JP6484582B2 - ３次元計測手順生成装置および３次元計測手順生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元計測システムおよび３次元計測方法の技術に関する。

本技術分野の背景技術として、特許第４３５１０８１号公報（特許文献１）がある。この特許には,「建築施工中の建築物の精度管理を行う施工管理システムであって、前記建築物の３次元ＣＡＤデータを記憶する記憶手段と、３次元レーザスキャナを用いて、建築施工中の前記建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する計測手段と、前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータと前記計測手段で計測された前記３次元データとを照合する照合手段と、前記照合手段による照合結果から、前記建築物の建築施工において発生した誤差を算出する算出手段と、前記誤差が許容範囲内か否かを判定する判定手段と、３次元レーザスキャナを用いて、改装施工前の建築物の３次元形状を示す３次元データを計測する第２の計測手段と、前記３次元データを前記建築物の３次元ＣＡＤデータに変換する変換手段と、を備え、前記記憶手段が、前記変換手段で変換された前記建築物の３次元ＣＡＤデータを初期値として記憶し、前記記憶手段に記憶された前記３次元ＣＡＤデータに基づいて改装施工後の建築物の３次元ＣＡＤデータをシミュレートするシミュレート手段をさらに備えることを特徴とする施工管理システム。」と記載されている。

また特許第５２０４９５５号公報（特許文献２）がある。この特許には、「外側の計測対象物内に、内側の計測対象物が前記外側の計測対象物と隙間をあけて存在する場所のスキャニングを、三次元レーザスキャナを用いて行う三次元レーザスキャナのスキャニング方法において、三次元レーザスキャナの設置位置を原点として、前記計測対象物をスキャニングして複数の反射ポイントのそれぞれについて三次元座標を収集し、前記複数の反射ポイントのうちの一つの反射ポイントとこれに隣接する他の反射ポイントとの点間距離が、前記外側の計測対象物の表面において隣接する前記反射ポイント同士の点間距離の数値範囲を外れた部分を、前記外側の計測対象物と前記内側の計測対象物との境界部分と判定し、隣り合う前記境界部分の間を前記内側の計測対象物によって陰となった前記外側の計測対象物のデータ未収集部分として割り出し、前記原点と前記データ未収集部分との間で、陰を及ぼす前記内側の計測対象物よりも前記データ未収集部分側を、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置と設定することを特徴とする三次元レーザスキャナのスキャニング方法。」と記載されている。

特許第４３５１０８１号公報 特許第５２０４９５５号公報

上記特許文献１の技術では、建築物の３次元ＣＡＤデータと建築施工中の建築物を３次元レーザスキャナにより計測した３次元データとを照合して誤差を算出し，誤差が許容範囲内かを判定する施工管理システムが記載されているが，３次元レーザスキャナの場合，計測する対象との距離や角度などの計測条件によって精度が異なるという問題があった。

また上記特許文献２の技術では，３次元レーザスキャナのスキャニング回数を削減するために効率的にデータ収集する方法が記載されているが，網羅的な点群を収集することを狙いとしており，寸法精度を得るための計測条件を考慮していないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、計測対象とその計測条件を満たす３次元計測手順を効率よく計画する手段を提供すること，およびその計測結果をもとに３次元計測データを管理・活用する手段を提供することを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記課題を解決すべく、本発明に係わる３次元計測手順生成装置は，複数の計測対象の配置と複数の計測対象のそれぞれの３次元形状情報を記憶する記憶部と、複数の計測対象のそれぞれの計測条件を設定する計測条件設定部と、計測条件設定部で設定した計測条件に基づいて複数の計測対象を計測器で計測する場合の複数の計測対象の可視性を求めこの求めた可視性に基づいて複数の計測対象について計測器で計測する位置の組合せを評価する組合せ評価部と、組合せ評価部で評価した計測器で複数の計測対象を計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報を出力する出力部とを備えて構成した。

また、本発明に係る３次元計測手順生成方法は、複数の計測対象についてこの複数の計測対象の配置と複数の計測対象のそれぞれの３次元形状情報を記憶手段に記憶し、複数の計測対象のそれぞれの計測条件を入力手段から入力し，入力手段から入力した複数の計測対象のそれぞれの計測条件を計測条件設定部で設定し、計測条件設定部で設定した計測条件に基づいて複数の計測対象についてそれぞれの可視性を求めこの求めた可視性に基づいて複数の計測対象について計測する位置の組合せを組合せ評価部で評価し、組合せ評価部で評価した複数の計測対象の計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報を出力部から出力するようにした。

