JP2731336B2 - 構造物の部材の計測装置 - Google Patents

構造物の部材の計測装置

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JP2731336B2
JP2731336B2 JP5169080A JP16908093A JP2731336B2 JP 2731336 B2 JP2731336 B2 JP 2731336B2 JP 5169080 A JP5169080 A JP 5169080A JP 16908093 A JP16908093 A JP 16908093A JP 2731336 B2 JP2731336 B2 JP 2731336B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼橋,鉄塔,鉄骨,コ
ンクリート橋梁などの構造物の部材の三次元形状および
尺度を短時間に高精度で計測するための装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】多数の測点を有する構造物の形状検査を
詳細に行うには、三次元計測が必要になる。従来、この
ような計測では鋼巻尺,接触型測定機,写真機,測角儀
などが用いられてきた。これらの計測機のうち、鋼巻尺
は取り扱いが簡単である反面、構造物の形状が複雑にな
ると三次元計測ができなくなる。また接触型測定機は高
精度で計測できるが、被測定物が大きい場合は大規模の
装置となり、多大の設備投資を余儀なくされる。さらに
写真機による測定では、多点を同時に計測できるが、フ
ィルムを基に画像解析を行わなければならないので、後
処理に手間がかかる。加えて、最近では測角儀によって
高精度で計測する機械が開発されているが、これは1点
ずつ視準しなければならないので、多大の計測時間を要
する。以上の理由により、これまでは規模が大きく、し
かも多数の測点を有するような構造物を効率良く計測で
きる有効な手段はなかった。
【0003】図5(a), (b)は鋼橋部材のうち長さが3m
程度の部材を示す斜視図である。測点は現場継手部のボ
ルト孔10である。従来はこれらの多数の測点を高精度
で、しかも効率良く計測できる機械は存在しなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
計測機械によって規模が大きく、しかも多数の測点を有
する構造物を測定するには、高精度・短時間・少人数・
低コストという4つの条件を同時に満たすことができな
い。このため従来の方法では形状検査として計測場に組
み込むための有効な手段がないという問題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
め、本発明の構造物の部材の計測装置は、構造物の部材
を載置して回転させるためのターンテーブルと、このタ
ーンテーブルに係合して配置され、該ターンテーブルの
回転により従動して回転するローラと、このローラの回
転軸に結合して設けられ、前記ターンテーブルの回転角
を検出するためのロータリーエンコーダと、前記ターン
テーブルに載置される前記部材の形状を写真測量方式に
より三次元計測するための2台の固体撮像素子カメラと
を有し、前記部材を前記ターンテーブルに載置して回転
させながら、前記2台の固体撮像素子カメラから得られ
る2つの画像に基づいて、前記部材の多数の測点の3次
元座標値を写真測量方式により測定し、その3次元座標
値と前記ロータリーエンコーダから得られる前記ターン
テーブルの回転角とに基づいて、前記部材の全体の形状
を三次元計測するよう構成したことを特徴とするもので
ある。
【0006】本発明の一実施形態では、前記ターンテー
ブルに基準点を設け、前記ターンテーブルがほぼ1回転
したときの、回転前の3次元座標値、回転後の3次元座
標値およびそのときの前記ロータリーエンコーダの出
力、および前記ターンテーブルの回転中心から前記基準
点までの距離に基づいて、前記ターンテーブルの1回転
時の前記ロータリーエンコーダの出力を算出し得るよう
構成する。
【0007】
【作用】上述のように本発明によれば、構造物の部材を
ターンテーブルに載置して回転させながら、2台の固体
撮像素子カメラを用いて写真測量方式により3次元計測
すると共に、ターンテーブルの回転角を、ターンテーブ
ルの回転によって従動して回転するローラの回転軸に結
合したロータリーエンコーダで検出するようにしている
ので、測定対象の部材の形状を短時間で、かつ高精度で
測定することが可能となる。また本発明では、鋼橋の例
を採ると、ターンテーブル上に部材を複数個重ねて同時
に計測できるので計測効率が向上する。さらに、構造物
の部材をターンテーブルに載置して回転させて計測する
ので、計測装置を小規模で安価にでき、計測場も狭いエ
リアで済む。
【0008】
【実施例】以下、本発明実施の一例態様を説明するが、
これは単に説明用のもので、発明思想の制限または限定
を意味するものではない。
