JP2010504520A - 中空フレームの精密測定のためのグローバル座標生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空フレームの製作時に３次元座標を生成するグローバル座標生成方法を提供する。
【解決手段】本発明のグローバル座標生成方法は、中空フレームの基準面に送信機及び基準面の座標を生成するためのレファレンスセンサを設置し、レファレンスセンサで測定された位置座標から基準面のローカル座標系を生成するステップ、第１垂直面の共通地点にレファレンスセンサを設置し、その座標を測定し格納するステップ、第１垂直面に送信機及びレファレンスセンサを設置し、そのローカル座標系を生成するステップ、共通地点の座標を用いてローカル座標系をグローバル座標系に変換するステップ、他の垂直面の各ローカル座標系をグローバル座標系に変換するステップ、上部面に送信機を設置し、そのローカル座標系とグローバル座標系の関係を求めるステップ、及び前記関係からグローバル座標系を生成し適用するステップを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空フレームの製作時に３次元座標系を生成するグローバル座標生成方法に関し、より詳しくは、空間内の複数の送信機からの信号を検出器を用いて分析し、１つの３次元座標を生成するようにした、中空フレームの製作時に３次元座標系を生成するグローバル座標系生成方法に関する。

一般に、穀物、油、ガスなどの物品を輸送する用途に用いられる貨物船を製作する場合、多面体のブロック状の３次元中空フレーム内で作業が行われる。このような中空フレーム内で作業が行われる場合、中空フレーム内への精密測定器の設置などに空間的な制約があるため、作業者は巻尺を用いた手動の測定しか行うことができない。

従って、中空フレーム内で作業が行われる場合、不正確な測定により生じる誤差が累積されてしまうために、修正作業を複数回行わなければならない。このため、作業進度の遅れや生産性の低下という問題が発生し得る。

また、３次元の中空フレームの製作において、中空フレームの各面にて取付、溶接、グラインディング、塗装などの作業を行わなければならない。その作業のために、中空フレーム内に大型構造物が設置されると、インドアＧＰＳからの信号を適切に送信することができなくなるという不具合がある。更に、中空フレームの座標を測定するために、中空フレーム内の様々な場所においてインドアＧＰＳの設置と取り外しを繰り返し行わなければならない。しかし、この場合、ローカル座標系が多数生成されるため、測定された座標のデータを管理することが難しいという短所がある。

また、３次元の中空フレームにおいて、或る空間を形成するためにいくつかの面を互いに接合する場合、溶接すべき部位が非常に高い位置にあることがある。このため、中空フレームの内壁に一時的に足場が設けられ、作業者がその足場を上って溶接を行えるようにする。しかし、この場合、その足場によってレーザ信号が遮られてしまうことがある。従って、所定の位置に設置されたインドアＧＰＳを用いて、測定すべき全ての場所を一度で測定することができないことがある。このために、インドアＧＰＳを様々な場所に移動しつつ測定を行わなければならないため、ローカル座標系が多数生成されてしまう。その結果として、測定データを一括して管理することが難しいという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、レファレンスセンサを用いて中空フレーム内の複数の送信機からの信号を分析し、１つの統一されたグローバル座標を生成し、それによって測定精度を向上させることができる、中空フレームの製作時に３次元座標系を生成するグローバル座標系生成方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の多面体の中空フレームのグローバル座標系を生成するための方法は、前記中空フレームの基準面に複数の送信機を設置し、前記基準面の座標を生成するために複数のレファレンスセンサを設置し、前記レファレンスセンサによって測定された位置座標に基づいて前記基準面のローカル座標系を生成する第１のステップと、前記基準面に隣接する第１垂直面の共通地点にレファレンスセンサを設置し、前記共通地点の座標を測定して格納する第２のステップと、前記基準面に隣接する前記第１垂直面に複数の送信機及びレファレンスセンサを設置し、前記第１垂直面のローカル座標系を生成する第３のステップと、前記第２のステップで測定された前記共通地点の座標を用いて、前記第１及び第３のステップで生成された前記ローカル座標系をグローバル座標系に変換する第４のステップと、前記多面体の中空フレームの残りの垂直面において前記第２のステップから前記第４のステップまでを繰り返し行い、各ローカル座標系を１つの統合されたグローバル座標系に変換する第５のステップと、前記各垂直面に隣接する上部面に送信機を設置し、前記共通地点の座標を用いて前記グローバル座標系と前記上部面のローカル座標系との間の関係を求める第６のステップと、前記第６のステップで求められた前記関係を用いてグローバル座標系を生成し適用する第７のステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、３次元空間内に複数の送信機が備えられ、検出器が前記送信機からの信号を分析して１つの統一された座標を生成する。それによって、正確な位置及び姿勢の関係を計算することができ、結果として測定精度を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態によるローカル座標を生成するように中空フレームの底面上にＩＧＰＳ送信部を備えるプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態による垂直面上に備えられたＩＧＰＳ送信部及びレファレンスセンサを用いたグローバル座標変換のプロセスすることを示す図である。 本発明の一実施形態による図２の垂直面とは反対側の垂直面上に備えられたＩＧＰＳ送信部及びレファレンスセンサを用いたグローバル座標変換のプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態による垂直面に隣接する面に備えられたＩＧＰＳ送信部を用いたグローバル座標変換のプロセスを示す図である。 本発明の一実施形態による空間の内部でグローバル座標を維持する方法を示す図である。 本発明の一実施形態によるＩＧＰＳ送信部を用いてグローバル座標を生成する方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

