特開 2024-110068 面計測器、面計測システムおよび計測方法

(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】P2024110068

(43)【公開日】2024-08-15

(54)【発明の名称】面計測器、面計測システムおよび計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/06 20060101AFI20240807BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

G01C15/06 T

G01C15/00 103Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014416

(22)【出願日】2023-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】110004060

【氏名又は名称】弁理士法人あお葉国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100207642

【弁理士】

【氏名又は名称】簾内 里子

(74)【代理人】

【識別番号】100077986

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100139745

【弁理士】

【氏名又は名称】丹波 真也

(74)【代理人】

【識別番号】100187182

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 由希

(72)【発明者】

【氏名】桐生 徳康

(72)【発明者】

【氏名】西田 信幸

(57)【要約】

【課題】様々な態様の計測面を精度よく計測可能な面計測器、面計測システム、および計測方法に関する。
【解決手段】計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットと、を有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように、前記円柱体の回転軸上に配置される面計測治具を提供する。円柱体が計測面に接して移動しても、計測面からターゲットの中心位置までの距離は、常に一定を保つことから、計測面の凹凸状態や寸法などを精度よく容易に計測できる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、
前記円柱体が取付けられる基体と、
遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットと、
を有し、
前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように、配置される、
ことを特徴とする面計測器。

【請求項2】

前記円柱体は車輪であり、中央に回転自在な機構を有し、回転軸を水平にして、前記基体に回動可能に取り付けられ、
前記ターゲットは、入射する光を、入射方向と反対の方向に再帰反射する再帰反射体であり、前記位置情報の中心位置は、前記ターゲットの光学中心であり、
前記ターゲットは、前記光学中心が前記車輪の前記回転軸上となるようにして、前記車輪の端面に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の面計測器。

【請求項3】

前記円柱体は、前記外周側面で自立可能に構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の面計測器。

【請求項4】

前記円柱体は、分割体として構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の面計測器。

【請求項5】

計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットとを有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように配置される面計測器と、
前記ターゲットを、測距・測角が可能な測量機と、
を備え、
前記測量機に、前記計測面に沿って配置される前記面計測器の前記ターゲットを測距・測角させて、前記ターゲットの前記位置情報を取得し、前記計測面の形状データを算出させる、
ことを特徴とする面計測システム。

【請求項6】

計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットとを有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように配置される面計測器と、
を用いて、
前記計測面に沿って前記面計測器を移動させながら、前記ターゲットの前記位置情報を取得し、
前記ターゲットの前記位置情報を、前記計測面の方向に、前記円柱体の半径だけオフセットすることで、前記計測面の前記位置情報を取得し、前記計測面の形状データを算出する、
ことを特徴とする計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、道路や外壁、天井面などの壁面などの様々な態様の計測面を精度よく計測可能な面計測器、および計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

道路面などの凹凸状態を計測するため、様々な計測器が提案されている。例えば、特許文献１では、台車にレーザ光を受光する装置を積載した計測器を用いており、この台車を道路上に走行させることで、路面の凹凸状態を取得していた。特許文献２では、車輪が設けられた基体に、プリズムと操作棒が取付けられた計測治具を用いており、測量機にプリズムを測定させながら、作業者は操作棒を持って、基体を道路に沿って移動させることで、路面の凹凸状態を取得していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許３８２９２２５号

【特許文献2】特許５６６９３１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１では、四つの車輪が設けられた台車を使用するため、例えば凹凸が細かい道路面では、前後の車輪間に凹凸が配置されると凹凸が計測されないなど、凹凸状態を精度よく計測することができない場合があった。また、特許文献２では、車輪は基体に二つだけ設けられており、プリズムは車輪の接地点から一定の高さの車軸の直上に配置されるため、作業者の持つ操作棒が傾くとプリズムも傾き、接地点とプリズムとの距離が変化するため、やはり凹凸状態を精度よく計測できない場合があった。さらに、特許文献１および特許文献２は、いずれも計測面は路面のみを想定しており、壁面や天井面などは想定されていない。

【0005】

本件は、このような問題に鑑みてなされたものであり、路面に限らず、道路や外壁、天井面など、様々な態様の計測面を精度よく計測可能な面計測器、面計測システム、および計測方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記問題を解決するため、本発明の第１の態様の面計測器においては、計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットと、を有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように、配置されるように構成した。

【0007】

この態様によれば、円柱体が計測面を移動することで計測を行うことができる。計測面が壁面や天井面であっても、湾曲面や傾斜面であっても計測可能である。位置情報の取得は常に円柱体の中心軸上で、計測面からの距離は常に一定となり、基体の傾きを気にせずに計測を行うことができる。

