JP6575232B2 - 鋼板形状測定装置及びその方法、並びにそれらを用いた鋼板製造装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板形状測定装置及びその方法に関し、より詳しくは、水平に搬送される鋼板の形状を測定する鋼板形状測定装置及びその方法に関する。

一般的に、厚鋼板の生産において、厚さ２０ｍｍ以下の比較的薄い鋼板は、圧延時における平坦度の不良率が高い。平坦度不良材は、精整工程で熱処理や矯正などの後処理が行われ、コスト増加や納期遅れに発展しやすい。そのため、厚鋼板の全長全幅の平坦度を測定し、測定結果を圧延機に学習させる必要がある。

また、圧延時に反りが発生した鋼板は、通板中に反り部がロールなど他の設備に接触し、操業のトラブルに発展しやすい。そのため、反りを測定し、圧延時に反りを制御する必要がある。

厚鋼板においては、反り及び平坦度の両方を測定することが望まれる。下記の特許文献１〜５には、鋼板の反り又は平坦度を含む形状を測定する技術が開示されている。

特許第２６０５１５８号公報（特許文献１）には、長手方向に移動する帯状体の幅方向にこの帯状体表面までの距離を測定する複数の距離測定器および帯状体の移動速度を検出する速度検出器を備え、得られた距離信号および速度信号から帯状体の平坦度を得る平坦度測定装置が開示されている。各距離測定器は、長手方向に微小間隔を有した互いに平行な一対の測定用ビーム光を帯状体表面の測定位置に照射して、この帯状体表面上の測定位置における微小間隔を有した各照射位置までの距離を同時に測定するツインビーム型の距離測定器で構成され、この距離測定器で測定された各照射位置までの距離から該当測定位置における傾斜値を算出し、この値から帯状体の弧長を算出する。

特開２００８−５８０３６号公報（特許文献２）には、線状パターンを板材の表面に投影する投影機と、板材に投影された線状パターンを撮影する複数のカメラを備え、複数の線の長手方向について、線状パターンの大きさを板材より大きくすることにより、板材の端辺を算出する工程と、板材の端辺を基準として、板材の表面において線を横断する形状測定線を設定する工程と、板材における形状測定線での隣接する線の間隔から板材の表面角度分布を計算する工程とを有する平坦度測定方法が開示されている。

特許第４６６６２７２号公報（特許文献３）には、板材の表面に投影する明暗パターンとして、明部が縦方向及び横方向にそれぞれ所定の設定ピッチで千鳥状に配置された千鳥状パターンを用い、この千鳥状パターンの縦方向が板材の長手方向に沿い、横方向が板材の幅方向に沿うようにして、板材の表面に千鳥状パターンを投影し、千鳥状パターンの撮影画像から板材の平坦度を測定する方法が開示されている。

特許第４６６６２７３号公報（特許文献４）には、長手方向に走行する板材の表面に明部が縦方向及び横方向にそれぞれ所定の設定ピッチで配置された明暗パターンを投影し、板材の幅よりも大きな撮像視野を有する撮像手段で明暗パターンを撮像することでパターン画像を取得し、取得したパターン画像を解析することにより板材の平坦度を測定する方法が開示されている。

特許第３７２４７２０号公報（特許文献５）には、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、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板状物体の先端部を撮像する第１ステップと、板状物体の移動方向から板状物体の先端部を撮像する第２ステップと、第１ステップで撮像した画像に基づき、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、第２ステップで撮像した画像に基づき、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、第４ステップで抽出したエッジ形状に基づき、第３ステップで抽出したエッジ形状を補正する第５ステップとを備える反り形状測定方法が開示されている。

特許第２６０５１５８号公報 特開２００８−５８０３６号公報 特許第４６６６２７２号公報 特許第４６６６２７３号公報 特許第３７２４７２０号公報

しかしながら、特許文献１は、幅方向の測定位置が固定されるため、平坦度及び反りの形状を部分的に測定することは可能であるが、全幅の平坦度を測定することは困難である。

特許文献２〜４は、全幅の平坦度を高精度で測定することは可能である。しかしながら、厚鋼板を圧延する圧延機はリバース方式のため、仕上圧延機の最終パスが搬送方向の場合は、先端反り（搬送方向に対して前部に生じる反り）が発生し、仕上圧延機の最終パスが搬送方向と逆の場合は、尾端反り（搬送方向に対して後部に生じる反り）が発生する。両方の反りを測定するためには、−３０度〜３０度にわたる広範囲で鋼板の角度を測定しなければならないが、特許文献２〜４は、鋼板の角度を高精度で測定するために必要な分解能及び観察輝度を同時に達成することは困難である。そのため、反りを含む全長の形状を測定することはできない。

特許文献５は、エッジを検出しているため、先端反りを測定することはできるが、全幅の平坦度を測定することはできない。

本発明の目的は、鋼板の反りや平坦度等の形状を高精度で測定できる鋼板形状測定装置及びその方法を提供することである。

本発明の一実施形態による鋼板形状測定装置は、水平に搬送される鋼板の形状を測定する。鋼板形状測定装置は、投影機と、メインカメラと、サブカメラと、算出手段とを備える。投影機は、鋼板の搬送方向に対して交差する方向に延びる複数の平行線を含む線状パターンを鋼板上に投影する。メインカメラは、鋼板の搬送方向における上流側に配置され、投影機により投影された線状パターンを撮影する。サブカメラは、鋼板の搬送方向における下流側に配置され、投影機により投影された線状パターンを撮影する。算出手段は、メインカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、水平方向に対する鋼板の角度を算出し、メインカメラにより算出された角度が予め定められた角度よりも小さいとき、サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、角度を算出する。

