TWI644851B - Steel coil center coordinate detecting device and method thereof - Google Patents

Abstract

本發明之鋼捲中心座標偵測裝置包含：一大車，能夠沿著X方向水平移動；一小車，能夠在該大車上沿著Y方向水平移動；一夾具，利用一鋼索吊掛在該小車下方，該鋼索可拉動該夾具使其進行Z方向的垂直移動，該夾具係具有一第一吊鉤及一第二吊鉤，其中該第一吊鉤與該第二吊鉤在該X方向上的距離係可調整，以用來夾取放置在地面上的一鋼捲，其中該鋼捲具有兩相對的端面；以及兩光電開關，設置在該第一吊鉤上，其中當該夾具的該第一吊鉤與該第二吊鉤分別從該鋼捲的兩端面旁下降經過該鋼捲內緣的旁邊時，該兩光電開關會分別產生一信號。

Description

鋼捲中心座標偵測裝置及其方法

本發明係有關一種中心座標偵測裝置及其方法，更特別有關一種鋼捲中心座標偵測裝置及其方法。

天車在夾取鋼捲時，若夾具未對準鋼捲中心，在吊升時容易使鋼捲滾動連帶使夾具晃動，影響鋼捲吊運穩定度。天車指揮系統之鋼捲倉儲資料庫所記錄之鋼捲中心座標，可能因包裝厚度、枕木高度、鋼捲堆疊位置偏移等因素，使得系統估算出之鋼捲中心三維座標與實際堆放之鋼捲座標不一致。因此，在無人操作之自動化天車上，為確保能順利夾取鋼捲，一般都會裝設影像辨識系統，掃描鋼捲外型，以判斷鋼捲中心位置座標，使天車可依辨識結果修正夾具位置，對準鋼捲中心順利夾取鋼捲。

然而，建置影像辨識系統需採用雷射掃描器擷取鋼捲外型資料，並搭配電腦分析計算，雖然影像辨識結果精確，但建置成本較高。

有鑑於此，便有需要提出一種方案，以解決上述問題。

本發明之目的在於提供一種鋼捲中心座標偵測裝置。

為達上述目的，本發明之鋼捲中心座標偵測裝置包含：一大車，能夠沿著X方向水平移動；一小車，能夠在該大車上沿著Y方向水平移動，其中該Y方向係垂直於該X方向；一夾具，利用一鋼索吊掛在該小車下方，該鋼索可拉動該夾具使其進行Z方向的垂直移動，其中該Z方向係垂直於該X方向和該Y方向，該夾具係具有一第一吊鉤及一第二吊鉤，其中該第一吊鉤與該第二吊鉤在該X方向上的距離係可調整，以用來夾取放置在地面上的一鋼捲，其中該鋼捲具有兩相對的端面；以及兩光電開關，設置在該第一吊鉤上，其中當該夾具的該第一吊鉤與該第二吊鉤分別從該鋼捲的兩端面旁下降經過該鋼捲內緣的旁邊時，該兩光電開關會分別產生一信號。

本發明另提供一種鋼捲中心座標偵測方法，係根據該兩光電開關產生該兩信號時的座標位置，用來計算出該鋼捲中心的位置座標。

根據本發明之鋼捲中心座標偵測方法，利用夾具上的光電開關以及光電開關通過鋼捲內緣時所記錄之夾具座標，在鋼捲內徑已知的情形下，可推算鋼捲實際中心座標，供自動化天車將夾具移動至正確鋼捲中心位置，以順利夾取鋼捲。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文特舉本發明實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。

請參照圖1，本發明之鋼捲中心座標偵測裝置包含有一天車110，該天車110包含有一大車111及一小車112，其中大車111可在一對水平設置且沿著X方向延伸的軌道190上移動。小車112則設置在大車111上，並能夠在大車111上進行Y方向的水平移動，其中Y方向係垂直X方向。小車112下方利用鋼索125吊掛一夾具120，該鋼索125可拉動夾具120使其進行Z方向的垂直移動，其中Z方向係垂直於X方向和Y方向。夾具120包含有一對沿著X方向設置的吊鉤121、122，該兩吊鉤121、122在X方向上的距離係可調整，以用來夾取放置在地面上的鋼捲190。為了得知大車111和小車112的位置，大車111上固定有一大車雷射測距儀141和一小車雷射測距儀142，其中大車雷射測距儀141可用來量測至一固定物，例如是一面牆的距離，藉此計算大車111在X方向上的位置，而小車雷射測距儀142則用來量測至小車112的距離，藉此計算小車112在Y方向上的位置。為了得知夾具120目前的高度，小車112上設置有絕對型編碼器143，其可用來計算鋼索125目前向下伸出的長度，藉此計算出夾具120目前在Z方向上的位置。除此之外，吊鉤121上設置有兩個反射式的光電開關131、132，各該光電開關131、132可射出一道光束，若此光束反射回被原光電開關131、132所接收，則會產生一信號。

