JP2022107202A - パイプコンベヤにおけるローリング監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】省電力で強い光を照射することなく、非接触でパイプコンベヤにおけるベルトのローリング及び重合部の反転を、簡便な設備で安定して検出できるようにする。【解決手段】パイプ状に丸まったベルト１３の外周をスキャンして高さ方向の変位を測定する非接触のセンサ２０を、ベルト１３の周方向に間隔をあけて複数個配置し、センサ２０の測定結果に基づいて、一定のライン数ごとにイメージ画像を作成し、センサ２０が測定した高さが大きく変わる箇所を、ベルト１３の重合部１３ａで外側となったエッジ１３ｂの位置として検出し、ベルト１３が正常に走行しているかローリングを生じているかを判定する。イメージ画像の範囲でベルト１３の断面形状を表すプロファイル画像を作成するとともに、エッジ１３ｂの位置における段差の大きさを計測し、ベルト１３の重合部１３ａでの内側と外側の関係が反転せずに正常に重なり合っているか否かを判定する。【選択図】図４

Description

この発明は、パイプコンベヤにおいて、ベルトの蛇行現象であるローリングを生じていないかセンサを使用して監視するシステムに関するものである。

砕石や粉体の搬送に適したパイプコンベヤとして、下記特許文献１には、図１０に示すようなものが記載されている。このパイプコンベヤは、ヘッドプーリ５１とテールプーリ５２とに掛け回された無端のベルト５３を、経路の中間部でパイプ状に丸め、被搬送物５０を包み込むようにして搬送することにより、キャリヤ側での荷こぼれや粉塵の飛散を防止するとともに、リターン側でのベルト５３の表面に付着した被搬送物５０の落下による環境汚染を防止するものである。

そして、特許文献１に記載されたパイプコンベヤでは、ベルト５３の重合部において、外側になる部分の裏面と内側になる部分の表面とに、それぞれ磁石５４，５５を貼り付けておき、磁気センサによりベルト５３の捩れを検出することを特徴としている。

また、下記特許文献２には、図１１に示すように、パイプ状に丸められたベルト６１の重合部６１ａへ向けて、周方向に直角をなし明るさに差がある２箇所の照明具６２，６３から投光し、ベルト６１の重合部６１ａのエッジで影を発生させ、２箇所の投光位置の中間で固定カメラ６４が撮影した映像を画像処理アンプ６５で画像処理して、ベルト６１の重合部６１ａの位置を検出し、その位置が一定になるように調芯ローラを制御することにより、ローリングを回避するローリング監視システムが記載されている。このシステムでは、ベルト６１にローリング検出のために磁石等の付着物を取り付ける必要はない。

特開２００７－９１３５６号公報 特開２００５－２５５３１４号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたローリング監視システムでは、照明具６２，６３からベルト６１の重合部６１ａへ向けて強い光を照射する必要があるため、電力の消費が大きく、また、強い光が暗い坑道内などで周囲の作業員の視野に入ると、眩惑を生じたりする恐れがある。

また、周囲の明るさの変化により撮影画像が変化するため、検出が安定せず、周辺照度を一定にしておくか、外乱光を遮断する囲いを設置するなどの処置が必要となる。

また、ベルト６１で包まれる搬送物の有無によってベルト６１の検査面の形状が変わると、照明の当たり方が変わってしまい、正確な検査が行われなくなるほか、固定カメラ６４の焦点位置からベルト６１の検査面がずれて、鮮明な画像を得られなくなり、画像処理が困難になるという問題がある。

さらに、ベルト６１の重合部６１ａにおける内側と外側の関係が反転した場合、２箇所の照明具６２，６３からの投光による影が不鮮明になり、ベルト６１の重合部６１ａを検出できず、深刻な異常を検出できなくなる恐れもある。

