JP4470173B2 - High speed metal material moving speed measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、高温金属材の移動速度を非接触で精度良く測定することができると共にメンテナンス性に優れた移動速度測定装置に関する。 The present invention relates to a moving speed measuring device that can accurately measure the moving speed of a high-temperature metal material without contact and has excellent maintainability.
金属材、例えば鋼材の製造プロセスでは、溶鋼を連続鋳造機によって凝固させるのが一般的である。鋼材の品質は凝固のプロセスに大きく影響されるため、連続鋳造機での製造管理基準は非常に厳格なものとされており、その中でも鋳込み速度、すなわち連続鋳造機における高温鋼材の移動速度の管理は特に重要な管理事項とされている。 In the manufacturing process of a metal material, for example, steel material, it is common to solidify molten steel by a continuous casting machine. Since the quality of steel materials is greatly influenced by the solidification process, the production control standards for continuous casting machines are considered to be very strict. Among them, the casting speed, that is, the movement speed of high-temperature steel materials in continuous casting machines is controlled. Are regarded as particularly important management matters.
従来、上記のような高温鋼材を含む高温金属材の移動速度を測定するため、一般的にはタッチロールを用いた接触式の速度測定装置が使用されている。すなわち、高温鋼材の表面にタッチロールを接触させ、高温鋼材の移動に伴った当該タッチロールの回転数をパルスジェネレータ等によって測定することにより高温鋼材の移動速度を測定するように構成された速度測定装置が使用されている。 Conventionally, in order to measure the moving speed of a high-temperature metal material including the high-temperature steel as described above, a contact-type speed measuring device using a touch roll is generally used. That is, a speed measurement configured to measure the moving speed of the high temperature steel material by bringing the touch roll into contact with the surface of the high temperature steel material and measuring the rotation speed of the touch roll accompanying the movement of the high temperature steel material with a pulse generator or the like. The device is in use.
しかしながら、上記タッチロール式の速度測定装置は、タッチロールを高温鋼材の表面に接触させる必要があることから、必然的にメンテナンス性が悪く維持管理に手間が掛かる他、タッチロールの摩耗やスリップによって測定精度が悪化し易いという問題がある。 However, the touch roll type speed measuring device needs to bring the touch roll into contact with the surface of the high-temperature steel material, which inevitably results in poor maintainability and troublesome maintenance. There is a problem that the measurement accuracy is likely to deteriorate.
これに対し、上記のような接触式の速度装置装置における問題を解決するべく、非接触式の速度測定装置が種々開発されてきている。 On the other hand, various non-contact type speed measuring devices have been developed in order to solve the problems in the above-described contact type speed device.
例えば、特許文献1には、いわゆるドップラー効果を利用して移動物体の速度を非接触で測定するレーザドップラー速度測定装置が開示されている。より具体的に説明すれば、レーザ発生手段から発信したレーザ光をビームスプリッタで2分割し、互いに反対方向から移動物体上に交差させて照射すると、各々の送光ビームに対応した移動物体の散乱光の波長は、移動物体の速度に応じて、正負のドップラーシフトを起こす。この2つの正負のドップラーシフトを受けた散乱光を受信光学系で受信し電気信号に変換すると、この電気信号の中にドップラー周波数の交流信号が存在する。このドップラー周波数は、測定対象たる移動物体の移動速度、レーザー光の波長及び2つの送光ビームの交差角の関数であるため、ドップラー周波数を測定することにより移動物体の速度を測定する構成が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a laser Doppler velocity measuring apparatus that measures the velocity of a moving object in a non-contact manner using a so-called Doppler effect. More specifically, when the laser beam emitted from the laser generating means is divided into two by the beam splitter and irradiated onto the moving object from opposite directions, scattering of the moving object corresponding to each light transmission beam is performed. The wavelength of light causes positive and negative Doppler shifts depending on the speed of the moving object. When the scattered light subjected to the two positive and negative Doppler shifts is received by the receiving optical system and converted into an electric signal, an AC signal having a Doppler frequency is present in the electric signal. Since this Doppler frequency is a function of the moving speed of the moving object to be measured, the wavelength of the laser light, and the crossing angle of the two transmitted beams, a configuration for measuring the speed of the moving object by measuring the Doppler frequency is disclosed. Has been.
