(57)【要約】【課題】５０ｃｍスケールの岩石を数ｍｍ以下の精度で効率良く測定することができる亀裂の三次元形状及び開口幅の測定方法及び測定装置を提供する。【解決手段】試料となる岩石１の亀裂２内に固化剤３を流し込んで固化させる第１工程と、岩石の上面全体を予め設定された深さまで平面研削盤１０により平面研削する処理と、平面研削により上面に現れた岩石の断面をデジタル撮影装置１１により撮影してその画像データを画像データ処理装置１２に取り込む処理とを交互に繰り返すことにより、岩石の上面から下面に向かって岩石の各断面の画像データを収集する第２工程と、画像データ処理装置１２において、収集した各画像データから亀裂の断面を識別し、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める第３工程とを備える。【選択図】図１
2006058069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料内部に形成された亀裂の三次元形状及び開口幅を測定する方法であって、
上記試料の亀裂内に固化剤を流し込んで固化させる工程と、
上記試料の上面全体を予め設定された深さまで平面研削盤により平面研削する処理と、平面研削により上面に現れた上記試料の断面を撮影してその画像データを画像データ処理装置に取り込む処理とを交互に繰り返すことにより、上記試料の上面から下面に向かって、上記試料の各断面の画像データを収集する工程と、
上記画像データ処理装置において、収集した各画像データから亀裂の断面を識別し、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める工程とを備えることを特徴とする亀裂の三次元形状及び開口幅の測定方法。
【請求項２】
試料の上面全体を予め設定された深さまで平面研削する平面研削盤と、平面研削により上面に現れた上記試料の断面を撮影する撮影装置と、上記撮影装置により撮影された画像データを順次取り込んで、取り込んだ各画像データから亀裂の断面を識別するとともに、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める画像データ処理装置とを備えることを特徴とする亀裂の三次元形状及び開口幅の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩石やコンクリート等の試料内部に形成された亀裂の三次元形状及び開口幅を測定するための測定方法、およびこの測定方法を実施するための測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、岩石内部の亀裂形状や亀裂開口幅を測定する方法として、ダイヤモンドカッターで岩石をスライス状に切断し、切断面に現れた亀裂内部の形状や開口幅を直接計測する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、この方法においては、ダイヤモンドカッターで岩石をスライス状に切断する際に数ｍｍ以上の欠損が生じ、欠損部分のデータを取得できないという問題点があった。このため、亀裂形状や亀裂開口幅の測定に際して数ｍｍ以下の精度が要求されるような場合には、上記ダイヤモンドカッターによる測定方法を適用することができなかった。
【０００３】
一方、上記ダイヤモンドカッターによる測定方法よりも精度が高く、数ｍｍ以下の精度で測定が可能な方法も検討されているが、何れの方法も数ｃｍスケールまでの岩石を想定しており、例えば、チャンネル（水みち）を含む亀裂のように、亀裂全体の把握に５０ｃｍ程度のスケールの岩石を用いた調査が必要になる場合には、非常に効率が悪く、適用することが困難であった。
【非特許文献１】赤堀邦晃、内田雅大、「エポキシ樹脂注入による亀裂開口幅の測定について」、動力炉・核燃料開発事業団技術資料、ＰＮＣ ＴＮＣ８４１０ ９７−００４、１９９７年３月、ｐ．１−５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、５０ｃｍスケールの岩石を数ｍｍ以下の精度で効率良く測定することができる亀裂の三次元形状及び開口幅の測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る亀裂の三次元形状及び開口幅の測定方法は、試料内部に形成された亀裂の三次元形状及び開口幅を測定する方法であって、上記試料の亀裂内に固化剤を流し込んで固化させる工程と、上記試料の上面全体を予め設定された深さまで平面研削盤により平面研削する処理と、平面研削により上面に現れた上記試料の断面を撮影してその画像データを画像データ処理装置に取り込む処理とを交互に繰り返すことにより、上記試料の上面から下面に向かって、上記試料の各断面の画像データを収集する工程と、上記画像データ処理装置において、収集した各画像データから亀裂の断面を識別し、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める工程とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明に係る亀裂の三次元形状及び開口幅の測定装置は、試料の上面全体を予め設定された深さまで平面研削する平面研削盤と、平面研削により上面に現れた上記試料の断面を撮影する撮影装置と、上記撮影装置により撮影された画像データを順次取り込んで、取り込んだ各画像データから亀裂の断面を識別するとともに、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める画像データ処理装置とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、５０ｃｍスケールの岩石を数ｍｍ以下の精度で効率良く測定することができ、例えば亀裂開口幅の比較的大きい亀裂内のチャンネル部であっても、その全体を容易かつ正確に把握することができる。