(57)【要約】【課題】  人為的な測定誤差を排除して検出対象物の位置を高精度に検出することができると共に、省力化を図ることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】  位置検出治具１２は、側面縁間の幅Ｗが既知の本体１２Ａからなる。本体１２の前端縁は直線部１２Ｂであり、直線部１２ＢにはＶ字状の切欠き部１２Ｃが設けられている。切欠き部１２Ｃがアンカーボルト１１の２つの稜線に接するように位置検出治具１２を配置する。これをデジタルカメラ１３により撮影し、その画像上において、アンカーボルト１１の２つの稜線より求めた中心線と位置検出治具１２の前端縁の延長線との交点（特徴点Ｐ）を求め、特徴点Ｐの画像上の二次元座標軸に対する座標を求める。また、画像上において位置検出治具１２の側面縁間の距離Ｗ1 を求め、補正比Ｗ1 ／Ｗを算出し、これを用いてアンカーボルト１１の特徴点Ｐの座標を補正する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座上に離間して立設された検出対象物の前記台座上の二次元座標系における位置を検出するための位置検出装置であって、
対向する側面縁間の幅が既知であり、前端縁が前記検出対象物の稜線部に接することにより、前記検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を特定する機能を有する位置検出治具と、
前記台座上に形成された二次元座標軸と共に、前記位置検出治具および前記検出対象物の全体画像を撮影するための撮像手段と、
前記撮像手段による撮影画像から前記検出対象物の前記台座上の二次元座標系における位置を決定する位置決定手段と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記位置決定手段は、
前記撮像手段により得られた画像上において、前記検出対象物の２つの稜線より、その稜線に沿った中心線を求めると共に、得られた中心線と前記位置検出治具の前端縁の延長線との交点（特徴点）を求める特徴点検出部と、
前記特徴点検出部により検出された特徴点の前記画像上の二次元座標軸に対する座標を求める座標検出部と、
前記画像上において前記位置検出治具の側面縁間の距離を求め、この画像上の距離と前記既知の実幅との比（補正比）を算出する補正比算出部と、
前記補正比算出部により得られた補正比を用いて前記特徴点の座標を補正し、前記検出対象物の前記台座上の位置を求める補正部と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記検出対象物はアンカーボルトである
ことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項４】
台座上に立設された検出対象物の２つの稜線部に接して前記検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を求めると共に、前記検出対象物の前記台座上の二次元座標系における位置を検出するための位置検出治具であって、
所定の幅を有する本体と、
前記本体の前端縁に設けられた直線部と、
前記検出対象物の稜線部に接し、前記直線部と共に前記検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を決定する切欠き部と
を有することを特徴とする位置検出治具。
【請求項５】
前記切欠き部は、前記検出対象物に接したときに前記直線部の延長線が前記検出対象物の中心位置（特徴点）を通る大きさのＶ字形状をなす
ことを特徴とする請求項４記載の位置検出治具。
【請求項６】
前記本体の前記台座の表面からの高さ位置を調整するための高さ位置調整手段を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の位置検出治具。
【請求項７】
前記本体の表面の前端縁に沿った領域に、撮影画像上において前記本体の直線部を抽出するための強調領域を有する
ことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の位置検出治具。
【請求項８】
前記本体が磁性体からなり、かつ、前記本体の裏面の前記切欠き部の近傍にマグネットを有する
ことを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の位置検出治具。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の位置検出治具を、その切欠き部の両傾斜面が台座上に立設された検出対象物の２つの稜線部に接するように配置する第１の段階と、
前記台座上に形成された二次元座標軸と共に、前記位置検出治具および検出対象物の全体画像を撮影する第２の段階と、
前記撮影画像から前記検出対象物の前記台座上の二次元座標系における位置を決定する第３の段階と
を含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１０】
