JP3724720B2 - 反り形状計測方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リバース圧延における厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生する反りを検出する等、板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚板圧延やホットストリップ粗圧延におけるリバース圧延で発生する鋼板先端部の上下反り（以下、鋼板反りと記す）は、ストッパガイドの破損等の設備トラブル、下反りの発生により生じる鋼板の腰折れ等の表面疵、制御圧延材などでの冷却ムラの発生による品質劣化等、様々な弊害をもたらすものである。
【０００３】
そこで、斯かる弊害を未然に防止するべく、鋼板反り量を計測し、その計測値から例えば上下圧延ロール等の圧延条件を修正するような対策がなされている場合がある。
【０００４】
ここで、上記鋼板反り量の計測手法としては、鋼板先端部の反り発生箇所を撮影し、撮像画を画像処理することによって反り形状や反り曲率を計測する手法が取り入れられている。
【０００５】
より具体的には、例えば、特開平２−１９４３０７号公報に開示されているように、板状物体の先端部を側面方向から撮影し、移動方向に複数箇所の上表面若しくは下表面の位置情報、すなわち、鋼板エッジのデータを抽出することによって、鋼板の反り形状を計測する手法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平２−１９４３０７号公報に開示されている従来技術では、鋼板を側面方向から、且つ、水平面に対して上方（又は下方）から撮影することにより、或いは、完全に水平方向から撮影したとしても、鋼板のバタツキや幅方向の湾曲等の影響によリ、鋼板先端部の撮像画には鋼板先端部に発生し得る所謂クロップの形状も含まれることになり、正確な反り形状を計測することができないという問題がある。
【０００７】
より具体的には、鋼板先端部にクロップと称される丸みを有する部位、特に、タングと称される先端が半円状になっているクロップが発生した場合において、鋼板を側面方向から、且つ、水平面に対して上方から撮影等すれば、鋼板反りの無い平坦な鋼板であったとしても下反りと同様のエッジ形状となってしまう。また、上反りが生じ、更にタングが発生している場合には、半円状のタング形状の影響により上反りと下反りが共に生じているようなエッジ形状となってしまう。このようにして、誤認識したエッジ形状に基づき鋼板反り量を算出し、算出した結果に基づき上下圧延ロール等の圧延条件を制御するとすれば、操業上大きな問題が生じることになる。
【０００８】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、板状物体の先端部に発生する反り形状を、クロップなど当該先端部の形状の影響を軽減して精度良く計測し得る方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するべく、本発明は、移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する方法であって、前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１ステップと、前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２ステップと、前記第１ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第３ステップと、前記第２ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第４ステップと、前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を補正する第５ステップとを備え、前記第５ステップは、前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、前記第４ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、前記第３ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを備えることを特徴とする反り形状計測方法を提供するものである。
【００１０】
斯かる発明によれば、板状物体の移動方向から板状物体の先端部を撮像することにより、例えば、厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生するクロップのエッジ形状を精度良く計測することができ、当該エッジ形状に基づき、側面方向から撮像した板状物体先端部のエッジ形状を補正するように構成しているため、精度良く反り形状を計測することが可能である。
【００１１】
また、本発明は、移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する装置であって、前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１撮像手段と、前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２撮像手段と、信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記第１撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップとを実行するように構成され、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップでは、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを実行することを特徴とする反り形状計測装置としても提供され得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、厚板圧延やホットスリップの粗圧延等、熱間圧延に供される鋼板を計測対象とした、本発明の第１の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、圧延、搬送中の鋼板Ｓの側面方向から鋼板Ｓの先端部を撮像する反り形状計測用の第１撮像手段１１と、鋼板Ｓの移動方向（搬送方向）から鋼板Ｓの先端部を撮像するクロップ形状計測用の第２撮像手段１２と、信号処理手段１３とを備えている。なお、本実施形態に係る第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２としては、一般的なモノクロＣＣＤカメラ（６４０×４８０pixel）を適用し、水蒸気や付帯設備の影響等を低減し、高温の鋼板Ｓのみを撮像することを目的として赤外線透過フィルタを装着している。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、分解能を高めるべく高分解能型ＣＣＤカメラ（１２８０×９６０pixel、２０００×２０００pixel等）（この場合にも赤外線透過フィルタを装着するのが望ましい）や、赤外線カメラ等も適用することが可能である。
【００１３】
第１撮像手段１１は、鋼板Ｓの側面方向（すなわち、鋼板Ｓの中心軸線ｌ２に直交する直線ｌ１の方向）で、且つ、水平面に対して（直線ｌ１に対して）上方にθ１（本実施形態では、θ１＝約４°）だけ傾けた位置に、中心軸線ｌ２上にある点Ｓｃを視野中心として、分解能５mm/pixelになるように設置されている。第２撮像手段１２は、鋼板Ｓの搬送方向（すなわち、鋼板Ｓの中心軸線ｌ２の方向）で、且つ、水平面に対して（中心軸線ｌ２に対して）上方にθ２（本実施形態では、θ２＝約５０°）だけ傾けた位置に、第１の撮像手段１１と同じく点Ｓｃを視野中心として、分解能７mm/pixelになるように設置されている。なお、第１撮像手段１１の視野中心と、第２撮像手段１２の視野中心とは、本実施形態のように必ずしも同じである必要はなく、両撮像手段１１、１２が共に鋼板Ｓの先端部を撮像できるように配置されていればよい。
【００１４】
信号処理手段１３には、所定のタイミングで撮像した第１撮像手段１１の撮像画像及び第２撮像手段１２の撮像画像が入力される。信号処理手段１３は、第１撮像手段１１で撮像した画像に基づき、鋼板Ｓの先端部のエッジ形状を抽出すると共に、第２撮像手段１２で撮像した画像に基づき、鋼板Ｓの先端部のエッジ形状を抽出する。さらに、信号処理手段１３は、第２撮像手段１２で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、第１撮像手段１１で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するように構成されている。なお、信号処理手段１３は、前記補正したエッジ形状に基づき、鋼板反り量や反り曲率等の数値データを必要に応じて算出し、上位のプロセスコンピュータ等に出力できるように構成されている。以下、本実施形態に係る信号処理手段１３で実施されるエッジ形状の抽出方法及びエッジ形状の補正方法について順次説明する。
【００１５】
