JP3790023B2 - 施工高さ表示装置及び施工高さ設定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術の分野】
本発明は、レーザー光を受光して施工高さを表示する施工高さ表示装置と、この施工高さ表示装置とレーザー装置を備えた施工高さ設定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
建築物、構造物等の施工現場において、基準位置から勾配をつけて建築物等の施工するときには、レベル、トランシット等の測量機を用いて測量を行っていた。この測量においては、基準となる丁張りを行い、この丁張りに沿って建築物等の施工を行っていた。
また、このような場合に、回転レーザー、パイプレーザー等を用いることもあり、レーザー光を水平面に対して傾斜させて照射して、この傾斜したレーザー光に沿って建築物等の施工を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術においては、レベル、トランシット等の測量機を用いた測量及び丁張りの設定に、多大な手間と時間を要していた。また、レーザー光を照射する機械に傾斜を設ける機構が必要であり、機械の構造が複雑になっていた。
【0004】
【発明の目的】
本発明は、従来の勾配を設定するための装置の上述した問題点に鑑みてなされたものであって、測量及び丁張りの設定に要していた時間を大幅に削減して、基準位置から勾配をつけて建築物等の施工する作業を効率よく行うことができる簡単な構造の施工高さ表示装置及び施工高さ設定装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決する手段】
本発明の施工高さ設定装置は、レーザー光を基準平面上に回動照射するレーザー装置と、前記レーザー装置の照射するレーザー光を受光する受光部と、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路と、前記レーザー装置に対する施工傾斜を入力する傾斜設定値入力手段と、前記傾斜設定値入力手段に入力された傾斜設定値と前記距離演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを表示する高さ表示部とを有する施工高さ表示装置とを備えるように構成される。このように構成することにより、基準位置から勾配をつけて建築物等の施工する作業を効率よく行うことができる。
【0006】
本発明の施工高さ設定装置のレーザー装置は、前記レーザー光を変調するレーザー光変調回路を備え、前記施工高さ表示装置は、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光のパルス数を計数するパルス計数回路と、前記パルス計数回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路とを備えるのが好ましい。この構成により、レーザー装置と施工高さ表示装置との間の距離を非常に正確に測定することができる。また、本発明の施工高さ表示装置は、前記受光部が前記レーザー光の受光開始から受光終了までの間の時間間隔に出力する出力信号に基づいて前記レーザー光を受光した時間を測定する受光時間測定回路と、前記受光時間測定回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路とを備えるのが好ましい。この構成により、レーザー装置と施工高さ表示装置との間の距離を正確に測定することができる。
【0007】
本発明の施工高さ表示装置は、前記受光部の基準位置に対する入射した前記レーザー光の受光位置を表示する受光状態表示部と、前記基準位置に基づく位置を示す指標を有し、前記施工高さ表示装置に摺動可能に設けられた指標部と、該指標部の摺動位置を検知する指標部検知手段と、前記指標部の摺動位置が前記施工高さに一致したときに前記指標部検知手段が出力する信号に基づいて作動する警告ブザーとを備えるのが好ましい。この構成により、簡単な操作で、施工高さ表示装置の位置をレーザー光に合わせることができる。
【0008】
さらに、本発明の施工高さ表示装置は、レーザー光源の発光するレーザー光を入射する受光部と、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光源と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路と、前記レーザー光源に対する施工傾斜を入力する傾斜設定値入力手段と、前記傾斜設定値入力手段に入力された傾斜設定値と前記距離演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを表示する高さ表示部とを備えるように構成することができる。この施工高さ表示装置は、前記受光部の基準位置に対する入射した前記レーザー光の受光位置を表示する受光状態表示部と、前記基準位置に基づく位置を示す指標を有し、前記施工高さ表示装置に摺動可能に設けられた指標部と、該指標部の摺動位置を検知する指標部検知部材と、前記指標部の摺動位置が前記施工高さに一致したときに前記指標部検知部材が出力する信号に基づいて作動する警告ブザーとを備えるのが好ましい。この構成により、簡単な操作で極めて正確に、施工高さ表示装置の位置をレーザー光に合わせることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
(1)第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態の施工高さ設定装置100においては、図2に示すように、所定の垂直軸線を中心に水平なレーザービームLBを回転させて基準水平面を設定するレーザー装置102を設定し、上記レーザービームLBの到達する領域内の例えば壁(図示せず)上に、施工高さ表示装置104を配置する。LLは壁上のレーザービームLBの照射線を示し、DLは照射線LLから所定量ずらしたところの設定したい基準線を示す。
