(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの締固めが完了したか否かを判定するコンクリート締固め判定システムにおいて、
光線を対象物に投射して、点群データの集合である３次元距離データを取得する３次元距離センサと、
前記３次元距離センサで取得された前記３次元距離データを、３次元直交座標に基づく点群データに変換する座標変換部と、
前記座標変換部で変換された点群データから、平面として認識される点群を抽出する平面抽出部と、
前記平面抽出部で抽出された平面を構成する点群の点群数を計算する点群数計算部と、
前記点群数計算部で計算された点群数が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部で点群数が閾値以上であるときコンクリートの締固めが完了したことを報知する報知部と、
を有することを特徴とするコンクリート締固め判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの締固めが完了したか否かを判定するために用いられるコンクリート締固め判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートダムの施工において、ダムコンクリートの締固め工程はダム本体の水密性や耐久性、強度を確保する上で大変重要である。
【０００３】
このようなダムの施工の締め固め工程では、バックホウにバイブレーターを搭載したバイバックと呼ばれる油圧重機が用いられている。
【０００４】
ダムコンクリートの場合、バイバックによる締め固め時間は一般コンクリートよりも長くなり、ダムコンクリートの積算基準などから判断すると、およそ４０秒である。また、この場合、コンクリートの締め固め時間はオペレーターの目視によって判定されており、経験的な要素に依存することが大きい。
【０００５】
そこで、これまで、バイブレーターの負荷やコンクリートの物性変化を定量的に観測することによって、ダムコンクリートの締め固めの完了を評価することが提案されている。この種の締固め評価方法については、特許文献１（特開平９−２９７０１５号公報）、特許文献２（特開２０１４−２１８８５２号公報）などに記載されている。
【０００６】
引用文献１には、平面視ほぼ正方形の架台４、架台４上に配置された平面視ほぼ正方形の透明なアクリル板６、アクリル板６の上に配置されたレーザ測距装置８、パーソナルコンピュータ１０（以下、パソコン１０ともいう）などにより構成された凹凸計測装置２が開示されている。
【０００７】
また、引用文献２には、バイブレータ３の作動によって振動する受振部材４と、該受振部材に発生する振動を計測する加速度センサ５と、該加速度センサで得られた振動の時刻変化を分析するとともに該分析結果を用いてバイブレータ３による締固め操作の終了タイミングを判定するコンクリートの締固め判定システム１が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２９７０１５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１８８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、引用文献１記載の発明においては、レーザ測距装置８を用いる構成であるため、点計測となってしまい、広い範囲の計測の効率が悪い、という問題があった。
【０００９】
また、引用文献２記載の発明においては、加速度センサをコンクリート内に埋設する必要があり、簡易な判定を行うことができず工事の進捗などの影響が出てしまう、という問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係るコンクリート締固め判定システムは、コンクリートの締固めが完了したか否かを判定するコンクリート締固め判定
システムにおいて、光線を対象物に投射して、点群データの集合である３次元距離データを取得する３次元距離センサと、前記３次元距離センサで取得された前記３次元距離データを、３次元直交座標に基づく点群データに変換する座標変換部と、前記座標変換部で変換された点群データから、平面として認識される点群を抽出する平面抽出部と、前記平面抽出部で抽出された平面を構成する点群の点群数を計算する点群数計算部と、前記点群数計算部で計算された点群数が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記判定部で点群数が閾値以上であるときコンクリートの締固めが完了したことを報知する報知部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るコンクリート締固め判定システムによれば、オペレーターの経験や熟練度によることなく、コンクリートの締固めが完了したか否かを、コンクリートに対して非接触で、定量的かつ簡易に判定することが可能となり、コンクリートダムの施工の効率的進行に資することができるようになる。
【００１２】
また、本発明に係るコンクリート締固め判定システムによれば、定量的なデータに基づく判定を行うので、コンクリート締固め判定システムの判定結果はコンクリートダムの施工品質管理のエビデンスとして活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るコンクリート締固め判定システム１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】バイバック１によるコンクリートの締固めによる効果を模式的に説明する図である。
