JP6013674B1 - 粒状材料検出装置及びマウンド築造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、投入される粒状材料による破損の恐れが小さく、精度の高い検出を可能とする仕組みを提供する。本発明において、トレミー管２０の内壁面には、トレミー管２０の断面円の径を通る直線上の互いに向かい合う位置に、トレミー管２０の内部から外部へと貫通する穴部２０１，２０２が設けられている。例えばポリカーボネイド等からなる２つの透明部材５０１，５０２がこの穴部２０１，２０２を塞ぐようにして、例えばネジ止めなどの固定具でトレミー管２０に取り付けられている。一方の透明部材５０１の外側には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光部５０３が配置され、他方の透明部材５０２の外側には、例えばフォトダイオードなどの受光部５０４が配置されている。これらの透明部材５０１，５０２、発光部５０３、受光部５０４及び保護カバー５０５，５０６を１組とし、この組がトレミー管２０の軸方向において複数設けられている。上記の構成により、トレミー管に投入された粒状材料がいずれの組の発光部５０３及び受光部５０４の位置に達しているかが検出される。

Description

この発明は、トレミー管に投入される粒状材料を検出するための技術に関する。

従来から、トレミー管に投入されるコンクリートの量を検出するために、コンクリートから受ける圧力を検出する圧力センサをトレミー管の内壁面に設けるものや（特許文献１参照）、トレミー管の上端から上面までの距離をレーザ光で計測するもの（特許文献２，３参照）などが知られている。

特開２００２−１８０６６６号公報 特開２００８−７５３３３号公報 特開２００９−８３３５３号公報

トレミー管の内壁面に圧力センサを設けるような構造では、投入される粒状材料（本願において粒状材料とは、「土」「砂」「砂利、砕石」「石」に例示される多数の粒状物からなる材料、またはそれらの２以上の混合物を意味する）によって圧力センサの検出面が破損する恐れがある。また、トレミー管に粒状材料を投入して水底にマウンドを築造するような場合に、水分を含んでスラリー化した粒状材料をトレミー管に投入すると気泡や汚濁が発生する。このような気泡や汚濁は、上述したようなトレミー管の上端から粒状材料の上面までのような比較的長い距離をレーザ光で計測する場合には、誤検出の要因となることがある。トレミー管に投入される材料を、超音波により上面から、もしくは側面から検出する方法においても、粒状材料の投入により発生した気泡や汚濁により正確な検出が困難である。

そこで、この発明は、投入される粒状材料による破損の恐れが小さく、精度の高い検出が可能な仕組みを提供することを目的とする。

上述の目的を解決するため、この発明は、トレミー管の内壁面を構成し、互いに向かい合う位置に設けられた２つの透明部材と、一方の前記透明部材の外側に配置された発光手段と、他方の前記透明部材の外側に配置された受光手段と、前記発光手段によって発せられた光のうち前記受光手段が受光した光の光量子または照度に基づいて、前記トレミー管の投入口に搬送された粒状材料が前記発光手段及び前記受光手段の位置に達しているか否かを検出する検出手段とを有することを特徴とする粒状材料検出装置を提供する。

前記受光手段及び前記検出手段は、光量子センサで構成されていてもよい。

前記受光手段及び前記検出手段は、照度センサで構成されていてもよい。

前記トレミー管の径より短い幅で、前記トレミー管の外周から突出する突出部を備え、前記２つの透明部材は、前記突出部の幅方向において互いに向かい合う位置に設けられていてもよい。

前記２つの透明部材、前記発光手段及び前記受光手段の組は、前記トレミー管の軸方向において複数設けられていてもよい。

また、本発明は、トレミー管の投入口へ粒状材料を搬送し、請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒状材料検出装置を用いて前記粒状材料を検出し、前記トレミー管の排出口から前記粒状材料を排出して、水中にマウンドを築造するマウンド築造方法を提供する。

