JP2017075901A - 墨出し作業装置および墨出し作業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】描画用の移動ロボットの自己位置計測を行うことなく、精度の高い墨出し線を描画することのできる墨出し作業装置および墨出し作業方法を提供する。【解決手段】描画対象面に向けて投影線１１０を投射する投影装置１０１と、墨出し描画装置１０２を備えた墨出し作業装置であって、前記墨出し描画装置は、前記描画対象面にに向けて投射される前記投影線を撮影する撮影装置１０８と、制御コントローラ１０９と、前記制御コントローラの指示に基づいて移動する移動装置１０５と、前記投影線に基づいて墨出し線を描画する描画部１０６とからなる墨出し作業装置。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、墨出し作業装置および作業方法に関する。

従来、建設現場などにおいては、工事作業の基準位置を示す墨出し線と呼ばれる基準線を、床面や壁面あるいは天井面に描画してその後の機器、部材設置などの工事作業等の基準としている。

墨出し線を描画する方法としては、例えば、ラインレーザを利用した光学式墨出し器により簡便に水平線や垂直線をレーザ光で描画対象面に投影し、投影された線に倣って作業員が墨出し線を描画するものがある。しかし、作業員が投影光に基づいてマーキングする必要があり、墨出し線の数が多い場合には、レーザの投影位置の調整とマーキング作業とを繰り返し行うことが必要になり、その結果、作業が長期化、煩雑化するため作業の自動化が求められている。

ところで、墨出し作業の自動化装置として、移動型のロボットに設けられた描画ツールを利用して墨出し線を描画する装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載の自律移動型墨出しロボットは、移動ロボットに搭載した距離計測装置を利用して部屋の柱などの位置を計測することにより、部屋に対するロボットの位置を認識して、墨出し位置へ移動して線を描画するものである。また、非特許文献１に記載のシステムは、レーザポインタを利用して描画部を有する移動ロボットに備えられた投影板上にレーザ点を投影し、その点の位置を移動ロボットに搭載したカメラで計測することにより移動ロボットの位置の認識及び移動方向を制御して墨出し位置へ誘導するものである。

特開平８−１５５２号公報

「天井面墨出しロボットの開発（第３報，レーザポインタシステムによる自己位置計測法）」、日本機械学会論文集（Ｃ編）６９巻６７９号（２００３−３）、田中幸悦他３名著

上記特許文献１に記載のものは、描画用のロボットの位置を正確に計測する必要があるが、距離計測装置による位置計測精度では、墨出し線の位置精度を満足する計測精度が得られない問題があった。これに対して、例えば、スキャン式のレーザ距離計を利用することにより高精度の位置測定を行うことが可能となるが、測定するために静止状態でスキャン動作する必要があるため、移動しながら位置を計測して動作経路を修正することができないため、精度の高い墨出し線を描画できない問題がある。

また、非特許文献１に記載のものは、描画用ロボットの位置計測を必要としないレーザポインタによる誘導方式のものであるが、墨出し線の位置精度は描画用ロボットの移動精度に依存し、一般的には高精度で描画用ロボットの位置を測定することができないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、描画用の移動ロボットの自己位置計測を行うことなく、精度の高い墨出し線を描画することのできる墨出し作業装置および墨出し作業方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の実施形態に係る墨出し作業装置は、描画対象面に向けて投影線を投射する投影装置と、墨出し描画装置を備えた墨出し作業装置であって、
前記墨出し描画装置は、前記描画対象面に向けて投射される前記投影線を撮影する撮影装置と、制御コントローラと、前記制御コントローラの指示に基づいて移動する移動装置と、前記投影線に基づいて墨出し線を描画する描画部とからなる構成を備えたものである。

本発明の墨出し作業装置および墨出し作業方法によれば、精度の高い墨出し線描画を自動的に行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る墨出し作業装置の全体構成図。 本発明の第１の実施形態に係る投影線の一例を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る投影線の他の例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る墨出し作業装置の全体構成図。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る墨出し作業装置の全体構成図、（ｂ）は要部拡大図。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る墨出し作業装置および墨出し作業方法について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態では、投影線に基づいて曲線状の墨出し線を床面に描画する例について説明する。