そこで、この発明は、省電力で強い光を照射することなく、非接触でパイプコンベヤにおけるベルトのローリング及び重合部の反転を、簡便な設備で安定して検出できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明は、循環走行する無端のベルトをパイプ状に丸め、被搬送物を包み込むようにして搬送するパイプコンベヤに付設され、前記ベルトが走行に伴い蛇行するローリングを生じていないか検知するローリング監視システムにおいて、
前記パイプ状に丸まったベルトの外周をスキャンして高さ方向の変位を測定する非接触のセンサを、ベルトの周方向に間隔をあけて複数個配置し、
前記センサの測定結果に基づいて、一定のライン数ごとにイメージ画像を作成し、前記センサが測定した高さが不連続的に大きく変わる箇所を、前記ベルトの重合部で外側となったエッジの位置として検出することとしたのである。

また、前記エッジの位置座標を予め設定した位置判定用のしきい値と比較して、ベルトが正常に走行しているかローリングを生じているかを判定することとしたのである。

また、前記イメージ画像の範囲で前記ベルトの断面形状を表すプロファイル画像を作成するとともに、前記エッジの位置における段差の大きさを計測することとしたのである。

そして、前記エッジの位置における段差の大きさは、前記ベルトの幅方向における左右いずれかの側を基準として計測し、その段差の大きさと予め設定した重合状態判定用のしきい値とを比較することにより、前記ベルトの重合部での内側と外側の関係が正常であるか反転しているかを判定することとしたのである。

この発明に係るパイプコンベヤにおけるローリング監視システムでは、ベルトの重合部で外側となったエッジの位置を検出するセンサとして、パイプ状に丸まったベルトの外周をスキャンして高さ方向の変位を測定するものを使用し、高さの変化から検出したエッジの位置座標と位置判定用のしきい値との比較によりベルトのローリングの有無を判定するので、ベルトの重合部へ向けて強い光を照射する必要がなく、電力消費が抑制され、周囲の明るさの影響をあまり受けず、ベルトの検査面の形状が変わっても、ローリングを安定して検出することができる。

また、センサにより計測した段差の大きさと重合状態判定用のしきい値との比較からベルトの捩じれの前兆である重合部の反転を検出することができるので、ローリング方向の変化を事前に察知することができ、重合部の反転が生じやすいカーブコンベヤ等においても、迅速にローリングに対処することができる。

そして、センサの検出値によりベルトの重合部のイメージ画像及び断面形状を表すプロファイル画像を作成するので、カメラで撮影した画像によらなくても、監視員がベルトの走行状態の異常を的確に感知して、ローリングを解消するための操作をすることができ、センサと連動したローリング修正装置のような大がかりな設備を導入する必要がない。

この発明に係るローリング監視システムを備えたパイプコンベヤの（１Ａ）全体概略側面図、（１Ｂ）ヘッドシュートの縦断正面図 同上の（２Ａ）ベルトがローラによりパイプ状に丸められた部分を示す断面図、（２Ｂ）ローラの配置を示す側面図 同上のセンサの配置及びローリング検知イメージを示す縦断面図 同上のローリングを生じていないベルトの状態、センサの検出値により作成されたイメージ画像及びプロファイル画像を示す図 同上の一方へローリングを生じているベルトの状態、イメージ画像及びプロファイル画像を示す図 同上の他方へローリングを生じているベルトの状態、イメージ画像及びプロファイル画像を示す図 同上の重合部が反転したベルトの状態、イメージ画像及びプロファイル画像を示す図 同上の重合部が検出できないベルトの状態、イメージ画像及びプロファイル画像を示す図 同上の重合部の外側が大きく浮き上がったベルトの状態、イメージ画像及びプロファイル画像を示す図 特許文献１に記載のパイプコンベヤを示す概略斜視図 特許文献２に記載のパイプコンベヤにおける固定カメラを使用した画像処理によるローリング監視システムを示す概略図

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、トンネルの工事において、被搬送物である掘削土を坑外へ搬出するため、上流側のトラフコンベヤ１に直交して坑口側へ延びるように配置されるパイプコンベヤ１０を示している。トラフコンベヤ１から排出された掘削土は、ヘッドシュート２に蓄積され、ヘッドシュート２からパイプコンベヤ１０へ落下して供給される。ヘッドシュート２は、電動式のバッファプレート３を備えており、バッファプレート３を揺動させて、パイプコンベヤ１０に対する掘削土の供給位置を調整することができる。

