JP4308106B2 - 建て入れ精度管理方法及び建て入れ方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築現場等において鉄骨部材等を建て入れするときの精度を管理する建て入れ精度管理方法及び建て入れ方法に関する。

建築現場等において、鉄骨部材等を建て入れする際の建て入れ精度を高くするためには、以下の２つの方法が用いられている。
１）鉄骨建て入れ時に先端から下げ振りを下ろし、予め墨だしを行った箇所との位置ずれを確認する。
２）鉄骨の先端に棒部材をＸ方向、Ｙ方向に２箇所設置し、下方向からトランジットで基準点を確認する。

また、従来から鉄骨部材の建て入れ調整を自動化して管理する技術（例えば、特許文献１参照。）や、鉄骨部材の建て方時にトータルステーションを用いて測定した測定ポイントの３次元座標を計算し、３次元ＣＡＤデータとの照合を行う技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の発明は、鉄骨工事を対象としてトータルステーションと受光機を利用して、ある限られた数の測量点に対して鉛直角、水平角及び距離から当該測量点の３次元座標を計算し、ＣＡＤデータとの照合を行うものである。
特開平１０−８２１８３号公報 特開平８−２１８６３３号公報

しかしながら、従来の一般的な方法を用いた場合、１）の場合は強風時に下げ振りがあおられて安定しない場合があるので、気象条件によって利用できない場合がある。また、２）の場合は、敷地の制限等で適切な位置にトランジットを設置することができない場合がある。そして、必要とするトランジットもＸ方向の確認のために１台、Ｙ方向の確認のために１台の合計２台が必要となり、位置ずれを補正するための指示も最低で２回の指示が必要となる。

さらに、上述した特許文献１に記載の発明によれば、建て入れ対象である鉄骨部材のそれぞれに対して測量器を設置して計測し直す必要があり、データの取得に非常に手間がかかるという問題がある。また、上記特許文献２に記載の発明によれば、特定の測量点のみ３次元座標を算出するだけであって、測定ポイント数を増加して３次元座標を測定することは、作業手間が非常に増加することから現実的ではない。一方で、測定ポイント数を減少して照合の手間を少なくすることは可能ではあるが、その分だけ測定精度・品質が低下するという問題が生じる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、部材建て入れ時における鉄骨部材等の３次元データを３次元レーザスキャナを用いて高速・高精度で計測して、当該部材の建て入れ精度を好適に把握することができる建て入れ精度管理方法及び建て入れ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、部材の建て入れ精度を管理する建て入れ精度管理方法であって、
表面上に互いに離隔して２つの指標が形成された部材の建て入れを行って、該部材を仮固定する仮固定工程と、
３次元レーザスキャナを用いて、前記仮固定工程により仮固定された前記部材のスキャニングを行って３次元データを計測する計測工程と、
前記計測工程により計測された前記３次元データから、前記部材の表面上に形成された前記２つの指標の３次元座標をそれぞれ算出する第１の算出工程と、
前記２つの指標の３次元座標の差分値に基づいて、前記仮固定工程により仮固定された前記部材と該部材の理想建て入れ状態との位置ずれを算出する第２の算出工程と
を有することを特徴とする。

また、上記建て入れ精度管理方法は、
前記第２の算出工程が、前記部材が仮固定された床面に対する該部材の垂直及び水平方向の位置ずれ量を算出し、
前記位置ずれ量に基づいて前記部材の位置ずれの修正指示を行う指示工程をさらに有することを特徴とする。

さらに、上記建て入れ精度管理方法は、前記計測工程が、前記３次元レーザスキャナを遠隔操作することによって前記部材のスキャニングを行うことを特徴とする。

さらにまた、上記建て入れ精度管理方法は、
前記計測工程が、仮固定された複数の部材に対して前記３次元レーザスキャナを用いて同時にスキャニングを行い、
前記第２の算出工程が、前記複数の部材のそれぞれの理想建て入れ状態との位置ずれを該複数の部材間の建て入れ状態を考慮して算出する
ことを特徴とする。

さらにまた、本発明は、上記建て入れ精度管理方法を用いて部材を仮固定し、算出された該部材の位置ずれに基づいて、仮固定されている前記部材の建て入れ状態を修正する修正工程と、
修正された建て入れ状態の前記部材を固定する固定工程と
を有する建て入れ方法であることを特徴とする。

