JP2012251774A - Three-dimensional shape information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物等の測定対象の表面形状などの三次元形状情報等を非接触で計測して取得する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring and acquiring three-dimensional shape information such as a surface shape of a measurement target such as a structure without contact.
従来、測定対象の三次元形状情報を計測して取得する装置の一例として、例えば、定置式３Ｄスキャナ装置が知られている（特許文献１、図９等参照）。
このものは、ある固定点に３Ｄスキャナ装置を設置し、レーザ光を回転ミラーなどの光学要素を用いて放射して球状に走査し、測定対象に対する照射点の角度と距離を計測することにより、測定対象の三次元形状情報を取得するといったシステムである。
Conventionally, as an example of an apparatus that measures and acquires three-dimensional shape information of a measurement target, for example, a stationary 3D scanner apparatus is known (see Patent Document 1, FIG. 9 and the like).
This one installs a 3D scanner device at a fixed point, emits laser light using an optical element such as a rotating mirror, scans in a spherical shape, and measures the angle and distance of the irradiation point with respect to the measurement object, This is a system that acquires three-dimensional shape information of a measurement target.
また、他の一例として、例えば、モービルマッピングシステムが知られており、このものは、自動車等の移動体に各種センサを搭載し、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、慣性航行装置、オドメトリ（車輪の回転センサ）により、自己位置を取得すると共に、これに関連付けてレーザ光による周囲の走査情報を三次元化して取得するといったシステムである（特許文献２、図１０等参照）。 As another example, for example, a mobile mapping system is known, which includes various sensors mounted on a moving body such as an automobile, and includes, for example, a GPS (Global Positioning System), an inertial navigation device, an odometry (wheel). In this system, the self-position is acquired by a rotation sensor), and the surrounding scanning information by the laser light is acquired in three dimensions in association with the self-position (see Patent Document 2, FIG. 10 and the like).
しかしながら、定置式３Ｄスキャナには、例えば、以下のような問題がある。
（１）固定的な設置場所からレーザ光を回転ミラー等の光学要素を用いて放射して球状に走査し、測定対象である構造物の形状情報を取得するものであるため、測定対象である構造物への照射角度が測定部位によって異なることになる。このため、測定部位によって計測精度にばらつきが生じる。すなわち、測定対象である構造物に対して垂直にレーザー光を照射することが高い計測精度を得るうえで望ましいが、このことを、定置式３Ｄスキャナでは実現することができないといった実情がある。
However, the stationary 3D scanner has the following problems, for example.
(1) Laser light is emitted from a fixed installation location using an optical element such as a rotating mirror and scanned in a spherical shape to acquire shape information of a structure that is a measurement target. The irradiation angle to the structure varies depending on the measurement site. For this reason, the measurement accuracy varies depending on the measurement site. That is, it is desirable to irradiate a laser beam perpendicularly to a structure to be measured in order to obtain high measurement accuracy, but there is a situation that this cannot be realized by a stationary 3D scanner.
（２）定置式３Ｄスキャナにおいては、固定的な設置場所からレーザ光を球状に放射することになるため、構造物表面までの距離に応じて計測データの疎密が生じるため、計測データの疎密の分布が激しくなるといった問題がある。
すなわち、レーザ光の単位時間当たりの照射角変化（ｄθ）は同一であるため、測定対象までの距離（Ｒ）により走査範囲（Ｒ・ｄθ）が決定されるため、測定対象までの距離が長いと走査密度が疎となり、測定対象までの距離が短いと走査密度が密となり、計測データにばらつきが生じ易くなるといったおそれがある。
(2) In the stationary 3D scanner, since the laser beam is emitted spherically from a fixed installation location, the measurement data is sparse according to the distance to the structure surface. There is a problem that the distribution becomes intense.
That is, since the irradiation angle change (dθ) per unit time of the laser light is the same, the scanning range (R · dθ) is determined by the distance (R) to the measurement object, and thus the distance to the measurement object is long. The scanning density becomes sparse, and if the distance to the measurement target is short, the scanning density becomes dense and there is a risk that the measurement data tends to vary.
（３）また、固定的な設置場所からレーザ光を球状に放射することになるため、レーザ光源と構造物との間に障害物があると、その障害物の裏側の構造物の形状を計測することができないといった問題がある。 (3) Since the laser beam is emitted spherically from a fixed installation location, if there is an obstacle between the laser light source and the structure, the shape of the structure behind the obstacle is measured. There is a problem that can not be done.
