JP2012110959A - コイルの調芯確認装置及びコイルの調芯確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペース効率を悪化させることなく、鋼板コイルの調芯が正しく行われているか否かを確実に判定することができるコイルの調芯確認装置及びコイルの調芯確認方法を提供する。
【解決手段】コイル１の高さ方向の調芯後、リール挿入前のコイル１の端面を軸方向からカメラ１４で撮像し、撮像画像に基づいてコイル１の内径中心Ｃ１とリール２の中心Ｃ２との距離（中心間距離）Ｌを算出する。そして、その中心間距離Ｌが許容値Ｌ_THを越えている場合は、中心間距離Ｌが許容範囲外でありコイル１の調芯が正常に行われていないと判断し、作業者にこれを報知する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、鋼板コイルをリールに挿入する際の鋼板コイルの中心位置決め（調芯）が正常に行われているか否かを判定するコイルの調芯確認装置及びコイルの調芯確認方法に関する。

製鉄業界では、鋼板をロール状に巻取ったコイルを処理（酸洗処理、圧延処理、メッキ処理等）するために、必ずコイルを設備の入側に設けられたリールに挿入係合させる工程が必要であり、近年、この作業の自動化が進んでいる。すなわち、コイルをコイル台車によって移送すると同時に、コイルの内径中心とリールの中心とを合致させるよう、自動的に芯出しを行う方式が採用されている。

コイルの自動調芯を行うものとして、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、コイルの外形からコイルの調芯位置を検出し、コイルを載置したリフタを昇降させてコイルの高さ方向の調芯を行うものである。
通常、コイル台車のリフタ上に載置したコイルの端面側水平方向の中心位置は、コイル台車の幅方向の中心位置に一致するものとして取り扱われるため、コイルの調芯は高さ方向のみが行われ、コイルの端面側水平方向の調芯は行われないのが一般的である。したがって、最終的な調芯確認についても高さ方向のみの位置ずれを確認するのが一般的となっている。

最終高さ確認としては、可動式の内径検出センサを用いてコイルの内径位置を確認するものがある。可動式の内径検出センサは、コイルの幅方向にコイルを挟んで対向配置される光学センサ（投光器及び受光器）と、光学センサを一定方向（高さ方向）に移動させるためのアーム等の可動部分とで構成され、投光器からの光がコイルの内径を通って受光器で受光されたことを検出することにより、コイルの内径位置を検出する。

特開昭４８−９５９６７号公報

ところで、コイルをコイル台車に載置する際に用いるコイルの置き台（スキッド）は、長期間の使用により、変形したり、機械的なガタが発生したり、偏磨耗が増大したり、異物の混入により傾いたりする場合がある。この場合、コイルの高さ方向以外の中心位置ずれが発生する。したがって、従来装置のようにコイルの高さ方向のみの調芯を行うものでは、適正な調芯を行うことができない。また、最終的な調芯確認として高さ方向のみの位置ずれを検出するものでは、正しい調芯確認は行えない。

また、可動式のコイル内径検出センサは、コイルの幅方向両側に光学センサ及びそれを移動させるための可動部分を設置する必要があるため、コイルの最大幅以上の設置スペースが必要であり、スペース効率が悪い。さらに、可動部分のメンテナンス（給脂等）も必要となる。
そこで、本発明は、スペース効率を悪化させることなく、鋼板コイルの調芯が正しく行われているか否かを適切に確認することができるコイルの調芯確認装置及びコイルの調芯確認方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るコイルの調芯確認装置は、リールに挿入される鋼板コイルの調芯確認を行うコイルの調芯確認装置であって、リール挿入前の所定の撮像位置での前記鋼板コイルの端面を撮像面とし、当該撮像面を前記鋼板コイルの軸方向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した画像に基づいて、当該画像上における前記鋼板コイルの内径中心と前記リールの中心との距離である中心間距離を算出する中心間距離算出手段と、前記中心間距離算出手段で算出した前記中心間距離が許容範囲外であるとき、前記鋼板コイルの調芯異常であると判断する判断手段と、を備えることを特徴としている。

