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公開番号2025045357
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023153291
出願日2023-09-20
発明の名称3D計測システム並びにその基準軸方向算出方法及び基準軸方向算出用治具、3D計測システムにおける計測方法及び計測用治具
出願人株式会社IHIインフラシステム
代理人弁理士法人アテンダ国際特許事務所
主分類G01B 11/26 20060101AFI20250326BHJP(測定;試験)
要約【課題】高精度の点群データ又は3Dデータを取得すること。
【解決手段】第1の球体210と、第2の球体220と、第1の球体210と第2の球体220との相対的な位置を維持する球体位置維持手段とを備えた補正処理用治具200を、現実空間内に配置する。3Dスキャナ200による計測時には補正処理用治具200が含まれる点群データを取得する。点群処理装置300において、第1の球体210の中心と第2の球体220の中心とを結ぶ仮想的な線が点群データ又は3Dデータの仮想空間座標系における基準軸と平行となるように仮想空間座標系の補正を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
可搬型の３Ｄ計測装置により計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムにおける、仮想空間における基準軸の方向を算出する方法であって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、を備えた治具を、前記現実空間内に配置する第１のステップと、
前記３Ｄ計測装置により前記現実空間内に配置された前記治具が含まれる点群データを取得する第２のステップと、
前記仮想空間における前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を算出して前記仮想空間における基準軸の方向とする第３のステップとを含む
ことを特徴とする３Ｄ計測システムにおける基準軸方向算出方法。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記球体位置維持手段は、前記第１の球体から前記第２の球体を吊り下げる吊り糸を含み、
前記第１のステップでは、前記第２の球体の吊り下げ時に前記吊り糸と一致する仮想的な線が前記第１の球体及び前記第２の球体の中心を通るように前記治具を前記現実空間内に配置する
ことを特徴とする請求項１記載の３Ｄ計測システムにおける基準軸方向算出方法。
【請求項３】
前記球体位置維持手段は、前記第１の球体と前記第２の球体とを相対的な位置を固定した状態で連結するとともに軸線が前記第１の球体及び前記第２の球体の中心を通る棒状部材を含み、
前記第１のステップでは、前記棒状部材が前記現実空間の鉛直方向又は水平方向となるように前記治具を前記現実空間内に配置する
ことを特徴とする請求項１記載の３Ｄ計測システムにおける基準軸方向算出方法。
【請求項４】
可搬型の３Ｄ計測装置により計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムであって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、を備える治具と、
前記３Ｄ計測装置により前記現実空間内に配置された前記治具が含まれる点群データを取得する点群データ取得部と、
仮想空間における前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を算出して前記仮想空間における基準軸の方向とする基準軸方向算出部とを備えた
ことを特徴とする３Ｄ計測システム。
【請求項５】
可搬型の３Ｄ計測装置により計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムにおいて、仮想空間における基準軸の方向を算出する処理で用いられる治具であって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、
中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、
前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、を備えた
ことを特徴とする３Ｄ計測システムにおける基準軸方向算出用治具。
【請求項６】
計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得する３Ｄ計測装置と、点群データを処理する点群処理装置とを備えた３Ｄ計測システムにおいて、前記計測対象に形成され且つ棒状部材が挿入される穴の深さ方向を計測する方法であって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線と中心軸が平行となるように設けられた棒体と、を備えた治具の前記棒体の端部を、前記計測対象に形成された穴に挿入する第１のステップと、
前記３Ｄ計測装置により前記現実空間内に配置された前記治具が含まれる点群データを取得する第２のステップと、
前記点群データ又は前記点群データから生成された３Ｄデータに基づき前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を前記穴の深さ方向として算出する第３のステップとを含む
ことを特徴とする３Ｄ計測システムにおける計測方法。
【請求項７】
計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得する３Ｄ計測装置を備えた３Ｄ計測システムであって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線と中心軸が平行となるように設けられた棒体と、を備えた治具と、
前記現実空間内の計測対象に形成され且つ棒状部材が挿入される穴に、前記治具の棒体の端部を挿入した状態で、前記３Ｄ計測装置により前記治具が含まれる点群データを取得する点群データ取得部と、
前記点群データ又は前記点群データから生成された３Ｄデータに基づき前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を前記穴の深さ方向として算出する深さ方向算出部とを備えた
ことを特徴とする３Ｄ計測システム。
【請求項８】
計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得する３Ｄ計測装置と、点群データを処理する点群処理装置とを備えた３Ｄ計測システムにおいて、前記計測対象に形成され且つ棒状部材が挿入される穴の深さ方向を計測するために用いられる治具であって、
中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、
中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、
