JP2000298054A - 液面レベル測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に複雑で大きな波立ちや泡立ちが生じる
粘度の高い煉り状液体に対しても、低コストで安定して
液面レベルの測定を行う事ができる液面レベル測定方法
および装置の提供。 【解決手段】 液面にスリット光を照射し該スリット光
が照射された液面を撮像して該撮像情報に基づき液面に
関する距離を複数の異なる位置について算出して距離デ
ータ群を作成する事により、表面に複雑で大きな波立ち
や泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体であっても、波
立ちや泡立ちを抑える特別な工夫を必要とせず液面レベ
ルの測定を行う事ができる。またスリット光も撮像情報
も温度変化の影響を受ける事がないので、安定して液面
レベルの測定を行う事ができる。さらにスリット光を用
いるため光の出力レベルを大きくする必要がなく液面で
の乱反射の発生を抑えた上で液面レベルの測定を行う事
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で液面のレ
ベルを測定する液面レベル測定方法および装置に関し、
特にタンク内に充填された粘度の高い煉り状液体の液面
レベルを測定するのに好適な液面レベル測定方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液状製品の製造工程などにおいて
タンク内の液状製品の充填状態を得るために、液面変位
を測定する手段として超音波変位センサやレーザ式変位
センサが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波式変位センサは
測定範囲が数ｍ程度の長距離のものも実用化され、大型
タンク内の液面レベル測定などに使用されている。しか
し、粘度の高い煉り状液体の液面では、表面に複雑で大
きな波立ちが発生するため超音波式変位センサでは測定
不能になる場合がある。また、液面に大きな泡立ちがあ
る場合なども安定した測定ができない場合がある。超音
波式変位センサは、センサから発信した超音波を液面で
反射させ発信から受信までの伝搬時間を測定する事で距
離を測定している。従って、被測定面すなわち液面は超
音波を安定して反射させる事のできる面積が必要であ
り、一般的には数十ｃｍ²程度以上の面積を有する平面
である事が要求される。このような事から、安定した液
面変位量を測定するためには、液面の大きな波立ちや泡
立ちが起きないような特別な工夫がタンク内に必要にな
り設備のコストアップやタンク保守作業が煩雑になる等
の問題があった。さらに、超音波式変位センサでは、周
囲温度により音速は変化するため安定した測定をするた
めには温度補償が必須である。しかし、温度補償用の温
度センサは空間のある固定された１箇所の温度をサンプ
リングするだけであり、液面レベルにより温度分布が変
動するようなタンク内においては安定した測定が困難で
あった。

【０００４】また、超音波式変位センサ以外に変位を非
接触で測定する方法としてレーザ式変位センサがある。
数メートルから数十メートル程度の測定が可能なレーザ
変位センサでは、センサから特定の周波数で強度変調を
かけたレーザスポット光を投光して液面で反射させ、セ
ンサの受光部に返って来た受光レーザと投光レーザの位
相差により距離を測定している。これは、センサの受光
部に返ってくるまでの時間は液面までの距離に応じて変
化し、投光レーザと受光レーザの位相差となって現れる
事を利用している。また、数ｍｍ〜数百ｍｍ程度の測定
が可能なレーザ式変位センサでは、センサから投光した
レーザスポット光を液面で反射させセンサの受光面位置
の変位量により、三角測量の原理で距離を測定してい
る。この２つのセンサ共に、表面に複雑で大きな波立ち
が発生したり、液面に大きな泡立ちがある場合などは反
射光が不十分で測定不能になる場合があり、この一点の
情報に頼っているため安定した測定ができない。また、
同一センサを複数個使用して信頼性を向上させる方法も
考えられるが、コストアップになるばかりか波立ちや泡
立ちはどこに発生するか特定できないので、根本的な解
決にはならない。

【０００５】この問題に対処するために、レーザスキャ
ン式の２次元変位センサを利用して液面の表面までの距
離を測定する方法が考えられる。しかしながら、この２
次元変位センサは測定精度が数μｍ〜数十μｍと良い
が、測定範囲が数ｍｍ〜数十ｍｍと狭く、タンク内の液
面レベルを測定するような用途には適用できない。な
お、一般的にレーザ光を用いた変位センサでは、測定範
囲を広くするためにはレーザ光出力を大きくする必要が
ある。しかしレーザ光出力を大きくすると液面での乱反
射が多く発生し、本来必要な反射光以外の乱反射による
反射光の影響を受け、正しく測定できないと言う問題が
あった。特に粘度の高い液体では液面の波立ちが多く、
この乱反射による影響が顕著である。