このように、画像処理を用いて中心間距離を算出するので、鋼板コイルの内径中心位置とリールの中心位置との差を２次元方向で比較することが可能である。したがって、鋼板コイルの内径中心がリールの中心に対してどの方向にずれている場合であっても、確実にこれを検出することができる。そのため、中心間距離が予め設定した許容値を超える（許容範囲外となる）場合には、鋼板コイルの調芯が正常に行われていないと判断することができるなど、鋼板コイルの調芯確認を適切に行うことができる。また、鋼板コイルの端面を撮像するカメラ等の撮像手段を、コイル幅方向の一方にのみ設置するだけでよいので、従来の可動式の内径検出センサと比較してスペース効率を改善することができる。

また、上記において、前記判断手段で前記鋼板コイルの調芯異常であると判断したとき、作業者にこれを報知する報知手段を備えることを特徴としている。
これにより、調芯異常が発生している場合には、作業者はこれを容易に認識することができる。そのため、その後のコイル中心位置の調整作業を迅速に行うことができる。

さらに、上記において、前記判断手段で前記鋼板コイルの調芯異常であると判断したとき、前記鋼板コイルを前記リールへ自動装入する自動コイル装入装置に対して、当該自動装入を禁止する指令信号を出力する装入禁止指令出力手段を備えることを特徴としている。
これにより、調芯異常が発生しているにもかかわらずコイル挿入動作を継続してしまうのを防止することができる。したがって、挿入時にリールが鋼板コイルと干渉して鋼板コイルがコイル台車上から転落してしまうといった事態を確実に回避することができる。

さらに、上記において、前記撮像位置は、前記撮像手段と前記鋼板コイルの撮像面との距離が常に一定となるように設定することを特徴としている。
これにより、コイル台車を用いて鋼板コイルをリール側へ搬送する場合には、コイル幅に応じて撮像時のコイル台車の位置を変化させることになる。そのため、コイル幅にかかわらず、撮像手段から見た鋼板コイルの内径の大きさを常に一定とすることができる。したがって、撮像画像に対してエッジ処理やパターン認識処理等を施して鋼板コイルの内径を検出する場合などにおいて、内径検出を容易かつ適切に行うことができる。そのため、調芯確認における誤判定を抑制することができる。

さらに、本発明に係るコイルの調芯確認方法は、リールに挿入される鋼板コイルの調芯確認を行うコイルの調芯確認方法であって、リール挿入前の所定の撮像位置での前記鋼板コイルの端面を撮像面とし、当該撮像面を前記鋼板コイルの軸方向から撮像するステップと、撮像した画像に基づいて、当該画像上における前記鋼板コイルの内径中心と前記リールの中心との距離である中心間距離を算出するステップと、算出した前記中心間距離が許容範囲外であるとき、前記鋼板コイルの調芯異常であると判断するステップと、を備えることを特徴としている。
このように、画像処理を用いて中心間距離を算出するので、鋼板コイルの内径中心がリールの中心に対してどの方向にずれている場合であっても、確実にこれを検出し、鋼板コイルの調芯確認を適切に行うことができるコイルの調芯確認方法とすることができる。

本発明によれば、鋼板コイルの内径中心位置検出に画像処理を用い、調芯確認に画像処理による中心位置の距離判定を用いるので、鋼板コイルの内径中心とリールの中心との差を２次元方向で比較することが可能となる。そのため、鋼板コイルの高さ方向（垂直方向）以外の中心位置ずれを適切に検出することができる。したがって、スペース効率を悪化させずに、コイルの調芯が正常に行われているか否かを適切に確認することができる。

コイル搬送設備の構成を示す側面図である。 コントローラで実行する調芯確認処理手順を示すフローチャートである。 調芯異常時の状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（構成）
図１は、本発明に係るコイルの調芯確認装置を搭載したコイル搬送設備の概略構成を示す図である。
図中符号１０は、コイル搬送設備である。このコイル搬送設備１０は、コイル状に巻かれた鋼板に対して酸洗処理や圧延処理、メッキ処理等を行うにあたって、鋼板コイル１（以下、単にコイル１と称す）を巻き戻して各種処理ラインに鋼板を払い出すために、当該ラインの入側に設けられた払い出しリール２（以下、単にリール２と称す）にコイル１を自動装入する自動コイル装入装置である。

