JP2000329520A

JP2000329520A - コイル位置検出装置

Info

Publication number: JP2000329520A
Application number: JP11137565A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Inomata; 雅一猪股; Hiroyuki Sugiura; 寛幸杉浦; Mitsuaki Uesugi; 満昭上杉
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】鏡面状でも、位置を正確に演算できるコイル
位置検出装置を得る。【解決手段】レーザスリット光を照射するスリット光
走査装置１２と、画像を撮像するテレビカメラ１０と、
明るさが変化した部分を抽出し、２値化処理画像を作成
する画像合成装置１４と、明るさが変化した部分の断面
形状データを算出する形状演算装置１６と、コイル部分
の断面形状データを抽出し、コイルの幅、幅の中心位
置、コイルの径及び径の中心位置を算出するコイル演算
装置１８とを備え、スリット光走査装置１２は、コイル
を径方向に見た場合、複数の明るさが変化した部分が存
在するようにレーザスリット光を照射し、コイル演算装
置１８は、断面形状データをコイル径方向に投影した
際、複数の断面形状データが存在する部分についてコイ
ルの幅及び幅方向中心位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の位置・高さ
等の３次元形状（位置）を非接触で計測する装置であっ
て、特に製鉄所のコイルヤードで無人化運転される天井
クレーンに備えられ、コイルの中心位置等を検出するコ
イル位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の位置・高さ等の３次元情報を簡便
に計測する方法として、従来から光切断法がよく知られ
ている。この光切断法においては、被測定物にレーザス
リット光を照射し、被測定物表面に写し出されるレーザ
スリット光の形状パターン（光切断線）を、レーザスリ
ット光の照射方向とは別の方向からテレビカメラで撮像
する。このとき、被測定物に凹凸があれば、光切断線は
撮像した画像上で被測定物の凹凸に応じて変形する。そ
こで、テレビカメラで撮像したときの光切断線の位置
（変形量）と、レーザスリット光の投光角度から、三角
測量の原理に基づいて被測定物の形状を演算する。この
被測定物をコイルとし、コイルヤードにあるコイルの
幅、径中心位置等の測定に応用したのがコイル位置測定
装置である。

【０００３】次に、この方法をコイル位置測定装置に適
用した場合について説明する。テレビカメラで撮像し、
処理した画像においては、通常、光切断線の部分が明る
い（つまり、輝度が高い）。そこで、２値化処理により
高輝度部分と低輝度部分とに分け、高輝度部分だけを抽
出する。そして抽出した部分とレーザスリット光の投光
角度から三角測量の原理に基づいてコイルの３次元形状
を演算する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、コイル位
置検出装置は、スリット状のレーザ光をコイル表面に照
射し、そのコイル表面に現れる光切断線を撮像して３次
元の形状データを作成し、その形状データ及びレーザの
投光角度とに基づいてコイルの中心位置等を演算する。
そして、その演算結果を利用してクレーンを制御し、コ
イル運搬等を行う。ここで、検出対象であるコイルの表
面性状が照射光を拡散反射する拡散性状であれば、コイ
ル表面に照射したレーザ光は、広い角度にわたって拡散
反射する。そのため、コイルの形状に関わらず、テレビ
カメラに入力する光の強さは常に安定する。

【０００５】しかし、レーザ光照射対象のコイル表面の
性状が鏡面状に近い場合には、照射したレーザ光は拡散
反射せずに正反射（＝鏡面反射）する。したがって、レ
ーザ光を照射するコイル表面位置によって、テレビカメ
ラに入力する光の強さは大きく変化する。

【０００６】図１１は、レーザ光を照射するコイルの位
置とテレビカメラとの位置関係とを表した図である。例
えば、コイル表面の性状により、照射したレーザ光が拡
散する場合は、レーザ光をＡ点に照射してもＢ点に照射
してもテレビカメラに入力する光の強さはほぼ一定であ
る。一方、コイル表面の性状により、照射したレーザ光
が正反射する場合には、Ａ点に照射した時には、正反射
した光はテレビカメラに入力しないので、テレビカメラ
に入力される光は強くない。しかし、Ｂ点に照射した時
には、正反射した光がテレビカメラに入り込むため、こ
のときの光は非常に強くなる。ここで、通常、コイルの
形状は円筒形であることから、このようにテレビカメラ
に正反射光が入力する時のレーザ光照射位置は、レーザ
光源とテレビカメラの配置とコイル表面の傾きとによっ
て決まり、その位置はコイル表面の特定部分に限定され
る。

【０００７】図１２は撮像処理した画面を表した図であ
る。正反射を起こすような表面性状のコイルでの位置検
出を従来通りの方法で行うと、上述のようにレーザ光
源、コイルの形状及びテレビカメラの位置関係によって
は、テレビカメラに正反射光が入力される場合がある。
テレビカメラに正反射光のような非常に強い光が入る
と、テレビカメラのレンズ及び撮像面（例えば、ＣＣ
Ｄ）で構成される光学系内部では、入力した光が反射、
散乱等を起こす。そのため、撮像面において結像された
その光は、実際のレーザ光より広がりをもつ。また、場
合によっては、レンズと撮像面との間で生じるゴースト
画像が映り込む等の現象を生じることがある。そのた
め、画面上では、実際得られるべき照射部分以外の部分
でも輝度が高い部分が生じることとなり、レーザ光の照
射による光切断線を正確に検出することができない。

