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JP7442482B2 - How to detect the location and radius of multiple holes - Google Patents

How to detect the location and radius of multiple holes Download PDF

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JP7442482B2
JP7442482B2 JP2021121402A JP2021121402A JP7442482B2 JP 7442482 B2 JP7442482 B2 JP 7442482B2 JP 2021121402 A JP2021121402 A JP 2021121402A JP 2021121402 A JP2021121402 A JP 2021121402A JP 7442482 B2 JP7442482 B2 JP 7442482B2
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Description

本発明は、複数の孔の位置および半径の検出方法であって、特に、削孔装置を用いてコンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径の検出方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting the position and radius of a plurality of holes, and more particularly, to a method for detecting the position and radius of a plurality of holes drilled in a wall surface of a concrete structure using a drilling device. be.

地上、地中、半地下などで地盤に接するコンクリート製の構造物や、鉄道や道路等に近接する地上に構築されたコンクリート製の構造物などのような既設コンクリート構造物の補強(耐震補強)工法の一つに、あと施工せん断補強工法がある。 Reinforcement of existing concrete structures (seismic reinforcement), such as concrete structures in contact with the ground above ground, underground, semi-underground, etc., and concrete structures built above ground near railways, roads, etc. One of the construction methods is the post-installation shear reinforcement method.

あと施工せん断補強工法とは、既設のコンクリート製の構造物の壁面を削孔し、その孔内に定着材(モルタル)を充填注入した後、あと施工せん断補強鉄筋(以下、「せん断補強鉄筋」という。)を挿入して硬化させることにより、せん断補強鉄筋と構造物とを一体化させることで当該構造物のせん断耐力を向上させる工法である。 The post-installation shear reinforcement method involves drilling holes in the wall of an existing concrete structure, filling and injecting fixing material (mortar) into the holes, and then applying post-installation shear reinforcement reinforcement (hereinafter referred to as "shear reinforcement reinforcement"). This is a construction method that improves the shear strength of a structure by inserting and hardening shear reinforcing reinforcing bars and the structure to integrate them.

このようなあと施工せん断補強工法においては、せん断補強筋を挿入するための削孔数が極めて多くなる(数千あるいはそれ以上となる)ため、削孔出来形(削孔位置)の計測の効率化が求められている。 In this type of post-installation shear reinforcement method, the number of holes drilled to insert shear reinforcement bars is extremely large (several thousand or more), so the efficiency of measuring the completed hole shape (hole position) is limited. ization is required.

ここで、特許文献1(特開2002-288678号公報)には、削孔された壁面を撮影して、孔と壁面との明度差から孔位置を求める技術が開示されている。また、特許文献2(特開2014-163898号公報)には、削孔した壁面をレーザ光で走査して得られた表面形状から孔位置を求める技術が開示されている。 Here, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-288678) discloses a technique for photographing a wall surface where a hole has been drilled and determining the hole position from the difference in brightness between the hole and the wall surface. Further, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-open No. 2014-163898) discloses a technique for determining the hole position from the surface shape obtained by scanning a holed wall surface with a laser beam.

特開2002-288678号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-288678 特開2014-163898号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-163898

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、コンクリートが濡れていて黒っぽく変色していたり、孔が地下にあったりすると、撮影時において孔と壁面との明度差が不明確になり、確実に削孔位置を特定することが困難になる。 However, with the technology described in Patent Document 1, if the concrete is wet and discolored, or if the hole is underground, the difference in brightness between the hole and the wall surface becomes unclear when photographing, and the hole cannot be reliably drilled. It becomes difficult to pinpoint the location.

また、特許文献2に記載の技術では、削孔開始時において削孔装置の振動などにより先端が細かくぶれたり孔周縁部のコンクリートが欠損するために、実際の孔径(内部の孔径)よりも大きな孔径に検出されてしまう。 In addition, with the technology described in Patent Document 2, when drilling starts, the tip is slightly shaken due to vibration of the drilling equipment, and the concrete around the hole periphery is chipped. It is detected by the pore diameter.

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、コンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径を正確に検出することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention was made based on the above-mentioned technical background, and an object of the present invention is to provide a technology that can accurately detect the positions and radii of a plurality of holes drilled in the wall surface of a concrete structure. shall be.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、削孔装置を用いてコンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径の検出方法であって、削孔を施した前記壁面の3次元点群データを取得し、前記3次元点群データに基づいて前記壁面よりも所定寸法奥まった点である奥行き点を抽出し、前記壁面の水平方向および鉛直方向において前記奥行き点の集合で形成されるグループ点群を複数取得し、それぞれの前記グループ点群について、当該グループ点群が円を形成するものとして当該円の中心座標および半径を算出する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problem, a method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to the invention according to claim 1 provides a method for detecting the positions and radii of a plurality of holes drilled in a wall surface of a concrete structure using a drilling device. and a radius detection method, wherein three-dimensional point cloud data of the wall surface on which a hole has been drilled is acquired, and a depth point, which is a point located a predetermined distance deeper than the wall surface, is extracted based on the three-dimensional point cloud data. Then, obtain a plurality of group point groups formed by the set of depth points in the horizontal and vertical directions of the wall surface, and for each group point group, assume that the group point group forms a circle and calculate the shape of the circle. It is characterized by calculating the center coordinates and radius.

