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公開番号2025155454
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024066424
出願日2024-03-28
発明の名称形状計測方法
出願人長崎県
代理人個人,個人,個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20251002BHJP(測定;試験)
要約【課題】形状測定機が振動や外乱光の影響を受けた際に、測定対象の形状を正確に測定することを可能にする。
【解決手段】旋回するレーザー計測装置2を測定位置に設けるとともに、前記レーザー計測装置の変位の周期の整数倍とレーザー計測装置の回転周期が等しくなるようレーザー計測装置の回転速度を調整したうえで、レーザー計測装置が1周した際の実測距離bと測定間隔ωを関係式に代入して複数の一次方程式をつくり連立一次方程式とし、この連立一次方程式を解くことにより補正距離xを得る。また、バラツキが小さく、高解像度である修正距離を算出する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
所定空間の外周を囲むように環状に一個又は複数の構造部材が配置され、しかも同構造部材の前記空間に臨む表面が乱反射面である構造体であって且つ同構造体又はレーザー計測装置が振動又は揺れによって相対的に変位している状態での構造体の形状を正確に計測する計測法であって、下記のステップ１，２，３の手順で実行する形状計測方法。
ステップ１：レーザー光をレーザー計測装置のレーザー投光器から測定物に向けて投光して、その投光した測定物の投光スポットからの反射光を受信して、前記レーザー投光器の投光位置から投光スポット位置までの実測距離ｂを計測して、それらの値を記憶出力できるレーザー計測装置を前記空間内に設置し、
ステップ２：設置した前記レーザー計測装置のレーザー投光方向を、測定間隔ωで１周３６０°又は複数周ｍ（０～３６０°×ｍ）旋回させ、その時の実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・を実測し、コンピュータを用いた記憶計算部に前記投光角ｋω，ｋ＝１，２，３・・・ｎとその時の前記実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・とを関連付けて記憶させる。
ステップ３：前記記憶計算部に記憶させた前記実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・，前記ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎのデータを記憶計算部にある記憶している下記数７の数式に代入して、データを代入した複数の下記数７の連立一次方程式を解いて極座標系で構造体の形状を示す補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎと投光角ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎを出力できるようにする。
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続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
ステップ１からステップ２に移行する前にレーザー計測装置に作用する変位の周期の整数倍とレーザー計測装置の回転周期を等しくするため、
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隔ωの値を決定し、決定した測定間隔ωを使用した実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）を使用して前記数７を解いて、極座標系で構造体の形状を示す補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎと投光角ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎを出力する請求項１記載の形状計測方法。
【請求項３】
レーザー計測装置の投光角がｍ周目であり、レーザー計測装置が投光角ｋωに位置する時の補正距離をｘ
ｍ
（ｋω）とすると、バラツキが小さく、高解像度である
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きることを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の形状測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、不動産の室内区画壁の形状の測定、又は不動産の外観の形状の測定も可能である。又は大型工業製品の形状の測定にも利用できる。
本発明は、測定位置から視野できる構造体（以下単に構造体という）の形状を測定位置から構造体に対してレーザー光を照射してその反射光が返ってくるまでの時間により測定位置から構造体までの距離を計測できるレーザー計測装置を測定位置に設置して、これを旋回させることにより構造体の形状を正確に計測できるようにする形状測定機に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
測長機能として、レーザー計測装置を使用した場合、レーザー光を照射し、測定対象の構造体に当たって跳ね返ってくるまでの時間を計測することで、構造体と測長機能までの距離を測定し、このレーザー計測装置を旋回させることにより構造体の三次元点群を生成できる形状測定機は、既存技術として存在する。
【０００３】
しかし、この既存技術では、ドローンや自動車などの移動体に取り付けた際に、移動体が移動していなくても、移動体の振動等により設置したレーザー計測装置に変位がある場合、この変位が形状の測定結果に悪影響を与える。また、外乱光の影響を受け、測定長にバラツキが生じるという欠点があった。
【０００４】
正確な構造体の形状を測定するための改善策として、特許文献１の特開２０２３－０９５２５２号公報記載の発明のとおり、受信機による衛星測位データや慣性計測装置による慣性計測データを用いて、時間ごとの形状計測機の位置・姿勢を算出することが考えられるが、受信機や慣性計測装置が必要となり、コスト高となるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２３－０９５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明が解決しようとする課題は、測定位置に振動が発生している場合又は外乱光の影響を受ける場合に形状・寸法に計測誤差が生じることの欠点を抑えてより正確な測定物の形状を測定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）所定空間の外周を囲むように環状に一個又は複数の構造部材が配置され、しかも同構造部材の前記空間に臨む表面が乱反射面である構造体であって且つ同構造体又はレーザー計測装置が振動又は揺れによって相対的に変位している状態での構造体の形状を正確に計測する計測法であって、下記のステップ１，２，３の手順で実行する形状計測方法
