JP3365045B2 - 構造物の３次元計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば連結されて組み
立てられる橋梁ブロック等、大型の構造部材において、
隣接する構造部材の数値仮組立を行なう際に必要な個々
の構造部材の形状、寸法等に関するデータを精密に計測
する３次元計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、連結されて組み立てられる橋梁
ブロックや、縦方向に連結されて組み立てられる長大橋
主塔ブロック等の構造部材においては、製作した個々の
構造部材毎に設計通りの理想的な形状に対して幾分かの
誤差が生じることは避けられないため、現場での組立の
際には構造物全体として見たときの理想的な全体形状に
対して最も誤差が小さくなるように構造部材を連結する
必要がある。そのためには、従来から、工場において製
造した構造部材の仮組立を行なうことにより、現場工事
に対する品質保証を行なっていた。

【０００３】この仮組立の方法としては、橋梁ブロック
のような数ｍ〜数十ｍオーダーと大型の構造部材同士を
実際に仮組立することで生じる諸問題、例えば作業に多
大な時間や労力を要する等の問題を解消するために、コ
ンピュータシミュレーションを用いた数値仮組立法が検
討されている。そして、この数値仮組立を行なう際に
は、コンピュータに入力するデータとして製作した個々
の構造部材に固有の捩れ、たわみ等の形状やボルト孔の
位置、各部の寸法等を精密に、例えば０．１ｍｍオーダ
ー以上もの高精度で計測することが必要となる。

【０００４】そこで、上記構造部材の形状や寸法を計測
するための計測装置としては、従来、ＣＣＤカメラを用
いた測角式のものや、セオドライトを用いた測距測角式
あるいは測角式のもの、いわゆる３角測量式の計測装置
が用いられており、これら計測装置を作業者が操作する
ことにより構造部材の計測を行なっていた。

【０００５】一方、前記計測値を用いて数値仮組立を行
なった後、施工現場に構造部材を搬送し実際の施工を行
なう際には、隣接する構造部材同士を縦、横、高さ方向
（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）でいかなる位置関係、捩れ関係で連
結するかといった、いわゆる芯合わせ作業が必要とな
る。したがって、数値仮組立実施後には芯合わせの目印
とするためのケガキを行なっていた。すなわち、隣接す
る構造部材の数値仮組立が終了した後、１人の作業者が
トランシット等を使用しながら他の作業者が目標位置に
ペンキ塗りを行ない、その後、ケガキ針を使用してケガ
キ線を引くようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
構造部材の計測方法は、非接触３角測量式の計測装置を
用いるものであり、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向での座標歪が避けら
れないため、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のそれぞれで計測誤差にバ
ラツキがあり、計測精度の向上には限界があった。そし
て、計測ポイントにターゲットを取り付けるためにター
ゲットの製作誤差や設置誤差が含まれる問題、直接視準
できない場合には計測ポイントからオフセットしたポイ
ントを計測することによる間接誤差が入る問題、計測ポ
イントにターゲットを設置したり、ケガキを入れる等の
計測準備作業に時間を要する問題、充分に広い作業スペ
ースを確保しなければならないという問題等、多くの問
題があった。また、作業面から見ても、この計測作業は
作業員の技能や労力、ならびに多大な作業時間を要する
という問題があった。

【０００７】一方、ケガキ作業においては、ケガキ位置
の精度を高めることが困難である、作業者の労力、作業
時間を非常に多く要する、計測結果から求めたケガキす
べき位置を計測装置側から直接指示する方法でケガキを
実施するためには計測装置とは別の機器や器具を用意す
る必要がある、等の問題があった。すなわち、構造部材
の計測およびケガキ作業は技術的な面、精度的な面、作
業的な面の全てにおいて多くの不具合があり、これらの
点を解消し得る手段の提供が望まれていた。

【０００８】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、各種構造部材の計測からケガキに
わたる作業を高精度で合理的に行ない得る構造物の３次
元計測装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の構造物の３次元計測装置は、互い
に連結されることで橋梁等の構造物を構成する各種の構
成部材の寸法や形状を把握するべく、該構成部材を被計
測物としてその任意の点を３次元座標として計測するた
めの装置であって、一定寸法離間して対向配置され、そ
の間に被計測物が載置される一対のフレームと、該一対
のフレーム上に架設され、前記被計測物の上方に位置し
た状態で該被計測物の一端部から他端部にかけて走行可
能とされたクロスガーダーと、該クロスガーダーに取り
付けられ、該クロスガーダーに沿って水平走行可能、上
昇下降可能、および自身の軸線を中心として回転可能と
された計測軸と、該計測軸に対して回動可能に取り付け
られ、互いに直交する５方向に延びるプローブの先端を
前記被計測物に接触させることでその接触点の座標を検
出するタッチセンサーと、前記クロスガーダー、計測軸
およびタッチセンサーの作動を制御する制御装置と、前
記計測軸に自動交換装置により前記タッチセンサーと交
換可能に取り付けられ、隣接する構造部材同士を突き合
わせる際に互いの芯合わせの目印とするために前記被計
測物の所定の箇所にマーキングを施すためのマーキング
装置と、が具備されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、請求項２記載の構造物の３次元計測
装置は、前記一対のフレーム、クロスガーダーおよび計
測軸が、それらの摺動面を除いて断熱材により被覆され
ているとともに、それら自体の温度を制御するための温
度制御手段を備えていることを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項３記載の構造物の３次元計測
装置は、前記被計測物と同一の線膨張係数を有する材料
で形成され、前記被計測物の温度変化による計測値の誤
差を補正する際の基準となるスケールバーが具備されて
いることを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項４記載の構造物の３次元計測
装置は、前記計測軸が前記被計測物もしくは他の障害物
と干渉することを防止するための干渉防止手段が具備さ
れていることを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項５記載の構造物の３次元計測
装置は、前記干渉防止手段が、前記計測軸の外面から所
定寸法外方の周囲に光学的保護手段を形成する発光部お
よび受光部を有し、該光学的保護手段の遮断の有無を検
知することにより、計測軸と被計測物または障害物との
干渉を防止するように構成されていることを特徴とする
ものである。

