JPH0986870A - 円柱状物体の位置形状検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 距離計を用いて簡単な方法で円柱状物体の位
置及び形状を検出する。 【構成】 スキッド１５によって台車１３の長手方向中
心軸線上に、その中心軸線を略一致せしめて載置された
円柱状物体に、１個の光を台車１３の前記中心軸線に沿
って走査し、これから反射する反射光を受光して、円柱
状物体までの距離分布データを作成し、このデータより
得られた円柱状物体の高さの値及び台車３０とスキッド
１５の形状から円柱状物体の直径、幅、形状、高さの中
心座標を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、離れたところに載
置された円柱状物体の位置及び形状を光又は超音波を用
いて検出する円柱状物***置形状検出方法及びその装置
に係り、特に円柱状物体を搬送するクレーンの自動運転
に用いられる円柱状物体の位置形状検出方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の円柱状物体の位置検出装置の一つ
として、製鋼工場で鋼板をロール状に巻き取って生産さ
れる製鋼コイル（以下コイルという）を、天井クレーン
で自動搬送する際に用いられえるコイルの位置検出装置
を説明する。

【０００３】台車に載置されてコイルヤードに搬入され
たコイルを天井クレーンにより自動で吊り上げる場合、
天井クレーンをコイル上に正確に誘導するために、コイ
ルの位置、及び大きさを正確に検出する必要がある。そ
のための従来の検出装置として、例えば特開平６−２６
３３８２号公報記載の発明がある。

【０００４】前記発明は、レーザ距離計により、コイル
の置かれたパレットの長手方向である縦方向の位置及び
長手方向に直交する横方向の位置を検出することによ
り、コイルの位置を検出するように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置におけるコイル位置測定では、台車の縦方向位置、
及び横方向位置のみの検出によりコイル位置測定を行う
必要性から、台車上のあらかじめ定められた所定の位置
にコイルが置かれていることが条件となっていた。従っ
て、台車上のコイル位置が変わった場合にはコイル位置
測定が不可能となるという問題点があった。また、コイ
ルの形状を直接計測していないため、コイルの形状が変
化した場合や、コイルに巻きずれや巻き芯が存在しても
それを計測することができないという問題点があった。

【０００６】そこで本発明の請求項１記載の発明は、台
車の大きさや、コイル位置が変化しても簡単な構成でコ
イル位置及び形状が正確に検出できるようにした円柱状
物体の位置形状検出方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明の目的に加えて、簡単な装置でコイル位置及び形状
が正確に検出することができ、コイルを自動搬送するク
レーンの稼働率を向上させるようにした円柱状物体の位
置形状検出装置そ提供することを目的としている。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項２に記載の
発明の目的に加えて、台車がトレーラ等であって、所定
位置に停止していない場合にも、コイルの位置及び形状
を正確に検出できることをも加えた円柱状物体の位置形
状検出装置を提供とすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、スキッ
ドによって台車の長手方向中心軸線上に、その中心軸線
を略一致せしめて位置決め載置された１個又は複数個の
円柱状物体に、１個の光又は超音波を台車の長手方向中
心軸線に沿って走査し、円柱状物体から反射する反射光
又は反射波を受光又は受信することにより円柱状物体ま
での距離分布データを作成し、この距離分布データより
得られた円柱状物体の高さの値及び台車とスキッドとの
形状から円柱状物体の直径を数１又は数２を用いて演算
し、前記距離分布データより得られた円柱状物体の両端
面の位置から円柱状物体の幅、形状及び高さ方向の中心
座標を算出し、以下同様にして他の円柱状物体について
演算することを特徴としている。

