JP4512046B2 - 原料ヤードの原料山の三次元管理装置 - Google Patents
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本発明は、製鉄所等の原料ヤード上に原料粒を積み付けて形成される原料山を三次元的に管理する装置に関する。
従来、製鉄所等の原料ヤードでは、積み付けた原料を、種類（例えば、鉱石又は石炭）及び銘柄（例えば、出産地）が混ざり合わないように別々の原料山として積み付け、操業スケジュールに応じて、焼結工場、高炉工場等の後工程へ払出している。この原料の積み付けに際しては、スタッカー（積付機）が使用され、積み付けられた原料山からの原料の払出しに際しては、リクレーマ（払出機）が使用されている。このため、原料山の形状が常に変動するので、これを把握し管理することが、原料ヤードの運用効率を高めるために極めて重要である。
そこで、例えば、特許文献１には、具体的な座標管理方法は明記されていないが、実施例等の記載から推察して、リクレーマが原料山から原料を切り出す際に、原料ヤードの高さ方向の各位置毎に、原料ヤードの長手方向及び幅方向で原料山の座標位置を求め、原料ヤードを三次元的に管理する方法が開示されている。
そこで、例えば、特許文献１には、具体的な座標管理方法は明記されていないが、実施例等の記載から推察して、リクレーマが原料山から原料を切り出す際に、原料ヤードの高さ方向の各位置毎に、原料ヤードの長手方向及び幅方向で原料山の座標位置を求め、原料ヤードを三次元的に管理する方法が開示されている。
しかしながら、前記した方法は、例えば、リクレーマによる原料山からの原料の切り出し、またオペレータによる２つの原料山の合成又は削除といった座標修正の際に行う処理ロジックが非常に難解であった。このため、演算処理に要する時間が長くかかり、原料ヤードの状況をリアルタイムに把握して管理することが難しかった。
また、原料山の切り出し段の高さが、原料山の両端面で異なっている場合には表現不可能であった。
また、原料山の切り出し段の高さが、原料山の両端面で異なっている場合には表現不可能であった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、座標修正の際に行う処理ロジックを簡素化でき、原料ヤードの状況をリアルタイムに把握し管理することが可能な原料ヤードの原料山の三次元管理装置を提供することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、
（１）前記両原料山の区間番地情報の一部が重複する場合、該両区間番地情報で重複していない側のそれぞれの番地を始点及び終点とする新たな区間番地情報を作成して、前記既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力し、（２）前記両原料山の区間番地情報が重複しない場合、前記両原料山を異なる原料山として前記新規の原料山の区間番地情報を前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有する。
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、
（１）前記両原料山の区間番地情報の一部が重複する場合、該両区間番地情報で重複していない側のそれぞれの番地を始点及び終点とする新たな区間番地情報を作成して、前記既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力し、（２）前記両原料山の区間番地情報が重複しない場合、前記両原料山を異なる原料山として前記新規の原料山の区間番地情報を前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有する。
手段（２）は、原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記新規の原料山の原料銘柄と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の原料銘柄が同一か否かを判定する銘柄判定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、前記両原料山の区間番地情報の一部が重複し、かつ前記両原料山の原料銘柄が前記銘柄判定手段で異なる原料銘柄と判定された場合には、前記新規の原料山の区間番地情報から前記重複する部分を除いた始点及び終点を該新規の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有する。
