(57)【要約】【課題】被検出面の傾斜度を測定する傾斜度検出部の誤差により生じる傾斜度の測定誤差を容易に校正することができる水準器を提供する。【解決手段】  検出面１２ａの傾斜度を検出する傾斜度検出部２０と、傾斜度に基づいて傾斜度表示信号を出力する信号処理部４０と、前記傾斜度検出部２０が検出した傾斜度を表示する表示部８０と、を備えた水準器１０において、前記信号処理部４０は、第１測定位置において前記傾斜度検出部２０が検出した傾斜度と、該第１測定位置に対して前記傾斜度検出部２０を前記検出面１２ａに平行な面上で１８０度回転させた第２測定位置において前記傾斜度検出部２０が検出した傾斜度と、の平均値を算出する誤差算出手段４４と、前記誤差算出手段４４で得られた平均値を記憶する記憶手段４６と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008020214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面の傾斜度を検出する傾斜度検出部と、前記傾斜度検出部が検出した傾斜度に基づいて傾斜度表示信号を出力する信号処理部と、前記傾斜度表示信号の入力を受けて前記傾斜度検出部が検出した傾斜度を表示する表示部と、を備えた水準器において、
前記信号処理部は、第１測定位置において前記傾斜度検出部が検出した傾斜度と、該第１測定位置に対して前記傾斜度検出部を前記検出面に平行な面上で１８０度回転させた第２測定位置において前記傾斜度検出部が検出した傾斜度と、の平均値を算出する誤差算出手段と、前記誤差検出手段で得られた平均値を記憶する記憶手段と、
を備えたことを特徴とする水準器。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記傾斜度検出部が検出した傾斜度から前記記憶手段に記憶された平均値を差し引いた値に基づいて前記傾斜度表示信号を算出することを特徴とする請求項１に記載の水準器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出面の傾斜度を検出する水準器に関し、特に、検出面の傾斜度を検出する傾斜度検出部と、該検出部によって検出された傾斜度を表示する表示部と、を備える水準器に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出面の傾斜度を高精度に検出する水準器として気泡管や振り子などを利用したものが知られている（例えば、下記特許文献１〜４参照）。
【０００３】
気泡管式水準器は、液体と気泡を封入した気泡管と、この気泡管に光を照射する光源と、気泡管を透過した光を検出する複数の受光素子を備えた傾斜度検出部を有し、検出面の傾きによって気泡位置がずれることによる各受光素子の受光量の変化から、検出面の傾きを検出するようにしたものである。
【０００４】
しかしながら、このような水準器では、傾斜度検出部を受光素子の取付誤差などによる傾斜度検出部自身の誤差も考慮して精度よく水準器に取り付けなければ正確な傾斜度を測定することができず、そのため、傾斜度検出部の取り付け位置を微調整する機構が必要となり水準器の寸法拡大やコストアップの問題があるとともに、所定の測定精度が得られるように傾斜度検出部の取り付け位置を微調整することは作業性に問題がある。
【特許文献１】特開平９−１４９６０号公報
【特許文献２】特開平９−７２７３９号公報
【特許文献３】特開２００５−３３１３５０号公報
【特許文献４】実開昭６３−１０７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、傾斜度検出部の誤差により生じる傾斜度の測定誤差を容易に校正することができる水準器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の水準器は、検出面の傾斜度を検出する傾斜度検出部と、前記傾斜度検出部が検出した傾斜度に基づいて傾斜度表示信号を出力する信号処理部と、前記傾斜度表示信号の入力を受けて前記傾斜度検出部が検出した傾斜度を表示する表示部と、を備えた水準器において、前記信号処理部は、第１測定位置において前記傾斜度検出部が検出した傾斜度と、該第１測定位置に対して前記傾斜度検出部を前記検出面に平行な面上で１８０度回転させた第２測定位置において前記傾斜度検出部が検出した傾斜度と、の平均値を算出する誤差算出手段と、前記誤差算出手段で得られた平均値を記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の水準器では、傾斜度検出部を検出面に平行な面上で互いに１８０度回転させた位置に相当する第１測定位置及び第２測定位置の２つの位置における傾斜度の平均値を算出する誤差算出手段を備えているので、傾斜度検出部の誤差を容易に検出することができる。
