コンクリート表面気泡検出システム
1. はじめに

2. システムの概要

高速道路や鉄道のトンネルに使用されるコンク対象とするコンクリートセグメントの代表的なリートセグメントは、円筒を分割した構造となっ形状を図 1 に示す。このセグメントには、セグメている。セグメントは同一形状であり、それらはント同士を接続するための継手穴が左右にあり、（1）継手により建設現場で順次、結合される 。それ

穴内面の鋼製部分の直径（黒い箇所）は、29.4mm

らの製造では、工場内で専用の型枠の中にコンクの一定値となっている。コンクリートセグメントリートを打ち込み、締固めを行った後、コンクを対象にした本システムの使用方法は、以下のとリートの気泡を除去するためにプレート型挿入振おりである。

動機を使用する。しかし、表面の気泡を完全に取（1）コンクリートセグメント脱型後、フラッシュり除くことは不可能で、これらが機能上の弱点やON の状態でデジタルカメラによりセグメン美観の低下の原因となる。

トの半分の面積となるコンクリート表面を現状では、円に換算すると直径 3mm 以上とな撮影し、LAN 通信機能を持つ SD カードに記る気泡を対象に、その表面をモルタルで覆う補修録する。その際、1 つの継手穴を一緒に撮影を行っている。しかし、人間の目では 3mm 以上のする。

気泡を正確に検出することは、困難で時間のかか（2）現場用のノートパソコンと SD カードとの無る作業となる。また、コンクリート表面に気泡を線通信により、撮影した画像データを取り込（2）出さない打設方法の研究が進められており 、提む。ノートパソコンで気泡検出処理を行い、案方法の有効性を確認するためには、その方法の最小外接円で直径 3mm 以上となる気泡を検実施前後の気泡の個数や大きさなどを、定量的に出する。

測定する必要がある。そのような理由により、デ（3）図 2 のソフトウエア画面のセグメント表面

ジタルカメラによりコンクリート表面を撮影し、上に、検出した気泡がマーキング表示されリアルタイムに気泡の大きさなどを測定、検出する。また、各気泡の平面座標値、撮影したセ（3）るシステムを開発した 。

グメント面積に対する気泡の合計面積の割

図1

コンクリートセグメントの形状—

24—

（4）撮影距離と撮影位置（5）気泡の定義（6）撮影誤差
3.1 使用機器
システムが高価とならないように、また、汎用性を持たせ現場で使用できるように、市販品を組み合わせた。構成は、デジタルカメラ、画像の記録用に無線 LAN 機能を持つ SD カード、ノートパソコンであり、今回使用した機器を表 1 に示す。
現場でリアルタイムに測定結果が得られるよう、ノートパソコンから無線通信で SD カードの撮影
図2

気泡検出処理画面画像データを読み取り、処理する方法を取った。
3.2 ソフトウエアの構成合（面積率）、個数などが表示される。

（4）（4）複数のセグメントを対象に撮影を繰り返し、気泡を検出するために、Microsoft .NET Framework（5）

測定結果を参考にして 3mm 以上の気泡の補と画像処理ライブラリである HALCON を使用し、修作業を行う。

セグメント表面を白、気泡を黒と判断する二値化処理を行う。HALCON は、MVTec Software 社製の工3. 作業向上のための方策

業用画像処理ライブラリであり、高速で高精度な文コンクリート表面の空洞を検出するための作業字認識やパターンマッチングなどを提供している。

時間や精度に影響を与える因子としては、以下のシステム構築時のバージョンは .NET Framework 4.5

項目がある。と HALCON 10.0.4 である。撮影された画像の中の（1）使用機器既知の長さを基準にして、セグメント表面の気泡（2）ソフトウエアの構成の大きさを測定する。

