JP2024004339A - 計測装置及び計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
3Dスキャナを間欠的に移動しながら前記3Dスキャナで環境の点群データを取得する方法であって、
前記3Dスキャナの移動方向に関して、4つの球体を互いに間隔をあけて配置する球体配置工程と、
3Dスキャナを用いて前記4つの球体を含む環境の点群データを取得する計測工程と、
前記計測工程の後、前記3Dスキャナを移動するスキャナ移動工程と、
前記計測工程の後、前記4つの球体のうちで前記計測工程の時点で前記3Dスキャナの移動方向に関して最も上流側に位置する球体を、前記4つの球体のうちで前記計測工程の時点で前記3Dスキャナの移動方向に関して最も下流側に位置する球体の下流側に移動する球体移動工程と、
前記計測工程、前記スキャナ移動工程及び前記球体移動工程を繰り返し実行する繰り返し工程を含む。
なお、本実施形態は、球体配置工程は「4つの球体」を互いに間隔をあけて配置すること記載しているが、本実施形態は4つ以上の球体を含み、それら4つ以上の球体のうちの4つが「4つの球体」に該当する形態を含むと解釈すべきである。
3つの第1の球体を互いに間隔をあけて配置した第1の球体セット、3つの第2の球体を互いに間隔をあけて配置した第2の球体セットと、3Dスキャナとを用い、前記第1の球体セット、前記第2の球体セット、及び前記3Dスキャナを移動させながら、環境の点群データを取得する方法であって、
移動方向の上流側から下流側に向かって、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第1の設置工程と、
前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第1の環境の第1の点群データを取得する第1の計測工程と、
前記第1の計測工程に続いて、前記第1の球体セットを前記第2の球体セットに向けて移動して、前記移動方向に前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第2の設置工程と、
前記第2の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第2の環境の第2の点群データを取得する第2の計測工程と、
前記第2の計測工程に続いて、前記第2の球体セットを前記移動方向に移動して、前記移動方向に、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第3の設置工程と、
前記第3の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第3の環境の第1の点群データを取得する第3の計測工程と、
前記第3の計測工程に続いて、前記第1の球体セットを前記第2の球体セットに向けて移動して、前記移動方向に前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第4の設置工程と、
前記第4の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第4の環境の第4の点群データを取得する第4の計測工程と、
前記第4の計測工程に続いて、前記第2の球体セットを前記移動方向に移動して、前記移動方向に、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第5の設置工程と、
前記第5の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第5の環境の第5の点群データを取得する第5の計測工程
を含む。
なお、本実施形態において、第1の球体セットは3つの第1の球体を有し、第2の球体セットは3つの第2の球体を有するものと記載しているが、本実施形態は、それぞれの球体セットは3つ以上の球体を有していてもよく、それら3つ以上の球体のうちの3つが「3つの第1の球体」及び「3つの第2の球体」を構成する形態を含むと解釈すべきである。
前記第1の球体セットは、
基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された複数の球体と、
前記複数の球体の高さをそれぞれ調整する機構を備えており、
前記複数の球体が、前記3つの第1の球体を含むことが好ましい。
前記第2の球体セットは、
基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された複数の球体と、
前記複数の球体の高さをそれぞれ調整する機構を備えており、
前記複数の球体が、前記3つの第2の球体を含むことが好ましい。
基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された球体と、
前記球体の高さを調整する機構を備えている。
計測対象の点群データを取得するために3Dスキャナと共に使用される計測装置であって、
3つの球体を互いに間隔をあけた状態で支持する支持体を備えている。
なお、「3つの球体」は限定的ではなく、実施形態4は3つ以上の球体を含む形態も含むと解釈すべきである。
実施形態1は、3Dスキャナ(以下、「スキャナ」という。)と4つのターゲットを用いた点群データの取得方法であって、特に、スキャナと4つのターゲットを移動しながら点群データを取得する手順に特徴を有するものである。