【００１４】また、請求項６記載の構造物の３次元計測
装置は、前記干渉防止手段が、前記計測軸に対して角度
変更可能に取り付けられたＣＣＤカメラを有し、該ＣＣ
Ｄカメラから得られた被計測物または障害物の画像デー
タに基づいて前記計測軸の作動を制御することにより、
計測軸と被計測物または障害物との干渉を防止するよう
に構成されていることを特徴とするものである。

【００１５】また、請求項７記載の構造物の３次元計測
装置は、前記マーキング装置が、前記被計測物に対して
インクを噴射するインクジェット式もしくはケガキ針式
のものとされたことを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項８記載の構造物の３次元計測
装置は、前記タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄
するためのクリーニング装置が具備されていることを特
徴とするものである。

【００１７】また、請求項９記載の構造物の３次元計測
装置は、前記クリーニング装置が洗浄槽と超音波発生器
と有してなり、一定時間または一定計測ポイント数の計
測を終了した後、前記洗浄槽内で自動的に前記プローブ
を超音波洗浄する構成となっていることを特徴とするも
のである。また、請求項９記載の構造物の３次元計測装
置は、前記温度制御手段がヒータとサーモスタットとを
有することを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】請求項１記載の構造物の３次元計測装置におい
ては、一対のフレームの間に載置された被測定物に対し
て、制御装置の制御に基づいて一対のフレーム上をクロ
スガーダーが走行し、クロスガーダーに対して計測軸が
水平走行、または上昇下降、もしくは自身の軸線を中心
として回転し、計測軸に取り付けられたタッチセンサー
が回動することにより、被測定物の計測位置にタッチセ
ンサーの５方向に延びるプローブのいずれかが接触す
る。そして、この接触点の３次元座標を検出する。さら
に、被計測物の計測が終了した後、自動交換装置の作動
により計測軸に取り付けられていたタッチセンサーが自
動的にマーキング装置に交換され、このマーキング装置
が隣接する構造部材の芯合わせの目印とすべきマーキン
グを被計測物の所定の箇所に行なう。

【００１９】また、請求項２記載の構造物の３次元計測
装置においては、一対のフレーム、クロスガーダーおよ
び計測軸を被覆する断熱材が外部からの熱を遮断すると
ともに、温度制御手段が一対のフレーム、クロスガーダ
ーおよび計測軸の温度を制御することにより、これら一
対のフレーム、クロスガーダーおよび計測軸を恒温化
し、これらの温度変化による膨張や収縮を防止する。

【００２０】また、請求項３記載の構造物の３次元計測
装置においては、被計測物が温度変化により膨張または
収縮する場合、予め正確な寸法を計測済みで、かつ被計
測物と同一の線膨張係数を有するスケールバーを基準と
して用いることによって、被測定物の温度変化による計
測値の誤差を補正する。

【００２１】また、請求項４記載の構造物の３次元計測
装置においては、干渉防止手段が、例えば被計測物の変
形が大きい場合や、計測軸の移動範囲内に予期しない障
害物があった場合等に、計測軸と被計測物や障害物との
干渉が発生することを防止する。

【００２２】また、請求項５記載の構造物の３次元計測
装置においては、発光部および受光部が計測軸の周囲に
光学的保護手段を形成し、この光学的保護手段が被計測
物や障害物で遮断されたときにその遮断を検知すること
で計測軸の作動を停止する。

【００２３】また、請求項６記載の構造物の３次元計測
装置においては、前記干渉防止手段が計測軸に対して角
度変更可能に取り付けられたＣＣＤカメラを具備してい
ることにより、ＣＣＤカメラが被計測物、もしくは障害
物の画像データを得、このデータに基づいて計測軸の作
動を制御する。

【００２４】また、請求項７記載の構造物の３次元計測
装置においては、インクジェット式もしくはケガキ針式
のマーキング装置が被計測物の表面にインクを噴射する
か、ケガキ線をけがくことでマーキングを行なう。

【００２５】また、請求項８記載の構造物の３次元計測
装置においては、装置の使用を重ねていくうちにタッチ
センサーのプローブに塵埃等が付着した際には、クリー
ニング装置がタッチセンサーのプローブを自動的に洗浄
する。