前記第３の段階では、撮影画像上において、前記検出対象物の２つの稜線部より、その稜線部に沿った中心線を求め、求めた中心線と前記位置検出治具の前端縁の延長線との交点（特徴点）を求め、次いで、前記特徴点の画像上の二次元座標軸に対する座標を求め、その後、前記位置検出治具の側面縁間の画像上の距離を求め、この画像上の距離と既知の実幅との比（補正比）を算出し、得られた補正比を用いて前記特徴点の座標を補正することにより前記検出対象物の台座上の位置を決定する
ことを特徴とする請求項９記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築現場におけるアンカーボルトなどの二次元座標系における位置を検出するための位置検出装置、およびそれに用いる位置検出治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築現場では、基礎工事ののち、例えば、基礎（台座）と鉄骨の柱との間が複数のアンカーボルトにより締結される。すなわち、柱側のベースプレートに設けられた複数の孔に、台座の表面に固定された複数のアンカーボルトをそれぞれ通してナットにより締め付けてベースプレートを台座上に固定する。
【０００３】
一般に、このような建築現場における鉄骨工事用アンカーボルトとその上に敷設される柱のベースプレートの孔との位置合わせは、アンカーボルトが現場で施工されるのに対して柱が工場において生産されるため、現場において行われている。従って、アンカーボルトの施工の精度が悪いと、現場での柱の敷設が困難になる。よって、柱の工場出荷時点において個々のアンカーボルト位置に関して設計値との誤差を予め把握する必要がある。
【０００４】
そのため、施工現場においては、各柱位置に施工された複数本（通常４〜８本／個所）のアンカーボルト位置を手作業により測定・記録し、その結果を工場に持ち帰って柱毎のドリル加工（孔開け）に反映している。この手作業の測定作業は、作業自体が煩雑であり、かつ個所数が膨大になるため、多大な工数を要しており、コスト削減要求の中、その省力化が強く望まれていた。また、視線方向やうっかりミスによる測定誤差も多発しており、品質面の上でも人為ミスの撲滅が大きな課題となっていた。
【０００５】
このような問題を解決するためには、デジタルカメラを用いて、検出対象物（アンカーボルト）の位置および寸法を台座部分と共に撮影し、その撮影画像を基にベースプレートの孔開けを行う方法が考えられる。従来、このようなデジタルカメラを用いた計測手法は、大きく分けて以下の２通りがある。
【０００６】
（１）測量技術などでの提案されているものであり、２つ以上のカメラ画像を用いることにより、カメラの内部評定パラメータと外部評定パラメータとを決定して寸法を計測する方法。
（２）寸法のわかるマーカーなどを検出対象物と一緒に写し込んで計測する方法（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−４３７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記（１）の手法を上述のアンカーボルトの位置検出に適用しようとすると、装置が大がかりになり、また、カメラの内部評定および外部評定をそれぞれ行う必要があることから、複雑であり、現場での作業には向かないという問題がある。一方、（２）の手法は、舗装アスファルト面の面積の算出を行うものであり、比較的簡易であり、現場での作業性もよいものの、本発明のように上記アンカーボルトのような棒状体の断面上の特定の位置を高精度に検出できるというものではなく、また、カメラ位置の傾きなどによっては画像に歪みが生じ、精度よく計測することは困難である。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、デジタルカメラを用いた簡単な操作によりアンカーボルトなどの検出対象物の位置を特定することができ、大幅な省力化を達成することができると共に、人為的な測定誤差を排除することができ、計測精度を向上させることができる位置検出装置、およびこれに用いて好適な位置検出治具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の位置検出装置は、台座上に離間して立設された検出対象物の台座上の二次元座標系における位置を検出するための装置であって、対向する側面縁間の幅が既知であり、前端縁が検出対象物の稜線部に接することにより、検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を特定する機能を有する位置検出治具と、台座上に形成された二次元座標軸と共に、位置検出治具および検出対象物の全体画像を撮影するための撮像手段と、撮像手段による撮影画像から検出対象物の台座上の二次元座標系における位置を決定する位置決定手段とを備えた構成を有するものである。
【００１０】
