JP7843328B2 - 被覆材厚さ計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の壁、床、天井、屋上等の面状部に施工される被覆材の厚さを計測する方法に関する。

建築物の壁等に塗装、左官、吹き付け等の工法によって、各種機能層を形成することが行われている。例えば、主原料に発泡材を加えた発泡原液を吹き付けて、発泡固化させて断熱材を施工することが行われている。断熱材の厚さを所定範囲に収めるには、施工対象面に発泡材を吹き付けて発泡固化させた後、その厚みを確認し、厚すぎる部位については余剰分を切削し、薄すぎる部位については追加する修正処理を必要とする。従来、施工現場においては施工後に、発泡固化した断熱材の各所に針状の測定ゲージを刺し、その厚さを計測し、各所に修正処理が必要か否かを確認していた。しかし、断熱材の厚さは測定ゲージを刺した位置での飛び飛びの計測値しか得ることができず、面的な品質管理まではできなかった。

上記問題に対して、特許文献１には、対象面に施工した被覆材の厚さを計測する方法であって、被覆材上または近傍に設置した基準マーカー上の三次元座標を基準三次元座標として、対象面からの距離が既知で同じである３点以上の基準三次元座標に基づいて仮想平面を算出し、被覆材の表面の三次元座標と当該仮想平面とに基づいて被覆材の厚さを算出する方法が記載されている。特許文献２には、対象面に施工した断熱材の厚さを計測するための測定ピンであって、頭部に設けられた押圧部を対象面から所定の距離だけ離れた基準マーカーとして利用可能な測定ピンが記載されている。

特許文献３には、耐火被覆材の施工方法として、耐火被覆対象物の表面に耐火被覆対象物と同一成分からなり耐火被覆材の厚さの目標となる厚さ目標物を設け、その厚さ目標物を目安にして耐火被覆材を施工する方法が記載されている。これにより、目標とする厚さを視認しながら施工できるため、厚さのばらつきを小さくできるとされる。また、塗装工程において、３Ｄスキャナで塗装面の凹凸の画像情報を取得して、厚さ目標物の凹凸が無くなった時点で所定の厚さの塗膜が形成されたと判定することが記載されている。

国際公開第ＷＯ２０２０／１７９３３６号 特開２０２０－１４３９６５号公報 特開２０２０－１２５６２０号公報

しかし、特許文献１や２に記載された方法では、被覆材の厚さを計測後にピンを抜き取ると被覆材中にピンの穴が残り、厚さ計測の精度向上のためピンを多数使うと穴が増えるという問題があった。

また、特許文献３に記載された方法では、塗装面の凹凸に着目して所定の厚さの被覆材が形成されたことを判断できるが、面的に精密な被覆厚さを計測することは難しかった。特に吹き付け工法においては、被覆材の施工予定厚さと同じ厚さの厚さ目標物を被覆材の厚さの目安とすることから、厚さ目標物を被覆材に埋もれさせずに施工することが難しく、面的に精密な被覆厚さを計測することはさらに難しかった。

本発明は上記を考慮してなされたものであり、被覆材施工後に設置するタイプの計測用のピンを用いることなく面的に精密な被覆厚さを計測可能な方法、および係る計測方法に用いる測定基準体を提供することを目的とする。

本発明の測定基準体は、対象面に施工した被覆材の厚さを計測するための測定基準体であって、前記被覆材と同じ機能を有し、前記対象面に固定される底面を有し、前記底面から頂部までの高さが前記被覆材の施工予定厚さより大きい。ここで、測定基準体が有する被覆材と同じ機能とは、被覆材の施工の目的とする機能をいう。

本発明の被覆材厚さ計測方法は、上記測定基準体を用いる被覆材厚さの計測方法であって、前記底面から前記頂部までの高さが同じ前記測定基準体の３個以上を前記対象面に固定する工程と、前記測定基準体が固定された前記対象面に前記被覆材が施工された後に、前記被覆材表面および前記頂部の３次元形状を含む施工形状を取得する工程と、３個以上の前記測定基準体の前記頂部に測定基準点を設定する工程と、前記被覆材表面の３次元形状と前記測定基準点の３次元座標に基づいて前記被覆材の厚さを算出する工程とを有する。

