JP6672823B2 - 地盤材料の粒度監視方法および三次元画像処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、三次元表面形状データを利用した地盤材料の粒度監視方法、および地盤材料の粒度監視方法に用いる三次元画像処理設備に関する。

工事現場近くで容易に入手出来る風化岩や河床砂礫等の岩石質材料をＣＳＧ材とし、これにセメント及び水を添加して簡易な混合設備により製造されるセメント系固化材として知られるＣＳＧは、コスト縮減と環境保全を可能にする材料としてダムや堤防等の堤体の築造に採用されている。

例えば、台形ＣＳＧダム等に適用する場合には、ＣＳＧ材を最大粒径８０ｍｍ程度に調整するものの、分級、粒度調整、洗浄を行わないことから、ＣＳＧの品質は、ＣＳＧ材の粒度と単位水量にて管理される。特に、ＣＳＧの必要強度を確保するためには、ＣＳＧ材の粒度が常時規定範囲内にあることを確認する必要があることから、一般には１〜２時間に１回程度の頻度で人力によるふるい分け試験を行い、粒度管理を行っている。

しかし、人力によるふるい分け試験は、その作業に多大な労力と時間を費やすだけでなく、試験結果を得るのにも時間を要する。また、ふるい分け試験はＣＳＧ材から試料を間欠的にサンプリングし実施するものであるから、その試験結果が必ずしもＣＳＧ材全体の粒度分布を表しているとはいえない。そこで、ＣＳＧ材の粒度を簡略な方法で精度よく監視するべく、例えば以下に示すような方法が検討されている。

非特許文献１では、ＣＳＧ材を水平かつ薄く敷き均してデジタルカメラで撮影し、撮影画像から各粒子の輪郭を識別して二次元画像上の粒度を把握する一方で、あらかじめ監視粒径ごとの加積通過率の実測値を対象に重相関分析を行って重相関係数を算定しておく。そして、重相関係数と二次元画像上の粒度を用いて、粒径加積曲線を推定する。

非特許文献２では、撮影スクリーン前を落下する材料粒子をデジタルカメラにより高速撮影し、画像を二値化処理して材料と背景を区分したうえで粒径別に粒子の合計面積を算定する一方で、あらかじめ粒径別の質量換算係数を算定しておく。そして、粒径別に粒子の合計面積と質量換算係数を乗じることにより粒径別の質量を算出し、粒径別の質量から粒径加積曲線を推定する。

ＩＣＯＬＤ第８２回年次例会 発表論文 デジタルカメラ画像を用いたＣＳＧ材の流度変動監視システム、ｐｐ４５〜５１、大ダム（Ｎｏ．２３０）、２０１５年１月 デジタル画像処理による連続粒度解析システムの開発、ｐｐ８４〜９３、ダム工学２４（２）、２０１４

しかし、非特許文献１および２はともに、分級する粒径ごとの加積通過率を、二次元画像上で算定したＣＳＧ材の面積から算定するため、粒径ごとに重量換算係数を算定する必要が生じる。また、非特許文献１および２はいずれも、地盤材料すべての二次元画像を取得したうえで、地盤材料全体の粒径加積曲線を推定しているわけではない。

また、非特許文献１の方法では、ＣＳＧ材の敷均しに手間を要するだけでなく、団粒化しやすい粒径１０ｍｍ未満の粒子を区分けして識別することができない。このため、粒径５ｍｍの加積通過率は、非特許文献１の方法で推定した粒径１０ｍｍ以上の加積通過率からさらに推定することとなり信頼性に劣る。一方、非特許文献２の方法では、粒径別の質量換算係数をあらかじめ算出するにあたり、撮影スクリーン前を落下する材料粒子の高速撮影写真を１００枚程度用意し、これを解析して質量換算係数を算出することから多大な手間と時間を要する。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、コンベヤベルトの搬送面に撒き出された地盤材料すべての三次元表面形状データを取得するとともに、この三次元表面形状データを利用して、簡略な方法で精度よく地盤材料の粒度を連続的かつリアルタイムに把握できるようにすることである。

