JP2009216634A - 中心位置検出治具及び三次元位置計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】締結具に形成された丸頭の中心位置を簡易かつ確実に検出すると共に、検出された中心位置の三次元位置を求めることができる位置検出治具及び三次元計測方法を提供する。
【解決手段】複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置を検出する中心位置検出治具Ａであって、台座平面１０ａと前記丸頭を前記丸頭の頭頂部が台座平面１０ａから突出するように収容可能な収容部１０ｃとが形成された平行台座部本体１０を備えると共に、平行台座部本体１０を台座平面１０ａが前記被締結部材の被接触平面に対して平行となるように支持可能な本体支持部１１を備える平行台座部１と、前記頭頂部の球面の一部が接触可能なテーパ孔が形成された検出部２と、前記テーパ孔のテーパ中心軸が前記台座平面１０ａと直交するように検出部２を平行台座部１に対して位置決め可能な連結部４とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置を検出する中心位置検出治具及び丸頭の中心位置を計測する三次元計測方法に関するものである。

一般に、橋梁の拡幅工事においては、橋梁に使用されている締結具の丸頭の中心位置（最頭頂点）を計測し、この中心位置に基づいて、増設する構造部材の位置決め又は加工が行われている。従来、この種の技術においては、丸頭の中心位置の検出及び計測は、計測者がスケール等を用いて行っていた。

また、下記特許文献１には、図６に示すように台座に設けられたアンカーボルト５１の二次元座標系における位置を検出するための位置検出治具５０が開示されている。この位置検出治具５０は、矩形板状の本体５０Ａからなり、対向する側面縁間の幅Ｗが既知であると共に前端縁に直線部５０Ｂが形成され、この直線部５０ＢにＶ字状の切欠き部５０Ｃが設けられたものである。この切欠き部５０Ｃは、計測対象となるアンカーボルト５１の周面に押し当てた接触状態において、直線部５０Ｂの仮想延長線がアンカーボルト５１の中心を通過するように形成されており、上述した接触状態において、台座を上部より撮影した画像を画像解析すると、アンカーボルト５１の二つの稜線の中心線が求められると共に、この中心線と位置検出治具５０の前端縁の延長線との交点５０Ｐが求められ、次いで、この交点５０Ｐの画像上における二次元座標軸に対する座標が求められるようになっている。
特開２００５−２７４３５６号公報

しかしながら、従来の計測者がスケール等を用いて行う計測方法においては、測定箇所の記録間違い又は寸法読み間違い等のヒューマンエラーによって確実に中心位置を計測することができないという問題があった。
また、上記特許文献１における位置検出治具は、二次元座標軸に対する座標値を求める際に用いられるものであるので、三次元位置を求める際に用いることができないという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、締結具に形成された丸頭の中心位置を簡易かつ確実に検出すると共に、検出された中心位置の三次元位置を求めることができる位置検出治具及び三次元計測方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
中心位置検出治具に係る第一の解決手段として、複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置を検出する中心位置検出治具であって、台座平面と前記丸頭を前記丸頭の頭頂部が前記台座平面から突出するように収容可能な収容部とが形成された平行台座部本体を備えると共に、前記平行台座部本体を前記台座平面が前記被締結部材の被接触平面に対して平行となるように支持可能な本体支持部を備える平行台座部と、前記頭頂部の球面の一部が接触可能なテーパ孔が形成された検出部と、前記テーパ孔のテーパ中心軸が前記台座平面と直交するように前記検出部を前記平行台座部に対して位置決め可能な連結部とを備える、という手段を採用する。

中心位置検出治具に係る第二の解決手段として、上記中心位置検出治具に係る第一の解決手段において、前記検出部を前記平行台座部に対して押し付け可能な押付部を備える、という手段を採用する。
中心位置検出治具に係る第三の解決手段として、上記中心位置検出治具に係る第一又は第二の解決手段において、前記テーパ孔の先端に前記テーパ中心軸方向に向けて前記テーパ孔と外部とを連通させる連通孔が形成されている、という手段を採用する。
位置検出治具に係る第四の解決手段として、上記中心位置検出治具に係る第一から第三のうちいずれかの解決手段において、前記本体支持部は、三つの支持脚を備え、前記平行台座部本体を三点支持する、という手段を採用する。

