(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光の自発光を発する温度を有する長尺体である被測定物の長さを非接触に測定する方法において、
前記被測定物の全体を、その軸方向と概直交する方向から撮像し、
該撮像した被測定物の自発光画像の両側面のエッジをそれぞれ検出し、
このようにして検出した両側面のエッジで挟まれる長尺体軸方向と直交する方向の幅を被測定物の太さとして検出し、
該太さが零ないしあらかじめ設定した閾値を下回る長尺体軸方向の位置を被測定物の先端および尾端として検出し、
前記のようにして検出した先端および尾端の間隔に基づいて、別途定まる視野と実寸の関係より該被測定物の長さを算出する、長尺体の長さ測定方法であって、
上記側面のエッジ探索の範囲の決定に際して、被測定物の全体を撮像した画像の長尺体軸方向に沿った積算値の分布の最大値に基づいて長尺体の軸に直交する方向の探索範囲を限定することを特徴とする、長尺体の長さ測定方法。
【請求項２】
上記側面のエッジ探索の閾値の決定に際して、上記のように限定された円筒軸に直交する方向の探索範囲内において、長尺体の軸と直交する方向に沿った画像の最大値に基づいて、側面のエッジ探索の閾値を決定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の長尺体の長さ測定方法。
【請求項３】
可視光の自発光を発する温度を有する長尺体である被測定物の長さを非接触に測定する装置において、
前記被測定物の全体を、その軸方向と概直交する方向から撮像する手段と、
該撮像した被測定物の自発光画像の両側面のエッジをそれぞれ検出する手段と、
上記側面のエッジ探索の範囲の決定に際して、被測定物の全体を撮像した画像の長尺体軸方向に沿った積算値の分布の最大値に基づいて長尺体の軸に直交する方向の探索範囲を限定する手段と、
このようにして検出した両側面のエッジで挟まれる長尺体軸方向と直交する方向の幅を被測定物の太さとして検出する手段と、
該太さが零ないしあらかじめ設定した閾値を下回る長尺体軸方向の位置を被測定物の先端および尾端として検出する手段と、
前記のようにして検出した先端および尾端の間隔に基づいて、別途定まる視野と実寸の関係より該被測定物の長さを算出する手段と、
を有することを特徴とする、長尺体の長さ測定装置。
【請求項４】
上記側面のエッジ探索の閾値の決定に際して、上記のように限定された円筒軸に直交する方向の探索範囲内において、長尺体の軸と直交する方向に沿った画像の最大値に基づいて、側面のエッジ探索の閾値を決定する手段を備えたことを特徴とする、請求項３に記載の長尺体の長さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管や棒鋼等の長尺体の長さ測定方法及び装置に係り、特にシームレス鋼管に用いるに好適な、被測定物の長さ方向に自発光輝度が不均一であっても精度よく先端および尾端位置を検出することができ、結果として被測定物の長さを精度良く測定することが可能な長尺体の長さ測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状や棒状の長尺物である鋼管や棒鋼等の長さは、製品の最終段階における規格保証の面から重要なだけでなくその製造中の各段階においても、次工程の製造条件を決定する上で重要なパラメータである。
【０００３】
この観点から、従来より種々の測定装置や方法が提案されているが、それらは次の二つに大別される。
【０００４】
一つは、広く搬送材料の通過検知に用いられる光電センサ等を被測定物を搬送するライン上に沿って多数配置し、その検知タイミングと搬送ロールやプッシャーのストローク、あるいはメジャーリングロール等から知れる被測定物の移動距離とから被測定物の長さを検出するものである。
【０００５】
このような構成において、例えばセンサーは搬送ライン上のセンサー位置に被測定物が在る時にＯＮ信号を発するものとすると、まず被測定物を搬送ライン上で移動させ、被測定物の先端の位置基準となるセンサーの信号がＯＮとなった時点において被測定物に沿って何個のセンサーがＯＮとなっているかを検知することでセンサーの配置間隔単位での長さを知ることはできるし、より高精度な検出をするには、例えば先端の基準位置のセンサーがＯＮとなる前後で信号が切り替わった尾端側センサーの切り替わりタイミングにおける被測定物の移動距離から補間することにより被測定物の長さを検出することができる。
