JP3580137B2

JP3580137B2 - 結晶粒径測定方法及び装置

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Publication number: JP3580137B2
Application number: JP19343598A
Authority: JP
Inventors: 和樹橋本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: JP2000028512A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理により金属表面の結晶粒径を測定する結晶粒径測定方法及び装置に関し、特にメッキ表面に析出するスパングルの粒径を測定する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の外装材及び内装材，家庭用電化製品の外装材，並びに建築用材として広く用いられている表面処理鋼板は、冷延薄鋼板の表面に防錆性及び耐食性の強化を目的として、亜鉛，鉄，アルミニウム，及び錫を主成分とした合金でメッキ処理し、さらに防錆性を高めるために、無色又は極淡黄色のクロメート等のコーティング材で表面を被覆することにより製造され、特に自動車及び家庭用電化製品に用いられる表面処理鋼板は、塗料との親和性の高いコーティング材を用いて表面コーティングされた後で塗装処理される。
【０００３】
最近では、メッキ処理技術の進歩により、耐食性が著しく優れた表面処理鋼板の製造が可能となり、特に家庭用電化製品の外装材及び建築用材においては、塗装を要しないＡｌ−Ｚｎ合金メッキを用いた表面処理鋼板が既に製品化されている。
【０００４】
このような塗装を要しない表面処理鋼板においては、メッキ剤塗布後の冷却過程で鋼板表面にスパングルと呼ばれる結晶粒が不可避的に析出するため、メッキ処理された鋼板表面が無色又は極淡黄色のコーティング膜を通した外観上の品質が損なわれるという問題があり、この結晶粒の粒径を均一にして外観上の品質低下を抑制する試みがなされている。なお、ここでいう粒径とは、結晶粒の面積に相当する大きさの円の直径である。
【０００５】
一方、結晶粒径のフィードバック制御及び検査の観点から、製造ライン上で結晶粒径の自動測定を実現する試みがなされており、特願平９−２５２５１５号において、被測定面を撮像器により撮像した後で２値化し、２値化画像データに基づいてスパングルの如き所定の結晶粒を識別し、識別した前記結晶粒の画素数を計数することによって各結晶粒の面積を演算し、演算された面積に対応する円の直径を演算し、演算された各結晶粒の直径の平均値を演算することによって、被測定面における前記結晶粒の粒径を演算する結晶粒径測定装置が開示されており、この結晶粒径測定装置によれば前記結晶粒の粒径を安定的に得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、上述の如き結晶粒径測定装置における測定精度を更に向上させるために、以下の如き課題を挙げている。
【０００７】
１つは、前述の結晶粒径測定装置における２値化閾値（輝度閾値）は、予め作成された標準サンプルを目視測定した粒径を結晶粒径真値とし、標準サンプルの粒径を前記結晶粒径測定装置で測定した値と、前記結晶粒径真値との誤差が最小となるよう調整して求められるものであり、例えば、材質が異なる表面処理鋼板又はメッキの被測定面を測定する都度、これらの材質に応じた標準サンプルの結晶粒径真値と、輝度閾値とを求める必要があるほか、測定精度を向上させるために多数の標準サンプルを必要とする。なお、同一材質の表面処理鋼板及びメッキを用いた場合であっても、コーティング膜の厚さが異なる場合には同様の課題を有する。
【０００８】
また、搬送経路上を連続的に搬送される帯状の表面処理鋼板の表面を所定間隔で測定する場合には、搬送方向におけるコーティング膜の厚さのばらつき及び搬送される帯状の表面処理鋼板のその厚さ方向のばたつきが生じるが、各膜厚又は各ばたつき状態に対応した標準サンプルを作成することが困難である。
【０００９】
いま一つは、各結晶粒の面積に対応する円の直径の平均値を、被測定面における粒径の代表値とするため、被測定面における結晶粒径のばらつきが大きく、また偏っている場合に誤差が増大する。
【００１０】
図１７は、従来の結晶粒径測定装置によるスパングル粒径の測定結果（平均粒径測定値）とこれに対応する結晶粒径真値との関係を示すグラフであり、横軸に結晶粒径真値（ｍｍ）を、縦軸に従来の結晶粒径測定値により測定された平均粒径測定値（ｍｍ）を夫々配してある。
【００１１】
図１７に示す如く、測定対象とするスパングルが大きくなるにつれて、誤差が増大していることがわかる。これは、前述した如く微細なスパングルが多数介在しているからである。
【００１２】
図１８は、図１７における平均粒径測定値のＡ点及びＢ点での各スパングルの粒径に対する度数分布を示すヒストグラムであり、横軸に各スパングルの粒径（ｍｍ）を、縦軸に各粒径における相対度数（％）を夫々配してある。また、中央から上方にＡ点のヒストグラムを、下方にＢ点のヒストグラムを夫々対比させて示してある。
【００１３】
