專利名稱：光學裝置、及使用光學裝置測量物體尺寸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學裝置，特別是涉及一種可較好地應用 于物體(例如，在混凝土結構物表面產(chǎn)生的裂紋)的尺寸測量 的光學裝置。本發(fā)明還涉及使用上述那樣的光學裝置測量物體 尺寸的方法。
背景技術：
作為診斷混凝土結構物(例如橋梁、隧道、大樓)的老化 狀態(tài)的方法之一，測量在混凝土表面產(chǎn)生的裂紋寬度(與裂紋 傳播方向垂直的方向上的大小)。但是，以往采用的用于測量裂紋寬度的方法，是使普通的標尺(scale )或裂紋寬度測量用的 裂紋標尺與混凝土表面抵接、并通過目視測量裂紋寬度，因此， 測量部位被限定在測量者的手可夠到的范圍內(nèi)。另外，專利文 獻l中提出了 一種在細長桿的前端安裝有標尺或裂紋標尺的裂 紋測量裝置，但可用該裝置測量的范圍也限定于桿可夠到的部 位，不能測量到存在于例如橋梁的橫梁、隧道的官頂部的裂紋。專利文獻l:日本特開平8—94752號公報由于這些原因，為了測量例如在混凝土結構物的高處部位 產(chǎn)生的裂紋，不得不使用高處作業(yè)車或梯子，因此，測量需要 很多時間。當然，存在即使使用高處作業(yè)車或梯子也夠不到的 高處的裂紋就不能測量的問題。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明涉及一種用于對物體、例如像混凝土結構物 的裂紋那樣，具有大約0.1~幾毫米大小的物體，從遠離該物體的地方(例如，遠離幾米 幾百米的地方)進行測量的光學裝 置、及使用該光學裝置測量物體尺寸的方法。為了達到這樣的目的，本發(fā)明的光學裝置為包括具有焦點板(46)的望遠鏡(16)的光學裝置(10)，在上述焦點板(46) 上設有多個參照標尺(52),該多個參照標尺(52)用于與投 影在上述焦點板(46)上的物體(C)的像(C，)的大小(W，)進行對比。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述多個參照標尺 (52)在與上述望遠鏡(16)的光軸(38)垂直的方向或以上 述光軸(38)為中心的圓周方向中的任意排列方向上隔開間隔 地排列。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述多個參照標尺 (52)分別為在上述焦點板(46)上在二維方向擴展的標記。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述多個參照標尺 (52)的標記在上述排列方向上分別具有與其他參照標尺的標 記不同的大小。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述標記呈四邊形狀 或圓的平面形狀。本發(fā)明的其他形式的光學裝置，在上述多個參照標尺(52) 的附近分別設有與上述多個參照標尺(52)的大小對應的標識 (54)。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述光學裝置(io) 還具有測距部件(20),該測距部件(20)測量/人上述望遠4竟 (16)的基準點(Po)到用上述望遠鏡(16)瞄準的物體(C) 之間的距離(Lo)。在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述測距部件(20) 具有激光測距部或超聲波測距部。本發(fā)明的其他形式的光學裝置具有輸入部(22)和運算部件(32),該輸入部(22)輸入與上述多個參照標尺(52)相 關的標識(54 ),該運算部件(32 )基于從上述輸入部(22 ) 輸入的上述標識(54)和由上述測距部件(20)測量出的距離(L0)來運算上述物體(C)的尺寸(W)。本發(fā)明的其他形式的光學裝置具有輸出由上述運算部件(32)運算出的上述物體(C)的尺寸(W)的輸出部(26)。 在本發(fā)明的其他形式的光學裝置中，上述物體(C)的像(C，)為在混凝土結構物上產(chǎn)生的裂紋。本發(fā)明的使用光學裝置測量物體尺寸的方法包括準備光學 裝置(10)的工序和運算工序；該光學裝置(10)具有望遠鏡(16 )和測距部(20 ),該望遠鏡(16)包括設有多個參照標 尺(52 )的焦點板(46 )，該測距部(20 )測量從用上述望遠 鏡(16)瞄準的物體(C)到基準點(PQ)之間的距離(Lo); 在該運算工序中，將投影在上述望遠鏡(16)的焦點板(46) 上的物體(C)的像(C，)與上述多個參照標尺(52)中的一 個或多個參照標尺(52)進行比較，基于比較求得的值(54) 和由上述測距部(20 )測量出的距離(Lo)來運算上述物體(C ) 的尺寸(W)。在本發(fā)明的其他形式的測量方法中，其中，上述物體(C) 為在混凝土結構物的表面(Q)產(chǎn)生的裂紋，上述第2工序包括 基于上述距離(L。)