JP5823647B1 - ベルトコンベアの搬送物の搬送流量測定システム及び搬送流量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトコンベアの長さが長い場合、あるいはベルトコンベアの重量が大きい場合でも、ベルトの性状にかかわりなくベルトコンベアによって搬送されている搬送物の質量流量を適切に検出することを可能にする手段を提供する。【解決手段】ベルトコンベア１の搬送流量測定システムＳは、ローラ式計量機８と、ローラ式計量機の前側及び後側に配置された複数の支持ローラ７と、距離センサ９と、近赤外線吸収式水分計１０と、コンピュータ１１とを備えている。コンピュータ１１は、距離センサ９の測定データを用いて１ローラ間隔分の搬送物の立体形状を認識し、その質量中心の位置を決定する。さらに、コンピュータ１１は、この質量中心の位置とローラ式計量機８の検出値とに基づいて１ローラ間隔分の搬送物の質量を算出し、この質量とベルト４の移動速度とに基づいて搬送物の質量搬送流量を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、最上部同士が同じ高さとなるように配置された駆動ローラ及び従動ローラと、駆動ローラと従動ローラとに巻き掛けられ駆動ローラと従動ローラとにまたがる周回経路に沿って一定速度で走行して搬送物を搬送する無端のベルトとを備えているベルトコンベアのための搬送物の搬送流量測定システム及び搬送流量測定方法に関するものである。

一般に、ベルトコンベアは、例えば粒状ないしは粉体状の搬送物を、該搬送物に対して何らかの処理を施す処理装置に搬送するなどといった場面で広く用いられている。具体的には、例えば土壌の洗浄処理を行う場合、各地から土壌集積場に搬入された土壌が、ベルトコンベアにより土壌洗浄処理装置に搬送され、処理される。そして、このような処理装置（例えば、土壌洗浄処理装置）においては、通常、その運転状態等を監視するために、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物の時々刻々の搬送流量、すなわち処理装置への搬送物の時々刻々の供給流量を測定することが必要である。

かくして、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物の質量搬送流量を測定する手段として、ベルトコンベアのベルトの上面に載っている搬送物の全質量を連続的に測定し、その測定結果に基づいて搬送物の質量搬送流量を算出するようにした搬送流量測定手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５に示すように、特許文献１に開示されたこの形式の搬送流量測定手段を備えたベルトコンベア２０には、駆動ローラ２１と、従動ローラ２２と、駆動ローラ２１と従動ローラ２２とに巻き掛けられた無端のベルト２３と、駆動ローラ２１及び従動ローラ２２を回転可能に支持するフレーム構造２４とが設けられている。ここで、ベルト２３は、駆動ローラ２１と従動ローラ２２とにまたがる周回経路に沿って走行し、周回経路の上側の水平部分２３ａを走行しているときにその上面に搬送物を載せて搬送する。そして、フレーム構造２４には、ベルト２３の上面に載っている搬送物の全質量を連続的に検出する計量センサ２５が組み込まれている。かくして、この搬送流量測定手段では、ベルト２３の上面に載っている搬送物の全質量を、電子コンポーネント（図示せず）により搬送物の質量流量に変換するようにしている。

また、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物の質量搬送流量を測定する手段として、上面に搬送物が載っているベルト（上側走行部分）の下面に当接する重量計を設け、この重量計により搬送物の質量搬送流量を測定するようにした搬送流量測定手段も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図６に示すように、特許文献２に開示されたこの形式の搬送流量測定手段を備えたベルトコンベア３０には、駆動ローラ３１と、従動ローラ３２と、駆動ローラ３１と従動ローラ３２とに巻き掛けられた無端のベルト３３とが設けられている。ここで、ベルト３３は、駆動ローラ３１と従動ローラ３２とにまたがる周回経路に沿って走行し、周回経路の上側の水平部分３３ａを走行しているときにその上面に搬送物を載せて搬送する。そして、周回経路の上側の水平部分３３ａを走行しているベルト３３の下面に当接する重量計３４を設け、この重量計３４により搬送物の質量搬送流量を測定するようにしている。

特開２００９−５２６９８１号公報 特開２００９−２２２２６５号公報

しかしながら、例えば特許文献１に開示されている、ベルトの上面に載っている搬送物の全質量を連続的に測定し、その測定結果に基づいて搬送物の質量搬送流量を算出するようにした搬送流量測定手段は比較的小規模であるので、全長が長いベルトコンベア（例えば、数十メートル）、あるいは重量が大きいベルトコンベア（例えば数十トン）、例えば大量の土壌の洗浄処理を行う土壌洗浄処理装置のためのベルトコンベアには用いることができないといった問題がある。なお、特許文献１には、ベルトの上面に載っている搬送物の全質量を搬送物の質量流量に変換する具体的な手法は開示されていない。