【００１０】また請求項２記載の発明は、１個の光又は
超音波を台車に載置した円柱状物体に走査し、円柱状物
体から反射する反射光又は反射波を検知することにより
円柱状物体の位置形状を演算する円柱状物体の位置形状
検出装置であって、円柱状物体の１個又は複数個をスキ
ッドによってその長手方向中心軸線上に略一致せしめて
位置決め載置された台車と、前記台車の長手方向中心軸
線と略直交する方向に配置され光又は超音波を発射する
発射部と反射光又は反射波を受光又は受信する検知部と
を有する１個のレーザ距離計又は超音波距離計と、レー
ザ距離計又は超音波距離計を台車の長手方向中心軸線に
沿って走査することにより距離分布データを作成し、こ
の距離分布データに基づいて円柱状物体の直径、幅、形
状、高さ方向の中心座標を演算する演算部とを具備した
ことを特徴としている。

【００１１】また請求項３記載の発明は、請求項２記載
の発明の構成に、前記台車が出入するヤードの側壁に設
けられ台車の長手方向側面と前記側壁との距離を測定す
る光又は超音波距離計を具備したことを、加えたことを
特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明方法
を用いた円柱状物体の位置形状検出装置（以下、本発明
装置という）の実施の形態を位置形状検出方法とともに
説明する。図１は請求項１及び請求項２記載の発明に係
る図面であって、本発明方法を適用する円柱状物体の位
置形状検出装置の構成を説明する正面図、図２は同側面
図、図３は距離計による物体の距離分布実測結果の一例
を示す正面図である。

【００１３】図４から図６にかけては円柱状物体の直径
の算式を説明するための図面であって、図４は円柱状物
体の径が小さい場合を、図５は前記径が大きい場合を、
図６は図４と図５における径の算出条件が変わる境界を
示す説明図である。以下の説明において、検出対象とす
る物体は前記と同様にコイルとする。

【００１４】本発明方法に用いる物体の位置形状検出装
置（以下本発明装置という）は台車１３と天井クレーン
２０に搭載された距離計３０と演算部４０とを具備して
いる。

【００１５】図１、図２に示すように、大径のコイル１
０、小径のコイル１１、中径のコイル１２は台車１３に
載置されてコイルヤードに搬入され、天井クレーン２０
により自動的に台車１３上から吊り上げられる。ここ
で、１６はコイル１０の右側面に生じた巻きずれ、１
７、１８はコイル１１の巻き芯、１９はコイル１２の左
側面生じた巻きずれである。ここで、台車１３はトレー
ラなどによりコイルヤードに搬入される場合もあるが、
ここでは台車１３が地面１４に固定された場合を取り扱
う。また、この場合コイル１０、１１、１２の中心軸方
向と、コイルを載せている台車１３の長手方向中心軸と
は略一致している。

【００１６】天井クレーン２０の走行方向をＸ、これに
直交する横行方向をＹ、高さ方向をＺとする。ここで
は、台車１３の長手方向がＹ方向の場合を例にとって説
明する。台車１３上のコイル１０、１１、１２は中心軸
を略Ｙ方向に向けた状態で台車１３上に並置され、それ
ぞれが台車１３上のスキッド１５により位置決め固定さ
れている。天井クレーン２０はＸ方向に走行するガーダ
２１、Ｙ方向に横行するクラブ２２、Ｚ方向に上下する
コイル吊り具２３により構成されている。

【００１７】距離計３０は例えば１個のレーザ距離計で
あって、クラブ２２に一体化して取り付けられており、
下方に１本のレーザ光３１を発射する発射部３２、発射
したレーザ光３１がコイル１０、１１、１２などに当た
って反射する反射光３３を受光する検知部としての受光
部３４とを有している。ここで、発射部３２と、受光部
３４との配列は台車１３の長手方向と略直角方向すなわ
ちＸ方向に配置されている。

【００１８】そして、地面１４に固定された台車１３の
幅方向の中心にレーザ光３１が照射するように、ガーダ
２１を走行移動し、さらに、クラブ２２をガーダ２１上
で横行させることにより、距離計３０を走査するように
構成されている。

【００１９】演算部４０はマイコンを内蔵しており、前
記受光部３４と電気接続されており、レーザ光３１と反
射光３３との交わる角度により三角測量方式の原理によ
り各コイル１０、１１、１２までの距離を演算し記憶す
る機能を備えている。

