(57)【要約】【課題】測定距離や測定範囲を広げるとともに狭隘部の測定も可能とし、さらに水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適した座標測定方法を提供する。【解決手段】座標を測定したい測定点Ｐに向けて、第１のレーザー１の発射点Ａから第１のレーザー光を照射し、第２のレーザー２の発射点Ｂから第２のレーザー光を照射し、照射された２本のレーザー光のスポットが測定点Ｐ上で重なるように、第１のレーザー光の照射方向Ｎ１及び第２のレーザー光の照射方向Ｎ２を変化させて照準を合わせ、第１のレーザー１の発射点Ａと第２のレーザー２の発射点Ｂとを結ぶ線を基準線Ｍとし、基準線Ｍと第１のレーザー光の照射方向Ｎ１とのなす第１の角度θ１及び基準線Ｍと第２のレーザー光の照射方向Ｎ２とのなす第２の角度θ２を検出し、発射点Ａの座標と、発射点Ｂの座標と、第１の角度θ１と、第２の角度θ２とに基づいて、測定点Ｐの座標を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標を測定したい測定点に向けて、第１のレーザーの発射点から第１のレーザー光を照射し、第２のレーザーの発射点から第２のレーザー光を照射し、前記照射された２本のレーザー光のスポットが前記測定点上で重なるように、前記第１のレーザー光の照射方向及び前記第２のレーザー光の照射方向を変化させて照準を合わせ、
前記第１のレーザーの発射点と前記第２のレーザーの発射点とを結ぶ線を基準線とし、前記基準線と前記第１のレーザー光の照射方向とのなす第１の角度及び前記基準線と前記第２のレーザー光の照射方向とのなす第２の角度を検出し、
前記第１のレーザーの発射点の座標と、前記第２のレーザーの発射点の座標と、前記第１の角度と、前記第２の角度とに基づいて、前記測定点の座標を算出することを特徴とする座標測定方法。
【請求項２】
前記測定点上のスポットの重なりを外部カメラにより撮影して画像処理することにより照準を合わせることを特徴とする請求項１に記載の座標測定方法。
【請求項３】
前記第２のレーザーをカメラに替えて、
前記第１のレーザーから照射され前記測定点で反射されたレーザー光を前記カメラで受光するように、前記カメラの撮影方向を変化させて照準を合わせることを特徴とする請求項１に記載の座標測定方法。
【請求項４】
前記レーザーのレーザー発信部とレーザー投光部とを光ファイバー等により接続して離間配置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１つに記載の座標測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の測定点の座標を測定する座標測定方法に関するものである。より詳しくは、特に、水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適した座標測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザーを用いた様々な距離（変位）測定方法が提案されている。例えば、図６に示すような三角測距方式のレーザー変位計１０がある。レーザー変位計１０は、半導体レーザー１１、投光レンズ１２、受光レンズ１３及び受光素子１４を備えている。そして、対象物に半導体レーザー１１からレーザー光を照射し、対象物から反射した光を受光レンズ１３で集光し、受光素子１４上に結像する。
【０００３】
図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ（ａ）基準距離Ｐ１、（ｂ）近距離Ｐ２、（ｃ）遠距離Ｐ３の場合を示している。ここに示すように、対象物までの距離が変動すると、集光される反射光の角度が変わり、それに伴って受光素子１４上に結像する位置が変化する。この受光素子１４上の結像位置の変化が対象物の移動量と相関することから、結像位置の変化量を読み取り、対象物の移動量として測定する。
【０００４】
一方、水中環境や高放射線環境等の極限作業環境においては、電子機器や半導体などを用いた計測装置を用いることが困難であり、機械的ひずみなどを用いた接触式計測機器や、かたどり・転写を用いた測定方法が用いられてきた。また精密電子機器を用いた非接触方式の計測機器もあるものの、極限作業環境において使用するためには、防水・放射線遮蔽対策を実施する必要があるため大型となり、狭隘部の測定には適さないものであった。
【０００５】
