JP7237267B1 - 木屑燃料の異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】木屑燃料に混入した異物を検出できる、木屑燃料の異物検出装置を提供する。【解決手段】本発明による、木屑燃料の異物検出装置１０は、Ｘ線出力部１２と、複数のＸ線検出素子を備え、１つのＸ線検出素子を１画素とし、それぞれの画素におけるＸ線のエネルギーの大きさを画素情報として取得するＸ線検出部１３と、制御部１４を備える。Ｘ線出力部１２は、木屑燃料２１の始端部から終端部までＸ線１６を照射する。Ｘ線検出部１３は、木屑燃料２１を透過したＸ線１６についての画素情報を取得する。制御部１４は、Ｘ線検出部１３から取得した画素情報を、第一の基準値より小さい値の第一の画素情報と、第一の基準値以上の値の第二の画素情報とに分類し、第一の画素情報を持つ画素に対して、隣接する画素から画素情報に基づいてクラスタを構成するための近傍処理を行って、第一の画素情報を持つ画素を１つまたは複数のクラスタにクラスタリングする。【選択図】図１

Description

本発明は、木屑燃料に混入した異物を検出する装置に関する。

バイオマス発電プラントでは、木屑などの木質バイオマスを燃料として使用することがある。この木屑燃料は、破砕機で破砕されて木材チップとなって発電の燃料に使用される。木屑燃料に異物が混入していると、異物の大きさによっては、破砕機が破損したり破砕機が木屑燃料を破砕できなかったりするなど、破砕機に影響を与える場合がある。このため、木屑燃料に混入した異物を検出し、木屑燃料から異物を除去する必要がある。

被検査物に混入した物の中から異物を検出する異物検出装置の例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された異物検出機は、被検査物に照射するＸ線を発生するＸ線発生器と、被検査物を透過したＸ線が変換された電気信号によりＸ線透過画像を形成する透過画像形成部と、形成されたＸ線透過画像を画像処理して注意異物を検出する注意異物検出部を備え、注意異物検出部では、異物画素の濃度、異物画素の画素数、異物画素の濃度の累積値、及び線状異物のうちの少なくとも１つに基づいて注意異物を検出する。

特開２０１１－１９６７７８号公報

木屑燃料には、金属片や石などの混入物が異物として混ざり合っていることがある。バイオマス発電プラントで使用する木屑燃料については、木屑燃料に混入した異物を検出して除去し、破砕工程において破砕機が木屑燃料を破砕できるようにする必要がある。

特許文献１に記載された異物検出機など、従来の異物検出装置では、製品または製品を包装したパッケージを被検査物とし、被検査物に混入した異物（例えば、食品に混入した金属、大きい異物、及び線状異物）を検出する。このため、被検査物に混入した異物の大きさと数は、ある程度特定されている。従来の異物検出装置は、このような大きさと数が特定された異物を検出するのに適している。

しかし、木屑燃料に混入した異物は、大きさと数が不明であるとともに、木屑燃料に散在していることもあるので、従来の異物検出装置では十分に検出できない場合がある。このため、木屑燃料に混入した異物を除去できず、木屑燃料を破砕機で破砕できないという懸念がある。そこで、木屑燃料を破砕機で破砕できるように、木屑燃料に混入した異物を検出できる異物検出装置が望まれている。

本発明の目的は、木屑燃料に混入した異物を検出できる、木屑燃料の異物検出装置を提供することである。

本発明による、木屑燃料の異物検出装置は、Ｘ線を出力するＸ線出力部と、複数のＸ線検出素子を備え、１つの前記Ｘ線検出素子を１画素として前記画素で前記Ｘ線を検出し、それぞれの前記画素における前記Ｘ線のエネルギーの大きさを画素情報として取得するＸ線検出部と、前記Ｘ線出力部と前記Ｘ線検出部を制御する制御部とを備える。前記Ｘ線出力部は、木屑燃料の始端部から終端部までに対し前記Ｘ線を照射する。前記Ｘ線検出部は、前記木屑燃料を透過した前記Ｘ線についての前記画素情報を取得する。前記制御部は、前記Ｘ線検出部が取得した前記画素情報を取得して、前記画素情報を、第一の基準値より小さい値の第一の画素情報と、前記第一の基準値以上の値の第二の画素情報とに分類し、前記第一の画素情報を持つ前記画素に対して、隣接する前記画素から前記画素情報に基づいてクラスタを構成するための近傍処理を行って、前記第一の画素情報を持つ前記画素を１つまたは複数の前記クラスタにクラスタリングする。