本発明によると、据付け作業計画における３次元計測作業の計画を効率よく検討できる支援手段を提供することができる。また計測対象の計測条件を満たす３次元計測位置を導出するため，取得した３次元計測データから得られる計測精度の管理手段を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る３次元計測システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３次元計測手順生成装置のハードウェア構成の例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る３Ｄモデル情報のデータ構造の例を示す表である。 本発明の実施形態に係る据付け完了状態を示すアセンブリモデルの例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る据付け順序１番目における機器の配置状態の例を示すアセンブリモデルの斜視図である。 本発明の実施形態に係る据付け順序２番目における機器の配置状態の例を示すアセンブリモデルの斜視図である。 本発明の実施形態に係る据付け順序３番目における機器の配置状態の例を示すアセンブリモデルの斜視図である。 本発明の実施形態に係る据付け順序４番目における機器の配置状態の例を示すアセンブリモデルの斜視図である。 本発明の実施形態に係る計測器ごとの計測精度と計測条件の例を示す表である。 本発明の実施形態に係る計測器と計測対象の関係を示す計測器と計測対象の斜視図である。 本発明の実施形態に係り形状種類が平面の場合の計測距離と計測精度との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る円筒における計測角度と計測精度を関係示す図で、円筒の内面を計測する場合に、円筒軸が計測器に正対する方向に近い場合を示す円筒の斜視図である。 本発明の実施形態に係る円筒における計測角度と計測精度を関係示す図で、円筒の内面を計測する場合に、円筒軸が計測器に直角な方向に近い場合を示す円筒の斜視図である。 本発明の実施形態に係る円筒における計測角度と計測精度を関係示す図で、円筒の外面を計測する場合に、円筒軸が計測器に正対する方向に近い場合を示す円筒の斜視図である。 本発明の実施形態に係る円筒における計測角度と計測精度を関係示す図で、円筒の外面を計測する場合に、円筒軸が計測器に直角な方向に近い場合を示す円筒の斜視図である。 本発明の実施形態に係る円筒軸と計測器とが成す角度と円筒内面の計測精度の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る入力部の計測指示の一例を示す画面の正面図である。 本発明の実施形態に係る３次元計測手順を生成する処理の流れを示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る可視性の判定方法を示す図で、計測の障害となる構造物がない場合の計測器と計測対象の斜視図である。 本発明の実施形態に係る可視性の判定方法を示す図で、計測の障害となる構造物が存在する場合の計測器と計測対象の斜視図である。 本発明の実施形態に係る計測位置と計測順序に関する出力を表示する画面の正面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を適用した３次元計測システムの例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る第一の実施形態を適用した３次元計測システムの全体の構成例を示す図である。３次元計測システムにおいては、図１に示すように、３次元計測手順生成装置１００と、３次元計測手順生成装置１００とＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）あるいはインターネット等のネットワーク１２１を介して通信可能な３Ｄ計測装置１２２および３ＤＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置１２３と、を連携させて動作させることが可能となっている。なお、３次元計測手順生成装置１００は、典型的には汎用計算機等であるが、これに限らず、サーバー装置、携帯電話端末、スマートフォン端末、タブレット端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）端末、眼鏡型あるいは時計型等のウェアラブル端末等の電子情報端末であってもよい。

ネットワーク１２１は、例えばＬＡＮ、無線ＬＡＮ等の通信路である。なお、３Ｄ計測装置１２２，３ＤＣＡＤ装置１２３と、３次元計測手順生成装置１００と、の間の通信は、ネットワーク１２１を介するものに限られず、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）やＳＤカード（ＳＤ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ）などの記憶媒体を介してデータを受け渡してもよい。

なお、本実施形態において、３Ｄ計測装置１２２および３ＤＣＡＤ装置１２３は、例えば独立して動作可能なものであってもよいし、３Ｄ計測装置１２２によって取得した計測データおよび３ＤＣＡＤ装置１２３により生成されたモデル情報を格納する記憶装置を備える装置であってもよい。あるいは、３次元計測手順生成装置１００と３Ｄ計測装置１２２または３ＤＣＡＤ装置１２３とが一体となって動作するものであってもよい。

３次元計測手順生成装置１００は、例えば独立して動作可能な汎用計算機である。３次元計測手順生成装置１００は、制御部１１０と、記憶部１３０と、入力部１２０と、出力部１４０と、通信部１５０と、を含む。

ここで入力部１２０は、３次元計測手順生成装置１００に対する入力を受け付ける。具体的には、入力部１２０は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置を制御し、入力された情報を受け付ける。また入力支援として音声を利用してもよい。

出力部１４０は、制御部１１０において生成された画面表示情報を受け付けて、制御可能な出力装置であるディスプレイ等の表示装置に出力する。また出力支援として音声を利用してもよい。

通信部１５０は、ネットワーク１２１に接続される他の装置、例えば３Ｄ計測装置１２２および３ＤＣＡＤ装置１２３との通信を行う。なおここでの通信は，有線，無線は問わない。またデータの授受を目的としており上記のような記憶媒体による入出力でもよい。

