特開 2024-6489 形状計測装置及び形状計測方法

(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】P2024006489

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】形状計測装置及び形状計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20240110BHJP

   G01C 7/06 20060101ALI20240110BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 B

G01C7/06

G01C15/00 104A

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107394

(22)【出願日】2022-07-01

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】595160927

【氏名又は名称】計測技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100170025

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 一

(72)【発明者】

【氏名】橋村 義人

(72)【発明者】

【氏名】藤原 祥持

(72)【発明者】

【氏名】藤原 伸輝

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065AA53

2F065BB08

2F065CC40

2F065DD06

2F065EE05

2F065FF11

2F065GG04

2F065HH04

2F065JJ01

2F065LL62

2F065MM16

2F065PP22

2F065QQ03

2F065QQ17

2F065QQ21

2F065QQ28

2F065QQ41

2F065UU05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】校正作業を容易に行い、精度の高い形状測定装置及び形状計測方法を提供する。
【解決手段】第一点測定制御部１０１は、円筒回転部１１の円筒部１１ａを基準円筒角度α１まで回転させるとともに、ミラー回転部１３の円柱部１３ａを基準ミラー角度β１まで回転させ、レーザ光Ｌを照射してミラー１４におけるレーザ光の反射点Ｒから、内空の第一点Ａの位置を測定する。第一回転制御部１０２は、円筒部１１ａを基準円筒角度α１から１８０度まで回転させる。第二回転制御部１０３は、円柱部１３ａを基準ミラー角度β１から１８０度まで回転させる。第二点測定制御部１０４は、円筒部１１ａが１８０度だけ回転されて、且つ、円柱部１３ａが１８０度だけ回転された後に、レーザ光Ｌを照射し、ミラー１４におけるレーザ光Ｌの反射点Ｒから、内空の第二点Ｂの位置を測定する。補正制御部１０５は、円筒部１１ａの回転動作と円柱部１３ａの回転動作とを補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面台に固定され、レーザ光の起点からレーザ光が照射された照射点までの距離を測定可能なレーザ距離測定部と、
前記平面台の端部に設置され、回転可能な円筒部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と一致させている円筒回転部と、
第一の面が、前記レーザ光が通過する通過孔を有し、前記レーザ光が出射する円筒回転部の円筒部の端部に固定され、第二の面が、円筒孔を有し、前記第一の面に対して直角方向に曲げられている保持部と、
前記第二の面に固定され、回転可能な円柱部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と交差させた状態で、前記円柱部の端部を前記円筒孔に回転可能に装着させているミラー回転部と、
前記円柱部の端部に固定され、反射面を前記円柱部の回転軸の延長線上に配置して、前記レーザ距離測定部からのレーザ光を反射するミラーと、
前記円筒部を所定の基準円筒角度まで回転させるとともに、前記円柱部を所定の基準ミラー角度まで回転させて、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、内空の所定の第一点の位置を測定する第一測定制御部と、
前記円筒部を前記基準円筒角度から１８０度まで回転させる第一回転制御部と、
前記円柱部を前記基準ミラー角度から、前記円筒部の端部から出射したレーザ光を対称線として線対称となる反転角度まで回転させる第二回転制御部と、
前記円筒部が１８０度だけ回転されて、且つ、前記円柱部が前記反転角度だけ回転された後に、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、前記内空の所定の第二点の位置を測定する第二点測定制御部と、
前記第二点の位置が前記第一点の位置に一致するように、前記基準円筒角度から１８０度までの円筒部の回転動作と、前記基準ミラー角度から反転角度までの円柱部の回転動作とを補正する補正制御部と、
を備える形状測定装置。

【請求項2】

前記補正制御部は、前記第二点の位置と前記第一点の位置との前記円筒部の回転方向の差分と、前記第二点の位置と前記第一点の位置との前記円柱部の回転方向の差分とを算出し、前記円筒部の回転方向の差分が所定の第一の閾値内で、且つ、前記円柱部の回転方向の差分が所定の第二の閾値内であるか否かを判定し、
前記円筒部の回転方向の差分が所定の第一の閾値内で、且つ、前記円柱部の回転方向の差分が所定の第二の閾値内である場合は、前記補正制御部は、補正処理を実行せず、
前記円筒部の回転方向の差分が所定の第一の閾値を超える場合は、前記補正制御部は、前記円筒部の回転動作を補正し、
前記円柱部の回転方向の差分が所定の第二の閾値を超える場合は、前記補正制御部は、前記円柱部の回転動作を補正する、
請求項１に記載の形状測定装置。

【請求項3】

前記補正制御部は、前記第二点の位置と前記第一点の位置との前記円筒部の回転方向の差分と、前記第二点の位置と前記第一点の位置との前記円柱部の回転方向の差分とを算出し、前記第一点又は前記第二点の位置の測定でのミラーにおけるレーザ光の反射点からレーザ光の照射点までの半径距離と、前記円筒部の回転方向の差分とを用いて、前記円筒部の回転動作の補正値を算出し、前記半径距離と、前記円柱部の回転方向の差分とを用いて、前記円柱部の回転動作の補正値を算出することで、前記円筒部の回転動作と、前記円柱部の回転動作とを補正する、
請求項１に記載の形状測定装置。

【請求項4】

平面台に固定され、レーザ光の起点からレーザ光が照射された照射点までの距離を測定可能なレーザ距離測定部と、
前記平面台の端部に設置され、回転可能な円筒部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と一致させている円筒回転部と、
第一の面が、前記レーザ光が通過する通過孔を有し、前記レーザ光が出射する円筒回転部の円筒部の端部に固定され、第二の面が、円筒孔を有し、前記第一の面に対して直角方向に曲げられている保持部と、
前記第二の面に固定され、回転可能な円柱部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と交差させた状態で、前記円柱部の端部を前記円筒孔に回転可能に装着させているミラー回転部と、
前記円柱部の端部に固定され、反射面を前記円柱部の回転軸の延長線上に配置して、前記レーザ距離測定部からのレーザ光を反射するミラーと、
を備える形状測定装置の形状測定方法であって、
前記円筒部を所定の基準円筒角度まで回転させるとともに、前記円柱部を所定の基準ミラー角度まで回転させて、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、内空の所定の第一点の位置を測定する第一測定制御工程と、
前記円筒部を前記基準円筒角度から１８０度まで回転させる第一回転制御工程と、
前記円柱部を前記基準ミラー角度から１８０度まで回転させる第二回転制御工程と、
前記円筒部が１８０度だけ回転されて、且つ、前記円柱部が１８０度だけ回転された後に、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、前記内空の所定の第二点の位置を測定する第二点測定制御工程と、
前記第二点の位置が前記第一点の位置に一致するように、前記基準円筒角度から１８０度までの円筒部の回転動作と、前記基準ミラー角度から１８０度までの円柱部の回転動作とを補正する補正制御工程と、
を備える形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状計測装置及び形状計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、トンネル、地下大空洞、建物、大型の円筒管等の内空の断面形状を測定するための技術は多数存在する。ここで、内空断面形状の測定にレーザ距離計が使用されている。レーザ距離計とは、レーザ光を用いて距離を測定する測定器であって、レーザ光を対象物（目標物）に当てることで、当該レーザ光の起点（発信源）から対象物の照射点（測点）で反射して当該起点に戻ってくるまでの時間を距離に換算し、レーザ光の起点から対象物の照射点までの距離を測定する装置である。

