特許 5963591 データ取得装置、強度測定システム、データ取得方法および強度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5963591

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】データ取得装置、強度測定システム、データ取得方法および強度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/40 20060101AFI20160721BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20160721BHJP

   G01N 33/38 20060101ALN20160721BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/40 B

   G01N3/00 D

   G01N3/00 M

   !G01N33/38

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-162673(P2012-162673)

(22)【出願日】2012年7月23日

(65)【公開番号】特開2014-21050(P2014-21050A)

(43)【公開日】2014年2月3日

【審査請求日】2015年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】平野 享

(72)【発明者】

【氏名】山下 雅之

(72)【発明者】

【氏名】石山 宏二

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３２７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３９６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１６８７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２９０４３７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５９−１３７８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 平野亨 他，’ハンドドリルを応用した掘削体積比エネルギーに基づく坑内岩盤強度測定器の開発’，土木学会第６６回年次学術講演会（平成２３年度）ＩＩＩ−１０８，２０１１年，pp．２１５〜２１６

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／４０

Ｇ０１Ｎ ３／００

Ｇ０１Ｎ ３３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物の強度を計算するために使用されるデータを取得するためのデータ取得装置であって、
削孔部材により前記測定対象物を削孔する削孔手段と、
前記削孔手段に取り付けられ、削孔により前記測定対象物内へ挿入された前記削孔部材の挿入長を測定することにより削孔距離を計測する計測手段と、
手で持つためのグリップ部と前記削孔手段との間に配設され、前記グリップ部から前記削孔手段へ入力される力を含む削孔方向への推力を検出する推力検出手段と、
前記グリップ部と前記削孔手段との間に配設され、当該グリップ部と当該削孔手段との間に発生する曲げ力に抵抗する抵抗手段と、
前記計測手段と前記推力検出手段とに接続され、前記測定対象物の強度計算に使用されるデータとして、計測された前記削孔距離と検出された前記推力とを記録する記録手段とを含む、データ取得装置。

【請求項2】

前記推力検出手段は、前記推力を検出値として検出し、
前記データ取得装置は、削孔前に、前記推力検出手段が検出した前記検出値を０にするための風袋除去手段をさらに含む、請求項１に記載のデータ取得装置。

【請求項3】

前記抵抗手段は、前記グリップ部および前記削孔手段の一方に連結される円筒状部材と、他方に連結され、前記円筒状部材に挿嵌される円柱状部材とから構成される２以上のバランスシリンダとされる、請求項１または２に記載のデータ取得装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ取得装置と、前記データ取得装置が備える記録手段に記録されたデータを用いて測定対象物の強度を計算する強度計算装置とを含む、強度測定システム。

【請求項5】

測定対象物の強度を計算するために使用されるデータを取得するためのデータ取得装置により実行されるデータ取得方法であって、
削孔手段により測定対象物を削孔するステップと、
削孔により前記測定対象物内へ挿入された前記削孔手段が備える削孔部材の挿入長を測定することにより削孔距離を計測するステップと、
手で持つためのグリップ部と前記削孔手段との間に配設される抵抗手段により、当該グリップ部と当該削孔手段との間に発生する曲げ力に抵抗するステップと、
前記グリップ部と前記削孔手段との間に配設される推力検出手段により、前記グリップ部から前記削孔手段へ入力される力を含む削孔方向への推力を検出するステップと、
前記測定対象物の強度計算に使用されるデータとして、計測された前記削孔距離と検出された前記推力とを記録手段に記録するステップとを含む、データ取得方法。

【請求項6】

前記推力検出手段は、前記推力を検出値として検出し、
前記データ取得方法は、削孔前に、前記推力検出手段が検出した前記検出値を０にするための風袋除去を実行するステップをさらに含む、請求項５に記載のデータ取得方法。

【請求項7】

測定対象物の強度を計算するための強度測定システムにより実行される強度測定方法であって、
削孔手段により測定対象物を削孔するステップと、
削孔により前記測定対象物内へ挿入された前記削孔手段が備える削孔部材の挿入長を測定することにより削孔距離を計測するステップと、
手で持つためのグリップ部と前記削孔手段との間に配設される抵抗手段により、当該グリップ部と当該削孔手段との間に発生する曲げ力に抵抗するステップと、
前記グリップ部と前記削孔手段との間に配設される推力検出手段により、前記グリップ部から前記削孔手段へ入力される力を含む削孔方向への推力を検出するステップと、
前記測定対象物の強度計算に使用されるデータとして、計測された前記削孔距離と検出された前記推力とを記録手段に記録するステップと、
前記記録手段から前記データを読み出し、前記データを用いて前記測定対象物の強度を計算するステップとを含む、強度測定方法。