【０００８】
上記本発明において、信号処理部が、傾斜度検出部が検出した傾斜度から記憶手段に記憶されたから平均値を差し引いた値に基づいて傾斜度表示信号を算出するように設けてもよく、かかる場合、傾斜度検出部の誤差が校正された正確な傾斜度を表示部に表示することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水準器では、傾斜度検出部の取り付け位置を微調整する機構を必要とすることなく、傾斜度検出部の誤差により生じる傾斜度の測定誤差を容易に校正することができ、簡単な構成により所定の測定精度が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態にかかる水準器１０の断面図であり、図２は傾斜度検出部２０を構成する気泡管２４と受光素子２８を示す説明図であり、図３は受光素子２８による受光量の変化を示すグラフ、図４は同水準器１０の構成を示す説明図である。
【００１２】
本実施形態にかかる水準器１０は、検出面１２ａを有する基部１２とカップ状の上部筐体１４とを係合してなる筐体１６を有し、検出面１２ａが傾斜度を測定する対象となる被検出面ＦＳと面接触するように水準器１０を載置することで、検出面１２ａに対して直交する２軸方向の傾斜度を検出し、被検出面ＦＳの傾斜度を測定するものである。
【００１３】
筐体１６の内部空間には、検出面１２ａの傾斜度を検出する傾斜度検出部２０と、信号処理部４０が形成された回路基板１８と、水準器の使用者が主電源のＯＮ・ＯＦＦの切り替えや後述する誤差算出信号ＳＰ等の操作信号を入力する各種スイッチを備える操作部６０と、例えば複数の発光ダイオード８２を備える表示部８０と、が収納されている。
【００１４】
傾斜度検出部２０は、透明容器２１に透光性液体２２と気泡２３とを封入した気泡管２４と、気泡管２４に光を照射する発光素子２６と、気泡管２４を透過した発光素子２６からの光を受光する受光素子２８とを備えている。傾斜度検出部２０を構成する気泡管２４、発光素子２６及び受光素子２８は、外部光の影響を無くすため遮光容器３０内に収納され、気泡管２４と検出面１２ａが平行になるように基部１２へ配設される。
【００１５】
より詳細には、気泡管２４の透明容器２１は、図２（ａ）に示すような平面視円形の円筒状に形成され、その内側上面が、図２（ｂ）に示すように、中央部が最も高くなるような凹状球面２１ａに形成され、これにより、気泡管２４が水平状態にあるときには、気泡２３は凹状球面２１ａに接して円形の輪郭に形成されている。
【００１６】
気泡管２４の下方中央部には、例えば赤外や赤色のＬＥＤ等からなる発光素子２６が配置され、気泡管２４の上側には、気泡管２４を通った光を検出する４個の受光素子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ（総称して２８という）が設けられている。
【００１７】
これら４個の受光素子２８は、気泡管２４が水平な状態における気泡２３の輪郭２３ａの上方に配置されており、気泡管２４の中心点Ｏを通って互いに直交する２つの直線上に、気泡管２４の中心を挟んで対向するように１対ずつ配置されている。受光素子２８ａ、２８ｂの対が図２（ａ）又は図４に示すように、一つの直径上で対向し、受光素子２８ｃ、２８ｄの対がこれと直交する直径上で対向しており、これにより、各受光素子２８は気泡管２４の中心点Ｏを中心にして互いに９０度の間隔で配置されていることになる。
【００１８】
このような構成の傾斜度検出部２０は、検出面１２ａが傾斜していると、気泡管２４内の気泡２３が傾斜の高い方へ移動する。発光素子２６から発せられた光は、気泡管２４の透光性液体２２を通過して受光素子２８に受光されるが、気泡２４の位置では光が屈折して受光素子２８まで到達しなくなる。このため、気泡２３の端縁部２３ａの光量を検出するように配置されている受光素子２８の受光量は気泡２３の移動とともに変化する。
【００１９】
より具体的には、図２（ｂ）に示すように、気泡２３が実線の中央位置にあるとき、すなわち気泡管２４が図の左右方向に対して水平であるときは、発光素子２６から発せられた光は、気泡２３の左右両端縁部２３ａ、２３ａに配置されている受光素子２８ａ、２８ｂの両方に受光されるが、気泡２３の内部は通過しないので、気泡２３上にある部分では受光しない。この状態では、対向する一対の受光素子２８ａ、２８ｂは、気泡２３に対し対称的に配置されているので、受光量が両者とも同じとなり、両受光素子２８ａ、２８ｂの受光量に差が発生しない。