施工高さ表示装置104は、図1に示すように、レーザービームLBを検出する方向を垂直に配置した受光部112と、検出したレーザービームLBの基準位置に対するシフト位置を示す指標部118と、入力した勾配や施工高さを表示するデータ表示部108とを有する。指標部118及びデータ表示部108は、例えば、液晶パネル又はLEDにより構成されている。
【0010】
受光部112は、例えば、CCDにより構成されており、上下に2分割された上部受光部分112aと、下部受光部分112bとからなる。レーザー装置からのレーザービームLBが受光部112の2分割された上部受光部分112a及び下部受光部分112bの中間を走査するとき基準位置となり、指標部118の基準位置表示部分124が表示される。レーザービームLBが上部受光部分112aを走査する場合には、本体130を上方に移動し基準位置となるように、指標部118の上向き表示部分122が表示される。同様に、レーザービームLBが下部受光部分112bを走査する場合には、本体130を上方に移動し基準位置となるように、指標部118の下向き表示部分120が表示される。
受光部112をCCD等の位置センサーや、特殊形状の受光素子等によって形成した場合には、より高精度な基準位置の検出が可能である。この場合は受光部の所定位置を基準位置と定めることで、基準位置に対するレーザービームLBの走査位置が決定される。
【0011】
施工高さ表示装置104は、図1に示すように、電源スイッチ150、検出精度調整ボタン152、警告ブザーon/offボタン154、及び警告ブザー156を備える。更に、施工高さ表示装置104は、表示モード切り換えスイッチ160、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164を備える。
上述した構成の施工高さ表示装置104は、この本体130を壁(図示せず)上で上下移動させて、レーザービームLBが受光部112の基準位置(図示せず)に合致するようにする。レーザービームLBが受光部112の基準位置より上方にある時は上向き表示122が表示され本体130を上方へ移動させることを指示し、レーザービームLBが受光部112の基準位置より下方にある時は下向き表示120が表示されて本体130を下方へ移動させることを指示し、レーザービームLBが受光部112の基準位置に合致すると基準位置表示124が表示されて本体130の位置調整が完了したことを表示する。もし、勾配の設定がない場合には、すなわち、勾配が0°である場合には、引き続いて、切り欠き140を利用して壁上に罫書き等を行う。
【0012】
勾配を設定する必要がある場合には、表示モード切り換えスイッチ160を操作して「勾配入力モード」に設定する。設定されたモードをデータ表示部108のモード表示部分108aで表示するのがよい。次に、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164を操作して、必要な勾配の値を入力する。図1に示すように、設定された勾配の値「+3%」をデータ表示部108の勾配表示部分108bで表示するのがよい。勾配の設定は、「%」、「°」等で設定することができる。勾配の設定は、上昇勾配を正の値(+)で入力し、下降勾配を負の値(−)で入力する。
例えば、「+3%」の勾配を施工高さ表示装置104に入力した場合には、レーザー装置102からの距離が5メートルのところで高さは15センチメートルであり、この距離が10メートルのところで高さは30センチメートルである。すなわち、レーザー装置102からの距離により、レーザー装置102から水平に照射されたレーザー光からの垂直方向の高さが比例的に変化する。
【0013】
このレーザー装置102からの距離を施工高さ表示装置104で検出し、あらかじめ設定した勾配値を用いて演算処理する。演算結果は、施工高さ表示装置104のデータ表示部108の施工高さ表示部分108cに指示される。レーザー装置102からの距離が異なる場所においても、施工高さ表示装置104に指示された高さで施工を行うことにより、所定の勾配を設定した施工をすることができる。
レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSを求めるには、図3に示すように、レーザー装置102から回転照射されたレーザー光LBを、施工高さ表示装置104の受光部112で検出し、レーザー光LBの回転速度とビーム径により、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSを演算処理して求める。
【0014】
図4を参照すると、レーザー装置102は、レーザー光を発光する光源部172と、光源部172の作動を制御する発光制御回路174と、レーザー光を収束させて光束を発する投光光学系176と、レーザー光の光束を回転させる光束回転手段即ち光束回転部材178とを備える。光源部172の発光したレーザー光は投光光学系176を通り、光束回転部材178により回転されて、レーザー光LBとして受光部112に向かって、一定の回転速度で照射される。
施工高さ表示装置104は、レーザー光LBを受光する受光部112と、受光したレーザー光LBの状態を検出する受光状態検出回路210と、レーザー光LBの検出結果を表示する指標部118と、受光部112が受光したレーザー光LBを検出するレーザー光検出回路212と、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSを求める距離計算式を記憶している距離計算式記憶回路214と、レーザー光検出回路212が出力する出力信号に基づいて、距離計算式記憶回路214が記憶している距離計算式を用いて施工高さ表示装置104までの距離LRSを求める距離演算回路216と、施工に必要な勾配を入力する勾配入力手段即ち勾配入力部材218と、勾配入力部材218が出力する出力信号に基づいて入力した勾配を記憶する勾配記憶回路220と、勾配記憶回路220が記憶している勾配の記憶内容を表示する勾配表示部222と、距離演算回路216が出力する出力信号及び勾配記憶回路220が記憶している勾配の記憶内容に基づいて、施工すべき高さを演算する高さ演算回路224と、高さ演算回路224の出力する出力信号に基づいて施工すべき高さを表示する高さ表示部226とを備える。