【００２６】また、請求項９記載の構造物の３次元計測
装置においては、クリーニング装置が洗浄槽と超音波発
生器と有してなり、一定時間または一定計測ポイント数
の計測を終了した後、自動的にプローブを超音波洗浄す
る。また、請求項１０記載の構造物の３次元計測装置に
おいては、温度制御手段をなすヒータとサーモスタット
とが、これらが設置された部材の温度を加熱制御する。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図７を
参照して説明する。図１は本実施例の３次元計測装置１
の全体構成を示す図であって、図中符号２はフレーム、
３はクロスガーダー、４は計測軸、５はタッチセンサ
ー、６はシステムコントローラ（制御装置）、Ｂは被測
定物である橋梁ブロック（構造部材）である。

【００２８】工場の床面上に一対のフレーム２、２が一
定距離離間して互いに平行に立設されている。各フレー
ム２は梯子状のものであり、各フレーム２の上面にはガ
イドレール７がそれぞれ固定されている。そして、一対
のフレーム２、２の間にはクロスガーダー３が架設され
ており、クロスガーダー３はケーブルベア８を介してク
ロスガーダー駆動機構（図示せず）と接続されている。
したがって、クロスガーダー３はクロスガーダー駆動機
構の作動によりフレーム２上のガイドレール７に沿って
水平走行するようになっている。

【００２９】また、各フレーム２の上部にはガイドレー
ル７を覆うように伸縮自在の蛇腹状のカバー９がそれぞ
れ設けられており、カバー９の端部側は各フレーム２の
端部に固定され、クロスガーダー３側はクロスガーダー
３の両側面に固定されている。したがって、クロスガー
ダー３が一対のフレーム２、２上を走行する際には、カ
バー９のクロスガーダー３を挟む一方側が伸張すると他
方側が収縮することで、クロスガーダー３は支障なく移
動し得るようになっている。カバー９は、フレーム２と
クロスガーダー３との摺動面に塵埃等が堆積することを
防止してクロスガーダー３を常に円滑に走行させるため
のものである。

【００３０】クロスガーダー３には、これと直交して鉛
直方向に延びる計測軸４が取り付けられている。計測軸
４は、ケーベルベア１０を介して計測軸駆動機構（図示
せず）と接続されており、計測軸駆動機構の作動により
クロスガーダー３に沿って水平走行するようになってい
る。計測軸４は、支柱１１と、支柱１１に内挿されてそ
の下方に延びる内部軸１２と、センサーヘッド１３とか
らなるものであり、内部軸１２は支柱１１に対して内部
軸昇降機構（図示せず）により上昇下降可能とされてい
る。また、内部軸１２の下端には、センサーヘッド１３
がセンサーヘッド回転機構（図示せず）により内部軸１
２に対して水平面内で回転可能に、かつ後述するマーキ
ング装置と交換可能に取り付けられている。

【００３１】センサーヘッド１３の下部には、タッチセ
ンサー５がタッチセンサー回動機構（図示せず）により
支点１４を中心として鉛直面内で回動可能に取り付けら
れている。タッチセンサー５は、図１に示す状態で支点
１４に連結した支持部１５側から見て互いに直交する
前、上、下、右、左の５方向に延びるプローブ１６を有
しており、プローブ１６の先端が被計測物に接触するこ
とによりその接触点の３次元座標が検出できるようにな
っている。

【００３２】また、上記のクロスガーダー駆動機構、計
測軸駆動機構、内部軸昇降機構、センサーヘッド回転機
構、タッチセンサー回動機構の各々は、フレーム２の外
方に設置されたシステムコントローラ６と電気的に接続
されており、これら機構の作動は全てシステムコントロ
ーラ６の制御に基づいて行なわれるようになっている。
また、システムコントローラ６には、３次元計測装置１
外部のコンピュータ（図示せず）から例えば計測ポイン
ト、計測順路等、種々の計測条件に関するデータが転送
されるようになっている。したがって、転送されたデー
タに基づくシステムコントローラ６の判断により、クロ
スガーダー３の水平走行、計測軸４全体の水平走行、内
部軸１２の上下動、センサーヘッド１３の回転、タッチ
センサー５の回動の各作動を組み合わせることで、タッ
チセンサー５のプローブ１６は一対のフレーム２、２で
囲まれた空間の移動可能範囲内の任意の位置に任意の角
度で到達できるようになっている。

【００３３】また、一対のフレーム２、２、クロスガー
ダー３、計測軸４を構成する各部材の摺動面を除く全て
の外面は断熱材で被覆されており、各部材の内部にはヒ
ータ（温度制御手段）およびヒータの温度を制御するた
めのサーモスタット（温度制御手段）が埋設されてい
る。図２は一例としてフレーム２の上部部材を示す断面
図であるが、ガイドレール７が設置され、クロスガーダ
ー３との摺動面となる上面を除く側面および下面が断熱
材１７で被覆されている。また、ヒータ１８が外周部に
沿って埋設されるとともに、ヒータ１８にはサーモスタ
ット１９が接続されている。そして、前記各部材の温度
が４０±５℃の範囲内で任意の温度となるように設定す
ることができ、ヒータ１８およびサーモスタット１９の
作用により設定温度に対して±１℃以内の精度で温度を
加熱制御することができる。

