JP3754139B2

JP3754139B2 - レーザ基準レベル装置

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Publication number: JP3754139B2
Application number: JP22322496A
Authority: JP
Inventors: 平野　　聡; 文夫大友
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: US6184979B1; JPH1047960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種土木工事を行う際の基準線を設定するレーザ基準レベル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土木工事をする場合に水平基準線、或は水平に対し所要角度傾斜した基準線が必要となるが、斯かる基準線を設定するものにレーザ基準レベル装置がある。
【０００３】
下水工事でコンクリートパイプを埋設する場合、屈曲のない様、更に所要の角度で傾斜させなければならない。
【０００４】
斯かるコンクリートパイプは上下水道等、液状物を流す為の流路として供され、或る程度の勾配をもって、更に屈曲のない様に設置される。埋設されたコンクリートパイプが上下、左右に蛇行していると、前記液状物が滞留し、詰まったり或は地中に漏出する事態となり、流路としての機能を果たせなくなる。従って、前記コンクリートパイプ埋設には、適性な基準線を必要とする。
【０００５】
斯かる基準線として、レーザ光線は都合がよく、遠距離であっても糸の様に弛むことなく、作業中の障害になることもなく、更に作業中、コンクリートパイプ等と干渉して切断されることもない。前記レーザ基準レベル装置は、レーザ光線を発してコンクリートパイプを設置する場合の基準線を形成する。
【０００６】
土中にコンクリートパイプ等を埋設する場合の作業として代表的なものに、地面を掘下げ、掘下げた溝に順次コンクリートパイプを設置埋設し、埋戻すオープンカット工法がある。
【０００７】
以下に図８を参照してオープンカット工法を説明する。
【０００８】
レーザ基準レベル装置はレーザ光線を水平又は勾配を設けた方向にレーザ光線を発するレーザ照射装置１及びターゲット９を有し、前記レーザ照射装置１から照射されるレーザ光線を水平と合致させれば水平基準線に、レーザ光線を所要角度傾斜させれば勾配を有する基準線となる。
【０００９】
一定の直線区間毎に、コンクリートパイプ２を埋設する始点にコンクリートパイプを設置する深さ以上の縦穴３を掘削し、該縦穴３に連続する埋設溝４をコンクリートパイプを設置する深さ以上に掘削する。前記レーザ照射装置１は前記縦穴３内に設置され、レーザ光線を勾配θで発し、基準レーザ光線Ｌを形成する。前記コンクリートパイプ２は軸心が該基準レーザ光線Ｌに合致する様、前記埋設溝４内に仮台５を介して設置される。コンクリートパイプ２の軸心が前記基準レーザ光線Ｌに合致すると、前記埋設溝４を埋戻してコンクリートパイプ２を埋設する。
【００１０】
前記レーザ照射装置１は水平方向の位置が正確に設定されなければならない。レーザ照射装置１の水平方向の位置設定は、前記縦穴３の上方に支持台６を設け、該支持台６にトランシット７を設置し、該トランシット７より下げ振りを垂下させ、既知の点を設定する。更にレーザ照射装置を縦穴３に設置し、前記下げ振りをレーザ照射装置１の中心に合致させ、更に前記レーザ照射装置１から下げ振りを垂下させ、該下げ振りを前記既知の点に合致させることで行っている。
【００１１】
オープンカット工法では埋設溝４の終端位置にコンクリートパイプ２を仮設置し、その内部にターゲット９を設置する。該ターゲット９はターゲット中心と接地点迄の距離がコンクリートパイプ２の内径に等しくなっており、コンクリートパイプ２内部に設置するとターゲット中心がコンクリートパイプ２の中心に一致する様になっている。
【００１２】
前記ターゲット９のレーザ光線照射部分（ターゲット板）は半透明の部材から構成され、レーザ光線の照射位置が確認できると共に透過したレーザ光線は円錐状に拡散し、透過レーザ光線の拡散した範囲内で前記ターゲット９の照射位置が確認できる。レーザ照射装置１から照射されるレーザ光線の傾斜の設定をする場合、レーザ照射装置に傾斜設定角を入力する。前記レーザ照射装置１には傾斜機構が内蔵されており、該傾斜機構を作動させ、前記レーザ光線を所定の傾斜にする。
