(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-16
(45)【発行日】2022-08-24
(54)【発明の名称】形状計測装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20220817BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019054050
(22)【出願日】2019-03-22
(65)【公開番号】P2020153884
(43)【公開日】2020-09-24
【審査請求日】2021-09-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000004123
【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉井 孝次
(72)【発明者】
【氏名】中村 潤
【審査官】櫻井 仁
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－０６３７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１２６４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１５５５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２７６９７４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接前または溶接後に鋼構造体に形成された計測対象の形状を計測する形状計測装置であって、複数の車輪を有し、前記車輪によって走行面上を走行可能な台車本体と、
前記台車本体に設けられた、前記台車本体の進行方向と平行に延びる軸部と、
前記軸部に設けられた、前記進行方向と直交する方向に延びる棒部材と前記棒部材の一端に設けられた前記計測対象と接触させる球面部とを有するガイドロッドと、
前記計測対象を含む前記鋼構造体に照射されるレーザー光を照射するレーザー照射部と、
前記レーザー照射部から照射されたレーザー光が前記計測対象を含む前記鋼構造体で反射された反射光を受光する受光部と、
を有し、
前記ガイドロッドと前記レーザー照射部とは、前記ガイドロッドの前記棒部材の軸線と前記レーザー照射部から前記計測対象を含む前記鋼構造体に照射されるレーザー光の前記進行方向と直交する方向における照射幅中心とが一致するように配置されると共に、前記軸部を中心に回転可能に構成され、
前記計測対象の形状計測は、前記ガイドロッドの前記球面部を前記計測対象に接触させた状態で、前記計測対象に向けて前記レーザー照射部からレーザー光を照射して反射された反射光を前記受光部で受光して得られる受光結果に基づいて行うことを特徴とする形状計測装置。
【請求項2】
接触する前記計測対象に対して前記球面部を付勢する弾性部材を前記ガイドロッドに設けたことを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項3】
前記台車本体の進行方向の一方側に配置され、前記台車本体が走行する走行面に接触するとともに、前記台車本体の走行に基づく回転変位に応じて所定幅のパルスを出力するロータリーエンコーダを有しており、前記パルスの出力タイミングに応じて前記受光部で得た前記反射光の受光結果を、外部に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の形状計測装置。
【請求項4】
前記台車本体は、前記台車本体を走行させる際に作業者が把持する把持部を有し、前記把持部は、前記台車本体を前記進行方向と直交する前記台車本体の幅方向と平行な方向から見て、前記ロータリーエンコーダの鉛直上方に位置していることを特徴とする請求項３に記載の形状計測装置。
【請求項5】
前記把持部は、前記台車本体の前記進行方向と平行な方向から見て前記ロータリーエンコーダの鉛直上方に位置することを特徴とする請求項４に記載の形状計測装置。
【請求項6】
前記ガイドロッド及び前記レーザー照射部は、前記台車本体の前記進行方向と直交する方向における幅方向と鉛直上下方向の少なくとも一方の位置を調整可能な調整機構を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の形状計測装置。
【請求項7】
外部に出力された前記受光結果に基づいて、前記計測対象の形状データを表示可能な表示部を前記台車本体の上方に、前記台車本体に対して着脱可能に設けたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の形状計測装置。
【請求項8】
前記台車本体を走行させる際に作業者が把持する把持部は、前記台車本体に対して位置変更が可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、形状計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、溶接工程においては、溶接した後に溶接接手部分が確実に溶接されているかどうかを確認するための溶接状態（隅肉）の確認や、溶接作業前に溶接予定部位の状態（開先形状）を確認する作業を行うのが一般的である。
