JP2012036590A - 掘削孔測定装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】より確実に孔壁の形状を測定することができる掘削孔測定装置およびプログラムを得る。
【解決手段】掘削孔測定装置２０により、掘削孔５０の内部の予め定められた位置から当該掘削孔５０の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知するセンサ部１２によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて掘削孔５０の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって掘削孔５０の壁面の位置を特定できなかった場合にセンサ部１２による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返し、前記特定処理によって特定された掘削孔５０の壁面の位置を示す情報を記憶する。
【選択図】図１

Description

本発明は、掘削孔測定装置およびプログラムに係り、より詳しくは、掘削孔の壁面の形状を測定する掘削孔測定装置およびプログラムに関する。

現場造成杭の築造においては、施工品質を確保する上で、地山掘削後の掘削孔の形状を、鉄筋籠建て込みやコンクリート打設の前に測定し、予め定められた形状となっていることを確認する必要がある。

この際、一般的には、広く一般に用いられている市販の超音波側壁測定器を用い、掘削孔の中心部付近から掘削孔の壁面（以下、「孔壁」という。）までの水平距離を、超音波エコーを利用した方式で測定し、予め定められた深度毎の掘削孔中心部付近から孔壁までの距離を記録して、掘削孔の全体的な傾斜や、掘削孔の直径、孔壁の部分的な崩壊の有無等を確認している。

しかしながら、従来の超音波側壁測定器を用いた測定では、孔壁が垂直面に対して大きく傾斜している場合は、傾斜した孔壁までの距離の測定精度が著しく悪く、測定自体ができない場合もある。これは、従来の超音波側壁測定器では、超音波を水平方向に発振しているため、傾斜の大きな孔壁に対しては反射波の音圧が著しく小さくなってしまうためである。以下、これに関して、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

従来の超音波側壁測定器では超音波を水平方向に発振しているため、一例として図１３（Ａ）に示すように、測定対象が垂直な孔壁の場合は当該孔壁で反射された超音波（反射波）も１８０度進行方向を変えられ、超音波を発振した超音波振動子に対して垂直に戻ってくる結果、受振する超音波の音圧レベルが比較的高く、高精度で距離の測定を行うことができる。

これに対し、一例として図１３（Ｂ）に示すように、傾斜が比較的大きな孔壁に対しては上記反射波の進行方向が入射波の進行方向に対して１８０度とはならない。すなわち、発振された超音波は傾斜された孔壁に当たり、その多くが拡散ないし屈折され、超音波振動子に戻ってくる超音波（反射波）の音圧レベルが著しく小さくなり、乱反射や雑音との区別ができなくなる結果、距離の測定を行うことができない場合が多い。

図１４には、一部に比較的大きな傾斜部を有する掘削孔の頂部側から底部側に向けて超音波振動子を移動させつつ、反射波の音圧レベルを測定する場合の、Ａモード表示の一例が示されている。同図に示すように、この場合、垂直な孔壁部分を測定する際には超音波振動子から孔壁までの水平方向の距離に応じた時間で反射波に相当する比較的大きな音圧レベルが検知されるため、予め定められた閾値以上となる音圧レベルを検出することによって反射波を特定することができる一方、上記傾斜部を測定する際には、当該孔壁からの反射波の音圧レベルが低すぎる結果、上記予め定められた閾値以上となる音圧レベルを検出することができず、反射波を特定できない場合が多い。

これに対し、従来、掘削孔の傾斜状態を測定するための技術として、特許文献１には、掘削孔の掘削工事において、掘削機に設けられた深度計および傾斜センサからの、深度変化量に比例する上昇または下降の深度パルスおよび掘削予定の中心線に垂直なＸ，Ｙ２方向における、掘削孔各点の中心線に対する傾斜角信号をうけて、掘削孔の現在深度、前記中心線からの偏位量を求める装置であって、傾斜センサの出力をＡＤ変換する２チャネルＡＤ変換器と、該ＡＤ変換器出力および前記深度パルスを入力する演算処理装置と、該演算処理装置の出力を表示する表示機器とからなり、前記演算処理装置は一定時間ごとにその時間範囲内の上昇・下降の深度パルスの増分カウント値の差を計算し、その差を累積して現在深度を計算する手段と、所定の計測深度範囲ごとに、前記ＡＤ変換器の出力信号からＸ，Ｙ方向の平均傾斜角および偏位量増分を計算する手段と、前記Ｘ・Ｙ方向偏位量増分を累積してＸ・Ｙ方向偏位量を計算する手段と、前記各手段により得られた深度、Ｘ・Ｙ方向平均傾斜角、Ｘ・Ｙ方向偏位量を表示する出力手段と、を備えたことを特徴とする掘削孔の傾斜測定装置が開示されている。

