JP6769930B2

JP6769930B2 - 丸棒直径測定装置および丸棒直径測定方法

Info

Publication number: JP6769930B2
Application number: JP2017113956A
Authority: JP
Inventors: 陽岡本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: JP2018205256A

Description

本発明は、熱間鍛造されている丸棒体の直径を測定する技術に関する。

クランクシャフト等の丸棒体は、熱間鍛造によって作製される。熱間鍛造されている丸棒体の直径を測定する技術として、例えば、特許文献１に開示された直径計測方法がある。この方法は、携帯可能な撮像手段によって丸棒状の被計測体を背景と共に撮像し、該撮像によって得られた画像上に、前記被計測体の軸心を介して径方向に対向する一対の境界を収める撮像工程と、該画像に基づいて撮像手段の位置を調整し、前記被計測体の軸心に撮像手段の光軸を直交させる光軸直交工程と、前記被計測体の軸心に前記撮像手段の光軸を直交させた状態で前記撮像手段のレンズ中心から前記被計測体の表面までの距離を計測する計測工程と、該計測によって得られた計測値と、該計測値を得たときの画像に示される前記一対の境界の位置とに基づいて被計測体の直径を演算する演算工程と、を有する。

特開２００７−１５５３５７号公報

丸棒体の熱間鍛造において、丸棒体がプレスされた際に、丸棒体が振動し、丸棒体は、ミリ秒単位の周期で揺れている。丸棒体の振動中に、カメラ（撮像部）で丸棒体を撮像した場合、画像に写っている丸棒体（丸棒体領域）がブレる。このような画像に対して、特許文献１の技術を適用しても、丸棒体の直径の測定精度はよくない。このため、丸棒体の振動が停止するまで、丸棒体の直径の測定を待つ必要がある。この期間、丸棒体の熱間鍛造の作業が中断されるので、作業効率が悪くなる。熱間鍛造されている丸棒体は、自然冷却により丸棒体の温度が徐々に下がる。丸棒体の温度が低下すると、丸棒体が硬くなり、丸棒体にプレスしても、丸棒体の変形量が少ないので、丸棒体の直径を所望の値にすることが難しくなる（又は、所望の値にできなくなる）。従って、丸棒体の直径の測定のために、作業を中断することは望ましくない。

熱間鍛造中に丸棒体の直径が所望の値より小さくなった場合、熱間鍛造は失敗であり、作業者は、丸棒体を再度、加熱して、熱間鍛造を最初からやり直す必要がある。従って、熱間鍛造中、常に、丸棒体の直径を測定し、測定結果をチェックすることは、作業者にとって極めて重要である。

本発明の目的は、丸棒体の直径測定のために、熱間鍛造の作業を中断することなく、丸棒体の直径を精度よく測定できる丸棒直径測定装置および丸棒直径測定方法を提供することである。

本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置は、熱間鍛造されている丸棒体の側面を示す丸棒体領域を含む画像を取得する第１取得部と、前記画像を撮像した撮像部と前記丸棒体との距離を取得する第２取得部と、前記丸棒体の上側と前記丸棒体との境界を示す上エッジ、および、前記丸棒体の下側と前記丸棒体との境界を示す下エッジを、前記画像から検出する検出部と、前記距離、前記上エッジの位置、および、前記下エッジの位置を基にして、前記丸棒体の直径を算出する第１算出部と、前記上エッジおよび前記下エッジと交差する方向において、前記画像の中央と前記丸棒体領域の中央とのズレ量を算出する第２算出部と、前記ズレ量が小さくなるように、前記撮像部の光軸を調整するアクチュエータを制御する制御部と、を備える。

第１算出部は、丸棒体と撮像部との距離、上エッジの位置、および、下エッジの位置を基にして、丸棒体の直径を算出する。これは公知の数式を用いることにより可能である。この直径の算出方法では、上エッジおよび下エッジと交差する方向において、丸棒体の側面の画像（すなわち、丸棒体の側面を示す丸棒体領域を含む画像）の中央と丸棒体領域の中央とのズレ量が大きくなるに従って、直径の測定精度が悪くなる。熱間鍛造中、丸棒体の振動により、画像の中央と丸棒体領域の中央とにズレが発生する。なお、中央は、中心と言い換えることができる。

第２算出部は、上エッジおよび下エッジと交差する方向において、画像の中央と丸棒体領域の中央とのズレ量を算出する。制御部は、このズレ量が小さくなるように（好ましくは、ズレ量が０になる）、撮像部の光軸を調整するアクチュエータを制御する（光軸の調整は、光軸の高さの調整でもよいし、光軸の角度の調整でもよい）。従って、本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置によれば、丸棒体の直径測定のために、熱間鍛造の作業を中断することなく、丸棒体の直径を精度よく測定することができる。

上記構成において、前記撮像部が前記画像を撮像する前に、前記丸棒体の側面内の所定領域の輝度値を取得する第３取得部と、前記丸棒体領域の輝度値が予め定められた範囲内に収まるように、前記第３取得部が取得した前記輝度値を基にして、前記撮像部の露出条件を調整する調整部と、を備える。

