JPH0192623A - クレーン吊具の振れ特性計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、クレーン走行体から懸垂されたクレーン等吊
具の振れ特性を非接触で検出するとともに、懸垂ローブ
長さで決まる振れ周期に基くタイミング計測で、振れ量
の瞬時値、振れ量の最大値と位相及び振れ減衰率の計測
装置に関するものである。

［従来の方法コ 第５図は、従来の振れ量検出装置を備えたクレーンを示
すもので、走行ガータｌ上を走行するクレーン走行体２
に巻上ドラム３を備え、巻上ドラム３より垂下されたロ
ープに懸垂された吊具４の振れ量を、クレーン走行体２
の下面に一体として設けた振れ量検出装置５から構成さ
れている。

振れ量検出装置５は第６図に示すように、走行体と一体
の架台上に、走行方向ガイドレール６とこれに直交する
向きに横行方向ガイドレール７を設け、このガイドレー
ルに支持され二次元に動く摺動台８の中央にロープを通
し、摺動台の変位をポテンショメータ９，１０によって
電気量として検出する方式である（例えば特開昭５４−
１５７９５３号公報等）。

この方式は、ロープと接触して動く摺動体によって振れ
量を検出するので、検出精度を上げるには、移動体の機
械精度を高める必要があり、製造、据付が困難であり、
メンテナンス上もワイヤー潤滑、ワイヤー素線切れ等好
ましくない点がある。

第７図は、上記欠点を除去するために、非接触で吊具の
振れ量を検出する方法で、クレーン吊具に光を反射し、
または発する被撮像体１１を設け、クレーン走行体にテ
レビカメラ１２を備え、被撮像体を撮像して、その二次
元位置を検出する二次元検出器１３を設け、この画像信
号によってクレーン振れ量を検出する方法である（例え
ば特開昭５４−１５７９５３号、特開昭５７−１７５９
０５号公報など）。

しかしながら、従来の方法では、振れ量の瞬時値しか検
出できず、振れの最大値を検出するにはロープ長さで決
まる振れ周期以上の連続計測か、高速ザンプリングを行
なう必要があり、検出装置としては高速の信号処置装置
が必須となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は最短で振れ周期の１／４の時間間隔てクレーン
吊具の振れ特性を非接触で計測する装置を提供するもの
である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上述の問題点を有効に解決したものであり、そ
の要旨とするところは、クレーン走行体から懸垂された
吊具の上面に設けられた認識用マークと、クレーン走行
体に設けたマーク撮像用テレビカメラと、テレビカメラ
の映像信号をディジタル信号に変換しマークの二次元位
置を検出する二次元検出器と、巻上ドラムより懸垂され
たロープ長さを計測するロープ長さ検出器と、ロープ長
さより固有の振れ周期を計算する固有周期演算回路と、
固有周期に基き計測タイミングを決定する計測タイミン
グ発生器、及び振れ量の二次元検出信号に基き、振れ量
の瞬時値、振れ量の最大値と位相及び振れ減衰率を計測
する振れ特性計測装置とから構成されることを特徴とす
るクレーン吊具の振れ特性計測装置である。

［作　　用］ 次に本発明を図示する実施例装置により詳細に説明する
。

第１図において、１４はクレーン吊具上面に設置された
背景とコントラスト差のはっきりしたマーク、１５はク
レーン走行体に設置されたマーク１４を撮像するテレビ
カメラ、１６はテレビカメラ１５の映像信号をディジタ
ル変換し適切なしきい値で二値化処理を行ない、マーク
１４の中心座標を検出する二次元位置検出器、１７はク
レーンのロープ長さ検出器、１８はロープの振れの固有
周期を演算する固有周期演算回路、１９は該周期より計
測タイミングを決定し、二次元位置検出器１Ｂに対し計
測指示を出力する計測タイミング発生器、２０は二次元
位置検出器１６の検出信号に基づき、振れ量の瞬時値、
振れ量の最大値と位相及び振れの減衰率を計測する振れ
特性計測装置である。

静止中または等速運転中のクレーンにおいて、吊具は走
行方向、横行方向の二次元に振り子運動をしており、振
れ量は時間とともに変化する量であり、−船釣には（１
）　、　（２）式で表わすことかできる。

走行方向： 、−Ａ８−ζ・″・　ｓ４゜（，１＋θ　）ｘ　　　　
　　　ｘ ・・・・・・・・・・・・（１） 横行方向ニ ーζ　ω　ｔ　。

ｙ−Ｂｅ　　　３’　　ｎ　　　５ｔｎ（ωを十θ　）
ｙ　　　　　　ｙ ・・・・・・・・・・・・（２） ここで、ζ　は走行方向の、ζ　は横行方向のｙ それぞれ減衰係数であり、Ａ、　　Ｂはそれぞれ走行方
向、横行方向の減衰なし時の振幅である。ω　。

