特開 2024-39935 ３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024039935

(43)【公開日】2024-03-25

(54)【発明の名称】３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20240315BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022144694

(22)【出願日】2022-09-12

(71)【出願人】

【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】100098796

【弁理士】

【氏名又は名称】新井 全

(74)【代理人】

【識別番号】100121647

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 和孝

(74)【代理人】

【識別番号】100187377

【弁理士】

【氏名又は名称】芳野 理之

(72)【発明者】

【氏名】松本 昌絵

(72)【発明者】

【氏名】阿部 淳

(72)【発明者】

【氏名】東海林 直樹

(57)【要約】

【課題】作動時間を抑え、バッテリの消費電力を節約することができる３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラムを提供すること。
【解決手段】３次元測量装置２は、回転対象物を回転させるモータ４３３と、回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダ４３４と、ロータリーエンコーダ４３４のゼロ位置におけるモータ４３３の相の位相関係を初期位相として算出する演算部４６１と、初期位相を駆動パラメータとして記憶する記憶部４６８と、を備える。演算部４６１は、駆動パラメータを事前に記憶部４６８に記憶させ、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御によりモータ４３３を駆動し、ロータリーエンコーダ４３４のゼロ位置を検出したときに記憶部４６８に記憶された駆動パラメータを位相角として適用した後、ロータリーエンコーダ４３４の値を用いたクローズドループ制御によりモータ４３３を駆動する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置であって、
回転対象物を軸心を中心に回転させるモータと、
前記回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダと、
前記ロータリーエンコーダのゼロ位置における前記モータの相の位相関係を初期位相として算出する演算部と、
前記演算部により算出された前記初期位相を駆動パラメータとして記憶する記憶部と、
を備え、
前記演算部は、前記駆動パラメータを事前に前記記憶部に記憶させ、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用した後、前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動することを特徴とする３次元測量装置。

【請求項2】

前記演算部は、前記モータの各極で複数回にわたって前記初期位相を算出し、複数の前記初期位相の平均値を前記駆動パラメータとして前記記憶部に記憶させることを特徴とする請求項１に記載の３次元測量装置。

【請求項3】

測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置駆動方法であって、
回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて算出された前記初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶する第２ステップと、
電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用する第３ステップと、
前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動する第４ステップと、
を備えたことを特徴とする３次元測量装置駆動方法。

【請求項4】

測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置のコンピュータによって実行される３次元測量装置駆動プログラムであって、
前記コンピュータに、
回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて算出された前記初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶する第２ステップと、
電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用する第３ステップと、
前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動する第４ステップと、
を実行させることを特徴とする３次元測量装置駆動プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、傾斜検出装置を具備する測量装置が開示されている。特許文献１に記載された測量装置は、フレームや傾斜検出ユニットなどの回転対象物を軸心を中心に回転させるモータと、回転対象物の回転角を検出するエンコーダと、を備えている。例えば、 特許文献１に記載されたような測量装置のモータとして、ホールセンサを有していない３相ブラシレスモータが使用される場合がある。このような場合には、測量装置の電源が入った後の初期動作において、測量装置は、モータの揺動動作を実行することによりモータの相の初期位相を確認して記憶し、記憶した初期位相に基づいてモータの制御を行う必要がある。

【0003】

しかし、例えば作業者が３次元測量装置を移動させて測量地点を変更する度に、３次元測量装置が初期動作においてモータの相の初期位相を確認して記憶する動作を実行すると、３次元測量装置の作動時間や作業者の作業時間が長くなるという点において改善の余地がある。これに対して、例えば作業者が３次元測量装置を移動させて測量地点を変更する際に、３次元測量装置の電源を入れたままにしておくことも一策である。しかし、そうすると、３次元測量装置のバッテリの消費電力が多くなり、消費電力の節約という点において改善の余地がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－６３７６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、作動時間を抑え、バッテリの消費電力を節約することができる３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラム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】

本発明の第１態様は、測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置であって、回転対象物を軸心を中心に回転させるモータと、前記回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダのゼロ位置における前記モータの相の位相関係を初期位相として算出する演算部と、前記演算部により算出された前記初期位相を駆動パラメータとして記憶する記憶部と、を備え、前記演算部は、前記駆動パラメータを事前に前記記憶部に記憶させ、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用した後、前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動することを特徴とする３次元測量装置である。