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記新規の原料山の原料銘柄と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の原料銘柄が同一か否かを判定する銘柄判定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、前記両原料山の区間番地情報の一部が重複し、かつ前記両原料山の原料銘柄が前記銘柄判定手段で異なる原料銘柄と判定された場合には、前記新規の原料山の区間番地情報から前記重複する部分を除いた始点及び終点を該新規の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有する。
手段（３）は、原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤード上の原料山から原料を払出した際、前記番地情報決定手段により、前記各メッシュについて、前記長軸線と前記払出した原料の形状の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、重複する場合には、前記既存の原料山の区間番地情報から前記払出した原料の区間番地情報との重複する部分を除いた始点及び終点を該既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段を有する。
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤード上の原料山から原料を払出した際、前記番地情報決定手段により、前記各メッシュについて、前記長軸線と前記払出した原料の形状の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、重複する場合には、前記既存の原料山の区間番地情報から前記払出した原料の区間番地情報との重複する部分を除いた始点及び終点を該既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段を有する。
本発明に係る原料ヤードの原料山の三次元管理装置は、積み付け又は払い出した原料山の管理を、各メッシュ毎の区間番地情報で管理しているので、座標修正の際に行う処理ロジックを簡素化でき、原料ヤードの状況をリアルタイムに把握し管理できる。これにより、例えば、原料山を積み付ける複数台の積付機を、安全な状態で自動運転できる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る原料ヤードの原料山の三次元管理装置の構成を示す説明図、図２は同原料ヤードの原料山の三次元管理装置の処理原理を示す説明図、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ原料山の積み付け方法を示す側面図、原料山の形状の推定方法の説明図、原料山の合成方法を示す説明図、図４は原料山の合成パターンの説明図、図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ異なる原料銘柄の原料山の積み付け方法を示す説明図、積み付けパターンを示す説明図、図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ原料山からの払出し方法を示す説明図、払出し形状の斜視図、払出しパターンの説明図である。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る原料ヤードの原料山の三次元管理装置の構成を示す説明図、図２は同原料ヤードの原料山の三次元管理装置の処理原理を示す説明図、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ原料山の積み付け方法を示す側面図、原料山の形状の推定方法の説明図、原料山の合成方法を示す説明図、図４は原料山の合成パターンの説明図、図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ異なる原料銘柄の原料山の積み付け方法を示す説明図、積み付けパターンを示す説明図、図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ原料山からの払出し方法を示す説明図、払出し形状の斜視図、払出しパターンの説明図である。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る原料ヤードの原料山の三次元管理装置（以下、単に三次元管理装置ともいう）１０は、例えば、製鉄所の原料ヤード１１上に積み付けられた原料山１２の形状を、比較的少ないデータ量で、しかも非常に簡単な演算ロジックで処理でき、高速処理によるリアルタイム管理に極めて適した装置である。以下、詳しく説明する。
図１に示すように、三次元管理装置１０は、メッシュ処理手段１３、番地情報決定手段１４、記憶手段１５、形状推定手段１６、判定処理手段１７、及び銘柄判定手段１８を有している。この各手段は、例えば、コンピュータ１９に搭載されたプログラムによって構成されている。この三次元管理装置１０は、スタッカー（積付機ともいう）２０及びリクレーマ（払出機ともいう）２１の各機体制御装置２２、２３とも接続されている。