（１）エッジ形状の抽出方法
鋼板Ｓの先端部エッジ形状の抽出方法としては、種々の画像処理方法を適用することができるが、本実施形態で用いた画像処理方法について、図２〜図７を参照しつつ説明する。第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２で撮像された画像は、鋼板Ｓの搬送中であるため、蒸気等の影響により、濃淡ムラが生じる場合がある。従って、図２に示すように、鋼板Ｓのエッジを強調させる処理として、撮像画像を構成する各画素（図中、ハッチングを施した画素）に隣接するｎ画素分（図２では、ｎ＝３）の各行（図２（ａ））又は各列（図２（ｂ））について、それぞれ画素値の合計値（Ｌ１及びＬ２）を算出した後、これらの差の平均を算出し、当該算出した結果を前記各画素の画素値Ｘとすることにより、エッジ強調画像を作成することにした。なお、図２（ａ）の処理により、撮像画中の横方向に延びるエッジが強調され、図２（ｂ）の処理により、撮像画中の縦方向に延びるエッジが強調されることになる。次に、図２（ａ）の処理で作成したエッジ強調画像と、図２（ｂ）の処理で作成したエッジ強調画像との間で、座標が同一の画素同士を比較し、画素値が大きい方を選択して両者を合成したエッジ強調画像の画素値とする。さらに、前記合成されたエッジ強調画像を所定のしきい値で２値化（エッジが白点になる）し、所定面積以下の画素を除去する等のノイズ除去処理を行った後、エッジ形状が抽出される（以下、エッジ形状を抽出した画像を、エッジ抽出画像と称する）。
【００１６】
なお、前記エッジ強調処理の方向は、図２では、縦方向及び横方向に延びるエッジを強調する場合を例に挙げて説明したが、斜め方向に延びるエッジを強調し得る公知の手法をも適用することにより、さらに精度良く鋼板Ｓのエッジを強調することが可能である。また、本実施形態では、各画素に隣接する３画素の画素値を使用する強調処理を例に挙げて説明したが、当該画素数ｎを適宜変更し、最適化することにより、種々の先端部形状に対して、鮮明なエッジ強調画像を得ることが可能である。
【００１７】
ここで、鋼板Ｓからの放射光が、例えば、搬送ロール等の設備に照射され、当該設備からの反射光が撮像画像中に結像した場合、正確な鋼板Ｓのエッジ形状を抽出することが困難となる場合がある。つまり、第２撮像手段１２には、前述のように赤外線透過フィルタが装着されているため、高温の鋼板Ｓのみを結像するのが通常であるが、鋼板Ｓの温度等によっては設備からの反射光も赤外線透過フィルタを透過して結像される場合がある。そこで、本実施形態に係る信号処理手段１３は、例えば、図３（ａ）に示すように、第２撮像手段１２で撮像した画像に対するエッジ抽出画像において、複数のエッジ（設備エッジＭＥ及び鋼板エッジＳＥ）が存在する場合であって、且つそれらが互いに離間している場合（前記エッジ抽出画像に対して、所謂ラベリング手法を適用することにより、複数の画素群が存在していると認識された場合がこれに相当する。つまり、鋼板エッジＳＥのみの場合や、後述するように鋼板エッジＳＥと設備エッジＭＥとが近接している場合には、１つの画素群しか存在しないと認識されることを前提としている）、各エッジＭＥ、ＳＥを構成する画素の座標を算出し、原画像において、前記算出した座標近傍（原画像において、前記算出した座標に位置する画素に隣接する領域、例えば、当該画素±２画素の範囲内の領域）の画素値を計算するように構成されている（図３（ｂ））。鋼板エッジＳＥ近傍で無い箇所の画素値は、一般に、鋼板エッジＳＥ近傍に比較して小さな画素値（濃淡値）となり易いため、原画像において算出した前記画素値の平均値（各画素群に隣接する領域毎の平均値）が所定のしきい値以下であれば、鋼板エッジＳＥで無いと判断し、エッジ抽出画像から除去する（図３（ｃ））。
【００１８】
さらに、本実施形態では、前記画素値のしきい値処理で設備エッジＭＥを除去することができない場合に対処するべく、形状に関するパラメータに基づき設備エッジＭＥを除去し得る方法を採用している。すなわち、設備エッジＭＥは、設備（搬送ロール等）の軸方向（鋼板Ｓの幅方向）に延びる細線状になる場合が多いため、ラベリングにより認識された複数の画素群のそれぞれについて、縦方向及び横方向の長さ等の形状に関するパラメータを算出し、当該パラメータが所定のしきい値以上であれば（或いは、しきい値以下であれば）、鋼板エッジＳＥで無いと判断し、エッジ抽出画像から除去している。
【００１９】
一方、第２撮像手段１２で撮像した画像に対するエッジ抽出画像において、複数のエッジ（設備エッジＭＥ及び鋼板エッジＳＥ）が存在する場合であって、且つそれらが互いに近接している場合（図４（ａ））（ラベリングにより、１つの画素群が存在すると認識された場合）には、信号処理手段１３は、図５に示すようなフローに従い、各エッジＭＥ、ＳＥを構成する画素の個数を横方向に加算する処理を実施する（図４（ｂ））ように構成されている。次に、上記加算処理により得られたプロファイルＰ（縦軸をエッジ抽出画像における縦方向の座標とし、横軸を上記加算値としてプロットした曲線）に対して、縦方向ｍ（例えば、ｍ＝５）画素分の加算値を平均化する移動平均処理を実施する。これにより、エッジ抽出画像に残存する場合があり得る蒸気等の微小エッジ（鋼板エッジＳＥに近接して幅方向に延びるひげ状のエッジ）の影響（当該微小エッジが残存したままでは、後述する微分処理によって、当該微小エッジの微分値も大きくなり、誤差要因となる）を低減することが可能である。
【００２０】
さらに、信号処理手段１３は、上記平均した結果をピッチｎ（例えばｎ＝５）で縦方向に微分処理する（ｎ画素分離間した加算値との差分をとる）。鋼板エッジＳＥと設備エッジＭＥが近接する箇所では、一般的に、微分値が急変することになる（図４（ｃ））。従って、所定のしきい値Ｔｈを超える急変点より上部を設備エッジＭＥとし、斯かる設備エッジＭＥをエッジ抽出画像から除去する処理を行うことにより、図３（ｃ）に示す場合と同様に、鋼板エッジＳＥのみを抽出することが可能とされている。なお、エッジ抽出画像に鋼板エッジＳＥしか存在しない場合にも、図４及び図５に示す処理が施されることになるが、この場合には、前記しきい値Ｔｈを超える急変点が存在しないため、設備エッジＭＥを除去する処理は施されないことになる。
【００２１】
以上に説明したエッジ抽出処理が信号処理手段１３によって実施されることにより、第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２によって撮像された画像から、それぞれ図６の（ｃ）及び図７の（ｃ）に示すような２種のエッジ抽出画像が得られる。ここで、本実施形態における配置では、第１撮像手段１１による撮像画像には、搬送ロール等の設備からの反射光の影響が殆ど生じないため、前述した図３〜図５に示すような設備エッジＭＥを除去するための処理はなされない。従って、第１撮像手段１１に関しては、図６（ａ）に示す撮像画像に対し、前述した図２に示すようなエッジ強調処理を施し、図６（ｂ）に示すエッジ強調画像を得た後、当該エッジ強調画像を所定のしきい値で２値化し、２値化後の画像に対しノイズ除去処理（所定面積以下の画素を除去する等の処理）が施される。さらに、反り形状を計測する対象となるエッジ（本実施形態では、第１撮像手段１１の撮像方向に沿って奥側、つまり画像中の上側エッジ）のみを抽出するべく、前記ノイズ除去処理を施したエッジ強調画像に対し、上から下に走査して最初に検出された白点のみを残す処理を、走査位置を横方向に順次ずらして繰り返す。このようにして、図６の（ｃ）に示すエッジ抽出画像が得られる。ここで、鋼板Ｓの先端部（クロップ部）が半円状のタング（フィッシュテールも含む）形状である場合には、図６（ｃ）に示すように、第１撮像手段１１によるエッジ抽出画像は、下反りと誤認識する可能性のあるエッジ形状（つまり、エッジ先端が上側に凸の形状）となり得る。
【００２２】
（２）エッジ形状（反りエッジ形状）の補正方法
前述した誤認識を抑制し、反り形状を精度良く計測するべく、前述のように、本実施形態に係る信号処理手段１３は、第２撮像手段１２で撮像した画像から抽出したエッジ形状（クロップ形状）に基づき、第１撮像手段１１で撮像した画像から抽出したエッジ形状（反りエッジ形状）を補正するように構成されている。以下、斯かるエッジ形状の補正方法について説明する。
【００２３】
