JP2018188797A - 配筋検査システム及び配筋検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】配筋検査作業を効率化させることが可能な配筋検査システムを提供する。【解決手段】本発明に係る配筋検査システム1は、光線の出射部を有し、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサー50と、前記3次元距離センサー50の出射部を全方位に向けさせるように前記3次元距離センサー50の姿勢を変更する回転移動機構5と、前記3次元距離センサー50の姿勢データを検出する姿勢検出部(第1エンコーダー13、第2エンコーダー23)と、を有することを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、建設工事現場において、鉄筋が設計通りに組まれたものであるか検査を行う配筋検査システム及び配筋検査方法に関する。
鉄筋コンクリート構造物の構築工程においては、例えば、柱部材や梁部材の主筋、及び帯筋やあばら筋といった補強筋とからなる鉄筋が組まれた後に、設計通りに組まれたものであるか検査を行い、確認することは非常に重要である。
また、配筋検査の結果の報告書を作成するための支援システムとして、例えば、特許文献1(特開2016−35622号公報)には、データベースに格納されている報告書のひな形に数値を入力し、当該数値を送信する送信手段を用いて、施工者による検査から管理者による承認までを簡素化する報告書作成システムが開示されている。
特開2016−35622号公報
配筋工程において、現場の作業員が配筋された主筋の径や本数、補強筋の径やピッチを計測・確認することが一般的であるが、近年、その作業量は膨大になっており、作業にあたる作業員の確保の問題や、作業時間の長時間化の問題があった。
また、検査データの改ざん防止や、検査の客観性の確保による検査の信頼性の向上が望まれている。本発明は、このような課題を解決するものであって、検査時間を短縮化し、検査作業人員の削減に資する配筋検査システム及び配筋検査方法の提供を目的とするものである。
この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る配筋検査システムは、光線の出射部を有し、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサーと、前記3次元距離センサーの出射部を全方位に向けさせるように前記3次元距離センサーの姿勢を変更する回転移動機構と、前記3次元距離センサーの姿勢データを検出する姿勢検出部と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る配筋検査システムは、前記3次元距離センサーで取得され、特異データが排除された点群データと、前記姿勢検出部で検出される姿勢データとに基づいて、複数の点群データを合成し、合成点群データとなす合成部と、前記合成部で合成された合成点群データを、直交座標系に基づく直交座標系点群データに変換する変換部と、前記変換部で変換された直交座標系点群データから、主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データと補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出する抽出部と、をさらに有することを特徴とする。
また、本発明に係る配筋検査システムは、前記抽出部で抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データ、及び、補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データのうち少なくとも1つを、鉄筋の設計データと重ね合わせて表示する表示部を有することを特徴とする。
また、本発明に係る配筋検査システムは、前記抽出部で抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる主筋情報と補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる補強筋情報と、鉄筋の設計データに基づく主筋情報と補強筋情報との一致を判定する判定部を有することを特徴とする。
また、本発明に係る配筋検査方法は、光線の出射部を有し、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサーと、前記3次元距離センサーの出射部を全方位に向けさせるように前記3次元距離センサーの姿勢を変更する回転移動機構と、前記3次元距離センサーの姿勢データを検出する姿勢検出部と、を有し、前記3次元距離センサーで取得され、特異データが排除された点群データと、前記姿勢検出部で検出される姿勢データとに基づいて、複数の点群データを合成し、合成点群データとなす合成ステップと、前記合成ステップで合成された合成点群データを、直交座標系に基づく直交座標系点群データに変換する変換ステップと、前記変換ステップで変換された直交座標系点群データから、主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データと補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出する抽出ステップと、前記抽出ステップで抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データ、及び、補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データのうち少なくとも1つを、鉄筋の設計データと重ね合わせて表示する表示ステップと、前記抽出ステップで抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる主筋情報と補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる補強筋情報と、鉄筋の設計データに基づく主筋情報と補強筋情報との一致を判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする。
