブロック図である。
　図３は該第２傾斜センサの分解能を示す説明図である。
　図４は第２の実施例に於ける第２傾斜センサの分解能を示す説明図である。
　図５は第２の実施例の第２傾斜センサのブロック図である。
　図６は第３の実施例の傾斜検出装置のブロック図である。
　図７は第３の実施例に於ける第２傾斜センサの分解能を示す説明図である。
　図８は本発明に係る傾斜検出装置を具備するレーザ測量機の第１の実施例の要部斜視図である。
　図９は本発明に係るレーザ測量機の制御装置の概略を示すブロック図である。
　図１０（Ａ），図１０（Ｂ）は該レーザ測量機の作動を示す説明図であり、図１０（Ａ）は傾斜角設定の状態、図１０（Ｂ）は傾斜基準面設定の状態を示している。
　図１１は本発明に係る傾斜検出装置を具備するレーザ測量機の第２の実施例の要部斜視図である。

　１　　　　　　傾斜検出装置
　２　　　　　　第１傾斜センサ
　３　　　　　　第２傾斜センサ
　４　　　　　　傾斜演算部
　１１　　　　　レーザ光線投光部
　１２　　　　　回動部
　１４　　　　　レーザ光線
　２６　　　　　Ｘ軸整準モータ
　３１　　　　　Ｙ軸整準モータ
　３３　　　　　Ｘ軸チルトセンサ
　３９　　　　　Ｘ軸傾斜設定モータ
　４１　　　　　Ｙ軸チルトセンサ
　４７　　　　　Ｙ軸傾斜設定モータ
　４８　　　　　Ｘ軸傾斜角検出器
　４９　　　　　Ｙ軸傾斜角検出器
　５１　　　　　制御装置
　５２　　　　　制御演算部
　５３　　　　　整準部
　５４　　　　　傾斜設定部
　５６　　　　　Ｘ軸駆動制御部
　５７　　　　　Ｙ軸駆動制御部
　５８　　　　　Ｘ軸傾斜設定制御部
　５９　　　　　Ｙ軸傾斜設定制御部
　６１　　　　　温度センサ
　６２　　　　　タイマ

　以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
　図１は、本発明の１実施例に係る傾斜検出装置の概略を示しており、図１中、１は傾斜検出装置、２は重力方向に対する傾斜を検出すると共に、基準位置、例えば水平、或は鉛直を高精度で検出する高分解能の第１傾斜センサであり、該第１傾斜センサ２は、例えば光電傾斜センサである。
　又、３は勾配設定用の第２傾斜センサであり、前記第１傾斜センサ２より低い分解能を有し、前記第１傾斜センサ２より広い範囲で傾斜を検出する。例えば、第２傾斜センサ３は、重力方向に対する傾斜（鉛直に対する傾斜、或は水平に対する傾斜）を検出する加速度センサである。図１中、４は、前記第１傾斜センサ２、前記第２傾斜センサ３からの信号に基づき、水平、又は傾斜角を演算し、傾斜角信号として出力する傾斜演算部である。
　前記第１傾斜センサ２と、前記第２傾斜センサ３は一体化されているか、或は傾斜を検出する被検査体に個別に設けられる。前記第１傾斜センサ２、前記第２傾斜センサ３が個別に設けられる場合は、前記第１傾斜センサ２と前記第２傾斜センサ３が一体に傾斜する様に、即ち前記第１傾斜センサ２と前記第２傾斜センサ３とが相対的に固定された状態で取付けられる。
　又、前記第１傾斜センサ２が検出する傾斜方向と、前記第２傾斜センサ３が検出する傾斜方向とは一致しており、該第２傾斜センサ３は前記第１傾斜センサ２が検出した水平を基準として、該第１傾斜センサ２が検出する方向の傾斜を、又前記第１傾斜センサ２が検出する傾斜範囲を超えた傾斜を検出する。
　前記第１傾斜センサ２は、水平を高精度に検出すると共に水平を中心に±４′の範囲で傾斜角を検出し、第１傾斜検出信号５として出力する。尚、前記第１傾斜センサ２の検出精度は、例えば±１″である。又、前記第２傾斜センサ３は、通常の仕様では、鉛直を中心に±３０°の範囲で傾斜角を検出し前記第２傾斜センサ３の検出精度は、例えば±１′である。
　前記第２傾斜センサ３を、更に図２に示している。
　前記第２傾斜センサ３は、重力方向に対する傾斜変位を感知、検出する傾斜変位センサ６、該傾斜変位センサ６からの信号を増幅する増幅器７、該増幅器７でのリファレンス電圧を設定するリファレンス設定器８を有している。前記傾斜変位センサ６は、例えば加速度センサであり、重力方向、即ち鉛直に対する傾斜変位を検知するものであり、傾斜変位に対応した信号を発する。又、前記リファレンス設定器８は、例えばマイクロコンピュータが用いられ、前記傾斜変位センサ６が検出する任意の傾斜角で、前記増幅器７からの出力を０Ｖとなる様にリファレンス（基準位置）をオフセットさせる。尚、前記増幅器７からの出力は、第２傾斜検出信号９として前記傾斜演算部４に入力され、該傾斜演算部４により前記第２傾斜検出信号９に基づき傾斜角が演算される。