図８は、第１撮像手段１１で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段１２で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法を説明する説明図である。図８に示すように、本実施形態では、第２撮像手段１２の視野Ａ内に存在する基準となる被写体（本実施形態では、所定の設備エッジＷＥ）が、第１撮像手段１１の視野内にも位置するように、両撮像手段１１、１２の位置や視野が設定されており、当該設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端までの距離Ｌ１を第２撮像手段１２のエッジ抽出画像から算出し、当該距離Ｌ１を用いて第１撮像手段１１のエッジ抽出画像を補正する。以下、第２撮像手段１２における前記距離Ｌ１の算出方法について、より具体的に説明する。まず、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像において、前記距離Ｌ１を算出するための基準となる設備エッジＷＥの位置（設備エッジＷＥが存在する座標）が、予めパラメータとして設定される。より詳細には、鋼板Ｓの搬送前（つまり、反り形状計測前）に、赤外線透過フィルタを取り外した第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２によってそれぞれ撮像した撮像画中に共通に存在する所定の設備エッジＷＥの位置が、予めパラメータとして設定されている（一度設定した設備エッジＷＥの位置は、第１撮像手段１１や第２撮像手段１２の設置位置の変更等に伴いパラメータを変更させない限り一定である点で、前述した反り形状計測時に結像する可能性のある設備エッジＭＥとは異なる）。次に、クロップ部末端Ｓ１の位置を、エッジ抽出画像におけるエッジの座標変化（横方向の座標変化）から検出する。つまり、設備エッジＷＥを始点として、エッジの横方向の座標変化が無くなる（或いは、乏しくなる）点、つまりエッジが直線状になり始める点をクロップ部末端Ｓ１として検出する。このようにして、設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１が算出される。
【００２４】
このように第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２共通の被写体である設備エッジＷＥ等を利用する方法によれば、図９（ａ）に示すように、搬送中の鋼板Ｓの輝度ムラ等に起因して、第２撮像手段１２で鋼板Ｓの先端を抽出できないようなケースであっても、クロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１を精度良く算出することが可能である。
【００２５】
なお、鋼板Ｓの先端を鮮明に抽出し得る場合には、図９（ｂ）に示すように、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、クロップ部の先端から末端Ｓ１までの距離Ｌ２を算出し、当該距離Ｌ２を用いて、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像を補正することも可能である。
【００２６】
図１０は、クロップ部の末端位置特定方法を説明する説明図である。図１０（ａ）に示すように、前述のようにして第２撮像手段１２のエッジ抽出画像から算出した設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１（場合によっては距離Ｌ２）を、図１０（ｂ）に示す第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、両エッジ抽出画像の分解能の差異を考慮（分解能の差異に応じて換算）し、反映させる。なお、前述した第２撮像手段１２の場合と同様に、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対して距離Ｌ１を反映するための基準となる設備エッジＷＥの位置は、予めパラメータとして設定される。また、この際、前述したように、第２撮像手段１２は、水平面に対して上方にθ２だけ傾けた位置に設置されているため、距離Ｌ１を第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に精度良く反映するには、当該第２撮像手段１２の角度θ２を考慮しなければならない（厳密には、第１撮像手段１１の角度θ１も考慮する必要があるが、ここでは、θ１が小さい値であるとして、その影響を無視して考える）。図１０（ｂ）に示すように、鋼板エッジＳＥの平坦部分に沿った直線ｌ３上にあり、且つ、設備エッジＷＥから距離Ｌ１（場合によっては、鋼板エッジＳＥの先端から距離Ｌ２）の位置にある点Ｓ０を通り、直線ｌ３に対して角度θ２をなす直線ｌｎは、第２撮像手段１２の方向に概ね相当すると考えることができる。従って、直線ｌｎと、鋼板エッジＳＥとの交点Ｓ１が、第１撮像手段１１におけるクロップ部の末端を意味すると考えることができる。以上のようにして、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部の末端位置Ｓ１が特定される。
【００２７】
前述のようにして特定されたクロップ部の末端位置Ｓ１に基づき、反りエッジ形状を補正する方法としては、圧延条件を制御する上でクロップ部のデータを使用しなくても特に問題が生じない場合には、図１１（ａ）に示すように、クロップ部末端位置Ｓ１より先端側（図１１（ａ）の紙面右側）を鋼板エッジＳＥから削除する方法を適用することができる。斯かる方法によれば、処理が単純であるため、処理速度を高めることができ、ひいては、本装置１で得られた結果に基づく高速な圧延制御が可能になる。
【００２８】
また、クロップ部も含んだ全鋼板長（全鋼板エッジＳＥ）を圧延条件の制御用データとして用いる必要がある場合には、図１１（ｂ）に示すように、クロップ部の影響によって誤認識されるエッジ形状を第２撮像手段の角度θ２等を考慮した上で補正する必要がある。
【００２９】
以下、図１１（ｂ）に示す反りエッジ形状の補正方法について、より詳細に説明する。斯かる補正方法においては、まず、図１２（ａ）に示すように、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像において、第２撮像手段１２の設置位置や視野等に基づいて予めパラメータ設定された鋼板Ｓの中心軸線（パスラインの中心軸線）ｌ２からの板幅Ｌ（クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値）と、中心軸線ｌ２からの板幅Ｌｎ（クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値）とを算出する。ここで、クロップ部の無い箇所での板幅Ｌは、上位のプロセスコンピュータ等から信号処理手段１３に送信された値を用いて算出することができる他、エッジ抽出画像自体から算出することも可能である。また、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅Ｌｎは、クロップ部における鋼板エッジＳＥと、中心軸線ｌ２との距離から算出される。次に、クロップ部末端Ｓ１を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、上記板幅Ｌと板幅Ｌｎの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に順次算出する。さらに、このようにして算出したＬｎ’を、図１２（ｂ）に示す第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、両エッジ抽出画像の分解能の差異を考慮（分解能の差異に応じて換算する）し、反映させる。つまり、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、クロップ部末端Ｓ１を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、上記算出したＬｎ’（分解能の差異を考慮した後のＬｎ’）分だけ上方に鋼板エッジＳＥの座標を補正する（クロップ部における補正後の鋼板エッジＳＥを図中に破線で示す）。換言すれば、鋼板Ｓの先端にクロップが無い場合、つまり板幅が鋼板Ｓの全長に亘って一定（板幅Ｌ）の場合には、図１２（ｂ）の破線で示すような鋼板エッジＳＥが検出されるはずであるが、先端にクロップが生じている場合には、板幅が小さくなるため、図１２（ｂ）に実線で示すように、クロップ部の縦方向の座標が下方にずれたエッジ抽出画像となることを利用した補正を行うものである。なお、図１２（ａ）のエッジ抽出画像に示すＬｎ’を、図１２（ｂ）に示すエッジ抽出画像に対して厳密に反映させるには、両エッジ抽出画像の分解能の差異のみならず、第１撮像手段１１の角度θ１等も考慮する必要があるが、本実施形態では、処理を簡素化するべく、分解能の差異を考慮した後のＬｎ’をそのまま補正値として適用する構成を採用している。以上のように、図１１（ｂ）及び図１２に示す補正方法によれば、クロップ部も含んだ全鋼板エッジＳＥを反りデータとして用いることが可能である。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。図１３に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、図１に示す第１の実施形態と同様に、反り形状計測用の第１撮像手段１１と、鋼板Ｓの移動方向（搬送方向）から鋼板Ｓの先端部を撮像するクロップ形状計測用の第２撮像手段１２と、信号処理手段１３とを備えている。しかしながら、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、第１撮像手段１１が第２撮像手段の後段に設置されており、第２撮像手段１２と視野が異なる点で、第１の実施形態と相違する（図１３に示すように、撮像手段１２及び撮像手段１１は、それぞれ異なる視野Ａ及び視野Ｂを有する）。
【００３１】