実施形態1に使用する装置は、図1に示すスキャナ装置1と図4に示すターゲット装置2である。
スキャナ装置1は、リモートコントローラからの信号に基づいて任意の方向に移動可能な自走式が好ましい。ただし、スキャナ装置は、自走式である必要はなく、スキャナ装置に取り付けたけん引装置又は手押し装置等を介して人が移動させる非自走式であってもよい。以下の説明では、自走式のスキャナ装置を説明する。
図4を参照すると、ターゲット装置2は、スキャナ装置1と同様に自走式の装置で、スキャナ装置1が3Dスキャナを支持しているのに対し、スキャナに代えてターゲット用の球体40を支持している点でのみ、スキャナ装置と相違する。したがって、ターゲット装置2に表れる構成のうち、ターゲット装置2の構成と同じ又は類似する構成には、図1に示す符号にダッシュ(’)を加えた数字を付して説明を省略する。なお、ターゲット装置2は、非自走式の装置であってもよい。
上述のスキャナ装置1とターゲット装置2を用いて周辺環境の計測対象を計測する(すなわち、点群データを取得する)際の、スキャナ装置とターゲット装置の配置と動きを説明する。
図5は、1つのスキャナ装置100(上述のスキャナ装置1を含む。)と4つのターゲット装置201~204(上述のターゲット装置2を含む。)を用いて、周辺環境(計測対象物)を計測するプロセスの実施形態1を示し、特に、図5(a)~図5(d)及び図6は、時間が異なる複数時点におけるスキャナ装置100とターゲット装置201~204の位置関係と、スキャナ装置100からレーザが投射された領域およびその領域の点群データ301~304を概念的に示す。
図示するように、図5(a)の時点では、スキャナ装置100が移動する方向(矢印A方向)に関して、スキャナ装置101の後方(上流側)に2つのターゲット装置201,202が配置され、スキャナ装置101の前方(下流側)に別の2つのターゲット装置203,204が配置される。後方に位置する2つのターゲット装置201,202のうち、一方(図の下側のターゲット装置)201は他方(図の上側のターゲット装置)202よりも後方(上流側)にあることが好ましい。同様に、前方に位置する2つのターゲット装置203,204のうち、一方(図の下側のターゲット装置)203は他方(図の上側のターゲット装置)204よりも後方(上流側)にあることが好ましい。
図5(a)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、4つのターゲット装置201~204のうちで最も上流側に位置するターゲット装置201が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動し、図5(a)の状態で最も下流側にあったターゲット装置204の下流側に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置101が下流側に移動する。ただし、図5(a)に示す位置のスキャナ装置101が移動後のターゲット装置201~204を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置101と4つのターゲット装置201~204の配置が、図5(b)に示されている。そして、図5(b)に示す状態で、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置101が駆動し、点群データ302を取得する。
図5(b)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、4つのターゲット装置201~204のうち、図5(b)の状態で最も上流側に位置するターゲット装置202が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動し、図5(b)の状態で最も下流側にあったターゲット装置201の下流側に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置101が下流側に移動する。ただし、図5(b)に示す位置のスキャナ装置101が移動後のターゲット装置201~204を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置101と4つのターゲット装置の配置201~204が、図5(c)に示されている。そして、図5(c)に示す状態で、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置101が駆動し、点群データ303を取得する。
図5(c)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、4つのターゲット装置201~204のうち、図5(c)の状態で最も上流側に位置するターゲット装置203が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動し、図5(c)の状態で最も下流側にあったターゲット装置204の下流側に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置101が下流側に移動する。ただし、図5(c)に示す位置のスキャナ装置101が移動後のターゲット装置201~204を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置101と4つのターゲット装置201~204の配置が、図5(d)に示されている。そして、図5(d)に示す状態で、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置101が駆動し、点群データ304を取得する。
