(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】マーキング用レーザ４から円錐ミラー３にマーキング用レーザ光を照射してレーザ拡散平面を形成し、これを計測対象物に投影して計測対象物の表面にマーキングラインを表示させる。また計測用レーザ照射手段９から照射した計測用レーザ光を、直角ミラー１０を介してレーザ拡散平面に沿って反射させ、マーキングライン上に照射して、この照射点１３と直角ミラー上の反射点との間の距離を計測する。直角ミラーを回転させながらこの計測を繰り返し、距離計測値と直角ミラーの回転角度から、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
2017194438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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（４）を照射するマーキング用レーザ（１）と、
前記マーキング用レーザ光を円錐形状をなす先端（５）で受けてそのレーザ光と直交するレーザ拡散平面（６）を形成し、該レーザ拡散平面を計測対象物（７）の表面に投影してマーキングライン（８）を表示させる円錐ミラー（３）と、
前記マーキング用レーザ光と平行に計測用レーザ光（９）を照射する計測用レーザ照射手段（２）と、
回転自在に設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放射状に反射させて前記マーキングライン上に照射点を設定する直角ミラー（１０）と、
この直角ミラーにおける計測用レーザ反射点（１１）から前記照射点（１３）までの距離を計測する測長手段（１４）と、
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（１５）と、
前記測長手段で計測された距離データ（１７）および前記角度計測手段で計測された角度データ（１８）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（１６）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１に記載の形状寸法計測装置。
【請求項３】
前記計測用レーザ光を前記マーキング用レーザ光と異なる色のレーザ光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】
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照射するマーキング用レーザと、
前記マーキング用レーザ光を円錐形状をなす先端で受けてそのレーザ光と直交するレーザ拡散平面を形成し、該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円錐ミラーと、
前記マーキング用レーザ光と平行に計測用レーザ光を照射する計測用レーザ照射手段と、
回転自在に設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放射状に反射させて前記マーキングライン上に照射点を設定する直角ミラーと、
この直角ミラーを回転させるモータ（１２）と、
前記直角ミラーにおける計測用レーザ反射点から前記照射点までの距離を計測する測長手段と、
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と、
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５】
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４に記載の形状寸法計測装置。
【請求項６】
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４に記載の形状寸法計測装置。
【請求項７】
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して、前記直角ミラーを回転させることを特徴とする請求項４に記載の形状寸法計測装置。
【請求項８】
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照射するマーキング用レーザと、
前記マーキング用レーザ光を円錐形状をなす先端で受けてそのレーザ光と直交するレーザ拡散平面を形成し、該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円錐ミラーと、
前記マーキング用レーザ光と平行に計測用レーザ光を照射する計測用レーザ照射手段と、
回転自在に設けられ前記計測用レーザを前記レーザ拡散平面に沿って放射状に反射させて前記マーキングライン上に照射点を設定する直角ミラーと、
前記マーキング用レーザ、円錐ミラー、計測用レーザ照射手段および直角ミラーを搭載する台座（２０）と、
この台座を前記マーキング用レーザ光と同方向に移動させる駆動手段（２３）と、
前記直角ミラーにおける計測用レーザ反射点から前記照射点までの距離を計測する測長手段と、
前記台座の任意に設定された基準位置からの移動量を計測する移動量計測手段（２７）と、
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と、
前記測長手段で計測された距離データ、前記移動量計測手段で計測された移動量データ（２８）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三次元位置座標取得手段（２９）とを具備したことを特徴とする形状寸法計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、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
【発明の概要】
