JP7468481B2 - Method for generating model for estimating meandering amount of steel plate, method for estimating meandering amount, and manufacturing method - Google Patents

Method for generating model for estimating meandering amount of steel plate, method for estimating meandering amount, and manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法、蛇行量推定方法、及び製造方法に関する。 The present invention relates to a method for generating a model for estimating the amount of meandering of a steel plate, a method for estimating the amount of meandering, and a manufacturing method.

鋼板の製造過程では、鋼板は途中工程において鋼板をコイル状に巻き取った鋼帯コイルとして次工程に搬送される場合が多い。その場合、搬送された鋼帯コイルは、鋼板の製造ラインのペイオフリールから払出され、加工、熱処理、塗布、検査等の各種処理工程が施された後に巻取機により再び鋼帯コイルとされる。ペイオフリールから巻取機までの間では、鋼板は、鋼板を1対のロールで保持するピンチロール、所定区間において鋼板に張力を付加するブライドルロール、鋼板の進行方向を調整するデフレクターロール、及び鋼板の処理タイミングを調整するルーパーロール等の種々のロールと接触しながら連続的に搬送される。このような設備を連続搬送設備と呼ぶ。このとき、鋼板の幅方向中心位置が製造ラインの幅方向中心位置(ラインセンター)からずれ、鋼板がロールの幅方向端部側へ移動する蛇行現象が発生することがある。蛇行現象が発生した場合、鋼板の通板性が不安定になるため、鋼板の処理速度が低下し、製造ラインの生産能率が低下する場合がある。 In the steel plate manufacturing process, the steel plate is often transported to the next process as a steel strip coil, which is a coiled steel plate wound in an intermediate process. In this case, the transported steel strip coil is unloaded from the pay-off reel of the steel plate manufacturing line, and is subjected to various processing processes such as processing, heat treatment, coating, and inspection, and then re-formed into a steel strip coil by a winder. Between the pay-off reel and the winder, the steel plate is continuously transported while being in contact with various rolls such as a pinch roll that holds the steel plate with a pair of rolls, a bridle roll that applies tension to the steel plate in a specified section, a deflector roll that adjusts the direction of travel of the steel plate, and a looper roll that adjusts the processing timing of the steel plate. Such equipment is called a continuous transport equipment. At this time, the center position of the steel plate in the width direction may shift from the center position of the width direction of the manufacturing line (line center), and a meandering phenomenon may occur in which the steel plate moves to the width direction end side of the roll. When the meandering phenomenon occurs, the passing property of the steel plate becomes unstable, so the processing speed of the steel plate decreases, and the production efficiency of the manufacturing line may decrease.

特に鋼板の連続搬送設備では、鋼板がロールに接触してから次のロールに接触するまでの区間が長い場合、ロールの幅方向端部側への鋼板の移動をロールによって拘束する効果が低下するため、蛇行現象が発生しやすい傾向にある。ここで、蛇行現象が問題となる製造ラインとしては、連続焼鈍ラインや連続式溶融亜鉛めっきラインを例示できる。連続焼鈍ラインや連続式溶融亜鉛めっきラインでは、冷間圧延工程で加工硬化した鋼板の材質を調整するための熱処理が行われる。連続搬送設備における熱処理は、鋼板の昇温、高温保持、冷却といった鋼板の温度変化を伴うものであり、その際に鋼板に付加される張力は比較的小さい。そして、搬送ロール間の距離が長いことから、蛇行現象がより発生しやすい条件にある。 In particular, in continuous steel sheet conveying equipment, if the interval between when the steel sheet comes into contact with a roll and when it comes into contact with the next roll is long, the effect of the rolls in restraining the movement of the steel sheet toward the widthwise end of the roll is reduced, and the meandering phenomenon tends to occur easily. Examples of production lines in which the meandering phenomenon is a problem include continuous annealing lines and continuous hot-dip galvanizing lines. In continuous annealing lines and continuous hot-dip galvanizing lines, heat treatment is performed to adjust the material properties of the steel sheet that has been work-hardened in the cold rolling process. The heat treatment in the continuous conveying equipment involves temperature changes of the steel sheet, such as heating the steel sheet, holding it at a high temperature, and cooling it, and the tension applied to the steel sheet at this time is relatively small. Furthermore, since the distance between the conveying rolls is long, the conditions are such that the meandering phenomenon is more likely to occur.

