JP6595100B2 - 接続要素の製作寸法を決定する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、別記の独立請求項のプリアンブルによれば接続要素の製作寸法を決定する方法及びシステムに関する。

船舶の建設では、プレファブリケーション工法が広く用いられる。プレファブリケーションにおいて、船舶は、プレファブの（prefabricated）建築ブロックすなわち船舶ブロックから組み立てられ、上記ブロックは、別個に建築される。各船舶ブロックは、１つ以上のセクションを典型的に含み、上記セクションは、輪郭、支柱、及び側壁を有して提供されるカット・ツー・サイズの（cut-to-size）鋼板で形成される。船舶ブロックは、船舶ブロックが一緒に接続される前、加熱、測定、及び換気の目的で、電気設備の大部分とパイプ及びダクトの大部分とを備えている。設置作業の残りは、船舶ブロックが一緒に接続された後に行われる。

プレファブリケーションの使用では、船舶の建設は、他の既知の船舶建設方法と比較してより速い。さらに、典型的に船舶ブロックは制御された環境に入った工場内で建築されるため、建築品質もまたより高くなる。

上記利点にかかわらず、建築ブロックのプレファブリケーションに基づく既知の船舶建設方法は、２つの相互接続された船舶ブロックの接続領域において２つの構造要素間に接続されるパイプ及びダクトなどの接続要素に関する重大な欠点を有する。既知の船舶建設方法では、これら接続要素の製作寸法は、船舶ブロックが一緒に接続された後、船舶ブロックの内側であるがままの状態で（in situ）測定される。この結果、接続要素は、船舶ブロックが一緒に接続された後すぐに接続要素が設置される準備ができるように、前もって製作されることができない。このことは、他の建設段階が延期されなければならないため、船舶の建設を遅延させる。船舶ブロックの接続領域内に設置されることになる接続要素の数及び複雑さに依存して、遅延は典型的に、数時間から数日、あるいは数週間でさえある。

本発明の主な目的は、上記で提示された従来技術の問題を低減させ、あるいは除去さえすることである。

本発明の一目的は、２つの相互接続された構造ブロックの接続領域内で２つの構造要素間に設置されるべき接続要素の製作寸法を決定する方法及びシステムを提供することである。さらに、本発明の一目的は、２つの相互接続された構造ブロックの接続領域内で２つの構造要素間に設置されるべき接続要素の製作寸法を安全かつ迅速に決定することを可能にする方法及びシステムを提供することである。

本発明のさらなる一目的は、プレファブの建築ブロックから建設される船舶又は他の海洋構造物の建設時間を低減させることを可能にする方法及びシステムを提供することである。

上述された目的を実現するために、本発明による方法及びシステムは、別記の独立請求項の特徴部分に提示されることにより特徴付けられる。本発明の有利な実施形態が従属請求項において説明される。

第１の構造ブロックにおける第１の構造要素と第１の構造ブロックに接続された第２の構造ブロックにおける第２の構造要素との間に接続されるべき接続要素の製作寸法を決定する本発明による典型的な一方法が、
‐ 第１及び第２の構造ブロックを少なくとも１つのレーザスキャナでスキャンして、一緒に接続されるべき構造ブロック端部の点群（point clouds）を取得するステップと、
‐ 点群を第１及び第２の構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較して、接続要素の製作寸法を取得するステップと、
を含む。

本発明による方法において、第１及び第２の構造ブロックを少なくとも１つのレーザスキャナでスキャンするステップは、構造ブロックが一緒に接続される前に実行される。好ましくは、点群を第１及び第２の構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較するステップもまた、構造ブロックが一緒に接続される前に実行される。ゆえに、接続要素の製作が早い段階で開始でき、これにより、船舶ブロックが一緒に接続された後すぐに接続要素が設置される準備ができる。