三次元位置計測方法に係る第一の解決手段として、複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置の三次元位置計測方法であって、予め台座平面と前記丸頭を前記丸頭の頭頂部が前記台座平面から突出するように収容可能な収容部とが形成された平行台座部と、前記丸頭の頭頂部の一部に周状に接触可能なテーパ孔が形成された検出部とを備える中心位置検出治具を準備し、前記台座平面が前記被締結部材の被接触平面に平行となるように前記丸頭を前記収容部に収容し、前記台座平面に前記テーパ孔のテーパ中心軸が直交するように前記検出部を前記平行台座部に取り付けると共に、前記テーパ孔に前記丸頭の頭頂部の球面の一部を接触させて、前記前記テーパ孔の中心軸上に位置する中心位置を検出し、該検出結果に基づいて前記丸頭の中心位置の三次元位置を計測する、という手段を採用する。

三次元位置計測方法に係る第二の解決手段として、上記三次元位置計測方法に係る第一の解決手段において、前記丸頭の中心位置を検出した後に、前記中心位置に計測用ターゲットを設け、該計測用ターゲットの位置を光学的に捕捉し、該捕捉結果を演算処理することにより、前記丸頭の中心位置の三次元位置を計測する、という手段を採用する。

本発明によれば、平行台座部本体と本体支持部とを備える平行台座部と、テーパ孔が形成された検出部と、検出部を平行台座部に対して位置決めする連結部とを備えるので、本体支持部を被締結部材の被接触平面に接触させて被締結具の丸頭に平行台座部を配置すると、台座平面が被接触平面に対して平行となり、この状態で連結部により平行台座部本体に検出部を連結するとテーパ中心軸が被接触平面と台座平面とに対して直交する。そして、検出部のテーパ孔が丸頭の頭頂部の一部に周状に接触して、テーパ中心軸が丸頭の中心位置を通過する。これにより、丸頭の中心位置を簡易かつ確実に検出することができると共に、この検出結果に基づいて三次元計測を行って、中心位置の三次元位置を求めることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る三次元位置計測方法の概略説明図である。
この実施の形態は、中心位置検出治具Ａ（図２参照）により橋梁Ｂに打ち付けられた鉄製のリベット（締結具）Ｒの丸頭ｍの中心位置Ｑを検出し、この検出した中心位置Ｑに写真計測用ターゲットＴを貼付し、カメラＣを用いて写真計測用ターゲット（計測用ターゲット）Ｔと寸法が既知である基準器Ｋとが同一の写真に収まるように異なる場所から撮像し、解析装置Ｅで得られた撮像データを画像解析して、各丸頭ｍの中心位置Ｑの三次元位置を算出するものである。

図２は、本発明の実施の形態に係る中心位置検出治具Ａの構成斜視図を示すものである。この図２に示すように、中心位置検出治具Ａは、平行台座部１と検出部２とから構成されており、平行台座部１と検出部２とが分離可能となっている。

図３は、平行台座部１を示す図であって、図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、正面図である。平行台座部１は、平行台座部本体１０と、この平行台座部本体１０を支持する本体支持部１１と、平行台座部本体１０に立設された四本の連結柱１２とを備えている。なお、この平行台座部１は、非磁性材料からなる。

平行台座部本体１０は、上面視が正方形となる薄い平盤状の部材であって、厚さがリベットＲの高さよりも十分に薄く形成された部材である。この平行台座部本体１０は、正方形の台座平面１０ａ及びこの台座平面１０ａと厚さ方向に対向する裏面１０ｂが形成されると共に、平行台座部本体１０を厚さ方向に貫通する収容部１０ｃが形成されている。この収容部１０ｃは、円柱形状に形成されており、円柱の直径がリベットＲの丸頭ｍの球直径よりも大きく形成されている。

本体支持部１１は、平行台座部本体１０の裏面１０ｂに備えられた三つの球状支持脚１１ａ〜１１ｃにより構成され、球状支持脚（支持脚）１１ａ〜１１ｃが被支持面に対してそれぞれ１つの支持点（球点）で接触して、平行台座部本体１０を三点支持するものである。これら球状支持脚１１ａ〜１１ｃは、それぞれの支持点を仮想線で結んだ仮想三角平面が台座平面１０ａと平行になるように設けられている。すなわち、本体支持部１１は、球状支持脚１１ａ〜１１ｃと接触する被接触平面と台座平面１０ａとが平行となるように平行台座部本体１０を支持するようになっている。

