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【発明の名称】 コイル位置検出装置
【発明者】 【氏名】杉浦 寛幸

【氏名】猪股 雅一

【氏名】上杉 満昭
【要約】 【課題】強い正反射光を受光した場合においても、コイル幅及び中心位置を高精度に求めることを可能にしたコイル位置検出装置を提供する。

【解決手段】レーザ光走査装置１２はレーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射し、テレビカメラ１０はレーザ光が照射されているコイルを撮像する。画像合成手段１４は撮像された画像とレーザ光の２次元投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の２次元の投光角度とをそれぞれ合成する。形状演算手段１６はレーザ光の輝度画像とレーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める。そして、正反射光ノイズ除去手段１６は３次元形状データから正反射光ノイズを除去する。コイル演算手段１７は正反射光ノイズが除去された３次元形状データに基づいてコイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求める。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 レーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射すると共に、そのときのレーザ光の２次元の投光角度を出力するレーザ光投光手段と、前記レーザ光が照射されているコイルを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像と前記２次元の投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の前記２次元の投光角度とをそれぞれ合成する画像合成手段と、前記レーザ光の輝度画像と前記レーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める形状演算手段と、前記形状演算手段による３次元形状データの内、レーザ光の各２次元の投光角度によるレーザスリット光の面積を求めて、それが所定値以上の面積であるとき、そのときの２次元の投光角度によるデータを除去する正反射光ノイズ除去手段と、前記正反射光ノイズ除去手段からの３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、前記コイルのレーザ光照射部の３次元形状データを基準面と平行なコイルの径方向に投影し、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求めるコイル演算手段とを備えたことを特徴とするコイル位置検出装置。
【請求項２】 レーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射すると共に、そのときのレーザ光の２次元の投光角度を出力するレーザ光投光手段と、前記レーザ光が照射されているコイルを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像と前記２次元の投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の前記２次元の投光角度とをそれぞれ合成する画像合成手段と、前記画像合成手段による合成画像の内、レーザ光の各２次元の投光角度によるレーザスリット光の面積を求めて、それが所定値以上の面積であるとき、そのときの２次元の投光角度によるデータを除去する正反射光ノイズ除去手段と、前記正反射光ノイズ除去手段からの前記レーザ光の輝度画像と前記レーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める形状演算手段と、前記３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、前記コイルのレーザ光照射部の３次元形状データを基準面と平行なコイルの径方向に投影し、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求めるコイル演算手段とを備えたことを特徴とするコイル位置検出装置。