【0003】
開先部位を検出する方法としては、接触式と非接触式とがあり、前者はプローブ式の接触センサを用いる方式であり、開先形状が特定の形状、例えばＹ型やＶ型といったものしか適用できないという欠点がある。そのため、形状や位置を問わず検出が可能な非接触検出として、レーザーを開先幅方向にスキャニングするレーザースキャンセンサ方式が注目されている。
【0004】
レーザースキャンセンサを用いた検出作業は、これまで、作業者がレーザー変位計を保持しながら溶接部位を一点ずつ計測器で計測し、その結果を別の場所もしくは他の作業者が持っている表示装置でその都度確認し、確認した結果から計測姿勢の調整や、計測機器の計測条件の変更等を行って測定条件を調整している。そのため、検出すべき溶接部位の全長が長い場合や曲線の場合、また作業者が計測機器を所定位置に保持しにくい狭いまたは傾いた環境下での検出は、作業者が安定して計測機器を保持することが困難であり、また計測機器を支える手の振動によって、精度の高い安定した検出を行うことができない、という問題が生じていた。
【0005】
一方、非接触型の検出方式を用いた計測機構であるレーザースキャンセンサを用いた計測機構としては、特許文献１及び２に記載の技術が知られている。
【0006】
特許文献１は、レーザーを用いた非接触型計測センサ装置、特に大型水圧鉄管全周の開先形状を計測する計測装置に関する。従来の手作業による複数人での計測では、計測場所や計測姿勢が悪いために、労力及び時間が多大となる他、計測を行った作業者間での計測バラつきも大きい点に鑑み、前記計測センサを用いた自動計測装置を鉄管の溶接継手部に沿って自走する台車に搭載して計測する、というものである。
【0007】
特許文献２は、開先内に入り込む所定のテーパー形状を備えた倣いローラを備え、その両側にレーザースキャンセンサを配置した装置本体を、複数の車輪上に搭載して自走またはけん引する検出機構が開示されている。係る構成、つまり倣いローラを開先から外れないように、検出位置を一定に保つように開先内に倣う構成を備えることによって、簡単且つ正確に開先幅や目違い量を検出することができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開平１１－４７９３２号公報
【文献】特開２００１－２７６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、大型水圧鉄管の溶接継手部という特定の予め決まった形状の計測部位を計測するために、係る部位に沿って予め設けられたレール上に台車を沿わせて自走させるものである。そのため、建築現場での開先や隅肉が形成される部位のように測定環境や計測部位の角度が様々な計測部位に柔軟に対応し、且つ、精度よく測定するものではない。また、大型水圧鉄管の溶接継手部に特化しているものゆえ、そのような柔軟な計測を必要とするものではない。
【0010】
また、特許文献２に開示された技術は、開先幅が変化した場合に正確に検出する機構ではある。しかしながら建設現場では、開先のみならず鋼構造体に様々な位置や角度で形成されている隅肉などの溶接についても検出する必要があるが、そのような開先、隅肉の両方に適用可能なものとしては考慮されていない。
【0011】
例えば、隅肉は接合する鋼板同士の継ぎ目などのため斜めに形成されている部位があるが、そのような部位を計測するのに対応できる構成ではなく、考慮もされていない。また、検出部位の形状を正確に把握するためには、レーザースキャンの幅方向は勿論、当該幅方向とは直交する方向の距離情報を正確に把握する必要があるが、係る配慮は何らなされていない。
【0012】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶接前または溶接後に鋼構造体に形成された開先や隅肉といった計測対象の形状を、全長にわたって安定して精度よく計測することができる形状計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る形状計測装置は、溶接前または溶接後に鋼構造体に形成された計測対象の形状を計測する形状計測装置であって、複数の車輪を有し、前記車輪によって走行面上を走行可能な台車本体と、前記台車本体に設けられた、前記台車本体の進行方向と平行に延びる軸部と、前記軸部に設けられた、前記進行方向と直交する方向に延びる棒部材と前記棒部材の一端に設けられた前記計測対象と接触させる球面部とを有するガイドロッドと、前記計測対象を含む前記鋼構造体に照射されるレーザー光を照射するレーザー照射部と、前記レーザー照射部から照射されたレーザー光が前記計測対象を含む前記鋼構造体で反射された反射光を受光する受光部と、を有し、前記ガイドロッドと前記レーザー照射部とは、前記ガイドロッドの前記棒部材の軸線と前記レーザー照射部から前記計測対象を含む前記鋼構造体に照射されるレーザー光の前記進行方向と直交する方向における照射幅中心とが一致するように配置されると共に、前記軸部を中心に回転可能に構成され、前記計測対象の形状計測は、前記ガイドロッドの前記球面部を前記計測対象に接触させた状態で、前記計測対象に向けて前記レーザー照射部からレーザー光を照射して反射された反射光を前記受光部で受光して得られる受光結果に基づいて行うことを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明に係る形状計測装置は、接触する前記計測対象に対して前記球面部を付勢する弾性部材を前記ガイドロッドに設けてもよい。
