JPH0843009A - Three-dimensional measuring apparatus for structure - Google Patents
Three-dimensional measuring apparatus for structureInfo
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- JPH0843009A JPH0843009A JP6175862A JP17586294A JPH0843009A JP H0843009 A JPH0843009 A JP H0843009A JP 6175862 A JP6175862 A JP 6175862A JP 17586294 A JP17586294 A JP 17586294A JP H0843009 A JPH0843009 A JP H0843009A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば連結されて組み
立てられる橋梁ブロック等、大型の構造部材において、
隣接する構造部材の数値仮組立を行なう際に必要な個々
の構造部材の形状、寸法等に関するデータを精密に計測
する3次元計測装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large-scale structural member such as a bridge block which is assembled by being connected,
The present invention relates to a three-dimensional measuring device that accurately measures data regarding the shape, size, etc. of each structural member required when performing numerical temporary assembly of adjacent structural members.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、連結されて組み立てられる橋梁
ブロックや、縦方向に連結されて組み立てられる長大橋
主塔ブロック等の構造部材においては、製作した個々の
構造部材毎に設計通りの理想的な形状に対して幾分かの
誤差が生じることは避けられないため、現場での組立の
際には構造物全体として見たときの理想的な全体形状に
対して最も誤差が小さくなるように構造部材を連結する
必要がある。そのためには、従来から、工場において製
造した構造部材の仮組立を行なうことにより、現場工事
に対する品質保証を行なっていた。2. Description of the Related Art For example, in a structural member such as a bridge block which is assembled by being connected or a long tower main tower block which is assembled by being connected in a longitudinal direction, each manufactured individual structural member is ideal as designed. Since it is inevitable that some error will occur in the shape, the structure is designed so that the error will be the smallest when compared to the ideal overall shape of the entire structure when assembled on site. It is necessary to connect the members. For that purpose, the quality assurance for the on-site construction has been conventionally performed by temporarily assembling the structural members manufactured in the factory.
【0003】この仮組立の方法としては、橋梁ブロック
のような数m〜数十mオーダーと大型の構造部材同士を
実際に仮組立することで生じる諸問題、例えば作業に多
大な時間や労力を要する等の問題を解消するために、コ
ンピュータシミュレーションを用いた数値仮組立法が検
討されている。そして、この数値仮組立を行なう際に
は、コンピュータに入力するデータとして製作した個々
の構造部材に固有の捩れ、たわみ等の形状やボルト孔の
位置、各部の寸法等を精密に、例えば0.1mmオーダ
ー以上もの高精度で計測することが必要となる。As a method of this temporary assembly, various problems caused by actually temporarily assembling large structural members of the order of several meters to several tens of meters such as a bridge block, for example, a great deal of time and labor are required for work. In order to solve the problems such as the necessity, a numerical temporary assembly method using computer simulation is being studied. When the numerical temporary assembly is performed, the twists and bends unique to the individual structural members produced as data to be input to the computer, the positions of bolt holes, the dimensions of each part, etc. are precisely set to, for example, 0. It is necessary to measure with high accuracy of the order of 1 mm or more.
【0004】そこで、上記構造部材の形状や寸法を計測
するための計測装置としては、従来、CCDカメラを用
いた測角式のものや、セオドライトを用いた測距測角式
あるいは測角式のもの、いわゆる3角測量式の計測装置
が用いられており、これら計測装置を作業者が操作する
ことにより構造部材の計測を行なっていた。Therefore, as a measuring device for measuring the shape and size of the above-mentioned structural member, conventionally, there is an angle measuring type using a CCD camera, a distance measuring type using a theodolite, or an angle measuring type. What is called a triangulation type measuring device is used, and an operator operates these measuring devices to measure the structural members.
【0005】一方、前記計測値を用いて数値仮組立を行
なった後、施工現場に構造部材を搬送し実際の施工を行
なう際には、隣接する構造部材同士を縦、横、高さ方向
(X、Y、Z方向)でいかなる位置関係、捩れ関係で連
結するかといった、いわゆる芯合わせ作業が必要とな
る。したがって、数値仮組立実施後には芯合わせの目印
とするためのケガキを行なっていた。すなわち、隣接す
る構造部材の数値仮組立が終了した後、1人の作業者が
トランシット等を使用しながら他の作業者が目標位置に
ペンキ塗りを行ない、その後、ケガキ針を使用してケガ
キ線を引くようにしていた。On the other hand, when the structural members are transported to the construction site for actual construction after performing the numerical temporary assembly using the measured values, the adjacent structural members are vertically, horizontally, and vertically ( A so-called centering work is required such as what kind of positional relationship and twist relationship are to be connected in the (X, Y, Z directions). Therefore, after the numerical provisional assembly is performed, marking is performed as a mark for alignment. That is, after the numerical provisional assembly of the adjacent structural members is completed, one worker uses the transit or the like while the other worker paints on the target position, and then the marking needle is used to perform the marking line. I was trying to pull.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
構造部材の計測方法は、非接触3角測量式の計測装置を
用いるものであり、この方式の装置を用いて計測を行な
う限りはX、Y、Z方向での座標歪が避けられないた
め、X、Y、Z方向のそれぞれで計測誤差にバラツキが
あり、計測精度の向上には限界があった。そして、計測
ポイントにターゲットを取り付けるためにターゲットの
製作誤差や設置誤差が含まれる問題、直接視準できない
場合には計測ポイントからオフセットしたポイントを計
測することによる間接誤差が入る問題、計測ポイントに
ターゲットを設置したり、ケガキを入れる等の計測準備
作業に時間を要する問題、充分に広い作業スペースを確
保しなければならないという問題等、多くの問題があっ
た。また、作業面から見ても、この計測作業は作業員の
技能や労力、ならびに多大な作業時間を要するという問
題があった。As described above, the conventional method for measuring a structural member uses a non-contact triangulation type measuring device, and as long as the measurement is performed using this type of device, Since coordinate distortion in the X, Y, and Z directions is unavoidable, there are variations in the measurement error in each of the X, Y, and Z directions, and there is a limit in improving the measurement accuracy. And, the problem that the target manufacturing error and the installation error are included to attach the target to the measurement point, the problem that the indirect error occurs by measuring the point offset from the measurement point when direct collimation cannot be done, the target to the measurement point There were many problems such as the problem that it takes time to perform the measurement preparation work such as installation of a sickle and putting in a scratch, and the problem that a sufficiently large work space must be secured. Further, in terms of work, there is a problem that this measuring work requires skill and labor of the worker and a great amount of work time.
【0007】一方、ケガキ作業においては、ケガキ位置
の精度を高めることが困難である、作業者の労力、作業
時間を非常に多く要する、計測結果から求めたケガキす
べき位置を計測装置側から直接指示する方法でケガキを
実施するためには計測装置とは別の機器や器具を用意す
る必要がある、等の問題があった。すなわち、構造部材
の計測およびケガキ作業は技術的な面、精度的な面、作
業的な面の全てにおいて多くの不具合があり、これらの
点を解消し得る手段の提供が望まれていた。On the other hand, in the marking operation, it is difficult to improve the accuracy of the marking position, the labor and the working time of the operator are very large, and the position to be marked obtained from the measurement result is directly measured from the measuring device side. In order to carry out scribing by the method instructed, there is a problem that it is necessary to prepare equipment and instruments different from the measuring device. That is, the measuring and marking operations of the structural members have many technical, precision, and operational problems, and it has been desired to provide means for eliminating these problems.
【0008】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、各種構造部材の計測からケガキに
わたる作業を高精度で合理的に行ない得る構造物の3次
元計測装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides a three-dimensional measuring apparatus for a structure which can rationally perform work ranging from measurement of various structural members to marking. The purpose is to
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の構造物の3次元計測装置は、互い
に連結されることで橋梁等の構造物を構成する各種の構
成部材の寸法や形状を把握するべく、該構成部材を被計
測物としてその任意の点を3次元座標として計測するた
めの装置であって、その上面に被計測物が載置されて移
動可能とされた可動フロアと、該可動フロア上に前記被
計測物が載置されたときに該被計測物を跨ぐように固定
された門型フレームと、該門型フレームに取り付けら
れ、該門型フレームに沿って水平移動可能、上昇下降可
能、および自身の軸線を中心として回転可能とされた計
測軸と、各計測軸に対して回動可能にそれぞれ取り付け
られ、互いに直交する5方向に延びるプローブの先端を
前記被計測物に接触させることでその接触点の座標を検
出するタッチセンサーと、前記可動フロア、計測軸およ
びタッチセンサーの作動を制御する制御装置とが具備さ
れていることを特徴とするものである。In order to achieve the above-mentioned object, the three-dimensional measuring device for a structure according to claim 1 is connected to each other to form various structural members such as a bridge. A device for measuring the arbitrary points of the constituent members as three-dimensional coordinates in order to grasp the dimensions and shape of the object, and the object is placed on the upper surface of the object and is movable. A movable floor, a gate-shaped frame fixed so as to straddle the object to be measured when the object to be measured is placed on the movable floor, and the door-shaped frame attached to the gate-shaped frame. A measurement axis that can be horizontally moved along the axis, can be moved up and down, and can be rotated around its own axis, and a tip of a probe that is attached rotatably to each measurement axis and extends in five directions orthogonal to each other. Touch the object to be measured A touch sensor for detecting the coordinates of the contact point by causing the movable floor, and is characterized in that a control device for controlling the operation of the measurement axis and a touch sensor is provided.
