JP7740488B2 - 乱巻検出装置及び乱巻検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、乱巻検出装置及び乱巻検出方法に関する。

ウインチのドラムに巻かれたワイヤーロープが整列していない状態を乱巻という。クレーンの荷を吊るワイヤーロープには大きな張力がかかるので、乱巻が発生した状態で運転を続けると、ワイヤーロープが損傷するおそれがある。そこで、乱巻を防止又は検出する技術が提案されている。

特許文献１に開示されたウインチ設備は、ワイヤーロープがドラムの回転軸に直交する方向から巻き取られるように、巻き取りガイドの動きとウインチの動きとを同期させる。

特許文献２に開示されたウインチは、ドラムに巻かれるワイヤーロープの近傍にリミットスイッチを設け、ワイヤーロープがリミットスイッチに接触することで、乱巻を検出する。

特開２００２－８７７６３号公報 実開平６－２７８７３号公報

上記特許文献１に開示されたウインチ設備には、乱巻が発生しにくい機構が設けられている。しかしながら、この設備には、乱巻が実際に発生したことを検出する機能は設けられていない。

上記特許文献２に開示されたウインチは、ワイヤーロープのドラムに対するブレ角の大きさを検出している。しかしながら、このウインチは、ドラムにおいて乱巻が発生したことを直接検出するものではない。また、リミットスイッチによる許容範囲が広ければ乱巻の検出が遅れ、狭すぎれば過度に乱巻を検出することになり、作業の遅れを引き起こす。また、ワイヤーロープがリミットスイッチに触れなければ、乱巻を検出することができない。この場合、ワイヤーロープがリミットスイッチとは別の方向に緩んだ場合には乱巻を検出することが困難になる。

本発明の目的は、いち早くかつ正確に乱巻の発生を検出することができる乱巻検出装置及び乱巻検出方法を提供することである。

本発明に係る乱巻検出装置の一態様は、
ドラムに巻かれたワイヤーロープの撮像画像において、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出部と、
検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定部と、
を有する。

本発明に係る乱巻検出方法の一態様は、
乱巻検出装置によって実行される乱巻検出方法であって、
ドラムに巻かれたワイヤーロープの撮像画像において、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出ステップと、
検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定ステップと、
を含む。

本発明によれば、いち早くかつ正確に乱巻の発生を検出することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る乱巻検出装置の機能構成を示す模式図である。 図２は、撮像装置によって撮像される画像の一例を示す図である。 図３は、垂線における画素の輝度変化の一例を示す図である。 図４は、走査窓が走査される様子を示す図である。 図５Ａは、境界ボックスを示す図である。図５Ｂは、同じ部分領域ＰＡから生成される回転角度が異なる複数の境界ボックスの一例を示す図である。 図６は、図１の乱巻検出装置のハードウエア構成を示すブロック図である。 図７は、図１の乱巻検出装置の動作を示すフローチャートである。 図８Ａ～図８Ｆは、走査窓の移動と生成される境界ボックスを示す模式図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、乱巻が発生した様子を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る乱巻検出装置の機能構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る乱巻検出装置１は、ウインチのドラム２に巻かれるワイヤーロープ３が整列していない乱巻が発生したことを検出する。ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３は、図示しないガイドシープ及びトップシープを経由して、荷を吊るフックに延びている。図１では、ドラム２が断面で示されている。

［全体構成］
乱巻検出装置１は、撮像部としての撮像装置１０と、撮像装置１０で撮像された撮像データに対して画像処理を行って乱巻が発生したことを検出する画像処理装置２０と、を備える。

［撮像装置］
撮像装置１０は、ドラム２の回転軸ＡＸが延びる回転軸方向と交差する方向に配置されている。撮像装置１０は、ドラム２に巻かれるワイヤーロープ３の画像を撮像する。図２には、この画像の撮像データＩＤの一例が示されている。図２に示すように、撮像装置１０の撮像視野には、ワイヤーロープ３が巻かれるドラム２全体が収まっている。しかしながら、これには限られず、撮像装置１０の撮像視野は、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の回転軸ＡＸの方向に延びる輪郭領域ＣＡ全体を含んでいればよい。

また、乱巻をいち早く検出するため、撮像データＩＤの撮像視野には、ワイヤーロープ３が巻き取られるドラム２の巻き取り位置４が収まっているのが望ましい。しかしながら、これには限られず、ドラム２に対する撮像装置１０の位置は、任意である。

撮像装置１０は、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の動画を撮像する。その動画のフレームレートでは、例えば、１秒間に３０フレームの撮像データＩＤが生成される。また、撮像装置１０は、静止画の撮像データＩＤを一定の間隔で撮像するものであってもよい。例えば、ドラム２が１回転する間に一定枚数、例えば４枚の撮像データを撮像するように設定することができる。

