JP2010261772A - 鉄筋のかぶり厚さ検査装置および鉄筋のかぶり厚さ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋のかぶり厚さの検査を正確に、しかも高速に行なえる構成とした、鉄筋のかぶり厚さ検査装置および鉄筋のかぶり厚さ検査方法の提供。
【解決手段】３次元レーザスキャナ３１を固定してレーザビームを複数配置された鉄筋のいずれかの鉄筋１に照射して点群データを取得し、鉄筋１の鉛直方向で切断断面毎に円形部位を抽出して鉄筋の中心候補位置を作成する。切断断面毎に作成された前記鉄筋の中心候補位置を鉛直方向に重ね合わせて３次元画像を作成し、３次元画像から鉄筋位置を判定する。スキャナの置かれている位置の座標を取得し、観測している鉄筋（外側）がワールド座標に対してどのような位置にあるか計算する。次に設計情報から対応する柱表面の位置を得て、鉄筋の外側と柱表面の間隔を演算し、鉄筋のかぶり厚さを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設工事における鉄筋のかぶり厚さ検査を正確に、しかも高速に行なえる構成とした、鉄筋のかぶり厚さ検査装置および鉄筋のかぶり厚さ検査方法に関する。

建設工事における鉄筋の施工状態の検査（配筋検査）は、その構造体の性能確保のためには最も重要な検査項目であり、このような配筋状態の検査は、建設工事の施工管理において重要な項目となっている。このために、設計どおりの配筋がなされているか、所定の直径の鉄筋が設計どおり配置されているか、鉄筋数は整合しているか、などの配筋状態を確認することが必要となる。

建設工事における鉄筋の検査のもうひとつの重要な項目として、鉄筋のがぶり厚さの検査が行われる。この検査は、鉄筋の周囲にコンクリートを打設した際に、コンクリート表面から内部の鉄筋までの間に、適切な隙間が確保されているか否かを検査するものである。この検査は、一般的には鉄筋の一部を計測して評価しているが、何らかの方法で自動化・簡素化することが要請されていた。

例えば特許文献１には、型枠に投光素子と受光素子を設けて多数の鉄筋の型枠表面との距離を同時に検査する、表層部鉄筋の配置検査装置の発明が記載されている。また、特許文献２には、専用の測定箱を用いてかぶり厚さを測定するかぶり厚さ測定器の発明が記載されている。さらに、特許文献３には、コンクリート打設後に、（１）コンクリート内部のどの位置に鉄筋が配置されているかを電磁探査装置で検出する。（２）次に、コンクリート表面から鉄筋までのかぶり厚さを磁気探査器で検出する。という２段階の測定により鉄筋のかぶり厚さを測定する、かぶり厚さ測定装置の発明が記載されている。

特開２００１−３３６９１５号公報 特開２００２−２２８４０１号公報 特開２００３−３１５００４号公報

特許文献１、特許文献２に記載されたようなかぶり厚さ測定装置においては、装置の盛り替えが簡単でないなど、現場で簡単に運用できないという問題があった。また、特許文献３に記載されたかぶり厚さ測定装置は、コンクリート打設後にかぶり厚さを測定しており、かぶり量が不足している場合の補修が煩雑になるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、建設工事現場における鉄筋のかぶり厚さ検査を正確に、しかも高速に行なえる構成とした、鉄筋のかぶり厚さ検査装置および鉄筋のかぶり厚さ検査方法の提供を目的とするものである。

