JP4228131B2 - 位置測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、反射体の位置を測定するための位置測定装置に係わり、特に、反射光の遮断時にも、適切な反射体のサーチが行われる位置測定装置に関するものである。
【０００２】
追尾機能を備えた自動測量機は、追尾光が電柱などの遮断物を通過する際、単に一定の時間、同方向に回動させ、遮断物を回避している。例えば、特開平４−１６６７８３には、探索範囲にターゲットが発見されない場合、強制的に回動させる測量機が記載されている。更に、特開平１０−４７９６１には、水平方向のみ追尾する技術が記載されている。
【０００３】
また、自動測量機が追尾中に遮断などで追尾が外れる場合では、横方向に外れる事が多いため、まず、横方向にサーチして、より早くターゲットは発見しやすくしている。例えば、特開平１−１８０６１２の従来技術（図１０（Ａ）、（Ｂ））には、再サーチの際の測量機の駆動に関する技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、歩行中の追尾などの場合、追尾しているターゲット（プリズムなど）が上下方向に微少に揺れている。電柱等の遮断物を通過する際に、一定時間そのまま横方向に追尾すると、上下方向が不安定となり、追尾に失敗する可能性があり、遮断物を通過した際に追尾しているターゲットと視準軸が一致せず、再追尾できないという問題点があった。
【０００５】
また図７に示す様に、左右のサーチ範囲が適当な範囲で固定しているため、近距離ではサーチ範囲が狭くなり、範囲内にターゲットが検出できない確率が高く、逆に遠距離ではサーチ範囲が広すぎて、必要以上の無駄な範囲をサーチするという深刻な問題点がった。
【０００６】
更に常にサーチ速度が一定であり、如何なる距離でもターゲットを探せなくてはならないため、横サーチの速度を遠距離に合わせて遅くしたり、近距離に合わせて、早くしたりしなければならないという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、測定対象を追尾してその距離と位置とを検出し、追尾が外れるとサーチして追尾する位置測定装置において、測距光により測定対象までの距離を測定するための距離測定手段と、追尾光を照射し、その反射光を受光部により受光して該受光部上で受光位置を検出することにより、測定対象を検出するための検出手段と、測距光及び追尾光を駆動部により追尾方向に回動照射すると共に反射光を前記距離測定手段及び前記検出手段に導くための追尾手段と、この追尾手段の回動位置を検出するための角度検出器とを備え、追尾光が遮断した場合に、前記距離測定手段と前記角度検出器の検出に基づき、前記測定対象の距離に応じてサーチ速度を調整すると共に、サーチ範囲を一定となる様に回動角を調整し、一定の幅に入る様にサーチすることを特徴としている。
【０００８】
また本発明は、追尾光が遮断した場合に、前記距離測定手段と前記角度検出器の検出に基づき、前記測定対象の距離に応じて、遠距離のサーチ速度が遅くなる様にサーチ速度を選択する構成にすることもできる。
【０００９】
更に本発明は、前記距離測定装置と前記角度検出器の検出に基づく測定対象の追尾速度データと追尾方向データの蓄積を行い、追尾光が遮断した時に、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から前記測定対象の位置を予測して、追尾を続ける様に追尾速度と追尾方向を決定する構成にすることもできる
。
【００１０】
そして本発明は、追尾光が遮断する前に蓄積した追尾速度データに基づいて平均速度を算出し、同じく遮断する前の追尾方向データにより所定時間経過後の測定対象の位置を予測する構成にすることもできる。
【００１１】
また本発明は、測定対象との間にデータ通信手段を備え、測定データと共に、追尾光が遮断した場合には、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から前記測定対象の位置を予測するデータを送信する構成にすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、測定対象を追尾してその距離と位置とを検出し、追尾が外れるとサーチして追尾する位置測定装置であって、距離測定手段が、
測距光により測定対象までの距離を測定し、検出手段が、追尾光を照射し、反射光を受光部により受光して受光部上で受光位置を検出して、測定対象を検出し、追尾手段が、測距光及び追尾光を駆動部により追尾方向に回動照射すると共に反射光を距離測定手段及び検出手段に導き、角度検出器が、追尾手段の回動位置を検出する様になっており、追尾光が遮断した場合に、距離測定手段と角度検出器の検出に基づき、測定対象の距離に応じてサーチ速度を調整すると共に、サーチ範囲を一定となる様に回動角を調整し、一定の幅に入る様にサーチすることができる。
