(57)【要約】【課題】熱間丸棒体の断面形状を計測するに際し、該熱間丸棒体の正確な回転角度を知ることができなくても、当該断面形状を精度よく計測する。【解決手段】軸心廻りに回転可能な熱間丸棒体Ｗの断面計測位置に向けて軸心に垂直なスリット光を投光し、スリット光を撮像して断面計測位置での熱間丸棒体Ｗの部分断面パターンを撮像し、このときの熱間丸棒体Ｗの外周面を撮像して部分断面パターンとセットとなる濃淡画像を取得し、その後に熱間丸棒体Ｗを軸心廻りに所定量回転させ、これらを繰り返し行って熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得し、各濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせる。【選択図】図５
2008134148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心廻りに回転可能な熱間丸棒体の断面計測位置に向けて前記軸心に垂直なスリット光を投光し、該スリット光を撮像して前記断面計測位置での熱間丸棒体の部分断面パターンを撮像する部分断面撮像工程と、
前記熱間丸棒体の外周面を撮像して前記部分断面パターンとセットとなる濃淡画像を取得する濃淡画像撮像工程と、
前記部分断面撮像工程と濃淡画像撮像工程とを終えた後に前記熱間丸棒体を軸心廻りに所定量回転させる回転工程と、
を有し、前記部分断面撮像工程、濃淡画像撮像工程、回転工程を繰り返し行って前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得するデータ収集工程と、
前記データ収集工程により得られた各濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせ、前記断面計測位置での熱間丸棒体の断面形状を得る合成工程と、
を有することを特徴とする断面形状計測方法。
【請求項２】
前記データ収集工程は、
前記熱間丸棒体の一端から他端の間に設けられた複数の断面計測位置で前記部分断面撮像工程を行う複数断面取得工程を行った後、
各断面計測位置で濃淡画像撮像工程を行う複数画像取得工程を行い、その後、
前記回転工程を行い、
前記複数断面取得工程、複数画像取得工程及び回転工程を繰り返して各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の断面形状計測方法。
【請求項３】
前記熱間丸棒体の一端から他端に向けて順次前記複数断面取得工程を行った後、
前記熱間丸棒体の他端から一端に向けて順次前記複数画像取得工程を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の断面形状計測方法。
【請求項４】
前記データ収集工程は、
前記熱間丸棒体の一端から他端までの間に設けられた複数の断面計測位置ごとに前記部分断面撮像工程と濃淡画像撮像工程とを行うセット取得工程を行った後、
前記回転工程を行い、
前記セット取得工程と回転工程とを繰り返して各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の断面形状計測方法。
【請求項５】
前記データ収集工程は、
設定された断面計測位置ごとに前記部分断面撮像工程と、濃淡画像撮像工程と、回転工程とを繰り返す一周セット取得工程を行うことにより、各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットとを得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の断面形状計測方法。
【請求項６】
前記合成工程は、
前記断面計測位置での回転工程前の濃淡画像と当該回転工程後の濃淡画像の相関から両濃淡画像の間に生じているずれを算出するずれ算出工程と、
前記ずれ算出工程により算出されたずれに基づいて部分断面パターンを合成する部分断面合成工程と、
を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の断面形状計測方法。
【請求項７】
回転装置に軸心廻りに回転可能に支持された熱間丸棒体を撮像する撮像ヘッダと、該撮像ヘッダからの情報を処理する処理装置とを備え、
前記撮像ヘッダは、
前記熱間丸棒体に設定された断面計測位置に向けて前記軸心に垂直なスリット光を投光するスリット投光器と、該スリット光及び前記熱間丸棒体の外周面を撮像する撮像装置とを備え、
前記処理装置は、
前記撮像装置により撮像された前記スリット光を部分断面パターンとして記憶する断面パターン記憶手段と、
前記撮像装置により撮像された前記熱間丸棒体の外周面を濃淡画像として記憶する濃淡画像記憶手段と、
当該部分断面パターンと濃淡画像とを組とするセット手段と、
該濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせて前記断面計測位置での熱間丸棒体の断面形状を得る合成手段と、
を備えていることを特徴とする断面形状計測装置。
【請求項８】
前記合成手段は、
前記断面計測位置での回転工程前の濃淡画像と当該回転工程後の濃淡画像の相関から両濃淡画像のずれを算出するずれ算出手段と、
前記ずれ算出手段により算出されたずれに基づいて部分断面パターンを合成する部分断面合成手段と、
を有していることを特徴とする請求項７に記載の断面形状計測装置。
【請求項９】
前記スリット投光器から投光されるスリット光は、前記熱間丸棒体から放射される主波長とは異なる波長を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の断面形状計測装置。
