JPH032241B2 - - Google Patents
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- JPH032241B2 JPH032241B2 JP10813883A JP10813883A JPH032241B2 JP H032241 B2 JPH032241 B2 JP H032241B2 JP 10813883 A JP10813883 A JP 10813883A JP 10813883 A JP10813883 A JP 10813883A JP H032241 B2 JPH032241 B2 JP H032241B2
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- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は、傾斜角計測システムに関し、特に
たとえば移動体が予め定められた基準線に対して
なす角度を計測するシステムに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an inclination angle measurement system, and particularly to a system for measuring, for example, an angle made by a moving body with respect to a predetermined reference line.
先行技術の説明
従来、土木機械や農業機械などのために種々の
傾斜角検出装置が提案されまたは実現されてい
る。しかしながら、従来の傾斜角検出センサは、
精度の低いものが多く、逆に精度の高いものは装
置が大形かつ高価であるという欠点があつた。Description of the Prior Art Various inclination angle detection devices have been proposed or realized for civil engineering machinery, agricultural machinery, and the like. However, conventional tilt angle detection sensors
Many of them have low accuracy, while those with high accuracy have the disadvantage that the equipment is large and expensive.
発明の目的
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な
構成で精度の高い計測が行なえる全く新規な傾斜
角計測システムを提供することである。OBJECTS OF THE INVENTION Therefore, the main object of the present invention is to provide a completely new tilt angle measurement system that can perform highly accurate measurements with a simple configuration.
発明の構成
この発明は、要約すれば、入射した光を同一方
向に反射しかつその光反射鏡面の所定の領域にマ
スクが形成された光反射手段を設け、物体からは
指向性の鋭い光ビームを回動走査し、光反射手段
から反射された光を物体側で受光し、その受光出
力に基づいて、了め定められた基準線に一致する
ように光ビームが形成する光走査面を変位させ、
そのとき変位手段が光走査面を変位した量を検出
することによつて物体が基準線に対してなす角度
を検出するようにしたものである。Structure of the Invention In summary, the present invention provides a light reflecting means that reflects incident light in the same direction and has a mask formed in a predetermined area of the light reflecting mirror surface, and a sharply directional light beam is emitted from an object. The object side receives the light reflected from the light reflecting means, and based on the received light output, the light scanning surface formed by the light beam is displaced so that it coincides with a predetermined reference line. let me,
At this time, the angle formed by the object with respect to the reference line is detected by detecting the amount by which the optical scanning surface is displaced by the displacement means.
この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。 The above objects and other objects and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the drawings.
実施例の説明
第1図はこの発明に用いられる光反射手段の一
例のコーナキユーブを示す外観斜視図である。こ
のコーナキユーブCCの内部には、たとえば第2
図に示すように、3枚の鏡1,2および3を立体
的に組合わしたものが収納される。これら鏡1〜
3は、それぞれの反射鏡面1a,2aおよび3a
が互いに直交するように組合わされる。このよう
な構成によって、コーナキユーブCCは、以下に
説明するような光学的性質を有する。DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 1 is an external perspective view showing a corner cube as an example of a light reflecting means used in the present invention. Inside this corner cube CC, for example, there is a second
As shown in the figure, a three-dimensional combination of three mirrors 1, 2 and 3 is housed. These mirrors 1~
3 are respective reflective mirror surfaces 1a, 2a and 3a
are combined so that they are orthogonal to each other. With such a configuration, the corner cube CC has optical properties as described below.
すなわち、コーナキユーブCCは入射した光を
入射方向と同一方向に反射する。今、コーナキュ
ーブCCに入射角度θ1で入射した光L1を考え
てみる。この入射光L1は、コーナキユーブ1の
内部の光反射鏡面1a〜3aで複数回(2回)反
射され、コーナキユーブCCの光軸Oに対して対
称な位置から出射する。このとき、反射光L1は
入射光L1と平行であり、その反射角度は入射光
L1の入射角度と等しい。したがって、反射光L
1は、入射光L1が入射してきた方向と同一の方
向に反射される。この関係は、入射光の入射角度
にかかわらず成立する。たとえば、入射光L2と
反射光L2とは互いに平行であり、かつ入射光L
2の入射角度と反射光L2の反射角度は共にθ2
と等しい。 That is, the corner cube CC reflects the incident light in the same direction as the incident direction. Now, consider the light L1 that is incident on the corner cube CC at an incident angle θ1. This incident light L1 is reflected multiple times (twice) by the light reflecting mirror surfaces 1a to 3a inside the corner cube 1, and exits from a position symmetrical to the optical axis O of the corner cube CC. At this time, the reflected light L1 is parallel to the incident light L1, and its reflection angle is equal to the incident angle of the incident light L1. Therefore, the reflected light L
1 is reflected in the same direction as the direction in which the incident light L1 has entered. This relationship holds true regardless of the angle of incidence of the incident light. For example, the incident light L2 and the reflected light L2 are parallel to each other, and the incident light L2
The incident angle of L2 and the reflection angle of reflected light L2 are both θ2
is equal to
第3図はこの発明の一実施例を用いて移動体V
の傾斜角を測定している状態を示す図である。第
4図は移動体Vの上方からビームスキヤナBSを
見た図であり、光ビームの走査状態を示してい
る。第5図はコーナキユーブCCに形成されるマ
スクMAとその反射光との関係を示す図である。 FIG. 3 shows a mobile object V using an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the state where the inclination angle of is being measured. FIG. 4 is a view of the beam scanner BS from above the moving body V, and shows the scanning state of the light beam. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the mask MA formed on the corner cube CC and its reflected light.