本発明によると、木屑燃料に混入した異物を検出できる、木屑燃料の異物検出装置を提供することができる。

本実施例による、木屑燃料の異物検出装置の全体構成を示す図である。 Ｘ線出力部が木屑燃料に照射するライン状のＸ線の例を示す図である。 木屑燃料を透過したライン状の透過Ｘ線を検出し、画素情報を取得するＸ線検出部を示す図である。 木屑燃料の全体を表す、画素情報を持つ画素で構成された二次元画像の例を示す図である。 木屑燃料上に仮想的に設定されたＸＹ平面の例を示す図である。 それぞれの画素が持つデータを示す図である。 ＸＹ平面において、ラベルに「９９９」の値または「０」の値が設定された画素の例を示す図である。 近傍画素を説明するための図であり、第一の対象画素とその近傍画素の例を示す図である。 近傍画素を説明するための図であり、第一の対象画素とその近傍画素の例を示す図である。 制御部が第一の正規化画素情報を持つ画素に対して近傍処理を行って得られた２つのクラスタの例を示す図である。 第一の選択処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 第一のラベリング処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 第二の選択処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 置き換え処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 置き換え処理で置き換えられた第一の対象画素に対し、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理が実施された画素に対し、置き換え処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 置き換え処理で置き換えられた第一の対象画素に対し、さらに第一の繰り返し処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 ２回目の第二の繰り返し処理において、第一の選択処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 ２回目の第二の繰り返し処理において、第一の繰り返し処理の第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面の例を示す図である。 ２つのクラスタを有するＸＹ平面の例を示す図である。

本発明による、木屑燃料の異物検出装置は、木屑燃料に含まれる異物を検出することができ、木屑燃料にＸ線を照射して木屑燃料を透過したＸ線の画像を取得し、この画像における混入物の存在する部分の面積の大きさによって異物を検出する。本発明による異物検出装置は、例えば、バイオマス発電プラントに使用する木屑燃料に含まれる異物を検出するのに用いることができる。

本発明による、木屑燃料の異物検出装置は、木屑燃料への混入物の大きさと数が不明であっても、全ての混入物を確実に検出可能であり、混入物の大きさに応じて混入物が異物か否かを判定する。例えば、木屑燃料を破砕する破砕機に影響を与えないような小さい混入物は、異物と判定せず、破砕機に影響を与えるような大きい混入物は、異物と判定する。このため、異物（すなわち、大きい混入物）を含む木屑燃料は、例えば、バイオマス発電プラントでの破砕工程で使用しないようにすることができる。本発明による異物検出装置を用いると、バイオマス発電プラントに影響を与える異物を取り除くことができ、プラント機器の故障を未然に防いでプラントの稼働率を維持することに貢献できる。

以下、本発明の実施例による、木屑燃料の異物検出装置を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施例による、木屑燃料の異物検出装置１０の全体構成を示す図である。本実施例による異物検出装置１０は、木屑燃料検出部１１と、Ｘ線出力部１２と、Ｘ線検出部１３と、制御部１４を備える。

木屑燃料２１は、搬送用コンベア等の搬送装置２２によって異物検出装置１０に搬送される。木屑燃料２１は、例えば、塊状の木材であり、搬送装置２２の搬送面に載置されて搬送される。木屑燃料２１が搬送装置２２によって搬送されると、木屑燃料２１への混入物も併せて搬送される。

木屑燃料検出部１１は、物体を検出可能なセンサで構成することができ、例えば光電センサを用いて構成することができる。木屑燃料検出部１１は、木屑燃料２１が異物検出装置１０に搬送されてきたことを検知可能である。

Ｘ線出力部１２は、所定の出力値でＸ線１６を出力し、搬送装置２２によって搬送されてきた木屑燃料２１にＸ線１６を照射する。

Ｘ線検出部１３は、一次元に配列された複数のＸ線検出素子を備え、Ｘ線出力部１２が照射して木屑燃料２１を透過したＸ線１６（透過Ｘ線）を検出する。Ｘ線検出部１３は、１つのＸ線検出素子を１画素として、それぞれの画素で透過Ｘ線を検出して、それぞれの画素における単位時間当たりの透過Ｘ線のエネルギーの大きさを画素情報として出力する。なお、Ｘ線検出部１３は、二次元に配列された複数のＸ線検出素子を備えることもできる。

制御部１４は、木屑燃料に含まれる異物を検出する処理を実行するとともに、木屑燃料検出部１１とＸ線出力部１２とＸ線検出部１３など、異物検出装置１０の全体を制御する。制御部１４は、記憶部を備え、入力した情報や演算処理で取得した情報を記憶部に記憶することができる。

また、異物検出装置１０は、木屑燃料２１の搬入部と搬出部に遮蔽カーテン１５を備え、Ｘ線１６が異物検出装置１０の外部に漏れるのを防止する。

木屑燃料検出部１１は、搬送装置２２によって搬送されてきた木屑燃料２１が木屑燃料検出部１１の検出範囲に入ると、木屑燃料２１を検知する。木屑燃料検出部１１は、木屑燃料２１を検知したら、木屑燃料２１を検知したことを示す信号を制御部１４に送信する。この信号は、木屑燃料２１が異物検出装置１０に搬送されたことを示す信号である。

制御部１４は、木屑燃料検出部１１から木屑燃料２１を検知したことを示す信号を取得すると、Ｘ線出力部１２にＸ線１６を出力する指令を送信する。

Ｘ線出力部１２は、Ｘ線１６を出力する指令を取得すると、Ｘ線１６を出力する。木屑燃料２１は、Ｘ線出力部１２が出力したＸ線１６の照射範囲に到達すると、Ｘ線１６が照射される。

Ｘ線検出部１３は、木屑燃料２１を透過したＸ線１６（透過Ｘ線）を検出し、画素ごとに画素情報を取得する。画素情報は、上述したように、それぞれの画素（Ｘ線検出部１３のそれぞれのＸ線検出素子）における単位時間当たりの透過Ｘ線のエネルギーの大きさを示す。Ｘ線検出部１３は、取得した画素情報を制御部１４に出力する。

