JP5828165B2 - 内空断面形状計測装置及び内空断面形状計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、内空断面形状計測装置及び内空断面形状計測方法に関し、詳しくは、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能な内空断面形状計測装置及び内空断面形状計測方法に関する。

従来より、トンネル、地下大空洞、建物、大型の円筒管等の内空の断面形状を測定するための技術は多数存在する。例えば、特開昭６０−２１３８１１号公報（特許文献１）には、トンネルの壁面方向に向けられながらその横断面に沿って測定ピッチ角ごとに順次回転される照準器と、該照準器から所定距離を隔てて配置され壁面上にライトスポットを照射する照射手段とを備えるトンネル断面自動計測装置が開示されている。このトンネル断面自動計測装置は、更に、前記ライトスポットを上記照準器が捕えた時該照準器方向に対する照準角を検知する手段と、該照射角により各測定ピッチ角ごとに壁面までの距離を計算しトンネル断面形状及び寸法を算出する手段を備える。これにより、極めて迅速に断面形状や寸法が算出され、直ちにディスプレイやプリンターによって表示させて、常に断面状態を把握することが出来て、支保工や覆工計画が迅速に行えるとしている。

又、近年、上述した内空断面の形状を測定するためにレーザ距離計を用いることが多くなってきている。このレーザ距離計とは、レーザ光を用いて距離を測定する測定器であって、レーザ光を対象物（目標物）に当てることで、当該レーザ光の起点（発信源）から前記対象物の照射点（測点、反射点）に反射して当該起点に戻ってくるまでの時間を距離に換算し、前記レーザ光の起点から対象物の測点までの距離を測定する。

このようなレーザ距離計を用いる技術として、例えば、特開平２−１９３００６号公報（特許文献２）、特開平２−１７９４０４号公報（特許文献３）には、空洞の断面方向に光線を照射して測定断面の空洞内壁面に所望幅の光跡を形成し、所定位置から前記光跡を含む空洞内壁面を撮像したのち、その画像および前記所定位置から撮像した前記空洞内壁面の未照射状態の画像を比較し光跡部分のみを抽出するとともに、前記所定位置と測定断面との距離から画像の縮尺を算出して空洞の内空断面の形状および寸法を計測するようにする内空断面計測方法が開示されている。この内空断面計測方法は、前記測定断面の少なくとも任意の１箇所に光点を形成し、カメラ軸を測定断面と垂直にして前記光点の少なくとも１つを含む基準となる画像Ａを撮像し、かつ、カメラ軸を傾けて前記光点の少なくとも１つを含む画像Ｂを少なくとも１つ撮像する。更に、前記画像Ｂの座標を前記画像Ａの座標に座標変換するとともに、対応する光点が重なるように全画像を合成して全光跡を抽出する。これにより、多数の測定点の測定結果を寄せ集めて全体の断面形状を求めるといった煩雑な手間の掛かる作業が不要になり、極めて効果的であるとしている。又、内空変位やコンクリートの吹き付け厚みの測定についても、従来の方法では現実的に測定不可能であった横断面全体の変形モードや壁面変位や吹き付けコンクリートの厚みの絶対量を直ちに知ることができ、支保の補強や変更等、トンネルの安全管理・施工管理に極めて有効であるとしている。

又、特開平１１−３２４５６０号公報（特許文献４）には、トンネル内空断面をレーザーの回転により計測する内空断面計測器と、ターゲットおよび内空断面計測用制御装置が搭載されたトンネル掘削装置と、切羽後方で前記ターゲットを視準可能な位置に配設されたレーザー照射器および位置計測用制御装置とを備えるトンネル内空断面測定システムが開示されている。このトンネル内空断面測定システムは、更に、前記ターゲットの視準により内空断面計測器の位置を算出し、内空断面計測器の水準を自動設定する手段と、前記内空断面計測器によりトンネルの余掘り量を算出する手段とを備える。これにより、余掘り量が自動的に計測、算出することができるとともに、計測した断面の正確な位置を把握することができるとしている。

又、特開２０００−４６５５１号公報（特許文献５）には、本体部と、本体部に対して所定の回転軸を中心に回転可能に設けられているとともに、この回転軸に直交する方向へレーザビームを射出するヘッド部と、このヘッド部を前記本体部に対して回転させることによって前記レーザビームを同一面内で走査させる回転機構とを備えたレーザ測量装置が開示されている。又、このレーザ測量装置は、前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角を検知する相対角検知部と、前記本体部の設置方向の方位角を検知する方位角センサと、任意の方位角が設定される方位角設定部とを備える。更に、このレーザ測量装置は、前記相対角検知部によって検知された前記ヘッド部の前記本体部に対する相対回転角と前記方位角センサによって検知された方位角とに対応する前記ヘッド部の方位角が前記方位角設定部に設定された方位角と一致するように、前記回転機構を制御する制御部を備える。これにより、レーザビームの射出方向を正確に所望の方角に向けることができ、これによって、任意の方位角を正確に示すことが出来るとしている。

又、特開２００１−７４４４８号公報（特許文献６）には、レーザ測距法により距離を測定する測定機を中空管内に配置し、前記測定機により前記中空管の延長方向に対して直交する方向にレーザを照射して前記中空管内の断面形状を測定する方法が開示されている。この中空管内の断面形状測定方法は、前記中空管内におけるレーザ照射点の軌跡であるレーザ照射線上の異なる複数の点について前記測定機の配置位置から当該点までの距離及び前記測定機の配置位置と当該点とを結ぶ線が基準線に対してなす角度を測定する測定ステップと、測定した測定距離及び測定角度に基づいて前記測定機の配置座標を算出する配置座標算出ステップとを備える。これにより、測定機の配置座標の測定が容易となるとともに、配置座標に生じる誤差が少なくなるので、従来に比して、手間や時間の面で有利に、測定機の配置位置を比較的正確に測定することが出来るとしている。

又、特開２００１−９１２４９号公報（特許文献７）には、可視光レーザを照射して距離を測定する距離計測手段と、測定する内空断面に対して垂直な軸方向を中心に前記距離計測手段を回転させる回転手段とを備える内空断面測定装置が開示されている。この内空断面測定装置は、前記回転手段の回転角を検知する検知手段と、この検知手段で検知された回転角に対応して前記距離計測手段で計測された距離を記憶する記憶手段とを備える。これにより、測定対象となる場所が目視可能で、検知手段で検知された回転角に対応して距離計測手段で計測された距離を記憶手段で記憶することにより内空断面を容易にかつ精度高く測定できるとしている。

特開昭６０−２１３８１１号公報 特開平２−１９３００６号公報 特開平２−１７９４０４号公報 特開平１１−３２４５６０号公報 特開２０００−４６５５１号公報 特開２００１−７４４４８号公報 特開２００１−９１２４９号公報