かかる目的を達成するため、本発明の地盤材料の粒度監視方法は、コンベヤベルトの搬送面に撮像対象領域が設定された３Ｄラインレーザーカメラを備えたベルトコンベヤ装置にて地盤材料を搬送し、規定時間内に前記撮像対象領域を通過した地盤材料群すべての三次元表面形状データを前記３Ｄラインレーザーカメラにて取得する一方で、あらかじめふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する最適閾値を設定しておき、前記三次元表面形状データから前記３Ｄラインレーザーカメラに接続した端末装置にて前記地盤材料群の、全体積に対する前記コンベヤベルトの搬送面から前記最適閾値に相当する高さまでの体積の比を、加積通過率（画像体積比）として算定した後、前記ふるいごとに対応させた最適閾値にて算定した前記加積通過率（画像体積比）を、各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて、粒度分布曲線（重量比）を推定することを特徴とする。

上述する本発明の地盤材料の粒度監視方法によれば、ふるいに対応する最適閾値をあらかじめ設定しておくことで、地盤材料群の三次元表面形状データから地盤材料群全体の体積とコンベヤベルト面から最適閾値までの体積を算定するのみの簡略な方法で、直接的かつ短時間で地盤材料群の粒度分布曲線（重量比）を推定できる。これにより、規定時間を経過するごとに作成される地盤材料群各々に対して、三次元表面形状データを取得し、粒度分布曲線（画像体積比）から粒度分布曲線（重量比）を推定する作業を繰りかえすことによって、ベルトコンベヤ装置にて搬送される地盤材料全体の粒度分布曲線（重量比）を連続的かつリアルタイムで手間を要することなく推定することが可能となる。

本発明の地盤材料の粒度監視方法は、前記複数のふるい各々に対応する前記最適閾値の設定方法が、前記地盤材料からサンプリングした最小分取量を満たす試料を、前記コンベヤベルトの搬送面上に撒き出して地盤材料試料群を形成し、該地盤材料試料群の三次元表面形状データを前記３Ｄラインレーザーカメラにて取得する第１の工程と、該三次元表面形状データから前記端末装置にて前記地盤材料試料群の、全体積に対する前記コンベヤベルトの搬送面から規定高さまでの体積の比を、加積通過率（画像体積比）として算定する第２の工程と、前記地盤材料試料群に対してふるい分け試験を実施する第３の工程と、前記複数のふるいごとに、ふるい分け試験にて得た加積通過率（重量比）と前記加積通過率（画像体積比）とを比較し、両者が同一もしくは近似するときの加積通過率（画像体積比）の規定高さを、最適閾値として設定する第４の工程と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の地盤材料の粒度監視方法は、前記第１から第４の工程を実施する作業を複数回繰り返すことにより複数の地盤材料試料群を得るとともに、該地盤材料試料群各々において第４の工程で設定した最適閾値から複数のふるいごとのヒストグラムを作成し、該ヒストグラム各々から最頻値および中央値を算定して、該中央値に近い最頻値を複数のふるいごとの最適閾値に置き換えることを特徴とする。

上述する本発明の地盤材料の粒度監視方法によれば、ふるい分け試験にて得た加積通過率（重量比）を最適閾値の設定に反映させているため、最適閾値を使用した三次元表面形状データの画像処理による粒度分布曲線（画像体積比）から推定した地盤材料群の粒度分布曲線（重量比）に、高い信頼性を確保することが可能になるとともに、いずれの粒径の地盤材料にも採用することができる高い汎用性を備えることが可能となる。

また、本発明の三次元画像処理設備は、ホッパに貯留された地盤材料を、ベルトフィーダを介してコンベヤベルトに供給し、該コンベヤベルトにて搬送するベルトコンベヤ装置と、前記コンベヤベルトの搬送面に撒き出される前記地盤材料の三次元表面形状データを取得する３Ｄラインレーザーカメラと、該３Ｄラインレーザーカメラに接続され、前記三次元表面形状データを利用して前記搬送面に撒き出される地盤材料の、前記コンベヤベルトの搬送面から規定高さまでの体積を算定可能な端末装置と、を備える三次元画像処理設備であって、前記ベルトコンベヤ装置の搬送部における一定の範囲に、前記コンベヤベルトに生じる振動を抑制する振動抑制機構が設置され、該振動抑制機構が設置された範囲に、前記３Ｄラインレーザーカメラの撮像対象領域が設定されており、前記振動抑制機構は、前記コンベヤベルトの上面であって、両側各々に立設されるサイドフレームと、前記コンベヤベルトの下面側に配置され、該コンベヤベルトを上方に押し上げるインパクトバーと、を備え、該インパクトバーと前記サイドフレームにて、前記コンベヤベルトが、上下から挟持されていることを特徴とする。

