(57)【要約】      （修正有）【課題】６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印面に刻印された刻印文字も読取り可能な刻印文字読取り装置を提供する。【解決手段】緑より波長の短いレーザ光によるレーザ距離計により規定のメッシュ分解能で刻印面Ｆの三次元距離マップを取得Ｓ１し、三次元距離マップから刻印面Ｆの高さ方向への起伏状態を含む面状態三次元距離マップを算出Ｓ２し、算出された刻印面Ｆの面状態三次元距離マップを基準として、取得された刻印面Ｆの三次元距離マップと閾値を比較して距離が閾値以上であるメッシュを凹み有メッシュとして特定Ｓ３する。凹み有メッシュが特定されたら、凹み有メッシュの存在領域から刻印文字群を抽出Ｓ４し、抽出された刻印文字群のうち、凹み有領域の連続性（非連続性を含む）から刻印文字を切出しＳ５、切出された刻印文字を予め記憶された文字と比較して刻印文字を認識Ｓ６する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６００℃以上の赤熱状態にある鋼材の刻印面に刻印され且つ前記刻印面より凹んだ刻印文字を読取る刻印文字読取り装置であって、
緑より波長の短いレーザ光によるレーザ距離計により規定の領域分解能で前記レーザ距離計からの前記刻印面の三次元距離情報を取得する三次元距離情報取得部と、
前記取得された刻印面の三次元距離情報から前記刻印面の高さ方向への起伏状態を含む面状態を刻印面の面状態三次元距離情報として算出する刻印面状態算出部と、
前記算出された刻印面の面状態三次元距離情報を基準とする閾値を前記取得された刻印面の三次元距離情報と比較して距離が閾値以上である領域を凹み有領域として特定する凹み有領域特定部と、
前記特定された凹み有領域の存在領域から刻印文字群を抽出する刻印文字群抽出部と、
前記抽出された刻印文字群のうち、前記凹み有領域の連続性から刻印文字を切出す刻印文字切出し部と、
前記切出された刻印文字を予め記憶された文字と比較して刻印文字を認識する刻印文字認識部と
を備えたことを特徴とする刻印文字読取り装置。
【請求項２】
前記刻印面状態算出部は、前記刻印面の高さ方向への起伏状態を含む面状態の算出に先立って、前記取得された刻印面の三次元距離情報から前記刻印面の凸部分をノイズとして除去することを特徴とする請求項１に記載の刻印文字読取り装置。
【請求項３】
前記刻印文字認識部で認識された刻印文字を上位演算処理装置から取得した刻印文字情報と比較して照合する刻印文字照合部
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の刻印文字読取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の刻印面に刻印された刻印文字を読取る刻印文字読取り装置に関し、特に製鉄所の熱間工程で鋼材の刻印面に刻印された刻印文字を読取る場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
このように鋼材の刻印面に刻印された刻印文字を読取る場合、従来は、例えば市販のデジタルカメラで刻印面を撮像して、その画像をモニターに表示し、検査者が刻印文字を読取っていた。これを自動化するために、例えば刻印文字に対して複数の方向から照明を当てて刻印文字の陰影を採取し、その映像を画像処理して文字を抽出することも行われていた。更に、下記特許文献１では、刻印面に刻印された凹凸刻印文字の品質チェックのために、レーザ距離計を用いて刻印面の三次元データを取得し、刻印面の形状を算出することで刻印文字の刻印面との段差量を算出し、その段差量から凹凸刻印文字の品質チェックを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０３６６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の刻印文字自動読取り装置では、何れも、例えば製鉄所の熱間工程で６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印面に刻印された刻印文字を読取ることは困難である。例えば、刻印文字の陰影を画像処理して文字を抽出しようとする場合、鋼材の刻印面には傾きや曲面、凹凸があるため、照明条件や撮像条件が安定せず、文字部とそれ以外の部分とのコントラストがとれず、安定して文字を読取ることができない。また、特許文献１のようにレーザ距離計を用いて刻印面の三次元距離データを取得しようとする場合、一般にレーザ距離計には赤色レーザ光が用いられており、この赤色レーザ光によるレーザ距離計では、赤熱している鋼材の刻印面の三次元距離データを安定して取得することができない。