しかしながら、前記特許文献１−７に記載の技術では、使用条件によって測定結果にばらつきがあったり、十分な精度を確保出来なかったりする問題があった。

例えば、前記特許文献１に記載の技術では、照準器を手作業で回転させるため、当該照準器の回転の正確性に欠けるという問題がある。又、前記特許文献２、３に記載の技術では、光線を照射する測距儀（距離測定手段）と、光線を屈折させる光照射手段とが別個に設けられているため、両者に位置ズレが発生し、測定結果に位置ズレの誤差が含まれるという問題がある。

又、前記特許文献４に記載の技術では、内空断面計測器の詳細な構成が不明で、誤差の発生に対する対策が不明であるという問題がある。又、前記特許文献５に記載の技術では、レーザビームによる測定結果において誤差の発生に対する対策が不明であるという問題がある。

又、前記特許文献６、７に記載の技術では、レーザ距離計自体を回転させるため、当該回転の際にレーザ距離計から延出されるケーブル等が供回りしたり干渉したりして、一回転又は半回転出来ない可能性があるという問題がある。又、前記レーザ距離計自体の重さにより、前記回転の際に当該レーザ距離計に回転ブレが生じて、精度高く断面形状を測定することが出来ない可能性があるという問題がある。

一方、近年、内空の断面形状の測定結果に対して高精度化が求められており、例えば、要求される測定精度は、数．０ｍｍ以内である。前記特許文献１−７に記載の技術では、このような高精度な測定結果を得ることが出来るか否か不明である。

そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能な内空断面形状測定装置及び内空断面形状計測方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、本発明に係る新規な内空断面形状測定装置及び内空断面形状計測方法を完成させた。即ち、本発明に係る内空断面形状測定装置は、内空断面形状を測定する内空断面形状測定装置であって、レーザ距離測定部と、円筒回転部と、反射部と、断面形状算出部と、第一傾斜調整部と、第二傾斜調整部と、を備える。レーザ距離測定部は、固定面を水平状態とする平面台に固定され、水平に対応する、円筒部の内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点までの測定距離を測定する。円筒回転部は、前記平面台の端部に固定され、前記円筒部の内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度から所定の回転角度ごとに、当該円筒部を前記レーザ光の周方向に回転させる。反射部は、前記円筒部のうち、レーザ光が出射する円筒部の端部に直接固定されて外部に突出し、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、前記対象物に前記第一の反射点で反射させて、前記第二の反射点を介して、前記起点に戻らせることで、前記起点から前記第二の反射点を介して前記第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする。断面形状算出部は、前記円筒部の複数の回転角度と、前記回転角度ごとに測定される前記測定距離とに基づいて、前記第二の反射点を中心とし、前記回転角度における前記レーザ光の反射部の第二の反射点から当該レーザ光の対象物の第一の反射点までの半径距離を半径とし、前記中心から前記半径距離までの前記回転角度ごとの点を線で結合した内空の断面形状を算出する。第一傾斜調整部は、前記円筒回転部と前記平面台との間に設けられ、当該円筒回転部の固定面を傾斜可能であり、前記内空断面形状を測定する際に調整される。第二傾斜調整部は、前記円筒部の端部と前記反射部との間に設けられ、当該反射部の固定面を傾斜可能であり、前記内空断面形状を測定する際に調整される。

又、前記断面形状算出部は、前記円筒回転部が回転させた円筒部の回転角度を所定の補正値で補正する。前記断面形状算出部は、前記レーザ光の回転角度に応じて当該レーザ光で測定される測定距離を補正する。前記円筒回転部は、前記レーザ距離測定部のレーザ光の起点に対向する位置に、前記円筒部を回転可能に支持する回転ステージ部を備え、前記回転ステージ部は、前記円筒部が装着される装着孔と、前記装着孔の内周面に前記円筒部の外周面を周方向に回転させる回転部と、前記回転部を介して前記円筒部を当該円筒部の中心軸を中心として所定の角度で回転させるモータ制御部と、を備え、前記反射部は、前記円筒部に直接固定される。

又、前記円筒回転部は、前記基準角度から前記回転角度ごとに、前記円筒部を一回転又は半回転させ、前記断面形状算出部は、前記円筒部の一回転分又は半回転分の複数の回転角度と、前記回転角度ごとに測定される前記測定距離とに基づいて、一回転分又は半回転分の内空の断面形状を算出する。

又、本発明に係る内空断面形状測定方法は、内空断面形状を測定する内空断面形状測定方法であって、レーザ距離測定ステップと、円筒回転ステップと、反射ステップと、断面形状算出ステップと、第一傾斜調整ステップと、第二傾斜調整ステップと、を備える。レーザ距離測定ステップは、固定面を水平状態とする平面台に固定されたレーザ距離測定部で、水平に対応する、円筒部の内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点までの測定距離を測定する。円筒回転ステップは、前記平面台の端部に固定された円筒回転部で、前記円筒部の内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度から所定の回転角度ごとに、当該円筒部を前記レーザ光の周方向に回転させる。反射ステップは、前記円筒部のうち、レーザ光が出射する円筒部の端部に直接固定されて外部に突出した反射部で、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、前記対象物に前記第一の反射点で反射させて、前記第二の反射点を介して、前記起点に戻らせることで、前記起点から前記第二の反射点を介して前記第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする。断面形状算出ステップは、前記円筒部の複数の回転角度と、前記回転角度ごとに測定される前記測定距離とに基づいて、前記第二の反射点を中心とし、前記回転角度における前記レーザ光の反射部の第二の反射点から当該レーザ光の対象物の第一の反射点までの半径距離を半径とし、前記中心から前記半径距離までの前記回転角度ごとの点を線で結合した内空の断面形状を算出する。第一傾斜調整ステップは、前記内空断面形状を測定する際に、前記円筒回転部と前記平面台との間に設けられ、当該円筒回転部の固定面を傾斜可能な第一傾斜調整部で、当該円筒回転部の固定面を調整する。第二傾斜調整ステップは、前記内空断面形状を測定する際に、前記円筒部の端部と前記反射部との間に設けられ、当該反射部の固定面を傾斜可能な第二傾斜調整部で、当該反射部の固定面を調整する。

本発明に係る内空断面形状測定装置及び内空断面形状計測方法によれば、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能となる。

本発明に係る内空断面形状測定装置の概略図である。 本発明に係る内空断面形状測定装置の機能ブロック図である。 本発明に係る内空断面形状測定装置の測定原理を示す概略図である。 本発明に係る反射部の回転によりレーザ光の進行方向が変更する状態を示す斜視図である。 本発明に係る内空断面形状測定装置の測定状態を示す左側面概略図である。 実施例１に係る内空断面形状測定装置の斜視写真（図６Ａ）と、実施例１に係る内空断面形状測定装置を小管に配置して内空断面形状を算出している最中の斜視写真（図６Ｂ）とである。 実施例１に係る内空断面形状測定装置の内空断面形状測定試験１の結果である。 実施例１に係る内空断面形状測定装置の内空断面形状測定試験２の結果（図８Ａ）と、比較例１に係る内空断面形状測定装置の内空断面形状測定試験２の結果（図８Ｂ）とである。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る内空断面形状測定装置の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