【0007】

本発明の第１態様によれば、演算部は、ロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出し、算出した初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶させておく。そして、演算部は、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御によりモータを駆動し、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したときに、記憶部に記憶された駆動パラメータを位相角として適用する。このように、演算部は、電源が入った後の初期動作においてクローズドループ制御によりモータの揺動動作を実行してモータの相の初期位相を確認するわけではない。そして、演算部は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したときに、記憶部に記憶された駆動パラメータを位相角として適用した後、ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御によりモータを駆動する。これにより、本発明の第１態様の３次元測量装置は、電源が入った後の初期動作におけるモータの揺動動作が不要であるため、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出するまでの時間を短縮することができ、作動時間を抑えることができる。また、例えば作業者が３次元測量装置を移動させて測量地点を変更する際に電源を入れたままにしておく必要がなく、さらに、本発明の第１態様の３次元測量装置は、作動時間を抑えることができるため、バッテリの消費電力を節約することができ、動作可能時間を拡張することができる。

【0008】

本発明の第２態様は、本発明の第１態様において、前記演算部は、前記モータの各極で複数回にわたって前記初期位相を算出し、複数の前記初期位相の平均値を前記駆動パラメータとして前記記憶部に記憶させることを特徴とする３次元測量装置である。

【0009】

本発明の第２態様によれば、演算部は、初期位相を算出する際に、モータの極の影響による初期位相のばらつきを抑え、より安定した値を駆動パラメータとして記憶部に記憶させることができる。これにより、本発明の第２態様の３次元測量装置は、より安定したモータの駆動を実現することができる。

【0010】

本発明の第３態様は、測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置駆動方法であって、回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出する第１ステップと、前記第１ステップにおいて算出された前記初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶する第２ステップと、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用する第３ステップと、前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動する第４ステップと、を備えたことを特徴とする３次元測量装置駆動方法である。

【0011】

本発明の第３態様によれば、第１ステップにおいて、ロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出し、第２ステップにおいて、第１ステップにより算出された初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶させておく。そして、第３ステップにおいて、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御によりモータを駆動し、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したときに、記憶部に記憶された駆動パラメータを位相角として適用する。このように、第３ステップでは、電源が入った後の初期動作においてクローズドループ制御によりモータの揺動動作を実行してモータの相の初期位相を確認するわけではない。そして、第４ステップにおいて、ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御によりモータを駆動する。これにより、本発明の第３態様の３次元測量装置駆動方法では、電源が入った後の初期動作におけるモータの揺動動作が不要であるため、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出するまでの時間を短縮することができ、作動時間を抑えることができる。また、例えば作業者が３次元測量装置を移動させて測量地点を変更する際に電源を入れたままにしておく必要がなく、さらに、本発明の第３態様の３次元測量装置駆動方法では、作動時間を抑えることができるため、バッテリの消費電力を節約することができ、動作可能時間を拡張することができる。

【0012】

本発明の第４態様は、測定対象物の３次元データを取得する３次元測量装置のコンピュータによって実行される３次元測量装置駆動プログラムであって、前記コンピュータに、回転対象物の回転角を検出するロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出する第１ステップと、前記第１ステップにおいて算出された前記初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶する第２ステップと、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により前記モータを駆動し、前記ロータリーエンコーダの前記ゼロ位置を検出したときに前記記憶部に記憶された前記駆動パラメータを位相角として適用する第３ステップと、前記ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御により前記モータを駆動する第４ステップと、を実行させることを特徴とする３次元測量装置駆動プログラムである。

【0013】

本発明の第４態様によれば、第１ステップにおいて、ロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出し、第２ステップにおいて、第１ステップにより算出された初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部に記憶させておく。そして、第３ステップにおいて、電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御によりモータを駆動し、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したときに、記憶部に記憶された駆動パラメータを位相角として適用する。このように、第３ステップでは、電源が入った後の初期動作においてクローズドループ制御によりモータの揺動動作を実行してモータの相の初期位相を確認するわけではない。そして、第４ステップにおいて、ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御によりモータを駆動する。これにより、本発明の第４態様の３次元測量装置駆動プログラムでは、電源が入った後の初期動作におけるモータの揺動動作が不要であるため、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出するまでの時間を短縮することができ、作動時間を抑えることができる。また、例えば作業者が３次元測量装置を移動させて測量地点を変更する際に電源を入れたままにしておく必要がなく、さらに、本発明の第４態様の３次元測量装置駆動プログラムでは、作動時間を抑えることができるため、バッテリの消費電力を節約することができ、動作可能時間を拡張することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、作動時間を抑え、バッテリの消費電力を節約することができる３次元測量装置、３次元測量装置駆動方法および３次元測量装置駆動プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る３次元測量装置の構造系を主として説明するブロック図である。

