(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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機と、
レーザーを受光しかつレーザーを照射することが可能な計測・墨出し装置と、
前記三次元計測機及び前記計測・墨出し装置からの計測データを受信して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、
前記計測・墨出し装置が、鉛直軸線周りに回転可能なセンサーハウジングと、前記センサーハウジングの回転と独立して回転可能の２自由度回転機構に支持されたレーザー距離計とを有し、
前記センサーハウジングに、前記三次元計測機から照射されるレーザーの入射角度を計測する入射角センサーと、レーザー受光軸まわりの回転角を計測する傾斜センサーと、前記三次元計測機からレーザーを照射されるプリズムとが搭載され、
前記プリズムに照射されたレーザーは前記入射角センサーに照射されるように配置されていることを特徴とする三次元位置計測及び墨出しシステム。
【請求項２】
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機と、
レーザーを受光しかつレーザーを照射することが可能な計測・墨出し装置と、
前記三次元計測機及び前記計測・墨出し装置からの計測データを受信して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、
前記計測・墨出し装置が、鉛直軸線周りに回転可能なセンサーハウジングと、前記センサーハウジングの回転と独立して回転可能の２自由度回転機構に支持されたレーザー距離計とを有し、
前記センサーハウジングに、前記三次元計測機から照射されるレーザーの入射角度を計測する入射角センサーと、レーザー受光軸まわりの回転角を計測する傾斜センサーと、前記三次元計測機からレーザーを照射されるプリズムとが搭載され、
前記プリズムに照射されたレーザーは前記入射角センサーに照射されるように配置されている三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法であって、
前記計測・墨出し装置の前記レーザー距離計が前記２自由度回転機構を用いてレーザーを計測したい点に照射し、前記三次元計測機が前記プリズムを探索して当該プリズムへとレーザーを照射し、前記複数のセンサーからのデータに基づいて前記ホストコンピュータが計測位置を算出することを特徴とする三次元位置計測方法。
【請求項３】
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機と、
レーザーを受光しかつレーザーを照射することが可能な計測・墨出し装置と、
前記三次元計測機及び前記計測・墨出し装置からの計測データを受信して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、
前記計測・墨出し装置が、鉛直軸線周りに回転可能なセンサーハウジングと、前記センサーハウジングの回転と独立して回転可能の２自由度回転機構に支持されたレーザー距離計とを有し、
前記センサーハウジングに、前記三次元計測機から照射されるレーザーの入射角度を計測する入射角センサーと、レーザー受光軸まわりの回転角を計測する傾斜センサーと、前記三次元計測機からレーザーを照射されるプリズムとが搭載され、
前記プリズムに照射されたレーザーは前記入射角センサーに照射されるように配置されている三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法であって、
前記三次元計測機から墨出し位置にレーザーを照射し、前記墨出し位置付近に前記計測・墨出し装置を設置し、前記三次元計測機が前記プリズムを探索して当該プリズムへとレーザーを照射し、前記複数のセンサーからのデータに基づいて前記ホストコンピュータが墨出し位置を算出し、前記計測・墨出し装置がコンピュータが算出した墨出し位置へとレーザーを照射することを特徴とする三次元位置墨出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建設などの各種工事現場等における位置計測、及び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し、特に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機（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を図るシステムの改良に関する。
【０００２】
