JP5951075B1 - 据付調整高さ算出装置、据付調整高さ算出プログラム、および、据付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の据付作業をおこなう際の高さの確認と支持体の厚み調整とを繰り返す必要のある高さ調整作業を不要とする。【解決手段】機器２を据付ける基礎体の表面形状を３次元座標として計測して点群１として得ることで基礎体の表面の凹凸を把握し、３次元にて配置設計を行った機器２の据付位置３と基礎体の表面の相対的な距離を据付調整高さとしてプログラムで算出する。そうして求めた据付調整高さを基にして支持材の厚さを予め決定し、据付作業時には、当該支持材を機器２と基礎体との間に挿入することで高さ調整を不要とする。【選択図】図４

Description

この発明は、据付調整高さ算出装置、据付調整高さ算出プログラム、および、据付方法に関し、特に、機器の据付において、３次元で行った機器の配置設計と、機器を据付ける基礎体の表面の３次元で計測した３次元座標とをもとに、据付調整高さを算出する据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラム、および、据付調整高さを予め算出して機器の据付けを行う据付方法に関する。

従来の基礎体への機器の据付方法においては、据付け時に据付高さ調整を必要とし、機器と基礎体との間に高さ調整のためのゴムパッドからなる支持体を介在させることで据付高さを調整し、据付を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、機器の底面であるベースプレートと機器を据え付ける基礎体との間に、弾性を備えた支持体としてのゴムパッドを介在させて基礎体に機器を載置している。また、基礎体に設けられたアンカーボルトをベースプレートに貫通させて、当該アンカーボルトに締付けナットを螺着させて、機器を固定している。この締付けナットの締付け力を加減して、ゴムパッドの弾性変形量を増減させることで、基礎体に対する機器の据付け高さを調整している。

特開平９−１５８９０５号公報（第３−４頁、第１図）

従来の据付方法は、上記特許文献１で示すように、基礎体に対して機器の据付作業をする際に、機器の据付け高さの調整を行うことを前提としている。そのため、機器と据付する基礎体との間に支持体を介在させることで高さの調整を行わなければならない。従って、当該高さ調整作業においては、支持体の厚みの調整を何度か繰り返し行い、機器の据え付け高さを確認することが必要である。すなわち、機器の高さの確認を行い、再調整が必要になる度に、機器と基礎体とを固定しているナットをひとつひとつ緩めたのち、支持体の厚みの調整を行い、再び、ナットを締付ける作業を繰り返さねばならず、作業員は長時間に及ぶ作業を強いられる。そのため、作業員の負荷は大きく、且つ、作業時間も長いという問題点があった。

また、据付する機器の重量が重い場合には、支持体の厚みを調整する際に、機器を持ち上げるためにクレーンなどの重機を要する。そのため、高さ調整の作業が繰り返されて長時間に及ぶ作業を強いられた場合には、重機の取り扱いの負荷だけでなく、機器の重量が重い分だけ、さらに、作業中の作業員の負荷がより大きくなるなどの問題点があった。

この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、機器と基礎体との間の高さを予め算出して、機器の据付作業における高さ調整を不要にすることで、作業員の負荷を軽減し、且つ、作業時間の短縮を図ることが可能な、据付調整高さ算出装置、据付調整高さ算出プログラム、および、据付方法を得ることを目的としている。

この発明は、据付け対象の機器と当該機器を据え付ける基礎体の表面との間の据付調整高さを算出するための据付調整高さ算出装置であって、前記基礎体の表面の複数の点を計測して得られた各点の３次元座標データの集合である点群データと、３次元キャドで生成された前記機器の配置設計データとが入力される入力部と、前記配置設計データに含まれる前記機器の据付位置に基づいて、前記点群データの中から、前記据付位置から一定範囲内にある点群データを選択する点群選択部と、前記点群選択部により選択された前記点群データに含まれる点の高さの値と前記配置設計データに含まれる前記据付位置の高さの値とを用いて、それらの高さの差を前記据付調整高さとして出力する据付け高さ算出部とを備えた据付調整高さ算出装置である。

