JP5386613B2 - 3D positioning system - Google Patents
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Description
本発明は、土木・建設などの各種工事現場等における墨出しといわれる位置決め作業を実施するためのシステムに関する。 The present invention relates to a system for carrying out a positioning operation called inking at various construction sites such as civil engineering and construction.
建設現場等における位置計測及び位置決め作業は、レーザー照射機能を有し、望遠鏡等による視準方向を自動制御可能な三次元計測器(トータルステーションとして市販されているもの)を用いることで、測定精度の向上と作業の効率化が図られている。 Position measurement and positioning work at construction sites, etc., has a laser irradiation function and uses a three-dimensional measuring instrument (commercially available as a total station) that can automatically control the collimation direction with a telescope, etc. Improvements and work efficiency have been achieved.
従来の三次元計測システムでは、例えば位置計測用のターゲットを持つ作業者と、遠隔地にいて三次元計測器の望遠鏡等で視準する測定者との2人の作業者を必要とし、ターゲットの位置が目標位置に合致するまで計測を繰り返す必要があり、ターゲットの移動・据付け等に多くの時間を必要とし、作業量が増加していた。三次元計測器はレーザーが直接届く位置でないと計測できないから、陰になる部分が多い機械室やパイプシャフトなど狭隘部での計測は困難であった。 In a conventional 3D measurement system, for example, two workers, a worker who has a target for position measurement and a measurer who is in a remote place and collimated with a telescope of a 3D measuring instrument, are required. It is necessary to repeat the measurement until the position matches the target position, and it takes a lot of time to move and install the target, which increases the amount of work. Since the 3D measuring instrument can only be measured at a position where the laser can reach directly, it is difficult to measure in narrow spaces such as machine rooms and pipe shafts where there are many shadows.
他の手法として、2つのプリズムを包含する指示棒を用いてそれらの座標から棒の先端座標を算出する方法がある。これも、計測に時間を要し、手ぶれにより精度が低下する難点がある。精度を向上させるために、プリズム間距離を広げると、指示棒が長くなって操作が面倒になる。また、一人で作業するにはプリズムを交互に認識しなければならないが、手ぶれが生じて計測が困難になるなどの欠点がある。 As another method, there is a method of calculating the tip coordinates of the bar from the coordinates using an indicator bar including two prisms. This also takes time for measurement, and there is a problem that accuracy decreases due to camera shake. If the distance between prisms is increased in order to improve accuracy, the indicator rod becomes longer and the operation becomes troublesome. In addition, in order to work alone, the prisms must be recognized alternately, but there are drawbacks such as camera shake that makes measurement difficult.
前述したように、従来の三次元計測器での位置計測は、三次元計測器により直接視準でき、レーザーが直接届く地点でなければ計測できないという弱点があった。また、位置決め作業では、床や壁、天井など位置決めをする対象物の建築誤差によって、レーザー照射点と目標点にずれを生じる可能性があった。 As described above, the position measurement with the conventional three-dimensional measuring device has a weak point that it can be directly collimated by the three-dimensional measuring device and cannot be measured unless the laser reaches directly. Further, in the positioning operation, there is a possibility that a laser irradiation point and a target point may be shifted due to a construction error of an object to be positioned such as a floor, a wall, or a ceiling.
参考例の第1の目的は、狭隘部での計測を可能にする三次元計測システムを提供することにある。
参考例の第2の目的は、短時間での計測を可能にしかつ手ぶれの影響を低減することが可能な三次元計測システムを提供することにある。
参考例の第3の目的は、一人の作業者でも計測が可能な三次元計測システムを提供することにある。
参考例の第4の目的は、三次元計測器では直接視準できない物陰にある点の座標を間接的に計測するためのポインターを有する三次元計測システムを提供することにある。
本発明の目的は、床や壁・天井などに照射されたレーザースポットの形成誤差を補正するためのマーキング装置を有する三次元位置決めシステムを提供することにある。
The first object of the reference example is to provide a three-dimensional measurement system that enables measurement in a narrow space.
The second object of the reference example is to provide a three-dimensional measurement system that enables measurement in a short time and can reduce the influence of camera shake.
The third object of the reference example is to provide a three-dimensional measurement system that can be measured even by one worker.
The fourth object of the reference example is to provide a three-dimensional measurement system having a pointer for indirectly measuring the coordinates of a point in the shadow that cannot be collimated directly by a three-dimensional measuring instrument.
An object of the present invention is to provide a three-dimensional positioning system having a marking device for correcting a formation error of a laser spot irradiated on a floor, a wall, a ceiling or the like.
