(57)【要約】【課題】高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのない床の形状計測システムおよび計測方法を提供する。【解決手段】座標が既知であるマーカと、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するレーザースキャナ１２と、レーザースキャナ１２の設置高さを計測する設置高さ計測手段１８と、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するデータ統合手段２６とを備え、データ統合手段２６は、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、設置高さ計測手段１８で計測されたレーザースキャナ１２の設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測するシステムであって、
隣接するエリアのオーバーラップする位置に設置され、座標が既知であるマーカと、
各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するレーザースキャナと、
スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測する設置高さ計測手段と、
隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するデータ統合手段とを備え、
データ統合手段は、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、設置高さ計測手段で計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いることを特徴とする床の形状計測システム。
【請求項２】
設置高さ計測手段は、各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するレーザーレベルと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するためにレーザースキャナに設けられた受光センサと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算する演算装置とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の床の形状計測システム。
【請求項３】
複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測する方法であって、
隣接するエリアのオーバーラップする位置に座標が既知であるマーカを設置するステップと、
レーザースキャナを設置して、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するステップと、
スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップと、
隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するステップとを備え、
各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いることを特徴とする床の形状計測方法。
【請求項４】
スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップは、
レーザーレベルを計測エリア全体が見通せる位置に設置するステップと、
レーザーレベルからのレーザー光を受光するための受光センサをレーザースキャナに設置するステップと、
レーザーレベルから各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するステップと、
受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算するステップとを含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の床の形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床の形状計測システムおよび計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートスラブの施工管理において床の凹凸形状（平滑性）を計測する場合には、床面上の水平位置（Ｘ、Ｙ位置）における床面の高さ（Ｚ値）を計測している。この計測では、床面上の場所を表すＸＹ位置はセンチメートルオーダで計測できればよいが、高さはミリメートルオーダの高精度の計測が求められる。
【０００３】
従来の床の形状計測技術の一つとして、図３に示すような３次元レーザースキャナ１と基準マーカ２を使った方法がある。この方法では、レーザースキャナ１を設置した位置から計測できるエリア３が限定される。そのため、広いエリアを計測する場合には、レーザースキャナ１の設置位置を移動させて複数のエリア３でスキャンを行い、その後、各スキャンデータを結合する方法が用いられる。その際、隣接し、オーバラップするエリア３に３つ以上のマーカ２（例えば球）をあらかじめ設置しておき、スキャンデータの結合処理時にマーカ２のスキャンデータを一致させることで２つの隣接するエリア３のスキャンデータを結合する。
【０００４】
一方、床面の高さを計測する従来の技術として、レーザーレベルと受光器を用いた方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１８４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来のレーザースキャナ１と基準マーカ２を使った計測方法では、２つのスキャンデータ間のマーカーマッチング誤差が、複数の連続するエリア３を順次結合していく中で累積することによって誤差累積が生じるおそれがある。広い面積の床を複数のエリアに分割してレーザースキャナで計測する場合、特に高さ方向の計測が要求精度を満たせなくなるおそれがある。
【０００７】
このため、高さ方向に関して、スキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生しない計測技術が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのない床の形状計測システムおよび計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る床の形状計測システムは、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測するシステムであって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に設置され、座標が既知であるマーカと、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するレーザースキャナと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測する設置高さ計測手段と、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するデータ統合手段とを備え、データ統合手段は、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、設置高さ計測手段で計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の床の形状計測システムは、上述した発明において、設置高さ計測手段は、各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するレーザーレベルと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するためにレーザースキャナに設けられた受光センサと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算する演算装置とを含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る床の形状計測方法は、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測する方法であって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に座標が既知であるマーカを設置するステップと、レーザースキャナを設置して、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するステップと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップと、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するステップとを備え、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の床の形状計測方法は、上述した発明において、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップは、レーザーレベルを計測エリア全体が見通せる位置に設置するステップと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するための受光センサをレーザースキャナに設置するステップと、レーザーレベルから各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するステップと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算するステップとを含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る床の形状計測システムによれば、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測するシステムであって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に設置され、座標が既知であるマーカと、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するレーザースキャナと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測する設置高さ計測手段と、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するデータ統合手段とを備え、データ統合手段は、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、設置高さ計測手段で計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いるので、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのないシステムを提供することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、本発明に係る他の床の形状計測システムによれば、設置高さ計測手段は、各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するレーザーレベルと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するためにレーザースキャナに設けられた受光センサと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算する演算装置とを含んで構成されるので、レーザーレベルと受光センサによって設置高さ計測手段を簡単に構成することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る床の形状計測方法によれば、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測する方法であって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に座標が既知であるマーカを設置するステップと、レーザースキャナを設置して、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するステップと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップと、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するステップとを備え、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いるので、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのない方法を提供することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る他の床の形状計測方法によれば、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップは、レーザーレベルを計測エリア全体が見通せる位置に設置するステップと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するための受光センサをレーザースキャナに設置するステップと、レーザーレベルから各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するステップと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算するステップとを含んで構成されるので、レーザースキャナの設置高さをレーザーレベルと受光センサという簡単な構成で計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明に係る床の形状計測システムおよび計測方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２】図２は、ラインセンサ上の位置と受光強度の関係を示す図である。
【図３】図３は、従来の床の形状計測方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る床の形状計測システムおよび計測方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
（床の形状計測システム）
まず、本発明に係る床の形状計測システムの実施の形態について説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る床の形状計測システム１０は、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測するシステムであって、３次元レーザースキャナ１２と、ラインセンサ１４と、パーソナルコンピュータ１６と、レーザーレベル１８と、データ統合手段２６と、図示しないマーカを備える。マーカは、従来の図３の場合と同様に、隣接する計測エリアのオーバーラップする位置に少なくとも２箇所設置されており、マーカの３次元座標は既知である。なお、レーザーレベル１８とラインセンサ１４とパーソナルコンピュータ１６が、本発明の設置高さ計測手段として機能する。
【００２１】
３次元レーザースキャナ１２は、自身から計測対象の相対的な位置を取得するものであり、計測エリア内の床面２０上に設置した三脚２２の上部に設置される。この３次元レーザースキャナ１２は、各計測エリア毎に３次元レーザースキャンして各周囲の床面２０およびマーカを含む多数の点の相対的な位置を表すスキャンデータを取得する。この３次元レーザースキャナ１２としては、市販の製品を適用することができる。
【００２２】
レーザーレベル１８は、鉛直線Ｃ周りに回転しながら周囲に向けてレーザー光Ｂを水平方向に照射する装置であり、床面２０上に設置した三脚２４の上部に設けられる。このレーザーレベル１８は、計測エリア全体が見通せる位置に設置され、各計測エリアのスキャン位置の３次元レーザースキャナ１２に向けてレーザー光Ｂを照射可能である。基準面からのレーザー光Ｂの高さは既知である。このレーザーレベル１８としては、市販の製品（例えば、ライカジオシステムズ社製の製品ＬＮＡ２Ｌなど）を適用することができる。このような製品を用いれば、高い水平精度（例えば０．５秒程度：１００ｍで０．２４ｍｍ程度）を確保することができる。
【００２３】
ラインセンサ１４は、受光素子を鉛直方向に一列に並べた受光センサであり、３次元レーザースキャナ１２の基台側面に固定されている。このラインセンサ１４は、レーザーレベル１８から照射されたレーザー光Ｂを受光して、受光強度とラインセンサ上の位置とが関連付けられた受光信号を検出する。なお、検出した受光信号は、無線または有線の通信回線を通じてパーソナルコンピュータ１６に送信されるようになっている。また、３次元レーザースキャナ１２自身の座標原点を基準としたラインセンサ１４の位置および設置範囲はあらかじめ把握されており、これらの情報はパーソナルコンピュータ１６に備わる図示しないデータベース等に格納されている。このラインセンサ１４としては、市販の製品を適用することができる。ラインセンサ１４の代わりに、受光素子が二次元的に配列されたエリアセンサを用いることもできる。
【００２４】
