JP6381800B2 - 昇降路寸法計測装置および昇降路寸法計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータのかごが昇降するための昇降路の３次元的な寸法を計測する昇降路寸法計測装置および昇降路寸法計測方法に関するものである。

昇降路の寸法を計測する従来技術として、レーザー光を水平方向に照射して距離計測が可能なレーザー距離計をエレベータカゴ上に設置し、カゴ移動により昇降路内の３次元的な形状を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたエレベータの昇降路内寸法測定装置は、形状測定を行うときには、レーザー光を垂直方向へ分岐して照射することで、センサの位置（高さ）情報も同時に取得することを特徴としている。

特許第４６６６８４２号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
昇降路全体を計測することを考えるとき、水平方向の走査によって２次元的な計測データが取得可能なレーザー距離計を用いる場合がある。この場合には、計測装置を設置したエレベータカゴを移動させることで、３次元的に昇降路を計測することができる。

このような装置構成において、昇降路内をより密に計測するためには、エレベータカゴの移動速度を十分に遅くし、レーザー走査の空間分解能を高める必要がある。しかしながら、エレベータカゴの移動速度を遅くすると、測定精度を向上させることはできるものの、計測時間が長くなるという課題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、測定精度の向上と計測時間の短縮化を両立して昇降路の３次元的な寸法を計測することのできる昇降路寸法計測装置および昇降路寸法計測方法を得ることを目的とする。

本発明に係る昇降路寸法計測装置は、昇降路において水平方向３６０度を計測可能となるように、同一円周上において円の中心方向を向き、かつ水平面に対して仰角向きに配置され、撮像対象物である昇降路の内壁に対して水平方向および垂直方向の計測範囲に渡って距離計測用パターンを照射し、内壁に対して照射された距離計測用パターンを撮像することで３次元点群として構成される計測データを出力する複数の３Ｄ距離画像センサと、昇降路内の複数の高さ位置のそれぞれで、複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された計測データに基づいて、複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから内壁までの距離を算出することで、昇降路の寸法を昇降路の全長に渡って算出する計算機とを備えるものである。

また、本発明に係る昇降路寸法計測方法は、昇降路において水平方向３６０度を計測可能となるように、同一円周上において円の中心方向を向き、かつ水平面に対して仰角向きに配置され、撮像対象物である昇降路の内壁に対して水平方向および垂直方向の計測範囲に渡って距離計測用パターンを照射し、内壁に対して照射された距離計測用パターンを撮像することで３次元点群として構成される計測データを出力する複数の３Ｄ距離画像センサの検出結果を計算機によりデータ処理することで、昇降路の寸法を昇降路の全長に渡って算出する昇降路寸法計測方法であって、複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された計測データを取得するデータ取得ステップと、複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力され、データ取得ステップにより取得されたそれぞれの計測データに基づいて、複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから内壁までの距離を算出することで、昇降路の寸法を昇降路の全長に渡って算出する寸法算出ステップとを有するものである。

本発明によれば、密な３次元計測が可能である３Ｄ距離画像センサを複数配置することで、昇降路全体を高速かつ密に計測することができる。さらに、計測装置の周囲３６０度をカバーする視野を得られる配置方法で複数の３Ｄ距離画像センサを配置することで、必要なセンサ数を低減し装置構成を簡素化することができる、という顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の外観図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の構成要素の配置例を示す上面図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の構成要素の配置例を示す側面図である。 昇降路内の計測の様子を示した説明図である。 ６台の３Ｄ距離画像センサを用いた場合の計測範囲を示す図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、仰角θを有する場合の視野範囲の拡大を示す上面図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、仰角θを有する場合の視野範囲の拡大を示す側面図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、撮像対象物である壁と３Ｄ距離画像センサとの距離をより長くした場合の視野範囲の拡大を示す説明図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態２による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態３による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態４による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の昇降路寸法計測装置および昇降路寸法計測方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の外観図である。本実施の形態１による昇降路寸法計測装置は、複数箇所に配置された３Ｄ距離画像センサ１、照明２、および計算機３を備えて構成されている。３Ｄ距離画像センサ１のそれぞれは、照明２によって照らされた昇降路において、２次元画像の撮影、および３次元点群としての計測データの取得、の両方が可能なセンサである。

より具体的には、３Ｄ距離画像センサ１は、撮影対象物の色情報を取得するためのカメラ、プロジェクタ、およびプロジェクタ光の受光部で構成される。カメラは、対象物の輝度を取得するモノクロカメラでもよいし、ＲＧＢの各色の成分を取得するカラーカメラでもよい。