コイル搬送設備１０は、リール２の軸方向に延在する走行レール上を走行することでコイル１をリール２側へ搬送するコイル台車１１と、コイル台車１１に固定されコイル１を載置するスキッド１２と、コイル台車１１を駆動制御するコントローラ１３とを備える。コイル台車１１は、コントローラ１３によって図中矢印で示すコイル挿入方向に移動可能となっている。

また、コイル搬送設備１０は、カメラ１４と、カメラ１４で撮像した画像を処理する画像処理装置１５とを備える。カメラ１４は、リール２へ挿入される前のコイル１を挟んでリール２に対向配置されており、コイル台車１１上に載置されたコイル１の端面を、リール２へ挿入される前にリール２とは反対側から撮像するものである。
さらに、コイル搬送設備１０は、警報装置１６を備える。この警報装置１６は、コントローラ１３からの指令信号を受けて警報を発するものである。

本実施形態では、コイル１の内径中心とリール２の中心とが合致するように位置決め（調芯）した後、カメラ１４でコイル１の端面を撮像し、その撮像画像を用いて調芯が正しく行われているか否かを確認する。そして、調芯が正しく行われていることを確認してからコイル台車１１をコイル挿入方向に移動してコイル１をリール２へ挿入する。
コイル１の調芯は、例えば以下の手順で行われる。
先ず、所定のコイル置き場からコイル１をクレーンやフォークリフト等にて移送し、当該コイル１をコイル台車１１上のスキッド１２に載置する。次に、公知の手法によりコイル１の外形を検出し、コイル１の外形に基づいてコイル１の内径中心を予測してコイル台車１１を昇降し、コイル１の内径中心の高さ位置がリール２の中心の高さ位置と合致するように制御する。

コイル１の高さ方向の調芯が終了すると、次にコントローラ１３によるコイル１の調芯確認処理が行われる。先ず、コントローラ１３はコイル台車１１を制御し、予め設定した撮像位置にコイル台車１１を停止させ、その撮像位置でカメラ１４によってコイル１の端面を撮像する。ここで、上記撮像位置は、予め設定したコイル端面位置（カメラ１４からコイル挿入方向に一定距離離れた位置）Ｐにコイル１の撮像面が位置するときのコイル台車１１の位置である。コイル１の幅は製品によって異なるため、撮像位置（コイル台車１１の停止位置）はコイル幅に応じて変化することになる。なお、コイル端面位置Ｐは、コイル１の中心位置の変動範囲を考慮して、カメラ視野１４ａ内にコイル１の内径１ａとリール２の端面とが同時に納まる位置に設定する。

次に、画像処理装置１５で、カメラ１４で撮像した撮像画像に基づいて、撮像画像上におけるコイル１の内径中心とリール２の中心との距離である中心間距離Ｌを算出する。
画像処理装置１５は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部１５ａと、メモリ１５ｂと、中心間距離算出部１５ｃとを備える。Ａ／Ｄ変換部１５ａは、カメラ１４で撮像した画像データをＡ／Ｄ変換し、メモリ１５ｂに記憶する。メモリ１５ｂは、Ａ／Ｄ変換部１５ａから出力される画像データの他に、予め画像データ上におけるリール２の中心位置座標Ｃ２（Ｘｒ，Ｙｒ）を記憶しておく。リール２の中心位置座標Ｃ２（Ｘｒ，Ｙｒ）は、コイル１をコイル台車１１に載置する前にカメラ１４にてリール２の外形を撮像することで、事前に検出し記憶しておく。