３Ｄ計測装置１２２は，大規模な実環境を高密度に３次元測定する装置であり，例えば，長距離非接触レーザスキャナなど光学的な３次元測定装置である。レーザスキャナは，例えばパルスレーザを測定対象物に発射し、反射波が帰ってくるまでの時間から距離を算出するＴｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式，変調レーザ光の照射波と反射波の位相差から距離を算出する位相差方式などがあり，測定対象物を構成する位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ)、輝度及びカラーを計測点群情報として取得することができる。なお，３Ｄ計測装置１２２はレーザスキャナに限らず，複眼の画像情報，音波から得た距離情報を利用した３次元の点群計測でもよい。

３ＤＣＡＤ装置１２３は、立体のＣＡＤを実現する機能を提供する装置である。例えば、３ＤＣＡＤ装置１２３は、パーソナルコンピューター等の汎用コンピューターを制御する３ＤＣＡＤプログラムにより制御される。

制御部１１０は、３Ｄモデル情報入力部１１１と、据付け順序情報入力部１１２，計測精度情報入力部１１３と、計測指示の入力部１１４と、計測対象ごとの条件引当部１１５と、計測位置候補ごとの評価部１１６と、計測位置候補の組合せ評価部１１７と、計測位置と順序の出力部１１８と、計測精度の出力部１１９と、を含む。

記憶部１３０は、３Ｄモデル情報１３１，解析計算プログラム１３２，計測精度・計測条件情報１３３と、評価判定情報１３４と、据付け順序計画情報１３５と、据付け進捗情報１３６と、を含む。

図２は、３次元計測手順生成装置１００のハードウェア構成の例を示す図である。３次元計測手順生成装置１００は、ディスプレイ等の表示装置１７１と、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）−ＲＯＭ等に対して読み書き処理を行うＲＯＭ１７２と、キーボード、マウス、タッチパネル等の操作装置１７３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１７４と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の補助記憶装置１７５と、ネットワークカード等の通信装置１７６と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１７７と、を含んで構成される。

表示装置１７１は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置であり、ＣＰＵ１７７による処理の結果を表示する。操作装置１７３は、タッチパネル、キーボード、マウス等であり、ユーザからの指示を受け付ける。ＲＡＭ１７４は、補助記憶装置１７５に記憶されているプログラムをロードする記憶装置である。また、ＲＡＭ１７４は、データを一時的に保存する。補助記憶装置１７５は、プログラムで利用する各種データを記憶する記憶装置である。

通信装置１７６は、インターネット等のネットワーク２１０に接続され、ネットワーク２１０に接続される他の装置と各種データのやりとりを行う。ＣＰＵ１７７は、ＲＡＭ１７４上にロードされるプログラムに従い演算を行う制御ユニットである。

上記した３次元計測手順生成装置１００の制御部１１０は、ＣＰＵ１７７に処理を行わせるプログラムによって実現される。このプログラムは、補助記憶装置１７５に記憶され、実行にあたってＲＡＭ１７４上にロードされ、ＣＰＵ１７７により実行される。

また、記憶部１３０は、補助記憶装置１７５あるいはＲＡＭ１７４により実現される。入力部１４０は、操作装置１７３により実現される。また、表示部１５０は、表示装置１７１により実現される。通信部１５０は、通信装置１７６により実現される。

以上が、本実施形態における３次元計測手順生成装置１００のハードウェア構成例である。しかし、これに限らず、その他の同様のハードウェアを用いて構成されるものであってもよい。

図３は、３Ｄモデル情報１３１のデータ構造の例を示す図である。３Ｄモデル情報１３１には、識別子１３１ａと、分類１３１ｂと、項目１３１ｃと、値１３１ｄと、が含まれる。なお、３Ｄモデルとは、部品を据付けることにより完成する完成品を３Ｄモデル化し、その際の構成部品とその構造とを特定する情報である。

ここで、本実施形態においては、３Ｄモデルの対象となる対象部品は１つの部品モデルではなく、複数の部品から構成される組立品であるアセンブリモデルを含むものとする。なお、３Ｄモデル情報１３１は、データベースにより構成されていてもよいし、ＸＭＬ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）やＣＳＶファイルにより構成されていてもよい。

なお図３の表には記載していないが，３Ｄモデル情報１３１は，３Ｄの形状モデリングのデータであり，詳細な形状情報はあり，そのデータとともに記憶する。

識別子１３１ａは、３Ｄモデルの構成情報を識別する情報である。
分類１３１ｂは、３Ｄモデルで表される部品に関連する項目のカテゴリを示す情報である。本実施形態においては、分類１３１ｂには、部品属性、部品外形特徴、部品配置、部品を構成する形状、部品構成等の分類があるが、これに限られず、３Ｄモデルに関連する情報が格納される。また上記のほか，図３の表の分類１３１ｂには、据付け順序計画，据付け進捗，計測対象等の分類を挙げた。これら情報は３Ｄモデル情報１３１と関連づけて記憶する情報であり，同じＸＭＬ形式内で管理するとよい。しかし，これに限らず，別のファイルやデータベースにより関連づけに識別可能なＩＤにより管理してもよい。以下の例は図３記載の方法で説明する。