【００１３】
レーザ照射装置１から照射されるレーザ光線の延長上に置かれた前記ターゲット９により、レーザ光線の照射位置が確認される。照射されたレーザ光線が前記ターゲット９の中心からずれている時、上下方向については仮設したコンクリートパイプ２又はレーザ光線を上下に調整し、横方向のずれはレーザ照射装置１側からターゲット９のレーザ光線照射位置を確認しながら、手動により本体の調整装置（図示せず）を作動させ、レーザ光線がターゲット９の中心に一致する様に又はコンクリートパイプを調整し、ターゲット９の中心を照射するレーザ光線を基準線としてコンクリートパイプ２を設置する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記レーザ基準レベル装置から照射されるレーザ光線の制御操作には、例えば、照射レーザ光線の点滅、レーザ光線を水平方向に自動照射させターゲットの中心に向けるオートアライメント、レーザ光線を傾斜させる傾斜設定等がある。これらの操作はレーザ基準レベル装置に設けられた操作パネルより行うことができるが、作業の便宜上、遠隔操作ができる様リモコンが設けられている。然し、照射される光は可視光ではあるが、指向性の高いレーザ光線である為、拡散性の高いものに照射されていないと視認が困難である。周囲とコントラストがつきやすい夜間であっても視認は困難であり、昼間は太陽光によってより困難性を増す。リモコンで照射されるレーザ光線の方向を設定しようと操作を行っても、結果が分かるまで操作の確認はできない。例えば、レーザ基準レベル装置を基準点に据付、最初の設定作業であるレーザ光線を所定位置に設定されたターゲットに向ける作業であるが、前記した様にレーザ光線は指向性が高くターゲットにレーザ光線が照射され拡散される迄は作動が視認できない為、設定作業中に確実にリモコン操作ができているのかどうか確認できないという問題があった。
【００１５】
本発明は斯かる実情に鑑み、レーザ光線の操作状況に拘らずリモートコントロール中作業状態を確認できる様にし、作業性、作業の確実性を向上させようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操作光信号を発するリモコンと、該リモコンからの遠隔操作でターゲットに向けて基準レーザ光線を発するレーザ照射装置とを具備し、前記レーザ照射装置はレーザ光線を発する前面と、操作パネルを有する後面と、操作確認用ブザー又は操作確認用ランプを有し、前記前面、前記後面はそれぞれ前記操作光信号を受光する遠隔受信部を有し、前記操作パネルは傾斜し、該操作パネルの前記遠隔受信部は上方或は斜め上方から遠隔受信可能に傾斜し、該遠隔受信部が前記操作光信号を受光した場合に前記操作確認用ブザー又は前記操作確認用ランプが駆動される様に構成されたレーザ基準レベル装置に係り、又前記前面と前記後面にそれぞれ前記操作確認用ランプが設けられたレーザ基準レベル装置に係り、又前記前面に前記操作確認用ランプ、前記操作確認用ブザーが設けられたレーザ基準レベル装置に係り、更に又前記遠隔受信部は受光窓を有し、該受光窓はトーリックレンズ部、フレネルレンズ部を具備する受光レンズを有し、前記トーリックレンズ部はターゲットからの反射基準光のみを透過集光し、前記フレネルレンズ部は反射基準光及び操作光信号を透過する様構成したレーザ基準レベル装置に係るものであり、リモートコントローラからの光信号が受光されると、前記操作確認用ブザーが発音され、或は操作確認用ランプが点灯され、遠隔操作者はリモートコントロールの状況を確認することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
先ず、図１に於いて本実施の形態に係るターゲット９を具体的に説明する。
【００１９】
縦長の略矩形形状のターゲット板１０のターゲット中心には十字線１１が刻印され、該十字線１１の交点を中心に左右対称な位置にそれぞれ左反射面１２、右反射面１３を設け、左反射面１２、右反射面１３は少なくとも水平方向の幅が同一である。前記した左反射面１２と右反射面１３の幅が同一でない場合は、左反射面１２と右反射面１３の形状が前記十字線の鉛直線、水平線に対して対称な形状であってもよい。
【００２０】
