JPH04125295A - コイル位置検出装置 - 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〕 本発明は、製鉄所のコイル倉庫において、天井クレーン
の自動（無人）運転化に適用されるコイル位置検出装置
に関する。

〔従来の技術〕

薄板鋼板をロール状に巻取ったコイルは、各製鉄工程や
出荷時の待ち時間に、倉庫に貯蔵されることになる。

最近このコイル倉庫にて作業の自動化のため、天井クレ
ーンの自動（無人）運転化が進められており、従来困難
であった作業の管理を容易とし、生産性の向上や均質化
を図り、さらに、悪環境下での作業や危険作業、単純作
業から人間を解放できるという大きな効果を企画してい
る。

この場合、この天井クレーンの自動化にあたって問題と
なるのは、従来運転手がクレーン機上に搭乗して行なっ
ているコイルのハンドリング作業である。

すなわち、ハンドリング作業にあって、目標コイルの正
確な置場と、置場内でのコイル位置とクレーン間の相対
的な位置関係などを明確にしないと、ミスハンドリング
や荷振れを引き起こし、事故の発生にも結びつくことが
問題である。また、コイルの倉庫への入庫方法としてト
レーラによる場合には、トレーラの停車位置が変動する
ためコイル位置の管理精度が悪くなることも問題となる
。

以上のような状況から、クレーンに対し所定コイルの位
置を正確に与えるセンサが要求されており、このような
コイル位置検出装置として、特願平０１−３０１８２９
号発明が提案されている。

この装置は、コイルの有する円筒形状を利用したもので
、２台のＴＶカメラと光源の配置を工夫することにより
、三角測量方式で、コイルの径方向と幅方向の高さ分布
を測定して、コイルの中心位置と半径及び幅を計算する
ものである。

先づ、天井クレーンを事前に設定されたトレーラ停止位
置に粗位置決めした後、本装置によってコイル位置を検
出し正確な位置決めを行なうことを目的としている。

以下、第３図乃至第５図により、本装置のコイルの中心
位置と半径及び幅の検出原理を説明する。

第３図は、三角測量方式による高さ検出の配置図である
。コイルの高さ分布は、天井クレーンのトロリー５にＴ
Ｖカメラ１．２とレーザー光源（含む走査ミラー）３を
搭載し、三角測量の原理で測定する。

第４図に三角測量方式による高さ検出の原理図（径方向
）を示す。同図より、レーザー光が当たっているコイル
上の点（ｘ、ｙ、ｚ）は、それに対応するＴＶカメラの
画面上のレーザー光の位置を（ｉ、ｊ）とすると次式で
与えられる。

ここで、 である。

従って、走査ミラ“−をスキャニングしてＺ軸方向に平
行なレーザー（スリット）光をコイル上に照射すれば、
上記の式よりコイルの径方向の高さ分布が得られる。

具体的には、レーザー光源をオフ（消灯）の状態にして
ＴＶカメラでコイルを撮影し、基準画像メモリに記憶し
ておく０次に、レーザー光源を点灯し、走査ミラーをス
キャニングして、ＴＶカメラでコイルを撮影する。撮影
した画像データと、基準画像メモリの画像データとの差
を演算すれば、レーザースポット像のみが抽出できる。

これを繰り返し行ない積分すると、レーザースポット像
がつながりレーザースリット像が合成できる。そこで、
レーザースリット像上の各点を上記の式で処理すれば、
コイルの径方向の高さ分布が得られる。

同様に、ＴＶカメラ２を２軸上に設置し、走査ミラーを
スキャニングし°てＸ軸方向に平行なレーザー（ス゛リ
ット）光をコイル上に照射すれば、コイルの幅方向の高
さ分布が得られる。

第５図に、コイル位置の検出原理図を示す、ここで、説
明の都合上、トロリー上のレーザー光源（走査ミラー）
の直下の地上を原点０とし、天井クレーンの横行軌道と
平行にＸ軸、高さ方向と平行にｙ軸、走行軌道と平行に
２軸を定めたｘｙｚ座標系を設定する。またコイルは第
５図に示すように、中心軸（幅方向）がＸ軸と平行に、
径方向が２軸と平行な向きに配置されているものとする
。

第５図（ａ）は、ＸＺ平面におけるレーザー光の投射位
置を示している。また、第５図（ｂ）（Ｃ）は、Ｘ軸及
びＺ軸に平行なコイル上の高さ分布を測定した結果の一
例である。

