JP2601294B2 - Position measurement device - Google Patents
Position measurement deviceInfo
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- JP2601294B2 JP2601294B2 JP362588A JP362588A JP2601294B2 JP 2601294 B2 JP2601294 B2 JP 2601294B2 JP 362588 A JP362588 A JP 362588A JP 362588 A JP362588 A JP 362588A JP 2601294 B2 JP2601294 B2 JP 2601294B2
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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、位置の計測装置に関し、特に屋外土木作業
現場等路面の凹凸の激しい環境下における位置の計測に
適用して好適な装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring device, and more particularly to a device suitable for measuring a position in an environment where road surfaces are severely uneven, such as an outdoor civil engineering work site.
〔従来の技術〕 従来、２定点と被計測地点との幾何学的関係に基づい
た三角測量によって、該被計測地点の位置を計測する装
置としては、先に本出願人が出願した特願昭61-116857
「車両位置及び姿勢角の計測装置」、特願昭61-116858
「車両位置及び姿勢角の計測装置」、特願昭62-135785
「移動体の位置計測方法」、特願昭62-135832「移動体
の位置計測装置」の他に特願昭62-50616「レーザを用い
た測量方法」などがあげられる。[Prior Art] Conventionally, as an apparatus for measuring the position of a measured point by triangulation based on the geometric relationship between two fixed points and the measured point, Japanese Patent Application No. 61-116857
"Measurement device for vehicle position and attitude angle", Japanese Patent Application No. 61-116858
"Measurement device for vehicle position and attitude angle", Japanese Patent Application No. 62-135785
In addition to the "method of measuring the position of a moving object" and Japanese Patent Application No. 62-135832, a "measuring method using a laser" is also described in Japanese Patent Application No. 62-50616.
これらの計測装置では、上記２定点に夫々レーザ投光
器が設置され、一方被計測対象である作業車両等の移動
体には、レーザ受光器が設置される。そして、上記２台
のレーザ投光器から水平方向にレーザ光を回転投光さ
せ、それぞれの投光器から投光されたレーザ光を上記受
光器で受光して、所定の方位から当該受光器で受光され
るまでの時間を上記２台の投光器のそれぞれについて求
め、これら２台の投光器の位置と被計測移動***置との
幾何学的関係に基づく三角測量によって被計測対象の二
次元位置を求めるようにしている。In these measuring devices, a laser projector is installed at each of the two fixed points, while a laser receiver is installed on a moving object such as a work vehicle to be measured. Then, the laser light is rotated and projected in the horizontal direction from the two laser projectors, and the laser light projected from each of the projectors is received by the light receiver, and is received by the light receiver from a predetermined direction. Is determined for each of the two projectors, and the two-dimensional position of the object to be measured is determined by triangulation based on the geometric relationship between the positions of the two projectors and the position of the moving object to be measured. I have.
上記した従来の計測装置では、上記２台のレーザ投光
器から回転投光される光の照射方向は、水平方向に固定
である。そこで、従来はこれら投光器の設置点と被計測
地点との高低差を考慮して上記受光器の受光面の鉛直方
向長が設定されている。In the above-described conventional measuring device, the irradiation direction of the light that is rotationally projected from the two laser projectors is fixed in the horizontal direction. Therefore, conventionally, the vertical length of the light receiving surface of the light receiver is set in consideration of the height difference between the installation point of the light projector and the point to be measured.
ところが、屋外土木作業現場等、地面の高低差が著し
く大きい環境下では、投光された光が受光面から外れる
ことが多々あり、当の位置計測が不能になる不都合があ
る。However, in an environment where the height difference of the ground is extremely large, such as an outdoor civil engineering work site, the projected light often comes off the light receiving surface, and there is a disadvantage that the position measurement cannot be performed.
こうして位置計測が不能となった場合には、たとえそ
れが一時的であるにせよ、作業車両等の移動体による作
業は中断せざるを得なくなるであろうし、また当の計測
不能地点を計測すべく他の方法による対策を講じせざる
を得ないことになり、人的および時間的ロスを来たし、
作業経済性を著しく損なうことになる。If position measurement becomes impossible in this way, even if it is temporary, work by a moving object such as a work vehicle will have to be interrupted, and the measurement impossible point will be measured. We have to take other measures to avoid human and time loss,
Work economy will be significantly impaired.
なお、こうした問題点を解決する方法として、受光器
の鉛直方向長を長く設定するなどの方法も検討されてい
る。しかし、この方法は、受光器が移動体上に設置され
ている場合には、当の移動体の安定性を損ねる虞れがあ
ろうし、また装置コストの上昇が招来することなどか
ら、いずれも採用、実施されるには至っていない。As a method of solving such a problem, a method of setting the length of the light receiver in the vertical direction to be long has been studied. However, in this method, when the light receiver is installed on a moving body, there is a possibility that the stability of the moving body may be impaired, and an increase in apparatus cost may be caused. It has not been adopted or implemented.
本発明は、上記した従来の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、屋外土木作業
現場等、２台のレーザ投光器の設置点とこれら投光器か
ら投光された光を受光する被計測地点との高低差が著し
い環境下であっても、確実に位置計測を行なうことので
きる位置計測装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an installation point of two laser projectors, such as an outdoor civil engineering work site, and light emitted from these projectors. It is an object of the present invention to provide a position measurement device capable of reliably performing position measurement even in an environment where a height difference from a measurement point receiving light is remarkable.
上記した従来の問題点を解決するために、本発明の第
１発明では、２定点に設置された第１および第２の投光
手段から回転投光される光の仰角または俯角を変化させ
る角度変化手段を具えるようにする。In order to solve the above-mentioned conventional problems, in the first invention of the present invention, the angle for changing the elevation angle or the depression angle of the light that is rotationally projected from the first and second light projecting means installed at two fixed points is set. Have a means of change.