ω　はそれぞれ走行方向、横行方向の角速度であす、ω
　は減衰がない時のロープ長さΩの時の角速度であり、
その時の振れ周期をＴ　とすると次■ のようになる。但し、ｇは重力加速度とする。

ω　＝Ｖｉフワ７　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・（３）Ｔ　　−２ｙｒ　ＪｒＺｉ−２ｘ　／　ω−
＝　−（４）ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　ｎ振れか無い時の二次元位置を（ｘｏ
、ｙｏ）＝（０，０）とあらかじめ設定しておく。以下
説明は、走行方向について述べる。

（１）式より明らかな様に、未知数はＡ、ζ　。

ω　、θ　の４つであり、４点を計測することにＸ より解は求まるが、その方法は容易ではない。

従ってここでは次の様な方法を取ることにより、実用上
支障なく振れの特性式を求めることができる。

即ち、期間Ｔ　　／４の短かい期間では、計測された位
置データには減衰の影響は無視できる、つまりζ　＝０
とする。そうすると（１）式は（５）式のようになる。

ｘ＝Ａｓｊｎ　　（ωｔ＋θ　）　　　−・−・＝・（
５）Ｘ ここで、計測開始の基準時刻ｔ１における位置をＸｌ、
ｉｌからＴ。７４時間だけ経過した時刻ｔ　における位
置をＸ２とすると ｘ　　＝Ａｓｉｎ　　（ωｎｔ］十θｘ）・・・・・・
（６）ｘ　　＝Ａｓｉｎ　　（ω。ｔ２＋θｘ）　　−
−−−・−（７）となる。ここでｔ　は基準時刻として
ωｎ　ｔｌ−０とすると ω　１　−π／２　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・（８）となり、（８）　、　　（７）式は（９）　
、　　（１０）式となる。

Ｘｔ−Ａｓ１ｎθ８　　　　　・・・・・・・・・・・
・（９）ｘ２−Ａｃｏｓθ８　　　　　・・・・・・・
・・・・・（１０）（９）　、　（１０）式より初期位
相θ　は（１１）式となる。

θ　−ｔａｎ’（ｘ　　／ｘ　　） ８　　　　　□　　２　　　　・・・（１１）（１１）
式を（９）式に代入することで、振幅Ａは（１２）式と
なる。

Ａ−ｘ　　／５ｉｎ（ｔａｎ　　（ｘ１／ｘ２）ｌ−（
１２）よって、該計測位置データＸ　１　＋　　Ｘ　２
より得られる振れ量Ｘの瞬時式は（１３）式で表わすこ
とができる。

振れ角φ　についても（１４）式で表わすことかできる
。

第３図において、曲線Ｘは実際の振れ量の変化を示すも
ので、ｔ　は計測開始の基準時刻、ｔ２はｔ　からＴ　
　７４時間だけ経過した時刻、ｔ３はｔ　よりＴ　時間
だけ経過した時刻、ｔ４はＳ ｔ　よりＴ　　／４だけ経過した時刻、Ｘｌ　＋　　Ｘ
２　ｔａｎ ｘｘ　　はそれぞれ時刻ｔｉ、ｔ２．ｔａ。

３’　　　　４ ｔ４時の位置データである。

今、時刻ｔ　を基準としてＸｌ、ｘ２の位置データより
求めた振幅と初期位相をそれぞれＡ１゜θ　　とすると
、振れ量の式Ｘ１は（１５）式となる。

ｘ　　＝Ａ　　ｓｉｎ　　（ωｔ＋θＸ１）　　−（１
５）１１　　　　　　　　ｎ 時刻ｔ　を基準として、Ｘ　ａ　、　　Ｘ　４の位置デ
ータより求めた振幅と初期位相をそれぞれＡ２゜θ　　
とすると、振れ量の式Ｘ２は（１６）式となる。

ｘ　　＝Ａ　　ｓｉｎ　　（ωを十θＸ２　）　　”’
　（１Ｂ）２２　　　　　　　　ｎ （１５）式より時刻ｔ１から振れ量が最大値となるまで
の時間をｔ　　　（１Ｂ）式より時刻ｔ３から振れ５　
ゝ 量が最大値となるまでの時間をｔ６とすると、ｔ５．ｔ
ｅは、（１７）式、（１８）式より求まる。