制御部１４は、Ｘ線検出部１３から画素情報を取得すると、木屑燃料２１に混入した異物を検出する処理を開始する。

図２は、Ｘ線出力部１２が木屑燃料２１に照射するライン状のＸ線１６の例を示す図である。

Ｘ線出力部１２は、搬送装置２２によって移動する木屑燃料２１の始端部２１ａから終端部２１ｂまでに対し、ライン状のＸ線１６を連続的に照射する。木屑燃料２１の始端部２１ａは、木屑燃料２１の搬送方向（移動方向）の先端部である。木屑燃料２１の終端部２１ｂは、木屑燃料２１の搬送方向の後端部である。Ｘ線１６は、搬送装置２２の搬送面において、木屑燃料２１の搬送方向に垂直な方向に延伸するライン状である。Ｘ線出力部１２は、木屑燃料２１が搬送装置２２によって移動している間、ライン状のＸ線１６を木屑燃料２１の始端部２１ａから終端部２１ｂまでの全域に渡って連続的に照射する。

図２において、ライン状のＸ線１６が延伸する方向をＸ方向とし、木屑燃料２１の搬送方向をＹ方向とする。Ｘ線検出部１３のＸ線検出素子は、Ｘ方向に並んでいる。木屑燃料２１の始端部２１ａから終端部２１ｂまでの方向は、Ｙ方向である。

Ｘ線検出部１３は、搬送装置２２を挟んで、Ｘ線出力部１２と対向する位置に配置されている。Ｘ線検出部１３は、木屑燃料２１を透過したライン状の透過Ｘ線を検出する。

図３は、木屑燃料２１を透過したライン状の透過Ｘ線を検出し、画素情報を取得するＸ線検出部１３を示す図である。

Ｘ線検出部１３は、Ｘ線出力部１２によるライン状のＸ線１６の照射に対応して、ライン状の透過Ｘ線を検出する。Ｘ線検出部１３は、木屑燃料２１が搬送装置２２によって移動している間、ライン状の透過Ｘ線を木屑燃料２１の始端部２１ａから終端部２１ｂに渡って連続的に検出するので、木屑燃料２１の全体を二次元にスキャンすることが可能である。

Ｘ線検出部１３は、Ｘ線検出部１３を構成するそれぞれのＸ線検出素子を１画素として、それぞれの画素で画素情報（それぞれの画素における単位時間当たりの透過Ｘ線のエネルギーの大きさ）を取得する。Ｘ線検出部１３は、木屑燃料２１の全体について画素情報を取得する。Ｘ線検出部１３は、取得した画素情報を制御部１４に出力する。

制御部１４は、Ｘ線検出部１３から取得した画素情報に基づき、木屑燃料２１の全体を、画素情報を持つ画素で構成された二次元画像で表すことができる。

図４は、木屑燃料２１の全体を表す、画素情報を持つ画素４２で構成された二次元画像４１の例を示す図である。上述したように、Ｘ線検出部１３は、一次元に配列された複数のＸ線検出素子を備え、１つのＸ線検出素子が１画素に相当する。以下では、この二次元画像４１のことを、二次元空間４１またはＸＹ平面４１とも呼ぶ。

図４において、図２に示したように、ライン状のＸ線１６が延伸する方向をＸ方向とし、木屑燃料２１の搬送方向（移動方向）をＹ方向とする。上述したように、Ｘ線検出部１３のＸ線検出素子は、ライン状のＸ線１６が延伸するＸ方向に並んでいる。

図４に示した二次元空間４１において、原点を示す画素４２を画素Ｏとする。二次元空間４１の内部の画素４２の位置は、Ｘ座標とＹ座標で表される。

原点である画素Ｏは、Ｘ方向の一端にあり、ライン状のＸ線１６（ライン状の透過Ｘ線）の始点に対応する位置にある画素４２である。二次元空間４１において、画素ＯのＸ方向の他端にある画素Ａ（Ｘ座標が異なりＹ座標が同じ画素）は、ライン状のＸ線１６（ライン状の透過Ｘ線）の終点に対応する位置にある画素４２である。

Ｘ座標は、始点である画素Ｏから終点である画素Ａに向かって増えていく。画素Ｏから画素ＡまでのＸ座標の範囲が、Ｘ線出力部１２によるライン状のＸ線１６の１回の照射に対応して、Ｘ線検出部１３がライン状の透過Ｘ線を検出可能な範囲である。

また、画素Ｏは、Ｙ方向の一端にあり、木屑燃料２１の始端部２１ａに対応する位置にある。二次元空間４１において、画素ＯのＹ方向の他端にある画素Ｂ（Ｘ座標が同じでＹ座標が異なる画素）は、木屑燃料２１の終端部２１ｂに対応する位置にある画素４２である。

Ｙ座標は、始端部２１ａに対応する画素Ｏから終端部２１ｂに対応する画素Ｂに向かって増えていく。すなわち、Ｙ座標の増加方向は、木屑燃料２１の移動方向と反対方向である。

制御部１４は、このようなＸＹ平面４１（二次元空間４１）を木屑燃料２１上に仮想的に設定し、それぞれの画素４２に対して、画素４２の位置を示すＸ座標とＹ座標を設定する。

