JP6465729B2 - 鉄道車両の製造方法、計測装置及び計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の製造方法に係り、それを製造する際に用いる計測装置及び計測方法に関する。

鉄道車両は、台車とその台車上に搭載された車体からなる、幅及び高さが３０００ｍｍ（３ｍ）前後で長さが２００００ｍｍ（２０ｍ）前後の大きな構造物である。鉄道車両の車体において、座席などの室内設備、照明及び制御機器を除いた車体の強度を担う部分を「構体」と呼ぶ。鉄道車両における車体の製造工程は、大別して、アルミニウムやステンレスなどの金属材料を溶接することで構体を形成する製缶工程と、この構体に内装品や電装品など各種部材を取り付ける艤装工程からなる。

艤装工程では機器の重さなどによる変形は発生するが、その変形はわずかであるため、構体完成時の寸法が鉄道車両の完成時の寸法を決定する。また、艤装工程で部品の取付けを行うため、構体完成時の寸法は正確に測定する必要がある。

本技術分野の背景技術として、特開平８−３１４９９７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「多次元形状である被測定物の所要の位置における座標値を測定し、寸法あるいは形状を測定・評価する装置において、予め作成されているＣＡＤデータを入力するＣＡＤデータ入力部と、入力されたＣＡＤデータを表示するＣＡＤ図形表示部と、表示されたＣＡＤ図形に対して測定条件を教示入力する測定条件入力部と、測定命令と評価に関する情報である測定情報を教示入力する測定命令入力部と、教示された測定情報及び測定条件に従って、座標測定機を動作させるための測定命令を作成する測定情報作成部と、作成された測定命令に従った測定機に入力可能なデータを測定機に出力する測定機命令出力部と、測定機によって測定された測定座標値を入力する測定座標値入力部と、入力された測定座標値と予め教示された測定情報の内容に従って、被測定物の寸法あるいは形状の評価を行う評価部と、予め教示された測定情報と評価された結果とを自動的に関連付けて、数値あるいは図形で画面に表示する評価結果表示部と、評価された結果を外部装置に対して、所定の形式で出力する評価結果出力部と、を有する事を特徴とする多次元形状の座標計測システム」が記載されている

特開平８−３１４９９７号公報

前記特許文献１には、座標測定機を用いた、測定の指示と寸法及び形状評価の仕組みが記載されている。しかし、特許文献１の座標計測システムは、測定箇所の特定と、測定箇所が正しいか否かの判定については、記載も示唆もない。ここで、測定箇所の特定とは、対象物のどこを測定するかを認識することである。

例えば、鉄道車両の内部などの自動測定装置の設置が困難な箇所においては、被測定対象の寸法及び形状を評価する場合に、人（作業者等）が測定箇所を特定する３次元測定機を用いる場合がある。その場合には、測定箇所の特定に時間を要したり、誤測定したりする可能性がある。また、測定座標から寸法を抽出するのに時間が掛かる。また、測定結果を修正に使うためには、それを即座に確認することが求められる。

本発明は、測定箇所に接触させる球を先端に取り付けたスタイラスを備えるプローブと、プローブの前記球の座標を測定する３次元測定機と、データテーブルを有する処理部とを備え、処理部は、データテーブルに鉄道車両に設けた基準点に関するデータを格納し、基準点の３次元基準座標とプローブ及び３次元測定機により鉄道車両を測定して得られる３次元測定座標との座標誤差に基づき、測定毎に３次元測定座標と３次元基準座標との対応付け及び鉄道車両の寸法計算を行うことを特徴とする。

本発明によれば、鉄道車両の製造時３次元測定機を用いて鉄道車両の寸法測定を行う際に、作業者が測定箇所を特定する場合でも誤測定を抑制し測定時間を短縮し測定結果を即座に確認することができる。

図１は、計測装置１を用いて構体内部を測定する時の配置の一例を示す図である。 図２は、プローブ１０の構造の詳細を示す図である。 図３は、測定対象５０１の形状と先端球１０４との関係を例示する図である。 図４は、制御部３０の構成を例示する図である。 図５は、処理部４０の構成を例示する図である。 図６は、基準点情報４０１、測定条件情報４０２及び測定点情報４０５の各データテーブルの項目を例示する図である。 図７は、計測装置１を用いて車両の構体を測定する作業フローの一例を示す図である。 図８は、実施例１に係る測定作業の詳細フローを例示する図である。 図９は、精度確認用治具６０にプローブ１０をセットする状態を例示する図である。 図１０は、測定機位置確認用治具７０にプローブ１０をセットする状態を例示する図である。 図１１は、測定作業フローにおける座標変換を説明する図である。 図１２は、測定作業フローにおける座標変換の作業フローの一例を示す図である。 図１３は、実施例１に係る測定作業の詳細フローにおける本測定の作業フローを例示する図である。 図１４は、カテゴリ分けの一例を示す図である。 図１５は、カテゴリ別の測定フローの一例を示す図である。 図１６は、基準点８００の測定許容範囲の具体例を示す図である。 図１７は、寸法抽出処理の具体例を示す図である。 図１８は、測定中における測定データ等の画面表示を例示した図である。 図１９は、測定終了時及び修正時の画面表示を例示する図である。 図２０は、実施例２に係る本測定の作業フローを例示する図である。 図２１は、実施例２に係る測定作業の詳細フローを例示する図である。

以下、本発明の実施形態について、また、具体例としての実施例１及び２について、図面を用いて説明する。

本発明の実施形態として、３次元測定機を用いて鉄道車両の構体の寸法を測定する計測装置及び計測方法の例を説明する。
図１は、本実施形態の計測装置１を用いて構体内部を測定する時の配置の一例を示す図である。

計測装置１は、少なくとも、測定箇所に接触させるプローブ１０、プローブが備えるスタイラスの先端の球の座標を測定する３次元測定機２０、制御部３０及び処理部４０とから構成される。

３次元測定機２０は、三脚や固定用の治具などを用いて、測定対象である構体５０の内部に固定する。３次元測定機２０は、その本体からの距離で測定範囲が限定されている。一般には、測定範囲の中では３次元測定機２０本体に近い方が測定精度は高い。３次元測定機２０は、測定範囲が許す範囲では構体の内部の何れに設置してもよい。しかし、構体５０の中心付近に設置することにより、全ての測定箇所を、測定範囲のうち３次元測定機２０に近い領域として使うことができ、測定精度を高めることができる。

