JPH05264254A - 表面粗さ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉塵の多い場所においても、目視によること
なく物体の表面粗さを計測できるようにする。 【構成】 高周波スイッチ２６は、アンテナ３２ａ〜３
２ｃを順次切り換えてサーキュレータ２３に接続する。
サーキュレータ２３は、発振器２１が発生した電磁波を
接続されているアンテナを介して被測定面に放射させる
とともに、アンテナが受けた反射波をミクサー２５に入
力する。ミクサー２５は、遅延器２４を介して受けた発
振器２１からの電磁波とサーキュレータ２３からの反射
波を混合し、低域通過フィルタ２８により位相差を求
め、演算処理部４０に送る。演算処理部４０は、高域通
過フィルタ４４ａ〜４４ｃが被測定面のうねり等の影響
を除去し、実効値算出回路４５ａ〜４５ｃが被測定面の
粗度を求めて加算器４８に送り、加算器４８がこれらを
加算して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート表面等の
物体表面の粗さを求める表面粗さ計測装置に係り、特に
電磁波を利用して表面粗さを求める表面粗さ計測装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ダムなどの多量のコンクリートを打設す
る工事現場においては、必要とするコンクリートの全量
を一度に打設することができないため、コンクリートの
打継ぎを行う。そして、コンクリートの打継ぎをする場
合、先行して打設したコンクリートの表面部からレイタ
ンスを除去するとともに、この表面をチッピング処理し
て打継ぎするのに適正な粗さとなるようにしている。ま
た、チッピング処理においては、作業者がチッピング処
理後のコンクリート表面粗さを目視して、表面が適正に
チッピングされているか否かを定性的に判断していた。
一方、近年、表面粗さの計測の機械化を図るため、超音
波やレーザ光による非接触型のセンサを用いてコンクリ
ート表面の粗度を計測することが試みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、目視よる計測
は、作業者の熟練度に大きく依存し、作業者によって評
価が異なるばかりでなく、判定基準を定量化することが
困難で、安定した正確な評価をすることができない欠点
があり、チッピング処理の自動化の妨げになっている。

【０００４】また、レーザ光を利用したセンサによる計
測は、チッピング処理に伴って発生する粉塵による光の
散乱や吸収が著しく、適正な計測データを得ることが困
難である。また、超音波センサによる計測は、レーザ光
の場合と同様にセンサ表面が粉塵によって汚れ、計測す
ることが困難となる。

【０００５】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、粉塵の多い場所においても、目
視によることなく物体の表面粗さを計測することができ
る表面粗さ計測装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る表面粗さ計測装置は、電磁波を被測定
面に放射するとともに、被測定面からの反射波を受ける
アンテナと、このアンテナが放射した前記電磁波とアン
テナが受けた前記反射波との位相差を求める位相検出部
と、この位相検出部が出力した信号の高周波成分を通過
させる高域通過フィルタと、この高域通過フィルタの出
力信号に基づいて、前記被測定面の粗さを求める粗さ演
算部とを有することを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記の如く構成した本発明は、アンテナから放
射した電磁波と、この電磁波が被測定面で反射された反
射波との位相差を位相検出部において求める。この両者
の位相差は、アンテナから放射した電磁波が被測定面に
到達し、そこで反射されて再びアンテナに達するまでの
距離に比例する。従って、両者の位相差が求まれば、ア
ンテナから被測定面までの距離を求めることができ、ア
ンテナと被測定面との距離を一定に保持すると、被測定
面の凹凸の状態、すなわち被測定面の粗さを求めること
ができる。また、位相検出部の出力を高域通過フィルタ
に入力することにより、被測定面のうねり等に基づく低
周波成分を除去することができ、高域通路フィルタの出
力信号の実効値を求めれば、例えばコンクリート表面に
おける正確な粗さが得られる。

【０００８】

【実施例】本発明に係る表面粗さ計測装置の好ましい実
施例を、添付図面に従って詳説する。図１は、本発明の
実施例に係る表面粗さ計測装置のブロック図である。

【０００９】図１において、表面粗さ計測装置１０は、
本体２０とアンテナ部３０と演算処理部４０とから構成
してある。本体２０は、高周波回路を構成しており、高
周波電磁波をアンテナ部３０に与えるとともに、アンテ
ナ部３０が受けた被測定面からの反射波を受信して、ア
ンテナ部３０に与えた高周波電磁波とアンテナ部３０が
受けた反射波との位相差を求めるようになっている。