前述した課題を解決するため、参考例は、各種工事において三次元の目標点を計測するためのシステムであって、レーザーを照射し視準した点の三次元座標を計測してデータを送受信することができる三次元計測器と、当該三次元計測器の設置位置を特定するための基準認識用ターゲットと、レーザーを受光しその入射角を計測する入射角センサとレーザー受光軸まわりの回転角を計測する傾斜センサと目標点に接触させる指示点とを有するポインターと、前記三次元計測器及び前記ポインターからの計測データを受信して前記ポインターの指示点の座標を計算しデータを送受信することができるホストコンピュータとを備え、前記ポインター上の指示点を計測する目標点に接触させることにより、指示点の三次元座標を計測する三次元計測システムを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the reference example is a system for measuring a three-dimensional target point in various constructions, and measures the three-dimensional coordinates of the point irradiated and collimated to transmit / receive data. A three-dimensional measuring instrument, a reference recognition target for specifying the installation position of the three-dimensional measuring instrument, an incident angle sensor for receiving a laser and measuring the incident angle, and a rotation angle around the laser receiving axis. A pointer having a tilt sensor to be measured and an indication point to be brought into contact with a target point; measurement data from the three-dimensional measuring instrument and the pointer; calculation of coordinates of the indication point of the pointer; and transmission / reception of data A three-dimensional measurement for measuring the three-dimensional coordinates of the indicated point by contacting the target point on the pointer with the target point To provide a stem.
前述した課題を解決するため、本発明は、各種工事において三次元の目標点を位置決めし墨出しするためのシステムであって、レーザーを照射し視準した点の三次元座標を計測することができ、かつ任意の方向にレーザーを照射することができる三次元計測器と、フレーム上にプリズムとスライダとマーキング手段とが搭載され、前記三次元計測器による前記プリズムの位置計測結果をもとに前記スライダの位置を調節し、所定の位置にマーキングすることができるマーキング装置と、を備え、前記スライダは、前記フレームに対して前記マーキング装置の長手方向に移動可能とされ、前記スライダには、前記マーキング手段と反射板とが設置され、前記フレームには、前記マーキング装置の長手方向で見た前面に、受光したレーザーをスリット光とする縦方向スリットが設けられ、前記反射板には、前記縦方向スリットを通過したスリット光を重ねることにより前記スライダの移動方向を受光したレーザーの軸方向と平行とする鉛直線が記してあり、前記マーキング手段は、前記マーキング装置の長手方向で見て、前記縦方向スリットから前記鉛直線に至る直線上に設けられ、前記三次元計測器から前記目標点にレーザーを照射し、前記縦方向スリットを通過したレーザーが前記鉛直線と重なる向きに調整された前記マーキング装置の前記プリズムまでの距離を前記三次元計測器で計測し、前記プリズムから前記目標点までの水平距離だけ前記スライダが移動されて前記マーキング手段により所定の位置に墨出しさせることを特徴とする三次元位置決めシステムを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a system for positioning and marking a three-dimensional target point in various constructions, which can measure the three-dimensional coordinates of a point collimated by irradiating a laser. A three-dimensional measuring instrument capable of irradiating a laser in an arbitrary direction, and a prism, a slider, and a marking means are mounted on the frame, and based on the prism position measurement result by the three-dimensional measuring instrument. A marking device capable of adjusting a position of the slider and marking a predetermined position, and the slider is movable in a longitudinal direction of the marking device with respect to the frame. The marking means and the reflecting plate are installed, and the frame receives a laser beam received on the front surface as viewed in the longitudinal direction of the marking device. A vertical slit is provided on the reflector, and a vertical line parallel to the axial direction of the laser that receives the moving direction of the slider by overlapping the slit light that has passed through the longitudinal slit. The marking means is provided on a straight line from the longitudinal slit to the vertical line when viewed in the longitudinal direction of the marking device, and irradiates the target point with a laser from the three-dimensional measuring instrument, The distance to the prism of the marking device adjusted so that the laser passing through the vertical slit overlaps with the vertical line is measured by the three-dimensional measuring instrument, and the slider is only a horizontal distance from the prism to the target point. The three-dimensional positioning system is characterized in that the marking is moved to a predetermined position by the marking means.
好適な態様として、ポインターの入射角センサは、ピンホールと2次元位置検出デバイスとを有する。 In a preferred embodiment, the incident angle sensor of the pointer has a pinhole and a two-dimensional position detection device.