＜内空断面形状測定装置＞
図１は、本発明に係る内空断面形状測定装置の概略図であり、図２は、本発明に係る内空断面形状測定装置の機能ブロック図である。

本発明に係る内空断面形状測定装置は、内空断面形状を測定する内空断面形状測定装置１であって、図１、図２に示すように、レーザ距離測定部１１と、円筒回転部１２と、反射部１３と、断面形状算出部１４とを備える。レーザ距離測定部１１は、固定面を水平状態とする平面台１０に固定され、水平に対応する、円筒部１２ａの内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点Ａ（発信源）から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点（図示せず）までの測定距離Ｌ（ｍｍ）を測定する。円筒回転部１２は、前記平面台１０の端部１０ａに固定され、前記円筒部１２ａの内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度Ｒ０（度）から所定の回転角度Ｒ（度）まで、当該円筒部１２ａを前記レーザ光の周方向に回転させる。更に、反射部１３は、前記円筒部１２ａのうち、レーザ光が出射する円筒部１２ａの端部１２ａ１に直接固定（直付け）されて外部に突出し、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、前記対象物に前記第一の反射点で反射させて、前記第二の反射点を介して、前記起点に戻らせることで、前記起点から前記第二の反射点を介して前記第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする。断面形状算出部１４は、前記円筒部１２ａの複数の回転角度Ｒ（度）と、前記回転角度Ｒ（度）ごとに測定される前記測定距離Ｌ（ｍｍ）とに基づいて、前記第二の反射点Ｂを中心とし、前記回転角度Ｒ（度）における前記レーザ光の反射部１３の第二の反射点Ｂから当該レーザ光の対象物の第一の反射点Ｃまでの半径距離Ｄ（ｍｍ）を半径とした内空の断面形状を算出する。これにより、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能となる。

即ち、本発明では、円筒部１２ａに直接固定された軽量な反射部１３を回転させることで、レーザ光を第二の反射点Ｂから回転させるため、レーザ距離計自体を回転させる従来技術と比較して、当該レーザ光の回転に伴う回転ブレが生じ難く、前記反射部１３の回転制御が容易となる。そのため、レーザ光を正確に回転させることが可能となるとともに、内空断面形状の計測結果に回転ブレの誤差を生じ難くすることが可能となり、計測結果の精度を向上させることが可能となる。

又、本発明では、前記円筒回転部１２を平面台１０の端部１０ａに固定することで、当該円筒回転部１２の円筒部１２ａに直接固定された反射部１３が前記平面台１０の端部１０ａの外部（前方）に突出した形態となる。つまり、前記反射部１３のレーザ光の第二の反射点Ｂが前記平面台１０の端部１０ａの外部（前方）に位置することになる。そのため、従来技術のように、レーザ距離計自体の回転に伴うケーブル等の供回りや干渉を全く生じさせることなく、前記第二の反射点Ｂからレーザ光を自由に回転させることが可能となる。

更に、本発明では、レーザ距離測定部１１と円筒回転部１２とを同一の平面台１０に固定することで、測定中における両者の位置ズレが殆ど生じることが無い。そのため、内空断面形状の測定結果に位置ズレの誤差を生じ難くすることが可能となり、計測結果の精度を更に向上させることが可能となる。

従って、本発明では、簡単な構成であるにもかかわらず、近年で要求される測定精度を数．０ｍｍ以下にすることが可能となるのである。

＜各構成＞
ここで、前記レーザ距離測定部１１は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成が採用される。前記レーザ距離測定部１１は、レーザ光を対象物に当てることで、当該レーザ光の起点Ａから前記対象物の第一の反射点Ｃで反射して当該起点Ａに戻ってくるまでの時間を距離に換算し、前記レーザ光の起点Ａから前記対象物の第一の反射点Ｃまでの測定距離Ｌを測定する。

又、前記レーザ距離測定部１１の距離測定範囲は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．１ｍ〜８０．０ｍの範囲内が好ましく、０．１ｍ〜３０．０ｍの範囲内が更に好ましい。これにより、小型トンネルや小型地下空洞等の小型の内空断面形状から大型トンネルや大型地下空洞等の大型の内空断面形状までを幅広く算出することが可能となる。

又、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光の安全基準のクラスは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内である可視光で出力が１ｍＷ以下であるクラス２が好ましい。このクラスであると、例えば、内空断面形状を測定している際に、仮に、ユーザの目にレーザ光が一時的に照射しても、ユーザが目の嫌悪反応を感じるだけであるので、極めて安全である。

又、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光の波長は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、可視光で赤色を示す６５０ｎｍであると好ましい。これにより、内空断面形状を測定している際に、ユーザが一見してレーザ光の照射の可否を確認することが出来る。

又、前記レーザ距離測定部１１の分解能（測定限界）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内が好ましく、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内が更に好ましい。これにより、前記レーザ距離測定部１１の分解能を小さくすることで、本発明に係る内空断面形状測定装置１の精度を向上させることが可能となるため、近年、要求されている測定精度の数．０ｍｍを容易に達成することが可能となる。

又、前記レーザ距離測定部１１の再現性は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１．０ｍｍ以下の範囲が好ましく、０．５ｍｍ以下の範囲が更に好ましい。これにより、算出する内空断面形状の測定結果の再現性を向上させることが可能となる。

又、前記レーザ距離測定部１１の距離測定時間（応答時間）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１０ｍｓｅｃ〜１００００ｍｓｅｃの範囲内が好ましく、２０ｍｓｅｃ〜６０００ｍｓｅｃの範囲内が更に好ましい。これにより、前記レーザ距離測定部１１の距離測定時間を短くすることで、本発明に係る内空断面形状測定装置１の測定時間（内空断面形状の測定時間）を短縮させることが可能となるため、現場における内空断面形状の確認や検査を迅速に行うことが可能となる。

又、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光の光径（スポット径）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内が更に好ましい。これにより、前記レーザ光は、結局、前記円筒部１２ａの内空の中心軸を通過し、当該円筒部１２ａの内空の中心点となり、更に、前記反射部１３の第二の反射点Ｂで反射して、当該第二の反射点Ｂを中心として内空断面形状が算出される。そのため、前記レーザ光の光径が、実質的に、前記内空断面形状の第二の反射点Ｂ（中心点）となるから、当該レーザ光の光径が小さい程、前記内空断面形状の第二の反射点Ｂが理想的な中心点（ゼロ次元の点）に近づき、算出する内空断面形状の精度を向上させることが可能となる。

又、前記円筒回転部１２は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、以下の構成が採用される。前記円筒回転部１２は、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光の起点Ａに対向する位置に、前記円筒部１２ａを回転可能に支持する回転ステージ部１２ｂを備え、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光が前記円筒部１２ａの内部の中心軸を通過するように配置する。これにより、前記円筒部１２ａの内部の軸方向と、当該内部を通過するレーザ光の軸方向とが一致する。ここで、前記回転ステージ部１２ｂは、前記円筒部１２ａが装着（挿入）可能な装着孔が設けられており、当該装着孔の内周面に前記円筒部１２ａの外周面を周方向に回転させる回転部（図示せず）が設けられている。次に、前記円筒回転部１２は、前記回転部を介して円筒部１２ａの回転を制御するモータ制御部１２ｃを所定の位置（例えば、前記レーザ距離測定部１１の上面）に設け、当該モータ制御部１２ｃと前記回転ステージ部１２ｂの回転部とを制御信号線で通信可能に接続する。そして、前記モータ制御部１２ｃが、制御信号に基づいて前記回転ステージ部１２ｂの回転部を介して円筒部１２ａを当該円筒部１２ａの中心軸を中心として所定の角度で回転させるようになっている。

