WO2018235167A1 - 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置 - Google Patents

位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018235167A1
WO2018235167A1 PCT/JP2017/022710 JP2017022710W WO2018235167A1 WO 2018235167 A1 WO2018235167 A1 WO 2018235167A1 JP 2017022710 W JP2017022710 W JP 2017022710W WO 2018235167 A1 WO2018235167 A1 WO 2018235167A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
distance
metal plate
plate
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/022710
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松本　幸一
裕雅 加藤
Original Assignee
株式会社ニレコ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ニレコ filed Critical 株式会社ニレコ
Priority to JP2017566039A priority Critical patent/JP6743062B2/ja
Priority to PCT/JP2017/022710 priority patent/WO2018235167A1/ja
Priority to DE112017007662.5T priority patent/DE112017007662T5/de
Publication of WO2018235167A1 publication Critical patent/WO2018235167A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G01S13/874—Combination of several systems for attitude determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to a method of measuring a position / attitude of an antenna type metal plate and a position / attitude measurement apparatus of an antenna type metal plate.
  • a plate of a metal plate is emitted by radiating microwaves to an end portion or plate surface in the plate width direction of a traveling metal plate and detecting microwaves reflected on the end portion in the plate width direction or plate surface
  • An antenna-type measurement method and an antenna-type measurement device for measuring the position of the end in the width direction or the position of the surface of the metal plate in the thickness direction have been developed (for example, Patent Document 1).
  • the measurement method of the conventional antenna method and the measuring device of the antenna method It was not possible to distinguish it from the change of the end position in the thickness direction.
  • the position of the plate surface in the thickness direction of the metal plate for example, in the measurement method and the measuring device of the conventional antenna system, changes in the position in the thickness direction of the metal plate and It was not possible to distinguish it from the slope.
  • the information on the position / attitude of the metal plate obtained by the conventional antenna type measuring method and measuring apparatus is not sufficient.
  • An object of the present invention is to provide an antenna-based position / attitude measurement method and an antenna-based position / attitude measurement apparatus capable of obtaining more information than that in the related art regarding the position / posture of a metal plate.
  • a microwave is installed on one side of a metal plate to be measured such that the opening surface forms a single plane.
  • a position / attitude measurement method for determining at least one of a position and a posture of the object to be measured using a first transmission antenna for transmitting a signal and first and second receiving antennas for receiving a microwave reflected by the object to be measured A first distance from the first transmitting antenna to the first receiving antenna via the object to be measured based on signals of microwaves received by the first and second receiving antennas; Determining a second distance from the one transmitting antenna via the measurement object to the second receiving antenna, and the apertures of the first and second receiving antennas based on the first and second distances Reference line connecting center positions of faces against, comprising the steps of: defining at least one of the position and orientation of the measurement object.
  • a first distance from the first transmitting antenna to the first receiving antenna via the measuring object and the first transmitting antenna from the first transmitting antenna to the measurement object Since at least one of the position and orientation of the measurement object with respect to a reference line connecting the center positions of the aperture planes of the first and second receiving antennas is determined based on the second distance to the second receiving antenna, It is possible to obtain more information than before regarding the position / attitude of the object to be measured, that is, the metal plate.
  • the object to be measured is a surface of a metal plate, and the first transmission antenna transmits microwaves to the surface of the plate; At least one of the position and the inclination of the plate surface with respect to the reference line is measured.
  • the position / attitude measurement method of the present embodiment it is possible to measure one or both of the change in the position in the thickness direction of the metal plate and the inclination of the metal plate relative to the reference line.
  • the measurement target is an end of the metal plate in the plate width direction
  • the first transmission antenna is used to measure the metal plate.
  • a microwave is sent to the end in the plate width direction, and the position of the end in the plate width direction of the metal plate relative to the reference line is measured.
  • the position / attitude measurement method of the present embodiment when measuring the position of the end of the metal plate in the plate width direction, the change in the position of the metal plate in the plate width direction and the position of the metal plate in the plate thickness direction One or both of the changes can be measured.
  • the position / attitude measurement apparatus is a position / attitude measurement apparatus for determining at least one of the position and the attitude of a metal plate to be measured, and transmitting microwaves toward the measurement target
  • three aperture planes are installed to form a single plane, and the operation unit transmits the transmission based on the microwave signal received by the first and second receiving antennas.
  • the position / attitude measurement apparatus includes a first distance from the first transmitting antenna to the first receiving antenna via the measuring object, and a first distance from the first transmitting antenna to the measuring object. Since at least one of the position and the attitude of the object to be measured with respect to a reference line connecting the center positions of the aperture planes of the first and second receiving antennas is determined based on the second distance to the two receiving antennas. It is possible to obtain more information than before regarding the position / attitude of the object to be measured, that is, the metal plate.
  • the directivity angles of the transmitting antenna, the first receiving antenna, and the second receiving antenna are in the range of 18 degrees to 30 degrees.
  • FIG. 6 is a diagram showing an aperture plane of a transmitting antenna, a first receiving antenna, and a second receiving antenna.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section including an x axis and a z axis of a transmitting antenna, a first receiving antenna, and a second receiving antenna. It is a figure which shows arrangement
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method of calculating the angle ⁇ and the true distance L in the case shown in FIG. It is a figure which shows the relationship between angle (theta) and the distance Z1 and Z2 which were measured when the true distance L is 1000 mm. It is a figure which shows the relationship between angle (theta) and the distance Z1 and Z2 which were measured, when the true distance L is 1500 mm.
  • FIG. 17 is a flow chart showing a method of obtaining an x-coordinate X and a true distance L in the case shown in FIG. If true distance L is 500 millimeters, which is a graph showing the relationship between the distance R x1 and R x2 measured with x-coordinate X.
  • distance L is 1000 millimeters, which is a diagram showing the relationship between the distance R x1 and R x2 measured with x-coordinate X. If true distance L is 1500 millimeters, which is a diagram showing the relationship between the distance R x1 and R x2 measured with x-coordinate X. It is a figure for demonstrating the method to measure curvature of a metal plate by the position and attitude
  • FIG. 1 is a view showing a conventional antenna type distance measuring apparatus.
  • An object to be measured is a plate surface of a metal plate.
  • the distance measuring device includes a transmitting antenna 111A, a receiving antenna 113A, and an operation unit 150A.
  • the aperture planes of the two transmitting and receiving antennas lie on a single plane, and this plane is called plane S.
  • the surface S is installed parallel to the plate surface 211 of the metal plate 210 when the metal plate 210 is at the reference position, and FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 211 of the metal plate 210. Show.
  • the electromagnetic wave (microwave) radiated from the transmitting antenna 111A is reflected by the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured, and reaches the receiving antenna 113A.
  • Arithmetic unit 150A receives the distance L01 of the path from transmission antenna 111A to plate surface 211 and the plate surface 211 of the microwaves radiated from transmission antenna 111A, reflected by plate surface 211, and reaching reception antenna 113A.
  • the sum of the distance L02 of the path to the antenna 113A is determined using at least one of delay time and phase due to microwave transmission, and the distance L from the surface S to the plate surface 211 of the metal plate 210 is measured.
  • the double arrows indicate the moving direction of the metal plate. When the metal plate moves in the direction of the double arrow, the distance L changes.
  • FIG. 2 is a view showing a conventional antenna type distance measuring apparatus.
  • An object to be measured is a plate surface of a metal plate.
  • FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 211 of the metal plate 210.
  • the plate surface 211 of the metal plate 210 is inclined with respect to the surface S by an angle ⁇ .
  • microwaves radiated from the transmitting antenna 111A and reflected by the plate surface 211 and arriving at the receiving antenna 113A are received from the distance L01 'of the path from the transmitting antenna 111A to the plate surface 211 and the plate surface 211
  • the distance L02 'of the path to the antenna 113A is smaller than the distance L01 and the distance L02 in the case of FIG. 1, respectively. Therefore, the measured value of the distance by the computing unit 150A is smaller than the measured value in the case of FIG.