また、図１３に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１には、第１撮像手段１１により鋼板Ｓの先端部を撮像した時刻と、第２撮像手段１２により鋼板Ｓの先端部を撮像した時刻との間に、鋼板Ｓが移動した距離（図１３のＬｐに相当する）を算出するためのパルスジェネレータ（ＰＬＧ）１４が設置されている。なお、本実施形態では、前記距離を算出するためにパルスジェネレータ１４を適用したが、本発明は、これに限るものではなく、レーザドップラー速度計等、移動距離を算出し得る限りにおいて種々の計測器を適用することができる。
【００３２】
次に、上記構成を有する本実施形態の反り形状計測装置１において、第１撮像手段１１の撮像画像（エッジ抽出画像）における鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１位置の特定方法について説明する。
【００３３】
まず、信号処理手段１３は、両撮像手段１１、１２の撮像時刻と、ＰＬＧ１４の出力値とに基づき、両撮像時刻間に鋼板Ｓが移動した距離Ｌｐを算出する。次に、第２撮像手段１２の視野Ａ内に位置する設備エッジＷＥ１（予めパラメータで位置設定）と、クロップ部末端Ｓ１との距離Ｘを、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、第１の実施形態と同様の方法で算出する。ここで、視野Ａ内に位置する設備エッジＷＥ１と、第１撮像手段１１の視野Ｂ内に位置する設備エッジＷＥ２との実距離Ｙは、各設備の実設置位置から予め算出しておくことが可能である。従って、第１撮像手段１１の視野Ｂ内に位置する設備エッジＷＥ２（予めパラメータで位置設定）と、クロップ部末端Ｓ１との距離Ｚは、上記Ｌｐ、Ｘ及びＹに基づき、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対して、以下の式（１）によって算出することが可能である。すなわち、
Ｚ＝Ｌｐ−（Ｘ＋Ｙ） ・・・（１）
である。
【００３４】
以上のようにして、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部末端Ｓ１の位置が特定されれば（つまり、距離Ｚを算出することに相当する）、第１の実施形態と同様の方法により、反り形状を補正することが可能である。なお、第１撮像手段１１及び第２の撮像手段１２の撮像画像から、それぞれエッジ強調画像を得て、さらにエッジ抽出画像を得る方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、鋼板Ｓの先端を鮮明に抽出し得る場合には、第１の実施形態（図９（ｂ））と同様に、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、クロップ部の先端から末端Ｓ１までの距離を算出し、当該距離を用いて、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部末端Ｓ１の位置を特定することも可能であり、この場合には、ＰＬＧ１４を用いた移動距離Ｌｐの算出は不要である。
【００３５】
以上に説明したように、本実施形態に係る反り形状計測装置１によれば、第１の撮像手段１１と、第２の撮像手段１２とを、鋼板Ｓの搬送方向に対して互いに離間して設置することが可能であり、設置環境に対する自由度の高い装置が提供される。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例を説明することにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
第１の実施形態と同様の装置構成により、第１の撮像手段１１及び第２の撮像手段１１で鋼板Ｓの先端部を撮像し、当該撮像画像に対し、第１の実施形態と同様の画像処理方法を適用することにより、第１の撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部の末端位置Ｓ１を自動で検出した。一方、第１の撮像手段１１の撮像画像（原画）において、第２の撮像手段１２の撮像画像（原画）を適宜参照しつつ、目視でクロップ部の末端位置Ｓ１を特定した。以上に述べた、自動で検出した末端位置Ｓ１と、目視による末端位置Ｓ１とが一致している場合には、クロップ部を自動検出することに成功した（ひいては、自動検出したクロップ部にに対し、図１１（ａ）又は（ｂ）に示す補正を行うことにより、第１の撮像手段１１で抽出した反りエッジ形状を圧延条件の制御用データとして使用可能である）ものとして、その検出率（成功率）を評価した。斯かる実験結果を表１に示す。
【表１】
【００３７】
表１に示すように、第１の撮像手段１１及び第２の撮像手段１２で各々撮像した、クロップを有する約６５００枚の鋼板先端部の撮像画像に対し、９９．７％の検出率を得ることが可能であった。換言すれば、クロップの影響により、従来は圧延条件の制御用データとして使用することができなかった反り形状データのうち、９９．７％を使用することが可能になったと言える。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る反り形状計測方法及び装置によれば、板状物体の移動方向から板状物体の先端部を撮像することにより、例えば、厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生するクロップのエッジ形状を精度良く計測することができ、当該エッジ形状に基づき、側面方向から撮像した板状物体先端部のエッジ形状を補正するように構成しているため、精度良く反り形状を計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。
【図２】 図２は、本発明におけるエッジ強調処理を説明する説明図である。
【図３】 図３は、本発明における互いに離間した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明する説明図である。
【図４】 図４は、本発明における互いに近接した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明する説明図である。
【図５】 図５は、本発明における互いに近接した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明するフロー図である。
【図６】 図６は、本発明に係る第１撮像手段の撮像画に対するエッジ抽出過程を説明する説明図である。
【図７】 図７は、本発明に係る第２撮像手段の撮像画に対するエッジ抽出過程を説明する説明図である。
【図８】 図８は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法を説明する説明図である。
【図９】 図９は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法をより詳細に説明する説明図である。
【図１０】 図１０は、本発明におけるクロップ部の末端位置特定方法を説明する説明図である。
【図１１】 図１１は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対する補正方法の例を説明する説明図である。
【図１２】 図１２は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対する補正方法の例をより詳細に説明する説明図である。
【図１３】 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 反り形状計測装置
１１ ・・・ 第１撮像手段
１２ ・・・ 第２撮像手段
１３ ・・・ 信号処理手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、リバース圧延における厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生する反りを検出する等、板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚板圧延やホットストリップ粗圧延におけるリバース圧延で発生する鋼板先端部の上下反り（以下、鋼板反りと記す）は、ストッパガイドの破損等の設備トラブル、下反りの発生により生じる鋼板の腰折れ等の表面疵、制御圧延材などでの冷却ムラの発生による品質劣化等、様々な弊害をもたらすものである。
【０００３】
そこで、斯かる弊害を未然に防止するべく、鋼板反り量を計測し、その計測値から例えば上下圧延ロール等の圧延条件を修正するような対策がなされている場合がある。
【０００４】
ここで、上記鋼板反り量の計測手法としては、鋼板先端部の反り発生箇所を撮影し、撮像画を画像処理することによって反り形状や反り曲率を計測する手法が取り入れられている。
【０００５】
より具体的には、例えば、特開平２−１９４３０７号公報に開示されているように、板状物体の先端部を側面方向から撮影し、移動方向に複数箇所の上表面若しくは下表面の位置情報、すなわち、鋼板エッジのデータを抽出することによって、鋼板の反り形状を計測する手法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平２−１９４３０７号公報に開示されている従来技術では、鋼板を側面方向から、且つ、水平面に対して上方（又は下方）から撮影することにより、或いは、完全に水平方向から撮影したとしても、鋼板のバタツキや幅方向の湾曲等の影響によリ、鋼板先端部の撮像画には鋼板先端部に発生し得る所謂クロップの形状も含まれることになり、正確な反り形状を計測することができないという問題がある。
