JP7461704B2 - 床コンクリート鏡面仕上げ装置及び鏡面仕上げ方法 - Google Patents

Description

本発明は、床コンクリート鏡面仕上げ装置に搭載された撮像手段で床コンクリート表面の状態を撮像し、そのデータから床コンクリート鏡面仕上げの適切な完了タイミングを知ることができるようにした床コンクリート鏡面仕上げ装置及び床コンクリート鏡面仕上げ方法に関する。

従来、床コンクリートの鏡面仕上げ作業においては、床コンクリ一ト施工の専門業者（土間工）が、打設後のコンクリートの硬化状況に合わせて、手押し式あるいは騎乗式の床面仕上げ機（トロウェル）を使用して鏡面仕上げ作業を行っている。この床コンクリートの鏡面仕上げ作業は、打設されたコンクリートの硬化の進行によってコンクリート表面の仕上げ品質が大きく左右するため、作業を行っている土間工がコンクリート表面の状態変化を感触や目視によって判断して、鏡面仕上げ作業の完了タイミングを判断している。

また、床コンクリートの鏡面仕上げ作業に関する発明として、コンクリート表面の状態変化を定量的に把握し、床コンクリートの鏡面仕上げの品質の保持を図る提案もなされている（特許文献１）。

特許文献１に開示された床コンクリートの施工方法では、床コンクリートの鏡面仕上げに用いられる騎乗式トロウェルの走行によって生じるコンクリート表面のダメージを防止するために、コンクリート表面の状況（温度）を検知して、高温状態にあるコンクリート表面にトロウェルが進入しないように、トロウェルの進路等を制御する方法がとられている。

特開２００７－１９７９８７号公報

上述したように、従来の床コンクリートの鏡面仕上げ作業では、以下のような問題がある。
（１）コンクリートの硬化は、外気温などの環境条件や、コンクリートの調合等により異なるため、同一の指標による判断が難しい。
（２）鏡面仕上げ作業の完了タイミングの判断は、専門業者である土間工等の経験に依存しているため、施工する土間工の熟練度の相違により、出来上がり精度に差がでる。また、作業時の感覚によるところがあるため、土間工の作業時の体調などに左右されて、出来上がり品質にバラツキが生じるおそれがある。
（３）将来的に、自律制御型の床仕上げロボット等による床施工が実現した場合に、制御ソフトウエア等を用いて鏡面仕上げ作業の完了タイミングを定量的に判断し、ロボットを動作させる指標が求められる。

これに対して、特許文献１に開示された床コンクリートの施工方法では、コンクリート温度を指標とする制御を実現しているが、コンクリートが高温状態にある範囲での施工を行うことを回避して、部分的なコンクリート品質の低下を防止するという点で、その効果が発揮されるものであり、床コンクリートの鏡面仕上げ作業の完了タイミングを判断する点については、まったく対応していない。

一方、鏡面仕上げ作業によってコンクリート表面に徐々に光沢が出てくる過程におけるコンクリート表面に生じる変化について、発明者らは実験等によって、以下のような知見を得た。
（１）コンクリートの硬化が十分ではない時に饅押さえをすると、コンクリート表層付近に滞在する余剰水が鏝押さえの圧力によって表面に押し出される。すなわちコンクリート表面にノロが浮き上がる。
（２）鏝押さえ作業を繰り返すことで、余剰水が数度にわたりコンクリート内から表面に押し出され、またコンクリートの硬化の進行（セメント水和反応の進行）によって徐々にノロが浮き上がる量が減少していき、コンクリート表層部が緻密になることで光沢が出てくる。
（３）コンクリートの硬化の進行が十分進み、余剰水がほとんど押し出されなくなった状態で鏝押さえを行うと、コンクリート表面の光沢が損なわれ、表面に擦過痕が生じる。

このように、床コンクリートの鏡面仕上げ作業では、硬化の進行するコンクリート表面の状態を把握して、コンクリート表面に光沢が得られた段階で作業を完了させるタイミングを見極める必要がある。この完了タイミングは、コンクリートの調合等の内的要因と、コンクリート施工時の外気温などの環境条件のような外的要因とがあるため、様々な要因に左右されない、客観的かつ定量的な指標を採用することが求められている。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、床コンクリートの鏡面仕上げ作業時において、その完了タイミングを客観的かつ定量的に把握できる床コンクリート鏡面仕上げ装置及び鏡面仕上げ方法を提供することにある。