また、本発明の第２発明では、上記第１および第２の
投光手段から回転投光される光の仰角または俯角を変化
させる角度変化手段と、受光手段によって検出した受光
高さ位置を上記角度変化手段の出力に基づいて補正する
受光高さ位置補正手段とを具えるようにする。Further, in the second invention of the present invention, the angle changing means for changing the elevation angle or the depression angle of the light projected and rotated from the first and second light projecting means, and the light receiving height position detected by the light receiving means are determined by the light receiving means. And a light receiving height position correcting means for correcting based on the output of the angle changing means.
すなわち、本発明の第１発明では、上記第１および第
２の投光手段から回転投光された光が上記受光手段にお
いて受光されない場合に、上記角度変化手段によって、
これら第１および第２の投光手段から回転投光される光
の仰角または俯角が変化する。このため地面に激しい高
低差があった場合でも、２次元の位置計測が確実に行な
われる。That is, in the first aspect of the present invention, when the light projected from the first and second light projecting means is not received by the light receiving means,
The elevation angle or depression angle of the light that is rotationally projected from these first and second light projecting means changes. For this reason, even when there is a great height difference on the ground, two-dimensional position measurement is reliably performed.
また、本発明の第２発明では、上記とともに、受光高
さ位置が上記受光高さ位置補正手段によって補正される
ので３次元の位置計測が確実に行なわれる。According to the second aspect of the present invention, in addition to the above, the light-receiving height position is corrected by the light-receiving height position correcting means, so that three-dimensional position measurement is reliably performed.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第２図は、位置計測装置の配置態様を示す概略図であ
る。FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement of the position measuring device.
同図に示すレーザ投光器10,20は、それぞれ屋外土木
作業現場の予め設定した２定点A,Bに設置されており、
これらのレーザ投光位置は同一の高さになるように設定
されている。The laser projectors 10 and 20 shown in the figure are respectively installed at two predetermined fixed points A and B at an outdoor civil engineering work site,
These laser projection positions are set to be at the same height.
これら投光器10,20は、レーザ光を全方位に一定周期
で回転しながら投光するものであり、それぞれ同一方向
にかつ互いに同期して回転する。この実施例では、同図
に矢印で示すごとく両投光器10,20は、上からみて反時
計方向に回転するものとする。These light projectors 10 and 20 emit laser light in all directions while rotating at a constant period, and rotate in the same direction and in synchronization with each other. In this embodiment, it is assumed that the light projectors 10, 20 rotate counterclockwise as viewed from above, as indicated by arrows in FIG.
上記投光器10,20から回転投光されるレーザ光の基準
方位、すなわち同図に一転鎖線で示す方位には、それぞ
れ受光素子11,21が貼着された各プレート12,22が配設さ
れている。In the reference direction of the laser light that is rotationally projected from the light projectors 10 and 20, that is, in the direction indicated by a chain line in the drawing, plates 12 and 22 to which light receiving elements 11 and 21 are respectively attached are arranged. I have.
受光素子11,21は、送・受信機１に接続されていて、
該送・受信機１は、これら受光素子11,21で受光された
レーザ光の受光信号およびコントローラ２の出力を後述
する送・受信機３に送信するとともに、該送・受信機３
から送信されたデータを受信する。The light receiving elements 11, 21 are connected to the transmitter / receiver 1,
The transmitter / receiver 1 transmits a light receiving signal of the laser beam received by the light receiving elements 11 and 21 and an output of the controller 2 to a transmitter / receiver 3 to be described later.
Receives data sent from.
コントローラ２は、上記送・受信機１に接続されてい
て、該送・受信機１の出力に基づいて、後述するミラー
駆動部13,23を制御するものである。The controller 2 is connected to the transmitter / receiver 1, and controls mirror driving units 13 and 23, which will be described later, based on the output of the transmitter / receiver 1.
一方、被計測地点であるＣには、所定の鉛直方向長Ｈ
の受光部31を有する受光器30が配設されている。この受
光器30は、鉛直方向に所定の間隔で配設された複数の受
光素子32…で構成されている。On the other hand, the measured point C has a predetermined vertical length H
A light receiver 30 having the light receiving unit 31 is provided. The light receiver 30 is composed of a plurality of light receiving elements 32 arranged at predetermined intervals in the vertical direction.
送・受信機３は、演算器４に接続されていて、上記送
・受信機１から送信されたデータを受信し、かつ該演算
器４から得られたデータを上記送・受信機１に送信する
ものである。The transmitter / receiver 3 is connected to the calculator 4 and receives data transmitted from the transmitter / receiver 1 and transmits data obtained from the calculator 4 to the transmitter / receiver 1. Is what you do.
ここで、本発明に採用する位置計測（三角測量）の原
理について説明する。Here, the principle of position measurement (triangulation) employed in the present invention will be described.
第３図は、２定点A,Bと被計測地点Ｃとの幾何学的関
係を示す原理図である。FIG. 3 is a principle diagram showing a geometric relationship between the two fixed points A and B and the measured point C.
同図において２定点A,B間の距離をL,X軸と線分ACとの
なす角をαａ、Ｘ軸と線分BCとのなす角をαｂとすると
被計測地点Ｃのxy座標は、次の第（１）式のように表わ
される。In the figure, when the distance between the two fixed points A and B is L, the angle between the X axis and the line segment AC is αa, and the angle between the X axis and the line segment BC is αb, the xy coordinates of the measured point C are as follows: It is expressed as the following equation (1).
この位置計測方法では、上記角度αa,αｂを求めるに
際し、上記投光器10,20から回転投光される光が上記基
準方位に達してから、上記受光器30によって受光される
までの回転角を２定点A,Bにおける投光器10,20のそれぞ
れについて検出することにより行なわれる。 In this position measurement method, when the angles αa and αb are obtained, the rotation angle from when the light rotationally projected from the light projectors 10 and 20 reaches the reference azimuth until the light is received by the light receiver 30 is 2 This is performed by detecting each of the projectors 10 and 20 at the fixed points A and B.
つまり、第４図に示すごとく、上記２定点A,Bにおけ
る投光器10,20から投光される光の周期をそれぞれTa,Tb
（第４図（ａ），（ｃ），ここでTa＝Tb）とする。２定
点A,Bにおける投光器10,20から投光されるレーザ光が基
準方位（ｘ軸方向）に達してから、Ｃ点における受光器
30で受光されるまでの時間をA,Bについてそれぞれta,tb
（第４図（ｂ），（ｄ））とすると、上記回転角αa,α
ｂは次の第（２）式のように表わされる。In other words, as shown in FIG. 4, the periods of the light projected from the projectors 10 and 20 at the two fixed points A and B are Ta and Tb, respectively.
