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JP7152604B2 - 位置合わせ方法および位置合わせ装置 - Google Patents
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JP7152604B2 - 位置合わせ方法および位置合わせ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば、プラントの建設現場などで大型機器を据え付ける際に、事前に3D画像を用いて据え付け対象となる対象物の位置合わせを行う位置合わせ方法および位置合わせ装置に関する。
大型機器を建設現場で据え付ける際において、接合部であるボルト穴の位置や大きさが据え付け対象物の接合部と合わない場合がある。この場合、ボルト穴を拡張したり、長穴にしたりするなど、多大な時間をかけて機器を修正する必要が生じる。
この不要な作業を減らすため、機器を製作する工場にて、予め接合部同士を仮合わせしてから出荷することが行われている。この仮合わせは、具体的には、接合部にボルトを通して据え付け対象物を締結できか否かを確認する作業であり、Trial fit upまたはTrial assemblyと呼ばれている。
特開2012-68062号公報
しかしながら、上述のような仮合わせを行うのには実物を用いるため、据え付け対象物が大型機器である場合には作業自体に多大な労力を有する。さらに、据え付け対象物が高所に位置する場合には、建設機械や足場が必要になる。このような事情により、仮合わせを行うことはコスト増やスケジュール延長につながるという問題があった。
また、上述のような労力を発生させない方法として、ボルト穴などの接合部の写真を撮影し、事前に画像データと設計情報を照合して位置合わせを行う位置合わせ装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、この位置合わせ装置のように、設計情報を用いた場合、設計情報には公差が含まれていないため、正確な位置合わせをすることは困難であった。
本発明の目的は、接合部の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる位置合わせ方法および位置合わせ装置を提供することである。
本発明の位置合わせ方法は、
プラントに据え付けられる対象物において、接合の対象となる第1対象物と第2対象物の位置合わせを行位置合わせ方法であって、
頭部にターゲットが標示された第1治具前記第1対象物に形成された第1孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第1二次元画像データ群を取得すると共に、頭部にターゲットが標示された第2治具前記第2対象物に形成された第2孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第2二次元画像データ群を取得する取得工程、
前記第1二次元画像データ群を第1三次元画像データ、前記第2二次元画像データ群を第2三次元画像データにそれぞれ変換する変換工程、
前記第1三次元画像データに基づく画像および前記第2三次元画像データに基づく画像において、それぞれ原点となる前記ターゲットを指定する指定工程、
前記指定工程により指定された原点の情報を用いて、前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて前記原点を基準とする三次元座標を設定する設定工程、
前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて対応する前記ターゲット同士の位置確認を行う位置確認工程
を含むことを特徴とする。
また、本発明の位置合わせ方法は、
前記第1治具が前記第1孔部に挿入された状態で前記第1対象物を複数回撮影すると共に、前記第2治具が前記第2孔部に挿入された状態で前記第2対象物を複数回撮影する撮影工程
をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の位置合わせ方法は、
前記撮影工程における、前記第1対象物の撮影と前記第2対象物の撮影は異なる地点で行われることを特徴とする。
また、本発明の位置合わせ方法は、
前記取得工程における、前記第1二次元画像データ群と前記第2二次元画像データ群の取得は通信手段を介して行われることを特徴とする。
このように、予め二次元画像データをそれぞれ三次元画像データに変換して位置確認を行うことにより、第1孔部、第2孔部の中心位置の誤差が的確に把握できるため、接合部の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
また、本発明のプラント用位置合わせ方法は、
前記位置確認工程で得られた位置合わせ情報に基づいて前記第1孔部および前記第2孔部の少なくとも一方を修正する修正工程
をさらに含むことを特徴とする。
すなわち、事前に三次元画像データを用いて位置確認が行われているため、位置確認工程で得られた位置合わせ情報を用いることにより、必要な孔部のみを迅速に修正(孔部を拡張したり、長穴にしたりするなど)できる。
また、本発明のプラント用位置合わせ方法は、
前記修正工程により前記第1孔部および前記第2孔部の少なくとも一方が修正された状態で前記第1対象物および前記第2対象物を出荷する出荷工程、
前記出荷工程で出荷された前記第1対象物および前記第2対象物を接合する接合工程
を含むことを特徴とする。