本発明によれば、部材建て入れ時における鉄骨部材等の３次元データを３次元レーザスキャナを用いて高速・高精度で計測して、当該部材の建て入れ精度を好適に把握することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る鉄骨部材等の建て入れ時の建て入れ精度を管理する方法及びその管理方法を用いた鉄骨部材等の建て入れ方法について詳細に説明する。

尚、以下の実施形態では、建て入れを行う鉄骨部材等として鉄骨柱を例に挙げて説明するが、鉄骨柱以外の鉄骨部材（例えば、鉄骨梁等）であっても同様にその建て入れ精度を管理することが可能である。また、鉄骨部材以外の例えばＰＣａ部材、外壁ＰＣａ板等の外壁用部材等を用いた場合も同様である。図６は、本発明の一実施形態に係る鉄骨柱の建て入れ精度の管理手順及び建て入れ手順を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態に係る建て入れ対象となる鉄骨柱の外観と当該鉄骨柱の任意の面上に貼り付けられるターゲットマーク（指標）の一例を示す図である。一般的に、３次元レーザスキャナを用いて座標取得を行う場合、画像間の結合や基準点を設けるために、ターゲットマークを測定対象の一部に貼り付けて指標とする場合が多い。そこで、本実施形態では、図１（ａ）に示すように建て入れ対象となる鉄骨部材の両端付近の同一表面上に、図１（ｂ）に示すターゲットマーク１２をそれぞれ貼り付ける（ステップＳ１０１）。尚、それらのマークの中心間の距離Ｌoriginalを事前に計測しておくことが望ましい。

この場合、使用されるターゲットマークについては、測定機器である３次元レーザスキャナを提供する各社でそれぞれ独自のものを使用する場合が多いが、本実施形態では、図１（ｂ）に示すような複数の同心円と２色（例えば、白色と黒色）のチェック柄とが一体化して形成されたターゲットマーク１２を使用して、鉄骨柱１１に貼り付けられた当該ターゲットマークの中心部分の座標をより正確に計測する。

ここで、コンピュータ内でターゲットマークの中心点を求める方法の一例について説明する。３次元レーザスキャナで測定する際の弱点の一つに、指定した点の座標を確実に計測できるとは限らないことがある。そのため、本実施形態では、求めたい箇所の点座標を３次元レーザスキャナが計測した３次元データを、直接入力或いは媒体等を介して間接的にコンピュータに入力し、コンピュータのソフトウェア演算によって点画像処理を行うことで補間して求める。

図２は、３次元レーザスキャナで取得したデータとターゲットマークの中心座標の求め方を説明するための図である。この場合、図２（ｂ）に示す矩形２１で囲まれるエリアにターゲットマークの中心点があることが事前に想定される。本実施形態で使用するターゲットマークには、前述したように半径の異なる複数の同心円が形成されている。また、各同心円の線幅は、最低でも、使用する３次元レーザスキャナのグリッド間距離よりも狭くしておく。

図２（ａ）は、３次元レーザスキャナから出力させるデータ（３次元点群データ）のイメージである。ここで、点２２〜２５は同心円上の点データを示している。そこで、例えば、図２（ｂ）に示すように同心円上の点データ２２〜２５を中心として、予め設定されている半径でそれぞれ円を描画し、それらの交点であって、かつ矩形２１のエリア内に存在する交点をターゲットマークの中心点とする。

また、鉄骨柱には通常４面があるが、本実施形態ではそのうちの１面であって、両端部分に図１（ｂ）に示すターゲットマークをそれぞれ貼り付けるようにする。もちろん、ボルトの本締め決定の確認のために利用することを考慮して、鉄骨柱のそれぞれの面（４面）の両端部分にターゲットマークを貼り付けて、１本の鉄骨柱に合計８枚のターゲットマークを貼り付けるようにしてもよい。

図３は、図１に示すターゲットマークが両端部分の同一表面上に貼り付けられた鉄骨柱の建て入れとレーザスキャニングの様子を示す概要図である。そこで、ステップＳ１０１で準備されたターゲットマーク１２が貼り付けられた鉄骨柱１１がクレーン等の揚重機を用いて建てられ、床面やベースプレート等に対して仮固定を行う（ステップＳ１０２）。次に、仮固定された鉄骨柱の両端部分（すなわち、仮固定された状態での鉄骨柱の上方と下方）に貼り付けられた両ターゲットマーク１２が視認できる位置に３次元レーザスキャナ３１を設置してスキャニングを行う。すなわち、１回のスキャニングで両端のターゲットマークが１つのデータ内に含むような位置に設置された３次元レーザスキャナ３１で鉄骨柱１１のスキャニングを行う（ステップＳ１０３）。