熱間鍛造されている丸棒体は、時間の経過にしたがって、温度が低下するので、丸棒体の側面の輝度が低下する。従って、撮像部の露出条件（例えば、シャッタースピード（言い換えれば、露光時間）、絞り、ＩＳＯ感度）が同じであれば、時間の経過にしたがって、丸棒体領域の輝度値が低下するので、検出部が、上エッジおよび下エッジを検出する精度が低下する。この構成は、丸棒体の側面内の所定領域（言い換えれば、側面に含まれる所定領域）の輝度値を、丸棒体の側面の輝度値と見なし、この輝度値を、画像の撮像前に取得し、丸棒体領域の輝度値が予め定められた範囲内に収まるように、取得した輝度値を基にして、撮像部の露出条件を調整する。従って、この構成によれば、時間が経過し、丸棒体の温度が下がっても、上エッジおよび下エッジの検出精度の低下を防止できる。所定領域の輝度値とは、例えば、所定領域の平均輝度値である。予め定められた範囲とし、下限値のみならず、上限値が設けられるのは、輝度値が飽和すると、エッジの位置がずれるからである。

例えば、この構成は、丸棒体領域の輝度値が上記範囲内に収まる露出条件と、所定領域の輝度値との関係を示すテーブルを予め記憶する記憶部を備え、取得した所定領域の輝度値とテーブルとを用いて、露出条件を決定し、撮像部の露出条件をこの決定した条件に設定する。露出条件は、シャッタースピード（露光時間）、絞り、ＩＳＯ感度のいずれか１つでもよいし、これらの組合せでもよい。例えば、シャッタースピード（露光時間）を露出条件とした場合、絞りおよびＩＳＯ感度は固定される。

上記構成において、前記撮像部は、前記画像の中央をまたぐ位置に対応する位置に前記所定領域を設定し、前記所定領域の前記輝度値を算出し、前記第３取得部は、前記撮像部が算出した前記輝度値を取得する。

上述したように、調整部は、丸棒体の側面内の所定領域の輝度値を、丸棒体の側面の輝度値とみなし、撮像部の露出条件を調整する。所定領域が、丸棒体と背景との境界付近に設定されているとする。この場合、丸棒体が振動していると、所定領域が丸棒体の側面からはみ出す可能性がある。このようなことが発生すれば、丸棒体の側面内の所定領域の正確な輝度値を算出することができない。この構成は、撮像部が撮像する画像の中央をまたぐ位置に対応する位置に所定領域を設定する。このため、丸棒体が振動していても、所定領域が丸棒体の側面からはみ出すことを防止できる。

上記構成において、前記露出条件と前記丸棒体の温度との関係を示す情報を予め記憶する第１記憶部と、前記調整部が調整した前記露出条件と前記情報とを用いて、前記丸棒体の温度を決定する決定部と、前記決定部が決定した前記丸棒体の温度を表示する制御をする第１表示制御部と、をさらに備える。

丸棒体の温度が低下すると、丸棒体が硬くなり、丸棒体にプレスしても、丸棒体の変形量が少ないので、丸棒体の直径を所望の値にすることが難しくなる（又は、所望の値にできなくなる）。このため、作業員は、丸棒体の温度を常に監視しながら、丸棒体を熱間鍛造する。丸棒体の温度は、温度測定装置（例えば、放射温度計）で測定することができるが、この構成によれば、温度測定装置が設けることなく、作業員に丸棒体の温度を示すことができる。

上記構成において、前記丸棒体の直径と前記丸棒体の温度とを用いて、常温での前記丸棒体の直径の推定値を表す所定式を予め記憶する第２記憶部と、前記第１算出部が算出した前記丸棒体の直径、現在の前記丸棒体の温度、および、前記所定式を基にして、前記推定値を算出する第３算出部と、前記第３算出部が算出した前記推定値を表示する制御をする第２表示制御部と、をさらに備える。

熱間鍛造中に、作業員が丸棒体の直径を監視するのは、常温（言い換えれば、冷間、室温）での丸棒体の直径を所望値にするためである。この構成によれば、熱間鍛造中に、常温での丸棒体の直径の推定値を作業員に示すことができる。作業員は、これを目安にして、丸棒体を熱間鍛造することができる。

本発明の第２局面に係る丸棒直径測定方法は、本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置を用いた丸棒直径測定方法であって、前記丸棒直径測定装置を用いて、前記丸棒体の鍛造中に、前記丸棒体の直径を測定する第１ステップと、前記第１ステップで測定した前記丸棒体の直径を、前記丸棒体の鍛造中に表示部に表示させる第２ステップと、前記丸棒直径測定装置を用いて、前記丸棒体の鍛造終了後に、前記丸棒体の直径を測定する第３ステップと、前記第３ステップで測定した前記丸棒体の直径を、前記丸棒体の鍛造終了後に前記表示部に表示させる第４ステップと、を備える。

