JP2008106541A - 組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い精度にて組立て部材の形状を保証することによって仮組立て作業を行わずに高い組立て精度を得る。
【解決手段】複数の組立て部材を組立てることによって橋梁あるいは該橋梁を構成する所定構造物を組立てる場合における上記組立て部材の形状評価方法であって、上記組立て部材の三次元座標値のうち、少なくとも上記組立て部材が含む所定の曲線部の三次元座標値を連続的に取得する座標値取得工程と、該座標値取得工程にて取得した上記三次元座標値と予め設定された上記組立て部材の形状データとを比較して評価する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の組立て部材を組立てることによって橋梁あるいは該橋梁を構成する所定構造物を組立てる場合における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法に関するものである。

橋梁あるいは橋梁を構成する所定構造物（例えば橋脚等）を、複数の組立て部材を組立てることによって形成する場合、橋梁等の架設場所近くの製作ヤードにて個々の組立て部材を形成し、これらの組立て部材を架設場所に搬送して組立てている。
通常、個々の組立て部材は、僅かながら寸法誤差や、形状の歪み等を含んでいる。このため、このような組立て部材を組立てると、個々の組立て部材の寸法誤差や形状の歪み等が累積して全体として大きな寸法誤差や歪みが生じてしまう。
そこで、従来は、大きな寸法誤差や歪みの発生を回避するために、いわゆる仮組立て作業が行われていた。ところが、いわゆる仮組立て作業は、組立て部材の仮組立て現場への搬送、組立て部材の仮組立て及び仮組立て後の分解作業等を行うため、膨大な労力と時間が必要となる。

このため、近年では、組立て部材上の複数の特定点の三次元座標値を計測し、この三次元座標値に基づいて組立て部材の形状を算出し、組立て部材の形状が予め設定された形状データの範囲に収まっているかをシミュレーションによって評価している。
このようにシミュレーションによって組立て部材の形状を評価し、その形状を保証することによって、仮組立て作業を行うことなく、組立て後の寸法誤差や歪みを許容範囲内に収めることが可能となる。
特開平７−３１９９４１号公報 特許第３６６５２２７号公報

しかしながら、従来の評価方法では、組立て部材上の複数の特定点の三次元座標値に基づくものであるため、特定点間の形状を保証することができない。例えば、従来のシミュレーションは、略直方体形状の組立て部材の頂点を特定点とした場合に、特定点間すなわち略直方体形状の組立て部材の辺が直線であることを前提として行われている。このため、組立て部材が曲線部を含む場合には、精度の高い評価を行うことができない場合がある。
特に、組立て部材同士を溶接接合する場合には、各組立て部材の溶接面同士が溶接面全体に亘って正確に位置合わせされている必要があり、高い組立て精度が要求される。ところが、従来のシミュレーション方法では、要求される精度を保証することができないため、仮組立て作業を行わざるを得ない現状がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、より高い精度にて組立て部材の形状を保証することによって仮組立て作業を行わずに高い組立て精度を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の組立て部材の形状評価方法は、複数の組立て部材を組立てることによって橋梁あるいは該橋梁を構成する所定構造物を組立てる場合における上記組立て部材の形状評価方法であって、上記組立て部材の三次元座標値のうち、少なくとも上記組立て部材が含む所定の曲線部の三次元座標値を連続的に取得する座標値取得工程と、該座標値取得工程にて取得した上記三次元座標値と予め設定された上記組立て部材の形状データとを比較して評価する工程とを有することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、組立て部材が含む所定の曲線部の三次元座標値が連続的に取得される。このため、従来は直線と仮定して形状評価が行われていた曲線部の正確な三次元座標値が取得される。

また、本発明の組立て部材の形状評価方法においては、上記組立て部材が、他の組立て部材に溶接接合されるものであるという構成を採用することができる。

また、本発明の組立て部材の形状評価方法においては、上記組立て部材が鋼床版であるという構成や、上記組立て部材が橋脚の一部であるという構成を採用することができる。

次に、本発明の組立て後における組立て部材の形状評価方法は、本発明の組立て部材の形状評価方法にて組立て部材の形状を評価する形状評価工程と、形状変化に関係するパラメータと上記形状評価工程にて取得された上記三次元座標値とに基づいて、組立て後の上記組立て部材の形状を算出する算出工程と、該算出工程にて算出された組立て後の上記組立て部材の形状と予め設定された組立て後の上記組立て部材の形状データとを比較して評価する工程とを有することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の組立て後における組立て部材の形状評価方法によれば、本発明の組立て部材の形状評価方法にて取得された三次元座標値と、組立て部材の剛性や取り付け角度等の形状変化に関係するパラメータとに基づいて、組立て後の組立て部材の形状が算出され、この算出結果と予め設定された組立て後の組立て部材の形状データとが比較され評価される。