【図2】本実施形態に係る３次元測量装置の制御系を主として説明するブロック図である。

【図3】本実施形態に係る３次元測量装置の事前動作を表すフローチャートである。

【図4】本実施形態に係る３次元測量装置の電源オン後の初期動作を表すフローチャートである。

【図5】本実施形態の初期位相の測定結果の一例を例示するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

【0017】

図１は、本発明の実施形態に係る３次元測量装置の構造系を主として説明するブロック図である。
図２は、本実施形態に係る３次元測量装置の制御系を主として説明するブロック図である。

【0018】

図１および図２に表したように、本実施形態に係る３次元測量装置２は、視準測距ユニット４と、スキャナユニット５と、を備え、例えば構造物などの測定対象物の３次元データを取得する。なお、図１および図２に表した３次元測量装置２は、一例であり、本実施形態に係る３次元測量装置２は、必ずしも視準測距ユニット４とスキャナユニット５との両方を備えていなくともよい。つまり、本実施形態に係る３次元測量装置２は、例えばトータルステーションなどと呼ばれる視準測距ユニット４であって、測距および測角を行う機器であってもよい。あるいは、本実施形態に係る３次元測量装置２は、スキャナユニット５であって、測距および測角を行い点群データを取得する機器であってもよい。本実施形態の説明では、３次元測量装置２が視準測距ユニット４とスキャナユニット５との両方を備える場合を例に挙げる。

【0019】

本実施形態の視準測距ユニット４は、整準部４１と、第１托架部４２と、第１水平回転部４３と、第１鉛直回転部４４と、望遠鏡部４５と、制御演算部４６と、操作表示部４７と、基盤部４８と、傾斜計４９と、を有する。視準測距ユニット４は、計測用ターゲット６（図２参照）を自動的に探す自動追尾機能を有する。

【0020】

制御演算部４６は、演算部４６１と、第１距離測定部４６２と、第１水平回転駆動部４６３と、第１鉛直回転駆動部４６４と、第２距離測定部４６５と、第２水平回転駆動部４６６と、第２鉛直回転駆動部４６７と、記憶部４６８と、画像処理部４６９と、を有する。演算部４６１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などであり、操作表示部４７の操作入力部４７２から送信された信号（指令）に基づいて、プログラムの起動や、信号の制御処理や、演算や、操作表示部４７の表示部４７１などの駆動制御などを実行する。すなわち、演算部４６１は、３次元測量装置２の全体の制御を行うとともに、測量条件や、測定結果（測距結果および測角結果）や、画像処理された結果（視準範囲の画像）などを表示部４７１に表示させる。

【0021】

第１距離測定部４６２、第１水平回転駆動部４６３、第１鉛直回転駆動部４６４、第２距離測定部４６５、第２水平回転駆動部４６６、第２鉛直回転駆動部４６７、および画像処理部４６９は、記憶部４６８に格納（記憶）されているプログラムを演算部４６１が実行することにより実現される。なお、第１距離測定部４６２、第１水平回転駆動部４６３、第１鉛直回転駆動部４６４、第２距離測定部４６５、第２水平回転駆動部４６６、第２鉛直回転駆動部４６７、および画像処理部４６９は、ハードウェアによって実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

【0022】

記憶部４６８には、例えば、測定のためのシーケンスプログラムや、画像処理のための画像処理プログラムや、演算プログラムなどが格納されている。また、記憶部４６８には、後述する駆動パラメータが格納される。駆動パラメータの詳細については、後述する。記憶部４６８としては、例えば、３次元測量装置２に内蔵された半導体メモリなどが挙げられる。あるいは、記憶部４６８としては、３次元測量装置２に接続可能なＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＲＡＭ（Random access memory）、ＲＯＭ（Read only memory）、ハードディスク、メモリカードなどの種々の記憶媒体が挙げられる。

【0023】

制御演算部４６を含むコンピュータによって実行されるプログラムは、本発明の「３次元測量装置駆動プログラム」の一例である。ここでいう「コンピュータ」とは、パソコンには限定されず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

【0024】

整準部４１は、三脚（図示せず）に取付けられる部分であり、例えば３つの調整螺子４１１を有する。整準部４１の整準は、例えば計測用ターゲット６が設置された既知点において、第１托架部４２に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出するように調整螺子４１１が調整されることにより行われる。すなわち、第１托架部４２は、例えば計測用ターゲット６が設置された既知点において、調整螺子４１１による整準が行われることで水平に維持される。