（４）全球状に走査する必要があるため、設置場所での計測時間が長いといった問題がある。 (4) Since it is necessary to scan in a spherical shape, there is a problem that the measurement time at the installation location is long.
（５）更に、狭隘な場所では、レーザ光源に近い場所と遠い場所との間で計測データの疎密の分布が激しくなるため、一定の計測精度を維持するためには、設置盛替（設置場所移動）を頻繁に行う必要があるといった問題がある。 (5) Furthermore, in a narrow place, the density distribution of measurement data becomes intense between places close to and far from the laser light source. Therefore, in order to maintain a certain measurement accuracy, installation replacement (installation place) There is a problem that frequent movement is required.
また、モービルマッピングシステムには、以下のような問題がある。
（１）装置が大掛かりとなり、コストが嵩むといった欠点がある。
（２）ＧＰＳによる位置計測が困難な場所では、オドメトリのみの位置計測となるため、計測精度が低下するおそれがある。
The mobile mapping system has the following problems.
(1) There is a disadvantage that the apparatus becomes large and costs increase.
(2) In a place where position measurement by GPS is difficult, since position measurement is performed only by odometry, the measurement accuracy may be reduced.
なお、例えば建築工事やトンネル工事などにおいて、レーザスキャナなどを用いて建築物やトンネル内空面等の三次元形状変化を正確に取得することにより、出来形（例えば日々の形状変化量）などを正確に取得することができるため、工事の進捗具合やコストなどの正確な管理が可能となるなどその利用が期待されている。 For example, in building construction or tunnel construction, by using a laser scanner or the like to accurately acquire the three-dimensional shape change of the building, the sky in the tunnel, etc., the finished shape (eg daily shape change amount) can be obtained. Since it can be obtained accurately, it is expected to be used, for example, because it enables accurate management of construction progress and costs.
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ低コストな構成でありながら、短い計測時間で迅速に、広い範囲に亘って精度良く構造物等の測定対象の三次元形状情報を取得することができる三次元形状情報取得装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and obtains three-dimensional shape information of a measurement object such as a structure quickly and accurately over a wide range in a short measurement time while having a simple and low-cost configuration. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape information acquisition apparatus that can do this.
このため、本発明は、
測定対象の三次元形状情報を取得する三次元形状情報取得装置であって、
移動可能な台車と、
当該台車に取り付けられレーザを利用して測定対象の二次元形状情報を取得する二次元形状情報取得手段と、
台車の位置情報を取得する台車位置情報取得手段と、
台車の姿勢情報を取得する台車姿勢情報取得手段と、
を備え、
台車位置情報と、二次元形状情報と、を関連付けると共に、台車姿勢情報に基づいて座標変換して測定対象の三次元形状情報を取得することを特徴とする。
For this reason, the present invention
A three-dimensional shape information acquisition device for acquiring three-dimensional shape information of a measurement object,
A movable carriage,
Two-dimensional shape information acquisition means for acquiring two-dimensional shape information of a measurement object using a laser attached to the carriage,
Trolley position information acquisition means for acquiring position information of the trolley;
Trolley posture information acquisition means for acquiring trolley posture information;
With
The cart position information and the two-dimensional shape information are associated with each other, and coordinate conversion is performed based on the cart posture information to obtain the three-dimensional shape information of the measurement target.
本発明において、前記台車位置情報取得手段は、台車に取り付けられた測定用ターゲットと、該測定用ターゲットまでの距離を測定するトータルステーションと、を含んで構成されたことを特徴とすることができる。 In the present invention, the carriage position information acquisition means may include a measurement target attached to the carriage and a total station that measures a distance to the measurement target.
本発明において、前記測定用ターゲットは、台車の基準位置に配設されると共に、当該基準位置以外の別の参照位置に配設され、トータルステーションは自動追尾機能により、基準位置での測定後に、参照位置の測定用ターゲットを探して測定することを特徴とすることができる。 In the present invention, the measurement target is disposed at a reference position of the carriage and is disposed at another reference position other than the reference position, and the total station is referred to after the measurement at the reference position by the automatic tracking function. It can be characterized by searching for and measuring a position measurement target.
本発明において、一つの測定用ターゲットを、作業者が基準位置から参照位置までガイドレールに沿って移動させることを特徴とすることができる。 In the present invention, an operator can move one measurement target along the guide rail from the reference position to the reference position.
本発明において、前記測定用ターゲットは、全周プリズムであることを特徴とすることができる。 In the present invention, the measurement target may be an all-around prism.
本発明において、前記台車位置情報取得手段は、ＧＰＳを含むことを特徴とすることができる。 In the present invention, the cart position information acquisition means may include a GPS.
