(57)【要約】      （修正有）【課題】たとえば建具を製造する際に必要な、その建具を設置する窓枠等の形状および寸法を容易に、迅速かつ正確に計測可能な形状寸法計測装置を提供する。【解決手段】装置本体１には計測用レーザ２およびモータ３を取付けると共に、孔あき回転体１４と、前記モータの回転をこの孔あき回転体に伝える中間回転体１９とを取付け、孔あき回転体には更に、前記計測用レーザから照射される計測用レーザ光１２を直角方向に反射させる直角ミラー１５を、その反射光が前記装置本体およびその取付け物に遮られない位置に取付ける。そして、直角ミラーで反射したレーザ光を計測対象物の表面に照射して、その照射点と直角ミラー上の反射点との間の距離を計測する。直角ミラーをモータで回転させながらこの計測を繰り返し、距離データと直角ミラーの角度データから各照射点の位置座標を取得して、計測対象物の形状と寸法を計測する。【選択図】図１
0003207914.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
計測用レーザ光（１２）を照射する計測用レーザ照射手段（２）と、
モータ（３）と、
これら計測用レーザ照射手段およびモータを取付ける装置本体（１）と、
前記計測用レーザ光を通す中心孔を有し、そのレーザ光の光軸を回転軸心線として前記装置本体に回転自在に取付けられた孔あき回転体（１４）と、
前記装置本体に回転自在に取付けられて前記孔あき回転体に前記モータの回転を伝達する中間回転体（１９）と、
前記孔あき回転体に取付けられ、前記計測用レーザ光を直角方向に反射させて、
前記装置本体およびその取付け物に遮られることなく計測対象物（２５）の表面に照射点（２７）を設定する直角ミラー（１５）と、
前記装置本体に取付けられ、前記直角ミラーにおける計測用レーザ光の反射点（２８）から前記照射点までの距離を計測する測長手段（５）と、
前記装置本体に取付けられ、前記直角ミラーの任意に設定された基準位置からの回転角度を計測する角度計測手段（６）と、
前記装置本体に取付けられ、前記測長手段で計測された距離データおよび前記角度計測手段で計測された角度データに基づき前記照射点の位置座標を取得する位置座標取得手段（７）とを具備したことを特徴とする形状寸法計測装置。
【請求項２】
前記孔あき回転体および中間回転体をギヤとしたことを特徴とする請求項１に記載の形状寸法計測装置。
【請求項３】
前記モータをステッピングモータとしたことを特徴とする請求項１に記載の形状寸法計測装置。
【請求項４】
前記モータは、前記直角ミラーを一定角度ずつ回転させることを特徴とする請求項１に記載の形状寸法計測装置。
【請求項５】
前記モータは、その回転角度を、特定のアルゴリズムに基づく角度シーケンスで可変とすることを特徴とする請求項１に記載の形状寸法計測装置。
【請求項６】
空間幅があって目視性のある色付きのマーキング用レーザ光（２１）を照射するマーキング用レーザ（４）と、
前記マーキング用レーザ光と平行に計測用レーザ光（１２）を照射する計測用レーザ（２）と、
モータ（３）と、
これらマーキング用レーザ、計測用レーザ照射手段およびモータを取付ける装置本体（１）と、
前記マーキング用レーザ光を円錐形状の先端（２３）で受けてそのレーザ光と直交するレーザ拡散平面（２４）を形成し、そのレーザ拡散平面を前記装置本体およびその取付け物に遮られることなく計測対象物（２５）の表面に投影してその表面にマーキングライン（２６）を表示させる円錐ミラー（２２）と、
この円錐ミラーを前記装置本体に取付ける透光性の支持体（２０）と、
前記計測用レーザ光（１２）を通す中心孔を有してそのレーザ光の光軸を軸心線として前記装置本体に回転自在に取付けられた孔あき回転体（１４）と、
前記装置本体に取付けられて前記孔あき回転体に前記モータの回転を伝達する中間回転体（１９）と、
前記孔あき回転体に取付けられ、前記計測用レーザ光を前記レーザ拡散平面に沿って反射させて前記マーキングライン上に照射点（２７）を設定する直角ミラー（１５）と、