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機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。三次元計測機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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３４０２９「位置測量方法」では、目標位置となる追尾ターゲット上にレーザー発振器を搭載し、測定点上の自動追尾型位置センサーが追尾ターゲットを自動探索して位置データをワイヤレス送信し、さらにレーザー発振器から鉛直下方にマーキング用のレーザー光を照射する。この方法では、ターゲット位置のフィードバックによる微調整が必要となる。
【０００５】
【特許文献２】特開２００７−５１９１０「レーザー光を用いる三次元座標計測または墨出し方法および位置決め方法」では、光路可視化モジュール内で２方向から照射したレーザー光の光路の交点を基準点とし、基準点から鉛直下方の位置を三次元的に特定して座標位置または墨出し位置としている。
【０００６】
【特許文献３】特開２００７−１１８１６５「墨位置記録装置」では、三次元計測機により提示されたマークポイントの位置に対してマーキングロボットによりマーキングを行う。マーキングロボットのスタンプ先端からレーザー光線が照射され、スタンプポイントをマークポイントに一致させてマーキングを行う。
【０００７】
【特許文献４】特開２００５−２５７６５６「ＰＣ（ＣＡＤ）操作レーザー墨出し器」では、２台以上の墨出し器から出されるラインレーザーの交点で墨出し位置を示すようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、従来の三次元計測機での位置計測は、三次元計測機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。
【０００９】
本発明の第１の目的は、狭隘部での計測を可能にする三次元位置計測及び墨出しシステムを提供することにある。
本発明の第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位置計測及び墨出しシステムを提供することにある。
本発明の第３の目的は、障害物の背後にある床面や壁面でも位置の計測と墨出しが可能な三次元位置計測及び墨出しシステムを提供することにある。
本発明の第４の目的は、かかる三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法としての三次元位置計測方法を提供することにある。
本発明の第５の目的は、かかる三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法としての三次元位置墨出し方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題を解決するため、本発明はその第１の態様において、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機と、レーザーを受光しかつレーザーを照射することが可能な計測・墨出し装置と、前記三次元計測機及び前記計測・墨出し装置からの計測データを受信して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る。
さらに、前記計測・墨出し装置が、鉛直軸線周りに回転可能なセンサーハウジングと、前記センサーハウジングの回転と独立して回転可能の２自由度回転機構に支持されたレーザー距離計とを有し、前記センサーハウジングに、前記三次元計測機から照射されるレーザーの入射角度を計測する入射角センサーと、レーザー受光軸まわりの回転角を計測する傾斜センサーと、前記三次元計測機からレーザーを照射されるプリズムとが搭載され、前記プリズムに照射されたレーザーは前記入射角センサーに照射されるように配置されていることを特徴とする三次元位置計測及び墨出しシステムを提供する。
【００１１】
本発明はその第２の態様において、前記三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法としての三次元位置計測方法を提供する。この使用方法は、前記計測・墨出し装置の前記レーザー距離計が前記２自由度回転機構を用いてレーザーを計測したい点に照射し、前記三次元計測機が前記プリズムを探索して当該プリズムへとレーザーを照射し、前記複数のセンサーからのデータに基づいて前記ホストコンピュータが計測位置を算出することを特徴としている。
【００１２】
本発明はその第３の態様において、前記三次元位置計測及び墨出しシステムの使用方法としての三次元位置墨出し方法を提供する。この使用方法は、前記三次元計測機から墨出し位置にレーザーを照射し、前記墨出し位置付近に前記計測・墨出し装置を設置し、前記三次元計測機が前記プリズムを探索して当該プリズムへとレーザーを照射し、前記複数のセンサーからのデータに基づいて前記ホストコンピュータが墨出し位置を算出し、前記計測・墨出し装置がコンピュータが算出した墨出し位置へとレーザーを照射することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、本発明では、レーザー照射機能を有し視準方向を自動制御可能な三次元計測機（トータルステーション）を用いることによって、建設現場での計測及び墨出しが一人でできるようになる。つまり、計測は望遠鏡で視準した位置の三次元座標を自動で計測することができ、墨出しは指定した位置にレーザーを自動で照射することによって指示することができる。従来、トータルステーション単体では、直接視準できない位置に対しては計測・墨出しができないという根本的な課題を、本発明では以下のようにして解決した。