【0010】また、請求項2記載の構造物の3次元計測
装置は、前記門型フレームおよび計測軸がそれらの摺動
面を除いて断熱材により被覆されているとともに、それ
ら自体の温度を制御するための温度制御手段を備えてい
ることを特徴とするものである。Further, in a three-dimensional measuring apparatus for a structure according to a second aspect, the gate-shaped frame and the measuring shaft are covered with a heat insulating material except their sliding surfaces, and the temperature of them is controlled. It is characterized in that it is provided with a temperature control means for controlling.
【0011】また、請求項3記載の構造物の3次元計測
装置は、前記被計測物と同一の線膨張係数を有する材料
で形成され、前記被計測物の温度変化による計測値の誤
差を補正する際の基準となるスケールバーが具備されて
いることを特徴とするものである。A three-dimensional structure measuring apparatus according to a third aspect of the invention is formed of a material having the same linear expansion coefficient as that of the object to be measured, and corrects an error in a measured value due to a temperature change of the object to be measured. It is characterized in that it is provided with a scale bar that serves as a reference when performing.
【0012】また、請求項4記載の構造物の3次元計測
装置は、前記計測軸が前記被計測物もしくは他の障害物
と干渉することを防止するための干渉防止手段が具備さ
れていることを特徴とするものである。Further, the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 4 is provided with an interference preventing means for preventing the measuring axis from interfering with the object to be measured or another obstacle. It is characterized by.
【0013】また、請求項5記載の構造物の3次元計測
装置は、前記干渉防止手段が、前記計測軸の外面から所
定寸法外方の周囲に光学的保護手段を形成する発光部お
よび受光部を有し、該光学的保護手段の遮断の有無を検
知することにより、計測軸と被計測物または障害物との
干渉を防止するように構成されていることを特徴とする
ものである。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 5, the interference prevention means forms a light-emitting portion and a light-receiving portion around which an optical protection means is formed around the outer surface of the measurement shaft by a predetermined dimension. And is configured to prevent interference between the measurement axis and the object to be measured or an obstacle by detecting the presence or absence of interruption of the optical protection means.
【0014】また、請求項6記載の構造物の3次元計測
装置は、前記干渉防止手段が、前記計測軸に対して角度
変更可能に取り付けられたCCDカメラを有し、該CC
Dカメラから得られた被計測物または障害物の画像デー
タに基づいて前記計測軸の作動を制御することにより、
計測軸と被計測物または障害物との干渉を防止するよう
に構成されていることを特徴とするものである。Further, in a three-dimensional structure measuring apparatus according to a sixth aspect of the present invention, the interference prevention means has a CCD camera attached so that an angle can be changed with respect to the measurement axis, and the CC
By controlling the operation of the measurement axis based on the image data of the object to be measured or the obstacle obtained from the D camera,
It is characterized in that it is configured so as to prevent interference between the measurement axis and the object to be measured or an obstacle.
【0015】また、請求項7記載の構造物の3次元計測
装置は、前記計測軸に、隣接する構造部材同士を突き合
わせる際に互いの芯合わせの目印とするために前記被計
測物の所定の箇所にマーキングを施すためのマーキング
装置が、自動交換装置により前記タッチセンサーと交換
可能に取り付けられることを特徴とするものである。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to a seventh aspect, when the adjacent structural members are butted to the measuring axis, the predetermined three-dimensional measuring object is used as a mark for centering each other. A marking device for marking the location is attached so as to be replaceable with the touch sensor by an automatic replacement device.
【0016】また、請求項8記載の構造物の3次元計測
装置は、前記マーキング装置が、前記被計測物に対して
インクを噴射するインクジェット式またはケガキ針式も
しくはレーザーマーキング式のものとされたことを特徴
とするものである。Further, in the three-dimensional measuring device for a structure according to claim 8, the marking device is of an ink jet type, a marking needle type or a laser marking type for ejecting ink to the object to be measured. It is characterized by that.
【0017】また、請求項9記載の構造物の3次元計測
装置は、前記タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄
するためのクリーニング装置が具備されていることを特
徴とするものである。Further, a three-dimensional structure measuring apparatus according to a ninth aspect is characterized in that a cleaning apparatus for automatically cleaning the probe of the touch sensor is provided.
【0018】[0018]
【作用】請求項1記載の構造物の3次元計測装置におい
ては、可動フロア上に載置された被測定物に対して、制
御装置の制御に基づいて門型フレームの下方を可動フロ
アが移動し、門型フレームに対して計測軸が水平移動、
上昇下降、もしくは自身の軸線を中心として回転し、計
測軸に取り付けられたタッチセンサーが回動することに
より、被測定物における所定の計測位置にタッチセンサ
ーの5方向に延びるプローブのいずれかが接触する。そ
して、このプローブの接触点の3次元座標を検出する。In the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 1, the movable floor moves below the gate-shaped frame under the control of the controller with respect to the object to be measured placed on the movable floor. Then, the measuring axis moves horizontally with respect to the portal frame,
As the touch sensor attached to the measurement axis rotates up and down or rotates around its own axis, one of the probes extending in the five directions of the touch sensor comes into contact with the predetermined measurement position on the measured object. To do. Then, the three-dimensional coordinates of the contact point of this probe are detected.
【0019】また、請求項2記載の構造物の3次元計測
装置においては、門型フレームおよび計測軸を被覆する
断熱材が外部からの熱を遮断するとともに、温度制御手
段が門型フレームおよび計測軸の温度を制御することに
より、これら門型フレームおよび計測軸を恒温化し、こ
れらの温度変化による膨張や収縮を防止する。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to the second aspect, the heat insulating material covering the portal frame and the measuring shaft blocks heat from the outside, and the temperature control means serves as the portal frame and the measuring unit. By controlling the temperature of the shaft, the portal frame and the measuring shaft are kept at a constant temperature, and expansion and contraction due to temperature changes are prevented.
【0020】また、請求項3記載の構造物の3次元計測
装置においては、被計測物が温度変化により膨張または
収縮する場合、予め正確な寸法を計測済みで、かつ被計
測物と同一の線膨張係数を有するスケールバーを基準と
して用いることによって、被測定物の温度変化による計
測値の誤差を補正する。Further, in the three-dimensional structure measuring apparatus according to claim 3, when the object to be measured expands or contracts due to temperature change, accurate dimensions have been measured in advance and the same line as the object to be measured is used. By using the scale bar having the expansion coefficient as a reference, the error of the measurement value due to the temperature change of the measured object is corrected.
【0021】また、請求項4記載の構造物の3次元計測
装置においては、干渉防止手段が、例えば被計測物の変
形が大きい場合や、計測軸の移動範囲内に予期しない障
害物があった場合等に、計測軸と被計測物や障害物との
干渉が発生することを防止する。Further, in the three-dimensional structure measuring apparatus according to the fourth aspect, the interference prevention means has, for example, a large deformation of the measured object or an unexpected obstacle in the moving range of the measuring axis. In this case, it is possible to prevent the measurement axis from interfering with the object to be measured or the obstacle.
【0022】また、請求項5記載の構造物の3次元計測
装置においては、発光部および受光部が計測軸の周囲に
光学的保護手段を形成し、この光学的保護手段が被計測
物や障害物で遮断されたときにその遮断を検知すること
で可動フロアまたは計測軸の作動を停止する。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 5, the light emitting portion and the light receiving portion form an optical protection means around the measurement axis, and the optical protection means is an object to be measured or an obstacle. When it is blocked by an object, the operation of the movable floor or measuring axis is stopped by detecting the block.
【0023】また、請求項6記載の構造物の3次元計測
装置においては、前記干渉防止手段が計測軸に対して角
度変更可能に取り付けられたCCDカメラを具備してい
ることにより、CCDカメラが被計測物、もしくは障害
物の画像データを得、このデータに基づいて可動フロア
または計測軸の作動を制御する。Further, in the three-dimensional structure measuring apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the interference prevention means includes a CCD camera attached so that the angle can be changed with respect to the measurement axis. Image data of an object to be measured or an obstacle is obtained, and the operation of the movable floor or the measurement axis is controlled based on this data.
【0024】また、請求項7記載の構造物の3次元計測
装置においては、被計測物の計測が終了した後、自動交
換装置の作動により計測軸に取り付けられていたタッチ
センサーが自動的にマーキング装置に交換され、このマ
ーキング装置が隣接する構造部材の芯合わせの目印とす
べきマーキングを被計測物の所定の箇所に行なう。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 7, after the measurement of the measured object is completed, the touch sensor attached to the measuring axis is automatically marked by the operation of the automatic exchange device. The marking device is replaced with a device, and the marking device performs marking at a predetermined position of the object to be measured, which is a mark for alignment of the adjacent structural members.
