JPH0650457Y2 - 吊荷の振れ角検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はロープ吊型クレーン等に
おける吊荷の振れ角を検出する装置に係り、特に天井走
行式クレーンにおいて、ロープに懸垂された吊荷のクレ
ーン走行方向および横行方向における振れ角を光学的に
無接触で刻々正確に検出することが可能な吊荷の振れ角
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種のクレーン、例えば天井走行式クレ
ーンにおいて、その走行用ガーダ上で走行方向と直角に
移動し得る横行用クラブにロープ伝動系を仕組み、これ
により巻上げ、巻下げ操作可能に吊下げ保持された吊具
付きシーブブロックに玉掛けを行った重量物である吊荷
の昇降と移送を行うが、この移送中にしばしば吊荷の振
れが起り、特に所定位置での停止のための制動に基づく
慣性力によって吊荷の振れが助長され、振れが止まるま
での無駄な時間を費やしたり、また既知の振れ止め制御
を実施したとしても振れの実態把握が不十分なため、停
止後における吊下げ、または吊上げの位置決め精度が大
きく狂い、正規の位置に荷物が置けなかったり、吊具が
吊穴にフィットしない等の不具合が生じていた。例え
ば、実開昭６１−１３２３８７号公報に示されているご
とく、製鉄所のコイルヤード等ではおびただしい大量
の、しかも多品種にわたる巨大な重量物であるストリッ
プコイル等が整然と区画されているが、コイルヤードの
広範囲の地域にわたり出し入れの激しい集積区画におい
て、厳密に番地管理され高度に合理化・省力化されてい
る環境下では、正確な吊荷の吊下げ、または吊上げの位
置決めは、従来のように、クレーン運転士の目視による
クレーン操作の補正が全くないことから、上位コンピユ
ータにより指定される番地管理指令に則った無人のコイ
ルハンドリング下で適切、かつ正確に吊荷の吊下げ、吊
上げの位置決めを行うことが不可欠となり、クレーンに
よって移送される吊荷の振れの実態を刻々精密に把握し
正確な位置決めを行う必要があった。この問題を解決す
るために、従来技術において吊荷の正確な位置決めを行
う手段として数多くの提案がなされている。例えば、ク
レーンを所定の目標位置で停止させるクレーンの走行位
置決め方法（特開昭６１−２３５３９５号公報）、クレ
ーン停止時における両脚の偏差を０にしてクレーンの正
確な位置決めを行うクレーン停止姿勢の矯正装置（特開
昭５４−１５３４６４号公報）、吊具の実際位置を検出
する方法（特開昭５９−５３３８９号公報）、クレーン
の制動に基づく慣性力による吊荷の揺動を自動的に制御
する装置（特開昭５２−１１５０５８号公報、特開昭６
０−２６２７９０号公報）、吊荷に生じた慣性力を減衰
させてエネルギーを吸収し吊荷の振れ止めを行う方法
（実開昭６３−１６６５８７号公報）、巻上げロープの
捩じれなどによる吊荷の水平面内における回転を防止し
正確な吊荷と吊具との直角度を保持する方法（特開昭６
１−３７６９３号公報）、あるいは吊荷の振り子運動に
よる位置誤差を解消するクレーン制御装置（特開昭６０
−２６２７９１号公報）などが挙げられる。このよう
に、クレーンの自動運転制御において吊荷の吊下げ、吊
上げのための位置決めは僅かな誤差をも許されず極めて
高精度の位置決めが要求されるものである。

