JPH02120685A - 自動測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、土木・建築工事において使用する自動測量
装置に関するものである。

〔従来の技術］ 従来、土木・建築での測量機器は、トランシット（主に
方位角）、レヘル（水準）が用いられている。これらの
機器を用いた１ｌｌｌ１１１方法は、通常、箱尺（スタ
ッフ）やポールなどの標的を持つ人と測定者の２名によ
って行われている。

また、公知例としてレーザー追尾装置を用いた位置計測
装置、及びその改良方法として、レーザーを扇状にして
、追尾が途切れたときに追尾の再開が自動的に行われる
ようにする方法（原材　他［レーザーとコーナキューフ
゛によるｆ多動ロボットの能動型位置計測法」第４回知
能ロボットシンポジウム講演論文集’８８−６−１３．
１４　）がある。

［発明が解決しようとする課題〕 上述した従来の測量方法によれば、工事により地形が変
化する場合など頻繁に測量作業を行わなければならない
ので、その都度、測量誤差が累積するおそれがあり、精
度を上げるためには、十分な精査と熟練した技４＋ｊに
よる人為的な誤差の排除が要求された。その結果、相当
な時間と人件費がかかると共に、場合によっては危険を
伴なうことも多かった。

さらに、公知例のレーザー追尾装置を用いた位置計測装
置は、作業中にレーザーが遮られた場合、追尾を再開さ
せる為に、ある定まったパターンで追尾レーデ−をスキ
ャンさせる必要があり、計測精度を上げるとレーザー追
尾用のモータを高速回転させることが困難となるので、
追尾レーザーが再帰反射装置に入光するまでの、計測の
中断時間が長くなるという問題があった。

また、たとえ作業者がレーザーを捜そうとしても追尾レ
ーザーを見つけるのは困難であった。土木作業において
は立木等の障害物は避けられないので、その度に長時間
測量作業が中断したので実用的ではない。

また、公知例の扇状のレーデ−ビームを用いる方法は、
上記の欠点を補うため、レーザービームを広げ、ターゲ
ットのずれの方向の検出を行えるようにしたものである
が、レーザーを広げてしまうとレーザーの単位断面積当
りの光強度が低下する為に、センサで検出出来るように
するには、レーザー強度を十分に上げなければならない
。

たとえば、１００ｍの距離に於いて、直径２０ｍｍ出力
１ｍ−のレーザーを使用し追尾を行う場合、ターゲット
のずれの方向検出を行う角度範囲を０．５°とすると、
ｌｏｏｍの距離に於けるレーザーの光強度をレーザーを
広げない場合と同しにするのは、およそＩ　［ｍＷ］　
・＋００［ｍ］　・０．５　［ｄｅｇｌ　・π１ｒａｄ
ｌ／１８０１ｄｅｇｌ／Ｑ、０２１ｍ１ζ４４１のレー
ザーを使用しなければならない、 しかし、本発明が利用される土木・建築の分野で使用す
ることを考えると、作業者に対する安全面からレーザー
出力は数Ｉ１１肩程度に抑える必要があり、ビームを広
げるこの方法は実用的ではないという問題点があった。

この発明の課題は、上記の様な問題点を解決するために
なされたものであり、自動的に角度、距離を測定できる
ため、測量の為の人員の削減が行なえ、場合によっては
頻繁に測定点に立ち入らず測量でき、また、たとえレー
ザーが遮られた場合でも作業者が容易にレーザーを捜し
出せる、省力化され、かつ安全な自動測量装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記のような課題を解決するため、この発明は、レーザ
ーを空間に発射しコーナキューブプリズムで反射して戻
ってきた光を検出することによりコーナキューブプリズ
ムを追尾する機能と、前記レーザーの方向をその面内に
含む鉛直面内で回転するレーザーを発１・１する機能と
、通信装置からの信号によった前記２木のレーザーの方
向を変化させる機能と、追尾が行われているときにコー
ナキューブプリズムとの間の距離を計測する測距機能と
を持ったレーザー発射装置と、 コーナキューブプリズムと、回転レーザーを検出するラ
インセンサと、回転する鉛直面レーデ−がコーナキュー
ブプリズムからどれだけ離れているかをラインセンサか
らの信号に従い表示する様にした検出装置を具備したタ
ーゲットと、入力したレーザー発射方向のデータを、タ
ーゲット側からレーザー発射装置側へ送り、レーザー発
射装置から送られてくるレーザーの発射方向のデータと
距離測定データを受信しターゲットの位置を計算し表示
するターゲット側の通信装置と、レーザーの発射方向の
計測データと距離測定デ−タとをターゲット側に送信し
、ターゲット側から送られてくる操作信号を受信するレ
ーザー発射装置側の通信装置とからなり、 鉛直面レーザーをターゲットで検出すると共に、ターゲ
ット側の通信装置でレーザーの方向を遠隔操縦すること
により、追尾開始が容易にできるようにしたものである
。

