３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法
【課題】本発明は、ターゲットを配置することなく複数の３次元点群データを容易に合成可能な３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法を提供する。
【解決手段】複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３と、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５と、を備える。
【解決手段】複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３と、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は、３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー計測装置、多関節３次元測定器、デジタルカメラおよびＣＣＤカメラなどの複数種の３次元形状測定器を、被測定対象である構造物や測定する部分に要求される精度等に応じて選定し、これら複数の３次元形状測定器によって測定した被測定対象に係る３次元点群データを合成処理し、さらに合成処理した３次元点群データから３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法が知られている。この３次元ＣＡＤデータは、被測定対象である構造物の有限要素構造解析に使用するモデルの作成に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力発電所の改造工事や耐震性向上工事などの工事において、工事開始前の現場調査や、工事終了後の据付状態の記録など、現場情報を記録する場合がある。また、文化財などの表面形状を測定して記録する場合がある。これら原子力発電所や文化財などの既設の被測定対象物を現地で効率的に測定するため、例えばレーザー計測装置を使用して被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを取得する。
【０００５】
ところで、被測定対象物の表面形状を死角や影のない３次元点群データで表すためには、複数の箇所で測定した個別の３次元点群データを合成する必要がある。従来、この３次元点群データの合成は、被測定対象物の近傍に適宜に配置するターゲットを基準にして相互に異なる３次元点群データを重ね合わせることによって行われている。
【０００６】
すなわち、被測定対象物の表面形状を死角や影のない３次元点群データで表すためには、被測定対象物の周囲にターゲットを適宜に配置する作業を要し、現地作業の効率低下を招いていた。
【０００７】
他方、レーザー計測装置で測定する３次元点群データは、測定点の数量が数億点から十数億点に達するためデータ量が膨大になる。このような３次元点群データを設計データとして取り扱う場合も、複数の箇所から測定を行って被測定対象物の表面形状を死角あるいは影のない３次元点群データで表すことが重要である。しかるに、死角あるいは影のない３次元点群データは、個々に膨大なデータ量に達する３次元点群データを合成して得るため、さらに膨大なデータ量に達する合成点群データとなる。この合成点群データを視覚的に利用しやすく画像に表示したり、視点や視野を変更して再表示したりする処理は、大容量のメモリ空間や高い演算能力を必要とするため、合成点群データの円滑な利用には困難をともなう。このため、死角あるいは影のある３次元点群データを非合成のまま、測定箇所毎に個別に表示して現場の状況を確認する程度の使用に留まっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、ターゲットを配置することなく複数の３次元点群データを容易に合成可能な３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法を提供する。また、本発明は、複数の３次元点群データを合成して得る合成点群データを効率よく利用できる３次元ＣＡＤデータを作成可能な３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムは、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成する合成装置と、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムは、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成する合成装置と、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備える。
【００１１】
さらに、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定し、複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成し、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定し、前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成し、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの合成点群データを示す概略図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元ＣＡＤデータを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３と、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５と、を備える。
【００１８】
形状測定装置２は、例えばレーザー計測装置７や複数のデジタルカメラ（図示省略）である。
【００１９】
レーザー計測装置７は、所謂レーザースキャナであり、レーザー光を被測定対象物Ｏに照射し、被測定対象物Ｏが反射する光（反射光）を受光してレーザー計測装置７と被測定対象物Ｏとの距離を測定し、同時にレーザー光を照射した方向を加味してレーザー光が反射した箇所（すなわち測定点）の三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。
【００２０】
他方、複数のデジタルカメラは、被測定対象物Ｏを撮影した画像から３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかを作成する光学計測装置、所謂ステレオカメラであり、視差を利用して被測定対象物Ｏにおける撮影箇所（すなわち測定点）の三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。複数のデジタルカメラは、測定点毎に、取得番号と、三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、輝度とからなるデータを全測定点について取得する。この全測定点のデータが３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかであり、複数のデジタルカメラの撮影箇所毎に異なるインデックスを付して識別する。
【００２１】
また、形状測定装置２は、電磁波によって被測定対象物Ｏを走査し３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかを作成する電磁波計測装置であっても良い。
【００２２】
合成装置３は、形状測定装置２、すなわちレーザー計測装置７、複数のデジタルカメラおよび電磁波計測装置の少なくとも１つから３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を取得し、記憶するとともに３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を同一の座標系に合成し合成点群データＣＰＧを作成する。
【００２３】