また、特許文献2には、いわゆるレーザスペックルパターンを利用して移動物体の速度を非接触で測定する速度測定装置が開示されている。より具体的に説明すれば、レーザ光源から移動物体に対してレーザ光を照射し、移動物体から反射したレーザスペックルパターンをリニアイメージセンサで検出する。そして、リニアイメージセンサからのレーザスペックルパターン(出力信号)が演算部に送信され、演算部において、まずある時刻における出力信号がメモリーに蓄えられ、参照信号として繰り返し読み出される。これと現在の信号との相互相関が計算されて、そのピーク位置としてリニアイメージセンサの軸方向のスペックル移動量が算出される。そして、この移動量から移動物体の移動速度を測定する構成が開示されている。
さらに、特許文献3には、カメラ等の映像撮影装置を利用して移動物体の速度を非接触で測定する速度測定装置が開示されている。より具体的に説明すれば、映像撮影装置で移動物体を撮影し、連続して取得した静止画に同一の検知対象物が撮影されている場合に、その重心位置を比較して移動距離を算出することにより移動物体の移動速度を測定する構成が開示されている。
特許文献1及び2に記載された速度測定装置は、共にレーザ光を利用する装置であるが、例えば、500℃以上の高温の鋼材表面からは、一般的に計測装置に用いられるレーザ光の波長(赤外域)に近い波長の光が多量に放出されている。従って、これがノイズとなり、特許文献1及び2に記載された速度測定装置では、精度良く高温金属材の速度を測定することができないという問題がある。また、特許文献1に記載された速度測定装置は、光学系が複雑となるため、メンテナンス性が悪いという問題もある。
Both of the speed measuring devices described in
一方、特許文献3に記載された速度測定装置は、カメラ等の映像撮影装置を利用するものであるため、上記特許文献1、2のような問題は生じない。しかしながら、表面に特徴的な模様や色彩が人工的に施された移動物体と異なり、高温金属材を対象とする場合について、重心位置を比較する検知対象物を何にするべきかについては、特許文献3には開示も示唆もなく、特許文献3に記載された速度測定装置をそのまま高温金属材の移動速度測定に用いることは困難である。
On the other hand, since the speed measuring device described in Patent Document 3 uses a video photographing device such as a camera, the problems described in
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、高温金属材の移動速度を非接触で精度良く測定することができると共にメンテナンス性に優れた移動速度測定装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and provides a moving speed measuring device that can accurately measure the moving speed of a high-temperature metal material in a non-contact manner and has excellent maintainability. The task is to do.
前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、(1)高温鋼材等の高温金属材の表面を撮像した場合、スケールが付着した部分に対応する画素と付着していない部分に対応する画素とでは、その輝度(濃度)が大きく異なる(スケールが付着した部分に対応する画素は明るく、付着していない部分に対応する画素は暗い)ため、スケールが適度に存在する領域に対応する所定の画素領域を検知対象とすれば、当該検知対象にはスケール付着の状態に応じた特徴的なパターン(濃淡パターン)が形成される。従って、高温金属材が移動した所定時間経過後の撮像画像についてパターンマッチング手法を用いて検知対象を抽出し、当該検知対象の所定時間当たりの移動距離を算出すれば、精度良く高温金属材の移動速度を測定できることを見出した。さらに、(2)高温金属材のエッジ部近傍は温度が低下していることに起因してスケールが非常に多く付着しているため、エッジ部近傍の領域に対応する画素領域を検知対象としたのでは、当該検知対象には特徴的なパターンが形成され難く、この結果、高温金属材が移動した所定時間経過後の撮像画像についてパターンマッチング手法を用いても検知対象を精度良く抽出できないことも見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have made extensive studies. (1) When the surface of a high-temperature metal material such as a high-temperature steel material is imaged, it does not adhere to the pixel corresponding to the portion to which the scale is attached. The area corresponding to the scale is appropriate because the brightness (density) of the pixel corresponding to the part is greatly different (the pixel corresponding to the part to which the scale is attached is bright and the pixel corresponding to the part not attached is dark). If a predetermined pixel area corresponding to is set as a detection target, a characteristic pattern (light / dark pattern) corresponding to the state of scale adhesion is formed on the detection target. Therefore, if a detection target is extracted using a pattern matching method for a captured image after the high temperature metal material has moved and a movement distance per predetermined time of the detection target is calculated, the movement of the high temperature metal material is accurately performed. We found that the speed could be measured. Furthermore, (2) the vicinity of the edge portion of the high-temperature metal material has a large amount of scale attached due to the decrease in temperature, so the pixel region corresponding to the region near the edge portion is the detection target. Therefore, it is difficult to form a characteristic pattern on the detection target, and as a result, the detection target may not be accurately extracted even if a pattern matching method is used for a captured image after a predetermined time has elapsed since the high-temperature metal material has moved. I found it.
