WO2020111370A1 - 골재 이미지 분리 시스템 및 방법 - Google Patents

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WO2020111370A1
WO2020111370A1 PCT/KR2018/016191 KR2018016191W WO2020111370A1 WO 2020111370 A1 WO2020111370 A1 WO 2020111370A1 KR 2018016191 W KR2018016191 W KR 2018016191W WO 2020111370 A1 WO2020111370 A1 WO 2020111370A1
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aggregate
image
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conveyor
aggregates
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English (en)
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기형호
서명국
이호연
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삼영플랜트주식회사
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    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B07C5/3422—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour using video scanning devices, e.g. TV-cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • B02C2/02—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved
    • B02C2/04—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers eccentrically moved with vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
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    • B07C5/04—Sorting according to size
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G—PHYSICS
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    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G06T7/62—Analysis of geometric attributes of area, perimeter, diameter or volume

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for separating aggregate images, more specifically, measuring an image of shredded aggregate, separating overlapping aggregates from the measured aggregate images, and deriving an average value of distribution information for each aggregate size, thereby obtaining a predetermined size.
  • the present invention relates to a system and method for separating aggregate images so that a warning for abrasion correction occurs when the aggregate exceeds the allowable distribution.
  • construction waste stone collected from a quarry or mine has a crushing process that is crushed to a certain size through a crusher.
  • the crusher includes a jaw crusher that crushes a relatively large lump of aggregate, and a cone crusher that crushes aggregates crushed from the jaw crusher to a smaller size.
  • the cone crusher is crushed by inserting aggregate between an eccentrically rotating cone-shaped mantle and a fixedly installed cone cave, by using an approximately cylindrical main frame and an eccentric inside the main frame.
  • a rotating shaft installed rotatably in an eccentric state, a cone-shaped mantle core and a mantle coupled to an outer circumferential surface of the rotating shaft, a top frame mounted on an upper portion of the main frame, and screwed to the top frame and mantle Consists of a top cell with cone caves spaced a suitable distance apart.
  • release means, etc. are provided between the top frame and the main frame to handle the vertical load generated during the crushing process of aggregate.
  • the drive shaft is rotated by the rotational force of the pulley, and the bevel gears meshed with each other are rotated by the rotational force of the drive shaft, thereby rotating the accent.
  • the eccentric eccentric rotation shaft rotates, and the gap between the mantle and the concave is narrowed or widened while the mantle core is driven, thereby crushing the input aggregate.
  • the cone crusher has to be replaced at an appropriate time because the mantle and the cone cave are gradually worn out as the operation operation time elapses. If the proper replacement point of the mantle and the cone cave is missed, there is a problem that can damage the equipment body.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, measures an image of aggregate aggregated through a cone crusher, separates overlapping aggregates from the measured aggregate image, and then derives an average value of distribution information for each aggregate size to obtain a predetermined size.
  • a warning mark for abrasion correction is generated, and the administrator performs an adjustment of the liner gap of the cone crusher through an alarm indication, thereby allowing the aggregate to be crushed within a certain size range. It is to provide a separation system and method.
  • the aggregate image separation system of the present invention for achieving the above object is fixedly provided on a conveyor, an image acquiring unit and an image capturing an image of aggregate that is crushed through a cone crusher and moved along the conveyor at a preset time period. After receiving the image of the aggregate taken through the acquisition unit, separating the overlapping aggregate from the aggregate image, analyzing the distribution information by size of the aggregate, deriving the average value of the distribution information by size for a preset time, and the average value is allowed distribution If it is the above size, it is configured to include a control means for generating a wear correction warning accordingly.
  • the image acquisition unit is equipped with a mounting jig fixed vertically to the ground, a lighting means fixed to the top of the mounting jig and irradiating light toward a lower portion where the conveyor is located, and a conveyor fixed to the top of the mounting jig and in the same direction as the lighting means. It is configured to include a camera that performs video shooting toward the bottom; The lighting means and the camera may be provided with the rest of the surfaces except for the opened lower part surrounded by a protective case formed to block light.
  • the control means receives the image of the aggregate photographed through the image acquisition unit and processes the image to binarize the aggregate image, perform morphology calculation on the binarized aggregate image, and contours, which are the contours of the aggregate area, in the aggregate image where the morphology operation was performed. After separating the aggregates overlapped by the convex hole surrounding the aggregate area, an aggregate box is formed surrounding each aggregate, the average size and long/short ratio of each aggregate box are calculated, and the size of the aggregate is corrected for each size By classifying, it is possible to create a particle size distribution curve accordingly.
  • the aggregate image separation method of the present invention for achieving the above object is taken by a predetermined time period through an image acquisition unit provided with a fixed aggregate on the conveyor is crushed through a cone crusher to move the aggregate image
  • a first step of obtaining A second step in which the control means receives the aggregate image obtained through the first step and processes the image to generate an image for each aggregate;
  • After separating the overlapping aggregates from the images of aggregates generated through the second step analyze distribution information by size of aggregates, derive the average value of distribution information by size for a preset time, and analyze the size and shape of aggregates It includes a fourth step in which the size of the aggregate analyzed through the third and third steps is corrected and classified according to the aggregate size, so that a particle size distribution curve is created.