図２に示すように、撮像データＩＤは、複数の画素が２次元平面に配列されて構成された全体として矩形の画像のデータとなっている。撮像データＩＤにおいて、水平方向に延びる軸をＨ軸とし、垂直方向に延びる軸をＶ軸とする。本実施の形態では、ドラム２の回転軸ＡＸの方向が、Ｈ軸に一致するように、ドラム２と撮像装置１０との位置関係が固定されている。両者の位置関係が固定となっているため、撮像データＩＤにおけるドラム２の回転軸ＡＸの両端に設けられたフランジ２ａの位置は既知となっている。なお、ドラム２の回転軸ＡＸの方向とＨ軸との間に、若干の角度ずれがあってもよい。以下の画像処理では、この角度ずれが校正されているものとする。

撮像データＩＤは、カラー画像のデータであってもよいし、白黒画像のデータであってもよい。いずれの画像であっても、その輝度の変化に基づいてドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡを検出可能な画像のデータであればよい。

［画像処理装置］
図１に戻り、画像処理装置２０は、撮像データ取得部１１と、輪郭検出部１２と、部分領域抽出部１３と、境界ボックス生成部１４と、判定部１５と、報知部１６と、を備える。

［撮像データ取得部］
撮像データ取得部１１は、図２に示すように、撮像装置１０で撮像された画像の撮像データＩＤを取得する。前述の通り、撮像装置１０で撮像される動画を構成するフレームレートが１秒間に３０フレームである場合には、撮像データ取得部１１は、ドラム２が１回転する間に、互いに一部が重複してドラム２が一定角度、例えば９０度回転するごとに撮像データＩＤを取り込む。これにより、ドラム２が１回転する間に一定枚数、例えば４枚の撮像データＩＤが取得される。また、撮像装置１０が、静止画を撮像するものである場合、撮像データ取得部１１は、撮像装置１０に一定の間隔で撮像指令を送り、撮像装置１０から撮像データＩＤを受信するようにしてもよい。

撮像データ取得部１１は、ドラム２の回転に同期して撮像データＩＤを取得するようにしなくてもよい。例えば、ドラム２が最大回転速度で回転する場合に、ドラム２が１回転する間に、互いに一部が重複してドラム２の全周をカバーする複数の撮像データＩＤを取得する速さの一定周期で、撮像データＩＤを取得するようにしてもよい。

［輪郭検出部］
輪郭検出部１２は、図２に示すように、撮像装置１０で撮像された撮像データから、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の回転軸ＡＸの方向に延びる輪郭領域ＣＡを検出する。輪郭領域ＣＡは、乱巻検出処理の対象となるワイヤーロープ３の輪郭の一例である。本実施の形態では、輪郭領域ＣＡは、ワイヤーロープ３が巻かれたドラム２の撮像画像の撮像データにおいて、ワイヤーロープ３の輪郭の座標位置に対応する画素を含み、輪郭の座標位置に対応しない画素を含まない。よって、輪郭領域ＣＡは、全体としてはドラム２の回転軸ＡＸの方向（Ｈ軸方向）に延びるが、詳細にはドラムの径方向（Ｖ軸方向）の座標位置が上下に変動する、波形形状（蛇腹形状と呼んでもよい）のような非直線的な形状となる（図４等参照）。輪郭検出部１２による輪郭領域ＣＡの検出は、以下のようにして行われる。まず、輪郭検出部１２は、撮像データＩＤにおける水平方向、すなわちＨ軸方向に延びる基準線ＲＬを決定する。基準線ＲＬのＶ軸上の位置は任意であるが、明らかに輪郭領域ＣＡでない位置とする必要がある。例えば、Ｖ軸方向に関する撮像データＩＤの全幅の２／３の位置をＨ軸方向に延びる線を基準線ＲＬとすることができる。

続いて、輪郭検出部１２は、撮像データＩＤにおいて、図２に示すように、基準線ＲＬから垂直方向に延びる垂線ＶＬを決定する。そして、輪郭検出部１２は、垂線ＶＬ上にある各画素の輝度の変化を求める。図２に示すように、垂線ＶＬは、ワイヤーロープ３のロープ領域ＷＡと、ドラム２の裏側にある背景領域ＢＡとの間にまたがって延びている。

図３に示すように、撮像データＩＤにおいて、ワイヤーロープ３のロープ領域ＷＡでは輝度が高くなっており、背景領域ＢＡでは輝度が低くなっている。また、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡでは、輝度値が急激に変化している。輪郭検出部１２は、この輝度の変化に基づいて、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡを検出する。例えば、図３に示すように、輝度値の高い方の閾値ＢＨと、輝度値の低い方の閾値ＢＬとの間にある輝度値を有する画素の集合を輪郭領域ＣＡとして検出することができる。

輪郭検出部１２は、撮像データＩＤにおいて、基準線ＲＬ上にある各画素から垂線ＶＬを引いて、それぞれの垂線ＶＬでの輝度変化に基づいて、輪郭領域ＣＡを検出する。これにより、ドラム２の回転軸ＡＸの方向に延びる、輪郭領域ＣＡが生成される。