【0008】

第２態様の面計測器は、第１の態様において、前記円柱体は車輪であり、中央に回転自在な機構を有し、回転軸を水平にして、前記基体に回動可能に取り付けられ、前記ターゲットは、入射する光を、入射方向と反対の方向に再帰反射する再帰反射体であり、前記位置情報の中心位置は、前記ターゲットの光学中心であり、前記ターゲットは、前記光学中心が前記車輪の前記回転軸上となるようにして、前記車輪の端面に配置されるように構成した。この態様によれば、車輪で計測面を走る基体のターゲットを測距・測角することで、計測面を計測で、様々な態様の計測面を容易に計測できる。

【0009】

第３態様の面計測器は、第１または第２の態様において、前記円柱体は、前記外周側面で自立可能に構成されるものとした。

【0010】

この態様によれば、基体の移動が安定する。

【0011】

第４態様の面計測器は、第１～第３の態様において、前記円柱体は分割体として構成されるものとした。一対の円柱体なども含まれ、基体の移動が安定する。

【0012】

第１の面計測システムにおいては、計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットとを有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように配置される面計測器と、
前記ターゲットを測距・測角可能な測量機と、を備え、前記測量機は、前記計測面に沿って前記面計測器を移動するターゲットを測距・測角し、前記ターゲットの前記位置情報を取得して、前記計測面の形状データを算出するように構成した。

【0013】

第１の計測方法においては、計測面に接地し、かつ前記計測面に沿って移動可能な外周側面を有する円柱体と、前記円柱体が取付けられる基体と、遠隔からの計測により、自身の位置情報を取得されることが可能なターゲットとを有し、前記ターゲットは、前記位置情報の中心位置が、前記円柱体の中心軸上となるように配置される面計測器とを用いて、前記計測面に沿って前記面計測器を移動させながら、前記ターゲットの前記位置情報を取得し、前記ターゲットの前記位置情報を、前記計測面の方向に、前記円柱体の半径だけオフセットすることで、前記計測面の前記位置情報を取得し、前記計測面の形状データを算出する。

【発明の効果】

【0014】

以上の説明から明らかなように、様々な態様の計測面を精度よく計測可能な面計測器、面計測システム、および計測方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の好適な実施形態に係る面計測器、および面計測システムの概略構成を示す図である。

【図2】測量機のブロック図である。

【図3】面計測器を示す。図３（Ａ）は面計測器の斜視図である。図３（Ｂ）は面計測器の側面図である。

【図4】面計測器の使用状態を示す。

【図5】面計測器の使用状態を示す。

【図6】面計測器の使用状態を示す。

【図7】面計測器の実施例を示す。

【図8】面計測器の別の実施例を示す。

【図9】面計測器および面計測システムの変形例を示す。

【図10】面計測器の変形例を示す。

【図11】面計測器の変形例を示す。

【図12】面計測器の変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また、以下の実施形態および変形例の説明において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

【0017】

（面計測システム）
図１は、本発明の好適な実施形態である面計測器４０を備える面計測システム１の概要構成を示す図であり、検査現場での作業をイメージしている。本実施形態に係る面計測システム１は、計測面ＷＬの凹凸状態、形状、寸法などを計測可能なシステムであり、測量機２０および面計測器４０を含んで構成される。

【0018】

測量機２０は、測距・測角機能及び追尾機能を備えたトータルステーションである。測量機２０は、基準点中心上に三脚を用いて設置される。測量機２０は、整準器の上に設けられた基盤部２ａと、基盤部２ａを鉛直軸Ｖ回りに水平回転する托架部２ｂと、托架部２ｂの中央で水平軸Ｈ周りに鉛直回転する望遠鏡２ｃとを有する。

【0019】

面計測器４０は、操作棒４１の先端に取付けられた基体４３と、測距・測角機能及び追尾機能のターゲットであるターゲット４２を有する。基体４３は一対の車輪４４を備え、計測面ＷＬに沿って移動可能に構成される。基体４３が移動しても、ターゲット４２の中心位置と計測面ＷＬとの距離は一定となるように、ターゲット４２は基体４３に搭載されている。

【0020】

計測面ＷＬを計測の際には、作業者は操作棒４１を把持し、車輪４４を計測面ＷＬに当接させ、基体４３を計測面ＷＬに沿って移動させる。このとき、測量機２０は、追尾機能によりターゲット４２を自動追尾するとともに、測距・測角機能によりターゲット４２を測距・測角する。計測により取得された、ターゲット４２までの距離および方位角から、ターゲット４２の位置情報を取得し、計測面ＷＬの凹凸や寸法を算出する。

【0021】

（測量機）
図２は、測量機２０の構成ブロック図である。測量機２０は、モータドライブトータルステーションであり、水平角検出器２１、鉛直角検出器２２、水平回転駆動部２３、鉛直回転駆動部２４、測距部２５、追尾部２６、通信部２７、記憶部２８、およびこれら全てが接続される測量機制御部２９を有する。

