JP4716175B2 - 施工支援方法及び施工支援システム - Google Patents

Description

本発明は施工支援方法及び施工支援システムに係り、特に施工現場における所定の施工対象に設置物を据付けるための据付位置を提示してマーキングするまでを自動で行うと共に、施工対象における据付面の設計形状と実形状とを考慮して正しい据付位置に修正する技術に関する。

例えば、図８に示す３次元モデルで表されるようなトンネルの施工現場１においては、図９に示すような製缶物２（設置物）をアンカーボルトで天井壁面に取り付ける作業を行うことが多い。符号３は、アンカーボルトの穴であり、穴の数だけ墨出し作業を必要とする。トンネルのような施工現場１に限らず、一般の施工現場でも天井壁面、側壁面、床面等に機器を設置する場合には、予め機器を据え付けるアンカーボルト打ち込み位置を決定する墨出し作業（据付位置へのマーキング）が必要となる。

従来の天井壁面への墨出し作業を説明すると、据付位置のＸ，Ｙ座標位置に対応する床面位置に先ず暫定マーキングを施し、次ぎに、下げ降りやレーザー鉛直器を用いて、床面のマーキング位置から真上の天井壁面位置を提示し、この提示位置に天井壁面近傍に待機していた作業者がマーキング（墨出し）を行っていた。

ところで、墨出し作業の自動化を図るべく、自律移動型の墨出しロボットが提案されている（特許文献１）。この墨出しロボットは、天井壁面の据付位置の真下床面に移動した後、マーキング部を上方にリフティングして天井壁面の据付位置に印をマーキングするものである。この墨だしロボットは、上述のように下げ降りやレーザー鉛直器を用いて天井壁面に据付位置を提示する必要がないと共に、天井壁面の設計形状と実形状が異なっていても正しい据付位置にマーキングできるというメリットがある。
特開平８−１５５２号公報

しかしながら、従来の墨出し方法は、下げ振りやレーザー鉛直器を作業者が操作し、且つ提示された据付位置に作業者が印を着けるので、墨出し作業の効率が悪く手間や時間がかかるという問題がある。

一方、特許文献１の墨出しロボットは、天井壁面の据付位置の真下床面に移動した後、マーキング部を上方に移動させる方式なので、天井壁面の据付位置の真下床面に機器や足場等の配設物がある場合には使うことができないという問題がある。また、特許文献１の墨出しロボットは、天井壁面へマーキングする装置であり、側壁面へのマーキングには対応できない。

このような背景から、据付位置の提示からマーキングまでを自動化して迅速な墨出し作業を行うことのできる施工支援方法やシステムが要望されており、特に床面に存在する配設物や据付面の形状等の墨出し条件に関係なく墨だし作業を行うことのできる施工支援方法やシステムが要望されている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、据付位置の提示からマーキングまでの自動化を可能とし、床面に存在する配設物や据付面の形状等の墨出し条件に関係なく迅速な墨出し作業を行うことのできる施工支援方法及び施工支援システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、施工現場における所定の施工対象に設置物を据付けるための据付位置を提示してマーキングする施工支援方法において、レーザポインタが内蔵された三次元計測器を前記設置物の据付け作業を行う施工現場の任意の位置に設置して、前記三次元計測器の三次元座標系を据付け施工の設計図面の三次元座標系に一致させる座標系統一ステップと、前記三次元計測器に設計図面における前記据付位置の設計座標情報を入力する入力ステップと、前記設計座標情報に基づいて前記三次元計測器により前記据付位置を視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示し、該提示した提示位置を三次元計測する提示ステップと、前記施工現場に移動自在に配置されたマーキングロボットを前記三次元計測器で三次元計測して該マーキングロボットの位置情報を取得する位置情報ステップと、前記三次元計測により得られた提示位置の三次元座標情報と前記マーキングロボットの位置情報をマーキングロボットに転送する情報転送ステップと、前記転送された提示位置の三次元座標情報とマーキングロボットの位置情報に基づいて、前記マーキングロボットが前記提示位置に移動して前記提示位置に印をマーキングするマーキングステップと、を備えたことを特徴とする施工支援方法を提供する。尚、入力ステップと座標統一ステップは何れを先に行ってもよい。

