JP2010014693A - 配筋検査装置および配筋検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配筋検査を簡便に、しかも正確に行なえる構成とした、配筋検査装置および配筋検査方法の提供。
【解決手段】１は建設工事で施工される鉄筋で、多数配列されて１本の柱を構成している。２は鉄筋１の固定金具である。３は３次元レーザスキャナヘッドの固定冶具のグリップで任意の鉄筋１に取り付けられる。４は第１の回転軸でグリップ３、アーム５と結合されアーム５を矢視方向に回動自在に取り付ける。６はアーム５、３次元レーザスキャナヘッド７と連結される第２の回転軸で、３次元レーザスキャナヘッド７を矢視方向に回動自在に取り付ける。このように、３次元レーザスキャナヘッドは、グリップ３、第１の回転軸４、アーム５、第２の回転軸６からなる固定治具に取り付けられる構成としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設工事における鉄筋の検査（配筋検査）を簡便に、しかも正確に行なえる構成とした、配筋検査装置および配筋検査方法に関する。

建設工事における鉄筋の施工状態の検査（配筋検査）は、その構造体の性能確保のためには最も重要な検査項目であり、このような配筋状態の検査は、建設工事の施工管理において重要な項目となっている。このために、設計どおりの配筋がなされているか、所定の直径の鉄筋が設計どおり配置されているか、鉄筋数は整合しているか、などの配筋状態を確認することが必要となる。例えば特許文献１には、配筋の状態を目視により確認し、確認した結果を記録する方法が記載されている。また、特許文献２には、前記配筋状態の検査を光学的なスキャナを用いて自動的に行うことが記載されている。

特開平１０−２５８９５号公報 特開平０９−１８９５２６号公報

特許文献１に記載されたような、目視による配筋状態の確認は、誤認する可能性が大きいという問題がある。特に施工中の建物の場合には、同種設計の構造体が多く、それらの構造体の配筋状態を検査確認する作業は、高い集中力の維持が必要である。配筋状態の検査においては、一般的には同時に写真撮影を行うが、写真は２次元的な情報のため、施工完了後に３次元の配筋状態を確認をしようとしても十分な情報は得られない、という問題があった。

また、特許文献２のように配筋状態の計測手段の設置位置が固定されている場合には、配筋状態を確認する際に手前の鉄筋と重なっている後部の鉄筋については正確なデータが取得できない、という問題があった。さらに、計測装置の盛り替えが簡単でないので、使い勝手が悪く現場運用においては実用的ではない、という問題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、建設工事現場における配筋検査を簡便に、しかも正確に行なえる構成とした、配筋検査装置および配筋検査方法の提供を目的とするものである。

このような目的を達成するために、本発明の配筋検査装置は、
３次元レーザスキャナの固定手段と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更する手段と、前記３次元レーザスキャナの第１の計測位置で前記レーザビームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋に照射して前記鉄筋の第１の形状データを取得する手段と、前記レーザビーム照射角度を変更して前記第１の計測位置とは異なる計測位置で前記鉄筋の異なる形状データを取得する手段と、前記第１の形状データと前記第１の形状データとは異なる形状データとを統合した形状データを取得する手段と、前記統合した形状データと基準の形状データとを比較する手段と、前記形状データの比較結果により配筋状態を判定する手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の配筋検査装置は、前記３次元レーザスキャナの固定手段は、回動可能なアームの一端を前記鉄筋の任意の位置に連結し、他端に前記３次元レーザスキャナヘッド
を連結したことを特徴とする。

また、本発明の配筋検査装置は、前記アームを水平方向に移動して前記レーザビーム照射角度を変更し、当該レーザビーム照射角度を変更を数回繰り返しながらそれぞれの計測位置で、前記形状データを取得することを特徴とする。

また、本発明の配筋検査装置は、前記レーザビーム照射角度を５度〜１０度の範囲で変更し、前記計測位置の変更により３回〜５回連続して前記形状データを取得することを特徴とする。

また、本発明の配筋検査装置は、前記鉄筋の異なる形状データは、前記第１の形状データを取得した際に前記レーザビームが照射される鉄筋の後部に隠れて配置された鉄筋で得られる形状データであることを特徴とする。

本発明の配筋検査方法は、３次元レーザスキャナの設置位置を固定する手順と、複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得を指示する手順と、前記３次元レーザスキャナのスキャニングを開始する手順と、前記特定の鉄筋の点群データによる形状データを取得する手順と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データを取得する手順と、前記特定の鉄筋の点群データと前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データとを合成する手順と、鉄筋モデルを抽出する手順と、前記鉄筋モデルと照合して得られた形状データと基準の形状データとを比較する手順と、からなることを特徴とする。

また、本発明の配筋検査方法は、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記鉄筋の点群データを取得し、前記鉄筋モデルを抽出した際に、当該点群データと鉄筋モデルとの整合性が高いか否かを判定する手順をさらに有することを特徴とする。