前記装置本体に取付けられ、前記直角ミラーにおける計測用レーザ光の反射点（２８）から前記照射点までの距離を計測する測長手段（５）と、
前記装置本体に取付けられ、前記直角ミラーの任意に設定された基準位置からの回転角度を計測する角度計測手段（６）と、
前記装置本体に取付けられ、前記測長手段で計測された距離データおよび前記角度計測手段で計測された角度データに基づき前記照射点の位置座標を取得する位置座標取得手段（７）とを具備したことを特徴とする形状寸法計測装置。
【請求項７】
前記透光性の支持体を、透明な円筒体としたことを特徴とする請求項６に記載の形状寸法計測装置。
【請求項８】
前記マーキング用レーザ光を目視性のある緑色のレーザ光としたことを特徴とする請求項６に記載の形状寸法計測装置。
【請求項９】
前記計測用レーザ光を前記マーキング用レーザ光と同じまたは異なる波長としたことを特徴とする請求項６に記載の形状寸法計測装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、例えば建築物における窓枠等の内側の形状および寸法を計測するに適した形状寸法計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば建築物における木製窓枠に建具を設置する場合、その窓枠の内側の寸法を計測して、窓枠に合った建具を製造する必要がある。
【０００３】
この場合、木製の窓枠は歪が生じやすいため、枠内の縦横寸法を計測しただけでは、その窓枠に合った建具を製造することは困難である。それは、多くの場合、敷居、鴨居、方立等に、傾きや撓み等の変形が生じているためである。
【０００４】
そこで、枠内の寸法を計測する際には変形の度合いも正確に計測できればよいのであるが、このような作業は熟練職人をもってしても、なかなか困難である。
したがって、製造した建具を現場に搬送した後、枠に合わせながらカンナ等を用いて一つ一つ現場合わせ作業を行う必要がある。しかも、一般に、一つの建物には多数の窓枠等があるので、一つの現場でも多数の建具を設置しなければならず、一つ一つ現場合わせを行う作業は熟練を要するばかりでなく、長時間を要することとなる。
【０００５】
しかも、新築の建築物でさえ、窓枠の形状や寸法が図面通りにできていないことが多いため、現場での計測作業や搬入後の現場合わせ作業を要するのが常である。
【０００６】
ところが、枠内の寸法計測や、建具搬入後の現場合わせ作業のために、その都度熟練職人を現地派遣するには人件費が嵩み、納期も遅くなるという問題があった。そこで、このような計測を、誰でも容易に、迅速かつ正確に行える形状寸法計測装置の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１５３３４３公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、光源からのレーザ光をビームスプリッタで反射させ、さらに円錐ミラーによって直交方向に反射させて被検物に照射し、被検物からの反射光を、円錐ミラーを経た後ビームスプリッタを透過させて光検出器の受光画に結像させ、それによって得られる画像を解析して被検物の形状を測定する、と記載されている。
【０００９】
また、光検出器にて撮像された画像の中心位置から放射状に伸びる複数の直線状領域毎に、可変パラメータの各個に対して所定値以上の光強度が得られた画素の分布を示す光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、所定値以上の光強度が得られた光検出領域について画像の中心位置から当該光検出領域の端部までの画素数が最も大きくなるときの可変パラメータの値をピーク時パラメータとして取得する。そして、当該取得したピーク時パラメータの値と、可変パラメータに対する焦点距離の関係を示した関数とに基づいて、円錐ミラーの中心から被検物上の合焦点までの距離を複数の直線状領域毎に取得する、とも記載されている。
【００１０】