まず、この発明の実施例の詳細を説明する前に
第3図ないし第5図を参照して実施例の原理につ
いて説明する。 First, before explaining the details of the embodiment of the present invention, the principle of the embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 to 5.
第3図に示すように、コーナキユーブCCが所
定の位置に固定される。一方、移動体Vの前部に
は、ビームスキヤナBSが設けられる。このビー
ムスキヤナBSは、たとえばレーザ光のような指
向性の鋭い光ビームを発生し、第4図に示すごと
くコーナキユーブCCに向けて回動走査する。 As shown in FIG. 3, the corner cube CC is fixed in place. On the other hand, a beam scanner BS is provided at the front of the moving body V. This beam scanner BS generates a sharply directional light beam, such as a laser beam, and rotates and scans it toward the corner cube CC, as shown in FIG.
一方、コーナキユーブCCの光反射鏡面の所定
の領域には、たとえば塗料や紙などでマスクMA
が形成される。第5図の例では、光反射鏡面3a
の一辺から中心角45度の扇状の領域(なお、上面
図では中心角60度の扇状の領域)にマスクMAが
形成されている。なお、マスクMAは、コーナキ
ユーブCCの中心部および周辺部が露出するよう
に形成される。マスクMAが形成された部分に入
射した光は、光反射鏡面3aに当たらないため、
入射方向と同一の方向には反射されない。 On the other hand, a mask MA such as paint or paper is applied to a predetermined area of the light-reflecting mirror surface of the corner cube CC.
is formed. In the example of FIG. 5, the light reflecting mirror surface 3a
The mask MA is formed in a fan-shaped area with a center angle of 45 degrees from one side (in addition, in the top view, a fan-shaped area with a center angle of 60 degrees). Note that the mask MA is formed so that the center and peripheral portions of the corner cube CC are exposed. Since the light incident on the part where the mask MA is formed does not hit the light reflecting mirror surface 3a,
It is not reflected in the same direction as the incident direction.
ところで、第5図において点線で示した領域
MA′およびMA″はマスクMAによって影となる
領域である。すなわち、これら領域MA′および
MA″に入射した光は、一旦は光反射鏡面で反射
されるが、2回目あるいは3回目の反射のときに
マスクMAに当たるため、入射光方向と同一方向
には反射されない。 By the way, the area indicated by the dotted line in Figure 5
MA′ and MA″ are the areas shaded by the mask MA. That is, these areas MA′ and
The light incident on MA'' is once reflected by the light reflecting mirror surface, but because it hits the mask MA during the second or third reflection, it is not reflected in the same direction as the direction of the incident light.
上述のごとくのコーナキユーブCCは、第3図
に示すように所定の位置に固定されるが、その際
にマスクMAの一辺が予め定められた基準線X−
X(たとえば水平面に沿う線)と一致するように
調整される。 The corner cube CC as described above is fixed at a predetermined position as shown in FIG.
It is adjusted to match X (for example, a line along the horizontal plane).
今、ビームスキヤナBSからの光ビームが第5
図に示すA→BあるいはC→Dのようにコーナキ
ユーブCCの光軸中心00を通ってコーナキユーブ
上を走査した場合を考えてみる。光ビームがA→
Bと走査される場合、すなわちコーナキユーブ
CC上での走査線が基準線X−Xに対して右上が
り(第5図において)となつている場合、その走
査線はマスクMA、領域MA′およびMA″のいず
れの部分も通過しない。したがつて、このときコ
ーナキユーブCCからの反射光は、第5図に示す
ように、幅の広い1個のパルスを含むことにな
る。一方、ビームスキヤナからの光ビームがC→
Dと走査される場合、すなわちコーナキユーブ
CC上での走査線が基準線X−Xに対して右下が
り(第5図において)の場合、その走査線は領域
MA′およびマスクMA上を通過する。したがつ
て、このときのコーナキユーブCCからの反射光
は、第5図に示すように、3個のパルスを含むこ
とになる。 Now, the light beam from the beam scanner BS is on the fifth
Let us consider the case where the corner cube is scanned through the optical axis center 00 of the corner cube CC as shown in the diagram A→B or C→D. The light beam is A→
If scanned with B, i.e. corner cube
If the scan line on CC is upward sloping to the right with respect to the reference line XX (in FIG. 5), the scan line does not pass through any part of the mask MA or areas MA' and MA''. Therefore, at this time, the reflected light from the corner cube CC will include one wide pulse, as shown in Figure 5.On the other hand, the light beam from the beam scanner will be reflected from C→
If scanned with D, i.e. corner cube
If the scan line on CC is downward to the right with respect to the reference line X-X (in Figure 5), the scan line is
passes over MA′ and mask MA. Therefore, the reflected light from the corner cube CC at this time includes three pulses, as shown in FIG.