上述したように、本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置は、アクチュエータを用いて、撮像部の光軸を調整する。これにより、丸棒体が振動していても、丸棒体の直径を精度よく測定することができる。本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置を用いて、振動している丸棒体の直径を高精度で測定するためには、丸棒体の振動に追従することができる、高性能なアクチュエータが必要となる。しかし、熱間鍛造中の丸棒体の直径は、丸棒体の直径の最終的な値でないので、丸棒体の直径の測定は、精度が悪くなければよく、高精度でなくてもよい。これに対して、熱間鍛造終了後、作業員は、丸棒体の直径の最終的な値を知りたいので、丸棒体の直径を高精度で測定する必要がある。熱間鍛造終了後、丸棒体はプレスされておらず、丸棒体は振動していないので、高性能なアクチェエータでなくても、本発明の第１局面に係る丸棒直径測定装置を用いて、丸棒体の直径を高精度で測定することができる。以上より、本発明の第２局面に係る丸棒直径測定方法によれば、アクチュエータが高性能でなくても、丸棒体の直径測定について、作業員の要求を満足することができる。

本発明によれば、丸棒体の直径測定のために、熱間鍛造の作業を中断することなく、丸棒体の直径を精度よく測定できる。

実施形態に係る丸棒直径測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す丸棒直径測定装置を用いた丸棒体の熱間鍛造を説明する説明図である。熱間鍛造プレスによって鍛造されている丸棒体の側面を示す模式図である。撮像部の光軸と丸棒体の中心軸とが直交する状態を説明する説明図である。図４に示す状態で撮像部が撮像した赤外画像を示す模式図である。撮像部の光軸と丸棒体の中心軸とが直交していない状態の一例を説明する説明図である。図６に示す状態で撮像部が撮像した赤外画像を示す模式図である。実施形態に係る丸棒直径測定装置の動作を説明するフローチャートである。赤外画像の中央と、丸棒体の側面内の所定領域との位置関係を説明する説明図である。シャッタースピードと丸棒体の温度との関係の一例を示すグラフである。実施形態の変形例に備えられる調整機構を説明する説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。

図１は、実施形態に係る丸棒直径測定装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す丸棒直径測定装置１００を用いた丸棒体４００の熱間鍛造を説明する説明図である。図３は、熱間鍛造プレス２００によって鍛造されている丸棒体４００の側面を示す模式図である。

図２および図３を参照して、熱間鍛造プレス２００について説明する。熱間鍛造されている丸棒体４００（熱間丸棒体）の温度は、約６００〜１０００度である。熱間鍛造プレス２００は、ハンマー部２０１とベッド部２０２とを備え、ベッド部２０２に載置された丸棒体４００をハンマー部２０１で叩くことにより、丸棒体４００を、所望の直径および長さを有する丸棒体４００に成形する。マニプレータ３００は、丸棒体４００の一方の端部を把持している。マニプレータ３００によって、丸棒体４００を回転させたり、丸棒体４００の長手方向に沿って、丸棒体４００を移動させたりすることができる。これにより、ハンマー部２０１によって丸棒体４００が叩かれる箇所を変えることができる。

熱間鍛造プレス２００を操作するプレス操作盤２０３と、マニプレータ３００を操作するマニプレータ操作盤３０１とは、オペレータ室５００に配置されている。オペレターター室５００にいる作業員は、マニプレータ操作盤３０１を操作し、丸棒体４００の叩く箇所をハンマー部２０１の下方に位置させる。作業員は、プレス操作盤２０３を操作して、その箇所をハンマー部２０１で叩く。これらを繰り返すことにより、作業員は、丸棒体４００を所望の直径および長さを有する丸棒体４００に成形する。

図１および図２を参照して、丸棒直径測定装置１００について説明する。丸棒直径測定装置１００は、撮像部１と、距離測定部２と、調整機構３と、アクチュエータ４と、制御処理部５と、表示部７と、入力部８と、を備える。これらのうち、制御処理部５、表示部７、および、入力部８は、オペレータ室５００に配置されている。丸棒直径測定装置１００の測定対象は、熱間鍛造されている丸棒体４００、および、熱間鍛造終了後の丸棒体４００である。以下は、熱間鍛造されている丸棒体４００を例にして説明するが、熱間鍛造終了後の丸棒体４００についても同様である。

撮像部１は、赤色波長以上あるいは近赤外波長以上の光を透過するバンドパスフィルターを備え、丸棒体４００の側面の画像を撮像する。撮像部１の画角θの範囲に、丸棒体４００が入る位置に、撮像部１が配置されている。撮像部１は、例えば、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサを備えるカメラである。

距離測定部２は、撮像部１と丸棒体４００（丸棒体４００の表面）との距離を測定する。距離測定部２は、例えば、レーザ距離計であり、レーザ光２ａを丸棒体４００の表面に照射し、反射された光を受光し、この受光した光を基にして、撮像部１と丸棒体４００（丸棒体４００の表面）との距離を測定する。

撮像部１および距離測定部２は、丸棒体４００の側面と対向して配置されている。撮像部１および距離測定部２によりセンサヘッドが構成されている。調整機構３は、センサヘッド（撮像部１、距離測定部２）を上下方向に移動させることができる。これにより、撮像部１の光軸の位置を調整することができる。調整機構３は、アクチュエータ４から供給される動力によって、センサヘッド（撮像部１、距離測定部２）を上下方向に移動させる。調整機構３は、例えば、ステージ面が昇降するステージである。

