JPH0977470A - 円柱状物体の位置検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 距離計を用いて簡単な構成でコイル位置を正
確に検出する。 【構成】 複数個のレーザ距離計３０を複数個のコイル
１０、１１、１２の径方向Ｙに一例に配置して、クレー
ンのクラブ２２に搭載する。複数個のレーザ距離計３０
を揺動手段４０によりコイルの軸方向Ｘに揺動するとと
もに、クレーンをコイルの軸方向に走行し、レーザ距離
計３０をコイル１０、１１、１２の方向Ｘに垂直な水平
方向Ｙ及び中心軸方向Ｘに走査させ、距離分布データを
作成する。そしてこの距離分布データに基づいてコイル
１０、１１、１２の位置を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、離れたところに載
置された円柱状物体の位置を光又は超音波を用いて検出
する円柱状物体の位置検出方法及びその装置に係り、特
に円柱状物体を搬送するクレーンの自動運転に用いられ
る円柱状物体の位置検出方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の円柱状物体の位置検出装置の一つ
として、製鋼工場で鋼板をロール状に巻き取って生産さ
れる製鋼コイル（以下コイルという）を、天井クレーン
で自動搬送する際に用いられるコイルの位置検出装置を
説明する。

【０００３】パレットに載置されてコイルヤードに搬入
されたコイルを天井クレーンにより自動で吊り上げる場
合、天井クレーンをコイル上に正確に誘導するために、
コイルの形状、コイルの位置、及び大きさを正確に検出
する必要がある。そのための従来の検出装置として、例
えば特開平６−２６３３８２号公報記載の発明がある。

【０００４】前記発明は、レーザ距離計により、コイル
の置かれたパレットの長手方向すなわち縦方向位置及び
長手方向に直交する横方向の位置を検出することによ
り、コイルの位置を検出するように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置におけるコイル位置測定では、パレットの縦方向位
置、及び横方向位置のみの検出によりコイル位置測定を
行う必要性から、パレット上のあらかじめ定められた所
定の位置にコイルが置かれていることが条件となってい
た。従って、パレットの大きさが変わったり、パレット
上のコイル位置が変わった場合にはコイル位置測定が不
可能となる問題点があった。

【０００６】そこで本発明の請求項１記載の発明は、台
車の大きさや、コイル位置が変化しても簡単な方法でコ
イル位置を正確に検出できるようにした円柱状物体の位
置検出方法を提供することを目的としている。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明の目的に加えて、簡単な装置でコイル位置を正確に
検出できるようにした円柱状物体の位置検出装置を提供
することを目的としている。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１、又は２
記載の発明の目的に加えて、Ｘ方向及びＹ方向の走査手
段の構成を簡単にした円柱状物体の位置検出装置を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は複数の光
又は超音波を検出すべき１個又は複数個の円柱状物体の
中心軸方向Ｘおよび方向Ｘに垂直な水平方向Ｙにそれぞ
れ走査し、円柱状物体から反射する反射光又は反射波を
受光又は受信することにより高さ方向Ｚを求め前記円柱
状物体までのＹ、Ｚ方向及びＸ、Ｚ方向の距離分布デー
タを作成し、Ｙ及びＺ方向距離分布データの内の任意の
３個所を選定し、この３個所のそれぞれの座標（Ｙ１、
Ｚ１）、（Ｙ２、Ｚ２）、（Ｙ３、Ｚ３）から円柱状物
体のＹ及びＺ方向の中心座標（ＹＯ、ＺＯ）を数１を用
いて演算し、前記中心座標（ＹＯ、ＺＯ）と前記３個所
の座標により数２を用いて円柱状物体の半径を演算し、
前記Ｘ及びＺ方向距離分布データより円柱状物体の両端
面のデータを算術平均することによりＸ方向の中心座標
ＸＯを算出し、前記両端面のＸ方向のデータの差より円
柱状物体の幅を求め、以下同様にしてほかの円柱状物体
について演算することを特徴としている。

