JP4326664B2

JP4326664B2 - 屋根部材等の誘導位置決め方法

Info

Publication number: JP4326664B2
Application number: JP2000080295A
Authority: JP
Inventors: 忠雄三上; 春夫星野; 英俊林田; 日出夫岡; 賢一宮崎; 大作荘; 康三深尾
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001264058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ドーム屋根等を構築する屋根部材（鉄骨など）を順次結合しながら大空間屋根を構築する際に、この屋根部材の姿勢を保ちながらその位置を目標位置へ誘導する誘導位置決め方法の技術分野に属する。なお、本発明の適用対象は屋根部材に限らず、同様にクレーン等で吊って位置誘導を必要とする物全てに適用することができるので、以下、「屋根部材等」と総称する。
【０００２】
【従来の技術】
屋内野球場等の大空間のドーム屋根を構築するには、単材としての屋根部材、又は複数の単材を結合してブロックとなった屋根部材を順次結合している。なお、屋根部材としては、一般的に鉄骨が使用されている。以下、屋根部材の具体例として屋根鉄骨とするが、鉄骨に限定されるものではない。
【０００３】
ドーム屋根は高所にあるため、従来の屋根構築方法の１つでは、支保工を用い、ドーム屋根部材である屋根鉄骨を取り付けていた。この構築方法では、屋根鉄骨の位置決めに特殊な方法を必要としないが、支保工を先ず構築しなければならず、ドーム屋根の構築の作業日程が長くなると共に、仮設費が高価になった。
【０００４】
そこで、支保工を用いないで屋根を構築するために、屋根鉄骨をクレーンなどで吊り上げて目標位置へ移動させる鉄骨誘導システムが、例えば特開平１１−１８３１７３号公報に記載されている。この鉄骨誘導システムでは、鉄骨の先端位置である所定部分に反射板を取り付け、所定位置に設置された追尾型測距・測角儀により反射板に光を照射し、反射光により鉄骨の３次元位置を測量している。また、この３次元位置をコンピュータへ入力し、目標とする３次元位置との差を数値及び図形的に表示することにより、鉄骨を目標位置に誘導している。
【０００５】
前記特開平１１−１８３１７３号公報に記載された鉄骨誘導システムでは、屋根鉄骨の姿勢（ヨーイング角度、ピッチング角度及びローリング角度）を求めるために、システムを２系統としている。すなわち、第１所定部分とは異なる屋根鉄骨の第２所定部分にも反射板を取り付け、第１及び第２所定部分の２つの３次元位置を求め、これら２つの３次元位置の相対関係から、屋根鉄骨の姿勢を求めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１１−１８３１７３号公報に記載された鉄骨誘導システムでは、１システムで連続して測量できるのは、先端の１点の位置のみであるから、単材の鉄骨の取り付けには効果が認められる。しかし、単材を組み合わせてブロックとした屋根鉄骨を取り付ける場合には、屋根鉄骨の１点の位置のみ測量できても、屋根鉄骨の全体姿勢が判らず、その正確な取り付けには困難が伴った。また、屋根鉄骨の位置を正確に測量するには、反射板を屋根鉄骨の所定部分に厳密に取り付けなければならないため、屋根鉄骨の姿勢を求めるためにシステムを２系統にすると、その作業が繁雑になる。更に、鉄骨誘導システム全体の構成も複雑になる。
【０００７】
一般に、追尾型測距・測角儀は、その機能上、自動追尾中の位置測量精度は、追尾を停止して測量する状態と比較して低くなる。上述の特開平１１−１８３１７３号公報に記載された鉄骨誘導システムは、自動追尾機能を常に用いているため、屋根鉄骨の誘導の精度が損なわれる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、屋根部材等の位置及び姿勢の測量を高精度に行い、この屋根部材等を目標位置へ正確に誘導できる屋根部材等の誘導位置決め方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した解決するための手段として請求項１記載の発明に係る屋根部材等の誘導位置決め方法は、
