JP7483267B2

JP7483267B2 - パイプコンベヤにおけるローリング監視システム

Info

Publication number: JP7483267B2
Application number: JP2021091406A
Authority: JP
Inventors: 充雅中谷; 壮平長田
Original assignee: 日本コンベヤ株式会社
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2024-05-15
Anticipated expiration: 2041-05-31
Also published as: JP2022183886A

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１１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１２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の焦点距離からベルト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に赤外線を照射し、送信信号と反射された受信信号間の位相シフトを測定することにより、前記ベルトの外周との距離を高さのデータとして測定する赤外線カメラのセンサを使用し、
前記センサを前記ベルトの周方向に間隔をあけて複数個配置し、前記ベルトの外周の高さのデータを前記センサからＰＬＣへ送信し、
前記ＰＬＣでは、前記センサの計測範囲を前記ベルトの幅方向に細かく分割したサンプリング部ごとに、前記ベルトの外周の平均高さを算出し、前記計測範囲の一端から他端へかけて、前記サンプリング部の平均高さの差を順次比較し、平均高さの差が不連続的に大きく変わる箇所を、前記ベルトの重合部として検出するものとしたのである。

また、前記ベルトの外周の平均高さの差が予め設定したしきい値以上に大きく変わる箇所を、前記ベルトの重合部として検出するものとしたのである。

また、前記サンプリング部の平均高さの差が前記計測範囲の端部よりもその近傍の中央寄りで大きく変わる箇所を、前記重合部の位置として検出するものとしたのである。

さらに、前記重合部の位置として検出した箇所における前記サンプリング部の平均高さの差の変化の方向が正常な方向と逆転しており、かつ、平均高さの差が予め設定したしきい値以上である場合、前記ベルトの重合部での内側と外側の関係が反転していると判定するものとしたのである。

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、パイプ状に丸まったベルトの外周との距離を高さのデータとして赤外線カメラのセンサで測定し、計測範囲のサンプリング部ごとに算出した平均高さの差をＰＬＣで順次比較することにより、平均高さの差が予め設定したしきい値以上に大きく変わる箇所をベルトの重合部の位置として検出するので、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に、ローリングを安定して検出することができる。

また、サンプリング部の平均高さの差が計測範囲の端部寄りよりもその近傍の中央寄りで大きく変わる箇所を、重合部の位置として検出することとしたので、重合部が計測範囲の端部付近に位置している場合でも、重合部の位置を正確に検出することができる。

また、サンプリング部の平均高さの差の変化の方向及び平均高さの差の大きさに基づいて、ベルトの重合部での内側と外側の関係が正常か反転しているかを判定でき、ローリング方向の変化を事前に察知することができるので、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、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（３Ａ）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、（３Ｂ）機器のシステム構成図同上のセンサでのベルトの外周における計測範囲を示す斜視図同上のローリングを生じていないベルトの状態、検査画像及び計測結果を示す図同上の時計回り方向へローリングを生じているベルトの状態、検査画像及び計測結果を示す図同上の反時計回り方向へローリングを生じているベルトの状態、検査画像及び計測結果を示す図同上のローリングを生じて重合部が反転したベルトの状態、検査画像及び計測結果を示す図同上のローリングを生じて重合部が検出できないベルトの状態、検査画像及び計測結果を示す図１つのセンサによる（１０Ａ）重合部を検出可能な範囲の測定方法を示す図、（１０Ｂ）算出方法を示す図特許文献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（３Ａ）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、センサ２０の測定値に基づき、ベルト１３の重合部１３ａ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。

センサ２０としては、目に見えない赤外線を対象物に照射し、対象物からの反射光を受信して、送信信号と受信信号の間の位相シフトを測定することにより、対象物までの距離を高精度で測定する赤外線カメラによるものを使用する。

センサ２０の具体例としては、Ｏ３Ｄ３０２（ifm efector株式会社販売）が挙げられる。この場合、対象物に対するセンサ２０の設置距離は３００ｍｍ～５００ｍｍ、検知可能範囲は４００ｍｍ×５６０ｍｍ～４０００ｍｍ×５６００ｍｍである。これにより、ベルト１３の外周との距離を高さのデータとして測定する。

センサ２０により測定されたベルト１３の外周の高さのデータは、図３（３Ｂ）に示すように、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）の回線を通じスイッチングハブ２１を介してＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）２２へ送信される。

ＰＬＣ２２では、センサ２０の撮像の範囲内において、図４に示すように、丸まったベルト１３の外周に沿って広がる計測範囲３０を設定し、ベルト１３の幅方向に細かく分割した部分をサンプリング部３１とする。

そして、図５に示すように、検査画像に表示されたサンプリング部３１ごとに、ベルト１３の外周の平均高さを算出し、計測範囲３０の一端から他端へかけて、サンプリング部３１の平均高さの差を順次比較し、平均高さの差が予め設定したしきい値以上に不連続的に大きく変わる箇所（計測結果のグラフ中の四角枠内）を、ベルト１３の重合部１３ａの位置として検出する。なお、ベルト１３の状態を示す図と検査画像を示す図及び計測結果を示すグラフとは、それぞれ左右及び高さが逆になっている。