【0015】
指標部118は、前述したように、受光したレーザー光LBの状態に対応して、基準位置表示部分124、上向き表示部分122又は下向き表示部分120のいずれかを表示する。指標部118を液晶パネル又はLEDで構成するのがよい。
勾配入力部材218は、前述したように、表示モード切り換えスイッチ160、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164で構成される。
施工高さ表示装置104は、レーザー光LBの傾きを入力するレーザー光傾き入力手段即ちレーザー光傾き入力部材230と、入力したレーザー光LBの傾きの値を記憶するレーザー光傾き記憶回路232と、レーザー光傾き記憶回路232が記憶しているレーザー光LBの傾きの値を表示するレーザー光傾き表示部即ちレーザー光傾き表示部234とを備えるのがよい。この構成により、レーザー装置102が照射するレーザー光が水平でない場合にも施工高さ表示装置104を適用させることができる。
【0016】
レーザー光傾き入力部材230は、前述したように、表示モード切り換えスイッチ160、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164で構成される。作動モードを切り換えることによって、レーザー光傾き入力部材230と勾配入力部材218とを兼用の部品を用いて実現するのがよい。
次に、レーザー光検出回路212により、受光部112がレーザー光LBを受光した時間を測定する方法について説明する。
レーザー装置102が照射するレーザー光LBは、回転数が一定に維持されており、ビーム径も一定であるように調整されている。なお、ビーム径が拡がり角を持つことを考慮に含めることもできる。受光部112のレーザー光LBの回転方向に対する幅も決まっている。
【0017】
図5を参照すると、受光部112を矢印の方向に横切るレーザー光LBは、LB1の状態で受光部112への入射を開始し、LB2の状態で受光部112の水平方向の中央部分を照射し、LB3の状態で受光部112への入射を終了する。図6を参照すると、レーザー光LBが入射した受光部112の出力信号は、時間T11で出力を開始し、時間T13で出力を終了する。この時間T11と時間T13との間の時間間隔T1 がレーザー光LBを受光した受光時間である。
同様に、図7を参照すると、レーザー光LBが入射した受光部112の出力信号は、時間T21で出力を開始し、時間T23で出力を終了する。この時間T21と時間T23との間の時間間隔T2 が受光時間である。
ここで、T1 がT2 より大きいのは、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSが、図6に示す状態の方が図7に示す状態よりも近い場合を意味する。すなわち、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSが近いほど、受光部112が出力信号を出力する時間は長い。
【0018】
次に、レーザー光検出回路212の構成と作用について説明する。
図8及び図9を参照すると、例えば、10MHzのクロック信号が水晶振動子(図示せず)によりカウンターに供給されている(段階240)。最初にカウンターをリセットする(段階242)。受光部112の出力する出力信号の値がしきい値を越えるとスタートエッジを発生させ(段階244)、これによりカウンターをスタートさせる(段階246)。受光部112の出力する出力信号の値がしきい値より小さくなるとストップエッジを発生させ(段階248)、これによりカウンターをストップさせる(段階250)。カウンターはスタートエッジからストップエッジまでのクロックを計数する。
次の段階で、カウンターを読み出し、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSを算出し、傾斜勾配を設定する(段階252)。
【0019】
次に、傾斜勾配を設定する方法を説明する。
レーザー光LBの光束直径をd〔mm〕、受光部112の幅をw〔mm〕、レーザー装置102から照射されるレーザー光LBの回転数をRLB〔rpm〕、レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRS〔mm〕とすると、レーザー光LBの光束が受光部112を横切る時間Sr〔秒〕は、
Sr = (d+w)/(2π×LRS×RLB/60)・・・(式1)
従って、
LRS = (d+w)/(2π×RLB×Sr/60)・・・(式2)
である。
再び図4を参照すると、距離計算式記憶回路214は、この距離計算式(式2)を記憶している。
【0020】
ここで、レーザー光LBの光束直径のd〔mm〕、受光部112の幅のw〔mm〕、レーザー装置102から照射されるレーザー光LBの回転数のRLB〔rpm〕は、施工高さ表示装置104の距離計算式記憶回路214があらかじめ記憶しておいてもよいし、表示モード切り換えスイッチ160、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164を用いて使用者が入力し、この入力した値を距離計算式記憶回路214が記憶していてもよい。
距離演算回路216は、レーザー光検出回路212が出力する信号を入力し、距離計算式記憶回路214が記憶している距離計算式(式2)を用いてレーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRSを演算する。
施工したい勾配をSLA〔%〕とすると、施工高さHIG〔mm〕は、
HIG = SLA×LRS/100 ・・・(式3)
で求められる。
【0021】
高さ演算回路224は、勾配記憶回路220が記憶している勾配SLAと、距離演算回路216が出力する距離LRSを用いて、(式3)により施工高さHIGを演算する。