パイプコンベヤ１０は、ヘッドプーリ１１とテールプーリ１２とに掛け回された無端のベルト１３を、キャリヤ側とリターン側のそれぞれの経路の中間部でローラ１４によりパイプ状に丸め、被搬送物である掘削土を包み込むようにして搬送するものである。

パイプコンベヤ１０においては、ローリング監視システムとして、ベルト１３がキャリヤ側でパイプ状に丸まった直後の位置に、ベルト１３の外周をスキャンして高さ方向の変位を測定するセンサ２０が設けられている。なお、センサ２０を設ける位置は、ベルト１３の動的特性や周囲の状況に応じて、パイプコンベヤ１０の経路の中間部やヘッド寄りとすることもある。センサ２０は、図３に示すように、ベルト１３の上方に周方向に間隔をあけて複数個（図示のものでは３個）配置されている。

センサ２０としては、例えば、青色半導体レーザーを照射するキーエンス社製のレーザー変位計ＬＪ－Ｘ８９００やＩＸ－１５０を使用するほか、赤外線を拡散照射し、ベルト１３の形状を捉えて画像処理するものとしてもよい。

このローリング監視システムでは、センサ２０からベルト１３の外周へ向けてレーザー光線を照射し、その反射によりベルト１３の外周の高さ方向の変位を測定して、ベルト１３の重合部１３ａで外側となったエッジ１３ｂの位置が正常範囲にあるか、軽度又は重度の異常位置にあるかを判定する。通常、２個又は３個のセンサ２０により、パイプ状に丸まったベルト１３の外周の上半分をほぼ網羅できる。

具体的には、図４に示すように、センサ２０の測定結果に基づいて、一定のライン数ごとにイメージ画像を作成し、さらに、イメージ画像の範囲で断面形状を表すプロファイル画像を作成する。なお、ベルト１３の状態を示す図とイメージ画像及びプロファイル画像とは、左右が逆になっている。

これに伴い、センサ２０が測定した高さが不連続的に大きく変わる箇所を、ベルト１３の重合部１３ａで外側となったエッジ１３ｂの位置として検出し、エッジ１３ｂの位置の段差の大きさを計測する。このとき、エッジ１３ｂの位置に基づいて、プログラムにより段差の大きさの補正を行う。

そして、エッジ１３ｂの位置座標を予め設定した位置判定用のしきい値と比較して、ベルト１３が正常に走行しているかローリングを生じているかを判定する。図４は、ベルト１３がローリングせずに正常に走行している状態を示している。

また、図５は、一方（図では時計回り方向）へローリングを生じているベルト１３の状態と、作成されたイメージ画像及びプロファイル画像を示し、図６は、他方（図では反時計回り方向）へローリングを生じているベルト１３の状態と、作成されたイメージ画像及びプロファイル画像を示している。

また、エッジ１３ｂの位置における段差の大きさは、ベルト１３の幅方向における左右いずれかの側を基準として計測し、その段差の大きさを予め設定した重合状態判定用のしきい値と比較することにより、図４に示すように、ベルト１３の重合部１３ａでの内側と外側の関係が正常であるか、図７に示すように、内側と外側の関係が反転しているかを判定できるようにしている。

なお、図８に示すように、ベルト１３の外周の下半分に重合部１３ａが位置するような状態では、ベルト１３のエッジ１３ｂの位置を検出できないので、ベルト１３が極めて大きくローリングしている等の異常が生じていると判定する。

また、このローリング監視システムでは、図９に示すように、ベルト１３の重合部１３ａが上半部にあれば、外側のベルト１３が大きく浮き上がっている場合でも、ベルト１３のエッジ１３ｂの位置を問題なく検出することができる。

