JP2003185436A - 位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
定装置であって、回転部に反射部材を備え、傾斜測定部
が、回動部のガタを検知して補正することのできる位置
測定装置を提供することを目的とする。 [構成] 本発明は、測定対象物に測定光を照射し、そ
の反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置
であって、光源部が測定光を発し、受光部が反射光を受
光し、射出手段が、測定光を方向自在に射出すると共
に、反射光を受光部に導き、角度検出手段が、射出手段
の射出方向を検出し、光源部と受光部とを固定的に設
け、光源部は射出手段に向けて測定光を発し、受光部は
測定対象物からの反射光を受光する様になっている。
Description
からなる位置測定装置であって、回転部に反射部材を備
え、傾斜測定部が、回動部のガタを検知して補正するこ
とのできる位置測定装置に関するものである。
る装置としては、トータルステーションを自動化した自
動追尾型のトータルステーションが知られている。自動
追尾型のトータルステーションは、モーターの駆動力に
より、鏡筒部の視準方向を上下左右に回転可能に構成し
ている。そして、測角手段であるエンコーダの出力を利
用して、水平回転及び高低回転の回転角を検出してい
る。
が備えている視準望遠鏡や測距手段の他に、測定位置に
置かれたプリズム反射体を検出するための追尾手段が組
み込まれている。
ン本体には、托架部の倒れを検出するためのチルトセン
サー、各種電子処理回路、表示器、バッテリー等が備え
られている。
ンの部分断面図である。
けられた鏡筒部1100と、この鏡筒部1100を高低
回転可能に支えるための托架部1200と、この托架部
1200を水平回転可能に支えるための基盤部1300
と、この基盤部1300の下に配置され、整準機能を備
えた整準部1400とから構成されている。
711を介して水平回転モータ1712により托架部1
200を鉛直軸回りに水平回転させるための水平回転機
構1710が設けられ、更に鉛直回転駆動ギア1741
を介して鉛直回転モータ1742により鏡筒部1100
を水平軸回りに鉛直回転させる鉛直回転機構1740が
設けられている。
ンコーダ1730が設けられ、鉛直回転軸1750には
高低角検出エンコーダ1760が設けられ、回転角を検
出する様に構成されている。
本的には、手動タイプのトータルステーションタイプで
ある測量機をモータで駆動できる様に改造したものであ
る。自動追尾装置では作業者を必要としない様に自動化
した装置であるが、鏡筒部には、視準望遠鏡、測距手段
及び追尾手段等が組み込まれている。
同様に、鏡筒部を支え水平回転する托架部には、鏡筒部
を含め高低回転及び水平回転のための駆動部が内蔵さ
れ、回動部が大きく重い構成となっている。
り、鏡筒部は鉛直方向に回転し、托架部は望遠鏡部も含
めて水平方向に回転する様に構成されている。
なトルクは次式で現される。
慣性モーメントであり、dω/dtは、角加速度であ
る。
ーメントに比例することを示している。
であるから、その電源には、通常バッテリーを使用す
る。このためモータの消費電力は、可能な限り小さくす
る事が求められるので、使用するモータは、小型なサイ
ズのものが要求される。この結果、小型のサイズのモー
タが発生することのできるトルクTは、自ずと小さく制
限される。
鉛直及び水平の回転軸部分にモータを組み込んで、望遠
鏡部や托架部を回転させ、望遠鏡を、測定対象物である
プリズムの方向へ俊敏に向ける事が要求される。また自
動追尾トータルステーションは、移動する測定対象物で
あるプリズムを追尾しながら測定する場合には、特に、
追従特性の向上が求められる。
を向上させるの何れにおいても、回転部分の加減速性能
が特に重要となる。加減速性能を向上させるには、モー
タのサイズを大きくし、トルクTをアップさせる事が簡
便な方法であるが、それでは前述の如く消費電力やモー
タ重量の増加を招き、得策でない。
合には、角加速度を上げる為には慣性モーメントIを小
さくする必要がある。慣性モーメントIは、回転部分の
質量に比例し、回転半径の二乗に比例する。
には、回転部分の重量と回転半径を小さくすればよく、
小さなトルクTでも回転性能を向上させることができ
る。
或いは托架部全体が回転する構造となっており、これら
の部分に多くの部品が組み込まれている。従って、従来
の測量機の構造では、加減速性能を向上させることは困
難であるという問題点があった。
案出されたもので、測定対象物に測定光を照射し、その
反射光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置に
おいて、測定光を発するための光源部と、反射光を受光