連結柱１２は、棒状の部材であって、台座平面１０ａと直交するように台座平面１０ａの各四隅に一つずつ立設されたものである。

このような平行台座部１は、球状支持脚１１ａ〜１１ｃと接触する被接触平面から台座平面１０ａまでの高さがリベットＲに形成された丸頭ｍの高さより低いものとなっている。

図４は、検出部２を示す図であって、図４（ａ）は、上面図であり、図４（ｂ）は正面図である。
検出部２は、平行台座部本体１０と略同大の部材であって、上面視が正方形である薄い平盤状の部材である。この検出部２は、非磁性材料からなる。
検出部２は、正方形の上面２ａ及びこの上面２ａに対向する下面２ｂが形成されると共に、厚さ方向に検出部２を貫通する貫通孔２ｃと検出部２の各四隅に一つずつ貫通した連結孔２ｅとが形成されている。また、この検出部２の内部には、四つの永久磁石３が埋設されている。なお、図４（ｂ）においては、理解容易のため四つの永久磁石３のうち一部の図示を省略している。

貫通孔２ｃは、下面２ｂから上面２ａに向かって狭まるよう截頭円錐形に形成されたテーパ孔２ｆと、このテーパ孔２ｆから上面２ａまでテーパ孔２ｆのテーパ中心軸Ｐに沿って形成された円柱状の取付孔（連通孔）２ｇとが連通したものである。

連結孔２ｅは、上面２ａのそれぞれの四隅から下面２ｂまで、検出部２の厚さ方向に貫通した貫通孔である。すなわち、これら四つ連結孔２ｅは、四つの連結柱１２に対応した位置に開口しており、連結柱１２と嵌合することが可能である。換言すれば、検出部２の一部となる四つの連結孔２ｅと平行台座部１の四つの連結柱１２とが、平行台座部１と検出部２とを連結する連結部４（図２参照）を構成しており、平行台座部１と検出部２とを連結すると、テーパ中心軸Ｐが台座平面１０ａと直交するように検出部２と平行台座部１とが位置決めされるようになっている。

永久磁石（押付部）３は、検出部２の内部において、上面視したときにテーパ孔２ｆと重なる位置に配置されたものであり、テーパ中心軸Ｐを中心として周方向に等しい間隔で四つ埋設されている。

図１に戻って、リベットＲは、橋梁Ｂに使用されている複数の被締結部材Ｙを締結している。このリベットＲは、軸部の一端に反球状の丸頭ｍが形成されており、被締結部材Ｙの被接触平面ｙに接触するように打ちつけられている。なお、このリベットＲの丸頭ｍの中心位置Ｑとは、丸頭ｍの最頭頂点である。

写真計測用ターゲットＴは、裏面に粘着材が塗布された円形のシートであって、表面の外周部が黒く着色され、中央部が反射部とされている。反射部には、透明なガラスの細粒が密集状態に接着固定されている。すなわち、この反射部がカメラＣのストロボ光を指向性なく反射することにより、撮影画像に写真計測用ターゲットＴの反射部が明るく写し出されるようになっている。

カメラＣは、撮像データ出力部を備えるデジタルスチルカメラであり、写真計測用ターゲットＴを貼付したリベットＲを撮像した後に解析装置Ｅに、この撮像データを出力するものである。なお、カメラＣは、撮像の際に露出アンダーで撮像されるように設定されている。
基準器Ｋは、寸法が既知となった板状の部材であり、写真計測用ターゲットＴと同様のものが貼付されている。

解析装置Ｅは、パーソナルコンピュータに画像解析プログラムを搭載したものであり、カメラＣから入力された複数の撮像データを画像解析プログラムによって解析し、写真計測用ターゲットＴの三次元座標値を丸頭ｍの中心位置Ｑの三次元位置として算出するものである。

続いて、上記中心位置検出治具Ａを用いて、リベットＲの丸頭ｍの中心位置Ｑを検出する方法及び中心位置Ｑの三次元位置を測定する方法について、図５を用いて説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、リベットＲの丸頭ｍが収容部１０ｃに収容されるように、球状支持脚１１ａ〜１１ｃを被締結部材Ｙの被接触平面ｙに接触させる。この状態において、台座平面１０ａは被接触平面ｙと平行となっている。また、球状支持脚１１ａ〜１１ｃと接触する被接触平面ｙから台座平面１０ａまでの高さが丸頭ｍの高さよりも低いので、収容部１０ｃは、丸頭ｍの頭頂部が台座平面１０ａから突出するように、丸頭ｍを収容する。

次に、検出部２を平行台座部１に連結させる。具体的には、平行台座部１の連結柱１２に検出部２の連結孔２ｅを嵌合させることによって連結する。この連結状態においては、台座平面１０ａに直交する四本の連結柱１２に四つの連結孔２ｅが嵌合するので、テーパ中心軸Ｐは、常に、台座平面１０ａと被接触平面ｙとに直交するようになっている。