本発明に係る配筋検査システム及び配筋検査方法は、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサーによって鉄筋に係るデータを取得するので、このような本発明に係る配筋検査システム及び配筋検査方法によれば、客観的なデータを自動的に取得することが可能となり、配筋検査作業が効率化し、作業にあたる作業員の確保の問題や、作業時間の長時間化の問題が解消する。
本発明の実施形態に係る配筋検査システム1のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の回転移動機構5を示す図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の回転移動機構5によって取得されるスキャンデータを説明する図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の検査時のセッティングを示す図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1によるデータ取得処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の回転移動機構5によって取得されるスキャンデータを説明する図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1による判定処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1における抽出処理のイメージ図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1における抽出処理で取得される直交座標系点群データの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る配筋検査システム1に用いられるタブレット型端末100による表示例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1のシステム構成を示すブロック図である。また、図2は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の回転移動機構5を示す図である。
本発明に係る配筋検査システム1は、鉄筋が設計通りに組まれたものであるか検査を行うものである。本発明に係る配筋検査システム1では、前記のような検査を自動で行うために、3次元距離センサー50と、さらにこの3次元距離センサー50の姿勢を変更する回転移動機構5と、を有し、回転移動機構5を駆動することで3次元距離センサー50によって全方位の点群データを取得することが可能な構成となっている。
3次元距離センサー50は、センサー筐体のセンシング開口部55から、例えばレーザや赤外線を被写体に投射して大量の3次元距離データ(以下「点群データ」という)を測定できるセンサーである。
点群データは3次元距離を表現する点が大量にあるので距離画像と呼ぶこともできる。3次元距離センサー50を支持している回転移動機構5には、3次元距離センサー50の姿勢を検出する第1エンコーダー13(姿勢検出部)及び第2エンコーダー23(姿勢検出部)が設けられており、これらによって3次元距離センサー50がどの方向の点群データを取得しているのかを把握することが可能となる。これにより、取得した点群データを、後述するように、3次元直交座標系に変換することによりX,Y,Z座標でデータを扱うことができるようになる。
なお、本実施形態では、3次元距離センサー50の姿勢を検出するための姿勢検出部として、本実施形態ではエンコーダーを用いているが、3次元距離センサー50の姿勢を検出可能なセンサーであれば、ジャイロセンサーなどの他のものを用いるようにしてもよい。
3次元距離センサー50で取得される点群データと、当該点群データを取得したときにおける3次元距離センサー50の姿勢に係るデータ(第1エンコーダー13が検出した回転角度、第2エンコーダー23が検出した回転角度)と対応付けられて、制御部110に送信される。
回転移動機構5は、棹部材10と、この棹部材10に対して第1軸11を軸中心として回転する基台部材20を有している。基台部材20には、基台部材20を回転駆動する第1モーター12と、基台部材20の回転角を検出する第1エンコーダー13とが内蔵されており、これらの構成により、基台部材20を棹部材10に対して所望の角度回転させることが可能となっている。
さらに、回転移動機構5は、基台部材20に対して第2軸21を軸中心として3次元距離センサー50を回転させることができるようになっている。基台部材20には、3次元距離センサー50を回転駆動する第2モーター22と、3次元距離センサー50の回転角を検出する第2エンコーダー23とが内蔵されており、これらの構成により、3次元距離センサー50を基台部材20に対して所望の角度回転させることが可能となっている。
図3は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の回転移動機構5によって取得されるスキャンデータを説明する図である。図3(A)は棹部材10に対して基台部材20を静止させた状態を示しており、図3(B)は静止した基台部材20に対して3次元距離センサー50を回転させている状態を示している。
棹部材10に対して基台部材20を静止させた状態で、3次元距離センサー50を回転させつつ3次元距離センサー50によって点群データを取得すると、図3(B)の斜線部に示すような、3次元距離センサー50の画角の幅分の帯状の点群データを取得することができる。この帯状の点群データを、本実施形態では「スキャンデータ」と称する。
