JP3008148B2 - ロングノズルの自動装着方法及びそのための装置 - Google Patents

ロングノズルの自動装着方法及びそのための装置

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JP3008148B2
JP3008148B2 JP5336245A JP33624593A JP3008148B2 JP 3008148 B2 JP3008148 B2 JP 3008148B2 JP 5336245 A JP5336245 A JP 5336245A JP 33624593 A JP33624593 A JP 33624593A JP 3008148 B2 JP3008148 B2 JP 3008148B2
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宏一 小澤
哲也 渡部
浩 中田
宗人 水野
敏夫 金森
強 松井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造装置におけ
るレードルからタンディッシュへの給湯に使用されるロ
ングノズル(ASP)を、レードルノズルへ自動着脱す
る方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造機では、レードル内の溶鋼をタ
ンディッシュに注ぐ場合、溶鋼の酸化を防止する為にレ
ードルノズルにロングノズルを装着し、そのノズルを通
して溶鋼を下部にあるタンディッシュに注いでいる。レ
ードル内の溶鋼の排出が終了すると直ちに取り出され、
次のレードルのセットに備えるようにしている。しか
し、レードルの位置が機械のがた等で一定でない為、ロ
ングノズルを把持するアームの位置をティーチングによ
って指定する方式での自動装着は不可能であり、またレ
ードルノズル側及びロングノズル側に各々ガイド用治具
を取り付ける方法もあるが治具が大きく適用できない場
合が多く、一方人手による芯合せ作業においても、視野
の確保も十分できなく、装着までに時間を要し、安定し
た操業が確保できないという問題点がある。このためロ
ングノズルの自動装着を行うために、レードルオペレー
タデッキ上に複数のITVカメラを設置して、レードル
のロングノズル取付位置を検出し、この検出結果に基づ
いてロングノズルが保持されたロングノズル取付アーム
を制御するロングノズル自動装着装置が用いられ始めて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の複数
のITVを用いたロングノズルの自動装着装置装置にお
いては、検出器としての複数のITVカメラを用いて対
象であるレードルノズル及びロングノズルを観察する
か、ロングノズルを支持するロングノズル取付アームの
上にITVカメラを固定してレードルノズルを観察する
ことによって位置決めを行っていた。しかしいずれの場
合にも対象物そのものの撮像により位置観察を行ってい
たので、測定対象物上の影の影響により検出部の特定が
難しくなって検出誤差が発生したり、位置決めのための
演算処理に時間がかかる不具合が生じるという問題点が
あった。
【0004】本発明は、測定対象物の影による検出誤差
が少なく、より高速な処理及び高精度な検出が可能とな
るメンテナンス性および信頼性の高いロングノズルの自
動装着方法およびそのための装置を提供しようとするも
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レード
ルからタンディッシュへの給湯に使用されるロングノズ
ルを、複数台のカメラを用いてレードルノズルに位置合
わせして装着する方法であって、前記レードルノズル及
び前記ロングノズルの中心位置から離間した既知の場所
に、各ノズルの接合部近傍に、背景と異なる色を持つ円
筒形マーカーを設置し、前記複数台のカメラで前記円筒
形マーカーを撮像した画像からマーカー中心位置を求め
て各円筒形マーカーの三次元位置を演算し、演算された
結果から各ノズルの中心位置及びノズルの芯ずれ量を求
め、前記ロングノズルを前記求められた芯ずれ量がゼロ
になるように駆動して前記レードルノズルに装着するロ
ングノズル自動装着方法が得られる。
