JP2017156302A - 埋設物探査装置、掘削システム及び埋設物探査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートを掘削しながら、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを簡易かつ迅速に判断することが可能な埋設物探査装置、掘削システム及び埋設物探査方法を提供することを目的とする。【解決手段】埋設物探査装置１は、コンクリートを掘削する掘削装置２によってコンクリートが掘削されているときコンクリートから伝達される振動を検出する振動計３と、掘削装置２を流れる電流の電流値を検出する電流計５と、振動計３で検出された振動、及び、電流計５で検出された電流値に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する他ブレット端末７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、埋設物探査装置、掘削システム及び埋設物探査方法に関するものである。

既設建屋など既に使用されている建築物において、配管を追加して敷設する場合など、コンクリート部分をドリルによって掘削して穴を形成する必要が生じることがある。穴が掘削されて形成された後、その穴に配管が敷設される。

なお、特許文献１では、トンネルの掘削工事における施工中の切羽前方の地質を探査する方法が開示されている。この方法は、掘削工事の施工に付随する作業によって発生する地盤のノイズ振動を震源として、震源からの直接波と、切羽前方の地質変化による境界面で反射した反射波を受振し、地震波干渉法によって、切羽前方の地質状況を予測する。

特開２０１４−１０６０７５号公報

上述のとおり、既設建築物のコンクリートに対してドリルを用いて穴を設ける場合、コンクリート内の鉄筋や配管等の埋設物の損傷を防ぐため、予め試掘用の穴を設け、ＥＣＴ探査プローブ（ＥＣＴ：渦電流探傷検査）などを挿入する方法がある。ＥＣＴ探査プローブの検査結果から、試掘用の穴の近傍に存在する埋設物を事前に検出できる。しかし、穴を形成したりプローブを挿入したりと、手間や時間が掛かる上、掘削部の全てにわたって事前に検査できない。そのため、穴を形成する本施工において、埋設物を損傷する等の支障が多く生じている。埋設物を損傷してしまうと、復旧作業が必要になる等、大きな弊害が発生する。

また、施工時に、埋設物に干渉したか否かの判断は、ドリルの操作者の手や耳の感覚に頼っており、判断基準が操作者ごとに曖昧でばらつきがある。したがって、操作停止の判断が遅れてしまい、埋設物を損傷することがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コンクリートを掘削しながら、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを簡易かつ迅速に判断することが可能な埋設物探査装置、掘削システム及び埋設物探査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の埋設物探査装置、掘削システム及び埋設物探査方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る埋設物探査装置は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートから伝達される振動を検出する振動検出部と、前記掘削部を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、前記振動検出部で検出された前記振動、及び、前記電流検出部で検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部とを備える。

この構成によれば、振動検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートから伝達される振動を検出し、電流検出部が掘削部を流れる電流の電流値を検出する。その結果、振動検出部で検出された振動と、電流検出部で検出された電流値の変化を検出でき、振動及び電流の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを判断できる。

上記発明において、前記掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部を更に備えてもよい。

この構成によれば、音検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートで発生する音を検出し、音検出部で検出された音の変化を検出できる。したがって、音の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かの判断を、より精度良く、非接触でより容易に行うことができる。

本発明に係る埋設物探査装置は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部と、前記掘削部を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、前記音検出部で検出された前記音、及び、前記電流検出部で検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部とを備える。

この構成によれば、音検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートから伝達される音を検出し、電流検出部が掘削部を流れる電流の電流値を検出する。その結果、音検出部で検出された音と、電流検出部で検出された電流値の変化を検出でき、音及び電流の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを判断できる。

本発明に係る埋設物探査装置は、回転する穴あけ工具を有してコンクリートを掘削する掘削部によって、前記コンクリートが掘削されているとき、前記コンクリートから伝達される振動を検出する振動検出部と、前記穴あけ工具の回転数を検出する回転数検出部と、前記振動検出部で検出された前記振動、及び、前記回転数検出部で検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部とを備える。

この構成によれば、振動検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートから伝達される振動を検出し、回転数検出部が、回転する穴あけ工具の回転数を検出する。その結果、振動検出部で検出された振動と、回転数検出部で検出された回転数の変化を検出でき、振動及び回転数の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを判断できる。

上記発明において、前記掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部を更に備えてもよい。

この構成によれば、音検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートで発生する音を検出し、音検出部で検出された音の変化を検出できる。したがって、音の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かの判断を、より精度良く行うことができる。

本発明に係る埋設物探査装置は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部と、前記穴あけ工具の回転数を検出する回転数検出部と、前記音検出部で検出された前記音、及び、前記回転数検出部で検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部とを備える。

この構成によれば、音検出部が、掘削部によってコンクリートが掘削されているときコンクリートから伝達される音を検出し、回転数検出部が、回転する穴あけ工具の回転数を検出する。その結果、音検出部で検出された音と、回転数検出部で検出された回転数の変化を検出でき、音及び回転数の検出結果によって、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを判断できる。