【請求項１０】
前記撮像装置は、カメラ装置と、該カメラ装置の光軸上に配備されて前記スリット光の波長を通過可能な光学フィルタとを備え、前記カメラ装置の絞りは、スリット光を撮像するスリット光撮像状態と、前記濃淡画像を撮像する濃淡画像撮像状態との間で拡縮自在とされていることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れかに記載の断面形状計測装置。
【請求項１１】
前記光学フィルタは、前記カメラ装置の光軸上に位置した状態と前記光軸から外れた状態との間で移動自在とされていることを特徴とする請求項１０に記載の断面形状計測装置。
【請求項１２】
前記撮像装置は、光軸に前記スリット光の波長を通過可能な光学フィルタを配備したスリット光撮像用カメラ装置と、前記濃淡画像を撮像する濃淡画像撮像用カメラ装置とを備えていることを特徴とする請求項７又は請求項９に記載の断面形状計測装置。
【請求項１３】
前記撮像ヘッダは、前記回転装置に支持された熱間丸棒体の軸心と平行に移動可能とされていることを特徴とする請求項７乃至請求項１２の何れかに記載の断面形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造作業中のクランクシャフト等、熱間中の丸棒体（以下、熱間丸棒体という）の断面形状を計測する断面形状計測方法及び断面形状計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温（約１０００℃）に加熱した熱間丸棒体にハンマ等による打撃によりプレス加工を施す鍛造工程を経ることによってクランクシャフト等の鍛造品が形成されている。
上記鍛造工程においては、寸法精度の高い鍛造品の形成を目的として、該鍛造工程中に熱間丸棒体の断面形状を１〜複数位置に亘って計測する。従来、同一断面計測位置にスリット光を投光して一周分の部分断面パターンを取得し、これら複数の部分断面パターンを互いの凹凸形状（特徴点）を手掛かりとして繋ぎ合わせ、これによって該断面計測位置での断面形状を得る光切断法の手法が用いられている。
【０００３】
しかし、上記鍛造工程においては、熱間丸棒体を真円断面に形成していくので、特に鍛造終了間際の熱間丸棒体の断面形状は略円形であると共に、その外周面には特徴点となるべき凹凸は僅かに存在するに過ぎない。このため、断面計測位置にて熱間丸棒体一周分の部分断面パターンを取得しても、これらを繋ぎ合わせることはきわめて困難なものとなり、好ましくない。
これに対し、特許文献１には、鍛造シャフトを軸廻りに一定角度回転させるごとに、鍛造シャフトの円柱側面にスリット光を投光し、該円柱側面に投光されたスリット画像を撮像した画像から円柱側面の部分断面パターンを得ることとし、これら部分断面パターンの重複部分が最も良くあうように接続することで全体断面形状を得る測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開平０８−３０４０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の測定装置によれば、鍛造シャフトの回転角度に基づいて画一的に各部分断面パターンを割り付けていくものであるため、当該回転角度を精度良く計測することが必須であるが、上述の如き大型鍛造品を回転させるマニプレータ等の回転装置においては、分単位若しくは秒単位での正確な回転角度情報を得ることは実際上きわめて困難であり、該測定装置の構成を採用することができない問題があった。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、熱間丸棒体の断面形状を計測するに際し、該熱間丸棒体の正確な回転角度を知ることができなくても、当該断面形状を精度よく計測することができる断面形状計測方法及び断面形状計測装置を提供するようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、断面形状計測方法において、
軸心廻りに回転可能な熱間丸棒体の断面計測位置に向けて前記軸心に垂直なスリット光を投光し、該スリット光を撮像して前記断面計測位置での熱間丸棒体の部分断面パターンを撮像する部分断面撮像工程と、
前記熱間丸棒体の外周面を撮像して前記部分断面パターンとセットとなる濃淡画像を取得する濃淡画像撮像工程と、
前記部分断面撮像工程と濃淡画像撮像工程とを終えた後に前記熱間丸棒体を軸心廻りに所定量回転させる回転工程と、
を有し、前記部分断面撮像工程、濃淡画像撮像工程、回転工程を繰り返し行って前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得するデータ収集工程と、
前記データ収集工程により得られた各濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせ、前記断面計測位置での熱間丸棒体の断面形状を得る合成工程と、
を有することを特徴としている。
【０００６】
これによれば、データ収集工程により熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットが形成される。
ここで、熱間丸棒体が略円形に形成されると共に外周を略面一に仕上げられる鍛造工程の終盤においては、上記部分断面撮像工程により得られる部分断面パターンは、何ら特徴のない円弧状となり、かかる部分断面パターンだけを同一断面計測位置で一周分得たとしても、これらを繋ぎ合わせることは困難である。