蛇行現象の発生を抑制して鋼板を安定的に製造するためには、連続搬送設備における鋼板の蛇行量を精度よく測定し、測定した蛇行量に基づいて蛇行量を適切に制御する必要がある。ここで、蛇行量の制御方法としては、搬送ロールの傾斜角度を変更(ステアリングとよぶ)する方法を例示できる。また、蛇行量の測定方法としては、鋼板の上方に走査型の検出器を設置し、鋼板の下方側に光源を設けたバックライト方式により、鋼板の幅方向端部位置(以下、エッジ位置ともいう)を検出する方法がある。一方、2次元CCDカメラを用いた蛇行量の測定方法も提案されている。例えば特許文献1には、熱延ラインの粗圧延工程における鋼板のキャンバー(板曲がり)の測定方法に関するものであるが、粗圧延機の出側上方にCCDカメラ等の二次元撮像素子を設け、取得した画像に対してラインスキャニングを実行することにより鋼板の蛇行量を算出する方法が記載されている。 In order to suppress the occurrence of the meandering phenomenon and stably produce steel sheets, it is necessary to accurately measure the meandering amount of the steel sheet in the continuous conveying equipment and appropriately control the meandering amount based on the measured meandering amount. Here, an example of a method for controlling the meandering amount is a method of changing the inclination angle of the conveying roll (called steering). In addition, as a method for measuring the meandering amount, there is a method of detecting the width direction end position (hereinafter also referred to as the edge position) of the steel sheet by a backlight method in which a scanning type detector is installed above the steel sheet and a light source is provided on the lower side of the steel sheet. On the other hand, a method for measuring the meandering amount using a two-dimensional CCD camera has also been proposed. For example, Patent Document 1 relates to a method for measuring the camber (plate bending) of a steel sheet in the rough rolling process of a hot rolling line, and describes a method in which a two-dimensional image sensor such as a CCD camera is installed above the exit side of the rough rolling mill and line scanning is performed on the acquired image to calculate the meandering amount of the steel sheet.

また、特許文献2には、連続焼鈍炉内での鋼板の蛇行量を測定する手段が記載されている。具体的には、特許文献2には、連続焼鈍炉内のロールと鋼板を視野に含む画像をカメラにより撮影し、撮影した画像データを画像処理装置に送ることが記載されている。また、その際の画像処理方法として、例えばモノクロの画像データを8ビット程度のデジタルデータに変換し、ノイズ除去処理をした後に2値化処理を実行し、エッジ位置等の特徴量を抽出する方法が記載されている。また、2値化処理を実行した後の鋼板画像と炉内ロール画像との位置関係に基づいてラインセンターとエッジ位置との間の距離を計測し、鋼板の板幅を考慮して蛇行量を算出することが記載されている。 Patent Document 2 also describes a means for measuring the amount of meandering of a steel sheet in a continuous annealing furnace. Specifically, Patent Document 2 describes taking an image including the rolls and steel sheet in the continuous annealing furnace with a camera, and sending the captured image data to an image processing device. As an image processing method for this, for example, a method is described in which monochrome image data is converted into digital data of about 8 bits, noise is removed, and then binarization is performed to extract feature quantities such as edge positions. It also describes measuring the distance between the line center and the edge position based on the positional relationship between the steel sheet image and the in-furnace roll image after binarization, and calculating the amount of meandering taking into account the sheet width of the steel sheet.