【0022】

水平角検出器２１と鉛直角検出器２２は、回転円盤、スリット、発光ダイオード、イメージセンサを有するアブソリュートエンコーダまたはインクリメンタルエンコーダである。水平角検出器２１は、托架部２ｂの回転軸に設けられ、托架部２ｂの水平角を検出する。鉛直角検出器２２は、望遠鏡２ｃの水平軸Ｈに設けられ、望遠鏡２ｃの鉛直角を検出する。

【0023】

水平回転駆動部２３と鉛直回転駆動部２４はモータである。測量機制御部２９に制御され、水平回転駆動部２３は托架部２ｂの回転軸を動かし、鉛直回転駆動部２４は、望遠鏡２ｃの回転軸を動かす。両駆動部の協働により、望遠鏡２ｃの向きが変更される。水平角検出器２１と鉛直角検出器２２とで、測角機能を実装している。水平回転駆動部２３および鉛直回転駆動部２４とで、駆動機構を構成する。

【0024】

測距部２５は、送光部と受光部を備え、ターゲット４２を視準して、例えば赤外パルスレーザ光等の測距光をターゲット４２に射出し、その反射光を受光部で受光し、測距光と内部参照光の位相から測距する。

【0025】

追尾部２６は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ光などを追尾光として出射する追尾送光系と、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを有する追尾受光系を有する。測量機制御部２９は、追尾部２６が取得した情報からターゲット像の中心を求め、ターゲット位置として検出し、ターゲット像の中心と望遠鏡２ｃの視軸中心からの隔たりが一定値以内に収まるように、常に望遠鏡２ｃがターゲットの方向を向くように、自動追尾する。

【0026】

通信部２７は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、例えば、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットに接続し、情報の送受信を行う。通信部２７の送受信する情報は、例えば、図示しない情報処理装置に送信する測量機２０が測定（測距・測角）した測定結果や、図示しないコントローラから受信する命令信号などである。

【0027】

測量機制御部２９は、例えば、少なくとも１つのプロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））、および少なくとも１つのメモリ（例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）など）を、基盤に実装したマイクロコントローラである。収納されたプログラムにより、プロセッサにて各制御が実行される。測量機制御部２９は、制御として、通信部２７を介した情報の送受信、水平回転駆動部２３および鉛直回転駆動部２４による各回転軸の駆動、測距部２５による測距、水平角検出器２１および鉛直角検出器２２による測角、追尾部２６による自動追尾、取得した計測データの演算処理などを行う。記憶部２８は、例えばハードディスクドライブなどの記憶媒体であり、取得した測定データや演算結果が記憶される。

【0028】

（面計測器）
次に面計測器４０について説明する。図３は、面計測器４０を示す。図３（Ａ）が面計測器４０の斜視図である。図３（Ｂ）が面計測器の側面図である。

【0029】

面計測器４０は、操作棒４１、ターゲット４２、および基体４３を有する。

【0030】

基体４３の両側面には、回転軸（車軸）を水平にして、かつ回転軸を一致させて、一対の車輪４４が設けられている。車輪４４は中央に回転自在な機構（車軸孔または車軸）を有する。一対の車輪４４により、基体４３は計測面ＷＬを移動可能に構成される。基体４３の移動を操作する操作棒４１の先端に、基体４３が取付けられる。

【0031】

車輪４４は円柱体であり、計測面ＷＬに接地し、かつ計測面ＷＬに沿って移動可能な外周側面を有する。円柱体である車輪４４の回転軸が、車輪４４の中心軸４４ａである（図３Ａ参照）。車輪４４は単体でも外周側面で自立可能に構成される。このため、水平面に載置された面計測器４０が勝手に転倒することはない。一対の車輪４４が車軸を一致させて配置される場合、一対の車輪を円柱体の分割体として構成されてよく、一対の車輪４４の外周側面で自立可能であればよい。特に材質は指定しないが、計測面ＷＬとの接触での弾性変形による計測誤差を抑制するため、ゴム材などの負荷により変形が生じやすい部材ではなく、硬質の合成樹脂部材や金属部材、木材など、計測面ＷＬとの接触程度の負荷では変形が殆ど生じない部材で構成されると好ましい。

【0032】

一対の車輪４４は基体４３の両側面に回動可能に支持される。なお、車輪４４が回動可能に支持されることは必須ではなく、円柱体の車輪４４が計測面ＷＬに沿ってスムーズに移動可能であれば、車輪４４が基体４３に固定されていてもよい。