【０００６】したがって、本発明は、表面に複雑で大き
な波立ちや泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体に対し
ても、低コストで安定して液面レベルの測定を行う事が
できる液面レベル測定方法および装置の提供を目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液面レベル測定方法は、液面にスリット光
を照射し該スリット光が照射された液面を撮像して該撮
像情報に基づき液面に関する距離を複数の異なる位置に
ついて算出して距離データ群を作成する事を特徴として
いる。このように、液面にスリット光を照射し該スリッ
ト光が照射された液面を撮像して該撮像情報に基づき液
面に関する距離を複数の異なる位置について算出して距
離データ群を作成するため、表面に複雑で大きな波立ち
や泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体であっても、波
立ちや泡立ちを抑える特別な工夫を必要とせず、液面レ
ベルの測定を行う事ができる。また、スリット光も撮像
情報も温度変化の影響を受ける事がないので、安定して
液面レベルの測定を行う事ができる。さらに、スリット
光を用いるため、光の出力レベルを大きくする必要がな
く、液面での乱反射の発生を抑えた上で液面レベルの測
定を行う事ができる。しかも、スリット光を用いた事に
より、画像を撮った瞬間の液面の１次元分布状の距離デ
ータ群が得られるので、一部の距離データが測定できず
に欠落しても他の距離データで補う事ができる。

【０００８】本発明の液面レベル測定装置は、液面にス
リット光を照射するスリット光投光手段と、該スリット
光投光手段でスリット光が照射された液面を撮像する撮
像手段と、該撮像手段から得られた撮像情報に基づき液
面に関する距離を複数の異なる位置について算出して距
離データ群を作成する距離算出処理手段とを備える事を
特徴としている。これにより、液面にスリット光を照射
し該スリット光が照射された液面を撮像して該撮像情報
に基づき液面に関する距離を複数の異なる位置について
算出して距離データ群を作成するため、表面に複雑で大
きな波立ちや泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体であ
っても、波立ちや泡立ちを抑える特別な工夫を必要とせ
ず、液面レベルの測定を行う事ができる。また、スリッ
ト光も撮像情報も温度変化の影響を受ける事がないの
で、安定して液面レベルの測定を行う事ができる。さら
に、スリット光を用いるため、光の出力レベルを大きく
する必要がなく、液面での乱反射の発生を抑えた上で液
面レベルの測定を行う事ができる。しかも、スリット光
を用いた事により、画像を撮った瞬間の液面の１次元分
布状の距離データ群が得られるので、一部の距離データ
が測定できずに欠落しても他の距離データで補う事がで
きる。

【０００９】ここで、スリット光投光手段を、液面に投
光するスリット光が可視光であるものとすれば、このよ
うな可視光を液面に照射する事により、液面の測定場所
の位置確認が目視で容易にできる事になる。

【００１０】また、撮像手段が、撮像した液面の画像を
モニタするため出力可能であるものとすれば、タンク内
の液面の状態をモニタする事ができる。

【００１１】さらに、距離算出処理手段を、撮像手段に
より撮像して得られたスリット光の投光されている液面
の画像から、液面での乱反射による不要な反射光をノイ
ズとして除去するノイズ除去処理を行い、該ノイズ除去
処理後の画像を用いて液面に関する距離を複数の異なる
位置について算出した距離データ群を作成するものにす
れば、液面の性状によってスリット光の乱反射したノイ
ズを除去する事になる。

【００１２】さらに、距離算出処理手段により得られた
距離データ群から液面レベルの特徴量を演算し、該特徴
量を予め設定された基準値と比較判定する距離データ群
演算処理手段を備えるようにすれば、特徴量を得たり、
液の有無判定を行う事ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一の実施の形態を図面を
参照して以下に説明する。この実施の形態は、本発明を
煉り歯磨き粉の液面レベル測定に適用したものである。
この実施の形態では、無人搬送車で搬送された煉り歯磨
き粉タンクに入った煉り歯磨き粉の排出を行う行程にお
いて、煉り歯磨き粉タンクが空になったという判定を行
っている。煉り歯磨き粉は、粘度が高く、表面に複雑で
大きな波立ちが頻繁に発生し、従来の超音波センサによ
る液面レベル測定が困難であった。