【０００８】したがって、テレビカメラがその反射光を
受ける位置によっては、正反射により生じた光の広がり
が、真のコイルエッジより外側にまで達してしまう場合
がある。そのため、コイルが実在しない部分について
も、あたかもコイルが存在するかのように検出されてし
まう。従来の位置検出装置でコイル幅、中心位置を演算
した場合、光が広がった分だけ、コイル幅を広く検出し
てしまうために、正確なコイル幅等が求められないとい
う問題点があった。

【０００９】本発明は上記のような問題を解決するため
のものであり、コイル表面の性状が鏡面状であっても、
コイルの位置を正確に演算できるようなコイル位置検出
装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコイル位置
検出装置は、コイルの運搬を行う天井クレーンに取り付
けられ、コイルに複数の直線状レーザスリット光を照射
するレーザ光投光手段と、天井クレーンに取り付けら
れ、コイルを被写体とした画像を撮像する撮像手段と、
撮像手段が撮像した画像を処理して、各レーザスリット
光の照射により明るさが変化した部分を判断して抽出
し、処理画像を作成する画像合成手段と、処理画像に基
づいて、明るさが変化した部分の３次元形状データを算
出する形状演算手段と、形状演算手段が算出した３次元
形状データのうち、コイル部分の３次元形状データを判
断して抽出し、抽出した３次元形状データをコイルの径
方向に投影して、少なくともコイルの幅及び幅の中心位
置を算出し、また、抽出した３次元形状データをコイル
の幅方向に投影して、少なくともコイルの径及び径の中
心位置を算出するコイル演算手段とを備え、レーザ光投
光手段は、コイルを径方向に見た場合、どの位置におい
ても、複数のレーザスリット光の照射による明るさが変
化した部分が存在するように各レーザスリット光を照射
し、また、コイル演算手段は、コイル部分と判断して抽
出した３次元形状データをコイル径方向に投影した際、
複数のレーザスリット光の照射により算出された複数の
３次元形状データが存在する部分に基づいて、少なくと
もコイルの幅及び幅方向中心位置を算出するものであ
る。本発明においては、レーザ光投光手段は、コイルの
運搬を行う天井クレーンに取り付けられ、複数の直線状
レーザスリット光をコイルを切断するように照射する。
照射する際、コイルを径方向にみたときに、コイルのど
の位置においても、必ず複数のレーザスリット光の照射
部分が存在するように照射する。撮像手段が撮像した画
像を画像合成手段が処理し、各レーザスリット光の照射
により明るさが変化した部分を判断して抽出し、処理画
像を作成する。形状演算手段は、処理画像に基づいて３
次元形状データを作成する。コイル演算手段は、コイル
の３次元形状データをコイルの径方向に投影し、コイル
の幅方向中心位置及びコイル幅を求め、また、コイルの
３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの
径方向中心位置及びコイル径を求める。形状演算手段が
算出した３次元形状データのうち、コイル部分の３次元
形状データを判断して抽出し、抽出した３次元形状デー
タをコイルの径方向に投影してコイルの幅及び幅の中心
位置を算出する。その際、複数のレーザスリット光の照
射により算出された複数の３次元形状データが存在する
部分に基づいて、コイルの幅及び幅の中心位置を算出す
る。また、抽出した３次元形状データをコイルの幅方向
に投影してコイルの径及び径の中心位置を算出する。

【００１１】また、本発明に係るコイル位置検出装置に
おいて、レーザ光投光手段は、各レーザスリット光の投
光角度を表す投光角度信号を出力し、コイル演算装置
は、複数のレーザスリット光の照射により複数の３次元
形状データが存在する部分の判断を、投光角度信号に基
づいて行うものである。本発明においては、レーザ光投
光手段は、レーザスリット光の照射により得られる情報
である投光角度信号を出力する。コイル演算手段は、径
方向の投影において、複数のレーザスリット光の照射に
より複数の３次元形状データが存在する部分の判断を投
光角度信号に基づいて行う。

【００１２】また、本発明に係るコイル位置検出装置に
おいて、レーザ光投光手段は、レーザスポットを２次元
的に走査して複数のレーザスリット光を照射するもので
ある。本発明においては、レーザ光投光手段は、複数の
レーザスリット光を照射する際、レーザ光の点であるレ
ーザスポットを２次元的に走査して照射する。

【００１３】また、本発明に係るコイル位置検出装置に
おいては、コイル演算手段は、３次元形状データをコイ
ルの径方向に投影する際、コイルの径を垂線とし、かつ
天井クレーンに鉛直な線分と平行な面に投影する。本発
明においては、コイル演算手段は、３次元形状データを
コイルの径方向に投影する際、コイルの径を垂線とし、
かつ天井クレーンに鉛直な線分と平行な面に投影し、必
ずコイルの最も高い部分が含まれるようにする。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明のコイ
ル計測装置の計測原理を説明するための構成図である。
図では、基準面（床面）１上にコイル３が置かれてい
る。撮像手段となるテレビカメラ１０は、基準面１にそ
の中心軸が直交するように配置され、撮像画像を映像信
号に変換して送信する。レーザ光投光手段となるスリッ
ト光走査装置１２は、テレビカメラ１０とは異なった位
置に配置されている。スリット光走査装置１２は、レー
ザスポット光からレーザスリット光１２ａを生成させる
とともにそれを走査し、コイル３を切断させるように照
射する。また、その走査に基づいた投光角度θを表す投
光角度信号を送信する。画像合成手段となる画像合成装
置１４は、テレビカメラ１０から送信された映像信号及
びスリット光走査装置１２から送信された投光角度信号
に基づいて、２値処理画像信号及び投光角度画像信号を
生成処理する。形状演算手段となる形状演算装置１６
は、画像合成装置１４が生成処理した２値処理画像信号
及び投光角度画像信号に基づいて３次元の断面形状デー
タを演算する。コイル演算手段となるコイル演算装置１
８は形状演算装置１６が求めた３次元の断面形状データ
に基づいて、コイル３の径、幅等を求める。その際に、
正反射に基づくレーザスポット光の広がりにより生じる
成分を除去する。コイル位置検出装置の構成は以上であ
るが、図１のコイル位置検出装置の全体動作を説明する
前に、測定方法、画像合成方法、レーザスリット光の位
置と投光角度θとの関係及び形状演算原理の観点から、
それぞれ関連する装置の動作について説明する。