本発明によれば、組立て部材が含む所定の曲線部の三次元座標値が連続的に取得され、従来は直線と仮定して形状評価が行われていた曲線部の正確な三次元座標値が取得される。このため、従来の評価方法よりも高精度で組立て部材の形状を評価することが可能となり、より高い精度にて組立て部材の形状を保証することによって仮組立て作業を行わずに高い組立て精度を得ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法を行うための形状評価装置Ｓの機能構成を示したブロック図である。
この図に示すように、形状評価装置Ｓは、組立て部材の形状を計測するためのレーザ計測装置１と、該レーザ計測装置１の計測結果に基づいて所定の演算処理を行う演算装置２とを備えている。

レーザ計測装置１は、本体部１０とリフレクタ２０とによって構成されている。さらに本体部１０は、リフレクタ２０に向けてレーザ光Ｌ１を射出するレーザ発光部１１と、リフレクタ２０によって反射されたレーザ光Ｌ２を受光して電気信号に変換して出力するレーザ受光部１２と、レーザ発光部１１やレーザ受光部１２が収納配置される筐体の向きをリフレクタ２０の方向に追従させる追従機構１３と、制御部１４とを備えている。
制御部１４は、レーザ発光部１１及び追従機構１３を制御するとともに、レーザ受光部１２から入力される電気信号に所定の処理を施した後に、該電気信号を演算装置２に入力するものである。なお、制御部１４は、レーザ受光部１２から入力される電気信号、すなわちリフレクタ２０に反射されたレーザ光Ｌ２に基づいてリフレクタ２０と上記筐体との位置関係を算出し、当該算出結果に基づいて追従機構１３を制御する。

演算装置２は、記憶部２１、入力部２２、演算処理部２３及び表示部２４を備えている。
記憶部２１は、演算処理部２３において用いられる各種ソフトウェアを格納するとともに、形状評価装置Ｓにおいて形状が計測される組立て部材の基準形状のデータ（以下、基準形状データと称する）と、組立て部材同士を組立てた後における各組立て部材の基準形状のデータ（以下、組立て後基準形状データと称する）と、組立て部材同士を組立てることによって形成される構造物の基準形状のデータ（以下、構造物基準形状データと称する）とを記憶している。なお、基準形状とは、設計に基づいて定められた正常な形状を意味するものである。
入力部２２は、演算処理部２３の演算処理に用いられる組立て部材の形状変化に関係するパラメータを入力可能なものである。なお、組立て部材の形状変化に関係するパラメータとしては、例えば、組立て部材の剛性や、組立て現場の温度等が挙げられる。
演算処理部２３は、レーザ計測装置１の制御部１４から入力される電気信号に基づいて所定の演算処理を行うことによって、組立て部材の形状を評価するものである。具体的には、レーザ計測装置１の制御部１４から入力される電気信号に基づいて組立て部材の形状を算出し、この算出結果と記憶部２１に記憶された基準形状データとを比較することによって、組立て部材の形状を評価する。また、演算処理部２３は、上記電気信号の他にさらに入力部２２を介して入力される形状変化に関係するパラメータを用いることによって組立て後の組立て部材の形状及び構造物の形状を算出し、この算出結果と記憶部２１に記憶された組立て後基準形状データ及び構造物基準形状データとを比較することによって組立て後の組立て部材の形状及び構造物の形状を評価する。
表示部２４は、ディスプレイやプリンタ等の出力装置であり、演算処理部２３の評価結果を視認可能な状態で出力するものである。

リフレクタ２０は、レーザ光Ｌ１を反射可能なものであり、作業者によって組立て部材の表面に沿って移動される。なお、リフレクタ２０の取り扱い性を向上するために、例えば、把持するための冶具をリフレクタ２０に取り付けても良い。

次に、本実施形態の組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって評価される組立て部材について説明する。