上述する本発明の三次元画像処理設備によれば、コンベヤベルトの搬送面に撒き出される前記地盤材料の三次元表面形状データを連続的に取得しつつ、搬送面から規定高さまでの体積を算定することができる。したがって、三次元画像処理設備を本発明の地盤材料の粒度監視方法に適用することで、前記３Ｄラインレーザーカメラにて取得した三次元表面形状データを利用して、連続的かつリアルタイムでベルトコンベヤ装置にて搬送される地盤材料全体の粒度分布曲線（重量比）を推定することが可能となる。

また、ベルトコンベヤ装置の搬送部における一定の範囲を通過中の地盤材料は、コンベヤベルトの搬送面上で振動することなく上下動しない状態を維持できる。したがって、この上下動しない状態の地盤材料を３ Ｄ ラインレーザーカメラにて撮像することにより、搬送面に撒き出された地盤材料の三次元表面形状データを精度よく取得することが可能となる。

本発明によれば、三次元画像処理設備にて、コンベヤベルトの搬送面に撒き出された地盤材料の三次元表面形状データを精度よく取得し、この三次元表面形状データを利用して、連続的かつリアルタイムでベルトコンベヤ装置にて搬送される地盤材料全体の粒度分布曲線（重量比）を粒度分布曲線（画像体積比）にて精度よく推定することが可能となる。

本発明の三次元画像処理設備の概略を示す図である。 本発明の三次元画像処理設備に備えた３Ｄラインレーザーカメラおよび撮像されるプロファイルデータＰを示す図である。 本発明の三次元画像処理設備に備えたベルトコンベヤ装置の、搬送部に設置された振動抑制機構を示す図である。 本発明における地盤材料の粒度監視方法の最適閾値を示す図である。 （ａ）は本発明におけるキャリブレーションにて使用するＣＳＧ材試料群を示す図であり、（ｂ）は本発明におけるキャリブレーションにて使用するＣＳＧ材試料群の断面形状を示す図である。 本発明における最適閾値を採用する前の三次元表面形状データから得たＣＳＧ材試料群の粒度分布曲線を示すグラフである。 本発明における最適閾値のヒストグラムを示す図である。 本発明における最適閾値を採用して三次元表面形状データから得たＣＳＧ材試料群の粒度分布曲線を示すグラフである。

本発明は、三次元画像処理設備を利用して重なり合うことなく平面上に撒き出された地盤材料の三次元表面形状データを取得し、当該三次元表面形状データから地盤材料の粒度監視方法にて、地盤材料の粒度分布曲線（重量比）を推定するものであり、地盤材料は、ふるい分け試験にて分級可能な粒径を有するものであれば、土、砂、骨材等いずれを対象としてもよい。本実施の形態では粒度分布曲線（重量比）を推定する地盤材料に、最大粒径が８０ｍｍ程度となるように調整されたＣＳＧ材を用いる場合を事例とし、図１〜図８を用いて以下に詳述する。

<三次元画像処理設備>
図１で示すように、三次元画像処理設備１は、ＣＳＧ材１００が貯留されるホッパ２と、ホッパ２からＣＳＧ材１００が投下されるベルトフィーダ３と、ベルトフィーダ３を介してＣＳＧ材１００が撒き出されるコンベヤベルト４と、を備えるベルトコ
ンベヤ装置５、およびコンベヤベルト４の搬送面に撒き出されるＣＳＧ材１００の三次元表面形状データを取得するための３Ｄラインレーザーカメラ６を備えている。

ベルトコンベヤ装置５は、土砂、砂利、砂などのバラ荷を搬送する際に一般に使用される装置であり、本実施の形態では、ベルトフィーダ３のフィーダー速度およびコンベヤベルト４のベルト速度を、それぞれ調整可能な調整機構を備えた装置を採用している。これは、フィーダー速度がコンベヤベルト４のベルト速度より遅くなるよう調整し、ベルトフィーダ３より撒き出されるＣＳＧ材１００を、コンベヤベルト４の搬送面上で重なり合うことなく平面上に分散させるためである。本実施の形態ではフィーダー速度とベルト速度との間に１００倍程度の速度差を設けているが、速度差は適宜調整すればよい。