前記左反射面１２は前記ターゲット板１０に小球、又は小プリズムから成る再帰反射層が張設され、該再帰反射層に重ねて１／４λ複屈折部材が貼設されたものであり、入射したレーザ光線の偏光方向を変換して反射する偏光変換反射面であり、右反射面１３はターゲット板１０に小球、又は小プリズムから成る再帰反射層が貼設されたものであり、入射したレーザ光線の偏光方向を保存して反射する偏光保存反射面である。前記ターゲット板１０はターゲット板スタンド１４により設置面に対して垂直に設置される様になっている。
【００２１】
斯かるターゲット９を横切る様にレーザ光線を走査すると、前記左反射面１２と右反射面１３とで反射されたレーザ光線では偏光方向が異なり、反射レーザ光線の受光部で反射レーザ光線を分割し、分割した２つの反射レーザ光線を偏光方向の異なる偏光板を介して受光することで、受光部に入射する反射レーザ光線が前記左反射面１２で反射されたものか、前記右反射面１３反射されたものかを判別でき、受光部の受光状態からレーザ光線の走査方向、ターゲット９のターゲット中心を求めることができる。
【００２２】
次に、レーザ照射装置１５について説明する。
【００２３】
本体部２０は円筒状をしており、該本体部２０は４本の支持脚２１により支持される。本体部２０は筒状の筐体２２内部にレーザ発振装置（図示せず）が上下方向、水平方向の２方向に揺動可能に設けられており、レーザ発振装置は水平方向、鉛直方向の２方向にレーザ光線を照射する様構成されている。
【００２４】
本体部２０の前面にはガラスで覆われた投光窓２３が設けられ、該投光窓２３を通して前記レーザ発振装置からのレーザ光線が照射される様になっている。
【００２５】
前記投光窓２３の上部に受光窓２４が設けられ、該受光窓２４を通して前記ターゲット９からの反射レーザ光線を受光し、又リモートコントロール用の操作信号光を受光する。
【００２６】
前記本体部２０の前面には操作確認用のランプ１７及び操作確認用のブザー１９が設けられている。又本体部２０の前面には前部脚２５が設けられ、該前部脚２５を介してレーザ照射装置１５は立てて設置することも可能となっている。前記筐体２２の上部後側に電池パック１６が嵌脱可能に嵌設されている。
【００２７】
本体部２０の後部は傾斜しており、傾斜面は操作パネル２６を兼ねており、該操作パネル２６には各種操作スイッチ２７が設けられていると共に操作確認用のランプ１８、表示部２８、気泡管２９及び前記受光窓２４と同様にリモートコントロール操作信号を受光する受光窓３０が設けられている。該受光窓３０は傾斜した前記操作パネル２６に設けられているのでリモートコントローラにより水平方向、垂直方向のいずれの方向からも遠隔操作が可能であり、縦坑の外から地下のレーザ照射装置１５に向かって遠隔操作することができる。又、前記表示部２８が傾斜した操作パネル２６に設けられているので同様に上方から表示内容を確認することができる。
【００２８】
次に前記受光窓２４について図４、図５により説明する。尚、以下に説明する受光窓３０は反射レーザ光線を受光する受光部である反射レーザ光線検出器とが分割された光学系を有する場合である。
【００２９】
前記受光窓２４はターゲット９からの反射光と遠隔操作信号光が入光する構成であり、又受光窓２４から入光された光は後述する光検出回路４０により両者は識別して検出される。
【００３０】
前記受光窓２４には受光レンズ３１が設けられており、該受光レンズ３１は中央部が光軸に対して直交する２方向で拡大率の異なるトーリックレンズ部３１ａであり、周辺部がフレネルレンズ部３１ｂとなっており、前記受光レンズ３１より入光した光は偏光ミラー３２により分割され、透過したレーザ光線は前記反射レーザ光線検出器３３に入光し、反射されたレーザ光線は前記反射レーザ光線検出器３４に入光し、それぞれ受光して制御部６０（後述）に受光信号が出力される。
【００３１】
前記トーリックレンズ部３１ａはターゲット９からの反射レーザ光線を集光し、前記フレネルレンズ部３１ｂは機械本体を遠隔操作する遠隔操作信号光を集光する。フレネルレンズ部３１ｂには特定の波長を透過するフィルターが設けてあり、遠隔操作信号光はフレネルレンズ部３１ｂ及びトーリックレンズ部３１ａを透過するが、反射レーザ光線はトーリックレンズ部３１ａのみ透過する。
【００３２】