【００１０】すなわち、本体２０は、高周波発振器２
１、方向性結合器２２、サーキュレータ２３、遅延器２
４、高周波スイッチ２６、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
２８とから構成してあり、発振器２１は例えば空気中で
波長３ｃｍ、周波数１０ＧＨｚ程度の高周波電磁波（マ
イクロ波）を発生し、出力側に接続してある方向性結合
器２２に電磁波を送出する。そして、方向性結合器２２
は、発振器２１が出力した電磁波をサーキュレータ２３
と遅延器２４とに送る。

【００１１】サーキュレータ２３は、高周波スイッチ２
６を介してアンテナ部３０に方向性結合器２２が出力し
た電磁波を送出し、高周波スイッチ２６を介してアンテ
ナ部３０から入力してきた反射波を、遅延器２４の出力
側に接続してあるミクサー２５に入力する。このミクサ
ー２５は低域通過フィルタ２８とともに位相検出部を構
成し、後述するように遅延器２４から入力した電磁波
と、サーキュレータ２３から入力した反射波を混合し、
その出力を低域通過フィルタ２８に通すことにより位相
差を求めるようになっている。そして、低域通過フィル
タ２８の出力を演算処理部４０のアンプ４１に送る。

【００１２】アンテナ部３０には、複数のアンテナ（実
施例においては３つのアンテナ３２ａ〜３２ｃ）が設け
てある。これらのアンテナ３２ａ〜３２ｃは、それぞれ
が移動可能なチッピング処理に取り付けた、詳細を後述
する遊動輪等に内蔵してある。そして、各アンテナ３２
ａ〜３２ｃは、同軸ケーブル等の伝送路２７を介して高
周波スイッチ２６に接続してあり、高周波スイッチ２６
が切り換わることによって順次サーキュレータ２３に接
続され、サーキュレータ２３を通った高周波電磁波を例
えばコンクリート表面等の被測定面に放射するととも
に、この電磁波の被測定面からの反射波をサーキュレー
タ２３に送る。

【００１３】演算処理部４０は、本体２０の低域通過フ
ィルタ２８からの信号を増幅するアンプ４１と、前記し
た高周波スイッチ２６に切り換え信号を送出する周期信
号発生器４２とを有しているとともに、アンプ４１の出
力側に、アンテナ３２ａ〜３２ｃに対応して並列接続し
たサンプルホールド回路４３ａ〜４３ｃ、各サンプルホ
ールド回路４３ａ〜４３ｃの出力側に接続した高域通過
フィルタ４４ａ〜４４ｃ、高域通過フィルタ４４ａ〜４
４ｃの出力側に接続した粗さ演算器としての実効値算出
回路４５ａ〜４５ｃ、実効値算出回路４５ａ〜４５ｃの
出力側に接続してあるサンプルホールド回路４６ａ〜４
６ｃ、このサンプルホールド回路４６ａ〜４６ｃの出力
が入力する低域通過フィルタ４７ａ〜４７ｃ、これら３
つの低域通過フィルタ４７ａ〜４７ｃの出力信号を加算
する加算器４８から構成してある。そして、周期信号発
生器４２は、高周波スイッチ２６にアンテナの切り換え
信号を与えるのに同期して、サンプルホールド回路４３
ａ〜４３ｃとサンプルホールド回路４６ａ〜４６ｃとに
サンプリング信号を出力する。

【００１４】アンテナ３２ａ〜３２ｃは、図２に示した
ように遊動輪５０に組み込んである。遊動輪５０は、所
定の間隔を隔てて配設した円板状の一対の軸受プレート
５２ａ、５２ｂを有し、この軸受プレート５２ａ、５２
ｂに軸受５４ａ、５４ｂを介して回転リング５６ａ、５
６ｂが回転自在に取り付けてある。そして、これらの回
転リング５６ａ、５６ｂの間には、断面がＵ字状をなす
インナホイール５８が嵌着してあり、遊動輪５０の中央
部に密閉空間６０が形成してある。また、回転リング５
６ａ、５６ｂには、インナホイール５８の外周面を覆っ
てタイヤ６２が装着してある。

【００１５】一方、密閉空間６０の内部には、軸受プレ
ート５２ａ、５２ｂに固定した逆Ｕ字状の取付プレート
６４が配置してあり、この取付プレート６４にアンテナ
３２ａが開口を下に向けて固定してある。また、取付プ
レート６４には、回転支軸６６を貫通させる軸孔が設け
てある。回転支軸６６は、密閉空間６０に位置する部分
が大径部となっていて、小径部となっている両端部が軸
受プレート５２ａ、５２ｂを貫通し、軸受プレート５２
ａ、５２ｂから突出している。そして、軸受プレート５
２ａ、５２ｂから突出した回転支軸６６の両端部は、遊
動輪５０を支持する平行リンク機構７２の下部リンク７
４と嵌合している。また、軸受プレート５２ａには、ア
ンテナ３２ａの伝送路２７を外部に引き出す透孔が設け
てある。