  • the second step includes binarizing the aggregate image and performing a morphology operation on the binarized aggregate image;
  • the contours that are contours of the aggregate region and the aggregates overlapped by the convex holes surrounding the aggregate regions are separated from each other, to form aggregate boxes surrounding each aggregate, and each aggregate Calculating an average size and a long/short ratio of the ellipse;
  • the size of the aggregate may be corrected and classified according to size, and the particle size distribution curve may be generated accordingly.
  • the image of the aggregate aggregated through the cone crusher is measured, and the overlapped aggregate is separated from the measured aggregate image, and then the average value of distribution information for each aggregate size is derived. This ensures that when a certain size of aggregate exceeds the allowable distribution, a warning sign for wear correction is generated, and the administrator performs an adjustment of the liner gap of the cone crusher through an alarm indication, so that the aggregate can be crushed within a range of a certain size. It has the effect.
  • FIG. 1 and 2 is a view showing an aggregate image separation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for separating aggregate images according to an embodiment of the present invention
  • 4 to 10 are views for explaining a method for separating aggregate images according to an embodiment of the present invention.
  • Lighting means 530 Camera
  • the aggregate image separation system includes an image acquisition unit 500 and control means 700, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the image acquisition unit 500 is fixedly provided on the conveyor 300 and photographs an image of aggregate that is crushed through the cone crusher 100 and moves along the conveyor 300 at a preset time period.
  • the image acquisition unit 500 includes a mounting jig 310, a lighting means 510, and a camera 530.
  • Mounting jig 310 is provided to be fixed to the ground vertically on both sides of the conveyor 300, the lower portion may be further provided with vibration reducing means for reducing vibration transmitted from the ground.
  • the lighting means 510 is fixed to the top of the mounting jig 310 and is provided to irradiate light vertically toward the bottom where the conveyor 300 is located.
  • the camera 530 is fixed to the upper side of the mounting jig 510 in a state spaced from one side from the lighting means 510, and vertically photographs an image toward the lower part where the conveyor 300, which is in the same direction as the lighting means 510, is located. Perform.
  • the upper portion of the mounting jig 310 is provided with a hollow protective case with an open lower portion, and the protective case is formed so that light is blocked on the rest of the surfaces except for the opened lower portion, so that the lighting means 510 and the camera 530 are inside. It is provided to be located.
  • the protection case may protect the lighting means 510 and the camera 530 from being damaged from rain or dust.
  • the time period for shooting the aggregate may be set in advance. For example, if the time period is set at an interval of 5 seconds, the aggregate conveyed from the conveyor 300 is continuously photographed at intervals of 5 seconds through the camera 530. This is done.
  • the control means 700 may be composed of a PC, a laptop, etc., receives the image of the aggregate taken through the image acquisition unit 500, separates the overlapped aggregate from the measured and input aggregate image, and then distributes by aggregate size Analyze the information, derive the average value of the distribution information for each size for a predetermined time, and if the average value is larger than the allowable distribution, a wear correction alarm is generated accordingly.
  • the control means 700 first, prior to shooting through the image acquisition unit 500, whether the operation and lighting means 510, camera 530 of a PC or a laptop constituting the control means 700 are all operated To confirm.
  • a size analysis range for example, 10 mm to 30 mm
  • a basic unit for example, 5 mm
  • a size analysis cycle for example, 1 second to 10 seconds
  • time e.g., calculating the average value in 1 minute to 5 minute increments
  • size of interest of the crushed aggregate e.g., 25 mm or more
  • allowable distribution range e.g. 20%
  • the camera is crushed through the cone crusher 100 and irradiated with the lighting means 510 fixedly provided on the conveyor while aggregate is moved along the conveyor 300.
  • the image is taken at a preset time period through 530, and an aggregate image 10 is obtained (S110).
  • control means 700 receives the photographed aggregate image 10, adjusts it to a suitable size for analysis (S120), and when photographed with a color camera, scales the aggregated image into a black and white image 30 Pre-processing such as transforming (S130) and correcting the histogram and contrast of the aggregated image converted into black and white to improve analysis accuracy (S140) are performed.
  • Pre-processing such as transforming (S130) and correcting the histogram and contrast of the aggregated image converted into black and white to improve analysis accuracy (S140) are performed.
  • control means 700 performs a morphology operation on the aggregate image in which the pre-processing is performed to separate the aggregates from the image one by one (S150 ).
  • a characteristic in which a pixel value is low due to a shadow near the boundary between aggregates is used, and a contour below a set boundary value is set as a contour.
  • the morphology operation is aimed at separating the aggregate area and the background, aggregate and aggregate from the aggregate image, and in the aggregate image, shadows are generated near the boundary between the aggregates (the area between the outside of the aggregate and the aggregate) between the aggregate areas. It becomes dark.
