特許 6498513 ３次元測量装置及び３次元測量方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6498513

(24)【登録日】2019年3月22日

(45)【発行日】2019年4月10日

(54)【発明の名称】３次元測量装置及び３次元測量方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20190401BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 103E

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-92816(P2015-92816)

(22)【出願日】2015年4月30日

(65)【公開番号】特開2016-211873(P2016-211873A)

(43)【公開日】2016年12月15日

【審査請求日】2018年4月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】松本 秀之

(72)【発明者】

【氏名】田中 康司

(72)【発明者】

【氏名】林 彰二

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 貴昭

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２２１６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８５１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０００８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７０２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０９４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００７７７６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １５／００−１５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測距光を発光する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、托架部に設けられ前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記托架部の振動量を検出する振動検出部と、閾値が格納された記憶部を有する制御演算部とを具備し、該制御演算部は、前記走査部の回転数が低回転数から最大回転数迄漸次増大する様制御し、回転数と検出された振動量と関連付けて前記記憶部に格納し、測定条件に基づき演算された回転数に対応する振動量と、前記閾値とを比較し、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を実行することを特徴とする３次元測量装置。

【請求項2】

前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、前記演算された回転数とは異なる回転数で測定を実行する請求項１の３次元測量装置。

【請求項3】

前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、設置条件の変更を促すアラームを通知する請求項１の３次元測量装置。

【請求項4】

前記振動検出部が前記測定対象物の測定中に振動を検出すると、前記制御演算部は検出された振動量と前記閾値とを比較し、前記検出された振動量が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を継続させる請求項１の３次元測量装置。

【請求項5】

前記制御演算部は、前記検出された振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、更に前記検出された振動量が継続して発生していると判断すると、前記走査部の回転を停止させ、前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算し、前記検出された振動量が一時的に発生した場合は、前記閾値を越えた状態で取得した測定値を削除し、測定を継続させる請求項４の３次元測量装置。

【請求項6】

所定の測定条件に基づき測定対象物の測定を行う３次元測量方法であって、托架部に設けられた走査部の回転数を低回転数から最大回転数迄漸次増大させる工程と、該走査部の回転数とその時の前記托架部の振動量を関連付けて記憶部に格納する工程と、測定条件に基づき前記走査部の回転数を演算する工程と、演算された回転数に対応する振動量を予め設定された閾値と比較する工程と、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を行い、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程とを有することを特徴とする３次元測量方法。

【請求項7】

前記測定対象物の測定処理を行う工程は、前記托架部の振動を検出すると、検出された振動量と前記閾値とを比較し、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を続行し、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程を有する請求項６の３次元測量方法。

【請求項8】

走査部を回転して測距光を回転照射し、点群データを取得する３次元測量方法であって、振動量に対する閾値を設定し、測定を実行して振動量が前記閾値を越えた場合は、前記走査部の回転数を変更することを特徴とする３次元測量方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高精度に測定可能な３次元測量装置及び３次元測量方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、短時間に測定対象物の多数の３次元データ（３Ｄデータ）（３次元点群データ）を取得する為の測量装置として、３次元レーザスキャナが知られている。

【0003】

３次元レーザスキャナは三脚上に設置され、測距光を測定方向に偏向させるミラー等の走査部を回転させることで、測定対象物を走査し、測定対象物の３次元データを取得している。

【0004】

３次元レーザスキャナや三脚の設置場所や設置状況、或は三脚の材質等により、走査部を回転させた際に３次元レーザスキャナが共振し、振動を生じることがある。

【0005】

従来の３次元レーザスキャナの場合、振動を検知する手段を有していない為、測定時に振動があったかどうかを検出できず、更に振動が発生した場合に振動の影響を抑制することができず、測定結果に誤差を生じていた。又、測定結果から振動の影響を取除く為の後処理工程が煩雑であり、時間も掛っていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２００７−５１７２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は斯かる実情に鑑み、振動の影響を抑制し、高精度な測定が可能な３次元測量装置及び３次元測量方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、測距光を発光する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、托架部に設けられ前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記托架部の振動量を検出する振動検出部と、閾値が格納された記憶部を有する制御演算部とを具備し、該制御演算部は、前記走査部の回転数が低回転数から最大回転数迄漸次増大する様制御し、回転数と検出された振動量と関連付けて前記記憶部に格納し、測定条件に基づき演算された回転数に対応する振動量と、前記閾値とを比較し、前記演算された回転数が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を実行する３次元測量装置に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、前記演算された回転数とは異なる回転数で測定を実行する３次元測量装置に係るものである。