本発明によれば、投入される粒状材料による破損の恐れが小さく、精度の高い検出が可能となる。

粒状材料投入設備１の構造を概略的に示す斜視図。 粒状材料検出装置５０の構成を示す図。 トレミー管２０に粒状材料Ｓが投入されるときの様子を示す図。 変形例に係る粒状材料検出装置５０９ａの構造を示す図。 比較例としての発光部５１１及び受光部５１２の構成を示す図。

この発明の好ましい形態について、以下、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、粒状材料投入設備１の構造を概略的に示す斜視図である。走行台車１０には、粒状材料投入経路として鉛直方向に延びるトレミー管２０が設けられている。この走行台車１０は、第１ガイド部３０に沿って矢印Ｘ方向に移動可能であり、図示せぬ駆動手段によって矢印Ｘ方向における任意の位置へと移動する。走行台車１０及び第１ガイド部３０は、第２ガイド部４０に沿って、矢印Ｘ方向に直交する矢印Ｙ方向に移動可能であり、図示せぬ駆動手段によって矢印Ｙ方向における任意の位置へと一体となって移動する。第２ガイド部４０は、水底方向に向って延びるスパットと呼ばれる複数本の脚部（図示略）により、水底に対して固定される。

トレミー管２０は、例えば二重構造の筒体であり、これらの筒体が相対的にスライドすることにより、鉛直方向に伸縮可能である。粒状材料投入時において、トレミー管２０下端の排出口２１は水底付近に位置し、上端の投入口２２は水上にある。水分を含んでスラリー化した粒状材料は、図示せぬ材料供給船からホース配管等の搬送経路を経由してトレミー管の投入口２２へと投入され、トレミー管２０の内部を通って水底へと落下する。もしくは、材料供給船から、直接トレミー管内へ粒状材料が投入されてもよい。

例えば、水底に広範囲に平坦なマウンドを築造する工事の場合には、トレミー管２０の下端の排出口２１の位置を移動させ、マウンドの出来形（天端高さ）が所定の基準内となるように、トレミー管内の粒状材料の蓄積量を検出して管理することが重要である。

そこで、トレミー管２０の軸方向の複数の位置に、粒状材料の有無を検出する粒状材料検出装置５０がそれぞれ設けられている。図１では、３つの粒状材料検出装置５０−１，５０−２，５０−３を例示しているが、その数や設置位置は任意である。トレミー管２０の内部空間において粒状材料が水底から上方へと徐々に蓄積していくと、複数の粒状材料検出装置５０−１〜５０−３のうち、下方にあるものから上方にあるものへと順番に粒状材料を検出することになる。

図２は、粒状材料検出装置５０の構造を示す図である。図２において、（Ａ）がトレミー管２０の軸方向の断面図であり、（Ｂ）がトレミー管２０の径方向の断面図である。トレミー管２０の内壁面において、トレミー管２０の断面円の径を通る直線上の互いに向かい合う位置には、トレミー管２０の内部から外部へと貫通する穴部２０１，２０２が設けられている。例えばポリカーボネイド等からなる２つの透明部材５０１，５０２が、この穴部２０１，２０２を塞ぐようにして、例えばネジ止めなどの固定具でトレミー管２０に取り付けられている。つまり、透明部材５０１，５０２は、トレミー管２０の内壁面を構成し、互いに向かい合う位置に設けられている。

一方の透明部材５０１の外側には、例えばハロゲンライトなどの、様々な波長を含む光を発する発光部５０３が配置され、他方の透明部材５０２の外側には、例えばフォトダイオードなどの受光部５０４が配置されている。発光部５０３及び受光部５０４の上方には、保護カバー５０５，５０６がそれぞれ設けられている。この保護カバー５０５，５０６は、例えば投入口２２からトレミー管２０の内部に投入されずにトレミー管２０の外周近傍に落下してくる粒状材料等によって発光部５０３及び受光部５０４が破損することを防いでいる。これらの透明部材５０１，５０２、発光部５０３、受光部５０４及び保護カバー５０５，５０６を１組とし、この組がトレミー管２０の軸方向において複数設けられている。