本発明による方法において、一緒に接続されるべき構造ブロックの端部が、構造ブロック端部の点群を取得するためにスキャンされる。間に接続要素が設置されるべき構造要素は、構造ブロック端部から可視である。ゆえに、点群は、構造要素のデータを含む。上記データには、例えば、その端部に接続要素が接続される構造要素の端部を含むことができる。構造ブロック端部は、典型的には一時に１つの端部をスキャンされるが、さらに、多くのレーザスキャナを使用して複数の構造ブロック端部が同時にスキャンできるようにすることも可能である。

各点群は、構造ブロック端部を３次元座標系におけるデータ点の集合として表す。これらデータ点は、Ｘ、Ｙ、及びＺ座標により定義される。点群は、１つ以上のレーザスキャナを使用することにより作成され、上記レーザスキャナは、構造ブロック端部の表面上の多数の点を測定する。１つのレーザスキャナのみが使用されるとき、構造ブロック端部のスキャンは、典型的にはいくつかのフェーズで実行されなければならない。各フェーズにおいて、レーザスキャナは異なる位置に置かれ、これにより、構造ブロック端部のすべての部分がスキャンできる。スキャン結果は、次いで、構造ブロック端部の点群を取得するために組み合わせられる。構造ブロック端部が複数のレーザスキャナを用いてスキャンされるとき、レーザスキャナの数は、好ましくは、構造ブロック端部が１つのフェーズでスキャンできるように選択される。レーザスキャナは、互いから適切な距離に置かれ、これにより、構造ブロック端部の全体エリアがスキャンできる。

本発明による方法において、点群は、接続要素の製作寸法を取得するために、構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較される。製作寸法には、第１の構造ブロックにおける第１の構造要素と第２の構造ブロックにおける第２の構造要素との間の正しいサイズの接続要素を製作するために必要とされるデータが含まれる。製作寸法は、例えば、接続要素の長さ、幅、及び高さ、又は、その端部が構造要素に接続されるべき接続要素の端部の座標を含んでもよい。

構造ブロックの３Ｄデジタルモデルは、構造ブロックを建築することに使用されるＣＡＤモデルである。第１及び第２の構造ブロックの端部の点群は、対応する３Ｄデジタルモデルに対して位置合わせされ、差について確認するために比較される。上記差は、接続要素の製作寸法を抽出するために使用される。差は、製作された構造ブロックとそのデジタルモデルとの間のずれの視覚的インジケータを与えるカラーマップとしてディスプレイに表示されてもよい。

点群は、直接レンダリングされ、調査されてもよいが、大抵、点群それ自体は一般に３Ｄアプリケーションにおいて直接使用可能でなく、したがって、一般に表面再構成として参照される処理を通してポリゴンメッシュ若しくは三角形メッシュモデル、ＮＵＲＢＳ表面モデル、又はＣＡＤモデルに大抵変換される。点群を３Ｄ表面に変換する多くの手法が存在する。ドロネー三角形分割（Delaunay triangulation）、アルファシェイプ、及びボールピボッティング（ball pivoting）などのいくつかのアプローチは、点群の既存の頂点にわたり三角形のネットワークを構築し、他のアプローチは、点群をボリューメトリック距離場（volumetric distance field）に変換し、マーチングキューブアルゴリズムを通してそのように定義された暗黙的表面（implicit surface）を再構成する。

本発明の一実施形態によれば、第１及び第２の構造ブロックを少なくとも１つのレーザスキャナでスキャンするステップは、各構造ブロックについて、構造ブロック端部を少なくとも１つのレーザスキャナで異なる位置及び／又は方向からスキャンするステップと、少なくとも１つのレーザスキャナからスキャンデータを収集するステップと、スキャンデータを処理して構造ブロック端部の点群を生成するステップとを含む。スキャン位置の数は、例えば、スキャンされる構造ブロック端部のサイズ、及び使用されるレーザスキャナのプロパティに依存する。スキャン方向は、例えば、構造ブロック端部の中央エリアがスキャンされるのか又は縁エリアがスキャンされるのかに基づいて変動してもよい。

