JP2007197170A - スクラップヤードのスクラップ残量検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】スクラップ高さ記憶手段にスクラップ高さマップとして記憶されたスクラップ高さの情報に基づいてスクラップヤードのスクラップ残量を演算することで、スクラップヤードのスクラップ残量を容易に把握するようにしたスクラップヤードのスクラップ残量検知システムを提供すること。
【解決手段】２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードＹに保管した番地毎のスクラップ山高さを計測するスクラップ高さ計測手段によるスクラップ高さの情報をスクラップ残量マップとして記憶し、スクラップ残量の情報に基づいてスクラップヤード内のスクラップ残量を演算し、表示装置に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクラップヤードのスクラップ残量検知システムに関し、特に、鉄鋼会社等のスクラップヤードに一時保管されるスクラップの残量を簡易な方法で把握することで、ヤード全体におけるスクラップの入出庫を効率的に行うようにしたスクラップヤードのスクラップ残量検知システムに関するものである。

従来、鉄鋼会社等において、電気炉に用いる原材料の截断くず等のスクラップは、トラック等で搬入され、工場内にて予め定めたスクラップヤードに、スクラップヤード上方位置に走行及び横行するクレーン等を用いて積み上げて保管し、また、クレーン等を用いてスクラップ装入バケットに必要なスクラップを投入し、台車にて電気炉へ移送するようにしている。
このスクラップヤードにて使用されるクレーンは、手動で一般にトラック等にて該スクラップヤードに搬入されたスクラップをクレーンのバケットにて定量ずつ掴むか或いは励磁性スクラップに対してはリフティングマグネットにて吸着してスクラップヤードの所定位置（番地）に積み降ろしするようにしている。

しかし、このスクラップヤードに積み上げ保管されるスクラップは、スクラップ種別毎の入出庫量の違いもあり、クレーンのバケット或いはリフティングマグネットによる搬入及び取り出しにより、スクラップの山の形状及び堆積高さがヤード全体に亘って変化するものとなり、スクラップの山頂面が凹凸或いは全く堆積されない場所も生じるようになり、スクラップヤード全体に亘って平坦な山頂形状とはならない。
このため、スクラップ種別毎の残量（在庫量）の把握には、長年の経験と目視測量と演算のための時間が必要であり、管理効率が悪いという問題があった。

本発明は、スクラップヤードにおけるクレーン操作システムの有する問題点に鑑み、積み上げ保管されるスクラップ山の高さ及びその山頂の状況を、スクラップ高さ記憶手段にスクラップ高さマップとして記憶されたスクラップ高さの情報に基づいてスクラップヤードのスクラップ残量を演算することで、スクラップヤードのスクラップ残量を容易に把握するようにしたスクラップヤードのスクラップ残量検知システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のスクラップヤードのスクラップ残量検知システムは、スクラップヤードのスクラップ山を撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードに保管した番地毎のスクラップ山高さを計測するスクラップ高さ計測手段によるスクラップ高さの情報をスクラップ残量マップとして記憶し、該スクラップ残量の情報に基づいてスクラップヤード内のスクラップ残量を演算し、表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

この場合において、スクラップヤード内の番地毎のスクラップ山を、特定種別毎のスクラップ山毎に、スクラップ残量を演算するようにすることができる。

また、カメラの撮影を周期毎に行い、スクラップ残量マップとして記憶されているスクラップ残量の情報を更新することができる。

また、スクラップ残量マップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、リフマグの縦横外形寸法より小さい寸法に設定することができる。

本発明のスクラップヤードのスクラップ残量検知システムによれば、スクラップヤードのスクラップ山を撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードに保管した番地毎のスクラップ山高さを計測するスクラップ高さ計測手段によるスクラップ高さの情報をスクラップ残量マップとして記憶し、該スクラップ残量の情報に基づいてスクラップヤード内のスクラップ残量を演算し、表示装置に表示するようにすることにより、スクラップヤード内のスクラップ堆積高さだけでなく、スクラップヤード内のスクラップ種別毎の残量（在庫量）を容易かつ正確に把握することができ、これにより、管理効率を向上することができる。

