(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体とスタッフとを備え、前記装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部と、この回転部の回転角度検出手段と、前記回転部上に所定の角度離して配置され、鉛直面に対して互いに反対方向に所定の角度傾けた平面内に一対の第１および第２平面ビームを出射する第１および第２発光部と、この第１および第２発光部からそれぞれ出射した前記第１および第２ビームの前記スタッフからの反射光を受光して電気信号に変換する第１および第２受光部と、前記回転角度検出手段と前記第１およひ第２受光部との信号に基づいて、前記第１および第２受光部が前記反射光を受光した瞬間の水平角を検出する水平角検出手段とを有し、前記スタッフは、被測定点に立設される支持部と、この支持部の長手方向に沿って設けられた複数の反射手段とを有し、前記装置本体またはスタッフのいずれか一方に設置され、前記水平角検出手段で検出された水平角と、前記装置本体の位置と、前記第１および第２ビームの配置定数と、前記反射手段の配置定数とに基づいて、前記被測定点の座標値を演算する処理装置とからなる三次元座標測定装置において、前記第１および第２受光部が前記反射手段からの反射光を受光可能な範囲で、前記第１および第２発光部の作動を間欠的に制御する制御回路を設け、前記制御回路は、前記回転角度検出手段から送出される始動，停止信号に基づいて前記第１および第２発光部を作動させ、前記第１および第２受光部が前記第１および第２ビームの反射光を受光した際に送出される検出信号に基づいて前記第１および第２発光部の作動を停止することを特徴とする三次元座標測定装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記回転角度検出手段から送出される始動，停止信号に基づいて前記第１発光部を作動させ、前記第１受光部が前記第１ビームの最終反射光を受光した後に、その検出信号に基づいて前記第１発光部の作動を停止するとともに前記第２発光部を作動させ、前記第２受光部が前記第２ビームの最終反射光を受光した後に、その検出信号に基づいて前記第２発光部の作動を停止することを特徴とする請求項１記載の三次元座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元座標測定装置に関し、特に、この種の測定装置の電力消費量と被爆量との低減化を図る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空間の特定点の三次元座標を測定する手段として、鉛直面に対して異なった角度に設定された略ハ字形のレーザービームを、特定点上に設けた反射手段に照射することで、特定点の三次元座標値を求める装置が知られており、その一例が、例えば、特開平６−２２９７１５号公報に開示されている。
【０００３】
この公報に記載されている三次元座標測定装置は、装置本体とスタッフとを備えている。装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部と、この回転部の回転角度検出手段と、回転部上に所定の角度離して配置され、鉛直面に対して互いに反対方向に所定の角度傾けた平面内に一対の第１および第２ビームを出射する第１および第２発光部と、この第１および第２発光部からそれぞれ出射した第１および第２ビームのスタッフからの反射光を受光して電気信号に変換する第１および第２受光部と、回転角度検出手段と第１およひ第２受光部との信号に基づいて、第１および第２受光部が反射光を受光した瞬間の水平角を検出する水平角検出手段とを有している。
【０００４】
また、スタッフは、被測定点に下端を押し当てるようにして立設される支持部と、この支持部の長手方向に沿って設けられた複数の反射手段とを有し、装置本体またはスタッフのいずれか一方に演算処理装置が設置される。そして、この演算処理装置で、水平角検出手段で検出された水平角と、装置本体の位置座標と、第１および第２ビームの配置定数と、反射手段の配置定数とに基づいて、被測定点の三次元座標値を演算する。
【０００５】
ところが、このような構成の従来の三次元座標測定装置には、以下に説明する技術的課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記公報に開示されてる三次元座標測定装置では、測定中、常時第１および第２発光部を作動させて、第１および第２ビームを出射していたので、消費電力が大きくなるという問題があった。この場合、特に、上記公報に開示されている測定装置では、スタッフの反射手段にビームを照射して、その反射光を第１および第２受光部で受光する構成を採用しているので、第１および第２発光部の出力を透過式のものよりも大きくしなければならないので、消費電力がより一層大きくなるとともに、発光部の出力を増強すると、スタッフを支持している作業者に大きなエネルギーのビームが照射され、被爆量が増大するので、その低減が求められていた。