【請求項8】

前記推力検出手段は、前記推力を検出値として検出し、
前記強度測定方法は、削孔前に、前記推力検出手段が検出した前記検出値を０にするための風袋除去を実行するステップをさらに含む、請求項７に記載の強度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物を削孔することにより、その測定対象物の強度計算に必要とされるデータを取得するデータ取得装置およびデータ取得方法、そのデータ取得装置を含む強度測定システムおよび強度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

岩盤やコンクリート等の石質材料の強度を測定するために、ドリルでその石質材料を削孔し、その削孔時の反力や削孔速度、エネルギー等のデータを取得する装置、その装置を備えた強度測定システムや強度測定方法が知られている（例えば、特許文献１および２、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−３２７８８０号公報

【特許文献2】特開２００７−１９８９０７号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】平野享、外３名、「ハンドドリルを応用した掘削体積比エネルギーに基づく坑内岩盤強度測定器の開発」、土木学会第６６回年次学術講習会講演概要集、ＩＩＩ−１０８、ｐｐ２１５−２１６（２０１１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示された技術では、回転式ダイヤモンドビットドリルを採用することから、発生したくり粉を排出しつつビット自体を冷却するための水冷機構が必要となっている。また、材料強度に依存した削孔速度を正確に評価することができるように、押し付け力を一定にするための圧縮バネやサーボモータを用いている。このため、水を供給するためのラインが別途必要で、装置重量が増加し、また、水平方向以外の方向（例えば、鉛直方向）への削孔に適用した場合の圧縮バネの補正方法が記載されておらず、水平方向以外の方向には適用が困難なものとなっている。

【0006】

また、特許文献２に開示された技術では、水の供給が不要であるが、測定対象にアンカーボルトで固定される装置固定部と装置移動部にドリル本体が支持され、錘により一定の反力を保つ構成とされている。このため、測定位置（削孔位置）を多数設定することが面倒であり、また、水平方向以外の方向（例えば、鉛直方向）への削孔に適用した場合の錘の補正方法が記載されておらず、水平方向以外の方向には適用が困難なものとなっている。

【0007】

非特許文献１に開示された技術は、室内試験用に考案されたもので、押し付け力を測定するための機構を備えていないため、別途、荷重計（例えば、台秤）を使用している。この荷重計は、材料の背面に配置して使用するため、背面に配置できるという条件が満たされない場合には押し付け力を測定することができない。

【0008】

これでは、手で持って、水平方向や鉛直方向等、自由に配置して削孔し、強度計算に必要とされるデータを簡易に取得することはできない。そこで、給水することなく削孔することができ、いずれの方向に対しても自由に配置して、当該データを簡易に取得することができるデータ取得装置やその方法の提供が望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題に鑑み、削孔部材を回転させて測定対象物を削孔する削孔手段と、削孔手段に取り付けられ、削孔により測定対象物内へ挿入された削孔部材の挿入長を測定することにより削孔距離を計測する計測手段と、手で持つためのグリップ部と削孔手段との間に配設され、グリップ部から削孔手段へ入力される力を含む削孔方向への推力を検出する推力検出手段と、計測手段と推力検出手段とに接続され、測定対象物の強度計算に使用されるデータとして、計測された削孔距離と検出された推力とを記録する記録手段とを含む、データ取得装置が提供される。また、上記各手段により行われる各処理ステップを含むデータ取得方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明のデータ取得装置や方法を提供することにより、給水や測定対象物に固定することなく、手で持って、水平方向や鉛直方向等、自由に配置して削孔し、強度計算に必要とされるデータを簡易に取得することができる。また、各手段は、市販品を用いることができ、大がかりな機器を必要としないので、安価で提供することができ、軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明のデータ取得装置の構成例を示した図。