　次に、図３を参照して、第１の実施例に係る前記傾斜検出装置１の傾斜検出の作用について説明する。
　第１の実施例では、前記傾斜変位センサ６が検出する角度が所定角度を超える度に、該所定角度毎での前記増幅器７からの出力電圧が０Ｖとなる様に前記増幅器７に印加するリファレンス電圧（オフセット電圧）を設定する。
　例えば、図３に示される様に、前記傾斜変位センサ６が−１０°~＋１０°の範囲で傾斜を検出し、前記増幅器７の出力電圧が最大で５Ｖ（ダイナミックレンジが５Ｖ）と仮定する。前記第２傾斜センサ３が１°検出する毎に、前記リファレンス設定器８は、前記増幅器７からの出力電圧が０Ｖとなる様に前記増幅器７に印加するリファレンス電圧を設定する。
　例えば、１°１５′を検出する場合は、前記第１傾斜センサ２で水平を検出した位置で前記増幅器７からの出力電圧が０Ｖとなる様に前記増幅器７に印加するリファレンス電圧を設定する。
　前記傾斜検出装置１が傾斜し、前記傾斜変位センサ６の検出角度が１°となった時点で前記増幅器７の出力は５Ｖとなり、又前記傾斜変位センサ６の検出角度が１°となった時点で前記リファレンス設定器８は前記増幅器７からの出力が０Ｖとなる様に前記増幅器７に印加するリファレンス電圧を再設定する。前記傾斜変位センサ６が更に傾斜し、１５′に対応する検出信号を出力した時点が１°１５′となる。
　ここで、１°の角度変位を５Ｖとした場合、１°×３６００″÷５０００ｍＶ＝０．７２″／ｍＶとなり、充分な分解能となる。
　上記した様に、第１の実施例では、所要角度毎に、即ち１°を超える毎に、次の１°を細分化して検出する様にしている。尚、細分化は、細分化範囲の一部が重なる様に設定される。例えば、検出範囲が１°である場合、細分化範囲は１°１′とする等である。
　又、細分化することで、温度係数等に直線性がない場合も、細かい補正を行うことができるという利点が得られる。
　上記傾斜検出装置１により角度設定する場合、例えば３°３０′を設定する場合、前記傾斜検出装置１が傾斜し、１°傾斜する毎に前記第２傾斜検出信号９からの出力が０となる様にオフセットされる。前記傾斜演算部４は、オフセットされる度に１°を加算した角度を計算し、加算した角度が３°となり、更に３０′を検出した位置が設定すべき角度となる。従って、検出範囲はオフセットされた値を境に連続し、オフセットされた０が次の検出範囲の基準となる。
　次に、図１、図２、図４、図５を参照して第２の実施例を説明する。尚、構成の概略は、第１の実施例と同様である。
　第２の実施例では、ゲイン設定器１０を設け、該ゲイン設定器１０により増幅器７に印加するゲインを２通りとし、１つは第１の実施例と同様、所定角度からの所定角度変化（細分化範囲）に対して、変化後の所定角度を０Ｖと再セットする。又、所定角度から例えば１°の角度変化で前記増幅器７から５Ｖが出力される様にゲイン（以下、微検出用ゲインと称す）を印加するものであり、１つは前記傾斜変位センサ６の検出可能な角度範囲、即ちフルスケール（粗検出範囲）に対して５Ｖが出力される様にゲイン（以下粗検出用ゲインと称す）を印加するものである。
　第２の実施例では、前記増幅器７に粗検出用ゲインと微検出用ゲインとを選択的に印加して高速度で而も高精度に傾斜角度の検出を可能としたものである。
　図４、図５を参照して第２の実施例の作用を説明する。
　先ず、前記増幅器７には前記ゲイン設定器１０により粗検出用ゲインを印加する。粗検出用ゲインを印加することで、フルスケール（−１０°~＋１０°）で前記増幅器７からの出力電圧は０Ｖ~５Ｖとなる。又、前記第１傾斜センサ２で水平を検出した位置で前記増幅器７からの出力電圧が２．５Ｖとなる様に前記増幅器７に印加するリファレンス電圧をリファレンス設定器８により設定する。これにより基準位置がオフセットされる。
