(57)【要約】【課題】簡便に配筋を検査することが可能な配筋検査システムを提供する。【解決手段】配筋検査システム１は、第１方向に延在し、第１方向とは交差する第２方向２＿５に配列された複数の円柱状の鉄筋２＿１を検査する。配筋検査システム１は、鉄筋２＿１から離間して配置され、鉄筋の表面を計測する３次元レーザースキャナー３と、３次元レーザースキャナー３によって計測された鉄筋の表面における曲面形状から、鉄筋２＿１の中心点２＿２および半径を算出する処理部５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向に配列された複数の円柱状の鉄筋を検査する配筋検査システムであって、
前記鉄筋から離間して配置され、前記鉄筋の表面を計測するレーザースキャナーと、
前記レーザースキャナーによって計測された前記鉄筋の表面における曲面形状から、前記鉄筋の中心点および半径を算出する処理部と、
を備える、配筋検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の配筋検査システムにおいて、
前記処理部は、前記第２方向において、隣接した前記鉄筋の中心点間のピッチを算出する、配筋検査システム。
【請求項３】
請求項２に記載の配筋検査システムにおいて、
前記レーザースキャナーは、前記第２方向に移動し、
前記処理部は、前記レーザースキャナーの移動により計測した前記鉄筋の曲面形状に基づいて、前記鉄筋の中心点および半径を算出する、配筋検査システム。
【請求項４】
第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向に配列された複数の円柱状の鉄筋を検査する配筋検査方法であって、
前記鉄筋から離間して配置されたレーザースキャナーによって、前記鉄筋の曲面を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記鉄筋の表面における曲面形状に基づいて、前記鉄筋の中心点および半径を算出する算出工程と、
を備える、配筋検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の配筋検査方法において、
前記算出工程は、前記第２方向において、隣接する前記鉄筋の曲面形状に基づいて、前記隣接する鉄筋の中心点を算出し、隣接する鉄筋の中心点間のピッチを算出する、配筋検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の配筋検査方法において、
前記レーザースキャナーは、前記第２方向に移動しながら、前記鉄筋を計測し、
前記算出工程では、移動により計測された前記鉄筋の曲面形状に基づいて、前記鉄筋の中心点および半径を算出する、配筋検査方法。
【請求項７】
請求項６に記載の配筋検査方法において、
前記算出工程は、
前記算出した前記鉄筋の中心点および半径と、前記ピッチを用いて、配筋モデルを作成する配筋モデル作成工程と、
前記配筋モデル作成工程で作成された配筋モデルと、設計された配筋モデルとを表示する表示工程と、
を備える、配筋検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配筋検査システムおよび配筋検査方法に関し、特にレーザースキャナーを用いた配筋検査システムおよび配筋検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設工事現場における鉄筋の配筋工事においては、配置された鉄筋の太さ、本数、鉄筋間のピッチ等が、予め設計した通りになっているかを確認する検査、すなわち鉄筋の配筋施工状態を確認する配筋検査が行われる。配置された鉄筋が設計した通りでない場合、倒壊のおそれ等が生じるため、施工管理上、配筋検査は重要である。
【０００３】
