JPH0989560A - 構造物計測システム - Google Patents

構造物計測システム

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JPH0989560A
JPH0989560A JP7250959A JP25095995A JPH0989560A JP H0989560 A JPH0989560 A JP H0989560A JP 7250959 A JP7250959 A JP 7250959A JP 25095995 A JP25095995 A JP 25095995A JP H0989560 A JPH0989560 A JP H0989560A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型固定設備および広大な土地を不要にして
安価なシステムにするとともに、ターゲットマーク等の
貼付作業を最小限にして作業者の負担を軽減することの
できる構造物計測システムを提供する。 【解決手段】 計測対象部材1を計測する三次元視覚セ
ンサー12を保持するアーム11を有して任意の方向に
走行可能な計測ロボット5と、アーム11の位置と計測
対象部材1の設置位置とを計測する測距計6と、計測対
象部材1の形状に係る設計データ(CADデータ)を予
め記憶するとともに、この設計データと測距計6により
計測される位置データとに基づいて三次元視覚センサー
12による計測点を演算するコントロール用端末7,
8,9を備える構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造物計測システ
ムに関し、より詳しくは例えば橋梁の桁のような大型構
造物の形状等を計測する構造物計測システムに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、計測対象部材としての例えば橋梁
の桁のような大型構造物の形状,大きさ等を計測する方
法として、この計測対象部材の全ての計測箇所にターゲ
ットマークもしくは反射シールを貼付し、このターゲッ
トマーク等を所定位置に定置されるトランシット等の測
角機もしくは光波測距計を用いて作業者が目視により計
測するようにする計測方法が知られている。
【0003】他の計測方法として、図15に示されてい
るように、計測対象部材100を跨ぐようにその計測対
象部材100に平行に敷設されるガイドレール101に
沿って走行可能な門型構造物102を設置し、この門型
構造物102に計測ハンド103を取り付けてその門型
構造物102をガイドレール101に沿って走行させな
がら計測ハンド103先端の計測子104により計測対
象部材100を計測する方法も知られている。
【0004】また、特開昭60−196615号公報に
開示されているように、撮像装置(測角機)を計測対象
部材に沿うガイドレールに沿って走行させて三角測量方
式によりその計測対象部材を計測するようにする方法も
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ターゲットマーク等を貼付する方法では、計測対象部材
の全ての計測箇所にそのターゲットマーク等を貼付する
必要があるために、この貼付作業に手間がかかり、また
その貼付されたターゲットマーク等を作業者による目視
で計測する必要があるために、この計測作業が苦渋作業
であるとともに多大の時間が必要になるという問題点が
ある。
【0006】また、図15に開示されている方法では、
大型の固定設備を必要とするために、広範囲な土地を占
有するとともに、大型でかつ高精度という相反する要求
を満たすためにコストアップが避けられないという問題
点がある。
【0007】また、前記公報に開示されている方法で
は、計測対象部材の裏面側にも同様のガイドレールを敷
設して撮像装置を設ける必要があって、やはり固定設備
が大型化するとともに、高価なシステムになるという問
題点がある。
【0008】本発明は、前述のような問題点を解消する
ことを目的として、大型固定設備および広大な土地を不
要にして安価なシステムにするとともに、ターゲットマ
ーク等の貼付作業を最小限にして作業者の負担を軽減す
ることのできる構造物計測システムを提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段および作用・効果】前述の
目的を達成するために、本発明による構造物計測システ
ムは、(a)計測対象部材としての構造物を計測する計