そこで、本願発明においては、部分断面撮像工程に併せて濃淡画像撮像工程を行うことにより、部分断面パターンと濃淡画像をセットとし、該濃淡画像によって部分断面パターンを特徴づけることとしている。
【０００７】
ここで、濃淡画像とは熱間丸棒体の外周表面の模様を撮像したものである。鍛造作業中の熱間丸棒体の表面は、酸化スケールが張り付いた部分や該酸化スケールが剥がれ落ちて赤熱状態がむき出しとなった部分等により、形状としては凹凸が殆どない一方、これら酸化スケールや赤熱部が多様な模様となって現れる。この様な模様を濃淡画像として撮像し、該濃淡画像と部分断面パターンをと一つのデータセットとして組み合わせることにより、特徴となる部分を有していない部分断面パターンを濃淡画像によって特徴づけることができる。
【０００８】
これにより、合成工程にて各濃淡画像に基づいて各部分断面パターンを繋ぎ合わされ、当該断面計測位置における熱間丸棒体の断面形状を得ることができることとなるのである。
また、前記データ収集工程は、
前記熱間丸棒体の一端から他端の間に設けられた複数の断面計測位置で前記部分断面撮像工程を行う複数断面取得工程を行った後、
各断面計測位置で濃淡画像撮像工程を行う複数画像取得工程を行い、その後、
前記回転工程を行い、
前記複数断面取得工程、複数画像取得工程及び回転工程を繰り返して各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得する、
ことが好ましい。
【０００９】
これによれば、熱間丸棒体の軸方向に複数の断面計測位置を設定して各断面計測位置にて熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得することができる。また、熱間丸棒体を一回転させるだけで、これら全ての断面計測位置で熱間丸棒体一周分のデータセットを得ることができ、計測時間の短縮化が図られる。
その後、合成工程を経ることにより、各断面計測位置での断面形状を一度に得ることができる。
したがって、熱間丸棒体の一端から他端の間で断面計測位置を細かく設けることにより、熱間丸棒体の全体形状をきわめて高精度に把握することができる。一方、断面計測位置を２〜３箇所程度の少数とすると、熱間丸棒体のおおよその形状を短時間のうちに把握することができる。
【００１０】
また、前記熱間丸棒体の一端から他端に向けて順次前記複数断面取得工程を行った後、
前記熱間丸棒体の他端から一端に向けて順次前記複数画像取得工程を行う、
ことが好ましい。
これによれば、例えば第１の回転角度状態に維持されている熱間丸棒体の一端から他端までの間で撮像位置を往復させることにより、該回転角度状態における各断面計測位置での部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを得ることができ、その後、熱間丸棒体を所定量回転させて第２の回転角度状態に設定した後、再び熱間丸棒体の一端から他端までの間で撮像位置を往復することで当該回転角度状態における各断面計測位置での部分断面パターンと濃淡画像とのデータセットを取得することができる。この工程を繰り返すことにより、各断面計測位置での一周分のデータセットを同時に得ることができる。
【００１１】
また、前記データ収集工程は、
前記熱間丸棒体の一端から他端までの間に設けられた複数の断面計測位置ごとに前記部分断面撮像工程と濃淡画像撮像工程とを行うセット取得工程を行った後、
前記回転工程を行い、
前記セット取得工程と回転工程とを繰り返して各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得する、
ことも好ましい。
【００１２】
これによれば、例えば第１の回転角度状態に維持されている熱間丸棒体の一端から他端に向けて撮像位置を往動させるだけで、該回転角度状態における各断面計測位置での部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを得ることができる。そして、熱間丸棒体を所定量回転させて第２の回転角度状態に設定すると共に撮像位置を熱間丸棒体の一端側に戻した後、再び熱間丸棒体の一端から他端まで撮像位置を往動させることで当該回転角度状態における各断面計測位置での部分断面パターンと濃淡画像のデータセットを取得することができる。この工程を繰り返すことにより、各断面計測位置での一周分のデータセットを同時に得ることができる。
【００１３】
また、前記データ収集工程は、
設定された断面計測位置ごとに前記部分断面撮像工程と、濃淡画像撮像工程と、回転工程とを繰り返す一周セット取得工程を行うことにより、各断面計測位置での前記熱間丸棒体一周分の部分断面パターンと濃淡画像のデータセットとを得る、
ことも好ましい。
また、前記合成工程は、
前記断面計測位置での回転工程前の濃淡画像と当該回転工程後の濃淡画像の相関から両濃淡画像の間に生じているずれを算出するずれ算出工程と、
前記ずれ算出工程により算出されたずれに基づいて部分断面パターンを合成する部分断面合成工程と、
を有していることが好ましい。
【００１４】
本発明においては、光切断法の手法を用いて部分断面パターンを繋ぎ合わせることにより熱間丸棒体の断面形状を得ることとしているので、前記回転工程における熱間丸棒体の回転角度は数°〜十数°程度であり、回転の前後における部分断面パターン及び濃淡画像はそれぞれ重なり合った部分を有している。
したがって、上記合成工程のずれ算出工程にて回転工程前後の各濃淡画像の重なり合った部分を一致させることにより、これらのデータセットの間に生じているずれが算出され、該ずれに基づいて前記各濃淡画像に付随する各部分断面パターンを部分断面合成工程により重ね合わせることにより、これら２つの部分断面パターンを滑らかに繋ぎ合わせることができる。