［部分領域抽出部］
部分領域抽出部１３は、図４に示すように、輪郭検出部１２で検出された輪郭領域ＣＡに対して、回転軸ＡＸの方向に一定の長さを有する走査窓Ｗを規定する。本実施の形態では、ワイヤーロープ３の直径に対応する撮像データＩＤの画素数をｋとした場合、走査窓Ｗの長さを２ｋとする。部分領域抽出部１３は、輪郭領域ＣＡから走査窓Ｗに対応する区間に含まれる部分領域ＰＡを抽出する。部分領域抽出部１３は、この走査窓Ｗを、回転軸ＡＸの方向に走査する。例えば、走査窓Ｗは、輪郭領域ＣＡの左端から１画素ずつずらしていく。部分領域抽出部１３は、走査窓Ｗをずらす度に、走査窓Ｗに対応する区間に含まれる部分領域ＰＡを抽出する。

［境界ボックス生成部］
境界ボックス生成部１４は、部分領域抽出部１３で部分領域ＰＡが抽出される度に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、抽出された部分領域ＰＡを包含し、撮像データＩＤの２次元平面内を回転可能な矩形である境界ボックスＶＢのうち、面積が最小となる最小境界ボックスＭＶＢを生成する。本実施の形態では、境界ボックスＶＢは、生成された最小境界ボックスＭＶＢの短辺（初回抽出時では縦に延びる辺）の長さをａとし、長辺（初回抽出時では横に延びる辺）の長さをｂ（ｂ＞ａ）とする、長方形である。長方形は、Ｖ軸の方向（ドラム２の径方向に相当）における輪郭領域ＣＡの変化の態様を単純化するために使用される規格化された形状の一例である。このような規格化された形状を用いることで、Ｖ軸の方向における輪郭領域ＣＡの変化度合いの計算や基準値との比較を簡略化できるため、画像処理装置２０のハードウエアの負荷増大を抑制できるとともに、乱巻検出の精度を容易に確保することが可能となる。

１回の抽出における部分領域ＰＡに対して生成する複数の境界ボックスＶＢは、矩形の長辺（長さｂの辺）がＨ軸の方向（輪郭領域ＣＡや部分領域ＰＡが延びる方向）となす角度（回転角度θ）が互いに異なる。また、これら複数の境界ボックスＶＢはいずれも、部分領域ＰＡを、余計な周囲領域まで含まない状態で包含するが、Ｈ軸方向の長さは常に一定（走査窓Ｗの長さ２ｋ）である部分領域ＰＡを包含するため、境界ボックスＶＢの短辺の長さａも長辺の長さｂも回転（つまり回転角度θの変化）に伴って変化する。その結果、これら複数の境界ボックスＶＢの面積は、回転角度θによって変化する。境界ボックス生成部１４は、このようにして生成される、回転角度θにより面積が変化する複数の境界ボックスＶＢの中から、最も面積の小さい１つを、最小境界ボックスＭＶＢとして選択する。

［判定部］
判定部１５は、境界ボックス生成部１４で生成された最小境界ボックスＭＶＢの面積に基づいて、ワイヤーロープ３に乱巻が発生しているか否かを判定する。ここで、最小境界ボックスＭＶＢの面積は、ａ×ｂである。判定部１５は、ａ×ｂが以下の不等式を満たす場合に、ワイヤーロープ３に乱巻が発生していると判定する。
ａ×ｂ＞２×ｋ×ｋ
この不等式の右辺は、走査窓Ｗの長さを横の長さとし、ワイヤーロープ３の直径を縦の長さとする長方形の面積である。

［報知部］
報知部１６は、判定部１５でワイヤーロープ３に乱巻が発生していると判定した場合に、オペレータに乱巻が発生したことを報知する。報知部１６は、警報器、警告灯又は表示装置を備え、例えば、警報器を鳴動させたり、警告灯を点灯もしくは点滅させたり、表示装置に乱巻が発生したことを表示したりする。報知部１６は、報知に替えて、または報知に加えて、図示しない制御装置に指令して、ドラム２を停止させてもよい。

本実施の形態では、報知部１６は、判定部１５が最小境界ボックスＭＶＢの大きさが２×ｋ×ｋを超えたと判定した状態が、一定時間継続した場合に、ワイヤーロープ３に乱巻が発生したことを報知する。しかしながら、報知部１６は、１回でも判定部１５がワイヤーロープ３に乱巻が発生したと判定した場合に、ワイヤーロープ３に乱巻が発生したことを報知するようにしてもよい。

［ハードウエア構成］
図１に示す乱巻検出装置１は、例えば、図６に示すハードウエア構成を有するコンピュータがソフトウエアプログラムを実現することにより実現される。

具体的には、乱巻検出装置１は、装置全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＣＰＵ２１の作業領域等として動作する主記憶部２２と、ＣＰＵ２１の動作プログラム等を記憶する外部記憶部２３と、カメラ２４と、ディスプレイ２５と、音声出力部２６と、これらを接続する内部バス２８と、を備える。

ＣＰＵ２１は、ソフトウエアプログラム（以下、単に「プログラム」とする）を実行するプロセッサ（演算装置）である。主記憶部２２には、外部記憶部２３からプログラム２９が読み込まれる。ＣＰＵ２１は、主記憶部２２に格納されたプログラム２９を実行する。これにより、撮像データ取得部１１、輪郭検出部１２、部分領域抽出部１３、境界ボックス生成部１４、判定部１５及び報知部１６の機能が実現される。

