(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなるレーザーマーキング装置を用いたレーザーマーキング方法であって、
所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度、距離を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておき、
レーザーマーキングに当たり、取得したマーキング位置までの距離データと、前記相対角度データとから、前記レーザー光投射装置からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量及び伏仰方向回転量を演算した結果に基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング方法。
【請求項２】
前記マーキング位置までの距離データの取得は、視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準した際に、前記測量機の測距機能による計測によって行う請求項１記載のレーザーマーキング方法。
【請求項３】
前記マーキング位置までの距離データの取得は、距離データが事前に既知或いは推定可能とされる場合は、当該距離データを前記演算制御装置への入力によって行う請求項１記載のレーザーマーキング方法。
【請求項４】
前記レーザーマーキング装置において、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定は、両者を平行としてある請求項１〜３いずれかに記載のレーザーマーキング方法。
【請求項５】
前記レーザーマーキング装置において、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定は、両者間に相対角度を持たせてある請求項１〜３いずれかに記載のレーザーマーキング方法。
【請求項６】
前記測量機を任意点に設置し、予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点を視準し、これら基準点を視準した測距・測角データから後方交会法により、当該測量機の設置点座標を求めるようにする請求項１〜５いずれかに記載のレーザーマーキング法。
【請求項７】
レーザーマーキングの対象が、トンネル施工時のマーキングである請求項１〜６いずれかに記載のレーザーマーキング方法。
【請求項８】
測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなり、初期設定時において前記望遠鏡部と前記レーザー光投射装置とにオフセット量が無いレーザーマーキング装置を用いたレーザーマーキング方法であって、
所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておき、
レーザーマーキングに当たり、前記相対角度データに基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング方法。
【請求項９】
測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなるレーザーマーキング装置であって、
前記演算制御装置は、所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度、距離を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行って得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求め、レーザーマーキングに当たり、取得したマーキング位置までの距離データと、前記相対角度データとから、前記レーザー光投射装置からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量及び伏仰方向回転量を演算した結果に基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング装置。
【請求項１０】
測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなり、初期設定時において前記望遠鏡部と前記レーザー光投射装置とにオフセット量が無いレーザーマーキング装置であって、
前記演算制御装置は、所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行って得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求め、レーザーマーキングに当たり、前記相対角度データに基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル、その他の建設工事において、装薬点や作業基準点等をレーザーによってマーキングするための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、山岳トンネルにおける発破掘削に際しては、切羽断面における発破装着点（削孔点）や掘削形状（外周）等をマーキングするために、レーザーによるマーキング方法が採用されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、レーザー光を投射するレーザー発振器と光波によって距離を測定する光波測角測距儀とを、レーザー光の光軸と光波の光軸とが平行になるように一体としたレーザー光投射装置と；このレーザー光投射装置を支持して、鉛直方向および水平方向に駆動する駆動装置と；前記光波測角測距儀からの測角測距データとトンネル形状情報に基づいて前記駆動装置を作動させてレーザー光投射装置を鉛直方向および水平方向に移動させる演算制御装置と；を有し、前記レーザー光投射装置および前記駆動装置を切羽断面手前の位置に設置するとともに、予めその設置座標を知っておき、座標が既知の別の基準点を前記光波測角測距儀により視準し、この視準による前記設置座標からの測角測距データを得て、他方で、前記演算制御装置に与えられた計画トンネル線形および計画トンネル断面形状に基づいて、前記切羽断面上における作業基準点を設定し、前記演算処理装置で前記測角測距データに基づいて前記作業基準点に向けての前記設置座標からの鉛直角度および水平角度を演算し、その鉛直角度および水平角度で前記駆動装置を作動させてレーザー光投射装置を振って、前記作業基準点にレーザー光を投射させ、順次切羽断面上に作業基準点をレーザー光の照射によるマーキングを行うトンネル断面のマーキング方法が開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２では、レーザ装置を、レーザ光が測距、測角用光軸と平行又は同軸になるように設けた測量機を、トンネル内の任意位置に設置し、予め位置が測量されている第１の２点に対して前記測量機で測距、測角を行なって測量機の設置位置を求め、次いで前記測量機でトンネル切羽面上の一点と、該切羽面と前記測量機との間の第２の２点に対して測距、測角を行なって各点の位置を求め、設計・計画トンネル線形、トンネル断面形状より得られた切羽面における設計・計画トンネルのトンネル中心点及び発破点の位置から、前記第１の２点のうちの１点に対するトンネル中心点及び発破点の水平回転角及び垂直回転角を求め、該水平回転角及び垂直回転角で前記レーザ装置を振ってトンネル中心点及び発破点にレーザ光を照射してトンネル中心点及び発破点をマーキングし、前記測量機を移動し、その位置から前記第１の２点が視準できない時は、前記第２の２点を第１の２点として用いることを特徴とするトンネル三次元測量方法が開示されている。
【０００５】
これらレーザーマーキング法においては、前記光波測角測距儀（測量機）の視準方向と、前記レーザー光投射装置（レーザー装置）のレーザー光投射方向とが平行となるように、前記光波測角測距儀（測量機）と前記レーザー光投射装置（レーザー装置）とが一体的に組み付けられた測量機器（以下、レーザーマーキング装置という。）が使用される。
【特許文献１】特公平７−１０３７７０号公報
【特許文献２】特許第２９５５７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、前記レーザーマーキング方法の場合には、測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー投射方向とが平行であることを前提として、レーザーマーキングを行うものである。
【０００７】
しかし、トンネル内におけるマーキングの場合、前記レーザーマーキング装置は発破振動、重機振動などの過酷な条件に常時晒されたままであるため、下記に示すような問題が生じていた。
(1)強烈な発破振動や重機の振動などの影響により、レーザー装置の固定ネジが緩み、レーザー光照射角度に誤差が生じることがあった。その結果、間違った位置に掘削を行ってしまい、後の管理測量によってはじめてその事実に気付き、再度、掘削のし直しを強いられることがあった。当然に、余分に掘削した部分については、コンクリート打設によって充填を行う必要が生じ、多大な手間と費用、時間が余計に掛かり多大な損害を被ることがあった。
【０００８】
前述した測量ミスが生じる原因の一つとして、測量作業員の固定観念がある。すなわち、レーザーマーキング装置自体が高価な精密製品であり、測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー光とは絶えず平行であるという思い込みがあるため、作業員は測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー光とにズレが生じていないかの検査を怠ることが多く、測量ミスが生じる原因の一因となっている。
(2)上記対策として、ズレ点検用にチェック用ターゲットを別途設置し、レーザー投射方向にずれが生じていないかを日常的にチェックすることも可能である。しかし、トンネルの場合、チェック用ターゲットやレーザーマーキング装置を固定したトンネル壁面は、トンネル掘削による応力開放により常にその位置は変位しているため、チェック用ターゲットが動いているのか、発信元のレーザー装置の向きがずれているのかが特定できなかった。
(3)測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー光とが平行な角度から僅かでもずれた場合（誤差が生じた場合）、長い照射距離においては大きな照射誤差となるため、直ちに調整する必要がある。しかし、このレーザー装置の調整には熟練した技能が必要であることから、現場の技術者では対応出来ない場合が多く、メーカーに点検・再調整のために返却する必要があり、代替機器が到着するまで、トンネル施工が中断し、甚大なる損失が発生する場合があった。
【０００９】