このような目的を達成するために、本発明の鉄筋のかぶり厚さ検査装置は、
複数配置された鉄筋の位置を計測する３次元レーザスキャナと、
前記３次元レーザスキャナで計測された鉄筋の位置情報を、前記３次元レーザスキャナの設置位置に対する相対的な座標系のデータで表す第１の処理手段と、
前記３次元レーザスキャナの設置位置情報をＧＰＳにより計測して絶対座標系のデータで表す第２の処理手段と、
前記相対的な座標系で表わされた前記鉄筋の位置情報を前記絶対座標系に転換して絶対座標系のデータで表わす第３の処理手段と、
前記鉄筋の位置に打設されて形成されるコンクリート柱の表面位置の設計情報を予め記憶する記憶手段と、
前記絶対座標系のデータで表わされた前記鉄筋の位置情報と、前記コンクリート柱の表面位置の設計情報とに基づいて前記鉄筋のかぶり厚さを演算する第４の処理手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明の鉄筋のかぶり厚さ検査方法は、
複数配置されている鉄筋の位置に打設されて形成されるコンクリート柱の表面位置の設計情報を予め記憶手段に記憶させる手順と、
前記鉄筋の位置を３次元レーザスキャナで計測する手順と、
前記３次元レーザスキャナで計測された鉄筋の位置を、点群データとして処理する手順と、
前記点群データとして表わされた鉄筋の位置情報を、前記３次元レーザスキャナの設置位置に対する相対的な座標系のデータとして処理する手順と、
前記３次元レーザスキャナの設置位置をＧＰＳにより計測して絶対座標系のデータとして処理する手順と、
前記相対的な座標系で表わされた前記鉄筋の位置情報を前記絶対座標系に転換して絶対座標系のデータとして処理する手順と、
前記絶対座標系のデータで表わされた前記鉄筋の位置情報と、前記記憶手段に記憶されたコンクリート柱の表面位置の設計情報とに基づいて前記鉄筋のかぶり厚さを演算する手順と、
からなることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果が得られる。（１）コンクリート強度品質を確保するかぶり厚さを適正に管理できる。（２）鉄筋に型枠を取り付ける前に、鉄筋の位置管理ができるので、事前の措置を講じやすい。例えば、型枠を取り付けたあとで、かぶりが十分取れていなかったことが判明した場合には、型枠を解休してやり直すという手戻り処理が発生し、工程の遅れなどの問題が発生する。本発明の構成でかぶり厚さを管理することにより、このような手戻り処理をなくすことが出来る。

本発明の実施形態の説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。

本発明は、先に３次元レーザスキャナにより鉄筋の位置データを点群データとして取得する。次に、取得した点群データと、打設するコンクリート表面位置に相当する型枠位置データ（設計情報）に基づいて、鉄筋のかぶり厚さを演算により求めるものである。３次元レーザスキャナを用いた配筋検査においては、３次元レーザスキャナを同検査専用の固定冶具に取り付け、固定冶具を水平方向に回動してレーザビームの照射角度を変更しながら計測を行う場合がある。この場合には、３次元レーザスキャナの計測位置を少しずつずらしながら、対象の鉄筋の形状データを多数の点群データとして取得する。

このような計測により得られた多数の点群データを統合した後、設計情報（基準データ）から構成した鉄筋のモデルデータとの整合を行う。最終的には、鉄筋の形状情報が設計情報（基準データ）と整合するか否かの評価を行う。本発明の実施形態においては、このようにして評価された鉄筋の点群データを基礎データとして、鉄筋のかぶり厚さを求めている。

以下、本発明の実施形態について具体例を説明する。３次元レーザスキャナによる計測にはいくつかの方式が知られている。例えば、レーザによる反射時間を計測する方法や、投影像の変形を観察する方法などがある。本発明の実施形態においては、基本的にはどの方式でも適用可能である。３次元レーザスキャナの計測装置は、一般的には大型で可搬性が低いが、計測ヘッドが比較的小型になりやすい投影像方式の計測装置が有用である。

鉄筋の点群データを計測する際に、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置は、５〜１０度の角度だけずらしながら鉄筋の計測を行う。図１７は、このような３次元レーザスキャナヘッド７の計測位置をずらして計測する例を示す説明図である。本発明においては、鉄筋を計測する際に３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を少しづつずらしながら計測するものであり、その主旨は、３次元レーザスキャナヘッド設置位置からみて手前の鉄筋によって隠蔽されてしまう後部の鉄筋状態を把握することにある。そのため、計測を行なう際の３次元レーザスキャナヘッドの設置位置は、各鉄筋の位置関係によって決められる。すなわち、前記隠蔽されてしまう後部の鉄筋状態を計測できる位置に３次元レーザスキャナヘッドが設置される。