上記発明において、前記判断部で判断された結果に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを表示するように表示部を制御する表示制御部を更に備えてもよい。

この構成によれば、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かが、表示部に表示され、掘削部の操作者が、表示部における表示結果に基づいて、掘削部の運転又は停止を操作できる。

上記発明において、前記判断部で判断された結果に基づいて、前記掘削部の運転又は停止を制御する掘削制御部を更に備えてもよい。

この構成によれば、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かに応じて、掘削部の運転を継続させたり、停止させたりすることができる。具体的には、コンクリート内の埋設物が存在していないと判断される場合、掘削部の運転を継続させ、他方、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在していると判断された場合、掘削部の運転を停止させる。

本発明に係る掘削システムは、上述の埋設物探査装置と、前記コンクリートを掘削する掘削部とを備える。

本発明に係る埋設物探査方法は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートから伝達される振動を検出するステップと、前記掘削部を流れる電流の電流値を検出するステップと、検出された前記振動、及び、検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップとを備える。

本発明に係る埋設物探査方法は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出するステップと、前記掘削部を流れる電流の電流値を検出するステップと、検出された前記音、及び、検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップとを備える。

本発明に係る埋設物探査方法は、回転する穴あけ工具を有してコンクリートを掘削する掘削部によって、前記コンクリートが掘削されているとき、前記コンクリートから伝達される振動を検出するステップと、前記穴あけ工具の回転数を検出するステップと、検出された前記振動、及び、検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップとを備える。

本発明に係る埋設物探査方法は、コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出するステップと、前記穴あけ工具の回転数を検出するステップと、検出された前記音、及び、検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップとを備える。

本発明によれば、コンクリートを掘削しながら、コンクリート内における掘削位置において、コンクリート内の埋設物が存在している否かを簡易かつ迅速に判断することができる。

本発明の第１実施形態及びその変形例に係る掘削システムを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る掘削システムのタブレット端末を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る掘削システムの動作を示すフローチャートである。 周波数分析された周波数ごとの強度分布を示すグラフであり、（ａ）コンクリートのみを掘削している状態と、（ｂ）埋設物に干渉している状態をそれぞれ示す。 電流値の時間変化を示すグラフである。 本発明の第１実施形態の変形例に係る掘削システムの動作を示すフローチャートである。 抽出された周波数の振動の時間変化を示すグラフであり、（ａ）コンクリートのみを掘削している状態と、（ｂ）埋設物に干渉している状態をそれぞれ示す。 本発明の第２実施形態に係る掘削システムを示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る掘削システムのタブレット端末を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る掘削システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る掘削システムを示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る掘削システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る掘削システムを示す概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る掘削システムの動作を示すフローチャートである。 回転数の時間変化を示すグラフである。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る掘削システム１０について、図１から図５を用いて説明する。
本実施形態に係る掘削システム１０は、図１に示すように、埋設物探査装置１と、掘削装置２を備える。埋設物探査装置１は、通常用いられる掘削装置２に適用することが可能である。

掘削装置２は、コンクリートを掘削して、コンクリートに穴を形成する装置であり、例えば、ドリル８と、モータ９と、レバー１１と、取付パッド１２などを有する。

ドリル８は、穴あけ工具の一例であり、回転してコンクリートを掘削する。ドリル８によって、コンクリートには、例えば、数１０ｍｍの直径の穴が形成される。

モータ９は、電気によって駆動し、ドリル８を回転させる駆動力を発生させる。レバー１１は、操作者がドリル８を操作する操作手段であり、レバー１１の操作によって、掘削方向にドリル８を進ませたり、ドリル８の進行を停止させたりすることができる。

取付パッド１２は、ドリル８、モータ９及びレバー１１などを支持する支持台であり、取付パッド１２と設置面との間を吸引して、掘削装置２全体を支持する。なお、掘削装置２の支持台は、取付パッド１２に限定されず、単に設置面に置かれるだけのものでもよい。

埋設物探査装置１は、掘削装置２によって、建築物のコンクリート部分を掘削して穴を形成する際、コンクリート内に埋設されている埋設物、例えば、配管などが掘削位置（以下、掘削位置と、掘削位置よりも掘削方向の前方の位置も含む。）に存在しているか否かを判断する。本実施形態では、掘削装置２によって、コンクリート部分を掘削して穴を形成しながら、埋設物の存在を検出できる。コンクリート内の埋設物には、配管のほか、鉄筋などがある。また、埋設物の配管には、例えば、鋼管等の金属製の管、塩化ビニル管等のプラスチック製の管などがあり、用途としては、給排水用、電気配線用などがある。

本実施形態に係る埋設物探査装置１は、振動計３と、アンプ４と、電流計５と、Ａ／Ｄ変換器６と、タブレット端末７などを備える。

振動計３は、掘削装置２によって掘削が行われるコンクリート面に直接設置され、コンクリートから伝達される振動を検出する。振動計３は、接着剤などを用いてコンクリート面へ設置される。振動計３は、一般的に用いられるものを適用でき、例えば加速度センサーを備える。振動計３によって検出された検出信号は、アンプ４によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６へ送られる。

