(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設材料を均一に分散して流下させ、当該流下する建設材料を撮影することにより粒度分布を解析するための粒度分布解析方法であって、
建設材料を供給する供給手段と、前記供給手段に供給する前記建設材料の質量を計測する質量計測手段と、前記供給手段から供給される建設材料を均一に拡散した状態で流下させる拡散流下手段と、前記均一に拡散した状態で流下する建設材料を撮影する撮像手段と、前記撮像手段で撮影した画像データを画像解析することにより、前記建設材料の粒度分布を解析する粒度分布解析手段とを備え、
前記粒度分布解析手段は、
粒度分布が既知である建設材料を用いて重回帰分析を行うことにより粒度毎に回帰式を作成し、
前記回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される説明変数を代入して、粒度毎の解析対象質量率を算出し、
算出した各粒度の解析対象質量率を用いて、前記解析対象である建設材料の粒度分布を解析する、
ことを特徴とする建設材料の粒度分布解析方法。
【請求項２】
前記粒度分布解析手段における工程は、
粒度分布が既知である建設材料を用いて、当該建設材料における粒度毎の土粒子平均短径と合計投影面積とを算出する工程と、
粒度毎の前記合計投影面積を、各粒度の合計投影面積の総和である全投影面積で除して無次元化することにより、投影面積率を算出する工程と、
粒度毎の合計質量を、各粒度の合計質量の総和である全質量で除して無次元化することにより、質量率を算出する工程と、
目的変数を前記質量率とし、説明変数を前記土粒子平均短径及び前記投影面積率として重回帰分析を行い、粒度毎に回帰式を作成する工程と、
前記回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される解析対象土粒子平均短径及び解析対象投影面積率を代入して、粒度毎の解析対象質量率を算出する工程と、
前記算出した各粒度の解析対象質量率を用いて、前記解析対象である建設材料の粒度分布を解析する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の建設材料の粒度分布解析方法。
【請求項３】
前記粒度毎に回帰式を作成する工程において、説明変数として投影面積絶対量の逆数を加え、
前記粒度毎の解析対象質量率を算出する工程において、前記回帰式に代入する値として、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される投影面積絶対量の逆数を加えることを特徴とする請求項２に記載の建設材料の粒度分布解析方法。
【請求項４】
前記回帰式は、施工進捗に応じて、データ更新を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設材料の粒度分布解析方法。
【請求項５】
含水比を複数の範囲に区分し、各区分の含水比毎に、それぞれ異なる回帰式を作成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設材料の粒度分布解析方法。
【請求項６】
前記解析対象となる建設材料の含水比を測定する含水比測定手段を備え、
前記請求項１〜５に記載の粒度分布解析方法で求めた粒度分布解析結果と、前記含水比の測定結果とを用いて、前記解析対象となる建設材料の品質を管理することを特徴とする建設材料の品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設材料の粒度分布解析方法及び品質管理方法に関するものであり、詳しくは、粒度分布の解析対象となる建設材料を均一に分散して流下させ、流下する建設材料を撮影して画像処理を行うことにより、粒度分布を解析するための方法、及び当該解析結果を用いて建設材料の品質管理を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルダムやＣＳＧ（Cemented Sand and Gravel）ダム工事等では、施工品質を向上させるために、使用する建設材料の粒度分布を管理することが重要である。従来から行われている粒度測定方法は、ふるい分け試験と沈降測定が主流であり、特にフィルダム工事のように管理対象となる建設材料が膨大な量の場合に、従来の粒度測定方法では多大な時間と労力を要するという問題があった。このため、建設材料を撮影し、画像データに対して画像処理を行って粒度分布を把握する技術の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、建設材料の粒度分布を解析するためのアルゴリズムが種々提案されている。従来提案されている建設材料の粒度分布を解析するためのアルゴリズムでは、粒径１０ｍｍまでを画像処理による解析対象とし、それ以下の粒度では別途解析式を導出して粒度分布を解析している。