(57)【要約】【課題】レーザスキャナを用いて非測定物の端部位置を計測するものにおいて、レーザスキャナの設置位置の自由度が高く、使い勝手の良い高精度の端部計測手法を提供する。【解決手段】レーザ照射の目標物となるターゲットの端部と非測定物の端部を位置合わせして載置し、レーザスキャナにより、ターゲットの面情報を取得し、取得した面情報から非測定物と相対している位置のターゲット端部位置を計算し、非測定物の端部位置を検出するものである。また、本計測方法では、レーザスキャンにより得られる情報からターゲット端部を検出するのに好適である立方体に正八面体を組み合わせた形状のターゲットを使用する。【選択図】図２
2015184078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザスキャナによって所定の測定範囲をスキャンして得られる点群データに基づいて、前記所定の測定範囲に存在する被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットであって、
前記ターゲットは、八面体と、前記被測定物の所定位置に位置合わせ可能な頂点を有する直方体とを組み合わされ、レーザスキャナによってスキャン可能な複数の平面領域からなる立体形状をしており、
レーザスキャナによって、前記ターゲットを含む範囲をスキャンして前記ターゲットの点群データを取得し、
取得した前記点群データに基づいて複数の平面領域を抽出し、
前記抽出した複数の平面領域を特定するためのデータと、前記ターゲットの立体形状を特定するための既知の固有データとに基づいて、前記直方体の１つの頂点の位置を算出し、
算出した前記直方体の頂点の位置に基づいて被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲット。
【請求項２】
前記ターゲットは、前記直方体の一面の中心に前記八面体の１つの頂点を含む頂部が埋め込まれた形状で組み合わされており、更に、前記八面体の前記埋め込まれた頂点と対向する頂点へ至る２つの稜線が形成する仮想の平面が、前記直方体の前記一面と接する前記直方体の４つの平面のうちの対向する１対の平面と直交する形態で、前記八面体は前記直方体と組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項３】
レーザスキャナによって所定の測定範囲をスキャンして得られる点群データに基づいて、前記所定の測定範囲に存在する被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットであって、
前記ターゲットは、八面体と前記被測定物の所定位置に位置合わせ可能な頂点を有する直方体とを組み合わされ、レーザスキャナによってスキャン可能な複数の平面領域からなり、更に、前記直方体の一面の中心に前記八面体の１つの頂点を含む頂部が埋め込まれた形状で組み合わされており、前記八面体の前記埋め込まれた頂点と対向する頂点へ至る２つの稜線が形成する仮想の平面が、前記直方体の前記一面と接する前記直方体４つの平面のうちの対向する１対の平面と直交する形態で、前記八面体は前記直方体と組み合わされてなる立体形状をしており、
レーザスキャナによって、前記ターゲットを含む範囲をスキャンして前記ターゲットの点群データを取得し、
取得した前記点群データから領域成長法を用いて複数の平面領域を抽出し、
前記複数の平面領域の中から、前記ターゲットの立体形状を特定する既知の固有データに基づいて前記八面体を構成する平面領域を抽出し、更に、抽出した前記八面体を構成する平面領域から得られる前記八面体の頂点と前記ターゲットの立体形状を特定する既知の固有データに基づいて前記直方体を構成する平面領域を抽出し、
前記八面体から抽出した前記頂点と、抽出した前記直方体を構成する前記平面領域とから前記被測定物の所定位置に位置合わせした前記直方体の頂点の位置を算出し、
算出した前記直方体の頂点の位置に基づいて被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲット。
【請求項４】
前記ターゲットにおいて、前記直方体は立方体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のターゲット。
【請求項５】
前記ターゲットにおいて、前記直方体に代えて三角柱、五角柱、または六角柱を用いたことを特徴とする請求項１に記載のターゲット。