電流計５は、掘削装置２のモータ９を流れる電流の電流値を検出する。電流計５は、例えばクランプメータであり、測定対象とする電線を切断することなく電線を囲って、電流による磁界を測ることによって、電線を流れる電流の電流値を測定する。電流計５は、モータ９を流れる電流が流れる電線に配置される。

なお、電流計５は、クランプメータに限られない。例えば、回路上に設置される一般的な電流計を用いてもよい。この場合、電流計は、掘削装置２の回路が配線され直されてモータ９と直列に配置され、モータ９を流れる電流を測定する。

電流計５によって検出された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器６へ送られる。Ａ／Ｄ変換器６は、振動計３又は電流計５から送られたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６は、変換後のデジタル検出信号をタブレット端末７に送る。

タブレット端末７は、図２に示すように、受信部１３と、判断部１４と、表示制御部１５と、モニタ１６などを備える。タブレット端末７は、ＣＰＵ及びメモリなどを備え、プログラムによって動作を実行することが可能である。タブレット端末７で処理された結果は、モニタ１６上に表示され、ドリル８が埋設物に干渉しているか否かを、掘削装置２の操作者に知らせる。ドリル８が埋設物に干渉していることが表示された場合、表示結果に基づいて、操作者は速やかに掘削装置２を停止できる。

受信部１３は、振動計３又は電流計５から送られＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された検出信号を受信する。受信部１３は、振動に関する検出信号及び電流に関する検出信号それぞれを判断部１４へ送る。

判断部１４は、振動計３で検出された振動、及び、電流計５で検出された電流値に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する。

判断部１４では、振動計３で検出された検出信号を周波数分析し、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるかどうかを検出する。判断部１４における周波数分析は、ウェブレット分析などの一般的な技術によって行われる。図４に、周波数分析された周波数ごとの強度分布を示す。ここでは、図４（ａ）に示すように、コンクリートのみを掘削している状態で、特定の周波数の強度がピークになっているところ、図４（ｂ）に示すように、埋設物に干渉している状態では、特定の周波数の強度が低下し、ピークが消滅している例を示している。

なお、周波数の強度の変化は、この例に限定されず、埋設物に干渉することで、干渉前はピークになっていない特定の周波数の強度が、ピークになる場合もあり得るし、埋設物との干渉前後で、ピークが生じる周波数が変化する場合もあり得る。

判断部１４は、電流計５で検出された検出信号を処理して、電流値の時刻歴変化を取得する。図５は、電流値の時間変化を示すグラフの一例である。図５では、コンクリートのみ掘削している場合は、電流値が低く、コンクリートよりも掘削しにくい埋設物があることによって、電流値が上昇している例を示している。

判断部１４は、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるか否かを判断する。また、判断部１４は、電流値に変化が生じるか否かを判断する。

すなわち、掘削時、特定の周波数の強度と電流値の両方に変化が生じた場合、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断する。他方、特定の周波数の強度と電流値のいずれか一方又は両方に変化が生じない場合は、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在せず、コンクリートのみを掘削していると判断する。特定の周波数の強度と電流値のいずれか一方に変化が生じた場合、場合によっては、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断してもよい。

特定の周波数の強度、又は、電流値に変化が生じたか否かの判断は、予め定められた閾値に基づいて行われる。閾値は、予め実験等によって取得されており、取得された閾値がメモリ等の記憶部に記録されている。

なお、掘削中に埋設物が存在する場合に強度が変化する特定の周波数は、予め実験等によって取得されており、取得された周波数がメモリ等の記憶部に記録されている。特定の周波数の強度の変化は、掘削中にコンクリート内の埋設物が存在するときに、強度が上昇する場合もあるし、反対に、強度が低下する場合もある。

また、掘削中に埋設物が存在する場合、コンクリートよりも掘削しにくい埋設物がある場合は、コンクリートのみ掘削している場合よりも電流値が上昇する。反対に、コンクリートよりも掘削しやすい埋設物がある場合は、コンクリートのみ掘削している場合よりも電流値が低下する。いずれの場合も、埋設物が存在すると判断できるように、電流値に変化が生じたか否かの判断に用いる閾値として、コンクリート掘削時の電流値よりも高い閾値及び低い閾値の両方を取得しておく。

判断部１４は、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かの判断結果に関するデータを表示制御部１５へ送る。表示制御部１５は、判断部１４から送られたデータに基づいて、モニタ１６に埋設物が存在するか否かの判断結果を表示する。具体的には、モニタ１６は、埋設物と干渉していることを表示したり、埋設物と干渉せずコンクリートのみを掘削していることを表示する。埋設物と干渉する前に掘削方向に埋設物が存在していることが予め判断できた場合は、埋設物が掘削位置の近傍に存在していることを表示してもよい。