【０００６】
また、別の方法としては、特許文献１のように、被測定物の両端部を一次元イメージセンサーを有するカメラで撮像し、各端部における画像に基づいて被測定物の長さを検出する方法がある。
【０００７】
これらの方法において、まず多数の通過センサーを配置する第１の方法は、被測定物の長さが大幅に変化する場合、測定分解能を小さくしたい場合にセンサーの個数が増大してコスト高になり、また通過時間から補間する場合もメジャーリングロール等の測長装置が別途必要になり、また搬送速度が一定でない場合に補間演算に誤差が生じる、などの問題点がある。
【０００８】
これらの問題を解消する別な方法として、被測定物の一端を複数の端部検出装置で検出し、反対端の端部形状をカメラで撮像して画像解析により詳細に端部の位置を求めて長さの測定精度を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１８４２０５号公報
【特許文献２】特開平１０−８２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この方法によっても片端の位置検知のために多数の先端通過センサーを設ける必要があるため、設置コストがかかるという問題点があった。
【００１１】
更に、これらの先端通過センサーとして用いられる光電スイッチや反射型近接スイッチは、鋼管や棒鋼の中間製造過程のような高温の物体に対しては自発光が外乱となって使用できず、また高温の板材の通過検知に通例用いられるＨＭＤ（Hot Metal Detector)を使用した際も、鋼管の場合には端部から火炎や高温のガス噴出がある際に測定誤差が発生する、などの問題点があった。
【００１２】
また、特許文献１に記載の方法は測定精度の向上は期待できるが、二台以上のカメラが必要でありコスト的には不利である。
【００１３】
そこで、長尺の被測定物の全体を一台のカメラで撮像し、その画像を処理して得られる画像中の先尾端位置と撮像距離および光学系から定まる撮像倍率に基づいて被測定物の長さを検知する方法が考えられる。
【００１４】
しかしながら、カメラで長尺の被測定物の画像に基づく長さ検知のために通例用いられる画像処理方法は、被測定物の長さに沿った方向のエッジ検出である。これは被測定物の部位の画像データの輝度値が大きく周辺部の画像データの値が小さい場合に、その中間の値となる位置（画素）を端部として検出するものであり、閾値の決め方としては、画像の長手に沿った輝度分布の最大値と背景の輝度の代表値（平均値ないし最小値）の１／２などとするのが通例であるが、長尺の自発光体にこの方法を用いる場合に、先端部や尾端部は長さ中央部より放熱が早く進んで自発光の輝度が低下し、このような長手方向の輝度分布に基づくエッジ検出では適切に端部の検出ができない可能性がある。
【００１５】
本発明は、前記のような問題点を解決し、一台の撮像手段で低コストな自発光を発する温度を有する長尺の被測定物の長さを測定するにあたって、長手方向に自発光輝度が不均一であっても精度よく先端および尾端位置を検出することで被測定物の長さを精度よく測定できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、可視光の自発光を発する温度を有する長尺体である被測定物の長さを非接触に測定する方法において、前記被測定物の全体を、その軸方向と概直交する方向から撮像し、該撮像した被測定物の自発光画像の両側面のエッジをそれぞれ検出し、このようにして検出した両側面のエッジで挟まれる長尺体軸方向と直交する方向の幅を被測定物の太さとして検出し、該太さが零ないしあらかじめ設定した閾値を下回る長尺体軸方向の位置を被測定物の先端および尾端として検出し、前記のようにして検出した先端および尾端の間隔に基づいて、別途定まる視野と実寸の関係より該被測定物の長さを算出する、長尺体の長さ測定方法であって、上記側面のエッジ探索の範囲の決定に際して、被測定物の全体を撮像した画像の長尺体軸方向に沿った積算値の分布の最大値に基づいて長尺体の軸に直交する方向の探索範囲を限定することにより、前記課題を解決したものである。