本発明の配筋検査装置は、３次元レーザスキャナの固定手段と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更する手段と、前記３次元レーザスキャナの第１の計測位置で前記レーザビームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋に照射して前記鉄筋の第１の形状データを取得する手段と、前記レーザビーム照射角度を変更して前記第１の計測位置とは異なる計測位置で前記鉄筋の異なる形状データを取得する手段と、前記第１の形状データと前記第１の形状データとは異なる形状データとを統合した形状データを取得する手段と、前記統合した形状データと基準の形状データとを比較する手段と、前記形状データの比較結果により配筋状態を判定する手段と、を備え
前記配筋状態の判定結果の形状データと前記基準の形状データとに基づき、前記鉄筋の形状データが未取得の鉄筋位置を判断する手段と、
前記形状データが未取得の鉄筋を前記３次元レーザスキャナで計測できる計測位置を演算する手段と、
現在の前記３次元レーザスキャナの計測位置から、最小の移動距離で前記形状データが未取得の鉄筋を計測できる位置に前記３次元レーザスキャナを移動する移動量を演算する手段と、を設けたことを特徴とする。

本発明の配筋検査方法は、
３次元レーザスキャナを固定する手順と、
複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得を指示する手順と、
前記３次元レーザスキャナのスキャニングを開始する手順と、
前記特定の鉄筋の点群データによる形状データを取得する手順と、
前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記特定の鉄筋とは異な
る位置の前記鉄筋の点群データを取得する手順と、
前記特定の鉄筋の点群データと前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データとを統合する手順と、
鉄筋モデルを抽出する手順と、前記鉄筋モデルと照合して得られた形状データと基準の形状データとを比較する手順と、
前記比較結果の形状データと前記鉄筋モデルとに基づき、前記鉄筋の形状データが未取得の鉄筋位置を判断する手順と、
前記形状データが未取得の鉄筋を前記３次元レーザスキャナで計測できる計測位置を演算する手順と、
現在の前記３次元レーザスキャナの計測位置から、最小の移動距離で前記形状データが未取得の鉄筋を計測できる位置に前記３次元レーザスキャナを移動する移動量を演算する手順と、
からなることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果が得られる。（１）比較的容易な手順で、効果的に鉄筋の配置を確認できる。（２）配筋検査装置の盛り替えが容易なので、現場での運用が容易である。（３）計測情報が後に参照しやすい。施工後でも状況の確認が正確に行える。（４）自動的な計測を行うので、人為的ミスを軽減・情報の補完をすることができる。（５）複数の鉄筋が配置されている場合に、３次元レーザスキャナの移動を最小の回数として、全ての鉄筋位置情報を取得でき、鉄筋の計測処理を円滑に行うことができる。

本発明は、３次元レーザスキャナを用いた配筋検査装置および配筋検査方法を提案するものである。具体的には、３次元レーザスキャナを同検査専用の固定冶具に取り付け３次元レーザスキャナヘッドの設置位置を鉄筋に固定する。固定冶具は水平方向に回動してレーザビームの照射角度を変更し、すなわち、３次元レーザスキャナの計測位置を少しずつずらしながら、対象の鉄筋の形状データを多数の点群データとして取得する。このような計測により得られた多数の点群データを統合した後、設計情報（基準データ）から構成した鉄筋のモデルデータとの整合を行う。最終的には、鉄筋の形状情報が設計情報（基準データ）と整合するか否かの評価を行う。

以下、本発明の実施形態について具体例を説明する。３次元レーザスキャナによる計測にはいくつかの方式が知られている。例えば、レーザによる反射時間を計測する方法や、投影像の変形を観察する方法などがある。本発明の実施形態においては、基本的にはどの方式でも適用可能である。３次元レーザスキャナの計測装置は、一般的には大型で可搬性が低いが、計測ヘッドが比較的小型になりやすい投影像方式の計測装置が有用である。

３次元レーザスキャナによる計測を正確に行うには、３次元レーザスキャナヘッドを三脚などにより保持する必要がある。しかしながら、狭い工事現場での利用を考慮すると三脚に３次元レーザスキャナヘッドを固定するのは現実的ではない。そこで、図１に示すような固定冶具を用いて３次元レーザスキャナヘッドを鉄筋に固定する。

図１は、３次元レーザスキャナヘッドの固定冶具の例を示す説明図である。図１において、１は建設工事で施工される鉄筋で、多数配列されて１本の柱を構成している。２は鉄筋１の固定金具である。図１の例では、固定金具２は上下に２列設けられている。３は固定冶具のグリップで任意の鉄筋１に取り付けられる。４は第１の回転軸でグリップ３、アーム５と結合されアーム５を矢視方向に回動自在に取り付ける。６はアーム５、３次元レーザスキャナヘッド７と連結される第２の回転軸で、３次元レーザスキャナヘッド７を矢視方向に回動自在に取り付ける。このように、３次元レーザスキャナヘッド７は、グリッ
プ３、第１の回転軸４、アーム５、第２の回転軸６からなる固定治具に取り付けられている。