【００２０】
この状態から気泡管２４の傾斜にしたがって、気泡２３が図２（ｂ）の鎖線の位置まで移動すると、同図において左側の受光素子２８ａの受光量Ｐａは図３（ａ）に示すように次第に減少する。一方、右側の受光素子２８ｂの受光量Ｐｂは図３（ｂ）に示すように次第に増大する。これにより、一対の受光素子２８ａ、２８ｂは、両受光素子２８ａ、２８ｂを結ぶ直線と平行な方向（以下、この方向をＸ軸方向という）における気泡管２４の傾斜度をそれぞれの受光量Ｐａ、Ｐｂから検出する。
【００２１】
また、受光素子２８ｃ、２８ｄも同様に、両受光素子２８ａ、２８ｂの受光量から両受光素子２８ｃ、２８ｄを結ぶ直線と平行な方向（以下、この方向をＹ軸方向という）における気泡管２４の傾斜度を検出する。
【００２２】
図４に示すように、二対の受光素子２８ａ、２８ｂと受光素子２８ｃ、２８ｄは、それぞれ回路基板１８に形成された信号処理部４０に接続されており、傾斜度検出部２０で検出した気泡管２４のＸ軸方向及びＹ軸方向の傾斜度を検出面１２ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の傾斜度として信号処理部４０へ出力する。
【００２３】
信号処理部４０は、操作部６０及び表示部８０と接続されており、傾斜度検出部２０より検出面１２ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の傾斜度や操作部６０より操作信号の入力を受けて表示部８０へ傾斜度表示信号ＳＤを出力することで、表示部８０に傾斜度検出部２０が検出した検出面１２ａの傾斜度を表示させるようになっている。
【００２４】
表示部８０は、例えば、図７に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの方向に沿って複数の発光ダイオード８２を整列させてなり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に整列した発光ダイオード列８４、８６の中央部８８が交差する十字状に配置されている。この表示部８０は、例えば、検出面１２ａがＸ軸方向において、図７中の左方から右方に行くにしたがって高くなるように傾斜している場合、Ｘ軸方向に整列した発光ダイオード列８４のうち、同図中、中央部８８より右側の発光ダイオード８２が点灯することで、検出面１２ａがＸ軸方向において右方が高くなる向きに傾斜していることを表示する。傾斜度の大きさは点灯する発光ダイオード８２の位置により表示する。また、Ｙ軸方向についても、Ｘ軸方向と同様にして、傾斜度の向きと大きさを表示する。
【００２５】
このように表示部８０を構成することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、いずれの向きにどの程度傾斜しているのか、表示部８０の表示から直感的に認識することができる。
【００２６】
このような水準器１０において、信号処理部４０は、入力された傾斜度を傾斜度表示信号ＳＤに変換処理を行う主処理部４２と、該主処理部４２に接続された誤差算出手段４４及び記憶手段としてのメモリー４６を備えており、操作部６０から主処理部４２に誤差検出信号ＳＰが入力されることで、傾斜度検出部２０の誤差を算出してその結果をメモリー４６に記憶させるようになっている。
【００２７】
より詳細には、図５に示すように、任意の被検出面ＦＳ上に水準器１０を載置して傾斜度検出部２０の誤差の検出を開始する（Ｓ１００）。この状態で使用者が操作部６０のスイッチ（不図示）から誤差算出信号ＳＰを入力する（Ｓ１０２）。誤差算出信号ＳＰの入力を受けて、マイクロコンピュータなどである信号処理部４０内に、不揮発性メモリーに格納されたプログラムなどである誤差算出手段４４が入力され、誤差算出信号ＳＰが入力された時の傾斜度検出部２０の位置を第１測定位置として、傾斜度検出部２０は、この第１測定位置において検出面１２ａに対して直交する２軸方向、すなわち、Ｘ軸方向とＹ軸方向の傾斜度Ｘ１、Ｙ１をそれぞれ検出し、これを信号処理部４０内一時記憶装置に入力する（Ｓ１０４）。
【００２８】
次いで、使用者は、水準器１０を被検出面ＦＳ上で１８０度回転させて、傾斜度検出部２０を第１測定位置に対して検出面１２ａに平行な面上で１８０度回転した第２測定位置に設定した後、操作部６０のスイッチから誤差算出信号ＳＰを入力する（Ｓ１０６）。誤差算出信号ＳＰの入力を受けて、傾斜度検出部２０は、第２測定位置において検出面１２ａに対してＸ軸方向とＹ軸方向の傾斜度Ｘ２、Ｙ２をそれぞれ検出し、これを信号処理部４０内一時記憶装置に入力する（Ｓ１０８）。