前記偏光ミラー３２は所定方向の偏光のみを透過する。例えば偏光方向がそのままの状態の反射レーザ光線は透過し、偏光方向を変換された反射レーザ光線は反射される。然し、偏光ミラー３２の特性として入射の限界角を越えると偏光ミラーとして使用できなくなる。トーリックレンズ部３１ａはそれを考慮した集光レンズであって、偏光ミラー３２が傾斜した上下方向はあまり集光せず、水平方向は限界角を越えない為集光している。
【００３３】
遠隔操作信号光は偏光ミラー３２で選択する必要がない。従って、反射レーザ光線と波長が異なり偏光ミラー３２を透過し集光するが、一部は反射される。遠隔操作信号光が受光されると２つの受光器の出力信号は加算され、その信号に基づいて本体の動作が制御される。又反射レーザ光線が受光されると前述した様に反射レーザ光線は分割され、分割された反射レーザ光線は偏光板を介して２つの受光器５４，５５（後述）で受光され、２つの受光器の出力信号の差分を計算され、ターゲットの中心が算出され、その信号に基づいて本体の動作が制御される。
【００３４】
前記受光窓２４を通して受光されたレーザ光線リモートコントロール用操作信号光は、光検出回路４０により所要の信号処理がなされる。該光検出回路４０は反射レーザ光検出回路４０ａ及びリモートコントロール光信号検出回路４０ｂ等から成っている。
【００３５】
反射レーザ光検出回路４０ａ及びリモートコントロール光信号検出回路４０ｂを、図６に基づいて説明する。該反射レーザ光検出回路４０ａは、第１の増幅器４１と、第２の増幅器４２と、第３の増幅器４３と、第１の同調回路４４と、第２の同調回路４５と、第３の同調回路４６と、第１の作動増幅部４７と、同期検波部４８と、第２の作動増幅部４９と、レベル判定器５０と、発振器５１と、波形成形回路５２とから構成されている。
【００３６】
尚、第１の同調回路４４と第２の同調回路４５の同調周波数は同じであり、これに対して、第３の同調回路４６の同調周波数は異なっている。
【００３７】
第１の増幅器４１は、第１受光器５４の出力信号を前記第１の同調回路４４を介して増幅するものであり、第２の増幅器４２は、第２受光器５５の出力信号を前記第２の同調回路４５を介して増幅するものである。
【００３８】
ターゲット９からの反射光を偏光方向で選択して、第１受光器５４と第２受光器５５に入光させ、反射光の割合を検出することにより、ターゲットの中心位置を求めることができる。
【００３９】
前記ターゲット９からの反射レーザ光線は、第１受光器５４と第２受光器５５とで受光され、それぞれ、第１の増幅器４１及び第２の増幅器４２で増幅され、第１の作動増幅部４７に入力される。第１の作動増幅部４７は、第１の増幅器４１と第２の増幅器４２との信号の差を得る様に構成されている。
【００４０】
前記同期検波部４８は、第１の同期検波部５７と第２の同期検波部５８とから構成されており、発振器５１で発生しているクロック１と、その反転信号のクロック２により、第１の作動増幅部４７の出力信号に応じて、それぞれ正及び負の電圧を発生させる。
【００４１】
第２の作動増幅部４９が、同期検波部４８の第１の同期検波部５７と第２の同期検波部５８との差の信号を得る様になっており、バイアス信号に対して正、又は負の電圧を得る様になっている。而して、第２の作動増幅部４９の出力信号は、レベル判定器５０でレベルを判定した後、制御部６０に入力される様になっている。制御部６０はレベル判定器５０からの信号でターゲット９の位置を検出する。
【００４２】
前記発振器５１は、同期検波部４８に対して同期検波に必要なクロック信号を供給すると共に、レーザ駆動部５９に送出され、レーザ照射装置１５のレーザ発振装置（図示せず）のレーザ光源をパルス駆動する為のクロック信号も供給する様になっている。
【００４３】
光検出回路４０の第１受光器５４と第２受光器５５とは、反射光検出に使用されるのみでなく、リモートコントローラからの光信号を検出する為にも使用できる構成となっている。
【００４４】
又リモートコントローラからの光信号は、第１受光器５４と第２受光器５５とで受光され、第１受光器５４と第２受光器５５の出力信号は、第３の同調回路４６で加算され、第３の増幅器４３で増幅された後、波形成形回路５２を介して制御部６０に入力される様になっている。
【００４５】
リモートコントロール用の光信号は、図７で示す様にパルス駆動されており、そのパルス幅は、第１の同調回路４４と第２の同調回路４５に影響を与えない様になっている。即ち、リモコンのパルス幅の２倍の時間が、第１の同調回路４４と第２の同調回路４５の同調周波数に一致しない様になっている。
【００４６】