【００１４】図１はこの実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。図１において破線内がこの実施の形態の液
面レベル測定装置１０であり、この液面レベル測定装置
１０は、煉り歯磨き粉タンクに入った煉り歯磨き粉の液
面をタンク外部から高さ方向において２０００ｍｍ程度
の広範囲に渡り測定可能な装置であって、煉り歯磨き粉
タンクに入った煉り歯磨き粉の液面に可視光であるレー
ザのスリット光を照射するレーザスリット光源（スリッ
ト光投光手段）２１と、レーザスリット光源２１でスリ
ット光が照射された液面を撮像するＣＣＤカメラ（撮像
手段）２２と、該ＣＣＤカメラ２２から得られた撮像情
報に基づき液面に関する距離を複数の異なる位置につい
て算出して距離データ群を作成する距離算出処理部（距
離算出処理手段）２３と、距離算出処理部２３により得
られた距離データ群を演算処理する距離データ群演算処
理部（距離データ群演算処理手段）２４とを有してい
る。

【００１５】液面レベル測定装置１０には、距離データ
群演算処理部２４からの判定結果が導入される制御部２
５が接続されており、該制御部２５には、動作状態のモ
ニタや空と判定するための液面レベルの基準値等を設定
するタッチキー付き表示器２６と、無人搬送車の動作を
制御する無人搬送車制御部２７とが接続されている。制
御部２５は、距離データ群演算処理部２４からの判定結
果を無人搬送車制御部２７へ出力する等のデータの受け
渡しを行う。ここで、ＣＣＤカメラ２２は、撮像した液
面の画像をモニタするため外部に出力可能であり、この
画像は、例えば、タッチキー付き表示器２６に出力され
る。これにより、ＣＣＤカメラ２２により撮像した液面
の画像をタッチキー付き表示器２６に表示させるように
なっている。勿論、ＣＣＤカメラ２２で撮像した液面の
画像を専用の表示器に表示させるようにしてもよい。

【００１６】図２はこの実施の形態の斜視図である。レ
ーザスリット光源２１とＣＣＤカメラ２２が一体にユニ
ット化されて、煉り歯磨き粉タンク３１の上方に固定さ
れている。無人搬送車で搬送されてきた煉り歯磨き粉タ
ンク３１の中には、煉り歯磨き粉３２が充填されてい
る。煉り歯磨き粉タンク３１の上部には液面レベル測定
用の窓３３があり、そこからレーザスリット光源２１は
煉り歯磨き粉３２の液面へレーザスリット光３４を照射
し、その反射光をＣＣＤカメラ２２で撮像して液面レベ
ル測定を行う。

【００１７】煉り歯磨き粉タンク３１は、予め設定され
た排出位置にセットされた状態で、その内部の煉り歯磨
き粉３２が図示しない排出装置により図示せぬ供給先に
向け排出されるようになっている。このような煉り歯磨
き粉３２の煉り歯磨き粉タンク３１からの排出の結果、
液面レベル測定装置１０によって煉り歯磨き粉３２の空
が検出されると、排出装置が停止された後、煉り歯磨き
粉タンク３１は再び無人搬送車で搬送される。レーザス
リット光源２１およびＣＣＤカメラ２２から床面までの
距離は約２５００ｍｍで、測定可能範囲は±１０００ｍ
ｍ（床面から高さ２０００ｍｍまで）を実現している。

【００１８】この実施の形態の動作を図３に示すフロー
チャートに沿って説明する。この実施の形態では、煉り
歯磨き粉タンク３１の空を検出するために、予め空と判
定するための液面レベルの基準値が図１のタッチキー付
き表示器２６により設定入力されると、該液面レベルの
設定基準値を距離データ群演算処理部２４の図示せぬ記
億装置に格納しておく。

【００１９】最初のステップＳ４１では図１の無人搬送
車制御部２７からの煉り歯磨き粉タンク在荷信号を待機
する。無人搬送車制御部２７により制御されて図２の煉
り歯磨き粉タンク３１が搬送され予め定められた排出位
置にセットされて在荷信号がオンになると、ステップＳ
４２で液面レベル測定が行われ、空判定が行われる。次
のステップＳ４３ではステップＳ４２の判定結果を用い
てタンク搬出の制御を行う。以上のステップを繰り返し
行う。なお、ステップＳ４２は距離算出処理部２３およ
び距離データ群演算処理部２４で、その他のステップは
制御部２５で実行される。