移動体Vでは、上述のようなコーナキユーブ
CCからの反射光を受光し、そのパルスの数を計
数することによつて走査線が基準線X−Xに対し
て右上がりであるか右下がりであるかを判別す
る。そして、その判別結果に基づいて、走査線が
基準線X−Xと一致するように、光ビームの走査
面を回転させる。そのときの光ビームの走査面の
回転角度を検出すれば、基準線X−Xに対する移
動体Vの傾斜角度を測定することができる。な
お、第3図では、移動体Vの前方に向けて光ビー
ムを回動走査するようにしているため、基準線X
−Xに対する移動体Vの左右の傾きを計測するこ
とができる。もし、光ビームを移動体Vの右側方
あるいは左側方に向けて回動走査するようにすれ
ば、基準線X−Xに対する移動体Vの前後方向の
傾きが測定できる。 In the moving body V, a corner cube as described above is used.
By receiving the reflected light from CC and counting the number of pulses, it is determined whether the scanning line is upward to the right or downward to the right with respect to the reference line XX. Then, based on the determination result, the scanning plane of the light beam is rotated so that the scanning line coincides with the reference line XX. By detecting the rotation angle of the scanning surface of the light beam at that time, the inclination angle of the moving body V with respect to the reference line XX can be measured. In addition, in FIG. 3, since the light beam is rotated and scanned toward the front of the moving body V, the reference line
The left and right inclination of the moving body V with respect to -X can be measured. If the light beam is rotated and scanned toward the right side or the left side of the moving body V, the inclination of the moving body V in the front-back direction with respect to the reference line XX can be measured.
以下、第6A図ないし第11図を参照してこの
発明の一実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6A to 11.
第6A図および第6B図は、移動体Vに設けら
れるビームスキヤナBSを示す外観図であり、特
に、第6A図はその側面図を示し、第6B図はそ
の上面図を示す。図において、ビームスキヤナ
BSは、レーザ光源や受光素子が収納された円筒
4と、この円筒4に連結されたロータリエンコー
ダEC1およびモータM1とを含む。モータM1
は円筒4を回動することによつて、レーザビーム
LBを回動走査させる。ロータリエンコーダEC1
はモータM1の回動角度かつしたがつてレーザ光
LBの回動角度を検出する。ロータリエンコーダ
EC1、円筒4およびモータM1は保持部材5に
よつて保持される。この保持部材5の側面中央部
には、ロータリエンコーダEC2およびモータM
2が連結される。モータM2は保持部材5を回動
することによつて、レーザビームLBで形成され
る光走査面を回動させる。ロータリエンコーダ
EC2はモータM2の回動角度かつしたがつて上
記光走査面の回動角度を検出する。モータM2の
外周側面には、モータM3およびロータリエンコ
ーダEC3が連結される。モータM3はモータM
2を回動することにより、レーザビームLBで形
成される光走査面を第6A図の上下方向に回動さ
せる。ロータリエンコーダEC3はモータM3か
つしたがつて上記光走査面の上下方向の回動角度
を検出する。モータM3およびロータリエンコー
ダEC3は保持部材6によつて保持される。この
保持部材6は移動体Vに固定される。 6A and 6B are external views showing the beam scanner BS provided in the moving body V, in particular, FIG. 6A shows its side view, and FIG. 6B shows its top view. In the figure, the beam scanner
The BS includes a cylinder 4 housing a laser light source and a light receiving element, and a rotary encoder EC1 and a motor M1 connected to the cylinder 4. Motor M1
By rotating the cylinder 4, the laser beam
Rotate and scan the LB. Rotary encoder EC1
is the rotation angle of motor M1 and therefore the laser beam
Detects the rotation angle of LB. Rotary encoder
EC1, cylinder 4, and motor M1 are held by holding member 5. A rotary encoder EC2 and a motor M are provided at the center of the side surface of this holding member 5.
2 are concatenated. The motor M2 rotates the holding member 5, thereby rotating the optical scanning surface formed by the laser beam LB. Rotary encoder
EC2 detects the rotation angle of the motor M2 and therefore the rotation angle of the optical scanning surface. A motor M3 and a rotary encoder EC3 are connected to the outer circumferential side of the motor M2. Motor M3 is motor M
By rotating 2, the optical scanning surface formed by the laser beam LB is rotated in the vertical direction in FIG. 6A. The rotary encoder EC3 detects the vertical rotation angle of the motor M3 and therefore the optical scanning surface. Motor M3 and rotary encoder EC3 are held by holding member 6. This holding member 6 is fixed to the moving body V.
