(57)【要約】【課題】丸棒状の計測対象物の軸芯の撮像装置の光軸方向へのぶれや撮像装置の光軸の向きに拘わらず、該計測対象物の端縁間の直径を精度良く計測する。【解決手段】  計測対象物ｍの上端縁を撮像し、該撮像による画像に示された該上端縁を第１エッジＹｕとして抽出して記憶し、撮像装置２を計測対象物ｍの下端縁を撮像可能とする位置まで移動させ、該下端縁を撮像し、該撮像による画像に示された該下端縁を第２エッジＹｄとして抽出し、画像上にて該第２エッジＹｄを記憶された第１エッジＹｕに一致させ、第１エッジを抽出したときの撮像装置２の位置Ｚｕと、第２エッジを記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置２の位置Ｚｄから計測対象物の直径を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状の計測対象物を撮像する撮像装置を該計測対象物の軸芯に垂直な方向に移動可能として配備し、該撮像装置による画像に基づいて該計測対象物の一方の端縁から他方の端縁までの直径を計測する直径計測方法であって、
前記計測対象物の一方の端縁を撮像し、該撮像による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第１エッジとして抽出し、該第１エッジの画像上での位置を記憶する第１エッジ抽出工程と、
前記撮像装置を前記計測対象物の他方の端縁を撮像可能とする位置まで移動させる移動工程と、
前記計測対象物の他方の端縁を撮像し、該撮像による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第２エッジとして抽出し、前記撮像装置の位置を調整して前記第１エッジ抽出工程によって記憶された第１エッジの位置に前記第２エッジを一致させるエッジ一致工程と、
前記第１エッジ抽出工程によって前記第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と、前記エッジ一致工程によって前記第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置から前記計測対象物の直径を計測する計測工程と、
を有することを特徴とする直径計測方法。
【請求項２】
前記エッジ一致工程は、
前記記憶された第１エッジの位置と第２エッジとの間のずれを算出するずれ算出工程と、
該ずれ算出工程によって算出された値に基づいて撮像装置を移動させて第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させるずれ解消工程と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載の直径計測方法。
【請求項３】
前記第１エッジ抽出工程の前に、
前記撮像装置によって計測対象物の一対の端縁を同時に撮像して該一対の端縁を示す一対のエッジを同一撮像領域内に収め、該一対のエッジからそれぞれの計測対象位置を決定する計測位置決定工程と、
前記一対のエッジの計測対象位置の内、一方のエッジの計測対象位置を拡大して撮像する拡大撮像工程と、
を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直径計測方法。
【請求項４】
前記拡大撮像工程は、
前記撮像装置を移動させてその光軸上に前記一方のエッジの抽出対象となる一方の端縁を位置させる光軸一致工程と、
前記一方の端縁を光軸上に位置させた状態で前記一方のエッジの計測対象位置を拡大撮像する拡大工程と、
を備えていることを特徴とする請求項３に記載の直径計測方法。
【請求項５】
前記計測位置決定工程は、計測対象として決定した両端縁間の間隔を画像上に示された一対のエッジの間隔に基づいた概算値Ｌとして算出する直径概算工程を有し、
前記移動工程は、前記概算値Ｌだけ撮像装置を移動させるものであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の直径計測方法。
【請求項６】
前記計測対象物は、熱間又は冷間鍛造中の鍛造材であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の直径計測方法。
【請求項７】
丸棒状の計測対象物を撮像する撮像装置と、該撮像装置を前記計測対象物の軸芯に垂直な方向に移動させる移動装置と、撮像装置によって撮像された画像を処理する信号処理装置とを備え、
該信号処理装置は、前記撮像装置による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第１エッジとして抽出し、該画像上での第１エッジの位置を記憶する第１エッジ抽出手段と、
前記撮像装置による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第２エッジとして抽出する第２エッジ抽出手段と、
第１エッジ抽出手段によって記憶された第１エッジの位置に前記第２エッジを一致させるべく撮像装置の移動を制御する移動制御手段と、
前記第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と、前記第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置から前記計測対象物の直径を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする直径計測装置。
【請求項８】
