JP3427801B2 - Liquid level measuring device and liquid level measuring method - Google Patents
Liquid level measuring device and liquid level measuring methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば三角堰等に
用いられる水位計のように、種々の液面を高精度に測定
するための液位測定装置及び液位測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid level measuring device and a liquid level measuring method for highly accurately measuring various liquid levels such as a water level gauge used for a triangular weir.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、例えば三角堰等に用いられる
代表的な液位（水位）計測装置として、図８〜図１２に
示すような方式のものが知られている。以下、これらの
図に示す従来例について順番に説明する。図８は、第１
の従来例による液位計測装置の概要を示す説明図であ
る。この液位計測装置は、全体または両側を透明板６０
２から形成されたシリンダ６０１を有し、このシリンダ
６０１の内部に液面を導いている。このシリンダ６０１
の外側には、背景照明装置６０３と上下移動カメラ６０
４が配置されている。上下移動カメラ６０４の視野６０
６の中央に、メスニカル６０８が位置するように、カメ
ラ６０４が上下動ステージ６０５上を上下移動位置（矢
印６１７）の範囲で自動追従する（例えば特開平４−１
９８６１２号公報参照、また同様の従来技術として例え
ば特開昭６３−６６４１０号公報、特開平３−５９４１
１号公報、特開平７−３３３０３９号公報、特開平８−
１４９９２号公報、特開平８−４３１７３号公報等参
照）。図９は、第２の従来例による液位計測装置の概要
を示す説明図である。この従来例に示す方法は、最も高
精度な液位計測方法の１つである。この液位計測装置
は、シリンダ７０１、上下動ステージ７０２、電極７０
６から構成され、メスニカル（＝液面）７０４に電極７
０６が接するように、上下動ステージ７０２を上下移動
範囲（矢印７１３）の範囲内で移動する。その後は、微
少上下動（矢印７１５）を反復させて、液面に接触→電
極の再引上げ→液面から離間→電極の再引下げ→液面再
接触の動作を行うことで、非常に高精度に液面計測・追
従ができる特徴を有している。図１０は、第３の従来例
による液位計測装置の概要を示す説明図である。この液
位計測装置は、大型タンク８０１などで使用されている
方法であり、大型タンク８０１の屋根８０２の中央に超
音波センサ８０３を取り付け、液面８０４に向けて超音
波を発し、その反射時間を測定することで液面の高さを
計測する方法である。図１１は、第４の従来例による液
位計測装置の概要を示す説明図である。この液位計測装
置は、液面９０１に斜めに差し込んである斜めスケール
（必要に応じ垂直スケールも併用）９０２の画像を図示
しないカメラで読み取り、その斜めスケール９０２の屈
曲点９０３をカメラの画像から検出し、その屈曲点９０
３でのスケール値を同様に画像から求めることで、液面
の高さを計測する方法である（例えば特開平１１−２３
３５０号公報参照）。図１２は、第５の従来例による液
位計測装置の概要を示す説明図である。この液位計測装
置は、水面１００２にある水面上浮遊物１００３や水面
上の波紋１００４を２台のカメラ１００１で撮像し、ス
テレオ処理により、水面の高さを求める方法である（例
えば特開平７−３３３０３９号公報、特開平７−２４３
８５２号公報参照）。2. Description of the Related Art Conventionally, as a typical liquid level (water level) measuring device used in, for example, a triangular weir, a system shown in FIGS. 8 to 12 has been known. Hereinafter, the conventional examples shown in these figures will be sequentially described. FIG. 8 shows the first
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to the conventional example of FIG. This liquid level measuring device has a transparent plate 60 on the whole or both sides.
There is a cylinder 601 formed of two, and the liquid surface is guided inside the cylinder 601. This cylinder 601
Outside the background, the background lighting device 603 and the vertically moving camera 60
4 are arranged. Field of view 60 of the vertically moving camera 604
The camera 604 automatically follows the vertical movement stage 605 within the range of the vertical movement position (arrow 617) so that the female 608 is located at the center of the position 6 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-1).
For example, see Japanese Patent Laid-Open No. 63-66410 and Japanese Laid-Open Patent Application No. 3-5941.
No. 1, JP-A-7-333039, JP-A 8-
14992, JP-A-8-43173, etc.). FIG. 9 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a second conventional example. The method shown in this conventional example is one of the most accurate liquid level measuring methods. This liquid level measuring device includes a cylinder 701, a vertical movement stage 702, an electrode 70.
6 and the electrode 7 is attached to the female (= liquid surface) 704.
The vertical movement stage 702 is moved within the range of vertical movement (arrow 713) so that 06 touches. After that, by repeating a slight vertical movement (arrow 715), contact with the liquid surface → electrode re-pulling → separation from the liquid surface → electrode re-pulling → liquid surface re-contacting operation, resulting in extremely high accuracy. It has a feature that can measure and follow the liquid level. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a third conventional example. This liquid level measuring device is a method used in a large tank 801 and the like. An ultrasonic sensor 803 is attached to the center of a roof 802 of the large tank 801, an ultrasonic wave is emitted toward a liquid surface 804, and its reflection time is measured. Is a method of measuring the height of the liquid surface. FIG. 11 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a fourth conventional example. This liquid level measuring device reads an image of an oblique scale (a vertical scale is also used as necessary) 902 obliquely inserted into the liquid surface 901 with a camera not shown, and a bending point 903 of the oblique scale 902 is read from the image of the camera. Detect and bend 90
3 is a method of measuring the height of the liquid surface by similarly obtaining the scale value from the image (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-23).