　例えば、水平に対して１°１５′の傾斜角を検出する場合、粗検出用ゲインの状態で、１°を検出し、１°を検出した時点（２．７５Ｖ）で、リファレンス設定器８により、リファレンス電圧を０Ｖになる様に再設定する。そして、前記ゲイン設定器１０により前記増幅器７に微検出用ゲインが印加される。微検出用ゲインが印加されることで、前記増幅器７からの出力電圧は、前記傾斜変位センサ６の１°の角度変化で５Ｖとなる様に設定される。検出された１°から更に傾斜して１５′が検出された位置が検出すべき１°１５′となる。
　この時の１５′が検出される場合の、前記傾斜変位センサ６の分解能は、上記した様に０．７２″／ｍＶであり、高精度の検出が可能である。
　即ち、第２の実施例では検出範囲を粗検出範囲と細分化範囲とに設定可能である。前記第１傾斜センサ２が検出した基準位置、例えば水平位置を基準として粗検出範囲モードで、前記第２傾斜センサ３が粗傾斜角（大まかな傾斜角）を検出し、細分化範囲モードでは、検出した前記粗傾斜角を基準として細分化範囲での傾斜角が検出される。
　次に、第２の実施例の傾斜検出装置を用いて角度設定する場合、例えば３°３０′を設定する場合、３°の傾斜検出は、粗検出用ゲインの状態で行われ、１°以下の３０′の傾斜検出は、微検出用ゲインに切替えて行われる。
　従って、３°の傾斜迄は高速での設定が可能であり、精度が要求される３０′の傾斜検出では、低速で設定することができ、高精度を維持して角度設定の高速化が図れる。
　図６は第３の実施例を示している。尚、図６中、図１で示したものと同等のものには同符号を付してある。又、詳細については説明を省略する。
　第３の実施例では、高分解能の第１傾斜センサ２を複数具備している。図示では３個の第１傾斜センサ２ａ、第１傾斜センサ２ｂ、第１傾斜センサ２ｃを例示している。
　傾斜変位センサ６がフルスケール（−１０°~＋１０°）であるとして、１つの第１傾斜センサ２ｂは水平を検出する様に設置され、他の１つの第１傾斜センサ２ａは前記第１傾斜センサ２ｂが水平を検出する状態で、−５°の角度で傾斜した状態で設けられ、もう１つの第１傾斜センサ２ｃは前記第１傾斜センサ２ｂが水平を検出する状態で、＋５°の角度で傾斜した状態で設けられる。
　即ち、前記第１傾斜センサ２ａ，２ｂ，２ｃは５°の等角度間隔で設置される。又、ゲイン設定器１０によって印加されるゲインは、前記傾斜変位センサ６の５°の角度変化で５Ｖとなる様に設定される。
　以下、第３の実施例の作用について図７を参照して説明する。
　水平状態は前記第１傾斜センサ２ｂによって高精度に検出され、例えば０°から５°迄の傾斜は、前記第２傾斜センサ３からの第２傾斜検出信号９に基づき検出される。この時、前記増幅器７は５°の変化に対して５Ｖの変化となる様にゲインが設定されているので、前記傾斜変位センサ６の分解能は、該傾斜変位センサ６単体が持つ分解能に対して４倍に高められている。
　傾斜角が５°に達した場合、傾斜角５°は前記第１傾斜センサ２ｃによって高精度に検出される。該第１傾斜センサ２ｃの検出信号は前記傾斜演算部４に出力されると共に前記第２傾斜センサ３にも出力される。
　該第２傾斜センサ３に前記第１傾斜センサ２ｃからの検出信号が入力されることで、前記リファレンス設定器８及び前記ゲイン設定器１０は、傾斜角５°で前記増幅器７の出力電圧が０Ｖとなる様に該増幅器７のリファレンス電圧をオフセットすると共に、傾斜角５°~傾斜角１０°間の５°の角度変化が前記増幅器７の出力５Ｖとなる様にゲインを設定する。
　従って、前記傾斜変位センサ６は傾斜角５°からの傾斜の変化を検出し、前記傾斜演算部４に出力し、該傾斜演算部４は前記第１傾斜センサ２ｃが検出した傾斜角５°に、前記傾斜変位センサ６が検出した角度の変化を加算することで、傾斜角を算出する。
　第３の実施例では、所定角度毎に高精度の第１傾斜センサ２を設置し、該第１傾斜センサ２で分割された角度範囲を前記傾斜変位センサ６で検出する構成であるので、該傾斜変位センサ６の検出精度が、前記第１傾斜センサ２による分割数だけ向上する。又、前記第１傾斜センサ２が角度を検出する度に、前記傾斜変位センサ６の誤差が補正されることになるので、前記傾斜検出装置１の全体の精度は著しく向上する。