本発明の測定基準体または被覆材厚さ計測方法によれば、被覆材施工後に、被覆材表面の３次元形状と測定基準体の頂部に設定した測定基準点の３次元座標に基づいて、被覆材の厚さの絶対値と分布を面的に精密に計測できる。また、測定基準体が被覆材と同じ機能を有するので、被覆材厚さ計測後に測定基準体を被覆材から取り除く必要がなく、計測ピンを用いる場合と違って、被覆材中にピンの穴が残るという問題がない。また、測定基準体の厚さが被覆材の施工予定厚さより大きいため、被覆材中に測定基準体が埋没せず、正確な厚さ計測が可能となる。

一実施形態の被覆材厚さ計測方法に用いる計測システムの構成例である。 一実施形態の測定基準体である。 一実施形態の被覆材厚さ計測方法を含む被覆材施工作業の工程フロー図である。 Ａ～Ｅ：一実施形態の被覆材厚さ計測方法の工程を説明するための図である。

本発明の測定基準体および被覆材厚さ計測方法の一実施形態を図１～４に基づいて説明する。

本実施形態の被覆材厚さ計測方法は、施工対象面に測定基準体を固定し、被覆材が施工された後に、被覆材および測定基準体を３次元計測し、測定基準体頂部に設定した測定基準点に基づいて被覆材の厚さを算出する。以下において、建築物の壁面を対象面、その上に吹き付け施工された断熱材を被覆材として、断熱材の厚さを計測する場合を想定して説明する。

図１を参照して、本実施形態に用いる計測システム１０は、３次元計測装置１１と、制御部１４と、表示部１７とを備える。制御部１４は、記憶部１５と、データ処理部１６とを備える。記憶部１５は、３次元計測装置１１が計測した施工形状等を記憶する。データ処理部１６は、３次元計測のための計算や断熱材の厚さを算出するための各種演算を行い、表示部１７に表示する画像を作成する。表示部１７は、データ処理部１６によって作成された画像を表示する、例えば液晶モニターである。

３次元計測装置１１は施工形状を計測する。施工形状は、壁面（対象面）２０に施工された断熱材（被覆材）２１の表面の３次元形状、および壁面に固定された測定基準体３０が断熱材から突出する頂部の３次元形状を含む。

３次元計測装置１１の種類は特に限定されず、計測対象面にレーザー光を照射し、反射光によって対象面の３次元形状を算出するＬＩＤＡＲ方式、照射した光が反射して返ってくるまでの時間に基づいて距離を計測するＴＯＦ方式、２台のカメラによって撮像した画像から三角測量の原理を利用して３次元形状を算出するステレオ方式、ステレオ方式の２台のカメラの片方を線状その他のパターン光を投影するプロジェクターに置き換えたアクティブステレオ方式などの装置を用いることができる。

３次元計測装置１１は、好ましくはアクティブステレオ方式のものを用いる。ステレオ方式は、屋内での計測など、計測対象との距離が近い場合に計測精度が高いからである。そして、パターンを投影することによって、壁、床、屋根などの特徴的な部分が少ない場所であっても、パターン中にステレオ対応点を容易に探索できるからである。図１には、投影部１３から赤外光などのパターンを投影し、撮像部１２によって撮像するアクティブステレオ方式の３次元計測装置１１を示した。

３次元計測装置１１は、好ましくは、計測する領域をずらしながら３次元計測を行い、計測結果を順次合成して対象面全体の３次元形状を取得できるハンディータイプのものを用いる。狭く、障害物の多い屋内の施工現場では設置タイプよりも操作性の高いハンディータイプが好適である。

また、施工形状には色情報が含まれることが好ましい。例えば、３次元計測装置として、３次元座標と同時にカラー画像を取得可能なものを用いれば、色情報を付加した点群データを生成できる。これにより、色情報に基づいて画像中の測定基準体３０を識別することができる。

図２に測定基準体の一例を示す。測定基準体３０は底面３１と頂部３２を備える。底面３１は被覆材２１の施工に先立って対象面２０に固定される。底面は好ましくは平面である。測定基準体３０は、高さＨが予定している施工後の被覆材の厚さより大きいものを用いる。これにより、断熱材施工後にも頂部３２が断熱材から突出することになる。頂部３２は、好ましくは、測定基準体を対象面に固定したときに対象面と平行になる平面である。頂部には、施工形状の３次元計測時に計測の基準となる測定基準点が設定されるが、頂部を対象面と平行な平面とすることにより、測定基準点の位置を精度よく算出できる。好ましくは、頂部の色は被覆材および測定基準体の他の部分に対して異なる色を有する。画像による識別をより容易にするためである。例えば、頂部表面を着色すればよい。