そして、ＣＳＧ材１００が搬送されるベルトコンベヤ装置５の搬送部上方に、３Ｄラインレーザーカメラ６が設置されている。３Ｄラインレーザーカメラ６は、いずれの三次元表面形状データの取得方法に対応したカメラを採用してもよいが、本実施の形態では、ベルトコンベヤ装置５の搬送部を移動する対象物の三次元表面形状データの取得に最も適した、光切断法に対応したカメラを採用している。

具体的には図２で示すように、ＣＳＧ材１００にレーザー線状光Ｌを照射するレーザー投光部６１と、ＣＳＧ材１００に照射されたレーザー線状光Ｌの反射光による輪郭を撮影するカメラレンズ６２を備える。本実施の形態では、光切断線をなすプロファイルデータＰを１秒間に８００プロファイル取得可能で、かつプロファイルデータＰの取得から三次元表面形状データの出力を一括して行うことのできるスマートカメラを採用しているが、カメラの性能はこれに限定されるものではない。

なお、プロファイルデータＰは、ＣＳＧ材１００をコンベヤベルト４の幅方向に切断した際の断面形状の外形を示すものであり、画像処理してプロファイルデータＰを抽出することで、ＣＳＧ材１００の二次元断面形状が得られる。よって、ＣＳＧ材１００をレーザー線状光Ｌの直交方向、つまりコンベヤベルト４の移動方向に移動させて、この移動に同期して撮像しプロファイルデータＰを複数取得することにより、ＣＳＧ材１００の三次元表面形状データを得ることができる。

したがって、ベルトコンベヤ装置５の搬送部におけるコンベヤベルト４の搬送面上であって、３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域に対してレーザー投光部６１よりレーザー線状光Ｌを照射することにより、この撮像対象領域をＣＳＧ材１００が通過すると、ＣＳＧ材１００の三次元表面形状データが３Ｄラインレーザーカメラ６にて取得できる。なお、３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域は、図１で示すように、ベルトコンベヤ装置５とは独立して設置した暗室７の内方に位置しており、３Ｄラインレーザーカメラ６は、暗室７に設置されている。

暗室７は、図１で示すように、３Ｄラインレーザーカメラ６を支持可能であり、ベルトコンベヤ装置５の搬送部が貫通するように設置されるフレーム７１と、該フレーム７１を覆う暗幕７２により構成されている。ここで、フレーム７１はベルトコンベヤ装置５と接触しないよう構築されており、これにより、ベルトコンベヤ装置５に生じる振動が３Ｄラインレーザーカメラ６に伝達することを防止している。

また、本実施の形態では、図３（ａ）で示すように、ベルトコンベヤ装置５の搬送部であって３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域を含む一定の範囲に、振動抑制機構１０を設置している。振動抑制機構１０は、コンベヤベルト４の上面に当接するサイドフレーム８と、コンベヤベルト４の下面側であってキャリアローラーより上方に突出するように配置されるインパクトバー９を備えている。インパクトバー９は、図３（ａ）（ｂ）で示すように、複数の長尺板を並列配置した簀子状部材よりなり、長尺板の長手方向をコンベヤベルト４の移動方向に向けて配置され、コンベヤベルト４を上方に押し上げることで、たるみの生じやすいコンベヤベルト４を緊張させて、搬送面を平面とする機能を有している。

一方、サイドフレーム８は、図３（ａ）で示すように、コンベヤベルト４の両側各々に立設される一対の板材より構成されている。そして、サイドフレーム８とインパクトバー９にて、ベルトコンベヤ装置５の搬送部を通過中のコンベヤベルト４を上下から挟持することにより、ベルトコンベヤ装置５の振動が伝達されることにより生じるコンベヤベルト４の振動を、少なくとも振動抑制機構１０が設置されている範囲において抑制している。これにより、インパクトバー９にて平面に形成されたコンベヤベルト４の搬送面上で上下動しない状態のＣＳＧ材１００を３Ｄラインレーザーカメラ６にて撮像でき、精度の良い三次元表面形状データを取得することが可能となる。

このような振動抑制機構１０は、少なくとも３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域からベルトフィーダ３を介してＣＳＧ材１００が撒き出される位置まで設置するとよい。こうすると、サイドフレーム８にて、コンベヤベルト４の搬送面に撒き出されるＣＳＧ材１０が、３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域からコンベヤベルト４の幅方向にはみ出ることを防御することが可能となる。

