(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる粒径の粒状材が混合した粒状材料を撒き出して全体画像を撮影し，前記全体画像から所定下限粒径ｄ１以上の複数の所定粗粒径ｄｉについて当該粗粒径ｄｉ以上の粒状材の画像全体に対する面積割合である粒度インデクスＩｉを算出し且つ前記粒状材料の標本から求めた変換式により粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成し，前記粒状材料から篩い分けした前記下限粒径ｄ１以下の粒状材を撒き出して所定拡大倍率の部分画像を撮影し，前記部分画像から粒径ｄ１以下の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ前記変換式により細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成し，前記粗粒径及び細粒径加積曲線を合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成してなる粒状材料の粒度分布計測方法。
【請求項２】
請求項１の方法において，前記粒状材料を前記下限粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材と前記下限粒径ｄ１以下の細粒径粒状材とに篩い分けし，当該篩い分け後の粗粒径粒状材及び細粒径粒状材を別々に撒き出して前記全体画像及び部分画像を撮影してなる粒状材料の粒度分布計測方法。
【請求項３】
請求項１又は２の方法において，前記全体画像から粒径ｄ１を含む複数の所定粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを算出し，前記部分画像から粒径ｄ１を含む複数の所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出してなる粒状材料の粒度分布計測方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの方法において，前記部分画像に所定拡大倍率の第１部分画像と当該第１画像より大きい所定拡大倍率の第２部分画像とを含め，前記第１画像から前記下限粒径ｄ１以下で第２下限粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成し，前記第２画像から粒径ｄ２以下の所定細粒径ｄｋについて粒度インデクスＩｋを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｋ）に変換して粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を作成し，前記粗粒径，第１細粒径及び第２細粒径加積曲線を合成してなる粒状材料の粒度分布計測方法。
【請求項５】
請求項１から３の何れかの方法において，前記粒状材料の標本から第２下限粒径ｄ２以下の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を当該粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）の関数として求め，前記部分画像から前記粒径ｄ１以下で粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成し，当該第１細粒径加積曲線の粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）から前記関数により粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を推定し，前記粗粒径，第１細粒径及び第２細粒径加積曲線を合成してなる粒状材料の粒度分布計測方法。
【請求項６】
異なる粒径の粒状材が混合した粒状材料から所定下限粒径ｄ１以下の粒状材を篩い分けする分離装置，前記粒状材料を撒き出して全体画像を撮影すると共に前記粒状材料から篩い分けした前記下限粒径ｄ１以下の粒状材を撒き出して所定拡大倍率の部分画像を撮影する撮像装置，前記全体画像から前記下限粒径ｄ１以上の複数の所定粗粒径ｄｉについて当該粗粒径ｄｉ以上の粒状材の画像全体に対する面積割合である粒度インデクスＩｉを算出し且つ前記粒状材料の標本から求めた変換式により粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成する粗粒径曲線作成手段，前記部分画像から粒径ｄ１以下の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ前記変換式により細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成する細粒径曲線作成手段，並びに前記粗粒径及び細粒径加積曲線を合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する合成手段を備えてなる粒状材料の粒度分布計測システム。
【請求項７】
請求項６のシステムにおいて，前記分離装置により前記粒状材料を前記下限粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材と前記下限粒径ｄ１以下の細粒径粒状材とに篩い分けし，前記撮像装置により前記分離装置による篩い分け後の粗粒径粒状材及び細粒径粒状材を別々に撒き出して前記全体画像及び部分画像を撮影してなる粒状材料の粒度分布計測システム。
【請求項８】
請求項６又は７のシステムにおいて，前記粗粒径曲線作成手段により全体画像から粒径ｄ１を含む複数の所定粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを算出し，前記細粒径曲線作成手段により部分画像から粒径ｄ１を含む複数の所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出してなる粒状材料の粒度分布計測システム。
【請求項９】
請求項６から８の何れかのシステムにおいて，前記部分画像に所定拡大倍率の第１部分画像と当該第１画像より大きい所定拡大倍率の第２部分画像とを含め，前記細粒径曲線作成手段に，前記第１画像から前記下限粒径ｄ１以下で第２下限粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成する手段と，前記第２画像から粒径ｄ２以下の所定細粒径ｄｋについて粒度インデクスＩｋを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｋ）に変換して粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を作成する手段とを含め，前記合成手段により粗粒径，第１細粒径及び第２細粒径加積曲線を合成してなる粒状材料の粒度分布計測システム。
【請求項１０】
請求項６から８の何れかのシステムにおいて，前記粒状材料の標本から求めた第２下限粒径ｄ２以下の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）の関数として記憶する記憶手段を設け，前記細粒径曲線作成手段により部分画像から前記粒径ｄ１以下で粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成し，当該第１細粒径加積曲線の粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）から前記関数により粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を推定する推定手段を設け，前記合成手段により粗粒径，第１細粒径及び第２細粒径加積曲線を合成してなる粒状材料の粒度分布計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒状材料の粒度分布計測方法及びシステムに関し、とくに粒状材料の画像から粒状材料の粒径加積曲線を作成して粒度分布を計測する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム・堤防・路体・路盤・路床・コンクリート・舗装・植栽基盤等の土木構造物を構築する際に、現場付近の地山等の採取場で調達された地盤材料、原石を破砕装置等で砕いただけの岩砕材料その他の粒状材料Ｓ（異なる粒径の粒状材が混合した土木材料）を用いる工法を採用することがある（例えば非特許文献１のＣＳＧ工法等）。このような工法では、調達した粒状材料Ｓ（例えばＣＳＧ材）をそのまま土木構造物の材料（ＣＳＧ）とすることが多く、構造物の品質を確保するために粒状材料Ｓの粒度を適宜に確認・管理することが必要となる。
