特開 2023-66555 三次元計測用治具及び三次元計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023066555

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】三次元計測用治具及び三次元計測システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20230509BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20230509BHJP

   G21F 7/06 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

B25J13/08 A

G21F7/06 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177212

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 彰

(72)【発明者】

【氏名】深野 健太

(72)【発明者】

【氏名】府金 央

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707DS01

3C707JT04

3C707JU12

3C707KS03

3C707KS04

3C707KT03

3C707KT05

3C707MT01

(57)【要約】

【課題】マニピュレータを用いた遠隔操作であっても計測用ターゲットを容易に配置することができる三次元計測用治具及び三次元計測システムを提供する。
【解決手段】
三次元計測システム１は、マニピュレータ１１を用いた遠隔操作により孔１２に配置される三次元計測用治具２と、三次元計測用治具２を撮像するカメラ３と、カメラ３の撮像データを処理する処理装置４と、を備えている。三次元計測用治具２は、孔１２の想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部２１と、三次元計測用のターゲット２２ａが配置される頭部２２と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マニピュレータを用いた遠隔操作により孔に配置される三次元計測用治具であって、
想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部と、
三次元計測用のターゲットが配置される頭部と、
を備えたことを特徴とする三次元計測用治具。

【請求項2】

前記頭部は、前記ターゲットを配置する平面部を備えている、請求項１に記載の三次元計測用治具。

【請求項3】

前記頭部は、前記マニピュレータの把持部を備えている、請求項１に記載の三次元計測用治具。

【請求項4】

前記頭部は、落下防止用の係止部を備えている、請求項１に記載の三次元計測用治具。

【請求項5】

前記頭部は、面の向きを識別する目印を備えている、請求項１に記載の三次元計測用治具。

【請求項6】

前記目印は、落下防止用の係止部の位置を規制するストッパにより構成されている、請求項５に記載の三次元計測用治具。

【請求項7】

前記脚部を前記孔に押し付けた状態で支持する支持手段を有する、請求項１に記載の三次元計測用治具。

【請求項8】

マニピュレータを用いた遠隔操作により孔に配置される三次元計測用治具と、該三次元計測用治具を撮像するカメラと、該カメラの撮像データを処理する処理装置と、を備えた三次元計測システムであって、
前記三次元計測用治具は、想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部と、三次元計測用のターゲットが配置される頭部と、を備え、
前記処理装置は、前記ターゲットの中心と前記球面形状の中心との相対位置関係を予め記憶しておき、前記撮像データと照合することにより前記孔の中心位置を算出するように構成されている、
ことを特徴とする三次元計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元計測用治具及び三次元計測システムに関し、特に、孔の中心位置を遠隔操作で計測するための三次元計測用治具及び該三次元計測用治具を用いた三次元計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、人が立ち入ることができない処理区画（高放射線区域）における連結管の交換作業を処理区画内に配置されたマニピュレータを用いて遠隔操作で処理する方法が開示されている。かかる特許文献１では、フランジの位置を計測するためにボルト孔に挿入可能な軸部材を備えた計測用ターゲットを使用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－３２９７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した特許文献１に記載されたように、連結管の交換時にはボルト孔を一致させる必要があるところ、古い施設では精密な寸法情報が存在しない場合があり、処理区画内の施設のボルト孔の中心位置を事後的に計測しなければならない。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された計測用ターゲットでは、マニピュレータを用いて計測用ターゲットの軸部材をボルト孔に挿入することが困難であるという問題がある。

【0006】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、マニピュレータを用いた遠隔操作であっても計測用ターゲットを容易に配置することができる三次元計測用治具及び三次元計測システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、マニピュレータを用いた遠隔操作により孔に配置される三次元計測用治具であって、想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部と、三次元計測用のターゲットが配置される頭部と、を備えたことを特徴とする三次元計測用治具が提供される。

【0008】

前記頭部は、前記ターゲットを配置する平面部を備えていてもよい。

【0009】

前記頭部は、前記マニピュレータの把持部を備えていてもよい。

【0010】

前記頭部は、落下防止用の係止部を備えていてもよい。

【0011】

前記頭部は、面の向きを識別する目印を備えていてもよい。

【0012】

また、前記目印は、落下防止用の係止部の位置を規制するストッパにより構成されていてもよい。

【0013】

前記三次元計測用治具は、前記脚部を前記孔に押し付けた状態で支持する支持手段を有していてもよい。

【0014】

また、本発明によれば、マニピュレータを用いた遠隔操作により孔に配置される三次元計測用治具と、該三次元計測用治具を撮像するカメラと、該カメラの撮像データを処理する処理装置と、を備えた三次元計測システムであって、前記三次元計測用治具は、想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部と、三次元計測用のターゲットが配置される頭部と、を備え、前記処理装置は、前記ターゲットの中心と前記球面形状の中心との相対位置関係を予め記憶しておき、前記撮像データと照合することにより前記孔の中心位置を算出するように構成されている、ことを特徴とする三次元計測システムが提供される。