このスタッカー２０とは、原料ヤード１１に沿って敷設された軌道（図示しない）上を走行するための走行部と、走行部から延びたブーム（腕）とを有し、ベルトコンベア（図示しない）で搬送されてきた原料を、ブームの先端部から原料ヤード１１上に落下させて積み付け、原料山１２を形成するものである。なお、スタッカー２０は、走行位置検出装置と積付高さ検出装置を備えている。
このスタッカー２０とは、原料ヤード１１に沿って敷設された軌道（図示しない）上を走行するための走行部と、走行部から延びたブーム（腕）とを有し、ベルトコンベア（図示しない）で搬送されてきた原料を、ブームの先端部から原料ヤード１１上に落下させて積み付け、原料山１２を形成するものである。なお、スタッカー２０は、走行位置検出装置と積付高さ検出装置を備えている。
リクレーマ２１とは、原料ヤード１１に沿って敷設された軌道（図示しない）上を走行するための走行部と、走行部から延びたブーム（腕）とを有し、ブームの先端部にある掻き取り装置（ホイルともいう）で、原料山１２から原料を掻き取って払出しを行い、ベルトコンベア（図示しない）により後工程へ搬送するものである。また、リクレーマ２１は、走行位置検出装置、ブームの俯仰角度検出装置、及びブームの旋回角度検出装置を備えている。
これにより、スタッカー２０及びリクレーマ２１の各座標実績（現在位置）が、各機体制御装置２２、２３を介して作業実績（作業の有無）と共に三次元管理装置１０にそれぞれ入力される。なお、三次元管理装置１０には、例えば、オペレータが操作する入力手段（例えば、キーボード及びマウス）２４が接続され、三次元管理装置１０で処理された結果がディスプレイ２５へ出力される構成となっている。
これにより、スタッカー２０及びリクレーマ２１の各座標実績（現在位置）が、各機体制御装置２２、２３を介して作業実績（作業の有無）と共に三次元管理装置１０にそれぞれ入力される。なお、三次元管理装置１０には、例えば、オペレータが操作する入力手段（例えば、キーボード及びマウス）２４が接続され、三次元管理装置１０で処理された結果がディスプレイ２５へ出力される構成となっている。
メッシュ処理手段１３は、図２に示すように、原料ヤード１１の幅方向（原料山１２の幅方向）の座標軸ｙ及び高さ方向の座標軸ｚで規定される仮想平面ｙ−ｚを多数のメッシュに区切るものである。本実施の形態では、原料ヤード１１の幅を６５ｍ、高さを２０ｍとし、これを１辺１０ｃｍの正方形メッシュで区切っている。このメッシュの区切りはこれに限定されるものではなく、必要に応じてこれより大きくすることも、また小さくすることも可能であるが、５ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲内で設定することが精度的に好ましい。なお、各メッシュのデータは、交点でとっているが、各メッシュ内の代表点（例えば、正方形の中心）でとってもよい。
番地情報決定手段１４は、メッシュ処理手段１３で得られた各メッシュについて、原料ヤード１１の長手方向（原料山１２の積付方向）の座標軸ｘに平行な長軸線Ｌと、原料ヤード１１上の原料山１２の両端面Ｓｆ、Ｓｔとの交点座標の番地を、Ｆｒｏｍ（始点ともいう）及びＴｏ（終点ともいう）とする区間番地情報を求めるものである。
このように、原料ヤード１１の長手方向は、番地管理が行われている。
このように、原料ヤード１１の長手方向は、番地管理が行われている。
形状推定手段１６による原料山１２の形状の推定は、原料ヤード１１上に積み付けた原料山１２の高さと、原料山１２の安息角θを使用して行う。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、原料山１２の積み付けに際しては、まずスタッカーが所定位置に停止した後、そのブームの先端部から原料粒を落下させ、高さｚ０の原料山Ａを積み付ける（最初の積付）。従って、この原料山の頂点座標の（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、ブーム先端位置と前記原料山の高さｚ０より求める。なお、積み付けた原料山Ａの安息角θは、積み付ける原料の種類（例えば、鉱石又は石炭）及び銘柄（例えば、出産地）によって決まる。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、原料山１２の積み付けに際しては、まずスタッカーが所定位置に停止した後、そのブームの先端部から原料粒を落下させ、高さｚ０の原料山Ａを積み付ける（最初の積付）。従って、この原料山の頂点座標の（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、ブーム先端位置と前記原料山の高さｚ０より求める。なお、積み付けた原料山Ａの安息角θは、積み付ける原料の種類（例えば、鉱石又は石炭）及び銘柄（例えば、出産地）によって決まる。