本発明の他の実施形態による鋼板形状測定方法は、水平に搬送される鋼板の形状を測定する。鋼板形状測定方法は、投影機により、鋼板の搬送方向に対して交差する方向に延びる複数の平行線を含む線状パターンを鋼板上に投影するステップと、鋼板の搬送方向における上流側に配置されたメインカメラにより、投影機により投影された線状パターンを撮影するステップと、鋼板の搬送方向における下流側に配置されたサブカメラにより、投影機により投影された線状パターンを撮影するステップと、メインカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、水平方向に対する鋼板の角度を算出し、メインカメラにより算出された角度が予め定められた角度よりも小さいとき、サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、角度を算出するステップとを備える。

本発明によれば、鋼板の反りや平坦度等の形状を高精度で測定することができる。

本発明の第１の実施形態による鋼板製造装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態による鋼板形状測定装置の構成を示す側面図である。 図２に示される鋼板形状測定装置の機能ブロック図である。 図２に示される鋼板形状測定装置の斜視図である。 図２〜図４中のメインカメラが先端反り上の線状パターンを撮影する場合における種々の角度及び間隔の関係を示す図である。 図２〜図４中のメインカメラが尾端反り上の線状パターンを撮影する場合における種々の角度及び間隔の関係を示す図である。 図２〜図４中のサブカメラが尾端反り上の線状パターンを撮影する場合における種々の角度及び間隔の関係を示す図である。 図３中の画像処理ＰＣによる鋼板角度の算出処理を示すフローチャートである。 鋼板角度と線状パターンの輝度との関係を示すグラフである。 鋼板角度とピッチ変化率との関係を示すグラフである。 拡散板の高さをパスラインから１００ｍｍにした場合に、拡散板の実角度と図２に示される鋼板形状測定装置が測定した角度との関係を示すグラフである。 拡散板の高さをパスラインから４００ｍｍにした場合に、拡散板の実角度と図２に示される鋼板形状測定装置が測定した角度との関係を示すグラフである。 １５度付近の鋼板角度で、図２に示される鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を示す図である。 ０度付近の鋼板角度で、図２に示される鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を示す図である。 図２に示される鋼板形状測定装置が測定した鋼板の形状を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態において、画像処理ＰＣによる最大キャンバ量及び最大キャンバ位置の算出処理を示すフローチャートである。 最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を説明するための図である。 鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を示す図であって、鋼板の先端部での画像を示す図である。 鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を示す図であって、鋼板の定常部での画像を示す図である。 鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を２値化処理した画像を示す図であって、鋼板の先端部でのＤＳ側の２値化画像を示す図である。 鋼板形状測定装置のメインカメラが撮影した線状パターンの画像を２値化処理した画像を示す図であって、鋼板の定常部でのＤＳ側の２値化画像を示す図である。 幅方向位置と、当該幅方向位置での２値化の強度閾値を超えた画素の割合との関係を示すグラフである。 エッジ位置の検出結果を示すグラフである。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化又は模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［第１の実施形態］
図１を参照して、本発明の第１の実施形態による鋼板製造装置１００は、鋼板を最終的に圧延するリバース式仕上圧延機１０１と、リバース式仕上圧延機１０１から搬出された鋼板を急速に冷却する加速冷却装置１０３と、加速冷却装置１０３から搬出された鋼板を冷却する冷却床１０５とを備える。

鋼板製造装置１００はさらに、リバース式仕上圧延機１０１から搬出され、水平に搬送されている鋼板の形状を測定する鋼板形状測定装置１と、装置全体を制御するプロセスコンピュータ１０６とを備える。鋼板形状測定装置１は、リバース式仕上圧延機１０１と加速冷却装置１０３との間に設置される。

図２を参照して、鋼板形状測定装置１は、投影機３と、メインカメラ４１と、サブカメラ４２とを備える。鋼板形状測定装置１は、厚鋼板１０の形状、より具体的には、厚鋼板１０の平坦度及び先端反り１０ａ又は尾端反り１０ｂを測定する。

搬送テーブル２は、鋼板１０を水平に搬送する。より具体的には、搬送テーブル２は、リバース式仕上圧延機１０１により圧延された鋼板１０を図２上で右側から左側へ搬送し、加速冷却装置１０３へ搬入する。圧延された鋼板１０には、先端反り１０ａ又は尾端反り１０ｂが生じる場合がある。

投影機３は、鋼板１０の上方に配置される。投影機３は、メインカメラ４１とサブカメラ４２との間に配置される。投影機３は、サブカメラ４２寄りに配置される。投影機３の投影角度は、鉛直方向の基準位置Ｒに対してβである。

メインカメラ４１及びサブカメラ４２は、鋼板１０の上方に配置される。メインカメラ４１は、搬送方向における上流側に配置される。サブカメラ４２は、搬送方向における下流側に配置される。メインカメラ４１及びサブカメラ４２は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。メインカメラ４１の撮影角度は、基準位置Ｒに対してα１である。サブカメラ４２の撮影角度は、基準位置Ｒに対してα２である。

投影機３は２台設けられ、鋼板１０の搬送方向に対して直交する方向（以下、「幅方向」という。）に並べられる。メインカメラ４１も２台設けられ、鋼板１０の幅方向に並べられる。サブカメラ４２も２台設けられ、鋼板１０の幅方向に並べられる。投影機３、メインカメラ４１及びサブカメラ４２の各々は、３台以上設けられてもよい。これらは、鋼板１０の搬送方向に対して直交する方向に並べられるのが望ましいが、ほぼ直交する方向、つまり鋼板１０の搬送方向に対して交差する方向に並べられてもよい。ただし、投影機３、メインカメラ４１及びサブカメラ４２は、１台ずつ設けられてもよい。以下、説明を簡単にするために、１台の投影機３、１台のメインカメラ４１、１台のサブカメラ４２に着目して実施形態を説明する。