前記計測対象物は、熱間又は冷間鍛造中の鍛造材であることを特徴とする請求項７に記載の直径計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸棒状の鍛造材等の直径を計測する直径計測方法又は直径計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱炉により高温（約１０００℃）に加熱されたインゴット（鋼塊）をプレス機で加圧することによって該インゴットを所望の形状に形成する鍛造作業において、丸棒状の鍛造材を要求された直径を有する丸棒に形成する場合、プレス機に該鍛造材を設置し、所定の直径になるまで該鍛造材にプレス加工を施す。
かかる鍛造作業は、寸法精度の高い鍛造品の形成を目的として鍛造作業中の鍛造材の寸法を逐次計測する必要があるが、特に大型の丸棒鍛造品（鋼塊重量が概ね１５ｔｏｎ以上、直径が３００〜６００ｍｍ、長さが数１０００ｍｍ）となる熱間鍛造中の鍛造材の直径寸法を計測する場合、作業者が鍛造材に接近してパス等を鍛造材に接触させることにより該鍛造材の直径を計測する計測方法が従来から行われてきた。ところが、鍛造材からの輻射熱が極めて大きいため、この種の計測方法は作業者に酷暑作業を強いることとなる。また、この種の計測方法は作業者による人為的な作業によって計測するものであるため、計測値にばらつきが生じる可能性を排除し得ない。
【０００３】
そこで、カメラ等の撮像装置を用いることにより、鍛造材に近接及び接触することなく該鍛造材の寸法を計測可能とした計測方法が提案されている。
例えば特許文献１には、２台のカメラを用いて鍛造品（計測対象物）の直径を測定する測定方法が開示されている。該測定方法においては、光軸間隔Ｌとして配備された一対のカメラの内、一方のカメラによって丸棒状の計測対象物の一方の端縁を撮像し、該カメラが撮像した画像をテレビジョン受像器の画面上に再生し、該画面上にて前記一方の端縁を示しているエッジと一致する走査線を検出し、該走査線と光軸を示す走査線との間の走査線数からエッジと光軸間の距離を算出し、該距離を実寸へ倍率変換することにより、前記一方のカメラの光軸と計測対象物の一方の端縁間の距離Ｒが計測される。同様の工程から他方のカメラの光軸と他方の端縁間の距離Ｓを計測し、以下の式（１）により計測対象物の直径が計測される。
【０００４】
【数１】
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【特許文献１】特開昭５４−９１２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記測定方法は所謂三角測量法の原理を応用した計測方法であり、該計測方法を大型鍛造品の製造に採用される自由鍛造に用いた場合、鍛造作業中である計測対象物の光軸方向への移動や振動環境による各カメラの光軸のぶれ等によって、テレビジョン画像上のエッジを示す走査線と光軸を示す走査線間の間隔を実寸へ倍率変換するための係数（画像倍率）や光軸間隔が変化してしまう虞があり、信頼性の高い計測値を得ることが困難となる問題があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、計測対象物の撮像装置の光軸方向へのぶれや撮像装置の光軸の向きに拘わらず、該計測対象物の端縁間の直径を精度良く計測することができる直径計測方法又は直径計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、丸棒状の計測対象物を撮像する撮像装置を該計測対象物の軸芯に垂直な方向に移動可能として配備し、該撮像装置による画像に基づいて該計測対象物の一方の端縁から他方の端縁までの直径を計測する直径計測方法であって、
前記計測対象物の一方の端縁を撮像し、該撮像による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第１エッジとして抽出し、該第１エッジの画像上での位置を記憶する第１エッジ抽出工程と、
前記撮像装置を前記計測対象物の他方の端縁を撮像可能とする位置まで移動させる移動工程と、
前記計測対象物の他方の端縁を撮像し、該撮像による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第２エッジとして抽出し、前記撮像装置の位置を調整して前記第１エッジ抽出工程によって記憶された第１エッジの位置に前記第２エッジを一致させるエッジ一致工程と、
前記第１エッジ抽出工程によって前記第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と、前記エッジ一致工程によって前記第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置から前記計測対象物の直径を計測する計測工程と、
を有することを特徴とする。
【０００７】
上記直径計測方法においては、先ず、第１エッジ抽出工程によって計測対象物の一方の端縁が撮像装置によって撮像され、該撮像装置による画像上にて計測対象物と背景との境界を示すエッジが前記一方の端縁を示す第１エッジとして抽出される。そして、該第１エッジの画像上での位置が記憶される。
次に、移動工程によって計測対象物の他方の端縁を撮像可能とする位置まで撮像装置を移動させる。
該移動工程の後に展開されるエッジ一致工程においては、先ず、計測対象物の他方の端縁が撮像装置によって撮像され、該撮像装置による画像上にて計測対象物と背景との境界を示すエッジが前記他方の端縁を示す第２エッジとして抽出される。次に、撮像装置の位置を調整することによって該第２エッジを前記第１エッジ抽出工程によって記憶された画像上での位置に第２エッジを一致させる。