全地球測位システム（Global Positioning System；ＧＰＳ）とは、３つ以上のＧＰＳ衛星を用いて受信機の位置を決定するという概念をさすものである。従って、後述するインドアＧＰＳ（Indoor GPS；ＩＧＰＳ）とは、このＧＰＳの概念を屋内に適用したものである。即ち、複数の送信機を空間内に設置し、受信機を所定の位置に設置した場合、前記所定の位置の相対的な３次元座標値を得ることができる。その具体的な内容は米国特許第６，５０１，５４３号で開示されており、それに言及することをもってその内容の全体を本出願の一部とする。

本発明の一実施形態に係る３次元グローバル座標システムは、複数のＩＧＰＳと、レファレンスセンサ１１０とを含む。各ＩＧＰＳは、送信部及び受信部から構成されている。各ＩＧＰＳの送信部及び受信部は、３次元の中空フレーム内部の底面Ａ、底面Ａと垂直をなす第１垂直面ｅ、第１垂直面ｅと対向する第２垂直面ｆ又は第１及び第２垂直面ｅ、ｆに隣接する他の垂直面（図示せず）、及び上部面に配置される。レファレンスセンサ１１０は、座標の基準を設定するために、前記底面Ａ、前記各垂直面、及び前記上部面の共通地点に設置される。このような構成により、個々の面の相対的なローカル座標を求め、各ローカル座標を測定するために用いられる共通地点の位置を各ローカル座標とマッチングさせる。このようにして、個々の面のローカル座標を１つのグローバル座標に統合する。

図１は、本発明の一実施形態によるローカル座標を生成するためにＩＧＰＳ送信部（送信機）と受信部の機能を果たすレファレンスセンサとから構成されたＩＧＰＳを３次元の中空フレームの底面上に設置するプロセスを説明する図である。

図１に示すように、中空フレームの３次元座標を生成するために、３次元位置測定装置を用いて３次元空間内の対象の所定の地点の空間座標を測定するための基準座標系が提供されなければならない。

まず、底面Ａのローカル座標系を生成するために、複数のＩＧＰＳ送信部１００が底面Ａに設置され、複数のレファレンスセンサ１１０が底面Ａの四隅ａ、ｂ、ｃ、ｄに設置される。その後、底面Ａのローカル座標系が生成される。

３次元の中空フレーム内の壁面で作業が行われる場合、前記壁面のローカル座標変換のために、底面Ａに設置されたＩＧＰＳ送信部１００を用いて底面のローカル座標が生成された後に、底面Ａに隣接する壁面、例えば、壁面ｅ上に１つ以上のレファレンスセンサ１１０が設置され、その地点の座標が測定される。このレファレンスセンサが設置された壁面ｅ上の地点は、グローバル座標を求めるための共通地点として用いられる。

図２は、本発明の好適な一実施形態による垂直面に備えられたＩＧＰＳ送信部及びレファレンスセンサを用いたグローバル座標変換プロセスを説明する図である。

図２に示すように、前記３次元空間内部の垂直面、例えば、第１垂直面ｅに複数のＩＧＰＳ送信部１００が設置され、第１垂直面ｅの各コーナー部にレファレンスセンサ１１０が設置され、それによって第１垂直面ｅのローカル座標が生成される。次に、前記共通地点の座標を用いて底面Ａと第１垂直面ｅのローカル座標系が１つの統合されたグローバル座標系に変換される。

より具体的には、前記３次元の中空フレームの第１垂直面ｅで作業が行われる場合、グローバル座標に変換するために、第１垂直面ｅに複数のＩＧＰＳ送信部１００が設置され、第１垂直面ｅの各コーナー部にレファレンスセンサ１１０が設置され、それによって第１垂直面ｅのローカル座標が得られる。その後、前記共通地点の座標を用いて前記得られたローカル座標が１つの統合されたグローバル座標系に変換される。このように変換されたグローバル座標は、座標格納部（図示せず）に格納される。

図３は、本発明の一実施形態による第１垂直面ｅと対向する第２垂直面ｆ上に備えられたＩＧＰＳ送信部１００及びレファレンスセンサ１１０を用いたグローバル座標系変換プロセスを説明する図である。

図３に示すように、第２垂直面ｆ上の１つ以上の地点にレファレンスセンサ１１０が設置され、これらの地点の座標が測定され、格納される。これらの地点の位置は、共通地点の座標として用いられる。

次に、第２垂直面ｆで作業が行われる場合、グローバル座標変換のために、第２垂直面ｆ上に複数のＩＧＰＳ送信部１００が設置され、第２垂直面ｆの各コーナー部にレファレンスセンサ１１０が設置され、それによって第２垂直面ｆのローカル座標が生成される。次に、前述したように、第２垂直面ｆ上に設置されたレファレンスセンサの共通地点の座標を用いて前記ローカル座標が１つの統合されたグローバル座標に変換される。その後、前記変換されたグローバル座標は、座標格納部に格納される。

図４は、本発明の一実施形態による前記垂直面に隣接する上部面に備えられたＩＧＰＳ送信部を用いたグローバル座標系変換プロセスを説明する図である。

図４に示すように、垂直面に隣接する面、即ち、上部面に複数のＩＧＰＳ送信部１００が設置される。その後、既に設置されているレファレンスセンサの共通地点の座標を用いてグローバル座標系とローカル座標系との間の関係が求められる。続いて、前記ローカル座標系がグローバル座標系に変換される。

ＩＧＰＳ送信部が垂直面に隣接する面に設置されるという構成は、３次元の中空フレームの垂直面に隣接する面、即ち、上部面で作業が行われるとき、ローカル座標系をグローバル座標系に変換するためのものである。具体的には、垂直面に隣接する面にＩＧＰＳ送信部１００が設置され、共通のレファレンスセンサのグローバル座標が座標格納部に格納される。

図５は、本発明の一実施形態による３次元の中空フレームにおいてグローバル座標系を維持する方法を示す図である。図５に示すように、垂直面のグローバル座標系を生成する場合、複数の共通地点１２０、例えば、３つ以上の共通地点１２０が測定され、マーキングされ、そして、共通地点１２０の前記測定された座標が格納される。

また、３次元の中空フレームにおいて作業が行われる場合、ＩＧＰＳ送信部１００は中空フレーム内の作業領域に設置される。

ＩＧＰＳ送信部１００が設置された後に、既に測定された地点１２０を用いてローカル座標系とグローバル座標系との間の関係が得られる。

これに関連して、底面におけるグローバル座標系と垂直面における座標系との間の変換方法は、以下の通りである。

＜座標系の変換方法＞

底面におけるグローバル座標系：｛Ｇ｝

３つ以上のレファレンスセンサによって生成された座標系：{Ｒ}

垂直面における座標系：{Ｈ}

−＞{Ｈ}と{Ｇ}との間の座標系の変換

図６は、本発明の一実施形態によるＩＧＰＳ送信部を用いたグローバル座標系の設定方法を示すフローチャートである。

図６に示すように、３次元座標を生成するための物体座標システムは、３次元位置測定装置を用いて物体の所定の地点の空間座標を測定しなければならない。

まず、中空フレームの基準面、例えば、底面Ａに、送信部と受信部から構成された複数のＩＧＰＳを設置する。前記ＩＧＰＳのレファレンスセンサ１１０によって測定された位置座標を用いて前記底面のローカル座標系を生成する（ステップＳ１０）。