図１８に示す如く、Ａ点及びＢ点の何れにおいても比較的小径のスパングルが多く存在している。
【００１４】
なお、結晶粒径真値は日本工業規格によりその測定方法が定められていないため、暫定的に図１９に示す如き方法で求めた。
【００１５】
図１９は、結晶粒径真値の求め方を説明するための説明図であり、撮像器によって撮像されたスパングルＳ，Ｓ，…の一部を示している。図１９において、被測定面上で任意の長さ及び方向の線分Ａ−Ａを設定し、この線分Ａ−Ａが横切るスパングルＳ，Ｓ，…の個数を目視で計数する。そして、線分Ａ−Ａの長さを上述のスパングルＳ，Ｓ，…の個数で除すことによって結晶粒径真値を求める。
【００１６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布表を生成し、この度数分布表における度数の最大値に対応する輝度を輝度閾値とすることにより、鋼板又はメッキの材質，コーティング膜の厚さ又はそのばらつき，及び鋼板のその厚さ方向のばたつき等の影響がなく、これらの状態に応じた標準サンプルでの結晶粒径真値と輝度閾値とを求める必要がなく、標準サンプルを必要としない高精度な結晶粒径測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る結晶粒径測定方法は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記度数分布の度数が最大となる輝度に基づいて前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとを有することを特徴とする。
【００１８】
第２発明に係る結晶粒径測定方法は、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする。
【００１９】
第３発明に係る結晶粒径測定方法は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記輝度分布に基づいて前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとを有し、さらに、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする。
【００２０】
第４発明に係る結晶粒径測定方法は、前記第１及び第２ステップの間に、前記度数分布を平滑化するステップを更に有することを特徴とする。
【００２１】
第５発明に係る結晶粒径測定方法は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする。
【００２２】
第６発明に係る結晶粒径測定装置は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を演算する輝度分布演算手段と、該輝度分布演算手段による演算結果で度数が最大となる輝度に基づいて前記所定の輝度閾値を演算する閾値演算手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
第７発明に係る結晶粒径測定装置は、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２４】
第８発明に係る結晶粒径測定装置は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を演算する輝度分布演算手段と、該輝度分布演算手段による演算結果に基づいて前記所定の輝度閾値を演算する閾値演算手段と、さらに、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
第９発明に係る結晶粒径測定装置は、前記輝度分布演算手段により演算された前記度数分布を平滑化する平滑化手段を更に備え、前記閾値演算手段は、前記平滑化手段による平滑化結果に基づいて前記所定の輝度閾値を演算すべくなしてあることを特徴とする。
【００２６】
第１０発明に係る結晶粒径測定装置は、撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
第１及び第６発明に係る結晶粒径測定方法及び装置によれば、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求め、求めた度数分布に基づいて、極大値のような度数の最大値に対応した輝度である２値化閾値（輝度閾値）を求め、求めた輝度閾値に基づいて撮像画像を２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、演算結果に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう構成としたので、被測定面における粒径分布の大多数に合わせた輝度を選定し、結晶粒径分布に応じた輝度閾値を選定することができ、鋼板又はメッキの材質、コーティング膜の厚さ又はそのばらつき、及び鋼板のその厚さ方向のばたつき等の影響が少なく、これらの状態に応じた標準サンプルでの結晶粒径真値と輝度閾値とを求める必要がなく、標準サンプルを必要とせず、より誤差の小さい結晶粒径の測定が可能である。
【００２８】