【０００７】
また、常時第１および第２ビームを出射する構成では、周囲のガラス面などで反射した光線が受光部に受光される可能性が大きくなるので、測定精度を向上させるために、特別の手段を設ける必要もあって、装置の構成が複雑化するという問題もあった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、構成の複雑化を招くことなく、消費電力と被爆とが低減される三次元座標測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、装置本体とスタッフとを備え、前記装置本体は、鉛直軸回りに回転する回転部と、この回転部の回転角度検出手段と、前記回転部上に所定の角度離して配置され、鉛直面に対して互いに反対方向に所定の角度傾けた平面内に一対の第１および第２平面ビームを出射する第１および第２発光部と、この第１および第２発光部からそれぞれ出射した前記第１および第２ビームの前記スタッフからの反射光を受光して電気信号に変換する第１および第２受光部と、前記回転角度検出手段と前記第１およひ第２受光部との信号に基づいて、前記第１および第２受光部が前記反射光を受光した瞬間の水平角を検出する水平角検出手段とを有し、前記スタッフは、被測定点に立設される支持部と、この支持部の長手方向に沿って設けられた複数の反射手段とを有し、前記装置本体またはスタッフのいずれか一方に設置され、前記水平角検出手段で検出された水平角と、前記装置本体の位置と、前記第１および第２ビームの配置定数と、前記反射手段の配置定数とに基づいて、前記被測定点の座標値を演算する処理装置とからなる三次元座標測定装置において、前記第１および第２受光部が前記反射手段からの反射光を受光可能な範囲で、前記第１および第２発光部の作動を間欠的に制御する制御回路を設け、前記制御回路は、前記回転角度検出手段から送出される始動，停止信号に基づいて前記第１および第２発光部を作動させ、前記第１および第２受光部が前記第１および第２ビームの反射光を受光した際に送出される検出信号に基づいて前記第１および第２発光部の作動を停止するようにした。
上記構成の三次元座標測定装置によれば、第１および第２受光部が前記反射手段からの反射光を受光可能な範囲で、第１および第２発光部の作動を間欠的に制御する制御回路を設け、前記制御回路に、前記回転角度検出手段から送出される始動，停止信号に基づいて前記第１および第２発光部を作動させ、前記第１および第２受光部が前記第１および第２ビームの反射光を受光した際に送出される検出信号に基づいて前記第１および第２発光部の作動を停止する機能を付加しているので、第１および第２ビームの出射が測定に影響を及ぼすことなく間欠的に行われ、消費電力や被爆を低減することができる。
前記制御回路は、前記回転角度検出手段から送出される始動，停止信号に基づいて前記第１発光部を作動させ、前記第１受光部が前記第１ビームの最終反射光を受光した後に、その検出信号に基づいて前記第１発光部の作動を停止するとともに前記第２発光部を作動させ、前記第２受光部が前記第２ビームの最終反射光を受光した後に、その検出信号に基づいて前記第２発光部の作動を停止することができる。
また、請求項２の構成によれば、回転角度検出手段から送出される信号と、ビームの反射光を受光した際に送出される検出信号とに基づいて、発光部の作動を間欠的に制御するので、装置本体とスタッフとを設置し、回転部を回転させると自動的にビームが間欠出射される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態について添附図面を参照して詳細に説明する。図１から図５は、本発明にかかる三次元座標測定装置の一実施例を示している。同図に示す三次元座標測定装置は、装置本体１とスタッフ２とを備えている。装置本体１には、鉛直軸Ｖの回りを回転する回転部３が設けられている。
【００１０】
回転部３には、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  を出射する第１および第２発光部４，５と、第１および第２受光部６，７と、回転部３の回転角度を検出するためのロータリエンコーダ（回転角度検出手段）８と、水平角検出手段９と、アンテナ１０を含む通信手段１１とを有しており、回転部３は、適当な速度で一方向に回転する。
【００１１】
第１および第２発光部４，５は、それぞれレーザダイオード４ａ，５ａと、コリメータレンズ４ｂ，５ｂと、シリンドリカルレンズ４ｃ，５ｃとから構成されていて、回転部３の回転ステージ３ａ上に所定の角度だけ離して設けられている。この第１および第２発光部４，５では、レーザダイオード４ａ，５ａから発射した光が、コリメータレンズ４ｂ，５ｂにより平行光にされ、シリンドリカルレンズ４ｃ，５ｃによって平面状に略９０°拡散されて、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  として出射される。