図３を参照して、鋼板形状測定装置１はさらに、画像処理ＰＣ（パーソナルコンピュータ）５を備える。画像処理ＰＣ５は、メインカメラ４１及びサブカメラ４２に接続される。画像処理ＰＣ５は、メインカメラ４１及びサブカメラ４２から出力される画像データを解析して水平方向に対する鋼板１０の角度を算出するためのプログラムを備える。

画像処理ＰＣ５はまた、プロセスコンピュータ１０６に接続される。プロセスコンピュータ１０６は、リバース式仕上圧延機１０１及び加速冷却装置１０２に接続される。鋼板１０は、リバース式仕上圧延機１０１で圧延された後、加速冷却装置１０２で冷却される。鋼板形状測定装置１による測定結果は、画像処理ＰＣ５からプロセスコンピュータ１０６に提供される。プロセスコンピュータ１０６は、鋼板形状測定装置１による測定結果に基づき、鋼板１０の形状をよくするように、リバース式仕上圧延機１０１をフィードバック制御し、かつ、加速冷却装置１０２をフィードフォワード制御する。

より具体的には、プロセスコンピュータ１０６は、鋼板形状測定装置１により測定された鋼板１０の形状に基づいて、リバース式仕上圧延機１０１における上下のワークロールの周速差を制御することにより、反りを小さくする。詳細は、特開平１１−４７８１２号公報を引用により援用する。また、プロセスコンピュータ１０６は、鋼板形状測定装置１により測定された鋼板１０の形状に基づいて、加速冷却装置１０２における上下の水量を制御することにより、形状をよくする。詳細は、特開平８−２９４７１７号公報を引用により援用する。

なお、プロセスコンピュータ１０６は、リバース式仕上圧延機１０１のみを制御してもよく、また、加速冷却装置１０２のみを制御してもよい。また、プロセスコンピュータ１０６は、リバース式仕上圧延機１０１の代わりに又はこれと一緒に、リバース式粗圧延機１０１を制御してもよい。

再び図１を参照して、鋼板形状測定装置１は、加速冷却装置１０３と冷却床１０５との間に設置されてもよい。この場合、プロセスコンピュータ１０６は、鋼板形状測定装置１による測定結果に基づき、リバース式仕上圧延機１０１及び加速冷却装置１０２をフィードバック制御する。

図４を参照して、投影機３は、搬送中の鋼板１０上に線状パターン６を投影する。投影機３は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源３１と、結像レンズ３２とを含む。ＬＥＤ光源３１からの光は、結像レンズ３２を介して鋼板１０上に照射される。線状パターン６は、複数の平行線６１を含む。平行線６１は、搬送方向に対して交差する方向、好ましくは直交する方向に延びる。

メインカメラ４１及びサブカメラ４２は、投影機３により鋼板１０上に投影された線状パターン６を撮影する。メインカメラ４１及びサブカメラ４２で撮影された線状パターン６の画像データは、画像処理ＰＣ５に取り込まれる。

図５は、メインカメラ４１が鋼板１０の先端反り１０ａ上の線状パターン６を撮影する場合を示す。図５において、θは、水平方向に対する鋼板１０の角度である。ここでは、先端反り１０ａの角度を「正」と定義する。Ｐｓは、鋼板１０の角度θが０度のときにメインカメラ４１により撮影された線状パターン６に含まれる平行線６１の間隔であり、以下、これを「基準ピッチ」という。基準ピッチＰｓは、基準板１１を用いて予め測定される。Ｐｍは、メインカメラ４１により撮影された線状パターン６に含まれる平行線６１の間隔であり、以下、これを「測定ピッチ」という。このように、メインカメラ４１により撮影された線状パターン６が鋼板１０の先端反り１０ａ上にある場合、測定ピッチＰｍは基準ピッチＰｓよりも広くなる。

画像処理ＰＣ５は、次の式（１）−１により鋼板１０の角度θを算出する。Ｐｍ＞Ｐｓの場合、θ＞０になる。

図６は、メインカメラ４１が鋼板１０の尾端反り１０ｂ上の線状パターン６を撮影する場合を示す。この場合、Ｐｍ＜Ｐｓになるので、上記式（１）−１により鋼板１０の角度θを算出すると、θ＜０になる。

図７は、サブカメラ４２が鋼板１０の尾端反り１０ｂ上の線状パターン６を撮影する場合を示す。ここでは、尾端反り１０ｂの角度θを「正」と定義する。基準ピッチＰｓは、鋼板１０の角度θが０度のときにサブカメラ４２により撮影された線状パターン６に含まれる平行線６１の間隔である。測定ピッチＰｍは、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６に含まれる平行線６１の間隔である。このように、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６が鋼板１０の尾端反り１０ｂ上にある場合、測定ピッチＰｍは基準ピッチＰｓよりも広くなる。

画像処理ＰＣ５は、次の式（１）−２により鋼板１０の角度θを算出する。Ｐｍ＞Ｐｓの場合、θ＞０になる。

次に、鋼板形状測定装置１の動作（鋼板形状測定方法）を説明する。

まず、投影機３により、線状パターン６を鋼板１０上に投影する。投影機３は、搬送中の鋼板１０上に線状パターン６を投影し続ける。

次に、メインカメラ４１及びサブカメラ４２により、投影機３により投影された線状パターン６を撮影する。メインカメラ４１及びサブカメラ４２は、線状パターン６を撮影し続ける。メインカメラ４１及びサブカメラ４２により撮影された線状パターン６の画像データは、画像処理ＰＣ５に供給される。

次に、画像処理ＰＣ５により、メインカメラ４１及びサブカメラ４２により撮影された線状パターン６に基づき、水平方向に対する鋼板１０の角度θを算出する。以下、この算出処理を詳述する。

