JP2011163836A

JP2011163836A - 粒状材料の粒度計測システム及びプログラム

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Publication number: JP2011163836A
Application number: JP2010024909A
Authority: JP
Inventors: Izuru Kuronuma; 出黒沼; Michitaka Okamoto; 道孝岡本; Katsutoshi Fujisaki; 勝利藤崎; Kenichi Kawano; 健一川野; Etsuhisa Takada; 悦久高田; Norio Takiguchi; 紀夫滝口; Takayuki Kanbe; 隆幸神戸; Akira Takei; 昭武井; Satoshi Suzuki; 聰鈴木
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2010-02-06
Filing date: 2010-02-06
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: JP5582806B2

Abstract

【課題】粒状材料Ｓの画像Ｇから粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができるシステム及びプログラムの提供。
【解決手段】所定採取場１又は破砕装置２から供給される粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇをコンピュータ１０に入力し、検出手段１７により画像Ｇ中の各粒状材の輪郭を検出し、各粒状材の輪郭から粒径ｄ及び面積ｅを求め、算出手段１８により複数の粒径ｄｉについて画像Ｇ中の粒状材料Ｓの全体面積Ｅに対するその粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を粒度インデクスＩｉとして算出する。コンピュータ１０の記憶手段１６に粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋを記憶しておき、作成手段２０により各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを関係式Ｋにより加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は粒状材料の粒度計測システム及びプログラムに関し、とくに特定の採取場又は破砕装置から供給される粒状材料の粒度を簡易に計測するシステム及びプログラムに関する。

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場合に、粒度が調整された骨材や砕石ではなく、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在する土木材料）を用いる工法を採用する場合がある（例えば非特許文献１のＣＳＧ（ＣｅｍｅｎｔｅｄＳａｎｄａｎｄＧｒａｖｅｌ）工法等）。例えばＣＳＧ工法では、材料合理化の観点から、調達した粒状材料Ｓ（ＣＳＧ材）に水及びセメントを混合してそのまま構造物の材料（ＣＳＧ）とするので、構造物の品質（とくに強度）を確保するために粒状材料Ｓの粒度が規定範囲内にあるか否かを確認・管理することが必要となる。

図１１は、ＣＳＧ工法によって構築する土木構造物の強度管理方法の一例を示す（ひし形理論、非特許文献１参照）。先ず、粒状材料Ｓ（ＣＳＧ材）の粒度について数多くの粒度試験を行い、粒度が最も粗い標本Ｔｒ（大径粒状材の含有率が最も多い標本。以下、最粗粒標本ということがある。）と粒度が最も細かい標本Ｔｓ（小径粒状材の含有率が最も多い標本。以下、最細粒標本ということがある。）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を用いたＣＳＧ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ＣＳＧの製造時ないし打設時に、ＣＳＧの粒度及び単位水量を、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管理する。図示例のひし形の規定範囲内で最も低い強度はＣＳＧ強度と呼ばれ、このひし形の範囲内にあるＣＳＧを用いることで構造物にＣＳＧ強度以上の強度を確保することができる。

一般に粒状材料Ｓの粒度は、混在している各粒状材の粒径ｄを横軸（対数軸）とし、その粒径ｄ以下の粒状材の全体に対する質量百分率Ｐ（ｄ）（粒径ｄの粒状材より小径の粒状材の総質量／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１０に示すような粒径加積曲線Ｐ（ｄ）によって表される。従って、図１０に示すように粒状材料Ｓの最粗粒標本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）とを予め求めておき、継続的に供給される粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を求めて粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）と粒径加積曲線Ｐｓ（ｄ）とで囲まれた範囲（規定範囲）内にあるか否かを確認すれば、図１１のひし形理論に基づく粒度の品質管理が実現できる。

しかし、様々な粒径ｄの粒状材が混在している粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐを作成するためには、例えばダム等の土木工事においては１回当たり数百ｋｇにもなる大量の粒状材料Ｓを何度も篩分けする作業と、篩い分け毎（篩目のサイズ毎）に通過率（通過質量）を求める作業とが必要であり、しかも現段階ではそれらを全て人力で行う必要があるため、多大な労力と時間を要する問題点がある。ＣＳＧ工法の品質管理では、とくに施工開始当初において使用する粒状材料Ｓの粒度をできるだけ頻繁に（例えば１回／１時間で）確認することが求められているが（非特許文献１参照）、粒径加積曲線の作成作業を頻繁に繰り返すことは多大な労力を要する。

これに対し、特許文献１及び２が開示するように、画像解析技術を用いて粒状材料Ｓの粒度を求める方法が提案されている。例えば特許文献１は、岩砕材料の全体又は一部の画像を画像処理することで材料中の各粒状材の輪郭を特定し、その輪郭と同一面積の等価径で各粒状材を単純立体（球又は立方体）にモデル化し、その単純立体モデルの体積に岩砕材料（原石）の比重を乗じて質量を算出して粒度分布曲線を作成する方法を提案している。また特許文献２は、砂礫が堆積している観測域を複数の異なる方向の照明で照射しながら陰影位置の異なる複数の画像を撮影し、陰影位置の異なる画像を合成することにより観測域内の個々の礫を分離識別すると共に、各礫の粒度（半径）を計測してその分布を分析する方法を提案している。特許文献１及び２のような画像解析技術を用いて粒状材料Ｓの粒度を管理できれば、従来の篩い分け方法に比して土木構造物の品質管理の簡単化及び精度向上を図ることができる。

特開２００３−０１０７２６号公報特開２００６−０７８２３４号公報特開昭６１−０６１６２３号公報特開２００９−０３６５３３号公報

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）岡野康彦「破砕・粉砕・篩分け（その２）」骨材資源、通巻Ｎｏ．１２２、１９９９年

