特開 2024-176502 搬送量算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176502

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】搬送量算出方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/28 20060101AFI20241212BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20241212BHJP

   B65G 43/08 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01B11/28 Z

G01B11/24 A

B65G43/08 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095067

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】新井 隆正

(72)【発明者】

【氏名】村井 大祐

(72)【発明者】

【氏名】伊郷 香織

(72)【発明者】

【氏名】吉川 たかし

(72)【発明者】

【氏名】谷山 奈津美

【テーマコード（参考）】

2F065

3F027

【Ｆターム（参考）】

2F065AA01

2F065AA02

2F065AA04

2F065AA22

2F065AA24

2F065AA51

2F065AA52

2F065AA58

2F065AA59

2F065BB15

2F065FF04

2F065FF15

2F065GG04

2F065HH05

2F065HH13

2F065JJ08

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065MM03

2F065PP15

2F065QQ03

2F065QQ42

3F027AA02

3F027CA07

3F027EA01

3F027FA03

3F027FA17

(57)【要約】

【課題】ベルトコンベアで搬送される搬送物の搬送量の、低コストで高精度な算出を可能とする。
【解決手段】搬送量算出装置１００は、搬送物を搬送するベルトコンベアのベルトの形状を示すベルト点群データと、搬送物の形状を示す搬送物点群データとを基に当該搬送物の断面積を算出し、断面積とベルトコンベアのベルト速度とを基に搬送物の体積搬送量を算出する搬送量算出部１１３を備える。搬送量算出装置１００は、搬送物点群データに含まれるベルトの端点を示す点群データを基に当該ベルトの位置を算出する検出部をさらに備え、搬送量算出部１１３は、ベルトの位置を基にベルト点群データを算出してもよい。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送量算出装置が、
搬送物を搬送するベルトコンベアのベルトの形状を示すベルト点群データと、前記搬送物の形状を示す搬送物点群データとを基に当該搬送物の断面積を算出するステップと、
前記断面積と前記ベルトコンベアのベルト速度とを基に前記搬送物の体積搬送量を算出するステップとを実行する
搬送量算出方法。

【請求項2】

前記搬送物点群データに含まれる前記ベルトの端点を示す点群データを基に、前記ベルトの進行方向と垂直で水平方向における当該ベルトの位置を算出するステップと、
前記ベルトの位置を基に前記ベルト点群データを算出するステップとを実行する
請求項１に記載の搬送量算出方法。

【請求項3】

予め設定された前記ベルトの形状を示す点群データと、算出した前記ベルトの位置とを基に、前記ベルト点群データを算出するステップを実行する
請求項２に記載の搬送量算出方法。

【請求項4】

前記搬送物点群データが示す折れ線と、前記ベルト点群データが示す折れ線との間の面積を前記断面積として算出するステップを実行する
請求項１に記載の搬送量算出方法。

【請求項5】

前記搬送物点群データから算出される平均の高さと、前記ベルト点群データから算出される平均の高さとの差、および、前記ベルトの幅の積を前記断面積として算出するステップを実行する
請求項１に記載の搬送量算出方法。

【請求項6】

前記体積搬送量に、前記搬送物の比重を乗じて重量搬送量を算出するステップを実行する
請求項１に記載の搬送量算出方法。

【請求項7】

搬送量算出装置が、
ベルトコンベアで搬送される搬送物の形状を示す搬送物点群データを基に、当該搬送物の平均の高さを算出するステップと、
前記搬送物の平均の高さと、前記搬送物の重量搬送量または体積搬送量との相関を用いて、算出された平均の高さを基に前記搬送物の重量搬送量または体積搬送量を算出するステップとを実行する
搬送量算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベルトコンベアで搬送される搬送物の搬送量を測定する搬送量算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ベルトコンベアで搬送される土、砂、砂利、骨材などの被搬送物（搬送物）の体積を測定する技術として、特許文献１に記載の体積測定システムがある。当該体積測定システムは、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、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から撮影する、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。