【0025】また、請求項8記載の構造物の3次元計測
装置においては、インクジェット式またはケガキ針式も
しくはレーザーマーキング式のマーキング装置が、被計
測物の表面にインクを噴射するか、ケガキ線をけがく
か、レーザーによりマーキングを行なう。In the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 8, an ink jet type, marking needle type, or laser marking type marking apparatus ejects ink onto the surface of the object to be measured or marks the marking line. Mark by marking or laser.
【0026】また、請求項9記載の構造物の3次元計測
装置においては、装置の使用を重ねていくうちにタッチ
センサーのプローブに塵埃等が付着した際には、クリー
ニング装置がタッチセンサーのプローブを自動的に洗浄
する。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 9, when dust or the like adheres to the probe of the touch sensor during repeated use of the apparatus, the cleaning device uses the probe of the touch sensor. To wash automatically.
【0027】[0027]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図7を
参照して説明する。図1は本実施例の3次元計測装置1
の全体構成を示す図であって、図中符号2は可動フロ
ア、3は門型フレーム、4は計測軸、5はタッチセンサ
ー、6はシステムコントローラ(制御装置)、Bは被測
定物である橋梁ブロック(構造部材)である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a three-dimensional measuring device 1 of this embodiment.
2 is a diagram showing the entire configuration of the above, in which reference numeral 2 is a movable floor, 3 is a gate frame, 4 is a measurement axis, 5 is a touch sensor, 6 is a system controller (control device), and B is an object to be measured. It is a bridge block (structural member).
【0028】工場の床面上に、その上面に橋梁ブロック
Bが載置される可動フロア2が設置されている。この可
動フロア2にはフロア駆動機構(図示せず)が付設され
ており、橋梁ブロックBが載置された状態で移動可能と
されている。そして、可動フロア2の上方には、門型フ
レーム3が可動フロア2上に橋梁ブロックBが載置され
たときにこの橋梁ブロックBを跨ぐように固定されてい
る。したがって、橋梁ブロックBはフロア駆動機構の作
動により門型フレーム3の下方を通過するようになって
いる。A movable floor 2 on which the bridge block B is placed is installed on the floor of the factory. A floor drive mechanism (not shown) is attached to the movable floor 2, and the movable floor 2 is movable while the bridge block B is placed. A gate-shaped frame 3 is fixed above the movable floor 2 so as to straddle the bridge block B when the bridge block B is placed on the movable floor 2. Therefore, the bridge block B passes below the gate frame 3 by the operation of the floor drive mechanism.
【0029】門型フレーム3の横桟3aには、これと直
交して鉛直方向に延びる計測軸4が取り付けられてい
る。計測軸4は、ケーベルベア10を介して計測軸駆動
機構(図示せず)と接続されており、計測軸駆動機構の
作動により横桟3aに沿って水平移動するようになって
いる。計測軸4は、支柱11と、支柱11に内挿されて
その下方に延びる内部軸12と、センサーヘッド13と
からなるものであり、内部軸12は支柱11に対して内
部軸駆動機構(図示せず)により上昇下降可能とされて
いる。また、内部軸12の下端には、センサーヘッド1
3がセンサーヘッド回転機構(図示せず)により内部軸
12の軸線を中心として回転可能に、かつ後述するマー
キング装置と交換可能に取り付けられている。On the horizontal rail 3a of the gate-shaped frame 3, a measuring shaft 4 orthogonal to the horizontal rail 3a and extending in the vertical direction is attached. The measuring shaft 4 is connected to a measuring shaft drive mechanism (not shown) via a cabel bear 10, and is horizontally moved along the horizontal rail 3a by the operation of the measuring shaft drive mechanism. The measurement shaft 4 is composed of a column 11, an internal shaft 12 that is inserted into the column 11 and extends below the column 11, and a sensor head 13. The internal shaft 12 is an internal shaft drive mechanism for the column 11 (see FIG. It is possible to ascend and descend by (not shown). Further, at the lower end of the inner shaft 12, the sensor head 1
3 is attached by a sensor head rotating mechanism (not shown) so as to be rotatable about the axis of the inner shaft 12 and replaceable with a marking device described later.
【0030】センサーヘッド13の下部には、タッチセ
ンサー5がタッチセンサー回動機構(図示せず)により
支点14を中心として鉛直面内で回動可能に取り付けら
れている。タッチセンサー5は、支点14に連結した支
持部15側から見て互いに直交する前、上、下、右、左
の5方向に延びるプローブ16を有しており、プローブ
16の先端が被計測物に接触することによりその接触点
の3次元座標が検出できるようになっている。A touch sensor 5 is attached to a lower portion of the sensor head 13 so as to be rotatable within a vertical plane about a fulcrum 14 by a touch sensor rotating mechanism (not shown). The touch sensor 5 has a probe 16 extending in five directions of front, top, bottom, right, and left, which are orthogonal to each other when viewed from the side of the supporting portion 15 connected to the fulcrum 14, and the tip of the probe 16 is an object to be measured. By touching, the three-dimensional coordinates of the contact point can be detected.
【0031】また、上記のフロア駆動機構、計測軸駆動
機構、内部軸駆動機構、センサーヘッド回転機構、タッ
チセンサー回動機構の各々は、床上に設置されたシステ
ムコントローラ6と電気的に接続されており、これら機
構の作動は全てシステムコントローラ6の制御に基づい
て行なわれるようになっている。また、システムコント
ローラ6には、3次元計測装置1外部のコンピュータ
(図示せず)から例えば計測ポイント、計測順路等、種
々の計測条件に関するデータが転送されるようになって
いる。したがって、転送されたデータに基づくシステム
コントローラ6の判断により、可動フロア2の移動、計
測軸4全体の水平移動、内部軸12の上昇下降、センサ
ーヘッド13の回転、タッチセンサー5の回動の各作動
を組み合わせることで、タッチセンサー5のプローブ1
6は橋梁ブロックBの任意の位置に任意の角度で到達で
きるようになっている。Each of the floor drive mechanism, measurement axis drive mechanism, internal axis drive mechanism, sensor head rotation mechanism, and touch sensor rotation mechanism is electrically connected to the system controller 6 installed on the floor. All of these mechanisms are operated under the control of the system controller 6. Further, data relating to various measurement conditions such as measurement points and measurement routes are transferred to the system controller 6 from a computer (not shown) outside the three-dimensional measurement device 1. Therefore, each of the movement of the movable floor 2, the horizontal movement of the entire measuring shaft 4, the raising and lowering of the inner shaft 12, the rotation of the sensor head 13, and the rotation of the touch sensor 5 are judged by the system controller 6 based on the transferred data. By combining the operations, the probe 1 of the touch sensor 5
6 can reach an arbitrary position of the bridge block B at an arbitrary angle.
【0032】また、門型フレーム3、計測軸4を構成す
る各部材の摺動面を除く全ての外面は断熱材で被覆され
ており、各部材の内部にはヒータ(温度制御手段)およ
びヒータの温度を制御するためのサーモスタット(温度
制御手段)が埋設されている。図2は一例として門型フ
レーム3の横桟3aを示す断面図であるが、計測軸4と
の摺動面となる側面を除く全ての側面が断熱材17で被
覆されている。また、ヒータ18が外周部に沿って埋設
されるとともに、ヒータ18にはサーモスタット19が
接続されている。そして、前記各部材の温度が40±5
℃の範囲内で任意の温度となるように設定することがで
き、ヒータ18およびサーモスタット19の作用により
設定温度に対して±1℃以内の精度で温度を加熱制御す
ることができる。Further, all the outer surfaces of the members constituting the gate frame 3 and the measuring shaft 4 except the sliding surfaces are covered with a heat insulating material, and a heater (temperature control means) and a heater are provided inside each member. A thermostat (temperature control means) for controlling the temperature of is embedded. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the horizontal rail 3a of the portal frame 3 as an example, but all side surfaces except the side surface which is a sliding surface with the measuring shaft 4 are covered with the heat insulating material 17. Further, the heater 18 is embedded along the outer peripheral portion, and a thermostat 19 is connected to the heater 18. The temperature of each member is 40 ± 5
The temperature can be set to an arbitrary temperature within the range of ° C, and the temperature of the temperature can be controlled with the accuracy of within ± 1 ° C with respect to the set temperature by the action of the heater 18 and the thermostat 19.