前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、
前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線と中心軸が平行となるように設けられた棒体と、を備え、
前記棒体の端部を、前記計測対象に形成され且つ棒状部材が挿入される穴に挿入して使用される
ことを特徴とする３Ｄ計測システムにおける計測用治具。
【請求項９】
前記棒体の端部には、前記穴の内壁と当接して前記棒体の前記穴における位置を固定するための位置固定手段が設けられている
ことを特徴とする請求項８記載の３Ｄ計測システムにおける計測用治具。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬型の３Ｄ計測装置を用いて点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、測量の現場において、レーザー３Ｄスキャナと呼ばれる３Ｄ計測装置が普及してきている（特許文献１参照）。レーザー３Ｄスキャナは、計測対象物との間をレーザーが往復する時間を計測することで距離を計測するとともに、レーザーを照射した方向に基づき、多数の３次元座標からなる点群データを取得する。この点群データはコンピュータに転送され、必要に応じて３Ｄモデルへの変換が行われ、３ＤＣＡＤやその他のアプリケーションで活用することができる。土木や建築の分野においては三脚を有する設置型のレーザー３Ｄスキャナが用いられることが多い。
【０００３】
しかし、設置型のレーザー３Ｄスキャナによる測量は、既設の構造物の計測においては以下のような問題点がある。すなわち、既設の構造物の計測においては、計測対象が障害物の邪魔になることが多々あるため、設置型のレーザー３Ｄスキャナの設置場所が限定されてしまったり、構造物の一部の計測ができなかったりする。このような問題を解決するための１手段としては、既設の構造物の周囲に足場を仮設することが考えられるが、このような作業には多大なコストが必要である。
【０００４】
一方、近年は可搬型の３Ｄスキャナが登場してきている（特許文献２参照）。可搬型の３Ｄスキャナは、ユーザが携帯する、又は、ドローンと呼ばれる小型の無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）などの移動手段に搭載して使用される。可搬型の３Ｄスキャナは、慣性計測装置（ＩＭＵ：IMU：Inertial Measurement Unit）により自身の位置及び姿勢を認識しており、移動しながら随時スキャンして得られたスキャン毎の点群データを結合することにより、広い計測範囲の点群データを取得することができる。可搬型の３Ｄスキャナにおいて点群データを算出する原理としては、上述のレーザー３Ｄスキャナと同様にレーザーの往復時間によるものや、カメラで取得したステレオ画像により算出するもの、レーザープロジェクタで所定パターンの縞画像を投影し、これをカメラで取得した画像により算出したもの、などが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－０４５１５０号公報
特開２０２２－０７４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、可搬型の３Ｄスキャナで取得した点群データは精度が十分ではないという問題がある。これは、可搬型の３Ｄスキャナでは、慣性計測装置により自身の位置及び姿勢を認識しているが、この慣性計測装置の精度が十分でなく、複数のスキャンに係る点群データを結合する際に誤差が累積してしまうためである。このため、結合して得られた点群データの仮想空間と現実空間との間にずれが生じてしまい、点群データに対してどの方向が基準軸方向（例えば鉛直方向）として適切であるかを認識できないという問題がある。例えば、現実空間では正確に鉛直の稜線があったとしても、仮想空間においては鉛直軸から傾いてしまうことがある。
【０００７】
また、一般的に、３Ｄスキャナによる計測では、構造物の表面から陥没した凹部の構造を正確に計測するには、当該凹部の全体が観察できる場所に当該凹部の底部に向けて計測装置を配置する必要がある。例えば、橋梁の分野においては、コンクリートブロックにアンカーボルトを打ち込むためのアンカーホールを多数形成しており、このアンカーホールの深さ方向（すなわち軸方向）が正確に所定の方向（典型的には鉛直方向）となっているかを計測したい場合がある。この計測を３Ｄスキャナにより実施するには、アンカーホール毎に計測装置を移動・設置し、１つずつ計測作業を行う必要があるため、作業効率が極めて悪く現実的ではないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的とするところは、高精度の点群データ又は３Ｄデータを取得することができる３Ｄ計測システム及びその基準軸方向算出方法並びに基準軸方向算出用治具を提供することにある。また、第２の目的とするところは、棒状部材が挿入される穴の深さ方向を計測することができる３Ｄ計測システム及びその計測方法並びに計測用治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成するために、本願発明は、可搬型の３Ｄ計測装置により計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムにおける、仮想空間における基準軸の方向を算出する方法であって、中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、を備えた治具を、前記現実空間内に配置する第１のステップと、前記３Ｄ計測装置により前記現実空間内に配置された前記治具が含まれる点群データを取得する第２のステップと、前記仮想空間における前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を算出して前記仮想空間における基準軸の方向とする第３のステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記第１の目的を達成するために、本願発明は、可搬型の３Ｄ計測装置により計測対象を含む現実空間を走査して点群データを取得し、前記点群データから計測対象の３Ｄデータを生成する３Ｄ計測システムであって、中心から一定半径の球面を有する第１の球体と、中心から一定半径の球面を有する第２の球体と、前記第１の球体と前記第２の球体との相対的な位置を維持する球体位置維持手段と、を備える治具と、仮想空間における前記３Ｄ計測装置により前記現実空間内に配置された前記治具が含まれる点群データを取得する点群データ取得部と、前記第１の球体の中心と前記第２の球体の中心とを結ぶ仮想的な線の方向を算出して前記仮想空間における基準軸の方向とする基準軸方向算出部とを備えたことを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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