JP2001270682A - 位置計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサ数を少なくして、被対象物の位置を正
確に計測する。 【解決手段】 一対の対象物間の距離及びずれ量を検出
する際、前記対象物の一方２０に配置されたレーザセン
サ６−５からレーザ光を反射シート１９−１に送出す
る。レーザセンサは反射シートからの反射光を受けて対
象物間の距離を計測距離として得る。対象物の他方２１
には反射シートが配置されており、駆動装置は反射シー
トを対象物上で予め定められた方向に所定の範囲で往復
運動させる。反射シートの位置は、例えば、位置センサ
で検出位置として検出されており、コンピュータは計測
距離毎の反射シートの検出位置と計測距離に基づいて一
対の対象物間の距離及びずれ量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クレーン（例え
ば、天井クレーン、橋形クレーン、アンローダ等）にお
けるトロリの位置・姿勢を計測するためのシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、クレーンを用いた作業では、ト
ロリを作業場所又はその上空へ移動させることが必要で
あり、作業を自動化する場合又はクレーン設備を他用途
へ用いる際には、トロリの位置・姿勢を定量的に把握す
る必要がある。つまり、作業を自動化する場合又はクレ
ーン設備を他用途へ用いる際には、クレーンのトロリの
位置・姿勢を計測する必要がある。

【０００３】ここで、図１を参照して、一般的な天井ク
レーンについて概説する。

【０００４】天井クレーンはトロリ１を備えており、ト
ロリ１は横行レール２に沿って実線矢印３で示す横行方
向に移動可能となっている。つまり、トロリ１に横行機
構（図示せず）が備えられている。そして、横行レール
２は、予め定められた間隔をおいて配置された２本の走
行レール４−１及び４−２に沿って、実線矢印５で示す
走行方向に可能となっている。つまり、横行レール２の
両端にはそれぞれ走行機構２ａ及び２ｂが取り付けられ
ており、走行機構２ａ及び２ｂによって、横行レール２
は走行レール４−１及び４−２に沿って移動する。そし
て、この直交した２方向（横行移動及び走行移動）への
移動でトロリの位置が決定されることになる。

【０００５】トロリの位置を計測する際には、長距離
（十数ｍ）を高精度（数ｍｍ）で計測する必要があるた
め、一般に、レーザセンサが用いられることが多い。図
２に示すように、レーザセンサは、レーザ本体６を備え
ており、レーザセンサ本体６からのレーザ光７を測対象
とする反射シート８に照射して、反射シート８からの反
射光を検出・解析して、非接触でレーザ本体６及び反射
シート８の間の距離を計測する。そして、この計測値は
通信ケーブル９を介してコンピュータ１０に取りこむこ
とができる。

【０００６】レーザセンサを用いたトロリの位置計測シ
ステムでは、前述した２方向にレーザセンサを配置して
位置計測を行うようにしている。つまり、図１で示すよ
うに、走行機構２ａにはレーザ本体６−１が取り付けら
れ、走行レール４−１の端部には、レーザ本体６−１と
対向して反射シート８−１が配置されている。さらに、
トロリ１には、レーザ本体６−２が取り付けられ、走行
機構２ａには、レーザ本体６−２と対向して反射シート
８−２が配置されている。

【０００７】レーザ本体６−１からのレーザ光（符号７
−１で示す）を反射シート８−１に照射して、これによ
って、走行方向におけるトロリの距離を計測する。一
方、レーザ本体６−２からのレーザ光（符号７−２で示
す）を反射シート８−２に照射して、これによって、横
行方向におけるトロリの距離を計測する。そして、これ
ら２つの距離情報に、既知の機械寸法及びセンサ取り付
け位置等の情報を加味して最終的にトロリの位置を求め
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際のクレ
ーン設備では、図３に示すように、走行レール４−１及
び４−２と横行レール２との直交度が変動するばかりで
なく、横行レール２とトロリ１との直交度が状況により
変動してしまうことがある｛横行レール２の回転（実線
矢印１１で示す回転）及びトロリ１の回転（実線矢印１
２で示す回転）｝。加えて、各レール上における進行方
向以外の方向へのずれ｛横行レール２のシフト（実線矢
印１３で示すシフト）及びトロリ１のシフト（実線矢印
１４で示すシフト）｝が発生することもある。

【０００９】このような回転及びシフトは、例えば、レ
ールの歪み及び車輪のガタ等大型の機械故えに機構的な
遊び及び歪みが必然的に存在する系でかつ駆動が伴うと
いった要因によって不可避的に発生する。なお、図３で
は、回転及びシフトを強調して図示しているが、実際に
は、角度にして０．１度程度、シフト量としては数ｃｍ
程度ずれが発生することがある。