第２及び第７発明に係る結晶粒径測定方法及び装置によれば、各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めるなどして分級し、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、例えば被測定面における粒径分布の大多数に合わせた値を基準粒径とすることにより、高精度な結晶粒径の測定が可能である。
【００２９】
第３及び第８発明に係る結晶粒径測定方法及び装置によれば、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求め、求めた度数分布に基づいて２値化閾値（輝度閾値）を求め、求めた輝度閾値に基づいて撮像画像を２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めなどして分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、被測定面における結晶粒径分布に応じた輝度閾値を選定することができ、鋼板又はメッキの材質、コーティング膜の厚さ又はそのばらつき、及び鋼板のその厚さ方向のばたつき等の影響が少なく、これらの状態に応じた標準サンプルでの結晶粒径真値と輝度閾値とを求める必要がなく、標準サンプルを必要とせずに結晶粒径の測定が可能であり、また、被測定面における粒径分布の大多数に合わせた値を基準粒径とし、分級した各級区間の中間値と前記基準粒径との比に基づいて各級区間の度数分布を補正することにより、高精度な結晶粒径の測定が可能である。
【００３０】
第４及び第９発明に係る結晶粒径測定方法及び装置によれば、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとの間に、前記度数分布を平滑化しておく構成としたので、例えば輝度に対する度数分布グラフからその極大値を求め、求めた極大値に対応した輝度を輝度閾値とするような場合において、前記極大値を抽出することが容易となる。
【００３１】
第５及び第１０発明に係る結晶粒径測定方法及び装置によれば、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、演算結果に対応する円の直径を演算し、演算した各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めるなどして分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、前述の重み付けを従来の結晶粒径測定方法及び装置にも適用することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る結晶粒径測定装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施の形態の結晶粒径測定装置は、Ａｌ−Ｚｎメッキ処理後に次工程へ搬送される表面処理鋼板（以後、単に鋼板という）１の表面（被測定面）１１に析出するスパングルの結晶粒径を測定すべく設けられている。
【００３３】
帯状に成形された鋼板１は、２つのローラｒ，ｒにより搬送されており、これらローラｒ，ｒの中途における鋼板１へ光を照射する照明プローブ２１が照射角度（入射角度）θを０°〜９０°の範囲で変更可能なように図示しない支持フレームに支持されており、照明プローブ２１は、光ファイバ２２を介して光源２に接続されている。
【００３４】
照明プローブ２１には、スポット，ライン，面，リング等のあらゆる形態を有するものが使用可能であるが、被測定面１１に均一な光量で照射し、撮像器３による撮像視野内でのシェーディングの影響を最小限とするために、ライン光源又は面光源の如き形態とするのが望ましい。
【００３５】
さらに、本実施の形態においては、鋼板１の搬送に伴って被測定面１１が移動するために、瞬時発光が可能なストロボ型のものを光源２として用いて撮像ぶれを抑制してある。発光周期は、予め設定した周期で固定することもできるが、本実施の形態においては、光源２に接続された撮像制御部５３によって、鋼板１の搬送速度の変動に応じて調整されるようになっている。
【００３６】
また、光源２には、ハロゲン，メタルハライド，キセノン等の白色光源を用いることができるが、寿命が比較的に長く、約１００Ｗ以上の大きいものを用いることが望ましい。なお、被測定面１１における照度については、光源２と被測定面１１との距離，撮像視野の大きさ等によって変動することは言うまでもない。
【００３７】
撮像器３は、フルフレームメモリ（１画面分）を備え、被測定面１１を撮像する一般的なＣＣＤから構成され、被測定面１１から十分に離隔して設けてあるが、微小なスパングルの結晶粒径測定に応じてズーム倍率（ズーム比）が手動又は自動により調整可能なズームレンズを備えたものが望ましい。なお、照明プローブ２１からの光が被測定面１１で正反射する光軸上又はその近傍にある場合には、撮像される画像にハレーションが生じ、また撮像される被測定面１１のスパングルに見掛けの変形が生じるので、撮像器３は被測定面１１に垂直な光軸上に設けられている。
【００３８】
また、撮像器３は、撮像周期を調整する画像フリーザ３１に接続されており、画像フリーザ３１は、撮像器３によって撮像された画像をフレーム単位で処理し、処理結果を画像処理部４へ与える。