【0033】また、図3に示すように、計測軸4の支柱
11とセンサーヘッド13の対向面の各角部には、それ
ぞれレーザ発光部20(干渉防止手段)とレーザ受光部
21(干渉防止手段)が設置されており、装置作動時に
はこれらの間にレーザ光が出射されることにより計測軸
4の軸線方向に沿ってレーザバリアS(光学的保護手
段)が形成されるようになっている。そして、レーザ受
光部21がシステムコントローラ6と接続されており、
計測軸4の移動中にレーザバリアSが橋梁ブロックBや
障害物等で遮断されたような場合にはシステムコントロ
ーラ6が可動フロア2の移動および計測軸4の作動を停
止するように構成されている。Further, as shown in FIG. 3, a laser emitting section 20 (interference prevention means) and a laser receiving section 21 (interference prevention) are provided at respective corners of the facing surface of the support shaft 11 of the measuring shaft 4 and the sensor head 13. Means) is installed and a laser barrier S (optical protection means) is formed along the axial direction of the measurement axis 4 by emitting laser light between them when the apparatus is operating. . The laser light receiving section 21 is connected to the system controller 6,
The system controller 6 is configured to stop the movement of the movable floor 2 and the operation of the measurement axis 4 when the laser barrier S is blocked by the bridge block B or an obstacle while the measurement axis 4 is moving. There is.
【0034】また、図1に示すように、タッチセンサー
5移動範囲内の門型フレーム3近傍の床面上には、セン
サーヘッド交換装置22(自動交換装置)が設置されて
いる。このセンサーヘッド交換装置22は、計測軸4端
部に取り付けられたセンサーヘッド13を図4に示すよ
うなインクジェット式のマーキングヘッド23(マーキ
ング装置)に自動交換するためのものである。そして、
マーキングヘッド23は、橋梁ブロックBの計測終了
後、その橋梁ブロックBに対して従来のケガキ作業に相
当する、すなわち隣接する橋梁ブロックB同士の芯合わ
せの目印とすべきマーキングを、橋梁ブロックBの表面
にインクを噴射することにより行なうためのものであ
る。Further, as shown in FIG. 1, a sensor head replacement device 22 (automatic replacement device) is installed on the floor surface near the gate frame 3 within the movement range of the touch sensor 5. The sensor head replacement device 22 is for automatically replacing the sensor head 13 attached to the end of the measuring shaft 4 with an ink jet type marking head 23 (marking device) as shown in FIG. And
After the measurement of the bridge block B is completed, the marking head 23 corresponds to the conventional marking operation on the bridge block B, that is, the marking that should be a mark for centering the adjacent bridge blocks B with each other. This is done by ejecting ink onto the surface.
【0035】さらに、図1に示すように、可動フロア2
上にはスケールバー24が固定されている。このスケー
ルバー24は橋梁ブロックBと同一の線膨張係数を有す
る材料で形成されており、基準温度における正確な寸法
を予め計測しておき、実際に橋梁ブロックBの計測前
後、すなわち橋梁ブロックBの計測環境と同一な状態で
再度寸法を計測することにより、橋梁ブロックBの温度
変化による計測値の誤差を補正する際の基準尺とするた
めのものである。Further, as shown in FIG. 1, the movable floor 2
A scale bar 24 is fixed on the top. The scale bar 24 is made of a material having the same linear expansion coefficient as that of the bridge block B, and an accurate dimension at a reference temperature is measured in advance, and before and after the actual measurement of the bridge block B, that is, the bridge block B is measured. By measuring the dimensions again in the same condition as the measurement environment, it is used as a reference scale when correcting the error in the measurement value due to the temperature change of the bridge block B.
【0036】また、タッチセンサー5移動範囲内の門型
フレーム3近傍の床面上には、超音波発生器25とその
上部に置かれた洗浄液入りの洗浄槽26とからなるプロ
ーブ洗浄装置27(クリーニング装置)が設置されてい
る。このプローブ洗浄装置27は、タッチセンサー5の
プローブ16に塵埃等が付着すると計測精度が低下する
ため、3次元計測装置1が一定時間、または一定の計測
ポイント数の計測を終了した後に、システムコントロー
ラ6の指示により自動的にタッチセンサー5をプローブ
洗浄装置27の位置まで移動させ、洗浄槽26内で超音
波洗浄を行なうためのものである。Further, on the floor surface in the vicinity of the gate-shaped frame 3 within the movement range of the touch sensor 5, there is provided a probe cleaning device 27 comprising an ultrasonic generator 25 and a cleaning tank 26 containing cleaning liquid placed above the ultrasonic generator 25. Cleaning device) is installed. Since the measurement accuracy of the probe cleaning device 27 deteriorates when dust or the like adheres to the probe 16 of the touch sensor 5, the system controller is operated after the three-dimensional measuring device 1 finishes measuring for a certain period of time or a certain number of measuring points. 6, the touch sensor 5 is automatically moved to the position of the probe cleaning device 27 and ultrasonic cleaning is performed in the cleaning tank 26.
【0037】上記構成の3次元計測装置1を用いた橋梁
ブロックBの計測の手順について、図5および図6のフ
ローチャートを用いて以下、説明する。まず、予めシス
テムのコンピュータに橋梁ブロックBの原寸データを入
力し(図5のステップS1)、基準、許容値、計測順路
等の計測データを作成したうえで(図5のステップS
2)、3次元計測装置1のシステムコントローラ6に計
測データを転送する。The procedure of measuring the bridge block B using the three-dimensional measuring apparatus 1 having the above-mentioned configuration will be described below with reference to the flowcharts of FIGS. 5 and 6. First, the original size data of the bridge block B is input to the computer of the system in advance (step S1 in FIG. 5), and the measurement data such as the reference, the allowable value, and the measurement route are created (step S in FIG. 5).
2) Transfer the measurement data to the system controller 6 of the three-dimensional measuring device 1.
【0038】ついで、橋梁ブロックBを3次元計測装置
1の可動フロア2上に搬入し(図5のステップS3)、
橋梁ブロックBに温度計を取り付けた後、計測環境の変
化をモニターするために気温、装置温度および橋梁ブロ
ック温度をそれぞれ測定する(図5のステップS4)。
その後、作業者の手動によりタッチセンサー5が移動し
て橋梁ブロックB内の基準点、例えば底面の角部4点と
いうように基準となる点の3次元座標を計測し(図5の
ステップS5)、予め入力された原寸データに対して橋
梁ブロックBが実際に置かれた位置および向きに対応す
るように座標変換を行なう(図5のステップS6)。Next, the bridge block B is carried onto the movable floor 2 of the three-dimensional measuring apparatus 1 (step S3 in FIG. 5),
After the thermometer is attached to the bridge block B, the air temperature, the device temperature, and the bridge block temperature are measured to monitor the changes in the measurement environment (step S4 in FIG. 5).
After that, the touch sensor 5 is manually moved by the operator to measure the three-dimensional coordinates of reference points in the bridge block B, for example, four reference points such as four corners of the bottom surface (step S5 in FIG. 5). The coordinate conversion is performed on the pre-input original size data so as to correspond to the position and orientation of the bridge block B actually placed (step S6 in FIG. 5).
【0039】ついで、橋梁ブロックBを計測する前段階
でスケールバー24の計測を行ない(図5のステップS
7)温度補正計算を行なった後、橋梁ブロックBの計測
を開始する。この際には、システムコントローラ6の指
示によりタッチセンサー5が予め入力された計測ポイン
ト、計測順路に従って移動していき、指定ポイント数分
の3次元座標の計測を行なう(図5のステップS8)。
その後、橋梁ブロックB計測後でのスケールバー24の
計測を行ない(図5のステップS9)再度、温度補正計
算を行なった後、気温、装置温度、橋梁ブロック温度を
測定する(図5のステップS10)。Next, the scale bar 24 is measured before measuring the bridge block B (step S in FIG. 5).
7) After performing the temperature correction calculation, start measuring the bridge block B. At this time, the touch sensor 5 moves in accordance with the measurement points and the measurement route previously input by the instruction of the system controller 6 to measure the three-dimensional coordinates corresponding to the designated number of points (step S8 in FIG. 5).
After that, the scale bar 24 is measured after the bridge block B is measured (step S9 in FIG. 5), the temperature correction calculation is performed again, and then the air temperature, the device temperature, and the bridge block temperature are measured (step S10 in FIG. 5). ).
【0040】ついで、原寸データで与えられた理想的な
所定位置(座標)に対して、3次元計測が行なわれた橋
梁ブロックBが全体として最も誤差の少ない位置関係で
納まるように橋梁ブロックBを座標内に配置する、いわ
ゆる最適化計算(自動芯出し)を行なう(図5のステッ
プS11)。そして、計測が終了した橋梁ブロックBと
隣接する橋梁ブロックについても、上記と全く同様の手
順により計測を行なった後、隣接する橋梁ブロック同士
の最適化計算後の計測データを用いて数値仮組立を行な
う。数値仮組立のデータ処理について詳細な説明は省略
するが、隣接する橋梁ブロックの配置調整(図5のステ
ップS12)、構造解析(図5のステップS13)の手
順で行なっていく。Next, with respect to the ideal predetermined position (coordinates) given by the original size data, the bridge block B is set so that the bridge block B on which the three-dimensional measurement is performed can be housed in the positional relationship with the smallest error as a whole. A so-called optimization calculation (automatic centering) for arranging the coordinates is performed (step S11 in FIG. 5). Then, for the bridge block adjacent to the bridge block B for which the measurement has been completed, the measurement is performed by the same procedure as described above, and then numerical temporary assembly is performed using the measurement data after the optimization calculation of the adjacent bridge blocks. To do. Although the detailed description of the data processing of the numerical provisional assembly is omitted, it will be performed in the procedure of the arrangement adjustment of the adjacent bridge blocks (step S12 of FIG. 5) and the structural analysis (step S13 of FIG. 5).