【００１４】
本発明による計測及び墨出しシステムは、トータルステーションから照射されるレーザーを受光してその入射角と方位角を計測するセンサー（入射角センサー）と、重力方向からの傾斜角を計測するセンサー（傾斜センサー）を有し、さらにレーザー距離計とその向きを設定するための２自由度回転機構を有する。トータルステーションから照射されるレーザーの入射角と方位角および装置の傾斜角と、トータルステーションにより計測される装置の位置座標によって、装置の位置と姿勢を計測することができる。
【００１５】
計測時は、手動または自動により、２自由度回転機構を調節してレーザーを計測したい位置に照射し、レーザー距離計による測距値と２自由度回転機構の回転角度によって、レーザー照射点の三次元座標を計測することができる。さらに墨出し時は、手動または自動により２自由度回転機構の回転角度を目標とする墨出し位置から算出した角度に制御することで、目的とする位置にレーザーを照射することができる。本発明では、この計測及び墨出しシステムにより、トータルステーションからでは直接視準できない位置の計測と墨出しを実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による三次元位置計測及び位置決めシステム及びその使用方法によれば、
（１）三次元計測機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）レーザー距離計による指示のため、計測範囲を固定せず、たわみ等による精度低下も生じない
（４）レーザーを斜めに照射できるため、障害物の横から回り込んで計測をすることができ、障害物の高さに制限がない
（５）レーザーを斜めに照射できるため、障害物の横から回り込んで位置指示と墨出しをすることができ、障害物の高さに制限がない
（６）墨出し装置の設置場所に制限がない
（７）レーザーを斜めに照射できるため、障害物の背後にある床面の点を指示することができ、壁面への指示も可能となる
（８）三次元計測機は移動せず、小型の墨出し装置を適当な場所に設置することで、墨出しが可能である
（９）機械的な墨出しのため、一定の精度を確保することができる
（１０）装置を置くだけでよく、作業が容易である、等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三次元計測機の設置位置の計測方法を示す斜視図。
【図２】本発明による三次元位置計測及び墨出しシステムの概略図。
【図３】計測・墨出し装置と２自由度回転機構の斜視図。
【図４】入射角センサーと傾斜センサーの斜視図。
【図５】入射角センサーの断面図。
【図６】入射角センサーの角度計測原理図。
【図７】座標系の設定を示す斜視図。
【図８】傾斜センサーの傾斜角を示す斜視図。
【図９】角度α，β，γによる変換を表す斜視図。
【図１０】計測・墨出し装置での座標を示す斜視図。
【図１１】本発明のシステムによる計測手順を表す流れ図。
【図１２】レーザー照射位置の修正を示す正面図。
【図１３】本発明のシステムによる墨出し手順を表す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明のシステムにより三次元位置計測及び墨出しを行うための前段階を表しており、三次元計測機１０を適当な位置に設置し、レーザー２０を基準認識用ターゲット１６に向けて照射し、コントローラを内蔵する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である。
【００１９】
三次元計測機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。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ものが市販されており、本発明のシステムではその自動探索機能を有する三次元計測機を使用する。
【００２０】
ホストコンピュータ１８はコントローラを内蔵し、オペレータとのインターフェース、三次元計測機の無線による制御、計測・墨出し装置（図２）との無線通信（操作コマンドおよび計測データの送受信）、および計測データの収集とそれらを用いた演算処理を行う。
【００２１】