つまり、光源から照射されたレーザ光をビームスプリッタおよび円錐ミラーを介して被検物に照射し、被検物からの反射光を円錐ミラーおよびビームスプリッタを介して光検出器の受光画に結像させることによって、被検物の形状を測定し、かつ、円錐ミラーの中心から被検物上の合焦点までの距離を測定する、とのことである。
【００１１】
しかしながら、果たして、単一の光源から単一のレーザ光を照射することで、被検物の形状と被検物上の各合焦点までの距離を計測できるのか、甚だ疑問である。被検物上の合焦点からの反射光を捉えることができたとしても、その合焦点の位置をどうやって特定するのか、不明だからである。
【００１２】
本考案は、以上の問題に鑑みてなされたもので、たとえば建築物における木製窓枠の内側の形状および寸法を、誰でも容易かつ確実に、そして迅速かつ正確に計測できる形状寸法計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第一の考案に係る形状寸法計測装置は、計測用レーザ照射手段、直角ミラー、この直角ミラーを回転駆動するモータ、測長手段、角度計測手段および位置座標取得手段等から構成される。
【００１４】
前記直角ミラーは、計測用レーザ照射手段から照射される計測用レーザを直角方向に反射させて、計測対象物の表面に照射点を設定する。
【００１５】
前記測長手段は、直角ミラー上の反射点から計測対象物上の照射点までの距離を計測し、前記角度計測手段は、直角ミラーの、任意に設定された基準位置からの回転角度を計測する。そして位置座標取得手段では、これら距離データおよび角度データに基づいて、前記照射点の位置座標を取得する。
【００１６】
このようにして、直角ミラーをモータで回転させながら多数の照射点の位置座標を取得することにより、計測対象物表面の、形状および寸法を計測することができる。
【００１７】
ところで、以上の構成において、直角ミラーは計測用レーザ照射手段からのレーザ光を受けねばならないから、計測用レーザ照射手段の前方に配置する必要がある。
【００１８】
また、直角ミラーを回転駆動するモータは、直角ミラーの背後に配置して、モータの回転軸に直角ミラーを直結すると、モータ駆動系の構成は簡単になるが、その場合、計測用レーザ照射手段等を組込んだ装置本体と、モータ駆動系とを何らかの手段で繋がなければならない。その結果、その繋ぎ部分が直角ミラーからの反射光を遮ることになり、計測対象物の表面に影が生じ、その影の部分の位置情報が得られなくなるという問題が生じる。
【００１９】
そこで本考案では、計測用レーザ照射手段、モータ、測長手段、角度計測手段および位置座標取得手段等をひとつの装置本体に取付けると共に、計測用レーザを通す中心孔を有する孔あき回転体を、前記装置本体に取付ける。この孔あき回転体は、レーザ光の光軸を中心に回転自在なものとし、前記直角ミラーをこの孔あき回転体に取付けて、反射光を、装置本体およびその取付け物に遮られることなく計測対象物の表面に照射点を設定するようにしている。
【００２０】
このように構成することにより、直角ミラーからの反射光は、３６０度、何ものにも遮られることなく計測対象物の表面に到達することとなり、計測対象物表面の形状および寸法を、より高精度に計測できるものとなる。
【００２１】
第２の考案に係る形状寸法計測装置は、第１の考案における孔あき回転体および中間回転体を、ギヤとするものである。
【００２２】
第３の考案に係る形状寸法計測装置は、第１の考案におけるモータをステッピングモータとするものである。
【００２３】
第４の考案に係る形状寸法計測装置は、第１の考案におけるモータで、直角ミラーを一定角度ずつ回転させるものとする。
【００２４】
第５の考案に係る形状寸法計測装置は、第１の考案におけるモータの回転角度を、特定のアルゴリズムに基づく角度シーケンスで可変として、直角ミラーの回転を制御するものとする。
【００２５】
第６の考案に係る形状寸法計測装置は、マーキング用レーザ、円錐ミラー、計測用レーザ照射手段、直角ミラー、この直角ミラーを回転駆動するモータ、測長手段、角度計測手段および位置座標取得手段等から構成されるものとする。
【００２６】