測定基準体３０の全体形状は、製造の容易さ、対象面２０に固定した状態での被覆材２１の施工作業の容易さ、施工後の脱落しにくさなどを考慮して決定できる。製造の容易さの観点からは、測定基準体は、角柱、円柱等の各種柱体形状を有することが好ましく、立方体を含む直方体形状を有することがより好ましい。測定基準体の形状が直方体であれば、切削加工が不要でカットのみで製造できることに加えて、製造時の材料の無駄がなく、梱包・輸送時の充填効率がよい。一方、施工作業の邪魔にならないことを重視する場合は、測定基準体は円柱等の側面に角のない柱体形状や、角錐台、円錐台等の各種錐台形状を有することが好ましく、錐台形状を有することがより好ましく、円錐台等の側面に角のない錐台形状を有することが特に好ましい。測定基準体の形状が円錐台であれば、施工作業が比較的難しい現場発泡型の吹き付けウレタン断熱材を被覆材とする場合でも、測定基準体の周囲に空隙を残さずに施工しやすい。また、測定基準体が錐台形状を有する場合は、錐台の平行な２平面のうち、面積の広い方を底面として対象面に固定すれば、施工後の経時変化によって測定基準体の対象面への固定が外れたり緩んだりした場合でも、測定基準体が被覆材から抜け落ちることがない。

測定基準体３０は被覆材と同じ機能を有する。ここで、同じ機能とは、被覆材の施工の目的とする機能をいう。例えば、被覆材が断熱材なら断熱機能、耐火被覆なら耐火機能、防水被覆なら防水機能の如くである。これにより、測定基準体を被覆材施工後に取り除くことなく、被覆材中に残したままにできる。

測定基準体３０の材質は、好ましくは被覆材２１と実質的に同じものを用いる。実質的に同じ素材からなるとは、測定基準体の成分や構造が被覆材と類似しており、成分や構造が異なるとしても上記施工の目的とする機能を失わない範囲の違いであることを意味する。これにより、測定基準体が被覆材と同じ機能を有することに加えて、測定基準体と被覆材の間に良好な接着性が得られる。例えば、被覆材が現場発泡型の吹き付けウレタン断熱材なら、測定基準体が発泡ウレタン素材からなることが好ましい。ただしその場合でも、測定基準体を吹き付け作業により発泡させた断熱材から切り出して作製する必要まではなく、例えば、発泡倍率が異なることによって測定基準体と被覆材の硬さが異なっていてもよい。

測定基準体３０は、好ましくは、頂部３２に養生フィルム３３を備える。測定基準体の高さが被覆材の厚さより大きいので、被覆材を施工することによって頂部が被覆材に埋もれることはない。しかし、被覆材を吹き付け施工する際に飛沫が頂部に付着することがあり、３次元計測の誤差の原因となる。測定基準体が頂部に養生フィルムを備えることによって、被覆材施工後に養生フィルムを剥がせば、飛沫等の余計な付着物のない平坦できれいな頂部が現れる。また、養生フィルムとして着色養生フィルムを用いれば、養生フィルムの剥がし忘れの発見が容易になる。

次に、本実施形態の方法を図３のフローに沿って、図４を参照しながら説明する。なお以下において、対象面の広がる方向を「面方向」といい、それに直交する方向を「厚さ方向」という。また、厚さ方向から見て対象面の手前にあるものも単に対象面の「面内にある」という。被覆材についても同様である。

本実施形態の被覆材厚さ計測方法は、対象面２０に対して、（Ｓ１）測定基準体を固定し、（Ｓ２）被覆材が施工された後、（Ｓ３）施工形状を取得し、（Ｓ４）測定基準体の頂部に測定基準点を設定して仮想平面を算出し、（Ｓ５）被覆材厚さを算出する。施工作業はさらに続き、その後に、（Ｓ６）被覆材画像を表示し、（Ｓ７）修正処理の要否を判断する。修正処理が必要と判断した場合は（Ｓ８）修正処理が行われた後、工程Ｓ３以降を繰り返す。修正処理が不要と判断した場合は、（Ｓ９）仕上処理が行われ、（Ｓ１０）所要のデータを保存して、作業を完了する。