また、例えば特許文献２に開示されている、上面に搬送物が載っているベルト（上側走行部分）の下面に当接する重量計により搬送物の質量搬送流量を測定するようにした搬送流量測定手段では、重量計の検出値、すなわちベルトが重量計を下方に押す力が、ベルト走行方向に関してベルト上のどの範囲の搬送物の質量に起因するものであるかが明らかではなく、重量計の検出値と搬送物の質量流量の関係が明らかでないといった問題がある。すなわち、１つの重量計の検出値のみにより、どのようにして搬送物の質量搬送流量が測定できるのかが明らかでない。例えば、搬送物が同一であっても、ベルトの可撓性が大きい場合（例えば、ゴムベルト、樹脂ベルト）と小さい場合（例えば、金属ベルト）とでは、重量計の検出値が異なるものと考察される。また、ベルトの厚さが厚い場合と薄い場合とでも、重量計の検出値が異なるものと考察される。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、ベルトコンベアの長さが長い場合、あるいはベルトコンベアの重量が大きい場合でも、ベルトの性状にかかわらず、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物、例えば土壌や砂などの質量流量を適切に検出することを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る搬送物の搬送流量測定システムを備えたベルトコンベアは、最上部同士が同じ高さとなるように配置された駆動ローラ及び従動ローラ（被駆動ローラ）と、駆動ローラと従動ローラとに巻き掛けられた無端のベルト（エンドレスベルト）とを備えている。ここで、ベルトは、駆動ローラと従動ローラとにまたがる周回経路に沿って一定速度で走行して搬送物を搬送する。そして、本発明に係る搬送流量測定システムは、ローラ式計量機（計量ローラ）と、前側（リーディング側）支持ローラ及び後側（トレーリング側）支持ローラと、距離センサと、横断面形状認識手段と、立体形状認識手段と、重心決定手段と、質量算出手段と、搬送流量算出手段とを備えている。なお、横断面形状認識手段と立体形状認識手段と重心決定手段と質量算出手段と搬送流量算出手段は、これらの機能を実行するソフトウェアを備えた１つ又は複数のコンピュータで構成される。

本発明に係る搬送流量測定システムにおいて、ローラ式計量機は、そのローラが周回経路の上側の水平部分を走行しているベルト（上側走行部分）の下面に当接するように配置されている。
前側支持ローラ及び後側支持ローラは、それぞれ、ベルト走行方向に関して、ローラ式計量機の前側及び後側に一定のローラ間隔を隔てて、周回経路の上側水平部分を走行しているベルト（上側走行部分）の下面に当接して該ベルトを支持するように配置されている。
距離センサは、ベルト走行方向に関して後側支持ローラよりも後側（トレーリング側）の距離測定位置においてベルトの上方に配置され、距離測定位置における搬送物表面までの距離を、ベルト走行方向と垂直な平面内で所定の角度毎にとびとびに（すなわち、離散的又は非連続的に）測定する。

横断面形状認識手段は、距離センサによって測定された搬送物表面までの距離（距離の集合、すなわち搬送物の上面の形状）と、ベルトの上面の形状とに基づいて、距離測定位置における搬送物の横断面の形状を認識（又は把握、決定）する。
立体形状認識手段は、横断面形状認識手段によって認識された搬送物の横断面の形状（時々刻々に変化する形状）に基づいて、ベルト走行方向に関して１ローラ間隔分の搬送物の立体形状を認識（又は把握、決定）する。
重心決定手段は、１ローラ間隔分の搬送物の密度が均一であるものとみなして、前記立体形状認識手段によって認識された１ローラ間隔分の搬送物の立体形状に基づいて、１ローラ間隔分の搬送物の重心（すなわち質量中心）の位置を決定する。
質量算出手段は、重心のベルト走行方向の位置と、ローラ式計量機の検出値とに基づいて、１ローラ間隔分の搬送物の質量を算出する。
搬送流量算出手段は、質量算出手段によって算出された１ローラ間隔分の搬送物の質量と、ベルトの走行速度（一定速度）とに基づいて搬送物の質量搬送流量を算出する。

本発明に係る搬送流量測定システムは、距離測定位置の近傍においてベルトの上方に配置され搬送物の含水率を測定する近赤外線吸収式水分計と、この近赤外線吸収式水分計によって検出された搬送物の含水率と搬送流量算出手段によって算出された搬送物の質量搬送流量とに基づいて搬送物の乾燥質量搬送流量を算出する乾燥質量流量算出手段とを備えているのが好ましい。

本発明に係る、最上部同士が同じ高さとなるように配置された駆動ローラ及び従動ローラと、駆動ローラと従動ローラとに巻き掛けられ、駆動ローラと従動ローラとにまたがる周回経路に沿って一定の速度で走行して搬送物を搬送する無端のベルトとを備えているベルトコンベアのための搬送物の搬送流量測定方法は、下記の各ステップ（１）〜（８）を有する。

（１） 周回経路の上側の水平部分を走行しているベルト（上側走行部分）の下面に、そのローラが当接するようにローラ式計量機を配置するステップ。
（２） ベルト走行方向に関して、それぞれ、ローラ式計量機の前側及び後側に一定のローラ間隔を隔てて、周回経路の上側の水平部分を走行しているベルト（上側走行部分）の下面に当接して該ベルトを支持するように、前側支持ローラ及び後側支持ローラを配置するステップ。
（３） ベルト走行方向に関して後側支持ローラよりも後側（トレーリング側）の距離測定位置においてベルトの上方に、距離測定位置における搬送物表面までの距離を、ベルト走行方向と垂直な平面内で所定の角度（スイング角）毎にとびとびに測定する距離センサを配置するステップ。

（４） 距離センサによって測定された搬送物表面までの距離（（距離の集合、すなわち搬送物の上面の形状）と、ベルトの上面の形状とに基づいて、距離測定位置における搬送物の横断面の形状を認識（又は把握、決定）するステップ。
（５） 搬送物の横断面の形状（時々刻々に変化する形状）に基づいて、ベルト走行方向に関して１ローラ間隔分の搬送物の立体形状を認識（又は把握、決定）するステップ。
（６） １ローラ間隔分の搬送物の密度が均一であるものとみなして、１ローラ間隔分の搬送物の立体形状に基づいて、１ローラ間隔分の搬送物の重心（すなわち質量中心）の位置を決定するステップ。
（７） 重心のベルト走行方向の位置と、ローラ式計量機の検出値とに基づいて１ローラ間隔分の搬送物の質量を算出するステップ。
（８） １ローラ間隔分の搬送物の質量と、ベルトの走行速度（一定速度）とに基づいて搬送物の質量搬送流量を算出するステップ。

