JP2014055833A - 熱間長尺材の測長方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間長尺の測長において、設置するカメラやセンサの数を減らして、精度確保と設備コスト節減の両立を提供する。
【解決手段】熱間長尺材１の全長が視野内に入る撮像視野ＳＡを持ち、熱間長尺材１の搬送路２の特定領域Ｂを撮像する１個の撮像手段５の視野内に、熱間長尺材が搬送されたことを検知し、該検知した時点で、撮像手段５により撮像された熱間長尺材１の静止画像を取得し、該静止画像における熱間長尺材の長さ方向存在位置と、特定領域Ｂ内に長尺材の長さ方向に目盛を配列した光点目盛尺を撮像してなる光点撮像データを画像処理して予め導出してある、画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数とから、熱間長尺材１の長さを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間長尺材の測長方法及び装置に関し、詳しくは熱間状態の長尺材（例えば鋼管や棒鋼或いは鋳片等）の長さを非接触式で計測する、熱間長尺材の測長方法及び装置に関する。

長尺材の長さを非接触式で計測する従来の測長技術として以下のものが知られている。
（従来技術１） 静止させた測長すべき長尺材の両端部を複数個のカメラ（イメージセンサを撮像素子としたデジタルカメラの意。以下同じ）で撮像し、該撮像した画像の画像処理から得られたデータと、前記カメラの個別の設置位置間の離間距離データとから前記長尺材の長さを算出するもの（例えば特許文献１参照）。
（従来技術２） 搬送中の長尺材の先端部は端部検出用のセンサ（端部センサという。具体例として投受光式の光電センサが示されている）を複数個、個別に設置してなる第１の端部検出器で検出し、後端部は１個のカメラで撮像し、該撮像した画像の画像処理データと、前記カメラ乃至前記第１の端部検出器の端部センサ個別の設置位置間の離間距離データとから前記長尺材の長さを算出するもの（例えば特許文献２参照）。
（従来技術３） 前記従来技術２において、更に後端部の形状が矩形端形状ではなくヤリ形状である事に起因する測長誤差を補正する手段として、前記カメラ設置位置から近い上流側で前記長尺材後端部の相異なる搬送高さ方向位置の搬送幅方向両端を検出する複数の端部センサで構成した第２の端部検出器を具備したもの（例えば特許文献３参照）。

特開平０４−１８４２０５号公報 特開昭５７−０２２５０７号公報 特開平１０−０８２６１７号公報

前述の従来技術によると、測長精度を確保するには、前記カメラを複数個、個別に設置して用いるか、若しくは前記カメラを１個のみ設置し且つ前記長尺材の一端側或いは更に他端側に前記端部センサを複数個、個別に設置するか、の二者択一又は該二者の組み合わせを採るしか無いが、何れを採るにしても前記カメラや前記端部センサの設置個数が多くなり、設備費が嵩むのが難点である。

つまり、従来技術では測長精度確保の為にカメラやセンサを多数設置せねばならず、設備費が嵩むと云う課題があった。

本発明者らは、前記課題を解決する為に鋭意検討し、その結果、熱間搬送中の長尺材全体を１個のカメラの１回撮像で撮像視野に収める場合、撮像トリガには１個の検出器（例えばＨＭＤ（Ｈｏｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：熱塊検出器））による検出信号を用い、且つ撮像視野拡大に伴い増大するレンズ歪み（収差）による、長尺材の実物に対する撮像データ処理後の画像の寸法誤差には、光点目盛尺の撮像データに基づく長さ換算で対処する事により、カメラと検出器各１個ずつの設置下でも良好な測長精度が得られるとの知見を得、本発明を成した。