一方、上記特許文献１，２では、前記測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー投射方向とは平行とされ、マーキング位置をレーザー光で照射するとされるが、実際には視準点とレーザー投射点とには鉛直方向に数十mmのオフセットが生じている。そのため、トンネル断面にレーザーマーキングを行う場合には、レーザー投射点からオフセット分だけ、下方向へのシフト量をメジャーで測り、ペンキ等でマーキングすることになり、レーザー投射点に直接マーキングできない点で手間が余計に掛かっていた。
【００１０】
他方で、トンネル断面へのマーキングでは、各掘削サイクル毎に発破装着孔を削孔するためにトンネル断面へマーキングを行うが、トンネル断面へのマーキングでは特定の狭い角度範囲でのみ頻繁に、測量機（望遠鏡部を支持する装置部分）を水平方向に繰り返し往復回転させることになる。そのため、望遠鏡部を支持する装置部分を水平回転可能に支持しているスリップリング部分において、回転角度の読取りセンサーとの接触がある特定の狭い角度範囲でのみで行われることになり、摩耗や劣化が部分的に加速度的に進行すること等により、部品交換のサイクルが通常よりも短くなるとともに、接触不良や電気的短絡により機器のフリーズ、レスポンス不良、信号伝送エラーなどを起こすことがあった。
【００１１】
そこで本発明の第１の課題は、測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー投射方向が平行であるか両者間にズレが生じているかに拘わらず、常時高精度のレーザーマーキングを可能とするとともに、レーザー投射点に直接マーキングできるようにしたレーザーマーキング方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
第２に、望遠鏡部を支持する装置部分を水平回転可能に支持しているスリップリングの摺動範囲を分散化又は拡大することにより、部品の延命化を図るとともに、機器のフリーズ、レスポンス不良、信号伝送エラーなどの障害を極力無くすようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなるレーザーマーキング装置を用いたレーザーマーキング方法であって、
所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度、距離を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておき、
レーザーマーキングに当たり、取得したマーキング位置までの距離データと、前記相対角度データとから、前記レーザー光投射装置からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量及び伏仰方向回転量を演算した結果に基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング方法が提供される。
【００１４】
上記請求項１記載の本発明においては、測量機の視準方向とレーザー光投射装置のレーザー投射方向とのズレの有無を問題視しないマーキング方法を採用するものである。
【００１５】
すなわち、本発明では、レーザーマーキングに当たって事前に、所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度、距離を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量データから、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておくようにする。
【００１６】
そして、従来はマーキング位置を望遠鏡部で視準した段階で終わっていたマーキングを、その段階から更に、マーキング位置までの距離データを取得したならば、このマーキング位置までの距離データと、前記相対角度データとから、前記レーザー光投射装置からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量及び伏仰方向回転量を演算し、前記駆動部を駆動させてマーキング位置にレーザー光を投射させるようにする。
【００１７】
以上のように、本発明ではマーキング方法が、測量機の視準方向とレーザー光投射装置のレーザー投射方向とのズレの有無に拘わらず、そのズレ量を吸収し、両者間のズレを問題視しないマーキング方法となっているため、常時高精度のレーザーマーキングを可能とすることができる。
【００１８】
また同時に、望遠鏡部の視準点と、レーザー光投射点のズレを修正し、レーザー投射点に直接レーザー光を投射するマーキング方法であるため、レーザー投射点からオフセット分だけシフトさせてマーキングする手間が無くなり、レーザー光投射点に直接ペンキ等でマーキングを行えばよいため、大幅な省力化が可能となる。
【００１９】
請求項２に係る本発明として、前記マーキング位置までの距離データの取得は、視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準した際に、前記測量機の測距機能による計測によって行う請求項１記載のレーザーマーキング方法が提供される。前記マーキング位置までの距離データは、視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準した際に前記測量機の測距機能による計測によって取得することができる。
【００２０】