No. 350). FIG. 12 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a fifth conventional example. This liquid level measuring device is a method of obtaining the height of the water surface by stereoscopic processing by capturing images of a floating substance 1003 on the water surface and a ripple 1004 on the water surface 1002 by two cameras 1001 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-83242). -333039, Japanese Patent Laid-Open No. 7-243
852 publication).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図８に示す第１の従来例では、メスシリンダの目視に
よる高精度読み取りを画像処理装置にて自動化したもの
であるが、このメスニカルの直読による方法では以下の
ような問題点がある。まず、第１の問題点は、シリンダ
の内面の汚れ、液面の泡立ちによりメスニカルが良好に
読み取れなくなるという状態が発生しやすいことであ
る。また、第２の問題点は、メスニカルの高さにカメラ
を移動させるための機構系が必須であり、メンテナンス
を要する故障要因となる部分が増え、かつ、コストも大
きくなることである。However, in the above-mentioned first conventional example shown in FIG. 8, the high-accuracy reading by visual inspection of the graduated cylinder is automated by the image processing apparatus. The method has the following problems. First, the first problem is that a situation in which the mesnical cannot be read well due to dirt on the inner surface of the cylinder and bubbling on the liquid surface is likely to occur. The second problem is that a mechanical system for moving the camera to the height of the methenical is indispensable, the number of failure factors requiring maintenance increases, and the cost also increases.
【０００４】次に、図９に示す第２の従来例では以下の
ような問題点がある。まず、第１の問題点は、電極への
水滴・汚れの付着や、シリンダの液面の僅かなさざ波や
油膜発生の影響を受けやすく、管理が煩雑であることで
ある。また、第２の問題点は、メスニカルの高さに電極
を移動させる機構系が必須であり、メンテナンスを要す
る故障要因となる部分が増え、かつ、コストも大きくな
ることである。Next, the second conventional example shown in FIG. 9 has the following problems. First, the first problem is that it is easily affected by water droplets and dirt adhering to the electrodes, slight ripples on the liquid surface of the cylinder, and generation of an oil film, and management is complicated. A second problem is that a mechanism system for moving the electrode to the height of the methenical is indispensable, the number of failure factors requiring maintenance increases, and the cost also increases.
【０００５】次に、図１０に示す第３の従来例では以下
のような問題点がある。まず、第１の問題点は、液面以
外からの反射の影響を受けないことが必要であり、十分
大きな空間がない場合は適用できないことである。ま
た、第２の問題点は、温度、空気流の影響等から高い精
度が得られないことである。このため、この方法では、
三角堰による流量測定には必要なｍｍ単位以下の精度が
得られない。Next, the third conventional example shown in FIG. 10 has the following problems. First, the first problem is that it is necessary to be unaffected by the reflection from other than the liquid surface, and it is not applicable unless there is a sufficiently large space. The second problem is that high accuracy cannot be obtained due to the influence of temperature and air flow. So this method
It is not possible to obtain the required accuracy in mm or less for measuring the flow rate using the triangular weir.
【０００６】次に、図１１に示す第４の従来例では以下
のような問題点がある。まず、第１の問題点は、液体の
透明度が低い場合は、屈曲点が安定して算出できないこ
とである。また、第２の問題点は、液面以下の部分のス
ケールが見えない場合は、スケールが見えている範囲を
検出することで、水位を求める方法を併用する場合があ
るが、この場合でも高い精度得ることができないことで
ある。Next, the fourth conventional example shown in FIG. 11 has the following problems. First, the first problem is that the bending point cannot be calculated stably when the transparency of the liquid is low. The second problem is that when the scale below the liquid surface is not visible, a method of determining the water level by detecting the range where the scale is visible may also be used, but this is also high. It is not possible to obtain accuracy.
【０００７】次に、図１２に示す第５の従来例では以下
のような問題点がある。まず、第１の問題点は、液面の
平面性を仮定し、かつ、サビピクセルまでのマッチング
対応を行っても、ｍｍ単位以下の精度を確保することが
困難であることである。また、第２の問題点は、ｍｍ単
位の精度であっても、必要な計測レンジを確保するには
複数のカメラセットが必要であることである。Next, the fifth conventional example shown in FIG. 12 has the following problems. First, the first problem is that it is difficult to secure the accuracy of mm or less even if the flatness of the liquid surface is assumed and matching is performed up to the chorus pixel. A second problem is that a plurality of camera sets are required to secure a necessary measurement range even with an accuracy of mm unit.
【０００８】そこで本発明の目的は、各種の液面を高精
度に測定する高精度な液位測定装置及び液位測定方法を
提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a highly accurate liquid level measuring device and liquid level measuring method for highly accurately measuring various liquid levels.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、液面の位置を測定する液位測定装置におい
て、前記液面に浮いた状態で設置されるフロートと、前
記フロートの側方に配置され、液面の昇降に対して静止
した状態に保持される固定部材と、前記フロートと固定
部材のいずれか一方に設置されたカメラと、前記フロー
トと固定部材のいずれか他方に設置されたスケールとを
有し、前記カメラによって前記スケールの画像を読み取
ることにより、液面の昇降位置を測定するようにしたこ
とを特徴とする。また本発明は、液面の位置を測定する
液位測定方法において、前記液面に浮いた状態でフロー
トを設置するとともに、前記フロートの側方に静止した
状態で保持される固定部材を配置し、かつ、前記フロー
トと固定部材のいずれか一方にカメラを設置するととも
に、前記フロートと固定部材のいずれか他方にスケール
を設置し、前記カメラによって前記スケールの画像を読
み取ることにより、液面の昇降位置を測定するようにし
たことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a liquid level measuring device for measuring the position of a liquid surface, wherein a float installed on the liquid surface and a side of the float. A fixed member that is placed on one side and is held stationary against the rise and fall of the liquid level, a camera installed on one of the float and the fixed member, and a camera installed on the other of the float and the fixed member. It is characterized in that the vertical position of the liquid surface is measured by reading the image of the scale by the camera. Further, the present invention is a liquid level measuring method for measuring the position of a liquid surface, in which a float is installed in a state of floating on the liquid surface, and a fixing member which is held in a stationary state on the side of the float is arranged. And, while the camera is installed on either one of the float and the fixing member, the scale is installed on the other one of the float and the fixing member, and the image of the scale is read by the camera to raise and lower the liquid surface. It is characterized in that the position is measured.