３次元ＣＡＤデータ作成装置５は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard、日本工業規格）などの各種規格における配管や鋼材、板材などの形状を登録し記憶可能な属性集記憶部１１と、属性集記憶部１１に記憶される各種形状の他、線（直線、曲線）や面（平面、曲面）などの要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ変換装置１２と、を備える。
【００２４】
３次元ＣＡＤデータ変換装置１２は、属性集記憶部１１に記憶される各種形状や線や面などの要素を合成点群データＣＰＧに自動的に照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能であり、出力装置１３に合成点群データＣＰＧを表示して使用者の目視および操作に従い任意の要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能である。
【００２５】
次に、３次元ＣＡＤデータ作成システム１における３次元点群データの合成方法を説明する。
【００２６】
先ず、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１の形状測定装置２は、被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を複数の箇所（図１中の測定箇所ＡおよびＢ）から測定する。ここで、測定箇所Ａにおける測定結果を３次元点群データＰＧ１とし、測定箇所Ｂにおける測定結果を３次元点群データＰＧ２とする。
【００２７】
被測定対象物Ｏは、例えば、原子力発電プラントにおける立入制限区域に設置された施設または設備であったり、史跡などの文化財である。
【００２８】
３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３は被測定対象物Ｏの表面形状の一部であっても良いし、被測定対象物Ｏとは異なり、例えば被測定対象物Ｏを納める建屋１０１の一部であっても良い。
【００２９】
３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、いずれも被測定対象物Ｏの表面形状を部分的に測定し、死角若しくは影になる部分を有する。なお、３次元点群データＰＧ１の死角若しくは影の部分は、３次元点群データＰＧ２には測定できており、３次元点群データＰＧ２の死角若しくは影の部分は、３次元点群データＰＧ１には測定できている。
【００３０】
一方、３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、いずれも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を測定している。
【００３１】
図２は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図である。
【００３２】
ところで、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２の各測定点は、一般に数ｍｍから十数ｍｍの測定誤差を有する。すなわち、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す測定点も相応の誤差を有するため、図２に示すように、本実施形態に係る合成装置３は、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を適宜に平滑化しつつ基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３の一部に相当する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を一時的に３次元ＣＡＤデータ化して３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２に組み合わせる。ここで、３次元点群データＰＧ１が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’とし、３次元点群データＰＧ２が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とする。
【００３３】
これら平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’および平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’は、それぞれ法線ベクトルの情報を有する。この法線ベクトルの大きさは任意であり単位ベクトルでも良い。また、この法線ベクトルの向きは、平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’および平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’それぞれについて各々の基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３が臨む空間に向けて延びる。なお、法線ベクトルの方向は、それぞれの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上で共通していれば良く、例えば、平面ＲＦ１ａ’および平面ＲＦ１ｂ’は基準面ＲＦ１が臨む空間に向けて延び、平面ＲＦ２ａ’および平面ＲＦ２ｂ’は基準面ＲＦ２が臨む被測定対象物Ｏまたは建屋１０１に向けて延びるように定めても良い。
【００３４】
図３は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの合成点群データを示す概略図である。
【００３５】
図３に示すように、合成装置３は、平面ＲＦ１ａ’と平面ＲＦ１ｂ’とが略同一平面に位置し、平面ＲＦ２ａ’と平面ＲＦ２ｂ’とが略同一平面に位置し、平面ＲＦ３ａ’と平面ＲＦ３ｂ’とが略同一平面に位置するよう、３次元点群データＰＧ１と３次元点群データＰＧ２とを相対的に並進および回転させて相対的な位置関係を調整する。また、合成装置３は、前述の平面の重ね合わせに加え、平面ＲＦ１ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ１ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向き、平面ＲＦ２ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ２ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向き、平面ＲＦ３ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ３ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向くよう、３次元点群データＰＧ１と３次元点群データＰＧ２とを相対的に並進および回転させて相対的な位置関係を調整しても良い。
【００３６】
この結果、３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、被測定対象物Ｏの表面形状を死角あるいは影なく表せるよう重なり合う。合成装置３は、この被測定対象物Ｏの表面形状を死角あるいは影なく表せるよう重なり合った３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成する。
【００３７】
すなわち、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成し、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する方法である。
【００３８】