また、スクラップヤード内の番地毎のスクラップ山を、特定種別毎のスクラップ山毎に、スクラップ残量を演算するようにすることにより、スクラップの種別毎の残量把握が簡易に、確実に行うことができる。

また、カメラの撮影を周期毎に行い、スクラップ残量マップとして記憶されているスクラップ残量の情報を更新することにより、スクラップヤード内のスクラップの残量をリアルタイムにて正確に把握することができる。

また、スクラップ残量マップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、リフマグの縦横外形寸法より小さい寸法に設定することにより、スクラップヤード内の各位置（番地）のスクラップ高さを必要とされる精度に管理することができる。

以下、本発明のスクラップヤードのスクラップ残量検知システムの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図５に、本発明のスクラップヤードのスクラップ残残量検知システムの一実施例を示す。
スクラップヤードにて使用されるクレーン１は、スクラップヤードＹの上方位置に、走行可能に配設したクレーンガーダ１１に巻き上げ下げ可能とし、スクラップＳＫの所定量を掴むようにしたバケット１２、或いはスクラップが励磁性であればリフティングマグネットを吊垂可能に、かつクレーンガーダ１１に対して横行可能にクラブ１３配設して構成するとともに、クレーンガーダ１１の走行レール１４より下方位置で、かつスクラップヤードＹ内に搬入積み上げられたスクラップＳＫが撮影できる位置に、所定の間隔Ｄ（特に限定されるものではないが、例えば１ｍ〜２ｍ）を隔てて２台一対としたカメラ２ａ、２ｂを配設し、この２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードＹ内に積み上げられたスクラップ高さを計測するようにしたスクラップ高さ計測手段と、該スクラップ高さ計測手段により計測されたスクラップ高さの情報をスクラップ高さマップとして記憶するスクラップ高さ記憶手段とを備え、スクラップ高さ記憶手段にスクラップ高さマップとして記憶されたスクラップ高さの情報に基づいてクレーン１を運転するとともに、前記スクラップ高さ記憶手段を利用し、このスクラップ高さマップとして記憶されたスクラップ高さの情報に基づいてスクラップヤードＹ内のスクラップ残量を演算することでスクラップヤードＹ内の残量の把握を容易に、かつ正確に行うようにする。

この場合において、２台一対のカメラ２ａ、２ｂは、クレーンガーダ１１の走行及び横行に支障のない位置に配設することにより、クレーンガーダ１１の横行方向のスクラップヤードＹ内に積み上げられたスクラップＳの表面全体を撮影できるようにしている。
なお、２台一対とする左カメラ２ａと右カメラ２ｂの配設位置及び配設数は、２台一対のカメラ２ａ、２ｂによる撮影可能範囲毎に設置し、スクラップヤードＹの形状や大きさに応じて一対或いは図示のように２対以上（４台以上）の複数台に、適宜変更することができる。

２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードＹ内に堆積したスクラップＳＫの高さは、図２の画像計測システム構成図により行うことができるが、この図２に示す実施例は、３対のカメラを用いた場合を示す。
左カメラ２ａ（図２においてはデジカメＬ）と、右カメラ２ｂ（図２においてはデジカメＲ）は、それぞれ画像信号変換器より光ファイバを経て、クレーン操作室などに設置した画像信号変換器を経て画像データ処理パソコンと接続し、表示器（エンジニアリング画面）にて表示するようにするとともに、オペレータコンソールパソコンの表示器（オペレータ用表示画面）にて表示するようにする。なお、この場合、画像データ処理パソコンを１台或いは必要に応じて２台以上設置することができ、また、オペレータコンソールパソコンの設置数も任意に設定することができる。