又、前記円筒部１２ａの回転方式は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、前記回転ステージ１２ｂの回転部の構成により、ギア式でもベルト式でも構わない。

又、前記円筒部１２ａの内空径（径方向のサイズ）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であると好ましい。これにより、前記レーザ光の光径よりも所定距離だけ大きいサイズとなり、前記円筒部１２ａの内部は、当該レーザ光が通過する光路であるとともに、当該円筒部１２ａの端部１２ａ１は、前記反射部１３が直接固定されるため、当該レーザ光の通過を確実にするとともに、当該反射部１３の固定を強固にすることが出来る。又、前記円筒部１２ａは回転対象であるため、内空径が小さい程、面振れを生じ難くすることが出来るとともに、装置全体が嵩張らすに小型化することが可能となる。

又、前記円筒部１２ａの軸方向のサイズは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内であると好ましい。これにより、前記レーザ光の起点Ａから対象物の第一の反射点Ｃまでの測定距離Ｌのうち、内空断面形状に寄与しないレーザ光の起点Ａから前記反射部１３の第二の反射点Ｂまでの固定距離ｄ（ｍｍ）を出来るだけ短く設定することが可能となり、前記内空断面形状に寄与する前記反射部１３の第二の反射点Ｂから前記対象物の第一の反射点Ｃまでの半径距離Ｄ（ｍｍ）の測定範囲を拡大することが可能となる（後述）。

又、前記円筒回転部１２の分解能（回転限界）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．０１度〜０．１０度の範囲内が好ましく、０．０２度〜０．０５度の範囲内が更に好ましい。これにより、前記内空断面形状の半径距離Ｄ（ｍｍ）を詳細に区切った角度Ｒ（度）で計測することが可能となるため、木目細かい分解能の内空断面形状を算出することが可能となる。

又、前記円筒回転部１２の面振れは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．０１０ｍｍ〜０．１００ｍｍの範囲内であると好ましく、０．０１０ｍｍ〜０．０３０ｍｍの範囲内であると更に好ましい。これにより、前記内空断面形状の精度を更に向上させることが可能となる。尚、前記面振れは、例えば、ダイヤルゲージ等の測定機材を用いて、前記円筒回転部１２が円筒部１２ａを所定の角度Ｒ（度）で回転させた直後の当該円筒部１２ａの最大振れと最小振れとの差が対応する。

又、前記円筒回転部１２の平行度は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．０１０ｍｍ〜０．１００ｍｍの範囲内であると好ましく、０．０１０ｍｍ〜０．０５０ｍｍの範囲内であると更に好ましい。これにより、前記円筒部１２ａの内部の軸方向を、前記レーザ光の軸方向（進行方向）に精度高く一致させることが可能となり、前記内空断面形状の精度を更に向上させることが可能となる。

又、前記レーザ距離測定部１１と平面台１０との間には、当該レーザ距離測定部１１の固定面を傾斜可能な第一の傾斜調整部１０ｂが備えられており、又、前記円筒回転部１２（回転ステージ部１２ｂ）と平面台１０との間には、当該円筒回転部１２（回転ステージ部１２ｂ）の固定面を傾斜可能な第二の傾斜調整部１０ｃが備えられている。これにより、ユーザが、第一の傾斜調整部１０ｂ、第二の傾斜調整部１０ｃを調整することにより、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光の軸方向と、前記円筒回転部１２の円筒部１２ａの内部の軸方向とを精度高く一致させることが可能となる。

又、前記反射部１３は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、透明性の部材で作製された三角プリズムやペンタプリズム、反射板（ミラー部）等が採用される。例えば、図１に示すように、前記反射部１３は、透明性部材の直方体の一端部を、一端面から、対向する他端面に向かって４５度の角度で切断された形状であり、当該切断面に反射板を設けることで、前記円筒部１２ａの端部１２ａ１から出射したレーザ光の進行方向を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して９０度だけ（直角に）反射させるように構成している。

又、前記反射部１３に取り付けられる反射板は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、反射強化アルミ膜等の反射強化金属膜が採用される。

又、前記反射部１３の外形寸法公差（寸法許容限界）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であると好ましく、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であると更に好ましい。これにより、前記反射板の第二の反射点Ｂのブレに外形寸法公差の寄与を小さくして、算出する内空断面形状の精度を向上させることが可能となる。

又、前記反射部１３の角度公差（角度許容限界）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．０１度〜０．０５度の範囲内であると好ましく、０．０１度〜０．０３度の範囲内であると更に好ましい。これにより、上述と同様に、前記反射板の第二の反射点Ｂのブレに角度公差の寄与を小さくして、算出する内空断面形状の精度を向上させることが可能となる。

又、前記反射部１３の円筒部１２ａの端部１２ａ１への固定方法は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無く、例えば、ネジ、接着剤、磁石等を用いる方法、前記円筒部１２ａの端部１２ａ１の反射部１３に直接接触される位置に当該反射部１３の固定面の周側面を挟持する挟持手段を用いる方法等が挙げられる。

又、前記反射部１３と前記円筒部１２ａの端部１２ａ１との間には、当該反射部１３の固定面を傾斜可能な第三の傾斜調整部（図示せず）が備えられており、ユーザが、第三の傾斜調整部を調整することで、前記円筒部１２ａの端部１２ａ１から出射したレーザ光の進行方向を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して９０度だけ精度高く反射させることが可能となる。

又、前記断面形状算出部１４は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、図１に示すように、ノートパソコン等の端末装置又は携帯端末装置を採用することが出来る。前記断面形状算出部１４を、所定の変換器１１ａを介して前記レーザ距離測定部１１と通信可能に接続し、当該断面形状算出部１４が、所定の制御信号（例えば、レーザ光の照射開始信号、照射停止信号等）を前記レーザ距離測定部１１に送信したり、当該レーザ距離測定部１１からの制御信号（例えば、測定距離結果等）を受信したりする。又、前記断面形状算出部１４を、所定の変換器１２ｄを介して前記円筒回転部１２のモータ制御部１２ｃと通信可能に接続し、当該断面形状算出部１４が、所定の制御信号（例えば、円筒部１２ａを予め設定した基準位置へ移動させるための基準位置移動信号、円筒部１２ａの前記基準位置から所定の角度だけ回転させるための回転信号等）を前記モータ制御部１２ｃに送信したり、当該モータ制御部１２ｃからの制御信号（例えば、円筒部１２ａの回転完了信号等）を受信したりする。