【図2】図１に示したデータ取得装置における距離計測手段の動作を例示した図。

【図3】図１に示したデータ取得装置における抵抗手段の動作を例示した図。

【図4】データ取得装置において実施されるデータ取得処理の流れを示したフローチャート。

【図5】データ取得装置を用いて、測定対象物を鉛直方向に削孔するところを示した図。

【図6】データ取得装置を用いて、測定対象物を水平方向に削孔するところを示した図。

【図7】データ取得装置を含む強度測定システムの構成例を示した図。

【図8】データ取得処理後の強度計算処理の流れを示したフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明のデータ取得装置は、主に岩盤やコンクリート等の石質材料を測定対象物とし、その強度を計算するために必要とされるデータを取得するための装置である。測定対象物の強度は、削孔手段を備える掘削ツールが一定であれば、測定対象物の削孔に要した消費電力量Ｗと、掘削ツールの無負荷状態での消費電力量Ｗ_０と、削孔体積Ｖとにより得られる掘削体積比エネルギーＥ_ｄに依存する関係を有する。具体的には、強度のべき乗の関係である。ちなみに、掘削体積比エネルギーは、一例として、Ｅ_ｄ＝（Ｗ−Ｗ_０）／Ｖにより求めることができる。このため、予め強度のべき乗の関係の係数を決定しておき、実際に削孔してＷ、Ｗ_０、Ｖを求めることにより、測定対象物の強度を推定することができる。

【0013】

消費電力量Ｗは、岩種によらず、掘削ツールを測定対象物に押し付ける押付力（掘削ツールを削孔方向へ推し進める推力）にほぼ比例する領域（比例領域）がある。このため、掘削ツールの推力を、上記の比例領域に留まるよう測定することにより、推力から消費電力量Ｗを求めることができる。削孔体積Ｖは、掘削ツールにおける削孔径が一定であるため、削孔距離を計測することにより求めることができる。したがって、測定対象物の強度は、掘削ツールを一定とし、上記の比例領域での掘削を行えば、少なくとも推力と削孔距離とを測定することにより求めることができる。

【0014】

データ取得装置を手で持って操作する場合、大きく変動し得る削孔パラメータとして、上記推力のほか、回転数または打撃数があり、これらも考慮するほうが望ましい。回転数または打撃数は、後述するドリルを削孔手段として用いる場合、回転数と打撃数は比例する関係にあることから、例えば回転数のみを測定することにより、パラメータを求めることができる。

【0015】

大きく変動し得る削孔パラメータである回転数または打撃数と、例えば上記の掘削体積比エネルギーとの関係を予め構築しておくことにより、その変動の影響を考慮した測定対象物の強度を求めることができる。したがって、データ取得装置は、測定対象物の強度を求めるためのデータとして、少なくとも押付力と削孔距離を測定し、それに加えて回転数または打撃数も測定して取得することが望ましい。また、消費電力量が推力に比例する領域は、測定対象物により変動することから、様々な測定対象物に対応できるよう、正確な消費電力量を得るために、掘削ツールへ供給した電流量および電圧値を測定し、これらの値も取得することが必要である。

【0016】

図１は、これらのデータを取得するためのデータ取得装置の構成例を示した図である。この構成は一例であるため、本発明のデータ取得装置は例示したこの構成に限定されるものではない。図１に示すデータ取得装置は、掘削ツールとして、測定対象物を削孔するための削孔手段を備える。削孔手段としては、例えば、ドリル１０を用いることができる。

【0017】

図１に示すようにドリル１０は、測定対象物に接し、その測定対象物に所定の径の穴を形成する削孔部材としてのドリルビット１１と、そのドリルビット１１を一定方向に回転させるための図示しない動力部と、動力部を駆動させるための削孔スイッチ（ＳＷ）１２と、ドリルビット１１を回転可能に固定するチャック１３とを備える。ドリル１０としては、振動ドリルやハンマードリルを用いることができる。本発明では、硬い岩盤やコンクリート等の石質材料を削孔するため、打撃力が強いハンマードリルが望ましい。また、ハンマードリルは、整流子モータで駆動されるため、回転トルクが消費電力量に比例するものとして測定可能であることからも望ましい。

【0018】

ドリルビット１１としては、切り屑を排出するための螺旋状の溝が２本形成され、先端が円錐状に尖った一対の切れ刃を有するツイストドリルや、そのツイストドリルの先端に超硬合金のチップを取り付けた超硬ドリル等を用いることができる。

【0019】

本発明では、例えば、回転打撃式ドリルビットを装着した手持ち式で、かつバッテリ式の市販のハンマードリルを採用することができる。手持ち式である場合、図１に示すように、ドリル１０の側面から突出する棒状の水平方向支持握り１４を備えることができる。