【請求項６】
前記ターゲットにおいて、前記八面体は正八面体であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のターゲット。
【請求項７】
前記ターゲット底面に固定手段を有する請求項１ないし６のいずれかに記載のターゲット。
【請求項８】
前記固定手段が磁性部材である請求項７に記載のターゲット。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のターゲットを用いて、被測定物上の距離を計測する方法であって、
被測定物上の計測すべき複数点に、前記ターゲットの頂点を位置合わせして複数設置し、
前記複数のターゲットの前記頂点の位置に基づいて被測定物上の距離を計測する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザスキャナを用いて被測定物の端部の位置を正確に測定するために用いるターゲット及びそのターゲットを用いて被測定物上の距離を計測する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型建造物の製造工程において、設置現場で個々の部材を組み立てるのではなく、工場である程度の大きさのブロックを製造しておき、現場では各ブロックを溶接等で繋ぎ合わせる工法がとられている。この場合、ブロック同士の端部のずれを数ｍｍ程度に抑えられる工作精度が要求されている。この要求を満たすために、各ブロックの端部の形状や寸法を正確に計測するニーズが高まっている。
【０００３】
上記ニーズのためにレーザスキャナの利用が検討されている。レーザスキャナは一度の計測で計測対象の全体形状を取得可能であり、得られる点群データを処理することによって面を精度よく計測できる機器である。しかし、レーザスキャナは、短時間で大量の点群データを取得できるが、設定範囲内の天井、壁、机など測定対象以外のデータも同時に取得してしまう。特許文献１では、おおむね測定対象のみをレーザビームが照射できるように、視野制限窓を設けて、不要な物体を示す点群データを除去している。
また、レーザを用いた測距装置において、ターゲットの位置を検知することにより検出エリアの位置調整を行う技術が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４７６５６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５２４４号公報
【０００５】
従来、レーザスキャナを用いた端部計測手法としては、端部の点群を用いて端部の形状を計測するものがある。しかし、この手法には、次のような問題点がある。
・レーザスキャナの照射スポット間隔によって定まる測定誤差が生じる。つまり、照射スポット間隔より高い精度で端部位置を計測することができなかった。
・被測定物の端部にレーザを照射できるようにレーザスキャナを設置しなければならず、被測定物の端部の位置によってレーザスキャナの設置位置が制限されるため、測定のための作業効率が悪かった。
【０００６】
従来の測定方法について、図７に示すような略長方形状の板状物体の端部の位置を、レーザスキャナを用いて測定する例によって説明する。
【０００７】
レーザスキャナは非接触型の光学センサで、対象物の形状を位置座標の集合としてデジタル化できる。代表的な原理は、タイムオブフライト方式と呼ばれ、スキャナから対象物にレーザを照射し、スキャナに戻ってくるまでの時間で対象物の照射スポットまでの距離を計測し、これら距離を持った点、すなわち座標を持った点の集合体として対象物の形状をデジタル化することができる。レーザスキャナはその原理上、照射スポット間隔が検出の限界となる。
【０００８】
次に、レーザスキャナによる対象物の端部の検出について図７によって説明する。
被測定物１の端部Ａを検出しようとする場合、レーザスキャナ２を被測定物１の端部Ａにレーザを照射できる位置に設置し、レーザを端部Ａ付近にスキャンしながら照射する。
図７では、被測定物Ａ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５、Ａ７、Ａ８のスポットからはレーザがスキャナ２に戻ってくるが、Ａ３、Ａ６、Ａ９のスポットからはレーザはスキャナ２に戻ってこない。