【０００８】
そして、最後に計測工程によって前記第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と第２エッジを第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置との間の間隔を計測する。
これによれば、画像上の第１エッジの位置を記憶し、該第１エッジの位置に第２エッジを一致させるまで撮像装置を移動させるため、第１エッジを抽出したときの撮像装置のレンズ中心と計測対象物の一方の端縁とを結ぶ直線と、記憶された第１エッジの位置に第２エッジを一致させたときの撮像装置のレンズ中心と計測対象物の他方の端縁とを結ぶ直線とは略平行なものとなる。即ち、撮像装置は結局のところ、計測対象物の直径の両端となる一方の端縁から他方の端縁までを平行移動したこととなり、その移動前後の間隔は計測対象物の直径と等しい若しくは極めて等しいものとなる。
【０００９】
したがって、本発明によれば、撮像装置の前記２位置間の間隔を計測した実測値を計測対象物の直径とみなすことができる。これにより、計測機会毎に計測対象物が撮像装置の間隔が変化する場合にも、正確な計測を行うことができるのである。
また、１台の撮像装置を移動させて計測対象物の直径を計測するため、撮像装置の光軸が何れの方向を向いていても、移動前後の撮像装置の光軸は平行なものとなる。したがって、撮像装置の光軸の向きに拘わらず計測対象物の直径を精度良く計測することができるのである。
【００１０】
また、前記エッジ一致工程は、
前記記憶された第１エッジの位置と第２エッジとの間のずれを算出するずれ算出工程と、
該ずれ算出工程によって算出された値に基づいて撮像装置を移動させて第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させるずれ解消工程と、
を有していることが好ましい。
これによれば、先ず、ずれ算出工程によって前記記憶された第１エッジの位置と第２エッジとの間のずれを計測する。そして、ずれ解消工程によって前記ずれを解消すべく撮像装置を移動させ、第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させる。
【００１１】
本発明によれば、前記ずれを解消する上述の如き工程を自動的に行うことができ、処理速度及び処理精度の向上を図ることができる。
また、前記第１エッジ抽出工程の前に、
前記撮像装置によって計測対象物の一対の端縁を同時に撮像して該一対の端縁を示す一対のエッジを同一撮像領域内に収め、該一対のエッジからそれぞれの計測対象位置を決定する計測位置決定工程と、
前記一対のエッジの計測対象位置の内、一方のエッジの計測対象位置を拡大して撮像する拡大撮像工程と、
を有していることが好ましい。
【００１２】
これによれば、計測位置決定工程によって計測対象物の一対の端縁を撮像可能とする広角で撮像することにより、計測対象物の全体から特に計測を必要とする計測対象位置を決定することができる。
また、拡大撮像工程によって計測対象位置に対応する一方の端縁を拡大撮像することにより、該一方の端縁を第１エッジとしてより正確に抽出することができる。
また、前記拡大撮像工程は、
前記撮像装置を移動させてその光軸上に前記一方のエッジの抽出対象となる一方の端縁を位置させる光軸一致工程と、
前記一方の端縁を光軸上に位置させた状態で前記一方のエッジの計測対象位置を拡大撮像する拡大工程と、
を備えていることが好ましい。
【００１３】
これによれば、計測対象となる両端縁を結ぶ直線と、撮像装置の前記２位置間を結ぶ直線とが平行となる。したがって、第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置の間の間隔と計測対象物の直径とが等しいものとなる。
また、前記計測位置決定工程は、計測対象として決定した両端縁間の間隔を画像上に示された一対のエッジの間隔に基づいた概算値Ｌとして算出する直径概算工程を有し、
前記移動工程は、前記概算値Ｌだけ撮像装置を移動させるものであることが好ましい。
【００１４】
これによれば、移動工程によって撮像装置を概算値Ｌだけ移動させることにより、撮像装置が一方の端縁を撮像している位置から他方の端縁を撮像する位置まで素早く移動させることができる。このため、作業者が撮像装置の撮像領域（フレーム）内に計測対象物の他方の端縁が収まっているか否かを確認しながら徐々に該撮像装置を移動させる必要はなく、移動工程の省力化又は移動工程の処理速度の向上、或いは移動工程の自動化が図られる。
また、前記計測対象物は、熱間又は冷間鍛造中の鍛造材であることが好ましい。
【００１５】
計測対象物が熱間又は冷間鍛造中の鍛造材であっても、本発明によれば、鍛造材に近接或いは接触することなく該鍛造材の直径を計測することができる。
また、本発明における課題解決のための直径計測装置は、丸棒状の計測対象物を撮像する撮像装置と、該撮像装置を前記計測対象物の軸芯に垂直な方向に移動させる移動装置と、撮像装置によって撮像された画像を処理する信号処理装置とを備え、
該信号処理装置は、前記撮像装置による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第１エッジとして抽出し、該画像上での第１エッジの位置を記憶する第１エッジ抽出手段と、
前記撮像装置による画像に示される前記計測対象物と背景との境界を第２エッジとして抽出する第２エッジ抽出手段と、