【００２０】次に、液面レベル測定の動作（図３のステ
ップＳ４２）を図４に示すフローチャートに沿って説明
する。最初のステップＳ５１では図２のレーザスリット
光源２１によりレーザスリット光を煉り歯磨き粉タンク
３１内の煉り歯磨き粉３２の液面に投光させる。次にス
テップＳ５２でＣＣＤカメラ２２でレーザ光の照射され
ている煉り歯磨き粉３２液面を撮像させる。次のステッ
プＳ５３ではステップＳ５２でＣＣＤカメラ２２により
撮像した撮像情報から、距離算出処理部２３が、レーザ
スリット位置の検出処理を行い、レーザスリット位置デ
ータ群を算出する。この検出処理において、距離算出処
理部２３は、ＣＣＤカメラ２２により撮像して得られた
スリット光の投光されている液面の画像から、液面での
乱反射による不要な反射光をノイズとして除去するノイ
ズ除去処理を実行させ、このノイズ除去処理後の画像に
基づいてレーザスリット位置データ群を算出する。

【００２１】距離算出処理部２３は、次のステップＳ５
４で、ステップＳ５３でノイズ除去処理後の画像に基づ
いて算出したレーザスリット位置データ群から三角測量
の原理により１次元分布状の距離データ群（すなわち、
液面に関する距離を複数の異なる位置について算出した
距離データ群）を算出する。

【００２２】次のステップＳ５５では、距離データ群演
算処理部２４が、距離算出処理部２３で得られた距離デ
ータ群から液面レベルの特徴量である液面の平均レベ
ル、最大レベル、最小レベル等の演算を行う。次のステ
ップＳ５６では、距離データ群演算処理部２４が、予め
設定されている空と判定する液面レベルの基準値と平均
液面レベルとの比較を行い、後者が前者を下回った場合
には空判定結果をオンにして制御部２５に出力する。

【００２３】続いて、図４ステップＳ５３のレーザスリ
ット位置検出処理およびノイズ除去処理について詳説す
る。図５はＣＣＤカメラ２２により撮像して得られたレ
ーザスリット光の投光されている液面の輝度画像のイメ
ージである。図５の破線は垂直方向の画素の境界線を表
すために図示した。なお、水平方向の画素の境界線は図
示していない。レーザスリット光６１は液面が平坦な場
合に図５において垂直方向の直線となるように設置して
あるが、液面が平坦でない場合は図５のように複雑な曲
線となる。レーザスリット光６１の他に、液面の性状に
よってはレーザスリット光の乱反射によりノイズ６２が
多数見られる。よって、このレーザスリット位置検出処
理において、誤ってノイズをレーザスリット位置と誤検
出しないように、ノイズ除去処理が必要になる。図５の
画像からレーザスリット光を検出するために、予めレー
ザスリット光と判断する輝度値（以下閾値とする）を距
離算出処理部２４の記億装置に格納しておく。

【００２４】まず、図５の水平ライン１（６３）におい
て、左から右へ閾値以上の輝度の画素を検索する。これ
と同時に右から左へも閾値以上の輝度の画素を検索す
る。左から右へ検索中に最初に現れた閾値以上の画素位
置をＸ_L、右から左へ検索中に最初に現れた閾値以上の
画素位置をＸ_Rとする。それぞれの検索中に閾値以上の
明るさの画素が見つからなかった場合は、その水平ライ
ンにおけるレーザスリット位置は未検出として採用しな
い。例として、図５の水平ラインｉ（６４）では、左か
ら右へ検索中にＸ_L＝Ｐａ、右から左へ検索中にＸ_R＝Ｐ
ｂが検出される。また、水平ラインｊ（６５）では、左
から右へ検索中にＸ_L＝Ｐｃ、右から左へ検索中にＸ_R＝
Ｐｄが検出される。そして、これらの水平ラインにおけ
るレーザスリット位置Ｘ_Pは、 Ｘ_P＝（Ｘ_L＋Ｘ_R）／２ となる。この処理を水平ライン１（６３）から水平ライ
ンｎ（６６）まで実行する事によりｍ個（ｍ≦ｎ）のレ
ーザスリット位置データ群が算出される。

【００２５】なお、水平ライン毎のレーザスリット位置
Ｘ_Pを算出する前に、最初のノイズ除去処理を実行す
る。Ｘ_L〜Ｘ_R間の距離（水平画素数）を算出し、それが
予め設定したレーザスリット光線幅に相当する距離（水
平画素数）よりも大きい値の場合はノイズとして、その
水平ラインにおけるレーザスリット位置は未検出として
採用しない。