すなわち、事前に三次元画像データを用いて位置確認が行われ、孔部の修正が行われた状態で対象物が建設現場に出荷されるため、建設現場においては位置合わせ作業や修正作業を行う必要がなく容易かつ迅速、低コストで組み立て作業ができる。
また、本発明のプラント用位置合わせ方法は、
前記第1治具および前記第2治具が、逆円錐形状を有するプラグであることを特徴とする。
このように、位置合わせに用いる治具としては、逆円錐形状のプラグを用いるのが好適である。
また、本発明のプラント用位置合わせ方法は、
前記第1対象物と前記第2対象物を接合して完成される対象物は、プラント用大型機器であることを特徴とする。
このように、本発明のプラント用位置合わせ方法によれば、プラント用大型機器を接合する場合に、工場において建設機械や足場などを用いた大掛かりな仮合わせ作業が必要でなくなるため、工場での作業負担を低減することができる。
本発明の位置合わせ装置は、
プラントに据え付けられる対象物において、接合の対象となる第1対象物と第2対象物の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
頭部にターゲットが標示された第1治具が前記第1対象物に形成された第1孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第1二次元画像データ群を取得すると共に、頭部にターゲットが標示された第2治具が前記第2対象物に形成された第2孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第2 二次元画像データ群を取得する通信部と、
前記第1二次元画像データ群を第1三次元画像データ、前記第2二次元画像データ群を第2三次元画像データにそれぞれ変換する変換部と、
前記第1三次元画像データに基づく画像および前記第2三次元画像データに基づく画像において、それぞれ原点となる前記ターゲットを指定するための表示を行う表示部と、
指定された原点の情報を用いて、前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて前記原点を基準とする三次元座標を設定する制御部と、
前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて対応する前記ターゲット同士の位置確認の判定を行う判定部と
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、接合部の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる位置合わせ方法および位置合わせ装置を提供することができる。
実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法を用いて位置合わせされる対象物を上方から視た斜視図である。 実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法を用いて位置合わせされる対象物の製作地(例えば工場)および組立地(例えば建設現場)などの一例を説明する概念図である。 実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置の構造を示すブロック図である。 実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法に係る処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る対象物を接合するのに用いられる治具(プラグ)および治具が挿入された接合部を示す図である。 実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置の表示部に表示されたターゲットの座標を示す図である。 他の実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置の表示部に表示されたターゲットの座標を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る位置合わせ方法であるプラント用位置合わせ方法について説明する。図1は、実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法を用いて位置合わせされる対象物を示す斜視図である。ここでは、対象物2として燃焼機器の炉枠を例に示している。図1に示すように、対象物2は、第1対象物4と第2対象物6を接合して構成される。
第1対象物4および第2対象物6は、それぞれ直方体状の形状を有しており、対向する開口部の縁部にフランジ8、10を有している。フランジ8、10には、それぞれ所定の間隔でボルト孔として第1孔部12、第2孔部14が形成されている。また、第1対象物4および第2対象物6の外面には、それぞれ特異点16(例えばQRコード(登録商標)、マーカー、トラロープ、バーコード、文字情報、もしくは球体など)、およびスケール18が貼付されている。なお、特異点16やスケール18は、後述する撮影の際に第1対象物4および第2対象物6と一緒に写るように、貼付することに代えて、第1対象物4および第2対象物6の近傍に配置してもよい。
図2は、対象物2の製作地(例えば工場)、組立地(例えば建設現場)などの一例を説明する概念図である。図2に示すように、たとえば、第1対象物4はX国のA工場、第2対象物6はX国のB工場で製作され、Y国のプラント建設現場で第1対象物4と第2対象物6が組み立てられて対象物2が完成される。ここで、実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置20(本発明の位置合わせ装置)はZ国のオフィス内に配置されている。