【０００３】
例えば図１３は、粒状材料Ｓを用いて構築する土木構造物の強度管理方法の一例を示す（非特許文献１参照）。先ず、調達可能な粒状材料Ｓについて多数の粒度試験を行い、粒度が最も粗い標本（最粗粒標本）Ｔｒと粒度が最も細かい標本（最細粒標本）Ｔｓとを選定する。次いで、最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの範囲内の粒状材料Ｓについて単位水量を変えながら強度試験を行い、強度不足となる下限値と施工に不向きな上限値とを検出する。そのうえで、最粗粒標本Ｔｒの粒度−強度曲線（図中の点線）と最細粒標本Ｔｓの粒度−強度曲線（図中の実線）と２本の許容単位水量範囲を示す縦線とで囲まれた「ひし形」（斜線部分）の規定範囲内となるように粒状材料Ｓの粒度及び単位水量を管理することにより、構造物の強度品質を確保する。
【０００４】
一般に粒状材料Ｓの粒度は、混在する各粒状材の粒径ｄを横軸（対数軸）とし、各粒径ｄ以下の粒状材の全体に対する質量百分率（＝その粒径ｄ以下の粒状材の総質量／粒状材全体の総質量×１００。以下、加積通過率ということがある）を縦軸（線形軸）とした片対数グラフ、すなわち図１２のような粒径加積曲線Ｐ（ｄ）によって表すことができる。図１２に示すように、粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）が最粗粒標本Ｔｒの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）と最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｓ（ｄ）との間（規定範囲内）にあることを確認すれば、図１３のような構造物の品質管理が実現できる。ただし、例えばフィルダム工事等では管理すべき１回当たりの粒状材料Ｓが数百〜数千ｋｇにもなり、そのような大量の粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を従来の篩い分け法によって作成するには何度も篩い分けして通過質量を求める作業が必要であり、多大な労力と時間を要する。手間のかかる作業を頻繁に繰り返すことは工事の進捗上困難であり、篩い分け法では必要最小限の頻度でしか粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができない。
【０００５】
これに対し特許文献１〜３は、コンピュータによる画像解析を用いて粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を迅速に作成できるシステムを開示している。従来から画像解析により粒状材料Ｓの粒度を求めることは試みられていたが、上述したように粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するには所要粒径ｄの加積通過率（粒径ｄ以下の全ての粒状材の全体に対する割合）が必要であるの対し、例えば図８（Ａ）のような粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから特定の粒径ｄ（例えば１００ｍｍ）以下の粒状材を全て検出して加積通過率を求めることは困難であり、画像解析では粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を精度よく作成することは難しいとされていた。しかし、図８（Ａ）のような画像Ｇにおいて特定の粒径ｄ（例えば１００ｍｍ）以上の粒状材を全て検出することは比較的容易であり、その画像Ｇの全体面積Ｅに対する粒径ｄ以上の粒状材の面積ｅの総和（Σｅ）の面積割合Σｅ／Ｅ（以下、粒度インデクスＩということがある）は簡単に算出できる。
【０００６】
図１０は、同じ粒状材料Ｓについて、従来の篩い分け法により粒径ｄ＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの加積通過率Ｐ（ｄ）を求めると共に、その撒き出し画像Ｇから各粒径ｄ＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの粒度インデクスＩ（ｄ）を算出し、それらを二次平面にプロットして両者の関係を示したものである。同図は、各粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）＝ｙが粒度インデクスＩ（ｄ）＝ｘの多次元回帰モデル（ｙ＝Σａｎ・ｘｎ）で表せること、すなわち各粒径ｄの粒度インデクスＩを加積通過率Ｐに変換できることを示している。同図のような変換式（例えば回帰モデル）を利用すれば、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから複数の粒径ｄの粒度インデクスＩを求めて加積通過率Ｐに変換することにより、所要粒径範囲の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することできる。
【０００７】
図７は、粒度インデクスＩを利用して粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する特許文献３の粒度計測システムを示す。図示例のシステムは、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇ（図８（Ａ）参照）を撮影するデジタルカメラ等の撮像装置５と、その画像Ｇを入力して粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するコンピュータ１０とを有している。また図示例のコンピュータ１０は、内蔵プログラムとして、画像Ｇから粒状材料Ｓ中の各粒状材の輪郭を検出する検出手段１７と（図８（Ｂ）参照）、各粒状材の輪郭から粒径ｄ及び面積ｅ（図９参照）を求めて複数の粒径ｄの粒度インデクスＩ（粒状材料Ｓの全体面積Ｅに対する粒径ｄ以上の全粒状材の合計面積Σｅの割合＝Σｅ／Ｅ）を算出する算出手段１８と、粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた粒度インデクスＩと加積通過率Ｐとの変換式Ｆ（例えば図１０の回帰モデル）を記憶する記憶手段１６と、算出した粒度インデクスＩを変換式Ｆにより加積通過率Ｐに変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段２０とを有している。
【０００８】
図１２は、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇからコンピュータ１０の検出手段１７及び算出手段１８により複数の粒径ｄ（５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、８０ｍｍ）の粒度インデクスＩを算出し、その粒度インデクスＩを作成手段２０において図１０の変換式Ｆにより加積通過率Ｐに変換し、変換した加積通過率Ｐを粒径ｄ別にプロットして連結することにより作成した粒径範囲ｄ＝５〜８０ｍｍの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の一例を示す。図７のシステムによれば、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから図示例のような粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を短時間で簡易に作成することができる。また、手間のかかる篩い分け作業等を必要としないので、例えばフィルダム建設工事に適用した場合に粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の作成頻繁を増やすことで品質管理の高度化を図ることができる。更に、図１２に示すように、作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を粒状材料Ｓの最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）と比較することにより、粒状材料Ｓの粒度品質も簡易に判定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−０３６５３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９５５３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６３８３６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】柳川城二「ダム事業における新技術−台形ＣＳＧダム−」建設工業調査会出版、ベース設計資料、Ｎｏ．１３６土木編、２００８年３月２０日発行、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｎｋｏｃｈｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｈｔｍｌ／１３６／ｓａ＿１３６．ｈｔｍｌ）