ただし、３次元測定機２０を１箇所に配置して全測定箇所が測定できない場合には、３次元測定機２０を移動するか、もしくは、３次元測定機２０を複数用いる必要がある。その場合には、測定機の移動前後もしくは複数の３次元測定機２０の座標系を統合することで、全測定範囲を測定することができるようになる。

計測装置１を用いて測定を行う際には、精度確認用治具６０及び測定機位置確認用治具７０を配置する。
構体５０の寸法については、側面の窓開口、出入口のドア開口、長手方向に垂直な断面内での幅や高さ寸法及び構体の長手方向の長さなどを測定する。

本実施形態においては、構体５０の座標系Ｏに対して、構体５０の台車を取り付ける枕梁と呼ばれる箇所を基準平面とする。その基準平面において、長手方向及び幅方向の中心点を原点、長手方向をＸ、幅方向をＹ及び高さ方向をＺ、として以下では説明を行う。

図２は、プローブ１０の構造の詳細を示す図である。
プローブ１０は、レーザーを反射するレーザー正反射部１０１、３次元測定機２０がプローブ１０の姿勢を認識するために設けた少なくとも３つ以上のＬＥＤ１０２、アダプタ部１０３に対して付け外しが可能なスタイラス１０５、スタイラス１０５の先端に取り付けた球（以下、「先端球」という）１０４、収録タイミングを決める測定ボタン１０６及び測定ボタン１０６の信号を制御部３０に送信する送信手段１０７を備えている。

３次元測定機２０は、３次元測定機２０に付属したレーザーでプローブ１０のレーザー正反射部１０１の位置（空間上の座標）を測定する。その測定時に、３次元測定機２０は、付属したカメラでプローブ１０のＬＥＤ１０２の位置関係を取得してプローブ１０の姿勢を推定し、それによって、スタイラス１０５の先端球１０４の中心座標を収録する。

また、レーザーを用いたレーザー正反射部１０１の位置測定を用いることなく、ＬＥＤ１０２の配置から位置と姿勢を算出してもよい。そしてまた、測定ボタン１０６及び送信手段１０７をプローブ１０とは一体とせずに別途用意してもよい。

構体５０には、ドア周りの柱などにより３次元測定機２０から見ると陰になる遮蔽部がある。そのため、３次元測定機２０の移動回数を減らすには、遮蔽部よりスタイラス１０５は長い方が望ましい。他方で、スタイラス１０５が長くなると３次元測定機２０のプローブ１０の姿勢測定誤差による測定座標の測定誤差が大きくなるため、スタイラス１０５は短い方が望ましい。実際に構体５０を測定する際には、スタイラス１０５の長さとしては、１００〜１０００ｍｍ（１０ｃｍ〜１ｍ）程度であることが望ましい。

スタイラス１０５の先端球１０４の半径ｒは、測定対象の形状により決定する。図３は、測定対象５０１の形状と先端球１０４との関係を例示する図である。測定対象５０１が半径Ｒを持つ場合を想定する。先端球１０４の半径ｒが測定対象５０１の半径Ｒより大きいと、測定対象５０１と先端球１０４とが２点で接するので紙面内での位置は一意に決まる。一方、先端球１０４の半径ｒが測定対象５０１の半径Ｒより小さいと、測定対象５０１と先端球１０４とが１点でしか接しないため、紙面内での位置が一意に定まらず誤測定が発生する。

しかし、先端球１０４の半径ｒを大きくして、例えば図３に示す寸法Ｌより大きくなった場合には、測定対象物のエッジ５０２と先端球１０４とが点と点で接することになる。そのため、エッジ５０２による誤測定が発生する。その誤測定とは、例えばＣ面取りがなされていたり、寸法Ｌが規定値より短いことに起因する測定位置のズレによって生じる。

また、先端球１０４の中心Ｃと測定対象５０１の点Ａとの距離ＣＡが長くなると、測定対象５０１の倒れ、すなわち紙面内での回転の影響が中心位置Ｃに及ぼす影響が大きくなる。そのため、例えば紙面の横方向や縦方向の座標誤差を評価する場合には、倒れの影響が無視できなくなる。すなわち、先端球１０４の半径rは、測定対象５０１の半径Ｒより大きく、測定対象５０１の寸法Ｌより小さいことが望ましい。

構体５０の内部測定において、図３のように２点で接するような箇所を測定する場合には、先端球１０４の半径rは０．５〜５０ｍｍ程度が望ましい。対象物に対してケガキなどにより描かれている線や点などの位置を測定する場合には、先端球１０４の半径rは０．５ｍｍ以下が望ましい。測定箇所としては、測定対象とスタイラス１０５の先端球１０４とが１点より２点で接することが望ましく、２点より３点で接することがより望ましい。

図４は、制御部３０の構成を例示する図である。
制御部３０は、少なくとも、プロセッサ、入出力部３０３及びメモリを備えている。メモリには、少なくとも、装置制御プログラム３０１及びプローブ１０の先端球１０４の中心座標を算出する座標計算プログラム３０２が、３次元測定機校正情報３０４及びプローブ校正情報３０５と共に格納されている。

座標計算プログラム３０２は、レーザー正反射部１０１の中心座標の測定値及び複数のＬＥＤ１０２の配置位置の測定値を、入出力部３０３を介して取得し、取得したデータと３次元測定機校正情報３０４及びプローブ校正情報３０５とから、プローブ１０の先端球１０４の中心座標を算出する役割を果たす。

制御部３０は、プローブ１０の測定ボタン１０６を押した信号を入出力部３０３で受信すると、プローブ１０の先端球１０４の中心座標を座標計算プログラム３０２によって計算して収録する。収録に際しては、例えば１秒間に１０００回の速度で３００点を取得する。ここで、取得した中心位置のバラツキの標準偏差が、例えば０．２５ｍｍ以上である場合には、測定結果を収録しないフィルタ機能を備えてもよい。このフィルタ機能は、構体５０もしくは３次元測定機２０が振動していることや、構体５０にプローブ１０の先端が当接しておらずプローブ１０の先端球１０４の中心座標が安定していないなどに起因した誤差を含む測定データを取得することを防止するものである。