アーム５は、例えば１ｍ程度の長さとしており、アーム５の一端に第１の回転軸４を介して設けたグリップ３により計測対象の任意の鉄筋に固定する。アーム５の両端には、第１の回転軸４と第２の回転軸６を有しているので、グリップ３を鉄筋１に固定すると、アーム５を回動することにより、自在に３次元レーザスキャナヘッド７の計測位置を水平方向で変えることができる。したがって、レーザビームの照射角度を変更することができる。また、例えば第１の回転軸４に角度計を内蔵することにより、３次元レーザスキャナの鉄筋１に対する方向の情報を取得できる。なお、工事現場の空間が広く、三脚が利用できる場合には、三脚上で少しづつ３次元レーザスキャナヘッドの移動ができる機構を取り付ける構成とすることもできる。なお、アーム５の回動は、オペレータによるマニュアル操作の他に、第２の回転軸６にモータやアクチュエータなどの駆動手段を連結して機械的に行うことができる。本発明の実施形態においては、３次元レーザスキャナの機械的な取り付け、計測位置の変更などについては「３次元レーザスキャナヘッドの固定」、３次元レーザスキャナによる物理的な計測については、「３次元レーザスキャナによる計測」のように表現するものとする。

次に、工事現場で施工された鉄筋の配置形状の測定について説明する。図２は、鉄筋１と固定金具２による柱の配置形状の例を示す説明図である。図２のように、矩形状に規則正しい間隔で鉄筋１が配置されており、前記３次元レーザスキャナヘッド７を図の手前側に設置した場合には、３次元レーザスキャナヘッド７から見て後部側の鉄筋は前部側の鉄筋１の陰になり、計測できない。このため、後ろ側の鉄筋を観測するには、複数の視点からの計測が必要となる。複数視点のデータを整合する場合、一般に何らかの基準点を設けてデータの位置合わせを行う必要がある。

図９は、基準点を設けてデータの位置合わせを行う例を示す説明図である。図９において、１５は３次元レーザスキャナヘッド、１６〜１８は基準球である。３次元レーザスキャナヘッド１５、各基準球１６〜１８は、三脚１９ａ〜１９ｄに固定される。３次元レーザスキャナにより得られる計測データは、３次元座標（Ｘ, Ｙ, Ｚ）を羅列した点群データと呼ばれるものである。大きな計測対象や、死角なく対象を計測したい揚合は、計測を複数回行う。

この際に、一般的には複数の点群データのおおよその位置合わせをする作業は手動で行われる。その際の作業量軽減のため、計測の際には、基準となる座標を表す物体（図９の事例では基準球１６〜１８）を一緒に計測することで、位置合わせの作業性を高めることが行われる。そして、おおよその位置合わせが行われた後に、各点群データ間で座標の誤差を評価することで高精度の位置合わせを行う。しかしながら、現場での運用を想定した場合には、作業の簡便性の観点からもこれらの基準点設置は避けることが望ましい。

また、３次元レーザスキャナの設置位置を移動して、すなわち、図２の例であれば、矩形状に配置された鉄筋の四周の位置にそれぞれ３次元レーザスキャナを配置して、鉄筋を計測することも考えられる。しかしながら、この方法では、３次元レーザスキャナの設置位置を移動しなければならないので作業が煩雑であり、工事現場の環境によっては鉄筋の計測が常に全方向からできるとは限らず、特定の一方向だけからの観測しかできない場合も生じる。本発明の実施形態においては、３次元レーザスキャナの設置位置を変えずに、３次元レーザスキャナヘッドを前記固定治具の上で少しずつずらしながら、レーザビームの照射角度を変えて鉄筋を計測するものである。

具体的には、図１で説明したようにグリップ３を鉄筋１に固定した状態で、アーム５を
回動して３次元レーザスキャナによる数回の鉄筋形状の計測を連続して行う。例えば、３次元レーザスキャナによる鉄筋の最初の計測後に、図３に示すようにアーム５を僅かに回動させて、２回目の計測を行う。以後同様にして、３次元レーザスキャナの計測位置を少しづつずらしながら鉄筋の形状データを取得する。

図３は、３次元レーザスキャナヘッド７を最初の計測位置からずらした位置で鉄筋を計測する際の例を模式的に示す説明図である。図３の例では、２回目の計測の際には、鉄筋８と固定金具２ａが計測される。このように３次元レーザスキャナヘッド７の計測位置をずらして、すなわち、レーザビームの照射角度を変えて鉄筋の計測を数回、例えば３〜５回連続して行う。このように、最初の計測では、３次元レーザスキャナヘッド位置から見える部分の形状（点群）データが取得される。次に３次元レーザスキャナヘッドを少しずらして計測を行うと、若干だけずれた位置の形状データ（鉄筋８と固定金具２ａによる配筋の形状データ）が取得される。２回目の計測で取得された形状データは、例えば３次元レーザスキャナヘッド７からみて、最初の計測位置の手前に配置された鉄筋の後部に隠れた位置に配置されている鉄筋についての形状データに相当する。