【００１８】
ここで、上記側面のエッジ探索の閾値の決定に際して、上記のように限定された円筒軸に直交する方向の探索範囲内において、長尺体の軸と直交する方向に沿った画像の最大値に基づいて、側面のエッジ探索の閾値を決定することができる。
【００１９】
本発明は、又、可視光の自発光を発する温度を有する長尺体である被測定物の長さを非接触に測定する装置において、前記被測定物の全体を、その軸方向と概直交する方向から撮像する手段と、該撮像した被測定物の自発光画像の両側面のエッジをそれぞれ検出する手段と、上記側面のエッジ探索の範囲の決定に際して、被測定物の全体を撮像した画像の長尺体軸方向に沿った積算値の分布の最大値に基づいて長尺体の軸に直交する方向の探索範囲を限定する手段と、このようにして検出した両側面のエッジで挟まれる長尺体軸方向と直交する方向の幅を被測定物の太さとして検出する手段と、該太さが零ないしあらかじめ設定した閾値を下回る長尺体軸方向の位置を被測定物の先端および尾端として検出する手段と、前記のようにして検出した先端および尾端の間隔に基づいて、別途定まる視野と実寸の関係より該被測定物の長さを算出する手段と、を有することを特徴とする、長尺体の長さ測定装置を提供するものである。
【００２１】
更に、上記側面のエッジ探索の閾値の決定に際して、上記のように限定された円筒軸に直交する方向の探索範囲内において、長尺体の軸と直交する方向に沿った画像の最大値に基づいて、側面のエッジ探索の閾値を決定する手段を備えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる自発光を発する温度を有する長尺体の長さ測定技術により、一台の撮像手段による低コストな装置構成によって、被測定物の長さ方向に自発光輝度が不均一であっても精度よく先端および尾端位置を検出することができ、結果として被測定物の長さを精度良く測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の原理を説明するための、自発光を発する温度を有する長尺体を撮像した画像の一例を示す図
【図２】プロジェクション処理により先端および尾端を算出する、従来手法を説明する図
【図３】先端および尾端の検出に水平走査線方向のエッジ検出処理を試みた例を説明する図
【図４】被測定物の胴体部の上下エッジを検出した結果を示すグラフ
【図５】本発明の第１実施形態の処理手順を示すフロー図
【図６】第１実施形態において垂直方向のエッジ探索範囲を絞り込む際のプロジェクション処理の結果を従来例と比較して説明する図
【図７】本発明の第２実施形態の処理手順を示すフロー図
【図８】従来の問題点を示す図
【図９】本発明の第３実施形態の処理手順を示すフロー図
【図１０】本発明を実施するための長尺体の長さ測定装置の実施例１を示す構成図
【図１１】実施例１の装置による測定結果を、作業者の読み取り確認と比較した精度検証結果を示す図
【図１２】本発明を実施するための長尺体の長さ測定装置の実施例２を示す構成図
【図１３】実施例２の装置による測定結果を、作業者の読み取り確認と比較した精度検証結果を示す図
【図１４】本発明を実施するための長尺体の長さ測定装置の実施例３を示す構成図
【図１５】実施例３の装置による測定結果を、作業者の読み取り確認と比較した精度検証結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以降では被測定物である自発光を発する温度を有する長尺体を単に被測定物と表記することとする。
【００２５】
図１は、本発明の測定対象となる自発光を発する温度を有する長尺体を、その全長が視野に入るようにして撮像した画像の一例である。
【００２６】
ここで単純で公知な長さ算出手法としては、図２のように画像の垂直走査線毎の輝度の最大値（垂直プロジェクション）を算出し、そのプロジェクション波形が、あるしきい値を超える位置を被測定物の先端および尾端とする方法が考えらる。
【００２７】