請求項３に係る本発明として、前記マーキング位置までの距離データの取得は、距離データが事前に既知或いは推定可能とされる場合は、当該距離データを前記演算制御装置への入力によって行う請求項１記載のレーザーマーキング方法が提供される。請求項２記載の発明のように、マーキング位置までの距離データは測距によって取得すれば精度は向上するが、事前に既知である場合や、ある程度の精度で想定可能な場合には、この値を演算制御装置へ入力することによって取得することも可能である。例えば、現実のトンネル施工では、掘削データから距離程から既知か、推定可能である場合、或いは鋼製支保工の配置位置から推定可能な場合には、これらから計算した又は推定した距離データを使用することも行われている。
【００２１】
請求項４に係る本発明として、前記レーザーマーキング装置において、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定は、両者を平行としてある請求項１〜３いずれかに記載のレーザーマーキング方法が提供される。
【００２２】
上記請求項４記載の本発明は、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定を平行とするものである。メーカーから購入したレーザーマーキング装置の場合には、初期設定として、望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向とが平行であるため、これをそのまま使用する場合の態様である。
【００２３】
その後の使用に伴って、望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向とにズレが生じてきたとして、本レーザーマーキング方法はそのズレ量を完全に吸収するシステムとなっているため、何ら問題なく継続的に使用することができる。
【００２４】
請求項５に係る本発明として、前記レーザーマーキング装置において、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定は、両者間に相対角度を持たせてある請求項１〜３いずれかに記載のレーザーマーキング方法が提供される。
【００２５】
上記請求項５記載の本発明では、前記望遠鏡部の視準方向と前記レーザー光投射装置のレーザー光投射方向との初期設定を、当初から両者間に相対角度（鉛直方向相対角度、水平方向相対角度）を持たせた設定としている。すなわち、敢えて両者間に相対角度を持たせることにより、望遠鏡部を支持している装置部分を水平回転可能に支持しているスリップリング部分において、回転角度の読取りセンサーとの接触摺動範囲（以下、センサー摺動面という。）を、分散化又は拡大することが可能となるため、部品の延命化が図れるようになるとともに、機器のフリーズ、レスポンス不良、信号伝送エラーなどの障害を極力無くすことが可能となる。
【００２６】
前記相対角度は任意としてよい。極端な例としては例えば、平面的に１２０〜１８０度の角度差を持たせ、望遠鏡視準時には使用しない反対側のスリップリング面を、レーザー光投射時のセンサー摺動面として設定することも可能である。また、前記相対角度は定期的に変更することにより、局部的な摩耗や劣化の進行を防止することが可能となる。
【００２７】
請求項６に係る本発明として、前記測量機を任意点に設置し、予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点を視準し、これら基準点を視準した測距・測角データから後方交会法により、当該測量機の設置点座標を求めるようにする請求項１〜５いずれかに記載のレーザーマーキング法が提供される。
【００２８】
上記請求項６記載の本発明では、測量機を任意点に設置し、予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点を視準し、これら基準点を視準した測距・測角データから後方交会法により、当該測量機の設置点座標を求めるようにするものである。上記特許文献１記載のように、測量機の設置座標の他の測量機器で測量する場合には、測量機の盛替えや移動の度に、設置座標を測量するために他の測量機器が必要になるとともに、機器座標の測定作業（機器据え付け〜基準点視準）にも複数の作業員を必要とし、設置にも時間が掛かっていた。
【００２９】
本発明では、基本的に測距・測角を行う測量機器の設置座標については、これを不動点として捉えず、測量毎に２点の基準点からその設置座標を特定するようにしている。従って、測量に当たり、基準点２点を視準できる位置であれば、前記測量機器を坑内作業の制約を受けない任意点に設置することが可能となり、自由度が大幅に向上する。また、測量機器の盛り替えや移動作業も予めその設置座標を知っておく必要がないため、少人数で迅速に作業が完了できるようになる。
【００３０】
請求項７に係る本発明として、レーザーマーキングの対象が、トンネル施工時のマーキングである請求項１〜６いずれかに記載のレーザーマーキング方法が提供される。
【００３１】
上記請求項７記載の発明は、本発明が適用されるレーザーマーキングをトンネル施工時のマーキング、例えばトンネル切羽断面への削孔位置マーキングや掘削形状（外周）等のマーキングとするものである。本発明は、測量機の視準方向とレーザー光投射装置のレーザー投射方向とのズレの有無に拘わらず、そのズレ量を吸収し、両者間のズレを問題視しないマーキング方法であるため、レーザーマーキング装置が発破振動、重機振動などの過酷な条件に常時晒されたままであるトンネル施工等のマーキングに対して好適とされる。
【００３２】
請求項８に係る本発明として、測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなり、初期設定時において前記望遠鏡部と前記レーザー光投射装置とにオフセット量が無いレーザーマーキング装置を用いたレーザーマーキング方法であって、