根據本發明之鋼捲中心座標偵測裝置，其中假設鋼捲190的內徑為r，而軸心平行X方向，且鋼捲190的兩端面垂直於X方向。光電開關131、132在X方向和Z方向上的位置皆相同，僅Y方向上的位置不同，且兩者間的距離為a。

請參照圖2a及2b，當夾具120下降使得吊鉤121上的光電開關131、132經過鋼捲190的外緣191時，此時光電開關131、132射出的光束會被鋼捲190的端面反射，因此光電開關131、132產生了ON信號。請參照圖3a及3b，當夾具120繼續下降使得吊鉤121上的光電開關131、132經過鋼捲190內緣192時，這時光電開關131、132射出的光束不再被鋼捲190端面反射，因此光電開關131、132產生了OFF信號。

下面說明如何利用本發明之鋼捲中心座標偵測裝置來偵測鋼捲中心座標。首先，請參照圖4，其中：

座標(y ₁, z ₁)表示光電開關131下降經過鋼捲190內緣192信號由ON轉成OFF時的Y座標和Z座標；

座標(y ₂, z ₂)表示光電開關132下降經過鋼捲190內緣192信號由ON轉成OFF時的Y座標和Z座標；

座標(y _c, z _c)表示實際鋼捲190內緣192中心的Y座標和Z座標；

a=|y ₂-y ₁|；

b=|z ₂-z ₁|；

c=(a ²+b ²) ^1/2；

d為鋼捲190內緣192中心相較於光電開關131、132中心點的偏移距離；以及

r為鋼捲190的內徑。

根據光電開關131、132在Z方向的座標，可判別夾具120是偏向鋼捲190內緣192的左側或右側。因為光電開關132是位在光電開關131的右側，當z ₂＞z ₁，表示光電開關131、132及夾具120是偏向鋼捲190內緣192的左側；當z ₂＜z ₁，表示光電開關131、132及夾具120是偏向鋼捲190內緣192的右側。

根據上述資料，可計算出 與 之夾角 。若a ＜r，可定義出一個虛擬角度 ，而若a ≧ r，則可定義虛擬角度

因此，當 ＜ ，則表示光電開關131、132及夾具120跨過鋼捲190內緣192中心；而當 ＞ ，則表示光電開關131、132及夾具120未跨過鋼捲190內緣192中心。

根據夾具120是偏向鋼捲190內緣192的左側或右側，以及夾具120是否跨過鋼捲190內緣192中心，可計算出實際鋼捲190內緣192中心座標(y _c, z _c)以及鋼捲190中心相較於光電開關131、132中心點的偏移距離d。

以下說明如何計算出鋼捲190內緣192中心座標(y _c, z _c)以及鋼捲190中心相較於光電開關131、132中心點的偏移距離d。

請參照圖5a、5b及5c，其所顯示者z ₂皆大於z ₁，表示夾具120是偏向鋼捲190內緣192的左側。而圖5a所示者，表示光電開關131、132跨越鋼捲190內緣192中心。根據三角關係，可以計算得到：

圖5b所示者，係表示光電開關131、132未跨越鋼捲190內緣192中心。根據三角關係，可以計算得到：

圖5c所示者，則表示光電開關132位在鋼捲190內緣192中心的正上方。根據三角關係，可以計算得到：

請參照圖6a、6b及6c，其所顯示者z ₁皆大於z ₂，表示夾具120是偏向鋼捲190內緣192的右側。而圖6a所示者，表示光電開關131、132跨越鋼捲190內緣192中心。根據三角關係，可以計算得到：

圖6b所示者，係表示光電開關131、132未跨越鋼捲190內緣192中心。根據三角關係，可以計算得到：

圖6c所示者，則表示光電開關132位在鋼捲190內緣192中心的正上方。根據三角關係，可以計算得到：

請參照圖7，其顯示者係z ₁等於z ₂，表示光電開關131、132中心點是位於鋼捲190內緣192中心點的正上方。根據三角關係，可以計算得到：

以下對於本發明之鋼捲中心座標偵測方法進行驗證。

在a=|y ₂-y ₁|小於鋼捲內徑r的情況下，產生一組半徑r = 0.305 M之圓形座標資料來模擬鋼捲內徑座標，圖中的圓中心座標為(0,0)，假設夾具120上兩顆光電開關131、132在Y方向上的距離為a = 0.27 M，如圖8所示。

將鋼捲190內徑上半圓周座標資料由-Y至+Y方向每隔0.27 M取兩組座標資料，模擬夾具120下降時光電開關131、132先後被鋼捲190遮斷時所取得的各種偏心座標資料，並代入前述計算方法，求得在Y方向應修正的偏心距離d。圖9之X軸為鋼捲中心與夾具中心之距離偏差量，其單位為公尺(M)，Y軸為計算出應修正之距離，其單位為公尺。由圖可看出，鋼捲偏心距離與計算出應修正的距離幾乎相同，誤差可精確到10 ^-3。

而在a=|y2-y1|大於鋼捲內徑r的情況下，產生一組半徑r = 0.254 M之圓形座標資料來模擬鋼捲內徑座標，圖中的圓中心座標為(0,0)，假設夾具120上兩顆光電開關131、132在方向上的距離a = 0.27 M，如圖10所示。