高さ表示部226は、高さ演算回路224の出力信号を入力して、施工高さHIGの計算結果を表示する。
レーザー装置102から照射されるレーザー光LBにレーザー光傾きSLL〔°〕がある場合には、レーザー光傾き入力部材230から入力されたレーザー光傾きSLLがレーザー光傾き記憶回路232に記憶されている。
高さ演算回路224は、勾配記憶回路220が記憶している勾配SLAと、レーザー光傾き記憶回路232が記憶しているレーザー光傾きSLLと、距離演算回路216が出力する距離LRSを用いて、以下に示す(式4)により施工高さHIGを演算する。
【0022】
HIG=SLA×LRS/100−LRS×tanSLL ・・・(式4)
レーザー装置102から照射されるレーザー光LBが変調されている場合に、レーザー光LBの変調周波数をFLA〔Hz〕とする。この場合に、受光部112の出力信号は図10に示すようになる。レーザー光検出回路212は受光部112の出力信号を入力し、パルス整形回路(図示せず)を用いてパルス波形を整形して、図11に示すようなパルス波形にする。パルス波形を整形するときには、リミッタを用いてもよい。距離演算回路216は、整形したパルス波形の数を計数する。
例えば、レーザー光LBの光束直径をd=20〔mm〕、受光部112の幅をw=5〔mm〕、レーザー装置102から照射されるレーザー光LBの回転数をRLB=600〔rpm〕、レーザー光LBの変調周波数をFLA=10〔MHz〕とする。
【0023】
レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRS=50000〔mm〕のときは、レーザー光LBの光束が受光部112を横切る時間Sr〔秒〕は7.96〔マイクロ秒〕である。このときに、受光部112が受光するレーザー光LBのバルス数は80パルスである。
レーザー装置102から施工高さ表示装置104までの距離LRS=10000〔mm〕のときは、レーザー光LBの光束が受光部112を横切る時間Sr〔秒〕は3.98〔マイクロ秒〕である。このときに、受光部112が受光するレーザー光LBのバルス数は40パルスである。
【0024】
(2)第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置270においては、図12に示すように、切り欠き140を有するカーソル272と、カーソル272の位置を検出するカーソル位置検出回路274とを備える。カーソル272は施工高さ設定装置270の本体に対して摺動可能に設けられている。カーソル位置比較回路276が、カーソル位置検出回路274の出力する信号と、高さ演算回路224の出力する信号とを比較して、カーソル272の摺動した位置が施工高さと一致するか、或いは、予め設定した許容誤差の範囲内に入ったときに、警告ブザー156を駆動させる信号を出力する。警告ブザー156はカーソル位置比較回路276の出力するブザー駆動信号に基づいて作動して、使用者にカーソル272の位置が適性であることを知らせる。
図13を参照すると、施工したい勾配がSLAである場合には、施工高さ表示装置270はレーザー装置102から施工高さ表示装置270までの距離LRSを計算し、その結果を用いて施工高さHIGを演算する。例えば、施工高さ表示装置270の高さ表示部226は、施工高さ表示装置270がレーザー装置102から距離LRS1にある位置で高さ表示226a1 を表示し、施工高さ表示装置270がレーザー装置102から距離LRS2にある位置で、高さ表示226a2 を表示する。また、施工したい勾配がSLAである場合で、この値が負の値である場合には、施工高さ表示装置270がレーザー装置102から距離LRS2にある位置で高さ表示226a3 を表示する。
使用者は施工高さ表示装置270のカーソル272を摺動させて、このカーソル272の位置を、高さ表示部226が指示している高さ表示226a1 、226a2 又は226a3 に合わせる。そして、カーソル272に設けられた切り欠き140を用いて建築物等に施工する。
【0025】
本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置270の他の部分の構成は、本発明の第1の実施の形態の施工高さ設定装置100と同様である。
本発明の施工高さ設定装置を用いることにより、図14に示すように、レーザー装置102が照射するレーザー光をレーザー装置102の全周で受光して、レーザー装置102を中心として、円錐状の勾配SLAを設定することができる。
また、図15に示すように、地球の球面誤差を補正するように、施工高さ設定装置に球面誤差の補正式を入力しておくこともできる。
地球の半径をRGLVとし、施工高さ表示装置270とレーザー装置102との間の距離をLRS15とし、施工高さ表示装置270とレーザー装置102が地球の中心に対する角度をSGLVとし、施工高さ表示装置270がレーザー装置102から距離LRS15にある位置での補正量をHIG15とする。
【0026】
tan(SGLV)=LRS15/RGLV ・・・(式5)
tan(SGLV)=HIG15/LRS15 ・・・(式6)
従って、
HIG15=(LRS15)2 /RGLV ・・・(式7)
(式7)を距離計算式記憶回路214に入力しておくことにより、距離演算回路216は、施工高さ表示装置270とレーザー装置102との間の距離を計算するとともに、補正量をHIG15も計算して、それらの計算結果を高さ演算回路224に出力する。高さ演算回路224は施工高さを計算し、その計算結果から補正量をHIG15を補正して、高さ表示部226で表示する。
【0027】
(3)第3の実施の形態
本発明の第3の実施の形態の施工高さ表示装置304は、図16に示すように、レーザービームLBを検出する方向を垂直に配置した第1受光部312及び第2受光部314と、検出したレーザービームLBの基準位置に対するシフト位置を示す指標部118と、指標部118に対応して設けられた切り欠き140と、入力した勾配や施工高さを表示するデータ表示部326とを有する。指標部118及びデータ表示部326は、液晶パネルにより構成されている。