中心間距離算出部１５ｃは、メモリ１５ｂに記憶されたコイル１の画像データに対して、エッジ検出処理等を施すことでコイル１の内径１ａを抽出する。例えば、予め設定したコイル内径情報（内径１ａの基本形状）を用いて、エッジ検出画像内から内径１ａを抽出する。次に、抽出した内径１ａの中心位置座標Ｃ１（Ｘｃ，Ｙｃ）を画像データ上で算出し、内径１ａの中心位置座標Ｃ１（Ｘｃ，Ｙｃ）とリール２の中心位置座標Ｃ２（Ｘｒ，Ｙｒ）に基づいて、両者の差（中心間距離Ｌ）を算出する。

なお、リール端面形状画像とコイル内径形状画像を予め画像処理装置１５に登録しておき、登録画像と撮像画像とのパターン認識によって、撮像されたコイル１の内径１ａの中心位置Ｃ１とリール２の中心位置Ｃ２とを算出し、中心間距離Ｌを測定する（決定する）ようにしてもよい。パターン認識は画像処理装置付属の機能を用いても良いし、例えば２次元相関演算などによって実現してもよい。
コントローラ１３は、画像処理装置１５で算出した中心間距離Ｌを取得し、中心間距離Ｌが予め設定した許容範囲内であるか否かに基づいて、コイル１の調芯確認を行う。すなわち、コントローラ１３、カメラ１４及び画像処理装置１５で、コイル１の調芯確認を行う調芯確認装置を構成している。

次に、コントローラ１３で実行する調芯確認処理の手順について、具体的に説明する。
図２は、調芯確認処理手順を示すフローチャートである。この処理は、上述したように、コイル１の高さ方向の調芯が終了した後に実行開始する。
先ずステップＳ１で、コントローラ１３は、コイル台車１１が上述した撮像位置に達しているか否かを判定し、撮像位置に達していない場合にはステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、コントローラ１３は、コイル台車１１に対して、コイル台車１１をコイル挿入方向に走行させるための指令信号を出力し、前記ステップＳ１に移行する。

一方、前記ステップＳ１で、コイル台車１１が撮像位置に達していると判断した場合には、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、コントローラ１３は、コイル台車１１に対して、コイル台車１１を停止させるための指令信号を出力し、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、コントローラ１３は、カメラ１４を制御してコイル１の端面をコイル１の軸方向から撮像し、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５では、コントローラ１３は、前記ステップＳ４で撮像した画像に基づいて画像処理装置１５で算出した中心間距離Ｌを取得し、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、コントローラ１３は、前記ステップＳ５で取得した中心間距離Ｌが予め設定した許容値Ｌ_THを超えているか（許容範囲外であるか）否かを判定する。ここで、許容値Ｌ_THは、コイル１をリール２に挿入する際に、コイル１とリール２とが干渉せずにリール２がコイル１の内径１ａを貫通可能な中心位置ずれ量に設定する。

そして、このステップＳ６でＬ＞Ｌ_THであると判断した場合には、コイル１の調芯が正しく行われていないと判断してステップＳ７に移行し、調芯異常時処理を行ってから調芯確認処理を終了する。ここで、調芯異常時処理としては、警報装置１６を作動して警報を発すると共に、コイル台車１１に対して、コイル台車１１を停止させるための指令信号を継続して出力する（コイル１のリール２への自動装入を禁止する指令信号を出力する）処理を適用する。

一方、前記ステップＳ６でＬ≦Ｌ_THであると判断した場合には、ステップＳ８に移行して、コイル台車１１に対して、コイル台車１１をコイル挿入方向に走行させるための指令信号を出力し、調芯確認処理を終了する。
なお、カメラ１４が撮像手段に対応し、画像処理装置１５の中心間距離算出部１５ｃが中心間距離算出手段に対応し、図２のステップＳ６が判断手段に対応し、ステップＳ７が装入禁止指令出力手段に対応し、警報装置１６が報知手段に対応している。

（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
所定のコイル置き場からコイル台車１１のスキッド１２上にコイル１が載置されると、コントローラ１３は走行レール上の所定の調芯位置までコイル台車１１を移動する。次に、コントローラ１３は、コイル１の外形を検出し、コイル１の外形検出結果に基づいて、コイル１の内径中心の高さ位置がリール２の中心の高さ位置と合致するようコイル台車１１を昇降制御する。