主記憶部２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。主記憶部２２には、ＣＰＵ２１のプログラム２９が外部記憶部２３からロードされる。また、主記憶部２２は、ＣＰＵ２１の作業領域（データの一時記憶領域）としても用いられる。

外部記憶部２３は、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリから構成される。外部記憶部２３には、ＣＰＵ２１に実行させるためのプログラム２９が予め記憶されている。

カメラ２４は、撮像を行う。カメラ２４は静止画又は動画を撮像可能である。カメラ２４が撮像装置１０に対応する。

ディスプレイ２５は、画像表示を行う表示デバイスである。音声出力部２６は、音声出力を行う。このディスプレイ２５及び音声出力部２６によって、報知部１６の機能が実現される。

［乱巻検出装置の動作］
次に、本発明の実施の形態１に係る乱巻検出装置１の動作、すなわち乱巻検出方法を実現する乱巻検出処理について説明する。図７のフローチャートに示す処理は、ドラム２へのワイヤーロープ３の巻き取りが開始されると、その実行が開始される。

図７に示すように、まず、撮像データ取得部１１は、撮像装置１０で撮像されたドラム２に巻かれるワイヤーロープ３の画像の撮像データＩＤを取得する（ステップＳ１；撮像データ取得ステップ）。これにより、例えば図２に示すような、ドラム２に巻かれるワイヤーロープ３の撮像データＩＤが取得される。

続いて、輪郭検出部１２は、ステップＳ１で取得された撮像データＩＤから、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の回転軸方向に延びる輪郭領域ＣＡを検出する（ステップＳ２；輪郭検出ステップ）。ここで、例えば、図２に示すように、撮像データＩＤに対して、基準線ＲＬが引かれ、基準線ＲＬ上の各画素から、＋Ｖ方向に延びる垂線ＶＬが引かれる。さらに、各垂線ＶＬにおける輝度の変化（図３参照）に基づいて、例えば図２に示すワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡが検出される。

続いて、部分領域抽出部１３は、ステップＳ２で検出された輪郭領域ＣＡに対して、回転軸ＡＸの方向に一定の長さを有する走査窓Ｗの位置を設定する（ステップＳ３；走査窓位置設定ステップ）。部分領域抽出部１３は、初回のステップＳ３の処理では、図４に示すように、走査窓Ｗを輪郭領域ＣＡの左端（最も－Ｈ側）の位置に設定する。ステップＳ３では、部分領域抽出部１３は、ステップＳ３の処理が実行される度に、走査窓Ｗの位置を、１画素ずつ＋Ｈ方向にシフトさせる。

続いて、部分領域抽出部１３は、輪郭領域ＣＡから走査窓Ｗに対応する区間に含まれる部分領域ＰＡを抽出する（ステップＳ４；部分領域抽出ステップ）。ここで、図４に示すように、輪郭領域ＣＡのうち、走査窓Ｗに対応する領域が、部分領域ＰＡとして抽出される。図４では、部分領域ＰＡは実線の太線で示され、部分領域ＰＡ外の輪郭領域ＣＡは点線の太線で示されている。

続いて、境界ボックス生成部１４は、抽出された部分領域ＰＡを包含し、撮像データＩＤの２次元平面内を回転可能な矩形である境界ボックスＶＢのうち、面積が最小となる最小境界ボックスＭＶＢを生成する（ステップＳ５；最小境界ボックス生成ステップ）。ここで、境界ボックス生成部１４は、図５Ａに示すように、部分領域ＰＡを包含し、Ｈ軸に対する回転角度θが異なる複数の境界ボックスＶＢを生成する。なお、境界ボックスＶＢは、その角度θにおいて、部分領域ＰＡを包含する最小面積の境界ボックスＶＢであるものとする。さらに、境界ボックス生成部１４は、各角度θにおける最小面積の境界ボックスＶＢの中から、最小面積の境界ボックスＶＢを最小境界ボックスＭＶＢとして選択する。

続いて、判定部１５は、ステップＳ４で生成された最小境界ボックスＭＶＢの面積を計算し（ステップＳ６）、算出された最小境界ボックスＭＶＢの面積に基づいて、ワイヤーロープ３に乱巻が発生しているか否かを判定する（ステップＳ７；判定ステップ）。例えば、図８Ａに示すように、走査窓Ｗに対応するワイヤーロープ３の輪郭が規則的となっている場合には、部分領域ＰＡから生成される境界ボックスＶＢは、角度θ＝０において最小となり、θ＝０の境界ボックスＶＢが、最小境界ボックスＭＶＢとして生成される。この最小境界ボックスＭＶＢの面積は、比較対象となる２×ｋ×ｋの面積（基準面積の一例）を有する参照境界ボックスＲＶＢの面積以下となっており、この場合、判定部１５は、ワイヤーロープ３に乱巻が発生していないと判定する。