前記３次元レーザスキャナヘッドの計測位置は、５〜１０度の角度だけずらして鉄筋の計測を行う。図１２は、このような３次元レーザスキャナヘッド７の計測位置をずらして計測する例を示す説明図である。本発明においては、鉄筋を計測する際に３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を少しづつずらしながら計測するものであり、その主旨は、３次元レーザスキャナヘッド設置位置からみて手前の鉄筋によって隠蔽されてしまう後部の鉄筋状態を把握することにある。そのため、計測を行なう際の３次元レーザスキャナヘッドの設置位置は、各鉄筋の位置関係によって決められる。すなわち、前記隠蔽されてしまう後部の鉄筋状態を計測できる位置に３次元レーザスキャナヘッドが設置される。

図１２において、計測エリア３０には、３次元レーザスキャナ３１、３次元レーザスキャナヘッド計測位置からみて手前側の鉄筋３６（点群Ａとする）、３次元レーザスキャナヘッド計測位置からみて後部側の鉄筋３７（点群Ｂとする）、鉄筋の固定金具３５が存在している。３次元レーザスキャナ３１のヘッド計測位置はＰ１からＰ２に移動するものとする。３２は、３次元レーザスキャナ３１のヘッド計測位置がＰ１にある場合のレーザビームの照射範囲を示している。

３次元レーザスキャナヘッドの計測位置がＰ１にある状態で鉄筋３６を計測すると、レーザビームは３３のように照射されるので、鉄筋３６の背後に位置している鉄筋３７の形状については、計測できない。そこで、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置をＰ１からＰ２の位置に移動して、レーザビーム３４を照射することにより、前記鉄筋３７の形状データを取得することができる。

ここで、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を最初の計測位置Ｐ１から大きく変えて移動すると（例えば水平角度で１０度を超える位置に移動する）、後述するように、計測した点群データの統合に支障をきたす恐れがある。このため、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置の移動は、水平角度で５〜１０度の範囲とすることが望ましく、この範囲内であれば整合性の高い配筋状態の形状データを取得することができる。

例えば、３０ｍｍ径の鉄筋を複数配置して５０ｃｍ角の柱を構成しているものとして、これらの鉄筋を、５０ｃｍ離れた位置から３次元レーザスキャナで計測する場合には、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離と移動角度は以下のようになる。
（１）Ｐ１−Ｐ２間の移動距離 ３０ｍｍ×２＝６０ｍｍ
（２）柱の中心を軸にしてヘッドを回転した場合の移動角度
ｔａｎ―¹(６０／７５０)＝５度
注：柱の中心位置から３次元レーザスキャナヘッド計測位置までの距離は、
（２５０＋５００＝７５０ｍｍ）、となる。

このような３次元レーザスキャナヘッドの移動距離の例は一例であり、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離は任意に設定できる。本発明の前記例においては、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離を５ｃｍずつずらして計測するものとしている。また、３次元レーザスキャナヘッドの移動角度は、５度ずつ水平方向に回転させて計測して配筋状態の形状データを取得している。なお、３次元レーザスキャナヘッドの移動角度も５度には限定されず任意の角度が選定できるが、前記のように水平角度で５度〜１０度の範囲の移動が好適である。このような３次元レーザスキャナによる計測を行うことにより、３次元レーザスキャナの設置位置は変えずに３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を変えるだけで、３次元レーザスキャナの設置位置からみて後部側の鉄筋の状態を網羅した、統合データを取得できる。

次に、前記図１２の例で、複数の点群データの位置合わせについて説明する。図１２において、同じ形状の対象（鉄筋３６：点群Ａと鉄筋３７：点群Ｂ）の計測データとして、
点群Ａの座標データ Ｐａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｉ、
点群Ｂの座標データ Ｐｂ（Ｘ，Ｙ, Ｚ）ｊ、
が取得されているものとする。

ここで、点群Ａ−Ｂ間の誤差ｅを例えば以下の式により評価する。
ｅ＝ΣΣＭｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛Ｐａ（ＸＹＺ）ｉ−Ｐｂ（ＸＹＺ）ｊ｝
Ｍｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛｝関数は、Ｐａの点から最も近いＰｂの点までの距離を表す。本発明の鉄筋計測の場合には、鉄筋のモデルを円柱とし、そのモデルに合致する点群を探すことで指定の鉄筋が入っているかどうかを自動的に解析することができる。

本発明の実施形態においては、基本的には、この誤差ｅが最小となるような点群の相互位置を探索する事が、点群テータの位置合わせ処理となる。この処理は、ＰＣなどの利用により自動的に実行できる。ところで、検討しなければならない点群Ａと点群Ｂの相対姿勢のパターンが極端に違うと、点群Ａと点群Ｂの重なる位置を探索する事が困難となる場合があるので、本発明の実施形態としては、前記のように形状がほぼ等しい点群データが取得される場合に効果的である。また、膨大な姿勢パターンが存在する場合には、点群自体の点数が多いので計算量は大きくなり、配筋状況の形状データの取得に時間を要する場合がある。このような場合には、演算能力が高いコンピュータを使用する。