本発明は、簡単かつ低コストな構成でありながら、短い計測時間で迅速に、広い範囲に亘って精度良く構造物等の測定対象の三次元形状情報を取得することができる三次元形状情報取得装置を提供することができる。 The present invention is a simple and low-cost configuration, but can acquire 3D shape information of a measurement object such as a structure quickly and accurately over a wide range in a short measurement time. An apparatus can be provided.
以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
図１は、本発明に係る一実施の形態の三次元形状測定（取得）装置１の全体構成を概略的に示した図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
図１に示すように、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１は、移動可能な台車２に計測ユニット１００が載置されて構成されると共に、計測ユニット１００には、台車２の姿勢情報を計測（取得）するためのジャイロ（３軸測定）１１０と、測定対象（構造物等）の二次元形状を計測するための２Ｄレーザスキャナ１２０或いはレーザ断面計測器１３０の少なくとも一つが備えられている。
ここで、ジャイロ（３軸測定）１１０が本発明に係る台車姿勢情報取得手段の一例に相当し、２Ｄレーザスキャナ１２０或いはレーザ断面計測器１３０が本発明に係る二次元形状情報取得手段の一例に相当する。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment is configured by placing a measurement unit 100 on a movable carriage 2, and the measurement unit 100 includes a carriage. At least one of a gyroscope (three-axis measurement) 110 for measuring (acquiring) attitude information of 2 and a 2D laser scanner 120 or a laser cross-section measuring instrument 130 for measuring a two-dimensional shape of a measurement target (structure or the like). One is provided.
Here, the gyroscope (three-axis measurement) 110 corresponds to an example of the cart posture information acquisition unit according to the present invention, and the 2D laser scanner 120 or the laser cross-section measuring device 130 corresponds to an example of the two-dimensional shape information acquisition unit according to the present invention. Equivalent to.
また、台車２にはパーソナルコンピュータＰＣが載置され、ジャイロ（３軸測定）１１０、２Ｄレーザスキャナ１２０、レーザ断面計測器１３０などからの情報が入力されるようになっている。 A personal computer PC is placed on the carriage 2, and information from a gyroscope (three-axis measurement) 110, a 2D laser scanner 120, a laser cross-section measuring instrument 130 and the like is input.
ジャイロ１１０としては、例えば光ファイバジャイロ（日本航空電子工業（ＪＡＥ）社製 ＪＣＳ７４０２）などを利用することができ、台車２延いては２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の姿勢情報（ピッチング角、ローリング角、ヨ―イング角）に関する情報を取得するようになっている。 As the gyro 110, for example, an optical fiber gyro (JCS7402 manufactured by Japan Aviation Electronics Industry (JAE)) or the like can be used, and the attitude information (2) of the carriage 2 and the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring instrument 130) Information about pitching angle, rolling angle, yawing angle) is acquired.
ここで、２Ｄレーザスキャナ１２０は、例えば、レーザによる計測対象物とセンサーの間をレーザパルスが往復する時間を計測することで距離を計測し、同時にレーザビームを発射した方向を計測することで、計測対象点の二次元座標情報を取得することができるように構成されている。なお、レーザビームの移動は、回転ミラーなどの光学要素を用いて、図５に例示したように、回転方向になされることができる。 Here, the 2D laser scanner 120, for example, measures the distance by measuring the time that the laser pulse reciprocates between the object to be measured by the laser and the sensor, and simultaneously measures the direction in which the laser beam is emitted, The two-dimensional coordinate information of the measurement target point is configured to be acquired. The laser beam can be moved in the rotation direction as illustrated in FIG. 5 using an optical element such as a rotating mirror.
２Ｄレーザスキャナ１２０としては、レーザレンジファインダ（ＳＩＣＫ社製 ＬＭＳ−１５１、エム・ティー・プリシジョン社製 ＬＤＭ３００（レーザ式簡易型建築限界測定器）など）を利用することができる。 As the 2D laser scanner 120, a laser range finder (such as LMS-151 manufactured by SICK, LDM300 manufactured by MT Precision Co., Ltd.) can be used.
レーザ断面計測器１３０は、レーザ距離計を３６０度回転させて、例えばトンネル壁面に沿って形状を連続的に計測し、これを一定時間間隔で行うことにより、長期間にわたるトンネル壁面の変形を、断面形状の変化で捉えることができるようにしたものである。 The laser cross-section measuring device 130 rotates the laser distance meter 360 degrees, continuously measures the shape along the tunnel wall surface, for example, and performs this at regular time intervals, thereby deforming the tunnel wall surface over a long period of time. It can be grasped by the change of the cross-sectional shape.