【0006】また本発明によれば、レードルからタンデ
ィッシュへの給湯に使用される、ロボットアームで把持
されたロングノズルを、複数台のカメラを用いて前記レ
ードルノズルに位置合わせして装着する装置であって、
前記レードルノズル及び前記ロングノズルの中心位置か
ら離間した既知の場所の、各ノズルの接合部近傍につい
て少なくとも1個設置された、背景とは異なる色を持つ
円筒形マーカーと、該円筒形マーカーの設置部分を撮像
した前記少なくとも2台のカメラから得られる画像を各
画素毎の輝度情報として記憶する画像メモリと、該画像
メモリの情報から前記レードルノズルと前記ロングノズ
ルのX,Y軸位置を算出して該2つのノズルの芯ずれ量
を演算する演算装置と、該演算された芯ずれ量に従って
前記ロボットアームの移動量を制御するアーム駆動制御
装置とを備えたロングノズル自動装着装置が得られる。
【0007】
【実施例】図1は本発明によるロングノズルの自動装着
装置の一実施例の構成を示す図である。図の途中の大き
な矢印から下はロングノズルが装着された状態を示して
いる。レードル1とタンディッシュ2の間にロングノズ
ル3が挿入され、レードルル1に固定されたレードルノ
ズル4に装着されている。ロングノズル3はロボットア
ーム5により把持されていて、このロボットアーム5は
アーム駆動制御装置6により、アーム座標系でのR,
θ,Z方向に動作する。大きな矢印から上は装着前の状
態を示した図で、ロングノズル3とレードルノズル4が
芯ずれしていることを示している。この場合図には示し
てないが、ロングノズル3の下端はタンディッシュ2内
の溶鋼中に浸漬されている。
【0008】ここで大きな矢印の下に戻って、レードル
ノズル4及びロングノズル3の中心から離間した既知の
場所のノズルの接合部近傍に、画像処理での検出が容易
にできるような背景と異る色を持つ或いは特定波長の光
を発光する円筒形マーカー(図では単にマーカーと記
す。以下同じ)7と8を、各ノズルについて1個以上設
置する。また第1CCDカメラ9、第2CCDカメラ1
0(図では単にカメラ9,カメラ10と記す。以下同
じ)、照明装置11,12はマーカーが視野に入る様に
上向きに設置する。第1CCDカメラ9と第2CCDカ
メラ10の信号は画像位置計測装置13に入力される。
この画像位置計測装置では、各カメラの映像情報から、
ロングノズル3とレードルノズル4の芯ずれ量を演算す
る。
【0009】図2は画像位置計測装置13の構成を示し
た図で、カメラ撮影して得たアナログ映像信号をディジ
タル映像信号に変換する画像入力装置14、変換された
ディジタル画像を記憶する画像メモリ15、及び画像メ
モリから得られる画像情報から芯ずれ量を演算する演算
装置16で構成されている。演算した芯ずれ量は、アー
ム駆動制御装置6に送られ、このアーム駆動制御装置に
よりロボットアーム5の移動量を制御し、ノズルの装着
を行う。
【0010】図3は上記画像入力装置14において行わ
れるカメラによる撮像画像の例を示したもので、(a) は
第1CCDカメラ9によるロングノズル3及びレードル
ノズル4の撮像画像例、(b) は同じく第2CCDカメラ
10による撮像画像例である。この場合マーカー7,8
はいずれも2個ずつ使用されている。
【0011】図4はノズルの芯ずれ量を計測処理してノ
ズルの装着を行うまでのフローをブロックで示した図で
あり、説明の便宜上2つのカメラの画像をまとめて次に
示す(A)〜(E)の5つのステップに分けてある。以
下このフローに従って説明する。
【0012】(A)画像入力…ロングノズル3及びレー
ドルノズル4の中心から離間した既知の場所のノズルの
接合部近傍に設置した円筒形マーカー7,8を2台のカ
メラで各々撮像し(図3参照)、画像メモリ15(図
2)にディジタル画像として記憶する。
【0013】(B)画像内のマーカー中心点の位置検出
…以下に示すような画像処理により、画像内のマーカー
位置を求める。その一例を示すと、 (1) 2値化…円筒形マーカー7,8は背景の輝度と異な
る輝度を有している為、ある闘値を設定して2値化する
事により、画像内からマーカー領域を明確に抽出する。
【0014】(2) ノイズ除去…2値化結果にはマーカー