乱巻が発生していないと判定した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、走査窓Ｗの走査を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１）。走査窓Ｗの＋Ｈ端がドラム２の＋Ｈ端まで到達すると、走査を終了すると判定される。走査を終了していない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ１１から戻った後、部分領域抽出部１３は、ステップＳ２で検出された輪郭領域ＣＡに対して、走査窓Ｗの位置を設定する（ステップＳ３）。２回目以降のステップＳ３の処理では、部分領域抽出部１３は、現在の走査窓Ｗの設定位置から、走査窓Ｗの位置を＋Ｈ方向に１画素ずらす。続いて、部分領域抽出部１３は、輪郭領域ＣＡから走査窓Ｗに対応する区間に含まれる部分領域ＰＡを抽出し（ステップＳ４）、境界ボックス生成部１４は、最小境界ボックスＭＶＢを生成する（ステップＳ５）。さらに、判定部１５は、ステップＳ４で生成された最小境界ボックスＭＶＢの面積を計算し（ステップＳ６）、計算された面積に基づいて、ワイヤーロープ３に乱巻が発生しているか否かを判定する（ステップＳ７）。さらに、判定部１５は、乱巻が発生していないと判定した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、走査窓Ｗの走査を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１）。走査を終了しない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、ステップＳ３に戻る。

このように、判定部１５で乱巻が発生したと判定されない限り（ステップＳ７；Ｎｏ）、ステップＳ３～ステップＳ７、Ｓ１１が繰り返され、撮像データＩＤから検出された輪郭領域ＣＡから部分領域ＰＡが抽出され、部分領域ＰＡを包含する最小境界ボックスＭＶＢの面積が求められ、乱巻が発生したか否かの判定が繰り返される。

判定部１５で乱巻が発生したと判定された場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、判定部１５は、乱巻が発生した走査窓Ｗの位置と、乱巻が発生したその走査窓Ｗの位置での乱巻の発生継続回数を記憶し（ステップＳ８）、その発生継続回数が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ９）。発生継続回数が閾値を超えていなければ（ステップＳ９；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、ステップＳ１１に進む。

このように、１枚の撮像データＩＤについて、ステップＳ３～ステップＳ７、Ｓ１１又はステップＳ３～ステップＳ９、ステップＳ１１が繰り返され、乱巻が発生した場合には、発生した走査窓Ｗの位置及びその継続回数が記憶される。

この繰り返しの中、走査窓Ｗの走査が終了すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、画像処理装置２０は、巻き取りが終了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。巻き取りが終了したか否かは、ワイヤーロープ３の巻き取りを行う装置から出力される信号によって判定される。巻き取り終了と判定されなかった場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、画像処理装置２０は、ステップＳ１に戻る。

その後、新たな撮像データＩＤの取得（ステップＳ１）、輪郭領域ＣＡの検出（ステップＳ２）、走査窓の位置設定（ステップＳ３）、部分領域の抽出（ステップＳ４）、最小境界ボックスＭＶＢの生成（ステップＳ５）、その面積計算（ステップＳ６）が行われる。そして、その面積によって乱巻発生の有無が判定され（ステップＳ７）、乱巻が発生したと判定されなければ（ステップＳ７；Ｎｏ）、走査終了判定が行われる（ステップＳ１１）といったように、ステップＳ１～Ｓ７、Ｓ１１が繰り返される。この繰り返しで、乱巻が発生したと判定された場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、発生したときの走査窓Ｗの位置と、継続回数が記憶される（ステップＳ８）。継続回数が閾値を超えると（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、報知部１６は、乱巻が発生したことを報知する（ステップＳ１０）。

前述のように、画像処理装置２０は、走査が終了すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、巻き取りが終了したか否かを判定する（ステップＳ１２）。巻き取り終了と判定された場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、画像処理装置２０は、処理を終了する。

図８Ａ～図８Ｆに示すように、ワイヤーロープ３が正常にドラム２に巻かれ、乱巻が発生していない状態では、走査窓Ｗが走査されても、実線で示される最小境界ボックスＭＶＢの面積（ａ×ｂ）は、点線で示される参照境界ボックス２×ｋ×ｋ（点線で示される面積）以下となる。この場合、判定部１５では、乱巻が発生したと判定されることはない。この場合、ワイヤーロープ３の輪郭に生じる段差は、現在巻かれている位置のものに限られる。この段差は、ワイヤーロープ３の直径程度となるので、最小境界ボックスＭＶＢの面積が、ワイヤーロープ３の２本分に相当する参照境界ボックス２×ｋ×ｋより大きくなることはない。

一方、図９Ａに示すように、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３に乗り上げが発生した場合、実線で示される最小境界ボックスＭＶＢの面積（ａ×ｂ）は、２×ｋ×ｋ（点線で示される面積）よりも大きくなる。ワイヤーロープ３が多重に乗り上げた場合には、最小境界ボックスＭＶＢの面積は２×ｋ×ｋ（点線で示される面積）よりもさらに大きくなる。この場合、判定部１５は、乱巻が発生したと判定する。