第1受光部312及び第2受光部314はCCD、PSD等の位置センサにより構成されており、少なくとも一方の第1受光部312は、上下に2分割された受光部分312a及び312bからなる。回転レーザ装置からのレーザビームLBが第1受光部312の2分割された2つの受光部分312a及び312bの中間を走査するとき基準位置となり、指標部118の基準位置表示部分124が表示される。
レーザビームLBが第1受光部312の上部受光部分312aを走査する場合には、本体を上方に移動し基準位置となるように、指標部118の上向き表示部分122が表示される。同様に、レーザビームLBが第1受光部312の下部受光部分312bを走査する場合には、本体を下方に移動し基準位置となるように、指標部118の下向き表示部分120が表示される。
【0028】
施工高さ表示装置304は、電源スイッチ150と、検出精度調整ボタン152と、警告ブザーon/offボタン154と、警告ブザー156と、表示モード切り換えスイッチ160と、第1入力スイッチ162と、第2入力スイッチ164と、モード設定スイッチ360、362、364とを備える。モード設定スイッチ360、362、364を作動させることにより、表示又はデータ入力のモードを設定することができる。例えば、モード設定スイッチ360は勾配の入力に対応し、モード設定スイッチ362はレーザー光の傾きの入力に対応し、モード設定スイッチ364は地球の球面誤差を補正するための入力に対応するように構成することができる。
施工高さ表示装置304は、図17に示すように、第1受光部312が受光したレーザー光LBの状態を検出する受光状態検出回路316と、レーザー光LBの検出結果を表示する指標部118と、第1受光部312及び第2受光部314が受光したレーザー光を検出する2レーザー光検出回路318と、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSを求める距離計算式を記憶している距離計算式記憶回路214と、2レーザー光検出回路318が出力する出力信号に基づいて、距離計算式記憶回路214が記憶している距離計算式を用いて施工高さ表示装置304までの距離LRSを求める距離演算回路216と、施工に必要な勾配を入力する勾配入力部材218と、勾配入力部材218が出力する出力信号に基づいて入力した勾配を記憶する勾配記憶回路220と、勾配記憶回路220が記憶している勾配の記憶内容を表示する勾配表示部222と、距離演算回路216が出力する出力信号及び勾配記憶回路220が記憶している勾配の記憶内容に基づいて、施工すべき高さを演算する高さ演算回路224と、高さ演算回路224の出力する出力信号に基づいて施工すべき高さを表示する高さ表示部226とを備える。
【0029】
レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSを求めるには、図18に示すように、レーザー装置102から回転照射されたレーザー光LBを、施工高さ表示装置304の第1受光部312及び第2受光部314で検出し、レーザー光LBの回転速度、レーザー光LBのビーム径、第1受光部312と第2受光部314との間の距離LELE、第1受光部312と第2受光部314をレーザー光LBが横切る時間T1 により、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSを演算処理して求める。
次に、2レーザー光検出回路318により、第1受光部312及び第2受光部314がレーザー光LBを受光した時間間隔を測定する方法について説明する。レーザー装置102が照射するレーザー光LBは、回転数が一定に維持されており、ビーム径も一定であるように調整されている。なお、ビーム径が拡がり角を持つことを考慮に含めることもできる。第1受光部312と第2受光部314のレーザー光LBの回転方向に対する幅も決まっている。
【0030】
図19を参照すると、第1受光部312を矢印の方向に横切るレーザー光LBは、LB1の状態で第1受光部312への入射を開始し、LB2の状態で第1受光部312の水平方向の中央部分を照射し、LB3の状態で第1受光部312への入射を終了する。更に、第2受光部314を矢印の方向に横切るレーザー光LBは、LB4の状態で第2受光部314への入射を開始し、LB5の状態で第2受光部314の水平方向の中央部分を照射し、LB6の状態で第2受光部314への入射を終了する。
図20を参照すると、レーザー光LBが入射した第1受光部312の出力信号は、時間T11で出力を開始し、時間T12で出力の最大値をとり、出力時間T13で出力を終了する。レーザー光LBが入射した第2受光部314の出力信号は、時間T14で出力を開始し、時間T15で出力の最大値をとり、出力時間T16で出力を終了する。この時間T12と時間T15との間の時間間隔T1 を計測する。
【0031】
同様に、図21を参照すると、レーザー光LBが入射した第1受光部312の出力信号は、時間T21で出力を開始し、時間T22で出力の最大値をとり、出力時間T23で出力を終了する。レーザー光LBが入射した第2受光部314の出力信号は、時間T24で出力を開始し、時間T25で出力の最大値をとり、出力時間T26で出力を終了する。この時間T22と時間T25との間の時間間隔T2 を計測する。
ここで、T1 がT2 より大きいのは、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSが、図20に示す状態の方が図21に示す状態よりも近い場合を意味する。すなわち、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSが近いほど、第1受光部312が出力する出力信号が最大値をとる時と、第2受光部314が出力する出力信号が最大値をとる時との間の時間間隔は短い。
【0032】
2レーザー光検出回路318は、時間T12と時間T15との間の時間間隔T1 をカウンターにより計数する。