次に、本実施形態に係る掘削システム１０の動作について、図３を用いて、説明する。
まず、本実施形態に係る掘削システム１０を、穴を形成する建築物のコンクリート部分に設置する（ステップＳ１）。そして、掘削装置２の運転を開始し、ドリル８によってコンクリートの掘削を始める（ステップＳ２）。

このとき、振動計３による振動の検出と電流計５による電流の検出が可能な状態としておく。掘削装置２によって掘削が行われているとき、振動計３は、コンクリートから伝達される振動を検出する（ステップＳ３）。また、電流計５は、掘削装置２のモータ９を流れる電流の電流値を検出する（ステップＳ４）。

そして、振動計３で検出された振動、及び、電流計５で検出された電流値に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かが判断される。

具体的には、振動計３で検出された検出信号が周波数分析され（ステップＳ５）、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるかどうかが検出される（ステップＳ６）。また、電流計５で検出された検出信号に基づいて、電流値の時刻歴変化が取得されて、電流値に変化が生じるか否かが判断される（ステップＳ６）。

その結果、掘削時、特定の周波数の強度と電流値の両方に変化が生じた場合、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断される。他方、特定の周波数の強度と電流値のいずれか又は両方に変化が生じない場合は、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在せず、コンクリートのみを掘削していると判断される。

なお、特定の周波数の強度、又は、電流値に変化が生じたか否かの判断は、予め定められた閾値に基づいて行われる。

埋設物が存在すると判断された場合、モニタ１６には、埋設物と干渉していることが表示される（ステップＳ７）。他方、埋設物が存在しないと判断されている場合、埋設物と干渉せずコンクリートのみを掘削していることが、モニタ１６に表示される（ステップＳ８）。なお、埋設物と干渉する前に掘削方向に埋設物が存在していることが予め判断できる場合は、埋設物が掘削位置の近傍に存在していることがモニタ１６に表示されてもよい。

掘削装置２の操作者は、モニタ１６の表示結果に基づいて、掘削装置２の運転の継続又は停止を判断する。コンクリート内におけるドリル８の進行方向において、埋設物がなければ、支障がなくコンクリート部分に穴を形成できる。一方、埋設物が存在すると判断された場合は、掘削装置２による掘削を停止して、埋設物に損傷を与えないように適切な処理を行う。

以上より、ドリル８と埋設物との接触は、振動計３及び電流計５のデータで判断されるため、定量的な判断が可能となる。そのため、操作者の経験上の判断に頼ることなく、初心者でも、掘削作業を的確に行うことができる。

また、振動計３がコンクリート面に直接設置され、コンクリートから伝達される振動を検出することから、感度が高く、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断精度が高い。

さらに、特定の周波数の強度と電流値の両方に基づいて、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断が行われるため、いずれか一方による場合に比べて判断精度が高く、また、実験データ又は実証データ等の蓄積に応じて、埋設物の種類を判別できるようになる。

またさらに、判断結果が、タブレット端末７のモニタ１６上に、具体的に表示されるため、操作者が掘削装置２の操作判断に迷いが生じにくい。

また、掘削装置２による掘削が行われているとき、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断、及び、モニタ１６への結果表示が、逐次なされるため、穴を設ける本施工の前の事前調査が不要になり、作業効率が良い。

［第１実施形態の変形例］
次に、上述した第１実施形態の変形例について、図６及び図７を用いて説明する。
本変形例では、振動計３で検出された検出信号を周波数分析するのではなく、特定の周波数の振動をフィルター処理によって抽出する。

本変形例に係る埋設物探査装置１は、上述した実施形態と同様に、図１に示すように、掘削装置２と、振動計３と、アンプ４と、電流計５と、Ａ／Ｄ変換器６と、タブレット端末７などを備える。以下では、本変形例において、上述した実施形態と重複する構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。

タブレット端末７は、上述した実施形態と同様に、図２に示すように、受信部１３と、判断部１４と、表示制御部１５と、モニタ１６などを備える。

本変形例では、判断部１４において、振動計３で検出された検出信号をフィルター処理し（ステップＳ９）、フィルター処理によって抽出された周波数の振動に変化が生じるかどうかを検出する。判断部１４におけるフィルター処理は、一般的な技術によって行われる。判断部１４は、振動計３で検出された検出信号を処理して、抽出された周波数の振動の時刻歴変化を取得する。図７に、抽出された周波数の振動の時間変化を示す。ここでは、図７（ａ）に示すように、コンクリートのみを掘削している状態で、特定の周波数の振動が時間経過に関わらず比較的低く推移するところ、図７（ｂ）に示すように、埋設物に干渉している状態では、特定の周波数の振動が大きくなり振幅差も広がっている例を示している。

判断部１４は、上述した実施形態と同様に、電流計５で検出された検出信号を処理して、電流値の時刻歴変化を取得する。

判断部１４は、フィルター処理によって抽出された周波数の振動に変化が生じるか否かを判断する。また、判断部１４は、電流値に変化が生じるか否かを判断する（ステップＳ１０）。