図１７において、計測エリア３０には、３次元レーザスキャナ３１、３次元レーザスキャナヘッド計測位置からみて手前側の主筋である鉄筋３６（点群Ａとする）、３次元レーザスキャナヘッド計測位置からみて後部側の主筋である鉄筋３７（点群Ｂとする）、フープ筋である鉄筋３５が存在している。３次元レーザスキャナ３１のヘッド計測位置はＰ１からＰ２に移動するものとする。３２は、３次元レーザスキャナ３１のヘッド計測位置がＰ１にある場合のレーザビームの照射範囲を示している。

３次元レーザスキャナヘッドの計測位置がＰ１にある状態で鉄筋３６を計測すると、レーザビームは３３のように照射されるので、鉄筋３６の背後に位置している鉄筋３７の形状については、計測できない。そこで、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置をＰ１からＰ２の位置に移動して、レーザビーム３４を照射することにより、前記鉄筋３７の形状データを取得することができる。

ここで、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を最初の計測位置Ｐ１から大きく変えて移動すると（例えば水平角度で１０度を超える位置に移動する）、後述するように、計
測した点群データの統合に支障をきたす恐れがある。このため、３次元レーザスキャナヘッドの計測位置の移動は、水平角度で５〜１０度の範囲とすることが望ましく、この範囲内であれば整合性の高い配筋状態の形状データを取得することができる。

例えば、３０ｍｍ径の鉄筋を複数配置して５０ｃｍ角の柱を構成しているものとして、これらの鉄筋を、５０ｃｍ離れた位置から３次元レーザスキャナで計測する場合には、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離と移動角度は以下のようになる。
（１）Ｐ１−Ｐ２間の移動距離 ３０ｍｍ×２＝６０ｍｍ
（２）柱の中心を軸にしてヘッドを回転した場合の移動角度
ｔａｎ―¹(６０／７５０)＝５度
注：柱の中心位置から３次元レーザスキャナヘッド計測位置までの距離は、
（２５０＋５００＝７５０ｍｍ）、となる。

このような３次元レーザスキャナヘッドの移動距離の例は一例であり、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離は任意に設定できる。本発明の前記例においては、３次元レーザスキャナヘッドの移動距離を５ｃｍずつずらして計測するものとしている。また、３次元レーザスキャナヘッドの移動角度は、５度ずつ水平方向に回転させて計測して配筋状態の形状データを取得している。

なお、３次元レーザスキャナヘッドの移動角度も５度には限定されず任意の角度が選定できるが、前記のように水平角度で５度〜１０度の範囲の移動が好適である。このような３次元レーザスキャナによる計測を行うことにより、３次元レーザスキャナの設置位置は変えずに３次元レーザスキャナヘッドの計測位置を変えるだけで、３次元レーザスキャナの設置位置からみて後部側の鉄筋の状態を網羅した、統合データを取得できる。

次に、前記図１７の例で、複数の点群データの位置合わせについて説明する。図１７において、同じ形状の対象（鉄筋３６：点群Ａと鉄筋３７：点群Ｂ）の計測データとして、
点群Ａの座標データ Ｐａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｉ、
点群Ｂの座標データ Ｐｂ（Ｘ，Ｙ, Ｚ）ｊ、
が取得されているものとする。

ここで、点群Ａ−Ｂ間の誤差ｅを例えば以下の式により評価する。
ｅ＝ΣΣＭｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛Ｐａ（ＸＹＺ）ｉ−Ｐｂ（ＸＹＺ）ｊ｝
Ｍｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛｝関数は、Ｐａの点から最も近いＰｂの点までの距離を表す。本発明の鉄筋計測の場合には、鉄筋のモデルを円柱とし、そのモデルに合致する点群を探すことで指定の鉄筋が入っているかどうかを自動的に解析することができる。

本発明の実施形態においては、基本的には、この誤差ｅが最小となるような点群の相互位置を探索する事が、点群テータの位置合わせ処理となる。この処理は、ＰＣなどの利用により自動的に実行できる。ところで、検討しなければならない点群Ａと点群Ｂの相対姿勢のパターンが極端に違うと、点群Ａと点群Ｂの重なる位置を探索する事が困難となる場合があるので、本発明の実施形態としては、前記のように形状がほぼ等しい点群データが取得される場合に効果的である。また、膨大な姿勢パターンが存在する場合には、点群自体の点数が多いので計算量は大きくなり、配筋状況の形状データの取得に時間を要する場合がある。このような場合には、演算能力が高いコンピュータを使用する。