すると、コントローラ１３は、コイル台車１１をコイル１の幅に応じた撮像位置まで移動し（図２のステップＳ２）、当該撮像位置でコイル台車１１を停止する（ステップＳ３）。そして、この位置でカメラ１４を制御してコイル１の端面を撮像する（ステップＳ４）。このとき、コイル１の幅にかかわらず、カメラ１４からコイル１端面までの距離が一定となる位置でコイル１端面を撮像することになる。これによりカメラ１４から見たコイル内径１ａの大きさを常に一定とすることができ、撮像画像内から内径１ａを抽出する処理を容易且つ高精度に行うことができる。

このとき撮像した画像に基づいて、画像処理装置１５でコイル１の内径中心とリール２の中心との距離（中心間距離Ｌ）が算出されると、コントローラ１３はこれを取得し（ステップＳ５）、中心間距離Ｌが許容値Ｌ_THを超えているか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、Ｌ≦Ｌ_THであれば、コントローラ１３は、コイル１の調芯が正常に行われているものと判断してコイル台車１１をコイル挿入方向に走行させる（ステップＳ８）。これにより、リール２はコイル１の内径１ａ部分を貫通し、コイル１がリール２へ装着された状態となる。

コイル台車１１は、その幅方向中心位置がリール２の端面側水平方向の中心位置と合致するように、決められた走行レール上を走行する。また、コイル１は、その端面側水平方向の中心位置がコイル台車１１の幅方向中心位置と合致するように、コイル台車１１に固定されたスキッド１２上に載置される。そのため、通常、高さ方向の調芯のみを行えば、コイル１の中心位置とリール２の中心位置とが合致し、Ｌ≦Ｌ_THとなるはずである。

ところが、長期間の使用によるスキッド１２のコイル１との接触部分の変形、コイル台車１１と走行レールとの間の機械的なガタ、偏磨耗の増大、異物の混入などにより、コイル台車１１上に載置したコイル１が傾いてしまう場合がある。この場合、高さ方向の調芯を行っても、高さ方向以外で中心位置ずれが発生し、調芯異常となってしまう。
図３は、調芯異常時の状態を示す図である。この図３において（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。高さ方向の調芯を行うと、コイル１の内径中心Ｃ１とリール２の中心Ｃ２との高さ方向の差Δｈが許容範囲内となる。そのため、高さ方向のみの調芯の合否判定を行った場合、図３（ｂ）に示すように挿入時にコイル１とリール２とが干渉するような中心位置ずれが生じている調芯異常時であっても、正しく調芯が行われていると誤判定してしまう。このように、コイル挿入前の最終確認において誤判定が行われた状態でコイル挿入動作を継続すると、挿入時にリール２がコイル１と干渉し、リール２がコイル１を押してコイル１がコイル台車１１上から転落するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように２次元方向に中心位置ずれが生じている場合には、確実にこれを検出することができる。すなわち、この場合には、Ｌ＞Ｌ_THとなるため（図２のステップＳ６でＹｅｓ）、コントローラ１３は警報装置１６を作動して警報を発し、コイル挿入動作を中止（自動コイル装入を禁止）する（ステップＳ７）。したがって、作業者は、警報装置１６による警報を受けて、コイル１の中心位置を修正する作業を行うことができる。その結果、安定してコイル１をリール２に装着することができる。

（効果）
このように、上記実施形態では、画像処理を用いてコイルの内径中心とリールの中心との距離を検出し、中心間距離が許容範囲内であるか否かを判定するので、コイルの中心位置とリールの中心位置との差を２次元方向で比較することができる。そのため、コイルの高さ方向以外のどの方向に中心位置ずれが発生している場合であっても、適切に中心位置ずれを検出することができ、調芯確認において正しい合否判定を行うことができる。