【０００７】
より具体的には、鋼板先端部にクロップと称される丸みを有する部位、特に、タングと称される先端が半円状になっているクロップが発生した場合において、鋼板を側面方向から、且つ、水平面に対して上方から撮影等すれば、鋼板反りの無い平坦な鋼板であったとしても下反りと同様のエッジ形状となってしまう。また、上反りが生じ、更にタングが発生している場合には、半円状のタング形状の影響により上反りと下反りが共に生じているようなエッジ形状となってしまう。このようにして、誤認識したエッジ形状に基づき鋼板反り量を算出し、算出した結果に基づき上下圧延ロール等の圧延条件を制御するとすれば、操業上大きな問題が生じることになる。
【０００８】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、板状物体の先端部に発生する反り形状を、クロップなど当該先端部の形状の影響を軽減して精度良く計測し得る方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するべく、本発明は、移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する方法であって、前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１ステップと、前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２ステップと、前記第１ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第３ステップと、前記第２ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第４ステップと、前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を補正する第５ステップとを備え、前記第５ステップは、前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、前記第４ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、前記第３ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを備えることを特徴とする反り形状計測方法を提供するものである。
【００１０】
斯かる発明によれば、板状物体の移動方向から板状物体の先端部を撮像することにより、例えば、厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生するクロップのエッジ形状を精度良く計測することができ、当該エッジ形状に基づき、側面方向から撮像した板状物体先端部のエッジ形状を補正するように構成しているため、精度良く反り形状を計測することが可能である。
【００１１】
また、本発明は、移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する装置であって、前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１撮像手段と、前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２撮像手段と、信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記第１撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップとを実行するように構成され、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップでは、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを実行することを特徴とする反り形状計測装置としても提供され得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、厚板圧延やホットスリップの粗圧延等、熱間圧延に供される鋼板を計測対象とした、本発明の第１の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、圧延、搬送中の鋼板Ｓの側面方向から鋼板Ｓの先端部を撮像する反り形状計測用の第１撮像手段１１と、鋼板Ｓの移動方向（搬送方向）から鋼板Ｓの先端部を撮像するクロップ形状計測用の第２撮像手段１２と、信号処理手段１３とを備えている。なお、本実施形態に係る第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２としては、一般的なモノクロＣＣＤカメラ（６４０×４８０pixel）を適用し、水蒸気や付帯設備の影響等を低減し、高温の鋼板Ｓのみを撮像することを目的として赤外線透過フィルタを装着している。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、分解能を高めるべく高分解能型ＣＣＤカメラ（１２８０×９６０pixel、２０００×２０００pixel等）（この場合にも赤外線透過フィルタを装着するのが望ましい）や、赤外線カメラ等も適用することが可能である。
【００１３】
第１撮像手段１１は、鋼板Ｓの側面方向（すなわち、鋼板Ｓの中心軸線ｌ２に直交する直線ｌ１の方向）で、且つ、水平面に対して（直線ｌ１に対して）上方にθ１（本実施形態では、θ１＝約４°）だけ傾けた位置に、中心軸線ｌ２上にある点Ｓｃを視野中心として、分解能５mm/pixelになるように設置されている。第２撮像手段１２は、鋼板Ｓの搬送方向（すなわち、鋼板Ｓの中心軸線ｌ２の方向）で、且つ、水平面に対して（中心軸線ｌ２に対して）上方にθ２（本実施形態では、θ２＝約５０°）だけ傾けた位置に、第１の撮像手段１１と同じく点Ｓｃを視野中心として、分解能７mm/pixelになるように設置されている。なお、第１撮像手段１１の視野中心と、第２撮像手段１２の視野中心とは、本実施形態のように必ずしも同じである必要はなく、両撮像手段１１、１２が共に鋼板Ｓの先端部を撮像できるように配置されていればよい。
【００１４】
信号処理手段１３には、所定のタイミングで撮像した第１撮像手段１１の撮像画像及び第２撮像手段１２の撮像画像が入力される。信号処理手段１３は、第１撮像手段１１で撮像した画像に基づき、鋼板Ｓの先端部のエッジ形状を抽出すると共に、第２撮像手段１２で撮像した画像に基づき、鋼板Ｓの先端部のエッジ形状を抽出する。さらに、信号処理手段１３は、第２撮像手段１２で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、第１撮像手段１１で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するように構成されている。なお、信号処理手段１３は、前記補正したエッジ形状に基づき、鋼板反り量や反り曲率等の数値データを必要に応じて算出し、上位のプロセスコンピュータ等に出力できるように構成されている。以下、本実施形態に係る信号処理手段１３で実施されるエッジ形状の抽出方法及びエッジ形状の補正方法について順次説明する。
【００１５】
（１）エッジ形状の抽出方法
鋼板Ｓの先端部エッジ形状の抽出方法としては、種々の画像処理方法を適用することができるが、本実施形態で用いた画像処理方法について、図２〜図７を参照しつつ説明する。第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２で撮像された画像は、鋼板Ｓの搬送中であるため、蒸気等の影響により、濃淡ムラが生じる場合がある。従って、図２に示すように、鋼板Ｓのエッジを強調させる処理として、撮像画像を構成する各画素（図中、ハッチングを施した画素）に隣接するｎ画素分（図２では、ｎ＝３）の各行（図２（ａ））又は各列（図２（ｂ））について、それぞれ画素値の合計値（Ｌ１及びＬ２）を算出した後、これらの差の平均を算出し、当該算出した結果を前記各画素の画素値Ｘとすることにより、エッジ強調画像を作成することにした。なお、図２（ａ）の処理により、撮像画中の横方向に延びるエッジが強調され、図２（ｂ）の処理により、撮像画中の縦方向に延びるエッジが強調されることになる。次に、図２（ａ）の処理で作成したエッジ強調画像と、図２（ｂ）の処理で作成したエッジ強調画像との間で、座標が同一の画素同士を比較し、画素値が大きい方を選択して両者を合成したエッジ強調画像の画素値とする。さらに、前記合成されたエッジ強調画像を所定のしきい値で２値化（エッジが白点になる）し、所定面積以下の画素を除去する等のノイズ除去処理を行った後、エッジ形状が抽出される（以下、エッジ形状を抽出した画像を、エッジ抽出画像と称する）。
【００１６】