そして、地墨のＸ，Ｙに合わせるために３次元スキャニングデータの座標を座標変換する（ステップＳ１０４）。尚、当該座標変換の詳細については後述する。

その後、スキャニングによって得られた３次元データ、或いは当該３次元データを加工したデータを、例えば３次元レーザスキャナ３１に接続されたコンピュータにロードする。そして、当該コンピュータにおいて、２つのターゲットマークのそれぞれの基準点である中心の３次元座標の差分（すなわち、２つのターゲットマークの中心間の寸法Ｌreal）を算出する。

３次元レーザスキャナに基づいて測定されたターゲットマーク１の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とターゲットマーク２の座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を用いて、ターゲットマーク間の計測距離（寸法）Ｌrealは、
Ｌreal＝（（ｘ１−ｙ１）^２＋（ｙ１−ｙ２）^２＋（ｚ１−ｚ２）^２）^１／２
＝（ｄｘ^２＋ｄｙ^２＋ｄｚ^２）^１／２
で導出することができる。

そこで、建て入れされ、仮固定された鉄骨柱１１と理想建て入れ状態との位置ずれ（位置ずれ量）を算出する（ステップＳ１０５）。そして、算出された位置ずれ量に基づいて、当該鉄骨柱１１がより理想建て入れ状態に近くなるように鉄骨柱１１の位置ずれを修正するための修正指示を行う（ステップＳ１０６）。

そこで、本実施形態では、一例として仮固定された鉄骨柱１１が鉛直に立っているかどうかをまず確認する。図４は、建て入れされ仮固定された鉄骨柱の位置ずれを確認するためのパラメータを説明するための図である。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、ターゲットマーク間の実測した距離Ｌrealを確認して、当該距離Ｌrealがあらかじめ計測していた実測値Ｌoriginalと同一の長さになり、かつ、ｄｘ＝０、ｄｙ＝０が同時に満たされるような指示を与える。尚、鉄骨柱１１がベースプレートに仮固定されるとした場合、当該ベースプレートとＸ軸及びＹ軸との関係は、図４（ｂ）に示すように設定する。

ここで、正確な指示を与えるためには、３次元点群データのＸ、Ｙ、Ｚ座標を地墨のＸ、Ｙ、Ｚに変換しなければならない。図５は、本実施形態で使用するターゲットマークと地墨の方向との関係を説明するための概念図である。すなわち、本実施形態では、図５に示すように３点のターゲットマーク５１〜５３を床面に貼り付けて、又は設置等して、上記３次元レーザスキャナを使用して上述したように３次元データを計測して近似面（すなわち、鉄骨柱の床面）を作成することでＺ方向を確定するようにする。尚、この場合の法線ベクトルを１にしておく。もちろん、３点以上のターゲットマークを使用してもよい。

次に、Ｘ方向を確定するために、予め地墨のＸ方向の線上に貼り付けたターゲットマーク５１、５３の２点を指定する。尚、当該２点の指定により＋、−方向が確定するようにしておけばよい。例えば、２点のうち先に選択した方を「＋」方向、後に選択した方を「−」方向とする。尚、これらの方向ベクトルも１としておく。また、Ｙ方向の確定は、先に求めたＸ方向とＺ方向との外積を計算することで確定することができる。そして、このように決定したＸ、Ｙ、Ｚ方向の各軸に対して、３次元レーザスキャナの点群データの内積を計算することで座標変換が可能となる。

上述したように、３次元レーザスキャナを用いた柱や梁等の部材上に形成されたターゲットマークの３次元座標を取得することで、部材の建て入れ時における当該部材の建て入れ精度を好適に管理することが可能となった。また、取得した３次元座標を元にして鉛直方向、水平方向に対する部材の理想建て入れ状態からの位置ずれを修正するための指示を好適に行うことが可能となった。