即ち本発明は以下の通りである。
（１）搬送路を搬送される熱間長尺材の測長方法であって、
前記熱間長尺材の全長が視野内に入る撮像視野を持ち、前記搬送路の特定領域を撮像する１個の撮像手段の視野内に、前記熱間長尺材が搬送されたことを検知し、
該検知した時点で、前記撮像手段により撮像された前記熱間長尺材の静止画像を取得し、
該静止画像における熱間長尺材の長さ方向存在位置と、前記特定領域内に前記熱間長尺材の長さ方向に目盛を配列した光点目盛尺を撮像してなる光点撮像データを画像処理して予め導出してある、画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数とから、
前記熱間長尺材の長さを算出することを特徴とする熱間長尺材の測長方法。
（２）搬送路を搬送される熱間長尺材の測長装置であって、
前記熱間長尺材の全長が視野内に入る撮像視野を持ち、前記搬送路の特定領域を撮像する１個の撮像手段と、
前記搬送路の特定位置における熱間長尺材の有無を検出し、前記特定領域内に前記熱間長尺材の全長が搬送されたことを検知する検知手段と、
該検知手段の検知信号にもとづき、前記撮像手段により撮像された前記熱間長尺材の全長を含む静止画像を取得し、
前記取得した静止画像における熱間長尺材の長さ方向存在位置と、前記撮像視野内で、前記熱間長尺材の長さ方向に目盛を配列した光点目盛尺を撮像してなる光点撮像データを画像処理して予め導出してある、画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数とから、
前記熱間長尺材の長さを算出する画像処理手段と、
を有することを特徴とする熱間長尺材の測長装置。

本発明によれば、撮像手段と検知手段との各１個ずつの設置により画像処理手段の援用下でレンズ歪みによる測長誤差を小さくすることができ、熱間長尺材の測長精度確保と設備コスト節減とを両立させることができる。

本発明の一実施形態における熱間長尺材撮像時を示す模式図である。 長尺材画像及び長尺材画像長さの導出要領を示す概略説明図である。 本発明の一実施形態における光点目盛尺撮像時を示す模式図である。 光点目盛画像からの長さ変換係数の導出要領を示す概略説明図である。 長尺材画像及び長尺材画像長さの導出要領を示す概略説明図である。

本発明の一実施形態における熱間長尺材撮像時を示す模式図である図１において、長尺材１は例えばピアサーミル（図示省略）出側の鋼管１である。鋼管１は、搬送対象材を材長方向に水平搬送する搬送ローラ群からなる搬送路２で一方向に搬送３されている。鋼管１は熱間ゆえ熱センサ４で熱観測でき、該熱センサ４が搬送路２の特定位置ＰＳにおける鋼管の有無を検知する。

１個のみ設置された撮像手段であるカメラ５は、搬送路２の特定領域Ｂを撮像するよう配置されており、その撮像視野ＳＡの中心軸線であるカメラ視線６を、搬送路２上の特定領域Ｂを鋼管１が搬送された時の管中心軸と直交させた状態としてある。そして、カメラ５の対物最短距離である撮像距離Ｌが所定距離例えば６５００ｍｍのとき、撮像視野ＳＡ内に、搬送路２を搬送される種々の鋼管１のうち管長さが最大例えば８５００ｍｍの長さ範囲が収まるようにしてある。

なお、本実施形態では、設置スペースの制約上、カメラ５は搬送路２の斜め上方に設置したが、これに限定されるものではない。
熱センサ４例えばＨＭＤ４は、その熱観測視線７を搬送路２の撮像視野ＳＡへの入口地点に向けて該入口地点を特定位置ＰＳとして、該特定位置ＰＳを熱観測地点とし該熱観測地点を通過する熱間の鋼管１の熱観測データを採りつつ、該採った熱観測データをシーケンス制御手段１１に送信する。シーケンス制御手段１１は熱観測データの立下りに反応して撮像トリガ信号９を画像処理手段８に自動送信する。すなわち、熱センサ（ＨＭＤ）４とシーケンス制御手段３０は、搬送路の特定位置ＰＳにおける熱間長尺材の有無を検出し、特定領域Ｂ内に熱間長尺材（鋼管１）の全長が搬送されたことを検知する検知手段を構成しており、前記撮像トリガ信号９が、特定領域Ｂ内に熱間長尺材の全長が搬送されたことを知らせる検知信号となる。尚、画像処理手段８は市販のパソコンシステムに市販の画像処理アプリケーションソフトウエアをインストールしたものである。

カメラ５は、特定領域Ｂを常時撮像し、動画である１次撮像データ１０が画像処理手段に送られる。画像処理手段８は、シーケンス制御手段３０からの撮像トリガ信号９を受信すると、カメラ５から送られてくる１次撮像データ１０（動画データ）から、撮像トリガ信号を受信した時点の静止画像を取得する。撮像トリガ信号９の送信から画像処理手段８が静止画像を取得するまでの所要時間は極微小で無視できるから、静止画像取得時点では、熱観測データの立下りを齎した鋼管１の尾端部が熱観測地点（特定位置ＰＳ）に位置し、鋼管１全部が撮像視野ＳＡ内に収まっており、従って、前記静止画像は、鋼管１全体についての輝度情報を含むものである。

又、静止画像は高速シャッタスピード（約４ｍｓ）のワンショット撮像なので、搬送速度が変動しても撮像データが乱れることはない。
画像処理手段８では、静止画像を画像処理して長尺材画像を導出し、該長尺材画像から長尺材画像長さを導出する。その導出要領を図２に示す。まず、静止画像の輝度情報を可視化した輝度画像１１を画面８Ｄに表示する。画面８Ｄは、画面の法線がカメラ視線６に対応し、画面の横軸であるＸ軸が搬送路２との平行軸に対応し、画面の縦軸であるＹ軸がカメラ視線６と搬送路２平行軸とに垂直な軸に対応する画面設定とされている（以下同じ）。したがって、輝度画像１１における長尺材部１１Ａは画面のＹ軸上のほぼ中心に位置して表示される。

輝度画像１１において長尺材部１１Ａの輝度は長尺材部以外の部分１１Ｂの輝度に比べて段違いに高いので、実験や操業実績に基いて定めた相応しい閾値を用いて長尺材部１１Ａと長尺材部以外の部分１１Ｂとの境界を判別できる。そこで、予め設定した前記閾値を用い、画面Ｘ軸全域についてＹ軸方向に輝度点検して輝度が閾値以上であるＹ軸領域（領域ＡＹという）を同定し、該領域ＡＹについてＸ軸方向に輝度点検して輝度が閾値以上であるＸ軸領域（領域ＡＸという）を同定する。得られた前記領域ＡＸと前記領域ＡＹとの共通部分が前記長尺材部１１Ａの画像すなわち長尺材画像である。

画像処理手段８は、引き続き、前記長尺材画像から長尺材（鋼管１）の長さを求めるが、それには、まず、前記長尺材画像のＸ軸方向両端に位置する画素のＸ軸座標すなわち、先端部Ｘ座標Ｘ１，尾端部Ｘ座標Ｘ２を読取る。画素サイズがδであるとして、前記座標Ｘ１〜Ｘ２間の画素個数は（Ｘ２−Ｘ１）／δ（＝Ｎとする）であり、これが画素個数を単位とした長尺材画像長さ（Ｉｍａｇｅ Ｌｅｎｇｔｈの略号であるＩＬと記す）であり、すなわち、ＩＬ＝Ｎである。

前記ＩＬを長尺材の実長（Ｒｅａｌ Ｌｅｎｇｔｈの略号であるＲＬと記す）に変換するには、１画素当たりの実長（Ｒｅａｌ Ｌｅｎｇｔｈ Ｐｅｒ Ｐｉｘｅｌの略号であるＲＬＰＰと記す）が必要である。
カメラがレンズ歪み（収差）の無い理想レンズのカメラであれば、ＲＬＰＰは画面内の画素位置には依存せず、レンズ倍率Ｍと画素サイズδで決まり、ＲＬＰＰ＝Ｍ×δであり、
ＲＬ＝ＲＬＰＰ×Ｎ＝Ｍ×δ×Ｎ＝Ｍ×（Ｘ２−Ｘ１） …（１）
となる。

然し、実際のカメラにはレンズ歪みがあるので、前記長尺材画像のＸ軸方向の中央部と端部とではＲＬＰＰは異なる。例えば、中央部では４ｍｍ/画素、両端部では３．７ｍｍ／画素などである。
一般にＲＬＰＰは中央部では理想レンズの場合とほぼ同じであるが、端部に向かうほど理想レンズの場合とのずれが大きくなる。よって、ＲＬＰＰは、前記ずれを表す係数である長さ換算係数Ｋを加味する必要があるため、本実施形態では、長尺材画像と該長尺材画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数Ｋとから、熱間長尺材の長さを算出する。但し、ＲＬＰＰは上述の様に中央部では理想レンズの場合とほぼ同じなので、Ｋ＝１である。