〔作用〕

追尾レーザーは常にコーナキューブプリズムに入光する
ように制御され、そのレーザー光の計測角度と、追尾レ
ーザーと同軸の光波圧ｈ］計の距離計測値とから、ター
ゲットの位置が計測され、通信装置によって作業者はそ
の位置を知ることが出来る６ また、レーザーが遮られた場合、作業者はクーゲットに
取り付けられたラインセンサを用いて、適当に移動し、
その表示装置の出力に従って、鉛直面レーザーの位置を
容易に捜し出し、追尾レーザーが自動的にターゲットに
入光し位置計測が再開される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図はこの発明に係る自動測量装置の全体構造を示し
ており、レーザー発射装置１１と、レザー発射側通信装
置１４と、ターゲット６１及びターゲット側通信装置７
１によって構成されている。

前記レーザー発射装置１１は、追尾レーザー１２と鉛直
面レーザー１３を、各々のレーザーが同一平面内にある
ように発射する。作業者がクーゲット６１を持って位置
計測地点にたち、ターゲン；・６１のラインセンサ６４
が鉛直面レーザー１３を検出するように、ターゲット６
１を動かす。

ラインセンサ６４の表示により、コーナキューブプリズ
ム６３が鉛直面レーザー１３の回転面、即ち、追尾レー
ザー１２のスキャニング面にはいるようにする。追尾レ
ーザー１２は、追尾が始まるまで常に鉛直面レーザー１
３と同一の平面内で上下にスキャニングされている。

追尾が始まると、その時の追尾レーザー１２の方向を示
す角度と距離測定のデータが、レーザー発射装置１１か
らレーザー発射側通信装置１４によって送信され、ター
ゲット側通信装置７１で受信され、ターゲットの位置が
計算、表示される。

第２図はレーザー発射装置１１とシーザー追尾機構の具
体的な構造を示しており、三脚１５上に垂直軸１６を中
心に回動自在となるようケース１７が取付けられ、三脚
１５上に設置した水平モータ１８とエンコーダ１９によ
り歯車２０を介してケース１７に水平の回転を与えるよ
うになっている。

上記ケース１７内のレーザー発生装置２１から出たレー
ザーはプリズム２２とプリズム２３により光路を変更さ
れ、ビームエキスパンダ２４に入光する。ビームエキス
パンダ２４は、レーザーが長距離に於いて回折の影響に
よって広がってしまわないように、レーザーの直径を大
きくする。

ビームエキスパンダ２４かう出たレーザーは、ミラー２
５で反射し、ビームスプリッタ−２６によってレーザー
１２ａとレーザー１３ａになる。

一定回転方向に高速に回転している鉛直モータ２７で回
されているミラー２８により、レーザー１３ａは、直角
に反射され、防塵ガラス２９を通過し、鉛直面レーザー
１３となる。レーザー１２ａは、光波距離計３０の光軸
と同軸になるように、ビームスプリッタ−３１で反射さ
れ、追尾モータ３２によって回転させられるミラー３３
で直角に反射し防塵ガラス２９を通過し、追尾レーザー
１２となり、空間に発射される。

光波距離計３０は計測光３４ａを発射し、その光はミラ
ー３５によって反射し、前記ビームスプリンター３１を
透過し、前記ミラー３３によって直角に反射し追尾レー
ザー１２と同軸に空間に発射される。光波距離計３０の
発射する計測光３４ａは高周波で強度変調されており、
計測光３４と図示しない反射光の位相差を計測すること
により光路長を計測しその値を出力する。