屋根部材等の特定部位に取り付けられた光波測距用反射プリズム及び略三角形状に配置された３個の検出用発光源と、
上記屋根部材等の作業領域内の位置に設置され、上記３個の検出用発光源からの光を検知する自動追尾機能付きビデオ・カメラと、
前記ビデオ・カメラに取り付けられ、上記光波測距用反射プリズムに光を照射し、上記光波測距用反射プリズムによる反射光を検知して、上記屋根部材の上記所定部分までの距離及び角度を測量する測距・測角儀と、
上記ビデオ・カメラからのビデオ出力信号、並びに上記測距・測角儀からの距離及び角度データに基いて上記屋根部材等の実際の３次元位置及び姿勢を求め、上記屋根部材の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表す位置ビデオ信号を発生する処理手段と、
前記処理手段からの上記位置ビデオ信号により、上記屋根部材等の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表示する表示器とを用いた屋根部材等の誘導位置決め方法であって、
上記自動追尾機能をオフにした状態で、上記屋根部材等の姿勢をモニタして上記屋根部材の姿勢を調整し、
上記自動追尾機能をオンにして、上記屋根部材等の姿勢及び位置をモニタしながら、上記屋根部材等を目標の位置に向けて移動させ、
上記屋根部材等が上記目標の位置に接近したときに上記自動追尾機能をオフにし、
上記自動追尾機能をオフにした状態のまま上記屋根部材等の姿勢及び位置をモニタしながら、上記屋根部材等を上記目標の位置に対して最終位置決めすることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明では、上述したように屋根部材等に取り付ける光波測距用反射プリズムと、同じ位置に設置された追尾型（自動追尾機能付き）測距・測角儀及びビデオ・カメラと、画像及びデータ処理により位置及び姿勢を演算する処理手段と、処理結果を表示する表示器とを具えている。通常は、ビデオ・カメラ及び追尾型測距・測角儀によって、常時、屋根部材等を追尾しながら、その位置及び姿勢データを表示する。屋根部材等が目標位置の近傍にまで来たことを処理手段が判断すると、自動追尾機能をオフ（停止）にするので、測距・測角儀は精密測定モードに入り、精密な３次元位置データにより、屋根部材等の位置及び姿勢を演算し、その演算結果を表示するので、屋根部材等を目標位置に正確に位置決めするよう誘導できる。これらの作業において、屋根部材等の実際の位置と目標（基準）位置とのずれを表す数値データと共に、実際の位置及び姿勢を表す３点と、目標の位置及び姿勢を表す３点との位置関係が表示器のモニタ画面に図形的に表示される。よって、目標の位置及び姿勢を表す３点の図形に対して、実際の位置及び姿勢を表す３点の図形が合うように、クレーン運転者がクレーンを操作することにより、感覚的にミスのない誘導位置決めが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、屋根部材等の誘導位置決め装置の全体を示す概略図である。屋内野球場等の大空間の既設のドーム屋根１０（一部のみを示す）は、ユニット化した大きさの屋根部材１２−１、１２−２（鉄骨）を順次継ぎ足して地盤１４の上に構築される。屋根部材１２は、単材でもよいし、又は複数の単材を結合した鉄骨ブロックであってもよい。屋根部材１２は、鉄骨以外の金属又は木材などであってもよい。
【００１８】
ドーム屋根１０の構築において、既に取り付けた屋根部材１２−１に次の屋根部材１２−２を継ぎ足す場合、クレーン１６がワイヤ８により屋根部材１２−２を吊り、クレーン操作者の操縦により、屋根部材１２−２をその目標姿勢を保ちながら目標位置にまで移動させる。この目標位置へ誘導するための方法が本発明の内容である。屋根部材１２−２は屋根で待つ作業者により、屋根部材１２−１へ継ぎ足される。
【００１９】