所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておき、
レーザーマーキングに当たり、前記相対角度データに基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング方法が提供される。
【００３３】
上記請求項８記載の発明は、特に初期設定時において前記望遠鏡部と前記レーザー光投射装置とにオフセット量が無いレーザーマーキング装置を用いたレーザーマーキング方法の場合である。オフセット量が無い場合は、レーザーマーキングに当たり、望遠鏡部の視準手順時に距離を計測する必要がなく、かつマーキング時にマーキング位置までの距離データを取得する必要がない。相対角度データに基づいて、その分だけ角度を振って、マーキング位置にレーザー光を投射させるようにすればよい。
【００３４】
請求項９に係る本発明として、測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなるレーザーマーキング装置であって、
前記演算制御装置は、所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度、距離を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行って得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求め、レーザーマーキングに当たり、取得したマーキング位置までの距離データと、前記相対角度データとから、前記レーザー光投射装置からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量及び伏仰方向回転量を演算した結果に基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング装置が提供される。
【００３５】
請求項１０に係る本発明として、測距、測角のための視準を行う望遠鏡部を備え、かつ前記望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備えた測量機と、該測量機の望遠鏡部に取り付けられたレーザー光投射装置と、各種演算並びに前記測量機からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置とからなり、初期設定時において前記望遠鏡部と前記レーザー光投射装置とにオフセット量が無いレーザーマーキング装置であって、
前記演算制御装置は、所定位置に設けた視準ターゲットを前記望遠鏡部で視準し、その際に水平角度、鉛直角度を計測する望遠鏡部の視準手順と、前記視準ターゲットにレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測するレーザー光の視準手順とを行って得られた測量結果から、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求め、レーザーマーキングに当たり、前記相対角度データに基づき、マーキング位置にレーザー光を投射させるように前記駆動部を駆動させることを特徴とするレーザーマーキング装置が提供される。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳説のとおり本発明によれば、測量機の視準方向とレーザー光投射装置のレーザー投射方向が平行であるか両者間にズレが生じているかに拘わらず、常時高精度のレーザーマーキングを可能とするとともに、レーザー投射点に直接マーキングできるようになる。
【００３７】
また、望遠鏡部を支持する装置部分を水平回転可能に支持しているスリップリングの摺動範囲を分散化又は拡大することにより、部品の延命化を図るとともに、機器のフリーズ、レスポンス不良、信号伝送エラーなどの障害を極力無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００３９】
本トンネル断面へのレーザーマーキング方法は、図１に示されるように、トンネル切羽Ｓの手前側位置に、レーザーマーキング装置１が設置され、トンネル切羽Ｓの装薬点（削孔点）に対してマーキングを行うものである。なお、図示例では、三脚を用いて路盤上に設置したが、各種重機の走行や作業の障害とならないように、天端に吊り下げるように設置してもよい。
【００４０】
前記レーザーマーキング装置１は、測距、測角のための視準を行う望遠鏡部２を備え、かつ前記望遠鏡部２を支持する装置部分を水平方向に回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部２を伏仰方向に揺動駆動させる駆動部を備える測量機３（トータルステーション）と、該測量機３の望遠鏡部２に取り付けられたレーザー光投射装置４と、各種演算並びに前記測量機３からの測距測角データ、マーキング位置データに基づいて前記駆動部を制御する演算制御装置５（コンピューター）からなるもので、図示例では前記演算制御装置５に無線機６が取り付けられ、作業員が携帯するハンディターミナル７と無線通信可能とされ、前記ハンディターミナル７により前記測量機３の動作（レーザーマーキングの開始／終了、後方交会法による自己座標の取得、望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度測定、前記望遠鏡部２を支持する装置部分を水平方向に回転駆動及びその微調整、前記望遠鏡部２を伏仰方向に揺動駆動及びその微調整等）を遠隔制御可能となっている。