本発明の一実施形態によれば、隣接したスキャン位置間の距離は１０メートル未満である。隣接したスキャン位置間の距離は、好ましくは８メートル未満であり、より好ましくは６メートル未満である。隣接したスキャン位置間におけるより小さい距離の利点は、より良いスキャン精度である。しかしながら、隣接したスキャン位置間のより小さい距離は、スキャン処理の数と、したがって総スキャン時間とを典型的に増加させるため、隣接したスキャン位置間の距離は、好ましくは２メートル以上である。

本発明の一実施形態によれば、点群を第１及び第２の構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較するステップは、３Ｄデジタルモデルにおける構造要素に関して（with respect to）点群における構造要素の位置を算出するステップと、上記位置と３Ｄデジタルモデルにおけるデータとを用いて接続要素の製作寸法を算出するステップとを含む。３Ｄデジタルモデルにおける構造要素に関して点群における構造要素の位置を算出することにより、構造要素の、その設計からのずれが取得される。この情報と３Ｄデジタルモデルにおけるデータとを利用することにより、接続要素の製作寸法が算出できる。好ましくは、３Ｄデジタルモデルにおける構造要素の端部に関しての点群における構造要素の端部の位置が算出される。構造要素の端部により、間に接続要素が接続されるべき端部が意図される。好ましくは、接続要素の第１の端部が第１の構造要素の端部に接続されることになり、接続要素の第２の端部が、第２の構造要素の端部に接続されることになる。

本発明の一実施形態によれば、方法は、参照点として構造要素以外の構造を用いて各点群を対応する３Ｄデジタルモデル上に位置合わせするステップを含む。好ましくは、位置合わせにおいて参照点として使用される構造は、構造要素に近い構造である。こうした構造は、例えば、構造ブロックにおける床又は壁でもよい。

本発明の一実施形態によれば、方法は、接続要素の等角図を作成するステップを含む。等角図は、主平面のすべてが対応する規定された軸に平行にかつ真の寸法で描かれる、３次元投影の一形式である。等角図は、接続要素がどのように見えることになるかを視覚化及び理解することを可能にし、ゆえに、接続要素の製作をより容易にする。

本発明の一実施形態によれば、接続要素及び構造要素は、内部設計のためのパイプ、ダクト、ケーブルトレイ、又はフレーム、のうちの１つである。典型的に、接続要素と構造要素とは、同じタイプのものである。例えば、接続要素は、構造ブロックにおけるパイプの端部間に接続されるパイプでもよい。好ましくは、接続要素及び構造要素は、大部分、鋼などの金属で製造される。

本発明の一実施形態によれば、構造ブロックは、船舶ブロック又は沖合構造ブロックのうちの１つである。好ましくは、構造ブロックは、大部分、鋼などの金属で製造される。

本発明は、第１の構造ブロックにおける第１の構造要素と第１の構造ブロックに接続される第２の構造ブロックにおける第２の構造要素との間に接続されるべき接続要素の製作寸法を決定するシステムにさらに関する。本発明による典型的な一システムは、
‐ 第１及び第２の構造ブロックをスキャンして、一緒に接続されるべき構造ブロック端部のスキャンデータを取得する少なくとも１つのレーザスキャナと、
‐ スキャンデータを用いて、構造ブロック端部の点群を生成し、点群を第１及び第２の構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較して接続要素の製作寸法を取得するデータ処理手段と、
を含む。

データ処理手段は、好ましくは、メモリ及び少なくとも１つのプロセッサ並びにメモリ内のコンピュータプログラムコードを含むコンピュータである。コンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されたとき、システムに、受信したスキャンデータを用いて構造ブロック端部の点群を生成し、点群を構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較して接続パイプの製作寸法を取得することを実行させるように構成される。コンピュータは、ディスプレイ及び少なくとも１つの入力装置に接続されてもよい。ディスプレイ及び入力装置を用いて、ユーザは、コンピュータにより管理されるデータを選択的に管理し、見ることができる。入力装置は、キーボード、マウス、ローラーボール、ペン、及びスタイラス、又は音声認識システムでもよい。入力装置はまた、ディスプレイに関連づけられたタッチスクリーンでもよい。

