(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ形綱やＩ形綱等の鉄骨柱の芯を３次元位置計測器を用いて計測するための鉄骨柱の芯出治具であって、
前記鉄骨柱の４端部のうちの１端部に着脱自在に取り付けられ、互いに直角な方向に発射された２本の光線を含む面が前記鉄骨柱の芯に対して直交する直交平面を形成する一対の光式非接触ポインターを備えた第１の治具と、
前記鉄骨柱の４端部のうちの前記第１の治具の両隣に位置する端部にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記第１の治具の一対の光式非接触ポインターから発射される光線の目標点が明示されると共に前記鉄骨柱の上下方向にレベル調整可能な受け板を備えた第２の治具及び第３の治具と、
前記第１から第３の各治具にそれぞれ設けられ、前記３次元位置計測器の計測点が明示されると共に、前記第１の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と前記第２及び第３の治具の目標点が一致するように前記第２及び第３の受け板のレベル調整をした時に、前記各計測点が全て前記直交平面上に位置し、且つ該各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置するターゲットと、から成り、
前記鉄骨柱に取り付けた第１、第２及び第３の治具のターゲットの計測点を前記３次元位置計測器で計測した計測結果に基づいて前記鉄骨柱の芯を求めることを特徴とする鉄骨柱の芯出治具。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の各治具には、鉄骨柱の縁面と側面にそれぞれ当接する一対の基準面と、前記治具を鉄骨柱にクランプするクランプ手段を有し、前記一対の基準面を鉄骨柱の縁面と側面に当接させた状態で前記クランプ手段で治具を鉄骨柱に取り付けると、前記一対の光式非接触ポインターの発射向きが前記直交平面を形成する方向にセットされることを特徴とする請求項１の鉄骨柱の芯出治具。
【請求項３】
前記クランプ手段には、前記鉄骨柱に取り付け位置をマーキングするポンチ部材を有していることを特徴とする請求項１又は２の鉄骨柱の芯出治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨柱の芯出治具に係り、特にＨ形鋼やＩ形鋼の鉄骨柱の芯を３次元位置計測器を用いて計測するための芯出治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラントにおける設備機器や配管は、プラント躯体の鉄骨柱の芯を基準に設計図が描かれている。例えば、図８に示すように、タンク９０を位置決めする設計図は、鉄骨柱９２の芯９４を基準として、ＸやＹといった据え付け寸法で記載されている。実際には、鉄骨柱９２の芯９４からの距離を直接測定することはできないので、熟練者が、Ｙレベルや水糸、手回り工具等を用いて測定していた。
【０００３】
しかし、このような計測方法は精度が悪く、タンク等の設備機器を正確に設置するのは困難であった。このため、配管等の形状を現場で変更する等、設置誤差に対処することが必要であった。
このような現状から、作業の合理化のため、３次元位置計測器を用いて鉄骨柱の芯を正確に測定し、その測定値に従って設備機器等を確実に設置することが望まれる。そこで、鉄骨柱の側面と縁面が交差する一頂点にターゲットを設置し、そのターゲットの計測点の３次元座標を３次元位置計測器を用いて計測し、該３次元座標と鉄骨の設計値から鉄骨の芯を算出する試みが成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、施工された鉄骨柱は、若干の傾きを有していたり、ねじれを生じていることがあり、３次元位置計測器による上記のような測定方法で算出された鉄骨柱の芯の位置は、実際の芯の位置とずれることがある。例えば、図９（ａ）は、本来の設計位置８０に対して、Ｈ形鋼がねじれや傾きにより、施工位置８２にずれた場合である。このとき、計測点８４の３次元位置から、Ｈ形鋼の設計値に基づいてＨ形鋼の位置と姿勢を算出すると、図９（ｂ）のように、実際の施工位置８２からずれた計測位置８６が算出される。