この発明によれば、据付調整高さを据付け作業前に算出することができるので、機器と据付する基礎体との間に介在する支持材の厚みをあらかじめ決定することができ、据付作業において、高さ調整作業を不要とすることができ、作業員の負荷を軽減し、且つ、作業時間の短縮を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る据付対象の機器の外観を示した斜視図である。 図１に示した機器をモデル化した３次元モデルの外観を示した斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る据付調整高さ算出装置の内部構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る据付調整高さ算出装置における点群と機器との高さ方向の位置関係を示した正面図である。 この発明の実施の形態１に係る据付調整高さ算出装置における点群と機器との高さ方向の位置関係を示した側面図である。 この発明の実施の形態１に係る据付調整高さ算出装置に設けられた点群選択部の動作を説明するための説明図である。 この発明による据付調整高さ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る据付方法を説明するための斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムを図に基づいて説明する。
本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムは、３次元キャドを用いて基礎体の表面上に据付ける機器の底面が全て同じレベルになるよう３次元にて配置設計を行い、基礎体の表面形状の３次元座標と配置設計上の機器の据付高さの相対的な位置関係をもとに、機器の据付に必要な調整高さを算出するものである。

図１は、本実施の形態１における据付対象の機器２の外観を示した斜視図である。また、図２は、図１に示した機器２を３次元キャドによりモデル化した３次元モデルの外観を示した斜視図である。また、図３は、本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置の内部構成を示したブロック図である。

図１及び図２に示すように、機器２は、基礎体１００の表面に設置される。図１及び図２の例では、基礎体１００を駅のプラットホーム、基礎体１００の表面をプラットホーム床、機器２をプラットホームドアとしている。しかしながら、図１及び図２は単なる一例であり、機器２、基礎体１００、および、基礎体１００の表面は、この例に限定されることはない。この発明は、あらゆる構造物の平面に据付けられるあらゆる機器に対して適用可能である。

機器２は、図３に示す３次元キャド３２により、３次元キャドモデルにモデル化され、空間上で配置が決定される。３次元キャド３２は、基礎体１００の表面上に据付ける機器２の扉端上面を指定調整範囲レベルになるように、機器２の据付位置３を決定して、３次元にて配置設計を行う。図２に示すように、３次元キャド３２により生成された機器２の３次元キャドモデルには、機器２が基礎体１００に固定される据付位置３が示されている。３次元キャド３２により、据付位置３は、すくなくとも２つ設定される。これらの据付位置３は、予め定められた離間距離を介して、互いに離間して配置される。据付位置３の位置に対応する基礎体１００の表面には、例えばアンカーボルト（図示せず）が設けられる。アンカーボルトは、雌ネジを有する構造体となっており、基礎体１００の表面から内部に向かって打ち込まれて固定されている。アンカーボルトのネジ穴部と機器２の据付位置３に形成された穴部の位置合わせを行い、アンカーボルトに締付けボルトを螺着させることにより、機器２は確実に固定される。

機器２が据え付けられる基礎体１００の表面は、図１および図２に示されるように基本的には平坦であるが、細かい凹凸ができている。従って、機器２を据え付ける際には、基礎体１００の表面は、精度高く、計測する必要がある。本実施の形態では、図３に示す計測器３１により、基礎体１００の表面を３次元で計測し、基礎体１００の表面の３次元座標を求める。計測器３１は、例えば３次元スキャナーから構成される。３次元座標は、基礎体１００の表面の複数の点で取得する。こうして得られた各点の３次元座標データの集合を、以下では、「点群」または「点群データ」と呼ぶこととする。なお、点群を得るために計測される各点は、予め定められた一定の間隔ごとの点としてもよいが、その間隔は一定であっても、可変であってもよい。但し、当該間隔が狭いほど、基礎体１００の表面の凹凸の３次元座標が細かく取得できるため、基礎体１００の表面を精度高く計測できる。しかしながら、その場合には、データ量が増えてしまい、演算処理の負荷が大きくなる。従って、当該間隔は、基礎体１００の表面の計測精度と演算処理の負荷との兼ね合いで、適宜、適切に設定することが望ましい。また、計測器３１は、３次元スキャナーに限定されることなく、測距及び測角が可能な測量機器、あるいは、デジタルカメラを用いた精密写真測量機器などから構成してもよく、さらには、それらの組み合わせでもよい。

