JPH1171090A

JPH1171090A - 円柱状物体の計測方法

Info

Publication number: JPH1171090A
Application number: JP24957697A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yonetani; 利雄米谷; Hidenobu Adachi; 秀信足立; Yoshiya Yotakada; 由弥代高田; Hiroyoshi Yamada; 裕善山田; Kunihiko Nishibe; 邦彦西部
Original assignee: SANPA KOGYO KK; Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: SANPA KOGYO KK; Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】円柱状物体の中心軸に対して直交する方向に
距離計を１回移動させるだけで、円柱状物体の外径及び
幅並びにその中心位置を検出することができる円柱状物
体の計測方法を提供すること。【解決手段】円柱状物体１２の中心軸に対して直交す
る方向に距離計を移動することにより走査して計測した
円柱状物体１２の外周上の計測点Ａ，Ｂ，Ｃの計測デー
タから、距離計の移動中に円柱状物体の直径方向の中心
位置及び外径を演算するとともに、演算した円柱状物体
１２の直径方向の中心位置Ｐの近傍位置において距離計
の移動を一時停止または連続移動し、円柱状物体１２の
中心軸に平行な方向に距離計を走査して計測した円柱状
物体の外周上の計測データから、円柱状物体１２の幅及
び幅方向の中心位置を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円柱状物体の計測
方法に関し、特に、クレーンにより製鋼コイル、製紙ロ
ール等の円柱状物体（本明細書において、単に「円柱状
物体」という。）を自動搬送する際、円柱状物体をクレ
ーンの吊り具にて正確に挟持し、吊り下げ、搬送するこ
とができるようにするために、円柱状物体の外径及び幅
並びにその中心位置を正確に計測するようにした円柱状
物体の計測方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、製鉄所のコイルヤードにおい
て、クレーンにより製鋼コイルを自動搬送するには、ま
ず、製鋼コイルの外径及び幅並びにその中心位置を検出
し、これに合わせてクレーンの吊り具を降下させ、挟持
し、吊り下げる必要がある。このため、従来の製鋼コイ
ルの計測方法においては、パレット上に搭載された製鋼
コイルの外径及び幅並びにその中心位置を検出するため
に、揺動機構付き一次元レーザ光距離計をクレーンのク
ラブ上に設置し、クラブを製鋼コイルの中心軸に対して
直交する方向に往復移動させ、クラブの往行移動時に計
測した製鋼コイルの外周上の計測データから、製鋼コイ
ルの直径方向の中心位置及び外径を演算した後、クラブ
を復行させ、製鋼コイルの直径方向の中心位置において
クラブの移動を一時停止し、製鋼コイルの中心軸に平行
な方向に一次元レーザ光距離計を走査して計測した製鋼
コイルの外周上の計測データから、製鋼コイルの幅及び
幅方向の中心位置を演算するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
製鋼コイルの計測方法においては、製鋼コイルの外径及
び幅並びにその中心位置を検出するために、一次元レー
ザ距離計を設置したクラブを製鋼コイルの中心軸に対し
て直交する方向に往復移動させる必要があり、このた
め、計測する製鋼コイルの個数が多くなると、クラブの
往復移動に要する時間が長くかかり、作業効率が低下す
るという問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の計測方法の有する問
題点に鑑み、円柱状物体の中心軸に対して直交する方向
に距離計を１回移動させるだけで、円柱状物体の外径及
び幅並びにその中心位置を検出することができる円柱状
物体の計測方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の円柱状物体の計測方法は、円柱状物体の中
心軸に対して直交する方向に距離計を移動することによ
り走査して計測した円柱状物体の外周上の計測データか
ら、距離計の移動中に円柱状物体の直径方向の中心位置
及び外径を演算するとともに、演算した円柱状物体の直
径方向の中心位置の近傍位置において距離計の移動を一
時停止または連続移動し、円柱状物体の中心軸に平行な
方向に距離計を走査して計測した円柱状物体の外周上の
計測データから、円柱状物体の幅及び幅方向の中心位置
を演算するようにしたことを特徴とする。