【００１０】また請求項２記載の発明は、複数の光又は
超音波を検出すべき円柱状物体に走査し、前記円柱状物
体から反射する反射光又は反射波を検知することにより
円柱状物体の位置を演算する円柱状物体の位置検出装置
であって、円柱状物体を搬送するクレーンに搭載され円
柱状物体の水平面内径方向Ｙ又は中心軸方向Ｘに一列に
配置された複数個のレーザ光又は超音波を発射する距離
計と、前記クレーンに搭載され前記距離計をＸ方向又は
Ｙ方向に所定角度揺動させる揺動手段と、Ｘ及びＹ方向
に距離計を走査することにより距離分布データを作成
し、この距離分布データに基づいて円柱状物体の数、中
心座標、半径、幅を演算する制御部とを具備したことを
特徴とすることに替えたことを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の構成のうち、揺動手段にモータと、その出力軸に連
結された円板クランクと、複数個のレーザ光又は超音波
を発射する距離計を取り付けたフレームと、このフレー
ムの長手方向中心部をクレーンに揺動可能に軸支する軸
受部と、前記円板クランクとフレームの一端部を回動可
能に連結するリンクとを具備したことを、加えたことを
特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明方法
を用いる円柱状物体の位置検出装置（以下、本発明装置
という） の実施の形態を説明する。図１は本発明装置
の一実施例を示す正面図、図２は同側面図、図３は揺動
手段の一実施例を示す模式的外観斜視図、図４は距離計
の走査要領を説明する平面図、図５は距離計によるＹ−
Ｚ面の距離分布実測結果の一例を説明する正面図、図６
は距離計によるＸ−Ｚ面の距離分布実測結果の一例を示
す側面図、図７は本発明装置の動作を説明するフローチ
ャートである。以下の説明において、検出対象とする円
柱状物体は前記と同様にコイルとする。

【００１３】本発明装置は天井クレーン２０に搭載さ
れ、距離計３０と揺動手段４０と制御部５０とを具備し
ている。

【００１４】図１、図２に示すように、コイル１０、１
１、１２はパレット１３に載置されてコイルヤードに搬
入され、天井クレーン２０により自動的にパレット１３
上から吊り上げられる。この場合コイル１０、１１、１
２の中心軸方向と、コイルを載せているパレット１３の
長手方向とは略直角をなしている。

【００１５】天井クレーン２０の走行方向をＸ、これに
直交する横行方向をＹ、高さ方向をＺとする。パレット
１３はＹ方向に搬入される。パレット１３上のコイル１
０、１１、１２は中心軸を略Ｘ方向に向けた状態でパレ
ット１３上に並置され、それぞれがパレット１３上のス
キッド１４、１５、１６により位置決め固定されてい
る。天井クレーン２０はＸ方向に走行するガーダ２１、
Ｙ方向に横行するクラブ２２、Ｚ方向に上下するコイル
吊り具２３により構成されている。

【００１６】距離計３０は例えばレーザ距離計であっ
て、クラブ２２に一体化して取り付けられており、下方
に向かって複数個（図示例では５個）のレーザ光３１
ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ（以下、総称する
場合符号３１とする）を発射する複数個（本実施例では
５個）のレーザ光源３２、発射したレーザ光３１がコイ
ル１０、１１、１２などに当たって反射する反射光３３
を受光する受光部３４（いずれも総称した符号で示す）
を有している。

【００１７】そして前記複数個のレーザ光源３２は、検
出すべきコイル１０、１１、１２を載置しているパレッ
ト１３の長手方向すなわちＹ方向に所定距離間隔をもっ
て一列に配設されている。

【００１８】揺動手段４０は、レーザ光源３２と受光部
３４より構成される距離計３０全体を図２に示すように
例えば３０ａ、３０ｂ、３０ｃのように所定角度にわた
って揺動させるものである。そして、モータ４１と、モ
ータ４１の出力軸に図外の減速機を介して連結された円
板クランク４２と、レーザ距離計３０を取り付けたフレ
ーム４４と、フレームの一端部４４ａと円板クランク４
２に設けたピン４３とを回動可能に連結するリンク４５
とを含んでいる。