【０００３】上述のごとく、クレーンの自動運転制御に
おける吊荷のハンドリングにおいて、特にクレーンの減
速時に、最適な走行制御を行うことにより吊荷の振れを
少なくして、吊荷の吊下げ、吊上げの正確な位置決めを
行い作業能率の良いクレーンの制御を行う努力がなされ
ているが、このような制御をいっそう正確に行うために
は、クレーン吊荷の振れ止め制御実施時における吊荷の
振れ角を刻々正確に検出する必要がある。従来の吊荷の
振れ角検出装置として、例えば実開昭５７−５６６７９
号公報に提案されているごとく、クレーンの吊り荷の重
心を通る線に沿って鉛直方向に振れ検出ロープを設け、
その振れ検出ロープの中間附近に振れ検出レバーを固定
するかあるいはロープに接触させて、該検出レバーの動
きをポテンショメータ、セルシンまたは磁気式スケール
等によって電気信号に変換する方法があるが、次に示す
ような問題点があった。 （１）振れ検出レバーおよびそれを駆動させる付属機械
装置が複雑となり、取扱いならびに保守点検が面倒であ
る。 （２）振れ検出レバーを検出ロープで動かすために、検
出レバーの反力が検出ロープに加わり、検出ロープがた
わむため正確な振れ量の検出ができないこと、また上記
の反力による検出ロープのたわみを小さくするために検
出ロープにかなり大きな張力を加える必要があるという
問題が生ずる。

【０００４】（３）振れ検出ロープと検出レバーとの固
縛装置が必要であり、また検出ロープの振れ支点（固定
点）の高さを巻上げワイヤロープの支点高さと一致させ
るため上下に調整する場合に、上記固縛装置の着脱作業
をしなければならないという不具合があった。一方、実
開昭５６−１２８５１０号公報において、巻上げロープ
を挾んで光源と光電素子アレイからなる１組の光電検出
器を、異なる平面上にそれぞれ配置し、クレーンの走行
（Ｙ軸）方向および横行（Ｘ軸）方向の巻上げロープの
光電素子アレイ上での結像移動量を検出し、これから巻
上げロープの振れ角を演算により求める振れ角検出装置
が提案されている。しかし、この振れ角検出装置によっ
て、巻上げロープが走行方向と横行方向に同時に振れが
生じた場合の振れ検出位置は、光電素子アレイ上の結像
移動（振れ量）に対応するＹ軸上またはＸ軸上の距離を
示すものであって、巻上げロープの振れ検出位置におけ
る座標、すなわちＹ軸またはＸ軸に直交する座標成分を
示すものではなかった。すなわち、図４に示すごとく、
振れたロープの実際の位置はＡ′点であるにもかかわら
ず、光電素子アレイ上でのロープの振れ位置はＡ″点を
示すことになり、ロープの実際位置をＸ軸、Ｙ軸の座標
成分で示すものではない。したがって、上記の光電素子
アレイからなる吊荷の振れ角検出装置は、真のＸ軸（横
行）方向またはＹ軸（走行）方向の吊荷の振れ量（Ａ′
点）を正確に求めることができないものであり、見掛け
上のＸ軸方向およびＹ軸方向の振れ量（Ａ″点）から吊
荷の振れ角を推定する程度のものであって大きな誤差が
生じるという問題があった。さらに、上記の従来技術に
おいては、吊荷を直接昇降する巻上げロープに対して光
電検出器を設けるものであり、巻上げロープの状態変
化、例えばロープの汚れ、素線切れなどによる太さの変
化および荷重の大きさによる巻上げロープの張り具合に
より生じるロープの変形などの影響を受ける他、例えば
図８（ａ）、（ｂ）［実開昭５６−１２８５１０号公報
の第１図を参考にして作成した正面図（ａ）と側面図
（ｂ）］に示すごとく、どのロープを検出対象とするに
しても吊荷の高さにより横行方向、走行方向ともロープ
の位置が変化するため正確な吊荷の振れ角を検出するこ
とはできないという問題がある。また、上述の実開昭６
１−１３２３８７号公報において示したごとく、製鉄所
のコイルヤードなどにおける厳密に番地管理と高度に合
理化・省力化された環境下での正確な吊荷の吊下げ、ま
たは吊上げの位置決めに適用するには無理があり、クレ
ーンの無人運転による吊荷の確実な把持または着床がで
きないという問題があった。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
技術においては、クレーンの吊荷の走行（Ｙ軸）方向お
よび横行（Ｘ軸）方向における正確な振れ角を検出する
ことが難しく、そのため、例えばストリップコイルヤー
ドにおける厳密な番地管理下におけるコイルハンドリン
グにおいて、必要とされる吊荷のコイル置場での巻下げ
もしくは巻上げのための位置決め精度に充分な保証を与
えることができず、クレーンの無人運転による自動化が
行えないという問題があった。