必要とする数の形状（点群）データが取得された時点で、設計情報として記憶部（図３のブロック図で図示番号２４の記憶部）に記憶されている鉄筋モデルと点群データとの照合を行う。図８は、形状データと鉄筋モデルとの照合を行う例を示す説明図である。図８において、主筋（縦方向に設けられた鉄筋）９とフープ筋（横方向に桁状に設けられた鉄
筋）２ｂにより配筋状態の形状データが取得されている。１１は円筒状の鉄筋モデルである。

点群情報と鉄筋モデルとのマッチング処理を行い、鉄筋が存在している位置を特定する。このような処理を行うことにより、取得形状データのどの位置に、どの程度の径の鉄筋があるかを判断することができる。鉄筋モデル１１は、円筒形で縦方向に長い形状であるため、それに適合する鉄筋の点群情報を探索することにより、型枠や、スペーサーなどの鉄筋とは異なる形状の部材によるノイズ情報を、分離することができる。

次に、点群データとモデル形状の位置合わせについて説明する。この処理は、取得された点群データから、特定の形状を抽出するものである。前記したように、点群データとは、座標データＰａ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｉで示す３次元座標の羅列である。このデータに対しモデルと呼ばれる物体の形状データＭ（Ｘ，Ｙ,Ｚ）ｊを設定する。

モデルの形状は、ユーザーの指定形状なので任意に設定できる。点群データとモデル形状データ間で、誤差ｅの評価を行う。誤差ｅが最小になる点群データが探索された揚合に、モデル形状に相当する部分が点群の中に存在する、すなわち、探索したい形状が得られたとする。これらの処理は、ＰＣなどにより白動的に実行できる。

点群データとモデル形状データ間の誤差評価関数の例について説明する。誤差ｅは、
ｅ＝ΣΣＭｉｎｌｅｎｇｔｈ｛Ｐａ（ＸＹＺ）ｉ−Ｍ（ＸＹＺ）ｊ｝
で示される。ここで、Ｍｉｎ＿ｌｅｎｇｔｈ｛｝関数は、Ｐａの点から最も近いＭの点までの距離を表す。本発明の鉄筋計測の場合には、鉄筋のモデルを円柱状の形状として、そのモデルに合致する点群を探索することで、指定の鉄筋が入っているかどうかを自動的に解析することができる。

図９は、前記形状データと円筒モデル（鉄筋モデル）の探索により、マッチング処理が行われた後の主筋１０とフープ筋２ｃを示す説明図である。また、図１０は、設計情報（基準の形状データ）による当該柱を構成する主筋１２とフープ筋２ｄの例を示す説明図である。配筋検査の最終段階では、前記マッチング処理が行われた後の形状データ（図９）と設計情報（図１０）との比較を行い、鉄筋が正しく配置されているか否かを判定することができる。

本発明の実施形態においては、一般的な鉄筋配置が水平方向（フープ筋）と垂直方向（主筋）に行われることを利用する。例として、柱の場合を考える。鉛直の柱に対して、同じ鉛直方向を２軸として３次元の計測を行う。計測データは、前記したような点群データ（距離画像）といわれる３次元座標を有する連続した位置情報である。これらのデータから主筋（円筒状の形状）を探索する場合、探索対象の円筒の形を回転移動、平行移動させながら、最も点群の情報と整合する部分を探索する。しかしながら、この作業は非常に多くの選択肢を想定して位置合わせを行う必要があり、計算機にかかる負荷が極めて大きくなる。

図７は、本発明の実施形態を示す説明図である。１は主筋、２はフープ筋を示している。探索対象が建築施工における鉄筋の場合、鉄筋は規則的に配置されることが多い。したがって、鉄筋の水平方向切断面は一定の規則性を持っていると想定できる。さらに、探索対象の鉄筋の水平方向切断面は、二次元画像として評価できるため、計算機処理が高速になされる二次元画像処理のアルゴリズムを適用できる。図７の例では、鉄筋の水平方向切断面である円形状の探索という画像処理を適用することで、鉄筋のモデルが存在する可能性のある位置を特定できる。図７の５０は、水平切断方向を模式的に示している。