第３図と第４図は光センサ部分の構造を示しており、追
尾モータ３２とエンコーダ３６によって水平の軸心を中
心に回転するケース３７の内部にミラー３３とその周囲
に光センサ３８を取付け、ミラー３３は追尾レーザー１
２と計測光３４を反射する。

追尾レーザー１２は第１図で示したターゲット６１のコ
ーナキューブプリズム６３によって反射し帰還レーザー
１２ｂとなる。帰還レーザー１２ｂはレンズ３９により
集光されて、光センサ３８に入光する。また計測光３４
は、前記追尾レーザー１２と同様に、第１図のターゲッ
ト６１のコーナキューブプリズム６３により反射し光波
距離計３０に戻り計測が行われる。

第５図はレーザー発射側通信装置１４の構造をブロック
図で示しており、光センサ３８は帰還レーザー１２ｂが
どの位置に入光しているかを表す信号をアンプ・スイッ
チング回路４１に入力し、上記回路４１はマイクロコン
ピュータ−４２と制御切換回路４３に信号を出力する。

マイクロコンピュータ４２は、送受信機４４を通してタ
ーゲット側通信装置７１からの信号により、鉛直モータ
２７に対する制御命令をモータドライバ４５に出力し、
追尾モータ３２と水平モータ１８の制御を光センサ３８
からの信号に従わせるか、マイクロコンピュータ４２か
らの信号に従わせるかを切り換える信号と、追尾モータ
３２と水平モータ１８のモータドライバ４８．４９を介
しての制御Ｉがマイクロコンピュータ４２からの信号に
従っているときのモータの制御信号を切り換え回路４３
に出力する。

また、マイクロコンピュータ４２は、光波距離計３０の
計測値と、追尾モータ３２及び水平モータ１８の回転に
応して回転するエンコーダ１９及びエンコーダ３６の出
力パルスを数えるカウンタ４６及びカウンタ４７の値と
、アンプ・スイッチング回路４１を経て、光センサ３８
の信号を送受信機４４を通して、ターゲット側通信装置
７１に出力する。

第６図はターゲット６１の構成を示しており、脚６２上
に固定したコーナキューブプリズム６３の左右両側に、
左右に長いラインセンサ６４を配置した構造を有し、ラ
インセンサ６４の出力は、ターゲット側通信装置７１に
入力されている。

第７図はターゲット側通信装置７１の構造を示すブロッ
ク図であり、キーボード７２を操作することによりマイ
クロコンピュータ７３に指令を与え、レーザー発射装置
１１を制御■する。

マイクロコンピュータ７３は、キーボードからの入力に
応して送受信機７４に信号を出力し、送受信［７４から
入力されるレーザー発射装置１１からの計算値から、タ
ーゲット６１の位置を計算しその値をインターフェース
７５を通して液晶デイスプレィ７６に出力する。

またラインセンサ６４からの信号はアンプ７７を通しマ
イクロコンピュータ７３に入力される。

マイクロコンピュータ７３はラインセンサ６４からの信
号を判断し、液晶デイスプレィ７６に表示し、スピーカ
７８によって人に知らせる。

この発明の自動測量装置は上記のような構成であり、第
１図のように、レーザー発射装置１１を所定位置にセッ
トし、作業者はターゲット６１を持って位置計測地点に
だ一つ。

レーザー発射装置１１は、追尾レーザー１２と鉛直面レ
ーザー１３を同一平面内にあるよう発射し、更に光波距
離計３０によって計測光３４が追尾レーザー１２と同軸
状に発射される。

鉛直面レーザー１３は、鉛直モータ２７によるミラー２
８の回転で、鉛直面内で回転すると共に、追尾レーザー
１２も追尾が始まるまで常に鉛直面レーザー１３と同一
の平面内で上下にスキャニングされている。

作業者はターゲット６１のラインセンサ６４が鉛直面レ
ーザー１３を検出するように動かし、ラインセンサ６４
の表示により、コーナキューブプリズム６３が鉛直面レ
ーザー１３の回転面、即ち追尾レーザー１２のスキャニ
ング面にはいるようにする。