【発明の効果】

【0015】

上述した本発明に係る三次元計測用治具及び三次元計測システムによれば、孔に配置される脚部に球面形状を採用したことにより、マニピュレータを用いた遠隔操作であっても三次元計測用治具を容易に配置することができる。

【0016】

また、三次元計測用治具の脚部を孔に配置したときに球面形状の中心と孔の中心とが必ず一致するため、三次元計測用治具が傾いていた場合であっても、ターゲットと脚部（球面形状）の中心位置との相対位置関係を予め算出しておくことにより、容易に孔の中心位置を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態に係る三次元計測システムを示す全体構成図である。

【図2】図１に示した三次元計測用治具を斜視図である。

【図3】処理装置の処理フローを示す図である。

【図4】三次元計測用治具の第一変形例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、である。

【図5】三次元計測用治具の第二変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図１～図５を用いて説明する。ここで、図１は、一実施形態に係る三次元計測システムを示す全体構成図である。図２は、図１に示した三次元計測用治具を斜視図である。図３は、処理装置の処理フローを示す図である。

【0019】

図１に示した三次元計測システム１は、マニピュレータ１１を用いた遠隔操作により孔１２に配置される三次元計測用治具２と、三次元計測用治具２を撮像するカメラ３と、カメラ３の撮像データを処理する処理装置４と、を備えている。

【0020】

三次元計測システム１は、例えば、高放射線区域等の人が立ち入ることができない処理区画１３に使用される。なお、図１では、説明の便宜上、処理区画１３を一点鎖線で図示してある。

【0021】

マニピュレータ１１は、例えば、物を把持するハンド部と、ハンド部の姿勢を制御する多関節アーム部と、を備えている。また、マニピュレータ１１は、処理区画１３内に配置された台車等によって移動可能に構成されていてもよい。

【0022】

孔１２は、例えば、処理区画１３内の施設、設備、機械等に形成されたボルト孔である。なお、孔１２は、中心位置を算出したい対象物であればボルト孔以外の孔（穴）であってもよいし、配管等の円筒形状の構造物であってもよい。

【0023】

三次元計測用治具２は、例えば、図２に示したように、孔１２の想定される孔径よりも大きな径を有する球面形状を備えた脚部２１と、三次元計測用のターゲット２２ａが配置される頭部２２と、を備えている。脚部２１は、孔１２に載置可能な大きさの球面形状を備えていれば、半球体形状であってもよいし、全球体形状であってもよい。

【0024】

頭部２２は、計測用のターゲット２２ａを貼付するための平面部２２ｂを備えている。頭部２２は、例えば、直方体形状である。なお、頭部２２は、平面部２２ｂを備えていれば、他の角柱体形状であってもよい。

【0025】

ターゲット２２ａは、例えば、白黒の円形状を有している。ターゲット２２ａは、どの面に配置されたターゲットであるか認識できるようにナンバリングされていてもよい。また、図２では、平面部２２ｂの各々に四つのターゲット２２ａを配置しているが、配置するターゲット２２ａの個数は任意である。

【0026】

脚部２１は、球面形状を備えていることから、図１に示したように、孔１２の上部に容易に三次元計測用治具２を載置することができる。また、脚部２１を孔１２に載置するだけで球面形状の中心と孔１２の中心とを一致させることができる。したがって、マニピュレータ１１を用いた遠隔操作であっても三次元計測用治具２を容易に計測対象の孔１２に配置することができる。

【0027】

カメラ３は、例えば、高放射線区域等でも使用可能な撮像手段である。カメラ３は、三次元計測用治具２のターゲット２２ａを撮像し、処理装置４に撮像画像を送信するように構成されている。カメラ３は、例えば、マニピュレータ１１により遠隔操作される。

【0028】

処理装置４は、処理区画１３の外部に配置されるコンピュータである。処理装置４は、ターゲット２２ａの中心と脚部２１の球面形状の中心との相対位置関係を予め記憶しておき、カメラ３の撮像データと照合することにより孔１２の中心位置を算出するように構成されている。

【0029】

具体的には、図３に示した処理フローにより孔１２の中心位置を算出する。かかる処理フローを実行するに際し、事前に、三次元計測用治具２のターゲット２２ａの中心と脚部２１の球面形状の中心との相対位置関係を計測等により算出しておき、処理装置４の記憶部に保存しておく。

【0030】

マニピュレータ１１により三次元計測用治具２を遠隔操作して計測対象の孔１２に配置する。次に、マニピュレータ１１によりカメラ３を遠隔操作して三次元計測用治具２のターゲット２２ａを撮像する。

【0031】

処理装置４は、ターゲット２２ａの撮像データを取得した後、ターゲット２２ａの三次元座標値を算出する。次に、処理装置４は、予め記憶しておいたターゲット２２ａ及び球面形状の中心の相対位置関係データと照合し、孔１２の中心位置を算出する。