【請求項３】 レーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射すると共に、そのときのレーザ光の２次元の投光角度を出力するレーザ光投光手段と、前記レーザ光が照射されているコイルを撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像されたレーザスリット光の強さが所定の閾値を超えたとき、そのときの２次元の投光角度による画像を除去する正反射光ノイズ除去手段と、前記正反射光ノイズ除去手段を経由した前記撮像手段の画像と前記２次元の投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の前記２次元の投光角度とをそれぞれ合成する画像合成手段と、前記レーザ光の輝度画像と前記レーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める形状演算手段と、前記形状演算手段による３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、前記コイルのレーザ光照射部の３次元形状データを基準面と平行なコイルの径方向に投影し、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求めるコイル演算手段とを備えたことを特徴とするコイル位置検出装置。
【請求項４】 前記画像合成手段は、前記撮像手段によって撮像された画像の画面内の各画素の信号を順次取り込んで記憶し、同一画素について後から入力される信号の輝度レベルと既に記憶されている信号の輝度レベルとを比較し、後から入力される信号の輝度レベルの方が高いときにその輝度レベルによってその画素の記憶内容を更新して、各画素についての最大輝度レベルを求める最大輝度画像演算部と、前記画像の画面内の各画素について、前記最大輝度画像演算手段が画素の記憶内容を更新したとき、そのときの投光角度情報をその画素の値とする合成画像を生成するコード化画像演算部と、前記撮像手段によって撮像された画像の画面内の各画素の信号を順次取り込んで記憶し、同一画素について後から入力される信号の輝度レベルと既に記憶されている信号の輝度レベルとを比較し、後から入力される信号の輝度レベルの方が低いときにその輝度レベルによってその画素の記憶内容を更新して、各画素についての最小輝度レベルを求める最小輝度画像演算部と、各画素について、最大輝度レベルと最小輝度レベルとの差をとることにより、レーザ光の照射による輝度レベルの上昇分を抽出し、レーザスリット光の照射領域を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のコイル位置検出装置。
【請求項５】 レーザ光の２次元の投光角度としてｘ、ｙ２方向の角度の内、スリット光長手方向の角度情報の代わりに、撮像手段の撮像フレーム数を用い、そして、前記投光手段は、前記レーザ光の２次元の投光角度を出力する代わりに、前記スリット光の走査方向の角度を出力することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のコイル位置検出装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所のコイルヤードの天井クレーンの無人化運転に適用されるコイル位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種のコイル位置検出装置として、例えば特願平８−３４９２０７号〜特願平８−３４９２０９号、特願平８−３４９１０５号〜特願平８−３４９１０７、特願平９−００３２９９号に係る出願に提案されているものがある。これらの出願の計測方式は、何れも、天井クレーンに取り付けられたレーザ光源のレーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射し、そして、レーザ光が照射されているコイルをテレビカメラにより撮像し、テレビカメラの映像信号を演算処理してコイルの幅や中心位置を求める、というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のコイル位置検出装置は、コイル表面に照射されたレーザスポット光の反射光をテレビカメラで撮像している為、対象コイル表面の性状が拡散面であれば、コイル表面に照射されたレーザ光は広い角度に渡って広がるために、コイル表面の形状によらず常に安定した反射光を受光することができる。しかし、対象コイルの表面性状が鏡面状に近い場合には、レーザスポット光が照射される位置によって、テレビカメラが受光できる光量は大きく変化する。