【００２０】前記距離計３０の走査により得られた検出
対象コイルまでの距離分布データは一旦マイコンのメモ
リにストアされる。そして演算部４０は走査完了後メモ
リのデータを基に、クレーン２０による運搬に必要なデ
ータ、すなわちコイルの数、各コイルの大きさ、各コイ
ル幅、巻きずれ、各コイルの正確な中心座標などを演算
する。この演算結果は演算部４０を介して図外の上位コ
ンピュータ又は天井クレーン２０のコントローラに報告
されるようになっている。

【００２１】図３は、距離計３０をＹ方向に走査した場
合における、演算部４０内のマイコンにストアされた距
離分布の測定結果をＹーＺ面で示したものである。この
場合、走査は連続的に行われるが、距離分布データは離
散的にサンプリングされるので、マイコン内には本図の
○印の部分のデータがストアされる。

【００２２】同図の縦軸は原点０を地面１４上とした場
合の、原点からのコイルの高さ分布を示している。すな
わち、高さ１００がコイル１０の部分、高さ１１０がコ
イル１１の部分、高さ１２０がコイル１２の部分、高さ
１３０は台車１３の部分、高さ１４０は地面１４の部
分、高さ１５０はスキッド１５の部分である。

【００２３】距離計３０から地面１４までの距離は一定
であり、座標変換することにより１４０の部分は高さが
零となる。また、高さ１６０の部分は巻きずれ１６の部
分、高さ１７０、１８０の部分は巻き芯１７、１８の部
分、１９０は巻きずれ１９の部分である。なお同図にお
けるコイル１０、１１、１２のＹ方向の位置はクラブ２
２に取り付けた図外のエンコーダにより測定される。

【００２４】次に各コイルの数、各コイルの大きさ、各
コイルの幅、各コイルの中心座標などの計算方法につい
て説明する。図３において、高さの値Ｚがあらかじめ定
めた一定値Ｚ１を超える部分を抜き出すことにより、コ
イル面以外の部分のデータを削除する。この実施例の場
合、Ｚ１は台車１３と、スキッド１５の合計高さよりわ
ずか大きい値としている。前記高さの値Ｚ１を超える部
分のデータのみを抜き出すと、１６０、１００が一組、
１７０、１１０、１８０が一組、１２０、１９０がそれ
ぞれ一組のデータであることから、コイル数は３個であ
ることがわかる。

【００２５】前記レーザ距離計３０の発射部３２と受光
部３４の位置は台車１３の長手方向と直交する方向に配
置しているので、１組目のデータ１６０と１００のデー
タより、巻きずれ１６の存在、データ１７０、１８０よ
り巻き芯１７、１８の飛び出し量などの値を、たとえそ
れがコイルのいずれの側にあったとしても、簡単な四則
演算で算出することができる。

【００２６】又、コイル１０の高さの最大値１００と台
車１３、スキッド１５の高さからコイル１０の外径がわ
かる。以下図４〜図６を参照してコイルの外径を算出す
る方法を説明する。

【００２７】図４に於てはコイル１１が小径であって、
コイル１１はスキッド１５と内側エッジ１５ａで接触し
ており、図５に於てはコイル１０が大径であって、コイ
ル１０はスキッド１５と上面１５ｂで接触している。図
６は図３と図４におけるコイル径の算出条件の変わる境
界を示している。

【００２８】図６に於てスキッド１５の内側エッジ１５
ａの距離間隔をＷ、高さをＨ、スキッド１５の上面１５
ｂの傾斜角をθ、コイル直径をＤとする。図６に於て、
コイル中心Ｏを通る鉛直線とコイル上面との交点をＰ、
線分ＰＯの延長線と台車上面との交点をＲ、線分ＯＲ上
の高さＨに相当する位置をＱ、スキッド１５の内側エッ
ジの位置をＳとすれば、△ＯＱＳに於て、数３の式が得
られる。