また、特許文献１には、２台のレーザー光測距装置を使用して、見通しのきかない２点間の距離を測定するようにした、２点間距離測定装置及び２点間距離測定方法に関する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５５９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図６に示した三角測距方式のレーザー変位計１０の場合、受光素子１４上の結像範囲に限界があるため、測定距離や測定範囲が限定されてしまう。
【０００８】
また、水中環境や高放射線環境等の極限作業環境において接触式計測機器を用いる場合、測定作業が煩雑となり効率が悪い。また、精密電子機器を用いた非接触方式の計測機器を用いる場合、防水・放射線遮蔽対策を実施する必要があるため大型となり、狭隘部の測定が困難である。
【０００９】
一方、特許文献１に記載された２点間距離測定装置及び２点間距離測定方法は、レーザー光測距装置を使用するものではあるが、見通しのきかない２点間の距離を測定するためのものであり、水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適したものではない。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、測定距離や測定範囲を広げるとともに狭隘部の測定も可能とし、さらに水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適した座標測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の座標測定方法は、座標を測定したい測定点に向けて、第１のレーザーの発射点から第１のレーザー光を照射し、第２のレーザーの発射点から第２のレーザー光を照射し、前記照射された２本のレーザー光のスポットが前記測定点上で重なるように、前記第１のレーザー光の照射方向及び前記第２のレーザー光の照射方向を変化させて照準を合わせ、前記第１のレーザーの発射点と前記第２のレーザーの発射点とを結ぶ線を基準線とし、前記基準線と前記第１のレーザー光の照射方向とのなす第１の角度及び前記基準線と前記第２のレーザー光の照射方向とのなす第２の角度を検出し、前記第１のレーザーの発射点の座標と、前記第２のレーザーの発射点の座標と、前記第１の角度と、前記第２の角度とに基づいて、前記測定点の座標を算出することを特徴とする。
【００１２】
また好ましくは、前記測定点上のスポットの重なりを外部カメラにより撮影して画像処理することにより照準を合わせることを特徴とする。
【００１３】
また好ましくは、前記第２のレーザーをカメラに替えて、前記第１のレーザーから照射され前記測定点で反射されたレーザー光を前記カメラで受光するように、前記カメラの撮影方向を変化させて照準を合わせることを特徴とする。
【００１４】
また好ましくは、前記レーザーのレーザー発信部とレーザー投光部とを光ファイバー等により接続して離間配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の座標測定方法によれば、座標を測定したい測定点に向けて、第１のレーザーの発射点から第１のレーザー光を照射し、第２のレーザーの発射点から第２のレーザー光を照射し、照射された２本のレーザー光のスポットが測定点上で重なるように、第１のレーザー光の照射方向及び第２のレーザー光の照射方向を変化させて照準を合わせるので、レーザー光（スポット）を動かせる範囲が測定範囲となり、自由度が高く、測定距離や測定範囲を広げるとともに、１台の測定装置によって広い部分から狭隘部まで様々な寸法を測定することができる。また、スポットの重なりを利用するため、被測定面の状態（つや状態、色等）の影響を受けにくい。
【００１６】
また、第１のレーザーの発射点と第２のレーザーの発射点とを結ぶ線を基準線とし、基準線と第１のレーザー光の照射方向とのなす第１の角度及び基準線と第２のレーザー光の照射方向とのなす第２の角度を検出し、第１のレーザーの発射点の座標と、第２のレーザーの発射点の座標と、第１の角度と、第２の角度とに基づいて、測定点の座標を算出するので、２つのレーザー光の照射方向を決定することにより、測定点の座標を容易に測定することができる。
【００１７】