本発明の請求項１によれば、据付作業を行う施工現場の任意の位置に三次元計測器を設置して、設計図面の三次元座標系と施工現場における三次元計測器の三次元座標系を一致させる。座標系の一致は、三次元計測器のＺ軸を地軸に合わせて２つの基準点を測定し、それが設計図面上の２点と一致するように三次元計測器の座標転換を行う。尚、三次元計測器のＺ軸を地軸に合わせることができない場合には、３つの基準点を測定することで座標変換を行うことができる。次に、三次元計測器に設計図面における据付位置の設計座標情報を入力する。入力された据付位置の設計座標情報に基づいて三次元計測器により据付位置を視準して視準先をレーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する。そして、三次元計測により得られた提示位置の三次元座標情報とロボット自身の位置情報を施工現場に配設されたマーキングロボットに転送し、マーキングロボットがこれらの情報に基づいて移動して提示位置に印をマーキングする。

このように、三次元計測器とレーザポインタによって据付位置を、例えば天井壁面に直接提示するので、従来のように天井壁面の据付位置の真下床面にマーキングロボットを配置しなくてもマーキングできる。また、三次元計測器で得られた据付位置の情報とロボット自身の位置情報をマーキングロボットに転送するので、提示からマーキングまでの自動化が可能となる。これにより、据付位置の提示からマーキングまでを自動化して迅速な墨出し作業を行うことができる。

請求項２は請求項１において、前記入力ステップでは、ＣＡＤ図面から前記設計座標情報を電子野帳に読み取り、読み取った設計座標情報を前記三次元計測器に入力することを特徴とする。

請求項２によれば、ＣＡＤ図面から前記設計座標情報を電子野帳に読み取り、読み取った設計座標情報を前記三次元計測器に入力するようにしたので、設計図面から手動により拾いだす場合に比べて労力を省力化できると共に入力時間を短縮できる。

請求項３は請求項１又は２において、前記提示ステップにおいて、前記レーザポインタにより提示された提示位置座標と前記設計座標情報による設計座標とが異なる場合には、一致するように修正する修正ステップを含むことを特徴とする。ここで一致するとは、許容範囲内で一致することも含む。

据付面の設計形状と実形状とが異なる場合には、レーザポインタによる提示位置座標と設計座標に誤差が生じる場合があるので、提示位置と据付位置とが一致するように修正する修正ステップを行うことで、据付面の形状に関係なく正確な墨出し作業を行うことができる。

請求項４は請求項３において、前記修正ステップは、前記設置物を据付ける前記施工対象の据付面の形状を平面、傾斜平面、曲面の３通りに仮想して、前記設計座標における据付位置のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記仮想形状の面とが交わるＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とすることを特徴とする。

据付面の設計形状と実形状が異なる場合の提示位置の一番簡単な修正方法としては、三次元計測器で視準してレーザポインタで提示した提示位置のＸ，Ｙ座標が設計図面のＸ、Ｙ座標と一致するまで一定間隔で視準位置を変更する方法であるが、実用的に一致させるには、視準の振り角度を細かく設定する必要があり、かなりの時間を要する。

これに対し、請求項４では、設置物を据付ける施工対象の据付面の形状を平面、傾斜平面、曲面の３通りに仮想し、設計座標における据付位置のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と仮想形状の面とが交わるＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とするようにしたので、一定間隔で視準位置を細かく変える必要がなく短時間での修正が可能となる。

請求項５は請求項３において、前記修正ステップは、前記設置物を据付ける前記施工対象の据付面の形状が平面であると仮想して前記提示位置のＺ座標値と前記設計座標のＸ、Ｙ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とする共に、該修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第１の修正ステップと、前記第１の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第１の確認ステップと、前記第１の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第１の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、前記第１の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、前記据付面の形状が傾斜平面であると仮想して前記設計座標情報に基づいて視準した１回目の三次元計測結果と前記第１の修正ステップで視準した２回目の三次元計測結果を用いて前記傾斜平面の仮想形状を作成し、前記設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記傾斜平面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を２回目の修正据付位置とすると共に、該２回目の修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第２の修正ステップと、前記第２の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第２の確認ステップと、前記第２の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第２の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、前記第２の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、前記据付面の形状が曲面であると仮想して前記設計図面における三次元情報に基づいて視準した１回目の三次元計測結果と前記第１の修正ステップで視準した２回目の三次元計測結果と前記第２の修正ステップで視準した３回目の三次元計測結果を用いて前記曲面の仮想形状を作成し、前記設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記曲面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を３回目の修正据付位置とすると共に該３回目の修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第３の修正ステップと、前記第３の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第３の確認ステップと、前記第３の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第３の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、前記第３の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、上記視準した過去の三次元計測結果を用いて許容範囲内になるまで前記第３の修正ステップを繰り返すことを特徴とする。