上述する構成の三次元画像処理設備１にて、コンベヤベルト４に撒き出されたＣＳＧ材の三次元表面形状データを取得するが、本実施の形態では、図２で示すように、撮像対象領域を１秒間の間に通過したＣＳＧ材１００を一つのＣＳＧ材群１１０とし、１秒ごとに作成されるＣＳＧ材群１１０各々の三次元表面形状データを取得する作業を連続して行なっている。なお、例えばコンベヤベルト４のベルト速度が７５ｍ/ｍｉｎの場合には、ＣＳＧ材群１１０の１秒あたりの長さは１．２５ｍとなる。また、３Ｄラインレーザーカメラ６はプロファイルデータＰを８００プロファイル/ｓで取得する。したがって、ＣＳＧ材群１１０は、長さ方向で０．１６ｃｍごとに取得されたプロファイルデータＰを利用して三次元表面形状データが取得されることとなる。

これらプロファイルデータＰ、およびプロファイルデータＰからなる三次元表面形状データは、図１で示すような３Ｄラインレーザーカメラ６に接続された端末装置１１に送信され、端末装置１１にて様々な画像処理が可能となっている。なお、端末装置１１は、演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成される情報処理装置と、情報処理装置に種々のデータを入力する通信装置やキーボード等の入力装置と、情報処理装置で行われた演算処理結果をリアルタイムで出力するディスプレイ及び記憶装置等からなる出力装置を備えている。

本実施の形態では、上述する三次元画像処理設備１を用いて、三次元表面形状データの画像処理を行い、ＣＳＧ材１００の粒度分布曲線（重量比）を推定する作業を行う。本実施の形態ではＣＳＧ材１００を、０〜５ｍｍ、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜４０ｍｍ、４０〜８０ｍｍに分級する場合を事例とし、以下に、三次元画像処理設備１を利用した地盤材料の粒度監視方法を詳述する。

<地盤材料の粒度監視方法>
まず、ＣＳＧ材１００が貯蔵されているストックヤードの近傍に三次元画像処理設備１を設置し、図１で示すように、ＣＳＧ材１００をホッパ２に投入する。この後、ベルトコンベヤ装置５を作動させ、ホッパ２からベルトフィーダ３を介してコンベヤベルト４にＣＳＧ材１００を撒き出す。この時、図２で示すように、３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域を１秒の間に通過したＣＳＧ材１００をＣＳＧ材群１１０とし、３Ｄラインレーザーカメラ６によりこのＣＳＧ材群１１０のプロファイルデータＰから三次元表面形状データを取得し、これを端末装置１１に送信する。

そして、三次元表面形状データから端末装置１１にて、ＣＳＧ材群１１０の全体積を計測する。ここで、ＣＳＧ材群１１０の全体積とは、ＣＳＧ材群１１０を構成するＣＳＧ材１００の全体積ではなく、ＣＳＧ材群１１０のコンベヤベルトの移動方向の長さ範囲における、コンベアベルト４の搬送面よりなる下端面と、プロファイルデータＰよりなる上端面とで囲まれた領域の全体積である。

次に、三次元表面形状データから端末装置１１にて、図４のＣＳＧ材群１１０における三次元表面形状データの断面図で示すような、コンベヤベルト４の搬送面から４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々に相当する高さまでの体積を計測し、全体積に対する比をそれぞれ加積通過率（画像体積比）として算定する。ここで、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）は、後述するキャリブレーションにて、骨材のふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する数値となるよう、あらかじめ設定しておく。

具体的には、例えば本実施の形態においてＣＳＧ材群１１０を、０〜５ｍｍ、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜４０ｍｍ、４０〜８０ｍｍに分級し、粒度分布曲線（重量比）を推定することを目的としている。したがって、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々で算定した加積通過率（画像体積比）がそれぞれ、ふるい分け試験にてＣＳＧ材群１１０をふるい分けした際に、５ｍｍふるい、１０ｍｍふるい、２０ｍｍふるいおよび４０ｍｍふるいの加積通過率（重量比）と同一もしくは近似する数値となるよう、４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）を設定している。なお、先にも述べたように、ＣＳＧ材１００は８０ｍｍ以下となるように調整されており、Ｌ５は８０ｍｍを示す。