【0020】

ドリル１０には、ドリルビット１１の回転数を検出するための回転数検出部１５を備えることができる。回転数検出部１５は、いかなる構成であってもよいが、例えば、ドリルビット１１とともに回転するチャック１３の外周に取り付けられた検出用の鉄片と、そのチャック１３に対向して取り付けられた近接センサとから構成することができる。

【0021】

近接センサは、チャック１３が１回転するごとに鉄片を検出し、これにより、ドリルビット１１が１回転したことを検出する。回転数は、例えば１分間に近接センサが鉄片を検出した回数として求めることができる。回転数検出部１５としては、これ以外に、回転量や回転角度を計測するエンコーダ等を用いることも可能である。

【0022】

図１では、削孔距離を計測するために、ドリル１０に、ドリルビット１１と平行に延び、その長手方向に滑動可能にされた棒状部材を備える距離計測手段が装着されている。距離計測手段としては、図１に示すような削孔距離計２０を用いることができる。削孔距離計２０は、棒状部材２１と、その棒状部材２１を滑動可能に収納する収納部２２とを含んで構成されている。

【0023】

棒状部材２１は、一端が外部に露出し、その先端には測定対象物の表面に当接する接触ヘッド２３を備えており、他端には図示しないエアダンパー等の弾性部材が取り付けられている。この弾性部材は、必要に応じて設けることができる。削孔前は、平行に延びるドリルビット１１の先端と棒状部材２１の先端とが一直線上にあるが、削孔により、図２に示すようにドリルビット１１が測定対象物１内へ挿入されると、棒状部材２１の先端にある接触ヘッド２３は、測定対象物１の表面に当接して移動しなくなり、そのドリルビット１１の挿入長に応じて、棒状部材２１の末端部分が収納部２２内へ収納されていく。

【0024】

削孔距離計２０は、棒状部材２１の末端の初期位置（削孔前の位置）と、収納部２２内へ収納された後のその末端の位置とから、その挿入長に対応する長さを求め、その長さを削孔距離として計測する。なお、棒状部材２１の末端には弾性部材が取り付けられているため、ドリル１０の削孔時の振動等の影響を受けて、接触ヘッド２３の当接が不安定になることが抑制され、削孔距離計２０は滑らかな計測結果を与える。

【0025】

削孔距離計２０は、ドリル１０と連結されており、計測された削孔距離を、ドリル１０に添架したケーブル４０を介して記録手段としての記録計５３へ送り、その記録計５３に記録することができるようにされている。また、回転数検出部１５も同様にドリル１０と連結されており、回転数検出部１５により検出された回転数もまた、ドリル１０に添架したケーブル４０を介して記録計５３へ送り、その記録計５３に記録させることができる。

【0026】

このドリル１０には、ドリル１０の一部を覆う上述した反力枠３０が取り付けられる。反力枠３０は、ドリルビット１１が削孔する削孔方向とは反対の方向に作用する反力を受け、その反力を、反力枠３０に配設された推力検出手段としての推力センサ３１に入力する。この反力枠３０には、削孔前に、推力センサ３１により検出された検出値を０にするための風袋除去手段としての風袋除去ＳＷ３２が設けられている。

【0027】

また、この反力枠３０には、推力センサ３１と平行に、ドリル１０とグリップ部３４との間に発生する曲げ力に抵抗する抵抗手段としてのバランスシリンダ３３も設けられている。本発明では、これら風袋除去ＳＷ３２やバランスシリンダ３３を備えていなくてもよいが、鉛直方向および水平方向への推力の検出を容易にし、その検出精度を向上させるために備えるほうが望ましい。

【0028】

一端が反力枠３０に連結される推力センサ３１およびバランスシリンダ３３の他端は、手で握るための、略矩形で、中央に略矩形の穴が形成されたグリップ部３４に連結される。グリップ部３４には、測定ＳＷ３５が設けられている。この測定ＳＷ３５は、押下によりＯＮにされ、ドリルビット１１を回転させるための動力部を駆動させると同時に、推力センサ３１による推力の検出のほか、削孔距離計２０による削孔距離の計測、回転数検出部１５による回転数の検出等を実行させる。