しかし特許文献１及び２の方法は、粒状材料Ｓの画像から輪郭が検出できる範囲の各粒状材の粒度分布を求めるのみであり、輪郭が検出された各粒状材の粒状材料Ｓ全体に対する割合、すなわち加積通過率を求めることができない問題点がある。図１０を参照して上述したように、ＣＳＧ工法等で用いる粒状材料Ｓの粒度を管理するためには、粒状材料Ｓ中の粒径ｄ毎に全体に対する加積通過率Ｐ（ｄ）を求めて粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成し、その粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を最粗粒標本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）とで囲まれた規定範囲と比較して粒度品質を確認しなければならないが、特許文献１及び２の画像解析方法では輪郭が検出できる粒状材の粒径に限界があり、輪郭が検出できない粒状材を考慮して輪郭が検出された粒状材の加積通過量Ｐを把握することは困難である。粒状材料Ｓの粒度管理に画像解析方法を適用するためには、粒状材料Ｓの画像から各粒状材の全体に対する加積通過率Ｐを把握して最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓと比較できる技術が必要である。

そこで本発明の目的は、粒状材料の画像から粒径加積曲線を作成することができるシステム及びプログラムを提供することにある。

本発明者は、粒状材料Ｓ中の粒径ｄ以下の粒状材の全体に対する加積通過率Ｐ（ｄ）と、その粒状材料Ｓの画像Ｇにおける粒径ｄ以上の粒状材の全体に対する面積割合との関係に注目した。例えば図６（Ａ）に示すような粒状材料Ｓの画像Ｇから、特定の粒径ｄｉ（例えば１０ｍｍ）以下の全ての粒状材を検出することは画像解析上困難であるが、その粒径ｄｉ（例えば１０ｍｍ）以上の全ての粒状材は比較的簡単に検出することができ、画像Ｇの全体面積Ｅに対する粒径ｄｉ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Ｉｉということがある。）を算出することができる。図５は、同じ地山から採取された複数の粒状材料Ｓについて、それぞれ篩分け作業等の従来方法により粒径ｄｉ＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）を求めると共に、その撒き出し画像Ｇから各粒径ｄｉ＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ以上の粒状材の粒度インデクスＩｉを算出し、それらの結果を二次平面（加積通過率Ｐ（ｄ）を縦軸とし面積割合（Σｅ／Ｅ）を横軸とした平面）上にプロットしたものである。

図５のグラフは、各粒状材料Ｓの異なる粒径ｄｉにおける加積通過率Ｐ（ｄｉ）がそれぞれ、粒度インデクスＩｉの多次元回帰モデル（ｙ＝Σａ_ｎ・ｘ^ｎ）で表わせることを示している。また、同図は特定の地山から採取した複数の粒状材料Ｓを対象としたものであるが、本発明者は更なる実験により、他の地山から採取した粒状材料Ｓについても、地山毎に適切な回帰モデルを用いることにより、その地山から採取した粒状材料Ｓの異なる粒径ｄｉにおける加積通過率Ｐ（ｄ）とその粒径ｄｉ以上の粒状材の粒度インデクスとの間に関係式を設定できることを見出した。図５のような関係式（例えば多次元回帰モデル）を利用すれば、粒状材料Ｓの画像Ｇから複数の粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を推定することができ、その加積通過率Ｐ（ｄ）を用いて粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することできる。本発明は、この知見に基づく研究開発の結果、完成に至ったものである。

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品質管理システムは、所定採取場１又は破砕装置２から供給される粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇ（図６（Ａ）参照）を撮影する撮像装置５、画像Ｇ中の各粒状材の輪郭を検出する検出手段１７、各粒状材の輪郭から粒径ｄ及び面積ｅを求め且つ複数の粒径ｄｉについて画像Ｇ中の粒状材料Ｓの全体面積Ｅに対するその粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を粒度インデクスＩｉとして算出する算出手段１８、粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその標本Ｔ中の粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋ（図５参照）を記憶する記憶手段１６、並びに算出した各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを関係式Ｋにより加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段２０を備えてなるものである。

また、図１及び図２の流れ図を参照するに、本発明による粒状材料の粒度計測プログラムは、所定採取場１又は破砕装置２から供給される粒状材料Ｓの粒度を計測するためコンピュータ１０を、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇ（図６（Ａ）参照）を入力する入力手段１４、画像Ｇ中の各粒状材の輪郭を検出する検出手段１７、各粒状材の輪郭から粒径ｄ及び面積ｅを求め且つ複数の粒径ｄｉについて画像Ｇ中の粒状材料Ｓの全体面積Ｅに対するその粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を粒度インデクスＩｉとして算出する算出手段１８、粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその標本Ｔ中の粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋ（図５参照）を記憶する記憶手段１６、並びに算出した各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを関係式Ｋにより加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段２０として機能させるものである。

好ましくは、図１に示すように、粒状材料Ｓから所定粒径Ｄ未満の微小粒状材を分離する分離装置６を設け、コンピュータ１０の入力手段１４に所定粒径Ｄ未満の微小粒状材が分離された粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇを入力し、記憶手段１６に微小粒状材分離後の粒状材料標本Ｔから求めた粒度インデクスＩｉと加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋを記憶し、作成手段２０により所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成する。

更に好ましくは、微小粒状材を分離する前後の粒状材料Ｓの重量Ｍ及び含水率Ｚを計測する計測器７、８を設け、コンピュータ１０の入力手段１４に微小粒状材を分離する前後の粒状材料Ｓの重量Ｍ及び含水率Ｚを入力し、コンピュータ１０に重量Ｍ及び含水率Ｚの計測値から粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を求める演算手段２５とを設け、作成手段２０により、微小粒状材分離後の粒状材料Ｓの各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）とその粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）とから粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する。

或いは、コンピュータ１０の記憶手段１６に粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）をその標本Ｔ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）の関数Ｕ、Ｒとして記憶し、コンピュータ１０に粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から関数Ｕ、Ｒにより微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定する推定手段２７を設け、作成手段２０により、微小粒状材分離後の粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と粒状材料の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）とを合成して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成してもよい。