請求項2に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1に記載の発明において、前記奥行き点は、前記壁面に削孔したときの孔周縁部の欠損深さよりも奥まった寸法の点である、ことを特徴とする。 The method for detecting the position and radius of a plurality of holes according to claim 2 is the invention according to claim 1, in which the depth point is determined by the defect depth at the peripheral edge of the hole when the hole is drilled in the wall surface. It is characterized by being a point that is recessed in size.

請求項3に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1または2に記載の発明において、前記グループ点群は、任意の1点の前記奥行き点である基準奥行き点と、前記基準奥行き点から所定範囲内にある前記奥行き点との集合により形成される、ことを特徴とする。 The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes, which is the invention according to claim 3, is the invention according to claim 1 or 2, wherein the group point group is an arbitrary one of the depth points. It is characterized in that it is formed by a set of depth points and the depth points that are within a predetermined range from the reference depth point.

請求項4に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1~3の何れか一項に記載の発明において、前記3次元点群データは、3次元データ取得手段が搭載された無人航空機を前記壁面に沿って飛行させながら、前記無人航空機の位置とそのときのデータにより取得する、ことを特徴とする。 The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes, which is the invention according to claim 4, is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional point group data is obtained by three-dimensional data acquisition. The method is characterized in that the position of the unmanned aircraft and the data at that time are acquired while the unmanned aircraft on which the means is mounted is flown along the wall surface.

請求項5に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1~3の何れか一項に記載の発明において、前記3次元点群データは、3次元データ取得手段が搭載された走行装置を前記壁面に沿って走行させながら、前記走行装置の位置とそのときのデータにより取得する、ことを特徴とする。 The method for detecting the position and radius of a plurality of holes, which is the invention according to claim 5, is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional point group data is obtained by three-dimensional data acquisition. It is characterized in that the position of the traveling device and the data at that time are acquired while the traveling device on which the means is mounted travels along the wall surface.

請求項6に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1~3の何れか一項に記載の発明において、前記3次元点群データは、3次元データ取得手段により異なる位置から断続的に壁面についてのデータを得て、当該データを得た位置とそのときのデータにより取得する、ことを特徴とする。 The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes, which is the invention according to claim 6, is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional point group data is obtained by three-dimensional data acquisition. The present invention is characterized in that data about the wall surface is obtained intermittently from different positions by the means, and the data is obtained based on the position where the data was obtained and the data at that time.

請求項7に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項4~6の何れか一項に記載の発明において、3次元データ取得手段は、3Dスキャナまたは3Dカメラである、ことを特徴とする。 The method for detecting the position and radius of a plurality of holes, which is the invention according to claim 7, is the invention according to any one of claims 4 to 6, wherein the three-dimensional data acquisition means is a 3D scanner or a 3D camera. It is characterized by:

請求項8に記載の発明である複数の孔の位置および半径の検出方法は、上記請求項1~7の何れか一項に記載の発明において、前記円の中心座標および半径は、最小二乗法、ハフ変換またはRANSACにより算出される、ことを特徴とする。 The invention according to claim 8 provides a method for detecting the positions and radii of a plurality of holes, in which, in the invention according to any one of claims 1 to 7, the center coordinates and radius of the circle are determined by the least squares method. , calculated by Hough transform or RANSAC.

本発明によれば、削孔を施した壁面の3次元点群データを取得し、3次元点群データに基づいて壁面よりも所定寸法奥まった奥行き点を抽出し、壁面の水平方向および鉛直方向において奥行き点の集合で形成されるグループ点群を複数取得し、それぞれのグループ点群について、当該グループ点群が円を形成するものとしてその中心座標および半径を算出するようにしているので、コンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径を正確に検出することが可能になる。 According to the present invention, three-dimensional point cloud data of a wall surface where a hole has been drilled is acquired, depth points that are deeper than the wall surface by a predetermined dimension are extracted based on the three-dimensional point cloud data, and depth points are extracted in the horizontal and vertical directions of the wall surface. We acquire multiple group point groups formed by a set of depth points in , and calculate the center coordinates and radius of each group point group, assuming that the group points form a circle. It becomes possible to accurately detect the positions and radii of multiple holes drilled in the wall of a manufactured structure.