【００２６】次に、レーザスリット位置データ群に対し
てノイズ除去処理を行う。この処理は、レーザスリット
位置データ群をレーザスリット位置によってグループ分
けを行い、データ数の最も多いグループのデータのみ有
効にする事でノイズ成分を除去するものである。まず、
レーザスリット位置データ群をレーザスリット位置で昇
順ソートする。これは降順ソートでも構わない。ソート
処理後のレーザスリット位置データ群をＸ_P1〜Ｘ_Pmとす
る。最初にＸ_P1〜Ｘ_P2間の距離（水平画素数）を算出
し、予め設定してある距離（水平画素数）以内の場合は
同一グループとしてＸ_P1，Ｘ_P2をグループ１に登録し、
それ以上の場合はＸ_P1とＸ_P2とをグループ分けし、Ｘ_P1
をグループ１に、Ｘ_P2をグループ２に登録する。次にＸ
_P2〜Ｘ_P3間の距離（水平画素数）を算出し、予め設定し
てある距離（水平画素数）以内の場合は同一グループと
してＸ_P3をＸ_P2と同じグループに登録し、それ以上の場
合はＸ_P2とＸ_P3とをグループ分けし、Ｘ_P3をグループ２
（前回Ｘ_P2がグループ分けされていた場合はグループ
３）に登録する。次にＸ_P3〜Ｘ_P4間の距離（水平画素
数）を算出し、同様のグループ分け処理を行う。この処
理を全データ行う事により、いくつかのグループにデー
タ群が分割される。その後、登録されたデータ数の一番
多いグループを真のレーザスリット位置データ群として
次のステップＳ５４へデータを渡す。他のグループのデ
ータはこの時点で無効なデータとして破棄する。

【００２７】次に、図４ステップＳ５４の距離データ算
出処理について詳説する。図６は図２の正面図であり、
ＣＣＤカメラ、レーザスリット光、基準面の関係を示し
ている。図６においてＣＣＤカメラのレンズ焦点７２か
らレーザスリット発光点７１までの距離をＬ［ｍｍ］、
ＣＣＤカメラのレンズ焦点７２からレーザスリット光７
４とカメラ視野中心７５が交わる点Ｐ０までの距離をＨ
［ｍｍ］（その距離の水平面を基準面７３と呼ぶ）、基
準面７３上の分解能をａ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］、測定可
能最長距離をＨ＋Ｄ［ｍｍ］、測定可能最短距離をＨ−
Ｄ［ｍｍ］、測定可能最長距離のレーザ位置Ｑ１を、Ｃ
ＣＤカメラのレンズ焦点７２から基準面７３上に投影し
た点をＰ２、測定可能最短距離のレーザ位置Ｑ２を、Ｃ
ＣＤカメラのレンズ焦点７２から見た基準面７３上に投
影した点をＰ１、基準面７３上のカメラ視野中心７５と
交わる位置をＰ０、測定可能最短距離のレーザ位置Ｑ２
から基準面７３へ垂線を引き、この垂線と基準面７３と
の交点からＰ０までの距離をｍ₀［ｍｍ］、Ｐ１までの
距離をｍ₁［ｍｍ］、Ｐ０からＰ２までの距離をｍ₂［ｍ
ｍ］とする。なお、Ｌ，Ｈ，ａ，Ｄは既知の値である。

【００２８】１．Ｐ２〜Ｐ０間距離ｍ₂［ｍｍ］を求め
る。まず、ｍ₀［ｍｍ］を求める。 Ｈ／Ｌ＝（Ｈ＋Ｄ）／（ｍ₀＋Ｌ） ∴ｍ₀＝Ｌ・Ｄ／Ｈ［ｍｍ］ よってｍ₂は、 （Ｈ＋Ｄ）／ｍ₀＝Ｈ／ｍ₂ ∴ｍ₂＝Ｌ・Ｄ／（Ｈ＋Ｄ）［ｍｍ］…… ピクセルに変換した距離をｍ_P2［ｐｉｘｅｌ］とする
と、 ｍ_P2＝ｍ₂／ａ［ｐｉｘｅｌ］