【0003】

さて、例えば、特開２００１－２５５１４４号公報（特許文献１）には、トンネル内に設置して、その内形状を計測するための計測装置が開示されている。この装置は、光学式測距手段と、投光方向可変手段と、回転変位検出手段と、回動手段と、回動変位検出手段と、測距制御手段と、作動制御手段と、演算手段とを備える。光学式測距手段は、トンネルの内壁に向かってパルス光を投光し、その投光方向に沿って戻ってきた反射光を検出して、該パルス光の往復時間に基づいて測定点までの距離を求める。投光方向可変手段は、測距手段によるパルス光の投光方向を、予め設定した回転軸線の周りを周回するように変化させる。回転変位検出手段は、投光方向可変手段による投光方向の回転変位量を検出する。回動手段は、測距手段を、回転軸線の方向が該回転軸線に直交する直交軸線の周りに変化するように回動させる。回動変位検出手段は、回動手段による測距手段の回動変位量を検出する。測距制御手段は、測距手段を所定期間毎に作動させる。作動制御手段は、投光方向が回転軸線の周りに少なくとも１周、変化する間に、測距手段が直交軸線の周りに所定角度だけ回動するように、投光方向可変手段及び回動手段をそれぞれ作動させる。演算手段は、測距手段の作動に対応するように該測距手段、回転変位検出手段及び回動変位検出手段からの信号をそれぞれ入力し、該各信号値に基づいてトンネル内壁上の各測定点の座標を演算する。これにより、光学式測距手段による測距の方向を予め設定した回転軸線の周りに周回させながら、該回転軸線に直交する直交軸線の周りに測距手段自体を回動させることにより、トンネルの内壁上の多数の測定点の座標データを自動的に採取することが出来るとしている。又、従来までと比べて格段に多い測定点の座標データを短時間で採取することができるようになり、この多数の測定点の座標データに基づいて、トンネルの内形状を必要かつ十分な精度で把握することが出来るとしている。

【0004】

又、特開２００２－８１９３５号公報（特許文献２）には、エレベータの寸法測定装置が開示されている。この装置は、距離計と、反射体と、中空回転機構と、演算制御装置とを備える。距離計は、エレベータかご上に設置され、自装置からエレベータ昇降路内の被測定対象物までの距離を光波を用いて測定する。反射体は、距離計から出射される光波及び被測定対象物に反射して戻ってくる反射光を反射させる。中空回転機構は、反射体に入出力する光波及び反射波を通過させ、反射体を回転させる。演算制御装置は、距離計及び中空回転機構の制御並びに取得データの演算処理を行う。これにより、中空回転機構によって反射体を３６０度以上の任意の角度、自由に回転させながら昇降路内のエレベータの周囲に存在する壁面間寸法やレールゲージ寸法等を自動的に測定出来るとしている。

【0005】

又、特開２０１８－２１３２７号公報（特許文献３）には、シールドマシンによって円筒壁状に組み立てたセグメントの内周面の真円度を計測する真円度計測装置が開示されている。この装置は、距離検出部と、走査部と、回転角度検出部と、真円度算出部と、を備える。距離検出部は、レーザ光を照射し対象物で反射された反射光を受光して対象物までの距離を検出する。走査部は、セグメントの内周面とシールドマシンの軸心と直交する仮想平面とが交差することで形成される環状の交差線に沿ってレーザ光が照射されるように距離検出部から照射されたレーザ光をシールドマシンの軸心に沿って延在する第１の軸線の回りに回転走査させると共に、回転走査されたレーザ光がセグメントの内周面で反射された反射光をレーザ光の光路と同一の光路を介して距離検出部に導く。回転角度検出部は、回転走査されるレーザ光の第１の軸線の回りの回転角度を検出する。真円度算出部は、距離検出部で検出された距離と、回転角度検出部で検出された回転角度とに基いて、環状の交差線がなす楕円を特定し、特定した楕円に基いて内周面の真円度を算出する。これにより、作業員による測定作業が不要となるため、真円度の測定効率の向上を図り、作業員の身体的な負担の軽減を図る上で有利となるとしている。

【0006】

一方、本出願人は、特開２０１５－４２９７４号公報（特許文献４）に示すように、内空断面形状を測定する内空断面形状測定装置を特許出願して、権利化している。この内空断面形状測定装置では、レーザ距離測定部と、円筒回転部と、反射部と、断面形状算出部と、第一傾斜調整部と、第二傾斜調整部と、を備える。レーザ距離測定部は、固定面を水平状態とする平面台に固定され、水平に対応する、円筒部の内空の中心軸に沿ってレーザ光を通過させ、当該レーザ光の起点から当該レーザ光が反射した対象物の第一の反射点までの測定距離を測定する。円筒回転部は、平面台の端部に固定され、円筒部の内空の中心軸を回転軸とし、予め設定された基準角度から所定の回転角度ごとに、当該円筒部をレーザ光の周方向に回転させる。反射部は、円筒部のうち、レーザ光が出射する円筒部の端部に直接固定されて外部に突出し、当該出射したレーザ光を、出射する前のレーザ光の進行方向に対して直角に第二の反射点で反射させ、対象物に第一の反射点で反射させて、第二の反射点を介して、起点に戻らせることで、起点から第二の反射点を介して第一の反射点までの間のレーザ光の光路を同じとする。断面形状算出部は、円筒部の複数の回転角度と、回転角度ごとに測定される測定距離とに基づいて、第二の反射点を中心とし、回転角度におけるレーザ光の反射部の第二の反射点から当該レーザ光の対象物の第一の反射点までの半径距離を半径とし、中心から半径距離までの回転角度ごとの点を線で結合した内空の断面形状を算出する。第一傾斜調整部は、円筒回転部と平面台との間に設けられ、当該円筒回転部の固定面を傾斜可能であり、内空断面形状を測定する際に調整される。第二傾斜調整部は、円筒部の端部と反射部との間に設けられ、当該反射部の固定面を傾斜可能であり、内空断面形状を測定する際に調整される。これにより、簡単な構成であるにもかかわらず、内空断面形状を精度高く測定することが可能となるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００１－２５５１４４号公報