このため、計測に基づくＨ形鋼の芯の位置８６Ｐと、実際の芯の位置８２Ｐとの間に誤差を生じ、設備機器の設置の際に設置誤差を生じてしまう。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、計測点を有するターゲットを鉄骨柱に簡単且つ正確に取り付けることができ、更に、該計測点の３次元座標を３次元位置計測器を用いて計測することにより鉄骨の芯を精度良く測定できる鉄骨柱の芯出治具を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、Ｈ形綱やＩ形綱等の鉄骨柱の芯を３次元位置計測器を用いて計測するための鉄骨柱の芯出治具であって、前記鉄骨柱の４端部のうちの１端部に着脱自在に取り付けられ、互いに直角な方向に発射された２本の光線を含む面が前記鉄骨柱の芯に対して直交する直交平面を形成する一対の光式非接触ポインターを備えた第１の治具と、前記鉄骨柱の４端部のうちの前記第１の治具の両隣に位置する端部にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記第１の治具の一対の光式非接触ポインターから発射される光線の目標点が明示されると共に前記鉄骨柱の上下方向にレベル調整可能な受け板を備えた第２の治具及び第３の治具と、前記第１から第３の各治具にそれぞれ設けられ、前記３次元位置計測器の計測点が明示されると共に、前記第１の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と前記第２及び第３の治具の目標点が一致するように前記第２及び第３の受け板のレベル調整をした時に、前記各計測点が全て前記直交平面上に位置し、且つ該各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置するターゲットと、から成り、前記鉄骨柱に取り付けた第１、第２及び第３の治具のターゲットの計測点を前記３次元位置計測器で計測した計測結果に基づいて前記鉄骨柱の芯を求めることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、鉄骨柱の４端部のうちの１端部に第１の治具を取り付け、第１の治具の両隣の端部に第２及び第３の治具を取り付ける。そして、第１から第３の治具を鉄骨柱に取り付けた状態で第１の治具の光式非接触ポインターから発射される光線と第２及び第３の治具の目標点が一致するように第２及び第３の受け板のレベル調整を行う。この結果、第１、第２及び第３の各治具に設けられた各ターゲットの計測点は、鉄骨柱に直交する同一の直交平面上に位置し、且つ各計測点が対応する各治具に対して同じ位置関係になるように位置決めされる。これにより、例えば、３個のターゲットの計測点を３頂点とする長方形が形成され、該長方形は鉄骨柱に直交する面を有し、該長方形の重心は鉄骨柱の芯に一致する。従って、鉄骨柱に取り付けた第１、第２及び第３の治具に設けたターゲットの計測点を３次元位置計測器で計測すれば、その計測結果に基づいて簡単且つ正確に鉄骨柱の芯を求めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る鉄骨柱の芯出治具の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る芯出治具を用いて鉄骨柱の芯出を行う測定装置１０の全体構成を説明する説明図であり、図２は、Ｈ形綱（以下、「鉄骨柱」という）に芯出治具を取り付けた状態図である。
【０００９】
図１に示すように測定装置１０は、主として、鉄骨柱１２にターゲット３６を設置する芯出治具１８と、前記ターゲット３６の各計測点の３次元座標を計測する３次元位置計測器１４と、計測された各計測点の３次元座標から鉄骨柱の芯の位置と姿勢を算出する演算器１６と、から構成される。
３次元位置計測器１４は、反射プリズムであるターゲット３６に光線を発射して、ターゲット３６により反射した光線の波長を測定することによりターゲット３６までの距離を求めると共に、発射した光線の水平角度及び垂直角度を求めることにより、ターゲット３６の３次元座標を計測する。
【００１０】
図２に示すように本発明の芯出治具１８は、２つのレーザーポインター３２ａ、３２ｂからそれぞれ可視光線３３ａ、３３ｂを発射する第１の治具２０と、該可視光線３３ａ、３３ｂをそれぞれ受けてターゲット３６のレベル調整を行う第２の治具２２及び第３の治具２４とから構成される。