【0015】
また、本発明に係る形状計測装置は、前記台車本体の進行方向の一方側に配置され、前記台車本体が走行する走行面に接触するとともに、前記台車本体の走行に基づく回転変位に応じて所定幅のパルスを出力するロータリーエンコーダを有しており、前記パルスの出力タイミングに応じて前記受光部で得た前記反射光の受光結果を、外部に出力する構成であってもよい。
【0016】
また、本発明に係る形状計測装置は、前記台車本体は、前記台車本体を走行させる際に作業者が把持する把持部を有し、前記把持部は、前記台車本体を前記進行方向と直交する前記台車本体の幅方向と平行な方向から見て、前記ロータリーエンコーダの鉛直上方に位置していてもよい。
【0017】
また、本発明に係る形状計測装置は、前記把持部は、前記台車本体の前記進行方向と平行な方向から見て前記ロータリーエンコーダの鉛直上方に位置していてもよい。
【0018】
また、本発明に係る形状計測装置は、前記ガイドロッド及び前記レーザー照射部は、前記台車本体の前記進行方向と直交する方向における幅方向と鉛直上下方向の少なくとも一方の位置を調整可能な調整機構を備えていてもよい。
【0019】
また、本発明に係る形状計測装置は、外部に出力された前記受光結果に基づいて、前記計測対象の形状データを表示可能な表示部を前記台車本体の上方に、前記台車本体に対して着脱可能に設けてもよい。
【0020】
また、本発明に係る形状計測装置は、前記台車本体を走行させる際に作業者が把持する把持部は、前記台車本体に対して位置変更が可能に構成してもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る形状計測装置は、溶接前または溶接後に鋼構造体に形成された開先や隅肉といった計測対象の形状を、全長にわたって安定して精度よく計測することができるというものである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下に、本発明に係る形状計測装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0024】
図１は、実施形態に係る形状計測装置１の概略構成を示した側面図である。図２は、実施形態に係る形状計測装置１の概略構成を示した正面図である。図３は、実施形態に係る形状計測装置１の概略構成を示した背面図である。図４は、ガイドロッド２０及び測定部３０の一部を上下方向で切断した断面図である。図５は、形状計測装置１による計測時の開先３の近傍の拡大図である。図６は、図１のＡ－Ａ断面図である。図７は、図１のＢ－Ｂ断面図である。
【0025】
図１に示すように、実施形態に係る形状計測装置１は、台車本体１０、ガイドロッド２０、測定部３０、操作バー４０、ロータリーエンコーダ５０、及び、表示操作部６０などを備えている。なお、ここでは、図２などに示すように、実施形態に係る形状計測装置１の計測対象が、鋼構造体を構成する鋼板２Ａと鋼板２Ｂとの突き合わせ溶接を行う前に、鋼板２Ａと鋼板２Ｂとの間に形成された開先３である場合について説明する。
【0026】
台車本体１０は、台座部１１及びステー部１２などによって構成されている。台座部１１には、台車本体１０を鋼板２Ａ，２Ｂ上で走行させる際に、鋼板２Ａ，２Ｂの上面である走行面２ａ，２ｂに接触させる複数の車輪１３が設けられている。ステー部１２は、台車本体１０の進行方向で台座部１１の後方側で上方に立設された一対のサイドステー１２ａ，１２ｂや、サイドステー１２ａ，１２ｂの上端に固定された前記進行方向と直交する方向である幅方向に延在する上部ステー１２ｃなどによって構成されている。
【0027】
ガイドロッド２０は、台車本体１０の進行方向の前方側に配置されており、ガイドロッド軸部材２１、先端部２２、及び、スプリング２３などによって構成されている。
【0028】
ガイドロッド軸部材２１は、前記進行方向と直交する方向に長尺な丸棒状の軸部材からなる。ガイドロッド軸部材２１は、測定部３０の前記進行方向の前方側の面に設けられたガイドロッドホルダー３２に、ガイドロッド軸部材２１の軸線方向（図４では上下方向）にスライド移動可能に保持されている。
【0029】
先端部２２は、鋼などの金属によって構成されており、図４に示すように、球体の一部を径方向に切断することによって形成された平坦部２２ａと、先端部２２の平坦部２２ａ以外の外周面を形成する球面部２２ｂとを有している。ガイドロッド軸部材２１の下端面２１ａには、雄ねじ部２１ｂが設けられている。また、先端部２２の平坦部２２ａには、雄ねじ部２１ｂと螺合可能なねじ穴２２ｃがあけられている。そして、先端部２２は、雄ねじ部２１ｂとねじ穴２２ｃとを螺合させることにより、ガイドロッド軸部材２１の下端に固定される。
【0030】
また、ガイドロッド２０には、先端部２２を計測対象である開先３に向かって付勢するための弾性部材であるスプリング２３が設けられている。このスプリング２３は、中空内部にガイドロッド軸部材２１が挿通されている。スプリング２３の下端は、先端部２２の平坦部２２ａと接触させている。スプリング２３の上端は、ガイドロッドホルダー３２の下面３２ａに接触させている。そして、先端部２２とガイドロッドホルダー３２とによってスプリング２３を挟み込んで圧縮させることにより、スプリング２３の弾性力（復元力）によって先端部２２が開先３に向かって付勢される。これにより、ガイドロッド２０の球面部２２ｂは、スプリング２３によって開先３に向かって付勢されて開先３に接触しているため、開先３から受ける反力に対しても形状計測装置１全体の上下振動を吸収し、比較的安定した計測が可能となる。