　尚、前記第１傾斜センサ２は、２又は４以上設けてもよい。
　上記した様に、本発明では、分解能の低い安価な傾斜変位センサ６、例えば加速度センサを使用し、而も傾斜変位センサ６のフルスケールの一部に対して、前記増幅器７の最大出力電圧（ダイナミックレンジ）を割当てるので、前記傾斜変位センサ６の分解能が向上し、高精度の傾斜検出が可能である。
　次に、上記した傾斜検出装置１を具備するレーザ測量機の第１の実施例について図８を参照して説明する。
　図８は、レーザ測量機の要部を示しており、図８中、１１はレーザ光線投光部であり、該レーザ光線投光部１１はレーザ光線を発するレーザダイオード等の光源、又該光源から射出されたレーザ光線を投光する為の投光光学系等を具備している。前記レーザ光線投光部１１は上端に回動部１２を有し、該回動部１２は鉛直軸（Ｚ軸）１３を中心に回転自在に設けられ、該回動部１２は、偏向光学部材、例えばペンタプリズムを具備し、前記レーザ光線投光部１１から射出されたレーザ光線１４を水平方向に偏向して回転照射し、前記レーザ光線１４によって基準面が形成される。
　前記レーザ光線投光部１１は第１支持軸（Ｘ軸）１５を介して第１支持部１７に回転自在に設けられ、該第１支持部１７は第２支持軸（Ｙ軸）１８を介して回転自在に第２支持部１９に設けられている。
　従って、前記第１支持部１７は第２支持軸（Ｙ軸）１８を中心に回転自在であり、前記レーザ光線投光部１１は前記第１支持軸（Ｘ軸）１５を中心に回転自在であり、前記レーザ光線投光部１１はＸ軸方向、Ｙ軸方向の２方向に傾動自在となっている。ここで、前記Ｘ軸は水平方向に延出し、前記Ｚ軸に対して直交しており、前記Ｙ軸は水平方向に延出し、前記Ｘ軸、前記Ｚ軸に対して直交している。
　前記レーザ光線投光部１１にはＹ軸方向、Ｘ軸方向にそれぞれ延出する第１傾動レバー２１、第２傾動レバー２２が設けられている。
　前記第１傾動レバー２１の先端部には第１ナット部２３が設けられ、該第１ナット部２３は第１スクリュウロッド２４に螺合されている。該第１スクリュウロッド２４は、第１ギア列２５を介してＸ軸整準モータ２６に連結されている。前記第２傾動レバー２２の先端には第２ナット部２７が設けられ、該第２ナット部２７は第２スクリュウロッド２８に螺合し、該第２スクリュウロッド２８は第２ギア列２９を介してＹ軸整準モータ３１に連結されている。
　前記第１傾動レバー２１、前記第１ナット部２３、前記第１スクリュウロッド２４、前記第１ギア列２５、前記Ｘ軸整準モータ２６はＸ軸傾動駆動部３０を構成する。又、前記第２傾動レバー２２、前記第２ナット部２７、前記第２スクリュウロッド２８、前記第２ギア列２９、前記Ｙ軸整準モータ３１はＹ軸傾動駆動部３２を構成する。
　前記Ｘ軸整準モータ２６及び前記Ｙ軸整準モータ３１には、回転角度を制御できるもの、例えばパルスモータ、サーボモータ等が用いられる。
　前記レーザ光線投光部１１の所要部分に、例えば、下部に第１傾斜センサであるＸ軸チルトセンサ３３が設けられ、該Ｘ軸チルトセンサ３３は前記第１支持軸（Ｘ軸）１５と平行な中心線（図示せず）を中心として回転自在となっている。該Ｘ軸チルトセンサ３３は、高分解能のチルトセンサ、例えば光電傾斜センサであり、高精度に水平を検出可能である。
　前記Ｘ軸チルトセンサ３３は、Ｘ軸傾斜設定部３４により前記レーザ光線投光部１１に対して相対的に傾斜され、前記鉛直軸（Ｚ軸）１３又は水平に対して所定傾斜角度に設定可能となっている。
　前記Ｘ軸傾斜設定部３４は、前記Ｘ軸チルトセンサ３３から水平方向に延出する傾斜設定レバー３５と、該傾斜設定レバー３５の先端に設けられ、傾斜設定スクリュウ３６に螺合するナット３７と、第１傾斜設定ギア列３８を介して前記傾斜設定スクリュウ３６に連結されるＸ軸傾斜設定モータ３９とを具備している。
　又、第１傾斜センサであるＹ軸チルトセンサ４１が、前記レーザ光線投光部１１の所要部分に、例えば、下部に設けられ、該Ｙ軸チルトセンサ４１は前記第２支持軸（Ｙ軸）１８と平行な中心線（図示せず）を中心として回転自在となっている。前記Ｙ軸チルトセンサ４１は、前記Ｘ軸チルトセンサ３３と同様、高分解能のチルトセンサ、例えば光電傾斜センサであり、高精度に水平を検出可能である。