【０００６】また、同じ目的を達成するため、本発明の
円柱状物体の計測方法は、円柱状物体の中心軸に対して
直交する方向に距離計を移動することにより走査して計
測した円柱状物体の外周上の計測データから、円柱状物
体の直径方向の中心位置及び外径を演算するとともに、
距離計の移動中に円柱状物体の最高位置を検出し、検出
した円柱状物体の最高位置の近傍位置において距離計の
移動を一時停止または連続移動し、円柱状物体の中心軸
に平行な方向に距離計を走査して計測した円柱状物体の
外周上の計測データから、円柱状物体の幅及び幅方向の
中心位置を演算するようにしたことを特徴とする。

【０００７】この円柱状物体の計測方法は、円柱状物体
の中心軸に対して直交する方向に距離計を移動すること
により計測した円柱状物体の外周上の計測データから、
円柱状物体の直径方向の中心位置及び外径を演算すると
ともに、距離計の移動中に演算した円柱状物体の直径方
向の中心位置の近傍位置又は検出した円柱状物体の最高
位置の近傍位置において、距離計の移動を一時停止また
は連続移動し、円柱状物体の中心軸に平行な方向に距離
計を走査して計測した円柱状物体の外周上の計測データ
から、円柱状物体の幅及び幅方向の中心位置を演算する
ことにより、距離計を円柱状物体の中心軸に対して直交
する方向に１回移動させるだけで、円柱状物体の外径及
び幅並びにその中心位置を検出することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の円柱状物体の計測
方法の実施の形態を、製鉄所のコイルヤードに搬入、保
管される製鋼コイルの計測を自動運転可能なクレーンに
より行う場合を例に説明する。

【０００９】図１に示すように、製鉄所のコイルヤード
には、複数の製鋼コイル１０，１１，１２が、トレーラ
の荷台のパレット１３上に、スキッド１４，１５，１６
により位置決めされた状態で搭載されて搬入される。こ
の製鋼コイル１０，１１，１２は、同径の場合もあれ
ば、本実施例に示すように、中径の製鋼コイル１０、小
径の製鋼コイル１１、大径の製鋼コイル１２といった異
径のものが混在した状態で１つのパレット１３上に搭載
される場合がある。この場合において、製鋼コイル１
０，１１，１２は、その中心軸がパレット１３の長手方
向と直交するように搭載されているものとする。

【００１０】コイルヤードには、天井に自動運転可能な
クレーン２０を設置する。この天井クレーン２０は、ガ
ーダ２１と、このガーター２１上を横行するクラブ２２
と、クラブ２２に昇降可能に吊下した製鋼コイルの吊具
２３とから構成されている。また、天井クレーン２０に
は、レーザ式距離計３０と演算制御部４０とからなる計
測装置が搭載されている。なお、距離計３０には、上記
のレーザ式距離計のほか、超音波式距離計を用いること
ができる。ここで、天井クレーン２０のガーダ２１の走
行方向をＸ方向、これに直交するクラブ２２の横行方向
をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。

【００１１】レーザ式距離計３０は、下方の製鋼コイル
１０，１１，１２に向けてレーザ光を照射するレーザ光
源３２と、照射されたレーザ光が製鋼コイル１０，１
１，１２などの表面に当って反射した反射光３３を受光
する受光部３４とを備えている。また、レーザ式距離計
３０は、レーザ光走査機構を構成するスイングモータ３
５に連結されておリ、レーザ光源３２と受光部３４を含
むレーザ距離計３０全体を、所定の角度の範囲内で揺動
することによリ、レーザ光３１をＸ方向に走査できるよ
うに構成されている。そして、スイングモータ３５によ
るレーザ距離計３０の揺動角度は、エンコーダ３６によ
って測定するように構成されている。