本発明の一実施の形態に係る既設のコンクリート製の構造物に削孔された孔にせん断補強鉄筋を挿入して耐震補強されたコンクリート製の構造物の一部を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a part of an existing concrete structure that has been seismically reinforced by inserting shear reinforcing reinforcing bars into holes drilled in an existing concrete structure according to an embodiment of the present invention. 構造物の壁面に削孔された複数の孔の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a plurality of holes drilled in the wall of a structure. 既設のコンクリート製の構造物に削孔された孔の一例を示す断面図である。It is a sectional view showing an example of a hole drilled in an existing concrete structure. 本発明の一実施の形態に係るコンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径の検出方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for detecting the positions and radii of a plurality of holes drilled in a wall surface of a concrete structure according to an embodiment of the present invention. 取得された奥行き点のデータを抜き出した画像を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an image from which acquired depth point data is extracted. グループ点群の取得方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for acquiring a group point cloud. グループ点群の取得における範囲の設定を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing setting of a range in acquiring a group point cloud. 図5に示した画像データを読み込み、各孔ごとに取得したグループ点群、および最小二乗法により近似した円とその中心座標の値を示す図である。6 is a diagram illustrating a group of points acquired for each hole by reading the image data shown in FIG. 5, a circle approximated by the least squares method, and the value of its center coordinate. FIG. 図8の各円の中心座標および半径の値を示す図である。9 is a diagram showing the center coordinates and radius values of each circle in FIG. 8. FIG. 削孔した孔に対応した円の半径および中心座標を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the radius and center coordinates of a circle corresponding to a drilled hole. 削孔した孔に対応した円について、隣り合う円における中心座標間の距離を示す図である。It is a figure which shows the distance between the center coordinates of adjacent circles about the circle corresponding to the drilled hole.

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment as an example of this invention will be described in detail based on drawing. In addition, in the drawings for explaining the embodiments, the same components are designated by the same reference numerals in principle, and repeated explanation thereof will be omitted.

本実施の形態における複数の孔の位置および半径の検出方法は、既設コンクリート構造物の補強(耐震補強)工法の一つであるあと施工せん断補強工法において削孔された複数の孔の位置および半径を検出して、削孔出来形(削孔位置)を計測するためのものである。 The method for detecting the positions and radii of multiple holes in this embodiment is to detect the positions and radii of multiple holes drilled in the post-construction shear reinforcement method, which is one of the reinforcement (seismic reinforcement) methods for existing concrete structures. This is to detect the drilled hole shape (drilled hole position) and measure the drilled hole shape.

ここで、あと施工せん断補強工法とは、例えば図1に示すような地盤Gに接する既設のコンクリート製の構造物Sや、鉄道や道路等の建造物に近接する地上に構築された既設のコンクリート製の構造物Sなどの壁面を削孔装置(図示せず)を用いて削孔し、開けた孔Hの内部にあと施工せん断補強鉄筋(以下、「せん断補強鉄筋」という。)Rを挿入した後、定着材(モルタル)Mを充填注入して硬化させ、せん断補強鉄筋Rと構造物Sとを一体化させることで当該構造物Sのせん断耐力を向上させる工法である。 Here, the post-installation shear reinforcement method refers to, for example, an existing concrete structure S in contact with the ground G as shown in Figure 1, or an existing concrete structure S built on the ground near a structure such as a railway or road. A hole is drilled in the wall surface of a manufactured structure S, etc. using a hole-drilling device (not shown), and a post-installed shear reinforcing reinforcing bar (hereinafter referred to as "shear reinforcing reinforcing bar") R is inserted into the drilled hole H. After that, this method improves the shear strength of the structure S by injecting and hardening the fixing material (mortar) M and integrating the shear reinforcing reinforcing bars R and the structure S.

なお、せん断補強鉄筋Rとしては、例えば、一般的に使用される鉄筋R1の片側をネジ切り、斜め切断加工し、先端部に定着体として六角ナットR2を装着したものなどが適用される。 As the shear reinforcing reinforcing bar R, for example, a generally used reinforcing bar R1 that is threaded or diagonally cut on one side and has a hexagonal nut R2 attached to the tip as a fixing member is used.

構造物Sの壁面に削孔された複数の孔の一例を図2に示す。本実施の形態においては、直径40mmの孔を水平方向および鉛直方向に510mm間隔(孔中心間隔)で削孔した場合を示している。なお、削孔深さは500mmである。但し、本発明において、孔径や孔間隔、削孔深さはこれらの値に限定されるものではなく、構造物Sの状態などに応じて必要な値に設定される。 FIG. 2 shows an example of a plurality of holes drilled in the wall surface of the structure S. In this embodiment, a case is shown in which holes with a diameter of 40 mm are drilled at intervals of 510 mm (hole center interval) in the horizontal and vertical directions. Note that the drilling depth is 500 mm. However, in the present invention, the hole diameter, hole spacing, and drilling depth are not limited to these values, but are set to necessary values depending on the state of the structure S and the like.