また、各断面の画像データ（二次元連続切片）から亀裂の三次元モデルを構築することにより、様々な視点から亀裂を観察することができ、細部に亘って詳細に亀裂を分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る亀裂の三次元形状及び開口幅の測定装置の一実施形態を示す模式図である。この測定装置は、試料となる岩石１の上面全体を平面研削する平面研削盤１０と、平面研削により上面に現れた岩石１の断面を撮影するデジタル撮影装置（撮影装置）１１と、デジタル撮影装置１１により撮影されたデジタル画像データを順次取り込んで、取り込んだデジタル画像データから亀裂２の三次元形状及び開口幅を求める画像データ処理装置１２とにより概略構成されている。
【０００９】
平面研削盤１０は、試料となる岩石１を載置するためのテーブル（図示省略）と、テーブルに対して水平方向に直線往復運動または回転運動を行うことによってテーブル上に載置された岩石１の上面を平面研削する砥石１０ａとを備えている。砥石１０ａは、テーブル上に載置された岩石１の上面から下面に至るまでの任意の高さ位置で岩石１を平面研削できるように、鉛直方向に移動自在に構成されている。なお、砥石１０ａが鉛直方向に移動できる範囲よりも岩石１の高さ寸法の方が大きい場合には、岩石１の上側部分を研削できるように砥石１０ａの可動範囲を予め調整しておき、研削がある程度進んで岩石１が十分に小さくなった時点で、岩石１とテーブルの間に板状治具を挟み込んで岩石１を底上げするようにすれば、岩石１の上面から下面に至るまでの任意の高さ位置で岩石１を平面研削することができる。
【００１０】
デジタル撮影装置１１としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどを使用することが可能である。このデジタル撮影装置１１は、岩石１の研削面（上面）までの距離が常に一定に保たれるように、撮影位置の高さが研削面の高さに合わせて上下に変化するようになっている。なお、例えば研削面が広くて一台のデジタル撮影装置１１のフレームに収まらない場合には、デジタル撮影装置１１を水平方向に移動可能に構成するようにしても、或いはデジタル撮影装置１１を複数台設置するようにしてもよい。
【００１１】
画像データ処理装置１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、表示部、入力部、記憶部および通信部等を有する周知のコンピュータにより構成されている。この画像データ処理装置１２の記憶部には、ＣＰＵにより実行される各種処理プログラム（画像処理ソフトウェア等を含む。）や制御データ等を記憶する記憶領域の他、デジタル撮影装置１１から取り込んだデジタル画像データを格納する記憶領域などが設けられている。なお、この画像データ処理装置１２を構成するコンピュータは、上述した平面研削盤１０やデジタル撮影装置１１の制御装置として機能させるようにしてもよく、例えば、デジタル撮影装置１１からデジタル画像データを受信した後に、平面研削盤１０に制御信号を送信して砥石１０ａの研削動作や高さを制御するようにしたり、或いは平面研削盤１０の研削動作の停止後に、デジタル撮影装置１１に制御信号を送信してデジタル撮影装置１１の撮影動作や高さを制御するように構成することが可能である。
【００１２】
次に、上記測定装置を用いた亀裂の三次元形状及び開口幅の測定方法の一実施形態について説明する。この測定方法は、試料となる岩石１の亀裂２内に固化剤３を流し込んで固化させる第１工程と、岩石１の上面を平面研削しながら撮影することにより岩石１の各断面における画像データを収集する第２工程と、収集した各画像データから亀裂２の三次元形状及び開口幅を測定する第３工程とからなる。
【００１３】
先ず、第１工程では、測定途中で亀裂２が開かないようにするために亀裂２内に固化剤３を流し込んで固化させた後、岩石１を平面研削盤１０のテーブル上に設置する。ここで、固化剤３としては、例えば、二液混合性のエポキシ樹脂を使用することができ、その市販品としては、例えば、シーカデュア５２標準型（日本シーカ株式会社製の商品名）などがある。この固化剤３は、亀裂２の保護と、亀裂撮影時の岩石部分と亀裂部分の境界を鮮明にするのが目的であるため、亀裂内に注入できる粘度（低粘性）で、固化時の収縮が小さく、且つ岩石と区別が付く色の固化剤であれば、上記エポキシ樹脂以外のものを用いることも可能である。
【００１４】