図３は、第１の治具２０の構成図である。
【００１１】
同図に示すように、第１の治具２０は、主として、治具本体２６Ａと、２つのレーザーポインター３２ａ、３２ｂと、計測点３８Ａを記したターゲット３６Ａとから構成される。治具本体２６Ａは、略「コ」の字状に形成され、基準面３０ａ、３０ｂが形成された基準面部２８ａ、２８ｂが設けられている。また、治具本体２６Ａには、鉄骨柱１２に固定支持するための支持手段として、クランプ機構が設けられている。即ち、治具本体２６Ａの一端にクランプシャフト４２を螺合し、該クランプシャフト４２に固設されたハンドル４４を回すことにより、クランプシャフト先端４０と基準面３０ｂとの間で鉄骨柱の端部６６の挟み込みを行う。これにより、基準面３０ａ、３０ｂにそれぞれ鉄骨柱１２の直交する側面７０と縁面６８に当接しながら、ハンドル４４を回し、クランプシャフト先端４０と基準面３０ｂとの間で鉄骨柱１２の端部６６Ａを挟持することにより、治具本体２６Ａは固定支持される。更に、クランプシャフト先端４０には、鋭く尖ったポンチ部を有し、前記挟持の際に鉄骨柱１２側面にポンチマークを打刻することができる。これにより、芯出治具１８を再び取り付ける際も、前記ポンチマークを目印にすることにより、確実に同じ位置に取り付けることができる。
【００１２】
また、治具本体２６Ａには、２つのレーザーポインター３２ａ、３２ｂが、固設されている。レーザーポインター３２ａ、３２ｂは、直線上に精度良く可視光線を発射する。レーザーポインター３２ａ、３２ｂから発射される可視光線３３ａ、３３ｂは、それぞれ基準面３０ｂ、３０ａの法線を形成すると共に、その延長線は互いに直交する。これにより、基準面３０ａ、３０ｂを鉄骨柱１２の直交する側面にそれぞれ当接させながら治具本体２６Ａを鉄骨柱１２に固定支持した際に、可視光線３３ａ、３３ｂを含む平面は、鉄骨柱１２の芯に直交する直交平面を形成する。
【００１３】
ターゲット３６Ａは、支持部材３４Ａを介して治具本体２６Ａに支持される。ターゲット３６Ａの中央に位置する計測点３８Ａは、２つの可視光線３３ａ、３３ｂを含む平面上で、且つ、基準面３０ｂ上に配置される。また、支持部材３４Ａは伸縮自在になっていて、基準面３０ａから計測点３８Ａまでの距離Ｌを、自由に設定できるように成っている。尚、ターゲット３６Ａは、支持部材３４Ａによって回転自在に支持されていて、あらゆる方向に向けることができる。これにより、３次元位置計測器１４の光線を確実に該３次元位置計測器１４に反射することができる。
【００１４】
図４は、第２の治具２２の構成図であり、図５は、受け板のスライド機構を説明する説明図である。
図４に示すように、第２の治具２２は、主として、治具本体２６Ｂと、該治具本体２６Ｂにスライド自在に設けられた受け板４６Ｂと、該受け板４６Ｂと連動するターゲット３６Ｂとから構成される。治具本体２６Ｂは、第１の治具２０の治具本体２６Ａと同じ構成であり、説明を省略する。
【００１５】
図５に示すように、受け板４６Ｂは、治具本体２６Ｂの基準面３０ａ、３０ｂが交わる稜線方向、即ち矢印５８方向にスライド自在に支持される。即ち、治具本体２６Ｂにはレール部材５２Ｂが固定されており、該レール部材５２Ｂに沿ってネジ部材５４Ｂが配置され、ネジ部材５４Ｂの両端はレール部材５２Ｂの軸受部に回転自在に支持される。ネジ部材５４Ｂには、受け板４６Ｂが設置されレール部材５２Ｂ上をスライドするスライド部材５０Ｂが螺合している。従って、ネジ部材５４Ｂの一端に固設されたつまみ５６Ｂを回転させることにより、受け板４６Ｂを矢印５８方向にスライドさせることができる。また、受け板４６Ｂには、レーザーポインター３２ａから発射される可視光線３３ａを受ける平面４７Ｂが治具本体２６の基準面３０ｂと平行に形成されており、該平面４７Ｂには可視光線の目標点である基準線４８Ｂが矢印５８方向と垂直に記されている。
【００１６】
ターゲット３６Ｂは、支持部材３４Ｂを介してスライド部材５０Ｂに設置され、計測点３８Ｂが、２つの基準面３０ａ、３０ｂに垂直で前記基準線４８Ｂを含む平面上に形成される。これにより、ターゲット３６Ｂは、受け板４６Ｂと共にスライドさせることができる。尚、計測点３８Ｂは、第１の治具２０と同様に、基準面３０ｂ上で、且つ、基準面３０ａから距離Ｌ離れた位置に配置される。