図５Ａは、木屑燃料２１上に仮想的に設定されたＸＹ平面４１の例を示す図である。ＸＹ平面４１は、Ｘ方向とＹ方向の２次元に配置された複数の画素４２で構成されている。図５Ａでは、画素４２のそれぞれに、第一画素、第二画素、第三画素、及び第ｍ画素などと名前を付けている。第一画素は、図４に示した画素Ｏである。それぞれの画素４２は、画素情報をデータとして持つ。

制御部１４は、さらに、それぞれの画素４２に対して、正規化画素情報とラベルをデータとして設定する。ラベルには、それぞれの画素４２を分類するための値が設定される。正規化画素情報については、後で説明する。

図５Ｂは、それぞれの画素４２が持つデータを示す図である。それぞれの画素４２は、画素４２の位置を示す座標（Ｘ座標とＹ座標）と、正規化画素情報と、ラベルをデータとして持つ。すなわち、それぞれの画素４２は、複数のデータを持つデータ集合体である。例えば、第一画素（画素Ｏ）は、Ｘ座標が１、Ｙ座標が１、正規化画素情報が０．４であるというデータを持ち、第ｍ画素は、Ｘ座標がＸｍ、Ｙ座標がＹｍ、正規化画素情報が０．６であるというデータを持つ。

制御部１４は、ＸＹ平面４１を構成するそれぞれの画素４２について、画素４２が持つデータ（Ｘ座標とＹ座標と正規化画素情報とラベル）を記憶部に記憶する。そして、制御部１４は、正規化画素情報に基づいて、それぞれの画素４２をクラスタリングして１つまたは複数のクラスタに分ける。クラスタは、ＸＹ平面４１において、木屑燃料２１への混入物を示す画素４２の集合体である。制御部１４は、クラスタを構成する画素４２に対応する位置に混入物が存在すると判断する。

以下では、制御部１４が画素４２をクラスタリングする処理について説明する。

初めに、画素４２に設定される正規化画素情報について説明する。制御部１４は、全ての画素４２の画素情報を特定の値の範囲内で単純化して取り扱うために、画素情報を正規化して正規化画素情報を得て、この正規化画素情報をそれぞれの画素４２に設定する。具体的には、制御部１４は、木屑燃料２１が存在しない空気部分を透過したＸ線１６のエネルギーの大きさで画素情報を正規化（スケーリング）した正規化画素情報を、画素４２の画素情報として用いる。例えば、制御部１４は、木屑燃料２１が存在しない空気部分を透過したＸ線１６のエネルギーの大きさを１とし、このエネルギーの大きさを最大値として、木屑燃料２１を透過した透過Ｘ線の大きさを正規化する。

なお、制御部１４は、この正規化（スケーリング）を行わず、透過Ｘ線の大きさをそのまま画素情報としてもよい。すなわち、制御部１４は、正規化画素情報を用いずに、画素情報をそのまま用いてもよい。以下では、一例として、正規化画素情報を用いた例を説明するが、以下の説明は、正規化画素情報を用いない場合にもあてはまる。

以下では、予め定めた第一の基準値より小さい値の正規化画素情報を「第一の正規化画素情報」と呼び、第一の基準値以上の値の正規化画素情報を「第二の正規化画素情報」と呼ぶ。制御部１４は、画素情報を、第一の正規化画素情報と第二の正規化画素情報とに分類する。第一の基準値は、木屑燃料２１への混入物の有無を判定するための値である。

画素４２をクラスタリングする処理において、制御部１４は、初めに、それぞれの画素４２のラベルを初期化する。この初期化において、制御部１４は、全ての画素４２のラベルに、互いに異なる２つの値のうち一方の値を設定する。本実施例では、制御部１４は、一例として、全ての画素４２のラベルに「９９９」または「０」の値を設定する。

制御部１４は、画素情報に応じて画素４２を分類する。具体的には、制御部１４は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２のラベルに「９９９」の値を設定し、第二の正規化画素情報を持つ画素４２のラベルに「０」の値を設定する。ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２は、正規化画素情報が第一の基準値より小さい値の画素である。ラベルに「０」の値が設定された画素４２は、正規化画素情報が第一の基準値以上の値の画素である。

図６は、ＸＹ平面４１において、ラベルに「９９９」の値または「０」の値が設定された画素４２の例を示す図である。図６に示すＸＹ平面４１では、画素４２ごとに、それぞれの画素４２のラベルの値を示している。制御部１４は、例えば図６に示すように、ＸＹ平面４１のそれぞれの画素４２のラベルを初期化する。なお、図６では、画素４２の位置を示すＸ座標とＹ座標を、一例として１から８までの数値で表している。

制御部１４は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２に対して近傍処理を施し、これらの画素４２を１つまたは複数のクラスタにクラスタリングする。混入物を透過したＸ線のエネルギーは、混入物を透過しないＸ線のエネルギーよりも小さい。そこで、制御部１４は、透過Ｘ線のエネルギーが小さい画素４２、すなわち第一の正規化画素情報を持つ画素４２（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２）に対して、近傍処理を実施して異物を検出する処理を実行する。