配筋検査に関する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載されている技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−００９５４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１５７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６１７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配筋検査を行う配筋検査システムとしては、配置された鉄筋を撮影するステレオカメラを用いたものが知られている。このような配筋検査システムでは、鉄筋を撮影するために、鉄筋を照らす照明が必要とされる。また、奥行きを持って鉄筋が配置されている場合、奥に配置されている鉄筋を撮影することは困難であり、検査することが困難である。
【０００６】
ステレオカメラではなく、３次元レーザースキャナーを用いて鉄筋を撮影する配筋検査システムが、特許文献１〜３に開示されている。３次元レーザースキャナーを用いることにより、照明が不要となり、奥に配置されている鉄筋も計測することが可能である。特許文献１には、３次元レーザースキャナーを移動させながら、鉄筋を計測することが記載され、特許文献２および３には、３次元レーザースキャナーを固定して、計測することが記載されている。特許文献１〜３には、３次元レーザースキャナーによる計測によって取得されたデータに基づいて、鉄筋の状態を把握することが示されているが、具体的な構成は記載されていない。
【０００７】
本発明の目的は、簡便に配筋を検査することが可能な配筋検査システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
配筋検査システムは、第１方向に延在し、第１方向と交差する第２方向に配列された複数の円柱状の鉄筋を検査する。ここで、配筋検査システムは、鉄筋から離間して配置され、鉄筋の表面を計測するレーザースキャナーと、レーザースキャナーによって計測された鉄筋の表面における曲面形状から、鉄筋の中心点および半径を算出する処理部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１２】
簡便に配筋を検査することが可能な配筋検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係わる配筋検査システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係わる３次元レーザースキャナーと鉄筋との関係を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態１に係わる処理ユニットでの算出を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係わる配筋検査システムを説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係わる配筋検査方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係わる配筋検査システムの構成を示すブロック図である。図１には、建設工事現場において、施工された鉄筋を検査している状態が描かれている。図１において、２＿１は、施工された鉄筋を示している。鉄筋２＿１は、紙面の後ろから前面に向かった第１方向２＿４（図３）に延在する円柱状の外形形状をしている。図１では、鉄筋２＿１を上側から見た状態が描かれており、符号２＿２は、鉄筋２＿１の中心点を示している。
【００１７】
柱の外形を形成するように、複数の鉄筋２＿１が配置され、特に制限されないが固定金具２ｄによって複数の鉄筋２＿１が固定され、鉄筋群２が形成されている。図１に示した例では、柱の外面に沿った第２方向２＿５に沿って、４つの鉄筋２＿１が配列され、柱の外面に沿った第３方向２＿６に沿って、４つの鉄筋２＿１が配列されている。第１方向２＿４は第２方向２＿５と交差し、第２方向２＿５は第３方向２＿６と交差している。
【００１８】
図１において、１は、配筋検査システムを示している。配筋検査システム１は、移動式の３次元レーザースキャナー３と、処理部５と、表示部６とを備えている。３次元レーザースキャナー３は、第２方向２＿５に配列された鉄筋２＿１から所定の距離だけ離間して配置され、自動または手動により、第２方向２＿５に配列された鉄筋２＿１と平行するように移動する。図１の例では、第２方向２＿５と同じ方向４に、３次元レーザースキャナー３は移動する。これにより、３次元レーザースキャナー３は、第２方向２＿５に沿って配列された複数の鉄筋２＿１の側面２＿３と、順次対向し、対向した鉄筋２＿１の側面２＿３における表面の曲面形状を計測する。
