特許 6793552 体積測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6793552

(24)【登録日】2020年11月12日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】体積測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20201119BHJP

   G01B 11/28 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 A

   G01B11/28 H

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-1803(P2017-1803)

(22)【出願日】2017年1月10日

(65)【公開番号】特開2018-112427(P2018-112427A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年11月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(72)【発明者】

【氏名】石井 稔之

(72)【発明者】

【氏名】片山 三郎

(72)【発明者】

【氏名】安本 宣興

(72)【発明者】

【氏名】金田 修一

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１３３４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５７０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０１４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２９８７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２２２１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５４９６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−３１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０２５６２４３８（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／２４

Ｇ０１Ｂ １１／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベルトコンベア上を流れる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、
ベルトコンベアを構成する往路ベルト上の前記被搬送物に対し、上方からレーザ光を照射する、第１のラインレーザと、
前記第１のラインレーザによって前記被搬送物に描かれた輪郭線を、前記第１のラインレーザの照射方向と異なる角度から撮影する、第１のデジタルカメラと、
前記往路ベルトの裏面に下方からレーザ光を照射する、第２のラインレーザと、
前記第２のラインレーザによって往路ベルトの裏面に描かれた輪郭線を、前記第２のラインレーザの照射方向と異なる角度から撮影する、第２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、
前記第１および第２のデジタルカメラによる撮影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、解析装置と、
を少なくとも備えることを特徴とする、
体積測定システム。

【請求項2】

ベルトコンベアを構成する復路ベルトの途上にプーリを設けて迂回路を形成しておき、前記迂回路によって生じる余空間に前記第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラのうち少なくとも何れか一方を配置してあることを特徴とする、
請求項１に記載の体積測定システム。

【請求項3】

前記往路ベルトの下方に設けるミラー、を更に有し、
前記ミラーは、前記第２のラインレーザによるレーザ光を前記往路ベルトの裏面に反射する機能、および、前記往路ベルトの裏面に描かれた輪郭線を前記第２のデジタルカメラで撮影可能に前記ミラーへと映す機能、のうち少なくとも何れか１つの機能を具備することを特徴とする、
請求項１または２に記載の体積測定システム。

【請求項4】

前記第１のデジタルカメラを複数設け、
各々の第１のデジタルカメラが、被搬送物に描かれた輪郭線を、前記第１のラインレーザの照射方向と異なる角度で、かつ、その他の第１のデジタルカメラとも異なる角度から撮影することを特徴とする、
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の体積測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベルトコンベア上を流れる土、砂、砂利、骨材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。