【0033】

ターゲット４２は、コーナーキューブプリズムなどの反射体で構成されており、いわゆる全方位プリズムで、その全周（３６０度）から入射する光を、その入射方向と反対の方向に再帰反射する再帰反射体である。ターゲット４２は、ターゲット４２の光学中心Ｃが、車輪４４の回転軸上となるようにして、一方の車輪４４の露出する端面に取付けられている。本実施形態においては、１つのターゲット４２が一方の車輪４４にのみ取付けられているが、２つのターゲット４２がそれぞれの車輪４４の外側端面に取付けられてもよい。また、本実施形態のターゲット４２は、４つのプリズムをピラミッド型に組付けて一体化されている。これに限られず、プリズムの数を増やしてもよく、ターゲット４２は様々な方向からの計測が可能なように、複数のプリズムを一体化したものでもよい。

【0034】

上記構成により、車輪４４が回転すると、ターゲット４２も車輪４４とともに回転するが、車輪４４の接地点と光学中心Ｃとの距離は、常に一定の距離を保つ。水平面に車輪４４を接地させたときの、水平面から光学中心Ｃまでの高さを距離Ｔとすると、計測面ＷＬに車輪４４が接地しているとき、車輪４４の接地点と光学中心Ｃとの距離は、常に距離Ｔとなる。本実施形態においては、距離Ｔは車輪４４の半径となる。

【0035】

図４～図６は、面計測器４０の使用状態を示す。一対の車輪４４が基体４３に回動可能に設けられていることから、車輪４４と基体４３は、車輪４４の回転軸（車軸）に対して、互いに相対的に回動可能となっている。車輪４４は基体４３に対して回転軸を中心にして回動可能であり、基体４３および基体４３に連結される操作棒４１は、車輪４４が計測面ＷＬに接地したまま、車輪４４の回転軸を中心として回動可能である。

【0036】

面計測器４０においては、一対の車輪４４の回転軸上にターゲット４２が配置されているため、車輪４４が計測面ＷＬに接地していれば、車輪４４が回転して基体４３が移動しても、基体４３が車輪４４の回転軸を中心として回転しても、基体４３の姿勢にかかわらず、車輪４４の接地点とターゲット４２の光学中心Ｃとの距離は常に一定（距離Ｔ）である。

【0037】

図４（Ａ）に示すように、車輪４４が計測面ＷＬに接したままの状態で、基体４３および操作棒４１が車輪４４の回転軸を中心にして回転し、鉛直位置から傾いても、車輪４４の接地点とターゲット４２の距離は変わることがなく、常に距離Ｔを保つ。また、図４（Ｂ）に示すように、一対の車輪４４が計測面ＷＬに接したまま、計測面ＷＬの垂直軸に対して面計測器４０が回転しても、車輪４４の接地点とターゲット４２の距離は変わることなく、常に距離Ｔを保つ。すなわち、面計測器４０が、面計測器４０の進行方向に対して、左右に向いてしまっても、車輪４４の接地点とターゲット４２との距離は、常に距離Ｔに保たれる。

【0038】

一対の車輪４４の外周側面が計測面ＷＬに対して接しているならば、面計測器４０が鉛直方向に移動しても、水平方向に移動しても、ターゲット４２と計測面ＷＬとの距離は一定（距離Ｔ）となる。

【0039】

また、図５に示すように、面計測器４０においては、車輪４４は基体４３に一対だけ設けられているため、計測面ＷＬが凹凸のある湾曲面であっても、車輪４４を回転させて基体４３を計測面ＷＬに沿って移動させることができる。車輪４４は円柱体であるため、車輪４４の外周側面は常に計測面ＷＬに接地することができる。車輪４４の回転軸、すなわちターゲット４２の光学中心Ｃは、車輪４４の接地点における計測面ＷＬの法線方向に、距離Ｔだけオフセットした位置を通過する。

【0040】

作業者は、車輪４４が常に計測面ＷＬに接するようにして、操作棒４１を操作して基体４３を移動させていればよく、基体４３の姿勢を気にする必要が無い。計測面ＷＬは、床面や路面にかぎらず、壁面などの鉛直面や傾斜面、天井面、また湾曲面や屈曲面などであっても、面計測器４０を用いて形状を計測することができる。例えば、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、計測面ＷＬが壁面、かつ凹凸のある面であっても、計測面ＷＬが天井面、かつ屈曲面であっても問題なく計測でき、作業者は車輪４４を計測面ＷＬに沿わせて基体４３を移動させるだけでよい。

【0041】

面計測システム１では、測量機２０によるターゲット４２の測距・測角を行い、ターゲット４２の光学中心Ｃまでの距離と方位角を取得し、計測した計測データに基づいて光学中心Ｃの位置情報として三次元座標を算出する。

【0042】

車輪４４の接地点とターゲット４２の光学中心Ｃとの距離が常に一定であることを利用して、車輪４４を計測面ＷＬに沿わせて基体４３を移動させながら、測量機２０でターゲット４２を自動追尾させ、随時測距・測角させる。計測面ＷＬを移動する車輪４４の位置情報、すなわち光学中心Ｃの位置情報を、連続して取得する。取得した位置情報を、計測面ＷＬに向かって距離Ｔだけオフセットすることで、計測面ＷＬの位置情報を取得することができる。