そして、検出部２に埋設された永久磁石３の作用により、検出部２がリベットＲに引き寄せられて、検出部２と丸頭ｍとが接触する。この際、平行台座部１の位置が、図５（ａ）に示すように、リベットＲの丸頭ｍの中心位置を基準として偏った位置であっても、図５（ｂ）に示すように、テーパ孔２ｆと丸頭ｍの頭頂部の一部とが周状に接触するように、連結部４を介して平行台座部１の位置が移動する。この状態においては、丸頭ｍの周状接触部は、リベットＲの中心位置Ｑから全て同一の距離となる一方、また、テーパ孔２ｆの周状接触部とテーパ中心軸Ｐ上の一の仮想点との距離は全て同一のものとなる。すなわち、丸頭ｍの中心位置Ｑをテーパ中心軸Ｐが通過することとなり、丸頭ｍの中心位置Ｑが検出される。

次に、図５（ｃ）に示すように、取付孔２ｇから中心位置Ｑに写真計測用ターゲットＴを貼付する。そして、図５（ｄ）に示すように、中心位置検出治具ＡをリベットＲから取り除き、他のリベットＲに上記と同様の作業を行って複数のリベットＲの各中心位置Ｑを検出して、それぞれに写真計測用ターゲットＴを貼付する（図１参照）。

続いて、リベットＲの中心位置Ｑの三次元位置を計測する方法について説明をする。
まず、図１に示すように、複数のリベットＲの近傍に寸法が既知の基準器Ｋを設置し、この基準器Ｋと複数のリベットＲが同一の写真に収まるように複数の位置からカメラＣを用いて撮像する。

そして、この撮像データを解析装置Ｅに入力し、画像解析する。具体的には、寸法が既知である基準器Ｋの位置・寸法情報により、各撮像データに係る撮像距離、撮像方向及び撮像角度を算出した後に、各撮像データにおける撮像距離、撮像方向及び撮像角度と、写真計測用ターゲットＴの位置情報とに基づいて、各リベットＲの丸頭ｍにおける中心位置Ｑの三次元座標値を算出する。

このように、本実施形態によれば、平行台座部本体１０と本体支持部１１とを備える平行台座部１と、テーパ孔２ｆが形成された検出部２と、検出部２を平行台座部１に対して位置決めする連結部４と備えるので、本体支持部１１を被締結部材Ｙの被接触平面ｙに接触させて、リベットＲの丸頭ｍに平行台座部１を配置すると、台座平面１０ａが被接触平面ｙに対して平行となり、この状態で連結部４により平行台座部本体１０に検出部２を連結するとテーパ中心軸Ｐが被接触平面ｙと台座平面１０ａとに対して直交する。そして、検出部２のテーパ孔２ｆが丸頭ｍの頭頂部の一部に周状に接触して、テーパ中心軸Ｐが丸頭ｍの中心位置Ｑを通過する。これにより、丸頭ｍの中心位置Ｑを簡易かつ確実に検出することができると共に、この検出された中心位置Ｑを三次元計測し、丸頭ｍの中心位置Ｑの三次元位置を求めることができる。

また、検出部２を平行台座部１に対して押し付ける永久磁石３を備えるので、検出部２のテーパ孔２ｆに丸頭ｍを容易に周状に接触させることができると共に、検出部２が丸頭ｍに固定されて、写真計測用ターゲットＴを中心位置Ｑに容易に貼付することができる。
また、取付孔２ｇが形成されているので、写真計測用ターゲットＴを丸頭に直接貼付することができる。また、テーパ孔２ｆの傾斜を容易に調整することができる。

また、本体支持部１１が球状支持脚１１ａ〜１１ｃにより、平行台座部本体１０を三点支持するので、被接触平面ｙと台座平面１０ａとの平行状態を安定して維持することができる。

また、中心位置検出治具Ａの丸頭ｍの中心位置Ｑの検出結果に基づいて、写真計測用ターゲットＴを貼付して、リベットＲの中心位置Ｑの三次元位置を求めるので、計測者がスケール等を用いて中心位置Ｑを計測する場合に比べて、ヒューマンエラーを防止することができ、信頼性の高い三次元位置情報を得ることができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは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、上述した実施の形態では、丸頭の具体的な形状を半球形状として説明したが、頭部の最頭頂点から被締結部材の接触面に向かう曲率が、同一の周方向における任意の位置で等しくなるように膨出した丸頭のものに本発明を適用することが可能である。