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C)的 距離(L)的副工序、使用上述值(W，)、距離(L)、角度(6 ) 求出上述裂紋(C)的寬度(W)的副工序。在本發(fā)明的其他形式的測量方法中，上述物體(C)為在 混凝土結構物的表面(Q)產(chǎn)生的裂紋，上述第2工序包括以下 副工序基于上述距離(Lo)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C)之間的距離(L)的副工序；假想在上述表面(Q)上沿 與上述裂紋的寬度尺寸垂直的方向延伸的延長線(Li)的副工 序；求出上述延長線(Li)上的至少2點坐標〔P1(i)、 Pi(2)〕、 上述表面上的l點坐標〔Pi(3,〕的副工序；定義上述延長線(Li) 的副工序；定義上述表面(Q)的副工序；求出從上述基準點(Po)向上述表面(Q)引出的垂線(L3)與上述表面(Q) 交叉的第l交點坐標(Pq，)的副工序；求出從上述基準點(Po) 向上述延長線(L。引出的垂線(L2)與上述延長線(L。交 叉的第2交點坐標(Po")的副工序；求出將上述基準點(Po) 與第2交點坐標(Po")連結起來的線(L2)、和將上述第l交點 坐標(Pq，)與第2交點坐標(Pq")連結起來的線(L4)所成 的角度(6 )的副工序；使用上述值(W，)、距離(L)、角度(6 )求出上述裂紋(C)的寬度(W)的副工序。本發(fā)明的測量裂紋寬度的方法包括第l工序和第2工序；在 第l工序中，準備具有望遠鏡(16)和測距部(20)的光學裝 置(10 ),該望遠鏡(16 )包括具有多個參照標尺(52 )的焦 點板(46),該測距部(20)測量從用上述望遠鏡(16)瞄準 的平面(Q)上的裂紋部分(d)到基準點(P。)之間的距離(Lo);在第2工序中，將投影在上述望遠鏡(16)的焦點板(46) 上的裂紋像(C，)與上述多個參照標尺(52)中的一個或多個 參照標尺(52)進行比較，利用比較求得的值(W，)和由上 述測距部(20)測量出的距離(Lo)來運算上述裂紋部分(d) 的寬度尺寸(W)。在本發(fā)明的其他形式的測量裂紋寬度的方法中，上述第2 工序包括基于上述距離(Lo)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C )之間的距離(L)的副工序、使用上述值(W，)、距離(L)、 角度(6 )求出上述裂紋(C)的寬度(W)的副工序。在本發(fā)明的其他形式的測量裂紋寬度的方法中，上述第2工序包括以下副工序求出包含上述裂紋像(C，)的延長線(L。 和上述基準點(Po)的平面(Qo)與上述平面(Q)的交角(6 ) 的副工序；基于上述距離(LO)求出上述焦點板(46)與上述 裂紋部分(Cl )之間的距離(L)的副工序；使用上述值(W，)、 交角(6 )、距離(L)求出上述寬度尺寸(W)的副工序。采用這樣的光學裝置及方法，不使用高處作業(yè)車或梯子， 就可以測量遠處的物體尺寸、例如混凝土的裂紋尺寸。


圖l為作為本發(fā)明光學裝置的實施方式的測量裝置的立體圖。圖2為表示圖l所示測量裝置的結構與功能的框圖。圖3為表示圖1所示測量裝置的望遠鏡的概略結構的剖視圖。圖4為表示投影在圖3所示的焦點板上的物體(裂紋)與參照標尺的圖。圖5為表示圖2所示測距部的結構與功能的框圖。圖6為表示圖l所示的輸入部與表示部的詳細的圖。圖7為說明測量物體寬度或裂紋寬度的原理的圖。圖8為放大投影在望遠鏡的焦點板上的裂紋而得的圖。圖9為表示裂紋寬度、裂紋像寬度、角度的關系的圖。圖IO為表示投影在望遠鏡的焦點板上的裂紋、延長線(假想線)、計測點的圖。圖ll為表示角度的計算方法的圖。圖12為表示求出裂紋寬度的步驟的流程圖。圖13為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他例子的圖。圖14為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖15為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖16為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖17為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖18為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖19為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖20為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。圖21為表示形成在焦點板上的參照標尺、尺寸標識的其他 例子的圖。附圖標記i兌明10:激光測量裝置(全站儀(total station)); 12:基臺； 14:主體；16:望遠鏡；18:物體；20:測距部；22:輸入部； 24:顯示部；26:輸出部；28:計算機；30:控制部；32:裂 紋寬度運算部；34:坐標運算部；35:存儲部；36:鏡筒；38: 光軸；40:物4竟；42:對焦透鏡；44:正〗象棱鏡；46:焦點斗反 (焦點板)；48:目鏡；50:十字線；52:參照標尺；54:數(shù) 值標識；56:激光；58:發(fā)光部；60:受光部；62:運算部； 64:光學系統(tǒng)；66:棱鏡；68:功能鍵；70: 0~9數(shù)字鍵； 72:光標移動鍵；74:回車(進入)鍵；76:液晶顯示器；C，裂紋像。
