JP2000180123A - 帯板のコイル先端検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル先端部を確実に検出でき、センサをコ
イル外周面に近接した一定位置に設置する必要がなく、
かつ検出のために事前に特別な処置を施す必要のない帯
板のコイル先端検出方法を提供する。 【解決手段】 帯板を巻いたコイル１の外周面にスリッ
ト状のレーザー光６を投射し、前記外周面に形成された
線状の照射部６ａ，６ｂをカメラ３により撮像し、照射
部６ａ，６ｂの画像に不連続点または屈曲点を検出する
ことにより、帯板の先端７を検出する帯板のコイル先端
検出方法。さらに、撮像された照射部６ａ，６ｂの画像
に不連続点または屈曲点が検出された場合、この点の両
側の線状の部分のズレを計測し、計測されたズレから段
差の大きさを算出し帯板の板厚と比較することにより、
帯板の先端７を検出する帯板のコイル先端検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、帯板を巻いたコ
イルの先端を非接触で検出する帯板のコイル先端検出方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板工場等の帯板を扱う工場では、通
常、帯板をコイル状に巻いて処理を行う。そのため、各
種の帯板を処理および加工するプロセスラインにおいて
は、巻取・巻出し機が設置されている。巻出し機では、
装着されたコイルから帯板を巻出しながら、通板装置に
より処理装置あるいは加工装置まで帯板を搬送する。

【０００３】この巻出し機から帯板を搬送する工程を自
動化するためには、巻出し機におけるコイルの巻出し作
業を、自動化しなければならない。そのためには、ま
ず、巻出し機に装着されたコイルの先端部（帯板先端
部）を、自動的に検出することが必要であり、そのため
の方法が種々提案されている。

【０００４】例えば、特開昭６３−３０７１１号公報に
は、距離計を用いてコイル外周面までの距離の変動か
ら、コイルの先端部を検出する方法が提案されている。
この方法では、コイル外周面にほぼ垂直な位置に２台の
距離計を設置して、コイル円周方向に近接した２箇所に
ついて距離測定を行っている。この２箇所の距離測定値
の差を用いることにより、コイルの振動による測定誤差
を軽減している。

【０００５】特開平５−３２２号公報には、渦流センサ
を用いて、帯板の厚み分の段差を検出して、その部分を
帯板先端部として検知する方法が提案されている。この
方法では、渦流センサ以外のセンサとして、触針式やロ
ール接触式等のギャップセンサを用いてもよいとしてい
る。

【０００６】特開平７−１９８４９０号公報には、コイ
ル先端部に帯板表面とは異なる色の着色塗料を塗布し、
コイル先端部を検出する方法が提案されている。この方
法では、コイル先端部の検出前に着色塗料を手動または
自動で塗布し、色センサで着色部を識別して、着色部の
最先端をコイル先端部としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−３０７１１号公報記載の技術では、距離測定を用
いているので、板厚が薄い帯板については、板厚による
段差に対する信号レベルが低くなる。その結果、コイル
先端部に対応する信号と測定誤差との識別が難しくな
り、コイル先端部の検出についての信頼性が低下すると
いう問題があった。

【０００８】また、特開平５−３２２号公報記載の方法
は、渦流センサを用いているので、板厚が薄くても検出
できるが、コイル外周面に近接した一定位置に設置する
必要がある。しかしながらコイルの寸法はコイルにより
種々異なる。従って、コイルごとに渦流センサを外周面
に近接して設置するには、センサ位置の自動設定等の複
雑な機構を必要とする。これは、接触式のギャップセン
サを用いた場合も全く同様である。

【０００９】さらに、センサをコイル外周面に近接ある
いは接触させて設置する方法には、別の問題点がある。
それは、コイル先端部の形状が一定ではなく、帯板先端
部が反り返ってコイル半径方向に突出している場合があ
るためである。このような場合、近接式や接触式のセン
サは帯板先端部と衝突することが予想され、損傷を受け
たりあるいは破損することが懸念される。