近傍処理は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２に対して、正規化画素情報に基づいて、隣接する画素４２（近傍画素）からクラスタを構成するための処理である。具体的には、近傍処理は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２のうち着目している画素４２と、この画素４２に隣接する画素４２（近傍画素）とのラベルの値に基づいて、着目している画素４２のラベルの値を書き換えていって１つのクラスタを構成する処理である。制御部１４は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２に対して近傍処理を行い、第一の正規化画素情報を持つ全ての画素４２を１つまたは複数のクラスタに分ける。木屑燃料２１への混入物は、ＸＹ平面４１において、クラスタで表される。

ここで、近傍画素について説明する。以下では、第一の正規化画素情報を持つ画素４２のうち着目している画素４２を「第一の対象画素」と呼ぶ。

図７Ａと図７Ｂは、近傍画素を説明するための図であり、第一の対象画素７１とその近傍画素７３の例を示す図である。

図７Ａに示す例では、ＸＹ平面４１において、第一の対象画素７１の全周囲に画素が存在し、第一の対象画素７１に８個の画素が隣接している。これら８個の画素が、第一の対象画素７１の近傍画素７３である。

図７Ｂに示す例では、第一の対象画素７１は、ＸＹ平面４１の端部に存在し、第一の対象画素７１に５個の画素が隣接している。これら５個の画素が、第一の対象画素７１の近傍画素７３である。図７Ｂに示す第一の対象画素７１は、図７Ａに示す第一の対象画素７１よりも、近傍画素７３の数が少ない。このように、近傍画素７３の数は、第一の対象画素７１により異なる。

以下では、第一の対象画素７１の近傍画素７３のうち、第一の正規化画素情報を持つ画素（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素）を「第二の対象画素」と呼ぶ。

図８は、制御部１４が第一の正規化画素情報を持つ画素４２に対して近傍処理を行って得られた２つのクラスタ８１、８２の例を示す図である。図８に示すＸＹ平面４１において、ラベルの値「１」が示されている画素４２が１つのクラスタ８１を構成し、ラベルの値「２」が示されている画素４２が他の１つのクラスタ８２を構成している。

図８に示す２つのクラスタ８１、８２は、制御部１４が、後述する第二の繰り返し処理を２回行って、第一の正規化画素情報を持つ画素４２（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２）に対して近傍処理を行うことで得られる。

以下では、制御部１４が、近傍処理を行って第一の正規化画素情報を持つ画素４２を１つまたは複数のクラスタに分ける手順について、図９Ａから図９Ｊを参照して説明する。制御部１４は、第一の選択処理と、第一のラベリング処理と、第二の選択処理と、第二のラベリング処理と、置き換え処理を実施するとともに、第一の繰り返し処理（第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理と置き換え処理を繰り返す処理）と、第二の繰り返し処理（第一の選択処理と第一の繰り返し処理を繰り返す処理）を実施する。なお、図９Ａから図９Ｊに示すＸＹ平面４１では、画素４２ごとに、それぞれの画素４２のラベルの値を示している。

初めに、制御部１４は、１回目の第二の繰り返し処理（第一の選択処理と第一の繰り返し処理）を実施する。制御部１４は、最初に第一の選択処理を実施する。

図９Ａは、第一の選択処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、第一の選択処理において、第一の正規化画素情報を持つ画素４２（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２）がＸＹ平面４１に存在するか否かを調べる。第一の正規化画素情報を持つ画素４２が存在する場合には、制御部１４は、第一の正規化画素情報を持つ画素４２のなかから１つの画素を第一の対象画素７１として選択する。例えば、制御部１４は、Ｘ座標とＹ座標が最も小さい画素４２を第一の対象画素７１として選択する。

図９Ａに示す例では、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２のうち、円で囲まれた画素４２が第一の対象画素７１である。

次に、制御部１４は、第一の対象画素７１に対し、第一の繰り返し処理を実施する。第一の繰り返し処理とは、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理と置き換え処理を繰り返す処理である。

図９Ｂは、第一のラベリング処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、次に第一のラベリング処理を実施する。制御部１４は、第一のラベリング処理において、第一の対象画素７１のラベルに値「ｎ」を設定する。このｎは、クラスタを識別するための識別子であり、任意の値（数値と文字を含む）を用いることができる。但し、ｎは、画素４２のラベルの初期値（第一の正規化画素情報を持つ画素４２と第二の正規化画素情報を持つ画素４２とを区別するための値）とは異なる値である。本実施例では、一例として、ｎは、クラスタ番号の役割を果たす数値であり、９９９と０（ゼロ）以外の数値であるとする。

図９Ｂに示す例では、円で囲まれた第一の対象画素７１のラベルに値「ｎ」が設定されている。

図９Ｃは、第二の選択処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、次に第二の選択処理を実施する。制御部１４は、第二の選択処理において、第一の対象画素７１の近傍画素のなかに、第一の正規化画素情報を持つ画素（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素）が存在するか否かを調べる。第一の正規化画素情報を持つ画素が存在する場合には、制御部１４は、第一の正規化画素情報を持つ画素の全てを第二の対象画素７２として選択する。

図９Ｃに示す例では、第一の対象画素７１の近傍画素のうち、四角形で囲まれた画素が第二の対象画素７２である。

図９Ｄは、第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、次に第二のラベリング処理を実施する。制御部１４は、第二のラベリング処理において、第二の対象画素７２のラベルに、第一の対象画素７１のラベルに設定したのと同じ識別子（本実施例では値「ｎ」）を設定する。