【００１５】
また、この様な合成を各回転工程の前後で得られる全てのデータセット間で行うことにより、当該断面計測位置での熱間丸棒体の断面形状を得ることができるのである。
また、この様な断面形状計測方法を可能とする装置として、
回転装置に軸心廻りに回転可能に支持された熱間丸棒体を撮像する撮像ヘッダと、該撮像ヘッダからの情報を処理する処理装置とを備え、
前記撮像ヘッダは、
前記熱間丸棒体に設定された断面計測位置に向けて前記軸心に垂直なスリット光を投光するスリット投光器と、該スリット光及び前記熱間丸棒体の外周面を撮像する撮像装置とを備え、
前記処理装置は、
前記撮像装置により撮像された前記スリット光を部分断面パターンとして記憶する断面パターン記憶手段と、
前記撮像装置により撮像された前記熱間丸棒体の外周面を濃淡画像として記憶する濃淡画像記憶手段と、
当該部分断面パターンと濃淡画像とを組とするセット手段と、
該濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせて前記断面計測位置での熱間丸棒体の断面形状を得る合成手段と、
を備えているものが挙げられる。
【００１６】
また、前記合成手段は、
前記断面計測位置での回転工程前の濃淡画像と当該回転工程後の濃淡画像の相関から両濃淡画像のずれを算出するずれ算出手段と、
前記ずれ算出手段により算出されたずれに基づいて部分断面パターンを合成する部分断面合成手段と、
を有していることは好ましい。
かかる装置に対し、前記スリット投光器から投光されるスリット光は、前記熱間丸棒体から放射される主波長とは異なる波長を有することは好ましい。
【００１７】
これにより、より明確にスリット光を部分断面パターンとして取得することができる。
また、前記撮像装置は、カメラ装置と、該カメラ装置の光軸上に配備されて前記スリット光の波長を通過可能な光学フィルタとを備え、前記カメラ装置の絞りは、スリット光を撮像するスリット光撮像状態と、前記濃淡画像を撮像する濃淡画像撮像状態との間で拡縮自在とされていることは好ましい。
これによれば、絞りを適宜調整することにより、１台のカメラ装置でスリット光を撮像することができると共に、濃淡画像を撮像することができる。
【００１８】
また、前記光学フィルタは、前記カメラ装置の光軸上に位置した状態と前記光軸から外れた状態との間で移動自在とされていることが好ましい。
これにより、より明確に濃淡画像を取得することができる。
また、前記撮像装置は、光軸に前記スリット光の波長を通過可能な光学フィルタを配備したスリット光撮像用カメラ装置と、前記濃淡画像を撮像する濃淡画像撮像用カメラ装置とを備えていることも好ましい。
これにより、各撮像装置の絞りの操作や光学フィルタの取外し等の操作をする必要がなくなるため、作業性が向上することとなる。
【００１９】
さらに、前記撮像ヘッダは、前記回転装置に支持された熱間丸棒体の軸心と平行に移動可能とされていることは好ましい。
これにより、熱間丸棒体の一端から他端までの間を往復する撮像ヘッダを該熱間丸棒体の軸心に沿って正確に平行移動させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱間丸棒体の断面形状を計測するに際し、該熱間丸棒体の正確な回転角度を知ることができなくても、当該断面形状を精度よく計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１及び図２に示す本実施形態の断面形状計測装置１は、熱間丸棒体Ｗの軸心直交方向の断面形状を非接触で計測するものである。
なお、本実施の形態においては、大型船舶のエンジンを構成するクランクスロー等、鋼塊重量が１５ｔｏｎ、直径Ｄが３００〜１０００ｍｍ、軸方向の長さが数１０００ｍｍ程度の大きさを有する鍛造ワークを熱間丸棒体Ｗとしている。熱間丸棒体Ｗは、回転装置２により軸心廻りに回転自在に支持された状態でプレス装置３に収容されている。
【００２２】
プレス装置３は、ベッド４と、該ベッド４の上方に配備されたプレスピストン５とを備えている。熱間丸棒体Ｗは、軸心を水平方向に向けた状態でベッド４上に載置されている。該ベッド４上に載置された熱間丸棒体Ｗに向けてプレスピストン５を降下させることにより、該熱間丸棒体Ｗにプレス加工が施される。
回転装置２は、熱間丸棒体Ｗの一端から突出する軸部を把持するマニプレータ６と、該マニプレータ６に回転駆動を付与する駆動装置７とを備えている。また、該回転装置２は、例えば押しボタン操作で熱間丸棒体Ｗを回転させるものであって、熱間丸棒体Ｗを軸心廻りに所定角度回転させることができるものの、分単位や秒単位での正確な回転精度を有するものとはなっていない。
【００２３】
なお、回転装置２としては、熱間丸棒体Ｗの軸心に平行な回転軸を有するスプロケットと前記軸部とに亘ってチェーンを巻き掛け、該スプロケットに回転駆動力を付与するチェーン駆動装置を採用することもできる。また、該チェーン駆動装置を熱間丸棒体Ｗの両軸部に配備することも可能である。
断面形状計測装置１は、熱間丸棒体Ｗの外周側面を撮像する撮像ヘッダ１０と、該撮像ヘッダ１０からの情報を処理する処理装置１１とを備えている。撮像ヘッダ１０は、移動装置１３に支持されている。
【００２４】
移動装置１３は、熱間丸棒体Ｗの軸心と平行に延びるレール１４と、該レール１４上を転動する転輪を有する台車１５とを備えて構成されており、該台車１５上に撮像ヘッダ１０が搭載されている。これにより、撮像ヘッダ１０は熱間丸棒体Ｗの軸心に沿って平行移動することができ、熱間丸棒体Ｗの一端から他端までの間の複数位置に断面計測位置を設定することができる。また、一対のレール１４は、上下方向に伸縮可能な台座１６の上面に設けられている。