するための受光部と、前記測定光を方向自在に射出する
と共に、前記反射光を前記受光部に導くための射出手段
と、該射出手段の射出方向を検出する角度検出手段とを
備え、前記光源部と前記受光部とは固定的に設けられ、
前記光源部は前記射出手段に向けて測定光を発し、前記
受光部は前記測定対象物からの反射光を受光することを
特徴としている。
在に射出するための反射部材と、該反射部材を水平回動
させるための水平回動部と、俯仰させるための高低回動
部とから構成することもできる。
た回動部の傾きを検知するための傾斜測定部を備え、該
傾斜測定部の測定に基づき受光部が検出する測定対象物
の位置を補正する構成にすることもできる。
た回動部のガタ及び傾きを検知するための傾斜測定部を
備え、該傾斜測定部の測定に基づき受光部が検出する測
定対象物の位置を補正する構成にすることもできる。
たもので、測定対象物に測定光を照射し、その反射光か
ら距離と方向及び位置を求める位置測定装置であって、
光源部が測定光を発し、受光部が反射光を受光し、射出
手段が、測定光を方向自在に射出すると共に、反射光を
受光部に導き、角度検出手段が、射出手段の射出方向を
検出し、光源部と受光部とを固定的に設け、光源部は射
出手段に向けて測定光を発し、受光部は測定対象物から
の反射光を受光する様になっている。
定光を方向自在に射出させ、水平回動部が反射部材を水
平回動させ、高低回動部が俯仰させる様にすることもで
きる。
反射部材を備えた回動部の傾きを検知し、傾斜測定部の
測定に基づき、受光部が検出する測定対象物の位置を補
正することもできる。
反射部材を備えた回動部のガタ及び傾きを検知し、受光
部が検出する測定対象物の位置を補正することもでき
る。
る。
機10000を説明する。
と、整準部3000とから構成されている。
と、固定部2200と、傾斜測定部2300と、到来方
向検出部2400とから構成されている。
で、鉛直方向の回転部分(高低回動部)と水平方向の回
転部分(水平回動部)とを備えている。
転ミラー2110を鉛直方向に回転(高低角)させるた
めのものである。回転ミラー2110の両端部に水平軸
2111、2111を設けてあり、一方の水平軸211
1には、高低角測定用のロータリーエンコーダ2120
が取り付けられており、他方の水平軸2111には、第
1の駆動ギア2130を介して鉛直駆動用モータ214
0に連結されている。鉛直駆動用モータ2140は、支
柱部2150に固定されているので、鉛直駆動用モータ
2140の駆動力により、鉛直方向の回転部分が一体に
回転する様に構成されている。
該当するものである。
転ミラー2110を水平方向に回転させるためのもので
ある。水平方向の回転部分は、鉛直軸2170と、この
上に形成される支柱部2150と、支柱部2150に軸
止される回転ミラー2110に形成される水平軸211
1とから構成され、一体に回転させる様に構成されてい
る。
ロータリーエンコーダ2180が取付けられている。更
に、鉛直軸2170には、第2の駆動ギア2185を介
して水平駆動用モータ2190に連結されている。水平
駆動用モータ2190は、筐体に固定されているので、
水平駆動用モータ2190の駆動力により、鉛直軸21
70を含んで構成される回転部2100を水平方向に回
転させる。
ダ2120と水平角測定用のロータリーエンコーダ21
80とが、角度検出手段に該当するものである。
2160・・・を介して筐体に固定されている。この鉛
直軸2170下方には、距離測定部2210、プリズム
検出部2220の各光学系が設けられている。
211から発光した測距光が、ダイクロプリズム221
2で反射し、対物レンズ2213を透過した後、回転ミ
ラー2110で反射して、図示されていない被測定プリ
ズム(測定対象物)の方向へ射出する。被測定プリズム
からの反射光を逆の経路をたどり距離検出受光部221
4の受光素子で受光する。
ムを検出するためのもので、プリズム検出発光部222
1より発光した測距光が、コンデンサーレンズ222
2、小ミラー2223、対物レンズ2213を通過し、
回転ミラー2110で反射して、図示されていない被測
定プリズム(測定対象物)の方向へ射出する。被測定プ
リズムからの反射光は、回転ミラー2110で反射さ
れ、対物レンズ2213で集光し、ダイクロプリズム2
212を透過し、プリズム検出受光部2224の受光素
子で受光する様になっている。
量機本体2000を支える構造である。三本の脚の1脚
は回動自在に、例えば球面で支えている。残る2脚は、
整準駆動モータ3100の駆動力により上下動可能とな
っている。上下動作を調整することにより測量機本体2
000が整準される様に構成されている。整準は傾斜測
定部の出力に基づいて行われる。ばねはその下にある基
盤を支え、基盤は三脚の脚頭の取り付ける役目を果たし
ている。なお整準部3000は、測量機本体2000に