特開昭６０−２５３６９５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、その対象が掘削孔の全長での傾斜状態を測定するものとされているため、掘削孔の部分的な傾斜を測定することはできず、一部に傾斜を有する孔壁の形状を測定することができない、という問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、より確実に孔壁の形状を測定することができる掘削孔測定装置およびプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の掘削孔測定装置は、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段と、前記検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返す位置特定手段と、前記位置特定手段によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶する記憶手段と、を備えている。

請求項１記載の掘削孔測定装置によれば、位置特定手段により、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理が実行され、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向が変更されて前記特定処理が実行されることを予め定められた回数を上限として繰り返される。

そして、本発明では、前記位置特定手段によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報が記憶手段によって記憶される。なお、上記記憶手段には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ（Flash EEPROM）等の半導体記憶素子、フレキシブル・ディスク等の可搬記録媒体やハードディスク等の固定記録媒体、或いはネットワークに接続されたサーバ・コンピュータ等に設けられた外部記憶装置が含まれる。

このように、請求項１記載の掘削孔測定装置によれば、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返し、前記特定処理によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶しているので、より確実に孔壁の形状を測定することができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記検知手段を、予め定められた複数の方向の各々に対して個別に超音波が送信可能に構成してもよい。これにより、より低コストで孔壁の形状を測定することができる。

また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記位置特定手段が、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部および底部の何れか一方から他方に向けて移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を再度実行してもよい。これにより、より効率よく孔壁の形状を測定することができる。

特に、請求項３に記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、前記位置特定手段が、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部から底部に向けて往路移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行した後、前記検知手段を、前記掘削孔の底部から頂部に向けて復路移動させつつ、前記往路移動の際の前記特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更した状態で前記特定処理を再度実行してもよい。これにより、より効率よく孔壁の形状を測定することができる。

さらに、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記位置特定手段によって前記予め定められた回数だけ前記特定処理を実行しても前記位置が特定できなかった場合に、当該位置が特定できなかったことを報知する処理を実行する報知手段をさらに備えてもよい。これにより、孔壁の形状を測定できなかったことを容易に把握することができる。なお、本発明に係る報知手段による報知には、ディスプレイ装置等の表示装置による可視表示による報知、プリンタ等の画像形成装置による永久可視表示による報知、およびスピーカ等の発音装置による可聴表示による報知が含まれる。

一方、上記目的を達成するために、請求項６記載のプログラムは、コンピュータを、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返す位置特定手段と、前記位置特定手段によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶する記憶手段と、として機能させるためのものである。

従って、請求項６に記載のプログラムによれば、コンピュータに対して請求項１記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項１記載の発明と同様に、より確実に孔壁の形状を測定することができる。

本発明によれば、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返し、前記特定処理によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶しているので、より確実に孔壁の形状を測定することができる、という効果が得られる。

実施の形態に係る掘削孔測定システムの全体構成を示す側面断面図である。 実施の形態に係るセンサ部の要部構成を示す側面断面図である。 実施の形態に係る掘削孔測定装置の電気系の要部構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る掘削孔測定装置に備えられた二次記憶部の主な記憶内容を示す模式図である。 実施の形態に係る掘削孔設計情報データベースの構成を示す模式図である。 実施の形態に係る測定結果情報データベースの構成を示す模式図である。 実施の形態に係る掘削孔測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る掘削孔測定プログラムによる掘削孔の傾斜部分の測定法の説明に供する側面断面図である。 実施の形態に係る測定結果画面の一例を示す概略図である。 実施の形態に係る掘削孔測定プログラムの処理の説明に供する説明図である。 実施の形態に係るセンサ部の他の構成例を示す側面断面図である。 実施の形態に係る掘削孔測定法の他の例の説明に供する側面断面図である。 従来技術の問題点の説明に供する側面断面図である。 従来技術の問題点の説明に供する概略図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明が適用された掘削孔測定システム１０の全体構成を説明する。

同図に示すように、本実施の形態に係る掘削孔測定システム１０は、測定対象とする掘削孔５０に安定液３２が満たされた状態で当該掘削孔５０の壁面（以下、「孔壁」という。）５２の形状を測定するものであり、センサ部１２、昇降装置１６、および当該システム１０の中核となる掘削孔測定装置２０を備えている。