図８を参照して、ステップＳ１では、メインカメラ４１により撮影された線状パターン６の画像データを解析し、線状パターン６に含まれる平行線６１の間隔、つまり測定ピッチＰｍを算出する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で算出された測定ピッチＰｍに基づいて、上記式（１）−１により角度θを算出する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で算出された角度θが予め定められた角度Ｘよりも小さいか否かを判別する。角度θが角度Ｘと同じ又はそれよりも大きいと判別された場合（ステップＳ３でＮｏ）、角度θをその測定位置での鋼板１０の角度と確定する。以降、ステップＳ１に戻り、角度θが角度Ｘよりも小さくなるまで、ステップＳ１及びＳ２を繰り返し実行し、角度θを各測定位置で算出する。一方、角度θが角度Ｘよりも小さいと判別された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６の画像データを解析し、線状パターン６に含まれる平行線の間隔、つまり測定ピッチＰｍを算出する。

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出された測定ピッチＰｍに基づいて、上記式（１）−２により角度θを算出し、角度θをその測定位置での鋼板１０の角度と確定する。以降、ステップＳ４及びＳ５を繰り返し実行し、角度θを各測定位置で算出する。

上記ステップＳ１〜Ｓ５が搬送中の鋼板１０で繰り返し実行される。さらに、算出された角度θを測定位置で積分すれば、鋼板１０の表面形状を算出することができる。

ここで、予め定められる角度Ｘは、特に限定されないが、メインカメラ４１を用いた角度θの測定範囲をできる限り広くし、かつ、メインカメラ４１及びサブカメラ４２が頻繁に切り替わらないように、たとえば−１０度に設定される。

以下、本発明の第１の実施形態について、実施例を説明する。

本実施例においては、板厚は６ｍｍ〜３２０ｍｍ、板幅は４６２０ｍｍ以下、通板速度は１５８ｍ／分以下、温度は１０００度以下とした。

投光機３は、鋼板１０から高さ４．６ｍ、基準位置Ｒから距離１．９ｍ、投影角度β＝２２度の位置に配置した。メインカメラ４１は、鋼板１０から高さ４．５ｍ、基準位置Ｒから距離５．６ｍ、撮影角度α１＝５１度の位置に配置した。サブカメラ４２は、鋼板１０からの高さ３．１ｍ、基準位置Ｒからの距離３．３ｍ、撮影角度α２＝４７度の位置に配置した。

投光機３は、青色（波長４６０ｎｍ〜４７０ｎｍ）ＬＥＤ素子を１００ｍｍ×８０ｍｍの基板に８０個×８列並べ、それをレンズにより２８倍に拡大して投影し、２４００ｍｍ×３５０ｍｍの投影サイズとした。配線は幅方向に５系統に分岐され、明るさの調整を可能とした。ＬＥＤ素子の最大投入電力は０．６Ｗ／個とした。

メインカメラ４１及びサブカメラ４２により撮影される線状パターン６の輝度は、投影機３の投影角度β、メインカメラ４１の撮影角度α１及びサブカメラ４２の撮影角度α２に依存する。したがって、メインカメラとサブカメラを切り替える鋼板１０の角度Ｘの最適値は、実際に撮影される線状パターン６の輝度に応じて設定されるのが好ましい。

メインカメラ４１及びサブカメラ４２の画素数は１３４４×６９４とした。露光時間は６ミリ秒で、投光機３の発光と同期させた。メインカメラ４１に取り付けたレンズの焦点距離は１６ｍｍ、サブカメラ４２に取り付けたレンズの焦点距離は１２ｍｍとした。また、メインカメラ４１及びメインカメラ４２に取り付けたレンズには青色フィルタを取り付けた。

投光機３及びカメラは、粉塵対策のため、専用の環境ボックスを製作し、エアパージによる環境対策を行った。投光機３については、エアがＬＥＤ素子の冷却も兼ねており、ＬＥＤ素子の温度上昇を防いでいる。また、投光機３、メインカメラ４１及びメインカメラ４２は、最大板幅４６２０ｍｍへの対応のため、幅方向に２セット設置した。

上記条件の下で、鋼板１０の角度θが−４５〜４５度の範囲内における線状パターン６の輝度分布を調べた。その測定結果を図９に示す。図９では、横軸は鋼板１０の角度θを示し、縦軸は線状パターン６の輝度を示す。

図９に示されるように、鋼板１０の角度θが、メインカメラ４１については−２０度よりも小さい角度で、サブカメラ４２については０度よりも大きい角度で、線状パターン６の輝度がかなり小さくなった。線状パターン６の輝度が小さい場合、線状パターン６の判定が困難になり、誤検知を生じやすい。このような誤検知を生じさせないために、どのような角度θでも充分な輝度が得られるように、適切な角度Ｘを設定する必要がある。

図９に示されるように、鋼板１０の角度θが−１０度付近で、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６の輝度がメインカメラ４１により撮影された線状パターン６の輝度と同じになった。角度θがこれよりも大きい範囲では、メインカメラ４１により撮影された線状パターン６の輝度がサブカメラ４２により撮影された線状パターン６の輝度よりも大きくなった。一方、角度θがこれよりも小さい範囲では、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６の輝度がメインカメラ４１により撮影された線状パターン６の輝度よりも大きくなった。

本実施例では、角度Ｘは−１０度に設定されてもよい。ただし、メインカメラ４１を用いた角度θの測定範囲をできる限り広くするために、線状パターン６の輝度が充分にある範囲内であれば、−１０度よりも小さい角度、例えば−１５度に設定されてもよい。