本発明は、上記発明者らの知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明は、移動する高温金属材の表面を撮像するCCDカメラと、前記CCDカメラで撮像した撮像画像を画像処理して高温金属材の移動速度を算出する画像処理装置とを備え、前記画像処理装置は、前記CCDカメラで撮像した第1の撮像画像について、高温金属材のエッジ部近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応し、スケール付着の有無に応じた濃淡パターンが形成される所定の画素領域を検知対象として抽出し登録するステップと、所定時間経過後に前記CCDカメラで撮像した第2の撮像画像について、前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域を抽出するステップと、前記第1の撮像画像について抽出した画素領域と前記第2の撮像画像について抽出した画素領域との離間距離を前記所定時間で除算することにより、高温金属材の移動速度を算出するステップとを実行することを特徴とする高温金属材の移動速度測定装置を提供するものである。 The present invention has been completed based on the findings of the inventors. That is, the present invention includes a CCD camera that images the surface of a moving high-temperature metal material, and an image processing device that calculates the moving speed of the high-temperature metal material by performing image processing on a captured image captured by the CCD camera , The image processing apparatus corresponds to a region excluding the vicinity of the edge portion of the high-temperature metal material and a region where the scale exists with respect to the first captured image captured by the CCD camera , and a grayscale pattern corresponding to the presence or absence of scale adhesion A step of extracting and registering a predetermined pixel region in which a pixel is formed as a detection target, and extracting a pixel region having a correlation with the registered detection target for a second captured image captured by the CCD camera after a predetermined time has elapsed. And a separation distance between the pixel area extracted for the first captured image and the pixel area extracted for the second captured image at the predetermined time. In by dividing, there is provided a moving speed measuring apparatus of the hot metal material characterized by performing the steps of calculating a moving velocity of the hot metal.
斯かる発明によれば、高温金属材のエッジ部近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応し、スケール付着の有無に応じた濃淡パターンが形成される所定の画素領域が検知対象とされる。そして、第1の撮像画像について当該検知対象を抽出し登録する一方、所定時間経過後(高温金属材の移動後)にCCDカメラで撮像した第2の撮像画像について、前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域が抽出される。換言すれば、高温金属材の移動に伴い、CCDカメラの撮像視野内で前記検知対象の位置が移動するため、当該移動後の検知対象の位置を検出するべく、第2の撮像画像について前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域が抽出される。この際、前述のように、検知対象にはスケールの状態に応じた特徴的なパターンが形成されているため、公知のパターンマッチング手法を用いて検知対象と相関性を有する画素領域(移動後の検知対象)を精度良く抽出することが可能である。そして、第1の撮像画像について抽出した画素領域(すなわち、移動前の検知対象)と第2の撮像画像について抽出した画素領域(すなわち、移動後の検知対象)との離間距離を前記所定時間で除算することにより、高温金属材の移動速度が算出されることになる。 According to such an invention, a predetermined pixel area corresponding to an area excluding the vicinity of the edge portion of the high-temperature metal material and having a scale and having a gray pattern according to the presence or absence of the scale is detected. It is said. Then, while extracting and registering the detection target for the first captured image, the second captured image captured by the CCD camera after a predetermined time has elapsed (after the movement of the high-temperature metal material) is correlated with the registered detection target. A pixel region having characteristics is extracted. In other words, since the position of the detection target moves within the imaging field of view of the CCD camera as the high-temperature metal material moves, the registration of the second captured image is performed in order to detect the position of the detection target after the movement. A pixel region having a correlation with the detected object is extracted. At this time, as described above, since a characteristic pattern corresponding to the scale state is formed on the detection target, a pixel area (after movement) having a correlation with the detection target using a known pattern matching method. Detection target) can be extracted with high accuracy. Then, the separation distance between the pixel region extracted for the first captured image (that is, the detection target before movement) and the pixel region extracted for the second captured image (that is, the detection target after movement) is the predetermined time. By dividing, the moving speed of the high-temperature metal material is calculated.
以上のように、本発明に係る高温金属材の移動速度測定装置によれば、高温金属材の移動速度を非接触で精度良く測定することができると共に、CCDカメラと画像処理装置とで構成されているためメンテナンス性に優れるという利点を有する。なお、第1の撮像画像を撮像してから第2の撮像画像を撮像するまでの経過時間としては、登録した検知対象がCCDカメラの撮像視野外に移動してしまわない限りにおいて任意の時間を設定することが可能である。すなわち、CCDカメラの視野、第1の撮像画像における検知対象の位置、大きさ及び高温金属材のおおよその移動時間に基づいて、登録した検知対象がCCDカメラの撮像視野外に移動してしまうまでのおおよその時間を予測できるため、当該予測時間を超えない時間を設定すれば良いことになる。 As described above, according to the apparatus for measuring the moving speed of the high-temperature metal material according to the present invention, the moving speed of the high-temperature metal material can be accurately measured in a non-contact manner, and includes a CCD camera and an image processing apparatus. Therefore, it has an advantage of excellent maintainability. The elapsed time from when the first captured image is captured until the second captured image is captured is an arbitrary time as long as the registered detection target does not move out of the imaging field of the CCD camera. It is possible to set. That is, until the registered detection object moves out of the imaging field of the CCD camera based on the field of view of the CCD camera , the position and size of the detection object in the first captured image, and the approximate movement time of the high-temperature metal material. Therefore, it is sufficient to set a time that does not exceed the predicted time.
