JP6579142B2 - コイルヤードの置場管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所などのコイルヤード上にあるコイルの位置情報を維持管理する、コイルヤードの置場管理方法に関するものである。

従来、コイルヤード（以下、ヤードと略記もする）におけるコイル置場管理は、所定の升目を区切ってそれぞれに呼称番地を予め決め、この呼称番地毎に1コイルの置場を定義して管理していた。しかしながら現在では、自動クレーン設備と、クレーン絶対位置検出精度の向上により、１０ｍｍ単位程度の位置制御精度が可能となっている。これにより、1呼称番地に1コイルを対応させた、呼称番地とコイルとの１対１置場管理ではなく、任意の位置にコイルを置いて、コイル間の隙間管理を行うことにより、ヤードを最大限に効率的に使用することが可能となってきている。

コイルヤードにおける自動クレーンによるコイルハンドリング作業では、コイルヤードに置いてあるコイルの位置情報の正確性が要求される。誤った位置情報を元に、コイルハンドリング（コイルの吊上げ・搬送・吊りおろし）を行うと、コイル同士の衝突、コイルとクレーントング（コイルを把持する設備）との干渉、吊上げ時の荷振れなど、ハンドリングトラブルを招くことになる。

コイルヤード内の全ての位置にコイル位置検出センサーを設置してコイルの位置管理を行うことは可能であるが、コイルヤードが広くなればなるほど膨大な数のセンサーが必要となり、費用的にも現実的ではない。

そこで、基本的には、自動クレーン設備でコイルヤード上にコイルを吊り降ろした位置実績の情報をもって、コイルの置場管理を行っている。

これまでに開示された技術としては、例えば、特許文献１には、「クレーンによるコイルハンドリング制御方法」と称した、２台のＴＶカメラとレーザー光源を用いた、三角測量方式によるコイル位置検出を行って、迅速かつ高精度でコイルの移動を行う技術がある。

また、特許文献２および３には、「コイル位置検出装置」と称した、前者は２台のＴＶカメラおよび後者は１台のＴＶカメラをそれぞれ用いて、コイルの径方向の三次元位置データに外乱成分が存在しても、コイルの中心位置や半径を高精度で検出できる技術が開示されている。

特開平０５−３３０７８７号公報 特開平０６−６６５２２号公報 特開平０７−６３５１９号公報

上記した先行技術文献１〜３に開示の技術は、正確なコイル位置を検出できるものであるものの、検出対象のコイルはその時にクレーンによるハンドリング対象としているコイルのみであり、かつコイル吊り上げのためのコイルの位置検出にターゲットが限定されている。

したがって、ハンドリング対象以外のその他のコイルの位置、あるいは隣接コイル間の隙間量などが検出できず、吊り上げ時の隣接コイル間の干渉やトングとの干渉などを防止するのに十分な検出方法とはいえないという問題がある。

また、コイルを吊り降ろす場合に関しても、有効な検出方法ではないという問題もある。すなわち、コイルを吊り降ろす場合には、コイルヤードの空き情報（隣接コイル間の隙間情報）が必要であるものの、これが検出出来る仕組みとなっていない。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、コイルヤード上のコイル位置およびコイル間の隙間量を正確に把握することができる、コイルヤードの置場管理方法を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。

［１］ コイルヤード上にあるコイルの位置情報を維持管理するコイルヤードの置場管理方法であって、
機上クレーンの移動にともなって、コイルヤードを上からカメラにて撮像する、コイルヤードの撮像ステップと、
所定の周期にて画像データと機上クレーン絶対位置測定に基づく撮像位置データを保存する、画像・位置データの保存ステップと、
保存した画像の画像処理を行い、コイル部分の画像を抽出する、画像内のコイル抽出ステップと、
コイルの寸法や置場位置といったデータを登録したＤＢデータを用いて、カメラで撮像した位置から撮像されるであろうと予測されるコイル画像を作成する、ＤＢデータに基づく画像作成ステップと、
抽出したコイル部分の画像と作成した予測されるコイル画像との位置ずれと寸法ずれを算出する、位置ずれと寸法ずれの算出ステップと、
算出したずれ量が予め設定した閾値より小さいかどうかの判定を行う、ずれ量判定ステップと、
算出したずれ量が予め設定した閾値より小さい場合には、ＤＢデータの修正を行う、ＤＢデータの修正ステップと、
を有することを特徴とするコイルヤードの置場管理方法。