【００３９】
なお、光源２の発光周期が鋼板１の搬送速度に対して十分に小さい場合には、撮像ぶれが少ないので、この画像フリーザ３１を省略することができる。
【００４０】
画像処理部４は、マイクロプロセッサを備えてなり、画像フリーザ３１から与えられる被測定面１１の画像データを量子化し、量子化した画像データをＣＲＴ４２に出力して撮像画像データを表示させるとともに、更にこの画像データを２値化，前処理（ノイズ除去，穴埋め等）し、前処理結果に基づいて結晶粒径を演算した後で、演算結果（結晶粒径測定値）を撮像制御部５３へ与える。また、画像処理部４は、必要に応じて演算結果，撮像画像データを画像記憶部４３に格納する。
【００４１】
撮像制御部５３は、マイクロプロセッサを備えてなり、画像処理部４から与えられた結晶粒径測定値をモデム，ルータ等を備えてなる通信制御部５２を介して、図示しない上位コンピュータへ送出するようになっている。また、前記上位コンピュータからは同様にして通信制御部５２を介して鋼板１の搬送速度の情報が受信され、撮像制御部５３は、この搬送速度の情報を撮像器３へ与える。撮像制御部５３は更に以上の動作状態をＣＲＴ５１に出力する。
【００４２】
なお、撮像制御部５３の上位コンピュータへの送信は、撮像器３による撮像周期と一致させることもでき、また所定回数分の撮像画像からの結晶粒径測定値の平均値を演算し、これを前記所定回数毎の撮像周期で送出する構成とすることもできる。但し、送信速度は画像処理部４及び撮像制御部５３の処理速度によって左右されるものであるが、実際には鋼板１の搬送方向へのスパングル粒径の変動は急激でないため、数Ｈｚ〜数十Ｈｚに対応した周期で実用上十分である。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、Ａｌ−Ｚｎメッキ処理後に次工程へ搬送される途中の鋼板１を撮像する構成としたが、撮像位置はこれに限るものではない。但し、結晶粒径測定値の迅速なフィードバックと、搬送される鋼板１のバタツキ，板伸び等による結晶粒径の測定誤差の回避とを達成するために、撮像位置は可及的にメッキポット後の凝固完了位置に近い位置とするのが望ましく、また鋼板１のパスライン安定化のために、何れかのロールｒ，ｒ近傍が望ましい。
【００４４】
図２は、実施の形態１の画像処理部４における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。まず、画像フリーザ３１から与えられた画像データを量子化し（ステップ１）、量子化結果に基づいて輝度度数分布表を生成する（ステップ２）。なお、輝度度数分布表は、テーブル（表）形式ではなくヒストグラム形式又は度数折線グラフ形式で得ることも可能である。
【００４５】
次に、生成された輝度度数分布表を平滑化（平均化）し（ステップ３）、ノイズの影響を小さくする。なお、この平滑化は、各輝度階調の前後１０階調を含めた計２１階調における度数平均値を求めて、これを新たにこの輝度階調の度数とするものである。
【００４６】
平滑化された輝度度数分布表に基づいて、この分布表の極大値を演算し、演算結果を輝度閾値（２値化閾値）とする（ステップ４）。なお、極大値の演算は、次式により行なうことができる。
【００４７】
Ｆ（ｎ−５）＜Ｆ（ｎ）＞Ｆ（ｎ＋５）…（１）
ｎ：輝度階調（ｎ＝０，１，２，…，２５３，２５４，２５５）
Ｆ（ｎ）：輝度階調ｎごとの度数
【００４８】
即ち、各輝度階調の度数をその５階調前の度数と５階調後の度数と比較し、（１）式を満足している場合に、この輝度階調の度数が極大値であるとする。なお、（１）式を満足していない場合には、比較した前後の階調の何れか大きい階調に移行し、この輝度階調について同様の比較を繰り返す。
【００４９】
そして、演算された輝度閾値に基づいて前記画像データを２値化し（ステップ５）、２値化画像データに一般的な画像処理手法である孤立点除去及び穴埋め等の前処理を行なう（ステップ６）。
【００５０】
次いで、スパングルに相当する部分の画素数を演算し（ステップ７）、この画素数と予め演算された１画素の実寸値とに基づいて、この画素に相当する面積を演算し（ステップ８）、演算した面積に相当する円の直径を演算する（ステップ９）。
【００５１】
そして、ステップ７〜ステップ９を全てのスパングルについて行ったか否かを確認し（ステップ１０）、全てのスパングルについて行った場合には、予め設定された閾値に基づいて、直径の小さいスパングルを排除する（ステップ１１：面積除去）。ステップ１１にて除去されず残ったスパングルの直径の平均値を演算し（ステップ１２）、これをスパングルの結晶粒径とする。なお、ステップ１０にて全てのスパングルについて行っていない場合には、ステップ７〜ステップ９を繰り返す。
【００５２】
なお、ステップ１１における閾値には、スパングルが析出していない状態（ゼロスパングル）で予め上述と同様の結晶粒径測定を行ない、このときの測定値を用いてある。
【００５３】
図３は、図２のステップ６の前処理における孤立点除去を説明するための説明図であり、ステップ５における２値化後の状態を模式的に示してある。
【００５４】