  • the distance measurement apparatus of the conventional antenna system can not distinguish the change of the distance L from the surface S to the plate surface 211 of the metal plate 210 and the change of the inclination angle of the plate surface 211 of the metal plate 210. .
  • FIG. 3 is a view showing a conventional antenna type distance measuring apparatus.
  • An object to be measured is an end in the plate width direction of the metal plate.
  • the surface S is disposed perpendicularly to the plate surface 221 of the metal plate 220
  • FIG. 3 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 221 of the metal plate 220.
  • the aperture plane of the transmitting antenna 111A and the aperture plane of the receiving antenna 113A pass through the centers of the two aperture planes on the plane S and are perpendicular to the plane S when the metal plate 220 is at the reference position.
  • the straight line A is set to pass through the center of the metal plate 220 in the thickness direction.
  • the two opening surfaces of the transmitting and receiving antenna are installed such that the centers of the two opening surfaces face the end 223 of the metal plate 220 in the plate width direction.
  • the electromagnetic wave (microwave) radiated from the transmitting antenna 111A is reflected by the end 223 of the metal plate 210 to be measured in the plate width direction, and reaches the receiving antenna 113A.
  • the computing unit 150A is reflected by the board surface 211 and reaches the receiving antenna 113A.
  • the sum of the distance L02 of the path to the receiving antenna 113A is determined using at least one of the delay time and phase due to the microwave transmission, and the distance L from the surface S to the end 223 of the metal plate 210 in the plate width direction is taking measurement.
  • FIG. 4 is a view showing a conventional antenna type distance measuring apparatus.
  • An object to be measured is an end in the plate width direction of the metal plate.
  • FIG. 4 shows a cross section perpendicular to the opening surface S and the plate surface 221 of the metal plate 220.
  • the metal plate 220 is located at a distance X from the straight line A perpendicular to the plane S, passing through the centers of the two opening planes of the plane S, and a distance X upward. That is, the position of the metal plate 220 is displaced by X from the reference position in the vertical direction and upward.
  • the distance L02 'of the path from the end 223 to the receiving antenna 113A is larger than the distance L01 and the distance L02 in the case of FIG. 1, respectively. Therefore, the measured value of the distance by the computing unit 150A is larger than the measured value in the case of FIG.
  • the metal plate 220 when the metal plate 220 is displaced from the reference position in the vertical direction of the straight line A, that is, the vertical direction of the plate surface 221, the metal plate 220 from the surface S
  • the measured value of the distance to the end 223 in the plate width direction changes depending on the magnitude of the vertical displacement of the plate surface. Therefore, in the conventional antenna type distance measuring device, the change in the distance L from the surface S to the end 223 in the plate width direction of the metal plate 210 and the change in the displacement of the metal plate in the vertical direction I can not distinguish.
  • FIG. 5 is a view showing an antenna-based position / attitude measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • An object to be measured is a plate surface of the metal plate 210 or an end portion of the metal plate 220 in the plate width direction.
  • the metal plate 210 whose measurement object is the plate surface 211 and the metal plate 220 whose measurement object is the end 223 in the plate width direction are simultaneously shown.
  • the position / attitude measurement apparatus includes a transmitting antenna 111, a first receiving antenna 113, a second receiving antenna 115, and an operation unit 150.
  • the aperture planes of the three transmitting and receiving antennas are on a single plane, and this plane is called plane S.
  • the surface S is installed parallel to the plate surface 211 of the metal plate 210 when the metal plate 210 is at the reference position, and FIG. 5 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 211 of the metal plate 210.
  • the surface S of the transmitting and receiving antenna is disposed perpendicularly to the surface 221 of the metal plate 220, and FIG. 5 shows a cross section perpendicular to the surface S and the surface 221 of the metal plate 220.
  • the three aperture planes of the transmitting and receiving antenna pass through the centers of the three aperture planes and a straight line A perpendicular to the plane S is a plate of the metal plate 220.
  • An intersection point between the surface S and the straight line A is defined as an origin O, and a z-axis extending from the origin O along the straight line A in the direction of the plate surface 211 is defined. Further, in FIG. 5, an x-axis extending upward from the origin O and a y-axis extending perpendicularly to the paper surface from the origin O are defined in the plane S.
  • the calculation unit 150 of FIG. 5 will be described later.
  • the transmitting antenna 111, the first receiving antenna 113, and the second receiving antenna 115 are pyramidal horn antennas.
  • the frequency of the microwaves transmitted and received by the antenna is 10 GHz.
  • FIG. 6 is a view showing the aperture plane of the transmitting antenna 111, the first receiving antenna 113, and the second receiving antenna 115.
  • the opening surface is a rectangle, and as an example, the long side is 123 mm and the short side is 96 mm.
  • the center positions C1, C2, and C3 of the aperture planes of the transmitting antenna 111, the first receiving antenna 113, and the second receiving antenna 115 are arranged on a straight line.
  • the distance between C1 and C2 and the distance between C1 and C3 are denoted by a.
  • a is 125 mm.
  • the center position C1 coincides with the origin O.
  • the above straight line is called a reference line B.
  • the reference line B coincides with the x axis.
  • the aperture planes of the first reception antenna 113, the transmission antenna 111, and the second reception antenna 115 are arranged close to each other in the above-mentioned order in the x direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing the directivity in the xz plane of the transmission antenna 111, the first reception antenna 113, and the second reception antenna 115 in absolute gain.
  • the size of the main lobe is 19.2 dB and the direction of the main lobe is the direction of the z-axis.
  • the directivity angle (half value angle) is 18.9 degrees.
  • the directivity angle corresponds to a range in which the magnitude of the microwave is -3 dB or more with respect to the peak. In FIG. 7, the directivity angle is indicated by a dotted line.
  • the size of the side lobe is -30.5 dB based on the size of the main lobe. In FIG. 7, the size of the side lobe is indicated by a two-dot chain line.
  • FIG. 8 is a diagram showing the directivity within the yz plane of the transmitting antenna 111, the first receiving antenna 113, and the second receiving antenna 115 in absolute gain.
  • the size of the main lobe is 19.2 dB and the direction of the main lobe is the direction of the z-axis.
  • the directivity angle (half value angle) is 18.8 degrees.
  • the directivity angle corresponds to a range in which the magnitude of the microwave is -3 dB or more with respect to the peak. In FIG. 8, the directivity angle is indicated by a dotted line.
  • the size of the side lobe is ⁇ 11.1 dB based on the size of the main lobe. In FIG. 8, the size of the side lobe is indicated by a two-dot chain line.
  • FIG. 9 is a view showing a cross section including the x axis and the z axis of the transmitting antenna 111, the first receiving antenna 113, and the second receiving antenna 115.
  • the x-axis coincides with the straight line B and the z-axis coincides with the straight line A.
  • the hatched region indicates the range of angles of the microwaves reflected by the measurement object that can be effectively received by the first receiving antenna 113 based on the z-axis of the microwaves.
  • the range of angles relative to the z-axis is approximately ⁇ 12.5 degrees.
  • the first receiving antenna 113 can effectively receive microwaves incident on the aperture in the range of about ⁇ 12.5 degrees with respect to the z-axis.
  • the first receiving antenna 113 can not effectively receive the microwaves reflected in the area other than the area R3 in contact with the shaded area in the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured.
  • the second receiving antenna 115 can effectively receive microwaves incident on the aperture in the range of about ⁇ 12.5 degrees with respect to the z-axis.
