JP3395381B2 - 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、この方式の装置を用いて計測を行な
う限りは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、その上面に被計測物が載置されて移
動可能とされた可動フロアと、該可動フロア上に前記被
計測物が載置されたときに該被計測物を跨ぐように固定
された門型フレームと、該門型フレームに取り付けら
れ、該門型フレームに沿って水平移動可能、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、各計測軸に対して回動可能にそれぞれ取り付け
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、前記可動フロア、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、前記門型フレーム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またはケガキ針式も
しくはレーザーマーキング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１０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、可動フロア上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門型フレームの下方を可動フロ
アが移動し、門型フレームに対して計測軸が水平移動、
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、門型フレーム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
段が門型フレームおよび計測軸の温度を制御することに
より、これら門型フレーム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
で可動フロアまたは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可動フロア
または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、インクジェット式またはケガキ針式も
しくはレーザーマーキング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
か、レーザーにより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は可動フロ
ア、３は門型フレーム、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、その上面に橋梁ブロック
Ｂが載置される可動フロア２が設置されている。この可
動フロア２にはフロア駆動機構（図示せず）が付設され
ており、橋梁ブロックＢが載置された状態で移動可能と
されている。そして、可動フロア２の上方には、門型フ
レーム３が可動フロア２上に橋梁ブロックＢが載置され
たときにこの橋梁ブロックＢを跨ぐように固定されてい
る。したがって、橋梁ブロックＢはフロア駆動機構の作
動により門型フレーム３の下方を通過するようになって
いる。

【００２９】門型フレーム３の横桟３ａ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
作動により横桟３ａに沿って水平移動するようになって
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
部軸駆動機構（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１
３がセンサーヘッド回転機構（図示せず）により内部軸
１２の軸線を中心として回転可能に、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。

【００３０】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、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。

【００３１】また、上記のフロア駆動機構、計測軸駆動
機構、内部軸駆動機構、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、床上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、可動フロア２の移動、計
測軸４全体の水平移動、内部軸１２の上昇下降、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１
６は橋梁ブロックＢ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。

【００３２】また、門型フレーム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は一例として門型フ
レーム３の横桟３ａを示す断面図であるが、計測軸４と
の摺動面となる側面を除く全ての側面が断熱材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。

【００３３】また、図３に示すように、計測軸４の支柱
１１とセンサーヘッド１３の対向面の各角部には、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の軸線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が可動フロア２の移動および計測軸４の作動を停
止するように構成されている。

【００３４】また、図１に示すように、タッチセンサー
５移動範囲内の門型フレーム３近傍の床面上には、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端
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。

【００３５】さらに、図１に示すように、可動フロア２
上にはスケールバー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。

【００３６】また、タッチセンサー５移動範囲内の門型
フレーム３近傍の床面上には、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２６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。

【００３７】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。

【００３８】ついで、橋梁ブロックＢを３次元計測装置
１の可動フロア２上に搬入し（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に対して橋
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）。

【００３９】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）。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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）。

【００４３】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。

【００４４】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、可動フロア２、計測軸４、センサーヘッド１
３、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が橋梁ブロックＢの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、直接視準できな
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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】また、本実施例の３次元計測装置１では、
床面に対して門型フレーム３を固定し、橋梁ブロックＢ
を載置した可動フロア２を移動させる構成となっている
ので、門型フレーム３の剛性を高め得ることにより門型
フレーム３の変形を防止することができるとともに、門
型フレーム３側を移動させるような構成に比べて橋梁ブ
ロックＢの走行方向に対して左右ぶれを低減させること
ができるため、計測精度を向上させることができる。

【００４８】また、本実施例の３次元計測装置１におい
ては、門型フレーム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の門型フレ
ーム３の剛性向上、門型フレーム３および計測軸４の恒
温化により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、可動フロア２、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先端のセンサ
ーヘッド１３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２３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の一側面に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、門型フレーム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
のマーキング装置またはレーザー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、可動フロア、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
ーが被測定物の任意の位置に任意の角度で到達し得るの
で、直接視準でき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、門型フレームの
剛性を高め得ることにより門型フレームの変形を防止す
ることができるとともに、門型フレーム側を移動させる
ような構成に比べて被測定物の走行方向に対する左右ぶ
れを低減させることができるため、計測精度を向上させ
ることができる。また、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、門型フレーム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もしくはレーザーマ
ーキング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、装置の門型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 可動フロア ３ 門型フレーム 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５−60543（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−106512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−159006（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−201011（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−10608（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−150313（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−11130（ＪＰ，Ｕ) (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、 その上面に被計測物が載置されて移動可能とされた可動
   フロアと、 該可動フロア上に前記被計測物が載置されたときに該被
   計測物を跨ぐように固定された門型フレームと、 該門型フレームに取り付けられ、該門型フレームに沿っ
   て水平移動可能、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、 各計測軸に対して回動可能にそれぞれ取り付けられ、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、 前記可動フロア、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、 前記門型フレームおよび計測軸が、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またはケガキ針式もしくはレ
   ーザーマーキング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。