このような、水平方向切断面の探索を鉄筋モデルの鉛直方向各断面（例えば１ｍｍビッチでの断面）において処理することで、信頼性の高い鉄筋位置特定を行うことができる。図７に示すような鉄筋の計測情報（距離画像：点群情報）の処理において、鉄筋を探索した点群情報がある場合に、ある水平面で点群情報を切断すると、その断面は、半円形上に並んだ点群を含む2次元画像として得られることが期待できる。

図１１（ａ）は、図７のように、探索対象を水平方向で切断した場合の断面画像４３を示す説明図である。図１１（ｂ）は、探索を行う円形状の探索対象の参照画像４４の例を示す説明図である。目視の場合には、かまぼこ状断面のような半円形の部分に鉄筋があるという推測が容易であるが、計算機にこの位置を認識させるには、画像処理の手段が有効である。つまり、2次元画像のパターンマッチング手法によって円に近い形状を探索する
。パターンマッチングは、例えば、図１１（ｂ）のような円形の参照画像４４を用意し、この参照画像４４との類似性が近い画像を探索する技術である。類似性の評価としては、正規化相関などが一般に用いられる。

正規化相関を（１）式で示す。正規化相関は、2つの集合の類似度を評価する指標であ
る。画像の場合、I(X,Y)と、探索画像T(x,y)として相関式が1ならば一致とみなす。

図１２は、図１１の探索結果を示す説明図である。図１１（ａ）で示したように、探索対象の水平方向切断面で円形状を探索した場合に、図１２のような位置に円形状の類似性がある探索対象の断面画像４３が認められるものとする。この際の円形状の候補位置に点線で円４１を描いている。このような計測結果は、最初に得られている鉄筋の点群情報のある一断面によって得られるものである。図１３は、抽出情報の累積を示す説明図である。図１２で説明した探索結果は、探索対象の一断面での分析結果であるが、このような分析は、当然他の鉛直方向における水平方向切断面おいても同様の処理を行うことができる。

図１４は、本発明の実施形態を示す説明図である。図１４において、点が密集し鉛直方向に直線状に並んでいる部分（点群の累積部４６ａ、４６ｂ・・・４６ｎ）は、主筋が位置する場所と考えられる。鉛直方向に直線状に密に並ぶ点群、すなわち、任意の直線に対し鉛直方向に距離の近い点が多数存在する点群の存在を評価することにより、最終的な主筋の推定位置として情報を取得することができる。図１４の例では、鉄筋形状の推定事例を点線４７ａ、４７ｂの２例で示しているが、他の個所、図１４の例では図示された１０個所においても同様の評価は可能である。

以上のような中心抽出画像は、各断面の位置（高さ）における情報でもある。よって、これらの画像における鉄筋中心座標（X,Y）に各断面の高さ（Z）も付加した3次元座標を
、探索対象の鉄筋の中心候補の三次元座標とする。このような３次元座標は、水平方向の断面画像を高さ方向に累積することに相当する。例えば、中心候補の3次元座標を3次元的
に（累積）表現し、上から見るような視点で全ての中心候補点を見ると、図１４に示したような画像（実際には３次元の距離画像）が得られる。

探索対象の鉄筋について、水平方向の一断面だけの計測では一部の鉄筋の位置しか検出できない。そこで、本発明の実施形態においては、探索対象の鉄筋に関して、細かいピッチで鉛直方向に切断したデータを累積することによって画像形状を評価し、それを総合的に評価することで鉄筋の位置として信頼性の高い位置を特定することができる。図１４の例では、誤差要因となる形状もあるため間違った位置に現れている情報（点）もある。重なった情報の重み付け、あるいは、孤立している情報の削除などにより鉄筋位置として確率の高い位置を検出することができる。これらの処理は、高速な２次元画像処理を用いるので迅速に結果を得ることができる。このような処理だけでも、鉄筋の存在を高い信頼性で評価することが可能である。また、さらに同処理を行った後に、鉄筋のモデルとの整合を当初の点群情報において行うことで、より高い精度での鉄筋の位置探索を行うことができる。

