特許 7572579 工事支援システム及び工事支援方法

(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】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】工事支援システム及び工事支援方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20241016BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2024012970

(22)【出願日】2024-01-31

(62)【分割の表示】P 2020155605の分割

【原出願日】2020-09-16

(65)【公開番号】P2024032919

(43)【公開日】2024-03-12

【審査請求日】2024-02-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000200334

【氏名又は名称】ＪＦＥプラントエンジ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】塚岡 賢治

(72)【発明者】

【氏名】山根 章弘

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－８４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９１３５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４

１５／００－１５／１４

Ｇ０６Ｔ １／００

１１／６０－１３／８０

１７／０５

１９／００－１９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

現実空間内で据付対象物体を据え付ける際の前記据付対象物体の遠隔誘導を支援する工事支援システムであって、
前記据付対象物体の据え付けを開始する前に、据え付け開始直前と同一状態の現実の据付環境の３次元点群データを取得し、取得した前記３次元点群データにより仮想空間を特定する仮想空間特定手段と、
前記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルを作成し、
前記据付対象物体を据え付ける際の遠隔誘導を開始するにあたり、現実空間内に配置された現実測量機器で、前記据付対象物体に取り付けられた３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、前記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを取得して、取得した前記現実位置座標データを前記仮想空間特定手段で特定された仮想空間の仮想点群位置座標データに変換し、前記仮想空間に前記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルをインポートし、
現実空間内に配置された前記現実測量機器の設置位置の座標に応じて現実空間と前記仮想空間との同期を行い、
前記据付対象物体の遠隔誘導を行うに際し、前記現実測量機器で前記据付対象物体に取り付けられた前記３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、前記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを連続的に取得して、同期させた前記仮想空間に前記据付対象物体の据え付けが完了するまでの間の前記据付対象物体の位置と姿勢とを現実空間と同期させつつ連続的に前記仮想空間に再現する処理装置と、
前記据付対象物体の据え付けが完了するまでの間の遠隔誘導を支援するため前記据付対象物体の位置と姿勢とを連続的に前記仮想空間に表示する表示装置と、
を備える、工事支援システム。

【請求項2】

前記現実測量機器が、前記現実空間と前記仮想空間とを同期させるための現実チェッカーフラッグをさらに備え、
前記現実測量機器により前記現実空間内に設けられた前記現実チェッカーフラッグを視準して、取得された前記現実チェッカーフラッグの現実位置座標データを前記仮想空間における仮想点群位置座標データに変換することで、現実空間と仮想空間との同期を行う、請求項１に記載の工事支援システム。

【請求項3】

現実空間内で据付対象物体を据え付ける際の前記据付対象物体の遠隔誘導を支援する工事支援方法であって、
前記据付対象物体の据え付けを開始する前に、据え付け開始直前と同一状態の現実の据付環境の３次元点群データを取得し、取得した前記３次元点群データにより仮想空間を特定する仮想空間特定工程と、
前記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルを作成し、
前記据付対象物体を据え付ける際の遠隔誘導を開始するにあたり、現実空間内に配置された現実測量機器で、前記据付対象物体に取り付けられた３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、前記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを取得して、取得した前記現実位置座標データを前記仮想空間特定工程で特定された仮想空間の仮想点群位置座標データに変換し、前記仮想空間に前記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルをインポートする工程と、
現実空間内に配置された前記現実測量機器の設置位置の座標に応じて現実空間と前記仮想空間との同期を行う工程と、
前記据付対象物体の遠隔誘導を行うに際し、前記現実測量機器で前記据付対象物体に取り付けられた前記３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、前記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを連続的に取得して、同期させた前記仮想空間に前記据付対象物体の据え付けが完了するまでの間の前記据付対象物体の位置と姿勢とを現実空間と同期させつつ連続的に前記仮想空間に再現する工程と、
前記据付対象物体の据え付けが完了するまでの間の遠隔誘導を支援するため前記据付対象物体の位置と姿勢とを連続的に前記仮想空間に表示する工程と、
を備える、工事支援方法。

【請求項4】

前記現実空間と前記仮想空間との同期を行う工程において、
前記現実測量機器により現実空間内に設けられた現実チェッカーフラッグを視準して、取得された前記現実チェッカーフラッグの現実位置座標データを前記仮想空間における仮想点群位置座標データに変換することで、現実空間と仮想空間との同期を行う、請求項３に記載の工事支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工事支援システム及び工事支援方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大型設備や建築物等の施工管理システムでは、施工管理に係る労力や手間を省く方法として、３次元ＣＡＤデータ中の仮想空間において仮想建築構造物の設計上の設計位置座標を予め決め、現実空間における現実建築構造物の現実位置データを、設計位置座標データに近づけるという方法が行われている（例えば、特許文献１）。
また、据付対象機器の３次元ＣＡＤを製作し、据付基礎体の点群データを取得し、高さ方向を調整する方法が行われている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－８４２３号公報