【００１０】これらのずれ角度及びシフト量のうち、回
転角度のずれを計測する際には、走行機構２ｂにレーザ
センサ本体６−３を取り付けるとともに走行レール４−
２の端部に反射シート８−３を取り付け、さらに、トロ
リ１にレーザセンサ本体４を取り付けるとともに走行機
構２ａに反射シート８−４を取り付ける。そして、レー
ザ光（符号７−３で示す）で走行方向におけるトロリの
距離を計測し、レーザ光（符号７−４で示す）で横行方
向におけるトロリの距離を計測する。つまり、レーザセ
ンサ本体６−１とレーザセンサ本体６−３とで計測され
た距離の差を調べて、横行レールの位置と姿勢（回転
角）を検出する。同様にして、レーザセンサ本体６−２
とレーザセンサ本体６−４によってトロリ１の位置と回
転姿勢が検出する。

【００１１】ところが、上述のような回転及びシフトに
起因するずれが発生した場合、シフト量が計測できない
ために、基準点からの絶対的な位置を割り出すことはで
きない。また、回転角度のずれを計測するためだけに高
価なレーザセンサを追加することはコスト面でも問題点
がある。

【００１２】本発明の目的は、被対象物の位置を正確に
計測することのできる位置計測システムを提供すること
にあり、特に、クレーンのトロリの位置及び姿勢計測を
正確に計測することのできる位置計測システムを提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、一対の
対象物間の距離及びずれ量を検出する際に用いられるシ
ステムであって、前記対象物の一方に配置されレーザ光
を送出して反射体からの反射光を受けて前記対象物間の
距離を計測距離として得るレーザセンサを有し、前記対
象物の他方には前記反射体が配置されており、前記反射
体を前記対象物上で予め定められた方向に所定の範囲で
往復運動させる駆動手段と、前記計測距離毎の前記反射
体の位置と前記計測距離に基づいて前記一対の対象物間
の距離及びずれ量を求める算出手段とを有することを特
徴とする位置計測システムが得られる。

【００１４】さらに、本発明によれば、クレーンのトロ
リの位置及び姿勢を検出する際に用いられるシステムで
あって、前記トロリは第１の軌道に沿って所定の方向に
移動可能であり、前記第１の軌道は該第１の軌道と直交
する第２の軌道に支持機構を介して取り付けられて前記
支持機構は前記第２の軌道に沿って移動可能であり、前
記トロリと前記支持機構の一方には第１のレーザセンサ
が備えられ、前記トロリと前記支持機構の他方には第１
の反射体が前記第１のレーザセンサと対向して配置さ
れ、前記支持機構と前記第２の軌道の所定の位置の一方
に第２のレーザセンサが備えられており、前記支持機構
と前記第２の軌道の所定の位置の他方には前記第２のレ
ーザセンサと対向して前記第２の反射体が配置されてお
り、さらに、前記第１の反射体を所定の範囲で往復運動
させる第１の駆動手段と、前記第２の反射体を所定の範
囲で往復運動させる第２の駆動手段と、前記第１の計測
距離毎の前記第１の反射体の位置及び前記第１の計測距
離と前記第２の計測距離毎の前記第２の反射体の位置及
び前記第２の計測距離とに基づいて前記トロリの位置を
求める算出手段とを有することを特徴とする位置計測シ
ステムが得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明について発明の実施の
形態に基づいて説明する。

【００１６】図４を参照して、ここでは、レーザ光を用
いてトロリの位置・姿勢を計測する際のシステムについ
て説明するが、図４では、クレーンは図示されておら
ず、計測システムのみが図示されている。

【００１７】図示の計測システムは、レーザ本体６、コ
ンピュータ１０、駆動装置１６、位置センサ１７、及び
小型反射シート１９を備えている。小型反射シート１９
はレーザ本体６から出射されるレーザ光７のスポット径
よりもやや大きい面積を有する反射シートであり、この
小型反射シート１９は駆動装置１６によって駆動方向１
５に往復運動可能となっている。この駆動方向１５は位
置のずれ量を計測したい方向であり、駆動パターンは、
例えば、１秒程度の一定周期が扱いやすい。

【００１８】位置センサ１７は、小型反射シート１９の
位置を検出するためのものであり、位置センサ１７はセ
ンサ信号線１８によってコンピュータ１０に接続されて
おり、これによって、コンピュータ１０には、位置セン
サ１７によって小型反射シート１９の現在位置が入力さ
れる。位置センサ１７は必須のものではなく、コンピュ
ータ１０からの指令に基づいて直接駆動装置１６を制御
するようにすれば、つまり、コンピュータ１０からの指
令に基づいて小型反射シート１９を往復運動させるよう
にすれば、位置センサ１７は不要である。