望ましくは、コンピュータ１０の記憶手段１６に粒状材料Ｓの最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓを記憶し、コンピュータ１０に、粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）と最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）とを比較して粒度品質を判定する判定手段２４を設ける。或いは、それに代えて又は加えて、コンピュータ１６の記憶手段１６に継続的に供給される粒状材料Ｓから作成した粒度インデクスＩ又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を累積記憶し、今回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）_ｔと前回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ−１又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）_ｔ−１とを比較して粒状材料Ｓの粒度変動を判定する判定手段２４を設けてもよい。

本発明による粒状材料の粒度品質管理システム及びプログラムは、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから検出手段１７により各粒状材の輪郭を検出し、算出手段１８において各粒状材の輪郭から各粒状材の粒径ｄ及び面積ｅを求め且つ複数の粒径ｄｉについて撒き出し画像Ｇ中の粒状材料Ｓの全体面積Ｅに対するその粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を粒度インデクスＩｉとして算出し、予め粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋに基づき、作成手段２０において各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するので、次の有利な効果を奏する。

（イ）粒状材料Ｓの画像から粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を短時間で簡易に作成することができ、労力や時間を要する篩い分け作業等を必要としないので、例えばＣＳＧ工法等の粒状材料Ｓを用いた建設工事（フィルダム等の建設工事）に適用した場合に、粒状材料Ｓの品質管理の容易化を図ると共に粒径加積曲線の作成頻繁を増やすことで品質管理の高精度化を図ることができる。
（ロ）また、予め粒状材料Ｓの最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓを求めておけば、作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）をその径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）とを比較することにより、粒状材料Ｓの粒度品質を簡易に判定することができる。
（ハ）更に、継続的に供給される粒状材料Ｓの粒度インデクスＩ又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を累積記憶しておけば、そのインデクスＩ又は曲線Ｐの変動から粒状材料Ｓの粒度の経時的変動を迅速に把握することができ、例えばＣＳＧ工法等の粒状材料Ｓを用いた建設工事において品質管理の更なる精度向上に貢献できる。
（ニ）また、粒状材料Ｓ中に画像から輪郭が検出できない微小粒状材が含まれている場合でも、予め微小粒状材を分離した粒状材料Ｓの標本Ｔから粒度インデクスＩｉと加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋを求めておけば、微小粒状材を分離した粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから微小粒状材の粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成することができる。

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。
本発明の粒度計測システムの一実施例のブロック図である。本発明の粒度計測プログラムの流れ図の一例である。微小粒状材の加積通過率の算出方法（図２のステップＳ１０８）の詳細な流れ図の一例である。粒状材料の撒き出し画像の各粒状材の輪郭から面積を算出する方法の一例の説明図である。粒状材料の各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその粒状材料中の粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式を示すグラフの一例である。粒状材料の撒き出し画像から各粒状材の輪郭を検出する方法の一例の説明図である。本発明のシステムで作成した粒状材料の粒径加積曲線を示すグラフの一例である。本発明のシステムで作成した粒状材料の粒径加積曲線を示すグラフの他の一例である。本発明のシステムで作成した粒状材料の粒径加積曲線を示すグラフの更にの一例である。粒状材料の最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓを示すグラフの一例である。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。

図１は、本発明の粒度計測システムのブロック図を示す。図示例のシステムは、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇを撮影する撮像装置５と、その撒き出し画像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とを有する。例えばＣＳＧ工法で土木構造物を構築する場合に、現場付近の所定採取場（地山や地層）１で調達してダンプトラック等の運搬機械３で工事現場へ継続的に供給される地盤材料等の全体又は一部を品質管理用の粒状材料Ｓとし、その粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を運搬単位毎に作成して粒状材料Ｓの粒度品質を管理する。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の粒状材料Ｓとすれば足りる。なお、本発明の適用対象は地山等から調達される地盤材料等に限らず、例えば原石を所定破砕装置２で破砕して継続的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（粒度分布）で近似できる粒状材料Ｓに広く適用できる。

図示例の撮像装置５は、粒状材料Ｓを、例えば地表に敷設したシート上に薄く撒き出して画像Ｇ（図６（Ａ）参照）を撮像する。後述するように撒き出し画像Ｇから所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）以上の粒状材の輪郭を全て検出可能とするため、所定粒径Ｄ以上の粒状材が埋もれない厚さに粒状材料Ｓを撒き出して撮影することが望ましい。また、後述する算出手段１８によって算出する粒度インデクスＩｉが撒き出しの厚さや広さ（面積）によって変動しうるため、粒状材料Ｓは常に同じ方法（厚さや広さ）で撒き出すことが望ましい。シート上に撒き出す方法に代えて、ベルトコンベア等の移動式運搬機械３上に薄く載置した粒状材料Ｓを撮像して撒き出し画像Ｇとしてもよい。また、撮像装置５に照明装置（図示せず）を含め、照明装置により照明方向を変えながら粒状材料Ｓの複数の撒き出し画像Ｇを撮影することが望ましい。照明方向を変えて陰影の異なる複数の撒き出し画像Ｇを用いることで、画像Ｇから粒状材の輪郭を検出する際に、陰影の影響を避けて粒状材の輪郭の検出精度を高めることが期待できる。

また、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、一次又は二次記憶装置等の記憶手段１６とを有する。記憶装置１６には、後述するように粒状材料Ｓの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換する関係式Ｋその他のパラメタを記憶する。また内蔵プログラムとして、撮像装置５や入力装置１１から撒き出し画像Ｇその他のデータを入力する入力手段１４と、その撒き出し画像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、各粒状材の輪郭から粒状材料Ｓの粒度インデクスＩｉを算出する算出手段１８と、算出した粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段２０と、作成した粒径加積曲線Ｐ（ｄ）等を出力装置１２に出力する出力手段１３とを有する。なお、図示例のコンピュータ１０は、内臓プログラムとして関係式Ｋを設定する関係式設定手段２６を有しているが、後述するように本発明は関係式Ｋが記憶手段１６に記憶されていれば足り、関係式設定手段２６は本発明に必須のものではない。