なお、３次元点群データＰＧ１が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’と３次元点群データＰＧ２が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とは、同一箇所を測定している必要は無く、実体である基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上のいずれの箇所を測定していても良い。すなわち、平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’と平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とは、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上の異なる箇所を測定したものでも良い。
【００３９】
また、図１から図３において、２つの３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成する方法について説明したが、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎも同様の方法で合成できる。このとき、３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３は、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎ全てにおいて共通する必要は無く、少なくとも２つの３次元点群データＰＧｓ、ＰＧｔまたは３次元点群データＰＧｕと合成点群データＣＰＧｎ（任意の数量の３次元点群データＰＧｓ、ＰＧｔを合成した点群データ）において共通する３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３があれば良い。
【００４０】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１および３次元ＣＡＤデータ作成方法は、従来必要としていたターゲットを被測定対象物Ｏの近傍に配置することなく、複数の計測箇所から被測定対象物Ｏの表面形状を測定し、測定箇所毎に取得した３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを合成して合成点群データＣＰＧを作成することができる。このことは、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを取得する際のターゲットの配置を不要にし、現地における作業負担や、作業時間を低減する。現地における作業負担や、作業時間を低減は、例えば、被測定対象物Ｏが原子力発電プラントの立入制限区域のような作業時間が制限されてしまう環境である場合において、測定作業者の負担を軽減できる。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の第１実施形態について、図４から図６を参照して説明する。
【００４２】
図４は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図である。
【００４３】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａにおいて第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図４に示すように、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａは、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３Ａと、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５Ａと、を備える。
【００４５】
合成装置３Ａは、形状測定装置２、すなわちレーザー計測装置７や、複数のデジタルカメラから３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を取得し、記憶するとともに３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を同一の座標系に合成し合成点群データＣＰＧを作成する。合成装置３Ａは、合成装置３と同様に、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する。また、合成装置３Ａは、被測定対象物Ｏの近傍に適宜に配置する少なくとも３つのターゲット（図示省略）を基準にして相互に異なる３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を重ね合わせることによって合成点群データＣＰＧを作成しても良い。
【００４６】
３次元ＣＡＤデータ作成装置５Ａは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard、日本工業規格）などの各種規格における配管や鋼材、板材などの形状を登録し記憶可能な属性集記憶部１１と、属性集記憶部１１に記憶される各種形状の他、線（直線、曲線）や面（平面、曲面）などの要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａと、を備える。
【００４７】
３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、属性集記憶部１１に記憶される各種形状や線や面などの要素を合成点群データＣＰＧに自動的に照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能であり、出力装置１３に合成点群データＣＰＧを表示して使用者の目視および操作に従い任意の要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能である。
【００４８】
次に、３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａにおける３次元ＣＡＤデータの作成方法を説明する。
【００４９】
先ず、本実施形態に係る被測定対象物Ｏは、複数の区域１０３Ａ、１０３Ｂを隔てる壁１０２を有する建屋１０１と、空調ダクト１０５および配管１０６と、空調ダクト１０５および配管１０６を区域内に支える支持構造１０７と、を備える。空調ダクト１０５は、壁１０２を貫通して区域１０３Ａ、１０３Ｂ内に延びる一体品である。配管１０６も、壁１０２を貫通して区域１０３Ａ、１０３Ｂ内に延びる一体品である。
【００５０】
ここで、例えば原子力発電プラントを被測定対象物Ｏとする場合、壁１０２は立入制限区域（例えば、区域１０３Ａ）と立入可能な区域（例えば、区域１０３Ｂ）とを隔てる。
【００５１】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａの形状測定装置２は、区域１０３Ａ、１０３Ｂ内のそれぞれの箇所（図４中の測定箇所ＡおよびＢ）から被測定対象物Ｏを測定する。ここで、測定箇所Ａにおける測定結果を３次元点群データＰＧ１とし、測定箇所Ｂにおける測定結果を３次元点群データＰＧ２とする。
【００５２】
例えば原子力発電プラントを被測定対象物Ｏとする場合、複数の形状測定装置２の一部は、立入制限区域内で３次元点群データＰＧ１を測定することになる。また、複数の形状測定装置２の他の一部は、立入可能な区域内で３次元点群データＰＧ２を測定することになる。
【００５３】
３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３（図示省略）または被測定対象物Ｏの近傍に適宜に配置する少なくとも３つのターゲット（図示省略）をともに測定する。合成装置３Ａは、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３またはターゲットを基準にして合成点群データＣＰＧを作成する。
【００５４】
図５は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図である。
【００５５】
図６は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元ＣＡＤデータを示す概略図である。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る合成点群データＣＰＧのうち空調ダクト１０５を表す点群ＰＧ１０５および配管１０６を表す点群ＰＧ１０６は、壁１０２や支持構造１０７による死角や影によって一体に連続することなく分断される。