【0029】

手で握られたグリップ部３４に、削孔方向へ押す力が加えられ、その結果としてドリルビット１１が削孔する削孔方向とは反対の方向に作用する反力を返すと、推力センサ３１にその力が入力される。推力センサ３１は、測定ＳＷ３５がＯＮにされると、この力を推力とし、この推力の情報を検出値として検出する。そして、推力センサ３１は、この検出値を電気信号として、ドリル１０に添架したケーブル４０、ジョイントボックス４１、信号ケーブル４２を介して持ち運び可能な制御ボックス５０へ送る。

【0030】

ジョイントボックス４１は、ドリル１０のバッテリを接続する部分に接続され、制御ボックス５０から供給される電源をドリル１０、回転数検出部１５、削孔距離計２０や推力センサ３１に供給する際や、削孔距離計２０からの削孔距離、回転数検出部１５からの回転数および推力センサ３１からの検出値を電気信号にて制御ボックス５０へ送る際の中継機器として機能する。このため、ジョイントボックス４１と制御ボックス５０との間には、上記の信号ケーブル４２のほか、電源を供給するための動力ケーブル４３も接続される。

【0031】

バランスシリンダ３３は、円筒状部材と、その円筒状部材に挿嵌される円柱状部材とから構成される。図３を参照すると、反力枠３０に円筒状部材３６が連結されていて、グリップ部３４に円柱状部材３７が連結されている。円筒状部材３６は、グリップ部３４に連結されていてもよく、円柱状部材３７は、反力枠３０に連結されていてもよい。バランスシリンダ３３は、図３に示すように、推力センサ３１の両側に２つ設けることができる。バランスシリンダ３３は、これに限られるものではなく、推力センサ３１の周りに３つ以上設けることもできる。また、バランスシリンダ３３は、円柱状部材３７に限られるものではなく、円筒状部材３６の内壁に外周面が隣接する円盤と、その円盤の中心に一端が配設された棒状部材とから構成されるピストンであってもよい。

【0032】

グリップ部３４は、手で握られ、削孔方向へ向けて力が加えられる。水平方向に削孔する場合において、反力枠３０とグリップ部３４とが推力センサ３１のみで接続されているとき、ドリル１０は、削孔時に打撃や振動を伴い、図３（ａ）の矢線Ａに示すような、曲がろうとする力、すなわち曲げ力が発生しやすい。曲げ力が発生すると、反力枠３０およびグリップ部３４と推力センサ３１との間の接合部分に負荷がかかり、推力センサ３１へも均一に荷重がかからず、推力センサ３１において正確な検出値を得ることができなくなる。

【0033】

しかしながら、本発明では、曲げ力に抵抗するバランスシリンダ３３を備えることで、削孔方向への力に対しては抵抗しないが、その他の方向へ作用する力については抵抗するため、接続部分への負荷を低減させ、推力センサ３１への荷重を均一にかけることができる。その結果、推力センサ３１は、ほぼ削孔方向へのみ作用する力、図３で言えば、力を加えた結果で得られた反力の大部分、すなわち真の推力の大部分を測定可能な推力として推力センサ３１で検出することが可能となり、検出精度を向上させることができる。

【0034】

鉛直方向に削孔する場合は、グリップ部３４に加えられる力と装置の自重が、同じ削孔方向へかかるので、水平方向に削孔する場合に比較して曲げ力が発生しにくい。しかしながら、推力センサ３１のみで接続されている場合、曲げ力が発生する可能性はある。この場合も、バランスシリンダ３３を設けることで、削孔方向への力に対しては抵抗せず、その他の方向へ作用する力については抵抗するため、推力センサ３１は、ほぼ削孔方向のみに作用する力を推力として検出することができる。

【0035】

制御ボックス５０は、信号ケーブル４２および動力ケーブル４３が接続され、その動力ケーブル４３を介して電源を供給するために削孔バッテリ５１を備えている。また、制御ボックス５０は、推力センサ３１により検出された検出値を、測定された推力値として表示する推力計５２と、削孔距離、回転数および検出値を記録する記録計５３と、これらの推力計５２や記録計５３を作動させるために電源を供給する制御バッテリ５４とを備えている。記録計５３に記録された値は、後にパーソナルコンピュータ等の強度計算装置によって読み出され、測定対象物の強度を計算するために使用される。