【０００６】本考案の目的は、上記従来技術における問
題点を解消し、クレーン吊荷の振れ検出用ロープと光学
的手段とを用いて非接触でクレーンの走行および横行方
向の吊荷の振れ角を正確に求める吊荷の振れ角検出装置
を提案するものであって、まず、見掛け上の走行（Ｙ
軸）方向および横行（Ｘ軸）方向の振れ量を検出し、こ
の見掛け上の振れ量から設定の演算手法を用いて、振れ
検出専用ロープの振れ検出位置からＸ軸およびＹ軸方向
と直交する位置における振れ量を算出し、これを基準に
してクレーン吊荷のＸ軸およびＹ軸方向における正確な
振れ角を刻々演算し求めることができる吊荷の振れ角検
出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記本考案の目的を達成
するために、ロープ吊型クレーンの走行と横行が同時に
生じる場合の吊荷の振れ角検出装置において、上記クレ
ーンのクラブと吊具との間に、鉛直方向に振れ検出用ロ
ープを巻取り巻戻しが自在な構造に取付け、上記検出用
ロープを挾んで、第１の投光器と第１のイメージセン
サ、第２の投光器と第２のイメージセンサそれぞれ２組
を、上記クラブと吊具との間の空間の平行でない２軸上
にそれぞれ配置し、上記検出用ロープの振れ支点の鉛直
線上の１点からの上記第１のイメージセンサの最大出力
に対応する距離と、上記検出用ロープの振れ支点の鉛直
線上の１点からの上記第２のイメージセンサの最大出力
に対応する距離から上記第１、第２のイメージセンサの
特性を示す直線の勾配を求め、上記直線の勾配を基準に
して上記検出用ロープの振れ位置に対応する、上記検出
用ロープの振れ支点の鉛直線上の１点である原点で交わ
るＹ軸、Ｘ軸上の距離を求める手段と、上記Ｙ軸上の距
離とＸ軸上の距離、および上記原点と上記第１、第２の
イメージセンサとの距離から上記検出用ロープの振れ位
置における座標値を求め、該座標値と、上記検出用ロー
プの振れ支点から上記原点までの距離から振れ角を演算
し出力する手段を少なくとも備えたクレーン吊荷の振れ
角検出装置とするものである。本考案のクレーン吊荷の
振れ角検出装置によれば、ロープ吊型クレーンの走行と
横行が同時に生じた場合においても、走行と横行方向に
おける吊荷の振れ角を正確に求めることができるので、
厳密な番地管理下におけるストリップコイルなどの吊荷
のハンドリングにおいて、吊荷のコイル置場での巻下
げ、または巻上げのための位置決め精度が一段と向上す
るので、クレーンの無人の自動運転が可能となる。