【００１９】
処理部５は、処理ユニット５＿１と記憶ユニット５＿２とを備えている。処理ユニット５＿１には、３次元レーザースキャナー３による計測により得られた鉄筋２＿１の曲面形状のデータが供給される。処理ユニット５＿１は、供給された曲面形状のデータを基にして、計測された鉄筋２＿１の中心点２＿２および半径を算出し、第２方向２＿５において、隣接した鉄筋２＿１の中心点２＿２間の距離をピッチとして算出する。記憶ユニット５＿２には、予め設計した配筋モデルが格納されている。配筋モデルには、例えば鉄筋の中心点、鉄筋の半径、鉄筋の径および第２方向２＿５において隣接する鉄筋間のピッチ等が含まれている。
【００２０】
処理ユニット５＿１は、記憶ユニット５＿２からの配筋モデルに基づいた鉄筋の配置を、表示部６に表示するとともに、算出した鉄筋２＿１の中心点、半径およびピッチに基づいて、計測により得られた鉄筋２＿１の配置を、表示部６に表示する。図１の表示部６には、一例として、検査により得られた鉄筋２＿１が、破線で示され、配筋モデルに基づく鉄筋の配置が、実線で描かれている。検査者は、表示部６に表示されている両方の鉄筋を見比べることにより、設計通りに鉄筋が施工されているか否かの判定を行う。すなわち、検査者は、配筋モデルを基準として、抜けている鉄筋、径が異なる鉄筋および配置の異なる鉄筋が存在するか否か等を判定する。図１では、一例として径の異なる鉄筋と、配置の異なる鉄筋が示されている。
【００２１】
図１では、設計された配筋モデルに基づく鉄筋の配置と、計測により得られた鉄筋２＿１の配置とが、表示部６において、上下に表示されているが、これに限定されるものではない。例えば、配筋モデルに基づく鉄筋と、計測により得られた鉄筋２＿１とを異なる色で表し、重なるように表示するようにしてもよい。また、処理ユニット５＿１において、配筋モデルに基づく鉄筋と、計測により得られた鉄筋２＿１とを比較して、相異部のみを、表示部６に表示するようにしてもよい。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係わる３次元レーザースキャナーと鉄筋との関係を示す斜視図である。鉄筋２＿１は、図２に示すように、第１方向２＿４に延在する円柱状の外形形状を有している。３次元レーザースキャナー３は、第２方向２＿５に沿った方向４に移動しながら、鉄筋２＿１の側面２＿３をスキャンして、側面２＿３における表面の曲面形状を計測する。
【００２３】
＜表面の曲面形状から中心点および半径の算出＞
図３は、実施の形態１に係わる処理ユニットでの算出を説明するための図である。図３（Ａ）は、図２で示したように、３次元レーザースキャナー３を移動させることにより、計測された鉄筋２＿１の側面２＿３の曲面形状部を示す図である。３次元レーザースキャナー３によって計測することができるのは、側面２＿３のうち、レーザーが照射される一部分だけである。図３（Ｂ）は、鉄筋２＿１の断面を示す断面図である。図３（Ｂ）において、符号２＿３＿１で示した実線の円弧部は、３次元レーザースキャナー３によって計測された側面２＿３の曲面形状部を示し、符号２＿３＿２で示した波線の円弧部は、３次元レーザースキャナー３によって計測されなかった側面２＿３の曲面形状部を示している。
【００２４】
３次元レーザースキャナー３からは、曲面形状部２＿３＿１を表す複数の座標データが、処理ユニット５＿１に画像のデータとして供給される。曲面形状部２＿３＿１の形状は、複数の点の集合である点群によって表される。実施の形態１においては、各点は、３次元レーザースキャナー３の移動方向（第２方向）４をＸ座標とし、奥行き方向（第３方向）をＹ座標とし、鉄筋の延在方向（第１方向）をＺ座標とした座標データによって表され、曲面形状部２＿３＿１の形状を表す点群が、複数の座標データとして処理ユニット５＿１に供給される。
【００２５】