【背景技術】

【0002】

従来のベルトコンベア上を流れる土の体積（土量）を把握する方法として、本願出願人は、下記の特許文献１に記載の発明を着想した。
特許文献１に記載の発明は、ベルトコンベア上を流れる被搬送物に対して上方からレーザ光を照射するラインレーザと、レーザ光の照射によって描かれた被搬送物の輪郭線をラインレーザの照射方向と異なる角度から撮影する、デジタルカメラと、ベルトコンベアの移動量を計測する移動量センサと、を設け、解析装置でもって、デジタルカメラによる撮影データおよびベルトコンベアの移動量から被搬送物の体積を算出可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１３３４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、上記特許文献１から、さらに被搬送物の体積測定の精度を向上させた体積測定システムの提供を目的の一つとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、ベルトコンベアを構成する往路ベルト上の前記被搬送物に対し、上方からレーザ光を照射する、第１のラインレーザと、前記第１のラインレーザによって前記被搬送物に描かれた輪郭線を、前記第１のラインレーザの照射方向と異なる角度から撮影する、第１のデジタルカメラと、前記往路ベルトの裏面に下方からレーザ光を照射する、第２のラインレーザと、前記第２のラインレーザによって往路ベルトの裏面に描かれた輪郭線を、前記第２のラインレーザの照射方向と異なる角度から撮影する、第２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、前記第１および第２のデジタルカメラによる撮影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、解析装置と、を少なくとも備えることを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、ベルトコンベアを構成する復路ベルトの途上にプーリを設けて迂回路を形成しておき、前記迂回路によって生じる余空間に前記第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラのうち少なくとも何れか一方を配置してあることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記往路ベルトの下方に設けるミラー、を更に有し、前記ミラーは、前記第２のラインレーザによるレーザ光を前記往路ベルトの裏面に反射する機能、および、前記往路ベルトの裏面に描かれた輪郭線を前記第２のデジタルカメラで撮影可能に前記ミラーへと映す機能、のうち少なくとも何れか１つの機能を具備することを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち何れかの発明において、前記第１のデジタルカメラを複数設け、各々の第１のデジタルカメラが、被搬送物に描かれた輪郭線を、前記第１のラインレーザの照射方向と異なる角度で、かつ、その他の第１のデジタルカメラとも異なる角度から撮影することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）ベルトの稜線位置をリアルタイムに解析することができる。
第２のラインレーザによって往路ベルトの裏面に描かれた輪郭線を、第２のデジタルカメラで撮影した画像データを取得・解析することで、ベルトの稜線位置をリアルタイムに求め、ベルトの稜線と被搬送物の輪郭線とで囲まれた領域の面積（被搬送物の断面積）をより正確に算出することができる。
よって、最終的に、被搬送物の体積測定の精度向上につながる。
（２）第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラの配置空間を確保することができる。
往路ベルトの下方の領域に、直接レーザ光の照射や輪郭線の撮影を可能とする程度の空間を確保できない場合であっても、復路ベルトに形成する迂回路によって第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラを配置するための余空間を確保することができる。
（３）第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラの配置場所の制限を受けない。
通常のベルトコンベアの構造では、ベルト裏面に対し、直接レーザ光の照射や輪郭線の撮影を可能とする程度の空間を確保できない場合であっても、第２のラインレーザのレーザ光をミラーで反射してベルトの裏面に照射して描かれた輪郭線を再度ミラーに映して第２のデジタルカメラで撮影することで、第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラの配置場所について制限を受けることがない。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係る体積測定システムの概略構成図。

【図2】画像解析によって得られる測定箇所での鉛直断面図のイメージ図。

【図3】実施例２に係る体積測定システムの概略構成図。

【図4】実施例３に係る体積測定システムの概略構成図。

【図5】実施例４に係る体積測定システムの概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0009】

＜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Ａを搬送するベルトコンベアに設置するシステムである。
被搬送物Ａ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。
本実施例に係る体積測定システムは、第１のラインレーザ１０および第１のデジタルカメラ２０と、第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０と、移動量センサ５０と、解析装置６０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。

【0010】

＜２＞第１のラインレーザ
第１のラインレーザ１０は、ベルトコンベアの往路を構成するベルト（往路ベルトＢ）を流れる被搬送物Ａの表面に輪郭線Ａ１を描くための装置である。
第１のラインレーザ１０は、往路ベルトＢの上方に設け、照射するレーザ光１１は、下方を向くように配置する。
レーザ光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、レーザ光１１の照射方向を鉛直方向（９０°）としている。
レーザ光１１は、常に照射する態様としても良いし、第１のデジタルカメラ２０の撮影時にのみ照射する態様としてもよい。

【0011】

＜３＞第１のデジタルカメラ
第１のデジタルカメラ２０は、前記第１のラインレーザ１０によって描かれた輪郭線Ａ１を撮影するための装置である。
第１のデジタルカメラ２０は、往路ベルトＢの上方で、前記第１のラインレーザ１０の照射方向と異なる角度から輪郭線Ａ１を撮影する。
カメラの画素数は、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。

【0012】

＜４＞第２のラインレーザ
第２のラインレーザ３０は、前記往路ベルトＢの裏面に輪郭線Ｂ１を描くための装置である。
第２のラインレーザ３０は、前記往路ベルトＢの下方に設けており、照射するレーザ光３１は、上方を向くように配置する。
レーザ光３１の照射方向θ２は、水平方向を０°（１８０°）としたとき、１８０°＜θ２＜３６０°の範囲で適宜決定する。
本実施例では、レーザ光３１の照射方向を鉛直方向（２７０°）としている。
レーザ光３１の照射態様は、前記した第１のラインレーザ１０で説明した内容と同様である。