前記円錐ミラーは、マーキング用レーザから照射される、空間幅があって目視性のある色付きのマーキング用レーザ光を先端で受けてマーキング用レーザ光と直交するレーザ拡散平面を形成し、そのレーザ拡散平面を計測対象物の表面に投影してマーキングラインを表示させる。
【００２７】
計測用レーザ照射手段は、計測用レーザ光を、前記マーキング用レーザ光と平行に照射する。その計測用レーザ光は、直角ミラーで前記レーザ拡散平面に沿って反射して、前記マーキングライン上に照射点を設定する。
【００２８】
前記測長手段は、直角ミラー上の反射点から計測対象物上の照射点までの距離を計測し、前記角度計測手段は、直角ミラーの、任意に設定された基準位置からの回転角度を計測する。そして位置座標取得手段では、これらの距離データおよび角度データに基づいて、前記照射点の位置座標を取得する。
【００２９】
このようにして、直角ミラーをモータで回転させながらマーキングラインに沿って多数の照射点の位置座標を取得することにより、計測対象物表面の、レーザ拡散平面で切り出される形状および寸法を計測することができる。
【００３０】
前記マーキング用レーザ、計測用レーザ照射手段、モータ、測長手段、角度計測手段および位置座標取得手段等はひとつの装置本体に取付けられる。
【００３１】
また第一の考案と同様、計測用レーザを通す中心孔を有する孔あき回転体を、前記装置本体に取付ける。この孔あき回転体は、レーザ光の光軸を中心に回転自在なものとし、前記直角ミラーはこの孔あき回転体に取付けて、直角ミラーからの反射光が装置本体やその取付け物に遮られないようにする
【００３２】
前記円錐ミラーは、透光性の支持体を介して装置本体に取付ける。
【００３３】
第７の考案に係る形状寸法計測装置は、第６の考案における透光性の支持体を透明な円筒体とするものとする。
【００３４】
第８の考案に係る形状寸法計測装置は、第６の考案におけるマーキング用レーザ光を目視性のある緑色のレーザ光とするものとする。
【００３５】
第９の考案に係る形状寸法計測装置は、第６の考案における計測用レーザ光をマーキング用レーザ光と同じまたは異なる波長とするものとする。
【考案の効果】
【００３６】
たとえば建築物における木製窓枠に建具を設置するにあたり、その窓枠の内側の形状および寸法を、本考案の形状寸法計測装置を用いて計測することができる。
【００３７】
第１の考案に係る装置を窓枠の内側、できれば中心位置付近に設置し、直角ミラーで反射した計測用レーザ光を窓枠の内側面に照射して、その反射点の位置座標を取得することができる。そこで、直角ミラーを回転させて、多数の位置座標を取得することにより、窓枠の内側面の形状および寸法を計測することができる。
【００３８】
この場合、直角ミラーからの反射光は、３６０度、何物にも遮られることなく被計測面に到達し、高精度な計測を行うことができる。
【００３９】
第２の考案に係る装置では、モータの回転を直角ミラーに伝える牢問回転体および孔あき回転体をギヤとしたことにより、回転伝達機構を簡素化できる。
【００４０】
第３の考案に係る装置では、直角ミラーを回転駆動するモータをステッピングモータとしたことにより、直角ミラーの回転角度を高精度に制御できる。
【００４１】
第４の考案に係る装置では、直角ミラーを一定角度ずつ回転させるようにしたことにより、モータの回転制御を容易に行うことができる。
【００４２】
第５の考案に係る装置は、モータの回転角度を、アルゴリズムに基づく角度シーケンスで可変とするものである。したがって、たとえば四角形の窓枠の形状寸法を計測する場合には四隅付近ではモータの角度間隔を小さくするなど、モータの回転角度を適宜変化させることにより、高精度な計測を行うことができる。
【００４３】
第６の考案に係る装置では、マーキング用レーザおよび円錐ミラーを使用して、計測対象物の表面に目視可能なマーキングラインを表示し、そのマーキングラインに沿って計測用レーザ光の照射点が設定されるようにしている。したがって、計測対象物にマーキングラインを表示させながら、計測対象物に対する装置の位置決めが容易に行える。また、マーキングラインを目視しながら、計測作業を容易に行うことができる。