【００１７】
図６は、第３の治具の構成図である。
第３の治具において、受け板４６Ｃの設置位置以外の主構成は、第２の治具と同様であり、説明は省略する。
受け板４６Ｃはスライド部材５０Ｃに固設され、平面４７Ｃは治具本体２６Ｃの基準面３０ａと平行に形成される。更に、平面４７Ｃには、スライド方向と垂直に基準線４８Ｃが記されている。尚、ターゲット３６Ｃは、第２の治具２２と同様に、計測点３８Ｃが２つの基準面３０ａ、３０ｂに垂直で且つ前記基準線４８Ｃを含む平面上に配置されるように、支持部材３４Ｃを介してスライド部材５０Ｃに設置される。
【００１８】
次に、上記の如く構成された本発明に係る測定装置の実施の形態の作用について説明する。
先ず、図２に示したように、第１の治具２０を、治具本体２６Ａの基準面３０ａ、３０ｂをそれぞれ鉄骨１２の側面７０、縁面６８に当接させながら、クランプ機構により固定する。
【００１９】
次に、第２の治具２２を治具本体２６Ｂのクランプ機構により固定する。このとき、治具本体２６Ｂの基準面３０ａ、３０ｂをそれぞれ鉄骨１２の側面７０、縁面６９に当接させると共に、レーザーポインター３２ａから可視光線３３ａを発射した際に受け板４６Ｂの受け面４７Ｂ上にポイントを投影するように設置する。同様に、第３の治具２４を、治具本体２６Ｃの基準面３０ａ、３０ｂをそれぞれ鉄骨柱１２の側面７１、縁面６８に当接させながら、クランプ機構により固定する。
【００２０】
次に、２つのレーザーポインター３２ａ、３２ｂから可視光線３３ａ、３３ｂを発射して、それぞれ受け板４６Ｂ、４６Ｃの受け面４７Ｂ、４７Ｃ上にポイントを投影する。そして、該ポイントが前記受け面４７Ｂ、４７Ｃの基準線４８Ｂ、４８上Ｃに配置されるように、受け板４６Ｂ、４６Ｃをスライドさせ、ターゲット３６Ｂ、３６Ｃの計測点３８Ｂ、３８Ｃのレベル調整を行う。これにより、ターゲット３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃの各計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃは、２つの可視光線３３ａ、３３ｂを含む平面、即ち、鉄骨柱１２の芯と直交する直交平面上に配置される。更に、各計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃは、対応する各治具に対して同じ位置関係、即ち、鉄骨柱１２断面の各頂点６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃに対し同じ位置に位置決めされるので、鉄骨柱１２の芯の位置を重心とする長方形の３頂点に配置される。
【００２１】
このようにして配置された各ターゲットの計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃの３次元座標を３次元位置計測器１４を用いて計測する。計測されたデータは演算器１６に送られ、タンク等の機器の設置に必要な鉄骨柱１２の芯の位置が算出される。即ち、３つの計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを頂点とする長方形の重心を算出することにより、鉄骨柱１２の芯の位置を簡単に求めることができる。尚、計測点３８Ｂ、３８Ｃの３次元座標の中点を求めることにより、鉄骨柱１２の芯を求めることが出来るが、計測点３８Ａの３次元座標を考慮に入れることで、精度良く測定することができると共に、鉄骨柱１２の位置と姿勢を正確に知ることにより、鉄骨柱断面の変形や製作上の誤差を測定することもできる。
【００２２】
このように、本発明に係る測定装置の実施の形態では、治具１８を鉄骨柱１２に取り付け、レーザーポインター３２ａ、３２ｂから発射される可視光線３３ａ、３３ｂが受け板４６Ｂ、４６Ｃに投影したポイントを基準線４８Ｂ、４８Ｃに一致させるだけで、鉄骨柱１２の芯を求めるのに適した位置にターゲット３６の計測点３８を自動的に位置決めすることができる。従って、３次元位置計測器１４で各ターゲット３６の計測点３８の３次元座標を計測することにより、鉄骨柱１２の芯を正確に測定することができる。また、鉄骨柱１２に各治具２０、２２、２４を取り付けた際に自動的にポンチマークが打刻されるので、何度でも同じ位置に各ターゲット３６の計測点３８を設置することができ、測定作業を迅速に行うことができる。