また、各粒度における合計投影面積と合計質量の相関関係を用いて粒度分布を解析している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２５７１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来提案されている建設材料の粒度分布を解析するためのアルゴリズムでは、解析精度が低下する可能性がある。すなわち、粒径１０ｍｍ以下の粒度分布の解析式を導出する際に、画像処理によって得られた誤差を含んだパラメータを利用しており、解析精度が低下する可能性がある。また、各粒度における合計投影面積と合計質量の相関関係を用いて粒度分布を解析しており、相関関係を導く際に、合計投影面積における各土粒子の粒径は考慮していないため、同じ合計投影面積であっても、構成粒子の粒径が異なる場合（例えば、粒径が大きい場合と粒径が小さい場合）、各構成粒子の質量も異なるため、相関関係が成立しないことが懸念される。
【０００６】
本発明に係る建設材料の粒度分布解析方法及び品質管理方法は、上述した事情に鑑み提案されたもので、建設材料の粒度分布を解析する際に、建設材料を均一に分散させることを前提として、粒度分布解析の精度を高めることが可能な建設材料の粒度分布解析方法及び品質管理方法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】
【０００７】
本発明に係る建設材料の粒度分布解析方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る建設材料の粒度分布解析方法は、建設材料を均一に分散して流下させ、当該流下する建設材料を撮影することにより粒度分布を解析するための粒度分布解析方法であって、建設材料を供給する供給手段と、供給手段に供給する建設材料の質量を計測する質量計測手段と、供給手段から供給される建設材料を均一に拡散した状態で流下させる拡散流下手段と、均一に拡散した状態で流下する建設材料を撮影する撮像手段と、撮像手段で撮影した画像データを画像解析することにより、建設材料の粒度分布を解析する粒度分布解析手段とを備えている。
【０００８】
そして、粒度分布解析手段は、粒度分布が既知である建設材料を用いて重回帰分析を行うことにより粒度毎に回帰式を作成し、作成した回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される説明変数を代入して、粒度毎の解析対象質量率を算出し、算出した各粒度の解析対象質量率を用いて、解析対象である建設材料の粒度分布を解析する。
【０００９】
具体的には、粒度分布解析手段は、粒度分布が既知である建設材料を用いて、当該建設材料における粒度毎の土粒子平均短径（Ｄｉ）と合計投影面積（Ｓｉ）とを算出する工程（第１工程）と、粒度毎の合計投影面積（Ｓｉ）を、各粒度の合計投影面積（Ｓｉ）の総和である全投影面積（ΣＳｉ）で除して無次元化することにより、投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）を算出する工程（第２工程）と、粒度分布が既知である建設材料を用いて、粒度毎の合計質量（Ｍｉ）を、各粒度の合計質量（Ｍｉ）の総和である全質量（ΣＭｉ）で除して無次元化することにより、質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程（第３工程）と、目的変数を質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）とし、説明変数を土粒子平均短径（Ｄｉ）及び投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）として重回帰分析を行い、粒度毎に回帰式を作成する工程（第４工程）とを含んでいる。
【００１０】
そして、第４工程により作成された回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される解析対象土粒子平均短径（Ｄｉ）及び解析対象投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）を代入して、粒度毎の解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程（第５工程）と、算出した各粒度の解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を用いて、解析対象である建設材料の粒度分布を解析する工程（第６工程）とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
また、上述した建設材料の粒度分布解析方法において、粒度毎に回帰式を作成する工程（第４工程）において、説明変数として投影面積絶対量の逆数（１／Ｓｉ）を加えることが好ましい。この場合、粒度毎の解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程（第５工程）において、回帰式に代入する値として、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される投影面積絶対量の逆数（１／Ｓｉ）を加えて演算を行う。
【００１２】