  • a pixel value of 70 or more in the aggregate image can be set as the aggregate region, and the background can be set to the background.
  • binarization may be performed with 0 and 1 for background and outline.
  • image edge extraction and morphology parameter value setting may be different for each aggregate.
  • the contour (Contour; 10) and the convex hole (30) of each aggregate region are obtained from the aggregate image on which the morphology operation is performed.
  • the contour corresponds to the outline of the aggregate image
  • the convex hole is formed in a shape in which the line is bent to surround the region of the aggregate image, and the inner angle of the bending point is formed not to exceed 180 degrees.
  • the convex hole algorithm is an algorithm that encloses the aggregate image region so as to be the largest polygon when the plurality of points forming an aggregate image are connected using a vector and a cross product.
  • the distance gap from the contour 10 in the vertical direction of the convex hole 30 is calculated, and the first intersection point P1; 21 and the second intersection point p2; 25 are obtained.
  • a first inner point (p3; 27) corresponding to a point having the largest distance between the convex hole 30 and the contour 10 between the first intersection point 21 and the second intersection point 25 is obtained.
  • first intersection 21, the second intersection 25, and the first inner point 27 are connected to form a triangle-shaped first defect 50.
  • Convex holes and contours and defects are not obtained through a special calculation formula, but are obtained through an image processing library (OpenCV), and each defect is between the first intersection point, the second intersection point, and the convex hole and contour constituting the defect. It is formed by including the distance between the inner point, the largest point of distance, and the line segment between the two intersections and the inner point.
  • OpenCV image processing library
  • the first intersection point 71, the second intersection point 75, and the first inner point 77 are connected to form a triangular shape of the deficit 80.
  • Filtering means excluding the relatively small-sized defects caused by rough surfaces in the crushed aggregates, and considering only the relatively large-sized defects that can occur when two or more aggregates overlap.
  • the distance value between the convex hole and the contour represents the depth of the concave portion (gol), the area is about the size, and the inner point is the degree of concave (opposite flatness).
  • the defect is selected as a defect when the distance between the convex hole and the contour satisfies a distance value of 5 or more, an area of 20 or more, and an interior point of 20 or more and 160 or less, considering the resolution of the aggregate image. Filtered and excluded from detection selection.
  • the defects are arranged based on the distance value of each defect, and accordingly, the first defect 50 and the second defect, which are the two defects having the largest distance value between the convex hole and the contour, The effect 80 is selected.
  • the line connecting the first inner point 27 and the second inner point 77 of the two defects is regarded as a boundary between aggregates.
  • a border 90 of a certain thickness is generated to separate the overlapped aggregate regions (S160).
  • the aggregate separation process is repeated 5-6 times in the above-described aggregate image.
  • the aggregate separation process is repeated 5 to 6 times, and a box fitting algorithm is applied to generate an aggregate box 800 surrounding each aggregate image (S170 ).
  • each aggregate box 800 is analyzed according to a preset program parameter value, and ratios of horizontal and vertical values corresponding to long and short axes are calculated (S180).
  • the aggregate size calculated as described above is a value calculated in units of pixels on the aggregate image
  • aggregates are classified according to a preset aggregate size range and unit.
  • the aggregate size range is set from 10 mm to 30 mm and the unit is 5 mm
  • 10 mm or less is in the 10 mm section
  • 15 mm or less in excess of 10 mm or more in the 15 mm section
  • 30 mm or more in excess of 25 mm in the 30 mm section and other sizes It can be classified into sections over 30mm.
  • a particle size distribution curve which is a distribution curve for each size, is generated using the number of aggregates for each section classified as described above.
  • the particle size distribution curve displays an average size and distribution information display of the crushed aggregate analyzed for a certain time (for example, every 1 minute), and then derives an average value of the distribution information of the crushed aggregate over time for a certain time.
  • the cone crusher 100 When the size of the aggregate is distributed within the allowable range according to the particle size distribution curve, it is determined that the cone crusher 100 operates normally, whereas, when the size of the aggregate exceeds the allowable range according to the particle size distribution curve, the monitor, etc. By displaying an alarm (alarm sound) on the screen of the, the administrator warns the correction of the liner wear of the cone crusher 100.
  • the set value is different for each aggregate to be crushed, when the aggregate having a set size (for example, a diameter of 25 cm) or more becomes 20% (set value) or more in total, an alarm display or an alarm sound is generated on the monitor screen.
  • the administrator can prevent the cone crusher 100 from being damaged by performing liner gap adjustment.
  • the image of the aggregate aggregated through the cone crusher is measured, and the overlapped aggregate is separated from the measured aggregate image, and then the average value of distribution information for each aggregate size is derived.
  • the method for separating aggregate images according to steps S110 to S210 according to the present invention may be programmed and stored in a recording medium such as a CD-ROM, memory, ROM, or EEPROM for a computer to read.
  • a recording medium such as a CD-ROM, memory, ROM, or EEPROM for a computer to read.