【００２９】２．Ｐ１〜Ｐ０間距離（ｍ₀＋ｍ₁）［ｍ
ｍ］を求める。まず、ｍ₁［ｍｍ］を求める。 Ｄ／ｍ₁＝（Ｈ−Ｄ）／ｍ₀ ∴ｍ₁＝ｍ₀・Ｄ／（Ｈ−Ｄ）［ｍｍ］ よって（ｍ₀＋ｍ₁）は、 ｍ₀＋ｍ₁＝Ｌ・Ｄ／Ｈ＋（Ｌ・Ｄ／Ｈ）・Ｄ／（Ｈ−Ｄ） ∴ｍ₀＋ｍ₁＝Ｌ・Ｄ／（Ｈ−Ｄ）［ｍｍ］…… ピクセルに変換した距離を（ｍ_P0＋ｍ_P1）［ｐｉｘｅ
ｌ］とすると、 ｍ_P0＋ｍ_P1＝（ｍ₀＋ｍ₁）／ａ［ｐｉｘｅｌ］

【００３０】３．以上より、液面レベルがＨ〜Ｈ＋Ｄに
あり、Ｈから液面までの変位量をｄとすると、レーザス
リット光７４は基準面７３上においてＰ０〜Ｐ２間の或
る位置Ｐ２’に存在する。Ｈから液面までの変位量ｄ
（０≦ｄ≦Ｄ）は以下の式で求まる。式より、 ｍ₂＝Ｌ・ｄ／（Ｈ＋ｄ） ∴ｄ＝ｍ₂・Ｈ／（Ｌ−ｍ₂）［ｍｍ］ ｍ₂をピクセル変換すると、 ｄ＝ｍ_P2・ａ・Ｈ／（Ｌ−ｍ_P2・ａ）［ｍｍ］ Ｐ２’〜Ｐ０の画素値をｍ_P2に代入するとｄが求まる。

【００３１】４．同様に、液面レベルがＨ〜Ｈ−Ｄにあ
り、Ｈから液面までの変位量をｄとすると、レーザスリ
ット光７４は基準面７３上においてＰ０〜Ｐ１間の或る
位置Ｐ１’に存在する。Ｈから液面までの変位量ｄ（０
≦ｄ≦Ｄ）は以下の式で求まる。 式より、 （ｍ₀＋ｍ₁）＝Ｌ・ｄ／（Ｈ−ｄ） ∴ｄ＝（ｍ₀＋ｍ₁）・Ｈ／（Ｌ＋（ｍ₀＋ｍ₁）） ｍ₀＋ｍ₁をピクセル変換すると、 ｄ＝（ｍ_P0＋ｍ_P1）・ａ・Ｈ／（Ｌ＋（ｍ_P0＋ｍ_P1）・
ａ）［ｍｍ］ Ｐ１’〜Ｐ０の画素値を（ｍ_P0＋ｍ_P1）に代入するとｄ
が求まる。この演算を、ステップＳ５３で得られたレー
ザスリット位置データ群に実行する事により、１次元分
布状の距離データ群が算出できる。

【００３２】以上に述べたこの実施の形態によれば、液
面にレーザスリット光源２１でスリット光を照射し該ス
リット光が照射された液面をＣＣＤカメラ２２で撮像し
て該撮像情報に基づき液面に関する距離を複数の異なる
位置について算出して距離データ群を作成するため、複
雑で大きな波立ちや泡立ちが生じる粘度の高い煉り歯磨
き粉であっても、波立ちや泡立ちを抑える特別な工夫を
必要とせず、液面レベルの測定を行う事ができる。ま
た、スリット光も撮像情報も温度変化の影響を受ける事
がないので、安定して液面レベルの測定を行う事ができ
る。さらに、スリット光を用いるため、光の出力レベル
を大きくする必要がなく、液面での乱反射の発生を抑え
た上で液面レベルの測定を行う事ができる。しかも、ス
リット光を用いた事により、画像を撮った瞬間の液面の
１次元分布状の距離データ群が得られるので、一部の距
離データが測定できずに欠落しても他の距離データで補
う事ができる。したがって、複雑で大きな波立ちや泡立
ちが生じる粘度の高い煉り歯磨き粉に対しても、低コス
トで安定して測定を行う事ができる。

【００３３】ここで、レーザスリット光源２１は、液面
に投光するスリット光が可視光のレーザスリット光であ
り、このような可視光を液面に照射するため、液面の測
定場所の位置確認が目視で容易にできる事になる。した
がって、液面レベル測定装置１０の煉り歯磨き粉タンク
３１に対する取付が容易となる上、液面レベル測定装置
１０の設置位置がずれて不正な液面レベルを出力した場
合に、誤って液面レベル測定装置１０の故障と判断して
しまう事がなくなる。