【００３４】また、図３に示すように、計測軸４の支柱
１１下面とセンサーヘッド１３上面の各角部には、それ
ぞれレーザ発光部２０（干渉防止手段）とレーザ受光部
２１（干渉防止手段）が設置されており、装置作動時に
はこれらの間にレーザ光が出射されることにより計測軸
４の縦方向に沿ってレーザバリアＳ（光学的保護手段）
が形成されるようになっている。そして、レーザ受光部
２１がシステムコントローラ６と接続されており、計測
軸４の移動中にレーザバリアＳが橋梁ブロックＢや障害
物等で遮断されたような場合にはシステムコントローラ
６が計測軸４の作動を停止するように構成されている。

【００３５】また、図１に示すように、一方のフレーム
２の端部下方には、センサーヘッド交換装置２２（自動
交換装置）が設置されている。このセンサーヘッド交換
装置２２は、計測軸４下部に取り付けられたセンサーヘ
ッド１３を図４に示すようなインクジェット式のマーキ
ングヘッド２３（マーキング装置）に自動交換するため
のものである。そして、マーキングヘッド２３は、橋梁
ブロックＢの計測終了後、その橋梁ブロックＢに対して
従来のケガキ作業に相当する、すなわち隣接する橋梁ブ
ロックＢ同士の芯合わせの目印とすべきマーキングを、
橋梁ブロックＢの表面にインクを噴射することにより行
なうためのものである。

【００３６】さらに、図１に示すように、一対のフレー
ム２、２の端部付近には、スケールバー２４が固定され
ている。このスケールバー２４は橋梁ブロックＢと同一
の線膨張係数を有する材料で形成されており、基準温度
における正確な寸法を予め計測しておき、実際に橋梁ブ
ロックＢの計測前後、すなわち橋梁ブロックＢの計測環
境と同一な状態で再度寸法を計測することにより、橋梁
ブロックＢの温度変化による計測値の誤差を補正する際
の基準尺とするためのものである。

【００３７】一方、フレーム２の端部付近には、超音波
発生器２５とその上部に置かれた洗浄液入りの洗浄槽２
６とからなるプローブ洗浄装置２７（クリーニング装
置）が設置されている。このプローブ洗浄装置２７は、
タッチセンサー５のプローブ１６に塵埃等が付着すると
計測精度が低下するため、３次元計測装置１が一定時
間、または一定の計測ポイント数の計測を終了した後
に、システムコントローラ６の指示により自動的にタッ
チセンサー５をプローブ洗浄装置２７の位置まで移動さ
せ、洗浄槽２６内で超音波洗浄を行なうためのものであ
る。

【００３８】上記構成の３次元計測装置１を用いた橋梁
ブロックＢの計測の手順について、図５および図６のフ
ローチャートを用いて以下、説明する。まず、予めシス
テムのコンピュータに橋梁ブロックＢの原寸データを入
力し（図５のステップＳ１）、基準、許容値、計測順路
等の計測データを作成したうえで（図５のステップＳ
２）、３次元計測装置１のシステムコントローラ６に計
測データを転送する。

【００３９】ついで、橋梁ブロックＢを３次元計測装置
１の一対のフレーム２、２間に搬入し（図５のステップ
Ｓ３）、橋梁ブロックＢに温度計を取り付けた後、計測
環境の変化をモニターするために気温、装置温度および
橋梁ブロック温度をそれぞれ測定する（図５のステップ
Ｓ４）。その後、作業者の手動によりタッチセンサー５
が移動して橋梁ブロックＢ内の基準点、例えば底面の角
部４点というように基準となる点の３次元座標を計測し
（図５のステップＳ５）、予め入力された原寸データを
橋梁ブロックＢが実際に置かれた位置および向きに対応
するように座標変換を行なう（図５のステップＳ６）。

【００４０】ついで、橋梁ブロックＢを計測する前段階
でスケールバー２４の計測を行ない（図５のステップＳ
７）温度補正計算を行なった後、橋梁ブロックＢの計測
を開始する。この際には、システムコントローラ６の指
示によりタッチセンサー５が予め入力された計測ポイン
ト、計測順路に従って移動していき、指定ポイント数分
の３次元座標の計測を行なう（図５のステップＳ８）。
その後、橋梁ブロックＢ計測後でのスケールバー２４の
計測を行ない（図５のステップＳ９）再度、温度補正計
算を行なった後、気温、装置温度、橋梁ブロック温度を
測定する（図５のステップＳ１０）。

【００４１】ついで、原寸データで与えられた理想的な
所定位置（座標）に対して、３次元計測が行なわれた橋
梁ブロックＢが全体として最も誤差の少ない位置関係で
納まるように橋梁ブロックＢを座標内に配置する、いわ
ゆる最適化計算（自動芯出し）を行なう（図５のステッ
プＳ１１）。そして、計測が終了した橋梁ブロックＢと
隣接する橋梁ブロックについても、上記と全く同様の手
順により計測を行なった後、隣接する橋梁ブロック同士
の最適化計算後の計測データを用いて数値仮組立を行な
う。数値仮組立のデータ処理について詳細な説明は省略
するが、隣接する橋梁ブロックの配置調整（図５のステ
ップＳ１２）、構造解析（図５のステップＳ１３）の手
順で行なっていく。