また、上述した建設材料の粒度分布解析方法において、回帰式は、施工進捗に応じて、データ更新を行うことが好ましい。
【００１３】
さらに、含水比を複数の範囲に区分し、各区分の含水比毎に、それぞれ異なる回帰式を作成することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る建設材料の品質管理方法は、解析対象となる建設材料の含水比を測定する含水比測定手段を備えることにより、上述した粒度分布解析方法で求めた粒度分布解析結果と、含水比の測定結果とを用いて、解析対象となる建設材料の品質を管理することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る建設材料の粒度分布解析方法によれば、解析対象となる建設材料は、拡散流下手段の機能により均一に拡散されるため、撮像手段の撮像位置に達した建設材料は、満遍なくばらけた状態となっており、さらに均一な厚みを有していることから、撮影対象となる建設材料を適切に撮影することができ、建設材料の粒度分布解析の精度を高めることが可能となる。
【００１６】
そして、粒度分布解析手段において、所定の回帰式を用いて演算を行い、解析対象である建設材料の粒度分布を解析することにより、解析対象となる建設材料の粒度分布を正確かつ迅速に導出することができる。
【００１７】
また、含水比の値によっては、解析対象となる建設材料が団粒化してしまうことがあり、すべての含水比に対して同一の回帰式を用いて粒度分布解析を行った場合には、精度良く粒度分布を導出することができない。そこで、含水比を複数の範囲に区分し、各区分の含水比毎に、それぞれ異なる回帰式を作成することにより、解析対象である建設材料の含水比に合致した回帰式を用いて粒度分布を導出することができる。
【００１８】
また、上述した粒度分布解析方法で求めた粒度分布解析結果と、含水比の測定結果とを用いることにより、現場で使用する建設材料の品質を適切に管理することができる。なお、品質管理を行う場合には、解析した含水比に合致した回帰式を用いて粒度分布を導出する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】粒度分布解析方法に使用する粒度分布解析装置の概略構成を示す模式図。
【図２】粒度分布解析方法に使用する粒度分布解析装置の構成要素を示すブロック図。
【図３】粒度分布解析方法における粒度分布解析アルゴリズムの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係る建設材料の粒度分布解析方法及び品質管理方法（以下、粒度分布解析方法、品質管理方法と略記する）の実施形態を説明する。図１〜図３は、本発明の実施形態に係る粒度分布解析方法及び品質管理方法を説明するもので、図１は粒度分布解析装置の概略構成を示す模式図、図２は粒度分布解析装置の構成要素を示すブロック図、図３は粒度分布解析アルゴリズムの説明図である。
【００２１】
本発明の実施形態に係る粒度分布解析方法に使用する粒度分布解析装置１００は、建設材料を均一に分散して流下させ、当該流下する建設材料を撮影することにより粒度分布を解析するための装置であって、図１及び図２に示すように、供給手段１０と、質量計測手段２０と、拡散流下手段３０と、撮像手段４０と、粒度分布解析手段５０とを備えている。さらに、建設材料の含水比を測定して品質管理を行うために、含水比測定手段６０を備えている。
【００２２】
なお、各手段は、それぞれの機能を発揮するための単一または複数の部材、あるいはＣＰＵ等のハードウェアで実行されることにより、その機能を発揮するソフトウェアまたは同等の機能を有する論理回路から構成される。
【００２３】
＜供給手段＞
供給手段１０は、建設材料を供給するための手段である。本実施形態では、図１に示すように、拡散流下手段３０の上方に建設材料を供給するためのベルトコンベア１１と、ベルトコンベア１１で搬送された建設材料を拡散流下手段３０の直上に落下させるためのホッパ１２により供給手段１０を構成する。なお、図１に示す例では、ベルトコンベア１１の下方に配置した傾斜板がホッパ２０の機能を有している。また、供給手段１０は、ベルトコンベア１１及びホッパ１２に限られず、拡散流下手段３０の上方に建設材料を供給することができれば、どのような装置や部材であってもよく、ベルトコンベア１１に代えてバックホーやパワーショベル等を用いてもよい。
【００２４】
供給手段１０としてベルトコンベア１１を用いた場合には、ベルトコンベア１１上で建設材料を薄く敷き均すことが好ましい。すなわち、ベルトコンベア１１の適宜位置（例えば、傾斜下端部付近）に敷き均し手段１３を設け、ベルトコンベア１１上を搬送される建設材料を薄く敷き均すことにより、建設材料が傾斜板上を流下する際に均一に広がって、建設材料の粒子が重ならないので、粒度分布解析の精度を上げることができる。敷き均し手段１３は、建設材料を薄く敷き均すことができればどのような装置であってもよいが、例えば、ベルトコンベア１１の搬送面の上方に位置して、建設材料を所定の厚さに敷き均すためのベルトフィーダを用いることができる。
【００２５】
