JP6757952B2 - 体積測定システム - Google Patents

Description

本発明は、ベルトコンベア上を流れる土、砂、砂利、骨材、礫、岩などの被搬送物の体積を測定するための体積測定システムに関する。

ベルトコンベア上を流れる土の体積を把握する方法として、出願人は、以前に以下の発明を着想した。
この発明は、ラインレーザから土などの被搬送物に対して照射したレーザー光の輪郭線を、前記ラインレーザの照射方向と異なる角度からデジタルカメラで撮影し、この画像データとベルトコンベアの移動量から、自動的に被搬送物の体積を随時把握できる、というものである。

本発明は、ラインレーザによる輪郭線が消失しないように被搬送物を撮影することで、精度の高い体積測定を実現可能なシステムの提供を目的とする。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、ベルトコンベア上を流れる土、砂、砂利、骨材、礫、岩のいずれかを含む被搬送物の体積を測定するための体積測定システムであって、前記被搬送物に対して上方からレーザー光を照射する、ラインレーザと、前記レーザー光の照射によって描かれた被搬送物の輪郭線を、前記ラインレーザの照射方向と異なる角度で、かつ、前記ベルトコンベアの進行方向の前側と後側のそれぞれ異なる場所から撮影する、複数のデジタルカメラと、前記ベルトコンベアの移動量を計測する、移動量センサと、前記複数のデジタルカメラから得る複数の画像データ、および前記ベルトコンベアの移動量から、被搬送物の体積を算出する機能を有する、解析装置と、を少なくとも備えた体積測定システムであって、前記解析装置では、前記複数の画像データから、主たる画像データを選択し、前記主たる画像データで不足する輪郭線を、その余の画像データから補完するとともに、前記ベルトコンベアのベルトの稜線と途切れの無い輪郭線とで囲まれた領域の画素数と、前記デジタルカメラの一画素が占める面積との乗算によって被搬送物の断面積が求められ、前記被搬送物が撮影箇所に到達する前に、前記被搬送物の高さが一定以上の高さとならないように調整するゲートが、前記ベルトコンベアの上方に所定の高さだけ離隔するように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）隠れた輪郭線を補完することができる。
複数のデジタルカメラによって、異なる角度から被搬送物の輪郭線を撮影するため、各画像データを組み合わせることで、レーザー光の輪郭線を補完することができる。
（２）計算上の体積値を、実際の体積値へと近づけることができる。
画像データと移動量から求めた計算上の体積値に対し、予め入力した被搬送物の密度推定値を乗算することで、さらに実際の体積値に近づけることができる。

本発明の第１実施例に係る体積測定システムの構成図 各デジタルカメラの撮影画像を加工した鉛直断面図と補完後の鉛直断面図 本発明の第２実施例に係る体積測定システムの構成図 ベルトコンベアの構成図。 本発明の第３実施例に係る体積測定システムの構成図 本発明の第４実施例に係る体積測定システムの構成図

以下、図面を参照しながら、本発明に係る体積測定システムの実施例について説明する。

＜１＞全体構成
図１は、本発明に係る体積測定システムの第１実施例を示す概略構成図である。
本発明に係る体積測定システムは、被搬送物Ｂを搬送するベルトコンベアＡに設置するシステムである。
本実施例に係る体積測定システムは、ラインレーザ１０と、複数のデジタルカメラ（一方のデジタルカメラ２０ａ、他方のデジタルカメラ２０ｂ）と、移動量センサ３０と、解析装置４０と、を少なくとも備えて構成する。
以下、各構成要素の詳細について説明する。

＜２＞被搬送物
被搬送物Ｂは、土、砂、砂利、骨材、礫、岩などの土木工事で取り扱うもの全般を想定する。本実施例では、被搬送物として塊状を呈する岩や礫が含まれている。

＜３＞ラインレーザ
ラインレーザ１０は、ベルトコンベアＡを流れる被搬送物Ｂの表面に輪郭線Ｂ１を描くための装置である。
ラインレーザ１０は、ベルトコンベアＡの上方に設け、照射するレーザー光１１は、下方を向くように配置する。
レーザー光１１の照射方向θ１は、水平方向を０°（１８０°）としたとき、０°＜θ１＜１８０°の範囲で適宜決定する。
本実施例では、レーザー光１１の照射方向を鉛直方向（９０°）としている。
レーザー光１１は、常に照射する態様としても良いし、デジタルカメラの撮影時にのみ照射する態様としてもよい。