上記の様に長尺材画像のＸ軸方向区域により異なるＲＬＰＰを求めて長尺材画像から長尺材長さＲＬを算出する為に、本発明では、予め前記カメラで冷間静止状態の光点目盛尺を撮像して得た光点撮像データを画像処理して、長さ方向の二以上の区域で相異なる長さ換算係数を導出しておき、これと長尺材画像とから長尺材の長さを算出する。前記長さ換算係数（以下、単に、係数とも云う）の導出方法を以下に述べる。

本発明の一実施形態における光点目盛尺撮像時を示す模式図である図３に示される様に、光点目盛尺１４は、冷間且つ静止の状態で搬送路２の撮像視野ＳＡ横断部分の路上に載置する。光点目盛尺１４は光点担体用長尺品（例えば塩ビ管）の外面長手方向に設けた光点配列直線１８上に複数の光点１５（例えばＬＥＤであり、或いは豆電球でもよい）を配列してなり、この光点１５が目盛を形成する。光点配列直線１８は鋼管１を搬送するときの搬送方向と平行となるようにしてあり、すなわち、光点目盛尺１４は長尺材の長さ方向に目盛が配列されている。前記目盛を光点１５で形成したのは、前記目盛にカメラ５での撮像を可能ならしめる輝度を付与するためである。尚、ここでは、光点１５の成す目盛は等間隔としたが、間隔が既知の値に設定してあれば必ずしも等間隔でなくてもよい。又、光点１５の個数は全９個としたが、これに限定されない。

但し、光点目盛尺１４の円周方向の位相は、前記光点配列直線１８がカメラ視線６と直交する位相とし、このときのカメラ５から光点配列直線１８までの距離Ｌ０は既知の値に設定してある（図３（ｂ）参照）。
カメラ５への撮像トリガ信号１９は例えば押釦スイッチ等の手動送信手段１６で手動送信する。該送信を受けたカメラ５は直ちに撮像を実行し、得た光点撮像データ１２を画像処理手段８に送信する。前記光点撮像データ１２は、光点１５の点列の輝度情報を含むものである。

画像処理手段８では、図４に示す様に、まず、光点撮像データ１２の輝度情報を可視化した光点目盛画像２２を画面８Ｄに表示する。光点目盛画像２２は、９個の光点像２２ＡがＸ軸方向に並んだものである。そこで、図示しないマウス等の入力手段を操作して各光点像２２Ａの中心位置をクリック２４する。すると、画像処理手段８は、左から右への各光点像２２ＡのＸ軸座標Ｘ（ｉ）（；ｉ＝１〜９）を記録し、区域ｊ（；Ｘ（ｊ）〜Ｘ（ｊ＋１）；ｊ＝１〜８）の画素個数Ｎ（ｊ）＝（Ｘ（ｊ＋１）−Ｘ（ｊ））／δを計算する。そして、この画素個数Ｎ（ｊ）と、光点目盛尺撮像準備時に入力し記憶させておいた、区域ｊに対応する実光点目盛間隔Ｌ（ｊ）とから、ＲＬＰＰ（ｊ）＝Ｌ（ｊ）／Ｎ（ｊ）を計算する。

計算の結果、ＲＬＰＰ（１）≒ＲＬＰＰ（８）＞ＲＬＰＰ（２）≒ＲＬＰＰ（７）＞ＲＬＰＰ（３）≒ＲＬＰＰ（４）≒ＲＬＰＰ（５）≒ＲＬＰＰ（６）であった。
そこで、光点目盛画像２２における区域３〜６を中央部Ｃとして、そこでの前記係数Ｋは、Ｋ（Ｃ）＝１とし、又、区域２，７は第２端部Ｅ２として、そこでの前記係数Ｋは、Ｋ（Ｅ２）＝Ｍｅａｎ（ＲＬＰＰ（ｊ）（；ｊ＝２，７））／Ｍｅａn（ＲＬＰＰ（ｊ）（；ｊ＝３〜６））とし、又、区域１，８は第１端部Ｅ１として、そこでの前記係数Ｋは、Ｋ（Ｅ１）＝Ｍｅａｎ（ＲＬＰＰ（ｊ）（；ｊ＝１，８））／Ｍｅａｎ（ＲＬＰＰ（ｊ）（；ｊ＝３〜６））とし、夫々記憶する。