【００１０】特開平７−１９８４９０号公報記載の技術
では、コイル先端部の検出前に事前処理、即ち着色塗料
の塗布を行う必要がある。ここで、着色塗料を手動で塗
布することは、自動化に反する。一方、コイル先端部に
着色塗料を自動で塗布するためには、塗布する位置の自
動検出、即ちコイル先端部の自動検出が必要である。こ
れでは目的と手段が同一となり、これより、着色塗料の
手動塗布によるコイル先端部の自動検出は論理的に無理
である。

【００１１】この発明は、これらの問題点を解決し、コ
イル先端部を確実に検出でき、センサをコイル外周面に
近接した一定位置に設置する必要がなく、かつ検出のた
めに事前に特別な処置を施す必要のない帯板のコイル先
端検出方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、帯板を巻
いたコイルの外周面にスリット状のレーザー光を投射
し、前記外周面に形成された線状の照射部をカメラによ
り撮像し、撮像された前記照射部の画像に不連続点また
は屈曲点を検出することにより、帯板の先端を検出する
帯板のコイル先端検出方法である。

【００１３】この発明では、コイルの外周面にスリット
状のレーザー光を投射することにより、外周面に線状の
照射部を形成する。コイル先端の位置では、コイル外周
面に段差を生じており、外周面に形成された線状の照射
部には、不連続点または屈曲点が現れる。この線状の照
射部をカメラで撮像すると、画像においてもコイル先端
では不連続点または屈曲点が現われる。この不連続点ま
たは屈曲点を、通常の画像処理法を用いて識別し、その
部分を帯板のコイル先端として検出する。

【００１４】なお、カメラを設置する位置としては、ス
リット状レーザー光を含む面内を避けるだけで、不連続
点または屈曲点の画像が得られ、コイル先端を検出する
ことができる。検出のしやすさの観点からは、カメラの
位置は、スリット状レーザー光を含む面にできるだけ垂
直な方向とすることが望ましい。

【００１５】また、コイル先端が直線状に切断されてい
るコイルについては、スリット状レーザ光を含む面とコ
イル先端が平行になると、コイル外周面に形成される線
状の照射部に不連続点または屈曲点が生じなくなるの
で、スリット状のレーザ光の面を角度を変えて設置し、
線状の照射部とコイル先端とを交差させる。

【００１６】以上のように、この発明ではレーザー光の
投射とカメラ撮影を用いており、その結果、センサをコ
イル外周面に近接した位置に設置する必要がない。さら
に、レーザー光の投射装置およびカメラを、コイルから
離れた位置に設置することができるので、設置場所の制
約を受けにくい。

【００１７】また、検出のために事前に特別な処置を施
す必要がないことは言うまでもない。さらにこの発明で
は、レーザー光を、コイル外周面に対して垂直ではなく
斜めの方向から投射すれば、この線状の照射部のズレの
大きさを実際の段差の大きさより拡大できるという利点
もある。

【００１８】第２の発明は、撮像された前記照射部の画
像に不連続点または屈曲点が検出された場合、この点の
両側の線状の部分のズレを計測し、計測されたズレから
段差の大きさを算出して帯板の板厚と比較することによ
り、帯板の先端を検出する第１の発明の帯板のコイル先
端検出方法である。

【００１９】帯板の先端においては、画像に見られる不
連続点または屈曲点の両側の線状の照射部は互いの延長
線上にはなく、コイル外周面の段差に対応したズレが観
測される。画像におけるズレの大きさは、レーザー光、
コイル外周面の照射部、およびカメラの相互の幾何学的
配置と、帯板の先端により形成される段差の大きさとに
より決まる。これとは逆に、段差の大きさは、後述のよ
うに、このズレの大きさと幾何学的配置に基づく係数と
の積として算出される。

【００２０】このようにして、算出された段差の大きさ
と帯板の板厚を比較することにより、帯板の先端を検出
することができる。なお、段差の大きさが板厚に等しく
なるのは、コイル先端がコイルに密着している場合であ
り、コイル先端が反り返っている場合は、当然のことな
がら板厚より大きくなる。そこで、画像で観測されたズ
レから算出された段差の大きさが板厚以上である場合
に、コイル先端として検出する。