【0010】

又本発明は、前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、設置条件の変更を促すアラームを通知する３次元測量装置に係るものである。

【0011】

又本発明は、前記振動検出部が前記測定対象物の測定中に振動を検出すると、前記制御演算部は検出された振動量と前記閾値とを比較し、前記検出された振動量が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を継続させる３次元測量装置に係るものである。

【0012】

又本発明は、前記制御演算部は、前記検出された振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、更に前記検出された振動量が継続して発生していると判断すると、前記走査部の回転を停止させ、前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算し、前記検出された振動量が一時的に発生した場合は、前記閾値を越えた状態で取得した測定値を削除し、測定を継続させる３次元測量装置に係るものである。

【0013】

又本発明は、所定の測定条件に基づき測定対象物の測定を行う３次元測量方法であって、托架部に設けられた走査部の回転数を低回転数から最大回転数迄漸次増大させる工程と、該走査部の回転数とその時の前記托架部の振動量を関連付けて記憶部に格納する工程と、測定条件に基づき前記走査部の回転数を演算する工程と、演算された回転数に対応する振動量を予め設定された閾値と比較する工程と、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を行い、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程とを有する３次元測量方法に係るものである。

【0014】

又本発明は、前記測定対象物の測定処理を行う工程は、前記托架部の振動を検出すると、検出された振動量と前記閾値とを比較し、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を続行し、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程を有する３次元測量方法に係るものである。

【0015】

更に又本発明は、走査部を回転して測距光を回転照射し、点群データを取得する３次元測量方法であって、振動量に対する閾値を設定し、測定を実行して振動量が前記閾値を越えた場合は、前記走査部の回転数を変更する３次元測量方法に係るものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測距光を発光する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、托架部に設けられ前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記托架部の振動量を検出する振動検出部と、閾値が格納された記憶部を有する制御演算部とを具備し、該制御演算部は、前記走査部の回転数が低回転数から最大回転数迄漸次増大する様制御し、回転数と検出された振動量と関連付けて前記記憶部に格納し、測定条件に基づき演算された回転数に対応する振動量と、前記閾値とを比較し、前記演算された回転数が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を実行するので、設置場所や設置状態等の設置条件に拘わらず、前記托架部に共振が生じる前記走査部の共振回転数を確実に検出することができる。

【0017】

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、前記演算された回転数とは異なる回転数で測定を実行するので、共振により托架部が大きく振動した状態で測定が行われることがなく、測定結果に対する共振による振動の影響を抑制でき、高精度に測定対象物の測定を行うことができる。

【0018】

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記演算された回転数に対応する振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、設置条件の変更を促すアラームを通知するので、設置条件の変更により前記演算された回転数で測定対象物の測定を行うことができる。

【0019】

又本発明によれば、前記振動検出部が前記測定対象物の測定中に振動を検出すると、前記制御演算部は検出された振動量と前記閾値とを比較し、前記検出された振動量が前記閾値よりも小さいと判断すると、前記測定対象物の測定を継続させるので、該測定対象物の測定中に外部的要因により生じる振動を検出することができる。

【0020】

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記検出された振動量が前記閾値よりも大きいと判断すると、更に前記検出された振動量が継続して発生していると判断すると、前記走査部の回転を停止させ、前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算し、前記検出された振動量が一時的に発生した場合は、前記閾値を越えた状態で取得した測定値を削除し、測定を継続させるので、托架部が閾値を超える振動量で振動した状態で測定が継続されるのを防止でき、測定結果に対する振動の影響が抑制され、高精度に測定対象物の測定を行うことができる。

【0021】

又本発明によれば、所定の測定条件に基づき測定対象物の測定を行う３次元測量方法であって、托架部に設けられた走査部の回転数を低回転数から最大回転数迄漸次増大させる工程と、該走査部の回転数とその時の前記托架部の振動量を関連付けて記憶部に格納する工程と、測定条件に基づき前記走査部の回転数を演算する工程と、演算された回転数に対応する振動量を予め設定された閾値と比較する工程と、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を行い、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程とを有するので、前記閾値を越える振動が生じた状態で前記測定対象物の測定が行われるのが防止され、測定結果に対する振動の影響を抑制でき、高精度に前記測定対象物の測定を行うことができる。