【００１３】
また本発明は、追尾光が遮断した場合に、距離測定手段と角度検出器の検出に基づき、測定対象の距離に応じて、遠距離のサーチ速度が遅くなる様にサーチ速度を選択することもできる。
【００１４】
更に本発明は、距離測定装置と角度検出器の検出に基づく測定対象の追尾速度データと追尾方向データの蓄積を行い、追尾光が遮断した時に、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から測定対象の位置を予測して、追尾を続ける様に追尾速度と追尾方向を決定することもできる。
【００１５】
そして本発明は、追尾光が遮断する前に蓄積した追尾速度データに基づいて平均速度を算出し、同じく遮断する前の追尾方向データにより所定時間経過後の測定対象の位置を予測することもできる。
【００１６】
また本発明は、測定対象との間にデータ通信手段を備え、測定データと共に、追尾光が遮断した場合には、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から測定対象の位置を予測するデータを送信することもできる。
【００１７】
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図２は、ブルドーザ２０００を追尾し、その位置を測定する自動測量機１０００を示す図である。自動測量機１０００で、ブルドーザ２０００の反射部７を追尾し、データ転送を行ってブルドーザ２０００を制御するものである。なお反射部７は、反射体に該当するものである。
【００２０】
自動測量機１０００は、測定目標を追尾視準する望遠鏡部４と、望遠鏡部４を上下回転できるように支持する托架部３と、托架部３を水平回転できるように支える基盤部２とから構成され、自動測量機１０００は既知の点に、三脚を介して設置される。
【００２１】
ブルドーザ２０００は、掘削作業をするためのブレード５が備えられており、このブレード５を上下に移動させるための油圧シリンダー９８が装備されている。ブレード５上にはポール６が設置され、このポール６には、反射部７が取り付けられている。この反射部７は、自動測量機１０００からの測定光を反射するためのものである。本実施例では、通信データを無線により送信する構成を有するので、無線装置に接続される無線アンテナ１０７が設けられている。なお反射部７には、自動測量機１０００から送られる光通信データを受光するための光通信受光部を設けることもできる。なお無線装置は、データ通信手段に該当するものである。また光通信もデータ通信手段に該当するものである。
【００２２】
自動測量機１０００には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）に代表される施工制御装置１２が接続されている。本実施例では、通信データを無線により送信する構成を有するので、施工制御装置１２には、無線送受信機１０３が接続されている。この無線送受信機１０３により、ブルドーザ２０００側に通信データを送信することができる。なお光通信によりブルドーザ２０００側に通信データを送信する場合には、自動測量機１０００の測定光に通信データを重畳させ、ブルドーザ２０００側の光通信受光部に向けて送信することができる。
【００２３】
無線送受信機１０３により送信される通信データは、例えば、ブルドーザ２０００の位置データである。即ち、自動測量機１０００がブルドーザ２０００の位置を測定し、その位置の施工データをブルドーザ２０００側に送信する。ブルドーザ２０００では、その施工データに基づいて施工高さを調整することができる。
【００２４】
図３は、自動測量機１０００本体要部をあらわした図である。
【００２５】
自動測量機１０００は、三脚に取付けられる整準部１と、この整準部１に設けられた基盤部２と、この基盤部２に対して、鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架部３と、この托架部３に対して、水平軸心を中心に回転可能に設けられた望遠鏡部４とから構成されている。
【００２６】
望遠鏡部４は、望遠鏡で測定対象を視準して、測距光を対物レンズ６から照射する。そして、測定対象に対する角度の検出や、測定対象である反射プリズムまでの距離を測定することができる。
【００２７】
データ送信部は、視準を行い測定するための望遠鏡部４の対物レンズとは、異なる位置に独立して設けられている。
【００２８】
図４は、望遠鏡部４に内蔵される光学図を示したものである。
光軸Ｏ上に対物レンズ１１と、合焦レンズ１２と、正立プリズム１３と、焦点鏡１４と、接眼レンズ１５とを順次配設し、前記対物レンズ１１と合焦レンズ１２との間に光学手段、好ましくはダイクロイックプリズム２０を配設する。