図５は、本発明の実施形態における概略の処理手順を示すフローチャートである。図５に示されているように、以下の手順で処理を実行する。
Ｓ１：計測開始
Ｓ２：３次元レーザスキャナヘッド位置固定
Ｓ３：複数配置された鉄筋の中で特定の鉄筋の形状データ取得指示
Ｓ４：３次元レーザスキャナによるスキャニング開始
Ｓ５：鉄筋の点群データ取得
Ｓ６：点群データ合成（スキャナの位置をずらして２回目以降の計測データ取得後に、最初に得られた点群データと２回目以降に得られた点群データとを合成、すなわち点群データを統合する）
Ｓ７：鉄筋モデルの抽出
Ｓ８：点群データと鉄筋モデルとの整合性は十分評価できるか？（前記点群データと鉄筋モデルとの整合性が高いか否かを判定する）
Ｓ９：３次元レーザスキャナヘッドの計測位置をずらす（Ｓ８の判定結果がＮｏ、この場合には３回以上の３次元レーザスキャナヘッド計測位置の移動となる）
Ｓ１０：鉄筋モデルと照合して得られた形状データと設計情報の比較（Ｓ８の判定結果がＹｅｓ）
Ｓ１１：結果の出力
Ｓ８の処理において、整合性を十分評価できるかどうかの判定は、前記のように鉄筋モデルの抽出状態が良好（点群データとモデル情報の整合性が高い）か否か、などを基準に自動的に実施する。

図６は、本発明の実施形態における断面評価の細部の処理手順を示すフローチャートである。図６に示されているように、以下の手順で処理を実行する。
Ｓ２１：点群データの切断画像作成
Ｓ２２：円形部位（鉄筋形状）を抽出（フィッティング）し、鉄筋の中心候補
位置を作成する。水平方向の切断面画像において、テンプレートマッチングを行な う
Ｓ２３：すべての断面において円形抽出を行ったかどうかを判定する。この判定結果がＮｏ の場合には、Ｓ２１の処理に戻る。
Ｓ２４：Ｓ２３の判定結果がＹｅｓの場合には、鉄筋中心候補位置を示した画像を、各切断 高さにて鉛直方向に重ね合わせ、３次元画像に再構成する
Ｓ２５：鉄筋中心候補３次元画像にて、候補点が直線状に且つ密に存在する部位
を、最終的な鉄筋位置とする

図６の処理手法は、円形形状のフィッティングの精度にて処理速度が左右される。Ｓ２２以下の処理を図５のＳ７の手順で実行する断面評価（１）では、荒い精度でも高速な処理を適用する。また、Ｓ２２以下の処理を図５のＳ１０の手順で実行する断面評価（２）では、円形部位のフィッティングにおいてより詳細に行なうなどに設定を変えることができる。

また、別の高精度の鉄筋モデル探索をこの処理以降に付加することもできる。その際は、本断面評価手法で得た候補点位置を、以降の探索のための初期位置として用いて、高速化を図ることができる。このような理由により、主に断面評価（１）における処理を適用する。図５、図６の処理は、図３に示した演算処理部２６において実行される。

次に、本発明の実施形態にかかる、鉄筋のかぶり厚さ検査の基本的な手法について、図１５、図１６に示す説明図により説明する。図１５において、鉄筋（主筋）１のかぶり厚さＤを検査するものとする。主筋１の点群データは、図５〜図１４、図１７で説明したようにして取得する。５は鉄筋１の仮想の外側面の位置を示しており、６は柱表面を示している。Ｄが検査対象のかぶり厚さである。本発明の実施形態においては、予め鉄筋１の外側に打設するコンクリートの型枠の設計情報が、例えば図３で説明するブロック図の記憶部２４に記憶されている。前記点群データに基づいて主筋の外側の位置情報は取得されるので、型枠内面と主筋外側間の距離を演算することにより、がかぶり厚さＤを求めることができる。

前記した主筋の点群データを取得する際に、主筋の座標は、３次元レーザスキャナ位置に対する相対的な座標になっている。そこで、当該３次元レーザスキャナの相対位置座標をＧＰＳなどの絶対座標系に基づく計測法により計測することで、鉄筋の絶対座標を得ることが出来る。図１６は、このような主筋の絶対座標を取得する例を示す説明図である。図１６において、１５は基地局、１６ａ〜１６ｎはＧＰＳ、３１は３次元レーザスキャナである。

