JP3692755B2 - 鉄骨柱の芯出治具 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨柱の芯出治具に係り、特にH形鋼やI形鋼の鉄骨柱の芯を3次元位置計測器を用いて計測するための芯出治具に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラントにおける設備機器や配管は、プラント躯体の鉄骨柱の芯を基準に設計図が描かれている。例えば、図8に示すように、タンク90を位置決めする設計図は、鉄骨柱92の芯94を基準として、XやYといった据え付け寸法で記載されている。実際には、鉄骨柱92の芯94からの距離を直接測定することはできないので、熟練者が、Yレベルや水糸、手回り工具等を用いて測定していた。
【0003】
しかし、このような計測方法は精度が悪く、タンク等の設備機器を正確に設置するのは困難であった。このため、配管等の形状を現場で変更する等、設置誤差に対処することが必要であった。
このような現状から、作業の合理化のため、3次元位置計測器を用いて鉄骨柱の芯を正確に測定し、その測定値に従って設備機器等を確実に設置することが望まれる。そこで、鉄骨柱の側面と縁面が交差する一頂点にターゲットを設置し、そのターゲットの計測点の3次元座標を3次元位置計測器を用いて計測し、該3次元座標と鉄骨の設計値から鉄骨の芯を算出する試みが成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、施工された鉄骨柱は、若干の傾きを有していたり、ねじれを生じていることがあり、3次元位置計測器による上記のような測定方法で算出された鉄骨柱の芯の位置は、実際の芯の位置とずれることがある。例えば、図9(a)は、本来の設計位置80に対して、H形鋼がねじれや傾きにより、施工位置82にずれた場合である。このとき、計測点84の3次元位置から、H形鋼の設計値に基づいてH形鋼の位置と姿勢を算出すると、図9(b)のように、実際の施工位置82からずれた計測位置86が算出される。このため、計測に基づくH形鋼の芯の位置86Pと、実際の芯の位置82Pとの間に誤差を生じ、設備機器の設置の際に設置誤差を生じてしまう。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、計測点を有するターゲットを鉄骨柱に簡単且つ正確に取り付けることができ、更に、該計測点の3次元座標を3次元位置計測器を用いて計測することにより鉄骨の芯を精度良く測定できる鉄骨柱の芯出治具を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、H形綱やI形綱等の鉄骨柱の芯を3次元位置計測器を用いて計測するための鉄骨柱の芯出治具であって、前記鉄骨柱の4端部のうちの1端部に着脱自在に取り付けられ、互いに直角な方向に発射された2本の光線を含む面が前記鉄骨柱の芯に対して直交する直交平面を形成する一対の光式非接触ポインターを備えた第1の治具と、前記鉄骨柱の4端部のうちの前記第1の治具の両隣に位置する端部にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記第1の治具の一対の光式非接触ポインターから発射される光線の目標点が明示されると共に前記鉄骨柱の上下方向にレベル調整可能な受け板を備えた第2の治具及び第3の治具と、前記第1から第3の各治具にそれぞれ設けられ、前記3次元位置計測器の計測点が明示されると共に、前記第1の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と前記第2及び第3の治具の目標点が一致するように前記第2及び第3の受け板のレベル調整をした時に、前記各計測点が全て前記直交平面上に位置し、且つ該各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置するターゲットと、から成り、前記鉄骨柱に取り付けた第1、第2及び第3の治具のターゲットの計測点を前記3次元位置計測器で計測した計測結果に基づいて前記鉄骨柱の芯を求めることを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、鉄骨柱の4端部のうちの1端部に第1の治具を取り付け、第1の治具の両隣の端部に第2及び第3の治具を取り付ける。そして、第1から第3の治具を鉄骨柱に取り付けた状態で第1の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と第2及び第3の治具の目標点が一致するように第2及び第3の受け板のレベル調整を行う。この結果、第1、第2及び第3の各治具に設けられた各ターゲットの計測点は、鉄骨柱に直交する同一の直交平面上に位置し、且つ各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置決めされる。これにより、例えば、3個のターゲットの計測点を3頂点とする長方形が形成され、該長方形は鉄骨柱に直交する面を有し、該長方形の重心は鉄骨柱の芯に一致する。従って、鉄骨柱に取り付けた第1、第2及び第3の治具に設けたターゲットの計測点を3次元位置計測器で計測すれば、その計測結果に基づいて簡単且つ正確に鉄骨柱の芯を求めることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る鉄骨柱の芯出治具の好ましい実施の形態について詳説する。