プロジェクタ光は、可視光でもよいし、赤外線などの不可視な波長の光線でもよい。ここで、プロジェクタ光が可視光の場合には、プロジェクタ光の受光部とカメラを同一の装置としてもよい。また、対象物の色情報を利用しない場合、すなわち、視覚的な情報を抽出しない場合には、カメラを搭載しなくてもよい。

計算機３は、複数の３Ｄ距離画像センサ１によって取得されるそれぞれの計測データの演算処理を実行する。具体的には、プロジェクタから撮像対象物に対して照射されたパターンが、受光部により撮像される。そして、計算機３は、受光部で撮像されたパターンの歪みを観測することで、三角測量の原理により、３Ｄ距離画像センサ１と撮像対象物との間の距離を算出することができる。

距離データは、受光部の素子ごとに得られる。画角に対する素子数が多いほど、密な計測データを取得することが可能である。例として、受光部の素子の配列が縦４８０、横６４０である場合には、１回の撮像で３０万点以上の３次元点群としての距離データを得ることができる。

取得した距離データは、距離を色の濃淡で表わした距離画像として扱ってもよいし、各点がセンサ座標系における３次元座標の情報を持つ３次元点群として扱ってもよい。最小で１回のパターン照射と受光部の１回の撮像によって、３次元計測が可能である。このため、受光部の撮像フレームレートで、３次元計測することができる。

次に、このような構成を備えた３Ｄ距離画像センサ１を移動させながら昇降路を計測することを考える。３Ｄ距離画像センサ１を水平に設置し、垂直方向の計測可能範囲を１ｍと仮定し、３Ｄ距離画像センサ１のフレームレートが一般的なビデオカメラと同等の毎秒３０フレームであると仮定する。

この仮定の下で、垂直方向にセンサを移動させながら計測抜けがないように計測する場合には、毎秒３０ｍで計測することができる。この結果、取得できる３次元点群は、毎秒９００万点となる。以上のことから、３Ｄ距離画像センサ１を用いることで、高速かつ密な計測が実現できるといえる。

以降では、３Ｄ距離画像センサ１の配置について検討する。図２は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の構成要素の配置例を示す上面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の構成要素の配置例を示す側面図である。

本発明による昇降路寸法計測装置において、複数の３Ｄ距離画像センサ１は、センサ配置の基準となる円４の同一円周上に等間隔で配置される。さらに、それぞれの３Ｄ距離画像センサ１の光軸は、円の中心方向を向いており、かつ、照明２の照射方向側を仰角として、設置平面から一定の仰角θとなるよう設置される。なお、図３において、Ｄａｘｉｓは、光軸方向を意味している。

ここで、３Ｄ距離画像センサ１を、図２、図３で示した本発明の配置とは異なり、昇降路の中心に配置し、光軸方向を水平方向にした場合を考える。この場合に、３Ｄ距離画像センサ１の水平画角を６０度と仮定すると、昇降路の水平視野３６０度をカバーするためには、６台の３Ｄ距離画像センサ１が必要である。

図４Ａは、昇降路内の計測の様子を示した説明図である。また、図４Ｂは、６台の３Ｄ距離画像センサ１を用いた場合の計測範囲を示す図である。より具体的には、本発明の昇降路寸法計測装置は、昇降路１１の中央に配置され、昇降路１１内のそれぞれのエレベータ乗場１２の間を昇降動作しながら、昇降路内の寸法を計測する。図４Ａにおいては、移動前の昇降路寸法計測装置がＰ１で示され、移動後の昇降路寸法計測装置がＰ２で示されている。

また、図４Ｂに示すように、水平画角６０度の３Ｄ距離画像センサ１を６台設置した場合には、それぞれのセンサにより、点線で囲んだ計測範囲Ｒｍについて計測データが収集される。

一方、これに対し、本発明の配置では、光軸方向を仰角θだけ傾けることで、計測可能な範囲の拡大を図っている。図５Ａは、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、仰角θを有する場合の視野範囲の拡大を示す上面図である。また、図５Ｂは、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、仰角θを有する場合の視野範囲の拡大を示す側面図である。

図５Ａ、図５Ｂにおいて、点線で示された領域は、仰角０度のときの視野範囲であり、実線で示された領域は、仰角θ［度］のときの視野範囲である。光軸に沿った方向で考えると、光軸を水平方向に向けたときの昇降路壁面１３までの距離をＬとすると、仰角θだけ傾けることで、３Ｄ距離画像センサ１から昇降路壁面１３までの距離が実質的に長くなり、その結果、計測可能な範囲が広くなっている。図５Ａでは、仰角０度のときの水平視野Ｆｈ（０）よりも、仰角θ［度］にときの水平視野Ｆｈ（θ）が広がっている状態を示している。

また、図６は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、撮像対象物である昇降路壁面と３Ｄ距離画像センサとの距離をより長くした場合の視野範囲の拡大を示す説明図である。