【００１２】演算制御部４０は、マイコンを内蔵してお
リ、レーザ距離計３０のレーザ光源３２、受光部３４、
エンコーダ３６等と電気的に接続され、受光部３４で受
光したレーザ光の反射光等の信号を演算制御部４０に入
力して必要なデータを得るように構成している。そし
て、演算制御部４０は、レーザ光３１とその反射光３３
のなす角度を用いた三角測量方式の原理によリ、製鋼コ
イル１０，１１，１２までの距離を演算し、記憶する機
能を備えている。これにより、レーザ距離計３０を走査
することによリ得られた各製鋼コイル１０，１１，１２
の計測データは、演算制御部４０のメモリにストアさ
れ、レーザ距離計３０を走査しながら、あるいは走査完
了後、メモリのデータを基にして、クレーン２０による
製鋼コイル１０，１１，１２の運搬に必要なデータ、す
なわち、各製鋼コイル１０，１１，１２の外径、幅、中
心位置及び個数等を演算するようにする。この演算結果
は、演算制御部４０を介して上位のコンピュータ（図示
省略）又は天井クレーン２０のコントローラ（図示省
略）に報告されるように構成される。

【００１３】次に、製鋼コイル外径、幅、中心位置及び
個数の計測方法を説明する。まず、製鋼コイル１０，１
１，１２の外径及びその中心位置を計測する方法につい
て説明する。図１に示すように、スイングモータ３５を
停止した状態で、レーザ光３１を鉛直方向に照射しなが
ら、クラブ２２をガーダ２１上を横行させることによ
り、距離計３０をガーダ２１の長手方向、すなわち、Ｙ
方向（製鋼コイル１０，１１，１２の中心軸に対して直
交する方向）に走査する。

【００１４】図２は、距離計３０をＹ方向に走査した場
合における演算制御部４０のメモリにストアされた計測
データをＹ−Ｚ面で示したものである。この場合、距離
計３０の走査は連続的に行われるが、計測データは、離
散的にサンプリングされるので、メモリには多数の計測
データがストアされる。図２において、縦軸Ｚは、原点
Ｏを地面１７上とした場合の、原点Ｏからの製鋼コイル
１０，１１，１２の高さ分布を示している。すなわち、
計測データ１００が製鋼コイル１０、計測データ１１０
が製鋼コイル１１、計測データ１２０が製鋼コイル１
２、計測データ１３０がパレット１３、計測データ１４
０がスキッド１４、計測データ１５０がスキッド１５、
計測データ１７０が地面１７を示す。なお、計測データ
１７０は座標変換することにより高さ０となる。

【００１５】図２におけるＸ方向（製鋼コイル１０，１
１，１２の中心軸方向）の位置は、ガーダ２１に取リ付
けられたエンコーダなどによって測定することができ
る。また、Ｙ方向（製鋼コイル１０，１１，１２の中心
軸に対して直交する方向）の位置は、クラブ２２に取リ
付けられたエンコーダなどによって測定することができ
る。

【００１６】この計測データに基づいて、演算制御部４
０において、各製鋼コイル１０，１１，１２のＹ及びＺ
方向の中心座標Ｐ（Ｙ０，Ｚ０）、半径Ｒ及び個数を演
算する。まず、図２に示す計測データのうち、高さの値
Ｚがあらかじめ定めた値Ｚｓ以下の距離データを削除す
ることによリ、製鋼コイル１０，１１，１２の外周上の
計測データ以外、例えば、パレット１３、スキッド１
４，１５，１６、地面１７等の距離データを排除する。
これにより、製鋼コイル１０，１１，１２の外径及び中
心位置の演算を簡易化することができるとともに、有効
計測データの不連続点を検出することにより製鋼コイル
の個数を計測することができる。

【００１７】ところで、本実施例においては、クラブ２
２をガーダ２１上を横行させることにより、距離計３０
をＹ方向に走査させながら、距離計３０が各製鋼コイル
１０，１１，１２のＹ方向のそれぞれの中心位置に到達
する前に、各製鋼コイル１０，１１，１２のＹ方向の中
心座標を演算するようにする。これを、製鋼コイル１２
について説明する（製鋼コイル１０，１１の場合も同
様。）と、製鋼コイル１２のＹ及びＺ方向の計測データ
１２０のうちの３箇所、すなわちＡ点、Ｂ点、Ｃ点の座
標を、それぞれ（Ｙ１，Ｚ１）、（Ｙ２，Ｚ２）、（Ｙ
３，Ｚ３）とする。