図１に示すように、墨出し作業装置は投影装置１０１と墨出し描画装置１０２から構成されている。
投影装置１０１は、光学プロジェクタ１０３、光学プロジェクタ１０３と接続された制御装置１０４から構成されている。

光学プロジェクタ１０３は、例えば３Ｄレーザプロジェクタであり、制御装置１０４に保存されている墨出し線形状の図面データに基づいてレーザ光（投影線１１０）を描画対象面である床面へ向けて投射する。

３Ｄレーザプロジェクタは描画対象面の形状を計測してその形状に合わせて投影線１１０の位置を調整することにより、描画対象面に対して斜め位置からの投射であっても図面データで定義した形状に投影することができる。

なお、光学プロジェクタ１０３は３Ｄレーザプロジェクタに限定されるものではなく、一般的な液晶プロジェクタを用いてもよい。
また、墨出し線形状は直線に限らず、曲線、図形、複数の線、点などであってもよい。

制御装置１０４には墨出し線形状の図面データに加えて建屋形状、内部構造等がＣＡＤデータとして保存されている。
投射する墨出し線は、投影線１１０に加えて墨出しの基準となる壁位置のライン等も併せて投射することにより、３Ｄレーザプロジェクタの投影位置を確認することができる。

墨出し描画装置１０２は、全方位移動台車からなる移動装置１０５、墨出し線を描画する描画部１０６、描画部１０６の位置決め装置１０７、投影線１１０を撮影するカメラからなる第１の撮影装置１０８、制御コントローラ１０９から構成されている。
位置決め装置１０７は、例えば直交３軸方向に移動可能なＸＹＺステージ機構等を備えたものである。

ＸＹＺステージ機構は移動装置１０５の側部に取付けるとともに、位置決め装置１０７の下部に描画部１０６を取付けることにより、墨出し線に要求される高い位置精度で描画することができる。なお、ＸＹＺステージ機構の移動装置１０５への取付け位置、描画部１０６のＸＹＺステージ機構への取付け位置は上述した位置以外の位置でもよい。
また、位置決め装置１０７は、ＸＹＺステージ機構以外にも、例えば回転リンク機構などを用いてもよい。

描画部１０６としては、例えばペンがあげられ、ペン先を位置決め装置１０７で床面に接触させて水平方向に移動することで、床面に墨出し線を描画することができる。ペン以外にもインクを噴霧するインクジェット方式、インクを滴下する方式も採用でき、インクジェット方式は描画対象面が壁面、天井面等の場合に有効である。

投影装置１０１の制御装置１０４は墨出し描画装置１０２の制御コントローラ１０９に情報を送信することができ、墨出し描画装置１０２は制御装置１０４からの指示に基づいて後述するように、動作開始、動作終了などの動作モードの切り替え、描画する線の色や線種、記号などの描画内容を切り替えることができる。

第１の撮影装置１０８は、投影線１１０の位置を撮影し、撮影された撮影データは制御コントローラ１０９に送られて画像処理されることによって投影線１１０として認識される。制御コントローラ１０９は、認識された投影線１１０に沿って移動装置１０５を移動させるための移動指令値を生成するとともに、移動指令値に基づいて、移動装置１０５を投影線１１０に沿って移動可能なように制御する。

次に、墨出し作業では、単に線を描画するだけではなく、例えば、投影線１１０の所定の箇所に、描画開始、終了位置、墨出し線の種類、色を示す記号、文字、および／または機器や部品を設置する基準となる位置に描画する記号が併せて投射される場合がある。

図２は、投影線１１０の描画開始位置および描画終了位置に、描画開始マーク２０１および描画終了マーク２０２が付与された投影線１１０を示すものである。

第１の撮影装置１０８は、これらのマークの種類を識別して、その位置を認識することにより、制御コントローラ１０９の指示に基づいて、移動装置１０５は的確に描画開始位置へ移動し、描画部１０６により描画を開始し、描画を終了することができる。

図３（ａ）は、投影線１１０の所定の基準位置に記号描画マーク２０３（×印）および、記号種指示マーク３０１として例えば、設置する機器、部品名等を表す文字Ｍ１が付与された投影線１１０を示すもので、描画部１０６は、基準位置を示す記号描画マーク２０３を描画する。