さて、構造物Sの壁面にこれら複数の孔を削孔したならば、定着材の注入に先立って、削孔出来形の計測、すなわち、削孔された複数の孔の位置および半径の検出が行われ、適正な位置に適正な大きさの孔が削孔されているかの確認がなされる。 Now, once these multiple holes have been drilled on the wall surface of the structure S, before injecting the fixing material, it is necessary to measure the finished shape of the holes, that is, to detect the positions and radii of the multiple drilled holes. It is confirmed that holes of the appropriate size have been drilled in the appropriate locations.

ここで、前述のように、削孔された壁面を撮影して、孔と壁面との明度差から孔位置を求める技術では、撮影時において孔と壁面との明度差が不明確になると、確実に削孔位置を特定することが困難になる。 As mentioned above, with the technology of photographing the drilled wall surface and determining the hole position from the difference in brightness between the hole and the wall surface, if the brightness difference between the hole and the wall surface becomes unclear at the time of photographing, It becomes difficult to identify the drilling position.

また、削孔した壁面をレーザ光で走査して得られた表面形状から孔位置を求める技術では、削孔開始時において削孔装置の先端がぶれたり孔Hの周縁部のコンクリートが欠損する(図3参照)ために、実際の孔径(内部の孔径)よりも大きな孔径に検出されてしまう。 In addition, with the technique of determining the hole position from the surface shape obtained by scanning the drilled wall surface with a laser beam, the tip of the drilling device shakes at the start of drilling, and the concrete around the periphery of the hole H is damaged ( (see FIG. 3), the pore diameter is detected to be larger than the actual pore diameter (internal pore diameter).

そこで、本実施の形態では、これらの問題点を踏まえ、図4に示す方法によりコンクリート製の構造物Sの壁面に削孔した複数の孔Hの位置および半径を検出するようにした。ここで、図4は本発明の一実施の形態に係るコンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径の検出方法を示すフローチャートである。 Therefore, in this embodiment, in consideration of these problems, the positions and radii of a plurality of holes H drilled in the wall surface of the concrete structure S are detected by the method shown in FIG. Here, FIG. 4 is a flowchart showing a method for detecting the positions and radii of a plurality of holes drilled in a wall surface of a concrete structure according to an embodiment of the present invention.

図4において、先ず、削孔した構造物Sの壁面の3次元点群データを取得する(ステップS1)。具体的には、3次元データ取得手段である3Dスキャナ(立体物の形状を3D(Three-Dimensions:3次元)データ化するスキャナ)を使用し、削孔された壁面の3D点群データを取得する。なお、本実施の形態においては、壁面の水平方向をx軸(水平軸座標)、鉛直方向をy軸(鉛直軸座標)、孔の奥行き方向をz軸(xy平面に対する垂直軸座標:孔の奥行き方向がマイナス)と設定している。 In FIG. 4, first, three-dimensional point group data of the wall surface of the structure S in which a hole has been drilled is acquired (step S1). Specifically, a 3D scanner (a scanner that converts the shape of a solid object into 3D (Three-Dimensions) data), which is a 3D data acquisition means, is used to acquire 3D point cloud data of the drilled wall surface. do. In this embodiment, the horizontal direction of the wall surface is the x-axis (horizontal axis coordinate), the vertical direction is the y-axis (vertical axis coordinate), and the depth direction of the hole is the z-axis (vertical axis coordinate with respect to the xy plane: (the depth direction is negative).

ここで、3次元点群データの取得方法の一例としては、例えば、3Dスキャナが搭載されたドローンと呼ばれる無人航空機(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)を使用して壁面に沿って飛行させながら、無人航空機の位置とそのときのデータにより取得する方法、3Dスキャナが搭載された走行装置を壁面に沿って走行させながら、走行装置の位置とそのときのデータにより取得する方法、3Dスキャナにより異なる位置から断続的に壁面についてのデータを得て、データを得た位置とそのときのデータにより取得する方法、などがある。なお、走行装置を用いる場合、3Dスキャナが搭載された走行装置は、壁面と平行に敷設したレール上を走行可能な構造にしたり、ホイールを設置して壁面と平行に自走可能な構造にすることなどが考えられる。 Here, as an example of a method for acquiring 3D point cloud data, for example, an unmanned aerial vehicle (UAV: Unmanned Aerial Vehicle) called a drone equipped with a 3D scanner may be used to fly along a wall. A method of acquiring data based on the position of the traveling device and the data at that time, a method of acquiring data based on the position of the traveling device and the data at that time while running a traveling device equipped with a 3D scanner along the wall surface, There is a method of obtaining data about the wall surface at a specific time, and then acquiring it based on the position and data at that time. In addition, when using a traveling device, the traveling device equipped with a 3D scanner should have a structure that allows it to run on rails laid parallel to the wall, or a structure that allows it to run on its own parallel to the wall by installing wheels. There are many things that can be considered.

