JP6835641B2 - 出来形計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、トータルステーションを用いた出来形計測方法に関する。

部材の出来形を計測する場合には、部材に設置されたターゲットをトータルステーション等により測定する方法が一般的に採用される。このようなターゲットとして、ターゲットプリズムを使用すれば、測点の座標を簡易に測定できる。ところが、ターゲットプリズムでプリズムを構成するガラスを光が通過する際、空気中よりも光の速度が遅くなる。そのため、ターゲットプリズムは、一般的にプリズムの屈折率に基づいたプリズム定数を考慮した設計となっているが、それでも測点の実測値にわずかな誤差が生じるおそれがある。

一方、ターゲットを使用することなく、非接触で測定する方法としては、カメラで撮影した画像を基に行う方法や、３Ｄスキャナーによる測定データを利用する方法等がある。ところが、カメラの撮影画像を利用する方法は、カメラ画素数に限界があり、大型部材の計測では数ミリ程度の誤差が生じるおそれがある。また、３Ｄスキャナーは、機械的に一定のサイクルで回転するミラーによって測定するものであるため、点群が所定のピッチで測定される。そのため、特に大型部材に設定された測点の位置を正確に測定できないおそれがあった。

そのため、本出願人は、例えば、特許文献１に示すように、ノンプリズム式トータルステーションを利用した円の中心点を測定する方法として、円の境界線の内側と外側にそれぞれ基点を設定して、両基点を利用して二分法により円の境界線上の境界点を抽出し、同様の方法により抽出した複数の境界点の座標を用いて最小二乗法により円の中心座標を算出する方法を開示している。

特開２０１７−９５５７号公報

特許文献１の計測方法は、１つの測点の座標を算出するために測量を多数回行う必要があり、作業に手間と時間がかかる。すなわち、１つの測点（円の中心点）を測定するために、多数の境界点を抽出する必要がある。各境界点の抽出は、円の内側と外側に設定した２つの基点を測定した後、これら基点の中間点を測定し、この中間点および一方の基点を新たな基点として新たな中間点を測定することを繰り返す二分法により行う。そのため、円の中心点等、１つの測点の座標を算出するために手間と時間を要する。同様に、部材の縁部分の測量や段差境界線等を測量する場合にも、測量を多数回繰り返す必要があり、手間と時間がかかっていた。
このような観点から、本発明は、より簡易かつ早期に、測点等を高精度に測定することを可能とした出来形計測方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の出来形計測方法は、設計座標が既知の測点に中心点が一致するように反射シートターゲットを設置する作業と、前記測点の設計座標に基づいて、当該測点の周囲に複数の視準点を設定する作業と、トータルステーションの視準方向を前記視準点に設定して、前記視準点から前記反射シートターゲットの中心点を追尾測量して複数の測量座標値を取得する作業と、複数の前記測量座標値を用いて、最小二乗法により前記反射シートターゲットの中心座標値を算出する作業とを備えることを特徴としている。

本発明の出来形計測方法によれば、１つの測点に対して、比較的少ない点数（例えば、４乃至６点程度）の視準点を計測することで、測点の座標を正確に算出することができるため、従来の手法に比べて手間を削減することができ、ひいては、計測に要する時間を大幅に削減することができる。
なお、直線上に設定された複数の前記測点に設置された反射シートターゲットの中心座標値を算出すれば、複数の前記中心座標値を用いて最小二乗法により前記直線の直線方程式を算出することができる。前記直線が、部材の一の面と他の面とが交わる境界線や、部材の表面に形成された段差の境界線等と平行であれば、部材の角部や境界線等の位置を正確に算出することができる。

本発明の出来形計測方法によれば、簡易かつ早期に、測点等を高精度に計測することが可能となる。

本発明の実施形態の出来形測定方法を説明するための斜視図である。 第一の実施形態の出来形測定方法を説明するための斜視図である。 視準点の設定状況を示す模式図である。 第二の実施形態の出来形測定方法を説明するための斜視図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、図１に示すように、角部が面取りされたコンクリート部材２の出来形を、トータルステーション１により測定する場合について説明する。本実施形態では、コンクリート部材２の上面２１（第一面）と前面２２（第二面）との角２３（上面２１と前面２２とが交わる境界線）を測定する。本実施形態のコンクリート部材２は、角部が隅切されて傾斜面が形成されているが、角部の形状は限定されるものではなく、例えば、弧状に丸められていてもよい。また、図１では、上面２１および前面２２が、それぞれ水平面と鉛直面を呈しているが、コンクリート部材２の各面の角度は限定されない。例えば、上面２１および前面２２は水平または鉛直に対して傾斜していてもよい。

まず、コンクリート部材２の上面２１に設けられた二つ基準点Ｐ１，Ｐ２を測定する。二つの基準点Ｐ１，Ｐ２は、コンクリート部材２の上面２１に固定されたプリズムターゲットをトータルステーション１により自動測量することにより測定する。このとき、測量に使用する座標軸は、トータルステーション１を中心とした第一座標軸を利用する。なお、基準点Ｐ１，Ｐ２の設置位置は限定されるものではない。基準点Ｐ１，Ｐ２の測定値は、図示しないコンピュータに送信する。
コンピュータが基準点Ｐ１，Ｐ２の座標を受信すると、当該コンピュータにより、一方の基準点Ｐ１を中心として、両基準点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線をＸ軸とした第二座標軸を設定する。