従って、図３（ｂ）に示すように、最初の積付け原料山Ａは円錐状であり、そのある高さｚｎでの形状は、以下の方法で求めることができる。
原料山Ａのある高さｚｎ（ｚｎ＜ｚ０）で平断面した外周円の半径は、
（ｚ０−ｚｎ）／ｔａｎθ
となる。
これにより、原料山Ａのある高さｚｎにおける外周円Ｑ１の方程式は、
（ｘ−ｘ０）2＋（ｙ−ｙ０）2＝（ｚ０−ｚｎ）2／ｔａｎ2θ
で表される。
原料山Ａのある高さｚｎ（ｚｎ＜ｚ０）で平断面した外周円の半径は、
（ｚ０−ｚｎ）／ｔａｎθ
となる。
これにより、原料山Ａのある高さｚｎにおける外周円Ｑ１の方程式は、
（ｘ−ｘ０）2＋（ｙ−ｙ０）2＝（ｚ０−ｚｎ）2／ｔａｎ2θ
で表される。
この外周円Ｑ１の方程式において、原料山Ａのある幅方向の座標ｙｎ（長軸線Ｌに相当）との交点座標ｘｎ（ｘｎ１、ｘｎ２）を求めると、
ｘｎ＝ｘ０±√｛（ｚ０−ｚｎ）2／ｔａｎ2θ−（ｙｎ−ｙ０）2｝
となる。
即ち、この２点が、ある幅方向の座標ｙｎにおける最初に積み付けた原料山Ａの両端面との交点座標となるため、この番地をＦｒｏｍ及びＴｏとし、原料山Ａの区間番地情報として記憶手段１５に記憶させる。
このように、区間番地情報は、形状推定手段１６を使用して推定された原料山の形状から求められる。
ｘｎ＝ｘ０±√｛（ｚ０−ｚｎ）2／ｔａｎ2θ−（ｙｎ−ｙ０）2｝
となる。
即ち、この２点が、ある幅方向の座標ｙｎにおける最初に積み付けた原料山Ａの両端面との交点座標となるため、この番地をＦｒｏｍ及びＴｏとし、原料山Ａの区間番地情報として記憶手段１５に記憶させる。
このように、区間番地情報は、形状推定手段１６を使用して推定された原料山の形状から求められる。
図３（ａ）に示すように、スタッカー２０は原料ヤード１１上に円錐状の原料山Ａを積み付けた後、原料ヤード１１の長手方向に所定距離移動しては停止し、次の原料山Ｂの積み付けを行う。積み付け開始時の原料山Ａは、円錐の形状だけであるが、その後スタッカー２０が走行して次の積み付けを行うに際しては、最初の原料山Ａと接触するか否かによって、その形状が異なる。
そこで、次の積み付けを行うに際し、三次元管理装置１０へ積付情報（頂点座標及び安息角）が送信された場合は、一旦仮想的に次の積付情報を使用して、図３（ｃ）に示すように、この新規に積み付けた原料山Ｂの形状を、前記した方法と同様の方法で円錐として作成し、その座標データを記憶手段１５に保存する。
そこで、次の積み付けを行うに際し、三次元管理装置１０へ積付情報（頂点座標及び安息角）が送信された場合は、一旦仮想的に次の積付情報を使用して、図３（ｃ）に示すように、この新規に積み付けた原料山Ｂの形状を、前記した方法と同様の方法で円錐として作成し、その座標データを記憶手段１５に保存する。
判定処理手段１７は、各メッシュについて、原料ヤード１１上に新規に積み付けた原料山Ｂの区間番地情報と、記憶手段１５に既に記憶した原料山Ａの始点及び終点の区間番地情報が重複するか否かを判別するものである。なお、接触しているか否かの判別は、ｚ＝０〜ｚＭａｘ、ｙ＝０〜ｙＭａｘまで、各メッシュ毎に、各原料山Ａ、ＢのＦｒｏｍ及びＴｏを使用して行う。
ここで、新規に積み付けた原料山Ｂの原料銘柄と、記憶手段１５に記憶した既存の原料山Ａの原料銘柄とが同一であり、銘柄判定手段１８によって同一と判定された場合について、その判別方法を図４を参照しながらそれぞれ説明する。なお、原料山Ａを既存山とし、原料山Ｂを新積付山とする。
ここで、新規に積み付けた原料山Ｂの原料銘柄と、記憶手段１５に記憶した既存の原料山Ａの原料銘柄とが同一であり、銘柄判定手段１８によって同一と判定された場合について、その判別方法を図４を参照しながらそれぞれ説明する。なお、原料山Ａを既存山とし、原料山Ｂを新積付山とする。
図４−１に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの重複がなく、接触していないと判断された場合、既存山と新積付山を異なる原料山として、新積付山の各区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
また、図４−２に示すように、全メッシュの内の一部について、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの一部が重複し、接触していると判断された場合、両区間番地情報で重複していない側のそれぞれの番地、つまり既存山のＦｒｏｍと新積付山のＴｏを番地とする区間番地情報を記憶手段１５に出力する（図３（ｃ）参照）。なお、このように、既存山と新積付山との合成を行うに際しては、既存山のＦｒｏｍ側の端面と新積付山のＴｏ側の端面とを両端面とした区間番地情報を、全てのメッシュについて作成し、これを記憶手段１５に出力する。