【００１５】（Ａ）測定方法図２はスリット光走査装置１２の構成を示した図であ
る。図２に基づいて本実施の形態の測定方法について説
明する。測定方法は、一般的に光切断法と呼ばれる方法
を用いる。図において、半導体レーザ２０は、レーザス
ポット光を発する。駆動モータ２２ａは、第１の走査ミ
ラー２２の回転を制御する。第１の走査ミラー２２は、
回転しながら半導体レーザ２０が発するレーザスポット
光を反射する。これにより、レーザスポット光が走査
し、レーザスリット光が生成される。ここで、駆動モー
タ２２ａは、生成されたレーザスリット光の向きが図１
のｙ軸方向となるように第１の走査ミラー２２の回転を
制御する。また、駆動モータ２４ａは、第２の走査ミラ
ー２４の回転を制御し、生成されたレーザスリット光の
照射位置を、図１のｘ軸方向に対して制御する。これに
より、生成されたレーザスリット光がｘ軸方向に走査さ
れ、複数のレーザスリット光が照射される。そして、同
時に第２の走査ミラー２４により定められる投光角度θ
を、投光角度信号として画像合成装置１４に送信する。
テレビカメラ１０は、撮像した画像を映像信号として画
像合成装置１４に出力する。

【００１６】そして、第２の走査ミラー２４をθからΔ
θだけ回転させて再度実行する。このような動作を適当
回繰り返す。ここで、コイル位置等の計測のためには投
光角度θの値が必要であり、コイル上にレーザスリット
光を適当数照射でき、θの値が確定できれば、回転させ
るΔθの値はその都度同じでなくてもかまわない。

【００１７】画像合成装置１４は、テレビカメラ１０の
映像信号を、各々の光切断線による映像信号を合成しな
がら処理する。そして、映像信号と投光角度信号とから
２値処理画像信号及び投光角度画像信号を生成する。形
状演算装置１６は、画像合成装置１４が画像処理した２
値処理画像信号及び投光角度画像信号を用いて、３次元
の断面形状データを複数演算する。これらの演算結果に
基づいて、コイル３の全体形状を得る。

【００１８】ここで、測定精度を上げるため、光切断線
（投射角θのレーザスリット光）と光切断線（投射角θ
＋Δθのレーザスリット光）との間に不要にレーザ光を
照射しないようにする必要がある。そこで、図２のスリ
ット光走査装置１２には、遮蔽板２６を設けている。こ
れを駆動モータ２４ａと同期させて制御し、レーザスリ
ット光の投光角度θがθ＋Δθに変化するまでの間は、
レーザスリット光がコイル３に照射されないようにす
る。これは、レーザスリット光の投光角度θがθ＋Δθ
に変化するまでの間、半導体レーザ２０にレーザスポッ
ト光を発生させないようにしても実現できる。なお、第
２の走査ミラー２４の回転ピッチΔθを細かくするほど
コイル３の形状分解能は向上する。しかし、その一方で
演算処理が多くなり、測定時間は長くなる。

【００１９】コイル演算装置１８は、それぞれの形状デ
ータ及び投光角度θに基づいてコイルの中心位置、幅等
を算出する。

【００２０】（Ｂ）画像合成方法図３は画像合成装置１４の構成を示すブロック図であ
る。テレビカメラ１０から送信される映像信号は、Ａ／
Ｄ変換器３０によりデジタル信号に変換され、最大輝度
画像演算部３１に入力される。最大輝度画像演算部３１
は、コンパレータ３１ａ、セレクタ３１ｂ及び最大輝度
画像メモリ３２で構成されている。この最大輝度画像演
算部３１は、コンパレータ３１ａ及びセレクタ３１ｂに
より各画素領域の最大輝度レベルの映像信号を求め、最
大輝度画像メモリ３２内の該当する画素領域に格納す
る。