更に、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１の台車２には、後述するトータルステーション２００に対する台車２の相対位置を計測するための測定用ターゲットの一例である全周プリズム１４０が搭載されている。なお、全周プリズム１４０は、入射したレーザ光等を入射した方向へ反射させることができる光学要素である。 Further, the carriage 2 of the three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to the present embodiment includes an all-round prism 140 that is an example of a measurement target for measuring the relative position of the carriage 2 with respect to the total station 200 described later. It is installed. The all-round prism 140 is an optical element capable of reflecting incident laser light or the like in the incident direction.
そして、所定距離離れた位置に設置したトータルステーション２００（ＴＳ：自動追尾機能付きのトータルステーション）により、この全周プリズム１４０を視準することで、台車２の正確な位置を取得するようになっている。
ここで、トータルステーション２００或いは台車２にＧＰＳが搭載される場合にはそのＧＰＳが、本発明に係る台車位置情報取得手段の一例に相当する。
The exact position of the carriage 2 is acquired by collimating the all-round prism 140 with a total station 200 (TS: total station with an automatic tracking function) installed at a predetermined distance. .
Here, when the GPS is mounted on the total station 200 or the carriage 2, the GPS corresponds to an example of the carriage position information acquisition unit according to the present invention.
トータルステーション２００からは、例えばトータルステーション２００自身がＧＰＳ情報を有する場合にはそのＧＰＳ情報を利用した自己位置情報、台車２（全周プリズム）の位置情報などが無線モデム２０１を介して送信され、台車２上の無線モデム１５０を介してＰＣに送られるようになっている。 For example, when the total station 200 itself has GPS information, self-position information using the GPS information, position information of the carriage 2 (all-around prism), and the like are transmitted from the total station 200 via the wireless modem 201. It is sent to the PC via the wireless modem 150 above.
なお、トータルステーションとは、光波、レーザ光などを用いて測定対象までの距離や角度などを計測する測定装置（光波測距儀）であり、例えば、作業者が単独作業可能なように、トータルステーション２００がプリズムやミラーなどの測定用ターゲットを自動的に探すような自動追尾機能付きのものを採用することができる。 The total station is a measuring device (light wave rangefinder) that measures the distance and angle to the measurement object using light waves, laser light, and the like. For example, the total station 200 so that the operator can work alone. However, it is possible to employ an automatic tracking function that automatically searches for a measurement target such as a prism or mirror.
ここで、トータルステーション２００としては、例えば、「ＴＯＰＣＯＮ社製 ＧＰＴ−９００５」や「ライカジオシステムズ社製 ＴＣＡ２００３」などを利用することができる。 Here, as the total station 200, for example, “TOPCON GPT-9005” or “Leica Geosystems TCA2003” can be used.
このような構成の本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１では、図２に示すように、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）により台車２の位置に応じて取得される測定対象（構造物など）の表面形状データ（二次元座標情報）と、トータルステーション２００及びジャイロ１１０から取得される台車２の位置情報及び姿勢情報と、を関連付けることで、測定対象（構造物など）の三次元形状情報を取得するようになっている。 In the three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to the present embodiment having such a configuration, as shown in FIG. 2, the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) acquires the position according to the position of the carriage 2. By associating the surface shape data (two-dimensional coordinate information) of the measurement target (structure, etc.) to be measured with the position information and posture information of the carriage 2 acquired from the total station 200 and the gyro 110, the measurement target (structure Etc.) is obtained.
図３は、本実施の形態における各座標系を説明するための斜視図である。
ここで、座標変換における形状データの取得原理について説明する。
２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）で計測した二次元形状データは、まずレーザスキャナ座標系（センサ座標系）（Σｓ）にて記録され、次に２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）を載置している台車２に対する２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の取付位置・姿勢情報に基づいて台車座標系（Σｏ）に変換される。更に、測定対象である構造物の座標系である構造物座標系に対する位置・姿勢情報に基づいて、最終的に構造物座標系（ΣＩ）に変換されるようになっている。
このような座標変換技術は既知のものであり、例えば、「東急建設技術研究所報 Ｎｏ．３６ ２０１０」（平成２３年２月２８日発行）などの記載が参考となる。
FIG. 3 is a perspective view for explaining each coordinate system in the present embodiment.
Here, the principle of obtaining shape data in coordinate conversion will be described.