第7図は第6A図に示す円筒4の縦断面図であ
る。図において、円筒1の内周壁には、たとえば
半導体レーザなどのレーザ光源5が設けられる。
このレーザ光源5から発射されたレーザビーム
LBは、円筒4の側面に形成された孔6から外部
へ出射される。また、円筒4の内部には、レーザ
ビームLBの光路上に、ハーフミラー7がほぼ45
度の角度で配置される。このハーフミラー7は、
レーザ光源5からのレーザビームLBを通過させ
るとともに、コーナキユーブCCに反射されて戻
つてきた光を円筒4の底面41の方向に反射す
る。円筒4の底面41には、ハーフミラー7によ
つて反射された光を受光するための受光素子BD
が配置される。この受光素子BDは、第8図に示
すように、半円形の受光素子BD1およびBD2
と、中心部に配置される小円形の受光素子BD0
からなる。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the cylinder 4 shown in FIG. 6A. In the figure, a laser light source 5 such as a semiconductor laser is provided on the inner peripheral wall of a cylinder 1.
Laser beam emitted from this laser light source 5
LB is emitted to the outside from a hole 6 formed in the side surface of the cylinder 4. In addition, inside the cylinder 4, a half mirror 7 is located approximately 45 mm on the optical path of the laser beam LB.
placed at an angle of degrees. This half mirror 7 is
The laser beam LB from the laser light source 5 is passed through, and the light reflected by the corner cube CC and returned is reflected in the direction of the bottom surface 41 of the cylinder 4. A light receiving element BD is provided on the bottom surface 41 of the cylinder 4 to receive the light reflected by the half mirror 7.
is placed. As shown in FIG. 8, this light receiving element BD consists of semicircular light receiving elements BD1 and BD2.
and a small circular light receiving element BD0 placed in the center.
Consisting of
第9図はこの発明の一実施例の概略ブロツク図
である。図において、CPU10には、ROM11
およびRAM12が接続される。ROM11は、
たとえば第10図に示すような動作プログラムを
記憶し、CPU10はこの動作プログラムに従つ
て動作を行なう。CPU10には、さらにインタ
ーフエイス13が接続される。このインターフエ
イス13には、受光素子BD1,BD1およびBD
2からの受光出力が与えられる。また、これら受
光素子BD0,BD1およびBD2の出力は、OR
ゲート14を介してインターフエイス13に与え
られる。さらに、インターフエイス13には、駆
動回路15,16および17が接続される。各駆
動回路15〜17は、インターフエイス13を介
してCPU10から与えられる制御信号に基づい
て、モータM1〜M3を駆動する。さらに、イン
ターフエイス13には、エンコーダEC1〜EC3
からの角度出力が与えられる。 FIG. 9 is a schematic block diagram of one embodiment of the present invention. In the figure, the CPU 10 includes ROM 11
and RAM 12 are connected. ROM11 is
For example, an operating program as shown in FIG. 10 is stored, and the CPU 10 operates according to this operating program. An interface 13 is further connected to the CPU 10. This interface 13 includes light receiving elements BD1, BD1 and BD.
The light receiving output from 2 is given. In addition, the outputs of these light receiving elements BD0, BD1 and BD2 are OR
It is applied to interface 13 via gate 14. Further, drive circuits 15, 16 and 17 are connected to the interface 13. Each of the drive circuits 15 to 17 drives the motors M1 to M3 based on control signals given from the CPU 10 via the interface 13. Furthermore, the interface 13 includes encoders EC1 to EC3.
The angular output from is given.
第10図は第9図に示すCPU10の動作を説
明するためのフローチヤートである。 FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the CPU 10 shown in FIG.
以下、この発明の一実施例の動作を説明する。 The operation of one embodiment of the present invention will be described below.
まず、第10図に示すステツプ(図示ではSと
略す)1において、駆動回路15が能動化され、
モータM1によるレーザビームLBの回動走査が
開始される。続いて、ステツプ2において、受光
素子BDの受光出力のパターンが読取られる。す
なわち、ORゲートの出力は、サンプリングされ
てRAM12に記憶されており、CPU10は、モ
ータM1によるレーザビームLBの1回の走査が
終了するごとに、そのとき記憶された受光出力の
パターンをRAM12から読取る。続いて、ステ
ツプ3に進み、コーナキユーブCC上の走査線が
コーナキユーブCCの光軸中心00を通つたか否か
が判断される。この判断は、レーザビームLBの
1回の走査の間に、受光素子BD0が受光出力を
導出したか否かによつて判断される。すなわち、
コーナキユーブCCの光軸中心00(第5図参照)付
近に入射した光は、入射光と全く同一の光路を辿
つてビームスキヤナBSに戻つてくる。このよう
にして戻つてきたレーザ光は、ハーフミラー7に
よつて反射され、受光素子BDの中心部に位置す
る受光素子BDに当たる。したがつて、レーザビ
ームLBの1回の走査の間に受光素子BD0から受
光出力が導出されれば、コーナキユーブCC上の
走査線が光軸中心00上を通過していることにな
る。 First, in step 1 shown in FIG. 10 (abbreviated as S in the figure), the drive circuit 15 is activated,
Rotational scanning of the laser beam LB by the motor M1 is started. Subsequently, in step 2, the pattern of the light receiving output of the light receiving element BD is read. That is, the output of the OR gate is sampled and stored in the RAM 12, and each time one scan of the laser beam LB by the motor M1 is completed, the CPU 10 reads the pattern of the light reception output stored at that time from the RAM 12. read Next, the process proceeds to step 3, where it is determined whether the scanning line on the corner cube CC passes through the optical axis center 00 of the corner cube CC. This determination is made based on whether or not the light receiving element BD0 has derived a light receiving output during one scan of the laser beam LB. That is,
Light incident near the optical axis center 00 (see Figure 5) of the corner cube CC returns to the beam scanner BS following exactly the same optical path as the incident light. The laser light thus returned is reflected by the half mirror 7 and hits the light receiving element BD located at the center of the light receiving element BD. Therefore, if the light receiving output is derived from the light receiving element BD0 during one scan of the laser beam LB, it means that the scanning line on the corner cube CC passes over the optical axis center 00.