請求項４は修正ステップの概念を示したものであるが、請求項５では、修正のための具体的なステップを示したものである。

即ち、第１の修正ステップでは、設置物を据付ける前記施工対象の据付面の形状が平面であると仮想して提示位置のＺ座標値と設計座標のＸ、Ｙ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とすると共に、該修正据付位置座標に基づいて三次元計測器により視準して視準先をレーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示した提示位置と設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する。許容範囲をいくつにするかは、設置物の取り付け精度等に応じて適宜設定する。

許容範囲内であれば、提示位置にマーキングロボットでマーキングし、許容範囲外であれば、据付面の形状を傾斜平面、更には曲面であると順次仮想して第１のステップと同様の操作を順番に行う。通常は、据付面の形状は平面、傾斜平面、曲面の何れかであるので、３回以内の修正で終了する。これにより、短時間で修正を行うことができる。この場合、第２の修正ステップでは第１の修正ステップで視準した結果を利用でき、第３の修正ステップでは第１及び第２の修正ステップで視準した結果を利用できるので、視準回数を少なくできる。もし、第３の修正ステップでも一致しない場合には、第３のステップを繰り返すことにより、曲面形状を少しずつ変えて行う。

前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、施工現場における所定の施工対象に設置物を据付けるための据付位置を提示してマーキングする施工支援システムにおいて、前記設置物の据付け作業を行う施工現場の任意の位置に設置され、設計図面における前記据付位置の三次元座標である設計座標情報に基づいて該据付位置を視準して視準先を内蔵されたレーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示し、該提示した提示位置を三次元計測する三次元計測器と、前記施工現場に移動自在に配置され、前記三次元計測器から転送された前記提示位置の三次元座標情報及び自分の位置情報に基づいて前記提示位置に移動して、該提示位置にスタンプで印をマーキングするマーキングロボットと、を備えたことを特徴とする施工支援システムを提供する。

請求項６は、本発明を装置として構成したものであり、三次元計測器とマーキングロボットとを組み合わせることにより、据付位置の提示からマーキングまでを自動化して迅速な墨出し作業を行うことができる。

請求項７は請求項６において、前記据付位置の設計座標情報をＣＡＤ図面から読み取って前記三次元計測器に入力する電子野帳を設けたことを特徴とする。

請求項７によれば、電子野帳を設けることで、据付位置の設計座標情報をＣＡＤ図面から自動で取得することができる。

請求項８は請求項６又は７において、前記マーキングロボットは、自走移動可能な台車と、前記台車上に支持され、大きなストロークで昇降動作、旋回動作、及び水平動作を行う大動作駆動部と、前記大動作駆動部の上に支持され、前記大動作駆動部よりも小さなストロークで昇降動作、旋回動作、及び水平動作を行う微動作駆動部と、前記微動作駆動部の上に支持されたスタンプと、前記マーキングロボットを駆動制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

請求項８によれば、三次元計測器で提示した提示位置に、スタンプを自動で近接させてマーキングすることができると共に、大動作駆動部と微動作駆動部を設けることでスタンプの高精度で迅速な位置決めを行うことができる。

請求項９は請求項６〜８の何れか１において、前記マーキングロボットには、前記施工現場における該マーキングロボットの位置を前記三次元計測器で計測するための位置決め用ターゲットが設けられていることを特徴とする。

請求項９によれば、マーキングロボットにターゲットを設けることで、三次元計測器を利用して自分の位置が分かるので、据付位置と自分の位置とを対比して提示位置に移動することができる。この場合、自分の位置をスタンプの位置と置き換えてもよい。

本発明の施工支援方法及び施工支援ンシステムによれば、据付位置の提示からマーキングまでを自動化して迅速な墨出し作業を行うことのできる。また、床面に存在する配設物や天井壁面等の据付け面の形状等の色々な墨出し条件に関係なく迅速な墨出し作業を行うことができる。

以下、添付図面に従って本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる施工支援システムの概念図である。

施工支援システム１０は、主として、三次元計測器１２とマーキングロボット１４とで構成される。

三次元計測器１２は、目標を視準して視準先にレーザー光或いは近赤外光を照射し、再帰する反射光を受光検知することにより、視準先までの距離及び方位を測定して視準先の三次元座標を演算する機能を有する。