屋根部材１２−２を目標位置へ誘導するため、屋根部材１２−２の所定部位、例えば鉄骨先端に、ターゲット１８が取り付けられている。このターゲット１８は、図２に示すように、略三角形状に配置された３個の検出用輝点（発光源２０、２２及び２４）と、前記発光源２０の近傍（同じ部位）に固定された光波測距用反射プリズム２６とで構成されている。これら発光源２０、２２及び２４は、発光ダイオード等の適切な光源である。また、これら発光源２０、２２及び２４の位置関係を平面方向から見ると、図３に示すように正三角形又は二等辺三角形の各頂点に正確に配置されている。正面方向から見ると、図４に示すように水平な直線上に正確に配置される位置関係に固定されている。光波測距用反射プリズム２６は、測距・測角儀２８からの光を受け、その光を反射する。
【００２０】
測距・測角儀２８はビデオ・カメラ３０に固定され、これら測距・測角儀２８及びビデオ・カメラ３０は、屋根部材１２の作業領域内における既知の位置に配置されている。ビデオ・カメラ３０は、屋根部材１２−２に取り付けられた３個の検出用発光源２０、２２及び２４からの光を検知し、これら光源のビデオ出力信号を発生する。また、測距・測角儀２８は、光波測距用反射プリズム２６に光を照射し、この光波測距用反射プリズムによる反射光を検知して、屋根部材１２−２の所定部位（検出用輝点の位置）までの距離及び角度を測量し、これらの測定結果をデジタル・データとして出力する。
【００２１】
処理手段３２は、ビデオ・カメラ３０からのビデオ出力信号と、測距・測角儀２８からの距離及び角度データから、屋根部材１２−２の３次元位置及び姿勢を求めて、屋根部材１２−２の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表す位置ビデオ信号を発生する。
【００２２】
なお、ビデオ・カメラ３０には、その撮影方向を制御する方向制御機構として、水平な平面内での回転を制御するステップ・モータと、仰角を制御するステップ・モータとが取り付けられており、処理手段３２からの制御信号により、ビデオ・カメラ３０及び測距・測角儀２８がターゲット１８を自動的に追尾する。
【００２３】
表示器（図示せず）は、クレーン１６の操作者に見える位置に配置され、処理手段３２からの位置ビデオ信号により、屋根部材１２−２の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表示する。
【００２４】
図５は処理手段３２及びその周辺装置を示すブロック図である。処理手段３２は、画像処理手段３４と、データ処理手段である中央処理装置（ＣＰＵ）３６と、目標の位置及び姿勢のデータを蓄積したハードディスクなどの蓄積装置３８とで構成されている。画像処理手段３４は、ビデオ・カメラ３０からのビデオ出力信号に応じて、このビデオ・カメラから見た３個の検出用の発光源２０、２２及び２４の平面的な相対位置を求める。この場合、各光源の位置、即ち、輝点においてビデオ信号の値が高くなる（高振幅）ため、平面における各光源のＸ位置は、ビデオ信号の水平同期信号から高振幅までの時間で求まり、各光源のＹ位置は、垂直同期信号から高振幅の水平走査線までの時間で求まる。このように求めた３個の検出用発光源２０、２２及び２４の平面的な相対位置のデジタル・データは、ＣＰＵ３６に供給される。
【００２５】
ＣＰＵ３６は、測距・測角儀２８が測量した光波測距用反射プリズム２６までの距離データ及び角度データも受ける。測距・測角儀２８及びビデオ・カメラ３０の位置が既知であるので、ＣＰＵ３６は、測距・測角儀２８及び画像処理手段３４の出力データに基き、三角関数を用いた従来の計算方法により、ターゲット（発光源及び光波測距用反射プリズム）１８の実際の位置及び屋根鉄骨１２−２の姿勢（ヨーイング角度、ピッチング角度及びローリング角度）を演算できる。なお、屋根部材１２−２には、１個のターゲット１８のみを取り付ければよいことに留意されたい。これは発光源２０、２２及び２４の配置関係が、図３及び図４に示すように、平面方向から見ると正三角形又は二等辺三角形の各頂点に正確に配置され、正面方向から見ると水平な直線上に正確に配置される位置関係に固定されているためである。
【００２６】