【００１９】前記フレーム４４の長手方向中心部はクラ
ブ２２に軸受部４６を介して揺動可能に軸支されてい
る。またモータ４１にはエンコーダ４７が連結されてお
り、モータ４１の揺動角度を計測するように構成されて
いる。

【００２０】そしてモータ４１を駆動すると、円板クラ
ンク４２のピン４３の移動により、フレーム４４が軸受
部４６を中心として両端部がＺ方向に上、下揺動するよ
うになっている。

【００２１】前記距離計３０を前記揺動手段４０でＸ方
向に揺動させながら、クラブ２２をＹ方向に横行移動さ
せると、レーザスポット光５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５
１ｄ、５１ｅ（以下、総称する場合符号５１とする）は
図４に示すようにパレット１３上をＸ方向に所定角度を
もって走査するように構成されている。

【００２２】前記したようにクラブ２２によるＹ方向に
横行移動と揺動手段４０によるＸ方向の揺動により、コ
イル１０、１１、１２がパレット１３上のどこにあって
も、すべてのコイル上を走査することが可能となる。

【００２３】制御部５０はマイコンを内蔵しており、前
記受光部３４と電気接続されており、レーザ光３１と反
射光３３との交わる角度により三角測量方式の原理によ
り各コイル１０、１１、１２までの距離を演算し記憶す
る機能と、揺動手段４０を制御する機能等を備えてい
る。

【００２４】前記距離計３０を図４に示すように走査す
ることにより得られたコイル１０、１１、１２の距離分
布データは制御部５０のマイコンのメモリに一旦ストア
される。

【００２５】そして制御部５０は走査完了後メモリのデ
ータに基づいて、天井クレーン２０による運搬に必要な
データ、すなわちコイルの数、各コイルの大きさ、各コ
イルの幅、各コイルの中心座標などを演算する。この演
算結果は制御部５０を介して図外の上位コンピュータ又
は天井クレーン２０のコントローラに報告されるように
なっている。

【００２６】図５は、制御部５０のマイコンにストアさ
れた距離分布の測定結果の内の一部をＹ−Ｚ面で示した
ものである。この場合、走査は連続的に行われれるが、
距離分布データは離散的にサンプリングされ、マイコン
内には例えば本図の○印部分のデータがストアされる。

【００２７】同図の縦軸は原点０を地面１７上とした場
合のコイルの高さの分布を示している。図示例では、１
００がコイル１０の部分、１１０がコイル１１の部分、
１２０がコイル１２の部分、１３０はパレット１３の部
分、１４０、１５０、１６０はスキッド１４、１５、１
６の部分１７０は地面１７の部分である。距離計３０か
ら地面１７までの距離は一定であり、座標変換すること
により１７０の部分は高さが零となる。なお、コイル１
０、１１、１２のＹ方向位置は、クラブ２２に取り付け
た図外のエンコーダにより測定可能である。

【００２８】図６はコイル１０、１１、１２を走査して
得られた距離分布測定結果の一部をＸ−Ｚ面で示したも
のである。図に於て１００、１１０、１２０はそれぞの
コイル面の、１３０はパレット１３の、１４０、１５
０、１６０はスキッドの、１７０は地面のそれぞれのデ
ータを示す。本図に於ては、コイル１０の測定点の一部
のみ○印で示し、その他は図示を省略している。なお本
図に於ける各測定点のＸ方向の位置は揺動角度測定用の
エンコーダ４７により測定することができる。

【００２９】次にコイルのＹ及びＺ方向の中心座標、及
びコイルの半径の計算方向を説明する。まず、図５に於
て、高さの値Ｚが予め定めた一定値を超える部分を抜き
出すことにより、コイル面に無関係な部分のデータ、例
えばパレット１３０、スキッド１４０、１５０、１６
０、地面１７０等の部分の距離データを削除する。