測子を保持するアームを有して任意の方向に走行可能な
計測ロボット、(b)前記アームの位置と前記構造物の
設置位置とを計測する測距部および(c)前記構造物の
形状に係る設計データを予め記憶するとともに、この設
計データと前記測距部により計測される位置データとに
基づいて前記計測子による前記構造物内の計測点を演算
する計測点演算部を備えることを特徴とするものであ
る。
【0010】本発明における計測対象部材としての構造
物の計測に際しては、まず測距部にて、構造物の基準点
の計測によりその構造物の設置位置が計測されるととも
に、計測ロボット上のアーム(言い換えれば計測子)の
基本位置およびその基本位置からの移動後の位置が計測
され、これら計測結果より計測点演算部にて計測子の座
標系と測距部の座標系との変換パラメータが演算され
る。次いで、こうして得られるアームおよび構造物の位
置データと予め記憶されるその構造物の形状に係る設計
データとに基づき、測距部の座標系におけるその構造物
内の計測点の位置と方向とが演算される。こうして、ア
ームの移動範囲内における所定の計測ブロックの演算が
完了すると、計測ロボットが走行されて他の計測ブロッ
クにおける計測点の演算が同様にして順次連続的に実行
され、各計測点の位置および方向が求まると計測子によ
るそれら計測点の計測が実行される。
【0011】本発明の構造物計測システムによれば、計
測子を保持するアームが計測ロボットに支持されて任意
の位置に走行できるようにされているので、大型固定設
備および広大な土地が不要となり、システムを安価に構
成することができる。また、全計測箇所にターゲットマ
ーク等を貼付する必要もなく、このターゲットマーク等
を貼付するための作業者の負担を回避することができ
る。さらに、予め記憶される構造物の形状に係る設計デ
ータを利用して計測点演算部により計測点の位置と方向
とを自動演算して決定することができるので、構造物の
干渉部分を避けながらそれら計測点を自動計測して省人
化を図ることができる。
【0012】本発明において、前記計測子は、計測対象
部材の三次元画像を撮像して画像処理によりその計測対
象部材における計測点の位置と方向とを計測する非接触
方式の三次元視覚センサーであるのが好ましい。このよ
うな三次元視覚センサーを用いれば、奥行き方向も含め
た計測点の三次元座標を計測することができ、計測子を
計測対象部材に対して正確に直交する方向に向けなくて
も高精度の計測を実現することができる。また、この計
測子は非接触型であるので、摩耗の心配もなく長寿命で
あるという利点がある。
【0013】前記計測ロボットは、方位計と加速度計と
を備えるとともに、これら方位計および加速度計からそ
れぞれ得られる方位データおよび速度データに基づいて
その計測ロボット自身の位置を演算するロボット位置演
算部を備えるのが好ましい。このようにすれば、計測ロ
ボットに自動ナビゲーション機能を付与してより一層の
省人化を図ることができる。
【0014】また、前記測距部は、前記構造物の所定部
に取付けられる少なくとも3個のターゲットマークを計
測することによりその構造物の設置位置を計測するもの
であり得る。同様に、この測距部は、前記アームの所定
部に取付けられるターゲットマークを計測することによ
りそのアームの位置を計測するものであり得る。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明による構造物計測シ
ステムの具体的実施例について、図面を参照しつつ説明
する。
【0016】本発明の一実施例に係る構造物計測システ
ムの概略構成図が図1に示されている。本実施例は、橋
梁桁用のH型鋼で構成される計測対象部材(以下、部材
という。)1に穿設される多数のボルト孔2と凸型隅角
点(エッジ)3および凹型隅角点(エッジ)4との位置
を計測するシステムに適用されるものである。この構造
物計測システムにおいては、計測ロボット5と、測距計
6と、データ管理用端末7とが備えられ、計測ロボット
5には部材計測用端末8が、測距計6には測距計用端末
9がそれぞれ付設されている。これらデータ管理用端末
7,部材計測用端末8および測距計用端末9は無線LA
Nを構成して各端末7,8,9間でデータの授受が行わ
れるようになっている。
【0017】前記計測ロボット5は、自走式の走行台車
10と、この走行台車10上に搭載される6自由度を持
つ多関節型のアーム11と、このアーム11の先端部に
取り付けられる計測子としての三次元視覚センサー12
とを備えるとともに、自動ナビゲーション機能の付与の