【００２１】なお、カメラが観測するズレの大きさは、
レーザー光照射部を観測する方向が、レーザー光（正確
にはスリット状レーザー光が含まれる面）に垂直となる
ほど大きくなる。また、コイル先端における線状の照射
部のズレは、レーザー光とコイル外周面とのなす角度を
小さくすることにより、拡大できる。但し、この角度を
あまり極端に小さくすると、コイル径の変化によりレー
ザー光が板幅端部から外れることがあり、また、照射部
の輝度は照射部のズレを拡大すると反比例して低下す
る。最終的には、これらを考慮して、レーザー光とコイ
ル軸との角度およびカメラの設置位置を決定する。

【００２２】

【発明の実施の形態】まず、本発明による帯板のコイル
先端の検出原理を図を用いて説明する。図１に示すよう
にコイル１の外周表面に、スリット状レーザー発振器２
より１本あるいは複数本のスリット状レーザー光６をコ
イル軸に対し斜め方向から照射し、コイル外周表面照射
線を、コイル軸にほぼ垂直に取付けたカメラ３にて撮像
する。なお、コイル先端を検出するだけであれば、カメ
ラを設置する位置は、前述のようにスリット状レーザー
光６を含む面内を避けるだけでよい。

【００２３】コイル外周表面を順次検査するため、コイ
ル上部を押えロール５で押えながら、巻出し機８にて回
転させ画像データを採取する。コイル外周表面に帯板先
端による段差がないときは、直線状の照射線となるが、
段差があると、その部分でスリット状レーザー光６の光
源とコイル外周表面間の距離に違いが生じることによ
り、照射線が屈折または不連続となる。

【００２４】それをカメラにより撮像すると、得られた
画像には図２に示すように、位置のズレによりスリット
状レーザー光６によりコイル外周面に形成された線状の
照射部６ａ，６ｂがその点で不連続に見える。その点を
画像処理にて識別する。比較的狭い視野内でこの不連続
が認められたとき、又は、視野内の輝線上にこの不連続
があるとき、コイルの回転の位相を関連付けることがで
きる。

【００２５】コイルの回転の位相は、前出の図１におい
て、カメラ３およびスリット状レーザー光６がコイルの
軸を含む平面内にあれば、コイル径によらず検出でき
る。この場合、不連続部がカメラ３等を含む平面内に来
た時に、コイルの回転の位相を０（または基準値）とす
ればよい。実際には、カメラ３およびスリット状レーザ
ー光６を、コイルの軸を含む水平面内に設置すれば、設
置の際の位置合せ等が容易となる。

【００２６】また、カメラ３およびスリット状レーザー
光６がコイルの軸を含む同一平面内にない場合でも、ス
リット状レーザー光６の延長線上にコイルの軸があれ
ば、コイルの回転の位相は、コイルの軸を中心としてカ
メラ３とスリット状レーザー光６とのなす角に等しくな
る。この角度は、カメラ３およびスリット状レーザー光
６の配置のみにより決まり、コイル径によらず一定であ
る。

【００２７】なお、カメラ３およびスリット状レーザー
光６の配置は、このように特別な配置に限定されるもの
ではなく、スリット状レーザー光６がコイル表面を照射
し、その照射部のズレをカメラ３で観測できれば、どの
ような配置でもよい。その場合、コイルの回転の位相
は、コイルの軸を中心として、カメラ３とスリット状レ
ーザー光６の照射部とがなす角度となる。この角度（コ
イルの回転の位相）は、カメラ３とスリット状レーザー
光６の幾何学的配置の他に、コイル径により変化する
が、コイル径が別途求まる場合は幾何学的に決定され
る。

【００２８】発明の方法では、このようにしてコイル先
端の検出およびコイルの回転の位相を求めるので、巻戻
し機８自体が振動しても、振動量はコイル外周表面とス
リット状レーザー発振器２間の距離に対して無視できる
量であり、両者の相対的な距離も無視できる。従って、
段差部では、カメラ画像上におけるスリット状レーザー
光の不連続点の位置や形状はほとんど変化しないことか
ら、画像処理により容易に先端を識別できる。

【００２９】またコイルに対する塗装・着色等の事前処
理も必要がない。ここでカメラには、外光や照明光とレ
ーザー光を容易に識別できるように、レーザー光の波長
のみを透過するフィルター４を付けている。またフィル
ターを使用する代わりに、色センサーを用いてレーザー
光のみを抽出しても良い。