【0022】

又本発明によれば、前記測定対象物の測定処理を行う工程は、前記托架部の振動を検出すると、検出された振動量と前記閾値とを比較し、該閾値よりも小さいと判断されると前記測定対象物の測定処理を続行し、前記閾値よりも大きいと判断されると前記演算された回転数とは異なる回転数となる様前記走査部の回転数を再度演算する工程を有するので、測定処理中に振動が生じた場合であっても、前記閾値を越える振動が生じた状態で前記測定対象物の測定が行われるのが防止され、測定結果に対する振動の影響を抑制でき、高精度に前記測定対象物の測定を行うことができる。

【0023】

更に又本発明によれば、走査部を回転して測距光を回転照射し、点群データを取得する３次元測量方法であって、振動量に対する閾値を設定し、測定を実行して振動量が前記閾値を越えた場合は、前記走査部の回転数を変更するので、該走査部の回転数と振動量との関連付けが不要となり、処理を簡略化でき、作業時間の短縮を図ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施例に係る３次元測量装置の一例である３次元レーザスキャナの概略立断面図である。

【図2】該３次元レーザスキャナの構成を示すブロック図である。

【図3】（Ａ）、（Ｂ）は、設置条件の違いにより異なる共振回転数を説明するグラフである。

【図4】本発明の実施例に係る共振回転数検出処理を説明するフローチャートである。

【図5】（Ａ）〜（Ｃ）は共振回転数検出処理で検出される３軸の振動量の一例を示すグラフである。

【図6】本発明の実施例に係る外部振動抑制処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0026】

先ず、図１に於いて、本実施例に係る３次元測量装置の一例である３次元レーザスキャナについて説明する。

【0027】

図１に示される様に、３次元レーザスキャナ１は、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に設けられた基盤部３と、該基盤部３に水平回転部４を介して水平方向に回転可能に設けられた托架部５と、該托架部５に鉛直回転軸６を中心に鉛直方向（高低方向）に回転可能に設けられた走査ミラー７とを有している。

【0028】

前記整準部２は、例えば３つの調整螺子８を有し、前記托架部５に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出する様前記調整螺子８を調整することで、前記整準部２の整準がなされる。

【0029】

前記水平回転部４は、前記基盤部３に軸受９を介して回転自在に、且つ鉛直に支持された水平回転軸１１を有している。該水平回転軸１１に前記托架部５が支持され、該托架部５が前記水平回転軸１１と一体に回転する様になっている。

【0030】

前記水平回転部４には、水平駆動モータ１２を含む水平駆動部１３、前記水平回転軸１１の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１４が収納されている。前記水平駆動モータ１２によって前記水平回転軸１１を中心に前記托架部５が回転され、前記水平回転軸１１の前記基盤部３に対する回転角、即ち前記托架部５の回転角は前記水平角検出器１４によって検出される様になっている。

【0031】

又、該水平角検出器１４の検出結果（水平角）は、制御演算部１５（後述）に入力され、検出結果に基づき該制御演算部１５により前記水平駆動モータ１２の駆動が制御される様になっている。

【0032】

前記托架部５の中央部に凹部１６が形成され、該凹部１６を挾み左右に室５ａ，５ｂが形成されている。一方の前記室５ａ（図示では左側の室）には、鉛直駆動部１７、鉛直角検出器１８が収納され、他方の前記室５ｂ（図示では右側の室）には、測距発光部１９、共通光路部２１、測距部２２、撮像部２３等が収納されている。又、前記托架部５の内部の所要位置には、前記制御演算部１５、振動検出部である加速度センサ２４等が収納されている。更に、前記托架部５の所要部分には、表示部２５、操作部２６が設けられている。

【0033】

前記鉛直回転軸６は水平に延びる軸心を有し、前記托架部５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。前記鉛直回転軸６の一端部は前記凹部１６に突出しており、前記鉛直回転軸６の突出端に前記走査ミラー７が前記鉛直回転軸６の軸心に対して４５°傾いた状態で設けられている。前記走査ミラー７は、前記鉛直回転軸６によって前記凹部１６内に支持され、前記鉛直回転軸６を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

【0034】

前記鉛直駆動部１７は鉛直駆動モータ２８を有し、該鉛直駆動モータ２８により前記鉛直回転軸６が回転される様になっている。前記鉛直駆動モータ２８により、前記鉛直回転軸６を介して前記走査ミラー７が回転される。尚、前記鉛直回転軸６、前記走査ミラー７、前記鉛直駆動モータ２８等により走査部２９が構成される。

【0035】

前記鉛直回転軸６には前記鉛直角検出器１８、例えばインクリメンタルエンコーダが設けられ、該鉛直角検出器１８により、前記托架部５に対する前記鉛直回転軸６の回転角が検出される。前記鉛直角検出器１８の検出結果（鉛直角）は、前記制御演算部１５に入力され、検出結果に基づき該制御演算部１５により前記鉛直駆動モータ２８の駆動が制御される様になっている。