【００４４】
また円錐ミラーは透光性の支持体を介して取付け部材に取付けられるので、直角ミラーからの反射光を、３６０度、何物にも遮られることなく被計測面に到達させることができる。
【００４５】
第７の考案に係る装置では、前記透光性の支持体を透明な円筒体としたことにより、支持体を簡単な構成にすることができる。
【００４６】
第８の考案に係る装置では、マーキング用レーザ光を緑色レーザにしたことにより、マーキングラインが極めて目視し易いものとなる。
【００４７】
第９の考案に係る装置では、計測用レーザ光を、マーキング用レーザ光と同じまたは異なる波長とするものであるが、特に光の色を異ならせることにより、測定対象物上の照射点が極めて目視し易いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本考案の一実施形態を示す概略構成説明図である。
【図２】同実施形態における、計測対象物である窓枠の内側にマーキングラインが表示された状態を示す説明図である。
【図３】同実施形態において、窓枠の内側の形状寸法計測方法を説明する説明図である。
【図４】同実施形態において、直角ミラーからの反射光と円錐ミラーを支持する円筒体との関係を示す説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００４９】
図１は、本考案に係る形状寸法計測装置の一実施形態を示すもので、箱型の装置本体１内には、計測用レーザ２、ステッピングモータ３、マーキング用レーザ４のほか、測長手段５、角度計測手段６、位置座標取得手段７、ＷｉＦｉ８、マイコン９、電源１０等が収納されている。
【００５０】
装置本体１の一つの側壁１１には、前記計測用レーザ２から照射される計測用レーザ光１２を通す通し孔１３が設けられ、該側壁１１の外面側には中心孔を有する孔あきギヤ１４が、計測用レーザ２から照射される計測用レーザ光１２の光軸を軸心線として回転自在に取付けられている。なお、計測用レーザ光１２は、赤色のレーザ光とする。
【００５１】
前記孔あきギヤ１４には、直角ミラー１５を内蔵した円筒体１６が取付けられている。直角ミラー１５は計測用レーザ２から照射される計測用レーザ光１２の光軸に対して４５度傾けて設置され、計測用レーザ光１２を直角方向に反射させるものである。前記円筒体１６には、直角ミラー１５からの反射光を通す小孔１７が設けられている。
【００５２】
直角ミラー１５からの反射光の方向は、孔あきギヤ１４の回転によって変化するが、直角ミラー１５は、その反射光が３６０度、前記装置本体１によって遮られない位置に設定される。
【００５３】
前記ステッピングモータ３の回転軸１８は前記側壁１１の外側へ導出され、側壁１１の外側位置で中間ギヤ１９を取着して、この中間ギヤ１９を前記孔あきギヤ１４に歯合させている。
【００５４】
また前記側壁１１を貫通して、透明な石英ガラス製の円筒体２０が軸方向進退自在に取付けられている。この円筒体２０は、その軸心線を、前記マーキング用レーザ４から照射されるマーキング用レーザ光２１の光軸と一致させている。なお、マーキング用レーザ光２１は、緑色のレーザ光とする。
【００５５】
前記円筒体２０の内部には、先端角度が９０度をなす円錐ミラー２２が収納されており、マーキング用レーザ４から照射されたマーキング用レーザ光２１をその先端２３で受けて直角方向へ拡散し、レーザ光２１と直交するレーザ拡散平面２４を形成するようにしている。
【００５６】
そして、円筒体２０を外方向へいっぱいに引出したとき、前記直角ミラー１５からの、計測用レーザ光１４の反射光が、レーザ拡散平面２４に含まれるようにしている。なお、不使用時には、図１中に仮想線で示すように、円筒体２０を装置本体１内に押込んで、側壁１１からの突出量を小さくしておくことができる。
【００５７】
そこで、図２のごとく、計測対象物となる、たとえば窓枠２５等の内面にレーザ拡散平面２４を投影させると、その内面に、マーキング用レーザ光２１による緑色のマーキングライン２６が表示される。