本発明の一実施形態によれば、レーザスキャナは位相シフトレーザスキャナである。レーザスキャナは、例えば、クラス３Ｒレーザスキャナでもよい。

本発明の一実施形態によれば、レーザスキャナはグレースケールレーザスキャナである。

本発明は、船舶及び沖合構造物建築など、船舶及び沖合構造ブロックが一緒に接続された後にこれらの内側にパイプ及びダクトなどの様々な接続要素が設置されるところの、多くの技術分野に適用できる。本発明はまた、鋼構造を有する高層ビルを建築する建設業に適用されてもよい。

本発明の一利点は、プレファブの建築ブロックから建設される構造の建設時間を低減させる点である。本発明では、２つの相互接続された構造ブロックにおける２つの構造要素間に設置されるべき接続要素の製作寸法が、構造ブロックが一緒に接続される前に決定され、これにより、接続要素は前もって製作でき、構造ブロックが一緒に接続された後すぐに接続要素が設置される準備ができることになる。

本発明の別の利点は、２つの相互接続された構造ブロックにおける２つの構造要素間に設置されるべき接続要素の製作寸法を安全かつ迅速に決定することができる点である。

本発明のさらに別の利点は、２つの相互接続された構造ブロックにおける２つの構造要素間に設置されるべき接続要素の製作寸法を正確に決定することができる点である。

本明細書に提示される発明の例示的な実施形態は、別記の請求項の適用可能性に対して制限を課すように解釈されない。動詞「含む」は、本明細書において、さらなる記載されていない特徴の存在を除外しない開放的な限定として用いられる。従属請求項に記載される特徴は、別段明示的に示されない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。

本明細書に提示される例示的な実施形態及びその利点は、このことが常に個別に言及されないとしても、適用可能な部分ごとに本発明による方法及びシステムに関する。

接続要素の製作寸法を決定する本発明の一実施形態による方法のフロー図を示す。 接続パイプの製作寸法を決定する本発明の一実施形態によるシステムの使用を示す。 ２つの相互接続された船舶ブロックの内側に設置された接続パイプの一例を示す。

同じ参照符号が、異なる実施形態における同一又は同様のコンポーネントについて使用される。

図１は、第１の構造ブロックにおける第１の構造要素と第２の構造ブロックにおける第２の構造要素との間に接続されるべき接続要素の製作寸法を決定する本発明の一実施形態による方法のフロー図を示す。

ステップ１１０において、第１及び第２の構造ブロックは、一緒に接続されるべき構造ブロック端部の点群を取得するために、少なくとも１つのレーザスキャナでスキャンされる。間に接続要素が設置されるべき構造要素は、構造ブロック端部から可視である。ステップ１１０は、サブステップ１１１、１１２、及び１１３を含み、上記サブステップは、構造ブロックが一緒に接続される前に実施される。

サブステップ１１１において、構造ブロック端部は、少なくとも１つのレーザスキャナで異なる位置及び／又は方向からスキャンされる。スキャン位置の数は、スキャンされる構造ブロック端部のサイズ、及び使用されるレーザスキャナのプロパティに依存する。スキャン方向は、構造ブロック端部の中央エリアがスキャンされるか又は縁エリアがスキャンされるかに基づいて変動してもよい。

サブステップ１１２において、スキャンデータが少なくとも１つのレーザスキャナから収集される。スキャンデータは、サブステップ１１３において、構造ブロック端部の点群を生成するために処理される。各点群は、構造ブロック端部を３次元座標系におけるデータ点の集合として表す。点群は、構造要素のデータ、例えば、その端部に接続要素が接続されるべき構造要素の端部のデータを含む。