【００１０】本発明の液位測定装置において、液面の位
置が変位すると、この液面上に設置されたフロートが昇
降し、フロートと固定部材に配置されたカメラとスケー
ルとの高さ位置が相対的に移動する。したがって、カメ
ラによって撮像されるスケールの画像は、液面の位置を
反映したものとなり、この画像から液面の位置を知るこ
とができる。また、本発明の液位測定方法においても同
様に、液面の位置が変位すると、この液面上に設置され
たフロートが昇降し、フロートと固定部材に配置された
カメラとスケールとの高さ位置が相対的に移動する。し
たがって、カメラによって撮像されるスケールの画像
は、液面の位置を反映したものとなり、この画像から液
面の位置を知ることができる。この結果、液面測定を高
精度に行うことが可能となる。In the liquid level measuring device of the present invention, when the position of the liquid surface is displaced, the float installed on this liquid surface moves up and down, and the height position between the scale and the camera arranged on the fixing member and the scale is changed. Move relatively. Therefore, the image of the scale captured by the camera reflects the position of the liquid surface, and the position of the liquid surface can be known from this image. Also in the liquid level measuring method of the present invention, similarly, when the position of the liquid surface is displaced, the float installed on the liquid surface moves up and down, and the height of the camera and scale arranged on the float and the fixing member. The position moves relatively. Therefore, the image of the scale captured by the camera reflects the position of the liquid surface, and the position of the liquid surface can be known from this image. As a result, the liquid level can be measured with high accuracy.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明による液位測定装置
及び液位測定方法の実施の形態について説明する。本実
施の形態は、例えば三角堰等を用いた液位測定における
静止液面の位置や水槽等の液面の位置を高精度に測定す
るための液位測定装置、及び液位測定方法を提供するも
のである。図１は、本実施の形態における第１の実施例
の構成を示す斜視図である。この実施例は、例えば三角
堰の水位測定を行うための水位測定シリンダ（測定用容
器）の部分に本発明を適用したものである。この液位測
定装置では、三角堰内の水位計測部位から導水管１０１
で水位を水位測定シリンダ１０２内に導き、この水位測
定シリンダ１０２内の液面１０３を測定するものであ
る。なお、導水管１０１には、必要に応じて異物侵入防
止用フィルタ（図２に示すフィルタ２０８）や微少変動
吸収用の抵抗要素を設けるものとする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a liquid level measuring device and a liquid level measuring method according to the present invention will be described below. This embodiment provides, for example, a liquid level measuring device and a liquid level measuring method for highly accurately measuring the position of a stationary liquid surface or the position of a liquid surface such as a water tank in liquid level measurement using a triangular weir or the like. To do. FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the first example of the present embodiment. In this embodiment, the present invention is applied to, for example, a water level measuring cylinder (measuring container) for measuring the water level of a triangular weir. In this liquid level measuring device, the water conduit 101
The water level is introduced into the water level measuring cylinder 102 and the liquid level 103 in the water level measuring cylinder 102 is measured. It should be noted that the water conduit 101 is provided with a foreign matter intrusion prevention filter (filter 208 shown in FIG. 2) and a resistance element for absorbing minute fluctuations, if necessary.
【００１２】また、水位測定シリンダ１０２の液面１０
３にはフロート１０６を設け、フロート１０６の上に小
型カメラ１０７を設置する。この小型カメラ１０７は、
水位測定シリンダ１０２の外側に配置されたバックライ
ト付きスケール１０９を撮像するものである。なお、水
位測定シリンダ１０２の外壁が全体的に透明な場合は、
その適当な部分を介してバックライト付きスケール１０
９を撮像する。また、水位測定シリンダ１０２が不透明
の場合は、例えば図１に示すように、その適当な部分に
設置された透明窓（透明壁）１０８を介してバックライ
ト付きスケール１０９を撮像する。この撮像の際、バッ
クライト付きスケール１０９を小型カメラ１０７で正面
から撮像し、かつ、視野中央でスケール１０９を撮像、
読み取りすることにより、収差・歪みの大きな小型レン
ズ１１１を用いても読み取り誤差が生じないものであ
る。Further, the liquid level 10 of the water level measuring cylinder 102
3 is provided with a float 106, and a small camera 107 is installed on the float 106. This small camera 107
The image of the scale 109 with a backlight arranged outside the water level measuring cylinder 102 is captured. If the outer wall of the water level measuring cylinder 102 is entirely transparent,
Backlit scale 10 through its appropriate part
9 is imaged. Further, when the water level measuring cylinder 102 is opaque, as shown in FIG. 1, for example, the backlit scale 109 is imaged through a transparent window (transparent wall) 108 installed in an appropriate portion thereof. At the time of this image pickup, the backlit scale 109 is imaged from the front by the small camera 107, and the scale 109 is imaged in the center of the visual field.
By reading, the reading error does not occur even if the small lens 111 having large aberration and distortion is used.