この方法は、視野内に被写体が被測定物しか存在しない場合は有効である。しかしながら実際の生産ラインで得られる画像では、被測定物の自発光が周囲の搬送設備に反射する光や、被測定物近傍に照明その他の発光を有する物体が存在するために、この単純な方法では被測定物の先尾端を誤検出することが懸念される。
【００２８】
あるいは、前記のプロジェクション演算する範囲を限定する、という方法で上記のような問題を回避できそうに見えるが、生産現場での被測定物は、いろいろな長さの中間製品が順不同で搬送され、これらの画像上の位置を限定することは困難である。
【００２９】
また、被測定物画像を概矩形であるとみなして、その左右のエッジを検出し、その両縁の値を先端および尾端とすることも考えられるが、実際の被測定物である鋼管の中間製品では先端や尾端から火炎を発する場合があり、その影響を受けやすいばかりか、図３のように被測定物の視野内での傾きなどの影響でエッジ検出に失敗する場合があり、測定の信頼性が得られなかった。
【００３０】
よって、しきい値判定による長さ算出の前処理として、如何に被測定物の画像の存在範囲を特定するかが本課題を解決する上での鍵となるが、発明者らは、生産現場における撮像テストを鋭意繰り返した結果、被測定物の画像から先尾端位置を検出するには、被測定物の胴体部分の上下両側面のエッジ（以後、それぞれ上エッジ、下エッジと称する）を、それぞれ検出し、該上下のエッジが閉じる位置を先端および尾端とするのが好適であるということを見出した。
【００３１】
すなわち、適切に設定した探索範囲と閾値を用いて、被測定物の画像から胴体部の上エッジ、下エッジを算出し、それらが交差する位置又は上エッジ端部と下エッジ端部の中点を先端および尾端位置とすればよいが、図１の画像に対して上記の演算を行ったのが図4であり、図から判るように、先端および尾端で２本のエッジ検出曲線が交差し、先尾端の位置が的確に検出可能である。あるいは、図４に追加してプロットしたとおり、上エッジと下エッジの差を幅として演算し、その幅がある一定の閾値（図４の例では１０画素）を下回る位置を先端および尾端として検出してもよい。
【００３２】
以上の演算をフロー図にしたのが図５である。即ち、ステップ１００で撮像した後、ステップ１１０で探索範囲、エッジ閾値を決定し、ステップ１２０で、各垂直走査線毎に胴体部の上下エッジ位置を検出し、ステップ１３０で、上下エッジの幅が収束する点を先端および尾端として検出する。
【００３３】
ところで、図１の画像中から上記のエッジ探索範囲を決定するに際して、探索内に被測定物以外の物体が存在すると、それを誤検出する場合がある。通例は、それを防止するための被測定物範囲特定のために、図３に示したようなプロジェクション処理を実施する。ここでプロジェクション処理は、垂直あるいは水平走査線方向に沿った最大値を、その走査線の代表値とするような演算であるが、ここでは水平走査線方向に沿った演算を行った結果を図６（ｂ）に示す通り、元画像で被測定物以外に映り込んでいる工場内照明や、その他の反射成分が外乱波形となっており、正しく被測定物のエッジ探索範囲を絞り込めていない。
【００３４】
このような場合に対して発明者らが追加する第２実施形態の原理は、水平走査線毎に画像の輝度値を加算していく演算手法である（これを以下では「加算プロジェクション」と呼ぶ）。図６（ｃ）に示す加算プロジェクションでは、本来検出すべき８００画素付近に単一のピークを持つなめらかな波形となっている。これは被測定物が概して水平方向を向いていて且つその長さが長いために、水平走査線方向に加算することにより被測定物の画像輝度が、その他の外乱物よりも相対的に強調されるためである。
【００３５】
このようにして算出される水平走査線方向への加算プロジェクションの最大値位置の両方向に、例えば最大値の１／１０を閾値とすることで垂直方向の画像解析範囲を設定することができる。
【００３６】
次に垂直走査線方向の範囲決定であるが、上記のように定まった垂直方向の画像解析範囲内で図１の画像のプロジェクション演算を行えばよく、もし仮に垂直方向のプロジェクションに外乱成分が映り込んで他のピーク成分が発生するような場合は、プロジェクション波形の積算値が最大となる区間を切り出すなどの補助演算を組み合わせればよい。
【００３７】