さらに好適な態様として、マーキング装置は受光するレーザー光の軸と平行になるように向きが調節可能になっている。 As a more preferable aspect, the orientation of the marking device can be adjusted to be parallel to the axis of the received laser beam.
さらに好適な態様として、マーキング装置の前記スライダは、当該マーキング装置の長手方向に沿って移動可能で移動距離を表す目盛りが付されている。 As a more preferred aspect, the slider of the marking device is provided with a scale that can move along the longitudinal direction of the marking device and represents the movement distance.
参考例による三次元位置計測及び本発明による三次元位置決めシステムによれば、
(1)三次元計測器の移動を必要としないので狭隘部でも計測が可能になる
(2)1点計測のため短時間で計測ができ、手ぶれの影響を低減できる
(3)一人での作業が可能になる
(4)間接的な計測なので、測定対象点が物陰にあってもポインターの指示点をあてれば位置を計測できる
(5)指示棒の小型化が可能である
(6)三次元計測器を設置すれば、それ以降簡単に高精度な墨出しができる
(7)調整量を直接指示することにより瞬時にかつ手動で十分な精度の調整が可能である
(8)レーザースポットを参照せず、プリズムの計測により墨出し位置を決定するので、スポット延伸の影響を受けない、等の利点が得られる。
According to the three-dimensional position measurement according to the reference example and the three-dimensional positioning system according to the present invention,
(1) It is possible to measure even in a narrow space because it does not require movement of a three-dimensional measuring instrument. (2) It can measure in a short time because of one-point measurement, and can reduce the effects of camera shake. (3) Work alone (4) Since it is an indirect measurement, even if the measurement target point is in the shadow, the position can be measured by placing the pointer pointing point. (5) The pointer can be miniaturized. (6) Three-dimensional If a measuring instrument is installed, it is possible to easily achieve high-accuracy ink marking thereafter. (7) Directly specifying the adjustment amount enables instantaneous and manual adjustment with sufficient accuracy. (8) Refer to laser spot. In this case, the inking position is determined by measuring the prism, so that there is an advantage that it is not affected by spot stretching.
図1は参考例により三次元位置計測及び本発明により三次元位置決めを行うための概略プロセスを表しており、図1Aは三次元計測器10を所定の位置に設置し、基準認識用ターゲット16とホストコンピュータ18を用いてその設置位置を計測するプロセスの外観図、図1Bは三次元計測器10とポインター12を用いて位置計測を行うプロセスの外観図、図1Cは三次元計測器10とマーキング装置14を用いて所定の位置に墨出しを行うプロセスの好適な態様を表している。 FIG. 1 shows a schematic process for performing three-dimensional position measurement according to a reference example and three-dimensional positioning according to the present invention. FIG. 1A shows a reference recognition target 16 with a three-dimensional measuring instrument 10 installed at a predetermined position. FIG. 1B is an external view of the process of measuring the installation position using the host computer 18, FIG. 1B is an external view of the process of measuring the position using the three-dimensional measuring instrument 10 and the pointer 12, and FIG. 1C is the marking of the three-dimensional measuring instrument 10 and marking. The preferred embodiment of the process of performing inking at a predetermined position using the device 14 is shown.
三次元計測器10は一般にトータルステーションと呼ばれて市販されているものが利用できる。望遠鏡で視準した点の三次元座標を、光波距離計及び水平・垂直方向の角度計測により計測することができる。また、視準線に一致したレーザー光を照射し、水平・垂直角を自動制御することで、任意の方向にレーザーを照射することができる。さらにプリズムを自動で探索・視準する機能を有する。 The three-dimensional measuring instrument 10 is generally called a total station and is commercially available. The three-dimensional coordinates of the point collimated by the telescope can be measured by a light wave rangefinder and horizontal / vertical angle measurement. In addition, it is possible to irradiate a laser in an arbitrary direction by irradiating a laser beam that coincides with the line of sight and automatically controlling the horizontal and vertical angles. Furthermore, it has a function to automatically search and collimate the prism.
ホストコンピュータ18では、オペレータとのインターフェース、三次元計測器の無線による制御、ポインターとの無線通信(操作コマンドおよび計測データの送受信)、および計測データを用いた演算を行う。 The host computer 18 performs an interface with the operator, wireless control of the three-dimensional measuring instrument, wireless communication with the pointer (transmission / reception of operation commands and measurement data), and computation using the measurement data.