　前記Ｙ軸チルトセンサ４１は、Ｙ軸傾斜設定部４２により前記レーザ光線投光部１１に対して相対的に傾斜され、前記鉛直軸（Ｚ軸）１３又は水平に対して所定傾斜角度に設定可能となっている。
　前記Ｙ軸傾斜設定部４２は、前記Ｙ軸チルトセンサ４１から水平方向に延出する傾斜設定レバー４３と、該傾斜設定レバー４３の先端に設けられ、傾斜設定スクリュウ４４に螺合するナット４５と、第２傾斜設定ギア列４６を介して前記傾斜設定スクリュウ４４に連結されるＹ軸傾斜設定モータ４７とを具備している。
　又、前記レーザ光線投光部１１の前記Ｘ軸チルトセンサ３３に、第２傾斜センサであるＸ軸傾斜角検出器４８が設けられ、該Ｘ軸傾斜角検出器４８は前記Ｘ軸チルトセンサ３３と一体に傾動する。又、該Ｘ軸傾斜角検出器４８は前記第１支持軸（Ｘ軸）１５を中心とした回転方向の傾斜角を検知する。
　前記レーザ光線投光部１１の前記Ｙ軸チルトセンサ４１に、第２傾斜センサであるＹ軸傾斜角検出器４９が設けられ、該Ｙ軸傾斜角検出器４９は前記Ｙ軸チルトセンサ４１と一体に傾動する。又、前記Ｙ軸傾斜角検出器４９は前記第２支持軸（Ｙ軸）１８を中心とした回転方向の傾斜角を検知する。
　前記Ｘ軸傾斜角検出器４８、前記Ｙ軸傾斜角検出器４９は、前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１より広範囲の傾斜角を検出可能であり、又前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１よりは検出精度が低く（低分解能）なっている。前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１として、例えば重力方向（鉛直線）に対する傾斜角を検出する加速度センサが用いられる。
　図９に於いて、前記レーザ測量機の制御装置５１の概略を説明する。
　図９中、該制御装置５１は、制御演算部５２、整準部５３、傾斜設定部５４、前記傾斜検出装置１、前記傾斜演算部４、形成すべき基準面の傾斜方向、傾斜角を設定入力する操作部５５を具備している。
　前記整準部５３はＸ軸（第１支持軸１５）を中心とした回転方向の整準を行う為の、Ｘ軸駆動制御部５６、前記Ｘ軸整準モータ２６を有し、又Ｙ軸（第２支持軸１８）を中心とした回転方向の整準を行う為の、Ｙ軸駆動制御部５７、Ｙ軸整準モータ３１を有している。
　前記傾斜設定部５４は、Ｘ軸（第１支持軸１５）を中心とした傾斜を設定する為の、Ｘ軸傾斜設定制御部５８、前記Ｘ軸傾斜設定モータ３９を有し、Ｙ軸（第２支持軸１８）を中心とした傾斜を設定する為の、Ｙ軸傾斜設定制御部５９、前記Ｙ軸傾斜設定モータ４７を有している。
　前記傾斜検出装置１は、第１傾斜センサ２として前記Ｘ軸チルトセンサ３３及び前記Ｙ軸チルトセンサ４１を具備し、又第２傾斜センサ３として前記Ｘ軸傾斜角検出器４８及び前記Ｙ軸傾斜角検出器４９を有している。
　前記傾斜演算部４は、前記第１傾斜センサ２（前記Ｘ軸チルトセンサ３３及び前記Ｙ軸チルトセンサ４１）及び前記第２傾斜センサ３（前記Ｘ軸傾斜角検出器４８及びＹ軸傾斜角検出器４９）からの出力に基づき、傾斜方向、傾斜角度を演算し、演算結果を前記制御演算部５２に出力する。
　先ず、上記したレーザ測量機に於いて、前記レーザ光線１４により水平基準面を形成する場合の作動について説明する。
　前記操作部５５から形成すべき基準面が水平であることが入力されると、前記Ｘ軸チルトセンサ３３、Ｙ軸チルトセンサ４１が共に水平を検出する様に、前記Ｙ軸傾動駆動部３２、前記Ｙ軸傾斜設定部４２が駆動される。
　前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１がそれぞれ水平を検知する状態で、前記レーザ光線投光部１１の中心線は鉛直であり、前記回動部１２から照射されるレーザ光線１４は水平となる。前記回動部１２が定速で回転されることで、前記レーザ光線１４が水平面内に回転照射され、水平基準面が形成される。
　次に、傾斜した基準面を形成する場合について図１０を参照して説明する。尚、説明を簡単にする為、前記第２支持軸１８を中心とした回転方向の傾斜設定について説明する。
