(57)【要約】【課題】ラインに沿って通板される板材のエッジを正確に測定するシステムにおいて、板材の上下動やエッジ形状起因の誤差が小さく、かつ一台のカメラで実施可能とする。【解決手段】板材１のエッジ部２の上方または下方で、板材の幅方向に異なる位置に、かつ通板方向に並べて配置した複数のミラー６と、前記複数のミラー６に同時に写った前記板材のエッジ部を撮像する２次元カメラ４と、前記２次元カメラ４で撮像された瞬時画像から、各ミラー６に写った前記板材１のエッジ部２を選択的に読み出して部分画像をつくり、演算手段５により、該部分画像からエッジ部の境界位置を算出し、算出した複数の境界位置から板エッジ位置を演算する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインに沿って通板される板材のエッジ部の上方または下方で、板材の幅方向に異なる位置に、かつ通板方向に並べて配置した複数のミラーと、前記複数のミラーに同時に写った前記板材のエッジ部を撮像する２次元カメラと、前記２次元カメラで撮像された瞬時画像から、各ミラーに写った前記板材のエッジ部を選択的に読み出して部分画像をつくり、該部分画像からエッジ部の境界位置を算出し、算出した複数の境界位置から板エッジ位置を求める演算手段とを備えたことを特徴とする板エッジの検出装置。
【請求項２】
ラインに沿って通板される板材のエッジ部の上方または下方で、ラインの搬送方向に対して平行な方向から一定の角度をつけて配置した１枚のミラーと、前記１枚のミラーに写った前記板材のエッジ部を撮像する２次元カメラと、前記２次元カメラで撮像された瞬時画像から、板材の幅方向に異なる複数の位置に相当するミラー部分に写った前記板材のエッジ部を選択的に読み出して部分画像をつくり、該部分画像からエッジ部の境界位置を算出し、算出した複数の境界位置から板エッジ位置を求める演算手段とを備えたことを特徴とする板エッジの検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板状の板材、特に圧延工程などにおいて通板される板材の幅や蛇行量を測定するために必要な板エッジ位置を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板材の圧延工程で、板材の幅や蛇行量を測定する装置として、板材の両側にＣＣＤカメラ等からなる測定カメラを配置し、測定カメラが板材のエッジ部を検出し、両エッジ位置と測定カメラの機械的配置寸法から、板材の幅や蛇行量を演算する装置が従来から一般的に使用されている。
一般に、圧延工程では、生産スケジュールによって、設定厚みと設定幅の異なる板材が加工される。また、同一板材でも、加工の精度によって厚みと幅の偏差が生じたり、板材の長手方向に意図的に張力を制御して板材の幅寸法を変えることがある。
【０００３】
このようなことから、板材の幅測定値は、圧延機を自動又は手動で制御するために使われる。また、圧延された板材の精度保証に幅測定値を使うだけのものもある。特に、近年、板材の厚み精度に加えて、幅精度が、加工歩留りならびに品質保証の観点からますます厳格になる傾向がある。そのため、板材の幅や蛇行量を測定する装置は、鉄鋼等の大量・自動生産工程では、板材圧延工程に必須の装置になっている。
【０００４】
図９がその構成を示す図で、板材１の両側部を形成するエッジ部２の下方には、それぞれ下部光源３が配置されている。また、両エッジ部２の上方には、それぞれＣＣＤカメラ装置からなる測定カメラ１４ａ、１４ｄが配設されている。なお、板材１が自発光を出す場合には下部光源３を不要とすることができる。
しかし、この構成では、板材１が搬送規定高さ（以後、「パスライン」と称す）から上下動すると誤差が生じる。そのことを、片側のエッジ部の断面を示した図１０で説明する。パスラインにある板材１が上に移動し、板材１ａになった場合、板材１ａのエッジを検出した測定カメラ１４ａは、実際の板エッジ測定値Ｘではなく、板材１のようにパスラインにあるものとして、板エッジ測定値Ｘａとしてしまう。
【０００５】