具體實施方式
下面，參照

本發(fā)明的光學裝置及使用該光學裝置 測量物體尺寸的方法。另外，在本專利申請中，"光學裝置"包括望遠鏡、含有望遠鏡的瞄準裝置、具有瞄準功能和測距功能 的測量裝置。另外，"物體"不必一定是有限尺寸的獨立物體， 還包含物體的一部分或隸屬于物體的有形物(例如，在混凝土 結構物上產(chǎn)生的裂紋的一部分)。其中，為了容易理解發(fā)明，在 以下說明中，說明將本發(fā)明組入測量裝置的狀態(tài)下使用該測量 裝置測量在混凝土結構物上形成的裂紋大小(寬度)的方法。(1—1:測量裝置)圖l表示將本發(fā)明的光學裝置具體化了的激光測量裝置 (全站儀)IO。測量裝置10與普通的測量裝置相同，包括與未 圖示的三角架自由裝卸地連結固定的基臺12、能以垂直軸(Z 軸)為中心旋轉地與基臺12連結的主體14、能以水平軸(X軸) 為中心旋轉地與主體14連結的望遠鏡16。測量裝置10具有測距 部件或測距部(在圖2中用附圖標記20表示)，該測距部件或測 距部用于測量3軸一垂直軸(Z軸)、水平軸(X軸)、及與望遠 鏡16的光軸38重合的Y軸相交叉的基準點(基準坐標或機械坐 標)Po、與用望遠鏡16瞄準的物體18之間的距離。在實施方式 中，測量裝置10具有用于輸入測量所需數(shù)據(jù)的輸入部22、顯示 測量結果等的顯示部24、將從輸入部22輸入的數(shù)據(jù)、測量結果 數(shù)據(jù)輸出到其他裝置(例如計算機28)上的輸出部26。圖2為從功能方面表示測量裝置10的結構的框圖。如圖示 所示，測量裝置10具有控制部30?？刂撇?0與測距部20、輸入 部22、顯示部24、輸出部26電連接，如以后的詳細說明，綜合控制這些測距部20、輸入部22、顯示部24、輸出部26。控制部 30具有裂紋寬度運算部32、坐標運算部34和存儲部35;該裂紋 寬度運算部32用于運算物體的大小、例如在混凝土結構物上形 成的裂紋寬度；該坐標運算部34用于運算測量對象的空間坐 標、例如位于用望遠鏡16瞄準的位置的裂紋部分的三維坐標； 該存儲部35用于存儲坐標運算、裂紋寬度運算所需的程序、數(shù) 據(jù)。除此之外，雖然未圖示，但測量裝置10還具有測量所需的 構成元件、例如校準器、測角部等。 (l一2:望遠鏡)圖3表示望遠鏡16的概略結構。如圖示所示，望遠鏡16在 鏡筒(在圖l中用附圖標記36表示)內(nèi)，從物體側朝向測量操 作員側(圖中的左側到右側)，沿光軸38依次具有物鏡40、對 焦透鏡42、正像棱鏡44、焦點板46、目鏡48,,皮瞄準的物體像 (例如，裂紋像)通過物鏡40、對焦透鏡42、正像棱鏡44成像 到焦點板46上，由此，操作員通過目鏡48放大觀察物體像。 (l一3:焦點板及參照標尺)圖4將 一皮畫在焦點4反4 6上的瞄準標識十字線5 0和多個標記 或參照標尺52、與在焦點板46上成像并通過目鏡48觀察到的物 體像或裂紋像C， 一并表示。十字線50的交點位于光軸38上。 在實施方式中，多個(例如16個)參照標尺52形成在焦點板46 的周邊區(qū)域。多個參照標尺52分別由具有較大的橫向尺寸和較 小的縱向尺寸的四邊形或帶狀的標記構成，在與光軸垂直的上 下方向上隔開間隔地排列成一排。如圖示所示，多個帶狀參照 標尺的橫向長度相同。另一方面，多個帶狀參照標尺的縱向尺 寸不同，使配置于最下段的參照標尺的縱向尺寸最短、配置于 最上段的參照標尺的縱向尺寸最長，并且越是位于上段的參照 標尺的縱向尺寸就越大。在實施方式中，從第2格到最上格的參照標尺52的縱向尺 寸為最下格的參照標尺52的縱向尺寸的整數(shù)倍。另外，在各參 照標尺5 2的橫向側方上標有與其參照標尺對應的尺寸標識5 4 的數(shù)值，在最上格的參照標尺52 ( 1 )的橫向側方標有尺寸標 識"1"、在最下格的參照標尺52( 16 )的旁邊標有尺寸標識"16"。 尺寸標識54不必一定為數(shù)值，也可以為其他標記(例如字母)。 各尺寸標識54的數(shù)值與相對應的參照標尺52的實際縱向尺寸 相關，尺寸標識54與實際縱向尺寸的關系以圖表或公式的形式 存儲于存儲部35。因此，操作員將投影在焦點板上的物體像與 參照標尺進行對比，當將具有與物體像大小相同的參照標尺或 具有最接近物體像大小的參照標尺的尺寸標識的數(shù)值，通過輸 入部22輸入到測量裝置10時，測量裝置IO可以計算投影在焦點 板46上的物體像的大小。 (l一4:觀'J另巨告卩)參照圖5，測距部20具有發(fā)光部(激光裝置)58、受光部 60、運算部62、光學系統(tǒng)64,該發(fā)光部58為輸出激光的、例如 激光二極管等；該受光部60接受來自物體(例如裂紋)的激光 反射光；該運算部62基于從激光發(fā)射到受光的時間、運算從物 體到基準點Po之間的距離；該光學系統(tǒng)64將從發(fā)光部58射出的 激光沿望遠鏡16的光軸38引導至物體，并且將沿光軸38從物體 返回的激光引導至受光部60。如圖示所示，構成光學系統(tǒng)64的 一部分的棱鏡66配置于望遠鏡16的內(nèi)部，由此，激光56的路線 與望遠鏡16的光軸38重合。另外，激光測距部20的距離計算， 并不限定于利用從發(fā)光到受光的時間的方法，例如也可以根據(jù) 兩者的相位差求出距離。 (l一5:輸入部)如圖6所示，輸入部22具有多個鍵、例如功能鍵68、 0~9數(shù)字鍵70、光標移動鍵72、回車鍵(記入)74。在此，功能鍵 68用于指示執(zhí)行后述的裂紋尺寸測量的處理。另外，0~9數(shù)字 鍵70用于輸入標在焦點板46上的尺寸標識54的數(shù)值。 (l一6:顯示部)如圖6所示，顯示部24具有液晶顯示器76。在液晶顯示器 76上顯示由測距部20測量出的數(shù)值(例如距離、方位角)、通 過0 ~ 9數(shù)字鍵70輸入的尺寸標識54的數(shù)值、由裂紋寬度運算部 32運算出的裂紋寬度、由坐標運算部34運算出的坐標值、測量 結果之外的操作上所需的信息。 (l一7:輸出部)如圖l所示，輸出部26將顯示于顯示部24上的各種信息(測 量結果等)輸出到與輸出部26連接的計算機28。 (2—1:計算方法的基本思想)下面，說明計算在混凝土結構物表面產(chǎn)生的裂紋寬度的方 法的基本思想。其中，為了容易說明，首先，如圖7所示，考 慮用設置于高處的測量裝置10觀察在位于其下方的水平面(例 如，混凝土結構物的表面)Q上產(chǎn)生的恒定寬度W的直線裂紋C 的狀況。圖中畫著的裂紋C具有相當大的寬度，但這是為了容 易理解計算方法。在此，使裂紋C的沿長度方向延長的一緣線為LL,另一緣線為LR。使包含裂紋C的一緣線LL和測量裝置的基準點Po的傾斜的平面(圖中為包含由點Po、 Plo、 PL2形成的 三角形的面)為Qo。另外，使通過點Po的箭頭Di方向的垂直平 面(圖中為包含由點Po、 Po， 、 Plo形成的三角形的面)為Qi。 在此，如圖示所示，點Po，為通過點Po的垂線與平面Q。的交叉點，點P l 0為傾斜平面Q 0與垂直平面Q1交叉的緣線L l上的點。 另外，點pro為通過點plo為垂直橫切裂紋C的線與另 一 方緣線 Lr交叉的點。圖8表示在該狀況下投影在測量裝置10的望遠鏡16的焦點板46上的圖像。圖中，附圖標記C，表示裂紋C的投影像，附圖標記W，表示投影出的裂紋像C，的寬度。附圖標記PLO， 、 PR0，、Pri， 、 Pmi，分別表示與圖7的點PL、 Pro、 Ppi、 Pm對應的投 影點。殘Ll，、 Lr'分別表示與圖7的緣線LL、 Ln對應的投影線。 附圖標記Qo'、 Qi，分別為將圖7的平面Qo、 Qi投影在焦點板 46上的線。如圖示所示，在焦點板46上，平面Qi的投影像Qi' 傾斜地橫穿過裂紋像C，。另外，與裂紋C的實際橫向寬度W對應的、將點Plo、 PRO連結起來的線的投影線為通過投影點PLO，、PR0，傾斜地橫穿過裂紋像W，的線。另外，圖8所表示的多條 線中的線LL，、 Lr，以外的線(例如，投影線Qi'、將點Plo， 與Pro，連結起來的線、將點Pm，與點Pm，連結起來的線)， 實際上為不顯示在焦點板46上的線。在焦點板46上與實際裂紋C的橫向寬度W對應的線，為傾 斜地橫穿過裂紋像C，的殘(將點Plo，與Pro，連結起來的線)， 而不是垂直橫切裂紋像C，的線(將點PiV Pri，連結起來的 線)。如圖7所示，垂直橫切該裂紋像C，的線為從另一方緣線 Lr上的任意點(例如，點Pri)向傾斜的平面Qo引出垂線時， 該垂線與傾斜的平面Q q交叉的點P m i與點P r i連結起來的垂線 的投影，在本發(fā)明中，使用在焦點板46上顯示的裂紋像的寬度 求出實際的裂紋寬度，觀察者從焦點板46讀取的裂紋像的寬度 W，為該垂線的長度。如圖7所示，考慮包含點Po、 Pq，、與裂紋c垂直交叉的三角形的垂直平面Q2。如圖示所示，垂直平面Q2與緣線LL、 LR 交叉的點分別為點PL2、 PR2。另外，考慮包含緣線LR與垂線(將 點PlU、 PM1連結起來的線)的四邊形的平面Q3。如圖示所示， 平面Q2與平面Q3的交叉線為將點PM2與點PH2連結起來的線(垂線)。在此，將點PM2與點PR2連結起來的垂線與將點Pm和PlU 連結起來的垂線平行且具有相同長度。利用該關系，如從與緣幾Ll、 Lr平行的方向D2 (參照圖7)看平面Qh Q2時的圖9所示，可以基于裂紋像C，的寬度W，求出將點PM2與點PR2連結起來的垂線的長度w",根據(jù)該長度w"求出實際裂紋c的寬度 w。