將鋼捲190內徑上半圓周座標資料由-Y至+Y方向每隔0.27 M取兩組座標資料，模擬夾具120下降時光電開關131、132先後被鋼捲190遮斷時所取得的各種偏心座標資料，並代入前述計算方法，求得在Y方向應修正的偏心距離d。圖11之X軸為鋼捲中心與夾具中心之距離偏差量，其其單位為公尺，Y軸為計算出應修正之距離，其單位為公尺。由圖可看出，鋼捲偏心距離與計算出應修正的距離幾乎相同，誤差可精確到10 ^-3。

由上述模擬結果可知，本發明之鋼捲中心座標偵測方法可適用於各種尺寸之鋼捲內徑，且偏心距離誤差可精確到10 ^-3。

根據本發明之鋼捲中心座標偵測方法，利用夾具上的光電開關以及光電開關通過鋼捲內緣時所記錄之夾具座標，在鋼捲內徑已知的情形下，可推算鋼捲實際中心座標，供自動化天車將夾具移動至正確鋼捲中心位置，以順利夾取鋼捲。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧天車

111‧‧‧大車

112‧‧‧小車

120‧‧‧夾具

121‧‧‧吊鉤

122‧‧‧吊鉤

125‧‧‧鋼索

131‧‧‧光電開關

132‧‧‧光電開關

141‧‧‧大車雷射測距儀

142‧‧‧小車雷射測距儀

143‧‧‧絕對型編碼器

190‧‧‧鋼捲

191‧‧‧外緣

192‧‧‧內緣

a‧‧‧距離

b‧‧‧距離

c‧‧‧距離

d‧‧‧距離

r‧‧‧內徑

t‧‧‧距離

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Z‧‧‧方向

θ₁‧‧‧角度

θ₂‧‧‧角度

θ₃‧‧‧角度

θ₄‧‧‧角度

(y₁, z₁)‧‧‧座標

(y₂, z₂)‧‧‧座標

(y_c, z_c)‧‧‧座標

圖1為本發明之鋼捲中心座標偵測裝置的示意圖。 圖2a顯示本發明之鋼捲中心座標偵測裝置中裝設在夾具上的光電開關面對鋼捲端面的局部前視圖。 圖2b顯示本發明之鋼捲中心座標偵測裝置中裝設在夾具上的光電開關面對鋼捲端面的局部側視圖。 圖3a顯示本發明之鋼捲中心座標偵測裝置中裝設在夾具上的光電開關面對鋼捲中空內徑的局部前視圖。 圖3b顯示本發明之鋼捲中心座標偵測裝置中裝設在夾具上的光電開關面對鋼捲中空內徑的局部側視圖。 圖4顯示本發明之鋼捲中心座標偵測方法中使用的參數。 圖5a、5b、5c、6a、6b、6c及7顯示本發明之鋼捲中心座標偵測方法中，各種不同態樣的計算方法。 圖8顯示在一種實施態樣下，驗證本發明之鋼捲中心座標偵測方法所使用的參數條件。 圖9顯示在圖8所使用的參數條件下，模擬結果的誤差量。 圖10顯示在另一種實施態樣下，驗證本發明之鋼捲中心座標偵測方法所使用的參數條件。 圖11顯示在圖10所使用的參數條件下，模擬結果的誤差量。

Claims (6)

1. 一種鋼捲中心座標偵測裝置，包含：一大車，能夠沿著X方向水平移動；一小車，能夠在該大車上沿著Y方向水平移動，其中該Y方向係垂直於該X方向；一夾具，利用一鋼索吊掛在該小車下方，該鋼索可拉動該夾具使其進行Z方向的垂直移動，其中該Z方向係垂直於該X方向和該Y方向，該夾具係具有一第一吊鉤及一第二吊鉤，其中該第一吊鉤與該第二吊鉤在該X方向上的距離係可調整，以用來夾取放置在地面上的一鋼捲，其中該鋼捲具有兩相對的端面；以及兩光電開關，設置在該第一吊鉤上，其中當該夾具的該第一吊鉤與該第二吊鉤分別從該鋼捲的兩端面旁下降經過該鋼捲內緣的旁邊時，該兩光電開關會分別產生一信號，其中該兩光電開關產生該兩信號時的座標位置係用來計算該鋼捲中心的位置座標。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋼捲中心座標偵測裝置，更包含：一大車雷射測距儀，固定在該大車上，其中該大車雷射測距儀係用來量測至一固定物的距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鋼捲中心座標偵測裝置，更包含： 一小車雷射測距儀，固定在該大車上，其中該小車雷射測距儀係用來量測至該小車的距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鋼捲中心座標偵測裝置，更包含：一絕對型編碼器，用來計算該鋼索目前向下伸出的長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鋼捲中心座標偵測裝置，其中該兩光電開關係為反射式的光電開關。
6. 一種鋼捲中心座標偵測方法，包含：提供如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之鋼捲中心座標偵測裝置；以及根據該兩光電開關產生該兩信號時的座標位置，用來計算出該鋼捲中心的位置座標。