【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】

特許文献１に記載の体積測定システムによれば、デジタルカメラの解像度に応じた精度で体積の測定が可能となる。しかしながら、センサとしてラインレーザとデジタルカメラとを用いており、設置や調整の手間を含めコストが高くなる。またレーザー光による搬送物上に描かれた輪郭線をデジタルカメラで撮影して、画像解析により搬送物の断面積を算出しているので、処理が複雑でコストがかかる。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ベルトコンベアで搬送される搬送物の搬送量の、低コストで高精度な算出を可能とする搬送量算出方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記した課題を解決するため、本発明に係る搬送量算出方法は、搬送量算出装置が、搬送物を搬送するベルトコンベアのベルトの形状を示すベルト点群データと、前記搬送物の形状を示す搬送物点群データとを基に当該搬送物の断面積を算出するステップと、前記断面積と前記ベルトコンベアのベルト速度とを基に前記搬送物の体積搬送量を算出するステップとを実行する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ベルトコンベアで搬送される搬送物の搬送量の、低コストで高精度な算出を可能とする搬送量算出方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る搬送量算出システムの全体構成図である。

【図2】本実施形態に係る、搬送物がないときのセンサの出力を示す図である。

【図3】本実施形態に係る、搬送物があるときのセンサの出力を示す図である。

【図4】本実施形態に係る搬送量算出装置の機能ブロック図である。

【図5】本実施形態に係るベルトのずれを説明するための図である。

【図6】本実施形態に係る搬送物の断面積を説明するための図である。

【図7】本実施形態に係る搬送量算出処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に本発明を実施するための形態（実施形態）における搬送量算出装置を説明する。搬送量算出装置には、ベルトコンベア上に設置されたセンサが取得した２次元点群データが入力される。センサは、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）であり、レーザー光を用いて物体までの距離を測定して、搬送物の（断面の）形状を２次元の点群データとして取得することができる。なお断面は幅方向のもの（横断面）である。

【0009】

搬送量算出装置は、搬送物がない場合のベルトの形状を示す２次元の点群データとの差を算出することで、搬送物の断面積を算出し、さらにベルトコンベアのベルト速度を乗じることで搬送量（体積）を算出する。
なお、ベルトコンベアのベルトは、ゴム製、樹脂製、金属製などがあるが、ローラコンベアなどと異なり、ベルトに「たわみ」や場合によっては「左右方向のずれ」が生じる。この点については、後記する。

【0010】

ベルトコンベアのベルトは、進行方向に対して左右（水平）方向にずれる場合がある。搬送量算出装置は、２次元の点群データを基にベルトの端点を検出することでベルトのずれを検出して、搬送物がない場合の２次元の点群データ（ベルトの形状を示す点群データ）を修正することで、ずれたベルトの形状を示す点群データを算出して断面積を取得する。このようにすることで搬送量算出装置は、ベルトがずれた場合であっても、高精度に搬送量を算出することができる。

【0011】

≪搬送量算出システムの全体構成≫
図１は、本実施形態に係る搬送量算出システム１０の全体構成図である。搬送量算出システム１０は、搬送量算出装置１００、およびセンサ２００を含んで構成される。以下の説明では３次元座標系３８０を参照する。Ｚ軸はベルトコンベア３００（ベルト３１０）の進行方向であり、Ｘ軸は水平（左右）方向、Ｙ軸は上下方向である。

【0012】

センサ２００はベルトコンベア３００の上に設置され、ベルトコンベア３００が搬送する搬送物の上から見た表面の形状を測定し、測定結果である２次元点群データを搬送量算出装置１００に出力する。２次元点群データは、センサ２００を含むＸ－Ｙ平面（Ｘ軸およびＹ軸を含む平面に平行で、かつセンサ２００を含む平面）における搬送物の表面の形状を示すことになる。

【0013】

なお、ベルト３１０は、搬送物の重量（搬送量）に応じてベルト３１０のたわみ量も増えるようになる。本実施形態では、重量が増えてもたわみが生じない（たわみ量が変化しない）箇所（ベルト３１０を下方から支えるサポート部分３２０）の上にセンサ２００を設置して、断面形状の２次元点群データを取得するものとする。あわせて、ずれのデータも取得するものとする。