＜４＞デジタルカメラ
デジタルカメラは、前記ラインレーザ１０によって被搬送物Ｂの表面に描かれた輪郭線Ｂ１を撮影するための装置である。
本発明では、デジタルカメラを少なくとも二台以上設け、各デジタルカメラは、互いに、前記ベルトコンベアＡの上方で、前記ラインレーザ１０の照射方向と異なる位置かつその他のデジタルカメラとも異なる角度から撮影するものとする。これは、一方のデジタルカメラによる画像データが、死角領域Ｃの存在によって断面解析が不十分である場合に、その他のデジタルカメラによる画像データでもって、補完を行うためである。
図１では、ラインレーザ１０を挟んで、ベルトコンベアの進行方向の前側に一方のデジタルカメラ２０ａを設置し、前記進行方向の後側に他方のデジタルカメラ２０ｂを設置している。

各デジタルカメラ２０ａ、２０ｂの画素数は、多ければ大きいほど、画像解析の精度が向上する点で好ましいが、画素数が多ければ大きいほど、解析時間も長くなるため、適切な範囲で決めれば良い。

＜５＞移動量センサ
移動量センサ３０は、ベルトコンベアＡの移動量を検知するための装置である。
移動量センサ３０は、公知の部材を用いることができる。
移動量センサ３０は、各デジタルカメラによる被搬送物の画像データの取得間隔（Δｔ）でのベルトコンベアＡの移動量（ΔＬ）を取得する。

＜６＞解析装置
解析装置４０は、ベルトコンベアＡを流れる被搬送物Ｂの体積を算出するための装置である。
解析装置４０は、ＰＣなどの情報処理装置を用いることができる。
解析装置４０は、前記デジタルカメラ２０ａ、２０ｂから得られる複数の画像データと、前記移動量センサ３０で得られるベルトコンベアＡの移動量のデータに基づいて、体積を算出する。

＜６．１＞主たる画像データの選択方法
解析装置４０は、複数のデジタルカメラ２０ａ、２０ｂから、予め主たるデジタルカメラを特定しておき、このデジタルカメラから得られる画像データを主たる画像データに選択して、主たる画像データで不足する箇所を、その余のデジタルカメラによる画像データで補完するように構成することができる。
また、複数のデジタルカメラ２０ａ、２０ｂのうち、主たるデジタルカメラを特定せずに、解析作業の度に、複数の画像データから不足する箇所が最も少ない画像データを主たる画像データとして選択するように構成してもよい。
なお、何れかのデジタルカメラにおいて、解析に十分な画像データが得られていれば、その他のデジタルカメラの画像データを要しない点は言うまでも無い。

＜６．２＞体積の算出方法の具体例
解析装置４０は、前記選択した画像データに基づいて求めた、輪郭線Ｂ１を照射した位置での被搬送物Ｂの鉛直断面図から得た断面積（Ｂｓ）と、次の画像データの取得までの移動量センサ３０で得られるベルトコンベアＡの移動量（ΔＬ）から、デジタルカメラの撮影間隔（Δｔ）の間に、ラインレーザ１０を通過した被搬送物Ｂの体積（ΔＶ）を求める。
そして、このΔＶを順次加算していくことによって、所定時間（ｔ）内にラインレーザを通過した被搬送物の体積（Ｖ）を求める。

上記の計算方法を数式化すると、以下の通りとなる。

＜７＞使用方法
次に、再度図１、２を参照しながら、本実施例に係る体積測定システムの使用方法について説明する。
（１）レーザー光の照射
まず、ベルトコンベアＡを流れる被搬送物Ｂに対し、該ベルトコンベアＡの上方に設けたラインレーザ１０から、レーザー光１１を略鉛直方向に向けて照射する。
被搬送物Ｂの表面には、照射したレーザー光１１によって輪郭線Ｂ１が描かれる。