【0025】

第１水平回転部４３は、第１水平回転軸４３１と、軸受４３２と、第１水平駆動モータ４３３と、第１水平角検出器４３４と、を有する。第１水平駆動モータ４３３は、本発明の「モータ」の一例であり、例えばホールセンサを有していない３相ブラシレスモータである。第１水平角検出器４３４は、本発明の「ロータリーエンコーダ」の一例であり、例えばインクリメンタル型のロータリーエンコーダである。第１水平回転軸４３１は、鉛直に延びた第１鉛直軸心４３６を有し、軸受４３２を介して基盤部４８に回転自在に支持されている。第１托架部４２は、第１水平回転軸４３１に支持され、第１水平駆動モータ４３３から伝達された駆動力により第１鉛直軸心４３６を中心として水平方向に第１水平回転軸４３１と一体的に回転する。第１托架部４２は、本発明の「回転対象物」の一例である。

【0026】

基盤部４８に対する第１水平回転軸４３１の回転角（すなわち第１托架部４２の回転角）は、第１水平角検出器４３４によって検出される。第１水平角検出器４３４の検出結果は、演算部４６１に入力される。第１水平駆動モータ４３３の駆動は、第１水平角検出器４３４の検出結果に基づいて第１水平回転駆動部４６３により制御される。

【0027】

第１鉛直回転部４４は、第１鉛直回転軸４４１と、軸受４４２と、第１鉛直駆動モータ４４３と、第１鉛直角検出器４４４と、を有する。第１鉛直駆動モータ４４３は、本発明の「モータ」の一例であり、例えばホールセンサを有していない３相ブラシレスモータである。第１鉛直角検出器４４４は、本発明の「ロータリーエンコーダ」の一例であり、例えばインクリメンタル型のロータリーエンコーダである。第１鉛直回転軸４４１は、水平に延びた第１水平軸心４４６を有し、軸受４４２を介して第１托架部４２に回転自在に支持されている。第１鉛直回転軸４４１の一方の端部は、第１托架部４２の間隙部４２１に突出している。望遠鏡部４５は、第１托架部４２の間隙部４２１に突出した第１鉛直回転軸４４１の一方の端部に支持され、第１鉛直駆動モータ４４３から伝達された駆動力により第１水平軸心４４６を中心として鉛直方向に第１鉛直回転軸４４１と一体的に回転する。望遠鏡部４５は、本発明の「回転対象物」の一例である。

【0028】

第１鉛直角検出器４４４は、第１鉛直回転軸４４１の他方の端部に設けられている。第１托架部４２に対する第１鉛直回転軸４４１の回転角（すなわち望遠鏡部４５の回転角）は、第１鉛直角検出器４４４により検出される。第１鉛直角検出器４４４の検出結果は、演算部４６１に入力される。第１鉛直駆動モータ４４３の駆動は、第１鉛直角検出器４４４の検出結果に基づいて第１鉛直回転駆動部４６４により制御される。

【0029】

望遠鏡部４５は、前述したように、第１鉛直回転軸４４１に支持され、第１鉛直駆動モータ４４３から伝達された駆動力により第１水平軸心４４６を中心として鉛直方向に回転する。望遠鏡部４５は、視準望遠鏡４５８を有し、計測用ターゲット６を視準して第１測距光４５５を照射する。具体的に説明すると、望遠鏡部４５は、第１測距発光部４５１と、第１測距受光部４５２と、視準受光部４５３と、を有する。

【0030】

第１測距発光部４５１は、第１距離測定部４６２により駆動制御される。第１測距発光部４５１は、望遠鏡部４５の内部に設けられ、例えばレーザ光などの第１測距光４５５を第１水平軸心４４６に直交する方向に射出する。第１測距発光部４５１から射出された第１測距光４５５は、計測用ターゲット６に照射される。計測用ターゲット６で反射した第１反射測距光４５６は、望遠鏡部４５の内部に設けられた第１測距受光部４５２において受光される。第１測距受光部４５２は、受光した第１反射測距光４５６による明暗（受光結果）を電子信号（受光信号）に変換し、受光信号を第１距離測定部４６２に送信する。また、第１測距受光部４５２は、参照光光学部（図示せず）から導かれた内部参照光（図示せず）を受光し電気信号に変換して、第１距離測定部４６２に送信する。

【0031】

第１距離測定部４６２は、第１測距受光部４５２から送信された受光信号に基づいて計測用ターゲット６までの距離を演算する。すなわち、第１反射測距光４５６および内部参照光は、第１反射測距光電気信号および内部参照光電気信号のそれぞれに変換され、第１距離測定部４６２に送られる。計測用ターゲット６までの距離は、第１反射測距光電気信号と内部参照光電気信号との間の時間的間隔の差に基づいて測定される。第１距離測定部４６２の演算結果は、演算部（ＣＰＵ）４６１に入力される。