上記条件の下で、式（１）−１及び式（１）−２をプロットした結果を図１０に示す。図１０では、横軸は鋼板１０の角度θを示し、縦軸はピッチ変化率（Ｐｍ／Ｐｓ）を示す。図１０から明らかなように、メインカメラ４１の鋼板角度の変化量に対するピッチ変化率（Ｐｍ／Ｐｓ）の変化量は、サブカメラ４２のそれよりも大きい。したがって、メインカメラ４１の分解能はサブカメラ４２のそれよりも高い。分解能は、投影機３とカメラとの間の角度によって決定される。したがって、投影機３とカメラの角度が大きいほど、分解能は高くなる。分解能が高いことは測定精度が高いことを意味する。本実施例では、メインカメラ４１の測定精度がサブカメラ４２のそれよりも高くなるように、投影機３、メインカメラ４１及びサブカメラ４２の位置を決定した。具体的には、投影機３とメインカメラ４１との間の角度（α１＋β）を投影機３とサブカメラ４２との間の角度（α２−β）よりも大きく設定した。しかしながら、投影機３とメインカメラ４１との間の角度（α１＋β）を投影機３とサブカメラ４２との間の角度（α２−β）よりも小さく設定してもよい。

また、本実施形態では、投影機３はメインカメラ４１とサブカメラ４２との間に配置されている。しかしながら、投影機３は、メインカメラ４１よりも上流側又はサブカメラ４２よりも下流側に配置されてもよい。

本実施例では、以上のように、メインカメラ４１が鋼板１０の形状を高精度で測定できるようにメインカメラ４１の撮影角度α１、サブカメラ４２の撮影角度α２、及び投影機３の投影角度βを決定した。

実際には、メインカメラ４１、サブカメラ４２及び投影機３を上記角度に設置することは困難である。そのため、これらの正確な角度を求めるために校正を行う必要がある。以下、校正方法を説明する。本校正では、鋼板１０の代わりに拡散板を用いた。

まず、拡散板をある高さに置き、基準ピッチＰｓ及び拡散板の角度θを変化させながら、測定ピッチＰｍを測定する。次に、拡散板を前と異なる高さに置き、基準ピッチＰｓ及び拡散板の角度θを変化させながら、測定ピッチＰｍを測定する。基準ピッチＰｓ及び測定ピッチＰｍを式（１）−１及び式（１）−２に代入し、求められる拡散板の角度θを角度センサ等で測定した角度と比較する。最初は、メインカメラ４１の撮影角度α１、サブカメラ４２の撮影角度α２、及び投影機３の投影角度βは、およその値で構わない。その後、メインカメラ４１の撮影角度α１、サブカメラ４２の撮影角度α２、及び投影機３の投影角度βの値を微調整し、拡散板の両方の高さにおいて、式（１）−１及び式（１）−２を用いて、求められる拡散板の角度θと角度センサ等で測定した角度との間の差が最小になるようにする。式（１）−１又は式（１）−２で２つの変数を調整するため、α１、α２及びβが一意に決定できない。そのため、このように２種類の高さで校正を行う。

拡散板の高さをパスラインから１００ｍｍの高さにした場合の結果を図１１に示す。拡散板の高さをパスラインから４００ｍｍの高さにした場合の結果を図１２に示す。測定結果はほぼ直線上に乗っており、メインカメラ４１で測定できない範囲については、サブカメラ４２で測定できることが確認できた。このように、メインカメラ４１及びサブカメラ４２の両方を用いることで、拡散板の角度θを高精度で測定することができ、また、−３０度から３０度までの範囲で拡散板の角度θを測定できることが確認できた。

実際の鋼板１０においては、投光機３の輝度を調節する必要がある。図９から明らかなように、メインカメラ４１では板角度θが１５度付近で輝度が最大となり、パターン潰れが発生しやすい。図１３に鋼板１０の角度θが１５度付近でメインカメラ４１が撮影した画像を示す。鋼板１０は画像の手前から奥に向かって搬送されている。鋼板１０の中央から鋼板１０のエッジまでの間では、輝度が飽和している場所があったが、パターン間では、隙間があり、パターン潰れが発生しなかった。また、図１４に鋼板１０の角度θが０度付近でメインカメラ４１が撮影した画像を示す。同様に、問題なく線状パターンが観察された。また、幅方向に明るさにむらが生じたため、幅方向の輝度も調整した。

次に、実際に、鋼板１０の形状を測定した。図１３又は図１４などから鋼板１０のエッジを検出するようにしているため、測定点数を選択すれば、測定位置が決定される。本実施例においては、１０個の測定点数で測定を行った。中央で伸びている鋼板の形状を測定した結果を図１５に示す。形状は、角度θを測定位置で積分することにより算出した。反り及び平坦度を含む鋼板１０の形状を測定できていることが確認でき、目視の形状と一致した結果が得られた。ここでは、鋼板１０の幅は３１８９ｍｍ、厚さは８．３ｍｍ、長さは４５ｍ（ただし、図は先側１０ｍ）である。

以下、本発明の第１の実施形態の効果を説明する。

メインカメラ４１は、搬送方向における上流側に配置されているため、先端反り１０ａ上に投影される線状パターン６を撮影しやすい。しかしながら、メインカメラ４１は、尾端反り１０ｂ上に投影される線状パターン６を撮影しにくい。したがって、線状パターン６が不明瞭になり、算出される鋼板１０の角度θの精度が低くなる。一方、サブカメラ４２は、搬送方向における下流側に配置されているため、尾端反り１０ｂ上に投影される線状パターン６を撮影しやすい。そのため、先端反り１０ａ又は尾端反り１０ｂを測定するためには、鋼板１０の形状、つまり鋼板１０の角度θに応じて、使用するカメラを切り替えなければならない。