本発明の床コンクリート鏡面仕上げ装置は、床コンクリート表面の鏝押さえ機構を底面に有する鏡面仕上げ部と、前記鏝押さえ機構による前記床コンクリート表面の鏝押さえ作業前後の床面の状態を撮像し、反射強度情報を取得する床面撮像手段と、前記床面撮像手段で取得された情報を解析、判断し、信号出力する制御部と、前記制御部で判断された結果をもとに前記鏝押さえ作業の完了タイミングを示す出力部と、を備え、前記制御部は、前記反射強度情報をもとに前記鏝押さえ作業前後での前記床面の反射強度差がなくなった前記床面の状態を、前記床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業の完了タイミングと判断し、前記出力部に完了タイミング信号を出力することを特徴とする。

床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業において、前記床コンクリート鏡面仕上げ装置を用い、鏝押さえ作業前後の床面の状態を撮像し、取得された情報を解析、判断し、判断結果をもとに前記鏝押さえ作業の完了タイミングを示すことを特徴とする。

床面撮像手段で取得された反射強度情報から前記鏝押さえ作業前後での前記床面の反射強度差を求め、前記反射強度差がなくなった前記床面の状態を、前記床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業の完了タイミングと判断することがことが好ましい。

本発明の床コンクリート鏡面仕上げ作業の一実施形態による作業順序の一例を示したフローチャート。 図１における鏡面仕上げ作業に用いられる鏡面仕上げ装置の構成及びその動作例を示した模式説明図。 図２に示した鏡面仕上げ装置による床コンクリート鏡面仕上げ作業を行っている状態を模式的に示した作業状態説明図。 鏡面仕上げ装置の他の実施形態の構成およびその動作例を示した模式説明図。 所定時間経過時の床面の状態変化を、ハイパースペクトルカメラで撮影して取得した、コテ押さえ前後における反射強度の変化状態を示したグラフ。 図５に示した各反射強度の変化状態における、コテ押さえ前後における反射強度の差の変化状態を示したグラフ。

以下、本発明の床コンクリート鏡面仕上げ装置及び床コンクリート鏡面仕上げ作業を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の床コンクリート鏡面仕上げ装置（以下、単に鏡面仕上げ装置と記す。）を用いた床コンクリート鏡面仕上げ作業の施工手順を示している。

従来、床コンクリート打設作業工程では、コンクリート打設開始後、コンクリート表面の均し作業、コンクリートノロを表面に浮かせ、骨材をコンクリート内に沈めて安定させるタンピング作業を並行して行いながら、コンクリートを連続打設する。そして、打設後の仕上げ工程では、コンクリート硬化の進行にあわせてアマ出し作業、金饅仕上げや公知の鏡面仕上げ装置による鏡面仕上げ作業が行われる。

鏡面仕上げ作業工程では、床コンクリートの硬化の進行状態に合わせて鏡面仕上げ装置による機械鏝押さえを数度繰り返し行うことで、コンクリート表面が徐々に緻密になって光沢が出て鏡面状に仕上げられる。

本発明の特徴は、鏡面仕上げ装置によって複数回繰り返される鏡面仕上げ作業の完了タイミングを客観的かつ統一的な指標により把握するために床面撮像手段としてのハイパースペクトルカメラを用いて床コンクリート表面の反射強度値を指標として鏡面仕上げ作業の完了タイミングを判断する点にある。

（鏡面仕上げ装置の構成）
以下、ハイパースペクトルカメラを搭載した本発明の鏡面仕上げ装置の構成について、図２を参照して説明する。

本発明の実施形態では、鏡面仕上げ装置１０の鏡面仕上げ部２０として公知の手押し式のトロウェルが用いられている。鏡面仕上げ機構としての複数枚の回転ブレード２１を装置底面に有し、回転ブレード２１でコンクリート表面の機械鏝押さえ作業を行うたトロウェルの回転ブレード２１は、コンクリート面１に対しての接触角が可変で、鏡面仕上げ作業の進行に応じて回転ブレード２１の接触角の角度調整、回転速度、装置の移動速度等を調整して適切な鏝押さえ作業が行える。

さらに、鏡面仕上げ装置本体の上部には、図２に示したように、さらに床面を撮像するハイパースペクトルカメラ３０と、ハイパースペクトルカメラ３０で得られた情報を解析する制御部３１と、鏡面仕上げ作業の完了タイミングを作業者に示す出力部３２とが搭載されている。