また、図９Ｂに示すように、巻き取り位置の間が空いてロープ隙間が発生した場合、実線で示される最小境界ボックスＭＶＢの面積（ａ×ｂ）は、点線で示される面積（２×ｋ×ｋ）よりも大きくなる。この場合、判定部１５は、乱巻が発生したと判定する。

この他、ドラム２に巻かれた緩みが発生した場合にも、ワイヤーロープ３の輪郭は、図９Ａ又は図９Ｂに示す状態に類似した状態となり、判定部１５により、ワイヤーロープ３に乱巻が発生したことが判定される。

なお、本実施の形態では、報知部１６が、同じ場所について乱巻が発生したと複数回継続して判定された場合に、乱巻が発生したことをオペレータに報知するものとしている。言い換えれば、判定部１５は、最小境界ボックスＭＶＢの面積（ａ×ｂ）が参照境界ボックスＲＶＢの面積（２×ｋ×ｋ）よりも大きい状態が継続する場合に、乱巻の発生を報知部１６から報知させる。これにより、ワイヤーロープ３の乗り上げや隙間による段差が瞬時的に単発で発生することに起因する乱巻発生の誤検出を抑制することができる。しかしながら、報知条件として複数回（一定時間）の継続は、必ずしも必須ではない。例えば、乱巻の発生が１回でも発生すれば、報知部１６がオペレータにその旨を報知するようにしてもよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る乱巻検出装置１は、撮像装置１０と、画像処理装置２０と、を備える点は、上記実施の形態１に係る乱巻検出装置１の構成と同じである。

図１０に示すように、本実施の形態に係る乱巻検出装置１は、さらに、照明部としての光源５と、遮蔽部としてのシェード６と、を備える。

光源５は、撮像データＩＤの輪郭領域ＣＡにおけるワイヤーロープ３と他の部分との輝度差が大きくなるように、ワイヤーロープ３の外面を照明する。光源５から出射された照明光ＩＬは、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の外面であって、撮像装置１０の撮像視野に収まる部分を照明する。これにより、撮像装置１０で撮像されるワイヤーロープ３の輝度が高くなる。例えば、図３のグラフにおけるロープ領域ＷＡの範囲における輝度を高くすることができる。このため、背景領域ＢＡとの輝度差を広げることができるので、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡを高精度に検出することができる。

遮蔽部としてのシェード６は、光源５と撮像装置１０との間に配置され、光源５からの照明光ＩＬを遮蔽する。シェード６により、照明光ＩＬが直接入射して、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡの検出精度が低下するのを防ぐことができる。

以上説明した実施の形態１、２では、乱巻検出装置１は、ドラム２に巻かれたワイヤーロープ３の撮像画像（撮像データＩＤ）において、ドラム２の回転軸方向（Ｈ軸方向）に延びるワイヤーロープ３の輪郭（輪郭領域ＣＡ）を検出する輪郭検出部１２と、検出された輪郭の、ドラム２の径方向（Ｖ軸方向）における変化度合い（最小境界ボックスＭＶＢの面積ａ×ｂ）を計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、ワイヤーロープ３の乱巻の発生を判定する判定部１５と、を有する。

また、上記の乱巻検出装置１において、判定部１５は、ワイヤーロープ３の輪郭を包含する規格化された形状の面積（最小境界ボックスＭＶＢの面積ａ×ｂ）を変化度合いとして計算し、計算された面積を基準面積（参照境界ボックスＲＶＢの面積２×ｋ×ｋ）と比較して、乱巻の発生を判定する。

さらに、上記の乱巻検出装置１において、判定部１５は、計算された面積が基準面積よりも大きい状態が継続する場合に、乱巻の発生を報知部１６から報知させる。

さらに、上記の乱巻検出装置１において、判定部１５は、検出された輪郭から抽出された、ドラム２の軸方向においてワイヤーロープ３の２本分の幅に対応する輪郭（部分領域ＰＡ）について、変化度合いを計算する。

以上詳細に説明したように、上記実施の形態１、２によれば、ドラム２の回転軸ＡＸの方向に延びるワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡの部分領域ＰＡを包含する最小な矩形である境界ボックスＭＶＢの大きさに基づいて、ドラム２におけるワイヤーロープ３の乱巻の発生を検出する。これにより、いち早くかつ正確に乱巻の発生を検出することができる。

ワイヤーロープ３に乱巻が発生しているか否かは、ワイヤーロープ３の輪郭の一部である部分領域ＰＡが、ワイヤーロープ３の２本分を包含する参照境界ボックスＲＶＢより大きくなっているか否かによって判定される。すなわち、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡの部分領域ＰＡがなす図形の大きさにより乱巻を検出するという簡便な画像処理で乱巻を検出することができる。参照境界ボックスＲＶＢは、最小境界ボックスＭＶＢとの比較のため、最小境界ボックスＭＶＢと同様の規格化された形状、つまり本実施の形態では長方形であり、その短辺ａは、ワイヤーロープ３の直径ｄに相当する画素数ｋであり、その長辺ｂは、横に並んだワイヤーロープ３の２本分の画素数２ｋである。参照境界ボックスＲＶＢの大きさを、ワイヤーロープ３の２本分よりも小さくすると、部分領域ＰＡに発生するワイヤーロープ３の乗り上げや隙間といった現象による段差を確実に捕捉できないおそれがある。参照境界ボックスＲＶＢの大きさを、ワイヤーロープ３の２本分又はそれ以上とすると、段差の確実な捕捉が可能となる。ただし、段差の発生位置を正確に把握できる点で、参照境界ボックスＲＶＢの大きさを、ワイヤーロープ３の２本分とすることが最適である。