先端反り１０ａのある鋼板１０又は大きな反りのない鋼板１０は、先端から尾端までメインカメラ４１により撮影された線状パターン６に基づいて鋼板１０の角度θが算出される。一方、尾端反り１０ｂのある鋼板１０は、先端から尾端付近までメインカメラ４１により撮影された線状パターン６に基づいて鋼板１０の角度θが算出され、尾端付近から尾端までサブカメラ４２により撮影された線状パターン６に基づいて鋼板１０の角度θが算出される。すなわち、鋼板１０の角度θを算出するための線状パターン６の撮影カメラが、鋼板１０の角度θが予め定められた角度Ｘよりも小さくなったとき、メインカメラ４１からサブカメラ４２に切り替えられる。その結果、広い範囲で鋼板１０の角度θを測定し、先端反り１０ａ又は尾端反り１０ｂを測定することができる。

また、予め定められた角度Ｘは、サブカメラ４２により撮影された線状パターン６の輝度がメインカメラ４１により撮影された線状パターン６の輝度と同じになるときの角度よりも小さい角度に設定されるため、メインカメラ４１及びサブカメラ４２が明瞭な線状パターン６を鋼板１０の全長にわたって撮影することができ、その結果、鋼板形状測定装置１は、先端反り１０ａ又は尾端反り１０ｂ及び平坦度を含む鋼板全長の形状を測定することができる。

また、投影機３、メインカメラ４１及びサブカメラ４２はそれぞれ複数設けられ、鋼板１０の搬送方向に対して交差する方向に並べられるため、鋼板全幅の形状を測定することができる。

また、投影機３の投影角度β、メインカメラ４１の撮影角度α１及びサブカメラ４２の撮影角度α２により、鋼板角度θの変化量に対する測定ピッチＰｍの変化量が決定されるため、これらの角度を適宜設定することにより、測定ピッチＰｍの測定分解能が高くなる。そのため、鋼板角度θの測定分解能が高くなり、その結果、鋼板１０の形状を高精度に測定することができる。

また、測定された鋼板１０の形状に基づいて、リバース式圧延機１０１及び加速冷却装置１０３を制御するため、形状のよい鋼板１０を安定して製造することができる。

［第２の実施形態］
続いて、図１６及び図１７を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。図１６は、画像処理ＰＣ５（図３参照）による最大キャンバ量及び最大キャンバ位置の算出処理を示すフローチャートである。図１７は、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を説明するための図である。

第２の実施形態では、画像処理ＰＣ５が、メインカメラ４１又はサブカメラ４２により撮影された線状パターン６に基づいて、鋼板１０のエッジ位置（鋼板１０の搬送方向に対して交差する方向でのエッジ位置）を検出する。その結果を用いて、鋼板１０の平面形状を測定する。また、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出する。

図１７を参照して、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置について説明する。図１７に示す鋼板１０では、キャンバが発生している。図１７に示す例では、鋼板１０のうち、搬送方向で先端側に位置する部分（先端部）が、鋼板１０の幅方向（図１７中の上下方向）の一方側にずれている。

鋼板１０の先端部の幅方向一端をＡ点とし、尾端部の幅方向一端をＢ点とし、Ａ点とＢ点とを結ぶ直線Ｌ１を設定する。キャンバ量は、直線Ｌ１と実際の鋼板１０の幅方向一端との間隔（幅方向のずれ量）である。最大キャンバ量は、鋼板１０の全長に亘って算出したキャンバ量（幅方向のずれ量）のうち、その大きさが最大のものである。最大キャンバ位置は、上記Ａ点から最大キャンバ量が得られた位置までの距離（鋼板１０の長手方向での距離）である。

なお、上記Ａ点及びＢ点は、幅方向で同じ側の端に設定される。つまり、上記のように、Ａ点が幅方向一端に設定された場合には、Ｂ点も幅方向の一端に設定される。Ａ点が幅方向の他端に設定された場合には、Ｂ点も幅方向の他端に設定される。

図１６を参照しながら、画像処理ＰＣ５による最大キャンバ量及び最大キャンバ位置の算出処理について説明する。

ステップＳ１１では、メインカメラ４１によって撮影された線状パターン６の画像を取得する。

ステップＳ１２では、取得した画像のうち、所定の範囲内の画像に対して、２値化処理をする。このときの強度の閾値は、例えば、上記所定の範囲内の最小値よりも大きい値に設定される。

強度の閾値は、実際に製造された鋼板から取得した画像を用いて予め設定される。強度の閾値は、鋼板１０の搬送方向の先端部分（先端部）から尾端部分（尾端部）までの全ての画像に対して用いることを考慮して、設定される。第１の実施形態で説明したように、鋼板１０の先端部の画像は、鋼板１０の定常部の画像よりも線状パターン６の輝度が高い。そのため、例えば、鋼板１０の先端部の画像だけを考慮して強度の閾値を設定すると、鋼板１０の定常部の画像に対する２値化処理を適切なものにすることができなくなるおそれがある。

なお、２値化処理の対象は、上記のように、取得した画像内の所定の範囲に限定されない。例えば、取得した画像の全体に対して、２値化処理をしてもよい。

ステップＳ１３では、得られた２値化画像から幅方向位置ごとに、閾値を越えた画素の割合を算出する。つまり、ある幅方向位置において閾値を超えた画素の数を、当該幅方向位置での全画素数で除する。

ステップＳ１４では、割合の閾値を超えた幅方向位置のうち、最も外側の位置を、鋼板１０のエッジ位置とする。

ここで、割合の閾値は、実際に製造された鋼板の画像から得られた２値化画像を用いて予め設定される。割合の閾値は、鋼板１０の搬送方向の先端部分（先端部）から尾端部分（尾端部）までの全ての２値化画像に対して用いることを考慮して、設定される。第１の実施形態で説明したように、鋼板１０の先端部の画像は、鋼板１０の定常部の画像よりも線状パターン６の輝度が高く、画像全体で、強度の閾値を超える割合も高くなる。そのため、例えば、鋼板１０の先端部の２値化画像だけを考慮して割合の閾値を設定すると、鋼板１０の定常部の２値化画像を用いたエッジ位置の検出を適切なものにすることができなくなるおそれがある。

