研究

レーザートラッカーを用いた部材計測について【第1報：平面度の管理】
Member Measurement Using a Laser Tracker(1st report: Flatness management)

佐々木隆

太＊1

Ryuta SASAKI

要三吉隆

博＊2

Takahiro MIYOSHI

旨i-Constructionの一環で部材や実仮組立の計測に関する作業時間の短縮、及び高精度化、ならびに製作過程における精度管理手法について検討を行った。
本稿では、レーザートラッカーを用いた製作過程における部材の平面度管理を行った結果について報告する。
キーワード：3次元計測，平面度，レーザートラッカー，ハンディスキャナー

1．はじめに

2．レーザートラッカーのスキャニングシステム

鋼橋の組立精度の確認の手法としてシミュレーション導入したレーザートラッカーは、Laser Tracker Scanner

仮組立があり、部材計測を3次元計測により行い、そのATS600システムで、主な国内導入先は重工メーカー（航計測データを用いて机上で仮組立を行う。3次元計測と空・宇宙・原子力関連）や自動車メーカーなどであり、方法としては、トータルステーションやCCDカメラ、多数の導入実績がある。特徴として、リフレクタ計測だデジタルカメラがある。当社では、2011年に3次元計測けでなく、ハンディスキャナーによる3次元形状計測やデジタルカメラ計測システム（PIXXIS）を導入しておワイヤレスプローブによる3次元寸法計測が可能である。

り 、製作時の部材3次元計測だけでなく、既設桁の現ハンディスキャナーは片手で持ち運べる非接触型で、測1）

場実測やアンカーボルト位置の計測などに適用している。
現在、i-Constructionの一環で部材や実仮組立の計測について計測作業時間の短縮及び高精度化、ならびに部材製作後だけでなく製作過程における精度管理手法について検討している。これらのことが実現できる新しい計測システムとしてレーザートラッカーが考えられ、生産性向上及び品質向上となるシステムの開発を進めている。
本稿では、レーザートラッカーを用いて製作過程における部材の平面度管理を行ったので、その結果について報告する。

図−1
＊1
＊2

レーザートラッカーによるスキャニング例

千葉工場製造部製造第1グループサブリーダー
技術本部設計部設計第3グループ主任

35定範囲は最大直径60mであり、大型の部材でも非接触測写真を見てわかるように、隅角ブロックはアーチ部と補定が可能なスキャニングシステムである。

剛桁の交差部となっており、さらに隅角ブロック自体がスキャニングシステムは、水平・垂直の2方向に自由現場溶接継手で上下に分割された構造となっている。複回転するヘッドユニット本体から、レーザーをハンディスキャナー（図－1）に向かって正確に照射しており、ハンディスキャナーを計測したい箇所に向けることで、部材の3次元座標を点群データとして計測することができる。スキャニングシステムの計測精度は、2点間距離で±150μmであり、スキャン時の点群の最小点間ピッチも0.045mmであることから、高精度な部材計測が可能となる。
スキャンデータは、3次元点群データとしてパソコンに取込み、3次元測定ソフトウェアのPolyWorksInspectorで編集することができる。ソフトにはCADのigesデータやstepデータであれば取り込むことができるため、計測

写真−1

直線定規による計測した3次元点群データと3DCADデータとの比較・編集することが可能である。ただし、一般的に使用している
dwgデータやdxfデータではPolyWorksInspector内へのデータの取り込みが行えないため、ファイルの変換が必要である。

3．部材の平面度管理
箱断面の部材組立後の溶接によるひずみの程度が著し
く、部材の平面度が許容値を超える場合、現場組立時に支障をきたす場合及び外観を著しく損なう場合は、ガス炎加熱法による線状加熱でひずみ矯正を行っている。この線状加熱によるひずみ矯正は、直線定規によりひずみ量（変形量）を目視で確認しているため、やせ馬と呼ば

写真−2

中路式アーチ橋の隅角ブロック（L面側）

写真−3

中路式アーチ橋の隅角ブロック（R面側）

れる縦リブや補剛材間のひずみが平面度の許容値内であっても、直線定規（写真－1）で確認しやすいように“0”目標で矯正することが多い。また、複雑な部材形状の場
合、加熱する位置は作業者の経験と勘に頼るところが多い。
以上のことから、部材全体の平面度を早く正確に数値で把握し、必要な部分だけを線状加熱で矯正し、矯正後の良否も数値で判断できるように、レーザートラッカーのスキャニングシステムを適用した。

4．計測内容計測部材は、中路式アーチ橋（中路式ローゼ橋）の隅角ブロックとした。隅角ブロックを写真－2、3に示す。

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雑な形状であるため、部材全体形状と平面度の管理にレーザートラッカーのスキャニングシステムが適していると考えた。隅角ブロックを一体組したときの大きさは約2.1m×9.6mで、ウェブR面側に横桁仕口がある構造となっている。
今回の隅角ブロックの計測位置はウェブ面とした。計測状況を写真－4及び写真－5に示す。
写真－5で示した横桁仕口内部をスキャニング中のパソコン画面を写真－6に示す。画面で緑色に表示されている箇所が、計測しているマンホールのダブリングを3次元点群データとしてパソコンに取り込んでいる最中のデータであり、点群データがパソコンに取り込まれると灰色に変わってパソコンの画面に表示される。箱断面の

写真−6

スキャニング中のパソコン画面

写真−7

スキャン終了時のパソコン画面

横桁仕口の中での計測でも、レーザートラッカーから照射されるレーザーがハンディスキャナーを捉えることができれば計測を行うことが可能である。
計測時の注意点としては、ハンディスキャナーは計測部材から一定の距離を保って計測を行う必要があり、また、計測時間を短縮するためにハンディスキャナーを早く動かしてしまうと点群データを読み込むことができない。
ウェブL面の計測後のパソコン画面を写真－7に示す。
写真−4