【文献】特開２０１６－２２４７８６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、特許文献１に記載の据付環境と据付対象をともに３次元ＣＡＤモデルとする方法では、モデル製作に対して時間とコストがかかることから、日々変化する据付環境への対応が難しいという問題点があった。
また、特許文献２の据付対象の機器と当該機器を据え付ける基礎体の表面との間の据付調整高さを算出する方法では、据付対象の高さ方向のみを調整するため、三次元的な挙動への対応が困難であった。

【0005】

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、据付環境の変化、及び三次元的な挙動への対応が容易に可能な工事支援システム及び工事支援方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、据付対象物体を据え付ける際の遠隔誘導を支援する工事支援システムであって、上記据付対象物体に取り付けられる３つ以上の現実追尾ターゲットと、現実空間に配置され、上記３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、上記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを取得する現実測量機器と、上記現実位置座標データを３次元点群データの仮想空間の仮想点群位置座標データに変換し、上記仮想空間に上記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルを組み込み、上記据付対象物体の挙動を上記仮想空間に再現する処理装置と、を備える、工事支援システムが提供される。

【0007】

本発明の一態様によれば、据付対象物体を据え付ける際の遠隔誘導を支援する工事支援方法であって、現実空間に配置された現実測量機器で、上記据付対象物体に取り付けられた３つ以上の現実追尾ターゲットを追尾し、上記３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを取得する工程と、上記現実位置座標データを３次元点群データの仮想空間の仮想点群位置座標データに変換し、上記仮想空間に上記据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルを組み込み、上記据付対象物体の挙動を上記仮想空間に再現する工程と、を備える、工事支援方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、据付環境の変化、及び三次元的な挙動への対応が容易に可能な工事支援システム及び工事支援方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る工事支援システムを示す構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る工事支援方法を示すフローチャートである。

【図3】現実チェッカーフラッグの一例を示す画像である。

【図4】実施例における据付対象物体と据付環境を示す写真である。

【図5】実施例において据付環境を点群データ化した結果を示す画像である。

【図6】実施例において作成した、据付対象物体の３次元ＣＡＤモデルを示す画像である。

【図7】実施例で用いた現実追尾対象ターゲットを示す写真である。

【図8】実施例における、現実空間での据付状態を示す写真である。

【図9】実施例における、仮想空間での据付状態を示す画像である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

【0011】

＜工事支援システム＞
本発明の一実施形態に係る工事支援システム１は、図１に示すように、据付対象物体６を据え付ける際の遠隔誘導を支援する工事支援システムであって、３つ以上の現実追尾ターゲット２と、現実測量機器３と、処理装置４と、表示装置５とを備える。据付対象物体６は、特に限定されないが、大型設備や建築物の施工において据え付けられる大型の対象物であってもよく、例えば大型機械等であってもよい。

【0012】

３つ以上の現実追尾ターゲット２は、据付対象物体６に取り付けられる正対装置である。現実追尾ターゲット２には、プリズム（反射プリズム）が装着される。現実追尾ターゲット２の数を３つ以上とすることで、据付対象物体６の姿勢の３次元的な変化も測定することができる。なお、本実施形態では、一例として、３つの現実追尾ターゲット２が、据付対象物体６に取り付けられる。

【0013】

現実測量機器３は、現実空間に配置され、３つ以上の現実追尾ターゲット２の位置座標を取得する。現実測量機器３は、３つ以上の現実追尾ターゲット２の位置座標の測定結果である、３つ以上の現実追尾ターゲットの現実位置座標データを処理装置４に送信する。また、現実測量機器３による現実位置座標データの取得は、連続的に行われる。すなわち、本実施形態では、３つ以上の現実追尾ターゲット２と現実測量機器３とによれば、現実位置座標データが連続的に取得されることで、据付対象物体６の位置座標と姿勢とが連続的に測定される。

【0014】

処理装置４は、現実位置座標データを、予め作成された３次元点群データの仮想空間の仮想点群位置座標データに変換し、仮想空間に据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデルを組み込み、据付対象物体６の挙動を仮想空間に再現する。
表示装置５は、処理装置４によって再現された、仮想空間内における据付対象物体６の挙動を表示するモニタ等である。

【0015】

＜工事支援方法＞
本実施形態に係る工事支援方法について、図２を参照して説明する。本実施形態では、まず、現実の据付環境の点群データを取得する工程が行われる（Ｓ１００）。ステップＳ１００では、レーザースキャナーにより据付環境を点群データ化する。例えば、図１の場合、据付環境として、据付対象物体６が据え付けられる台７を含む周囲の環境が点群データ化される。なお、ステップＳ１００によって作成された点群データによる仮想の空間を仮想空間ともいう。

【0016】

次いで、処理装置４は、据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデルを作成する工程を行う（Ｓ１０２）。
さらに、処理装置４は、ステップＳ１００で作成した仮想空間に、ステップＳ１０２で作成した据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデルをインポートする工程を行う（Ｓ１０４）。
ステップＳ１００～Ｓ１０４の工程は、据付対象物体６の据付を行う前に予め行われてもよい。この場合、周囲の環境が実際に据付対象物体６の据え付けを行うときと同じ状態であるときにステップＳ１００の点群データの取得が行われることが好ましい。