【0009】図1は、本発明の計測装置による計測原理
を説明するための平面図である。図のO−x1 1 1
は2台の固体撮像素子カメラ1で計測するカメラ座標系
である。いま、測点iを2台の固体撮像素子カメラ1で
計測し、ターンテーブル2をθ1 (ラジアン)回転した
とすると、測点iのカメラ計測座標値(x1 〔i〕,y
1 〔i〕,z1 〔i〕)は下記(1) 式のようにO−XY
Zの三次元計測大座標値(X〔i〕,Y〔i〕,Z
〔i〕)として統合することができる。
【数1】 したがって、ターンテーブル2上に被測定物を載置して
回転させながら、2台の固体撮像素子カメラ1で被測定
物上の多数の測点のカメラ計測座標値を求めると共に、
ターンテーブル2の回転角をロータリーエンコーダで検
出して、各測点について上記(1)式によりO−XYZ
の三次元計測大座標値を求めれば、その座標値に基づい
て被測定物の全体の形状を三次元計測することができ
る。
【0010】図2は、本発明の計測装置の一例の構成を
説明するための斜視図である。図において、固体撮像素
子カメラ1を2台用いて写真測量方式により測定する範
囲を限定し、その測定範囲に入るようにターンテーブル
2を回転させて、該ターンテーブル2上の被測定物4
(構造物の部材)を回転させる。ターンテーブル2に
は、図4(a), (b)に示すように、その下面周縁部全周に
亘ってレール6を設け、このレール6に接して従動して
回転するように、ターンテーブル支持台12上に支持し
てローラ7を配置し、その軸(回転軸)8に結合してロ
ータリーエンコーダ3を設けて、該ロータリーエンコー
ダ3によりターンテーブル2の回転角を計測する。
【0011】また、ターンテーブル2には、その1回転
時のロータリーエンコーダ3の出力(パルス)を算出し
得るようにするため、基準点9を設ける。すなわち、本
例では、ロータリーエンコーダ3を、ターンテーブル2
の回転軸上ではなく、ターンテーブル2の下面に接し
て、該ターンテーブル2の回転により従動して回転する
ローラ7の軸8に結合している。この場合、温度変化に
よってターンテーブル2が膨張・収縮すると、それに応
じてロータリーエンコーダ3から得られる1回転時の出
力が異なることになる。このような温度変化の影響は、
特に、本例のように、構造物の部材を計測するために、
ターンテーブル2が大きい場合に著しくなる。このた
め、ターンテーブル2の1回転時のロータリーエンコー
ダ3の出力を固定的に設定して、ターンテーブル2の回
転角度を計測するようにすると、温度変化により正確な
計測ができなくなる。なお、このような不具合を解決す
る一つの方法として、温度が変化する毎に、ターンテー
ブル2を正確に1回転させ、その時のロータリーエンコ
ーダ3の出力を1回転時の出力として設定するキャリブ
レーションが必要となるが、被測定物4である構造物の
部材は重量が重く、したがってターンテーブル2を回転
させるためのモータも大容量のものとなるため、ターン
テーブル2を正確に1回転させるのは容易ではない。
【0012】そこで、本例では、上記のように、ターン
テーブル2に基準点9を設け、これを用いてターンテー
ブル2の1回転時のロータリーエンコーダ3の出力(パ
ルス)を算出し得るようにする。すなわち、図3に平面
図を示すように、ターンテーブル2をほぼ1回転、例え
ば1回転近く回転させて、その回転前の基準点9の位置
1 と、1回転させたときの基準点9の位置SN とをそ
れぞれ固体撮像素子カメラ1によって三次元測定すると
共に、位置SN でのロータリーエンコーダ3の出力PN
(パルス)を取り込む。その後、回転前後の基準点の位
置S1 およびSN のそれぞれの座標値を基にΔLの寸法
を算出し、これとターンテーブル2の回転中心Oから基
準点9までの距離Rにより、Δθ(ラジアン)を下記の
(2) 式のように算出し、 Δθ=ΔL/R …(2) このΔθと、上記の回転後の位置SN におけるロータリ
ーエンコーダ3の出力PN (パルス)とを用いて、ター
ンテーブル2が1回転したときのロータリーエンコーダ
3の出力P360 (パルス)を、下記の(3) 式で算出し、 P360 =2π×PN /(2π−Δθ) …(3) このP360 を用いて、ロータリーエンコーダ3の出力が
i (パルス)になった時のターンテーブル2の回転角
θi (ラジアン)を、下記の(4) 式で算出するようにす
る。 θi =2π×Pi /P360 …(4)
【0013】このように、基準点9を用いてターンテー
ブル2が1回転したときのロータリーエンコーダ3の出
力P360 (パルス)を算出するようにすれば、上述した
ようなキャリブレーションを行うことなく、1回転の出
力を簡単かつ正確に得ることができ、したがって回転角
θi をより高精度で計測することができる。
【0014】以上のようにして、本例では、ターンテー
ブル2上に被測定物4を載置して回転させながら、2台
の固体撮像素子カメラ1で被測定物上の多数の測点のカ
メラ計測座標値を求めると共に、ターンテーブル2の回
転角を、上記のように基準点9を用いてロータリーエン