【００１３】また、液面１０３からの蒸発による機材の
劣化や、透明窓１０８に結露発生を防止するために蒸発
防止用等の油１１０を用いることも可能である。また、
バックライト付きスケール１０９は、例えば透明または
半透明の基板に上下方向に目盛り等を付したスケール板
１０５と、直管蛍光灯１０４から構成されており、スケ
ール板１０５は図示しない固定部材にネジ止め等によっ
て取り付けられている。固定部材は、液面１０３の昇降
にかかわらず静止した状態で設けられている。なお、固
定部材にスケール板１０５をネジ止めする構成として、
垂直方向の長孔等を介してネジ止めするようにし、スケ
ール板１０５を適宜に上下移動してモニタ１１２を見な
がら位置調整を容易に行うことも可能となっている。It is also possible to use oil 110 for evaporation prevention or the like in order to prevent deterioration of equipment due to evaporation from the liquid surface 103 and generation of dew condensation on the transparent window 108. Also,
The backlight scale 109 is composed of, for example, a scale plate 105 in which a transparent or semi-transparent substrate is graduated with scales and a straight tube fluorescent lamp 104, and the scale plate 105 is screwed to a fixing member (not shown). It is installed by etc. The fixing member is provided in a stationary state regardless of the elevation of the liquid surface 103. In addition, as a configuration in which the scale plate 105 is screwed to the fixing member,
It is also possible to screw the screw through a vertical elongated hole or the like, and move the scale plate 105 up and down as appropriate to easily adjust the position while observing the monitor 112.
【００１４】スケール１０９の読み取り、認識は、モニ
タ上で直接読み取るか、カーソル１１３をモニタ１１２
上に表示（例えば日本電気株式会社製のＴＩシリーズの
カメラのように、カメラ単体でカーソル表示機能を有す
るものを使用するか、カーソル発生用の画像処理装置を
併用する）し、これを基準に目視で読み取りを行うか、
さらに、図１に示す例のように、別体の画像処理装置１
１４を使用して基準位置のスケール（及びスケール値：
数字、バーコード、記号など）の読み取り、認識を自動
的に行う。なお、場合により、カメラ一体型の画像処理
装置を使用する場合もある。To read and recognize the scale 109, the scale 109 is read directly on the monitor, or the cursor 113 is moved to the monitor 112.
Displayed above (for example, a camera with a cursor display function, such as a TI series camera manufactured by NEC Corporation, or an image processing device for generating a cursor is used together), and based on this You can read it visually or
Furthermore, as in the example shown in FIG. 1, a separate image processing device 1
Reference position scale (and scale value:
It automatically reads and recognizes numbers, barcodes, symbols, etc.). In some cases, an image processing device integrated with a camera may be used.
【００１５】次に、図２は、以上のような液位測定装置
を三角堰に適用して液位測定を行う場合の概要を示す斜
視図である。水路２０１の流量は、下流側水面２０２が
三角堰２０４にかかっていない低い高さにある場合（す
なわち、水流（矢印２０５）が落下している場合）、液
面（すなわち、上流側水面（静水面））２０３の高さを
精密に測定することで求めることが可能である。このた
め、導水管１０１により水位測定シリンダ１０２に液面
２０３を導き、同水位面２０６を確保する。この際、水
位測定シリンダ１０２の内部に異物が入込まないよう
に、フィルタ２０８を設置する。また、液面２０３の微
少な変動（液面のさざ波等）を避けることが必要な場合
は、管路抵抗２０９を導水管１０１に挿入する。Next, FIG. 2 is a perspective view showing an outline of a case where the liquid level measuring device as described above is applied to a triangular weir to measure a liquid level. The flow rate of the water channel 201 is such that when the downstream water surface 202 is at a low height where it does not hang on the triangular weir 204 (that is, when the water flow (arrow 205) is falling), the liquid surface (that is, the upstream water surface (static) It can be obtained by precisely measuring the height of the water surface) 203. Therefore, the liquid level 203 is guided to the water level measuring cylinder 102 by the water guiding pipe 101, and the same water level surface 206 is secured. At this time, the filter 208 is installed so that foreign matter does not enter the inside of the water level measuring cylinder 102. Further, when it is necessary to avoid a slight fluctuation of the liquid level 203 (ripple of the liquid level, etc.), the conduit resistance 209 is inserted into the water conduit 101.
【００１６】図３（Ａ）は、本例の液位測定装置におけ
る水位測定シリンダ１０２とバックライト付きスケール
１０９との配置状態を示す側断面図であり、図３（Ｂ）
は、バックライト付きスケール１０９を示す斜視図であ
る。以下、本図に基づき、本例による液位測定方法を具
体的に説明する。まず、上述のようにして導水管１０１
により水位測定シリンダ１０２に液面３０３を導き、フ
ロート１０６上に設置したカメラ１０７によってバック
ライト付きスケール１０９のスケール板１０５を撮像す
る。この撮像の際に、カメラ１０７の方向を安定させる
ために、フロート回転防止ワイヤ３１０をフロート１０
６の孔１０６Ａに通している。すなわち、フロート回転
防止ワイヤ３１０は、水位測定シリンダ１０２内で垂直
方向に張架されており、フロート１０６の孔１０６Ａは
垂直方向に貫通され、この孔１０６Ａにフロート回転防
止ワイヤ３１０を挿通することで、フロート１０６を昇
降可能な状態で回転防止を施している。FIG. 3A is a side sectional view showing an arrangement state of the water level measuring cylinder 102 and the backlit scale 109 in the liquid level measuring apparatus of this example, and FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a scale 109 with a backlight. Hereinafter, the liquid level measuring method according to the present example will be specifically described with reference to this drawing. First, the water conduit 101 as described above.