好ましくは、図示例のように、粒状材料Ｓから所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）未満の微小粒状材（シルト・粘土等）を分離する分離装置６を粒径計測システムに含め、分離装置６により粒状材料Ｓから微小粒状材を分離したうえで撒き出し画像Ｇを撮像してコンピュータ１０に入力する。例えば、粒状材料Ｓ中に画像Ｇから輪郭を検出することが困難な粒径Ｄ未満の微小粒状材が多量に含まれていると、その粒径Ｄ以上の粒状材が微小粒状材に埋もれてしまい、検出手段１７において撒き出し画像Ｇから必要な粒状材の輪郭を正確に検出することが難しくなる。また、微小粒状材が団子状に固まり又は大径の粒子にこびり付くことによって、検出手段１７が粒状材の粒径を誤認識し、算出手段１８で算出する粒度インデクスＩｉに誤差を生じるおそれがある。予め分離装置６によって粒状材料Ｓから微小粒状材を分離しておくことにより、検出手段１７における各粒状材の輪郭検出精度を高め、算出手段１８における粒度インデクスＩｉの算出精度の向上を図ることができる。使用する分離装置６は粒状材料Ｓ中の微小粒状材の状態に応じて異なりうるが、例えば微小粒状材が乾燥している場合は篩い分け装置とし、微小粒状材が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。ただし、分離装置６は本発明のシステムに必須のものではなく、例えば粒状材料Ｓ中に含まれる微小粒状材が少なく、検出手段１７において粒状材の粒径を誤認識するおそれが小さいときは、分離装置６は省略可能である。

図２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）を作成する方法の流れ図を示す。以下、図２の流れ図を参照して図１のシステムを説明する。図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、コンピュータ１０の関係式設定手段２６により、粒状材料Ｓの各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式Ｋを設定する初期処理を示す。先ずステップＳ１０１において、粒状材料Ｓの標本Ｔを用い、図１の場合は分離装置６により標本Ｔから所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）未満の微小粒状材を分離したうえで、撮像装置５により標本Ｔの撒き出し画像Ｇを撮像してコンピュータ１０に入力する。また、その微小粒状材分離後の標本Ｔについて、標本Ｔ中の複数の粒径ｄｉ（例えば図５に示す１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ等）以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）を篩い分けその他の従来方法により求め、求めた各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）を入力装置１１からコンピュータ１０に入力する。

ステップＳ１０２において、撒き出し画像Ｇをコンピュータ１０の検出手段１７に入力し、図６（Ｃ）に示すように画像Ｇ中の個々の粒状材の輪郭を検出する。例えば画像Ｇ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子の輪郭を抽出する（図６（Ｂ）参照）。好ましくは撮像装置５で撮影した陰影の異なる複数の標本Ｔの撒き出し画像Ｇを入力し、その複数の画像Ｇを検出手段１７で合成して粒状材の輪郭を強調した合成画像を作成し、その合成画像から各粒子の輪郭を抽出する。画像Ｇ中の全ての粒状材の輪郭を検出することが難しい場合でも、輪郭が検出できる限界の微小粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）以上の粒状材の輪郭を全て検出することが望ましく、少なくともステップＳ１０１において加積通過率Ｐ（ｄｉ）を求めた最小の粒径ｄｉ（例えば１０ｍｍ）以上の粒状材の輪郭を全て検出する。

ステップＳ１０３において、検出手段１７で検出した標本Ｔ中の各粒状材の輪郭を算出手段１８に入力し、各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求める。例えば、図４（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。或いは図４（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長径ｂ・短径ａ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とする。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を算出することも可能である。

またステップＳ１０３において、各粒状材の粒径ｄｉ及び面積ｅを求めたのち、標本Ｔ中の複数の粒径ｄｉ（例えば１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ等）について、それぞれ各粒径ｄｉ以上の粒状材の面積の総和Σｅを求め、撒き出し画像Ｇの撮影領域全体の面積Ｅに対する粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合（＝Σｅ／Ｅ）を各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとして算出する。撮影領域全体の面積Ｅに代えて、撒き出し画像Ｇ中の輪郭検出限界の微小粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）以上の全粒状材の面積の総和Ｅ（画像Ｇ内の輪郭が検出できない粒状材を含まない面積）を求め、その全粒状材の面積合計Ｅに対する各粒径ｄｉ以上の粒状材の面積の総和Σｅを算出して粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとしてもよい。

次いで、ステップＳ１０４において、算出手段１８で求めた複数の粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを関係式設定手段２６に入力し、関係式設定手段２６においてステップＳ１０１で入力した各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）と算出手段１８で求めた粒度インデクスＩｉとの関係式Ｋを設定する。例えば図５に示すように、標本Ｔ中の各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）及び粒度インデクスＩｉを二次平面上にプロットし、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（例えば粒度インデックスの多項式（多次元回帰モデル）、対数関数、べき関数、指数関数等）を設定して関係式Ｋとし、設定した関係式Ｋを記憶手段１６に記憶する。

好ましくは、ステップＳ１０１において複数の標本Ｔの撒き出し画像Ｇを撮像すると共にその複数の標本Ｔからそれぞれ加積通過率Ｐ（ｄｉ）を求め、ステップＳ１０４において複数の標本Ｔから求めた加積通過率Ｐ（ｄｉ）及び粒度インデクスＩｉに基づき関係式Ｋを設定する。図５から分かるように、同じ採取場で採取した粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）及び粒度インデクスＩｉは概ね近似しているが、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関係式Ｋを設定することにより、後述する粒度インデクスＩｉから加積通過率Ｐ（ｄｉ）を推定する精度を高めることができる。本発明者の実験によれば、例えば粒状材料Ｓの５〜１０程度の標本Ｔを用いることにより、相関係数ｒが０．９９５程度の関係式Ｋを設定することが可能である。

なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の関係式Ｋの設定は、必ずしも工事現場で行う必要はなく、例えば実験室等において粒状材料Ｓの複数の標本Ｔを用いて予め関係式Ｋを設定し、その関係式Ｋを現場のコンピュータ１０に入力して記憶手段１６に記憶することも可能である。この場合は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に代えて関係式Ｋをコンピュータ１０に入力するステップを設ければ足り、粒状材料Ｓの標本Ｔから関係式Ｋを求めるコンピュータ１０の関係式設定手段２６は省略可能である。

図２のステップＳ１０５〜Ｓ１１０は、記憶手段１６に記憶された関係式Ｋに基づき、採取場１又は破砕装置２から継続的に供給される粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する処理を示す。先ずステップＳ１０５において、上述したステップＳ１０１と同様に、図１の場合は粒状材料Ｓから分離装置６により所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）未満の微小粒状材を分離したうえで、撮像装置５により粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇを撮像してコンピュータ１０に入力する。またステップＳ１０６〜１０７において、上述したステップＳ１０２〜１０３と同様に、コンピュータ１０の検出手段１７により撒き出し画像Ｇ中の個々の粒状材の輪郭を検出し、算出手段１８によって粒状材料Ｓ中の複数の粒径ｄｉ（例えば１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ等）の粒度インデクスＩｉを算出する。

ステップＳ１１０において、粒状材料Ｓ中の複数の粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを作成手段２０に入力し、作成手段２０において関係式Ｋにより各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する。図７は、分離装置５で所定粒径Ｄ未満の微小粒状材分離後の粒状材料Ｓについて、作成手段２０において作成した所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）の一例を示す。図示例の粒径加積曲線Ｐは、算出手段１８により複数の粒径ｄｉ（図示例では１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ）の粒度インデクスＩｉを算出し、それらの粒度インデクスＩｉを作成手段２０において図５の関係式Ｋにより加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換し、変換した加積通過率Ｐ（ｄｉ）を粒径ｄｉ別にプロットして連結したものである。

ステップＳ１１１〜１１２は、ステップＳ１１０で作成した粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を判定手段２４に入力し、判定手段２４において、粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）と比較して粒度品質を判定する処理を示す。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、その粒度試験で求めた粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）を例えばステップＳ１０１において記憶手段１６に登録しておくことができる。或いは、図７に示すように所定粒径Ｄ未満の微小粒状材を分離した粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と対比する場合は、最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓから微小粒状材を分離した所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ≧Ｄ）、Ｐｓ（ｄ≧Ｄ）を作成して記憶手段１６に登録しておくことができる（図１０も参照）。例えば、判定手段２４により粒状材料の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）が粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ≧Ｄ）、Ｐｓ（ｄ≧Ｄ）の間の規定範囲内にあるか否か（正常か否か）、何れの粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓの側に変動しているか（変動の傾向）等を確認することにより、粒状材料Ｓの粒度品質を判定する。

図２のステップＳ１１３は、ステップＳ１１１〜１１２において粒状材料Ｓの粒度品質が規定範囲外であると判定された場合に、必要に応じて粒状材料Ｓの粒度を調整する処理を示す。粒度の調整方法は、例えば図７において粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）が最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの何れの側に外れているかによって相違するが、粒径加積曲線Ｐの判定結果を総合的に考慮して粒状材料Ｓの粒度を調整することができる。粒度調整後にステップＳ１０５へ戻り、上述したステップＳ１０５〜Ｓ１１２の処理をやり直す。ただし、ステップＳ１１３の粒度調整は本発明に必須の処理ではなく、ステップＳ１１３において図１１のひし形の規定範囲内となるように粒状材料Ｓに混合する単位水量を調整することも可能であり、規定範囲外であると判定された粒状材料Ｓを土木工事に使用しない場合はステップＳ１１３を省略できる。

ステップＳ１１１〜１１２で粒状材料Ｓの粒度品質が規定範囲内であると判定された場合はステップＳ１１４へ進み、例えば図７の今回供給された粒状材料Ｓ_ｔの各粒径ｄｉの粒度インデクスＩ_ｔ及び／又は粒径加積曲線Ｐ_ｔ（ｄ≧Ｄ）を記憶手段１６に累積記憶したのち、ステップＳ１１５において粒状材料Ｓの粒度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Ｓ１０５へ戻り、次回供給される粒状材料Ｓ_ｔ＋１について上述したステップＳ１０５〜Ｓ１１２を繰り返し、各粒径のｄｉの粒度インデクスＩ_ｔ＋１を算出して粒径加積曲線Ｐ_ｔ＋１を作成する。ステップＳ１１４において粒状材料Ｓの粒度インデクスＩ及び／又は粒径加積曲線Ｐを記憶手段１６に累積記憶しておくことにより、次回以降のステップＳ１１１〜１１２の判定処理において、判定手段２４により今回供給材料Ｓ_ｔの粒度インデクスＩ_ｔ又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）_ｔと前回供給材料Ｓ_ｔ−１の粒度インデクスＩ_ｔ−１又は粒径加積曲線Ｐ（ｄ）_ｔ−１とを比較して粒状材料Ｓの粒度の経時的変化（粒度変動）を判定し、粒状材料Ｓの粒度品質の変化を迅速に把握することが可能となる。