【0043】

（実施例１）
一例として、計測面ＷＬが壁面である場合の、面計測システム１を用いた計測について説明する。面計測器４０を用いて、計測面ＷＬの凹凸状態や形状、傾斜などの形状データを取得する。

【0044】

図１に示すように、まず測量機２０を基準点に設置する。基準点は、好ましくは既知点であるが、計測面ＷＬ上の、ある条件を満たす箇所を検知して、位置を特定するする必要がなければ、任意点であっても問題ない。

【0045】

作業者は操作棒４１を把持して、計測面ＷＬに車輪４４を接地させ、車輪４４を回動させて基体４３を計測面ＷＬに沿って移動させる。このとき、測量機２０は、ターゲット４２を追尾するとともに、随時ターゲット４２の測距・測角を行う。

【0046】

図７に示すように、連続して取得される計測データから、計測点ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３…の位置情報として、各点の座標ＰＱ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、ＰＱ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、ＰＱ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）…が算出される。各座標は、測量機２０が既知点に設置された場合は、絶対座標で、任意点に設置された場合は、相対座標として算出される。取得されたデータや演算結果は、記憶部２８に保存される。

【0047】

測量機制御部２９は、算出した各計測点の座標を座標空間にプロットし、取得順にプロットされた点を結び、仮想曲線ＰＬや、プロット点がフィットする仮想面を求める。計測点ＰＰのプロット点を計測面ＷＬへ向かう方向へ距離Ｔだけオフセットすると、計測面ＷＬ上の点が算出され、計測面ＷＬの形状データを算出できる。

【0048】

計測面ＷＬの詳細な面形状データを取得する場合、作業者は、まず、計測面ＷＬの下端を初期位置として、床面および計測面ＷＬに車輪４４を当接させる。次に、操作棒４１を操作して、車輪４４を計測面ＷＬに当接させたまま回動させて、基体４３を上方に計測面ＷＬの上端まで移動させる。基体４３を計測面ＷＬの上端まで移動させ終えると、車輪４４を計測面ＷＬに当接させたまま、基体４３を側方（左方または右方）に所定距離だけ移動させ、今度は計測面ＷＬの上端から下端まで下方に移動させる。床面に車輪４４が当接し、基体４３を計測面ＷＬの下端まで到達させると、車輪４４を計測面ＷＬに当接させたまま、また所定距離だけ先ほどと同側方向に移動させ、上記操作を繰り返す。

【0049】

測量機２０は、ターゲット４２を自動追尾しながら、所定の間隔、例えば０．１～１秒ごとの時間間隔、または、例えば距離０．１ｃｍ～５ｃｍごとの距離間隔で、ターゲット４２の測距・測角を行う。

【0050】

取得したすべての計測点ＰＰの三次元座標を算出し、座標空間にプロットする。得られた点群を、点ごとに計測面ＷＬへオフセットする。ある計測点ＰＰのオフセット方向は、点群から求められる仮想面に平行で（直交面上）で、かつ、前後の所定の範囲の点から求められる近似直線の法線方向である。これで算出されるのは、正反対な２方向であり、どちらの方向であるかは、手動または自動で選択される。点群から面や直線を求める方法は、公知の方法を用いてよく、説明は省略する。算出され選択されたオフセット方向に距離Ｔだけオフセットすることで、計測面ＷＬ上の座標として取得できる。

【0051】

（実施例２）
図８を用いて、面計測システム１および面計測器４０を用いた別の実施例を説明する。

【0052】

面計測器４０は、壁面や天井面、屈曲面も計測できることから、壁面から連続して天井面や床面も計測することができる。開口部の内周面を連続して計測することで、開口部の形状を計測することも可能である。例えば、窓枠を嵌め込むための壁面の開口部形状や、建物入り口の内枠形状を計測することで、窓や扉を嵌め込むことができるか否かを確認することができる。

【0053】

図８に示すガレージＧ１の開口部Ｇ２は、ガレージＧ１の出入り口であり、図示しない既成品のシャッターを嵌め込むために設けられた、ガレージＧ１の壁面の開口部である。開口部Ｇ２の内周面、すなわち開口部Ｇ２を形成する左側面Ｇ３、天井面Ｇ４，および右側面Ｇ５に沿って面計測器４０を移動させることで、開口部Ｇ２の寸法や傾きを計測することができる。

