JPH1089957A - 構造部材の三次元計測方法 - Google Patents

構造部材の三次元計測方法

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JPH1089957A
JPH1089957A JP26546296A JP26546296A JPH1089957A JP H1089957 A JPH1089957 A JP H1089957A JP 26546296 A JP26546296 A JP 26546296A JP 26546296 A JP26546296 A JP 26546296A JP H1089957 A JPH1089957 A JP H1089957A
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JP
Japan
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structural member
coordinate system
measurement
light wave
measuring
Prior art date
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Application number
JP26546296A
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English (en)
Inventor
Shinichi Kasai
真一 葛西
Kuniaki Minami
邦明 南
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SAKURADA KK
Original Assignee
SAKURADA KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造部材の所望の領域のみにCCDカメラを
配置すればよく、CCDカメラの台数を少なくすること
ができ、より効率よく三次元計測を行うことができる構
造部材の三次元計測方法を提供する。 【解決手段】 構造部材1の所望の領域2を写真測量の
原理で撮影計測すべく該領域2毎に2台1組のCCDカ
メラ4を設置すると共に、上記構造部材1の全長を視準
可能に光波計測器5を設置し、上記構造部材1近傍の柱
や壁等に設けた標点6a〜6cを上記光波計測器5で計
測して全体座標系を定義し、上記所望の領域2毎に移動
可能な基準定規7を位置させて該基準定規7を上記CC
Dカメラ4と光波計測器5で計測することにより全体座
標系に対する局所座標系を定義し、構造部材1の各測点
を一つの全体座標系での座標値として計測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁の桁、鉄塔や
建物の鉄骨等の大型の構造部材を三次元計測する構造部
材の三次元計測方法に係り、特にCCDカメラと光波計
測器を併用して構造部材を効率よく三次元計測する構造
部材の三次元計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】被測定物たる構造部材の測定対象として
は、部材長、断面寸法、捩れ、キャンバー、継手部のボ
ルト孔位置寸法などがあり、これらのデータを得るには
一般的に多数の測点を計測しなければならない。
【0003】これらの計測にあたっては、例えばトラン
シット、レベル、巻尺などが従来より使用されている
が、これらのものでは計測に多大の時間を要するばかり
でなく、精度的にも限界がある。
【0004】一方、構造部材を三次元計測する装置とし
ては、光波計測器が知られているが、これは一測点毎に
視準して計測しなければならないため、測点が多いと計
測時間が多くかかる問題がある。また、CCDカメラと
各種センサを組合せた三次元計測装置も提案されている
が、重量のある構造部材を移動させながら計測するもの
であるため、装置やデータ処理が複雑となる問題があ
る。このように従来の構造部材の計測方法や機器では、
多数の測点を有する構造部材を三次元計測することは精
度的にも、効率的にも問題があった。
【0005】そこで、このような問題点を解決するため
に、本出願人は、構造部材の周囲にこれを写真測量の原
理で撮影すべく2台1組のCCDカメラを複数組配置
し、位置が既知の複数のターゲット部を有する移動可能
な基準定規を用いて各組毎の上記CCDカメラの座標を
相互に関連付けた後、上記CCDカメラで上記構造部材
を撮影して一つの三次元座標系での座標値として計測す
るようにした構造部材の計測方法を先に出願した(特願
平8−173071号)。この計測方法によれば、構造
部材の形状を短時間で精度よく三次元計測することが可
能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、構造部材と
しては、長手方向両端部と中央部付近にボルト孔等の測
点が比較的多く集中し、他の部分では測点が少なく散在
するか或いは全く存在しない場合がある。このような構
造部材の計測に上記計測方法を適用した場合、撮影範囲
が限られている2台1組のCCDカメラを途切れること
なく配置することになるため、測点が存在しない所につ
いてもCCDカメラを配置しなければならず、多数のC
CDカメラが必要となる。
【0007】そこで、本発明の目的は、構造部材の所望
の領域のみにCCDカメラを配置すればよく、CCDカ
メラの台数を少なくすることができ、より効率よく三次