ここで、視準とは、設定された方向に三次元計測器１２の向きを変えることを意味しており、三次元計測器１２に内蔵されている望遠鏡１２Ａを覗いた場合に、その先に視準先である据付位置が存在することになる。また、視準の向きの設定は、三次元計測器１２に入力された設計図面における据付位置の三次元座標情報に基づいて、三次元計測器１２に内蔵される駆動手段（図示せず）により望遠鏡１２Ａの向きが自動的に可変される。そして、視準先を三次元計測することにより、視準先（提示位置）の三次元座標が得られる。しかしながら、施工現場では据付面１６の設計形状と実形状が異なることが多々あり、本発明のように任意の位置に三次元計測器１２を設置した場合には設計図面における据付位置の三次元座標と、三次元計測器１２で計測して得られる据付位置の三次元座標とが異なる場合があり、修正が必要になる。

三次元計測器１２に入力する据付位置の三次元座標データは、青図等の設計図面から手動で取得して三次元計測器１２に入力してもよいが、図２に示すように電子野帳１８を使用してＣＡＤ図面から直接取得して三次元計測器１２に自動入力することが好ましい。また、電子野帳１８は三次元計測器１２での計測結果を演算し、その結果をＣＡＤ図面に反映させることもできる。

三次元計測器１２には、レーザポインタ（図示せず）が内蔵されており、視準先をレーザポインタで照射することによりマーキングロボット１４でマーキングするためのマークポイントＰを提示する。

マーキングロボット１４は、図１及び図３に示すように、主として、自走可能な台車２０と、動作ストロークの大きな大動作駆動部２２と、この大動作駆動部２２に搭載されると共に動作ストロークの小さな微動作駆動部２４とで構成される。

大動作駆動部２２は、台車２０上に昇降塔２６が設けられ、この昇降塔２６上端に水平な支持台２８が固定される。支持体２８上には水平方向（Ａ−Ｂ方向）に移動可能なアーム板３０がスライド自在に支持され、アーム板駆動部（図示せず）によって水平駆動される。そして、このアーム板３０の先端部上に微動作駆動部２４が設けられる。

微動作駆動部２４は、微動昇降塔３２が設けられると共に、微動昇降塔３２の上端に水平な微動用支持台３４が固定される。微動用支持台３４上には上述したアーム板３０と同方向（Ａ−Ｂ方向）への水平移動且つＡ−Ｂ方向に直交な水平方向（Ｃ−Ｄ方向）に移動可能な微動用アーム板３６がスライド自在に支持され、微動用アーム駆動部（図示せず）によって水平移動される。

微動用アーム板３６上には、起伏手段３８（図３参照）を介してシリンダ本体４０が設けられると共に、シリンダ本体４０に対して伸縮動作するシリンダロッド４２の先端にスタンプ４４が保持される。これにより、三次元計測器１２で提示された天井壁面等のマークポイントＰに、スタンプ４４で所望の印（例えば十文字）をマーキングする。スタンプ４４には感圧センサが内蔵されており、一定の圧力でスタップ４４がマークポイントＰに押しつけられると共に、スタンプ４４が当たった圧力を感知してシリンダロッド４２が縮動作を行う。シリンダロッド４２の伸縮ストロークは２０ｃｍ程度が好ましい。また、起伏手段３８は、シリンダ本体４０を起立させてスタンプ４４を立て向きにする場合（図１及び図３の状態）とシリンダ本体４０を伏せてスタンプ４４を横向きにする場合とに切り換えることが可能であり、立て向きにすることで天井壁面１６へのマーキングを行い、横向きにすることで側壁面へのマーキングを行う。

昇降塔２２及び微動昇降塔３２は、入れ子構造に形成された複数のロッドによりロッドアンテナ状に形成され、内蔵された駆動部（図示せず）により上下方向に伸縮動作すると共に最先端のロッドが軸芯周りに旋回することができる。

また、台車２０上にはＣＰＵ(Central Processing Unit)からなる制御装置４６が搭載されており、マーキングロボット１４の各部を統括して制御する。また、微動用支持台の下面の少なくとも２箇所には、位置計測用のターゲット４８、４８が設けられ、三次元計測器１２によりターゲット４８の位置及び方位を三次元計測することでマーキングロボット１４の位置情報を得ることができる。尚、マーキングロボット１４の位置情報をスタンプ４４の位置情報と置き換えても同じである。そして、天井壁面１６にマーキングする場合、据付位置の三次元座標情報とマーキングロボット１４の位置情報をマーキングロボット１４の制御装置４６に転送され、制御装置４６は、台車２０と大動作駆動部２２を制御してスタンプ４４をマークポイントＰの下方近傍まで移動させたら、微動作駆動部２４を制御してスタンプ４４がマークポイントＰの直ぐ真下に位置するように調整する。そして、マークポイントＰにスタンプ４４でマーキングする。