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Abstract

본 발명의 골재 이미지 분리 시스템 및 방법에 따르면, 콘 크러셔를 통해 파쇄된 골재의 이미지를 측정하고, 측정된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여 일정 크기 이상의 골재가 허용 분포 이상을 넘을 시 마모 교정을 위한 경고 표시가 발생되도록 하며, 관리자는 경보 표시를 통해 콘 크러셔의 라이너 갭 조정을 수행함으로써, 일정 크기의 범위 내로 골재가 파쇄될 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

골재 이미지 분리 시스템 및 방법
본 발명은 골재 이미지 분리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파쇄된 골재의 이미지를 측정하고, 측정된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 일정 크기 이상의 골재가 허용 분포 이상을 넘을 시 마모 교정을 위한 경고가 발생되도록 한 골재 이미지 분리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축 폐기물, 채석장이나 광산에서 채취된 석재 등은 파쇄기를 통해 일정 크기로 파쇄되는 파쇄 과정을 갖는다.
파쇄기로는 비교적 큰 덩어리의 골재를 파쇄하는 죠 크러셔와, 그 죠 크러셔로부터 파쇄된 골재를 더 작은 크기로 파쇄시키는 콘 크러셔 등이 있다.
특히 콘 크러셔는, 편심 회전되는 콘 형상의 맨틀과 고정 설치된 콘 케이브 사이에 골재를 투입하여 파쇄하는 것으로, 대략 원통 형상의 메인 프레임과, 그 메인 프레임의 내부에 익센트릭(eccentric)을 매개로 하여 편심된 상태로 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 그 회전축의 외주면에 결합되는 콘 형상의 맨틀 코어 및 맨틀과, 그 메인 프레임의 상부에 안착 설치되는 탑프레임과, 상기 탑프레임에 나사 결합되며 맨틀과 적정 거리 이격된 콘 케이브가 설치된 탑셀로 구성된다.
또한, 회전축을 사용하지 않고 맨틀 코어를 구동시키는 콘 크러셔도 있다.
그 외에도, 상기 탑프레임과 상기 메인 프레임 사이에 골재의 파쇄 과정 시 발생되는 수직 부하를 감당하기 위한 릴리즈 수단 등이 설치된다.
이와 같이 구성된 종래 기술에 의한 콘 크러셔에 의하면, 풀리의 회전력에 의해 구동축이 회전하고, 이 구동축의 회전력에 의해 서로 치합된 베벨기어가 회전되어 익센트릭이 회전하게 된다.
이어서, 상기 익센트릭에 편심된 회전축이 회전하여 상기 맨틀 코어가 구동하면서 맨틀과 콘케이브 사이의 간격이 좁아지거나 넓어져 투입된 골재를 파쇄하게 된다.
콘 크러셔는 운전 가동시간이 경과함에 따라서 맨틀과 콘 케이브가 점점 마모되어가기 때문에 적절한 시기에 교환해주어야 하며, 맨틀과 콘 케이브의 적절한 교환시점을 놓치면 설비 본체의 파손을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 콘 크러셔를 통해 파쇄된 골재의 이미지를 측정하고, 측정된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여 일정 크기 이상의 골재가 허용 분포 이상을 넘을 시 마모 교정을 위한 경고 표시가 발생되도록 하며, 관리자는 경보 표시를 통해 콘 크러셔의 라이너 갭 조정을 수행함으로써, 일정 크기의 범위 내로 골재가 파쇄될 수 있도록 하는 골재 이미지 분리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 골재 이미지 분리 시스템은 컨베이어 상에 고정 구비되는 것으로, 콘 크러셔를 통해 파쇄되어 컨베이어를 따라 이동되는 골재의 이미지를 미리 설정한 시간 주기로 촬영하는 영상획득부 및 영상획득부를 통해 촬영된 골재의 이미지를 입력받고, 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재의 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 평균값이 허용 분포 이상의 크기이면 이에 따른 마모 교정 경보를 발생시키는 제어수단을 포함하여 구성된다.
영상획득부는 지면에 수직으로 고정된 장착지그와, 장착지그에 상부에 고정되어 컨베이어가 위치한 하부를 향하여 빛을 조사하는 조명수단과, 장착지그의 상부에 고정되어 조명수단과 동일한 방향인 컨베이어가 위치한 하부를 향하여 영상 촬영을 수행하는 카메라가 포함되어 구성되며; 조명수단 및 카메라는 개방된 하부를 제외한 나머지 면은 빛이 차단되도록 형성된 보호케이스에 둘러싸여 구비될 수 있다.
제어수단은 영상획득부를 통해 촬영된 골재의 이미지를 입력받아 영상 처리하여 골재 이미지를 이진화하고, 이진화된 골재 이미지에 모폴로지 연산을 수행하고, 모폴로지 연산이 수행된 골재 이미지에서 골재 영역의 외곽선인 컨투어와 골재 영역을 둘러싸는 컨벡스 홀에 의해 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재를 각각 둘러싸는 골재 박스를 형성하고, 각각의 골재 박스의 평균 크기 및 장/단축 비율을 산출하고, 골재의 크기를 보정하여 크기 별로 분류하여 이에 따른 입도 분포 곡선을 작성할 수 있다.