【0014】

≪２次元点群データ≫
図２は、本実施形態に係る、搬送物がないときのセンサ２００の出力を示す図である。点線５１０は、ベルト３１０の表面に対応する２次元点群（２次元点群データ）を示す。点線５１０の端点５１１，５１２は、ベルト３１０の端を示している。
図３は、本実施形態に係る、搬送物があるときのセンサ２００の出力を示す図である。点線５２０は、ベルト３１０上の搬送物の表面に対応する２次元点群を示す。以下では説明を簡単にするために２次元点群の各点の位置は、左下を原点、下辺をＸ軸、左辺をＹ軸とする座標系を用いて示されるものとする。このＸ軸およびＹ軸は、３次元座標系３８０（図１参照）のＸ軸およびＹ軸にそれぞれ対応する。

【0015】

≪搬送量算出装置の構成≫
図４は、本実施形態に係る搬送量算出装置１００の機能ブロック図である。搬送量算出装置１００はコンピュータであり、制御部１１０、記憶部１２０、および入出力部１８０を備える。入出力部１８０には、ディスプレイやキーボード、マウスなどのユーザインターフェイス機器が接続される。入出力部１８０が通信デバイスを備え、センサ２００とのデータ送受信が可能である。

【0016】

≪搬送量算出装置：記憶部≫
記憶部１２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶機器を含んで構成される。記憶部１２０には、測定値データベース１３０、基準値１４０、搬送量データベース１５０、およびプログラム１２８が記憶される。プログラム１２８は、後記する搬送量算出処理（図７参照）の記述が含まれる。

【0017】

測定値データベース１３０には、センサ２００から取得した２次元点群データの時系列データが取得時刻と関連付けられて格納される。２次元点群データは、例えば１秒周期で取得され、搬送物またはベルト３１０の表面の形状を示す点の座標（Ｘ－Ｙ座標）の集まり（座標群）である。

【0018】

基準値１４０は、搬送物がないときの２次元点群データ（図２参照）であり、点線５１０を示す点の座標群である。後記するように基準値１４０は、ベルト３１０が左右（Ｘ軸方向）にずれていないときのベルト３１０の表面を示す２次元点群データ（の座標群）である。
搬送量データベース１５０は、算出された搬送量（単位時間当たりの搬送量）の時系列データである。

【0019】

≪搬送量算出装置：制御部≫
制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成され、測定部１１１、検出部１１２、および搬送量算出部１１３が備わる。
測定部１１１は、センサ２００の出力である２次元点群データを測定値データベース１３０に格納する。

【0020】

≪制御部：検出部≫
検出部１１２は、ベルト３１０の進行方向（Ｚ軸方向）に対して左右方向（Ｘ軸方向）のずれを検出する。図５は、本実施形態に係るベルト３１０のずれを説明するための図である。ベルト３１０または搬送物の表面を示す点線５３０の端点５３１のＸ軸方向での位置が、基準値１４０（図２参照）における端点５１１の位置からずれている。

【0021】

このような状態は、ベルト３１０がＸ軸のプラスの向きにずれている場合に発生する。このような状態ではＸ軸のマイナス側にあるベルト３１０の端が、点線５３０の端点５３１として検出される。検出部１１２は、このようなベルト３１０のずれを検出して、ずれの量を算出する。ずれの量は、端点５３１のＸ座標と基準値１４０における端点５１１のＸ座標とを比較することで算出できる。

【0022】

以上に説明したように搬送量算出装置１００は、ベルト３１０の進行方向と垂直で水平方向（Ｘ軸方向）におけるベルト３１０の位置を算出する検出部１１２を備える。
検出部１１２は、搬送物点群データ（図５記載の点線５３０参照）に含まれるベルト３１０の端点を示す点群データ（端点５３１参照）を基に、ベルト３１０の進行方向と垂直で水平方向（Ｘ軸方向）におけるベルト３１０の位置を算出する。

【0023】

≪制御部：搬送量算出部≫
搬送量算出部１１３は、搬送物の断面積を算出し、ベルト３１０のベルト速度を乗じることで搬送量を算出する。図６は、本実施形態に係る搬送物の断面積を説明するための図である。点線５４０は、ベルト３１０上の搬送物の表面に対応する２次元点群を示す。なお点線５４０の左側の端点５４１は、基準値１４０における端点５１１のＸ座標と比較すると右側（Ｘ軸のプラス側）にずれている。