【００１２】
このとき、第１発光部４のコリメータレンズ４ｂの光軸が略水平に設定され、シリンドリカルレンズ４ｃの円筒面の軸は、コリメータレンズ４ｂの光軸に対して直交し、かつ、水平に対して４５°傾けられているため、第１レーザビームＢ１  が作る平面は、水平に対して約４５°傾いた状態になる。一方、第２発光部５のコリメータレンズ５ｂの光軸は、略水平に設定され、シリンドリカルレンズ５ｃの円筒面の軸は、コリメータレンズ４ｂの光軸に対して直交し、かつ、水平に対して逆方向に４５°傾けられているため、第２レーザビームＢ２  が作る平面は、水平に対して約４５°傾いた状態になり、この結果、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  が作る平面は、略ハの字形になる。
【００１３】
第１および第２受光部６，７は、例えば、フォトトランジスタなどから構成され、第１および第２発光部４，５からそれぞれ出射した前記第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  のスタッフ２からの反射光Ｒ１，Ｒ２  を受光して電気信号に変換するものであって、後述するスタッフ２に設けられている反射手段（コーナープリズム）からの反射光Ｒ１，Ｒ２  の受光が可能な位置に設けられている。
【００１４】
水平角検出手段９は、回転部３の回転角度を検出するロータリエンコーダ８の出力信号と、第１および第２受光部６，７で検出された反射光Ｒ１，Ｒ２  に基づく検出信号とに基づいて、第１および第２受光部６，７が反射光Ｒ１，Ｒ２  を受光した瞬間の水平角を検出する。
スタッフ２は、被測定点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に立設される柱状の支持部１２と、この支持部１２の一側面に、その長手方向に沿って、所定の間隔を隔てて設けられた複数のコーナープリズム（反射手段）１３ａ〜１３ｃとを有している。複数のコーナープリズム１３ａ〜１３ｃは、例えば、各プリズム間の間隔が異なるように、かつ、高さが異なるように設置され、さらに、中央のプリズムがその上下のプリズムの中心を結ぶ線から僅かに偏位している。
【００１５】
そして、支持部１２の背面側には、ケース１４が固設され、このケース１４の表面側には、測定結果などを表示する表示器１５、アンテナ１０’が配置されるとともに、その内部には、表示器１５と通信手段１６とに接続された演算処理装置１７が内蔵されている。
この処理装置１７では、装置本体１側から通信手段１１，１６を介して、水平角検出手段９で検出された水平角に対応した信号を受け、既知の装置本体１の位置座標と、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  の配置定数と、コーナープリズム１３ａ〜１３ｃの配置定数とを入力することにより、被測定点の三次元座標値を演算して、その演算結果を表示器１５に表示する。
【００１６】
以上のような三次元座標測定装置としての基本的な構成は、従来のこの種の装置と同じであるが、本実施例の測定装置は、以下に説明する点に顕著な特徴がある。すなわち、本実施例の測定装置では、装置本体１側に第１および第２発光部４，５の作動を制御する制御回路２０を設けている。
図４は、この制御回路２０の詳細図であって、制御回路２０は、回転部３の回転角度を検出するロータリエンコーダ８の始動，停止に基づいて送出される電気信号（以下、ＩＮＤＥＸ信号と称する）ａと、第１レーザビームＢ１  の反射光Ｒ１  を第１受光部６が受光した際に送出される検出信号ｂ１  〜ｂ３  が入力されるＯＲ回路２０ａと、ＩＮＤＥＸ信号ａと、第２レーザビームＢ２  の反射光Ｒ２  を第２受光部７が受光した際に送出される検出信号ｃ１  〜ｃ３  が入力されるＯＲ回路２０ｂとを有している。
【００１７】
ＯＲ回路２０ａ，２０ｂの出力側は、それぞれ４進カウンタ回路２０ｃ，２０ｄのクロック端子（ＣＬＫ）にそれぞれ接続されている。各４進カウンタ回路２０ｃ，２０ｄの４Ｑ端子とクリア端子（ＣＬＲ）との間には、それぞれワンショットマルチバイブレータを主要構成とする遅延回路２０ｅ，２０ｆが接続されている。
【００１８】
また、各４進カウンタ回路２０ｃ，２０ｄの１Ｑ端子には、それぞれＯＲ回路２０ｇ，２０ｈの一方の入力端子が接続され、各ＯＲ回路２０ｇ，２０ｈの出力側には、図外のドライバー回路を介して第１および第２発光部４，５のレーザダイオード４ａ，５ａが接続されてている。なお、ＯＲ回路２０ｇ，２０ｈの他方の入力端子には、レーザダイオード４ａ，５ａの発光輝度などを調整するための信号が必要に応じてそれぞれ入力される。
【００１９】