本発明の実施形態の場合には、対象とする鉄筋の計測を３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を少しずつずらしながら行なっているが、各点群データ間において、重なり合う部分が多いため、確実に位置合わせデータが取得できる。また、計測対象の相対的な姿勢パターン（鉄筋や固定金具の形状）も限られているので、迅速にしかも確実に、計測データの相互位置合わせを自動的に行うことができる。なお、３次元レーザスキャナによる計測時においては、基準となる形状の物体（図９の基準球）を設置する必要が無く、計測作業自体も簡便に行える。

図４は、図２、図３で得られた配筋状態の形状データを統合する例を示す説明図である。図４においては、図２で得られた鉄筋１、固定金具２による形状データと、図３で得られた鉄筋８、固定金具２ａによる形状データを統合して鉄筋９、固定金具２ｂによる形状データを取得している。

これらの複数の形状（点群）データを統合する際には、形状データの位置合わせ情報を事前に取得しておく必要がある。本発明の実施形態のように、計測対象の相対的な姿勢パ
ターンが限定されており、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を少しずつずらして形状データを取得する場合には、最初に取得した形状データと、次に取得した形状データ間の比較のみで位置合わせができる確率が高くなる。３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を少しずつずらして形状データを取得することを繰り返すことにより、３次元レーザスキャナヘッドの設置位置からみて後ろ側に隠れていた鉄筋の形状データも、次第に累積されることになる。

図５は、図４で説明した統合された形状データ（鉄筋９と固定金具２ｂ）を示す説明図である。図５に示されているように、複数回の計測により得られた形状データを統合する際に、本発明の実施形態においては、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置の移動前後で比較的近い形状データを取得しているので、図９で説明したような基準点による位置合わせは不要であり、計測で取得された複数の形状デ−タを白動的に統合できる。統合された形状（点群）データでは、３次元レーザスキャナヘッドの設置位置からみて後部に隠れている鉄筋の情報も補完される。

必要とする数の形状（点群）データが取得された時点で、設計情報として記憶部（図１０参照）に記憶されている鉄筋モデルと点群データとの照合を行う。図６は、形状データと鉄筋モデルとの照合を行う例を示す説明図である。図６において、鉄筋９と固定金具２ｂにより配筋状態の形状データが取得されている。１１は円筒状の鉄筋モデルである。点群情報と鉄筋モデルとのマッチング処理を行い、鉄筋が存在している位置を特定する。このような処理を行うことにより、取得形状データのどの位置に、どの程度の径の鉄筋があるかを判断することができる。形状データには、鉄筋以外のもの、この例では矩形状の固定金具も取得されている。しかしながら、鉄筋モデル１１は、円筒形で縦方向に長い形状であるため、それに適合する鉄筋の点群情報を探索すれば足りる。すなわち、型枠や、スペーサーなどの鉄筋とは異なる形状の部材によるノイズ情報を、分離することができる。

次に、点群データとモデル形状の位置合わせについて説明する。この処理は、取得された点群データから、特定の形状を抽出するものである。前記したように、点群データとは、座標データＰａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｉで示す３次元座標の羅列である。このデータに対しモデルと呼ばれる物体の形状データＭ（Ｘ，Ｙ,Ｚ）ｊを設定する。

モデルの形状は、ユーザーの指定形状なので任意に設定できる。点群データとモデル形状データ間で、誤差ｅの評価を行う。誤差ｅが最小になる点群データが探索された揚合に、モデル形状に相当する部分が点群の中に存在する、すなわち、探索したい形状が得られたとする。これらの処理は、ＰＣなどにより白動的に実行できる。

点群データとモデル形状データ間の誤差評価関数の例について説明する。誤差ｅは、
ｅ＝ΣΣＭｉｎｌｅｎｇｔｈ｛Ｐａ（ＸＹＺ）ｉ−Ｍ（ＸＹＺ）ｊ｝
で示される。ここで、Ｍｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛｝関数は、Ｐａの点から最も近いＭの点までの距離を表す。本発明の鉄筋計測の場合には、鉄筋のモデルを円柱状の形状として、そのモデルに合致する点群を探索することで、指定の鉄筋が入っているかどうかを自動的に解析することができる。

図７は、前記形状データと円筒モデル（鉄筋モデル）の探索により、マッチング処理が行われた後の鉄筋１０と固定金具２ｃを示す説明図である。また、図８は、設計情報（基準の形状データ）による当該柱を構成する鉄筋１２と金具２ｄの例を示す説明図である。配筋検査の最終段階では、前記マッチング処理が行われた後の形状データ（図７）と設計情報（図８）との比較を行い、鉄筋が正しく配置されているか否かを判定することができる。