【非特許文献２】大根義男「実務者のための土質工学」技報堂出版、２００６年１１月１日発行、ｐｐ．３４〜３６、ｐｐ．８１〜８２
【非特許文献３】財団法人ダム技術センター編集・発行「多目的ダムの建設−平成１７年度版  第５巻  設計ＩＩ編」平成１７年６月３０日発行、ｐｐ．１００〜１０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述した図７の粒度計測システムは、粒径範囲が広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することが難しい問題点がある。一般にデジタルカメラ等で撮影した粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇには検出限界（解像限界、分解限界）があり、例えば粒状材料Ｓ中の最大粒径ｄｍに対して３％程度の粒径までしか認識することができない。粒状材料Ｓ中の最大粒径と最小粒径との比が検出限界内にあれば全粒径を含む粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成できるが、フィルダム等の土木工事で用いる粒状材料Ｓは最大粒径（１ｍ程度）が最小粒径（０．１ｍｍ以下）の１万倍にも達する粒径範囲の広い場合があり、そのような広い粒径範囲の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を図７のシステムで作成することは困難である。例えば粒状材料Ｓの最大粒径を５０ｃｍ、画像Ｇの検出限界を最大粒径に対して３％程度とすると、検出限界粒径ｄ０＝１５ｍｍ（＝５０ｃｍ×３％）未満の細粒径部分の欠けた粒径加積曲線Ｐ（ｄ）しか作成することができない（図１２も参照）。
【００１２】
図７のシステムにおいて、粒状材料Ｓの検出限界粒径ｄ０以下の粒径加積曲線を適当な関数Ｕ（Ｔａｌｂｏｔ関数等）で近似し、図１１のように画像Ｇから画像解析により作成した粒径ｄ０以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ０）と近似関数Ｕから推定した粒径ｄ０以下の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ０）とを合成すれば、粒径範囲の広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を一応作成することができる（近似関数Ｕから粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ０）を推定する図７の推定手段２７及び合成手段２２も参照）。しかし、近似関数Ｕから作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）には実際の粒状材料Ｓの細粒径含有率（加積通過率）が反映されておらず、細粒径含有率が粒状材料Ｓの透水係数・透水性・圧縮性等の工学的性質に大きな影響を与えるにも拘らず（非特許文献２、３参照）、近似関数Ｕから作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）によって粒状材料Ｓの透水係数等を確認・管理することは困難である。例えば最大粒径５０ｃｍ程度の粒状材料Ｓを透水材料（ロック材）として用いたフィルダム等の品質を確認・管理するためには、透水係数に大きな影響を与える粒径５ｍｍ程度の細粒径（礫材）の含有率を直接把握することが不可欠であり、篩い分け法のような手間をかけずに粒径１ｍから５ｍｍ以下にわたる広い粒径範囲の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を画像解析によって作成できる技術の開発が望まれている。
【００１３】
そこで本発明の目的は、粒状材料の画像から粒径範囲の広い粒径加積曲線を作成できる粒度分布計測方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図１の実施例及び図３の流れ図を参照するに，本発明による粒状材料の粒度分布計測方法は，異なる粒径ｄの粒状材が混合した粒状材料Ｓを撒き出して全体画像Ｇ０（図２（Ａ）及び図８（Ａ）参照）を撮影し，全体画像Ｇ０から所定下限粒径ｄ１以上の複数の所定粗粒径ｄｉについてその粒径ｄｉ以上の粒状材の画像全体に対する面積割合である粒度インデクスＩｉを算出し且つ粒状材料の標本Ｔから求めた変換式Ｆ（図１０参照）により粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成し，粒状材料Ｓから篩い分けした粒径ｄ１以下の粒状材を撒き出して所定拡大倍率の部分画像Ｇ１（図２（Ａ）及び図５（Ａ１）参照）を撮影し，部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ変換式Ｆにより細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成し，粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成してなるものである。
【００１５】
また図１のブロック図を参照するに，本発明による粒状材料の粒度分布計測システムは，異なる粒径ｄの粒状材が混合した粒状材料Ｓから所定下限粒径ｄ１以下の粒状材を篩い分けする分離装置６，粒状材料Ｓを撒き出して全体画像Ｇ０（図２（Ａ）及び図８（Ａ）参照）を撮影すると共に粒状材料Ｓから篩い分けした下限粒径ｄ１以下の粒状材を撒き出して所定拡大倍率の部分画像Ｇ１（図２（Ａ）及び図５（Ａ１）参照）を撮影する撮像装置５，全体画像Ｇ０から下限粒径ｄ１以上の複数の所定粗粒径ｄｉについてその粒径ｄｉ以上の粒状材の画像全体に対する面積割合である粒度インデクスＩｉを算出し且つ粒状材料の標本Ｔから求めた変換式Ｆ（図１０参照）により粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成する粗粒径曲線作成手段２０，部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ変換式Ｆにより細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成する細粒径曲線作成手段３０，並びに粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する合成手段２２を備えてなるものである。
【００１６】
好ましくは，分離装置６により粒状材料Ｓを下限粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材と下限粒径ｄ１以下の細径粒状材とに篩い分けし，分離装置６による篩い分け後の粗粒径粒状材及び細粒径粒状材を別々に撒き出して撮像装置５により全体画像Ｇ０及び部分画像Ｇ１を撮影する。望ましくは，粗粒径曲線作成手段２０により全体画像Ｇ０から下限粒径ｄ１を含む複数の所定粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを算出し，細粒径曲線作成手段３０により部分画像Ｇ１から粒径ｄ１を含む複数の所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出する。
【００１７】
更に好ましくは、部分画像に、所定拡大倍率の第１部分画像Ｇ１とその第１画像Ｇ１より大きい所定拡大倍率の第２部分画像Ｇ２（図２（Ａ）及び図５（Ａ３）参照）とを含め、細粒径曲線作成手段３０に、第１画像Ｇ１から下限粒径ｄ１以下で第２下限粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成する手段３０ａと、第２画像Ｇ２から粒径ｄ２以下の所定細粒径ｄｋについて粒度インデクスＩｋを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｋ）に変換して粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を作成する手段３０ｂとを含め、合成手段２２により合成手段により粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）、第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）、及び第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を合成する。