基準認識用ターゲット16は、現場に設置した絶対座標系における三次元計測器の設置位置を計測するために、現場の基準点や基準線に設置するターゲットである。本発明では整準機能を有する自立型プリズムを使用する。設置位置の計測方法は、前述した特許文献にも記載されているように、従来から知られている技術である。 The reference recognition target 16 is a target installed at a reference point or a reference line on the site in order to measure the installation position of the three-dimensional measuring instrument in the absolute coordinate system installed on the site. In the present invention, a self-supporting prism having a leveling function is used. The installation position measuring method is a conventionally known technique as described in the above-mentioned patent document.
図2に示すポインター12は、レーザー光20を受光しその入射角を計測する入射角センサ30及びポインターのレーザー軸まわりの回転角を計測するための傾斜センサ25を有し、それらの出力及び三次元計測器による計測データを用いて指示点の座標を計測することができる。入射角センサ30は、ピンホール29と2次元位置検出デバイス32(例えばPSD,CCD,CMOSなど)により構成され、ピンホール29を通過したレーザーが照射される位置からレーザーの入射角度を計測する。 The pointer 12 shown in FIG. 2 has an incident angle sensor 30 that receives the laser beam 20 and measures the incident angle thereof, and a tilt sensor 25 that measures the rotation angle of the pointer around the laser axis. The coordinates of the indicated point can be measured using measurement data obtained by the original measuring instrument. The incident angle sensor 30 includes a pinhole 29 and a two-dimensional position detection device 32 (for example, PSD, CCD, CMOS, etc.), and measures the incident angle of the laser from the position irradiated with the laser that has passed through the pinhole 29.
図2に示すポインター12はさらに、作業者が把持するためのグリップ21、先端の指示点22、プリズムサーチボタン(振り向きボタン)23、計測ボタン24、受光確認ランプ26、無線通信用モデム27、プリズム28、回路・電池収納箱31を包含している。 The pointer 12 shown in FIG. 2 is further provided with a grip 21 for an operator to hold, a pointing point 22 at a tip, a prism search button (turning button) 23, a measurement button 24, a light reception confirmation lamp 26, a wireless communication modem 27, a prism. 28, a circuit / battery storage box 31 is included.
図3はポインター制御システムを表しており、図2の装置に加えて、傾斜センサ25とマイクロコンピュータ34が含まれている。 FIG. 3 shows a pointer control system, which includes a tilt sensor 25 and a microcomputer 34 in addition to the apparatus of FIG.
作業者(オペレータ)はグリップ21を把持し、指示点22を計測する点にあてて使用する。図3に示されている傾斜センサ25は、回転軸まわりに全周計測(360°)が可能で、図2における回路・電池収納箱31内に入射角センサ30の法線と回転軸が平行になるように設置されている。 An operator (operator) grips the grip 21 and uses it at the point where the indication point 22 is measured. The tilt sensor 25 shown in FIG. 3 can measure the entire circumference (360 °) around the rotation axis, and the normal line of the incident angle sensor 30 and the rotation axis are parallel in the circuit / battery storage box 31 in FIG. It is installed to become.
図4に示すマーキング装置14は、装置の長手方向に沿って印字された目盛(スケール)46に沿って移動可能なスライダ40を有する。このマーキング装置14をレーザー照射位置に設置し、装置前面の縦方向スリット50及びスライダ40に設置された受光板(反射板)51を用いてマーキング装置14をレーザー軸方向にあわせる。ここで縦方向スリット50は、レーザーを受光してスリット光とし、スライダの反射板で受光し、装置の向きを調整するのに利用される。そして、三次元計測器10によりプリズム41の位置を計測することで、プリズム41から目標位置までの軸方向距離を算出し、スライダ40の位置を手動でレール45の軸方向に調整して適切な位置にマーキング(墨出し)する。 The marking device 14 shown in FIG. 4 has a slider 40 that can move along a scale 46 printed along the longitudinal direction of the device. The marking device 14 is installed at a laser irradiation position, and the marking device 14 is aligned with the laser axis direction using a longitudinal slit 50 on the front surface of the device and a light receiving plate (reflecting plate) 51 installed on the slider 40. Here, the longitudinal slit 50 is used to adjust the direction of the apparatus by receiving a laser beam as slit light and receiving it with a reflector of the slider. Then, by measuring the position of the prism 41 by the three-dimensional measuring instrument 10, the axial distance from the prism 41 to the target position is calculated, and the position of the slider 40 is manually adjusted in the axial direction of the rail 45 to obtain an appropriate value. Mark the position.