かくして記憶した中央部Ｃと第１、第２端部Ｅ１，Ｅ２に夫々対応する相異なる係数Ｋ（Ｃ）、Ｋ（Ｅ１），Ｋ（Ｅ２）を用い、図２に示した長尺材画像から、長尺材長さＲＬを算出する。
先ず、鋼管の測長時（熱間長尺材撮像時）における鋼管１とカメラ５との距離Ｌが、光点目盛尺撮像時におけるカメラ５と光点配列直線１８との距離Ｌ０と等しい揚合について説明する。

長尺材画像１１から読み取ったＸ軸方向両端に位置する画素のＸ軸座標Ｘ１、Ｘ２が、中央部Ｃ、第１端部Ｅ１、第２端部Ｅ２のいずれの位置にあるかを判定する。図５に示す例では、長尺材画像のＸ軸方向先端に位置する画素のＸ軸座標Ｘ１、Ｘ軸方向尾端に位置する画素のＸ座標Ｘ２が、それぞれ第２端部Ｅ２、第１端部Ｅ１に存在する。したがって、画像中のＸ軸方向における長尺材の存在位置は、区域２におけるＸ１と光点座標Ｘ（３）の間、区域３〜区域７の全域（光点座標Ｘ（３）〜Ｘ（８）の間）、区域８における光点座標Ｘ（８）とＸ２との間となる。したがつて、長尺材長さＲＬは、各光点像のＸ軸座標Ｘ（i）、係数Ｋ（Ｃ）、Ｋ（Ｅ１）、Ｋ（Ｅ２）から、以下の式（２）で算出される。
ＲＬ（ｍｍ）＝Ｍ×（Ｘ（３）−Ｘ１）×Ｋ（Ｅ２）
＋Ｍ×（Ｘ（７）−Ｘ（３））×Ｋ（Ｃ）
＋Ｍ×（Ｘ（８）−Ｘ（７））×Ｋ（Ｅ２）
＋Ｍ×（Ｘ２−Ｘ（８））×Ｋ（Ｅ１） ・・・（２）
つまり、静止画像上のＸ軸方向各区域における長尺材の存在長さに各区域についての前記係数Ｋおよび倍率Ｍを乗じたものを合計することで、長尺材長さＲＬを算出する。

鋼管の測長時（熱間長尺材撮像時）における鋼管１とカメラ５との距離Ｌ（図１（ｂ）参照）が、光点目盛尺撮像時におけるカメラ５と光点１５の配列線１５ａとの距離Ｌ０（図２（ｂ）参照）と等しい揚合には、画面８Ｄに表示される際の倍率Ｍは、鋼管１の画像と光点目盛尺１４の画像とでは同一となるから、上記式（２）により求めたＲＬがそのまま、鋼管１の測長結果として用いることができる。例えば、搬送路２で搬送される鋼管１の外径寸法が１種類のみである場合には、上記ＬとＬ０とを等しく設定しておけば、上記式（２）によるＲＬが鋼管１の測長結果となる。

しかしながら、搬送路２を搬送される鋼管１として、種々の外径寸法のものがある場合、外径寸法に応じて、鋼管の側長時（熱間長尺材撮像時）における鋼管１とカメラ５との距離Ｌは変化するため、画面８Ｄに表示される際の倍率Ｍも変化する。したがって、搬送される鋼管１に種々の外径寸法のものがある場合、上記式（２）で求めたＲＬに対し、外径寸法に応じて補正を行うようにする。

具体的には、画像処理手段８には、搬送されている鋼管１に関する情報としての外径Ｄの値が上記計算機（図示せず）から入力されるようにしておき、画像処理手段８には、鋼管１の外径Ｄに応じたカメラ５と鋼管１との距離Ｌ（Ｄ）を予め登録しておく。カメラ５と鋼管１との距離がＬ０のときの倍率をＭとしているので、カメラ５と鋼管１との距離がＬ（Ｄ）のときの倍率ＭはＭ×Ｌ（Ｄ）/Ｌ０となるから、この外径Ｄの値に応じて、上記式（２）で求めたＲＬの値を以下の式（３）で補正してＲＬ’を得ることで真の測長結果が得られる。