Two-dimensional shape data measured by the 2D laser scanner 120 (or laser cross-section measuring device 130) is first recorded in the laser scanner coordinate system (sensor coordinate system) (Σs), and then the 2D laser scanner 120 (or laser cross-section measurement). Is converted into a cart coordinate system (Σo) based on the mounting position / posture information of the 2D laser scanner 120 (or laser cross-section measuring device 130) with respect to the cart 2 on which the device 130) is placed. Further, based on position / posture information with respect to the structure coordinate system which is the coordinate system of the structure to be measured, the structure is finally converted to the structure coordinate system (ΣI).
Such a coordinate transformation technique is known, and for example, the description of “Tokyu Construction Technology Research Laboratories No. 36 2010” (issued on February 28, 2011) is helpful.
ところで、トンネル内の工事現場などにおいて種々の方向へ移動される台車２は、トータルステーション２００に対して傾いた姿勢となっていることが多いため、そのままでは精度の高い計測を行うことができない。また、ジャイロ１１０により取得される台車２（延いては２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０））の姿勢のうち、初期ヨ―イング角については、トータルステーション２００に対する台車２の姿勢を把握することができなければ、正確な値を知ることができない。 By the way, since the carriage 2 that is moved in various directions in a construction site in a tunnel or the like is often inclined with respect to the total station 200, high accuracy measurement cannot be performed as it is. Of the attitudes of the carriage 2 (and hence the 2D laser scanner 120 (or laser cross-section measuring instrument 130)) acquired by the gyro 110, the initial yawing angle is grasped for the attitude of the carriage 2 relative to the total station 200. If you can't, you won't know the exact value.
このため、本実施の形態では、図４に示すように、基準位置（ＢＡＳＩＣ ＰＯＩＮＴ）Ｘにて全周プリズム１４０の位置情報をトータルステーション２００にて取得した後、台車２上の別の参照位置（ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ ＰＯＩＮＴ）Ｙへ全周プリズム１４０を移動させ、その位置情報をトータルステーション２００により取得することで、トータルステーション２００に対する台車２の姿勢情報を取得するようになっている。 For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, after the position information of the all-round prism 140 is acquired by the total station 200 at the reference position (BASIC POINT) X, another reference position on the carriage 2 ( By moving the all-round prism 140 to REFERENCE POINT) Y and acquiring the position information by the total station 200, the attitude information of the carriage 2 with respect to the total station 200 is acquired.
これにより、ジャイロ１１０により取得される台車２の初期ヨ―イング角についての正確な値の取得を可能にすると共に、正確な測定対象（構造物など）の三次元形状情報を取得することが可能となっている。初期ヨ―イング角さえ取得できれば、あとはジャイロ１１０によりヨーイング角を正確に取得することができる。 Thereby, it is possible to acquire an accurate value about the initial yawing angle of the carriage 2 acquired by the gyro 110 and to acquire accurate three-dimensional shape information of a measurement target (structure, etc.). It has become. As long as the initial yawing angle can be acquired, the yawing angle can be accurately acquired by the gyro 110.
なお、全周プリズム１４０をガイドレール１４０Ａ上を作業者等が移動させることができるし、或いは電動モータその他の方法を利用して自動的に移動させるような構成を採用することもできる。
また、基準位置Ｘと、参照位置Ｙの双方に、全周プリズム１４０を設置した構成を採用することもできる。
It should be noted that an operator or the like can move the entire circumference prism 140 on the guide rail 140A, or a configuration in which the entire circumference prism 140 is automatically moved using an electric motor or other methods can be employed.
Also, a configuration in which the all-round prism 140 is installed at both the reference position X and the reference position Y can be adopted.
ここで、本実施の形態では、トータルステーション２００の自動追尾機能を利用して、基準位置Ｘでの全周プリズム１４０の位置計測が終了した後、自動的に、参照位置Ｙにある全周プリズムを探すことができるようにしているので、作業者が全周プリズム１４０を手動によりガイドレール１４０Ａ上を参照位置Ｙまで移動させる場合であっても、トータルステーション２００が自動的に参照位置Ｙの全周プリズム１４０を探して計測するように動作するため、作業者は単独であっても、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によって測定対象の三次元形状情報を取得することが可能となっている。 Here, in the present embodiment, after the position measurement of the all-round prism 140 at the reference position X is completed using the automatic tracking function of the total station 200, the all-round prism at the reference position Y is automatically added. Therefore, even if the operator manually moves the all-round prism 140 on the guide rail 140A to the reference position Y, the total station 200 automatically makes the all-round prism at the reference position Y. Since it operates to search and measure 140, it is possible for the operator to acquire the 3D shape information of the measurement object by the 3D shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment even if the worker is alone. It has become.