こうすると、ふるい分け試験を行う場合に採用する上記のふるい各々のふるい目を横軸に対数目盛りで、また、上記のふるいに対応させた４つの最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）各々で得た加積通過率（画像体積比）を各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて縦軸に算術目盛りでとったグラフ上に描かれる粒度分布曲線（画像体積比）は、ＣＳＧ材群１１０に対してふるい分け試験を行って得られる粒度分布曲線（重量比）を精度よく反映した曲線となる。したがって、地盤材料の粒度監視方法では、ふるいに対応させた最適閾値にて算定した前記加積通過率（画像体積比）を各ふるいの加積通過率（重量比）に見立て作成した粒度分布曲線（画像体積比）を、粒度分布曲線（重量比）と推定することとした。

こうして三次元表面形状データを取得する作業と粒度分布曲線（重量比）を推定する作業を、１秒間ごとに形成されるＣＳＧ材群１１０各々に対して連続して実施することで、三次元画像処理設備１に備えたベルトコンベヤ装置５の搬送部を通過するＣＳＧ材１００全体の粒度分布曲線（重量比）を連続的かつリアルタイムで手間を要することなく推定することが可能となる。

なお、地盤材料の粒度監視方法を実施してＣＳＧ材１００全体の粒度分布曲線（重量比）を推定するにあたっては、前述したように、あらかじめ、骨材のふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する最適閾値を設定するためのキャリブレーションを実施する。以下に、キャリブレーションの手順を説明する。

<キャリブレーション：第１の工程>
まず、三次元画像処理設備１のホッパ２からベルトフィーダ３を介してコンベヤベルトにＣＳＧ材１００を撒き出し、図５（ａ）で示すように、３Ｄラインレーザーカメラの撮像対象領域を１分間の間に通過したＣＳＧ材をＣＳＧ材試料群１２０とし、このＣＳＧ材試料群１２０の三次元表面形状データを取得する。

なお、ＣＳＧ材試料群１２０は、土の粒度試験を実施するにあたり、試験１回あたりに必要な試料の目安としてＪＩＳＡ１２０１に規定されている最小分取量を満たしていればよく、通過時間は必ずしも１分間に限定されるものではない。本実施の形態では、ＣＳＧ材試料群１２０をなすＣＳＧ材１００の最大粒径が８０ｍｍであるため、ＣＳＧ材試料群１２０の重量は、少なくとも３０ｋｇを満たしている。

<キャリブレーション：第２の工程>
次に、第１の工程で取得した三次元表面形状データから端末装置１１にて、ＣＳＧ材試料群１２０の全体積を計測するとともに、コンベヤベルト４の搬送面から規定高さまでのＣＳＧ材試料群１１０の体積を計測する。本実施の形態では図５（ｂ）に破線で示すように、規定高さを０．５ｍｍごとに設定し、搬送面から各規定高さまでの体積を計測して、全体積に対する規定高さごとの体積の比を加積通過率（画像体積比）として算出する。

<キャリブレーション：第３の工程>
第１および第２の工程を実施する一方で、ＣＳＧ材試料群１２０に対して湿潤法によるふるい分け試験を実施し、粒度分布曲線（重量比）を作成する。

図６に、キャリブレーションを行わず、コンベヤベルト４の搬送面からの規定高さ５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍおよび４０ｍｍ各々をふるい目と見立てて横軸に対数目盛りで、また上記の規定高さ各々に対応する加積通過率（画像体積比）を各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて縦軸に算術目盛りでグラフ上に描いた粒度分布曲線（画像体積比）と、ふるい分け試験にて得た加積通過率（重量比）をグラフ上に描いた粒度分布曲線（重量比）を示す。これを見ると、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍおよび４０ｍｍの全ての粒径において、加積通過率（画像体積比）は加積通過率（重量比）と比較して細粒側な数値となることがわかる。

<キャリブレーション：第４の工程>
そこで、第３の工程で用いた目開きの異なる複数のふるいごとで、加積通過率（重量比）と、第２の工程で算定した０．５ｍｍごとに高さを変えた規定高さ各々の加積通過率（画像体積比）とを比較する。そして、各ふるいの加積通過率（重量比）と加積通過率（画像体積比）が同一、もしくは近似するときの加積通過率（画像体積比）の規定高さを選定し、選定した規定高さ各々を複数のふるいごとに対応した最適閾値として設定する。

例えば、５〜１０ｍｍふるいの加積通過率（重量比）と、コンベヤベルト４の搬送面からの規定高さを８．５ｍｍとしたときの加積通過率（画像体積比）が同一もしくは近似していた場合に、５〜１０ｍｍふるいに対応する最適閾値を８．５ｍｍとして設定する。この作業を全てのふるいに対して実施し、各々のふるいに対応する最適閾値を設定する。