【0041】数値仮組立を行なった後、橋梁ブロックB
の形状が適正であるか否かの判定を行ない(図5のステ
ップS14)、仮に適正でない、例えば橋梁ブロックB
の理想的な形状に対する実際の形状のずれが許容範囲を
越えているような場合には、手直し指示書を発行し(図
5のステップS15)、橋梁ブロックBを搬出した後
(図5のステップS16)、手直しを行なって(図5の
ステップS17)、図5のステップS3に戻り、再度計
測を行なうようにする。After the numerical temporary assembly, the bridge block B
It is determined whether or not the shape is appropriate (step S14 in FIG. 5).
If the deviation of the actual shape from the ideal shape of is outside the allowable range, a rework instruction is issued (step S15 in FIG. 5) and the bridge block B is carried out (step in FIG. 5). (S16), reworking is performed (step S17 in FIG. 5), the process returns to step S3 in FIG. 5, and the measurement is performed again.
【0042】また、橋梁ブロックBの形状が適正な場合
には、前記最適化計算で求めた橋梁ブロックBの芯合わ
せの目印をマーキングするか否かの判断を行ない(図6
のステップS18)、マーキングを実施する場合には、
計測軸4にそれまで取り付けられていたセンサーヘッド
13が、図4に示すように、センサーヘッド交換装置2
2によりマーキングヘッド23に交換された後、システ
ムコントローラ6の指示によりマーキングヘッド23が
橋梁ブロックBの所定の位置に移動してマーキングを行
なう(図6のステップS19)。このようにして全ての
作業終了後、橋梁ブロックBを3次元計測装置1から搬
出する(図6のステップS20)。Further, when the shape of the bridge block B is proper, it is judged whether or not to mark the alignment mark of the bridge block B obtained by the optimization calculation (FIG. 6).
Step S18), when performing marking,
As shown in FIG. 4, the sensor head 13 that has been attached to the measuring shaft 4 is replaced by the sensor head replacement device 2 as shown in FIG.
After being replaced with the marking head 23 by 2, the marking head 23 moves to a predetermined position on the bridge block B according to an instruction from the system controller 6 to perform marking (step S19 in FIG. 6). After all the work is completed in this way, the bridge block B is carried out from the three-dimensional measuring device 1 (step S20 in FIG. 6).
【0043】その後、種々の計測結果の出力を行なう。
すなわち、橋梁ブロックB毎の計測成績表を出力すると
ともに(図6のステップS21)、橋梁ブロックBの孔
計測データから算出した、隣接する橋梁ブロック同士を
連結するためのスプライスプレートの孔加工に必要なデ
ータを出力する(図6のステップS22)。そして、数
値仮組立結果を出力するか否かの判断を行ない(図6の
ステップS23)、出力する場合には、仮組立成績表の
出力を行ない(図6のステップS25)、ディスプレイ
画面上で仮組立状況の確認を行なった後(図6のステッ
プS26)、種々のデータを保存して(図6のステップ
S27)全ての処理を終了する。また、数値仮組立結果
を出力しない場合には、次の橋梁ブロックを計測するか
否かの判断を行ない(図6のステップS24)、続けて
計測する場合には、図5のステップS3に戻り、再度同
様の手順で計測を行なう。一方、計測しない場合には、
データを保存して(図6のステップS27)全ての処理
を終了する。After that, various measurement results are output.
That is, while outputting the measurement result table for each bridge block B (step S21 in FIG. 6), it is necessary for the hole processing of the splice plate for connecting the adjacent bridge blocks calculated from the hole measurement data of the bridge block B. Data is output (step S22 in FIG. 6). Then, it is determined whether or not to output the numerical temporary assembly result (step S23 in FIG. 6), and if it is to be output, the temporary assembly result table is output (step S25 in FIG. 6) and displayed on the display screen. After confirming the temporary assembly status (step S26 in FIG. 6), various data are saved (step S27 in FIG. 6) and all the processes are terminated. When the numerical temporary assembly result is not output, it is determined whether or not the next bridge block is to be measured (step S24 in FIG. 6), and when it is continuously measured, the process returns to step S3 in FIG. , Perform measurement again in the same procedure. On the other hand, when not measuring,
The data is saved (step S27 in FIG. 6) and all the processes are completed.
【0044】本実施例の3次元計測装置1においては、
橋梁ブロックBにおける計測ポイントの3次元座標を検
出する手段として、橋梁ブロックB表面に直接接触する
ことで座標検出を行なうタッチセンサー5を採用してい
るので、従来の非接触3角測量式計測装置と異なり、
X、Y、Z方向の座標歪が極めて少なく、また、ターゲ
ットの製作誤差、設置誤差、ケガキ作業誤差等の間接誤
差が少なく、安定して高精度の計測を行なうことができ
る。また、可動フロア2、計測軸4、センサーヘッド1
3、タッチセンサー5等の相互の動きにより、タッチセ
ンサー5が橋梁ブロックBの任意の位置に任意の角度で
到達し得るように構成されているので、直接視準できな
い箇所の計測が困難であった従来の3角測量式計測装置
と異なり、移動範囲内である限りタッチセンサー5は橋
梁ブロックBの内部にも進入することができ、その箇所
の計測を容易に行なうことができる。In the three-dimensional measuring apparatus 1 of this embodiment,
Since the touch sensor 5 that detects the coordinates by directly contacting the surface of the bridge block B is used as a means for detecting the three-dimensional coordinates of the measurement point in the bridge block B, the conventional non-contact triangulation measurement device. Unlike
Coordinate distortion in the X, Y, and Z directions is extremely small, and indirect errors such as target manufacturing error, installation error, and marking operation error are small, and stable and highly accurate measurement can be performed. In addition, the movable floor 2, the measurement axis 4, the sensor head 1
3. Since the touch sensor 5 can reach an arbitrary position of the bridge block B at an arbitrary angle by mutual movements of the touch sensor 5 and the like, it is difficult to measure a portion that cannot be directly collimated. Unlike the conventional triangulation type measuring device, the touch sensor 5 can enter the inside of the bridge block B as long as it is within the movement range, and the position can be easily measured.
【0045】また、コンピュータからシステムコントロ
ーラ6に転送されたデータに基づいてタッチセンサー5
が自動的に移動するようになっているので、長時間にわ
たる計測が行なわれている間、特に3次元計測装置では
被測定物の温度変化を極力避けるため外気温の変化が少
ない夜間に計測が行なわれるような場合もあるが、その
ような場合でも作業者が計測装置に付きっきりでいる必
要がない。すなわち、作業の無人化が図れることで合理
的な計測装置を実現することができる。The touch sensor 5 is also based on the data transferred from the computer to the system controller 6.
Automatically moves, so during long-term measurement, especially with a three-dimensional measuring device, to avoid temperature changes in the measured object as much as possible, it is possible to perform measurements at night when there is little change in outside air temperature. In some cases, it is not necessary for the worker to be attached to the measuring device. That is, it is possible to realize a rational measuring device by unmanning the work.
【0046】また、3次元計測装置1自体は、基本的に
は橋梁ブロックB等の構造部材を搬入し得るだけの寸法
があればよいので、従来の3角測量式計測装置の場合の
計測に要する多大な作業スペースに比べて、計測に要す
る工場内のスペースを低減させることができる。また、
従来装置のように照明を必要とすることがなく、夜間で
も照明を使用せずに支障なく計測を行なうことができ
る。Further, the three-dimensional measuring device 1 itself basically needs only to have a size capable of carrying in structural members such as the bridge block B, so that the three-dimensional measuring device of the related art can be used for measurement. The space in the factory required for measurement can be reduced as compared with the large work space required. Also,
Unlike the conventional device, no illumination is required, and the measurement can be performed at night without any problem without using illumination.
【0047】また、本実施例の3次元計測装置1では、
床面に対して門型フレーム3を固定し、橋梁ブロックB
を載置した可動フロア2を移動させる構成となっている
ので、門型フレーム3の剛性を高め得ることにより門型
フレーム3の変形を防止することができるとともに、門
型フレーム3側を移動させるような構成に比べて橋梁ブ
ロックBの走行方向に対して左右ぶれを低減させること
ができるため、計測精度を向上させることができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus 1 of this embodiment,
The gate frame 3 is fixed to the floor, and the bridge block B
Since the movable floor 2 on which is mounted is moved, the portal frame 3 can be prevented from being deformed by increasing the rigidity of the portal frame 3, and the portal frame 3 side can be moved. As compared with such a configuration, it is possible to reduce the left-right blurring with respect to the traveling direction of the bridge block B, so that it is possible to improve the measurement accuracy.