この為、第１の同調回路４４及び第２の同調回路４５に出力信号は現れない。然し乍ら、第３の同調回路４６は、リモートコントローラのパルス幅の２倍の時間を周期とする周波数に同調しているので、リモートコントロール用の光信号が入射されると、第３の同調回路４６からは減衰振動波形が表れる。この第３の同調回路４６からの減衰振動波形を第３の増幅器４３を介して波形成形回路５２で波形を成形すれば、制御信号を生成することができる。該制御信号は制御部６０に入力され、該制御部６０はドライバ６１を介して操作確認用ランプ１７，１８を点灯し、或はドライバ６２を介して操作確認用ブザーを発音させる。
【００４７】
一般に音は減衰、拡散が大きく遠方には届きにくいが、本レーザ基準レベル装置はコンクリートパイプという密閉された空間で使用される場合、音の減衰、拡散が抑制される。従って、小さなブザー音でも１００ｍ程度の距離であると充分に到達可能であり、リモートコントローラを操作する者はブザー音を確認することができる。而して、ブザー音の確認、ランプ１７，１８の点灯により操作が確実に行われていることが確認できる。又、操作確認用ランプ１７，１８による操作の確認は、オープンカット方式等開放された空間内での作業に有効であり、コンクリートパイプ等密閉された空間で使用される場合は、前記したと同様な理由で視認しやすい環境であり、小出力のランプ１７，１８でよく、小電力で経済的である。
【００４８】
又、操作の状況に応じてブザー音を変化させる、ブザー音の点滅或いは、ランプを点灯する様にしてもよい。例えば、レーザ光線がターゲット中心に近づくに従って、発音の周波数を高くし、ランプの点灯間隔を短くする等である。更に、レーザ照射装置自体の状況も操作確認用のブザーによって知ることができる。例えば、電池の残量が少なくなった場合にブザーの発音を行う等である。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、リモートコントローラによりレーザ照射装置をリモートコントロールする場合に、操作状況を知ることができ、指向性の高いレーザ光線を使用したレーザ基準レベル装置に於ける作業性、作業の確実性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に使用されるターゲットの説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に使用されるレーザ照射装置の正面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に使用されるレーザ照射装置の背面斜視図である。
【図４】同前実施の形態の投影光学系の受光窓説明側面図である。
【図５】同前実施の形態の投影光学系の受光窓説明平面図である。
【図６】同前実施の形態に於ける光検出回路図である。
【図７】該光検出回路図に於けるリモコン信号の波形、及び信号処理過程での波形を示す線図である。
【図８】オープンカット工法の説明図である。
【符号の説明】
９ターゲット
１５レーザ照射装置
１７ランプ
１８ランプ
１９ブザー
２４受光窓
３０受光窓
４０光検出回路
５４第１受光器
５５第２受光器
６０制御部
６１ドライバ
６２ドライバ

Claims

操作光信号を発するリモコンと、該リモコンからの遠隔操作でターゲットに向けて基準レーザ光線を発するレーザ照射装置とを具備し、前記レーザ照射装置はレーザ光線を発する前面と、操作パネルを有する後面と、操作確認用ブザー又は操作確認用ランプを有し、前記前面、前記後面はそれぞれ前記操作光信号を受光する遠隔受信部を有し、前記操作パネルは傾斜し、該操作パネルの前記遠隔受信部は上方或は斜め上方から遠隔受信可能に傾斜し、該遠隔受信部が前記操作光信号を受光した場合に前記操作確認用ブザー又は前記操作確認用ランプが駆動される様に構成されたことを特徴とするレーザ基準レベル装置。
前記前面と前記後面にそれぞれ前記操作確認用ランプが設けられた請求項１のレーザ基準レベル装置。
前記前面に前記操作確認用ランプ、前記操作確認用ブザーが設けられた請求項１のレーザ基準レベル装置。
前記遠隔受信部は受光窓を有し、該受光窓はトーリックレンズ部、フレネルレンズ部を具備する受光レンズを有し、前記トーリックレンズ部はターゲットからの反射基準光のみを透過集光し、前記フレネルレンズ部は反射基準光及び操作光信号を透過する様構成した請求項１のレーザ基準レベル装置。