JP5019809B2

JP5019809B2 - 空間距離計測装置

Info

Publication number: JP5019809B2
Application number: JP2006192754A
Authority: JP
Inventors: 仁久尾上; 禎明境
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-07-13
Also published as: JP2008020338A

Description

本発明は、構造物の形状管理のための寸法計測、特にタンク、船体形状、橋梁などの大型構造物に対して、任意の２点間距離を精度よく計測する技術に関する。

２点間の距離を計測する手法としては多種多様なものが存在するが、タンクや船体形状、橋梁などの大型構造物に関していえば、巻き尺を用いた方法、三次元座標測定器と呼ばれる光波式測距測法などが代表的である。なお、本発明に類似する先行文献は見あたらなかった。

前者は説明するまでもなく測定対象の２点間に巻き尺をあて、その長さを読み取るものであるが、巻き尺自体がそれに負荷する張力によって伸縮するため、長い２点間距離を計測する場合にはその張力管理が計測精度に大きく影響し、取り扱いが煩雑となる。
また、空間的な計測においては、巻き尺自体の自重によるたわみが発生するため、長い２点間距離の計測においては精度を保つことが困難である。

後者は任意の場所に設置した三次元座標測定器から測定対象までの距離を光波によって計測し、かつその水平角と鉛直角をエンコーダによって計測することによって、測定対象点を三次元座標として定義し、各座標点間の距離を数学的に演算して求めるものである。
しかしながら、この方法では計測者が三次元座標測定器の望遠鏡部を通して各測定対象点を視準する必要があり、その煩雑性のために長い計測時間を要する。また狭隘箇所においては視準作業事態が困難なため、自ずと適用範囲に限界があった。

前記２つの計測方法以外に、レーザ距離計を用いた計測方法がある。図１１はレーザ距離計を用いた２点間距離の計測の概要をあらわしたものである。図中、５０はレーザ距離計、５４は測定対象で、通常は計測点を同定するためのマーク５５を測定対象に設ける。またレーザ光の安定した反射を目的として、反射ターゲット５６を取り付ける場合もある。

この場合、測定される２点間の距離は、レーザ距離計の原点、例えば三脚取り取り付け孔の中心５１ａ、あるいは距離計の前端面５１ｂ、あるいは後端面５１ｃと反射ターゲット５６との間の距離となる。このとき、測定対象が比較的単純な形状であれば、測定基準点５８と三脚取り取り付け孔の中心５１ａ、あるいは距離計の前端面５１ｂ、あるいは後端面５１ｃとのオフセット寸法量ΔＬ（図では代表して三脚取り付け孔の中心５１ａに対するオフセット寸法量について記す）を加算することで、所定の２点間距離を求めることが可能である。

図１２は測定対象として船体の貨物倉を例にあげたもので、船体後方より船体前方を見たところを立体的に示してある。
いま、貨物倉底面６１の対角線方向の２点間距離(対角寸法)６４を計測する場合を考える。図１３は図１２のＡ部を拡大表示したものであるが、測定基準点である１０１は、底面６１、横隔壁６２、及び傾斜をもつホッパ６３の３つの平面の交点で定義された位置となる。

このような場合、レーザ距離計の計測原点５１ａ（あるいは５１ｂまたは５１ｃ）と測定基準点１０１とを結ぶ計測線方向、すなわちレーザ光軸５７方向に一致させて計測する必要がある。しかしながら、実際には前記３つの平面６１、６２、６３の各接続部は溶接で接続されているため、測定基準点１０１は図示しない溶接ビードによって覆われており不明確となっている。したがって、このような測定対象に対する計測作業はきわめて困難である。

本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑み、レーザ距離計を用いて空間上にある２点間の距離を安定的に高精度で、かつ簡便に計測する空間距離計測装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る空間距離計測装置は、レーザ距離計を用いて２点間の距離を計測する装置において、両端の２辺の延長線の交点が測定基準点として規定され、前記測定基準点から前記レーザ距離計の計測原点までの距離を一定に保ちつつ前記レーザ距離計を移動可能にするレーザ距離計保持装置と、両端の２辺の延長線の交点が被測定基準点として規定され、前記被測定基準点から前記レーザ距離計から照射されるレーザ光の照準点までの距離を一定に保ちつつ照射ターゲットを移動可能にするターゲット保持装置とを備えたことを特徴とするものである。