【０００４】例えば、図２０に示されるように、コイル表面７０が鏡面状の場合には、レーザ光源７１から出たレーザ光７２がコイル表面７０に当たって反射した場合には、Ａ点でのレーザ反射光は、そのＡ点でのコイル表面７０の傾きによって決まる正反射光方向に反射されてしまうために（図の反射光７３ａ参照）、テレビカメラ１０に入射される光はほとんどない。これに対して、Ｂ点ではレーザ光源７１とＢ点でのコイル表面の傾きとテレビカメラ１０が正反射の位置関係になっており、Ｂ点にレーザスポット光が照射された場合には、テレビカメラ１０には非常に強いレーザ光が入射される（図の反射光７３ｂ参照）。なお、図２０はレーザ光源７１、コイル表面７０及びテレビカメラ１０の位置関係を示した図であり、７３ａ，７３ｂは鏡面時の反射光であり、７４ａ，７４ｂは拡散面時の反射光である。
【０００５】上記のように、非常に強い反射光７３ｂがテレビカメラ１０に入ると、テレビカメラ１０のレンズ及び撮像面から構成される光学系内部での反射、散乱等により、撮像面に結像された画像は、レーザスポット光が大きく広がり、また場合によってはレンズとＣＣＤ間で生じるゴースト画像が映り込む等の現象を生じる。このために、非常に反射率の高い表面性状をしたコイルの位置検出を、上述の計測方式で測定した場合には、図２１に示されるように、コイル表面を照射した複数本のレーザスリット光の内いずれかが、レーザ光源７１とコイル表面７０とテレビカメラ１０とが成す位置関係が正反射光受光状態となったときに、正反射光受光状態になった場所ではレーザスポット光が大きく広がる。またはゴースト画像を生じるため、レーザスポット光またはレーザスリット光を正確に検出することが出来ないという問題がある。但し、コイル形状が円筒形であるために、正反射状態となる場所は、レーザ光源７１とテレビカメラ１０の配置と、コイル表面７０の傾きによって決まり、コイル表面７０の特定部分に限定される。なお、図２１は２値化画像（輝度画像）７５の説明図であり、７６はレーザスリット光に相当する画像（以下の説明では単にレーザスリット光というものとする）、７７は測定対象コイル、７８はレーザ光が正反射して強い光が返ってきたときの画像である。
【０００６】コイル表面の性状が鏡面性に近い対象材の場合には、上記の現象を生じるために、従来のコイル位置検出装置（特願平９−００３２９９号等）では、正反射を生じた場所がコイル幅方向のエッジ部に近い場合には、図２１に示されるように正反射によって生じたスリット光の広がりが、コイルエッジより外側にまで達してしまい、コイルが実在しない部分についてもあたかもコイルが存在したかのようにスリット光が検出されてしまう。従って、従来のコイル位置検出装置でコイル幅及び中心位置を演算した場合には、レーザスリット光が広がって検出された分だけ、コイル幅が広がって検出されるために、正確なコイル幅、位置が求められなくなってしまう、という問題点がある。
【０００７】本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、上記の強い正反射光を受光した場合においても、コイル幅及び中心位置を高精度に求めることを可能にしたコイル位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）本発明に係るコイル位置検出装置は、レーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射すると共に、そのときのレーザ光の２次元の投光角度を出力するレーザ光投光手段と、レーザ光が照射されているコイルを撮像する撮像手段と、撮像手段によって撮像された画像と前記の２次元の投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の２次元の投光角度とをそれぞれ合成する画像合成手段と、レーザ光の輝度画像とレーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める形状演算手段と、形状演算手段による３次元形状データの内、レーザ光の各２次元の投光角度によるレーザスリット光の面積を求めて、それが所定値以上の面積であるとき、そのときの２次元の投光角度によるデータを除去する正反射光ノイズ除去手段と、正反射光ノイズ除去手段からの３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、コイルのレーザ光照射部の３次元形状データを基準面と平行なコイルの径方向に投影し、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求めるコイル演算手段とを備えたものである。
【０００９】（２）また、本発明に係るコイル位置検出装置は、３次元形状データを求める前に正反射光ノイズを除去するものであり、上記の正反射光ノイズ除去手段に代えて、画像合成手段による合成画像の内、レーザ光の各２次元の投光角度によるレーザスリット光の面積を求めて、それが所定値以上の面積であるとき、そのときの２次元の投光角度によるデータを除去する正反射光ノイズ除去手段を有するものである。