【特許文献2】特開２００２－８１９３５号公報

【特許文献3】特開２０１８－２１３２７号公報

【特許文献4】特開２０１５－４２９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ここで、ミラーを設置した円筒回転部の円筒部でレーザ距離計のレーザ光を回転させる内空断面形状計測装置を現場で使用する場合は、そのレーザ光が正しく１８０度回転するかどうかを確かめる校正作業が必要になる。この校正作業では、先ず、測定者が、現場の内空の中心付近の位置に装置を設置し、装置を中心として装置の両側に一直線上に存在する二つの基準点（第一基準点、第二基準点）を設定する。次に、測定者は、円筒部を回転させて、レーザ距離計のレーザ光を第一基準点に照射させて、円筒部の回転動作を確認する。更に、測定者は、この円筒部を１８０度回転させて、今度は、レーザ距離計のレーザ光を第二基準点に照射させて、レーザ光が正しく第二基準点に照射されるかを確認する。

【0009】

ここで、レーザ光が第二基準点に照射されない場合、装置の測定精度が悪化する。レーザ光が第二基準点に正しく照射されない原因は、三つ考えられている。一つ目の原因は、円筒部が正しく１８０度回転していない場合である。この場合は、レーザ光の光軸と円筒部の回転軸が一致していないため、円筒部の回転動作や円筒部の位置を調整する必要がある。二つ目の原因は、第二基準点の設定が正しくされていない場合である。三つ目の原因は、装置が正しく設置されていない場合である。このように三つの原因が考えられるため、仮に、レーザ光が第二基準点に正しく照射されていない場合、現場では、測定者が三つの原因を一つ一つ確認して、校正作業を行っていた。

【0010】

しかしながら、この校正作業には多大な時間や手間が掛かるという課題がある。又、全ての原因を校正すること自体が困難であり、レーザ光の照射点が第二基準点から微妙にずれていた場合、そのずれの原因を解明することも困難であるという課題がある。更に、例えば、円筒部の調整位置と装置の設置位置が互いに逆にずれることで、見かけ上、レーザ光の照射点が第二基準点に一致することもあるが、両者がずれていることには変わらないことから、結局、他の回転角度での測定点に誤差が生じるという課題がある。そして、校正作業が適切に行われないと、次の内空断面形状の測定に進むことが出来ないため、測定者が半日以上掛けて校正作業を行う場合もあり、内空断面形状の測定においてネックとなる工程であった。又、この校正作業が適切にされなかった場合、内空断面形状の測定精度が悪化するという課題がある。上述では、装置を中心として両側の２方向を校正用スペースとしているが、更に、直交方向の２方向の校正用スペースが必要であり、合計４方向の校正用スペースが必要となり、場所を要するという課題がある。このような課題に対して特許文献１－４に記載の技術では、解決することは出来ない。

【0011】

そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、校正作業を容易に行い、形状の測定を精度高く行うことが可能な形状測定装置及び形状計測方法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】

【0012】

本発明に係る形状測定装置は、レーザ距離測定部と、円筒回転部と、保持部と、ミラー回転部と、ミラーと、第一測定制御部と、第一回転制御部と、第二回転制御部と、第二点測定制御部と、補正制御部と、を備える。レーザ距離測定部は、平面台に固定され、レーザ光の起点からレーザ光が照射された照射点までの距離を測定可能である。円筒回転部は、前記平面台の端部に設置され、回転可能な円筒部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と一致させている。保持部は、第一の面が、前記レーザ光が通過する通過孔を有し、前記レーザ光が出射する円筒回転部の円筒部の端部に固定され、第二の面が、円筒孔を有し、前記第一の面に対して直角方向に曲げられている。ミラー回転部は、前記第二の面に固定され、回転可能な円柱部の回転軸を前記レーザ距離測定部からのレーザ光と交差させた状態で、前記円柱部の端部を前記円筒孔に回転可能に装着させている。ミラーは、前記円柱部の端部に固定され、反射面を前記円柱部の回転軸の延長線上に配置して、前記レーザ距離測定部からのレーザ光を反射する。第一測定制御部は、前記円筒部を所定の基準円筒角度まで回転させるとともに、前記円柱部を所定の基準ミラー角度まで回転させて、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、内空の所定の第一点の位置を測定する。第一回転制御部は、前記円筒部を前記基準円筒角度から１８０度まで回転させる。第二回転制御部は、前記円柱部を前記基準ミラー角度から、前記円筒部の端部から出射したレーザ光を対称線として線対称となる反転角度まで回転させる。第二測定制御部は、前記円筒部が１８０度だけ回転されて、且つ、前記円柱部が前記反転角度だけ回転された後に、前記レーザ光を照射させることで、前記ミラーにおけるレーザ光の反射点から、前記内空の所定の第二点の位置を測定する。補正制御部は、前記第二点の位置が前記第一点の位置に一致するように、前記基準円筒角度から１８０度までの円筒部の回転動作と、前記基準ミラー角度から反転角度までの円柱部の回転動作とを補正する。

【0013】

本発明に係る形状測定方法は、レーザ距離測定部と、円筒回転部と、保持部と、ミラー回転部と、ミラーと、を備える形状測定装置の形状測定方法であって、第一測定制御工程と、第一回転制御工程と、第二回転制御工程と、第二点測定制御工程と、補正制御工程と、を備える。形状測定方法の各制御工程は、形状測定装置の各制御部に対応する。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る形状測定装置及び形状計測方法によれば、校正作業を容易に行い、形状の測定を精度高く行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る形状測定装置の概略図と機能ブロック図である。

【図2】本発明に係る形状測定装置の平面図と、正面側斜視図と、右側面図と、背面側斜視図と、である。

【図3】本発明に係る形状測定装置の円筒部の回転と円柱部の回転の際の正面図と、右側面図と、である。

【図4】本発明に係る形状測定方法の実行手順を示すためのフローチャートである。

【図5】本発明に係る形状測定装置の第一点の位置の測定の際の正面視断面図と、正面図と、平面図（図５Ａ）と、円筒部の１８０度回転の際の正面視断面図と、正面図と、平面図（図５Ｂ）と、である。

【図6】円柱部の１８０度回転の際の正面視断面図と、正面図と、平面図（図６Ａ）と、第一点の位置と第二点の位置との差異におけるｘｙ平面と、正面図と、平面図（図６Ｂ）と、である。