特開平4-167911号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-167911 特開平5-331555号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-331555

しかしながら、特許文献1に記載の蛇行量の測定方法は、鋼板の搬送方向の一箇所で鋼板の幅方向1走査線分のラインスキャニングを実行してエッジ位置を特定し、その結果に基づいて蛇行量を算出するものである。このため、鋼板の周囲に霧状水滴やヒュームが存在するとエッジ位置を特定できない場合があり、蛇行量の測定結果として異常な値が出力される可能性がある。一方、特許文献2に記載された蛇行量の測定方法は、画像データの2値化処理を行うために、予め2値化処理を実行するための閾値(上記の例では8ビットのデジタルデータを2値化するための境界値)を適切に設定しなければならない。しかしながら、適切な閾値は、カメラにより画像データを取得する際の照明の条件、撮像対象の鋼板の明るさや色調、周囲に存在する蒸気や外乱の有無、及び画像データの取得環境等に応じて変化する。このため、撮影環境の変化に応じて人が閾値を細かく調整する必要がある。さらに、カメラのレンズの汚れ、鋼板の背景として撮像される設備等の色調の変化、及び熱処理過程における鋼板の色調変化等により、撮影される画像にばらつきが生じ、必ずしもエッジ位置を明瞭に抽出できない場合がある。以上のことから、鋼板の蛇行量を精度よく推定可能な技術の提供が期待されていた。 However, the method for measuring the amount of meandering described in Patent Document 1 performs line scanning of one scanning line in the width direction of the steel plate at one point in the conveying direction of the steel plate to identify the edge position, and calculates the amount of meandering based on the result. Therefore, if there are mist-like water droplets or fumes around the steel plate, the edge position may not be identified, and an abnormal value may be output as the measurement result of the amount of meandering. On the other hand, the method for measuring the amount of meandering described in Patent Document 2 requires that a threshold value for performing the binarization process (a boundary value for binarizing 8-bit digital data in the above example) be appropriately set in advance in order to perform binarization processing of the image data. However, an appropriate threshold value changes depending on the lighting conditions when the image data is acquired by the camera, the brightness and color tone of the steel plate to be imaged, the presence or absence of steam or disturbances in the vicinity, and the environment in which the image data is acquired. For this reason, it is necessary for a person to finely adjust the threshold value according to changes in the shooting environment. Furthermore, due to dirt on the camera lens, changes in the color tone of the equipment, etc. that are imaged as the background of the steel plate, and changes in the color tone of the steel plate during the heat treatment process, the captured image may vary, and the edge position may not be clearly extracted. For these reasons, there was a desire to provide technology that could accurately estimate the amount of steel plate meandering.

本発明は、以上の問題を解決すべくなされたものであり、鋼板の蛇行量を精度よく推定する蛇行量推定モデルを生成可能な鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、鋼板の蛇行量を精度よく推定可能な鋼板の蛇行量推定方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、鋼板の蛇行による製造トラブルの発生を抑制して歩留まりよく鋼板を製造可能な鋼板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a method for generating a meandering amount estimation model for a steel plate, which is capable of generating a meandering amount estimation model that accurately estimates the meandering amount of a steel plate. Another object of the present invention is to provide a method for estimating the meandering amount of a steel plate, which is capable of accurately estimating the meandering amount of a steel plate. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method for a steel plate, which is capable of suppressing the occurrence of manufacturing problems due to meandering of the steel plate and manufacturing steel plate with a good yield.

本発明に係る鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法は、移動する鋼板を撮影することによって取得した鋼板の画像データと、前記画像データに対応する鋼板の蛇行量の測定データとを取得するデータ取得ステップと、前記データ取得ステップにおいて取得した画像データを入力実績データ、前記画像データに対応する鋼板の蛇行量の測定データを出力実績データとした、複数の学習用データを用いた畳み込みニューラルネットワークの手法による機械学習によって、前記鋼板の蛇行量を推定する蛇行量推定モデルを生成するモデル生成ステップと、を含む。 The method for generating a meandering amount estimation model for a steel plate according to the present invention includes a data acquisition step of acquiring image data of the steel plate by photographing the moving steel plate and measurement data of the meandering amount of the steel plate corresponding to the image data, and a model generation step of generating a meandering amount estimation model for estimating the meandering amount of the steel plate by machine learning using a convolutional neural network technique using multiple learning data, with the image data acquired in the data acquisition step being input performance data and the measurement data of the meandering amount of the steel plate corresponding to the image data being output performance data.