上記のように構成することにより、一方の測定基準点と他方の被測定基準点を正確に設定できるため、たとえこれらの基準点が溶接ビード等により隠れて不明確であってもこれらの基準点の２点間距離を正確かつ簡便に計測することができる。すなわち、この２点間距離は、レーザ距離計により計測されるレーザ距離計の計測原点と照射ターゲットの照準点間の計測値に、上記測定基準点からレーザ距離計の計測原点までの距離、及び、上記被測定基準点から照射ターゲットの照準点までの距離をそれぞれオフセット値として、加算することにより求めることができる。

そして、前記レーザ距離計保持装置は、前記測定基準点を有する支持台と、前記レーザ距離計が搭載され、前記測定基準点を中心とする半径上を移動可能な移動台とを備えた構成とし、前記ターゲット保持装置は、前記被測定基準点を有する支持台と、前記照射ターゲットが搭載され、前記被測定基準点を中心とする半径上を移動可能な移動台とを備えた構成とする。

各支持台の両端の２辺の延長線の交点がそれぞれ測定基準点、被測定基準点となるため、各支持台上でレーザ距離計を搭載した移動台及び照射ターゲットを搭載した移動台を各々の基準点を中心とする一定の半径上を移動させることにより、対角線の長さや各辺の長さを対角角度に応じて正確に計測することができる。

また、前記レーザ距離計保持装置は、前記レーザ距離計が前記計測原点を中心として移動機構上において水平及び鉛直方向に回動可能であり、かつ、前記レーザ距離計の水平回転角度及び鉛直回転角度を微調整する角度調整手段を備えたものとし、前記ターゲット保持装置は、前記照射ターゲットが前記照準点を中心として移動機構上において水平方向に回動可能であり、かつ、前記照射ターゲットの水平回転角度を微調整する角度調整手段を備えたものとする。
このように構成することにより、レーザ距離計及び照射ターゲットを対角角度に応じて正対状態に位置決めできるとともに、各保持装置を設置する部材の表面に凹凸など変形が生じていてもレーザ距離計からのレーザ光を照射ターゲットの照準点に正確に合わせることができる。

また、前記レーザ距離計保持装置の前記移動台を、前記測定基準点を中心とする半径上の所定の位置または任意の位置に位置決めする位置決め手段を設けるものとし、前記ターゲット保持装置の前記移動台を、前記被測定基準点を中心とする半径上の所定の位置または任意の位置に位置決めする位置決め手段を設けるものとする。
この位置決め手段により、所定の対角角度の位置にレーザ距離計及び照射ターゲットを正確に位置決めすることができる。

また、前記レーザ距離計保持装置及び前記ターゲット保持装置のそれぞれの前記支持台の両端部に、測定対象の側面に接触する位置決めガイドを設けるものとする。
これにより、レーザ距離計保持装置及びターゲット保持装置を測定対象の角部に正確に設置することができ、上述の測定基準点及び被測定基準点を正確に設定できる。

また、前記レーザ距離計保持装置及び前記ターゲット保持装置のそれぞれの前記支持台の下面に測定対象と着脱自在な吸着固定手段を設けるものとする。
これにより、底面だけでなく側面や天井面などにも容易かつ簡単に、しかも安定的に各保持装置を設置することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の空間距離計測装置は、レーザ距離計５０を搭載したレーザ距離計保持装置１０と、レーザ距離計５０から照射されるレーザ光の照射ターゲット５３を搭載したターゲット保持装置２０とから構成される。そこでまず、レーザ距離計保持装置１０から構成を説明する。