図4に示すマーキング装置14は、さらに位置指示針42、マーキング穴43、レベル調整ねじ44,48、水準器47を包含し、これらは支持フレーム49上に搭載されている。 The marking device 14 shown in FIG. 4 further includes a position indicating needle 42, a marking hole 43, level adjusting screws 44 and 48, and a level 47, which are mounted on a support frame 49.
ポインター12による位置計測は次のようにして実行する。
(1)入射角センサの構成と計測原理
図5にポインター12に含まれる入射角センサ30の断面図を、図6に入射角センサ30による角度計測原理図を示す。図5のように、入射角センサ30はピンホール36と2次元位置検出素子32から構成される。図6のようにピンホール36にレーザー20が照射されると、ピンホール36を通過したレーザー20がスポットSとして2次元位置検出デバイス受光面に照射され、2次元位置検出デバイスの出力としてSの座標(xp,yp)が計測される。αはレーザーの入射方向を示す角度であり、以下の式で求められる。
(1) Configuration and Measurement Principle of Incident Angle Sensor FIG. 5 is a sectional view of the incident angle sensor 30 included in the pointer 12, and FIG. As shown in FIG. 5, the incident angle sensor 30 includes a pinhole 36 and a two-dimensional position detection element 32. When the laser 20 is irradiated to the pinhole 36 as shown in FIG. 6, the laser 20 that has passed through the pinhole 36 is irradiated to the light receiving surface of the two-dimensional position detection device as a spot S, and the output of S as the output of the two-dimensional position detection device. Coordinates (x p , y p ) are measured. α is an angle indicating the incident direction of the laser, and is obtained by the following equation.
βは入射角センサ30の法線方向に対するレーザー20の入射角を示し、図7に示すような入射角センサ用キャリブレーション装置60を用いて求められたβの換算式により算出される。すなわち、図7によりレーザー20の入射角βに対するセンサ出力r(式1)を計測し、図8に示すように横軸をr(mm)、縦軸をβ(度)とするグラフにプロットしたデータを最小二乗法で近似することによりβの換算式を得る。 β represents the incident angle of the laser 20 with respect to the normal direction of the incident angle sensor 30, and is calculated by a conversion formula for β obtained using an incident angle sensor calibration device 60 as shown in FIG. That is, the sensor output r (Equation 1) with respect to the incident angle β of the laser 20 is measured with reference to FIG. 7, and plotted on a graph in which the horizontal axis is r (mm) and the vertical axis is β (degrees) as shown in FIG. A β conversion formula is obtained by approximating the data by the method of least squares.
図7の入射角センサ用キャリブレーション装置60は、さらにレーザー光源61、光軸調整機構62、レーザー光源固定具63、回転機構64、水平ステージ65、連結具66、回転機構67を包含している。 The incident angle sensor calibration device 60 of FIG. 7 further includes a laser light source 61, an optical axis adjustment mechanism 62, a laser light source fixture 63, a rotation mechanism 64, a horizontal stage 65, a coupling tool 66, and a rotation mechanism 67. .
(2)指示点の座標計測の原理
図9に示すように、三次元計測器10の設置位置を原点とする座標系をΣ1、ポインター12のピンホールP0を原点とする座標系をΣ2とする。Σ1におけるポインターの指示点Pの座標は三次元計測器10により計測されるP0の座標とレーザーに対するポインターの姿勢を用いて計測することができる。ポインターの姿勢を表すパラメータは、レーザーの入射方向α、入射角度β及びレーザー軸周りの回転角γである。αとβは入射角センサにより計測することができる。γは傾斜センサで計測するが、γはα,β及びレーザーの垂直方向の照射角度θに依存するので、センサにより直接求めることができない。そのため、γは傾斜センサの出力Ψとα,β,θにより求める。
(2) Principle of Point Point Coordinate Measurement As shown in FIG. 9, the coordinate system having the origin of the installation position of the three-dimensional measuring instrument 10 is Σ 1 , and the coordinate system having the pinhole P 0 of the pointer 12 as the origin is Σ 2 . The coordinates of the pointer pointing point P in Σ 1 can be measured using the coordinates of P 0 measured by the three-dimensional measuring instrument 10 and the attitude of the pointer with respect to the laser. Parameters representing the posture of the pointer are the incident direction α of the laser, the incident angle β, and the rotation angle γ around the laser axis. α and β can be measured by an incident angle sensor. γ is measured by an inclination sensor, but γ depends on α, β and the irradiation angle θ in the vertical direction of the laser, and therefore cannot be obtained directly by the sensor. Therefore, γ is obtained from the output Ψ of the tilt sensor and α, β, θ.