【0031】
図１に示すように、測定部３０は、測定部３０の外郭を形成する筐体３１、ガイドロッドホルダー３２、レーザー照射部３３、及び、受光部３４などを有しており、台車本体１０に設けられている。また、図１に示すように、測定部３０には、後述するコントローラ１２０（図１２参照）との間で通信を行うための通信ケーブル８０が接続されている。
【0032】
筐体３１の前記進行方向で前方側の面である前面３１ａには、ガイドロッド軸部材２１を保持する筒状のガイドロッドホルダー３２が設けられている。図４に示すように、ガイドロッドホルダー３２は、筐体３１の前面３１ａとガイドロッドホルダー３２とにあけられた、前記進行方向に貫通するねじ孔３１１，３２１にボルト９１を挿通して、筐体３１の前面３１ａにボルト９１によって固定されている。ガイドロッドホルダー３２には、ガイドロッド軸部材２１が挿通可能な不図示の貫通孔があけられており、この貫通孔にガイドロッド軸部材２１を挿通させることによって、ガイドロッドホルダー３２にガイドロッド軸部材２１が保持される。
【0033】
図１に示すように、レーザー照射部３３は、前記進行方向と直交する方向の所定範囲にわたってレーザー光Ｌ１を照射するライン光源であって、筐体３１内の下部に設けられている。図５に示すように、レーザー照射部３３から開先３及び鋼構造体に向けてレーザー光Ｌ１を照射させるときには、レーザー照射部３３から照射されるレーザー光Ｌ１の照射領域Ｌａ内に開先３が位置する状態で行う。なお、レーザー照射部３３は、ガイドロッド軸部材２１の軸線ＡＸと、照射領域Ｌａにおける前記直交する方向での照射幅中心Ｐとが一致するように配置されている。
【0034】
図１に示すように、受光部３４は、筐体３１内の下部であって、レーザー照射部３３よりも前記進行方向で前方に設けられている。受光部３４は、レーザー照射部３３から照射されたレーザー光Ｌ１が、開先３及び鋼構造体（鋼板２Ａ，２Ｂ）で反射された反射光Ｌ２を受光する。
【0035】
棒状の取手部材である操作バー４０は、操作バー軸部４１と、台車本体１０を走行させる際に作業者が把持する把持部４２とを有している。把持部４２の下端面４２ａには、雄ねじ部４２ｂが設けられている。また、操作バー軸部４１の上端面４１ａには、雄ねじ部４２ｂと螺合可能なねじ穴４１ｂがあけられている。そして、把持部４２は、雄ねじ部４２ｂとねじ穴４１ｂとを螺合させることにより操作バー軸部４１の上端に固定される。
【0036】
ロータリーエンコーダ５０は、台車本体１０の前記進行方向の後方側に配置され、台車本体１０が走行する走行面２ｂに周面５０ａが接触されており、台車本体１０の走行に基づくロータリーエンコーダ５０の回転変位に応じて所定幅のパルスを出力する。そして、前記パルスの出力タイミングに応じて、受光部３４で得た反射光Ｌ２の受光結果を、外部に出力、例えば、後述する処理装置１００（図１２参照）のコントローラ１２０（図１２参照）に出力する。これにより、台車本体１０を手動で走行させても、走行面２ｂに接触したロータリーエンコーダ５０で一定距離毎にパルスを出力するため、受光結果（測定結果）は台車本体１０の走行速度に関係なく一定の計測が可能となる。なお、台車本体１０の走行に伴ってロータリーエンコーダ５０が回転可能であれば、ロータリーエンコーダ５０の周面５０ａの一部が前記幅方向で開先３の上に位置していてもよい。
【0037】
また、実施形態に係る形状計測装置１は、図１に示すような形状計測装置１の前記幅方向から見た側面視で、操作バー４０の把持部４２がロータリーエンコーダ５０の鉛直上方に位置している。具体的には、形状計測装置１の前記幅方向の側面視で、前記上下方向に延びる操作バー４０の軸線と同一線上にロータリーエンコーダ５０が位置するように、操作バー４０の把持部４２をロータリーエンコーダ５０の鉛直上方に位置させるのがより好ましい。このように、操作バー４０の把持部４２をロータリーエンコーダ５０の鉛直上方に配置することによって、走行面からロータリーエンコーダ５０が走行時に受ける上下のばたつきを、操作バー４０の把持部４２を把持した作業者によって、しっかりと押さえつけて精度よくパルス出力を行うことが可能となる。
【0038】
表示操作部６０は、外部に出力された受光結果に基づいて計測対象の形状データを表示可能であり、台車本体１０の上方に、台車本体１０に対して着脱可能に設けられている。それにより、測定して得られた測定対象の形状を上方から表示操作部６０により作業者が把握可能である他、上方にスペースの制限があり測定対象の形状データを視認しにくい場合であっても表示操作部６０を取り外して確認することができ、作業者が手元で見ながら台車本体１０を操作することもできる。そのため、計測形状による作業判断をよりリアルタイムに行うことができる。
【0039】
なお、表示操作部６０は、台車本体１０に対して角度調整可能であっても良く、その場合、上方にスペースの制限があるような場合でも台車本体１０に配置したまま、例えば斜めから表示操作部６０の計測結果を確認することが可能となる。