【0017】

ステップＳ１０４の後、現実測量機器３を現実空間に設置し、現実空間と点群データの仮想空間とを同期させる工程を行う（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６では、現実測量機器３の設置位置の座標や測定範囲が事前にわかっている場合には、現実測量機器３の設置位置の座標や測定範囲に応じて、現実空間と仮想空間との同期が行われてもよい。また、現実測量機器３に、現実空間と仮想空間とを同期させるための現実チェッカーフラッグを設けてもよい。現実チェッカーフラッグは、例えば、図３に示すような白黒の市松模様状の画像である。この場合、このような現実チェッカーフラッグが、測定範囲の少なくとも３箇所以上に予め貼り付けられ、現実チェッカーフラッグを含む範囲で現実空間の点群データが測定される。そして、処理装置４は、現実測量機器３に対して、現実チェッカーフラッグを視準して、取得された現実位置座標データを仮想点群位置座標データに変換、つまり取得された現実チェッカーフラッグと仮想空間上の仮想チェッカーフラッグとを同期させることで、現実空間と仮想空間との同期が行われる。

【0018】

ステップＳ１０６の後、現実測量機器３は、据付対象物体６に取り付けられた３つ以上の現実追尾ターゲット２を追尾する工程を行う（Ｓ１０８）。ステップＳ１０８は、現実測量機器３が、３つ以上の現実追尾ターゲット２のプリズムの座標を測定することで、各現実追尾ターゲット２の位置座標を測定する。測定された現実位置座標データは、処理装置４に送信される。

【0019】

ステップＳ１０８の後、処理装置４は、ステップＳ１０８で取得した現実位置座標データを仮想点群位置座標データに変換し、変換された仮想点群位置座標データから仮想空間内での据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデルの挙動を再現する工程を行う（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０では、３つ以上の現実追尾ターゲット２の仮想点群位置座標データから、仮想空間内での据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデルの位置座標や姿勢が決定され、再現される。なお、据付対象物体６の挙動が再現された仮想空間は、表示装置５に表示される。

【0020】

ステップＳ１１０の後、処理装置４は、仮想空間内での据付対象物体６の挙動の再現を終了させるか否かの判断をする（Ｓ１１２）。ステップＳ１１２の判断は、例えば、据付対象物体６の据え付けが完了したか否かといった予め設定された規準等に応じて決定される。ステップＳ１１２で仮想空間内での据付対象物体６の挙動の再現を終了させないと判断された場合、ステップＳ１１０以降の処理が繰り返し行われる。つまり、据付対象物体６の据え付けが完了するまでの間、仮想空間内での据付対象物体６の挙動の再現が繰り返し行われる。一方、ステップＳ１１２で仮想空間内での据付対象物体６の挙動の再現を終了させると判断された場合、図２に示す一連の処理が終了する。

【0021】

上記実施形態に係る工事支援システム及び工事支援方法によれば、作成する３次元ＣＡＤモデルは据付対象物体６のみであればよく、周囲環境の３次元ＣＡＤモデルを作成する必要がない。このため、特許文献１に比べて、モデル制作に掛かる時間を短縮化することができ、コストも低減することができる。また、周囲環境を点群データで取得するため、仮想空間の作成に掛かる時間も短縮化することができる。このため、変化しやすい据付環境にも対応することができる。

【0022】

また、上記実施形態に係る工事支援システム及び工事支援方法によれば、据付対象物体６の位置や姿勢が、３つ以上の現実追尾ターゲット２の仮想点群位置座標データから決定される。このため、特許文献２と異なり、据付対象物体６の三次元的な挙動にも対応することができる。
さらに、上記実施形態に係る工事支援システム及び工事支援方法によれば、据付対象物体６と周囲環境とを３次元の仮想空間つまり表示装置５上で把握できるため、作業者が据付対象物体６に近づいての確認作業等の作業をする必要がなくなり、据付作業の安全性を高めることができる。

【0023】

以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

【実施例】

【0024】

本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、図４に示す据付環境において上記実施形態と同様な工事支援システム１を用いて、据付対象物体６の据え付けを行った。本実施例では、据付対象物体６として、図４に示すように直方体状の枠体を用い、この据付対象物体６を、据付環境となる据付対象物体６よりも大きな直方体状の枠体内に据え付ける作業を行った。

【0025】

本実施例において、ステップＳ１００での据付環境を点群データ化した結果を図５に示す。また、ステップＳ１０２にて作成した据付対象物体６の３次元ＣＡＤモデル６Ａを図６に示す。さらに、実施例において使用した、プリズム２１を有する現実追尾ターゲット２を図７に示す。さらに、図８及び図９には、据え付けが完了した状態における、現実空間での据付状態を示す写真及び仮想空間での据付状態を示す画像をそれぞれ示す。
本実施例では、上記実施形態と同様な工事支援システム及び工事支援方法を用いることで、図８及び図９に示すように、現実空間とのずれがない仮想空間を再現することができることが確認できた。

【符号の説明】

【0026】

１ 工事支援システム
２ 現実追尾ターゲット
３ 現実測量機器
４ 処理装置
５ 表示装置
６ 据付対象物体
７ 台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】