又、前記断面形状算出部１４は、前記第二の反射点Ｂを中心とした内空の断面形状を算出すると、当該算出した内空の断面形状を所定の表示部１４ａに表示させる。

又、前記表示部１４ａは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、液晶ディスプレイの他に、ユーザがキー操作可能なタッチパネルが採用される。

又、本発明では、前記レーザ距離測定部１１と前記円筒回転部１２とがそれぞれ固定される平面台１０の同一固定面上に、水平面に対して当該固定面の傾斜（角度）を測定する傾斜測定部１５（傾斜計）が設けられ、前記内空断面形状測定装置１を所定の地面に設置した場合に、前記固定面の傾斜を確認することが可能となる。

又、前記傾斜測定部１５は、例えば、前記断面形状算出部１４と通信可能に接続され、当該断面形状算出部１４が、前記傾斜測定部１５の制御信号を送受信し、当該傾斜測定部１５の傾斜測定を実行したり、当該傾斜の測定結果を前記表示部１４ａに表示させたりする。

ここで、前記傾斜測定部１５の種類は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、２軸傾斜計等が好ましい。

又、前記傾斜測定部１５の傾斜測定範囲は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、−３０度〜＋３０度の範囲内であると好ましく、−２５度〜＋２５度の範囲内であると更に好ましい。これにより、対象物の内空を、水平面に対して直角な断面形状として精度高く算出することが可能となる。

又、前記傾斜測定部１５の分解能は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、０．００１度〜０．０１０度の範囲内であると好ましく、０．００１度〜０００５度の範囲内であると更に好ましい。これにより、上述と同様に、対象物の内空を、水平面に対して直角な断面形状として精度高く算出することが可能となる。

又、本発明では、前記平面台１０の下面（前記レーザ距離測定部１１と前記円筒回転部１２との固定面に対向する面）に、地面に設置可能な支持部（例えば、三脚）が設けられる。そして、前記平面台１０は、当該平面台１０の固定面を水平状態に調整可能な水平調整ステージが適用され、更に、水平面に対して前記平面台１０の固定面の角度や傾斜を確認する水準器が設けられる。これにより、前記傾斜測定部１５の測定結果や水準器の測定結果に基づいて、ユーザが前記水平調整ステージの各隅の上下動作可能なアクチュエータを調整し、前記平面台１０の固定面、つまり、前記レーザ距離測定部１１と前記円筒回転部１２との固定面を水平状態にすることが可能となる。

又、本発明では、前記レーザ距離測定部１１の近傍に、前記断面形状算出部１４から送信される制御信号に基づいて所定数の色の光を点灯させる点灯部１６が設けられる。前記点灯部１６は、例えば、緑色、赤色、黄色、青色の４種類のＬＥＤ光源が直列に配置され、前記断面形状算出部１４が、各種の動作に応じて、所定の色のＬＥＤ光源を点灯させる。例えば、前記断面形状算出部１４が、内空断面形状を測定中であれば、前記点灯部１６の赤色のＬＥＤ光源を点灯させ、測定完了であれば、前記点灯部１６の緑色のＬＥＤ光源を点灯させ、待機中であれば、前記点灯部１６の黄色のＬＥＤ光源を点灯させる。

又、本発明では、前記レーザ距離測定部１１、前記円筒回転部１２のモータ制御部１２ｃ、前記断面形状算出部１４、前記傾斜測定部１５、前記点灯部１６に電力をそれぞれ供給する電力部１７が設けられ、各部に必要な電力を供給している。

又、本発明では、前記断面形状算出部１４に、所定の記憶媒体１８（例えば、ＵＳＢメモリ）が装着可能に設けられ、内空の断面形状の測定結果を前記記憶媒体１８に記憶させ、ユーザが携帯出来るようにしている。

又、本発明では、前記断面形状算出部１４が、ＬＡＮ等のネットワーク１９に通信ケーブを介して通信可能に接続され、例えば、内空の断面形状の測定結果を、前記ネットワーク１９に接続されたサーバや携帯端末装置、タブレット端末に送信し、測定現場から離れた遠隔地で、ユーザが前記測定結果を閲覧することが出来る。

又、本発明では、前記平面台１０に固定されたレーザ距離測定部１１、円筒回転部１２、反射部１３等を覆うカバー部２０が設けられ、測定時以外では、各部の上面に被せられ、塵や埃等の付着を防止する。

＜内空断面形状の測定原理＞
次に、本発明に係る内空断面形状測定装置１の測定原理について説明する。図３は、本発明に係る内空断面形状測定装置の測定原理を示す概略図であり、図３Ａは、本発明に係る内空断面形状測定装置の測定原理を示す正面概略図であり、図３Ｂは、本発明に係る内空断面形状測定装置の測定原理を示す左側面概略図である。

本発明に係る内空断面形状測定装置１のレーザ距離測定部１１は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、基本的に、起点Ａから発信したレーザ光が、円筒部１２ａの内部（中心軸）を通過して当該円筒部１２ａに直接固定された反射部１３で直角に反射し、反射後のレーザ光の進行方向に存在する対象物に反射して、同じ光路を経て起点Ａに戻ってくるまでの時間を距離に換算することで、前記レーザ光の起点Ａから対象物の第一の反射点Ｃまでの測定距離Ｌを測定する。

ここで、前記レーザ距離測定部１１と前記円筒回転部１２とは平面台１０の同一固定面に固定されていることで、前記レーザ距離測定部１１の起点Ａから、前記反射部１３の第二の反射点Ｂまでの固定距離ｄ（ｍｍ）は、常に一定となる。

一方、前記反射部１３の第二の反射点Ｂから前記対象物の第一の反射点Ｃまでの半径距離Ｄは、測定対象となる対象物の種類、前記円筒部１２ａの回転角度Ｒ（度）等に応じて異なることになる。

そこで、前記固定距離ｄ（ｍｍ）を予め測定しておき、前記断面形状算出部１４が、前記測定距離Ｌ（ｍｍ）から当該固定距離ｄ（ｍｍ）を減算することで、前記半径距離Ｄ（ｍｍ）を算出することが可能となる。

尚、前記レーザ距離測定部１１のレーザ光による測定距離Ｌ（ｍｍ）は、長くなればなる程、前記レーザ光のスポット径が広がり、誤差が大きくなる。そのため、前記固定距離ｄ（ｍｍ）を、例えば、前記半径距離Ｄ（ｍｍ）と比較して短く設定する等、出来るだけ短く設定することで、前記半径距離Ｄ（ｍｍ）に及ぼす誤差の影響を小さくし、前記半径距離Ｄ（ｍｍ）の精度を更に向上させることが可能となる。

ここで、前記固定距離ｄ（ｍｍ）は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定は無いが、例えば、１００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内であると好ましく、２２０ｍｍ〜２３０ｍｍの範囲内であると更に好ましい。これにより、前記内空断面形状に寄与しない固定距離ｄ（ｍｍ）を出来るだけ短く設定することで、当該内空断面形状に寄与する半径距離Ｄ（ｍｍ）の測定範囲を拡大し、前記内空断面形状の測定限界を拡張することが可能となる。