（レーザ距離計保持装置１０の構成）
図１から図３は本発明の空間距離計測装置におけるレーザ距離計保持装置１０を示すもので、図１は平面図、図２は正面図、図３は側面図である。
このレーザ距離計保持装置１０は、両端の２辺の延長線１ａ、１ｂの交点が測定基準点１０１として規定される円弧状の支持台１と、支持台１上に上記延長線１ａ、１ｂの交点である測定基準点１０１を中心とする半径で設けられた円弧状レール２と、レーザ距離計５０を搭載して円弧状レール２上を移動可能な移動台３とを備えている。移動台３はリニアガイドにより円弧状レール２上を円滑かつ精密に動くようになっている。レーザ距離計５０の計測原点５１は測定基準点１０１を中心とする半径Ｒ上の所定の位置に位置決めされるようになっている。また、計測原点５１は、ここでは一例として前述したレーザ距離計の三脚取り付け孔５１ａとしている。

支持台１は、測定対象に着脱自在に固定するための吸着固定手段が設けられている。吸着固定手段として、例えば複数のマグネット１４が支持台１の下面に取り付けられている。また、支持台１の両端部には、測定対象の側面、例えば図１２に示した貨物倉（被測定物６０）の横隔壁６２とホッパ６３にそれぞれ隙間なく接触する位置決めガイド１１、１２を設けるのが好ましい。一方の位置決めガイド１１は横隔壁６２面に接触するもので、支持台１上にボルト等で垂直に取り付けられている。他方の位置決めガイド１２はホッパ６３面に接触するもので、例えば４５゜の角度で傾斜しており、同じく支持台１上にボルト等で取り付けられている。また、レーザ距離計保持装置１０は測定対象の角部にセットされるので、その角部のなす三次元角度に応じて支持台１、および位置決めガイド１１、１２の各々の角度が定められたものを使用する。

移動台３上にはレーザ距離計５０のホルダー４が設けられている。ホルダー４は、例えばＬ字状の部材で構成され、水平軸５を中心にレーザ距離計５０が鉛直方向に回動可能にホルダー４に取り付けられている。また、レーザ距離計５０が取り付けられたホルダー４は鉛直軸６を中心に水平方向に回動可能に移動台３上に取り付けられている。そして、レーザ距離計５０の上記計測原点５１は、水平軸５の中心線と鉛直軸６の中心線との交点位置に設定される。したがって、レーザ距離計５０は上記計測原点５１を中心として水平方向及び鉛直方向に回動可能となっている。さらに、この計測原点５１を中心としてレーザ距離計５０の水平回転角度及び鉛直回転角度を微調整するために、調整ネジ７ａ、８ａによる角度調整手段７、８が設けられている。角度調整手段７、８はそれぞれ目盛り付き円板７ｂ、８ｂを備えており、通常ゼロの目盛り位置に設定されている。また、各々の円板７ｂ、８ｂには操作レバー７ｃ、８ｃが設けられている。

移動台３にはレーザ距離計５０の位置決め手段９が設けられている。位置決め手段９は、インデックス式に構成されており、移動台３にバネ（図示せず）によって下方へ付勢されたノブ付きの位置決めピン９ａと、支持台１にあらかじめ設けられた複数の穴９ｂとから構成されている。複数の穴９ｂは、測定基準点１０１を中心とする円弧上に設けられており、測定すべき対角線の長さは対角角度θ（図７参照）によって変わるため、対角角度θに対応してそれぞれ設定されている。なお、位置決め手段９は必ずしもプリセットされる方式のものでなくてもよく、セットボルト等により任意の角度にセットできるものでもよい。この場合は角度の目盛り表示がなされていることが好ましい。

（ターゲット保持装置２０の構成）
次に、本発明の空間距離計測装置におけるターゲット保持装置２０の構成を図４から図６に示す。図４は平面図、図５は正面図、図６は側面図である。
ターゲット保持装置２０は、基本的に上述のレーザ距離計保持装置１０と同様に、支持台２１と、支持台２１上に設けた円弧状レール２２上を移動する移動台２３とを備えている。支持台２１は、前記支持台１と同じ構成であり、両端の２辺の延長線２１ａ、２１ｂの交点が被測定基準点１０２として規定される。円弧状レール２２は支持台２１上に被測定基準点１０２を中心とする半径にて形成される。移動台２３はリニアガイドを介して円弧状レール２２上を円滑かつ精密に移動するようになっており、その上に照射ターゲット５３が水平方向に回動可能に搭載されている。そして、照射ターゲット５３の照準点５２は被測定基準点１０２を中心とする半径Ｒ上の所定の位置に位置決めされるようになっている。