項目１３１ｃは、３Ｄモデルで表される部品に関連する項目を示す情報である。本実施形態においては、項目１３１ｃには、部品ＩＤ、階層番号、モデル名、部品図番、材質，部品種別等の部品属性に関する項目や、体積、表面積、重心、バウンディングボックス（部品を外包する境界となる直方体の８頂点の座標）等の部品外形特徴に関する項目等、様々な項目が含まれる。

なお、部品属性には、その他、材質に応じた比重や、部品種別が含まれるものであってもよい。また、部品外形特徴には、質量、主慣性モーメント、慣性主軸、等の項目が含まれていてよい。なお、部品種別には、据付ける対象の部品と、据付け対象ではない建屋などとを明確に区別できるように設定するのが望ましい。また計測対象と計測対象以外との区別を含めてもよい。

同様に、項目１３１ｃには、部品の原点、ＸＹＺ軸上の座標軸等の部品配置に関する項目、形状ＩＤ，平面や円筒や円錐など部品を構成する形状の種別，その形状の中心座標，平面の法線ベクトルや円筒等の軸ベクトル，円筒の半径，長さ，形状のバウンディングボックス，親部品ＩＤや子部品ＩＤ等の部品構成に関する項目等の項目が含まれる。

なお、部品配置は、据付け最終位置での部品（機器）の位置姿勢を示すものである。部品構成には、サブアセンブリとして扱うフラグ、対象外を示すフラグ（３ＤＣＡＤモデル上では非表示や抑制を示す情報）等、計算対象とする部品の纏まりや計算対象範囲を定義する情報を含めることができる。

また同様に，項目１３１ｃには，部品ごとの順序を示す据付け順序計画，据付けの完了状態を示す据付け進捗，計測対象となる部品，形状を示す計測対象等の項目が含まれる。

値１３１ｄは、３Ｄモデルで表される部品に関連する項目ごとの具体的な値の情報である。

解析計算プログラム１３２には、各処理部の解析計算プログラム・計算条件が記憶される。

計測精度・計測条件情報１３３には、計測器の精度情報入力部１１３で設定された計測器ごとの計測精度が記憶される。

図４は，３Ｄモデル情報１３１の据付け完了状態を示すアセンブリモデル３００の例を示す図である。例えば，床面２０１の上に，４つの機器３０１，３０２，３０３，３０４を据え付けるアセンブリモデルであり，周囲に壁面２０２，２０３がある構成である。

ここでこれらの３Ｄモデル情報は，３ＤＣＡＤ装置１２３ですべての構成をモデリングし，３Ｄモデル情報入力部１１１でデータ入力し，３Ｄモデル情報１３１として記憶してもよい。また例えば，３ＤＣＡＤ装置１２３では据え付ける機器と床面をモデリングして，一方現地の状態を３Ｄ計測装置１２２で取り込み，その計測データをもとに機器の据付け時に作業できないエリアを把握し，壁面２０２，２０３としてモデル化し，３Ｄモデル情報入力部１１１で取り込み，３Ｄモデル情報１３１として記憶してもよい。据付け対象，特に計測対象の機器については，その計測対象の形状を把握することが必要であり，図３に示した３Ｄモデル情報１３１の形式で記憶する。

なお３Ｄ計測装置１２２で得た計測データの点群から３Ｄモデルの表面形状データであるポリゴンに変換して利用するとよい。

図３で説明した３Ｄモデル情報１３１のように，入力した３ＤＣＡＤの情報にもとづき，部品属性，部品外形特徴，部品配置，部品を構成する形状，部品構成を記憶する。また据付け順序情報入力部１１２にて入力された情報にもとづき，その据付け順序計画および据付け進捗状態を記憶する（図３参照）。例えば，図４に示した４つの機器が３０１→３０４→３０３→３０２の順に据え付けるものとした場合の据付け順序での状態を図５Ａ〜図５Ｄに示す。順に図５Ａ→図５Ｂ→図５Ｃ→図５Ｄのように機器配置の状態が遷移する。機器の中で計測指示された箇所について，この据付け状態を認識した上で，他の機器が計測の障害とならない位置に計測器を設置する必要がある。

図６Ａ〜図６Ｃは，計測器ごとの計測精度と計測条件の例を示す図である。計測精度・計測条件情報１３３は，例えば図６Ａのように識別子１３３ａと、計測器種別１３３ｂと、形状種類１３３ｃと、計測方向１３３ｄと、計測距離１３３ｅと，計測精度１３３ｆが含まれる。なお、計測精度・計測条件情報１３３は、データベースにより構成されていてもよいし、ＸＭＬ，ＣＳＶなどテキストファイルにより構成されていてもよい。