【００１８】
或いは、粒状材料の標本Ｔから求めた第２下限粒径ｄ２以下の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）の関数Ｕとして記憶する記憶手段１６を設け、細粒径曲線作成手段３０により部分画像Ｇ１から下限粒径ｄ１以下で第２下限粒径ｄ２以上の所定細粒径ｄｊについて粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下ｄ２以上の第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成し、その第１細粒径加積曲線の粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）から関数Ｕにより粒径ｄ２以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を推定する推定手段２７を設け合成手段２２により合成手段により粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）、第１細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）、及び第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を合成することも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による粒状材料の粒度分布計測方法及びシステムは，粒状材料Ｓについて全体画像Ｇ０を撮影し，全体画像Ｇ０から所定下限粒径ｄ１以上の所定粗粒径ｄｉについて粒度インデクスＩｉを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成し，粒状材料Ｓから篩い分けした粒径ｄ１以下の粒状材を撒き出して所定拡大倍率の部分画像Ｇ１を撮影し，部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下の所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成し，粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）とを合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するので，次の有利な効果を奏する。
【００２０】
（イ）全体画像Ｇ０から作成した粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と部分画像Ｇ１から作成した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）とを合成する謂わば多段階の画像解析により，単独の画像Ｇからの画像解析に比して粒径範囲が広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。
（ロ）また，全体画像Ｇ０及び部分画像Ｇ１から算出した粒径インデクスＩｉ，Ｉｊを加積通過率Ｐ（ｄｉ），Ｐ（ｄｊ）に変換することにより，近似関数Ｕ等を用いた場合と異なり，粗粒径ｄｉ及び細粒径ｄｊの実際の含有率が反映された粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成できる。
（ハ）全体画像Ｇ０は粒状材料Ｓの全体を対象としているのに対し，部分画像Ｇ１は粒状材料Ｓの一部分しか対象としていないが，細粒径の加積通過率（小さい粒径の含有率）は粒状材料の一部分（小さな試料）からでも精度よく検出できるので，全体として十分な精度の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成できる。
（ニ）粒状材料Ｓから細粒径ｄｊを篩い分けして部分画像Ｇ１を撮影することにより，部分画像Ｇ１からの細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊの算出精度，ひいては細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）の作成精度を高めることが期待できる。
（ホ）部分画像Ｇ１にも検出限界が存在するが，部分画像Ｇ１より大きい拡大倍率の第２部分画像Ｇ２を撮影し，その第２部分画像Ｇ２から検出限界粒径以下の第２細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を合成するサイクルを繰り返すことにより，下限粒径を小さくして粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の粒径範囲を更に広げることができる。
（ヘ）篩い分け法のような手間を必要とせず，広い粒径範囲の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を短時間で簡単に作成できるので，例えば粒状材料Ｓを用いた構造物工事（フィルダム等の建設工事）に適用した場合に，粒状材料Ｓの透水係数・透水性・圧縮性等を含む多様な品質管理作業の容易化・高度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
【図１】本発明による粒度分布計測システムの一実施例のブロック図である。
【図２】本発明における粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）の作成方法、及びそれらを合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する方法の説明図である。
【図３】本発明による粒度分布計測方法を示す流れ図の一例である。
【図４】図３のステップＳ００１の詳細を示す流れ図の一例である。
【図５】本発明で用いる粒状材料Ｓの部分画像Ｇ１、Ｇ２の説明図である。
【図６】本発明のシステムで作成した粒状材料の粒径加積曲線の一例である。
【図７】粒状材料の撒き出し画像Ｇから粒径加積曲線ｄを作成する従来のシステムの一例の説明図である。
【図８】粒状材料の撒き出し画像Ｇ（全体画像Ｇ）の説明図である。
【図９】粒状材料の画像Ｇから各粒状材の粒径及び面積を算出する方法の一例の説明図である。
【図１０】粒状材料の粒度インデクスＩｉと加積通過率Ｐ（ｄｉ）との変換式を示すグラフの一例である。
【図１１】図７のシステムで作成した粒径ｄ１以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と近似関数Ｕから推定した粒径ｄ１以下の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）とを合成して作成した粒径加積曲線Ｐの一例である。
【図１２】図７のシステムで作成した粒状材料の粒径加積曲線Ｐ及びその粒状材料の最粗粒標本Ｔｒ、最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓの一例である。
【図１３】従来のＣＳＧ工法における粒度管理方法の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の粒度分布計測システムの一実施例のブロック図を示す。例えば現場付近の採取場（地山や地層）１で調達した地盤材料を用いて土木構造物を構築する場合に、ダンプトラック等の運搬機械３で現場へ供給される地盤材料等の全体又は一部を粒状材料Ｓとし、例えば運搬単位（供給単位）毎に粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成して品質を管理する。運搬機械３で搬送する材料が均質とみなせる場合は、運搬機械３上の一部を管理対象とすれば足りる。なお、本発明の適用対象は地盤材料等に限らず、例えば破砕装置２で原石を破砕して現場に供給される岩砕材料等のように、種類や起源に応じてほぼ同様の粒径加積曲線で近似できる粒状材料Ｓに広く適用可能である。
【００２３】