コンクリート部材２の角部の測定は、図２に示すように、コンクリート部材２の上面２１に載置した第一板材３１と、コンクリート部材２の前面２２に添設した第二板材３２とを利用して行う。第一板材３１の一部は、コンクリート部材２の前面２２よりも前方に突出しており、第二板材３２の上端は、第一板材３１の突出部分の下面に当接している。すなわち、第一板材３１の下面と、第二板材３２の裏面との交線は、面取りされたコンクリート部材２の角２３を構成する。第一板材３１および第二板材３２を構成する材料は限定されるものではないが、自重によりたわむことがない剛性を有したものを使用する。また、第一板材３１および第二板材３２の裏面（コンクリート部材２との当接面）は、コンクリート部材２への貼り付けおよびコンクリート部材２から剥がすことが可能な粘着性を有しているのが望ましい。

第二板材３２には、複数（本実施形態では４つ）の反射シートターゲット３が設置されている。複数の反射シートターゲット３は、第二板材３２の上端（上辺）と平行な直線（オフセット線３３）上に設定されている。第二板材３２の上端と、オフセット線３３との離隔距離（オフセット距離）は既知である。また、反射シートターゲット３同士の間隔も既知である。すなわち、第一板材３１と第二板材３２とをそれぞれコンクリート部材２の上面２１と前面２２に設置すれば、コンクリート部材２の前面２２に設定された設計座標が既知の複数の測点４に反射シートターゲット３の中心点が一致した状態（測点４を通る前面２２の法線上に反射シートターゲット３の中心点が位置する状態）で反射シートターゲット３が設置された状態になる。なお、第二板材３２に設定される反射シートターゲット３の数は限定されるものではない。

次に、図３に示すように、視準点５を設定する。本実施形態では、各反射シートターゲット３（各測点４）の周囲に視準点５を６つずつ設定する。視準点５は、測点４（反射シートターゲット３の中心点）からずらした位置に設定する。なお、測点４に対する視準点５の数は限定されるものではないが、４〜６点程度設定するのが望ましい。複数の視準点５は、測点４の周囲を囲うように配置するとともに、視準点５同士の間隔が等間隔になるように設定するのが望ましい。このように、複数の視準点５を利用して複数の方向から測点４を視準すれば、トータルステーション１のあそびやバックラッシュ等に起因する誤差を減らすことができ、サブミリメータ以下の測定をより高精度の行うことができる。なお、視準点５の配置は限定されるものではない。視準点５の設定は、コンピュータに入力された測点４の設計座標に基づいて、コンピュータが行う。
ここで、視準点５は、測点４の設計座標に基づいて設定された座標であって、反射シートターゲット３を測定する際に、トータルステーション１の向きを設定するために使用する。すなわち、視準点５は、仮想点であって、反射シートターゲット３の周囲に別途ターゲットなどを実際に設ける必要はない。

続いて、トータルステーション１を利用して反射シートターゲット３の中心座標を測定する。まず、トータルステーション１の視準方向を視準点５に設定して、測量を開始する。トータルステーション１は、視準点５から反射シートターゲット３の中心点を追尾測量する。トータルステーション１は、コンピュータから送信された視準点５のデータに基づいて、自動的に反射シートターゲット３の追尾測量を行う。測定された測量座標値は、コンピュータに送信される。同様の作業を各視準点５を利用して行うことで、６方向から視準することで得られた６つの測量座標値を取得する。
次に、６つの測量座標値を用いて最小二乗法により反射シートターゲット３の中心座標値（測点４の座標値）を算出する。反射シートターゲット３の中心座標値は、測量座標値を第二座標軸のＸＺ平面に投影して二次元座標に変換してから、最小二乗法により算出する。反射シートターゲット３の中心座標値の算出は、コンピュータにより行う。
同様の作業を繰り返すことにより、各反射シートターゲット３の中心座標値を算出する。

続いて、複数の反射シートターゲット３の中心座標値を用いて最小二乗法により、各測点４を通るオフセット線３３（図２参照）の直線方程式を算出する。直線方程式の算出は、コンピュータにより行う。
オフセット線３３の直線方程式を算出したら、当該直線方程式とオフセット距離とを利用して、コンクリート部材２の角２３の直線方程式を算出する。算出された角２３の計算値（測定値）と、設計値とを比較して、コンクリート部材２の出来形を確認する。

以上、本実施形態の出来形測定方法によれば、６点の視準点５を利用して測点４の座標値を正確に算出することができるため、従来の手法に比べて手間を大幅に削減することができる。コンクリート部材２の角２３からオフセットされた直線（オフセット線３３）を早期かつ正確に測定することで、面取りによって境界線が不明確なコンクリート部材２の角２３を、簡易かつ高精度に測定することができる。そのため、コンクリート部材２の出来形の計測に要する時間を大幅に削減することができる。
コンクリート部材２の計測に反射シートターゲット３を利用しているため、プリズムターゲットに比べて誤差が少なく、高精度の測定が可能である。