【図7】本発明に係る形状測定装置の測定角度β０が０度の際の形状の測定の一例を示す背面側斜視図（図７Ａ）と、測定角度β０が３０度の際の形状の測定の一例を示す背面側斜視図（図７Ｂ）と、である。

【図8】基準ミラー角度β１が２０度で、反転角度β２が１４０度の場合の円柱部の回転と円筒部の回転の一例を示す平面図（図８Ａ）と、基準ミラー角度β１が３４０度で、反転角度β２が２２０度の場合の円柱部の回転と円筒部の回転の一例を示す平面図（図８Ｂ）と、である。

【図9】カバー部と透過部とを設けた形状測定装置における第一の回転角度での回転と第二の回転角度での回転と内部構成の一例を示す斜視図である。

【図10】トンネル切羽の面に対して形状測定装置を応用した場合の一例を示す装置側とトンネル側の斜視図である。

【図11】実施例における円筒部の回転の一例を示す斜視図（図１１Ａ）と、円柱部の回転の一例を示す斜視図（図１１Ｂ）と、である。

【図12】測定値のバラつきの確認試験の一例を示す概略図である。

【図13】測定値のバラつきの確認試験の結果を示す表である。

【図14】測定値の精度の確認試験の一例を示す概略図である。

【図15】測定値の精度の確認試験の結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る形状測定装置の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

【0017】

本発明に係る形状測定装置１は、図１、図２に示すように、レーザ距離測定部１０と、円筒回転部１１と、保持部１２と、ミラー回転部１３と、ミラー１４（反射部）と、制御装置１５と、を備える。

【0018】

ここで、レーザ距離測定部１０は、平面台１０ａに固定され、レーザ光Ｌの起点Ｓからレーザ光Ｌが照射された照射点Ｐまでの距離を測定可能である。円筒回転部１１は、平面台１０ａの端部に設置され、回転可能な円筒部１１ａの回転軸１１ｂをレーザ距離測定部１０からのレーザ光Ｌ（光軸）と一致させている。

【0019】

又、保持部１２は、第一の面１２ａが、レーザ光Ｌが通過する通過孔を有し、レーザ光Ｌが出射する円筒回転部１１の円筒部１１ａの端部に固定され、第二の面１２ｂが、円筒孔を有し、第一の面１２ａに対して直角方向に曲げられている。ここで、保持部１２の第一の面１２ａと第二の面１２ｂとは、Ｌ字状に構成され、第二の面１２ｂは、第一の面１２ａから通過するレーザ光に沿って設けられている。

【0020】

又、ミラー回転部１３は、保持部１２の第二の面１２ｂに固定され、回転可能な円柱部１３ａの回転軸１３ｂをレーザ距離測定部１０からのレーザ光Ｌ（光軸）と交差させた状態で、円柱部１３ａの端部を第二の面１２ｂの円筒孔に回転可能に装着させている。

【0021】

又、ミラー１４は、ミラー回転部１３の円柱部１３ａの端部に固定され、反射面１４ａを円柱部１３ａの回転軸１３ｂの延長線上に配置して、レーザ距離測定部１０からのレーザ光Ｌを反射する。

【0022】

又、制御装置１５は、レーザ距離測定部１０と、円筒回転部１１と、ミラー回転部１３とのそれぞれに接続され、各部を制御する。制御装置１５は、レーザ距離測定部１０からレーザ光Ｌを照射させて、レーザ光Ｌの起点Ｓからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの距離を測定する。又、制御装置１５は、円筒回転部１１の円筒部１１ａを回転させて、円筒部１１ａの端部に固定された保持部１２を回転させる。更に、制御装置１５は、ミラー回転部１３の円柱部１３ａを回転させて、円柱部１３ａの端部に固定されたミラー１４を回転させる。

【0023】

ここで、図２に示すように、レーザ距離測定部１０のレーザ光Ｌの起点Ｓからミラー１４の反射点Ｒまでの固定距離ｄ１は、装置の組み立て後に固定されることから、レーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３は、レーザ光Ｌの起点Ｓからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの測定距離ｄ２から固定距離ｄ１を減算することで算出することが出来る。

【0024】

そして、本発明に係る形状測定装置１では、円筒回転部１１の円筒部１１ａの回転動作とミラー回転部１３の円柱部１３ａの回転動作とを用いてレーザ光Ｌを２軸に回転させることが出来る。

【0025】

ここで、半径距離ｄ３と反射点Ｒからの照射点Ｐの位置との関係を説明する。図１－図３に示すように、レーザ距離測定部１０の起点Ｓからレーザ光Ｌの進行方向をｘ軸方向とし、レーザ光Ｌの進行方向に対して直角で上側の方向をｙ軸方向とし、レーザ光Ｌの進行方向に対して直角で右側の方向をｚ軸方向とする。

【0026】

そして、ｙ軸方向を基準とし、レーザ光Ｌが、ｙ軸方向から右側に（逆時計回りに）ｚ軸方向に向かって回転した場合の回転角度を第一の回転角度α（度）とすると、レーザ光Ｌの反射点Ｒに対するレーザ光Ｌの照射点Ｐのｙ座標値とｚ座標値は、下記の式（１）（２）のようになる。

【0027】

ｙ＝ｄ３×ｃｏｓα ・・・（１）
ｚ＝ｄ３×ｓｉｎα ・・・（２）

【0028】

尚、第一の回転角度αが０度の場合は、レーザ光Ｌ（光軸）はｙ軸方向に一致し、第一の回転角度αが９０度の場合は、レーザ光Ｌ（光軸）はｚ軸方向に一致する。

【0029】

又、レーザ光Ｌが、ｙ軸方向から右側に（逆時計回りに）ｘ軸方向に向かって回転した場合の角度を第二の回転角度β（度）とすると、レーザ光Ｌの反射点Ｒに対するレーザ光Ｌの照射点Ｐのｙ座標値とｘ座標値は、下記の式（３）（４）のようになる。

【0030】

ｙ＝ｄ３×ｃｏｓβ ・・・（３）
ｘ＝ｄ３×ｓｉｎβ ・・・（４）

【0031】

尚、第二の回転角度βが０度の場合は、レーザ光Ｌ（光軸）はｙ軸方向に一致し、第二の回転角度βが９０度の場合は、レーザ光Ｌ（光軸）はｘ軸方向に一致する。

【0032】

ここで、制御装置１５は、レーザ光Ｌの起点Ｓからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの測定距離ｄ２を測定して、測定距離ｄ２から固定距離ｄ１を減算した半径距離ｄ３を算出し、円筒部１１ａの第一の回転角度αと、円柱部１３ａの第二の回転角度βと、これらの式（１）－（４）を用いて、レーザ光Ｌの反射点Ｒに対するレーザ光Ｌの照射点Ｐの位置（ｘ座標値、ｙ座標値、ｚ座標値）を算出することが可能となる。