従って、従来の刻印文字自動読取り装置では、６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印文字を読取ることは困難である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印面に刻印された刻印文字も読取り可能な刻印文字読取り装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、６００℃以上の赤熱状態にある鋼材の刻印面に刻印され且つ刻印面より凹んだ刻印文字を読取る刻印文字読取り装置であって、緑より波長の短いレーザ光によるレーザ距離計により規定の領域分解能でレーザ距離計からの刻印面の三次元距離情報を取得する三次元距離情報取得部と、取得された刻印面の三次元距離情報から刻印面の高さ方向への起伏状態を含む面状態を刻印面の面状態三次元距離情報として算出する刻印面状態算出部と、算出された刻印面の面状態三次元距離情報を基準とする閾値を取得された刻印面の三次元距離情報と比較して距離が閾値以上である領域を凹み有領域として特定する凹み有領域特定部と、特定された凹み有領域の存在領域から刻印文字群を抽出する刻印文字群抽出部と、抽出された刻印文字群のうち、凹み有領域の連続性から刻印文字を切出す刻印文字切出し部と、切出された刻印文字を予め記憶された文字と比較して刻印文字を認識する刻印文字認識部とを備えた刻印文字読取り装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
而して、本発明の刻印文字読取り装置では、緑より波長の短いレーザ光によるレーザ距離計により規定の領域分解能でレーザ距離計からの刻印面の三次元距離情報を取得し、取得された刻印面の三次元距離情報から刻印面の高さ方向への起伏状態を含む面状態を刻印面の面状態三次元距離情報として算出し、算出された刻印面の面状態三次元距離情報を基準とする閾値を取得された刻印面の三次元距離情報と比較して距離が閾値以上である領域を凹み有領域として特定し、特定された凹み有領域の存在領域から刻印文字群を抽出し、抽出された刻印文字群のうち、凹み有領域の連続性から刻印文字を切出し、切出された刻印文字を予め記憶された文字と比較して刻印文字を認識することにより、６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印面の刻印文字も読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の刻印文字読取り装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す演算処理装置で実行される刻印文字読取りのための演算処理のフローチャートである。
【図３】鋼材の刻印面及び刻印文字の縦断面図である。
【図４】図１のレーザ距離計で取得した鋼材刻印面の三次元距離マップの説明図である。
【図５】図４の鋼材刻印面の三次元距離マップを移動平均によってノイズ除去−平滑化して算出した刻印面面状態の三次元距離マップの説明図である。
【図６】図５の刻印面面状態の三次元距離マップを基準とする閾値と鋼材刻印面の三次元距離マップの比較の説明図である。
【図７】図６の比較結果から特定された凹み有メッシュの説明図である。
【図８】図４の鋼材刻印面の三次元距離マップからバラツキの大きいデータを除去した三次元距離マップの説明図である。
【図９】図８の鋼材刻印面の三次元距離マップを重み付け最小二乗法によって平滑化して算出した刻印面面状態の三次元距離マップの説明図である。
【図１０】図９の刻印面面状態の三次元距離マップを基準とする閾値と鋼材刻印面の三次元距離マップの比較の説明図である。
【図１１】図１０の比較結果から特定された凹み有メッシュの説明図である。
【図１２】刻印面面状態の三次元距離マップを基準とする閾値と鋼材刻印面の三次元距離マップの比較の異なる例を示す説明図である。
【図１３】図１２の比較結果から特定された凹み有メッシュの説明図である。
【図１４】凹み有メッシュから抽出された刻印文字群の説明図である。
【図１５】刻印文字群から切出された文字の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
