JP5687975B2 - 搬送物検知システム - Google Patents

Description

本発明は、ベルトコンベアで搬送される搬送物（ずり等）に含まれる所定以上の大きさの検知対象搬送物すなわち大塊搬送物を検知する搬送物検知システムに関する。

例えば建設工事では、岩石、土砂、コンクリートガラ、骨材等の搬送物をベルトコンベアで搬送する場合がある。かかるベルトコンベアにおいて、所定以上の大きさの大塊搬送物が搬送される場合には、大塊搬送物によってベルトが損傷するおそれがある。かかる事態が発生すると、ベルトの切断や荷こぼれを引き起こし、その修復のためにベルトコンベアの稼働率が低下することになる。かかる事態を回避するため、特許文献１，２には、搬送物に対して斜め上から光を照射した状態で当該搬送物を撮影し、撮影画像における搬送物の陰影に基づいて大塊搬送物を検知する技術が開示されている。

特開２００８−２１２７７７号公報 特開２００８−２１２７７８号公報

しかし、特許文献１，２に記載された技術では、１つの照明で光を照射しており、搬送物の陰影が一方向にしかできないため、搬送物の形状によっては大塊搬送物を検知することができないおそれがある。

本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、搬送物に含まれる所定以上の大きさの検知対象搬送物を好適に検知することが可能な搬送物検知システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の搬送物検知システムは、搬送物に含まれる所定以上の大きさの検知対象搬送物を検知する搬送物検知システムであって、前記搬送物を搬送するベルトを有するベルトコンベアと、前記ベルト上の前記搬送物に光を照射する照明部と、前記光が照射された前記搬送物を時間を空けて複数回撮影する撮影部と、前記搬送物に一方から光が照射された時刻ｔ_１に撮影された第一の画像と前記ベルトの走行によって前記搬送物に他方から光が照射された時刻ｔ_２（＞ｔ_１）に撮影された第二の画像とに基づいて、前記検知対象搬送物を検知する搬送物検知部と、を備え、前記搬送物検知部は、前記ベルトの速度をｖとしたとき、ｖ・（ｔ_２−ｔ_１）に基づいて算出されたピクセルだけ前記第二の画像をずらすことによって前記第一の画像及び前記第二の画像の位置合わせを行うとともに、前記第一の画像及び前記第二の画像における前記搬送物の陰に基づいて、前記搬送物の輪郭部分が陰として映った第三の画像を生成し、前記搬送物の前記輪郭部分を用いて前記第三の画像から前記検知対象搬送物を検知することを特徴とする。

かかる構成によると、ベルトの走行と照明部の位置関係とを用いて陰影の異なる二枚の画像を撮影し、二枚の画像の搬送物の陰に基づいて輪郭を有する搬送物が含まれる第三の画像を生成することよって、陰による輪郭を有する搬送物の画像から所定以上の大きさの検知対象搬送物すなわち大塊搬送物を検知するので、簡易な構造で大塊搬送物を好適に検知することができる。

前記搬送物検知部は、前記第三の画像に二値化処理を施した二値化画像を生成し、生成された前記二値化画像成されたから前記検知対象搬送物を検知する構成であってもよい。

さらに、前記搬送物検知部は、前記二値化画像に輪郭縮小処理を施した輪郭縮小画像を生成し、生成された前記輪郭縮小画像成されたから前記検知対象搬送物を検知する構成であってもよい。

本発明によれば、大塊搬送物を好適に検知することができる。

本発明の実施形態に係る大塊ずり検知システムを模式的に示す図である。 撮像部による撮影範囲を模式的に示す平面図である。 （ａ）は第一の画像、（ｂ）は第二の画像、（ｃ）は論理積画像、（ｄ）は輪郭収縮画像を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、本発明の搬送物検知システムを山岳トンネル工事において大塊ずりを検知する大塊ずり検知システムに適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。

＜第一の実施形態＞
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る大塊ずり検知システム１は、ベルトコンベア１０と、速度検出部２０と、照明部３０と、撮影部４０と、コンピュータ５０と、を備える。

＜ベルトコンベア１０＞
ベルトコンベア１０は、自走式クラッシャーの一部としての引出しベルコンである。かかる引出しベルコンは、トンネル掘進が行われる切羽（上流側）で発生した搬送物であるずり２を坑口に設けられたずり出し場（下流側）へ搬送する際に用いられる。
発破による掘削で発生したずり２は、図示しない自走式クラッシャーの破砕部によって破砕され、引出しベルコンであるベルトコンベア１０を介して、ずり出し場まで延びる連続ベルコンに搬送される。
ベルトコンベア１０は、例えば長さが１０［ｍ］、ベルトの速度が１２０［ｍ／ｍｉｎ］でずり２を５秒で自走式クラッシャーから連続ベルコンへと搬送可能なベルコンであって、プーリ１１，１１と、プーリ１１，１１に巻回されたベルト（本実施形態では、無端ベルト）１２と、ずり出し場側のプーリ１１を回転させるモータ１３と、を備える。かかるベルト１２において、上側のベルト１２は、切羽側からずり出し場側へ向けて走行するキャリア側ベルトであり、下側のベルト１２は、ずり出し場側から切羽側へ向けて走行するリターン側ベルトである。