ハイパースペクトルカメラ３０は、一般的な仕様のハイパースペクトルカメラで、撮影した対象物の２次元データと、撮影対象部位における連続した波長領域ごとの反射光の強度、すなわち反射強度が同時に取得できる。本発明では、カメラのレンズが鏡面仕上げ装置のブレード２１付近のコンクリート面１を撮像できるように設置され、硬化が進行しているコンクリート面（床面）１を連続的に撮像できるようになっている。なお、図２、図３ではハイパースペクトルカメラ３０によるコンクリート面１の撮像範囲（画角）Ａが仮想的に描かれている。

制御部３１は、ハイパースペクトルカメラ３０で撮像された情報から床面１の状態変化に対応した、波長領域における反射強度の変化を取得し、そのデータを用いて完了タイミングの判断指標としている。具体的なデータの取り扱い手法については後述する。

出力部３２は、本実施形態では、鏡面仕上げ装置１０の上部に取り付けられた表示灯３３と、鏡面仕上げ装置１０の操作ハンドル１１の近傍に保持されたタブレット１２に判断結果を送信可能な近距離無線信号出力部３４とからなる。なお、複数の鏡面仕上げ作業が行われるような現場においては、事務所等に設置されたパーソナルコンピュータ等のデータ管理手段Ｐに施工情報を送信可能な送信手段を備えることも好ましい。

図３は、本発明の鏡面仕上げ装置１０を用いて床面１の鏡面仕上げ作業を行っている状況を模式的に示した説明図である。同図に示したように、土間工（作業員）Ｍが鏡面仕上げ装置１０を操作して床コンクリート鏡面仕上げ作業を行う際、鏡面仕上げ装置１０を操作する作業員は、ハイパースペクトルカメラ３０によって撮像された、鏝押さえ作業の前後における床面１の反射強度の変化から得られた判定結果にもとづいた表示灯３３の信号あるいはタブレット１２の画面指示表示等に従って鏡面仕上げ作業の続行、完了を実行することができる。

図４は、他の実施形態として、リモコン操作式、自律型鏡面仕上げ装置（鏡面仕上げロボット）のように、作業員Ｍ（図３）が装置を押したりせずに自走可能な鏡面仕上げ装置１０に、２台のハイパースペクトルカメラ３０Ａ、３０Ｂを搭載した例を示している。この鏡面仕上げ装置１０は、本体内に上述と同様の制御部３１と、外部の操作者（図示せず）からの操作信号を受信し、また床面の状態、判断結果等の情報（信号）を外部に発信する送受信部３５等を備える。なお、自律型鏡面仕上げ装置の場合、自律走行を実現するために、上述したハイパースペクトルカメラ３０Ａ，３０Ｂの他、運転時の前方監視と走行制御用にステレオカメラ４１を搭載するか、ハイパースペクトルカメラ３０Ａから取得した床面、構造物の動画のスペクトルを利用して走行補助を行うことも可能である。

本装置のハイパースペクトルカメラ３０Ａは、装置の進行方向前部に設置され、装置進行方向前方の鏝押さえ前の床面１の撮像範囲Ａ１を撮影し、ハイパースペクトルカメラ３０Ｂは、装置の進行方向後部に設置され、装置後方の鏝押さえ後の床面１の撮像範囲Ａ２を撮影するように設定されている。ハイパースペクトルカメラ３０Ａ，３０Ｂの取得情報（反射強度の差分）を制御部３１において判定し、離れた場所で装置を操作する作業者（図示せず）は、鏡面仕上げ作業の続行、完了の判断を行い、装置の駆動部４０の運転指令をリモート操作できる。

（鏡面仕上げ作業の完了タイミングの判断指標）
図５は、たとえば鏡面仕上げ装置１０に搭載されたハイパースペクトルカメラ３０（３０Ａ，３０Ｂ）（図２，４）による床コンクリートの表面を撮像して得られた反射強度データを示したグラフである。このグラフは、床コンクリートの打設開始から４時間、５時間および７時間経過した時点における鰻押さえ前後に取得した、所定波長領域（６００～９００ｎｍ）で取得された反射強度を示している。なお、測定データは各経過時間での反射強度の比較のために正規化されている。ここで採用された各経過時間（４，５，７時間）は、同一コンクリートについて別途実施した凝結時間試験（ＪＩＳＡ１１４７）においてコンクリートの硬化反応における始発時間、終結時間付近の経過時間に対応する。この経過時間ごとでの饅押さえ後のコンクリート表面状態は、４，５時間時点では饅押さえ後にノロが浮き上がる様子が確認され光沢はなく、７時間経過時はノロの浮き上がりが確認されず光沢が出ている。