【００１０】（３）また、本発明に係るコイル位置検出装置は、画像合成をする前に正反射光ノイズを除去するものであり、レーザスリット光の強さが所定の閾値を超えたとき、そのときの２次元の投光角度による画像を除去する正反射光ノイズ除去手段を有するものである。
【００１１】本発明においては、上述のように、正反射光ノイズ除去手段によって強い正反射光を検出して除去することにより、測定対象であるコイルの表面性状の制限をなくし、正確なコイルの径方向中心位置とコイル径及びコイルの幅方向中心位置とコイル幅を求めることが可能になっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明のコイル位置検出装置の計測原理を説明するための構成図である。図においては、基準面（床面）１上に被測定物２が置かれており、この基準面１に撮影の際の中心軸が直交するようにテレビカメラ１０が配置され、そして、このテレビカメラ１０とは異なった位置にスリット光走査装置１２が配置される。スリット光走査装置１２はスリット光１２ａを発生するともにそれを走査する。テレビカメラ１０はその状態を撮像し、その映像信号はスリット光走査装置１２からの投射角θｘ，θｙとともに画像合成装置１４に入力して、映像信号が処理されて合成画像が生成される。形状演算装置１５はその合成画像に基づいて被測定物２の３次元形状を求める。正反射光ノイズ除去装置１６は、コイルの位置、幅等を求めるにあたってノイズとなるスリット光の強い正反射光によるノイズ成分を除去する。コイル演算装置１７はそのノイズ成分を除去された３次元形状に基づいて被測定物２であるコイルの位置、幅等を求める。
【００１３】次に、図１の形状計測装置を測定方式、画像合成方法、レーザスリット光の位置と投光角度の情報及び形状演算原理の生成の観点からそれぞれ説明する。
【００１４】（Ａ）測定方式光学系は一般的に光切断法と呼ばれる光学系を用いている。図２はスリット光走査装置１２の構成を示した図である。スリット光走査装置１２は、まず、半導体レーザ２０からのレーザスポット光を、駆動モータ２２ａにより回転制御される第１の走査ミラー２２によって走査することによりスリット光を生成する。このとき、レーザスリット光の向きは図１のｙ軸方向となるようにして、その走査ミラー２２の投光角度θｙを角度信号として画像合成装置１４に入力し、そして、駆動モータ２４ａにより回転制御される第２の走査ミラー２４によって図１のｘ軸方向にレーザスリット光の投光位置を制御する。また、同時にこのときの走査ミラー２４の投光角度θｘは角度信号として画像合成装置１４に入力する。そして、レーザスリット光１２ａの照射パターンをテレビカメラ１０で撮像し、その映像信号を画像合成装置１４に入力する。
【００１５】画像合成装置１４は、テレビカメラ１０の映像信号を画像処理し、その映像信号とそのときのレーザ投光角度θｘ，θｙとから合成画像を生成する。そして、形状演算装置１６はその合成画像を用いて後述の三角測量の原理に基づいて、被測定物２のレーザ光照射部の３次元形状を演算する。次に、第２の走査ミラー２４を投光角をθｘから微小角Δθｘだけ回転させて、再度、第１の走査ミラー２２によりｙ軸方向に投光角度θｙを変えてレーザスリット光を投影する。このようにして、レーザスリット光の投光角度θｘ，θｙを変えながら次々と複数断面の形状を計測し、各々の光断面形状を合成することにより被測定物２の全体形状を再構築する。なお、第２の走査ミラー２４の回転ピッチΔθｘを細かくするほど被測定物２の形状分解能が向上する。但し、その一方で測定時間は長くなる。また、図２のスリット光走査装置１２には、遮蔽板２６を設けて、これを駆動モータ２４ａと同期させて制御することにより、レーザスリット光の投光角度θｘが変化している間はレーザスリット光が被測定物２に照射しないようにしてある。また、半導体レーザ２０を制御することでその間レーザ光を発生させないようにしても良い。いずれにしても、測定しようとする光切断線と光切断線との間に不要な光が取り込まれないようにする。
【００１６】（Ｂ）画像合成方法図３は画像合成装置１４の構成を示すブロック図である。テレビカメラ１０からのビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタル信号に変換されて最大輝度画像演算部３１に入力する。この最大輝度画像演算部３１は、コンパレータ３１ａ、セレクタ３１ｂ及び最大輝度画像メモリ３２から構成されており、各画素の最大輝度信号を求めて最大輝度画像メモリ３２の該当する画素領域に格納する。即ち、コンパレータ３１ａは、Ａ／Ｄ変換器３０を介してビデオ信号ａc が入力すると、最大輝度画像メモリ３２のそのビデオ信号に対応する画素の信号ａmを読み出し、そのビデオ信号ａcの輝度レベルと最大輝度画像メモリ３２の信号ａmの輝度レベルとを比較し、ａc＞ａmの場合にはセレクタ３１ｂ，３７ａ，４０ａにセレクタ信号を送る。セレクタ３１ｂはそのセレクタ信号を入力すると、そのビデオ信号ａcで最大輝度画像メモリ３２の信号ａmを書き換える。このような処理を入力されてくるビデオ信号について順序行うことで、最大輝度画像メモリ３２の各画素領域の値はそれぞれ最大輝度レベルとなる。