＜速度検出部２０＞
速度検出部２０は、ベルト１２の走行速度に相関するプーリ１１の回転速度を検出し、検出結果をコンピュータ５０へ出力する。

＜照明部３０＞
照明部３０は、キャリア側において、ベルト１２のベルト面に対して真上から光を照射するライトである。

＜撮影部４０＞
撮影部４０は、キャリア側において、照明部３０によって光が照射されたずり２を真上から所定時間間隔で撮影し、撮影画像をコンピュータ５０へ出力するカメラである。図２に示すように、撮影部４０による撮影領域Ｓは、照明部３０の真下Ｘを中央としてベルト１２の上流側から下流側にわたっており、時刻ｔ_１において撮影領域Ｓの上流側に相当する第一の領域Ｓ１部分に存在するずり２は、時刻ｔ_２（＞ｔ_１）において撮影領域Ｓの下流側に相当する第二の領域Ｓ２部分へと移動する。

＜コンピュータ５０＞
コンピュータ５０は、キーボード、マウス等からなる操作部５１と、ディスプレイ、スピーカ等からなる通知部５２と、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部５３と、を備えている。

制御部５３は、機能部として、ベルトコンベア制御部５３ａと、大塊ずり検知部５３ｂと、を備える。

≪ベルトコンベア制御部５３ａ≫
ベルトコンベア制御部５３ａは、利用者による操作部７１の操作内容に基づいて、運転信号をモータ１３の制御部へ出力することによって、モータ１３を回転させ、ベルト１２を走行させる。また、ベルトコンベア制御部５３ａは、停止信号をモータ１３の制御部へ出力することによって、モータ１３を停止させ、ベルト１２を停止させる。

≪大塊ずり検知部５３≫
大塊ずり検知部（搬送物検知部）５３は、撮影部４０によって撮影された時間差のある２枚の撮影画像に基づいて、ずり２に含まれる所定以上の大きさの検知対象搬送物すなわち大塊搬送物である大塊ずりを検知する。
図３（ａ）に示す第一の画像Ｐ１（図２の第一の領域Ｓ１を撮影した画像）が撮影された時間をｔ_１、図３（ｂ）に示す第二の画像Ｐ２（図２の第二の領域Ｓ２を撮影した画像）が撮影された時間をｔ_２、時刻ｔ_１〜ｔ_２におけるベルト１２の速度をｖとしたとき、第二の画像Ｐ２に含まれるずり２は、第一の画像Ｐ１に含まれるずり２に対して、ｖ・（ｔ_２−ｔ_１）だけベルト１２の移動方向に進んでいることになる。
そして、時間ｔ_１において撮影された第一の画像Ｐ１（図３（ａ））では、ずり２ａは照明部３０よりも上流側に位置しており、ずり２ａに対して右側から光が照射されているので、ずり２ａの左側に陰が生じており、時間ｔ_２において撮影された第二の画像Ｐ２（図３（ｂ））では、ずり２ａは照明部３０よりも下流側に位置しており、ずり２ａに対して左側から光が照射されているので、ずり２ａの右側に陰が生じている。

大塊ずり検知部５３は、第一の画像Ｐ１及び第二の画像Ｐ２を時刻ｔ_１〜ｔ_２におけるベルト１２の移動量ｖ・（ｔ_２−ｔ_１）に基づいて位置合わせした上で、第一の画像Ｐ１及び第二の画像Ｐ２の論理積画像（第三の画像）を生成する。詳細には、ベルト１２の移動方向における撮影範囲Ｓ１，Ｓ２のベルト１２の移動方向の実際の寸法Ａ１に対する画像Ｐ１，Ｐ２のピクセルＡ２の比（Ａ２／Ａ１）をＡとしたとき、大塊ずり検知部５３は、第二の画像Ｐ２をＡ・ｖ・（ｔ_２−ｔ_１）ピクセルだけ左側にずらして第一の画像Ｐ１に対する位置合わせを行った上で、第一の画像Ｐ１及び第二の画像Ｐ２の論理積画像Ｐ３（図３（ｃ））を生成する。論理積画像Ｐ３では、ずり２ａに対して左右両方向から光が照射されている状態となるので、ずり２ａの左右両側に陰が生じている。すなわち、論理積画像Ｐ３におけるずり２ａは、輪郭部分が陰で黒く映り、中央部分が光で白く映っている。なお、前記したＡは、撮影部４０の倍率に相当し、大塊ずり検知部５３は、画像とともに撮影部４０から出力された当該画像の倍率を取得し、前記したＡの値として用いることができる。