図示例の粒度分布計測システムは、例えば地表に敷いたシート上に粒状材料Ｓを撒き出す装置９（例えばブルドーザ等）と、撒き出した粒状材料Ｓの画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２……を撮影するデジタルカメラ等の撮像装置５と、その画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２……を入力して粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するコンピュータ１０とを有する。後述するコンピュータ１０の作成手段２０、３０により算出する粒度インデクスＩが粒状材料Ｓの撒き出し方法によって影響を受けて誤差を生じうるので、粒状材料Ｓは撒き出し装置９によって常に同じ所定面密度（粒状材料Ｓの重量／撒き出し面積、例えば１０〜４００ｋｇ／ｍ２）で敷き均しつつ撒き出すことが望ましい。また、シート上に撒き出す方法に代えて、撒き出し装置９をベルトコンベア等の移動式搬送装置とし、そのベルトコンベア上に粒状材料Ｓを所定面密度で敷き均して移動させながら画像Ｇを撮影してもよい。
【００２４】
図示例の撮像装置５は、図７の場合のように撒き出した粒状材料Ｓの全体が写り込む全体画像Ｇ０（図８（Ａ）参照）だけでなく、撮影範囲を適宜縮小して（又は撮影距離を適宜近付けて）所定倍率に拡大された部分画像Ｇ１を撮影する機能を有している。全体画像Ｇ０には粒状材料Ｓの最大粒径ｄｍ以下の全粒状材が写っており、後述する粗粒径曲線作成手段２０により全体画像Ｇ０から最大粒径ｄｍ以下で所定検出下限粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材の輪郭を検出することができる。また、部分画像Ｇ１には各粒状材が所定拡大倍率で写っており、後述する細粒径曲線作成手段３０により部分画像Ｇ１から所定検出下限粒径ｄ１以下の細粒径粒状材の輪郭を検出することができる。
【００２５】
例えば、上述した検出下限粒径ｄ１を全体画像Ｇ０中の検出限界粒径（例えば最大粒径ｄｍの３％程度の粒径）とし、粗粒径曲線作成手段２０によって全体画像Ｇ０から検出限界粒径以上の粗粒径粒状材の輪郭を検出し、細粒径曲線作成手段３０によって部分画像Ｇ１から検出限界粒径以下の細粒径粒状材の輪郭を検出する。ただし、検出下限粒径ｄ１は必ずしも全体画像Ｇ０中の検出限界粒径とする必要はなく、その検出限界粒径以上の任意の大きさとすることができる。また、部分画像Ｇ１の拡大倍率は、全体画像Ｇ０の倍率（＝１）より大きい任意の倍率（＞１）とすることができるが、例えば全体画像Ｇ０中の検出下限粒径（又は検出限界粒径）が最大粒径ｄｍに拡大される倍率（例えば、検出限界が最大粒径ｄｍに対して３％であるときは１００／３≒３０倍）とすることができる。
【００２６】
部分画像Ｇ１にも検出限界が存在し、その検出限界粒径以下の細粒径粒状材の輪郭を部分画像Ｇ１から検出することは困難であるが、その部分画像Ｇ１より大きい拡大倍率の第２部分画像Ｇ２を撮影し、その第２部分画像Ｇ２から検出限界粒径以下の細粒径粒状材の輪郭を検出するサイクルを繰り返すことができる。第２部分画像Ｇ２の拡大倍率も、部分画像Ｇ１より大きい任意の倍率とすることができるが、例えば部分画像Ｇ１中の検出限界粒径が最大粒径ｄｍに拡大される倍率（例えば部分画像Ｇ１の３０倍程度）とすることができる。図２（Ａ）は全体画像Ｇ０と部分画像Ｇ１、Ｇ２との関係の一例を表す。例えば粒状材料Ｓを一辺Ｄ０の方形面積に撒き出して全体画像Ｇ０を撮影し、その撮影範囲から一辺Ｄ１の方形部分を選択して拡大部分画像Ｇ１を撮影し（図８（Ａ）も参照）、更にその撮影範囲から一辺Ｄ２の方形部分を選択して拡大部分画像Ｇ２を撮影する（図５（Ａ１）も参照）。
【００２７】
図２（Ａ）において、粗粒径を検出する全体画像Ｇ０は粒状材料Ｓの全体を対象としているのに対し、細粒径を検出する部分画像Ｇ１、Ｇ２は粒状材料Ｓの一部分しか対象としていない。しかし、本発明者の実験によれば、大きな粗粒径の含有率（加積通過率）を精度よく検出するには大きな試料（粒状材料全体）が必要であるの対し、小さい細粒径の含有率（加積通過率）は小さな試料（粒状材料の一部分）からでも精度よく検出することができる。また、図示例では部分画像Ｇ１中に検出対象外の粒径ｄ１以上の粒状材も写り込むが、コンピュータ１０の細粒径曲線作成手段３０において検出対象外の粒状材を無視し又は画像Ｇ１から取り除いたうえで検出対象の細粒径のみを精度よく検出することが可能である。
【００２８】
ただし、粒状材料Ｓ中に粒径ｄ１以下の細粒径が多量に含まれていると、細粒径が団子状に固まり又は大きな粒状材にこびり付くことによって粒径の検出誤差を生じるおそれがある。そのような場合は、図１に示すように、粒状材料Ｓから検出下限粒径ｄ１以下の細粒径粒状材を篩い分けする分離装置６をシステムに含め、篩い分け後の細粒径粒状材を撒き出して部分画像Ｇ１を撮影することができる。或いは、先ず分離装置６によって粒状材料Ｓを粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材と粒径ｄ１以下の細粒径粒状材とに篩い分けし、篩い分け後の粗粒径粒状材、細粒径粒状材を別々に撒き出して全体画像Ｇ０、部分画像Ｇ１をそれぞれ撮影してもよい。篩い分け後の細粒径粒状材を対象として部分画像Ｇ１を撮影することにより、粒状材の粒径の検出精度、ひいては粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の作成精度を高めることができる。使用する分離装置６は粒状材料Ｓ中の細粒径粒状材の状態に応じて異なりうるが、例えば細粒径粒状材が乾燥している場合は篩い分け装置とし、湿潤して他の粒状材にこびり付いている場合は水洗い装置等とすることができる。
【００２９】
図示例のコンピュータ１０は、キーボード等の入力装置１１と、ディスプレイ等の出力装置１２と、粒度インデクスＩを加積通過率Ｐに変換する変換式Ｆ等を記憶する記憶手段１６とを有する。また内蔵プログラムとして、撮像装置５や入力装置１１から全体画像Ｇ０、部分画像Ｇ１その他のデータを入力する入力手段１４と、その全体画像Ｇ０から粒径ｄ１以上の粗粒径粒状材の輪郭を検出して粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成する粗粒径曲線作成手段２０と、部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下の細粒径粒状材の輪郭を検出して細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成する細粒径曲線作成手段３０と、粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する合成手段２２と、作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）その他を出力装置１２に出力する出力手段１３とを有している。図示例のコンピュータ１０は、作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）から粒状材料Ｓの粒度品質を判定する判定手段２４を有しているが、判定手段２４は本発明に必須のものではない。また、変換式Ｆを設定する変換式設定手段２６を有しているが、本発明において変換式Ｆが記憶手段１６に記憶されていれば足り、変換式設定手段２６も本発明に必須のものではない。
【００３０】
図３は、図１のシステムを用いて粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する本発明の粒度分布計測方法の流れ図を示す。以下、図３の流れ図を参照して図１のシステムを説明する。図３のステップＳ００１は、図１の変換式設定手段２６により、粒状材料Ｓ中の複数の粒径ｄの粒度インデクスＩとその粒径ｄ以下の粒状材の加積通過率Ｐとの変換式Ｆを求めて記憶手段１６に設定する処理を表し、その処理の詳細を図４の流れ図に示す。先ず図４のステップＳ１０１において、粒状材料標本Ｔを用い、その標本Ｔから篩い分けその他の従来方法によって全体画像Ｇ０中の所定検出下限粒径ｄ１（例えば全体画像Ｇ０の検出限界粒径）以上の複数の所定粗粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）、及びその粒径ｄ１以下の複数の所定細粒径ｄｊの加積通過率Ｐ（ｄｊ）をそれぞれ求め、求めた加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）を入力装置１１からコンピュータ１０に入力する。好ましくは、部分画像Ｇ１中の所定検出下限粒径ｄ２（例えば部分画像Ｇ１の検出限界粒径）以下の複数の所定細粒径ｄｋの加積通過率Ｐ（ｄｋ）を求め、加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）と共に加積通過率Ｐ（ｄｋ）をコンピュータ１０に入力する。
【００３１】
