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LiDARを使った体積計測が産業に革命をもたらす

このブログでは、なぜLiDARが様々な産業における体積計測に最適なのか、そしてLiDARがどのように世界を1つ1つ変えていくのかについて説明します。
Florian Petit Blickfeld founder

今日の競争社会では、企業にとって業務をより効率的にするためのあらゆる機会が貴重なものとなっています。これには原材料の正確な測定と追跡が含まれます。計画から製造、配送に至る業務全体がこれらに依存しているからです。このプロセスの重要な要素の一つが、在庫の追跡や材料備蓄の測定に必要な体積計測です。

従来の手作業による体積計測のツールや方法には、目測、歩行車輪、バケット、トラック積載量などがありますが、これらは非効率なだけでなく、コストや不正確さも伴います。そのため、食品、飼料、製薬など多くのプロセス産業では、自動化、ハイテク化、非接触型センサーへとシフトしています。

LiDARのようなセンサーテクノロジーは、データ駆動型の意思決定を可能にすることで、体積測定を改善することができます。

補完的なソフトウェアの統合により、リアルタイムの体積測定が可能となり、サプライチェーンの完全なデジタル化を実現します。

LiDARを使用した体積測定が理にかなっている理由

正確な3次元形状の再現と体積の推定は、建設用の地形評価や鉱山からの搬出量、倉庫での保管量など、多くのアプリケーションで必要不可欠です。

シングルポイントレーザーのような多くの非接触センサーは、条件によっては役に立ちますし、レベル測定や物体計数において一般的に使われます。しかし、体積計測では、材料表面のレベルのばらつきを考慮し、通常、表面全体をスキャンする必要があります。一方、シングルポイントレーザーは1点しか計測できないため、同じ情報を導き出すには数回の計測が必要です。

そこで3D-LiDARは、環境全体、この場合は材料の表面をスキャンし、数百万点からなる正確な3D点群を生成することができます。数ミリ単位の正確な物体表面の空間データをリアルタイムに生成し、材料表面のあらゆる変化を考慮することができます。

LiDARを用いたリアルタイム体積計測

ほとんどの光学再構成法では周囲の明るさが必要ですが、LiDARは暗闇でも動作します。また、広範囲に及ぶため、作業者の安全を脅かすことなく、安全な距離からデータを収集することができます。

在庫管理システムにインストールされた正確な体積計測は、在庫エラーを減らし、オンデマンドの配送確認とタイムリーな出荷を保証することができます。LiDARベースの体積測定は、正確な生産と材料レベルのトラッキングを可能にし、在庫切れや過剰在庫の状況を防ぐこともできます。需要と供給は簡単に追跡でき、複数の場所にまたがる全ての在庫は、備蓄履歴の追跡や在庫レベルの閾値とともに管理できます。

LiDARによる体積計測と点群データ

LiDARセンサーは、スキャンパラメータによって決定された間隔でシーン全体に均等に分散されたデータポイントを持つ、高密度の測定クラウドを生成します。

体積計測を含むほとんどのLiDARアプリケーションで計測されたデータは、強度付きポイントデータ(XYZI)としてエクスポートすることが可能です。これにより、LiDARスキャナーに対する素材のXYZ座標と、スキャンした物体の反射率に直接関連する強度値を検出でき、点群の深度と遠近感の視認性が向上します。

体積測定用のメッシュとXYZ-I点群を作成するLiDAR

これらの値を利用して、収納物の体積を算出することができます。XYZ値から3軸の最小・最大座標値を生成し、すべての点を囲む直方体の体積を得ることができます。また、強度値から材料表面の凹凸を検出し、考慮することができるため、非常に正確な体積を読み取ることができます。

体積計測におけるLiDARの計測アプリケーション

LiDARを用いたバルク体積計測

粉体やバルク固体の備蓄の測定や監視は、多くの産業にとって課題となっています。一般的に採用されているセンサーは、機械的または過度に単純化されており、リアルタイムで正確なレベル監視や在庫管理に必要な完全な情報を提供することができません。シングルポイントレーザーやレーダーは、表面の完全な3D画像を作成することができず、超音波センサーは、貯蔵材料による信号吸収、信号ノイズや反射、限られた範囲、高電力要件などの問題によって損なわれています。その結果、不正確なデータとなり、設置費用もかさむことになります。

Bulk material in a warehouse detected and measured using LiDAR
LiDARで検知・計測した倉庫内のバルク材

一方、3次元LiDARは、このような制約を受けません。例えば、木材チップ工場で、LiDARを使った体積計測システムを導入し、生産された木材チップの体積を計測することができます。センサーはポールやクレーンなどの背の高い機械、あるいはドローンに設置することができます。

多点スキャンが可能なLiDARは、木材チップの山の不規則な地形での体積計測に最適で、検出されたレベルの平均、最高、最低が表示されます。また、操作に周囲の光を必要としないため、夜間でも連続的かつ瞬時に(リアルタイムに)測定することができ、メーカーは24時間365日業務を継続することができます。

バルク材の体積計測

このアプリケーションは、建物の基礎を作るために土を掘り返す建設現場にも広げることができます。LiDARは、掘削した土砂の体積を測定することができます。このデータは、建設現場の効率的な運営に役立ちます。掘削材料の体積によって、トラック何台分が必要かが決まるので、サプライチェーンの効率化と信頼性の向上に大きく貢献します。

LiDARを用いたログデッキの体積計測

刻々と変化し、間に非常に狭い空間がある丸太の山を正確に計測することは至難の業です。丸太の体積を計測することは時代遅れの科学であり、古い方法は 「カット」することができませんでした。

従来、専門家によるスケーリング法が使われてきましたが、これは松、杉、モミなどの木の種類や品質(ノット vs クリアーウッド)に依存するだけでなく、丸太の長さと直径を手作業で測定する必要がありました。

この面倒で時代遅れの方法は、デッキの長さと面積を瞬時に生成できるLiDARに簡単に置き換えることができます。  

ログデッキの体積計測

LiDARはリアルタイムで正確かつ再現性のある結果を得ることができるため、その統合により「ジャストインタイム」の在庫追跡が可能となり、合理的でコスト効率の高い、効率的かつ安全なレーザー計測を提供することができます。また、最大250mの測定範囲により、安全な距離からデバイスを設置・使用できるため、オペレーターの安全性も確保できます。

産業革新の限界を押し広げるLiDAR

LiDARは、産業プロセスをより効率的かつ費用対効果の高いものにする可能性を秘めています。LiDARを体積計測や在庫管理に使用することで、リアルタイムかつ正確な体積測定が可能となり、これまでにない業務効率を実現することができます。

Florian Petit Blickfeld founder

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