このようにして削孔した構造物Sの壁面の3次元点群データを取得したならば、当該3次元点群データに基づいて壁面から10mm奥まった点(奥行き点:z軸の点)を抽出する(ステップS2)。奥行き点を抽出するのは、前述のように、削孔された孔の周縁部が欠損している場合(図3参照)、壁の表面のデータを抽出したならば、欠損した孔形状(つまり、本来の形状ではない孔)が抽出されてしまうことになるが、欠損していない点(奥行き点)を抽出すれば、孔本来の形状が抽出できるからである。 Once the three-dimensional point cloud data of the wall surface of the structure S that has been drilled in this way is obtained, a point 10 mm deep from the wall surface (depth point: point on the z-axis) is extracted based on the three-dimensional point cloud data. (Step S2). The reason for extracting depth points is, as mentioned above, when the periphery of the drilled hole is missing (see Figure 3), once the data of the wall surface has been extracted, the shape of the missing hole (i.e. , a hole that is not in its original shape) will be extracted, but if the points that are not missing (depth points) are extracted, the original shape of the hole can be extracted.

なお、本実施の形態では、壁面から10mm奥まった点を奥行き点と設定しているが、奥行き点は壁面から10mm奥まった点である必要はなく、孔周縁部の欠損深さよりも奥まった寸法の点であれば自由に設定することができる。但し、奥行き点は、孔周縁部の欠損深さよりも奥まっているとの条件を満たしている限り、できるだけ壁面に近い点であるのが望ましい。これは、奥行き点が深すぎると、孔の内周面が切り立っているために、孔によっては3Dスキャナのレーザ光が奥行き点に届かなくなって3次元点群データが極端に少なくなるからである。 In addition, in this embodiment, a point 10 mm deep from the wall surface is set as the depth point, but the depth point does not need to be a point 10 mm deep from the wall surface, and can be set to a depth deeper than the depth of the defect at the peripheral edge of the hole. Any point can be set as desired. However, as long as the depth point satisfies the condition that it is deeper than the depth of the defect at the peripheral edge of the hole, it is desirable that the depth point be as close to the wall surface as possible. This is because if the depth point is too deep, the 3D scanner's laser light will not reach the depth point depending on the hole because the inner peripheral surface of the hole is steep, and the 3D point cloud data will be extremely small. .

取得された奥行き点のデータを抜き出した画像を図5に示す。削孔された孔の内周面(本実施の形態では、壁面から10mm奥まった位置の内周面)に設定された奥行き点に3Dスキャナからのレーザ光を走査しながら照射するために、レーザ光の照射角は孔の軸方向に対して傾斜することになる。そのため、レーザ光が照射される奥行き点は孔の内周面の全周ではなく一部になるため、図示するように、取得された画像は円弧状になっている。 FIG. 5 shows an image from which the acquired depth point data is extracted. In order to scan and irradiate the laser beam from the 3D scanner to the depth point set on the inner peripheral surface of the drilled hole (in this embodiment, the inner peripheral surface at a position 10 mm deep from the wall surface). The irradiation angle of the light is inclined with respect to the axial direction of the hole. Therefore, the depth point to which the laser beam is irradiated is not the entire circumference of the inner peripheral surface of the hole but a part thereof, so that the acquired image has an arc shape as shown in the figure.

なお、本実施の形態では、このようなレーザ光切断方式の3Dスキャナ(対象物をレーザ光でスキャンし、その反射光をCCDで受光し、三角測距の原理によって対象物との距離を得ることで3次元形状を取得するスキャナ)が用いられているが、例えば、格子パターンを投影してカメラで読み取る格子パターン投影カメラ方式の3Dスキャナなど、他種の3Dスキャナを用いてもよい。 In addition, in this embodiment, such a laser beam cutting type 3D scanner (a target object is scanned with a laser beam, the reflected light is received by a CCD, and the distance to the target object is obtained by the principle of triangulation) is used. However, other types of 3D scanners may be used, such as a grid pattern projection camera type 3D scanner that projects a grid pattern and reads it with a camera.

さらに、本実施の形態においては、3次元データ取得手段として3Dスキャナを用いて削孔した構造物Sの壁面の3次元点群データを取得しているが、3次元データ取得手段として3Dカメラを用いて前述の3次元点群データを取得するようにしてもよい。 Furthermore, in this embodiment, a 3D scanner is used as a 3D data acquisition means to acquire 3D point cloud data on the wall surface of the structure S where holes are drilled, but a 3D camera is used as a 3D data acquisition means. The three-dimensional point group data described above may be obtained using the above-described three-dimensional point group data.

