(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建屋の天井部分に設けられた同一走行レール上に複数台のクレーンを配置して各クレーンを自動走行させる自動走行クレーンの走行位置検出装置において、前記クレーンの走行レールを支持する横梁の側方に、磁気的に位置がエンコードされた多数の磁気ロッドを走行区間の全長にわたり直列に配置するとともに、この走行レール上を走行するクレーン本体に、前記磁気ロッドが発生する磁束を感知して絶対位置を検出する複数本の検出ヘッドを、一方の検出ヘッドが建屋の支柱間にまたがる場合に、他方の検出ヘッドは建屋の支柱間をまたがないように走行方向に位置をずらせて搭載したことを特徴とする自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項２】
前記磁気ロッドは、一定寸法のロッドの内部に複数個の磁石を埋め込んだものであることを特徴とする請求項１記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項３】
前記検出ヘッドは、所定ピッチで配置された多数のホールセンサを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気ロッドは、横梁に対して高さ調節可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項５】
前記検出ヘッドは、一方の検出ヘッドが磁気ロッド間のギャップによる検出異常を生じたときに他方の検出ヘッドがバックアップできるように、走行方向に位置をずらせて２本搭載されていることを特徴とする請求項１記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項６】
一方の検出ヘッドのデータが検出異常と判断された場合は、他方の検出ヘッドのデータが正常であるかどうかを確認し、両検出ヘッド間の走行方向の前記方向位置ずれに対応する距離だけデータを補正し、現在位置データとして検出ヘッドデータを切り替えることを特徴とする請求項５記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置。
【請求項７】
各クレーンの走行位置検出装置として、請求項１から６の何れかに記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置を用いたことを特徴とする自動走行クレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離の走行レール上を自動走行するクレーンの走行位置を正確に把握するための自動走行クレーンの走行位置検出技術に関するものであり、特に天井走行クレーンとその走行位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄工場では、総長が５００ｍを越えるような長尺の中間ヤードを設け、酸洗ラインや圧延ラインから出たコイルをヤード内に一時保管したうえで、次工程に送り込むことがある。このような中間ヤード内におけるコイルの搬送は天井走行クレーンにより行われているが、１台のクレーンではこのような広い範囲をカバーできないため、同一の走行レール上で複数台のクレーンを同時に自動走行させている。これらのクレーンを相互に衝突しないように、かつ最大の作業効率が得られるように自動制御するためには、各クレーンの走行位置を常に精度よく検出しなければならない。
【０００３】
従来、自動走行クレーンの走行位置検出には、特許文献１に示されるようにレーザ距離計が広く用いられてきた。特許文献１では走行レールの端部の壁面などに反射鏡を固定し、クレーンに搭載されたレーザ光線発振器から発射されるレーザ光線を反射させ、クレーンに搭載されたレーザ受光器で受光して反射鏡からの位置を正確に把握できるようになっている。
【０００４】