【００１６】平行リンク機構７２は、下部リンク７４と
上部リンク７６との基端側が、例えばチッピング処理装
置の後端部に設けた垂直フレーム７８にピン８０を介し
て枢着してあって、アンテナ３２ａの開口部が常に被測
定面であるコンクリート表面８６を向くように遊動輪５
０を支持している。また、垂直フレーム７８には、上部
リンク７６の上方に固定ブラッケト８２が取り付けてあ
り、この固定ブラッケト８２と下部リンク７４との間に
圧下ばね８４が圧縮介在し、遊動輪５０をコンクリート
表面８６に押圧するとともに、遊動輪５０がコンクリー
ト表面８６から受ける衝撃を緩和するようにしている。
なお、アンテナ３２ｂおよびアンテナ３２ｃも、それぞ
れ遊動輪５０と同様に構成した遊動輪の密閉空間６０に
配置してある。

【００１７】上記の如く構成した実施例の作用は、次の
とおりである。前記したようにアンテナ３２ａ〜３２ｃ
は、走行するチッピング処理装置の後部に取り付けた遊
動輪５０に、開口部を下方に向けて内蔵されている。遊
動輪５０は、圧下ばね８４によって平行リンク機構７２
をコンクリート表面８６に圧着させられ、チッピング処
理装置の走行に伴ってタイヤ６２が軸受プレート５２
ａ、５２ｂの周囲を回転し、コンクリート表面８６上を
転動する。

【００１８】一方、高周波発振器２１は、予め定められ
た周波数、例えば１０ＧＨｚの電磁波を方向性結合器２
２に出力する。方向性結合器２２は、発振器２１が出力
した電磁波を、サーキュレータ２３と遅延器２４とに出
力する。そして、サーキュレータ２３は、方向性結合器
２２と高周波スイッチ２６とを接続し、高周波スイッチ
２６は、演算処理部４０の周期信号発生器４２が発生す
る信号によって切り換えられ、アンテナ３２ａ〜３２ｃ
を順次サーキュレータ２３に接続する。

【００１９】例えば、いま、アンテナ３２ａがサーキュ
レータ２３に接続されているとすると、アンテナ３２ａ
は、サーキュレータ２３から受けた送信波をタイヤ６２
を介してコンクリート表面８６に放射し、遊動輪５０の
転動にともなってコンクリート表面８６を走査し、コン
クリート表面８６からの反射波を高周波スイッチ２６を
介してサーキュレータ２３に送る。

【００２０】サーキュレータ２３は、アンテナ３２ａか
ら電磁波を放射させると同時に、アンテナ３２ａが受け
た反射波を受信波としてミクサー２５に入力する。そし
て、高周波スイッチ２６は、所定の時間が経過すると、
アンテナ３２ａとサーキュレータ２３との接続を遮断
し、アンテナ３２ｂをサーキュレータ２３に接続する。
これにより、アンテナ３２ｂは、サーキュレータ２３か
ら送信波を受けてコンクリート表面８６放射し、コンク
リート表面８６からの反射波をサーキュレータ２３に送
る。以下同様にして、高周波スイッチ２６は、アンテナ
３２ｃ、アンテナ３２ａ、アンテナ３２ｂ、……と順次
切り換えてサーキュレータ２３に接続し、各アンテナか
ら送信波を放射させ、各アンテナからの反射波をサーキ
ュレータ２３に送る。

【００２１】一方、遅延器２４は、方向性結合器２２が
出力した電磁波（信号）を予め定められた時間だけ遅ら
せてミクサー２５に出力する。ミクサー２５は、遅延器
２４が出力した電磁波（送信波）と各アンテナ３２ａ〜
３２ｃが受けた反射波（受信波）とを混合して低域通過
フィルタ２８に出力する。すなわち、ミクサー２５は、
入力してきた送信波と受信波とが同一の周波数を有して
いるため、低域通過フィルタ２８を通すことにより両者
の位相差に応じた信号を求めることになる。そして、低
域通過フィルタ２８は、図３に示したような各アンテナ
３２ａ〜３２ｃとコンクリート表面８６との間の距離に
対応した信号を演算処理部４０のアンプ４１に送る。