さらに、この判定は、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡの部分領域ＰＡを包含し、撮像データＩＤ内で回転可能な矩形のうち、面積が最小となる最小境界ボックスＭＶＢの大きさに基づいて行われる。すなわち、部分領域ＰＡの一部を包含する最小境界ボックスＭＶＢを用いて乱巻が検出される。乱巻が発生するとワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡはＶ軸方向に大きく変化する一方、乱巻が発生していなくてもワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡはある程度Ｖ軸方向に変化している。上記実施の形態では、部分領域ＰＡを包含する矩形のうち、面積が最小となる最小境界ボックスＭＶＢの大きさを判定要件とすることにより、乱巻が発生した場合のワイヤーロープ３のＶ軸方向の大きな変化と小さな変化とを切り分けることができる。このため、乱巻検出のロバスト性を向上することが可能となる。

また、乱巻が発生した場合でも、ワイヤーロープ３の輪郭領域ＣＡの形状は様々である。上記実施の形態では、輪郭領域ＣＡの部分領域ＰＡを包含する矩形のうち、面積が最小となるように角度θが規定された最小境界ボックスＭＶＢで輪郭領域ＣＡの形状を規格化し、判定要件として用いている。最小境界ボックスＭＶＢの回転角度θは、ワイヤーロープ３の２本分の輪郭が延びる方向、部分領域ＰＡの全体的な向きを表している。また、最小境界ボックスＭＶＢの大きさは、その輪郭が延びる方向に直交する方向に部分領域ＰＡがどの程度変化しているかで決まる。したがって、部分領域ＰＡを包含する最小境界ボックスＭＶＢを用いれば、ワイヤーロープ３の部分領域ＰＡの全体的な向きの方向に関わらず、均一的な指標で乱巻を検出することが可能となる。この結果、乱巻検出のロバスト性を向上することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、比較対象となる参照境界ボックスＲＶＢの大きさを、ワイヤーロープ３の２本分を包含する大きさとしている。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば、乱巻が発生していない状態でもワイヤーロープ３の輪郭のＶ軸方向の変化が大きい場合には、参照境界ボックスＲＶＢの大きさを２×ｋ×ｋに対して余裕を有する大きさとしてもよい。

撮像装置１０の光軸からの距離によっては、ワイヤーロープ３の直径ｄに相当する画素数が異なる場合がある。例えば、ドラム２の両端と中央とで、ワイヤーロープ３の直径ｄに相当する画素数が異なる場合には、それぞれの直径ｄに相当する画素数に応じて、異なる値のｋを判定に用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、走査窓Ｗを１画素ずつシフトさせている。しかしながら、本発明はこれには限られない。走査窓Ｗを２画素以上シフトさせるようにしてもよい。例えば、走査窓Ｗをシフトさせる長さを、ワイヤーロープ３の直径ｄの半分程度の大きさとするようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、図３に示すように、輝度が閾値ＢＬ以上閾値ＢＨ以下にある領域を輪郭領域ＣＡとして検出している。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば輝度の変化量を閾値として予め設定しておき、設定された閾値に相当する輝度の変化量をもつ画素領域を、輪郭領域ＣＡとして検出してもよい。本発明は、輪郭領域ＣＡの検出方法には限定されない。

また、上記実施の形態では、ドラム２におけるワイヤーロープ３の巻き取り位置４にかかわらず、１枚の撮像データＩＤについて、ドラム２の－Ｈ端から＋Ｈ端まで巻かれたワイヤーロープ３の輪郭について、乱巻の発生を判定している。しかしながら、本発明はこれには限られない。ワイヤーロープ３の巻き取り位置４付近の輪郭に絞って、乱巻の発生を検出するようにしてもよい。

上記実施の形態では、ワイヤーロープ３は、ドラム２の－Ｈ端から＋Ｈ端まで巻かれるものとしている。しかしながら、ワイヤーロープ３は、ドラム２の＋Ｈ端から－Ｈ端まで巻かれるようにしてもよい。

乱巻検出装置１のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。

ＣＰＵ２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、カメラ２４、ディスプレイ２５及び音声出力部２６などから構成される乱巻検出装置１の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する乱巻検出装置１を構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することで乱巻検出装置１を構成してもよい。

乱巻検出装置１の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

２０２２年２月１５日出願の特願２０２２－２１５４６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明は、ウインチのドラムにおけるワイヤーロープの乱巻の発生の検出に適用することができる。