［２］ 上記［１］に記載のコイルヤードの置場管理方法において、
前記ＤＢデータに基づく画像作成ステップでは、
カメラ視野中心を座標の原点とするステップと、
コイル外郭を円の集合体とするステップと、
前記原点から円に外接する直線群を作成するステップと、
作成した直線群とコイルヤード表面との交点を求めるステップと、
求めた全交点を集めた外郭画像を作成するステップと、
を有することを特徴とするコイルヤードの置場管理方法。

本発明によれば、クレーンの走行にともなってカメラで撮像した全ての範囲におけるコイル位置情報の検出および位置修正が可能となるため、コイルヤードの置場情報を、逐次、正確な情報に更新していくことが可能となる。これにより、ヤードを最大限に効率的に使用することができる。

本発明を適用するコイルヤードおよび装置構成例を模式的に示す図である。 本発明に係るコイルヤードの置場管理方法の処理手順例を示す図である。 ＤＢデータに基づく画像作成方法の処理手順例を示す図である。 ＤＢデータに基づく画像作成方法を模式的に示す図である。 撮像した画像とＤＢデータに基づく画像との位置・寸法ずれを模式的に示す図である。 ＤＢデータの修正における処理例を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明を適用するコイルヤードおよび装置構成例を模式的に示す図である。図中、１は機上クレーン、２はクレーントング、３は照明、４はカメラ、５はコイル、および６はコイルヤードをそれぞれ表す。

コイルヤード６の上空に設置され、紙面の横方向と紙面垂直方向に移動する機上クレーン（クレーンとも略記する）１に積載したカメラ４で、コイルＡ〜Ｃなどのコイル５を照明３によって十分な輝度の下で撮像している様子を示している。機上クレーン１には、コイル５を吊上げ吊おろしするための把持装置であるクレーントング２を積載している。このクレーントング２とカメラ４は固定した相対位置に設置され、機上クレーン１の移動にともなって、この相対位置を保ったまま移動する。

また、コイルヤード６の表面には、視野内に必ず1つは写る間隔で、位置補正用の絶対番地基準マーク（図示せず）を複数設置しておくとよい。撮像時のカメラ位置情報と画像内の絶対番地基準マークにより、画像の座標補正を行うことができる。

カメラ４での撮像にあたっては、機上クレーン１の移動にともなって行い、周期的（例えば５ｓｅｃ周期あるいは１０ｍ動作毎等）に画像データを保存する。そして、画像データと同時に、ＰＬＧ（図示せず）などの測定器を用いてクレーン絶対位置も合わせて保存する。なお、撮像にあたっては、多方向、例えば、４方向から照明を行うなど、コイルヤード上にコイルの影が出来ないようにする。また、コイルヤードの表面は、コイルとは異なる単色（例えばブルーバックなど）に塗っておくと、以下に説明する画像処理の精度を上げる点でよい。

図２は、本発明に係るコイルヤードの置場管理方法の処理手順例を示す図である。以下、図に基づいて説明を行う。

先ず、撮像タイミングの開始指令（Start）に基づいて、Step01のコイルヤードの撮像を行う。機上クレーンの移動にともなって、コイルヤードを上からカメラにて撮像する。

そして、Step02で、所定の周期にて画像データと機上クレーン絶対位置測定に基づく撮像位置データを対のデータとして保存する。Step01とStep02の処理を、コイルヤード全領域を全てカバーするまで行う。

カメラとクレーントングの相対位置は、常に固定であるように設置し、またカメラと地上との高さ距離は固定であるように設置するものとする。昨今では、比較的安価で高解像度のカメラを入手可能な状況になっている。例えば、１２００万画素（４対３の縦横比画面なら４０００画素×３０００画素）程度のカメラを利用すれば、視野角・ズーム調整して、横方向５ｍ／４０００画素として、１．２５ｍｍ／画素程度の最大分解能が得られる。

実際には、コイルエッジ部といった画像不明瞭部である程度の精度低下は発生するものの、概ね２０ｍｍ程度の精度は期待できる。さらに精度を上げたい場合には、視野角やズームを調整し、１画素あたりの分解能を上げれば、所望の精度に絞り込むことは可能である。

また、クレーン搬送におけるコイルハンドリングでは、クレーントングとコイルとの干渉トラブルを回避するため、通常は余裕代１００ｍｍ程度のマージンで位置制御を実施する。したがって、画像検出精度は上記２０ｍｍ程度の精度であれば十分といえる。