さて、奥行き点を抽出したならば、壁面の水平方向および鉛直方向において奥行き点の集合で形成されるグループ点群を複数取得する(ステップS3)。すなわち、抽出した奥行き点について、各点の座標(x,y)に対して設定した範囲内の奥行き点の点群を探索し、それらの点群を一つの集合で形成されるグループ点群として孔ごとに取得する。 Now, once the depth points have been extracted, a plurality of group point groups formed by a set of depth points in the horizontal and vertical directions of the wall surface are obtained (step S3). In other words, for the extracted depth points, search for a point group of depth points within the range set for the coordinates (x, y) of each point, and combine these points as a group point group formed by one set. Obtained for each hole.

ここで、グループ点群の取得について、図6および図7を用いて説明する。図6はグループ点群の取得方法を示すフローチャート、図7はグループ点群の取得における範囲の設定を示す説明図である。 Here, acquisition of a group point group will be explained using FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a flowchart showing a method for acquiring a group point cloud, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing range setting in acquiring a group point cloud.

図6において、先ず、基準となる奥行き点(基準奥行き点P1:図7)を決定する(ステップS3-1)。図7に示すように、基準奥行き点P1は抽出された奥行き点の内の任意の1点の奥行き点である。 In FIG. 6, first, a reference depth point (reference depth point P1: FIG. 7) is determined (step S3-1). As shown in FIG. 7, the reference depth point P1 is an arbitrary one of the extracted depth points.

基準奥行き点P1を決定したならば、当該基準奥行き点P1から±50mmの範囲内にある奥行き点を探索する(ステップS3-2)。図7において、基準奥行き点P1は円周上の1点であり、前述のように、本実施の形態の孔の直径は40mmであるから、10mmの誤差を含んで±50mmの範囲と設定した。すなわち、図7におけるLx、Lyはそれぞれ50mmである。これにより、基準奥行き点P1を中心にx軸方向およびy軸方向に±50mmの範囲内(図7の外側の破線で囲まれた範囲内)にある奥行き点が探索される。なお、当該範囲内にある奥行き点の探索は、ソフトウェアにより自動的に行うようにするのが望ましい。 Once the reference depth point P1 is determined, a depth point within a range of ±50 mm from the reference depth point P1 is searched for (step S3-2). In FIG. 7, the reference depth point P1 is one point on the circumference, and as mentioned above, the diameter of the hole in this embodiment is 40 mm, so it is set to a range of ±50 mm, including an error of 10 mm. . That is, Lx and Ly in FIG. 7 are each 50 mm. As a result, a depth point within a range of ±50 mm in the x-axis direction and the y-axis direction (within the range surrounded by the outer broken line in FIG. 7) around the reference depth point P1 is searched for. Note that it is desirable that the search for depth points within the range be automatically performed by software.

そして、前述の範囲内にある奥行き点を探索したならば、基準奥行き点と探索した奥行き点との集合で形成された点(つまり、図7に示す点)がグループ点群として取得される(ステップS3-3)。 Then, once the depth points within the aforementioned range are searched, the points formed by the set of the reference depth point and the searched depth point (that is, the points shown in FIG. 7) are acquired as a group point group ( Step S3-3).

さて、このようにしてグループ点群が取得されたならば、図4に戻って、各グループ点群について、当該グループ点群が円を形成するものとして、最小二乗法により当該円の中心座標および半径を算出する(ステップS4)。すなわち、取得したグループ点群について円を次式のように表し、最小二乗法(データ点と関数の誤差の二乗和を最小にする関数の係数を求めるアルゴリズム)により円の中心座標、半径を算出する。 Now, once the group point group has been obtained in this way, returning to FIG. The radius is calculated (step S4). In other words, a circle is expressed as the following equation for the group of acquired points, and the center coordinates and radius of the circle are calculated using the least squares method (an algorithm that finds the coefficient of the function that minimizes the sum of squares of the errors between the data points and the function). do.

(x-a)+(y-b)=r (x i -a) 2 + (y i -b) 2 = r 2

ここで、xは円周の任意の点のx軸座標値、yは円周の任意の点のy軸座標値、aは円の中心のx軸座標値、bは円の中心のy軸座標値、rは円の半径である。 Here, x i is the x-axis coordinate value of any point on the circumference, y i is the y-axis coordinate value of any point on the circumference, a is the x-axis coordinate value of the center of the circle, and b is the x-axis coordinate value of the center of the circle. The y-axis coordinate value, r, is the radius of the circle.