  • the second receiving antenna 115 is a microwave that can be effectively received by the second receiving antenna 115 among the microwaves reflected by the measuring object on the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured. It is not possible to effectively receive the microwaves reflected in the area other than the area R5 in contact with the area indicating the range of angles based on the z-axis of.
  • the transmitting antenna 111 can effectively radiate microwaves in the range of about ⁇ 12.5 degrees at an angle based on the z-axis.
  • the transmitting antenna 111 is effective in a region other than the region R1 in the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured, the region indicating the range of the angle based on the z axis of the microwave that can be radiated. Can not emit microwaves.
  • the measurable range of the antenna type position and attitude measurement apparatus of the present embodiment is the area R where the area R1, the area R3, and the area R5 overlap in the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured.
  • the processable angle range is about ⁇ 12.5 degrees as described above, which is larger than the directivity angle.
  • the processable angle range of the measuring apparatus of the present embodiment is indicated by a one-dot chain line.
  • the directivity angle of the transmitting and receiving antenna used in the present invention is preferably in the range of 18 degrees to 30 degrees.
  • the object to be measured is a plate surface of a metal plate.
  • FIG. 10 is a view showing the arrangement of the transmitting / receiving antenna and the plate when the plate surface 211 of the metal plate 210 to be measured is parallel to the surface S.
  • FIG. 10 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 211 of the metal plate 210.
  • the sum L01 + L02 of the distance L02 of the path from the antenna to the first receiving antenna 113 is radiated from the transmitting antenna 111, reflected by the plate surface 211, and transmitted from the transmitting antenna 111 to the second receiving antenna 115. It is equal to the sum L03 + L04 of the distance L03 of the path to the plate surface 211 and the distance L04 of the path from the plate surface 211 to the second receiving antenna 115.
  • FIG. 11 is a view showing the arrangement of the transmitting / receiving antenna and the plate when the angle formed between the surface S of the metal plate 210 to be measured and the surface S is ⁇ .
  • FIG. 11 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 211 of the metal plate 210.
  • the sum L01 ′ + L02 ′ of the distance L02 ′ of the path from 211 to the first receiving antenna 113 is radiated from the transmitting antenna 111, reflected by the plate surface 211, and reaches the second receiving antenna 115
  • the sum L03 ′ + L04 ′ of the distance L03 ′ of the path from the transmitting antenna 111 to the plate surface 211 and the distance L04 ′ of the path from the plate surface 211 to the second receiving antenna 115 is different.
  • the distance measured by the first receiving antenna 113 using at least one of delay time and phase due to transmission of microwaves traveling the distance L01 '+ L02' is radiated from the transmitting antenna 111, and
  • the point from the point P3 where the microwaves reflected by 211 reach the first receiving antenna 113 is reflected on the plate surface 211 to the point of intersection of the straight line perpendicular to the plate surface 211 and the plane S at the point P3. It is the distance Z1.
  • the distance measured by the second receiving antenna 115 using at least one of the delay time and the phase due to the transmission of the microwave traveling the distance L03 ′ + L04 ′ is radiated from the transmitting antenna 111, and the plate surface 211 Distance from the point P5 where the microwave that is reflected by the second receiving antenna 115 is reflected on the plate surface 211 to the intersection point of the line perpendicular to the plate surface 211 and the plane S at the point P5 It is Z2.
  • the distance L indicates the distance from the surface S along the straight line A to the plate surface 211.
  • the distance L is also referred to as a true distance.
  • the computing unit 150 includes a transmitting unit 151, a first receiving unit 153, a second receiving unit 155, an angle and path variation computing unit 157, and a true distance computing unit 159.
  • FIG. 12 is a flow chart showing a method of calculating the angle ⁇ and the true distance L by the calculation unit 150 in the case shown in FIG.
  • the transmission unit 151 generates a microwave for transmission and sends it to the transmission antenna 111.
  • the first receiving unit 153 receives, from the first receiving antenna 113, the microwave signal received from the transmitting antenna 111 and reflected by the first receiving antenna 113 after being reflected by the measurement target.
  • the first reception unit 153 obtains the distance Z1 using at least one of the delay time and the phase due to the transmission of the microwave received from the first reception antenna 113.
  • the second receiving unit 155 receives the microwave signal received by the second receiving antenna 115 from the second receiving antenna 115 after being radiated from the transmitting antenna 111 and reflected to the measurement target.
  • the second reception unit 155 obtains the distance Z2 using at least one of the delay time and the phase due to the transmission of the microwave received from the second reception antenna 115.
  • the method of determining the distance using at least one of delay time and phase due to microwave transmission is described in detail, for example, in WO2009 / 050831A1.
  • step S1020 of FIG. 12 the angle and path variation calculation unit 157 obtains the angle ⁇ from the distance Z1 and the distance Z2. The following relationship is established in FIG.
  • a represents the distance between C1 and C2 in FIG. 6 or the distance between C1 and C3 as described above.
  • the angle ⁇ is a clockwise angle with respect to the z axis. The following equation is derived from the above equation. Therefore, the angle ⁇ can be obtained from the distance Z1 and the distance Z2.
  • step S1030 of FIG. 12 the angle and path variation calculation unit 157 obtains the true distance L from the distance Z1 or the distance Z2 and the angle ⁇ .
  • the following relationship is established in FIG. The following equation is derived from the above equation. Therefore, the true distance L can be obtained from the distance Z1 or the distance Z2 and the angle ⁇ .
  • FIG. 13 is a view showing the relationship between the angle ⁇ and the measured distances Z1 and Z2 when the true distance L is 1000 millimeters.
  • the horizontal axis in FIG. 13 indicates the angle ⁇ .
  • the unit of angle is degrees.
  • the vertical axis in FIG. 13 indicates the measured distance and Z1-Z2.
  • the measured distance and the unit of Z1-Z2 are in millimeters.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the angle ⁇ and the measured distances Z1 and Z2 when the true distance L is 1500 mm.
  • the horizontal axis in FIG. 13 indicates the angle ⁇ .
  • the unit of angle is degrees.
  • the vertical axis in FIG. 13 indicates the measured distance and Z1-Z2.
  • the measured distance and the unit of Z1-Z2 are in millimeters.
  • FIG. 15 is a view showing the arrangement of the transmitting / receiving antenna and the plate when the x-coordinate of the center position of the metal plate 220 in the plate thickness direction (x-axis direction) is zero.
  • FIG. 15 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 221 of the metal plate 220.
  • the plate width of the transmitting antenna 111 to the metal plate 220 of the microwaves radiated from the transmitting antenna 111, reflected by the end 223 in the plate width direction of the metal plate 220, and reaching the first receiving antenna 113 The sum L01 + L02 of the distance L01 of the path to the end 223 of the direction and the distance L02 of the path L02 from the end 223 of the metal plate 220 in the plate width direction to the first receiving antenna 113 is radiated from the transmitting antenna 111
  • the sum L03 + L04 of the distance L04 of the path from the end 223 in the plate width direction of the metal plate 220 to the second receiving antenna 115 the sum L03 + L04 of the distance L04 of the path from the end 223 in the plate width direction of the metal plate 220
  • FIG. 16 is a view showing the arrangement of the transmitting / receiving antenna and the plate when the x-coordinate of the center position in the thickness direction of the metal plate 220 is X.
  • FIG. 16 shows a cross section perpendicular to the surface S and the plate surface 221 of the metal plate 220.
  • the end of the metal plate 220 in the direction of the width of the metal plate 220 which is radiated from the transmitting antenna 111 and reflected by the end 223 of the metal plate 220 in the direction of the plate width and reaches the first receiving antenna 113
  • the distance L 02 ′ of the path from the first receiving antenna 113 to the first receiving antenna 113 is radiated from the transmitting antenna 111, reflected by the end 223 of the metal plate 220 in the plate width direction, and reaches the second receiving antenna 115. This is different from the distance L 04 ′ of the path from the end 223 in the width direction of the metal plate 220 to the second receiving antenna 115 of the wave.