元計測を行うことができる構造部材の三次元計測方法を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る構造部材の三次元計測方法は、構造部材
の所望の領域のみを写真測量の原理で撮影計測すべく該
領域毎に2台1組のCCDカメラを設置すると共に、上
記構造部材の全長を視準可能に光波計測器を設置し、上
記構造部材近傍の柱や壁等に設けた標点を上記光波計測
器で計測して全体座標系を定義し、上記領域毎に移動可
能な基準定規を位置させて該基準定規を上記CCDカメ
ラと光波計測器で計測することにより全体座標系に対す
る局所座標系を定義し、構造部材の各測点を一つの全体
座標系での座標値として計測することを特徴とする。
【0009】
【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添付図面
に基づいて詳述する。図1は本発明の実施の形態を示す
概略的平面図、図2は全体座標系を定義する工程を示す
図、図3は局所座標系を定義する工程を示す図、図4は
基準定規を示す図である。
【0010】図1〜図3において、1は例えば橋梁の桁
等に用いられる断面I型、H型、箱型等の大型で長尺の
構造部材で、この構造部材1の形状例えば部材長、断面
寸法、捩れ、キャンバー、継手部のボルト孔位置寸法等
を三次元計測するために、被測定物たる上記構造部材1
を建屋内の設置台上に設置する。この構造部材1は、長
手方向両端部と中央部付近にボルト孔等の測点が比較的
に多く存在する領域2を有し、それ以外領域3には測点
が少なく散在するか或いは全く存在していない。
【0011】上記構造部材1の所望の領域、例えば測点
の多く存在する領域2のみを写真撮影の原理で撮影計測
すべく該領域2毎に2台1組からなるCCD(Charge C
oupled Device:電荷結合素子)カメラ4を設置する。
また、上記構造部材1の全長を視準可能に光波計測器5
を設置する。具体的には、建屋内における上記構造部材
1の両側方に位置させて、CCDカメラ4が片側に3組
ずつ設置されると共に、上記光波計測器5が片側の長手
方向ほぼ中間部に1台ずつ設置されている。
【0012】上記CCDカメラ4は、立体写真を撮るべ
く2台1組で共通の領域を撮影するため、計測範囲は狭
いが同時多点計測が可能である。上記光波計測器5は、
測点に向って光線(例えば赤外線)を出射し、測点で反
射して戻る時間により距離を計測する構造で、上下左右
に回転可能で、その回転角と上記距離の検出により測点
の位置を正確に計測できるようになっている。この光波
計測器5は、測点を一つずつ視準して計測するため、多
少手間がかかるが計測範囲は広く、構造部材の全長(2
0m程度)を十分にカバーすることが可能である。
【0013】上記構造部材1の測点を一つの三次元座標
系での計測値として計測するために、図2に示すように
構造部材1近傍の柱や壁等の建屋の固定部に光波用の標
点6a〜6cを設け、これら標点6a〜6cを上記光波
計測器5により計測して全体座標系(X,Y,Z)を定
義する。上記標点6a〜6cとしては、視準用の十字マ
ークを有する再帰性反射テープが好適である。上記標点
6a〜6cを水平方向と垂直方向に3点取付けてX軸と
Y軸を求め、その交点(原点)を通りXY座標面に垂直
な線をZ軸とすることにより三次元の全体座標系(X,
Y,Z)が定義される。
【0014】次に、複数の標点を有する移動可能な基準
定規7を用い、図3に示すようにこの基準定規7を上記
測点の多く存在する各領域2内に位置させて上記CCD
カメラ4と光波計測器5で計測して上記全体座標系
(X,Y,Z)に対するそれぞれの局所座標系(x,
y,z)を定義する。すなわち、CCDカメラ4の座標
系を光波計測器5の全体座標系(X,Y,Z)と関連付
けるために、CCDカメラ4と光波計測器5により共通
の基準定規7を計測して局所座標系(x,y,z)を定
義する。従って、CCDカメラ4で計測した測点の計測
値は、局所座標系(x,y,z)で表わされるが、この
局所座標系(x,y,z)を全体座標系(X,Y,Z)
に座標変換することで全体座標系(X,Y,Z)で表わ
すことが可能となる。
【0015】2台1組のCCDカメラ4で三次元計測を
行うようにするためには、CCDカメラ4のキャリブレ
ーション(標定)を行い、内部標定要素(焦点距離、主
点のずれ、レンズの歪)および外部標定要素(カメラレ
ンズの全体座標値、カメラ座標系の各軸回りの回転角)
を求める必要がある。CCDカメラ1台当たり11個の
未知変量を測定に先立ち決定する必要があるため、少な
くとも11個以上の標点を有する基準定規7を作成し、
これを二台のCCDカメラ4で撮影する。
【0016】上記基準定規7は、図4に示すように架台
8を介して垂直に支持された基板9と、架台8の下部に
設けられた車輪例えばキャスター10とを備えており、
移動可能に構成されている。上記基板9の一方の面には
先端面を標点とする円柱状のターゲット部材11が所定
の配置で複数個例えば31個取付けられている。上記基
板9は、例えば縦が800mm、横が1200mmとさ
れている。上記ターゲット部材11は、所定の直径例え
ば45mmの円柱状に形成されると共に、所定の長さ例
えば0〜300mmの複数種類に設定されている。
【0017】上記各ターゲット部材11の先端面には標
点を明確にすべく白色の塗装が施され、それ以外の部分
(ターゲット部材の側面や基板等)には黒色の塗装が施
されていることが好ましい。上記基準定規7のターゲッ
ト部材11からなる標点は、CCDカメラ用であるた
め、基準定規7には光波用の標点12a〜12cを設け
ることが好ましい。この場合、上記基板9上に上記標点
6a〜6cと同様の光波用の標点12a〜12cを3点