次に、実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置20について説明する。図3は、実施の形態に係るプラント用位置合わせ装置20の構造を示すブロック図である。このプラント用位置合わせ装置20は、接合の対象となる第1対象物4と第2対象物6の位置合わせに用いられるものである。図3に示すように、プラント用位置合わせ装置20は、各部を制御する制御部22を備え、制御部22には、A工場の端末40およびB工場の端末42と通信を行う通信部24、複数の二次元画像データを一つの三次元画像データに変換する変換部26、三次元画像データを記憶する記憶部28、三次元画像データに基づく画像を表示する表示部30、表示部30に表示された画像に必要な情報を入力する入力部32が接続されている。入力部32としては、たとえば、タッチ操作により情報を入力するタッチパネルなどが挙げられる。
次に、実施の形態に係る対象物2の位置合わせを行う処理、すなわち、接合の対象となる第1対象物4と第2対象物6の位置合わせを行うプラント用位置合わせ方法について、図4に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、A工場において、図5(a)に示すような、プラグ52が用意される。このプラグ52は、頭部に近づくほど大径になる逆円錐台状の部品であり、頭部にターゲット52aが標示されている。プラグ52は、図5(b)に示すように、ターゲット52aがフランジ8の被接合面と反対側の面に位置するようにして、第1対象物4のフランジ8に形成された第1孔部12に挿入される。なお、プラグ52は、頭部に近づくほど大径になる形状を有しているため、隙間なく第1孔部12に挿入される(挿入工程、ステップS1)。なお、B工場においても同様にプラグ52が用意され、第2対象物6のフランジ10に形成された第2孔部14に挿入される。
次に、プラグ52(第1治具)がフランジ8の第1孔部12に挿入された状態で撮影機38を用いて第1対象物4の撮影が行われる(撮影工程、ステップS2)。撮影は様々な角度から行われる。また、撮影機38としては、デジタルカメラやスマートフォンなどが用いられる。なお、B工場においても、第1対象物4と同様に、プラグ52(第2治具)がフランジ10の第2孔部14に挿入された状態で撮影機39を用いて第2対象物6の撮影が行われる。
撮影された複数の画像は、A工場においては第1二次元画像データ群としてそれぞれ端末40内に記録され、B工場においては第2二次元画像データ群として端末42内に記録される。端末40、42としては、たとえば、パソコンなどが挙げられ、第1二次元画像データ群、第2二次元画像データ群の端末40内への記録は、たとえば、メモリカードなどを撮影機38、39から端末40、42に付け替えることなどにより行われる。次に、撮影された第1対象物4の第1二次元画像データ群および第2対象物6の第2二次元画像データ群は、端末40、42からZ国のオフィスに配置されているプラント用位置合わせ装置20に、たとえば電子メールなどによって送信される。
制御部22は、通信部24を介して、第1二次元画像データ群を受信(取得)すると(取得工程、ステップS3)、変換部26により、これらを一つの第1三次元画像データに変換する(変換工程、ステップS4)。変換する際には、第1二次元画像データに含まれる特異点16を介してそれぞれの第1二次元画像データが繋ぎ合わせられる。また、スケール18を介してそれぞれの二次元画像データの縮尺が統一される。第2二次元画像データ群についても同様に、第2二次元画像データ群を受信した後、一つの第2三次元画像データに変換される。なお、三次元画像データへの変換は公知の技術を用いて行われる。第1三次元画像データおよび第2三次元画像データは、記憶部28に記憶される。
次に、制御部22は、記憶部28から第1三次元画像データおよび第2三次元画像データを読み出し、それぞれの三次元画像データに基づく画像をたとえば並べて表示部30に表示する。表示部30への画像の表示は、オペレーター自身の操作によって行ってもよい。ここで、オペレーターは、表示部30に表示されている第1対象物4の画像および第2対象物6の画像を見ながらタッチ操作などによりそれぞれの原点となるターゲット52aを指定する(指定工程、ステップS5)。原点が確定した後に、オペレーターは、それぞれ第1三次元画像データおよび第2三次元画像データにおいて原点を基準とする三次元座標軸を設定する(設定工程、ステップS6)。このように、第1三次元画像データおよび第2三次元画像データにおいて、それぞれ三次元座標軸を設定することにより、第1孔部12、第2孔部14の中心位置が客観的に認識できるようになる。
次に、制御部22は、それぞれの三次元画像データ基づく画像における各ターゲット52aの三次元座標軸上の座標を特定した上で、さらに図6に示すように、特定した座標のテーブルを表示部30に表示してもよい。これらのテーブルと第1三次元画像および第2三次元画像は、併せて表示してもよく、または何れか一方のみを表示してもよい。
次に、オペレーターは、表示部30に表示されている座標のテーブルや第1三次元画像、第2三次元画像を見ながら、第1三次元画像データおよび第2三次元画像データにおいて対応するターゲット52a同士の位置合わせ、すなわち、対応するターゲット52a同士の座標位置の確認を行う(位置確認工程、ステップS7)。次に、オペレーターは、対応する座標位置が許容誤差内にないターゲット52aを把握し、許容誤差内にないターゲット52aが配置されている第1孔部12の位置を第1対象物4の担当作業員に電話などで連絡する。同様に、許容誤差内にないターゲット52aが配置されている第2孔部14の位置を位置合わせ情報として、第2対象物6の担当作業員に電話などで連絡する(連絡工程、ステップS8)。