レーザスキャナ２では、Ａ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５、Ａ７、Ａ８のスポットから戻ってきたレーザの検出したのち、戻ってくるまでの時間とレーザの照射方向に基づいて被測定物のスポットＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５、Ａ７、Ａ８の位置座標を点群の集合としてデジタル化する。
【０００９】
スキャナ２側では、点群データＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ５、Ａ７、Ａ８により、端部Ａのおおよその位置を検出することができるが、各スポット間隔が検出の限界となる。照射スポット間隔を小さくすれば端部検出精度は向上するが、スポット間隔を小さくするということは、レーザ照射回数の増大、ひいては計測時間の増大を意味する。さらに、図７のような位置にレーザスキャナを設置し、被測定物の測定面とレーザの入射角が浅い場合には、レーザスキャナのレーザ発射角度のわずかな変化も測定面では大きなスポット間隔となり、端部検出精度が低くなるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、新規なターゲットを用いることにより、レーザスキャナで取得される点群データから対象となるターゲットを容易に判別することができ、さらに、非測定部の端部をレーザスキャナの照射スポット間隔より高い精度（照射スポット間隔より高い解像度）で計測することを可能とするとともに、レーザスキャナの設置位置を被測定物の端部に関わらず任意の場所とすることを可能とする、非常に使い勝手の良い端部の計測のためのターゲット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】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
レーザスキャナによって所定の測定範囲をスキャンして得られる点群データに基づいて、前記所定の測定範囲に存在する被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットであって、
前記ターゲットは、八面体と、前記被測定物の所定位置に位置合わせ可能な頂点を有する直方体とを組み合わされ、レーザスキャナによってスキャン可能な複数の平面領域からなる立体形状をしており、
レーザスキャナによって、前記ターゲットを含む範囲をスキャンして前記ターゲットの点群データを取得し、
取得した前記点群データに基づいて複数の平面領域を抽出し、
前記抽出した複数の平面領域を特定するためのデータと、前記ターゲットの立体形状を特定するための既知の固有データとに基づいて、前記直方体の１つの頂点の位置を算出し、
算出した前記直方体の頂点の位置に基づいて被測定物の所定位置を計測する方法に用いることを特徴としている。
この特徴によれば、ターゲット下部が直方体となっており、計測すべき所定位置に直方体の頂点を位置合わせするものであるので、位置合わせの作業が容易となる。特に、計測すべき所定位置が被測定物の端部の場合、直方体の頂点を合わせるので、ターゲットが被測定物からはみ出ることがなく、被測定物に安定して載置することができる。
また、レーザ照射の目標物となるターゲットは、どの角度からレーザが照射されても照射面を検出しやすい形状となっており、レーザスキャナの設置位置を任意に設定することが可能となる。
【００１２】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
前記ターゲットは、前記直方体の一面の中心に前記八面体の１つの頂点を含む頂部が埋め込まれた形状で組み合わされており、更に、前記八面体の前記埋め込まれた頂点と対向する頂点へ至る２つの稜線が形成する平面が、前記直方体の前記一面と接する前記直方体の４つの平面のうちの対向する１対の平面と直交する形態で、前記八面体は前記直方体と組み合わされていることを特徴としている。
この特徴によれば、レーザスキャンの照射角度にかかわらず、ターゲットを構成する八面体と立方体の平面を容易に検出できる。
【００１３】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
レーザスキャナによって所定の測定範囲をスキャンして得られる点群データに基づいて、前記所定の測定範囲に存在する被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットであって、