【0036】

制御ボックス５０は、持ち運び可能なように１つの筐体内に上記削孔バッテリ５１、推力計５２、記録計５３、制御バッテリ５４を収納したものとされる。制御ボックス５０は、そのほか、削孔バッテリ５１から供給される電源の電流量を測定し、電流値として表示する電流計５５と、電圧を測定し、電圧値として表示する電圧計５６とを収納する。実際に消費した電力量をこれらの値から計算し、この電力量から上述した掘削体積比エネルギーＥ_ｄを計算し、あるいは、推力と消費電力量の比例領域で測定を行った場合の、推定される消費電力量の妥当性を確認する等のために用いることができる。

【0037】

これらのドリル１０、回転数検出部１５を構成する近接センサおよび鉄片、削孔距離計２０、推力センサ３１、削孔バッテリ５１、推力計５２、記録計５３、制御バッテリ５４、電流計５５、電圧計５６はいずれも、市販のものを採用することができる。また、これらの機器のいずれも、大がかりな機器ではないので、安価で提供することができ、軽量化を図ることができる。

【0038】

実際に、図４に示すフローチャートを参照して、データ取得装置を用いて実施されるデータ取得処理について詳細に説明する。この処理は、データ取得装置のグリップ部３４を手で握り、ステップ４００から開始する。このときの状況は、鉛直方向に削孔する場合、図５（ａ）に示すようなものとなり、水平方向に削孔する場合、図６（ａ）に示すようなものとなる。

【0039】

このとき、図５（ａ）に示す状態では、推力センサ３１には自重がかかっており、推力センサ３１の検出値は、装置の質量をＭ、重力加速度をｇとすると、−Ｍｇとなる。削孔方向である下向きの力が正を示すことから、この−Ｍｇは、上向きの力が作用していることを示している。これに対し、図６（ａ）に示す状態では、装置を手で支持していることから、自重がかかることはない。しかしながら、手で支持することによるノイズεが発生するため、検出値は、このノイズεとなる。

【0040】

再び図４を参照して、ステップ４１０では、まず、風袋除去ＳＷ３２を押下し、これら自重やノイズを除去し、出力である検出値を０にする。より正確な推力を検出するためである。すなわち、図５（ｂ）に示すように風袋除去ＳＷ３２をＯＮにし、推力センサ３１の検出値−Ｍｇに＋Ｍｇを加えて、その検出値を０にする。また、図６（ｂ）に示すように風袋除去ＳＷ３２をＯＮにし、推力センサ３１の検出値εに−εを加えて、その検出値を０にする。

【0041】

ステップ４２０では、データ取得装置のドリルビット１１および棒状部材２１の接触ヘッド２３が、測定対象物の表面に接触するまで、手でデータ取得装置を移動させ、接地させる。図５（ｃ）に示す状態の場合、自重が測定対象物１にかかり、それまで０を示していた推力センサ３１の出力である検出値が、自重であるＭｇを示すようになる。図６（ｃ）に示す状態の場合、水平方向に手で押して、測定対象物１の表面に接触させているので、推力センサ３１の検出値は、その手で押した力Ｆ（ｔ＝０）に近い値を示す。ここで、ｔは削孔時間であり、ここでは削孔時間は０であるため、ｔ＝０とされている。

【0042】

ステップ４３０では、測定ＳＷ３５をＯＮにしてドリルビット１１を回転させ、測定対象物１へ向けてデータ取得装置を手で押すことにより削孔を行う。そして、推力の検出等、測定を行う。図５（ｄ）に示す状態の場合、削孔開始から経過した時間がｔであるときの入力される力をＦ（ｔ）とすると、推力センサ３１の検出値は、Ｍｇ＋Ｆ（ｔ）を示す。図６（ｄ）に示す状態の場合、自重はかからず、手で押した力にほぼ等しいので、Ｆ（ｔ）に近い値を示す。

【0043】

ステップ４４０では、推力センサ３１が検出した検出値等を制御ボックス５０へ送り、その制御ボックス５０内の記録計５３に記録する。記録計５３は、時系列に削孔距離、電流値、電圧値、推力の検出値を記録する。記録計５３は、これに加えて回転数も記録することができる。この削孔および記録は、所定の削孔距離に達するまで続けられる。所定の削孔距離に達したところで、ステップ４５０へ進み、このデータ取得処理を終了する。なお、次のデータ取得処理がある場合、再びステップ４００から開始される。