図６において、点線で示された領域は、昇降路壁面１３までの距離がＬで、仰角０度のときの視野範囲であり、実線で示された領域は、昇降路壁面１３までの距離がＬで、仰角θ度のときの視野範囲であり、２点鎖線で示された領域は、昇降路壁面１３までの距離がＬ＋ｒで仰角θ’のときの視野範囲である。ここで、仰角θとθ’は、後述するように、θ’＜θの関係がある。

図６に示すように、同一円上、かつ、円の中心方向を向くように３Ｄ距離画像センサ１を配置することで、昇降路の中心に３Ｄ距離画像センサ１を配置するよりも昇降路壁面１３からの距離をｒ分だけ長くできる。ここで、ｒは、同一円上に３Ｄ距離画像センサ１が配置された際の円の半径に相当する。

この結果、計測可能な範囲がさらに広くなる。この計測範囲の拡大は、昇降路の水平断面で考えると、実質的に水平画角が大きくなったとみなすことができる。従って、本発明のセンサ配置によれば、単純に３Ｄ距離画像センサ１を昇降路の中心に配置し、その向きが放射状となるように配置する場合と比べ、少ない数の３Ｄ距離画像センサ１で昇降路の水平方向３６０度をカバーすることができる。

先の図４Ｂに示したような放射状配置の場合には、３Ｄ距離画像センサ１の１台あたりに必要とされる水平方向の画角Ｈは、３Ｄ距離画像センサ１をｎ個用いたとすると、下式（１）となる。
Ｈ＝３６０／ｎ （１）

例として、３Ｄ距離画像センサ１の個数をｎ＝３とすると、昇降路中心に３Ｄ距離画像センサ１を配置した場合、３Ｄ距離画像センサ１の１つあたりの水平方向の画角Ｈは、１２０度以上が必要である。

昇降路の中心位置から壁面までの距離Ｌ［ｍ］だけ離れた位置における水平方向の計測可能範囲Ｍ［ｍ］は、３Ｄ距離画像センサ１の水平画角Ｈ＝１２０度のとき、下式（２）で表される。
Ｍ＝２Ｌｔａｎ（１２０°／２） （２）

水平画角１２０度相当の計測範囲となるように、装置上に３Ｄ距離画像センサ１を配置するためには、昇降路の水平断面において、計測可能範囲Ｍ［ｍ］を満たすようにセンサ仰角θ［度］を決定すればよい。

ここで、３Ｄ距離画像センサ１の実際の水平画角をφ［度］とすると、センサ仰角θ［度］に傾いた光軸に沿った方向における壁面までの距離がＤ［ｍ］である場合の水平断面の計測可能範囲Ｍ’［ｍ］は、下式（３）で表される。
Ｍ’＝２Ｄｔａｎ（φ／２） （３）

３Ｄ距離画像センサ１の計測可能範囲が水平画角１２０度相当となるとき、すなわち、上式（３）のＭ’が上式（２）のＭと等しくなるときを考える。このとき、センサ仰角θ［度］に沿った方向における壁面までの距離Ｄ［ｍ］は、上式（２）および上式（３）から、下式（４）として算出される。
Ｄ＝Ｍ／２ｔａｎ（φ／２） （４）

よって、センサ仰角θ［度］は、下式（５）として算出される。
θ＝ｃｏｓ^-1（Ｌ／Ｄ） （５）

本発明による計測装置を昇降路の中心に設置し、３Ｄ距離画像センサ１を配置する半径ｒ［ｍ］の円の中心が、装置の中心にあるとする。この場合、光軸に沿った方向における壁面までの実際の距離は、図６に示したように、円の半径ｒの分だけ長くなる。したがって、上式（５）は、下式（６）となる。
θ’＝ｃｏｓ^-1（（Ｌ＋ｒ）／Ｄ） （６）

この結果、図６に示すように、装置中心部に３Ｄ距離画像センサ１を配置したときのセンサ仰角θ［度］よりも小さいセンサ仰角θ’［度］により、必要な水平計測範囲を確保することができる。

一般に、光学系による測距センサは、センサ光軸に対する計測対象面の角度が大きいと、すなわち、本発明においてはセンサ仰角θ’［度］が大きいと、計測精度が低下する。これに対して、本発明によるセンサ配置では、３Ｄ距離画像センサ１を配置する円の半径ｒを大きくすることで、センサ仰角θ’［度］を小さくすることができる。このため、計測精度の低下を防ぐことができるという利点がある。