【００５７】
そこで、図６に示すように、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する。例えば、被測定対象物Ｏのうち空調ダクト１０５および配管１０６に着目すると、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する空調ダクト１０５および配管１０６について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する。
【００５８】
また、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する際、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される部分の中央位置で連接する複数の部分からなる３次元ＣＡＤデータを作成する。換言すると、３次元ＣＡＤデータの連接部分は、次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧの欠落箇所の中央位置にある。例えば、被測定対象物Ｏのうち空調ダクト１０５および配管１０６に着目すると、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、空調ダクト１０５および配管１０６について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する際、壁１０２や支持構造１０７によって死角や影になる部分の中央位置で連接する複数の部分（空調ダクト１０５の部分１０５ａ、配管１０６の部分１０６ａ）からなる３次元ＣＡＤデータを作成する。
【００５９】
すなわち、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成し、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する方法である。
【００６０】
なお、図４から図６において、２つの３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成する方法について説明したが、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎも同様の方法で合成できる。
【００６１】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法は、空調ダクト１０５や配管１０６のように実体が一体品であるにもかかわらず、壁１０２や支持構造１０７に遮られることによって、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧが分断されて表れる連続体について、実体を反映した一体の３次元ＣＡＤデータを作成できる。
【００６２】
また、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法は、実体を反映して一体の３次元ＣＡＤデータで表した連続体について、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧが分断されて不連続に表されている部分の中央位置で連接する複数の部分からなる３次元ＣＡＤデータを作成できる。この３次元ＣＡＤデータの連接部分は、例えば、有限要素構造解析に使用するモデルの作成の際に拘束条件を指定するために利用することが可能であり、解析作業の効率化に寄与できる。
【００６３】
したがって、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１、１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法によれば、ターゲットを配置することなく複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを容易に合成できる。
【００６４】
また、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１、１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法によれば、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを合成して得る合成点群データＣＰＧを効率よく利用できる３次元ＣＡＤデータを作成できる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ ３次元ＣＡＤデータ作成システム
２ 形状測定装置
３、３Ａ 合成装置
５、５Ａ ３次元ＣＡＤデータ作成装置
７ レーザー計測装置
８ デジタルカメラ
１１ 属性集記憶部
１２、１２Ａ ３次元ＣＡＤデータ変換装置
１３ 出力装置
１０１ 建屋
１０２ 壁
１０３Ａ、１０３Ｂ 区域
１０５ 空調ダクト
１０６ 配管
１０７ 支持構造
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は、３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー計測装置、多関節３次元測定器、デジタルカメラおよびＣＣＤカメラなどの複数種の３次元形状測定器を、被測定対象である構造物や測定する部分に要求される精度等に応じて選定し、これら複数の３次元形状測定器によって測定した被測定対象に係る３次元点群データを合成処理し、さらに合成処理した３次元点群データから３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法が知られている。この３次元ＣＡＤデータは、被測定対象である構造物の有限要素構造解析に使用するモデルの作成に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力発電所の改造工事や耐震性向上工事などの工事において、工事開始前の現場調査や、工事終了後の据付状態の記録など、現場情報を記録する場合がある。また、文化財などの表面形状を測定して記録する場合がある。これら原子力発電所や文化財などの既設の被測定対象物を現地で効率的に測定するため、例えばレーザー計測装置を使用して被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを取得する。
【０００５】
ところで、被測定対象物の表面形状を死角や影のない３次元点群データで表すためには、複数の箇所で測定した個別の３次元点群データを合成する必要がある。従来、この３次元点群データの合成は、被測定対象物の近傍に適宜に配置するターゲットを基準にして相互に異なる３次元点群データを重ね合わせることによって行われている。
【０００６】
すなわち、被測定対象物の表面形状を死角や影のない３次元点群データで表すためには、被測定対象物の周囲にターゲットを適宜に配置する作業を要し、現地作業の効率低下を招いていた。
【０００７】
他方、レーザー計測装置で測定する３次元点群データは、測定点の数量が数億点から十数億点に達するためデータ量が膨大になる。このような３次元点群データを設計データとして取り扱う場合も、複数の箇所から測定を行って被測定対象物の表面形状を死角あるいは影のない３次元点群データで表すことが重要である。しかるに、死角あるいは影のない３次元点群データは、個々に膨大なデータ量に達する３次元点群データを合成して得るため、さらに膨大なデータ量に達する合成点群データとなる。この合成点群データを視覚的に利用しやすく画像に表示したり、視点や視野を変更して再表示したりする処理は、大容量のメモリ空間や高い演算能力を必要とするため、合成点群データの円滑な利用には困難をともなう。このため、死角あるいは影のある３次元点群データを非合成のまま、測定箇所毎に個別に表示して現場の状況を確認する程度の使用に留まっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、ターゲットを配置することなく複数の３次元点群データを容易に合成可能な３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法を提供する。また、本発明は、複数の３次元点群データを合成して得る合成点群データを効率よく利用できる３次元ＣＡＤデータを作成可能な３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムは、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成する合成装置と、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムは、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成する合成装置と、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備える。
