JP2605520B2 - コークス炉作業機械の定位置検出方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コークス炉の押出
機、装炭車、コークガイド車、消火車またはコークバケ
ット車等の作業機械の停止位置とコークス炉の各窯定位
置との偏差を検出する方法ならびにその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コークス炉作業機械がコークス炉
の各窯定位置に停止したかどうかの確認は、コークス炉
側ならびに作業機械の所定位置に記入した目印とが一致
したかどうかを作業機械の運転者が肉眼により確認して
いた。

【０００３】しかし最近は、コークス工場においても作
業機械の自動化、省力化が促進され、作業機械の自動制
御が一部において既に実施されている。現在、完全自動
制御が実施された作業機械は、停止精度±１００ｍｍ程
度の高度な位置合わせ必要としない消火車、コークバケ
ット車等である。停止精度±１０ｍｍ以下の高度な位置
合せを必要とし、また、コークス炉特有の高温、粉塵、
火炎、発煙あるいは蒸気等の悪環境下で、長期間に亘り
安定した精度で定位置を検出することが困難な押出機、
装炭車、コークガイド車では、自動制御により停止位置
近傍まで作業機械を走行させ、最終的な位置合せは従来
どおり運転者により行なわれる半自動走行にとどまって
いるのが現状である。

【０００４】上記作業機械の最終位置合せに必須な定位
置の検出方法としては、従来から種々の方法が提案され
ている。例えば目印に代えて地上子をコークス炉の定位
置にそれぞれ配設し、これを作業機械に設けた車上子で
検出する方式（実公昭６２−４１９４９号公報）、作業
機械の走行距離を軌道上を転動する遊輪によって読取
り、作業機械の位置を検出する方式、赤外線等を用いて
反射鏡との距離を計測して作業機械の位置を検出する方
式、作業機械上の油圧シリンダー等をターゲットあるい
は炉体金物に直接接触させ、そのストローク差等を測定
する方式、コークス炉の定位置にターゲットを配設し、
同ターゲットにコークス炉作業機械の移動方向と直交す
る境界線の両側に白黒または明暗等のコントラストを設
け、コークス炉作業機械側には上記ターゲットと対応す
る位置に光電変換素子を多数配列した像検出器等および
投光器を設け、像検出器等でターゲットの映像を電気信
号に変換し、その信号によってコークス炉作業機械の位
置とコークス炉作業定位置との相対関係を検出または計
測する方式（特公昭５５−４４１１８号公報）、作業機
械の走行路全長にわたってデータ伝送を併せて行うこと
ができる１本の撚り合わせ対型誘導無線線路（撚り合わ
せのない位相基準対Ｒと、互いに異なるピッチで撚り合
わされた各対線Ｇ₀〜Ｇ_nからなる）を配設し、該撚り合
わせ対型誘導無線線路の各対線に受信される信号の位相
を、位相基準対Ｒと同相部を“０”、逆相部を“１”と
して２進法表示を行うことにより、走行路全長に亘り２
のｎ乗番地として絶対位置を検出し、さらに、最小撚り
合わせ対線Ｇ₀からの信号を移相検波して交叉点からの
距離を連続検出する絶対番地検出方式による連続位置検
出機構によって作業機械の絶対位置を連続検出する方式
（特公昭６３−２４６３３号公報）、あるいはコークス
炉における窯の明暗、すなわち炉口部とドアーフレーム
部を画像処理して目標窯芯を検出することにより作業機
械と該当窯の位置関係を検出する方式（特開平３−９７
７８３号公報）等多くの提案が行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
実公昭６２−４１９４９号公報に開示の地上子を車上子
により検知する方式は、作業機械の軌条条件によって地
上子と車上子の間隔が変化し、検出誤差を生じるばかり
でなく、１点検出であるため窯芯に対する位置偏差の検
出が困難であり、さらに地上子の位置ずれ修正のための
メンテナンスに問題がある。

【０００６】また、作業機械の走行距離を読取る窯番検
知方式は、走行距離を読取る遊輪の滑りによる誤差が避
けられず、所々に地上子を設置し、この地上子地点で絶
対位置との誤差修正を行う必要があり、さらに、地上子
と車上子間に生じる問題の根本的な解決を果していな
い。そのうえ、停電等の場合は、その間の作業機械の走
行距離が加算されないため、位置が不明となり、改めて
基準点まで戻して走行せしめる必要がある。