図5(d)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、4つのターゲット装置201~204のうち、図5(d)の状態で最も上流側に位置するターゲット装置204が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動し、図5(d)の状態で最も下流側にあったターゲット装置203の下流側に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置101が下流側に移動する。ただし、図5(d)に示す位置のスキャナ装置101が移動後のターゲット装置201~204を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置101と4つのターゲット装置201~204の配置が、図5(a)の状態である。そして、この状態で、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置101が駆動し、点群データを取得する。
以上の計測によって得られた点群データは合成(結合)されて一つの点群データ(合成後)が得られる。例えば、図5(b)で示す点群データ302を前後の点群データ301,303と合成する場合、点群データ302と301に共通して含まれる3つの球体242,243,244の点群が重なり、点群データ302と303に共通して含まれる3つの球体243,244,241の点群が重なるように、点群データ302が調整される。
実施形態2は、3Dレーザスキャナ(以下、「スキャナ」という。)と6つのターゲットを用いて点群データを取得する方法であって、特に、スキャナと複数のターゲットを移動する手順に特徴を有するものである。
図7(a)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、後方の3のターゲット装置2201~2203が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置2101が下流側に移動する。ただし、図7(a)に示す位置のスキャナ装置2101が移動後のターゲット装置2201~2203を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置1101と6つのターゲット装置2201~2203、2204~2206の配置が、図7(b)に示されている。そして、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置2101が駆動し、点群データ2302を取得する。
図7(b)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、前方の3のターゲット装置2204~2206が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置2101が下流側に移動する。ただし、図7(b)に示す位置のスキャナ装置2101が移動後のターゲット装置2201~2203を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置1101と6つのターゲット装置2201~2203、2204~2206の配置が、図7(c)に示されている。そして、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置2101が駆動し、点群データ2303を取得する。
図7(c)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、後方の3のターゲット装置2201~2203が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置1100が下流側に移動する。ただし、図7(c)に示す位置のスキャナ装置2101が移動後のターゲット装置2201~2203を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置2201と6つのターゲット装置2201~2203、2204~2206の配置が、図7(d)に示されている。そして、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置2101が駆動し、点群データ2304を取得する。
図7(d)に示す状態での計測が終了すると、リモートコントローラ4の信号に基づいて、前方の3のターゲット装置2204~2206が計測作業の進行方向(矢印A方向)に移動する。また、リモートコントローラ3からの信号に基づいて、スキャナ装置2101が下流側に移動する。ただし、図7(d)に示す位置のスキャナ装置2101が移動後のターゲット装置2201~2203を直接観察できれば、移動しなくてもよい。移動後のスキャナ装置2101と6つのターゲット装置2201~2203、2204~2206の配置が、図7(e)に示されている。そして、リモートコントローラ3からの信号により、スキャナ装置2101が駆動し、点群データ2305を取得する。