【図３】バイバック１の操縦室７に設けられる表示パネル４０を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るコンクリート締固め判定システム１０の判定処理のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るコンクリート締固め判定システム１０による判定例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るコンクリート締固め判定システム１０の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
本実施形態においては、コンクリート締固め判定システム１０は、コンクリートダムの施工において、ダムコンクリートの締固め工程が完了したか否かを判定するために、バイブレーター３が搭載されたバイバック１に設けられることが想定されている。
【００１６】
ダムコンクリートは、最大粗骨材が１５０ｍｍであり、スランプも小さい。そのため、上記のようなバイバック１と呼ばれる大型バイブレーター３を搭載した締固め重機で作業を行っている。
【００１７】
図２はバイバック１によるコンクリートの締固めによる効果を模式的に説明する図である。図２（Ａ）はコンクリートの打ち込み直後を示しており、図２（Ｂ）はバイバック１にコンクリートの締固めを行った後を示している。ダムコンクリートは、最大粗骨材が１５０ｍｍであり、打込み直後は、図２（Ａ）に示すように山状に盛り上がっており、さらに粗骨材が表面に出て凹凸状になっている。これに対し、バイバック１のバイブレーター３によりバイブレーションをかけることで、図２（Ｂ）に示すように、凹凸が解消され水平になってゆき、コンクリート表面に飛び出ている粗骨材は沈んでいく。
【００１８】
このように、ダムコンクリートの締固め完了時には、表面はなめらかな水平面の状況を示している。このことを利用して、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０においては、コンクリートの打込み表面の平滑度を３次元距離センサ２０で計測し、表面がなめらかになった時点で、締固め完了と判定する。
【００１９】
本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０は、主として、３次元距離センサ２０と、３次元距離センサ２０で取得されたデータが入力されデータ処理が実行される情報処理装置３０と、情報処理装置３０によるデータ処理結果を表示し、オペレーターに報知を行う表示パネル４０とから構成されている。
【００２０】
図１において、コンクリート締固め判定システム１０を構成する３次元距離センサ２０は、センサ筐体２１のセンシング開口部２５からレーザーや赤外線を被写体に投射して大量の３次元距離データ（以下「点群データ」ともいう）を測定できるセンサである。
【００２１】
点群データは３次元距離を表現する点が大量にあるので距離画像と呼ぶこともできる。３次元距離センサ２０を設置している高さや煽り角から、点群データを３次元直交座標系に変換することによりＸ，Ｙ，Ｚ座標でデータを扱うことができるようになる。
【００２２】
上記のような３次元距離センサ２０としては、例えば、ＡＳＵＳＴｅＫ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ製の開発者向けモーションキャプチャデバイス「Ｘｔｉｏｎ  ＰＲＯ」やＭｉｃｒｏｓｏｆｔ製の「Ｋｉｎｅｃｔ」を用いることができる。これらの３次元距離センサ２０は、比較的近距離（２ｍ程度）の３次元距離データを取得するものである。このため、これらの３次元距離センサ２０を用いる場合には、バイバック１のアーム付近から取り付け棹８を延出させ、この端部に３次元距離センサ２０を取り付けるようにする。
【００２３】
一方、比較的遠距離の３次元距離データを取得することができる３次元カメラを３次元距離センサ２０として用いるような場合には、３次元距離センサ２０は操縦室７の近傍に設けるようにすることができる。
【００２４】
３次元距離センサ２０で取得された３次元距離データは、情報処理装置３０に入力されデータ処理がなされる。情報処理装置３０としては、入出力機能、演算機能、データ記憶機能、データ通信機能などを有する汎用のパーソナルコンピューターなどを用いることができるが、タブレット端末などのその他の情報処理装置３０も用いることができる。
【００２５】
情報処理装置３０によるデータ処理結果は、無線通信などによって、操縦室７に設けられている表示パネル４０に送信することができるようになっている。図３はバイバック１の操縦室７に設けられる表示パネル４０を示す図である。表示パネル４０は、情報処理装置３０によるデータ処理結果を受信し、これを表示し、オペレーターに報知を行うようになっている。
【００２６】
特許請求の範囲に記載された「座標変換部」、「点群数計算部」、「判定部」は、情報処理装置３０の機能を上位概念的に示したものである。
【００２７】
また、特許請求の範囲に記載された「報知部」は表示パネル４０を上位概念的に示したものである。なお、本実施形態においては「報知部」として表示パネル４０を用いて視覚による報知を行うようにしているが、「報知部」としては、例えばスピーカーを用いて聴覚による報知を行うようにしてもよい。