（Ｓ１）対象面である壁面２０に測定基準体３０の底面３１を固定する（図４Ａ）。図４Ａの測定基準体は頂部３２に養生フィルム３３を備える。底面３１の壁面への固定方法は特に限定されず、アクリル系、ウレタン系、シリコン系等の各種公知の接着剤や粘着剤、両面に粘着層を有する両面テープ等を用いることができる。被覆材が現場発泡型の吹き付けウレタン断熱材である場合は、施工時に発生する熱への耐熱性を有するアクリル系の接着剤や粘着剤を用いることが好ましい。

測定基準体３０は、対象面内の一直線上にない３か所以上に固定する。これにより、後に頂部３２に測定基準点を設定したときに、測定基準点を通って対象面に平行な仮想平面を定めることができる。測定基準体は、好ましくは４か所以上に固定する。後述するように、測定基準体が多いほど、すなわち測定基準点が多いほど、被覆材厚さの計測精度を向上できるからである。また、測定基準体は、好ましくは対象面の全面にわたって分布させるのが好ましい。後述するように、被覆材厚さの計測精度を向上できるからである。

（Ｓ２）対象面である壁面２０に被覆材である断熱材２１を施工する（図４Ｂ）。施工の方法は特に限定されない。例えば、ＪＩＳＡ９５２６に規定された建築物断熱用吹付け硬質ウレタンフォームを吹き付け工法によって施工できる。被覆材を吹き付け施工する場合は、測定基準体３０の頂部３２に原料の飛沫２２が付着することがあるが、この問題に対しては、測定基準体の頂部に養生フィルム３３を貼付しておき、次工程Ｓ３で施工形状を取得する前に剥がせばよい。なお、被覆材の種類は特に限定されず、断熱層、防火被覆層、耐火被覆層、防水被覆層、防湿被覆層、防食被覆層など種々の層を形成するものであってよく、被覆材の施工も、吹き付け、スプレー、塗布など種々の方法によって行うことができる。

（Ｓ３）３次元計測装置１１を用いて施工形状Ｃを取得する（図４Ｃ）。施工形状は、被覆材２１の表面の３次元形状、および被覆材から突出した測定基準体３０の頂部３２の３次元形状を含む。測定基準体が頂部に養生フィルム３３を備える場合は、養生フィルムを取り除いてから施工形状を取得する。３次元形状の表現方法は、計算機上で処理可能なものであれば特に限定されない。例えば、表面の３次元座標の集合である点群データで表現したものであってもよいし、ポリゴンメッシュや平面／曲面の数式やパラメータ表現、または対象部位のボリュームデータ表現（ボクセル等）、およびそれらの組み合わせであってもよい。

（Ｓ４）測定基準体３０の頂部３２に測定基準点Ｒを設定して、仮想平面Ｖを算出する（図４Ｄ）。頂部３２が平面である場合にその重心に測定基準点Ｒを設定すれば、画像処理によって容易にかつ精度よく測定基準点の位置を計算できる。このとき頂部３２に被覆材原料の飛沫等が付着していると測定基準点Ｒの位置計算の誤差の原因となる。この問題に対しては、前述のとおり、頂部に養生フィルム３３を備えた測定基準体を用いればよい。

複数の測定基準体について高さＨが同じなら、それぞれの測定基準体の頂部に設定した測定基準点Ｒの対象面２０からの距離は等しくなる。したがって、複数の測定基準点を結ぶことによって、対象面に平行な仮想平面Ｖを定めることができる。測定基準点が３点あれば仮想平面Ｖを算出できる。測定基準点が４点以上あれば、最小二乗法等を用いてフィッティングすることによって、より高い精度で仮想平面Ｖを求めることができる。

（Ｓ５）被覆材である断熱材２１の表面の３次元形状と、３点以上の測定基準点Ｒの３次元座標に基づいて、被覆材厚さを算出する（図４Ｅ）。仮想平面Ｖと対象面２０との距離は既知で測定基準体３０の高さＨに等しい。したがって、仮想平面Ｖと被覆材２１の表面との距離ｔ１を算出して、Ｈから引くことによって、対象面２０から被覆材表面までの距離、すなわち被覆材の厚さｔ２が、ｔ２＝Ｈ－ｔ１、として求まる。