第１エッジ抽出手段によって記憶された第１エッジの位置に前記第２エッジを一致させるべく撮像装置の移動を制御する移動制御手段と、
前記第１エッジを抽出したときの撮像装置の位置と、前記第２エッジを前記記憶された第１エッジの位置に一致させたときの撮像装置の位置から前記計測対象物の直径を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記計測対象物は、熱間又は冷間鍛造中の鍛造材であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、計測対象物の撮像装置の光軸方向へのぶれや撮像装置の光軸の向きに拘わらず、該計測対象物の端縁間の直径を精度良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】
【００１８】
以下、本発明を実施した形態につき、図１〜図１７に沿って具体的に説明する。
［第１の実施の形態］
本発明に係る直径計測装置１は、丸棒状の計測対象物ｍの上端縁（一方の端縁）と下端縁（他方の端縁）の間の間隔を計測することにより、これら両端縁の間隔によって示される計測対象物ｍの直径Ｄを計測するものである。
該直径計測装置１は、図１に示す如く、計測対象物ｍを撮像する撮像装置２と、該撮像装置２を移動させる移動装置３と、該撮像装置２による画像を処理すると共に移動装置３を制御する信号処理装置４と、該信号処理装置４に接続されて撮像装置２による画像を表示するモニタ５と、作業者が信号処理装置４に指令を与えるための外部入力手段６とを備えている。
【００１９】
計測対象物ｍは、大型船舶のエンジンを構成するクランクスロー等の丸棒状の鍛造材であって、例えば鋼塊重量が１５ｔｏｎ、直径Ｄが３００〜６００ｍｍ、軸方向の長さが数１０００ｍｍ程度の鍛造材が計測対象物ｍとして選択される。また、計測対象物ｍは、その軸芯を水平方向に向けた状態で鍛造プレス機８の受け台９上に載置されており、上方から計測対象物ｍに向けてプレスピストン１０を降下させることにより、該計測対象物ｍに鍛造プレスが施される。直径計測装置１は鍛造プレス機８と対向して配備されており、これによって鍛造作業中の計測対象物ｍの計測を行うことが可能となってる。
【００２０】
撮像装置２は、光軸Ａを計測対象物ｍの軸芯と垂直となる方向に向けた状態で配備されており、これによって計測対象物ｍの側面が撮像される。また、該撮像装置２と計測対象物ｍとの間には、撮像装置２及び計測を行う作業者が計測対象物ｍである鍛造材からの輻射熱を強く受けないように所定の間隔Ｆが設けられている。
移動装置３は、撮像装置２を計測対象物ｍの軸芯及び該撮像装置２の光軸Ａに垂直な方向（本実施の形態においては上下方向）に移動させるものであって、上下方向に延びるシャフト１２と、モータ（図示省略）の駆動に伴って該シャフト１２を上下動するボールブッシュユニット１３と撮像装置２を取付支持する座１４とを備えた移動台車１５とを備えている。
【００２１】
これら撮像装置２及び移動装置３が接続される信号処理装置４は、パソコンやワークステーション等のコンピュータによって構成されており、撮像装置２から得られる画像情報（以下、画像という）を格納するフレームメモリ１７と、移動装置３のモータの駆動を制御する移動制御手段１８と、フレームメモリ１７に格納された画像からエッジを抽出する第１エッジ抽出手段２０及び第２エッジ抽出手段２１と、撮像装置２の移動前後の位置の間隔を計測する計測手段２３と、メモリ２４と、これらを統括的に制御するメイン制御手段２５とを備えている。
【００２２】
また、モニタ５は、フレームメモリ１７を介してメイン制御手段２５に接続されたＣＲＴや液晶のモニタであって、フレームメモリ１７に格納された画像を表示する。また、外部入力手段６はキーボード２６及びマウス２７から構成され、これらキーボード２５及びマウス２６もメイン制御手段２５に接続されている。
第１エッジ抽出手段２０は、撮像装置２によって計測対象物ｍの上端縁の一部を撮像した場合に、画像上にて計測対象物ｍと背景の境界を示す水平方向（図１に示すＸ方向）のピクセルライン（エッジ）を検出し、該ピクセルラインを前記上端縁を示す第１エッジＹｕとして抽出する機能を有している。
【００２３】
そして、第１エッジＹｕが画像の最上段から第ｎ列目に該当するピクセルラインによって形成されている場合、該第ｎ列目のピクセルラインが第１エッジＹｕを示していることがメモリ２４に記憶される。
また、第２エッジ抽出手段２１は撮像装置２によって計測対象物ｍの下端縁の一部を撮像した場合に、画像上にて計測対象物ｍと背景の境界となる水平方向のピクセルラインを検出し、該ピクセルラインを前記下端縁を示す第２エッジＹｄとして抽出する機能を有している。
【００２４】
本発明に係る直径計測装置１は以上の構成を有するものであって、次に、該直径計測装置１によって計測対象物ｍの直径を計測する工程について図２及び図３を用いて説明する。
先ず、ステップＳ１にて、図３（ａ）に示す如く、撮像装置２の位置を調整して受け台９に載置された計測対象物ｍの上端縁を撮像し、該撮像装置２による画像をフレームメモリ１７に格納する。次に、ステップＳ２に移行し、第１エッジ抽出手段２０によって、フレームメモリ１７上にて計測対象物ｍの上端縁を示すピクセルラインを第１エッジＹｕとして抽出すると共に、該第１エッジＹｕを示すピクセルラインの位置をメモリ２４に記憶する。また、このときの撮像装置２の位置Ｚｕをメモリ２４に記憶する（第１エッジ抽出工程）。
【００２５】
次に、ステップＳ３に移行し、撮像装置２を計測対象物ｍの下端縁に向けて移動させる（移動工程）。