그리고, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 골재 이미지 분리 방법은 콘 크러셔를 통해 파쇄되어 컨베이어를 따라 이동되는 골재를 컨베이어 상에 고정 구비된 영상획득부를 통해 미리 설정한 시간 주기로 촬영하여 골재 이미지를 획득하는 제1단계; 제1단계를 통하여 획득된 골재 이미지를 제어수단이 입력받아 영상 처리하여 골재 별 이미지를 생성하는 제2단계; 제2단계를 통하여 생성된 골재 별 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재의 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 골재의 크기 및 형상을 분석하는 제3단계 및 제3단계를 통하여 분석된 골재의 크기를 보정 후 골재 크기 별로 분류하여 입도 분포 곡선이 작성되도록 하는 제4단계를 포함한다.
제2단계에서는 골재 이미지를 이진화하는 단계와, 이진화된 골재 이미지에 모폴로지 연산을 수행하는 단계를 포함하고; 제3단계에서는 모폴로지 연산이 수행된 골재 이미지에서 골재 영역의 외곽선인 컨투어와 골재 영역을 둘러싸는 컨벡스 홀에 의해 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재를 각각 둘러싸는 골재 박스를 형성하는 단계와, 각각의 골재 타원의 평균 크기 및 장/단축 비율을 산출하는 단계를 포함하고; 제4단계에서는 골재의 크기를 보정하여 크기 별로 분류하는 단계와, 이에 따른 입도 분포 곡선을 작성하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 골재 이미지 분리 시스템 및 방법에 따르면, 콘 크러셔를 통해 파쇄된 골재의 이미지를 측정하고, 측정된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여 일정 크기 이상의 골재가 허용 분포 이상을 넘을 시 마모 교정을 위한 경고 표시가 발생되도록 하며, 관리자는 경보 표시를 통해 콘 크러셔의 라이너 갭 조정을 수행함으로써, 일정 크기의 범위 내로 골재가 파쇄될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 골재 이미지 분리 시스템을 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 골재 이미지 분리 방법을 설명하기 위한 플로우차트이며,
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 골재 이미지 분리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
*부호의 설명
100: 콘 크러셔 300: 컨베이어
310: 장착지그 500: 영상획득부
510: 조명수단 530: 카메라
700: 제어수단
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 골재 이미지 분리 시스템은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 영상획득부(500) 및 제어수단(700)을 포함하여 구성된다.
영상획득부(500)는 컨베이어(300) 상에 고정 구비되는 것으로, 콘 크러셔(100)를 통해 파쇄되어 컨베이어(300)를 따라 이동되는 골재의 이미지를 미리 설정한 시간 주기로 촬영한다.
영상획득부(500)는 장착지그(310), 조명수단(510) 및 카메라(530)를 포함하여 구성된다.
장착지그(310)는 컨베이어(300)의 양측으로 지면에 수직으로 고정되도록 구비되며, 하부에는 지면으로부터 전달되는 진동을 저감시키기 위한 진동 저감 수단이 더 구비될 수 있다.
조명수단(510)은 장착지그(310)에 상부에 고정되어 컨베이어(300)가 위치한 하부를 향하여 수직으로 빛을 조사하도록 구비된다.
카메라(530)는 장착지그(510)의 상부에 조명수단(510)으로부터 일측으로 이격된 상태로 고정되어 조명수단(510)과 동일한 방향인 컨베이어(300)가 위치한 하부를 향하여 수직으로 영상 촬영을 수행한다.
장착지그(310)의 상부에는 하부가 개방된 중공의 보호케이스가 구비되며, 보호케이스는 개방된 하부를 제외한 나머지 면은 빛이 차단되도록 형성되어 조명수단(510) 및 카메라(530)가 내부에 위치되도록 구비된다.
보호케이스는 조명수단(510) 및 카메라(530)를 비 또는 먼지 등으로부터 손상되는 것을 보호할 수도 있다.
따라서 콘 크러셔(100)를 통하여 파쇄된 골재가 컨베이어(300)를 통하여 장착지그(310)를 통과하면, 조명수단(510)에 의해 골재에 빛이 조사되면서 카메라(530)를 통하여 컨베이어(300)에서 운반되는 골재를 수직으로 촬영하여 골재 이미지를 획득한다.
이때, 골재를 촬영하는 시간 주기를 미리 설정할 수 있으며, 예를 들어, 5초 간격으로 시간 주기를 설정하였다면, 컨베이어(300)에서 운반되는 골재는 카메라(530)를 통하여 5초 간격으로 연속하여 촬영이 수행된다.
제어수단(700)은 PC, 노트북 등으로 구성될 수 있으며, 영상획득부(500)를 통해 촬영된 골재의 이미지를 입력받고, 측정되어 입력된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 평균값이 허용 분포 이상의 크기이면 이에 따른 마모 교정 경보를 발생시킨다.