【００３４】また、ＣＣＤカメラ２２は、撮像した液面
の画像をモニタするため出力可能であり、この画像をタ
ッチキー付き表示器２６に表示させるため、煉り歯磨き
粉タンク３１内の液面の状態をモニタする事ができる。
したがって、直接煉り歯磨き粉タンク３１内を覗く事な
く測定位置から離れた場所で煉り歯磨き粉タンク３１内
液面の画像を見る事ができるため、異物等を落下させる
心配がない。また煉り歯磨き粉タンク３１上に登る必要
がないので高所作業が不要になり、安全に液面を監視す
る事ができる。

【００３５】さらに、距離算出処理部２３を、ＣＣＤカ
メラ２２により撮像して得られたスリット光の投光され
ている液面の画像から、液面での乱反射による不要な反
射光をノイズとして除去するノイズ除去処理を行い、該
ノイズ除去処理後の画像を用いて液面に関する距離を複
数の異なる位置について算出した距離データ群を作成す
るものとしているため、液面の性状によってスリット光
の乱反射したノイズを除去する事になる。したがって、
安定した液面レベル測定ができる。

【００３６】さらに、距離算出処理部２３により得られ
た距離データ群から液面レベルの特徴量である液面の平
均レベル、最大レベル、最小レベル等を演算し、該特徴
量を予め設定された基準値と比較判定する距離データ群
演算処理部２４を備えているため、上記のように特徴量
を得たり、該特徴量のうちの平均レベルを基準値と比較
して液の有無を判定したりする事ができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液面レベ
ル測定方法によれば、液面にスリット光を照射し該スリ
ット光が照射された液面を撮像して該撮像情報に基づき
液面に関する距離を複数の異なる位置について算出して
距離データ群を作成するため、表面に複雑で大きな波立
ちや泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体であっても、
波立ちや泡立ちを抑える特別な工夫を必要とせず、液面
レベルの測定を行う事ができる。また、スリット光も撮
像情報も温度変化の影響を受ける事がないので、安定し
て液面レベルの測定を行う事ができる。さらに、スリッ
ト光を用いるため、光の出力レベルを大きくする必要が
なく、液面での乱反射の発生を抑えた上で液面レベルの
測定を行う事ができる。しかも、スリット光を用いた事
により、画像を撮った瞬間の液面の１次元分布状の距離
データ群が得られるので、一部の距離データが測定でき
ずに欠落しても他の距離データで補う事ができる。した
がって、表面に複雑で大きな波立ちや泡立ちが生じる粘
度の高い煉り状液体に対しても、低コストで安定して液
面レベルの測定を行う事ができる。

【００３８】本発明の液面レベル測定装置によれば、液
面にスリット光を照射し該スリット光が照射された液面
を撮像して該撮像情報に基づき液面に関する距離を複数
の異なる位置について算出して距離データ群を作成する
ため、表面に複雑で大きな波立ちや泡立ちが生じる粘度
の高い煉り状液体であっても、波立ちや泡立ちを抑える
特別な工夫を必要とせず、液面レベルの測定を行う事が
できる。また、スリット光も撮像情報も温度変化の影響
を受ける事がないので、安定して液面レベルの測定を行
う事ができる。さらに、スリット光を用いるため、光の
出力レベルを大きくする必要がなく、液面での乱反射の
発生を抑えた上で液面レベルの測定を行う事ができる。
しかも、スリット光を用いた事により、画像を撮った瞬
間の液面の１次元分布状の距離データ群が得られるの
で、一部の距離データが測定できずに欠落しても他の距
離データで補う事ができる。したがって、複雑で大きな
波立ちや泡立ちが生じる粘度の高い煉り状液体に対して
も、低コストで安定して測定を行う事ができる。

【００３９】ここで、スリット光投光手段を、液面に投
光するスリット光が可視光であるものとすれば、このよ
うな可視光を液面に照射する事により、液面の測定場所
の位置確認が目視で容易にできる事になる。したがっ
て、装置の取付が容易となり、装置の設置位置がずれて
不正な液面レベルを出力した場合に、誤って装置の故障
と判断してしまう事がなくなる。

【００４０】また、撮像手段が、撮像した液面の画像を
モニタするため出力可能であるものとすれば、タンク内
の液面の状態をモニタする事ができる。したがって、直
接タンク内を覗く事なく測定位置から離れた場所でタン
ク内液面の画像を見る事ができるため、異物等を落下さ
せる心配がない。またタンク上に登る必要がないので高
所作業が不要になり、安全に液面を監視する事ができ
る。