The liquid level 303 is guided to the water level measuring cylinder 102, and the scale plate 105 of the backlit scale 109 is imaged by the camera 107 installed on the float 106. At the time of this imaging, in order to stabilize the direction of the camera 107, the float rotation prevention wire 310 is attached to the float 10.
6 through holes 106A. That is, the float rotation prevention wire 310 is vertically stretched in the water level measuring cylinder 102, the hole 106A of the float 106 is vertically penetrated, and the float rotation prevention wire 310 is inserted into the hole 106A. The float 106 is prevented from rotating so that it can be moved up and down.
【００１７】また同時に、カメラ１０７への電源供給と
カメラ１０７からのビデオ信号を受け取るために、電源
・信号線３１１を柔軟なケーブルで配線している。とり
わけ、特徴的な部分は、シリンダ１０２内にあるカメラ
１０７により、透明窓（透明壁）１０８を介して、シリ
ンダ１０２外の撮像対象のバックライト付きスケール１
０９を撮像していることである。バックライト付きスケ
ール１０９は、スケール板１０５の上下両端部に垂直方
向の長孔３０５が形成されており、この長孔３０５に蛍
光管１０４を保持した照明固定ジグ３０８のスケール固
定スタット３０９を差し込み固定する構成となってい
る。これにより、蛍光管１０４と独立してスケール板１
０５を上下に移動可能とすることで、容易に調整できる
装置となっている。さらに、バックライト照明であるの
で、十分な画像上のＳ／Ｎが確保できるとともに、カメ
ラ１０７と透明窓（透明壁）１０８の距離がカメラ１０
７とスケール板１０５の距離と比べて相対的に近いた
め、透明窓（透明壁）１０８の汚れやキズの影響をあま
り受けずに撮像できる。At the same time, in order to supply power to the camera 107 and receive a video signal from the camera 107, the power / signal line 311 is wired by a flexible cable. In particular, the characteristic part is that the camera 107 in the cylinder 102 allows the backlight scale 1 to be imaged outside the cylinder 102 via the transparent window (transparent wall) 108.
09 is being imaged. The backlight scale 109 has vertical holes 305 formed at both upper and lower ends of the scale plate 105, and the scale fixing stat 309 of the lighting fixing jig 308 holding the fluorescent tube 104 is inserted and fixed in the long holes 305. It is configured to do. As a result, the scale plate 1 is independent of the fluorescent tube 104.
By making 05 movable up and down, the device can be easily adjusted. Further, since the backlight illumination is provided, sufficient S / N on the image can be secured, and the distance between the camera 107 and the transparent window (transparent wall) 108 can be set to the camera 10.
Since the distance between 7 and the scale plate 105 is relatively short, an image can be taken without being significantly affected by dirt and scratches on the transparent window (transparent wall) 108.
【００１８】以上のような本実施例による液位測定装置
及び液位測定方法により、以下のような効果を得ること
ができる。まず、第１の効果は、濡れ・さざ波等の影響
で変動する液面を直接計測するのではなく、機械的な拘
束がない（もしくは極めて僅かな）フロート上のカメラ
でスケールを直読するため、液位測定を高精度に行うこ
とが可能となるという点である。また、第２の効果は、
シリンダ径等に対して相対的に大きなフロートを用いる
ことで、液面の僅かな変動の影響を受けず、液面計測を
安定して行うことができる点である。With the liquid level measuring device and the liquid level measuring method according to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained. First, the first effect is that the scale is directly read by a camera on the float without mechanical restraint (or very slight), instead of directly measuring the liquid level that fluctuates due to the influence of wetting and ripples. The liquid level can be measured with high accuracy. The second effect is
By using a float that is relatively large with respect to the cylinder diameter and the like, the liquid level can be measured stably without being affected by slight fluctuations in the liquid level.
【００１９】また、第３の効果は、従来の高精度計測法
の代表的な電極追従法では、針に水滴が付着したり、液
面の僅かな波の影響を受けていたが、本例では、これら
は、フロートで平均化され影響が無くなり、再現性が向
上するため、液面計測を高精度ながら再現性良く行うこ
とができる点である。また、第４の効果は、スケールを
カメラで直読しながらスケール側を容易に上下調整する
ことで、簡単に校正ができ、スケールの校正が容易であ
るという点である。また、第５の効果は、スケールの傾
きの影響による誤差が傾きの２乗のオーダであり、多少
スケールが傾いたり、弛みが発生しても、ほとんど誤差
が発生しないことから、設置・調整が容易であるという
点である。また、第６の効果は、バックライト付きスケ
ールを透明板の板越しに撮像しているため、透明板の汚
れの影響をあまり受けず、また、透明板とカメラレンズ
間の距離が近いため、透明板のキズなど細かな部分の影
響も受けないことから、良好にスケールが撮像できると
いう点である。The third effect is that, in the typical electrode tracking method of the conventional high-precision measuring method, water droplets adhere to the needle and are affected by a slight wave of the liquid surface. Then, since these are averaged by the float and have no influence and the reproducibility is improved, the liquid level measurement can be performed with high accuracy and high reproducibility. A fourth effect is that the scale can be easily adjusted by vertically adjusting the scale while directly reading the scale with a camera, and the scale can be easily calibrated. The fifth effect is that the error due to the influence of the scale inclination is on the order of the square of the inclination, and even if the scale is slightly inclined or loosened, almost no error occurs. It is easy. Further, the sixth effect is that the scale with a backlight is imaged through the transparent plate, so it is not so much affected by dirt on the transparent plate, and the distance between the transparent plate and the camera lens is short. This is because the scale can be imaged well because it is not affected by small parts such as scratches on the transparent plate.