取付けるだけでよい。上記基準定規7を測点の多く存在
する各領域(図1の図示例では6箇所)に順に移動させ
て局所座標系を定義して行けばよい。
【0018】上記基準定規7を用いてCCDカメラ4の
キャリブレーションを行うと共に、基準定規7上に設け
た光波計測用の標点12a〜12cを全体座標系を定義
した光波計測器5で計測することにより、CCDカメラ
4での計測における局所座標系の全体座標系に対する移
動量と回転量が求められ、これにより、CCDカメラ4
で計測された局所座標系での各測点の三次元座標値を全
体座標系での三次元座標値に座標変換して計測すること
が可能となる。
【0019】このようにして全体座標系と局所座標系を
定義したなら、構造部材1における所望の領域2をCC
Dカメラ4でそれぞれ撮影計測すればよい。この場合、
上記構造部材1におけるCCDカメラ4で撮影される測
点には、例えば円形のマークを描いたシール等からなる
測点用ターゲットを取付けておくことが好ましい。
【0020】上記CCDカメラ4で撮影された測点は、
画像情報として検出されるため、この画像情報をパーソ
ナルコンピュータ等の演算処理装置で処理することによ
り局所座標系での座標値、更には座標変換により全体座
標系での座標値として得られる。
【0021】このように、構造部材1の所望の領域2を
写真測量の原理で撮影計測すべく該領域2毎に2台1組
のCCDカメラ4を設置すると共に、上記構造部材1の
全長を視準可能に光波計測器5を設置し、上記構造部材
1近傍の柱や壁等に設けた標点6a〜6cを上記光波計
測器5で計測して全体座標系を定義し、上記領域2毎に
移動可能な基準定規7を位置させて該基準定規7を上記
CCDカメラ4と光波計測器5で計測することにより全
体座標系に対する局所座標系を定義し、構造部材1の各
測点を一つの全体座標系での座標値として計測するよう
にしたので、所望の領域2のみにCCDカメラ4を配置
すればよい。従って、CCDカメラ4の台数を少なくす
ることができ、各CCDカメラ4の関係付けをより効率
よく行うことができ、より効率よく三次元計測を行うこ
とが可能となる。
【0022】また、局所座標系を定義するに際して、移
動可能な基準定規7を用いるようにしたので、各組毎の
CCDカメラ4のキャリブレーションないし局所座標系
の定義付けを容易に行うことが可能となり、コストの低
減および計測時間の短縮が図れる。更に、上記計測方法
によれば、構造部材1の全体を精度よく計測できるた
め、そのデータを基にして、コンピュータ上での仮組立
てのシュミレーションを行うことが可能となり、実際の
仮組立てを省略でき、仮組立てに要する期間およびコス
トを削減できる。
【0023】なお、上記所望の領域2以外の領域3にお
いて存在する測点については、測点の数が少ないため、
上記光波計測器5で計測してもよく、或いは他の計測器
で計測してもよい。上記光波計測器5で計測する場合に
は、測点に例えば視準用の十字マークを有する再帰性反
射テープ等からなる測点用ターゲットを取付けておくこ
とが好ましい。上記光波計測器5で計測された測点は、
直接、全体座標系での座標値として得ることができる。
【0024】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の
設計変更等が可能である。
【0025】
【発明の効果】以上要するに本発明に係る構造部材の三
次元計測方法によれば、構造部材の所望の領域を写真測
量の原理で撮影計測すべく該領域毎に2台1組のCCD
カメラを設置すると共に、上記構造部材の全長を視準可
能に光波計測器を設置し、上記構造部材近傍の柱や壁等
に設けた標点を上記光波計測器で計測して全体座標系を
定義し、上記領域毎に移動可能な基準定規を位置させて
該基準定規を上記CCDカメラと光波計測器で計測する
ことにより全体座標系に対する局所座標系を定義し、構
造部材の各測点を一つの全体座標系での座標値として計
測するようにしたので、所望の領域のみにCCDカメラ
を配置すればよく、CCDカメラの台数を少なくするこ
とができ、より効率よく三次元計測を行うことが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す概略的平面図であ
る。
【図2】全体座標系を定義する工程を示す図で、(a)
は平面図、(b)は立面図である。
【図3】局所座標系を定義する工程を示す図で、(a)
は平面図、(b)は立面図である。
【図4】基準定規を示す図で、(a)は正面図、(b)
は側面図、(c)は平面図である。
【符号の説明】
1 構造部材 2 所望の領域 4 CCDカメラ 5 光波計測器 7 基準定規

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造部材の所望の領域のみを写真測量の
    原理で撮影計測すべく該領域毎に2台1組のCCDカメ
    ラを設置すると共に、上記構造部材の全長を視準可能に
    光波計測器を設置し、上記構造部材近傍の柱や壁等に設
    けた標点を上記光波計測器で計測して全体座標系を定義
    し、上記領域毎に移動可能な基準定規を位置させて該基
    準定規を上記CCDカメラと光波計測器で計測すること
    により全体座標系に対する局所座標系を定義し、構造部
    材の各測点を一つの全体座標系での座標値として計測す
    ることを特徴とする構造部材の三次元計測方法。
JP26546296A 1996-09-13 1996-09-13 構造部材の三次元計測方法 Pending JPH1089957A (ja)

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