なお、前記エッジ強調処理の方向は、図２では、縦方向及び横方向に延びるエッジを強調する場合を例に挙げて説明したが、斜め方向に延びるエッジを強調し得る公知の手法をも適用することにより、さらに精度良く鋼板Ｓのエッジを強調することが可能である。また、本実施形態では、各画素に隣接する３画素の画素値を使用する強調処理を例に挙げて説明したが、当該画素数ｎを適宜変更し、最適化することにより、種々の先端部形状に対して、鮮明なエッジ強調画像を得ることが可能である。
【００１７】
ここで、鋼板Ｓからの放射光が、例えば、搬送ロール等の設備に照射され、当該設備からの反射光が撮像画像中に結像した場合、正確な鋼板Ｓのエッジ形状を抽出することが困難となる場合がある。つまり、第２撮像手段１２には、前述のように赤外線透過フィルタが装着されているため、高温の鋼板Ｓのみを結像するのが通常であるが、鋼板Ｓの温度等によっては設備からの反射光も赤外線透過フィルタを透過して結像される場合がある。そこで、本実施形態に係る信号処理手段１３は、例えば、図３（ａ）に示すように、第２撮像手段１２で撮像した画像に対するエッジ抽出画像において、複数のエッジ（設備エッジＭＥ及び鋼板エッジＳＥ）が存在する場合であって、且つそれらが互いに離間している場合（前記エッジ抽出画像に対して、所謂ラベリング手法を適用することにより、複数の画素群が存在していると認識された場合がこれに相当する。つまり、鋼板エッジＳＥのみの場合や、後述するように鋼板エッジＳＥと設備エッジＭＥとが近接している場合には、１つの画素群しか存在しないと認識されることを前提としている）、各エッジＭＥ、ＳＥを構成する画素の座標を算出し、原画像において、前記算出した座標近傍（原画像において、前記算出した座標に位置する画素に隣接する領域、例えば、当該画素±２画素の範囲内の領域）の画素値を計算するように構成されている（図３（ｂ））。鋼板エッジＳＥ近傍で無い箇所の画素値は、一般に、鋼板エッジＳＥ近傍に比較して小さな画素値（濃淡値）となり易いため、原画像において算出した前記画素値の平均値（各画素群に隣接する領域毎の平均値）が所定のしきい値以下であれば、鋼板エッジＳＥで無いと判断し、エッジ抽出画像から除去する（図３（ｃ））。
【００１８】
さらに、本実施形態では、前記画素値のしきい値処理で設備エッジＭＥを除去することができない場合に対処するべく、形状に関するパラメータに基づき設備エッジＭＥを除去し得る方法を採用している。すなわち、設備エッジＭＥは、設備（搬送ロール等）の軸方向（鋼板Ｓの幅方向）に延びる細線状になる場合が多いため、ラベリングにより認識された複数の画素群のそれぞれについて、縦方向及び横方向の長さ等の形状に関するパラメータを算出し、当該パラメータが所定のしきい値以上であれば（或いは、しきい値以下であれば）、鋼板エッジＳＥで無いと判断し、エッジ抽出画像から除去している。
【００１９】
一方、第２撮像手段１２で撮像した画像に対するエッジ抽出画像において、複数のエッジ（設備エッジＭＥ及び鋼板エッジＳＥ）が存在する場合であって、且つそれらが互いに近接している場合（図４（ａ））（ラベリングにより、１つの画素群が存在すると認識された場合）には、信号処理手段１３は、図５に示すようなフローに従い、各エッジＭＥ、ＳＥを構成する画素の個数を横方向に加算する処理を実施する（図４（ｂ））ように構成されている。次に、上記加算処理により得られたプロファイルＰ（縦軸をエッジ抽出画像における縦方向の座標とし、横軸を上記加算値としてプロットした曲線）に対して、縦方向ｍ（例えば、ｍ＝５）画素分の加算値を平均化する移動平均処理を実施する。これにより、エッジ抽出画像に残存する場合があり得る蒸気等の微小エッジ（鋼板エッジＳＥに近接して幅方向に延びるひげ状のエッジ）の影響（当該微小エッジが残存したままでは、後述する微分処理によって、当該微小エッジの微分値も大きくなり、誤差要因となる）を低減することが可能である。
【００２０】
さらに、信号処理手段１３は、上記平均した結果をピッチｎ（例えばｎ＝５）で縦方向に微分処理する（ｎ画素分離間した加算値との差分をとる）。鋼板エッジＳＥと設備エッジＭＥが近接する箇所では、一般的に、微分値が急変することになる（図４（ｃ））。従って、所定のしきい値Ｔｈを超える急変点より上部を設備エッジＭＥとし、斯かる設備エッジＭＥをエッジ抽出画像から除去する処理を行うことにより、図３（ｃ）に示す場合と同様に、鋼板エッジＳＥのみを抽出することが可能とされている。なお、エッジ抽出画像に鋼板エッジＳＥしか存在しない場合にも、図４及び図５に示す処理が施されることになるが、この場合には、前記しきい値Ｔｈを超える急変点が存在しないため、設備エッジＭＥを除去する処理は施されないことになる。
【００２１】
以上に説明したエッジ抽出処理が信号処理手段１３によって実施されることにより、第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２によって撮像された画像から、それぞれ図６の（ｃ）及び図７の（ｃ）に示すような２種のエッジ抽出画像が得られる。ここで、本実施形態における配置では、第１撮像手段１１による撮像画像には、搬送ロール等の設備からの反射光の影響が殆ど生じないため、前述した図３〜図５に示すような設備エッジＭＥを除去するための処理はなされない。従って、第１撮像手段１１に関しては、図６（ａ）に示す撮像画像に対し、前述した図２に示すようなエッジ強調処理を施し、図６（ｂ）に示すエッジ強調画像を得た後、当該エッジ強調画像を所定のしきい値で２値化し、２値化後の画像に対しノイズ除去処理（所定面積以下の画素を除去する等の処理）が施される。さらに、反り形状を計測する対象となるエッジ（本実施形態では、第１撮像手段１１の撮像方向に沿って奥側、つまり画像中の上側エッジ）のみを抽出するべく、前記ノイズ除去処理を施したエッジ強調画像に対し、上から下に走査して最初に検出された白点のみを残す処理を、走査位置を横方向に順次ずらして繰り返す。このようにして、図６の（ｃ）に示すエッジ抽出画像が得られる。ここで、鋼板Ｓの先端部（クロップ部）が半円状のタング（フィッシュテールも含む）形状である場合には、図６（ｃ）に示すように、第１撮像手段１１によるエッジ抽出画像は、下反りと誤認識する可能性のあるエッジ形状（つまり、エッジ先端が上側に凸の形状）となり得る。
【００２２】
（２）エッジ形状（反りエッジ形状）の補正方法
前述した誤認識を抑制し、反り形状を精度良く計測するべく、前述のように、本実施形態に係る信号処理手段１３は、第２撮像手段１２で撮像した画像から抽出したエッジ形状（クロップ形状）に基づき、第１撮像手段１１で撮像した画像から抽出したエッジ形状（反りエッジ形状）を補正するように構成されている。以下、斯かるエッジ形状の補正方法について説明する。
【００２３】
図８は、第１撮像手段１１で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段１２で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法を説明する説明図である。図８に示すように、本実施形態では、第２撮像手段１２の視野Ａ内に存在する基準となる被写体（本実施形態では、所定の設備エッジＷＥ）が、第１撮像手段１１の視野内にも位置するように、両撮像手段１１、１２の位置や視野が設定されており、当該設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端までの距離Ｌ１を第２撮像手段１２のエッジ抽出画像から算出し、当該距離Ｌ１を用いて第１撮像手段１１のエッジ抽出画像を補正する。以下、第２撮像手段１２における前記距離Ｌ１の算出方法について、より具体的に説明する。まず、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像において、前記距離Ｌ１を算出するための基準となる設備エッジＷＥの位置（設備エッジＷＥが存在する座標）が、予めパラメータとして設定される。より詳細には、鋼板Ｓの搬送前（つまり、反り形状計測前）に、赤外線透過フィルタを取り外した第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２によってそれぞれ撮像した撮像画中に共通に存在する所定の設備エッジＷＥの位置が、予めパラメータとして設定されている（一度設定した設備エッジＷＥの位置は、第１撮像手段１１や第２撮像手段１２の設置位置の変更等に伴いパラメータを変更させない限り一定である点で、前述した反り形状計測時に結像する可能性のある設備エッジＭＥとは異なる）。次に、クロップ部末端Ｓ１の位置を、エッジ抽出画像におけるエッジの座標変化（横方向の座標変化）から検出する。つまり、設備エッジＷＥを始点として、エッジの横方向の座標変化が無くなる（或いは、乏しくなる）点、つまりエッジが直線状になり始める点をクロップ部末端Ｓ１として検出する。このようにして、設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１が算出される。
【００２４】
このように第１撮像手段１１及び第２撮像手段１２共通の被写体である設備エッジＷＥ等を利用する方法によれば、図９（ａ）に示すように、搬送中の鋼板Ｓの輝度ムラ等に起因して、第２撮像手段１２で鋼板Ｓの先端を抽出できないようなケースであっても、クロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１を精度良く算出することが可能である。
