(57)【要約】【課題】校正板の製作状態、経年変化、設置条件などによる校正基準面の平坦異常の判断が可能となり、また、校正基準面の平坦異常により被測定対象の鋼板の平坦度計測に及ぼされる計測誤差を軽減できる平坦度計測装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る平坦度計測装置は、平坦度を測定する鋼板の基準高さのデータを提供する校正板上に第１測定用レーザユニットから照射された第１測定用走査線および前記第１測定用レーザユニットの照射方向とは異なる照射方向となるように配置された校正板判定用レーザユニットから前記校正板上に照射された校正板判定用走査線の間の距離にもとづいて、前記校正板の平坦基準の異常を判定する校正基準異常判定機能と、前記校正基準異常判定機能のデータにもとづいて、前記基準高さのデータの補正量を計算する校正基準補正量演算機能と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦度を測定する鋼板の基準高さのデータを提供する校正板上に第１測定用レーザユニットから照射された第１測定用走査線および前記第１測定用レーザユニットの照射方向とは異なる照射方向となるように配置された校正板判定用レーザユニットから前記校正板上に照射された校正板判定用走査線の間の距離にもとづいて、前記校正板の平坦基準の異常を判定する校正基準異常判定機能と、
前記校正基準異常判定機能のデータにもとづいて、前記基準高さのデータの補正量を計算する校正基準補正量演算機能と、
を備えた平坦度計測装置。
【請求項２】
前記基準高さのデータを格納する校正テーブルをさらに備え、
前記校正基準補正量演算機能は、前記補正量にもとづいて、前記校正テーブルに格納された前記基準高さのデータを更新する請求項１記載の平坦度計測装置。
【請求項３】
前記校正板の高さのデータは、前記第１測定用走査線および前記校正板判定用走査線の平行度にもとづいて計算され、
前記平行度は、前記第１測定用走査線および前記校正板判定用走査線の走査方向にわたる前記第１測定用走査線と前記校正板判定用走査線との間の距離変動である請求項２記載の平坦度計測装置。
【請求項４】
前記第１測定用走査線および前記校正板判定用走査線の間の距離変動は、前記第１測定用走査線の第１画像データと、前記第１画像データとは異なるタイミングで取得された前記校正板判定用走査線の第２画像データと、にもとづいて算出される請求項２記載の平坦度計測装置。
【請求項５】
前記校正板の高さのデータは、前記第１測定用走査線と前記校正板判定用走査線との間の距離変動と、前記第１測定用レーザユニットの照射方向と同一の照射方向となるように配置された第２測定用レーザユニットから前記校正板上に照射された第２測定用走査線と前記校正板判定用走査線との間の距離変動と、の２つの距離変動にもとづいて計算され冗長化を可能とし、
前記第１および第２測定用走査線は、前記第１および第２測定用レーザユニットを含むツインビーム型検出器が有する２つの走査線を適用することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の平坦度計測装置。
【請求項６】
前記補正量は、前記第１測定用走査線、前記校正板判定用走査線および前記第２測定用走査線に交差する第１方向に沿う、前記第１測定用走査線と前記校正用走査線との間の距離と、前記校正板判定用走査線と前記第２測定用走査線との間の距離と、の比率にもとづいて計算された請求項５記載の平坦度計測装置。
【請求項７】
前記校正基準異常判定機能は、前記第１測定用走査線および前記第２測定用走査線の間の距離変動である平行度に異常があるときには、基準異常と判定する請求項５記載の平坦度計測装置。
【請求項８】
前記第１および第２レーザユニットから照射された、前記鋼板上の走査線の画像データにもとづいて、前記鋼板の高さを計算する高さ検出機能と、
前記鋼板の高さのデータおよび前記鋼板の搬送速度にもとづいて、前記鋼板の高さの積分値を計算する復元処理部と、
前記積分値にもとづいて、前記鋼板の平坦度を計算する演算機能と、
をさらに備え、
前記高さ検出機能は、前記校正テーブルに格納された基準高さのデータにもとづいて前記鋼板の高さを計算する請求項５〜７のいずれか１つに記載の平坦度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、鉄鋼製造設備において、搬送される鋼板の表面の平坦度を計測する平坦度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