(FIGS. 4A and 4C, where Ta = Tb). 2 After the laser beam emitted from the projectors 10 and 20 at the fixed points A and B reaches the reference azimuth (x-axis direction), the receiver at the point C
The time until light is received at 30 is A and B respectively for ta and tb
(FIGS. 4B and 4D), the rotation angles αa and α
b is expressed by the following equation (2).
そこで、これら角度αa,αｂと２台の投光器10,20間
の距離Ｌを上記第（１）式に代入することにより、上記
被計測位置地点Ｃの２次元位置を計測することができ
る。 Therefore, by substituting the angles αa and αb and the distance L between the two projectors 10 and 20 into the above-described equation (1), the two-dimensional position of the measured position point C can be measured.
ところでこの場合、上記２台の投光器10,20から回転
投光された光が上記受光器30において確実に受光されて
いることが当の位置計測を行なう上で不可欠の要素とな
っている。By the way, in this case, it is an indispensable element in performing the position measurement that the light that has been rotationally projected from the two projectors 10 and 20 is reliably received by the light receiver 30.
第５図（ａ）は、２定点A,Bに設置された投光器10,20
から水平方向にレーザ光が投光され、該レーザ光が、上
記A,B点と同一高さの被計測地点C1に設置された受高器3
0で受光される場合を示しており、このように２定点A,B
と被計測地点C1の高さ位置が等しいときにレーザ光が受
光部31の中心で受光されるよう受光器30の高さ方向の各
種寸法が設定されてある。FIG. 5 (a) shows the projectors 10, 20 installed at the two fixed points A, B.
The laser light is projected horizontally from the laser beam, the A,受高device 3 installed in the measurement point C 1 of the point B and the same height as
The case where light is received at 0 is shown.
The laser light when the height position of the measurement point C 1 is equal are set height direction of the various dimensions of the light receiver 30 to be received by the center of the light receiving portion 31.
また、同図（ｂ）および（ｃ）は、受光器30がC1との
高低差がH/2以内の被計測地点C2またはC3に移動、設置
された場合を示しており、この場合も、該地点において
上記受光部31における受光が可能である。Further, FIG. (B) and (c), moving the light receiver 30 is C 1 point to be measured height difference is within H / 2 and C 2 or C 3, shows a case where it is installed, the Also in this case, the light receiving unit 31 can receive light at the point.
ところが同図（ｄ）および（ｅ）に示すごとく、受光
器30がC1との高低差がH/2よりも大きい被計測地点C4ま
たはC5に移動、設置された際には、上記回転投光された
光が上記受光部31において受光されなくなってしまう。However as shown in FIG. (D) and (e), when the light receiver 30 is the height difference between the C 1 is moved to the measurement point C 4 or C 5 greater than H / 2, installation, the The light that has been rotationally projected is not received by the light receiving unit 31.
そこで、この実施例では、このような場合であっても
受光が行なわれるように上記投光器10,20から回転投光
される光の仰角または俯角を変化させる手段を設けてい
る。Therefore, in this embodiment, means is provided for changing the elevation angle or depression angle of the light that is rotationally projected from the projectors 10 and 20 so that light is received even in such a case.
すなわち、第１図に示す投光器10,20のそれぞれに具
えたミラー駆動部13,23によって光の仰角または俯角を
変化させる。That is, the elevation angles or depression angles of the light are changed by the mirror driving units 13 and 23 provided in the projectors 10 and 20 shown in FIG. 1, respectively.
ミラー駆動部13,23は、レーザ光源14,24の光軸上に配
置されたミラー15,25と、このミラー15,25を減速ギヤを
介して水平軸を中心に回動させるモータ16,26と、モー
タ16,26の回転量に対応した数のパルスを出力するパル
スエンコーダ17,27と、エンコーダ17,27の出力パルスを
カウントするカウンタ18,28と、モータ16,26を駆動する
ドライバ19,29とを備えた構成をもつ。The mirror driving units 13 and 23 include mirrors 15 and 25 arranged on the optical axis of the laser light sources 14 and 24, and motors 16 and 26 for rotating the mirrors 15 and 25 around a horizontal axis via a reduction gear. And pulse encoders 17 and 27 that output pulses of a number corresponding to the rotation amounts of the motors 16 and 26, counters 18 and 28 that count output pulses of the encoders 17 and 27, and a driver 19 that drives the motors 16 and 26 , 29.
なお上記ミラー15,25は、同図に矢印Ｇで示すごと
く、投光器10,20の回転軸を中心としてこれらと同期し
て回転し、レーザ光をレーザ投光口10a,20aから受光部3
1に向けて回転投光する。Note that the mirrors 15 and 25 rotate in synchronization with the rotation axes of the light projectors 10 and 20 as shown in FIG.
The light is turned toward 1.
ここで、上記ミラー駆動部13,23の作用について説明
する。Here, the operation of the mirror driving units 13 and 23 will be described.
ミラー15,25の傾き角は、初期状態においては、レー
ザ投光口10a,20aから受光器30に向けて投光されるレー
ザ光の光軸Ｄが、投光器10,20の設置面に対して平行方
向となるような基準角度に設定されている。In the initial state, the tilt angles of the mirrors 15 and 25 are such that the optical axis D of the laser light projected from the laser projection ports 10a and 20a toward the light receiver 30 is relative to the installation surface of the projectors 10 and 20. The reference angle is set to be parallel.
一方、コントローラ２からの指令がドライバ19,29に
加えられると、モータ16,26によってミラー15,25の傾き
角が上記基準角度から所定角度だけ傾動される。これに
よって上記光軸Ｄから仰角方向または俯角方向に＋αま
たは−αだけ変化した光軸ＥまたはＦを得ることができ
る。On the other hand, when a command from the controller 2 is applied to the drivers 19 and 29, the tilt angles of the mirrors 15 and 25 are tilted by the motors 16 and 26 by a predetermined angle from the reference angle. As a result, the optical axis E or F changed from the optical axis D by + α or −α in the elevation direction or the depression angle direction can be obtained.