【００１９】コンピュータ１０には、データ収集及び情
報処理を行うプログラムが格納されており、コンピュー
タ１０は、上述した小型反射シート１９の位置情報とレ
ーザセンサ本体６で検出された距離情報をペアにして数
サンプル分蓄積情報として蓄積する。これら蓄積情報に
基づいて、コンピュータ１０は、後述するようにして距
離とずれ量の算出する。

【００２０】ここで、図５も参照して、１組のレーザセ
ンサを用いた場合について説明する。ここでは、計測対
象は、対象物２０と対象物２１の距離（符号２２で示
す）及び位置ずれ量（符号２３で示す）とする。なお、
この位置ずれ量２３はクレーン設備でいう回転及びシフ
トに起因するものである。

【００２１】対象物２０にはレーザセンサ本体６−５が
固定され、対象物２１には、小型反射シート１９−１が
装置され、小型反射シート１９−１は駆動装置（図示せ
ず）によってマイナス側位置（符号２４で示す位置）と
プラス側位置（符号２５で示す位置）との間を往復運動
する（なお、このプラス／マイナス側位置は便宜上の名
称である）。一方、コンピュータ（図示せず）には、逐
次、レーザセンサ本体６−５で計測された距離情報が入
力される。この際、小型反射シート１９−１の位置情報
が位置センサ（図示せず）からコンピュータに入力され
る。これら距離情報及び位置情報を数サンプル収集して
グラフに表した例が図６である。

【００２２】図６も参照して、図６では、Ｘ軸に小型反
射シート１９−１の位置を、Ｙ軸にレーザセンサ本体６
−５で計測された計測距離をとって、計測データ（符号
２６で示す）をプロットしている（曲線で表される）。
図６に示すように、レーザセンサ本体６−５からのレー
ザ光（図５に符号７−５で示す）が、小型反射シート１
９−１に命中している場合と、それ以外の場合とでは、
距離の計測結果に明らかな違いが現れることがわかる。
いま、レーザ光７−５が小型反射シート１９−１に命中
している際の小型反射シート１９−１の中央位置を代表
点（符号２７で示す）として抽出すると、そのＹ軸方向
成分（符号２９で示す）が距離を意味し、Ｘ軸方向成分
（符号２８で示す）がずれ量を表わすことになる。

【００２３】このようして、１つのレーザセンサで計測
対象物との距離とズレ量が検出可能となり、クレーンの
トロリ位置計測を計測する際には、図１で関連して説明
したように、２組のレーザセンサを配置することによっ
て、各計測点においてずれ量を考慮したトロリの位置検
出が可能となって、計測精度を向上させることができ
る。

【００２４】例えば、ずれ量をシフト成分として考えた
場合には、図１に示す反射シート８−１からみたレーザ
センサ６−２の位置は次のようになる。

【００２５】横行方向位置＝レーザ本体６−２による距
離計測値＋機械定数（既知の値）＋レーザセンサ本体６
−１で計測されたずれ量 走行方向位置＝レーザ本体６−１による距離計測値＋機
械定数（既知の値）＋レーザセンサ本体６−２で計測さ
れたずれ量 さらに、図３に示すように、補助的にレーザセンサを追
加すれば、さらに、計測精度を向上させることができ
る。レーザセンサ６−３、６−４及び反射シート８−
３、８−４を追加することで、横行方向、走行方向の回
転成分のみのずれが計測できることから、上述した回転
成分とシフト成分とに起因するずれ量を回転成分とシフ
ト成分に分離できるようになり、この結果、トロリの位
置及び姿勢をさらに正確に検出することができるように
なる。

【００２６】なお、小型反射シートの代わりに、レーザ
センサを往復運動させることにより、同一の効果が得ら
れるが、重量の面から小型反射シートを動かすほうがよ
りよい。また、次の要素は、計測対象、計測目的、設備
環境、使用するレーザセンサに応じて所望のものを選択
すればよい。

【００２７】小型反射シートの形状／大きさ／反射率／
駆動方向／駆動振幅／駆動周期／駆動パターン 小型反射シートの位置センサの種類 さらに、上述のシステムでは、従来のシステムに用いら
れる反射シート及びコンピュータのソフトウエアに改良
を加えるだけで済み、レーザセンサを用いた既設の計測
システムへも比較的容易に適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、１つ
のレーザセンサで距離とずれ量とを同時に計測できるか
ら、トロリの位置を高精度に計測できるばかりでなく、
トロリの姿勢を検出することもできるという効果があ
る。