好ましくは、前記画像処理装置は、所定時間経過毎に、前記検知対象を新たに抽出し更新登録するように構成される。 Preferably, the image processing apparatus is configured to newly extract the detection target and register for update every predetermined time.
前述のように、登録した検知対象はいずれCCDカメラの視野外に移動してしまうため、撮像画像(第2の撮像画像)から、登録した検知対象と相関性を有する画素領域を抽出できなくなってしまう。すなわち、登録した検知対象がCCDカメラの視野外に移動してしまった後には、高温金属材の移動速度を算出することができなくなってしまう。 As described above, since the registered detection target will eventually move out of the field of view of the CCD camera , a pixel area having a correlation with the registered detection target cannot be extracted from the captured image (second captured image). End up. That is, after the registered detection object has moved out of the field of view of the CCD camera , the moving speed of the high-temperature metal material cannot be calculated.
しかしながら、前記好ましい構成によれば、所定時間経過毎に、前記検知対象を新たに抽出し更新登録するため、先に登録した検知対象がCCDカメラの視野外に移動してしまったとしても、更新登録された検知対象と相関性を有する画素領域を撮像画像(第2の撮像画像)から抽出し、これにより高温金属材の移動速度を算出することが可能である。すなわち、連続して(高温金属材の全長に亘って)高温金属材の移動速度を測定することが可能である。なお、検知対象を先に登録してから新たに検知対象を抽出し更新登録するまでの経過時間としては、前述したのと同様に、先に登録した検知対象がCCDカメラの撮像視野外に移動してしまわない限りにおいて任意の時間を設定することが可能である。すなわち、CCDカメラの視野、第1の撮像画像における検知対象の位置、大きさ及び高温金属材のおおよその移動時間に基づいて、登録した検知対象がCCDカメラの撮像視野外に移動してしまうまでのおおよその時間を予測できるため、当該予測時間を超えない時間を設定すれば良いことになる。 However, according to the preferable configuration, since the detection target is newly extracted and registered for update every predetermined time, even if the previously registered detection target is moved out of the field of view of the CCD camera , the update is performed. A pixel region having a correlation with the registered detection target can be extracted from the captured image (second captured image), and thereby the moving speed of the high-temperature metal material can be calculated. That is, it is possible to measure the moving speed of the high temperature metal material continuously (over the entire length of the high temperature metal material). Note that the elapsed time from when a detection target is registered first to when a new detection target is extracted and updated is registered, as described above, the previously registered detection target moves out of the imaging field of the CCD camera. Any time can be set as long as it is not. That is, until the registered detection object moves out of the imaging field of the CCD camera based on the field of view of the CCD camera , the position and size of the detection object in the first captured image, and the approximate movement time of the high-temperature metal material. Therefore, it is sufficient to set a time that does not exceed the predicted time.
また、好ましくは、高温金属材の表面にマーキングを施すマーキング装置をさらに備え、前記CCDカメラは、前記マーキング装置によってマーキングが施された高温金属材の表面を撮像し、前記画像処理装置は、前記CCDカメラで撮像した撮像画像について、マーキングが存在する領域に対応する所定の画素領域を前記検知対象として抽出し登録するように構成される。 Preferably, the apparatus further includes a marking device for marking the surface of the high-temperature metal material, the CCD camera images the surface of the high-temperature metal material marked by the marking device, and the image processing device A predetermined pixel area corresponding to an area where marking is present is extracted from the captured image captured by the CCD camera and registered as the detection target.
高温金属材の材質(例えば、低炭素鋼)によってはスケールの生成量が少なくなる結果、検知対象に特徴的なパターンが形成されず、検知対象と相関性を有する画素領域の抽出精度が低下する(ひいては高温金属材の移動速度測定精度が低下する)ことが懸念される。 Depending on the material of the high-temperature metal material (for example, low carbon steel), the amount of scale generation is reduced. As a result, a characteristic pattern is not formed on the detection target, and the extraction accuracy of a pixel region having a correlation with the detection target is reduced. (As a result, the moving speed measurement accuracy of the high-temperature metal material is reduced).