ステップＳ１５では、鋼板１０の幅方向でのエッジ位置の検出が鋼板１０の尾端まで行われたか否かを判断する。つまり、鋼板１０の幅方向でのエッジ位置の検出は、鋼板１０の搬送方向の全長に亘って行われる。鋼板１０の幅方向でのエッジ位置を鋼板１０の搬送方向の全長に亘って検出することにより、鋼板１０の平面形状を測定することができる。つまり、平面視での鋼板１０の形状（搬送される鋼板１０を上から見たときの形状）を測定することができる。

鋼板１０の尾端までエッジ位置の検出が行われていない場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、ステップＳ１１以降の処理が実行される。鋼板１０の尾端までエッジ位置の検出が行われた場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１６の処理が実行される。

ステップＳ１６では、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出する。その方法は、例えば、以下のとおりである。

鋼板１０の先端部の幅方向一端をＡ点とする。鋼板１０の尾端部の幅方向一端をＢ点とする。これらＡ点及びＢ点を結ぶ直線Ｌ１（図１６参照）を設定する。この直線Ｌ１と得られたエッジ位置との距離を、鋼板１０の搬送方向の全長に亘って算出する。得られた算出結果のうち、最大の値を有するものを、最大キャンバ量とする。また、最大キャンバ量が付与された位置（鋼板１０の搬送方向での位置）を、Ａ点からの距離（鋼板１０の搬送方向での距離）として算出する。これが、最大キャンバ位置である。

上記の方法では、鋼板１０の幅方向一端の位置に基づいて、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出しているが、例えば、鋼板１０の幅方向での中心位置に基づいて、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出してもよい。具体的には、鋼板１０の先端及び尾端での幅方向の中心を設定し、これらを直線で結ぶ。この直線と、鋼板１０の幅方向中心との距離を、鋼板１０の全長に亘って算出する。得られた算出結果のうち、最大の値を有するものを、最大キャンバ量とする。また、最大キャンバ量が付与された位置を、鋼板１０の先端からの距離として算出し、最大キャンバ位置とする。

このような算出方法によれば、鋼板１０の幅方向の両端の位置を考慮して、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出することができる。その結果、鋼板１０の幅方向一端の位置だけを考慮する場合と比べて、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置の算出精度が向上する。

続いて、本発明の第２の実施形態について、実施例を説明する。本実施例でも、第１の実施形態についての実施例と同様の鋼板を対象としている。本実施例で用いた鋼板形状測定装置１のセッティングは、第１の実施形態についての実施例と同じであった。

図１８は、メインカメラ４１で撮影された鋼板１０の先端部の画像である。図１９は、メインカメラ４１で撮影された鋼板１０の定常部の画像である。鋼板１０は、第１の実施形態についての実施例と同様に、画像の手前側から奥側に向かって流れる。

図１８及び図１９を参照して、鋼板１０の先端部がＷＳ側にずれていることが判る。つまり、鋼板１０の先端部には、キャンバが発生していることが確認できる。

図１８及び図１９において、破線で囲んだ部分は、２値化処理をするときの画像処理範囲の一例を示す。図１８及び図１９では、板センターよりもＤＳ側の画像（右側の画像）のみにおいて、画像処理範囲を示す破線が付与されているが、板センターよりもＷＳ側の画像（左側の画像）においても、画像処理範囲が選択される。

図２０は、図１８において右側に示す画像に対して２値化処理をした画像である。図２１は、図１９において右側に示す画像に対して２値化処理をした画像である。２値化処理をしたときの強度の閾値は、処理範囲内の最小値＋５であった。なお、画像処理範囲を選択する場合には、その範囲内のみで２値化処理をすればよいが、図２０及び図２１では、判り易くするために、選択範囲以外も２値化処理をしている。

図２２は、図２０及び図２１に基づいて、幅方向位置ごとに閾値を超えた画素の割合を算出した結果を示すグラフである。図２２において、幅方向位置は、鋼板１０の幅方向の中心（板センター）を基準としている。

割合の閾値を３０％として、鋼板１０のエッジ位置を算出した。その結果、先端部では、エッジ位置は１３４８ｍｍとなった。定常部では、エッジ位置は１４７６ｍｍとなった。ＷＳ側についても、同様にして、エッジ位置を算出した。

図２３は、鋼板１０の搬送方向の全長に亘って、エッジ位置を検出した結果を示す。鋼板の搬送方向の位置は、鋼板の搬送に用いる搬送テーブルの速度信号から算出した。図２３からも鋼板１０の先端付近におけるＷＳ側への曲がりが確認できる。

図２３には、ＤＳ側のエッジ位置とＷＳ側のエッジ位置との平均値を破線で示している。この平均値を用いて、最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出した。その方法は、以下のとおりであった。

鋼板１０の搬送方向の両端において、ＤＳ側のエッジ位置とＷＳ側のエッジ位置との平均値を算出した。これらの平均値を直線Ｌ２（図２３参照）で結んだ。直線Ｌ２と破線（ＤＳ側のエッジ位置とＷＳ側のエッジ位置との平均値を示す）との距離（鋼板１０の幅方向での距離）を、鋼板１０の全長に亘って算出した。算出した結果の最大値を、最大キャンバ量とした。最大キャンバ量の位置を、鋼板１０の先端からの距離として算出し、最大キャンバ位置とした。図２３に示す例では、最大キャンバ量は２２０ｍｍであった。最大キャンバ位置は、１４．１０ｍであった。

以下、本発明の第２の実施形態の効果を説明する。

メインカメラ４１又はサブカメラ４２で撮影された画像から鋼板１０のエッジ検出を行う。そのため、鋼板１０の搬送方向の両端に生じる反りの検出に用いる設備をそのまま利用して、キャンバ量を測定することができる。