【0024】

点線５５０は、検出部１１２が点線５４０を基に算出したベルト３１０の位置に応じて、基準値１４０（点線５１０参照）が示す２次元点群をＸ軸方向にずらした２次元点群である。換言すれば点線５５０は、点線５４０に示す２次元点群取得時における搬送物がない状態でのベルト３１０の表面に対応する２次元点群を示す。すると点線５１０，５４０に挟まれた領域が搬送物の断面となる。搬送量算出部１１３は、この断面の面積を算出して、搬送物の断面とする。

【0025】

以上に説明したように搬送量算出装置１００は、搬送物を搬送するベルトコンベア３００のベルト３１０の形状を示すベルト点群データ（点線５５０参照）と、搬送物の形状を示す搬送物点群データ（点線５４０参照）とを基に当該搬送物の断面積を算出する搬送量算出部１１３を備える。
搬送量算出部１１３は、断面積とベルトコンベア３００のベルト速度とを基に搬送物の体積搬送量を算出する。

【0026】

搬送量算出部１１３は、ベルト３１０の位置を基にベルト点群データ（点線５５０参照）を算出する。
搬送量算出部１１３は、予め設定されたベルトの形状を示す点群データ（基準値１４０、点線５１０参照）と、検出部１１２が算出したベルトの位置とを基に、ベルト点群データ（点線５５０参照）を算出する。

【0027】

以下に断面積の算出手法を説明する。搬送量算出部１１３は、点線５１０，５４０を折れ線グラフとみなして、２つの折れ線グラフ間の面積を算出して断面積とする。次に搬送量算出部１１３は、断面積とベルト３１０のベルト速度とを乗じることで、点線５４０の取得した時点における単位時間当たりの搬送量を算出する。なおベルト速度は、ベルトコンベア３００の制御装置から取得することができる。

【0028】

また搬送量算出部１１３は、点線５１０，５４０の高さ（Ｙ座標値）の平均値の差を算出し、ベルト３１０の幅を乗じて断面積としてもよい。ベルト３１０の幅は点線５１０，５４０の幅（Ｘ座標での長さ）である。
搬送量算出部１１３は、搬送量に搬送物の比重を乗じて重量搬送量を算出してもよい。なお比重は、粉粒体などのように内部に空隙があるものでは、嵩比重（嵩密度）を意味する。

【0029】

以上に説明したように搬送量算出部１１３は、搬送物点群データが示す折れ線（点線５４０参照）と、ベルト点群データが示す折れ線（点線５１０参照）との間の面積を断面積として算出する。
搬送量算出部１１３は、搬送物点群データ（点線５４０参照）から算出される平均の高さと、ベルト点群データ（点線５１０参照）から算出される平均の高さとの差、および、ベルト３１０の幅（点線５１０，５４０の幅（Ｘ座標での長さ））の積を断面積として算出する。
搬送量算出部１１３は、体積搬送量に、搬送物の比重を乗じて重量搬送量を算出する。

【0030】

≪搬送量算出処理≫
図７は、本実施形態に係る搬送量算出処理のフローチャートである。図７の処理は、センサ２００の出力である２次元点群データごとに繰り返される処理である。
ステップＳ１１において測定部１１１は、センサ２００の出力である２次元点群データを取得して測定値データベース１３０に格納する。

【0031】

ステップＳ１２において検出部１１２は、２次元点群データが示す２次元点群の端点を検出して基準値１４０と比較することで、ベルト３１０のずれを算出する。
ステップＳ１３において検出部１１２は、ステップＳ１２で算出したずれが所定値以下であればずれはないと判断し（ステップＳ１３→ＮＯ）ステップＳ１５に進む。検出部１１２は、ずれが所定値超であればずれがあると判断し（ステップＳ１３→ＹＥＳ）ステップＳ１４に進む。