１　−（π／２−θｘ１）／ω。・・・・・・・・・（
１７）１　−（π／２−θｘ２）／ω。・・・・・・・
・・（１８）に こで、振れ量が最大値となるそれぞれの時刻の間をＴ　
とすると、Ｔ　は（１９）式で与えられる。

ｘｘ Ｔｘ””　ＴＳｔ　５　＋　ｔ　ｅ　　　　”””’・
−（１９）Ｔ　は実際の振れ周期に近いものとなり、従
つてこれを実際の振れ周期とみなすと、実際の振れ角速
度ω　、及び減衰率ζ　は（２０）式、（２１）式とｘ
ｘ なる。

ω　−２π／Ｔ、　　　　　　　・・・・・・・・・（
２０）以後、計測タイミングの基準とした（４）式の周
期Ｔ　を（１９）式より求まる周期Ｔ　におきかえて１
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｘ
計測タイミングを制御し、上述の計測・演算・修正を繰
り返えすことにより、より精度の高い振れ特性か計測で
きる。

また、減衰率の推定値が既知であれば、最初から該減衰
率に基づく周期Ｔ　で上述の計測・演算・修正を繰り返
せば、早い時期から精度の高い振れ特性が計測可能であ
る。また、Ｘ３の計測タイミングを決めるＴ　の時間設
定をＴｎのＮ倍とし、（１９）式から求まるＴ　を１．
／Ｎ倍してＴ　をＸ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　Ｘ平均値化して求める方法でも計測可能である。

ここで、吊具が振れることによる、テレビカメラから被
撮像体であるマークまでの鉛直距離が変化することを考
える必要がある。この変化分ΔＯｘは第２図に示すよう
に ΔρＸ−Ω　（１−ｅｏｓφ　）　　・・・・・・・・
・（１６）（１６）式で表わすことができる。実際のク
レーンで発生する振れによる、鉛直方向距離変化分Δｆ
ｌｘによる二次元検出位置の計測誤差は小さく、実用上
は無視して問題ない。

［実　施　例］ 第１図に示すような装置構成で吊具の振れ特性計測を行
なった。被撮像体としては、１００ｍｍＸ１０＋ｎｍの
白色プレートを使用し、二次元位置検出器には汎用の画
像処理装置を、固有周期計算、計測タイミング発生及び
振れ特性の計測はマイクロコンピュータを使用した。

第４図は、実際の振れに関する語数値を記入した実施結
果を掲げたものである。

図においてＩＩ　＝５．３　ｍＳＴ　　＝　４．８２（
ｓｅｅ）、ω　＝１．３８のとき第１表を得た。

第　　　１　　　表 ［発明の効果］ 本発明の方法により、最短で振れ周期の１／４の時間間
隔という短時間で、かつわずか２データの採取で、クレ
ーン吊具の振れ特性を非接触で計測することが可能であ
る。

また、二次元位置検出器として汎用の画像処理装置、デ
ータの演算にはマイコンを使用でき経済上、実用上の効
果は著しい。

又このようにして振れの特性値が定量的に計測されると
、例えば、クレーン等ロープ状の索引体で吊られた吊荷
を昇降する際、着荷の可否判断が迅速・正確に行なえる
し、さらにこの振れそのものを止める制御を、例えばク
レーン操作によって、これを行なう場合の振れ量検出器
として応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の振れ特性の検出装置のフロー、第２
図は実際の振れによる鉛直方向検出距離の変化の説明図
、第３図は、実際の振れによる計測のタイミングの図表
、第４図は、本発明の方式による検出結果の一例の説明
図、第５　（ａ）　、　（ｂ）、第６図および第７　（
ａ）　、　（ｂ）は従来の振れ量検出装置を備えたクレ
ーンの説明図である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫呵−一一□□
−一一 ｓ５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 クレーン走行体から懸垂された吊具に設けた認識用マー
   クと、クレーン走行体に設けたマーク撮像用テレビカメ
   ラと、テレビカメラの映像信号をディジタル信号に変換
   し、マークの二次元位置を検出する二次元検出器と、巻
   上げドラムより懸垂されたロープ長さを計測するロープ
   長さ検出器と、ロープ長さより固有の振れ周期を計算す
   る固有周期計算回路と、 固有周期より計測タイミングを決定する計測タイミング
   発生器、及び振れ量の二次元検出信号に基き、振れ量の
   瞬時値、振れ量の最大値と位相と角速度と振れ周期、及
   び振れ減衰率を計測する振れ特性計測装置とから構成さ
   れることを特徴とするクレーン吊具の振れ特性計測装置
   。