かかる移動は、外部入力手段６によって作業者が計測対象物ｍの直径Ｄの概略値を信号処理装置４に入力し、該概略値に基づき、移動制御手段１８を介して移動台車１５を駆動させるものでも構わないし、作業者がモニタ５を視認しながら徐々に撮像装置２を下降させるように移動台車１５を操作するものであっても構わない。
そして、ステップＳ４に移行して、計測対象物ｍの下端縁を撮像し、該撮像装置２による画像をフレームメモリ１７に格納した後、ステップＳ５に移行して、該計測対象物ｍの下端縁を示すピクセルラインを第２エッジＹｄとして抽出する。
【００２６】
その後、ステップＳ６に移行して、第２エッジＹｄがメモリ２４に記憶された第１エッジＹｕの位置に一致しているかどうかを判断し、ノーと判断されたときは、ステップＳ６１に移行し、モニタ５に表示された画像上にて記憶された第１エッジＹｕの位置に第２エッジＹｄが一致するように移動制御手段１８及び移動装置３を介して撮像装置２の位置を調整した後、ステップＳ６に戻る。
そして、図３（ｂ）に示す如く第１エッジＹｕの位置に第２エッジＹｄが一致し、ステップＳ６にてイエスと判断されたときは、ステップＳ７にてこのときの撮像装置２の位置Ｚｄを記憶する（エッジ一致工程）。
【００２７】
その後、ステップＳ８に移行し、計測手段２３によってＺｕ〜Ｚｄ間の間隔Ｃを計測して該間隔Ｃを計測対象物ｍの直径Ｄとし、手続を終了する（計測工程）。
上記本実施の形態によれば、図３（ｂ）に示す如く撮像装置２の光軸Ａ上にて両端縁のエッジを抽出した場合、計測対象となった両端縁を結ぶ直線と撮像装置２の移動方向に延びるシャフト１２の軸芯とは平行となるため、撮像装置２は上記工程によって両端縁間を平行移動することとなる。このため、Ｚｕ〜Ｚｄ間の間隔Ｃは計測対象物ｍの直径Ｄと等しくなり、極めて高精度な計測が行われる。
【００２８】
また、図４に示す如く撮像装置２の光軸Ａ上以外の位置で両端縁のエッジを抽出する場合、第１エッジＹｕを抽出したときの撮像装置２のレンズ中心と計測対象物ｍの上端縁とを結ぶ直線Ｂ1（以下、直線Ｂ1という）は光軸Ａに対して俯角θ1だけ傾いており、撮像装置２のレンズ中心と計測対象物ｍの下端縁とを結ぶ直線Ｂ2（以下、直線Ｂ2という）も、第１エッジＹｕの位置に第２エッジＹｄを一致させた状態にあるため、光軸Ａに対して俯角θ1だけ傾いている。これにより、エッジ抽出の対象となる両端縁を結ぶ直線Ｒは、直線Ｂ1及び直線Ｂ2がそれぞれ光軸Ａから傾いている分だけ撮像装置２の移動方向に平行な軸Ｏに対して傾くこととなる。
【００２９】
そして、直線Ｒの両端である前記両端縁を同一の俯角θ1で捉えるために、撮像装置２は両端縁の間隔となる直径Ｄよりも僅かに大きく移動することとなり、これによってＺｕ〜Ｚｄの間隔Ｃ＞直径Ｄとなる。ところで、本実施の形態においては、撮像装置２として焦点距離ｆ＝２００ｍｍのレンズが取り付けられたＣＣＤカメラが使用され、該ＣＣＤカメラの望遠撮像能力を有効に発揮させべく、計測対象物ｍの軸芯と撮像装置２のレンズ中心間の間隔がＦ＝７０００ｍｍとされている。これにより、該撮像装置２による計測対処物ｍの視野角は十分に小さなものとなるため、俯角θ1が大きな値を示すことはない。このため、間隔Ｃは直径Ｄよりも僅かに大きい値を示すものとなり、間隔Ｃ≒直径Ｄとみなすことができ、大きな計測誤差が発生する虞はない。
【００３０】
例えば図４に示す如く、撮像装置２のレンズ中心と計測対象物ｍの軸芯間の距離Ｆ＝７０００ｍｍ、撮像装置２の焦点距離ｆ＝２００ｍｍ、撮像装置２のＣＣＤサイズを６.４ｍｍ×４.８ｍｍとした場合、画像の最下端にて第１エッジＹｕを抽出すると、前記視角θ1＝０.６８°となる。
このとき、計測対象物ｍの真なる直径Ｄ＝５００ｍｍである場合、逆算すると撮像装置２のＺｕ〜Ｚｄ間の間隔Ｃは、Ｃ＝５００／ＣＯＳ（０．６８π／１８０）＝５００．０００５ｍｍ≒５００ｍｍとなり、計測対象物ｍの真なる直径Ｄと極めて等しい値（誤差が１ｍｍ以下）となる。
【００３１】
したがって、本実施の形態によれば、撮像装置２のＺｕ〜Ｚｄ間の間隔Ｃを計測対象物ｍの直径Ｄとみなすことができ、計測対象物ｍが撮像装置２の光軸方向に移動する場合にも、計測機会毎に正確な計測を行うことができるのである。
また、１台の撮像装置２を移動させて計測対象物ｍの直径Ｄを計測するため、移動前後の撮像装置２の光軸Ａは平行なものとなる。
したがって、図５に示す如く、該撮像装置２の光軸の向きが計測対象物ｍの軸芯に垂直とする向きからθ2だけ下方に傾いた場合にも、直線Ｂ1及び直線Ｂ2とは平行なものとなり、これによって、撮像装置２の光軸の向きに拘わらず計測対象物ｍの直径Ｄを精度良く計測することができる。例えば上記θ2＝１°とし、計測対象物ｍの真なる直径Ｄ＝５００ｍｍである場合、逆算すると撮像装置２のＺｕ〜Ｚｄ間の間隔ＣはＣ＝５００／ＣＯＳ（π／１８０）＝５００．０７ｍｍ≒５００ｍｍとなり、計測対象物ｍの真なる直径Ｄと極めて等しい値（誤差が１ｍｍ以下）となる。
［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係る第２の実施の形態を示している。本実施の形態においては、信号処理装置４にエッジ一致検出手段２８を有している。
【００３２】
該エッジ一致検出手段２８は、メモリ２４に記憶された第１エッジＹｕの位置に撮像装置２によってリアルタイムに撮像されている画像上の第２エッジＹｄが一致しているかどうかを自動的に判断する機能を有している。