【００２９】さらに、本発明では、基準点（反射シー
ト）と移動体（レーザセンサ）との相対的な位置関係を
直接計測するようにしたので、レールの歪等機構的な影
響を受けずに計測を行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】天井クレーンを模式的に上方から示す図であ
る。

【図２】従来のレーザセンサによる距離計測手法を説明
するための図である。

【図３】図１に示す天井クレーンにおける計測誤差要因
を説明するための図である。

【図４】本発明によるクレーンのトロリ位置・姿勢計測
システムに用いられる計測システムの原理を説明するた
めの図である。

【図５】図４に示す計測システムを説明するための図で
ある。

【図６】図５において計測された計測距離及び計測位置
を用いて生成された計測距離グラフを示す図である。

【符号の説明】

１ トロリ ２ 横行レール ３ 横行移動 ４−１，４−２ 走行レール ５ 走行移動 ６−１，６−２，６−３，６−４，６−５ レーザ本体 ７−１，７−２，７−３，７−４，７−５ レーザ光 ８−１，８−２，８−３，８−４ 反射シート ９ 通信ケーブル １０ コンピュータ １１ 横行レールの回転 １２ トロリの回転 １３ 横行レールのシフト １４ トロリのシフト １５ 駆動方向 １６ 駆動装置 １７ 位置センサ １８ センサ信号線 １９−１ 小型反射シート ２０，２１ 対象物 ２２ 距離 ２３ 位置ずれ量 ２４ マイナス側位置 ２５ プラス側位置 ２６ 計測データ ２７ 代表点 ２８ Ｘ軸方向成分 ２９ Ｙ軸方向成分

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の対象物間の距離及びずれ量を検出
   する際に用いられるシステムであって、前記対象物の一
   方に配置されレーザ光を送出して反射体からの反射光を
   受けて前記対象物間の距離を計測距離として得るレーザ
   センサを有し、前記対象物の他方には前記反射体が配置
   されており、前記反射体を前記対象物上で予め定められ
   た方向に所定の範囲で往復運動させる駆動手段と、前記
   計測距離毎の前記反射体の位置と前記計測距離に基づい
   て前記一対の対象物間の距離及びずれ量を求める算出手
   段とを有することを特徴とする位置計測システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された位置計測システム
   において、前記演算手段は、前記反射体の位置を検出し
   て計測位置として前記演算手段に与える位置センサを備
   えていることを特徴とする検出する位置計測システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された位置計測システム
   において、前記演算手段は、予め定められた往復運動パ
   ターンに基づいて前記駆動手段を制御して前記往復運動
   パターンから前記反射体の位置を計測位置として知るよ
   うにしたことを特徴とする位置計測システム。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載された位置計測シ
   ステムにおいて、前記演算手段は、前記計測距離及び前
   記計測位置を直交座標系にプロットしてプロットグラフ
   を生成して該第１のプロットグラフから前記反射体の中
   央点を得て該中央点から前記一対の対象物間の距離量を
   求めるとともにずれ量を求めるようにしたことを特徴と
   する位置計測システム。
5. 【請求項５】 クレーンのトロリの位置及び姿勢を検出
   する際に用いられるシステムであって、前記トロリは第
   １の軌道に沿って所定の方向に移動可能であり、前記第
   １の軌道は該第１の軌道と直交する第２の軌道に支持機
   構を介して取り付けられて前記支持機構は前記第２の軌
   道に沿って移動可能であり、前記トロリと前記支持機構
   の一方には第１のレーザセンサが備えられ、前記トロリ
   と前記支持機構の他方には第１の反射体が前記第１のレ
   ーザセンサと対向して配置され、前記支持機構と前記第
   ２の軌道の所定の位置の一方に第２のレーザセンサが備
   えられており、前記支持機構と前記第２の軌道の所定の
   位置の他方には前記第２のレーザセンサと対向して前記
   第２の反射体が配置されており、さらに、前記第１の反
   射体を所定の範囲で往復運動させる第１の駆動手段と、
   前記第２の反射体を所定の範囲で往復運動させる第２の
   駆動手段と、前記第１の計測距離毎の前記第１の反射体
   の位置及び前記第１の計測距離と前記第２の計測距離毎
   の前記第２の反射体の位置及び前記第２の計測距離とに
   基づいて前記トロリの位置を求める算出手段とを有する
   ことを特徴とする位置計測システム。