このように、光軸が変化した場合には、第５図
（ｄ），（ｅ）のような場合においても、同図（ｄ），
（ｅ）にそれぞれ破線で示すごとく、投光器10,20から
投光されたレーザ光が受光器30の受光部31において受光
されるようになるので、位置計測が可能になる。As described above, when the optical axis changes, even in the case of FIGS. 5 (d) and 5 (e), FIGS.
As shown by dashed lines in (e), the laser beams emitted from the light emitters 10 and 20 are received by the light receiving unit 31 of the light receiver 30, so that the position can be measured.
なお、ミラー15,25についての基準角度からの角度変
化量すなわちレーザ光の光軸変化角は、カウンタ18,28
で計測され、コントローラ２にフィードバックされる。Note that the angle change amount of the mirrors 15 and 25 from the reference angle, that is, the optical axis change angle of the laser beam is
And is fed back to the controller 2.
第６図は、受光器30側に備えられた演算器４の構成を
概念的に示すブロック図である。また、第７図は、演算
器４の処理手順を示す。FIG. 6 is a block diagram conceptually showing a configuration of the arithmetic unit 4 provided on the light receiver 30 side. FIG. 7 shows a processing procedure of the arithmetic unit 4.
以下、これら図面を参照して実施例をより詳しく説明
する。Hereinafter, embodiments will be described in more detail with reference to these drawings.
レーザ光による位置計測を行なう場合には、その測量
準備として各投光器10,20の設置誤差等の計測が行なわ
れ、ここで得られたデータは、以下に述べる位置計測で
得られた計測データを補正するものとして使用される
が、この補正演算は本願とは直接関係ないので説明を省
略する。When performing position measurement using laser light, measurement such as installation error of each of the projectors 10 and 20 is performed in preparation for the survey, and the data obtained here is obtained by measuring data obtained by the position measurement described below. Although used as a correction, this correction calculation is not directly related to the present application, and thus the description thereof is omitted.
上記測量準備が終了すると、オペレータは各被計測地
点に受光器30を移動，設置する。When the survey preparation is completed, the operator moves and installs the light receiver 30 to each measurement point.
オペレータは、かかる移動，設置の際レーザ光が受光
器30において受光されるように、必要に応じてミラー1
5,25の角度調整を行なう。The operator operates the mirror 1 as necessary so that the laser beam is received by the light receiver 30 during such movement and installation.
Perform 5,25 angle adjustment.
すなわち、上記ミラー15,25の傾き角は、測量開始時
点である初期状態においては、第５図（ａ）に示すごと
く、レーザ光が水平方向に投光されるような角度に設定
されている。したがって、この状態から受光器30が、同
図（ｂ），（ｃ）に示す被計測地点C2,C3に移動，設置
された際は、レーザ光が受光器30において受光されるの
で上記ミラー15,25の角度調整は行なわれない。In other words, the tilt angles of the mirrors 15 and 25 are set such that the laser light is projected in the horizontal direction in the initial state at the start of the survey, as shown in FIG. . Therefore, when the light receiver 30 is moved and installed at the measurement points C 2 and C 3 shown in FIGS. 2B and 2C from this state, the laser light is received by the light receiver 30. No angle adjustment of the mirrors 15, 25 is performed.
しかし、同図（ｄ），（ｅ）に示すごとく、受光器30
が、被計測地点C4またはC5に移動，設置された際には、
該受光器30において受光が行なわれるように所定角度だ
けミラー15,25の傾き角を変化させるためのミラー角度
変化指令データを、ミラー角度変化指令入力部4bに入力
する（ステップ101）。However, as shown in FIGS.
Is moved to the measurement point C 4 or C 5 and installed,
Mirror angle change command data for changing the tilt angles of the mirrors 15 and 25 by a predetermined angle so that the light receiver 30 receives light is input to the mirror angle change command input unit 4b (step 101).
上記ミラー角度変化指令データは、送・受信機３を介
して、送・受信機１に送信される。なお、送・受信機３
から送・受信機１に送信される角度変化指令に信号に
は、いずれのミラーに対する指令であるかを特定する信
号が付加されている。The mirror angle change command data is transmitted to the transmitter / receiver 1 via the transmitter / receiver 3. The transmitter / receiver 3
Is added to the signal to the angle change command transmitted to the transmitter / receiver 1 from the controller.
送・受信機１では、送・受信機３から送信された角度
変化指令信号が受信され、コントローラ２はこの受信デ
ータに基づき各ミラー15,25の傾き角を制御する。The transmitter / receiver 1 receives the angle change command signal transmitted from the transmitter / receiver 3, and the controller 2 controls the tilt angles of the mirrors 15 and 25 based on the received data.
この場合、コントローラ２では、カウンタ18,28のフ
ィードバック信号に基づく上記傾き角のフィードバック
制御が行なわれる。やがて、各ミラー15,25の傾き角が
目標値である上記角度変化指令データに対応する所定角
度に達した際には、このカウンタ18,28の出力、すなわ
ちミラー15,25についての基準角度からの角度変化量
は、コントローラ２を介して、送・受信機１から送・受
信機３に送信される。この角度変化量は、上記送・受信
機３から座標演算部4cに入力される。In this case, the controller 2 performs feedback control of the tilt angle based on the feedback signals of the counters 18 and 28. Eventually, when the tilt angles of the mirrors 15 and 25 reach a predetermined angle corresponding to the angle change command data that is the target value, the outputs of the counters 18 and 28, that is, the reference angles of the mirrors 15 and 25 are used. Is transmitted from the transmitter / receiver 1 to the transmitter / receiver 3 via the controller 2. The angle change amount is input from the transmitter / receiver 3 to the coordinate calculator 4c.