撮像ヘッダ１０は、スリット投光器２０と撮像装置２１とをベース板２２上に備えて構成されている。
【００２５】
スリット投光器２０は、熱間丸棒体Ｗの外周面（外周側面）に向けてスリット光を投光する。該スリット光の光軸は、熱間丸棒体Ｗの軸心に対し垂直とされている。また、移動装置１３の台座１６の高さを調整することにより、スリット光の高さ位置は熱間丸棒体Ｗの軸心の高さ位置と同一となっている。
熱間丸棒体Ｗは、８００℃〜１０００℃の表面温度を有する熱間物体であり、赤外や近赤外領域(λ＝６５０ｍｍ以上)の電磁波を主として放射している。かかる点に鑑み、スリット投光器２０は、上記赤外や近赤外領域の波長とは異なる波長のスリット光を照射する。本実施形態においては、スリット光として緑色(λ＝５３０ｍｍ)のレーザ光を用いている。
【００２６】
撮像装置２１は、ハンディタイプの白黒のカメラ装置２３と、該カメラ装置２３の光軸上に位置する光学フィルタ２４とを備えている。
該光学フィルタ２４は、スリット光の波長を主として通過可能に形成されている。
カメラ装置２３は、スリット投光器２０に対して角度θだけ傾いた状態でベース板２３上に配備されており、これによって熱間丸棒体Ｗの外周面上でカメラ装置２３の光軸とスリット光とが交差する。
該カメラ装置２３の絞りは、スリット光を撮像するスリット光撮像状態と、熱間丸棒体Ｗの外周面の模様を撮像する濃淡画像撮像状態との間で拡縮自在とされている。カメラ装置２３の絞りをスリット光撮像状態に設定すると、スリット光によってなぞられた熱間丸棒体Ｗの輪郭の一部を撮像した部分断面画像（スリット光撮像画像）が撮像される。また、カメラ装置２３の絞りを濃淡画像撮像状態に設定すると、熱間丸棒体Ｗの外周面の模様を撮像した濃淡画像が撮像される。
【００２７】
鍛造作業中の熱間丸棒体Ｗの表面には、酸化スケールができては剥がれ落ちる。酸化スケールが残っている部分は、温度が低く、カメラ装置２３で観察すると暗い。一方、剥がれ落ちた部分は赤熱部となっており、カメラ装置２３で観察すると明るい。この様に、熱間丸棒体Ｗの表面には、温度状態による明るさ変化(濃淡変化)が模様となって現れている。事前に濃淡画像撮像状態の絞りを設定することにより、光軸上に光学フィルタ２４が配備されているにも拘わらず、熱間丸棒体Ｗの表面の濃淡変化（模様）を鮮明に撮像することができる。
【００２８】
本実施形態においては、以下の式（１）により、サンプルとして取り込んだ画像の明るさの平均値ｍを求め、該平均値ｍが撮像画像のダイナミックレンジ（０〜２５５）の中間値（１２８）となるように濃淡画像撮像状態の絞りを設定する。なお、濃淡画像Ｉｍａｇｅ（ｉ、ｊ）（ｉ＝０，…，ｉmax、ｊ＝０，…，ｊmax）は各画素の明るさを示している。
【００２９】
【数１】
2008134148.tif 000003
【００３０】
また、カメラ装置２３には、絞りをスリット光撮像状態と濃淡画像撮像状態に切換可能な切換え機構（図示省略）が設けられている。
処理装置１１は、画像取得手段３０と、画像振り分け手段４０と、断面パターン記憶手段５０と、濃淡画像記憶手段６０と、セット手段７０と、合成手段８０とを備えている。セット手段７０や合成手段８０は、パソコンやワークステーション上にプログラムという形で実現されているが、もちろん、これらの機能を実現するＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のＬＳＩを搭載した組込み機器として構成してもよい。
【００３１】
画像取得手段３０は、カメラ装置２３により撮像された画像を取得する。
画像振り分け手段４０は、画像取得手段３０により取得された画像が部分断面画像か濃淡画像かを判断し、部分断面画像であると判断した場合には、当該画像を断面パターン記憶手段５０に振り分けるまた、濃淡画像であると判断した場合には、当該画像を濃淡画像記憶手段６０に振り分ける。
断面パターン記憶手段５０は、スリット光によって部分断面画像に現れている円弧状の孤立領域を抽出し、該孤立領域を部分断面パターンとして認識、記憶する。
【００３２】
また、上記孤立領域を部分断面パターンとして記憶する際、該部分断面パターンにＩＤ番号（例えばＫnN）を付ける。該ＩＤ番号のうち、下側のｎは熱間丸棒体Ｗの回転状態を示し、上側のＮは断面計測位置の場所を示している。
濃淡画像記憶手段６０は、濃淡画像にＩＤ番号（例えばＦnN）を付して記憶する。該ＩＤ番号は、部分断面パターンと同様、下側のｎは熱間丸棒体Ｗの回転状態を示し、上側のＮは断面計測位置の場所を示している。
なお、濃淡画像を取得する際に、該濃淡画像に２値化又は多値化処理等を施して濃淡画像の情報量の軽減を図ることも可能である。
【００３３】
セット手段７０は、上記ＩＤ番号を付した部分断面パターンと濃淡画像とのうち、上側の番号と下側の番号とが一致するものを組み合わせて部分断面パターンと濃淡画像からなるデータセットＰnN（ＫnN、ＦnN）を形成し、記憶する。
本実施形態は、光切断法の手法を用いて熱間丸棒体Ｗの断面形状を計測するものである。
ところで、鍛造工程の終盤等においては、熱間丸棒体Ｗが略円形に形成されると共に外周を略面一に仕上げられている。このため、従来の光切断法により当該熱間丸棒体Ｗの断面形状の構成要素として取得すると、その部分断面パターンは、何ら特徴のない円弧状として取得される。したがって、この様な部分断面パターンを一周分得たとしても、これらを繋ぎ合わせることは困難である。
【００３４】