このとき、３Ｄ距離画像センサ１のセンサ仰角θ’［度］ごとの計測精度が分かれば、目標とする計測精度によって適切なセンサ仰角θ’［度］を決定することができる。さらに、センサ仰角θ’［度］が分かれば、センサ水平画角φ［度］、センサ数ｎ、３Ｄ距離画像センサ１を配置する円の半径ｒ［ｍ］といったセンサ配置に関するパラメータが算出可能となる。このようにして、適用シーンに対して必要十分な計測装置の構成を決定することができる。

次に、本実施の形態１における昇降路寸法計測装置による具体的な寸法計測処理について、機能ブロック図およびフローチャートを用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。また、図８は、本発明の実施の形態１による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、センサデータ取得器１０１は、３Ｄ距離画像センサ１から計測データを取得し、計算機３に保存させる。

次に、ステップＳ１０２において、複数センサデータ統合器１０２は、複数の３Ｄ距離画像センサ１から得られた計測データを統合し、第一統合計測データを生成する。複数センサデータ統合器１０２は、あらかじめ校正により取得した装置上の各３Ｄ距離画像センサ１間の位置と姿勢の関係を利用して、それぞれの３Ｄ距離画像センサ１から得られる計測データを重ね合わせる。

このようにして、複数の３Ｄ距離画像センサ１から得られた計測データを統合することで、広い視野を持つ１つの３Ｄ距離画像センサ１から得られた計測データとして扱うことができる。

なお、複数の３Ｄ距離画像センサ１の視野が重なるように設置した場合には、異なる３Ｄ距離画像センサ１から得られる計測データ間で重なった部分を対応付けて位置合わせすることで、複数のセンサから得られる計測データを統合することもできる。

この場合には、各３Ｄ距離画像センサ１間の位置と姿勢に関して、事前の校正を行っておく必要がなくなるという利点がある。その一方で、センサの数だけ計測データの位置合わせ処理の回数が増加するため、処理時間がかかるという欠点がある。また、視野が重なった部分が単一色の平面である場合など、形状的もしくは視覚的な特徴がない場合には、計測データの位置合わせが困難になるという欠点もある。

次に、第一統合計測データに関して、異なる地点もしくは時刻に取得された第一統合計測データ同士の位置合わせを行う。位置合わせをするためには、異なる第一統合計測データ間で、対応している部分がどこであるかを知る必要がある。そこで、ステップＳ１０３において、特徴抽出器１０３は、第一統合計測データから、第一統合計測データ間の対応付けに用いる特徴を抽出する。

カメラを用いる場合には、カメラ画像から視覚的な特徴を抽出して、第一統合計測データ間の対応付けに利用することができる。視覚的な特徴としては、物体の見た目上のコーナーや線分を抽出してもよいし、特定のテクスチャパターンを記憶しておき、取得画像中でマッチングすることで抽出してもよい。

また、受光部を介して取得した計測データを用いる場合には、第一統合計測データから３次元形状的な特徴を抽出して、第一統合計測データ間の対応付けに利用することができる。形状的な特徴としては、物体のコーナーや稜線、平面を抽出してもよいし、プリミティブ（球や正方形など）や３ＤＣＡＤデータによる特定の形状パターンを記憶しておき、取得した計測データ中でマッチングすることで抽出してもよい。

また、第一統合計測データ間の対応付けを行う際に、視覚的な特徴と形状的な特徴を併用してもよい。併用する場合には、異なる第一統合計測データ間の対応付けが容易である視覚的な特徴の利点と、第一統合計測データの位置合わせに必要な３次元的な情報が得られる形状的な特徴の利点の両方が得られるため、位置合わせの高精度化を図ることができる。

なお、視覚的な特徴を利用する場合で、かつ、昇降路内が暗い場合には、昇降路内を照らすための照明２があるとよい。照明２は、昇降路内に据え付けてもよいし、昇降路寸法計測装置に搭載してもよい。昇降路に照明２を据え付ける場合は、昇降路寸法計測装置の位置によって照明の当たり方が変化しない。このため、特徴抽出および対応付けが容易であるという利点がある。

一方、昇降路寸法計測装置に照明２を搭載する場合は、常に視野内の光量を一定に保つことができる。このため、３Ｄ距離画像センサ１に搭載されたカメラの露光時間を動的に調整する必要がなく、安定した画像撮影が期待できるという利点がある。また、照明２の当たり方による特徴の見え方の変化に対しては、照明変動に対して頑健な特徴抽出手法を適用することで、解決することが可能である。

次に、ステップＳ１０４において、計測データ位置合わせ処理器１０４は、第一統合計測データ間における上述したような特徴の対応関係を用いて、異なる地点もしくは時刻で取得された第一統合計測データ同士の位置合わせを行い、位置合わせ後の第二統合計測データを生成する。