第５図（Ｃ）より、コイルの幅り及び幅の中心位置Ｂは
次式で与えられる。

また第５図（ｂ）の径方向の高さデータは、コイル（円
筒）上のデータなので次の円の方程式を満足する。

（ｙｉ　　ｙＪ”＋（ｚｉ　　ｚａ）”＝ｒ”　　（８
）ここで、ｙｌとＺｉは、コイル（円）上の径方向の高
さデータ、ｙ、と２．は円の中心座標、ｒは、コイルの
半径である。従って、円の中心位置Ａ（ｙ□ｚａ）　　
と半径ｒは（８）式よりｆ＝（ｙｔ−ｙａ）”＋（ｚｔ
−ｚｍ）”−ｒ”　　（９１を定義すると、次式に示す
評価間数Ｆを最小化するｙ、ｚ□ｒを決めれば、それら
が求めるｙ畠、ｚ、、ｒとなる。

→−４ｎ　　　　００） ００式は、３点以上の円周上の位置座標（３’ｉ、Ｚｉ
）を与えれば、例えばニュートン・ラフフン法で解くこ
とができる。

以上より、コイルの中心位置Ｇ　（Ｘｓ＋３’＊＋Ｚ、
）と半径ｒ及び幅りは次式で与えられる。

従って、クレーンのハンドリング中心と上記座標系の原
点Ｏを対応させれば上記の各便をクレーン制御量として
用いることができる。

第６図に上記従来装置の構成図を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来技術には、次のような問題点がある。

コイル上の径方向と幅方向の高さ分布を測定するために
、２台の走査ミラーを制御してレーザー光をコイル上の
径方向と幅方向に平行に移動させ、それを第６図に示す
ようにＴＶカメラで撮影し、二値化装置において、積分
処理後、二値化処理して、レーザースリット像を合成・
抽出している。

上記において、積分処理前の１フレームの画像データ上
のレーザー像の輝度（シグナル）をａ、背景の輝度（ノ
イズ）をｂとすると、（ａ＞ｂ）積分処理前の１フレー
ムの画像データのＳ／Ｎ　Ｐは、Ｐ　−、＞　１　　　
　　　（１） で与えられ、また、ｎフレーム積分処理後の画像データ
のＳ／Ｎ　Ｑは、 で与えられる。ただし、ｎは、レーザー像が画像データ
上の左端から右端を１回通過するのに要する時間に相当
するフレーム数とする。

すると、積分処理前後の画像データのＳ／Ｎを比較する
と、 となり、積分処理をすることにより、画像データのＳ／
Ｎが低下するこがわかる。さらに（２）式より、ｎが大
きくなるほどＳ／Ｎが低下することもわかる。

従って、従来のコイル位置検出装置の二値化装置は、積
分処理をすることにより、画像データのＳ／Ｎが低下す
るため、レーザースリット像を精度よく抽出するうえで
問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

レーザー光源と、前記レーザー光源のスポット光を１次
元のスリット光に変換する２台の走査ミラーと、コイル
に照射したスリット光を撮影する２台のＴＶカメラとを
コイルヤードのクレーンに設置する。上記ＴＶカメラの
映像信号をデジタル化するＡ−Ｄ変換器と、デジタル化
した画像データよりレーザースリット像を抽出する二値
化装置と、画像データ上のレーザースリット像の位置デ
ータを実際空間の三次元位置座標に変換する座標変換装
置と、コイルの径方向の三次元位置座標データに対して
ニュートン・ラフフン法で円の方程式を解きコイルの中
心位置と半径を計算する演算装置と、コイルの幅方向の
三次元位置座標データに対してコイル上のレーザースリ
ット像の両端の位置を検出し、コイルの幅を計算する端
点検出装置とを設ける。測定開始前にあらかじめレーザ
ー光源を消灯してＴＶカメラで撮影した画像データを基
準画像メモリに記憶しておき、レーザー光源を点灯し、
走査ミラーをスキャニングしてＴＶカメラで撮影した画
像データと基準画像メモリとの差を演算後、二値化した
画像データを論理ＯＲ演算を実施し重ね合せることによ
り、１次元のレーザースリット像（画像データ）を合成
する。

〔作用〕

第１図を基に本発明の詳細な説明する。

従来の二値化装置の構成図である第６図と本発明の二値
化装置の構成図である第２図とを比較するとわかるよう
に、本発明の二値化装置は従来装置と比較して、積分処
理と二値化処理の順序を入れ替えている。

これにより、ＴＶカメラで撮影した画像データと基準画
像メモリの画像データの差を演算後二値化してレーザー
像を抽出し、それをｎフレーム分積分して、レーザース
リット像を合成する手順となる。