【００２０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図４は、本実施の形態における第２の実施例の構成
を示す斜視図である。本例の液位測定装置は、フロート
４０６及びカメラ４０７に対する機械的な拘束を全くな
くした構成のものである。本例においても、導水管４０
１により、水位測定シリンダ４０２に液面４０３を導
き、液面４０３上のフロート４０６にカメラ４０７を設
置し、直管蛍光灯４０４でバックライトされているスケ
ール板４０５を撮像している点は、上述した図１〜図３
の実施例と同様である。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the second example of the present embodiment. The liquid level measuring device of this example has a configuration in which mechanical restraints on the float 406 and the camera 407 are completely eliminated. Also in this example, the water conduit 40
1, the liquid level 403 is guided to the water level measuring cylinder 402, the camera 407 is installed on the float 406 on the liquid level 403, and the scale plate 405 backlit by the straight tube fluorescent lamp 404 is imaged. 1 to 3 described above
It is similar to the embodiment of.
【００２１】ただし、フロート４０６の機械的拘束を無
くすために、フロート４０６上に回転防止磁石４１０を
設置し、水位測定シリンダ４０２に鋼板４１２を設け、
カメラ４０７の方向を、常時、透明板４１３に向けるよ
うにしている。同時に、カメラ４０７への電源供給は、
３本の直管蛍光灯（照明手段）４０４からの光を太陽電
池４０７で光電変換して行っている。カメラ４０７から
のビデオ信号については、送信用ＬＥＤ４１３から赤外
線通信により、受信用フォトセンサ４１４に送信する。
なお、消費電力を抑制するために、ビデオレートとして
１枚／秒と云った低速のレートで画像転送を実際は行っ
ている。このような第２の実施例による液位測定装置で
は、上述した第１の実施例の第１〜第６の効果に加え
て、フロートの機械的拘束力を低減し、スムーズが動作
を得ることができる効果がある。However, in order to eliminate mechanical restraint of the float 406, an anti-rotation magnet 410 is installed on the float 406, and a steel plate 412 is provided on the water level measuring cylinder 402.
The camera 407 is always directed toward the transparent plate 413. At the same time, the power supply to the camera 407 is
Light from three straight fluorescent lamps (illuminating means) 404 is photoelectrically converted by a solar cell 407. The video signal from the camera 407 is transmitted from the transmitting LED 413 to the receiving photo sensor 414 by infrared communication.
In order to suppress power consumption, image transfer is actually performed at a low video rate of 1 image / sec. In the liquid level measuring device according to the second embodiment as described above, in addition to the first to sixth effects of the first embodiment described above, the mechanical restraining force of the float is reduced and smooth operation can be obtained. There is an effect that can be.
【００２２】図５は、本実施の形態における第３の実施
例の構成を示す斜視図である。本例の液位測定装置は、
導水管を使用せずに、直接、液面を測定するものであ
る。水路５０１に設置した三角堰５０４により堰き止め
られた液面５０３から下流側水面５０２に水流５０５が
落下している。三角堰５０４から適度に上流側水面で液
面５０３が十分に静水面になっている部分に、フロート
５０８を設置し、その上にカメラ５０９を設置し、水路
内側のスケール板５０６を撮像する。なお、撮像のＳ／
Ｎを改善するために、水路の外側にバックライト５０７
を使用する場合もある。このような第３の実施例による
液位測定装置においても、上述した第１、第２の実施例
と同様の効果を得ることでき、さらに、導水管やシリン
ダを用いることなく測定を行うことができる。FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the third example of the present embodiment. The liquid level measuring device of this example is
The liquid level is measured directly without using a water conduit. A water stream 505 is dropping from the liquid surface 503 blocked by the triangular weir 504 installed in the water channel 501 to the downstream water surface 502. A float 508 is installed on a portion of the water surface on the upstream side of the triangular weir 504, where the liquid surface 503 is sufficiently still water, and a camera 509 is installed on the float 508 to image the scale plate 506 inside the water channel. In addition, S /
Backlight 507 on the outside of the waterway to improve N
May be used. Also in the liquid level measuring device according to the third embodiment as described above, it is possible to obtain the same effects as those of the first and second embodiments described above, and further, it is possible to perform the measurement without using the water conduit or the cylinder. it can.
【００２３】図６は、本実施の形態における第４の実施
例の構成を示す斜視図である。本例の液位測定装置は、
上述した実施例のスケール板とカメラの配置関係を反対
にしたものである。この液位測定装置においても、導水
管１１０１により水位測定シリンダ１１０２に液面１１
０３を導き、液面１１０３上のフロート１１０４にスケ
ール板１１０５を設置し、水位測定シリンダ１１０２の
側面にある透明板１１０８を介して、シリンダ１１０２
の外部に配置したカメラ１１０７で撮像を行い、スケー
ルの読み取りを可能としている。そして、本例では、照
明は外部照明であり、シリンダ１１０２の外部に設置し
た直管蛍光灯１１０６によりシリンダ１１０２の内部の
スケール板１１０５を照らしている。この場合、設置は
容易というメリットがあるが、透明板１１０８に汚れ・
キズがある場合、外部照明からの反射・散乱光が強く重
積し、画質が低下するデメリットも生じる。FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the fourth example of the present embodiment. The liquid level measuring device of this example is
The positional relationship between the scale plate and the camera in the above-described embodiment is reversed. Also in this liquid level measuring apparatus, the liquid level 11 is applied to the water level measuring cylinder 1102 by the water conduit 1101.