以上によって、対象面の全体に亘って、被覆材の厚さの絶対値と分布が面的に求められる。なお、上記被覆材厚さの算出方法の詳細は特許文献１に開示されている。

（Ｓ６）被覆材画像を作成して表示部１７に表示する。ここで被覆材画像とは、被覆材である断熱材２１の厚さｔ２が認識できる画像をいう。被覆材画像は、例えば、断熱材を厚さ毎に複数の領域に色分けして、または濃淡をつけて示したコンター図とすることができる。これにより、被覆材の厚さが要求仕様に基づく所定の範囲から外れた部分を容易に識別できる。

（Ｓ７）被覆材画像に基づいて、被覆材の厚さが要求仕様を満たさない領域が存在するときは修正処理が必要と判断し、ないときは、修正処理が不要と判断する。

（Ｓ８）工程Ｓ７で修正処理が必要と判断された場合は、被覆材を修正する。具体的には、被覆材が厚すぎる部位は過剰分を切削し、薄すぎる部位はその上から被覆材を追加で施工する。修正処理を行った後は、再度施工形状を取得し（Ｓ３）、測定基準点を設定し（Ｓ４）、修正処理後の被覆材の厚さを算出して（Ｓ５）、被覆材画像を表示し（Ｓ６）、さらに修正処理が必要か判断する（Ｓ７）。

（Ｓ９）工程Ｓ７で修正処理が不要と判断された場合は仕上処理へ進む。仕上処理では、測定基準体３０が被覆材から突出する部分を切断する。また、必要に応じて、被覆材の全面を保護するためにトップコートを塗工するなどの処理を行う。

（Ｓ１０）被覆材の厚さや被覆材画像、施工形状などの各種データを保存する。具体的には、記憶部１５に記憶されたデータを記憶媒体にコピーしたり、ネットワークを経由して別の場所にあるサーバにコピーする。被覆材の厚さ等のデータを保存しておくことによって、後日施主に対する品質保証などに利用することができる。

なお、上記各工程のうち被覆層の施工（Ｓ２）、修正処理（Ｓ８）および仕上処理（Ｓ９）は、本実施形態の被覆層厚さ計測方法を構成する他の工程とは異なる事業者によって実施されてもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、対象面は建築物の壁面には限られず、床、屋根、天井、屋上などの面状部であってもよい。また、被覆材は吹き付け施工される断熱材には限られず、断熱材以外の防水、耐火、防火、不燃、難燃、またはこれらの機能を合わせ持つ材料であってもよい。

１０ 計測システム
１１ ３次元計測装置
１２ 撮像部
１３ 投影部
１４ 制御部
１５ 記憶部
１６ データ処理部
１７ 表示部
２０ 壁面（対象面）
２１ 断熱材（被覆材）
２２ 断熱材原料の飛沫
３０ 測定基準体
３１ 底面
３２ 頂部
３３ 養生フィルム
Ｃ 施工形状
Ｈ 測定基準体の高さ
Ｒ 測定基準点
ｔ１ 被覆材表面と仮想平面の距離
ｔ２ 被覆材厚さ
Ｖ 仮想平面

Claims (6)

1. 対象面に施工した被覆材の厚さを計測する方法であって、
   前記被覆材の施工の目的とする機能と同じ機能を有し、前記対象面に固定される底面と養生フィルムを備える頂部とを有し、前記底面から前記頂部までの高さが前記被覆材の施工予定厚さより大きい測定基準体を準備する工程と、
   前記底面から前記頂部までの高さが同じ３個以上の前記測定基準体の前記底面を前記対象面に固定する工程と、
   前記測定基準体が固定された前記対象面に前記被覆材が施工された後に、前記被覆材表面および前記頂部の３次元形状を含む施工形状を取得する工程と、
   ３個以上の前記測定基準体の前記頂部に測定基準点を設定する工程と、
   前記被覆材表面の３次元形状と前記測定基準点の３次元座標に基づいて前記被覆材の厚さを算出する工程と、
   を有する被覆材厚さ計測方法。
2. 前記測定基準体が前記被覆材と実質的に同じ素材からなる、
   請求項１に記載の被覆材厚さ計測方法。
3. 前記被覆材が断熱材である、
   請求項１または２に記載の被覆材厚さ計測方法。
4. 前記断熱材が現場発泡型の吹き付けウレタンである、
   請求項３に記載の被覆材厚さ計測方法。
5. 前記測定基準体の前記頂部が前記底面と平行な平面である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆材厚さ計測方法。
6. 前記測定基準体が柱体形状または錐台形状を有する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の被覆材厚さ計測方法。