ステップ１２０において、点群は、接続要素の製作寸法を取得するために、第１及び第２の構造ブロックの３Ｄデジタルモデルと比較される。構造ブロックの３Ｄデジタルモデルは、構造ブロックを建築することに使用されるＣＡＤモデルである。製作寸法は、構造要素間の正しいサイズの接続要素を製作するために必要とされる必要なデータを含む。ステップ１２０は、サブステップ１２１、１２２、及び１２３を含む。

サブステップ１２１において、点群は、参照点として構造要素以外の構造を用いて対応する３Ｄデジタルモデル上に位置合わせされる。位置合わせにおいて参照点として使用される構造は、構造要素に近い構造である。

サブステップ１２２において、３Ｄデジタルモデルにおける構造要素に関しての点群における構造要素の位置が算出され、サブステップ１２３において、接続要素の製作寸法が、上記位置と３Ｄデジタルモデルにおけるデータとを用いて算出される。３Ｄデジタルモデルにおける構造要素に関して点群における構造要素の位置を算出することにより、構造要素の、その設計からのずれが取得される。この情報と３Ｄデジタルモデルにおけるデータとを利用することにより、接続要素の製作寸法が算出できる。

ステップ１３０において、接続要素の等角図が作成される。等角図は、主平面のすべてが対応する規定された軸に平行にかつ真の寸法で描かれる、３次元投影の一形式である。

図２は、第１の船舶ブロック２０２における第１のパイプ２０１と第２の船舶ブロック２０４における第２のパイプ２０３との間に接続されるべき接続パイプの製作寸法を決定する本発明の一実施形態によるシステムの使用を示す。

システムは、一緒に接続されるべき船舶ブロック２０２及び２０４の端部２０６及び２０７をスキャンするレーザスキャナ２０５を含む。船舶ブロック２０２及び２０４は、いくつかのフェーズにおいて一時に１ブロックをスキャンされる。各フェーズにおいて、レーザスキャナ２０５は、船舶ブロック端部２０６又は２０７のすべての部分がスキャンできるように、船舶ブロック２０２又は２０４に関して異なる位置に置かれる。間に接続パイプが設置されるべきパイプ２０１及び２０３の端部２０８及び２０９は、船舶ブロック端部２０６及び２０７から可視である。

スキャンデータは、コンピュータ２１０に転送され、コンピュータ２１０は、メモリ及び少なくとも１つのプロセッサ並びにメモリ内のコンピュータプログラムコードを含む。コンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されたとき、システムに、受信したスキャンデータを用いて船舶ブロック端部２０６及び２０７の点群を生成し、点群を船舶ブロック２０２及び２０４の３Ｄデジタルモデルと比較して接続パイプの製作寸法を取得することを実行させるように構成される。点群を船舶ブロック２０２及び２０４の３Ｄデジタルモデルと比較することにおいて、各点群は、参照点としてパイプ２０１又は２０３の端部２０８又は２０９に近い壁２１１又は２１２を用いて対応する３Ｄデジタルモデル上に位置合わせされ、３Ｄデジタルモデルにおけるパイプ端部２０８及び２０９に関しての点群におけるパイプ端部２０８及び２０９の位置が、上記位置と３Ｄデジタルモデルにおけるデータとを用いて算出される。コンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されたとき、システムに、接続パイプの等角図を生成させるようにさらに構成される。等角図は、接続パイプがどのように見えることになるかを視覚化及び理解することを可能にし、ゆえに、接続パイプの製作をより容易にする。

コンピュータ２１０は、ディスプレイ２１３に、並びに２つの入力装置すなわちキーボード２１４及びマウス２１５に接続される。ディスプレイ２１３並びに入力装置２１４及び２１５を用いて、ユーザは、コンピュータ２１０で管理され、処理されるデータを、選択的に管理し、見ることができる。

図３は、内側に例示的な接続パイプ３０１が設置される２つの相互接続された船舶ブロック２０２及び２０４の断面図を示す。接続パイプ３０１の一方の端部３０２は、第１の船舶ブロック２０２における第１のパイプ２０１の端部２０８に接続され、接続パイプ３０１の他方の端部３０３は、第２の船舶ブロック２０４における第２のパイプ２０３の端部２０９に接続される。接続パイプ３０１の製作寸法は、船舶ブロック２０２及び２０４が一緒に接続される前に本発明によるシステムを用いて決定される。