ために、前記走行台車10に後述の方位計(ジャイロ)
20,サーボ加速度計21,ロータリエンコーダ付車輪
22等を備えている。また、この走行台車10には、計
測時にその走行台車10を地面に対して固定するための
スタビライザー13が設けられている。ここで、前記三
次元視覚センサー12は、部材1にレーザスリット光も
しくはコード化パターン光を投光して画像処理によりボ
ルト孔2の中心位置および凸型隅角点3,凹型隅角点4
の位置等を計測する非接触型のセンサーである。なお、
前記アーム11内には三次元視覚センサー12の振動を
検知する振動センサー(図示せず)が設けられている。
【0018】一方、前記測距計6は、光波測距計であっ
て、前記計測ロボット5のアーム11に貼付される2個
のターゲットマーク14および部材1に貼付される少な
くとも3個(本実施例では4個)のターゲットマーク1
5(図7参照)を撮像して画像処理によってそれらター
ゲットマーク14,15までの距離を計測するものであ
る。この測距計6は走行台車16によって走行可能とさ
れ、前記計測ロボット5と同様のスタビライザー17に
よって計測時に地面に固定できるようにされている。
【0019】前記データ管理用端末7には、予め部材1
の設計データ(CAD/CAM図面情報;以下、CAD
データという。)が記憶されている。このCADデータ
は部材計測用端末8に送信され、この部材計測用端末8
において測距計座標系のデータに変換されるようになっ
ている。
【0020】次に、走行台車10の自動ナビゲーション
機能について図2,図3を参照しつつ説明する。
【0021】図2に示されているように、前記走行台車
10には、方位計(ジャイロ)20,サーボ加速度計2
1,2個のロータリエンコーダ付車輪22,マーク読取
り用光電センサー(図示せず)およびデータ処理部23
が設けられている。また、この走行台車10の走行経路
に沿うようにロープ等のガイドライン24が設けられ、
このガイドライン24上には一定間隔(本実施例では5
0cm)毎にマーク25が設けられている。これらマー
ク25は前記走行台車10上のマーク読取り用光電セン
サーによって読み取られる。
【0022】前記方位計20,サーボ加速度計21,ロ
ータリエンコーダおよびマーク読取り用光電センサーか
らの出力信号はデータ処理部23に入力される。このデ
ータ処理部23では、これら入力信号に基づいて走行台
車10の方位角および走行距離(方位×距離)の演算を
一定微小時間で繰り返し行い、予め決められている原点
からの走行台車10の経路を算出する。
【0023】このデータ処理部23における演算過程が
図3に示されている。この図3において、サーボ加速度
計21から得られる前後方向の加速度データと、方位計
20から得られる角度データとから水平面前後方向の加
速度が演算され、この加速度から速度が演算され、こう
して得られる速度データと方位計から得られる角度デー
タとから距離(方位×距離)が演算される。この際、速
度データはエンコーダの出力信号から演算される速度デ
ータによって修正され、また距離データはマーク読取り
用光電センサーの出力信号から演算されるガイドライン
24上の距離データによって修正される。
【0024】次に、本実施例の構造物計測システムにお
ける処理手順を図4に示されるフローチャートに基づき
順次に説明する。
【0025】S1〜S2:図5に示されているように、
準備処理として、三次元視覚センサー12,計測ロボッ
ト5,測距計6,方位計20,振動センサーおよび無線
LANアダプターの電源を入れ、次いで各端末7,8,
9および周辺装置の電源を入れる。この後、走行台車1
0および測距計6を部材1の表側を計測できる大体の位
置に配置する。
【0026】S3〜S4:図6に示されているように、
部材計測用端末8および測距計用端末9における部材計
測プログラムを起動するとともに、これら各端末8,9
間においてプロセス間通信の設定を行う。次いで、部材
計測用端末8に計測対象部材のIDを入力しそのIDを
データ管理用端末7に送信する。このデータ管理用端末
7では、部材IDに基づき計測コントロールデータを作
成してその計測コントロールデータおよび予め記憶され
ている部材1のCADデータを部材計測用端末8へ返信
する。ここで、この計測コントロールデータは、部材I
Dに対して計測点の位置(x,y,z座標),方向,種
類(孔かエッジか)等の情報を与えるものである。
【0027】S5〜S6:図7に示されているように、
計測コントロールデータの中から基準点を数点(本実施
例では4点)選択し、部材1上のそれら基準点の位置に