【０００７】赤外線等を用いて反射鏡との距離を計測し
て作業機械の位置を検出する光波距離計方式は、コーク
ス炉の粉塵や発煙による光路の遮断、火炎等による光波
のゆらぎが発生し、設置場所が制限されるばかりでな
く、十分な信頼が得られない。

【０００８】作業機械上の油圧シリンダー等をターゲッ
トあるいは炉体金物に直接接触させ、そのストローク差
等を測定する方式は、接触式のため機械的な動作があ
り、検出に時間がかかるばかりでなく、寿命に問題があ
り、長期間に亘って検出精度を維持することが困難であ
る。

【０００９】特公昭５５−４４１１８号公報等の画像処
理方式は、コークス炉側に配設したターゲットの画像を
小型カメラを介して図示しない画像解析装置に入力し、
デジタル画像解析してターゲットの中心と図示しない作
業機械の中心である画像視野中心との偏析が検出できれ
ば問題ない。しかし、定位置検出装置は、ターゲットの
汚損により定位置に停止しているにもかかわらず、偏差
を検出したり、正規の偏差があるにもかかわらず、コン
トラスト部分から外れて偏差を検出する場合がある。す
なわち従来の画像処理方式は、外乱により読取り精度が
低下することは避けられず、設置場所が限定されるばか
りでなく、メンテナンスに多大の労力を必要とする。

【００１０】特公昭６３−２４６３３号公報等の撚り合
わせ対型誘導無線線路を用いる方式は、優れた位置検出
方式ではあるが、最小検出精度が±１０ｍｍ程度である
ものの、それ自体の熱膨張が発生するため目標停止窯に
対する相対的な検出精度に若干の問題があり、最終位置
合せを自動化するまでには至っていない。さらに特開平
３−９７７８３号公報に開示の方式は、コークス炉窯口
部の明暗を直接画像処理するため、その検出精度として
は疑問が残る。すなわち、検出カメラは少くとも３〜４
ｍ離れた位置からの検出であるため、ターゲットとカメ
ラが接近している特公昭５５−４４１１８号公報の方法
に比較して検出精度が高くなり得ず、窯口に対する押出
ビームの概念的な隙間確認等の二次的役割にのみ有効と
考えられる。

【００１１】この発明の目的は、前記コークス炉作業機
械の自動化、無人化に不可欠な定位置検出において、長
期間に亘り安定した位置検出精度が可能で、メンテナン
スが容易な画像処理方式による定位置検出方法およびそ
の装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々検討を行った。その結果、画像処理方
式による定位置検出においては、ターゲットを平面板と
せず、立体形状することによって、粉塵雰囲気の悪環境
下においても汚れの影響を回避できること、粉塵、蒸
気、煙、雨に弱いとされる画像処理検出器部分は、冷房
設備、空気清浄設備を供えた室内に格納することによっ
て、画像処理装置の長期的精度維持が可能となることを
究明し、この発明に到達した。

【００１３】すなわちこの発明は、コークス炉作業機械
の各窯停止位置を検出する方法において、コークス炉側
の各窯定位置に作業機械の移動方向と直交する方向に検
出すべき凸部または凹凸部を有するターゲットを配設
し、作業機械が各窯位置に停止時に前記ターゲットの凸
部または凹凸部に交差する方向からスリット光あるいは
エッジ光を照射し、ターゲットと対応する位置の撮像装
置によりスリット光あるいはエッジ光を撮像してその信
号を画像処理装置に入力し、スリット光あるいはエッジ
光を二値化し、この二値化画像から凸部または凹凸部の
エッジ線を検出し、予め画像上にエッジ線との対比で設
定した作業機械の中心位置と当該エッジ線検出位置と対
比し、作業機械の中心位置と当該窯定位置との偏差を検
出するのである。