なお、本実施形態では、コンクリート部材２の上面２１と前面２２の角を測定する場合ついて説明したが、測定の対象となる角は限定されるものではない。例えば、コンクリート部材２の側面（第一面）と前面２２（第二面）の角や、底面（第一面）と前面２２（第二面）の角であってもよい。この場合には、第一板材３１を第一面（側面または底面）に添設し、第二板材３２を第二面（前面２２）に添設した状態で測定を行えばよい。
また、本実施形態では、第一板材３１および第二板材３２をそれぞれ個別に第一面または第二面に添設する場合について説明したが、第一板材３１と第二板材３２とが蝶番状の治具を介して連結されたものを使用してもよい。
第一面および第二面に添設する治具は板材に限定されるものではなく、シート材であってもよい。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、図１に示すように、コンクリート部材２の前面２２に形成されたボルト孔２４の位置を、トータルステーション１で測定する場合について説明する。なお、本実施形態では、ボルト孔２４の位置を測定する場合について説明するが、測定対象部位はボルト孔２４に限定されるものではない。例えば、内面が平坦な単なる孔や窪み（凹部）等であってもよい。
まず、コンクリート部材２の上面２１に設けられた二つ基準点Ｐ１，Ｐ２を測定する。二つの基準点Ｐ１，Ｐ２は、コンクリート部材２の上面２１に固定されたプリズムターゲットをトータルステーション１により自動測量することにより測定する。基準点Ｐ１，Ｐ２の座標を測定したら、一方の基準点Ｐ１を中心として、両基準点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線をＸ軸とした座標軸を設定する。

次に、図４に示すように、ボルト孔２４に、反射シートターゲット３が設置されたボルト３４を螺着する。反射シートターゲット３の中心は、ボルト３４の中心軸と一致している。なお、ボルト３４は、基準点Ｐ１，Ｐ２の測定前にボルト孔２４に螺着しておいてもよい。また、本実施形態では、ボルト孔２４にボルト３４を取り付ける場合について説明するが、測定対象部位（ボルト孔２４等）に取り付ける部材は、反射シートターゲット３が設置可能で、かつ測定対象部位に取付可能であれば、ボルト３４に限定されるものではなく、例えば、ピン治具であってもよい。
次に、図３に示すように、視準点５を設定する。本実施形態では、各反射シートターゲット３（各測点４）の周囲に視準点５を６つずつ設定する。なお、視準点５の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
続いて、トータルステーション１を利用して反射シートターゲット３の中心座標を測定する。反射シートターゲット３の中心座標の測定方法は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
そして、複数の測量座標値を用いて最小二乗法により反射シートターゲット３の中心座標値（測点４の座標値）を算出する。反射シートターゲット３の中心座標値は、測量座標値を第二座標軸のＸＺ平面に投影して二次元座標に変換してから、最小二乗法により算出する。

以上、本実施形態の出来形測定方法によれば、６点の視準点５を利用して測点４の座標値を正確に算出することができるため、従来の手法に比べて手間を大幅に削減することができる。同一平面に形成された複数のボルト孔２４の座標値を測定すれば、ボルト孔２４同士の位置関係の確認とともに、ボルト孔２４が形成された平面の平面性を確認することができる。
コンクリート部材２の計測に反射シートターゲット３を利用しているため、プリズムターゲットに比べて誤差が少なく、高精度の測定が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本実施形態の出来高計測方法により測定を行う測定対象物はコンクリート部材に限定されるものではない。
また、出来高計測方法は、測定対象物の角２３の測定や、ボルト孔２４の位置の測定に限定されるものではなく、例えば、測定対象物の縁の測定、測定対象物の表面に形成された段差部分の境界線や段差の高さの確認などにも応用することができる。すなわち、オフセット線３３の測定を利用すれば、部材の縁や境界線を算出することができ、また、高さの異なる２つの平面を測定することで段差の高さを確認することができる。
測量時に使用する座標軸および座標値の算出に利用する座標軸は限定されるものではない。

１ トータルステーション
２ コンクリート構造物（測定対象物）
３ 反射シートターゲット
４ 測点
５ 視準点
Ｐ１，Ｐ２ 基準点

Claims (3)

1. 設計座標が既知の測点に中心点が一致するように反射シートターゲットを設置する作業と、
   前記測点の設計座標に基づいて、当該測点の周囲に複数の視準点を設定する作業と、
   トータルステーションの視準方向を前記視準点に設定して、前記視準点から前記反射シートターゲットの中心点を追尾測量して複数の測量座標値を取得する作業と、
   複数の前記測量座標値を用いて、最小二乗法により前記反射シートターゲットの中心座標値を算出する作業と、を備えることを特徴とする、出来形計測方法。
2. 複数の前記中心座標値を用いて最小二乗法により直線の直線方程式を算出することを特徴とする、請求項１に記載の出来形計測方法。
3. 前記直線が、前記測点が設定された部材の一の面と他の面とが交わる境界線と平行であることを特徴とする、請求項２に記載の出来形計測方法。

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