【発明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面に結像させ、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値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面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】  本発明は、以上の問題に鑑みてなされたもので、例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】  本発明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、回転自在な直角ミラー、測長手段、角度計測手段および位置座標取得手段から構成される。【００１４】  すなわち、マーキング用レーザから、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円錐ミラーに向けて照射し、円錐ミラーにより、そのレーザ光と直交するレーザ拡散平面を形成する。このレーザ拡散平面を計測対象物の表面に当てると、計測対象物の表面にマーキングラインが表示される。【００１５】  前記計測用レーザ照射手段は、計測用レーザ光を、マーキング用レーザ光と平行に照射する。この計測用レーザは直角ミラーで反射し、前記レーザ拡散平面に沿って前記マーキングライン上の一点を照射する。【００１６】  そこで直角ミラー上の反射点から計測対象物表面の照射点までの距離を測長手段で計測するとともに、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角度計測手段で計測する。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、前記計測用レーザ照射点の位置座標を取得する。【００１７】  このようにして、直角ミラーを回転させながらマーキングライン上における多数の照射点の位置座標を取得することにより、計測対象物における、レーザ拡散平面で切り出された平面の、形状および寸法を計測することができる。【００１８】  前記マーキング用レーザ光は、目視性に優れた緑色のレーザ光にするとよい。【００１９】  前記計測用レーザは、マーキング用レーザ光と異なる色のレーザ光にするとよい。【００２０】  前記直角ミラーは、モータにより回転させるようにするとよい。【００２１】  特に、前記モータはステッピングモータとするとよい。【００２２】  前記モータでは、直角ミラーを一定角度ずつ回転させるようにするとよい。【００２３】  また、たとえば窓枠の内側の形状寸法を計測するような場合には、直線部はまばらに角度間隔を大きくし、四隅近辺では多数の位置座標を得るように角度間隔を小さくするなど、特定のアルゴリズムに基づく角度シーケンスでモータの回転角度を可変とするとよい。【００２４】  前記レーザマーカ、円錐ミラー、計測用レーザ照射手段および直角ミラーを共通の台座に搭載し、この台座を駆動手段によってマーキング用レーザ光と同方向に移動させるようにするとよい。
【発明の効果】
【００２５】  例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計測する場合、目視性のあるマーキング用レーザ光により、窓枠の内側を一巡するようにマーキングラインを表示させ、そのマーキングラインを目視しながらマーキングラインに沿って計測用レーザ光の照射点を移動させるだけで、多数の照射点の位置座標を取得して窓枠内側の形状および寸法を計測できる。したがって、この装置を用いて、誰でも容易に、迅速かつ正確に、計測を行うことができる。【００２６】  特に、マーキング用レーザ光を緑色レーザにすると、マーキングラインが極めて目視し易いものとなる。【００２７】  また、計測用レーザ光は、マーキング用レーザ光とは異なる色、たとえば赤色等にすると、測定対象物上の照射点が極めて目視し易いものとなり、特に緑色のマーキングライン上に赤色の照射点を設定すると、一層目視し易いものとなる。【００２８】  前記直角ミラーを、モータにより回転させるようにすると、マーキングライン上における多数の点の位置座標を短時間で能率よく取得することができ、計測の作業性もより一層向上する。【００２９】  特に前記モータをステッピングモータとすると、直角ミラーの回転角度をより高精度に管理することができ、その結果、計測精度を高めることができる。【００３０】  前記モータを一定角度ずつ回転させるようにすれば、一定角度間隔で効率よく位置座標を取得することができる。【００３１】  また、前記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すれば、たとえば窓枠の内側の形状寸法を計測する場合など、四隅近辺の位置座標を集中的に小角度間隔で取得することができる。【００３２】  前記マーキング用レーザ、円錐ミラー、計測用レーザ照射手段および直角ミラーを共通の台座に搭載し、この台座を駆動手段によってマーキング用レーザ光と同方向に一定量ずつ移動させるようにすると、単一のレーザ拡散平面によって切り出される一平面上の形状および寸法（二次元座標）のみならず、台座を移動させる度に、別のレーザ拡散平面によって切り出される平面上の位置座標も取得することができ、それらを総合して立体的形状および寸法（三次元座標）を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明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、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】本発明の別の実施形態を示す概略構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  まず、図１ないし図３に示す本発明の一実施形態について説明する。
【００３５】  図１は形状寸法計測装置の概略構成を示すもので、１はマーキング用レーザ、２は計測用レーザ照射手段である。マーキング用レーザ１の前方には、先端が９０度の円錐形状をなす円錐ミラー３が配置される。マーキング用レーザ１は空間幅があって目視性のあるマーキング用レーザ光（たとえば緑色のＹＡＧレーザ光）４を円錐ミラー３に向けて照射し、円錐ミラー３はそれを先端５で受けてマーキング用レーザ光４と直交する方向へ拡散して、レーザ拡散平面６（図１および図２中に点線で示す）を形成する。
【００３６】  そこで、図２のごとく、計測対象物となる、たとえば窓枠７等の内面でレーザ拡散平面６を囲むようにすると、その内面に、マーキング用レーザ光４による緑色のマーキングライン８が表示される。
【００３７】  前記計測用レーザ照射手段２は、マーキング用レーザ光４とは異なる色、たとえば赤色の計測用レーザ光９を照射するが、このレーザ光９と前記マーキング用レーザ光４とが平行になるように、マーキング用レーザ１と計測用レーザ照射手段２との位置関係を設定しておく。計測用レーザ照射手段２の前方には、直角ミラー１０が配置される。この直角ミラー１０は計測用レーザ照射手段２から照射された計測用レーザ光９を中心位置で受けてこれを直交方向に反射するもので、反射点１１となるミラー中心が前記レーザ拡散平面６内に位置するように配置され、これにより、計測用レーザ光９はレーザ拡散平面６に沿って反射することとなる。
【００３８】  前記直角ミラー１０は、モータたとえばステッピングモータ１２により、一定角度たとえば５度ずつ回転駆動される。