（２）輪郭線の撮影・画像データの合成
前記輪郭線Ｂ１を、各デジタルカメラ２０ａ、２０ｂで撮影し、各画像データを取得する。
取得した各画像データを画像処理して鉛直方向に切断した見かけの断面図を図２に示す。
図２（ａ）は、図１におけるデジタルカメラ２０ａで撮影したデータを鉛直断面に加工した図であり、図２（ｂ）は、図１におけるデジタルカメラ２０ｂで撮影したデータを鉛直断面に加工して左右反転した図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）の図における消失部を、図２（ｂ）の図の輪郭線で補完した後の画像データである。
図２（ａ）に示すように、被搬送物Ｂに塊状のものが含まれていると、各画像データにおいて、デジタルカメラ２０ａから輪郭線Ｂ１の一部が隠れて消えたように見える箇所（消失部Ｂ２）が生じる場合がある。
同様に、図２（ｂ）においても、輪郭線Ｂ１’の一部に、消失部Ｂ２’が生じている。
そこで、解析装置４０は、各デジタルカメラ２０ａ、２０ｂの座標関係に基づいて、これらの画像データを適宜合成・補完して、途切れのない輪郭線Ｂ３を有する鉛直断面図を生成する。

（３）断面積の算出
解析装置は、図２（ｃ）に示す補完後の鉛直断面図において、被搬送物Ｂの占める割合（ベルトコンベアＡのベルトＡ１の稜線Ａ１１と途切れの無い輪郭線Ｂ３とで囲まれた領域）を画像解析することで、撮影時における被搬送物Ｂの断面積（Ｂｓ）を求めることができる。
被搬送物Ｂの断面積（Ｂｓ）は、ベルトコンベアＡのベルトＡ１の稜線Ａ１１と途切れの無い輪郭線Ｂ３とで囲まれた領域の画素数と、デジタルカメラの一画素が占める面積との乗算によって求めることができる。
デジタルカメラの一画素が占める面積は、デジタルカメラの画素数や画角、デジタルカメラと撮影箇所との距離などの各種条件から求めることができる。
なお、ベルトコンベアの幅を１ｍとし、デジタルカメラの画素数を１０００万画素と仮定した場合、１画素あたりの長さとして１ｍｍ以下を確保できる計算となるため、従来方法より高精度な断面積の測定が期待できる。

（４）体積の算出
解析装置４０は、上記の様に所定間隔でベルトコンベアＡを流れる被搬送物Ｂの瞬間の断面である。断面積（Ｂｓ）を算出したのち、あとは移動量センサ３０で得られるベルトコンベアＡの移動量（ΔＬ）を乗じていけば、流れる被搬送物の計算上の体積値（ΔＶ）を求めることができる。
なお、被搬送物Ｂの別の手段で計測した推定実績率（τ’）が定まっていれば、前記体積値（見かけの体積）（ΔＶ）に推定実績率（τ’）を乗算することで、より精度の高い実体積（ΔＶ’）を求めることができる。

このように、本発明によれば、被搬送物Ｂの体積を精度良く把握することができ、施工管理の精度が向上する。

［重量計の追加］
次に、本発明に係る体積測定システムの第２実施例について図３を参照しながら説明する。
本実施例は、ベルトコンベア上を流れる被搬送物の重量を測定可能な重量計５０をさらに具備したことを特徴とする。
重量計には、公知のベルトスケールを用いることができる。

本実施例によれば、被搬送物の重量（Ｗ）を計測することができるため、被搬送物Ｂの密度の推定値（ρ’）で除算すれば、被搬送物の想定上の体積値（Ｖ’）（Ｖ’＝Ｗ／ρ’）を算出することができる。
また、前記で算出した被搬送物の想定上の体積値（Ｖ’）と、解析装置４０で求めた計算上の体積値（Ｖ）とによって、実績率（τ）（τ＝（（Ｖ／Ｖ’）−１）×１００）を算出することもできる。