受光部５０４に接続された検出部５０７は、発光部５０３によって発せられた光のうち受光部５０４が受光した光の光量に基づいて、トレミー管２０に投入された粒状材料が発光部５０３及び受光部５０４の位置に達しているか否かを検出する。受光部５０４及び検出部５０７はいわゆる光量子センサを構成している。光量子センサとは、所定の波長領域にわたって受光した光の光量子に基づく検出を行うセンサである。

ここで、本実施形態において光量子センサを用いている理由について説明する。一般に、人間の目は、555nmの緑色付近の波長の光を感じる感度が最も良く、波長が赤や紫に近づくほど感度が鈍くなる。つまり、人間の目は、橙、黄、緑あたりの感度が良く、赤、青、紫などの感度は低い。このため、人間の目の感度に合わせたカーブ(比視感度曲線)を持った明るさの単位が必要であり、これを照度という。照度を検出する照度センサは、人間の目の波長別感度特性に合わせたセンサであり、人間の目に見える可視光として最も重要な555nm付近に感度のピークが設定されている。

これに対し、光量子センサは、光の粒子である光量子の数を検出する。この光量子センサは、主に植物の光合成の状態を調べるため、葉緑素の吸収波長域である400nmから700nmの波長域において単位時間・単位面積あたりに入射する光量子の個数を計測する。つまり、照度センサが555nm付近の波長の光エネルギーを計測するのに対し、光量子センサは、400nmから700nmの波長という、照度センサの感度幅よりも広い波長域において感度幅が設定されており、その波長域全域において受光した光量子の数を計測する。

「港湾技研資料 Ｎｏ．７６９ Ｍａｒ．１９９４ 濁水中におけるレーザの減衰に関する実験 高橋英俊 佐藤栄治 運輸省港湾技術研究所」の第１１頁右欄第２行〜第５行の記載によれば、純水中では波長500nmのブルーグリーン帯のレーザ光が最も減衰が少ないが、濁水中では、粒子の径に応じて、ブルーグリーン帯のレーザ光が赤色のレーザ光よりも減衰が大きい場合がある。この事実を本実施形態に当てはめると、スラリー化した粒状材料をトレミー管２０に投入したときに、水中に含まれる粒子の組成によっては、減衰が大きい波長域が変わる可能性があるということになる。本実施形態では、555nmという特定の狭い波長域に対して感度を合わせた照度センサではなく、400nm〜700nmという比較的広い波長域において一定の感度を有する光量子センサを用いることで、仮に水中の粒子径に応じて減衰波長域が変動したとしても、その変動に関わらず、発光部５０３によって発せられた光のうち受光部５０４が受光した光の光量をより正確に特定することができるようになっている。

図３は、トレミー管２０に粒状材料が投入されるときの様子を示す図である。トレミー管２０の内部において、粒状材料Ｓが水底Ｂから上方へと徐々に蓄積していくと、まず、最も下方にある発光部５０３及び受光部５０４において、発光部５０３から発せられた光Ｆが粒状材料Ｓによって妨げられて受光部５０４に届かなくなり、受光部５０４の受光する光の光量子の数が恒常的に閾値未満となる。

一方、これよりも上方にある発光部５０３及び受光部５０４においては、発光部５０３から発せられた光は、蓄積された粒状材料Ｓによっては妨げられない。このとき、トレミー管２０の内部を落下していく粒状材料Ｓや、粒状材料投入時における水中の気泡や濁りの影響を受けて、受光部５０４によって受光される光の光量子数が一時的に上記閾値未満となることはあっても、恒常的に閾値未満となることはない。検出部５０７は、予め決められた或る期間以上にわたって、受光部５０４によって受光された光の光量子の数が閾値未満となった場合には、トレミー管２０に投入された粒状材料Ｓがその受光部５０４の位置に達したことを検出する。