しかしながら、前記好ましい構成によれば、マーキング装置によって高温金属材表面にマーキングが施され、マーキングが存在する領域に対応する所定の画素領域を検知対象として抽出し登録することが可能であるため、当該検知対象にはマーキングに応じた特徴的なパターンが形成されることになる。従って、検知対象と相関性を有する画素領域を精度良く抽出する(ひいては高温金属材の移動速度を精度良く測定する)ことが可能である。なお、マーキング装置によってマーキングを施すか否かの判断は、速度を測定するべき高温金属材の材質等を予め画像処理装置に登録しておき、スケールの生成量が少なくなる材質の高温金属材が移動してきた場合には自動的にマーキングを施すように構成する他、オペレータがスケールの生成状態を目視で確認し、スケールの生成量が少ないと判断した場合には、マニュアル操作でマーキングを施すように構成することも可能である。 However, according to the preferable configuration, the marking device can mark the surface of the high-temperature metal material, and a predetermined pixel region corresponding to the region where the marking exists can be extracted and registered as a detection target. A characteristic pattern corresponding to the marking is formed on the detection target. Therefore, it is possible to accurately extract a pixel region having a correlation with the detection target (and thus accurately measure the moving speed of the high-temperature metal material). Whether or not marking is performed by the marking device is determined in advance by registering, in the image processing device, the material of the high-temperature metal material whose speed is to be measured. In addition to being configured to automatically mark when moving, the operator visually checks the scale generation state, and if it determines that the amount of scale generation is small, it should be marked manually. It is also possible to configure.
本発明に係る高温金属材の移動速度測定装置によれば、高温金属材の移動速度を非接触で精度良く測定することができると共にメンテナンス性に優れるという優れた効果を奏することが可能である。 The apparatus for measuring the moving speed of the high-temperature metal material according to the present invention can measure the moving speed of the high-temperature metal material with high accuracy without contact, and can have an excellent effect of being excellent in maintainability.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について、連続鋳造機における高温鋼材の移動速度を測定する場合を例に挙げて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, taking as an example the case of measuring the moving speed of a high-temperature steel material in a continuous casting machine.
図1は、本発明の一実施形態に係る高温鋼材の移動速度測定装置(以下、適宜「速度測定装置」という)10の概略構成を模式的に示す平面図である。図1に示すように、本実施形態に係る速度測定装置10は、連続鋳造機内を移動する高温鋼材Sの表面(本実施形態では幅方向側面)を撮像する撮像装置1と、撮像装置1で撮像した撮像画像を画像処理して高温鋼材Sの移動速度を算出する画像処理装置2とを備えている。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a schematic configuration of a high-speed steel material moving speed measuring device (hereinafter referred to as “speed measuring device” as appropriate) 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
本実施形態において移動速度を測定する対象となる高温鋼材Sは、その表面温度が約600℃〜1000℃であり、移動速度は約0.6m/min〜1.0m/minの範囲で設定されている。 In the present embodiment, the surface temperature of the high-temperature steel S to be measured for the moving speed is about 600 ° C. to 1000 ° C., and the moving speed is set in the range of about 0.6 m / min to 1.0 m / min. ing.
本実施形態に係る撮像装置1は、横方向640画素、縦方向480画素のCCDカメラとされており、高温鋼材Sの表面から約2m離間した位置において、光軸が高温鋼材Sの表面に対して略垂直になるように設置され、撮像視野の寸法は横100mm×縦75mmに設定されている。本実施形態では、上記のように、高温鋼材Sの表面から十分離間した位置に撮像装置1を設置しているため、撮像装置1周辺の雰囲気温度は約40℃であり、工場圧空による空冷で十分に冷却可能である。 The imaging device 1 according to the present embodiment is a CCD camera having 640 pixels in the horizontal direction and 480 pixels in the vertical direction, and the optical axis is relative to the surface of the high temperature steel material S at a position about 2 m away from the surface of the high temperature steel material S. The size of the imaging field of view is set to 100 mm horizontal x 75 mm vertical. In this embodiment, since the imaging device 1 is installed at a position sufficiently separated from the surface of the high-temperature steel S as described above, the ambient temperature around the imaging device 1 is about 40 ° C., and air cooling by factory compressed air is performed. It can be cooled sufficiently.