なお、ふるい各々に対応する最適閾値は、上記の手順にて設定してもよいが、より最適閾値の精度を向上させるべく、上記の第１の工程から第４の工程を実施する作業を複数回繰り返してＣＳＧ材１００からサンプリングするＣＳＧ材試料群１２０の数量を増やし、複数のＣＳＧ材試料群１２０から最適閾値を設定してもよい。

具体的には、上記の第１の工程から第４の工程を実施する作業を４０回繰り返すことで、ＣＳＧ材１００から新たなＣＳＧ材試料群１２０を４０試料収集し、ＣＳＧ材試料群１２０ごとに算定した最適閾値から、図７で示すようなヒストグラムを作成する。そして、ふるいごとに作成した最適閾値のヒストグラム各々から、最頻値および中央値の両者を算定したうえで、中央値に近い最頻値を採用する。例えば、図７（ｃ）を見ると、４０回の試験のうち、１０ｍｍふるいに対応する最適閾値が８．５ｍｍと選定された回数が１４回で、これが最頻値であることがわかる。また、このヒストグラムより中央値を算定すると８．５ｍｍとなる。この場合には、算定された最頻値が１つのみであるから、１０ｍｍふるいに対応する最適閾値を最頻値である８．５ｍｍと置き換えた。

一方で、図７（ｂ）を見ると、４０回の試験のうち、２０ｍｍふるいに対応する最適閾値が１３．０ｍｍと判定された回数が８回、１４．０ｍｍと判定された回数も８回あり、最頻値が２つ存在する。しかし、このヒストグラムより中央値を算定すると１４．０ｍｍと算定されることから、１０ｍｍふるいに対応する最適閾値を中央値に近い最頻値である１４．０ｍｍと置き換えた。

こうして図７（ａ）〜（ｄ）のヒストグラム各々の中央値に近い最頻値から、コンベヤベルト４の搬送面からの規定高さ５．０ｍｍ、８．５ｍｍ、１４．０ｍｍおよび２７．０ｍｍをそれぞれ、５ｍｍふるい、１０ｍｍふるい、２０ｍｍふるいおよび４０ｍｍふるい各々の最適閾値として設定する。図８に、第３の工程で用いたふるい各々のふるい目を横軸に対数目盛りで、また上記の最適閾値各々に対応する加積通過率（画像体積比）を、各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて縦軸に算術目盛りでグラフ上に描いた粒度分布曲線（画像体積比）を示す。

これを見ると、最適閾値に対応する加積通過率（画像体積比）を用いた粒度分布曲線（画像体積比）が、ふるい分け試験にて得た加積通過率（重量比）を精度よく反映していることがわかる。上記の結果から、本実施の形態において、図４で示す最適閾値（Ｌ１〜Ｌ４）に、５．０ｍｍ、８．５ｍｍ、１４．０ｍｍ、２７．０ｍｍをそれぞれ採用し、ＣＳＧ材群１１０の粒度分布曲線（重量比）を推定する。

なお、本発明の三次元画像処理設備１および地盤材料の粒度監視方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、３Ｄラインレーザーカメラ６の撮像対象領域を１秒間の間に通過したＣＳＧ材１００を一つのＣＳＧ材群１１０とし、１秒ごとに作成されるＣＳＧ材群１１０各々の三次元表面形状データを取得したが、必ずしもこれに限定されるものではない。ベルトコンベヤ装置のベルト速度や作業条件等に応じて、ＣＳＧ材１００が撮像対象領域を通過する通過時間を適宜規定し、この規定時間の間に通過したＣＳＧ材１００を一つのＣＳＧ材群１１０とすればよい。

また、本実施の形態では、ＣＳＧ材１００を０〜５ｍｍ、５〜１０ｍｍ、１０〜２０ｍｍ、２０〜４０ｍｍおよび４０〜８０ｍｍに分級したが、地盤材料の種類や分級する粒径および分級の数量等はこれに限定されるものではなく、いずれの地盤材料を用いてもよく、またいずれの粒径に分級するものであってもよい。

また、本実施の形態では、最適閾値を設定するにあたってＣＳＧ材１００からＣＳＧ材試料群１２０を４０回サンプリングしヒストグラムを作成したが、サンプリングの数量は必ずしもこれに限定されるものではなく、ＣＳＧ材１００の状態や粒径および求められる精度等に応じて適宜決定すればよい。