【0048】また、本実施例の3次元計測装置1におい
ては、門型フレーム3、計測軸4が断熱材17で被覆さ
れるとともに、各部材の内部にはヒータ18およびサー
モスタット19が埋設され、前記部材の温度制御が±1
℃以内の精度で行なわれるので、たとえ外気温が著しく
変化するような場合でも、前記部材を恒温化することで
膨張や収縮を防止して計測の安定性を確保することがで
きる。さらに、工場内において夏期では35℃程度まで
温度が上昇するような場合もあるが、本実施例の場合、
冷却に比べて低コストのヒータ加熱を採用することで各
部材の温度を40℃程度に制御するように構成したた
め、計測装置の温度制御に要するコストを低減させるこ
とができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus 1 of the present embodiment, the portal frame 3 and the measuring shaft 4 are covered with the heat insulating material 17, and the heater 18 and the thermostat 19 are embedded inside each member. Temperature control of the member is ± 1
Since the measurement is carried out with an accuracy of within ° C, even if the outside air temperature changes significantly, it is possible to prevent expansion and contraction by keeping the member at a constant temperature and ensure the stability of measurement. Furthermore, in the factory, the temperature may rise to about 35 ° C. in the summer, but in the case of this embodiment,
Since the temperature of each member is controlled to about 40 ° C. by adopting the heater heating which is lower in cost than the cooling, the cost required for temperature control of the measuring device can be reduced.
【0049】そして、前記のように計測装置の門型フレ
ーム3の剛性向上、門型フレーム3および計測軸4の恒
温化により装置側から計測の安定性を確保したうえで、
橋梁ブロックBの計測値に対してはスケールバー24を
基準尺とする温度補正を行なうようにしているので、例
えば橋梁ブロック温度と材料の線膨張係数から理論的に
補正値の算出を行なうというような方法に比べて、橋梁
ブロックBの熱変形に対して実際の挙動に近い形で誤差
の少ない補正が行なえるので、温度補正に関する精度を
充分に向上させることができる。Then, as described above, the rigidity of the gate-shaped frame 3 of the measuring device is improved, and the temperature of the gate-shaped frame 3 and the measuring shaft 4 is kept constant to ensure the stability of the measurement from the device side.
Since the temperature of the measured value of the bridge block B is corrected using the scale bar 24 as a reference scale, for example, the correction value is theoretically calculated from the bridge block temperature and the linear expansion coefficient of the material. As compared with the above method, since the correction with less error can be performed in the form close to the actual behavior with respect to the thermal deformation of the bridge block B, the accuracy regarding the temperature correction can be sufficiently improved.
【0050】また、可動フロア2、計測軸4およびタッ
チセンサー5は、システムコントローラ6に予め入力さ
れた原寸データに基づいて作動してはいるものの、例え
ば橋梁ブロックBの変形が大きい場合や計測軸4の移動
範囲内に予期しない障害物があった場合等に計測軸4と
橋梁ブロックBや障害物との干渉、衝突が発生すると、
タッチセンサー5の損傷や計測精度の極度の低下が発生
する恐れがある。ところが、本実施例の装置では、計測
軸4が一対のレーザ発光部20とレーザ受光部21を備
え、計測軸4の周囲にレーザバリアSが形成されること
で干渉防止手段が構成されているので、前記のような異
常が発生したとしても、計測軸4が橋梁ブロックBや障
害物と干渉、衝突するのを確実に防止することができ
る。したがって、装置の監視が不要になるという点にお
いても本装置の無人化を図ることができる。Although the movable floor 2, the measuring axis 4 and the touch sensor 5 operate based on the original size data previously input to the system controller 6, for example, when the deformation of the bridge block B is large or the measuring axis is large. When there is an interference or collision between the measurement axis 4 and the bridge block B or an obstacle when there is an unexpected obstacle in the movement range of 4,
The touch sensor 5 may be damaged or the measurement accuracy may be extremely lowered. However, in the apparatus of the present embodiment, the measurement axis 4 is provided with the pair of laser light emitting section 20 and laser light receiving section 21, and the laser barrier S is formed around the measurement axis 4 to constitute the interference prevention means. Therefore, even if the above-mentioned abnormality occurs, it is possible to reliably prevent the measurement axis 4 from interfering with or colliding with the bridge block B or an obstacle. Therefore, it is possible to make the device unmanned in that the device does not need to be monitored.
【0051】また、本実施例の3次元計測装置1は、セ
ンサーヘッド交換装置22により計測軸4先端のセンサ
ーヘッド13とマーキングヘッド23とが自動的に交換
可能に構成されているので、本装置は橋梁ブロックBの
計測作業のみならず、マーキング作業をも行なうことが
でき、これら作業を1台の装置で連続的に実施すること
が可能である。したがって、2人の作業者がそれぞれト
ランシットの操作やペンキ塗りを行ないながら進めてい
た従来のケガキ作業の場合と異なり、マーキング作業の
無人化、マーキング位置精度の向上、マーキング作業時
間の短縮等、種々の利点を得ることができる。すなわ
ち、本実施例によれば、橋梁ブロックBの計測作業、マ
ーキング作業の双方を通して合理的な装置を実現するこ
とができる。さらに、本実施例の場合、マーキングヘッ
ド23がインクジェット式であるため、マーキングの線
幅を一定にできたり、印字も行なえるといった利点も有
している。In the three-dimensional measuring apparatus 1 of this embodiment, the sensor head exchanging device 22 is constructed so that the sensor head 13 at the tip of the measuring shaft 4 and the marking head 23 can be automatically exchanged. Can perform not only the measurement work of the bridge block B but also the marking work, and these works can be continuously performed by one device. Therefore, unlike the case of the conventional marking work in which two workers respectively proceed with the operation of the transit and the paint application, the marking work is unmanned, the marking position accuracy is improved, and the marking work time is shortened. You can get the benefits of. That is, according to the present embodiment, a rational device can be realized through both the measurement work and the marking work of the bridge block B. Further, in the case of the present embodiment, since the marking head 23 is of the ink jet type, there are advantages that the line width of marking can be made constant and printing can be performed.
【0052】また、本計測装置1は、タッチセンサー5
のプローブ16を一定時間毎、または一定の計測ポイン
ト数の計測毎に自動的に洗浄するプローブ洗浄装置27
を備えているので、タッチセンサー5のプローブ16に
塵埃等が付着することに起因する計測精度の低下を防止
して、装置の使用を重ねた場合でも常に安定して高精度
の計測を行なうことができる。The measuring device 1 is also equipped with a touch sensor 5
Probe cleaning device 27 for automatically cleaning the probe 16 of the apparatus every fixed time or every measurement of a fixed number of measurement points
Therefore, it is possible to prevent the measurement accuracy from deteriorating due to dust or the like adhering to the probe 16 of the touch sensor 5, and to perform stable and highly accurate measurement even when the device is used repeatedly. You can
【0053】なお、本実施例の3次元計測装置1におい
ては、計測軸4の干渉防止手段として一対のレーザ発光
部20とレーザ受光部21を備え、計測軸4の周囲にレ
ーザバリアSを形成する構成としたが、レーザ光以外に
一般の可視光等を使用することもできる。また、この構
成に代えて、CCDカメラ(干渉防止手段)を用いた構
成とすることもできる。すなわち、図7に示すように、
計測軸4の支柱11の一側面にCCDカメラ28を角度
変更可能に取り付けておき、CCDカメラ28が計測軸
4とともに移動し、かつ角度を変更しながら橋梁ブロッ
クBの配置、形状、または障害物の有無等の情報を収集
した後、コンピュータを介してシステムコントローラ6
にデータ転送するように構成しておく。すると、システ
ムコントローラ6では、コンピュータが作成した計測軸
4の移動制御データに基づき計測軸4の制御を行なう。
3次元計測装置1をこのように構成すれば、原寸データ
を基にCCDカメラ28から得られた移動制御データを
加味することによりタッチセンサー5をより円滑に移動
させることができる。The three-dimensional measuring apparatus 1 of this embodiment is provided with a pair of laser emitting section 20 and laser receiving section 21 as means for preventing interference of the measuring axis 4, and a laser barrier S is formed around the measuring axis 4. However, in addition to the laser light, general visible light or the like can be used. Further, instead of this configuration, a configuration using a CCD camera (interference prevention means) may be used. That is, as shown in FIG.
The CCD camera 28 is attached to one side of the support column 11 of the measurement axis 4 so that the angle can be changed, and the CCD camera 28 moves together with the measurement axis 4 and the arrangement, shape, or obstacle of the bridge block B while changing the angle. After collecting information such as presence / absence, the system controller 6
Is configured to transfer data to. Then, the system controller 6 controls the measurement axis 4 based on the movement control data of the measurement axis 4 created by the computer.
If the three-dimensional measuring device 1 is configured in this way, the touch sensor 5 can be moved more smoothly by adding the movement control data obtained from the CCD camera 28 based on the original size data.