【0044】

このように、本発明のデータ取得装置や方法は、給水や測定対象物に固定することなく、手で持って、水平方向や鉛直方向等、自由に配置して削孔し、強度計算に必要とされるデータを簡易に取得することができる。また、各機器は、市販品を用いることができ、大がかりな機器を必要としないので、安価で提供することができ、軽量化を図ることができる。

【0045】

これまでデータ取得装置およびデータ取得方法について説明してきたが、本発明では、これらの装置および方法を含む測定対象物の強度測定システムや方法も提供することが可能である。図７は、本発明の強度測定システムの構成例を示した図である。この強度測定システムは、図１に示したようなデータ取得装置６０と、予め記憶された強度計算プログラムを実行し、そのデータ取得装置の記録計５３に記録された各データを読み出して、測定対象物の強度を計算するための強度計算装置７０とを含んで構成される。データ取得装置６０については、すでに説明したので、ここでは強度計算装置７０についてのみ説明する。

【0046】

強度計算装置７０は、強度計算プログラムを記憶するためのメモリやＨＤＤ等の記憶装置と、その強度計算プログラムを読み出し実行するプロセッサと、制御ボックス５０内の記録計５３とケーブル等により接続するための接続インタフェースとを備える。制御ボックス５０と、強度計算装置７０とは、ＵＳＢケーブル等により有線接続されてもよいし、互いに無線通信手段を備えることにより無線通信を行うように構成されていてもよい。

【0047】

強度計算装置７０としては、市販のパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等を用いることができる。強度計算プログラムとしては、上記のように、記録計５３に記録された各データから掘削体積比エネルギーを求め、その掘削体積比エネルギーから測定対象物の強度を求めることができれば、これまでに知られたいかなる数式やテーブル等でも用いることができる。

【0048】

図８を参照して、強度計算処理について説明する。ステップ８００からこの処理を開始し、ステップ８１０において、記録計５３から時系列に並ぶ削孔距離、電流値、電圧値、推力値を読み出し、取得する。強度計算プログラムは、例えば、分析ソフトウェア（表計算ソフトウェア等）を実装し、それらのデータは、この分析ソフトウェアにインポートされる。

【0049】

ステップ８２０では、そのソフトウェア上で、電流値および電圧値からその消費電力量を計算する。推力と消費電力量の比例領域で測定を行った場合は、推力センサ３１の検出値を使用して、削孔に要した消費電力量（消費エネルギー）を計算することもできる。ステップ８３０では、削孔するのに使用したドリルビット１１のビット径を用いて削孔面積を計算し、計測された削孔距離を用いて削孔体積を計算する。

【0050】

ステップ８４０では、計算して得られた消費電力量を削孔体積で除して、単位体積当たりの消費電力量、すなわち掘削体積比エネルギーを求める。ステップ８５０では、この掘削体積比エネルギーに、予め決定された係数を用いて測定対象物の強度を計算し、ステップ８６０でこの処理を終了する

【0051】

測定対象物の強度は、計算された複数の消費電力量から複数の掘削体積比エネルギーを求め、複数の掘削体積比エネルギーから複数の強度を求め、それらを平均する等して求めることができる。

【0052】

このように、強度測定システムおよび強度測定方法を提供することで、手で持ち運び可能なデータ取得装置と、ＰＣ等の強度計算装置とを用いて、手で持って、水平方向や鉛直方向等、自由に配置して削孔し、強度計算に必要とされるデータを簡易に取得することができ、また、簡易に、かつ正確な強度を求めることができる。

【0053】

これまで本発明のデータ取得装置、データ取得方法、そのデータ取得装置を備える強度測定システムおよび強度測定方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0054】

１…測定対象物、１０…ドリル、１１…ドリルビット、１２…削孔ＳＷ、１３…チャック、１４…水平方向支持握り、１５…回転数検出部、２０…削孔距離計、２１…棒状部材、２２…収納部、２３…接触ヘッド、３０…反力枠、３１…推力センサ、３２…風袋除去ＳＷ、３３…バランスシリンダ、３４…グリップ部、３５…測定ＳＷ、３６…円筒状部材、３７…円柱状部材、４０…ケーブル、４１…ジョイントボックス、４２…信号ケーブル、４３…動力ケーブル、５０…制御ボックス、５１…削孔バッテリ、５２…推力計、５３…記録計、５４…制御バッテリ、５５…電流計、５６…電圧計、６０…データ取得装置、７０…強度計算装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】