この位置検出装置では、位置検出治具が台座上の複数の検出対象物の稜線部に接するように設置されたのち、撮像手段により、台座上に形成された二次元座標軸と共に、位置検出治具および検出対象物の全体画像が撮影される。そして、位置決定手段によってこの撮影画像から検出対象物の台座上の二次元座標系における位置（実位置）が決定される。
【００１１】
位置決定手段は、具体的にはコンピュータソフトウェアにより実現されるもので、以下の機能部を備えている。
（Ａ）撮像手段により得られた画像上において、検出対象物の２つの稜線より、その稜線に沿った中心線を求めると共に、得られた中心線と位置検出治具の前端縁の延長線との交点（特徴点）を求める特徴点検出部
（Ｂ）特徴点検出部により検出された特徴点の画像上の二次元座標軸に対する座標を求める座標検出部
（Ｃ）画像上において位置検出治具の側面縁間の距離を求め、この画像上の距離と既知の実幅との比（補正比）を算出する補正比算出部
（Ｄ）補正比算出部により得られた補正比を用いて特徴点の座標を補正し、検出対象物の台座上の位置を求める補正部
【００１２】
すなわち、この位置検出手段では、特徴点検出部において、撮影画像上、検出対象物の２つの稜線より、その稜線に沿った中心線が求められると共に、得られた中心線と位置検出治具の前端縁の延長線との交点（特徴点）が求められ、次いで、座標検出部によって、特徴点の画像上の二次元座標軸に対する座標が求められる。その後、補正比算出部において、位置検出治具の側面縁間の画像上の距離が求められ、この画像上の距離と既知の実幅との比（補正比）が算出される。そして、補正部において、得られた補正比を用いて特徴点の座標が補正され、検出対象物の台座上の位置（実位置）が決定される。
【００１３】
このような位置検出装置に用いられる位置検出治具は、具体的には、所定の幅を有する本体と、本体の前端縁に設けられた直線部と、検出対象物の稜線部に接し、直線部と共に検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を決定する切欠き部とを有するものである。
【００１４】
切欠き部は、例えば、検出対象物に接したときに直線部の延長線が検出対象物の中心位置（特徴点）を通る大きさのＶ字形状を有するものである。
【００１５】
この位置検出治具では、本体の台座の表面からの高さ位置を調整するための高さ位置調整手段を有することが好ましく、更に、本体の表面の前端縁に沿った領域に、画像上において本体の直線部を抽出するための強調領域を有することが好ましい。
【００１６】
また、本体の裏面の切欠き部の近傍位置にマグネットを付設し、これにより検出対象物に吸着し、接触を容易かつ確実にすることが望ましい。
【００１７】
本発明の位置検出方法は、上記本発明の位置検出治具を用いるものであり、この位置検出治具を、その切欠き部の両傾斜面が検出対象物の２つの稜線部に接するように配置する第１の段階と、台座上に形成された二次元座標軸と共に、位置検出治具および検出対象物の全体画像を撮影する第２の段階と、撮影画像から前記検出対象物の前記台座上の二次元座標系における位置を決定する第３の段階とを含むものである。
【００１８】
また、第３の段階では、撮影画像上において、検出対象物の２つの稜線部より、その稜線部に沿った中心線を求め、求めた中心線と位置検出治具の前端縁の延長線との交点（特徴点）を求め、次いで、特徴点の画像上の二次元座標軸に対する座標を求め、その後、位置検出治具の側面縁間の画像上の距離を求め、この画像上の距離と既知の実幅との比（補正比）を算出し、得られた補正比を用いて特徴点の座標を補正することにより検出対象物の台座上の位置を決定する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の位置計測装置および位置検出方法によれば、対向する側面縁間の幅が既知で、検出対象物の断面上の特定位置（特徴点）を特定する機能を有する位置検出治具の前端縁を検出対象物の稜線部に接するように配置したのち、台座上に形成された二次元座標軸と共に、位置検出治具および検出対象物の全体画像を撮影し、その撮影画像から検出対象物の台座上の二次元座標系における位置を決定するようにしたので、簡単な操作によりアンカーボルトなどの検出対象物の位置を特定することができ、大幅な省力化を達成することができると共に、人為的な測定誤差を排除することができ、計測精度を大幅に向上させることができる。特に、本発明の位置検出治具を適用することにより，この効果がより一層発揮されるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る位置計測装置のブロック構成を表したものである。この位置計測装置は、図６に示したような台座（基礎）１０に固定された複数（例えば４個）のアンカーボルト１１（検出対象物）の台座１０上の二次元座標系における位置を高精度に検出するためのものである。この位置計測装置は、位置検出治具１２（図２）、デジタルカメラ（撮像手段）１３および位置決定手段１４により構成されている。