【0036】

又、前記加速度センサ２４は、前記托架部５に生じたＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向の振動量（振幅）を検出可能となっている。前記加速度センサ２４の検出結果は、前記制御演算部１５に入力される様になっている。

【0037】

前記測距発光部１９は、測距光源部３１と、ハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材３２と、対物レンズ等から構成される投光光学部３３と、ミラー３４とを有している。前記測距光源部３１は、例えば半導体レーザ等であり、測距光３５として測距光軸３６上に不可視光である赤外光のパルスレーザ光線を発する。又、前記測距光源部３１は、所要の光強度、所要のパルス間隔等、所要の状態でパルス光が発光される様前記制御演算部１５に制御される様になっている。

【0038】

前記共通光路部２１は、第１ビームスプリッタ３８と第２ビームスプリッタ３９とを有している。又、前記測距部２２は、集光レンズ等から構成される受光光学部４１と、光路延長部４２と、光路結合部４３と、受光素子４４とを有している。

【0039】

前記測距光源部３１より出力された前記測距光３５は、一部が前記光路分割部材３２を透過し、前記投光光学部３３を介して前記ミラー３４に入射される。前記測距光３５は、前記ミラー３４に反射されて前記共通光路部２１へと導かれる。又、残りの前記測距光３５は、内部参照光として前記光路分割部材３２により反射され、内部参照光路３７へと導かれる。

【0040】

前記ミラー３４に反射された前記測距光３５は、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９により順次反射され、該第２ビームスプリッタ３９に反射された後、前記走査ミラー７へと導かれる。尚、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９を透過した前記測距光３５は、図示しない反射防止部材により吸収される。

【0041】

尚、前記走査ミラー７は偏向光学部材であり、該走査ミラー７は水平方向から入射した前記測距光３５を直角に反射し、又前記走査ミラー７に入射した反射測距光を前記第２ビームスプリッタ３９に向って水平方向に反射する様になっている。

【0042】

前記共通光路部２１から前記走査ミラー７に導かれた前記測距光３５は、前記走査ミラー７により反射され、図示しない測定対象物へと照射される。又、該走査ミラー７が前記鉛直回転軸６を中心に回転されることで、前記測距光３５は鉛直面内で回転照射される。
又、前記水平回転部４が前記托架部５を水平方向に回転させることで、前記測距光３５は前記水平回転軸１１を中心に水平方向に回転照射される。従って、前記走査ミラー７の鉛直方向の回転と前記托架部５の水平方向の回転の協働により、測定範囲全域を前記測距光３５により走査できる。

【0043】

測定範囲内に存在する測定対象物にて反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７によって反射され、前記共通光路部２１に入射する。前記反射測距光は、前記第２ビームスプリッタ３９にて反射され、更に第１ビームスプリッタ３８を透過し、前記測距部２２へと導かれる。

【0044】

該測距部２２は、前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光を前記受光素子４４へ導くと共に、前記内部参照光路３７により導かれた内部参照光を前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に導く様になっている。

【0045】

前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光は、前記受光光学部４１に入射し、該受光光学部４１にて集光され、前記光路延長部４２へと入射する。該光路延長部４２を透過した反射測距光は、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。
又、前記内部参照光路３７を経た内部参照光が、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。

【0046】

該受光素子４４に於いて、前記反射測距光と前記内部参照光は、反射測距光電気信号と内部参照光電気信号へと変換され、前記制御演算部１５へと送られる。前記反射測距光電気信号と前記内部参照光電気信号との時間間隔の差に基づき測定対象物迄の距離が測定される様になっている。

【0047】

前記制御演算部１５は、測定した測定対象物迄の距離と、前記鉛直角検出器１８により検出された鉛直角と、前記水平角検出器１４により検出された水平角とに基づき、測定対象物の座標値を算出する。又、パルス毎の測定対象物の座標値を記録することで、測定範囲全域に関する、或は測定対象物に関する点群データを得ることができる。前記水平角検出器１４及び前記鉛直角検出器１８により、前記測距光軸３６の方向を検出する角度検出部が構成される。

【0048】

前記撮像部２３の撮像光軸上には撮像素子４５が設けられ、該撮像素子４５はデジタル画像信号を出力する様になっている。該撮像素子４５は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等、画素（ピクセル）の集合体で構成されたものであり、各画素は前記撮像素子４５内での位置が特定できる様になっている。