【0013】

＜５＞第２のデジタルカメラ
第２のデジタルカメラ４０は、第２のラインレーザ３０によって往路ベルトＢの裏面に描かれた輪郭線Ｂ１を撮影するための装置である。
第２のデジタルカメラ４０は、前記往路ベルトＢの下方であって、前記第２のラインレーザ３０の照射方向と異なる角度から撮影する。

【0014】

＜６＞移動量センサ
移動量センサ５０は、ベルトコンベアの移動量を検知するための装置である。
移動量センサ５０は、公知の部材を用いることができる。
移動量センサ５０は、各デジタルカメラによる被搬送物Ａ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。

【0015】

＜７＞解析装置
解析装置６０は、ベルトコンベアを流れる被搬送物Ａの体積を算出するための装置である。
解析装置６０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６０は、前記した各デジタルカメラから得られる複数の画像データと、前記移動量センサ５０で得られるベルトコンベアの移動量のデータに基づいて、被搬送物Ａの体積を算出する。
以下、解析装置での情報処理の詳細について説明する。

【0016】

＜７．１＞鉛直断面図の生成方法
始めに、解析装置６０は、各デジタルカメラからの画像データから、被搬送物Ａを鉛直方向に切断した見かけの鉛直断面図を生成する。
図２に、測定箇所における被搬送物の見かけの鉛直断面図のイメージ図を示す。
この鉛直断面図は、第１のラインレーザ１０からのレーザ光１１によって描かれた被搬送物Ａの輪郭線Ａ１を第１のデジタルカメラ２０で撮影した画像と、第２のラインレーザ３０からのレーザ光３１によって描かれた往路ベルトの輪郭線Ｂ１を第２のデジタルカメラ４０で撮影した画像、をそれぞれ画像処理したのち、適宜合成して生成している。

【0017】

＜７．２＞断面積の算出方法
次に、解析装置６０は、前記鉛直断面図に示す、被搬送物Ａの輪郭線Ａ１と、往路ベルトＢの輪郭線Ｂ１とで囲まれた領域を、被搬送物の占める領域として画像解析することで、撮影時における被搬送物の断面積（Ｂｓ）を求める。
各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算出することができる。
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。

【0018】

＜７．３＞体積の算出方法
次に、解析装置６０は、前記＜７．２＞で求めた断面積（Ｂｓ）と、次の画像データの取得までの移動量センサ５０で得られるベルトコンベアの移動量（ΔＬ）から、各デジタルカメラの撮影間隔（Δｔ）の間に、第１のラインレーザ１０を通過した被搬送物Ａ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）内に第１のラインレーザ１０を通過した被搬送物Ａの体積（Ｖ）を求める。

【0019】

上記の計算方法を数式化すると、以下の通りとなる。

【0020】

＜８＞まとめ
このように、本発明によれば、ベルトコンベアの搬送速度の変化や、被搬送物Ａの重量変化によって、往路ベルトＢの断面形状が逐一変化する場合であっても、リアルタイムに往路ベルトＢの輪郭線Ｂ１を求めることで、被搬送物Ａの断面積ならびに体積を精度良く把握することができる。

【実施例2】

【0021】

次に、本発明の実施例２について、図３を参照しながら説明する。
ベルトコンベアの中には、ベルトの往路（往路ベルトＢ）の直下に、ベルトの復路（復路ベルトＣ）が配置されている場合がある。このとき、往路ベルトＢと復路ベルトＣとの間が狭いと、前記した第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０を、往路ベルトＢと復路ベルトＣとの間に設置できない場合が考えられる。
そこで、本実施例では、上記した往路ベルトＢと復路ベルトＣとの間が狭いベルトコンベアにおいて、復路ベルトＣの途上にプーリ７０を設けて、往路ベルトＢから離隔するように迂回路Ｃ１を形成し、前記迂回路Ｃ１によって生じた余空間Ｄに、前記第２のラインレーザおよび第２のデジタルカメラを配置する構成としている。

【0022】

本実施例によれば、往路ベルトＢの裏面に対し、レーザ光３１の直接照射や、輪郭線Ｂ１の直接撮影が可能な程度の空間を確保できない場合であっても、復路ベルトＣに迂回路Ｃ１を形成することで、第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０を配置するための空間を確保することができる。

【0023】

なお、図３では、余空間Ｄの中に、第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０の両方を配置した構成としているが、本発明は、第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０の何れかを余空間Ｄに配置した態様とすることができる。