制御処理部５は、機能ブロックとして、第１取得部５１と、第２取得部５２と、第３取得部５３と、第１算出部５４と、第２算出部５５と、第３算出部５６と、第１記憶部５７と、第２記憶部５８と、第３記憶部５９と、第１表示制御部６０と、第２表示制御部６１と、第３表示制御部６２と、検出部６３と、調整部６４と、制御部６５と、決定部６６と、を備える。制御処理部５は、通信インターフェイス、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、および、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等のハードウェア、上記機能ブロックの機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。

表示部７は、丸棒直径測定装置１００によって測定された丸棒体４００の直径等を表示する。表示部７は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅｄｉｓｐｌａｙ）等によって実現される。

入力部８は、作業員が丸棒直径測定装置１００に命令（例えば、丸棒直径の測定開始、丸棒直径の測定終了）等を入力するための装置である。入力部８は、キーボード、マウス、タッチパネル等によって実現される。

丸棒体４００の直径の算出方法について説明する。図４は、撮像部１の光軸１ａと丸棒体４００の中心軸４００ａとが直交する状態を説明する説明図である。図５は、図４に示す状態で撮像部１が撮像した赤外画像６００を示す模式図である。図５を参照して、赤外画像６００は、丸棒体領域６０１と背景領域６０２とを含む。丸棒体領域６０１は、丸棒体４００の側面を示している。背景領域６０２は、丸棒体４００の背景を示している。丸棒体４００は高温なので、丸棒体領域６０１は明るく写されている。背景は丸棒体４００と比べてかなり温度が低いので、背景領域６０２は、暗く写されている。

丸棒体４００と背景との境界のうち、丸棒体４００の上側と丸棒体４００と境界を上エッジ６０１ａとし、丸棒体４００の下側と丸棒体４００との境界を下エッジ６０１ｂとする。中央（中央線）６０１ｃは、丸棒体領域６０１の中央を示す仮想線である。中央（中央線）６００ａは、赤外画像６００の中央を示す仮想線である。図５に示す赤外画像６００では、丸棒体領域６０１の中央６０１ｃと赤外画像６００の中央６００ａとが一致している。後で説明するように、図７に示す赤外画像６００では、丸棒体領域６０１の中央６０１ｃと赤外画像６００の中央６００ａとが一致しておらず、ズレている。上エッジ６０１ａ、下エッジ６０１ｂ、中央６０１ｃ、および、中央６００ａは、丸棒体４００の長手方向に延びており、丸棒体４００の長手方向を示す。この方向をｘ方向とする。ｙ方向は、上エッジ６０１ａ、下エッジ６０１ｂ、中央６０１ｃ、および、中央６００ａと直交する方向である。

図４および図５を参照して、符号Ｒは、丸棒体４００の半径（ｍｍ）を示す。符号ｆは、丸棒体４００にピントが合わされているときの焦点距離（ｍｍ）を示す。符号Ｌは、丸棒体４００と撮像部１との距離（ｍｍ）を示す。符号Ｌ１は、赤外画像６００の中央６００ａを基準にした、上エッジ６０１ａまでの距離（ｍｍ）を示す。Ｌ２は、赤外画像６００の中央６００ａを基準にした、下エッジ６０１ｂまでの距離（ｍｍ）を示す。上エッジ６０１ａが中央６００ａより上に位置すれば、Ｌ１はプラスとなり、上エッジ６０１ａが中央６００ａより下に位置すれば、Ｌ１はマイナスとなる。同様に、下エッジ６０１ｂが中央６００ａより上に位置すれば、Ｌ２はプラスとなり、下エッジ６０１ｂが中央６００ａより下に位置すれば、Ｌ２はマイナスとなる。

図４および図５に示すように、撮像部１の光軸１ａと丸棒体４００の中心軸４００ａとが直交する場合、赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとが、一致する。この場合、上エッジ６０１ａは、中央６００ａより上に位置し、下エッジ６０１ｂは、中央６００ａより下に位置し、Ｌ１の絶対値とＬ２の絶対値とは等しい。これをｙとする（｜Ｌ１｜＝｜Ｌ２｜＝ｙ）。赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとが、一致している場合（撮像部１の光軸１ａと丸棒体４００の中心軸４００ａとが直交する場合）において、丸棒体４００の直径Ｄ（ｍｍ）は、以下の式（１）で示される。

式（１）は、赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとが一致している場合（撮像部１の光軸１ａと丸棒体４００の中心軸４００ａとが直交する場合）を前提にしているので、これらが一致していない場合、丸棒体４００の直径の測定精度が悪くなる。図６は、撮像部１の光軸１ａと丸棒体４００の中心軸４００ａとが直交していない状態の一例を説明する説明図である。図７は、図６に示す状態で撮像部１が撮像した赤外画像６００を示す模式図である。ｙ方向（上エッジ６０１ａおよび下エッジ６０１ｂと交差する方向）において、赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとにズレが発生している。このズレの量をズレ量Δとする。

実施形態に係る丸棒直径測定装置１００は、ズレ量Δが少なくなるように（好ましくは、ズレ量Δが０になる）、撮像部１の光軸１ａの位置をリアルタイムで調整しながら、丸棒体４００の直径を測定する。