  • the distance is different from R x1 and R x2 .
  • the distance L indicates the distance from the surface S along the straight line A (z axis) to the end 223 of the metal plate 220 in the plate width direction.
  • the distance L is also referred to as a true distance.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a method of calculating the x-coordinate X and the true distance L in the case shown in FIG.
  • the transmission unit 151 generates a microwave for transmission and sends it to the transmission antenna 111.
  • the first receiving unit 153 receives, from the first receiving antenna 113, the microwave signal received from the transmitting antenna 111 and reflected by the first receiving antenna 113 after being reflected by the measurement target.
  • the first reception unit 153 obtains the distance Rx1 using at least one of the delay time and the phase due to the transmission of the microwave received from the first reception antenna 113.
  • the second receiving unit 155 receives the microwave signal received by the second receiving antenna 115 from the second receiving antenna 115 after being radiated from the transmitting antenna 111 and reflected to the measurement target.
  • the second reception unit 155 obtains the distance Rx2 using at least one of the delay time and the phase due to the transmission of the microwave received from the second reception antenna 115.
  • the method of determining the distance using at least one of delay time and phase due to microwave transmission is described in detail, for example, in WO2009 / 050831A1.
  • angle and path variation calculation portion 157 obtains the x-coordinate X of the distance R x1 and the distance R x2.
  • step S2030 in FIG. 17 the angle and path variation calculation unit 157 obtains the true distance L from the distance R x1 or the distance R x2 and the x coordinate X using the equation (3) or the equation (4).
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the x coordinate X and the measured distances R x1 and R x2 when the true distance L is 500 millimeters.
  • the horizontal axis of FIG. 18 indicates the x coordinate X.
  • the unit of x coordinate X is millimeter.
  • the vertical axis in FIG. 18 indicates the measured distance.
  • the unit of the measured distance is millimeter.
  • FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the x coordinate X and the measured distances R x1 and R x2 when the true distance L is 1000 millimeters.
  • the unit of x coordinate X is millimeter.
  • the vertical axis in FIG. 19 indicates the measured distance.
  • the unit of the measured distance is millimeter.
  • FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the x coordinate X and the measured distances R x1 and R x2 when the true distance L is 1500 millimeters.
  • the horizontal axis of FIG. The unit of x coordinate X is millimeter.
  • the vertical axis in FIG. 20 indicates the measured distance.
  • the unit of the measured distance is millimeter.
  • FIG. 21 is a view for explaining a method of measuring the warpage of the metal plate by the position / posture measurement apparatus shown in FIG. 5.
  • a correction roller is shown at 310.
  • the warped metal plate 230 is treated with the straightening roller 310 to reduce or eliminate the warp.
  • the position / posture measuring device shown in FIG. 5 is installed on the line on the inlet side or the outlet side of the correction roller 310.
  • the plane S including the opening planes of the three transmitting and receiving antennas of the position / attitude measurement apparatus is installed parallel to the plane of the non-warped metal plate placed on the line. That is, in FIG. 21, the surface S is horizontally installed.
  • an angle ⁇ with respect to the vertical direction of the normal line of the portion of the plate surface 231 facing the transmission / reception antenna is determined.
  • the angle ⁇ is an angle with respect to the horizontal direction of the portion of the plate surface 231 facing the transmission / reception antenna, and roughly represents the warpage of the plate surface 231. Therefore, the warp of the metal plate can be measured by determining the angle ⁇ .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

本発明の位置・姿勢測定方法は、測定対象である金属板の一方の側に、開口面が単一平面を形成するように設置された、該測定対象に向けてマイクロ波を送る第１の送信アンテナ、該測定対象に反射されたマイクロ波を受け取る第１及び第２の受信アンテナを使用して、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定める位置・姿勢測定方法であって、該第１及び第２の受信アンテナの受け取るマイクロ波の信号に基づいて、該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離を定めるステップと、該第１及び第２の距離に基づいて、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるステップと、を含む。

Description

位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置
　本発明は、アンテナ方式の金属板の位置・姿勢測定方法及びアンテナ方式の金属板の位置・姿勢測定装置に関する。
　従来、走行する金属板の板幅方向の端部、または板面にマイクロ波を放射し、板幅方向の端部、または板面に反射されたマイクロ波を検出することによって、金属板の板幅方向の端部の位置、または金属板の板厚方向の板面の位置を測定するアンテナ方式の測定方法及びアンテナ方式の測定装置が開発されている（たとえば、特許文献１）。