【0033】

さて、制御装置１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等を内蔵しており、ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等に記憶されているプログラムを実行する。又、後述する各制御部についても、ＣＰＵがプログラムを実行することで、各制御部を実現する。

【0034】

次に、図１－図８を参照しながら、本発明の実施形態に係る構成及び実行手順について説明する。先ず、測定者が、形状測定装置１を携帯して、内空の断面又は表面の形状を測定したい現場の内空へ訪問する。次に、測定者が、図５Ａに示すように、形状測定装置１を現場の内空５の中心近傍の位置に設置して、形状測定装置１の制御装置１５の電源を投入する。すると、制御装置１５が起動して、形状の測定準備に移行する。

【0035】

ここで、測定者が、形状測定装置１の校正作業を行うために、校正キーを制御装置１に入力すると（図４：Ｓ１０１ＹＥＳ）、制御装置１５の第一点測定制御部１０１は、円筒回転部１１の円筒部１１ａを所定の基準円筒角度α１まで回転させるとともに、ミラー回転部１３の円柱部１３ａを所定の基準ミラー角度β１まで回転させて、レーザ光Ｌを照射させることで、ミラー１４におけるレーザ光の反射点Ｒから、内空の所定の第一点Ａの位置を測定する（図４：Ｓ１０２）。

【0036】

ここで、第一点測定制御部１０１の測定方法に特に限定は無いが、例えば、図５Ａに示すように、第一点測定制御部１０１が、円筒回転部１１の円筒部１１ａを所定の基準円筒角度α１（ここでは、９０度、レーザ光がｙ軸方向からｚ軸方向に向かって直角）まで回転させることで、レーザ光Ｌをｙ軸方向に一致させる。次に、第一点測定制御部１０１が、ミラー回転部１３の円柱部１３ａを所定の基準ミラー角度β１（ここでは、０度）まで回転させることで、レーザ光Ｌをｚ軸方向に一致させる。そして、第一点測定制御部１０１は、レーザ距離測定部１０からレーザ光Ｌを照射して、測定距離ｄ２を測定し、半径距離ｄ３を算出し、基準円筒角度α１と、基準ミラー角度β１と、これらの式（１）－（４）を用いて、第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）を算出する。

【0037】

さて、第一点測定制御部１０１の測定が完了すると、次に、制御装置１５の第一回転制御部１０２は、円筒回転部１１の円筒部１１ａを基準円筒角度α１から１８０度まで回転させる（図４：Ｓ１０３）。

【0038】

ここで、第一回転制御部１０２の回転方法に特に限定は無いが、例えば、図５Ｂに示すように、第一回転制御部１０２が、円筒部１１ａを、基準円筒角度α１から１８０度だけ加算した校正円筒角度α２まで回転させる。つまり、第一回転制御部１０２は、円筒部１１ａを１８０度回転させる。ここで、円筒部１１ａの回転方向に特に限定は無いが、図５Ｂに示すように、ｚ軸方向に対して逆時計回りの方向でも良いし、時計回りの方向でも構わない。

【0039】

さて、第一回転制御部１０２の回転が完了すると、次に、制御装置１５の第二回転制御部１０３は、ミラー回転部１３の円柱部１３ａを基準ミラー角度β１から、円筒部１１ａの端部から出射したレーザ光Ｌを対称線として線対称となる反転角度β２まで回転させる（図４：Ｓ１０４）。

【0040】

ここで、第二回転制御部１０３の回転方法に特に限定は無いが、例えば、図６Ａに示すように、基準ミラー角度β１が０度の場合、円筒部１１ａの端部から出射したレーザ光Ｌを対称線として線対称となる反転角度β２は、１８０度となる。そこで、第二回転制御部１０３が、円柱部１３ａを、基準ミラー角度β１から１８０度だけ加算した校正ミラー角度β２を反転角度として、この校正ミラー角度β２まで回転させる。つまり、第二回転制御部１０３は、円柱部１３ａを１８０度回転させる。ここで、反転角度β２は、基準ミラー角度β１に対して、円筒部１１ａの端部から出射したレーザ光Ｌを対称線として線対称となる角度であれば、特に限定は無い。又、円柱部１３ａの回転方向に特に限定は無いが、図６Ａに示すように、ｘ軸方向に対して時計回りの方向でも良いし、逆時計回りの方向でも構わない。

【0041】

このように、第一回転制御部１０２が円筒部１１ａを１８０度だけ回転させるとともに、第二回転制御部１０３が円柱部１３ａを反転角度β２（ここでは、１８０度）だけ回転させることで、レーザ光Ｌは、第一点Ａの位置と同じ位置に戻ってくることになる。尚、上述では、第一回転制御部１０２が円筒部１１ａを回転させた後に（図４：Ｓ１０３）、第二回転制御部１０３が円柱部１３ａを回転させたが（図４：Ｓ１０４）、レーザ光Ｌが第一点Ａの位置と同じ位置に戻ってくれば良いため、上述とは逆に、第二回転制御部１０３が円柱部１３ａを回転させた後に、第一回転制御部１０２が円筒部１１ａを回転させても構わない。

【0042】

さて、第二回転制御部１０３の回転が完了すると、次に、制御装置１５の第二点測定制御部１０４は、円筒部１１ａが１８０度だけ回転されて、且つ、円柱部１３ａが反転角度β２（ここでは、１８０度）だけ回転された後に、レーザ光Ｌを照射させることで、ミラー１４におけるレーザ光Ｌの反射点Ｒから、内空５の所定の第二点Ｂの位置を測定する（図４：Ｓ１０５）。

【0043】

ここで、第二点測定制御部１０４の測定方法に特に限定は無いが、例えば、図６Ａに示すように、第二点測定制御部１０４が、レーザ距離測定部１０からレーザ光Ｌを照射して、測定距離ｄ２を測定し、半径距離ｄ３を算出し、校正円筒角度α２と、校正ミラー角度β２（反転角度）と、これらの式（１）－（４）を用いて、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）を算出する。

【0044】

さて、第二点測定制御部１０４の測定が完了すると、次に、制御装置１５の補正制御部１０５は、第二点Ｂの位置が第一点Ａの位置に一致するように、基準円筒角度α１から校正円筒角度α２（ここでは、１８０度）までの円筒部１１ａの回転動作と、基準ミラー角度β１から反転角度β２（校正ミラー角度）（ここでは、１８０度）までの円柱部１３ａの回転動作とを補正する。

【0045】

ここで、補正制御部１０５の補正方法に特に限定は無いが、例えば、補正制御部１０５は、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）が第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）と一致するか否かを判定する（図４：Ｓ１０６）。