제어수단(700)은 먼저, 영상획득부(500)를 통한 촬영에 앞서, 제어수단(700)을 구성하는 PC 또는 노트북 등의 작동 및 조명수단(510), 카메라(530)가 모두 작동되는 지 확인한다.
이어서, 프로그램 파라미터 설정을 수행하는 것으로, 파쇄된 골재의 크기 분석 범위(예를 들어 10mm ~ 30mm) 및 기본 단위(예를 들어 5mm)를 설정하고, 크기 분석 주기(예를 들어 1초 ~ 10초마다 측정) 및 시간(예를 들어 1분 ~ 5분 단위로 평균값 산출)을 설정하고, 파쇄된 골재의 관심 크기(예를 들어 25mm 이상) 및 허용 분포범위(예를 들어 20%)를 설정하고, 영상처리 관련 상세 파라미터를 설정한다.
이어서, 관련 장치들이 정상 작동하고, 관련 파라미터가 설정되면, 콘 크러셔(100)를 통해 파쇄되어 컨베이어(300)를 따라 이동되는 골재를 컨베이어 상에 고정 구비된 조명수단(510)으로 조사하면서 카메라(530)를 통해 미리 설정한 시간 주기로 촬영하여 도 4에 나타낸 바와 같이, 골재 이미지(10)를 획득한다(S110).
이때 제어수단(700)은 촬영된 골재 이미지(10)를 입력받아서, 분석하기 위한 적당한 크기로 조정을 하고(S120), 컬러 카메라로 촬영된 경우, 크기 조정된 골재 이미지를 흑백 이미지(30)로 변환하고(S130), 분석 정확도 향상을 위해 흑백 변환된 골재 이미지의 히스토그램 보정 및 명암을 보정(S140)하는 등의 전처리 과정이 수행된다.
이어서, 제어수단(700)은 전처리 과정이 수행된 골재 이미지에 모폴로지 연산을 수행하여 이미지에서 골재를 하나씩 분리하는 과정이 수행된다(S150).
모폴로지 연산에서 골재 간 경계 부근이 그림자로 인하여 픽셀 값이 낮은 특성을 이용하고, 설정된 경계값 이하를 윤곽으로 설정한다.
즉, 모폴로지 연산은 골재 이미지에서 골재 영역과 배경, 골재와 골재를 분리하는 것에 목적이 있으며, 골재 이미지에서는 각 골재 간 경계 부근(골재 바깥 부분과 골재 간 사이 영역)은 그림자가 생성되어 골재 영역보다 어둡게 된다.
따라서 이러한 특성을 이용하여 골재 이미지에서 골재 영역을 분리할 수 있는 것으로, 예를 들어, 골재 이미지에서 픽셀 값 70 이상은 골재 영역으로 설정할 수 있고, 그 이하는 배경으로 설정할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 경계값을 기준으로 골재 이미지에서 배경 및 윤곽은 0, 그 외는 1로써 이진화를 수행할 수 있다.
골재의 분리 정확도를 향상시키기 위해서 이미지 엣지 추출, 모폴로지 파라미터값 설정은 골재마다 상이하게 할 수 있다.
그러나, 모폴로지 연산을 통하여 생성된 골재 별 이미지에서도, 골재 사이가 모호하여 겹쳐진 복수의 골재를 하나의 골재로 인식될 수가 있다.
따라서, 모폴로지 연산을 통하여 생성된 골재 별 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재의 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 골재의 크기 및 형상을 분석한다.
먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이, 모폴로지 연산이 수행된 골재 이미지에서 각 골재 영역의 컨투어(Contour; 10)와 컨벡스 홀(Convex hull; 30)을 구한다.
참고로, 컨투어는 골재 이미지의 외곽선에 해당하고, 컨벡스 홀은 골재 이미지의 영역을 둘러싸도록 선이 절곡된 형태로 형성되는 것으로, 절곡 지점의 내부 각도는 180도가 넘지 않도록 형성 된다.
즉, 컨벡스 홀 알고리즘은 벡터와 외적을 이용하여 골재 이미지를 형성하는 복수의 점을 연결하였을 때, 가장 넓이가 큰 다각형이 되도록 골재 이미지 영역이 둘러싸지게 만드는 알고리즘이다.
이어서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 컨벡스 홀(30)의 수직 방향으로 컨투어(10)와의 거리(gap)를 계산하고 제1교점(P1; 21)과 제2교점(p2; 25)을 구한다.
이어서, 제1교점(21)과 제2교점(25) 사이에서 컨벡스 홀(30)과 컨투어(10)간 거리가 가장 큰지점에 해당하는 제1내점(p3; 27)을 구한다.
이때, 제1교점(21), 제2교점(25) 및 제1내점(27)을 연결하여 삼각형 형태의 제1디펙트(Defect; 50)가 형성 된다.
컨벡스 홀과 컨투어 및 디펙트는 특별한 계산식으로 구하는 것이 아니라, 영상처리 라이브러리(OpenCV)를 통해 구해지는 것으로, 각각의 디펙트는 디펙트를 구성하는 제1교점, 제2교점 및 컨벡스 홀과 컨투어 사이의 거리가 가장 큰 지점인 내점, 두 교점이 이루는 선분과 내점과의 거리 값을 포함하여 형성된다.