これら２つのエッジ間のずれをΔ＝｜Ｙｕ−Ｙｄ｜とした場合、エッジ一致検出手段２８は、Δ≦Ｔｈｒｅであれば、これら２つのエッジは一致しているものとし、Δ＞Ｔｈｒｅであれば、これら２つのエッジは一致していないと判断する。ここで、Ｔｈｒｅとは、第１エッジＹｕと第２エッジＹｄとの一致度を示す閾値であり、要求直径精度によって適切な値を設定する。例えば、要求直径精度が高いときは、Ｔｈｒｅも小さなものとなる。
【００３３】
本実施の形態の直径計測装置１による計測対象物ｍの直径を計測する工程は、図７に示す如く、上記第１の実施の形態と同じ処理を経てステップＳ５に至り、画像上に計測対象物ｍの下端縁を示すピクセルラインを第２エッジＹｄとして抽出する。その後、ステップＳ９に移行し、エッジ一致検出手段２８によって記憶された第１エッジＹｕの位置と第２エッジＹｄとが一致しているかどうかを判断する。
図８（ａ）の如く記憶された第１エッジＹｕと抽出した第２エッジＹｄとが一致しておらず、ステップＳ９にてノーと判断されたときは、ステップＳ９１に移行して、第１エッジＹｕと第２エッジＹｄ間のずれΔに基づいて撮像装置２の移動量ｄを決定する（ずれ算出工程）。
【００３４】
該移動量ｄは、以下の式（２）によって与えられる。
【００３５】
【数２】
2007051956.tif 000004
【００３６】
その後、ステップＳ９２に移行し、図８（ｂ）に示す如く上記算出された移動量ｄだけ撮像装置２を移動させ、ステップＳ９に戻る（ずれ解消工程）。
一方、ステップＳ９にてイエスと判断されたときは、ステップＳ１０に移行し、該ステップＳ１０にてこのときの撮像装置２の位置Ｚｄを記憶した後、ステップＳ１１に移行し、計測手段２３によってＺｕ〜Ｚｄ間の間隔Ｃを計測して該間隔Ｃを計測対象物ｍの直径Ｄとし、手続を終了する。
【００３７】
本実施の形態によれば、信号処理装置４が撮像装置２及び移動装置３を制御することにより、記憶された第１エッジＹｕと抽出された第２エッジＹｄとを一致させる処理の自動化が図れ、処理速度及び処理精度の向上が図られる。
［第３の実施の形態］
図９は、本発明に係る第３の実施の形態であって、上記第２の実施の形態と同様の直径計測装置１を用い、計測対象物ｍの上端縁の撮像から両端縁間の直径Ｄを計測するまでの処理を自動的に行うことを目的としている。
【００３８】
先ず、ステップＳ１１にて、撮像装置２によって鍛造プレス機８に載置された計測対象物ｍの側面を撮像し、該撮像装置２による画像をフレームメモリ１７に格納し、該画像に計測対象物ｍの上端縁の一部が撮像されているかどうかを判断する。
ステップＳ１１にてノーと判断されたときは、ステップＳ１２に移行し、撮像装置２によって計測対象物ｍが撮像されているかどうかを判断する。ステップＳ１２にてイエスと判断されたときは、ステップＳ１３に移行し、移動制御手段１８及び移動装置３を介して撮像装置２を上昇させ、その後、ステップＳ１１に戻る。また、ステップＳ１２にてノーと判断されたときは、撮像装置２によって背景のみが撮像されていることとなるので、ステップＳ１４に移行し、移動制御手段１８及び移動装置３を介して撮像装置２を下降させ、その後、ステップＳ１１に戻る。
【００３９】
また、ステップＳ１１にてイエスと判断されたときは、ステップＳ２に移行して、該計測対象物の上端縁を示すピクセルラインを第１エッジＹｕとして抽出し、同時に該第１エッジＹｕを示すピクセルラインの位置を記憶する。また、このときの撮像装置２の位置Ｚｕを記憶する。
次に、ステップＳ３に移行し、撮像装置２を計測対象物ｍの下端縁に向けて移動させる。該移動は、外部入力手段６によって作業者が計測対象物ｍの直径Ｄの概略値を信号処理装置４に入力し、該概略値に基づいて移動装置３の移動台車１５を駆動させることによって行うものとする。
【００４０】
そして、ステップＳ４に移行し、撮像装置２によって計測対象物ｍを撮像し、該撮像装置２による画像をフレームメモリ１７に格納し、該画像に計測対象物ｍの下端縁の一部が撮像されているかどうかを判断する。ステップＳ４にてノーと判断されたときは、ステップＳ４１に移行し、撮像装置２によって計測対象物ｍが撮像されているかどうかを判断する。ステップＳ４１にてノーと判断されたときは、撮像装置２によって背景のみが撮像されていることとなるので、ステップ４２に移行し、移動制御手段１８及び移動装置３を介して撮像装置２を上昇させ、その後、ステップＳ４に戻る。また、ステップＳ４１にてイエスと判断されたときは、ステップＳ４３に移行し、移動制御手段１８及び移動装置３を介して撮像装置２を下降させ、その後、ステップＳ４に戻る。
【００４１】
一方、ステップＳ４にてイエスと判断されたときは、ステップＳ５に移行し、該計測対象物ｍの下端縁を示すピクセルラインを第２エッジＹｄとして抽出する。
その後、ステップＳ９に移行した後は、上記第２の実施の形態と同じ工程を処理し、手続を終了する。
本実施の形態によれば、外部入力手段６によって計測対象物ｍの直径Ｄの概略値を入力する単純な入力作業によって、計測対象として選択した両端縁間の直径Ｄの極めて正確な値を得ることができ、作業者の負担が軽減されると共に、計測作業の作業スピードが向上して効率よく鍛造作業を行うことができることとなる。
［第４の実施の形態］
図１０は、本発明に係る第４の実施の形態であって、撮像装置２は、焦点距離を可変とするレンズを有するものが用いられている。
【００４２】
先ず、ステップＳ０１にて、撮像装置２によって鍛造プレス機８に載置された計測対象物ｍの側面を撮像し、該撮像装置２による画像をフレームメモリ１７に格納し、該画像に計測対象物ｍの上下端の一部が同一撮像領域内に収められているかどうかを判断する。ステップＳ０１にてノーと判断されたときは、ステップＳ０２に移行し、撮像装置２の位置及び焦点距離を調整した後、ステップＳ０１に戻る。