【００２９】

【数３】

【００３０】ここにコイル径の算出条件の変わる境界と
なるコイルの基準高さをＺＯとすると、数４の式が得ら
れる。

【００３１】

【数４】

【００３２】数４の式に数３の式を代入して数５の式が
得られる。

【００３３】

【数５】

【００３４】コイル１１の高さＺがＺＯ≧Ｚの場合に於
けるコイル直径Ｄの算出式を図４を参照して説明する。
図４に於てＯＱ＝ｘとすると、数６の式が得られる。

【００３５】

【数６】

【００３６】△ＯＱＳより数７の式が得られる。

【００３７】

【数７】

【００３８】数７の式に数６の式を代入して数１の式が
得られる。

【００３９】従って、ＺＯ≧Ｚの場合は数１の式によっ
てコイル直径Ｄを算出することができる。

【００４０】次にコイルの高さＺがＺＯ≦Ｚの場合に於
けるコイル直径Ｄの算出式を図５を参照して説明する。
図に於いてスキッド１５の上面１７とコイル１０の接触
点をＴ、線分ＱＲの高さＨに相当する位置をＵ、スキッ
ド１５の内側エッジの上端位置をＶ、点Ｔを通る鉛直線
分とＵＶ線分延長線との支点をＷとすると、線分ＴＷは
数式８で示される。

【００４１】

【数８】

【００４２】一方、線分ＶＷは数式９で示される。

【００４３】

【数９】

【００４４】数８の式と数９の式より数１０の式が得ら
れる。

【００４５】

【数１０】

【００４６】数１０の式を整理して数２の式が得られ
る。

【００４７】従って、ＺＯ≦Ｚの場合、数２の式によっ
てコイル直径Ｄを算出することができる。

【００４８】前記のようにして数１又は数２の式によっ
てコイル１００の直径Ｄが算出されると、もとの説明に
戻って、コイルの諸元の算出方法を再び図３に示すＹ−
Ｚ方向距離分布データを参照して説明する。

【００４９】高さ１６０と１００の両端面のデータよ
り、巻きずれを含むコイル１０の幅Ｗ１、及びＹ方向の
中心座標が計算できる。これらの結果より、吊り具２３
により、この巻きずれの生じたコイル１０を吊り上げる
ことができる。

【００５０】次に、２組目のコイルの高さ１７０、１１
０、１８０のデータより、コイル１１の両端面に巻き芯
１７、１８が存在すること、及び高さの最大値１１０と
台車１３、スキッド１５の高さから前記に準じ、コイル
１１の外径がわかる。また、高さ１７０と１８０の両端
面のデータより、巻き芯１７、１８を含むコイル１１の
幅Ｗ２、及びＹ方向の中心座標が計算できる。これらの
結果より、吊り具２３により、この巻き芯を含むコイル
１１を吊り上げることができる。

【００５１】次に、３組目のコイルの高さ１２０と１９
０のデータより巻きずれ１９の存在、及び高さの最大値
１２０と台車１３、スキッド１５の高さからコイル１２
の外径がわかる。また、高さ１２０と１９０の両端面の
データより、巻きずれを含むコイル１２の幅Ｗ３、及び
Ｙ方向の中心座標が計算できる。これらの結果より、吊
り具２３により、この巻きずれの生じたコイル１２を吊
り上げることができる。

【００５２】次に請求項３の発明について説明する。請
求項２記載の発明と同様の部品は同一の符号を用いてい
る。請求項２記載の発明に於いて、コイルを載置した台
車１３Ａが図示しないトレーラなどによってコイルヤー
ドに搬入されてくる場合、停止位置が必ずしも一定しな
いのが普通である。

【００５３】したがって、台車１３Ａに載置するコイル
が台車の停止位置ずれにより搬入方向即ちＹ方向にずれ
る場合がある。また、同様にコイルヤードの側壁６０に
対し、予め設定された位置からＸ方向にずれる場合があ
る。

【００５４】前記に於いて、コイルのＹ方向のずれは前
記距離分布データによりコイル位置が検出されるので、
問題がないが、Ｘ方向のずれに対してはレーザ距離計３
０を予め設定された所定位置より現在位置する台車１３
Ａの長手方向中心軸線上まで移動させる必要があり、そ
のためのＸ方向のずれ量を測定する手段が必要となる。