図２は、組立て部材が組立てられた後の構造物（橋梁の一部）を示す斜視図である。この構造物Ｋは、主桁部Ｋ１と該主桁部Ｋ１に支持される鋼床版Ｋ２とによって構成されている。すなわち、構造物Ｋは、組立て部材である主桁部Ｋ１と、同じく組立て部材である鋼床版Ｋ２とが組立てられることによって構成されている。
主桁部Ｋ１は、図３に示すように、異なる方向に湾曲する２つの箱桁Ｋ１１，Ｋ１２と、箱桁Ｋ１１と箱桁Ｋ１２との間を接続する複数の横桁Ｋ１３とによって構成されている。
鋼床版Ｋ２は、図４に示すように、箱桁Ｋ１１，Ｋ１２との間の形状に一致するように湾曲された縁部Ｋ２１を有して成形されており、箱桁Ｋ１１，Ｋ１２の上面と面一となるように横桁Ｋ１３上に設置される。
なお、箱桁Ｋ１１，Ｋ１２の縁部Ｋ１４（曲線部）と、鋼床版Ｋ２の縁部Ｋ２１（曲線部）とが溶接接合されることによって、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２とが固定されている。

次に、本実施形態の組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法について説明する。本実施形態の組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法においては、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２との組立て前の形状、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２との組立て後の形状、及び、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２とが組立てされることによって構成される構造物Ｋの形状が評価される。

まず、形状評価装置Ｓを用いて主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の三次元座標値を取得することによって主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状を算出する（座標取得工程）。
具体的には、作業者がレーザ計測装置１のリフレクタ２０を主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の表面に沿って移動する。この際、レーザ計測装置１のレーザ発光部１１から射出されたレーザ光Ｌ１は、リフレクタ２０によって反射され、反射光（レーザ光Ｌ２）としてレーザ計測装置１に戻ってくる。この反射光は、レーザ受光部１２によって受光され電気信号に変換された後に、形状評価装置Ｓの演算装置２に入力される。そして、演算装置２において、演算処理部２３がレーザ計測装置１から入力される電気信号及び記憶部２１に記憶されたソフトウェアを用いることによって主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の三次元座標が取得される。ここで、上述のように、リフレクタ２０は、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の表面に沿って移動される。このため、湾曲された縁部Ｋ１４，Ｋ２１を含む主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の全ての箇所の三次元座標値が連続的に取得される。すなわち、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状が連続的に算出される。

なお、レーザ計測装置１においては、制御部１４の制御の下に追従機構１３が動作されることによって、レーザ発光部１１及びレーザ受光部１２を備える筐体がリフレクタ２０の方向に向けられる。このため、一度に広範囲の三次元座標値を取得することができる。なお、レーザ計測装置１の本体部１０の死角に位置する箇所の三次元座標値は、本体部１０を移動する、あるいは本体部１０を複数設置することによって取得することが可能である。

続いて、演算処理部２３は、上述のように取得された三次元座標値すなわち主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状と記憶部２１に予め記憶された主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の基準形状データとを比較する。
そして、この比較の結果、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状が基準形状データと所定の範囲で略一致する場合、すなわち主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状の寸法誤差が所定の範囲内である場合には、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状が保証され、この結果が評価として表示部２４において出力される。
なお、比較の結果、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の寸法誤差が所定の範囲外である場合であっても、この結果は、評価として表示部２４において出力される。

このような本実施形態の組立て部材の形状評価方法によれば、主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２が有する湾曲した縁部Ｋ１４，Ｋ２１の三次元座標値が連続的に取得される。つまり、本実施形態においては、従来、直線と仮定して形状評価が行われていた曲線部の正確な三次元座標値が取得される。
このため、従来のシミュレーション方法よりも高精度で組立て部材の形状を評価することが可能となり、より高い精度にて組立て部材の形状を保証することができ、仮組立て作業を行わずに高い組立て精度を得ることができる。
特に、本実施形態のように湾曲された箱桁Ｋ１１，１２の縁部Ｋ１４と、同じく湾曲された鋼床版Ｋ２の縁部Ｋ２１とが溶接接合される場合には、従来のシミュレーション方法では、要求される精度を保証することができないため、仮組立て作業を行わざるを得なかったが、本実施形態によれば、シミュレーションによって、より高い精度にて主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状を保証することができるため、仮組立て作業を行わずに高い組立て精度を得ることができる。