本発明は、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから比較的容易に検出できる各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉとその粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄ）との関係式を用いることにより、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから複数の粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を推定し、その加積通過率Ｐ（ｄ）を用いて粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐを簡易に作成することができる。また、その粒径加積曲線Ｐを最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓと比較することで、継続的に供給される粒状材料Ｓが最粗粒試料Ｔｒと最細粒標本Ｔｓとで囲まれた規定範囲内にあるか否かという粒度品質も簡単に行うことができる。従って、粒状材料Ｓの粒度管理が必要とされる土木工事に本発明を適用することで、従来方法に比して粒状材料Ｓの粒度管理の頻度を大幅に増やすことができ、粒状材料を用いて構築する土木構造物の品質管理の精度向上に貢献することができる。

こうして本発明の目的である「粒状材料の画像から粒径加積曲線を作成することができるシステム及びプログラム」の提供を達成できる。

図７を参照して上述したように、本発明では図２の流れ図により微小粒状材分離後の粒状材料Ｓから所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成し、その粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ≧Ｄ）、Ｐｓ（ｄ≧Ｄ）と対比することで粒度品質を簡易に判定することができる。しかし、図７の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）には所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の含有率が反映されておらず、とくに粒状材料Ｓ中に所定粒径Ｄ未満の微小粒状材が多量に含まれている場合は、所定粒径Ｄの近傍において粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓとを対比し、その何れの側に変動しているか（変動の傾向）等を確認することが難しくなる。最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓとの対比を簡単化するためには、所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の含有率を考慮した粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成することが有用である。

図１の実施例では、粒径計測システムに微小粒状材を分離する分離装置６を含めると共に、微小粒状材を分離する前後の粒状材料Ｓの重量Ｍ及び含水率Ｚを計測する計測器７、８を含め、その重量Ｍ及び含水率Ｚの計測値から粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を求める演算手段２５をコンピュータ１０に設けている。図２のステップＳ１０８は、コンピュータ１０の演算手段２５において、微小粒状材を分離する前後の粒状材料Ｓの重量Ｍ及び含水率Ｚの計測値から粒状材料Ｓ中の微小粒状材の含有率すなわち加積通過率Ｐ（Ｄ）を求める処理を示す。ステップＳ１１０において演算手段２５で求めた微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を作成手段２０へ入力し（図１も参照）、作成手段２０において図７の粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）に応じて調整することにより、例えば図８に示すような微小粒状材の含有率を考慮した粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成する。

図３は、図２のステップＳ１０８の演算手段２５による処理の詳細な流れ図を示す。先ず、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２において分離装置６で所定粒径Ｄ（例えば５ｍｍ）未満の微小粒状材を分離する前の粒状材料Ｓの重量Ｍｂ及び含水率Ｚｂを重量計測器７ｂ及び含水率計測器８ｂにより計測し、ステップＳ２０３において微小粒状材分離前の粒状材料Ｓの乾燥重量Ｍｄｂを算出する。次いで、ステップＳ２０４〜Ｓ２０５において分離装置６で微小粒状材を分離した後の粒状材料Ｓの重量Ｍａ及び含水率Ｚａを重量計測器７ａ及び含水率計測器８ａにより計測し、ステップＳ２０６において微小粒状材分離後の粒状材料Ｓの乾燥重量Ｍｄａを算出する。重量計測器７ｂ、７ａの一例は、天秤、ロードセル等の粒状材料Ｓの質量測定で従来使用される装置であり、含水率計測器８ｂ、８ａの一例は、粒状材料Ｓに近赤外線を照射して透過光又は反射光の減衰量から粒状材料Ｓの含水率を非接触的に計測する近赤外線水分計（特許文献３参照）やＲＩ水分計である。ステップＳ２０７において、微小粒状材分離前後の粒状材料Ｓの乾燥重量Ｍｄｂ、Ｍｄａから、粒状材料Ｓ中の所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の質量百分率すなわち加積通過率Ｐ（Ｄ）を算出する。

図２のステップＳ１１０において、作成手段２０により、演算手段２５から入力した粒状材料Ｓ中の所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）と、算出手段１８で算出した粒度インデクスＩｉを関係式Ｋにより変換した各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）とから、図８に示すような微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を考慮した粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成する。具体的には、微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から所定粒径Ｄ以上の質量割合を求め（１００−Ｐ（Ｄ））、その質量割合と関係式Ｋから変換した加積通過率Ｐ（ｄｉ）（所定粒径Ｄ以上の粒状材全体に占める粒径ｄｉ以上の粒状材の質量割合）を乗算することで各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ´（ｄｉ）（＝Ｐ（Ｄ）＋（１００−Ｐ（Ｄ））×Ｐ（ｄｉ））を再計算する。再計算後の各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ´（ｄｉ）と微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）とを粒径ｄｉ別にプロットして連結することにより、図８のような粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成することができる。

微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を考慮して作成した粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）は、ステップＳ１１１〜１１２において、図８に示すように最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）と直接比較して粒度品質を判定することができる。例えば、図８において粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）は、粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓの規定範囲内にあるが、所定粒径Ｄの近傍において最粗粒標本Ｔｒ側よりも最細粒標本Ｔｓ側に近接しており、平均粒径よりも若干細かい粒径分布であると判定できる。また、図８のような粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を累積記憶しておけば、ステップＳ１１１〜１１２において今回と前回の粒径加積曲線Ｐとを比較することにより、粒状材料Ｓの粒度の正確な経時的変化（粒度変動）を迅速に把握することができる。