なお、上述したレーザ投光角可変動作の後、オペレー
タは、受光器30において、受光が行なわれているか否か
を確認し、受光が行なわれていないことが判明された際
には、角度を変えたミラー角度変化指令データを再入力
することによって上記処理を繰り返し実行する。また受
光が行なわれたことが判明された際には、処理は、次の
ステップ103に移行される（ステップ102）。Note that, after the above-described laser projection angle variable operation, the operator checks whether or not light is received in the light receiver 30, and when it is determined that light is not being received, the operator changes the angle. The above process is repeatedly executed by re-inputting the changed mirror angle change command data. When it is determined that light reception has been performed, the process proceeds to the next step 103 (step 102).
このようにして、ミラー15,25の傾き角が確定する
と、投光器10,20から投光されたレーザ光がそれぞれ受
光素子11,21で受光されて、これら受光素子11,21でそれ
ぞれ受光されたレーザ光の受光信号は、送・受信機１を
介して、送・受信機３に送信される。In this way, when the tilt angles of the mirrors 15 and 25 are determined, the laser beams emitted from the projectors 10 and 20 are received by the light receiving elements 11 and 21, respectively, and are received by the light receiving elements 11 and 21, respectively. The light receiving signal of the laser beam is transmitted to the transmitter / receiver 3 via the transmitter / receiver 1.
送・受信機３では、送・受信機１から送信されたレー
ザ光の受光信号を受信した際、投光器10の受光信号を時
間測定部4dに、投光器20の受光信号を時間測定部4eにそ
れぞれ出力する（ステップ103）。In the transmitter / receiver 3, when receiving the light receiving signal of the laser beam transmitted from the transmitter / receiver 1, the light receiving signal of the projector 10 is sent to the time measuring unit 4d, and the light receiving signal of the projector 20 is sent to the time measuring unit 4e. Output (step 103).
一方、投光器10,20がさらに回転し、これら投光器10,
20から投光されるレーザ光が受光器30の受光部31で受光
されると、これら受光信号は、その受光高さ位置および
受光時間を示す信号として高さ演算部4fおよび上記時間
差測定部4d,4eにそれぞれ入力される。なお、受光高さ
位置を示す信号は、各受光素子32…のいずれの受光素子
で受光されたかを示す信号として、高さ演算部4fに入力
される。On the other hand, the projectors 10 and 20 further rotate, and these projectors 10 and 20
When the laser light emitted from the light receiving unit 20 is received by the light receiving unit 31 of the light receiver 30, these light receiving signals are converted into a signal indicating the light receiving height position and the light receiving time by the height calculating unit 4f and the time difference measuring unit 4d. , 4e. The signal indicating the light receiving height position is input to the height calculating unit 4f as a signal indicating which of the light receiving elements 32...
ここで、上記受光信号がいずれの投光器からの受光信
号であるかを特定する方法を説明する。前記したごとく
投光器10,20はほぼ同期して回転される。さらに第３図
に示すごとく、この三角測量は、αａ＜90°，αｂ＞90
°となるような配置で行なわれる。したがって、レーザ
光が基準方位に達してから、受光部31で受光されるまで
の各時間ta,tbの関係は、ta＜tbとなり、このような受
光順序によっていずれの投光器からの受光信号であるか
を特定することができる（ステップ104）。Here, a description will be given of a method of specifying which light projector the light reception signal is from. As described above, the projectors 10 and 20 are rotated substantially in synchronization. Further, as shown in FIG. 3, this triangulation is performed by αa <90 °, αb> 90.
°. Therefore, the relationship between each time ta and tb from when the laser beam reaches the reference direction to when the laser beam is received by the light receiving unit 31 is ta <tb, and the light receiving signal from any one of the projectors is obtained according to such a light receiving order. Can be specified (step 104).
時間差測定部4dおよび4eでは、送・受信機３から出力
される基準方位を示す受光信号と受光部31から出力され
る受光信号に基づいて投光器10および20についての上記
時間taおよびtbがそれぞれ検出される（第４図参照、ス
テップ105）。The time difference measuring units 4d and 4e detect the times ta and tb for the projectors 10 and 20, respectively, based on the light receiving signal indicating the reference direction output from the transmitter / receiver 3 and the light receiving signal output from the light receiving unit 31. (See FIG. 4, step 105).
これら時間taおよびtbを上記第（２）式に代入するこ
とにより、投光器10,20のそれぞれの回転角αa,αｂが
角度演算部4g,4hによってそれぞれ演算される（ステッ
プ106）。By substituting the times ta and tb into the above equation (2), the rotation angles αa and αb of the light projectors 10 and 20 are calculated by the angle calculation units 4g and 4h, respectively (step 106).
さらに、これら演算された回転角αa,αｂおよび両投
光器10,20間の距離Ｌを上記第（１）式に代入すること
により、受光器30の２次元の位置すなわち被計測地点の
位置Ｃ（x,y）が、座標演算部4cにおいて演算される
（ステップ107）。Further, by substituting the calculated rotation angles αa and αb and the distance L between the two projectors 10 and 20 into the above equation (1), the two-dimensional position of the light receiver 30, that is, the position C ( x, y) is calculated in the coordinate calculation unit 4c (step 107).
一方、高さ演算部4fでは、受光部31の出力に基づい
て、被計測地点Ｃの鉛直方向の仮高さ位置Z1が演算され
る。On the other hand, the height calculation unit 4f, on the basis of the output of the light receiving unit 31, the temporary height position Z 1 of the vertical direction of the measurement point C is calculated.
すなわち、この仮高さ位置Z1は、ミラー15,25の傾き
を考慮しない段階での被計測地点Ｃの高さ位置を示すも
のであり、この場合投光器10の設置点Ａ（または投光器
20の設置点Ｂ）を高さ方向の原点とし、また前述したよ
うに設置点Ａと被計測地点Ｃの高さ位置が等しいとき
（第５図（ａ）参照）、レーザ光が受光部31の中心で受
光されるよう設定されているため、上記仮高さ位置Z1は
受光部31の中心からの変位として表わされる。That is, the provisional height Z 1 is for indicating the height position of the measured point C at the stage without considering the tilt of the mirror 15 and 25, installation point A (or emitter in this case projector 10
20 is set as the origin in the height direction, and as described above, when the height position of the installation point A is equal to the height position of the measurement point C (see FIG. 5 (a)), the laser beam is received by the light receiving unit 31. because it is set to be received at the center of, the temporary height position Z 1 is represented as a displacement from the center of the light receiving portion 31.