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機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。本発明のシステムでは、前段階として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従来から知られている技術であり、本発明では計測・墨出し時に三次元計測機１０を移動させる必要がないので、あらかじめ正確に測定された位置に正しく設置することができれば、図１の工程は省略することができる。
【００２２】
本発明による計測及び墨出しシステムの全体図を図２に示す。図２Ａは三次元計測機１０と計測・墨出し装置１２を用いて位置計測を行うプロセスの外観図、図２Ｂは三次元計測機１０と計測・墨出し装置１２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。各プロセスの詳細については後述する。
【００２３】
図３は、本発明のシステムにおける計測・墨出し装置の構成を表しており、図３Ａは計測・墨出し装置１２の全体図、図３Ｂはその内部の２自由度回転機構２２の回転の向きを表している。計測・墨出し装置１２は、鉛直軸線周りに回転可能なセンサーハウジング２１と、２自由度回転機構２２に支持されたレーザー距離計１４とを有し、センサーハウジング２１に、前記三次元計測機からのレーザーを受光する入射角センサー３０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ー（内蔵）２５と、三次元計測機１０からの位置を計測されるプリズム３４とが搭載され、三脚２４によって自立可能に支持されている。図３Ｂに示すように、２自由度回転機構２２は、レーザー距離計１４のレーザー照射方向を変化させるためのもので、鉛直軸線３７まわりに約３６０°回転可能（回転角度ω1 ）で、レーザー距離計１４の軸線３８まわりに約９０°回転可能（回転角度ω2 ）となっている。
【００２４】
図４は、入射角センサー３０を円盤状に形成し、傾斜センサー２５を平板状に形成した模式図である。入射角センサー３０は、三次元計測機から照射されるレーザーが入射する角度を計測するものであり、レーザーの受光点を原点とし受光面に対して垂直にＺｐ軸を定義したローカル座標系Σｐにおいて、レーザーとＺｐ軸のなす角β（入射角）およびレーザーのＸｐＹｐ平面への投影線がＸｐ軸となす角α（方位角）を求めることができるセンサーである。
【００２５】
図５に入射角センサ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（例えばＰＳＤ）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。
【数１】
0005538929.tif 000002
【００２６】
図６において、βは入射角センサ３０の法線方向に対するレーザー２０の入射角を示す。
【００２７】
図３及び図４に示すように、傾斜センサー２５は、入射角センサー３０のＺｐ軸まわりの回転角ψを計測するもので、傾斜センサー２５の回転軸がＺｐ軸に平行になるように配置されている。これらのセンサーを収めたセンサーハウジング２１は、装置の中心軸周りに回転可能であり、さらに入射角センサー３０のレーザー受光点と同心円上にプリズム３４が設置されていて、センサーハウジング２１を回転することにより、プリズム３４に照射されたレーザーを入射角センサー３０に照射することができるようになっている。これにより、三次元計測機の自動プリズム探索機能を利用して計測・墨出し装置１２を自動探索することができる。さらに、レーザー距離計を搭載した２自由度の回転機構２２（手動式、自動式どちらも可）により、目的とする位置にレーザーを照射することができる。
【００２８】
なお、図３に示す形態は主に水平面より下側の点に対して計測及び墨出しをする場合に有利であるが、三脚を装置の上下に反転できるような構造にすることによって、水平面より上側の点の計測及び墨出しに有利な形態に変形させることも可能である。
【００２９】
ここで、本発明による計測及び墨出しシステムの理論について説明する。
（１）理論式の導出
はじめに、計測・墨出し装置１２のレーザー距離計１４によりレーザーが照射された位置の三次元座標を表す計算式を導出する。図７に示すように、三次元計測機１０の設置位置を原点とする座標系をΣ1 、計測・墨出し装置１２のレーザー受光点Ｐ0 を原点とする座標系をΣ2 とする。計測・墨出し装置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は入射角センサー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、傾斜センサーの出力ψとは必ずしも一致しない。そこでまず、ψ，α，β，θを用い、以下に記す方法によってγを導出する。
【００３０】
図８に示すように、傾斜センサー２５の出力Ψは、Σ1 における重力方向のベクトルＧ0 （→上付き）を入射角センサーの受光面に正投射したベクトルＧ（→上付き）と、傾斜センサーの計測基準方向（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。