処理ユニット５＿１は、供給された複数の座標データのうち、鉄筋２＿１において同じ高さの位置、すなわち、同じＺ座標における座標データを用いて、鉄筋２＿１の中心点２＿２と半径とを算出する。すなわち、処理ユニット５＿１は、同じＺ座標で切断した鉄筋２＿１の断面における円弧の座標データを用いて、鉄筋２＿１の中心点２＿２と半径とを算出する。図３（Ｂ）には、円弧である曲面形状部２＿３＿１における３つの点を表す座標データがＡ（ｘ１，ｙ１）、Ｂ（ｘ２，ｙ２）およびＣ（ｘ３，ｙ３）として示されている。なお、Ｚ座標は、３つの点において同じであるため、３つの点を表す座標データから省略している。この３つの座標データを用いて、処理ユニット５＿１は、次の演算を実行して、中心点Ｐ（−ｌ’／２，−ｍ’／２）および半径ｒを算出する。以下の演算において、∧２は、２乗を示している。
【００２６】
円の方程式の一般系は、式（１）である。
【００２７】
ｘ∧２＋ｙ∧２＋ｌｘ＋ｍｙ＋ｎ＝０          ・・・式（１）
前記した円弧の３つの座標データを、式（１）に代入すると、式（２）〜式（４）となる。
【００２８】
（ｘ１）∧２＋（ｙ１）∧２＋ｌ（ｘ１）＋ｍ（ｙ１）＋ｎ＝０  ・・・式（２）
（ｘ２）∧２＋（ｙ２）∧２＋ｌ（ｘ２）＋ｍ（ｙ２）＋ｎ＝０  ・・・式（３）
（ｘ３）∧２＋（ｙ３）∧２＋ｌ（ｘ３）＋ｍ（ｙ３）＋ｎ＝０  ・・・式（２）
式（２）〜式（４）の３元連立方程式の解を求め、求めた解を、ｌ’、ｍ’およびｎ’とする。式（１）に代入して、式（５）を求める。
【００２９】
ｘ∧２＋ｙ∧２＋ｌ’ｘ＋ｍ’ｙ＋ｎ’＝０    ・・・式（５）
これを変形し、式（６）および式（７）とする。
【００３０】
（ｘ＋ｌ’／２）∧２＋（ｙ＋ｍ’／２）∧２＋ｎ’−（ｌ’／２）∧２−（ｍ’／２）∧２＝０      ・・・（式６）
（ｘ＋ｌ’／２）∧２＋（ｙ＋ｍ’）∧２＝｛（ｍ’／２）∧２＋（ｌ’／２）∧２−ｎ’｝
・・・（式７）
これにより、円の中心点２＿２の座標は、（−ｌ’／２，―ｍ’／２）であり、円の半径ｒは、√｛（ｍ’／２）∧２＋（ｌ’／２）∧２−ｎ’｝となる。
【００３１】
円弧である曲面形状部２＿３＿１の座標データを用いて、鉄筋２＿１の中心点２＿２および半径ｒを算出する例を説明したが、算出の方法はこれに限定されるものではない。
【００３２】
処理ユニット５＿１は、第２方向２＿５に配列された複数の鉄筋２＿１の中心点２＿２を算出した後、隣接する鉄筋の中心点２＿２間の距離を算出する。図３（Ｃ）には、算出した距離が、符号Ｌ１〜Ｌ３として示されている。この算出した距離が、鉄筋間のピッチとなる。また、算出した半径ｒを２倍にすることにより、鉄筋２＿１の径を算出することができる。
【００３３】
図１〜図３では、検査の際に、３次元レーザースキャナー３を移動させる例を示したが、３次元レーザースキャナー３は移動させなくても、鉄筋の中心点および半径を算出することが可能である。しかしながら、３次元レーザースキャナー３を移動させることにより、鉄筋２＿１の中心点および半径を算出する際の精度を向上させることが可能であり、望ましい。次に、３次元レーザースキャナー３を移動させることにより、精度が向上することを、図を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係わる配筋検査システムを説明するための図である。
【００３４】
３次元レーザースキャナー３は、時間の経過とともに移動する。図４では、３次元レーザースキャナー３は、実線で示した位置から、時間の経過により、破線で示した位置まで移動し、さらに、一点鎖線で示した位置まで移動する。移動の際に伴って、スキャン７も、実線、破線、一点鎖線で示すように変化する。これにより、レーザーが照射される範囲が広くなり、計測される曲面形状部２＿３＿１も広くなる。その結果、中心点２＿２の座標および半径ｒの算出の精度を向上させることが可能である。
【００３５】
３次元レーザースキャナー３から、処理ユニット５＿１に供給される座標データは、３次元レーザースキャナー３を設置した位置に依存する。供給された座標データによって表される鉄筋と、配筋モデルによって表される鉄筋とを照合するために、処理ユニット５＿１は、供給された座標データを変換する。例えば図１に示した鉄筋群２のうちの特定の鉄筋がターゲットとされ、ターゲットの座標データが絶対座標データとして、処理ユニット５＿１に設定される。処理ユニット５＿１は、３次元レーザースキャナー３によって計測された複数の鉄筋のうち、ターゲットに対応する鉄筋を特定し、特定した鉄筋の座標データを、設定されている絶対座標データに変換し、ターゲットに対応する鉄筋を除く他の鉄筋の座標データを、絶対座標データを基準とした相対的な座標データに変換する。これにより、ターゲットを基準として、配筋モデルにより表される鉄筋の座標と計測された鉄筋の座標との整合を図り、照合を行うことが可能となる。