（3）コンクリート表面の明るさ
表1本システムの機器構成—

25—

IIC REVIEW/2021/04. No.65

3.3 コンクリート表面の明るさ

3.4 撮影距離と撮影位置気泡の検出や面積率を算定するために、コンクカメラ撮影ではセグメントから離れすぎると気リートセグメントの形状を認識する必要がある。

泡のエッジが不明瞭になり検出しにくくなる。まコンクリートセグメントの上下は、図 1 のようにた、作業性を考えて、継手穴を含めセグメントの円弧状となっている。パターンマッチングで円弧5 割以上を画像に収める必要がある。これらを満形状を認識させるためには、セグメントの境界が足するために、カメラをセグメントの距離から明確に判断できることが必要となる。また、コン

1m 以内にセットし、セグメント表面に垂直となクリートセグメント用の継手穴の大きさを基準にる位置でセグメントを半分ずつ撮影すればよいこ

して、3mm の大きさの円を定義しているため、そとがわかった。の穴を鮮明に撮影する必要がある。これらのこと
3.5 気泡の定義

を 踏 ま え て、 デ ジ タ ル カ メ ラ の フ ラ ッ シ ュ をON ／ OFF で撮影した場合の評価結果を比較しコンクリート表面にできた気泡は、つねに 1 つた。図 3 にグレースケールに変換した両者の撮影で円形ではなく、いろいろな形状パターンがあ結果を示す。両者の結果から、フラッシュを ONる。本システムでは、以下の仮定に基づいて気泡にすることにより、円弧形状を明確にでき、検出を定義した。

できた気泡の数も多くなった。

① 気泡の最小外接円を円として定義する。この円が 3mm 以上となる気泡を検出する（図 4）。
② 複数の隣接する気泡はつながっていることが多いので、1 つの気泡と定義する（図 5）。

（a）フラッシュ ON

図3

図4

最小外接円の定義（b）フラッシュ OFF

コンクリートセグメント撮影結果

図5

複数の気泡が隣接している場合の処理方法——

26

3.6 撮影誤差

4. おわりに気泡の直径のしきい値は 3mm である。撮影距
離 1m 以内で、コンクリートセグメント左右半分本システムを使用すれば、製造直後のコンクを撮影した場合、分解能は 0.3mm/pixel となる。気リートセグメントの効率的な補修が可能となる。

泡を最小外接円として検出する際に生じる誤差

しかし、各製造工場では床の色や採光の状態、まは、1pixel の中の黒い部分が 50％未満の面積ではた、セグメントごとに継手形状や位置などが異な気泡と認識しないので ±0.5pixel となる。気泡の判る。そのような場合にも、本システムを微調整す

定基準を直径とすると、両端のエッジの検出が必れば使用可能になると考えている。

要となるので ±1.0pixel の誤差となる。したがっ文責て、分解能が 0.3mm/pixel では、誤差 ± 0.3mm とな

研究開発センターる。
高い精度で気泡の大きさを検出するには、継手技師長

西土 隆幸

参考文献

穴の径を正確に測定する必要がある。継手穴はセグメントの中央にはなく、カメラの設置位置から（1） 株式会社 IHI 建材工業ホームページ：セグメン

垂直に撮影することは困難となる。撮影結果で

ト事業、http://www.ikk.co.jp/business/products01.

は、図 6 のような状態になることも考えられる。

html

だ

楕 円形では最長となる長さを直径と定義しない（2） 倉田幸宏、塩永亮介、木作友亮、黒澤隆、武と、穴を正確なマーカーとして定義できない。こ藤香穂、伊藤祐二：コンクリート構造物におのような問題点を解決するために、最初に継手穴ける気泡消失理論の提案と実験的検証、IHIの長さを定義し、画像上でその長さを 360 度回転

技報、Vol.59、No.1、2019、pp.97-106させて最大の長さとなるものを選定する。その長（3） 畑伸佳、久山岳、西土隆幸、黒澤隆：コンク

さを 29.4mm と定義し、コンクリート表面の気泡リート表面の気泡検出方法に関する研究、IICの大きさを決定する。

REVIEW、No.61、2019/04、pp.43-49（4） Microsoft ホームページ：.NET Framework のシステム要件、https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/
framework/get-started/system-requirements（5） MVTec Software 社ホームページ：HALCON、
https://linx.jp/product/mvtec/halcon/

図6

継手穴直径の定義方法—27—

IIC REVIEW/2021/04. No.65