前記ターゲットは、八面体と前記被測定物の所定位置に位置合わせ可能な頂点を有する直方体とを組み合わされ、レーザスキャナによってスキャン可能な複数の平面領域からなり、更に、前記直方体の一面の中心に前記八面体の１つの頂点を含む頂部が埋め込まれた形状で組み合わされており、前記八面体の前記埋め込まれた頂点と対向する頂点へ至る２つの稜線が形成する仮想の平面が、前記直方体の前記一面と接する前記直方体４つの平面のうちの対向する１対の平面と直交する形態で、前記八面体は前記直方体と組み合わされてなる立体形状をしており、
レーザスキャナによって、前記ターゲットを含む範囲をスキャンして前記ターゲットの点群データを取得し、
取得した前記点群データから領域成長法を用いて複数の平面領域を抽出し、
前記複数の平面領域の中から、前記ターゲットの立体形状を特定する既知の固有データに基づいて前記八面体を構成する平面領域を抽出し、更に、抽出した前記八面体を構成する平面領域から得られる前記八面体の頂点と前記ターゲットの立体形状を特定する既知の固有データに基づいて前記直方体を構成する平面領域を抽出し、
前記八面体から抽出した前記頂点と、抽出した前記直方体を構成する前記平面領域とから前記被測定物の所定位置に位置合わせした前記直方体の頂点の位置を算出し、
算出した前記直方体の頂点の位置に基づいて被測定物の所定位置を計測することを特徴としている。
この特徴によれば、ターゲットを構成する八面体の頂点を検出し、その頂点位置に基づいて直方体の頂点を算出しているので、頂点の算出が正確に行える。
【００１４】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
前記直方体は立方体であることを特徴としている。
この特徴によれば、ターゲットの載置面は正方形となるので被測定物の所定位置に載置する際にターゲットの載置する方向を考慮する必要がなく、また、ターゲットを構成する八面体の頂点から立方体の頂点を容易に算出できる。
【００１５】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
前記直方体に代えて三角柱、五角柱、または六角柱を用いたことを特徴としている。
この特徴によれば、被測定物の端部の形状に応じて安定してターゲットを載置することができる。
【００１６】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
前記八面体は正八面体であることを特徴としている。
この特徴によれば、ターゲットを構成する正八面体の頂点から立方体の頂点を更に容易に算出できる。
【００１７】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
ターゲット底面に固定手段を有することを特徴としている。
この特徴によれば、計測中にターゲットが振動等により移動する恐れがなく、また、壁や天井等の被測定面が水平でないものの計測に用いることができる。
【００１８】
本発明の被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲットは、
固定手段が磁性部材であることを特徴としている。
この特徴によれば、被測定物が鉄製などの磁石と吸着性のある物質の場合に、容易に設置や取り外しができる。
【００１９】
本発明のターゲットを用いて、被測定物上の距離を計測する方法は、
被測定物上の計測すべき複数点に、前記ターゲットの頂点を位置合わせして複数設置し、
前記複数のターゲットの前記頂点の位置に基づいて被測定物上の距離を計測することを特徴としている。
この特徴によれば、本発明のターゲットを用いることによって、レーザスキャナによってスキャンした測定範囲内の複数個所の距離を容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のターゲットを用いた被測定物の端部の距離の計測する方法を示す図である。
【図２】本計測法に用いるターゲットを示す図である。
【図３】正八面体の頂点から立方体の頂点を算出する手法を説明する図である。
【図４】ターゲットの変形例を示す図である。
【図５】ターゲットの他の変形例を示す図である。
【図６】ターゲットの固着手段を示す図である。