また、スクラップヤードＹ内の番地に積み上げられたスクラップＳＫの高さを計測する方法としては、具体的には、図３に示すステレオ視による距離測定法により行う。
一方のカメラ２ａ（左カメラ）により撮影した左画像と、他方のカメラ２ｂ（右カメラ）により撮影した右画像とを、コンピュータ上で対比し、両画像に撮影されているスクラップ山の表面（Ａ点）までの距離Ｈを、横方向の視差（画素数）を用いて、次式により算出するようにした。
Ｈ＝ｆ（Ｄ，Ｐｘ，Ｘｌ，Ｘｒ，α）
＝０．５・Ｄ・Ｐｘ／（（Ｘｌ−Ｘｒ）・ｔａｎ（α／２）） ・・・（１）
ここで、Ｈ：カメラとスクラップ山表面（Ａ点）の距離
Ｄ：カメラ光軸間隔（４００〜２０００ｍｍ程度）
Ｐｘ：ＰＩＸＥＬ（２２４０ＰＩＸＥＬ）
Ｘｌ−Ｘｒ：視差
α：カメラ画角
である。

なお、本実施例においては、カメラ２ａ、２ｂには、３．３ＭＥＧＡ ＰＩＸＥＬ、画素数：２２４０×１６８０、カメラ画角α：約６０゜のデジタルカメラを使用したが、これに限定されるものではなく、同程度或いはそれ以上の性能を有するカメラを用いることができる。

また、２台一対のカメラ２ａ、２ｂの撮影は、１日の始業時に１回行い、その後所定の周期（例えば、数秒間隔）毎に行い、スクラップヤードＹ内の各位置（番地）のスクラップ堆積量を計測するようにする。そして、この計測値をスクラップ高さ記憶手段にスクラップ高さマップとして記憶されているスクラップ高さの情報を更新するようにすることにより、スクラップヤードＹ内の各位置（番地）のスクラップ高さをリアルタイムで正確に計測、管理することができる。

スクラップ高さ分布の測定手順は、具体的には、図４に示すスクラップ高さ計測処理フローのように、まず、２台一対のカメラ２ａ、２ｂを用いてスクラップヤードＹ内に堆積したスクラップ画像を取り込み、両画像（左右のスクラップ画像）中のスクラップ境界線の抽出と、カメラ２ａ、２ｂから両画像に撮影されているスクラップ表面（Ａ点）までの平均距離Ｈの算出を行う。
次に、距離測定空間分解能を、例えば、１ｍ×１ｍ（細分化は０．５ｍ×０．５ｍまで可能）に設定し、距離測定領域画素数を決定する。
次に、一方のカメラ２ａ（左カメラ）により撮影した左画像上での距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）を設定し、この左画像の距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）に最も類似する、他方のカメラ２ｂ（右カメラ）により撮影した右画像上での距離測定領域Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｍ）を決定する。
そして、左画像及び右画像の各距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）、Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｍ）に対応する中心ｘ座標による視差から距離Ｒ１〜Ｒｍを算出する。
さらに、各測定点に対する距離Ｒ１〜Ｒｍとカメラ２ａ、２ｂからピット床面までの距離からスクラップ高さＨ１〜Ｈｍを算出する。

次に、スクラップ残量の演算方法について説明する。
（１）スクラップヤードＹ内に投入されるスクラップの種別は特に判別せず、スクラップの総量より算出する場合
スクラップヤードＹ内に堆積したスクラップ高さから堆積を算出し、この算出値Ａと予めカメラ画面からスクラップヤードＹ内全体のスクラップの比重Ｂを入力し、この算出値Ａ及びスクラップの比重値ＢよりスクラップヤードＹ内全体のスクラップ残量Ｃ（ｔｏｎ）を次式にて求める。
Ｃ（ｔｏｎ）＝Ａ（ｍ^３）×Ｂ（Ｋｇ／ｍ^３）÷１０００ ・・・（２）
なお、このスクラップ残量Ｃ（ｔｏｎ）は、特に限定されるものではないが、例えば、小数点以下第２位まで表示できるようにする。
（２）スクラップヤードＹ内に投入されるスクラップを、その種別毎に算出し、かつスクラップ総量の残量をより詳細に算出する場合
スクラップヤードＹ内に堆積したスクラップ高さ（複数種類のスクラップの体積）から堆積を算出し、この算出値Ａと予めカメラ画面からスクラップヤードＹ内全体のスクラップ種別を判断し、種別毎にその割合Ｄ_ｉ及びその比重Ｂ_ｉを入力し、これによりスクラップ残量Ｃ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
ここで、スクラップ種別の判別は、上記のカメラ画面（画面データ）の色からスクラップヤードＹ内のスクラップの種別を判別し、各色毎にスクラップの種別を割り付ける方式のほか、スクラップヤードＹに付与したアドレス毎にスクラップの種別を割り付ける方式を採用することができる。