이어서, 반대 쪽 컨벡스 홀(30)의 수직 방향으로 컨투어(10)와의 거리(gap)를 계산하고 제1교점(71)과 제2교점(75)을 구한다.
이어서, 제1교점(71)과 제2교점(75) 사이에서 컨벡스 홀(30)과 컨투어(10)간 거리가 가장 큰지점에 해당하는 제1내점(77)을 구한다.
이때, 제1교점(71), 제2교점(75) 및 제1내점(77)을 연결하여 삼각형 형태의 제디펙트(80)가 형성 된다.
이런 식으로 하여, 골재 이미지에서 컨벡스 홀과 컨투어 사이에는 복수의 디펙트가 구해지며, 복수의 디펙트 중 미리 설정된 컨벡스 홀과 컨투어간 거리 값, 면적, 내점의 사이각 등으로 인해 필터링 된다.
필터링은 파쇄된 골재에서 거친 표면에 의해 발생한 상대적으로 작은 크기의 디펙트는 제외시키고, 두 개 이상의 골재가 겹쳐서 생길 수 있는 상대적으로 큰 크기의 디펙트만을 고려한다는 의미이다.
참고로, 필터링 하기 위해 고려할 사항으로 컨벡스 홀과 컨투어 사이의 거리 값은 오목 부위(골)의 깊이를 나타내며, 면적은 크기 정도, 내점은 오목한 정도(반대로는 평평한 정도)를 나타낸다.
예를 들어, 디펙트는 골재 이미지의 해상도를 고려하여, 컨벡스 홀과 컨투어 사이 거리 값 5이상, 면적 20이상, 내점의 사이 각은 20이상 160이하를 만족시킬 경우 디펙트로 선정되고, 그 외에는 필터링 되어 디텍트 선정에서 제외시킨다.
이어서, 디펙트 필터링 과정에서 각 디펙트의 거리 값을 기준으로 디펙트를 정렬시키며, 이에 따라 컨벡스 홀과 컨투어간 거리 값이 가장 큰 두개의 디펙트인 제1디펙트(50)와 제2디펙트(80)를 선정한다.
이어서, 컨벡스 홀과 컨투어간 사이 거리가 가장 큰 컨투어상의 지점은 내점이므로, 두 디펙트의 내점인 제1내점(27)과 제2내점(77)을 잇는 선을 골재 간 경계로 간주하고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 일정 두께의 경계선(90)을 생성하여 겹친 골재 영역을 분리한다(S160).
단, 골재 영역 분리는 디텍트가 최소 2개 이상 존재할 경우에만 수행한다.
이어서, 상술한 골재 이미지에서 골재 분리 과정을 5~6회 반복한다.
이어서, 골재 분리 과정을 5~6회 반복한 이미지에 도 9에 나타낸 바와 같이, 박스 피팅 알고리즘을 적용하여, 각각의 골재 이미지를 둘러싸는 골재 박스(800)를 생성한다(S170).
이어서, 사전 설정된 프로그램 파라미터 값에 따라 각각의 골재 박스(800)의 평균 크기를 분석하고, 장축 및 단축에 해당하는 가로 및 세로의 비율을 산출한다(S180).
이어서, 분석된 골재의 크기를 보정 후(S190), 골재 크기 별로 분류하여(S200), 도 10에 나타낸 바와 같이 입도 분포 곡선을 작성한다(S210).
즉, 상술한 바와 같이 산출된 골재 크기는 골재 이미지 상에서 픽셀 단위로 계산된 값이므로, 골재 이미지의 픽셀 크기와 실제 길이 간 관계 값을 이용하여 골재 크기 값을 실제 길이에 맞게 보정한다(예를 들어 1픽셀 = 1.2mm)
이어서, 미리 설정된 골재 크기 범위 및 단위에 따라 골재를 분류한다.
예를 들어, 골재 크기 범위를 10mm~30mm로, 단위를 5mm 설정한 경우, 10mm 이하는 10mm 구간에, 10mm초과 15mm이하는 15mm 구간에, 25mm 초과 30mm 이하는 30mm 구간에, 그 외 이상의 크기는 30mm 초과 구간으로 분류할 수 있다.
이어서, 상술한 바와 같이 분류한 각 구간별 골재 수를 이용하여 크기별 분포 곡선인 입도 분포 곡선을 작성한다.
입도 분포 곡선은 일정 시간(예를 들어 1분마다) 동안 분석된 파쇄 골재의 평균 크기 및 분포 정보 표시를 표시하고, 이어서 일정 시간 동안의 시간대별 파쇄 골재의 분포 정보의 평균 값을 도출한다.
입도 분포 곡선에 따라 골재의 크기가 허용된 범위 내에 분포될 경우, 콘크러셔(100)가 정상 동작하는 것으로 판단하며, 반면에, 입도 분포 곡선에 따라 골재의 크기가 허용된 범위를 초과 시 모니터 등의 화면에 알람 표시(경보음 발생)를 하여, 관리자에게 콘크러셔(100)의 라이너 마모 교정을 경고한다.