なお、図３のステップＳ２０８〜Ｓ２１１は、本発明の粒径計測システムに粒状材料Ｓの粒径ｄｉ毎の吸水率ｑ及び表乾密度ρを計測する計測器（図示せず）を含め、コンピュータ１０の演算手段２５により、その吸水率ｑ及び表乾密度ρの計測値から粒状材料Ｓの表面水量Ｗを算出する処理を示す。図１１を参照して上述したように、ＣＳＧ工法では粒状材料Ｓの粒度と共に単位水量を管理する必要があり（図１１のひし形（斜線部分）の規定範囲を参照）、粒状材料Ｓの表面水量Ｗが求まれば単位水量の管理に利用できる。図３の流れ図ではステップＳ２０８〜２０９において粒状材料Ｓの吸水率ｑを計測器から入力し、ステップＳ２０２で計測した含水率Ｚｂに基づき粒状材料Ｓの表面水率ωを算出する。そして、ステップＳ２１０において粒状材料Ｓの表乾密度ρを計測器から入力し、ステップＳ２１１において粒状材料Ｓの表面水率ωと表乾密度ρとから表面水量Ｗを算出する。例えば、図３のステップＳ１１３において、ステップＳ２１１で求めた表面水量Ｗに基づき、粒状材料Ｓに混合する水量を図１１の「ひし形」の規定範囲内となるように調整・管理する。

また、図２のステップＳ１１４において、今回供給材料Ｓ_ｔの各粒径ｄｉの粒度インデクスＩ_ｔ及び粒径加積曲線Ｐ_ｔ（ｄ）と共にステップＳ２１１で求めた表面水量Ｗ_ｔを記憶手段１６に累積記憶しておけば、次回以降のステップＳ１１１〜１１２の判定処理において、判定手段２４により今回及び前回の粒度インデクスＩ_ｔと粒径加積曲線Ｐ（ｄ）_ｔと表面水量Ｗ_ｔとを比較して粒度及び表面水量の変動を迅速に判定することができる。粒状材料Ｓの粒度及び表面水量の変動を迅速に把握することにより、ＣＳＧ工法等の粒状材料Ｓを用いた建設工事における詳細な品質管理が可能となり、管理精度の更なる向上が期待できる。

また、図１の実施例においてコンピュータ１０の記憶手段１６に、粒状材料Ｓの標本Ｔから求めた所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を、その標本Ｔ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）の関数Ｕ、Ｒとして記憶しておけば、コンピュータ１０の推定手段２７において、上述した演算手段２５で求めた粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から関数Ｕ、Ｒにより微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定することができる。更に、作成手段２０において、例えば図８に示すような微小粒状材分離後の粒状材料Ｓの粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と、推定手段２７で推定した粒状材料Ｓの微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）とを合成することにより、例えば図９に示すような全粒径範囲にわたる粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。

従来から、地盤材料等の粒状材料Ｓの粒径加積曲線（粒度分布）を正規分布関数、対数正規分布関数、Ｔａｌｂｏｔ（Ｇａｔｅｓ−Ｇａｕｄｉｎ−Ｓｃｈｕｈｍａｎｎ）関数、Ｇａｕｄｉｎ−Ｍｅｌｏｙ関数、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ関数等で近似できることが知られている（非特許文献２参照）。また本発明者らは、粒状材料Ｓの複数の標本Ｔから所定粒径Ｄ（例えば５０ｍｍ）未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ＜Ｄ）の近似関数を推定し、粒状材料Ｓの撒き出し画像Ｇから所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を画像解析技術を用いて作成し、粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と粒径加積曲線Ｐ（ｄ＜Ｄ）の近似関数とを所定粒径Ｄの加積通過率Ｐ（Ｄ）で一致するように合成して粒状材料Ｓの全粒径範囲にわたる粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成するシステムを開発し、特許文献４に開示した。

本発明においても、予め粒状材料Ｓの標本Ｔから所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）の近似関数Ｕを求めておけば、特許文献４の場合と同様に、作成手段２０において粒度インデクスＩｉから求めた所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）の近似関数Ｕとを合成することにより、粒状材料Ｓの全粒径範囲にわたる粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。粒状材料Ｓの所定粒径Ｄ未満の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）は、例えば微小粒状材の所定粒径Ｄに対する粒径比（＝ｄ／Ｄ）の所定指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝として近似することができる。そのような指数関数Ｐの一例は、Ｔａｌｂｏｔ関数（Ｐ／Ｐ（Ｄ）＝（ｄ／Ｄ）^ｎ）、Ｇａｕｄｉｎ−Ｍｅｌｏｙ関数（Ｐ／Ｐ（Ｄ）＝１−（１−ｄ／Ｄ）^ｎ）、又はＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ関数（Ｐ／Ｐ（Ｄ）＝１−ｅｘｐ（−ｄ／Ｄ）^ｎ））である。

図２のステップＳ１０９は、コンピュータ１０の推定手段２７により、粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から関数Ｕにより微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定する処理を示す。例えば、上述した所定指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝の指数ｎが微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）に拘わらず一定であれば、演算手段２５で求めた微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を指定関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝へ代入することにより、微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定することができる。図２のステップＳ１１０において、推定手段２７で推定した微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を作成手段２０に入力し、その粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）と所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）とを連結することにより、図９に示すような全粒径範囲にわたる粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成することができる。

また、特許文献４が開示するように、微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を所定指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝で近似した場合に、その指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝の指数ｎが粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）に依存して変化する場合がある。その場合は、粒状材料Ｓの複数の標本Ｔから指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝を求めると共に、その指数ｎと粒状材料Ｓ中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）との関係式Ｒを検出し、その関係式Ｒをコンピュータ１０の記憶手段１６に記憶しておく。図２のステップＳ１０９において、先ず演算手段２５で求めた微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から指数ｎを求めて指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝を定めたうえで、その指数関数Ｕ｛（ｄ／Ｄ）^ｎ｝に微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を代入することにより、微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定する。ステップＳ１１０において、図９のような全粒径範囲にわたる粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成しておけば、ステップＳ１１１〜１１２において最粗粒標本Ｔｒ及び最細粒標本Ｔｓの粒径加積曲線Ｐｒ（ｄ）、Ｐｓ（ｄ）と全粒径範囲にわたり比較することができ、粒状材料Ｓの粒度品質を高精度で判定することが可能となる。