【００４１】さらに、距離算出処理手段を、撮像手段に
より撮像して得られたスリット光の投光されている液面
の画像から、液面での乱反射による不要な反射光をノイ
ズとして除去するノイズ除去処理を行い、該ノイズ除去
処理後の画像を用いて液面に関する距離を複数の異なる
位置について算出した距離データ群を作成するものにす
れば、液面の性状によってスリット光の乱反射したノイ
ズを除去する事になる。したがって、安定した液面レベ
ル測定ができる。

【００４２】さらに、距離算出処理手段により得られた
距離データ群から液面レベルの特徴量を演算し、該特徴
量を予め設定された基準値と比較判定する距離データ群
演算処理手段を備えるようにすれば、特徴量を得たり、
液の有無判定を行う事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一の実施の形態を示すブロック図。

【図２】 本発明の一の実施の形態を示す斜視図。

【図３】 本発明の一の実施の形態のメインの動作を示
すフローチャート。

【図４】 本発明の一の実施の形態の液面レベル測定の
動作を示すフローチャート。

【図５】 本発明の一の実施の形態でＣＣＤカメラより
撮像して得られたレーザスリット光の投光されている液
面の輝度画像のイメージ図。

【図６】 本発明の一の実施の形態の距離データ算出処
理における各距離関係を示す正面図。

【符号の説明】

１０ 液面レベル測定装置 ２１ レーザスリット光源（スリット光投光手段） ２２ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ２３ 距離算出処理部（距離算出処理手段） ２４ 距離データ群演算処理部（距離データ群演算処理
手段） ２５ 制御部 ２６ タッチキー付き表示器 ２７ 無人搬送車制御部 ３１ 煉り歯磨き粉タンク ３２ 煉り歯磨き粉 ３３ 液面レベル測定用の窓 ３４ レーザスリット光 ６１ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中のスリットレーザ光 ６２ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中のノイズ ６３ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中の水平ライン１ ６４ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中の水平ラインｉ ６５ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中の水平ラインｊ ６６ ＣＣＤカメラで撮像したレーザスリット光の投光
されている液面の輝度画像中の水平ラインｎ ７１ レーザスリット発光点 ７２ ＣＣＤカメラのレンズ焦点 ７３ 基準面 ７４ レーザスリット光 ７５ カメラ視野中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植村 敏幸 神奈川県横浜市磯子区新磯子町27番地１号 株式会社新潟鉄工所技術開発センター内 Ｆターム(参考） 2F014 AA01 AB02 FA04 5B057 CE02 DA07 DB03 DC02 DC36

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液面にスリット光を照射し該スリット光
   が照射された液面を撮像して該撮像情報に基づき液面に
   関する距離を複数の異なる位置について算出して距離デ
   ータ群を作成する事を特徴とする液面レベル測定方法。
2. 【請求項２】 液面にスリット光を照射するスリット光
   投光手段と、 該スリット光投光手段でスリット光が照射された液面を
   撮像する撮像手段と、 該撮像手段から得られた撮像情報に基づき液面に関する
   距離を複数の異なる位置について算出して距離データ群
   を作成する距離算出処理手段とを備える事を特徴とする
   液面レベル測定装置。
3. 【請求項３】 前記スリット光投光手段は、液面に投光
   するスリット光が可視光である事を特徴とする請求項２
   記載の液面レベル測定装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段は、撮像した液面の画像を
   モニタするため出力可能である事を特徴とする請求項２
   または３記載の液面レベル測定装置。
5. 【請求項５】 前記距離算出処理手段は、前記撮像手段
   により撮像して得られたスリット光の投光されている液
   面の画像から、液面での乱反射による不要な反射光をノ
   イズとして除去するノイズ除去処理を行い、該ノイズ除
   去処理後の画像を用いて液面に関する距離を複数の異な
   る位置について算出した距離データ群を作成する事を特
   徴とする請求項２乃至４のいずれか一項記載の液面レベ
   ル測定装置。
6. 【請求項６】 前記距離算出処理手段により得られた距
   離データ群から液面レベルの特徴量を演算し、該特徴量
   を予め設定された基準値と比較判定する距離データ群演
   算処理手段を備えている事を特徴とする請求項２乃至５
   のいずれか一項記載の液面レベル測定装置。