前記畳み込みニューラルネットワークは、畳み込み層よりも上流側に1以上の平均プーリング層を含むとよい。 The convolutional neural network may include one or more average pooling layers upstream of the convolutional layers.

前記平均プーリング層のチャンネル数は、前記蛇行量推定モデルの入力データである画像データのチャンネル数と同数であるとよい。 The number of channels of the average pooling layer is preferably the same as the number of channels of the image data that is the input data of the meandering amount estimation model.

本発明に係る鋼板の蛇行量推定方法は、本発明に係る鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法によって生成された蛇行量推定モデルに対して、移動する鋼板を撮影することによって取得した画像データを入力することにより鋼板の蛇行量を推定するステップを含む。 The method for estimating the meandering amount of a steel plate according to the present invention includes a step of estimating the meandering amount of the steel plate by inputting image data obtained by photographing a moving steel plate to a meandering amount estimation model generated by the method for generating a meandering amount estimation model of a steel plate according to the present invention.

本発明に係る鋼板の製造方法は、本発明に係る鋼板の蛇行量推定方法を用いて連続焼鈍設備における鋼板の蛇行量を制御するステップを含む。 The method for manufacturing a steel sheet according to the present invention includes a step of controlling the amount of meandering of a steel sheet in a continuous annealing facility using the method for estimating the amount of meandering of a steel sheet according to the present invention.

本発明に係る鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法によれば、鋼板の蛇行量を精度よく推定する鋼板の蛇行量推定モデルを生成することができる。また、本発明に係る鋼板の蛇行量推定方法によれば、鋼板の蛇行量を精度よく推定することができる。また、本発明に係る鋼板の製造方法によれば、鋼板の蛇行による製造トラブルの発生を抑制して歩留まりよく鋼板を製造することができる。 According to the method for generating a model for estimating the meandering amount of a steel plate according to the present invention, it is possible to generate a model for estimating the meandering amount of a steel plate that accurately estimates the meandering amount of the steel plate. Furthermore, according to the method for estimating the meandering amount of a steel plate according to the present invention, it is possible to accurately estimate the meandering amount of the steel plate. Furthermore, according to the method for manufacturing a steel plate according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of manufacturing problems due to meandering of the steel plate and manufacture the steel plate with a good yield.