以下に、本発明の刻印文字読取り装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の刻印文字読取り装置の概略構成を示す正面図であり、製鉄所の熱間圧延工程の入側部分に配置されている。熱間圧延工程に送給される鋼材（スラブ）Ｓは図１の右方向に長手であり、図の左方端面を刻印面Ｆとして、その刻印面Ｆに、刻印面Ｆより凹んだ刻印文字が刻印されている。この実施形態では、この鋼材Ｓの刻印面Ｆをレーザ距離計１で走査して、刻印文字を含む刻印面Ｆの三次元距離データを、例えば三次元距離マップ（三次元情報）として取得する。
【００１０】
この実施形態のレーザ距離計１には、緑より波長の短いレーザ光を用いたレーザ距離計が使用される。熱間圧延工程に送給される鋼材Ｓは、６００℃以上の温度で赤熱しており、一般的な赤色レーザ光を用いたのでは、鋼材Ｓからの赤色波長成分により、鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離データを適正に取得することができない。そのため、この実施形態のレーザ距離計１では、赤熱した鋼材Ｓの刻印面Ｆでも三次元距離データを取得可能なように、緑より波長の短いレーザ光を用いる。緑の波長には、例えば国際照明委員会が規定する波長５４６．１ｎｍが適用される。従って、この実施形態のレーザ距離計１のレーザ光には、それよりも波長の短い、例えば青や紫のレーザ光が使用される。
【００１１】
このレーザ距離計１は、例えばレーザヘッドを揺動することによってレーザ光を扇形に偏向し、二次元、つまりレーザ光の偏向方向とその反射方向の位置情報をレーザ距離計からの距離データとして検出する二次元レーザ距離計である。この実施形態では、この二次元レーザ距離計１によるレーザ光の偏向方向を図１の上下方向、つまり紙面と平行な方向に設定し、そのレーザ距離計１を移動装置２で紙面と垂直な方向に移動（走査）することで、鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離データを検出して三次元距離マップとする。つまり、鋼材Ｓの刻印面Ｆは、刻印面Ｆと平行な面の二次元位置データに、刻印面Ｆの高さ方向の位置データが重畳された三次元距離マップで傾き状態や曲面状態、凹凸状態が表される。従って、取得される三次元距離マップは、鋼材Ｓの刻印面Ｆの面状態を表している。このレーザ距離計１の移動装置２には、例えば既存のリニアガイド装置などが適用され、これによりレーザ距離計１を図１の紙面垂直方向に滑らかに移動することができる。この実施形態では、この二次元レーザ距離計１を走査することにより、例えば０．３ｍｍメッシュの分解能で鋼材Ｓの刻印面Ｆの面状態を検出することができる。
【００１２】
レーザ距離計１によるレーザ光の偏向や移動装置２によるレーザ距離計１の移動は、レーザ距離計制御装置３によって制御され、レーザ距離計１で検出された鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離データは、このレーザ距離計制御装置３によって三次元距離マップに変換される。レーザ距離計制御装置３は、前述のようにレーザ距離計１のレーザ光を図１の紙面平行方向に偏向すると共に、レーザ距離計１そのものを図１の紙面垂直方向に予め設定された初期位置から終点位置まで一定速度で移動し、その間に取得した三次元距離データを鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離マップに変換する。レーザ距離計１及びレーザ距離計制御装置３は、より上位の演算処理装置４によって制御され、この演算処理装置４で刻印文字の読取りが行われる。演算処理装置４は、コンピュータシステムなどで構成される高度な演算処理機能を有するものである。つまり、この実施形態の刻印文字読取り装置は、演算処理装置４内で実行される演算処理によって構築される。また、この演算処理装置４には、図示しない更に上位の演算処理装置から、熱間圧延工程に送給される鋼材Ｓの刻印面Ｆへの刻印文字情報が入力される。
図２は、演算処理装置４で実行される刻印読取りのための演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、例えばオペレータによる刻印文字読取り指令入力で開始され、先ずステップＳ１で、二次元レーザ距離計１を走査して、規定された分解能、つまり０．３ｍｍメッシュ（領域）で鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離マップを作成する。
【００１３】