図３において、被測定面１１の撮像領域は格子状となっており、格子で区切られた各矩形の領域が夫々１画素を示している。各画素において、２値化後のスパングルは「１」で示され、それ以外の部分は「０」で示されるが、被測定面１１のごみ，撮像時の何らかのノイズ等の要因により、スパングル以外の部分でも「１」で表示される場合がある。そこで、この孤立点除去では、「１」の画素に着目し、その画素を取り囲む８つの画素が全て「０」である場合に、この画素を「０」に置換することにより、上述の如き影響を排除することができる。
【００５５】
図４は、図２のステップ６の前処理における穴埋めを説明するための説明図であり、図３と同様にステップ５における２値化後の状態を模式的に示してある。
【００５６】
図４において、連続した「１」の画素群はスパングルを示しており、それを取り囲む「０」の画素群はその他の部分を示している。ところが、前述の孤立点除去と同様の理由にてスパングルの画素群に「０」の画素群が混在する場合がある。そこで、「１」の画素群に囲まれた「０」の画素又はその画素群に着目し、この「０」の画素又は画素群を「１」に置換することにより、上述の如き影響を排除することができる。
【００５７】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る結晶粒径測定装置の構成を示すブロック図である。
【００５８】
図５において、可動機構部３４は、鋼板１の搬送方向と平行に配置され、また鋼板１に接離する方向（白抜矢符方向）への移動自在に設けられたビーム３４１と、前記白抜矢符方向へビーム３４１を貫通して穿設されたねじ孔に螺合するガイドねじ３４２とからなり、ガイドねじ３４２には、これを回転駆動するモータ３３がその出力軸をガイドねじ３４２に同軸的に設けられている。また、ビーム３４１の中途部には撮像器３が鋼板１に対向して設けられている。
【００５９】
ビーム３４１の中途部には、更に測距計３２が鋼板１に対向して設けられている。この測距計３２は、レーザビームを鋼板１の表面に照射し、その反射光に基づいて光学的に撮像器３と鋼板１の表面との距離（測定距離）を測定するものであり、所定の時間周期で測定し、この測定結果を画像処理部４へ与える。
【００６０】
なお、測距計３２には、上述したレーザ式のほかに、接触式，超音波式，渦電流式等の一般的な測距手段を用いることが可能であるが、鋼板１に傷をつけないように非接触式が望ましい。
【００６１】
画像処理部４は、実施の形態１の画像処理部４と同様の機能を有するとともに、前処理結果と測距計３２からの測距結果とに基づいて結晶粒径を演算した後で、演算結果（結晶粒径測定値）を撮像制御部５３へ与える。
【００６２】
図６は、実施の形態２の画像処理部４における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。まず、実施の形態１における図２のステップ１〜６と同様に量子化，輝度度数分布表の作成，平滑化，２値化閾値の演算，２値化，及び前処理を行なう（ステップ１〜６）。続いて、測距計３２による測距結果（測定距離）を読込み（ステップ７）、読込結果に基づいて１画素の実寸法を演算する（ステップ８）。そして、図２のステップ７〜１２と同様の処理を行う（ステップ９〜１４）。
【００６３】
図７は、図６のステップ８における１画素の実寸法の演算を説明するための説明図である。図７において、Ｐは１画素の大きさを示しており、１，１は鋼板を示している。鋼板１は通常ｂの位置（基準位置）にあるが、ばたつき，厚みの変動等により、被測定面１１である鋼板１の表面の位置と撮像器３との距離（測定距離）が変動するために、画素の大きさを基準に演算される被測定面１１のスパングルの大きさは上述の測定距離の変動に応じて補正する必要がある。
【００６４】
鋼板１が基準位置ｂにある場合には、この基準位置ｂと撮像器３との距離をＬ_ｂ（基準測定距離）とし、そのときの１画素の寸法をＸ_ｂ（基準画素寸法）とする。
【００６５】
そして、例えば図７に示す如く鋼板１が白抜矢符方向へｓの位置まで移動した場合、測距計３２で測定される位置ｂと撮像器３との距離をＬ_ｓとしたときの１画素の実寸法Ｘ_ｓは、次式で求めることができる。
【００６６】
Ｘ_ｓ＝（Ｘ_ｂ／Ｌ_ｂ）×Ｌ_ｓ…（２）
【００６７】
なお、基準測定距離Ｌ_ｂ，基準画素寸法Ｘ_ｂについては、実測することにより予め容易に得ることができるものである。
【００６８】
本実施の形態は以上の如き構成としてあり、実施の形態１に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６９】
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態２における測定結果を補正することにより、更に高精度な測定が可能となっている。なお、実施の形態１又は従来の結晶粒測定装置への適用も可能である。
【００７０】
図８は、実施の形態３の画像処理部４における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。まず、実施の形態２における図６のステップ１〜１３と同様の処理を行ない（ステップ１〜１３）、ステップ１３の後で、スパングルの直径に対する度数分布表を生成し（ステップ１４）、スパングルの直径に基づいて度数分布表の補正演算を行なう（ステップ１５）。なお、ステップ１５の補正演算は、次式に基づいて各級区間ｉについて行なう。