図１０は、本発明の実施形態における配筋検査装置２０を示す説明図である。図１０において、２１は３次元レーザスキャナヘッド、２２は３次元レーザスキャナのレーザ発振器などを駆動するドライバ、２３はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、２４は処理プログラムや各種データ（例えば図８の設計情報）を記憶する記憶部、２５は３次元レーザスキャナのエンコーダでＰＣ２３からの信号を３次元レーザスキャナヘッドに伝達する。２６は種々の演算処理（例えば複数回の計測で取得された形状データの統合）を実行する演算処理部、２７はプリンタやモニタなどの出力部である。

図１１は、本発明の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示されているように、以下の手順で処理を実行する。
Ｓ１：計測開始
Ｓ２：３次元レーザスキャナヘッド位置固定
Ｓ３：複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得指示
Ｓ４：３次元レーザスキャナによるスキャニング開始
Ｓ５：鉄筋の点群データ取得
Ｓ６：点群データ合成（スキャナの位置をずらして２回目以降の計測データ取得後に、最初に得られた点群データと２回目以降に得られた点群データとを合成、すなわち点群データを統合する）
Ｓ７：鉄筋モデルの抽出
Ｓ８：点群データと鉄筋モデルとの整合性は十分評価できるか？（前記点群データと鉄筋モデルとの整合性が高いか否かを判定する）
Ｓ９：３次元レーザスキャナヘッドの計測位置をずらす（Ｓ８の判定結果がＮｏ、この場合には３回以上の３次元レーザスキャナヘッド計測位置の移動となる）
Ｓ１０：鉄筋モデルと照合して得られた形状データと設計情報の比較（Ｓ８の判定結果がＹｅｓ）
Ｓ１１：結果の出力

Ｓ８の処理において、十分評価できるかどうかの判定は、前記のように鉄筋モデルの抽出状態が良好（点群データとモデル情報の整合性が高い）か否か、などを基準に自動的に実施する。

本発明の実施形態においては、配筋検査に用いる部材は、例えば３次元レーザスキャナ、３次元レーザスキャナヘッドの固定治具、ＰＣにより構成されるシンプルなものである。そのため、現場での可搬性能に優れ、３次元レーザスキャナヘッドの盛り替えが簡便に行える配筋検査装置と配筋検査方法を構築できる。

次に、本発明の異なる実施形態について、図１３〜図２０に示した説明図と、図２１に示したフローチャートにより説明する。なお、図１３〜図２０に示した説明図では、図１２の説明図と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。

図１３の例では、３次元レーザスキャナ３１を計測エリア３０の図示手前側のＰ１に設置して、鉄筋３６（Ａ）の情報（形状データ）を取得している。この際に、３次元レーザスキャナ３１の計測位置Ｐ１に対して奥側にある鉄筋３７（Ｂ）の情報（形状データ）は、手前側にある鉄筋の隙間から取得している。手前側の鉄筋３６はおおよそ初回の観測においてほぼ確実に形状情報が取得される。しかしながら、奥にある鉄筋３７が３次元レーザスキャナ３１の死角に入った場合、すなわち、レーザビーム３３が手前側の鉄筋３６に遮られて奥にある鉄筋３７に入射できない場合には、形状データの情報が得られない場合もある。

このように、３次元レーザスキャナ３１の計測位置に対して奥側の鉄筋が計測できない
場合には、３次元レーザスキャナ３１の計測位置をＰ１の位置から移動させて、レーザビームが奥側の鉄筋に照射されるようにする。この際に、３次元レーザスキャナ３１の移動後の計測位置Ｐ３が適切でない場合がある。この場合には、図１４に示すようにレーザビーム３９が手前側の鉄筋３８（Ｃ）に遮られて奥にある鉄筋３７（Ｂ）に入射できない事態が発生する。

そこで、この実施形態においては、３次元レーザスキャナ３１で鉄筋の形状データを取得するために計測を実施する毎に、計測された鉄筋位置を確認し、確実に奥の鉄筋（例えば上図の場合は鉄筋Ｂ）を観測できるスキャナ位置を推定する。
図１５に示された３次元レーザスキャナ３１の計測位置Ｐ２は、このようにして推定された位置である。

図１６に示されているように、鉄筋１の配置情報は、設計情報として記憶手段に記憶されている。したがって、鉄筋の設計情報と毎回の計測データとを対比することにより、未観測の鉄筋位置を判断することができる。未観測の鉄筋位置のデータと、３次元レーザスキャナ３１の計測位置のデータにより、次回計測時の３次元レーザスキャナ３１の移動量を演算により求めることができる。なお、鉄筋１の設計情報としての配置情報は、例えば図１０のブロック図において記憶部２４に記憶させることができる。また、次回計測時の３次元レーザスキャナ３１の移動量は、演算処理部２６で演算することができる。

