特許 6858460 作業位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6858460

(24)【登録日】2021年3月26日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】作業位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   C10B 41/00 20060101AFI20210405BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   C10B41/00

   G01B11/00

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-33089(P2018-33089)

(22)【出願日】2018年2月27日

(65)【公開番号】特開2019-147884(P2019-147884A)

(43)【公開日】2019年9月5日

【審査請求日】2020年2月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】柴田 純司

【審査官】 三須 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２１６７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９３１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１６７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３９７８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｂ １／００−５７／１８

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークス炉に設けられ、窯を特定するターゲット番号の情報を有するターゲットによって設定された窯および自己の作業位置を検出して前記作業位置まで移動する移動機の作業位置検出装置であって、
前記ターゲットの全面にわたって光を照射する発光手段と、
前記ターゲットを含む視野範囲内の２次元画像データを取得する撮像手段と、
前記２次元画像データから前記ターゲットの輪郭を抽出し、前記ターゲットの輪郭にもとづいて、前記ターゲットの中心位置および前記ターゲットまでの距離を演算するターゲット位置演算手段と、
前記２次元画像データから前記ターゲットに開口された開口部の形状、位置および数のうち少なくとも１つによって生成される明暗情報を検出し、前記明暗情報にもとづいて、前記ターゲット番号を判別するターゲット番号検出手段と、
を備えた作業位置検出装置。

【請求項2】

前記ターゲットの中心位置および前記距離にもとづいて、前記中心位置に対する現在の作業位置を演算させ、前記現在の作業位置が前記中心位置に一致したときに停止する請求項１記載の作業位置検出装置。

【請求項3】

前記発光手段は、前記ターゲットの前記撮像手段が設けられた側の反対側に設けられ、
前記発光手段の発光箇所のうち発光量が所定のしきい値よりも小さい領域を検出して前記視野範囲の読取不可領域に設定する汚れ検出手段をさらに備えた請求項１または２に記載の作業位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、コークス炉を自動走行する移動機の作業位置を検出する作業位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

コークス炉の設備周辺には、コークスの粉塵や石炭の乾留時に発生するガスが存在し、コークス炉自体も高温となるため、作業環境としては良好とは言い難い。また、コークス炉の設備周辺では、重量物が搬送されたり、回転機などの危険物も多く設置されたりしている。

【0003】

コークス炉では、複数の移動機が連携しながら作業している。移動機には、たとえば、装入車や、押出機、ガイド車、消火電車等がある。操業の効率化のため、移動機の作業位置への移動や位置合わせ、各炉作業についても自動化が進んでいる。これらの移動機のなかでも、蓋取作業や押出ラム装入、装炭作業の自動操業を伴うものについては、作業位置に対して高精度な位置合わせ（窯芯合わせ）が求められる。

【0004】

移動機の位置検出には、目標芯センサが用いられている。コークス炉の各窯位置やその他の作業位置には、板状のターゲットが設置されており、目標芯センサは、ターゲットによって移動機の作業位置を検出する。

【0005】

ターゲットには、窯番号情報をもたせたスリットが形成されている。ターゲットの窯番号情報を読み取るため、ターゲットの背面には、ターゲットに光を照射する光源が設けられ、ターゲットの正面にはラインセンサが設けられている。ラインセンサは、ターゲットのスリットを通過した光を含む明暗情報を検出する。検出された明暗情報にもとづいて窯番号情報が判別される。

【0006】

ラインセンサの視野幅とターゲットの幅、ターゲット端部から視野端までの距離を計測することで、移動機の現在位置を特定し、走行中の現在位置の取得や作業位置への停止を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５−９４５１６号公報

【特許文献2】特開平６−２４８２７１号公報

【特許文献3】特開平６−３２２３７２号公報

【特許文献4】特開平７−５５４２０号公報

【特許文献5】特開２０１６―２１６７００号公報

【特許文献6】特開２０１７―３９７８７号公報

【特許文献7】特開２０１３―２１６７８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１〜４の移動機の目標芯検出装置では、ラインセンサにより検出されたターゲットの位置にもとづいて位置合わせが行われる。しかしながら、各窯に取り付けられたターゲットは、コークス炉の熱やレンガの経年変化による形状変化と共に位置がずれる。ターゲットがラインセンサの読取視野から外れたり、ターゲットの窯番情報をもつスリットが読取視野から外れてしまうと、作業位置や窯番情報を正しく検出できなくなることがある。そのため、ターゲットおよびターゲットのスリットがラインセンサの視野範囲に入るように、作業員はターゲット取付位置を細かく調整する必要がある。