尚、微動用アーム板３６上に、微動作駆動部２４に連動するビデオカメラ５０を搭載して、台車２０と大動作駆動部２２を制御してスタンプ４４をマークポイントＰの下方近傍まで移動させたら、ビデオカメラ５０でマークポイントＰを撮像してスタンプ４４がマークポイントＰの直ぐ真下にくるように、微動作駆動部２４を制御してもよい。

また、アーム板３０の基端部下側には、ウエイトバランス５２（錘）が吊り下げられており、アーム板３０の先端と基端部との重量バランスが釣り合うように調整されている。更に、支持板２８先端部の２カ所に支持された２本のワイヤ５４、５４が、案内車５６、５６…を経由して支持板２８基端部側近傍まで延設され、もう一つのウエイトバランス５８を吊り下げ支持する。これにより、アーム板３０とアーム支持台２８の偏重により昇降塔２６が倒れて台車２０が転倒することを防止すると共に、アーム板３０が撓まないようになっている。

次に、上記の如く構成された施工支援システム１０を使用し、据付位置の提示からマーキングまでの施工支援方法の作業の流れを説明する。尚、設計図面はＣＡＤ図面を使用する例で説明すると共に、設置物を天井壁面１６（据付面）に据え付ける例で説明する。

図４は、施工支援方法の作業全体の流れを示した作業フロー図であり、図５は図４の主要作業を更に詳細に説明する作業フロー図である。

図４に示すように、施工のために製作した既存のＣＡＤ図面を設計図面とする（ステップ１）。このＣＡＤ図面に据付位置を記載すると共に、据付位置情報を抽出する（ステップ２）。このステップ２については、本出願人が既に出願した特願２００４−２３５２５０の施工支援方法に沿って行うことが好ましい。即ち、先ず施工対象が表されたＣＡＤ図面を所定の画面に表示し、表示したＣＡＤ図面中に複数の墨位置（据付位置）に対応する複数の特定記号からなるパターンを配置させる。そして、このようなパターンが配置されたＣＡＤ図面に基づいて、所定の座標基準を基準とした複数の墨位置の寸法量を求めて墨位置寸法量の一覧を作成し、この一覧を出力する。この場合、座標基準が複数存在する場合には、各座標基準ごとにレイヤ（画層）を振り分けて、各画層ごとに墨位置の寸法量を求めて出力する。

ステップ２で得られた据付位置の三次元座標情報を三次元計測器１２へ入力する（ステップ３）。この入力方法としては、図５に示すように、図示しないＣＡＤ装置から電子野帳１８へ据付位置の三次元座標情報を読み込む（ステップ３−１）。そして、三次元計測器１２に電子野帳１８を接続することにより、三次元座標情報を三次元計測器１２に入力する（ステップ３−２）。尚、図５では、三次元計測器１２への電子野帳１８の接続は次に説明する座標系統一ステップ（ステップ４−１〜ステップ４−４）の後で行っているが、座標系統一の前に行ってもよい。

次に、据付け作業を行う施工現場の任意の位置に三次元計測器１２を設置して、設計図面の三次元座標系と施工現場における三次元計測器１２の三次元座標系を一致させる（ステップ４）。座標系の統一は、図５に示すように、三次元計測器１２での座標系の方向を設定することで行う（ステップ４−１）。即ち、設計図面の座標系が地軸と平行かどうかを確認し（ステップ４−２）、平行な場合には現場の基準点２点を計測し、設計図面における据付位置の三次元座標と現場の三次元座標との関係を座標変換により一致させる（ステップ４−２）。平行でない場合には、現場の基準点３点を計測し、同様に座標変換により一致させる（ステップ４−４）。

次に、入力された据付位置の三次元座標情報に基づいて三次元計測器１２により据付位置を視準して視準先をレーザポインタにより提示すると共に提示位置を三次元計測する（ステップ５）。即ち、図５に示すように、据付位置の設計値方向へ三次元計測器１２の望遠鏡１２Ａの向きを変え、内蔵されたレーザポインタにて据付位置（視準先）を提示する（ステップ５−１）。これにより、マーキングロボット１４でマーキングするマークポイントＰが提示される。