以上の計測によって得られた点群データは合成(結合)されて一つの点群データ(合成後)が得られる。例えば、図7(b)で示す点群データ2302を前後の点群データ2301,2303と合成する場合、点群データ2302と2301に共通して含まれる3つの球体2204~2206の点群が重なり、点群データ230と2303に共通して含まれる3つの球体2201~2203の点群が重なるように、点群データ2302が調整される。
実施形態2において、後方に配置した6つの球体2241~2246はそれぞれが別々の支持体(台車)に支持されているが、後方の3つのターゲット球体2241~2243を一つの支持体に支持させ、前方の3つのターゲット球体2244~2246を別の支持体に支持させてもよい。
改変例1で説明した支持体55(球体付三脚)には、図8に示すように、実施形態1で説明したスキャナ16を搭載してもよい。このように球体付三脚50にスキャナ16を搭載したスキャナ及び球体付き三脚(計測装置)は、実施形態2で説明した、スキャナ装置12101と後方の3つのターゲット装置2201~2203の組み合わせ、または、スキャナ装置2101と前方の3つのターゲット球体装置2204~2206の組み合わせに代えることができる。また、実施形態2で説明した、3つのターゲット装置2201~2203、または、前方の3つのターゲット装置2204~2206を一つの球体付三脚に代えることができる。これら球体付き三脚とスキャナ及び球体付き三脚を用いると、一つの球体付き三脚と一つのスキャナ及び球体付き三脚を交互に移動方向に移動させることによって、大型構造物の点群データも簡易に得ることができる。
上述の改変例1,2は、測量用三脚に3つの球体を取り付けたが、支持体の構造はこれに限るものではなく、例えば、図9に示す形態の支持体500であってもよい。この支持体500は、実施形態1で説明した車輪付基台と同様の基台501の上に、球体を支持するための4本の柱502が、直交する水平2方向(X方向とY方向)に一定の間隔をあけて固定されている。図10に示すように、各柱502には、一定の間隔をあけて水平方向の貫通孔(ピン挿入孔)503が形成されており、その貫通孔503にピン504が挿入できるように構成されている。
改変例3における各柱502及びそれに支持された球体510の水平方向の位置は、適当な水平位置調整機構によって変更できるようにしてもよい。例えば、図11に示す水平位置調整機構520は、基台501の上に固定された一対の細長い縦方向(図9のX方向)のサイドフレーム521(一方のフレームは図示せず)を有する。サイドフレーム521の間には、サイドフレーム521に直交する方向に延在する横方向レール522が固定されている。横方向レール522の上面には、長手方向に溝(ガイド溝)523が形成されている。横方向レール522の上には、改変例3で説明した柱502を支持する可動ブロック524が配置される。可動ブロック524の下面には、溝523に係合する突条(被ガイド部)525が形成されており、突条525を溝523に係合した状態で、可動ブロック524は横方向レール522に沿って移動できるように構成されている。可動ブロック524には、突条525と平行に、可動ブロック524を貫通する孔が形成され、その孔にナット526が固定されている。ナット52にはねじ軸527が螺合され、ねじ軸527の一端は、基台501又はサイドフレーム521に固定されたモータ528の回転軸が直接又は変速機構を介して間接的に連結されている。モータ528は、リモートコントローラ4からの信号によって調整できるようにすることが好ましい。このように構成された移動機構520によれば、リモートコントローラ4からの信号に基づいてモータ528が駆動し、柱502及び球体510の水平位置を適宜変更又は調整できる。
改変例4における球体の高さは、遠隔操作によって調整できるようにしてもよい。そのように構成された装置の実施形態を図12、13に示す。図12に示す垂直位置調整機構は、基台601のX方向に延在する縁に沿って配置された一対の下部サイドフレーム602を有する。サイドフレーム602は、図11に示す改変例4のサイドフレーム521と同じである。一対のサイドフレーム602の間には、X方向に一定の間隔をあけて、Y方向(X方向に直交する方向)に延在する4つの下部横方向レール603が配置されている。横方向レール603は、図11に示す改変例4の横方向レールと同じで、図13に示すように、上面に溝(ガイド溝)604が形成されている。横方向レール603の上面には、可動ブロック605が配置される。可動ブロック605は、図11に示す改変例4の可動ブロックと同様に下面の突条606とナット607を有し、ナット607にねじ軸608が螺合され、ねじ軸608の一端がモータ(下部移動モータ)609に直接又は変速機構を介して間接的に連結されている。このように、可動ブロック605は、横方向レール603、溝604と突条606の噛み合い、ねじ軸608とナット607の噛み合い、及びモータ609、を含む下部可動ブロック移動機構によってY方向に移動するようになっている。
2、201~204,2201~2206:ターゲット装置
16:3Dスキャナ
40、41~43:球体
50:三脚
55:支持体
Claims (14)
- 3Dスキャナを間欠的に移動しながら前記3Dスキャナで環境の点群データを取得する方法であって、
前記3Dスキャナの移動方向に関して、4つの球体を互いに間隔をあけて配置する球体配置工程と、
3Dスキャナを用いて前記4つの球体を含む環境の点群データを取得する計測工程と、