追尾レーザー１２がコーナキューブプリズム６３に入光
すると、そのレーザー光の計測角度と追尾レーザー１２
と同軸の光波距離計３０の距離計測値とからなるデータ
が、レーザー発射装置１１からレーザー発射側通信装置
１４によって送信され、ターゲット側通信装置７１で受
信され、ターゲット６１の位置が計算表示される。

ターゲット６１を移動させたときの追尾は、追尾モータ
３２と水平モータ１８の制御を光センサ３８からの信号
に従わせ、コーナキューブプリズム６３の動きに追尾レ
ーザー１２を上下左右に移動させて追従させればよい。

また、レーザーが遮られた場合、作業者はターゲット６
１を適当に移動させ、ターゲット６１に取付けられたう
インセンサ６４を用い、ターゲット側通信装置７１の出
力に従って鉛直面レーザー１３の位置を容易に捜し出し
、追尾レーザー１２をコーナキューブプリズム６３に入
光させることにより位置計測を再開する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によると、上記のような構成で
あるので、自動的に角度、距離を測定することができ、
測量が１名の作業者で行なえ、場合によっては頻繁に測
定点に立ち入らずに測量が行える。その結果、誤差の累
積は少なくなり、人為的誤差も減少する。

また、レーザーが遮られた場合でも、回動する鉛直面レ
ーザーとターゲットのラインセンサとによって作業者が
容易にレーザーを捜し出すことができる。

更に鉛直面レーザーを回転させるようにしたため、扇状
のレーザービームの如くレーザーを広げる必要がなくレ
ーザーの単位断面積当りの光強度が低下しないので、レ
ーザー出力を数１程度に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る自動測量装置の斜視図、第２図
はレーザー追尾装置の構成を示す一部切欠斜視図、第３
図は光センサの構成を示す平面図、第４図は同上の正面
図、第５図はレーザー発射側通信装置のブロック図、第
６図はターゲットの構成を示す斜視図、第７図はターゲ
ット側通信装置のブロンク図である。 １１・・・・・・レーザー発射装置、 １２・・・・・・追尾レーザー １３・・・・・・鉛直面レーザー １４・・・・・・レーザー発射側通信装置、１８・・・
・・・水平モータ、 ２１・・・・・レーザー発生装置、 ３０・・・・・・光波距諦計、　３２・・・・・・追尾
モータ、３４・・・・・・計測光、　　　３８・・・・
・・光センサ、６１・・・・・・ターゲット、 ６３・・・・・・コーナキューブプリズム、６４・・・
・・・ラインセンサ、 ７１・・・・・・ターゲット側通信装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザーを空間に発射しコーナキューブプリズム
   で反射して戻ってきた光を検出することによりコーナキ
   ューブプリズムを追尾するレーザー追尾機能と、前記レ
   ーザーの方向をその面内に含む鉛直面内で回転するレー
   ザーを発射する機能と、通信装置からの信号によった前
   記２本のレーザーの方向を変化させる機能と、追尾が行
   われているときにコーナキューブプリズムとの間の距離
   を計測する測距機能とを持ったレーザー発射装置と、コ
   ーナキューブプリズムと、回転レーザーを検出するライ
   ンセンサと、回転する鉛直面レーザーがコーナキューブ
   プリズムからどれだけ離れているかをラインセンサから
   の信号に従い表示する様にした検出装置を具備したター
   ゲットと、 入力したレーザー発射方向のデータを、ターゲット側か
   らレーザー発射装置側へ送り、レーザー発射装置から送
   られてくるレーザーの発射方向のデータと距離測定デー
   タとを受信しターゲットの位置を計算し表示するターゲ
   ット側の通信装置と、レーザーの発射方向の計測データ
   と距離測定データとをターゲット側に送信し、ターゲッ
   ト側から送られてくる操作信号を受信するレーザー発射
   装置側の通信装置とからなり、 鉛直面レーザーをターゲット側で検出すると共に、ター
   ゲット側の通信装置でレーザーの方向を遠隔操縦するこ
   とにより、追尾開始が容易にできるようにした自動測量
   装置。