【００１１】
さらに、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定し、複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成し、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定し、前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成し、前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの合成点群データを示す概略図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元ＣＡＤデータを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３と、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５と、を備える。
【００１８】
形状測定装置２は、例えばレーザー計測装置７や複数のデジタルカメラ（図示省略）である。
【００１９】
レーザー計測装置７は、所謂レーザースキャナであり、レーザー光を被測定対象物Ｏに照射し、被測定対象物Ｏが反射する光（反射光）を受光してレーザー計測装置７と被測定対象物Ｏとの距離を測定し、同時にレーザー光を照射した方向を加味してレーザー光が反射した箇所（すなわち測定点）の三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。
【００２０】
他方、複数のデジタルカメラは、被測定対象物Ｏを撮影した画像から３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかを作成する光学計測装置、所謂ステレオカメラであり、視差を利用して被測定対象物Ｏにおける撮影箇所（すなわち測定点）の三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。複数のデジタルカメラは、測定点毎に、取得番号と、三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、輝度とからなるデータを全測定点について取得する。この全測定点のデータが３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかであり、複数のデジタルカメラの撮影箇所毎に異なるインデックスを付して識別する。
【００２１】
また、形状測定装置２は、電磁波によって被測定対象物Ｏを走査し３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２のいずれかを作成する電磁波計測装置であっても良い。
【００２２】
合成装置３は、形状測定装置２、すなわちレーザー計測装置７、複数のデジタルカメラおよび電磁波計測装置の少なくとも１つから３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を取得し、記憶するとともに３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を同一の座標系に合成し合成点群データＣＰＧを作成する。
【００２３】
３次元ＣＡＤデータ作成装置５は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard、日本工業規格）などの各種規格における配管や鋼材、板材などの形状を登録し記憶可能な属性集記憶部１１と、属性集記憶部１１に記憶される各種形状の他、線（直線、曲線）や面（平面、曲面）などの要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ変換装置１２と、を備える。
【００２４】
３次元ＣＡＤデータ変換装置１２は、属性集記憶部１１に記憶される各種形状や線や面などの要素を合成点群データＣＰＧに自動的に照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能であり、出力装置１３に合成点群データＣＰＧを表示して使用者の目視および操作に従い任意の要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能である。
【００２５】
次に、３次元ＣＡＤデータ作成システム１における３次元点群データの合成方法を説明する。
【００２６】
先ず、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１の形状測定装置２は、被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を複数の箇所（図１中の測定箇所ＡおよびＢ）から測定する。ここで、測定箇所Ａにおける測定結果を３次元点群データＰＧ１とし、測定箇所Ｂにおける測定結果を３次元点群データＰＧ２とする。
【００２７】
被測定対象物Ｏは、例えば、原子力発電プラントにおける立入制限区域に設置された施設または設備であったり、史跡などの文化財である。
【００２８】
３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３は被測定対象物Ｏの表面形状の一部であっても良いし、被測定対象物Ｏとは異なり、例えば被測定対象物Ｏを納める建屋１０１の一部であっても良い。
【００２９】
３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、いずれも被測定対象物Ｏの表面形状を部分的に測定し、死角若しくは影になる部分を有する。なお、３次元点群データＰＧ１の死角若しくは影の部分は、３次元点群データＰＧ２には測定できており、３次元点群データＰＧ２の死角若しくは影の部分は、３次元点群データＰＧ１には測定できている。
【００３０】
一方、３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、いずれも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を測定している。
【００３１】
図２は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図である。
【００３２】
ところで、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２の各測定点は、一般に数ｍｍから十数ｍｍの測定誤差を有する。すなわち、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す測定点も相応の誤差を有するため、図２に示すように、本実施形態に係る合成装置３は、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を適宜に平滑化しつつ基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３の一部に相当する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を一時的に３次元ＣＡＤデータ化して３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２に組み合わせる。ここで、３次元点群データＰＧ１が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’とし、３次元点群データＰＧ２が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’を平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とする。