スキャンデータは、棹部材10に対する基台部材20の回転角度の相違によって、データの取得領域が異なるため、それぞれ異なってくるものである。そこで、例えば、図3(B)に示すスキャンデータは、第1画角のスキャンデータなどと称するものとする。
第1エンコーダー13によって検出される基台部材20の回転角、及び、第2エンコーダー23よって検出される3次元距離センサー50の回転角は、制御部110に送信されるようになっている。制御部110は、CPUとCPU上で動作するプログラムを保持するROMとCPUのワークエリアであるRAMなどからなる汎用の情報処理装置である。
このような制御部110を含む構成として、本実施形態では、タブレット型端末100を用いるようにしているが、本発明に係る配筋検査システム1で用い得る制御部110を提供する構成がタブレット型端末100に限定されるものではない。
制御部110は、図示されている制御部110と接続される各構成と協働・動作する。また、本発明に係る配筋検査システム1における種々の制御処理は、制御部110内のROMやRAMなどの記憶手段に記憶保持されるプログラムをCPUが実行することによって実現されるものである。
上記のような制御部110は、回転移動機構5において、基台部材20を回転駆動する第1モーター12、及び、3次元距離センサー50を回転駆動する第2モーター22に対して、制御指令を送信するようになっている。
また、制御部110には、書き換え可能な記憶部150が、データ通信可能に設けられている。このような記憶部150としては、タブレット型端末100内蔵のメモリ(EPROM等)や、増設メモリ(フラッシュメモリ等)を用いることができる。
このような記憶部150には、本発明に係る配筋検査システム1の検査対象となる鉄筋200の設計データを、検査前段階で記憶させておく。このような設計データには、鉄筋200の断面に係る情報、主筋210の寸法や種類と本数、及び、補強筋220の寸法や種類とピッチなどの情報が含まれている。前記のような設計データのうち、少なくとも、主筋210の径と本数に係る情報を主筋情報と称し、補強筋220の径とピッチに係る情報を補強筋情報と称する。
また、タブレット型端末100に設けられているタッチパネル部180は、本発明に係る配筋検査システム1のユーザーインターフェイスとして利用される。タッチパネル部180は、ユーザーが情報を入力する入力部181と共に、ユーザーに対して情報を表示する表示部182とが一体となったものである。
次に、以上のように構成される本発明に係る配筋検査システム1による検査データの取得について説明する。図4は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1の検査時のセッティングを示す図である。
図4において、鉄筋200は、複数の主筋210と、この主筋210に対して所定のピッチで設けられている枠状の補強筋220とから組まれており、本発明に係る配筋検査システム1では、鉄筋200が、設計データ通りに組まれているかの検査を行う。
本発明に係る配筋検査システム1における回転移動機構5の棹部材10は、不図示の取り付け金具によって、検査対象である鉄筋200に取り付けられ、鉄筋200の内側に3次元距離センサー50が配されるように固定される。そして、検査のためのデータの取得開始から、取得終了までは、棹部材10の固定状態は変更されないものとする。
以上のようなセッティングが行われた上で、続いて、本発明に係る配筋検査システム1によるデータ取得処理が実行される。このようなデータ取得処理の開始指令は、タブレット型端末100のタッチパネル部180から行えるように構成する。
図5は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1によるデータ取得処理のフローチャートを示す図である。
図5において、ステップS100で、データ取得処理が開始されると、続いて、ステップS101に進み、初期基準位置に3次元距離センサー50をセットする。
上記の初期基準位置をどのようにとってもよいが、例えば、第1エンコーダー13、第2エンコーダー23による検出角度が0°として定義されているときの3次元距離センサー50の位置とすることなどができる。本実施形態では、図3(A)や図4で示されている3次元距離センサー50の位置を、初期基準位置とする。
ステップS102では、第2モーター22を駆動することで、3次元距離センサー50を回転させつつ、鉄筋200の点群データを取得していく。
ステップS103では、3次元距離センサー50を1回転して点群データを取得すると、その1回転によって取得した点群データを当該画角のスキャンデータとして記憶部150に保存する。
ステップS104では、3次元距離センサー50を所定回数回転させて、当該画角に対するスキャンが完了したか否かが判定される。ここで、所定回数としては例えば5回など予め定められた値が規定されている。所定回数が5回として設定されていると、同一画角のスキャンデータが、5つ取得されることとなる。このように複数の同一画角のスキャンデータを取得しておき、データ処理時に平均化することで、点群データの精度を高めるようにしている。
ステップS105では、全方位のスキャンデータが取得されたか否かが判定される。ステップS105における判定がNOであれば、ステップS106に進み、第1モーター12を駆動して、基台部材20を予め規定されている所定角度回転して、ステップS102に進む。
図6(A)は、ステップS106によって、棹部材10に対して第1軸11を回転軸として回転される基台部材20を示している。このように基台部材20をさせた上で、さらに、ステップ102、ステップS103を経ることで、3次元距離センサー50を回転させつつ点群データが取得される。すると、図6(B)の斜線部に示すような、3次元距離センサー50の画角の幅分の帯状の点群データを取得することができる。例えば、図6(B)に示すスキャンデータは、第2画角のスキャンデータなどと称するものとする。