すなわち、掘削時、抽出された周波数の強度と電流値の両方に変化が生じた場合、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断する。他方、抽出された周波数の強度と電流値のいずれか又は両方に変化が生じない場合は、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在せず、コンクリートのみを掘削していると判断する。

抽出された周波数の強度、又は、電流値に変化が生じたか否かの判断は、予め定められた閾値に基づいて行われる。閾値は、予め実験等によって取得されており、取得された閾値がメモリ等の記憶部に記録されている。

なお、フィルター処理によって抽出する周波数は、予め実験等によって取得されており、取得された周波数がメモリ等の記憶部に記録されている。抽出された周波数の振動の変化は、掘削中にコンクリート内の埋設物が存在するときに、振幅幅が大きくなる場合もあるし、反対に、振幅幅が小さくなる場合もある。

以上より、振動計３の検出結果は、フィルター処理を行うだけで、予め着目した周波数の振動の変化を検出でき、上述した実施形態と異なり、周波数分析等の処理を含まない。そのため、判断プロセスが簡易になり、比較的演算処理速度が高くなる。

また、本変形例の場合も、ドリル８と埋設物との接触が、振動計３及び電流計５のデータで判断されるため、定量的な判断が可能となる。そのため、操作者の経験上の判断に頼ることなく、初心者でも、掘削作業を的確に行うことができる。

さらに、抽出された周波数の振動と電流値の両方に基づいて、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断が行われるため、いずれか一方による場合に比べて判断精度が高く、また、実験データ又は実証データ等の蓄積に応じて、埋設物の種類を判別できるようになる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る掘削システム１０について、図８から図１０を用いて説明する。
上述した第１実施形態では、判断結果が、タブレット端末７のモニタ１６上に、具体的に表示されて、操作者が掘削装置２の操作判断を行う場合について説明したが、本実施形態では、判断結果に基づいて、掘削装置２が自動で運転を継続したり停止したりする。

本実施形態に係る掘削システム１０は、埋設物探査装置１と、第１実施形態で説明した掘削装置２を備える。埋設物探査装置１は、図８に示すように、振動計３と、アンプ４と、電流計５と、Ａ／Ｄ変換器６と、タブレット端末７に加えて、Ｄ／Ａ変換器１７と、モータコントローラ１８を更に備える。以下では、本実施形態において、上述した第１実施形態及びその変形例と重複する構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。

タブレット端末７は、図９に示すように、第１実施形態で説明した受信部１３と、判断部１４と、表示制御部１５と、モニタ１６に加えて、送信部１９を更に備える。

判断部１４は、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かの判断結果に関するデータを送信部１９へ送る。送信部１９は、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かの判断結果に関するデータを、Ｄ／Ａ変換器１７を介して、モータコントローラ１８へ送る。

モータコントローラ１８は、判断部１４で判断された結果に関するデータに基づいて、掘削装置２のモータ９を回転させるか否かのモータ９の動作に関する信号を生成する。モータコントローラ１８は、モータ９の動作に関する信号をモータ９へ送信する。

具体的には、モータコントローラ１８は、埋設物と干渉していると判断された場合、又は、埋設物と干渉する前に掘削方向に埋設物が存在していることが予め判断できた場合は、モータを停止させる信号をモータ９へ送る。埋設物と干渉せずコンクリートのみを掘削していると判断された場合は、モータ９へ運転を継続させる信号を送る。

これにより、図１０に示すように、モータコントローラ１８からの信号に基づいて、埋設物と干渉していると判断された場合、又は、埋設物と干渉する前に掘削方向に埋設物が存在していることが予め判断できた場合、モータ９は、運転を停止し、掘削装置２による掘削が自動的に停止される（ステップＳ１１）。

一方、モータコントローラ１８からの信号に基づいて、埋設物と干渉せずコンクリートのみを掘削していると判断された場合、掘削装置２のモータ９は、運転を継続する（ステップＳ１２）。コンクリート内におけるドリル８の進行方向において、埋設物がなければ、支障がなくコンクリート部分に穴を形成できる。

以上、本実施形態によれば、ドリル８と埋設物との接触が、振動計３及び電流計５のデータで判断されて、定量的な判断が可能となるだけでなく、判断結果が、タブレット端末７からモータ９へ伝達されるため、操作者の判断を介することなく、モータ９の運転及び停止を実行できる。その結果、人的判断が介在しないため、判断結果が、運転又は停止動作に的確に反映される。

なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に、判断結果が、タブレット端末７のモニタ１６上に、具体的に表示されるようにしてもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る掘削システム１０について、図１１及び図１２を用いて説明する。
上述した第１及び第２実施形態では、振動計３で検出された振動、及び、電流計５で検出された電流値に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するとしたが、本実施形態では、マイクロフォン２０で検出された音についても、埋設物の有無の判断に用いられる。