次の段階で、カウンターを読み出し、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSを算出し、傾斜勾配を設定する。
次に、傾斜勾配を設定する方法を説明する。
レーザー光LBの光束直径をd〔mm〕、第1受光部312及び第2受光部314の幅をw〔mm〕、第1受光部312と第2受光部314との間の間隔をLELE〔mm〕、レーザー装置102から照射されるレーザー光LBの回転数をRLB〔rpm〕、レーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSとする。
【0033】
レーザー光LBの光束が第1受光部312の中心から第2受光部314の中心までを横切る時間Sd〔秒〕は、
Sd=(LELE+w)/(2π×LRS×RLB/60)・・・(式8)
従って、
LRS=(LELE+w)/(2π×RLB×Sr/60)・・・(式9)
である。
再び図17を参照すると、距離計算式記憶回路214は、この距離計算式(式9)を記憶している。
ここで、レーザー光LBの光束直径のd〔mm〕、第1受光部312及び第2受光部314の幅のw〔mm〕、レーザー装置102から照射されるレーザー光LBの回転数のRLB〔rpm〕は、施工高さ表示装置304の距離計算式記憶回路214があらかじめ記憶しておいてもよいし、表示モード切り換えスイッチ160、第1入力スイッチ162及び第2入力スイッチ164を用いて使用者が入力し、この入力した値を距離計算式記憶回路214が記憶していてもよい。
【0034】
距離演算回路216は、2レーザー光検出回路318が出力する信号を入力し、距離計算式記憶回路214が記憶している距離計算式(式9)を用いてレーザー装置102から施工高さ表示装置304までの距離LRSを演算する。
高さ演算回路224は、勾配記憶回路220が記憶している勾配SLAと、距離演算回路216が出力する距離LRSを用いて、(式3)により施工高さHIGを演算する。高さ表示部226は、高さ演算回路224の出力信号を入力して、施工高さHIGの計算結果を表示する。
【0035】
(4)本発明の施工高さ表示装置の具体的な構成と作動
本発明の施工高さ表示装置は、図22に示すように、電池等の電源604と、水晶振動子等の源振606と、レーザー光を受光する1つのCCD608又は2つのCCD608及び609(図には2つ示している)と、処理プログラムを記憶したROM610と、装置の作動を制御し、必要なデータを入力するための1つ以上のスイッチ621〜626と、これらのスイッチから入力したデータを記憶するためのRAM630と、ROM610に記憶されている処理プログラムを動作させ、ROM610及び又はRAM630に記憶したデータを用いて、計数処理、演算処理及び比較処理を行うCPU650と、警告を発する警告ブザー656と、データの入力結果及び又は演算結果を表示するLCDパネル660とを備えている。
スイッチ621をオンさせて施工高さ表示装置を動作状態にする。次に、CCD608及び又は609がレーザー光を受光すると、CPU650はROM610が記憶している距離計算式とRAM630が記憶している勾配のデータを用いて、レーザー装置から施工高さ表示装置までの距離を演算して、施工すべき高さを演算する。演算された施工すべき高さはLCDパネル660に表示される。
必要に応じて、CPU650はROM610が記憶している距離計算式とRAM630が記憶している勾配のデータ、レーザー光傾きのデータ、カーソル位置のデータ等を用いて、レーザー装置から施工高さ表示装置までの距離を演算して、施工すべき高さを演算する。
必要に応じて、LCDパネル660を用いて勾配のデータ、レーザー光傾きのデータ等の入力データを表示することができる。
スイッチ621〜626は、ラバースイッチ、メンブレンスイッチ、タッチスイッチ等のいずれを用いてもよく、更に、テンキーを備えてもよい。
LCDパネル660の代わりに、蛍光管、LED等を用いてもよい。
電源604はリチウム電池又は銀電池を用いるのがよい。
【0036】
(5)なお、本発明は下記の構成としてもよい。
〔1〕レーザー光の光束を回転させて照射するレーザー装置と、前記レーザー装置が照射するレーザー光を入射する受光部と、前記レーザー装置と前記受光部との間の距離を演算するための距離計算式を記憶している距離計算式記憶回路と、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記距離計算式記憶回路が記憶している距離計算式を用いて前記レーザー装置と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路と、前記レーザー装置に対する施工傾斜を入力する傾斜設定値入力部材と、前記傾斜設定値入力部材に入力された傾斜設定値と前記距離演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを表示する高さ表示部とを有する施工高さ表示装置と、
を備えていることを特徴とする施工高さ設定装置。
〔2〕レーザー光の傾きを入力するレーザー光傾き入力部材と、入力したレーザー光の傾きの値を記憶するレーザー光傾き記憶回路と、レーザー光傾き記憶回路が記憶しているレーザー光の傾きの値を表示するレーザー光傾き表示部とを更に備えていることを特徴とする、上記〔1〕に記載した施工高さ設定装置。
〔3〕前記受光部に入射する前記レーザー光の入射時間を計測し、その計測結果を前記距離演算回路に出力するレーザー光検出回路を備えていることを特徴とする、上記〔1〕又は〔2〕に記載した施工高さ設定装置。
〔4〕前記レーザー装置は、前記レーザー光を変調するレーザー光変調回路を備え、
前記施工高さ表示装置は、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光のパルス数を計数するパルス計数回路と、前記パルス計数回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路とを備えている、
ことを特徴とする、上記〔1〕又は〔2〕に記載した施工高さ設定装置。