＜質量計測手段＞
質量計測手段２０は、供給手段１０に供給する建設材料の質量を計測するための装置である。この質量計測手段２０は、例えば、一般的な電子秤により構成することができる。なお、建設材料をベルトコンベア１１に投入する際、あるいはホッパ１２に投入する際に小分けして計量してもよい
【００２６】
＜拡散流下手段＞
拡散流下手段３０は、供給手段１０から供給される建設材料を均一に拡散させて流下させるための手段である。本実施形態の拡散流下手段３０は、図１に示すように、対向して配設した一対の板状部材からなり、一対の板状部材の間を建設部材が流下する際に均一に拡散する。一対の板状部材の間隔は、使用する建設材料によって適宜設定するが、建設材料に含まれる最大粒径の材料が詰まって閉塞しないようにする必要がある。
【００２７】
なお、拡散流下手段３０は、図１に示すような一対の板状部材に限られず、供給手段１０から供給される建設材料を均一に拡散させることができれば、どのような装置であってもよく、例えば、筒状の収容体及び当該収容体の内部に収容された円筒状、三角錐状、四角錐状、円錐状、あるいはこれらを組み合わせた拡散部を有する装置であってもよい。
【００２８】
＜撮像手段＞
撮像手段４０は、拡散流下手段３０により均一に拡散された建設材料を撮影するための手段である。本実施形態の撮像手段４０は、図示しないが、撮像レンズ系、撮像素子、画像データの送信インターフェース等を備えたデジタルカメラにより構成する。また、撮像手段４０の構成要素として、撮像対象となる建設材料を照明するための照明装置を含んでいてもよい。照明装置としては、例えば、光量や色温度を調整可能なＬＥＤライトを用いることができる。
【００２９】
撮像手段４０（デジタルカメラ）の撮像レンズ系は、単焦点であってもよいが、合焦機構を有していてもよく、さらに、パン・チルト機構、ズーム機構を有していてもよい。また、撮像手段４０（デジタルカメラ）は、静止画像を撮影するカメラであってもよいし、動画映像を撮影するカメラであってもよい。
【００３０】
本実施形態では、拡散流下手段３０を構成する一方の板状部材を背景スクリーンとして撮影を行うため、デジタルカメラは、拡散流下手段３０の下部近傍であって、流下する建設材料が接触（衝突）しない位置に設置してある。また、粒度分布解析の精度を上げるために、撮像手段４０（デジタルカメラ）を複数箇所に設置してもよい。また、背景スクリーンとなる板状部材は、撮影する建設材料の色調とのコントラストが明確になる色の材料を用いることが好ましい。さらに、建設材料の撮り逃しを防止して粒度分布の解析精度の向上を図るため、撮影手段４０による建設材料の撮影間隔を可能な範囲で短くすることが好ましい。すなわち、撮影間隔が短くなれば、それだけ粒度分布の解析精度を向上させることができる。
【００３１】
＜粒度分布解析手段＞
粒度分布解析手段５０は、撮像手段４０で撮影した画像データを画像解析することにより、建設材料の粒度分布を解析するための手段である。例えば、粒度分布解析手段５０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）及び画像解析ソフトウェアからなり、パーソナルコンピュータにインストールされた画像解析ソフトウェアの機能により、撮像手段４０から受信した画像データに基づいて画像解析を行って、解析対象となる建設材料の粒度分布を解析する。画像解析は、公知のどのような手法を用いてもよいが、基本的には、画像データに基づいて、粒状体の輪郭認識を行って、粒状体の粒径を解析する手法が用いられる。
【００３２】
＜含水比測定手段＞
含水比測定手段６０は、解析対象となる建設材料の含水比を測定するための装置であり、従来より含水比を測定するために使用している既存の装置を使用することができる。含水比測定手段６０としては、例えば、赤外線水分計、ＲＩ水分密度計、マイクロ波透過型水分計、電子レンジ、乾燥炉等、種々の装置がある。
【００３３】
含水比の測定は、建設材料（例えば、ＣＳＧ）の粒度解析工程において行ってもよいし、建設材料に他の建設材料（例えば、砂）を混合した後の工程において行ってもよい。
【００３４】
＜粒度分布の解析＞
粒度分布の解析は、粒度分布解析手段５０により行われる。以下、粒度分布の解析手順を説明する。粒度分布の解析は、粒度分布解析手段５０の機能により実施されるものであり、粒度分布が既知である建設材料を用いて重回帰分析を行うことにより粒度毎に回帰式を作成し、作成した回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される説明変数を代入して、粒度毎の解析対象質量率を算出し、算出した各粒度の解析対象質量率を用いて、解析対象である建設材料の粒度分布を解析する。
【００３５】