以外のノイズが含まれている。そのノイズを除去する為
に、2値化画像に対してラベリング処理を行い、各領域
の特徴量(例えば画像内での縦横サイズ、面積等)を求
める。マーカーの特徴量は既知なので、その特徴量から
マーカー領域のみを抽出する事が出来る。
【0015】(3) マーカー中心直線の算出…マーカー領
域の両端のエッジ位置を求め、最小二乗法またはハフ変
換によって直線をあてはめる。マーカー中心を通る直線
は、両端の直線の中心を通る直線として求める。
【0016】図5はこのマーカー中心直線の算出する仕
方を示す図で、 マーカー左端エッジ直線 L1 :a1 X+b1 Y+
1 =0 マーカー右端エッジ直線 L2 :a2 X+b2 Y+
2 =0 マーカー中心直線 L3 :a3 X+b3 Y+
3 =0 a3 =f1 (a1 ,b1 ,c1 ,a2 ,b2 ,c2 ) b3 =f2 (a1 ,b1 ,c1 ,a2 ,b2 ,c2 ) c3 =f3 (a1 ,b1 ,c1 ,a2 ,b2 ,c2 ) で表される。但し、f1 ,f2 ,f3 はL3 の各係数を
求める関数である。
【0017】(4) マーカー上端直線の算出…カメラは図
1に示すようにマーカーを見上げるような形になってい
るので、マーカーの上端直線は直接には求められない。
そこで図6に示すようなマーカーの画像を基にして次の
ようにして求める。すなわち、下方からマーカー中心直
線L3 に沿ってマーカー幅Wj をΔd間隔で順次求め
る。マーカー幅は始めは比較的急にに大きくなり、次に
大きさに変化のない状態がしばらく続き、その後小さく
なる。この小さくなる直前、すなわち大きさに変化がな
い場所の上端をマーカー上端とし、その位置での中心直
線L3 に直交する直線をマーカー上端直線L4 とする。
【0018】(5) マーカー中心位置の算出…マーカー中
心位置は、マーカー中心直線L3 とマーカー上端直線L
4 との交点Pとして求める。
【0019】(C)マーカー三次元位置の算出…上記処
理にて求めた第1CCDカメラ9の画像でのマーカー中
心位置P及び第2CCDカメラ10の画像でのマーカー
中心位置(図示してない)の対応付けを行い、そのマー
カー中心位置、カメラの設置位置、及びレンズの焦点距
離の関係から、3次元空間内での各マーカー位置を三角
測距の原理を用いて算出する。
【0020】図7は上記のマーカー位置算出のための計
測座標系を示す図で、原点Oは第1カメラ9のレンズ中
心位置、Qは第2カメラ10の中心位置、Sは2つのカ
メラの中心位置OとQの間の距離、f1 はカメラ9(上
方)の焦点距離、f2 はカメラ10(下方)の焦点距
離、α1 はカメラ9の水平角、α2 はカメラ10の水平
角、β1 はカメラ9の仰角、β2 はカメラ10の仰角を
それぞれ示している。また、17は第1カメラの視軸、
18は第2カメラの視軸、19は第1カメラの撮像面、
20は第2カメラの撮像面である。
【0021】(D)ノズル中心位置の算出…円筒形マー
カー7,8と各ノズルの位置関係は図8に示すように既
知なので、円筒形マーカーの三次元位置から各ノズルの
中心位置を算出することが出来る。
【0022】なお上記の計算は計測座標に対してマーカ
ーとノズル位置が回転している場合であるが、回転して
いない場合は使用するマーカーは1個でよい。また、三
次元空間内での姿勢を求める場合はマーカーを3個使用
する。
【0023】(E)芯ずれ量の算出…上記までの処理で
求めたロングノズル3及びレードルノズル4の三次元位
置座標から両者の芯ずれ量を算出する。
【0024】以上のようにして図2の画像位置計測装置
13で算出した芯ずれ量は、アーム駆動制御装置6に入
力され、この制御装置は入力したずれ量に応じてアーム
を移動させ、ロングノズル3をレードルノズル4に装着
する。
【0025】
【発明の効果】カメラ2台により、非接触にレードルノ
ズル及びロングノズルの三次元位置を計測し、芯ずれ量
を求める事が出来る。従って、操作が極めて簡単になる
ばかりでなく、ノズル近傍に他の機器が有ってガイド用
治具等が設置できない様な場合でも、自動でノズル装着
を行う事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるロングノズルの装着装