〔5〕切り欠きを有し、本体に対して摺動可能に設けられたカーソルと、前記カーソルの位置を検出するカーソル位置検出回路と、前記カーソル位置検出回路の出力する信号と、前記高さ位置検出回路の出力する信号とを比較して、その比較結果に基づいて警告ブザーを駆動させる信号を出力するカーソル位置比較回路とを備えていることを特徴とする、上記〔1〕から〔4〕のいずれか1項に記載した施工高さ設定装置。
〔6〕距離計算式記憶回路が、地球の球面誤差を補正するための補正式を記憶しており、前記距離演算回路は、前記施工高さ表示装置とレーザー装置との間の距離を計算するとともに、地球の球面誤差を補正する補正量を計算して、それらの計算結果を高さ演算回路に出力し、前記高さ演算回路は施工高さを計算し、その計算結果から地球の球面誤差を補正する補正量を補正して、補正した結果を前記高さ表示部で表示することを特徴とする、上記〔1〕から〔5〕のいずれか1項に記載した施工高さ設定装置。
〔7〕レーザー光の光束を回転させて照射するレーザー装置と、前記レーザー装置が照射するレーザー光を入射する受光部と、前記レーザー光を入射する第1受光部及び第2受光部と、前記第1受光部及び前記第2受光部が受光したレーザー光を検出する2レーザー光検出回路と、前記レーザー装置から施工高さ表示装置までの距離を求める距離計算式を記憶している距離計算式記憶回路と、前記2レーザー光検出回路が出力する出力信号に基づいて、前記距離計算式記憶回路が記憶している距離計算式を用いて施工高さ表示装置までの距離を求める距離演算回路と、施工に必要な勾配を入力する勾配入力部材と、前記勾配入力部材が出力する出力信号に基づいて入力した勾配を記憶する勾配記憶回路と、前記距離演算回路が出力する出力信号及び前記勾配記憶回路が記憶している勾配の記憶内容に基づいて、施工すべき高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する出力信号に基づいて施工すべき高さを表示する高さ表示部と、を備えていることを特徴とする施工高さ設定装置。
〔8〕前記第1受光部又は前記第2受光部のうちの少なくとも一方の受光部が受光したレーザー光の状態を検出する受光状態検出回路と、このレーザー光の検出結果を表示する指標部とを有することを特徴とする、上記〔7〕に記載した施工高さ設定装置。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果を有する。
(1)勾配の施工を行うのに、レベル、トランシット等の測量機を用いて測量を行う必要がない。
(2)レーザー照射装置の構造を簡単にすることができる。
(3)基準位置に対して、種々の方向及び異なる距離の場所について、高い精度で勾配の施工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の施工高さ表示装置の第1の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】 本発明の施工高さ設定装置を示す説明図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態のレーザー装置の照射したレーザー光が受光部を照射している状態を示す説明図である。
【図4】 本発明の第1の実施の形態のレーザー装置及び施工高さ表示装置のブロック図である。
【図5】 本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部を横切るレーザー光の光束を示す側面図である。
【図6】 本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号を示す図である。
【図7】 本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号を示す図である。
【図8】 本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号と、スタートエッジ及びストップエッジの関係を示す図である。
【図9】 本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置のレーザー光検出回路の動作を示す図である。
【図10】 レーザー装置から照射されるレーザー光が変調されている場合における、本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号を示す図である。
【図11】 レーザー装置から照射されるレーザー光LBが変調されている場合における、本発明の第1の実施の形態の施工高さ表示装置の整形されたパルス信号を示す図である。
【図12】 本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置のブロック図である。
【図13】 本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置が高さを表示している状態を示す説明図である。
【図14】 本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置を用いて円錐状の勾配を設定する場合を示す説明図である。
【図15】 本発明の第2の実施の形態の施工高さ表示装置を用いて地球の球面誤差を補正する場合を示す説明図である。
【図16】 本発明の施工高さ表示装置の第3の実施の形態を示す斜視図である。
【図17】 本発明の第3の実施の形態の施工高さ表示装置のブロック図である。
【図18】 本発明の第3の実施の形態のレーザー装置の照射したレーザー光が受光部を照射している状態を示す説明図である。
【図19】 本発明の第3の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部を横切るレーザー光の光束を示す側面図である。
【図20】 本発明の第3の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号を示す図である。