上記により、二値化処理前の画像データのＳ／Ｎは、（
１）式と一致し、従来装置のＳ／Ｎ（（２）式）と比較
して、高くなる。　　（（３１式） 従って、従来装置と比較して二値化処理をする画像デー
タのＳ／Ｎが高いため、レーザースリット像の抽出精度
の信転性の向上が期待できる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図、第２図及び第３図を基に説明
する。

コイル位置検出に当ってはコイルヤードにおいて地上の
任意の位置を原点０として、横行方向と平行な方向をｙ
軸、走行方向と平行な方向を２軸、巻上げ方向と平行な
方向をｙ軸とするｘｙｚ直交座標系を設定しておく。

第１図、第２図において、１．２はＴＶカメラ、３はレ
ーザー光源、６は走査ミラーである。この２台の走査ミ
ラー６とレーザー光源３によって、レーザー光をｙ軸ま
たはＺ軸に平行に往復移動させる。ｙ軸及びＺ軸の選択
は１３のコントローラによって行なう、説明の都合上、
ＴＶカメラ１はコイル４の径方向の高さ分布を測定する
ための映像を撮影し、ＴＶカメラ２はコイル４の幅方向
の高さ分布を測定するための映像を撮影するものとする
。７はＴＶカメラの映像信号をＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変
換器、８はレーザー光を照射しないで撮影したコイル４
の映像信号を保存しておく基準画像メモリである。９は
二値化装置で第２図に示す構成になっている。１０は画
像データ上の１点の位置（ｉ、　　ｊ）より実際空間の
ｘｙｚ座標系の位置（ｘ、ｙ、ｚ＞を計算する座標変換
装置、１１はコイルの径方向の３点以上の三次元位置座
標データより、ニュートン・ラフフン法で円の方程式を
解き、コイルの径方向の中心位置と半径を計算する演算
装置、１２はコイルの幅方向のレーザースリット像より
、コイルの両端の位置を検出する端点検出装置である。

１３はコントローラでＴＶカメラレーザー光源及び走査
ミラーの動作を制御し、端点提供装置及び演算装置の計
算結果（コイルの重心位置Ｇ（Ｘｍ＋　　）’ｗ＋Ｚ、
）と幅り及び半径ｒ）を受けとり、クレーンの動作を制
御する制御信号を出力する機能を持つ。

レーザー光源３と２台の走査ミラー６及びＴＶカメラ１
．２は天井のトロリー５または、クレーンとは独立に横
行移動が可能な横行装置上にセットする。第３図にセッ
トの概念図を示す。

いま、トロリー５が、事前に設定されたハンドリング対
象のコイルの上空に粗位置決めされているものとして、
本装置の作用を説明する。

まず、レーザー光を照射しない状態においてＴＶカメラ
１及び２で径方向及び幅方向のコイルを撮影し、Ａ−Ｄ
変換器７でＡ−Ｄ変換後、基準画像メモリ８に記録する
。

次に、２台の走査ミラー６を制御してレーザー光をコイ
ルの径方向と平行に往復移動するようにコイル上に照射
する。これをＴＶカメラ１で撮影し、その映像信号をＡ
−Ｄ変換器７でＡ−Ｄ変換後、二値化装置９において、
基準画像メモリ８との差を演算後、固定しきい値で二値
化し、これをｎフレーム分積分（実際には論理和を演算
）すると径方向のレーザースリット像が合成・抽出でき
る（第３図、画像データ■）、これを座標変換装置１０
でｘｙｚ座標系の位置データに変換後、演算装置１１で
コイル上のデータを円の方程式に代入して、コイル４の
径方向の中心位置（ｙａ＋Ｚｏ）と半径ｒをコントロー
ラ１３に送る。コントローラ１３は上記データを受信後
、２台の走査ミラー６を制御して、レーザー光をコイル
の幅方向と平行に往復移動するようにコイル４上に照射
する。これをＴＶカメラ２で撮影し、その映像信号をＡ
−Ｄ変換器７でＡ−Ｄ変換後、二値化装置９において、
基準画像メモリ８との差を演算後、固定しきい値で二値
化し、これをｎフレーム分積分（実際には論理和を演算
）すると幅方向のレーザースリット像が合成・抽出でき
る（第３図、画像データ■）。

これを端点検出装置１２においてコイル上の両端の位置
を検出し、座標変換装置１０でχｙｚ座標系の位置デー
タに変換し、コイル４の幅り及びコイル４の幅方向の中
心位置Ｘ０を演算し、コントローラ１３に送る。コント
ローラ１３は前記情報を受信後、クレーンの制御信号を
出力する。