【００３０】使用上、種々の外周径コイルに対して、表
面疵の凹凸により生じるスリット光の不連続と、先端の
段差により生じるスリット光の不連続とを識別する必要
がある。ここでその方法について 図３により説明す
る。図３では、コイル先端の段差部の凸側を左に、凹側
を右に合成して表している。

【００３１】コイル軸方向（中心線）に対してθの角度
でレーザー光を投射しカメラにて撮像した時の、コイル
外周表面の段差量t と、カメラ画像上でのスリット光虚
像の不連続部変化量δの間には、式（１）の関係があ
る。 t ＝K(D)*(H-Ｒ)*δ （１） ここで、 t ：コイル外周表面の段差量 H ：コイル中心とカメラ間の距離 D ：コイル外周径 Ｒ：コイル半径（＝D/2 ） である。また、この式で、K(D)は検出装置の特性値でコ
イル外径に対する補正を表し、コイル外径D の関数にな
る。補正K(D)の詳細について、以下に説明する。

【００３２】本装置は装置を簡素化するため、スリット
状レーザー光発振器２とカメラ３を固定させて検出する
ようにしている。このためコイル外周径が変わると、カ
メラの位置を基準にして、レーザー光がコイル外周表面
に照射する位置が、コイル中心線方向（板幅方向）で変
化する。この結果カメラ画像上でのコイル中心線方向の
観察位置も変化する。

【００３３】一方、カメラはレンズの特性により通常中
心から離れるにつれて画像が歪むため、コイル外周上で
はスリット光の段差幅が同一であっても、カメラ画像上
でのコイル中心線方向の観察位置が変われば、カメラ上
では異なった幅で観察される。このため観察位置により
像の歪みによる補正が必要である。

【００３４】図３において、コイル外周径によるレーザ
ー光がコイル外周表面に照射する位置と、カメラ中心線
との間のコイル中心線方向の位置のズレZ は、式（２）
のようになる。 Z=｜(Hl-Ｒ)/tan θ−L ｜ （２） ここで、 Hl：巻出し機の中心軸（コイル中心軸）とスリット状レ
ーザー光発振器２の距離（一定） Ｒ：コイル半径 θ：レーザー光とコイル軸のなす角度 L ：レーザー光発振器２とカメラ３のコイル軸に平行に
計った距離 をそれぞれ表す。

【００３５】式（２）において、Hl，Ｒ，θは一定であ
るから、位置ズレZ はコイル外周径（コイル半径Ｒ）に
より一意的に決まる。このことよりコイル外周径毎に、
既知の板厚t に対して予め補正値K(D)を決めておけば良
いことになる。

【００３６】以上の測定原理に基づき、カメラ画像上で
のスリット光虚像の不連続部変化量δを画像処理装置に
より測定し、式（１）からコイル外周表面上の板厚t を
算出する。これは、コイル外周面における照射線の不連
続部ズレ量をY とすると、画像におけるズレδの大きさ
は、カメラの焦点距離 f （f << H-R）に対して、 δ/f ＝ Y/ （H-R ） となる。

【００３７】これより、不連続部ズレ量Y は、次のよう
に表される。 Y＝δ×（H-R ）/ f （３） 板厚 t は、t =Y×tan θであるから、式（３）は、 t = δ×（H-R ）/ f ×tan θ （４） となる。この式で、tan θ/f をK （D ）と表すと、式
（１）が得られる。 t ＝K(D)*(H-Ｒ)*δ （１）

【００３８】このようにして得られた板厚 t を、先端
位置演算・判定装置にて予め上位の計算機より送られた
帯板板厚t0と比較する。通常、表面疵深さは板厚よりも
浅いことより、式（５）を満足した時、帯板の先端であ
ると判断すればよい。 t₀ ＋α≦t ≦t ₀ −α （５） α：測定誤差を考慮した閾値