（３）１日の受入量及び払出量を加味する場合
前回までに累積したスクラップＳＫと、今回受け入れるスクラップＳＫの性状が異なる場合は、その種別毎に算出し、かつスクラップ総量の残量をより詳細に算出するようにする。例えば、１日に１回、１日の始業時の午前６時に更新する（なお、更新の回数及び更新時刻は、これに限定されるものでなく、少なくとも１日に１回以上とすることができる。）することとし、
始業時のスクラップヤードＹ内のスクラップ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ｉ（％）
始業時のスクラップヤードＹ内のスクラップ種別ｉの比重：Ｂ_ｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
とすると、始業時に２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像から得られた体積Ａ_０からスクラップ残量Ｃ_０（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

次に、今日受け入れるスクラップＳＫの性状から、例えば、
今日受け入れるスクラップのスクラップ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ＩＮｉ（％）
今日受け入れるスクラップのスクラップ種別ｉの比重：Ｂ_ＩＮｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
とし、始業時の体積Ａ_０、今現在の体積Ａ_ａとする。
（３−１）Ａ_ａ＞Ａ_０の場合
Ａ_ａ＞Ａ_０の場合、Ａ_ａ−Ａ_０だけ受け入れたとしてＡ_ａ−Ａ_０に見合うスクラップ残量Ｃ_ｂ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

したがって、今現在の体積Ａ_ａに対するスクラップ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０＋Ｃ_ｂ ・・・（６）
（３−２）Ａ_ａ＝Ａ_０の場合
Ａ_ａ＝Ａ_ｏの場合、すなわち、受入／払出がない場合も含め、２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像から得られた今現在の体積Ａ_ａと始業時の体積Ａ_０との差が±０となる場合、今現在の体積Ａ_ａに対するスクラップ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０ ・・・（７）
（３−３）Ａ_ａ＜Ａ_０の場合
Ａ_ａ＜Ａ_０の場合、Ａ_０−Ａ_ａだけ払い出されたとして、払い出されたスクラップＳＫの性状から、例えば、
払い出されたスクラップのスクラップ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ＯＵＴｉ（％）
払い出されたスクラップのスクラップ種別ｉの比重：Ｂ_ＯＵＴｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
としてＡ_０−Ａ_ａに見合う払い出されたスクラップ量Ｃ_ｃ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

したがって、今現在の体積Ａ_ａに対するスクラップ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０−Ｃ_ｃ ・・・（９）
（３−４）更新時刻がきたら上記式（２）或いは式（３）の方法を用いて基準となる１日の始業時のスクラップ高さから堆積を算出した算出値Ａ_０を計測し、スクラップ残量Ｃ_０を算出する。これを新しい算出値Ａ_０及び新しい１日の始業時刻のスクラップ残量Ｃ_０に更新しておく。
故に、スクラップの性状が変われば更新時刻までに画面から比重や割合（スクラップヤード内のスクラップに占める割合）を設定しておく。
（３−５）次の更新時刻までは、上記（３−１）〜（３−３）を繰り返すことにより、スクラップの受入、払出が行われても常にリアルタイムでスクラップの残量を把握することができる。