例えば、第５図（ｂ）に示すごとく、受光位置が受光
部31の中心から下側にH/2ズレているときは、仮高さ位
置 となる。また同図（ｄ）に示す被計測地点C4において
も、同図（ｂ）の受光素子32と同じ受光素子で受光が行
なわれるので、仮高さ位置は同じく、 となる。For example, as shown in FIG. 5 (b), when the light receiving position is shifted H / 2 downward from the center of the light receiving unit 31, the temporary height position Becomes Also in the measurement point C 4 shown in FIG. 2 (d), since the light in the same light receiving element and the light receiving element 32 in FIG. (B) is carried out, the temporary height position also, Becomes
すなわち第５図（ｂ）に示す場合と第５図（ｄ）に示
す場合とでは、受光部31の受光素子32として同一の受光
素子において受光が行なわれるので、仮高さ位置Z1は同
じになるが、第５図（ｄ）の場合は、ミラー15,25の傾
きを変化させているので、の場合の仮高さ位置Z1は真の
高さ位置を示してはいない。このようにして求められた
仮高さ位置Z1は、座標演算部4cに入力される（ステップ
108）。That the case shown in FIG. 5 (b) in the case shown in FIG. 5 (d), since the light receiving is performed in the same light-receiving elements as a light receiving element 32 of the light receiving portion 31, the temporary height position Z 1 are the same but it becomes, in the case of FIG. 5 (d), since by changing the inclination of the mirror 15 and 25, the temporary height position Z 1 in the case of not not show the true height. Such temporary height position Z 1 obtained in the is input to the coordinate calculation section 4c (step
108).
つぎに座標演算部4cでは、上記送・受信機３から出力
される前記角度変化量に基づいて、上記ミラー15,25の
傾き角が基準角度から変化したか否かが判断される（ス
テップ109）。Next, the coordinate calculation unit 4c determines whether or not the tilt angles of the mirrors 15, 25 have changed from a reference angle based on the angle change amount output from the transmitter / receiver 3 (step 109). ).
上記ステップ109の判断結果がNOの場合、つまりミラ
ー15,25の傾き角が基準角度である場合には、上記ステ
ップ108で演算された仮高さ位置Z1を被計測地点の鉛直
方向の座標位置Ｚとする処理が実行される（ステップ11
0）。この場合、上記座標位置Ｚは上記ステップ107にお
いて演算された被計測地点の２次元座標値x,yとともに
格納され、かつ表示部4iに表示される（ステップ11
1）。If the judgment result at step 109 is NO, that is, if the inclination angle of the mirror 15 and 25 is the reference angle, the temporary height position Z 1 calculated in step 108 in the vertical direction of the measurement point coordinates A process for setting the position Z is executed (step 11).
0). In this case, the coordinate position Z is stored together with the two-dimensional coordinate values x and y of the measured point calculated in the step 107 and displayed on the display unit 4i (step 11).
1).
一方、上記ステップ109の判断結果がYESの場合、つま
りミラー15,25の傾き角が傾動されて基準角度から変化
した場合には、この角度変化量と上記ステップ107にお
いて演算された被計測地点の２次元位置x,yおよび上記
２定点A,Bの２次元位置Ａ（xA,yA）,B（xB,yB）に基づ
いて、上記仮高さ位置Z1を補正する処理が実行される。On the other hand, if the determination result in step 109 is YES, that is, if the tilt angles of the mirrors 15 and 25 are tilted and change from the reference angle, the angle change amount and the measured point calculated in step 107 are calculated. two-dimensional position x, y and the two fixed points a, 2-dimensional position a B (x a, y a) , B (x B, y B) based on, a process of correcting the provisional height position Z 1 Be executed.
すなわち、第５図（ｄ），（ｅ）に示すごとく、ミラ
ー15,25の傾き角が変化して、レーザ光の光軸方向が水
平方向から、仰角、俯角方向に＋αおよび−αだけ変化
したとすると、被計測地点の座標位置Ｚを求めるために
は、上記仮高さ位置Z1に対して上記光軸の変化に伴なう
補正値Z2を加算（または減算）する必要がある。That is, as shown in FIGS. 5D and 5E, the tilt angles of the mirrors 15 and 25 change, and the optical axis direction of the laser beam changes from the horizontal direction by + α and −α in the elevation and depression directions. When the, to determine the coordinate position Z of the measurement point, it is necessary to accompanied adding the correction value Z 2 (or subtracted) to the change of the optical axis with respect to the temporary height position Z 1 .
上記補正値Z2を求めるには、上記２定点A,Bの２次元
位置Ａ（xA,yA）,B（xB,yB）および被計測地点Ｃの２次
元位置Ｃ（x,y）からA,C点間の距離lAcおよびB,C間の距
離lBcを下記（３）式に基づいてそれぞれ演算する。To determine the correction value Z 2, the two fixed point A, 2-dimensional position A B (x A, y A) , B (x B, y B) and two-dimensional position C (x of the measurement point C, a from y), respectively calculated on the basis of the distance l a c and B between point C, the distance l B c between C in the following equation (3).
そして、上記ミラー15,25の角度変化量から対応する
光軸の仰角または俯角方向の変化量＋αまたは−αを求
め、この変化量と上記距離lAcまたはlBcを下記第（４）
式に代入することによって上記補正値Z2が演算される
（ステップ112）。 Then, a elevation or depression angle variation + alpha or -α optical axis corresponding the angle variation of the mirror 15 and 25, the amount of change and the length l A c or l B c below the (4)
The correction value Z 2 is calculated by substituting the equation (step 112).
Z2＝ltan α …（４） （但し、l;lAcまたはlBc′） 以上のようにして補正値Z2が演算されると、下記第
（５）式にしたがって、座標位置Ｚを演算する処理が実
行される。Z 2 = ltan α (4) (1; l A c or l B c ′) When the correction value Z 2 is calculated as described above, the coordinate position Z is calculated according to the following equation (5). Is calculated.