図４及び図５は、点群１と機器２との高さ方向の位置関係を示した説明図である。なお、図４が正面図、図５が側面図である。図４および図５に示される点群１は、機器２の据付位置３においての計測誤差が±０．５ｍｍ以内となるように配置された計測器３１により網羅的に計測された点群である。点群１は、計測器３１により、基礎体１００の上下方向から計測されて取得される。そのため、点群１は、図５に示すように、基礎体１００の表面だけでなく、基礎体１００の裏面についても取得される。本実施の形態では、基礎体１００がプラットホームであるため、図５に示すように、点群１は、プラットホームの形状に沿った複数の点の３次元座標データである。そのため、点群１は、機器２の据付けに直接関係しないプラットホーム床の裏面の３次元座標データも含んでいる。

次に、図３を用いて、本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置３０の構成について説明する。図３に示すように、据付調整高さ算出装置３０には、３次元キャド３２が接続されている。また、３次元キャド３２には、計測器３１が接続される。計測器３１で取得された点群１は、３次元キャド３２内に設けられた点群入力部３３に入力される。また、３次元キャド３２内には、機器２の配置設計を行うための配置設計部３４も設けられている。配置設計部３４は、機器２の外形の形状及びサイズのデータ、基礎体１００のサイズ、形状および位置のデータ、機器２の設置条件などに基づいて、機器２を基礎体１００のどの位置にどの角度でどのように設置するかを空間上で決定するとともに、基礎体１００の表面上に据付ける機器２の扉端上面を指定調整範囲レベルになるように、機器２の据付位置３を決定して、配置設計データとして出力する。配置設計データには、点群１の３次元座標と同じ座標軸に合わせた据付位置３の３次元座標データが少なくとも含まれる。

本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置３０は、図３に示すように、内部に、点群選択部３５、平均値算出部３６、および、据付け高さ算出部３７を備えている。
据付調整高さ算出装置３０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータから構成される。据付調整高さ算出装置３０は、入力部（図示省略）として、３次元キャド３２からの信号を受信するインターフェース回路と、オペレータが入力操作するキーボードおよびマウス等の入力装置とを有している。また、据付調整高さ算出装置３０は、出力部（図示省略）として、ディスプレイ装置を有している。
また、据付調整高さ算出装置３０の点群選択部３５、平均値算出部３６、および、据付け高さ算出部３７は、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵまたはシステムＬＳＩ等の処理回路により実現される。あるいは、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。

以下、据付調整高さ算出装置３０に設けられた、点群選択部３５、平均値算出部３６、および、据付け高さ算出部３７について説明する。

点群選択部３５には、３次元キャド３２の点群入力部３３を介して、計測器３１で取得した点群１のデータが入力される。さらに、点群選択部３５には、３次元キャド３２の配置設計部３４で生成された機器２の配置設計データが入力される。点群選択部３５は、配置設計データに基づいて、点群１の中から、機器２の据付け高さの演算に必要な点群６だけを選択する。