03, the scale plate 1105 is installed on the float 1104 on the liquid level 1103, and the cylinder 1102 is inserted through the transparent plate 1108 on the side surface of the water level measuring cylinder 1102.
The scale can be read by taking an image with the camera 1107 arranged outside the. In this example, the illumination is external illumination, and the straight fluorescent tube 1106 installed outside the cylinder 1102 illuminates the scale plate 1105 inside the cylinder 1102. In this case, there is an advantage that the installation is easy, but the transparent plate 1108 does not get dirty.
If there are scratches, the reflected / scattered light from the external illumination will be strongly piled up, and the image quality will be degraded.
【００２４】図７は、本実施の形態における第５の実施
例の構成を示す斜視図である。この液位測定装置におい
ても、導水管１２０１により水位測定シリンダ１２０２
に液面１２０３を導き、液面１２０３上のフロート１２
０４にスケール板１２０５を設置し、水位測定シリンダ
１２０２の側面にある透明板１２０８を介して、シリン
ダ１２０２の外部に配置したカメラ１２０７で撮像を行
い、スケールの読み取りを可能としている。また、本例
も、上述した実施例のスケール板とカメラの配置関係を
反対にしたものであるが、本例では、シリンダ１２０２
の内部にバックライト付スケール板１２０８を配置する
ことで、図６に示す例に比べ、安定したＳ／Ｎの良い画
像を得ることを可能としたものである。ただし、シリン
ダ内部への照明用電力供給とスケールの揺れ防止のため
の配線・機構系のため機械的拘束が多くなるデメリット
がある。FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the fifth example of the present embodiment. Also in this liquid level measuring device, the water level measuring cylinder 1202 is provided by the water conduit 1201.
The liquid surface 1203 to the float 12 on the liquid surface 1203.
04, a scale plate 1205 is installed, and an image is taken by a camera 1207 arranged outside the cylinder 1202 through a transparent plate 1208 on the side surface of the water level measuring cylinder 1202 to enable reading of the scale. Also, in this example, the arrangement relationship between the scale plate and the camera in the above-described embodiment is reversed, but in this example, the cylinder 1202 is used.
By arranging the scale plate 1208 with a backlight inside, it is possible to obtain a stable S / N image as compared with the example shown in FIG. However, there is a demerit that mechanical constraints are increased due to the wiring and mechanical system for supplying lighting power to the inside of the cylinder and preventing the scale from shaking.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明の液位測定装
置では、液面に浮いた状態で設置されるフロートと、こ
のフロートの側方に配置された固定部材とにカメラとス
ケールを配置し、カメラによってスケールの画像を読み
取ることにより、液面の昇降位置を測定するようにし
た。このため、カメラによって撮像されるスケールの画
像から液面の位置を高精度に行うことが可能となる効果
がある。As described above, in the liquid level measuring device of the present invention, the camera and the scale are arranged on the float installed floating on the liquid surface and the fixing member arranged on the side of the float. Then, the vertical position of the liquid surface was measured by reading the scale image with a camera. Therefore, there is an effect that the position of the liquid surface can be accurately determined from the scale image captured by the camera.
【００２６】また、本発明の液位測定方法においても同
様に、液面に浮いた状態で設置されるフロートと、この
フロートの側方に配置された固定部材とにカメラとスケ
ールを配置し、カメラによってスケールの画像を読み取
ることにより、液面の昇降位置を測定するようにした。
このため、カメラによって撮像されるスケールの画像か
ら液面の位置を高精度に行うことが可能となる効果があ
る。Also in the liquid level measuring method of the present invention, similarly, a camera and a scale are arranged on a float installed floating on the liquid surface and a fixing member arranged on the side of this float, The vertical position of the liquid surface was measured by reading the scale image with a camera.
Therefore, there is an effect that the position of the liquid surface can be accurately determined from the scale image captured by the camera.
【図１】本発明の実施の形態における第１の実施例の構
成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first example in an exemplary embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す液位測定装置を三角堰に適用して液
位測定を行う場合の概要を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an outline when liquid level measurement is performed by applying the liquid level measuring device shown in FIG. 1 to a triangular weir.
【図３】（Ａ）は、図１に示す液位測定装置における水
位測定シリンダとバックライト付きスケールとの配置状
態を示す側断面図、（Ｂ）は、バックライト付きスケー
ルを示す斜視図である。3A is a side sectional view showing an arrangement state of a water level measuring cylinder and a backlight scale in the liquid level measuring device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a perspective view showing the backlight scale. is there.
【図４】本発明の実施の形態における第２の実施例の構
成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a second example of the exemplary embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の形態における第３の実施例の構
成を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a third example of the exemplary embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の形態における第４の実施例の構
成を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a fourth example of the exemplary embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施の形態における第５の実施例の構
成を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a fifth example of the exemplary embodiment of the present invention.
【図８】第１の従来例による液位計測装置の概要を示す
説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a first conventional example.
【図９】第２の従来例による液位計測装置の概要を示す
説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a second conventional example.
【図１０】第３の従来例による液位計測装置の概要を示
す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a third conventional example.
【図１１】第４の従来例による液位計測装置の概要を示
す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a fourth conventional example.
【図１２】第５の従来例による液位計測装置の概要を示
す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing an outline of a liquid level measuring device according to a fifth conventional example.