次に、保存した複数の画像データの中から１つの画像データを選んで、この画像について画像処理を行い、画像中からコイル部分の抽出を行う（Step03）。画像処理にあたっては、２値化処理などによりコイル位置（エッジ）の特徴抽出を行う。コイルヤード側は、コイルとは異なる単色（例えば、ブルーバックなど）に塗っておくと、画像からコイル部分の抽出を行うにあたって誤検出を防止することができる。

次の撮像位置の補正（Step04）については、画像内の絶対番地基準マークを用いて、撮像時のカメラ位置情報と画像内の基準マークとを比較することにより、画像の座標補正を行う。なお、この処理により、画像位置データの精度は向上するものの、測定済みの機上クレーン位置の精度が十分であれば、必ずしも必須な処理ではない。

続くStep05では、置場情報データベース（単に、ＤＢとも略記する）上に登録されている、対象としているコイルの寸法や置場位置といったデータ（ＤＢデータと称する）を用いて、カメラで撮像した位置から撮像されるであろうと予測されるコイル画像を、幾何学的に計算し作成する。カメラで撮像したコイルが、ＤＢに登録されているコイルの寸法や置場位置であるとして、撮像されるであろう投影画像を求めている。

図３は、ＤＢデータに基づく画像作成方法の処理手順例を示す図である。また、図４は、ＤＢデータに基づく画像作成方法を模式的に示す図である。撮像されるコイルは、所定の外径、幅を持った３次元形状を有しており、得られる撮像は、カメラからコイルヤード表面に投影された平面画像となる。このため、得られるべきコイルの投影画像を幾何計算により求める。

図３の処理手順例にしたがって、図４を参照しながら処理を説明していく。先ず、Step101にて、カメラ視野中心を座標の原点とする。ここで、図２のStep04にて撮像位置の補正が行われていれば、補正後の座標に基づいて原点を決める。

次に、Step102にて、コイル外郭を円の集合体とする。これは、図４に示すようにコイル形状は円筒形であり、コイル外郭は幅方向の円の集合体と見做すことができるためである。コイル外径の直径を有する円がコイル幅分だけ続いた集合体が、所定位置に置かれたものとする。

そして、Step103にて、原点から円に外接する直線群を作成する。コイルを形成する円周上の各点とカメラ原点とを結ぶ直線の作成を、集合体とした円全てについて行う。さらに、これら直線群とコイルヤード表面（コイルなど物体が載っていないコイルヤードの表面）との交点を求める（Step104）。

最終的に、Step105にて、全交点を集めた外郭画像を作成して、コイルヤード表面へのコイル投影画像とする。

以上で、図２に示すStep05のＤＢデータに基づく画像作成が終了し、続いて図２のStep06の位置ずれと寸法ずれの算出ステップを行う。図５は、撮像した画像とＤＢデータに基づく画像との位置・寸法ずれを模式的に示す図である。

図１で示したコイルＡ〜Ｃの実画像を実線で、ＤＢデータに基づく画像を点線でそれぞれ示している。図では、コイルＡとＢについては位置ずれは少ないものの、コイルＣについては大きな位置ずれが生じている例を表している。また、寸法ずれについては、例えば、それぞれの図形の面積などで比較するようにすればよい。

このように、両者のずれ量を求め、Step07にて、求めたずれ量が予め設定した閾値より小さいかどうかのずれ量判定を行う。ここで、求めたずれ量が予め設定した閾値より小さい場合（Yes）には、撮像した画像から抽出したコイル画像の方が正しいとして、先に保存してあった対象コイルのＤＢデータを修正し（Step08）、Step09で全画像の処理を終了していなければ（No）、処理する画像を次の画像に変更して、Step03に戻る。Step09で全画像の処理が終了してれば（Yes）、全処理を終了する。

Step07にて、求めたずれ量が予め設定した閾値以上の場合（No）には、ＤＢデータの修正は行わず、図示は省略するが、警報を出力してオペレータに通知し、オペレータの適切な処理判断を求める。これは、カメラなどの機器異常、演算処理の異常、前回撮像タイミング以降にコイルを移動してしまったなど種々の原因が考えられるためである。

適切な処理がなされ、オペレータが処理を続行してよいと判断して初めて、Step10に移行する。Step10で全画像の処理を終了していなければ（No）、処理する画像を次の画像に変更して、Step03に戻る。Step10で全画像の処理が終了してれば（Yes）、本発明の全処理を終了する。