【００３６】
＜配筋検査方法＞
図１に示した配筋検査システムで実行する配筋検査方法を、図を用いて説明する。図５は、実施の形態１に係わる配筋検査方法を示すフロー図である。
【００３７】
検査者は、ステップＳ０で配筋検査を開始し、ステップＳ９で配筋検査を終了する。実施の形態１においては、ステップＳ０〜Ｓ９の間で、３次元レーザースキャナー３によって鉄筋を計測する計測ステップＳ１０と、鉄筋の中心点、半径および鉄筋間のピッチ等を算出し、表示する算出ステップＳ１１が実施される。
【００３８】
先ず、ステップＳ１０において実行されるステップＳ１〜Ｓ６を説明する。ステップＳ１において、検査者が、検査を行う計測対象領域を選択する。このステップＳ１では、検査者が、例えば建設工事現場にある複数の鉄筋群２から、任意の鉄筋群２を選択し、選択した鉄筋群２と対向するような位置に、３次元レーザースキャナー３を設置する。ステップＳ２では、前記したようにターゲットを設定する。これにより、ターゲットの絶対座標データが、処理ユニット５＿１に設定される。
【００３９】
ステップＳ３において、３次元レーザースキャナー３を移動させながら、複数の鉄筋の計測が行われる。鉄筋の計測により、鉄筋の曲面形状部２＿３＿１の形状を表す点群のデータが、処理ユニット５＿１に供給される。ステップＳ４において、処理ユニット５＿１は、ターゲットの絶対座標データを基にして、ターゲットを除く鉄筋の座標データを相対座標データに変換する。ステップＳ５において、処理ユニット５＿１は、ステップＳ４における変換により得られた点群の座標データを統合して、計測対象領域の形状データを生成する。次に、ステップＳ６において、処理ユニット５＿１は、ステップＳ５において生成された計測対象領域の形状データから、鉄筋の形状データを抽出する。抽出された形状データに、図３で説明した鉄筋の曲面形状部２＿３＿１を表す複数の座標データが含まれており、この複数の座標データが、次に説明するステップＳ１１における演算に用いられる。
【００４０】
ステップＳ１１は、ステップＳ７とステップＳ８を含んでいる。ステップＳ７において、処理ユニット５＿１は、曲面形状部２＿３＿１を表す３つの座標データを基にして、図３（Ｂ）で説明した演算を実行する。この演算により、円柱形状の鉄筋２＿１の中心点と半径が算出される。曲面形状部２＿３＿１は、円柱形状の一部であるため、ステップＳ７における演算に用いられる形状データは、不完全な円柱形状を表していると見なすことができる。このように見なした場合、ステップＳ７は、不完全な形状データから、円柱形状を補完し、円柱形状の中心点および半径を算出していると見なすことができる。
【００４１】
ステップＳ８において、処理ユニット５＿１は、ステップＳ７で算出した鉄筋の中心点および半径から、鉄筋の径および鉄筋間のピッチを算出して、計測による配筋モデルを作成し、図１で示した表示部６に表示する。このとき、図１で説明したように設計された配筋モデルも表示部６に表示する。これにより、それぞれの配筋モデルに従った鉄筋が、図１に示したように表示部６において表示される。
【００４２】
実施の形態１においては、鉄筋の表面を計測して、計測により得られた曲面形状から鉄筋の中心点および半径を算出し、配筋検査が行われる。そのため、簡便に配筋を検査することが可能である。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、鉄筋の中心点および半径を算出するだけであれば、３次元レーザースキャナーの代わりに２次元レーザースキャナーを用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  配筋検査システム
２  鉄筋群
２＿１  鉄筋
２＿２  中心点
２＿４  第１方向
２＿５  第２方向
２＿６  第３方向
３  ３次元レーザースキャナー
５  処理部
５＿１  処理ユニット
５＿２  記憶ユニット
６  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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