内蔵し、内部の構成部材を直接整準することもできる。
明する。
0の傾斜を検出し、整準部3000の制御信号として測
量機本体2000を水平に整準する。それと共に、水平
基準に対する鉛直軸2170と一体に設けられたエンコ
ーダの傾きを検出することで、回転部2100の傾きを
検出し、測定値、距離値及び位置の値を補正する。
1コンデンサレンズ2と、第1パターン3と、第2コン
デンサレンズ4と、第1ハーフミラー5等とからなり、
自由液面投光系8を構成している。
は前記自由液面6aで反射され、前記第1ハーフミラー
5を透過する。該第1ハーフミラー5の透過光軸10上
に第2ハーフミラー15、第3コンデンサレンズ9、受
光手段11が配設されている。該受光手段11は例えば
CCDエリアセンサが用いられる。
平行な投光光軸を有する第2光源17が配設され、該第
2光源17の投光光軸上に第4コンデンサレンズ18、
第2パターン19、第5コンデンサレンズ20、第3ハ
ーフミラー21が配設され、該第3ハーフミラー21は
前記第2ハーフミラー15と対向している。
該透過光軸と垂直となる位置に反射部材22(水平エン
コーダ)が配設されている。反射部材22は、回転部2
100の鉛直軸2170と一体に取り付けられた水平エ
ンコーダの面を反射面として利用している。また回転部
2100は、測量機本体2000のきょう体部に取り付
けられた鉛直軸2170によって水平回転可能に支持さ
れると共に、傾斜測定部2300が水平に正しく設置さ
れた時に、反射部材22の反射面も概略水平となる様に
取り付けられている。
18、第2パターン19、第5コンデンサレンズ20、
第3ハーフミラー21等は固定反射部材投光系24を構
成し、前記第1ハーフミラー5、第2ハーフミラー1
5、第3ハーフミラー21、第3コンデンサレンズ9、
受光手段11等は受光光学系12を構成する。
線は、第1コンデンサレンズ2で概略平行光束とされ、
前記第1パターン3、第2コンデンサレンズ4を透過し
た後、前記第1ハーフミラー5で反射され、更に前記自
由液面6aで反射され、前記第1ハーフミラー5、第2
ハーフミラー15、前記第3コンデンサレンズ9を透過
して前記受光手段11により受光される。即ち、前記第
1パターン3の第1パターン像3a(図示せず)は前記
第3コンデンサレンズ9により前記受光手段11に結像
される。
は、前記第4コンデンサレンズ18で概略平行光束とさ
れ、前記第2パターン19を透過し、更に前記第5コン
デンサレンズ20、第3ハーフミラー21を透過し、前
記反射部材22で反射され、前記第3ハーフミラー2
1、第2ハーフミラー15で反射され、前記第3コンデ
ンサレンズ9を経て前記受光手段11に受光される。即
ち、前記第2パターン19の第2パターン像19a(図
示せず)も前記第3コンデンサレンズ9を経て前記受光
手段11に結像される。
第2ハーフミラー15で反射された状態の反射光軸23
は前記透過光軸10が鉛直の場合に該透過光軸10に合
致する。従って、前記第1パターン3の第1パターン像
3aと第2パターン19の第2パターン像19aとが合
致する様になっている。
射されたものであり、従って、傾斜検出装置自体が傾斜
していると、前記液体部材6の自由液面6aは傾斜検出
装置自体に対して相対的に傾斜し、その結果入射光軸に
対して反射光軸23が偏角する。
した場合、液体部材6の屈折率nとすると反射光軸は2
nθ偏角し、前記受光手段11上では、前記第1パター
ン像3aはf*tan(2nθ)だけ基準位置から移動
する。
は、測量機本体2000が水平に整準されている時に鉛
直に固定されている。そして反射部材22である水平エ
ンコーダにガタも傾きもなく、水平に回転している場合
には、前記反射部材22で反射された光線の、前記受光
手段11での受光位置(第2パターン像19aの位置)
は一定している。
ーダに回転ガタや傾きがある場合には、第1パターン像
3aに対する第2パターン像19aの移動量Lとして検
出される。前記受光手段11の第1パターン3aに対す
る第2パターン像19aの方向を検出することで、傾斜
方向も検出することが可能である。
手段11からの受光信号に基づき前記第1パターン像3
aと第2パターン像19aとの偏差を求め、更に偏差に
基づき傾斜量、傾斜方向が演算される。
像3a及び第2パターン像19aは、水平状態からの像
の相対的な動き量を検出するためのものであるため、傾
斜設定部2300自体が水平な状態に於いて、前記反射
部材22からの反射光軸23と前記自由液面6aからの
反射光軸23は必ずしも合致していなくても、又平行で
なくてもよい。更に、傾斜設定部2300自体が水平状
態で前記第1パターン像3aと第2パターン像19aと
は前記受光手段11上で必ずしも合致する必要はなく、
両者のずれ量は演算する場合の補正値とすればよい。
略検出するものである。測定目標点にいる作業者が、特