【００１７】また、テレビカメラ１０からのビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器３３によりデジタル信号に変換されて最小輝度画像演算部３４に入力する。この最小輝度画像演算部３４は、コンパレータ３４ａ、セレクタ３４ｂ及び最小輝度画像メモリ３５から構成されており、各画素の最小輝度信号を求めて最小輝度画像メモリ３５の該当する画素領域に格納する。即ち、コンパレータ３４ａは、Ａ／Ｄ変換器３３を介してビデオ信号ａc が入力すると、最小輝度画像メモリ３５のそのビデオ信号に対応する画素の信号ａmを読み出し、ビデオ信号ａcの輝度レベルと最小輝度画像メモリ３５の信号ａmの輝度レベルとを比較し、ａc＜ａmの場合にはセレクタ３４ｂにセレクタ信号を送る。セレクタ３４ｂはそのセレクタ信号を入力すると、そのビデオ信号ａcで最小輝度画像メモリ３５の信号ａmを書き換える。このような処理を入力されてくるビデオ信号について順序行うことで、最小輝度画像メモリ３５の各画素領域の値はそれぞれ最小輝度レベルとなる。
【００１８】また、レーザスリット光の投光角度信号θｘは、Ａ／Ｄ変換器３６によりデジタル信号に変換されてコード化画像演算部３７に入力する。このコード化画像演算部３７はセレクタ３７ａ及び投光角度画像メモリθｘ３８から構成されており、各画素について最大輝度信号が得られたときのレーザスリット光の投光角度信号θｘを求めて、最大輝度画像メモリ３２に対応する投光角度画像メモリθｘ３５の画素領域に格納する。即ち、コンパレータ３１ａがセレクタ信号を出力してセレクタ３７ａがそのセレクタ信号を受け取ると、そのときの投光角度信号ｂcで投光角度画像メモリθｘ３８の信号ｂmを書き換える。このような処理を入力されてくるビデオ信号について順序行うことで、投光角度信号画像メモリθｘ３８には各画素において最大輝度レベルをとった時の投光角度信号θｘが格納されることになる。
【００１９】さらに、レーザスリット光の投光角度信号θｙは、Ａ／Ｄ変換器３９によりデジタル信号に変換されてコード化画像演算部４０に入力する。このコード化画像演算部ｙ４０はセレクタ４０ａ及び投光角度画像メモリθｙ４１から構成されており、投光角度信号θｙも上記の場合と同様にして処理されて投光角度画像メモリθｙ４１に格納される。
【００２０】図４は画像合成装置１４の演算処理を概念的に示した説明図である。画像合成装置１４は、上述のようにして、テレビカメラ１０で撮像したビデオ信号をリアルタイム処理して、各画素の輝度レベルを検出し、各画素毎に最大輝度画像演算を行い、各画素の輝度レベルが最高となったタイミング（すなわちレーザ光が視野内の対応する点に当たった時）での輝度信号を最大輝度画像メモリ３２に保持すると同時に、そのタイミングでの投光角度情報θｘ，θｙを輝度画像の他に別途設けた投光角度画像メモリ３８，４１の対応する画素に記録することにより、複数のレーザスリット光が合成された輝度画像と、各スリット光の投光角度情報θｘ，θｙとを同時に持っている。
【００２１】また、レーザスリット光が当たった部分の抽出は最大輝度画像から２値化処理を行いレーザ光が当たって高輝度となった点（つまりスリット光部分）を抽出しても良いが、本実施形態においては、上述のように、最小輝度画像演算を同時に行って最小輝度画像メモリ３５に保持することにより、（最大輝度画像−最小輝度画像）の演算を行ってそれを輝度画像メモリ４２に格納することにより、背景光の輝度レベルを除去して、レーザ光が当たったことにより輝度レベルが高くなった成分のみを取り出し、これを２値化する。この処理によりレーザスリット光が当たった領域（光切断線）を輝度メモリ４２から抽出することにより、投光角度画像メモリ３８，４１の投光角度画像から各光切断線の投光角度情報を識別する。
【００２２】（Ｃ）レーザスリット光の位置と投光角度情報の抽出画像合成装置１４は、上述のようにして合成された最大輝度画像、最小輝度画像及び投光角度画像から、スリット光の位置を抽出するために、次に示す画像演算を行い、背景光の輝度レベルを除去する。
輝度画像＝最大輝度画像−最小輝度画像 …（１）
上記の（１）式の画像演算によりレーザ光が当たったことにより明るくなった輝度分を求め、更に、これを予め設定した閾値レベルで２値化処理してレーザ光が当たった領域を抽出する。