（４）１日の受入量及び払出量を加味する場合
スクラップの払出量がわかる場合、例えば、２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像信号とバケットに取り付けた荷重計にてホッパーへ投入されるスクラップ重量をスクラップヤード内スクラップ残量検知システムに入力することで、ホッパー投入量を把握することができる。
これにより、今現在の体積Ａ_ａに対するスクラップ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０−Ｃ_ｅ＋Ｃ_ｄ ・・・（１０）
ここで、Ｃ_ｅ（ｔｏｎ）は電気炉等のホッパーへの投入量（払い出されたスクラップ量）で、これより、上記式（２）、式（３）又は式（４）を用いて体積Ａ_ｅ（ｍ^３）が逆算できる。また、Ｃ_０時の体積Ａ_０（ｍ^３）とＣ_ａ時の体積Ａ_ａ（ｍ^３）はカメラの撮影データからの演算で明らかである。よって、始業時から今現在までのスクラップ受入量（Ｃ_ｄに対する体積）Ａ_ｄは、
Ａ_ｄ（ｍ^３）＝（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）−Ａ_０
となる。
より具体的には、（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）＞Ａ_０の場合は（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）−Ａ_０だけ受け入れたことになり、（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）≦Ａ_０の場合は受入０である。
よって、Ｃ_ｄは（ｔｏｎ）は、上記Ａ_ｄより、次式にて算出される。

よって、Ｃ_ａは上記式（１０）により算出できる。

この方法により、約３０ｍの距離を離れた位置において測定した結果、図５に示すように、スクラップ高さの検出誤差±０．５ｍ及びスクラップ高さマップのピッチの空間分解能１ｍ×１ｍ（図５（ａ））又は０．５ｍ×０．５ｍ（図５（ｂ））を確認することができた。

以上、本発明のスクラップヤードＹ内残量検知システムについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のスクラップヤードＹ内残量検知システムは、クレーン操作者がクレーンを手動運転或いは半自動運転する場合、スクラップヤードＹ内に堆積したスクラップ高さと種別毎のスクラップ残量とをリアルタイムにて把握することができるので、クレーンの稼働効率を向上することができることから、自動クレーンを手動運転或いは半自動運転する用途に好適に用いることができるほか、手動クレーンの用途にも用いることができる。

本発明のスクラップヤード内残量検知システムの一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 画像計測システム構成図である。 ステレオ視による視差を利用してスクラップヤード内に堆積したスクラップ高さを計測する方法を示す原理説明図である。 ステレオ視による視差を利用してスクラップヤード内に堆積したスクラップ高さを計測する方法のフロー図である。 ステレオ視による視差を利用してスクラップヤード内に堆積したスクラップ高さの分布を測定する測定結果図で、（ａ）は空間分解能１ｍ×１ｍの場合を示し、（ｂ）は空間分解能０．５ｍ×０．５ｍの場合を示すものである。

符号の説明

Ｙ スクラップヤード
Ｄ ２台一対としたカメラの間隔
ＳＫ スクラップ
１ クレーン
１１ クレーンガーダ
１２ バケット
１３ クラブ
１４ クレーンガーダの走行レール
２ａ 左カメラ
２ｂ 右カメラ

Claims (4)

1. スクラップヤードのスクラップ山を撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してスクラップヤードに保管した番地毎のスクラップ山高さを計測するスクラップ高さ計測手段によるスクラップ高さの情報をスクラップ残量マップとして記憶し、該スクラップ残量の情報に基づいてスクラップヤード内のスクラップ残量を演算し、表示装置に表示するようにしたことを特徴とするスクラップヤードのスクラップ残量検知システム。
2. スクラップヤード内の番地毎のスクラップ山を、特定種別毎のスクラップ山毎に、スクラップ残量を演算するようにしたことを特徴とする請求項１記載のスクラップヤードのスクラップ残量検知システム。
3. カメラの撮影を周期毎に行い、スクラップ残量マップとして記憶されているスクラップ残量の情報を更新するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のスクラップヤードのスクラップ残量検知システム。
4. スクラップ残量マップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、リフマグの縦横外形寸法より小さい寸法に設定するようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のスクラップヤードのスクラップ残量検知システム。

Images