　前記操作部５５から形成すべき基準面の傾斜方向（前記第２支持軸１８に関して時計方向か、反時計方向の設定）、傾斜角を設定し、設定された傾斜方向、傾斜角は前記制御演算部５２に入力される。該制御演算部５２は、前記Ｙ軸傾斜設定制御部５９を介してＹ軸傾斜設定モータ４７を設定傾斜角に合致する回転量で駆動する。該Ｙ軸傾斜設定モータ４７が、パルスモータである場合は、設定傾斜角に相当するパルス数だけ駆動させる。
　前記Ｙ軸傾斜設定モータ４７の駆動により、前記Ｙ軸チルトセンサ４１が傾斜し、該Ｙ軸チルトセンサ４１と一体となっているＹ軸傾斜角検出器４９も傾斜する。前記Ｙ軸チルトセンサ４１の傾斜と前記Ｙ軸傾斜角検出器４９の傾斜は同一となる。
　又、設定傾斜角が前記Ｙ軸チルトセンサ４１の検出範囲を超える場合は、傾斜角は前記Ｙ軸傾斜角検出器４９によって検出される。前記Ｙ軸傾斜角検出器４９が検出する傾斜角が設定入力した傾斜角と同一であるどうかが前記制御演算部５２に於いて判断され、設定傾斜角と前記Ｙ軸傾斜角検出器４９が検出する傾斜角が同一である場合に、前記レーザ光線投光部１１の傾斜設定が行われる。
　前記Ｙ軸駆動制御部５７を介してＹ軸整準モータ３１が駆動され、前記Ｙ軸チルトセンサ４１が水平を検出する様に前記レーザ光線投光部１１を設定された傾斜方向に傾動する。
　前記Ｙ軸チルトセンサ４１が水平を検出した状態で前記レーザ光線投光部１１が位置決めされると、前記レーザ光線投光部１１は前記操作部５５によって設定された傾斜方向、傾斜角で傾斜される。
　前記レーザ光線１４を射出した状態で、前記回動部１２を回転照射することで、傾斜した基準面を形成することができる。
　尚、前記第１支持軸１５を中心とした回転方向の傾斜については、前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｘ軸傾斜設定モータ３９及び前記Ｘ軸整準モータ２６を作動させることで、同様に設定でき、前記第２支持軸（Ｙ軸）１８に関する傾斜、前記第１支持軸（Ｘ軸）１５に関する傾斜を合成することで、任意の方向に、任意の角度で基準面の傾斜を設定できる。
　尚、前記レーザ測量機の所要位置に温度センサ６１（図９参照）を設け、検出温度が傾斜設定時の温度に対して所定値以上の温度変化があった場合、再整準、再傾斜基準面の設定をする様にしてもよく、或はタイマ６２（図９参照）を設け、外部からの振動の影響等も考慮して、基準面設定後所定時間を経過した場合は、強制的に再整準、再傾斜基準面の設定をする様にしてもよい。
　又、再整準、再傾斜基準面の設定機能は、オンオフできる様にしてもよい。
　図１１は、本発明に係るレーザ測量機の第２の実施例を示している。尚、図１１に於いて、図８中で示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。
　第２の実施例のレーザ測量機では傾斜設定機構を省略し、機構を簡略化している。
　Ｘ軸チルトセンサ３３、Ｙ軸チルトセンサ４１は、いずれもレーザ光線投光部１１が鉛直状態で、それぞれ水平を検出する様に、レーザ光線投光部１１に設けられている。
　同様に、Ｘ軸傾斜角検出器４８、Ｙ軸傾斜角検出器４９も、前記レーザ光線投光部１１が鉛直状態で、それぞれ水平を検出する様に設けられている。
　前記Ｘ軸傾斜角検出器４８、前記Ｙ軸傾斜角検出器４９は前記レーザ光線投光部１１を介して前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１に固定され、前記Ｘ軸傾斜角検出器４８、前記Ｙ軸傾斜角検出器４９と前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１とは相対的に固定され、一体に傾斜する。
　第２の実施例に於ける作動について説明する。
　先ず、上記したレーザ測量機に於いて、前記レーザ光線１４により水平基準面を形成する場合の作動について説明する。
　前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１が共に水平を検出する様に、前記Ｘ軸整準モータ２６、前記Ｙ軸整準モータ３１を駆動する。前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｙ軸チルトセンサ４１がそれぞれ水平を検知する状態で、前記レーザ光線投光部１１の中心線は鉛直であり、前記回動部１２から照射されるレーザ光線１４は水平となる。前記回動部１２が定速で回転されることで、前記レーザ光線１４が水平面内に回転照射され、水平基準面が形成される。
