JP6938730B1

JP6938730B1 - ２次元座標読み取り装置および方法

Info

Publication number: JP6938730B1
Application number: JP2020121854A
Authority: JP
Inventors: 篤史林; 勇也岡本
Original assignee: 川田テクノロジーズ株式会社
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: JP2022018622A

Abstract

【課題】対象物に穿設された孔の位置の座標を簡便でありながら精確に計測できる２次元座標読み取り装置を提供する。【解決手段】構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り装置１００であって、設置面に載置または固定される台座１と、設置面に対し垂直方向の運動を規制されて、台座１に支持され、並進軸および回転軸から選ばれる少なくとも２軸を有する腕部２、３と、腕部３の台座１に支持される端部とは異なる端部に設けられた孔位置取得機構５と、並進軸の並進距離および／または回転軸の回転角度を取得し、孔位置取得機構の座標を計算する孔位置座標計算部と、計算された座標を表示する座標表示部７と、を含む装置。【選択図】図１

Description

本発明は、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り装置および方法に関する。

従来から、コンクリートの壁面（構造体の持つ設置面）に、あと施工によって各種部材を設置する場合、アンカーボルトが用いられている。この設置の際、まずコンクリート壁面にドリル等でアンカー孔を穿孔し、このアンカー孔にアンカーボルトを挿入して、先端の拡張部を開かせる、または接着剤を充填することで固定するようになっている。このアンカー孔が設計通りの位置に穿孔できているかを測定するには、半透明の型板フィルムを基準墨に合わせて固定し、孔位置を透かしてフィルムに転写する方法がとられる。そして、型板フィルムを別途平面に広げ、写し取った孔形状や管形状から、孔中心位置を求め、基準位置からの距離を差金や鋼尺等で計測する方法がとられている。

一方、型紙フィルムを用いずに、直接レーザートラッカーやアーム型三次元測定装置を用いて座標を取得する方法もある。たとえば、特許文献１には、ワークを測定するプローブと、先端に該プローブを備える多関節アーム機構と、を有する多関節型三次元測定装置が開示されている。

さらに、特許文献２や非特許文献１では、デジタルカメラを複数台用意し、または、複数枚の画像を撮影し、画像解析して、３次元の座標モデルを作成する技術が開示されている。

特開２０１５−１１４１７０号公報特開２０００− ２８３３２号公報

新技術情報登録システム登録番号ＱＳ−１８００２９−Ａ「アンカー削孔中心表示冶具」

しかしながら、指金や鋼尺等で計測する方法では、正確で、確認が容易である利点を有するものの、手作業のため、データの転記に手間がかかるうえ、誤記や判読不能で再度計測するなどの問題が生じている。

また、レーザートラッカーやアーム型三次元測定装置は、高価なうえ、あと施工のように、すでに構築された構造物では、狭隘な場所も多く、これらの装置が大型すぎて、導入できない問題があった。

また、画像処理により三次元モデルを作成する方法では、後処理に時間がかかるうえ、撮影のための離隔が必要で、上記と同様、適用範囲が限られる問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置の座標を簡便でありながら精確に計測できる２次元座標読み取り装置および方法を提供することを目的としている。

発明者らは鋭意検討の結果、構造体の持つ設置面に平行に移動可能な腕部を有することで孔中心位置の座標が簡便に計測できることを見出し、本発明を開発した。

上記課題を有利に解決する本発明の２次元座標読み取り装置は、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り装置であって、前記設置面に載置または固定される台座と、前記設置面に対し垂直方向の運動を規制されて、前記台座に支持され、並進軸および回転軸から選ばれる少なくとも２軸を有する腕部と、前記腕部の台座に支持される端部とは異なる端部に設けられた孔位置取得機構と、前記並進軸の並進距離および／または前記回転軸の回転角度を取得し、前記孔位置取得機構の座標を計算する孔位置座標計算部と、計算された座標を表示する座標表示部と、を含む、ものである。