図５は、処理部４０の構成を例示する図である。
処理部４０は、少なくとも、プロセッサ、入出力部４０４、メモリ及び記憶領域を備えている。メモリには、少なくとも、測定する全箇所の座標情報などを含む基準点情報４０１、全測定点数や測定カテゴリの数などを含む測定条件情報４０２、測定点に係わる測定点情報４０５、ケガキに関するケガキ位置情報４０６及び計測装置１を動作させるための複数のプログラム４０３が格納されている。格納するプログラムとしては、例えば、座標変換プログラム、測定プログラム、測定精度確認プログラム、測定機位置確認プログラム、測定機位置登録プログラム及びケガキ位置指示プログラムがある。これらのプログラムが、処理内容に応じてプロセッサにより実行される。

処理部４０は、プローブ１０の測定ボタン１０６が押されるたびに、制御部３０から入出力部４０４を通して測定座標（プローブ１０の先端球１０４の中心座標）を受け取る。この測定座標は、基準点情報４０１及び測定条件情報４０２とから、測定点情報４０５を生成する役割を果たす。また、ケガキ位置情報４０６は、入出力部４０４を介して処理部４０から制御部３０に送られることになる。
なお、制御部３０及び処理部４０は一体構成としてもよく、更には３次元測定機２０に一体構成として搭載してもよい。制御部３０及び処理部４０が備える入出力部３０３及び４０４は、それぞれ入力部と出力部に分けてもよい。また、複数の装置を用いても、役割を入れ替えても分割してもよい。

図６は、処理部４０のメモリに格納されている、基準点情報４０１、測定条件情報４０２及び測定点情報４０５、それぞれに含まれる各種データテーブルのデータ項目及び各種データテーブルのつながり（関係）を例示する図である。

基準点情報４０１は、基準点テーブル４０１ａ、スタイラス種類テーブル４０１ｂ及び処理兼帳票テーブル４０１ｃから成る。基準点テーブル４０１ａは、帳票の寸法を入力する位置を示すセル番地などを含む基準点に関するテーブルである。スタイラス種類テーブル４０１ｂは、スタイラスの種類、長さ及び半径などを含むテーブルである。処理兼帳票テーブル４０１ｃは、処理数式や基準点間のペアとなる点を表すペア記号、測定箇所を特定するための長手位置や幅方向（枕木方向）位置などを含むテーブルである。

測定条件情報４０２は、測定条件テーブル４０２ａ及び車両テーブル４０２ｂから成る。 測定条件テーブル４０２ａは、車両情報、測定点の総数及び測定者の情報などを含むテーブルである。車両テーブル４０２ｂは、車両情報、構体長さ及び枕梁間の中心間距離などを含むテーブルである。

測定点情報４０５は、測定点テーブル４０５ａ、寸法抽出テーブル４０５ｂ及び帳票テーブル４０５ｃとから成る。測定点テーブル４０５ａは、基準点に対応する測定点の測定座標、基準座標と測定座標との偏差、測定日時、温湿度気圧及びセル番地などを含むテーブルである。寸法抽出テーブル４０５ｂは、セル番地をキーとし、測定点テーブル４０５ａから寸法抽出した際の寸法誤差などを含むテーブルである。帳票テーブル４０５ｃは、セル番地をキーとし、測定項目、寸法抽出テーブル４０５ｂから抽出した帳票に必要な項目などを含むテーブルである。

ここで、基準点とは、測定箇所の計画位置のことである。基準座標とは、３ＤＣＡＤ上で基準点にプローブ１０の先端球１０４と同一の半径の球を接触させたときの、構体５０の座標系Ｏにおけるこの先端球１０４の中心座標のことである。他にも、２ＤＣＡＤ上で円を接触させて求めてもよい。また、ＣＡＤを用いることなく設計情報から求めてもよい。

次に、測定許容範囲とは、基準座標周辺の空間である。本発明に係る計測装置１では、鉄道車両の形状等に基づいて設定した測定許容範囲を情報として基準点テーブル４０１ａに格納する。許容範囲内を測定した場合には、正しい位置を測定したと判定して測定結果を採用し、測定結果（測定座標）と基準座標との対応付けを行う。許容範囲外を測定した場合には、誤った位置を測定したと判定して測定結果を不採用とする。
また、複数の基準点間で測定許容範囲が重複するなどにより干渉している場合、もしくは測定許容範囲を設定しない場合には、基準座標と測定座標との距離を計算し、近い基準座標との対応付けを行う。

測定座標と基準座標との対応付けを行うことにより、処理兼帳票テーブル４０１ｃに予め登録した処理数式を適用して寸法を自動で即座に算出することができる。これにより、測定毎に対応付けと寸法計算を自動で行うことにより、測定結果を即座に確認することが可能となる。

図７は、鉄道車両を製造していく中の前工程として、計測装置１を用いて車両の構体を測定する作業フローの一例を示す図である。
作業者（以下、測定に携わる者を総称して、「作業者」という）は、設計情報をもとに測定箇所を決定し（ステップＳ２０）、基準点情報４０１、測定条件情報４０２及びケガキ位置情報４０６を処理部４０（すなわち、基準点テーブル４０１ａ、測定条件テーブル４０２ａ及びケガキ位置情報４０６）に登録する（ステップＳ３０）。

次に、作業者は、計測装置１を図１のように配置し、起動する（ステップＳ４０）。
続いて、作業者は、測定を行う（ステップＳ５０）。この測定作業（ステップ）の詳細については、図８を用いて後述する
作業者は、出力された測定結果に基づいて測定寸法の誤差が全て公差内であるかを判定する（ステップＳ６０）。測定寸法の誤差が公差外である場合（ＮＯ）、作業者は、例えば構体を加温冷却等により構体の形を修正し（ステップＳ７０）、再度測定を行う（ステップＳ５０）。測定寸法の誤差が全て公差内である場合（ＹＥＳ）、作業者は、測定を終了して計測装置１を撤収し（ステップＳ８０）、作業を終了する。