【００２１】この最大輝度画像演算部３１が最大輝度画
像信号を格納するまでの処理手順を詳細に説明する。Ａ
／Ｄ変換器３０を介してある画素領域の映像信号ａ_c が
入力されると、コンパレータ３１ａは、最大輝度画像メ
モリ３２から、映像信号ａ_cに対応する画素領域の信号
ａ_m を読み出す。そして、その映像信号ａ_c の輝度レベ
ルと最大輝度画像メモリ３２の信号ａ_m の輝度レベルと
を比較する。ここで、ａ_c ＞ａ_m の場合には、セレクタ
３１ｂ及びコード化画像演算部３４のセレクタ３４ａに
セレクタ信号を送信する。セレクタ３１ｂはセレクタ信
号が入力されると、最大輝度画像メモリ３２の信号ａ_m
をその映像信号ａ_c に書き換える（つまり、ａ_c ＝ａ
_m ）。また、ａ_c ≦ａ_m の場合は、書き換えない（つま
り、ａ_m ＝ａ_m ）。このような処理を、テレビカメラ１
０から入力されてくる映像信号ａ_cについて順次行う。
したがって、最大輝度画像メモリ３２には、各画素領域
の最大輝度画像レベルが最大輝度画像信号として格納さ
れる。

【００２２】また、スリット光走査装置１２から送信さ
れるレーザスリット光の投光角度信号は、Ａ／Ｄ変換器
３３によりデジタル信号に変換され、コード化画像演算
部３４に入力される。コード化画像演算部３４は、セレ
クタ３４ａ及び投光角度画像メモリ３５で構成されてい
る。このコード化画像演算部３４では、各画素領域につ
いて、最大輝度画像レベルが得られたときの投光角度信
号を、最大輝度画像メモリ３２に対応する投光角度画像
メモリ３５の画素領域に投光角度θを表す投光角度画像
信号としてコード化し、格納する。

【００２３】このコード化画像演算部３４が投光角度信
号を格納する処理手順を詳細に説明する。最大輝度画像
演算部３１のコンパレータ３１ａは、映像信号ａ_c の輝
度レベルと最大輝度画像メモリ３２の信号ａ_m の輝度レ
ベルとを比較し、ａ_c ＞ａ_mを満たすものと判断する
と、セレクタ信号を出力する。セレクタ３３ａがそのセ
レクタ信号を受け取ると、輝度レベルの比較対象となっ
た画素領域に対応する投光角度画像メモリ３４の信号ｂ
_m を、その時に送信される投光角度信号が表す投光角度
θをコード化した投光角度画像信号ｂ_c に書き換える。
このような処理を、テレビカメラ１０から入力されてく
る映像信号ａ_c 及びスリット光走査装置１２から入力さ
れてくる投光角度信号ｂ_c に基づいて順次行う。したが
って、角度信号画像メモリ３５には、各画素領域におい
て最大輝度画像レベルとなった時の投光角度θが投光角
度画像信号ｂ_m として格納される。

【００２４】更に、テレビカメラ１０から送信される映
像信号は、Ａ／Ｄ変換器３６によりデジタル信号に変換
され、最小輝度画像演算部３７に入力される。最小輝度
画像演算部３７は、コンパレータ３７ａ、セレクタ３７
ｂ及び最小輝度画像メモリ３８で構成されている。この
最小輝度画像演算部３７は、コンパレータ３７ａ及びセ
レクタ３７ｂにより、各画素領域の最小輝度レベルの映
像信号を求め、最小輝度画像メモリ３８内の該当する画
素領域に格納する。

【００２５】この最小輝度画像演算部３７が最小輝度画
像信号を格納するまでの処理手順を詳細に説明する。コ
ンパレータ３７ａは、Ａ／Ｄ変換器３６を介してある画
素領域の映像信号ａ_c が入力されると、最小輝度画像メ
モリ３８から、その映像信号ａ_c に対応する画素領域の
信号ａ_miを読み出す。そして、その映像信号ａ_c の輝度
レベルと最小輝度画像メモリ３８の信号ａ_miの輝度レベ
ルとを比較する。ここで、ａ_c ＜ａ_miの場合には、セレ
クタ３１ｂ及びコード化画像演算部３４のセレクタ３４
ａにセレクタ信号を送信する。セレクタ３１ｂはセレク
タ信号が入力されると、最小輝度画像メモリ３８の信号
ａ_miをその映像信号ａ_c に書き換える（つまり、ａ_c ＝
ａ_mi）。ａ_c ≧ａ_miの場合は、書き換えない（つまり、
ａ_mi＝ａ _mi）。このような処理を、テレビカメラ１０か
ら入力されてくる映像信号ａ_c について順次行う。した
がって、最小輝度画像メモリ３８には、画素領域の最小
輝度画像レベルが最小輝度画像信号として格納される。

【００２６】図４は画像合成装置１４の演算処理を概念
的に示した説明図である。図４（ａ）は、Ａ−Ａ’間の
最大輝度画像レベルを表した図である。図４（ｂ）は、
Ｂ−Ｂ’間の最小輝度画像レベルを表した図である。図
４（ｃ）は、Ｃ−Ｃ’（Ａ−Ａ’）間において、最大輝
度画像レベルを得たときの投光角度θを表した図であ
る。図４（ｂ）では、レーザスポット光以外の光の反射
光（背景光）に影響を受けたために、コイル部分の最小
輝度画像レベルが基準面の輝度よりも高くなっている。
画像合成装置１４は、上述のように、テレビカメラ１０
で撮像した映像信号をリアルタイム処理し、各画素領域
の最大輝度画像レベル及び最小輝度画像レベルを検出し
て各々最大輝度画像メモリ３２、最小輝度画像メモリ３
８に保持する。また、最大輝度画像レベルとなったタイ
ミング（通常、レーザスポット光が照射される位置で
は、視野内の対応する点に当たった時）での投光角度信
号を投光角度画像メモリ３５の、最大輝度画像メモリ３
２に対応する画素領域に記録する。したがって、複数の
レーザスリット光が合成された最大又は最小輝度画像信
号と投光角度画像信号とを同時に得ることができる。