【0054】

まず、基準点に測量機２０を配置する。初期位置として面計測器４０を、左側面Ｇ３の下端部に配置するため、車輪４４を床面と左側面Ｇ３に当接させる。

【0055】

次に、測量機２０にターゲット４２をロックさせて、自動追尾を開始する。測量機２０にターゲット４２を自動追尾させたまま、作業者は、操作棒４１で以下の操作を行う。

【0056】

車輪４４を左側面Ｇ３に当接させたまま回転させ、基体４３を左側面Ｇ３に沿って上方へ移動させる。基体４３を左側面Ｇ３の上端まで移動させ、車輪４４が天井面Ｇ４に当接したら、今度は車輪４４を天井面Ｇ４に沿って回転させ、右側面Ｇ５に向かって移動させる。車輪４４が右側面Ｇ５に当接し、基体４３が右側面Ｇ５に到達したら、今度は、そのまま右側面Ｇ５に沿って、車輪４４が床面に当接するまで下方に移動させる。

【0057】

車輪４４の端面を開口部Ｇ２の端部に沿わせて配置し、開口部Ｇ２の端部を目印として車輪４４を回動させると、基体４３の移動が安定するため好ましい。

【0058】

基体４３が車輪４４に対して相対的に回動しても、ターゲット４２と車輪４４の接地点との距離は変わらないため、作業者は基体４３の姿勢や操作棒４１の傾きを気にせずに、基体４３を移動させることができる。

【0059】

開口部Ｇ２は出入り口であるため、左側面Ｇ３、天井面Ｇ４，右側面Ｇ５の三面を計測すれば、もう一面の床面は、基体４３を移動させて計測せずとも開口部Ｇ２の形状は算出することができる。窓の内枠など、開口部が床面を構成面に持たない場合、初期位置に戻るまで内周面に車輪４４を沿わせて基体４３を移動させて、開口部の全周を計測する。

【0060】

このように、測量機２０にターゲット４２を追尾させながら、作業者が操作棒４１を操作して、開口部Ｇ２の内周面に沿って車輪４４を沿わせながら基体４３を移動させ、測量機２０に常時測距・測角を行わせる。

【0061】

基体４３が開口部Ｇ２の内周面に沿って移動すると、光学中心Ｃは、開口部Ｇ２を内側に距離Ｔだけオフセットした仮想線ＰＬ２を通過する。測量機制御部２９は、取得した全ての計測点の三次元座標を算出し、座標空間にプロットして順に結ぶ。さらにプロット点の終点と始点を結ぶことで、三次元空間に矩形状の閉曲線が形成される。この矩形状の閉曲線およびプロット点を、全プロット点から形成される平面上で距離Ｔだけ閉曲線の外側にオフセットさせると、開口部Ｇ２の外形データ、すなわち、開口部Ｇ２の座標や開口部Ｇ２の各辺の寸法、傾き、凹凸状態や、開口部Ｇ２の歪みなどが算出される。

【0062】

面計測システム１は、内枠を計測するモードとして、「内枠計測モード」を備えてもよい。「内枠計測モード」が指定されると、計測面は矩形の内周面であると、測量機制御部２９は特別な演算処理を行う。まず、最初の計測面として左側面Ｇ３の計測をスタートして、下端から上端まで基体４３を移動させて計測する。次に、天井面Ｇ４を計測し、最後に右側面Ｇ５を計測する。取得された点群がフィットする面を基準面として、左側面Ｇ３に属する点群は、全て左方向へ距離Ｔだけオフセットする。天井面Ｇ４に属する点群は鉛直上方へオフセットする。右側面Ｇ５に属する点群は、右方向へオフセットする。全ての点群のオフセットは、基準面上で行われる。計測モードは、例えば「路面凹凸計測モード」など、天井面、壁面などの計測面の種類ごとに用意される。計測モードにより、どのような面を計測するかを事前に設定でき、計測点のオフセット方向が指定される。

【0063】

また、本実施形態においては、開口部Ｇ２に内嵌されるのは既製品のシャッターであったが、開口部に内嵌されるのが、例えば、精密な寸法が不明な自作の扉などであった場合、上記と同様にして、測量機２０でターゲット４２を追尾および随時測距・測角しながら、今度は扉の外周面に沿って基体４３を移動させることで、扉の外形や寸法、傾きなどの形状データを容易に取得することができる。

【0064】

（変形例１：面計測器）
図９は、変形例に係る面計測器１４０を示す。

【0065】

面計測器１４０は、走行可能な台車である。本実施形態の面計測器１４０は、自動走行可能であり、遠隔操作による走行または自律的な走行により計測面ＷＬを走行可能に構成されている。なお、自動走行は必須ではなく、図示しない操作棒などにより、手動で走行させても問題なく、以下に説明する自動走行が手動で実施されてもよい。また、面計測器１４０を自動車として構成し、運転手が乗車して手動運転する構成でもよい。

【0066】

面計測器１４０は、基体１４３、基体１４３に回動自在に取付けられる一対の前輪１４４および一対の後輪１４８、前輪１４４の車軸を回転駆動する駆動部Ｍ１、一対の前輪１４４の車軸の向き制動する操舵部Ｍ２、無線で情報の送受信を行う台車通信部Ｍ３、および駆動部Ｍ１、操舵部Ｍ２、台車通信部Ｍ３を制御する台車制御部Ｍ４を有する。