次いで、第２工程では、平面研削盤１０により岩石１の上面全体を予め設定された深さまで平面研削する処理と、平面研削により上面に現れた岩石１の断面をデジタル撮影装置１１により撮影してそのデジタル画像データ（例えば、図２参照）を画像データ処理装置１２に取り込む処理とを交互に繰り返すことにより、岩石１の上面から下面に向かって、岩石１の各断面のデジタル画像データを収集する処理を行う。その際に、各デジタル画像データには、撮影した各断面の相対的な位置関係（各断面の岩石１内における位置）を後で特定できるように、撮影した断面の鉛直座標や撮影順序などを属性情報として関連付けておく。なお、平面研削と撮影の各処理は、利用者の操作に基づいて開始するようにしても、或いは前述したように、画像データ処理装置１２等から出力される制御信号に基づいて自動的に開始するようにしてもよい。
【００１５】
そして、第３工程では、画像データ処理装置１２において、収集した各画像データから亀裂２の断面を識別し、それら断面の幾何学的情報（断面の形状および位置を特定する座標や寸法のデータ）を相互に関連付けることによって亀裂の三次元形状及び開口幅を求める処理を行う。
【００１６】
具体的には、画像データ処理装置１２のＣＰＵが、入力部（キーボードやポインティングデバイスなど）からの指示入力等に基づいて、記憶部に格納されたデジタル画像データを読み込んで撮影画像を表示部（ＣＲＴやＬＣＤなど）に表示した後、撮影画像上の座標の原点や、撮影画像上の二点間の距離（１画素当たりの大きさ）などの設定入力を利用者に促すダイアログを表示部に表示する。その後、設定入力が完了したら、画像データ処理装置１２のＣＰＵは、撮影画像の中で、亀裂２の断面に対応する領域とそれ以外の領域とを各画素の階調等に基づいて識別し、それら領域間で色彩が相互に異なるように、撮影画像上にタテ・ヨコ等間隔の線を描くことによって、亀裂に対応する領域を明示するとともに（図３参照）、その出力結果に対して修正入力或いは確認操作を利用者に促すダイアログを表示部に表示する。次いで、画像データ処理装置１２のＣＰＵは、亀裂２の断面に対応する領域に含まれる線分の各々について、中央の座標（水平面内における座標）と長さを演算により求め、その演算結果を、当該断面の岩石１内における位置（鉛直座標）に関連付けて記憶部に格納する。こうして、最初の画像データから亀裂断面の幾何学的情報を取得した後、同様の手順で、撮影したすべての画像データから各断面の幾何学的情報を取得し、それら断面における幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂２の三次元形状および開口幅を求める。例えば、得られた各断面の上記中央の座標を三次元空間上にプロットすれば、図４に示すように、岩石１内で亀裂２が延びて行く様子を三次元的に表示することができ、これに上記線分の長さの情報を加えれば、亀裂面の三次元形状（亀裂２の内部空間の三次元形状）を表現することができる。また、亀裂面間の距離を計算することによって、亀裂開口幅を求めることもできる。
【００１７】
以上のように、本実施形態によれば、試料となる岩石１の亀裂２内に固化剤３を流し込んで固化させた後、岩石１の上面全体を平面研削盤１０により平面研削する処理と、岩石１の上面（断面）を撮影してその画像データを画像データ処理装置１２に取り込む処理とを交互に繰り返すことにより、岩石１の上面から下面に向かって当該岩石１の各断面の画像データを収集し、その後、画像データ処理装置１２において、収集した各画像データから亀裂２の断面を識別し、それら断面の幾何学的情報を相互に関連付けることによって亀裂２の三次元形状及び開口幅を求めるようにしたので、例えば、チャンネルなどのように、５０ｃｍスケールの岩石を用いた調査が必要な亀裂であっても、数ｍｍ以下の精度で効率良く測定することができ、その全体像を容易かつ正確に把握することができる。
【００１８】
なお、本実施形態では、試料として岩石を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コンクリートなど、その他の固体試料の内部に存在する亀裂や空隙などの測定に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る亀裂の三次元形状及び開口幅の測定装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】デジタル撮影装置によって撮影された撮影画像の一例を示す図である。
【図３】画像データ処理装置の表示部に拡大表示された撮影画像の一例を示す図である。
【図４】亀裂の各断面の中央座標を三次元空間上にプロットして得られたグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１    岩石（試料）
２    亀裂
３    固化剤
１０  平面研削盤
１１  デジタル撮影装置（撮影装置）
１２  画像データ処理装置
【図１】
2006058069.tif 000003
【図２】
2006058069.tif 000004
【図３】
2006058069.tif 000005
【図４】
2006058069.tif 000006