【００１４】また、コークス炉作業機械の各窯停止位置
を検出する装置において、コークス炉側の各窯定位置に
配設した作業機械の移動方向と直交する方向に検出すべ
き凸部または凹凸部を有するターゲットと、炉上中央部
に接近して設置されたエアコン、空気清浄器を備えた作
業機械の運転室に設置した前記ターゲットの凸部または
凹凸部に交差する方向からスリット光あるいはエッジ光
を照射できる照射装置およびターゲットと対応するＣＣ
Ｄカメラ等の撮像装置と、画像処理装置とからなる光切
断法によるコークス炉作業機械の定位置検出装置であ
る。

【００１５】

【作用】この発明においては、例えば各窯中心位置に配
設した作業機械の移動方向と直交する方向に検出すべき
凸部を有するターゲットに、凸部に交差する方向（斜め
方向）からスリット光を照射すると共に、他方向（鉛直
方向）から撮影する光切断法により窯定位置を抽出する
から、撮像されモニタに表示される画面は、図６に示す
とおり、スリット光を二値化して表示するから、図６に
示す二値化画像から凸部のエッジ線ｅ₁、ｅ₂を検出し、
画像上にエッジ線との対比で設定した作業機械の中心位
置ＣＲと対比することによって、作業機械の中心位置と
各窯中心位置との偏差が検出される。さらに、ターゲッ
ト面は、機械加工により検出すべき凸部または凹凸部を
有しているから、色あせや表面に付着する汚れ、粉塵等
の影響を受け難く、長期に亘って検出精度を維持するこ
とができる。

【００１６】また、この発明装置は、コークス炉側の各
窯定位置に配設した作業機械の移動方向と直交する方向
に検出すべき凸部または凹凸部を有するターゲットを窯
定位置に配設し、前記作業機械が各窯位置に停止時に前
記ターゲットの凸部または凹凸部に交差する方向からス
リット光あるいはエッジ光を照射できる照射装置とター
ゲットと対応する位置に設けるＣＣＤカメラ等の撮像装
置を炉上中央部に接近して設置されたエアコン、空気清
浄器を備えた運転室に格納したから、運転室内は悪環境
の室外とは遮断され、照射装置および撮像装置は熱、粉
塵、湿気等の影響を受けず、極めて良好な環境条件で使
用することができる。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の定位置検出方法ならびにその装置の詳
細を、定位置検出装置を装炭車に設置した実施の一例を
示す図面に基いて説明する。図１はこの発明の定位置検
出装置を設置したコークス炉と作業機械の正面図、図２
（ａ）図はこの発明装置のターゲットの設置位置を、ま
た（ｂ）図は本発明法と従来法とのｘ軸、ｙ軸の偏芯の
説明図、図３は機械加工したターゲットを示すもので、
（ａ）図は凸部が１条の場合、（ｂ）図は凸部が２条の
場合、（ｃ）図は段階形状の場合の斜視図、図４はこの
発明の全体構成図、図５はこの発明装置の設置説明図、
図６は撮像されモニタに表示される画面の説明図であ
る。

【００１８】図１において、１はコークス炉で、コーク
ス炉１の炉上に敷設したレール上に装炭車２が走行自在
に載置されている。コークス炉１の各窯の中心定位置に
は、それぞれターゲット３を配設し、装炭車２には、前
記ターゲット３に対応する位置にＣＣＤカメラ４を配設
すると共に、ターゲット３の斜め上方に照射装置５を配
設する。上記ターゲット３の設置位置は、図２の（ａ）
図に示すとおり、検出点が窯の中央部に設置する。従来
のターゲットの設置位置は、コークス炉１の炉端のトロ
リーの支柱に設置され、これに対応する装炭車２側の位
置検出装置で位置検出されていた。このため、図２
（ｂ）図に示すとおり、検出点が窯の中央部より離れた
ｙ₁であるため、ｙ₁から最も離れた窯のｘ方向芯ずれ
は、車輪とレールの隙間で最大偏芯７０ｍｍ程度になる
可能性があり、装炭が困難なものとなる。この発明にお
いては、図２（ｂ）図に示すとおり、検出点が窯の中央
部のｙ₀であるため、ｙ₀より最も離れた窯のｘ方向偏芯
がｙ₁点検出の１／３の２５ｍｍ程度で、最も偏芯量の
小さい目標窯定位置設定ができ、装炭が容易となる。