【００２３】（Ｄ）形状演算原理形状演算装置１５は、スリット光走査装置１２により生成されるマルチスリット光についてそのレーザカット光の３次元座標を演算することにより被測定物２の全体形状を求める。この形状演算は三角測量の方式に基づいている。スリット光走査装置１２から被測定物２上にレーザスリット光１２ａを投光角度θｘで投光し、その状態をテレビカメラ１０で撮像する。そのテレビカメラ１０で撮像した画像から抽出したレーザ光が当たった点（ｘ′，ｙ′）の高さｚ（ｘ′，ｙ′）は、テレビカメラ１０のパースペクティブ効果を考慮すると、次式の関係が成り立つ。
ｚ（ｘ′，ｙ′）＝Ｚ0 −｛Ｘ0 −（１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ）ｘ｝
ｔａｎθｘ（ｘ′・ｙ′） …（２）
ｘ′ ：テレビカメラで撮像された画像の基準面上での位置ｙ′ ：テレビカメラで撮像された画像の基準面上での位置Ｘ0 ：レーザ光走査回転軸のｘ座標Ｚ0 ：レーザ光走査回転軸のｚ座標ａ ：テレビカメラ−基準面間の距離θｘ ：レーザスリット光投光角角度ｘ、上記の（２）式を変形すればレーザスリット光が当たった点の高さｚ（ｘ′，ｙ′）は次式で求まる。
【００２４】
【数１】

【００２５】また、画像上でレーザ光が抽出された点（ｘ，ｙ）の３次元座標上での座標（ｘ，ｙ）は次式で与えられる。
ｘ＝｛１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ｝ｘ′ …（４）
ｙ＝｛１−ｚ（ｘ′，ｙ′）／ａ｝ｙ′ …（５）
以上の説明から明らかなように、レーザスリット光が投光角度θｘでテレビカメラ１０の画像上の座標ｘ′，ｙ′に検出された点の３次元座標ｘ，ｙ，ｚは上記の（３），（４），（５）式で求まることが分かる。また、上記の（４），（５）式は、被測定物２とテレビカメラ１０との間の距離が有限であるためにテレビカメラ１０に近いものほど大きく見えるというパースペクティプ効果に対する補正を施したものであり、２次元画像だけでは正確な形状検出ができないことが分かる。
【００２６】本発明における形状計測原理が上記の説明により明らかになったところで、次に、図１のコイル位置検出器をヤードのコイル検出に適用した例について説明する。図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図１の光学糸（テレビカメラ１０、スリット光走査装置１２）を天井クレーンに配置した場合における平配置図、正面図及びテレビカメラ１０の視野内の映像を示した図である。同図（Ａ）に示されるように、テレビカメラ１０は、トロリ４３にその横行方何に対して４５°回転させた方向に、且つその光軸が鉛直方向下向き位置するように配置される。スリット光走査装置１２はテレビカメラ１０のｘ軸上に設置され、スリット光の向きがテレビカメラ１０のｙ軸方向に平行となるように調整する。測定対象となるコイル３はクレーンの横行方向又は走行方向に平行に置かれており、従って、テレビカメラ１０によって撮像されるコイル３の姿勢はカメラ視野４４の中で４５°傾いた（回転した）状態となる。なお、コイル３は、ヤード内においてはクレーンの横行方向又は走行方向の何れかに配置されるものであり、そして、その配置方向はヤードを管理しているシステムコンピュータにおいて把握されている。
【００２７】この状態でスリット光走査装置１２がレーザスリット光を走査しながらコイル３上面に照射して、コイル３に対して斜め４５度方向のスリット光画像をテレビカメラ１０により得て、画像合成装置１４は上述の方法により合成画像を生成し、形状演算装置１５はその合成画像に基づいてレーザ光が当たった点の高さを上述の演算式に基づいて演算する。この操作を逐次複数ラインについて行うことにより、コイル・台車及び床面等測定視野内の物体の複数断面形状を得ることができる。
【００２８】次に、コイル演算装置１７はその形状データを用いて、コイルの方が床面や台車より高いことから、コイルと周辺部（床面及び台車）とを高さの違いから識別してコイルの形状のみを抽出するが、その前に正反射光ノイズ除去装置１６により次のような処理を行って正反射光によるノイズを除去する。
【００２９】正反射光ノイズ除去装置１６は、投光角度画像θｘ，θｙと、形状演算手段１５により得られた形状演算画像とを用いて、コイル形状・位置を演算するにあたってノイズとなる測定対象コイルからの強い正反射光を検出し、強い正反射光データを除去する。具体的な処理内容を以下に説明する。
【００３０】強い正反射光が返ってこないコイルを計測した場合には図６〜図８に示されるような２値化画像と投光角度画像が得られる。また、強い正反射光が返ってくるコイルを計測した場合には図９〜図１１に示されるような２値化画像と投光角度画像が得られる。上述のように、レーザ光の投光角度（θｘ，θｙ）でコード化されて、レーザスリット光があたった各画素にコード値が入っている。この図９〜図１１の例においては、投光角度（θｘ，θｙ）＝（θ４，θ２００）において強く正反射光が発生している。