【００３０】ついで、Ｙ及びＺ方向距離分布データ１０
０の内の任意の３個所Ａ、Ｂ、Ｃの座標をそれぞれ（Ｙ
１、Ｚ１）、（Ｙ２、Ｚ２）、（Ｙ３、Ｚ３）とし、コ
イル１０のＹ及びＺ方向の中心Ｐの座標を（ＹＯ、Ｚ
Ｏ）、コイル１０の半径をＲとすると、数２の式が得ら
れる。

【００３１】

【数２】

【００３２】数２の式より数３の式が得られる。

【００３３】

【数３】

【００３４】数３の式より数１の式が得られる。

【００３５】

【数１】

【００３６】数１の式を数２に代入してＲが得られる。

【００３７】このようにして、３個の距離分布データの
他の組合せで同様にコイル１０の中心座標（ＹＯ、Ｚ
Ｏ）及び半径Ｒの値を求め、最後に走査全範囲に亘って
各コイル毎に算術平均することにより、各コイルのＹ−
Ｚ方向の中心座標、大きさを求めることができる。

【００３８】次にコイル１０のＸ方向の中心座標、及び
幅の計算方向を説明する。図６に示すように、コイル１
０上の多数のデータ１００のうち、両端面のデータＸ
ａ、ＸｂのＸ方向の算術平均によりＸ方向の中心座標Ｘ
Ｏが求められる。また前記データＸａ、Ｘｂの差によっ
てコイル幅が求められる。他のコイルに関しても、前記
と同様にしてＸ方向の中心座標、幅が計算でき、コイル
数が数えられる。

【００３９】次に図７を参照して本発明方向及び装置の
動作を説明する。 （１）図示しない上位のコンピュータなどの指令に基づ
き、コイル１０、１１、１２を載置したパレット１３が
コイルヤードに進入すると、クレーン２０のクラブ２２
の移動により距離計３０が距離分布データの採取スター
ト位置まで移動して、以下の動作がスタートする。

【００４０】（２）レーザ距離計のレーザ光が点灯し
（Ｓ１）、 （３）走査を開始する。すなわち、レーザ光を揺動手段
４０によって所定角度揺動させながら、クラブ２２をＹ
方向に横行する。同時に距離計３０が距離データを採取
する（Ｓ２）。

【００４１】（４）同時に得られた距離データを制御部
５０内のマイコンのメモリにストアする（Ｓ３）。 （５）走査が完了すれば（Ｓ４）、 （６）レーザ光は消灯し（Ｓ５）、 （７）得られた距離分布データを基にマイコンにより、
コイル幅、コイルの中心座標及び半径、半径を２倍して
外径の計算を行う（Ｓ６）。

【００４２】（８）その結果を上位のコンピュータ又は
クレーンコントローラに報告し（Ｓ７）、 （９）以上の動作をストップする。 以上の実施例において、コイル上の距離分布データが３
点に満たない場合は、走査速度を落とすか、揺動速度を
増すか、または走査を複数回実施すれば良い。

【００４３】本実施例では、レーザ距離計について説明
したが、レーザ光の代わりに他の光、又は超音波などを
用いても同様の機能を有することは言うまでもない。こ
の場合には、受光部３４は受信部３４として動作するこ
とは言うまでもない。

【００４４】なお、本実施例では距離計３０、及び制御
部５０をクラブ２２にＹ方向一体化して取り付けた例を
示したが、これに限るものではなく、クラブ２２にＸ方
向に取り付けてもよく、またガーダ２１の下に取り付け
ても良いし、他の場所に取り付けても良い。また、本実
施例ではコイルがパレットに載置された場合を例にとっ
て示したが、トレーラに載置された場合にも適用できる
ことは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、簡単な構成で四則演算で各コイルの
中心座標や外径、個数などを正確に演算、検出できるの
で、高速処理、信頼性を要求する自動クレーンなどにお
けるコイル認識方法として最適である。

【００４６】また、距離計３０からパレット１２までの
高さ方向の距離は直接計算式の中では使用していないの
で、パレットやスキッドの高さが変化しても正確にコイ
ルの大きさや中心座標を計算できる。