【００２２】
位置検出治具１２は、その前面がアンカーボルト１１の２つの稜線部に接することによりアンカーボルト１１の断面上の特定位置（以下，特徴点Ｐという）を特定する機能を有するものであり、その詳細は後述する。ここでは、特徴点Ｐはアンカーボルト１１の断面上の中心位置とする。デジタルカメラ１３は、台座１０上に、罫書きにより形成された二次元座標軸（ｘ−ｙ軸）と共に、位置検出治具１２およびアンカーボルト１１を含めた全体画像を撮影するためのものである。
【００２３】
位置決定手段１４は、デジタルカメラ１３で得られた撮影画像により複数のアンカーボルト１１の台座１０上の二次元座標系における位置を決定するものである。この位置決定手段１４は、コンピュータソフトウェアにより実現されるものであり、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の機能部を有している。
【００２４】
（Ａ）デジタルカメラ１３により得られた画像上において、アンカーボルト１１の２つの稜線より、その稜線に沿った中心線を求めると共に、得られた中心線と位置検出治具１２の前端縁の延長線との交点（特徴点Ｐ）を求める特徴点検出部１４Ａ。
（Ｂ）特徴点検出部１４Ａにより検出された特徴点の画像上の二次元座標軸に対する座標を求める座標検出部１４Ｂ。
（Ｃ）画像上において位置検出治具１２の側面縁間の距離を求め、この画像上の距離と既知の実幅との比（補正比）を算出する補正比算出部１４Ｃ。
（Ｄ）補正比算出部１４Ｃにより得られた補正比を用いてアンカーボルト１１の各特徴点Ｐの座標を補正し、複数のアンカーボルト１１の台座１０上の位置を求める補正部１４Ｄ
【００２５】
位置検出治具１２は、具体的には、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、例えばアルミニウム（Ａｌ）やＳＵＳ（ステンレス鋼）などの金属により形成された板状の本体１２Ａにより構成されている。本体１２Ａは例えば，矩形状であり、その対向する側面縁間の幅Ｗが既知となっている。本体１２Ａの前端縁は直線部１２Ｂとなっており、この直線部１２Ｂには例えばＶ字状の切欠き部１２Ｃが設けられている。切欠き部１２Ｃは、その両傾斜面がアンカーボルト１１の両側面（稜線部）に接触し、前端縁の直線部１２Ｂと共にアンカーボルト１１の特徴点Ｐを決定するものである。この切欠き部１２Ｃは、計測対象のボルト径を想定し、本体１２Ａをアンカーボルト１１に押し当てた状態において、直線部１２Ｂの延長線がアンカーボルト１１の中心（特徴点Ｐ）を通過するようにその大きさが設定されている。
【００２６】
なお、アンカーボルト１１として、ボルト径が異なるものが複数種類ある場合には、ボルト径に応じて切欠き部１２Ｃの大きさの異なる複数の位置検出治具１２を用意すればよい。または、１つの位置検出治具１２に、複数のボルト孔に対応して大きさの異なる複数の切欠き部１２Ｃを設けるようにしてもよく、更に、切欠き部１２Ｃにスライド機構を設け、これにより切欠き部１２Ｃの溝幅を可変化することによって、１つの位置検出治具１２で複数種類のボルト径に対応できるようにしてもよい。
【００２７】
本体１２Ａの裏面には切欠き部１２Ｃの近傍に一対のマグネット１２Ｄが付設されており、このマグネット１２Ｄの磁力により本体１２Ａがアンカーボルト１１に対して容易に、かつ確実に接触し固定されるようになっている。また、本体１２Ａには例えば３本のボルト孔１２Ｅが形成されており、これら３本のボルト孔１２Ｅ各々にボルト１２Ｆが挿通され、ナット１２Ｇと共に本体１２Ａの台座１０の表面からの高さを調整できるようになっている。すなわち、このボルト１２Ｆおよびナット１２Ｇにより本発明の高さ調整機構が構成されている。
【００２８】
本体１２Ａの前端縁には強調領域１２Ｈが設けられている。この強調領域１２Ｈは、画像計測ソフトウェアにおいて、デジタルカメラ１３により得られた画像上の直線抽出処理を容易にするための領域である。この強調領域１２Ｈは、例えば、本体１２Ａの表面の色が白色または灰色（グレー）であれば直線部１２Ｂの近傍領域を黒色とするものであり、更に、この黒色領域の直線部１２Ｂ以外の部分が波形に形成されている。勿論、この強調領域１２Ｈはその他の色や形状を有するようにしてもよい。
【００２９】
次に、この位置検出治具１２を用いて、台座１０上の複数（ここでは４個）のアンカーボルト１１の二次元座標系における各位置を検出する方法について説明する。
【００３０】
まず、台座１０の表面に、罫書きでｘ−ｙ軸線を入れたのち、図３に撮影の外観を示すように、デジタルカメラ１３によって、計測対象領域の中心（ｘ−ｙ軸の原点）が画像中心になるよう、かつ対象領域の垂直方向から撮影を行う。図４は撮影により得られた画像を表すものである。
【００３１】