そこで、本実施形態においては、部分断面パターンを撮像した状態での熱間丸棒体Ｗの外周面の模様を濃淡画像として撮像し、該濃淡画像と部分断面パターンとを１セットとし、該濃淡画像によって部分断面パターンを特徴づけることとしている。
合成手段８０は、各濃淡画像に基づいて部分断面パターンを繋ぎ合わせ、当該断面計測位置での熱間丸棒体Ｗの断面形状を得る。また、合成手段８０は、ずれ算出手段８１と、部分断面合成手段８２とを備えている。
ずれ算出手段８１は、同一断面計測位置おける熱間丸棒体Ｗの回転前の濃淡画像と回転後の濃淡画像の相関から両濃淡画像のずれを算出する。
【００３５】
具体的には、回転前後のデータセットの濃淡画像にパターンマッチングの手法を用いることにより、両濃淡画像の間のずれを算出する。
図３に示す如く、同じ断面計測位置Ｎであって熱間丸棒体Ｗを回転させる前後のデータセットＰnN（ＫnN、ＦnN）とＰn+1N（Ｋn+1N、Ｆn+1N）の間のずれを求めるとすると、データセットＰnN（ＫnN、ＦnN）の濃淡画像ＦnNの中心付近にウインドウ（幅ｍ×高さｎ、原点位置（ｋ、ｌ））を設定し、該ウインドウ内の画像を記憶する。
そして、データセットＰn+1N（Ｋn+1N、Ｆn+1N）の濃淡画像Ｆn+1N（ｘ、ｙ）に前記ウインドウ内の画像と濃淡が一致している（相関が大きい）領域を探し出すべく、以下の相互相関関数（式（２））の計算を行う。
【００３６】
【数２】
2008134148.tif 000004
【００３７】
該式（２）において、Ｃ（ｉ、ｊ）が最大となる（ｉ、ｊ）を求めることにより、濃淡画像ＦnNにおいて原点（ｋ、ｌ）で規定されているウインド内の画像と、濃淡画像Ｆn+1Nにおいて原点（ｉ、ｊ）で規定されているウインド内の画像とが一致していることが分かる。即ち、これら２つの濃淡画像間でウインドウ内の画像が（ｋ、ｌ）から（ｉ、ｊ）まで平行移動したことを意味し、該平行移動の量に基づいて両濃淡画像のずれΔが算出される。これにより、濃淡画像ＦnNと濃淡画像Ｆn+1Nとの間にΔのずれが生じるように熱間丸棒体Ｗが回転したことが知見される。
【００３８】
なお、濃淡画像ＦnNと濃淡画像Ｆn+1Nを撮像する間に熱間丸棒体Ｗは軸心廻りに回転だけ行うので、Ｘ軸方向のずれはなく、ｉ≒ｋである。
部分断面合成手段８２は、ずれ算出手段８１により算出されたずれに基づいて部分断面パターンを合成する。部分断面合成手段８２は、平行移動手段８３と、回転手段８４とを備えている。
濃淡画像ＦnN、Ｆn+1Nから得られたずれΔは、そのまま部分断面パターンＫnN、Ｋn+1Nの間のずれを示しており、部分断面パターンＫnNの位置ａ（ｙ）は、部分断面パターンＫn+1Nで位置ａ’（ｙ＋Δ）だけ平行している。図４（ａ）に示す如く、平行移動手段８３は、部分断面パターンＫnNをずれΔだけ平行移動させて該部分断面パターンＫnNの位置ａを該部分断面パターンＫn+1Nの位置ａ’に一致させる。
【００３９】
図４（ｂ）に示す如く、回転手段８４は、部分断面パターンＫnNから垂線を下ろし、該垂線の部分断面パターンＫn+1Nまでの長さを距離ｄとして認識する。また、回転手段８４は、部分断面パターンＫnNの端点から等ピッチに（画素ごとに）距離ｄnを計算し、以下の式（３）からこの総和Ｄを求め、最小２乗法の手法等を用いて当該総和Ｄが最小となる角度γを算出する。
【００４０】
【数３】
2008134148.tif 000005
【００４１】
そして、部分断面パターンＫn+1Nを位置ａ廻りに角度γだけ回転させ、図４（ｃ）の如くこれら部分断面パターンＫnN、Ｋn+1Nを滑らかに繋ぎ合わせる。
次に、図１及び図５を参照して本実施の断面形状測定装置の動作について説明する。
なお、本実施形態においては、熱間丸棒体Ｗの一方の端部を開始断面計測位置とすると共に熱間丸棒体Ｗの他方の端部を末尾断面計測位置とし、これら開始断面計測位置と末尾断面計測位置との間に複数の断面計測位置を設定している。また、回転装置２による熱間丸棒体Ｗの一度の回転量は微少角度（例えば５°〜１０°程度）とし、熱間丸棒体Ｗを３６〜７２回に分けて一回転させるものとする。
【００４２】
また、スリット光によって熱間丸棒体Ｗの外周面に形成される部分断面パターンの上下端点と熱間丸棒体Ｗの軸心とを結んで形成される角度は、熱間丸棒体Ｗの一回の回転角度よりも十分に大きい。
先ず、開始断面計測位置に撮像ヘッダ１０をセットし（ステップＳ１０１）、該開始断面計測位置にスリット光を投光（ステップＳ１０２）、該スリット光をカメラ装置２３により撮像する。カメラ装置２３の絞りはスリット光撮像状態に設定しておく（ステップＳ１０３）。
【００４３】
そして、画像取得手段３０は、カメラ装置２３に画像を取得する命令を発行して該画像を取得する。
画像振り分け手段４０は、当該画像をスリット光撮像画像と判断し、断面パターン記憶手段５０に振り分ける。そして、断面パターン記憶手段５０により当該スリット光撮像画像から部分断面パターンを取得し、該部分断面パターンにＩＤ番号をつけて記憶する（ステップＳ１０４）（以上、部分断面撮像工程）。
上記処理と並行して又は上記処理の終了後、移動装置１３を駆動させて撮像ヘッダ１０を次の断面計測位置に移動させる（ステップＳ１０５）。上記ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５までの工程を末尾断面計測位置まで行う（ステップＳ１０６）（以上、複数断面取得工程）。
【００４４】
次に、スリット光の投光を止め、末尾断面計測位置にて熱間丸棒体の外周面をカメラ装置２３により撮像する。カメラ装置２３の絞りは濃淡画像撮像状態に設定しておく（ステップＳ１０７）。
そして、画像取得手段３０は、カメラ装置２３に画像を取得する命令を発行して該画像を取得する。