【００３３】
これら平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’および平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’は、それぞれ法線ベクトルの情報を有する。この法線ベクトルの大きさは任意であり単位ベクトルでも良い。また、この法線ベクトルの向きは、平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’および平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’それぞれについて各々の基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３が臨む空間に向けて延びる。なお、法線ベクトルの方向は、それぞれの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上で共通していれば良く、例えば、平面ＲＦ１ａ’および平面ＲＦ１ｂ’は基準面ＲＦ１が臨む空間に向けて延び、平面ＲＦ２ａ’および平面ＲＦ２ｂ’は基準面ＲＦ２が臨む被測定対象物Ｏまたは建屋１０１に向けて延びるように定めても良い。
【００３４】
図３は、本発明の第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの合成点群データを示す概略図である。
【００３５】
図３に示すように、合成装置３は、平面ＲＦ１ａ’と平面ＲＦ１ｂ’とが略同一平面に位置し、平面ＲＦ２ａ’と平面ＲＦ２ｂ’とが略同一平面に位置し、平面ＲＦ３ａ’と平面ＲＦ３ｂ’とが略同一平面に位置するよう、３次元点群データＰＧ１と３次元点群データＰＧ２とを相対的に並進および回転させて相対的な位置関係を調整する。また、合成装置３は、前述の平面の重ね合わせに加え、平面ＲＦ１ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ１ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向き、平面ＲＦ２ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ２ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向き、平面ＲＦ３ａ’の法線ベクトルと平面ＲＦ３ｂ’の法線ベクトルとが略同一方向を向くよう、３次元点群データＰＧ１と３次元点群データＰＧ２とを相対的に並進および回転させて相対的な位置関係を調整しても良い。
【００３６】
この結果、３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、被測定対象物Ｏの表面形状を死角あるいは影なく表せるよう重なり合う。合成装置３は、この被測定対象物Ｏの表面形状を死角あるいは影なく表せるよう重なり合った３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成する。
【００３７】
すなわち、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成し、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成する方法である。
【００３８】
なお、３次元点群データＰＧ１が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’と３次元点群データＰＧ２が含む測定点から３次元ＣＡＤデータ化する平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とは、同一箇所を測定している必要は無く、実体である基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上のいずれの箇所を測定していても良い。すなわち、平面ＲＦ１ａ’、ＲＦ２ａ’、ＲＦ３ａ’と平面ＲＦ１ｂ’、ＲＦ２ｂ’、ＲＦ３ｂ’とは、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３上の異なる箇所を測定したものでも良い。
【００３９】
また、図１から図３において、２つの３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成する方法について説明したが、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎも同様の方法で合成できる。このとき、３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３は、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎ全てにおいて共通する必要は無く、少なくとも２つの３次元点群データＰＧｓ、ＰＧｔまたは３次元点群データＰＧｕと合成点群データＣＰＧｎ（任意の数量の３次元点群データＰＧｓ、ＰＧｔを合成した点群データ）において共通する３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３があれば良い。
【００４０】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１および３次元ＣＡＤデータ作成方法は、従来必要としていたターゲットを被測定対象物Ｏの近傍に配置することなく、複数の計測箇所から被測定対象物Ｏの表面形状を測定し、測定箇所毎に取得した３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを合成して合成点群データＣＰＧを作成することができる。このことは、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを取得する際のターゲットの配置を不要にし、現地における作業負担や、作業時間を低減する。現地における作業負担や、作業時間を低減は、例えば、被測定対象物Ｏが原子力発電プラントの立入制限区域のような作業時間が制限されてしまう環境である場合において、測定作業者の負担を軽減できる。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法の第１実施形態について、図４から図６を参照して説明する。
【００４２】
図４は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムを示すブロック図である。
【００４３】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａにおいて第１実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図４に示すように、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａは、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定する形状測定装置２と、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成する合成装置３Ａと、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置５Ａと、を備える。
【００４５】