【００２７】（Ｃ）レーザスリット光の位置と投光角度
情報の抽出上述の最大輝度画像信号、最小輝度画像信号及び投光角
度画像信号から、光切断線を抽出するために、次式
（１）に示す画像演算を行い、背景光（レーザ光以外の
影響により生ずる光）の影響による輝度レベルを差し引
く。輝度画像レベル＝最大輝度画像レベル−最小輝度画像レベル …（１）（１）式の画像演算により背景光の影響を差し引いた輝
度画像レベルを算出し、更に比較部３９において、予め
設定した閾値レベルで２値化処理し、閾値レベル以上の
高輝度の部分（通常、光切断線）だけを２値化処理画像
信号として抽出する。なお、本実施の形態においては、
上述のように、最小輝度画像演算を同時に行い、最大輝
度レベルと最小輝度レベルとの差を算出してから比較部
３９で２値化処理することにしているが、最大輝度画像
のみに基づいて、比較部３９で２値化処理を行い、高輝
度部分を抽出するようにしても良い。

【００２８】画像合成装置１４では、輝度画像メモリ３
９ａに記憶させた２値化処理画像信号を送信する。ま
た、投光角度画像メモリ３５から投光角度画像信号を送
信する。

【００２９】（Ｄ）形状演算原理次に２値化処理画像信号及び投光角度画像信号による、
三角測量法に基づいた３次元の断面形状データ演算につ
いて説明する。形状演算装置１６では、スリット光走査
装置１２により生成される複数のレーザスリット光につ
いて、その光切断線のそれぞれの３次元座標を演算する
ことによりコイル３の全体形状を求める。この形状演算
は三角測量の方式に基づいたものである。スリット光走
査装置１２からコイル３上にレーザスリット光１２ａを
投光角度θで投光する。その状態を撮像した画像から抽
出したレーザ光が当たった点（ｘ′，ｙ′）の高さｚ
（ｘ′，ｙ′）は、撮像画像のパースペクティブ効果を
考慮すると、次式（２）のような関係で表される。ｚ（ｘ′，ｙ′）＝Ｚ₀ −｛Ｘ₀ −（１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ）ｘ｝ ×tan θ（ｘ′，ｙ′） …（２）ｘ′ ：テレビカメラで撮像された画像の基準面上での
位置（ｘ軸方向）ｙ′ ：テレビカメラで撮像された画像の基準面上での
位置（ｙ軸方向）Ｘ₀ ：レーザ光走査回転軸のｘ座標Ｚ₀ ：レーザ光走査回転軸のｚ座標ａ：テレビカメラ−基準面間の距離 θ ：レーザスリット光投光角度上記の（２）式を変形すればレーザスリット光が当たっ
た点の高さｚ（ｘ′，ｙ′）は次式（３）で求まる。

【００３０】

【数１】

【００３１】また、画像上でレーザ光が抽出された点
（ｘ’，ｙ’）の３次元座標上での座標（ｘ，ｙ）は次
式（４）及び（５）で与えられる。ｘ＝｛１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ｝ｘ′ …（４）ｙ＝｛１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ｝ｙ′ …（５）

【００３２】以上の説明から明らかなように、レーザス
リット光が投光角度θでテレビカメラ１０の画像上の座
標（ｘ′，ｙ′）に検出された点の３次元座標（ｘ，
ｙ，ｚ）は上記の（３）、（４）、（５）式で求まる。
ここで、上記の（４）、（５）式は、コイル３とテレビ
カメラ１０との間の距離が有限であるためにテレビカメ
ラ１０に近いものほど大きく見えるというパースペクテ
ィブ効果に対する補正を施したものである。撮像した画
像を単に処理だけの２次元画像だけでは正確な形状検出
ができず、補正をすることが必要なことが分かる。

【００３３】図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１の
光学系（テレビカメラ１０、スリット光走査装置１２）
を天井クレーンに配置した場合における平配置図、正面
図及びテレビカメラ１０の視野内の映像をそれぞれ示し
た図である。同図（Ａ）に示されるように、テレビカメ
ラ１０は、トロリ３０の横行方向に対して時計回りに４
５°回転させた方向に、且つその光軸が鉛直方向下向き
に位置するように配置される。また、スリット光走査装
置１２は、トロリ３０上で、かつテレビカメラ１０のｘ
軸上に設置される。そして、生成するレーザスリット光
の向きがテレビカメラ１０のｙ軸方向に平行となるよう
に調整される。また、測定対象となるコイル３は、天井
クレーンの横行方向又は走行方向に平行に置かれてい
る。通常、ヤード内においては、コイル３は天井クレー
ンの横行方向又は走行方向の何れかに配置され、その配
置方向はヤードを管理しているシステムコンピュータに
おいて把握されているものなので、このようにコイル３
を配置することは可能である。したがって、本実施の形
態では、テレビカメラ１０によって撮像されるコイル３
の姿勢は、視野内で４５°傾いた（回転した）状態とな
っているものとする。