【0040】
実施形態に係る形状計測装置１では、図２に示すように、計測対象である開先３にガイドロッド２０の球面部２２ｂを接触させた状態で、作業者が操作バー４０の把持部４２を把持して手動によって、台車本体１０を前記進行方向に走行させる。そして、台車本体１０を前記進行方向に走行させながら、開先３に向けてレーザー照射部３３からレーザー光Ｌ１を照射し、開先３及び鋼構造体で反射された反射光Ｌ２を受光部３４で受光し、受光結果に基づいて開先３の形状を計測する。
【0041】
また、実施形態に係る形状計測装置１は、ガイドロッド２０及び測定部３０を、台車本体１０の進行方向と直交する方向である幅方向と上下方向との少なくとも一方に移動させて、台車本体１０に対するガイドロッド２０及び測定部３０の前記幅方向と前記上下方向との少なくとも一方の位置を調整可能な調整機構７０を備えている。調整機構７０は、軸部材７１、ホルダー７２、ブラケット７３、及び、ガイド部材７４などを備えている。
【0042】
軸部材７１は、前記進行方向に長尺な丸棒状であり、前記進行方向の前方側の端部が測定部３０の前記進行方向の後方部分と接続されている。
【0043】
図３及び図６を参照して、ホルダー７２は、前記進行方向と直交する方向である幅方向に並んで配置された第１ホルダー部７２ａと第２ホルダー部７２ｂとを有している。第１ホルダー部７２ａと第２ホルダー部７２ｂとのそれぞれの前記幅方向で対向する面７２１ａ，７２１ｂには、軸部材７１の周面に沿った不図示の凹み部が対を成して形成されている。また、第１ホルダー部７２ａには、前記幅方向に貫通するとともに、上下方向で前記凹み部を介して配置された不図示の一対のねじ孔が設けられている。また、第２ホルダー部７２ｂには、前記幅方向で第１ホルダー部７２ａと対向する面７２１ｂに、第１ホルダー部７２ａに設けられた前記一対のねじ孔に対応した位置で、不図示の一対の有底のねじ穴があけられている。
【0044】
そして、軸部材７１の後方側の端部は、前記凹み部に嵌り込み、第１ホルダー部７２ａと第２ホルダー部７２ｂとに挟まれた状態で、前記一対のねじ孔と前記一対のねじ穴とに挿通された２つのボルト９２を締め付けることによって、ホルダー７２に保持される。
【0045】
なお、ホルダー７２で保持する軸部材７１の後方側の端部の位置は、２つのボルト９２の締め付けを緩めて、第１ホルダー部７２ａと第２ホルダー部７２ｂとに挟まれた状態の軸部材７１を、ホルダー７２に対して前記進行方向で前方側または後方側に移動させることによって調整可能である。また、この位置の調整によって、軸部材７１に接続された測定部３０、さらには測定部３０のガイドロッドホルダー３２に保持されたガイドロッド２０の台車本体１０に対する前記進行方向の位置の調整を行うことができる。
【0046】
また、第１ホルダー部７２ａと第２ホルダー部７２ｂとに軸部材７１が挟まれた状態で、２つのボルト９２の締め付けを緩めることによって、軸部材７１を前記進行方向と同方向に延びる軸線を中心に回転させることが可能である。このように軸部材７１を回転させることによって、軸部材７１に接続された測定部３０、さらには測定部３０のガイドロッドホルダー３２に保持されたガイドロッド２０が、軸部材７１の軸線を回転軸として、この回転軸を中心に回転する。
【0047】
第２ホルダー部７２ｂには、前記上下方向で貫通し、操作バー４０の操作バー軸部４１が挿通される貫通孔７２２ｂが設けられている。また、第２ホルダー部７２ｂの前記幅方向で第１ホルダー部７２ａ側とは反対側の面７２３ｂに、前記上下方向に延在するとともに貫通孔７２２ｂと連通した切り欠き部７２４ｂが設けられている。また、第２ホルダー部７２ｂには、切り欠き部７２４ｂと交差するように前記進行方向に貫通し、前記上下方向に並んで配置された不図示の一対のねじ孔があけられている。
【0048】
操作バー軸部４１の下方側の端部は、貫通孔７２２ｂに挿通された状態で、前記一対のねじ孔に挿通された２つのボルト９３を締め付けることにより、切り欠き部７２４ｂの前記進行方向の間隔が狭まるように第２ホルダー部７２ｂが変形し、操作バー軸部４１が貫通孔７２２ｂの内周面で挟み込まれて、ホルダー７２に保持される。
【0049】
なお、操作バー軸部４１とホルダー７２との前記上下方向での相対位置は、２つのボルト９３の締め付けを緩めて、貫通孔７２２ｂに操作バー軸部４１が挿通された状態で、ホルダー７２に対して操作バー軸部４１、または、操作バー軸部４１に対してホルダー７２、を前記上下方向で上方側または下方側に移動させることによって調整可能である。
【0050】
そして、ホルダー７２に軸部材７１が保持された状態で、操作バー軸部４１に対してホルダー７２の前記上下方向に移動させることによって、この移動に連動して、ホルダー７２に保持された軸部材７１が前記上下方向に移動する。これにより、軸部材７１に接続された測定部３０も前記上下方向に移動することになるため、測定部３０の前記上下方向の位置を調整することができる。
【0051】
図３及び図７を参照して、ブラケット７３は、前記上下方向で貫通し、操作バー４０の操作バー軸部４１が挿通される貫通孔７３１が設けられている。また、ブラケット７３の前記進行方向で後方側の面７３２に、前記上下方向に延在するとともに貫通孔７３１と連通した切り欠き部７３３が設けられている。また、ブラケット７３には、切り欠き部７３３と交差するように前記幅方向に貫通するねじ孔７３４があけられている。