この位置合わせは、計測データを並進方向３自由度、回転方向３自由度の計６自由度の最適化問題を解くことに等しい。これを全探索的に解くことを考えると、非常に長い処理時間が必要となってしまう。しかしながら、稜線や平面などの形状的な特徴の対応付けが得られている場合には、位置合わせの自由度を低減することができる。この結果、処理時間を大幅に低減することが可能である。

例として、計測データ間で１つの平面が対応付けられている場合には、位置合わせする並進方向は、平面上の移動に限られる。このため、並進方向の自由度は、３自由度から２自由度に低減される。

また、位置合わせする回転方向は、平面の法線方向を軸とした１自由度の回転に限られる。このため、回転方向の自由度は、３自由度から１自由度に低減される。複数の形状特徴の組み合わせを用いた場合には、さらに自由度が低減され、位置合わせに要する計算時間の短縮および高精度化が可能である。

次に、ステップＳ１０５において、寸法算出器１０５は、位置合わせによって取得した昇降路全体の位置合わせ後の第二統合計測データを用いて、昇降路の寸法を算出する。ここで、昇降路の寸法とは、昇降路の底面から天井までの高さ、および第二統合計測データの水平断面における壁面やエレベータ部品などの物体間の距離である。

水平断面の寸法は、昇降路内の基準となる点を指定し、基準点に対する各壁面や既設のエレベータ部品を計測した３次元点群までの最短距離として算出してもよいし、平均距離として算出してもよい。また、昇降路内の基準点としては、水平断面における計測データの重心を用いてもよいし、手動で任意の基準点を選択してもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、密な計測データを取得可能な複数の３Ｄ距離画像センサを用いることで、昇降路寸法を高速かつ密に計測することが可能である。さらに、３Ｄ距離画像センサは、同一円上で円の中心方向を向き、かつ、仰角向きに配置されている。この結果、装置の中心かつ水平方向に３Ｄ距離画像センサを配置するよりも、少ないセンサ数で昇降路全体をカバーする水平方向視野を実現できる。

したがって、本発明による昇降路寸法計測装置は、昇降路寸法計測の高速化と高密度化に加え、装置の小型化・簡素化も実現できる、という優れた効果がある。

実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１による昇降路寸法計測装置において、基準物体抽出器１０６をさらに備えた構成について、機能ブロック図およびフローチャートを用いて説明する。

図９は、本発明の実施の形態２による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。また、図１０は、本発明の実施の形態２による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。基準物体抽出器１０６によるステップＳ１０６の処理を中心に、以下に説明する。

ステップＳ１０６において、基準物体抽出器１０６は、位置合わせ後の第二統合計測データから昇降路内に存在する既知形状の物体を抽出する。そして、ステップＳ１０５において、寸法算出器１０５は、基準物体抽出器１０６により抽出された物体の位置を、寸法算出の基準として用いる。

基準となる物体の例としては、エレベータカゴのガイドレールや三方枠など、据え付けの精度が要求される部品が挙げられる。これらの部品は、形状が規格で決められていたり、設計データが残っていたりするため、あらかじめ形状データを取得することができる。また、据え付けの精度が保証されているため、寸法算出の基準として有用である。

従って、基準物体抽出器１０６は、位置合わせ後の第二統合計測データと部品形状データとをフィッティングすることで、位置合わせ後の第二統合計測データの中から部品を抽出することができる。さらに、寸法算出器１０５は、基準物体抽出器１０６により抽出された部品を、寸法算出の基準として利用することができる。

部品形状データは、３ＤＣＡＤのような３次元的な形状情報を有したものでもよい。また、部品形状データは、ガイドレールなど、断面形状が変化しない部品に関しては、２次元的な断面形状データでもよい。

ここで、物件ごとに寸法算出の基準となる物体が異なる場合には、異なる物件の昇降路寸法と比較したり、設計データを流用したりするためには、同じ基準で寸法を算出し直す手間が発生する。そこで、基準となる物体を統一することで、寸法の比較や設計データの流用が容易になる。

以上のように、実施の形態２によれば、据え付け精度が保証されている部品を基準として寸法を算出する構成を備えている。この結果、算出された寸法の信頼性を向上させることができる。

さらびに、昇降路に共通した部品を寸法算出の基準とすることで、異なる物件の昇降路の寸法と比較することが容易となる。この結果、エレベータの改修に伴う設計作業において、過去の設計データを一部流用するなど、作業の効率化を図ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態２で説明した基準物体抽出器１０６の具体例として、ガイドレールを抽出対象とする場合について、機能ブロック図およびフローチャートを用いて説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。また、図１２は、本発明の実施の形態３による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。本実施の形態３においては、先の実施の形態２における基準物体抽出器１０６の代わりに、レール情報取得器１０７、レール検出器１０８、およびレール基準補正器１０９を備えており、これらの異なる構成、およびステップＳ１０７〜ステップＳ１０９の処理を中心に、以下に説明する。