上記のように、このパイプコンベヤにおけるローリング監視システムでは、ベルト１３の重合部１３ａで外側となったエッジ１３ｂの位置を検出するセンサ２０として、パイプ状に丸まったベルト１３の外周をスキャンして高さ方向の変位を測定するものを使用し、高さの変化から検出したエッジ１３ｂの位置座標と位置判定用のしきい値との比較によりベルト１３のローリングの有無を判定することとしたので、ベルト１３の重合部１３ａへ向けて強い光を照射する必要がなく、電力の消費が抑制され、周囲の明るさの影響をあまり受けず、搬送物の有無によってベルト１３の検査面の形状が変わっても、ローリングを安定して検出することができる。

また、センサ２０により計測した段差の大きさと重合状態判定用のしきい値との比較からベルト１３の捩じれの前兆である重合部１３ａの反転を検出することができるので、ローリング方向の変化を事前に察知することができ、重合部１３ａの反転が生じやすいカーブコンベヤ等においても、迅速にローリングに対処することができる。

そして、センサ２０の検出値によりベルト１３の重合部１３ａのイメージ画像及び断面形状を表すプロファイル画像を作成するので、カメラで撮影した画像によらなくても、監視員がベルト１３の走行状態の異常を的確に感知して、ローリングを解消するための操作をすることができ、センサ２０と連動したローリング修正装置のような大がかりな設備を導入する必要がない。

なお、上記ローリング監視システムと、図１に示すヘッドシュート２のバッファプレート３の制御部とを連動させ、上記ローリング監視システムから送られるベルト１３のローリング方向及び程度の信号に基づいて、ヘッドシュート２のバッファプレート３を揺動させ、ベルト１３の幅方向における掘削土の供給位置を調整し、ベルト１３のローリングを自動的に修正するようにしてもよい。

また、ベルト１３を支持しているローラ１４の一群を電動式の自動調芯ローラとし、上記ローリング監視システムから送られるベルト１３のローリング方向及び程度の信号に基づいて、自動調芯ローラをベルト１３の走行方向に対して左右に振り、ベルト１３のローリングを自動的に修正するようにしてもよい。

１ トラフコンベヤ
２ ヘッドシュート
３ バッファプレート
１０ パイプコンベヤ
１１ ヘッドプーリ
１２ テールプーリ
１３ ベルト
１３ａ 重合部
１３ｂ エッジ
１４ ローラ
２０ センサ

Claims (4)

1. 循環走行する無端のベルト(13)をパイプ状に丸め、被搬送物を包み込むようにして搬送するパイプコンベヤ(10)に付設され、前記ベルト(13)が走行に伴い蛇行するローリングを生じていないか検知するローリング監視システムにおいて、
   前記パイプ状に丸まったベルト(13)の外周をスキャンして高さ方向の変位を測定する非接触のセンサ(20)を、ベルト(13)の周方向に間隔をあけて複数個配置し、
   前記センサ(20)の測定結果に基づいて、一定のライン数ごとにイメージ画像を作成し、前記センサ(20)が測定した高さが不連続的に大きく変わる箇所を、前記ベルト(13)の重合部(13a)で外側となったエッジ(13b)の位置として検出することを特徴とするパイプコンベヤにおけるローリング監視システム。
2. 前記エッジ(13b)の位置座標を予め設定した位置判定用のしきい値と比較して、ベルト(13)が正常に走行しているかローリングを生じているかを判定することを特徴とする請求項１に記載のパイプコンベヤにおけるローリング監視システム。
3. 前記イメージ画像の範囲で前記ベルト(13)の断面形状を表すプロファイル画像を作成するとともに、前記エッジ(13b)の位置における段差の大きさを計測することを特徴とする請求項１又は２に記載のパイプコンベヤにおけるローリング監視システム。
4. 前記エッジ(13b)の位置における段差の大きさは、前記ベルト(13)の幅方向における左右いずれかの側を基準として計測し、その段差の大きさと予め設定した重合状態判定用のしきい値とを比較することにより、前記ベルト(13)の重合部(13a)での内側と外側の関係が正常であるか反転しているかを判定することを特徴とする請求項３に記載のパイプコンベヤにおけるローリング監視システム。

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