一方、図１１（ａ）に示す如く同一撮像領域内に計測対象物ｍの両端縁の一部が撮像され、ステップＳ０１にてイエスと判断されたときは、ステップＳ０３に移行し、モニタ５に表示された画像から直径計測の対象となる両端縁の計測対象位置（計測対象部分）を決定する（計測位置決定工程）。
【００４３】
その後、ステップＳ０４に移行し、ステップＳ０３にて決定した一対の計測対象位置の内、図１１（ｂ）の如く上端縁の計測対象位置を画像全体に引き延ばすべく、該計測対象位置を拡大して撮像する（拡大撮像工程）。
このとき、撮像装置２の位置を調整して該撮像装置２の光軸Ａ上に計測対象位置の上端縁を位置させ、この状態で該計測対象位置を拡大して撮像しても構わない（光軸一致工程及び拡大工程）。
そして、このときの撮像装置２の焦点距離を固定した状態で上記第３の実施の形態と同様のＳ２及びＳ３の処理を行い、図１１（ｃ）の如く計測対象物ｍの下端縁を撮像し、その後、上記第３の実施の形態と同様のＳ４〜Ｓ１１の処理を順次行った後、手続を終了する。
【００４４】
本実施の形態の直径計測装置１を用いて計測対象物ｍの直径Ｄを計測する場合、エッジ抽出を可及的正確に行うため或いは上記ずれΔの閾値を小さなものとするために、計測対象位置を可能な限り拡大して撮像することが有効であるが、撮像装置２が計測対象物ｍの上端縁を撮像する以前から拡大撮像モードに設定されていると、計測対象物ｍのどの位置をこれから計測しようとしているのか作業者が判断しづらい。
そこで、本実施の形態の如く、第１エッジＹｕを抽出するステップＳ２に移行する前に撮像装置２を広角モードに設定し、該広角モードによって計測対象物ｍの両端縁を同一撮像領域内に収めることにより、作業者はモニタ５を視認して計測対象物ｍ全体の中での計測対象位置を確認することができることとなる。
【００４５】
或いは、作業者がモニタ５を視認して計測対象物ｍ全体の中から計測が必要と思われる計測対象位置を選択することができ、より的確な計測を行うことが可能となる。
［第５の実施の形態］
図１２は、本発明に係る第５の実施の形態であって、上記第５の実施形態の工程を利用して計測対象物ｍの直径計測処理のさらなる自動化が図られている。
即ち、上記第５の実施形態の処理工程のステップＳ０３とステップＳ０４との間にステップＳ０３１を挿入し、該ステップＳ０３１によって、図１１（ａ）の如く画像上にて両端縁を示す一対のエッジを抽出し、該エッジ間の間隔ｗから両端縁間の間隔の概算値Ｌを算出するのである（直径概算工程）。
【００４６】
該概算値Ｌは、以下の式（３）によって与えられる。
【００４７】
【数３】
2007051956.tif 000005
【００４８】
その後、ステップＳ２を経てステップＳ３に移行する。そして、該ステップＳ３にて、上記算出した概算値Ｌだけ他方の端縁に向けて撮像装置２を移動させる。その後、ステップ４に移行し、その後の工程は上記第４の実施の形態と同様である。
本実施の形態によれば、撮像装置２を上端縁を撮像している位置から下端縁を撮像する位置まで移動させる工程も信号処理装置４によって制御することが可能となり、作業者は信号処理装置４に直径Ｄの概略値を入力する必要はない。したがって、図１２に示すステップＳ０１からステップＳ１１までの処理工程の全てを信号処理装置４によって制御可能となる。
【００４９】
上記第１から第５の実施の形態において、第１エッジ抽出手段２０及び第２エッジ抽出手段２１は、画像処理手段をそれぞれ有している。
該画像処理手段は、撮像装置２による画像上にエッジを抽出するためのウインドを形成するためのウインド形成手段と、画像上にて計測対象物ｍと背景との境界を示すエッジとなるピクセルラインを強調するエッジ強調手段とを有している。
ウインド形成手段は、図１３に示す如く、フレームメモリ１７に格納された画像に、該画像のＹ方向に延びる一対の縦ラインＸS、ＸEによって囲まれたエッジ検出ウインド３１を形成するマスク処理を施すものである。これによって、画像上には左端から右端に亘って計測対象物ｍの端縁を示すエッジが示されているものの、該エッジ検出ウインド３１内のエッジが計測対象となるエッジとして選択される。
【００５０】
該エッジ検出ウインド３１の両側縁となる縦ラインＸS〜ＸEの間には、上下方向に延びる複数のピクセルラインが存在しているが、少なくとも１列以上存在していればよい。また、エッジ検出ウインド３１の画像上のＸ方向の位置は、外部入力手段６による入力及びメイン制御手段２５による判断によって任意の位置が選択可能となっている。
エッジ強調手段は、エッジ検出ウインド３１内のピクセルに微分処理を施すものであって、エッジを構成するエッジ要素を強調する機能を有する。
上記画像処理手段を用いて計測対象物ｍの上端縁を示すエッジを第１エッジＹｕとして抽出する方法について、図１４〜図１６を用いて説明する。
【００５１】
図１４（ａ）は、計測対象物ｍの上端縁を撮像した場合の任意のピクセルラインＸiの明るさに関する分布を示している。ここで、Ｘ軸はピクセルラインＸiを構成する各ピクセルの明るさを示し、Ｙ軸は各ピクセルのＹ方向の位置を示している。
このとき、該ピクセルラインＸiにおける明るさの分布は、エッジ要素付近を境界として輝度が小さい（暗い）領域と大きい（明るい）領域とに分かれる。これは、計測対象物ｍである鍛造材が熱間鍛造中のものであるので、丸棒が背景よりも明るいものとなることに起因している。
【００５２】
そして、エッジ強調手段によってウインド内のピクセルを微分し、この結果、図１４（ｂ）に示す分布が得られる。