そこで、図１１のように、板材１の両側にそれぞれ２台、合計４台のＣＣＤカメラ等からなる測定カメラ１４ａ、１４ｂ、１４ｄ、１４ｅを配置し、測定カメラが板材のエッジ部を見る視線の式から両エッジ位置を演算し、両エッジ位置と測定カメラの機械的配置寸法から、板材の幅や蛇行量を演算することによって、板の上下動をキャンセルする方法が用いられている。
この場合の板エッジ検出方法を片側のエッジ部の断面を示した図１２で説明する。パスラインにある板材１が上に移動し、板材１ａになった場合、測定カメラ１４ａは板エッジ測定値としてＸａを、測定カメラ１４ｂは板エッジ測定値としてＸｂを検出するが、Ｘ＝（Ｘａ×Ｃ）／（Ｘａ＋Ｘｂ）の式により、実際の板エッジ位置Ｘが求まる。
【０００６】
また、板のエッジ部の形状が矩形形状でなく楕円形状の場合には、４台のＣＣＤカメラ等からなる測定装置でも、誤差が許容しがたい大きさになるとして、特許文献１では、図１３のように、板材１の両側にそれぞれ少なくとも３台、合計６台のＣＣＤカメラ等からなる測定カメラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆを配置し、制御装置１５によって、板材１の各エッジ部を見る３台の測定カメラの中から適切な２台を選択することで、誤差を最小にする方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−９４３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように、測定カメラの数を増やすということは、システムが大きくなることから、処理の煩雑さを伴い、また、設備コストも増大してしまうという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、従来複数のカメラで行っていた板エッジ検出を、一台のカメラで実施できる板エッジ位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラインに沿って通板される板材のエッジ部の上方または下方で、板材の幅方向に異なる位置に、かつ通板方向に並べて配置した複数のミラーと、前記複数のミラーに同時に写った前記板材のエッジ部を撮像する２次元カメラと、前記２次元カメラで撮像された瞬時画像から、各ミラーに写った前記板材のエッジ部を選択的に読み出して部分画像をつくり、該部分画像からエッジ部の境界位置を算出し、算出した複数の境界位置から板エッジ位置を求める演算手段とを備えたことにより、前記課題を達成したものである。
【００１０】
また、ラインに沿って通板される板材のエッジ部の上方または下方で、ラインの搬送方向に対して平行な方向から一定の角度をつけて配置した１枚のミラーと、前記１枚のミラーに写った前記板材のエッジ部を撮像する２次元カメラと、前記２次元カメラで撮像された瞬時画像から、板材の幅方向に異なる複数の位置に相当するミラー部分に写った前記板材のエッジ部を選択的に読み出して部分画像をつくり、該部分画像からエッジ部の境界位置を算出し、算出した複数の境界位置から板エッジ位置を求める演算手段とを備えたことにより、前記課題を達成したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態に係る板材のエッジ位置検出装置である。
板材１の両側部を形成する両エッジ部２の上方には、それぞれ３枚ずつ、合計で６枚のミラー６と、１台ずつ合計２台の２次元カメラ４が配置されており、１つの２次元カメラ４の視野には３枚のミラー６が入っている。また、これらの２次元カメラ４は演算手段５に接続されている。なお、前記ミラー６および２次元カメラ４をエッジ部の下方に配置してもかまわない。
【００１２】
図２は、図１の一実施の形態を、片方のエッジ部について、平面図（ａ）と正面図（ｂ）にして分かりやすく表したものである。
板エッジ部を含んだ画像はミラー６ａ、６ｂ、６ｃで反射されて、２次元カメラ４に入射される。ミラー６ａ、６ｂ、６ｃは細長い形状で、板材１の長手方向にはミラーの幅分だけずらして、幅方向には、一定の間隔を置いて配置されている。従って、カメラ視線ａ、ｂ、ｃは、長手方向には、ほとんど同位置の板エッジ部を見ていることになり、幅方向には、一定の間隔をおいて板エッジ部を見ていることになる。なお、前記エッジ部を含んだ画像において、板材が自発光しているものであれば、エッジ境界がはっきりしているが、冷間材でエッジ境界がはっきりしない場合は、板エッジ部の上部に光源を配置して板部分を明るくしたり、板エッジ部の下方に光源を配置して影を見たりすればよい。