しかしこの特許文献１の方法は、共通の走行レール上に３台のクレーンが設置されているような場合には、中央のクレーンから発射されたレーザ光線が他のクレーンに遮断されてしまうので、中央のクレーンの位置を検出することができないという欠点がある。なお両側のクレーンにレーザ光線を通す開口部を形成することを考えると、通光可能なエリアは横行設備があるためクラブ下は難しく、クレーン上部と天井間の隙間が第一候補となる。しかし、ヤードの全長が５００ｍを越える場合にはレーザ光線の拡散を考慮すると反射板のサイズは２ｍ×２ｍ程度の大型になるため、クレーンの上方に十分な余裕を確保することは困難となり、工場設備としては実用的ではない。
【０００５】
また、両側のクレーンは特許文献１の方法で位置を検出する一方、中央のクレーンから発射されたレーザ光線を両側のクレーンの側壁に設けた反射板によって反射させ、中央のクレーンと両側のクレーンとの相対位置を検出し、演算によって中央のクレーンの位置を求める方法も考えられる。しかしこの場合には両側のクレーンの位置を中央のクレーンに伝送しなければならず、その伝送や演算に数十ｍｓｅｃを要するケースもあるため、クレーンを高速走行させると走行位置の検出が遅れるという問題がある。特にヤード内に障害物が多い場合のクレーン自動化においては安全面での問題が生じるため、やはり実用的ではない。
【０００６】
このほか、誘導無線方式やＩＣタグ方式も検討したが、これらはいずれも位置分解能が１０ｍｍを越えており、また応答性が悪いために使用することはできなかった。
【０００７】
さらに特許文献２には、天井クレーンによってヤード内でコイルの自動搬送を行う際のコイル位置や台車位置を、反射板を使用した光学的手段と、磁気を利用した電磁的手段とを併用して検出する方法が開示されている。しかしこれは天井クレーンの走行位置を検出する方法ではなく、走行距離の長い自動走行クレーンの走行位置を、精度よく検出する方法に用いるには適しないものであった。
【特許文献１】特開平１１−３４４３３５号公報
【特許文献２】特公昭６１−３１０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、全長の長い走行レール上に３台以上のクレーンが配置されており、クレーンの上方にレーザ距離計を用いることができる十分な余裕がない場合においても、各クレーンの走行位置を精度よく迅速に検出することができる自動走行クレーンとその走行位置検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また全長が５００ｍに達するような大型のヤードにおいては、走行レールが設置されている建屋自体が昼夜の温度差や季節による温度差によって膨張したり収縮したりする。従って本発明のその他の目的は、建屋の伸縮によって検出トラブルを引き起こすおそれのない自動走行クレーンとその走行位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、建屋の天井部分に設けられた同一走行レール上に複数台のクレーンを配置して各クレーンを自動走行させる自動走行クレーンの走行位置検出装置において、前記クレーンの走行レールを支持する横梁の側方に、磁気的に位置がエンコードされた多数の磁気ロッドを走行区間の全長にわたり直列に配置するとともに、この走行レール上を走行するクレーン本体に、前記磁気ロッドが発生する磁束を感知して絶対位置を検出する複数本の検出ヘッドを、一方の検出ヘッドが建屋の支柱間にまたがる場合に、他方の検出ヘッドは建屋の支柱間をまたがないように走行方向に位置をずらせて搭載したことを特徴とするものである。
【００１１】
なお請求項２のように、磁気ロッドは、一定寸法のロッドの内部に複数個の磁石を埋め込んだものであることが好ましく、また請求項３のように、検出ヘッドは所定ピッチで配置された多数のホールセンサを備えたものであることが好ましい。
【００１２】
また請求項４のように、磁気ロッドは横梁に対して高さ調節可能に支持されていることが好ましい。さらに請求項５のように検出ヘッドは、一方の検出ヘッドが磁気ロッド間のギャップによる検出異常を生じたときに他方の検出ヘッドがバックアップできるように、走行方向に位置をずらせて２本以上搭載されていることが好ましい。この請求項６の発明においては、一方の検出ヘッドのデータが検出異常と判断された場合は、他方の検出ヘッドのデータが正常であるかどうかを確認し、両検出ヘッド間の走行方向の前記方向位置ずれに対応する距離だけデータを補正し、現在位置データとして検出ヘッドデータを切り替えることが好ましい。