また、図４−２に示すように、全メッシュの内の一部について、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの一部が重複し、接触していると判断された場合、両区間番地情報で重複していない側のそれぞれの番地、つまり既存山のＦｒｏｍと新積付山のＴｏを番地とする区間番地情報を記憶手段１５に出力する（図３（ｃ）参照）。なお、このように、既存山と新積付山との合成を行うに際しては、既存山のＦｒｏｍ側の端面と新積付山のＴｏ側の端面とを両端面とした区間番地情報を、全てのメッシュについて作成し、これを記憶手段１５に出力する。
そして、図４−３に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏが、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏの範囲内に含まれて重複し、接触していると判断された場合、新積付山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
以上の方法で、記憶手段１５が記憶した区間番地情報により、原料ヤード上の原料山の存在範囲を三次元的に管理できる。
以上の方法で、記憶手段１５が記憶した区間番地情報により、原料ヤード上の原料山の存在範囲を三次元的に管理できる。
また、図５（ａ）に示すように、既存山に、異なる原料銘柄の原料を上被せして、新積付山を積み付ける場合には、銘柄判定手段１８によって同一でないと判定される。このため、前記したように既存山と新積付山を合成することはできず、別の原料山として管理しなければならない。この判別方法を図５（ｂ）を参照しながらそれぞれ説明する。
図５（ｂ）−１に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの重複がなく、接触していないと判断された場合、既存山と新積付山を異なる原料山として、新積付山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
図５（ｂ）−１に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの重複がなく、接触していないと判断された場合、既存山と新積付山を異なる原料山として、新積付山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
また、図５（ｂ）−２に示すように、全メッシュの内の一部について、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏとの一部が重複し、接触していると判断された場合、新積付山の区間番地情報から重複する部分を除いた番地、即ち新積付山のＴｏの番地を既存山のＦｒｏｍの番地とした新積付山の区間番地情報を作成して、記憶手段１５に出力する。なお、このように、新積付山のＴｏの番地を既存山のＦｒｏｍの番地に変更した各メッシュ毎の区間番地情報から、新積付山のＴｏ側の端面を把握し、新たに得られた新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏを番地とする区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
そして、図５（ｂ）−３に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏが、新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏの範囲内に含まれて重複し、接触していると判断された場合、新積付山の区間番地情報から重複部分を除いた番地とする。即ち、新積付山の区間番地情報から既存山の区間番地情報を除くことで、既存山のＦｒｏｍの番地を新積付山のＴｏの番地に変更した新積付山と、既存山のＴｏの番地を新積付山のＦｒｏｍの番地に変更した新積付山とが形成される。従って、この２つの新積付山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。なお、このように、変更した各メッシュ毎の区間番地情報から、各新積付山のＴｏ側及びＦｒｏｍ側の端面をそれぞれ把握し、新たに得られた２個の新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏの区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
これにより、原料銘柄の異なる原料山が接触した場合においても、その存在範囲を確実に把握できる。
これにより、原料銘柄の異なる原料山が接触した場合においても、その存在範囲を確実に把握できる。