【００２９】
ダイクロイックプリズム２０はペンタ型プリズム２１の対向する面に楔型プリズム２２、２３を貼付け、第１ダイクロイックミラー面２４、第２ダイクロイックミラー面２５を形成したものである。
【００３０】
第１ダイクロイックミラー面２４は入射した反射光の内、可視光を透過し、赤外光を反射するものであり、第２ダイクロイックミラー面２５は測距光を透過し、追尾光を反射するものである。第１ダイクロイックミラー面２４で反射された反射光軸上に測距光学系（図示せず）を設け、第２ダイクロイックミラー面２５で反射される追尾光軸３０上に追尾光学系３１を設けている。
【００３１】
なお、図中２６は測距光学系の受発光分割ミラーである。又、２７は目標対象物であり、本実施例ではコーナキューブである。
【００３２】
追尾光学系３１は、追尾光軸３０上に孔明ミラー３３が配設され、該孔明ミラー３３の透過光軸３４上にリレーレンズ３５を介して追尾用レーザ光線を発する追尾光源３６が設けられている。該追尾光源３６には直線偏光のレーザ光線を発する半導体レーザが用いられる。
【００３３】
孔明ミラー３３の反射光軸３７上にはリレーレンズ３８、バンドパスフィルタ３９、受光部４０が配設される。このバンドパスフイルタ３９は追尾光の波長帯を透過するものであり、前記受光部４０は、例えば前述した４分割受光素子であり、分割受光素子の受光比の割合で受光部４０上での受光位置を検出することができる。
【００３４】
次に図１に基づいて、本実施例の自動測量機１０００の電気的構成を説明する。
【００３５】
自動測量機１０００は、測距部１１００と、外部データ出力部１２００と、データ通信部１３００と、角度測定部１４００と、記憶部４２００、表示部４３００と、駆動部４４００と、制御演算部４０００と、操作・入力部５０００とから構成されている。ここで、記憶部４２００はデータ、プログラム等を記憶するためのものである。表示部４３００と操作・入力部５０００とにより、使用者が、自動測量機１０００を操作等することができる。
【００３６】
測距部１１００は、発光部１１１０と受光部１１２０とを備えており、発光部１１１０から発光した測距光が、測定対象物２７の方向へ射出する。測定対象物２７からの反射光が受光部１１２０に入射する様に構成されており、測定対象物２７までの距離を測定することができる。なお発光部１１１０は、光源部を含むものである。
【００３７】
即ち、自動測量機１０００から測定対象物２７までの距離は、発光部１１１０がパルス発光してから、受光部１１２０で受光されるまでの時間差により算出される。なお、この演算は制御演算部４０００で実行される。
【００３８】
データ通信部１３００は、光通信により、通信データを送受信するためのものである。本実施例では、測距部１１００と同様な光学系により、光通信のための光を送光している。射出光学系を共用する場合には、光通信用の光と測距光の各々の波長を異なる波長として、お互いを合成するダイクロックミラーが必要となる。
【００３９】
またブルドーザ２０００側の光通信受光部に、光通信用発光素子の光のみを透過するフィルタが必要となる。
【００４０】
測角部１４００は、鉛直角測角部１４１０と水平角測角部１４２０とから構成されている。本実施例では、回動部に取り付けられたロータと、固定部の形成されたステータとからなる水平角エンコーダと、鉛直角エンコーダとが使用されている。なお測角部１４００は、角度検出器に該当するものである。
【００４１】
駆動部４４００は、水平駆動部４４１０と高低駆動部４４２０とから構成されており、自動測量機１０００をモータにより、水平方向及び高低方向に回転させることができる。また駆動部４４００は、走査手段に該当するものである。
【００４２】
ここで、追尾の遮断動作を図５に基づいて説明する。
【００４３】
ステップ１（以下、Ｓ１と略する）では、追尾に必要な中心位置からのズレ量（偏差）取得後に、データが有効であるか判断する。Ｓ１でデータが有効であると判断した場合には、Ｓ２に進み、Ｓ２で追尾速度（走査速度）を演算する。次にＳ３では、５００ｍｓｅｃ間の速度データを蓄積して、追尾速度の蓄積を行う様になっている。次にＳ４では、Ｓ３で求めた追尾速度の蓄積データから、平均速度を演算し、この平均速度を利用して、仮想追尾させる様に、制御演算部４０００が駆動部４４００を制御駆動して走査させる様になっている。
【００４４】
更に速度データを蓄積すると共に、鉛直角測定部１４１０及び水平角測定部１４２０の角度データを蓄積する。角度データに基づき一定時間内のデータ平均から追尾方向を算出する。この時、平均と異なる方向にデータが変わる場合には、蓄積されたデータは更新される。
【００４５】