また、描画部１０６は複数のペンを切り替えて利用できるようにして、例えば、墨出し線の線色に応じて異なる指示マークを投射することにより、制御コントローラ１０９の指示に基づいて、線色を切り替えて描画することができる。また、連続線や破線などの墨出し線の線種に応じて同様の指示マークを投射することにより、線種を切り替えて描画することができる。

図３（ｂ）は、投影線１１０に、線種（破線）を識別できる線種指示マーク３０２（− −）及び、使用する色を指示する線色指示マーク３０３（Ｃ１）を含む例である。

墨出し線の線種、色、描画する記号等の各種マーク情報は、制御装置１０４に墨出し線用図面データとは別に記憶されており、制御装置１０４から当該情報を制御コントローラ１０９に伝送することにより、墨出し線種、線色、描画する記号等を切り替えて投射することができる。

なお、上述した各種のマークの形状等は、例示した形状に限られるものではなく、形状や色など第１の撮影装置１０８が識別できるものであればよい。

以上、本実施形態によれば、第１の撮影装置１０８で撮影した投影線１１０に基づいて移動装置１０５で追従動作するとともに、投影線１１０に倣うように描画部１０６の先端位置を位置決め装置１０７で追従制御することにより、少ない工数で、かつ高い精度で墨出し線の描画を自動化することができる。

また、図面データに基づいて墨出し線を描画するため、作業ミスの低減、墨出し線の信頼性向上を図ることができ、また、投影線１１０として直線に限らず、曲線等にも対応することができ、さらに、投影線１１０の所定の箇所にマーク、記号、文字などが含まれることによって、墨出し線を描画する際の効率性向上、機器設置時の目印も含めた描画が可能となる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る墨出し作業装置について、図４を参照して説明する。

第１の実施形態では、描画する墨出し線は、投影装置１０１の光学プロジェクタ１０３によって投影線１１０の全体が床面に投射される場合について説明したが、光学プロジェクタ１０３と投影されるべき投影線１１０との間に墨出し描画装置１０２が位置している場合は、墨出し描画装置１０２の存在により投射した投影線１１０全体を床面に投射することができない場合がある。

本実施形態では、投影線１１０に光学プロジェクタ１０３の設置方向を示す投影装置方向指示マーク４０１（多数の短線）を併せて投射し、投影装置方向指示マーク４０１と光学プロジェクタ１０３との間には墨出し描画装置１０２を移動させないように、墨出し描画装置１０２の移動禁止領域の方向を示したもので、投影線１１０全体を床面に投射することができるようにしたものである。すなわち、墨出し描画装置１０２は投影装置方向指示マーク４０１を認識することにより、光学プロジェクタ１０３の設置方向を判断し、投影装置方向指示マーク４０１に対して光学プロジェクタ１０３の設置された方向の領域には移動せず、反対領域の方向から投影線１１０に移動するように移動装置１０５を制御するものである。

なお、投影装置方向指示マーク４０１として多数の短線を含んだものとしたが、投影線１１０で区切られる二つの領域のいずれの領域に投影装置１０１が位置しているかを識別できるものであれば、丸印等の記号でもよい。また、短線あるいは丸印は投影線１１０から離して投影線１１０と区別できるようにしてもよい。

以上、本実施形態によれば、投影線１１０に墨出し描画装置１０２の移動禁止領域の方向を示す投影装置方向指示マークを含ませたので、投影線１１０全体を漏れなく床面に投射することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る墨出し作業装置について、図５を参照して説明する。
本実施形態では、受光板５０１に形成された投影線に基づいて床面に墨出し線を描画する例について説明する。

本実施形態においては、光学プロジェクタ１０３と描画対象面との間に例えば、墨出し描画装置１０２が位置している場合であっても、墨出し作業を行なえるようにしたものである。
光学プロジェクタ１０３から投射される投影線は、図５（ａ）に示すように、点状光１１１のレーザ光として投射される。

墨出し描画装置１０２は、点状光１１１により投影線５０４を形成する半透明の受光板５０１、受光板５０１の側面を水平方向から撮影する水平方向確認カメラ５０２および垂直方向から撮影する垂直方向確認カメラ５０３からなる複数の第２の撮影装置を備えている。