また、上述した実施の形態では、永久磁石３を用いて検出部２をリベットＲの丸頭ｍに押し付ける構成としたが、この永久磁石３を設けない構成としてもよい。例えば、床面に打ちつけられたリベットＲは、検出部２の自重により丸頭ｍに押し付けることができる。
また、上述した実施の形態では、平行台座部１及び検出部２は非磁性材料を用いて構成したが、必ずしも非磁性材料を用いる必要はない。

また、上述した実施の形態では、写真計測用ターゲットＴを貼付して写真計測を行ったが、これを設けずに取付孔２ｇの撮像データの位置情報を利用して、中心位置Ｑを求めてもよい。

また、上述した実施の形態では、取付孔２ｇは、必ずしも設ける必要はなく、テーパ孔２ｆをそのまま貫通させてもよい。
また、上述した実施の形態では、中心位置Ｑの三次元位置の計測に写真計測を用いたが、これをレーザー光による三次元位置計測で中心位置Ｑの三次元位置を計測してもよい。

本発明の実施の形態に係る三次元位置計測方法の概略説明図である。 本発明の実施の形態に係る中心位置検出治具Ａの構成斜視図を示すものである。 本発明の実施の形態に係る平行台座部１を示す図であって、図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、正面図である。 本発明の実施の形態に係る検出部２を示す図であって、図４（ａ）は、上面図であり、図４（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態に係る中心位置検出治具Ａを用いて、リベットＲの丸頭ｍの中心位置Ｑを検出する方法及び中心位置Ｑの三次元位置を測定する方法の説明図である。 従来の位置検出治具５０を示す図であって、図６（ａ）は、平面状態を示す図であり、図６（ｂ）は、側面状態を示す図である。

符号の説明

１…平行台座部
２…検出部
２ｆ…テーパ孔
２ｇ…取付孔（連通孔）
３…永久磁石（押付部）
４…連結部
１０…平行台座部本体
１０ａ…台座平面
１０ｃ…収容部
１１…本体支持部
１１ａ〜１１ｃ…球状支持脚（支持脚）
Ａ…中心位置検出治具
Ｐ…テーパ中心軸
Ｒ…リベット（締結具）
Ｔ…写真計測用ターゲット（計測用ターゲット）
Ｙ…被締結部材
ｙ…被接触平面
ｍ…丸頭

Claims (6)

1. 複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置を検出する中心位置検出治具であって、
   台座平面と前記丸頭を前記丸頭の頭頂部が前記台座平面から突出するように収容可能な収容部とが形成された平行台座部本体を備えると共に、前記平行台座部本体を前記台座平面が前記被締結部材の被接触平面に対して平行となるように支持可能な本体支持部を備える平行台座部と、
   前記頭頂部の球面の一部が接触可能なテーパ孔が形成された検出部と、
   前記テーパ孔のテーパ中心軸が前記台座平面と直交するように前記検出部を前記平行台座部に対して位置決め可能な連結部と
   を備えることを特徴とする中心位置検出治具。
2. 前記検出部を前記平行台座部に対して押し付け可能な押付部を備えることを特徴とする請求項１に記載の中心位置検出治具。
3. 前記テーパ孔の先端に前記テーパ中心軸方向に向けて前記テーパ孔と外部とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の中心位置検出治具。
4. 前記本体支持部は、三つの支持脚を備え、前記平行台座部本体を三点支持することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の中心位置検出治具。
5. 複数の被締結部材を締結する締結具に形成された丸頭の中心位置の三次元位置計測方法であって、
   予め台座平面と前記丸頭を前記丸頭の頭頂部が前記台座平面から突出するように収容可能な収容部とが形成された平行台座部と、前記丸頭の頭頂部の一部に周状に接触可能なテーパ孔が形成された検出部とを備える中心位置検出治具を準備し、前記台座平面が前記被締結部材の被接触平面に平行となるように前記丸頭を前記収容部に収容し、前記台座平面に前記テーパ孔のテーパ中心軸が直交するように前記検出部を前記平行台座部に取り付けると共に、前記テーパ孔に前記丸頭の頭頂部の球面の一部を接触させて、前記前記テーパ孔の中心軸上に位置する中心位置を検出し、該検出結果に基づいて前記丸頭の中心位置の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測方法。
6. 前記丸頭の中心位置を検出した後に、前記中心位置に計測用ターゲットを設け、該計測用ターゲットの位置を光学的に捕捉し、該捕捉結果を演算処理することにより、前記丸頭の中心位置の三次元位置を計測することを特徴とする請求項５に記載の三次元位置計測方法。

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