図1は、本発明に係る芯出治具を用いて鉄骨柱の芯出を行う測定装置10の全体構成を説明する説明図であり、図2は、H形綱(以下、「鉄骨柱」という)に芯出治具を取り付けた状態図である。
【0009】
図1に示すように測定装置10は、主として、鉄骨柱12にターゲット36を設置する芯出治具18と、前記ターゲット36の各計測点の3次元座標を計測する3次元位置計測器14と、計測された各計測点の3次元座標から鉄骨柱の芯の位置と姿勢を算出する演算器16と、から構成される。
3次元位置計測器14は、反射プリズムであるターゲット36に光線を発射して、ターゲット36により反射した光線の波長を測定することによりターゲット36までの距離を求めると共に、発射した光線の水平角度及び垂直角度を求めることにより、ターゲット36の3次元座標を計測する。
【0010】
図2に示すように本発明の芯出治具18は、2つのレーザーポインター32a、32bからそれぞれ可視光線33a、33bを発射する第1の治具20と、該可視光線33a、33bをそれぞれ受けてターゲット36のレベル調整を行う第2の治具22及び第3の治具24とから構成される。
図3は、第1の治具20の構成図である。
【0011】
同図に示すように、第1の治具20は、主として、治具本体26Aと、2つのレーザーポインター32a、32bと、計測点38Aを記したターゲット36Aとから構成される。治具本体26Aは、略「コ」の字状に形成され、基準面30a、30bが形成された基準面部28a、28bが設けられている。また、治具本体26Aには、鉄骨柱12に固定支持するための支持手段として、クランプ機構が設けられている。即ち、治具本体26Aの一端にクランプシャフト42を螺合し、該クランプシャフト42に固設されたハンドル44を回すことにより、クランプシャフト先端40と基準面30bとの間で鉄骨柱の端部66の挟み込みを行う。これにより、基準面30a、30bにそれぞれ鉄骨柱12の直交する側面70と縁面68に当接しながら、ハンドル44を回し、クランプシャフト先端40と基準面30bとの間で鉄骨柱12の端部66Aを挟持することにより、治具本体26Aは固定支持される。更に、クランプシャフト先端40には、鋭く尖ったポンチ部を有し、前記挟持の際に鉄骨柱12側面にポンチマークを打刻することができる。これにより、芯出治具18を再び取り付ける際も、前記ポンチマークを目印にすることにより、確実に同じ位置に取り付けることができる。
【0012】
また、治具本体26Aには、2つのレーザーポインター32a、32bが、固設されている。レーザーポインター32a、32bは、直線上に精度良く可視光線を発射する。レーザーポインター32a、32bから発射される可視光線33a、33bは、それぞれ基準面30b、30aの法線を形成すると共に、その延長線は互いに直交する。これにより、基準面30a、30bを鉄骨柱12の直交する側面にそれぞれ当接させながら治具本体26Aを鉄骨柱12に固定支持した際に、可視光線33a、33bを含む平面は、鉄骨柱12の芯に直交する直交平面を形成する。
【0013】
ターゲット36Aは、支持部材34Aを介して治具本体26Aに支持される。ターゲット36Aの中央に位置する計測点38Aは、2つの可視光線33a、33bを含む平面上で、且つ、基準面30b上に配置される。また、支持部材34Aは伸縮自在になっていて、基準面30aから計測点38Aまでの距離Lを、自由に設定できるように成っている。尚、ターゲット36Aは、支持部材34Aによって回転自在に支持されていて、あらゆる方向に向けることができる。これにより、3次元位置計測器14の光線を確実に該3次元位置計測器14に反射することができる。
【0014】
図4は、第2の治具22の構成図であり、図5は、受け板のスライド機構を説明する説明図である。
図4に示すように、第2の治具22は、主として、治具本体26Bと、該治具本体26Bにスライド自在に設けられた受け板46Bと、該受け板46Bと連動するターゲット36Bとから構成される。治具本体26Bは、第1の治具20の治具本体26Aと同じ構成であり、説明を省略する。
【0015】
図5に示すように、受け板46Bは、治具本体26Bの基準面30a、30bが交わる稜線方向、即ち矢印58方向にスライド自在に支持される。即ち、治具本体26Bにはレール部材52Bが固定されており、該レール部材52Bに沿ってネジ部材54Bが配置され、ネジ部材54Bの両端はレール部材52Bの軸受部に回転自在に支持される。ネジ部材54Bには、受け板46Bが設置されレール部材52B上をスライドするスライド部材50Bが螺合している。従って、ネジ部材54Bの一端に固設されたつまみ56Bを回転させることにより、受け板46Bを矢印58方向にスライドさせることができる。また、受け板46Bには、レーザーポインター32aから発射される可視光線33aを受ける平面47Bが治具本体26の基準面30bと平行に形成されており、該平面47Bには可視光線の目標点である基準線48Bが矢印58方向と垂直に記されている。