またこのとき、カメラとコイル端面との距離が常に一定となるようにコイル台車を制御してコイル端面を撮像するので、カメラから見たコイル内径の大きさを常に一定とすることができ、撮像画像内からコイル内径に対応する円を抽出する処理が容易となり、コイルの中心位置を精度良く検出することができる。
さらに、調芯確認において正しく調芯が行われていないと判定した場合には、これを作業者に報知するので、作業者はこれを受けてコイルの中心位置の微調整を迅速に行うことができる。

また、リール挿入前のコイル端面を撮像するカメラをコイルの幅方向一方側に設置するだけでよいので、従来の可動式の内径検出センサのように、コイルの幅方向両側に光学センサ及びそれを移動させるための可動部分を設置する必要がなく、従来装置と比較して省スペース化を実現することができる。
以上のとおり、スペース効率を悪化させることなく、鋼板コイルの調芯が正常に行われているか否かを適切に判定することができる。

（応用例）
なお、上記実施形態においては、中心間距離Ｌが許容値Ｌ_THを超えているとき、中心位置ずれ情報をディスプレイに表示するようにしてもよい。これにより、作業者は中心位置ずれがどの方向にどの程度発生しているかを認識することができる。そのため、その後の中心位置の調整作業を円滑に行うことができる。

また、上記実施形態においては、カメラ１４を、コイル１を挟んでリール２とは反対側に配置する場合について説明したが、カメラ１４をリール２側に配置し、リール２側の端面を撮像するようにしてもよい。この場合、リール２に対してカメラ１４は固定であることから、撮像画像上におけるリール２の中心位置も常に一定であるとして、リール２の中心位置座標を予め画像データ上で設定しておけば、中心間距離Ｌの算出が可能となる。
さらに、上記実施形態においては、高さ方向のみの調芯を行った後の確認に本発明に係る調芯確認装置を用いる場合について説明したが、高さ方向に加えて端面側水平方向の調芯を行った後の最終確認に本発明に係る調芯確認装置を用いることもできる。

１…コイル、２…リール、１０…コイル搬送設備、１１…コイル台車、１２…スキッド、１３…コントローラ、１４…カメラ、１５…画像処理装置、１５ａ…Ａ／Ｄ変換部、１５ｂ…メモリ、１５ｃ…中心間距離算出部、１６…警報装置

Claims (5)

1. リールに挿入される鋼板コイルの調芯確認を行うコイルの調芯確認装置であって、
   リール挿入前の所定の撮像位置での前記鋼板コイルの端面を撮像面とし、当該撮像面を前記鋼板コイルの軸方向から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像した画像に基づいて、当該画像上における前記鋼板コイルの内径中心と前記リールの中心との距離である中心間距離を算出する中心間距離算出手段と、
   前記中心間距離算出手段で算出した前記中心間距離が許容範囲外であるとき、前記鋼板コイルの調芯異常であると判断する判断手段と、を備えることを特徴とするコイルの調芯確認装置。
2. 前記判断手段で前記鋼板コイルの調芯異常であると判断したとき、作業者にこれを報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のコイルの調芯確認装置。
3. 前記判断手段で前記鋼板コイルの調芯異常であると判断したとき、前記鋼板コイルを前記リールへ自動装入する自動コイル装入装置に対して、当該自動装入を禁止する指令信号を出力する装入禁止指令出力手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイルの調芯確認装置。
4. 前記撮像位置は、前記撮像手段と前記鋼板コイルの撮像面との距離が常に一定となるように設定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコイルの調芯確認装置。
5. リールに挿入される鋼板コイルの調芯確認を行うコイルの調芯確認方法であって、
   リール挿入前の所定の撮像位置での前記鋼板コイルの端面を撮像面とし、当該撮像面を前記鋼板コイルの軸方向から撮像するステップと、
   撮像した画像に基づいて、当該画像上における前記鋼板コイルの内径中心と前記リールの中心との距離である中心間距離を算出するステップと、
   算出した前記中心間距離が許容範囲外であるとき、前記鋼板コイルの調芯異常であると判断するステップと、を備えることを特徴とするコイルの調芯確認方法。

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