【図21】 本発明の第3の実施の形態の施工高さ表示装置の受光部の出力信号を示す図である。
【図22】 本発明の施工高さ表示装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
100 施工高さ設定装置
102 レーザー装置
104 施工高さ表示装置
108 データ表示部
112 受光部
118 指標部
120 下向き表示部分
122 上向き表示部分
124 基準位置表示部分
130 本体
140 切り欠き
150 電源スイッチ
152 検出精度調整ボタン
154 警告ブザーon/offボタン
156 警告ブザー
160 表示モード切り換えスイッチ
162 第1入力スイッチ
164 第2入力スイッチ
172 光源部
174 発光制御回路
176 投光光学系
178 光束回転部材
210 受光状態検出回路
212 レーザー光検出回路
214 距離計算式記憶回路
216 距離演算回路
218 勾配入力部材
220 勾配記憶回路
222 勾配表示部
224 高さ演算回路
226 高さ表示部
230 レーザー光傾き入力部材
232 レーザー光傾き記憶回路
234 レーザー光傾き表示部
270 施工高さ表示装置
272 カーソル
272 カーソル位置検出回路
274 カーソル位置検出回路
276 カーソル位置比較回路
304 施工高さ設定装置
312 第1受光部
314 第2受光部
316 受光状態検出回路
318 2レーザー光検出回路
360、362、364 モード設定スイッチ
604 電源
606 源振
608、609 CCD
610 ROM
621〜626 スイッチ
630 RAM
650 CPU
660 LCDパネル
Claims (8)
- レーザー光を基準平面上に回動照射するレーザー装置と、前記レーザー装置の照射するレーザー光を受光する受光部と、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路と、前記レーザー装置に対する施工傾斜を入力する傾斜設定値入力手段と、前記傾斜設定値入力手段に入力された傾斜設定値と前記距離演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを表示する高さ表示部とを有する施工高さ表示装置とを備えることを特徴とする施工高さ設定装置。
- 前記レーザー装置は、前記レーザー光を変調するレーザー光変調回路を備え、前記施工高さ表示装置は、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光のパルス数を計数するパルス計数回路と、前記パルス計数回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の施工高さ設定装置。
- 前記施工高さ表示装置は、前記受光部が前記レーザー光の受光開始から受光終了までの間の時間間隔に出力する出力信号に基づいて前記レーザー光を受光した時間を測定する受光時間測定回路と、前記受光時間測定回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー装置との間の距離を演算する距離演算回路とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の施工高さ設定装置。
- 前記施工高さ表示装置は、前記受光部の基準位置に対する入射した前記レーザー光の受光位置を表示する受光状態表示部と、前記基準位置に基づく位置を示す指標を有し、前記施工高さ表示装置に摺動可能に設けられた指標部と、該指標部の摺動位置を検知する指標部検知手段と、前記指標部の摺動位置が前記施工高さに一致したときに前記指標部検知手段が出力する信号に基づいて作動する警告ブザーとを備えることを特徴とする、請求項1に記載の施工高さ設定装置。
- レーザー光源の発光するレーザー光を入射する受光部と、前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光源と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路と、前記レーザー光源に対する施工傾斜を入力する傾斜設定値入力手段と、前記傾斜設定値入力手段に入力された傾斜設定値と前記距離演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを演算する高さ演算回路と、前記高さ演算回路の出力する信号に基づいて施工高さを表示する高さ表示部とを備えることを特徴とする施工高さ表示装置。
- 前記受光部の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光のパルス数を計数するパルス計数回路と、前記パルス計数回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光源と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路とを備えることを特徴とする、請求項5に記載の施工高さ表示装置。
- 前記受光部が前記レーザー光の受光開始から受光終了までの間の時間間隔に出力する出力信号に基づいて前記レーザー光を受光した時間を測定する受光時間測定回路と、前記受光時間測定回路の出力する出力信号に基づいて前記レーザー光源と前記受光部との間の距離を演算する距離演算回路とを備えることを特徴とする、請求項5に記載の施工高さ表示装置。
- 前記受光部の基準位置に対する入射した前記レーザー光の受光位置を表示する受光状態表示部と、前記基準位置に基づく位置を示す指標を有し、前記施工高さ表示装置に摺動可能に設けられた指標部と、該指標部の摺動位置を検知する指標部検知部材と、前記指標部の摺動位置が前記施工高さに一致したときに前記指標部検知部材が出力する信号に基づいて作動する警告ブザーとを備えることを特徴とする、請求項5に記載の施工高さ表示装置。
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