パーソナルコンピュータ１６は、ラインセンサ１４から受信した受光信号に基づいて、３次元レーザースキャナ１２の設置高さを演算する演算装置である。より具体的には、このパーソナルコンピュータ１６は、図２に示すように、受信した受光信号のラインセンサ１４上での受光強度の変化からレーザー光の受光中央値（受光中央位置）を求め、この中央値をラインセンサ１４上の受光位置として設定する。そして、図示しないデータベース等に格納されている３次元レーザースキャナ１２自身の座標原点を基準としたラインセンサ１４の位置および設置範囲を参照して、受光位置を基準とした３次元レーザースキャナ１２自身の座標原点までの高さを演算する。こうすることで、レーザー光Ｂの照射高さを基準とした３次元レーザースキャナ１２の設置高さを正確に計測することができる。なお、演算された設置高さは、データ統合手段２６の処理に利用される。
【００２５】
データ統合手段２６は、隣接する計測エリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各計測エリアの床面２０のスキャンデータを全計測エリアで共通の座標系に変換して統合（結合）するものである。このデータ統合手段２６は、上記の従来の方法で適用される手段と同様に構成可能であり、例えばコンピュータ上で実行されるデータ処理プログラムなどによって構成することができる。データ統合手段２６により共通の座標系に統合されたデータは、全計測エリアで床面２０の凹凸形状を表す３次元形状データとして出力される。
【００２６】
ここで、本発明のデータ統合手段２６では、各計測エリアの床面２０のスキャンデータを全計測エリアで共通の座標系に変換する際に、対応する計測エリアの床面２０のスキャンデータの原点高さの座標値として、本発明の設置高さ計測手段（レーザーレベル１８、ラインセンサ１４、パーソナルコンピュータ１６）で計測されたレーザースキャナ１２の設置高さを用いる。
【００２７】
このようにすれば、高さ方向に関して従来のデータ結合の繰り返しによる誤差蓄積は発生しない。したがって、本実施の形態によれば、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのないシステムを提供することができる。また、本実施の形態によれば、設置高さ計測手段をレーザーレベル１８とラインセンサ１４とパーソナルコンピュータ１６によって簡単に構成することができる。
【００２８】
（床の形状計測方法）
次に、本発明に係る床の形状計測方法の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る床の形状計測方法は、上記の床の形状計測システム１０を利用した形状計測方法である。
【００２９】
図１に示すように、まず、所定の計測エリアに３次元レーザースキャナ１２を設置するとともに、レーザーレベル１８を計測エリア全体が見通せる位置に設置する。次に、ラインセンサ１４を３次元レーザースキャナ１２の基台側面に固定する。次に、レーザーレベル１８からレーザー光Ｂを水平方向に照射し、ラインセンサ１４で受光信号を取得する。そして、パーソナルコンピュータ１６を用いて、取得した受信信号のラインセンサ１４上での受信強度変化からレーザー光の受光中央値（受光中央位置）を求める。この中央値をラインセンサ１４上の受光位置として設定し、受光位置を基準とした３次元レーザースキャナ１２自身の座標原点までの高さを演算する。こうすることで、３次元レーザースキャナ１２の各スキャン位置での設置高さを正確に測定する。
【００３０】
その後、データ統合手段２６を用いて、全ての計測エリアのスキャンデータを統合（結合）する。この際、各計測エリアのスキャンデータの原点高さの座標値について、レーザーレベル１８で計測した設置高さを用いる。
【００３１】
このようにすれば、高さ方向に関して従来のデータ結合の繰り返しによる誤差蓄積は発生しない。したがって、本実施の形態によれば、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのない方法を提供することができる。また、本実施の形態によれば、レーザーレベル１８とラインセンサ１４とパーソナルコンピュータ１６を用いて、複数の計測エリアの各スキャン位置における３次元レーザースキャナ１２の設置高さを簡単に計測することができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明に係る床の形状計測システムによれば、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測するシステムであって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に設置され、座標が既知であるマーカと、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するレーザースキャナと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測する設置高さ計測手段と、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するデータ統合手段とを備え、データ統合手段は、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、設置高さ計測手段で計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いるので、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのないシステムを提供することができる。
【００３３】
また、本発明に係る他の床の形状計測システムによれば、設置高さ計測手段は、各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するレーザーレベルと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するためにレーザースキャナに設けられた受光センサと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算する演算装置とを含んで構成されるので、レーザーレベルと受光センサによって設置高さ計測手段を簡単に構成することができる。
【００３４】
また、本発明に係る床の形状計測方法によれば、複数の計測エリアに分けて床の凹凸形状を計測する方法であって、隣接するエリアのオーバーラップする位置に座標が既知であるマーカを設置するステップと、レーザースキャナを設置して、各エリア毎にレーザースキャンして床およびマーカのスキャンデータを取得するステップと、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップと、隣接するエリア間でマーカのスキャンデータをマッチングさせることで、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換して統合するステップとを備え、各エリアの床のスキャンデータを全エリアで共通の座標系に変換する際に、計測されたレーザースキャナの設置高さを、対応するエリアの床のスキャンデータの原点高さの座標値として用いるので、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積が発生することのない方法を提供することができる。
【００３５】
また、本発明に係る他の床の形状計測方法によれば、スキャン位置におけるレーザースキャナの設置高さを計測するステップは、レーザーレベルを計測エリア全体が見通せる位置に設置するステップと、レーザーレベルからのレーザー光を受光するための受光センサをレーザースキャナに設置するステップと、レーザーレベルから各スキャン位置におけるレーザースキャナに向けてレーザー光を水平方向へ照射するステップと、受光センサで検出した受光信号に基づいてレーザースキャナの設置高さを演算するステップとを含んで構成されるので、レーザースキャナの設置高さをレーザーレベルと受光センサという簡単な構成で計測することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る床の形状計測システムおよび計測方法は、施工管理段階のコンクリートスラブなどの床の凹凸形状を計測するのに有用であり、特に、高さ方向に関してスキャンデータ結合の繰り返しによる誤差累積の発生を防ぐのに適している。
【符号の説明】
【００３７】
１０  床の形状計測システム
１２  ３次元レーザースキャナ（レーザースキャナ）
１４  ラインセンサ（受光センサ）
１６  パーソナルコンピュータ（演算装置）
１８  レーザーレベル（設置高さ計測手段）
２０  床面
２２，２４  三脚
２６  データ統合手段
Ｂ  レーザー光
Ｃ  鉛直線
【図１】
2019090758.tif 000003
【図２】
2019090758.tif 000004
【図３】
2019090758.tif 000005