　次に、傾斜基準面を形成する場合を説明する。尚、説明を簡単にする為、前記第２支持軸１８を中心とした回転方向の傾斜設定について説明する。
　前記Ｙ軸整準モータ３１を設定傾斜角に対応する回転量だけ駆動し、前記レーザ光線投光部１１を前記第２支持軸１８を中心として傾斜させる。前記レーザ光線投光部１１の傾斜は前記Ｙ軸傾斜角検出器４９によって検出され、実際に検出された傾斜角が設定傾斜角に合致していない場合は、更に前記Ｙ軸整準モータ３１を駆動して偏差分を修正する。
　偏差分が修正されると、前記レーザ光線投光部１１は目標の傾斜角度に設定される。
　前記回動部１２を回転させ、レーザ光線１４を回転照射することで、傾斜した基準面を形成することができる。
　尚、前記第１支持軸１５を中心とした回転方向の傾斜については、前記Ｘ軸チルトセンサ３３、前記Ｘ軸傾斜検出器４８及び前記Ｘ軸整準モータ２６を作動させることで、同様に設定でき、前記第２支持軸（Ｙ軸）１８に関する傾斜、前記第１支持軸（Ｘ軸）１５に関する傾斜を合成することで、任意の方向に、任意の角度で基準面の傾斜を設定できる。

　本発明によれば、重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出する第２傾斜センサとを有する傾斜検出装置であって、前記第１傾斜センサと前記第２傾斜センサとは相対的に固定され、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出するので、基準となる水平は高精度に検出しつつ、安価な第２傾斜センサを用いることで、製作コストを低減することができる。
　又本発明によれば、前記第２傾斜センサは、傾斜の検出範囲が部分的に重なる或は連続する複数の小検出範囲を設定可能であり、前記複数の小検出範囲の内、第１の小検出範囲の基準は前記第１傾斜センサによって設定され、第２の小検出範囲の基準は該第２の小検出範囲と重なる或は連続する前記第１の小検出範囲で得られる所定の値であり、又第３の小検出範囲を更に有し、該第３の小検出範囲に於ける基準は、前記第２の小検出範囲に於いて検出された検出結果であるので、前記第２傾斜センサの検出範囲を部分的に限定することで、前記第２傾斜センサの検出精度の設定が可能となる。
　又本発明によれば、前記第２傾斜センサは、該第２傾斜センサが検出可能な傾斜角度範囲を全て含む大検出範囲と、該大検出範囲の一部である小検出範囲とを設定可能であると共に、該小検出範囲の分解能は前記大検出範囲より高分解能に設定され、該小検出範囲での傾斜検出は前記大検出範囲で検出された検出結果を基準として行われるので、前記第２傾斜センサの検出範囲を部分的に限定し、限定した範囲で高分解能に設定し、広範囲の検出範囲を保持したままで、分解能を向上させることができる。
　又本発明によれば、前記第１傾斜センサを複数具備し、複数の前記第１傾斜センサは傾きを異ならせて設置され、前記第２傾斜センサは、前記第１傾斜センサの１つが検出した基準位置に基づき傾斜を検出するので、所定傾斜角度毎に前記第１傾斜センサで検出された結果が基準となり、広範囲で高精度の傾斜検出が可能となる。
　又本発明によれば、前記第２傾斜センサは、傾斜変位センサと、該傾斜変位センサからの検出信号を増幅する増幅器と、該増幅器での基準位置を設定するリファレンス設定器と、前記増幅器のゲインを設定するゲイン設定器とを具備し、検出される傾斜角に応じて基準（リファレンス）をオフセット可能であると共に前記増幅器のダイナミックレンジを設定された前記小検出範囲に対応させるので、前記第２傾斜センサの基本的な構造を変えることなく、又広範囲の検出範囲を保持したままで、前記第２傾斜センサの分解能を向上させることができる。
　又本発明によれば、前記第１傾斜センサはチルトセンサであり、前記第２傾斜センサは加速度センサであるので、安価な加速度センサを用いることで製作コストの低減が図れる。