　しかし、従来のアンテナ方式の測定方法及びアンテナ方式の測定装置は、たとえば、金属板の板幅方向の端部位置を測定する場合に、金属板の板幅方向の端部位置の変化と金属板の板厚方向の端部位置の変化とを区別することができなかった。また、従来のアンテナ方式の測定方法及び測定装置は、たとえば、金属板の板厚方向の板面の位置を測定する場合に、金属板の板厚方向の位置の変化と金属板の基準位置に対する傾きとを区別することができなかった。このように、従来のアンテナ方式の測定方法及び測定装置によって得られる金属板の位置・姿勢に関する情報は十分ではなかった。
W02006/048979A1
　したがって、金属板の位置・姿勢に関し、従来よりも多くの情報を得ることのできるアンテナ方式の位置・姿勢測定方法及びアンテナ方式の位置・姿勢測定装置に対するニーズがある。本発明の課題は、金属板の位置・姿勢に関し、従来よりも多くの情報を得ることのできるアンテナ方式の位置・姿勢測定方法及びアンテナ方式の位置・姿勢測定装置を提供することである。
　本発明の第１の態様の位置・姿勢測定方法は、測定対象である金属板の一方の側に、開口面が単一平面を形成するように設置された、該測定対象に向けてマイクロ波を送る第１の送信アンテナ、該測定対象に反射されたマイクロ波を受け取る第１及び第２の受信アンテナを使用して、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定める位置・姿勢測定方法であって、該第１及び第２の受信アンテナの受け取るマイクロ波の信号に基づいて、該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離を定めるステップと、該第１及び第２の距離に基づいて、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるステップと、を含む。
　本態様の位置・姿勢測定方法においては、該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離に基づいて、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるので、該測定対象、すなわち金属板の位置・姿勢に関し、従来よりも多くの情報を得ることができる。
　本発明の第１の態様の第１の実施形態の位置・姿勢測定方法においては、該測定対象が金属板の面であり、該第１の送信アンテナによって、該板面にマイクロ波を送り、該板面の該基準線に対する位置及び傾きの少なくとも一方を測定する。
　本実施形態の位置・姿勢測定方法によれば、金属板の板厚方向の位置の変化、及び金属板の該基準線に対する傾きの一方または両方を測定することができる。
　本発明の第１の態様の第２の実施形態の位置・姿勢測定方法においては、該測定対象が金属板の板幅方向の端部であり、該第１の送信アンテナによって、該金属板の板幅方向の端部にマイクロ波を送り、該金属板の板幅方向の端部の該基準線に対する位置を測定する。
　本実施形態の位置・姿勢測定方法によれば、金属板の板幅方向の端部の位置を測定する場合に、金属板の板幅方向の位置の変化、及び金属板の板厚方向の位置の変化の一方または両方を測定することができる。
　本発明の第２の態様の位置・姿勢測定装置は、測定対象である金属板の位置及び姿勢の少なくとも一方を定める位置・姿勢測定装置であって、該測定対象に向けてマイクロ波を送る送信アンテナと、該測定対象に反射されたマイクロ波を受け取る第１及び第２の受信アンテナと、演算部と、を含み、該送信アンテナ、及び該第１及び第２の受信アンテナは、該測定対象の一方の側に、３個の開口面が単一平面を形成するように設置されており、該演算部は、第１及び第２の受信アンテナが受け取るマイクロ波の信号に基づいて、該送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離を定め、該第１及び第２の距離を使用して、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるように構成されている。
　本態様の位置・姿勢測定装置は、該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離に基づいて、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるので、該測定対象、すなわち金属板の位置・姿勢に関し、従来よりも多くの情報を得ることができる。
　本発明の第２の態様の第１の実施形態の位置・姿勢測定においては、送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナの指向角が１８度から３０度の範囲である。
測定対象が、金属板の板面である場合の、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。 測定対象が、金属板の板面である場合の、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。 測定対象が、板幅方向の端部である場合の、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。 測定対象が、金属板の板幅方向の端部である場合の、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。 本発明の一実施形態のアンテナ方式の位置・姿勢測定装置を示す図である。 送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナの開口面を示す図である。 送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナのｘｚ面内の指向性を絶対利得で示す図である。 送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナのｙｚ面内の指向性を絶対利得で示す図である。 送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナのｘ軸及びｚ軸を含む断面を示す図である。 測定対象である金属板の板面が面Ｓと平行である場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。 測定対象である金属板の板面の、面Ｓに対する角度がθである場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。 図１１に示す場合において、演算部１５０が角度θ及び真距離Ｌを求める方法を示す流れ図である。 真距離Ｌが１０００ミリメータの場合に、角度θと測定された距離Ｚ１及びＺ２との関係を示す図である。 真距離Ｌが１５００ミリメータの場合に、角度θと測定された距離Ｚ１及びＺ２との関係を示す図である。 金属板の板厚方向の中心位置のｘ座標が０である場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。 金属板の板厚方向の中心位置のｘ座標がＸである場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。 図１６に示す場合において、演算部がｘ座標Ｘ及び真距離Ｌを求める方法を示す流れ図である。 真距離Ｌが５００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。 真距離Ｌが１０００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。 真距離Ｌが１５００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。 図５に示した位置・姿勢測定装置によって、金属板の反りを測定する方法を説明するための図である。
　図１は、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。測定対象は、金属板の板面である。図１において、距離測定装置は、送信アンテナ１１１Ａ、受信アンテナ１１３Ａ、及び演算部１５０Ａを含む。図１において、２個の送受信アンテナの開口面は単一平面上にありこの面を面Ｓと呼称する。面Ｓは、金属板２１０が基準位置にある場合に、金属板２１０の板面２１１に平行に設置されており、図１は、面Ｓ、及び金属板２１０の板面２１１に垂直な断面を示す。送信アンテナ１１１Ａから放射された電磁波（マイクロ波）は、測定対象である金属板２１０の板面２１１に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達する。演算部１５０Ａは、送信アンテナ１１１Ａから放射され、板面２１１に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１Ａから板面２１１までの経路の距離Ｌ０１、及び板面２１１から受信アンテナ１１３Ａまでの経路の距離Ｌ０２の和を、マイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して求め、面Ｓから金属板２１０の板面２１１までの距離Ｌを測定する。図１及びその他の図において、両矢印は金属板の移動方向を示す。金属板が両矢印の方向に移動すると、距離Ｌが変化する。
　図２は、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。測定対象は、金属板の板面である。図２は、面Ｓ、及び金属板２１０の板面２１１に垂直な断面を示す。図２において、金属板２１０の板面２１１は、面Ｓに対して、角度θだけ傾斜している。この場合に、送信アンテナ１１１Ａから放射され、板面２１１に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１Ａから板面２１１までの経路の距離Ｌ０１’、及び板面２１１から受信アンテナ１１３Ａまでの経路の距離Ｌ０２’は、それぞれ図１の場合の距離Ｌ０１、及び距離Ｌ０２よりも小さくなる。したがって、演算器１５０Ａによる距離の測定値は、図１の場合の測定値よりも小さくなる。
　このように、従来のアンテナ方式の距離測定装置によれば、金属板２１０の板面２１１が、面Ｓに対して傾斜している場合に、面Ｓから金属板２１０の板面２１１までの距離の測定値は板面２１１の傾斜角度によって変化する。したがって、従来のアンテナ方式の距離測定装置は、面Ｓから金属板２１０の板面２１１までの距離Ｌの変化と、金属板２１０の板面２１１の傾斜角度の変化と、を区別することができない。