本発明に係る搬送流量測定方法においては、距離測定位置ないしは距離センサの近傍においてベルトの上方に、搬送物の含水率を測定する近赤外線吸収式水分計を配置した上で、この近赤外線吸収式水分計によって検出された搬送物の含水率と、搬送物の質量搬送流量とに基づいて、搬送物の乾燥質量搬送流量を算出するようにしてもよい。

本発明に係る搬送物の搬送流量測定システム又は搬送流量測定方法によれば、搬送物を水平方向に搬送する既設のベルトコンベアに対して、ベルトの上側走行部分の下面に当接するローラ式計量機と、ローラ式計量機の前側及び後側においてベルトの上側走行部分の下面に当接するように配置された少なくとも２つの支持ローラと、ベルト走行方向に関して後側支持ローラよりも後側の距離測定位置においてベルトの上方に配置された距離センサとを設けた上で、例えば横断面形状認識機能と立体形状認識機能と重心決定機能と質量算出機能と搬送流量算出機能とを実行するソフトウェアを備えたコンピュータ等を付設するだけで、ベルトコンベアの長さが長い場合、あるいはベルトコンベアの重量が大きい場合でも、ベルトの性状（例えば、可撓性、ベルト厚さ等）にかかわらず、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物、例えば土壌や砂などの質量流量を適切に検出することができる。

本発明に係る搬送物の搬送流量測定システムを備えた、ないしは本発明に係る搬送物の搬送流量測定方法を用いるベルトコンベアの概略構成を示す模式的な側面図である。 図１に示すベルトコンベアの一部及び該ベルトコンベアに設けられたローラ式計量機の概略構成を示す模式的な一部断面斜視図である。 （ａ）は、距離センサによるベルト上の搬送物の表面までの距離（搬送物の上面の形状）の測定手法を示す模式的な正面図であり、（ｂ）は、コンピュータによって認識された１ローラ間隔分の搬送物の立体形状の一例を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ベルトコンベアによって搬送されている搬送物の進行状態ないしは進行の過程を示す図である。 ベルトコンベアのベルトの上面に載っている搬送物の全質量の測定値に基づいて搬送物の質量搬送流量を算出するようにした従来の搬送流量測定手段を備えたベルトコンベアの模式的な側面図である。 ベルトの上側走行部分の下面に当接する重量計により搬送物の質量搬送流量を測定するようにした従来の搬送流量測定手段を備えたベルトコンベアの模式的な側面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明に係る搬送流量測定システムＳを備えた、ないしは本発明に係る搬送流量測定方法を用いるベルトコンベア１は、電動機（図示せず）によって回転駆動されるシャフト２ａに同軸状に取り付けられた略円柱形の駆動ローラ２と、駆動源には接続されていないシャフト３ａに取り付けられた略円柱形の従動ローラ３と、駆動ローラ２と従動ローラ３とに巻き掛けられた輪状ないしは無端（エンドレス）のベルト４とを備えている。ここで、駆動ローラ２と従動ローラ３は、その直径が同一であり、同一の高さの位置に配置されている。なお、駆動ローラ２の直径と従動ローラ３の直径が異なる場合は、駆動ローラ２と従動ローラ３は、これらの最上部が同一の高さとなるように配置される。

ベルトコンベア１の稼働時には、駆動ローラ２が矢印Ａ１で示す方向に一定の回転速度で回転する一方、従動ローラ３が矢印Ａ２で示す方向に同一の回転速度で従動回転する。そして、ベルト４は、駆動ローラ２と従動ローラ３とにまたがる周回経路に沿って、一定速度で周回走行する。ベルト４の周回経路は、側面視では、ベルト４が駆動ローラ２又は従動ローラ３と当接する部分では半円形であり、駆動ローラ２又は従動ローラ３と当接しない部分（両ローラ間）では水平方向に直線状に伸びる、全体的にはフィールドトラック形のものである。かくして、ベルト４は、駆動ローラ２と従動ローラ３の間において、周回経路の上側水平部分４ａを走行するときには矢印Ａ３で示す方向に一定速度で走行し、周回経路の下側水平部分４ｂを走行するときには矢印Ａ４で示す方向に一定速度で走行する。

ベルトコンベア１の稼働時に、従動ローラ３よりやや駆動ローラ側の位置においてベルトコンベア１の上方に配置された搬送物供給部５（ホッパー）から、粒状ないしは粉体状の搬送物６が、周回経路の上側水平部分４ａを走行しているベルト４の上面に連続的に供給される。この搬送物６は、ベルト４によって矢印Ａ３で示す方向に搬送され、ベルト４が駆動ローラ２のまわりで反転する部位で重力により下方に落下し、搬送物６の処理装置（図示せず）に投入される。

ベルトコンベア１によって搬送される粒状ないしは粉体状の搬送物６としては、これらに限定されるわけではないが、例えば有害物で汚染された土地の掘削により生じた汚染土壌や、石及び／又は岩を破砕することにより生成された砕砂などが挙げられる。ベルトコンベア１により搬送された搬送物６を処理する処理装置（図示せず）は、搬送物６が汚染土壌である場合は例えばキレート剤を用いる汚染土壌洗浄処理装置等であり、搬送物６が砕砂である場合は例えば砕砂水洗装置等である。

なお、以下では、ベルトコンベア１における各装置ないしは各部材の位置関係を簡明に表現するため、上側水平部分４ａにおけるベルト走行方向（矢印Ｐ３で示す方向）に関して、進行方向側ないしはリーディング側（図１中の位置関係では右側）を「前」といい、進行方向と反対側ないしはトレーリング側（図１中の位置関係では左側）を「後」ということにする。