【００３９】図４は、本発明の実施の形態の１例を示す
装置構成図である。この例では、帯板先端がコイル巻方
向に対して垂直方向に切断されているコイルについて、
先端検出を行うための装置構成を示す。コイル巻出し機
（ペイオフリール）８に挿入されたコイル１のコイル外
周表面に、スリット状レーザー光発振器２よりスリット
状レーザー光６を投射する。この場合、レーザー光６
は、コイル外周表面に対して斜め方向より、コイル中心
軸に向かって投射する。コイル正面にはコイル外径が変
化しても常にスリット状レーザー光の線状の照射部６ａ
が視野内に入るように、カメラ３が取付けてあり、その
信号は一定時間間隔で画像処理装置１１に送られる。

【００４０】またコイル巻出し機（ペイオフリール）８
の駆動部（図４では見えない）には、コイル巻出し機
（ペイオフリール）８の回転角度を検出するため、パル
ス発振器１０が取付けてある。今、コイル１外周表面を
押えローラー５にて押付けながら、コイル巻出し機（ペ
イオフリール）８にて矢印９の方向に回転させ、スリッ
ト状レーザー光６を照射してカメラ３にて画像データを
採取しているとする。

【００４１】この時、スリット状レーザー光６の照射部
に帯板の先端７が入ると、画像処理装置１１にてコイル
１外周表面上のスリット状レーザー光の線状の照射部６
ａの断続点が検出され、外周表面の凹凸量が算出され
る。先端位置演算・判定装置１２にて予め上位計算機１
４より送られた帯板板厚と比較し、帯板の先端７を判別
する。また帯板の先端７の位置はパルス発振器１０によ
り測定されたコイル巻戻し機（ペイオフリール）８の回
転角度の信号から先端位置演算・判定装置１２にて算出
される。

【００４２】コイル先端位置が検出できれば、コイル巻
出し機を回転させ口出し装置を駆動する等の一連の動作
を、自動運転するための信号を送る。コイル巻出し機
は、コイルの回転により、帯板先端位置を、口出し装置
（例えばマグネットコンベアー）まで移動させる。次い
で、口出し装置は、コイルから帯板先端を引き出す。

【００４３】また図３には熱間圧延鋼板のように、帯板
先端が不定形な曲線状になっている場合のコイル上にお
ける帯板の先端検出装置構成を示す。コイル巻出し機
（ペイオフリール）８に挿入されたコイル１のコイル外
周表面に、コイル中心軸と平行に、スリット状レーザー
光６をスリット状レーザー光発振器２より斜め上方から
照射する。コイル１の正面には、コイル外径及び幅が変
化しても常にスリット状レーザー光の線状の照射部６ａ
が視野内に入るように、カメラ３が取付けてある。

【００４４】コイル１の外周表面を、押えローラー５に
て押付けながらコイル巻出し機（ペイオフリール）８に
て矢印９の方向に１回転させる。画像処理装置１１に
は、カメラ画像データを、コイル巻出し機８駆動部に取
付けたパルス発振器１０により得た巻出し機の回転角度
φが回転角度φ₀ だけ回転する毎に、カメラ画像サンプ
リング装置１３から送られてくる。

【００４５】このサンプリングの回転角度φ₀ は、コイ
ル外周面のサンプリング漏れが無いよう、カメラの視野
内に収まるように設定する。これは、予め上位計算機１
４より送られたコイル外周径の情報を用いて、式（６）
で表される幾何学的な関係から算出される。 φ₀ ＝2sin^-1［(L/R-cos( φ₀ /2))*tan( ψ/2) ］ （６） ここで、 R:コイル半径 L:コイル巻出し機中心とカメラ間の距離 ψ: カメラから見た視野角度 である。

【００４６】このようにして、送られてきたカメラ画像
を繋ぎ合わせると、コイル外周表面全周の画像が得られ
る。画像処理装置１１にて、コイル先端部が存在する
と、コイル外周表面上のスリット状レーザー光の線状の
照射部６ａの断続点が、コイル回転方向に連続して検出
される。これを先端位置演算・判定装置１２にて、それ
を繋ぎ合わせることによりコイル外周表面上の帯板の先
端及び先端形状を得ることができる。

【００４７】なお、スリット状レーザー光６の延長線上
にコイルの軸が無い場合は、図６に示すようになる。こ
の図では、コイルの軸を中心を原点Ｏとし、コイルの軸
に垂直かつ原点とカメラを結ぶ方向をｘ軸、その垂直方
向をｙ軸とする。