ステップＳ１０７において、レール情報取得器１０７は、対象となる昇降路のガイドレールの寸法情報を取得する。ガイドレールの寸法情報は、あらかじめガイドレール寸法を登録しておいたデータベースを参照して取得してもよいし、手動でレール形状を入力してもよい。

ガイドレールの断面形状の寸法は、規格で定められているため、型番を参照するだけで容易にガイドレールの寸法情報を取得できる。そして、レール情報取得器１０７は、対象エレベータの設計データから、もしくは、現場での実測結果から、２本のガイドレール間の距離を取得することができる。

次に、ステップＳ１０８において、レール検出器１０８は、ステップＳ１０４において生成された位置合わせ後の第二統合計測データに基づいて、エレベータのガイドレールを検出する。検出方法としては、カメラで撮影した画像を用いて、ガイドレールと同じ形状である物体をパターンマッチングにより検出してもよいし、３次元点群として得られる計測データに対してガイドレールの３ＤＣＡＤをフィッティングさせることにより検出してもよい。

また、別の検出方法として、ガイドレールの断面形状が一定であることを利用し、３次元点群をガイドレールの長手方向に垂直な平面に投影した２次元データに対してガイドレール断面形状をパターンマッチングすることにより、ガイドレールを検出してもよい。

ただし、昇降路寸法計測装置を昇降路の中心に配置して上下運動することにより計測した場合には、装置に対して物体の裏側は計測できない。このため、３次元点群として得られるのは、レールの断面形状の一部であり、レール位置の検出精度が低下することが懸念される。

そこで、ガイドレールは、２本が対になっており、それぞれ地面に対して鉛直でガイドレール同士は、平行に据え付けられていること、そして、ガイドレール間の寸法が常に等しいこと、などの前提条件を用いることで、レール検出器１０８は、レール位置の検出精度を向上させることができる。

次に、ステップＳ１０９において、レール基準補正器１０９は、エレベータカゴのガイドレール形状を考慮して、ステップＳ１０４における位置合わせ後の第二統合計測データの位置合わせ結果を補正する。ガイドレールは、エレベータを構成する部品の中でも据え付けの位置と姿勢の精度が高い部品の１つである。このため、ガイドレールが設計通りの位置、姿勢として計測されるように位置合わせ後の第二統合計測データを補正することで、計測精度を向上させることができる。

具体的には、ガイドレールは、地面に対して鉛直になるよう据え付けられること、および地面に対して鉛直方向から見た場合の２本のガイドレール間の距離はどの高さから計測しても等しくなる、すなわち２本のガイドレールは互いに平行であることを利用する。

また、３Ｄ距離画像センサ１は、プロジェクタとその受光部による三角測量によって計測が行われる。しかしながら、センサ個体によって、製造時に、プロジェクタと受光部との位置関係がずれることによる計測誤差が発生することがある。ここでいう計測誤差には、プロジェクタと受光部間の基線長のずれによる計測スケールの誤差や光軸方向のずれによる歪みを含む。

このような計測誤差は、あらかじめ校正して補正することも可能である。しかしながら、計測誤差を完全にゼロにすることは困難である。そこで、本実施の形態３は、レールの断面形状が一定であることを利用して、センサ単体の計測データのスケールを拡大縮小変換により補正する構成を設けている。

加えて、レール基準補正器１０９は、レールが湾曲していないことを利用して、センサ単体の計測データの歪みも補正することができる。さらに、レール基準補正器１０９は、向かい合った１対のレールは平行であることを利用し、位置合わせ時の計測データの歪みおよびスケールを補正することができる。

さらに、レール基準補正器１０９は、ガイドレールの方向を基準として、計測データの座標系を補正する。具体例として、レール基準補正器１０９は、計測データの座標系のＺ軸方向と、ガイドレールの方向が一致するように、計測データ全体を回転させる座標変換を行う。

エレベータ設計の際には、１階部分のみなど、特定の高さ範囲での寸法を取得する必要がある。従って、正確な昇降路断面を取得するためには、計測データにおいてどの方向が鉛直方向に当たるかを知ることは重要である。

そして、本実施の形態３における昇降路寸法計測装置は、計測データの位置合わせを行うことにより、装置の移動経路も同時に取得できる。昇降路寸法計測装置をエレベータかごに設置して計測を行う場合には、その移動経路を鉛直方向として用いることが考えられる。

しかしながら、３Ｄ距離画像センサ１による計測データには、計測誤差が含まれる。このため、得られる移動経路が直線であるとは限らない。従って、取得した装置の移動経路をそのまま鉛直方向として利用すると、正しい昇降路断面が得られない可能性がある。