周回経路の上側水平部分４ａにおいてベルト４の下側に、ベルト４の下面に当接するように配置され、回転（自転）しつつベルト４及びその上の搬送物６を支持する複数の支持ローラ７が配設されている。これらの支持ローラ７は、従動ローラ３と駆動ローラ２の間において一定のローラ間隔Ｄ（例えば、土壌あるいは砂を搬送する場合は１５〜３０ｃｍ程度）を隔てて前後方向に並ぶベルト支持位置に配置され、ベルトコンベア１のフレーム構造（図示せず）によって回転可能に支持されている。なお、後で詳しく説明するとおり、これらのベルト支持位置のうちの１つには、支持ローラ７ではなくローラ式計量機８が配置されている。

詳しくは図示していないが、各支持ローラ７は、その中心軸がベルト幅方向、すなわち水平面内においてベルトコンベア１の前後方向と垂直な方向に伸びる円柱形のローラであり、そのベルト幅方向の長さはベルト４の幅と同一か、又はこれよりやや長くなっている（例えば数ｃｍ〜十数ｃｍ長い）。なお、各支持ローラ７の直径（外径）は、とくに限定されるわけではないが、例えば土壌あるいは砂を搬送する場合は５〜１０ｃｍ程度に設定するのが実用的である。

複数のベルト支持位置のうちの１つには、支持ローラ７ではなく、ローラ８ａと重量計８ｂとを有するローラ式計量機８が配設されている。図１に示す例では、ローラ式計量機８は、支持ローラ７ｂと支持ローラ７ｃの間のベルト支持位置に配置されている。ここで、ローラ８ａは、ベルト４の下面に当接するように配置され、回転（自転）しつつ、その前後の各支持ローラ７と協働してベルト４及びその上の搬送物６を支持する。ローラ８ａの形状ないしは寸法は、支持ローラ７と実質的に同一である。

他方、重量計８ｂは、例えばロードセルなどを用いた重量計であり、ローラ８ａを支持するとともに、ベルト４及び搬送物６がローラ８ａを下向きに押す力の大きさを検出する。なお、重量計８ｂは、ベルトコンベア１のフレーム構造（図示せず）によって支持されている。重量計８ｂの検出値はコンピュータ１１に送られ、後で説明するように、コンピュータ１１による最終的には搬送物６の質量搬送流量及乾燥質量搬送流量を求めるための種々の演算処理に用いられる。

ローラ式計量機８の後側に位置する支持ローラ７ｂより後側の所定の距離測定位置において、ベルト４の上方には、距離測定位置における搬送物表面までの距離を、前後方向と垂直な平面内で所定の角度毎にとびとびに（すなわち、離散的又は非連続的に）測定する距離センサ９が配設されている。なお、距離測定位置は、いずれかのベルト支持位置に設定するのが好ましい。後で説明するように、距離センサ９によって測定された、距離センサ９と搬送物６の表面との距離は、距離測定位置における搬送物６の表面の形状を認識するためのデータとなる。さらに、前後方向に関して距離測定位置の近傍、ないしは距離センサ９の近傍において、ベルト４の上方には、搬送物６の含水率を測定する近赤外線吸収式水分計１０が配設されている。そして、距離センサ９及び近赤外線吸収式水分計１０の検出値はコンピュータ１１に送られ、コンピュータ１１による最終的には搬送物６の質量搬送流量及乾燥質量搬送流量を求めるための種々の演算処理に用いられる。

距離センサ９は、詳しくは図示していないが、センサ内部の光源から間欠的に放射されたレーザ光を搬送物６の表面上の任意の測定対象点に照射し、その反射光を受光部で受光し、レーザ光の放射から反射光の受光までに要する時間に基づいて、距離センサ９と測定対象点との間の距離を測定するようになっている。さらに、距離センサ９は、レーザ光の放射方向を、距離測定位置においてベルトコンベア１の前後方向と垂直な平面（以下「スイング面」という。）内で、所定のスイング中心、例えば光源の近傍の部位を中心にして、高速でスイングさせることができるようになっている。なお、距離センサ９は、このようなレーザ光の放射から反射光の受光までに要する時間に基づいて距離を測定するタイプのものに限定されるわけではなく、距離センサ９と測定対象点との間の距離を光の特性（例えば、波長、位相差等）を利用して迅速に測定することができるものであれば、どのようなものでもよい。

図３（ａ）に示すように、距離センサ９は、光源１４から直線状に放射されるレーザ光１５の放射方向ないしは進行方向を、仮想線で示す第１のスイング限界方向１６と仮想線で示す第２のスイング限界方向１７との間で、両矢印Ｂで示す方向に一定速度で非常に高速でスイング（回動）させることができるようになっている（例えば、１〜１０ミリ秒）。そして、距離センサ９は、その際一定の短い時間間隔（例えば、０．０５〜０．５ミリ秒）で、すなわち一定のスイング角毎に搬送物６の表面にレーザ光を放射し、その反射光を受光部（図示せず）で受光し、スイング中心点と搬送物６の表面上の複数の測定対象点との間の距離を測定ないしは検出する。このようにして検出された複数の距離データはコンピュータ１１に送られる。コンピュータ１１は、これらの距離データと、予め分かっているベルト４の上面形状（図３（ａ）に示す例では平面）とに基づいて、距離測定位置における搬送物６の横断面の形状を認識（又は把握、決定）する。