【0032】

このとき、三次元計測用治具２のターゲット２２ａと脚部２１の球面形状の中心との相対位置関係は、一義的に決定していることから、三次元計測用治具２が傾いた状態で孔１２に配置されていたとしても、ターゲット２２ａの座標値を照合することにより容易に孔１２の中心位置を算出することができる。

【0033】

なお、処理装置４は、ターゲット２２ａの撮像データと既知データ（三次元計測用治具２のターゲット２２ａの中心と脚部２１の球面形状の中心との相対位置関係）とを用いて孔１２の径を算出するように構成されていてもよい。

【0034】

次に、三次元計測用治具２の変形例について、図４及び図５を参照しつつ説明する。ここで、図４は、三次元計測用治具の第一変形例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、である。図５は、三次元計測用治具の第二変形例を示す図である。

【0035】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した三次元計測用治具２の第一変形例は、マニピュレータ１１の把持部２３と、落下防止用の係止部２４と、を備えたものである。なお、説明の便宜上、図４（ａ）では係止部２４を寝かした状態を図示し、図４（ｂ）では係止部２４を立てた状態を図示してある。

【0036】

把持部２３は、例えば、頭部２２に形成された鍔部により構成される。かかる把持部２３を三次元計測用治具２に形成することにより、マニピュレータ１１で頭部２２を把持しやすくすることができる。なお、把持部２３を形成する位置及び形状は、図示した構成に限定されるものではない。

【0037】

係止部２４は、頭部２２に回動可能に配置されたワイヤベイルである。かかる係止部２４を三次元計測用治具２に形成することにより、処理区画１３内のクレーンによって三次元計測用治具２を吊り下げることができ落下防止対策を図ることができる。なお、係止部２４を形成する位置及び形状は、図示した構成に限定されるものではない。

【0038】

また、頭部２２は、面の向きを識別する目印を備えていてもよい。目印は、例えば、係止部２４を構成するワイヤベイルの位置を規制するストッパ２５により構成される。ストッパ２５は、例えば、頭部２２の側面に配置されたボルトであり、ワイヤベイルの倒れ止めの機能も有している。

【0039】

かかるストッパ２５（目印）を配置することにより、ワイヤベイルの倒れる方向を一定にしてターゲット２２ａの位置（頭部２２の面の向き）を見分けやすくすることができる。なお、ターゲット２２ａを非対称に設置した場合やストッパ２５以外の構成部品により目印を形成した場合にはストッパ２５を省略することができる。また、目印はボルト以外の部品で構成してもよいし、係止部２４を有しない頭部２４に目印を配置してもよい。

【0040】

また、頭部２２が直方体形状の場合には、一対の側面に把持部２３を形成し、残りの一対の側面に係止部２４の両端部を配置することにより、把持部２３と係止部２４とを干渉させずに配置することができる。

【0041】

また、三次元計測用治具２を孔１２に設置する際には把持部２３を使用し、三次元計測用治具２を孔１２から取り外す際には係止部２４を使用してもよい。また、三次元計測用治具２は、把持部２３及び係止部２４の何れか一方のみを備えていてもよい。

【0042】

図５に示した三次元計測用治具２の第二変形例は、脚部２１を孔１２に押し付けた状態で支持する支持手段２６を備えたものである。孔１２が水平面や傾斜度が小さい傾斜面に形成されている場合には、脚部２１を孔１２の上部に載置するだけで三次元計測用治具２を配置することができる。

【0043】

一方、図５に示したように、孔１２が鉛直面や傾斜度が大きい傾斜面に形成されている場合には三次元計測用治具２の位置を保持することが難しい。そこで、図５に示したように、三次元計測用治具２の頭部２２に支持手段２６を接続し、支持手段２６をマニピュレータ１１で把持することにより、三次元計測用治具２を孔１２に押し付けることができ、三次元計測用治具２の位置を保持することができる。

【0044】

支持手段２６は、例えば、三次元計測用治具２に接続されるユニバーサルジョイント２６ａと、ユニバーサルジョイント２６ａに接続された本体部２６ｂと、本体部２６ｂに配置された把持部２６ｃと、を備えている。なお、支持手段２６の構成は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

【0045】

三次元計測用治具２と支持手段２６とをユニバーサルジョイント２６ａで接続することにより孔１２の向きや傾斜に合わせて容易に脚部２１を孔１２に宛がうことができる。本体部２６ｂは、ユニバーサルジョイント２６ａに弾性力を付加するバネ等の弾性体を備えていてもよい。本体部２６ｂに弾性体を配置することにより、三次元計測用治具２を孔１２に容易に押し付けることができる。把持部２６ｃは、マニピュレータ１１で把持する部分である。

【0046】

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0047】

１ 三次元計測システム
２ 三次元計測用治具
３ カメラ
４ 処理装置
１１ マニピュレータ
１２ 孔
１３ 処理区画
２１ 脚部
２２ 頭部
２２ａ ターゲット
２２ｂ 平面部
２３ 把持部
２４ 係止部
２５ ストッパ（目印）
２６ 支持手段
２６ａ ユニバーサルジョイント
２６ｂ 本体部
２６ｃ 把持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】