各担当作業員は連絡を受けると、位置合わせ情報に基づいて、許容誤差内にないターゲット52aに対応する第1孔部12、第2孔部14を拡張したり、長孔にしたりするなどの修正を行ない(修正工程、ステップS9)、修正後、A工場から第1対象物4が、B工場から、第2対象物6が、Y国の建設現場に出荷される(出荷工程、ステップS10)。なお、修正が第1対象物4または第2対象物6の何れかについて行われていれば足りる場合は、第1対象物4または第2対象物6の何れか一方は修正されないまま出荷される。この場合は、連絡工程(ステップS8)において、修正する必要のない対象物2の担当作業員には連絡する必要がない。
Y国の建設現場の担当者は、第1対象物4と第2対象物6を受領すると、第1対象物4のフランジ8に形成された各第1孔部12と第2対象物6のフランジ10に形成された各第2孔部14の位置を合わせ、各第1孔部12、第2孔部14にボルトを貫通させて第1対象物4と第2対象物6を接合し(接合工程、ステップS11)、対象物2を完成させる。
この実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法によれば、頭部にターゲット52aが標示されたプラグ52を第1孔部12に挿入した第1対象物4、同プラグ52を第2孔部14に挿入した第2対象物6をそれぞれ撮影し、第1対象物4および第2対象物6の二次元画像データをそれぞれ三次元画像データに変換して三次元座標軸を設定することにより、第1孔部12、第2孔部14の中心位置の誤差が的確に把握できる。よって、予めかかる誤差を把握し、事前に工場でこの誤差を修正する作業を行った後に第1対象物4および第2対象物6を建設現場に出荷することにより、建設現場において、第1対象物4と第2対象物6の接合部の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
すなわち、この実施の形態に係るプラント用位置合わせ方法によれば、三次元画像データを用いてTrial fit upと同様の効果を得ることができ、工場や建設現場における位置合わせ作業が不要となるため、位置合わせに係るコストを大幅に低減し、かつスケジュールを削減することができる。
なお、上述の実施の形態においては、図2に示すように、第1対象物4、第2対象物6がX国内に位置し、建設現場がY国内に位置し、プラント用位置合わせ装置20がZ国内に位置しているが、これらは必ずしも異なる国に位置していなくてもよい。たとえば、第1対象物4、第2対象物6、プラント用位置合わせ装置20、建設現場がそれぞれ同一の敷地内の少し離れた場所に位置していてもよい。この場合、取得部は必ずしも通信部24でなくてもよく、たとえば、撮影機38、39または端末40、42と有線接続されていてもよい。
また、上述の実施の形態において、入力部32はタッチパネルに限定されず、たとえば、マウス、キーボードなどでもよい。この場合、オペレーターは、表示部30を見ながらマウスを操作し、ポインターで原点となるターゲット52aを指定する。
また、上述の実施の形態の撮影工程(ステップS2)において、撮影後の第1二次元画像データ群、第2二次元画像データ群は、必ずしも端末40、42に記憶する必要はない。たとえば、第1二次元画像データ群、第2二次元画像データ群が記録されたメモリカードやCDなどをZ国のオフィスに郵送してもよい。この場合、現地でメモリカードやCDなどをプラント用位置合わせ装置20に接続することで、第1二次元画像データ群、第2二次元画像データ群がプラント用位置合わせ装置20に読み込まれる。また、撮影後の第1二次元画像データ群、第2二次元画像データ群は、撮影機38、39から直接プラント用位置合わせ装置20に電子メールなどで送信してもよい。
また、上述の実施の形態における三次元軸の設定工程(ステップS6)においては、人手を介して原点を基準とする三次元座標軸を設定しているが、指定された原点の情報を用いて、制御部22が、第1三次元画像データおよび第2三次元画像データにおいて原点を基準とする三次元座標軸を設定するようにしてもよい。
また、上述の実施の形態の位置確認工程(ステップS7)において、制御部22は、各ターゲット52aの座標の誤差が予め設定されている許容誤差にあるか否かを判定してもよい。たとえば、図7に示すように、許容誤差内にあるターゲット52aを“〇”などで表示し、許容誤差内にないターゲット52aを “×”などで表示する。なお、図7においては、0.04未満の誤差が許容範囲である場合を例示している。また、許容誤差は、オペレーターなどにより自由に設定でき、設定された許容誤差が図示しない記憶部に記憶されている。
次に、制御部22は、オペレーターにより所定の通知操作が行われると、通信部24を介して、許容誤差内にないターゲット52aの座標を位置合わせ情報としてA工場の端末40およびB工場の端末42に送信する(連絡工程、ステップS8)。具体的には、第1対象物4における座標(5.05、0、0)これに対応する第2対象物6における座標(5.01、0、0)を電子メールなどで送信することに通知を行う。
通知を受けた端末40、42は、それぞれアラームなどの通知手段により、端末40を管理するA工場の担当者、端末42を管理するB工場の担当者に座標の通知を受けた旨を報知する。報知を受けた担当者は、それぞれ第1対象物4の担当作業員、第2対象物6の担当作業員に通知を受けた内容を報告する。