以上のように、基台部材20を所定角度回転させてから、3次元距離センサー50を回転させつつ点群データを取得し複数の画角のスキャンデータを取得していく。これによって、本発明に係る配筋検査システム1では、全方位の点群データが取得される。
なお、基台部材20を回転する際の角度は、隣り合うスキャンデータにある程度のラップ部分が存在するような角度に設定すると、スキャンデータ同士を合成する際の点群データが双方のスキャンデータに写り込んでいることとなるので、より好ましい。
ステップS105における判定がYESであれば、ステップS107に進み、データ取得処理を終了する。
以上のように取得された鉄筋200に係るスキャンデータ(帯状の点群データ)は、続いて、所定のデータ処理が成されて、設計データと一致するか否かについて判定がなされる。図7は本発明の実施形態に係る配筋検査システム1による判定処理のフローチャートを示す図である。
図7において、ステップS200で判定処理が開始されると、続いて、ステップS201では、記憶部150に保存されている所定の画角のスキャンデータが取得される。ここで、3次元距離センサー50の周回回数が5回で、同一画角のスキャンデータが5つあれば、5つのスキャンデータが取得される。
ステップS202では、取得されたスキャンデータから特異データを排除する処理を行う。ここで、特異データとは、大多数の点群データから際だって離れているデータであり、一般的にノイズと考えられるデータのことを言う。
続いて、ステップS203では、特異データが除かれたスキャンデータについて平均化を行い、所定画角のスキャンデータを得る。例えば、5つのスキャンデータが取得されていれば、特異データが除かれた5つのスキャンデータについて平均が取られる。
ステップS204では、全ての画角のスキャンデータについて、特異データ排除の処理(S202)、平均化の処理(S203)が完了したか否かが判定される。ステップS204における判定がNOであれば、ステップS214で、次の画角のスキャンデータを設定し、ステップS201に戻る。
一方、ステップS204における判定がYESであれば、続いて、ステップS205に進み、全ての画角のスキャンデータを合成し、合成点群データとする。ここで、制御部110によるステップS205の実行機能を「合成部」として表現する。この合成点群データを生成する際には、隣り合う画角のスキャンデータ同士にラップ部分が設けられていると好都合である。合成点群データは、鉄筋200の全方位の点群データである。
さて、ステップS204で合成された合成点群データは、全ての画角のスキャンデータを合成した全方位の点群データであるから、球面に点群データが配されたような格好のデータとなっている。このままの合成点群データでは取り扱いがしにくいので、ステップS206では、合成点群データを3次元座標(直交座標系)に基づく、直交座標系点群データに変換する。ここで、制御部110によるステップS206の実行機能を「変換部」として表現する。
続く、ステップS207では、主筋210のみが存在する断面の直交座標系点群データ、及び、補強筋220のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出する。ここで、制御部110によるステップS207の実行機能を「抽出部」として表現する。図8は、ステップS207による抽出処理のイメージ図である。また、図9は、ステップS207による抽出処理で取得される主筋210のみが存在する断面の直交座標系点群データの一例を示す図である。
ここで、仮に鉄筋200における主筋210の長手方向をz軸方向とし、補強筋220を矩形として見たとき、補強筋220の一の辺が延びる方向をx軸方向とし、補強筋220の一の辺に隣る辺が延びる方向をy軸方向として定義する。
このような定義の下、直交座標系点群データにおけるz座標を変更しつつ、xy平面における点群データを見ていくと、主筋210と想定されるx方向、y方向に局在した点群データからなるxy断面データが存在するので、ステップS207では、そのようなxy平面データ(断面データ)を抽出する処理を実行する。このような処理によって、図9に示すような主筋210のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出することができる。
なお、補強筋220のみが存在する断面データの抽出の場合については、yz平面データやzx平面データからの抽出を行う。
ステップS208では、ステップS203で抽出された直交座標系点群データを設計データと重ね合わせてタッチパネル部180の表示部182に表示する。図10は、ステップS208によるタッチパネル部180における表示例を示す図である。このような表示によれば、設計データと、取得された点群データとの関係とを概ね目視により確認することが可能となる。
続く、ステップS209では、主筋210のみが存在する断面データより径と本数(主筋情報)を算出すると共に、補強筋220のみが存在する断面データより径とピッチ(補強筋情報)を算出する。ここで、制御部110によるステップS209の実行機能を「算出部」として表現する。
次のステップS210においては、記憶部150に記憶されている設計データから、主筋210の径と本数に係る情報を主筋情報と、補強筋220の径とピッチに係る情報を補強筋情報とを取得する。
続くステップS211では、ステップS209で算出された主筋情報、補強筋情報と、ステップS210で取得された主筋情報、補強筋情報とを比較し、一致するか否かが判定される。ステップS211における判定結果がYESであれば、ステップS212に進み検査合格判定とし、ステップS211における判定結果がNOであれば、ステップS213に進み検査不合格判定とする。ここで、制御部110によるステップS211の実行機能を「判定部」として表現する。