上述のステツプ3において、コーナキユーブ
CC上の走査線が光軸中心00上を通過していない
と判断された場合は、ステツプ4に進む。このス
テツプ4では、走査線が基準線X−Xよりも上側
(第5図において)にずれているか否かが判断さ
れる。もし、走査線が基準線X−Xよりも上側に
ずれていると判断すれば、ステツプ5に進み、モ
ータM3を第6A図において時計方向(矢印Rの
方向)に回動させる。これによつて、コーナキユ
ーブCC上の走査線が徐々に下がる。一方、ステ
ツプ4において、走査線が基準線X−Xよりも下
側にずれていると判断されれば、ステツプ6に進
む。このステツプ6では、ステツプ5とは逆に、
モータM3を第6A図において反時計方向(矢印
Lの方向)に回動させる。これによつて、走査線
が徐々に上がる。上述のステツプ5および6の後
は、再びステツプ2以下の動作が繰返される。 In step 3 above, the corner cube
If it is determined that the scanning line on CC does not pass over the optical axis center 00, the process proceeds to step 4. In step 4, it is determined whether the scanning line is shifted above the reference line XX (in FIG. 5). If it is determined that the scanning line is deviated above the reference line XX, the process proceeds to step 5, in which the motor M3 is rotated clockwise (in the direction of arrow R) in FIG. 6A. As a result, the scanning line on the corner cube CC gradually lowers. On the other hand, if it is determined in step 4 that the scanning line is deviated below the reference line XX, the process proceeds to step 6. In this step 6, contrary to step 5,
Motor M3 is rotated counterclockwise (in the direction of arrow L) in FIG. 6A. This causes the scan line to gradually rise. After steps 5 and 6 described above, the operations from step 2 onwards are repeated again.
ここで、走査線が上側にずれているか否かは、
1回の走査において受光素子BD1とBD2との
どちらがより長く受光出力を導出したかによつて
判断されるが、その理由を以下に説明する。第1
図で説明したように、コーナキユーブCCに入射
した光は、同一の部分からは出射せず、光軸Oを
中心として点対称の位置から出射する。したがつ
て、たとえば第5図のコーナキユーブCCにおい
て、基準線X−Xよりも上側の光反射鏡面に入射
した光は、内部で複数回反射された後、最終的に
は基準線X−Xよりも下側の光反射鏡面で反射さ
れて出射する。逆に、基準線X−Xよりも下側の
光反射鏡面に入射した光は、内部で複数回反射さ
れた後、最終的には基準線X−Xよりも上側の光
反射鏡面で反射されて出射する。これに対して、
受光素子BD1は基準線X−Xよりも下側の反射
鏡面から出射した光を受光するように配置されて
いる。また、受光素子BD2は基準線X−Xより
も上側の反射鏡面から出射した光を受光するよう
に配置されている。今、コーナキユーブCC上の
走査線が光軸中心00に対して上側にずれている場
合を考えると、この場合基準線X−Xを境として
上側の走査線の方が下側の走査線よりも長くな
る。したがつて、コーナキユーブCCから出射す
る反射光は、基準線X−Xを境として下側の光反
射鏡面から出る時間の方が上側の光反射鏡面から
出る時間よりも長くなる。これに応じて、受光素
子BDでは、受光素子BD1の受光時間が受光素
子BD2の受光時間よりも長くなる。そこで、受
光素子BD1からの受光出力の導出時間が受光素
子BD2からの受光出力の導出時間よりも長いと
きは、走査線が光軸中心00に対して上側にずれて
いると判断できる。上述とは逆に、受光素子BD
2からの受光出力の導出時間が受光素子BD1か
らの受光出力の導出時間よりも長いときは、走査
線が光軸中心00に対して下側にずれていると判断
できる。 Here, whether the scanning line is shifted upward or not is determined by
The determination is made based on which of the light receiving elements BD1 and BD2 derives the light receiving output longer in one scan, and the reason for this will be explained below. 1st
As explained in the figure, the light incident on the corner cube CC does not exit from the same part, but from a point symmetrical position with respect to the optical axis O. Therefore, for example, in the corner cube CC in Fig. 5, the light incident on the light reflecting mirror surface above the reference line The light is also reflected by the lower light reflecting mirror surface and emitted. Conversely, the light that enters the light reflecting mirror surface below the reference line XX is reflected internally multiple times and is finally reflected by the light reflecting mirror surface above the reference line XX. and emit light. On the contrary,
The light receiving element BD1 is arranged to receive light emitted from the reflecting mirror surface below the reference line XX. Moreover, the light receiving element BD2 is arranged so as to receive the light emitted from the reflecting mirror surface above the reference line XX. Now, if we consider the case where the scanning line on the corner cube CC is shifted upward with respect to the optical axis center 00, in this case, the upper scanning line is larger than the lower scanning line with reference line XX as the boundary. become longer. Therefore, the reflected light emitted from the corner cube CC takes longer time to exit from the lower light reflecting mirror surface with respect to the reference line XX as a boundary than it takes to exit from the upper light reflecting mirror surface. Accordingly, in the light receiving element BD, the light receiving time of the light receiving element BD1 becomes longer than the light receiving time of the light receiving element BD2. Therefore, when the time for deriving the light receiving output from the light receiving element BD1 is longer than the deriving time for the light receiving output from the light receiving element BD2, it can be determined that the scanning line is shifted upward with respect to the optical axis center 00. Contrary to the above, the light receiving element BD
When the time for deriving the light receiving output from the light receiving element BD1 is longer than the time for deriving the light receiving output from the light receiving element BD1, it can be determined that the scanning line is shifted downward with respect to the optical axis center 00.