搬送される帯状鋼鈑表面の平坦度の計測は、以下のように行っていた。すなわち、搬送方向に垂直な方向の平坦度については、搬送方向に垂直な方向に複数の検出器を設置し、その複数の検出器で計測された高さデータを繋ぎ合わせることによって平坦度が計測される。また、搬送方向の平坦度については、１箇所の検出器で高さデータを連続的に計測し、その計測データを搬送された長さに応じて整列し、これらを繋ぎ合わせることにより、搬送方向１列の平坦度が算出される。
【０００３】
搬送方向に垂直な方向の平坦度を測定するための複数の検出器については、ポイント計測の検出器を複数設置する方法もあり、ライン状のレーザ光を鋼板に照射する方法もある。ライン状のレーザ光を用いる方法では、１台の検出器により複数の位置の高さデータを検出することができる。
【０００４】
搬送方向の平坦度については、ツインビーム型検出器を用いて、２箇所の高さデータの差分を積算していき平坦度形状を復元することにより、鋼板の振動成分を除去する手法もある。
【０００５】
特許第２９１８７８８号公報にはツインビーム型検出器による平坦度の計測手法が公開されている。
【０００６】
特開２０１２−２５１８１６号公報には、搬送方向と垂直方向にライン状のレーザを照射することにより、１台の検出器により複数の位置の高さデータを検出する方法が公開されている。
【０００７】
これらの平坦度計測において被測定鋼板の高さを検出する際には、平坦面をもつ校正板を予め複数の基準高さに設置して、その複数の基準高さのデータをもとに、被測定鋼板の高さを算定する。
【０００８】
校正板の製作状態、あるいは経年変化、設置条件などにより、校正基準面が平坦から逸脱していた場合には、その非平坦面を平坦基準ととらえることにより、被測定鋼板計測時には、校正基準面の平坦からの逸脱分が誤差として含まれる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９１８７８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５１８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
実施形態は、校正板の製作状態、経年変化、設置条件などによる校正基準面の平坦異常の判断が可能となり、また、校正基準面の平坦異常により被測定対象の鋼板の平坦度計測に及ぼされる計測誤差を軽減できる平坦度計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態に係る平坦度計測装置は、平坦度を測定する鋼板の基準高さのデータを提供する校正板上に第１測定用レーザユニットから照射された第１測定用走査線および前記第１測定用レーザユニットの照射方向とは異なる照射方向となるように配置された校正板判定用レーザユニットから前記校正板上に照射された校正板判定用走査線の間の距離にもとづいて、前記校正板の平坦基準の異常を判定する校正基準異常判定機能と、前記校正基準異常判定機能のデータにもとづいて、前記基準高さのデータの補正量を計算する校正基準補正量演算機能と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態では、平坦度計測装置は、校正基準異常判定機能によって校正板の平坦基準面の異常を判定し、校正基準補正量演算機能によって基準高さのデータの補正量を計算することができるので、校正板の製作状態、経年変化、設置条件などによる校正基準面の平坦異常の判断が可能となり、また、校正基準面の平坦異常により被測定対象の鋼板の平坦度計測に及ぼされる計測誤差を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】平坦度計測装置を備えた鋼板圧延ラインを例示する模式図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施形態に係る平坦度計測装置を例示する模式的な機器構成図である。
【図３】実施形態の平坦度計測装置を例示するブロック図である。
【図４】校正時の取得画像の例である。
【図５】校正時の取得画像の例である。
【図６】校正時の取得画像の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、平坦度計測装置を備えた鋼板圧延ラインを例示する模式図である。