【００１３】
図３は２次元カメラ４に撮像される様子を示したものである。
２次元カメラ４にはミラー６ａ、６ｂ、６ｃによって倒置された画像が撮像されるので、板エッジ部の下方に光源を置いて影を見た場合には、図３のように、板エッジを境界として、上が明、下が暗の３本の細い帯状の明暗画像８ａ、８ｂ、８ｃが１つの画面に得られる。自発光や、上部光源により板面が明るい場合は、明暗が逆になる。ここで、２次元カメラ４では、シャッターを用いて、全画素同時タイミングで撮影しているので、３本の帯状画像８ａ、８ｂ、８ｃは同時刻のエッジ画像を捉えていることになる。
【００１４】
次に、２次元カメラ４では、図４に示すように、部分読み出し機能を用いて、帯状画像８ａ、８ｂ、８ｃの中から、横ｎ×縦ｍの必要な部分画像９ａ、９ｂ、９ｃを選択的に抽出する。ここで、縦ｍは帯状画像８ａ、８ｂ、８ｃのサイズから適切な画素数を設定するが、横ｎは状況によって設定する。例えば、高速処理を要求される場合は１画素にし、時間よりも精度が要求される場合は複数画素にすることが考えられる。演算手段５では、２次元カメラ４により抽出された部分画像９ａ、９ｂ、９ｃを明暗境界が区分できる適切なしきい値で２値化し、各境界位置を算出する。このとき、横ｎを複数画素に設定した場合は、横ｎ画素の２値データを加算して１×ｍの１次元データをつくり、適切なしきい値（例えばｎ／２）で２値化して各境界位置を算出することにより、ノイズ等が存在しても精度良い結果が得られる。
【００１５】
更に、演算手段５において実行される、前記の各境界位置から板エッジ位置の算出方法について、図１４を用いて説明する。図１４はライン中心をＸ＝０、パスラインをＹ＝０としたＸＹ座標系で表わしている。部分画像９ａ、９ｂ、９ｃより求めた各境界位置に対して、各機器の機械的配置寸法および光学系の条件から、ミラー６ａ、６ｂ、６ｃの表面上での境界位置（Ｘｍａ，Ｙｍａ）（Ｘｍｂ，Ｙｍｂ）（Ｘｍｃ，Ｙｍｃ）と、板がパスライン上にある前提での板エッジ位置（Ｘａ，０）（Ｘｂ，０）（Ｘｃ，０）が算出される。これらの算出のために、装置をラインに設置した段階で、パスラインにキャリブレーション用の板を配置し、該板を動かしてエッジ位置を変化させながら、エッジ位置に対応するミラー６ａ、６ｂ、６ｃの表面上での境界位置と部分画像の境界位置を求め、それらのデータから検量線を作成しておいてもよい。これらの算出値を用い、実際の高さにある板エッジ位置Ｘについて、部分画像９ａと９ｂから算出したものをＸａｂとし、部分画像９ｂと９ｃから算出したものをＸｂｃとすると、それぞれ、（１）（２）式により求まる。
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【００１６】
この後、演算手段５では、ＸａｂとＸｂｃを用い、ライン中心からの板エッジ位置Ｘを算出している。算出方法の一例として、厚みのある板では同一方向から見た値で算出したほうが誤差が少ないという観点から、表１の決まりに従って、Ｘａｂ、Ｘｂｃおよびそれらの平均値から選択する方法がある。ここで、ミラー６ａ、６ｂ、６ｃの中心位置までのパスラインからのＸ方向距離をＰａ、Ｐｂ、Ｐｃとしている。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図５は、本発明のもう一つの実施の形態に係る板材のエッジ位置検出装置であり、図１の形態と比較して、複数のミラー６に変わり、１枚のミラー７を配置したところが、大きく異なる。図６は、図５の一実施の形態を、片方のエッジ部について、平面図（ａ）と正面図（ｂ）にして分かりやすく表したものである。そこで、この図を用いて、詳細に説明する。
【００１９】