次に、本発明に係る反射部１３の回転によりレーザ光の進行方向が第二の反射点Ｂを中心として、例えば、一回転（３６０度回転）することを説明する。

図４は、本発明に係る反射部の回転によりレーザ光の進行方向が変更する状態を示す斜視図であり、図４Ａは、レーザ光の進行方向が上方向に変更された状態を示す斜視図であり、図４Ｂは、レーザ光の進行方向が右方向に変更された状態を示す斜視図である。又、図４Ｃは、レーザ光の進行方向が下方向に変更された状態を示す斜視図であり、図４Ｄは、レーザ光の進行方向が左方向に変更された状態を示す斜視図である。

本発明では、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに示すように、前記円筒部１２ａを回転させることで、前記第二の反射点Ｂからのレーザ光の進行方向を簡単に３６０度回転させることが可能である。例えば、図４Ａに示すように、前記反射部１３の反射板が上を向いている場合は、レーザ光の進行方向が上方向になる。この状態を、例えば、予め設定する基準角度Ｒ０の基準状態として、前記円筒部１２ａを外側（前記円筒部１２ａの端部１２ａ１から出射するレーザ光の進行方向と逆方向）から見て時計回りに９０度だけ回転すると、図４Ｂに示すように、前記反射部１３の反射板が左方向を向く。ここで、前記円筒部１２ａの内部の軸方向とレーザ光の軸方向とが一致していることから、前記反射部１３の回転では、前記反射部１３の第二の反射点Ｂの方向が実質的に左方向を向くことになる。そのため、これに伴って、前記レーザ光の進行方向が左方向に変更されるのである（基準角度Ｒ０に対する回転角度Ｒ＝９０度）。

又、前記円筒部１２ａを時計回りに９０度だけ更に回転すると、図４Ｃに示すように、前記反射点Ｂの方向が実質的に下方向を向き、前記レーザ光の進行方向が下方向に変更される（基準角度Ｒ０に対する回転角度Ｒ＝１８０度）。更に、前記円筒部１２ａを時計回りに９０度だけ回転すると、図４Ｄに示すように、前記反射点Ｂの方向が実質的に右方向を向き、前記レーザ光の進行方向が右方向に変更される（基準角度Ｒ０に対する回転角度Ｒ＝２７０度）。最後に、前記円筒部１２ａを時計回りに９０度だけ回転すると、図４Ａに示すように、当該円筒部１２ａは基準状態に戻り、前記第二の反射点Ｂの方向が実質的に上方向を向き、前記レーザ光の進行方向が上方向に変更される（基準角度Ｒ０に対する回転角度Ｒ＝３６０度＝Ｒ０）。つまり、本発明では、前記第二の反射点Ｂからのレーザ光の進行方向を、当該第二の反射点Ｂを中心に３６０度回転させることが可能となるのである。

図５は、本発明に係る内空断面形状測定装置の測定状態を示す左側面概略図である。そして、図５に示すように、前記断面形状算出部１４が、基準状態、例えば、前記第二の反射点Ｂを中心として基準角度Ｒ０（例えば、０度）の半径距離Ｄ０を測定し、次に、前記断面形状算出部１４が、前記円筒部１２ａを前記基準角度Ｒ０から所定の回転角度Ｒ１（例えば、４５度）まで回転させた後、当該回転角度Ｒ１の状態における半径距離Ｄ１を測定する。そして、前記断面形状算出部１４が、前記基準角度Ｒ０からの回転角度Ｒ１と、当該回転角度Ｒ１の状態における半径距離Ｄ０とを所定のメモリーに関連付けて記憶する。更に、前記断面形状算出部１４が、前記回転角度Ｒ１の状態から、更に前記回転角度Ｒ１（４５度）（基準角度Ｒ０から回転角度Ｒ２＝９０度）だけ回転させた後、当該回転角度Ｒ２の状態における半径距離Ｄ２を測定し、両者を前記メモリーに関連付けて記憶する。これを基準角度Ｒ０から一回転（３６０度）まで繰り返すことで、０度から３６０度までの範囲内での回転角度Ｒと半径距離Ｄとを得ることが出来る。そして、前記断面形状算出部１４は、０度から３６０度までの範囲内での回転角度Ｒと半径距離Ｄとから、前記第二の反射点Ｂを原点とした極座標系において、前記回転角度Ｒごとの原点から半径距離Ｄまで点Ｃを線で結合するか、回転角度Ｒと半径距離Ｄとを極座標から直交座標に変換して、前記第二の反射点Ｂを原点とした直交座標系において、前記回転角度Ｒごとの原点から半径距離Ｄまで点Ｃを線で結合すれば、前記第二の反射点Ｂを中心とし、前記回転角度Ｒにおける半径距離Ｄを半径とした内空の断面形状を簡単に算出することが可能となる。

尚、上述では、１台の内空断面形状測定装置１が３６０度（一回転）当たりの内空断面形状を算出するよう構成したが、他の構成でも良い。例えば、２台の内空断面形状測定装置１を用意し、２台の内空断面形状測定装置１を上下に設置し、上方の内空断面形状測定装置で、対象物の内空の水平線から上方の部分の内空（半回転）を測定し、下方の内空断面形状測定装置で、対象物の内空の水平線から下方の部分の内空（半回転）を測定するように構成し、各内空断面形状測定装置の１８０度（半回転）の内空断面形状を一つの３６０度（一回転）の内空断面形状に結合すればよい。これにより、１台の内空断面形状測定装置１の測定に要する時間を短縮するとともに、３６０度当たりの回転角度を小さく設定して、現実の内空断面形状を木目細かく算出することが可能となる。

又、上述では、前記円筒回転部１２は、前記基準角度Ｒ０から前記回転角度Ｒ（度）ごとに、前記円筒部１２ａを一回転させ、前記断面形状算出部１４は、前記円筒部１２ａの一回転分の複数の回転角度Ｒ（度）と、前記回転角度Ｒ（度）ごとに測定される前記測定距離Ｌとに基づいて、一回転分の内空の断面形状を算出したが、他の構成でも良い。例えば、測定対象の種類によって、対象物の高さのみを確認したい場合、対象物の幅のみを確認したい場合等、０度から１８０度までの範囲内でも良い場合があるため、前記円筒回転部１２は、前記基準角度Ｒ０から前記回転角度Ｒ（度）ごとに、前記円筒部１２ａを半回転させ、前記断面形状算出部１４は、前記円筒部１２ａの半回転分の複数の回転角度Ｒ（度）と、前記回転角度Ｒ（度）ごとに測定される前記測定距離Ｌとに基づいて、半回転分の内空の断面形状を算出しても良い。

＜実施例、比較例等＞
以下、実施例、比較例等によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１〜図５に示すように、本発明に係る内空断面形状測定装置１を組み立てて作製し、図６Ａに示すように、作製した内空断面形状測定装置を実施例１の内空断面形状測定装置とした。尚、反射部１３は、反射板を採用した。