【0009】

特許文献５、６では、光源にレーザ光を用いているが、レーザ光が照射される部分がターゲットや開口部から外れてしまうと、窯番情報の読み込みや正確な位置合わせができないのは、特許文献１〜４の場合と同様である。

【0010】

特許文献１から７では、移動機は、移動方向に沿って、ターゲットの明暗情報を検出している。ターゲットの明暗情報の検出にラインセンサ等を用いている場合には、移動機の移動方向を含む平面に対して垂直な方向では、画像情報をほとんど取得することができない。そのため、コークス炉からの煙、粉塵、雨の水滴等の外部要因により正しい明暗情報が得られなくなることがある。

【0011】

この発明の実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ターゲットがずれたり変形したりした場合であっても、正確にターゲットの位置およびターゲット番号を取得することができる作業位置検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施形態に係る作業位置検出装置は、コークス炉に設けられ、窯を特定するターゲット番号の情報を有するターゲットによって設定された窯および自己の作業位置を検出して前記作業位置まで移動する。前記作業位置検出装置は、前記ターゲットの全面にわたって光を照射する発光手段と、前記ターゲットを含む視野範囲内の２次元画像データを取得する撮像手段と、前記２次元画像データから前記ターゲットの輪郭を抽出し、前記ターゲットの輪郭にもとづいて、前記ターゲットの中心位置および前記ターゲットまでの距離を演算するターゲット位置演算手段と、前記２次元画像データから前記ターゲットに開口された開口部の形状、位置および数のうち少なくとも１つによって生成される明暗情報を検出し、前記明暗情報にもとづいて、前記ターゲット番号を判別するターゲット番号検出手段と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本実施形態では、ターゲットを含む視野範囲内の２次元画像データを取得する撮像手段を備えているので、ターゲットがずれたり変形したりしても、正確にターゲットの位置およびターゲット番号を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１（ａ）は、コークス炉を例示する模式的な斜視図である。図１（ｂ）は、コークス炉で用いられる移動機を例示する模式的な正面図である。

【図2】ターゲットを例示する模式図である。

【図3】実施形態に係る作業位置検出装置を例示する模式図である。

【図4】実施形態に係る作業位置検出装置を例示するブロック図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、ターゲットから撮像装置までの距離およびターゲットの中心位置を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

【0016】

図１（ａ）は、コークス炉を例示する模式的な斜視図である。
図１（ａ）に示すように、コークス炉３０は、複数の窯３１を含む。複数の窯３１のそれぞれには、石炭が装入され、石炭を乾留した後に、赤熱したコークスが押し出されて冷却される。各窯３１には、乾留時に炉蓋３１ａが設けられており、押出時には炉蓋３１ａが取り除かれる。炉蓋３１ａを取り除く蓋取作業やコークスを押し出すための押出ラムの装入、窯３１に石炭を装入する装炭作業等について、移動機を用いて自動化されている。

【0017】

図１（ｂ）は、コークス炉で用いられる移動機を例示する模式的な正面図である。
図１（ｂ）に示すように、コークス炉３０には、複数の移動機が設けられている。複数の移動機は、装炭車３３、押出機３２、ガイド車３４および消火電車３５等である。装炭車３３は、コークス炉に石炭を装入する。押出機３２は、窯３１に設けられた炉蓋３１ａを取り除き、乾留後のコークスを炉から押し出す。ガイド車３４は、炉から押し出された赤熱コークスを消火電車３５に案内し、消火電車３５は、押し出された赤熱コークスを冷却する。

【0018】

図２は、ターゲットを例示する模式図である。
各窯３１において、移動機を配置する作業位置には、移動機の位置合わせのためのターゲット１００が設置されている。図２に示すように、ターゲット１００は、輪郭Ｌ１〜Ｌ４を有する略矩形状の板状体である。ターゲット１００の外枠の形状は、同一炉団においてすべて同じ形状となっている。