(2 — 2:裂紋寬度W的計算)垂線長W"與在焦點板46上成像的裂紋像C，的寬度W，、 和從焦點板46到裂紋C之間的距離L的積大致成比例，由以下的 公式1提供。[公式l ]W" = aL W'式中，系數(shù)a為由望遠鏡的光學系統(tǒng)確定的常數(shù)，例如為 由物鏡的倍率等確定的值。從物體(裂紋)到焦點板之間的距 離l是基于由測距部得到的距離測量結果得到的。具體地說明， 在測量裝置10中，從基準點Po到焦點板46之間的距離al為已 知。另外，從基準點Po到裂紋之間的距離Lo由測距部20求出。 裂紋寬度運算部32基于這些值計算從物體到焦點板之間的距離l ( = u+ a:l)。操作員基于通過輸入部22輸入的尺寸標識(例如，"1" ~ "16"的值)得到在焦點板46上成像的裂紋像C，的寬度W，。 具體地說明，如上述那樣，標在焦點板46上的尺寸標識與其實 際縱向尺寸的關系以圖表或公式的形式存儲于存儲部35中。因 此，操作員將投影在焦點板上的裂紋像C，的寬度W，與參照 標尺進行對比，當從輸入部22輸入具有與寬度W'相同大小(縱 向尺寸)的參照標尺或具有最接近于裂紋像的大小(縱向尺寸) 的參照標尺的尺寸標識時，裂紋寬度運算部3 2基于存儲部3 5的圖表或關系式來計算焦點板46上的裂紋像的寬度W，。例如，當操作員從輸入部22輸入尺寸標識"10"時，裂紋寬度運算部 32計算實際的裂紋像的寬度為"5Mm"。應該注意的是公式l為理想的式子，在式中，垂線長W"表' 示為與裂紋像C，的寬度W，和從焦點板46到裂紋之間的距離L 成比例，但實際的光學系統(tǒng)包含各種像差，因此，在實際計算 中優(yōu)選使用將公式1變形而得的下述公式2，實驗求出包含于該 公式2中的系凄史o; i 、 o; 2 的值。 [公式2]W" = ( aiL + a2) W，在此，如圖9所示，垂線長W"與實際的裂紋C的寬度W具 有以下的公式3的關系。 [公式3 ] W" = Wsin 6例如，在圖7中，角度6為將點Po與點PL2連結起來的線、 和將點Po，與點PL2連結起來的線交叉的角度、或平面Q與Qo的交角。角度e的求法以后說明。根據(jù)公式2、 3得到以下的公式4。 [公式4]sin夕系數(shù)o: l 、 a 2 例如可以通過以下的順序求出。首先，在壁面標出不同大小(寬度)W，的多個(n個)標記(例如，長 方形的標記)，測量各標記的寬度W ( Wi Wn)。接著，設置 測量裝置，測量從測量裝置(基準點Po)到各標記之間的距離L(L! ...Ln)。并且，讀取投影在焦點板上的各標記的大小(尺寸標識)W， ( Wl， ， . ' Wn，)。然后，求出各標記的角度6 。接著，對這4個值(L、 w、 w，、 e )進行統(tǒng)計處理(例如，最 小平方法)，求出系數(shù) ai、 q;2。 或者, 系數(shù)ai、 a2 也可以如 下這樣求出在壁面上標出一個規(guī)定大小(寬度)W的標記， 改變從壁面到測量裝置之間的距離L (Li Ln),讀取各距離 的尺寸標識W， ( W!， Wn，)，對上述值(L、 W、 W， 、 6 ) 進行統(tǒng)計處理。另外，也可以在壁面上的同 一個部位4侖流標出多個標記，即，將距離L和角度e保持為恒定，根據(jù)寬度w、 w，的關系求出系數(shù)ai、 a 2。像以上那樣計算出的系數(shù)a i、 a 2 被存儲于存儲部35。也可以代替公式4，使用加入了考慮各個光學裝置固有的 機械誤差等的修正常數(shù)a 3的以下公式5 。 [公式5 ],= + "2)化3sin P(2—3:角度6的計算)如圖l所示，在混凝土結構物的表面上產(chǎn)生的裂紋的行進 方向不受限定，為蜿蜒曲折的形狀。因此，如圖ll所示，在測 量實際的裂紋寬度時，假設一條投影在焦點板46上的裂紋上 的、欲測量的裂紋寬度的裂紋部分Ci的延長線Li。該延長線Li 為沿與測量對象的裂紋部分C!的寬度方向垂直的方向延伸的 線。具體地講，可以通過特定認為存在于該延長線Li上的結構 物表面上的2點來計算延長線Li。圖中，用Piu)、 Piu)表示被 特定的點。如后述說明，由于需要定義存在有裂紋部分Ci的混 凝土表面的函數(shù)，因此，此時， 一并特定裂紋部分Ci附近的第3點P"3)。在圖10中，分別用P"1)，、 Pl(2)'、 Pl(3)'表示點Pi(1)、 P1(2)、 Pi(3)的投影點。接著，使用測量裝置求出3點Pkd、 P1(2)、 Pk3)各自的坐才示(Xl、 yi、 Zl )、 ( X2、 y2、 Z2 )、 ( X3、 y3、 Z3 )。 jt匕曰于，觀'J量裝 置使用其基準點Pq、和從該基準點到各點之間的傾斜距離及方位角進行計算。使用計算出的2點Pi(n、 P1(2)的坐標(xi、 yi、 Zl )、 ( X2、y2、 z2)求出裂紋延長線Li的函數(shù)。例如，用以下的公式6定義該延長線Li。