【００４２】数値仮組立を行なった後、橋梁ブロックＢ
の形状が適正であるか否かの判定を行ない（図５のステ
ップＳ１４）、仮に適正でない、例えば橋梁ブロックＢ
の理想的な形状に対する実際の形状のずれが許容範囲を
越えているような場合には、手直し指示書を発行し（図
５のステップＳ１５）、橋梁ブロックＢを搬出した後
（図５のステップＳ１６）、手直しを行なって（図５の
ステップＳ１７）、図５のステップＳ３に戻り、再度計
測を行なうようにする。

【００４３】また、橋梁ブロックＢの形状が適正な場合
には、前記最適化計算で求めた橋梁ブロックＢの芯合わ
せの目印をマーキングするか否かの判断を行ない（図６
のステップＳ１８）、マーキングを実施する場合には、
計測軸４にそれまで取り付けられていたセンサーヘッド
１３が、図４に示すように、センサーヘッド交換装置２
２によりマーキングヘッド２３に交換された後、システ
ムコントローラ６の指示によりマーキングヘッド２３が
橋梁ブロックＢの所定の位置に移動してマーキングを行
なう（図６のステップＳ１９）。このようにして全ての
作業終了後、橋梁ブロックＢを３次元計測装置１から搬
出する（図６のステップＳ２０）。

【００４４】その後、種々の計測結果の出力を行なう。
すなわち、橋梁ブロックＢ毎の計測成績表を出力すると
ともに（図６のステップＳ２１）、橋梁ブロックＢの孔
計測データから算出した、隣接する橋梁ブロック同士を
連結するためのスプライスプレートの孔加工に必要なデ
ータを出力する（図６のステップＳ２２）。そして、数
値仮組立結果を出力するか否かの判断を行ない（図６の
ステップＳ２３）、出力する場合には、仮組立成績表の
出力を行ない（図６のステップＳ２５）、ディスプレイ
画面上で仮組立状況の確認を行なった後（図６のステッ
プＳ２６）、種々のデータを保存して（図６のステップ
Ｓ２７）全ての処理を終了する。また、数値仮組立結果
を出力しない場合には、次の橋梁ブロックを計測するか
否かの判断を行ない（図６のステップＳ２４）、続けて
計測する場合には、図５のステップＳ３に戻り、再度同
様の手順で計測を行なう。一方、計測しない場合には、
データを保存して（図６のステップＳ２７）全ての処理
を終了する。

【００４５】本実施例の３次元計測装置１においては、
橋梁ブロックＢにおける計測ポイントの３次元座標を検
出する手段として、橋梁ブロックＢ表面に直接接触する
ことで座標検出を行なうタッチセンサー５を採用してい
るので、従来の非接触３角測量式計測装置と異なり、
Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の座標歪が極めて少なく、また、ターゲ
ットの製作誤差、設置誤差、ケガキ作業誤差等の間接誤
差が少なく、安定して高精度の計測を行なうことができ
る。また、クロスガーダー３、計測軸４、センサーヘッ
ド１３、タッチセンサー５等の相互の動きにより、タッ
チセンサー５が任意の位置に任意の角度で到達し得るよ
うに構成されているので、表面から見えない箇所の計測
が困難であった従来の３角測量式計測装置と異なり、移
動範囲内である限りタッチセンサー５は橋梁ブロックＢ
の内部にも進入することができ、その箇所の計測を容易
に行なうことができる。

【００４６】また、コンピュータからシステムコントロ
ーラ６に転送されたデータに基づいてタッチセンサー５
が自動的に移動するようになっているので、長時間にわ
たる計測が行なわれている間、特に３次元計測装置では
被測定物の温度変化を極力避けるため外気温の変化が少
ない夜間に計測が行なわれるような場合もあるが、その
ような場合でも作業者が計測装置に付きっきりでいる必
要がない。すなわち、作業の無人化が図れることで合理
的な計測装置を実現することができる。

【００４７】また、３次元計測装置１自体は、基本的に
は橋梁ブロックＢ等の構造部材を搬入し得るだけの寸法
があればよいので、従来の３角測量式計測装置の場合の
計測に要する多大な作業スペースに比べて、計測に要す
る工場内のスペースを低減させることができる。また、
従来装置のように照明を必要とすることがなく、夜間で
も照明を使用せずに支障なく計測を行なうことができ
る。

【００４８】また、本実施例の３次元計測装置１におい
ては、一対のフレーム２、２、クロスガーダー３、計測
軸４が断熱材１７で被覆されるとともに、各部材の内部
にはヒータ１８およびサーモスタット１９が埋設され、
前記部材の温度制御が±１℃以内の精度で行なわれるの
で、たとえ外気温が著しく変化するような場合でも、前
記部材を恒温化することで膨張や収縮を防止して計測の
安定性を確保することができる。さらに、工場内におい
て夏期では３５℃程度まで温度が上昇するような場合も
あるが、本実施例の場合、冷却に比べて低コストのヒー
タ加熱を採用することで各部材の温度を４０℃程度に制
御するように構成したため、計測装置の温度制御に要す
るコストを低減させることができる。

