大成建設株式会社様より、ハードウェアおよびソフトウェアの開発協力依頼を頂き、2025年1月〜3月末の短納期で開発作業を行いました。開発物によって得られた成果は2025年日本建築学会大会にて論文「免震ベースプレート下部コンクリートの充填率自動化に向けた大平面精密3次元画像計測技術の開発」として発表されました。
以下の説明は上記論文の本文を元に記述しています。図は特記なき限り論文から引用したものです。
依頼の背景
建造物の免震装置下部にある鋼製の「ベースプレート」（図1）は、その下に充填されたコンクリートと隙間無く一体となることで強度を発揮します。ベースプレートと充填コンクリートの接触面に一切の空隙（へこみ）がない状態を充填率100%とし、空隙箇所の面積を引いた分が何%残るかによって、工程や材料の品質が想定通りか判定する試験施工が実際の建設現場で行われています。この検査工程は多くの手作業で構成され数日かかる上、作業者の主観によって結果が揺らぐリスクがあるため、一定の安全率を乗じた厳しい基準での検査を余儀なくされるという問題がありました。
今回の依頼は、上記のような免震下部ベースプレート充填コンクリートの検査作業の省力化・自動化技術の研究開発において、開発部分で協力していただきたいというものでした。
手法の概要
コンクリート表面の空隙箇所に適当な方向から光をあてると、この光源と正対する箇所ほど明るく見え、そうでない箇所は暗く見えます。このような原理を応用し、入射させる光の特性と撮像されたコンクリート表面画像との関係を方程式で表し、多数の光源条件に対して連立することで、コンクリートの形状が復元できそうであると数学的にわかります。
開発
前記の理論が実際の建築作業所の環境、実試験体に対しても適用可能なのか、また、できたとしてどれくらいの精度が出るのかを検証するには、実際にハードウェアとソフトウェアを開発して検証する必要がありました。
あまたある条件や制約を織り込みながら、今回の研究で求められる要素として以下を開発しました。
- アルミフレームと3Dプリント部品で構成される、八角柱形状のフレーム構造（図2）
- 8方向から個別に照射できる光源
- 光源制御回路とソフトウェア
- カメラから RAW 画像を受信して高いダイナミックレンジの現像結果を得る撮影ソフトウェア
結果
今回開発したハードおよびソフトに大成建設株式会社 鈴木藍雅 様が開発された3次元復元アルゴリズムの実装を組み合わせ、当初の予想を十分に満足するサブミリ精度の三次元形状復元が現実的なスピードで行えることが示されました。また、汚れにより暗くなっている、など単眼画像では形状の推定が難しそうな箇所も、本手法では正しい形状が得られると判明しました。