隅角ブロックのスキャニング

ウェブL面の計測に要した時間は約1時間であった。また、3次元点群データの数は約4700万個であり、写真－7の左上に表示されている数値が点群データ数である。
点群データ数は、2点間距離の計測精度を粗くすることによって減らすことは可能であり、点群データ数を減らすことで計測時間を短縮することができる。

5．計測結果スキャンした3次元点群データを用いてウェブ面の平面 度 の 確 認 を 行 う た め に、 設 計 図 に 使 用 し て い る
3DCADのigesデ ー タ をPolyWorksInspector内 に 取 り 込 ん
で、基準面として設定を行い計測結果の確認を行った。
写真−5

横桁仕口内部のスキャニング

写真－8はPolyWorksInspector内での基準面と実測面の位

レーザートラッカーを用いた部材計測について【第1報：平面度の管理】

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置合わせを行う前の画面である。画面の左側が3DCAD測面との語差を画面上で把握しやすくするために、カラから取り込んだ設計図のデータであり、基準面として設ーマップで表示させている。基準面に対して膨らんでい定している。画面の右側がレーザートラッカーのスキャる場合はプラスの値となるように、凹んでいる場合はマニングシステムで計測した3次元点群データである。左

イナスの値となるようにカラーマップを表示している。

側の基準面に計測した点群データの位置を合わせて、基ウェブL面側の矯正前後のカラーマップを図－2及び図準面から計測した3次元点群データがどれだけの誤差を－3に、同様にウェブR面側を図－4及び図－5に示す。

有しているかを確認することによって部材のひずみ量が矯正前の計測結果より、隅角ブロックのウェブL面側わかる。位置合わせの手順として、まず、左側の基準面が大きく溶接変形していることがわかった（図－2）。の画面で位置合わせを行うための基準点を設定する。次

道路橋示方書・同解説Ⅱ鋼橋・鋼部材編の部材精度の規に、右側の実測面の画面でも同じ位置の基準点を設定し定より、ウェブの平面度はh/250mm以下（h：腹板高）て、基準面と実測面の画面で基準点の位置に差異がないとなるため、隅角ブロックのウェブの高さは1567.5mmことを確認する。それぞれの基準点が設定できたらで あ る こ と か ら、 ウ ェ ブ 面 の 平 面 度 の 許 容 値 はPolyWorksInspector内で自動的に位置合わせを行う。位

1567.5/250＝6.27mmとなる。許容値の80％である5mmを置合わせした結果を写真－9に示す。

社内管理値としたとき、図－2のインデックス3の部分について、基準面に対して実測面の誤差が−9.673mmあり管理値を超えていることから、この管理値を超える箇所については線状加熱によるひずみ矯正を行った。ただし、現場継手部は相対誤差による現場組立への影響を考慮し、社内管理値をさらに厳しくした。ウェブ面R側についてはひずみ量が小さく、管理値を超えた箇所が計測結果から見られなかったので、現場継手部周辺のみ矯正を行った。

6．課題（1）設計図と計測データの違いによる課題
写真−8

基準面と実測面の位置合わせ前の画面

平面度の計測では、基準面となるデータが必要となり、現状、設計図を基に作成した3DCADデータを使用することになる。しかし、部材には製作の段階で設計図には反映されることがない製作キャンバーや現場溶接収縮量、後切断の延長などが付加されていることから、設計図の3DCADのデータでは計測したデータとの値に誤差が生じてしまう。また、3DCADは面の情報しかないことが多いため、ボルト孔、面取り形状、溶接ビード、現場溶接継手の開先といった製作するなかで必要な情報が反映されていないデータもある。よって、部材の種類によっては平面度計測としての基準面データを作成しておく必要がある。
（2）基準点の設定について

写真−9

基準面と実測面の位置合わせ後の画面

計測部材の基準点が必要となるが、部材の溶接収縮や製作誤差によって基準点の値が移動することが想定され位置合わせを行った結果は、部材全体での基準面と実38るため、基準となる点は不動点であることが望ましい。

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図−2

隅角ブロックのウェブL面側（矯正前）

図−4隅角ブロックのウェブR面側（矯正前）図−3隅角ブロックのウェブL面側（矯正後）

図−5隅角ブロックのウェブR面側（矯正後）レーザートラッカーを用いた部材計測について【第1報：平面度の管理】39

7．おわりに＜参考文献＞

鋼橋のi-Constructionとして、計測についても生産性向

1）松元健一郎，吉元大介，山越信也，小笠原隆幸，大上及び品質向上を目指し、その中で、高精度な計測が可塚恵，加藤徹：3次元計測デジタルカメラ計測システ能なレーザートラッカーが製作過程の品質管理や製作後ム（PIXXIS） の 紹 介， 宮 地 技 報No.26，pp106-109，の品質保証の計測に幅広く適用できるように研究・開発

2011.11．に取り組んでいる。本稿では、製作過程における部材の2022.2.1

受付

平面度計測について報告したが、まだまだ課題はある。
引き続き、BIM/CIMとの連携を踏まえて検討していきたい。

新東名高速道路

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旅する

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国道106号（斎木敦）

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「宮古箱石道路」は宮古市藤原から箱石間の約33km区間のバイパス道路となり、旧106号の線形不良や狭隘道路の問題を解消し、より安全でスムーズな通行を可能としました。本橋は、宮古市腹帯地区で二級河川の閉伊川とJR東日本山田線を旧106号の道路と並行して跨ぐ蟇目〜腹帯区間で最大の橋梁です。完成後に「腹帯大橋」という橋名になりました。

（久留宮航）•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
グラビア写真説明•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

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