【００５８】
前記直角ミラー１５は、中間ギヤ１９および孔あきギヤ１４を介して、ステッピングモータ３により、たとえば一定角度ずつ回転駆動される。
【００５９】
直角ミラー１５で反射した計測用レーザ光１２は、窓枠２５等の内面に表示されたマーキングライン２６上に照射される。このとき、計測用レーザ光１２の照射点２７は、緑色のマーキングライン２６上に赤い点となって明瞭に現れるので確実に目視することができる。
【００６０】
直角ミラー１５における反射点２８から照射点２７までの距離は、前記測距手段５により計測される（図３参照）。すなわち、直角ミラー１５で反射した計測用レーザ光１２は照射点２７で反射し、直角ミラー１５上の反射点２８を経て計測用レーザ照射手段２に戻るので、照射点２７から反射点２８に到るまでの時間に基づいて、両点２７、２８間の距離が計測される。
【００６１】
また、直角ミラー１５の任意に設定された基準位置からの回転角度は、ステッピングモータ３の回転角度として、角度計測手段６により検出される。この場合、たとえば、反射光が右方の水平方向となるときの直角ミラー１５の位置を角度計測の基準位置とすると良い。
【００６２】
測長手段５で計測された距離データと、角度計測手段６で得られた角度データは、位置座標取得手段７に出力される。そして位置座標取得手段７では、これらの距離と角度のデータに基づき、窓枠２５等の内面における照射点２７の位置座標を取得する。
【００６３】
以上のごとく構成された形状寸法計測装置を用いて窓枠２５等の内側の寸法および形状を計測する場合、図３に示すごとく、ステッピングモータ３が一定角度回転する毎に、計測用レーザ光１２の照射点２７がマーキングライン２６に沿って移動するので、位置座標取得手段７においてマーキングライン２６上の多数の点の位置座標を取得することができる。その結果、窓枠２５等の内面における、レーザ拡散平面２４によって切り出された平面の形状および寸法が計測されることになる。
【００６４】
測長手段５で計測された距離データと、角度計測手段６で得られた角度データは、位置座標取得手段７に出力される。そして位置座標取得手段７では、これらの距離と角度のデータに基づき、窓枠２５等の内面における照射点２７の位置座標を取得する。
【００６５】
そこで、前記位置座標取得手段７で取得した位置座標を、タブレット端末等を介して建具製造現場に設置されたＮＣ加工機等に送信することにより、ＮＣ加工機等において、窓枠２５等に合致した形状および寸法の建具を製造することができる。したがって、このようにして製造された建具を設置現場に搬送すれば、そのまま窓枠２５等に設置することができ、現場合わせ作業が不要となる。
【００６６】
なお、上記の実施形態では、ステッピングモータ３を一定角度ずつ回転するものとして説明したが、一定のアルゴリズムに基づく角度シーケンスで可変としてもよい。
【００６７】
また、上記の実施形態で示した孔あきギヤ１４、中間ギヤ１９は、プーリやスプロケット等の回転体に変えることも可能である。
【００６８】
また、上記の実施形態では、直角ミラー１５からの反射光が装置本体１によって遮られることはなく、円錐ミラー２２を収納する支持体も透明な石英ガラス製の円筒体２０としているので、３６０度、何ものにも遮られることなく計測対象物上に照射点２７を設定することができる（図４参照）。
【符号の説明】
【００６９】
１  装置本体
２  計測用レーザ
３  ステッピングモータ
４  マーキング用レーザ
５  測長手段
６  角度計測手段
７  位置座標取得手段
１２  計測用レーザ光
１４  孔あきギヤ
１５  直角ミラー
１９  中間ギヤ
２０  石英ガラス製円筒体
２１  マーキング用レーザ光
２２  円錐ミラー
２４  レーザ拡散平面
２５  計測対象物（窓枠）
２６  マーキングライン
２７  照射点
２８  反射点
【図１】
0003207914.tif 000003
【図２】
0003207914.tif 000004
【図３】
0003207914.tif 000005
【図４】
0003207914.tif 000006