識別子１３３ａはデータ行を識別するＩＤである。
計測器種別１３３ｂは，計測器の計測方式，機種ごとの精度を区別するための識別種別である。なお，計測器種別１３３ｂには，例えばレーザスキャナによる計測の際のパラメータとなる解像度，品質などを含めて区別してもよい。
形状種類１３３ｃ，例えば平面，円筒，球など計測対象の形状に対する計測精度を区別するための種類である。

図６Ｂに計測器と計測対象の関係図を示し，以下説明する。
計測方向１３３ｄは，計測器６０１の中心（計測の原点）から計測対象６１０に向けたベクトル６０２と，計測対象６１０の法線ベクトル６１１（平面の場合）とのなす角度である。ここで計測対象６１０が円筒の場合は，円筒軸ベクトルとのなす角度とする。
計測距離１３３ｅは，計測器６０１の中心から計測対象６１０の中心までの距離である。

計測精度１３３ｆは，上記の計測条件である計測器種別１３３ｂ，形状種類１３３ｃ，計測方向１３３ｄ，計測距離１３３ｅにおいての計測精度である。なお計測精度１３３ｆは，対象の計測器６０１よりも高精度な計測方法で得た値との比較から得た偏差または標準偏差がよい。また、計測器６０１としてレーザスキャナを用いた場合の計測点群の場合，その分析に用いる点群の数（データ数）に応じてばらつきが変化するため，その精度を保証可能な最小のデータ数として前提データ数１３３ｇを記憶する。

前提データ数１３３ｇは，例えばレーザスキャナによる３Ｄ計測の場合，計測点群のポイント数とする。あるいは所定の点群密度を満たせば，領域６１２に示すような円形領域の半径としてもよい。

図６Ｃに平面について計測距離１３３ｅと計測精度１３３ｆの関係の例を示す。プロットした点は図６Ａの表の計測器種別１３３ｂに示した計測器Ａ，Ｂ，Ｃ（図６Ａの場合、計測器Ｃの表示は省略している）ごとに各計測条件で計測して得られる離散的なデータから，形状種類１３３ｃが平面のものに絞って得た計測距離と計測精度の値である。それらデータをもとに近似計算により補間し，計測器種別ごとの関係を示している。計測器種別によるが，計測距離が長いほど計測精度は落ち，またそれぞれの計測器ごとに所定の計測精度を満足する条件範囲は異なる。

平面の場合の計測方向（角度）と計測精度の関係について図に記載しないが，計測方向が直角になった場合は，その平面をとらえることができず，計測できないことは明らかであり，計測距離と同様に計測角度についても所定の計測精度を満たす条件範囲がある。

これら計測精度・計測条件情報１３３により，指定された計測精度を満足する計測条件となる計測距離，計測方向を得ることができる。

平面以外の例として円筒について，図７Ａ乃至図７Ｅをもとに説明する。図７Ａ及び図７Ｂは計測対象が円筒の内面側の場合，図７Ｃ及び図７Ｄは計測対象が円筒の外面側の場合である。図７Ａ及び図７Ｂに示した円筒７０１の内面側７０２が計測対象の場合は，円筒７０１の長さに依らず，円筒軸７０３(図６Ｂの法線ベクトル６１１に相当)と計測器６０１の角度(ベクトル６０２と法線ベクトル６１１との成す角度：計測角度)が直角の場合は内面７０２を捉えることができず計測することができない。また円筒軸７０３と計測器６０１が正対した場合（図６Ｂで、ベクトル６０２と法線ベクトル６１１との成す角度が１８０度の場合)も内面７０２を計測することができない。

図７Ａは、円筒軸７０３が計測器６０１に正対する方向に近い場合を示し、図７Ｂは、円筒軸７０３が計測器６０１に直角な方向に近い場合を示している。

図７Ｅに円筒内面側における計測角度と計測精度の関係を示す。図に示したように，例えば，計測角度が１２０度から１５０度の場合に，内面をとらえやすく計測精度が向上する。

図７Ｃ及び図７Ｄに示した円筒７１１の外面側７１２が計測対象の場合は，円筒軸７１３(図６Ｂの法線ベクトル６１１に相当)と計測器６０１が正対した場合（図６Ｂで、ベクトル６０２と法線ベクトル６１１との成す角度が１８０度の場合)は同様に外面７１２を計測することができないが，円筒軸７１３と計測器との角度が直角の場合でも外面７１２を計測することはできる。また円筒７１１が長い場合は，その計測点群を多く取得することができる。

また計測対象が球の場合は，形状の特徴から計測器との角度には依らず，その計測精度は計測距離すなわち点群密度に影響する。なお上記を含め，計測器種別での計測パラメータも含めた条件にもとづく計測条件であり，主に計測器種別と計測距離にもとづき，点群密度が変化する。