【００２２】アンプ４１は、低域通過フィルタ２８の出
力信号を増幅してサンプルホールド回路４３ａ〜４３ｃ
に出力する。これらのサンプルホールド回路４３ａ〜４
３ｃは、アンテナ３２ａ〜３２ｃの切り換えに同期し
て、周期信号発生器４２によってアンプ４１に切り換え
て接続され、アンプ４１の出力信号を受け取るようにな
っている。すなわち、アンテナ３２ａがサーキュレータ
２３に接続されている場合、周期信号発生器４２は、サ
ンプルホールド回路４３ａに一定時間サンプリング信号
を出力し、サンプルホールド回路４３ａにアンプ４１の
出力信号を入力させるとともに、次のサンプリング信号
を与えるまでその信号を保持させる。しかし、この時、
周期信号発生器４２は、サンプルホールド回路４３ｂ、
４３ｃにサンプリング信号を与えず、アンプ４１の出力
信号がサンプルホールド回路４３ｂ、４３ｃに入力しな
いようにしている。そして、周期信号発生器４２は、ア
ンテナ３２ｂをサーキュレータ２３に切り換えて接続し
たときに、サンプルホールド回路４３ｂにのみサンプリ
ング信号を出力し、アンテナ３２ｃをサーキュレータ２
３に接続したときに、サンプルホールド回路４３ｃにの
みサンプリング信号を出力する。

【００２３】サンプルホールド回路４３ａは、周期信号
発生器４２からサンプリング信号が入力している間、ア
ンプ４１が出力した信号を高域通過フィルタ４４ａに送
り、サンプリング信号の入力が停止すると、そのときの
アンプ４１の出力値を次のサンプリング信号が入力する
まで保持する。高域通過フィルタ４４ａ〜４４ｃは、周
波数に対する通過特性が図４の破線に示したようになっ
ており、遮断周波数ｆc 以下の周波数を有する信号を減
衰して通過させないようにしている。すなわち、高域通
過フィルタ４４ａは、サンプルホールド回路４３ａが出
力した信号のうち、図４のＡに示したコンクリート表面
８６の細かな変化（粗さ）に対応した高周波信号を通過
させるとともに、Ｂに示したコンクリート表面８６のう
ねり等に対応した低周波信号の通過を阻止する。

【００２４】サンプルホールド回路４３ｂ、４３ｃも周
期信号発生器４２が発生するサンプリング信号により、
サンプルホールド回路４３ａと同様にアンプ４１の出力
した信号を対応する高域通過フィルタ４４ｂ、４４ｃに
与える。そして、高域通過フィルタ４４ｂ、４４ｃは、
高域通過フィルタ４４ａと同様に、コンクリート表面８
６のうねり等に相当する周波数成分の通過を阻止し、コ
ンクリート表面８６の粗さに対応した高周波成分を実効
値算出回路４５ｂ、４５ｃに出力する。この結果、各高
域通過フィルタ４４ａ〜４４ｃの出力は、図５のように
なる。

【００２５】各実効値算出回路４５ａ、４５ｂ、４５ｃ
は、対応する高域通過フィルタ４４ａ、４５ｂ、４４ｃ
が出力した信号について、コンクリート表面８６の粗度
を表す実効値に変換し、図６の（Ａ）〜（Ｃ）に示した
ような算出結果をサンプルホールド回路４６ａ、４６
ｂ、４３ｃに出力する。すなわち、実効値算出回路４５
ａ〜４５ｃは、高域通過フィルタ４４ａ〜４４ｃが出力
した微小変動する信号の、所定間の瞬時値の二乗の平均
値の平方根を順次演算し、コンクリート表面８６の粗さ
を求めてサンプルホールド回路４６ａ〜４６ｃに送る。
これらのサンプルホールド回路４６ａ〜４６ｃは、周期
信号発生器４２によって制御されており、周期信号発生
器４２からサンプリング信号が入力しているときに、実
効値算出回路４５ａ〜４５ｃが出力した演算結果を対応
する低域通過フィルタ４７ａ〜４７ｃに出力する。そし
て、各低域通過フィルタ４７ａ〜４７ｃに入力したサン
プルホールド回路４６ａ〜４６ｃの出力信号は、低域通
過フィルタ４７ａ〜４７ｃによって雑音成分が除去さ
れ、加算器４８に送られる。加算器４８は、各実効値算
出回路４５ａ、４５ｂ、４５ｃの算出結果を加算し、図
６（Ｄ）に示したようなコンクリート表面８６の粗度を
表す信号をチッピング処理に出力する。