【００５５】このために請求項３の発明装置に於ては、
図７に示すようにコイルヤードの側壁６０に１個のレー
ザ距離計５０が設置されており、レーザ光５１をコイル
ヤードに搬入される台車１３Ａに向けて発射し、台車１
３Ａの長手方向側面と側壁６０との距離を測定するよう
に構成されている。

【００５６】台車１３Ａの横幅は一般に一定であるの
で、前記レーザ距離計５０によって台車１３Ａの側面
と、レーザ距離計５０との距離を測定することにより、
台車１３Ａの長手方向中心軸線位置が簡単に求められ
る。従って、測定の結果得られたトレーラ１３Ａの幅方
向の中心にレーザ光３１が照射するように、ガーダ２１
を走行移動し、さらに、クラブ２２をガーダ２１上で横
行させてレーザ距離計３０を走査すれば、請求項２記載
の発明と同様にコイルの吊り上げに必要なデータを得る
ことができる。

【００５７】なお前記に於いて、側壁６０に対して台車
１３Ａのコイルヤードへの進入方向が斜めであった場合
は、必要に応じてレーザ距離計５０を２個用いて台車１
３Ａの側壁に対する傾斜角度を算出し、この角度が零と
なるように台車１３Ａの向きを調整すればよい。

【００５８】次に、図８を参照して本発明装置の動作を
説明する。 （１）上位コンピュータ等の指令に基づき、コイルの形
状検知動作がスタートする。

【００５９】（２）台車１３の位置を距離計５０で測定
し、演算部４０は台車１３の長手方向中心軸線までの距
離を算出する（Ｓ１）。なお、台車１３が地面１７に固
定されている場合は、その位置を測定する必要はなく、
ステップ（Ｓ１）は省略できる。

【００６０】（３）レーザ距離計３０が台車１３の長手
方向中心軸線上に位置するように、クラブ２２をＸ方向
に横行移動しガーダ２１を走行移動しレーザ距離計３０
を走査開始点に移動する（Ｓ２）。

【００６１】（４）走査開始点を確認し（Ｓ３）、ＹＥ
Ｓなればレーザ距離計３０の発射部３２が点灯し（Ｓ
４）、ＮＯなればステップＳ２に戻る。

【００６２】（５）レーザ距離計３０を走査する。即
ち、クラブ２２をＹ方向に横行させながら（Ｓ５）、レ
ーザ距離計３０が距離分布データを採取し、演算部４０
のメモリにストアする（Ｓ６）。

【００６３】（６）走査が完了すると（Ｓ７）、発射部
３２が消灯する（Ｓ８）。

【００６４】（７）演算部４０は得られた距離分布デー
タに基づいてコイルの数、幅、中心座標、外径などの演
算を行い、コイルの位置形状を検出する（Ｓ９）。

【００６５】（８）全てのコイルについて演算したか確
認し（Ｓ１０）、ＹＥＳなれば演算結果を上位のコンピ
ュータ又はクレーンコントローラに報告し（Ｓ１１）、
以上の動作をストップする。ステップ１０に於いて、Ｎ
Ｏなれば次のコイルの演算を行う（ステップ１２）。

【００６６】前記実施に於ては、コイルの中心軸方向が
台車の長手方向と略一致しており、かつ、１個のレーザ
距離計の発射部と受光部の位置が台車の幅方向に配置す
るものとしたが、これとは逆に、コイルの軸方向が台車
の幅方向と略一致しており、かつ、レーザ距離計の各部
の位置が台車の長手方向と略一致するように配置される
ものであってもよい。

【００６７】以上説明した実施の態様に於いて、レーザ
光の替わりに他の光、又は超音波などを用いても同様の
機能を有することは言うまでもない。この場合には、検
出部としての受光部３４は受信部３４として動作する。
なお、本実施例では距離計３０をクラブ２２に一体化し
て取り付けた例を示したが、これに限るものではなく、
ガーダ２１の下に取り付けてもよいし、他の場所に取り
付けてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１及び２記載の発明は、台車の長手方向中心軸線上に
コイルの中心軸線が略一致するようにコイルを載置し、
レーザ距離計の発射部と受光部の位置を台車の長手方向
に対する略直角方向に配置しているので、コイルの端面
の巻きずれ、巻き芯の飛び出し量、などの値を、たとえ
それがコイルのどちら側にあったとしても、簡単な四則
演算で測定可能となる。したがって、高速処理、信頼性
を要求する自動クレーンなどにおけるコイル位置形状検
出方法及びその装置として最適である。