次に、三次元計測１２により得られた提示位置の三次元座標（以下、提示座標という）と、設計図面から得られた据付位置の三次元座標（以下、設計座標という）とが同じか否かを確認する（ステップ６）。これは、図６に示すように、施工対象である据付面１６の設計形状と実形状との間に建築ズレがあることが多く、三次元計測器１２を施工現場の任意の位置に設置して斜めに視準する場合には、提示座標と設計座標が異なるためである。図６において修正据付位置とは実形状に応じた正しい据付位置を示す。従って、図５に示すように、視準した点の三次元計測を行い（ステップ６−１）、提示座標と設計座標との差が許容範囲内かどうかを確認する（ステップ６−２）。許容値は、設置物の据付け精度によって適宜設定すればよい。確認した結果、許容範囲内であれば、レーザポインタで提示した提示位置が正しい据付位置を提示していることになり、据付位置１点分の提示作業が終了する（ステップ６−３）。

そして、許容範囲外であれば、図４のように建築ズレに応じて据付位置を修正する（ステップ７）。即ち、図５に示すように、三次元計測器１２で計測した計測値に基づいて提示位置の修正量を算出し、提示位置を修正する。この場合、修正量算出方法は修正回数と提示先である据付面の形状に応じて変更する（ステップ７−１）。この修正方法の原理は、据付面１６が天井壁面か側壁面かを確認し（ステップ７−２）、天井壁面の場合には平面座標（設計座標におけるＸ，Ｙ座標値）が一致する天井壁面の位置に提示位置を修正し（ステップ７−３）、側壁面の場合には壁面座標（設計座標におけるＹ，Ｚ座標値又はＸ、Ｚ座標値）が一致する側壁面の位置に提示位置を修正する（ステップ７−４）。

この修正ステップ７−１について、図７を用いて詳細に説明する。

図７（Ａ）に示すように、設置物を据付ける施工対象の据付面の形状が平面であると仮想してステップＳ−５−１で提示した提示座標のＺ座標値と設計座標のＸ、Ｙ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とする。この修正据付位置の三次元座標（以下、１回目修正座標という）に基づいて三次元計測器１２で視準して、視準先をレーザポインタで提示すると共に三次元計測する（第１の修正ステップ）。そして、三次元計測した１回目修正座標と設計座標とが許容範囲内で一致しているかを確認する（第１の確認ステップ）。

第１の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には１回目修正座標を正しい修正据付位置とする。

図７（Ｂ）に示すように、許容範囲外である場合には、据付面の形状が傾斜平面であると仮想して、前述の提示座標と１回目修正座標を用いて傾斜平面の仮想形状を作成し、設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と傾斜平面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を更なる修正据付位置とする。この修正据付位置の三次元座標（以下、２回目修正座標という）に基づいて三次元計測器１２で視準して、視準先をレーザポインタ提示すると共に三次元計測する（第２の修正ステップ）。そして、三次元計測した２回目修正座標と設計座標とが許容範囲内で一致しているかを確認する（第２の確認ステップ）。

第２の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には１回目修正座標を正しい修正据付位置とする。

図７（Ｃ）に示すように、許容範囲外である場合には、据付面の形状が曲面であると仮想して、上述の提示座標、１回目修正座標、及び２回目修正座標を用いて曲面の仮想形状を作成し、設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と曲面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を更なる修正据付位置とする。この修正据付位置の三次元座標（以下、３回目修正座標という）に基づいて三次元計測器１２で視準して、視準先をレーザポインタ提示すると共に三次元計測する（第３の修正ステップ）。そして、三次元計測した３回目修正座標と設計座標とが許容範囲内で一致しているかを確認する（第３の確認ステップ）。

第３の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には３回目修正座標を正しい修正据付位置とするが、許容範囲外である場合には、上記視準した過去の座標を用いて許容範囲内になるまで第３の修正ステップ及び確認ステップを繰り返す。

このように、本発明では、設置物を据付ける施工対象の据付面の形状を平面、傾斜平面、曲面の３通りに仮想して、設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と仮想形状の面とが交わるＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とするようにしたので、短時間で効率の良い修正を行うことができる。この場合、第２の修正ステップでは第１の修正ステップで視準した結果を利用でき、第３の修正ステップでは第１及び第２の修正ステップで視準した結果を利用できるので、視準回数を少なくできる。