デジタルカメラ１３により撮影画像が得られると、続いてコンピュータにおいて画像計測ソフトウェアによる直線抽出処理が行われる。図５はその直線処理がなされた状態を表すもので、太線が処理された部分を示している。抽出対象となる直線部分は、アンカーボルト１１の２つの稜線部１１ａ，１１ｂと、位置検出治具１２の直線部１２Ｂおよび２つの側面縁部１２ａ，１２ｂ、更に、台座１０上に罫書きされたｘ軸１０ａおよびｙ軸１０ｂの計７本である。これらの直線処理を行うことによって、以下、「特徴点の検出」、「座標検出」、「補正比算出」および「補正」の各処理が行われることによって、４本のアンカーボルト１１の位置が高精度に決定される。
【００３２】
すなわち、特徴点検出部１４Ａにおいて、アンカーボルト１１の２つの稜線部１１ａ，１１ｂより、それに沿った中心線１１ｃが求められると共に、得られた中心線１１ｃと位置検出治具１２の直線部１２Ｂの延長線との交点（特徴点Ｐ）が求められる。この特徴点Ｐがアンカーボルト１１の断面上の中心を表す。次いで、座標検出部１４Ｂにより、特徴点検出部１４Ａにより検出された特徴点Ｐの画像上のｘ−ｙ軸に対する座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）が求められる。
【００３３】
次に、補正比算出部１４Ｃにおいて、画像上において位置検出治具１２の側面縁部１２ａ，１２ｂ間の距離Ｗ1 が求められ、この画像上の距離Ｗ1 と既知の実幅Ｗとの比（補正比Ｗ1 ／Ｗ）が算出される。最後に、補正部１４Ｄにおいて、補正比算出部１４Ｃにより得られた補正比Ｗ1 ／Ｗを用いてアンカーボルト１１の特徴点Ｐの座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ）が補正される。すなわち、特徴点Ｐの座標Ｘ1 ，Ｙ1 それぞれに補正比Ｗ1 ／Ｗを乗じることによって、アンカーボルト１１の台座１０上の実座標（Ｘ，Ｙ）が求められる。
【００３４】
以上の処理は対象となるアンカーボルト１１と当該ボルトに設置した位置検出治具１２の値を対応付けしながら、個別に行われる。なお、罫書きしたｘ−ｙ軸線が直交していない場合には、特徴点Ｐの各軸からの距離を個別に求めればよい。また、画像全体が傾斜している場合には回転処理を行うことによって補正することができる。
【００３５】
このように本実施の形態の位置検出治具１２は、寸法計測のためのスケーラーとしての機能と、デジタルカメラ１３で撮り込んだ画像中からは見ただけでは検知することができない寸法測定のための特徴点Ｐを検出する機能を併せ持つものであり、この位置検出治具１２を対象物（アンカーボルト１１）に押し当てて、その状態をデジタルカメラ１３で撮影することにより、コンピュータによる自動解析がなされ、これにより個々のアンカーボルト１１の実位置を自動的に、かつ精度よく算出することができる。
【００３６】
特に、本実施の形態では、位置検出治具１２に対してマグネット１２Ｄを付設するようにしたので、マグネット１２Ｄの磁力により本体１２Ａがアンカーボルト１１に対して容易に、かつ確実に接触し固定され、より精度よくアンカーボルト１１の位置を検出することができる。また、本実施の形態では、ボルト１２Ｆおよびナット１２Ｇによる高さ位置調節機能を有しているので、現場の状況に応じて位置検出治具１２をＺ軸方向の適切な位置に設定することができ、その位置でのアンカーボルト１１の特徴点を容易に検出することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形等が可能である。例えば、上記実施の形態では検出対象物をアンカーボルトとして説明したが、アンカーボルト以外でも棒状部材であればいずれも対象となる。また、位置検出治具の切欠き部の形状等も、同じ機能を有するものであれば、どのような形状等であってもよい。更に、高さ位置調節機構についても、上記実施の形態とは異なる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位置計測装置のブロック構成図である。
【図２】位置検出治具の平面状態（Ａ）および側面状態（Ｂ）を表す図である。
【図３】デジタルカメラによる撮影状態の概要を表す図である。
【図４】撮影された画像を表す図である。
【図５】撮影画像を基にしたソフトウェアによる処理を説明するための図である。
【図６】計測対象となる台座上のアンカーボルトを表す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…台座、１１…アンカーボルト、１２…位置検出治具、１２Ａ…本体、１２Ｂ…直線部、１２Ｃ…切欠き部、１２Ｄ…マグネット、１２Ｅ…ボルト孔、１２Ｇ…ナット、１２Ｆ…ボルト、１３…デジタルカメラ、１４…位置決定手段（コンピュータ）、１４Ａ…特徴点抽出部、１４Ｂ…座標検出部、１４Ｃ…補正比算出部、１４Ｄ…補正部
【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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【図６】
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