【0019】

ターゲット１００は、開口部Ｃを有する。開口部Ｃは、ターゲット１００ごとに設定されたターゲット番号を表している。ターゲット番号は、窯３１を特定する番号である。この例では、開口部Ｃはスリット状に形成されており、ターゲット番号に応じて、開口部Ｃの位置および数が割り当てられている。開口部Ｃは、たとえば７箇所に開口され、開口部Ｃが形成されている箇所を“１”、開口部Ｃが形成されていない箇所を“０”とすると、２進数の“００００００１”〜“１１１１１１１”を表すことができる。なお、開口部には、その形状、位置および数のうちの少なくとも１つを用いてターゲット番号を特定できればよい。開口部は、たとえば１０進数（アラビア数字）や１６進数（英数字）等で表すようにしてもかまわないし、他の文字（カタカナ等）であってもよい。

【0020】

ターゲット１００の位置およびターゲット番号を検出する作業位置検出装置が移動機ごとに設けられている。
図３は、実施形態に係る作業位置検出装置を例示する模式図である。
図３に示すように、作業位置検出装置５０は、ターゲット検出器１と、画像処理部１０と、を備える。

【0021】

ターゲット検出器１は、光源３、と撮像装置２と、を備えている。以下では、ターゲット１００に対して、撮像装置２が配置された側をターゲット１００の正面の側といい、撮像装置２が配置された側とは反対側をターゲット１００の背面の側という。この例では、光源３は、ターゲット１００の背面の側に設けられており、撮像装置２は、ターゲット１００の正面の側に設けられている。つまり、撮像装置２および光源３は、撮像装置２と光源３との間にターゲット１００を挟み込むように設けられている。

【0022】

なお、光源３にレーザ発光装置を用いる場合には、光源３を撮像装置２と同じ側であるターゲット１００の正面の側に設ける。レーザ発光装置は、ターゲット１００の正面を照射して、撮像装置はターゲット１００の反射光を検出する。

【0023】

光源３と撮像装置２の周囲には、遮光性を有するフード５が設けられている。フード５は、太陽光等の外部からの光が入射することを防止するとともに、撮像装置２の視野範囲４や視野角内への煙や粉塵等が入り込むことを防止する。

【0024】

視野範囲４は、撮像装置２が検出できる２次元の読取範囲を示している。視野範囲４は、ターゲット１００の全体像を十分に含むことができる面積を有する。視野範囲４では、光源３から射出された光は、ターゲット１００を照射して撮像装置２まで到達する。そのため、光源３からの光が遮られることによって、撮像装置２は、ターゲット１００の輪郭を検出することができる。また、ターゲット１００の開口部Ｃでは、光が通過するので、撮像装置２は、光が通過した箇所および光が通過しない箇所からなる明暗情報を検出することができる。

【0025】

画像処理部１０は、ターゲット検出器１によって検出されたターゲット１００の明暗情報を２次元の画像データとして処理する。画像処理部１０は、撮像装置２によって取得された２次元の画像データにもとづいて、ターゲット１００の位置を検出するとともに、そのターゲット１００のターゲット番号を判別する。ターゲット１００の位置およびターゲット番号の情報は、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）２２に送信される。ＰＬＣ２２は、これらの情報にもとづいて、作業位置検出装置５０の現在の位置を検出する。

【0026】

図４は、実施形態に係る作業位置検出装置部を例示するブロック図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、ターゲットから撮像装置までの距離およびターゲットの中心位置を説明するための模式図である。
図４に示すように、画像処理部１０は、メモリ１２と、ターゲット輪郭抽出部１３と、ターゲット位置演算部１６と、ターゲット番号情報範囲抽出部１５と、ターゲット番号情報検出部１７と、汚れ検出部２０と、を含む。

【0027】

撮像装置２によって取得された視野範囲４の２次元の画像データは、一旦メモリ１２に格納される。視野範囲４の画像データは、移動機の移動に応じて、視野範囲４の異なる位置にターゲット１００の画像を含むこととなる。ターゲット輪郭抽出部１３は、メモリ１２から画像データを読み出して、ターゲット１００の輪郭を抽出し、輪郭を表す４つの辺Ｌ１〜Ｌ４（図２）のベクトルを求める。

【0028】

ターゲット基準１４には、実際のターゲット１００の輪郭（基準の輪郭データ）を示す４つの辺のベクトルのデータが格納されている。ターゲット輪郭抽出部１３は、ターゲット基準１４に格納されている基準の輪郭データおよび画像データの輪郭に関するベクトルのデータをターゲット位置演算部１６に供給する。