これに対して、本実施の形態３では、レール情報取得器１０７、レール検出器１０８、およびレール基準補正器１０９を備えることで、ガイドレールの方向を基準として、計測データの座標系を補正することができる。この結果、昇降路寸法計測の精度を向上させることができる。

なお、基準物体抽出器１０６において、基準となる物体としてエレベータのガイドレールを用いる場合には、レール検出器１０８で検出したガイドレール情報を流用することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、ガイドレール形状およびレール間寸法を用いて、計測データのスケールおよび歪みを補正できる構成を備えている。この結果、昇降路寸法の計測精度を向上させることができる。

さらに、計測データに対する鉛直方向をガイドレールの据付方向として利用することによって、正確な昇降路断面を取得することができる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３による昇降路寸法計測装置において、高さ情報取得器１１０および高さ方向補正器１１１をさらに備えた構成について、機能ブロック図およびフローチャートを用いて説明する。

図１３は、本発明の実施の形態４による昇降路寸法計測装置の機能ブロック図である。また、図１４は、本発明の実施の形態４による昇降路寸法計測装置の一連処理を示すフローチャートである。本実施の形態４では、先の実施の形態３に対して、高さ情報取得器１１０および高さ方向補正器１１１によるステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理を加えており、これらの追加処理を中心に、以下に説明する。

計測データ位置合わせ処理器１０４は、ステップＳ１０４において、異なる位置の第一統合計測データ間の特徴の対応付けによって、第一統合計測データの位置合わせを行っていた。しかしながら、昇降路内において、位置合わせをするために必要な特徴が不足した場合には、位置合わせの精度が低下することが考えられる。

このような例としては、昇降路の断面形状が同じで垂直方向に形状の変化が少なく、壁面にテクスチャが少ない場合が考えられる。このようなケースでは、水平方向においては昇降路のコーナーなどによる壁面の凹凸により、計測データの位置合わせが可能であるが、高さ方向における位置合わせの精度が低下する。

この問題は、装置の高さ情報を利用することで解決することができる。取得する高さ情報としては、昇降路の底面に対するいずれかの３Ｄ距離画像センサ１の光学中心の高さなど、３Ｄ距離画像センサ１の高さ方向の相対移動量が分かれば、任意の位置を基準としてよい。

そこで、以下の説明では、計測データ位置合わせ処理器１０４およびレール基準補正器１０９により、水平方向の位置合わせはできているが、高さ方向の位置合わせに誤差が生じているものとする。

このような場合には、ステップＳ１１０において、高さ情報取得器１１０は、装置の高さ情報を取得する。残る位置合わせの自由度は、昇降路の高さ方向に沿った１自由度のみである。このため、水平方向の位置合わせ後のステップＳ１１１において、高さ方向補正器１１１は、先のステップＳ１１０により取得した高さ情報を基準として、高さ方向の位置合わせを補正すればよい。これにより、昇降路の壁面にテクスチャがないなど、昇降路内に位置合わせに用いる特徴が少ないケースにおいても、精度よく昇降路内の寸法を計測することができる。

ここで、高さ情報取得器１１０としては、装置をエレベータかごに設置する場合には、エレベータカゴの位置を装置の高さ情報として利用するかご設置方式が考えられる。

また、その他の高さ情報取得器１１０としては、装置にレーザー距離計などのセンサを追加することで、高さ情報を取得するセンサ追加方式、装置を専用クレーン等により吊り下げて昇降路内の寸法を計測する場合には、吊り下げ高さを装置の高さ情報として利用する吊り下げ方式、が考えられる。

ここで、１番目のかご設置方式では、エレベータ毎に装置を取り付けるかごの状態が異なる。このため、かごへの装置の設置が困難であることがある。また、２番目のセンサ追加方式では、センサを別途追加する必要がある。さらに、装置をかごに設置する場合には、かご設置に伴う問題点も発生する上、かご揺れによって、レーザー距離計により取得した高さ情報の信頼性が低下するといった問題も生じる。

一方、３番目の吊り下げ方式においては、エレベータかごの状態に影響されないという利点がある。ただし、吊り下げ方式が適用できるのは、計測データの位置合わせを計測データ間の特徴の対応付けで行うことができる計測方法に限られる。吊り下げ方式では、吊り下げ時に装置が揺れることが考えられるため、レーザーを走査することによる計測方法では、計測データの位置合わせの精度が著しく低下する。

装置が揺動しないように、吊下げ装置に機構を追加したり、ワイヤ等の紐状のものではなく、金属棒など剛性の高いもので装置を吊ったりすれば、揺動に伴う問題は、解決される。ただし、吊下げ装置の複雑化、大型化といった問題が生じる。