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６、８…計測器
７ａ、８ａ…重量計測器７ｂ、８ｂ…含水率計測器
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…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…関係式設定手段
２７…推定手段
Ｓ…粒状材料Ｔ…粒状材料標本
Ｐ…加積通過率、粒径加積曲線Ｉ…粒度インデクス
Ｄｉ…粒径Ｅｉ…面積
Ｇ…撒き出し画像Ｍ…重量
Ｚ…含水率

Claims

所定採取場又は破砕装置から供給される粒状材料の撒き出し画像を撮影する撮像装置、前記画像中の各粒状材の輪郭を検出する検出手段、前記各粒状材の輪郭から粒径及び面積を求め且つ複数の粒径ｄｉについて画像中の粒状材料の全体面積に対する当該粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合を粒度インデクスＩｉとして算出する算出手段、前記粒状材料の標本から求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉと当該標本中の粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式を記憶する記憶手段、並びに前記算出した各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを前記関係式により加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段を備えてなる粒状材料の粒度計測システム。
請求項１のシステムにおいて、前記粒状材料から所定粒径Ｄ未満の微小粒状材を分離する分離装置を設け、前記記憶手段に微小粒状材分離後の粒状材料標本から求めた粒度インデクスＩｉと加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式を記憶し、前記作成手段により所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成してなる粒状材料の粒度計測システム。
請求項２のシステムにおいて、前記微小粒状材を分離する前後の粒状材料の重量及び含水率を計測する計測器、並びに前記重量及び含水率の計測値から粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を求める演算手段を設け、前記作成手段により、前記微小粒状材分離後の粒状材料の各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）と当該粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）とから粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成してなる粒状材料の粒度計測システム。
請求項３のシステムにおいて、前記記憶手段に粒状材料の標本から求めた所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を当該標本中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）の関数として記憶し、前記粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から前記関数により微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定する推定手段を設け、前記作成手段により、前記微小粒状材分離後の粒状材料の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と当該粒状材料の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）と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計測システム。
請求項１から４の何れかシステムにおいて、前記記憶手段に粒状材料の最粗粒標本及び最細粒標本の粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓを記憶し、前記粒状材料の粒径加積曲線Ｐと最粗粒標本及び最細粒標本の粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓとを比較して粒度品質を判定する判定手段を設けてなる粒状材料の粒度計測システム。
請求項１から４の何れかのシステムにおいて、前記記憶手段に継続的に供給される粒状材料から作成した粒度インデクスＩ又は粒径加積曲線Ｐを累積記憶し、今回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ又は粒径加積曲線Ｐ_ｔと前回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ−１又は粒径加積曲線Ｐ_ｔ−１とを比較して粒状材料の粒度変動を判定する判定手段を設けてなる粒状材料の粒度計測システム。
所定採取場又は破砕装置から供給される粒状材料の粒度を計測するためコンピュータを、前記粒状材料の撒き出し画像を入力する入力手段、前記画像中の各粒状材の輪郭を検出する検出手段、前記各粒状材の輪郭から粒径及び面積を求め且つ複数の粒径ｄｉについて画像中の粒状材料の全体面積に対する当該粒径ｄｉ以上の粒状材の面積割合を粒度インデクスＩｉとして算出する算出手段、前記粒状材料の標本から求めた各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉと当該粒径ｄｉ以下の粒状材の加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式を記憶する記憶手段、並びに前記算出した各粒径ｄｉの粒度インデクスＩｉを前記関係式により加積通過率Ｐ（ｄｉ）に変換して粒径加積曲線Ｐ（ｄ）を作成する作成手段として機能させる粒状材料の粒度計測プログラム。
請求項７のプログラムにおいて、前記撒き出し画像を所定粒径Ｄ未満の微小粒状材が分離された粒状材料の撒き出し画像とし、前記記憶手段に微小粒状材分離後の粒状材料標本から求めた粒度インデクスＩｉと加積通過率Ｐ（ｄｉ）との関係式を記憶し、前記作成手段により所定粒径Ｄ以上の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成してなる粒状材料の粒度計測プログラム。
請求項８のプログラムにおいて、前記入力手段に微小粒状材を分離する前後の粒状材料の重量及び含水率を入力し、前記コンピュータを、前記重量及び含水率の入力値から粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）を求める演算手段として機能させ、前記作成手段により、前記微小粒状材分離後の粒状材料の各粒径ｄｉの加積通過率Ｐ（ｄｉ）と当該粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）とから粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）を作成してなる粒状材料の粒度計測プログラム。
請求項９のプログラムにおいて、前記記憶手段に粒状材料の標本から求めた所定粒径Ｄ未満の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を当該標本中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）の関数として記憶し、前記コンピュータを、前記粒状材料中の微小粒状材の加積通過率Ｐ（Ｄ）から前記関数により微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）を推定する推定手段として機能させ、前記作成手段により、前記微小粒状材分離後の粒状材料の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≧Ｄ）と当該粒状材料の微小粒状材の粒径加積曲線Ｐ（ｄ≦Ｄ）と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計測プログラム。
請求項７から１０の何れかプログラムにおいて、前記記憶手段に粒状材料の最粗粒標本及び最細粒標本の粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓを記憶し、前記コンピュータを、前記粒状材料の粒径加積曲線Ｐと最粗粒標本及び最細粒標本の粒径加積曲線Ｐｒ、Ｐｓとを比較して粒度品質を判定する判定手段として機能させてなる粒状材料の粒度計測プログラム。
請求項７から１０の何れかのシステムにおいて、前記記憶手段に継続的に供給される粒状材料の粒度インデクスＩ又は粒径加積曲線Ｐを累積記憶し、前記コンピュータを、今回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ又は粒径加積曲線Ｐ_ｔと前回供給材料の粒度インデクスＩ_ｔ−１又は粒径加積曲線Ｐ_ｔ−１とを比較して粒状材料の粒度変動を判定する判定手段として機能させてなる粒状材料の粒度計測プログラム。