＜比較例１＞
市販のレーザ距離計（Ｌｅｉｃａ ＤＩＳＴＯ Ｄ５１０）を比較例１の内空断面形状測定装置とした。

＜内空断面形状測定試験１＞
直径が４００．０ｍｍの小管を測定対象物とし、その小管の内空断面形状を測定した。

＜内空断面形状測定試験１の結果＞
図６Ｂに示すように、実施例１の内空断面形状測定装置を小管の内部に設置して、当該小管の内空断面形状を測定した。測定条件は、基準角度Ｒ０を真上に設定し、３６０度当たり各回転角度（度）を７．８度に設定し、３６０度の円形当たりに４６点の測定点を測定するよう構成した。その結果、図７に示すように、３６０度の円形当たりに４６点を９２秒で測定出来た（測定点１点当たりに２秒の測定時間）。尚、測定点は、白点であり、測定された内空断面形状は、各白点を白線で結合された形状である。又、青線で示した円形は、既知の小管の直径４００．０ｍｍに基づいて描いた形状であり、赤線で示した円形は、既知の小管の直径４００．０ｍｍに対して所定の閾値（例えば、１０．０ｍｍ）を加算又は減算した２種類の管理値で描いた形状である。

又、測定精度を検討すると、前記測定結果において、回転角度が０度（Ｒ０）の時の半径距離Ｄ０と、回転角度が約１８０度（Ｒ）の時の半径距離Ｄとを加算した値である小管の上下方向の寸法は、４００．７ｍｍであり、既知の小管の直径４００．０ｍｍと比較して、＋０．７ｍｍであった。又、回転角度が９０度（Ｒ）の時の半径距離Ｄと、回転角度が２７０度（Ｒ）の時の半径距離Ｄとを加算した値である小管の左右方向の寸法は、３９３．１ｍｍであり、既知の小管の直径４００．０ｍｍと比較して、−６．９ｍｍであった。又、回転角度が４５度（Ｒ）の時の半径距離Ｄと、回転角度が２２５度（Ｒ）の時の半径距離Ｄとを加算した値である小管の右上左下方向の寸法は、３９９．６ｍｍであり、既知の小管の直径４００．０ｍｍと比較して、−０．４ｍｍであった。又、回転角度が１３５度（Ｒ）の時の半径距離Ｄと、回転角度が３１５度（Ｒ）の時の半径距離Ｄとを加算した値である小管の右下左上の寸法は、３９４．９ｍｍであり、既知の小管の直径４００．０ｍｍと比較して、＋５．１ｍｍであった。従って、数ｍｍ〜０．数ｍｍの測定精度を得ることが出来た。尚、比較例１の内空断面形状測定装置は、小管に入れて内空断面形状を計測することが出来なかった。

＜内空断面形状測定試験２＞
直径が５６６０ｍｍの円形空洞物を測定の対象物とし、その円形空洞物の内空断面形状を測定した。

＜内空断面形状測定試験２の結果＞
実施例１の内空断面形状測定装置を円形空洞物の内部に設置して、当該円形空洞物の内空断面形状を測定した。ここで、円形空洞物の直径が大きいことから、実施例１の内空断面形状測定装置を２台用意して、実施例１の内空断面形状測定装置を上下に固定し、上方の内空断面形状測定装置で、円形空洞物の水平線から上方の部分の内空（半回転）を測定し、下方の内空断面形状測定装置で、円形空洞物の水平線から下方の部分の内空（半回転）を測定するように構成した。測定条件は、基準角度Ｒ０を真上に設定し、１８０度当たり各回転角度を４．０度に設定し、１８０度当たりに４５点、二台合わせて、３６０度の円形当たりに９０点の測定点を測定するよう構成した。その結果、図８Ａに示すように、３６０度の円形当たりに９０点を約３分で測定出来た（２台同時測定開始で、測定点１点当たりに２秒の測定時間）。

又、測定精度を検討すると、前記測定結果において、回転角度が０度（Ｒ０）の時（Ａ点）の半径距離Ｄ０と、回転角度が約１８０度（Ｒ）の時（Ｃ点）の半径距離Ｄとを加算した値である円形空洞物の上下方向の寸法（Ａ−Ｃ寸法）は、５５５７．０ｍｍであり、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍと比較して、−３．０ｍｍであった。又、回転角度が９０度（Ｒ）の時（Ｂ点）の半径距離Ｄと、回転角度が２７０度（Ｒ）の時（Ｄ点）の半径距離Ｄとを加算した値である円形空洞物の左右方向の寸法（Ｂ−Ｄ寸法）は、５５５４．０ｍｍであり、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍと比較して、−６．０ｍｍであった。又、回転角度が４５度（Ｒ）の時（Ｅ点）の半径距離Ｄと、回転角度が２２５度（Ｒ）の時（Ｇ点）の半径距離Ｄとを加算した値である円形空洞物の右上左下方向の寸法は、５５５１．０ｍｍであり、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍと比較して、−９．０ｍｍであった。又、回転角度が１３５度（Ｒ）の時（Ｆ点）の半径距離Ｄと、回転角度が３１５度（Ｒ）の時（Ｈ点）の半径距離Ｄとを加算した値である円形空洞物の右下左上の寸法（Ｆ−Ｈ寸法）は、５５６０．０ｍｍであり、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍと比較して、０．０ｍｍであった。従って、数ｍｍ〜０．数ｍｍの測定精度を得ることが出来た。

一方、比較例１の内空断面形状測定装置で、測定者が、実施例１の内空断面形状測定装置と同じ場所で、回転角度が９０度（Ｒ）の時（Ｂ点）の半径距離Ｄと、回転角度が２７０度（Ｒ）の時（Ｄ点）の半径距離Ｄとをそれぞれ測定すると、測定点２点当たり５分を要した（測定点１点当たりに２．５分の測定時間）。また、測定精度を検討すると、前記２点の半径距離Ｄから、円形空洞物の左右方向の寸法（Ｂ−Ｄ寸法）を測定すると、５５５３ｍｍであり、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍと比較して、−７ｍｍであった。

尚、図８Ｂには、測定点２点を用いて、既知の円形空洞物の直径５６６０ｍｍが変わらないことを仮定して仮想的に描いた円形を示している。図８Ａの円形と、図８Ｂの円形とを比較すると、実測点（測定点）から構成される円形が、円形空洞物の内空断面形状を正確に反映していることが理解出来る。

尚、本発明では、高精度を実現することが可能となるため、トンネル、地下大空洞、建物、大型の円筒管等の内空の断面形状の測定のみならず、地下小空洞、小型の円筒管等の内空の断面形状も、もちろん測定することが出来て、更に、これらの経時変化の確認、検査等に好適となる。