本実施形態に係る画像処理装置2は、撮像装置1で撮像した高温鋼材S表面の撮像画像を適宜のタイミングにおいて8ビット(256階調)で取り込み、取り込んだ撮像画像に対して画像処理を施すことによって、高温鋼材Sの移動速度(鋳造速度)を算出するように構成されている。以下、図2及び図3を適宜参照しつつ、画像処理装置2における処理の内容について具体的に説明する。
The
図2は、本実施形態に係る撮像装置1によって撮像される高温鋼材S表面の状態を模式的に示す側面図である。図3は、本実施形態に係る画像処理装置2における処理内容を説明するための説明図である。図2又は図3(a)に示すように、画像処理装置2は、先ず最初に、撮像装置1によって適宜のタイミングで撮像した第1の撮像画像(図2において破線の矩形で囲った領域が撮像視野であり、前述のように、その寸法は横100mm×縦75mmである)を取り込み、当該第1の撮像画像について、高温鋼材Sのエッジ部E近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応する所定の画素領域(図2において実線の矩形で囲った領域であり、その寸法は横10mm×縦60mmである)を検知対象として抽出し登録する。より具体的に説明すれば、高温鋼材Sのエッジ部E近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応するように、撮像画像内で予め定められた位置及び寸法の画素領域の画素情報(画素領域を構成する各画素の濃度値)を抽出し、記憶するように構成されている。なお、図2に示すように、高温鋼材Sのエッジ部E近傍は温度が低下していることに起因してスケールが非常に多く付着しているため、エッジ部E近傍の領域に対応する画素領域を検知対象としたのでは、当該検知対象には特徴的なパターンが形成され難い。従って、本実施形態では、高温鋼材Sのエッジ部E近傍を除く領域に対応する画素領域を検知対象として設定している。
FIG. 2 is a side view schematically showing the state of the surface of the high-temperature steel S imaged by the imaging device 1 according to the present embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining processing contents in the
次に、図3(b)に示すように、画像処理装置2は、所定時間経過後(本実施形態では、200msec経過毎)に撮像装置1で撮像した第2の撮像画像を取り込み、当該第2の撮像画像について、前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域を抽出する。より具体的に説明すれば、第2の撮像画像内において、前記登録した検知対象と同寸法の画素領域を順次走査し、当該走査した画素領域内の各画素と、前記登録した検知対象を構成する各画素との間でいわゆる正規化相関処理を行って、画像の一致度を示す相関値が最も大きくなった画素領域を前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域として抽出するように構成されている。
Next, as shown in FIG. 3B, the
画像処理装置2は、前記第1の撮像画像について抽出した画素領域(図3(a)に示す矩形線で囲った領域)と前記第2の撮像画像について抽出した画素領域(図3(b)に示す矩形線で囲った領域)との離間距離(各矩形の中心位置同士の離間距離)Lを算出する。より具体的に説明すれば、画像処理装置2には、撮像装置1の撮像視野に応じた1画素当たりの実寸法が予め登録されており、画素単位で算出した離間距離に前記予め登録された1画素当たりの実寸法を乗算することにより、実寸法単位で離間距離Lを算出するように構成されている。
The
最後に、画像処理装置2は、前記算出した離間距離Lを前記所定時間で除算することにより、高温鋼材Sの移動速度を算出する。すなわち、第1の撮像画像を取り込んでから200msec経過後に取り込んだ第2の撮像画像に基づいて離間距離Lを算出し、これを200msecで除算することにより高温鋼材Sの移動速度を算出する。次に、第1の撮像画像を取り込んでから400msec経過後に取り込んだ第2の撮像画像に基づいて新たな離間距離Lを算出し、これを400msecで除算することにより高温鋼材Sの次の移動速度を算出する。このような演算を200msec毎に繰り返し、連続的に移動速度を算出している。なお、本実施形態では、急激な移動速度(鋳込み速度)の変動が生じた場合に、これに応じて鋳込み速度を制御したのでは、所謂ブレークアウトを引き起こして操業停止に陥る危険性があるため、上記のようにして200msec毎に算出した移動速度を移動平均処理(例えば、10回分の移動速度の平均値を200msec毎に算出)し、当該移動平均処理後の移動速度を測定結果として出力し、これに基づいて鋳込み速度を制御する(すなわち、緩やかに鋳込み速度を追従させる)ように構成している。
Finally, the
以上に説明したように、本実施形態に係る速度測定装置10は、高温鋼材Sのエッジ部E近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応する所定の画素領域を検知対象とするため、当該検知対象にはスケールの状態に応じた特徴的なパターンが形成される。そして、第1の撮像画像について当該検知対象を抽出し登録する一方、所定時間経過後(高温鋼材Sの移動後)に撮像装置1で撮像した第2の撮像画像について、前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域が抽出される。換言すれば、高温鋼材Sの移動に伴い、撮像装置1の同一の撮像視野内で前記検知対象の位置が移動するため、当該移動後の検知対象の位置を検出するべく、第2の撮像画像について前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域が抽出される。この際、前述のように、検知対象にはスケールの状態に応じた特徴的なパターンが形成されているため、公知のパターンマッチング手法(本実施形態では、正規化相関処理)を用いて検知対象と相関性を有する画素領域(移動後の検知対象)を精度良く抽出することが可能である。そして、第1の撮像画像について抽出した画素領域(すなわち、移動前の検知対象)と第2の撮像画像について抽出した画素領域(すなわち、移動後の検知対象)との離間距離Lを前記所定時間で除算することにより、高温鋼材Sの移動速度を精度良く算出することが可能である。