次に、図６（ａ）に示すように、リクレーマ（ＲＣともいう）２１を使用して、原料ヤード上に積み付けられた既存の原料山Ｃから原料を払い出す場合について説明する。このリクレーマ２１は、走行部２６を中心としてブーム２７を所定角度回動（以下、旋回ともいう）させながら、その先端部に設けられたホイル２８により原料を掻き出しており、ブーム２７が１度旋回する毎に、走行部２６を所定距離移動させ、再びブーム２７を旋回させる動作を繰り返し行っている。
従って、リクレーマ２１による払出し形状は、図６（ｂ）に示すように、平面視して扇形となっており、この払出し形状を形状推定手段１６を使用して推定し、この推定された形状から区間番地情報を求める。
なお、１度の旋回による払出し実績によって入力されるデータは、リクレーマ２１の走行位置ｘ０、長軸線Ｌに対するブーム２７の旋回開始点の角度α、終了点の角度β、ホイル２８の最低高さ位置ｚｓ、及び最高高さ位置ｚｅである。なお、ブーム２７の基端高さ位置Ｈ、ブーム２７の長さＢ、水平位置に対するブーム２７の傾斜角度γ、及びホイル２８のサイズは、データとしてそれぞれ保存され、計算時に使用される。
従って、リクレーマ２１による払出し形状は、図６（ｂ）に示すように、平面視して扇形となっており、この払出し形状を形状推定手段１６を使用して推定し、この推定された形状から区間番地情報を求める。
なお、１度の旋回による払出し実績によって入力されるデータは、リクレーマ２１の走行位置ｘ０、長軸線Ｌに対するブーム２７の旋回開始点の角度α、終了点の角度β、ホイル２８の最低高さ位置ｚｓ、及び最高高さ位置ｚｅである。なお、ブーム２７の基端高さ位置Ｈ、ブーム２７の長さＢ、水平位置に対するブーム２７の傾斜角度γ、及びホイル２８のサイズは、データとしてそれぞれ保存され、計算時に使用される。
この払出し形状は以下の方法で求めることができる。
原料山Ｃのある高さｚｎ（ｚｓ＜ｚｎ＜ｚｅ）での円の半径は、Ｂ・ｃｏｓγとなる。
従って、原料山Ｃのある高さｚｎにおける円の方程式は、
（ｘ−ｘ０）2＋（ｙ−ｙ０）2＝（Ｂ・ｃｏｓγ）2
で表される。
なお、リクレーマ２１のブーム２７の旋回範囲δ（α≦δ≦β）から、上記した円の方程式を、角度α、βで扇形に切断する直線の式ｙ１、ｙ２は、
ｙ１＝（ｒ・ｓｉｎα−ｙ０）／（ｒ・ｃｏｓα−ｘ０）・ｘ
＋（ｘ０・ｓｉｎα−ｙ０・ｃｏｓα）・ｒ
ｙ２＝（ｒ・ｓｉｎβ−ｙ０）／（ｒ・ｃｏｓβ−ｘ０）・ｘ
＋（ｘ０・ｓｉｎβ−ｙ０・ｃｏｓβ）・ｒ
で表される。
原料山Ｃのある高さｚｎ（ｚｓ＜ｚｎ＜ｚｅ）での円の半径は、Ｂ・ｃｏｓγとなる。
従って、原料山Ｃのある高さｚｎにおける円の方程式は、
（ｘ−ｘ０）2＋（ｙ−ｙ０）2＝（Ｂ・ｃｏｓγ）2
で表される。
なお、リクレーマ２１のブーム２７の旋回範囲δ（α≦δ≦β）から、上記した円の方程式を、角度α、βで扇形に切断する直線の式ｙ１、ｙ２は、
ｙ１＝（ｒ・ｓｉｎα−ｙ０）／（ｒ・ｃｏｓα−ｘ０）・ｘ
＋（ｘ０・ｓｉｎα−ｙ０・ｃｏｓα）・ｒ
ｙ２＝（ｒ・ｓｉｎβ−ｙ０）／（ｒ・ｃｏｓβ−ｘ０）・ｘ
＋（ｘ０・ｓｉｎβ−ｙ０・ｃｏｓβ）・ｒ
で表される。
前記した円の方程式、及び直線の式ｙ１、ｙ２と、払出し形状のある幅方向の座標ｙｎ（長軸線Ｌ）との交点座標の番地が、区間番地情報となる。そこで、この区間番地情報と既存の原料山Ｃの区間番地情報が接触するか否かを判定する。なお、リクレーマ２１のブーム２７の旋回領域をＲＣ軌跡とし、原料山Ｃを既存山とする。
図６（ｃ）−１に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、ＲＣ軌跡のＦｒｏｍ及びＴｏとの重複がなく、接触していないと判断された場合、既存山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
図６（ｃ）−１に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、ＲＣ軌跡のＦｒｏｍ及びＴｏとの重複がなく、接触していないと判断された場合、既存山の区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
また、図６（ｃ）−２に示すように、全メッシュの内の一部について、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏと、ＲＣ軌跡のＦｒｏｍ及びＴｏとの一部が重複し、接触していると判断された場合、既存山の区間番地情報から重複する部分を除いた番地、即ちＲＣ軌跡のＴｏの番地を既存山のＦｒｏｍの番地に変更した区間番地情報を作成して、記憶手段１５に出力する。なお、このように、ＲＣ軌跡のＴｏの番地を既存山のＦｒｏｍの番地に変更した各メッシュ毎の区間番地情報から、既存山のＦｒｏｍ側の端面を把握し、新たに得られた新積付山のＦｒｏｍ及びＴｏを番地とする区間番地情報を記憶手段１５に出力する。
そして、図６（ｃ）−３に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏが、ＲＣ軌跡のＦｒｏｍ及びＴｏの範囲内に含まれて重複し、接触していると判断された場合、既存山が無くなったことを意味するので、既存山の区間番地情報を記憶手段１５から削除する。