【００１９】コークス炉１の各窯の定位置中心にそれぞ
れ配設するターゲット３は、図３に示すとおり、装炭車
２の移動方向と直交する凸部６を有している。この凸部
６は、図３の（ａ）図に示すとおり単数の凸部６に限定
されず、図３の（ｂ）図に示す複数の凸部を有する形
状、あるいは図３の（ｃ）図に示す段階形状の凸部を有
する形状としてもよい。また、図４に示すとおり、装炭
車２に配設したＣＣＤカメラ４は、画像解析装置７とケ
ーブル８により連結されている。そして照射装置５から
ターゲット３にスリット光９を照射し、ＣＣＤカメラ４
により撮像すると、凸部６によりスリット光９が切断さ
れ、画像解析装置により二値化されてモニタ１０に表示
されるよう構成する。なお、１１はＣＣＤカメラ４の電
源、１２は照射装置５の電源、１３は画像解析装置７の
キーボード、１４は外部制御機器との連結を示す。

【００２０】上記のとおり構成することによって、装炭
車２を走行せしめて所定の窯の定位置に停止せしめる場
合は、装炭車２が自動走行により所定の窯のターゲット
３に接近して停止すると、照射装置５からターゲット３
にスリット光９を照射する。そしてＣＣＤカメラ４は、
ターゲット３の画像信号をケーブル８を介して画像解析
装置７に出力する。この場合、ＣＣＤカメラ４から画像
解析装置７に出力され、モニタ１０に表示されるターゲ
ット３の画像は、スリット光が二値化回路で二値化され
て図６に示すとおり表示される。この二値化画像から凸
部６のエッジ線ｅ₁、ｅ₂を検出し、予め画像上にエッジ
線との対比で設定した装炭車２の中心位置ＣＲが検出さ
れたエッジ線ｅ₁、ｅ₂ の位置にくるよう装炭車２の位置
を制御する。この場合の位置検出精度は、ＣＣＤカメラ
４の分解能４８５とすれば、画面寸法（視野）２００ｍ
ｍとすると、２００／４８５で０．４ｍｍであり、十分
な性能を有する。

【００２１】上記照射装置５およびＣＣＤカメラ４は、
図５に示すとおり、炉上中央部に接近して装炭車２に設
置された運転室１５内に格納する。この運転室１５は、
無人運転化でも試運転調整、非常時用として必要であ
り、室内にはエアコン１６、空気清浄器１７が設置され
ている。このため照射装置５およびＣＣＤカメラ４は、
熱、粉塵、湿気等の悪環境から保護される。なお、１８
は運転室１５の照明を避けるためのボックス、１９はボ
ックス１８の空気取入れ口、２０は透視ガラス面、２１
は照射装置５およびＣＣＤカメラ４の外部フードで、透
視ガラス面２０側には小型コンプレッサー２２からの圧
縮空気２３の吹付けノズル２４が設けられ、透視ガラス
面２０の外面側への粉塵の付着を防止している。また、
もう一方の圧縮空気ライン２５は、炉上に設置されたタ
ーゲット３上の粉塵を吹飛ばすためである。なお、ター
ゲット３を傾斜して設置すると、粉塵や雨水が流れ落ち
易くなる。これによって、画像処理による定位置検出装
置の検出精度を長期に亘って維持することができる。

【００２２】上記画像解析装置７により検出された装炭
車２の停止位置とターゲット３の窯定位置との偏差は、
装炭車２の図示しない走行制御装置にフィードバックさ
れ、装炭車２を高精度で定位置に停止せしめることがで
きる。

【００２３】実施例２ 前記実施例１で説明したコークス炉作業機械の定位置検
出装置のターゲットを炉上各窯中心に設置し、装炭車に
ターゲットに対応せしめて、照射装置、ＣＣＤカメラと
画像解析装置からなる画像処理装置を配設し、装炭車の
走行制御装置（誘導無線方式）で自動定位置停止せしめ
たのち、画像解析装置により装炭車の停止位置と窯定位
置との偏差を検出し、その検出結果を装炭車の走行制御
装置にフィードバックし、定位置停止の際のインチング
の自動制御を行った。その結果、装炭車の定位置停止精
度は、最大値で±１０ｍｍ、平均±５ｍｍであった。