このような距離測定位置における搬送物６の横断面の形状の認識は、所定の時間間隔（例えば、５〜５０ミリ秒）で繰り返し実行される。他方、搬送物６は、ベルト４によって一定速度（例えば、０．１〜１ｍ／秒）で連続的に前方に搬送されている。したがって、ベルトコンベア１の前後方向に一定の間隔（例えば、１〜５ｍｍ）で搬送物６の横断面の形状が認識される。かくして、コンピュータ１１は、このようにして認識される複数ないしは多数の搬送物６の横断面の形状に基づいて、搬送物６の立体形状を認識（又は把握、決定）する。なお、搬送物６の表面をビデオカメラで連続的に撮影し、撮影された画像のデータをコンピュータ１１で画像解析することにより搬送物６の立体形状を認識するようにしてもよい。

例えば図３（ｂ）に示すように、コンピュータ１１は、前後方向に関して一定の長さ分の搬送物６毎に、その立体形状を認識する。そして、この一定の長さは、ローラ間隔Ｄ、すなわち隣り合うベルト支持位置の間隔、すなわち隣り合う支持ローラ７（又はローラ式計量機８のローラ８ａ）の前後方向の間隔に設定される。つまり、コンピュータ１１は、複数ないしは多数の１ローラ間隔分の搬送物６の立体形状を、次々に認識（又は把握、決定）する。これら立体形状は、同一の形状を有する多数の立方体又は直方体の微小ブロック６ａで構成されている。すなわち、１ローラ間隔分の搬送物６の立体形状を、多数の微小ブロック６ａの集合体として表現ないしは擬制している。図３（ｂ）において、ｘ軸はベルトコンベア１の前後方向を示し、ｙ軸はベルト幅方向を示し、ｚ軸は上下方向を示している。なお、コンピュータ１１は、各微小ブロック６ａの体積及びそのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標を認識又は把握している。

さらに、コンピュータ１１は、前記のように認識（又は把握、決定）した１ローラ間隔分の搬送物６の立体形状に基づいて、かつこの１ローラ間隔分の搬送物６の密度が均一であるものとみなして、この１ローラ間隔分の搬送物６の重心（すなわち質量中心）の位置を決定する。なお、搬送物６の密度は、位置的又は経時的に急激に変化するものではないので、１ローラ間隔分の搬送物６の密度は均一であるものとみなしても、決定される重心の位置にさほど大きな誤差（例えば、４％以上の誤差）は生じない。

具体的には、コンピュータ１１は、１ローラ間隔分の搬送物６の重心の位置、すなわち該搬送物内における重心の３次元座標（ｘ_Ｇ，ｙ_Ｇ，ｚ_Ｇ）を、例えば下記の式１〜式３（重心の定義式）を、一般に知られているコンピュータ用の数値計算手法（ソフトウェア）を用いて算出ないしは決定する。

ｘ_Ｇ＝Σ(ρ・ｖ_ｉ・ｘ_ｉ)／Σ(ρ・ｖ_ｉ)…………………………………………式１
ｙ_Ｇ＝Σ(ρ・ｖ_ｉ・ｙ_ｉ)／Σ(ρ・ｖ_ｉ)…………………………………………式２
ｚ_Ｇ＝Σ(ρ・ｖ_ｉ・ｚ_ｉ)／Σ(ρ・ｖ_ｉ)…………………………………………式３

式１〜式３において、ｖ_ｉは、例えば図３（ｂ）に示す微小ブロック６ａの集合として表現された立体形状におけるｉ番目の微小ブロック６ａの体積であり、ρは、微小ブロック６ａないしは搬送物６の密度（この場合は定数）である。なお、この実施形態では、ｖ_ｉは一定値である。また、ｘ_ｉ、ｙ_ｉ及びｚ_ｉは、それぞれ、例えば図３（ｂ）に示す立体形状におけるｉ番目の微小ブロック６ａのｘ座標、ｙ座標及びｚ座標である。なお、Σは、すべての微小ブロック６ａ、例えばｎ個の微小ブロック６ａについて、ｉを１からｎまで１つずつ増加させて積算する演算子である。

近赤外線吸収式水分計１０は、詳しくは図示していないが、近赤外線領域における所定の波長帯の光を搬送物６に照射し、搬送物６の含水率に応じて光の吸収率が変化する性質を利用したものであり、所定の波長帯の光を搬送物６に照射して、この光の反射量（又は反射率）を受光モジュールで測定し、その測定結果に基づいて搬送物６の含水率を算出するものである。なお、このような近赤外線吸収式水分計１０としては、例えばｉ−ＮＥＡＴ株式会社から発売されているオンライン水分計ＭＣＴ４６０などを用いることができる。

かくして、ベルトコンベア１においては、下記の各データが取得される。
（１） ローラ式計量機８によって検出されるベルト４（及びその上の搬送物６）がローラ８ａを下向きに押す力Ｐ、すなわちローラ８ａがベルト４及び搬送物６を支持している力Ｐ（以下「ローラ荷重Ｐ」という。）。
（２） 距離センサ９によって検出された距離センサ９から搬送物表面までの距離と、コンピュータ１１によって認識される１ローラ間隔分の搬送物６の立体形状とに基づいて決定された該搬送物６の重心位置。
（３） 近赤外線吸収式水分計１０によって検出される１ローラ間隔分の搬送物６の含水率Ｒ（以下「搬送物含水率Ｒ」という。）。

かくして、コンピュータ１１は、ローラ荷重Ｐと、１ローラ間隔分の搬送物６の重心位置と、搬送物含水率Ｒとに基づいて、搬送物６の質量搬送流量及び乾燥質量搬送流量を算出する。以下、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、コンピュータ１１による搬送物６の質量搬送流量及び乾燥質量搬送流量の算出手法ないしは算出手順を説明する。