このようにして、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１では、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）により取得された二次元形状情報、それに関連付けられた２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の位置姿勢情報などに基づいて、ＰＣが各種演算を実行して、精度良く測定対象（構造物）の三次元形状情報を取得することができるようになっている。 Thus, in the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, the two-dimensional shape information acquired by the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) and the 2D laser scanner associated therewith. Based on the position / orientation information of 120 (or laser cross-section measuring instrument 130), the PC can perform various calculations and acquire the three-dimensional shape information of the measurement object (structure) with high accuracy. Yes.
なお、台車２に載置された無線モデム１５０や無線モデム２０１などを介して、計測現場から離れた管理センタ或いは作業現場事務所等のパーソナルコンピュータなどへも各種情報を送信可能であり、また、この無線モデム１５０や無線モデム２０１などを介して、管理センタ或いは作業現場事務所等のパーソナルコンピュータから、２Ｄレーザスキャナ１２０やレーザ断面計測器１３０の各種制御を遠隔操作等により行うことができるように構成することもできる。 Various information can be transmitted to a personal computer such as a management center or a work site office away from the measurement site via the wireless modem 150 or the wireless modem 201 mounted on the carriage 2. Various controls of the 2D laser scanner 120 and the laser cross-section measuring device 130 can be performed by remote control or the like from a personal computer such as a management center or a work site office via the wireless modem 150 or the wireless modem 201. It can also be configured.
ところで、本実施の形態において、情報通信装置としては、無線モデム１５０、２１０に限定されるものではなく、有線モデムを採用することも可能である。 By the way, in the present embodiment, the information communication apparatus is not limited to the wireless modems 150 and 210, and a wired modem can also be adopted.
図６は、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の台車２に対する取付姿勢を変更するための取付姿勢変更装置３００を説明するための図である。
この取付姿勢変更装置３００は、ヨーイング方向に回転可能なターンテーブル３０１と、ターンテーブル３０１にヨーイング方向と略直交する方向に回転可能に支持される回転フレーム３０２と、ターンテーブル３０１或いは回転フレーム３０２を台車２の前後左右方向に移動可能に支持するスライドガイド３０３などから構成されている。図６では、回転フレーム３０２に２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）が取り付けられている。
FIG. 6 is a diagram for explaining an attachment posture changing device 300 for changing the attachment posture of the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) with respect to the carriage 2.
The mounting posture changing device 300 includes a turntable 301 that can be rotated in the yawing direction, a rotary frame 302 that is rotatably supported by the turntable 301 in a direction substantially orthogonal to the yawing direction, and the turntable 301 or the rotary frame 302. It comprises a slide guide 303 that is supported so as to be movable in the front-rear and left-right directions of the carriage 2. In FIG. 6, the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) is attached to the rotating frame 302.
これにより、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）を、台車２の進行方向、横方向、ピッチング方向、ローリング方向、ヨ―イング方向などに対してその取付位置を変更することができるため、台車２に対する２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の取り付け姿勢をほぼ任意の姿勢に変更可能とすることができるため、最適な位置・姿勢により、測定対象の形状を測定することができる。 Accordingly, the mounting position of the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring instrument 130) can be changed with respect to the traveling direction, lateral direction, pitching direction, rolling direction, yawing direction, etc. of the carriage 2. Since the mounting posture of the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) with respect to the carriage 2 can be changed to an almost arbitrary posture, the shape of the measurement object can be measured with the optimum position and posture. it can.
本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１は、例えば、図７に示すように、トンネル工事における掘削出来形の確認、トンネル切羽での余掘りの防止や支保工当取り確認などの際に利用することができる。これにより、トンネル工事の進度の把握や出来形を精度良く確認することができ、工事原価等の低減などに貢献可能である。
また、トンネル工事における一次覆工内空形状の把握を精度良く行うことができるため、二次覆工打設コンクリート量の検討や巻厚の確認などを精度良く行うことができるため、省力化、品質管理などに貢献することができる。
The three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 7, confirms the excavation completed shape in tunnel construction, prevents excessive excavation at the tunnel face, confirms support work, etc. Can be used during As a result, the progress of tunnel construction can be ascertained and the completed shape can be confirmed with high accuracy, which can contribute to the reduction of construction costs and the like.
In addition, because it is possible to accurately grasp the shape of the primary lining in tunnel construction, it is possible to accurately examine the amount of concrete placed on the secondary lining and confirm the winding thickness. It can contribute to quality control.