【００１３】
また請求項７に記載の本発明の自動走行クレーンは、各クレーンの走行位置検出装置として、請求項１から６の何れかに記載の自動走行クレーンの走行位置検出装置を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、走行レールを支持する横梁の側方にクレーン走行区間の全長にわたり直列に配置された多数の磁気ロッドからの磁束を、クレーン本体に搭載された検出ヘッドにより感知して絶対位置を検出する。この位置検出は光線を使用しないため、レーザ距離計を用いる従来の場合のように隣接するクレーンの影響を受けることがなく、各クレーンの走行位置を検出することができる。また本発明によればレーザ距離計を用いる場合のような反射板は不要であるため、クレーンの周囲に十分な余裕を必要とせず、各クレーンの走行位置を精度よく検出することができる。
【００１５】
しかも２本以上の検出ヘッドを走行方向に位置をずらせて搭載しているので、建屋の伸縮によって磁気ロッドの間隔が変化し、一方の検出ヘッドに検出トラブルが発生した場合にも、他方の検出ヘッドが直ちにバックアップすることができ、常に安定した検出が可能となる。
【００１６】
請求項２のように一定寸法のロッドに複数個の磁石を埋め込んだ磁気ロッドを使用し、請求項３のようにホールセンサを備えた検出ヘッドを用いれば、クレーンの走行に伴って検出ヘッドと磁石との相対的な位置が変化するとホールセンサに生ずる電圧が変化することを利用して、０．１ｍｍの精度で走行位置の検出が可能である。
【００１７】
なお、磁気ロッドおよび走行レールを支持している横梁は、長期間のうちには上下方向にわずかなうねり変形を生ずる可能性があり、また走行レール自体も磨耗する可能性があるが、請求項４のように磁気ロッドを横梁対して高さ調節可能としておけば、検出ヘッドと磁気ロッドとの高さ方向のずれを容易に修正することができ、検出精度の低下を招くことがない。さらに請求項５、６に示すように一方の検出ヘッドが磁気ロッド間のギャップによる検出異常を生じたときに他方の検出ヘッドがバックアップできるようにしておけば、建屋の継ぎ目などにおける検出異常を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は総長が５００ｍを越えるヤード１の全体の概念的な平面図であり、建屋の天井部分に設けられた一対の走行レール２、２の上に、３台のクレーン３が搭載されている。これらのクレーン３は自動走行式の天井クレーンである。このヤード１には前工程からのコイル搬入ライン４及び次工程へのコイル搬出ライン５がそれぞれ複数ライン接続されており、３台のクレーン３はコイル搬入ライン４からの荷卸し、ヤード１内におけるコイルの仮置き、コイル搬出ライン５への積み出しなどを個別に行うものである。３台のクレーン３は図示しない制御装置により制御され、自動走行しながらこれらの作業を行っている。以下に説明する本発明の走行位置検出装置は、各クレーン３に共通のものである。
【００１９】
図２はクレーン３の正面図であり、１０はクレーン本体であるクレーンガーダ、１１はクレーンガーダ１０上を走行できるクラブ、１２はクラブ１１に設けられた巻き上げ装置である。クレーンガーダ１０の両端のサドル部分には車輪１３が設けられており、建屋の横梁１４に支持された走行レール２の上を走行することは従来の天井走行クレーンと同様である。
【００２０】
本発明では、横梁１４の側方に磁気ロッド２０を走行区間の全長にわたり直列に配置し、クレーン本体に搭載した検出ヘッド３０が磁気ロッド２０の発する磁束を検出して、クレーン３の位置検出を行う方式を採用している。
【００２１】
本発明で用いる磁気ロッド２０は、同一長さＬのロッドの内部に複数の磁石を埋め込んだものであり、この実施形態では図３に示すように、同一長さＬのロッドの内部に、３個の磁石２１、２２、２３を埋め込んだものを使用している。図３は２本の磁気ロッド２０を示している。磁石２１と磁石２２との距離をＰ１とし、磁石２２と磁石２３との距離をＰ２とし、磁石２３と次の磁気ロッド２０の磁石２１との距離をＰ３としたとき、Ｐ１の値はどの磁気ロッド２０においても同一である、またＰ２＋Ｐ３の距離も、どの磁気ロッド２０においても同一である。しかしＰ２とＰ３の値自体はわずかに変えてあり、例えば下記の表１のように６種類の磁気ロッド２０が製作されている。これらの６種類の磁気ロッド２０は特定の順序で直列に配置されている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