図４のステップＳ１１０〜Ｓ１１４は、粒径ｄ１以上の粗粒径ｄｉの変換式Ｆｉを作成する処理を示す。先ずステップＳ１１１において粒状材料標本Ｔの全体画像Ｇ０を図１の粗粒径曲線作成手段２０へ入力し（図８（Ａ）参照）、ステップＳ１１２において作成手段２０に含まれる検出手段１７により、全体画像Ｇ０から最大粒径ｄｍ以下で所定検出下限粒径ｄ１（例えば全体画像Ｇ０の検出限界粒径）以上の各粒状材の輪郭を検出し、その輪郭から各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求める（図８（Ｂ）参照）。例えば画像Ｇ０を画素の明暗に基づいて二値化処理し、その二値化画像からラベリングやパターンマッチング等の手法を用いて各粒状材の輪郭を検出する。図９（Ａ）のように粒状材が球体とみなせる場合は、その粒状材の面積等価径を粒径ｄｉとし、その球体の断面積を面積ｅとすることができる。或いは図９（Ｂ）に示すように、各粒状材の輪郭に楕円形を（例えば最小二乗近似により）フィッティングさせて短径ａ・長径ｂを求め、その短径ａを粒状材の粒径ｄｉ（篩い径）とし、近似した楕円形の面積を粒状材の面積ｅとしてもよい。楕円近似に代えて各粒状材の輪郭に外接する最小矩形を求め、その最小矩形の短径ａを粒径ｄｉとし、その最小矩形の面積を粒状材の面積ｅとしてもよい。或いは、各粒状材の輪郭内部の画素数を面積に換算して各粒状材の面積ｅを検出することも可能である。
【００３２】
図４のステップＳ１１３において、作成手段２０に含まれる算出手段１８により、検出下限粒径ｄ１以上の複数の所定粗粒径ｄｉの各々について、その粗粒径ｄｉ以上の粒状材の面積の総和Σｅを求めて全体画像Ｇ０の撮影領域全体面積Ｅに対する面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を各粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとして算出する。全体画像Ｇ０の撮影領域全体面積Ｅに代えて、画像Ｇ中の輪郭検出対象の全粒状材（検出下限粒径ｄ１以上の全粒状材）の面積の合計を全体面積Ｅとし、その全体面積Ｅに対する各粗粒径ｄｉ以上の粒状材の面積総和Σｅの割合（＝Σｅ／Ｅ）を算出して粒度インデクスＩｉとしてもよい。更にステップＳ１１４において、算出した粒度インデクスＩｉを変換式設定手段２６に入力し、変換式設定手段２６においてステップＳ１０１で入力した各粗粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）とステップＳ１１３で算出した粒度インデクスＩｉとを対応付けて変換式Ｆｉを設定する。例えば図１０を参照して上述したように、各粗粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）と粒度インデクスＩｉとを二次平面にプロットし、加積通過率Ｐ（ｄｉ）を目的変数（従属変数）とし粒度インデクスＩｉを説明変数（独立変数）とする適切な回帰モデル（例えば多項式、対数関数、べき関数、指数関数等）を設定して変換式Ｆｉとし、設定した変換式Ｆｉを記憶手段１６に記憶する。
【００３３】
図４のステップＳ１２０〜Ｓ１２４は、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１１４と同様にして、検出下限粒径ｄ１以下の細粒径ｄｊの変換式Ｆｊを作成する処理を示す。先ずステップＳ１２１において粒状材料標本Ｔの部分画像Ｇ１を図１の細粒径曲線作成手段３０ａへ入力し（図５（Ａ１）参照）、ステップＳ１２２において作成手段３０ａ中の検出手段３１ａにより、部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下で検出下限粒径ｄ２以上の各粒状材の輪郭を検出して粒径ｄｊ及び面積ｅを求める（図５（Ｂ１）参照）。検出下限粒径ｄ２は、例えば部分画像Ｇ１中の検出限界粒径とするが、その検出限界粒径以上の任意の大きさとすることもできる。次いで、ステップＳ１２３において作成手段３０ａ中の算出手段３２ａにより、複数の所定細粒径ｄｊの各々について、各細粒径ｄｊ以上の粒状材の面積総和Σｅを求めて部分画像Ｇ１の全体面積Ｅに対する面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を各細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊとして算出する。更にステップＳ１２４において、算出した各細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）と対応付けることにより、細粒径ｄｊの変換式Ｆｊを設定して記憶手段１６に記憶する。
【００３４】
好ましくは、図４のステップＳ１３０〜Ｓ１３４において、上述したステップＳ１２０〜Ｓ１２４と同様にして、部分画像Ｇ１中の検出下限粒径ｄ２以下の細粒径ｄｋの変換式Ｆｋを作成する。すなわち、ステップＳ１３１において粒状材料標本Ｔの部分画像Ｇ２を図１の細粒径曲線作成手段３０ｂへ入力し（図５（Ａ２）参照）、ステップＳ１３２において作成手段３０ｂ中の検出手段３１ｂにより部分画像Ｇ２から粒径ｄ２以下の各粒状材の輪郭を検出して粒径ｄｋ及び面積ｅを求める（図５（Ｂ２）参照）。ステップＳ１２３において作成手段３０ｂ中の算出手段３２ｂにより、複数の所定細粒径ｄｋの各々について粒度インデクスＩｋを算出し、ステップＳ１２４において算出した各細粒径ｄｋの粒度インデクスＩｋを加積通過率Ｐ（ｄｋ）と対応付けることにより、細粒径ｄｋの変換式Ｆｋを設定して記憶手段１６に記憶する。
【００３５】
なお、上述した図４において粗粒径ｄｉの変換式Ｆｉ、細粒径ｄｊの変換式Ｆｊ、及び細粒径ｄｋの変換式Ｆｋは、複数の粒状材料標本Ｔを用いて設定することが望ましい。図１０から分かるように、例えば同じ採取場で採取した粒状材料標本Ｔから求めた加積通過率Ｐ及び粒度インデクスＩは概ね近似しているものの、標本Ｔ毎に多少の変動がみられるので、複数の標本Ｔに基づき相関係数ｒのできるだけ大きい変換式Ｆを設定することにより変換式Ｆの精度を高めることができる。また、図４における変換式Ｆｉ、Ｆｊ、Ｆｋの設定処理は必ずしも工事現場で行う必要はなく、予め実験室等において行うことができる。この場合は、図３のステップＳ００１において予め求めた変換式Ｆｉ、Ｆｊ、Ｆｋを工事現場のコンピュータ１０に記憶すれば足り、工事現場のコンピュータ１０から変換式設定手段２６を省略できる。
【００３６】
図３のステップＳ０１１〜Ｓ０１５は、上述したように粒状材料標本Ｔから求めた粗粒径ｄｉの変換式Ｆｉに基づき、図１の粗粒径曲線作成手段２０において、粒状材料Ｓの全体画像ｇ０から粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成する処理を示す。先ずステップＳ０１１〜Ｓ０１２において、上述した図４のステップＳ１１１〜Ｓ１１２と同様に、粒状材料Ｓの全体画像Ｇ０を粗粒径曲線作成手段２０に入力して最大粒径ｄｍ以下で所定検出下限粒径ｄ１以上の各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求める（図２（Ａ）〜（Ｂ）参照）。またステップＳ０１３において、上述した図４のステップＳ１１３と同様に、各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅから複数の所定粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを算出する。ステップＳ０１４〜Ｓ０１５において、ステップＳ００１で求めた変換式Ｆｉにより各粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換し、粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成する。図２（Ｃ１）は、作成手段２０で作成した粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）の一例を示し、例えばステップＳ０１５において変換式Ｆｉによる変換後の加積通過率Ｐ（ｄｉ）を粗粒径ｄｉ別にプロットして連結することにより粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）が作成できることを示している。
【００３７】