[公式6 ] <formula>formula see original document page 20</formula>使用3點Pl(1)、Pl(2)、Pl(3)的坐標(Xl、 yi、Zl)、 (X2、y2、 Z2 )、 ( X3、 y3、 Z3 )，例如用公式7定義混凝土表面的函數(shù)。 公式7 ]<formula>formula see original document page 20</formula>如圖ll所示，求出從基準點Po ( x0、 y0、 z0)向延長線Li引出的垂線L2的函數(shù)、和延長線L與垂線L2的交點的坐標Po"(xo"、 yQ"、 z。")。坐標Po"在延長線Li上，是與基準點Po的距離最小的點，因此，可以計算與基準點Po的距離為最小的延長線Li上的點Po",可以求出將該點Po"與基準點Po連結起來的直線。例如，垂線L2用以下的公式8定義。[公式8]<formula>formula see original document page 20</formula>接著，求出從基準點P。 ( x0、 yo、 z0)向平面Q (或包含平 面的假想面)引出的垂線L3的函數(shù)、和平面Q與垂線L3的交點Po，的坐標Po， (xo，、 yo， 、 zq，)。坐標Po，在平面Q上，是與 基準點Po的距離最小的點，因此，可以計算與基準點Po的距離 為最小的平面上的點Po，，可以求出將該點Po，與基準點Po連 結起來的直線。例如，垂線L3用以下的公式9定義。 [公式9 ] x — x0 — y — y,] 一 ^ — z[,<formula>formula see original document page 21</formula>求出將點Po' (xo，、 yo， 、 zo，)與點Po" (xo"、 yo" 、 z。") 連結起來的垂線L4。例如，垂線L4用以下的公式10定義。 [公式IO ]<formula>formula see original document page 21</formula>求出垂線L2與u的交角e 。另外，由于交角e為將Po、 Po"、Po，這3點連結起來的角度，因此，也可根據(jù)這3個坐標進行計算。(2_2:裂紋寬度的測量)參照圖12的流程圖詳細說明混凝土結構物的表面產(chǎn)生的 裂紋寬度的測量。步驟S101:接通輸入部22的裂紋寬度測量模式鍵(功能 鍵)。由此，控制部30基于其接通信號開始裂紋寬度測量模式。步驟S102:用望遠鏡16瞄準測量對象的裂紋部分Ci(參照 圖11 )。步驟S103:調(diào)整對焦透鏡42,以使裂紋部分d的像清晰地 成像于焦點板46上。步驟S104:接通輸入部22的測距鍵(功能鍵)?？刂撇?0 基于其接通信號驅動測距部20,測量從基準點Po到裂紋部分Ci 之間的距離Lo。測量出的距離Lo被存儲到存儲部35。此時，優(yōu) 選為，與距離U —起、或代替U，基于距離Lo與AL計算從焦 點板到裂紋之間的距離L,將該值L存儲到存儲部35。步驟S105:假想裂紋部分d的裂紋延長線Li在平面(混凝 土表面)Q上，瞄準該延長線L!上的2點Pi(1)、 Pi(2)和在裂紋 部分d附近的平面上的另 一點Pi (3)，求出各自的坐標(Xl、 yi、 Zl )、 ( X2、 y2、 Z2 )、 ( X3、 y3、 Z3 )。 將測量出的坐標存儲到存 儲部35。步驟S106:使望遠鏡16在水平方向及/或垂直方向上移 動，在裂紋像C，的附近配置參照標尺52,或者使參照標尺52 重疊在裂紋像C，上。步驟S107:讀取與裂紋像C，的寬度相同或最接近于它的 大小的參照標尺52的尺寸標識。步驟S108:從輸入部22輸入讀取到的尺寸標識54。步驟S109:控制部30的裂紋寬度運算部32基于輸入來的尺 寸標識、存儲部35的圖表或關系式，計算投影在焦點板46上的 裂紋像C，的寬度尺寸W，。將計算出的寬度W'存儲到存儲部35。步驟S110:裂紋寬度運算部32還使用基準點Po、測點Pi(i)、 Pl(2)、 Pu3,的坐標，如上述那樣計算角度e。步驟S111:裂紋寬度運算部32使用距離L、系數(shù)ai、 ct2、 裂紋像寬度W，來計算裂紋C的寬度W。步驟S112:將計算出的裂紋寬度W顯示于顯示部24的液晶 顯示器上。在輸出部26上連接有計算機28的情況下，將裂紋寬 度W發(fā)送到該計算機28。 (5:變形例)以上說明了本發(fā)明的尺寸測量裝置，但可在權利要求書記 載的技術方案的范圍內(nèi)進行各種改變。例如，在以上說明中，對于測量裝置10的光軸38與具有測 量裂紋的壁面傾斜交差的情況下，對正確地計算出其裂紋寬度 的方法進行了說明，但即使在光軸與壁面不垂直的情況下，也 可以簡單地使用公式ll計算裂紋的寬度。 [公式ll ]W= (a1L+a2)W， + tt3另外，裂紋寬度運算部也可以設置在與測量裝置10的輸出 部26連接的外部裝置、例如計算機28上，計算機28基于存儲于 該計算機28的程序、基于上述計算程序來計算裂紋寬度。在該 情況下，從測量裝置10將測距部20的測量結果(從基準點到物 體之間的距離)發(fā)送到計算機28。