【0052】
操作バー軸部４１は、貫通孔７３１に挿通された状態で、ねじ孔７３４に挿通されたボルト９４を締め付けることにより、切り欠き部７３３の前記幅方向の間隔が狭まるようにブラケット７３が変形し、操作バー軸部４１が貫通孔７３１の内周面で挟み込まれて、ブラケット７３に保持される。
【0053】
なお、操作バー軸部４１とブラケット７３との前記上下方向での相対位置は、ボルト９４の締め付けを緩めて、貫通孔７３１に操作バー軸部４１が挿通された状態で、ブラケット７３に対して操作バー軸部４１を前記上下方向で上方側または下方側に移動させることによって調整可能である。
【0054】
ガイド部材７４は、上部ステー１２ｃの前記進行方向で後方側の面１２１ｃに４つのボルト９７によって固定されており、ブラケット７３を保持するとともに、ブラケット７３の前記幅方向への移動をガイドする。ガイド部材７４には、前記進行方向と前記上下方向との四方を面で囲んで中空内部７４１が形成されている。ガイド部材７４の前記進行方向で後方側の面７４２には、前記幅方向に延在するとともに、中空内部７４１と連通した開口部７４３が設けられている。この開口部７４３には、前記幅方向に延在するとともに、前記上下方向で対向した下側ガイド面７４ａと上側ガイド面７４ｂとが形成されている。
【0055】
ブラケット７３の前記幅方向で両端部には、２つのボルト９５がそれぞれ挿通される一対のねじ孔７３５が前記進行方向に貫通して設けられている。また、ガイド部材７４の中空内部７４１には、２つのボルト９５と螺合させる２つの四角ナット９６が設けられている。
【0056】
ガイド部材７４に対するブラケット７３の固定は、ブラケット７３の前記進行方向で前方側の面７３６と、ガイド部材７４の前記進行方向で後方側の面７４２とを対向させた状態で、ブラケット７３の一対のねじ孔７３５に挿通された２つのボルト９５を、ガイド部材７４の開口部７４３から中空内部７４１に挿入する。そして、２つのボルト９５と２つの四角ナット９６とを螺合させて、２つのボルト９５を締め付けることによって、ガイド部材７４にブラケット７３が固定される。
【0057】
ガイド部材７４に対するブラケット７３の前記幅方向への移動は、ボルト９５の締め付けを緩めて、開口部７４３に２つのボルト９５が挿通された状態で、下側ガイド面７４ａと上側ガイド面７４ｂとの少なくとも一方に２つのボルト９４の周面を接触させながら、前記幅方向にブラケット７３をスライドさせることによって可能である。これにより、ガイド部材７４とブラケット７３との前記幅方向での相対位置が調整可能である。このように、ガイド部材７４とブラケット７３との前記幅方向での相対位置を調整することによって、ブラケット７３に操作バー軸部４１が保持された操作バー４０の前記幅方向の位置を調整することができる。
【0058】
また、ホルダー７２に軸部材７１が保持されるとともに、ホルダー７２及びブラケット７３に操作バー軸部４１が保持された状態で、ガイド部材７４に対してブラケット７３を前記幅方向に移動させることによって、この移動に連動して、図８に一点鎖線で示すように、軸部材７１及びホルダー７２が前記幅方向に移動する。これにより、軸部材７１に接続された測定部３０も前記幅方向に移動することになるため、測定部３０、さらには測定部３０のガイドロッドホルダー３２に保持されたガイドロッド２０の前記幅方向の位置を調整することができる。
【0059】
実施形態に係る形状計測装置１では、台車本体１０の上下または左右のスペースが制限されるような計測環境であっても、調整機構７０によって台車本体１０に対してガイドロッド２０及び測定部３０の前記上下方向及び前記幅方向の位置の調整を行って、計測対象の形状の計測を行うことができる。
【0060】
図９は、形状計測装置１によって隅肉４の形状を計測する場合を示した図である。図１０は、形状計測装置１による計測時の隅肉４の近傍の拡大図である。図９に示すように、実施形態に係る形状計測装置１の計測対象が、鋼構造体を構成する鋼板２Ｃと鋼板２Ｄとの隅肉溶接によって形成された隅肉４である場合には、例えば、鋼板２Ｃの上面を走行面２ｃとして、台車本体１０の車輪１３を走行面２ｃに接触させて鋼板２Ｃ上に形状計測装置１を設置する。そして、ガイドロッド２０における先端部２２の球面部２２ｂが隅肉４と接触するように、調整機構７０によって、ガイドロッド２０及び測定部３０を、前記上下方向及び前記幅方向の位置を調整したり、軸部材７１の軸線を中心にして回転位置を調整したりする。この際、図１０に示すように、ガイドロッド軸部材２１の軸線ＡＸと、レーザー照射部３３から照射されたレーザー光Ｌ１の照射幅中心Ｐとが一致するように、ガイドロッド２０及び測定部３０の位置が調整される。また、ガイドロッド２０の球面部２２ｂは、隅肉４に接触させることが好ましい。これにより、鋼板２Ｃの走行面２ｃでの凹凸による台車本体１０の振動によって、隅肉４と、レーザー照射部３３及び受光部３４との距離が変動するのを抑えつつ、側面２ｄによってガイドロッド２０の球面部２２ｂをガイドして、隅肉４の長手方向にわたって精度よく計測することができる。
【0061】