ターゲットマーク15を取り付ける。次いで、測距座標
系上の部材1の位置を決定するために、測距計6でそれ
ら各ターゲットマーク15を計測してその計測結果を測
距計用端末9から部材計測用端末8に送信する。この部
材計測用端末8では、基準点計測終了指令に基づいてC
ADデータの座標系と測距計座標系との変換パラメータ
を計算する。なお、測距計6による計測時に走行台車1
6はスタビライザー17によって固定され、振動による
計測誤差の発生を防止するようにされている。
【0028】S7:図8に示されているように、計測ロ
ボット5の位置決めのために、計測ロボット5が基本姿
勢のときのターゲットマーク14の位置を測距計6で計
測し、これらターゲットマーク14の位置のロボット座
標系での座標値を求める。そして、これらターゲットマ
ーク14の位置のロボット座標値および測距計座標値を
部材計測用端末8に記憶させる。次に、測距計用端末9
から計測ロボット5のアーム11の移動指令を発し、こ
のアーム11の移動後のターゲットマーク14の位置を
測距計6で計測し、これらターゲットマーク14のロボ
ット座標値を求めてそれらターゲットマーク14のロボ
ット座標値および測距計座標値を部材計測用端末8に記
憶させる。このような処理をn回繰り返し、得られるn
個の座標値(ロボット座標値および測距計座標値)から
ロボット座標系と測距計座標系との変換パラメータを計
算する。この後、方位計20をリセットする。
【0029】S8:図9に示されているように、走行台
車のナビゲーションを行う。このナビゲーションは図1
0に示されるフローチャートにしたがって次の処理手順
で実行される。 S801〜S803:部材計測用端末8において、部材
1の計測ブロックP1内のすべての計測点を計測するの
に最適な測距計座標系におけるターゲットマーク14の
位置(目標位置;(T1 ,T2 ,T3 ))および方向
(目標方向;(t 1 ,t2 ,t3 ))を計算する。次い
で、現在のターゲットマーク14の位置(O1 ,O2
3 )に係るデータを取得した後、走行台車10の移動
を開始する。 S804:方位計20より走行台車10のピッチ角,ロ
ール角およびヨー角に係るデータを取得するとともに、
サーボ加速度計21より加速度データを取得し、タイマ
ーをリセットする。
【0030】S805〜S808:走行台車10が移動
中、言い換えれば走行台車の車輪が回転中でないときに
はステップS804の処理を再実行する。一方、走行台
車10が移動中であるときには、加速度の積分によって
走行台車10の単位時間当たりの移動距離Lを算出する
とともに、方位計20のピッチ角,ロール角およびヨー
角の方向を向く単位ベクトル(E1 ,E2 ,E3 )を生
成し、これら方位と距離との積(E1 ,E2 ,E3 )×
Lを算出する。この後、現在位置(O1 ,O2,O3
を(O1 +E1 ×L,O2 +E2 ×L,O3 +E3 ×
L)に書き換える。
【0031】S809〜S811:走行台車10が目標
位置に到達していないときには、タイマーの経過時間が
所定値(本実施例では60msec)に達するまで待機
した後ステップS804以下の処理を再実行し、目標位
置に到達しているときには、到達位置(O1 ,O2 ,O
3 )を測距計6に送信してその測距計6を到達位置方向
に向ける。目標位置に到達しているか否かは、αおよび
βを微小値として次の6つの条件が成立しているか否か
で判断される。 T1 −α≦O1 ≦T1 +α , t1 −β≦E1 ≦t1 +β T2 −α≦O2 ≦T2 +α , t2 −β≦E2 ≦t2 +β T3 −α≦O3 ≦T3 +α , t3 −β≦E3 ≦t3 +β なお、このナビゲーション走行において、走行台車10
の位置,行き先等は部材計測用端末8の画面上に表示さ
れる。
【0032】S812〜S813:到達位置において、
計測ロボット5上のターゲットマーク14を測距計6で
計測してそのターゲットマーク14の位置(O1 ’,O
2 ’,O3 ’)を得る。そして、ナビゲーションの結果
得られる暫定到達位置(O1,O2 ,O3 )を測距計6
による正確な位置(O1 ’,O2 ’,O3 ’)に書き換
える。
【0033】S9:図11に示されているように、計測
点の自動計測を行う。この計測点の自動計測は図12に
示されるフローチャートにしたがって次の処理手順で実
行される。 S901〜S904:計測ロボット5をスタビライザー
13によって固定した後、計測開始ボタンを押して計測
を開始し、測距計6により部材1上のターゲットマーク