図１に示すように、鋼板の圧延ラインは、粗圧延機１１０や仕上げ圧延機１２０等を用いた複数の圧延工程を含んでいる。これらの工程の入口や出口では、これから圧延され、あるいは圧延された鋼板１の表面の状態をさまざまなパラメータで評価する必要がある。鋼板１の平坦度は、鋼板１の主として表面の状態を表す主要なパラメータである。平坦度計測装置１００は、この図の例では、仕上げ圧延機１２０の後方に設けられており、仕上げ圧延工程通過後に平坦度が計測される。詳細は後述するが、仕上げ圧延機１２０の後方には、測定用レーザユニット２ａ，２ｂおよびカメラユニット３が配置されている。平坦度計測装置１００は、これらによる鋼板上に描かれた走査線の画像データを取得して、画像データにもとづいて、平坦度を測定する。
【００１６】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施形態に係る平坦度計測装置の一部を例示する模式的な機器構成図である。
図２（ａ）に示すように、鋼板１は、その表面の平坦度を計測する対象であり、搬送装置（図示せず）により図中の矢印の方向に搬送される。本実施形態では、２つの測定用レーザユニット２ａ，２ｂを用いる。このような２つの測定用レーザユニット２ａ，２ｂを含むツインビーム型検出器を用いることによって、鋼板１の表面の振動成分を除去することができる。測定用レーザユニット２ａ，２ｂは、搬送方向にほぼ垂直な方向にレーザ光を照射して、２本のライン状レーザを計測ポイントに照射する。以下では、鋼板等の計測面上に描かれたライン状レーザの軌跡を走査線と呼ぶことがある。
【００１７】
カメラユニット３は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂにより照射された２本のレーザの反射光を２次元の画像（走査線の画像）として撮影する。この例では、カメラユニット３は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂのレーザ光の照射角度とは、角度をなして設けられており、レーザ光の照射角度とは異なる角度となる位置に配置されている。つまり、カメラユニット３は、鋼板１の表面上に描かれた２本の走査線を斜め方向から撮影する。走査線を斜め方向から撮影することによって、鋼板１上に照射されている走査線の凹凸をより明確にとらえることができる。
【００１８】
平坦度計測装置は、このように撮影された２次元画像を画像解析することによって、鋼板１の平坦度を計測する。
【００１９】
実施形態の平坦度計測装置では、鋼板１の表面の平坦度を計測する前に、測定面の基準高さとなる平面による校正作業を行う。図２（ｂ）に示すように、この校正作業では、鋼板１の代わりに校正板４を用いる。校正板４は、計測前に、計測ポイント（測定用レーザの照射位置）に設置され、基準となる複数の高さの平坦面を作るものである。この校正作業において、校正板４の表面（以下、校正基準面という。）が平坦から逸脱している場合には、実質的に平坦となるように、平坦度計測装置は、校正基準面のための補正値を計算する。
【００２０】
校正基準面の補正値を計算するために、平坦度計測装置では、校正板判定用レーザユニット５を用いる。校正板判定用レーザユニット５は、計測用として照射される測定用レーザユニット２ａ，２ｂから、搬送方向の上流または下流に角度をつけた位置から、測定用レーザユニット２ａ，２ｂの２本のレーザと平行にライン状レーザを照射する。この例では、校正板判定用レーザユニット５のレーザ光の照射方向は、カメラユニット３とは反対側に角度をつけて配置されている。校正板判定用レーザユニット５のレーザ光の照射方向の角度は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂのレーザ光の照射方向の角度およびカメラユニット３の配置角度に対して異なる角度であればよく、図中の位置に限られない。
【００２１】
校正板判定用レーザユニット５が照射するレーザ光の走査線は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂのそれぞれの走査線の間となるように設定される。なお、校正板判定用レーザユニット５は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂと平行であればよく、必ずしもこれらの間でなくてもよい。測定用レーザユニット２ａ、２ｂが照射するレーザ光の走査線Ｓ１，Ｓ２は、校正板４上でほぼ平行になるように調整されている。
【００２２】
実施形態の平坦度計測装置では、校正板４上に描かれた３本の走査線Ｓ１，Ｓｃ，Ｓ２の平行度や走査線同士の走査方向にわたる距離等にもとづいて、校正板４の表面の状態を検出して、校正基準面の高さの補正値を計算する。
【００２３】