図４（ａ）は、ベルトコンベア１の稼動時においてベルト４への搬送物６の連続的な供給を開始した後、連続的に前方に搬送される搬送物６（集合体）の前端（先端）がローラ式計量機８のローラ８ａに対応する位置に到達した時刻Ｔ_０における状態を示している。この時刻Ｔ_０では、搬送物６の前端から後方に向かって１番目の１ローラ間隔分の搬送物Ｌ_１が、支持ローラ７ｂとローラ８ａの間でベルト４の上に載っている。また、２番目の１ローラ間隔分の搬送物Ｌ_２が、支持ローラ７ａと支持ローラ７ｂの間でベルト４の上に載っている。なお、以下では便宜上、搬送物６の前端から後方に向かってｎ番目の１ローラ間隔分の搬送物Ｌ_ｎを「搬送物Ｌ_ｎ」ということにする（ｎ＝１、２、３……）。

図４（ｂ）は、搬送物６が図４（ａ）に示す状態から１ローラ間隔分だけ前方に進んだ状態、すなわち時刻Ｔ_０から時間Δｔが経過した時刻Ｔ_１における状態を示している。なお、ベルト４の移動速度Ｖは一定であり、また隣り合う各支持ローラ７（又はローラ８ａ）の前後方向の間隔、すなわちローラ間隔Ｄは一定であるので、時間Δｔ（Δｔ＝Ｄ／Ｖ）は一定である。図４（ｃ）は、搬送物６がさらに１ローラ間隔分だけ前方に進んだ状態、すなわち時刻Ｔ_０から時間２Δｔが経過した時刻Ｔ_２における状態を示している。

図４（ｄ）は、搬送物６の前端がローラ式計量機８のローラ８ａに対応する位置に到達した時刻Ｔ_０から、時間ｎΔｔが経過した時刻Ｔ_ｎおける状態を示している。この時刻Ｔ_ｎでは、搬送物６の前端（すでにベルト４の前端から落下している）から後方に向かって（ｎ＋１）番目の１ローラ間隔分の搬送物６である搬送物Ｌ_ｎ＋１の前端がローラ８ａに対応する位置に到達している。

前記のとおり、前端がローラ８ａに対応する位置に到達した各搬送物（Ｌ_１、Ｌ_２、…Ｌ_ｎ、…）の重心（Ｇ_１、Ｇ_２、…Ｇ_ｎ、…）の位置はすでにコンピュータ１１によって認識されている。そして、質量（Ｍ_１、Ｍ_２、…Ｍ_ｎ、…）の各搬送物（Ｌ_１、Ｌ_２、…Ｌ_ｎ、…）がベルト４に加える下向きの力は、質量（Ｍ_１、Ｍ_２、…Ｍ_ｎ、…）の各質点が重心（Ｇ_１、Ｇ_２、…Ｇ_ｎ、…）の位置でベルト４に対して加えると仮定した力と等価である。

ここで、支持ローラ７ｂとローラ８ａの間における搬送物Ｌ_１の重心Ｇ_１の前後方向の位置、及び、支持ローラ７ａと支持ローラ７ｂの間における搬送物Ｌ_２の重心Ｇ_２の前後方向の位置を、それぞれ、下記の式４及び式５により計算されるα_１及びα_２（０＜α_１、α_２＜１）で表すことにする。なお、搬送物Ｌ_ｎ（ｎ＝３、４……）についても、その重心Ｇ_ｎの前後方向の位置を、同様に計算される値α_ｎ（０＜α_ｎ＜１）で表すことにする。

α_１＝(支持ローラ７ｂと重心Ｇ_１の距離)／(ローラ間隔Ｄ)……………………式４
α_２＝(支持ローラ７ａと重心Ｇ_２の距離)／(ローラ間隔Ｄ)……………………式５

一方、隣り合う２つの支持ローラ７（又はローラ８ａ）の間でベルト４の上に載っている１ローラ間隔分の搬送物６の質量ないしは重量はこれらの２つの支持ローラ７（又はローラ８ａ）によって支持され、これらの支持ローラ７（又はローラ８ａ）より前方又は後方の支持ローラ７（又はローラ８ａ）によっては支持されない。すなわち、ベルト４は多少の可撓性を有し、隣り合う２つの支持ローラ７（又はローラ８ａ）の間では若干下方に撓むので、これらの支持ローラ７（又はローラ８ａ）の間でベルト４に載っている搬送物の重量は、これらの２つの支持ローラ７（又はローラ８ａ）より前方又は後方の支持ローラ７（又はローラ８ａ）には作用を及ぼさない。

例えば、図４（ａ）に示す状態においては、搬送物Ｌ_１は支持ローラ７ｂ及びローラ８ａによって支持され、搬送物Ｌ_２は支持ローラ７ａ及び支持ローラ７ｂによって支持される。換言すれば、ローラ８ａは搬送物Ｌ_１を部分的に支持し、支持ローラ７ｂは搬送物Ｌ_１及び搬送物Ｌ_２をそれぞれ部分的に支持する。同様に、図４（ｂ）に示す状態においては、ローラ８ａは搬送物Ｌ_１及び搬送物Ｌ_２をそれぞれ部分的に支持し、支持ローラ７ｂは搬送物Ｌ_２及び搬送物Ｌ_３をそれぞれ部分的に支持する。また、図４（ｄ）に示す一般的な状態では、ローラ８ａは搬送物Ｌ_ｎ及び搬送物Ｌ_ｎ＋１をそれぞれ部分的に支持し、支持ローラ７ｂは搬送物Ｌ_ｎ＋１及び搬送物Ｌ_ｎ＋２をそれぞれ部分的に支持する。