次にステップＳ２に移行して、取得された刻印面Ｆの三次元距離マップからノイズを除去すると共にノイズの除去された三次元距離マップから刻印面Ｆの面状態を算出する。この実施形態では、刻印文字は刻印面Ｆから凹んでいるので、刻印面Ｆから突出する凸部は、読取り対象となる刻印文字からはノイズでしかない。後述するように、刻印面Ｆは、面状態としての傾き、曲面、凹凸の他に、鋼材製造工程で生じたスケール（浮きスケール）が凸部として存在している。そこで、刻印面Ｆの三次元距離マップのうち、刻印面Ｆから規定値以上突出している凸部（レーザ距離計１からの距離の小さい部分）をノイズとして除去する。そして、このようにノイズが除去された三次元距離マップから刻印面Ｆの面状態を算出する。刻印面Ｆの面状態の算出には、後述するように、移動平均による平滑化（平滑化フィルタ）や最小二乗法による曲面回帰分析などがある。
【００１４】
次にステップＳ３に移行して、算出された刻印面Ｆの面状態に応じた閾値判定によって、刻印面Ｆの三次元距離マップにおける距離が閾値以上であるメッシュを凹み有メッシュとして特定する。
次にステップＳ４に移行して、特定された凹み有メッシュの存在領域から刻印文字群を抽出する。
次にステップＳ５に移行して、抽出された刻印文字群のうち、凹み有メッシュの連続性（非連続性を含む）から刻印文字を切出す。この実施形態では、凹み有メッシュが刻印面Ｆの縦、横、斜め方向に連続している領域に刻印文字が存在するものとし、近接する凹み有メッシュが３メッシュ以上離れている場合には別々の刻印文字であると判定する。
次にステップＳ６に移行して、切出された刻印文字を予め記憶された文字とのモデルマッチング（パターンマッチング）により文字として認識する。
次にステップＳ７に移行して、認識された文字を上位演算処理装置からの文字と照合してから復帰する。
【００１５】
この演算処理によれば、二次元レーザ距離計１を走査して規定されたメッシュで鋼材Ｓの刻印面Ｆの三次元距離マップを作成した後、取得された刻印面Ｆの三次元距離マップから凸部ノイズを除去すると共にノイズの除去された三次元距離マップから刻印面Ｆの面状態を算出する。これにより、刻印面Ｆそのものの傾き状態や曲面状態、凹凸状態が検出される。そして、算出された刻印面Ｆの面状態に応じた閾値と刻印面Ｆの三次元距離マップを比較し、レーザ距離計１からの距離が閾値以上であるメッシュを凹み有メッシュとして特定する。この凹み有メッシュは、刻印文字である可能性が高いメッシュである。そして、特定された凹み有メッシュの存在領域から刻印文字群を抽出し、抽出された刻印文字群のうち、凹み有メッシュの連続性から刻印文字を切出し、切出された刻印文字を予め記憶された文字とのモデルマッチング（パターンマッチング）により文字として認識する。例えば、刻印文字が接近している場合には、夫々の刻印文字を認識しにくいが、凹み有メッシュが非連続である部分で刻印文字が独立していると判定すれば、刻印文字を切出すことができ、この切出された刻印文字をモデルマッチングで比較して文字と認識することができる。そして、最終的に、上位演算処理装置から入力された文字と認識された文字を照合し、例えば照合結果が適正でない場合には、その旨をオペレータに報知する。
【００１６】
例えば、実際の鋼材Ｓにおける刻印面Ｆの面状態が図３のようなものであった場合に、刻印面Ｆから剥離している浮きスケールＣは、レーザ距離計１からの距離が刻印面Ｆよりも突出して小さいから、刻印面Ｆより凹んでいる刻印文字の読取りに際してはノイズである。この凸部ノイズを除去することで、刻印面Ｆの面状態から著しい凸状変化を除去することができる。このような刻印面Ｆの三次元距離マップのうち、例えばレーザ光の偏向方向への刻印面Ｆの二次元距離マップが図４のようであった場合について考察する。即ち、刻印面Ｆの三次元距離マップは、図４のような刻印面Ｆの二次元距離マップが図の紙面垂直方向に繋がっていると考えればよい。この三次元距離マップでは、レーザ距離計１からの距離が、その他の部分よりも一定量以上大きい部分に刻印文字の凹みがあると考えられる。また、レーザ距離計１からの距離が、その他の部分よりも規定値以上小さい部分は、浮きスケールＣなどの凸部ノイズであると考えられる。
【００１７】
そこで、図４の凸部ノイズを除去した後、移動平均によって三次元距離マップを平滑化したのが図５である。この移動平均による平滑化には、例えば周知のように重み付け移動平均などを用いることもできる。そして、このように三次元距離マップを平滑化することにより、刻印面Ｆの高さ方向への起伏状態を含む刻印面Ｆの面状態、即ち傾き状態や曲面状態、凹凸状態を検出することができる。この刻印面Ｆの面状態の三次元距離マップを基準として規定の閾値を加算したものが図６の二点鎖線である。この閾値と図４の刻印面Ｆの三次元距離マップを比較し、レーザ距離計１からの距離が閾値以上の領域、つまりメッシュに刻印文字の凹みがあると考えられる。そこで、図７に示すように、距離が閾値以上のメッシュを凹み有メッシュとして特定する。
【００１８】