【００２８】
次に、以上のように構成される本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によるコンクリートの締固め判定のアルゴリズムについて説明する。図４は本発明の実施形態
に係るコンクリート締固め判定システム１０の判定処理のフローチャートを示す図である。
【００２９】
図４において、ステップＳ１００で判定処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１において、３次元距離センサ２０で点群データの集合である３次元距離データを取得して、情報処理装置３０にデータを転送する。
【００３０】
次のステップＳ１０２では、  情報処理装置３０においては、３次元距離センサ２０から転送された３次元距離データを３次元直交座標に基づく点群データに変換する。
【００３１】
続いて、ステップＳ１０３では、３次元直交座標に基づく点群データから、平面として認識される点群を抽出する。
【００３２】
ステップＳ１０４では、平面を構成する点群の点群数を計算し、ステップＳ１０５では、当該点群数が閾値以上であるか否かが判定される。
【００３３】
ステップＳ１０５における判定結果がＮＯであれば、３次元距離センサ２０によって３次元距離データを再取得するべく、ステップＳ１０１に戻る。
【００３４】
一方、ステップＳ１０５における判定結果がＹＥＳであれば、認識された平面が十分な平滑性を備え、コンクリートの締固めが完了したものと判断し、ステップＳ１０６に進み、表示パネル４０により、コンクリートの締固めが完了した旨を報知する。
【００３５】
ステップＳ１０７においては、判定処理を終了する。
【００３６】
図５は本発明の実施形態に係るコンクリート締固め判定システム１０による判定例を説明する図である。
【００３７】
図５（Ａ）はバイバック１のバイブレーター３による加振を開始したときに取得された３次元距離データであり、図５（Ｂ）は加振１０秒後に取得された３次元距離データであり、図５（Ｃ）は加振２０秒後に取得された３次元距離データであり、図５（Ｄ）は加振３０秒後に取得された３次元距離データであり、図５（Ｅ）は加振４０秒後に取得された３次元距離データであり、図５（Ｆ）は締固めが完了判定時に取得された３次元距離データである。
【００３８】
図５において、平面を構成する点群は、赤色で表示している。また、図５において、当該平面から離れるにつれて、黄色、水色、青色、無色透明としている。
【００３９】
図５に示すようにバイバック１のバイブレーター３による加振を開始時間が経過すると、次第に表面が平らになっていき、平面と判定される領域（赤色領域）が広がる様子がわかる。本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０においては、同領域の割合が、一定以上の広がりに達すれば、すなわち、平面を構成する点群の点群数が閾値以上となれば、締固めが終了したものと判定としている。
【００４０】
以上のような、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によれば、オペレーターの経験や熟練度によることなく、コンクリートの締固めが完了したか否かを、コンクリートに対して非接触で、定量的かつ簡易に判定することが可能となり、コンクリートダムの施工の効率的進行に資することができるようになる。
【００４１】
また、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によれば、定量的なデータに
基づく判定を行うので、コンクリート締固め判定システム１０の判定結果はコンクリートダムの施工品質管理のエビデンスとして活用できる。
【００４２】
さらに、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によれば、３次元距離センサ２０を活用することで、熟練者による目視と同等のコンクリート打設管理が行うことが可能となる。
【００４３】
また、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によれば、非接触で簡易に計測できるため、工事の効率的進行を図ることができる、というメリットがある。本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によれば、定量的に判定できるため、オペレーターの熟練度に依存するようなことがない。
【００４４】
さらに、ＧＰＳ等を利用して位置情報を取得し、これと連動して、本発明に係るコンクリート締固め判定システム１０によるデータを管理することで、コンクリート打設管理の情報化に大きく貢献することができるようになる。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・バイバック
３・・・バイブレーター
７・・・操縦室
８・・・取り付け棹
１０・・・コンクリート締固め判定システム
２０・・・３次元距離センサ
２１・・・センサ筐体
２５・・・センシング開口部
３０・・・情報処理装置
４０・・・表示パネル
【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５】
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