図10に示すように、傾斜センサ25の出力Ψは、Σ1における重力方向のベクトルG0(→上付き)を入射角センサの受光面に正投射したベクトルG(→上付き)と、傾斜センサの計測基準方向(鉛直方向)ベクトルM(→上付き)のなす角に等しいので、次式が成り立つ。
変換前の傾斜センサ25の計測基準方向はΣ2のx軸と一致するので、ベクトルM(→上付き)はm(→上付き)=[1,0,0]Tを以下に示す手順で変換することで得られる。以下の各式においてCθはCosθ,SθはSinθをそれぞれ表す。
1)Σ2のz軸周りにγ回転する。
1) rotates γ to sigma 2 of z-axis around.
2)α,βにより変換する
図11に示すように、αとβによる変換はΣ2におけるベクトルω(→上付き)=[S(α−γ),C(α−γ),0]Tの周りにβ回転することと同義であり、以下の式で変換される。
3)Σ1においてY軸周りにθ回転する
ベクトルG(→上付き)はΣ1における重力方向ベクトルG0(→上付き)=[0,0,−1]Tを、入射角センサ受光面に正射影する行列Qで変換することにより得られる。入射角センサ受光面の方向余弦をn(→上付き)=[n1,n2,n3]Tとすると、行列Qは次式で表される。
変換前の方向余弦は、Σ2におけるz軸方向と等しく、n0(→上付き)=[0,0,1]Tと表され、これを上記と同様にα,β,γ及びθで変換すると次式のようになる。
これより、ベクトルG(→上付き)は以下のように表される。
式5及び式8を式1に代入して得られる式に、α,β,θ及びΨを代入することにより、γを求めることができる。 Γ can be obtained by substituting α, β, θ, and ψ into the equation obtained by substituting Equation 5 and Equation 8 into Equation 1.
α,β,γ及び三次元計測器により計測されるL,φ,θを用いて、ポインター指示点PのΣ1における座標を求める。図9のように、ポインター12の長さをl(小文字のエル)、ポインター軸のP0からの厚さ方向のオフセットをdとすると、変換前のPはΣ2においてP[0,l,d]と表される。式3,式4と同様の変換によりPはP’に変換される。
さらに、L,φ,θ及びΣ1におけるP0の座標[XT,YT,ZT]Tを用いて、次式により、点P’はΣ1上の点PTに変換される。
最後に、現場に設定した絶対座標系Σ0におけるΣ1の座標[X1,Y1,Z1]T及びZ0軸周りの回転角ρによって、次式を用いてPTをΣ0上の点PGに変換する。
(3)計測の手順は図12の流れ図の矢印方向に従って行われる。
ステップ70:開始
ステップ71:計測点を指示する
ステップ72:振り向きボタン(プリズムサーチボタン)を押す
ステップ73:プリズムを探す
ステップ74:レーザーを照射する
ステップ75:ポインターの姿勢を調節しレーザーを入射角センサのピンホールにあてる
ステップ76:計測ボタンを押す
ステップ77:三次元計測器、ポインターが各計算パラメータを計測する
ステップ78:指示点の座標を計算し、表示する
ステップ79:計測データを記録する
ステップ80:終了。
(3) The measurement procedure is performed in the direction of the arrow in the flowchart of FIG.
Step 70: Start Step 71: Specify the measurement point Step 72: Press the turn button (prism search button) Step 73: Search for the prism Step 74: Irradiate the laser Step 75: Adjust the position of the pointer and make the laser incident angle Step 76: Press the measurement button Step 77: CMM and pointer measure each calculation parameter Step 78: Calculate and display the coordinates of the indicated point Step 79: Record the measurement data Step 80: End.
マーキング装置14による墨出しの原理と手順は以下のようになる。
(1)計測の原理
例として床面への墨出しを取り上げる。三次元計測器10は、システムに入力された現場の絶対座標系Σ0上の目標点Pに対して、三次元計測器10の座標系Σ1の原点座標及びZ軸周りの回転角を用いてΣ1の点に変換し、それを極座標で表すことによって水平角φと高度角θを求め、その方向にレーザーを照射する。
The principle and procedure of marking out by the marking device 14 are as follows.