前記のとおり、隣り合う２つの支持ローラ７（又はローラ８ａ）は分担して、これらの間の１ローラ間隔分の搬送物Ｌ_ｎを支持するが、その分担割合はこの搬送物Ｌ_ｎの重心の前後方向の位置によって決定される。具体的には、例えば図４（ｄ）に示す例において、ローラ８ａ（ローラ式計量機８）は、その後側の搬送物Ｌ_ｎ＋１の質量Ｍ_ｎ＋１のうちのα_ｎ＋１・Ｍ_ｎ＋１を分担して支持する一方、その前側の搬送物Ｌｎの質量Ｍ_ｎのうちの（１−α_ｎ）・Ｍ_ｎを分担して支持する。また、前記のとおり、ローラ式計量機８（重量計８ｂ）は、ベルト４及び搬送物Ｌ_ｎがローラ８ａを下向きに押す力、すなわちローラ８ａがベルト４及び搬送物Ｌ_ｎを支持する力を検出する。

かくして、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す状態においては、それぞれ下記の一連の式６〜式９が成立する。なお、式は省略しているが、時刻Ｔ_３と時刻Ｔ_ｎの間でも、Δｔ毎に同様の関係が成立する。

時刻Ｔ_０ Ｐ_１＝α_１・Ｍ_１………………………………………………………式６
時刻Ｔ_１ Ｐ_２＝(１−α_１)・Ｍ_１＋α_２・Ｍ_２………………………………式７
時刻Ｔ_２ Ｐ_３＝(１−α_２)・Ｍ_２＋α_３・Ｍ_３………………………………式８
・
・
・
時刻Ｔ_ｎ Ｐ_ｎ＋１＝(１−α_ｎ)・Ｍ_ｎ＋α_ｎ＋１・Ｍ_ｎ＋１………………式９

Ｐ_ｉ…ローラ式計量機の検出値（ｉ＝１〜ｎ＋１）
α_ｉ…搬送物Ｌ_ｉの重心の前後方向の位置（ｉ＝１〜ｎ＋１）
Ｍ_ｉ…搬送物Ｌ_ｉの質量（ｉ＝１〜ｎ＋１）

これらの一連の式６〜式９において、Ｐ_ｉは時刻Ｔ_ｉ−１でローラ式計量機８によって検出され、α_ｉは時刻Ｔ_ｉ−１より前にすでにコンピュータ１１によって算出されている。そこで、コンピュータ１１は、これらの式を、時間の経過に伴って順に数値計算で順に解くことにより、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３……Ｍ_ｎ、Ｍ_ｎ＋１を算出する。すなわち、最初の式でＰ_１とα_１を用いてＭ_１を算出し、次の式でＰ_２とα_１とα_２と、前回に算出したＭ_１とを用いて、今回のＭ_２を算出する。以下、同様に、前回に算出したＭ_ｉ−１を用いて今回のＭ_ｉを算出する。なお、式６〜式９では省略しているが、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３……Ｍ_ｎ、Ｍ_ｎ＋１を算出する際に、ベルト４の質量を差し引くのはもちろんである。

かくして、コンピュータ１１は、下記の式１０を用いて、順に算出される１ローラ間隔分の搬送物Ｌ_ｉの質量Ｍ_ｉを、一定値である時間Δｔ（＝Ｄ／Ｖ）で除算することにより、搬送物６の質量搬送流量Ｆ_ｉを、時刻Ｔ_０から時間Δｔを経過する毎に算出する。

Ｆ_ｉ＝Ｍ_ｉ／Δｔ＝Ｍ_ｉ／（Ｄ／Ｖ）…………………………………………式１０

さらに、コンピュータ１１は、このようにして算出した搬送物６の質量搬送流量Ｆ_ｉと、近赤外線吸収式水分計１０で検出された、搬送物Ｌ_ｉの含水率φ_ｉ（０≦φｉ＜１）とに基づいて、下記の式１１により、搬送物６の質量乾燥流量Ｈ_ｉを算出する。なお、搬送物Ｌ_ｉの含水率φ_ｉは、該搬送物Ｌ_ｉの立体形状ないし重心を認識（決定）した時点とほぼ同じ時点で検出されている。

Ｈ_ｉ＝Ｆ_ｉ・（１−φ_ｉ）…………………………………………………………式１１

前記のとおり、本発明の実施形態に係る搬送物６の搬送流量測定システム又は搬送流量測定方法によれば、ベルトコンベア１に対して、ベルト４の上側走行部分の下面に当接するローラ式計量機８と、ローラ式計量機８の前側及び後側においてベルト４の上側走行部分の下面に当接するように配置された支持ローラ７と、ベルトコンベア１の前後方向に関して、後側の支持ローラよりも後側の距離測定位置においてベルト４の上方に配置された距離センサ９と、近赤外線吸収式水分計１０とを設けた上で、横断面形状認識機能、立体形状認識機能、重心決定機能、質量算出機能等とを実行するソフトウェア、及び、その他の普通の演算機能を実行するソフトウェア等を備えたコンピュータ１１を付設するだけで、ベルトコンベア１の長さが長い場合、あるいはベルトコンベア１の重量が大きい場合でも、ベルト４の性状（例えば、可撓性、ベルト厚さ等）にかかわらず、ベルトコンベア１によって搬送されている搬送物６、例えば土壌や砂などの質量流量及び乾燥質量流量を適切に検出することができる。