また、測定点上のスポットの重なりを外部カメラにより撮影して画像処理することにより照準を合わせることで、スポットの重なり精度を向上させることができる。また、外部カメラを測定装置と別置きにすることで、測定装置の本体をコンパクトにすることができるとともに、レーザー投光部と外部カメラの位置関係に制約がないため、狭隘部の測定に適している。
【００１８】
また、第２のレーザーをカメラに替えて、第１のレーザーから照射され測定点で反射されたレーザー光をカメラで受光するように、カメラの撮影方向を変化させて照準を合わせることで、レーザー光のスポットを重ねるのとは異なる方法によって照準を合わせることができる。
【００１９】
また、レーザーのレーザー発信部とレーザー投光部とを光ファイバー等により接続して離間配置することにより、レーザー発信部を外に別置きにして、レーザー投光部のみを水中や高放射線環境内に入れて測定することができる。レーザー投光部のみであれば、防水対策や放射線遮蔽対策が軽減されるので、故障リスクの低減やレーザー投光部のコンパクト化を行うことができる。
【００２０】
以上、本発明によれば、測定距離や測定範囲を広げるとともに狭隘部の測定も可能とし、さらに水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適した座標測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係る座標測定方法の説明図である。
【図２】実施形態１に係る座標測定方法の説明図である。
【図３】実施形態１に係る座標測定方法における画像処理の説明図である。
【図４】実施形態２に係る座標測定方法の説明図である。
【図５】実施形態３に係る座標測定方法の説明図である。
【図６】従来例に係るレーザー変位計の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態１に係る座標測定方法について説明する。図１に示すように、実施形態１に係る座標測定方法においては、第１のレーザー１、第２のレーザー２、外部カメラ３を使用する。第１のレーザー１及び第２のレーザー２は、座標を測定したい測定点に向けてレーザー光を照射するものである。使用するレーザーは、半導体レーザーが好ましいが、特に限定されるものではない。
【００２３】
また、第１のレーザー１及び第２のレーザー２には、照射方向を変化させることができるように、水平方向に回転可能な駆動機構が設けられている。回転中心はレーザー光の発射点である。回転駆動方法としては、例えばＤＣモータ等を用いることができる。なお、以下の実施形態においては、Ｘ−Ｙ平面上の座標を測定する方法について説明する。
【００２４】
次に、図２を参照して、具体的な座標測定方法について説明する。まず、座標を測定したい測定点をＰ（ｘ，ｙ）とする。また、第１のレーザー１の回転中心（発射点）を点Ａ（０，０）とし、第２のレーザー２の回転中心（発射点）を点Ｂ（Ｌ，０）とする。従って、第１のレーザー１と第２のレーザー２との距離（点Ａと点Ｂとの距離）はＬである。これは言い換えると、既知の距離Ｌだけ離れた２つのレーザーに対して、座標（０，０）及び座標（Ｌ，０）を割り振るというものである。
【００２５】
次に、第１のレーザーの発射点から第１のレーザー光を照射し、第２のレーザーの発射点から第２のレーザー光を照射する。そして、第１のレーザー光及び第２のレーザー光の照射方向を変化させて、測定点Ｐに照準を合わせる。このとき、照射された２本のレーザー光のスポットが測定点Ｐ上で重なるようにする。最初に一方のレーザーの照準を合わせてから他方のレーザーの照準を合わせてもよいし、両方のレーザーの照準を同時に合わせてもよい。レーザーの回転は測定者がＤＣモータの操作ボタンを操作しながら回転させるのが基本であるが、後述する画像処理を利用して自動化してもよい。
【００２６】
次に、照準を合わせた状態で、第１の角度θ１及び第２の角度θ２を検出する。ここで、第１のレーザー１の発射点Ａと第２のレーザー２の発射点Ｂとを結ぶ線を基準線Ｍ、第１のレーザー光の照射方向をＮ１、第２のレーザー光の照射方向をＮ２とする。第１の角度θ１は基準線Ｍと照射方向Ｎ１とのなす角度であり、第２の角度θ２は基準線Ｍと照射方向Ｎ２とのなす角度である。角度の検出は、各レーザーの回転駆動機構の旋回角度を検出することにより行う。
【００２７】
次に、第１のレーザー１の発射点Ａの座標（０，０）と、第２のレーザー２の発射点Ｂの座標（Ｌ，０）と、第１の角度θ１と、第２の角度θ２とに基づいて、測定点Ｐの座標（ｘ、ｙ）を算出する。測定点Ｐの座標（ｘ，ｙ）は以下の式により算出される。なお、算出は別途ソフトウェアを組み込んで行うとよい。