【0046】

ここで、補正制御部１０５の判定方法に特に限定は無いが、例えば、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）と第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）とは、図６Ｂに示すように、ｘ軸方向とｙ軸方向で構成されるｘｙ平面上に配置される。つまり、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）と第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）との差分は、円筒部１１ａの回転方向（ここでは、ｙ軸方向）の差分と、円柱部１３ａの回転方向（ここでは、ｘ軸方向）の差分で構成される。そこで、補正制御部１０５は、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）と第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）とのｘ軸方向の差分（ｄｘ＝ｘｂ－ｘａ）と、ｙ軸方向の差分（ｄｙ＝ｙｂ－ｙａ）とを算出する。そして、補正制御部１０５は、ｙ軸方向の差分ｄｙが所定のｙ軸方向の閾値ｄｙ０内で、且つ、ｘ軸方向の差分ｄｘが所定のｘ軸方向の閾値ｄｘ０内であるか否かを判定する。

【0047】

判定の結果、ｙ軸方向の差分ｄｙがｙ軸方向の閾値ｄｙ０内で、且つ、ｘ軸方向の差分ｄｘがｘ軸方向の閾値ｄｘ０内である場合、補正制御部１０５は、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）が第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）と一致すると判定し（図４：Ｓ１０６ＹＥＳ）、特に、補正処理を実行しない。

【0048】

一方、判定の結果、ｙ軸方向の差分ｄｙがｙ軸方向の閾値ｄｙ０を超えている場合、又は、ｘ軸方向の差分ｄｘがｘ軸方向の閾値ｄｘ０を超えている場合、補正制御部１０５は、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）が第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）と一致しないと判定し（図４：Ｓ１０６ＮＯ）、第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）が第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）と一致するように、円筒部１１ａの回転動作、又は、円柱部１３ａの回転動作とを補正する（図４：Ｓ１０７）。

【0049】

ここで、補正制御部１０５の補正方法に特に限定は無いが、例えば、ｙ軸方向の差分ｄｙがｙ軸方向の閾値ｄｙ０を超えている場合、円筒部１１ａが１８０度回転したとしても、正しく１８０度回転していないため、ｙ軸方向の差分ｄｙが発生する。そこで、補正制御部１０５は、第一点Ａ（又は第二点Ｂ）の位置の測定でのミラー１４におけるレーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３と、ｙ軸方向の差分ｄｙとを用いて、ｙ軸方向の角度差分ｄαを、下記の式（５）で算出する。

【0050】

ｄα＝ｔａｎ^－１（ｄｙ／ｄ３） ・・・（５）

【0051】

そして、補正制御部１０５は、角度差分ｄαを用いて、円筒部１１ａの回転動作Ｙの補正値ａｙを、下記の式（６）で算出する。

【0052】

ａｙ＝（１８０－ｄα）／１８０ ・・・（６）

【0053】

補正値ａｙは、１８０度から角度差分ｄαを減算した減算値に１８０度を除算した除算値となる。補正制御部１０５は、円筒部１１ａの回転動作Ｙに対して補正値ａｙを乗算することで、円筒部１１ａの回転動作Ｙを補正することが出来る。これにより、円筒部１１ａが１８０度回転した際に、補正値ａｙを用いて円筒部１１ａを正しく１８０度回転させることが可能となる。尚、上述では、度（度数法）に基づいているが、ラジアン(弧度法)に基づいても構わない。以下、同様である。

【0054】

又、ｘ軸方向の差分ｄｘがｘ軸方向の閾値ｄｘ０を超えている場合、円柱部１３ａが反転角度β２（ここでは、１８０度）回転したとしても、正しく１８０度回転していないため、ｘ軸方向の差分ｄｘが発生する。そこで、補正制御部１０５は、第一点Ａ（又は第二点Ｂ）の位置の測定でのミラー１４におけるレーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３と、ｘ軸方向の差分ｄｘとを用いて、ｘ軸方向の角度差分ｄβを、下記の式（７）で算出する。

【0055】

ｄβ＝ｔａｎ^－１（ｄｘ／ｄ３） ・・・（７）

【0056】

そして、補正制御部１０５は、基準ミラー角度β１と、反転角度β２と、角度差分ｄβを用いて、円筒部１１ａの回転動作Ｘの補正値ａｘを、下記の式（８）で算出する。

【0057】

ａｘ＝（β２－β１－ｄβ）／（β２－β１） ・・・（８）

【0058】

補正値ａｘは、反転角度β２から基準ミラー角度β１を減算した第一の減算値から、角度差分ｄβを減算した第二の減算値に第一の減算値を除算した除算値となる。

【0059】

ここで、基準ミラー角度β１が０度、反転角度β２が１８０度の場合は、円筒部１１ａの回転動作Ｘの補正値ａｘは、下記の式（９）で算出される。

【0060】

ａｘ＝（１８０－ｄβ）／１８０ ・・・（９）

【0061】

この場合、補正値ａｘは、１８０度から角度差分ｄβを減算した減算値に１８０度を除算した除算値となる。補正制御部１０５は、円柱部１３ａの回転動作Ｘに対して補正値ａｘを乗算することで、円柱部１３ａの回転動作Ｘを補正することが出来る。これにより、円柱部１３ａが１８０度回転した際に、補正値ａｘを用いて円柱部１３ａを正しく１８０度回転させることが可能となる。

【0062】

さて、補正処理が実行されない場合（図４：Ｓ１０６ＹＥＳ）、又は、補正制御部１０５が補正を完了した場合（図４：Ｓ１０７）、制御装置１５の補正制御部１０５は、測定者に校正を完了するか否かを問い合わせる（図４：Ｓ１０８）。

【0063】

ここで、補正制御部１０５の問い合わせ方法に特に限定は無いが、例えば、補正制御部１０５は、第一点Ａの位置（ｘａ、ｙａ、ｚａ）と第二点Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）とを表示して、補正完了の表示を行うとともに、校正完了キーと再校正キーとを選択可能に表示して、測定者に校正完了キーと再校正キーとのいずれかを選択するように促す。

【0064】

ここで、測定者が、再度、校正する必要があると考えた場合は、再校正キーを選択すると、補正制御部１０５が再校正キーの選択を受け付けて、Ｓ１０２に戻り、第一点測定制御部１０１は、再度、第一点Ａの位置を測定する（図４：Ｓ１０２）。