【図７】レーザスキャナにより被測定物の端部を計測する従来の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る被測定物の所定位置を計測する方法に用いるターゲット及び該ターゲットを用いた距離計測方法を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【００２２】
ここでは、図１に示すような略長方形状の板状物体のＡ端−Ｂ端間の距離を、レーザスキャナを用いて測定する例によって本発明を説明する。
本発明では、図１に示すように被測定物１の端部Ａ、Ｂを検出するために、ターゲット１０の頂点を端部Ａ、Ｂに位置合わせてして載置し、ターゲット１０の位置、形状をレーザスキャンによって検出し、それに基づいて被測定物１の端部Ａ、Ｂを計算により算出する。
本発明では、被測定物の位置を直接計測するのではなく、ターゲット１０を用いて間接的に計測することになる。そのために、ターゲット１０を被測定物の所定位置に正確に位置合わせして、載置する必要がある。その際、ターゲット１０の立方体底面の中心を被測定物の所定位置に位置合わせするのに比べ、ターゲット１０の立方体底面の頂点を位置合わせする方が容易である。特に、計測すべき所定位置が被測定物の端部の場合、立方体の頂点を合わせるので、ターゲット１０が被測定物からはみ出ることがなく、被測定物に安定して載置することができる。従って、レーザスキャンによって得られたデータからターゲット１０の頂点の位置を算出するようにしたのは、ターゲット１０の位置合わせの容易性と関連している。
【００２３】
まず、ターゲット１０について図２によって説明する。
本発明の端部計測に用いるターゲット１０は、立方体１１の上平面に正八面体下部１２の一部がめり込んだ形状で結合された形状をしている。また、正八面体１４の立方体に埋め込まれた頂点１４ｆと、それに対向する頂点１４ｅを結ぶ２つの稜線を含む平面（頂点１４ｆ、１４ａ、１４ｅ、１４ｃが形成する平面）と正八面体が埋め込まれた立方体の上平面と１辺を接する立方体に平面（頂点１１ａ、１１ｅ、１１ｈ、１１ｄが形成する平面および頂点１１ｂ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｃが形成する平面）とは、９０度の角度を持って組み合わされている。同様に、正八面体１４の立方体に埋め込まれた頂点１４ｆと、それに対向する頂点１４ｅを結ぶ２つの稜線を含む平面（頂点１４ｆ、１４ｂ、１４ｅ、１４ｄが形成する平面）と正八面体が埋め込まれた立方体の上平面と１辺を接する立方体の平面（頂点１１ａ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｂが形成する平面および頂点１１ｃ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｄが形成する平面）とは、９０度の角度を持って組み合わされている。
立方体１１と正八面体１４を組み合わせるために立方体に正八面体を一部めり込ませているが、これはターゲットを製作する上で所定の強度を得るために行っている。従って、強度が得られるのであればめり込ませる部分は少ない方が、レーザスキャンによりターゲットを検出する精度は向上する。しかし、正八面体下部１２の平面を検出する上で、正八面体下部１２の１／３程度を埋め込ませてもレーザスキャンにより正八面体下部面を検出するのにさしたる支障は生じない。
ターゲット１０の大きさは、被測定物の大きさ、レーザスキャナのスキャンスポット間隔、レーザスキャナとターゲットまでの距離に応じて適当な大きさとすることができる。
ターゲットの材質としては、レーザを反射できるものであれば、いかなる物でもよいが、一部でもレーザを透過するもの（半透明）であると、透過したレーザがターゲットの先で反射し、レーザスキャナに戻ることによりターゲット面の検出に悪影響を及ぼす恐れがあるので、一部でもレーザを透過する材質は適当ではない。
【００２４】
ターゲット１０として、立方体と正八面体を組み合わせた形状について、更に、説明する。