【００４９】そして、前記のように計測装置を恒温化す
ることで装置側から計測の安定性を確保したうえで、橋
梁ブロックＢの計測値に対してはスケールバー２４を基
準尺とする温度補正を行なうようにしているので、例え
ば橋梁ブロック温度と材料の線膨張係数から理論的に補
正値の算出を行なうというような方法に比べて、橋梁ブ
ロックＢの熱変形に対して実際の挙動に近い形で誤差の
少ない補正が行なえるので、温度補正に関する精度を充
分に向上させることができる。

【００５０】また、計測軸４およびタッチセンサー５
は、システムコントローラ６に予め入力された原寸デー
タに基づいて作動してはいるものの、例えば橋梁ブロッ
クＢの変形が大きい場合や計測軸４の移動範囲内に予期
しない障害物があった場合等に計測軸４と橋梁ブロック
Ｂや障害物との干渉、衝突が発生すると、タッチセンサ
ー５の損傷や計測精度の極度の低下が発生する恐れがあ
る。ところが、本実施例の装置では、計測軸４が一対の
レーザ発光部２０とレーザ受光部２１を備え、計測軸４
の周囲にレーザバリアＳが形成されることで干渉防止手
段が構成されているので、前記のような異常が発生した
としても、計測軸４が橋梁ブロックＢや障害物と干渉、
衝突するのを確実に防止することができる。したがっ
て、装置の監視が不要になるという点においても本装置
の無人化を図ることができる。

【００５１】また、本実施例の３次元計測装置１は、セ
ンサーヘッド交換装置２２により計測軸４先端のタッチ
センサー５とマーキングヘッド２３とが自動的に交換可
能に構成されているので、本装置は橋梁ブロックＢの計
測作業のみならず、マーキング作業をも行なうことがで
き、これら作業を１台の装置で連続的に実施することが
可能である。したがって、２人の作業者がそれぞれトラ
ンシットの操作やペンキ塗りを行ないながら進めていた
従来のケガキ作業の場合と異なり、マーキング作業の無
人化、マーキング位置精度の向上、マーキング作業時間
の短縮等、種々の利点を得ることができる。すなわち、
本実施例によれば、橋梁ブロックＢの計測作業、マーキ
ング作業の双方を通して合理的な装置を実現することが
できる。さらに、本実施例の場合、マーキングヘッド２
３がインクジェット式であるため、マーキングの線幅を
一定にできたり、印字も行なえるといった利点も有して
いる。

【００５２】また、本計測装置１は、タッチセンサー５
のプローブ１６を一定時間毎、または一定の計測ポイン
ト数の計測毎に自動的に洗浄するプローブ洗浄装置２７
を備えているので、タッチセンサー５のプローブ１６に
塵埃等が付着することに起因する計測精度の低下を防止
して、装置の使用を重ねた場合でも常に安定して高精度
の計測を行なうことができる。

【００５３】なお、本実施例の３次元計測装置１におい
ては、計測軸４の干渉防止手段として一対のレーザ発光
部２０とレーザ受光部２１を備え、計測軸４の周囲にレ
ーザバリアＳを形成する構成としたが、レーザ光以外に
一般の可視光等を使用することもできる。また、この構
成に代えて、ＣＣＤカメラ（干渉防止手段）を用いた構
成とすることもできる。すなわち、図７に示すように、
計測軸４の支柱１１の側面にＣＣＤカメラ２８を角度変
更可能に取り付けておき、ＣＣＤカメラ２８が計測軸４
とともに移動し、かつ角度を変更しながら橋梁ブロック
Ｂの配置、形状、または障害物の有無等の情報を収集し
た後、コンピュータを介してシステムコントローラ６に
データ転送するように構成しておく。すると、システム
コントローラ６では、コンピュータが作成した計測軸４
の移動制御データに基づき計測軸４の制御を行なう。３
次元計測装置１をこのように構成すれば、原寸データを
基にＣＣＤカメラ２８から得られた移動制御データを加
味することによりタッチセンサー５をより円滑に移動さ
せることができる。