【0065】

ここで、測定者が、例えば、第一点Ａの位置を変更したい場合、円筒部１１ａの基準円筒角度α１を入力すると、第一点測定制御部１０１は、円筒部１１ａの基準円筒角度α１を受け付けて、円筒回転部１１の円筒部１１ａを基準円筒角度α１だけ回転して、内空５の第一点Ａの位置を測定する。これにより、校正を繰り返す場合に、別の位置で第一点Ａの位置と第二点Ｂの位置とを測定して、補正処理を行うことが出来る。又、測定者が、円柱部１３ａの基準ミラー角度β１を入力すると、同様に、第一点測定制御部１０１は、円柱部１３ａの基準ミラー角度β１を受け付けて、ミラー回転部１１の円柱部１３ａを基準ミラー角度β１だけ回転して、内空の第一点Ａの位置を測定することになる。尚、Ｓ１０２において、第一点Ａの位置の測定が完了すると、Ｓ１０８まで処理が繰り返されることになる。

【0066】

一方、Ｓ１０８において、測定者が、再度、校正する必要がないと考えた場合は、校正完了キーを選択すると、補正制御部１０５が校正完了キーの選択を受け付けて、制御装置１５の形状測定制御部１０６は、円柱部１３ａの回転角度βを所定の測定角度β０まで回転させた上で、円筒部１１ａの回転角度αを所定の測定角度α０毎に回転させながら、レーザ光Ｌを照射させることで、ミラー１４におけるレーザ光Ｌの反射点Ｒを中心として、円筒部１１ａの回転角度αにおけるレーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３を半径とした形状を測定する（図４：Ｓ１０９）。

【0067】

ここで、形状測定制御部１０６の測定方法に特に限定は無いが、例えば、図７Ａに示すように、形状測定制御部１０６は、円柱部１３ａの回転角度βを所定の測定角度β０（例えば、０度）まで回転させた上で、円筒部１１ａの回転角度αを所定の測定角度α０（例えば、４５度）毎に回転させながら、レーザ光Ｌを照射させることで、各測定角度α０毎の半径距離を算出する。ここで、測定角度α０に特に限定は無いが、例えば、５度、１０度、２０度、３０度、４５度、６０度、９０度等を挙げることが出来る。

【0068】

ここでは、形状測定制御部１０６は、円筒部１１ａの回転角度αを０度から３６０度まで一回転させることで、レーザ光Ｌを０度から３６０度まで一回転させる。そして、形状測定制御部１０６は、レーザ光Ｌの反射点Ｒを中心とした各測定角度α０毎の照射点Ｐの位置を算出し、各測定角度α０毎の照射点Ｐの位置を連結することで、現場の内空５の断面形状を測定することが出来る。

【0069】

又、図７Ｂに示すように、形状測定制御部１０６は、円柱部１３ａの回転角度βを所定の測定角度β０（例えば、３０度）まで回転させた上で、円筒部１１ａの回転角度αを所定の測定角度α０（例えば、４５度）毎に回転させながら、レーザ光Ｌを照射させることで、各測定角度α０毎の半径距離を算出する。そして、形状測定制御部１０６は、レーザ光Ｌの反射点Ｒを中心とした各測定角度α０毎の照射点Ｐの位置を算出し、各測定角度α０毎の照射点Ｐの位置を連結する。ここで、円柱部１３ａを所定の測定角度β０だけ回転させることで、内空５に対して垂直方向から傾斜した方向の断面形状を測定することが出来る。尚、上述では、円柱部１３ａの測定角度βを固定した上で、円筒部１１ａの回転角度αを回転させることで、各照射点Ｐを測定したが、これらに限らず、円柱部１３ａの測定角度βと円筒部１１ａの回転角度αとを適宜組み合わせることで、断面形状のみならず、多種多様な表面形状を測定することが可能となる。

【0070】

このように、本発明では、校正作業を容易に行い、形状の測定を精度高く行うことが可能となるのである。特に、レーザ光Ｌの回転軸を２軸にすることで、内空５の垂直方向の断面形状のみならず、内空５の垂直方向から傾斜した方向の断面形状も測定することが可能となり、形状の測定範囲を広げることが出来る。

【0071】

特に、本発明では、円筒部１１ａの回転と円柱部１３ａの回転による二軸の正反の動作により、補正を行うことから、一軸における絶対位置による補正ではなく、二軸における相対位置による補正となる。そのため、従来の校正作業における三つの原因のうち、二つ目の原因の第二基準点の設定の不具合や三つ目の原因の装置の設置位置の不具合を排除することが可能となり、一つ目の原因の円筒部１１ａ及び円柱部１３ａの回転動作の不具合に原因を絞り込むことが可能となる。その結果、校正作業の効率化と校正精度の向上を図ることが出来る。

【0072】

更に、従来の一軸での内空断面形状測定装置では、校正用スペースが回転軸の直交方向に９０度毎の４方向に必要となるが、本発明の二軸での形状測定装置では、正反動作により対面方向に校正用スペースは必要なく、２方向で足り、校正用スペースの削減が可能となる。つまり、本発明の二軸での形状測定装置の校正用スペースは、一軸での内空断面形状測定装置の校正用スペースの４分の１で足りることになる。

【0073】

ところで、上述では、基準ミラー角度β１が０度、反転角度β２が１８０度の場合について説明したが、反転角度β２は、基準ミラー角度β１から、円筒部１１ａの端部から出射したレーザ光Ｌを対称線として線対称となる角度であれば、特に限定は無い。

【0074】

例えば、図８Ａに示すように、基準ミラー角度β１が２０度の場合は、反転角度β２は、１８０－２０－２０＝１４０度となる。これで、円筒部１１ａを１８０度回転させることで、第二点Ｂは第一点Ａに戻ってくる。

【0075】

又、図８Ｂに示すように、基準ミラー角度β１が３４０度の場合は、反転角度β２は、１８０－（３４０－３６０）－（３４０－３６０）＝２２０度となる。これで、円筒部１１ａを１８０度回転させることで、第二点Ｂは第一点Ａに戻ってくる。このように、反転角度β２は、適宜決定することが出来る。

【0076】

又、本発明では、保持部１２と、ミラー回転部１３と、ミラー１４とは、外部に露出した構成としているが、図９に示すように、保持部１２と、ミラー回転部１３と、ミラー１４とを保護するためのカバー部１６と、カバー部１６に設けられ、レーザ光Ｌが透過可能な透過部１７とを更に設けて、保持部１２からミラー１４までを保護するように構成しても良い。透過部１７は、レーザ光Ｌの走査領域に併せて、円筒部１１ａの端部から出射したレーザ光Ｌに沿って長尺状に構成される。