【0049】

次に、図２を参照して、前記３次元レーザスキャナ１の制御系について説明する。

【0050】

前記制御演算部１５には、前記操作部２６、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４が電気的に接続されている。前記制御演算部１５には、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４からの角度検出信号が入力されると共に、作業者の操作により前記操作部２６からの信号が入力される。

【0051】

作業者は、該操作部２６から前記３次元レーザスキャナ１の測定を開始するのに必要な条件設定、例えば測定範囲の設定、点群データ密度（ピッチ）の設定、或は撮像時の撮像条件の設定等を行い、更に後述する共振回転数検出処理の開始指示や測定開始の指令等の入力ができる。前記操作部２６から入力された設定条件等は、前記表示部２５により確認できる様になっている。尚、前記操作部２６や前記表示部２５は、前記托架部５に設けられてもよく、或は別途独立して設けられ、無線、赤外線等の信号伝達媒体により遠隔操作可能としてもよい。

【0052】

前記制御演算部１５は、前記測距光源部３１、前記水平駆動モータ１２、前記鉛直駆動モータ２８を駆動すると共に、作業状況、測定結果等を表示する前記表示部２５を制御する。又、前記制御演算部１５には、メモリーカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置４６が設けられる。該外部記憶装置４６は、前記制御演算部１５に固定的に設けられてもよく、或は着脱可能に設けられてもよい。

【0053】

次に、前記制御演算部１５の概略について説明する。

【0054】

該制御演算部１５は、ＣＰＵに代表される演算部４７と、記憶部４８と、前記測距光源部３１の発光を制御する為の測距発光駆動部４９と、前記水平駆動モータ１２を駆動制御する為の前記水平駆動部１３と、前記鉛直駆動モータ２８を駆動制御する為の前記鉛直駆動部１７とを有している。又、前記制御演算部１５は、前記測距部２２により得られた距離データを処理する為の距離データ処理部５１と、前記撮像部２３により得られた画像データを処理する為の画像データ処理部５２と、前記加速度センサ２４により得られた振動量データと前記走査部２９の回転数を関連付ける振動量データ処理部５３等を有している。

【0055】

前記記憶部４８は、測距、鉛直角の測定、水平角の測定を実行させる為のシーケンスプログラム、測距の演算等を行う演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、前記撮像部２３の撮像状態を制御する為の撮像プログラム、画像処理を実行する画像処理プログラム、前記加速度センサ２４に検出された振動量を前記走査部２９の回転数と関連付ける関連付けプログラム、検出された振動量が閾値を越えたかどうかを判断する判断プログラム、判断結果を通知する通知プログラム、データを前記表示部２５に表示させる為の画像表示プログラム等のプログラム、或はこれらのプログラムを統合管理するプログラム等を格納する。

【0056】

又、前記記憶部４８は、測定データ、画像データ、振動量データ等のデータを格納すると共に、予め設定された振動量の閾値等を格納している。

【0057】

尚、前記距離データ処理部５１、前記画像データ処理部５２、前記振動量データ処理部５３の機能を前記演算部４７に実行させてもよく、この場合前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記振動量データ処理部５３は省略できる。

【0058】

又、前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記振動量データ処理部５３とを別途設けてもよい。例えば、別途ＰＣを装備し、該ＰＣに前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記振動量データ処理部５３の機能を実行させる様にしてもよい。この場合、前記３次元レーザスキャナ１と前記ＰＣとに通信手段を設け、距離データ、画像データ、振動量データを該ＰＣに送信し、該ＰＣで距離データ処理、画像データ処理、振動量データ処理を実行する様にしてもよい。尚、通信手段としては、光通信、無線通信、ＬＡＮ等所要の通信手段を採用することが可能である。

【0059】

前記３次元レーザスキャナ１により測定対象物を高精度に測定する為には、前記托架部５に大きな振動、例えば共振が生じた状態で測定を行わない様にし、測定結果に対する共振の影響を抑制するのが望ましい。

【0060】

前記３次元レーザスキャナ１は、三脚や前記３次元レーザスキャナ１を設置する地面の状態、三脚の材質、三脚の脚の伸ばし具合等の設置条件により、前記走査部２９を回転させた際に、前記托架部５が共振し、振動量が急激に増大する回転数（共振回転数）が異なる（図３（Ａ）、図３（Ｂ）参照）。従って、前記３次元レーザスキャナ１を設置した後、前記托架部５に共振が生じる前記走査部２９の回転数を検出する必要がある。