ステツプ2〜6の動作の繰返しによつて、走査
線がコーナキユーブCCの光軸中心00上を通過す
るようになると、ステツプ3でそのことが判断さ
れ、ステツプ7に進む。このステツプ7では、ロ
ータリエンコーダEC3の角度出力がRAM12に
記憶される。なお、このときのロータリエンコー
ダEC3の角度出力は、移動体Vに対するコーナ
キユーブCCの仰角を表わすものである。次に、
ステツプ8に進み、エンコーダEC2の角度出力
が記憶されるとともに、再び受光素子BDの受光
出力のパターンが読取られる。そして、ステツプ
9に進み、今回読取つた受光出力のパターンと、
前回および前々回の走査終了時に読取つた受光出
力のパターンとが比較される。具体的には、受光
出力に含まれるパルスの数が比較される。もし、
パルスの数が同じであれば、同じパターンとして
判断され、パルスの数が異なれば異なるパターン
として判断される。第5図に示すように、走査線
が右上がりの場合は受光出力は1つのパルスを含
み、逆に右下がりの場合は受光出力は3個のパル
スを含む。続いて、ステツプ10では、ステツプ
9における比較結果に基づいて、コーナキユーブ
CC上の走査線が基準線XーXと一致したか否か
が判断される。ここで、今回読取つた受光出力の
パターンと前回読取つた受光出力のパターンとが
異なり、かつ今回読取つた受光出力と前々回に読
取つた受光出力のパターンとが同じになるとき
は、走査線が基準線X−Xと一致したと判断され
る。すなわち、この実施例では、走査線が基準線
X−Xの近傍で右上がりの状態と右下がりの状態
を交互に繰返しているとき基準線X−Xと−致し
たと見なしている。 By repeating the operations in steps 2 to 6, when the scanning line comes to pass over the optical axis center 00 of the corner cube CC, this is determined in step 3, and the process proceeds to step 7. In step 7, the angle output of the rotary encoder EC3 is stored in the RAM 12. Note that the angle output of the rotary encoder EC3 at this time represents the elevation angle of the corner cube CC with respect to the moving body V. next,
Proceeding to step 8, the angular output of the encoder EC2 is stored, and the pattern of the light receiving output of the light receiving element BD is read again. Then, proceed to step 9, and check the pattern of the received light output that was read this time,
The pattern of the received light output that was read at the end of the previous scan and the one before the previous scan is compared. Specifically, the number of pulses included in the received light outputs is compared. if,
If the number of pulses is the same, it is determined that the pattern is the same, and if the number of pulses is different, it is determined that the pattern is different. As shown in FIG. 5, when the scanning line is upward to the right, the received light output includes one pulse, and conversely, when the scanning line is downward to the right, the received light output includes three pulses. Next, in step 10, based on the comparison result in step 9, the corner cube is
It is determined whether the scanning line on CC matches the reference line XX. If the pattern of the received light output that was read this time is different from the pattern of the received light output that was read last time, and the received light output that was read this time is the same as the pattern of the received light output that was read two times before, then the scanning line is the reference line. It is determined that it matches XX. That is, in this embodiment, it is considered that the scanning line coincides with the reference line XX when it alternately repeats an upward-sloping state and a downward-sloping state in the vicinity of the reference line XX.