【0032】

ステップＳ１４において搬送量算出部１１３は、基準値１４０を調整する。詳しく説明すると搬送量算出部１１３は、ずれに応じて基準値１４０をＸ軸方向にずらす。
ステップＳ１５において搬送量算出部１１３は、ステップＳ１４で調整した基準値１４０の２次元点群（点線５１０参照）とステップＳ１１で取得した２次元点群（点線５４０参照）とを基に断面積を算出する。

【0033】

ステップＳ１６において搬送量算出部１１３は、ステップＳ１５で算出した断面積にベルト３１０のベルト速度を乗じて、単位時間当たりの搬送量（体積搬送量）を算出し、２次元点群データの取得時刻（ステップＳ１１参照）と関連付けて搬送量データベース１５０に格納する。搬送量算出部１１３は、単位時間当たりの搬送量に搬送物の比重を乗じて単位時間当たりの重量搬送量を算出し、体積搬送量とともに搬送量データベース１５０に格納してもよい。

【0034】

≪搬送量算出装置の特徴≫
搬送量算出装置１００は、搬送物表面の形状を示す２次元点群（点線５４０参照）および搬送物がないベルト３１０の形状を示す２次元点群（点線５５０参照）を基に搬送物の断面積を算出し、ベルト速度を乗じて体積を算出する。さらに搬送量算出装置１００は、重量を算出する。このようにすることで搬送量算出装置１００は、従来技術より簡易な設備で搬送量を算出することができる。

【0035】

また搬送量算出装置１００は、ベルト３１０の端点を検出して左右方向（Ｘ軸方向）のずれを算出して、断面積算出の基であるベルト３１０の形状を示す２次元点群（基準値１４０、点線５１０参照）を調整する。このようにすることで搬送量算出装置１００は、ベルト３１０がずれた場合であっても高精度に搬送量を算出することができる。

【0036】

≪変形例：断面積を算出しない搬送量算出≫
上記した実施形態において搬送量算出装置１００は、搬送物の断面積を求めて搬送量を算出しているが、断面積を求めることなしに搬送量を算出してもよい。搬送量算出部１１３は、搬送物点群データ（点線５３０参照）から算出される搬送物の平均の高さと、例えばメリック式ベルトスケールなど別手段で測定された搬送重量（重量搬送量）との関係から作成された相関式を用いて、搬送重量を算出してもよい。例えば、メリック式ベルトスケールで測定された単位時間当たりの搬送重量、および搬送物点群データから算出される搬送物の平均の高さの単位時間当たりの平均値により、下に示すような一次式である式（１）が作成される。搬送量算出部１１３は、式（１）を用いて搬送物の平均の高さを基に搬送重量を算出する。
単位時間当たりの搬送重量
＝（搬送物の平均の高さの単位時間当たりの平均値）×Ａ＋Ｂ （１）

【0037】

搬送物の平均の高さの単位時間当たりの平均値を算出するにあたり、その単位時間とは、別手段で測定され搬送重量を算出するために用いられている単位時間を用いることが望ましい。式（１）の定数Ａ，Ｂは搬送物の種類やベルトコンベア３００の移動速度などによって異なる定数である。また搬送物の平均の高さと搬送重量の相関が得られる式であれば、一次式である必要はない。
このような手法を用いることで、搬送物の断面積を算出することなく、搬送量を算出することも可能である。

【0038】

以上に説明したように搬送量算出部１１３は、ベルトコンベア３００で搬送される搬送物の形状を示す搬送物点群データ（点線５３０参照）を基に、当該搬送物の平均の高さを算出し、搬送物の平均の高さと、搬送物の重量搬送量または体積搬送量との相関（式（１）参照）を用いて、算出された平均の高さを基に搬送物の重量搬送量または体積搬送量を算出する。

【0039】

≪その他の変形例≫
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１００ 搬送量算出装置
１１１ 測定部
１１２ 検出部
１１３ 搬送量算出部
１２８ プログラム
１３０ 測定値データベース
１４０ 基準値（予め設定されたベルトの形状を示す点群データ）
１５０ 搬送量データベース
２００ センサ
３００ ベルトコンベア
３１０ ベルト
５１０ 点線（予め設定されたベルトの形状を示す点群データ）
５４０ 点線（搬送物点群データ）
５５０ 点線（ベルト点群データ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】