１０１……導水管、１０２……水位測定シリンダ、１０
３……液面、１０４……直管蛍光灯、１０５……スケー
ル板、１０６……フロート、１０７……小型カメラ、１
０８……透明窓（透明壁）、１０９……バックライト付
きスケール、１１０……油、１１１……小型レンズ、１
１２……モニタ、１１３……カーソル、１１４……画像
処理装置。101 ... water pipe, 102 ... water level measuring cylinder, 10
3 ... Liquid level, 104 ... Straight tube fluorescent lamp, 105 ... Scale plate, 106 ... Float, 107 ... Small camera, 1
08: Transparent window (transparent wall), 109: Backlit scale, 110: Oil, 111: Small lens, 1
12 ... Monitor, 113 ... Cursor, 114 ... Image processing device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 23/56 G01F 1/52 G01F 23/28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 23/56 G01F 1/52 G01F 23/28
Claims (13)
いて、 前記液面に浮いた状態で設置されるフロートと、 前記フロートの側方に配置され、液面の昇降に対して静
止した状態に保持される固定部材と、 前記フロートと固定部材のいずれか一方に設置されたカ
メラと、 前記フロートと固定部材のいずれか他方に設置されたス
ケールとを有し、 前記カメラによって前記スケールの画像を読み取ること
により、液面の昇降位置を測定するようにした、 ことを特徴とする液位測定装置。1. A liquid level measuring device for measuring the position of a liquid surface, wherein the float is installed floating on the liquid surface, and is disposed on the side of the float and is stationary with respect to the elevation of the liquid surface. A fixed member held in a state, a camera installed on one of the float and the fixed member, and a scale installed on the other of the float and the fixed member, and the scale of the scale by the camera. A liquid level measuring device characterized in that the vertical position of the liquid surface is measured by reading an image.
画像をモニタに出力し、目視によってスケールの画像を
読み取るようにしたことを特徴とする請求項１記載の液
位測定装置。2. The liquid level measuring device according to claim 1, wherein the scale image captured by the camera is output to a monitor, and the scale image is visually read.
画像を画像認識処理によって自動的に読み取し、読み取
り結果を表示する画像認識手段を有することを特徴とす
る請求項１記載の液位測定装置。3. The liquid level measuring device according to claim 1, further comprising image recognition means for automatically reading an image of a scale captured by the camera by an image recognition process and displaying a read result.
前記測定用容器内に被測定液を導入して測定を行うよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の液位測定装置。4. The float is placed in a measuring container,
The liquid level measuring device according to claim 1, wherein the liquid to be measured is introduced into the measuring container for measurement.
ケール板と、前記スケール板の背面に配置されたバック
ライトとを有することを特徴とする請求項１記載の液位
測定装置。5. The liquid level measuring device according to claim 1, wherein the scale has a transparent or translucent scale plate and a backlight arranged on the back surface of the scale plate.
られていることを特徴とする請求項１記載の液位測定装
置。6. The liquid level measuring device according to claim 1, wherein the scale plate is provided so that its position can be adjusted.
ともに、前記カメラをフロート側に配置し、前記カメラ
への給電を行う非接触給電手段を有することを特徴とす
る請求項１記載の液位測定装置。7. The liquid level according to claim 1, wherein the scale is arranged on the fixed member side, the camera is arranged on the float side, and a non-contact power supply means for supplying power to the camera is provided. measuring device.
ことを特徴とする請求項７記載の液位測定装置。8. The liquid level measuring device according to claim 7, wherein the non-contact power supply means is a solar cell.
設けたことを特徴とする請求項８記載の液位測定装置。9. The liquid level measuring device according to claim 8, further comprising illumination means for supplying light to the solar cell.
カメラが前記スケールに正体する状態に保持する保持手
段を有することを特徴とする請求項１記載の液位測定装
置。10. The liquid level measuring device according to claim 1, further comprising holding means for holding the horizontal angle of the float in a state in which the camera is in the identity of the scale.
方向の貫通孔を設けるとともに、固定部材側に垂直方向
に張設したワイヤを設け、前記ワイヤを前記貫通孔に挿
通したものであることを特徴とする請求項１記載の液位
測定装置。11. The holding means includes a through hole extending in the vertical direction in the float, a wire stretched vertically in the fixing member side, and the wire inserted through the through hole. The liquid level measuring device according to claim 1.
ト側に磁石と磁性体を分散して配置し、前記磁石と磁性
体の磁力によって前記フロートの位置を制御するように
したものであることを特徴とする請求項１記載の液位測
定装置。12. The holding means is configured such that magnets and magnetic bodies are dispersedly arranged on the fixed member side and the float side, and the position of the float is controlled by the magnetic force of the magnets and magnetic bodies. The liquid level measuring device according to claim 1.
おいて、 前記液面に浮いた状態でフロートを設置するとともに、
前記フロートの側方に静止した状態で保持される固定部
材を配置し、 かつ、前記フロートと固定部材のいずれか一方にカメラ
を設置するとともに、前記フロートと固定部材のいずれ
か他方にスケールを設置し、 前記カメラによって前記スケールの画像を読み取ること
により、液面の昇降位置を測定するようにした、 ことを特徴とする液位測定方法。13. A liquid level measuring method for measuring a position of a liquid surface, wherein a float is installed in a state of floating on the liquid surface,
A fixing member that is held in a stationary state is arranged on the side of the float, and a camera is installed on either one of the float and the fixing member and a scale is installed on the other of the float and the fixing member. Then, the elevation position of the liquid surface is measured by reading the image of the scale with the camera, wherein the liquid level measuring method is characterized.
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| CN110736512A (en) * | 2019-10-29 | 2020-01-31 | 上海交通大学 | farmland drainage flow monitoring system based on image acquisition |
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| JP2001147148A (en) | 2001-05-29 |
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