そして、実施形態に係る形状計測装置１では、ガイドロッド２０の球面部２２ｂが隅肉４と接触した状態で、作業者が操作バー４０の把持部４２を把持して手動によって、台車本体１０を前記進行方向に走行させる。そして、台車本体１０を前記進行方向に走行させながら、隅肉４に向けてレーザー照射部３３からレーザー光Ｌ１を照射し、隅肉４及び鋼板２Ｃ，２Ｄから反射された反射光Ｌ２を受光部３４で受光し、受光結果に基づいて隅肉４の形状を計測する。
【0062】
以上のように、実施形態に係る形状計測装置１では、測定方法や部位の角度が異なる開先３や隅肉４といった様々な形状の計測対象に対して、形状の計測が可能である。特に、ガイドロッド２０とレーザー照射部３３の光軸とが一致し、ガイドロッド２０の回転位置調整と連動して前記光軸の調整が可能な構成であるため、常に計測対象である任意の開先３や隅肉４に対して一定の位置関係を保って、所定幅のレーザー計測が可能となり、精度の高い測定を安定して行うことが可能となる。また、台車本体１０の走行は、自動走行ではなく操作バー４０の把持部４２を把持した作業者が台車本体１０を押すことにより、任意の速度で台車本体１０を走行させることができる。そのため、不意の走行面の凹凸による台車本体１０の振動が予測される場合でも、台車本体１０の速度を柔軟に作業者の判断で変更することができる。
【0063】
また、実施形態に係る形状計測装置１では、台車本体１０に対する操作バー４０の把持部４２の取り付け位置を変更可能に構成されている。実施形態に係る形状計測装置１では、図１１に示すように、把持部４２を操作バー軸部４１から抜いて、軸部材７１の前記進行方向で後方側の面７１ａにあけられたねじ穴７１ｂと、把持部４２の雄ねじ部４２ｂとを螺合させることによって、軸部材７１の後端に把持部４２を固定することができる。これにより、台車本体１０の上方にスペースの制限があるような測定環境下であっても、台車本体１０を進行させる際に作業者が把持する操作バー４０の把持部４２の位置を、台車本体１０を進行させやすい位置に変更することが可能となる。
【0064】
図１２は、形状計測装置１及び処理装置１００の構成を示したブロック図である。図１２に示すように、形状計測装置１は、台車本体１０に測定部３０とロータリーエンコーダ５０と表示操作部６０とが設けられている。処理装置１００は、小型コンピュータ１１０とコントローラ１２０とバッテリー１３０とを備えている。形状計測装置１の表示操作部６０と、処理装置１００の小型コンピュータ１１０とは、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線通信によって相互に通信が可能となっている。形状計測装置１の測定部３０及びロータリーエンコーダ５０と、処理装置１００のコントローラ１２０とは、通信ケーブルによって相互に通信が可能なように接続されている。また、形状計測装置１の表示操作部６０、測定部３０及びロータリーエンコーダ５０と、処理装置１００のバッテリー１３０とは、電源ケーブルによってバッテリー１３０から表示操作部６０、測定部３０及びロータリーエンコーダ５０に電力供給が可能なように接続されている。なお、処理装置１００のバッテリー１３０からの電力供給に替えて、形状計測装置１の台車本体１０に別途でバッテリーを設けて、その別途で設けたバッテリーから表示操作部６０、測定部３０及びロータリーエンコーダ５０に電力を供給するように構成してもよい。また、表示操作部６０にバッテリーを内蔵させて、その内蔵させたバッテリーによって表示操作部６０を作動させるように構成してもよい。
【0065】
図１３は、表示操作部６０の画面表示の一例を示した図である。図１３に示すように、表示操作部６０の画面には、例えば、形状表示部６１、取込データ数表示部６２、取込開始ボタン６３、取込中止ボタン６４、取込停止ボタン６５、及び、強制取込ボタン６６などが表示される。なお、取込開始ボタン６３、取込中止ボタン６４、取込停止ボタン６５、及び、強制取込ボタン６６は、画面上にソフトウェア的に再現された入力装置であるソフトウェアキーである。形状表示部６１には、計測対象の形状データとして、計測対象の形状を示した波形６７が表示される。取込データ数表示部６２には、計測を開始してからの取込データの数が表示される。取込開始ボタン６３は、データの取り込みを開始するときに作業者が押下するボタンである。取込中止ボタン６４は、データの取り込みを中止するときに作業者が押下するボタンである。取込停止ボタン６５は、データの取り込みを停止するときに作業者が押下するボタンである。強制取込ボタン６６は、形状計測装置１の現在の位置でのデータのみを取り込むときに作業者が押下するボタンである。
【0066】
図１４は、実施形態に係る形状計測装置１と処理装置１００とを用いた形状計測の制御の一例を示したフローチャートである。
【0067】
まず、作業者は、計測対象に対して形状計測装置１を設置する（ステップＳ１）。具体的には、形状計測装置１のガイドロッド２０の球面部２２ｂが、計測対象と接触するように形状計測装置１と計測対象との位置関係を目視で確認したり、表示操作部６０における形状表示部６１の中央に測定対象の形状が表示されるように、形状表示部６１に表示された波形６７を見たりしながら、計測対象に対して形状計測装置１を設置する。なお、この際、表示操作部６０に表示された強制取込ボタン６６を作業者が押下することによって、形状計測装置１の現在の位置でのデータのみを取り込み、形状表示部６１に測定対象の形状を示した波形６７を表示させればよい。
【0068】