図９Ｄに示す例では、四角形で囲まれた第二の対象画素７２のラベルに値「ｎ」が設定されている。

図９Ｅは、置き換え処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、次に置き換え処理を実施する。制御部１４は、置き換え処理において、第二のラベリング処理でラベルに値「ｎ」を設定した第二の対象画素７２の近傍画素のなかに、第一の正規化画素情報を持つ画素（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素）が存在するか否かを調べる。第一の正規化画素情報を持つ画素が存在する場合には、制御部１４は、この第二の対象画素７２を第一の対象画素７１に置き換える。制御部１４は、第二の対象画素７２から置き換えた第一の対象画素７１を、新たな第一の対象画素７１として扱う。

図９Ｅに示す例では、円で囲まれた２つの画素が、第二の対象画素７２から新たな第一の対象画素７１に置き換えられた画素である。

次に、制御部１４は、置き換え処理で置き換えられた新たな第一の対象画素７１に対し、第一の繰り返し処理を実施する。第一の繰り返し処理とは、上述したように、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理と置き換え処理を繰り返す処理である。

図９Ｆは、置き換え処理で置き換えられた第一の対象画素７１（図９Ｅ）に対し、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、置き換え処理で第二の対象画素７２から置き換えられた第一の対象画素７１（図９Ｅ）に対し、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理を実施し、第二の対象画素７２のラベルに、第一の対象画素７１のラベルに設定したのと同じ識別子（本実施例では値「ｎ」）を設定する。

図９Ｆに示す例では、円で囲まれた第一の対象画素７１の近傍画素のうち、四角形で囲まれた第二の対象画素７２のラベルに値「ｎ」が設定されている。

図９Ｇは、第一のラベリング処理と第二の選択処理と第二のラベリング処理が実施された画素（図９Ｆ）に対し、置き換え処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。制御部１４は、第二のラベリング処理が実施された画素（図９Ｆの第二の対象画素７２）を新たな第一の対象画素７１に置き換える。

図９Ｇに示す例では、円で囲まれた４つの画素が、第二の対象画素７２から新たな第一の対象画素７１に置き換えられた画素である。

図９Ｈは、置き換え処理で置き換えられた第一の対象画素７１（図９Ｇ）に対し、さらに第一の繰り返し処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。

制御部１４は、第一の繰り返し処理を、第一の対象画素７１の近傍画素のなかに第一の正規化画素情報を持つ画素（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素）が存在しなくなるまで、連続的に繰り返す。

図９Ｈに示す例では、第二の対象画素７２から置き換えられる新たな第一の対象画素には、第一の正規化画素情報を持つ近傍画素が存在しないので、制御部１４は、第一の繰り返し処理を終了する。

制御部１４は、以上の第一の繰り返し処理により、互いに同じ識別子をラベルに持つ画素４２の集合体を、１つのクラスタとする。本実施例では、制御部１４は、ラベルに値「ｎ」が設定された１１個の画素４２で構成されたクラスタを１つ得ることができる。制御部１４は、１つのクラスタを得たら、第一の繰り返し処理で近傍処理を行った画素以外の画素４２について、次の第二の繰り返し処理（第一の選択処理と第一の繰り返し処理）を実施する。本実施例では、制御部１４は、２回目の第二の繰り返し処理を実施する。

制御部１４は、２回目の第二の繰り返し処理において、最初に、第一の繰り返し処理で近傍処理を行った画素以外の画素４２について、第一の選択処理を実施する。すなわち、制御部１４は、第一の繰り返し処理で近傍処理を行った画素以外の画素４２について、第一の正規化画素情報を持つ画素４２（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２）が存在するか否かを調べる。このような画素４２が存在する場合には、制御部１４は、このような画素４２のうちＸ座標とＹ座標が最も小さい画素４２を第一の対象画素７１として選択する。

図９Ｉは、２回目の第二の繰り返し処理において、第一の選択処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。図９Ｉに示す例では、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２のうち、円で囲まれた画素４２が第一の対象画素７１である。なお、図９Ｉには、１回目の第二の繰り返し処理での第一の繰り返し処理により得られた１つのクラスタ８１（ラベルに値「ｎ」が設定された画素４２で構成されたクラスタ８１）も示している。

制御部１４は、２回目の第二の繰り返し処理において、次に、上述した第一の繰り返し処理を実施する。但し、制御部１４は、第一のラベリング処理において、第一の対象画素７１のラベルに値「ｎ＋１」を設定する。上述したように、ｎは、クラスタを識別するための識別子であるので、ラベルには、識別子として、既に使用した値（ｎ）と異なる値（ｎ＋１）を設定する。

図９Ｊは、２回目の第二の繰り返し処理において、第一の繰り返し処理の第二のラベリング処理が実施されたＸＹ平面４１の例を示す図である。

制御部１４は、第二のラベリング処理において、四角形で囲まれた第二の対象画素７２のラベルに、第一の対象画素７１のラベルに設定したのと同じ値「ｎ＋１」を設定する。ラベルに値「ｎ＋１」が設定された４個の画素４２は、１つのクラスタ８２（図８）を構成する。

制御部１４は、このようにして、ＸＹ平面４１の全領域において、第一の正規化画素情報を持つ画素４２（すなわち、ラベルに「９９９」の値が設定された画素４２）がなくなるまで、第二の繰り返し処理を実施する。