【０００８】

【実施例】次に、本考案の一実施例を図面によって説明
する。図１は、本考案を天井走行式クレーンに適用した
場合の正面図で、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。図
から明らかなごとく、クレーンガーダ１は走行レール２
４上を走行用車輪２３を介して走行する。クラブ３は、
クレーンガーダ１上に設けられた横行レール２上を、横
行用車輪４を介して横行する。クラブ３の上には、上部
シーブ５および巻上ドラム６が設けられており、巻上ド
ラム６を巻上駆動装置（図示せず）を回動させることに
よって、吊具２２はワイヤロープ９、吊具シーブ２１を
介して昇降する。振れ検出用ロープ１８の上部一端は、
クレーンの静止状態における吊具２２の重心を通る鉛直
線上で、クラブ３に固定されている支持台７に、上下に
調節可能に取付けられているボルト８に係合され、振れ
検出用ロープ１８の他端は、吊具２２に取付けられた回
転可能なロープガイドシーブ１９を介して、ロープ巻取
リール２０によって一定の張力を与え、かつ巻取り巻戻
し可能に取付けられている。なお、図１および図２にお
いて、ロープ巻取リール２０が吊具２２に取付けられて
いる場合を示したが、クラブ３にロープ巻取リール２０
を取付けることも可能である。図３は、吊荷が振れた状
態における振れ検出用ロープ１８、投光器１３、１７お
よびイメージセンサ１０、１６のそれぞれの位置関係を
示す説明図である。図から明らかなごとく、振れ検出用
ロープ１８の走行方向（以下Ｙ軸という）の振れ量を検
出する走行用イメージセンサ１０、および振れ検出用ロ
ープ１８の横行方向（以下Ｘ軸という）の振れ量を検出
する横行用イメージセンサ１６は、振れ検出用ロープ１
８の振れ支点の鉛直線上の１点を原点Ａとして直交する
２軸、すなわちＸ軸、Ｙ軸上にそれぞれ設置され、走行
用投光器１３は原点Ａを中心に走行用イメージセンサ１
０と対向してＸ軸上に、横行用投光器１７は原点Ａを中
心に横行用イメージセンサ１６と対向してＹ軸上に配置
される。そして、走行用イメージセンサ１０と走行用投
光器１３、および横行用イメージセンサ１６と横行用投
光器１７は、それぞれクラブ３に固定された走行用イメ
ージセンサ取付台１２と走行用投光器取付台１１、およ
び横行用イメージセンサ取付台１４と横行用投光器取付
台１５に固定されている。次にクレーンが走行および横
行した場合の吊荷の振れ角検出作用について説明する。
図３は、振れ検出用ロープがＸ軸およびＹ軸方向に振れ
た状態を示し、Ｂ点は振れ中心で、ＬはＢ点より原点Ａ
までの距離を示し、θ_xはＸ軸成分の振れ角、ＸはＸ軸
成分の振れ量を示し、θ_yはＹ軸成分の振れ角、ＹはＹ
軸成分の振れ量を示す。図４は、図３におけるＸ軸、Ｙ
軸平面での走行用イメージセンサ１０および横行用イメ
ージセンサ１６と振れ検出用ロープ１８の位置関係を示
す。図に示すごとく、振れ検出用ロープ１８の振れ位置
をＡ′点（Ｘ、Ｙ）とすれば、横行用イメージセンサ１
６および走行用イメージセンサ１０の出力はｖ_xおよび
Ｖ_yであり、これに対応するＸ軸およびＹ軸の成分は
ｘ′およびｙ′である。すなわち、振れ検出用ロープ１
８の振れ位置はＡ′点（Ｘ、Ｙ）であるのに、走行用イ
メージセンサ１０および横行用イメージセンサ１６によ
って検出される検出用ロープ１８の位置は、あたかも振
れ検出用ロープ１８の振れ位置がＡ″点（ｘ′、ｙ′）
にあるかのごとく観察される。そして、ｍおよびｌは原
点Ａより横行用イメージセンサ１６および走行用イメー
ジセンサ１０までの取付け距離を示す。 ここで、ｖ
_maxは横行用イメージセンサ１６の最大出力でＸ軸上の
最大位置ｘ_maxに対応し、横行用イメージセンサ１６と
しての視野を表わす。また、Ｖ_maxは走行用イメージセ
ンサ１０の最大出力でＹ軸上の最大位置ｙ_maxに対応
し、走行用イメージセンサ１０としての視野を表わす。
図５は、Ｘ軸の位置に対応する横行用イメージセンサ１
６の出力関係を示し、図６はＹ軸の位置に対応する走行
用イメージセンサ１０の出力関係を示す。図７は、イメ
ージセンサの出力をもとに、振れ検出用ロープ１８の振
れ角を演算するブロック図であって、横行用イメージセ
ンサ１６および走行用イメージセンサ１０の出力信号２
５と、 既知の定数２６であるｘ_max、ｖ_max、
ｙ_max、Ｖ_max、ｌ、ｍ、ｘ′、ｙ′、Ｌとを演算回路２
７に入力し、振れ角θ_x２８および振れ角θ_y２９を演算
出力する装置である。