【００４８】レーザー光を表す直線を y=m(x-H _L )+y _L （７） とし（但し、m=tan μ）、コイル外周を次の式で表す。 x ² +y² =R² （８） ここで、R はコイルの外径である。

【００４９】レーザー光とコイル外周の交点Ｂの座標
（x,y ）は、式（７）と（８）を連立方程式として解い
て求められる。ここで簡単のため、 y=mx+k₁ ，k ₁ =y_L -mH _L （７’） と表し、式（８）に代入すると、 x ² +(mx+k₁ ) ² =R² となる。このx の２次方程式を解くと、根の公式から、 x=［-mk ₁ ±√｛(mk ₁ ) ² -(1+m ² )(k ₁ ² -R² )
｝］/(1+m ² ) 右辺を整理して、 x=［-mk ₁ ±√｛(1+m² )R² -k₁ ² ｝］/(1+m ² ) であるが、交点Ｂのx 座標は正であるから複号は＋をと
る。これより、式（７’）を用いて、交点Ｂの座標（x,
y ）は、 x=［-mk ₁ + √｛(1+m² )R² -k₁ ² ｝］/(1+m ² ) y=k ₁ +m［-mk ₁ + √｛(1+m² )R² -k₁ ² ｝］/(1+m
² ) と表される。

【００５０】交点Ｂの原点Ｏを中心とする回転角（偏
角）βは、次の式で表される。 β=tan^-1（y/x ） また、交点Ｂのカメラから見た角度γは、 γ=tan^-1[y/(H-x)] と表される。この角度γは、図７に示すように、カメラ
の交点Ｂの画像の位置をａ、視野角をψとすると、 γ= ψａ／２ｂ と表される。以上の式より、スリット状レーザー光の延
長線上にコイルの軸が無い場合でも、カメラ画像上での
レーザー光の段差が検出される位置から、コイル先端の
位相（回転角）βが求められる。

【００５１】

【発明の効果】この発明ではレーザ光の投射とカメラ撮
影を用いて帯板のコイル先端を検出しており、検出装置
をコイルから離れた位置に設置することができるので、
設置場所の制約を受けにくい。また、検出のために事前
に特別な処置を施す必要がない。また、スリット状のレ
ーザ光を投射してコイル先端の位置で現れる不連続点ま
たは屈曲点を、帯板のコイル先端として検出するので、
この発明によれば、コイル状に巻かれた薄い帯板及び不
定形の曲線状の先端を持つ帯板に対しても、容易にその
先端を検出できることから、プロセスライン入側の自動
化が実施できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による帯板のコイル先端の検出原理を示
す説明図である。

【図２】カメラ画像におけるスリット状レーザー光の線
状の照射部の像を示す図である。

【図３】コイル外周面の段差量測定についての説明図で
ある。

【図４】発明の実施の形態の１例を示す装置構成図であ
る。

【図５】発明の実施の形態の別の例を示す装置構成図で
ある。

【図６】コイル先端の位相（回転角）の算出方法の説明
図である。

【図７】カメラ画像におけるコイル外周面の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ コイル ２ スリット状レーザー光発振器 ３ カメラ ４ フィルター ５ 押えローラー ６ スリット状レーザー光 ６ａ，６ｂ 線状の照射部 ７ 帯板のコイル先端 ８ コイル巻出し機（ペイオフリール） ９ 回転方向 １０ パルス発振器 １１ 画像処理装置 １２ 先端位置演算・判定装置 １４ 上位計算機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯板を巻いたコイルの外周面にスリット
   状のレーザー光を投射し、前記外周面に形成された線状
   の照射部をカメラにより撮像し、撮像された前記照射部
   の画像に不連続点または屈曲点を検出することにより、
   帯板の先端を検出する帯板のコイル先端検出方法。
2. 【請求項２】 撮像された照射部の画像に不連続点また
   は屈曲点が検出された場合、この点の両側の線状の部分
   のズレを計測し、計測されたズレから段差の大きさを算
   出し帯板の板厚と比較することにより、帯板の先端を検
   出する請求項１記載の帯板のコイル先端検出方法。