受光板５０１はその内部を光が透過する際、透過経路が発光する性質を有している。
光学プロジェクタ１０３から墨出し位置に向けて投射された投影線５０４を形成する点状光１１１は、図５（ｂ）に示すように、受光板５０１に入射する。

しかし、光学プロジェクタ１０３と描画対象面との間に、墨出し描画装置１０２が位置している場合、他の機器等が設置されていた場合は、これらが障害となって点状光１１１は描画対象面に到達しないため、描画される墨出し線を形成する点状光到達予想位置を算出する必要がある。すなわち、点状光１１１が受光板５０１を透過する際、可視化された投影線５０４が形成されるので、この投影線５０４を水平方向確認カメラ５０２で撮影することにより、投影線５０４の水平照射方向を計測して、床面上の水平方向の点状光到達予想位置を算出する。

同様に、床面上の垂直方向についても垂直方向確認カメラ５０３によって投影線５０４の垂直照射方向を計測して、床面上の垂直方向の点状光到達予想位置を算出する。

これら水平および垂直方向の投影線５０４に基づいて、床面上の点状光到達予想位置５０５が算出され、推測することができ、この推測位置に沿って移動装置１０５を移動させるとともに、位置決め装置１０７により描画部１０６の位置決め制御を行う。

なお、実際の描画では、例えば、光学プロジェクタ１０３からの点状光１１１は連続的（間欠的）に投射され、複数の点状光の到達予想位置が推測され、これらを結んで描画することにより墨出し線とすることができる。
本実施形態は、描画対象面が床面以外に壁面の場合に有用である。

以上、本実施形態によれば、光学プロジェクタ１０３と墨出し線が描画される位置との間に墨出し描画装置１０２が位置している場合であっても、墨出し描画装置１０２が光学プロジェクタ１０３からのレーザ光の照射経路に干渉することなく墨出し作業を行なうことができる。
なお、以上の各実施形態では描画対象面として床面としたが、例えば、移動装置１０５の下部に真空吸着機構等を取付けることにより壁面、天井面などにも適用できる。

以上、本発明を説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、当業者の技術常識を加味して種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１…投影装置、１０２…墨出し描画装置、１０３…光学プロジェクタ、１０４…制御装置、１０５…移動装置、１０６…描画部、１０７…位置決め装置、１０８…第１の撮影装置、１０９…制御コントローラ、１１０…投影線、１１１…点状光、２０１…描画開始マーク、２０２…描画終了マーク、２０３…記号描画マーク、３０１…記号種指示マーク、３０２…線種指示マーク、３０３…線色指示マーク、４０１…投影装置方向指示マーク、５０１…受光板、５０２…第２の撮影装置（水平方向確認カメラ）、５０３…第２の撮影装置（垂直方向確認カメラ）、５０４…投影線、５０５…点状光到達予想位置

Claims (5)

1. 描画対象面に向けて投影線を投射する投影装置と、墨出し描画装置を備えた墨出し作業装置であって、
   前記墨出し描画装置は、前記描画対象面に向けて投射される前記投影線を撮影する撮影装置と、制御コントローラと、前記制御コントローラの指示に基づいて移動する移動装置と、前記投影線に基づいて墨出し線を描画する描画部とからなることを特徴とする墨出し作業装置。
2. 前記投影線に、描画開始位置、終了位置、指示基準位置および／または墨出し線の種類を表す記号が併せて投射されることを特徴とする請求項１に記載の墨出し作業装置。
3. 前記投影線に、前記墨出し描画装置の移動禁止領域の方向を示すマークが併せて投射されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の墨出し作業装置。
4. 前記墨出し描画装置は、前記投影線が入射する受光板をさらに備え、
   前記撮影装置は、前記受光板を透過する前記投影線の経路方向を複数の方向から撮影可能に構成され、
   前記制御コントローラは、前記撮影装置の撮影結果に基づいて前記投影線の前記描画対象面への到達予想位置を算出可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の墨出し作業装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の墨出し作業装置を用い、前記投影線に基づいて前記描画対象面に墨出し線を描画することを特徴とする墨出し作業方法。

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