なお、本発明の２次元座標読み取り装置は、
（ａ）前記腕部が略等長の２本の棒状体からなり、第１の棒状体の一端が前記台座に回転可能に軸支され、他端が第２の棒状体の一端との間で該第２の棒状体を回転可能に軸支していること、
（ｂ）前記孔位置取得機構が、前記腕部の端部から設置面に対し垂直に延伸された針状体または円錐状体、もしくは、前記腕部の端部から設置面に対し垂直な光軸を有するレーザーポインターであること、
（ｃ）前記孔位置取得機構が、光学センサからなること、
などが好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

上記課題を有利に解決する本発明の２次元座標読み取り方法は、上記いずれかの２次元座標読み取り装置を用いて、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り方法であって、前記孔内に芯出し装置を挿入して、前記設置面上または外部に前記孔の中心位置を表示する芯出しステップと、前記設置面に前記台座を載置または固定する設置ステップと、前記孔位置取得機構により前記設置面の原点および座標軸を取得する基準ステップと、前記孔位置取得機構により、前記芯出し装置によって表示された前記孔の中心位置の座標を取得する座標取得ステップと、取得した座標の数値を表示する座標表示ステップと、を含む、ものである。

なお、本発明の２次元座標読み取り方法は、
（ｄ）前記芯出しステップにおいて、前記芯出し装置が、前記孔の中心軸に一致した中心位置表示光を該孔の外部に向かって照射して、設置面に沿って敷設された半透明の薄膜に孔の中心位置を表示し、前記座標取得ステップにおいて、設置面に対し垂直に延伸された針状体または円錐状体の先端もしくはレーザーポインターで前記薄膜上に投影された表示光を指示して、孔の中心位置の座標を取得すること、
（ｅ）前記芯出しステップにおいて、前記芯出し装置が、前記孔の中心軸に一致した中心位置表示光を孔の外部に向かって照射し、前記座標取得ステップにおいて、光学センサが中心位置表示光を捉えて、前記孔の中心軸の設置面内座標を取得すること、
などが好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

本発明の２次元座標読み取り装置および方法によれば、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔、例えば橋梁補修の落橋防止工や支承工におけるコンクリートに穿孔されたアンカー孔の中心位置の座標を簡便に、精確に計測・取得することができ、作業工数を削減し、記載ミスをなくすことが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる２次元座標読み取り装置を示す概略図であり、（ａ）は、腕を伸ばして孔位置を計測している状態を示し、（ｂ）は、腕を折りたたんでいる状態を示す。上記実施形態に係る座標計測モデルを示す模式図である。本発明の他の実施形態にかかる２次元座標読み取り装置を示す概略図である。本発明にかかる２次元座標読み取り装置の使用状態を示す概略図である。

図１は、本発明の一実施形態にかかる２次元座標読み取り装置１００を示す概略図である。構造体の持つ設置面に載置または固定される本体を兼ねた台座１と、台座１中央上部に設置され、一端を台座１に垂直な軸を中心に回転可能に軸支された第１の腕部２と、第１の腕部の他端に一端が回転可能に軸支された第２の腕部３を有している。第２の腕部３の他端には、孔位置取得機構としての光学センサ５が設置されている。なお、本実施形態では、腕部２、３は、棒状体であり、第１の腕部２と第２の腕部３は、略等長となっている。

本実施形態では、台座１の上面に水準器を備えており、構造体の持つ水平な設置面に台座１が載置または固定された場合に、その設置面に対して装置を平行に保つことができる。なお、構造体の持つ設置面が水平でない場合は、装置の台座１の上面を設置面に対し相対的に平行にして使用するものとする。

本実施形態では、台座１に軸支する第１の腕部２の回転軸および第１の腕部２と第２の腕部３を軸支する回転軸は、構造体の持つ設置面に垂直になるように構成されており、このことで、両腕部は、構造体の持つ設置面に平行な面内に規制されて移動可能になっている。また、それぞれの軸部には、角度センサ４が配置されており、測定した角度を、台座１中に収容したコンピュータに伝送している。