上述のステツプ10において、走査線が基準線
X−Xと一致していないと判断されれば、ステツ
プ11に進む。このステツプ11では、コーナキ
ユーブCC上の走査線が基準線X−Xよりも右上
がり(第5図において)の状態か否かが判断され
る。この判断は、前述のステツプ8で読取つた受
光出力のパターンに基づいて行なわれる。すなわ
ち、受光出力が1個のパルスを含んでいれば、走
査線は右上がりと判断され、受光出力が3個のパ
ルスを含んでいれば走査線は右下がりと判断され
る。もし、走査線が右上がりと判断されれば、ス
テップ12に進み、走査線が右下がりとなる方向
にモータM2が回動される。一方、走査線が右下
がりと判断されれば、ステップ13に進み、走査
線が右上がりとなる方向にモータM2が回動され
る。これらステップ12および13の後は、再び
ステップ8以下の動作が繰返される。ステップ8
〜13の動作の繰返しによって、走査線が基準線
X−Xと一致したと判断されると、ステップ14
に進む。このステツプ14では、今回読取つたロ
ータリエンコーダEC2の角度出力と前回読取つ
たロータリエンコーダBC2の角度出力との平均
角度が計算される。そして、その平均角度が基準
線X−Xに対する移動体Vの傾斜角度として
RAM12に記憶される。その後、再びステツプ
2の動作に戻る。 If it is determined in the above-mentioned step 10 that the scanning line does not coincide with the reference line XX, the process proceeds to step 11. In step 11, it is determined whether or not the scanning line on the corner cube CC is upwardly to the right (in FIG. 5) with respect to the reference line XX. This judgment is made based on the pattern of the light reception output read in step 8 described above. That is, if the received light output includes one pulse, it is determined that the scanning line is upward-sloping to the right, and if the received light output includes three pulses, it is determined that the scanning line is downward-sloping to the right. If it is determined that the scanning line is upward to the right, the process proceeds to step 12, where the motor M2 is rotated in a direction in which the scanning line is downward to the right. On the other hand, if it is determined that the scanning line is downward to the right, the process proceeds to step 13, where the motor M2 is rotated in a direction in which the scanning line is upward to the right. After steps 12 and 13, the operations from step 8 onwards are repeated again. Step 8
When it is determined that the scanning line coincides with the reference line XX by repeating the operations of steps 1 to 13, step 14
Proceed to. In step 14, the average angle between the angle output of rotary encoder EC2 read this time and the angle output of rotary encoder BC2 read last time is calculated. Then, the average angle is the inclination angle of the moving body V with respect to the reference line XX.
It is stored in RAM12. Thereafter, the operation returns to step 2 again.
第11図はコーナキユーブCCに形成されるマ
スクの他の例を示す図である。図において、コー
ナキユーブCCの反射鏡面3aには複数列のマス
クMA1〜MA4が形成されている。なお、コー
ナキユーブCCに形成されるマスクは、第5図お
よび第11図に示すものに限定されるものではな
く、その他種々のものが考えられる。すなわち、
基準線に対して走査線が右上がりの状態と右下が
りの状態とで反射光のパターンが変わるようにマ
スクを形成すればよい。 FIG. 11 is a diagram showing another example of the mask formed on the corner cube CC. In the figure, a plurality of rows of masks MA1 to MA4 are formed on the reflective mirror surface 3a of the corner cube CC. Note that the mask formed on the corner cube CC is not limited to those shown in FIGS. 5 and 11, and various other masks may be used. That is,
The mask may be formed so that the pattern of reflected light changes depending on whether the scanning line is upward to the right or downward to the right with respect to the reference line.
なお、上述の実施例では、基準線X−Xに対す
る移動体Vの傾斜角度を測るようにしたが、もち
ろん固定された物体の傾斜角度を測ることもでき
る。また、移動体Vは、地上を走行するものに限
らず、飛行機のように空中を飛行するものであつ
てもよい。 In the above embodiment, the inclination angle of the moving body V with respect to the reference line XX is measured, but of course the inclination angle of a fixed object can also be measured. Moreover, the moving object V is not limited to one that travels on the ground, but may be one that flies in the air like an airplane.
発明の効果
以上のように、この発明によれば、入射光と同
一の方向に光を反射するという光反射手段の特殊
な光学的性質を利用して物体の傾斜角度を測定す
るようにしたので、極めて正確な傾斜角の測定が
行なえ、しかも装置が簡単かつ安価なものとな
る。Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the inclination angle of an object is measured using the special optical property of the light reflecting means that reflects light in the same direction as the incident light. , the inclination angle can be measured very accurately, and the device is simple and inexpensive.
第1図はコーナキユーブの外観斜視図である。
第2図はコーナキユーブの内部に収納される鏡の
立体斜視図である。第3図はこの発明の一実施例
を用いて移動体Vの傾斜角を測定している状態を
示す図である。第4図は移動体Vの上方からビー
ムスキヤナBSを見た図であり、光ビームの走査
状態を示している。第5図はコーナキユーブCC
に形成されるマスクMAとその反射光との関係を
示す図である。第6A図および第6B図はこの発
明の一実施例に用いられるビームスキヤナBSを
示す外観図であり、特に、第6A図はその側面図
を示し、第6B図はその上面図を示す。第7図は
第6A図に示す円筒4の縦断面図である。第8図
は第7図に示す受光素子BDの平面図である。第
9図はこの発明の一実施例の概略ブロツク図であ
る。第10図は第9図に示すCPU10の動作を
示するためのフローチヤートである。第11図は
コーナキユーブCCに形成されるマスクの他の例
を示す図である。
図において、CCはコーナキユーブ、Vは移動
体、BSはビームスキヤナ、1a〜3aは光反射
鏡面、MAはマスク、MA′およびMA″はマスク
MAによつてできた影、M1〜M3はモータ、
EC1〜EC3はエンコーダ、5はレーザ光源、
BDは受光素子、10はCPU、11はROM、1
2はRAMを示す。
FIG. 1 is an external perspective view of the corner cube.