支持台２１の下面には、上記と同じく複数のマグネット２８が取り付けられている。また、支持台２１の両端部は、測定対象の側面、例えば貨物倉の横隔壁６２とホッパ６３にそれぞれ隙間なく接触する位置決めガイド２４、２５がボルト等で取り付けられている。なお、ターゲット保持装置２０は測定対象の角部にセットされるので、その角部のなす三次元角度に応じて支持台２１、および位置決めガイド２４、２５の各々の角度が定められたものを使用する。

移動台２３上には照射ターゲット５３が水平方向に回動可能に搭載されている。照射ターゲット５３は上記レーザ距離計５０からレーザ光を照射するときの照準点５２を有し、照準点５２は好ましくは照射ターゲット５３の水平軸２６の中心線上に設けられる。また、照射ターゲット５３には水平方向の回転角度を微調整するために、調整ネジ２７ａと目盛り付き円板２７ｂとからなる角度調整手段２７が設けられている。目盛り付き円板２７ｂは通常ゼロの目盛り位置に設定されている。また、目盛り付き円板２７ｂには操作レバー２７ｃが設けられている。

また、移動台２３には上記と同様に照射ターゲット５３の位置決め手段２９が設けられている。位置決め手段２９は、インデックス式に構成されており、移動台２３にバネ（図示せず）によって下方へ付勢されたノブ付きの位置決めピン２９ａと、支持台２１にあらかじめ設けられた複数の穴２９ｂとから構成されている。複数の穴２９ｂは、被測定基準点１０２を中心とする円弧上に設けられており、測定すべき対角線の角度θ（図７参照）に対応してそれぞれ設定されている。この位置決め手段２９も必ずしもプリセットされる方式のものでなくてもよく、セットボルト等により任意の角度にセットできるものでもよい。

次に、上記のように構成された本実施形態の空間距離計測装置を使用して２点間の距離を計測する場合の手順について図７から図１０を参照して説明する。図７は、例えば図１２に示した貨物倉の底面６１の対角線ＡＣの距離を計測する場合を模式的にあらわした説明図である。但し、図７及び図１０においては、支持台１、２１、円弧状レール２、２２、位置決め手段９、２９、位置決めガイド１１、１２、２４、２５等は図示を省略してある。また、図８はレーザ距離計保持装置１０の概略の外観図、図９はターゲット保持装置２０の概略の外観図である。図１０は、例えば辺ＡＢの長さＬａｂを計測する場合の説明図である。

（手順１）
レーザ距離計保持装置１０を貨物倉底面６１の角部Ａにセットする。このとき、一方の位置決めガイド１１を横隔壁６２の面に当て、他方の位置決めガイド１２をホッパ６３の面に当ててレーザ距離計保持装置１０を設置し、マグネット１４によって固定する。

（手順２）
移動台３を円弧状レール２に沿って移動させ、所定の角度θの位置において位置決めピン９ａを穴９ｂに嵌合させて移動台３を固定する。

（手順３）
次に、ターゲット保持装置２０を角部Ａに対向する角部Ｃにセットする。このときも同様に、一方の位置決めガイド２４を横隔壁６２の面に当て、他方の位置決めガイド２５をホッパ６３の面に当ててターゲット保持装置２０を設置し、マグネット２８によって固定する。

（手順４）
そして、ターゲット保持装置２０の移動台２３を円弧状レール２２に沿って移動させ、所定の角度θの位置において位置決めピン２９ａを穴２９ｂに嵌合させて移動台２３を固定する。

（手順５）
レーザ距離計５０の電源をＯＮにして、レーザ光を照射する。

（手順６）
レーザ距離計５０を水平及び鉛直方向に回転させ、レーザ光をターゲット保持装置２０上の照射ターゲット５３に導く。この際、必要に応じて角度調整手段７、８の調整ネジ７ａ、８ａを使用して水平回転角度及び鉛直回転角度を微調整する。