そして、図６（ｃ）−３に示すように、全メッシュについて、既存山のＦｒｏｍ及びＴｏが、ＲＣ軌跡のＦｒｏｍ及びＴｏの範囲内に含まれて重複し、接触していると判断された場合、既存山が無くなったことを意味するので、既存山の区間番地情報を記憶手段１５から削除する。
続いて、本発明の一実施の形態に係る原料ヤードの原料山の三次元管理装置１０を使用して行う原料の積み付け又は払出しの処理手順について、それぞれ説明する。
積み付け操作においては、スタッカー２０のブームの先端部から原料粒を原料ヤード１１上に積み付けて原料山を形成する。これは、図３（ａ）に示したように、原料をまず所定高さまで円錐形に積み付け、次に既に積み付けられている既存の原料山の傾斜面上に、同種の銘柄の原料を上被せして、所定の高さまで新規に積み付ける操作である。
ここで、各位置で原料の積み付けを行う毎に、スタッカー２０の走行位置、ブーム先端の旋回位置、原料山の積み付け高さ、及び安息角の各情報が、スタッカー用機体制御装置２２を介して三次元管理装置１０へ送られる。そして、最初の積み付けが行われた原料山の位置及び三次元形状を算出して、次に上被せする原料山の位置及び三次元形状を算出する。
積み付け操作においては、スタッカー２０のブームの先端部から原料粒を原料ヤード１１上に積み付けて原料山を形成する。これは、図３（ａ）に示したように、原料をまず所定高さまで円錐形に積み付け、次に既に積み付けられている既存の原料山の傾斜面上に、同種の銘柄の原料を上被せして、所定の高さまで新規に積み付ける操作である。
ここで、各位置で原料の積み付けを行う毎に、スタッカー２０の走行位置、ブーム先端の旋回位置、原料山の積み付け高さ、及び安息角の各情報が、スタッカー用機体制御装置２２を介して三次元管理装置１０へ送られる。そして、最初の積み付けが行われた原料山の位置及び三次元形状を算出して、次に上被せする原料山の位置及び三次元形状を算出する。
このように算出された各原料山の位置及び三次元形状を使用し、全メッシュについて、各原料山の両端面Ｓｆ、Ｓｔと長軸線Ｌとの交点座標の番地をＦｒｏｍ及びＴｏとする区間番地情報を番地情報決定手段１４でそれぞれ求め、新規の原料山と既存の原料山の区間番地情報の一部が重複するか否かを判定処理手段１７で判別する。
以下、この操作を順次繰り返し実施する。
この結果に基づき、図４（ｂ）−１〜（ｂ）−３に示す各パターンの判定を行い、原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
なお、異なる銘柄の原料を既存山に上被せする場合は、新規の原料山の区間番地情報から既存の原料山の区間番地情報の重複する部分を除いた番地に変更した区間番地情報を作成して、各原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
以下、この操作を順次繰り返し実施する。
この結果に基づき、図４（ｂ）−１〜（ｂ）−３に示す各パターンの判定を行い、原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
なお、異なる銘柄の原料を既存山に上被せする場合は、新規の原料山の区間番地情報から既存の原料山の区間番地情報の重複する部分を除いた番地に変更した区間番地情報を作成して、各原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
払出し操作においては、リクレーマ２１のブーム２７の先端部にあるホイル２８により、原料山の一端面から原料を掻き取って原料を払い出す。
その際、リクレーマ２１のホイル２８の旋回軌跡の情報が、リクレーマ用機体制御装置２３を介して三次元管理装置１０へ送られる。そして、原料山の払出し側端面の位置及び三次元形状を算出する。
このように算出された払出し形状と既存の原料山の位置及び三次元形状を使用し、全メッシュについて、払出し形状の両端面と長軸線との交点座標の番地をＦｒｏｍ及びＴｏとする区間番地情報を番地情報決定手段１４で求め、原料山の区間番地情報とその一部が重複するか否かを判定処理手段１７で判別する。
以下、この操作を順次繰り返し実施する。
この結果に基づき、図６（ｃ）−１〜（ｃ）−３に示す各パターンの判定を行い、原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
その際、リクレーマ２１のホイル２８の旋回軌跡の情報が、リクレーマ用機体制御装置２３を介して三次元管理装置１０へ送られる。そして、原料山の払出し側端面の位置及び三次元形状を算出する。
このように算出された払出し形状と既存の原料山の位置及び三次元形状を使用し、全メッシュについて、払出し形状の両端面と長軸線との交点座標の番地をＦｒｏｍ及びＴｏとする区間番地情報を番地情報決定手段１４で求め、原料山の区間番地情報とその一部が重複するか否かを判定処理手段１７で判別する。