上記のようにした第２実施形態のフローを図示すると、図７のようになる。即ち、ステップ１００で撮像した後、ステップ１１２で、水平方向への加算プロジェクションを算出し、ステップ１１４で、垂直方向の解析範囲を決定し、ステップ１１６で、垂直方向への最大値プロジェクションを算出し、ステップ１１８で、水平方向の解析範囲を決定し、ステップ１２０で、各垂直走査線毎の探索で胴体部の上下エッジ位置を検出し、ステップ１３０で、上下エッジの幅が収束する点を先端および尾端として検出する。
【００３８】
ここで、別な操業の形態によっては、図８に例示するように、被測定物の長さ方向の輝度が一定でないような場合が発生する可能性がある。このような場合では演算が多少煩雑となるが、エッジ処理の閾値を垂直走査線毎に動的に決定して算出した方が演算の信頼性が向上することが、現場でのデータ採取実験により判明した。ところが丁度、図７において水平方向の探索範囲を決定する際に行った垂直方向への最大値プロジェクションのデータが利用可能であるので、第３実施形態においては、胴体部側面の上側および下側エッジ（上エッジおよび下エッジ）のサーチは、前記解析範囲の垂直走査線毎に輝度が最大となる位置から、輝度値が前記最大値と最小値を適切な比で内分する閾値を下回る位置を検出する、という手法、あるいは、逆に、輝度が最小となる位置から閾値を上回る位置を検出するという手法など、その他のエッジサーチ法を用いるようにすればよい。
【００３９】
以上説明した第３実施形態をフロー図として示したのが図９である。即ち、ステップ１００で撮像した後、ステップ１１２で、水平方向への加算プロジェクションを算出し、ステップ１１４で、垂直方向の解析範囲を決定し、ステップ１１６で、垂直方向への最大値プロジェクションを算出し、ステップ１１８で、水平方向の解析範囲を決定し、ステップ１２２で、各垂直走査線毎の被測定物の最大輝度を元にしきい値を決定して胴体部の上下エッジ位置を検出し、ステップ１３０で、上下エッジの幅が収束する点を先端および尾端として検出する。
【００４０】
以上の説明により、被測定物を撮像した画像から先端と尾端の位置が画素単位で算出されるので、あとは各種知られている画素分解能の設定方法により画素単位を実寸に置き換えて被測定物の長さを算出すればよい。
【実施例１】
【００４１】
図１０は、本発明にかかる自発光を発する温度を有する長尺体の長さ測定装置の一例である実施例１を示す構成図である。
【００４２】
図１０において、１は被測定物、２は搬送装置、３はエリアセンサカメラ（単にカメラとも称する）、４はレンズ、５はカメラ駆動回路、６は例えば電気／光変換器を用いた画像延長送信回路、７は光ファイバケーブル、８は例えば光／電気変換器を用いた画像延長受信回路、９は画像入力回路、１０は演算装置、１１は表示装置、１２は耐熱保護カバーである。
【００４３】
ここにおいて、搬送装置２は被測定物１をある製造工程から次の製造工程に移動させるものであり、被測定物１がカメラ３の露光時間の範囲内で安定して撮影できるように支えるものであればよい。
【００４４】
カメラ３は被測定物１が搬送装置２上にある時に、その全長の自発光画像を撮影するものであり、その配置は被測定物１の全体が見通せて、かつその撮影方向が搬送装置２上の被測定物１の中心線が直交し、かつ撮影方向と前記中心線の交点が撮像視野の凡そ中心に位置するように配置するのが望ましく、その撮影タイミングは、全長が視野内に入るのを検知するか、先端ないし尾端の位置を検知する図示しないリミットスイッチにより決定するような構造であってもよい。
【００４５】
また、撮像視野は、被測定物１の最大長さがカバーできるように、レンズ４の倍率や撮像距離を決定すればよく、カメラ３の画素数としては、被測定物１の長さを９ｍ、検出すべき長さの精度を５ｍｍとして、その半分の分解能を有するように、被測定物方向の画素数を４０００画素程度以上とするのがよい。
【００４６】
更に、カメラ３、レンズ４は熱間での鋼材圧延工程の工場内に設置されるので、耐熱保護カバー１２や図示しない冷却機構を設けるのが好適であり、またカメラ３と画像入力回路９の距離が１０ｍを超える長距離になる場合が多いので、公知の電気・光変換器などを用いた画像延長送信回路６、光ファイバケーブル７、画像延長受信回路８を使用して画像のノイズを抑えるのが好適である。