修正を介して再度測定を行うことについて補足する。図１５の説明において後述するが、ステップＳ５０の測定において、作業者は前述した寸法計算の結果を含め出力された測定結果を即時に確認でき、測定寸法の誤差が全て公差内であるか否かも即座に判定できる。そのため、ステップＳ７０の修正は、ステップＳ５０の測定を実行している途中で行うことができ、修正が完了すると再度ステップＳ５０の測定を行うことが可能となる。

そして、図７に示した車両の構体を測定する作業（測定工程）に続いて鉄道車両を製造する工程に移るに際して、鉄道車両の製造条件を決定する必要がある。その時に、前述した寸法計算の結果を含め出力された測定結果に応じて鉄道車両の製造条件を変更するか否かが決定される。この決定に従い変更が必要な場合にはその製造条件を変更し、鉄道車両の製造工程においては、必要な変更を施した製造条件に基づいて鉄道車両が製造されることになる。これにより、測定工程により得られた構体の正確な測定結果を速やかに鉄道車両の製造条件に反映させることができる。

図８は、図７の作業フローにおけるステップＳ５０の測定作業において、実施例１に係る測定作業の詳細フローを例示する図である。以下に説明するように、作業者は、計測装置１を使用して、処理部４０からの指示に基づき測定作業を行うことになる。
また、図８から以降に示す作業フローの説明において、作業（処理）ステップで記すプログラムは、図５で示した処理部４０のメモリ４０３に格納されているプログラムであり、処理部４０のプロセッサにより実行されるものである。
測定作業を行う際には、データ取得を行う本測定（ステップＳ５０５）の前に、作業者は、測定精度確認プログラムにより、３次元測定機２０の精度が必要精度を満たしているか測定精度の確認を行う（ステップＳ５０１）。

次に、作業者は、測定機２０による測定データの座標系を構体５０の座標系Ｏに座標変換するための測定を行い、座標変換プログラムにより座標変換用データを生成する（ステップＳ５０２）。
続いて、作業者は、ケガキ位置情報４０６に含まれる測定箇所を指示するために、３次元測定機２０を操作する。３次元測定機２０は、ケガキ位置指示プログラムにより、内蔵するレーザーを構体５０の座標系Ｏにおける３次元座標を通過するように照射し、プローブ１０を持つ測定者に対してその測定箇所を指示する（ステップＳ５０３）。

次に、作業者は、測定機位置確認用治具７０を測定し、測定機位置登録プログラムにより３次元測定機２０の初期位置を登録する（ステップＳ５０４）。
その後に、作業者は、本測定としてあらかじめ登録されている基準点情報４０１の測定箇所を測定する（ステップＳ５０５）。この本測定の作業（ステップ）については、図１３を用いて後述する。

本測定（ステップＳ５０５）が終了後、作業者は、ステップＳ５０４で測定した測定機位置確認用治具７０を再度測定し、測定機位置確認プログラムにより測定機位置が変化していないことを確認する（ステップＳ５０６）。
最後に、作業者は、再度測定精度確認プログラムにより測定精度を確認し（ステップＳ５０７）、測定作業を終了する。

また、ステップＳ５０３において、レーザー照射手段を別途用意してもよい。この場合には、別途用意したレーザー照射手段を、構体５０の座標系Ｏと一致させる必要がある。別途用意することにより、本測定（ステップＳ５０５）とケガキ指示（ステップＳ５０３）とを同時に行うことが可能となる。

以上のように、実施例１は、測定作業の詳細フローとして、本測定（ステップＳ５０５）の前後で測定精度を確認すること（ステップＳ５０１及びステップＳ５０７）により、測定点の座標測定精度を保証し、加えて、本測定（ステップＳ５０５）の直前直後で測定機位置に変化がないことを確認すること（ステップＳ５０４及びステップＳ５０６）により、測定データが同じ座標系にあることを保証している。

ステップＳ５０１及びステップＳ５０７で行う測定精度の確認作業について、図９を用いて説明する。測定精度の確認作業には、精度確認用治具６０を用いる。図９は、精度確認用治具６０にプローブ１０をセットする状態を例示する図である。測定精度を確認するために、プローブ１０の先端球１０４の中心を精度確認用治具６０の固定部６１に固定した状態でプローブ１０を動かし、収録される測定点のばらつきを評価する方法や、精度確認用治具６０の基準バー部６２の既知の長さＬ０を測定し比較する方法などがある。精度確認の判定基準は、必要精度より小さく設定する。

ここで、精度確認用治具６０の基準バー部６２の長さＬ０は、３次元測定機２０の測定範囲のうち測定に使用する領域全体における測定精度を評価するために、測定対象と同程度の長さを有することが望ましい。しかし、大き過ぎると精度確認用治具６０の可搬性が低下するため取り扱いが困難になる。測定対象である構体５０が３ｍ×３ｍ×２５ｍ程度の大きさであることを鑑みると、この長さＬ０を、例えば、構体５０の最大長さの１／１０程度の長さとして、１ｍ〜５ｍ程度にするとよい。

上述した測定精度の確認は、複数個所で行うことが望ましいところ、多くなると測定精度に時間がかかることになる、そのため、例えば、構体５０の長手方向の車両端部で行うとよい。また、複数種類のスタイラス１０５を用いる場合には、少なくとも１箇所以上で行う精度検証をすべての種類のスタイラス１０５で以て行うようにする。

次に、ステップＳ５０６で行う測定機位置の確認作業について、図１０を用いて説明する。測定機位置の確認作業には、測定機位置確認用治具７０を少なくとも１つ以上配置する。そして、構体５０に対して測定機位置確認用治具７０が動かないように、万力、接着剤またはテープなどで測定機位置確認用治具７０を構体５０に固定する。

図１０は、測定機位置確認用治具７０にプローブ１０をセットする状態を例示する図である。測定機位置確認用治具７０に、プローブ１０の先端球１０４より小さい穴７０１またはＬ字コーナー７０２などを設けることにより、プローブ１０の先端球１０４の中心位置が一意に決まる構造とする。これによって、測定機位置確認用治具７０の位置を高い再現性でもって測定することができるため、ステップＳ５０６で実施する３次元測定機２０の位置の確認を高い精度で行うことができる。