【００７１】
Ｇ_ｉ＝Ｆ_ｉ×Ｄ_ｉ／Ｄ_ｓ…（３）
ｉ：級区間（ｉ＝１，２，…，ｋとする）
Ｇ_ｉ：級区間ｉにおける補正後の度数
Ｆ_ｉ：級区間ｉにおける補正前の度数
Ｄ_ｉ：級区間ｉにおける中間値
Ｄ_ｓ：基準粒径
【００７２】
基準粒径Ｄ_ｓは、図１７中において結晶粒径真値と平均粒径真値とが一致する理想的な値の連続を示す破線と、平均粒径測定値との交点（Ｃ点）の値を用いる。
【００７３】
そして、補正後の度数分布表に基づいて、実施の形態２における図６のステップ１４と同様に、又は次式に基づいていてパングルの直径の平均値（平均粒径測定値）を演算する（ステップ１６）。
【００７４】
【数１】

【００７５】
図９は、実施の形態３の結晶粒径測定装置による撮像画像の一例を示す模式図である。これはＺｎ−５５％Ａｌメッキ処理後の鋼板１の表面を撮像したものであり、図９（ａ）における鋼板１のコーティング膜厚が１．５μｍ、図９（ｂ）における鋼板１のコーティング膜厚が２．５μｍと夫々してある。
【００７６】
図９において、最も濃い黒色の部分（比較的密度の高いハッチング部分）がスパングルＳ，Ｓ，…であり、図９（ｂ）に示す撮像画像には、そのコーティング膜厚が１μｍ厚いために図９（ａ）に示す撮像画像よりもスパングルＳ，Ｓ，…及びその他の結晶粒（ハッチング部分）の濃淡差が小さく見える。
【００７７】
図１０は、図９の撮像画像の輝度に対する度数折線グラフであり、図９（ａ），（ｂ）に夫々対応させてある。また、横軸に輝度としての濃度階調（黒：０〜白：２５０）を、縦軸にその度数を夫々配してある。
【００７８】
同様にして、図１１は、図１０の度数折線グラフを平滑化した結果を示すグラフであり、図１０（ａ），（ｂ）に夫々対応させてある。図１１（ａ），（ｂ）における各極大値での濃度階調は夫々１０８，９３となり、比較的に近い値となっている。これらの濃度階調を各輝度閾値として、２値化した画像データを図１２に示す。
【００７９】
図１２は、図９に示した撮像画像を画像処理装置４にて２値化した結果を示す模式図であり、図１１（ａ），（ｂ）に夫々対応させてある。図１２に示す如く、被測定面１１の撮像画像からスパングルＳ，Ｓ，…のみが白色で抽出される。
【００８０】
図１３は、図１２のスパングルＳ，Ｓ，…の粒径ごとの度数分布を示すヒストグラムであり、図１２（ａ），（ｂ）に夫々対応させてある。図１３に示す如く、両方のグラフにおいては比較的小径のスパングルＳ，Ｓ，…が相対的に多いことがわかる。また、両方のグラフにおけるモード（最頻値）は同一値となり、コーティング膜厚に拘わらず相対粒径の分布傾向は同様となる。
【００８１】
このようにして得られた粒径ごとの度数分布を図８のステップ１５の如く補正し、得られた平均粒径測定値を図１４に示す。
【００８２】
図１４は、実施の形態３に係る結晶粒径測定装置による測定精度を示すグラフであり、横軸には図１９に示した方法にて測定された結晶粒径真値（ｍｍ）を配し、縦軸には横軸に対応する本実施の形態に係る結晶粒径測定装置により測定された平均粒径測定値（ｍｍ）を夫々配してある。
【００８３】
図１４に示す如く、平均粒径測定値は結晶粒径真値との略一致を示す４５°の直線に収束して、誤差が±０．１ｍｍ以内となっている。従って、本実施の形態に係る結晶粒径測定装置は、コーティング膜厚が異なる場合でも高精度に結晶粒径を測定できることがわかる。
【００８４】
図１５は、従来の結晶粒径測定装置と実施の形態３の結晶粒径測定装置との測定誤差を比較した図表である。図１５に示す如く、従来装置と本実施の形態の装置との誤差平均は、８．０×１０^−３，５．７×１０^−４、標準偏差は、０．０６８，０．０４７と夫々なっており、本実施の形態に係る結晶粒径測定装置の方がより高精度であることが裏付けられている。なお、各装置におけるＮ数は、１５，３１と夫々した。
【００８５】
図１６は、図５に示した如く搬送されている鋼板１を測定した結果とこれに対応する測定長との関係を示すグラフであり、横軸には鋼板１の測定長（搬送方向長さ：ｋｍ）を配し、縦軸には横軸に対応する平均粒径測定値（ｍｍ）と、コーティング膜厚の変動（μｍ）とを夫々配してある。なお、所定の測定長間隔にてコーティング膜厚を５段階に変化させている。また、平均粒径測定値のグラフ上には、任意の測定長間隔にて結晶粒径真値を求めた結果が、Ｘ印でプロットしてある。
【００８６】
図１６に示す如く、コーティング膜厚の変動に拘わらず結晶粒径測定値が結晶粒径真値と良好に一致していることがわかる。
【００８７】