１ 乱巻検出装置
２ ドラム
２ａ フランジ
３ ワイヤーロープ
４ 巻き取り位置
５ 光源
６ シェード
１０ 撮像装置
１１ 撮像データ取得部
１２ 輪郭検出部
１３ 部分領域抽出部
１４ 境界ボックス生成部
１５ 判定部
１６ 報知部
２０ 画像処理装置
２１ ＣＰＵ
２２ 主記憶部
２３ 外部記憶部
２４ カメラ
２５ ディスプレイ
２６ 音声出力部
２８ 内部バス
２９ プログラム
ＡＸ 回転軸
ＢＡ 背景領域
ＣＡ 輪郭領域
ＩＤ 撮像データ
ＭＶＢ 最小境界ボックス
ＰＡ 部分領域
ＲＬ 基準線
ＲＶＢ 参照境界ボックス
ＶＢ 境界ボックス
ＶＬ 垂線
Ｗ 走査窓
ＷＡ ロープ領域

Claims (9)

1. ドラムに巻かれたワイヤーロープの撮像画像において、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出部と、
   検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定部と、
   を有し、
   前記判定部は、前記ワイヤーロープの輪郭を包含する規格化された形状の面積を前記変化度合いとして計算し、計算された面積を基準面積と比較して、前記乱巻の発生を判定する、
   乱巻検出装置。
2. 前記判定部は、計算された面積が前記基準面積よりも大きい状態が継続する場合に、前記乱巻の発生を報知部から報知させる、
   請求項１に記載の乱巻検出装置。
3. 前記基準面積は、２本分のワイヤーロープの断面を包含する規格化された形状の面積であり、
   前記判定部は、検出された輪郭から抽出された、前記回転軸方向においてワイヤーロープの２本分の幅に対応する輪郭について、前記変化度合いを計算する、
   請求項１に記載の乱巻検出装置。
4. ドラムに巻かれたワイヤーロープの撮像画像において、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出部と、
   検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定部と、
   を有し、
   前記輪郭検出部は、前記輪郭として、前記ドラムに巻かれた前記ワイヤーロープの前記回転軸方向に延びる輪郭領域を検出し、
   前記回転軸方向と交差する方向に配置され、前記ワイヤーロープの画像を撮像して前記撮像画像を得る撮像部と、
   前記輪郭検出部で検出された輪郭領域に対して、前記回転軸方向に一定の長さを有する走査窓を前記回転軸方向に走査しつつ、前記輪郭領域から前記走査窓に対応する区間に含まれる部分領域を抽出する部分領域抽出部と、
   前記部分領域抽出部で部分領域が抽出される度に、抽出された部分領域を包含し、前記撮像画像の撮像データの２次元平面内を回転可能な矩形である境界ボックスのうち、面積が最小となる最小境界ボックスを生成する境界ボックス生成部と、
   をさらに有し、
   前記判定部は、前記境界ボックス生成部で生成された最小境界ボックスの面積に基づいて、前記ワイヤーロープに乱巻が発生しているか否かを判定する、
   乱巻検出装置。
5. 前記ワイヤーロープの直径に対応する前記撮像データの画素数をｋとした場合、前記走査窓の長さが２ｋであり、
   前記判定部は、
   前記境界ボックス生成部で生成された最小境界ボックスの大きさが、２×ｋ×ｋを超えた場合に、前記ワイヤーロープに乱巻が発生したと判定する、
   請求項４に記載の乱巻検出装置。
6. 前記判定部が前記最小境界ボックスの大きさが２×ｋ×ｋを超えたと判定した状態が、一定時間継続した場合に、前記ワイヤーロープに乱巻が発生したことを報知する報知部を備える、
   請求項５に記載の乱巻検出装置。
7. ドラムに巻かれたワイヤーロープの乱巻の発生を検出する乱巻検出装置であって、
   前記ドラムの回転軸方向と交差する方向に配置され、前記ワイヤーロープの画像を直接撮像して撮像画像を得る撮像部と、
   前記撮像画像中における前記ワイヤーロープと背景領域との輝度差が大きくなるように、前記ワイヤーロープの外面であって、前記撮像部の撮像視野に収まる部分を照明する照明部と、
   前記撮像画像において、前記撮像画像内の輝度変化に基づいて、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出部と、
   検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定部と、
   を備える、乱巻検出装置。
8. 前記照明部と前記撮像部との間に配置され、前記照明部からの照明光を遮蔽する遮蔽部を備える、
   請求項７に記載の乱巻検出装置。
9. 乱巻検出装置によって実行される乱巻検出方法であって、
   ドラムに巻かれたワイヤーロープの撮像画像において、前記ドラムの回転軸方向に延びる前記ワイヤーロープの輪郭を検出する輪郭検出ステップと、
   検出された輪郭の、前記ドラムの径方向における変化度合いを計算し、計算された変化度合いの大きさに基づいて、前記ワイヤーロープの乱巻の発生を判定する判定ステップと、
   を含み、
   前記判定ステップでは、前記ワイヤーロープの輪郭を包含する規格化された形状の面積を前記変化度合いとして計算し、計算された面積を基準面積と比較して、前記乱巻の発生を判定する、
   乱巻検出方法。