　図３は、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。測定対象は、金属板の板幅方向の端部である。図３において、面Ｓは、金属板２２０の板面２２１に垂直に設置されており、図３は、面Ｓ、及び金属板２２０の板面２２１に垂直な断面を示す。さらに、図３において、送信アンテナ１１１Ａの開口面及び受信アンテナ１１３Ａの開口面は、金属板２２０が基準位置にある場合に、面Ｓ上の２個の開口面の中心を通り面Ｓに垂直な直線Ａが、金属板２２０の板厚方向の中心を通るように設置される。すなわち、送受信アンテナの２個の開口面は、２個の開口面の中心が金属板２２０の板幅方向の端部２２３に対向するように設置される。送信アンテナ１１１Ａから放射された電磁波（マイクロ波）は、測定対象である金属板２１０の板幅方向の端部２２３に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達する。演算部１５０Ａは、板面２１１に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１Ａから板幅方向の端部２２３までの経路の距離Ｌ０１、及び板幅方向の端部２２３から受信アンテナ１１３Ａまでの経路の距離Ｌ０２の和を、マイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して求め、面Ｓから金属板２１０の板幅方向の端部２２３までの距離Ｌを測定する。
　図４は、従来のアンテナ方式の距離測定装置を示す図である。測定対象は、金属板の板幅方向の端部である。図４は、開口面Ｓ、及び金属板２２０の板面２２１に垂直な断面を示す。図４において、金属板２２０は、面Ｓの２個の開口面の中心を通り面Ｓに垂直な直線Ａから垂直方向に、かつ上方に距離Ｘだけ離れた場所に位置する。すなわち、金属板２２０の位置は、基準位置から垂直方向に、かつ上方にＸだけ変位している。この場合に、板幅方向の端部２２３に反射されて、受信アンテナ１１３Ａに到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１Ａから板幅方向の端部２２３までの経路の距離Ｌ０１’、及び板幅方向の端部２２３から受信アンテナ１１３Ａまでの経路の距離Ｌ０２’は、それぞれ図１の場合の距離Ｌ０１、及び距離Ｌ０２よりも大きくなる。したがって、演算器１５０Ａによる距離の測定値は、図３の場合の測定値よりも大きくなる。
　このように、従来のアンテナ方式の距離測定装置によれば、金属板２２０が基準位置から直線Ａの垂直方向、すなわち板面２２１の垂直方向に変位している場合に、面Ｓから金属板２２０の板幅方向の端部２２３までの距離の測定値が板面の垂直方向の変位の大きさによって変化する。したがって、従来のアンテナ方式の距離測定装置は、面Ｓから金属板２１０の板幅方向の端部２２３までの距離Ｌの変化と、金属板の、板面の垂直方向の変位の変化と、を区別することができない。
　図５は、本発明の一実施形態のアンテナ方式の位置・姿勢測定装置を示す図である。測定対象は、金属板２１０の板面、または金属板２２０の板幅方向の端部である。図５においては、測定対象が板面２１１である金属板２１０と、測定対象が板幅方向の端部２２３である金属板２２０と、が同時に示されている。図５に示すように、位置・姿勢測定装置は、送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、第２の受信アンテナ１１５、及び演算部１５０を含む。図５において、３個の送受信アンテナの開口面は単一平面上にあり、この面を面Ｓと呼称する。面Ｓは、金属板２１０が基準位置にある場合に、金属板２１０の板面２１１に平行に設置されており、図５は、面Ｓ、及び金属板２１０の板面２１１に垂直な断面を示す。また、図５において、送受信アンテナの面Ｓは、金属板２２０の板面２２１に垂直に設置されており、図５は、面Ｓ、及び金属板２２０の板面２２１に垂直な断面を示す。さらに、図５において、送受信アンテナの３個の開口面は、金属板２２０が基準位置にある場合に、３個の開口面の中心を通り面Ｓに垂直な直線Ａが、金属板２２０の板厚方向の中心を通るように設置される。面Ｓと直線Ａとの交点を原点Ｏとし、原点Ｏから直線Ａに沿って板面２１１の方向に延びるｚ軸を定める。また、図５において、原点Ｏから上方に延びるｘ軸と原点Ｏから紙面の垂直方向に延びるｙ軸とを、面Ｓ内に定める。図５の演算部１５０については後で説明する。
　送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５は、角錐ホーンアンテナである。一例として、アンテナによって送信され受信されるマイクロ波の周波数は１０ＧＨｚである。
　図６は、送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５の開口面を示す図である。開口面は矩形であり、一例として、長辺は１２３ｍｍ、短辺は９６ｍｍである。送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５の開口面の中心位置Ｃ１、Ｃ２、及びＣ３は、直線上に配置される。Ｃ１及びＣ２間の距離、ならびにＣ１及びＣ３間の距離をａで表す。一例として、ａは１２５ｍｍである。中心位置Ｃ１は原点Ｏと一致する。上記の直線を基準線Ｂと呼称する。基準線Ｂはｘ軸と一致する。本実施形態において、第１の受信アンテナ１１３、送信アンテナ１１１、及び第２の受信アンテナ１１５の開口面は、ｘ方向に上記の順序で互いに近接して配置される。
　図７は、送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５のｘｚ面内の指向性を絶対利得で示す図である。メイン・ローブの大きさは１９．２ｄＢ、メイン・ローブの方向はｚ軸の方向である。指向角（半値角）は、１８．９度である。指向角は、マイクロ波の大きさがピークを基準として－３ｄＢ以上である範囲に相当する。図７において、指向角を点線で示した。また、サイド・ローブの大きさは、メイン・ローブの大きさを基準として－３０．５ｄＢである。図７において、サイド・ローブの大きさを二点鎖線で示した。
　図８は、送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５のｙｚ面内の指向性を絶対利得で示す図である。メイン・ローブの大きさは１９．２ｄＢ、メイン・ローブの方向はｚ軸の方向である。指向角（半値角）は、１８．８度である。指向角は、マイクロ波の大きさがピークを基準として－３ｄＢ以上である範囲に相当する。図８において、指向角を点線で示した。また、サイド・ローブの大きさは、メイン・ローブの大きさを基準として－１１．１ｄＢである。図８において、サイド・ローブの大きさを二点鎖線で示した。
　図９は、送信アンテナ１１１、第１の受信アンテナ１１３、及び第２の受信アンテナ１１５のｘ軸及びｚ軸を含む断面を示す図である。上述のように、ｘ軸は、直線Ｂと一致し、ｚ軸は、直線Ａと一致する。図９において、斜線で示した領域は、測定対象によって反射されたマイクロ波のうち、第１の受信アンテナ１１３が有効に受け取ることができるマイクロ波のｚ軸を基準とした角度の範囲を示す。ｚ軸を基準とした角度の範囲は、約±１２．５度である。第１の受信アンテナ１１３は、ｚ軸を基準とした角度が、約±１２．５度の範囲で開口面に入射するマイクロ波を有効に受け取ることができる。しかし、第１の受信アンテナ１１３は、測定対象である金属板２１０の板面２１１のうち斜線で示した領域に接する領域Ｒ３以外の領域で反射されたマイクロ波を有効に受け取ることができない。同様に、第２の受信アンテナ１１５は、ｚ軸を基準とした角度が、約±１２．５度の範囲で開口面に入射するマイクロ波を有効に受け取ることができる。しかし、第２の受信アンテナ１１５は、測定対象である金属板２１０の板面２１１のうち、測定対象によって反射されたマイクロ波のうち、第２の受信アンテナ１１５が有効に受け取ることができるマイクロ波のｚ軸を基準とした角度の範囲を示す領域に接する領域Ｒ５以外の領域で反射されたマイクロ波を有効に受け取ることができない。他方、送信アンテナ１１１は、ｚ軸を基準とした角度が、約±１２．５度の範囲に有効にマイクロ波を放射することができる。しかし、送信アンテナ１１１は、測定対象である金属板２１０の板面２１１のうち、放射することができるマイクロ波のｚ軸を基準とした角度の範囲を示す領域に接する領域Ｒ１以外の領域に有効にマイクロ波を放射することができない。結局、本実施形態のアンテナ方式の位置・姿勢測定装置の測定可能範囲は、測定対象である金属板２１０の板面２１１のうち、領域Ｒ１と領域Ｒ３と領域Ｒ５とが重なる領域Ｒである。
　本実施形態の測定装置では、ピークを基準として－６ｄＢ以上の大きさのマイクロ波まで処理することができる。したがって、処理可能な角度範囲は、上述のように約±１２．５度であり、指向角よりも大きい。図７及び図８において本実施形態の測定装置の処理可能な角度範囲を一点鎖線で示した。一般的に、本発明において使用される送受信アンテナの指向角は、１８度から３０度の範囲であるのが好ましい。
　最初に、測定対象が金属板の板面である場合について説明する。
　図１０は、測定対象である金属板２１０の板面２１１が面Ｓと平行である場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。図１０は、面Ｓ、及び金属板２１０の板面２１１に垂直な断面を示す。この場合に、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から板面２１１までの経路の距離Ｌ０１、及び板面２１１から第１の受信アンテナ１１３までの経路の距離Ｌ０２の和Ｌ０１＋Ｌ０２は、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第２の受信アンテナ１１５に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から板面２１１までの経路の距離Ｌ０３、及び板面２１１から第２の受信アンテナ１１５までの経路の距離Ｌ０４の和Ｌ０３＋Ｌ０４と等しい。
　図１１は、測定対象である金属板２１０の板面２１１が、面Ｓとなす角度がθである場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。図１１は、面Ｓ、及び金属板２１０の板面２１１に垂直な断面を示す。この場合に、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から板面２１１までの経路の距離Ｌ０１’、及び板面２１１から第１の受信アンテナ１１３までの経路の距離Ｌ０２’の和Ｌ０１’＋Ｌ０２’は、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第２の受信アンテナ１１５に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から板面２１１までの経路の距離Ｌ０３’、及び板面２１１から第２の受信アンテナ１１５までの経路の距離Ｌ０４’の和Ｌ０３’＋Ｌ０４’とは異なる。ここで、第１の受信アンテナ１１３によって、距離Ｌ０１’＋Ｌ０２’を進行するマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して測定される距離は、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波が、板面２１１上で反射される点Ｐ３から、点Ｐ３において、板面２１１に垂直な直線と面Ｓとの交点までの距離Ｚ１である。また、第２の受信アンテナ１１５によって、距離Ｌ０３’＋Ｌ０４’を進行するマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して測定される距離は、送信アンテナ１１１から放射され、板面２１１に反射されて、第２の受信アンテナ１１５に到達するマイクロ波が、板面２１１上で反射される点Ｐ５から、点Ｐ５において、板面２１１に垂直な直線と面Ｓとの交点までの距離Ｚ２である。図１１において、距離Ｌは、直線Ａに沿った面Ｓから板面２１１までの距離を示す。距離Ｌを真距離とも呼称する。