【００３４】スリット光走査装置１２は、レーザスポッ
ト光からレーザスリット光を生成し、コイル３を切断す
るように、テレビカメラ１０の視野内でそのレーザスリ
ット光を走査する。テレビカメラ１０はその状態を撮像
する。撮像した画像は、コイル３に対して斜め４５度方
向にレーザスリット光が照射された画像となる。画像合
成装置１４は上述の方法により合成画像を生成する。形
状演算装置１６は、その合成画像に基づいてレーザスリ
ット光が当たった部分（光切断線）の形状を上述の演算
式に基づいて演算する。各光切断線について演算を行う
ことにより、コイル・台車、床面等、テレビカメラ１０
の測定視野内の物体の複数の断面形状を得ることができ
る。

【００３５】次に、コイル演算装置１８はその断面形状
データを用いて、コイルの方が床面や台車より高いこと
から、コイルと周辺部（床面及び台車）とを高さの違い
から識別し、コイルと判断される部分の形状データのみ
を抽出する。更に、抽出されたコイルの断面形状のデー
タから、コイルの位置を検出するために、コイルの径方
向及び幅方向の投影形状のデータを求める。ここで、コ
イルの径方向へは、基準面１と垂直な面に投影するもの
とする。

【００３６】図６はコイルの径方向投影及び幅方向投影
の投影形状のデータを求める際の説明図である。図６で
は、説明を簡単にするために、レーザスリット光の数及
びスリット光走査装置１２の投光方向を、図５とは別に
している。ここでは、検出ヘッドであるテレビカメラ１
０の設置角度（４５°）分回転させた方向、すなわちト
ロリ３０の横行方向及び走行方向にそれぞれコイル３の
形状を投影する。コイル幅方向への投影では、各断面形
状のコイル幅方向に対する形状データの平均値を求め、
その値を幅方向の投影形状のデータとする。また、コイ
ル径方向への投影では、各断面形状のコイル径方向に対
する形状データの最大値を径方向の投影形状のデータと
する。

【００３７】図７はコイル３の性状が鏡面性状であった
場合の正反射を受けた状態を表す図である。コイル３が
鏡面性状の場合、コイル３に照射したレーザスリット光
の正反射光がテレビカメラ１０に入り込むことがある。
反射光が入り込む場合や入り込む部分は配置条件等によ
り異なるが、同じ条件では正反射光が入り込む部分は同
じである。ここで、テレビカメラ１０に反射光が入り込
む位置について考える。反射光が入り込む位置がコイル
３のコイルエッジとなるべき光が入り込む領域付近でな
ければ特に問題はない。しかし、コイルエッジとなる光
が入り込む領域付近に正反射光が入り込んだ場合、その
光が強いために光が広がって入力されるので、投影され
た径方向の投影形状も広がり、算出されるコイル幅は、
実際のコイル幅よりも広くなることがある。そこで、こ
のような広がった光を除去するための処理をコイル幅等
を算出する前に行うことにより、位置検出の精度を高め
ることができる。

【００３８】図８は投光角度θと径方向への投影形状と
の関係を表す図である。次に径方向の投影形状の余分な
部分を除去する方法について説明する。径方向における
投影は、径方向の各点における断面形状データの座標の
最大値を投影形状データの値としている。ここで、投影
形状のＡ点について考える。投影形状の処理を行う際に
は、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４の各断面形状データの座標
の最大値がＡ点における投影形状のデータとなる。径方
向の投影については、コイル３は必ず複数のレーザスリ
ット光による投影が行われるように、レーザスリット光
の間隔を設定しているので、図８では、投光角度画像信
号によると、断面形状データａ１、ａ２、ａ３、ａ４が
検出された時の投光角度は、それぞれθ５、θ６、θ
７、θ８である。

【００３９】次に投影形状のＢ点について考える。投影
処理を行う際には、ｂ１、ｂ２、ｂ３の各形状データの
座標の最大値をＢ点における投影データとする。投光角
度画像信号によると、断面形状データｂ１、ｂ２、ｂ３
が検出された時の投光角度は、すべてθ５となってい
る。このことから、反射光によって広がった光により算
出される断面形状データ（Ｂ’の範囲で算出される断面
形状データ）は、径方向の投影において、同じ投光角度
画像信号で記録されているものであることがわかる。し
たがって、同じ投光角度のみで算出される形状データの
部分を除くことにより、正確なコイル幅を得ることがで
きる。そこで、コイル演算装置１８は、入力される断面
形状データ及び投光角度画像信号に基づいて、このよう
な部分を除去する。

【００４０】図９は正反射光の影響を除去した後の状態
を表す図である。コイル幅の内側の部分では、反射光の
影響は残っているが、コイル幅の算出には影響はない。
このように正反射光の影響を除去した上で、コイル幅、
幅中心位置、径、径中心位置の算出を行う。

【００４１】図１０はコイル幅の投影形状と幅判別用の
閾値レベルとの関係を表す図である。コイル演算装置１
８は、断面形状をコイル幅方向及び径方向に投影したそ
れぞれの投影形状データから、コイルの幅方向位置、コ
イル幅、コイル径方向中心位置及びコイル径を求める。
コイルの径方向については、ある閾値を設定し、図１０
に示されるように、投影した径方向の投影形状データか
ら、閾値以上の部分の左右両端の点を検出し、その点を
コイルの右エッジ及び左エッジとして認識する。コイル
幅及び幅中心位置は、それぞれ次式（５）及び（６）に
より求められる。コイルの幅中心位置＝（右エッジ＋左エッジ）／２ …（５）コイル幅＝｜右エッジ−左エッジ｜ …（６）