なお、実際に組立て部材を組立てることによって構造物Ｋを構成した場合には、各組立て部材には、組立て位置等に応じて種々の応力（例えば、溶接接合に起因する応力や当接する他の組立て部材から受ける応力等）が加わる。このため、各組立て部材すなわち主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状は、実際の組立ての前後において変化する。
このため、本実施形態においては、上記三次元座標値に基づいて組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状を算出して、組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状も保証する。
具体的には、演算処理部２３が、上述の工程によって得られた三次元座標値、及び、演算装置２の入力部２２を介して入力される形状変化に関係するパラメータを用いて組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状を算出する。その後、演算処理部２３が、算出した組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状と、記憶部２１に記憶された組立て後基準形状データとを比較する。
そして、この比較の結果、組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状の寸法誤差が所定の範囲内である場合には、組立て後の主桁部Ｋ１及び鋼床版Ｋ２の形状が保証され、この結果が評価として表示部２４において出力される。
なお、この際、組立て後の主桁部Ｋ１単体の形状及び組立て後の鋼床版Ｋ２単体の形状の評価に加え、構造物Ｋ全体としての形状の評価も行われる。

このような本実施形態の組立て後の組立て部材の形状評価方法によれば、仮組立て作業を行わずに、より高い組立て精度を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、箱桁Ｋ１１，Ｋ１２及び鋼床版Ｋ２が湾曲されている例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図５に示すような構造物Ｋ５の形状評価に対しても用いることができる。なお、構造物Ｋ５は、図６に示すような真っ直ぐな箱桁Ｋ３１，Ｋ３２を備える主桁部Ｋ３と、図７に示すような箱桁Ｋ３１，Ｋ３２に対して溶接接合される真っ直ぐな鋼床版Ｋ４とによって形成されている。
このような場合であっても、箱桁Ｋ３１，Ｋ３２と、鋼床版Ｋ４との溶接接合箇所の形状評価を従来よりも高精度に行うことができるため、より高い精度にて組立て部材の形状を保証することができる。

また、上記実施形態においては、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２とによって構成される橋梁の一構成物を対象として説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、橋梁全体を対象とすることもできる。
このような場合には、橋梁を構成する全ての組立て部材の形状が本発明によって評価される。

また、上記実施形態においては、主桁部Ｋ１と鋼床版Ｋ２の形状を評価する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図８に示すような橋脚の一部を構成する組立て部材Ｋ６の形状を評価しても良い。
橋脚は、図８に示すように、橋脚の一部を構成する組立て部材Ｋ６が複数溶接接合することによって構成されている。そして、本発明を用いて橋脚の一部を構成する組立て部材Ｋ６の形状を評価することによって、これらの組立て部材Ｋ６の形状が保証され、組立て部材Ｋ６同士を高い精度で溶接接合することができる。

本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法を行うための形状評価装置の機能構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価される構造物の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価される組立て部材の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価される組立て部材の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価可能な構造物の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価可能な組立て部材の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価可能な組立て部材の斜視図である。 本発明の一実施形態における組立て部材の形状評価方法及び組立て後における組立て部材の形状評価方法によって形状が評価可能な組立て部材の斜視図である。

符号の説明

１……レーザ計測装置、２……演算装置、Ｋ……構造物、Ｋ１，Ｋ３……主桁部（組立て部材）、Ｋ２，Ｋ４……鋼床版組立て部材）、Ｋ５……構造物、Ｋ６……組立て部材、Ｋ１４，Ｋ２１……縁部（曲線部）

Claims (6)

1. 複数の組立て部材を組立てることによって橋梁あるいは該橋梁を構成する所定構造物を組立てる場合における前記組立て部材の形状評価方法であって、
   前記組立て部材の三次元座標値のうち、少なくとも前記組立て部材が含む所定の曲線部の三次元座標値を連続的に取得する座標値取得工程と、
   該座標値取得工程にて取得した前記三次元座標値と予め設定された前記組立て部材の形状データとを比較して評価する工程と
   を有することを特徴とする組立て部材の形状評価方法。
2. 前記組立て部材は、他の組立て部材に溶接接合されるものであることを特徴とする請求項１記載の組立て部材の形状評価方法。
3. 前記組立て部材は、鋼床版であることを特徴とする請求項１または２記載の組立て部材の形状評価方法。
4. 前記組立て部材は、橋脚の一部であることを特徴とする請求項１または２記載の組立て部材の形状評価方法。
5. レーザ計測によって前記三次元座標値を取得することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の組立て部材の形状評価方法。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の組立て部材の形状評価方法にて組立て部材の形状を評価する形状評価工程と、
   形状変化に関係するパラメータと前記形状評価工程にて取得された前記三次元座標値とに基づいて、組立て後の前記組立て部材の形状を算出する算出工程と、
   該算出工程にて算出された組立て後の前記組立て部材の形状と予め設定された組立て後の前記組立て部材の形状データとを比較して評価する工程と
   を有することを特徴とする組立て後における組立て部材の形状評価方法。
   

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