合成装置３Ａは、形状測定装置２、すなわちレーザー計測装置７や、複数のデジタルカメラから３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を取得し、記憶するとともに３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を同一の座標系に合成し合成点群データＣＰＧを作成する。合成装置３Ａは、合成装置３と同様に、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２について３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データＣＰＧを作成する。また、合成装置３Ａは、被測定対象物Ｏの近傍に適宜に配置する少なくとも３つのターゲット（図示省略）を基準にして相互に異なる３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を重ね合わせることによって合成点群データＣＰＧを作成しても良い。
【００４６】
３次元ＣＡＤデータ作成装置５Ａは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard、日本工業規格）などの各種規格における配管や鋼材、板材などの形状を登録し記憶可能な属性集記憶部１１と、属性集記憶部１１に記憶される各種形状の他、線（直線、曲線）や面（平面、曲面）などの要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａと、を備える。
【００４７】
３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、属性集記憶部１１に記憶される各種形状や線や面などの要素を合成点群データＣＰＧに自動的に照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能であり、出力装置１３に合成点群データＣＰＧを表示して使用者の目視および操作に従い任意の要素を合成点群データＣＰＧに照合して３次元ＣＡＤデータを作成することも可能である。
【００４８】
次に、３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａにおける３次元ＣＡＤデータの作成方法を説明する。
【００４９】
先ず、本実施形態に係る被測定対象物Ｏは、複数の区域１０３Ａ、１０３Ｂを隔てる壁１０２を有する建屋１０１と、空調ダクト１０５および配管１０６と、空調ダクト１０５および配管１０６を区域内に支える支持構造１０７と、を備える。空調ダクト１０５は、壁１０２を貫通して区域１０３Ａ、１０３Ｂ内に延びる一体品である。配管１０６も、壁１０２を貫通して区域１０３Ａ、１０３Ｂ内に延びる一体品である。
【００５０】
ここで、例えば原子力発電プラントを被測定対象物Ｏとする場合、壁１０２は立入制限区域（例えば、区域１０３Ａ）と立入可能な区域（例えば、区域１０３Ｂ）とを隔てる。
【００５１】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａの形状測定装置２は、区域１０３Ａ、１０３Ｂ内のそれぞれの箇所（図４中の測定箇所ＡおよびＢ）から被測定対象物Ｏを測定する。ここで、測定箇所Ａにおける測定結果を３次元点群データＰＧ１とし、測定箇所Ｂにおける測定結果を３次元点群データＰＧ２とする。
【００５２】
例えば原子力発電プラントを被測定対象物Ｏとする場合、複数の形状測定装置２の一部は、立入制限区域内で３次元点群データＰＧ１を測定することになる。また、複数の形状測定装置２の他の一部は、立入可能な区域内で３次元点群データＰＧ２を測定することになる。
【００５３】
３次元点群データＰＧ１および３次元点群データＰＧ２は、互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３（図示省略）または被測定対象物Ｏの近傍に適宜に配置する少なくとも３つのターゲット（図示省略）をともに測定する。合成装置３Ａは、基準面ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３またはターゲットを基準にして合成点群データＣＰＧを作成する。
【００５４】
図５は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元点群データを示す概略図である。
【００５５】
図６は、本発明の第２実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システムの３次元ＣＡＤデータを示す概略図である。
【００５６】
図５に示すように、本実施形態に係る合成点群データＣＰＧのうち空調ダクト１０５を表す点群ＰＧ１０５および配管１０６を表す点群ＰＧ１０６は、壁１０２や支持構造１０７による死角や影によって一体に連続することなく分断される。
【００５７】
そこで、図６に示すように、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する。例えば、被測定対象物Ｏのうち空調ダクト１０５および配管１０６に着目すると、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する空調ダクト１０５および配管１０６について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する。
【００５８】
また、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する際、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される部分の中央位置で連接する複数の部分からなる３次元ＣＡＤデータを作成する。換言すると、３次元ＣＡＤデータの連接部分は、次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧの欠落箇所の中央位置にある。例えば、被測定対象物Ｏのうち空調ダクト１０５および配管１０６に着目すると、３次元ＣＡＤデータ変換装置１２Ａは、空調ダクト１０５および配管１０６について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する際、壁１０２や支持構造１０７によって死角や影になる部分の中央位置で連接する複数の部分（空調ダクト１０５の部分１０５ａ、配管１０６の部分１０６ａ）からなる３次元ＣＡＤデータを作成する。
【００５９】
すなわち、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成方法は、複数の計測箇所において被測定対象物Ｏの表面形状を表す３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を測定し、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成して合成点群データＣＰＧを作成し、合成点群データＣＰＧから被測定対象物Ｏの３次元ＣＡＤデータを作成するとき、合成点群データＣＰＧにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する被測定対象物Ｏについて連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する方法である。
【００６０】
なお、図４から図６において、２つの３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２を合成する方法について説明したが、３つ以上の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎも同様の方法で合成できる。
【００６１】
本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法は、空調ダクト１０５や配管１０６のように実体が一体品であるにもかかわらず、壁１０２や支持構造１０７に遮られることによって、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧが分断されて表れる連続体について、実体を反映した一体の３次元ＣＡＤデータを作成できる。
【００６２】