また、図３のステップＳ０２１〜Ｓ０２５は、上述した細粒径ｄｊの変換式Ｆｊに基づき、図１の細粒径曲線作成手段３０ａにおいて、粒状材料Ｓの部分画像ｇ１から粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成する処理を示す。例えばステップＳ０２１〜Ｓ０２２において、粒状材料Ｓの部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下の各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求め、ステップＳ０２３において各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅから所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出する（図２（Ａ）〜（Ｂ）参照）。ステップＳ０２４〜Ｓ０２５において、ステップＳ００１で求めた変換式Ｆｊにより各細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換し、変換後の加積通過率Ｐ（ｄｊ）を細粒径ｄｊ別にプロットすることにより、粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成する。
【００３８】
ただし、部分画像Ｇ１にも検出限界が存在するので、画像Ｇ１中に検出限界粒径以下の細粒径粒状材が含まれている場合は、図３のステップＳ０２２において部分画像Ｇ１から粒径ｄ１以下で且つ検出限界粒径以上の所定検出下限粒径ｄ２以上の各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求める。そしてステップＳ０２３において、検出した各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅから各細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出し、ステップＳ０２４〜Ｓ０２５において、各細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換することにより、例えば図２（Ｃ２）に示すような粒径ｄ１以下で粒径ｄ２以上の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を作成する。
【００３９】
図２（Ｃ２）は、ステップＳ０２２〜０２５において部分画像Ｇ１から３種類の細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出し、その３粒径ｄｊの加積通過率Ｐ（ｄｊ）から作成した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を示している。ただし、部分画像Ｇ１から粒度インデクスＩｊを算出する細粒径ｄｊの数は図示例に限定されず、細粒径ｄｊを複数ではなく単数とすることも可能である。細粒径ｄｊが単数のときは、ステップＳ０２４〜Ｓ０２５において細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）が１点の加積通過率Ｐ（ｄｊ）のみとなるが、後述するステップ０４０において、その１点の加積通過率Ｐ（ｄｊ）を粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と合成することにより、細粒径ｄｊを含む粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。
【００４０】
好ましくは、図３のステップＳ０３１〜Ｓ０３５において、上述した細粒径ｄｋの変換式Ｆｋに基づき、図１の細粒径曲線作成手段３０ｂにおいて、粒状材料Ｓの部分画像ｇ２から粒径ｄ２以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を作成する。すなわち、ステップＳ０３１〜Ｓ０３３において、粒状材料Ｓの部分画像Ｇ２から粒径ｄ２以下の各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求め、各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅから所定細粒径ｄｋの粒度インデクスＩｋを算出する。またステップＳ０３４〜Ｓ０３５において、ステップＳ００１で求めた変換式Ｆｋにより各細粒径ｄｋの粒度インデクスＩｋを加積通過率Ｐ（ｄｋ）に変換し、例えば図２（Ｃ３）に示すような粒径ｄ２以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ）を作成する。
【００４１】
図２（Ｃ３）は３種類の細粒径ｄｋの加積通過率Ｐ（ｄｋ）から作成した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を示しているが、上述した細粒径ｄｊの場合と同様に、細粒径ｄｋの数も図示例に限定されず、細粒径ｄｋを単数とすることも可能である。細粒径ｄｋが単数であっても、後述するステップ０４０において粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）と合成することにより、細粒径ｄｋを含む粒径加積曲線Ｐ（ｄ）とすることができる。
【００４２】
図３のステップＳ０４０は、上述したステップＳ０１１〜Ｓ０１５で作成した粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と、ステップＳ０２１〜Ｓ０２５で作成した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）（又は細粒粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１））とを図１の合成手段２２へ入力し（図２（Ｄ）参照））、合成手段２２において粗粒径加積曲線と細粒径加積曲線とを合成することにより、図２（Ｅ）に示すような粒径加積曲線Ｐ（ｄ）（又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ２））を作成する処理を示す。例えば、粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）の下端と細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）の上端とを直線又は曲線で連結することにより両曲線を合成する。
【００４３】
好ましくは、図２（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように、粗粒径曲線作成手段２０により全体画像Ｇ０から検出下限粒径ｄ１を含む複数の所定粗粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）を作成し、細粒径曲線作成手段３０により部分画像Ｇ１から所定粗粒径粒径ｄ１を含む複数の所定細粒径ｄｊの粒度インデクスＩｊを算出し且つ加積通過率Ｐ（ｄｊ）に変換して粒径ｄ１以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）を作成し、粒径ｄ１において粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）と細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）とを重ね合せて合成する。すなわち、粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）の下端の粗粒径ｄｉを粒径ｄ１とし、細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）の上端の細粒径ｄｊも粒径ｄ１とし、粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）の下端と細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ１）の上端とを重ね合せることにより、実際の含有率が反映された粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。
【００４４】
更に好ましくは、ステップＳ０４０において、粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）と共に、ステップＳ０３１〜Ｓ０３５で作成した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）をも合成することにより、例えば図２（Ｅ）に示すような粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する。複数の画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２から作成した径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）、Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）、Ｐ（ｄ≦ｄ２）を合成する謂わば多段階の画像解析によって粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することにより、図７のように単独の画像Ｇから作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）に比して、検出限界粒径を小さくできるので、推定できる粒径範囲が広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成できる。