三角関数を用いた演算方法は、例えば、特公平４−４５２９号公報に記載されている従来技術なので、その詳細説明は省略する。ＣＰＵ３６は、屋根部材１２−２の実際の位置及び姿勢が求まると、それらの数値データを出力する。同様に、ＣＰＵ３６は、三角関数と、蓄積手段３８からの目標の位置及び姿勢のデータとによって、３個の発光源２０、２２及び２４をビデオ・カメラ３０が撮影した場合の目標の画像（３輝点の画像）を演算する。
【００２７】
ＣＰＵ３４は、発光源２０、２２及び２４の実際の位置関係（屋根部材の実際の位置及び姿勢を表す）を表す３輝点と、目標の位置関係（屋根部材の目標の位置及び姿勢を表す）を表す３輝点とを表す位置ビデオ信号を発生し、表示器４０にその映像を表示する。なお、表示器４２は、ブラウン管（ＣＲＴ）又は液晶表示装置などである。
【００２８】
図６及び図７は、表示器４０の表示例を示す。これら２つの表示を、単一の表示スクリーンの異なる位置に表示してもよいし、異なる表示器に表示してもよい。図６の表示は、ＣＰＵ３６が求めた実際のターゲット１８（屋根部材１２−２）の３次元位置（平面における位置Ｘ、平面における位置Ｙ、高さ位置Ｚ）と、屋根部材１２−２の姿勢（ピッチング角度、ローリング角度及びヨーイング角度）とを数字データで示すと共に、３次元位置をグラフで示している。また、図７の表示では、目標の位置及び姿勢の３輝点を黒丸で示すと共に、実際の位置及び姿勢の３輝点を白丸で示す。これらは表示器４０上では、輝度、色、形状の違いで区別してもよい。これら３輝点の実際と目標との位置関係が一致した場合は、図１０に示すように、完全に重なる。
【００２９】
これら３輝点の実際と目標との位置関係が図８のような場合、屋根部材１２−２の実際の位置が目標位置よりも低いため、クレーン操作者は、屋根部材１２−２を更に上昇させて、図１０の表示になるように屋根部材１２−２の位置を調整する。また、これら３輝点の実際と目標との位置関係が図９のような場合、ローリングが生じているため、クレーン操作者は、図１０の表示になるように屋根部材１２−２のローリングを調整すればよい。
【００３０】
あらゆる場合において、図１０に示すように、目標と実際の輝点が重なるようにクレーンを制御すれば、屋根部材１２−２は、目標姿勢で目標位置に達する。
【００３１】
自動追尾機能がオンの状態では、ＣＰＵ３６は、画像処理手段３４が検出用発光源２０、２２及び２４の画像を出力するように、ビデオ・カメラ３０の水平回転方向を制御するステップ・モータと、仰角を制御するステップ・モータとを有する制御機構４２を連続的に制御する。その後、ビデオ・カメラ３０が検出用発光源２０、２２及び２４の画像を捕らえた後は、常にこれらの画像を捕らえるように、ＣＰＵ３６は、画像処理手段３４の出力信号に応じて制御機構４２を制御する。自動追尾機能がオフの状態では、ＣＰＵ３６は、制御機構４２を制御しない。
【００３２】
図１１は、本発明に係る屋根部材等の誘導位置決め方法を示す流れ図である。屋根部材等の誘導位置決めを行うには、先ず、ステップ４４にて、自動追尾機能をオフにし、屋根部材１２−２の姿勢（ヨーイング角度、ピッチング角度及びローリング角度）をモニタする。ステップ４６にて、ステップ４４のモニタ結果に応じて、クレーンを制御し、屋根部材１２−２の吊り姿勢を調整する。ステップ４８にて、ＣＰＵ３６は、ステップ４６での姿勢調整がＯＫかを判断し、その判断結果を表示器４０に表示する。ＯＫでない場合は、ステップ４４に戻り、ＯＫになるまで上述の調整を繰り返す。
【００３３】
ステップ４８がＯＫになると、ステップ５０へ進み、自動追尾機能をオンにして、屋根部材１２−２の位置及び姿勢をモニタしながら、この屋根部材１２−２を目標位置に向けて移動させる。ステップ５２では、屋根部材１２−２が目標位置に接近したかをＣＰＵ３６が判断し、その判断結果を表示器４０に表示する。これは主に、測距・測角儀２８の測量結果から判断できる。ステップ５２の判断で、まだ目標位置へ接近していない場合は、ステップ５０に戻る。また、ステップ５２の判断で、目標位置に接近した場合は、ステップ５４に進む。このステップ５４では、ＣＰＵ５４が自動追尾機能をオフにする。