【００５４】また、本実施例では、一対のフレーム２、
２、クロスガーダー３、計測軸４の温度制御手段として
はヒータ１８およびサーモスタット１９を用いて加熱制
御を行なうようにしたが、この構成に限らず、例えばこ
れら部材の内部に冷却管を埋設する構成として本実施例
とは逆に冷却制御を行なうようにしてもよい。そして、
マーキング装置としては通常のインクジェット式のマー
キング装置の代わりにケガキ針式のマーキング装置を用
いてもよい。また、タッチセンサー５のプローブクリー
ニング装置としては、超音波洗浄によるプローブ洗浄装
置の他、高圧エアにより塵埃を除去する等、種々の形式
のものを適用してよい。さらに、本実施例の３次元計測
装置１全体にわたる各部の形状、駆動機構等について
は、適宜、設計変更が可能なことは勿論である。また、
本実施例においては、３次元計測装置１を橋梁ブロック
Ｂの計測に適用する場合を例として説明したが、計測対
象としては橋梁ブロックＢに限らず、２次連結部材、ス
プライスプレート等、種々の構成部材に適用することが
可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
記載の構造物の３次元計測装置は、被計測物における任
意の点の３次元座標を検出する手段として、被計測物に
直接接触することで座標検出を行なうタッチセンサーを
採用しているので、従来の非接触３角測量式計測装置と
異なり計測すべきポイントにターゲットを設置したり、
ケガキを実施する必要がないため、座標歪が極めて少な
くなるとともに、ターゲットの製作誤差や設置誤差、ケ
ガキの作業誤差等の間接誤差が少なく、安定して高精度
の計測を行なうことができる。また、クロスガーダー、
計測軸、タッチセンサーの相互の動きにより、タッチセ
ンサーが任意の位置に任意の角度で到達し得るので、表
面から見えない箇所の計測が困難であった従来の３角測
量式計測装置と異なり、タッチセンサーは被計測物の内
部箇所の計測を行なうこともできる。また、制御装置に
より前記各部が自動的に移動するので、作業の無人化が
図れることで合理的な計測装置を実現することができ
る。また、従来の３角測量式計測装置の場合の計測に要
する多大なスペースに比べて、計測に要するスペースを
低減させることができる。さらに、自動交換装置により
計測軸先端のタッチセンサーとマーキング装置とが自動
的に交換可能に構成されているので、本装置は被計測物
の計測作業のみならず、マーキング作業をも行なうこと
ができ、これら作業を１台の装置で連続的に実施するこ
とができる。したがって、２人の作業者がそれぞれトラ
ンシットの操作やペンキ塗りを行ないながら進めていた
従来のケガキ作業の場合と異なり、マーキング作業の無
人化、マーキング位置精度の向上、マーキング作業時間
の短縮等、種々の利点を得ることができる。したがっ
て、被測定物の計測作業、マーキング作業の双方を通し
て合理的な装置を実現することができる。

【００５６】また、請求項２記載の構造物の３次元計測
装置は、一対のフレーム、クロスガーダーおよび計測軸
が断熱材で被覆されるとともに、これら部材には温度制
御手段が備えられているので、これら部材を恒温化する
ことができ、膨張や収縮を防止することで計測の安定性
を確保することができる。

【００５７】また、請求項３記載の構造物の３次元計測
装置は、被計測物と同一の線膨張係数を有するスケール
バーを基準として計測値の温度補正を行なうようにして
いるので、例えば測定温度と材料の線膨張係数から理論
的に温度補正値の算出を行なうというような方法に比べ
て、被計測物の熱変形に対して実際の挙動に近い形で誤
差の少ない補正が行なえるので、温度補正に関する精度
を充分に向上させることができる。

【００５８】また、請求項４記載の構造物の３次元計測
装置は、計測軸の干渉防止手段が備えられているので、
例えば橋梁ブロックの変形が大きい場合や計測軸の移動
範囲内に予期しない障害物があった場合等にも計測軸が
被計測物や障害物と干渉するのを確実に防止することが
できる。したがって、装置の監視が不要になるという点
において装置の無人化を図ることができる。

【００５９】また、請求項５記載の構造物の３次元計測
装置は、計測軸の周囲に光学的保護手段を形成し得る発
光部と受光部を有する干渉防止手段が設けられているの
で、光学的保護手段が遮断されたか否かを検知すること
により、計測軸が被測定物や障害物と干渉するのを確実
に防止することができる。

【００６０】また、請求項６記載の構造物の３次元計測
装置は、ＣＣＤカメラを備えた干渉防止手段が構成され
ているので、ＣＣＤカメラからの被計測物または障害物
の画像データに基づいて計測軸の作動を制御することに
より、計測軸が被測定物や障害物と干渉するのを確実に
防止することができる。

【００６１】また、請求項７記載の構造物の３次元計測
装置は、マーキング装置が被計測物にインクを噴射する
インクジェット式またはケガキ針式のもので構成されて
いるため、マーキングの線幅を一定にできたり、精度を
上げることができる。

【００６２】また、請求項８記載の構造物の３次元計測
装置は、タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄する
クリーニング装置を備えているので、タッチセンサーの
プローブに塵埃等が付着することに起因する計測精度の
低下を防止して、装置の使用を重ねた場合でも常に安定
して高精度の計測を行なうことができる。

【００６３】また、請求項９記載の構造物の３次元計測
装置は、クリーニング装置が洗浄槽と超音波発生器と有
し、一定時間または一定計測数を経た後、自動的にプロ
ーブを洗浄するので、タッチセンサーのプローブに塵埃
等が付着することに起因する計測精度の低下を防止し
て、装置の使用を重ねた場合でも常に安定して高精度の
計測を行なうことができる。また、請求項１０記載の構
造物の３次元計測装置は、温度制御手段をなすヒータと
サーモスタットとが部材の温度を加熱制御するので、冷
却に比べて低コストのヒータ加熱を採用することで計測
装置の温度制御に要するコストを低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である３次元計測装置を示す
概略構成図である。