図６に、点群選択部３５による点群６の選択方法を示す。
図６（ａ）において、白丸がすべて点群１である。
まず、図６（ａ）に示すように、配置設計データから機器２の据付位置３の３次元座標データを取り出し、当該据付位置３から水平方向に距離ｒの範囲を領域４０として設定する。図２に、領域４０を示す。領域４０は、据付位置３を中心とする半径ｒの円形である。次に、当該領域４０の垂直方向真下の領域に入る点群をすべて点群４として点群１の中から検出する。検出された点群４を、図６（ｂ）及び図６（ｃ）では、黒丸として示している。
次に、図６（ｂ）に示すように、点群４のうち、最も高い位置にある点５を検出する。図６（ｂ）においては、点５の高さ位置５０を２点鎖線で示す。
次に、図６（ｃ）に示すように、点５の高さ位置５０から下方の一定の距離ｈ内の領域に存在する点群４を、点群６として検出する。図６（ｃ）において、色付けされている領域６０が、点群６が存在する領域である。領域６０は、半径ｒおよび高さｈの円柱型の領域である。
以上のようにして、点群選択部３５は、据付位置３から一定範囲内にある点群データ６を選択する。

ここで、上記の図６（ａ）〜（ｃ）の処理によって点群１から点群６を選択する理由を説明する。
上述したように、計測器３１にて得られた点群１は、プラットホームの上下から計測して得ている。従って、点群１には、図５に示すように、プラットホーム床の裏面の点群データも含まれる場合がある。このような裏面の点群データは、機器２の据付け高さを求める際の演算には使用しない。そこで、そのような裏面の点群データは不要である。そのため、図６（ａ）〜（ｃ）の処理により、不要な点群データを排除し、機器２の据付け高さを求める際の演算に使用する点群６のみを、点群１から検出し抽出している。
なお、点群６に、点５の３次元座標データを含めてもよく、あるいは、含めなくてもよい。また、点５の高さ位置５０を特に求めなくても、据付位置３の高さ位置から下方の一定の距離ｈ’内の領域に存在する点群４を、点群６として検出するようにしてもよい。
このようにして、点群選択部３５により選択された点群６は、平均値算出部３６に入力される。

平均値算出部３６は、点群６の個々の点が持つ高さの値の平均値を算出する。平均値算出部３６は、算出した当該平均値を、据付け高さ算出部３７に入力する。

据付け高さ算出部３７は、平均値算出部３６から入力された当該平均値と、据付位置３の高さの値との差の絶対値を求め、当該差の絶対値を、機器２の据付位置３と基礎体１００の表面との間の据付調整高さ７０（図８参照）として出力する。

次に、本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置３０の動作について説明する。
図７は、本実施の形態に係る据付調整高さ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。据付調整高さ算出プログラムは、据付調整高さ算出装置３０によって実行される。据付調整高さ算出プログラムは、図７におけるステップＳ３〜Ｓ８の部分であり、上述した機器２の据付調整高さ７０を算出するためのプログラムである。

図７に示すように、まず、ステップＳ１で、計測器３１により計測された点群１を３次元キャド３２の点群入力部３３により取り込む。
次に、ステップＳ２で、配置設計部３４により、３次元キャド３２上で、機器２の配置設計を行う。

続いて、機器２のそれぞれの据付位置３における調整高さを算出する据付調整高さ算出プログラムを起動させる。
当該プログラムでは、まず、ステップＳ３で、点群選択部３５により、図６（ａ）に示すように、点群１の各点について、当該点が、機器２の据付位置３から一定距離ｒの領域４０の直下の領域内に存在するか否かを判定し、そうであれば当該点を点群４として検出して、ステップＳ４に進む。そうでなければ、ステップＳ８に進む。
次に、ステップＳ４で、点群選択部３５により、図６（ｂ）に示すように、点群４のうち、最も高い位置にある点５を検出する。
次に、ステップＳ５で、点群選択部３５により、図６（ｃ）に示すように、点群４の各点について、当該点が、点５の高さ位置５０から下方の一定距離ｈの範囲内か否かを判定し、そうであれば当該点を点群６として検出してステップＳ６に進む。そうでなければ、ステップＳ８に進む。
ステップＳ６では、平均値算出部３６により、点群６の個々の点が持つ高さの平均値を算出し、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、据付け高さ算出部３７により、ステップＳ６で算出した当該平均値と据付位置３の高さのデータとに基づいて、据付位置３と平均値との間の距離、すなわち、据付位置３の高さと平均値との差の絶対値を、据付調整高さ７として算出する。
なお、ステップＳ３〜Ｓ５の処理は、上述したように、点群１の中から、機器２を据付けする基礎体１００の表面のデータを示す点群６を検出するための処理である。従って、ステップＳ３およびＳ５で選択されなかった点群は、機器２の据付高さの演算にとっては不要なデータであるため、ステップＳ８では、それらの点群を据付位置３と無関係の点として除外する。