コーダ3で検出して、被測定物4の全体の形状を三次元
計測する。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、構造物の部材をターン
テーブルに載置して回転させながら、2台の固体撮像素
子カメラを用いて写真測量方式により3次元計測するの
で、短時間で計測することができる。また、ターンテー
ブルの回転角を、ターンテーブルの回転によって従動し
て回転するローラの回転軸に結合したロータリーエンコ
ーダで検出するようにしているので、ターンテーブルの
回転軸にロータリーエンコーダを直結して回転角を検出
する場合に比べて、被測定物をターンテーブルに載せる
際の衝撃を受けにくくなり、ロータリーエンコーダの耐
久性を向上できると共に、比較的安価なロータリーエン
コーダを用いて回転角を高精度で測定することができ、
したがって、被測定物の形状を安定して高精度で計測す
ることができる。また本発明では、鋼橋の例を採ると、
ターンテーブル上に部材を複数個重ねて同時に計測でき
るので計測効率が向上する。さらに、構造物の部材をタ
ーンテーブルに載置して回転させて計測するので、計測
装置を小規模で安価にでき、計測場も狭いエリアで済
む。したがって、本発明によれば、多数の測点を有する
重量が比較的重い構造物の部材測定において、高精度・
短時間・少人数・低コストという4つの条件を同時に満
たすことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1発明の測定原理を説明するための
平面図である。
【図2】本発明の第2発明の計測装置を説明するための
平面図である。
【図3】本発明の第3発明のターンテーブルの回転角の
測定原理を説明するための平面図である。
【図4】(a) は、本発明の第3発明のターンテーブルの
回転角の測定装置を説明するための平面図であり、 (b) は、その側面図である。
【図5】(a) は、鋼橋部材の横桁を示す斜視図であり、 (b) は、鋼橋部材の対傾構を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 固体撮像カメラ(CCDカメラ) 2 ターンテーブル 3 ロータリーエンコーダ 4 被測定物(部材) 5 ターンテーブルの回転軸 i 測点 S1 ターンテーブル回転前の基準点位置 SN ターンテーブルを1回転近く廻した時の基準点位
置 PN ターンテーブルを1回転近く廻した時のロータリ
ーエンコーダの読み値 θi ターンテーブルの回転角 Pi ロータリーエンコーダの読み値 6 レール 7 ローラ 8 軸 9 基準点 10 ボルト孔 11 カメラポスト 12 ターンテーブル支持台

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造物の部材を載置して回転させるため
    のターンテーブルと、 このターンテーブルに係合して配置され、該ターンテー
    ブルの回転により従動して回転するローラと、 このローラの回転軸に結合して設けられ、前記ターンテ
    ーブルの回転角を検出するためのロータリーエンコーダ
    と、 前記ターンテーブルに載置される前記部材の形状を写真
    測量方式により三次元計測するための2台の固体撮像素
    子カメラとを有し、 前記部材を前記ターンテーブルに載置して回転させなが
    ら、前記2台の固体撮像素子カメラから得られる2つの
    画像に基づいて、前記部材の多数の測点の3次元座標値
    を写真測量方式により測定し、その3次元座標値と前記
    ロータリーエンコーダから得られる前記ターンテーブル
    の回転角とに基づいて、前記部材の全体の形状を三次元
    計測するよう構成したことを特徴とする構造物の部材の
    計測装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の構造物の部材の計測装置
    において、 前記ターンテーブルに基準点を設け、前記ターンテーブ
    ルがほぼ1回転したときの、回転前の3次元座標値、回
    転後の3次元座標値およびそのときの前記ロータリーエ
    ンコーダの出力、および前記ターンテーブルの回転中心
    から前記基準点までの距離に基づいて、前記ターンテー
    ブルの1回転時の前記ロータリーエンコーダの出力を算
    出し得るよう構成したことを特徴とする構造物の部材の
    計測装置。
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US4969106A (en) * 1989-02-27 1990-11-06 Camsys, Inc. Computerized method of determining surface strain distributions in a deformed body

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