カメラユニット３によって撮影された校正板４上の走査線Ｓ１，Ｓｃ，Ｓ２の画像データは、平坦度計測装置によって取得され、画像解析される。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る平坦度計測装置を例示するブロック図である。
図３に示すように、平坦度計測装置１００は、校正基準異常判定機能３０と、校正基準補正量演算機能４０と、を備える。平坦度計測装置１００は、校正テーブル２０をさらに備えてもよい。
【００２５】
校正基準異常判定機能３０は、校正段階でカメラユニット３によって取得された走査線の画像データＰｃにもとづいて、校正板４の校正基準面の高さの平面が正常な範囲にあるか否かを判定する。校正基準異常判定機能３０は、校正板４の基準面の高さが異常であると判定した場合には、校正板４の基準面の高さのデータを校正基準補正量演算機能４０にわたし、校正基準面の補正計算を行う。また、校正基準異常発報機能３１によって、校正基準面の高さの平面が異常である旨を通報する。たとえば、校正基準異常発報機能３１は、校正板が異常である旨の表示や音声を制御装置の表示器やスピーカ等から出力する。
【００２６】
校正基準異常判定機能３０による基準面の不良の判定は、たとえば、校正時の画像データＰｃにおいて、測定用レーザユニット２ａ，２ｂの反射光と、校正板判定用レーザユニット５の反射光の平行度に異常が見られた場合に不良と判定する。
【００２７】
平行度異常の判定は、測定用レーザユニット２ａ，２ｂの１方のレーザ反射光と、校正板判定用レーザユニット５の反射光の距離変動を測定することにより行う。一方と他方とで冗長に平行度を測定してもよい。
【００２８】
校正板判定用レーザユニット５の反射光と測定用レーザユニット２ａ，２ｂの反射光２本との距離の比率を測定してもよい。
【００２９】
図４〜図６は、校正時の取得画像の例である。
図４には、仮の搬送方向が破線の矢印で示されている。校正段階では、校正板４は搬送されないので、仮の搬送方向としている。仮の搬送方向に垂直な方向は、鋼板１（校正板４）の幅方向である。
【００３０】
図４に示すように、校正時の画像データＰｃには、測定用レーザユニット２ａ，２ｂによる走査線Ｓ１，Ｓ２の画像データおよび校正板判定用レーザユニット５による走査線Ｓｃの画像データを含んでいる。
【００３１】
走査線の平行度は、測定用レーザユニット２ａによる走査線Ｓ１および校正板判定用レーザユニット５による走査線Ｓｃの距離ｄ１によって計測される。この距離ｄ１は、校正板４の幅方向にわたって計測される。図４の場合、走査線Ｓ１，Ｓｃ間では、幅方向の矢印の正方向に距離ｄ１が狭くなっている。また、測定用レーザユニット２ｂによる走査線Ｓ２および校正板判定用レーザユニット５による走査線Ｓｃの間隔のデータを用いて平行度を計測してもよい。この場合には、２種類の平行度を冗長に測定して、異常判定を行ってもよいし、一方のみの平行度によって異常判定を起こってもよい。
【００３２】
走査線Ｓ１，Ｓｃ間の距離ｄ１と、走査線Ｓｃ，Ｓ２間の距離ｄ２との比率ｋ（＝ｄ１／ｄ２）を、校正板４の幅方向にわたって計測し、比率ｋの幅方向にわたる変動にもとづいて、校正板４の歪みや曲がり等の異常を判定することもできる。
【００３３】
図５の最下段の図には、走査線Ｓｃが走査線Ｓ１に交差している場合の画像データＰｃの例が示されている。画像データＰｃに３本の走査線Ｓ１，Ｓｃ，Ｓ２のデータが含まれている場合に、３本まとめて画像解析を行うと、交差した画像を１本の走査線と判定することがある。そこで、この例では、測定用レーザユニット２ａ，２ｂによる走査線Ｓ１，Ｓ２の画像（図５の最上段の図）と、校正板判定用レーザユニット５による走査線Ｓｃの画像データ（図５の中央の図）とを別々に撮像して、それぞれ画像データＰｃ１，Ｐｃ２に変換する。取得されたそれぞれの画像データＰｃ１，Ｐｃ２について画像解析を行い、解析結果を加算して平行度や距離の比率変動のデータを計算する。
【００３４】
図６には、測定用レーザユニット２ａ，２ｂの走査線Ｓ１，Ｓ２の平行度が異常である場合の例が示されている。たとえば、校正基準異常判定機能３０は、Ｓ１，Ｓ２の平行度の異常に関するしきい値（平行度の異常限度）を有している。校正基準異常判定機能３０は、Ｓ１，Ｓ２の平行度が、異常を示すしきい値を超えた場合には、校正基準発報機能を介して異常である旨を出力する。それとともに、校正基準異常判定機能３０は、計測を中止し、校正テーブル２０の更新等を行わないようする等の保護機能をもたせることもできる。
【００３５】