【0032】

演算部４６１は、測定した計測用ターゲット６までの距離と、第１鉛直角検出器４４４により検出された鉛直角と、第１水平角検出器４３４により検出された水平角と、に基づいて、計測用ターゲット６の座標値を算出する。言い換えれば、計測用ターゲット６は既知点に設置されているため、演算部４６１は、測定した計測用ターゲット６までの距離と、第１鉛直角検出器４４４により検出された鉛直角と、第１水平角検出器４３４により検出された水平角と、に基づいて、視準測距ユニット４の計測中心の座標値を算出する。

【0033】

視準受光部４５３は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサであり、第１反射測距光４５６の波長域とは異なる波長域の反射視準光４５７を受光する。反射視準光４５７は、第１反射測距光４５６の波長域とは異なる波長域を有する光であって、計測用ターゲット６で反射した光である。すなわち、視準受光部４５３は、計測用ターゲット６で反射した反射視準光４５７を受光し、計測用ターゲット６の画像を受光する。反射視準光４５７としては、例えば自然光や赤外光などが挙げられる。但し、反射視準光４５７は、これだけには限定されない。反射視準光４５７は、望遠鏡部４５の内部に設けられた視準受光部４５３において受光される。視準受光部４５３は、反射視準光４５７による明暗（受光結果）を電子信号（画像信号）に変換し、画像信号を画像処理部４６９に送信する。

【0034】

画像処理部４６９は、視準受光部４５３から送信された画像信号の画像処理を実行し、画像データ信号として演算部４６１に送信する。演算部４６１は、画像処理部４６９から送信された画像データ信号に基づいて演算を実行し、望遠鏡部４５による視準範囲の画像を操作表示部４７の表示部４７１に表示させる制御を実行する。

【0035】

傾斜計４９は、重力に対する視準測距ユニット４の傾き（傾斜角）を計測する。傾斜計４９の計測結果は、演算部４６１に入力される。

【0036】

本実施形態のスキャナユニット５は、第２托架部５２と、第２水平回転部５３と、第２鉛直回転部５４と、走査鏡５５と、第２測距発光部５６と、第２測距受光部５７と、を有する。視準測距ユニット４に対するスキャナユニット５の外部標定要素は、予め設定されており既知である。

【0037】

第２水平回転部５３は、第２水平回転軸５３１と、軸受５３２と、第２水平駆動モータ５３３と、第２水平角検出器５３４と、を有する。第２水平駆動モータ５３３は、本発明の「モータ」の一例であり、例えばホールセンサを有していない３相ブラシレスモータである。第２水平角検出器５３４は、本発明の「ロータリーエンコーダ」の一例であり、例えばインクリメンタル型のロータリーエンコーダである。第２水平回転軸５３１は、鉛直に延びた第２鉛直軸心５３６を有し、軸受５３２を介して第２托架部５２に回転自在に支持されている。第２水平回転軸５３１の一方の端部は、視準測距ユニット４の第１托架部４２に接続されている。第２托架部５２は、第２水平回転軸５３１に支持され、第２水平駆動モータ５３３から伝達された駆動力により第２鉛直軸心５３６を中心として水平方向に第２水平回転軸５３１と一体的に回転する。第２托架部５２は、本発明の「回転対象物」の一例である。

【0038】

第２鉛直軸心５３６は、第１鉛直軸心４３６と平行である。本実施形態に係る３次元測量装置２では、第１鉛直軸心４３６および第２鉛直軸心５３６は、互いに同一直線上に存在する。ただし、第１鉛直軸心４３６および第２鉛直軸心５３６は、互いに同一直線上に存在することには限定されない。第１鉛直軸心４３６と第２鉛直軸心５３６との間の距離は、既知である。すなわち、第１鉛直軸心４３６に対する第２鉛直軸心５３６の位置は、既知である。

【0039】

第２水平角検出器５３４は、第２水平回転軸５３１の他方の端部に設けられている。第１托架部４２に対する第２水平回転軸５３１の回転角（すなわち第２托架部５２の回転角）は、第２水平角検出器５３４により検出される。第２水平角検出器５３４の検出結果は、演算部４６１に入力される。第２水平駆動モータ５３３の駆動は、第２水平角検出器５３４の検出結果に基づいて第２水平回転駆動部４６６により制御される。