【００１８】３箇所の計測データを、演算制御部４０に
おいて、式（１）〜式（７）に基づいて演算することに
より、製鋼コイル１２のＹ及びＺ方向の中心座標Ｐ（Ｙ
０，Ｚ０）及び半径Ｒを演算することができる。すなわ
ち、（Ｙ０−Ｙ１）²＋（Ｚ０−Ｚ１）²＝Ｒ² ・・・・・（１）（Ｙ０−Ｙ２）²＋（Ｚ０−Ｚ２）²＝Ｒ² ・・・・・（２）（Ｙ０−Ｙ３）²＋（Ｚ０−Ｚ３）²＝Ｒ² ・・・・・（３）２Ｙ０（Ｙ１−Ｙ２）＋２Ｚ０（Ｚ１−Ｚ２）＝Ａ１・・・・・（４）２Ｙ０（Ｙ１−Ｙ３）＋２Ｚ０（Ｚ１−Ｚ３）＝Ｂ１・・・・・（５）ここで、Ａ１＝Ｙ１²−Ｙ２²＋Ｚ１²−Ｚ２² Ｂ１＝Ｙ１²−Ｙ３²＋Ｚ１²−Ｚ３² Ｙ０：製鋼コイル１２のＹ方向の中心Ｐの座標Ｚ０：製鋼コイル１２のＺ方向の中心Ｐの座標Ｙ１：点ＡのＹ方向の座標Ｚ１：点ＡのＺ方向の座標Ｙ２：点ＢのＹ方向の座標Ｚ２：点ＢのＺ方向の座標Ｙ３：点ＣのＹ方向の座標Ｚ３：点ＣのＺ方向の座標である。の関係が成立し、これより、式（６）及び式
（７）が得られる。

【００１９】

【式１】

【００２０】このようにして、製鋼コイル１２のＹ方向
及びＺ方向の中心座標Ｐ（Ｙ０，Ｚ０）及び半径Ｒを算
出することにより、製鋼コイル１２の外径及びその中心
位置を検出することができる。

【００２１】そして、さらに、クラブ２２をガーダ２１
上を横行させることにより、距離計３０をＹ方向に走査
させながら、上記検出結果に基づいて、距離計３０が製
鋼コイル１２のＹ方向の中心位置の近傍位置に到達した
ことを検知すると、クラブ２２の横行を一時停止または
連続移動し、製鋼コイル１２の幅及びその中心位置を計
測するようにする。

【００２２】この製鋼コイル１２の幅及びその中心位置
を計測する方法について説明する。図３に示すように、
距離計３０を製鋼コイル１２のＹ方向の中心位置の近傍
位置上に停止させた状態で、スイングモータ３５を駆動
することにより、距離計３０を所定の角度の範囲３１
０，３１１内で揺動させ、レーザ光３１をＸ方向に走査
する。

【００２３】図４は、距離計３０をＸ方向に走査した場
合における演算制御部４０のメモリにストアされた計測
データをＸ−Ｚ面で示したものである。この場合、距離
計３０の走査は連続的に行われるが、計測データは、離
散的にサンプリングされるので、メモリには多数の計測
データがストアされる。図４において、縦軸Ｚは、原点
Ｏを地面１７上とした場合の、原点Ｏからの製鋼コイル
１２の高さ分布を示している。すなわち、計測データ１
２０が製鋼コイル１２、計測データ１７０が地面１７を
示す。なお、計測データ１７０は座標変換することによ
り高さ０となる。この場合、Ｚ方向の距離は、図３に示
すように、スイングモータ３５の鉛直方向からの角度θ
を用い、実測定距離にｃｏｓθを乗じた値となる。