　又本発明によれば、レーザ光線を発する光源と、前記レーザ光線を回転照射する回動部とを有するレーザ光線投光部と、該レーザ光線投光部を傾斜させる駆動部と、前記レーザ光線投光部の傾斜を検出する傾斜検出装置とを有し、該傾斜検出装置は、重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出し、前記第１傾斜センサに相対的に固定された第２傾斜センサとを有し、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出し、前記駆動部により傾斜を設定するので、基準面の傾斜を広範囲で設定することができる。

Claims

重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出する第２傾斜センサとを有する傾斜検出装置であって、前記第１傾斜センサと前記第２傾斜センサとは相対的に固定され、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出する傾斜検出装置。
前記第２傾斜センサは、傾斜の検出範囲が部分的に重なる或は連続する複数の小検出範囲を設定可能であり、前記複数の小検出範囲の内、第１の小検出範囲の基準は前記第１傾斜センサによって設定され、第２の小検出範囲の基準は該第２の小検出範囲と重なる或は連続する前記第１の小検出範囲で得られる所定の値である請求項１の傾斜検出装置。
第３の小検出範囲を更に有し、該第３の小検出範囲に於ける基準は、前記第２の小検出範囲に於いて検出された検出結果である請求項２の傾斜検出装置。
前記第２傾斜センサは、該第２傾斜センサが検出可能な傾斜角度範囲を全て含む大検出範囲と、該大検出範囲の一部である小検出範囲とを設定可能であると共に、該小検出範囲の分解能は前記大検出範囲より高分解能に設定され、該小検出範囲での傾斜検出は前記大検出範囲で検出された検出結果を基準として行われる請求項１の傾斜検出装置。
前記第１傾斜センサを複数具備し、複数の前記第１傾斜センサは傾きを異ならせて設置され、前記第２傾斜センサは、前記第１傾斜センサの１つが検出した基準位置に基づき傾斜を検出する請求項１の傾斜検出装置。
前記第２傾斜センサは、傾斜変位センサと、該傾斜変位センサからの検出信号を増幅する増幅器と、該増幅器での基準位置を設定するリファレンス設定器と、前記増幅器のゲインを設定するゲイン設定器とを具備し、検出される傾斜角に応じて基準をオフセット可能であると共に前記増幅器のダイナミックレンジを設定された前記小検出範囲に対応させる請求項２又は請求項４の傾斜検出装置。
前記第１傾斜センサはチルトセンサであり、前記第２傾斜センサは加速度センサである請求項１又は請求項２又は請求項４又は請求項５のいずれか１つの傾斜検出装置。
レーザ光線を発する光源と、前記レーザ光線を回転照射する回動部とを有するレーザ光線投光部と、該レーザ光線投光部を傾斜させる駆動部と、前記レーザ光線投光部の傾斜を検出する傾斜検出装置とを有し、該傾斜検出装置は、重力方向に対する傾斜を高精度で検出する第１傾斜センサと、重力方向に対する傾斜を検出し、前記第１傾斜センサより低い精度で、該第１傾斜センサより広範囲で傾斜を検出し、前記第１傾斜センサに相対的に固定された第２傾斜センサとを有し、前記第１傾斜センサにより検出された基準位置、検出方向を基準として前記第２傾斜センサによって傾斜を検出し、前記駆動部により傾斜を設定するレーザ測量機。
前記傾斜検出装置は前記レーザ光線投光部に対して傾動可能に設けられ、前記第１傾斜センサが水平を検出する状態から、前記第２傾斜センサの検出結果を基に前記傾斜検出装置を所定の傾斜に設定し、前記駆動部により前記第１傾斜センサが水平を検出する様前記レーザ光線投光部を傾斜させ、傾斜を設定する請求項８のレーザ測量機。
前記第１傾斜センサ及び前記第２傾斜センサは、前記レーザ光線投光部に設けられ、前記第１傾斜センサ及び前記第２傾斜センサは、前記レーザ光線投光部を介して相対的に固定され、前記第１傾斜センサが水平を検出する状態から、前記第２傾斜センサの検出結果を基に前記レーザ光線投光部を傾斜させ、傾斜を設定する請求項８のレーザ測量機。