【0077】

又、上述では、補正制御部１０５は、円筒部１１ａの回転動作Ｘと、円柱部１３ａの回転動作Ｙとを補正するよう構成したが、形状測定装置１の本体に、物理的に第一の回転角度及び第二の回転角度を調整する調整機構を別途設けて構わない。例えば、円筒部１１ａの第一の回転角度を調整するための第一の調整機構と、円柱部１３ａの第二の回転角度を調整するための第二の調整機構とをそれぞれ設けることで、物理的な調整を可能とする。

【0078】

さて、本発明は、高精度を実現することが可能となるため、トンネル、地下大空洞、建物、大型の円筒管等の内空の断面形状の測定のみならず、地下小空洞、小型の円筒管等の内空の断面形状も、もちろん測定することが可能であり、更に、これらの経時変化の確認、検査等に好適となる。

【0079】

例えば、本発明は、地下鉄や下水道トンネルの掘削におけるシールドマシンのテール部の内周面と、テール部の内側に位置するセグメントの外周面とのクリアランス（テールクリアランス）の測定に利用することが出来る。例えば、本発明に係る形状測定装置１をトンネルの中心付近に設置して、校正作業を行い、先ず、シールドマシンのテール部の内周面を第一の形状として測定し、次に、テール部の内側に設置したセグメントの外周面を第二の形状として測定して、第一の形状から第二の形状を減算することで、テールクリアランスを測定することが出来る。

【0080】

又、山岳トンネル工事では、トンネル切羽の安定性の確保が重要であるため、トンネル切羽の押し出し量の定期的な監視が必要となる。本発明は、トンネル切羽の押し出し量の測定に利用することが出来る。例えば、本発明に係る形状測定装置１をトンネル切羽の手前側に設置して、校正作業を行い、先ず、最初のトンネル切羽の面を第一の形状として測定し、次に、所定の期間経過後に、同じトンネル切羽の面を第二の形状として測定して、第一の形状から第二の形状を減算することで、トンネル切羽の押し出し量を測定することが出来る。具体的には、図１０に示すように、カバー部１６と透過部１７とを設けた形状測定装置１を垂直に立てて、トンネル切羽に対して所定の第一の回転角度αと第二の回転角度βでレーザ光Ｌを走査することで、トンネル切羽の面を測定することが可能となる。

【0081】

又、本発明では、切羽押し出し挙動の計測や山岳トンネルの出来形管理に利用しても良いし、斜面や壁面の変位を計測しても良いし、３次元的な表面の形状を計測しても構わない。

【0082】

＜実施例、比較例等＞
以下、実施例、比較例等によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

【0083】

＜実施例＞
図１～図７に示すように、本発明に係る形状測定装置１を組み立てて作製し、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、作製した形状測定装置１を実施例とした。ここで、図１１Ａに示すように、円柱部１３ａの回転角度を固定して、円筒部１１ａが３６０度回転することを確認した。又、図１１Ｂに示すように、円筒部１１ａの回転角度を固定して、円柱部１３ａが３６０度回転することを確認した。

【0084】

＜測定値のバラつきの確認試験＞
図１２に示すように、部屋の中で、壁面に対して所定の距離（約２０００ｍｍ）だけ離れた位置に実施例の形状測定装置１を垂直に配置し、レーザ光Ｌをｙ軸方向に一致させた上で、レーザ光Ｌの出射方向と直角方向に反射させる円柱部１３ａの回転角度を器械角０度とし、円筒部１１ａの第一の回転角度αと、円柱部１３ａの第二の回転角度βとを補正して、各第一の回転角度αと各第二の回転角度βとに応じた測定点（Ｎｏ．１からＮｏ．６３まで）を設定した。次に、Ｓ１０１からＳ１０８までの工程を実施して、校正処理を行い、その後に、レーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３を１０回測定し、１０回の測定値のうち、最大値から最小値を減算した減算値を差として算出し、測定値のバラつきを確認した。尚、１０回の平均値も算出した。

【0085】

＜測定値のバラつきの確認試験の結果＞
図１３に示すように、Ｎｏ．１からＮｏ．６３までの測定点の差は、全て１．５ｍｍ以下であり、測定値のバラつきは極めて小さいことが分かった。

【0086】

＜比較例＞
市販の測量機を比較例とした。

【0087】

＜測定値の精度の確認試験＞
図１４に示すように、部屋の中で、天井に対して所定の距離（約２０００ｍｍ）だけ離れた位置に実施例の形状測定装置１を水平に配置し、レーザ光Ｌをｚ軸方向に一致させた上で、レーザ光Ｌの出射方向と直角方向に反射させる円柱部１３ａの回転角度を器械角０度とし、円筒部１１ａの第一の回転角度αと、円柱部１３ａの第二の回転角度βとを補正して、各第一の回転角度αと各第二の回転角度βとに応じた測定点（Ｎｏ．１からＮｏ．９、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２６からＮｏ．３３、Ｎｏ．３８、Ｎｏ．４６、Ｎｏ．５３、Ｎｏ．５７からＮｏ．６３、測定点の番号の位置は図９と同様）を設定した。次に、Ｓ１０１からＳ１０８までの工程を実施して、校正処理を行い、その後に、レーザ光Ｌの反射点Ｒからレーザ光Ｌの照射点Ｐまでの半径距離ｄ３を用いて、各測定点の位置を測定した。一方、実施例の形状測定装置１を比較例の測量機に変更して、測量機を用いて、各測定点の位置を測定した。そして、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向における比較例の測定点の位置から実施例の測定点の位置を減算した減算値を差として算出し、測定値の差の大きさを確認した。

【0088】

＜測定値の精度の確認試験の結果＞
図１５に示すように、Ｎｏ．１からＮｏ．９、Ｎｏ．１４、Ｎｏ．２２、Ｎｏ．２６からＮｏ．３３、Ｎｏ．３８、Ｎｏ．４６、Ｎｏ．５３、Ｎｏ．５７からＮｏ．６３までの測定点の差は、全て、５．０ｍｍ以下であり、実施例の形状測定装置１の測定値は、従来から使用されている測量機の測定値に極めて近い値を示しており、実施例における測定値の精度が高いことが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0089】

以上のように、本発明に係る形状測定装置及び形状計測方法は、トンネルや建物等の形状の測定分野、例えば、土木技術分野、測量技術分野、計測技術分野等に有用であり、簡単な構成であるにもかかわらず、形状を精度高く測定することが可能な形状測定装置及び形状計測方法として有効である。

【符号の説明】

【0090】

１ 形状測定装置
１０ レーザ距離測定部
１１ 円筒回転部
１２ 保持部
１３ ミラー回転部
１４ ミラー
１５ 制御装置
１０１ 第一点測定制御部
１０２ 第一回転制御部
１０３ 第二回転制御部
１０４ 第二点測定制御部
１０５ 補正制御部
１０６ 形状測定制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】