更に、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１は、図７に示したように、土木工事におけるインバート部（逆アーチ部）の掘削出来形の計測などにも利用することが可能となっている。また、締め固めシステムと併用することで、高さ管理（出来高管理）などを精度良く行うことに貢献することができる。 Furthermore, as shown in FIG. 7, the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment can be used for measurement of an excavation completed shape of an invert part (reverse arch part) in civil engineering work. It is possible. Moreover, by using together with a compaction system, it can contribute to performing height management (volume management) etc. accurately.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１は、鉄道車両に対する建築限界などに対する計測などにも利用することができる。 In addition, the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment can be used for measurement of a building limit or the like for a railway vehicle.
図８は、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１において利用されるソフトウェアについて説明する図である。
図８に示したように、各センサには、それぞれ専用のドライバをプラグイン形式で準備しておくことによって、使用される個々のセンサが変更となった場合には、それぞれに対応したプラグインソフトウェアを準備するだけで、統合ソフトウェアに変更を加えることなく、様々なセンサを利用することが可能となっている。
例えば、トータルステーションの代わりにＧＰＳを使用する場合や、機種変更などに伴いレーザレンジファインダの後継機種を利用することなどを簡単に行うことが可能となる。
FIG. 8 is a diagram for explaining software used in the three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, by preparing a dedicated driver for each sensor in the form of a plug-in, if the individual sensor used is changed, the corresponding plug-in It is possible to use various sensors just by preparing the software without changing the integrated software.
For example, it is possible to easily use a GPS instead of the total station, or use a successor model of the laser range finder when the model is changed.
また、本実施の形態では、トータルステーション２００のデータ入力時刻を基準に、当該トータルステーション２００の保有する各種情報（トータルステーション２００の設置位置情報、台車２の位置姿勢情報など）と、当該トータルステーション２００の最近傍のジャイロ１１０の姿勢情報と、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の二次元形状データと、を相互に関連付け、座標変換の元データとしてこれらをカップリングするようにしたので、例えば計測現場から離れた管理センタ或いは作業現場事務所等のパーソナルコンピュータＰＣが複数の機器からデータを受信するような使用形態であっても、トータルステーション２００を特定すると、これに対応するジャイロ１１０及び２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）からの各種情報を自動的に特定することができるため、データの誤使用等を招くことなく、正確な三次元形状測定を行うことができる。 Further, in the present embodiment, based on the data input time of the total station 200, various information held by the total station 200 (installation position information of the total station 200, position and orientation information of the carriage 2, etc.) and the nearest neighborhood of the total station 200 Since the attitude information of the gyro 110 and the two-dimensional shape data of the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) are correlated with each other and coupled as the original data of coordinate conversion, for example, measurement Even if the personal computer PC such as a management center or a work site office away from the site receives data from a plurality of devices, the gyro 110 and the 2D laser scanner corresponding to the total station 200 are identified when the total station 200 is specified. 120 ( There is it is possible to automatically identify the various information from the laser section measuring instrument 130), without incurring misuse of data, it is possible to perform an accurate three-dimensional shape measurement.
本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、計測ユニット１００が移動式であるため、レーザ光が測定対象に対して直角に近い状態で当たらないといった照射角度の問題や、測定対象までの距離の相違に起因する測定データ疎密の発生の問題を解消することができ、以って精度の高い三次元形状測定（取得）を行うことができる。 According to the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, since the measurement unit 100 is movable, there is a problem of an irradiation angle such that the laser beam does not hit the measurement object at a right angle. Thus, the problem of the occurrence of measurement data density due to the difference in distance to the measurement object can be solved, and therefore, highly accurate three-dimensional shape measurement (acquisition) can be performed.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、計測ユニット１００が移動式であるため、計測ユニット１００と構造物との間に障害物があっても、これを避けて計測することができるため、計測に死角が生じ難く、広い範囲に亘って抜けの無い精度の高い三次元形状測定（取得）を行うことができる。 Further, according to the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, since the measurement unit 100 is movable, even if there is an obstacle between the measurement unit 100 and the structure, Since measurement can be avoided, blind spots are hardly generated in the measurement, and accurate three-dimensional shape measurement (acquisition) can be performed over a wide range.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、２Ｄレーザスキャナ１２０（或いはレーザ断面計測器１３０）の取付位置や姿勢を変更可能に構成したので、測定対象に応じて自在に計測範囲を変更することができ、以って計測自由度を広げることができ、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１の使用範囲を広げることができる。 