【００３１】図７及び図８と図１０及び図１１の投光角度画像は、上述したようにレーザスリット光の投光角度θｘ，θｙ毎にコード化されているため、この投光角度θｘ，θｙ毎の画素数をカウントしたヒストグラムを作ると、図１２及び図１３に示されるようになる。強い正反射光の返ってこないコイルを計測した場合には各投光角度毎の画素数は大きく変化しないが（図１２）、強い正反射光の返ってくるコイルを計測した場合には正反射の発生した投光角度毎の画素数は光が広がるために大きくなる（図１３）。図１３の例においては、投光角度（θ４，θ２００）において、強い正反射光のためにレーザスポット光が広がって撮像されるために複数の画像が同じ投光角度（θ４，θ２００）でコード化されるため値が高くでることになる。このことから、投光角度（θｘ，θｙ）毎のヒストグラムを作成して、その画素数を調べることによって強い正反射光が返った画像が得られているかどうかが分かる。図１４に示されるように、ヒストグラムに閾値を設定し、その画素数を超えた場合には強い正反射光があると判断することが出来る。コイルの形状のみを抽出した形状演算画像に強い正反射光が含まれたままのデータでコイル演算装置１７で処理を行うと、スポット光の広がりがノイズとなり正しい形状が求まらないので、演算データから除外する必要がある（図１６，図１７参照）。
【００３２】そこで、強い正反射光がある判断された投光角度（θｘ，θｙ）のコードを持った画素の座標を投光角度画像から求め、形状演算画像の同一座標の画素データを除去する必要がある。具体的には、図１４に示されるように、ヒストグラムに閾値を設定し、その画素数を超えた場合には強い正反射光があると判断することで、画素の座標を求める。そして、その投光角度（θ４，θ２００）のデータを形状演算画像から除去することにより正反射ノイズを除去する（図１５参照）。コイル演算手段１７は、そのノイズ除去された形状演算画像から、コイルの位置を検出するために、コイルの径方向及び幅方向の断面形状を求める。
【００３３】図１８はコイル演算手段１７においてコイルの径方向及び幅方向の断面形状を求める際の説明図である。ここでは、コイル３の形状データを検出ヘッドであるテレビカメラ１０の設置角度（４５°）分回転させた方向、すなわちトロリ４３の横行方向及び走行方何にそれぞれ形状データを投影する。投影の方法としては、コイル幅方向には、コイル幅方向形状データの平均値を求める。図示の例では、スリット光５１，５２，５３の例えば図示の点における平均値を求め、その平均値をコイル幅方向の投影形状における点の値とし、同様にして、スリット光５１，５２，５３，５４の他の点についてもその平均値を求めることで、コイル幅方向の投影形状（形状データ）５５を求める。また、コイル径方向にはコイル径方向の形状データの最大値をとることにより正確な形状データが得られる。図示の例では、スリット光５１，５２，５３，５４をコイル径方向に投影させたデータ５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａの最大値をとることにより、コイル後方向の投影形状（形状データ）５６を求める。
【００３４】なお、上記の説明はコイル３の配置方向が予め分かっている場合についての例であるが、その方向が予め分かっていない場合においても同様にして処理することかできる。その場合には、取りあえずその方向を仮に決めてからコイル幅方向及び径方向の投影形状（形状データ）を求め、その形状データからその配置方向を判断することができるから、仮に決めたコイルの配置方向が誤っていた場合には、その判断された配置方向について上記のコイル径方向の投影形状（形状データ）を求める。
【００３５】次に、コイル幅方向及び径方向に投影された形状データから、コイルの幅方向位置、コイル幅、コイル径方向中心位置及びコイル径を求める方法を説明する。コイルの幅方向については、図１９に示されるように、投影された幅方向の形状データから別途設定した高さデータを越す左右両端の点を検出することにより、その点をコイルの右及び左エッジとして認識する。従って、コイル幅方向の中心位置及び幅はそれぞれ次式により求められる。
コイルの中心位置 ＝ （右エッジ＋左エッジ）／２ …（６）
コイル幅 ＝ ｜右エッジ−左エッジ｜ …（７）