另外，參照標尺52的尺寸標 識(數(shù)值)也可以直接輸入到計算機28。然后，計算機28基于 上述的計算程序、基于表示尺寸標識和物體像尺寸的關系的圖 表或公式，根據(jù)尺寸標識計算物體像的大小。另外，根據(jù)物體 像的大小和距離計算物體的實際尺寸。參照標尺的形狀、配置(部位、方向)并不限于上述圖4 的形式。例如，在圖13所示的實施方式中，在左右方向配置有 多個參照標尺，那些隸屬于參照標尺的尺寸標識的數(shù)值被配置 于參照標尺的上方。在圖14所示的實施方式中，沿以光軸為中 心的徑向配置有多個參照標尺。在圖15所示的實施方式中，各 參照標尺沿以光軸為中心的周向延伸。在此，各參照標尺為大致圓形，但也可以為在周向上伸展規(guī)定角度的圓弧狀。在圖16 所示的實施方式中，在焦點板的上部區(qū)域沿徑向配置有橫向寬 度較小的多個參照標尺，在焦點板的下部區(qū)域沿徑向配置有橫 向寬度較大的多個參照標尺。在圖17所示的實施方式中，多個 參照標尺具有相同的橫向寬度，例如在與光軸垂直的水平方向上設有刻度。在圖18、圖19所示的實施方式中，各參照標尺用 中實、中空的圓表示。這樣，可以自由改變參照標尺的形狀與 排列方向，從而可以更簡單地讀取投影在焦點板上的物體像的 大小。另外，通過設置多個參照標尺排列，可以將望遠鏡的移 動抑制在最小限。在圖20、圖21所示的實施方式中，優(yōu)選為， 實心圓或中空心圓的參照標尺，以等間隔配置于以光軸為中心 的一個或多個圓周上。測距部件并不限于使用激光的測距部，也可以為使用超聲 波的超聲波測距部。在上述實施方式中，從輸入部輸入?yún)⒄諛顺叩某叽鐦俗R， 但也可以預先準備表示尺寸標識和物體像尺寸的關系的圖表， 從輸入部輸入根據(jù)其圖表得到的物體像尺寸。另外，在上述實施方式中，是在焦點板上設置參照標尺， 但只要是操作員通過目鏡清晰地看見物體像和參照標尺，例如， 也可以在光軸方向上、在焦點板的前后、在焦點深度的范圍內(nèi) 配置玻璃等透明板(焦點板)，在該透明板上標出參照標尺。另外，以上說明了使用本發(fā)明的光學裝置測量裂紋大小的 方法，但測量對象并不限于裂紋，所有物體都能作為測量對象。
權利要求
1.一種光學裝置，其為包括具有焦點板(46)的望遠鏡(16)的光學裝置(10)，其特征在于，在上述焦點板(46)上設有多個參照標尺(52)，該多個參照標尺(52)用于與投影在上述焦點板(46)上的物體(C)的像(C’)的大小(W’)進行對比。
2. 根據(jù)權利要求l所述的光學裝置，其特征在于，上述多 個參照標尺(52)在與上述望遠鏡(16)的光軸(38)垂直的 方向或以上述光軸(38)為中心的圓周方向中的任意一個排列 方向上隔開間隔；也4非列。
3. 根據(jù)權利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述多 個參照標尺(52 )分別為在上述焦點板(46 )上在二維方向擴 展的才示i己。
4. 根據(jù)權利要求2所述的光學裝置，其特征在于，上述多 個參照標尺(52)的標記在上述排列方向上分別具有與其他參 照標尺的標記不同的大小。
5. 根據(jù)權利要求3所述的光學裝置，其特征在于，上述標 記呈四邊形狀或圓的平面形狀。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的光學裝置，其特征在于，在上 述多個參照標尺(52)的附近分別設有與上述多個參照標尺(52)的大小對應的標識(54)。
7. 根據(jù)權利要求l ~ 6中任一項所述的光學裝置，其特征在 于，上迷光學裝置(10)還具有測距部件(20),該測距部件(20 )測量從上述望遠鏡(16 )的基準點(Po)到用上述望遠 鏡(16 )瞄準的物體(C )之間的距離(Lo)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的光學裝置，其特征在于，上述測 距部件(20)具有激光測距部或超聲波測距部。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的光學裝置，其特征在于，該光學裝置具有輸入部(22)和運算部件(32);該輸入部(22) 輸入與上述多個參照標尺(52 )相關的標識(54 );該運算部 件(32)基于從上述輸入部(22)輸入的上述標識(54)和由 上述測距部件(20)測量出的距離(L)來運算上述物體(C) 的尺寸(W)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的光學裝置，其特征在于，該光學 裝置具有輸出部(26)，該輸出部(26)用于輸出由上述運算 部件(32)運算出的上述物體(C)的尺寸(W)。
11. 根據(jù)權利要求l ~ IO中任一項所述的光學裝置，其特 征在于，上述物體(C )的像(C，)為在混凝土結構物上產(chǎn)生 的裂紋的像。