【００４１】
ここで、本レーザーマーキング装置１においては、望遠鏡部２の視準軸とレーザー光の投射軸とは平行であることを要件としない。従って、メーカー側からレーザー光投射装置付きの測量機として購入した場合には、通常は望遠鏡部２の視準軸とレーザー光の投射軸とは平行に調整されているため、これをそのまま使用することができるし、特に望遠鏡部２の視準軸とレーザー光の投射軸とを異ならせることによるメリットを享受するために敢えて、望遠鏡部２の視準軸とレーザー光の投射軸とを異ならせた仕様でメーカー側に発注したものを使用することができる。これらの測量機３は、強烈な発破振動や重機の振動などの影響により、レーザー光投射装置４の固定ネジが緩み、レーザー光照射角度に誤差が生じることになっても、何らの障害もなく、そのまま継続的に使用することができる。
【００４２】
一方、トンネル坑内には、予め座標が既知とされる少なくとも２つの基準点、図示例では２つの基準点８，９が設置されるとともに、好ましくは前記測量機３と正対する位置に望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度を測定するための視準ターゲット１０が設置されている。
【００４３】
以下、上記レーザーマーキング装置１を用いたトンネル切羽Ｓへの削孔位置マーキングについて手順に従いながら詳述する。
【００４４】
〔測量機３の自己座標の取得〕
本測量方法では、前記測量機３の位置を基本的に固定点と考えない測量方法を採用している。すなわち、前述のように、予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点８，９をトンネル坑内に設置するとともに、これら２点の基準点８，９を視準可能な任意の位置に前記測量機３を据え付け、該測量機３により前記２点の基準点８，９を視準して得た測距・測角データを前記演算制御装置５に伝送し、後方交会法により前記測量機３の設置座標（３次元座標）を求めるようにする。この測量機３の設置座標の特定作業は各種測量が行われる前に基本的には必ず行われるとともに、設置座標の位置ズレが生じていないかの照査のために適宜の時間間隔毎に行われるようになっている。
【００４５】
〔望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データの測定〕
図２(A)に示されるように、視準ターゲット１０を前記望遠鏡部２で視準し、その際の水平角度、鉛直角度、距離を計測し、前記演算制御装置５に記憶する望遠鏡部２の視準手順と、次いで図２(B)に示されるように、前記視準ターゲット１０にレーザー光を投射しその際の水平角度、鉛直角度を計測し、前記演算制御装置５に記憶するレーザー光の視準手順とを行い、これら２つの視準手順から得られた測量結果から、前記望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データ（鉛直角α、水平角β）を求める。この相対角度データは前記演算制御装置５に記憶され、次のレーザーマーキング時に、レーザー光をマーキング位置に対して、直接的かつ高精度で投射するために使用される。上記望遠鏡部２の視準手順と、レーザー光の視準手順とはどちらを先に行ってもよい。
【００４６】
前記視準ターゲット１０としては、例えば反射板又はプリズムなどを好適に使用することができ、視準点が十字表示などによって１点で特定されているものを使用するのが望ましい。
【００４７】
なお、上記相対角度の測定では、前記視準ターゲット１０の設置座標を演算制御装置５に予め入力しておけば、前記ハンディターミナル７の「相対角度の測定」の開始ボタンを押せば、前記望遠鏡部２の視準線を前記視準ターゲット１０に自動的に向けることが可能である。また、望遠鏡部２の視準点の微調整は、前記ハンディターミナル７によって手動で行うことも可能である。
【００４８】
〔切羽Ｓへのレーザーマーキング〕
以上の準備作業が終了したならば、掘削サイクル毎にトンネル切羽Ｓに削孔位置マーキングを行う。
【００４９】
マーキング作業は、先ず演算制御装置５又はハンディターミナル７において、「後方交会」ボタンを選択することにより、測量機３の望遠鏡部２が基準点２点８，９を視準することにより自己座標Ｏ（測量機３の設置座標）を確定する。
【００５０】
次いで、測量機３からトンネル切羽Ｓまでの距離Ｌを測定することにより、或いは他の測量により切羽Ｓのトンネル線形距離ＴＤが既知とされるならば、そのトンネル線形距離ＴＤが入力され、トンネル切羽Ｓの位置が特定される。なお、前記トンネル切羽Ｓまでの測距は、切羽Ｓの任意点にプリズムを設置して測距を行っても良い。可能であるならばノンプリズムで測距を行ってもよい。
【００５１】
一方、前記演算制御装置５には、予め計画トンネルの線形情報や計画トンネル断面形状などのデータが入力されており、切羽Ｓの位置データが取得されることにより、マーキング位置データ（図５の示すｉ＝１〜ｎまでのマーキング位置の各座標）が計算される。
【００５２】
かくして、前記測量機３により基準点８，９の内の一方を視準した状態を基準とした、マーキング位置（ｉ＝１）に向けての（水平角度、鉛直角度）が演算されるとともに、その（水平角度、鉛直角度）で前記望遠鏡部２を支持する装置部分を水平方向に水平角度分だけ回転駆動させるとともに、前記望遠鏡部２を鉛直角度分だけ伏仰方向に揺動駆動させることにより、図３(A)に示されるように、マーキング位置（ｉ＝１）を前記望遠鏡部２により視準する。