　図５に示すように、演算部１５０は、送信部１５１、第１の受信部１５３、第２の受信部１５５、角度及びパス変動演算部１５７、及び真距離演算部１５９を含む。
　図１２は、図１１に示す場合において、演算部１５０が角度θ及び真距離Ｌを求める方法を示す流れ図である。
　図１２のステップＳ１０１０において、送信部１５１が送信用のマイクロ波を生成し、送信アンテナ１１１に送る。第１の受信部１５３は、送信アンテナ１１１から放射され、測定対象に反射された後、第１の受信アンテナ１１３によって受け取られたマイクロ波の信号を第１の受信アンテナ１１３から受け取る。第１の受信部１５３は、第１の受信アンテナ１１３から受け取ったマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離Ｚ１を求める。第２の受信部１５５は、送信アンテナ１１１から放射され、測定対象に反射された後、第２の受信アンテナ１１５によって受け取られたマイクロ波の信号を第２の受信アンテナ１１５から受け取る。第２の受信部１５５は、第２の受信アンテナ１１５から受け取ったマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離Ｚ２を求める。マイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離を求める方法は、たとえば、WO2009/050831A1に詳細に記載されている。
　図１２のステップＳ１０２０において、角度及びパス変動演算部１５７が距離Ｚ１及び距離Ｚ２から角度θを求める。図１１において、以下の関係が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここでａは、上述のように、図６におけるＣ１及びＣ２間の距離、またはＣ１及びＣ３間の距離を表す。また、角度θは、ｚ軸を基準として時計回りの角度である。上記の式から以下の式が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 したがって、距離Ｚ１及び距離Ｚ２から角度θを求めることができる。
　図１２のステップＳ１０３０において、角度及びパス変動演算部１５７が、距離Ｚ１または距離Ｚ２、及び角度θから真距離Ｌを求める。図１１において、以下の関係が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 上記の式から以下の式が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 したがって、距離Ｚ１または距離Ｚ２及び角度θから真距離Ｌを求めることができる。
　図１３は、真距離Ｌが１０００ミリメータの場合に、角度θと測定された距離Ｚ１及びＺ２との関係を示す図である。図１３の横軸は角度θを示す。角度の単位は度である。図１３の縦軸は測定された距離及びＺ１－Ｚ２を示す。測定された距離及びＺ１－Ｚ２の単位はミリメータである。
　図１４は、真距離Ｌが１５００ミリメータの場合に、角度θと測定された距離Ｚ１及びＺ２との関係を示す図である。図１３の横軸は角度θを示す。角度の単位は度である。図１３の縦軸は測定された距離及びＺ１－Ｚ２を示す。測定された距離及びＺ１－Ｚ２の単位はミリメータである。
　つぎに、測定対象が金属板の板幅方向の端部である場合について説明する。
　図１５は、金属板２２０の板厚方向（ｘ軸方向）の中心位置のｘ座標が０である場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。図１５は、面Ｓ、及び金属板２２０の板面２２１に垂直な断面を示す。この場合に、送信アンテナ１１１から放射され、金属板２２０の板幅方向の端部２２３に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から金属板２２０の板幅方向の端部２２３までの経路の距離Ｌ０１、及び金属板２２０の板幅方向の端部２２３から第１の受信アンテナ１１３までの経路の距離Ｌ０２の和Ｌ０１＋Ｌ０２は、送信アンテナ１１１から放射され、金属板２２０の板幅方向の端部２２３に反射されて、第２の受信アンテナ１１５に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から金属板２２０の板幅方向の端部２２３までの経路の距離Ｌ０３、及び金属板２２０の板幅方向の端部２２３から第２の受信アンテナ１１５までの経路の距離Ｌ０４の和Ｌ０３＋Ｌ０４と等しい。
　図１６は、金属板２２０の板厚方向の中心位置のｘ座標がＸである場合に、送受信アンテナと板との配置を示す図である。図１６は、面Ｓ、及び金属板２２０の板面２２１に垂直な断面を示す。この場合に、送信アンテナ１１１から放射され、金属板２２０の板幅方向の端部２２３に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波の、金属板２２０の板幅方向の端部２２３から第１の受信アンテナ１１３までの経路の距離Ｌ０２’は、送信アンテナ１１１から放射され、金属板２２０の板幅方向の端部２２３に反射されて、第２の受信アンテナ１１５に到達するマイクロ波の、金属板２２０の板幅方向の端部２２３から第２の受信アンテナ１１５までの経路の距離Ｌ０４’と異なる。ここで、送信アンテナ１１１から放射され、金属板２２０の板幅方向の端部２２３に反射されて、第１の受信アンテナ１１３に到達するマイクロ波の、送信アンテナ１１１から金属板２２０の板幅方向の端部２２３までの経路の距離Ｌ０１’＝Ｌ０３’と、距離Ｌ０２’との和をＲｘ１で表し、距離Ｌ０１’＝Ｌ０３’と、距離Ｌ０４’との和をＲｘ２で表す。図１６に示す場合に、距離をＲｘ１と距離をＲｘ２とは異なる。図１６において、距離Ｌは、直線Ａ（ｚ軸）に沿った面Ｓから金属板２２０の板幅方向の端部２２３までの距離を示す。距離Ｌを真距離とも呼称する。
　図１７は、図１６に示す場合において、演算部１５０がｘ座標Ｘ及び真距離Ｌを求める方法を示す流れ図である。
　図１７のステップＳ２０１０において、送信部１５１が送信用のマイクロ波を生成し、送信アンテナ１１１に送る。第１の受信部１５３は、送信アンテナ１１１から放射され、測定対象に反射された後、第１の受信アンテナ１１３によって受け取られたマイクロ波の信号を第１の受信アンテナ１１３から受け取る。第１の受信部１５３は、第１の受信アンテナ１１３から受け取ったマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離Ｒｘ１を求める。第２の受信部１５５は、送信アンテナ１１１から放射され、測定対象に反射された後、第２の受信アンテナ１１５によって受け取られたマイクロ波の信号を第２の受信アンテナ１１５から受け取る。第２の受信部１５５は、第２の受信アンテナ１１５から受け取ったマイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離Ｒｘ２を求める。マイクロ波の伝送による遅延時間及び位相の少なくとも一方を使用して距離を求める方法は、たとえば、WO2009/050831A1に詳細に記載されている。
　図１７のステップＳ２０２０において、角度及びパス変動演算部１５７が距離Ｒｘ１及び距離Ｒｘ２からｘ座標Ｘを求める。
　図１６から以下の関係が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 式（１）および式（２）をＬについて整理すると以下の式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 さらに、式（３）及び式（４）からＬを消去して、Ｘの２次方程式の形に整理して、その解Ｘを求めると以下の式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 したがって、式（５）を使用して、距離Ｒｘ１及び距離Ｒｘ２からｘ座標Ｘを求めることができる。
　図１７のステップＳ２０３０において、角度及びパス変動演算部１５７が、式（３）または式（４）を使用して、距離Ｒｘ１、または距離Ｒｘ２及びｘ座標Ｘから真距離Ｌを求める。
　図１８は、真距離Ｌが５００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。図１８の横軸はｘ座標Ｘを示す。ｘ座標Ｘの単位はミリメータである。図１８の縦軸は測定された距離を示す。測定された距離の単位はミリメータである。Ｘ＝０のときにＲｘ１＝Ｒｘ２＝５０８ミリメータである。
　図１９は、真距離Ｌが１０００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。図１９の横軸はｘ座標Ｘを示す。ｘ座標Ｘの単位はミリメータである。図１９の縦軸は測定された距離を示す。測定された距離の単位はミリメータである。Ｘ＝０のときにＲｘ１＝Ｒｘ２＝１００４ミリメータである。
　図２０は、真距離Ｌが１５００ミリメータの場合に、ｘ座標Ｘと測定された距離Ｒｘ１及びＲｘ２との関係を示す図である。図２０の横軸はｘ座標Ｘを示す。ｘ座標Ｘの単位はミリメータである。図２０の縦軸は測定された距離を示す。測定された距離の単位はミリメータである。Ｘ＝０のときにＲｘ１＝Ｒｘ２＝１５０３ミリメータである。
　つぎに、金属板の反りの測定について説明する。
　図２１は、図５に示した位置・姿勢測定装置によって、金属板の反りを測定する方法を説明するための図である。図２１において、たとえば、矯正ローラを３１０で示す。反りを有する金属板２３０は、反りを減少または除去するために矯正ローラ３１０で処理される。矯正ローラ３１０入側または出側のライン上に図５に示した位置・姿勢測定装置が設置される。位置・姿勢測定装置の３個の送受信アンテナの開口面を含む面Ｓは、ラインに置かれた反りのない金属板の板面と平行となるように設置される。すなわち、図２１において面Ｓは、水平に設置される。図１２に示した方法によって、板面２３１の送受信アンテナに対向する箇所の法線の鉛直方向に対する角度θが求まる。角度θは、板面２３１の送受信アンテナに対向する箇所の水平方向に対する角度であり、大まかに板面２３１の反りを表す。したがって、角度θを求めることにより金属板の反りを測定することができる。

Claims (5)