Ｓ 搬送流量測定システム、１ ベルトコンベア、２ 駆動ローラ、２ａ シャフト、３ 従動ローラ、３ａ シャフト、４ ベルト、４ａ 周回経路の上側水平部分、４ｂ 周回経路の下側水平部分、５ 搬送物供給部、６ 搬送物、７ 支持ローラ、７ａ〜７ｄ 支持ローラ、８ ローラ式計量機、８ａ ローラ、８ｂ 重量計、９ 距離センサ、１０ 近赤外線吸収式水分計、１１ コンピュータ、１４ 光源、１５ レーザ光、１６ 第１の限界スイング方向、１７ 第２の限界スイング方向、２０ ベルトコンベア、２１ 駆動ローラ、２２ 従動ローラ、２３ ベルト、２３ａ 上側の水平部分、２４ フレーム構造、２５ 計量センサ、３０ ベルトコンベア、３１ 駆動ローラ、３２ 従動ローラ、３３ ベルト、３３ａ 上側の水平部分、３４ 重量計。

Claims (4)

1. 最上部同士が同じ高さとなるように配置された駆動ローラ及び従動ローラと、
   前記駆動ローラと前記従動ローラとに巻き掛けられ、前記駆動ローラと前記従動ローラとにまたがる周回経路に沿って一定の速度で走行して搬送物を搬送する無端のベルトとを備えているベルトコンベアのための搬送物の搬送流量測定システムであって、
   前記周回経路の上側水平部分を走行している前記ベルトの下面に当接するように配置されたローラ式計量機と、
   ベルト走行方向に関して、それぞれ、前記ローラ式計量機の前側及び後側に一定のローラ間隔を隔てて、前記上側水平部分を走行している前記ベルトの下面に当接するように配置された前側支持ローラ及び後側支持ローラと、
   ベルト走行方向に関して前記後側支持ローラよりも後側の距離測定位置において前記ベルトの上方に配置され、前記距離測定位置における搬送物表面までの距離を、ベルト走行方向と垂直な平面内で所定の角度毎にとびとびに測定する距離センサと、
   前記距離センサによって測定された搬送物表面までの距離と、前記ベルトの上面の形状とに基づいて、前記距離測定位置における搬送物の横断面の形状を認識する横断面形状認識手段と、
   前記横断面形状認識手段によって認識された搬送物の横断面の形状に基づいて、ベルト走行方向に関して１ローラ間隔分の搬送物の立体形状を認識する立体形状認識手段と、
   １ローラ間隔分の搬送物の密度が均一であるものとみなして、前記立体形状認識手段によって認識された１ローラ間隔分の搬送物の立体形状に基づいて、１ローラ間隔分の搬送物の重心の位置を決定する重心決定手段と、
   前記重心のベルト走行方向の位置と、前記ローラ式計量機の検出値とに基づいて１ローラ間隔分の搬送物の質量を算出する質量算出手段と、
   前記質量算出手段によって算出された１ローラ間隔分の搬送物の質量と、前記ベルトの走行速度とに基づいて搬送物の質量搬送流量を算出する搬送流量算出手段とを備えていることを特徴とする搬送物の搬送流量測定システム。
2. 前記距離測定位置の近傍において前記ベルトの上方に配置され、搬送物の含水率を測定する近赤外線吸収式水分計と、
   前記近赤外線吸収式水分計によって検出された搬送物の含水率と、前記搬送流量算出手段によって算出された搬送物の質量搬送流量とに基づいて、搬送物の乾燥質量搬送流量を算出する乾燥質量流量算出手段とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の搬送物の搬送流量測定システム。
3. 最上部同士が同じ高さとなるように配置された駆動ローラ及び従動ローラと、
   前記駆動ローラと前記従動ローラとに巻き掛けられ、前記駆動ローラと前記従動ローラとにまたがる周回経路に沿って一定の速度で走行して搬送物を搬送する無端のベルトとを備えているベルトコンベアのための搬送物の搬送流量測定方法であって、
   前記周回経路の上側水平部分を走行している前記ベルトの下面に当接するようにローラ式計量機を配置し、
   ベルト走行方向に関して、それぞれ、前記ローラ式計量機の前側及び後側に一定のローラ間隔を隔てて、前記上側水平部分を走行している前記ベルトの下面に当接するように前側支持ローラ及び後側支持ローラを配置し、
   ベルト走行方向に関して前記後側支持ローラよりも後側の距離測定位置において前記ベルトの上方に、前記距離測定位置における搬送物表面までの距離を、ベルト走行方向と垂直な平面内で所定の角度毎にとびとびに測定する距離センサを配置し、
   前記距離センサによって測定された搬送物表面までの距離と、前記ベルトの上面の形状とに基づいて、前記距離測定位置における搬送物の横断面の形状を認識し、
   前記搬送物の横断面の形状に基づいて、ベルト走行方向に関して１ローラ間隔分の搬送物の立体形状を認識し、
   １ローラ間隔分の搬送物の密度が均一であるものとみなして、１ローラ間隔分の搬送物の立体形状に基づいて、１ローラ間隔分の搬送物の重心の位置を決定し、
   前記重心のベルト走行方向の位置と、前記ローラ式計量機の検出値とに基づいて１ローラ間隔分の搬送物の質量を算出し、
   前記１ローラ間隔分の搬送物の質量と、前記ベルトの走行速度とに基づいて搬送物の質量搬送流量を算出することを特徴とする搬送物の搬送流量測定方法。
4. 前記距離測定位置の近傍において前記ベルトの上方に、搬送物の含水率を測定する近赤外線吸収式水分計を配置し、
   前記近赤外線吸収式水分計によって検出された搬送物の含水率と、前記搬送物の質量搬送流量とに基づいて、搬送物の乾燥質量搬送流量を算出することを特徴とする、請求項３に記載の搬送物の搬送流量測定方法。

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