In addition, according to the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, the mounting position and orientation of the 2D laser scanner 120 (or the laser cross-section measuring device 130) can be changed. Thus, the measurement range can be freely changed, so that the degree of freedom of measurement can be expanded, and the use range of the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment can be expanded.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、小型であるため、狭隘な場所や物陰などであっても、精度の高い三次元形状測定（取得）を行うことができる。 Further, according to the three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to the present embodiment, since it is small, highly accurate three-dimensional shape measurement (acquisition) is performed even in a narrow place or in the shade. Can do.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、計測ユニット１００が移動式であるため、比較的広大な範囲であっても短時間で精度の高い三次元形状測定（取得）を行うことができる。例えば、４００ｍのトンネル内空面を計測する場合、設置作業を含んで定置式３Ｄスキャナは２日掛かる（作業者には、定置式３Ｄスキャナを設置しては計測し、計測したら移動させる、といった作業の繰り返しが必要となる）が、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１では１時間弱で済むため、大幅な作業時間の軽減延いては工期の短縮にも貢献することができる。 In addition, according to the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, since the measurement unit 100 is movable, three-dimensional shape measurement with high accuracy in a short time even in a relatively wide range. (Acquisition) can be performed. For example, when measuring a sky surface in a 400 m tunnel, a stationary 3D scanner takes 2 days including installation work (for an operator, install and measure a stationary 3D scanner, and move the measured 3D scanner) However, the three-dimensional shape measurement (acquisition) apparatus 1 according to the present embodiment requires less than one hour, so that the work time can be significantly reduced and the work period can be shortened. Can do.
また、本実施の形態に係る三次元形状測定（取得）装置１によれば、プラグイン形式を採用しているため、使用可能なセンサが、特定のセンサ（ジャイロ、レーザスキャナなど）に限定されることがないため、汎用性が高く、ユーザーフレンドリーな三次元形状測定（取得）装置を提供することができる。 Further, according to the three-dimensional shape measurement (acquisition) device 1 according to the present embodiment, since a plug-in format is adopted, usable sensors are limited to specific sensors (gyroscope, laser scanner, etc.). Therefore, a versatile and user-friendly three-dimensional shape measurement (acquisition) device can be provided.
なお、本実施の形態では、台車を利用して説明したが、これに限定されるものではなく、計測ユニット１００を例えば電動カートや軽自動車等に載置したり、作業者が背負ったりするといった場合にも適用可能である。 In the present embodiment, the description has been made using the cart. However, the present invention is not limited to this. For example, the measurement unit 100 is mounted on an electric cart, a light car, or the like, or the operator carries the back. It is also applicable to cases.
以上で説明した本発明に係る実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。 The embodiments according to the present invention described above are merely examples for explaining the present invention, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
１ 三次元形状測定（取得）装置
２ 台車
１００ 計測ユニット
１１０ ジャイロ（３軸測定）
１２０ ２Ｄレーザスキャナ
１３０ レーザ断面計測器
１４０ 全周プリズム（測定用ターゲット）
１４０Ａ ガイドレール
１５０ 無線モデム
２００ トータルステーション
Ｘ 基準位置
Ｙ 参照位置
1 Three-dimensional shape measurement (acquisition) device 2 Carriage 100 Measurement unit 110 Gyro (3-axis measurement)
120 2D laser scanner 130 Laser cross-section measuring instrument 140 All-round prism (measurement target)
140A Guide rail 150 Wireless modem 200 Total station X Reference position Y Reference position
Claims (6)
移動可能な台車と、
当該台車に取り付けられレーザを利用して測定対象の二次元形状情報を取得する二次元形状情報取得手段と、
台車の位置情報を取得する台車位置情報取得手段と、
台車の姿勢情報を取得する台車姿勢情報取得手段と、
を備え、
台車位置情報と、二次元形状情報と、を関連付けると共に、台車姿勢情報に基づいて座標変換して測定対象の三次元形状情報を取得することを特徴とする三次元形状情報取得装置。 A three-dimensional shape information acquisition device for acquiring three-dimensional shape information of a measurement object,
A movable carriage,
Two-dimensional shape information acquisition means for acquiring two-dimensional shape information of a measurement object using a laser attached to the carriage,
Trolley position information acquisition means for acquiring position information of the trolley;
Trolley posture information acquisition means for acquiring trolley posture information;
With
A three-dimensional shape information acquisition apparatus characterized by associating cart position information with two-dimensional shape information and obtaining coordinate measurement based on the cart posture information to obtain three-dimensional shape information to be measured.
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