【００２３】
尚、上記の実施の形態では、２つの可視光線３３ａ、３３ｂが受け板に投影するポイントを基準線４８Ｂ、４８Ｃに一致させた際に、各計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを、２つの可視光線３３ａ、３２ｂが形成する平面上で、長方形の３頂点を形成するように配置したが、これに限定するものではない。前記各ポイントが前記基準線４８Ｂ、４８Ｃに一致させた際に、各計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃが鉄骨柱１２の芯との位置関係が明らかな位置に配置されれば、何処にターゲットを配置してもよい。また、２つのレーザーポインター３２ａ、３２ｂは、前記各ポイントが前記基準線４８Ｂ、４８Ｃに一致させた後の計測点３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃが、鉄骨柱の芯の位置との位置関係が明らかな位置に配置されるのであれば、どのように設置してもよい。
【００２４】
また、上述した実施の形態では、治具１８を鉄骨柱１２の芯を求めることに用いたが、位置決めが必要な様々な状況において使用することができる。
例えば、図７は治具１８を別の用途に用いた変形例である。同図は、躯体建設の際に、梁７４を吊り具７８により垂直に吊り上げ、し口７６に接続する作業の様子を示している。
【００２５】
梁７４は、正確に位置決めすることが必要であり、特に、梁７４が大型の場合は、梁７４の吊り上げ中に鉄骨７９が梁７４の重みで変形するため、位置決めが重要である。このため、梁７４を吊り上げている間、梁７４やし口７６の位置の把握が必要となる。
そこで、本発明の治具１８における第１の治具２０を梁７４の接続箇所の両端に設置する。また、第２の治具２２をし口７６の接続位置に配置する。このとき、第１の治具２０及び第２の治具２２は、梁７４の設計値に基づいて同一垂線上に設置される。尚、第１及び第２の治具の構成や設置方法は、上記の実施の形態と同様であり、説明は省略する。
【００２６】
梁７４を吊り上げている間、各第１の治具２０の、２つのレーザーポインターのうち１つだけを用いて、垂直方向に可視光線を発射する。これにより、可視光線が第２の治具２２の受け板４６Ｂに投影するポイントを目視することにより、梁７４とし口７６のずれを確認することができる。また、第２の治具２２の受け板４６Ｂをスライドさせて基準線４８Ｂとポイントを一致させて、各ターゲット３６Ａ、３６Ｂの計測点３８Ａ、３８Ｂの３次元座標を３次元位置計測器１４を用いて計測することにより、鉄骨７９の変位量を計測することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る鉄骨柱の芯出治具を用いた測定装置によれば、ターゲットが支持された芯出治具を鉄骨柱に取り付け、レーザーポインターの可視光線が投影するポイントを目標点に一致させるだけで、ターゲットの計測点は、計測に適した位置に自動的に配置される。これにより、３次元位置計測器による正確な鉄骨柱の芯の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る芯出治具を用いて鉄骨柱の芯出を行う測定装置の全体構成を説明する説明図
【図２】鉄骨柱に本発明に係る芯出治具を取り付けた状態図
【図３】本発明に係る第１の芯出治具の構成図
【図４】本発明に係る第２の芯出治具の構成図
【図５】受け板のスライド機構を説明する説明図
【図６】本発明に係る第３の芯出治具の説明図
【図７】本発明に係る芯出治具を別の用途に用いた変形例を説明する説明図
【図８】プラントにおける設備機器の据え付け寸法を指示する設計図
【図９】従来の測定方法を説明する説明図
【符号の説明】
１４…３次元位置計測器
１６…演算器
２０…第１の芯出治具
２２…第２の芯出治具
２４…第３の芯出治具
２６…治具本体
２８…基準面部
３０…基準面
３２…レーザーポインター
３３…可視光線
３６…ターゲット
３８…計測点
４０…クランプシャフト先端
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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