このように，計測対象６１０が平面，円筒（内面側），円筒（外面側），球などその形状に依り，所定の計測精度を満足する計測条件の範囲は異なる。したがって，計測器６０１の設置位置が重要となる。

図８は，計測指示の入力部１１４に入力する画面１１４０の例を示す図である。３Ｄモデル情報１３１をもとにモデルを表示する画面１１４０ａとその部品構成情報を表示するＧＵＩとする。計測対象部品を画面１１４０ａから選択する。あるいは計測対象部品を絞り込み表示するための計測対象部品ドロップダウンリスト１１４０ｂにて選択する。選択することで他の３Ｄモデルは非表示とする。なお計測対象部品のドロップダウンリスト１１４０ｂは，リスト形式，ツリー形式でもよく，また部品を複数指定できるようにチェックボックスの組合せとするとよい。

指定した計測対象部品の中での計測対象形状を画面１１４０ａで選択する。あるいは３Ｄモデル情報１３１（図３参照）の部品を構成する形状の形状種別をもとに表示した計測対象形状ドロップダウンリスト１１４０ｃの中から選択する。形状を選択することでその対象部分を画面１１４０ａに選択箇所をハイライト識別表示する。

指定した計測対象形状における計測項目をドロップダウンリスト１１４０ｄで選択する。例えば円筒の場合では，「中心座標・半径・円筒軸ベクトル」や「円筒軸ベクトルのみ」や「半径のみ」といった項目を選択可能とする。平面の場合では，「平面上の点・法線ベクトル」や「法線ベクトルのみ」といった項目を選択可能とする。各計測対象形状について，計測精度を計測精度入力部１１４０ｅで設定する。

また、画面１１４０ａに表示した計測対象部品の画像を、マウスでクリックすることにより３次元的に回転させて表示することや、ズームイン／ズームアウトすることにより拡大又は縮小して表示すること、画面上で画像を移動させることができる。

図１に示した制御部１１０の計測対象ごとの条件引当部１１５において，使用する計測器種別の条件のもと，図８で説明した計測指示の入力部１１４の画面上で設定した計測対象部品，計測対象形状，計測寸法，計測精度を満たす条件範囲を，図６Ａで説明した計測精度・計測条件情報１３３をもとに，計測方向，計測距離の条件範囲を導出する。

図９は、３次元計測手順生成処理装置１００においてＣＰＵ１７７で制御されて制御部１１０が実施する計測対象形状の計測条件および据付け状態での条件を満足する計測手順の生成処理の処理フローを示す図である。

ステップＳ１０で，３Ｄモデル情報入力部１１１にて，ネットワーク１２１を介して３ＤＣＡＤ装置１２３から３Ｄモデルの情報を取得し，記憶部１３０に３Ｄモデル情報１３１を記憶する。

ステップＳ２０で，計測精度情報入力部１１３にて，ネットワーク１２１を介して３Ｄ計測装置１２２から計測器の精度の情報を取得し，記憶部１３０の計測精度・計測条件情報１３３を記憶する。

ステップＳ３０で，計測指示の入力部１１４にて，入力画面１１４０上で入力した計測対象の部品，計測対象の形状，計測寸法の項目，計測精度について，記憶部１３０の３Ｄモデル情報１３１内に記憶する。

ステップＳ４０で，計測対象ごとの条件引当部１１５にて，指示された計測対象について記憶部１３０に記憶された３Ｄモデル情報１３１を参照し，その指定された計測対象の形状，計測寸法の項目，計測精度の条件を満たす計測条件の範囲を，記憶部１３０に記憶された計測精度・計測条件情報１３３をもとに条件引当を行う。

ステップＳ５０で，据付け順序情報入力部１１２にて，記憶部１３０に記憶された据付け順序計画情報１３５，据付け進捗情報１３６を取得し，３Ｄモデル情報１３１内に記憶する。

ステップＳ６０で，計測位置候補ごとの評価部１１６において、ステップＳ４０で得た計測対象ごとの条件引当で得た計測条件となる計測距離，計測方向のすべてのＯＲ条件の空間領域を作成し所定寸法での単一格子（ボクセル）を作成する。そのボクセル空間において，３Ｄモデルの情報取得（Ｓ１０）および据付け進捗情報の入力（Ｓ５０）で得たアセンブリモデルの配置状態を機器や建物などの３Ｄモデルが既にある領域は計測器配置不可のボクセルとして認識し，計測器の配置エリアからは除外する。

ステップＳ７０で，計測位置候補ごとの評価部１１６において、計測位置ごとの可視性を判定する。可視性とは計測器を設定した位置から計測対象が見えるか，すなわち例えばレーザスキャナの場合，レーザが計測対象に照射できるかの判定である。据付け進捗状態によっては，計測器と計測対象との間に障害となる構造物があり，可視性が悪く、計測対象をとらえることができないケースもある。