Ｚ＝Z1＋Z2 …（５） ちなみに、第５図（ｄ）に示す被計測地点C4の仮高さ
位置Z1は、前記したごとく同図（ｂ）の仮高さ位置Z1と
同じくZ1＝H/2であり、補正値Z2は、上記第（４）式か
らlActan α（またはlBctan α）となるので、被計測地
点C4の真の座標位置は、Ｚ＝H/2＋lActan α（またはH/
2＋lBctan α）となる（ステップ113）。Z = Z 1 + Z 2 (5) Incidentally, the temporary height position Z 1 of the measured point C 4 shown in FIG. 5D is the same as the temporary height position Z 1 of FIG. Similarly, Z 1 = H / 2, and the correction value Z 2 is l A ctan α (or l B ctan α) from the above equation (4), so the true coordinate position of the measured point C 4 is Z = H / 2 + l A ctan α (or H /
2 + l B ctan α) (step 113).
このようにして、座標位置Ｚが演算されると、該座標
位置Ｚは、上記ステップ107において演算された被計測
地点の２次元座標x,yとともに格納され、かつ表示部4i
に表示される（ステップ111）。When the coordinate position Z is calculated in this way, the coordinate position Z is stored together with the two-dimensional coordinates x, y of the measured point calculated in step 107, and the display unit 4i
Is displayed (step 111).
以上説明したようにこの実施例によれば、レーザ光の
光軸が仰角または俯角方向に変化するようにしたので、
受光器における受光が確実に行なわれる。As described above, according to this embodiment, the optical axis of the laser beam is changed in the elevation angle or the depression angle direction.
Light reception in the light receiver is reliably performed.
これとともに、この光軸の変化量に基づいて受光器の
受光高さ位置を補正して、被計測地点の真の鉛直位置座
標を求めることができる。At the same time, the position of the light receiving height of the light receiver is corrected based on the change amount of the optical axis, and the true vertical position coordinates of the measured point can be obtained.
なお、実施例では、ミラー駆動部13,23に対する角度
変化指令として、オペレータによるデータ入力によって
与えるようにしているが、これに限定されることはな
い。In the embodiment, the angle change command for the mirror driving units 13 and 23 is given by data input by the operator, but is not limited to this.
すなわち、演算器４に受光部31において受光が行なわ
れたか否かを判断する手段と、該手段において受光が行
なわれていないと判断された際に、ミラー15,25の傾き
角を適宜変化させる角度変化指令を発生する角度変化指
令発生手段を具えるようにして、ミラーの角度変化制御
を自動化する実施も当然可能である。That is, the arithmetic unit 4 determines whether or not light is received in the light receiving unit 31, and when the means determines that no light is received, appropriately changes the tilt angles of the mirrors 15, 25. Naturally, it is also possible to provide an angle change command generating means for generating an angle change command to automate the mirror angle change control.
なおまた、実施例では、ミラー駆動部13,23に対する
角度変化指令を２台の送・受信機による無線で与えるよ
うにしているが、これに限定されることなく当然有線に
て実施可能である。また、この場合の指令は、被計測地
点からの遠隔操作による指令に限定されることなく、投
光器の設置地点においてコントローラ２に直接指令を与
えるようにしてもよい。In addition, in the embodiment, the angle change command to the mirror driving units 13 and 23 is given wirelessly by the two transmitters / receivers. However, the present invention is not limited to this, and can be implemented by wire. . In addition, the command in this case is not limited to a command by remote operation from the measurement target point, but may be given directly to the controller 2 at the installation point of the projector.
また、実施例では、作業現場における各点をスポット
測量する場合を想定して説明したが、移動体に受光器を
搭載して、該移動体の位置を計測するようにしてもよ
い。もちろんこの移動体の位置計測としては、車両に限
らず港湾等における船舶の測位等あらゆる移動体の位置
計測に適用可能である。Further, in the embodiment, the description has been made assuming the case where each point in the work site is spot-measured. However, the position of the moving body may be measured by mounting a light receiver on the moving body. Of course, the position measurement of the moving object is not limited to the vehicle, and can be applied to the position measurement of any moving object such as positioning of a ship in a port or the like.
また、実施例では、２台から投光器からそれぞれ得ら
れる基準方位信号を一台の送・受信機で送受信するよう
にしているが、上記基準方位信号を各別の送・受信機で
送受信するようにしてもよいことは勿論である。In the embodiment, the reference azimuth signal obtained from each of the two projectors is transmitted and received by one transmitter / receiver. However, the reference azimuth signal is transmitted / received by different transmitters / receivers. Needless to say, this may be done.
また、実施例では、２台の投光器の回転方向が同方向
になるようにしているが、もちろん互い逆方向に回転さ
せるようにしてもよい。In the embodiment, the two projectors are rotated in the same direction, but may be rotated in opposite directions.
また、実施例では、２台の投光器から投光されたレー
ザ光を共通の受光部31で受光するようにしているが、２
台の投光器からそれぞれ投光されるレーザ光を各別に受
光するために互いに高さを異にした受光部を設けるよう
にしてもよい。Further, in the embodiment, the laser beams emitted from the two projectors are received by the common light receiving unit 31.
In order to separately receive the laser beams emitted from the respective projectors, light receiving units having different heights may be provided.
また、実施例では、２台の投光器の各基準方位にこれ
ら２台の投光器から投光されたレーザ光を識別受光する
受光素子11,21をそれぞれ設けるようにしているが、必
ずしもこれら受光素子11,21を設けることなく、各投光
器を同期して定速回転させて、各投光器から投光される
レーザ光の被計測地点における受光タイミングのみで、
位置計測を行なうようにしてもよい。Further, in the embodiment, the light receiving elements 11 and 21 for identifying and receiving the laser beams emitted from these two projectors are provided in the respective reference directions of the two projectors. Without providing, 21 and rotating each projector synchronously at a constant speed, only at the light receiving timing at the measurement point of the laser beam emitted from each projector,
Position measurement may be performed.