【００５３】
この段階では、前記望遠鏡部２の視準点（マーキング位置（ｉ＝１））と、レーザー光の投射点Ａとは符合していない。従って、前記相対角度データに基づいて、レーザー光をマーキング位置（ｉ＝１）に対し投射するためにマーキング位置修正を行う。
【００５４】
該マーキング位置修正は、マーキング位置（ｉ＝１）を望遠鏡部２で視準した際にマーキング位置（ｉ＝１）までの距離Ｌを測量機３の測距機能により計測しておく。前記望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データ（鉛直角α、水平角β）は既知であるから、前記マーキング位置（ｉ＝１）までの測距データＬから、レーザー投射面での水平方向修正量Δｘ、鉛直方向修正量Δｙが求まり、かつこれからレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平方向回転量Δθ１、伏仰方向回転量Δγ１が演算される。図４に前記伏仰方向回転量Δγ１の算出要領を示す。測量機３から切羽Ｓまでの距離がＨであるとすると、鉛直方向修正量Δｙ＝Ｌtanα＋ｈ（ｈは望遠鏡部２とレーザー光投射装置４とのオフセット量）となる。従って、前記鉛直方向修正量Δｙから望遠鏡部２における伏仰方向回転量Δγ１が求まる。
【００５５】
後は、図３(B)に示されるように、演算制御装置５からの指令により、望遠鏡部を支持する装置部分を水平方向にΔθ１だけ回転させるとともに、望遠鏡部２を伏仰方向にΔγ１だけ回転させるように駆動させることにより、マーキング位置（ｉ＝１）に対して正確にレーザー光が投射されるようになる。
【００５６】
以降のマーキング位置（ｉ＝２〜ｎ）については、基準点８，９の内の一方を視準することなく、マーキング位置（ｉ＝１）を基準点とする相対的位置関係により、水平方向回転量Δθ（i=2〜n）、伏仰方向回転量Δγ（i=2〜n）が演算され、順にマーキングが行われる。
【００５７】
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、レーザーマーキングに当たり、マーキング位置までの距離データは、マーキング位置を前記望遠鏡部で視準した際の計測によって取得するようにしたが、既知であるならばその距離を入力し、或いは推定が可能であるならば、推定した距離を入力するようにしてもよい。例えば、トンネル施工では、掘削データから距離程から既知か推定可能である場合、或いは鋼製支保工の配置位置から推定可能な場合には、これらから計算した又は推定した距離データを入力するようにしてもよい。
(2)上記形態例では、望遠鏡部２とレーザー光投射装置４とにオフセット量が生じているため、望遠鏡部の視準手順時に視準ターゲットまでの距離を計測し、かつレーザーマーキングに当たり、マーキング位置までの距離データを取得するようにしたが、望遠鏡部２とレーザー光投射装置４とのオフセット量が無い場合には、望遠鏡部の視準手順時に視準ターゲットまでの距離を計測する必要がなく、かつレーザーマーキングに当たり、マーキング位置までの距離データを取得する必要がない。
(3)上記形態例では、トンネルの切羽Ｓへの削孔位置マーキングに対して本発明を適用した場合について述べたが、本発明は前記削孔位置マーキング以外に種々のマーキングに適用することが可能である。
(4)上記形態例では、望遠鏡部２の上部にレーザー光投射装置４を搭載するようにしたが、取付位置に望遠鏡部２と共に可動できれば、側部又は下部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】トンネル切羽Ｓへのレーザーマーキングの機器等の配置図である。
【図２】望遠鏡部２の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度の測定要領を示す図である。
【図３】トンネル切羽Ｓへのレーザーマーキング要領を示す図である。
【図４】レーザー光を前記マーキング位置に投射させるための伏仰方向回転量Δγ１の算出要領を示す図である。
【図５】トンネル切羽Ｓへのマーキング位置を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…レーザーマーキング装置、２…望遠鏡部、３…測量機、４…レーザー光投射装置、５…演算制御装置、６…無線機、７…ハンディターミナル、８・９…基準点、１０…視準ターゲット
【要約】
【課題】測量機の視準方向とレーザー装置のレーザー投射方向が平行であるか両者間にズレが生じているかに拘わらず、常時高精度のレーザーマーキングを可能とするとともに、レーザー投射点に直接マーキングできるようにする。
【解決手段】事前に、視準ターゲット１０を前記望遠鏡部２で視準し水平角度、鉛直角度、距離を計測する第１手順と、前記視準ターゲット１０にレーザー光を投射し水平角度、鉛直角度を計測する第２手順とを行い、前記望遠鏡部の視準方向に対するレーザー光投射方向の相対角度データを求めておき、実際にマーキング位置を望遠鏡部２で視準したならば、その際に前記マーキング位置までの測距データを取得し、該測距データと、前記相対角度データから、レーザー装置４からのレーザー光を前記マーキング位置に投射させるための水平及び伏仰方向回転量を演算し、マーキング位置にレーザー光を投射させる。
【選択図】図３
【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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