【数２】
0005538929.tif 000003
【００３１】
変換前の傾斜センサー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。
【数３】
0005538929.tif 000004
【００３２】
２）α，βにより変換する
図９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。
【数４】
0005538929.tif 000005
【００３３】
３）Σ1 においてＹ軸周りにθ回転する
【数５】
0005538929.tif 000006
【００３４】
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、入射角センサー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。
【数６】
0005538929.tif 000007
【００３５】
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。
【数７】
0005538929.tif 000008
【００３６】
これより、ベクトルＧ（→上付き）は以下のように表される。
【数８】
0005538929.tif 000009
【００３７】
式５及び式８を式２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。
【００３８】
計測・墨出し装置１２のレーザー照射点について、計測・墨出し装置の座標系Σ2 上の点Ｐ2 から絶対座標系Σ0 上の点Ｐ0 に順次変換する。図１０に示すように、Σ2 において計測・墨出し装置のレーザー距離計により計測される長さをｋ、Ｚ軸から２自由度回転機構までの長さをｋ0 、原点ＯからＺ軸方向のオフセットをｄとし、さらに２自由度回転機構の回転角度をそれぞれω1 、ω2 とする。
【００３９】
１）ω1 、ω2 により変換する。
【数９】
0005538929.tif 000010
【００４０】
２）Σ2 のＺ軸周りにγ回転する。
【数１０】
0005538929.tif 000011
【００４１】
３）α，βにより変換する
【数１１】
0005538929.tif 000012
【００４２】
次に、Σ2 から三次元計測機の座標Σ1 へ変換する。三次元計測機による測定結果（φ，θ，Ｌ）によって次のように変換される。
【数１２】
0005538929.tif 000013
【００４３】
最後に、現場に設定した絶対座標系Σ0 におけるΣ1 の座標［Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ］T 及びＺ0 軸周りの回転角ρによってＰ1 をΣ0 上の点Ｐ0 に変換する。
【数１３】
0005538929.tif 000014
ここで、［Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ］T 及びρは、三次元計測機を現場に設置した際に、図１の基準認識用ターゲットなどを用いて、現場の基準点を参照することにより求められる値である。
【００４４】
（２）計測方法
計測したい位置に計測・墨出し装置１２のレーザーを照射し、三次元計測機によって入射角センサーの受光部にレーザーを照射する。各パラメータ［ω1 ，ω2 ，ｋ，α，β，γ，φ，θ，Ｌ］を計測し、［Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ］T 及びρと共に式１３の右辺に代入して計算すると、レーザー照射点の座標［Ｐ0X，Ｐ0Y，Ｐ0Z］T を求めることができる。
【００４５】
計測は図１１の流れ図の矢印方向に従って行われる。
ステップ５０：開始
ステップ５１：計測・墨出し装置のレーザーを計測したい点に照射する
ステップ５２：プリズム探索指令を出す
ステップ５３：三次元計測機がプリズムを探索しレーザーを照射する
ステップ５４：センサーハウジングを回転しレーザーを入射角センサーにあてる
ステップ５５：計測指令を出す
ステップ５６：各センサーによりパラメータ［ω1 ，ω2 ，ｋ，α，β，γ，φ，θ，Ｌ］を計測する
ステップ５７：計測・墨出し装置のレーザー照射点の座標を求める
ステップ５８：操作画面に表示する
ステップ５９：計測結果を記録する
ステップ６０：次の計測を続けるか同化判断する
ステップ６１：終了
【００４６】
計測・墨出し装置１２による墨出しの原理と手順は以下のようになる。
三次元計測機１０は、システムに入力された目標墨出し位置を三次元計測機の座標系Σ1 上の点に変換し、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。このとき、レーザー照射面に対し、レーザーの入射角（照射面の法線との角度）が大きい場合、レーザースポットが延伸し正確な照射位置を得ることが困難となる。また、三次元計測機と目標位置との間に障害物が存在する場合、レーザー照射による直接的な位置指示は不可能である。このような場合に、本発明の計測及び墨出しシステムが有効となる。