（手順７）
同様に、ターゲット保持装置２０の照射ターゲット５３を水平方向に回転させ、レーザ光を照射ターゲット５３に正対するように調整する。この際、角度調整手段２７の調整ネジ２７ａにより水平回転角度を微調整し、レーザ光を照射ターゲット５３の照準点５２に合わせる。

（手順８）
以上により、レーザ距離計保持装置１０及びターゲット保持装置２０の位置決め調整が完了したら、レーザ距離計５０の指示値を読んで計測原点５１と照準点５２間の距離Ｌ１を計測する。

（手順９）
前記レーザ距離計５０の指示値に、レーザ距離計保持装置１０及びターゲット保持装置２０の各々のオフセット値ΔＬ（＝Ｒ）を加算した値が、測定基準点１０１と被測定基準点１０２の２点間距離すなわち対角線ＡＣの長さＬａｃとなる。
すなわち、Ｌａｃ＝Ｌ＋２×ΔＬ
により求められる。

次に、例えば辺ＡＢの長さＬａｂを計測する場合は、図１０に示すように、前記手順３で測定対象の角部Ｂにターゲット保持装置２０をセットする。また、手順２及び手順４において、レーザ距離計保持装置１０及びターゲット保持装置２０のそれぞれの移動台３、２３は、横隔壁６２側に近い所定の対角角度θ（θは既知である）の位置に位置決めする。その後、手順５から手順８は上記と同じであり、そして手順９において、辺ＡＢの長さＬａｂは、
Ｌａｂ＝Ｌ１＋２×ΔＬ
＝Ｌ１＋２×Ｒｃｏｓθ
により求められる。
このように、辺ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡ等を計測する場合は、移動台３、２３が被測定物の側面と干渉しない角度位置にて計測し、その角度の余弦値にてオフセット値ΔＬを補正する必要がある。被測定物６０のその他の部材についても各部の寸法を上記手順に従って正確に計測することができる。

本実施形態の空間距離計測装置によれば、以下に示すような効果がある。
（１）レーザ距離計保持装置１０及びターゲット保持装置２０を測定対象の角部に正確に設置するだけで一方の測定基準点１０１と他方の被測定基準点１０２が正確に設定されるので、これらの基準点１０１、１０２が溶接ビード等により隠れて不明確であっても、基準点１０１と１０２の２点間距離をレーザ距離計５０により高精度にかつ簡便に計測することができる。
（２）レーザ距離計５０を搭載した移動台３及び照射ターゲットを搭載した移動台２３は、それそれ基準点１０１、１０２を中心として一定の距離を保ちつつ半径上を移動するので、部材の対角角度θに対応して対角線及び各辺の長さを正確に計測することができる。
（３）レーザ距離計５０は、鉛直軸６及び水平軸５を中心に水平及び鉛直方向に回転可能となっており、また水平回転角度及び鉛直回転角度を微調整する角度調整手段７、８が設けられおり、また他方の照射ターゲットは鉛直軸２６を中心に水平方向に回転可能で、かつ水平回転角度を微調整する角度調整手段２７が設けられているので、レーザ距離計５０及び照射ターゲット５３を対角角度に応じて正対状態に位置決めできるとともに、各保持装置１０、２０が設置される部材表面が凹凸など変形していてもレーザ光を正確に照準点５２に合わせることができる。
（４）各支持台１、２１の両端部には、測定対象の側面に接触する位置決めガイド１１、１２と２４、２５が設けられているので、これらの位置決めガイドにより各保持装置１０、２０を測定対象の角部に正確に設置することができ、かつ各基準点１０１、１０２を正確の設定できる。
（５）各支持台１、２１の下面にはマグネット１４、２８等の吸着固定手段が設けられているので、底面だけでなく側面や天井面などにも容易かつ簡単に、しかも安定的に各保持装置１０、２０を設置することができる。
（６）以上により、タンクや船体形状などの大型構造物の立体形状を安定的に高精度で、かつ簡便に計測することができる。

本実施形態では、各保持装置１０、２０はすべて手動によるものを示したが、半自動、あるいは全自動に構成することもできる。但し、コスト面や取り扱い性からは手動のものが好ましい。