図１７は、図１３〜図１５をまとめて図示したものである。次回計測時に３次元レーザスキャナ３１の計測位置を極端に変えてしまうと、計測した点群データの合成に支障をきたすことになる。この実施形態においては、適正な移動量を演算してＰ２の位置を求め、Ｐ２の位置において３次元レーザスキャナ３１で鉄筋位置を計測することによって、整合性の高い形状データを得るようにしている。

以下、この実施形態の具体的な計測処理について説明する。図１８は、鉄筋１の配置についての設計情報である。３５は複数設置される鉄筋１の固定金具である。丸の位置は主筋と呼ばれる柱の鉄筋を表している。図１８の例では、１２本の主筋が設置されている。

図１９は、１回目の計測を行った結果を模式的に示している。二重丸で示す鉄筋１ａが観測され、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示す鉄筋１Ｘ、１Ｙ、１Ｚは観測が不十分と判断された鉄筋である。ここで、配筋の検査は、設計した配置に所定の鉄筋があるかどうかを確認するものである。図１９のような判断は、３次元レーザスキャナ３１が取得した計測情報から、鉄筋として判断された座標群と設計情報との照合によって得ることができる。さらには、未確認として判断された鉄筋の位置と確認済みの鉄筋の位置の相互の位置関係も図１９から判断することができる。

図２０は、未取得の鉄筋の観測をする例を模式的に示している。図２０においては、二重矢印線の方向Ｒ、Ｔ、Ｕ、Ｖが情報未取得の各鉄筋１Ｘ、１Ｙ、１Ｚを観測できる方向をあらわしている。各矢印の方向に３次元レーザスキャナスキャナを配置すれば、未取得の鉄筋１Ｘ、１Ｙ、１Ｚの観測ができることになる。
この例では、ハッチング領域４０の位置に３次元レーザスキャナスキャナを配置する。このように、２個所または３個所の未取得の鉄筋位置を３次元レーザスキャナスキャナで１度に捕捉しようとする場合には、観測方向が重なる位置にスキャナを置くと効率的に情報取得ができる。

３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、４０の位置に３次元レーザスキャナスキャナを配置した場合のレーザビームを示している。なお、３３ａは、矢印Ｕ方向に３次元レーザスキャナスキャナを配置した場合のレーザビームを示している。この場合には、前回の計測で未取得
の鉄筋１Ｘ、１Ｙの情報は、再度３次元レーザスキャナスキャナを移動して取得することになる。

次回計測時における３次元レーザスキャナの具体的な位置は、例えばハッチング領域４０の面積重心位置などとして、できるだけ障害物に隠れないで所定の鉄筋を観測できる位置とする。この際に、候補とされる領域が複数ある場合は、現在のスキャナ位置から最も近い位置を次の観測位置とする。このように、本発明の実施形態においては、未取得鉄筋情報を効率的に取得する位置を、図２０で説明したような方法で推定し、観測を行う。

図２１は、この実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図２１では、図１１で説明したフローチャートのＳ７、Ｓ８、Ｓ１０に該当する処理を、より詳細に示している。
Ｓ７：鉄筋モデルの抽出
Ｓ２１：設計情報との比較
Ｓ２２：未取得鉄筋位置の確定
Ｓ２３：全鉄筋を観測できるか否かを判定
Ｓ１０ａ：Ｓ２３の判定結果がＹｅｓの場合には、鉄筋モデルと設計情報との詳
細な比較
Ｓ２４：Ｓ２３の判定結果がＮｏの場合には、未取得鉄筋を観測する位置の計算
Ｓ２５：次の観測位置への３次元レーザスキャナの移動量を計算する
（Ｓ２５の計算結果に基づいて、図１１のＳ９：３次元レーザスキャナの
位置をずらす処理に移行する）

本発明のこの実施形態においては、直近までの観測データから、鉄筋の位置が確実にわかった位置情報と設計情報に基づいて、３次元レーザスキャナから死角になっていて位置情報が未取得の鉄筋位置を特定する。このように、情報が最も取りやすい３次元レーザスキャナの位置を推定したうえで、３次元レーザスキャナを移動し、そこから観測することで、無駄な観測をせずに最小の移動回数での観測を実現できる。

なお、本発明の異なる実施形態においては、鉄筋の形状データ（計測データ）と設計情報（鉄筋モデル）との比較で、形状データが未取得の鉄筋を判断しているが、設計情報（鉄筋モデル）に代えて他の計測データ、例えば鉄筋の平面形状のデータと、前記計測データとの比較で、形状データが未取得の鉄筋を判断しても良い。

以上説明したように、本発明によれば、配筋検査を簡便、かつ正確に行なえる構成とした、配筋検査装置および配筋検査方法を提供することができる。

本発明の実施形態の説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の前提技術を示す説明図である。 本発明の実施形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・鉄筋、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ・・・位置情報が未取得の鉄筋、２・・・固定金具、３・・・グリップ、４・・・第１の回転軸、５・・・アーム、６・・・第２の回転軸、７・・・３次元レーザスキャナヘッド、１１・・・鉄筋モデル、２２・・・３次元レーザスキャナドライバ、２３・・・ＰＣ、２４・・・記憶部、２５・・・エンコーダ、２６・・・演算処理部、２７・・・出力部、３０・・・計測エリア、３１・・・３次元レーザスキャナ、３２・・・レーザビームの照射範囲、３３、３４、３９・・・レーザビーム、３６〜３８・・・鉄筋、