本発明の端部計測方法では、ターゲット１０の面情報をレーザスキャナで取得し、最終的に立方体の頂点を計算により算出している。そのため、ターゲットの形状としては、レーザの照射方向（これはレーザスキャナの設置位置に関連する）に関わらず、多くの面情報が得られる形状が望ましい。立方体の頂点１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを求めるためには正八面体の頂点１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのいずれかの点の座標を取得し、その頂点座標を利用して立方体の頂点を計算により求める方法がある（正八面体の頂点から立方体の頂点を算出の方法については後述）。正八面体の頂点の座標は、頂点を囲む３面の規定する情報から求められる。そのため、レーザスキャンにより少なくとも頂点を囲む３面について点群データを取得する必要がある。図２に示すようなターゲットの形状では、おおよそどの方向からレーザが入射しても頂点を囲む３面を規定する情報を取得することができる。
【００２５】
本発明において、ターゲット頂点を算出するために、ターゲットの下部を構成する立方体の頂点を含む平面を算出する必要がある。図２に示すようなターゲットの形状の場合、正八面体の頂点から中心に向かう法線ベクトルと最も類似した法線ベクトルを持つ平面領域を立方体を構成する平面として探索している（詳しくは後述）。このことは、正八面体の頂点が立方体の平面をコンピュータで自動的に探索するときに、有効な情報となっていることを意味する。例えば、立方体と組み合わされる形状が正八面体ではなく、球体である場合、球体の面情報から球体の中心座標を算出することはできるが、この中心座標から立方体の底辺を構成する平面の姿勢を知ることはできない。つまり、球体の中心と立方体の中心を結ぶ軸の周りに平面がどのように回転しているかは知りえない。このように、本発明のターゲットの形状は、立方体を構成する平面をコンピュータにより自動的に探索する際に役立つという利点がある。
【００２６】
図７に示したように被測定物１の測定面に対してレーザの入射角が浅い場合、端部検出の誤差が大きくなったが、端部にターゲット１０を置いた場合、ターゲット１０の立方体１１の側面は測定面に対し垂直となっているので、レーザの入射に対しては深い入射角となる。また、正八面体の各面は測定面に対し、約３５°の傾きとなっているので、測定面に対するレーザの入射角よりはるかに深い入射角となっている。そのため、被測定物１の測定面に対してレーザの入射角が浅い場合でも、ターゲット１０について充分の点群データを取得できる。
【００２７】
ターゲット１０を用いた被測定物の端部計測方法について具体的にその一例を説明する。
（ターゲットの設置）
図１に示す被測定物１の端部Ａと端部Ｂの距離を測定する場合、ターゲット１０の立方体の頂点を被測定物１の端部Ａにぴったり位置合わせして載置する。端部Ｂについてももう１つのターゲット１０を頂点を位置合わせして載置する。
（点群データの取得）
次に、２つのターゲット１０がスキャナ範囲に入る位置に設置したレーザスキャナによって、２つのターゲットを含む範囲をスキャンしてターゲット１０の点群データを取得する。なお、取得した点群データは、ｘｙｚ座標を持った点の集合となっている。
【００２８】
（平面領域の探索）
取得した点群データから領域成長法を用いて平面領域を抽出する。
領域成長法とは、シード領域として選択した面上の領域とその近傍点の法線ベクトルが類似していれば同一平面上とみなして、平面領域を拡大していことによって平面領域を探索していく手法である。取得された点群データに領域成長法を適用して、複数の平面領域をコンピュータにより自動的に抽出する。
【００２９】
（ターゲットを構成する平面の組み合わせを探索）
抽出された複数の平面領域の中から、ターゲット１０を構成する平面の組合せを決定する。
まず、ターゲットの正八面体１４を構成する平面の組合せを決定する。正八面体の隣り合う面同士（図２において、頂点１４ｅ、１４ａ、１４ｂが形成する平面と頂点１４ｆ、１４ａ、１４ｂが形成する平面）がなす角は１０９．５°である。また、隣り合わず平行でもない面同士（図２において、頂点１４ｅ、１４ａ、１４ｂが形成する平面と頂点１４ｆ、１４ｂ、１４ｃが形成する平面）がなす角は７０．５°である。この図形的性質から、なす角が１０９．５°の平面が２つ、なす角が７０．５°の平面が１つ存在するような平面を求めると、それらの４つの平面の組合せがターゲットの正八面体１４を構成する平面の組合せである。以上の操作により、ターゲットの正八面体部分の位置および姿勢が特定できる。