ＲＬ’＝ＲＬ×Ｌ（Ｄ）/Ｌ０ ・・・（３）
なお、鋼管１の外径に応じたＬの値は、幾何学的に予め計算して画像処理手段５に登録しておけばよい。

継目無鋼管製造ラインにおいてピアサーミル出側で熱間搬送中の鋼管（ホロー）は、従来、搬送方向に５個以上配置したＨＭＤによる熱観測データとＨＭＤ位置座標と管搬送速度とから、最上流側ＨＭＤの管尾端検出時点の管先端位置と一致する下流側ＨＭＤ位置座標を補間計算することで測長されていたが、測長精度が十分とは云えず、測長結果を次材圧延の為の圧延機セットアップに利用する操業のなかでときどき圧延不具合が発生した。

前記ラインに図１の形態で本発明を実施した。カメラは東芝テリー製ＣＳＣ１２Ｍ２５ＢＭＰ１９，レンズはニコン製Ｎｉｋｋｏｒ１４ｍｍを用いた。鋼管のカメラ撮像から長さ算出までは１７ｍｓと極短時間である。本発明実施後は、前記圧延不具合は発生しなくなった。又、カメラとＨＭＤ各１個ずつの設置となったので、設備コスト削減、メンテナンス負荷軽減の効果も具現した。

１ 鋼管（熱間長尺材）
２ 搬送路（搬送ローラ群）
３ 搬送
４ 熱センサ（ＨＭＤ）
５ カメラ（撮像手段）
６ カメラ視線
７ 熱観測視線
８ 画像処理手段
８Ｄ 画面
９ 撮像トリガ信号
１０ １次撮像データ
１１ 輝度画像
１１Ａ 長尺材部
１１Ｂ 長尺材部以外の部分
１２ 光点撮像データ
１４ 光点目盛尺
１５ 光点（ＬＥＤ或いは豆電球）
１６ 手動送信手段（押釦スイッチ）
１８ 光点配列直線
１９ 撮像トリガ信号
２２ 光点目盛画像
２２Ａ 光点像
３０ シーケンス制御手段
ＰＳ 特定位置（熱観測地点）
ＳＡ 撮像視野
Ｂ 特定領域

Claims (2)

1. 搬送路を搬送される熱間長尺材の測長方法であって、
   前記熱間長尺材の全長が視野内に入る撮像視野を持ち、前記搬送路の特定領域を撮像する１個の撮像手段の視野内に、前記熱間長尺材が搬送されたことを検知し、
   該検知した時点で、前記撮像手段により撮像された前記熱間長尺材の静止画像を取得し、
   該静止画像における熱間長尺材の長さ方向存在位置と、前記特定領域内に前記熱間長尺材の長さ方向に目盛を配列した光点目盛尺を撮像してなる光点撮像データを画像処理して予め導出してある、画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数とから、
   前記熱間長尺材の長さを算出することを特徴とする熱間長尺材の測長方法。
2. 搬送路を搬送される熱間長尺材の測長装置であって、
   前記熱間長尺材の全長が視野内に入る撮像視野を持ち、前記搬送路の特定領域を撮像する１個の撮像手段と、
   前記搬送路の特定位置における熱間長尺材の有無を検出し、前記特定領域内に前記熱間長尺材の全長が搬送されたことを検知する検知手段と、
   該検知手段の検知信号にもとづき、前記撮像手段により撮像された前記熱間長尺材の全長を含む静止画像を取得し、
   前記取得した静止画像における熱間長尺材の長さ方向存在位置と、前記撮像視野内で、前記熱間長尺材の長さ方向に目盛を配列した光点目盛尺を撮像してなる光点撮像データを画像処理して予め導出してある、画像中の長さ方向二以上の区域で相異なる長さ換算係数とから、
   前記熱間長尺材の長さを算出する画像処理手段と、
   を有することを特徴とする熱間長尺材の測長装置。

Images