本発明の有利な例示的な実施形態のみが図において説明されている。本発明は、上記で提示された例のみに制限されないことが当業者に明らかであり、本発明は、後に提示される請求項の限定の範囲内で変動し得る。本発明のいくつかの可能な実施形態が従属請求項で説明され、これらは本発明の保護の範囲をそのようなものとして制限するようにみなされるべきでない。

Claims (11)

1. 第１の構造ブロック（２０２）における第１の構造要素（２０１）と前記第１の構造ブロック（２０２）に接続される第２の構造ブロック（２０４）における第２の構造要素（２０３）との間に接続されるべき接続要素（３０１）の製作寸法を決定する方法であって、当該方法が、
   ‐ 前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）を少なくとも１つのレーザスキャナ（２０５）でスキャンして、一緒に接続されるべき構造ブロック端部（２０６、２０７）の点群を取得するステップと、
   ‐ 前記点群を前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）の３Ｄデジタルモデルと比較して、前記接続要素（３０１）の前記製作寸法を取得するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）を少なくとも１つのレーザスキャナ（２０５）でスキャンする前記ステップは、各構造ブロック（２０２、２０４）について、
   ‐ 前記構造ブロック端部（２０６、２０７）を前記少なくとも１つのレーザスキャナ（２０５）で異なる位置及び／又は方向からスキャンするステップと、
   ‐ 前記少なくとも１つのレーザスキャナ（２０５）からスキャンデータを収集するステップと、
   ‐ 前記スキャンデータを処理して前記構造ブロック端部（２０６、２０７）の前記点群を生成するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 隣接したスキャン位置間の距離が１０メートル未満であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記点群を前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）の３Ｄデジタルモデルと比較する前記ステップは、
   ‐ 前記３Ｄデジタルモデルにおける前記構造要素に関して前記点群における前記構造要素（２０１、２０３）の位置を算出するステップと、
   ‐ 前記位置及び前記３Ｄデジタルモデルにおけるデータを用いて前記接続要素（３０１）の前記製作寸法を算出するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 当該方法が、参照点として前記構造要素以外の構造（２１１、２１２）を用いて各点群を対応する３Ｄデジタルモデル上に位置合わせするステップを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 当該方法が、前記接続要素（３０１）の等角図を作成するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 前記接続要素（３０１）及び前記構造要素（２０１、２０３）が、内部設計のためのパイプ、ダクト、ケーブルトレイ、又はフレーム、のうちの１つであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の方法。
8. 前記構造ブロック（２０２、２０４）が、船舶ブロック又は沖合構造ブロックのうちの１つであるとを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の方法。
9. 第１の構造ブロック（２０２）における第１の構造要素（２０１）と前記第１の構造ブロック（２０２）に接続される第２の構造ブロック（２０４）における第２の構造要素（２０３）との間に接続されるべき接続要素（３０１）の製作寸法を決定するシステムであって、当該システムが、
   ‐ 前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）をスキャンして、一緒に接続されるべき構造ブロック端部（２０６、２０７）のスキャンデータを取得する少なくとも１つのレーザスキャナ（２０５）と、
   ‐ 前記スキャンデータを用いて、前記構造ブロック端部（２０６、２０７）の点群を生成し、前記点群を前記第１及び前記第２の構造ブロック（２０２、２０４）の３Ｄデジタルモデルと比較して前記接続要素の前記製作寸法を取得するデータ処理手段（２１０）と、
   を含むことを特徴とするシステム。
10. 前記レーザスキャナ（２０５）が位相シフトレーザスキャナであることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記レーザスキャナ（２０５）がグレースケールレーザスキャナであることを特徴とする請求項９又は１０に記載のシステム。
    

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