図1は、本発明の一実施形態である鋼板の連続搬送設備の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a continuous steel sheet conveying facility according to one embodiment of the present invention. 図2は、鋼板の画像データ及びカメラの設置位置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of image data of a steel plate and installation positions of cameras. 図3は、データ取得部及び蛇行量推定モデル生成部の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the data acquisition unit and the meandering amount estimation model generation unit. 図4は、畳み込みニューラルネットワークの構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a convolutional neural network. 図5は、フィルターの構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of a filter. 図6は、フィルタリング処理を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the filtering process. 図7は、プーリング層に最大プーリングを適用した例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example in which max pooling is applied to a pooling layer. 図8は、第1ドロップアウト層の機能を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the function of the first dropout layer. 図9は、図4に示す畳み込みニューラルネットワークの変形例の構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a modified example of the convolutional neural network shown in FIG. 図10は、平均プーリング処理を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the average pooling process. 図11は、本発明の一実施形態である鋼板の蛇行制御システムの構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a steel sheet meandering control system according to one embodiment of the present invention. 図12は、本発明例及び比較例における蛇行量の推定誤差を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the estimation error of the amount of meandering in the example of the present invention and the comparative example.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔鋼板の連続搬送設備〕
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態である鋼板の連続搬送設備の構成について説明する。
[Continuous steel plate conveying equipment]
First, with reference to FIG. 1, the configuration of a continuous conveying facility for steel sheets according to an embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明の一実施形態である鋼板の連続搬送設備の構成を示す模式図である。図に示すように、本発明の一実施形態である鋼板の連続搬送設備(以下、連続搬送設備と略記)1は、図の左側から右側に向かって鋼板Sを連続的に搬送する設備である。鋼板Sは、連続搬送設備1によって連続的に搬送されながら鋼板Sに対して各種処理を施す処理設備2を通過する。処理設備2は、例えば連続焼鈍ラインにおいては熱処理炉であり、予熱帯、加熱帯、均熱帯、及び冷却帯等の熱処理炉を複数の区画に分けた一部の区画であってもよい。例えば処理設備2が連続焼鈍ラインの冷却帯である場合、熱処理対象の鋼板Sは所定の温度(600~900℃程度)に均熱された状態で処理設備2に装入される。そして、処理設備2に装入された鋼板Sは、複数の搬送ロール3によって処理設備2の出口から搬出されるまでの間に所定の温度まで冷却される。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a continuous conveying equipment for steel sheets according to one embodiment of the present invention. As shown in the figure, a continuous conveying equipment for steel sheets (hereinafter, abbreviated as continuous conveying equipment) 1 according to one embodiment of the present invention is equipment that continuously conveys steel sheets S from the left side to the right side of the figure. The steel sheets S pass through a processing equipment 2 that performs various processes on the steel sheets S while being continuously conveyed by the continuous conveying equipment 1. The processing equipment 2 is, for example, a heat treatment furnace in a continuous annealing line, and may be a part of a heat treatment furnace that is divided into multiple sections, such as a preheating zone, a heating zone, a soaking zone, and a cooling zone. For example, when the processing equipment 2 is a cooling zone of a continuous annealing line, the steel sheets S to be heat treated are charged into the processing equipment 2 in a state where they are soaked to a predetermined temperature (about 600 to 900 ° C.). The steel sheets S charged into the processing equipment 2 are then cooled to a predetermined temperature by multiple conveying rolls 3 before being carried out from the exit of the processing equipment 2.

ここで、鋼板Sの冷却手段としては、ガスジェット冷却、ロール冷却、水冷却(ウォータークエンチ)等を例示することができる。ガスジェット冷却は、ノズルから鋼板Sの表面に気体を吹き付ける冷却手段である。ロール冷却は、鋼板Sを水冷ロールに接触させて冷却する冷却手段である。水冷却は、処理設備2の一部に設置された不図示の水冷槽に鋼板Sを浸漬させて冷却する冷却手段である。これらの冷却手段によって鋼板Sの温度が変化すると、鋼板Sの剛性(縦弾性率)が変化し、蛇行現象が発生する場合がある。また、処理設備2の搬送ロール3を通過する毎に鋼板Sの温度が変化して通板性が不安定となり、蛇行現象が発生する場合がある。また、鋼板Sの温度変化に伴って熱収縮や相変態等により鋼板Sの内部に応力や歪が発生し、鋼板Sの平坦度が乱れて蛇行現象が発生する場合もある。 Here, examples of cooling means for the steel sheet S include gas jet cooling, roll cooling, water cooling (water quenching), etc. Gas jet cooling is a cooling means in which gas is sprayed from a nozzle onto the surface of the steel sheet S. Roll cooling is a cooling means in which the steel sheet S is cooled by contacting it with a water-cooled roll. Water cooling is a cooling means in which the steel sheet S is cooled by immersing it in a water-cooled tank (not shown) installed in a part of the processing equipment 2. If the temperature of the steel sheet S changes due to these cooling means, the rigidity (longitudinal elastic modulus) of the steel sheet S may change, causing the meandering phenomenon. In addition, the temperature of the steel sheet S may change every time it passes through the transport rolls 3 of the processing equipment 2, making the sheet passing property unstable, causing the meandering phenomenon. In addition, stress and distortion may occur inside the steel sheet S due to thermal contraction, phase transformation, etc., as the temperature of the steel sheet S changes, causing the flatness of the steel sheet S to be disturbed, causing the meandering phenomenon.