以下、この操作を順次繰り返し実施する。
この結果に基づき、図６（ｃ）−１〜（ｃ）−３に示す各パターンの判定を行い、原料山の三次元的な存在範囲を管理する。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の原料ヤードの原料山の三次元管理装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、三次元管理装置に銘柄判定手段を設けた場合について説明したが、既存の原料山の原料銘柄と同じ銘柄の原料のみを、既存の原料山に被せて積み付けを行う場合は、原料銘柄を判別する必要が無いので、銘柄判定手段を設けなくてもよい。
また、前記実施の形態においては、三次元管理装置に銘柄判定手段を設けた場合について説明したが、既存の原料山の原料銘柄と同じ銘柄の原料のみを、既存の原料山に被せて積み付けを行う場合は、原料銘柄を判別する必要が無いので、銘柄判定手段を設けなくてもよい。
１０：原料ヤードの原料山の三次元管理装置、１１：原料ヤード、１２：原料山、１３：メッシュ処理手段、１４：番地情報決定手段、１５：記憶手段、１６：形状推定手段、１７：判定処理手段、１８：銘柄判定手段、１９：コンピュータ、２０：スタッカー、２１：リクレーマ、２２、２３：機体制御装置、２４：入力手段、２５：ディスプレイ、２６：走行部、２７：ブーム、２８：ホイル
Claims (3)
- 原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、
（１）前記両原料山の区間番地情報の一部が重複する場合、該両区間番地情報で重複していない側のそれぞれの番地を始点及び終点とする新たな区間番地情報を作成して、前記既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力し、（２）前記両原料山の区間番地情報が重複しない場合、前記両原料山を異なる原料山として前記新規の原料山の区間番地情報を前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有することを特徴とする原料ヤードの原料山の三次元管理装置。 - 原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤードに新規に積み付けた原料山の高さから、該原料山の形状を推定する形状推定手段と、
前記新規の原料山の原料銘柄と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の原料銘柄が同一か否かを判定する銘柄判定手段と、
前記各メッシュについて、前記長軸線と、前記形状推定手段で形状が推定された新規の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を前記番地情報決定手段で求めて、該区間番地情報と前記既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、前記両原料山の区間番地情報の一部が重複し、かつ前記両原料山の原料銘柄が前記銘柄判定手段で異なる原料銘柄と判定された場合には、前記新規の原料山の区間番地情報から前記重複する部分を除いた始点及び終点を該新規の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段とを有することを特徴とする原料ヤードの原料山の三次元管理装置。 - 原料ヤードの幅方向の座標軸及び高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数のメッシュに区切るメッシュ処理手段と、
前記各メッシュについて、前記原料ヤードの長手方向の座標軸に平行な長軸線と前記原料ヤード上の原料山の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求める番地情報決定手段と、
求めた前記区間番地情報を記憶する記憶手段とを有し、該記憶手段が記憶した前記区間番地情報により前記原料ヤード上の前記原料山の存在範囲を三次元的に管理する装置において、
更に、前記原料ヤード上の原料山から原料を払出した際、前記番地情報決定手段により、前記各メッシュについて、前記長軸線と前記払出した原料の形状の両端面との交点座標の番地を始点及び終点とする区間番地情報を求めて、該区間番地情報と前記記憶手段に記憶されている既存の原料山の区間番地情報が重複するか否かをそれぞれ判別し、重複する場合には、前記既存の原料山の区間番地情報から前記払出した原料の区間番地情報との重複する部分を除いた始点及び終点を該既存の原料山の区間番地情報として前記記憶手段に出力する判定処理手段を有することを特徴とする原料ヤードの原料山の三次元管理装置。
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