12. —種使用光學裝置測量物體尺寸的方法，其特征在于， 該方法包括第l工序和第2工序；在第l工序中，準備光學裝置(IO),該光學裝置(10)具 有望遠鏡(16)和測距部(20)，該望遠鏡(16)包括設有多 個參照標尺(52)的焦點板(46),該測距部(20)測量從用 上述望遠鏡(16)瞄準的物體(C)到基準點(Po)之間的距 離(U);在第2工序中，將投影在上述望遠鏡(16)的焦點板(46) 上的物體(C)的像(C，)與上述多個參照標尺(52)中的一 個或多個參照標尺(52)進行比較，利用比較求得的值(W，) 和由上述測距部(20)測量出的距離(Lo)來運算上述物體(C ) 的尺寸(W)。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，上述物體 (C)為在混凝土結構物的表面(Q)產(chǎn)生的裂紋，上述第2工序包括以下副工序基于上述距離(Lo)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C)之間的距離(L )的副工序，使用上述值(w，)、距離(l)、角度(e )求出上述裂紋 (c)的寬度(w)的副工序。
14. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，上述物體 (C)為在混凝土結構物的表面(Q)產(chǎn)生的裂紋，上述第2工序包括以下副工序基于上述距離(Lo)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C) 之間的距離(L)的副工序，假想在上述表面(Q)上沿與上述裂紋的寬度尺寸垂直的 方向延伸的延長線(Li)的副工序，求出上述延長線(LO上的至少2點坐標〔P1(1)、 P1(2)〕、 上述表面上的l點坐標〔Pi(3)〕的副工序，使用上述坐標〔P1(1)、 Pi (2)〕定義上述延長線(的副 工序，使用上述坐標〔Pl(l)、 Pl(2)、PU3)〕定義上述表面(Q)的副工序，求出從上述基準點(Po)向上述表面(Q)引出的垂線(L3) 與上述表面(Q)交叉的第l交點坐標(Po，)的副工序，求出從上述基準點(Po)向上述延長線(LJ引出的垂線 (L2)與上述延長線(Li)交叉的第2交點坐標(Pq")的副工序，求出將上述基準點(Po)與第2交點坐標(Po")連結起來 的線(L2)、和將上述第l交點坐標(Pq，)與第2交點坐標(Po") 連結起來的線(L4)所成的角度(6 )的副工序，使用上述值(w，)、距離(l)、角度(e )求出上述裂紋 (c)的寬度(w)的副工序。
15. —種使用光學裝置測量裂紋寬度的方法，其特征在于，該方法包括第l工序和第2工序，在第l工序中，準備光學裝置(IO),該光學裝置(10)具 有望遠鏡(16)和測距部(20)，該望遠鏡(16)包括設有多 個參照標尺(52)的焦點板(46),該測距部(20)測量從用 上述望遠鏡(16)瞄準的平面(Q)上的裂紋部分(Ci)到基 準點(Po)之間的距離(Lo);在第2工序中，將投影在上述望遠鏡(16)的焦點板(46) 上的裂紋像(C，)與上述多個參照標尺(52 )中的一個或多個 參照標尺(52)進行比較，利用比較求得的值(W，)和由上 述測距部(20 )測量出的距離(Lo)來運算上述裂紋部分(d ) 的寬度尺寸(W)。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，上述第2 工序包括以下副工序基于上述距離(Lo)求出從上述焦點板(46)到裂紋(C) 之間的距離(L)的副工序，使用上述值(W，)、距離(L)、角度(6 )求出上述裂紋 (C)的寬度(W)的副工序。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于， 上述第2工序包括以下副工序求出包含上述裂紋像(C，)的延長線(LO和上述基準點 (Po)的平面(Qo)、與上述平面(Q)的交角(6 )的副工序，基于上述距離(Lo)求出上述焦點板(46)與上述裂紋部 分(Ci)之間的距離(L )的副工序，使用上述值(W，)、交角(6 )、距離(L)求出上述寬度 尺寸(W)的副工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學裝置及使用裝置測量物體尺寸的方法。該光學裝置不使用高處作業(yè)車或梯子就地可測量遠處的物體尺寸、例如混凝土的裂紋尺寸。為此，光學裝置(例如測量裝置10)包括具有焦點板(46)的望遠鏡(16)。焦點板(46)設有多個用于與投影在上述焦點板(46)上的物體(C)的像(C’)的大小(W)進行對比的參照標尺(52)?？梢允褂糜稍搮⒄諛顺?52)計測出的物體像的大小、由光學裝置的測距部(20)計測出的距離(從基準點P₀到物體之間的距離)來測量物體的大小。
文檔編號G01B11/02GK101263362SQ200680033928
公開日2008年9月10日 申請日期2006年6月26日 優(yōu)先權日2005年9月15日
發(fā)明者中庭和秀 申請人:關西工事測量株式會社;中庭和秀