【００３６】上記処理を行った時に、図１６及び図１７に示されるように、強い正反射光によって広がったスポット光のデータがあると、コイル幅が広く判断されコイルの位置も正しく計測されないが、本実施形態においては上述のように強い正反射光のデータを除去しているのでそのような弊害はない。ただし、正反射光ノイズ除去を行うには、図１７に示すように（図１７の例ではＡ，Ｂ，Ｃの３本）、幅方向のコイルエッジにノイズ除去後、少なくとも１本以上のスリット光データがかかっている必要がある。このため測定対象の１番小さいコイル径でも２本以上のスリットが幅方向コイルエッジにかかるように、スリット光の本数（投光角度間隔）を決める必要がある。
【００３７】コイル径方向については、投影されたコイル形状が半円状になることから、円の方程式に形状データを代入することで、コイルの中心位置及び径を求めることができる。
（ｘ−ｃx ）2 ＋（ｚ−ｃ2 ）2 ＝ｒ2 …（８）
ｘ，ｙ：投影によって得られコイルの半円状の形状データｃx ，ｃ2 ：コイル後方向中心位置ｒ：コイル半径【００３８】具体的にはコイルの径方向の３点以上のデータがあれば上記の（８）式を解くことができるが、コイルの径方向の測定データを有効に使い、測定の信頼性を向上させるために、コイル径方向の測定データに対して３点の組み合わせを複数通り設定し、各々の演算で得られた複数の中心位置からノイズを除去し、その後統計処理を行うことにより精度及び信頼性の高いコイル中心位置を求めることができる。
【００３９】ノイズ除去の方式としては、ノイズが真値に対して異常値（真値よりも異常に大きいかまたは小さい値）をとることから、測定値の分布を求め、多数決の理論により予め設定した範囲より離れた点を除去する方法、及び、３点演算によって求められた全ての中心位置の平均値から距離の離れている順に予め設定した点数のデータを削除する方法がある。なお、このような処理は当然コイル径方向の断面形状を求める段階及び求めた断面形状から異常な形状データを除去するためにも用いられる。
【００４０】また、多数のコイル中心位置から真の中心位置を求める方式としては、多数点の平均値を求める方法や、多数点の分布をメッシュ状に分割しその分布の最大値をとる位置を求める方法等がある。
【００４１】本実施形態では、以上の説明からも明らかなように、コイル形状・位置を計測するにあたってノイズとなる測定対象コイルからの強い正反射光があったとしても強い正反射光があることを検出し、ノイズとなる強い正反射光データを除去する手段を持つことによって、測定対象であるコイルの表面性状の制限をなくし、正確なコイルの径方向中心位置とコイル径及びコイルの幅方向中心位置とコイル幅を求めることが可能になっている。
【００４２】なお、本実施形態では、レーザスリット光の合成画像に基づいて形状演算を行った後で、正反射によりノイズを生じたスリット光のデータを除去したが、形状演算を行う前に上述の処理を行ってノイズを除去するようにしても良い。また、ノイズの除去においても、レーザ光の各２次元の投光角度によるレーザスリット光の面積を求める代わりに、レーザスリット光（画像）の信号レベルが所定の閾値レベルを越えている場合には、そのときの２次元の投光角度による画像信号をを除去するようにしてもよい。
【００４３】また、本実施形態において、ｙ方向角度信号はコイル形状を演算するためではなく、あくまでもスリット光の長手方向の位置識別のために用いられており、必ずしも投光角度信号である必要はない。例えば、レーザスポット光の走査速度がテレビカメラの撮像周期（フレーム周期）比べて十分速い場合には、レーザスリット光の長手方向の位置分解能は、１フレーム内でのレーザスポット光の移動分が最小位置分解能となる。従って、ｙ方向の投光角度信号の代わりに、ｙ方向のレーザ走査開始時点を基準とした、テレビカメラのフレーム数を信号として入力しても、同様の効果が得られる。この場合には、レーザ走査装置１２は投光角度θｘだけを出力すればよいこととなる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、コイル形状・位置を計測するにあたって、ノイズとなる測定対象コイルからの強い正反射光があったとしても、強い正反射光があることを検出し、ノイズとなる強い正反射光データを除去するようにしたので、測定対象であるコイルの表面性状の制限をなくし、正確なコイルの径方向中心位置とコイル径及びコイルの幅方向中心位置とコイル幅を求めることが可能になっている。
【出願人】 【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
【出願日】 平成１１年７月１日（１９９９．７．１）
【代理人】 【識別番号】１０００６１２７３
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 宗治 （外３名）
【公開番号】 特開２００１−１２９１７（Ｐ２００１−１２９１７Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８７３０３