【0040】

第２鉛直回転部５４は、第２鉛直回転軸５４１と、軸受５４２と、第２鉛直駆動モータ５４３と、第２鉛直角検出器５４４と、を有する。第２鉛直駆動モータ５４３は、本発明の「モータ」の一例であり、例えばホールセンサを有していない３相ブラシレスモータである。第２鉛直角検出器５４４は、本発明の「ロータリーエンコーダ」の一例であり、例えばインクリメンタル型のロータリーエンコーダである。第２鉛直回転軸５４１は、水平に延びた第２水平軸心５４６を有し、軸受５４２を介して第２托架部５２に回転自在に支持されている。第２鉛直回転軸５４１の一方の端部は、第２托架部５２の凹部５２１に突出している。走査鏡５５は、第２托架部５２の凹部５２１に突出した第２鉛直回転軸５４１の一方の端部に支持され、第２鉛直駆動モータ５４３から伝達された駆動力により第２水平軸心５４６を中心として鉛直方向に第２鉛直回転軸５４１と一体的に回転する。走査鏡５５は、本発明の「回転対象物」の一例である。

【0041】

第２鉛直角検出器５４４は、第２鉛直回転軸５４１の他方の端部に設けられている。第２托架部５２に対する第２鉛直回転軸５４１の回転角（すなわち走査鏡５５の回転角）は、第２鉛直角検出器５４４により検出される。第２鉛直角検出器５４４の検出結果は、演算部４６１に入力される。第２鉛直駆動モータ５４３の駆動は、第２鉛直角検出器５４４の検出結果に基づいて第２鉛直回転駆動部４６７により制御される。

【0042】

第２水平軸心５４６は、第１水平軸心４４６と平行である。第１水平軸心４４６と第２水平軸心５４６との間の距離は、既知である。すなわち、第１水平軸心４４６に対する第２水平軸心５４６の位置は、既知である。

【0043】

走査鏡５５は、偏向光学部材であり、水平方向から入射した第２測距光５６５を直角に反射する。すなわち、走査鏡５５は、水平方向から入射した第２測距光５６５を第２水平軸心５４６に直交する方向に反射する。走査鏡５５は、前述したように、第２鉛直回転軸５４１に支持され、第２鉛直駆動モータ５４３から伝達された駆動力により第２水平軸心５４６を中心として鉛直方向に回転する。これにより、走査鏡５５は、第２測距光５６５を第２水平軸心５４６に交差（具体的には直交）する面内で回転照射させる。また、走査鏡５５は、測定対象物７で反射され走査鏡５５に入射した第２反射測距光５６６を第２測距受光部５７に向かって反射する。すなわち、走査鏡５５は、測定対象物７で反射され走査鏡５５に入射した第２反射測距光５６６を第２水平軸心５４６に平行な方向に反射する。

【0044】

図２に表したように、第２測距発光部５６は、発光素子５６１と、対物レンズ等を含む投光光学部５６２と、を有し、第２距離測定部４６５により駆動制御される。発光素子５６１は、例えば半導体レーザ等であり、投光光学部５６２を介して第２測距光５６５を第２水平軸心５４６に合致する光軸上に射出する。第２測距光５６５は、不可視光としての赤外光のパルスレーザ光線である。発光素子５６１は、第２距離測定部４６５に制御され、所要の光強度や所要のパルス間隔などを含む所要の状態でパルス光を発光する。

【0045】

図２に表したように、第２測距受光部５７は、受光素子５７１と、集光レンズなどを含む受光光学部５７２と、を有する。受光素子５７１は、第２測距光５６５が測定対象物７で反射した第２反射測距光５６６であって、走査鏡５５で反射し受光光学部５７２を透過した第２反射測距光５６６を受光する。受光素子５７１は、受光した第２反射測距光５６６による明暗（受光結果）を電子信号（受光信号）に変換し、受光信号を第２距離測定部４６５に送信する。また、受光素子５７１は、参照光光学部（図示せず）から導かれた内部参照光（図示せず）を受光し電気信号に変換して、第２距離測定部４６５に送信する。

【0046】

第２距離測定部４６５は、第２測距受光部５７（具体的には受光素子５７１）から送信された受光信号に基づいて測定対象物７までの距離を演算する。すなわち、第２反射測距光５６６および内部参照光は、第２反射測距光電気信号および内部参照光電気信号のそれぞれに変換され、第２距離測定部４６５に送られる。測定対象物７までの距離は、第２反射測距光電気信号と内部参照光電気信号との間の時間的間隔の差に基づいて測定される。第２距離測定部４６５の演算結果は、演算部４６１に入力される。

【0047】

演算部４６１は、測定した測定対象物７までの距離と、第２鉛直角検出器５４４により検出された鉛直角と、第２水平角検出器５３４により検出された水平角と、に基づいて、測定対象物７の座標値を算出する。また、演算部４６１は、パルス光毎の測定対象物７の座標値を記録することで、測定範囲全域に関する点群データ、あるいは測定対象物７に関する点群データを得ることができる。