このような磁気ロッド２０は、図２に示すように横梁１４の側方に配置されている。図４に拡大して示すように、磁気ロッド２０の支持具２４は横梁１４の側方に設けられた支持台２５に対して、高さ調節ができるようにしておくことが好ましい。
【００２４】
一方、検出ヘッド３０は磁気ロッド２０の磁石が発生する磁束をホールセンサにより感知して位置を検出するものである。ホールセンサはホール素子と呼ばれる半導体にバイアス電流を流した状態でこれに直角の磁束が与えられると、ローレンツ力により出力端子間に磁束に比例した起電力が発生することを利用し、磁束密度を検出するセンサである。本発明では、このようなホールセンサを直線上に一定ピッチで配置した検出ヘッド３０を用いる。表１の例では磁気ロッド２０の全長は１９０７ｍｍであるから、１０ｍｍピッチで１９２個のホールセンサを配置した検出ヘッド３０を用いている。
【００２５】
図４に示すように、検出ヘッド３０はクレーン本体から横腕３１を突出させ、その上面に取り付けられている。ホールセンサによる磁束の検出精度を維持するためには、検出ヘッド３０と磁気ロッド２０との間隔は一定範囲内にあることが必要であり、もし走行レール２の磨耗やうねり等のために検出可能範囲を外れてしまったような場合には、前記した磁気ロッド２０の支持具２４の高さを調節し、検出ヘッド３０と磁気ロッド２０との間隔を検出可能範囲内に調節する。センサメーカーが保証する間隔は、１５〜３５ｍｍである。
【００２６】
図５は１本の検出ヘッド３０の各ホールセンサの出力電圧を示す模式図であり、磁気ロッド２０の磁石２１、２２、２３の直前にあるホールセンサの出力がピーク値を示している。前記したようにＰ１、Ｐ２の値は磁気ロッド２０の種類（ナンバー）によって異なるので、検出ヘッド３０がどの磁気ロッド２０のどの位置にあるかを、確実に検出することができる。なおこの方式における検出精度は０.１ｍｍである。
【００２７】
しかし実際には、隣接する磁気ロッド２０、２０の端面間を正確に定めることは困難であり、図３のＰ３の値にばらつきを生じることが避けられない。センサメーカーは±２ｍｍまでのばらつきは吸収できるように検出回路を構成しているが、５００ｍを越えるような大型の建屋に適用した場合にはそれ以上のばらつきが発生し、検出異常が発生する可能性があることが判明した。すなわち、磁気ロッド２０を支持している横梁１４は建屋の柱の上部に固定されているが、建屋自体が昼夜の温度差や季節による温度差によって大きく膨張したり収縮したりする。この建屋自体の伸縮によって横梁１４も伸縮したり移動したりするため、磁気ロッド２０、２０の端面間距離のばらつきが３ｍｍ以上になり、検出異常が発生することがある。もしこのような検出異常が発生すると、制御装置はクレーン３の現在位置を把握できなくなり、最悪の場合にはクレーン３どうしの衝突などの事故を招くこととなるため、安全上自動停止させる必要がある。このような事態が多発するとクレーン稼働率をあげることができず実用的ではない。
【００２８】
そこで本発明では、図６に示すように複数本の検出ヘッド３０、３０をクレーンの走行方向に位置をずらせて搭載し、一方の検出ヘッド３０が建屋の継ぎ目に起因する検出異常を生じたときには、他方の検出ヘッド３０がバックアップできるようにした。この実施形態では２本の検出ヘッド３０をクレーン本体に設置するとともに、検出ヘッド３０の出力を処理してクレーン制御装置に送るコントローラも二重化し、検出異常が発生しても位置検出を正確に行えるようにした。
【００２９】
２本の検出ヘッド３０をどの程度ずらせるのが適当であるかについて、以下に具体的に説明する。先ず、検出異常ＮＧが発生する可能性のある範囲を図７に示す。図７のＣ，Ｄに示すように建屋の支柱間にまたがる位置に設置されている磁気ロッド２０のみならず、図３に示したＰ３側の磁気ロッド２０が建屋の支柱間にまたがる場合についても、検出異常が発生する可能性がある。このため、２本の検出ヘッド３０、３０は片方が検出異常ＮＧが発生する可能性のある位置にあるとき、他方は必ず正常範囲にあるようにしなければならない。