【実施例3】

【0024】

次に、本発明の実施例３について、図４を参照しながら説明する。
実施例２において説明したように、往路ベルトＢと復路ベルトＣとの間が狭い場合には、前記した第２のラインレーザ３０によるレーザ照射や、第２のデジタルカメラ４０による輪郭線の撮影を、直接行うことができない場合が考えられる。
そこで、本実施例に係る体積測定システムでは、上記した往路ベルトＢと復路ベルトＣとの間が狭いベルトコンベアにおいて、前記第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０と、往路ベルトＢの裏面との間にミラー８０を介設するものである。
このミラー８０は、前記第２のラインレーザ３０によるレーザ光３１を前記往路ベルトＢの裏面へと反射する機能（レーザ反射機能）、および、前記往路ベルトＢの裏面に描かれた輪郭線Ｂ１を前記第２のデジタルカメラ４０で撮影可能に前記ミラー８０へと映す機能（輪郭線反射機能）を具備するものとする。

【0025】

本実施例によれば、往路ベルトＢの裏面に対し、直接レーザ光３１の照射や輪郭線Ｂ１の撮影を可能とする程度の空間を確保できない場合であっても、前記ミラー８０によって、第２のラインレーザ３０および第２のデジタルカメラ４０を任意の箇所に配置することができる。

【0026】

なお、図４では、ミラー８０に前記したレーザ反射機能と輪郭線反射機能との両方の機能を設けた構成としているが、本発明に係るミラー８０は、この両機能のうち何れか一方の機能を具備する態様とすることができる。

【0027】

また、本実施例に係る体積測定システムは、前記第１のラインレーザ１０および第１のデジタルカメラ２０と、往路ベルトＢとの間にミラー８０を介設してもよい。
また、本実施例に係る体積測定システムは、前記した実施例２の構成をさらに組み合わせた態様とすることができる。

【実施例4】

【0028】

次に、本発明の実施例４について、図５を参照しながら説明する。
被搬送物Ａの中に大きな礫や岩が含まれている場合には、これらが障害となって死角領域Ｅを作りだし、第１のラインレーザ１０のレーザ光１１によって描かれる輪郭線Ａ１が第１のデジタルカメラ２０から撮影できない場合が考えられる。
そこで、本実施例では、第１のデジタルカメラ２０を少なくとも二台以上設け、各々の第１のデジタルカメラ２０は、互いに、前記ベルトコンベアの上方で、前記第１のラインレーザ１０の照射方向と異なる位置で、かつその他の第１のデジタルカメラ２０とも異なる角度からそれぞれ輪郭線Ａ１を撮影するものとする。
これは、一方の第１のデジタルカメラ２０による画像データが、死角領域Ｅの存在によって断面解析が不十分である場合に、その他の第１のデジタルカメラ２０による画像データでもって、補完を行うためである。
図５では、第１のラインレーザ１０を挟んで、ベルトコンベアの進行方向の前側と後側にそれぞれ第１のデジタルカメラ２０を設置している。

【0029】

本実施例によれば、複数の第１のデジタルカメラ２０から得られる複数の画像データを組み合わせることで、往路ベルトＢの輪郭線Ｂ１に途切れが無い鉛直断面図を生成することができる。

【0030】

なお、本実施例に係る体積測定システムは、往路ベルトＢの裏面を撮影する第２のデジタルカメラ４０を複数設けて、往路ベルトＢの輪郭線Ｂ１を補完した鉛直断面図を生成するように構成してもよい。
また、本実施例に係る体積測定システムは、前記した実施例２や実施例３の構成と組み合わせた態様としてもよい。

【符号の説明】

【0031】

Ａ 被搬送物
Ａ１ 輪郭線
Ｂ 往路ベルト
Ｂ１ 輪郭線
Ｃ 復路ベルト
Ｃ１ 迂回路
Ｄ 余空間
Ｅ 死角領域
１０ 第１のラインレーザ
１１ レーザ光
２０ 第１のデジタルカメラ
３０ 第２のラインレーザ
３１ レーザ光
４０ 第２のデジタルカメラ
５０ 移動量センサ
６０ 解析装置
７０ プーリ
８０ ミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】