前記計測工程の後、前記3Dスキャナを移動するスキャナ移動工程と、
前記計測工程の後、前記4つの球体のうちで前記計測工程の時点で前記3Dスキャナの移動方向に関して最も上流側に位置する球体を、前記4つの球体のうちで前記計測工程の時点で前記3Dスキャナの移動方向に関して最も下流側に位置する球体の下流側に移動する球体移動工程と、
前記計測工程、前記スキャナ移動工程及び前記球体移動工程を繰り返し実行する繰り返し工程を含む、方法。 - 3つの第1の球体を互いに間隔をあけて配置した第1の球体セット、3つの第2の球体を互いに間隔をあけて配置した第2の球体セットと、3Dスキャナとを用い、前記第1の球体セット、前記第2の球体セット、及び前記3Dスキャナを移動させながら、環境の点群データを取得する方法であって、
移動方向の上流側から下流側に向かって、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第1の設置工程と、
前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第1の環境の第1の点群データを取得する第1の計測工程と、
前記第1の計測工程に続いて、前記第1の球体セットを前記第2の球体セットに向けて移動して、前記移動方向に前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第2の設置工程と、
前記第2の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第2の環境の第2の点群データを取得する第2の計測工程と、
前記第2の計測工程に続いて、前記第2の球体セットを前記移動方向に移動して、前記移動方向に、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第3の設置工程と、
前記第3の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第3の環境の第1の点群データを取得する第3の計測工程と、
前記第3の計測工程に続いて、前記第1の球体セットを前記第2の球体セットに向けて移動して、前記移動方向に前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第4の設置工程と、
前記第4の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第4の環境の第4の点群データを取得する第4の計測工程と、
前記第4の計測工程に続いて、前記第2の球体セットを前記移動方向に移動して、前記移動方向に、前記第1の球体セット、前記3Dスキャナ及び前記第2の球体セットを順番に設置する第5の設置工程と、
前記第5の設置工程に続いて、前記3Dスキャナで前記第1の球体セットと前記第2の球体セットを含む第5の環境の第5の点群データを取得する第5の計測工程
を含む方法。 - 前記第1の設置工程、前記第1の計測工程、前記第2の設置工程、前記第2の計測工程、前記第3の設置工程、前記第3の計測工程、前記第4の設置工程、前記第4の計測工程、前記第5の設置工程、及び前記第5の計測工程、を繰り返す繰り返し工程を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の球体セットを第1の支持体に支持させ、前記第2の設置工程と前記第4の設置工程において、前記第1の球体セットを前記第1の支持体と共に移動させる、請求項3に記載の方法。
- 前記第2の球体セットを第2の支持体に支持させ、前記第3の設置工程と前記第5の設置工程において、前記第2の球体セットを前記第2の支持体と共に移動させる、請求項3に記載の方法。
- 前記3Dスキャナを第3の支持体に支持させ、前記第2の設置工程、前記第3の設置工程、前記第4の設置工程及び前記第5の設置工程の少なくとも1つにおいて、前記3Dスキャナを前記第3の支持体と共に移動させる、請求項3に記載の方法。
- 前記第1の球体セットは、
基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された複数の球体と、
前記複数の球体の高さをそれぞれ調整する機構を備えており、
前記複数の球体が、前記3つの第1の球体を含む、請求項2の方法。 - 前記第2の球体セットは、
基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された複数の球体と、
前記複数の球体の高さをそれぞれ調整する機構を備えており、
前記複数の球体が、前記3つの第2の球体を含む、請求項2の方法。 - 基台と、
基台に支持された複数の柱と、
前記複数の柱のそれぞれに昇降可能に支持された球体と、
前記球体の高さを調整する機構を備えた、ことを特徴とする計測装置。 - 計測対象の点群データを取得するために3Dスキャナと共に使用される計測装置であって、
3つの球体を互いに間隔をあけた状態で支持する支持体を備えた計測装置。 - 前記支持体が三脚である、請求項10に記載の計測装置。
- 前記3つの球体のそれぞれが前記三脚を構成する3つの脚に設けられている、請求項11に記載の計測装置。
- 前記3つの球体のそれぞれが前記三脚に着脱可能である、請求項11に記載の計測装置。
- 前記三脚が前記3Dスキャナを支持している請求項11に記載の計測装置。
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