センサ部１２は、掘削孔５０の内部の予め定められた位置（本実施の形態では、掘削孔５０の平面視中央部）から孔壁５２の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の孔壁５２からの反射波を検知するものである。

図２に示すように、センサ部１２は、断面視楕円状の縦長の球状に構成されており、その周辺部の予め定められた複数の位置に超音波振動子が設けられている。なお、同図では、錯綜を回避するために図示を一部省略するが、本実施の形態に係るセンサ部１２には、超音波の送信方向が水平方向とされた超音波振動子１２Ａと、超音波の送信方向が水平方向より下方に４５度傾斜した方向となる超音波振動子１２Ｂとの一対の超音波振動子（以下、「対構成超音波振動子群」という。）が、センサ部１２の外周面における平面視９０度毎の４箇所に対して設けられている。

ここで、各超音波振動子１２Ａ，１２Ｂは、各々、超音波を送信した後、当該超音波の孔壁５２からの反射波を検知して当該反射波の音圧レベルを示す信号（以下、「音圧信号」という。）を出力するように構成されている。

一方、昇降装置１６は、中央部にセンサ部１２が取り付けられた取付部１４を鉛直方向に下降ないし上昇させるものであり、掘削孔５０の頂部壁面と地面３０とを仕切る表層ケーシング１８に取り付けられている。なお、本実施の形態に係る昇降装置１６には、センサ部１２の深度を測定するための水圧計、エンコーダ等といった図示しない深度測定装置が設けられている。

また、掘削孔測定装置２０は、センサ部１２における各超音波振動子１２Ａ，１２Ｂによって超音波を送信した時点から反射波を受信した時点までの時間に基づいて孔壁５２の位置を特定し、特定した位置を示す情報を記録するものであり、表層ケーシング１８における昇降装置１６の取り付け位置の近傍に取り付けられている。

次に、図３を参照して、掘削孔測定システム１０において特に重要な役割を有する掘削孔測定装置２０の電気系の要部構成を説明する。

同図に示すように、本実施の形態に係る掘削孔測定装置２０は、掘削孔測定装置２０全体の動作を司るＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）２０Ａと、ＣＰＵ２０Ａによる各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ２０Ｂと、各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ２０Ｃと、各種情報を記憶するために用いられる記憶手段として機能する二次記憶部（ここでは、ハードディスク装置）２０Ｄと、各種情報を入力するために用いられる操作パネル２０Ｅと、各種情報を表示するために用いられるディスプレイ２０Ｆと、外部装置等との間で各種情報の授受を行う外部インタフェース２０Ｇと、外部装置等との間で通信を行う通信部２０Ｈと、が備えられており、これら各部はシステムバスＢＵＳにより電気的に相互に接続されている。

従って、ＣＰＵ２０Ａは、ＲＡＭ２０Ｂ、ＲＯＭ２０Ｃ、および二次記憶部２０Ｄに対するアクセス、操作パネル２０Ｅを介した各種入力情報の取得、ディスプレイ２０Ｆに対する各種情報の表示、外部インタフェース２０Ｇを介した外部装置等との間の各種情報の授受、および通信部２０Ｈを介した外部装置等との間の通信を各々行うことができる。

なお、外部インタフェース２０Ｇには、前述したセンサ部１２および昇降装置１６が電気的に接続されており、ＣＰＵ２０Ａは、センサ部１２の各超音波振動子１２Ａ，１２Ｂに対する超音波の送信の制御、各超音波振動子１２Ａ，１２Ｂから出力される音圧信号の受信、昇降装置１６に設けられた図示しない深度測定装置によるセンサ部１２の深度の把握、および昇降装置１６によるセンサ部１２の下降および上昇の制御を各々行うことができる。

一方、図４には、掘削孔測定装置２０に備えられた二次記憶部２０Ｄの主な記憶内容が模式的に示されている。

同図に示すように、二次記憶部２０Ｄには、各種データベースを記憶するためのデータベース領域ＤＢと、掘削孔測定装置２０の各部を制御するための制御プログラムや各種処理を行うためのアプリケーション・プログラム等を記憶するためのプログラム領域ＰＧと、が設けられている。

また、データベース領域ＤＢには、掘削孔設計情報データベースＤＢ１および測定結果情報データベースＤＢ２が含まれる。以下、各データベースの構成について詳細に説明する。