次に、実施形態に係る丸棒直径測定装置１００の動作について説明する。図８は、これを説明するフローチャートである。図１を参照して、撮像部１は、丸棒体４００の側面の赤外画像６００を撮像する前に、丸棒体４００の側面内の所定領域（言い換えれば、側面に含まれる所定領域）の輝度値を算出する（図８のステップＳ１）。詳しく説明する。図９は、赤外画像６００の中央６００ａと、丸棒体４００の側面内の所定領域４００ｂとの位置関係を説明する説明図である。撮像部１は、赤外画像６００の中央６００ａをまたぐ位置に対応する位置に、所定領域４００ｂを設定する。矩形の所定領域が示されているが、所定領域の形状は、矩形に限定されない。撮像部１は、所定領域４００ｂの輝度値（例えば、所定領域４００ｂの平均輝度値）を算出（測定）する。

図１を参照して、撮像部１は、算出した所定領域４００ｂの輝度値を、制御処理部５へ送信する。第３取得部５３は、この輝度値を取得する。このように、第３取得部５３は、撮像部１が画像（赤外画像６００）を撮像する前に、丸棒体４００の側面内の所定領域４００ｂの輝度値を取得する。

調整部６４は、丸棒体領域６０１の輝度値が予め定められた範囲内に収まるように、第３取得部５３が取得した輝度値を基にして、撮像部１の露出条件を調整する（図８のステップＳ２）。詳しく説明する。図４および図５を参照して、熱間鍛造されている丸棒体４００は、時間の経過にしたがって、温度が低下するので、丸棒体４００の側面の輝度が低下する。従って、撮像部１の露出条件（例えば、シャッタースピード（言い換えれば、露光時間）、絞り、ＩＳＯ感度）が同じであれば、時間の経過にしたがって、丸棒体領域６０１の輝度値が低下するので、検出部６３が、上エッジ６０１ａおよび下エッジ６０１ｂを検出する精度が低下する。実施形態は、丸棒体４００の側面内の所定領域４００ｂの輝度値を、丸棒体４００の側面の輝度値と見なし、この輝度値を、画像の撮像前に取得し（画像の撮像前に算出：図８のステップＳ１）、丸棒体領域６０１の輝度値が予め定められた範囲内に収まるように、取得した輝度値を基にして、撮像部１の露出条件を調整する（図８のステップＳ２）。従って、実施形態によれば、時間が経過し、丸棒体４００の温度が下がっても、上エッジ６０１ａおよび下エッジ６０１ｂの検出精度の低下を防止できる。所定領域４００ｂの輝度値とは、例えば、所定領域４００ｂの平均輝度値である。予め定められた範囲とし、下限値のみならず、上限値が設けられるのは、輝度値が飽和すると、エッジの位置がずれるからである。

図１を参照して、制御処理部５は、丸棒体領域６０１の輝度値が上記範囲内に収まる露出条件と、所定領域４００ｂの輝度値との関係を示すテーブルを予め記憶する第３記憶部５９を備え、取得した所定領域４００ｂの輝度値（算出した所定領域４００ｂの輝度値：図８のステップＳ１）と、テーブルと、を用いて、露出条件を決定し、撮像部１の露出条件をこの決定した条件に設定する。露出条件は、シャッタースピード（露光時間）、絞り、ＩＳＯ感度のいずれか１つでもよいし、これらの組合せでもよい。例えば、シャッタースピード（露光時間）を露出条件とした場合、絞りおよびＩＳＯ感度は固定される。実施形態では、露出条件として、シャッタースピードを例にして説明する。

図９を参照して、撮像部１は、赤外画像６００の中央６００ａをまたぐ位置に対応する位置に所定領域４００ｂを設定し、所定領域４００ｂの輝度値を測定する。これにより、以下の効果が生じる。上述したように、調整部６４は、丸棒体４００の側面内の所定領域４００ｂの輝度値を、丸棒体４００の側面の輝度値とみなし、撮像部１の露出条件を調整する。所定領域４００ｂが、丸棒体４００と背景との境界付近に設定されているとする。この場合、丸棒体４００が振動していると、所定領域４００ｂが丸棒体４００の側面からはみ出す可能性がある。このようなことが発生すれば、丸棒体４００の側面内の所定領域４００ｂの正確な輝度値を算出することができない。実施形態では、撮像部１が撮像する赤外画像６００の中央６００ａをまたぐ位置に対応する位置に所定領域４００ｂを設定する。このため、丸棒体４００が振動していても、所定領域４００ｂが丸棒体４００の側面からはみ出すことを防止できる。

図１を参照して、決定部６６は、丸棒体４００の現在の温度を決定する（図８のステップＳ３）。詳しく説明すると、第１記憶部５７は、撮像部１のシャッタースピード（露出条件）と丸棒体４００の温度との関係を示す情報を予め記憶している。この情報として、例えば、グラフ、テーブルがあるが、実施形態では、グラフを例にして説明する。図１０は、シャッタースピードと丸棒体４００の温度との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は、シャッタースピードを示し、縦軸は、丸棒体４００の温度を示す。丸棒体４００の温度が下がるに従って、丸棒体４００の側面の輝度値が下がるので、シャッタースピードが遅くなる。