［測定箇所の特定］
次に、本発明に係る体積測定システムの第３実施例について図４、５を参照しながら説明する。
本実施例は、被搬送物の断面積を求める位置を特定したことを特徴とする。
ベルトコンベアＡは、ベルトＡ１と、ベルトＡ１を支持および運動させる架台Ａ２とを少なくとも具備してなる（図４（ａ））。
ベルトＡ１に載せられた搬送物Ｂが重いと、搬送物Ｂの重みでベルトのたわみＡ３が変化し、デジタルカメラで撮影した撮影データの解析時に、ベルトＡ１の稜線Ａ１１の位置が特定できないことが考えられる（図４（ｂ））。

そこで、本実施例では、被搬送物Ｂの断面積を測定する箇所を、前記ベルトコンベアＡを構成する架台Ａ２の位置とする（図５）。
この位置は、ベルトＡ１が架台Ａ２によって支持されているため、被搬送物Ｂの重みによってベルトの稜線Ａ１１の位置が変化することはない。
そして解析装置４０による被搬送物Ｂの体積を測定する際に、ベルトの稜線Ａ１１の位置を固定して解析することで、高精度な体積測定が可能となる。
また、ベルトの稜線Ａ１１の位置を初期値として予め入力しておけば、解析のたびにベルトの稜線Ａ１１の位置を認識する必要もなくなるため、処理速度の高速化にも寄与する。

本実施例によれば、ベルトコンベアＡを構成する架台Ａ２の直上で測定を行うことで、ベルトのたわみＡ３による測定誤差を除去することができる。

［ゲートの追加］
次に本発明に係る体積測定システムの第４実施例について、図６を参照しながら説明する。
本実施例は、被搬送物の高さを均すための手段をさらに設けたことを特徴とする。
ベルトコンベアＡの上方に所定の高さだけ離隔するようにゲート６０を設け、デジタルカメラによる撮影箇所に到達する前に、前記ゲート６０でもって、搬送物Ｂの高さが一定以上の高さとならないように調整する。
ゲートによって被搬送物の高さを抑えることにより、デジタルカメラによるピント合わせが迅速にでき、連続撮影に対する応答性がよく精度も向上する。

本実施例によれば、解析処理に係る時間を許容範囲内に収めることができる。
また、画像撮影のピントのブレを抑止することもできる。
また、この均し作業によって、死角領域Ｃの低減効果も期待できる。

Ａ ベルトコンベア
Ａ１ ベルト
Ａ１１ 稜線
Ａ２ 架台
Ｂ 被搬送物
Ｂ１ 輪郭線
Ｂ２ 消失部
Ｂ３ 途切れのない輪郭線
Ｃ 死角領域
１０ ラインレーザ
１１ レーザー光
２０ａ 一方のデジタルカメラ
２０ｂ 他方のデジタルカメラ
３０ 移動量センサ
４０ 解析装置
５０ 重量計
６０ ゲート

Claims (1)

1. ベルトコンベア上を流れる土、砂、砂利、骨材、礫、岩のいずれかを含む被搬送物の体積を測定するための体積測定システムであって、
   前記被搬送物に対して上方からレーザー光を照射する、ラインレーザと、
   前記レーザー光の照射によって描かれた被搬送物の輪郭線を、前記ラインレーザの照射方向と異なる角度で、かつ、前記ベルトコンベアの進行方向の前側と後側のそれぞれ異なる場所から撮影する、複数のデジタルカメラと、
   前記ベルトコンベアの移動量を計測する、移動量センサと、
   前記複数のデジタルカメラから得る複数の画像データ、および前記ベルトコンベアの移動量から、被搬送物の体積を算出する機能を有する、解析装置と、を少なくとも備え、
   前記解析装置では、前記複数の画像データから、主たる画像データを選択し、前記主たる画像データで不足する輪郭線を、その余の画像データから補完するとともに、前記ベルトコンベアのベルトの稜線と途切れの無い輪郭線とで囲まれた領域の画素数と、前記デジタルカメラの一画素が占める面積との乗算によって被搬送物の断面積が求められ、前記被搬送物が撮影箇所に到達する前に、前記被搬送物の高さが一定以上の高さとならないように調整するゲートが、前記ベルトコンベアの上方に所定の高さだけ離隔するように設けられていることを特徴とする、
   体積測定システム。
   

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