【0067】

前輪１４４および後輪１４８は車輪４４と同等である。基体１４３に取付けられた一対の前輪１４４が、駆動部Ｍ１により回転駆動され、かつ操舵部Ｍ２に方向を操作されることで、面計測器１４０は自ら計測面ＷＬの上を移動する。

【0068】

前輪１４４の外側端面には、ターゲット４２が、その光学中心Ｃが前輪１４４の回転軸（車軸）上となるように固定されている。

【0069】

面計測器１４０は、台車制御部Ｍ４に内蔵されたプログラムに従って、操舵部Ｍ２および駆動部Ｍ１が制御されて、所定パターンの走行（自律走行）を行う。また、面計測器１４０は、図示しないコントローラにより遠隔操作（マニュアル走行）も可能となっている。コントローラは、専用の操作端末を用いてもよく、ソフトウェア的に構成されて、操作ソフトウェアがインストールされたスマートフォンやモバイルパソコンから操作されてもよい。面計測器１４０は、台車通信部Ｍ３を介してコントローラに入力された操作命令を受信して操作される。なお、台車通信部Ｍ３は必須ではなく、マニュアル走行はせずに、面計測器１４０がプログラムされた走行パターンで自律走行のみを行うように構成されてもよい。

【0070】

面計測器１４０が走行可能で、走行中に測量機２０が随時ターゲット４２を追尾および測距・測角が可能であれば、計測面ＷＬは、傾斜面、屈曲面、凹凸面などでもよく、形態は問われない。ファンなどによる吸着機構やプロペラなどの推進機構を備え、壁面や天井面も走行可能に構成されてもよい。

【0071】

面計測器１４０を用いた面計測システム１による計測面ＷＬの計測方法は、面計測器１４０の移動が、操作棒４１を用いた移動ではなく、面計測器１４０の走行である以外は、面計測器４０を用いた計測方法と同等となっている。

【0072】

すなわち、まず基準点に測量機２０が設置される。次に面計測器１４０が初期位置に配置される。測量機２０は、ターゲット４２をロックし、自動追尾を開始する。次に、面計測器１４０は、自律走行またはマニュアル走行により、計測面ＷＬの上を移動する。測量機２０は、ターゲット４２を自動追尾しながら、所定の間隔で、随時測距・測角を行い、各計測点における計測データを取得する。

【0073】

面計測器１４０の前輪１４４の回転軸上にターゲット４２の光学中心Ｃが配置されているため、前輪１４４が回転し、面計測器１４０が移動しても、面計測器１４０の姿勢にかかわらず、計測面ＷＬから光学中心Ｃまでの距離は一定（距離Ｔ）となる。計測面ＷＬの凹凸に沿って前輪１４４が移動するため、計測点の計測データから、計測面ＷＬの凹凸が算出される。

【0074】

面計測器１４０の走行中、測量機２０の計測データから移動方向や走行ルート、現在の所在地を、台車通信部Ｍ３を介して面計測器１４０にフィードバックして、所定のパターンで自動走行させるように構成させてもよい。例えば、計測面ＷＬの一方の側縁部から他方の側縁部までジグザグに走らせて、計測面ＷＬを網羅的に走行させることができる。基体１４３に検知センサを搭載して、面計測器１４０の走行時に障害物が検知された場合は、障害物を迂回するように構成してもよい。

【0075】

（変形例２：ターゲット）
図１０は、ターゲット４２の変形例を示す。測量機２０の測距・測角および追尾のターゲットであるターゲット４２は、上記形態に限られず、遠隔から自身の位置情報が取得可能なターゲットであり、取得される位置情報の中心が、車輪４４の回転軸上となるように、車輪４４の外側端面など、位置情報が取得可能に外部に露出して配置されていればよい。

【0076】

例えば、図９（Ａ１）～図９（Ａ３）に示すように、ターゲット４２は、複数のプリズムＰ１で構成されてもよい。複数のプリズムＰ１は車輪４４の外側端面に、車輪４４の回転軸を中心として各プリズムＰ１の光学中心Ｃ１が、同一円周上となるように、周方向に均等配置される。測量機２０の測距光は、複数のプリズムＰ１に同時に当たり、その平均値によって重心の位置が光学中心Ｃとして算出される。上記形態のターゲットにおいては、複数のプリズムＰ１は、車輪４４の回転軸を中心に均等配置されることから、その光学中心Ｃは、プリズムＰ１の数によらず、すべて車輪４４の回転軸上となる。