【００２５】
なお、鋼板Ｓの先端を鮮明に抽出し得る場合には、図９（ｂ）に示すように、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、クロップ部の先端から末端Ｓ１までの距離Ｌ２を算出し、当該距離Ｌ２を用いて、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像を補正することも可能である。
【００２６】
図１０は、クロップ部の末端位置特定方法を説明する説明図である。図１０（ａ）に示すように、前述のようにして第２撮像手段１２のエッジ抽出画像から算出した設備エッジＷＥから鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１までの距離Ｌ１（場合によっては距離Ｌ２）を、図１０（ｂ）に示す第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、両エッジ抽出画像の分解能の差異を考慮（分解能の差異に応じて換算）し、反映させる。なお、前述した第２撮像手段１２の場合と同様に、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対して距離Ｌ１を反映するための基準となる設備エッジＷＥの位置は、予めパラメータとして設定される。また、この際、前述したように、第２撮像手段１２は、水平面に対して上方にθ２だけ傾けた位置に設置されているため、距離Ｌ１を第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に精度良く反映するには、当該第２撮像手段１２の角度θ２を考慮しなければならない（厳密には、第１撮像手段１１の角度θ１も考慮する必要があるが、ここでは、θ１が小さい値であるとして、その影響を無視して考える）。図１０（ｂ）に示すように、鋼板エッジＳＥの平坦部分に沿った直線ｌ３上にあり、且つ、設備エッジＷＥから距離Ｌ１（場合によっては、鋼板エッジＳＥの先端から距離Ｌ２）の位置にある点Ｓ０を通り、直線ｌ３に対して角度θ２をなす直線ｌｎは、第２撮像手段１２の方向に概ね相当すると考えることができる。従って、直線ｌｎと、鋼板エッジＳＥとの交点Ｓ１が、第１撮像手段１１におけるクロップ部の末端を意味すると考えることができる。以上のようにして、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部の末端位置Ｓ１が特定される。
【００２７】
前述のようにして特定されたクロップ部の末端位置Ｓ１に基づき、反りエッジ形状を補正する方法としては、圧延条件を制御する上でクロップ部のデータを使用しなくても特に問題が生じない場合には、図１１（ａ）に示すように、クロップ部末端位置Ｓ１より先端側（図１１（ａ）の紙面右側）を鋼板エッジＳＥから削除する方法を適用することができる。斯かる方法によれば、処理が単純であるため、処理速度を高めることができ、ひいては、本装置１で得られた結果に基づく高速な圧延制御が可能になる。
【００２８】
また、クロップ部も含んだ全鋼板長（全鋼板エッジＳＥ）を圧延条件の制御用データとして用いる必要がある場合には、図１１（ｂ）に示すように、クロップ部の影響によって誤認識されるエッジ形状を第２撮像手段の角度θ２等を考慮した上で補正する必要がある。
【００２９】
以下、図１１（ｂ）に示す反りエッジ形状の補正方法について、より詳細に説明する。斯かる補正方法においては、まず、図１２（ａ）に示すように、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像において、第２撮像手段１２の設置位置や視野等に基づいて予めパラメータ設定された鋼板Ｓの中心軸線（パスラインの中心軸線）ｌ２からの板幅Ｌ（クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値）と、中心軸線ｌ２からの板幅Ｌｎ（クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値）とを算出する。ここで、クロップ部の無い箇所での板幅Ｌは、上位のプロセスコンピュータ等から信号処理手段１３に送信された値を用いて算出することができる他、エッジ抽出画像自体から算出することも可能である。また、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅Ｌｎは、クロップ部における鋼板エッジＳＥと、中心軸線ｌ２との距離から算出される。次に、クロップ部末端Ｓ１を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、上記板幅Ｌと板幅Ｌｎの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に順次算出する。さらに、このようにして算出したＬｎ’を、図１２（ｂ）に示す第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、両エッジ抽出画像の分解能の差異を考慮（分解能の差異に応じて換算する）し、反映させる。つまり、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対し、クロップ部末端Ｓ１を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、上記算出したＬｎ’（分解能の差異を考慮した後のＬｎ’）分だけ上方に鋼板エッジＳＥの座標を補正する（クロップ部における補正後の鋼板エッジＳＥを図中に破線で示す）。換言すれば、鋼板Ｓの先端にクロップが無い場合、つまり板幅が鋼板Ｓの全長に亘って一定（板幅Ｌ）の場合には、図１２（ｂ）の破線で示すような鋼板エッジＳＥが検出されるはずであるが、先端にクロップが生じている場合には、板幅が小さくなるため、図１２（ｂ）に実線で示すように、クロップ部の縦方向の座標が下方にずれたエッジ抽出画像となることを利用した補正を行うものである。なお、図１２（ａ）のエッジ抽出画像に示すＬｎ’を、図１２（ｂ）に示すエッジ抽出画像に対して厳密に反映させるには、両エッジ抽出画像の分解能の差異のみならず、第１撮像手段１１の角度θ１等も考慮する必要があるが、本実施形態では、処理を簡素化するべく、分解能の差異を考慮した後のＬｎ’をそのまま補正値として適用する構成を採用している。以上のように、図１１（ｂ）及び図１２に示す補正方法によれば、クロップ部も含んだ全鋼板エッジＳＥを反りデータとして用いることが可能である。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。図１３に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、図１に示す第１の実施形態と同様に、反り形状計測用の第１撮像手段１１と、鋼板Ｓの移動方向（搬送方向）から鋼板Ｓの先端部を撮像するクロップ形状計測用の第２撮像手段１２と、信号処理手段１３とを備えている。しかしながら、本実施形態に係る反り形状計測装置１は、第１撮像手段１１が第２撮像手段の後段に設置されており、第２撮像手段１２と視野が異なる点で、第１の実施形態と相違する（図１３に示すように、撮像手段１２及び撮像手段１１は、それぞれ異なる視野Ａ及び視野Ｂを有する）。
【００３１】
また、図１３に示すように、本実施形態に係る反り形状計測装置１には、第１撮像手段１１により鋼板Ｓの先端部を撮像した時刻と、第２撮像手段１２により鋼板Ｓの先端部を撮像した時刻との間に、鋼板Ｓが移動した距離（図１３のＬｐに相当する）を算出するためのパルスジェネレータ（ＰＬＧ）１４が設置されている。なお、本実施形態では、前記距離を算出するためにパルスジェネレータ１４を適用したが、本発明は、これに限るものではなく、レーザドップラー速度計等、移動距離を算出し得る限りにおいて種々の計測器を適用することができる。
【００３２】
次に、上記構成を有する本実施形態の反り形状計測装置１において、第１撮像手段１１の撮像画像（エッジ抽出画像）における鋼板Ｓのクロップ部末端Ｓ１位置の特定方法について説明する。
【００３３】
まず、信号処理手段１３は、両撮像手段１１、１２の撮像時刻と、ＰＬＧ１４の出力値とに基づき、両撮像時刻間に鋼板Ｓが移動した距離Ｌｐを算出する。次に、第２撮像手段１２の視野Ａ内に位置する設備エッジＷＥ１（予めパラメータで位置設定）と、クロップ部末端Ｓ１との距離Ｘを、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、第１の実施形態と同様の方法で算出する。ここで、視野Ａ内に位置する設備エッジＷＥ１と、第１撮像手段１１の視野Ｂ内に位置する設備エッジＷＥ２との実距離Ｙは、各設備の実設置位置から予め算出しておくことが可能である。従って、第１撮像手段１１の視野Ｂ内に位置する設備エッジＷＥ２（予めパラメータで位置設定）と、クロップ部末端Ｓ１との距離Ｚは、上記Ｌｐ、Ｘ及びＹに基づき、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像に対して、以下の式（１）によって算出することが可能である。すなわち、