【００４２】次に幅方向の投影形状のデータについて説
明する。図６において、レーザスリット光４１、４２、
４３において、例えば図示の点における平均値を求め、
その平均値をコイル幅方向の投影形状における点の座標
値とする。同様にして、レーザスリット光４１、４２、
４３、４４の他の点についてもその平均値を求め、コイ
ル幅方向の全体の投影形状４５を求める。理論的には、
得られる幅方向への投影形状は半円となる。

【００４３】コイル幅方向については、投影されたコイ
ル形状が半円状になることから、円の方程式に形状デー
タを代入することで、コイルの中心位置及び径を求める
ことができる。（ｘ−ｃ_x）²＋（ｚ−ｚ_x ）²＝ｒ² …（７）ｘ，ｚ：投影によって得られたコイルの半円状の
形状データｃ_x，ｚ_x ：コイル径方向中心位置ｒ：コイル半径

【００４４】具体的にはコイルの幅方向の３点以上の投
影形状データがあれば、上記の（７）式を解き、中心位
置等を得ることができる。ここでは、コイルの幅方向の
投影形状データを有効に使い、位置検出の信頼性を向上
させるために、コイル幅方向の投影形状データに対して
３点の組み合わせを複数通り設定する。各々の演算で得
られた複数の中心位置から規定を満たさない数値を除去
し、その後統計処理を行うことにより精度及び信頼性の
高いコイル径及び径中心位置を求める。

【００４５】この規定の設定及び除去の方法として、測
定値の分布を求め、多数決の理論により予め設定した範
囲より離れた点を除去する方法や、点演算によって求め
られた全ての中心位置の平均値から距離の離れている順
に予め設定した点数のデータを削除する方法等がある。
なお、このような処理は当然コイル径方向の断面形状を
求める段階及び求めた断面形状から異常な形状データを
除去するためにも用いられる。

【００４６】また、演算した多数のコイル中心位置から
真の中心位置を求める方法には、多数点の平均値を求め
る方法や、多数点の分布をメッシュ状に分割しその分布
の最大値をとる位置を求める方法等がある。

【００４７】なお、上記の説明はコイル３の配置方向が
予め分かっている場合についての例であるが、コイル３
の方向が予め分かっていない場合においても同様にして
処理することができる。その場合、コイル３の方向を仮
に決めておいてから、コイル幅方向及び径方向の投影形
状を求める。求めた形状データからコイル３の配置方向
を決定することができるので、仮に決めたコイルの配置
方向と比較し、方向が異なっていた場合には、決定した
配置方向について上記のコイル径方向形状データを求め
る。

【００４８】このコイル位置検出装置により求めたコイ
ル幅及び中心位置等に基づいて天井クレーンを制御し、
コイルの運搬等を行う。

【００４９】本実施の形態は、以上の説明からも明らか
なように、スリット光走査装置１２が、レーザスポット
光を２次元走査させてレーザスリット光をコイル３上に
照射する。その際にできる光切断線を径方向に投影した
ときに、コイル３のどの位置においても光切断線が複数
投影されるような間隔でレーザスリット光を照射する。
照射された光切断線をテレビカメラ１０で撮像して、画
像合成装置１４が各レーザスリット光の照射による輝度
画像レベル及びその時の投光角度を合成して、２値化処
理画像信号及び投光角度画像信号を生成し、形状演算装
置１６が２値化処理画像信号及び投光角度画像信号光に
基づいて３次元の断面形状データを演算する。この断面
形状データが光切断線の位置座標を表す。コイル演算装
置１８が、断面形状を径方向に投影し、コイル幅及び幅
の中心位置を算出する。その際、コイル径方向の投影に
おいて、同じ投光角度で作成された形状のみ部分を除去
してからコイル幅及び幅の中心位置を算出する。また、
断面形状データをコイル幅方向に投影し、径の中心位置
及び径の大きさを算出する。したがって、コイル３の表
面性状が鏡面状であっても、正反射光の影響を除くこと
ができ、コイル幅を正確に算出できるので、精度の高い
コイル位置検出装置を得ることができる。また、スリッ
ト光走査装置１２が、レーザスリット光の照射に基づい
て同時に得られる、各レーザスリット光の投光角度θを
表す投光角度信号を出力し、コイル演算装置１８は、径
方向の投影に際し、複数のレーザスリット光の照射によ
り、複数の断面形状データが存在する部分の判断を投光
角度θに基づいて行うようにしたので、より簡便に精度
を高めることができる。スリット光走査装置１２が、複
数のレーザスリット光を照射する際、レーザ光の点であ
るレーザスポット光を２次元的に走査して照射するよう
にしたので、コイル３の大きさに応じたレーザスリット
光を照射することもできる。また、本発明によれば、コ
イル演算手段１８が、３次元の断面形状データをコイル
の径方向に投影する際、基準面１と垂直な面に投影する
ようにしたので、コイルの径を垂線とし、かつ天井クレ
ーンに鉛直な線分と平行な面に投影し、必ずコイル３の
ｚ軸方向が最も大きい部分（最も高さがある部分）が含
まれ、コイルの幅及び幅方向中心位置の算出の精度を高
めることができる。