ステップ１：レーザー光をレーザー計測装置のレーザー投光器から測定物に向けて投光して、その投光した測定物の投光スポットからの反射光を受信して、前記レーザー投光器の投光位置から投光スポット位置までの実測距離ｂを計測して、それらの値を記憶出力できるレーザー計測装置を前記空間内に設置し、
ステップ２：設置した前記レーザー計測装置のレーザー投光方向を、測定間隔ωで１周３６０°又は複数周ｍ（０～３６０°×ｍ）旋回させ、その時の実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・を実測し、コンピュータを用いた記憶計算部に前記投光角ｋω，ｋ＝１，２，３・・・ｎとその時の前記実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・とを関連付けて記憶させる
ステップ３：前記記憶計算部に記憶させた前記実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎｍ＝１，２，３・・・，前記ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎのデータを記憶計算部にある記憶している下記数７の数式に代入して、データを代入した複数の下記数７の連立一次方程式を解いて極座標系で構造体の形状を示す補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎと投光角ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎを出力できるようにする
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２）ステップ１からステップ２に移行する前にレーザー計測装置に作用する変位の周期の整数倍とレーザー計測装置の回転周期を等しくするため、
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隔ωの値を決定し、決定した測定間隔ωを使用した実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）を使用して前記数７を解いて、極座標系で構造体の形状を示す補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎと投光角ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎを出力する前記１）記載の形状計測方法
３）レーザー計測装置の投光角がｍ周目であり、レーザー計測装置が投光角ｋωに位置する時の補正距離をｘ
ｍ
（ｋω）とすると、バラツキが小さく、高解像度
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表示できることを特徴とする前記１）又は２）いずれか記載の形状測定方法にある。
【０００８】
本発明では、レーザー光の投光方向が回転するように変向できる機能を有し、投光波・受光波からその投光スポット位置までの距離を計測できるレーザー計測装置を用い、１周毎にω°ずつｎ＝３６０°／
ω°回測定させる。その際に実測距離ｂ
ｍ
（ｋω）ｋ＝
１，２・・・ｎを得ることができ、構造体の形状が不変であるとして成立する
関係式ｘ（ｋω－ω）－２Ｃｏｓ（ω）ｘ（ｋω）＋ｘ（ｋω＋ω）＝ｂ（ｋω－ω）－２Ｃｏｓ（ω）ｂ（ｋω）＋ｂ（ｋω＋ω）にω，ｋω，ｂ（ｋω－ω），ｂ（ｋω），ｂ（ｋω＋ω）を代入して連立一次方程式をつくり、この連立一次方程式をコンピュータを用いた記憶計算部で解くことにより補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２・・・ｎを得て、構造体の形状を補正距離ｘで算出する。
本発明は、上記実測距離ｂの取得に向けて、レーザー計測装置の変位の周期
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ｂ
１
（ｋω）｝
２
が最小となるように、レーザー計測装置の投光角速度ｄω／ｄｔと測定間隔ωを設定する。ここで、１周目の実測距離をｂ
１
（ｋω）ｋ＝１，２・・・ｎとし、２週目の実測距離をｂ
２
（ｋω）ｋ＝１，２・・・ｎとする。
本発明は、レーザー計測装置の投光角がｍ周目であり、レーザー計測装置が投光角ｋωに位置する時の補正距離をχ
ｍ
（ｋω）とすると、バラツキが小さく、高
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出することを特徴とする。ここで、ｊは任意の正の数とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにして、構造体の形状は極座標値である補正距離ｘ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎと投光角ｋω ｋ＝１，２，３・・・ｎの点群によって具体的数値と形状が求められる。この補正距離ｘはレーザー計測装置の実測距離ｂ（ｋω）ｋ＝１，２，３・・・ｎを補正して、レーザー計測装置の変位・振動の影響を少なくした形状表現である。
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すると外乱光によるバラツキを避けることができる。
よって、本発明の形状測定機は、設置したレーザー計測装置に対する振動や外乱光の影響を排除した正確な構造体の形状を得ることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本願発明の実施例で、形状測定機を用いて形状を測定する状況を示した説明図である。
図２は、実施例の測長機能あるレーザー計測装置２の投光角速度を調整した結果、１周目の実測距離と２週目の実測距離が重なることを示した説明図である。
図３は、実施例の実測距離ｂ（ｋω）と変位影響を排除した補正距離ｘ（ｋω）との関係を示した説明図である。
図４は、実施例の実測距離ｂ（ｋω－ω）と変位影響を排除した補正距離ｘ（ｋω－ω）との関係を示した説明図である。
図５は、実施例の実測距離ｂ（ｋω＋ω）と変位影響を排除した補正距離ｘ（ｋω＋ω）との関係を示した説明図である。
図６は、実施例の形状計算までの作業手順及び演算処理行程を示す形状算出までの行程フロー図である。
図７は、変位した形状測定機を用いて得た実測距離ｂ（ω）を使用して表示した構造体の形状（ａ）と、本願発明の実施例を用いて得た補正距離ｘ（ω）を使用して表示した構造体の形状（ｂ）との比較図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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