１ 三次元画像処理設備
２ ホッパ
３ ベルトフィーダ
４ コンベヤベルト
５ ベルトコンベヤ装置
６ ３Ｄラインレーザーカメラ
６１ レーザー投光部
６２ カメラレンズ
７ 暗室
７１ フレーム
７２ 暗幕
８ サイドフレーム
９ インパクトバー
１０ 振動抑制装置
１１ 端末装置
１００ ＣＳＧ材
１１０ ＣＳＧ材群
１２０ ＣＳＧ材試料群
Ｌ レーザー線状光

Claims (4)

1. コンベヤベルトの搬送面に撮像対象領域が設定された３Ｄラインレーザーカメラを備えたベルトコンベヤ装置にて地盤材料を搬送し、規定時間内に前記撮像対象領域を通過した地盤材料群すべての三次元表面形状データを前記３Ｄラインレーザーカメラにて取得する一方で、あらかじめふるい分け試験に用いる目開きの異なる複数のふるい各々に対応する最適閾値を設定しておき、
   前記三次元表面形状データから前記３Ｄラインレーザーカメラに接続した端末装置にて前記地盤材料群の、全体積に対する前記コンベヤベルトの搬送面から前記最適閾値に相当する高さまでの体積の比を、加積通過率（画像体積比）として算定した後、前記ふるいごとに対応させた最適閾値にて算定した前記加積通過率（画像体積比）を、各ふるいの加積通過率（重量比）に見立てて、粒度分布曲線（重量比）を推定することを特徴とする地盤材料の粒度監視方法。
2. 請求項１に記載の地盤材料の粒度監視方法において、
   前記複数のふるい各々に対応する前記最適閾値の設定方法が、
   前記地盤材料からサンプリングした最小分取量を満たす試料を、前記コンベヤベルトの搬送面上に撒き出して地盤材料試料群を形成し、該地盤材料試料群の三次元表面形状データを前記３Ｄラインレーザーカメラにて取得する第１の工程と、
   該三次元表面形状データから前記端末装置にて前記地盤材料試料群の、全体積に対する前記コンベヤベルトの搬送面から規定高さまでの体積の比を、加積通過率（画像体積比）として算定する第２の工程と、
   前記地盤材料試料群に対してふるい分け試験を実施する第３の工程と、
   前記複数のふるいごとに、ふるい分け試験にて得た加積通過率（重量比）と前記加積通過率（画像体積比）とを比較し、両者が同一もしくは近似するときの加積通過率（画像体積比）の規定高さを、最適閾値として設定する第４の工程と、を備えることを特徴とする地盤材料の粒度監視方法。
3. 請求項２に記載の地盤材料の粒度監視方法において、
   前記第１から第４の工程を実施する作業を複数回繰り返すことにより複数の地盤材料試料群を得るとともに、該地盤材料試料群各々において第４の工程で設定した最適閾値から複数のふるいごとのヒストグラムを作成し、
   該ヒストグラム各々から最頻値および中央値を算定して、該中央値に近い最頻値を複数のふるいごとの最適閾値に置き換えることを特徴とする地盤材料の粒度監視方法。
4. ホッパに貯留された地盤材料を、ベルトフィーダを介してコンベヤベルトに供給し、該コンベヤベルトにて搬送するベルトコンベヤ装置と、
   前記コンベヤベルトの搬送面に撒き出される前記地盤材料の三次元表面形状データを取得する３Ｄラインレーザーカメラと、
   該３Ｄラインレーザーカメラに接続され、前記三次元表面形状データを利用して前記搬送面に撒き出される地盤材料の、前記コンベヤベルトの搬送面から規定高さまでの体積を算定可能な端末装置と、を備える三次元画像処理設備であって、
   前記ベルトコンベヤ装置の搬送部における一定の範囲に、前記コンベヤベルトに生じる振動を抑制する振動抑制機構が設置され、
   該振動抑制機構が設置された範囲に、前記３Ｄラインレーザーカメラの撮像対象領域が設定されており、
   前記振動抑制機構は、
   前記コンベヤベルトの上面であって、両側各々に立設されるサイドフレームと、
   前記コンベヤベルトの下面側に配置され、該コンベヤベルトを上方に押し上げるインパクトバーと、を備え、
   該インパクトバーと前記サイドフレームにて、前記コンベヤベルトが、上下から挟持されていることを特徴とする三次元画像処理設備。