【００２４】なお、比較のためこの発明の定位置検出装
置を使用せず、装炭車の走行制御装置だけで自動停止せ
しめたところ、定位置停止精度は、最大値で±５０ｍ
ｍ、平均±２０ｍｍであった。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明によれば、
コークス炉作業機械の定位置検出のための作業機械の移
動方向と直交する方向に検出すべき凸部または凹凸部を
有するターゲットを窯中心部に設け、スリット光を照射
した際に凸部または凹凸部により切断される光切断法を
利用するため、ターゲット上の汚損の影響が除外され、
安定して作業機械の停止位置と窯定位置との偏差を検出
することができる。また、定位置検出装置をエアコン、
空気清浄器を設置した室内に収納することによって、装
炭車のような過酷な環境条件下においても、長期に亘っ
て検出精度を維持することができる。このため、コーク
ス炉作業機械は、高精度で安定して定位置検出が可能と
なり、従来困難であった作業機械の自動化、無人化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の定位置検出装置を設置したコークス
炉と作業機械の正面図である。

【図２】この発明装置のターゲットの設置位置と偏芯の
説明図で、（ａ）図はターゲットの設置位置を、また
（ｂ）図は本発明法と従来法とのｘ軸、ｙ軸の偏芯の説
明図である。

【図３】機械加工したターゲットを示すもので、（ａ）
図は凸部が１条の場合、（ｂ）図は凸部が２条の場合、
（ｃ）図は段階形状の場合の斜視図である。

【図４】この発明の全体構成図である。

【図５】この発明装置の設置説明図である。

【図６】撮像されモニタに表示される２値化画像の説明
図である。

【符号の説明】

１ コークス炉 ２ 装炭車 ３ ターゲット ４ ＣＣＤカメラ ５ 照射装置 ６ 凸部 ７ 画像解析装置 ８ ケーブル ９ スリット光 １０ モニタ １１、１２ 電源 １３ キーボード １５ 運転室 １６ エアコン １７ 空気清浄器 １８ ボックス １９ 空気取入れ口 ２０ 透視ガラス面 ２１ 外部フード ２２ 小型コンプレッサー ２３ 圧縮空気 ２４ 吹付けノズル ２５ 圧縮空気ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐地 孝文 茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地 住友 金属工業株式会社 鹿島製鉄所内 (56)参考文献 特開 平４−215010（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−97783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205606（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−18152（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−41949（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス炉作業機械の各窯停止位置を検
   出する方法において、コークス炉側の各窯定位置に作業
   機械の移動方向と直交する方向に検出すべき凸部または
   凹凸部を有するターゲットを配設し、作業機械が各窯位
   置に停止時に前記ターゲットの凸部または凹凸部に交差
   する方向からスリット光あるいはエッジ光を照射し、タ
   ーゲットと対応する位置の撮像装置によりスリット光あ
   るいはエッジ光を撮像してその信号を画像処理装置に入
   力し、スリット光あるいはエッジ光を二値化し、この二
   値化画像から凸部または凹凸部のエッジ線を検出し、予
   め画像上にエッジ線との対比で設定した作業機械の中心
   位置と当該エッジ線検出位置と対比し、作業機械の中心
   位置と当該窯定位置との偏差を検出することを特徴とす
   るコークス炉作業機械の定位置検出方法。
2. 【請求項２】 コークス炉作業機械の各窯停止位置を検
   出する装置において、コークス炉側の各窯定位置に配設
   した作業機械の移動方向と直交する方向に検出すべき凸
   部または凹凸部を有するターゲットと、炉上中央部に接
   近して設置されたエアコン、空気清浄器を備えた作業機
   械の運転室に設置した前記ターゲットの凸部または凹凸
   部に交差する方向からスリット光あるいはエッジ光を照
   射できる照射装置およびターゲットと対応するＣＣＤカ
   メラ等の撮像装置と、画像処理装置とからなる光切断法
   によるコークス炉作業機械の定位置検出装置。