次に、ターゲットの立方体１１を構成する平面を探索する。先ほど求めた正八面体１４の４つの平面を含む頂点Ｐから、正八面体の中心に向かうベクトルと最も類似した法線ベクトルを持つ平面領域を探索する。探索範囲はターゲットの正八面体１４から一定距離以内にある領域とする。この探索によってターゲットの立方体１１を構成する１つの平面Ｓをコンピュータにより自動的に検出できる。
これにより、ターゲット１０全体の位置および姿勢が特定できる。
【００３０】
（ターゲット底面頂点の抽出）
検出されたターゲットの位置と姿勢から、図３を用いてコンピュータにより自動的に底面頂点の座標を計算する。図３（Ａ）のように正八面体の頂点Ｐを、立方体部分の1つの面である平面Ｓに投影し、点Ｐ’を得る。ターゲットの寸法は既知であるので、点Ｐ’を平面Ｓ内で、底面までの高さ分だけ鉛直方向に、立方体の1辺の長さの半分だけ水平方向に平行移動することによって、ターゲット正面（レーザスキャナ計測点から確認できる側）にある２つの底面頂点が計算できる（図３（Ｂ））。求めた２頂点から、平面Ｓの法線方向に立方体の１辺の長さ分だけ平行移動して、レーザスキャナから遠い側にある残りの２頂点の座標を計算する。
【００３１】
図１に示す被測定物１の端部Ａと端部Ｂ間の距離は、ターゲット１０の立方体の底面頂点のうちで被測定物の端部Ａに合わせて載置したターゲット底面頂点の座標と、ターゲット１０の立方体の底面頂点のうちで被測定物の端部Ｂに合わせて載置したターゲット底面頂点の座標から求めることができる。
このようにして、ターゲットの底面頂点を計測したい位置に載置し、レーザスキャナによって、コンピュータにより自動的にターゲットの平面を認識することにより、被測定物の端部を直接検出することなく、被測定物の端部の位置を正確に測定することができる。
なお、図１は、被測定物１が平板であり同一平面上の端部Ａと端部Ｂの距離を測定する例を示しているが、被測定物１が折れ曲がったり湾曲した部材であっても本発明のターゲットを使用することができる。その場合、部材の一方の端部と他方の端部は同一平面上になく、レーザスキャナの設置位置によっては一方の端部への照射スポット間隔と他方の端部への照射スポット間隔が異なるようになる場合がある。しかし、このような場合でも本発明のターゲットは、レーザがどの方向から照射されても照射面を検出しやすい形状となっているので、部材の形状にかかわらず１回の計測で両端部を精度よく抽出することができる。
【００３２】
上述した立方体端部の検出では、まず正八面体の３つの平面から正八面体の頂点を求め、それをもとに立方体の下部頂点を求めたが、レーザスキャナのレーザ照射方向によっては、正八面体を構成する３つの平面が正確に認識されない場合がある。本発明の正八面体と立方体を組み合わせたターゲットでは、正八面体の平面が十分に検出されない方向からレーザが照射された場合、立方体の平面が効率よく検出できる構造となっている。そのため、そのため、正八面体の３つの平面が十分に検出できないときには、立方体の平面を考慮して立方体の下部頂点を検出することができる。
【００３３】
ターゲット１０の変形例について説明する。ターゲットとしては、レーザスキャナの設置位置に関わらず、３面以上の平面が観測できる形状として、図２に示したような立方体と正八面体を組み合わせたものが最適であるが、多少変形したターゲットでも端部計測に利用できる。たとえば、立方体と正八面体の組み合わせに変えて、図４（Ａ）のように直方体２１と正八面体１４との組み合わせでもよいし、また、図４（Ｂ）のように立方体と２等辺三角形の平面からなる八面体２４の組み合わせであってもよい。さらに、直方体と２等辺三角形の平面からなる八面体の組み合わせであってもよい（図示せず）。また、２等辺三角形の平面からなる八面体を組み合わせる場合、図４（Ｂ）のように八面体の対向する頂点間距離が長い方の軸を下部の立体に組み合わせるものと、図４（Ｃ）のように八面体の対向する頂点間距離が短い方の軸を下部の立体に組み合わせるものがある。さらに、図４（Ｄ）のように八面体の上部４３を形成する三角形を正三角形とし、下部４２を形成する三角形を二等辺三角形とするように八面体の上部と下部が異なる三角形からなる八面体４４とすることもできる。
また、ターゲットの下部は、被測定物の端部に安定して載置でき、レーザスキャナにより面情報が取得できるものであれば良いので、直方体に限らず、三角柱、五角柱、または六角柱であってもよい。
図２に示すターゲットでは、正八面体の対向する頂点間の長さは立方体の１辺の長さより大きく、立方体からはみ出る寸法となっているが、正八面体の対向する頂点間の長さは立方体の１辺の長さより小さくてもよい。