【００６９】また、台車そのものには何も細工をしてい
ないので、従来必要であった台車上のコイル位置検知用
反射テープなどのメンテナンスは何もする必要は無い。

【００７０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加えて、台車がトレーラなどにより搬入され
るため、その位置が毎回異なるような場合であっても、
台車の位置を直接測定できるので、正確なコイル位置及
び形状認識が可能であり、また、台車上のコイル位置が
変化したような場合でも正確にコイル位置及び形状検出
ができるので、コイル運搬に際し省人化が図れるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２に係る図面であって、本発明方
法を適用する本発明装置の構成を説明する正面図であ
る。

【図２】同側面図である。

【図３】距離計による距離分布実測結果の一を説明する
正面図である。

【図４】図４から図６にかけては円柱状物体の直径の算
式を説明するための図面であって、図４は円柱状物体の
径が小さい場合を示す説明図である。

【図５】図４に於いて前記径が大きい場合を示す説明図
である。

【図６】図４、図５と算出条件が変わる境界を示す説明
図である。

【図７】図７から図８にかけては請求項３に係る図面で
あって、図７は本発明装置の構成を説明する正面図であ
る。

【図８】本発明装置の動作を説明するフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０、１１、１２ コイル １３ 台車 １５ スキッド １６、１９ 巻きずれ １７、１８ 巻き芯 ２０ 天井クレーン ２１ ガーダ ２２ クラブ ２３ コイル吊り具 ３０ レーザ距離計 ４０ 演算部 ５０ レーザ距離計

【数１】

【数２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スキッドによって台車の長手方向中心軸
   線上に、その中心軸線を略一致せしめて位置決め載置さ
   れた１個又は複数個の円柱状物体に、１個の光又は超音
   波を台車の長手方向中心軸線に沿って走査し、円柱状物
   体から反射する反射光又は反射波を受光又は受信するこ
   とにより円柱状物体までの距離分布データを作成し、こ
   の距離分布データより得られた円柱状物体の高さの値及
   び台車とスキッドとの形状から円柱状物体の直径を数１
   又は数２を用いて演算し、前記距離分布データより得ら
   れた円柱状物体の両端面の位置から円柱状物体の幅、形
   状及び高さ方向の中心座標を算出し、以下同様にして他
   の円柱状物体について演算することを特徴とする円柱状
   物体の位置形状検出方法。
2. 【請求項２】 １個の光又は超音波を台車に載置した円
   柱状物体に走査し、円柱状物体から反射する反射光又は
   反射波を検知することにより円柱状物体の位置形状を演
   算する円柱状物体の位置形状検出装置であって、円柱状
   物体の１個又は複数個をスキッドによってその長手方向
   中心軸線上に略一致せしめて位置決め載置された台車
   と、前記台車の長手方向中心軸線と略直交する方向に配
   置され光又は超音波を発射する発射部と反射光又は反射
   波を受光又は受信する検知部とを有する１個のレーザ距
   離計又は超音波距離計と、レーザ距離計又は超音波距離
   計を台車の長手方向中心軸線に沿って走査することによ
   り距離分布データを作成し、この距離分布データに基づ
   いて円柱状物体の直径、幅、形状、高さ方向の中心座標
   を演算する演算部とを具備したことを特徴とする円柱状
   物体の位置形状検出装置。
3. 【請求項３】 前記台車が出入するヤードの側壁に設け
   られ台車の長手方向側面と前記側壁との距離を測定する
   光又は超音波距離計を具備したことを特徴とする請求項
   ２記載の円柱状物体の位置形状検出装置。