【0048】

ここで、ホールセンサを有していない３相ブラシレスモータが第１水平駆動モータ４３３、第１鉛直駆動モータ４４３、第２水平駆動モータ５３３および第２鉛直駆動モータ５４３の少なくともいずれかに使用される場合、３次元測量装置２は、モータの揺動動作を実行することによりモータの相の初期位相を確認して記憶し、記憶した初期位相に基づいてモータの制御を行う必要がある。しかし、例えば作業者が３次元測量装置２を移動させて測量地点を変更する度に、３次元測量装置２が初期動作においてモータの相の初期位相を確認して記憶する動作を実行すると、３次元測量装置２の作動時間や作業者の作業時間が長くなる。また、例えば作業者が３次元測量装置２を移動させて測量地点を変更する際に、３次元測量装置２の電源を入れたままにしておくと、測量地点を変更する度にモータの相の初期位相を確認して記憶する動作は不要になる一方で、３次元測量装置２のバッテリの消費電力が多くなる。

【0049】

これに対して、本実施形態に係る３次元測量装置２の演算部４６１は、第１水平角検出器４３４のゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出し、算出した初期位相を駆動パラメータとして事前に記憶部４６８に記憶させておく。そして、演算部４６１は、３次元測量装置２の電源が入った後の初期動作においてオープンループ制御により第１水平駆動モータ４３３を駆動し、第１水平角検出器４３４のゼロ位置を検出したときに、記憶部４６８に記憶された駆動パラメータを位相角として適用する。そして、演算部４６１は、第１水平角検出器４３４のゼロ位置を検出したときに、記憶部４６８に記憶された駆動パラメータを位相角として適用した後、第１水平角検出器４３４の値を用いたクローズドループ制御により第１水平駆動モータ４３３を駆動する。このような処理は、第１鉛直角検出器４４４および第１鉛直駆動モータ４４３、第２水平角検出器５３４および第２水平駆動モータ５３３、ならびに第２鉛直角検出器５４４および第２鉛直駆動モータ５４３についても同様に実行される。

【0050】

以下、本実施形態に係る３次元測量装置２の動作と、本実施形態に係る３次元測量装置２が実行する３次元測量装置駆動方法と、本実施形態に係る３次元測量装置２のコンピュータによって実行される３次元測量装置駆動プログラムと、の詳細を、図面を参照して説明する。

【0051】

図３は、本実施形態に係る３次元測量装置の事前動作を表すフローチャートである。
図４は、本実施形態に係る３次元測量装置の電源オン後の初期動作を表すフローチャートである。
図５は、本実施形態の初期位相の測定結果の一例を例示するグラフである。

【0052】

なお、図３および図４は、本実施形態に係る３次元測量装置駆動方法により実行されるステップと、本実施形態に係る３次元測量装置駆動プログラムが３次元測量装置２のコンピュータに実行させるステップと、を表すフローチャートである。
以下では、説明の便宜上、第１水平駆動モータ４３３、第１鉛直駆動モータ４４３、第２水平駆動モータ５３３および第２鉛直駆動モータ５４３を「モータ」と称して説明し、第１水平角検出器４３４、第１鉛直角検出器４４４、第２水平角検出器５３４および第２鉛直角検出器５４４を「ロータリーエンコーダ」と称して説明する。

【0053】

まず、図３に表したステップＳ１１において、３次元測量装置２は、例えば３次元測量装置２の製造工程や組立工程で事前動作としてモータの揺動動作を実行する。つまり、演算部４６１は、モータの初期位置を求める制御を実行する。続いて、ステップＳ１２において、演算部４６１は、クローズドループ制御によりモータを駆動する。続いて、ステップＳ１３において、演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したか否かを判断する。

【0054】

演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出していない場合には（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１２に関して前述した処理を実行する。一方で、演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出した場合には（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、ロータリーエンコーダのゼロ位置におけるモータの相の位相関係を初期位相として算出する。続いて、ステップＳ１５において、演算部４６１は、算出した初期位相を駆動パラメータとして記憶部４６８に記憶させる。

【0055】

ここで、図５に表したように、演算部４６１が算出する初期位相には、演算部４６１が初期位相を確認するモータの極に応じてばらつきが存在する。図５は、１回、２回および３回にわたってモータの各極における任意の相（例えば３相ブラシレスモータのＵ相）の位相を測定した結果の一例を表している。図５に表したような初期位相のばらつきは、例えば３相ブラシレスモータのＵ相だけではなく、Ｖ相およびＷ相についても同様に存在する。