置の構成図。
【図2】本発明において用いる画像位置計測装置の画像
位置計測の構成を示す図。
【図3】本発明における撮像画像例の一例を示す図。
【図4】本発明にける芯ずれ量計測処理のフローをブロ
ックで示した図。
【図5】本発明におけるマーカー中心直線の算出方法を
説明するための図。
【図6】本発明におけるマーカー上端直線の算出方法を
説明する図。
【図7】本発明における計測座標系を説明する図。
【図8】本発明におけるマーカーとノズル位置の関係を
示す図。
【符号の説明】
1 レードル 2 タンディッシュ 3 ロングノズル 4 レードルノズル 5 ロボットアーム 6 アーム駆動制御装置 7,8 マーカー(円筒形マーカー) 9 第1カメラ(第1CCDカメラ) 10 第2カメラ(第2CCDカメラ) 11,12 照明装置 13 画像位置計測装置 14 画像入力装置 15 画像メモリ 16 演算装置 17 第1カメラ視軸 18 第2カメラ視軸 19 第1カメラ撮像面 20 第2カメラ撮像面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 哲也 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 中田 浩 東京都田無市谷戸町二丁目1番1号 住 友重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 水野 宗人 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 金森 敏夫 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 松井 強 愛媛県新居浜市惣開町5番2号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (56)参考文献 特開 平4−187353(JP,A) 特開 平6−79416(JP,A) 実開 平6−29751(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/10 320 B22D 41/56 G01B 11/00 G01B 11/27

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レードルからタンディッシュへの給湯に
    使用されるロングノズルを、複数台のカメラを用いてレ
    ードルノズルに位置合わせして装着する方法であって、 前記レードルノズル及び前記ロングノズルの中心位置か
    ら離間した既知の場所の各ノズル接合部近傍に、背景と
    異なる色を持つ円筒形マーカーを設置し、前記複数台の
    カメラで前記円筒形マーカーを撮像した画像からマーカ
    ー中心位置を求めて各マーカーの三次元位置を演算し、
    演算された結果から各ノズルの中心位置及びノズルの芯
    ずれ量を求め、前記ロングノズルを前記求められた芯ず
    れ量がゼロになるように駆動して前記レードルノズルに
    装着するロングノズルの自動装着方法。
  2. 【請求項2】 レードルからタンディッシュへの給湯に
    使用される、ロボットアームで把持されたロングノズル
    を、複数台のカメラを用いて前記レードルノズルに位置
    合わせして装着する装置であって、 前記レードルノズル及び前記ロングノズルの中心位置か
    ら離間した既知の場所の各ノズルの接合部近傍について
    少なくとも1個設置された、背景とは異なる色を持つ円
    筒形マーカーと、該円筒形マーカーの設置部分を撮像し
    た前記少なくとも2台のカメラから得られる画像を各画
    素毎の輝度情報として記憶する画像メモリと、該画像メ
    モリの情報から前記レードルノズルと前記ロングノズル
    のX,Y軸位置を算出して該2つのノズルの芯ずれ量を
    演算する演算装置と、該演算された芯ずれ量に従って前
    記ロボットアームの移動量を制御するアーム駆動制御装
    置とを供えたロングノズル自動装着装置。
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