本実施例では、制御部１４は、第二の繰り返し処理を２回行って、図８に示す２つのクラスタ８１、８２を得る。図８では、一例として、図９Ｊに示した画素４２のラベルの値において、ｎ＝１としている。すなわち、クラスタ８１は、ラベルに値「１」が設定された画素４２で構成されており、クラスタ８２は、ラベルに値「２」が設定された画素４２で構成されている。

なお、クラスタを識別するための識別子として画素４２のラベルに設定される値（本実施例では、ｎとｎ＋１）は、初期値を１として、新たに第二の繰り返し処理を実施するごとに１つずつ増加する値であることを標準とする。但し、上述したように、この値は、クラスタを識別するための識別子であるので、他の値と重複しなければ任意の値を用いることができる。

次に、制御部１４が、木屑燃料２１への混入物が異物か否かを判定する手順について説明する。制御部１４は、それぞれのクラスタ８１、８２の面積を算出し、クラスタ８１、８２の面積の大きさに基づいて、木屑燃料２１への混入物が異物か否かを判定する。上述したように、木屑燃料２１への混入物は、ＸＹ平面４１においてクラスタで表される。制御部１４は、混入物の大きさ、すなわちクラスタ８１、８２の面積に応じて、混入物が異物か否かを判定する。

制御部１４が、クラスタの面積を算出し、クラスタの面積の大きさに基づいて木屑燃料２１への混入物が異物か否かを判定する処理について、図１０を参照して説明する。

図１０は、２つのクラスタ１０１、１０２を有するＸＹ平面４１の例を示す図である。図１０に示すＸＹ平面４１では、画素４２ごとに、それぞれの画素４２のラベルの値を示している。

図１０に示すＸＹ平面４１は、ラベルに値「１」が設定された画素４２で構成されたクラスタ１０１と、ラベルに値「２」が設定された画素４２で構成されたクラスタ１０２を持つ。なお、ラベルに値「０」が設定された画素４２は、正規化画素情報が第一の基準値以上の値の画素、すなわち透過Ｘ線のエネルギーが大きい画素であり、木屑燃料２１において混入物が存在しない部分に対応する画素である。

制御部１４は、クラスタ１０１とクラスタ１０２の面積を算出する。制御部１４は、例えば、クラスタ１０１、１０２を構成する画素４２の数をクラスタ１０１、１０２の面積とすることができる。図１０に示す例では、クラスタ１０１の面積（クラスタ１０１を構成する画素４２の数）は、５３であり、クラスタ１０２の面積（クラスタ１０２を構成する画素４２の数）は、９である。

制御部１４は、クラスタの面積が予め定めた第二の基準値以上である場合には、そのクラスタは、異物を表すと判定し、クラスタの面積が第二の基準値より小さい場合には、そのクラスタは、異物を表していないと判定する。クラスタの面積が画素４２の数で表される場合には、第二の基準値も画素４２の数で表すことができる。本実施例では、一例として、第二の基準値を２０とし、クラスタ１０１は、第二の基準値以上の面積（５３）を有するので異物を表すと判定され、クラスタ１０２は、第二の基準値より小さい面積（９）を有するので異物を表さないと判定される。

第二の基準値以上の面積を有するクラスタを、異物を表すと判定し、第二の基準値より小さい面積を有するクラスタを、異物を表さないと判定するのは、大きい混入物を異物と判定し、小さい混入物を異物でないと判定するからである。小さい混入物は、木屑燃料２１を破砕する破砕機に影響を与えないとみなすことができるので、異物と判定しない。大きい混入物は、破砕機に影響を与える可能性が高いので、異物と判定する。第二の基準値は、破砕機に影響を与えるか否かを判定するための値であり、予め定められた値である。

第一の基準値と第二の基準値は、異物検出装置１０を実際に運用する前に実施したテスト運用または実験などにおいて、異物の検出後の工程で木屑燃料２１を破砕するために使用する破砕機の条件等に応じて、適正な値に設定することができる。例えば、バイオマス発電プラントで使用する木屑燃料２１については、プラントの破砕工程で使用される破砕機に影響を与える異物を検出することができるように、第一の基準値と第二の基準値を設定する。

本実施例による、木屑燃料の異物検出装置１０の運用例を示す。搬送装置２２（図１、２）の横幅、すなわちＸ方向の長さは、１，０００ｍｍであるとする。一塊の木屑燃料２１の長さ、すなわちＹ方向の長さは、５００～１，０００ｍｍ程度である。Ｘ線検出部１３が備えるＸ線検出素子は、画素の大きさが１ｍｍ四方であるため、１，０００個程度がＸ方向に一次元に並んでいる。異物は、金属片や石などが多く、５，０００ｍｍ^２（１００ｍｍｘ５０ｍｍ）程度の大きさである場合が多い。

木屑燃料の異物検出装置１０は、第二の基準値以上の面積を有するクラスタを異物として検出すると、異物を検出したことを示す信号を出力し、次工程において異物を除去するなどの処置ができるようにする。例えば、異物検出装置１０は、異物を検出したらアラームを発報し、木屑燃料２１に異物が存在することを作業員に知らせることができる。

なお、画素４２のラベルを初期化するのに用いる値（本実施例では「９９９」または「０」）は、第一の正規化画素情報と第二の正規化画素情報とが区別できればよく、クラスタ番号として使用する値（本実施例では、「ｎ」と「ｎ＋１」）と重複しなければ、任意の値を用いることができる。