また、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法は、実体を反映して一体の３次元ＣＡＤデータで表した連続体について、３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２あるいは合成点群データＣＰＧが分断されて不連続に表されている部分の中央位置で連接する複数の部分からなる３次元ＣＡＤデータを作成できる。この３次元ＣＡＤデータの連接部分は、例えば、有限要素構造解析に使用するモデルの作成の際に拘束条件を指定するために利用することが可能であり、解析作業の効率化に寄与できる。
【００６３】
したがって、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１、１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法によれば、ターゲットを配置することなく複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを容易に合成できる。
【００６４】
また、本実施形態に係る３次元ＣＡＤデータ作成システム１、１Ａおよび３次元ＣＡＤデータ作成方法によれば、複数の３次元点群データＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、………、ＰＧｎを合成して得る合成点群データＣＰＧを効率よく利用できる３次元ＣＡＤデータを作成できる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ ３次元ＣＡＤデータ作成システム
２ 形状測定装置
３、３Ａ 合成装置
５、５Ａ ３次元ＣＡＤデータ作成装置
７ レーザー計測装置
８ デジタルカメラ
１１ 属性集記憶部
１２、１２Ａ ３次元ＣＡＤデータ変換装置
１３ 出力装置
１０１ 建屋
１０２ 壁
１０３Ａ、１０３Ｂ 区域
１０５ 空調ダクト
１０６ 配管
１０７ 支持構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、
複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成する合成装置と、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項２】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、
前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成する合成装置と、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項３】
前記形状測定装置は、前記被測定対象物を撮影した画像から前記３次元点群データを作成する光学計測装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項４】
前記形状測定装置は、電磁波によって前記被測定対象物を走査し前記３次元点群データを作成する電磁波計測装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項５】
前記被測定対象物は、原子力発電プラントにおける立入制限区域に設置された施設または設備であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項６】
前記複数の形状測定装置の一部は、前記立入制限区域内で前記３次元点群データを測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項７】
前記複数の形状測定装置の一部は、立入可能な区域内で前記３次元点群データを測定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項８】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定し、
複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成し、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成方法。
【請求項９】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定し、
前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成し、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成方法。
【請求項１】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、
複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成する合成装置と、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項２】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定する形状測定装置と、
前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成する合成装置と、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成する３次元ＣＡＤデータ作成装置と、を備えることを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項３】
前記形状測定装置は、前記被測定対象物を撮影した画像から前記３次元点群データを作成する光学計測装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項４】
前記形状測定装置は、電磁波によって前記被測定対象物を走査し前記３次元点群データを作成する電磁波計測装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項５】
前記被測定対象物は、原子力発電プラントにおける立入制限区域に設置された施設または設備であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項６】
前記複数の形状測定装置の一部は、前記立入制限区域内で前記３次元点群データを測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項７】
前記複数の形状測定装置の一部は、立入可能な区域内で前記３次元点群データを測定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤデータ作成システム。
【請求項８】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状および互いに方向の異なる少なくとも３つの基準面を表す３次元点群データを測定し、
複数の前記３次元点群データについて前記３つの基準面をそれぞれ略同一面に配置し合成して合成点群データを作成し、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成方法。
【請求項９】
複数の計測箇所において被測定対象物の表面形状を表す３次元点群データを測定し、
前記複数の３次元点群データを合成して合成点群データを作成し、
前記合成点群データから前記被測定対象物の３次元ＣＡＤデータを作成するとき、前記合成点群データにおいて不連続に表される一方、連続する実体を有する前記被測定対象物について連続する一体の３次元ＣＡＤデータを作成することを特徴とする３次元ＣＡＤデータ作成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５８１０６（Ｐ２０１３−５８１０６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４６４（Ｐ２０１１−１９６４６４）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【Ｆターム（参考）】
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