【0029】

図５（ａ）および図５（ｂ）には、ターゲット１００から撮像装置２までの距離Ｚの定義およびターゲット１００の中心位置Ａの定義が示されている。ターゲット位置演算部１６は、ターゲット輪郭抽出部１３から供給された輪郭に関するベクトルのデータから、ターゲット１００の中心位置Ａおよびターゲット１００から撮像装置２の位置Ｅまでの距離Ｚを演算する。

【0030】

たとえば、ターゲット位置演算部１６は、ターゲット１００の輪郭に関するベクトルのうち、対向するベクトルの中点を結んだ線分の交点を演算することによって、ターゲット１００の中心位置Ａを求める。たとえば、ターゲット位置演算部１６は、ターゲット基準１４から読み出した基準の輪郭を表すベクトルと、取得された画像データの輪郭に関するベクトルとから、ターゲット１００までの距離Ｚを演算する。

【0031】

演算されたターゲット１００の中心位置Ａおよび距離Ｚのデータは、ＰＬＣ２２に送信される。

【0032】

ターゲット番号情報範囲抽出部１５は、ターゲット輪郭抽出部１３によって抽出されたターゲット１００の輪郭のデータを入力する。ターゲット番号情報範囲抽出部１５では、ターゲット１００の輪郭のデータにもとづいて、ターゲット番号情報範囲Ｂを設定する（図５（ｂ））。ターゲット番号情報範囲抽出部１５は、ターゲット番号情報範囲Ｂのデータをターゲット番号情報検出部１７に供給する。

【0033】

ターゲット番号情報範囲Ｂは、開口部Ｃが形成され得る領域を示しており、ターゲット番号情報検出部１７は、ターゲット番号情報範囲Ｂ内の画像データを検出して、解釈する。ターゲット番号情報検出部１７は、ターゲット番号情報範囲Ｂの開口部Ｃの形状等にもとづいて、ターゲット番号を判別する。

【0034】

汚れ検出部２０は、視野範囲４にターゲット１００が撮像されている箇所以外の箇所で暗くなっている箇所を検出する。汚れ検出部２０は、ターゲット１００によらず視野範囲４内で暗くなっている箇所を光源３の汚れ領域Ｄと判定して、その箇所の視野範囲４における座標データをターゲット番号情報範囲Ｂから除外する。

【0035】

汚れ検出部２０が汚れ領域Ｄを設定することによって、ターゲット番号情報検出部１７は、汚れ領域Ｄにおいては、明暗情報にかかわらず、他のターゲット番号情報範囲Ｂの明暗情報から、ターゲット番号を検出する。

【0036】

ターゲット番号情報検出部１７によって検出されたターゲット番号のデータは、ＰＬＣ２２に送信される。

【0037】

ＰＬＣ２２は、画像処理部１０から送信されたターゲットの中心位置Ａ、ターゲット距離Ｚおよびターゲット番号のデータにもとづいて、移動機のターゲット１００からの位置を判断する。作業位置検出装置５０が設けられた移動機は、ターゲット１００の所定の位置まで移動して停止させる。

【0038】

より具体的には、ＰＬＣ２２は、位置検出演算部１８と、ターゲット位置情報テーブル１９と、を含んでいる。位置検出演算部１８は、ターゲットの中心位置Ａおよびターゲット距離Ｚのデータを入力する。位置検出演算部１８は、ターゲット番号に対応するターゲット１００の位置情報をターゲット位置情報テーブル１９から取得して、自己の位置を演算する。

【0039】

画像処理部１０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のメモリに格納されたプログラムを逐次読み出して実行するデバイスによって実現される。上述の各部の一部または全部は、プログラムを構成する１つまたは複数のステップによって実行される。また、画像処理部１０およびＰＬＣ２２の切り分けは、一例であって、上述に限らない。画像処理部が上述したＰＬＣの機能の一部あるいは全部を含むようにしてもよい。

【0040】

実施形態の作業位置検出装置５０の動作について説明する。
実施形態の作業位置検出装置５０のターゲット検出器１は、移動機に搭載されているので、移動機とともに移動する。撮像装置２、画像処理部１０、およびＰＬＣ２２は、たとえば定周期で画像データを逐次取得し、画像データを処理してターゲット位置（中心位置Ａ、距離Ｚ）を逐次演算し、移動機の停止位置を逐次演算する。