  1. 　測定対象である金属板の一方の側に、開口面が単一平面を形成するように設置された、該測定対象に向けてマイクロ波を送る第１の送信アンテナ、該測定対象に反射されたマイクロ波を受け取る第１及び第２の受信アンテナを使用して、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定める位置・姿勢測定方法であって、
    　該第１及び第２の受信アンテナの受け取るマイクロ波の信号に基づいて、該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該第１の送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離を定めるステップと、
    　該第１及び第２の距離に基づいて、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるステップと、を含む位置・姿勢測定方法。
  2. 　該測定対象が金属板の面であり、該第１の送信アンテナによって、該板面にマイクロ波を送り、該板面の該基準線に対する位置及び傾きの少なくとも一方を測定する請求項１に記載の位置・姿勢測定方法。
  3. 　該測定対象が金属板の板幅方向の端部であり、該第１の送信アンテナによって、該金属板の板幅方向の端部にマイクロ波を送り、該金属板の板幅方向の端部の該基準線に対する位置を測定する請求項１に記載の位置・姿勢測定方法。
  4. 　測定対象である金属板の位置及び姿勢の少なくとも一方を定める位置・姿勢測定装置であって、
    　該測定対象に向けてマイクロ波を送る送信アンテナと、
    　該測定対象に反射されたマイクロ波を受け取る第１及び第２の受信アンテナと、
    　演算部と、を含み、
    　該送信アンテナ、及び該第１及び第２の受信アンテナは、該測定対象の一方の側に、３個の開口面が単一平面を形成するように設置されており、
    　該演算部は、第１及び第２の受信アンテナが受け取るマイクロ波の信号に基づいて、該送信アンテナから該測定対象を経て該第１の受信アンテナまでの第１の距離、及び該送信アンテナから該測定対象を経て該第２の受信アンテナまでの第２の距離を定め、該第１及び第２の距離を使用して、該第１及び第２の受信アンテナの開口面の中心位置を結ぶ基準線に対する、該測定対象の位置及び姿勢の少なくとも一方を定めるように構成された、位置・姿勢測定装置。
  5. 　送信アンテナ、第１の受信アンテナ、及び第２の受信アンテナの指向角が１８度から３０度の範囲である請求項４に記載の位置・姿勢測定装置。
PCT/JP2017/022710 2017-06-20 2017-06-20 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置 WO2018235167A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017566039A JP6743062B2 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置
PCT/JP2017/022710 WO2018235167A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置
DE112017007662.5T DE112017007662T5 (de) 2017-06-20 2017-06-20 Positions-/Orientierungsmessverfahren und Positions-/Orientierungsmessvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/022710 WO2018235167A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018235167A1 true WO2018235167A1 (ja) 2018-12-27

Family

ID=64736925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/022710 WO2018235167A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6743062B2 (ja)
DE (1) DE112017007662T5 (ja)
WO (1) WO2018235167A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021015021A (ja) * 2019-07-11 2021-02-12 日本製鉄株式会社 測定装置及び測定方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60119409A (ja) * 1983-11-30 1985-06-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 変位測定方法
US7304601B1 (en) * 2006-09-07 2007-12-04 Rosemount Tank Radar Ab Device and a method for accurate radar level gauging
WO2012104921A1 (ja) * 2011-02-03 2012-08-09 株式会社ニレコ 帯状体の幅方向端部位置測定装置、帯状体の幅方向中心位置測定装置及びマイクロ波散乱板
JP2012255178A (ja) * 2011-06-07 2012-12-27 Jfe Steel Corp 金属鋼帯の蛇行制御方法および装置
JP2013140072A (ja) * 2012-01-04 2013-07-18 Mitsubishi Electric Corp 車両傾斜検知装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60119409A (ja) * 1983-11-30 1985-06-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 変位測定方法
US7304601B1 (en) * 2006-09-07 2007-12-04 Rosemount Tank Radar Ab Device and a method for accurate radar level gauging
WO2012104921A1 (ja) * 2011-02-03 2012-08-09 株式会社ニレコ 帯状体の幅方向端部位置測定装置、帯状体の幅方向中心位置測定装置及びマイクロ波散乱板
JP2012255178A (ja) * 2011-06-07 2012-12-27 Jfe Steel Corp 金属鋼帯の蛇行制御方法および装置
JP2013140072A (ja) * 2012-01-04 2013-07-18 Mitsubishi Electric Corp 車両傾斜検知装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021015021A (ja) * 2019-07-11 2021-02-12 日本製鉄株式会社 測定装置及び測定方法
JP7290828B2 (ja) 2019-07-11 2023-06-14 日本製鉄株式会社 測定装置及び測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6743062B2 (ja) 2020-08-19
DE112017007662T5 (de) 2020-03-05
JPWO2018235167A1 (ja) 2020-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10819026B2 (en) Cover member having curved surfaces, and radar apparatus incorporating the cover member
EP3540851B1 (en) Antenna device
EP3490064A1 (en) Antenna device
JP6549951B2 (ja) レーダ装置を取り付けた構造体、レーダ装置の取り付け方法、および、ブラケット
JP2015171019A (ja) アンテナ
EP1850146B1 (en) Arriving direction estimator
JP2008170193A (ja) レーダ装置
EP3178131A1 (en) Folded radiation slots for short wall waveguide radiation
WO2018193963A1 (ja) レーダ装置
US11493620B2 (en) Distributed monopulse radar antenna array for collision avoidance
JP6743062B2 (ja) 位置・姿勢測定方法及び位置・姿勢測定装置
WO2012133210A1 (ja) 広覆域レーダ装置
TWI634342B (zh) 角度估測方法及雷達系統
JP3708772B2 (ja) レーダ断面積計測方法及びレーダ断面積計測装置
CN107046182B (zh) 用于改进的角分辨率的曲形传感阵列
RU2711341C1 (ru) Способ двухмерного пеленгования
JP7145827B2 (ja) レーダ装置を取り付けた構造体、および、ブラケット
JP6790184B2 (ja) レーダ装置を取り付けた構造体、レーダ装置の取り付け方法、および、ブラケット
JP2020016636A (ja) Ｐｃｂ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法
JP2019007743A (ja) 板厚測定装置及び板厚測定方法
JP2001201525A (ja) アンテナ測定装置およびアンテナ測定方法
JP2017044689A (ja) レーダアンテナ及びレーダ装置
JP2982751B2 (ja) 位置標定方法及び装置
US11035930B2 (en) Antenna measurement system as well as method for controlling a measurement antenna array
JP2017157986A (ja) アンテナ装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017566039

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17914967

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17914967

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1