画像振り分け手段４０は、当該画像を濃淡画像と判断し、濃淡画像記憶手段６０に振り分ける。そして、濃淡画像記憶手段６０により該濃淡画像にＩＤ番号をつけて記憶する（ステップＳ１０８）（以上、濃淡画像撮像工程）。
【００４５】
上記処理と並行して又は上記処理の終了後、移動装置１３を駆動させて撮像ヘッダ１０を末尾断面計測位置の一つ前の断面計測位置に移動させる（ステップＳ１０９）。上記ステップＳ１０７〜ステップＳ１０９までの工程を開始断面計測位置まで行う（ステップＳ１１０）（以上、複数画像取得工程）。
そして、回転装置２を駆動させて熱間丸棒体Ｗを所定量だけ回転させる（ステップＳ１１１）（以上、回転工程）。
その後、上記ステップＳ１０２からステップＳ１１１までの工程を繰り返すことにより、熱間丸棒体Ｗの部分断面パターンと濃淡画像を、回転状態ごとに且つ断面計測位置ごとに取得していき、最終的には、各断面計測位置での熱間丸棒体Ｗ一周分の部分断面パターンと濃淡画像を取得する（ステップＳ１１２）。
【００４６】
そして、セット手段７０により断面パターン記憶手段５０に記憶された各部分断面パターンと濃淡画像記憶手段６０に記憶された各濃淡画像とをＩＤ番号に基づいて組み合わせ、各断面計測位置の熱間丸棒体Ｗ一周分のデータセットを形成する（ステップＳ１１３）（以上、データ収集工程）。
次に、合成手段８０により、熱間丸棒体Ｗの回転前後の濃淡画像の相関からこれら濃淡画像に対応する部分断面パターンを合成する（ステップＳ１１４）（以上、合成工程）。各回転の前後のデータセットにおいてかかる処理を行うことにより、各断面計測位置での熱間丸棒体Ｗの断面形状が得られ、処理を終了する。
【００４７】
本実施の形態によれば、熱間丸棒体Ｗを一回転させるだけで、これら全ての断面計測位置の熱間丸棒体Ｗ一周分のデータセットを得ることができ、計測時間の短縮化が図られる。
また、本実施の形態によれば、熱間丸棒体Ｗの一端から他端の間で断面計測位置を細かく設けることも可能であり、これによって熱間丸棒体Ｗの全体形状をきわめて高精度に把握することができる。しかも、断面計測位置の数に拘わらず熱間丸棒体Ｗは一回転させるだけであるので、処理速度の著しい向上が図られる。
【００４８】
一方、断面計測位置を２〜３箇所程度の少数とすると、熱間丸棒体Ｗ全体のおおよその形状を短時間のうちに把握することができる。
また、本実施形態においては、撮像ヘッダ１０を開始断面計測位置から末尾断面計測位置まで往動させている間、スリット光撮像画像のみを撮像するため、カメラ装置２３の絞りは常にスリット光撮像状態に設定されている。また、撮像ヘッダ１０を末尾断面計測位置から開始断面計測位置まで復動させている間、熱間丸棒体Ｗの外周面の模様のみを撮像するため、カメラ装置２３の絞りは常に濃淡画像撮像状態に設定されている。
【００４９】
したがって、撮像ヘッダ１０を熱間丸棒の何れか一端に位置させたときだけカメラ装置２３の絞りを調節すれば良く、操作性も向上する。
また、本実施の形態においては、光学フィルタ２４をカメラ装置２３の光軸上に位置させた状態と該光軸から移動させた状態との間で移動自在又はカメラレンズから取外し自在とする構成を採用することも可能である。
これによれば、スリット光撮像画像を撮像すべく撮像ヘッダ１０を開始断面計測位置から末尾断面計測位置まで往動させている間、光学フィルタ２４をカメラ装置２３の光軸上に位置させ又はカメラレンズに取り付ける。また、濃淡画像を撮像すべく撮像ヘッダ１０を末尾断面計測位置から開始断面計測位置まで復動させている間、光学フィルタ２４をカメラ装置２３の光軸上から移動させ又はカメラレンズから取り外すこととする。
【００５０】
これによれば、濃淡画像が光学フィルタ２４のない状態で撮像されるため、濃淡画像がより鮮明なものとなる。
また、本実施の形態の断面計測装置は、図６に示す処理を行うことも可能である。
ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４までは上記ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４工程と同じとし、その後、スリット光の投光を止め、開始断面計測位置にて熱間丸棒体Ｗの外周面をカメラ装置２３により撮像する。カメラ装置２３の絞りは濃淡画像撮像状態に切り替えておく（ステップＳ２０５）。
【００５１】
そして、画像取得手段３０は、カメラ装置２３に画像を取得する命令を発行して該画像を取得する。
画像振り分け手段４０は、当該画像を濃淡画像と判断し、濃淡画像記憶手段６０に振り分ける。そして、濃淡画像記憶手段６０により該濃淡画像にＩＤ番号をつけて記憶する（ステップＳ２０６）。
上記処理と並行して又は上記処理の終了後、移動装置１３を駆動させて撮像ヘッダ１０を次の断面計測位置に移動させる（ステップＳ２０７）。上記ステップＳ２０２〜ステップＳ２０７までの工程を末尾断面計測位置まで行う（ステップＳ２０８）（以上、セット取得工程）。
【００５２】
そして、回転装置２を駆動させて熱間丸棒体Ｗを所定量だけ回転させ（ステップＳ２０９）、移動装置１３を駆動させて撮像ヘッダ１０を末尾断面計測位置から開始断面計測位置に戻す（ステップＳ２１０）。
その後、上記ステップＳ２０２からステップＳ２１０までの工程を繰り返すことによって、熱間丸棒体Ｗの各回転状態での部分断面パターンと濃淡画像を断面計測位置ごとに取得していき、最終的には、各断面計測位置での熱間丸棒体Ｗ一周分の部分断面パターンと濃淡画像を取得する（ステップＳ２１１）。以下のステップＳ２１２及びステップＳ２１３の処理は上記ステップＳ１１３及びステップＳ１１４と同様である。