【0016】
ターゲット36Bは、支持部材34Bを介してスライド部材50Bに設置され、計測点38Bが、2つの基準面30a、30bに垂直で前記基準線48Bを含む平面上に形成される。これにより、ターゲット36Bは、受け板46Bと共にスライドさせることができる。尚、計測点38Bは、第1の治具20と同様に、基準面30b上で、且つ、基準面30aから距離L離れた位置に配置される。
【0017】
図6は、第3の治具の構成図である。
第3の治具において、受け板46Cの設置位置以外の主構成は、第2の治具と同様であり、説明は省略する。
受け板46Cはスライド部材50Cに固設され、平面47Cは治具本体26Cの基準面30aと平行に形成される。更に、平面47Cには、スライド方向と垂直に基準線48Cが記されている。尚、ターゲット36Cは、第2の治具22と同様に、計測点38Cが2つの基準面30a、30bに垂直で且つ前記基準線48Cを含む平面上に配置されるように、支持部材34Cを介してスライド部材50Cに設置される。
【0018】
次に、上記の如く構成された本発明に係る測定装置の実施の形態の作用について説明する。
先ず、図2に示したように、第1の治具20を、治具本体26Aの基準面30a、30bをそれぞれ鉄骨12の側面70、縁面68に当接させながら、クランプ機構により固定する。
【0019】
次に、第2の治具22を治具本体26Bのクランプ機構により固定する。このとき、治具本体26Bの基準面30a、30bをそれぞれ鉄骨12の側面70、縁面69に当接させると共に、レーザーポインター32aから可視光線33aを発射した際に受け板46Bの受け面47B上にポイントを投影するように設置する。同様に、第3の治具24を、治具本体26Cの基準面30a、30bをそれぞれ鉄骨柱12の側面71、縁面68に当接させながら、クランプ機構により固定する。
【0020】
次に、2つのレーザーポインター32a、32bから可視光線33a、33bを発射して、それぞれ受け板46B、46Cの受け面47B、47C上にポイントを投影する。そして、該ポイントが前記受け面47B、47Cの基準線48B、48上Cに配置されるように、受け板46B、46Cをスライドさせ、ターゲット36B、36Cの計測点38B、38Cのレベル調整を行う。これにより、ターゲット36A、36B、36Cの各計測点38A、38B、38Cは、2つの可視光線33a、33bを含む平面、即ち、鉄骨柱12の芯と直交する直交平面上に配置される。更に、各計測点38A、38B、38Cは、対応する各治具に対して同じ位置関係、即ち、鉄骨柱12断面の各頂点64A、64B、64Cに対し同じ位置に位置決めされるので、鉄骨柱12の芯の位置を重心とする長方形の3頂点に配置される。
【0021】
このようにして配置された各ターゲットの計測点38A、38B、38Cの3次元座標を3次元位置計測器14を用いて計測する。計測されたデータは演算器16に送られ、タンク等の機器の設置に必要な鉄骨柱12の芯の位置が算出される。即ち、3つの計測点38A、38B、38Cを頂点とする長方形の重心を算出することにより、鉄骨柱12の芯の位置を簡単に求めることができる。尚、計測点38B、38Cの3次元座標の中点を求めることにより、鉄骨柱12の芯を求めることが出来るが、計測点38Aの3次元座標を考慮に入れることで、精度良く測定することができると共に、鉄骨柱12の位置と姿勢を正確に知ることにより、鉄骨柱断面の変形や製作上の誤差を測定することもできる。
【0022】
このように、本発明に係る測定装置の実施の形態では、治具18を鉄骨柱12に取り付け、レーザーポインター32a、32bから発射される可視光線33a、33bが受け板46B、46Cに投影したポイントを基準線48B、48Cに一致させるだけで、鉄骨柱12の芯を求めるのに適した位置にターゲット36の計測点38を自動的に位置決めすることができる。従って、3次元位置計測器14で各ターゲット36の計測点38の3次元座標を計測することにより、鉄骨柱12の芯を正確に測定することができる。また、鉄骨柱12に各治具20、22、24を取り付けた際に自動的にポンチマークが打刻されるので、何度でも同じ位置に各ターゲット36の計測点38を設置することができ、測定作業を迅速に行うことができる。
【0023】
尚、上記の実施の形態では、2つの可視光線33a、33bが受け板に投影するポイントを基準線48B、48Cに一致させた際に、各計測点38A、38B、38Cを、2つの可視光線33a、32bが形成する平面上で、長方形の3頂点を形成するように配置したが、これに限定するものではない。前記各ポイントが前記基準線48B、48Cに一致させた際に、各計測点38A、38B、38Cが鉄骨柱12の芯との位置関係が明らかな位置に配置されれば、何処にターゲットを配置してもよい。また、2つのレーザーポインター32a、32bは、前記各ポイントが前記基準線48B、48Cに一致させた後の計測点38A、38B、38Cが、鉄骨柱の芯の位置との位置関係が明らかな位置に配置されるのであれば、どのように設置してもよい。
【0024】