本実施形態に係る埋設物探査装置１は、図１１に示すように、第１実施形態で説明した構成要素に追加して、マイクロフォン２０と、アンプ２１を更に備える。なお、図示しないが、第２実施形態で説明した構成要素に追加して、マイクロフォン２０と、アンプ２１を更に備えてもよい。

以下では、本実施形態において、上述した第１実施形態及びその変形例、又は、第２実施形態と重複する構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。

マイクロフォン２０は、掘削装置２によって掘削が行われるコンクリート面に直接設置されるのではなく、掘削箇所の近傍に設置され、掘削時にコンクリートで発生する音を検出する（図１２のステップＳ１３）。マイクロフォン２０は、一般的に用いられるものを適用でき、マイクロフォン２０によって検出された検出信号は、アンプ２１によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６へ送られる。

Ａ／Ｄ変換器６は、振動計３、電流計５、又はマイクロフォン２０から送られたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６は、変換後のデジタル検出信号をタブレット端末７に送る。

タブレット端末７は、第１実施形態又は第２実施形態と同様に、受信部１３と、判断部１４と、表示制御部１５と、モニタ１６などを備える。

受信部１３は、振動計３、電流計５、又はマイクロフォン２０から送られ、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された検出信号を受信する。受信部１３は、振動に関する検出信号及び電流に関する検出信号それぞれを判断部１４へ送る。

判断部１４は、振動計３で検出された振動、電流計５で検出された電流値、及びマイクロフォン２０で検出された音に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する。

判断部１４では、マイクロフォン２０で検出された検出信号を周波数分析し（図１２のステップＳ１４）、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるかどうかを検出する。判断部１４における周波数分析は、ウェブレット分析などの一般的な技術によって行われる。

判断部１４は、電流計５で検出された検出信号を処理して、電流値の時刻歴変化を取得する。

判断部１４は、振動又は音に関し、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるか否かを判断する。また、判断部１４は、電流値に変化が生じるか否かを判断する（図１２のステップＳ１５）。

すなわち、掘削時、振動に関する特定の周波数の強度と、電流値と、音に関する特定の周波数の強度の全てに変化が生じた場合、又は、いずれか二つ以上に変化が生じた場合、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断する。他方、振動に関する特定の周波数の強度と、電流値と、音に関する特定の周波数の強度のいずれにも変化が生じない場合は、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在せず、コンクリートのみを掘削していると判断する。なお、振動に関する特定の周波数の強度と、電流値と、音に関する特定の周波数の強度のいずれか一つに変化が生じた場合は、場合によって、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断してもよい。

音に関する特定の周波数の強度に変化が生じたか否かの判断は、予め定められた閾値に基づいて行われる。閾値は、予め実験等によって取得されており、取得された閾値がメモリ等の記憶部に記録されている。

なお、掘削中に埋設物が存在する場合に強度が変化する音に関する特定の周波数は、予め実験等によって取得されており、取得された周波数がメモリ等の記憶部に記録されている。音に関する特定の周波数の強度の変化は、掘削中にコンクリート内の埋設物が存在するときに、強度が上昇する場合もあるし、反対に、強度が低下する場合もある。

判断結果は、第１実施形態と同様に、タブレット端末７のモニタ１６に表示されるようにしてもよいし、第２実施形態と同様に、自動に掘削装置２が自動で運転を継続したり停止したりするためのデータとして用いられてもよい。

以上より、ドリル８と埋設物との接触は、振動計３、電流計５及びマイクロフォン２０のデータで判断されるため、定量的な判断が可能となる。そのため、操作者の経験上の判断に頼ることなく、初心者でも、掘削作業を的確に行うことができる。

また、振動計３がコンクリート面に直接設置され、コンクリートから伝達される振動を検出することから、感度が高く、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断精度が高い。

さらに、マイクロフォン２０は、掘削が行われる作業面近傍で音を取得することができ、振動計３と異なり、作業面に対して接触させることなく、接着剤によるコンクリート面への固定が不要である。そのため、マイクロフォン２０の設置は、振動計３の設置に比べて容易である。

振動に関する特定の周波数の強度と、電流値と、音に関する特定の周波数の強度に基づいて、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断が行われるため、いずれか一つによる場合に比べて判断精度が高く、また、実験データ又は実証データ等の蓄積に応じて、埋設物の種類を判別できるようになる。

また、判断結果が、タブレット端末７のモニタ１６上に、具体的に表示されるため、操作者が掘削装置２の操作判断に迷いが生じにくい。または、判断結果が、タブレット端末７からモータ９へ伝達されるため、操作者の判断を介することなく、モータ９の運転及び停止を実行できる。その結果、人的判断が介在しないため、判断結果が、運転又は停止動作に的確に反映される。

また、掘削装置２による掘削が行われているとき、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断、及び、モニタ１６への結果表示が、逐次なされるため、穴を設ける本施工の前の事前調査が不要になり、作業効率が良い。