本発明の空間距離計測装置のレーザ距離計保持装置の平面図。レーザ距離計保持装置の正面図。レーザ距離計保持装置の側面図。本発明の空間距離計測装置のターゲット保持装置の平面図。ターゲット保持装置の正面図。ターゲット保持装置の側面図。対角線長さを計測する場合の計測方法の説明図。レーザ距離計保持装置の概略外観図。ターゲット保持装置の概略外観図。辺の長さを計測する場合の計測方法の説明図。レーザ距離計の測定要領概念図。船倉の形状説明と船倉底面の対角線計測の説明図。図１２のＡ部の拡大図。

符号の説明

１支持台、２円弧状レール、３移動台、４ホルダー、５水平軸、６鉛直軸、７角度調整手段、８角度調整手段、９位置決め手段、１０レーザ距離計保持装置、１１位置決めガイド、１２位置決めガイド、１４マグネット、２０ターゲット保持装置、２１支持台、２２円弧状レール、２３移動台、２４位置決めガイド、２５位置決めガイド、２６鉛直軸、２７角度調整手段、２８マグネット、２９位置決め手段、５０レーザ距離計、５１計測原点、５２照準点、５３照射ターゲット、６０被測定物、１０１測定基準点、１０２被測定基準点。

Claims

レーザ距離計を用いて２点間の距離を計測する装置において、
両端の２辺の延長線の交点が測定基準点として規定され、前記測定基準点から前記レーザ距離計の計測原点までの距離を一定に保ちつつ前記レーザ距離計を移動可能にするレーザ距離計保持装置と、
両端の２辺の延長線の交点が被測定基準点として規定され、前記被測定基準点からの距離を一定に保ちつつ照射ターゲットを移動可能にするターゲット保持装置とを備えたことを特徴とする空間距離計測装置。
前記レーザ距離計保持装置は、前記測定基準点を有する支持台と、前記レーザ距離計が搭載され、前記測定基準点を中心とする半径上を移動可能な移動台とを備えたことを特徴とする請求項１記載の空間距離計測装置。
前記ターゲット保持装置は、前記被測定基準点を有する支持台と、前記照射ターゲットが搭載され、前記被測定基準点を中心とする半径上を移動可能な移動台とを備えたことを特徴とする請求項１記載の空間距離計測装置。
前記レーザ距離計保持装置は、前記レーザ距離計が前記計測原点を中心とした移動機構上において水平及び鉛直方向に回動可能であり、かつ、前記レーザ距離計の水平回転角度及び鉛直回転角度を微調整する角度調整手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の空間距離計測装置。
前記ターゲット保持装置は、前記照射ターゲットが前記照準点を中心とした移動機構上において水平方向に回動可能であり、かつ、前記照射ターゲットの水平回転角度を微調整する角度調整手段を備えたことを特徴とする請求項１または３記載の空間距離計測装置。
前記レーザ距離計保持装置の前記移動台を、前記測定基準点を中心とする半径上の所定の位置または任意の位置に位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項２または請求項２に従属する請求項４記載の空間距離計測装置。
前記ターゲット保持装置の前記移動台を、前記被測定基準点を中心とする半径上の所定の位置または任意の位置に位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項３または請求項３に従属する請求項５記載の空間距離計測装置。
前記レーザ距離計保持装置の前記支持台の両端部に、測定対象の側面に接触する位置決めガイドを設けたことを特徴とする請求項２または請求項２に従属する請求項４、６のいずれかに記載の空間距離計測装置。
前記レーザ距離計保持装置の前記支持台の下面に測定対象と着脱自在な吸着固定手段を設けたことを特徴とする請求項２または請求項２に従属する請求項４、６、８のいずれかに記載の空間距離計測装置。
前記ターゲット保持装置の前記支持台の両端部に、測定対象の側面に接触する位置決めガイドを設けたことを特徴とする請求項３または請求項３に従属する請求項５、７のいずれかに記載の空間距離計測装置。
前記ターゲット保持装置の前記支持台の下面に測定対象と着脱自在な吸着固定手段を設けたことを特徴とする請求項３または請求項３に従属する請求項５、７、１０のいずれかに記載の空間距離計測装置。