刻印面の面状態検出には、最小二乗法による回帰曲面分析を用いることもできる。例えば、図８は、図４の三次元距離マップに対し、その他の部分よりもバラツキの大きい距離データをノイズとして除去したものである。刻印文字の凹みも、本来の刻印面Ｆの面状態から見れば、ノイズの一部と考えられる。このノイズが除去された三次元距離マップを最小二乗法によって曲面（図では曲線）に回帰分析した面状態が図９のように表れる。その場合、例えばデータの密度が大きいメッシュでは重みを大きくし、データの密度が小さいメッシュでは重みを小さく設定した最小二乗法を用いると、回帰分析した刻印面Ｆの面状態の信頼度が高くなる。この刻印面Ｆの面状態の三次元距離マップを基準として規定の閾値を加算したものが図１０の二点鎖線である。そして、この閾値と図４の刻印面Ｆの三次元距離マップを比較し、図１１に示すように、レーザ距離計１からの距離が閾値以上の領域、つまりメッシュを凹み有メッシュとして特定する。
【００１９】
刻印面Ｆの三次元距離マップと閾値の比較方法には、前述以外の方法として、取得した三次元距離マップから刻印面Ｆの面状態としての距離データを減じて図１２の実線のような刻印面Ｆの面状態に対する凹凸状態の三次元距離マップを取得し、この刻印面Ｆの面状態に対する凹凸状態の三次元距離マップと閾値を比較することもできる。そして、これにより、図１３に示すように、レーザ距離計１からの距離が閾値以上であるメッシュを凹み有メッシュとして特定することができる。
【００２０】
このようにして凹み有メッシュが特定されると、図１４のように、凹み有メッシュＤとそうでないメッシュ（凹み無メッシュ）Ｍのマトリックスが形成される。このマトリックスのうち、凹み有メッシュＤが存在している領域が刻印文字群であると考えられるので、その刻印文字群を抽出する。そして、その抽出された刻印文字群のうち、凹み有メッシュＤが縦、横、斜め方向に連続している領域に刻印文字が存在し、凹み有メッシュＤの非連続領域で、刻印文字が独立していると考えられるので、図１５に示すように、その独立した凹み有メッシュ領域から刻印文字を切出し、周知のモデルマッチング（パターンマッチング）手法によって文字を認識する。
【００２１】
このように、この実施形態の刻印文字読取り装置では、緑より波長の短いレーザ光によるレーザ距離計１により規定のメッシュ分解能でレーザ距離計１からの刻印面Ｆの三次元距離マップを三次元距離情報取得ステップＳ１で取得する。そして、取得された刻印面Ｆの三次元距離マップから刻印面Ｆの高さ方向への起伏状態を含む面状態を刻印面Ｆの面状態三次元距離マップとして刻印面状態算出ステップＳ２で算出する。この算出された刻印面Ｆの面状態三次元距離マップを基準として、取得された刻印面Ｆの三次元距離マップと閾値を比較して距離が閾値以上であるメッシュを凹み有メッシュとして凹み有領域特定ステップＳ３で特定する。このようにして凹み有メッシュが特定されたら、その凹み有メッシュの存在領域から刻印文字群を刻印文字群抽出ステップＳ４で抽出し、抽出された刻印文字群のうち、凹み有領域の連続性（非連続性を含む）から刻印文字を刻印文字切出しステップＳ５で切出し、切出された刻印文字を予め記憶された文字と比較して刻印文字を刻印文字認識ステップＳ７で認識する。これにより、６００℃以上の赤熱した鋼材の刻印面の刻印文字も読み取ることができる。
【００２２】
また、刻印面状態算出ステップＳ２では、刻印面の高さ方向への起伏状態を含む面状態の算出に先立って、取得された刻印面の三次元距離マップから刻印面の凸部分をノイズとして除去することにより、浮きスケールのような刻印文字の読取りに不要なノイズを除去して刻印面の面状態を適正に算出することが可能となり、その結果、刻印文字の読取り精度を向上することができる。
【００２３】
また、刻印文字照合ステップＳ７で、認識された刻印文字を上位演算処理装置から取得した刻印文字情報と比較して照合することにより、例えば熱間圧延工程への鋼材Ｓの誤送給を回避することが可能となる。
本発明がここに記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００２４】
１  レーザ距離計（二次元レーザ距離計）
２  移動装置
３  レーザ距離計制御装置
４  演算処理装置
Ｓ  鋼材（スラブ）
Ｆ  刻印面
Ｌ  刻印文字
Ｃ  浮きスケール
【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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【図１５】
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