また、上述した実施の形態では、治具18を鉄骨柱12の芯を求めることに用いたが、位置決めが必要な様々な状況において使用することができる。
例えば、図7は治具18を別の用途に用いた変形例である。同図は、躯体建設の際に、梁74を吊り具78により垂直に吊り上げ、し口76に接続する作業の様子を示している。
【0025】
梁74は、正確に位置決めすることが必要であり、特に、梁74が大型の場合は、梁74の吊り上げ中に鉄骨79が梁74の重みで変形するため、位置決めが重要である。このため、梁74を吊り上げている間、梁74やし口76の位置の把握が必要となる。
そこで、本発明の治具18における第1の治具20を梁74の接続箇所の両端に設置する。また、第2の治具22をし口76の接続位置に配置する。このとき、第1の治具20及び第2の治具22は、梁74の設計値に基づいて同一垂線上に設置される。尚、第1及び第2の治具の構成や設置方法は、上記の実施の形態と同様であり、説明は省略する。
【0026】
梁74を吊り上げている間、各第1の治具20の、2つのレーザーポインターのうち1つだけを用いて、垂直方向に可視光線を発射する。これにより、可視光線が第2の治具22の受け板46Bに投影するポイントを目視することにより、梁74とし口76のずれを確認することができる。また、第2の治具22の受け板46Bをスライドさせて基準線48Bとポイントを一致させて、各ターゲット36A、36Bの計測点38A、38Bの3次元座標を3次元位置計測器14を用いて計測することにより、鉄骨79の変位量を計測することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鉄骨柱の芯出治具を用いた測定装置によれば、ターゲットが支持された芯出治具を鉄骨柱に取り付け、レーザーポインターの可視光線が投影するポイントを目標点に一致させるだけで、ターゲットの計測点は、計測に適した位置に自動的に配置される。これにより、3次元位置計測器による正確な鉄骨柱の芯の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る芯出治具を用いて鉄骨柱の芯出を行う測定装置の全体構成を説明する説明図
【図2】鉄骨柱に本発明に係る芯出治具を取り付けた状態図
【図3】本発明に係る第1の芯出治具の構成図
【図4】本発明に係る第2の芯出治具の構成図
【図5】受け板のスライド機構を説明する説明図
【図6】本発明に係る第3の芯出治具の説明図
【図7】本発明に係る芯出治具を別の用途に用いた変形例を説明する説明図
【図8】プラントにおける設備機器の据え付け寸法を指示する設計図
【図9】従来の測定方法を説明する説明図
【符号の説明】
14…3次元位置計測器
16…演算器
20…第1の芯出治具
22…第2の芯出治具
24…第3の芯出治具
26…治具本体
28…基準面部
30…基準面
32…レーザーポインター
33…可視光線
36…ターゲット
38…計測点
40…クランプシャフト先端
Claims (3)
- H形綱やI形綱等の鉄骨柱の芯を3次元位置計測器を用いて計測するための鉄骨柱の芯出治具であって、
前記鉄骨柱の4端部のうちの1端部に着脱自在に取り付けられ、互いに直角な方向に発射された2本の光線を含む面が前記鉄骨柱の芯に対して直交する直交平面を形成する一対の光式非接触ポインターを備えた第1の治具と、
前記鉄骨柱の4端部のうちの前記第1の治具の両隣に位置する端部にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記第1の治具の一対の光式非接触ポインターから発射される光線の目標点が明示されると共に前記鉄骨柱の上下方向にレベル調整可能な受け板を備えた第2の治具及び第3の治具と、
前記第1から第3の各治具にそれぞれ設けられ、前記3次元位置計測器の計測点が明示されると共に、前記第1の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と前記第2及び第3の治具の目標点が一致するように前記第2及び第3の受け板のレベル調整をした時に、前記各計測点が全て前記直交平面上に位置し、且つ該各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置するターゲットと、から成り、
前記鉄骨柱に取り付けた第1、第2及び第3の治具のターゲットの計測点を前記3次元位置計測器で計測した計測結果に基づいて前記鉄骨柱の芯を求めることを特徴とする鉄骨柱の芯出治具。 - 前記第1、第2及び第3の各治具には、鉄骨柱の縁面と側面にそれぞれ当接する一対の基準面と、前記治具を鉄骨柱にクランプするクランプ手段を有し、前記一対の基準面を鉄骨柱の縁面と側面に当接させた状態で前記クランプ手段で治具を鉄骨柱に取り付けると、前記一対の光式非接触ポインターの発射向きが前記直交平面を形成する方向にセットされることを特徴とする請求項1の鉄骨柱の芯出治具。
- 前記クランプ手段には、前記鉄骨柱に取り付け位置をマーキングするポンチ部材を有していることを特徴とする請求項1又は2の鉄骨柱の芯出治具。
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