Ｚ＝Ｌｐ−（Ｘ＋Ｙ） ・・・（１）
である。
【００３４】
以上のようにして、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部末端Ｓ１の位置が特定されれば（つまり、距離Ｚを算出することに相当する）、第１の実施形態と同様の方法により、反り形状を補正することが可能である。なお、第１撮像手段１１及び第２の撮像手段１２の撮像画像から、それぞれエッジ強調画像を得て、さらにエッジ抽出画像を得る方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、鋼板Ｓの先端を鮮明に抽出し得る場合には、第１の実施形態（図９（ｂ））と同様に、第２撮像手段１２のエッジ抽出画像に基づき、クロップ部の先端から末端Ｓ１までの距離を算出し、当該距離を用いて、第１撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部末端Ｓ１の位置を特定することも可能であり、この場合には、ＰＬＧ１４を用いた移動距離Ｌｐの算出は不要である。
【００３５】
以上に説明したように、本実施形態に係る反り形状計測装置１によれば、第１の撮像手段１１と、第２の撮像手段１２とを、鋼板Ｓの搬送方向に対して互いに離間して設置することが可能であり、設置環境に対する自由度の高い装置が提供される。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例を説明することにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
第１の実施形態と同様の装置構成により、第１の撮像手段１１及び第２の撮像手段１１で鋼板Ｓの先端部を撮像し、当該撮像画像に対し、第１の実施形態と同様の画像処理方法を適用することにより、第１の撮像手段１１のエッジ抽出画像におけるクロップ部の末端位置Ｓ１を自動で検出した。一方、第１の撮像手段１１の撮像画像（原画）において、第２の撮像手段１２の撮像画像（原画）を適宜参照しつつ、目視でクロップ部の末端位置Ｓ１を特定した。以上に述べた、自動で検出した末端位置Ｓ１と、目視による末端位置Ｓ１とが一致している場合には、クロップ部を自動検出することに成功した（ひいては、自動検出したクロップ部にに対し、図１１（ａ）又は（ｂ）に示す補正を行うことにより、第１の撮像手段１１で抽出した反りエッジ形状を圧延条件の制御用データとして使用可能である）ものとして、その検出率（成功率）を評価した。斯かる実験結果を表１に示す。
【表１】
表１に示すように、第１の撮像手段１１及び第２の撮像手段１２で各々撮像した、クロップを有する約６５００枚の鋼板先端部の撮像画像に対し、９９．７％の検出率を得ることが可能であった。換言すれば、クロップの影響により、従来は圧延条件の制御用データとして使用することができなかった反り形状データのうち、９９．７％を使用することが可能になったと言える。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る反り形状計測方法及び装置によれば、板状物体の移動方向から板状物体の先端部を撮像することにより、例えば、厚板圧延やホットストリップの粗圧延で鋼板の先端に発生するクロップのエッジ形状を精度良く計測することができ、当該エッジ形状に基づき、側面方向から撮像した板状物体先端部のエッジ形状を補正するように構成しているため、精度良く反り形状を計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。
【図２】 図２は、本発明におけるエッジ強調処理を説明する説明図である。
【図３】 図３は、本発明における互いに離間した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明する説明図である。
【図４】 図４は、本発明における互いに近接した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明する説明図である。
【図５】 図５は、本発明における互いに近接した設備エッジと鋼板エッジとの識別方法を説明するフロー図である。
【図６】 図６は、本発明に係る第１撮像手段の撮像画に対するエッジ抽出過程を説明する説明図である。
【図７】 図７は、本発明に係る第２撮像手段の撮像画に対するエッジ抽出過程を説明する説明図である。
【図８】 図８は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法を説明する説明図である。
【図９】 図９は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対し、第２撮像手段で抽出したクロップ形状を考慮した補正を行う方法をより詳細に説明する説明図である。
【図１０】 図１０は、本発明におけるクロップ部の末端位置特定方法を説明する説明図である。
【図１１】 図１１は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対する補正方法の例を説明する説明図である。
【図１２】 図１２は、本発明に係る第１撮像手段で抽出した反りエッジ形状に対する補正方法の例をより詳細に説明する説明図である。
【図１３】 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る反り形状計測装置の概要を示す構成図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 反り形状計測装置
１１ ・・・ 第１撮像手段
１２ ・・・ 第２撮像手段
１３ ・・・ 信号処理手段
Claims (2)
- 移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する方法であって、
前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１ステップと、
前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２ステップと、
前記第１ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第３ステップと、
前記第２ステップで撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出する第４ステップと、
前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を補正する第５ステップとを備え、
前記第５ステップは、
前記第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、
前記第４ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、
前記第３ステップで抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第３ステップで抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを備えることを特徴とする反り形状計測方法。 - 移動中の板状物体の先端部に発生する反り形状を計測する装置であって、
前記板状物体の側面方向で且つ水平面に対して斜め上方から前記板状物体の先端部を撮像する第１撮像手段と、
前記板状物体の移動方向から前記板状物体の先端部を撮像する第２撮像手段と、
信号処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、
前記第１撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、
前記第２撮像手段で撮像した画像に基づき、前記板状物体の先端部のエッジ形状を抽出するステップと、
前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップとを実行するように構成され、
前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を補正するステップでは、
前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状に基づき、クロップの無い箇所での板幅の１／２に相当する値Ｌと、クロップ部における各縦方向の座標毎の板幅の１／２に相当する値Ｌｎとを算出するステップと、
前記第２撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記Ｌと前記Ｌｎとの差Ｌｎ’をクロップ部における各縦方向の座標毎に算出するステップと、
前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状におけるクロップ部末端を始点又は終点とし、クロップ部最先端を終点又は始点として、前記第１撮像手段で撮像した画像から抽出したエッジ形状を前記算出したＬｎ’分だけ上方に補正するステップとを実行することを特徴とする反り形状計測装置。
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