【００４７】
画像入力回路９は、前記のようにして伝送された画像信号を、演算装置１０内で演算可能な数値データに変換するものであり、通例はパーソナルコンピュータや工業用コンピュータで構成される演算装置１０やカメラ３に合わせて、それらの規格に適合する画像入力ボードとして市販されているものを用いればよい。
【００４８】
演算装置１０は、第１実施形態の図５で説明したような手順に従って、撮影した画像から被測定物１の長さを算出し、且つ長さ単位に変換して表示装置１１に表示するが、エッジ探索に用いる解析範囲やエッジ検出しきい値は、操業現場での撮像テストなどで定まるパラメータとして、図示しない入力装置で設定するかプログラムに内蔵させるとよく、また演算結果は、これも図示しないデータ伝送装置を用いて次工程に情報を送るようにしてもよい。
【００４９】
次に、本実施例の動作について説明する。
【００５０】
図１１は、本実施例の長さ測定装置と、従来測定方法である、ＨＭＤを配列して補間演算を行う測長方式の両者を用いて生産工程中の被測定物を多数同時測定し比較したデータである。較正値として、作業者が搬送装置上の被測定物に沿って設置したスケール（直尺）を用いて実測した結果を用いた。図１１のグラフに示されている通り、従来方法では全体にばらつきが大きく、±１００ｍｍを超える誤差の大きな測定事例も発生しているに対し、本発明の方法では、いずれも１００ｍｍ以内に収まっているなど、測定精度が向上していることが確認された。表１は両者の方法による目視読み取りとの偏差とそのばらつきを集計したものであるが、平均偏差、標準偏差とも実施例１による測定結果の方が従来法より値が小さく、本発明の有効性が確認された。
【００５１】
【表１】
0006015035.tif 000002
【実施例２】
【００５２】
図１２は、本発明の別の実施例２を説明するための構成図であるが、これは実施例１の装置構成において演算装置１０の代わりに図７の演算フローで動作する別の演算装置２０に置き換えたものである。
【００５３】
図１３に、実施例２の装置による測定結果を、作業者の読み取り確認と比較した精度検証結果を示す。又、実施例２と従来法の測定データを前出表１中に比較して示す。
【００５４】
平均偏差、標準偏差とも実施例２による測定結果の方が従来法より値が小さく、本発明の有効性が確認された。
【実施例３】
【００５５】
図１４は、本発明の更に別の実施例３を説明するための構成図であるが、これは実施例１の装置構成において演算装置１０の代わりに図９の演算フローで動作する別の演算装置３０に置き換えたものである。
【００５６】
図１５に、実施例３の装置による測定結果を、作業者の読み取り確認と比較した精度検証結果を示す。又、実施例３と従来法の測定データを前出表１中に比較して示す。
【００５７】
平均偏差、標準偏差とも実施例３による測定結果の方が従来法より値が小さく、本発明の有効性が確認された。
【符号の説明】
【００５８】
１…被測定物
２…搬送装置
３…（エリアセンサ）カメラ
４…レンズ
５…カメラ駆動回路
６…画像延長送信回路
７…光ファイバケーブル
８…画像延長受信回路
９…画像入力回路
１０、２０、３０…演算装置
１１…表示装置
１２…耐熱保護カバー
【図４】
0006015035.tif 000003
【図５】
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【図７】
0006015035.tif 000005
【図９】
0006015035.tif 000006
【図１０】
0006015035.tif 000007
【図１１】
0006015035.tif 000008
【図１２】
0006015035.tif 000009
【図１３】
0006015035.tif 000010
【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図２】
0006015035.tif 000014
【図３】
0006015035.tif 000015
【図６】
0006015035.tif 000016
【図８】
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