本実施の形態は以上の如き構成としてあり、実施の形態２に対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８８】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る結晶粒径測定方法及び装置よれば、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求め、求めた度数分布に基づいて、極大値のような度数の最大値に対応した輝度である２値化閾値（輝度閾値）を求め、求めた輝度閾値に基づいて撮像画像を２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、演算結果に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう構成としたので、被測定面における粒径分布の大多数に合わせた輝度を選定し、結晶粒径分布に応じた輝度閾値を選定することができ、鋼板又はメッキの材質、コーティング膜の厚さ又はそのばらつき、及び鋼板のその厚さ方向のばたつき等の影響が少なく、これらの状態に応じた標準サンプルでの結晶粒径真値と輝度閾値とを求める必要がなく、標準サンプルを必要とせず、より誤差の小さい結晶粒径の測定が可能である。
【００８９】
また、各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めるなどして分級し、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、例えば被測定面における粒径分布の大多数に合わせた値を基準粒径とすることにより、高精度な結晶粒径の測定が可能である。
【００９０】
また、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求め、求めた度数分布に基づいて２値化閾値（輝度閾値）を求め、求めた輝度閾値に基づいて撮像画像を２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めなどして分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、被測定面における結晶粒径分布に応じた輝度閾値を選定することができ、鋼板又はメッキの材質、コーティング膜の厚さ又はそのばらつき、及び鋼板のその厚さ方向のばたつき等の影響が少なく、これらの状態に応じた標準サンプルでの結晶粒径真値と輝度閾値とを求める必要がなく、標準サンプルを必要とせずに結晶粒径の測定が可能であり、また、被測定面における粒径分布の大多数に合わせた値を基準粒径とし、分級した各級区間の中間値と前記基準粒径との比に基づいて各級区間の度数分布を補正することにより、高精度な結晶粒径の測定が可能である。
【００９１】
また、前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとの間に、前記度数分布を平滑化しておく構成としたので、例えば輝度に対する度数分布グラフからその極大値を求め、求めた極大値に対応した輝度を輝度閾値とするような場合において、前記極大値を抽出することが容易となる。
【００９２】
さらに、撮像器により撮像された被測定面の撮像画像を量子化し、量子化結果に基づいて２値化することによって被測定面に析出するスパングルの如き所定種類の結晶粒を識別し、識別された結晶粒の画素を計数し、計数結果に応じた面積を演算し、演算結果に対応する円の直径を演算し、演算した各結晶粒の面積に対応した円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対する度数分布を求めるなどして分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果たる前記度数分布における各級区間の度数に重み付けを行ない、重み付け結果に基づいて結晶粒径を演算する構成としたので、前述の重み付けを従来の結晶粒径測定方法及び装置にも適用することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る結晶粒径測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の画像処理部における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップ６の前処理における孤立点除去を説明するための説明図である。
【図４】図２のステップ６の前処理における穴埋めを説明するための説明図である。
【図５】実施の形態２に係る結晶粒径測定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態２の画像処理部における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップ８における１画素の実寸法の演算を説明するための説明図である。
【図８】実施の形態３の画像処理部における結晶粒径演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３の結晶粒径測定装置による撮像画像の一例を示す模式図である。
【図１０】図９の撮像画像の輝度に対する度数折線グラフである。
【図１１】図１０の度数折線グラフを平滑化した結果を示すグラフである。
【図１２】図９に示した撮像画像を画像処理装置にて２値化した結果を示す模式図である。
【図１３】図１２のスパングルの粒径ごとの度数分布を示すヒストグラムである。
【図１４】実施の形態３に係る結晶粒径測定装置による測定精度を示すグラフである。
【図１５】従来の結晶粒径測定装置と実施の形態３の結晶粒径測定意装置との測定誤差を比較した図表である。