要は、レーザ光を用いた三角測量を行なう装置であれ
ば、それ自体の構成は任意である。In short, as long as it is a device that performs triangulation using laser light, the configuration of itself is arbitrary.
なお、この実施例ではレーザ光を投光して三角測量を
行なう例を示したが、勿論レーザ光に限らず直進性に優
れた光であれば、これを使用する実施も当然可能であ
る。In this embodiment, an example is shown in which triangulation is performed by projecting a laser beam. However, it is needless to say that the laser beam is not limited to the laser beam, but may be used if it has excellent straightness.
なお、また実施例では、ミラ15,25の角度を変化させ
て、レーザ光の光軸方向を変えているが、これに限定さ
れることなく、投光器自身を傾動変化させて、上記光軸
方向を変えるようにしてもよい。In addition, in the embodiment, the angle of the mirrors 15 and 25 is changed to change the optical axis direction of the laser beam.However, the present invention is not limited to this. May be changed.
要は、レーザ光の光軸方向を変化させることができる
のであれば、その方法は任意である。In short, any method can be used as long as the optical axis direction of the laser beam can be changed.
さらに、高さ方向の受光位置を検出するために、受光
部31にポジションセンサ（PSD）を用いるようにしても
よい。Further, a position sensor (PSD) may be used for the light receiving unit 31 to detect the light receiving position in the height direction.
以上説明したように、本発明によれば、投光器から投
光されたレーザ光の光軸が仰角または俯角方向に変化す
るので、凹凸の激しい環境下であって受光が確実に行な
われる。これによって、位置計測が不能になるという不
都合が除去され、作業経済性が著しく向上する。As described above, according to the present invention, since the optical axis of the laser light emitted from the light projector changes in the elevation angle or the depression angle direction, light reception is reliably performed in an environment with severe irregularities. As a result, the disadvantage that the position measurement becomes impossible is eliminated, and the work economy is remarkably improved.
第１図は、実施例におけるミラ駆動部の構成を概念的に
示す斜視図、第２図は、本発明の一実施例の装置の配置
態様を示す概略斜視図、第３図は、本発明で採用する位
置計測の原理を説明するために用いる図、第４図
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ実施例に
おけるレーザ光の受光信号を示すタイムチャート、第５
図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、それぞ
れ実施例における被計測地点の変化態様を示した図、第
６図は、実施例の演算器の構成を概念的に示すブロック
図、第７図は、第６図に示す演算器における処理手順を
示すフローチャートである。 1,3……送・受信機、２……コントローラ、４……演算
器、10,20……レーザ投光器、11,21,32……受光素子、1
3,23……ミラ駆動部、15,25……ミラ、16,26……モー
タ、19,29……ドライバ、30……受光器、31……受光
部。FIG. 1 is a perspective view conceptually showing the configuration of a mirror drive unit in an embodiment, FIG. 2 is a schematic perspective view showing the arrangement of an apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIGS. 4 (a), 4 (b), 4 (c), and 4 (d) are diagrams used to explain the principle of position measurement adopted in FIGS. 5
Figures (a), (b), (c), (d), and (e) show the manner of change of the measured point in the embodiment, respectively, and FIG. 6 shows the configuration of the arithmetic unit in the embodiment. FIG. 7 is a conceptual block diagram, and FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure in the arithmetic unit shown in FIG. 1,3 ... Transmitter / Receiver, 2 ... Controller, 4 ... Calculator, 10,20 ... Laser projector, 11,21,32 ... Light receiving element, 1
3,23 ... mirror drive unit, 15, 25 ... mirror, 16, 26 ... motor, 19, 29 ... driver, 30 ... light receiver, 31 ... light receiver.
Claims (2)
ける鉛直軸を回転軸として回転しつつ、光を投光する第
１および第２の投光手段と、被計測地点に配置され、上
記第１および第２の投光手段からそれぞれ回転投光され
る光を受光する受光手段とを具え、該受光手段の出力に
基づく三角測量によって上記被計測地点の位置を計測す
る位置計測装置において、 上記第１および第２の投光手段から回転投光される光の
仰角または俯角を変化させる角度変化手段を具えたこと
を特徴とする位置計測装置。A first and a second light projecting means which are installed at two fixed points separated from each other, project light while rotating about a vertical axis at each of the installation points, and are arranged at a measurement point; A position measuring device comprising: light receiving means for receiving light rotated and projected from the first and second light projecting means, respectively, and measuring the position of the measured point by triangulation based on the output of the light receiving means. A position measuring device comprising an angle changing means for changing an elevation angle or a depression angle of the light projected and rotated from the first and second light projecting means.
ける鉛直軸を回転軸として回転しつつ、光を投光する第
１および第２の投光手段と、被計測地点に配置され、上
記第１および第２の投光手段からそれぞれ回転投光され
る光を受光する受光手段とを具え、該受光手段の出力に
基づく三角測量によって上記被計測地点の３次元位置を
計測する位置計測装置において、 上記第１および第２の投光手段から回転投光される光の
仰角または俯角を変化させる角度変化手段と、 上記受光手段によって検出した受光高さ位置を上記角度
変化手段の出力に基づいて補正する受光高さ位置補正手
段と、 を具えたことを特徴とする位置計測装置。2. First and second light projecting means which are installed at two separated fixed points, emit light while rotating about a vertical axis at each installation point, and are arranged at a measurement point; Light receiving means for receiving the light projected and rotated from the first and second light emitting means, respectively, and a position measurement for measuring a three-dimensional position of the measured point by triangulation based on an output of the light receiving means. In the apparatus, an angle changing means for changing an elevation angle or a depression angle of the light projected and rotated from the first and second light projecting means, and a light receiving height position detected by the light receiving means as an output of the angle changing means. A position measuring device, comprising: a light-receiving height position correcting unit that performs correction based on the position.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP362588A JP2601294B2 (en) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | Position measurement device |
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| DE19883890813 DE3890813T1 (en) | 1987-09-30 | 1988-09-30 | POSITION MEASURING DEVICE USING LASER BEAMS |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (2)
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1988
- 1988-01-11 JP JP362588A patent/JP2601294B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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