図１を参照して、決定部６６は、調整部６４が調整したシャッタースピード（図８のステップＳ２）と、図１０に示すグラフとを用いて、丸棒体４００の温度を決定する。第１表示制御部６０は、決定部６６が決定した丸棒体４００の温度を、表示部７に表示させる（ステップＳ４）。丸棒体４００の温度が低下すると、丸棒体４００が硬くなり、丸棒体４４０にプレスしても、丸棒体４００の変形量が小さいので、丸棒体４００の直径を所望の値にすることが難しくなる（又は、所望の値にできなくなる）。このため、作業員は、丸棒体４００の温度を常に監視しながら、丸棒体４００を熱間鍛造する。丸棒体４００の温度は、温度測定装置（例えば、放射温度計）で測定することができるが、実施形態によれば、温度測定装置が設けることなく、作業員に丸棒体４００の温度を示すことができる。

ステップＳ４後、実施形態は、ステップＳ１５の処理へ進む。ステップＳ１５の処理については後で説明する。撮像部１は、ステップＳ２で調整されたシャッタースピードの下で、丸棒体４００の側面の赤外画像６００を撮像する（図８のステップＳ５）。撮像部１は、撮像した赤外画像６００を、制御処理部５へ送信する。第１取得部５１は、撮像部１から送られてきた赤外画像６００を受信し、第１算出部５４へ送る。このように、第１取得部５１は、熱間鍛造されている丸棒体４００の側面を示す丸棒体領域６０１を含む画像（赤外画像６００）を取得する。

撮像部１が、赤外画像６００を撮像するときに（図８のステップＳ５）、距離測定部２は、撮像部１と丸棒体４００との距離を測定する（図８のステップＳ６）。距離測定部２は、距離の測定値を制御処理部５へ送信する。第２取得部５２は、距離の測定値を受信し、第１算出部５４へ送る。このように、第２取得部５２は、画像（赤外画像６００）を撮像した撮像部１と丸棒体４００との距離を取得する。

検出部６３は、図８のステップＳ５で撮像された赤外画像６００から、例えば、微分フィルタを用いて、上エッジ６０１ａおよび下エッジ６０１ｂを検出する（図８のステップＳ７）。

図１および図７を参照して、第２算出部５５は、赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとのズレ量Δを算出する（図８のステップＳ８）。詳しく説明すると、第２算出部５５は、上エッジ６０１ａのｙ座標、下エッジ６０１ｂのｙ座標、および、下記式（２）を用いて、丸棒体領域６０１の中央６０１ｃのｙ座標を算出する。

丸棒体領域の中央のｙ座標＝（上エッジのｙ座標＋下エッジのｙ座標）÷２・・・（２）
第２算出部５５は、算出した丸棒体領域６０１の中央６０１ｃのｙ座標と、図８のステップＳ５で撮像された赤外画像６００の中央６００ａのｙ座標との差（ズレ量Δ）を算出する。赤外画像６００の中央６００ａのｙ座標は、０である。丸棒体領域６０１の中央６０１ｃが赤外画像６００の中央６００ａより上に位置するとき、ズレ量Δは、プラスとなり、丸棒体領域６０１の中央６０１ｃが赤外画像６００の中央６００ａより下に位置するとき、ズレ量Δは、マイナスとなる。ズレ量Δは、ピクセルの単位で算出される。第２算出部５５は、ピクセルミリ変換の式を用いて、ズレ量Δを、ピクセル単位からミリ単位に変換する。このミリ単位に変換されたズレ量Δが、撮像部１の上下方向の移動量となる。

制御部６５は、ズレ量Δ（図８のステップＳ８）が、０か否かを判定する（図８のステップＳ９）。制御部６５は、ズレ量Δが０でないと判定したとき（図８のステップＳ９でＮｏ）、ズレ量Δが少なくなるように（好ましくは、ズレ量Δが０になる）、撮像部１の光軸１ａを調整する（図８のステップＳ１０）。詳しく説明すると、制御部６５は、ズレ量Δが０より小さい場合（例えば、図７）、撮像部１の位置（撮像部１の光軸１ａの位置）の上がる量が、ズレ量Δになるように、アクチュエータ４を制御する。制御部６５は、ズレ量Δが０より大きい場合、撮像部１の位置（撮像部１の光軸１ａの位置）の下がる量が、ズレ量Δになるように、アクチュエータ４を制御する。これにより、丸棒体領域６０１の中央６０１ｃと赤外画像６００の中央６００ａとのズレ量Δが小さくなる（０になる）。

これに対して、制御部６５は、ズレ量Δが０と判定したとき（図８のステップＳ９でＹｅｓ）、ステップＳ１０の処理をしない。ステップＳ９でＹｅｓの判定がされた後、または、ステップＳ１０の処理がされた後、実施形態は、ステップＳ１５の処理へ進む。ステップＳ１５の処理については後で説明する。

第１算出部５４は、丸棒体４００の直径を算出する（図８のステップＳ１１）。詳しく説明すると、第１算出部５４は、図８のステップＳ６で測定された撮像部１と丸棒体４００との距離と、ステップＳ７で検出された上エッジ６０１ａの位置、下エッジ６０１ｂの位置と、上記式（１）と、を基にして、丸棒体４００の直径を算出する。第３表示制御部６２は、第１算出部５４が算出した丸棒体４００の直径を、表示部７に表示させる（ステップＳ１２）。