校正基準補正量演算機能４０は、校正基準異常判定機能３０で取得された走査線の平行度または線間の比率のデータにもとづいて、校正基準面の高さの補正値を計算する。校正基準補正量演算機能４０は、たとえば平行度（距離変動）または比率変動のデータにより、校正板基準高さおよび平面の不良（凹凸×傾き＝高さの誤差）を算定し、校正時の基準面の高さの補正量を算出する。
【００３６】
校正基準補正量演算機能４０は、校正基準面高さの補正量にもとづき、カメラ画像内のレーザ反射光アドレスと高さとの相関関係が記憶される校正テーブル２０の高さ情報を修正する。校正テーブル２０は、校正基準補正量演算機能４０によって、校正基準面の高さの補正データが計算されるたびに、補正データによって更新される。
【００３７】
平坦度計測装置１００は、高さ検出機能１０と、ツインレーザ復元処理部１１と、搬送方向平坦度演算機能１２と、搬送垂直方向平坦度演算機能１３と、平坦度演算結果出力機能１４と、をさらに備えてもよい。
【００３８】
高さ検出機能１０は、計測時カメラ画像から校正テーブル２０を参照して、測定用レーザユニット２ａ，２ｂが鋼板１の表面を照射している走査線上のサンプル位置における高さを検出する。
【００３９】
ツインレーザ復元処理部１１は、測定用レーザ２ａ，２ｂの高さの偏差を搬送方向に搬送速度情報を元に積分していくことにより搬送方向の高さ推移を復元する。搬送方向平坦度演算機能１２はツインレーザ復元処理部１１により復元された搬送方向の高さ推移から平坦度（急峻度、Ｉユニット、伸び率）を算出する。搬送垂直方向平坦度演算機能１３は、高さ検出機能１０により検出された、測定用レーザ２ａ，２ｂの走査線上のサンプル位置における高さ情報から、搬送垂直方向の平坦度（急峻度、Ｉユニット、伸び率）を算出する。平坦度演算結果出力機能１４は、算出された平坦度データを表示画面や他制御装置などに出力を行う。
【００４０】
校正テーブル２０は、校正板４のカメラ画像にもとづいて取得された、カメラ画像内のレーザ反射光アドレスと高さとの相関関係を記憶する。搬送速度データ２１は搬送装置により搬送される鋼板１の搬送速度を示し、搬送ロールの回転速度などから検出される。校正テーブル２０は、たとえば平坦度計測装置１００の内部の補助記憶装置に格納されてもよいし、平坦度計測装置１００に通信ネットワーク等で接続された外部記憶装置に格納されていてもよい。
【００４１】
搬送方向平坦度演算機能１２は、復元処理された鋼板１の測定面について、搬送方向に沿った平坦度を計算して出力する。
【００４２】
搬送垂直方向平坦度演算機能１３は、復元処理された鋼板１の測定面について、鋼板１の幅方向の平坦度を計算して出力する。
【００４３】
平坦度演算結果出力機能１４は、計算され出力された上述の平坦度のデータについて、バッファリングして、適切な出力装置に接続するインタフェース機能を提供する。
【００４４】
このように、実施形態の平坦度計測装置１００は、校正基準異常判定機能３０を備えているので、校正板の校正基準面の高さの平面の異常の有無を判定することができる。そのため、校正基準面の平坦が逸脱していることが事前に認識されることができる。そして、平坦度計測装置１００は、校正基準補正量演算機能４０を備えているので、校正板４の校正基準面が平坦から逸脱している場合であっても、校正基準面の補正量を計算し、計算された補正量にもとづいて、鋼板１の計測時に計測データの補正を行うことができるので、より正確な計測をすることができる。
【００４５】
以上説明した実施形態によれば、校正板の製作状態、経年変化、設置条件などによる校正基準面の平坦異常の判断が可能となり、また、校正基準面の平坦異常により被測定対象の鋼板の平坦度計測に及ぼされる計測誤差を軽減できる平坦度計測装置を実現することができる。
【００４６】
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】
【００４７】
１  鋼板、２ａ，２ｂ  測定用レーザユニット、３  カメラユニット、４  校正板、５  校正板判定用レーザユニット、６  電動機駆動制御装置、７  冷却ファン駆動制御装置、１０  高さ検出機能、１１  ツインレーザ復元処理部、１２  搬送方向平坦度演算機能、１３  搬送垂直方向平坦度演算機能、１４  平坦度演算結果出力機能、２０  校正テーブル、２１  搬送速度データ、３０  校正基準異常判定機能、３１  校正基準異常発報機能、４０  校正基準異常判定機能、  １００  平坦度計測装置、１１０  粗圧延機、１２０  仕上げ圧延機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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