次に、底面Ａのローカル座標系を生成した後に、底面Ａに隣接する面、例えば、第１垂直面ｅの共通地点にレファレンスセンサ１１０を設置し、それによって前記共通地点の位置座標を測定し、格納する（ステップＳ２０）。

次に、底面Ａに隣接する第１垂直面ｅ上に複数のＩＧＰＳを設置し、それによって第１垂直面ｅのローカル座標系を生成する（ステップＳ３０）。

次に、ステップＳ２０で格納された前記共通地点の位置座標を用いて、ステップＳ３０で生成されたローカル座標系とステップＳ１０で生成されたローカル座標系とを統合し、そして、１つのグローバル座標系に変換する（ステップＳ４０）。

次に、残りの垂直面においても同様にステップＳ２０からステップＳ４０までを繰り返し行い、各ローカル座標系を１つの統合されたグローバル座標系に変換する（ステップＳ５０）。

次に、各垂直面に隣接する上部面を測定するとき、ＩＧＰＳを設置した後に、対応する垂直面に既に備えられている共通地点の座標を用いて、グローバル座標系とローカル座標系との間の関係を求める（ステップＳ６０）。

次に、前記ステップで求められた関係を適用してグローバル座標系を生成し適用する（ステップＳ７０）。

３次元の中空フレーム内に付加的な構造物が設置された場合、その全ての頂点の位置を一度に測定することができないことがある。この場合、前述した方法を用いて前記頂点の位置を測定し、統合された座標であるグローバル座標系を算出し、その位置を把握する。そして、３次元の中空フレームの座標を一括して管理することができるようにする。

本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明を理解しやすくするために特定の例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではない。ここに開示された実施形態以外にも本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であるということは、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に自明である。

Claims (4)

1. 多面体の中空フレームのグローバル座標を生成するための方法であって、
   前記中空フレームの基準面に、複数の送信機及び前記基準面の座標を生成するための複数のレファレンスセンサを設置し、前記レファレンスセンサによって測定された位置座標に基づいて前記基準面のローカル座標系を生成する第１のステップと、
   前記基準面に隣接する第１垂直面の共通地点にレファレンスセンサを設置し、前記共通地点の座標を測定して格納する第２のステップと、
   前記第１垂直面に複数の送信機及びレファレンスセンサを設置し、前記第１垂直面のローカル座標系を生成する第３のステップと、
   前記第２のステップで測定された前記共通地点の座標を用いて、前記第１及び第３のステップで生成された前記ローカル座標系をグローバル座標系に変換する第４のステップと、
   前記多面体の中空フレームの残りの垂直面において前記第２のステップから前記第４のステップまでを繰り返し行い、各ローカル座標系を１つの統合されたグローバル座標系に変換する第５のステップと、
   前記各垂直面に隣接する上部面に送信機を設置し、前記共通地点の座標を用いて前記グローバル座標系と前記上部面のローカル座標系との間の関係を求める第６のステップと、
   前記第６のステップで求められた前記関係を用いてグローバル座標系を生成し適用する第７のステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 前記中空フレームの垂直面にＩＧＰＳを設置する場合、前記レファレンスセンサは、３つ以上のマーキングされた地点を有する前記共通地点に設置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記共通地点は、
   前記各ローカル座標を測定するとき、所定のローカル座標に対応する前記基準面に隣接する面において前記送信機からの信号を受信する地点であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 底面におけるグローバル座標系は｛Ｇ｝であり、
   ３つ以上のレファレンスセンサによって生成された座標系は{Ｒ}であって、
   

   

   で表され、
   垂直面における座標系は{Ｈ}であって、
   

   

   で表されるとき、
   {Ｈ}と{Ｇ}との間の座標系の変換は、
   

   

   で表されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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