図5に示した画像データを読み込み、各孔ごとに取得したグループ点群、および最小二乗法により近似した円とその中心座標の値を図8に示す。また、図8の各円の中心座標および半径の値を図9に示す。 The image data shown in FIG. 5 was read, and FIG. 8 shows a group of point groups obtained for each hole, a circle approximated by the least squares method, and the values of its center coordinates. Further, the center coordinates and radius values of each circle in FIG. 8 are shown in FIG.

図8において、符号1~4が円番号を示している。また、円番号とは別に、当該円番号に対応した削孔番号c,a,d,bを付している。これらの削孔番号c,a,d,bにおいて、太線がグループ点群であり、細線が最小二乗法により求められた円を描くために太線を補足する線である。なお、削孔番号c,a,d,bの右横の数字が円の中心座標(x軸座標値、y軸座標値)である。 In FIG. 8, symbols 1 to 4 indicate circle numbers. In addition to the circle number, drilling numbers c, a, d, and b corresponding to the circle number are attached. In these drilling numbers c, a, d, and b, the thick line is a group of points, and the thin line is a line that supplements the thick line to draw a circle determined by the least squares method. Note that the numbers to the right of the drilling numbers c, a, d, and b are the center coordinates of the circle (x-axis coordinate value, y-axis coordinate value).

円番号1~4(削孔番号c,a,d,b)の円について、半径および中心座標(x軸座標値、y軸座標値)を図10に示す。 FIG. 10 shows the radius and center coordinates (x-axis coordinate values, y-axis coordinate values) of circles with circle numbers 1 to 4 (drilling numbers c, a, d, b).

また、削孔した孔に対応した円について、隣り合う円における中心座標間の距離を図11に示す。図11から、削孔したそれぞれの孔は、ほぼ水平方向および鉛直方向に約510mm間隔(孔中心間隔)となって形成されているのが分かる。 Further, FIG. 11 shows the distance between the center coordinates of adjacent circles with respect to circles corresponding to drilled holes. It can be seen from FIG. 11 that the drilled holes are spaced approximately 510 mm apart (distance between hole centers) in the horizontal and vertical directions.

以上説明したように、本実施の形態によれば、削孔を施した壁面の3次元点群データを取得し、3次元点群データに基づいて壁面よりも所定寸法(本実施の形態では、10mm)奥まった奥行き点を抽出し、壁面の水平方向および鉛直方向において奥行き点の集合で形成されるグループ点群を複数取得し、それぞれのグループ点群について、当該グループ点群が円を形成するものとしてその中心座標および半径を算出するようにしているので、コンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径を正確に検出することが可能になる。 As explained above, according to the present embodiment, three-dimensional point cloud data of the wall surface where holes have been drilled is acquired, and based on the three-dimensional point cloud data, a predetermined dimension (in this embodiment, 10mm) Extract the deep depth points, obtain multiple group point groups formed by a set of depth points in the horizontal and vertical directions of the wall surface, and for each group point group, the group point group forms a circle. Since the center coordinates and radius are calculated based on the concrete structure, it is possible to accurately detect the positions and radii of a plurality of holes drilled in the wall surface of a concrete structure.

よって、撮影した壁面と孔との明度差から孔位置を求める場合のように、明度差が不明確なときには孔位置の特定が困難になったり、壁面をレーザ光で走査して得られた表面形状から孔位置を求める場合のように、孔周縁部のコンクリートが欠損しているときには実際よりも大きな孔径に検出されてしまうこともない。 Therefore, when the brightness difference is unclear, such as when determining the hole position from the brightness difference between the photographed wall surface and the hole, it becomes difficult to identify the hole position, or when the hole position is determined by scanning the wall surface with a laser beam. When the concrete around the hole is missing, as in the case where the hole position is determined from the shape, the hole diameter will not be detected as being larger than the actual hole diameter.

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。 Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments above, the embodiments disclosed in this specification are illustrative in all respects, and are limited to the disclosed technology. isn't it. In other words, the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the embodiments described above, but should be construed solely in accordance with the description of the claims, and the scope of the claims This invention includes techniques equivalent to the techniques described in , and all changes without departing from the gist of the claims.

たとえば、本実施の形態では、最小二乗法を用いて円の中心座標および半径を算出していたが、これに限定されるものではなく、ハフ変換(何度もあるデータ点を取り出してそれに対する関数を求めたときに、その係数を集計して最も候補としてふさわしい係数の組み合わせを採用するアルゴリズム)やRANSAC(RANdom SAmple Consensus:何度もランダムに点をサンプルして最も誤差が少ない関数を探索するアルゴリズム)など、公知の様々な手法を適用することが可能である。 For example, in this embodiment, the center coordinates and radius of the circle are calculated using the least squares method, but the method is not limited to this. When a function is calculated, the coefficients are aggregated and the combination of coefficients that is most suitable as a candidate is adopted. It is possible to apply various known methods such as (algorithm).