〔データ取得部〕
図1は、鋼板Sを連続的に搬送する際に処理設備2の上流側において鋼板Sの蛇行量を測定する実施形態を示す。図1に示すように、処理設備2には、移動する鋼板Sの画像を撮影して鋼板Sの画像データを取得するカメラ4及び鋼板Sの蛇行量を測定可能な蛇行量測定装置(蛇行計)5が配置されている。カメラ4及び蛇行量測定装置5は処理設備2の任意の位置に配置してよい。また、カメラ4と蛇行量測定装置5は処理設備2の入口部の上流側や出口部の下流側のように必ずしも処理設備2内に配置する必要はない。なお、本実施形態では、カメラ4と蛇行量測定装置5は概ねの同一の位置に配置されている。概ね同一の位置とは、隣り合う2つの搬送ロール間にカメラ4と蛇行量測定装置5とが配置されていることをいう。連続する搬送ロール間であれば、カメラ4が鋼板Sの画像データを取得する位置と蛇行量測定装置5が鋼板Sの蛇行量を測定する位置とでは、鋼板Sの蛇行量は大きく変化しないからである。
[Data Acquisition Section]
FIG. 1 shows an embodiment in which the meandering amount of the steel sheet S is measured on the upstream side of the processing equipment 2 when the steel sheet S is continuously transported. As shown in FIG. 1, the processing equipment 2 is provided with a camera 4 that takes an image of the moving steel sheet S to acquire image data of the steel sheet S, and a meandering amount measuring device (meander meter) 5 that can measure the meandering amount of the steel sheet S. The camera 4 and the meandering amount measuring device 5 may be disposed at any position in the processing equipment 2. Moreover, the camera 4 and the meandering amount measuring device 5 do not necessarily have to be disposed in the processing equipment 2, such as the upstream side of the inlet part of the processing equipment 2 or the downstream side of the outlet part. In this embodiment, the camera 4 and the meandering amount measuring device 5 are disposed at approximately the same position. Approximately the same position means that the camera 4 and the meandering amount measuring device 5 are disposed between two adjacent transport rolls. This is because the meandering amount of the steel sheet S does not change significantly between the position where the camera 4 acquires image data of the steel sheet S and the position where the meandering amount measuring device 5 measures the meandering amount of the steel sheet S, as long as it is between consecutive transport rolls.

また、隣り合う2つの搬送ロール間にカメラ4を設置する場合に、鋼板Sがいずれかの搬送ロールに巻き付く位置に蛇行量測定装置5を配置するとよい。一方、鋼板Sが搬送ロールに巻き付く位置にカメラ4を設置する場合には、蛇行量測定装置5は、その搬送ロールから5m以内の位置にあるとよい。鋼板Sの板幅は概ね500~2500mm程度の範囲であり、測定対象の鋼板Sの板幅に対して2~10倍程度離れた位置までは鋼板Sの蛇行量は大きく変化しないと考えられるからである。但し、カメラ4が鋼板Sの画像データを取得する位置と同一の位置において蛇行量測定装置5を用いた蛇行量の測定を行うのがより好ましい。 When the camera 4 is installed between two adjacent transport rolls, the meandering amount measuring device 5 should be located at a position where the steel sheet S wraps around one of the transport rolls. On the other hand, when the camera 4 is installed at a position where the steel sheet S wraps around a transport roll, the meandering amount measuring device 5 should be located within 5 m of the transport roll. This is because the width of the steel sheet S is generally in the range of about 500 to 2500 mm, and it is considered that the meandering amount of the steel sheet S does not change significantly up to a position about 2 to 10 times the width of the steel sheet S to be measured. However, it is more preferable to measure the meandering amount using the meandering amount measuring device 5 at the same position where the camera 4 acquires image data of the steel sheet S.