なお、ステップS211における判定では、ステップS209で算出された主筋情報(径、本数)、補強筋情報(径、ピッチ)と、ステップS210で取得された主筋情報(径、本数)、補強筋情報(径、ピッチ)とを比較し、一つでも相違するものがあれば、検査不合格判定とする。
ステップS212又はステップS213の判定結果は、図10に示すように、タッチパネル部180の表示部182に表示するように構成することも好ましい実施形態の一つである。また、図10に示すような表示内容については、検査結果として検査日時などと共に記憶部150に記憶しておくことが好ましい。
ステップS215では、判定処理を終了する。
以上のような本発明に係る配筋検査システム1及び配筋検査方法は、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサー50によって鉄筋に係るデータを取得するので、このような本発明に係る配筋検査システム1及び配筋検査方法によれば、客観的なデータを自動的に取得することが可能となり、配筋検査作業が効率化し、作業にあたる作業員の確保の問題や、作業時間の長時間化の問題が解消する。
1・・・配筋検査システム
5・・・回転移動機構
10・・・棹部材
11・・・第1軸
12・・・第1モーター
13・・・第1エンコーダー(姿勢検出部)
20・・・基台部材
21・・・第2軸
22・・・第2モーター
23・・・第2エンコーダー(姿勢検出部)
50・・・3次元距離センサー
55・・・センシング開口部
100・・・タブレット型端末
110・・・制御部(合成部、変換部、抽出部、算出部、判定部)
150・・・記憶部
180・・・タッチパネル部
181・・・入力部
182・・・表示部
200・・・鉄筋
210・・・主筋
220・・・補強筋

Claims (5)

  1. 光線の出射部を有し、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサーと、
    前記3次元距離センサーの出射部を全方位に向けさせるように前記3次元距離センサーの姿勢を変更する回転移動機構と、
    前記3次元距離センサーの姿勢データを検出する姿勢検出部と、を有することを特徴とする配筋検査システム。
  2. 前記3次元距離センサーで取得され、特異データが排除された点群データと、前記姿勢検出部で検出される姿勢データとに基づいて、複数の点群データを合成し、合成点群データとなす合成部と、
    前記合成部で合成された合成点群データを、直交座標系に基づく直交座標系点群データに変換する変換部と、
    前記変換部で変換された直交座標系点群データから、主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データと補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出する抽出部と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の配筋検査システム。
  3. 前記抽出部で抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データ、及び、補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データのうち少なくとも1つを、鉄筋の設計データと重ね合わせて表示する表示部を有することを特徴とする請求項2に記載の配筋検査システム。
  4. 前記抽出部で抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる主筋情報と補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる補強筋情報と、鉄筋の設計データに基づく主筋情報と補強筋情報との一致を判定する判定部を有することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の配筋検査システム。
  5. 光線の出射部を有し、光線を主筋及び補強筋からなる鉄筋に出射して、鉄筋の点群データを取得する3次元距離センサーと、
    前記3次元距離センサーの出射部を全方位に向けさせるように前記3次元距離センサーの姿勢を変更する回転移動機構と、
    前記3次元距離センサーの姿勢データを検出する姿勢検出部と、を有し、
    前記3次元距離センサーで取得され、特異データが排除された点群データと、前記姿勢検出部で検出される姿勢データとに基づいて、複数の点群データを合成し、合成点群データとなす合成ステップと、
    前記合成ステップで合成された合成点群データを、直交座標系に基づく直交座標系点群データに変換する変換ステップと、
    前記変換ステップで変換された直交座標系点群データから、主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データと補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データを抽出する抽出ステップと、
    前記抽出ステップで抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データ、及び、補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データのうち少なくとも1つを、鉄筋の設計データと重ね合わせて表示する表示ステップと、
    前記抽出ステップで抽出された主筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる主筋情報と補強筋のみが存在する断面の直交座標系点群データから得られる補強筋情報と、鉄筋の設計データに基づく主筋情報と補強筋情報との一致を判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする配筋検査方法。
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