図２に本実施形態での座標取得の一例を示す。図２では、台座１に設けられた第１の腕部２の回転軸を原点Ｏとし、構造体の持つ設置面に平行な、互いに直交する座標軸（ｘ軸およびｙ軸）を定める。第１の腕部２の両端に配置された角度センサにより、ｘ軸と第１の腕部２のなす角θ_１および第１の腕部２と第２の腕部３のなす角θ_２を計測する。事前に把握した第１の腕部２の長さＬ_１および第２の腕部３の長さＬ_２を用い、孔位置取得機構５の座標（ｘ、ｙ）は、下記式（１）で求められる。
ｘ＝Ｌ_１ｃｏｓ（θ_１）＋Ｌ_２ｃｏｓ（θ_１＋θ_２）
ｙ＝Ｌ_１ｓｉｎ（θ_１）＋Ｌ_２ｓｉｎ（θ_１＋θ_２）・・・（１）

上記座標の計算は、角度センサ４の情報を取得する台座（本体）１に収容したマイコンで行ってもよいし、外部のコンピュータに伝送して行ってもよい。計算された座標は、デジタルの数値として、座標表示部７として台座（本体）１に組み込んだ表示器や、別途用意した操作端末９などの外部表示器に表示させてもよい。

本実施形態では、２軸として回転軸を用いたが、平行でない並進軸を２軸以上組み合わせたり、回転軸と並進軸を組みあわせたりして、構造体の持つ設置面に平行な平面内で移動可能に構成できれば、その組み合わせは自由である。また、取得情報として、並進軸の場合には、移動距離を計測することが好ましい。

本実施形態にかかる２次元座標読み取り装置１００の効果を把握するため、マイラ紙に１４点の孔の位置を転写したものを用い、従来通り差金を用いて座標を取得した場合（比較例）と、本実施形態にかかる２次元座標読み取り装置１００を用いて、座標を取得した場合（発明例）の作業時間を比較した。発明例によれば比較例の約１／４の時間で座標を取得でき、作業の効率化が図れている。加えて、比較例では、デジタル化の際に誤記の修正が生じたが、発明例では座標のデジタルデータを直接取得するため、原理上誤記が生じない利点がある。

図３には、本発明の他の実施形態として、孔位置取得機構として針状部材６を設けた例を示す。この針状部材６の先端を孔位置に合わせて、座標を読み取ることができる。また、針状部材６に代えて、円錐状部材等の孔位置を指示できる形状が適用可能である。孔位置取得機構として、腕部の端部から設置面に対し垂直な光軸を有するレーザーポインターを設置してもよい。

次に上記実施形態の２次元座標読み取り装置１００を用いた２次元座標読み取り方法について説明する。図４は、孔中心軸に沿ってレーザー光Ｌを照射する芯出し装置１０を用いて、孔の位置座標を取得する概略図である。

この２次元座標読み取り方法では、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するために、まず、芯出し装置１０を孔内に挿入して、孔の外部に向かって中心位置表示光、つまり、孔の中心軸に一致させたレーザー光Ｌを孔の外部に向かって照射させる（芯出しステップ）。

次に、２次元座標読み取り装置１００を構造体の持つ設置面に台座１の上面が平行になるように載置または固定する（設置ステップ）。第２の腕部３の先端に設置した孔位置取得機構としての光学センサ５を原点および基準となる座標軸に合わせて座標の基準を取得する（基準ステップ）。そして、芯出し装置１０が照射するレーザー光Ｌを光学センサ５で検出して、孔中心座標を取得する（座標取得ステップ）。その後は２次元座標読み取り装置１００の座標表示部７から座標の数値を読み取り、場合によっては、コンピュータに記憶させる（座標表示ステップ）。これにより、現場で簡便に精確に孔の中心位置座標を取得することができる。