このように構成された制御回路２０では、以下のようにして第１および第２発光部４，５の作動が制御される。図５には、制御回路２０の要部における信号のタイムチャートを示している。同図において、最上段に示したものがロータリエンコーダ８から送出されるＩＮＤＥＸ信号ａであり（ＩＮＤＥＸ信号は、１回転に１度の信号が送出される）、第２段目に示したものが第１発光部４のレーザダイオード４ａの作動状態であり、第３段目が第１レーザビームＢ１  の反射光Ｒ１を第１受光部６が受光した際に送出される検出信号ｂ１  〜ｂ３  であり、第４段目が第２発光部５のレーザダイオード５ａの作動状態であり、第５段目が第２レーザビームＢ２  の反射光Ｒ２  を第２受光部７が受光した際に送出される検出信号ｃ１  〜ｃ３  である。
【００２０】
この場合、検出信号ｂ１  〜ｂ３  は、第１レーザビームＢ１  が水平面に対して傾斜しているので、反射光Ｒ１  は、コーナープリズム１３ａから１３ｃの順に反射して第１受光部６で受光され、コーナープリズム１３ａ〜１３ｃの配置間隔などに応じた時間の３つのパルス信号となる。一方、検出信号ｃ１  〜ｃ３  は、第２レーザビームＢ２  の傾斜方向が逆になっているので、反射光Ｒ２  は、コーナープリズム１３ｃから１３ａの順に反射して第２受光部７で受光され、同様に３つのパルス信号となる。
【００２１】
図４に示した制御回路２０のＯＲ回路２０ａ，２０ｂに、ＩＮＤＥＸ信号ａが入力されると、ＩＮＤＥＸ信号ａの立ち上がりにより、各４進カウンタ２０ｃ，２０ｄの１Ｑ端子に”Ｈ”信号が送出され、この出力信号により第１および第２発光部４，５のレーザダイオード４ａ，５ａが作動して、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  が出射される。
【００２２】
そして、回転部３が回転し、第１レーザビームＢ１  が各コーナープリズム１３ａ〜１３ｃを照射すると、その反射光Ｒ１  が第１受光部６に受光され、第１受光部６で電気信号に変換された検出信号ｂ１  〜ｂ２  がＯＲ回路２０ａに入力されると、その立ち上がり毎に４進カウンタ２０ｃが歩進し、検出信号ｂ３  の立ち上がりにより４Ｑ端子に”Ｈ”信号が送出される。
【００２３】
４進カウンタ２０ｃの４Ｑ端子に”Ｈ”信号が送出されると、遅延回路２０ｅが作動し、設定時間ｔだけ経過した後に、４進カウンタ２０ｃがクリアされ、この結果、第１発光部４のレーザダイオード４ａが非作動状態になり、第１レーザビームＢ１  の出射が停止される。
ここで、遅延時間ｔを設定している理由は、検出信号ｂ３  の立ち上がりにより直ちに４進カウンタ２０ｃをクリアすると、コーナープリズム１３ｃからの反射光Ｒ１  が第１受光部６に受光されないことも予測されるので、このような不都合を回避するために設定している。
【００２４】
一方、回転部３がさらに回転し、第２レーザビームＢ２  が各コーナープリズム１３ａ〜１３ｃを照射すると、その反射光Ｒ２  が第２受光部７に受光され、検出信号ｃ３  〜ｃ２  がＯＲ回路２０ｂに入力されると、その立ち上がり毎に４進カウンタ２０ｄが歩進し、検出信号ｃ１  の立ち上がりにより４Ｑ端子に”Ｈ”信号が送出される。
【００２５】
４進カウンタ２０ｄの４Ｑ端子に”Ｈ”信号が送出されると、遅延回路２０ｆが作動し、設定時間ｔだけ経過した後に、４進カウンタ２０ｄがクリアされ、この結果、第２発光部５のレーザダイオード５ａが非作動状態になり、第２レーザビームＢ２  の出射が停止され、以後は、測定が継続している間は、このような作動が順次継続される。
【００２６】
さて、以上のように構成された三次元座標測定装置によれば、第１および第２受光部６，７がコーナープリズム（反射手段）１３ａ〜１３ｃからの反射光Ｒ１，Ｒ２  を受光可能な範囲で、第１および第２発光部４，５のレーザダイオード４ａ，５ａの作動を間欠的に制御する制御回路２０を設けているので、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  の出射が測定に影響を及ぼすことなく間欠的に行われる。
【００２７】
この結果、レーザビームＢ１，Ｂ２  を装置本体１とスタッフ２との間で往復させる反射型の装置においても測定中の消費電力を低減できるとともに、スタッフ２を支持している作業者に大きなエネルギーのビームを照射して、被爆量が増大することを回避することができる。また、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  を間欠的に出射するので、周囲のガラス面などで反射した光線が受光部に受光される可能性を低減することもできる。
【００２８】
図６および図７は、本発明の他の実施例を示しており、以下にその特徴点についてのみ説明する。同図に示す実施例では、第１および第２発光部４，５のレーザダイオード４ａ，５ａの作動を制御する制御回路２０’は、ＯＲ回路などの回路構成部品が上記実施例と同一になっているが、一方の端子に第２レーザビームＢ２  の反射光Ｒ２  を第２受光部７が受光した際に送出される検出信号ｃ１  〜ｃ３  が入力されるＯＲ回路２０ｂの他方の端子に、遅延回路２０ｅの出力信号を入力している。