As described above, the
なお、本実施形態に係る速度測定装置10では、高温鋼材Sの移動速度を連続して(全長に亘って)測定するべく、図3(c)に示すように、画像処理装置2が、所定時間経過毎に、前記検知対象を新たに抽出し更新登録するように構成されている。すなわち、初めに登録した検知対象(図3(a)参照)は、いずれ撮像装置1の視野外に移動してしまうため、撮像画像(第2の撮像画像)から、登録した検知対象と相関性を有する画素領域を抽出できなくなってしまう。しかしながら、本実施形態のように、所定時間経過毎に、前記検知対象を新たに抽出し更新登録する構成とすれば、先に登録した検知対象が撮像装置1の視野外に移動してしまったとしても、新たに更新登録された検知対象と相関性を有する画素領域を撮像画像(第2の撮像画像)から抽出できるため、これにより高温鋼材Sの移動速度を途切れることなく算出することが可能である。なお、検知対象を先に登録してから新たに検知対象を抽出し更新登録するまでの経過時間としては、先に登録した検知対象が撮像装置1の撮像視野外に移動してしまわない限りにおいて任意の時間を設定することが可能であり、本実施形態では、撮像視野外に移動する直前である約7秒毎に検知対象を更新登録するように構成している。
In the
また、本実施形態に係る速度測定装置10は、好ましい構成として、高温鋼材Sの表面にマーキングを施すマーキング装置(図示せず)をさらに備えている。そして、撮像装置1は、前記マーキング装置によってマーキングが施された高温鋼材Sの表面を撮像するように構成されており(具体的には、撮像装置1の視野内にある高温鋼材Sの表面にマーキングを施すように構成されている)、画像処理装置2は、撮像装置1で撮像した撮像画像について、マーキングが存在する領域に対応する所定の画素領域を前記検知対象として抽出し登録できるように構成されている(マーキング装置を使用するか否かは適宜選択可能とされている)。
Moreover, the
斯かる好ましい構成により、例えば、低炭素鋼からなる鋼材Sのように、スケールの生成量が少なくなる結果、検知対象に特徴的なパターンが形成されず、検知対象と相関性を有する画素領域の抽出精度が低下する(ひいては高温鋼材Sの移動速度測定精度が低下する)ことが懸念される場合であっても、マーキング装置によって高温鋼材S表面にマーキングが施され、マーキングが存在する領域に対応する所定の画素領域を検知対象として抽出し登録することが可能であるため、当該検知対象にはマーキングに応じた特徴的なパターンが形成されることになる。従って、検知対象と相関性を有する画素領域を精度良く抽出する(ひいては高温金属材の移動速度を精度良く測定する)ことが可能である。なお、マーキング装置の構成やマーキング媒体の材質については、公知のものを種々適用可能であるため、ここではその詳細な説明は省略する。また、マーキングを施すタイミング(時間間隔)としては、先に施したマーキングが撮像装置1の撮像視野外に移動してしまわない限りにおいて任意の時間間隔を設定することが可能であり、本実施形態では、撮像視野外に移動する直前である約7秒毎に新たなマーキングを施すように構成している。 With such a preferable configuration, for example, as a steel material S made of low-carbon steel, as a result of a reduction in the amount of scale generation, a characteristic pattern is not formed on the detection target, and a pixel region having a correlation with the detection target is formed. Even if there is a concern that the extraction accuracy will decrease (and the moving speed measurement accuracy of the high temperature steel S will decrease), the marking device will mark the surface of the high temperature steel S, and it will respond to the area where the marking exists Since a predetermined pixel area to be extracted can be extracted and registered as a detection target, a characteristic pattern corresponding to the marking is formed on the detection target. Therefore, it is possible to accurately extract a pixel region having a correlation with the detection target (and thus accurately measure the moving speed of the high-temperature metal material). In addition, since the well-known thing is applicable variously about the structure of a marking apparatus and the material of a marking medium, the detailed description is abbreviate | omitted here. In addition, as a timing (time interval) for marking, an arbitrary time interval can be set as long as the previously applied marking does not move out of the imaging field of the imaging apparatus 1. In this case, a new marking is made every about 7 seconds immediately before moving outside the imaging field of view.