예를 들어, 파쇄하고자 하는 골재마다 설정 값이 다르지만, 설정 크기(예를 들어 직경 25cm) 이상의 골재가 전체에서 20%(설정 값) 이상이 될 경우 모니터 화면에 경보 표시 또는 경보음을 발생시킨다.
따라서 관리자는 경보 표시 또는 경보음이 발생하면, 라이너 갭 조정을 수행하여 콘크러셔(100)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 골재 이미지 분리 시스템 및 방법에 따르면, 콘 크러셔를 통해 파쇄된 골재의 이미지를 측정하고, 측정된 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여 일정 크기 이상의 골재가 허용 분포 이상을 넘을 시 마모 교정을 위한 경고 표시가 발생되도록 하며, 관리자는 경보 표시를 통해 콘 크러셔의 라이너 갭 조정을 수행함으로써, 일정 크기의 범위 내로 골재가 파쇄될 수 있도록 하는 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따른 단계 S110 내지 단계 S210에 따른 골재 이미지 분리 방법을 프로그램화하여 컴퓨터가 읽을 수 있도록 시디롬, 메모리, ROM, EEPROM 등의 기록매체에 저장시킬 수도 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 컨베이어 상에 고정 구비되는 것으로, 콘 크러셔를 통해 파쇄되어 컨베이어를 따라 이동되는 골재의 이미지를 미리 설정한 시간 주기로 촬영하는 영상획득부; 및
    영상획득부를 통해 촬영된 골재의 이미지를 입력받고, 골재 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재의 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 평균값이 허용 분포 이상의 크기이면 이에 따른 마모 교정 경보를 발생시키는 제어수단;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한 골재 이미지 분리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 영상획득부는 지면에 수직으로 고정된 장착지그와, 장착지그에 상부에 고정되어 컨베이어가 위치한 하부를 향하여 빛을 조사하는 조명수단과, 장착지그의 상부에 고정되어 조명수단과 동일한 방향인 컨베이어가 위치한 하부를 향하여 영상 촬영을 수행하는 카메라가 포함되어 구성되며; 조명수단 및 카메라는 개방된 하부를 제외한 나머지 면은 빛이 차단되도록 형성된 보호케이스에 둘러싸여 구비된 것을 특징으로 한 골재 이미지 분리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 제어수단은 영상획득부를 통해 촬영된 골재의 이미지를 입력받아 영상 처리하여 골재 이미지를 이진화하고, 이진화된 골재 이미지에 모폴로지 연산을 수행하고, 모폴로지 연산이 수행된 골재 이미지에서 골재 영역의 외곽선인 컨투어와 골재 영역을 둘러싸는 컨벡스 홀에 의해 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재를 각각 둘러싸는 골재 박스를 형성하고, 각각의 골재 박스의 평균 크기 및 장/단축 비율을 산출하고, 골재의 크기를 보정하여 크기 별로 분류하여 이에 따른 입도 분포 곡선을 작성하는 것을 특징으로 한 골재 이미지 분리 시스템.
  4. 콘 크러셔를 통해 파쇄되어 컨베이어를 따라 이동되는 골재를 컨베이어 상에 고정 구비된 영상획득부를 통해 미리 설정한 시간 주기로 촬영하여 골재 이미지를 획득하는 제1단계;
    제1단계를 통하여 획득된 골재 이미지를 제어수단이 입력받아 영상 처리하여 골재 별 이미지를 생성하는 제2단계;
    제2단계를 통하여 생성된 골재 별 이미지에서 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재의 크기 별 분포 정보를 분석하고, 미리 설정된 시간 동안의 크기 별 분포 정보의 평균값을 도출하여, 골재의 크기 및 형상을 분석하는 제3단계; 및
    제3단계를 통하여 분석된 골재의 크기를 보정 후 골재 크기 별로 분류하여 입도 분포 곡선이 작성되도록 하는 제4단계
    를 포함하는 것을 특징으로 한 골재 이미지 분리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 제2단계에서는 골재 이미지를 이진화하는 단계와, 이진화된 골재 이미지에 모폴로지 연산을 수행하는 단계를 포함하고; 제3단계에서는 모폴로지 연산이 수행된 골재 이미지에서 골재 영역의 외곽선인 컨투어와 골재 영역을 둘러싸는 컨벡스 홀에 의해 겹쳐진 골재를 분리시킨 후 골재를 각각 둘러싸는 골재 박스를 형성하는 단계와, 각각의 골재 타원의 평균 크기 및 장/단축 비율을 산출하는 단계를 포함하고; 제4단계에서는 골재의 크기를 보정하여 크기 별로 분류하는 단계와, 이에 따른 입도 분포 곡선을 작성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한 골재 이미지 분리 방법.
  6. 청구항 4항 및 청구항 5항 중 어느 한 항의 골재 이미지 분리 방법을 실행하는 프로그램이 기록되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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