(1) Principle of measurement Taking ink on the floor as an example. The three-dimensional measuring instrument 10 uses the origin coordinates of the coordinate system Σ 1 of the three-dimensional measuring instrument 10 and the rotation angle around the Z axis with respect to the target point P on the absolute coordinate system Σ 0 of the site input to the system. converted to the point of sigma 1 Te, it obtains the altitude angle θ and the horizontal angle φ by expressing in polar coordinates, is irradiated with a laser in that direction.
しかし、図13に示すように、三次元計測器10の設置位置と目標点Pに高低差Δhが存在すると、目標点Pまでの水平距離LdからΔLだけずれた位置P’にレーザーが照射される。そこで、図14に示すように、マーキング装置14をレーザー照射点に設置し、三次元計測器10によりプリズムまでの水平距離L0を計測し、プリズムから目標点Pまでの水平距離L1を求める。マーキング装置14のスライダ40(図4)をレール45に沿ってL1だけ移動することにより、目標点Pにマーキングすることができる。その際、マーキング装置14の軸方向がレーザーの軸方向と平行になっている必要がある。 However, as shown in FIG. 13, the three-dimensional measuring device when the height difference between the installation position and the target point P of 10 Delta] h is present, the laser irradiation from the horizontal distance L d to the target point P in a position shifted by P '[Delta] L Is done. Therefore, as shown in FIG. 14, set up a marking device 14 to the laser irradiation point, the horizontal distance L 0 to the prism is measured by a three-dimensional measuring device 10 determines the horizontal distance L 1 from the prism to the target point P . By moving the slider 40 of the marking device 14 (FIG. 4) by L 1 along the rail 45, it is possible to mark the target point P. At that time, the axial direction of the marking device 14 needs to be parallel to the axial direction of the laser.
図15に示すように、スライダ40と一体化したレーザー反射板49には鉛直線53が記してあり、図16に示すように、マーキング装置14を設置する際に装置を整準するとともにレーザーをスリット50にあて、スリット50を通過したレーザー光が反射板49の鉛直線53と重なるように矢印方向に装置の向きを調整する。ここで、図16ではスリットを表示するため、プリズムを省略している。 As shown in FIG. 15, a vertical line 53 is marked on the laser reflector 49 integrated with the slider 40. As shown in FIG. 16, when the marking device 14 is installed, the device is leveled and the laser is emitted. The direction of the apparatus is adjusted in the direction of the arrow so that the laser beam that has passed through the slit 50 overlaps the vertical line 53 of the reflector 49. Here, in FIG. 16, the prism is omitted in order to display the slit.
(2)墨出しの手順は図17の流れ図の矢印方向に従って行われる。
ステップ90:開始
ステップ91:墨出し点の座標を入力する
ステップ92:目標点にレーザーを照射する
ステップ93:マーキング装置を設置し整準及び向きの調整をする
ステップ94:計測ボタンを押す
ステップ95:プリズムを計測する
ステップ96:目標点までの距離を表示する
ステップ97:スライダの位置を調整する
ステップ98:マーキングする
ステップ99:終了。
(2) The inking procedure is performed in the direction of the arrow in the flowchart of FIG.
Step 90: Start Step 91: Input the coordinates of the marking point Step 92: Irradiate the target point with laser Step 93: Install the marking device and adjust the leveling and orientation Step 94: Press the measurement button Step 95 : Measure the prism Step 96: Display the distance to the target point Step 97: Adjust the slider position Step 98: Mark Step 99: End.
以上詳細に説明した如く、参考例による三次元位置計測及び本発明による三次元位置決めシステムによれば、三次元計測器の移動を必要としないので狭隘部でも計測が可能になる、1点計測のため短時間で計測ができ手ぶれの影響を低減できる、一人での作業が可能になる、間接的な計測なので測定対象点が物陰にあってもポインターの指示点をあてれば位置を計測できる、指示棒の小型化が可能である、三次元計測器を設置すればそれ以降簡単に高精度な墨出しができる、調整量を直接指示することにより瞬時にかつ手動で十分な精度の調整が可能である、レーザースポットを参照せずプリズムの計測により墨出し位置を決定するのでスポット延伸の影響を受けない、などの多くの利点が得られ、その技術的価値には極めて顕著なものがある。 As described above in detail, according to the three-dimensional position measurement according to the reference example and the three-dimensional positioning system according to the present invention, since the movement of the three-dimensional measuring instrument is not required, measurement can be performed even in a narrow part. Therefore, it is possible to measure in a short time, reduce the effects of camera shake, enable one person to work, and since it is an indirect measurement, even if the measurement target point is in the shadow, the position can be measured by applying the pointer indication point The rod can be miniaturized, and if a 3D measuring instrument is installed, high-accuracy marking can be performed easily thereafter. By directly specifying the adjustment amount, adjustment with sufficient accuracy can be performed instantaneously and manually. There are many advantages, such as not being affected by spot stretching because the marking position is determined by measuring the prism without referring to the laser spot, and its technical value is extremely remarkable. .