【００４７】
まず、図１に示すように三次元計測機１０の設置位置を測定し、次に三次元計測機によるレーザー照射位置から目標位置をおおよそ推測し、その付近に障害物がある場合はそれを回避する位置に計測・墨出し装置１２を設置する。三次元計測機が計測・墨出し装置のプリズムを自動探索し、レーザーを照射する。
【００４８】
計測の場合と同様に、三次元計測機によって入射角センサーの受光部にレーザーをあてて、三次元計測機による計測値及び入射角センサー、傾斜センサーによる計測値［α，β，γ，φ，θ，Ｌ］を求め、式１３の右辺に代入する。一方、目標とする墨出し座標Ｐd ＝［ＰdX，ＰdY，ＰdZ］T を左辺に代入すると、式１３はω1 ，ω2 ，ｋを未知数とする連立方程式となり、以下のようになる。
【数１４】
0005538929.tif 000015
ただし、ｆはω1 ，ω2 及びｋを変数とする関数を表す。この連立方程式を解いてω1 ，ω2 を求める。
【００４９】
次に、２自由度回転機構の回転角度をω1 ，ω2 に設定し、計測・墨出し装置のレーザーを照射すると同時に照射面までの距離ｋ1 を計測する。ω1 ，ω2 及び計測されたｋ1 を式１３の左辺に代入するとレーザー照射点の座標Ｐ0 が求められる。ここで、建築施工誤差などにより想定した位置に面が存在しない場合、Ｐ0 はＰd と異なる。墨出しをする対象物（床、天井、壁など）に応じて調整する方向を決め、墨出し座標の目標値Ｐd を修正する。
【００５０】
例えば、床面への墨出しの場合、図１２に示すように、床面の高低差Δｈにより、目標墨出し位置Ｐd に対してずれた位置Ｐ0 にレーザーが照射される。床面への墨出しでは、照射点の平面位置（ＰdX，ＰdY）が重要であり、高さＰdZは床面に成り行きでよいため、ＰdX，ＰdYは変更せず、ＰdZを例えばＰeZに変更する。変更された目標墨出し位置Ｐd ’を再度式１４に代入して、ω1 ’，ω2 ’を算出する。２自由度回転機構の回転角度を新たに算出されたω1 ’，ω2 ’に設定し、レーザーを照射して距離ｋ2 を計測する。そして再度式１３の右辺に代入し照射点座標Ｐ0 ’を求める。これを繰り返すことによって、最終的に目標値の近傍で実在する座標点にレーザーを照射し、目標点にマーキングすることができる。
【００５１】
図１３は墨出しプロセスの流れ図である。墨出し点の座標指定は、パーソナルコンピュータの操作画面から直接入力することも可能であり、予め作成した座標データファイルを読み込むことによっても可能である。また、プリズム探索指令および墨出し位置指令は、操作画面に設置されたボタンによってシステムに送信される。
【００５２】
墨出しの手順は図１３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：墨出し位置の座標を指定する
ステップ７２：三次元計測機から墨出し位置にレーザーを照射する
ステップ７３：計測・墨出し装置を墨出し目標位置付近に設置する
ステップ７４：プリズム探索指令を出す
ステップ７５：プリズムを探索し、レーザーを照射する
ステップ７６：センサーハウジングを回転しレーザーを入射角センサーにあてる
【００５３】
ステップ７７：墨出し位置を指示する指令を出す
ステップ７８：各計測データから計測墨出し装置のレーザー照射角（ω1 ，ω2）を算出する
ステップ７９：計測・墨出し装置のレーザーの向きを設定し、照射する
ステップ８０：照射点までの距離ｋ1 を計測する
ステップ８１：（ω1 ，ω2 ，ｋ1 ）から照射点の座標Ｐ0 を求め目標座標Ｐdと比較する
ステップ８２：Ｐd −Ｐ0 ＜許容値かどうか判断する
ステップ８３：目標座標Ｐd を修正する
ステップ８４：次の墨出し点に進むかどうか判断する
ステップ８５：終了。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上詳細に説明した如く、本発明による三次元位置計測及び墨出しシステムによれば、三次元計測機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、三次元計測機を設置すればそれ以降簡単に高精度な墨出しができる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。
【符号の説明】
【００５５】
１０  三次元計測機          １２  計測・墨出し装置
１４  レーザー距離計        １６  ターゲット
１８  ホストコンピュータ    ２０  レーザー
２１  センサーハウジング    ２２  ２自由度回転機構
２５  傾斜センサー          ３０  入射角センサー
３４  プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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