なお、上述した実施形態では、マイクロフォン２０で検出された検出信号を周波数分析する場合について説明したが、音に関する特定の周波数の音圧レベルをフィルター処理によって抽出してもよい。判断部１４において、マイクロフォン２０で検出された検出信号をフィルター処理し、フィルター処理によって抽出された周波数の音圧レベルに変化が生じるかどうかを検出する。

また、上述した実施形態では、埋設物探査装置１が振動計３を備える場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。すなわち、埋設物探査装置１は、振動計３を備えず、マイクロフォン２０で検出された音、及び、電流計５で検出された電流値に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断してもよい。

マイクロフォン２０の設置は、上述したとおり、コンクリート面への接着剤などによる固定が不要であり、振動計３の設置に比べて容易である。そのため、施工場所が水で濡れているなど施工条件が悪く、振動計３を設置が困難である場合においても、マイクロフォン２０を用いることによって、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かの判断を行うことができる。

なお、上述した実施形態では、音検出部の一例としてマイクロフォン２０を用いる場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。すなわち、音検出部として、空間を伝達する音を検出するマイクロフォンではなく、コンクリート内を伝達する音を直接検出する装置を用いてもよい。この装置の場合、必要に応じて、コンクリート面への固定が必要になるが、振動に関する特定の周波数の強度と、電流値と、音に関する特定の周波数の強度に基づいて、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断が行われるため、いずれか一つによる場合に比べて判断精度を高めることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る掘削システム１０について、図１３から図１５を用いて説明する。

上述した第１から第３実施形態では、電流計５がモータ９を流れる電流値を検出し、判断部１４が、電流値の時刻歴変化に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するとしたが、本発明はこの例に限定されない。

本実施形態では、電流値を検出する代わりに、ドリル８の回転数を検出する。以下では、本実施形態において、上述した第１実施形態及びその変形例、第２実施形態、又は、第３実施形態と重複する構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る埋設物探査装置１は、第１実施形態及びその変形例、第２実施形態、又は、第３実施形態で説明した電流計５の代わりに、回転計２２を備える。

回転計２２は、ドリル８の回転数を検出する（図１４のステップＳ１６）。回転計２２は、例えばパルスセンサー２３を有する。パルスセンサー２３は、ドリル８に対してレーザー光を照射し、ドリル８に貼付された反射マーク、又は、ドリル８に形成された窪み又は突起で反射したレーザー光を受光する。回転計２２は、ドリル８で反射しパルスセンサー２３で受光したレーザー光に基づいて、ドリル８の回転数を検出する。

回転計２２は、一般的に用いられるものを適用できる。また、ドリル８の回転数を検出できるものであれば、パルスセンサー２３を用いない他の回転計でもよい。

回転計２２によって検出された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器６へ送られる。Ａ／Ｄ変換器６は、回転計２２から送られたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６は、変換後のデジタル検出信号をタブレット端末７に送る。

タブレット端末７は、第１から第３実施形態と同様に、受信部１３と、判断部１４と、表示制御部１５と、モニタ１６などを備える。

受信部１３は、振動計３又は回転計２２から送られ、Ａ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された検出信号を受信する。受信部１３は、振動に関する検出信号及びドリル８の回転数に関する検出信号それぞれを判断部１４へ送る。

判断部１４は、振動計３で検出された振動、及び、回転計２２で検出された回転数に基づいて、コンクリート内における掘削装置２の掘削位置において、コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する。

判断部１４では、振動計３で検出された検出信号を周波数分析し、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるかどうかを検出する。判断部１４における周波数分析は、ウェブレット分析などの一般的な技術によって行われる。または、判断部１４は、フィルター処理によって予め定められた周波数を抽出して、抽出された周波数の強度に変化が生じるかどうかを検出してもよい。

判断部１４は、回転計２２で検出された検出信号を処理して、回転数の時刻歴変化を取得する。図１５は、回転数の時間変化を示すグラフの一例である。図１５では、コンクリートのみ掘削している場合は、回転数が高く、コンクリートよりも掘削しにくい埋設物があることによって、回転数が低下している例を示している。

判断部１４は、予め定められた特定の周波数の強度に変化が生じるか否かを判断する。また、判断部１４は、回転数に変化が生じるか否かを判断する（図１４のステップＳ１７）。

すなわち、掘削時、特定の周波数の強度と回転数の両方に変化が生じた場合、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在していると判断する。他方、特定の周波数の強度と回転数のいずれか又は両方に変化が生じない場合は、掘削位置又はその近傍において、埋設物が存在せず、コンクリートのみを掘削していると判断する。

回転数に変化が生じたか否かの判断は、予め定められた閾値に基づいて行われる。閾値は、予め実験等によって取得されており、取得された閾値がメモリ等の記憶部に記録されている。