ｘ＝Ｌｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
ｙ＝Ｌｔａｎθ１ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
以上により、測定点Ｐの座標を測定することができる。なお、測定される座標は、点Ａの座標（０，０）及び点Ｂの座標（Ｌ，０）に対する相対座標である。
【００２８】
２本のレーザー光のスポットの重なりの判断は、外部カメラ３を利用して行う。外部カメラ３は、測定点Ｐ上のスポットの重なりを撮影するものである。外部カメラ３に撮影された測定点Ｐの画像は、別途組み込まれたソフトウェアにより画像処理されて、スポットの重なりが判断される。判断方法としては、図３に示すような光量もしくは輝度値のピークを重ね合わせる方法や、レーザー光を色違いにして色で判定する方法を用いることができる。そして、予め定めた判断基準値になるまでレーザーを回転させて照射方向を変化させる。この回転操作については自動化してもよい。
【００２９】
なお、画像処理は必ずしも必要ではなく、カメラで撮影した画像を見て測定者が判断しながら、２本のレーザー光のスポットを測定点Ｐ上に重ねるようにしてもよい。さらに外部カメラを用いずに、単に作業者が目視のみで行ってもよい。もちろん、外部カメラや画像処理を利用することにより精度を向上させることができるし、一方で目視による方法は精度は低いが単純な方法であり外部カメラも不要である。
【００３０】
実施形態１に係る座標測定方法によれば、座標を測定したい測定点Ｐに向けて、第１のレーザー１の発射点Ａから第１のレーザー光を照射し、第２のレーザー２の発射点Ｂから第２のレーザー光を照射し、照射された２本のレーザー光のスポットが測定点Ｐ上で重なるように、第１のレーザー光の照射方向及び第２のレーザー光の照射方向を変化させて照準を合わせるので、レーザー光（スポット）を動かせる範囲が測定範囲となり、自由度が高く、測定距離や測定範囲を広げるとともに、１台の測定装置によって広い部分から狭隘部まで様々な寸法を測定することができる。また、スポットの重なりを利用するため、被測定面の状態（つや状態、色等）の影響を受けにくい。
【００３１】
また、第１のレーザー１の発射点Ａと第２のレーザー２の発射点Ｂとを結ぶ線を基準線Ｍとし、基準線Ｍと第１のレーザー光の照射方向Ｎ１とのなす第１の角度θ１及び基準線Ｍと第２のレーザー光の照射方向Ｎ２とのなす第２の角度θ２を検出し、第１のレーザー１の発射点Ａの座標（０，０）と、第２のレーザー２の発射点Ｂの座標（Ｌ，０）と、第１の角度θ１と、第２の角度θ２とに基づいて、測定点Ｐの座標（ｘ，ｙ）を算出するので、２つのレーザー光の照射方向を決定することにより、測定点Ｐの座標（ｘ，ｙ）を容易に測定することができる。
【００３２】
また、測定点Ｐ上のスポットの重なりを外部カメラ３により撮影して画像処理することにより照準を合わせることで、スポットの重なり精度を向上させることができる。また、外部カメラ３を測定装置と別置きにすることで、測定装置の本体をコンパクトにすることができるとともに、レーザー投光部と外部カメラ３の位置関係に制約がないため、狭隘部の測定に適している。
【００３３】
次に、図４を参照して、本発明の実施形態２に係る座標測定方法について説明する。なお、実施形態１に係る座標測定方法と同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
実施形態２に係る座標測定方法は、実施形態１に係る座標測定方法における第２のレーザー２をカメラ４に替えたものである。カメラ４には、第２のレーザー２と同様に、撮影方向を変化させることができるように、水平方向に回転可能な駆動機構が設けられている。回転中心はカメラレンズの位置である。回転駆動方法としては、例えばＤＣモータ等を用いることができる。
【００３５】
具体的な座標測定方法は基本的に実施形態１と同様である。まず、座標を測定したい測定点をＰ（ｘ，ｙ）とする。また、第１のレーザー１の回転中心（発射点）を点Ａ（０，０）とし、カメラ４の回転中心（カメラレンズの位置）を点Ｂ（Ｌ，０）とする。従って、第１のレーザー１とカメラ４との距離（点Ａと点Ｂとの距離）はＬである。これは言い換えると、既知の距離Ｌだけ離れた第１のレーザーとカメラ４に対して、座標（０，０）及び座標（Ｌ，０）を割り振るというものである。
【００３６】