このように、下方にあるものから上方にあるものへと順番に、発光部５０３ら発せられた光が粒状材料Ｓによって妨げられて受光部５０４に届かなくなることで、受光部５０４の受光する光の光量子数が或る期間以上にわたって閾値未満となる。これにより、この時点におけるトレミー管２０内の粒状材料の上端の位置が特定できるから、作業者は、所望の位置に到達したと思われる時点で粒状材料の投入を停止する作業を行えばよい。そして、作業者は、次の投入地点へと走行台車１０を移動させ、ふたたび上記と同じようにして粒状材料の投入量を調整しながらその投入作業を行う。

以上説明した実施形態によれば、発光部５０３及び受光部５０４は、トレミー管２０の内部に対して透明部材５０１，５０２を隔てた位置に設置されるから、投入される粒状材料そのものによって例えばその発光面や受光面が破損することはない。また、発光部５０３及び受光部５０４の上方には保護カバー５０５，５０６が設けられているから、例えばトレミー管２０の外周近傍に落下してくる粒状材料等による破損も防止できる。さらに、粒状材料の有無を検出するために光量子センサを用いているから、例えば水中の粒子組成によって特定波長域の光が減衰したとしても、高精度の検出が可能となる。また、例えば粒状材料の蓄積状態を撮像して画像認識により粒状材料の有無を検出したり、超音波を用いて粒状材料の有無を検出したりする方法も考えられるが、これらの方法は、粒状材料投入時の気泡や濁りの影響を受けやすいと考えられるのに対し、本実施形態では或る期間にわたって受光する光の光量子を用いているので、気泡や濁りの影響を比較的受けにくい。

＜変形例＞
上記の実施形態を以下のように変形してもよい。

＜変形例１＞
実施形態の構成の場合、トレミー管２０断面円の径を通る直線上に発光部５０３及び受光部５０４を配置していた。ただし、トレミー管２０の径が長い場合には、発光部５０３から発せられた光が受光部５０４に届くまでに大きく減衰していまい、誤検出となる可能性もある。ここで、図４は、変形例に係る粒状材料検出装置５０ａの構造を示す図である。粒状材料検出装置５０ａは、トレミー管２０の径より短い幅で、トレミー管２０の外周からさらに外部に向って突出する突出部５０８を備えている。透明部材５０１，５０２は、この突出部５０８の幅方向において互いに向かい合う位置に設けられており、一方の透明部材５０１の外側には発光部５０３が配置され、他方の透明部材５０２の外側には受光部５０４が配置されている。発光部５０３及び受光部５０４の上方には、保護カバー（図示略）が設けられている。これらの透明部材５０１，５０２、発光部５０３、受光部５０４及び保護カバー５０５，５０６を１組とし、この組がトレミー管２０の軸方向において複数設けられている。このようにすれば、トレミー管２０の径が長くて光の減衰が危惧される場合であっても、突出部５０８の幅をそれよりも短い幅に調整すれば、検出精度は低下しない。

ここで、図５は、変形例１に対する比較例としての発光部５１１及び受光部５１２の構成を示す図である。発光部５１１から受光部５１２までの距離をトレミー管２０の径より短くしたい場合には、図５に示すように、トレミー管２０断面円の径を通らない直線上に発光部５１１及び受光部５１２を配置する例も考えられる。しかし、この場合には、発光部５１１及び受光部５１２の光軸方向Ｌと、トレミー管２０の内壁面を構成する透明部材５１３，５１４の各表面の法線方向ｄ１，ｄ２とが一致しないため、発光部５１１から発せられた光が透明部材５１３，５１４に対して斜めに（入射角が０度よりも大きい状態で）入射し、透明部材５１３，５１４の表面で一部反射してしまう。これにより、光量のロスが生じて検出精度の低下の要因となってしまう恐れがある。これに対し、変形例１によれば、このような問題は生じない。