以上のように、実施の形態４によれば、高さ方向の位置合わせにおいて、装置の高さ情報を利用できる構成を備えている。この結果、昇降路内に位置合わせに使用できる特徴が少ない場合においても、計測データの高さ方向の位置合わせが可能になり、計測精度の向上および装置の適用範囲の拡大を図ることができる。

Claims (8)

1. 昇降路において水平方向３６０度を計測可能となるように、同一円周上において円の中心方向を向き、かつ水平面に対して仰角向きに配置され、撮像対象物である昇降路の内壁に対して水平方向および垂直方向の計測範囲に渡って距離計測用パターンを照射し、前記内壁に対して照射された前記距離計測用パターンを撮像することで３次元点群として構成される計測データを出力する複数の３Ｄ距離画像センサと、
   前記昇降路内の複数の高さ位置のそれぞれで、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された計測データに基づいて、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから前記内壁までの距離を算出することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する計算機と
   を備える昇降路寸法計測装置。
2. 前記計算機は、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された計測データを統合し、統合された計測データに基づいて、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから前記内壁までの距離を算出することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する
   請求項１に記載の昇降路寸法計測装置。
3. 前記計算機は、前記昇降路内の複数の高さ位置のそれぞれで、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された計測データを統合し、前記水平方向３６０度をカバーした第一統合計測データを生成する計測データ統合器と、
   前記昇降路内の前記複数の高さ位置のそれぞれにおいて統合された前記第一統合計測データ同士を位置合わせし、位置合わせ後の第二統合計測データを作成する計測データ位置合わせ処理器と、
   前記第二統合計測データに基づいて、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから前記内壁までの距離を算出することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する寸法算出器と
   を備える請求項２に記載の昇降路寸法計測装置。
4. 前記計測データ統合器によって前記昇降路内の複数の高さ位置のそれぞれについて生成された前記第一統合計測データの中から、前記計測データ位置合わせ処理器により前記第一統合計測データ同士を位置合わせする際に使用する特徴データを抽出する特徴抽出器
   をさらに備え、
   前記計測データ位置合わせ処理器は、前記特徴抽出器により抽出された前記特徴データを用いて、前記第一統合計測データ同士を位置合わせし、前記第二統合計測データを作成する
   請求項３に記載の昇降路寸法計測装置。
5. 前記計測データ位置合わせ処理器によって生成された前記位置合わせ後の第二統合計測データの中から、寸法算出の基準となる物体として昇降路内に存在する既知形状の部品を抽出する基準物体抽出器
   をさらに備え、
   前記寸法算出器は、前記基準物体抽出器により抽出された前記既知形状の部品の位置を寸法算出の基準として利用することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する
   請求項３または４に記載の昇降路寸法計測装置。
6. 前記基準物体抽出器は、
   エレベータかごのガイドレールを寸法計測対象とし、前記ガイドレールの断面形状の寸法およびレール間寸法を取得するレール情報取得器と、
   前記計測データ位置合わせ処理器によって生成された前記第二統合計測データの中から、前記レール情報取得器によって取得された前記断面形状の寸法および前記レール間寸法に対応する位置を前記ガイドレールの位置として検出するレール検出器と、
   前記レール検出器によって検出された前記ガイドレールの位置を用いて、前記計測データ位置合わせ処理器によって生成された前記第二統合計測データの位置を補正するレール基準補正器と
   を有する請求項５に記載の昇降路寸法計測装置。
7. 前記昇降路内の前記複数の高さ位置の情報を高さ情報として取得する高さ情報取得器と、
   前記高さ情報取得器によって取得された前記高さ情報を利用して、前記計測データ位置合わせ処理器によって生成された前記第二統合計測データの位置を補正する高さ方向補正器と
   をさらに備える請求項３から６のいずれか１項に記載の昇降路寸法計測装置。
8. 昇降路において水平方向３６０度を計測可能となるように、同一円周上において円の中心方向を向き、かつ水平面に対して仰角向きに配置され、撮像対象物である昇降路の内壁に対して水平方向および垂直方向の計測範囲に渡って距離計測用パターンを照射し、前記内壁に対して照射された前記距離計測用パターンを撮像することで３次元点群として構成される計測データを出力する複数の３Ｄ距離画像センサの検出結果を計算機によりデータ処理することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する昇降路寸法計測方法であって、
   前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力された前記計測データを取得するデータ取得ステップと、
   前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから出力され、前記データ取得ステップにより取得されたそれぞれの計測データに基づいて、前記複数の３Ｄ距離画像センサのそれぞれから前記内壁までの距離を算出することで、前記昇降路の寸法を前記昇降路の全長に渡って算出する寸法算出ステップと
   を有する昇降路寸法計測方法。

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