板エッジ部を含んだ画像はミラー７で反射されて、２次元カメラ４に入射される。ミラー７は、下方からの光を水平方向に反射するように配置されているが、ライン搬送方向に対して平行な方向からも一定の角度をつけている。従って、カメラ視線はミラー７の位置によって板幅方向にもずれる。カメラ視線ｉ、ｊは、ミラーの両端で反射する場合を示しており、ミラーの位置によって、板エッジ部の境界が変化する。
【００２０】
２次元カメラ４にはミラー７によって倒置された画像が撮像されるので、板エッジ部の下方に光源を置いて影を見た場合には、図７のように、板エッジを境界として、上が明、下が暗の帯状の明暗画像１０が得られる。自発光や、上部光源により板面が明るい場合は、明暗が逆になる。ここで、２次元カメラ４では、シャッターを用いて、全画素同時タイミングで撮像している。
【００２１】
次に、２次元カメラ４では、図８に示すように、部分読み出し機能を用いて、帯状画像１０の中から、横ｎ×縦ｍの必要な部分画像１１ａ、１１ｂ、１１ｃを選択的に抽出する。ここで、縦ｍは帯状画像１０のサイズから適切な画素数を設定するが、横ｎは状況によって設定する。例えば、高速処理を要求される場合は１画素にし、時間よりも精度が要求される場合は複数画素にすることが考えられる。演算手段５では、２次元カメラ４により抽出された部分画像１１ａ、１１ｂ、１１ｃを明暗境界が区分できる適切なしきい値で２値化し、各境界位置を算出する。このとき、横ｎを複数画素に設定した場合は、ミラーが角度を持っている分だけ、各ラインによって境界位置が変わるが、微小区間では左右対称と考え、平均化して、中央画素に相当する位置の値とすればよい。
【００２２】
更に、演算手段５では、図１の実施形態の際に図１４を用いて説明した方法と同様に、実施部分画像１１ａ、１１ｂ、１１ｃより求めた各境界位置に対して、各機器の機械的配置寸法および光学系の条件から、ミラー７の表面上での境界位置（Ｘｍａ，Ｙｍａ）（Ｘｍｂ，Ｙｍｂ）（Ｘｍｃ，Ｙｍｃ）と、板がパスライン上にある前提での板エッジ位置（Ｘａ，０）（Ｘｂ，０）（Ｘｃ，０）が算出される。これらの算出のために、装置をラインに設置した段階で、パスラインにキャリブレーション用の板を配置し、該板を動かしてエッジ位置を変化させながら、エッジ位置に対応するミラー７の表面上での境界位置と部分画像の境界位置を求め、それらのデータから検量線を作成しておいてもよい。これらの算出値を用い、実際の高さにある板エッジ位置Ｘについて、部分画像１１ａと１１ｂから算出したものをＸａｂとし、部分画像１１ｂと１１ｃから算出したものをＸｂｃとすると、それぞれ、前記（１）（２）式により求まる。
【００２３】
この後、演算手段５では、ＸａｂとＸｂｃを用い、ライン中心からの板エッジ位置Ｘを算出している。算出方法の一例として、厚みのある板では同一方向から見た値で算出したほうが誤差が少ないという観点から、表１の決まりに従って、Ｘａｂ、Ｘｂｃおよびそれらの平均値から選択する方法がある。ここで、部分画像１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各中心点に相当するミラー中心位置までのパスラインからの距離をＰａ、Ｐｂ、Ｐｃとしている。
ここで、２次元カメラ４では、３つの部分画像１１ａ、１１ｂ、１１ｃを抽出したが、いくつでもかまわない。また、帯状画像１０のほぼ全域を抽出して、演算手段５において、境界線の中心位置と傾きを求め、各機器の機械的配置寸法から、板のエッジ位置を演算してもよい。
【００２４】
【実施例】
本発明者は、２次元カメラにＣＭＯＳカメラを使用し、演算手段をパーソナルコンピュータ内に構築し、図１および図５の構成に下部光源を加えたシステムを試作し、冷間鋼板圧延工場に設置されていた従来の４眼ＣＣＤカメラ方式の幅測定装置の近傍に設置し、幅測定を行ったところ、従来の幅測定装置とほぼ同じ測定値を得ることができた。
【００２５】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例をも含むものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来複数のカメラで行っていた板エッジ検出を、一台のカメラで実施することができる。これによって、幅計、蛇行計など様々な機器で必要となる板エッジ検出装置を簡便なシステムで、設備コストの上昇を押えながら組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る板エッジ検出装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１の一実施の形態を、片方のエッジ部について、平面図と正面図に表した説明図。