図4は、以上に説明した本実施形態に係る速度測定装置10(ただし、マーキング装置は不使用)を用いて高温鋼材の移動速度(設定速度は0.8m/min)を測定した場合と、同じ高温鋼材の移動速度を従来のタッチロール式の速度測定装置で測定した場合との比較結果の一例を示す。図4に示すように、本実施形態に係る速度測定装置10の測定値(図4において「本発明」と表記したデータ)及び従来のタッチロール式速度測定装置の測定値(図4において「従来例」と表記したデータ)の何れの場合にも、その値は設定速度に略等しい値となっており、短時間(図4に示す例では1時間)で評価した場合の測定精度は同等であるといえる。ただし、タッチロール式速度測定装置を用いる場合には、前述のように、タッチロールを高温鋼材の表面に接触させる必要があることから、必然的にメンテナンス性が悪く維持管理に手間が掛かる他、タッチロールの摩耗によって長期的に見れば測定精度が悪化してしまう(摩耗すればその分だけタッチロールの外周長が短くなる結果、測定値が実速度よりも大きくなる)という問題がある。これに対して、本実施形態に係る速度測定装置10によれば、上記のような問題が生じず、高温鋼材の移動速度を非接触で長期間に亘って精度良く測定することができると共に、撮像装置と画像処理装置とで構成されているためメンテナンス性に優れるという利点を有する。
FIG. 4 shows a case where the moving speed of the high-temperature steel material (set speed is 0.8 m / min) is measured using the speed measuring apparatus 10 (however, the marking apparatus is not used) according to the present embodiment described above. An example of a comparison result with the case where the moving speed of the same high-temperature steel material is measured by a conventional touch roll type speed measuring device is shown. As shown in FIG. 4, the measured value of the
1・・・撮像装置
2・・・画像処理装置
10・・・移動速度測定装置
E・・・エッジ部
S・・・高温鋼材(高温金属材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記CCDカメラで撮像した撮像画像を画像処理して高温金属材の移動速度を算出する画像処理装置とを備え、
前記画像処理装置は、
前記CCDカメラで撮像した第1の撮像画像について、高温金属材のエッジ部近傍を除く領域であって且つスケールが存在する領域に対応し、スケール付着の有無に応じた濃淡パターンが形成される所定の画素領域を検知対象として抽出し登録するステップと、
所定時間経過後に前記CCDカメラで撮像した第2の撮像画像について、前記登録した検知対象と相関性を有する画素領域を抽出するステップと、
前記第1の撮像画像について抽出した画素領域と前記第2の撮像画像について抽出した画素領域との離間距離を前記所定時間で除算することにより、高温金属材の移動速度を算出するステップとを実行することを特徴とする高温金属材の移動速度測定装置。 A CCD camera for imaging the surface of a moving high-temperature metal material;
An image processing apparatus that performs image processing on a captured image captured by the CCD camera and calculates a moving speed of the high-temperature metal material;
The image processing apparatus includes:
About the 1st picked-up image imaged with the said CCD camera , it corresponds to the area | region except the edge part vicinity of a high temperature metal material, and the area | region where a scale exists, and the predetermined shading pattern according to the presence or absence of scale adhesion is formed Extracting and registering the pixel area of the detection target,
Extracting a pixel area having a correlation with the registered detection target for a second captured image captured by the CCD camera after a predetermined time;
Performing a step of calculating a moving speed of the high-temperature metal material by dividing a separation distance between the pixel region extracted with respect to the first captured image and the pixel region extracted with respect to the second captured image by the predetermined time. An apparatus for measuring a moving speed of a high-temperature metal material.
前記CCDカメラは、前記マーキング装置によってマーキングが施された高温金属材の表面を撮像し、
前記画像処理装置は、前記CCDカメラで撮像した撮像画像について、マーキングが存在する領域に対応する所定の画素領域を前記検知対象として抽出し登録できるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の高温金属材の移動速度測定装置。 It further comprises a marking device for marking the surface of the high-temperature metal material,
The CCD camera images the surface of a high-temperature metal material that has been marked by the marking device,
The image processing apparatus is configured to extract and register a predetermined pixel area corresponding to an area where a marking exists in the captured image captured by the CCD camera as the detection target. 3. A high-speed metal material moving speed measuring device according to 1 or 2.
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