３次元測定機２０の位置が動く原因としては、例えば、人などが３次元測定機２０に接触する場合などがある。ただし、判定基準を厳しくすると、構体５０が温度により伸縮した影響や３次元測定機２０の測定再現性の影響などにより、３次元測定機２０が動いたと判定してしまう場合が出てくる。そのために、判定基準としては１ｍｍ程度とすることが望ましい。

また、測定機位置確認用治具７０を２つ以上配置することにより、３次元測定機２０が動いたか測定機位置確認用治具７０が動いたかを判定できる。更に、測定機位置確認用治具７０を３つ以上配置することにより、３次元測定機２０が動いた場合に、動く前後の座標系を一致させる変換行列を求めることができる。ただし、測定機位置確認用治具７０が多すぎると測定機位置確認用治具７０を測定するための作業時間が伸びるため好ましくないが、測定機位置確認用治具７０の１つが動いて支障をきたすことに対する安全を期するために、配置数としては４つ程度が望ましい。

他方で、測定機位置確認用治具７０を用いずに、構体５０の特徴点を利用してもよい。構体５０の特徴点としては、例えば、内装品取付け用の穴や６面体の角部などがある。なお、３次元測定機２０の固定位置が変わらない保証が取れる場合には、３次元測定機２０位置の登録と確認（ステップＳ５０４及びステップＳ５０６）を省略してもよい。

図１１は、図８の測定作業フローにおけるステップＳ５０２の座標変換を説明する図である。構体５０に対する３次元測定機２０の据え付け位置を指示し、その指示に合わせて３次元測定機２０の設置位置を厳密に合わせることは困難である。そのため、３次元測定機２０を設置した座標変換前の状態では、あらかじめ計測装置１に登録した基準点８００の座標系Ｏ’と構体５０の座標系Ｏとは一致していないことが一般的である。そこで、ステップＳ５０２の座標変換を行うことにより、３次元測定機２０の座標系Ｏ’にある基準点の座標データを構体５０の座標系Ｏに変換することができる。
また、先に述べた測定機位置の確認は、測定機位置確認用治具７０を用いずに、ステップＳ５０２の座標変換を都度行い、任意の測定点の移動量で判定することも可能である。

図１２は、図８の測定作業フローにおけるステップＳ５０２の座標変換の作業フローの一例を示す図である。
構体５０の座標系Ｏを算出するために、作業者は、順に、平面作成用のための点を測定し（ステップＳ５０２１）、軸作成用のための点を測定し（ステップＳ５０２２）、点作成用のための点を測定する（ステップＳ５０２３）。続いて、作業者は、座標変換プログラムにより座標変換を実行する（ステップＳ５０２４）。

構体５０の座標系Ｏを算出できるのであれば、測定対象は平面、軸及び点である必要はなく、平面、平面及び平面でも、軸、軸及び軸でもよい。
また、平面、軸及び点が正しく測定できたか、平面度、直線度及び点間距離などの判定値を設けて、判定を行ってもよい（ステップＳ５０２５）。判定結果がＮＯであれば、再度測定をやり直すことになるが、判定結果がＹＥＳであれば、処理を終了する。
この判定には、座標変換プログラムに判定機能を設けるか、別途判定プログラムを用意することにより、対応を図る。判定値は、固定設定とするか、測定作業ごとに手動またはテーブル等からの選択により可変に設定して対応を図る。

図１３は、図８の実施例１に係る測定作業の詳細フローにおいて、ステップＳ５０５の本測定の作業フローを例示する図である。ここで使用している「カテゴリ」とは、複数の基準点をまとめたグループのことであり、カテゴリ毎に測定を行う。カテゴリを用いることにより、複数の測定箇所で測定許容範囲が重複するなどにより干渉する、すなわち空間の同じ座標を含む場合などを避けるために、異なる測定カテゴリに分ける。これにより、測定箇所の特定を容易にする効果がある。また、カテゴリ間の測定順序を規定する役割を果たすことにもなる。カテゴリ内の測定順序は、任意であっても指定してもよい。

測定プログラムは、基準点テーブル４０１ａからカテゴリの数と各カテゴリでの測定箇所数を読み込む（ステップＳ５０５１）。
次に、測定プログラムは、あらかじめ処理部４０に登録されているカテゴリ別の基準点情報を基準点テーブル４０１ａから読み込み（ステップＳ５０５２）、これから測定するカテゴリの測定項目のみを入出力部４０４の出力部に表示する（ステップＳ５０５３）。

続いて、作業者は、先のステップＳ５０５３で表示された内容（測定項目）に基づいてカテゴリ別の測定を行う（ステップＳ５０５４）。
測定プログラムは、ステップＳ５０５４のカテゴリ別の測定から順次得られる測定データをチェックして、同一カテゴリ内の全ての測定箇所の測定を終えたか否かを判定する（ステップＳ５０５５）。
同一カテゴリ内の全ての測定を終えた場合（ＹＥＳ）、作業者は、測定機位置確認プログラムを用いて３次元測定機２０の位置を確認する（ステップＳ５０５６）。全ての測定を終えていない場合（ＮＯ）、ステップＳ５０５４に戻り、作業者は測定を続ける。

３次元測定機２０の位置を確認すると、作業者は、測定プログラムにより、全てのカテゴリの測定を終えたかを判定する（ステップＳ５０５７）。全てのカテゴリの測定を終えていない場合（ＮＯ）、測定プログラムから次のカテゴリが指定され（ステップＳ５０５８）、作業者は、ステップＳ５０５２に戻り再度測定を実行する。全てのカテゴリの測定を終えた場合（ＹＥＳ）、測定プログラムは、測定結果の帳票を作成し（ステップＳ５０５９）、作成情報を出力して（ステップＳ５０６０）、処理を終了する。