【0077】

また、例えば、図１０（Ｂ１）および図１０（Ｂ２）に示すように、ターゲット４２に、反射シートＰ２を用いてもよく、また樹脂製プリズム集合体Ｐ３を用いてもよい。反射シートＰ２および樹脂製プリズム集合体Ｐ３は、円形や矩形のシート状に構成される。ターゲット４２に反射シートＰ２は、複数のプリズムを有する光学ターゲットと同等であり、測量機２０の測距光は、複数の回帰プリズムに同時に当たり、その平均値により、計測値が算出される。反射シートＰ２および樹脂製プリズム集合体Ｐ３では、その形状中心がそのまま反射シートＰ２や樹脂製プリズム集合体Ｐ３の光学中心Ｃとなる。このため、反射シートＰ２および樹脂製プリズム集合体Ｐ３は、その形状中心が車輪４４の回転軸上となるように、車輪４４の外側端面に貼付けられる。

【0078】

さらに、ターゲット４２には、図１０（Ｃ１）および図１０（Ｃ２）に示すように、ＡＲマーカＰ４、ＱＲコード（登録商標）Ｐ５やバーコードなどの、マーカやコードを用いてもよい。これらマーカやコードは、その読み取り中心位置が、車輪４４の回転軸上となるようにして、車輪４４の外側端面に貼付けられる。

【0079】

また、測量機２０として３Ｄスキャナを使用し、ターゲットとして３Ｄスキャナ用形状物を用いることができる。３Ｄスキャナ用形状物は、例えば球、立方体、半休、円錐体などの形状物を用いて、これをスキャンした点群から所定位置を特定する。この所定位置を光学中心Ｃとして、車輪４４の回転軸上となるように配置する。
上記態様に限られず、ターゲットは、取得される位置情報の中心位置が、車輪４４の回転中心上となるように配置されればよい。

【0080】

（変形例３：操作棒）
図１１および図１２に面計測器４０の別の変形例を示す。

【0081】

図１１（Ａ）に示す面計測器２４０においては、操作棒２４１が、基体４３に対して回動可能に支持されている。このため、作業者は、車輪４４や基体４３の姿勢を自分の作業しやすい状態にして計測することができる。操作棒２４１の回転軸が、車輪４４の回転軸と平行であると、基体４３の姿勢を作業者が把握しやすく好ましい。図１１（Ｂ）に示す面計測器３４０および図１１（Ｃ）に示す面計測器４４０においては、それぞれ操作棒３４１，４４１は、操作棒の中心軸に対して回動可能な第１ジョイントおよび第１ジョイントに直交する回動可能な第２ジョイントを備えている。二つのジョイントにより、操作棒３４１，４４１は、直交２軸で回動可能である。操作棒３４１，４４１は、一方の回転軸が車輪４４の回転軸と平行となるようにして、基体４３に支持されている。操作棒が２軸に回動可能であるため、作業者が操作しやすい。

【0082】

また、操作棒４１は基体４３に、バネなどの伸縮自在な構造で接続されていてもよい。操作棒４１が伸縮自在に構成されてもよい。

【0083】

図１２（Ａ）に示す面計測器５４０は、１つの車輪４４だけを備える。１つの車輪４４は、外側端面にターゲット４２が取付けられ、内側端面側で、基体５４３の側面に回動可能に支持される。棒状の操作棒５４１は、その中心軸の延長がターゲット４２の光学中心Ｃを通過するようにして、基体５４３に取付けられる。このため、作業者は光学中心Ｃ、すなわち面計測器５４０の計測点を認識して作業を行うことができる。基体５４３と操作棒５４１を一体化して、１つの部品としてもよい。

【0084】

図１２（Ｂ）に示す面計測器６４０は、車輪４４が基体６４３に挟持されて、基体６４２の内側に回動可能に支持されている。そのため、外部に露出するのは車輪４４の外側端面でなく、基体６４３の側面である。ターゲット４２は、光学中心Ｃが車輪４４の回転軸上となるように、基体６４２の側面に固定されている。計測面ＷＬに接して車輪４４が回転しても、相対的に６４３が車輪４４の回転軸で回転しても、ターゲット４２の光学中心Ｃは車輪４４の回転軸上にあり、計測面ＷＬから光学中心Ｃまでの距離は一定（距離Ｔ）に保たれる。このように、移動する車輪４４の回転軸上に常に光学中心Ｃが配置されれば、ターゲットの固定場所はどこであっても問題なく、車輪に限られず、基体や操作棒でもよい。

【0085】

また、測量機２０により追尾によりターゲット４２を追尾することは必須ではなく、手動でターゲット４２を計測してもよく、計測データが疎であっても構わない。例えば、内枠の内周面を計測する場合、最低限、内枠の角部のみを手動で計測することで、内枠の形状を計測することができる。

【0086】

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0087】

１：面計測システム、２０：測量機、４０：面計測器、４２：ターゲット、４３：基体、４４：車輪（円柱体）、Ｃ：光学中心、ＷＬ：計測面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】