掘削孔設計情報データベースＤＢ１は、掘削孔５０の設計上の形状を示す情報が予め登録されたものであり、一例として図５に示されるように、深度および直径の各情報が記憶されるように構成されている。

上記深度は、掘削孔５０の頂部からの深さを示す情報であり、上記直径は、掘削孔５０の対応する深度の位置における直径を示す情報である。例えば、図５に示す例では、深度が１．０ｃｍの位置における掘削孔５０の設計上の直径が２．０ｍであることを示している。

一方、測定結果情報データベースＤＢ２は、掘削孔測定システム１０による掘削孔５０に対する測定結果を示す情報が記憶されるものであり、一例として図６に示されるように、深度および水平距離の各情報が記憶されるように構成されている。

上記深度は、掘削孔設計情報データベースＤＢ１における深度と同様の情報であり、上記水平距離は、センサ部１２が掘削孔５０の対応する深度に位置されている状態で当該センサ部１２に設けられた４組の対構成超音波振動子群の各々による測定によって得られた、センサ部１２から孔壁５２までの水平距離を示す情報である。例えば、図６に示す例では、各対構成超音波振動子群による、深度が１ｃｍの位置におけるセンサ部１２から孔壁５２までの水平距離の測定結果が、各々１．０１ｍ、１．０２ｍ、１．０２ｍ、１．０１ｍであったことを示している。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係る掘削孔測定システム１０の作用を説明する。なお、図７は、掘削孔測定装置２０の操作パネル２０Ｅ等を介して実行指示が受け付けられた際に、掘削孔測定装置２０のＣＰＵ２０Ａによって実行される掘削孔測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部２０Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、掘削孔設計情報データベースＤＢ１が予め構築されており、さらに、センサ部１２が掘削孔５０の平面視中央部における頂部に位置されている場合について説明する。

同図のステップ１００では、掘削孔５０の頂部からのセンサ部１２の予め定められた速度（本実施の形態では、１．０ｃｍ／ｓ）での下降動作を開始するように昇降装置１６を制御し、次のステップ１０２では、センサ部１２が予め定められた距離（本実施の形態では、１．０ｃｍ）だけ下降するまで待機した後、次のステップ１０４にて、センサ部１２の下降動作を停止するように昇降装置１６を制御する。

次のステップ１０６では、４組の対構成超音波振動子群のうちの何れか１組の対構成超音波振動子群（以下、「第１処理対象振動子群」という。）における超音波振動子１２Ａから予め定められた周波数（本実施の形態では、９０ｋＨｚ）の超音波を、予め定められた期間（本実施の形態では、１マイクロ秒間）だけ送信（発振）するようにセンサ部１２を制御し、次のステップ１０８にて、当該超音波振動子１２Ａからの予め定められた期間（本実施の形態では、２秒間）の音圧信号の受信待ちを行う。

次のステップ１１０では、受信した音圧信号における最大音圧レベルが予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ１１２に移行する。なお、本実施の形態に係る掘削孔測定プログラムでは、上記予め定められた閾値として、受信した音圧信号における最大音圧レベルが当該閾値以上となった場合に、当該最大音圧レベルが、超音波振動子１２Ａから送信した超音波の反射波に対応するものであると見なすことのできる値として、実機を用いた実験やコンピュータ・シミュレーション等によって予め得られた値を適用している。

ステップ１１２では、上記ステップ１０６の処理によって超音波振動子１２Ａより超音波を送信した時点から、上記ステップ１１０の処理によって上記予め定められた閾値以上であると判定された最大音圧レベルに対応する信号を当該超音波振動子１２Ａによって受信した時点までの期間（以下、「超音波送受信期間」という。）ｔおよび安定液３２における音速ｖを次の（１）式に代入することにより、この時点のセンサ部１２から孔壁５２までの水平距離Ｌを演算する。

次のステップ１１４では、上記ステップ１１２の処理によって得られた水平距離Ｌを、測定結果情報データベースＤＢ２における、この時点のセンサ部１２の深度に対応する記憶領域に記憶し、その後にステップ１１８に移行する。

一方、上記ステップ１１０において否定判定となった場合にはステップ１１６に移行し、予め定められた測定エラーを示す情報（以下、「エラー情報」という。）を、測定結果情報データベースＤＢ２における対応する深度に対応する記憶領域に記憶し、その後にステップ１１８に移行する。なお、上記ステップ１１４または上記ステップ１１６の処理を実行する際に、対応する深度が測定結果情報データベースＤＢ２に記憶されていない場合には、当該深度も測定結果情報データベースＤＢ２に記憶するようにする。