＜変形例２＞
実施形態では、水中の粒子径に応じて減衰波長域が変動したとしても、受光部５０４が受光した光の光量をより正確に特定することができるように、555nmという波長域に感度を合わせた照度センサではなく、400nm〜700nmという波長域において一定の感度を有する光量子センサを用いていた。ただし、水中の粒子径やその他の条件によっては、必ずしも光量子センサを用いる必要はなく、受光部５０４が受光した光の光量を十分に照度センサによって特定できるならば、本発明に係る受光部及び検出部を、光量子センサよりも感度の幅が狭い照度センサによって構成してもよい。また、本発明に係る受光部及び検出部を、光量子センサまたは照度センサ等を含む光電センサで構成してもよい。

＜変形例３＞
粒状材料を用いた工種はどのようなものであってもよい。

＜変形例４＞
本発明は、作業者が上記の粒状材料検出装置５０によって粒状材料の蓄積量を管理しながら水中にマウンドを築造するマウンド築造方法として実施されてもよい。すなわち、本発明は、トレミー管２０の投入口２２に粒状材料を搬送し、上述の粒状材料検出装置５０を用いて当該粒状材料を検出し、トレミー管２０の排出口２１から当該粒状材料を排出して、水中にマウンドを築造するマウンド築造方法を提供する。

上記のマウンド築造方法を実施する際、作業者は、上記の粒状材料検出装置５０によってトレミー管２０内の粒状材料の上端の位置（つまりトレミー管２０内の粒状材料の蓄積量）を特定し、粒状材料の上端がオーバーフローしないように上限として設定した所定の位置に到達したと思われる時点で粒状材料の投入を停止するなど、粒状材料の投入量を調整すればよい。そして、作業者は、次の投入地点へと走行台車１０を移動させ、ふたたび粒状材料の投入量を調整しながらその投入作業を行えばよい。

また、トレミー管２０の排出口２２にバルブを設けておき、作業者が上記の粒状材料検出装置５０によってトレミー管２０内の粒状材料の蓄積量を検出し、この量に応じて上記バルブを操作してトレミー管２０の排出口２１からの排出量を調整してもよい。

１ 粒状材料投入設備、１０ 走行台車、２０ トレミー管、２０１，２０２ 穴部、３０ 第１ガイド部、４０ 第２ガイド部、５０ 粒状材料検出装置、５０１，５０２，５１３，５１４ 透明部材、５０３，５１１ 発光部、５０４，５１２ 受光部、５０５，５０６ 保護カバー、５０７ 検出部、５０８ 突出部。

Claims (6)

1. トレミー管の内壁面を構成し、互いに向かい合う位置に設けられた２つの透明部材と、
   一方の前記透明部材の外側に配置された発光手段と、
   他方の前記透明部材の外側に配置された受光手段と、
   前記発光手段によって発せられた光のうち前記受光手段が受光した光の光量子または照度に基づいて、前記トレミー管の投入口に搬送された粒状材料が前記発光手段及び前記受光手段の位置に達しているか否かを検出する検出手段と
   を有することを特徴とする粒状材料検出装置。
2. 前記受光手段及び前記検出手段は、光量子センサで構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の粒状材料検出装置。
3. 前記受光手段及び前記検出手段は、照度センサで構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の粒状材料検出装置。
4. 前記トレミー管の径より短い幅で、前記トレミー管の外周から突出する突出部を備え、
   前記２つの透明部材は、前記突出部の幅方向において互いに向かい合う位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒状材料検出装置。
5. 前記２つの透明部材、前記発光手段及び前記受光手段の組は、前記トレミー管の軸方向において複数設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒状材料検出装置。
6. トレミー管の投入口へ粒状材料を搬送し、請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒状材料検出装置を用いて前記粒状材料を検出し、前記トレミー管の排出口から前記粒状材料を排出して、水中にマウンドを築造するマウンド築造方法。

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