10 三次元計測器
12 ポインター
14 マーキング装置
16 ターゲット
18 ホストコンピュータ
20 レーザー光
22 指示点
25 傾斜センサ
28 プリズム
30 入射角センサ
32 2次元位置検出デバイス
36 ピンホール
40 スライダ
45 レール
46 目盛
49 フレーム
50 スリット
51 反射板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Three-dimensional measuring instrument 12 Pointer 14 Marking apparatus 16 Target 18 Host computer 20 Laser beam 22 Pointing point 25 Inclination sensor 28 Prism 30 Incident angle sensor 32 Two-dimensional position detection device 36 Pinhole 40 Slider 45 Rail 46 Scale 49 Frame 50 Slit 51 reflector
Claims (3)
レーザーを照射し視準した点の三次元座標を計測することができ、かつ任意の方向にレーザーを照射することができる三次元計測器と、
フレーム上にプリズムとスライダとマーキング手段とが搭載され、前記三次元計測器による前記プリズムの位置計測結果をもとに前記スライダの位置を調節し、所定の位置にマーキングすることができるマーキング装置と、を備え、
前記スライダは、前記フレームに対して前記マーキング装置の長手方向に移動可能とされ、
前記スライダには、前記マーキング手段と反射板とが設置され、
前記フレームには、前記マーキング装置の長手方向で見た前面に、受光したレーザーをスリット光とする縦方向スリットが設けられ、
前記反射板には、前記縦方向スリットを通過したスリット光を重ねることにより前記スライダの移動方向を受光したレーザーの軸方向と平行とする鉛直線が記してあり、
前記マーキング手段は、前記マーキング装置の長手方向で見て、前記縦方向スリットから前記鉛直線に至る直線上に設けられ、
前記三次元計測器から前記目標点にレーザーを照射し、前記縦方向スリットを通過したレーザーが前記鉛直線と重なる向きに調整された前記マーキング装置の前記プリズムまでの距離を前記三次元計測器で計測し、前記プリズムから前記目標点までの水平距離だけ前記スライダが移動されて前記マーキング手段により所定の位置に墨出しさせることを特徴とする三次元位置決めシステム。 A system for positioning and marking three-dimensional target points in various constructions,
A three-dimensional measuring instrument capable of measuring the three-dimensional coordinates of the point collimated by irradiating the laser, and capable of irradiating the laser in an arbitrary direction;
A marking device in which a prism, a slider, and marking means are mounted on a frame, the position of the slider is adjusted based on a result of the prism position measurement by the three-dimensional measuring instrument, and marking can be performed at a predetermined position; With
The slider is movable in the longitudinal direction of the marking device with respect to the frame;
The slider is provided with the marking means and a reflector.
The frame is provided with a longitudinal slit on the front surface seen in the longitudinal direction of the marking device, with the received laser as slit light,
The reflecting plate has a vertical line written parallel to the axial direction of the laser that receives the moving direction of the slider by overlapping the slit light that has passed through the longitudinal slit,
The marking means is provided on a straight line from the longitudinal slit to the vertical line as seen in the longitudinal direction of the marking device,
The distance from the three-dimensional measuring instrument to the prism of the marking device, in which the target point is irradiated with laser and the laser that has passed through the longitudinal slit is adjusted to overlap with the vertical line, is measured with the three-dimensional measuring instrument. 3. A three-dimensional positioning system characterized by measuring and moving the slider by a horizontal distance from the prism to the target point and marking the ink at a predetermined position by the marking means.
さらに、オペレータとのインターフェースとなり、前記三次元計測器からの計測データを用いた演算が可能であり、該三次元計測器の制御が可能なホストコンピュータを備え、
前記三次元計測器は、前記ホストコンピュータとデータを送受信することができ、かつ前記プリズムを自動で探索して視準する機能を有することを特徴とする三次元位置決めシステム。
The three-dimensional positioning system according to claim 1 or 2,
Furthermore, it becomes an interface with an operator, can be operated using measurement data from the three-dimensional measuring instrument, and comprises a host computer capable of controlling the three-dimensional measuring instrument,
The three-dimensional measuring system can transmit and receive data to and from the host computer, and has a function of automatically searching and collimating the prism.
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