上記の修正ステップにより、修正据付位置を確定し、天井壁面にレーザポインタによる据付位置のポイントが提示されたら（ステップ８）、修正据付位置に関する三次元座標情報とマーキングロボットの位置情報（例えば台車基準の位置情報）を三次元計測器１２からマーキングロボット１４の制御装置４６に転送する（ステップ９）。マーキングロボット１４の位置情報は三次元計測器２０でターゲット４８を三次元計測することで得ることができる。これにより、マーキングロボット１４の制御装置４６は、三次元計測器１２と同じ座標系によりマーキングロボット１４の各部を制御することができる。マーキングロボット１４は、転送された修正据付位置に関する三次元座標と自分の位置情報とに基づいて、台車２０を据付位置の下方周辺の床面位置に自走で移動させる（ステップ１０）。この場合、天井壁面に提示された修正据付位置の真下床面に機器等の配設物がない場合には、台車を真下床面に移動してマーキングできるが、図１のように配設物６０がある場合には、台車２０を配設物６０の近くまで移動させる。

次に、三次元計測器１２でターゲット４８を再度三次元計測して、今度はスタンプ基準の位置情報をマーキングロボット１４の制御装置４６に転送する（ステップ１１）。マーキングロボット１４の制御装置４６は修正据付位置とスタンプ４４との正確な位置関係を把握した上で、微動作駆動部２４を制御してスタンプ４４を据付修正位置の真下に移動する（ステップ１２）。そして、制御装置４６はシリンダ本体４０のシリンダロッド４２を伸動作さてスタンプ４４を修正据付位置のマークポイントＰに当てる。これにより、マーキングが施される（ステップ１３）。

尚、本実施の形態では、マーキングロボット１４全体の位置情報とスタンプ４４の位置情報を得るために、三次元計測器１２でターゲット４８を２回に分けて三次元計測したが、１回の三次元計測を行い、マーキングロボット内において台車基準の位置情報とスタンプ基準の位置情報とに演算するようにしてもよい。

本発明の施工支援システムの概念図 三次元計測器と電子野帳との関係を説明する説明図 マーキングロボットの部分拡大図 本発明の施行支援方法の作業ステップを説明するフロー図 本発明の施行支援方法の作業ステップにおける主要作業を更に詳しく説明するフロー図 据付面の設計形状と実形状による提示位置のズレを説明する説明図 修正ステップを説明する説明図 施工対象の例を示す３次元のＣＡＤ図面 設置物の例を示す３次元のＣＡＤ図面

符号の説明

１０…施工支援システム、１２…三次元計測器、１４…マーキングロボット、１６…据付面（天井壁面や側壁面）、１８…電子野帳、２０…台車、２２…大動作駆動部、２４…微動作行動部、２６…昇降塔、２８…支持台、３０…アーム板、３２…微動用昇降塔、３４…微動用支持台、３６…微動用アーム板、３８…起伏手段、４０…シリンダ本体、４２…シリンダロッド、４４…スタンプ、４６…制御装置、４８…ターゲット、５０…ビデオカメラ、５２…ウエイトバランス、５４…ワイヤ、５６…案内車、５８…ウエイトバランス、６０…配設物

Claims (9)