定周波数の変調光を測量機本体2000本体に向けて発
光すると、到来方向検出部2400の到来方向検出受光
部2410は、変調光を受光し、到来方向を概略検出す
ることができる。
受光部2410と到来方向検出回路2420とから構成
される。到来方向検出受光部2410は、水平方向から
の到来光を検知する様に、複数の方向に向けて円周上の
配列される。到来方向検出回路2420は、複数の到来
方向検出受光部2410の受光光量を比較して方向を定
める様に構成されている。
0000の電気的構成を説明する。
と、距離検出発光部2211と距離検出受光部2214
とからなる測距部2210Bと、プリズム検出部222
0に相当する測定検出部2220Aと、プリズム検出発
光部2221とプリズム検出受光部2224とからなる
測定部2220Bと、高低角測定用のロータリーエンコ
ーダ2120と水平角測定用のロータリーエンコーダ2
180と、角度演算部4100と、傾斜測定部2300
と、到来方向検出受光部2410と、到来方向検出回路
2420と、記憶部4200、表示部4300と、駆動
回路4400と、モータ4500と、演算処理手段40
00とから構成されている。
40と水平駆動用モータ2190とが相当する。
は、測定部2220Bが、測定光を測定対象物に向けて
射出し、その反射光を受光する。測定検出部2220A
が、測定対象物を検出する信号を生成する。高低角測定
用のロータリーエンコーダ2120と水平角測定用のロ
ータリーエンコーダ2180との検出信号に基づき、角
度演算部4100が回転角を検出し、演算処理手段40
00は、駆動回路4400を介してモータ4500を駆
動し、測量機10000を測定対象物に向ける又は追尾
する様になっている。
000と測定対象物との距離を演算する。
度に起因する回転部2100の回転ガタや傾きを検出
し、演算処理手段4000が、受光部が受光する測定対
象物の受光位置を補正して、回転ガタや傾きの影響を除
去することができる。
に探査・追尾するための動作部は回転ミラー2110に
集約され、鏡筒部及び托架部はなく回動部は、回転ミラ
ー2110と高低角測定用のロータリーエンコーダ21
20のみの構成である。距離測定部2210、測定部2
220Bは、測量機本体2000側に固定的に設けられ
ている。
対象物)の方向に光を射出し、及び被測定プリズム(測
定対象物)からの反射光を、対物レンズ2213を透過
して各受光部に導くための最少の部品で構成することが
できる。これにより回転部2100の重量軽減と回転半
径減少により慣性モーメントを最少とし、小さなモータ
と低消費電力で高速の探査及び追尾動作を実現すること
ができる。
測定光を照射し、その反射光から距離と方向及び位置を
求める位置測定装置において、測定光を発するための光
源部と、反射光を受光するための受光部と、前記測定光
を方向自在に射出すると共に、前記反射光を前記受光部
に導くための射出手段と、該射出手段の射出方向を検出
する角度検出手段とを備え、前記光源部と前記受光部と
は固定的に設けられ、前記光源部は前記射出手段に向け
て測定光を発し、前記受光部は前記測定対象物からの反
射光を受光することができるので、回転部の重量軽減と
回転半径減少により慣性モーメントを最少とし、小さな
モータと低消費電力で高速の探査及び追尾動作を実現す
ることができるという卓越した効果がある。
図である。
る。
明する図である。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 測定対象物に測定光を照射し、その反射
光から距離と方向及び位置を求める位置測定装置におい
て、測定光を発するための光源部と、反射光を受光する
ための受光部と、前記測定光を方向自在に射出すると共
に、前記反射光を前記受光部に導くための射出手段と、
該射出手段の射出方向を検出する角度検出手段とを備
え、前記光源部と前記受光部とは固定的に設けられ、前
記光源部は前記射出手段に向けて測定光を発し、前記受
光部は前記測定対象物からの反射光を受光することを特
徴とする位置測定装置。 - 【請求項2】 射出手段は、測定光を方向自在に射出す
るための反射部材と、該反射部材を水平回動させるため
の水平回動部と、俯仰させるための高低回動部とから構
成された請求項1記載の位置測定装置。 - 【請求項3】 射出手段は、反射部材を備えた回動部の
傾きを検知するための傾斜測定部を備え、該傾斜測定部
の測定に基づき受光部が検出する測定対象物の位置を補
正する請求項2記載の位置測定装置。 - 【請求項4】 射出手段は、反射部材を備えた回動部の
ガタ及び傾きを検知するための傾斜測定部を備え、該傾
斜測定部の測定に基づき受光部が検出する測定対象物の
位置を補正する請求項2記載の位置測定装置。
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