【００２６】このように、本実施例においては、電磁波
を利用してコンクリート表面８６の粗さ（粗度）を求め
るようにしているため、コンクリート表面８６の粗さ
（粗度）の計測を自動的に行え、表面粗さの計測作業の
効率を向上できるばかりでなく、目視による判定のよう
に作業者の熟練度や作業者の相違によるばらつきをなく
すことができ、判定基準の定量化が可能となって、チッ
ピング処理の自動化や均一なチッピング処理をすること
ができる。

【００２７】しかも、実施例においては、電磁波により
計測を行うため、検出部となるアンテナ３２ａ〜３２ｃ
を遊動輪５０に内蔵させたり、密閉容器に収納すること
が可能で、超音波式や光学式のセンサに比較して劣悪な
測定環境において受ける制約が少なく、メンテナンスも
容易となる。また、実施例においては、サーキュレータ
２３を用いてアンテナ３２ａ〜３２ｃを送信用と受信用
とに共用しており、アンテナ部を小型にすることができ
るばかりでなく、計測対象面積を小さくしてコンクリー
ト表面８６の凹凸の度合を測定する分解能を大きくする
ことができる。

【００２８】そして、実施例においては、アンテナ３２
ａ〜３２ｃを時分割で作動させているため、アンプ４１
の出力信号をサンプルホールド回路４３ａ〜４３ｃを介
して高域通過フィルタ４４ａ〜４４ｃに入力し、実効値
算出回路４５ａ〜４５ｃによって実効値を求めているた
め、一組の本体（高周波回路部）２０によって複数点を
走査して計測が行える。しかも、実効値算出回路４５ａ
〜４５ｃによって高域通過フィルタ４４ａ〜４４ｃの出
力信号の実効値を算出しているため、コンクリート表面
のうねり等を除去することができ、チッピング処理した
正確なコンクリート表面８６の粗さが得られる。さら
に、アンテナ３２ａ〜３２ｃの切り換えサイクルにおけ
る各サイクル毎の各計測点の計測値を平均することによ
り、コンクリート表面の局所的な粗さに左右されにく
く、また、より広範囲なコンクリート表面８６の平均粗
さを得ることができる。

【００２９】なお、前記実施例においては、アンテナ部
３０を３つのアンテナ３２ａ〜３２ｃによって構成した
場合について説明したが、アンテナの数は１つ以上であ
ればいくつでもよい。また、前記実施例においては、被
測定面がコンクリート表面８６である場合について説明
したが、被測定面はコンクリート表面８６に限定されな
い。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、位相検出部によってアンテナから放射した電磁波
と、アンテナが受けた反射波との位相差を求め、この位
相差に基づいて被測定面の粗さを算出しているため、粉
塵の多い場所においても、目視によることなく物体の表
面粗さを計測することができる。しかも、位相検出部の
出力信号を高域通過フィルタおよび実効値算出回路に入
力することにより、被測定面のうねり等の影響を除去す
ることができ、コンクリートの表面粗さを計測すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る表面粗さ計測装置の構成
ブロック図である。

【図２】実施例に係るアンテナを内蔵させた遊動輪の一
部を切り欠いた詳細説明図である。

【図３】実施例に係る本体の低域通過フィルタの出力信
号の一例を示す図である。

【図４】実施例に係る演算処理部に設けた高域通過フィ
ルタの作用の説明図である。

【図５】実施例に係る演算処理部に設けた高域通過フィ
ルタの出力信号の一例を示し図である。

【図６】実施例に係る演算処理部に設けた実効値算出回
路と加算器との出力信号の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 表面粗さ計測装置 ２３ サーキュレータ ２４ 遅延器 ２５、２８ 位相検出部（ミクサー、低域通過フィ
ルタ） ３２ａ〜３２ｃ アンテナ ４４ａ〜４４ｃ 高域通過フィルタ ４５ａ〜４５ｃ 粗さ演算部（実効値算出回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 益生 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内 (72)発明者 松谷 真二 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 酒向 義勝 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 沢田 学 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 市原 正一 東京都新宿区西新宿１丁目25番１号 大成 建設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波を被測定面に放射するとともに、
   被測定面からの反射波を受けるアンテナと、このアンテ
   ナが放射した前記電磁波とアンテナが受けた前記反射波
   との位相差を求める位相検出部と、この位相検出部が出
   力した信号の高周波成分を通過させる高域通過フィルタ
   と、この高域通過フィルタの出力信号に基づいて、前記
   被測定面の粗さを求める粗さ演算部とを有することを特
   徴とする表面粗さ計測装置。