以上の説明では、本発明を、コンクリート製の既設の構造物にせん断補強鉄筋を挿入するために削孔された孔の位置および半径の検出に用いられた場合が示されているが、せん断補強鉄筋を挿入するための孔に限定されるものではなく、様々な目的でコンクリート製の構造物に削孔された孔の位置および半径の検出に広く適用することができる。 In the above description, the present invention is used to detect the position and radius of a hole drilled to insert shear reinforcing reinforcing bars into an existing structure made of concrete. The present invention is not limited to holes for inserting reinforcing bars, but can be widely applied to detecting the position and radius of holes drilled in concrete structures for various purposes.

H 孔
R 断補強鉄筋
R1 鉄筋
R2 六角ナット
S 構造物
H Hole R Reinforcement reinforcing bar R1 Reinforcing bar R2 Hexagonal nut S Structure

Claims (8)

削孔装置を用いてコンクリート製の構造物の壁面に削孔した複数の孔の位置および半径の検出方法であって、
削孔を施した前記壁面の3次元点群データを取得し、
前記3次元点群データに基づいて前記壁面よりも所定寸法奥まった点である奥行き点を抽出し、
前記壁面の水平方向および鉛直方向において前記奥行き点の集合で形成されるグループ点群を複数取得し、
それぞれの前記グループ点群について、当該グループ点群が円を形成するものとして当該円の中心座標および半径を算出する、
ことを特徴とする複数の孔の位置および半径の検出方法。
A method for detecting the position and radius of a plurality of holes drilled in a wall surface of a concrete structure using a drilling device, the method comprising:
Obtaining three-dimensional point cloud data of the wall surface where holes have been drilled,
extracting a depth point that is a point deeper than the wall surface by a predetermined dimension based on the three-dimensional point group data;
acquiring a plurality of group point groups formed by the set of the depth points in the horizontal and vertical directions of the wall surface;
For each group of points, calculate the center coordinates and radius of the circle assuming that the group of points forms a circle;
A method for detecting the positions and radii of a plurality of holes, characterized in that:
前記奥行き点は、前記壁面に削孔したときの孔周縁部の欠損深さよりも奥まった寸法の点である、
ことを特徴とする請求項1記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The depth point is a point deeper than the depth of the defect at the peripheral edge of the hole when the hole is drilled in the wall surface.
The method of detecting the positions and radii of a plurality of holes according to claim 1.
前記グループ点群は、
任意の1点の前記奥行き点である基準奥行き点と、前記基準奥行き点から所定範囲内にある前記奥行き点との集合により形成される、
ことを特徴とする請求項1または2記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The group point cloud is
formed by a set of a reference depth point that is an arbitrary one depth point and the depth points that are within a predetermined range from the reference depth point;
3. The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to claim 1 or 2.
前記3次元点群データは、
3次元データ取得手段が搭載された無人航空機を前記壁面に沿って飛行させながら、前記無人航空機の位置とそのときのデータにより取得する、
ことを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The three-dimensional point cloud data is
While flying an unmanned aircraft equipped with a three-dimensional data acquisition means along the wall surface, acquiring the data based on the position of the unmanned aircraft and the data at that time;
The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to any one of claims 1 to 3.
前記3次元点群データは、
3次元データ取得手段が搭載された走行装置を前記壁面に沿って走行させながら、前記走行装置の位置とそのときのデータにより取得する、
ことを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The three-dimensional point cloud data is
While running a traveling device equipped with a three-dimensional data acquisition means along the wall surface, the data is acquired based on the position of the traveling device and the data at that time.
The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to any one of claims 1 to 3.
前記3次元点群データは、
3次元データ取得手段により異なる位置から断続的に壁面についてのデータを得て、当該データを得た位置とそのときのデータにより取得する、
ことを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The three-dimensional point cloud data is
Data about the wall surface is obtained intermittently from different positions by a three-dimensional data acquisition means, and the data is obtained based on the position where the data was obtained and the data at that time.
The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to any one of claims 1 to 3.
3次元データ取得手段は、3Dスキャナまたは3Dカメラである、
ことを特徴とする請求項4~6の何れか一項に記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The three-dimensional data acquisition means is a 3D scanner or a 3D camera.
The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to any one of claims 4 to 6.
前記円の中心座標および半径は、
最小二乗法、ハフ変換またはRANSACにより算出される、
ことを特徴とする請求項1~7の何れか一項に記載の複数の孔の位置および半径の検出方法。
The center coordinates and radius of the circle are
Calculated by least squares method, Hough transform or RANSAC,
The method for detecting the positions and radii of a plurality of holes according to any one of claims 1 to 7.
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