【００４５】
ステップＳ０４０において作成した図２（Ｅ）の粒径加積曲線Ｐ（ｄ）は、粒状材料Ｓの全体画像Ｇ０及び部分画像Ｇ１、Ｇ２から算出した粒径インデクスＩｉ、Ｉｊ、Ｉｋに対応する加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）、Ｐ（ｄｋ）を含んでおり、粒状材料Ｓの粗粒径ｄｉ及び細粒径ｄｊ、ｄｋの実際の含有率が反映されている。図６は、粒状材料Ｓの全体画像Ｇ０及び部分画像Ｇ１からの画像解析（図３のステップＳ０１４、ステップＳ０２４）により求めた粗粒径ｄｉ（１０〜１００ｍｍ）及び細粒径ｄｊ（０．８〜１０ｍｍ）の加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）と、その粒状材料Ｓから篩い分け粒度試験により求めた加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）とを比較した実験結果を示す。同図から分かるように、図３の流れ図による加積通過率Ｐ（ｄｉ）、Ｐ（ｄｊ）は篩い分け粒度試験結果と精度よく一致しており、図３のような多段階の画像解析によって粒状材料Ｓの粒径範囲が広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を十分な精度で作成できる。
【００４６】
従って、例えばステップＳ０４０で作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を図１の判定手段２４へ入力し、粒径加積曲線Ｐ（ｄ）と粒状材料Ｓの最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）と比較することにより、広い粒径範囲にわたって粒状材料Ｓの品質を判定することができ、粒状材料Ｓの透水係数・透水性・圧縮性等を含む多様な品質を確認・管理することができる。このような最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓは、上述したように粒状材料Ｓの数多くの粒度試験によって予め選定し、その粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）を例えば図３のステップＳ００１において記憶手段１６に登録しておくことができる。
【００４７】
図３のステップＳ０４０において今回の粒状材料Ｓｔの粒径加積曲線Ｐｔを作成したのち、ステップＳ０５０において粒状材料Ｓの粒度分布計測を継続するか否かを判断する。継続する場合はステップＳ０１１へ戻り、次回の粒状材料Ｓｔ＋１について上述したステップＳ０１１〜Ｓ０１５、ステップＳ０２１〜Ｓ０２５、ステップＳ０３１〜Ｓ０３５を繰り返して粒径加積曲線Ｐｔ＋１を作成する。例えばステップＳ０４０において、運搬単位（供給単位）毎に作成した粒状材料Ｓｔの粒径加積曲線Ｐｔを記憶手段１６に累積記憶しておくことにより、判定手段２４において今回供給材料Ｓｔの粒径加積曲線Ｐｔと前回供給材料Ｓｔ−１の粒径加積曲線Ｐｔ−１とを比較して粒状材料Ｓの品質の経時的変化を判定することも可能である。
【００４８】
こうして本発明の目的である「粒状材料の画像から粒径範囲が広い粒径加積曲線を作成できる粒度分布計測方法及びシステム」の提供を達成できる。
【実施例１】
【００４９】
上述した図１及び図２の実施例では、全体画像Ｇ０から作成した粒径ｄ１以上の粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）に対して、部分画像Ｇ１から作成した粒径ｄ１以下粒径ｄ２以上の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）を合成すると共に、部分画像Ｇ２から作成した粒径ｄ２以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を合成することにより、粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の粒径範囲を広げている。実際には部分画像Ｇ２にも検出限界が存在し、その検出限界粒径以下の粒状材の輪郭は部分画像Ｇ２から検出できないので、必要に応じて部分画像Ｇ２より大きい拡大倍率の第３部分画像Ｇ３を撮影し、その第３部分画像Ｇ３から検出限界粒径以下の粒状材の輪郭を検出するサイクルを繰り返すことにより、検出限界粒径を小さくして粒径加積曲線Ｐ（ｄ）の粒径範囲を更に広げることは可能である。第３部分画像Ｇ３の拡大倍率も、部分画像Ｇ２より大きい任意の倍率とすることができるが、例えば部分画像Ｇ２中の検出限界粒径が最大粒径ｄｍに拡大される倍率（例えば、検出限界が最大粒径ｄｍに対して３％であるときは部分画像Ｇ２の３０倍程度）とすることができる。
【００５０】
また、上述したサイクルを繰り返す方法に代えて、例えば部分画像Ｇ１中の検出下限粒径ｄ２以下については、予め粒状材料標本Ｔから求めた篩い分け粒度試験の結果から粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）の関数Ｕとして求め、部分画像Ｇ１から求めた粒径ｄ２の加積通過率Ｐ（ｄ２）を関数Ｕに代入して粒径ｄ２以下の細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を推定し、推定した細粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）を粗粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧ｄ１）及び細粒径加積曲線Ｐ（ｄ２≦ｄ≦ｄ１）と合成して粒径範囲の広い粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することも可能である。例えば、篩い分け粒度試験結果の重回帰分析により粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）の関数Ｕを設定する。また、図１１を参照して上述したように、粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦ｄ２）をＴａｌｂｏｔ関数、Ｇａｕｄｉｎ−Ｍｅｌｏｙ関数、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ関数等で近似した関数Ｕとすることも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…採取場（地山）                  ２…破砕装置
３…運搬装置                        ５…撮像装置
６…分離装置                        ７…重量計測器
８…含水率計測器                    ９…撒き出し装置
１０…コンピュータ                  １１…入力装置
１２…出力装置                      １４…入力手段
１５…出力手段                      １６…記憶手段
１７…検出手段                      １８…算出手段
２０…粗粒径曲線作成手段            ２１…調整手段
２２…合成手段                      ２４…判定手段
２５…演算手段                      ２６…変換式設定手段
２７…推定手段
３０…細粒径曲線作成手段            ３１…検出手段
３２…算出手段
ｄ…粒径
ｅ…面積
Ｆ…変換式
Ｇ…画像
Ｉ…粒度インデクス
Ｓ…粒状材料
Ｔ…粒状材料標本
Ｐ…加積通過率、粒径加積曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図９】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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