15の位置に係るデータFを取得する。次いで、計測コ
ントロールデータより次の計測位置に係るデータGを取
得し、これらデータF,Gより計測ロボット5の相対移
動量Hを式H=G−Fにて計算する。この後、この相対
移動量Hをロボット座標系に変換して移動量H’を得、
この移動量H’だけ計測ロボット5のアーム11を移動
させる。
【0034】S905〜S907:振動センサーにより
三次元視覚センサー12の振動状態をチェックし、振動
が検知されるときにはその振動が収まるまで待機する。
振動が検知されないときには、三次元視覚センサー12
にて計測点の距離画像を取得する。次いで、この距離画
像を画像処理しその計測点の位置およびその計測点のタ
ーゲットマーク15からの位置eを取得する。なお、こ
の計測点の位置は、ボルト孔2の場合にはそのボルト孔
2の中心位置を示すデータとなる。
【0035】S908:測距計6を次の計測位置Gに向
くように回転し、ターゲットマーク15の位置Iを測距
計6にて計測してGの位置を位置Iで置き換える。 S909〜S911:方位計20より走行台車10のピ
ッチ角,ロール角およびヨー角に係るデータを取得す
る。次いで、この方位計20で得られたロボット座標の
回転角分を補正して計測点のターゲットマーク15から
の位置eの補正値e’を得る。この後、この補正値e’
をロボット座標系から測距計座標系に変換して値e”を
得、この値e”に基づいて計測点の測距計座標系での位
置I+e”を取得する。
【0036】S912〜S913:計測終了でない場合
には、現在位置FにIを設定してステップS902以下
の処理を繰り返して行い、計測終了の場合にはフローを
終了する。
【0037】S10〜S14:このようにして計測点の
自動計測を行った後残りの計測点があるときには、この
計測点が同一ブロック内にある場合に同様にしてステッ
プS9の自動計測を実行する。一方、同一ブロック内に
ない場合には、測距計6の移動が必要か否かを判断し、
移動が必要であるときにはその測距計6を移動させてス
テップS8へ戻る。この測距計6の移動に際して例えば
部材1の裏側へ移動させるときには、図13に示されて
いるように、測距計座標つなぎ用ターゲット26を設置
し、この座標つなぎ用ターゲット26を測距計6の移動
前に計測する。次いで、測距計6を部材1の裏側を計測
できる位置へ移動し、この移動位置にて再度座標つなぎ
用ターゲット26を計測する。この後、走行台車10の
移動が必要な場合には、走行台車10を部材1の裏側に
移動し、測距計用端末9にて座標つなぎの変換パラメー
タを計算してその計算結果を部材計測用端末8に転送す
る。なお、走行台車10の移動が必要でないときには、
再度ステップS9へ戻って自動計測処理を実行する。
【0038】S15〜S16:全計測点の計測が完了し
たときには、図14に示されているように、後処理とし
て、部材計測用端末8にて全計測点の座標変換処理を行
ってその計測結果データをデータ管理用端末7に送信
し、このデータ管理用端末7において部材計測インター
フェイスファイルを作成する。また、終了処理として、
部材計測用端末8および測距計用端末9間におけるプロ
セス間通信の設定を解除して電源をオフにする。
【0039】本実施例によれば、計測ロボット5が任意
の位置,方向に走行できるようにされているので、大型
固定設備および広大な土地が不要となり、安価なシステ
ムを得ることができる。また、画像処理によって計測点
を自動サーチすることができるので、全計測箇所にター
ゲットマーク等を貼付する必要もなく、また計測点に対
する測角機の視準といった苦渋を伴う作業も回避するこ
とができる。さらに、予め記憶されるCADデータを利
用して計測点の位置と方向とを自動演算して決定するこ
とができるので、省人化を図ることができる。また、本
実施例では、計測点を計測するのに非接触型の三次元視
覚センサー12を用いているので、計測子の摩耗といっ
た不具合の発生がなく、長寿命であるという利点があ
る。また、計測子前方の立体形状を常に監視して干渉を
避けながら計測することができるので、信頼性の向上を
図ることができる。
【0040】本実施例においては、データ処理用の端末
機として、データ管理用端末7,部材計測用端末8およ
び測距計用端末9の3種類の端末機を設けるものについ
て説明したが、部材計測用端末8および測距計用端末9
は一体のものとすることができる。また、これら端末機
7,8,9を1つのコントロール用コンピュータとして
一体化して、このコントロール用コンピュータによりシ
ステム全体を制御するようにしても良い。