Claims (9)

1. ３次元レーザスキャナの固定手段と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更する手段と、前記３次元レーザスキャナの第１の計測位置で前記レーザビームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋に照射して前記鉄筋の第１の形状データを取得する手段と、前記レーザビーム照射角度を変更して前記第１の計測位置とは異なる計測位置で前記鉄筋の異なる形状データを取得する手段と、前記第１の形状データと前記第１の形状データとは異なる形状データとを統合した形状データを取得する手段と、前記統合した形状データと基準の形状データとを比較する手段と、前記形状データの比較結果により配筋状態を判定する手段と、を備えたことを特徴とする配筋検査装置。
2. 前記３次元レーザスキャナの固定手段は、回動可能なアームの一端を前記鉄筋の任意の位置に連結し、他端に前記３次元レーザスキャナヘッドを連結したことを特徴とする、請求項１に記載の配筋検査装置。
3. 前記アームを水平方向に移動して前記レーザビーム照射角度を変更し、当該レーザビーム照射角度の変更を数回繰り返しながらそれぞれの計測位置で、前記形状データを取得することを特徴とする、請求項２に記載の配筋検査装置。
4. 前記レーザビーム照射角度を５度〜１０度の範囲で変更し、前記計測位置の変更により３回〜５回連続して前記形状データを取得することを特徴とする、請求項３に記載の配筋検査装置。
5. 前記鉄筋の異なる形状データは、前記第１の形状データを取得した際に前記レーザビームが照射される鉄筋の後部に隠れて配置された鉄筋で得られる形状データであることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の配筋検査装置。
6. ３次元レーザスキャナを固定する手順と、複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得を指示する手順と、前記３次元レーザスキャナのスキャニングを開始する手順と、前記特定の鉄筋の点群データによる形状データを取得する手順と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データを取得する手順と、前記特定の鉄筋の点群データと前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データとを統合する手順と、鉄筋モデルを抽出する手順と、前記鉄筋モデルと照合して得られた形状データと基準の形状データとを比較する手順と、からなることを特徴とする、配筋検査方法。
7. 前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記鉄筋の点群データを取得し、前記鉄筋モデルを抽出した際に、当該点群データと鉄筋モデルとの整合性が高いか否かを判定する手順をさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の配筋検査方法。
8. ３次元レーザスキャナの固定手段と、前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更する手段と、前記３次元レーザスキャナの第１の計測位置で前記レーザビームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋に照射して前記鉄筋の第１の形状データを取得する手段と、前記レーザビーム照射角度を変更して前記第１の計測位置とは異なる計測位置で前記鉄筋の異なる形状データを取得する手段と、前記第１の形状データと前記第１の形状データとは異なる形状データとを統合した形状データを取得する手段と、前記統合した形状データと基準の形状データとを比較する手段と、前記形状データの比較結果により配筋状態を判定する手段と、を備え
   前記配筋状態の判定結果の形状データと前記基準の形状データとに基づき、前記鉄筋の形状データが未取得の鉄筋位置を判断する手段と、
   前記形状データが未取得の鉄筋を前記３次元レーザスキャナで計測できる計測位置を演算する手段と、
   現在の前記３次元レーザスキャナの計測位置から、最小の移動距離で前記形状データが未取得の鉄筋を計測できる位置に前記３次元レーザスキャナを移動する移動量を演算する手段と、を設けたことを特徴とする配筋検査装置。
9. ３次元レーザスキャナを固定する手順と、
   複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得を指示する手順と、
   前記３次元レーザスキャナのスキャニングを開始する手順と、
   前記特定の鉄筋の点群データによる形状データを取得する手順と、
   前記３次元レーザスキャナのレーザビーム照射角度を変更して前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データを取得する手順と、
   前記特定の鉄筋の点群データと前記特定の鉄筋とは異なる位置の前記鉄筋の点群データとを統合する手順と、
   鉄筋モデルを抽出する手順と、前記鉄筋モデルと照合して得られた形状データと基準の形状データとを比較する手順と、
   前記比較結果の形状データと前記鉄筋モデルとに基づき、前記鉄筋の形状データが未取得の鉄筋位置を判断する手順と、
   前記形状データが未取得の鉄筋を前記３次元レーザスキャナで計測できる計測位置を演算する手順と、
   現在の前記３次元レーザスキャナの計測位置から、最小の移動距離で前記形状データが未取得の鉄筋を計測できる位置に前記３次元レーザスキャナを移動する移動量を演算する手順と、
   からなることを特徴とする、配筋検査方法。

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