ステップ１１８では、４組の対構成超音波振動子群の全てを用いて上記ステップ１０６〜ステップ１１６の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１０６に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１２０に移行する。なお、上記ステップ１０６〜ステップ１１８の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった対構成超音波振動子群を第１処理対象振動子群として適用するようにする。

ステップ１２０では、センサ部１２が掘削孔５０の底部まで到達したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１２２に移行する。ステップ１００〜ステップ１２０の繰り返し処理により、センサ部１２が掘削孔５０の頂部から底部に至る往路移動を行っている際に測定された、予め定められた深度（本実施の形態では、１ｃｍ）毎の対構成超音波振動子群の各々により得られた水平距離Ｌまたはエラー情報が、測定結果情報データベースＤＢ２に記憶されることになる。

ステップ１２２では、掘削孔５０の底部からのセンサ部１２の予め定められた速度（本実施の形態では、１．０ｃｍ／ｓ）での上昇動作を開始するように昇降装置１６を制御し、次のステップ１２４では、センサ部１２が予め定められた距離（本実施の形態では、１．０ｃｍ）だけ上昇するまで待機した後、次のステップ１２６にて、センサ部１２の上昇動作を停止するように昇降装置１６を制御する。

次のステップ１２８では、４組の対構成超音波振動子群のうちの何れか１組の対構成超音波振動子群（以下、「第２処理対象振動子群」という。）における超音波振動子１２Ｂから予め定められた周波数（本実施の形態では、９０ｋＨｚ）の超音波を、予め定められた期間（本実施の形態では、１マイクロ秒間）だけ送信（発振）するようにセンサ部１２を制御し、次のステップ１３０にて、当該超音波振動子１２Ｂからの予め定められた期間（本実施の形態では、２秒間）の音圧信号の受信待ちを行う。

次のステップ１３２では、受信した音圧信号における最大音圧レベルが、上記ステップ１１０の処理で適用した上記予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、否定判定となった場合は後述するステップ１３８に移行する一方、肯定判定となった場合にはステップ１３４に移行する。

ステップ１３４では、センサ部１２の移動経路上の位置から孔壁５２までの水平距離Ｌｘを導出する。以下、図８を参照して、水平距離Ｌｘの導出手順について説明する。

まず、上記ステップ１２８の処理によって超音波振動子１２Ｂから超音波を送信した時点から、上記ステップ１３２の処理によって上記予め定められた閾値以上であると判定された音圧レベルに対応する信号を当該超音波振動子１２Ｂによって受信した時点までの期間（超音波送受信期間）ｔｓおよび安定液３２における音速ｖを次の（２）式に代入することにより、この時点のセンサ部１２から孔壁５２までの距離Ｌｓを演算する。

次に、距離Ｌｓおよび超音波振動子１２Ｂの水平方向に対する傾斜角θ（本実施の形態では、４５°）を次の（３）式に代入することにより、水平距離Ｌｘを演算する。

また、水平距離Ｌｘ、傾斜角θ、およびこの時点のセンサ部１２の深度Ｄｓを次の（４）式に代入することにより、水平距離Ｌｘに対応する深度Ｄｘを演算する。

次のステップ１３６では、上記ステップ１３４の処理によって得られた水平距離Ｌｘを、測定結果情報データベースＤＢ２における深度Ｄｘに対応する記憶領域に記憶（上書き）し、その後にステップ１３８に移行する。

ステップ１３８では、４組の対構成超音波振動子群の全てを用いて上記ステップ１２８〜ステップ１３６の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１２８に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１４０に移行する。なお、上記ステップ１２８〜ステップ１３８の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった対構成超音波振動子群を第２処理対象振動子群として適用するようにする。

ステップ１４０では、センサ部１２が掘削孔５０の頂部まで到達したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１２２に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１４２に移行する。ステップ１２２〜ステップ１４０の繰り返し処理により、センサ部１２が掘削孔５０の底部から頂部に至る復路移動を行っている際に測定された水平距離Ｌｘが測定結果情報データベースＤＢ２に上書き記憶されることになる。

ステップ１４２では、測定結果情報データベースＤＢ２にエラー情報が存在するか否かを判定することにより、以上の処理では測定できなかった領域が存在しないか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ１４４に移行して、以上の処理によって得られた測定結果情報データベースＤＢ２の各情報を用いて、予め定められた構成とされた測定結果画面を表示するようにディスプレイ２０Ｆを制御し、その後に本掘削孔測定プログラムを終了する。