又、本発明では、既設のトンネル等の内空において、現状の内空断面形状を測定し、その測定結果から、ヒビ等の有無の確認等の維持管理に適用すると、更に、好ましい。例えば、本発明に係る内空断面形状測定装置を、台車や自動車等の搬送車に載置して、内空断面形状を移動しながら測定する。この際、前記内空断面形状測定装置は、例えば、当該内空断面形状測定装置の反射部１３が前方又は後方に突出するように、前記搬送車に載置する。これにより、搬送車の進行方向に対して直角方向の内空断面形状を３６０度分、確実に測定できる。又、移動しながら、前記内空断面形状を測定すると、擬似的に３次元の内空を模写できて、既設のトンネルや建物等の内空の３次元形状を、精度高く確認することが可能となり、建物等の内空の維持管理に最適となる。

又、本発明では、対象物の内空断面形状が既知である場合、断面形状算出部１４が、既知の内空断面形状に対して所定の閾値を加算又は減算した管理値を設け、測定点又は各測定点で結合された測定線が当該管理値を超過するか否かを判定し、当該判定の結果、前記測定点又は測定線が前記管理値を超過する場合には、当該測定点又は測定線を赤字で濃く表示する等の警告表示を行なったり、アラームを発したりしても良い。これにより、対象物の内空断面の計時変化を簡単に確認することが出来る。

又、本発明では、断面形状算出部１４が、前記円筒回転部１２が回転させた円筒部１２ａの回転角度を所定の補正値で補正するよう構成しても良い。これにより、円筒部１２ａの回転の際に、回転ブレが多少生じて０．数度のずれが生じる場合であっても、このずれに対応した補正値で回転角度を補正することで、精度高い回転角度Ｒ（度）で内空断面形状を算出することが出来る。

又、本発明では、断面形状算出部１４が、レーザ光の回転角度Ｒ（度）に応じて当該レーザ光で測定される測定距離Ｌ（ｍｍ）を補正するよう構成しても良い。これにより、レーザ距離計で測定される測定距離は、レーザ光が対象物の平面に対して直角に入射して反射されることを前提とした測定値であるため、レーザ光の回転角度Ｒ（度）により、その前提が崩れ、レーザ光が直角に入射せず、反射光量が弱くなり、測定距離にバラつきが生じる場合がある。その場合であっても、レーザ光の回転角度Ｒ（度）に応じて所定の補正値で測定距離Ｌ（ｍｍ）を補正すれば、精度高い回転角度Ｒで内空断面形状を算出することが出来る。

又、本発明では、反射部１３に着脱可能のカバーを設けるよう構成しても良い。これにより、測定時にカバーを外し、非測定時にカバーを付けることで、反射部１３に大気中の塵、埃等の付着を防止することが出来る。又、反射部１３の反射面に、結露防止のカバーや表面処理を施しても良い。

又、本発明では、平面台に、外部からの振動の伝達を防止する振動伝達防止部材を設けるよう構成しても良い。これにより、内空断面形状の計測時では、外部の振動により、測定された内空断面形状に誤差が生じるおそれがあるため、振動伝達防止部材を設けることで、外部振動による誤差の発生を防止することが出来る。尚、振動伝達防止部材は、例えば、ゴムや発泡材等の緩衝材や制振装置を挙げることが出来る。

以上のように、本発明に係る内空断面形状測定装置及び内空断面形状計測方法は、トンネルや建物等の内空断面形状の測定分野、例えば、土木技術分野、測量技術分野、計測技術分野等に有用であり、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能な内空断面形状測定装置及び内空断面形状計測方法として有効である。

１ 内空断面形状測定装置
１０ 平面台
１１ レーザ距離測定部
１２ 円筒回転部
１３ 反射部
１４ 断面形状算出部
１５ 傾斜測定部
１６ 点灯部
１７ 電源部
１８ 記憶媒体
１９ ネットワーク
２０ カバー部

Claims (4)

1. 内空断面形状を測定する内空断面形状測定装置であって、
   固定面を水平状態とする平面台に固定され、水平に対応する、円筒部の内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点までの測定距離を測定するレーザ距離測定部と、
   前記平面台の端部に固定され、前記円筒部の内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度から所定の回転角度ごとに、当該円筒部を前記レーザ光の周方向に回転させる円筒回転部と、
   前記円筒部のうち、レーザ光が出射する円筒部の端部に直接固定されて外部に突出し、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、前記対象物に前記第一の反射点で反射させて、前記第二の反射点を介して、前記起点に戻らせることで、前記起点から前記第二の反射点を介して前記第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする反射部と、
   前記円筒部の複数の回転角度と、前記回転角度ごとに測定される前記測定距離とに基づいて、前記第二の反射点を中心とし、前記回転角度における前記レーザ光の反射部の第二の反射点から当該レーザ光の対象物の第一の反射点までの半径距離を半径とし、前記中心から前記半径距離までの前記回転角度ごとの点を線で結合した内空の断面形状を算出する断面形状算出部と、
   前記円筒回転部と前記平面台との間に設けられ、当該円筒回転部の固定面を傾斜可能であり、前記内空断面形状を測定する際に調整される第一傾斜調整部と、
   前記円筒部の端部と前記反射部との間に設けられ、当該反射部の固定面を傾斜可能であり、前記内空断面形状を測定する際に調整される第二傾斜調整部と、を備えることを特徴とする内空断面形状測定装置。
2. 前記断面形状算出部は、前記円筒回転部が回転させた円筒部の回転角度を所定の補正値で補正する
   請求項１に記載の内空断面形状測定装置。
3. 前記断面形状算出部は、前記レーザ光の回転角度に応じて当該レーザ光で測定される測定距離を補正する
   請求項１又は２に記載の内空断面形状測定装置。
4. 内空断面形状を測定する内空断面形状測定方法であって、
   固定面を水平状態とする平面台に固定されたレーザ距離測定部で、水平に対応する、円筒部の内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点までの測定距離を測定するレーザ距離測定ステップと、
   前記平面台の端部に固定された円筒回転部で、前記円筒部の内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度から所定の回転角度まで、当該円筒部を前記レーザ光の周方向に回転させる円筒回転ステップと、
   前記円筒部のうち、レーザ光が出射する円筒部の端部に直接固定されて外部に突出した反射部で、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、前記対象物に前記第一の反射点で反射させて、前記第二の反射点を介して、前記起点に戻らせることで、前記起点から前記第二の反射点を介して前記第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする反射ステップと、
   前記円筒部の複数の回転角度と、前記回転角度ごとに測定される前記測定距離とに基づいて、前記第二の反射点を中心とし、前記回転角度における前記レーザ光の反射部の第二の反射点から当該レーザ光の対象物の第一の反射点までの半径距離を半径とし、前記中心から前記半径距離までの前記回転角度ごとの点を線で結合した内空の断面形状を算出する断面形状算出ステップと、
   前記内空断面形状を測定する際に、前記円筒回転部と前記平面台との間に設けられ、当該円筒回転部の固定面を傾斜可能な第一傾斜調整部で、当該円筒回転部の固定面を調整する第一傾斜調整ステップと、
   前記内空断面形状を測定する際に、前記円筒部の端部と前記反射部との間に設けられ、当該反射部の固定面を傾斜可能な第二傾斜調整部で、当該反射部の固定面を調整する第二傾斜調整ステップと、を備えることを特徴とする内空断面形状測定方法。