図１０Ａ及び図１０Ｂは，計測位置候補ごとの評価部１１６において実行する可視性の評価方法を示す図である。説明のために，計測器６０１を図示し，計測対象６１０を平面で示した。図１０Ａは計測対象６１０のみを表示した際の状態，図１０Ｂは据付け進捗状態に沿って，計測の障害となる構造物６２０が，計測器６０１と計測対象６１０との間に配置されていた場合である。

図１０Ｂの場合では，計測対象６１０の一部しかとらえられない，あるいは見えない場合があるため，この可視性を評価する。方法としては，３Ｄモデルにおいて，計測位置の座標から各計測対象の方向に視線を向けた場合の画像を取得する。

このとき，計測対象６１０の形状はハイライト表示し，計測対象形状以外の形状情報を表示する前の図１０Ａの状態と据付け状態に沿った機器の表示をした図１０Ｂの状態とのハイライト表示領域の割合の比較から可視性を判定する。なお割合の閾値のほか，計測精度・計測条件情報１３３に従い，その計測対象の計測精度に必要な前提データ数（または計測領域）も可視性判定の評価に加えるとよい。

またステップＳ７０では，計測位置候補ごとの評価部１１６において、上記の可視性の判定のほかに，計測精度・計測条件情報１３３のもと，どの計測対象に対して，計測精度・計測条件を満足しているかの判定を行い，その評価結果を評価判定情報１３４に記憶する。

計測位置候補ごとの評価部１１６において実行する計測位置ごとの計測条件の判定においては，計測精度・計測条件情報１３３に設定した計測方向，計測距離を満足する範囲に配置されているかの判定となる。ここで，計測距離は，計測位置座標から計測対象形状中心までの距離で判定する。計測方法は，計測対象形状のベクトル（平面の場合は法線ベクトル，円筒の場合は円筒軸ベクトル）と，計測位置から計測対象形状中心に向けたベクトルとの内積から２つのベクトルのなす角度を算出して，条件を満足するかを判定する。

なお，計測距離と計測精度のように，計測精度の悪化傾向が明らかな場合は，計測条件の範囲内であるかどうかの可否判定だけではなく，その判定値を数値として記憶部１３０の評価判定情報１３４に記憶するとよい。

ステップＳ８０では，計測位置候補の組合せ評価部１１７において、ステップＳ６０の計測位置候補の組合せ最適化計算により，計測器の設置回数が少なく，次の計測へとつないだ際の動線距離が最小となる計測器の設置位置と計測順序を評価する。評価の結果を、記憶部１３０の評価判定情報１３４に記憶する。

ステップＳ９０では，計測位置候補の組合せ評価部１１７における評価計算結果にもとづき，計測位置と順序の出力部１１８から図１１に示すような出力画面１１００に、計測位置１１５２と計測順序１１５３を出力する。なお最適な１案のみの出力ではなく，判定評価順位選択部１１５１で複数案をその判定評価値の順位に沿ってソートした上で出力するとよい。

また出力表示方法としては，図１１に示したように、３Ｄモデルの据付け状態を示すビューワ１１６０内で計測器６０１の設置位置である計測器設置位置１１５４，その計測順序１１５３を図示するとよい。またその導出した計測位置と順序だけでなく，入力条件となった計測対象部品１１５５と計測条件である計測対象形状１１５６、計測項目１１５７を明示し，その導出した計測器６０１の設置位置をもとに，計測精度・計測条件情報１３３から，計測精度の予想値１１５８も併せて出力する。これら出力情報は、記憶部１３０の据え付け順序計画情報１３５に記憶する。

なお、図１１には、評価判定順位欄１１５１で評価判定順位１位が指定され、計測順序欄１１５３で３が指定された状態で、ビューワ１１６０に３台の計測対象の機器３０１〜３０３が表示され、３番目の計測対象である機器３０３には、計測位置１１５２が他の部分と識別できるように表示さ、計測器６０１が計測器設置位置１１５４の情報に基づいて設置されている状態を示している。

以上が、本発明を適用した実施形態の説明である。本実施形態によれば、レーザスキャナを用いた広範囲３Ｄ計測において計測対象の機器全体の設計図面情報と， 機器据付け場所の３Ｄ計測情報と，計測対象の指示情報となる計測対象の位置と計測対象の形状と，計測時の据付け情報となる計測順序，据付け順序，据付け完了状態情報と，３Ｄ計測の計測条件を入力とする入力手段と，計測候補に対し計測条件を満たす判定手段と，計測対象の箇所以外の構造物が障害とならない計測候補の抽出手段と，抽出した計測候補の組合せから計測回数最小化となる計測手順を算出する計算手段と，を備えることで，所定の計測条件を満足し効率よく計測が可能な計測器設置位置と順序を導出することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施例の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施例の構成に他の構成を加えることも可能である。また、実施例の構成の一部について、削除をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

なお、上述した実施形態にかかる制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えても良い。
以上、本発明について、実施形態を中心に説明した。