このように、第１算出部５４は、丸棒体４００と撮像部１との距離、上エッジ６０１ａの位置、および、下エッジ６０１ｂの位置を基にして、丸棒体４００の直径を算出する。この直径の算出方法では、ｙ方向（上エッジ６０１ａおよび下エッジ６０１ｂと交差する方向）において、丸棒体４００の側面の赤外画像６００（すなわち、丸棒体４００の側面を示す丸棒体領域６０１を含む赤外画像６００）の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとのズレ量Δが大きくなるに従って、直径の測定精度が悪くなる。熱間鍛造中、丸棒体４００の振動により、赤外画像６００の中央６００ａと丸棒体領域６０１の中央６０１ｃとにズレが発生する。

制御部６５は、ズレ量Δが小さくなるように（好ましくは、ズレ量Δが０になる）、撮像部１の光軸１ａの高さを調整するアクチュエータ４を制御する（図８のステップＳ１０）。従って、実施形態によれば、丸棒体４００の直径測定のために、熱間鍛造の作業を中断することなく、丸棒体４００の直径を精度よく測定することができる。

ステップＳ１２の処理がされた後、実施形態は、ステップＳ１５の処理へ進む。ステップＳ１５の処理については後で説明する。第３算出部５６は、丸棒体４００が常温（室温）になったときの直径の推定値を算出する（図８のステップＳ１３）。詳しく説明すると、第２記憶部５８は、丸棒体４００の直径と丸棒体４００の温度とを用いて、常温（室温）での丸棒体４００の直径の推定値を表す所定式を予め記憶している。この所定式は、下記式３および式４である。

Ｄ１＝Ｄ２−Δｄ・・・（３）
Δｄ＝α×（Ｔ２−Ｔ１）×Ｄ２・・・（４）
Ｄ１は、常温（室温）での丸棒体４００の直径の推定値を示す。Ｄ２は、熱間鍛造されている丸棒体４００の直径を示す。Δｄは、直径の変化量を示す。αは、丸棒体４００の材料（鍛造素材）の線膨張係数を示す。Ｔ１は、常温（２０度）を示す。Ｔ２は、熱間鍛造されている丸棒体４００の現在の温度を示す。

温度Ｔ２は、ステップＳ３で決定された値が用いられる。なお、丸棒直径測定装置１００が、丸棒体４００の温度を決定する機能（ステップＳ３）、および、決定した温度を表示する機能（ステップＳ４）を備えない態様の場合、温度測定装置（例えば、放射温度計）が測定した丸棒体４００の温度が、温度Ｔ２として用いられる。

第３算出部５６は、第１算出部５４が算出した丸棒体４００の直径（図８のステップＳ１１）を直径Ｄ２とし、決定部６６が決定した丸棒体４００の温度（図８のステップＳ３）を、丸棒体４００の現在の温度とし、式（３）、式（４）を用いて、推定値Ｄ１を算出する。

第２表示制御部６１は、第３算出部５６が算出した推定値Ｄ１を表示部７に表示させる（図８のステップＳ１４）。熱間鍛造中に、作業員が丸棒体４００の直径を監視するのは、常温（室温）での丸棒体４００の直径を所望値にするためである。実施形態によれば、熱間鍛造中に、常温（室温）での丸棒体４００の直径の推定値Ｄ１を作業員に示すことができる。作業員は、これを目安にして、丸棒体４００を熱間鍛造することができる。

ステップＳ１４の処理がされた後、制御処理部５は、直径の測定の終了命令がされたか否かを判断する（ステップＳ１５）。詳しく説明すると、作業員は、入力部８を操作して、直径の測定の終了命令を入力したとき（ステップＳ１５でＹｅｓ）、制御処理部５は、ステップＳ１〜ステップＳ１４の処理を終了させる。

作業員は、入力部８を操作して、直径の測定の終了命令を入力しないとき（ステップＳ１５でＮｏ）、実施形態は、ステップＳ１の処理に戻る。よって、実施形態は、熱間鍛造中に、リアルタイムで、丸棒体４００の温度を表示し（ステップＳ４）、撮像部１の光軸１ａを調整し（ステップＳ１０）、丸棒体４００の直径を表示し（ステップＳ１２）、丸棒体４００の直径の推定値を表示する（ステップＳ１４）。

なお、熱間鍛造の終了後も、実施形態は、ステップＳ１〜ステップＳ１４の処理をするので、リアルタイムで、丸棒体４００の温度を表示し（ステップＳ４）、撮像部１の光軸１ａを調整し（ステップＳ１０）、丸棒体４００の直径を表示し（ステップＳ１２）、丸棒体４００の直径の推定値を表示する（ステップＳ１４）。