図６は、ＤＢデータの修正における処理例を説明する図である。カメラとコイルが同じ平面上にある場合の撮像の様子を表している。

コイル撮像条件としては、コイルヤード表面からカメラまでの高さH、撮像範囲S、および画像中心よりの全画角θであり、さらに、ＤＢデータとしては、コイル中心位置C、コイル寸法（外径D、幅W）とした場合における、コイルの投影画像を作画する。

先ず、コイルエッジ端（エッジ１およびエッジ２）として検出される角度（θ１およびθ２）は、それぞれ下記の式（１）で表すことができる。

そして、コイルエッジ端（エッジ１およびエッジ２）が、画面位置として作画すべき位置（Ｅ１およびＥ２）はそれぞれ下記の式（２）で表すことができる。

以上は、ＤＢデータとして、コイル中心位置C、コイル寸法（外径D、幅W）として保存されていたコイルがこのデータのまま、上記コイル撮像条件（コイルヤード表面からカメラまでの高さH、撮像範囲S、および画像中心よりの全画角θ）で撮像された画像におけるコイルエッジ端の位置（Ｅ１およびＥ２）を幾何学的に算出したものである。

一方、実際にカメラで撮像されたコイルエッジ端の位置が、それぞれＥ１mおよびＥ２mであったとする。本発明では、図２のStep06とStep07で示したように、Ｅ１とＥ１mの差、Ｅ２とＥ２mの差を位置のずれ量として求め、このずれ量が予め設定した閾値より小さい場合には、撮像した画像の方が正しいとして、先に保存してあった対象コイルのＤＢデータを修正（Step08）する。

修正の方法としては、上記（２）式および（１）式を逆算する。すなわち、実際にカメラで撮像されたコイルエッジ端の位置であるＥ１mおよびＥ２mが正しいとするため、上記（２）式にＥ１mおよびＥ２mを代入し、θ１mおよびθ２mを求め、これをさらに上記（１）式に代入して、修正するコイル中心位置Cmを求めるようにする。

これまで説明をおこなった本発明により、クレーンの走行にともなってカメラで撮像した全ての範囲におけるコイル位置情報の検出および位置修正が可能となるため、コイルヤードの置場情報を、逐次、正確な情報に更新していくことが可能となる。また、カメラ視野内の複数コイルの同時検出が可能であるとともに、それらコイル間の隙間情報も同時に更新できる。

さらに、これらのことより、コイル吊り上げ時のみでなく、コイルをヤードにおろす場合にも最新の隙間間隔情報を用いることにより、ヤードを最大限に効率的に使用することが可能である。

１ 機上クレーン
２ クレーントング
３ 照明
４ カメラ
５ コイル
６ コイルヤード

Claims (2)

1. コイルヤード上にあるコイルの位置情報を維持管理するコイルヤードの置場管理方法であって、
   機上クレーンの移動にともなって、コイルヤードを上からカメラにて撮像する、コイルヤードの撮像ステップと、
   所定の周期にて画像データと機上クレーン絶対位置測定に基づく撮像位置データを保存する、画像・位置データの保存ステップと、
   保存した画像の画像処理を行い、コイル部分の画像を抽出する、画像内のコイル抽出ステップと、
   コイルの寸法や置場位置といったデータを登録したＤＢデータを用いて、カメラで撮像した位置から撮像されるであろうと予測されるコイル画像を作成する、ＤＢデータに基づく画像作成ステップと、
   抽出したコイル部分の画像と作成した予測されるコイル画像との位置ずれと寸法ずれを算出する、位置ずれと寸法ずれの算出ステップと、
   算出したずれ量が予め設定した閾値より小さいかどうかの判定を行う、ずれ量判定ステップと、
   算出したずれ量が予め設定した閾値より小さい場合には、ＤＢデータの修正を行う、ＤＢデータの修正ステップと、
   を有することを特徴とするコイルヤードの置場管理方法。
2. 請求項１に記載のコイルヤードの置場管理方法において、
   前記ＤＢデータに基づく画像作成ステップでは、
   カメラ視野中心を座標の原点とするステップと、
   コイル外郭を円の集合体とするステップと、
   前記原点から円に外接する直線群を作成するステップと、
   作成した直線群とコイルヤード表面との交点を求めるステップと、
   求めた全交点を集めた外郭画像を作成するステップと、
   を有することを特徴とするコイルヤードの置場管理方法。