【0056】

そこで、本実施形態の演算部４６１は、モータの各極で複数回にわたって初期位相を算出し、複数の初期位相の平均値を駆動パラメータとして記憶部４６８に記憶させる。これにより、演算部４６１は、初期位相を算出する際に、モータの極の影響による初期位相のばらつきを抑え、より安定した値を駆動パラメータとして記憶部４６８に記憶させることができる。
このようにして、３次元測量装置２の製造工程や組立工程での事前動作が終了する。

【0057】

続いて、図４に表したステップＳ２１において、例えば測量現場などで３次元測量装置２の電源が入る。そうすると、ステップＳ２２において、演算部４６１は、電源が入った後の初期動作として、オープンループ制御によりモータを駆動する。続いて、ステップＳ２３において、演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出したか否かを判断する。

【0058】

演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出していない場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、ステップＳ２２に関して前述した処理を実行する。一方で、演算部４６１は、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出した場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、記憶部４６８に記憶された駆動パラメータを位相角として適用する。このように、本実施形態の演算部４６１は、電源が入った後の初期動作においてクローズドループ制御によりモータの揺動動作を実行してモータの相の初期位相を確認するわけではない。続いて、ステップＳ２５において、演算部４６１は、ロータリーエンコーダの値を用いたクローズドループ制御によりモータを駆動する。

【0059】

本実施形態に係る３次元測量装置２によれば、電源が入った後の初期動作におけるモータの揺動動作が不要であるため、ロータリーエンコーダのゼロ位置を検出するまでの時間を短縮することができ、作動時間を抑えることができる。また、例えば作業者が３次元測量装置２を移動させて測量地点を変更する際に電源を入れたままにしておく必要がなく、さらに作動時間を抑えることができるため、バッテリの消費電力を節約することができ、動作可能時間を拡張することができる。

【0060】

また、図３および図５に関して前述した通り、演算部４６１は、モータの各極で複数回にわたって初期位相を算出し、複数の初期位相の平均値を駆動パラメータとして記憶部４６８に記憶させる。これにより、演算部４６１は、初期位相を算出する際に、モータの極の影響による初期位相のばらつきを抑え、より安定した値を駆動パラメータとして記憶部４６８に記憶させることができる。これにより、３次元測量装置２は、より安定したモータの駆動を実現することができる。

【0061】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【符号の説明】

【0062】

２：３次元測量装置、 ４：視準測距ユニット、 ５：スキャナユニット、 ６：計測用ターゲット、 ７：測定対象物、 ４１：整準部、 ４２：第１托架部、 ４３：第１水平回転部、 ４４：第１鉛直回転部、 ４５：望遠鏡部、 ４６：制御演算部、 ４７：操作表示部、 ４８：基盤部、 ４９：傾斜計、 ５２：第２托架部、 ５３：第２水平回転部、 ５４：第２鉛直回転部、 ５５：走査鏡、 ５６：第２測距発光部、 ５７：第２測距受光部、 ４１１：調整螺子、 ４２１：間隙部、 ４３１：第１水平回転軸、 ４３２：軸受、 ４３３：第１水平駆動モータ、 ４３４：第１水平角検出器、 ４３６：第１鉛直軸心、 ４４１：第１鉛直回転軸、 ４４２：軸受、 ４４３：第１鉛直駆動モータ、 ４４４：第１鉛直角検出器、 ４４６：第１水平軸心、 ４５１：第１測距発光部、 ４５２：第１測距受光部、 ４５３：視準受光部、 ４５５：第１測距光、 ４５６：第１反射測距光、 ４５７：反射視準光、 ４５８：視準望遠鏡、 ４６１：演算部、 ４６２：第１距離測定部、 ４６３：第１水平回転駆動部、 ４６４：第１鉛直回転駆動部、 ４６５：第２距離測定部、 ４６６：第２水平回転駆動部、 ４６７：第２鉛直回転駆動部、 ４６８：記憶部、 ４６９：画像処理部、 ４７１：表示部、 ４７２：操作入力部、 ５２１：凹部、 ５３１：第２水平回転軸、 ５３２：軸受、 ５３３：第２水平駆動モータ、 ５３４：第２水平角検出器、 ５３６：第２鉛直軸心、 ５４１：第２鉛直回転軸、 ５４２：軸受、 ５４３：第２鉛直駆動モータ、 ５４４：第２鉛直角検出器、 ５４６：第２水平軸心、 ５６１：発光素子、 ５６２：投光光学部、 ５６５：第２測距光、 ５６６：第２反射測距光、 ５７１：受光素子、 ５７２：受光光学部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】