図１は、本発明の実施形態を示す説明図である。５は鉄筋１の仮想の外側面の位置、６は柱表面、７は３次元レーザスキャナ（Ｐｓ）３１を設置する床面である。躯体の柱や壁、梁の位置は、図面上ではワールド座標系のＷＸ―ＷＹ座標によりそれぞれの位置が管理されているものとする。一方Ｐｓの位置にある３次元レーザスキャナで、柱Ｃ１を観測するものとする。次元レーザスキャナは、自己位置Ｐｓに対する柱Ｃ１の位置として、ローカル座標系ｘ−ｙにて観測している。

通常の建設手順の場合、柱鉄筋を完成の後に配筋検査を行い、その後型枠となる外枠を柱表面の位置に設置することになる。よって、柱検査の際は、柱表面に相当する位置に何も無い状態で観測することになる。このような状態で、柱の想定されるかぶり厚さ（鉄筋外側と柱表面との間隔）を評価するには、次の手順が考えられる。

（１）スキャナの置かれている位置Ｐｓの絶対座標を取得し、観測している鉄筋（外側）がワールド座標ＷＸ−ＷＹに対してどのような位置にあるか計算する。（２）設計情報（上記平面図）から対応する柱表面の位置を得る。（３）前記（１）の鉄筋の外側と、（２）の柱表面の間隔を計測する。

図２は、本発明の実施形態を示す説明図である。図１に示した例で、かぶり厚さ算出の部分を説明する。簡便のため、スキャナのローカル座標ｘ-ｙと、ワールド座標ＷＸ−Ｗ
Ｙ各軸は並行と仮定する。また、一般的な建築では、柱表面６の向きも上記ワールド座標ＷＸ−ＷＹ軸に平行に置くので、これも並行と仮定する。

柱表面６に含まれる任意の点Ｐｆ（Ｘwpf、Ｙwpf）、スキャナ位置Ｐｓ（Xwps、Ywps）、スキャナが観測した鉄筋外側の点ｐｔ(xpt、ypt)、ローカル座標ｘ-ｙであるとする。
ｐｔが図２の位置にあるとした場合に、ワールド座標系では、ｐｔは次のように表わされる。
Ｐｔ： Ｘwpt＝pt+Ｐｓ＝xpt＋Ｘwps
Ｙwpt＝pt＋Ｐｓ＝ypt＋Ｙwps

図２に示した位置のＰｔに対して、かぶり厚さを観測すべき点は、WY軸に沿って対応するＰｆ点となる。よって、かぶり厚さＴｉは次のように示される。
Ｔｉ＝ypt＋Ｙwps―Ｙwpf
以上の処理を、例えば、柱のある側面のすべての鉄筋外側の点について実施し、平均を求めれば平均かぶり厚さを得ることも出来る。

図４は、本発明の本発明の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。
Ｓ３０：図５、図６で説明した鉄筋抽出処理を実行する。
Ｓ３１：ワールド座標計測を行う。
Ｓ３２：相対座標で処理されている鉄筋座標をワールド座標に変換する。
Ｓ３３：記憶手段に予め記憶されている型枠位置設計情報の読み込み。
Ｓ３４：かぶり厚さを評価する（型枠位置と鉄筋の外側の位置の距離計測）。

図３は、本発明の実施形態における鉄筋のかぶり厚さ検査装置２０を示すブロック図である。図３において、２１は３次元レーザスキャナヘッド、２２は３次元レーザスキャナのレーザ発振器などを駆動するドライバ、２３はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、２４は処理プログラムや各種データを記憶する記憶部、２５は３次元レーザスキャナのエンコーダでＰＣ２３からの信号を３次元レーザスキャナヘッドに伝達する。２６は種々の演算処理を実行する演算処理部、２７はプリンタやモニタなどの出力部である。２８はワールド座標計測部であり、計測結果はＰＣ２３に入力される。

記憶部２４には、前記柱表面の位置に対応する型枠位置の設計情報や、図１０で説明した鉄筋の点群データに関する設計情報などが記憶されている。また、演算処理部２６は、鉄筋のかぶり厚さや図５、図６のフローチャートで説明した鉄筋の点群データの評価などを行う。さらに、演算処理部２６は、特許請求の範囲の請求項１に記載されている、第１の処理手段〜第４の処理手段として機能する。なお、出力部２７のモニタで、鉄筋のかぶり厚さを３次元画像として表示することができる。このような処理は、ＰＣ２３に設けられている画像処理機能を用いて実現できる。