【0054】また、本実施例では、門型フレーム3、計
測軸4の温度制御手段としてはヒータ18およびサーモ
スタット19を用いて加熱制御を行なうようにしたが、
この構成に限らず、例えばこれら部材の内部に冷却管を
埋設する構成として本実施例とは逆に冷却制御を行なう
ようにしてもよい。そして、マーキング装置としてはイ
ンクジェット式のマーキング装置の代わりにケガキ針式
のマーキング装置またはレーザーマーキング装置を用い
てもよい。また、タッチセンサー5のプローブクリーニ
ング装置としては、超音波洗浄によるプローブ洗浄装置
の他、高圧エアにより塵埃を除去する等、種々の形式の
ものを適用してよい。さらに、本実施例の3次元計測装
置1全体にわたる各部の形状、駆動機構等については、
適宜、設計変更が可能なことは勿論である。また、本実
施例においては、3次元計測装置1を橋梁ブロックBの
計測に適用する場合を例として説明したが、計測対象と
しては橋梁ブロックBに限らず、2次連結部材、スプラ
イスプレート等、種々の構成部材に適用することが可能
である。In the present embodiment, the heater 18 and the thermostat 19 are used as the temperature control means for the portal frame 3 and the measuring shaft 4 to control heating.
Not limited to this configuration, for example, a cooling pipe may be embedded inside these members to perform cooling control contrary to the present embodiment. As the marking device, a marking needle type marking device or a laser marking device may be used instead of the ink jet type marking device. Further, as the probe cleaning device of the touch sensor 5, various types of devices such as a probe cleaning device by ultrasonic cleaning and dust removal by high pressure air may be applied. Furthermore, regarding the shape of each part, the drive mechanism, and the like over the three-dimensional measuring apparatus 1 of this embodiment,
Of course, the design can be changed as appropriate. Further, in the present embodiment, the case where the three-dimensional measuring device 1 is applied to the measurement of the bridge block B has been described as an example, but the measurement target is not limited to the bridge block B, and the secondary connecting member, the splice plate, etc. It can be applied to various components.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項1
記載の構造物の3次元計測装置は、被計測物における任
意の点の3次元座標を検出する手段として、被計測物に
直接接触することで座標検出を行なうタッチセンサーを
採用しているので、従来の非接触3角測量式計測装置と
異なり計測すべきポイントにターゲットを設置したり、
ケガキを実施する必要がないため、座標歪が極めて少な
くなるとともに、ターゲットの製作誤差や設置誤差、ケ
ガキの作業誤差等の間接誤差が少なく、安定して高精度
の計測を行なうことができる。また、可動フロア、計測
軸、タッチセンサーの相互の動きにより、タッチセンサ
ーが被測定物の任意の位置に任意の角度で到達し得るの
で、直接視準できない箇所の計測が困難であった従来の
3角測量式計測装置と異なり、タッチセンサーは被計測
物の内部箇所の計測を行なうこともできる。また、制御
装置により前記各部が自動的に移動するので、作業の無
人化が図れることで合理的な計測装置を実現することが
できる。また、従来の3角測量式計測装置の場合の計測
に要する多大なスペースに比べて、計測に要するスペー
スを低減させることができる。さらに、門型フレームの
剛性を高め得ることにより門型フレームの変形を防止す
ることができるとともに、門型フレーム側を移動させる
ような構成に比べて被測定物の走行方向に対する左右ぶ
れを低減させることができるため、計測精度を向上させ
ることができる。As described in detail above, claim 1 is as follows.
Since the three-dimensional measuring apparatus for a structure described above employs a touch sensor that detects coordinates by directly contacting the object to be measured as means for detecting the three-dimensional coordinates of an arbitrary point on the object to be measured, Unlike the conventional non-contact triangulation type measuring device, set the target at the point to be measured,
Since it is not necessary to carry out scribing, the coordinate distortion is extremely small, and indirect errors such as target manufacturing error, installation error, and scribing work error are small, and stable and highly accurate measurement can be performed. Further, since the touch sensor can reach an arbitrary position of the object to be measured at an arbitrary angle due to the mutual movement of the movable floor, the measurement axis, and the touch sensor, it is difficult to measure a portion that cannot be directly collimated. Unlike the triangulation type measuring device, the touch sensor can also measure the internal location of the measured object. Further, since the above-mentioned respective parts are automatically moved by the control device, unmanned work can be achieved and a rational measuring device can be realized. Further, the space required for measurement can be reduced as compared with the large space required for measurement in the case of the conventional triangulation type measurement device. Further, by increasing the rigidity of the portal frame, it is possible to prevent the portal frame from being deformed, and reduce the left / right blurring in the traveling direction of the object to be measured compared to the configuration in which the portal frame side is moved. Therefore, the measurement accuracy can be improved.
【0056】また、請求項2記載の構造物の3次元計測
装置は、門型フレームおよび計測軸が断熱材で被覆され
るとともに、これら部材には温度制御手段が備えられて
いるので、これら部材を恒温化することができ、膨張や
収縮を防止することで計測の安定性を確保することがで
きる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 2, since the gate frame and the measuring shaft are covered with a heat insulating material, and these members are provided with temperature control means, these members are provided. Can be kept at a constant temperature, and the stability of measurement can be secured by preventing expansion and contraction.
【0057】また、請求項3記載の構造物の3次元計測
装置は、被計測物と同一の線膨張係数を有するスケール
バーを基準として計測値の温度補正を行なうようにして
いるので、例えば測定温度と材料の線膨張係数から理論
的に温度補正値の算出を行なうというような方法に比べ
て、被計測物の熱変形に対して実際の挙動に近い形で誤
差の少ない補正が行なえるので、温度補正に関する精度
を充分に向上させることができる。Further, in the three-dimensional structure measuring apparatus according to the third aspect, the temperature of the measured value is corrected with reference to the scale bar having the same linear expansion coefficient as the object to be measured. Compared with the method that theoretically calculates the temperature correction value from the temperature and the linear expansion coefficient of the material, it is possible to perform correction with less error in a form closer to the actual behavior for thermal deformation of the measured object. The accuracy regarding temperature correction can be sufficiently improved.
【0058】また、請求項4記載の構造物の3次元計測
装置は、計測軸の干渉防止手段が備えられているので、
例えば橋梁ブロックの変形が大きい場合や計測軸の移動
範囲内に予期しない障害物があった場合等にも計測軸が
被計測物や障害物と干渉するのを確実に防止することが
できる。したがって、装置の監視が不要になるという点
において装置の無人化を図ることができる。Further, since the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 4 is provided with the interference preventing means of the measuring axis,
For example, it is possible to reliably prevent the measurement axis from interfering with the object to be measured or the obstacle even when the deformation of the bridge block is large or there is an unexpected obstacle in the movement range of the measurement axis. Therefore, it is possible to make the device unmanned in that it is not necessary to monitor the device.
【0059】また、請求項5記載の構造物の3次元計測
装置は、計測軸の周囲に光学的保護手段を形成し得る発
光部と受光部を有する干渉防止手段が設けられているの
で、光学的保護手段が遮断されたか否かを検知すること
により、計測軸が被測定物や障害物と干渉するのを確実
に防止することができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to the fifth aspect, since the interference preventing means having the light emitting portion and the light receiving portion capable of forming the optical protection means is provided around the measuring axis, the optical measuring means is provided. It is possible to reliably prevent the measurement axis from interfering with the object to be measured or the obstacle by detecting whether or not the physical protection means is cut off.
【0060】また、請求項6記載の構造物の3次元計測
装置は、CCDカメラを備えた干渉防止手段が構成され
ているので、CCDカメラからの被計測物または障害物
の画像データに基づいて計測軸の作動を制御することに
より、計測軸が被測定物や障害物と干渉するのを確実に
防止することができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to the sixth aspect, since the interference preventing means provided with the CCD camera is configured, based on the image data of the object to be measured or the obstacle from the CCD camera. By controlling the operation of the measuring axis, it is possible to reliably prevent the measuring axis from interfering with the object to be measured or the obstacle.
【0061】また、請求項7記載の構造物の3次元計測
装置は、自動交換装置により計測軸先端のタッチセンサ
ーとマーキング装置とが自動的に交換可能に構成されて
いるので、本装置は被計測物の計測作業のみならず、マ
ーキング作業をも行なうことができ、これら作業を1台
の装置で連続的に実施することができる。したがって、
2人の作業者がそれぞれトランシットの操作やペンキ塗
りを行ないながら進めていた従来のケガキ作業の場合と
異なり、マーキング作業の無人化、マーキング位置精度
の向上、マーキング作業時間の短縮等、種々の利点を得
ることができる。したがって、被測定物の計測作業、マ
ーキング作業の双方を通して合理的な装置を実現するこ
とができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 7, since the touch sensor at the tip of the measuring shaft and the marking device can be automatically exchanged by the automatic exchanging device, this device is not covered. Not only the measurement work of the measurement object but also the marking work can be performed, and these works can be continuously performed by one device. Therefore,
Different from the case of the conventional marking work, which is performed by two workers while operating the transit and painting, various advantages such as unmanned marking work, improvement of marking position accuracy, reduction of marking work time, etc. Can be obtained. Therefore, a rational device can be realized through both the measurement work and the marking work of the object to be measured.