【図３】２次元カメラに撮像される画像例。
【図４】２次元カメラに撮像される画像からの部分読み出機能説明図。
【図５】本発明の一実施の形態に係る板エッジ検出装置の全体構成を示す斜視図。
【図６】図５の一実施の形態を、片方のエッジ部について、平面図と正面図に表した説明図。
【図７】２次元カメラに撮像される画像例。
【図８】２次元カメラに撮像される画像からの部分読み出機能説明図。
【図９】２眼ＣＣＤカメラ方式による板材の幅測定装置の全体構成を示す斜視図。
【図１０】２眼ＣＣＤカメラ方式による板材の幅測定装置において板エッジ検出の原理説明図。
【図１１】４眼ＣＣＤカメラ方式による板材の幅測定装置の全体構成を示す斜視図。
【図１２】４眼ＣＣＤカメラ方式による板材の幅測定装置において板エッジ検出の原理説明図。
【図１３】６眼ＣＣＤカメラ方式による板材の幅測定装置の全体構成を示す斜視図。
【図１４】演算手段５において実行される板エッジ位置の算出の方法を示す説明図。
【符号の説明】
１：板材（パスライン位置のもの）
１ａ：板材（ある測定時の位置のもの）
２：板エッジ部
３：下部光源
４：２次元カメラ
５：演算手段
６，６ａ，６ｂ，６ｃ：ミラー
７：ミラー
８ａ，８ｂ，８ｃ：帯状画像
９ａ，９ｂ，９ｃ：部分画像
１０：帯状画像
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ：部分画像
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ：測定カメラ
１５：制御装置
ａ，ｂ，ｃ：カメラ視線
Ｃ：測定カメラ間隔
ｉ，ｊ：カメラ視線
Ｘ：測定カメラ１４ａを基準にした板エッジ幅方向位置
Ｘａ：測定カメラ１４ａと基準にした板エッジ測定値
Ｘｂ：測定カメラ１４ｂを基準にした板エッジ測定値
Ｘｍａ：部分画像９ａおよび１１ａの境界位置より算出したミラー６ａおよび７の表面上での境界のラインセンタを基準にしたＸ方向位置
Ｘｍｂ：部分画像９ｂおよび１１ｂの境界位置より算出したミラー６ｂおよび７の表面上での境界のラインセンタを基準にしたＸ方向位置
Ｘｍｃ：部分画像９ｃおよび１１ｃの境界位置より算出したミラー６ｃおよび７の表面上での境界のラインセンタを基準にしたＸ方向位置
Ｙｍａ：部分画像９ａおよび１１ａの境界位置より算出したミラー６ａおよび７の表面上での境界のパスラインを基準にしたＹ方向位置
Ｙｍｂ：部分画像９ｂおよび１１ｂの境界位置より算出したミラー６ｂおよび７の表面上での境界のパスラインを基準にしたＹ方向位置
Ｙｍｃ：部分画像９ｃおよび１１ｃの境界位置より算出したミラー６ｃおよび７の表面上での境界のパスラインを基準にしたＹ方向位置
（Ｘａ，０）（Ｘｂ，０）（Ｘｃ，０）：板がパスライン上にある前提での板エッジ位置
Ｘａ：部分画像９ａおよび１１ａの境界位置より算出した板がパスライン上にある前提でのラインセンタを基準にした板エッジ位置測定値
Ｘｂ：部分画像９ｂおよび１１ｂの境界位置より算出した板がパスライン上にある前提でのラインセンタを基準にした板エッジ位置測定値
Ｘｃ：部分画像９ｃおよび１１ｃの境界位置より算出した板がパスライン上にある前提でのラインセンタを基準にした板エッジ位置測定値
Ｐａ：部分画像９ａおよび１１ａの各中心点に相当するミラー中心位置までのパスラインからの距離
Ｐｂ：部分画像９ｂおよび１１ｂの各中心点に相当するミラー中心位置までのパスラインからの距離
Ｐｃ：部分画像９ｃおよび１１ｃの各中心点に相当するミラー中心位置までのパスラインからの距離
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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