〔発明の効果〕

本発明は、レーザー光源と、前記レーザー光源のスポッ
ト光を１次元のスリット光に変換する２台の走査ミラー
と、コイルに照射したスリット光を撮影する２台のＴＶ
カメラとをコイルヤードのクレーンに設置し、上記ＴＶ
カメラの映像信号をデジタル化するＡ−Ｄ変換器と、デ
ジタル化した画像データよりレーザースリット像を抽出
する二値化装置と、画像データ上のレーザースリット像
の位置データを実際空間の三次元位置座標に変換する座
標変換装置と、コイルの径方向の三次元位置座標データ
に対してコイルの中心位置と半径を計算する演算装置と
、コイルの幅方向の三次元位置座標データに対してコイ
ル上のレーザースリット像の両端の位置を検出し、コイ
ルの幅を計算する端点検出装置とを具えたコイル位置提
供装置において、測定開始前にあらかじめレーザー光源
を消灯してＴＶカメラで撮影した画像データを基準画像
メモリに記憶しておき、レーザー光源を点灯し、走査ミ
ラーをスキャニングしてＴＶカメラで撮影した画像デー
タと基準画像メモリとの差を演算後、二値化した画像デ
ータを論理ＯＲ演算を実施し重ね合せることにより、１
次元のレーザースリット像（画像データ）を合成する二
値化装置を具えたことにより、次の効果を有する。

（１）二値化処理を実施する画像データのＳ／Ｎが向上
するため、レーザースリット像の合成・抽出における処
理の信転性が向上する。

（２）積分処理の前に二値化しつりを実施することによ
り、積分処理に必要なメモリを大幅に低減でき、処理の
高速化とコスト低減に寄与できる。

例えば、画像データの大きさを５１２Ｘ５１２Ｘ　８ビ
ツトとすると、従来装置では、積分処理を実施するため
に５１２　ｘ　５１２　ｘ　１６ビツト（積分回数は最
大２５６回）の容量のメモリを必要としたのに対し、本
発明装置では、５１２Ｘ５１２Ｘ　１ビツト（積分回数
（実際には論理和演算回数）は無限大）となり積分処理
に必要なメモリの容量はｌ／１６となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明コイル位置検出装置の実施例の構成図、
第２図は同上の二値化装置の構成図、第３図はＴＶカメ
ラ、レーザー光源及び走査ミラーの相対関係図、第４図
はコイル位置計算の原理を説明する図面で、（ａ）は正
面図、（ロ）は側面図、（Ｃ）はＴＶカメラの撮影面を
示す、第５図は取得データの概略図で、（ａ）はＸＺ平
面におけるレーザー光の投射位置、［有］）は径方向の
高さ分布、（Ｃ）は幅方向の高さ分布を示す、第６図は
従来の二値化装置の構成図である。 １．２・・・ＴＶカメラ、　２・・・レーザー光源、６
・・・走査ミラー　　　　７・・・Ａ／Ｄ変換器、８・
・・基準画像メモリ、 ９・・・二硫化装置、 １０・・・座標変換装置、 １１・・・演夏装置、 １３・・・コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光源と、前記レーザー光源のスポット光を１次
   元のスリット光に変換する２台の走査ミラーと、コイル
   に照射したスリット光を撮影する２台のＴＶカメラとを
   コイルヤードのクレーンに設置し、上記ＴＶカメラの映
   像信号をデジタル化するＡ−Ｄ変換器と、デジタル化し
   た画像データよりレーザースリット像を抽出する二値化
   装置と、画像データ上のレーザースリット像の位置デー
   タを実際空間の三次元位置座標に変換する座標変換装置
   と、コイルの径方向の三次元位置座標データに対してコ
   イルの中心位置と半径を計算する演算装置と、コイルの
   幅方向の三次元位置座標データに対してコイル上のレー
   ザースリット像の両端の位置を検出し、コイルの幅を計
   算する端点検出装置とを具えたコイル位置検出装置にお
   いて、測定開始前にあらかじめレーザー光源を消灯して
   ＴＶカメラで撮影した画像データを基準画像メモリに記
   憶しておき、レーザー光源を点灯し、走査ミラーをスキ
   ャニングしてＴＶカメラで撮影した画像データと基準画
   像メモリとの差を演算後、二値化した画像データを論理
   ＯＲ演算を実施し重ね合せることにより、１次元のレー
   ザースリット像（画像データ）を合成する二値化装置を
   具えたことを特徴とするコイル位置検出装置。