以上のように、本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムによれば、基礎体１００の表面の複数の点を計測して得られた各点の３次元座標データの集合である点群１と、３次元キャド３２で生成された機器２の配置設計データとに基づいて、点群１の中から配置設計データに含まれる機器２の据付位置３から一定範囲内である領域６０内にある点群６を選択し、選択された点群６に含まれる点の高さの値と据付位置３の高さの値とを用いて、それらの高さの差を据付調整高さ７として出力するようにしたので、据付調整高さ７を予め算出することができるので、機器２と据付する基礎体１００との間の高さ調整作業を不要にすることができる。従来技術においては、機器２の高さの確認と支持材７の厚みの調整を繰り返し行っていたが、本実施の形態においては、そのような高さ調整作業を不要とすることができるため、作業員の負荷を軽減することができ、且つ、作業時間を短縮することができる。

なお、上記の説明においては、平均値算出部３６を設けて、点群６に含まれる各点の高さの値の平均値を算出するとして説明したが、平均値算出部３６は必ずしも設ける必要はない。例えば、上述した図６（ｃ）のステップを省略して、点群選択部３５が、点５を点群６として出力するようにした場合には、平均値を求める必要はないため、平均値算出部３６は不要となる。あるいは、点群選択部３５が、計測器３１が計測する各点の配置間隔に基づいて領域６０の大きさを小さくすることで点群６に含まれる点が常に１つになるように点群６を選択するようにした場合にも、平均値を求める必要はないため、平均値算出部３６は不要となる。あるいは、点群選択部３５が、点群６に含まれる各点のうちの高さが中央値となる点を点群６として選択するようにした場合にも、平均値を求める必要はなく、当該中央値を用いればよいため、平均値算出部３６は不要となる。あるいは、中央値ではなく、最頻値などの他の代表値を用いてもよく、それらの場合も同様である。このように、平均値算出部３６は、必要に応じて、設けるようにすればよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る据付調整高さ算出装置、据付調整高さ算出プログラムおよび据付方法について説明する。

本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムについては、上記の実施の形態１と同じであるから、ここでは、その説明を省略する。

次に、本実施の形態に係る据付方法について説明する。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムにより、据付調整高さ７０を算出する。
本実施の形態においては、こうして求めた据付調整高さ７０を用いて、据付調整高さ７０と同じ厚みを有する支持材７を用意する。そうして、図８に示すように、機器２の据付作業時に、機器２と基礎体１００との間に支持材７を挿入することで高さ調整作業を不要とする。
なお、支持材７は、弾性を有していない鋼材などの材質から構成することがより望ましい。