図９には、上記ステップ１４４の処理によって、掘削孔測定装置２０のディスプレイ２０Ｆに表示される測定結果画面の一例が示されている。同図に示される例では、各々センサ部１２に互いに背中合わせで配置された二対の対構成超音波振動子群によって測定された水平距離を用いて作成した孔壁５２の断面形状を示す画像が測定結果画面として表示される。従って、ユーザは、当該測定結果画面を参照することによって、掘削孔５０の測定結果に基づく形状を視覚的かつ容易に把握することができる。

一方、上記ステップ１４２において否定判定となった場合にはステップ１４６に移行し、予め定められた報知処理を実行した後に本掘削孔測定プログラムを終了する。なお、本実施の形態に係る掘削孔測定プログラムでは、上記ステップ１４６において実行される報知処理として、掘削孔測定装置２０に内蔵された図示しないブザーを鳴動させる処理を適用しているが、これに限らず、ディスプレイ２０Ｆにより未測定領域がある旨を表示する処理、通信部２０Ｈを介して未測定領域がある旨を示す情報を外部装置等に送信する処理等、他の処理を適用してもよいことは言うまでもない。

図１０には、本実施の形態に係る掘削孔測定プログラムにより実行される処理が模式的に示されている。

同図の手順Ａに示すように、掘削孔測定プログラムのステップ１００〜ステップ１０４の処理を繰り返し実行することにより、センサ部１２が掘削孔５０の頂部から底部に至る往路移動を予め定められた距離（本実施の形態では、１ｃｍ）毎に間欠的に行う一方、ステップ１０６〜ステップ１１４の処理により、センサ部１２の移動が停止された状態で、超音波の送信方向が水平方向とされた超音波振動子１２Ａにより得られた超音波送受信期間ｔに基づいて水平距離Ｌ（同図では、「Ｌ１」、「Ｌ２」と表記。）が得られて、記憶される。

しかしながら、この際、孔壁５２の傾斜部分（同図における深度Ｄ１から深度Ｄ２までの部分）については、超音波振動子１２Ａから受信された音圧信号における最大音圧レベルが予め定められた閾値以上とならないため、この部分に関しては、一例として同図の手順Ｂに示すように、正確な水平距離Ｌを得ることができない。

そこで、本実施の形態に係る掘削孔測定プログラムでは、ステップ１１６の処理により、一例として同図の手順Ｃに示すように、孔壁５２の傾斜部分については測定データを破棄（本実施の形態では、エラー情報を記憶）する。

そして、掘削孔測定プログラムのステップ１２２〜ステップ１４０の処理により、一例として同図の手順Ｄに示すように、センサ部１２が掘削孔５０の底部から頂部に至る復路移動を行う際に、上記往路移動の際に得られなかった水平距離を、超音波の送信方向が水平方向に対して下方に４５°傾斜した超音波振動子１２Ｂにより得られた超音波送受信期間ｔｓに基づいて水平距離Ｌｘが得られて、記憶される。

以上の処理によって得られた、各深度毎の孔壁５２までの水平距離に基づいて、一例として同図の手順Ｅに示すように、傾斜部分に関しても、その形状を表示することが可能となる。

なお、超音波は直線状に狭い範囲を維持しながら進行するのではなく、進行方向に対して直交する方向に拡がる指向角を有しているので、測定対象とする孔壁面に必ずしも垂直に発振する必要はなく、大まかに垂直であればよい。従って、傾斜角の小さな孔壁を測定する場合には、敢えて超音波の進行方向を傾斜させる必要はない。

また、この指向角は、超音波の周波数によって変わるため、適用する周波数に応じて、超音波振動子の発振方向傾斜角を設定する形態としてもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態では、掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段（本実施の形態では、センサ部１２）によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数（本実施の形態では、１回）を上限として繰り返し、前記特定処理によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶しているので、より確実に孔壁の形状を測定することができる。

また、本実施の形態では、前記検知手段を、予め定められた複数の方向（本実施の形態では、水平方向および水平方向に対して下方に４５°傾斜した方向の２つの方向）の各々に対して個別に超音波が送信可能に構成しているので、より低コストで孔壁の形状を測定することができる。

また、本実施の形態では、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部および底部の何れか一方から他方に向けて移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を再度実行しているので、より効率よく孔壁の形状を測定することができる。