【図１６】図５に示した如く搬送されている鋼板を測定した結果とこれに対応する測定長との関係を示すグラフである。
【図１７】従来の結晶粒径測定装置によるスパングル粒径の測定結果（平均粒径測定値）とこれに対応する結晶粒径真値との関係を示すグラフである。
【図１８】図１７における平均粒径測定値のＡ点及びＢ点での各スパングルの粒径に対する度数分布を示すヒストグラムである。
【図１９】結晶粒径真値の求め方を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２光源
３撮像器
４画像処理部
１１被測定面
２１照明プローブ
２２光ファイバ

Claims

撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、
前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記度数分布の度数が最大となる輝度に基づいて前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとを有することを特徴とする結晶粒径測定方法。
前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする請求項１記載の結晶粒径測定方法。
撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、
前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を求める第１ステップと、前記輝度分布に基づいて前記所定の輝度閾値を求める第２ステップとを有し、さらに、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする結晶粒径測定方法。
前記第１及び第２ステップの間に、前記度数分布を平滑化するステップを更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の結晶粒径測定方法。
撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径の測定を行なう結晶粒径測定方法において、
前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級し、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、分級結果に重み付けし、重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算することを特徴とする結晶粒径測定方法。
撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、
前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を演算する輝度分布演算手段と、該輝度分布演算手段による演算結果で度数が最大となる輝度に基づいて前記所定の輝度閾値を演算する閾値演算手段とを備えることを特徴とする結晶粒径測定装置。
前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、予め設定された基準粒径と演算された前記円の直径に関連する値との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを更に備えることを特徴とする請求項６記載の結晶粒径測定装置。
撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、
前記量子化結果に基づいて輝度に対する度数分布を演算する輝度分布演算手段と、該輝度分布演算手段による演算結果に基づいて前記所定の輝度閾値を演算する閾値演算手段と、さらに、前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを備えることを特徴とする結晶粒径測定装置。
前記輝度分布演算手段により演算された前記度数分布を平滑化する平滑化手段を更に備え、前記閾値演算手段は、前記平滑化手段による平滑化結果に基づいて前記所定の輝度閾値を演算すべくなしてあることを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れかに記載の結晶粒径測定装置。
撮像器を用いて被測定面を撮像し、撮像結果を量子化し、量子化結果を所定の輝度閾値に基づいて２値化することによって前記被測定面に析出する所定種類の結晶粒を識別し、識別された前記所定種類の結晶粒の画素数に応じた面積を演算し、該面積に対応する円の直径を演算し、演算結果に基づいて前記結晶粒の粒径を算出することにより、前記粒径を測定する結晶粒径測定装置において、
前記面積に対応する円の直径を演算した後で、演算された前記円の直径に対して分級する分級手段と、分級した各級区間における中間値と予め設定された基準粒径との比に基づいて、前記分級手段による分級結果に重み付けする重み付け手段と、該重み付け手段による重み付け結果に基づいて前記結晶粒の粒径を演算する粒径演算手段とを備えることを特徴とする結晶粒径測定装置。