【００３４】
上述のターゲット及び該ターゲットを用いた計測手法では、ターゲットを被測定物端部に載置し、ターゲットに対し略横方向からレーザスキャナで計測する形態をもとにして説明してきた。
しかし、ターゲット設置位置が、例えば、天井などの場合、ターゲットに対し、レーザスキャナからのレーザは、ターゲットに対しななめ上方から照射されることになる。この場合、ターゲットの正八面体下部にはレーザが照射されないことになる。従って、ターゲットの使用形態として、このような使用形態が想定される場合には、正八面体の下部がすべて立方体に埋め込まれた形状（図５）のようなものであってもよい。つまり、立方体にピラミッド状の上部５４が組み合わされたものであってもよい。
要するに、少なくともターゲットの３面が認識可能であればよいのであって、ターゲットの設置条件とレーザの照射方向が限定されれば、本計測手法ではそれに応じて３面が認識できる形状のターゲットを利用できる。
【００３５】
本件の計測手法では、ターゲットを被測定物端部に載置しなければならない。計測中に振動等により端部を合わせて載置したターゲットが移動することがないように立方体と被測定物とは何らかに固定手段を持つことが望ましい。図６によって、そのような固定手段を設けたターゲットの例を示す。被測定物が鉄を含む物質の場合、図６（Ａ）のように、ターゲットの立方体底面１１０を磁石にするか、磁石性シートを貼付しておくとよい。また、底面全体に磁気シートを貼付するのではなく、底面の周辺部分１１１だけに磁気シートを貼付してもよい。また、被測定物が磁石による吸着性がない金属や木材等のような場合には、ターゲットの立方体底部に粘着性シートを貼付するとよい（図６（Ａ））。
更に、図６（Ｂ）のように、ターゲットの立方体底部にボルト１２０を設けたり、ボルト穴などの慣用的な固定手段を設けてもよい（図示せず）。
【００３６】
（他の利用形態）
本発明にかかるターゲットを用いると、ターゲット間の距離を簡単にかつ正確に計測できるので、被測定物に載置するだけでなく、計測したい位置に取り付けることによってレーザスキャナにより対象物の距離を計測することができる。例えば、橋やトンネルなどの大型構築物や、原子炉などに本件ターゲットを取り付けておけば、レーザスキャナを積んだ車両等から対象とする箇所の距離を計測できる。橋やトンネルでは建築から年数を経ることによる経年変化、劣化が避けられず、このような経年変化を対象箇所の計測から推測することができる。また、原子炉の場合には経年変化の他に、例えば、事故等により人が近づけないときでも、レーザスキャナと積んだ遠隔誘導車輌などで原子炉の状況を対象箇所の距離を計測することにより推測することができる。いずれの場合も、本件の特徴であるターゲットを計測するためのレーザスキャナの位置がターゲットの位置や向きによって制約を受けにくいという利点が生かされる。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１  被測定物              
２  レーザスキャナ              
１０  ターゲット            
１１  ターゲットを形成する立方体            
１１ａ〜１１ｈ  立方体の頂点
１２  正八面体下部            
１３  正八面体上部            
１４    ターゲットを形成する正八面体          
１４ａ〜１４ｆ  正八面体の頂点
２１  変形ターゲットを構成する直方体            
２４  変形ターゲットを構成する八面体            
３４  変形ターゲットを構成する他の八面体            
４２  変形ターゲットを構成する他の八面体下部            
４３  変形ターゲットを構成する他の八面体上部            
４４  変形ターゲットを構成する他の八面体            
５４  変形ターゲットを構成する他の上部
１１０  ターゲットの固着手段
１１１  ターゲットの他の固着手段の配置
１２０  ターゲットを固着するネジ
【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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