特に、本実施の形態では、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部から底部に向けて往路移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行した後、前記検知手段を、前記掘削孔の底部から頂部に向けて復路移動させつつ、前記往路移動の際の前記特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更した状態で前記特定処理を再度実行しているので、より効率よく孔壁の形状を測定することができる。

さらに、本実施の形態では、前記予め定められた回数だけ前記特定処理を実行しても前記位置が特定できなかった場合に、当該位置が特定できなかったことを報知する処理を実行しているので、孔壁の形状を測定できなかったことを容易に把握することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

例えば、上記実施の形態では、センサ部１２として一対の超音波振動子１２Ａ，１２Ｂが４対で合計８個の超音波振動子が設けられたものを適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１１には、他のセンサ部１２’の構成例が示されている。

同図に示すセンサ部１２’は、断面視８角形状の多面体状に構成されており、その周辺部の予め定められた複数の面に超音波振動子１２Ａ〜１２Ｃが設けられている。なお、同図では、錯綜を回避するために図示を一部省略するが、センサ部１２’には、超音波の送信方向が水平方向とされた超音波振動子１２Ａと、超音波の送信方向が水平方向より下方に４５度傾斜した方向となる超音波振動子１２Ｂと、超音波の送信方向が水平方向より上方に４５度傾斜した方向となる超音波振動子１２Ｃとの３つの超音波振動子が、センサ部１２’の外周面における平面視所定角度（一例として、６０°）毎の複数箇所（一例として、６箇所）に対して設けられている。

また、センサ部１２に設ける超音波振動子の数を１つとし、当該超音波振動子を、超音波の送信方向が変化するように、モータ等を用いて回転移動させることにより、複数の方向に対して超音波を送信することができるように構成する形態としてもよい。この場合、超音波振動子の回転移動のための制御を伴うため、当該制御による負荷は増加するものの、超音波振動子の数を最小限の１つとすることができる結果、センサ部１２の低コスト化に寄与することができる。

また、上記実施の形態では、センサ部１２の移動を停止した状態でセンサ部１２から孔壁５２までの水平距離を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサ部１２の移動を停止させずに上記水平距離を測定する形態としてもよい。この場合、上記実施の形態に比較して、測定時間を短縮することができる。

また、上記実施の形態では、センサ部１２の復路移動時において、予め定められた移動距離（上記実施の形態では、１．０ｃｍ）毎に当該移動経路上の位置から孔壁５２までの水平距離Ｌｘを測定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、センサ部１２の往路移動時に測定できなかった領域のみ、復路移動時に測定する形態としてもよい。

この場合、一例として図１２に示すように、往路移動時に測定できなかった領域の深度範囲がＤｘ１からＤｘ２までの範囲であり、深度Ｄｘ１の直前に測定された水平距離ＬがＬ１で、深度Ｄｘ２の直後に測定された水平距離ＬがＬ２とした場合、次の（５）式〜（６）式により得られる深度Ｄｓ２から次の（７）式〜（８）式により得られる深度Ｄｓ１までの範囲を測定すればよい。

なお、上記実施の形態の場合、θが４５°であるので、深度Ｄｓ１はＤｘ１−Ｌ１で求められ、深度Ｄｓ２はＤｘ２−Ｌ２で求められる。この場合、上記実施の形態に比較して、復路移動時における水平距離の測定のための負荷を大幅に低減することができる。

また、上記実施の形態では、昇降装置１６および掘削孔測定装置２０を表層ケーシング１８に取り付けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、昇降装置１６および掘削孔測定装置２０の少なくとも一方を地面３０または表層ケーシング１８の上に置く形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、センサ部１２の形状が断面視楕円状の縦長の球状である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、断面視矩形状、断面視真円状、断面視多角形状等の他の形状とする形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、センサ部１２の往路移動時に予め定められた方向（上記実施の形態では、水平方向）に超音波を送信して孔壁までの距離を測定する一方、センサ部１２の復路移動時に上記予め定められた方向とは異なる方向（上記実施の形態では、水平方向に対して下方に４５°傾斜した方向）に超音波を送信して孔壁までの距離を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記往路移動時に上記予め定められた方向および当該予め定められた方向とは異なる方向の双方に対して超音波を送信することによって孔壁までの距離を測定する形態としてもよい。また、この場合、掘削孔設計情報データベースＤＢ１に登録されている設計上の深度毎の直径に基づいて、上記予め定められた方向への超音波の送信では測定できない孔壁の領域を予め特定し、特定した領域に対してのみ、上記予め定められた方向とは異なる方向に超音波を送信して孔壁までの距離を測定する形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、センサ部１２を往路移動および復路移動の１往復のみ行って孔壁までの距離を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、１往復のみでは測定できない領域が存在した場合には、超音波の送信方向をさらに変更したうえで、上記実施の形態と同様に再度往復移動させて測定することを繰り返す形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、超音波振動子により発振する超音波の周波数を固定（上記実施の形態では、９０ｋＨｚ）とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、超音波振動子として、各々異なる周波数の超音波を発振することのできるものを複数適用し、孔壁までの距離が測定できなかった場合に、当該測定時とは異なる周波数の超音波を発振する超音波振動子を適用して再度測定する形態としてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明を、掘削孔に安定液３２が満たされた状態で孔壁の形状を測定する形態に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、安定液３２に代えて水が満たされた状態での測定に適用する形態や、これらの液体が満たされておらず、空洞となっている状態での測定に適用する形態等としてもよい。