なおＳ１で、データが有効でないと判断した場合には、Ｓ５に進み、仮想追尾時間内であるかを判断し、Ｓ５で仮想追尾時間内であると判断した場合には、Ｓ６に進み、Ｓ６では平均速度を演算する様になっている。そしてＳ７では、Ｓ６で求めた平均速度と共に得た追尾方向を利用して仮想追尾速度を設定する様になっている。
【００４６】
またＳ５で、仮想追尾時間内を超過したと判断した場合には、Ｓ８に進み、制御演算部４０００が水平駆動部４４１０を駆動してモータを停止する様になっている。
【００４７】
また図６に示す様に、横サーチ範囲を一定の量、例えば５００ｍ離れた点で左右１０ｍとなる様にする。また、近距離の場合にはサーチ速度（走査速度）を早くし、遠距離の場合にはサーチ速度（走査速度）を遅くする。例えば、近距離の場合（５ｍ）には１０度／秒とし、遠距離の場合（１００ｍ）には、２度／秒とする。
【００４８】
即ち、現在のターゲット（反射部７）までの距離から、サーチ範囲とサーチ速度とを、制御演算部４０００が演算し、水平駆動部４４１０を制御駆動して、より効率よく、ターゲット（反射部７）をサーチすることができる。
【００４９】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、測定対象を追尾してその距離と位置とを検出し、追尾が外れるとサーチして追尾する位置測定装置において、測距光により測定対象までの距離を測定するための距離測定手段と、追尾光を照射し、その反射光を受光部により受光して該受光部上で受光位置を検出することにより、測定対象を検出するための検出手段と、測距光及び追尾光を駆動部により追尾方向に回動照射すると共に反射光を前記距離測定手段及び前記検出手段に導くための追尾手段と、この追尾手段の回動位置を検出するための角度検出器とを備え、追尾光が遮断した場合に、前記距離測定手段と前記角度検出器の検出に基づき、前記測定対象の距離に応じてサーチ速度を調整すると共に、サーチ範囲を一定となる様に回動角を調整し、一定の幅に入る様にサーチすることができるという卓越した効果がある。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の自動測量機１０００の電気的構成を示す図である。
【図２】本実施例の自動測量機１０００の構成を説明する図である。
【図３】本実施例の自動測量機１０００本体要部をあらわした図である。
【図４】望遠鏡部４に内蔵される光学図を示したものである。
【図５】本実施例の動作を説明する図である。
【図６】本実施例の動作を説明する図である。
【図７】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１０００ 自動測量機
２０００ ブルドーザ
２ 基盤部
３ 托架部
４ 望遠鏡部
７ 反射部

Claims (5)

1. 測定対象を追尾してその距離と位置とを検出し、追尾が外れるとサーチして追尾する位置測定装置において、測距光により測定対象までの距離を測定するための距離測定手段と、追尾光を照射し、その反射光を受光部により受光して該受光部上で受光位置を検出することにより、測定対象を検出するための検出手段と、測距光及び追尾光を駆動部により追尾方向に回動照射すると共に反射光を前記距離測定手段及び前記検出手段に導くための追尾手段と、この追尾手段の回動位置を検出するための角度検出器とを備え、追尾光が遮断した場合に、前記距離測定手段と前記角度検出器の検出に基づき、前記測定対象の距離に応じてサーチ速度を調整すると共に、サーチ範囲を一定となる様に回動角を調整し、一定の幅に入る様にサーチすることを特徴とする位置測定装置。
2. 追尾光が遮断した場合に、前記距離測定手段と前記角度検出器の検出に基づき、前記測定対象の距離に応じて、遠距離のサーチ速度が遅くなる様にサーチ速度を選択する請求項１記載の位置測定装置。
3. 前記距離測定装置と前記角度検出器の検出に基づく測定対象の追尾速度データと追尾方向データの蓄積を行い、追尾光が遮断した時に、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から前記測定対象の位置を予測して、追尾を続ける様に追尾速度と追尾方向を決定する請求項１記載の位置測定装置。
4. 追尾光が遮断する前に蓄積した追尾速度データに基づいて平均速度を算出し、同じく遮断する前の追尾方向データにより所定時間経過後の測定対象の位置を予測する請求項３記載の位置測定装置。
5. 測定対象との間にデータ通信手段を備え、測定データと共に、追尾光が遮断した場合には、追尾光遮断前の追尾速度データと追尾方向データの蓄積から前記測定対象の位置を予測するデータを送信する請求項３記載の位置測定装置。

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