ここで、３次元測定機２０の位置の確認（ステップＳ５０５６）において、３次元測定機２０が動いたと判定された場合には（なお、この判定については図示せず）、以下の対処を行う。
一つには、測定データを全て消去し、座標変換（図８のステップＳ５０２）から再度実施する方法、他には、一つ前のカテゴリまでの測定データを残して、座標変換（図８のステップＳ５０２）から再度作業を実施する方法がある。後者の方法では、一つ前までのカテゴリの測定データを残すことにより、作業時間の遅延を減らすことができる。
また、測定機位置確認用治具７０を再度測定して座標系を座標変換を行う方法もある。座標系を再度作成するより測定機位置確認用治具７０を再度測定した方が、測定点数が少ない場合には、作業時間を短縮することができる。

図１４は、カテゴリ分けの一例を示す図である。
基準点８００の全てを、例えば、図１４に示すように、窓開口やドア開口などの開口を測定する基準点８０１から成るカテゴリ１と、その他の基準点８０２から成るカテゴリ２とに分ける。このように、複数の測定箇所で測定許容範囲が干渉する場合や、測定箇所が近い点を異なるカテゴリに分けることにより、測定箇所の特定を容易にする。

図１４に示したカテゴリ分けの一例のように、特定箇所の特徴毎にカテゴリを分ける場合には、測定箇所のパターンを覚え易いように測定箇所の特徴毎にカテゴリを決定する。これにより、全測定点に対して、例えば車両前方から後方に向かって順番に測定を行うよりも、測定箇所を探す作業時間を短くすることができる。

また、図１３で示したように、例えばカテゴリ毎に３次元測定機２０の位置が動いていないかをステップＳ５０５６において判定する際、カテゴリを分け過ぎると、測定機位置確認用治具７０の測定時間が増加することになる。それを避けるために、測定機位置確認用の測定点数は一つのカテゴリの測定点数の１０％以下を目安として、カテゴリの数と各カテゴリの測定点数を決めることが望ましい。

図１５は、カテゴリ別の測定フローの一例を示す図である。
測定プログラムは、基準点８００と現時点におけるプローブ１０の先端球１０４の中心座標とを比較し、測定箇所を入出力部４０４を介して作業者に知らせる（ステップＣ１０１）。以下、測定箇所を入出力部４０４を介して作業者に知らせることを「ガイド」という。

ここで、測定箇所を知らせる手段としては、画面表示、ランプ出力または音出力などがある。それらの出力部は、３次元測定機２０に設けるか、可搬または固定の出力部として別途用意してもよい。画面表示の場合には、測定箇所へのガイドを数値で表示できるという利点がある。ランプ出力の場合には、遠くからの視認性に優れるという利点がある。音出力の場合には、視線を音出力側に向けることなく作業を進められ作業効率に優れるという利点がある。音出力であれば音量や周波数、ランプ出力であれば点滅間隔や発光強度などを変化させることにより測定箇所との距離などを表すように出力してもよい。例えば、測定箇所に近づくと周波数を高くし、遠くなると周波数を低くすることにより、測定箇所までの距離を把握することができる。また、これらの出力態様を複数併用してもよい。

測定プログラムは、ガイドに従って作業者がプローブ１０の測定ボタン１０６を押すことでプローブ１０から送信された情報を、制御部３０を介して受け取り（ステップＣ１０２）、測定座標を収録し保存する（ステップＣ１０３）。ここで、収録し保存する測定座標は、プローブ１０から送信された情報を制御部３０の座標計算プログラム３０２が算出したプローブ１０の先端球１０４の中心座標である。

測定プログラムは、ガイドに従って測定して収録した測定座標が測定許容範囲内に入っているか否かを判定する（ステップＣ１０４）。測定座標が測定許容範囲内に入っていない場合（ＮＯ）、測定プログラムは、測定許容範囲外を示す出力情報を生成し（ステップＣ１０５）、生成した情報を出力して（ステップＣ１０６）、処理を終了する。

測定座標が測定許容範囲内に入っている場合（ＹＥＳ）、測定プログラムは、測定座標データの基準点との対応付けを行い、測定許容範囲内である出力情報を生成する（ステップＣ１０８）。
続いて、測定プログラムは、基準点テーブル４０１ａ（図６）の基準点情報に含まれるセル番地情報に従い、処理情報兼帳票テーブル４０１ｃ（図６）から必要な処理情報を読み込む（ステップＣ１０９）。

次に、測定プログラムは、処理情報兼帳票テーブル４０１ｃに含まれるペア記号情報から、ペアとなる基準点に対応する測定点、すなわち寸法抽出処理に必要な測定点が全て測定されているかを判定する（ステップＣ１１０）。
全ての点が測定されている場合（ＹＥＳ）、測定プログラムは、寸法抽出処理を実行し、寸法誤差などの所要データを算出する（ステップＣ１１１）。続いて、測定プログラムは、算出した寸法誤差に基づき公差判定結果を生成する（ステップＣ１１２）。ステップＣ１１１及びステップＣ１１２で算出及び生成したデータは、寸法抽出テーブル４０５ｂ（図６）に格納される。

これらの結果から、測定プログラムは、セル番地情報に基づき、帳票テーブル４０５ｃ（図６）のフォーマットの所定位置に、上記の寸法誤差と公差判定結果を入力して帳票テーブル４０５ｃの必要情報を生成し（ステップＣ１１３）、続いて、生成した情報を出力して（ステップＣ１０６）、処理を終了する。
全ての点が測定されていない場合（ＮＯ）、測定プログラムは、ステップＣ１０８で生成した測定許容範囲内の出力情報及び必要な情報が全て出力されていないことを示す情報生成し（ステップＣ１１４）、続いて、生成した情報を出力して（ステップＣ１０６）、処理を終了する。

処理終了後、図１３のステップＳ５０５５の判定の結果、カテゴリ内の全ての測定点が測定できていない場合（ＮＯ）、即座にステップＣ１０１に戻り、以降の測定及びそれに伴う処理が繰り返される。
測定許容範囲内に入っているか否かの出力情報と、公差判定結果の出力情報は、処理部４０の入出力部４０４の出力部から外部に出力される。

ここで、判定結果の出力手段としては、測定箇所を知らせる手段と同様に、画面表示、ランプ出力及び音出力などがある。画面表示の場合には、判定結果に加え、ズレ量を数値で知らせることができる利点がある。ランプ出力や音出力を用いる場合の利点は、先の測定箇所を知らせる手段の説明で記した利点と同様である。また、これらの出力態様を複数併用してもよい。