【００２９】
このように構成された制御回路２０’では、図７にそのタイムチャートを示すように、ＩＮＤＥＸ信号ａにより第１発光部４側のレーザダイオード４ａだけがまず作動し、検出信号ｂ３  の立ち上がり後に設定時間ｔが経過するとレーザダイオード４ａは、非作動状態になる。そして、このレーザダイオード４ａが非作動状態になると同時に、クリア信号がＯＲ回路２０ｂに入力されるので、第２発光部５のレーザダイオード５ａが作動状態になる。
【００３０】
作動状態になったレーザダイオード５ａは、検出信号ｃ１  の立ち上がり後に設定時間ｔが経過すると非作動状態になり、以後は、このような動作が測定中継続される。
さて、以上のように構成された本実施例の三次元座標測定装置によれば、制御回路２０’で、ロータリエンコーダ８から送出される始動，停止信号（ＩＮＤＥＸ信号ａ）に基づいて第１発光部４のレーザダイオード４ａを作動させ、第１受光部６が第１レーザビームＢ１  の最終反射光を受光した後に、その検出信号ｂ３  に基づいてレーザダイオード４ａの作動を停止するとともに、第２発光部５のレーザダイオード５ａを作動させ、第２受光部７が第２ビームＢ２  の最終反射光を受光した後に、その検出信号ｃ１  に基づいてレーザダイオード５ａの作動を停止するので、第１および第２レーザビームＢ１，Ｂ２  の出射している時間を上記実施例の場合よりも短くすることができる。
【００３１】
なお、この場合、第２発光部５のレーザダイオード５ａの作動は、最終反射光の検出信号ｂ３  だけでなく、検出信号ｂ１  ないしは同ｂ２  によって作動させてもよい。
また、上記実施例では、処理装置１７をスタッフ２側に設けたものを例示したが、この処理装置１７を装置本体１側に設け、処理装置１７で演算した結果を通信手段１１，１６を介してスタッフ２側に送り、その結果を表示器１５に表示することもできる。
【００３２】
さらに、上記実施例では、スタッフ２に３個のコーナープリズム１３ａ〜３ｃを設けたものを例示したが、本発明の実施はこれに限定されることはなく、反射手段は、２個以上であればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる三次元座標測定装置によれば、測定の際にレーザビームの出射を間欠的に行なうので、構成の複雑化を招くことなく、消費電力と被爆とが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる三次元座標測定装置の配置状態の斜視図である。
【図２】同測定装置の装置本体の要部説明図である。
【図３】同測定装置の機能構成ブロック図である。
【図４】同測定装置に使用する制御回路の回路図である。
【図５】同制御回路の要部の信号波形を示すタイムチャート図である。
【図６】同測定装置に使用する制御回路の他の例を示す回路図である。
【図７】同制御回路の要部の信号波形を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
１                      装置本体
２                      スタッフ
３                      回転部
４                      第１発光部
４ａ                    レーザダイオード
５                      第２発光部
５ａ                    レーザダイオード
６                      第１受光部
７                      第２受光部
８                      ロータリーエンコーダ（角度検出手段）
９                      水平角検出手段
１２                    支持部
１３ａ〜１３ｃ          コーナープリズム（反射手段）
１７                    処理装置
Ｖ                      鉛直軸
Ｂ１，Ｂ２                  レーザビーム
Ｒ１，Ｒ２                  反射光
ａ                      ＩＮＤＥＸ信号
ｂ１  〜ｂ３                検出信号
ｃ１  〜ｃ３                検出信号
【図１】
0003581747.tif 000002
【図２】
0003581747.tif 000003
【図３】
0003581747.tif 000004
【図４】
0003581747.tif 000005
【図５】
0003581747.tif 000006
【図６】
0003581747.tif 000007
【図７】
0003581747.tif 000008