本実施例による、木屑燃料の異物検出装置１０は、以上説明したような構成を備え、木屑燃料２１への混入物の大きさと数が不明であっても、全ての混入物を確実に検出可能であり、混入物の大きさに応じて混入物が異物か否かを判定して、木屑燃料２１に混入した異物を検出できる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１０…木屑燃料の異物検出装置、１１…木屑燃料検出部、１２…Ｘ線出力部、１３…Ｘ線検出部、１４…制御部、１５…遮蔽カーテン、１６…Ｘ線、２１…木屑燃料、２１ａ…始端部、２１ｂ…終端部、２２…搬送装置、４１…二次元画像、二次元空間、ＸＹ平面、４２…画素、７１…第一の対象画素、７２…第二の対象画素、７３…近傍画素、８１、８２、１０１、１０２…クラスタ。

Claims (9)

1. Ｘ線を出力するＸ線出力部と、
   複数のＸ線検出素子を備え、１つの前記Ｘ線検出素子を１画素として前記画素で前記Ｘ線を検出し、それぞれの前記画素における前記Ｘ線のエネルギーの大きさを画素情報として取得するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線出力部と前記Ｘ線検出部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記Ｘ線出力部は、木屑燃料の始端部から終端部までに対し前記Ｘ線を照射し、
   前記Ｘ線検出部は、前記木屑燃料を透過した前記Ｘ線についての前記画素情報を取得し、
   前記制御部は、
   前記Ｘ線検出部が取得した前記画素情報を取得して、前記画素情報を、第一の基準値より小さい値の第一の画素情報と、前記第一の基準値以上の値の第二の画素情報とに分類し、
   前記第一の画素情報を持つ前記画素に対して、隣接する前記画素から前記画素情報に基づいてクラスタを構成するための近傍処理を行って、前記第一の画素情報を持つ前記画素を１つまたは複数の前記クラスタにクラスタリングする、
   ことを特徴とする、木屑燃料の異物検出装置。
2. 前記制御部は、前記クラスタの面積を算出し、前記面積が第二の基準値以上である場合には、前記クラスタが異物を表すと判定する、
   請求項１に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
3. 前記Ｘ線検出部は、一次元に配列された複数の前記Ｘ線検出素子を備え、
   前記制御部は、
   前記Ｘ線検出素子が並んでいる方向をＸ方向とし、
   前記木屑燃料の前記始端部から前記終端部までの方向をＹ方向とし、
   前記画素に対して、前記画素の位置を示すＸ座標とＹ座標と、前記画素情報と、前記画素を分類するためのラベルを設定し、
   前記第一の画素情報を持つ前記画素の前記ラベルに第一の値を設定し、
   前記第二の画素情報を持つ前記画素の前記ラベルに前記第一の値と異なる第二の値の値を設定する、
   請求項１に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
4. 前記制御部は、前記近傍処理において、
   前記第一の画素情報を持つ前記画素のなかから１つの前記画素を、第一の対象画素として選択する第一の選択処理を実施し、
   前記第一の対象画素の前記ラベルに、前記クラスタを識別する識別子を設定する第一のラベリング処理を実施し、
   前記第一の対象画素の近傍画素であって前記第一の画素情報を持つ前記画素を、第二の対象画素として選択する第二の選択処理を実施し、
   前記第二の対象画素の前記ラベルに、前記第一の対象画素の前記ラベルに設定したのと同じ前記識別子を設定する第二のラベリング処理を実施し、
   前記第二のラベリング処理で前記識別子が設定された前記第二の対象画素の近傍画素のなかに、前記第一の画素情報を持つ前記画素が存在する場合には、この前記第二の対象画素を前記第一の対象画素に置き換える置き換え処理を実施し、
   前記置き換え処理で置き換えられた前記第一の対象画素に対し、前記第一のラベリング処理と前記第二の選択処理と前記第二のラベリング処理と前記置き換え処理とを実施する第一の繰り返し処理を実施し、
   前記第一の画素情報を持つ前記画素がなくなるまで、前記第一の選択処理と前記第一の繰り返し処理とを繰り返す第二の繰り返し処理を実施し、
   前記第二の繰り返し処理では、前記ラベルに、既に使用した前記識別子と異なる前記識別子を設定する、
   請求項３に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
5. 前記制御部は、互いに同じ前記識別子を持つ前記画素の集合体を、１つの前記クラスタとする、
   請求項４に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
6. 前記制御部は、前記木屑燃料が存在しない空気部分を透過した前記Ｘ線のエネルギーの大きさで前記画素情報を正規化した正規化画素情報を、前記画素情報として用いる、
   請求項１に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
7. 前記第一の基準値は、テスト運用または実験において設定された値である、
   請求項１に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
8. 前記第二の基準値は、テスト運用または実験において設定された値であり、前記画素の数で表される、
   請求項２に記載の、木屑燃料の異物検出装置。
9. 前記木屑燃料を検知可能な木屑燃料検出部を備え、
   前記制御部は、前記木屑燃料検出部から前記木屑燃料を検知したことを示す信号を取得すると、前記Ｘ線出力部に前記Ｘ線を出力する指令を送信する、
   請求項１に記載の、木屑燃料の異物検出装置。

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