さらに、大塊ずり検知部５３は、予め設定された輝度閾値を用いて、論理積画像Ｐ３の輝度を二値化する二値化処理を施すことによって二値化画像（図示せず）を生成する。また、大塊ずり検知部５３は、二値化画像に輪郭縮小処理を施すことによって輪郭縮小画像Ｐ４（図３（ｄ））を生成し、輪郭縮小画像Ｐ４から大塊ずりを検知する。
より詳細には、大塊ずり検知部５３は、輪郭縮小画像に含まれる最も大きい白色部分を探索し、探索された白色部分の面積（ピクセル数）を算出し、算出された面積が所定値以上である場合には、大塊ずり検知と判定し、算出された面積が所定値未満である場合には、大塊ずり未検知と判定する。
大塊ずりを検知した場合、大塊ずり検知部５３が大塊ずりを検知した旨を示す信号を通知部５２へ出力し、通知部５２が大塊ずりの検知を利用者へ通知したり、大塊ずり検知部５３が大塊ずりを検知した旨を示す信号をベルトコンベア制御部５３ａへ出力し、ベルトコンベア制御部５３ａがベルトコンベア１０（本実施形態では、自走式クラッシャー全体）を駆動停止したりする。

なお、撮影部４０による撮影の時間間隔は、撮影部４０の画角、ベルト１２の速度、検知対象の大塊ずりの寸法等に応じて変更可能である。例えば、検知対象の大塊ずりの寸法を０．２［ｍ］とした場合には、ベルト１２の走行方向の前後での陰影を得ることができるよう照明部３０の上流側及び下流側で撮影する必要があり、撮影部４０の画角Ａは、ベルト１２の走行方向に対して０．２［ｍ］×２＋０．１（マージン）で０．５［ｍ］以上必要となる。このときにベルト１２の速度が２［ｍ／ｓｅｃ］とすれば、撮影の時間間隔はずり２が０．２［ｍ］移動するまでとなり、０・２／２で０．１［ｓｅｃ］以内となる。したがって、大塊ずり検知部５３ｂによる処理時間は０．１［ｓｅｃ］以内としなければならないが、これは、現状のコンピュータで十分可能な時間である。

本発明の実施形態に係る大塊ずり検知システム１は、ベルト１２の走行と照明部４０の位置関係とを用いて陰影のある二枚の画像を撮影し、二枚の画像の論理積画像から大塊ずりを検知するので、簡易な構造で大塊ずりを検知することができる。
また、本発明の実施形態に係る大塊ずり検知システム１は、特殊な機器を使用せず、カメラ、照明、コンピュータで構成可能であるため、安価であり小型軽量化を図ることができる。
また、本発明の実施形態に係る大塊ずり検知システム１は、位置合わせ、論理積、二値化、輪郭縮小、面積探査といったベーシックな処理によって大塊ずりを検知するので、プログラム作成が容易であり処理時間が早い。
また、本発明の実施形態に係る大塊ずり検知システム１は、画像を用いて大塊ずりを検知するので、撮影部４０のズームレンズによって異なる幅のベルトコンベア１０に適用可能である。

以上、本発明の実施形態について実施形態を参照して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、本発明の搬送物検知システムは、自走式クラッシャーの引出しベルコン以外のベルトコンベアにも適用可能である。また、本発明の搬送物検知システムは、ずり以外の搬送物に含まれる大塊搬送物を検知することも可能である。また、本発明の搬送物検知システムは、輪郭縮小画像ではなく、二値化画像又は論理積画像から大塊搬送物を検知する構成であってもよい。

１ 大塊ずり検知システム（搬送物検知システム）
１０ ベルトコンベア
１２ ベルト
３０ 照明部
４０ 撮影部
５３ｂ 大塊ずり検知部（搬送物検知部）

Claims (3)

1. 搬送物に含まれる所定以上の大きさの検知対象搬送物を検知する搬送物検知システムであって、
   前記搬送物を搬送するベルトを有するベルトコンベアと、
   前記ベルト上の前記搬送物に光を照射する照明部と、
   前記光が照射された前記搬送物を時間を空けて複数回撮影する撮影部と、
   前記搬送物に一方から光が照射された時刻ｔ_１に撮影された第一の画像と前記ベルトの走行によって前記搬送物に他方から光が照射された時刻ｔ_２（＞ｔ_１）に撮影された第二の画像とに基づいて、前記検知対象搬送物を検知する搬送物検知部と、
   を備え、
   前記搬送物検知部は、前記ベルトの速度をｖとしたとき、ｖ・（ｔ_２−ｔ_１）に基づいて算出されたピクセルだけ前記第二の画像をずらすことによって前記第一の画像及び前記第二の画像の位置合わせを行うとともに、前記第一の画像及び前記第二の画像における前記搬送物の陰に基づいて、前記搬送物の輪郭部分が陰として映った第三の画像を生成し、前記搬送物の前記輪郭部分を用いて前記第三の画像から前記検知対象搬送物を検知する
   ことを特徴とする搬送物検知システム。
2. 前記搬送物検知部は、前記第三の画像に二値化処理を施した二値化画像を生成し、生成された前記二値化画像から前記検知対象搬送物を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送物検知システム。
3. 前記搬送物検知部は、前記二値化画像に輪郭縮小処理を施した輪郭縮小画像を生成し、生成された前記輪郭縮小画像から前記検知対象搬送物を検知する
   ことを特徴とする請求項２に記載の搬送物検知システム。