この粒度分布の解析は、大別して６つの工程からなる。第１工程は、粒度分布が既知である建設材料を用いて、当該建設材料における粒度毎の土粒子平均短径（Ｄｉ）と合計投影面積（Ｓｉ）とを算出する工程である。第２工程は、粒度毎の合計投影面積（Ｓｉ）を、各粒度の合計投影面積（Ｓｉ）の総和である全投影面積（ΣＳｉ）で除して無次元化することにより、投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）を算出する工程である。第３工程は、粒度分布が既知である建設材料を用いて、粒度毎の合計質量（Ｍｉ）を、各粒度の合計質量（Ｍｉ）の総和である全質量（ΣＭｉ）で除して無次元化することにより、質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程である。第４工程は、目的変数を質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）とし、説明変数を土粒子平均短径（Ｄｉ）及び投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）として重回帰分析を行い、粒度毎に回帰式を作成する工程である。第１工程、第２工程、第３工程、第４工程により、粒度分布解析の基本となる粒度毎の回帰式を作成する。
【００３６】
なお、含水比を複数の範囲に区分し、各区分の含水比毎に、それぞれ異なる回帰式を作成することが好ましい。これにより、含水比の影響を受けることなく、正確な粒度分布解析を行うことができる。ここで、含水比を区分する境界値の数は、１あるいは２以上とする。この境界値は、建設材料の土質に対応して適宜設定するが、例えば、建設材料が団粒化する限界値を境界値とすることができる。
【００３７】
第５工程は、作成された回帰式に、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される解析対象土粒子平均短径（Ｄｉ）及び解析対象投影面積率（Ｓｉ／ΣＳｉ）を代入して、粒度毎の解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程である。第６工程は、第５工程で算出した各粒度の解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を用いて、解析対象である建設材料の粒度分布を解析する工程である。この第６工程により、解析対象である建設材料の粒度分布を解析することができる。
【００３８】
また、第４工程において、説明変数として投影面積絶対量の逆数（１／Ｓｉ）を加えることにより、より一層正確に粒度分布を解析することができる。この場合、解析対象質量率（Ｍｉ／ΣＭｉ）を算出する工程（第５工程）において、回帰式に代入する値として、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される投影面積絶対量の逆数（１／Ｓｉ）を加えて演算を行う。
【００３９】
＜粒度分布解析アルゴリズム＞
また、粒度分布解析に用いる回帰式は、施工進捗に応じて、データ更新を行うことが好ましい。具体的な粒度分布解析アルゴリズムを図３に示す。本実施形態で用いる回帰式は、図３に示すように、解析対象となる建設材料の粒度分布を解析するための式であり、粒度毎に、それぞれ目的変数と、説明変数と、相関係数とからなる。
【００４０】
上述したように、本実施形態で用いる回帰式の目的変数は、質量率Ｙ＝Ｍｉ／ΣＭｉであり、説明変数は、Ｘ１＝土粒子平均短径Ｄｉと、Ｘ２＝投影面積率Ｓｉ／ΣＳｉである。また、説明変数として投影面積絶対量の逆数（１／Ｓｉ）を加えてもよい。図３に示す例では、粒度Ｄ８０（ｍｍ）、粒度Ｄ４０（ｍｍ）、粒度Ｄ２０（ｍｍ）、粒度Ｄ１０（ｍｍ）、粒度Ｄ５（ｍｍ）について、それぞれ回帰式を作成して、当該回帰式に対して、解析対象となる建設材料の画像解析結果から算出される説明変数を代入することにより、解析対象である建設材料の粒度分布を解析する。
【００４１】
＜含水比の測定結果を用いた品質管理＞
建設材料（ＣＳＧ材）の品質管理を行うには、ＣＳＧ材の製造時に、画像処理による粒度分布をモニタリングするとともに、含水比をモニタリングする。そして、粒度分布のモニタリング結果において、施工に適した粒度分布の材料であり、かつ表面水量が適正値の範囲であれば、建設材料（ＣＳＧ材）の品質は安定しているとして、例えば、試験頻度を１回／４時間とする。
【００４２】
一方、粒度分布のモニタリング結果において、施工に適した粒度分布の範囲を逸脱している場合、あるいは表面水量が適正値の範囲を逸脱している場合には、建設材料（ＣＳＧ材）の品質が変動したとして、例えば、試験頻度を１回／１時間とする。すなわち、建設材料の品質が安定していれば試験頻度を低くし、建設材料の品質が安定していなければ試験頻度を高くする。なお、上述した試験頻度は一例であり、解析対象となる建設材料の性状等に応じて、適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００  粒度分布解析装置
１０  供給手段
１１  ベルトコンベア
１２  ホッパ（傾斜板）
１３  敷き均し手段（ベルトフィーダ）
２０  質量計測手段
３０  拡散流下手段
４０  撮像手段
５０  粒度分布解析手段（ＰＣ）
６０  含水比測定手段
【図１】
0006489912.tif 000002
【図２】
0006489912.tif 000003
【図３】
0006489912.tif 000004