【0061】

本実施例では、測定対象物の測定を行う前工程として、前記走査部２９を低回転数から最大回転数迄回転数を変化させて回転させ、予め設定された閾値を越える振動量を生じた回転数を共振回転数として検出し、共振回転数で測定を行わない様にしている。尚、本実施例に於いて、低回転数は前記走査部２９が回転していない状態も含むものとする。

【0062】

図４のフローチャートを用い、共振回転数を検出する為の、前記走査部２９の共振回転数検出処理について説明する。

【0063】

ＳＴＥＰ：０１ 先ず、前記制御演算部１５は、前記鉛直駆動部１７に前記鉛直駆動モータ２８を駆動させ、例えば１０秒程度で前記走査部２９の回転数を０ｒｐｍから前記３次元レーザスキャナ１（前記走査部２９）の最大回転数、例えば２０００ｒｐｍ迄一定の増加率で漸次増大させる。

【0064】

ＳＴＥＰ：０２ 前記走査部２９を回転させている間、前記托架部５に生じる振動量は前記加速度センサ２４により常時検出されている。前記振動量データ処理部５３は、前記加速度センサ２４により検出された振動量と、その時の前記走査部２９の回転数とを所定回転数間隔でサンプリングし、前記振動量と前記回転数とを関連付け、前記走査部２９の回転数とそれに対応する予想振動量として前記記憶部４８に格納する。

【0065】

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、平坦ではない床の上に直接前記３次元レーザスキャナ１を載置し、前記托架部５（Ｈ軸）を２ｒｐｍで回転させた状態で、前記走査部２９（Ｖ軸）の回転数を変化させた場合の振動量の一例を示すグラフである。尚、上側の振動波形はＸ軸方向の振動量を示し、中間の振動波形はＹ軸方向の振動量を示し、下側の振動波形はＺ軸方向の振動量を示している。又、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）中、縦軸は前記托架部５の振動量を加速度で示しており、横軸は前記走査部２９の回転角を示している。

【0066】

図５（Ａ）は、前記走査部２９の回転数を６００ｒｐｍとした場合を示し、６００ｒｐｍで該走査部２９を回転させた際の振動量が、予想振動量として該走査部２９の回転数と関連付けられて前記記憶部４８に格納される。

【0067】

図５（Ｂ）は、前記走査部２９の回転数を１７００ｒｐｍとした場合を示し、１７００ｒｐｍで該走査部２９を回転させた際の振動量が、予想振動量として該走査部２９の回転数と関連付けられて前記記憶部４８に格納される。

【0068】

図５（Ｃ）は、前記走査部２９の回転数を１９５０ｒｐｍとした場合を示し、１９５０ｒｐｍで該走査部２９を回転させた際の振動量が、予想振動量として該走査部２９の回転数と関連付けられて前記記憶部４８に格納される。

【0069】

尚、図示はしないが、０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ間の、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）以外の回転数についても同様に、検出された振動量が予想振動量として前記走査部２９の回転数と関連付けられて前記記憶部４８に格納される。ＳＴＥＰ：０２の工程を実行することで、０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの間で共振回転数があるかどうか、更に存在する場合には共振回転数の取得が行われる。

【0070】

ＳＴＥＰ：０３ ０ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ迄の前記走査部２９の回転数と前記加速度センサ２４により検出された振動量との関連付けが完了すると、次に、前記操作部２６より測定範囲や点群データの密度（ピッチ）等の測定条件が入力される。

【0071】

ＳＴＥＰ：０４ 該操作部２６より測定条件が入力されると、前記制御演算部１５は、入力された測定条件を満たせる様な前記走査部２９の回転数を演算する。

【0072】

ＳＴＥＰ：０５ 前記振動量データ処理部５３は、演算された前記走査部２９の回転数と対応する予想振動量を前記記憶部４８より取出し、予想振動量が予め設定された閾値を越えるかどうかを比較する。

【0073】

例えば、閾値を１００ｍｇとした場合、演算された前記走査部２９の回転数が６００ｒｐｍの場合、図５（Ａ）に示される様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のいずれの振動量も閾値内であるので、前記托架部５に共振が発生していないと判断される。

【0074】

又、演算された前記走査部２９の回転数が１７００ｒｐｍの場合、図５（Ｂ）に示される様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の振動量がやや増大しているが、いずれの振動量も閾値内であるので、前記托架部５に共振が発生していないと判断される。

【0075】

又、演算された前記走査部２９の回転数が１９５０ｒｐｍの場合、図５（Ｃ）に示される様に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のいずれの場合も、所定の回転角周期で振動量が大幅に増大し、閾値を越えた振動量が検出される。この場合には、前記托架部５に共振が発生していると判断され、前記走査部２９の回転数１９５０ｒｐｍが共振回転数であると判断される。