【００２９】
第１測定位置における傾斜度Ｘ１、Ｙ１と第２測定位置における傾斜度Ｘ２、Ｙ２との入力を受けた信号処理部４０は、Ｘ軸方向の傾斜度Ｘ１とＸ２の平均値Ｘ０、及びＹ軸方向の傾斜度Ｙ１及びＹ２の平均値Ｙ０を算出し（Ｓ１１０）、これをメモリー４６に記憶する（Ｓ１１２）。以上により、Ｘ０が傾斜度検出部２０のＸ軸方向の誤差、Ｙ０が傾斜度検出部２０のＹ軸方向の誤差として算出され、傾斜度検出部２０の誤差の算出を終了する（Ｓ１１４）。
【００３０】
誤差算出信号ＳＰが入力されたときに、誤差Ｘ０，Ｙ０はリセットされて０の値にしても良いし、誤差Ｘ０，Ｙ０はそのままで、算出された誤差を現在のＸ０，Ｙ０に積算しても良い。
【００３１】
メモリー４６に記憶された傾斜度検出部２０のＸ軸方向及びＹ軸方向の誤差Ｘ０及びＹ０は、測定した被検出面ＦＳの傾斜度から傾斜度検出部２０の誤差を校正するために用いられる。
【００３２】
すなわち、図６に示すように、被検出面ＦＳ上に水準器１０を載置して傾斜度検出部２０の誤差の検出を開始し（Ｓ２００）、傾斜度検出部２０は、検出面１２ａに対して直交するＸ軸方向とＹ軸方向の傾斜度Ｘ３、Ｙ３をそれぞれ検出し（Ｓ２０２）、これを信号処理部４０内の主処理部４２に入力する（Ｓ２０４）。傾斜度Ｘ３、Ｙ３の入力を受けた主処理部４２は、メモリー４６に記憶された誤差Ｘ０及びＹ０を呼び出し、測定した傾斜度Ｘ３と誤差Ｘ０との差Ｘ４及び測定した傾斜度Ｙ３と誤差Ｙ０との差Ｙ４をそれぞれ算出し、算出したＸ４、Ｙ４を傾斜度検出部２０の誤差を校正した傾斜度とする（Ｓ２０６）。そして、主処理部４２は、校正した傾斜度Ｘ４、Ｙ４から傾斜度表示信号ＳＤを生成し、表示部８０に校正した傾斜度Ｘ４、Ｙ４を表示させ（Ｓ２０８）、被検出面ＦＳの傾斜度の測定を終了する（Ｓ２１０）。電源が入っている間、上記のサイクルを繰り返し行うことで連続的に傾斜度の変化に追従する。
【００３３】
以上のように、本実施形態にかかる水準器１０であると、水準器１０を被検出面ＦＳ上でそれぞれ１８０°回転させた第１測定位置及び第２測定位置における傾斜度を測定することにより、傾斜度検出部２０の誤差を検出することができるため、傾斜度検出部２０の位置を微調整する機構を設けることなく、傾斜度検出部２０の誤差に依存することなく、高精度な傾斜度の測定が可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、使用者が水準器１０を被検出面ＦＳ上で１８０度回転させることで、傾斜度検出部２０を第１測定位置から第２測定位置に設定したが、水準器１０内部に傾斜度検出部２０を１８０度回転させる機構を備えてもよい。
【００３５】
また、本実施形態の水準器１０は、被検出面ＦＳに対して直交する２軸方向の傾斜度を測定するものであったが、本発明はこれに限定されず、被検出面ＦＳに対して１方向の傾斜度を測定する水準器であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる水準器の概略断面図である。
【図２】傾斜度検出部を構成する気泡管と受光素子の構成を示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は受光素子による受光量の変化を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる水準器の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる水準器における傾斜度検出部の誤差を検出する方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態にかかる水準器における傾斜度検出部の誤差を校正する方法を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態にかかる水準器の表示部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…水準器
１２…基部
１２ａ…検出面
２０…傾斜度検出部
２３…気泡
２４…気泡管
２６…発光素子
２８…受光素子
４０…信号処理部
４２…主処理部
４４…誤差算出手段
４６…メモリー
６０…操作部
８０…表示部
ＦＳ…被検出面
【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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