【００２４】この計測データに基づいて、演算制御部４
０において、各製鋼コイル１２の幅及びその中心位置
（Ｘ方向の中心座標Ｘ０）を演算する。まず、図４に示
す計測データのうち、高さの値Ｚがあらかじめ定めた値
Ｚｓ以下の距離データを削除することによリ、製鋼コイ
ル１２の外周上の計測データ以外、例えば、パレット１
３、地面１７等の距離データを排除する。これにより、
製鋼コイル１２の幅及びその中心位置の演算を簡易化す
ることができる。

【００２５】次に、製鋼コイル１２のＸ方向の中心座標
Ｘ０及び幅Ｌを演算する。図４に示すように、製鋼コイ
ル１２の外周上の多数の計測データ１２０のうち、両端
のデータＸａ，ＸｂのＸ方向の算術平均、すなわち、Ｘ０＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２・・・・・（８）によリ製鋼コイル１２のＸ方向の中心座標Ｘ０を求める
ことができ、その中心位置を検出することができる。ま
た、同様に両端のデータＸａ，Ｘｂの差、すなわち、Ｌ＝Ｘｂ−Ｘａ・・・・・（９）によって製鋼コイル１２の幅Ｌを求めることができる。

【００２６】パレット１３上に並列に搭載されている他
の製鋼コイル１０，１１についても、同様にして、クラ
ブ２２をガーダ２１上を横行させ、距離計３０を製鋼コ
イル１０，１１のＹ方向の中心位置の近傍位置上に停止
させた状態で、スイングモータ３５を駆動することによ
り、距離計３０を所定の角度の範囲３１０，３１１内で
揺動させ、レーザ光３１をＸ方向に走査させることによ
り、製鋼コイル１０，１１の外径及びその中心位置並び
に幅及びその中心位置を検出することができる。

【００２７】この場合において、演算制御部４０におい
て、前記３箇所の計測データ以外の別途任意に定める計
測点３点を定め、この計測点の計測データに基づいて、
上記Ａ点、Ｂ点及びＣ点の場合と同様にして、製鋼コイ
ル１０，１１，１２のＹ方向及びＺ方向の中心座標Ｐ
（Ｙ０，Ｚ０）及び半径Ｒを算出することにより、製鋼
コイル１０，１１，１２の外径及びその中心位置を検出
することができ、これら複数（２又はそれ以上）の演算
値を算術平均することにより、検出精度を向上すること
ができる。

【００２８】ところで、上記実施例においては、スイン
グモータ３５を駆動することにより、距離計３０全体を
所定の角度の範囲３１０，３１１内で揺動させるように
したが、レーザ光３１をＸ方向に走査させる手段は、こ
れに限定されず、例えば、図５〜図６に示すように、ス
キャンモータ３９により２個の反射鏡３８ａ，３８ｂを
所定の角度の範囲３８０，３８１内で揺動させ、レーザ
光源３２より照射されたレーザ光３１を反射鏡３８ａに
より反射させ、製鋼コイルからの反射光は反射鏡３８ｂ
により反射させ、その反射光３３を受光部３４にて受光
するように構成することもできる。

【００２９】また、上記実施例においては、製鋼コイル
１０，１１，１２の中心軸がパレット１３の長手方向と
直交するように搭載されている場合について説明した
が、本発明の円柱状物体の計測方法は、製鋼コイルの中
心軸がパレットの長手方向と平行に搭載されている場合
にも適用することができる。