【0041】

より具体的に一連の動作を説明すると、まず、撮像装置２は、視野範囲４の画像データを取得する。

【0042】

画像処理部１０は、視野範囲４の画像データからターゲット１００の輪郭を抽出して、ターゲット１００の中心位置Ａおよびターゲットから撮像装置２までの距離Ｚを演算する。

【0043】

画像処理部１０は、視野範囲４の画像データおよびターゲットの輪郭のデータにもとづいて光源３の汚れ領域Ｄを設定する。汚れ領域Ｄの設定は、たとえば、視野範囲４で逐次撮像された画像データにターゲット１００の画像がすべて含まれるか否かによって判定される。視野範囲４の画像にターゲット１００の画像がすべて含まれている場合には、汚れ領域Ｄは設定されない。視野範囲４の画像にターゲット１００の画像の一部が含まれない場合には、その領域が光源３上の汚れである汚れ領域Ｄに設定される。

【0044】

画像処理部１０は、視野範囲４の画像から抽出されたターゲット１００の輪郭のデータにもとづいて、ターゲット番号情報範囲Ｂを設定し、設定されている場合には、ターゲット番号情報範囲Ｂから汚れ領域Ｄを除外する処理を行う。

【0045】

画像処理部１０は、ターゲット１００の画像から開口部Ｃに応じて生成された明暗情報を検出して、ターゲット番号を特定する。

【0046】

画像処理部１０は、演算したターゲット１００の中心位置Ａ、ターゲット１００の距離Ｚおよびターゲット番号をＰＬＣ２２に供給する。

【0047】

ＰＬＣ２２は、ターゲット番号のデータから、ターゲット１００の位置データを取得し、ターゲットの位置データ、ターゲットの中心位置Ａおよびターゲット１００の距離Ｚのデータにもとづいて、現在の移動機の位置を演算する。

【0048】

上述の動作を、現在の移動機の位置がターゲット１００の中心位置Ａに一致するまで繰り返す。

【0049】

なお、ターゲット番号情報範囲Ｂの抽出や、ターゲット番号情報の検出、および汚れ領域Ｄの検出・設定は、一度検出、設定されれば、移動機が停止するまで設定等をし直す必要はないので、検出または設定の条件判定をすることによって、上述の繰り返しループから除外するようにしてもよい。

【0050】

実施形態の作業位置検出装置５０の効果について説明する。
実施形態の作業位置検出装置５０は、ターゲット１００の２次元の画像データを取得してその輪郭を抽出することによって検出するので、ターゲット１００がＹ軸方向にずれたり、ターゲット１００が変形したり、ターゲット１００周囲に塵埃等が存在しても、確実にターゲット１００の位置を検出することができる。

【0051】

作業位置検出装置５０は、取得した２次元の画像データからターゲット１００に応じて生成される明暗情報を検出するので、ターゲット１００の位置がＹ軸方向にずれたとしても、正確にターゲット番号を検出することができる。

【0052】

さらに、ターゲット１００の背面に光源３を設ける方式では、視野範囲４の画像データ中に光源３の汚れ領域Ｄを設定することによって、光源の汚れによって、ターゲット１００に関するデータを誤検出することが少なくなる。そのため、メンテナンスの頻度を少なくすることができる。

【0053】

以上説明した実施形態によれば、ターゲットがずれたり変形したりした場合であっても、正確にターゲットの位置およびターゲット番号を取得することができる作業位置検出装置を実現することができる。

【0054】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0055】

１ ターゲット検出器、２ 撮像装置、３ 光源、４ 視野範囲、５ フード、１０ 画像処理部、１２ メモリ、１３ ターゲット輪郭抽出部、１４ ターゲット基準、１５ ターゲット番号情報範囲抽出部、１６ ターゲット位置演算部、１７ ターゲット番号情報検出部、１８ 位置検出演算部、１９ ターゲット位置情報テーブル、２０ 汚れ検出部、２２ プログラマブルコントローラ、３０ コークス炉、３１ 窯、３２ 押出機、３３ 装炭車、３４ ガイド車、３５ 消火電車、１００ ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】