以上のように、本実施の形態に係る据付調整高さ算出装置および据付調整高さ算出プログラムにおいても、上記の実施の形態１と同様に、据付作業における高さ調整作業を不要とすることができ、業員の負荷を軽減することができ、且つ、作業時間を短縮することができるという効果が得られる。
また、本実施の形態に係る据付方法においては、据付調整高さ算出装置及び据付調整高さ算出プログラムにより、機器２と据付する基礎体１００との間に介在する支持材７の厚みをあらかじめ決定することができるので、支持材７の準備も容易である。従来においては、据え付け時に、機器２の高さを確認しながら、支持材の厚さを変更していたため、複数種類の厚さの支持材を用意する必要があったが、本実施の形態では、支持材の厚さを事前に決定できるため、支持材７は１種類の厚さのものだけを準備すればよく、コストも低減でき、支持材７の準備も容易である。また、支持材７を介在させることで、容易に、且つ、安定させて、機器２を据え付けることができる。
このように、本実施の形態においても、据付作業における高さ調整作業を不要とすることができ、機器据え付け時の作業員の負荷を軽減することができ、且つ、作業時間を短縮することができ、コストを抑えることができる。

１，４，６ 点群、２ 機器、３ 据付位置、７ 支持材、３０ 据付調整高さ算出装置、３１ 計測器、３２ ３次元キャド、３３ 点群入力部、３４ 配置設計部、３５ 点群選択部、３６ 平均値算出部、３７ 据付け高さ算出部、１００ 基礎体。

Claims (4)

1. 据付け対象の機器と当該機器を据え付ける基礎体の表面との間の据付調整高さを算出するための据付調整高さ算出装置であって、
   前記基礎体の表面の複数の点を計測して得られた各点の３次元座標データの集合である点群データと、３次元キャドで生成された前記機器の配置設計データとが入力される入力部と、
   前記配置設計データに含まれる前記機器の据付位置に基づいて、前記点群データの中から、前記据付位置から一定範囲内にある点群データを選択する点群選択部と、
   前記点群選択部により選択された前記点群データに含まれる点の高さの値と前記配置設計データに含まれる前記据付位置の高さの値とを用いて、それらの高さの差を前記据付調整高さとして出力する据付け高さ算出部と
   を備えた据付調整高さ算出装置。
2. 前記点群選択部が選択した前記点群データに含まれる各点の高さの値の平均値を算出する平均値算出部をさらに備え、
   前記据付け高さ算出部は、前記平均値算出部で算出した前記平均値と前記配置設計データに含まれる前記据付位置の高さの値とを用いて、前記平均値と前記据付位置の高さとの差を前記据付調整高さとして算出する
   請求項１に記載の据付調整高さ算出装置。
3. 据付け対象の機器と当該機器を据え付ける基礎体の表面との間の据付調整高さを算出するための据付調整高さ算出プログラムであって、
   前記基礎体の表面の複数の点を計測して得られた各点の３次元座標データの集合である点群データが入力されるステップと、
   ３次元キャドで生成された前記機器の配置設計データが入力されるステップと、
   前記配置設計データに含まれる前記機器の据付位置に基づいて、前記点群データの中から、前記据付位置から一定範囲内にある点群データを選択するステップと、
   選択された前記点群データに含まれる点の高さの値と前記配置設計データに含まれる前記据付位置の高さの値とを用いて、それらの高さの差を前記据付調整高さとして出力するステップと
   をコンピュータに実行させるための据付調整高さ算出プログラム。
4. 据付け対象の機器を基礎体の表面に据え付ける据付方法であって、
   前記基礎体の表面の複数の点を計測して得られた各点の３次元座標データの集合である点群データが入力されるステップと、
   ３次元キャドで生成された前記機器の配置設計データが入力されるステップと、
   前記配置設計データに含まれる前記機器の据付位置に基づいて、前記点群データの中から、前記据付位置から一定範囲内にある点群データを選択するステップと、
   選択された前記点群データに含まれる点の高さの値と前記配置設計データに含まれる前記据付位置の高さの値とを用いて、それらの高さの差を前記据付調整高さとして出力するステップと、
   前記機器と前記基礎体の表面との間に前記据付調整高さと同じ厚みを有する支持材を介在させて、前記機器を前記基礎体の表面に据え付けるステップと
   を備えた据付方法。

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