本発明の実施形態においては、鉄筋の絶対位置を演算しているが、これは躯体に対する鉄筋の位置を求めることになり、例えば、基準の墨（躯体における座標監理）に対する鉄筋の位置を示すことになる。この計測で、柱の鉄筋の位置を観測することにより、コンクリート打設前に、想定される柱表面の位置とのクリアランス、つまりかぶりを事前に確認することができる。このような技術は、他の主要な構造体である梁、壁、床等にも応用が出来る。また、この評価においては、部分的なかぶり厚の観測だけではなく、平均的なかぶり厚評価なども行える。

以上説明したように、本発明によれば、鉄筋のかぶり厚さ検査を正確、かつ高速に行なえる構成とした、鉄筋のかぶり厚さ検査装置および鉄筋のかぶり厚さ検査方法を提供することができる。

１・・・鉄筋（主筋）、２・・・鉄筋（フープ筋）、３・・・グリップ、４・・・第１の回転軸、５・・・鉄筋外側面、６・・・柱の表面、７・・・床面、２２・・・３次元レーザスキャナドライバ、２３・・・ＰＣ、２４・・・記憶部、２５・・・エンコーダ、２６・・・演算処理部、２７・・・出力部、２８・・・ワールド座標計測部、３０・・・計測エリア、３１・・・３次元レーザースキャナ、３２・・・レーザビームの照射範囲、４１・・・鉄筋の水平方向の断面、４２・・・鉄筋の中心候補、４３・・・探索対象の断面画像、４４・・・探索対象の参照画像、

Claims (5)

1. 複数配置された鉄筋の位置を計測する３次元レーザスキャナと、
   前記３次元レーザスキャナで計測された鉄筋の位置情報を、前記３次元レーザスキャナの設置位置に対する相対的な座標系のデータで表す第１の処理手段と、
   前記３次元レーザスキャナの設置位置情報をＧＰＳにより計測して絶対座標系のデータで表す第２の処理手段と、
   前記相対的な座標系で表わされた前記鉄筋の位置情報を前記絶対座標系に転換して絶対座標系のデータで表わす第３の処理手段と、
   前記鉄筋の位置に打設されて形成されるコンクリート柱の表面位置の設計情報を予め記憶する記憶手段と、
   前記絶対座標系のデータで表わされた前記鉄筋の位置情報と、前記コンクリート柱の表面位置の設計情報とに基づいて前記鉄筋のかぶり厚さを演算する第４の処理手段と、
   を具備することを特徴とする、鉄筋のかぶり厚さ検査装置。
2. 前記鉄筋の位置情報は、当該鉄筋を水平方向に切断した際の点群データとして表わされることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋のかぶり厚さ検査装置。
3. 前記鉄筋のかぶり厚さを３次元画像で表示する表示手段を設けたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鉄筋のかぶり厚さ検査装置。
4. 前記コンクリート柱の表面位置の設計情報は、型枠位置の情報として設定されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の鉄筋のかぶり厚さ検査装置。
5. 複数配置されている鉄筋の位置に打設されて形成されるコンクリート柱の表面位置の設計情報を予め記憶手段に記憶させる手順と、
   前記鉄筋の位置を３次元レーザスキャナで計測する手順と、
   前記３次元レーザスキャナで計測された鉄筋の位置を、点群データとして処理する手順と、
   前記点群データとして表わされた鉄筋の位置情報を、前記３次元レーザスキャナの設置位置に対する相対的な座標系のデータとして処理する手順と、
   前記３次元レーザスキャナの設置位置をＧＰＳにより計測して絶対座標系のデータとして処理する手順と、
   前記相対的な座標系で表わされた前記鉄筋の位置情報を前記絶対座標系に転換して絶対座標系のデータとして処理する手順と、
   前記絶対座標系のデータで表わされた前記鉄筋の位置情報と、前記記憶手段に記憶されたコンクリート柱の表面位置の設計情報とに基づいて前記鉄筋のかぶり厚さを演算する手順と、
   からなることを特徴とする、鉄筋のかぶり厚さ検査方法。

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