【0076】

上記した様に、予想振動量が閾値を越えていた場合には、前記振動量データ処理部５３によりその時の前記走査部２９の回転数が共振回転数であると判断される。前記制御演算部１５は、ＳＴＥＰ：０４にて演算された前記走査部２９の共振回転数を除く他の回転数を演算し、再度予想振動量を求める。又、前記振動量データ処理部５３は、予想振動量が閾値を超えるかどうかを再度比較する。

【0077】

尚、前記制御演算部１５が前記走査部２９の他の回転数を演算する場合、共振回転数が上限に近い場合には該走査部２９の回転数を減少させる様演算し、共振回転数が下限に近い場合には該走査部２９の回転数を増大させる様演算するのが望ましい。

【0078】

又、予想振動量が閾値を越えないと判断された場合には、入力された測定条件にて測定対象物の測定が可能と判断され、共振回転数検出処理を終了する。

【0079】

尚、ＳＴＥＰ：０２に於いて、検出された振動量が閾値を超えるものについては、対応する前記走査部２９の回転数を共振回転数として設定してもよい。この場合、ＳＴＥＰ：０５に於いて、前記振動量データ処理部５３は、演算された前記走査部２９の回転数が共振回転数であるかどうかを判断するだけでよい。

【0080】

又、ＳＴＥＰ：０２にて検出される振動量が、前記走査部２９の回転によるものか、或は外部的要因による突発的なものであるかどうかは、振動している時間及び振動周波数により判断することができる。

【0081】

共振回転数検出処理の終了後、作業者が改めて前記操作部２６より測定開始を入力する様にしてもよい。又、共振回転数検出処理の終了後、自動的に前記３次元レーザスキャナ１による測定が開始される様にしてもよい。

【0082】

測定処理では、前記測距発光駆動部４９により前記測距光源部３１が駆動され、該測距光源部３１からパルスレーザ光線が前記測距光３５として発光される。

【0083】

該測距光３５は、前記光路分割部材３２により平行光束とされ、更に前記ミラー３４、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９に反射された後、前記走査ミラー７によって直角に偏向され、測定対象物に向って照射される。

【0084】

前記測定対象物で反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７により直角に偏向され、前記第２ビームスプリッタ３９に反射され、前記第１ビームスプリッタ３８に透過された後、前記受光光学部４１により集光される。該受光光学部４１により集光された反射測距光は、前記光路延長部４２を透過し、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４へと入射する。又、前記光路分割部材３２により分割された前記測距光３５（内部参照光）も、前記内部参照光路３７を介し、前記光路結合部４３を経て前記受光素子４４へと入射される。

【0085】

前記測距光３５及び反射測距光は、前記受光素子４４にて測距光電気信号と反射測距光電気信号へと変換され、前記制御演算部１５へと送られる。該制御演算部１５では、前記距離データ処理部５１により前記測距光電気信号と前記反射測距光電気信号の時間間隔が測定され、測定された時間間隔を基に測定対象物迄の距離が算出される。算出された測定対象物迄の距離は、前記記憶部４８に格納される。

【0086】

又、距離測定と並行して、前記撮像部２３により測定対象物の画像が取得され、前記画像データ処理部５２により所定の画像処理がなされ、前記記憶部４８に格納される。

【0087】

尚、測定処理中、前記３次元レーザスキャナ１の近傍をトラクターが通過した等、外部的要因により前記３次元レーザスキャナ１に振動が生じることがある。測定対象物を高精度に測定する為には、前記３次元レーザスキャナ１の設置条件に起因する共振の他に、外部的要因による突発的な振動の影響についても抑制するのが望ましい。

【0088】

図６のフローチャートを用い、測定処理中に前記托架部５に外部的要因により振動が発生した場合の外部振動抑制処理について説明する。

【0089】

ＳＴＥＰ：１１ 測定が開始されると、前記制御演算部１５により演算された回転数に基づき前記走査部２９が回転されると共に、前記托架部５が所定の速度で回転されて測定が行われる。

【0090】

ＳＴＥＰ：１２ 測定処理中、前記加速度センサ２４により、前記托架部５に生じる振動量が常時検出され、前記振動量データ処理部５３により検出された振動量が閾値を超えるかどうかが常時比較されている。検出された振動量が閾値を下回る場合には、測定処理が続行される。