なお、掘削中に埋設物が存在する場合、コンクリートよりも掘削しにくい埋設物がある場合は、コンクリートのみ掘削している場合よりも回転数が低下する。反対に、コンクリートよりも掘削しやすい埋設物がある場合は、コンクリートのみ掘削している場合よりも回転数が上昇する。いずれの場合も、埋設物が存在すると判断できるように、回転数に変化が生じたか否かの判断に用いる閾値として、コンクリート掘削時の回転数よりも高い閾値及び低い閾値の両方を取得しておく。

判断結果は、第１実施形態と同様に、タブレット端末７のモニタ１６に表示されるようにしてもよいし、第２実施形態と同様に、自動に掘削装置２が自動で運転を継続したり停止したりするためのデータとして用いられてもよい。

以上より、ドリル８と埋設物との接触は、振動計３及び回転計２２のデータで判断されるため、定量的な判断が可能となる。そのため、操作者の経験上の判断に頼ることなく、初心者でも、掘削作業を的確に行うことができる。

回転計２２の応答は、電流値の上下とは反対の上下の挙動を示すが、埋設物の有無に応じて、電流計５の出力応答と同様の変化をするため、電流計５の代替として用いることが可能である。また、回転計２２は、モータ９の電流を測定する電流計５を、回路上に直列に設置して配線する場合と異なり、電気回路に関する施工が不要である。そして、回転計２２は、掘削装置２に対して非接触で、掘削装置２の外部から取り付け可能で、電流計に比べて容易に設置できる。

また、特定の周波数の強度と回転数の両方に基づいて、ドリル８と埋設物との接触又は干渉の判断が行われるため、いずれか一方による場合に比べて判断精度が高く、また、実験データ又は実証データ等の蓄積に応じて、埋設物の種類を判別できるようになる。

なお、第３実施形態と同様に、振動計３による振動の検出に加えて、又は、振動計３による振動の検出の代わりに、マイクロフォン２０による音の検出を行ってもよい。

１ ：埋設物探査装置
２ ：掘削装置
３ ：振動計
４ ：アンプ
５ ：電流計
６ ：Ａ／Ｄ変換器
７ ：タブレット端末
８ ：ドリル
９ ：モータ
１０ ：掘削システム
１１ ：レバー
１２ ：取付パッド
１３ ：受信部
１４ ：判断部
１５ ：表示制御部
１６ ：モニタ
１７ ：Ｄ／Ａ変換器
１８ ：モータコントローラ
１９ ：送信部
２０ ：マイクロフォン
２１ ：アンプ
２２ ：回転計
２３ ：パルスセンサー

Claims (13)

1. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートから伝達される振動を検出する振動検出部と、
   前記掘削部を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
   前記振動検出部で検出された前記振動、及び、前記電流検出部で検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部と、
   を備える埋設物探査装置。
2. 前記掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部を更に備える請求項１に記載の埋設物探査装置。
3. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部と、
   前記掘削部を流れる電流の電流値を検出する電流検出部と、
   前記音検出部で検出された前記音、及び、前記電流検出部で検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部と、
   を備える埋設物探査装置。
4. 回転する穴あけ工具を有してコンクリートを掘削する掘削部によって、前記コンクリートが掘削されているとき、前記コンクリートから伝達される振動を検出する振動検出部と、
   前記穴あけ工具の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記振動検出部で検出された前記振動、及び、前記回転数検出部で検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部と、
   を備える埋設物探査装置。
5. 前記掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部を更に備える請求項４に記載の埋設物探査装置。
6. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出する音検出部と、
   前記穴あけ工具の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記音検出部で検出された前記音、及び、前記回転数検出部で検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断する判断部と、
   を備える埋設物探査装置。
7. 前記判断部で判断された結果に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを表示するように表示部を制御する表示制御部を更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
8. 前記判断部で判断された結果に基づいて、前記掘削部の運転又は停止を制御する掘削制御部を更に備える請求項１から７のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の埋設物探査装置と、
   前記コンクリートを掘削する掘削部と、
   を備える掘削システム。
10. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートから伝達される振動を検出するステップと、
    前記掘削部を流れる電流の電流値を検出するステップと、
    検出された前記振動、及び、検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップと、
    を備える埋設物探査方法。
11. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出するステップと、
    前記掘削部を流れる電流の電流値を検出するステップと、
    検出された前記音、及び、検出された前記電流値に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップと、
    を備える埋設物探査方法。
12. 回転する穴あけ工具を有してコンクリートを掘削する掘削部によって、前記コンクリートが掘削されているとき、前記コンクリートから伝達される振動を検出するステップと、
    前記穴あけ工具の回転数を検出するステップと、
    検出された前記振動、及び、検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップと、
    を備える埋設物探査方法。
13. コンクリートを掘削する掘削部によって前記コンクリートが掘削されているとき前記コンクリートで発生する音を検出するステップと、
    前記穴あけ工具の回転数を検出するステップと、
    検出された前記音、及び、検出された前記回転数に基づいて、前記コンクリート内における前記掘削部の掘削位置において、前記コンクリート内に埋められた埋設物が存在するか否かを判断するステップと、
    を備える埋設物探査方法。
    

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