【図２】同、装置のフレームの断面構造を示す図であ
る。

【図３】同、装置の計測軸の要部を示す斜視図である。

【図４】同、計測軸にマーキングヘッドを取り付けた状
態を示す斜視図である。

【図５】同、装置を用いて計測およびマーキング作業を
行なう手順を示すフローチャートの前半部分である。

【図６】同、後半部分である。

【図７】前記計測軸にＣＣＤカメラを取り付けた状態を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ３次元計測装置 ２ フレーム ３ クロスガーダー ４ 計測軸 ５ タッチセンサー ６ システムコントローラ（制御装置） １６ プローブ １７ 断熱材 １８ ヒータ（温度制御手段） １９ サーモスタット（温度制御手段） ２０ レーザ発光部（干渉防止手段） ２１ レーザ受光部（干渉防止手段） ２２ センサーヘッド交換装置（自動交換装置） ２３ マーキングヘッド（マーキング装置） ２４ スケールバー ２７ プローブ洗浄装置（クリーニング装置） ２８ ＣＣＤカメラ（干渉防止手段） Ｂ 橋梁ブロック（構成部材） Ｓ レーザバリア（光学的保護手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−275302（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−60543（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−224013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−65857（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−217107（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248849（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−134512（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−5211（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−150313（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−44210（ＪＰ，Ｕ) 特表 平３−505369（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/20 G01B 5/20

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに連結されることで橋梁等の構造物
   を構成する各種の構成部材の寸法や形状を把握するべ
   く、該構成部材を被計測物としてその任意の点を３次元
   座標として計測するための装置であって、 一定寸法離間して対向配置され、その間に被計測物が載
   置される一対のフレームと、 該一対のフレーム上に架設され、前記被計測物の上方に
   位置した状態で該被計測物の一端部から他端部にかけて
   走行可能とされたクロスガーダーと、 該クロスガーダーに取り付けられ、該クロスガーダーに
   沿って水平走行可能、上昇下降可能、および自身の軸線
   を中心として回転可能とされた計測軸と、 該計測軸に対して回動可能に取り付けられ、互いに直交
   する５方向に延びるプローブの先端を前記被計測物に接
   触させることでその接触点の座標を検出するタッチセン
   サーと、 前記クロスガーダー、計測軸およびタッチセンサーの作
   動を制御する制御装置と、 前記計測軸に自動交換装置により前記タッチセンサーと
   交換可能に取り付けられ、隣接する構造部材同士を突き
   合わせる際に互いの芯合わせの目印とするために前記被
   計測物の所定の箇所にマーキングを施すためのマーキン
   グ装置と、 が具備されていることを特徴とする構造物の
   ３次元計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の構造物の３次元計測装
   置において、 前記一対のフレーム、クロスガーダーおよび計測軸が、
   それらの摺動面を除いて断熱材により被覆されていると
   ともに、それら自体の温度を制御するための温度制御手
   段を備えていることを特徴とする構造物の３次元計測装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の構造物の３次元
   計測装置において、 前記被計測物と同一の線膨張係数を有する材料で形成さ
   れ、前記被計測物の温度変化による計測値の誤差を補正
   する際の基準となるスケールバーが具備されていること
   を特徴とする構造物の３次元計測装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の構
   造物の３次元計測装置において、 前記計測軸が前記被計測物または他の障害物と干渉する
   ことを防止するための干渉防止手段が具備されているこ
   とを特徴とする構造物の３次元計測装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の構造物の３次元計測装
   置において、 前記干渉防止手段が、前記計測軸の外面から所定寸法外
   方の周囲に光学的保護手段を形成する発光部および受光
   部を有し、該光学的保護手段の遮断の有無を検知するこ
   とにより、計測軸と被計測物または障害物との干渉を防
   止するように構成されていることを特徴とする構造物の
   ３次元計測装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の構造物の３次元計測装
   置において、 前記干渉防止手段が、前記計測軸に対して角度変更可能
   に取り付けられたＣＣＤカメラを有し、該ＣＣＤカメラ
   から得られた被計測物または障害物の画像データに基づ
   いて前記計測軸の作動を制御することにより、計測軸と
   被計測物または障害物との干渉を防止するように構成さ
   れていることを特徴とする構造物の３次元計測装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の構
   造物の３次元計測装置において、 前記マーキング装置が、前記被計測物に対してインクを
   噴射するインクジェット式もしくはケガキ針式のものと
   されたことを特徴とする構造物の３次元計測装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の構
   造物の３次元計測装置において、 前記タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄するため
   のクリーニング装置が具備されていることを特徴とする
   構造物の３次元計測装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の構造物の３次元計測装
   置において、 前記クリーニング装置が洗浄槽と超音波発生器と有して
   なり、一定時間または一定計測ポイント数の計測を終了
   した後、前記洗浄槽内で自動的に前記プローブを超音波
   洗浄する構成となっていることを特徴とする構造物の３
   次元計測装置。
10. 【請求項１０】 請求項２に記載の構造物の３次元計測
    装置において、 前記温度制御手段がヒータとサーモスタットとを有する
    ことを特徴とする構造物の３次元計測装置。