【００４７】さらに、パレットそのものには何も細工を
していないので、従来必要であったパレット上に設置し
た反射板のメンテナンスなどは何もする必要は無い。ま
た、パレットの大きさが変化したり、パレット上のコイ
ル位置が変化したような場合でも正確にコイル位置認識
が可能である等の効果がある。

【００４８】また請求項２記載の発明は、請求項１に記
載の発明の効果に加えて、簡単な装置でコイルを自動的
に正確かつ容易に検出することができるので、自動クレ
ーンの操業効率が向上する。

【００４９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加えて、走査手段が簡単になり、低価格化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る図面であって、円柱状物体の位置
検出装置の一実施例を示す正面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】揺動手段の一実施例を示す模式的外観斜視図で
ある。

【図４】距離計の走査要領を説明する平面図である。

【図５】距離計によるＹ−Ｚ面の距離分布実測結果の一
例を説明する正面図である。

【図６】距離計によるＸ−Ｚ平面の距離分布実測結果の
一例を説明する側面図である。

【図７】本発明方法及び装置の動作を説明するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０、１１、１２ コイル １３ パレット １４ スキッド ２０ 天井クレーン ２１ ガーダ ２２ クラブ ２３ コイル吊り具 ３０ レーザ距離計 ３２ レーザ光源 ３４ 受光部 ４０ 揺動手段 ４１ モータ ４７ エンコーダ ５０ 制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光又は超音波を検出すべき１個又
   は複数個の円柱状物体の中心軸方向Ｘおよび方向Ｘに垂
   直な水平方向Ｙにそれぞれ走査し、円柱状物体から反射
   する反射光又は反射波を受光又は受信することにより高
   さ方向Ｚを求め、前記円柱状物体までのＹ、Ｚ方向及び
   Ｘ、Ｚ方向の距離分布データを作成し、Ｙ及びＺ方向距
   離分布データの内の任意の３個所を選定し、この３個所
   のそれぞれの座標（Ｙ１、Ｚ１）、（Ｙ２、Ｚ２）、
   （Ｙ３、Ｚ３）から円柱状物体のＹ及びＺ方向の中心座
   標（ＹＯ、ＺＯ）を数１を用いて演算し、前記中心座標
   （ＹＯ、ＺＯ）と前記３個所の座標により数２を用いて
   円柱状物体の半径を演算し、前記Ｘ及びＺ方向距離分布
   データより円柱状物体の両端面のデータを算術平均する
   ことによりＸ方向の中心座標ＸＯを算出し、前記両端面
   のＸ方向のデータの差より円柱状物体の幅を求め、以下
   同様にしてほかの円柱状物体について演算することを特
   徴とする円柱状物体の位置検出方法。
2. 【請求項２】 複数の光又は超音波を検出すべき円柱状
   物体に走査し、前記円柱状物体から反射する反射光又は
   反射波を検知することにより円柱状物体の位置を演算す
   る円柱状物体の位置検出装置であって、円柱状物体を搬
   送するクレーンに搭載され円柱状物体の水平面内径方向
   Ｙ又は中心軸方向Ｘに一列に配置された複数個のレーザ
   光又は超音波を発射する距離計と、前記クレーンに搭載
   され前記距離計をＸ方向又はＹ方向に所定角度揺動させ
   る揺動手段と、Ｘ及びＹ方向に距離計を走査することに
   より距離分布データを作成し、この距離分布データに基
   づいて円柱状物体の数、中心座標、半径、幅を演算する
   制御部とを具備したことを特徴とする円柱状物体の位置
   検出装置。
3. 【請求項３】 前記揺動手段は、モータと、その出力軸
   に連結された円板クランクと、複数個のレーザ光又は超
   音波を発射する距離計を取り付けたフレームと、このフ
   レームの長手方向中心部をクレーンに揺動可能に軸支す
   る軸受部と、前記円板クランクとフレームの一端部を回
   動可能に連結するリンクとを具備したことを特徴とする
   請求項２記載の円柱状物体の位置検出装置。