次に、作業者は、計測条件を設定する（ステップＳ２）。具体的には、形状計測装置１の表示操作部６０から計測条件を入力し、その入力した計測条件を表示操作部６０から処理装置１００の小型コンピュータ１１０に無線通信によって出力する。
【0069】
次に、計測を開始する（ステップＳ３）。具体的には、表示操作部６０に表示された取込開始ボタン６３を作業者が押下して開始する。つまり押下により計測対象に向けてレーザー照射部３３からレーザー光Ｌ１を照射し、計測対象及び鋼構造体から反射された反射光Ｌ２を受光部３４で受光することでデータの取得を行う。
【0070】
次に、作業者が形状計測装置１を手動で走行させてデータを取得する（ステップＳ４）。具体的には、形状計測装置１の操作バー４０の把持部４２を作業者が把持して、作業者が台車本体１０を押すことにより、計測対象の長手方向に沿って任意の速度で台車本体１０を鋼構造体の走行面上を走行させる。そして、走行面上で台車本体１０を走行させながら、計測対象に向けてレーザー照射部３３からレーザー光Ｌ１を照射し、計測対象及び鋼構造体から反射された反射光Ｌ２を受光部３４で受光する。そして、受光部３４での受光結果を、ロータリーエンコーダ５０からのパルスの出力タイミングに応じて、処理装置１００のコントローラ１２０に出力する。コントローラ１２０に出力された受光結果は、処理装置１００の小型コンピュータ１１０によって計測対象の形状を示す波形などの形状データに処理される。そして、小型コンピュータ１１０の処理結果を、小型コンピュータ１１０から表示操作部６０に無線通信によって出力し、表示操作部６０の形状表示部６１に計測対象の形状データとして、計測対象の形状を示した波形６７を表示させる。なお、データを取得する際は、ロータリーエンコーダ５０が走行面から離れないように注意する。また、表示操作部６０の形状表示部６１に表示された波形６７が乱れないように注意する。さらには、形状計測装置１のガイドロッド２０の球面部２２ｂが計測対象から離れないように注意する。
【0071】
次に、計測を終了する（ステップＳ５）。具体的には、計測対象の形状を前記長手方向で所望の長さ分だけ計測したら、データの取り込みを終了するときに、表示操作部６０に表示された取込停止ボタン６５を作業者が押下して、データの取り込みを終了する。
【符号の説明】
【0072】
１ 形状計測装置
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 鋼板
２ａ，２ｂ，２ｃ 走行面
２ｄ 側面
３ 開先
４ 隅肉
１０ 台車本体
１１ 台座部
１２ ステー部
１３ 車輪
２０ ガイドロッド
２１ ガイドロッド軸部材
２１ａ 下端面
２１ｂ 雄ねじ部
２２ 先端部
２２ａ 平坦部
２２ｂ 球面部
２２ｃ ねじ穴
２３ スプリング
３０ 測定部
３１ 筐体
３２ ガイドロッドホルダー
３３ レーザー照射部
３４ 受光部
４０ 操作バー
４１ 操作バー軸部
４１ａ 上端面
４１ｂ ねじ穴
４２ 把持部
４２ａ 下端面
４２ｂ 雄ねじ部
５０ ロータリーエンコーダ
５０ａ 周面
６０ 表示操作部
６１ 形状表示部
６２ 取込データ数表示部
６３ 取込開始ボタン
６４ 取込中止ボタン
６５ 取込停止ボタン
６６ 強制取込ボタン
７０ 調整機構
７１ 軸部材
７１ａ 面
７１ｂ ねじ穴
７２ ホルダー
７２ａ 第１ホルダー部
７２ｂ 第２ホルダー部
７３ ブラケット
７４ ガイド部材
７４ａ 下側ガイド面
７４ｂ 上側ガイド面
８０ 通信ケーブル
９１，９２，９３，９４，９５，９７ ボルト
９６ 四角ナット
１００ 処理装置
１１０ 小型コンピュータ
１２０ コントローラ
１３０ バッテリー
３１１，３２１，７３４，７３５ ねじ孔
７２２ｂ，７３１ 貫通孔
７２４ｂ，７３３ 切り欠き部
７４１ 中空内部
７４３ 開口部
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 鋼板
２ａ，２ｂ，２ｃ 走行面
２ｄ 側面
３ 開先
４ 隅肉
１０ 台車本体
１１ 台座部
１２ ステー部
１３ 車輪
２０ ガイドロッド
２１ ガイドロッド軸部材
２１ａ 下端面
２１ｂ 雄ねじ部
２２ 先端部
２２ａ 平坦部
２２ｂ 球面部
２２ｃ ねじ穴
２３ スプリング
３０ 測定部
３１ 筐体
３２ ガイドロッドホルダー
３３ レーザー照射部
３４ 受光部
４０ 操作バー
４１ 操作バー軸部
４１ａ 上端面
４１ｂ ねじ穴
４２ 把持部
４２ａ 下端面
４２ｂ 雄ねじ部
５０ ロータリーエンコーダ
５０ａ 周面
６０ 表示操作部
６１ 形状表示部
６２ 取込データ数表示部
６３ 取込開始ボタン
６４ 取込中止ボタン
６５ 取込停止ボタン
６６ 強制取込ボタン
７０ 調整機構
７１ 軸部材
７１ａ 面
７１ｂ ねじ穴
７２ ホルダー
７２ａ 第１ホルダー部
７２ｂ 第２ホルダー部
７３ ブラケット
７４ ガイド部材
７４ａ 下側ガイド面
７４ｂ 上側ガイド面
８０ 通信ケーブル
９１，９２，９３，９４，９５，９７ ボルト
９６ 四角ナット
１００ 処理装置
１１０ 小型コンピュータ
１２０ コントローラ
１３０ バッテリー
３１１，３２１，７３４，７３５ ねじ孔
７２２ｂ，７３１ 貫通孔
７２４ｂ，７３３ 切り欠き部
７４１ 中空内部
７４３ 開口部
【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】