また、３次元レーザスキャナのデータ取得可能範囲であれば、建築現場以外から離隔した場所における計測や、当該スキャナの遠隔操作等も可能である。また、３次元レーザスキャナで計測した３次元データを有線・無線のネットワークを介して遠隔した場所のコンピュータに転送等することで、遠隔した場所等での建て入れ精度の管理を好適に行うことができる。

さらに、複数本の鉄骨柱や梁等の部材が建て入れされた状態で、上述した３次元レーザスキャナを用いて同時にスキャニングを行って精度管理を行うことで、従来は１本単位で行っていた部材の建て入れ精度管理を、当該複数の部材間の建て入れ状態を考慮して行うことができる。

さらにまた、鉄骨部材等の建て入れ状態を３次元データに基づいてビジュアル化して出力することにより、施工記録として保存したり、顧客等への報告やプレゼンテーション等に用いることも可能となる。

また、上述した建て入れ精度管理方法を用いて鉄骨部材等を仮固定し、算出された当該部材の位置ずれに基づいて、仮固定されている鉄骨部材の建て入れ状態を修正し、修正された建て入れ状態の当該部材を固定することで、好適に鉄骨部材等の建て入れを行うことが可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（記憶媒体）に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムを上記システム内のコンピュータ等が読み出して実行するようにしてもよい。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬記録媒体、システム又はコンピュータに内蔵されているハードディスク、揮発性メモリ（ＲＡＭ）等の記憶装置（記録装置）を含む。また、上記プログラムは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介して上記システムやコンピュータ等にダウンロードするようにしてもよい。そして、上記システムやコンピュータにおいて、読み出されたプログラムを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されることとなる。この場合、上記記録媒体等は、前述したフローチャートに対応するプログラムを格納している。

本発明の一実施形態に係る建て入れ対象となる鉄骨柱の外観と当該鉄骨柱の任意の面上に貼り付けられるターゲットマーク（指標）の一例を示す図である。 ３次元レーザスキャナで取得したデータとターゲットマークの中心座標の求め方を説明するための図である。 図１に示すターゲットマークが両端部分の同一表面上に貼り付けられた鉄骨柱の建て入れとレーザスキャニングの様子を示す概要図である。 建て入れされ仮固定された鉄骨柱の位置ずれを確認するためのパラメータを説明するための図である。 本実施形態で使用するターゲットマークと地墨の方向との関係を説明するための概念図である。 本発明の一実施形態に係る鉄骨柱の建て入れ精度の管理手順及び建て入れ手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１ 鉄骨柱
１２ ターゲットマーク
３１ ３次元レーザスキャナ

Claims (5)

1. 部材の建て入れ精度を管理する建て入れ精度管理方法であって、
   表面上に互いに離隔して２つの指標が形成された部材の建て入れを行って、該部材を仮固定する仮固定工程と、
   ３次元レーザスキャナを用いて、前記仮固定工程により仮固定された前記部材のスキャニングを行って３次元データを計測する計測工程と、
   前記計測工程により計測された前記３次元データから、前記部材の表面上に形成された前記２つの指標の３次元座標をそれぞれ算出する第１の算出工程と、
   前記２つの指標の３次元座標の差分値に基づいて、前記仮固定工程により仮固定された前記部材と該部材の理想建て入れ状態との位置ずれを算出する第２の算出工程と
   を有することを特徴とする建て入れ精度管理方法。
2. 前記第２の算出工程が、前記部材が仮固定された床面に対する該部材の垂直及び水平方向の位置ずれ量を算出し、
   前記位置ずれ量に基づいて前記部材の位置ずれの修正指示を行う指示工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の建て入れ精度管理方法。
3. 前記計測工程が、前記３次元レーザスキャナを遠隔操作することによって前記部材のスキャニングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の建て入れ精度管理方法。
4. 前記計測工程が、仮固定された複数の部材に対して前記３次元レーザスキャナを用いて同時にスキャニングを行い、
   前記第２の算出工程が、前記複数の部材のそれぞれの理想建て入れ状態との位置ずれを該複数の部材間の建て入れ状態を考慮して算出する
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の建て入れ精度管理方法。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の建て入れ精度管理方法を用いて部材を仮固定し、算出された該部材の位置ずれに基づいて、仮固定されている前記部材の建て入れ状態を修正する修正工程と、
   修正された建て入れ状態の前記部材を固定する固定工程と
   を有することを特徴とする建て入れ方法。

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