【0062】また、請求項8記載の構造物の3次元計測
装置は、マーキング装置が被計測物にインクを噴射する
インクジェット式またはケガキ針式もしくはレーザーマ
ーキング式のもので構成されているため、マーキングの
線幅を一定にできたり、精度を上げることができる。Further, in the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 8, since the marking device is constituted by an ink jet type, a scribing needle type or a laser marking type for ejecting ink to the object to be measured, the marking is performed. Line width can be made constant and accuracy can be improved.
【0063】また、請求項9記載の構造物の3次元計測
装置は、タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄する
クリーニング装置を備えているので、タッチセンサーの
プローブに塵埃等が付着することに起因する計測精度の
低下を防止して、装置の使用を重ねた場合でも常に安定
して高精度の計測を行なうことができる。Further, since the three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 9 is provided with the cleaning device for automatically cleaning the probe of the touch sensor, dust and the like are attached to the probe of the touch sensor. It is possible to prevent a decrease in measurement accuracy, and to perform stable and highly accurate measurement even when the device is used repeatedly.
【図1】本発明の一実施例である3次元計測装置を示す
概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a three-dimensional measuring apparatus that is an embodiment of the present invention.
【図2】同、装置の門型フレームの断面構造を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a portal frame of the apparatus.
【図3】同、装置の計測軸の要部を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a main part of a measuring shaft of the apparatus.
【図4】同、計測軸にマーキングヘッドを取り付けた状
態を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a marking head is attached to the measurement shaft.
【図5】同、装置を用いて計測およびマーキング作業を
行なう手順を示すフローチャートの前半部分である。FIG. 5 is a first half portion of a flowchart showing a procedure of performing measurement and marking work using the same apparatus.
【図6】同、後半部分である。FIG. 6 is the latter half.
【図7】前記計測軸にCCDカメラを取り付けた状態を
示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a CCD camera is attached to the measurement axis.
1 3次元計測装置 2 可動フロア 3 門型フレーム 4 計測軸 5 タッチセンサー 6 システムコントローラ(制御装置) 16 プローブ 17 断熱材 18 ヒータ(温度制御手段) 19 サーモスタット(温度制御手段) 20 レーザ発光部(干渉防止手段) 21 レーザ受光部(干渉防止手段) 22 センサーヘッド交換装置(自動交換装置) 23 マーキングヘッド(マーキング装置) 24 スケールバー 27 プローブ洗浄装置(クリーニング装置) 28 CCDカメラ(干渉防止手段) B 橋梁ブロック(構成部材) S レーザバリア(光学的保護手段) 1 3D Measuring Device 2 Movable Floor 3 Gate Frame 4 Measuring Axis 5 Touch Sensor 6 System Controller (Control Device) 16 Probe 17 Heat Insulation Material 18 Heater (Temperature Control Means) 19 Thermostat (Temperature Control Means) 20 Laser Emitting Section (Interference) 21) Laser light receiving unit (interference prevention device) 22 Sensor head replacement device (automatic replacement device) 23 Marking head (marking device) 24 Scale bar 27 Probe cleaning device (cleaning device) 28 CCD camera (interference prevention device) B Bridge Block (component) S Laser barrier (optical protection means)
Claims (9)
を構成する各種の構成部材の寸法や形状を把握するべ
く、該構成部材を被計測物としてその任意の点を3次元
座標として計測するための装置であって、 その上面に被計測物が載置されて移動可能とされた可動
フロアと、 該可動フロア上に前記被計測物が載置されたときに該被
計測物を跨ぐように固定された門型フレームと、 該門型フレームに取り付けられ、該門型フレームに沿っ
て水平移動可能、上昇下降可能、および自身の軸線を中
心として回転可能とされた計測軸と、 各計測軸に対して回動可能にそれぞれ取り付けられ、互
いに直交する5方向に延びるプローブの先端を前記被計
測物に接触させることでその接触点の座標を検出するタ
ッチセンサーと、 前記可動フロア、計測軸およびタッチセンサーの作動を
制御する制御装置とが具備されていることを特徴とする
構造物の3次元計測装置。1. In order to grasp the dimensions and shapes of various constituent members that constitute a structure such as a bridge by being connected to each other, the constituent members are measured and the arbitrary points are measured as three-dimensional coordinates. And a movable floor on which an object to be measured is placed and movable, and a device for straddling the object to be measured when the object to be measured is placed on the movable floor. And a measurement shaft attached to the portal frame, horizontally movable along the portal frame, capable of moving up and down, and rotatable about its own axis. A touch sensor that is rotatably attached to each of the measurement axes and that detects the coordinates of the contact point by bringing the tips of probes extending in five directions orthogonal to each other into contact with the object to be measured; Axis That a control device for controlling the operation of the micro-touch sensor is provided three-dimensional measuring device of a structure characterized by.
置において、 前記門型フレームおよび計測軸が、それらの摺動面を除
いて断熱材により被覆されているとともに、それら自体
の温度を制御するための温度制御手段を備えていること
を特徴とする構造物の3次元計測装置。2. The three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 1, wherein the gate-shaped frame and the measuring shaft are covered with a heat insulating material except for their sliding surfaces, and the temperature of their own. A three-dimensional structure measuring apparatus for a structure, comprising a temperature control means for controlling the temperature.
計測装置において、 前記被計測物と同一の線膨張係数を有する材料で形成さ
れ、前記被計測物の温度変化による計測値の誤差を補正
する際の基準となるスケールバーが具備されていること
を特徴とする構造物の3次元計測装置。3. The three-dimensional structure measuring device according to claim 1, wherein the structure is made of a material having the same linear expansion coefficient as that of the object to be measured, and an error in a measured value due to a temperature change of the object to be measured. A three-dimensional measuring apparatus for a structure, comprising a scale bar serving as a reference for correcting
造物の3次元計測装置において、 前記計測軸が前記被計測物または他の障害物と干渉する
ことを防止するための干渉防止手段が具備されているこ
とを特徴とする構造物の3次元計測装置。4. The three-dimensional structure measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring axis prevents the measuring axis from interfering with the object to be measured or another obstacle. A three-dimensional structure measuring apparatus for a structure, comprising:
置において、 前記干渉防止手段が、前記計測軸の外面から所定寸法外
方の周囲に光学的保護手段を形成する発光部および受光
部を有し、該光学的保護手段の遮断の有無を検知するこ
とにより、計測軸と被計測物または障害物との干渉を防
止するように構成されていることを特徴とする構造物の
3次元計測装置。5. The three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 4, wherein the interference prevention unit forms an optical protection unit around an outer side of the measurement shaft by a predetermined dimension and a light receiving unit. And a structure for preventing the interference between the measurement axis and the object to be measured or the obstacle by detecting whether or not the optical protection means is interrupted. Dimension measuring device.
置において、 前記干渉防止手段が、前記計測軸に対して角度変更可能
に取り付けられたCCDカメラを有し、該CCDカメラ
から得られた被計測物または障害物の画像データに基づ
いて前記計測軸の作動を制御することにより、計測軸と
被計測物または障害物との干渉を防止するように構成さ
れていることを特徴とする構造物の3次元計測装置。6. The three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 4, wherein the interference prevention unit has a CCD camera attached so that an angle can be changed with respect to the measurement axis, and the interference prevention unit can be obtained from the CCD camera. By controlling the operation of the measurement axis based on the image data of the measured object or obstacle that has been measured, it is configured to prevent interference between the measurement axis and the measured object or obstacle. 3D measuring device for structures.
造物の3次元計測装置において、 前記計測軸に、隣接する構造部材同士を突き合わせる際
に互いの芯合わせの目印とするために前記被計測物の所
定の箇所にマーキングを施すためのマーキング装置が、
自動交換装置により前記タッチセンサーと交換可能に取
り付けられることを特徴とする構造物の3次元計測装
置。7. The three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 1, wherein when the adjacent structural members are abutted with each other on the measuring axis, the measuring axes are used as marks for centering each other. A marking device for marking a predetermined portion of the measured object,
A three-dimensional measuring device for a structure, wherein the three-dimensional measuring device is attached so as to be replaceable with the touch sensor by an automatic changing device.
置において、 前記マーキング装置が、前記被計測物に対してインクを
噴射するインクジェット式またはケガキ針式もしくはレ
ーザーマーキング式のものとされたことを特徴とする構
造物の3次元計測装置。8. The three-dimensional measuring apparatus for a structure according to claim 7, wherein the marking device is of an ink jet type, a marking needle type, or a laser marking type for ejecting ink to the object to be measured. A three-dimensional measuring device for a structure characterized by the following.
造物の3次元計測装置において、 前記タッチセンサーのプローブを自動的に洗浄するため
のクリーニング装置が具備されていることを特徴とする
構造物の3次元計測装置。9. The three-dimensional measuring device for a structure according to claim 1, further comprising a cleaning device for automatically cleaning the probe of the touch sensor. Three-dimensional measuring device for structures.
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