【００５０】実施形態２．上述の実施の形態では、コイ
ル位置検出装置に限定して説明したが、本発明はそれに
限定されるものではなく、コイル以外の被測定物であっ
ても適用できる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ光
投光手段が、コイルを径方向に見た場合、どの位置にお
いても、複数のレーザスリット光の照射による明るさが
変化した部分が存在するように各レーザスリット光を照
射し、また、コイル演算手段が、コイル部分と判断して
抽出した３次元形状データをコイル径方向に投影した
際、複数のレーザスリット光の照射により算出された複
数の３次元形状データが存在する部分に基づいて、コイ
ルの幅及び幅方向中心位置を算出するようにしたので、
コイルの表面性状が鏡面状であった場合に起こりうる、
あるレーザスリット光の正反射光により算出される３次
元形状データ部分を除去することができ、そのため、コ
イル幅を正確に算出できるので、精度の高いコイル位置
検出装置を得ることができる。

【００５２】また、本発明によれば、レーザ光投光手段
が、レーザスリット光の照射に基づいて同時に得られ
る、各レーザスリット光の投光角度を表す投光角度情報
を出力し、コイル演算装置は、径方向の投影において、
複数のレーザスリット光の照射により複数の３次元形状
データが存在する部分の判断を投光角度情報に基づいて
行うようにしたので、より簡便に精度が高いコイル位置
検出装置を得ることができる。

【００５３】また、本発明によれば、レーザ光投光手段
は、複数のレーザスリット光を照射する際、レーザ光の
点であるレーザスポットを２次元的に走査して照射する
ようにしたので、コイルの大きさに応じたレーザスリッ
ト光を照射することも可能となる。

【００５４】また、本発明によれば、コイル演算手段
が、３次元形状データをコイルの径方向に投影する際、
コイルの径を垂線とし、かつ天井クレーンに鉛直な線分
と平行な面に投影し、必ずコイルの最も高い部分が含ま
れるようにしたので、コイルの幅及び幅方向中心位置の
算出の精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコイル計測装置の計測原理を説明する
ための構成図である。

【図２】スリット光走査装置１２の構成を示した図であ
る。

【図３】画像合成装置１４の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】画像合成装置１４の演算処理を概念的に示した
説明図である。

【図５】図１の光学系を天井クレーンに配置した場合に
おける平配置図、正面図及びテレビカメラ１０の視野内
の映像をそれぞれ示した図である。

【図６】コイルの径方向投影及び幅方向投影の投影形状
のデータを求める際の説明図である。

【図７】コイル３の性状が鏡面性状であった場合の正反
射を受けた状態を表す図である。

【図８】投光角度θと径方向への投影形状との関係を表
す図である。

【図９】正反射光の影響を除去した後の状態を表す図で
ある。

【図１０】コイル幅の投影形状と幅判別用の閾値レベル
との関係を表す図である。

【図１１】レーザスポット光を照射するコイルの位置と
テレビカメラとの位置関係とを表した図である。

【図１２】撮像処理した画面を表した図である。

【符号の説明】

１０テレビカメラ１２スリット光走査装置１４画像合成装置１６形状演算装置１８コイル演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上杉満昭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA07 AA17 AA24 AA26 AA53 BB06 BB25 CC00 FF04 FF26 GG06 GG12 HH05 JJ03 JJ26 LL13 MM16 QQ04 QQ24 QQ25 RR02 SS02 UU01 UU05 5F072 AB13 HH02 MM11 MM17 YY11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルの運搬を行う天井クレーンに取り
付けられ、前記コイルに複数の直線状レーザスリット光
を照射するレーザ光投光手段と、前記天井クレーンに取り付けられ、前記コイルを被写体
とした画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を処理して、前記各レーザス
リット光の照射により明るさが変化した部分を判断して
抽出し、処理画像を作成する画像合成手段と、前記処理画像に基づいて、前記明るさが変化した部分の
３次元形状データを算出する形状演算手段と、該形状演算手段が算出した前記３次元形状データのう
ち、コイル部分の３次元形状データを判断して抽出し、
前記抽出した３次元形状データを前記コイルの径方向に
投影して、少なくとも前記コイルの幅及び幅の中心位置
を算出し、また、前記抽出した３次元形状データを前記
コイルの幅方向に投影して、少なくとも前記コイルの径
及び径の中心位置を算出するコイル演算手段とを備え、前記レーザ光投光手段は、前記コイルを径方向に見た場
合、どの位置においても、複数のレーザスリット光の照
射による前記明るさが変化した部分が存在するように前
記各レーザスリット光を照射し、また、前記コイル演算手段は、前記コイル部分と判断し
て抽出した３次元形状データを前記コイル径方向に投影
した際、複数のレーザスリット光の照射により算出され
た複数の３次元形状データが存在する部分に基づいて、
前記少なくともコイルの幅及び幅方向中心位置を算出す
ることを特徴とするコイル位置検出装置。
【請求項２】前記レーザ光投光手段は、前記各レーザ
スリット光の投光角度を表す投光角度信号を出力し、前
記コイル演算装置は、前記複数のレーザスリット光の照
射により複数の３次元形状データが存在する部分の判断
を、前記投光角度信号に基づいて行うことを特徴とする
請求項１記載のコイル位置検出装置。
【請求項３】前記レーザ光投光手段は、レーザスポッ
ト光を２次元的に走査して前記複数のレーザスリット光
を照射することを特徴とする請求項１又は２記載のコイ
ル位置検出装置。
【請求項４】前記コイル演算手段は、前記３次元形状
データを前記コイルの径方向に投影する際、前記コイル
の径を垂線とし、かつ前記天井クレーンに鉛直な線分と
平行な面に投影することを特徴とする請求項１、２又は
３のいずれかに記載のコイル位置検出装置。