また、測定許容範囲を大きく設定すると測定箇所の特定は容易となるが、測定箇所のズレによる誤差が大きくなる可能性がある。逆に、測定許容範囲を小さくすると測定箇所のズレは小さくなるが、測定箇所の特定が困難となる。
ここで、ステップＣ１０４で、測定座標データが測定許容範囲に入っているか否かを判定する際に、測定プログラムは、スタイラス種類テーブル４０１ｂ（図６）に含まれるスタイラスの種類ＩＤ情報を用いて、予め登録したスタイラスで測定しているか否かについても同時に判定してもよい。このスタイラスの判定を実行することにより、誤ったスタイラスを用いて測定を行ってしまう誤測定を防止することができる。

以上のとおり、測定座標データが測定許容範囲内に入っているか否かの判定を介して対応付けが自動的に行われる。そして、ステップＣ１０８〜ステップＣ１１３により寸法抽出と表示情報の生成が行われ、ステップＣ１０６において生成された表示情報が出力される。これにより、作業者は即座に結果を確認することができる。

図１６は、基準点８００の測定許容範囲の具体例を示す図である。立方体８０１、直方体８０２（８０５）、球８０３及び円柱８０４など、領域を定義できれば形状は任意である。また、基準点８００が中心位置でも、直方体８０５のように中心位置になくてもよい。

構体５０は、キャンバーと呼ばれる設計図面上には反映されていないレール方向に湾曲した形状をしている。車両構体のキャンバーは、全長２５ｍ（２５０００ｍｍ）の中心位置で、１５ｍｍ程度車端部より高くなるように設計されている。キャンバーを考慮すると、長手方向に１００ｍｍのズレが発生したとしても、床の高さは、（１００／１２５００）×１５＝０．１２ｍｍしか変化しない。構体５０の寸法測定には十分な精度であるため、測定許容範囲は１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ程度を目安とするとよい。

ただし、Ｒ形状や段差があるなど測定位置のズレによる測定誤差が大きい場合には制限を加えることにより、測定箇所のズレによる誤差を防止することができる。また、基準点８００を中心位置からずらすことにより、段差などの誤測定を抑止することが可能となる。更には、基準点８００の中心位置をキャンバーに沿って高さ方向に上下してもよい。その場合には、測定許容範囲の中心に近い位置での測定が可能となるため、高さ方向の測定許容範囲を狭くすることができ誤測定を防止することができる。

図１７は、寸法抽出処理の具体例を示す図である。
寸法抽出は、処理兼帳票テーブル４０１ｃに含まれる処理数式に基づき行う。事前に座標変換を行っているため、測定点の測定座標（ＸＹＺ座標）のうち、処理に必要な座標のみ用いることにより、処理の簡略化が可能となる。
例えば、ＹＺ平面に平行な断面Ａにおける構体高さＨの測定は、測定点８１０間のＺ軸方向の差hを求め、スタイラスの半径を２回足すこと、すなわちＨ＝ｈ＋ｒ＋ｒ、で求めることができる。

ここでは、Ｘ及びＹ方向の誤差を無視しているが、先に述べた測定許容範囲によりＸ及びＹ座標をＺ方向の変形が小さい領域に設定することにより、測定箇所による誤差を小さくして測定することができる。
処理に必要な座標のみを用いることと、ＸＹ、ＹＺもしくはＺＸの各平面に投影する処理は同じであり、投影した座標データを用いて寸法抽出処理を行ってもよい。

図１８は、測定中における測定データ等の画面表示を例示する図である。
画面表示Ｇ１０は、車両情報、帳票ＮＯ、測定日及び測定者などを表示する測定条件表示部Ｇ１０１、現在測定中のカテゴリに含まれる測定箇所の寸法誤差などを表示する測定結果表示部Ｇ１０２、現在使用中のプローブ１０の先端球１０４の中心座標、この先端球１０４の中心座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と現在ガイドしている基準点の基準座標との誤差（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）、現在測定中のカテゴリ、現在測定中のカテゴリ内の測定進捗率や作業指示のポップアップなどを表示する測定指示部Ｇ１０３及び基準点や測定点を表示する３Ｄ表示部Ｇ１０４から構成される。
作業者は、３Ｄ表示部Ｇ１０４や測定指示部Ｇ１０３の情報に従い、測定結果表示部Ｇ１０２に表示される結果を確認しながら測定する。

図１９は、測定終了時及び修正指示時の画面表示を例示する図である。
画面表示Ｇ２０は、図１８と同様の測定条件表示部Ｇ１０１、全測定箇所の寸法誤差を表示する測定結果表示部Ｇ２０２、修正等の作業指示のポップアップなどを表示する測定指示部Ｇ２０３、基準点や測定点を表示する３Ｄ表示部Ｇ２０４及び３Ｄ表示の断面もしくは一部の視点から観測した面内での誤差を表示する２Ｄ表示部Ｇ２０５から構成される。

作業者は、測定結果表示部Ｇ２０２、３Ｄ表示部Ｇ２０４及び２Ｄ表示部Ｇ２０５により測定結果を確認することができる。２Ｄ表示部Ｇ２０５に表示される誤差は、誤差を誇張した矢印または色情報を用いて表現することができるため、測定結果表示部Ｇ２０２の数値表示と比較すると、視覚的に修正箇所及び修正量を把握でき、また、他の箇所への影響の検討も容易になる。

実施例２は、測定時に測定不可の項目が生じるなどの不測の事態が発生した場合や設計情報や登録情報に誤りがある場合にでも、３次元測定機を用いた測定及びその測定結果に基づき鉄道車両構体の製造を可能にする実施形態である。
図２０は、実施例２に係る本測定（実施例１に係る、図１３のステップＳ５０５）のフローを例示する図である。

図２のプローブ１０の測定ボタン１０６以外のボタンとして、新たにスキップボタンを割り当て、このスキップボタンが押された信号（以下、「スキップ信号」という）を情報として保持しておく。図１３のステップＳ５０５５で行うカテゴリiの測定箇所全ての測定を終えたかの判定に、スキップしたかどうかの判定（スキップ信号の有無の判定）を加え、ステップＳ５０５５に替えてステップＳ５０６２としている。このステップＳ５０６２以外のステップは、実施例１の図１３の本測定のフローの場合と同様である。