以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態及びその変形例のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態及びその変形例は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

本発明は、水平に搬送され、搬送方向の先端及び尾端に反りを含む鋼板の形状を測定する鋼板形状測定装置及びその方法に産業上の利用可能性がある。

１：鋼板形状測定装置
３：投影機
５：画像処理ＰＣ
６：線状パターン
１０：鋼板
４１：メインカメラ
４２：サブカメラ
６１：平行線
１００：鋼板製造装置
１０１：仕上圧延機
１０３：加速冷却機
１０６：プロセスコンピュータ

Claims (14)

1. 水平に搬送される鋼板の形状を測定する鋼板形状測定装置であって、
   前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に延びる複数の平行線を含む線状パターンを前記鋼板上に投影する投影機と、
   前記鋼板の搬送方向における上流側に配置され、前記投影機により投影された線状パターンを撮影するメインカメラと、
   前記鋼板の搬送方向における下流側に配置され、前記投影機により投影された線状パターンを撮影するサブカメラと、
   前記メインカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、水平方向に対する前記鋼板の角度を算出し、前記メインカメラにより算出された前記鋼板の角度が予め定められた角度よりも小さいときには、前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、前記水平方向に対する前記鋼板の角度を算出する算出手段と、
   を備える、鋼板形状測定装置。
2. 請求項１に記載の鋼板形状測定装置であって、
   前記算出手段は、次の式（１）により前記鋼板の角度を算出する、鋼板形状測定装置。
   式（１）中、θは前記鋼板の角度、αは鉛直方向に対する前記メインカメラ又は前記サブカメラの撮影角度、βは鉛直方向に対する前記投影機の投影角度、Ｐｓは前記角度が０度のときに前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔、Ｐｍは前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔である。
3. 請求項１又は２に記載の鋼板形状測定装置であって、
   前記予め定められた角度は、前記サブカメラにより撮影された線状パターンの輝度が前記メインカメラにより撮影された線状パターンの輝度と同じになるときの角度よりも小さい角度に設定される、鋼板形状測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼板形状測定装置であって、
   前記投影機は複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられ、
   前記メインカメラは複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられ、
   前記サブカメラは複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられる、鋼板形状測定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼板形状測定装置であって、さらに、
   前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンを用いて、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向での前記鋼板のエッジ位置を検出し、前記エッジ位置に基づいて前記鋼板の平面形状を測定する形状測定手段を備える、鋼板形状測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼板形状測定装置であって、さらに、
   前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンを用いて、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向での前記鋼板のエッジ位置を検出し、前記エッジ位置に基づいて前記鋼板の最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出するキャンバ算出手段を備える、鋼板形状測定装置。
7. 水平に搬送される鋼板の形状を測定する鋼板形状測定方法であって、
   投影機により、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に延びる複数の平行線を含む線状パターンを前記鋼板上に投影するステップと、
   前記鋼板の搬送方向における上流側に配置されたメインカメラにより、前記投影機により投影された線状パターンを撮影するステップと、
   前記鋼板の搬送方向における下流側に配置されたサブカメラにより、前記投影機により投影された線状パターンを撮影するステップと、
   前記メインカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、水平方向に対する前記鋼板の角度を算出し、前記メインカメラにより算出された前記鋼板の角度が予め定められた角度よりも小さいときには、前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔に基づいて、前記水平方向に対する前記鋼板の角度を算出するステップとを備える、鋼板形状測定方法。
8. 請求項７に記載の鋼板形状測定方法であって、
   前記算出のステップは、次の式（１）により前記鋼板の角度を算出する、鋼板形状測定方法。
   式（１）中、θは前記鋼板の角度、αは鉛直方向に対する前記メインカメラ又は前記サブカメラの撮影角度、βは鉛直方向に対する前記投影機の投影角度、Ｐｓは前記角度が０度のときに前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔、Ｐｍは前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンに含まれる平行線の間隔である。
9. 請求項７又は８に記載の鋼板形状測定方法であって、
   前記予め定められた角度は、前記サブカメラにより撮影された線状パターンの輝度が前記メインカメラにより撮影された線状パターンの輝度と同じになるときの角度よりも小さい角度に設定される、鋼板形状測定方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の鋼板形状測定方法であって、
    前記投影機は複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられ、
    前記メインカメラは複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられ、
    前記サブカメラは複数設けられ、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向に並べられる、鋼板形状測定方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の鋼板形状測定方法であって、さらに、
    前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンを用いて、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向での前記鋼板のエッジ位置を検出し、前記エッジ位置に基づいて前記鋼板の平面形状を測定するステップを備える、鋼板形状測定方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の鋼板形状測定方法であって、さらに、
    前記メインカメラ又は前記サブカメラにより撮影された線状パターンを用いて、前記鋼板の搬送方向に対して交差する方向での前記鋼板のエッジ位置を検出し、前記エッジ位置に基づいて前記鋼板の最大キャンバ量及び最大キャンバ位置を算出するステップを備える、鋼板形状測定方法。
13. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋼板形状測定装置を用いた鋼板製造装置であって、
    鋼板を圧延するリバース式圧延機と、
    前記リバース式圧延機により圧延された鋼板を冷却する冷却装置と、
    前記鋼板形状測定装置により測定された形状に基づいて、前記リバース式圧延機及び／又は前記冷却装置を制御する制御手段とを備える、鋼板製造装置。
14. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の鋼板形状測定方法を用いた鋼板製造方法であって、
    鋼板をリバース式圧延機により圧延するステップと、
    前記リバース式圧延機により圧延された鋼板を冷却装置により冷却するステップと、
    前記鋼板形状測定方法により測定された形状に基づいて、前記リバース式圧延機及び／又は前記冷却装置を制御するステップとを備える、鋼板製造方法。