【００３０】また、上記実施例においては、製鋼コイル
１０，１１，１２の幅及びその中心位置を計測するため
に、図３に示すように、距離計３０を製鋼コイル１２の
Ｙ方向の中心位置の近傍位置上に停止させた状態で、ス
イングモータ３５を駆動することにより、距離計３０を
所定の角度の範囲３１０，３１１内で揺動させ、レーザ
光３１をＸ方向に走査するようにしたが、このほか、ク
ラブ２２をガーダ２１上を横行させることにより、距離
計３０を製鋼コイル１０，１１，１２の中心軸に対して
直交する方向に走査させ、この走査中に、製鋼コイル１
０，１１，１２の最高位置を検出し、検出した製鋼コイ
ル１０，１１，１２の最高位置の近傍位置上において距
離計３０を停止させた状態で、スイングモータ３５を駆
動することにより、距離計３０を所定の角度の範囲内で
揺動させることにより、上記実施例の場合と同様に、製
鋼コイル１０，１１，１２の幅及びその中心位置を計測
することができる。

【００３１】さらに、上記実施例においては、製鉄所の
コイルヤードにおける製鋼コイルを計測する方法につい
て説明したが、本発明の円柱状物体の計測方法は、例え
ば、製紙ロール等の円柱状物体の形状及び位置検出に広
く適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の円柱状物体の計測方法によれ
ば、円柱状物体の中心軸に対して直交する方向に距離計
を移動することにより計測した円柱状物体の外周上の計
測データから、円柱状物体の直径方向の中心位置及び外
径を演算するとともに、距離計の移動中に演算した円柱
状物体の直径方向の中心位置の近傍位置又は検出した円
柱状物体の最高位置の近傍位置において、距離計の移動
を一時停止または連続移動し、円柱状物体の中心軸に平
行な方向に距離計を走査して計測した円柱状物体の外周
上の計測データから、円柱状物体の幅及び幅方向の中心
位置を演算することにより、距離計を円柱状物体の中心
軸に対して直交する方向に１回移動させるだけで、円柱
状物体の外径及び幅並びにその中心位置を検出すること
ができる。これにより、距離計の移動に要する時間を短
縮化して、円柱状物体を自動搬送する際の作業効率を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円柱状物体の計測方法の一実施例を示
す説明図（正面図）である。

【図２】製鋼コイルのＹ−Ｚ面の計測データを示す説明
図である。

【図３】本発明の円柱状物体の計測方法の一実施例を示
す説明図（側面図）である。

【図４】製鋼コイルのＸ−Ｚ面の計測データを示す説明
図である。

【図５】レーザ光をＸ方向に走査させる異なる手段を示
す側面図である。

【図６】同平面図である。

【符号の説明】

１０製鋼コイル１１製鋼コイル１２製鋼コイル２０クレーン２２クラブ３０レーザ距離計３１レーザ光３２レーザ光源３３反射光３４受光部４０演算制御部

フロントページの続き (72)発明者代高田由弥神奈川県横浜市中区かもめ町40番地三波工業株式会社内 (72)発明者山田裕善兵庫県尼崎市下坂部３丁目11番１号日立機電工業株式会社内 (72)発明者西部邦彦兵庫県尼崎市下坂部３丁目11番１号日立機電工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状物体の中心軸に対して直交する方
向に距離計を移動することにより走査して計測した円柱
状物体の外周上の計測データから、距離計の移動中に円
柱状物体の直径方向の中心位置及び外径を演算するとと
もに、演算した円柱状物体の直径方向の中心位置の近傍
位置において距離計の移動を一時停止または連続移動
し、円柱状物体の中心軸に平行な方向に距離計を走査し
て計測した円柱状物体の外周上の計測データから、円柱
状物体の幅及び幅方向の中心位置を演算するようにした
ことを特徴とする円柱状物体の計測方法。
【請求項２】円柱状物体の中心軸に対して直交する方
向に距離計を移動することにより走査して計測した円柱
状物体の外周上の計測データから、円柱状物体の直径方
向の中心位置及び外径を演算するとともに、距離計の移
動中に円柱状物体の最高位置を検出し、検出した円柱状
物体の最高位置の近傍位置において距離計の移動を一時
停止または連続移動し、円柱状物体の中心軸に平行な方
向に距離計を走査して計測した円柱状物体の外周上の計
測データから、円柱状物体の幅及び幅方向の中心位置を
演算するようにしたことを特徴とする円柱状物体の計測
方法。