1. 施工現場における所定の施工対象に設置物を据付けるための据付位置を提示してマーキングする施工支援方法において、
   レーザポインタが内蔵された三次元計測器を前記設置物の据付け作業を行う施工現場の任意の位置に設置して、前記三次元計測器の三次元座標系を据付け施工の設計図面の三次元座標系に一致させる座標系統一ステップと、
   前記三次元計測器に設計図面における前記据付位置の設計座標情報を入力する入力ステップと、
   前記設計座標情報に基づいて前記三次元計測器により前記据付位置を視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示し、該提示した提示位置を三次元計測する提示ステップと、
   前記施工現場に移動自在に配置されたマーキングロボットを前記三次元計測器で三次元計測して該マーキングロボットの位置情報を取得する位置情報ステップと、
   前記三次元計測により得られた提示位置の三次元座標情報と前記マーキングロボットの位置情報をマーキングロボットに転送する情報転送ステップと、
   前記転送された提示位置の三次元座標情報とマーキングロボットの位置情報に基づいて、前記マーキングロボットが前記提示位置に移動して前記提示位置に印をマーキングするマーキングステップと、を備えたことを特徴とする施工支援方法。
2. 前記入力ステップでは、ＣＡＤ図面から前記設計座標情報を電子野帳に読み取り、読み取った設計座標情報を前記三次元計測器に入力することを特徴とする請求項１の施工支援方法。
3. 前記提示ステップにおいて、前記レーザポインタにより提示された提示位置座標と前記設計座標情報による設計座標とが異なる場合には、一致するように修正する修正ステップを含むことを特徴とする請求項１又は２の施工支援方法。
4. 前記修正ステップは、前記設置物を据付ける前記施工対象の据付面の形状を平面、傾斜平面、曲面の３通りに仮想して、前記設計座標における据付位置のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記仮想形状の面とが交わるＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とすることを特徴とする請求項３の施工支援方法。
5. 前記修正ステップは、
   前記設置物を据付ける前記施工対象の据付面の形状が平面であると仮想して前記提示位置のＺ座標値と前記設計座標のＸ、Ｙ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を修正据付位置とすると共に、該修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第１の修正ステップと、
   前記第１の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第１の確認ステップと、
   前記第１の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第１の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、
   前記第１の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、前記据付面の形状が傾斜平面であると仮想して前記設計座標情報に基づいて視準した１回目の三次元計測結果と前記第１の修正ステップで視準した２回目の三次元計測結果を用いて前記傾斜平面の仮想形状を作成し、前記設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記傾斜平面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を２回目の修正据付位置とすると共に、該２回目の修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第２の修正ステップと、
   前記第２の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第２の確認ステップと、
   前記第２の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第２の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、
   前記第２の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、前記据付面の形状が曲面であると仮想して前記設計図面における三次元情報に基づいて視準した１回目の三次元計測結果と前記第１の修正ステップで視準した２回目の三次元計測結果と前記第２の修正ステップで視準した３回目の三次元計測結果を用いて前記曲面の仮想形状を作成し、前記設計座標のＸ，Ｙ座標値と、該Ｘ，Ｙ座標平面からの垂線と前記曲面とが交わる座標のＺ座標値とを組み合わせた新たな座標位置を３回目の修正据付位置とすると共に該３回目の修正据付位置座標に基づいて前記三次元計測器により視準して視準先を前記レーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示する第３の修正ステップと、
   前記第３の修正ステップで提示した提示位置を三次元計測して得られた提示座標と前記設計座標が許容範囲内で一致しているかを確認する第３の確認ステップと、
   前記第３の確認ステップにおいて許容範囲内である場合には前記第３の修正ステップで提示した提示位置にマーキングロボットでマーキングすると共に、
   前記第３の確認ステップにおいて許容範囲外である場合には、上記視準した過去の三次元計測結果を用いて許容範囲内になるまで前記第３の修正ステップを繰り返すことを特徴とする請求項３の施工支援方法。
6. 施工現場における所定の施工対象に設置物を据付けるための据付位置を提示してマーキングする施工支援システムにおいて、
   前記設置物の据付け作業を行う施工現場の任意の位置に設置され、設計図面における前記据付位置の三次元座標である設計座標情報に基づいて該据付位置を視準して視準先を内蔵されたレーザポインタで照射することにより、印をマーキングするためのマークポイントとして提示し、該提示した提示位置を三次元計測する三次元計測器と、
   前記施工現場に移動自在に配置され、前記三次元計測器から転送された前記提示位置の三次元座標情報及び自分の位置情報に基づいて前記提示位置に移動して、該提示位置にスタンプで印をマーキングするマーキングロボットと、を備えたことを特徴とする施工支援システム。
7. 前記据付位置の設計座標情報をＣＡＤ図面から読み取って前記三次元計測器に入力する電子野帳を設けたことを特徴とする請求項６の施工支援システム。
8. 前記マーキングロボットは、
   自走移動可能な台車と、
   前記台車上に支持され、大きなストロークで昇降動作、旋回動作、及び水平動作を行う大動作駆動部と、
   前記大動作駆動部の上に支持され、前記大動作駆動部よりも小さなストロークで昇降動作、旋回動作、及び水平動作を行う微動作駆動部と、
   前記微動作駆動部の上に支持されたスタンプと、
   前記マーキングロボットを駆動制御する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項６又は７の施工支援システム。
9. 前記マーキングロボットには、前記施工現場における該マーキングロボットの位置を前記三次元計測器で計測するための位置決め用ターゲットが設けられていることを特徴とする請求項６〜８の何れか１の施工支援システム。

Images