次に、第１のレーザーの発射点から第１のレーザー光を照射する。そして、第１のレーザー光の照射方向及びカメラ４の撮影方向を変化させて、測定点Ｐに照準を合わせる。このとき、第１のレーザー１から照射され測定点Ｐで反射されたレーザー光をカメラ４で受光するように、カメラ４の撮影方向を変化させる。例えば、予めカメラ４の受光素子上の位置を特定しておいて、その特定した位置で反射光を受光するように撮影方向を調整すればよい。照準を合わせた後の手順は、実施形態１に係る座標測定方法と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
実施形態２に係る座標測定方法によれば、第２のレーザー２をカメラ４に替えて、第１のレーザー１から照射され測定点Ｐで反射されたレーザー光をカメラ４で受光するように、カメラ４の撮影方向を変化させて照準を合わせることで、レーザー光のスポットを重ねるのとは異なる方法によって照準を合わせることができる。受光素子範囲＋カメラ動作範囲にて測定が可能となり、より広範囲における測定を行うことができる。
【００３８】
次に、図５を参照して、本発明の実施形態３に係る座標測定方法について説明する。なお、実施形態１に係る座標測定方法と同一の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
実施形態３に係る座標測定方法は、実施形態１に係る座標測定方法におけるレーザーについて、レーザー発信部とレーザー投光部を分離したものである。図５に示すように、レーザー発信部５とレーザー投光部６，６とは分離されており、光ファイバー７等により接続されて離間配置されている。また、レーザー投光部６，６には、照射方向を変化させることができるように、水平方向に回転可能な駆動機構が設けられている。回転中心はレーザー光の発射点である。回転駆動方法としては、例えばＤＣモータ等を用いることができる。なお、レーザー発信部５は、レーザー投光部６，６毎にそれぞれ設けてもよい。
【００４０】
図５において、レーザー発信部５は、水中や高放射線環境内などの極限作業環境下の外側に別置きにされている。一方、レーザー投光部６，６は、水中や高放射線環境内に入れられている。そして、レーザー投光部６，６に設けられた駆動機構により、レーザー光の照射方向を変化させるようになっている。具体的な座標測定方法は基本的に実施形態１と同様であるので説明を省略する。なお、実施形態２におけるレーザ１についても、同様にレーザー発信部とレーザー投光部とを分離した構成にすることが可能である。
【００４１】
実施形態３に係る座標測定方法によれば、レーザーのレーザー発信部５とレーザー投光部６，６とを光ファイバー７等により接続して離間配置することにより、レーザー発振部５を外に別置きにして、レーザー投光部６，６のみを水中や高放射線環境内に入れて測定することができる。レーザー投光部６，６のみであれば、防水対策や放射線遮蔽対策が軽減されるので、故障リスクの低減やレーザー投光部６，６のコンパクト化を行うことができる。
【００４２】
以上、本発明によれば、測定距離や測定範囲を広げるとともに狭隘部の測定も可能とし、さらに水中環境や高放射線環境等の極限作業環境に適した座標測定方法を提供することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、Ｘ−Ｙ平面上の座標を測定する方法について説明したが、これを３次元に拡張することも可能である。その場合には、上記実施形態において説明した第１の角度θ１及び第２の角度θ２を水平方向の角度と仰角とに分解して算出することにより適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  レーザー
２  レーザー
３  カメラ
４  カメラ
５  レーザー発信部
６  レーザー投光部
７  光ファイバー
１０  レーザー変位計
１１  半導体レーザー
１２  投光レンズ
１３  受光レンズ
１４  受光素子
Ｍ  基準線
Ｎ１  照射方向
Ｎ２  照射方向
Ｎ３  撮影方向
θ１  第１の角度
θ２  第２の角度
【図１】
2014134475.tif 000003
【図２】
2014134475.tif 000004
【図３】
2014134475.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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