１…３次元計測システム、１００…３次元計測手順生成装置、１１０…制御部、
１１１…３Ｄモデル情報入力部、１１２…据付け順序情報入力部、１１３…計測精度情報入力部、１１４…計測指示の入力部、１１５…計測対象ごとの条件引当部、１１６…計測位置候補ごとの評価部、１１７…計測位置候補の組合せ評価部、１１８…計測位置と順序の出力部、１１９…計測精度の出力部、１２０…入力部、１２１…ネットワーク部、
１２２…３Ｄ計測装置、１２３…３ＤＣＡＤ装置，１３０…記憶部、１３１…３Ｄモデル情報、１３２…解析計算プログラム、１３３…計測精度・計測条件情報、１３４…評価判定情報、１３５…据付け順序計画情報、１３６…据付け進捗情報、１４０…出力部、
１５０…通信部 １１４０…入力画面 １１５０…出力画面

Claims (10)

1. 複数の計測対象の配置と前記複数の計測対象のそれぞれの３次元形状情報を記憶する記憶部と、
   前記複数の計測対象のそれぞれの計測条件を設定する計測条件設定部と、
   前記計測条件設定部で設定した計測条件に基づいて前記複数の計測対象を計測器で計測する場合の前記複数の計測対象の可視性を求めこの求めた可視性に基づいて前記複数の計測対象について前記計測器で計測する位置の組合せを評価する組合せ評価部と、
   前記組合せ評価部で評価した前記計測器で前記複数の計測対象を計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報を出力する出力部と
   を備えたことを特徴とする３次元計測手順生成装置。
2. 請求項１記載の３次元計測手順生成装置であって、前記計測条件設定部は、前記複数の計測対象を計測する計測器の種類、前記計測対象の形状の種類、計測方向、計測距離及び計測精度に関する情報を用いて前記複数の計測対象のそれぞれの計測条件を設定することを特徴とする３次元計測手順生成装置。
3. 請求項１記載の３次元計測手順生成装置であって、前記組合せ評価部は、前記計測器で前記複数の計測対象について計測する位置の組合せの評価として、前記複数の計測対象の可視性に基づいて、前記計測器を設置する場所の移動回数と、次の計測位置へとつないだ際の動線距離との組み合わせを評価することを特徴とする３次元計測手順生成装置。
4. 請求項１記載の３次元計測手順生成装置であって、前記出力部は、前記複数の計測対象の計測する位置の情報として、前記複数の計測対象を計測する計測器の位置情報を出力することを特徴とする３次元計測手順生成装置。
5. 請求項１記載の３次元計測手順生成装置であって、前記出力部は、前記複数の計測対象の計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報として、前記計測する位置と計測順序について複数の組合せ情報を出力することを特徴とする３次元計測手順生成装置。
6. 複数の計測対象について前記複数の計測対象の配置と前記複数の計測対象のそれぞれの３次元形状情報を記憶手段に記憶し、
   前記複数の計測対象のそれぞれの計測条件を入力手段から入力し，
   前記入力手段から入力した前記複数の計測対象のそれぞれの計測条件を計測条件設定部で設定し、
   前記計測条件設定部で設定した計測条件に基づいて前記複数の計測対象についてそれぞれの可視性を求めてこの求めた可視性に基づいて前記複数の計測対象について計測する位置の組合せを組合せ評価部で評価し、
   前記組合せ評価部で評価した前記複数の計測対象の計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報を出力部から出力する
   ことを特徴とする３次元計測手順生成方法。
7. 請求項６記載の３次元計測手順生成方法であって、前記計測条件を設定することを、前記計測条件設定部で、前記複数の計測対象を計測する計測器の種類、前記計測対象の形状の種類、計測方向、計測距離及び計測精度に関する情報を用いることにより前記複数の計測対象のそれぞれの計測条件を設定することを特徴とする３次元計測手順生成方法。
8. 請求項６記載の３次元計測手順生成方法であって、前記複数の計測対象について計測する位置の組合せを評価することを、前記組合せ評価部で、前記計測器で前記複数の計測対象について計測する位置の組合せの評価として、前記複数の計測対象の可視性に基づいて、前記計測器を設置する場所の移動回数と、次の計測位置へとつないだ際の動線距離との組み合わせを評価することにより行うことを特徴とする３次元計測手順生成方法。
9. 請求項６記載の３次元計測手順生成方法であって、前記出力部から前記複数の計測対象の計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報を出力することを、前記複数の計測対象の計測する位置の情報として、前記複数の計測対象を計測する計測器の位置情報を出力することを特徴とする３次元計測手順生成方法。
10. 請求項６記載の３次元計測手順生成方法であって、前記出力部から出力する前記複数の計測対象の計測する位置と計測順序及び計測精度に関する情報として、前記計測する位置と計測順序について複数の組合せ情報を出力することを特徴とする３次元計測手順生成方法。

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