なお、本実施の形態においては、上記エッジ強調手段による処理として図１６に示すソーベルフィルタが用いられるが、他の微分フィルタを採用することももちろん可能である。
図１５（ａ）には、エッジ強調手段による処理を施されたエッジ検出ウインド３１内のピクセルを上下方向のピクセルラインＸS…Ｘi…ＸE毎に抽出したときの各ピクセルラインの分布が示されており、これらを全て加算することにより、図１５（ｂ）に示す分布が得られ、該分布にてＸの値が最大値を示すこととなる位置を検出し、該位置を第１エッジＹｕの位置として抽出するのである。
【００５３】
また、該画像処理手段を用いて計測対象物ｍの下端縁を示すエッジを第２エッジＹｄとして抽出する方法は、上記第１エッジＹｕを抽出する方法と同様であるが、該第２エッジＹｄを抽出する場合の微分フィルタには、図１７に示すソーベルフィルタが用いられる。
上記画像処理手段を介するエッジの抽出は、各処理工程にてエッジの抽出が必要とされる毎に用いられ、該エッジ抽出方法を用いてエッジを抽出することにより、より正確に各エッジが計測対象物ｍの端縁を示すものとして抽出されることとなり、計測精度のさらなる向上が図られるのである。
【００５４】
以上、本発明に係る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、下端縁を第１エッジとして抽出し、その後に上端縁を第２エッジとして抽出する処理工程を採用する場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏する。
また、丸棒状の計測対象物ｍの軸芯を上下方向に設定し、該計測対象物ｍの左端縁を撮像した後に右端縁を撮像することにより、該計測対象物ｍの直径Ｄを計測する構成とすることも可能である。
また、上記第５の実施の形態においては、作業者がモニタ５を介して撮像装置２による撮像状態を確認する必要がないため、モニタ５を備えていない構成とすることも可能である。また、撮像装置２の撮像位置をより明確なものとする目的で、撮像位置を照らすレーザ光照射装置を撮像装置２や移動装置３に配備することも可能である。
【００５５】
また、上述の第１エッジ抽出手段２０、第２エッジ抽出手段２１及び計測手段２３等は、コンピュータのプログロラムとして実現されていてもよく、ＤＳＰ等を用いてハード的に実現されているものであっても構わない。
また、計測対象物ｍは熱間鍛造中の鍛造材に限定されることはなく、冷間鍛造中の鍛造材を計測対象物ｍとして採用することも可能である。また、鍛造材以外のものを計測対象物ｍとして採用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施の形態の直径計測装置を示す側面図である。
【図２】直径計測処理工程を示すフローチャート図である。
【図３】撮像状態を示す側面図及びモニタの正面図である。
【図４】撮像装置と計測対象物の位置関係を説明する側面図である。
【図５】他の撮像装置と計測対象物の位置関係を説明する側面図である。
【図６】第２の実施の形態の直径計測装置を示す側面図である。
【図７】直径計測処理工程を示すフローチャート図である。
【図８】撮像状態を示す側面図及びモニタの正面図である。
【図９】第３の実施の形態の直径計測処理工程を示すフローチャート図である。
【図１０】第４の実施の形態の直径計測処理工程を示すフローチャート図である。
【図１１】撮像状態を示す側面図及びモニタの正面図である。
【図１２】第５の実施の形態の直径計測処理工程を示すフローチャート図である。
【図１３】モニタに撮像された画像を示す正面図である。
【図１４】画像処理前後の画像の明るさに関する分布を示す図である。
【図１５】各ピクセルラインの分布及びウインド全体の分布を示す図である。
【図１６】第１エッジ抽出に用いるソーベルフィルタを示す図である。
【図１７】第２エッジ抽出に用いるソーベルフィルタを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    直径計測装置
２    撮像装置
３    移動装置
４    信号処理装置
５    モニタ
６    外部入力手段
８    鍛造プレス機
１７  フレームメモリ
１８  移動制御手段
２０  第１エッジ抽出手段
２１  第２エッジ抽出手段
２３  計測手段
２４  メモリ
２５  メイン制御手段
２８  エッジ一致検出手段
３０  画像処理手段
３１  エッジ検出ウインド
３２  ウインド形成手段
３３  エッジ強調手段
ｍ    計測対象物
【図１】
2007051956.tif 000006
【図２】
2007051956.tif 000007
【図３】
2007051956.tif 000008
【図４】
2007051956.tif 000009
【図５】
2007051956.tif 000010
【図６】
2007051956.tif 000011
【図７】
2007051956.tif 000012
【図８】
2007051956.tif 000013
【図９】
2007051956.tif 000014
【図１０】
2007051956.tif 000015
【図１１】
2007051956.tif 000016
【図１２】
2007051956.tif 000017
【図１３】
2007051956.tif 000018
【図１４】
2007051956.tif 000019
【図１５】
2007051956.tif 000020
【図１６】
2007051956.tif 000021
【図１７】
2007051956.tif 000022