ここで、クレーン操作者は、屋根部材１２−２の位置及び姿勢をモニタしながら、屋根部材１２−２を目標位置に位置決めするようにクレーン１６を操作する。ステップ５６にて、ＣＰＵ３６は、屋根部材１２−２の実際の位置が目標の位置に一致したか否かを判断し、その判断結果を表示器に４０に表示する。まだ一致しない場合は、ステップ５４に戻る。屋根部材１２−２の実際の位置が目標の位置に一致した場合は、位置決めが終了する。ステップ５４で自動追尾機能をオフにしているため、目標の位置へ接近した最終段階での測量精度が良いことに留意されたい。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形応用が可能である。例えば、図１１の流れ図において、ＣＰＵが自動的に判断したが、クレーンの操作者が表示器（モニタ）を見ながら判断してもよい。
【００３５】
【発明が奏する効果】
請求項１記載の発明によれば、屋根部材等に取り付けるべきターゲットが１個でよいため、システムの構成が簡単であると共に、屋根構築の際の作業が一層容易になる。また、屋根部材等が目標の位置へ接近したときに自動追尾機能をオフにするので、屋根部材等の位置及び姿勢の測量を高精度に行え、この屋根部材等を目標位置に正確に誘導できる。よって、屋根部材等の位置決めの効率化及び安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】屋根部材等の誘導位置決め装置の全体を示す概略図である。
【図２】ターゲットを構成する３個の検出用発光源と光波測距用反射プリズムとを示す図である。
【図３】平面方向から見た場合の発光源の位置関係を示す図である。
【図４】正面方向から見た場合の発光源の位置関係を示す図である。
【図５】処理手段及びその周辺装置を示すブロック図である。
【図６】表示器の表示例を示す図である。
【図７】表示器の表示例を示す図である。
【図８】表示器の表示例を示す図である。
【図９】表示器の表示例を示す図である。
【図１０】表示器の表示例を示す図である。
【図１１】本発明による屋根部材等の誘導位置決め方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０ドーム屋根
１２屋根部材（屋根鉄骨）
１４基盤
１６クレーン
１８ターゲット
２０、２２、２４検出用発光源
２６光波測距用反射プリズム
２８測距・測角儀
３０ビデオ・カメラ
３２処理手段
３４画像処理手段
３６中央処理装置（ＣＰＵ）
３８蓄積装置
４０表示器
４２制御機構

Claims

屋根部材等の特定部位に取り付けられた光波測距用反射プリズム及び略三角形状に配置された３個の検出用発光源と、
上記屋根部材等の作業領域内の位置に設置され、上記３個の検出用発光源からの光を検知する自動追尾機能付きビデオ・カメラと、
前記ビデオ・カメラに取り付けられ、上記光波測距用反射プリズムに光を照射し、上記光波測距用反射プリズムによる反射光を検知して、上記屋根部材の上記所定部分までの距離及び角度を測量する測距・測角儀と、
上記ビデオ・カメラからのビデオ出力信号、並びに上記測距・測角儀からの距離及び角度データに基いて上記屋根部材等の実際の３次元位置及び姿勢を求め、上記屋根部材の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表す位置ビデオ信号を発生する処理手段と、
前記処理手段からの上記位置ビデオ信号により、上記屋根部材等の実際の位置及び姿勢と目標の位置及び姿勢との関係を表示する表示器とを用いた屋根部材等の誘導位置決め方法であって、
上記自動追尾機能をオフにした状態で、上記屋根部材等の姿勢をモニタして上記屋根部材の姿勢を調整し、
上記自動追尾機能をオンにして、上記屋根部材等の姿勢及び位置をモニタしながら、上記屋根部材等を目標の位置に向けて移動させ、
上記屋根部材等が上記目標の位置に接近したときに上記自動追尾機能をオフにし、
上記自動追尾機能をオフにした状態のまま上記屋根部材等の姿勢及び位置をモニタしながら、上記屋根部材等を上記目標の位置に対して最終位置決めすることを特徴とする、屋根部材等の誘導位置決め方法。