【0041】本実施例においては、計測ロボット5を多
関節型のものとしたが、この計測ロボットは直交座標型
のものとしても良い。
【0042】本実施例においては、部材1の基準点とし
てその部材1の表面にターゲットマーク15を取り付け
るものとしたが、部材1内の基準となるボルト孔(基準
孔)を予め定めておいて、これら基準孔を計測すること
により基準点計測を行うようにすることもできる。
【0043】本実施例においては、走行台車10に自動
ナビゲーション機能を付与させ、この走行台車10を自
走させるとともに現在位置を自己認識できるようにした
ものについて説明したが、この走行台車10は作業者が
運転するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例に係る構造物計測シ
ステムの概略構成図である。
【図2】図2は、走行台車の自動ナビゲーション機能説
明図である。
【図3】図3は、走行台車の自動ナビゲーションにおけ
る演算過程を示すブロック図である。
【図4】図4は、本実施例の構造物計測システムにおけ
る計測処理の手順を示すフローチャートである。
【図5】図5は、構造物計測システムの処理手順説明図
(1)である。
【図6】図6は、構造物計測システムの処理手順説明図
(2)である。
【図7】図7は、構造物計測システムの処理手順説明図
(3)である。
【図8】図8は、構造物計測システムの処理手順説明図
(4)である。
【図9】図9は、構造物計測システムの処理手順説明図
(5)である。
【図10】図10は、走行台車のナビゲーション処理の
手順を示すフローチャートである。
【図11】図11は、構造物計測システムの処理手順説
明図(6)である。
【図12】図12は、計測点の自動計測処理の手順を示
すフローチャートである。
【図13】図13は、構造物計測システムの処理手順説
明図(7)である。
【図14】図14は、構造物計測システムの処理手順説
明図(8)である。
【図15】図15は、従来の構造物計測システムの一例
を示す図である。
【符号の説明】
1 計測対象部材 2 ボルト孔 3 凸型隅角点 4 凹型隅角点 5 計測ロボット 6 測距計 7 データ管理用端末 8 部材計測用端末 9 測距計用端末 10,16 走行台車 11 アーム 12 三次元視覚センサー 14,15 ターゲットマーク 20 方位計 21 サーボ加速度計 23 データ処理部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)計測対象部材としての構造物を計
    測する計測子を保持するアームを有して任意の方向に走
    行可能な計測ロボット、(b)前記アームの位置と前記
    構造物の設置位置とを計測する測距部および(c)前記
    構造物の形状に係る設計データを予め記憶するととも
    に、この設計データと前記測距部により計測される位置
    データとに基づいて前記計測子による前記構造物内の計
    測点を演算する計測点演算部を備えることを特徴とする
    構造物計測システム。
  2. 【請求項2】 前記計測子は、計測対象部材の三次元画
    像を撮像して画像処理によりその計測対象部材における
    計測点の位置と方向とを計測する非接触方式の三次元視
    覚センサーであることを特徴とする請求項1に記載の構
    造物計測システム。
  3. 【請求項3】 前記計測ロボットが、方位計と加速度計
    とを備えるとともに、これら方位計および加速度計から
    それぞれ得られる方位データおよび速度データに基づい
    てその計測ロボット自身の位置を演算するロボット位置
    演算部を備えることを特徴とする請求項2または3に記
    載の構造物計測システム。
  4. 【請求項4】 前記測距部は、前記構造物の所定部に取
    付けられる少なくとも3個のターゲットマークを計測す
    ることによりその構造物の設置位置を計測することを特
    徴とする請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の構造
    物計測システム。
  5. 【請求項5】 前記測距部は、前記アームの所定部に取
    付けられるターゲットマークを計測することによりその
    アームの位置を計測することを特徴とする請求項1乃至
    3のうちのいずれかに記載の構造物計測システム。
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