なお、上記例の光学センサ５に代えて、孔位置取得機構に針状体６や円錐状体またはレーザーポインターを用いた場合には、上記座標取得ステップにおいて、孔位置取得機構が所定位置を指示したときに、装置本体１に設置した座標取得ボタン８を押すこと、または、別途用意したスマートフォンなどの操作端末９を操作することにより、座標を取得するようにしてもよい。操作端末９には、表示画面上に取得座標の表示や座標取得のためのボタン操作を可能とするアプリケーションソフトウェアをインストールすることが好ましい。

上記例では、現場でそのまま孔中心座標を取得する例を示したが、構造体の持つ設置面が、曲面や傾斜している場合には、事前に半透明の薄膜に孔の中心位置を転写しておき、水平な面に展開して、本発明にかかる２次元座標読み取り装置により、転写した孔の中心位置座標を読み取るようにしてもよい。

１００２次元座標読み取り装置
１台座（本体）
２第１の腕部（アーム）
３第２の腕部（アーム）
４角度センサ
５光学センサ（孔位置取得機構）
６針状部材（孔位置取得機構）
７座標表示部
８座標取得ボタン
９操作端末
１０芯出し装置
Ｌレーザー光（孔中心位置表示光）

Claims

構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り装置であって、
前記設置面に載置または固定される台座と、
前記設置面に対し垂直方向の運動を規制されて、前記台座に支持され、並進軸および回転軸から選ばれる少なくとも２軸を有する腕部と、
前記腕部の台座に支持される端部とは異なる端部に設けられた孔位置取得機構と、
前記並進軸の並進距離および／または前記回転軸の回転角度を取得し、前記孔位置取得機構の座標を計算する孔位置座標計算部と、
計算された座標を表示する座標表示部と、を含む２次元座標読み取り装置。
前記腕部が略等長の２本の棒状体からなり、第１の棒状体の一端が前記台座に回転可能に軸支され、他端が第２の棒状体の一端との間で該第２の棒状体を回転可能に軸支していることを特徴とする請求項１に記載の２次元座標読み取り装置。
前記孔位置取得機構が、前記腕部の端部から設置面に対し垂直に延伸された針状体または円錐状体、もしくは、前記腕部の端部から設置面に対し垂直な光軸を有するレーザーポインターであることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元座標読み取り装置。
前記孔位置取得機構が、光学センサからなることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元座標読み取り装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の２次元座標読み取り装置を用いて、構造体の持つ設置面に垂直に穿設された孔の位置を取得するための２次元座標読み取り方法であって、
前記孔内に芯出し装置を挿入して、前記設置面上または外部に前記孔の中心位置を表示する芯出しステップと、
前記設置面に前記台座を載置または固定する設置ステップと、
前記孔位置取得機構により前記設置面の原点および座標軸を取得する基準ステップと、
前記孔位置取得機構により、前記芯出し装置によって表示された前記孔の中心位置の座標を取得する座標取得ステップと、
取得した座標の数値を表示する座標表示ステップと、を含む２次元座標読み取り方法。
前記芯出しステップにおいて、前記芯出し装置が、前記孔の中心軸に一致した中心位置表示光を該孔の外部に向かって照射して、設置面に沿って敷設された半透明の薄膜に孔の中心位置を表示し、
前記座標取得ステップにおいて、設置面に対し垂直に延伸された針状体または円錐状体の先端もしくはレーザーポインターで前記薄膜上に投影された表示光を指示して、孔中心位置の座標を取得することを特徴とする請求項５に記載の２次元座標読み取り方法。
前記芯出しステップにおいて、前記芯出し装置が、前記孔の中心軸に一致した中心位置表示光を該孔の外部に向かって照射し、
前記座標取得ステップにおいて、光学センサが中心位置表示光を捉えて、前記孔の中心軸の設置面内座標を取得することを特徴とする請求項５に記載の２次元座標読み取り方法。