【００３９】  直角ミラー１０で反射した計測用レーザ光９は、窓枠７等の内面に表示されたマーキングライン８上に照射される。マーキング用レーザ光４を緑色、計測用レーザ光９を赤色とすると、この照射点１３は、緑色のマーキングライン８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。
【００４０】  照射点１３で反射した計測用レーザ光９は、直角ミラー１０における計測用レーザ反射点１１を経て計測用レーザ照射手段２に戻る。このとき、計測用レーザ光９が照射点１３から反射点１１に到るまでの時間に基づいて、反射点１１から照射点１３までの距離が測距手段１４により計測される。
【００４１】  また、直角ミラー１０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１２の回転角度として、角度計測手段１５により検出される。この場合、たとえば計測用レーザ光９が右方の水平方向に反射するときの直角ミラー１０の位置を、基準位置とすれば、多数のレーザ照射点１１をつないで得られる画像の上下左右方向が、マーキングライン８で描かれる画像の上下左右方向と一致するので、極めて理解し易いものとなる。
【００４２】  測長手段１４で計測された距離データ１７と、角度計測手段１５で得られた角度データ１８は、位置座標取得手段１６に出力される。そして位置座標取得手段１６では、これらのデータに基づき、窓枠７等の内面における計測用レーザ９の照射点１３の位置座標１９を取得する。
【００４３】  前記マーキング用レーザ１、円錐ミラー３、計測用レーザ照射手段２、直角ミラー１０、ステッピングモータ１２、角度計測手段１５、測長手段１４、位置座標取得手段１６等は、台座２０上に設置される。
【００４４】  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７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１２がたとえば５度ずつ回転する毎に、計測用レーザ９の照射点１３がマーキングライン８に沿って移動するので、位置座標取得手段１６においてマーキングライン８上の多数の点の位置座標１９を取得することができる。その結果、窓枠７等の内面における、レーザ拡散平面６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。
【００４５】  そこで、前記位置座標取得手段１６で取得した位置座標１９を、タブレット端末２１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７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７等に設置することができ、現場合わせ作業が不要となる。
【００４６】  なお、上記の実施形態では、説明の便宜上、装置の構成をブロック図的に表現したが、実際には各構成品をコンパクトに配置して、手軽に携帯できる小型軽量な装置にすることができる。
【００４７】  次に、本発明の別の実施形態を、図４を参照して説明する。なお、前記実施形態と同一部分については、同一符号を用いて説明することとする。
【００４８】  この実施形態では、前記実施形態と同様のマーキング用レーザ１、円錐ミラー３、計測用レーザ照射手段２、直角ミラー１０、ステッピングモータ１２、角度計測手段１５、測長手段１４、位置座標取得手段１６等を台座２０上に設置するものとする。
【００４９】  そして、この台座２０は装置基盤２２上に、前記マーキング用レーザ光４および計測用レーザ光９と同方向に移動自在に設置する。また、台座２０を装置基盤２２に対して移動させるための駆動手段２３を設ける。
【００５０】  前記駆動手段２３としては、たとえば台座２０側にピニオン２４を設置してこれをステッピングモータ２５により一定角度ずつ回転駆動するようにし、台座２０側には前記ピニオン２４と噛合するラック２６を設けて、ステッピングモータ２５を一定角度ずつ回転することにより台座２０を一定量ずつ移動させる構成とするなど、適宜な構成が考えらえる。
【００５１】  前記実施形態と同様に、計測用レーザ光９の、直角ミラー１０における反射点１１からマーキングライン８上の照射点１３までの距離は、測長手段１４で計測され、直角ミラー１０の回転角度は角度計測手段１５で計測される。
【００５２】  この実施形態においては、さらに、前記台座２０の装置基盤２２に対する移動量を移動量計測手段２７によって検出する。この移動量は、たとえば前記ステッピングモータ２５の回転角度を基に計測されるものとする。
【００５３】    前記測長手段１４で計測された距離データ１７、移動量計測手段２７で計測された移動量データ２８および角度計測手段１５で計測された角度データ１８は、三次元位置座標取得手段２９に出力される。そして三次元位置座標取得手段２９では、これらのデータに基づき、窓枠７等の内面における計測用レーザ光９の照射点１３の位置座標すなわち三次元の位置座標３０を取得する。
【００５４】  そこで三次元位置座標取得手段２９で取得した位置座標３０を、タブレット端末３１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７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７等に設置することができ、現場合わせ作業が不要となる。
【００５５】  特に、この実施形態では計測対象物の奥行き方向の凹凸も計測できるので、より一層高精度な建具を製造することができる。
【００５６】  なお、この実施形態においても、モータ１２の回転角度を一定とせず、計測対象物の形状等に応じて、特定のアルゴリズムに基づくシーケンスで可変としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】１    レーザマーカ
２    計測用レーザ照射手段
３    円錐ミラー
４    マーキング用レーザ
５    円錐ミラーの先端
６    レーザ拡散平面
７    窓枠（計測対象物）
８    マーキングライン
９    計測用レーザ
１０  直角ミラー
１１  反射点
１２  ステッピングモータ
１３  レーザ照射点
１４  測長手段
１５  角度計測手段
１６  位置座標取得手段
１７  距離データ
１８  角度データ
２０  台座
２２  装置基盤
２３  駆動手段
２７  移動量計測手段
２８  移動量データ
２９  三次元位置座標取得手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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