実施形態は、アクチュエータ４を用いて、撮像部１の光軸１ａの位置を、リアルタイムで調整する（ステップＳ１０）。これにより、丸棒体４００が振動していても、丸棒体４００の直径を精度よく測定することができる。丸棒直径測定装置１００を用いて、振動している丸棒体４００の直径を高精度で測定するためには、丸棒体４００の振動に追従することができる、高性能なアクチュエータ４が必要となる。しかし、熱間鍛造中の丸棒体４００の直径は、丸棒体４００の直径の最終的な値でないので、丸棒体４００の直径の測定は、精度が悪くなければよく、高精度でなくてもよい。これに対して、熱間鍛造終了後、作業員は、丸棒体４００の直径の最終的な値を知りたいので、丸棒体４００の直径を高精度で測定する必要がある。熱間鍛造終了後、丸棒体４００はプレスされておらず、丸棒体４００は振動していないので、高性能なアクチェエータでなくても、丸棒直径測定装置１００を用いて、丸棒体４００の直径を高精度で測定することができる。以上より、実施形態によれば、アクチュエータ４が高性能でなくても、丸棒体４００の直径測定について、作業員の要求を満足することができる。

図１に示すように、実施形態に係る丸棒直径測定装置１００は、撮像部１、距離測定部２、調整機構３（図２）、アクチュエータ４、表示部７、および、入力部８を備えるが、これらは、本発明に係る丸棒直径測定装置の必須の構成要件ではない。

実施形態に係る丸棒直径測定装置１００の変形例を説明する。図２を参照して、実施形態に係る丸棒直径測定装置１００は、調整機構３を用いて、撮像部１の光軸１ａ（図４）を上下方向に移動させることにより、光軸１ａの位置を調整している。図１１は、変形例に備えられる調整機構９を説明する説明図である。調整機構９は、傾斜ステージである。変形例は、アクチュエータ４を用いて、調整機構９により、撮像部１を傾斜させることにより、光軸１ａ（図２）の角度を変える。これにより、光軸１ａの位置が調整される。

１撮像部
１ａ光軸
２距離測定部
２ａレーザ光
３調整機構
９調整機構
１００丸棒直径測定装置
２００熱間鍛造プレス
２０１ハンマー部
２０２ベッド部
３００マニプレータ
４００丸棒体
４００ａ丸棒体の中心軸
４００ｂ所定領域
６００赤外画像
６０１丸棒体領域
６０１ａ上エッジ
６０１ｂ下エッジ
６０１ｃ丸棒体領域の中央
６０２背景領域
６００ａ赤外画像の中央
θ 画角

Claims

熱間鍛造されている丸棒体の側面を示す丸棒体領域を含む画像を取得する第１取得部と、
前記画像を撮像した撮像部と前記丸棒体との距離を取得する第２取得部と、
前記丸棒体の上側と前記丸棒体との境界を示す上エッジ、および、前記丸棒体の下側と前記丸棒体との境界を示す下エッジを、前記画像から検出する検出部と、
前記距離、前記上エッジの位置、および、前記下エッジの位置を基にして、前記丸棒体の直径を算出する第１算出部と、
前記上エッジおよび前記下エッジと交差する方向において、前記画像の中央と前記丸棒体領域の中央とのズレ量を算出する第２算出部と、
前記ズレ量が小さくなるように、前記撮像部の光軸を調整するアクチュエータを制御する制御部と、
前記撮像部が前記画像を撮像する前に、前記丸棒体の側面内の所定領域の輝度値を取得する第３取得部と、を備え、
前記撮像部は、前記画像の中央をまたぐ位置に対応する位置に前記所定領域を設定し、前記所定領域のみから前記輝度値を算出し、
前記第３取得部は、前記撮像部が算出した前記輝度値を取得する丸棒直径測定装置。
前記丸棒体領域の輝度値が予め定められた範囲内に収まるように、前記第３取得部が取得した前記輝度値を基にして、前記撮像部の露出条件を調整する調整部と、を備える請求項１に記載の丸棒直径測定装置。
前記露出条件と前記丸棒体の温度との関係を示す情報を予め記憶する第１記憶部と、
前記調整部が調整した前記露出条件と前記情報とを用いて、前記丸棒体の温度を決定する決定部と、
前記決定部が決定した前記丸棒体の温度を表示する制御をする第１表示制御部と、をさらに備える請求項２に記載の丸棒直径測定装置。
前記丸棒体の直径と前記丸棒体の温度とを用いて、常温での前記丸棒体の直径の推定値を表す所定式を予め記憶する第２記憶部と、
前記第１算出部が算出した前記丸棒体の直径、現在の前記丸棒体の温度、および、前記所定式を基にして、前記推定値を算出する第３算出部と、
前記第３算出部が算出した前記推定値を表示する制御をする第２表示制御部と、をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の丸棒直径測定装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の丸棒直径測定装置を用いた丸棒直径測定方法であって、
前記丸棒直径測定装置を用いて、前記丸棒体の鍛造中に、前記丸棒体の直径を測定する第１ステップと、
前記第１ステップで測定した前記丸棒体の直径を、前記丸棒体の鍛造中に表示部に表示させる第２ステップと、
前記丸棒直径測定装置を用いて、前記丸棒体の鍛造終了後に、前記丸棒体の直径を測定する第３ステップと、
前記第３ステップで測定した前記丸棒体の直径を、前記丸棒体の鍛造終了後に前記表示部に表示させる第４ステップと、を備える丸棒直径測定方法。