ここで、スキップボタンを押す契機となる状況としては、例えば、測定途中で測定ができないような事態が発生し（部品の欠落や不要な部品の存在など）、予定の測定項目をスキップして後で再測定するような場合、特定のカテゴリなどに設計情報や登録情報に誤りがあることが測定直前や測定時に判明し、そのカテゴリの測定をスキップして後で再測定するような場合などがある。

図２１は、実施例２に係る測定作業の詳細フローを例示する図である。
実施例２においても、実施例１に係る図８の測定作業の詳細フローを基本としている。その上で、実施例２に係る測定作業のフローは、図８の本測定（ステップＳ５０５）の後に続き、測定機の位置確認を行う前に、スキップした基準点に対応する測定点を追加して測定するステップ（ステップＳ５１０）及び追加測定した測定点の処理情報を登録するステップ（ステップＳ５１１）を追加している。
この追加ステップにより、測定時に測定不可の項目が生じるなどの不測の事態が発生した場合や設計情報や登録情報に誤りがある場合でも、一連の測定作業のフローの中で寸法測定を完了させることが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。更にまた、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

そして、上記の各構成、機能、制御部、処理部等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示し、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０ プローブ、２０ ３次元測定機、３０ 制御部、４０ 処理部、５０ 構体、
６０ 精度確認用治具、７０ 測定機位置確認用治具、４０１ 基準点情報、４０２ 測定条件情報、４０５ 測定点情報、４０６ ケガキ位置情報

Claims (11)

1. 測定箇所に接触させる球を先端に取り付けたスタイラスを備えるプローブと、
   前記プローブの前記球の座標を測定する３次元測定機と、
   データテーブルを有する処理部と
   を少なくとも備え、
   前記処理部は、
   前記データテーブルに鉄道車両に設けた基準点に関するデータを格納し、
   前記基準点の３次元基準座標と前記プローブ及び前記３次元測定機により前記鉄道車両を測定して得られる３次元測定座標との座標誤差に基づき、測定毎に前記３次元測定座標と前記３次元基準座標との対応付け及び前記鉄道車両の寸法計算を行い、
   前記測定の開始時に登録した前記３次元測定機の初期位置を測定中及び測定終了時に確認して、前記３次元測定機の位置変化の有無を判定する
   ことを特徴とする計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記処理部は、
   前記データテーブルに前記基準点の３次元基準座標周辺の測定許容範囲情報を格納し、
   前記３次元測定座標が前記測定許容範囲内であるか否かを判定して、前記測定許容範囲内であれば当該３次元測定座標を採用し、前記測定許容範囲外であれば当該３次元測定座標を不採用とする
   ことを特徴とする計測装置。
3. 請求項１に記載の計測装置であって、
   前記処理部は、
   測定対象範囲の少なくとも１箇所以上に配置した測定機位置確認用治具に前記プローブの前記球をセットすることで得られる当該測定機位置確認用治具の位置測定結果に基づいて、前記初期位置の登録及び前記初期位置の確認を行う
   ことを特徴とする計測装置。
4. 請求項１または３に記載の計測装置であって、
   前記処理部は、
   前記測定の開始前及び終了後に、前記３次元測定機の測定精度を確認する
   ことを特徴とする計測装置。
5. 請求項４に記載の計測装置であって、
   前記処理部は、
   測定対象範囲の少なくとも１箇所以上に配置した精度確認用治具に前記プローブの前記球をセットすることで得られる当該精度確認用治具の位置または長さの測定結果に基づいて、前記測定精度の確認を行う
   ことを特徴とする計測装置。
6. 請求項４に記載の計測装置であって、
   前記プローブは、測定箇所をスキップするスキップ信号を発する操作部を備え、
   前記処理部は、
   前記操作部から前記スキップ信号を受け取ると、前記測定の終了後で前記３次元測定機の測定精度を確認する前に、前記スキップした測定箇所を追加測定して得られる３次元測定座標について前記対応付け及び前記寸法計算を行う
   ことを特徴とする計測装置。
7. 測定箇所に接触させる球を先端に取り付けたスタイラスを備えるプローブと、
   前記プローブの前記球の座標を測定する３次元測定機と
   を少なくとも用い、
   前記プローブ及び前記３次元測定機により鉄道車両の測定を行って３次元測定座標を取得し、前記鉄道車両に設けた基準点に対する３次元基準座標と前記３次元測定座標との座標誤差を求め、前記座標誤差に基づき、測定毎に前記３次元測定座標と前記３次元基準座標との対応付け及び前記鉄道車両の寸法計算を行う測定ステップと、
   前記測定の開始時に前記３次元測定機の初期位置を登録し、測定中及び測定終了時に前記登録した初期位置を確認して、前記３次元測定機の位置変化の有無を判定する位置変化判定ステップと
   を有する計測方法。
8. 請求項７に記載の計測方法であって、
   前記基準点の３次元基準座標周辺の測定許容範囲情報を設定し、前記３次元測定座標が前記測定許容範囲内であるか否かを判定し、前記測定許容範囲内であれば当該３次元測定座標を採用し、前記測定許容範囲外であれば当該３次元測定座標を不採用とする座標判定ステップ
   を更に有する計測方法。
9. 請求項８に記載の計測方法であって、
   前記不採用時には前記鉄道車両に修正を施し再度前記測定を実行する再測定ステップ
   を更に有する計測方法。
10. 請求項７に記載の計測方法であって、
    前記測定の開始前及び終了後に、前記３次元測定機の測定精度を確認する測定精度確認ステップ
    を更に有する計測方法。
11. 請求項１０に記載の計測方法であって、
    前記測定の途中で、測定箇所のスキップ操作を可能とし、
    前記測定の終了後で前記３次元測定機の測定精度を確認する前に、前記スキップ操作した測定箇所を追加して測定し、当該追加した測定箇所について前記対応付け及び前記寸法計算を行う追加測定ステップ
    を更に有する計測方法。

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