次に、重合部１３ａの位置が所定範囲内にあるかどうかを検証して、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５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６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、検査画像及び計測結果のグラフを示し、図７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、検査画像及び計測結果のグラフを示している。それぞれの重合部１３ａの位置は、計測結果のグラフ中の四角枠内の部分である。

ところで、重合部１３ａが計測範囲３０の端部付近に位置している場合、サンプリング部３１の平均高さの差が重合部１３ａだけでなく、計測範囲３０の端部寄りでも大きくなってしまう（例えば、図６の場合、ベルト１３の状態を示す図におけるプラス方向の平均高さの差ａ₁，ａ₂、図７の場合、ベルト１３の状態を示す図におけるプラス方向の平均高さの差ｂ₁とマイナス方向の平均高さの差ｂ₂）。

そこで、サンプリング部３１の平均高さの差が計測範囲３０の端部よりもその近傍の中央寄りで大きく変わる箇所を、重合部１３ａの位置として検出することとし、検出位置のずれを抑制する。

また、図８に示すように、重合部１３ａの位置として検出した箇所におけるサンプリング部３１の平均高さの差の変化の方向が正常な方向と逆転しており、かつ、平均高さの差が予め設定したしきい値以上である場合、ベルト１３の重合部１３ａでの内側と外側の関係が反転して異常となっていると判定する。

また、図９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、重合部１３ａ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。

ここで、センサ２０の設置に際しては、使用するセンサ２０の計測範囲を測定する必要がある。その際、図１０（１０Ａ）に示すように、パイプ状に丸まったベルト１３を回転させて、重合部１３ａをずらしていき、重合部１３ａを検出できる両端の位置の直線距離を求める。そして、図１０（１０Ｂ）に示すように、計測した直線距離を弦長Ｌとして、計測対象のパイプ状に丸まったベルト１３の中心角αを算出する。

この例の場合、パイプ状に丸まったベルト１３の直径は３８０ｍｍ、測定した弦長Ｌは１８０ｍｍ、中心角αは５６．５°であり、３個のセンサ２０を設置すると、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。

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、パイプ状に丸まったベルト１３の外周との距離を高さのデータとして赤外線カメラのセンサ２０で測定し、計測範囲３０のサンプリング部３１ごとに算出した平均高さの差をＰＬＣ２２で順次比較することにより、平均高さの差が予め設定したしきい値以上に大きく変わる箇所をベルト１３の重合部１３ａの位置として検出するので、重合部１３ａ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に、ローリングを安定して検出することができる。

また、サンプリング部３１の平均高さの差が計測範囲３０の端部寄りよりもその近傍の中央寄りで大きく変わる箇所を、重合部１３ａの位置として検出することとしたので、重合部１３ａが計測範囲３０の端部付近に位置している場合でも、重合部１３ａの位置を正確に検出することができる。

また、サンプリング部３１の平均高さの差の変化の方向及び平均高さの差の大きさに基づいて、ベルト１３の重合部１３ａでの内側と外側の関係が正常か反転しているかを判定でき、ローリング方向の変化を事前に察知することができるので、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、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
１４ローラ
２０センサ
２１スイッチングハブ
２２ＰＬＣ
３０計測範囲
３１サンプリング部

Claims

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)の外周に赤外線を照射し、送信信号と反射された受信信号間の位相シフトを測定することにより、前記ベルト(13)の外周との距離を高さのデータとして測定する赤外線カメラのセンサ(20)を使用し、
前記センサ(20)を前記ベルト(13)の周方向に間隔をあけて複数個配置し、前記ベルト(13)の外周の高さのデータを前記センサ(20)からＰＬＣ(22)へ送信し、
前記ＰＬＣ(22)では、前記センサ(20)の計測範囲(30)を前記ベルト(13)の幅方向に細かく分割したサンプリング部(31)ごとに、前記ベルト(13)の外周の平均高さを算出し、前記計測範囲(30)の一端から他端へかけて、前記サンプリング部(31)の平均高さの差を順次比較し、平均高さの差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)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。
前記ベルト(13)の外周の平均高さの差が予め設定したしきい値以上に大きく変わる箇所を、前記ベルト(13)の重合部(13a)として検出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。
前記サンプリング部(31)の平均高さの差が前記計測範囲(30)の端部よりもその近傍の中央寄りで大きく変わる箇所を、前記重合部(13a)の位置として検出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。
前記重合部(13a)の位置として検出した箇所における前記サンプリング部(31)の平均高さの差の変化の方向が正常な方向と逆転しており、かつ、平均高さの差が予め設定したしきい値以上である場合、前記ベルト(13)の重合部(13a)での内側と外側の関係が反転していると判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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。