【００５３】
なお、本処理においては、ステップＳ２１０にて回転装置２を駆動させて熱間丸棒体Ｗを所定量だけ回転させ、今度は撮像ヘッダ１０を末尾断面計測位置から開始断面計測位置まで復動させながら上記ステップＳ２０２〜ステップＳ２１０までの工程を行うこととすることも可能である。
また、断面計測位置が１箇所だけである場合には、図７に示す処理を行うことができる。
先ず、当該断面計測位置にスリット光を投光し、該スリット光をカメラ装置２３により撮像する。カメラ装置２３の絞りはスリット光撮像状態に設定しておく（ステップＳ３０１、Ｓ３０２）。
【００５４】
次に、画像取得手段３０により当該画像を取得し、画像振り分け手段４０により当該画像をスリット光撮像画像と判断、断面パターン記憶手段５０に振り分ける。また、断面パターン記憶手段５０により当該スリット光撮像画像から部分断面パターンを取得し、該部分断面パターンにＩＤ番号をつけて記憶する（ステップＳ３０３）。
次に、スリット光の投光を止め、熱間丸棒体Ｗの模様をカメラ装置２３により撮像する。カメラ装置２３の絞りはスリット光撮像状態に設定しておく（ステップＳ３０４）。
そして、画像取得手段３０により当該画像を取得し、画像振り分け手段４０により当該画像を濃淡画像と判断、濃淡画像記憶手段６０に振り分ける。また、濃淡画像記憶手段６０により当該濃淡画像にＩＤ番号をつけて記憶する（ステップＳ３０５）。
【００５５】
そして、回転装置２を駆動させて熱間丸棒体Ｗを所定量だけ回転させる（ステップＳ３０６）。
その後、上記ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの工程を繰り返すことによって、熱間丸棒体Ｗの各回転状態での部分断面パターンと濃淡画像を断面計測位置ごとに取得していき、最終的には、熱間丸棒体Ｗ一周分の部分断面パターンと濃淡画像を取得する（ステップＳ３０７）（以上、一周セット取得工程）。以下のステップＳ３０８及びステップＳ３０９の処理は上記ステップＳ１１３及びステップＳ１１４と同様である。
【００５６】
なお、本処理においては、ステップＳ３０６の後に移動装置１３を駆動して撮像ヘッダ１０を平行移動させることにより、上記断面計測位置での断面形状の計測に引き続き、別の位置での断面形状の計測を行うことができる。
また、図８は、本願発明の断面形状計測装置１の他の実施形態を示している。
該断面計測装置１の撮像装置２１は、光軸にスリット光の波長を通過可能な光学フィルタ２４を配備したスリット光撮像用カメラ装置２５と、濃淡画像を撮像する濃淡画像撮像用カメラ装置２６とを備えている。
【００５７】
該断面計測装置１によれば、スリット光撮像用カメラ装置２５の絞りはスリット光撮像状態に保たれると共に、濃淡画像撮像用カメラ装置２６の絞りは、濃淡画像撮像状態に保たれる。
したがって、各カメラ装置２５、２６の絞りの操作や光学フィルタ２４の取外し等の操作をする必要がなくなるため、作業性の向上が図られる。
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、部分断面パターンと取得する工程と濃淡画像を取得する工程の順序を入れ替える場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏する。また、スリット光を投光した状態で濃淡画像を撮像することも可能である。
【００５８】
また、撮像ヘッダ１０を熱間丸棒体Ｗの一端から他端まで止まることなく移動させ、該移動中に所定の断面計測位置にスリット光を投光することによってスリット光撮像画像を撮像すると共に、濃淡画像を取得することとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る断面形状計測装置、移動装置、プレス装置及び熱間丸棒体の側面図である。
【図２】断面形状計測装置、移動装置、熱間丸棒体の平面図である。
【図３】濃淡画像を示す図である。
【図４】部分断面パターンを合成する過程を示す図である。
【図５】本発明に係る断面形状計測方法の処理を示すフローチャートである。
【図６】断面形状計測方法の他の処理を示すフローチャートである。
【図７】断面形状計測方法のさらに他の処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る他の断面形状計測装置、移動装置、熱間丸棒体の平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１      断面形状計測装置
２      回転装置
３      プレス装置
１０    撮像ヘッダ
１１    処理装置
１３    移動装置
２０    スリット投光器
２１    撮像装置
２３    カメラ装置
２４    光学フィルタ
３０    画像取得手段
４０    画像振り分け手段
５０    断面パターン記憶手段
６０    濃淡画像記憶手段
７０    セット手段
８０    合成手段
８１    ずれ算出手段
８２    部分断面合成手段
８３    平行移動手段
８４    回転手段
Ｗ      熱間丸棒体
【図１】
2008134148.tif 000006
【図２】
2008134148.tif 000007
【図３】
2008134148.tif 000008
【図４】
2008134148.tif 000009
【図５】
2008134148.tif 000010
【図６】
2008134148.tif 000011
【図７】
2008134148.tif 000012
【図８】
2008134148.tif 000013