その他、上記実施の形態で説明した掘削孔測定システム１０および掘削孔測定装置２０の構成（図１〜図４参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な構成要素を削除したり、新たな構成要素を追加したりしてもよいことは言うまでもない。

また、上記実施の形態で示した掘削孔測定プログラムの処理の流れ（図７参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な処理ステップを削除したり、新たな処理ステップを追加したり、処理ステップの順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。

また、上記実施の形態で示した測定結果画面の構成（図９参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、表示内容を変更してもよいことは言うまでもない。

例えば、図９に示した測定結果画面に対して、掘削孔設計情報データベースＤＢ１に登録されている掘削孔５０の設計上の形状を重ねて表示する形態としてもよい。この場合、予定されていた掘削孔５０の形状と、測定された掘削孔５０の形状とを容易に比較することができる。

また、上記実施の形態で示した各種データベースの構成（図５，図６参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、一部の情報を削除したり、新たな情報を追加したり、記憶位置を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。

さらに、上記実施の形態で示した各演算式（（１）式〜（４）式参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要なパラメータを削除したり、新たなパラメータを追加したり、パラメータを変更したり、演算の順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。

１０ 掘削孔測定システム
１２ センサ部（検知手段）
１４ 取付部
１６ 昇降装置
１８ 表層ケーシング
２０ 掘削孔測定装置
２０Ａ ＣＰＵ（位置特定手段）
２０Ｄ 二次記憶部（記憶手段）
ＤＢ１ 掘削孔設計情報データベース
ＤＢ２ 測定結果情報データベース

Claims (6)

1. 掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返す位置特定手段と、
   前記位置特定手段によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶する記憶手段と、
   を備えた掘削孔測定装置。
2. 前記検知手段は、予め定められた複数の方向の各々に対して個別に超音波が送信可能に構成されている
   請求項１記載の掘削孔測定装置。
3. 前記位置特定手段は、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部および底部の何れか一方から他方に向けて移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を再度実行する
   請求項１または請求項２記載の掘削孔測定装置。
4. 前記位置特定手段は、前記検知手段を、前記掘削孔の頂部から底部に向けて往路移動させつつ、前記超音波を前記予め定められた方向に向けて送信させた状態で前記特定処理を実行した後、前記検知手段を、前記掘削孔の底部から頂部に向けて復路移動させつつ、前記往路移動の際の前記特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった領域について、前記超音波の送信方向を変更した状態で前記特定処理を再度実行する
   請求項３記載の掘削孔測定装置。
5. 前記位置特定手段によって前記予め定められた回数だけ前記特定処理を実行しても前記位置が特定できなかった場合に、当該位置が特定できなかったことを報知する処理を実行する報知手段
   をさらに備えた請求項１から請求項４の何れか１項記載の掘削孔測定装置。
6. コンピュータを、
   掘削孔の内部の予め定められた位置から当該掘削孔の壁面の方向で、かつ予め定められた方向に向けて超音波を送信した後、当該超音波の前記壁面からの反射波を検知する検知手段によって前記超音波を送信した時点から前記反射波を受信した時点までの時間に基づいて前記掘削孔の壁面の位置を特定する特定処理を実行し、当該特定処理によって前記掘削孔の壁面の位置を特定できなかった場合に前記検知手段による前記超音波の送信方向を変更して前記特定処理を実行することを予め定められた回数を上限として繰り返す位置特定手段と、
   前記位置特定手段によって特定された前記掘削孔の壁面の位置を示す情報を記憶する記憶手段と、
   として機能させるためのプログラム。

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