図６は、この鏡面仕上げ段階での床面の状態をデータ上で確認するために、饅押さえ前後の反射強度の差分を縦軸としたグラフである。同図に示したように、始発時間近くの４，５時間後では、鏝押さえ前後で反射強度に明確な差が認められるのに対し、終結時間近くの７時間経過後では、鏝押さえ前後で反射強度に差がみられない。このように、鏝押さえ前後で反射強度に差がなくなるタイミングにおいて、床面の光沢が十分得られ、鏡面仕上げ完了タイミングとなり得る。

このように、本発明では、図３、図４に示したように、床コンクリート鏡面仕上げ作業において、仕上げ床面であるコンクリート面１をハイパースペクトルカメラ３０で連続撮像し、鏝押さえ前後での反射強度を取得し、その差分を客観的かつ統一的な指標とすることで、鏡面仕上げ完了タイミングの判断を定量的に行うことができる。

以上の説明では、ハイパースペクトルカメラによって一定の範囲の波長領域（６００～９００ｎｍ）での床面の反射強度の変化を取得しているが、この波長領域に限られるものではなく、鏝押さえの前後における反射強度の差を確認できる波長領域であれば、ハイパースペクトルカメラによる撮像を、特定の短い範囲の波長領域に限定して行うこともできる。これにより、取得するデータ量を小さくすることができる。

また、鏡面仕上げ装置１０としては、手押し式（図２）に限られず、騎乗式も採用できることはいうまでもない。また、鏡面仕上げ機構としての回転ブレードの駆動手段、ブレード枚数、ブレードの可変機構等の相違は各種の鏡面仕上げ装置に応じたものを対応可能で、回転ブレードに限られず他の駆動方式のブレードに相当する鏡面仕上げ機構であってもよい。

さらに、図４に示したような、自律型鏡面仕上げ装置（鏡面仕上げロボット）では、自律制御運転による鏡面仕上げ作業時の、回転ブレードの角度調整、回転速度、装置の移動速度等の制御と同等に、本発明の鏡面仕上げ作業の完了の判断基準情報による制御を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ コンクリート面（床面）
１０ 床コンクリート鏡面仕上げ装置
２０ 鏡面仕上げ部
２１ 回転ブレード
３０ ハイパースペクトルカメラ
３１ 制御部
３２ 出力部
３３ 信号灯
３５ 送受信部
４０ 駆動部

Claims (4)

1. 床コンクリート表面の鏝押さえ機構を底面に有する鏡面仕上げ部と、
   前記鏝押さえ機構による前記床コンクリート表面の鏝押さえ作業前後の床面の状態を撮像し、反射強度情報を取得する床面撮像手段と、
   前記床面撮像手段で取得された情報を解析、判断し、信号出力する制御部と、
   前記制御部で判断された結果をもとに前記鏝押さえ作業の完了タイミングを示す出力部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記反射強度情報をもとに前記鏝押さえ作業前後での前記床面の反射強度差がなくなった前記床面の状態を、前記床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業の完了タイミングと判断し、前記出力部に完了タイミング信号を出力することを特徴とする床コンクリート鏡面仕上げ装置。
2. 前記床面撮像手段は、ハイパースペクトルカメラである請求項１に記載の床コンクリート鏡面仕上げ装置。
3. 床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業において、請求項１に記載された床コンクリート鏡面仕上げ装置を用い、鏝押さえ作業前後の床面の状態を撮像し、取得された情報を解析、判断し、判断結果をもとに前記鏝押さえ作業の完了タイミングを示すことを特徴とする床コンクリート鏡面仕上げ方法。
4. 床面撮像手段で取得された反射強度情報から前記鏝押さえ作業前後での前記床面の反射強度差を求め、前記反射強度差がなくなった前記床面の状態を、前記床コンクリート表面の鏡面仕上げ作業の完了タイミングと判断することを特徴とする請求項３に記載の床コンクリート鏡面仕上げ方法。

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