FIG. 2 is a three-dimensional perspective view of a mirror housed inside the corner cube. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the inclination angle of a moving body V is measured using an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view of the beam scanner BS from above the moving body V, and shows the scanning state of the light beam. Figure 5 shows Corner Cube CC
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the mask MA formed in the mask MA and its reflected light. 6A and 6B are external views showing a beam scanner BS used in one embodiment of the present invention, in particular, FIG. 6A shows its side view, and FIG. 6B shows its top view. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the cylinder 4 shown in FIG. 6A. FIG. 8 is a plan view of the light receiving element BD shown in FIG. 7. FIG. 9 is a schematic block diagram of one embodiment of the present invention. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the CPU 10 shown in FIG. 9. FIG. 11 is a diagram showing another example of the mask formed on the corner cube CC. In the figure, CC is a corner cube, V is a moving object, BS is a beam scanner, 1a to 3a are light reflecting mirror surfaces, MA is a mask, and MA' and MA'' are masks.
Shadow created by MA, M1 to M3 are motors,
EC1 to EC3 are encoders, 5 is a laser light source,
BD is a light receiving element, 10 is a CPU, 11 is a ROM, 1
2 indicates RAM.
Claims (1)
度を計測するシステムであって、 立体的に組合わされた複数の光反射鏡面を有
し、 入射した光を同一方向に反射する光反射手段、 前記光反射鏡面の所定の領域に形成されたマス
ク、 前記物体に設けられ、指向性の鋭い光ビームを 前記光反射手段に向けて回動走査する回動走査手
段、 前記回動走査手段に関連して設けられ、前記光
反射手段からの反射光を受光するための受光手
段、 前記回動走査手段に関連して設けられ、前記光
ビームで形成される光走査面を変位させるための
変位手段、 前記光走査面が前記基準線に一致するように、
前記受光手段出力に基づいて前記変位手段を駆動
する駆動手段、および 前記変位手段による前記光走査面の変位量を検
出することによつて前記角度を検出する手段を備
える、傾斜角計測システム。 2 前記変位手段は、 前記光走査面と直交する方向に該光走査面を変位
させる第1の変位手段と、 前記光走査面を回転させる第2の変位手段とを
含み、 前記駆動手段は、前記第1の変位手段を駆動し
て前記光走査面が前記光反射手段の光軸中心に当
たるようにした後前記第2の変位手段を駆動して
前記光走査面を回転させて前記基準線と一致さ
せ、前記角度検出手段は前記第2の変位手段によ
る前記光走査面の回転角度を検出する手段を含
む、特許請求の範囲第1項記載の傾斜角計測シス
テム。[Claims] 1. A system for measuring the angle formed by an object with respect to a predetermined reference line, comprising a plurality of light reflecting mirror surfaces combined three-dimensionally, and directing incident light in the same direction. a light reflecting means for reflecting; a mask formed on a predetermined area of the light reflecting mirror surface; a rotating scanning means provided on the object and rotating and scanning a sharply directional light beam toward the light reflecting means; a light receiving means provided in association with the rotary scanning means for receiving the reflected light from the light reflecting means; a light receiving means provided in relation to the rotary scanning means and configured to detect a light scanning surface formed by the light beam; a displacement means for displacing the optical scanning surface so that it coincides with the reference line;
An inclination angle measuring system, comprising: a driving means for driving the displacement means based on an output of the light receiving means; and a means for detecting the angle by detecting the amount of displacement of the optical scanning surface by the displacement means. 2. The displacement means includes: a first displacement means that displaces the optical scanning surface in a direction perpendicular to the optical scanning surface; and a second displacement means that rotates the optical scanning surface, and the driving means includes: After driving the first displacement means so that the optical scanning surface hits the center of the optical axis of the light reflecting means, driving the second displacement means to rotate the optical scanning surface so that it aligns with the reference line. 2. The inclination angle measurement system according to claim 1, wherein the angle detection means includes means for detecting the rotation angle of the optical scanning surface by the second displacement means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10813883A JPS60307A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Measuring system of angle of inclination |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10813883A JPS60307A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Measuring system of angle of inclination |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60307A JPS60307A (en) | 1985-01-05 |
| JPH032241B2 true JPH032241B2 (en) | 1991-01-14 |
Family
ID=14476895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10813883A Granted JPS60307A (en) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | Measuring system of angle of inclination |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60307A (en) |
-
1983
- 1983-06-16 JP JP10813883A patent/JPS60307A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60307A (en) | 1985-01-05 |
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