この場合、連絡工程で送信する情報は、必ずしも許容誤差内にないターゲット52aの座標に限らず、対応する一対のターゲット52aの座標を位置合わせ情報としてA工場の端末40およびB工場の端末42に送信してもよい。
また、上述の実施の形態においては、頭部にターゲット52aが表示された治具としてプラグ52を用いているが、プラグ52以外の治具として、たとえば、ペグやくさびなどを位置合わせ用の道具として用いてもよい。
2 対象物
4 第1対象物
6 第2対象物
8 第1フランジ
10 第2フランジ
12 第1孔部
14 第2孔部
16 特異点
18 スケール
20 プラント用位置合わせ装置
22 制御部
24 通信部
26 変換部
28 記憶部
30 表示部
32 入力部
38 第1撮影機
39 第2撮影機
40 端末
42 端末
52 プラグ(治具)
52a ターゲット

Claims (9)

  1. プラントに据え付けられる対象物において、接合の対象となる第1対象物と第2対象物の位置合わせを行位置合わせ方法であって、
    頭部にターゲットが標示された第1治具前記第1対象物に形成された第1孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第1二次元画像データ群を取得すると共に、頭部にターゲットが標示された第2治具前記第2対象物に形成された第2孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第2二次元画像データ群を取得する取得工程
    前記第1二次元画像データ群を第1三次元画像データ、前記第2二次元画像データ群を第2三次元画像データにそれぞれ変換する変換工程、
    前記第1三次元画像データに基づく画像および前記第2三次元画像データに基づく画像において、それぞれ原点となる前記ターゲットを指定する指定工程、
    前記指定工程により指定された原点の情報を用いて、前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて前記原点を基準とする三次元座標を設定する設定工程、
    前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて対応する前記ターゲット同士の位置確認を行う位置確認工程
    を含むことを特徴とす位置合わせ方法。
  2. 前記第1治具が前記第1孔部に挿入された状態で前記第1対象物を複数回撮影すると共に、前記第2治具が前記第2孔部に挿入された状態で前記第2対象物を複数回撮影する撮影工程
    をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせ方法。
  3. 前記撮影工程における、前記第1対象物の撮影と前記第2対象物の撮影は異なる地点で行われることを特徴とする請求項2に記載の位置合わせ方法。
  4. 前記取得工程における、前記第1二次元画像データ群と前記第2二次元画像データ群の取得は通信手段を介して行われることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
  5. 前記位置確認工程で得られた位置合わせ情報に基づいて前記第1孔部および前記第2孔部の少なくとも一方を修正する修正工程
    をさらに含むことを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
  6. 前記修正工程により前記第1孔部および前記第2孔部の少なくとも一方が修正された状態で前記第1対象物および前記第2対象物を出荷する出荷工程、
    前記出荷工程で出荷された前記第1対象物および前記第2対象物を接合する接合工程
    を含むことを特徴とする請求項記載の位置合わせ方法。
  7. 前記第1治具および前記第2治具は、逆円錐形状を有するプラグであることを特徴とする請求項1~の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
  8. 前記第1対象物と前記第2対象物を接合して完成される対象物は、プラント用大型機器であることを特徴とする請求項1~の何れか一項に記載の位置合わせ方法。
  9. プラントに据え付けられる対象物において、接合の対象となる第1対象物と第2対象物の位置合わせを行う位置合わせ装置であって、
    頭部にターゲットが標示された第1治具が前記第1対象物に形成された第1孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第1二次元画像データ群を取得すると共に、頭部にターゲットが標示された第2治具が前記第2対象物に形成された第2孔部に挿入された状態で複数回撮影することによって得られた複数の二次元画像データである第2二次元画像データ群を取得する通信部と、
    前記第1二次元画像データ群を第1三次元画像データ、前記第2二次元画像データ群を第2三次元画像データにそれぞれ変換する変換部と、
    前記第1三次元画像データに基づく画像および前記第2三次元画像データに基づく画像において、それぞれ原点となる前記ターゲットを指定するための表示を行う表示部と、
    指定された原点の情報を用いて、前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて前記原点を基準とする三次元座標を設定する制御部と、
    前記第1三次元画像データおよび前記第2三次元画像データにおいて対応する前記ターゲット同士の位置確認の判定を行う判定部と
    を備えることを特徴とする位置合わせ装置。
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