【００３０】
また検出ヘッド３０が検出異常ＮＧが発生する可能性のある範囲から脱しても、通信ラインをリセットして正常復帰する間に２００〜３００ｍｓを要し、その間にクレーンが走行する距離は数百ｍｍに達する。従って一方の検出ヘッド３０が検出異常ＮＧが発生する可能性のある範囲から脱した後にさらに数百ｍｍを走行する間は、他方の検出ヘッド３０は必ず正常範囲にあるようにしなければならない。このため、２つの検出ヘッド３０、３０は、（検出異常ＮＧが発生する可能性のある範囲＋通信ラインをリセットして正常復帰する間に走行する距離）だけは離して設置するものとする。
【００３１】
図６の例では左側の検出ヘッド３０が磁気ロッド２０、２０間の間隔の異常点により検出異常となっても、右側の検出ヘッド３０がバックアップを行い、位置検出を継続する。なおこのためにはそれぞれの検出ヘッド３０が常に位置検出を行っており、通常は片方の検出ヘッド３０の出力に基づいて位置制御を行っているが、検出異常が発生すると同時に他方の検出ヘッド３０の出力に基づいて位置制御を行うように切替えを行えばよい。
【００３２】
この切替えロジックは、例えば次のステップによる。
（１）現在採用している側の検出ヘッドのデータが正常かどうかを判断する。判断基準としては、データが上限値を越えていないか、マイナス値になっていないか、１スキャン中での前回値との差が所定値を越えていないか、などである。
（２）正常であればそのままであるが、異常と判断されたときには、反対側の検出ヘッドのデータが正常かどうかを判断したうえ、切り替える。
（３）このとき、上記した２つの検出ヘッド間の位置ずれに対応する距離だけデータを補正し、現在位置のデータとする。
【００３３】
以上に説明した本発明の自動走行クレーンの走行位置検出装置を用いることにより、全長が５００ｍを越える長距離の走行レール上を自動走行する複数のクレーンの走行位置を、０.１ｍｍの精度で常に正確にかつ迅速に把握することが可能となった。本発明の装置は従来のレーザ距離計とは異なりクレーンの周辺にレーザ光線を反射させるための空間を必要とせず、また建屋の膨張収縮や走行レールの摩耗などにも対応することができる実用性に優れた装置である。本発明によって、従来は不可能とされていた５００ｍを越える長距離走行型のクレーンの自動制御が初めて可能となった。なお上記の実施形態では３台のクレーンを示したが、４台以上であっても同様に制御できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】クレーンが設置されたヤードの全体の概念的な平面図である。
【図２】クレーンの正面図である。
【図３】磁気ロッドの説明図である。
【図４】磁気ロッドと検出ヘッドの取り付け状態の説明図である。
【図５】１本の検出ヘッドの各ホールセンサの出力電圧を示す模式図である。
【図６】２本の検出ヘッドと磁気ロッドとの関係の説明図である。
【図７】磁気ロッド位置と検出異常ＮＧが発生する可能性のある範囲との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ヤード
２  走行レール
３  クレーン
４  コイル搬入ライン
５  コイル搬出ライン
１０  クレーンガーダ
１１  クラブ
１２  巻き上げ装置
１３  車輪
１４  横梁
２０  磁気ロッド
２１  磁石
２２  磁石
２３  磁石
２４  支持具
２５  支持台
３０  検出ヘッド
３１  横腕
【図１】
0005229611.tif 000003
【図２】
0005229611.tif 000004
【図３】
0005229611.tif 000005
【図４】
0005229611.tif 000006
【図５】
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【図６】
0005229611.tif 000008
【図７】
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