【０００９】次に、上述の実施例によって振れ検出用ロ
ープの振れ角が算出される根拠について説明する。横行
用イメージセンサ１６および走行用イメージセンサ１０
は、その特性が、図５および図６に示すように直線的に
変化するものを使用し、図４に示すごとく原点Ａよりｍ
およびｌの距離に配置されているので、横行用イメージ
センサ１６の最大出力ｖ_max および走行用イメージセ
ンサ１０の最大出力Ｖ_maxに対応するＸ軸上の距離ｘ_max
およびＹ軸上の距離ｙ_maxを測定することにより、 横
行用および走行用イメージセンサの特性を示す直線の勾
配、ｘ_max／ｖ_maxおよびｙ_max／Ｖ_maxが分かる。いま、
振れ検出用ロープ１８が振れてＡ′点に位置した場合
は、図４に示すごとく、横行用イメージセンサ１６およ
び走行用イメージセンサ１０の出力は、それぞれｖ_xお
よびＶ_yであるので、これに対応する距離は、（ｘ_max／
ｖ_max)ｖ_xおよび（ｙ_max／Ｖ_max)Ｖ_yとなる。Ａ′点の
座標はＸ、Ｙであるから、ｘ′＝（ｘ_max／ｖ_max)ｖ_x、
ｙ′＝（ｙ_max／Ｖ_max)Ｖ_yとおけば、Ｘ＝〔ｌｘ′（ｍ
−ｙ′）〕／〔ｍｌ−ｘ′ｙ′〕、Ｙ＝〔ｍｙ′（ｌ−
ｘ′）〕／〔ｍｌ−ｘ′ｙ′〕により算出される。そし
て、振れ検出用ロープ１８の振れ角度を求めるには、図
３に示すように、振れ支点Ｂより鉛直線上にある振れ検
出位置Ａ点までの距離Ｌは既知であり、Ｘ軸成分の振れ
角θ_x、Ｙ軸成分の振れ角θ_yは、θ_x＝tan?¹（Ｘ／
Ｌ）、θ_y＝tan?¹（Ｙ／Ｌ）により算出されることにな
る。以上を、図７に示す演算回路２７に組み込み、横行
用イメージセンサ１６および走行用イメージセンサ１０
とに接続すれば、振れ検出用ロープ１８の振れによる角
度または距離を信号として取り出すことができ、この信
号を利用してクレーンの吊荷振れ止め制御を行うことが
できるし、また計測器に入力すれば、吊荷の振れ状態を
刻々定量的に把握することもでき、クレーンの振れ止め
ならびに位置決め制御が可能となる。本考案はイメージ
センサ使用による非接触での振れ量検出装置であり、か
つ振れ検出用ロープがたるまないように、ロープガイド
シーブ１９およびロープ巻取リールによって所定の張力
がかかるようにコントロールされているので、より正確
な検出信号を取り出すことができる。なお、上述の実施
例では走行用イメージセンサ１０と走行用投光器１３お
よび横行用イメージセンサ１６と横行用投光器１７を、
振れ検出用ロープ１８の鉛直線上を原点Ａとする平面直
交２軸上に配置しているが、走行および横行イメージセ
ンサとそれぞれの投光器とを結ぶ２軸の交点をそれぞれ
の原点として、この原点から任意の離れた位置に、振れ
検出用ロープが取付けられた場合においても、振れ検出
用ロープの上記２軸の交点からの距離を、演算回路の入
力として与えて演算させることにより、振れ検出用ロー
プ取付け位置における、吊荷の振れ角を検出することも
容易に行い得る。さらに、上述の実施例では、振れ角の
検出演算をシンプルにして説明し易くするために、振れ
検出用ロープを、吊具の重心を通る鉛直線上にセット
し、かつ投光器とイメージセンサ２組の取付け位置を、
水平の平面で、直交する２軸上に配置した場合の例につ
いて述べたが、必ずしもこの条件にする必要はなく、振
れ検出用ロープの取付位置あるいは投光器とイメージセ
ンサの配置が平行でない限り任意であってもよく、それ
ぞれの既知である任意の補正値を、演算回路へ入力し換
算することによって、正確な振れ角を求めることができ
ることは言うまでもない。