【0091】

ＳＴＥＰ：１３ 前記加速度センサ２４により検出された振動量が、閾値を越えた場合には、前記制御演算部１５が前記水平駆動部１３、前記鉛直駆動部１７、前記測距発光駆動部４９を停止させる。

【0092】

ＳＴＥＰ：１４ 前記水平駆動部１３、前記鉛直駆動部１７、前記測距発光駆動部４９の停止後、前記制御演算部１５は、閾値を越えた振動量が検出された際の前記走査部２９の回転数とは異なり、且つ入力された測定条件を満たす前記走査部２９の回転数を再度演算する。該走査部２９の回転数の再演算後、前記制御演算部１５は演算した回転数に基づいて前記走査部２９を回転させると共に、前記水平駆動部１３、前記鉛直駆動部１７、前記測距発光駆動部４９を駆動させる。

【0093】

尚、ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１４の処理は、前記３次元レーザスキャナ１による測定処理が終了する迄繰返される。

【0094】

前記３次元レーザスキャナ１による測定処理中、ＳＴＥＰ：１１〜ＳＴＥＰ：１４の外部振動抑制処理が行われることで、測定処理中に外部的要因で前記托架部５に振動が生じた状態で測定が行われるのを防止することができる。従って、測定結果に対する外部的要因による振動の影響を抑制でき、高精度に測定対象物の測定を行うことができる。

【0095】

尚、ＳＴＥＰ：１２に於いて、更に閾値を越えた振動量の検出が一時的なものかどうかを判断する様にしてもよい。閾値を越えた振動が一時的なものであると判断された場合には、閾値を越えた振動量が検出された時の測定値を削除し、前記走査部２９の回転数は変更されずに測定が継続される。

【0096】

上述の様に、本実施例では、前記３次元レーザスキャナ１により測定を行う前に共振回転数検出処理を行っているので、前記３次元レーザスキャナ１の設置場所や設置状態等の設置条件に拘わらず、確実に共振回転数を検出でき、共振回転数で前記走査部２９が回転されるのを防止することができる。

【0097】

従って、共振により前記托架部５が大きく振動した状態で測定が行われることがないので、測定結果に対する共振による振動の影響を抑制でき、高精度に測定対象物の測定を行うことができる。

【0098】

又、前記３次元レーザスキャナ１による測定処理中に外部振動抑制処理を行っているので、測定処理中に外部的要因によって前記托架部５に振動が生じた場合に、該托架部５が振動した状態で測定が行われるのを防止することができる。従って、測定結果に対する外部的要因による振動の影響を抑制でき、高精度に測定対象物の測定を行うことができる。

【0099】

尚、本実施例では、ＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０５を測定を実行する前の共振回転数検出処理としているが、当該処理を前記３次元レーザスキャナ１の設置可否処理として行ってもよい。

【0100】

設置可否処理の場合、ＳＴＥＰ：０４で演算された前記走査部２９の回転数に対応する予想振動量が、ＳＴＥＰ：０５で予め設定された閾値を上回ると判断されると、前記表示部２５の表示、或は音声等により、前記３次元レーザスキャナ１の設置場所や設置状態等の設置条件の変更を促すアラームが通知される。

【0101】

作業者は、通知されたアラームに従って前記３次元レーザスキャナ１の設置条件を変更し、再度設置可否処理を行うことで、該３次元レーザスキャナ１の設置条件が妥当であるかを再度確認することができる。

【0102】

該３次元レーザスキャナ１を設置する際に、設置可否処理を行う様にすることで、例えば前記測距光源部３１に使用されるレーザ結晶の質等の部品の制約により、前記制御演算部１５により演算された回転数で測定したい場合等に効果的に測定を行うことができる。

【0103】

更に、前記３次元レーザスキャナ１を設置した後、測定条件を入力し、測定条件に基づき前記走査部２９を所定回数で回転させ、その時の振動量が閾値を越えるか判断する様にしてもよい。該振動量が閾値を越える場合には、予め設定された回転数に前記走査部２９の回転数を変更し、その時の振動量と閾値とを比較する。

【0104】

上記の様に処理することで、ＳＴＥＰ：０２の回転数と振動量との関連付けが不要となり、処理を簡略化でき、作業時間の短縮を図ることができる。

【符号の説明】

【0105】

１ ３次元レーザスキャナ
５ 托架部
７ 走査ミラー
１３ 水平駆動部
１４ 水平角検出器
１５ 制御演算部
１７ 鉛直駆動部
１８ 鉛直角検出器
１９ 測距発光部
２２ 測距部
２４ 加速度センサ
２９ 走査部
４７ 演算部
４８ 記憶部
５３ 振動量データ処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】