【００１０】

【考案の効果】以上詳細に説明したごとく、本考案のク
レーン吊荷の振れ角検出装置によれば、ロープ吊型クレ
ーンの走行と横行が同時に生じた場合においても、走行
方向（Ｙ軸成分）と横行方向（Ｘ軸成分）における吊荷
の振れ角を極めて高精度に刻々検出することができるの
で、厳密な番地管理下におかれたストリップコイルヤー
ド等におけるコイル等の吊荷のハンドリングにおいて、
吊荷のコイル置場での巻下げ、巻上げのための振れ止め
ならびに位置決め精度が向上し、クレーンの完全無人化
が実現され作業能率の向上と吊荷の安全移送が行える効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例で例示した天井走行式クレーン
に吊荷の振れ角検出装置の取付け構成を示す模式図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図。

【図３】本考案の実施例で例示した吊荷が振れた状態に
おける振れ検出用ロープ、投光器およびイメージセンサ
の位置関係を示す説明図。

【図４】図３におけるＸ軸Ｙ軸平面での位置関係を示す
説明図。

【図５】本考案の実施例におけるＸ軸の位置に対応する
横行用イメージセンサの出力関係を示す説明図。

【図６】本考案の実施例におけるＹ軸の位置に対応する
走行用イメージセンサの出力関係を示す説明図。

【図７】本考案の実施例における吊荷の振れ角を演算す
るブロック図。

【図８】従来のクレーンにおける吊荷の高さによって巻
上ロープの位置が変化することを示す模式図。

【符号の説明】

１…クレーンガーダ ２…横行レール ３…クラブ ４…横行用車輪 ５…上部シーブ ６…巻上ドラム ７…支持台 ８…ボルト ９…ワイヤロープ １０…走行用イメージセンサ １１…走行用投光器取付台 １２…走行用イメージセンサ取付台 １３…走行用投光器 １４…横行用イメージセンサ取付け台 １５…横行用投光器取付台 １６…横行用イメージセンサ １７…横行用投光器 １８…振れ検出用ロープ １９…ロープガイドシーブ ２０…ロープ巻取リール ２１…吊具シーブ ２２…吊具 ２３…走行用車輪 ２４…走行レール ２５…イメージセンサの出力信号 ２６…既知の定数 ２７…演算回路 ２８…振れ角θ_xの出力信号 ２９…振れ角θ_yの出力信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 田渕 衛 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目川崎製鉄株 式会社 水島製鉄所内 (72)考案者 佐藤 和彦 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目川崎製鉄株 式会社 水島製鉄所内 (72)考案者 佐藤 明宗 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目川崎製鉄株 式会社 水島製鉄所内 (72)考案者 野村 哲 愛知県名古屋市東区矢田南五丁目１番14 号三菱電機株式会社 名古屋製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−160004（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−48107（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−128510（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−56679（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ロープ吊型クレーンの走行と横行が同時に
   生じる場合の吊荷の振れ角検出装置において、上記クレ
   ーンのクラブと吊具との間に、鉛直方向に振れ検出用ロ
   ープを巻取り巻戻しが自在な構造に取付け、上記検出用
   ロープを挾んで、第１の投光器と第１のイメージセン
   サ、第２の投光器と第２のイメージセンサそれぞれ２組
   を、上記クラブと吊具との間の空間の平行でない２軸上
   にそれぞれ配置し、上記検出用ロープの振れ支点の鉛直
   線上の１点からの上記第１のイメージセンサの最大出力
   に対応する距離と、上記検出用ロープの振れ支点の鉛直
   線上の１点からの上記第２のイメージセンサの最大出力
   に対応する距離から上記第１、第２のイメージセンサの
   特性を示す直線の勾配を求め、上記直線の勾配を基準に
   して上記検出用ロープの振れ位置に対応する、上記検出
   用ロープの振れ支点の鉛直線上の１点である原点で交わ
   るＹ軸、Ｘ軸上の距離を求める手段と、上記Ｙ軸上の距
   離とＸ軸上の距離、および上記原点と上記第１、第２の
   イメージセンサとの距離から上記検出用ロープの振れ位
   置における座標値を求め、該座標値と、上記検出用ロー
   プの振れ支点から上記原点までの距離から振れ角を演算
   し出力する手段を少なくとも備えたことを特徴とする吊
   荷の振れ角検出装置。