本実施形態では、カメラ4として2次元カメラ(エリアカメラ)を用いる。但し、カメラ4は、カラーカメラであっても、モノクロカメラであってもよい。処理設備2が熱処理炉等の場合、カメラ4は必ずしも処理設備2の内部に配置する必要はない。処理設備2に画像データ取得用の窓を設け、例えばガラス等を通じて鋼板Sの画像データを取得してもよい。また、カメラ4は赤外線の波長成分を選択的に撮像する赤外線カメラであってもよい。カメラ4として2次元カメラを用いた場合に取得される鋼板Sの画像データの例を図2(a)に示す。図2(a)に示す鋼板Sの画像データはカラーカメラにより取得された鋼板Sの画像データであり、図2(c)に示すカメラ4Aの位置から撮影した鋼板Sの画像(以下、画像Aと表記)である。 In this embodiment, a two-dimensional camera (area camera) is used as the camera 4. However, the camera 4 may be a color camera or a monochrome camera. When the processing equipment 2 is a heat treatment furnace or the like, the camera 4 does not necessarily need to be placed inside the processing equipment 2. A window for acquiring image data may be provided in the processing equipment 2, and image data of the steel sheet S may be acquired through, for example, glass. The camera 4 may also be an infrared camera that selectively captures infrared wavelength components. An example of image data of the steel sheet S acquired when a two-dimensional camera is used as the camera 4 is shown in FIG. 2(a). The image data of the steel sheet S shown in FIG. 2(a) is image data of the steel sheet S acquired by a color camera, and is an image of the steel sheet S taken from the position of the camera 4A shown in FIG. 2(c) (hereinafter referred to as image A).

画像Aは処理設備2の下側から処理設備2の下流側の方向に向けて撮影した例であり、鋼板Sが複数の搬送ロールの巻き付いている様子が撮影されている。図2(a)において画像Aに付記した3本の破線は、搬送ロールの下部の位置を表している。また、図2(a)には、鋼板Sが最も上流側(手前側)の搬送ロールに巻き付いている状態でのエッジ部の位置を付記している。このとき蛇行量測定装置5を用いて最も上流側の搬送ロールの位置で鋼板Sの蛇行量を測定すると、後述する畳み込みニューラルネットワークを用いた学習により、画像Aの上方に見える最上流側のエッジ部についての特徴量が抽出され、測定される蛇行量と対応付けられる。画像Aにおいて鋼板Sが最上流側の搬送ロールに巻き付く位置でのエッジ部の画像が最も大きく撮影されているためである。このため、下流側の搬送ロール3により搬送される鋼板Sの画像が含まれていても最上流側のエッジ部の位置情報を抽出する際に大きな阻害要因とはならない。 Image A is an example taken from the bottom of the processing equipment 2 toward the downstream side of the processing equipment 2, and shows the steel sheet S wrapped around multiple transport rolls. The three dashed lines attached to image A in FIG. 2(a) represent the positions of the lower part of the transport rolls. Also, FIG. 2(a) shows the position of the edge part when the steel sheet S is wrapped around the most upstream (nearest) transport roll. When the meandering amount of the steel sheet S is measured at the position of the most upstream transport roll using the meandering amount measuring device 5, the feature amount of the most upstream edge part seen above image A is extracted by learning using a convolutional neural network described later, and is associated with the measured meandering amount. This is because the image of the edge part at the position where the steel sheet S is wrapped around the most upstream transport roll in image A is the largest. Therefore, even if an image of the steel sheet S transported by the downstream transport roll 3 is included, it does not become a major obstacle to extracting the position information of the most upstream edge part.

一方、図2(b)は、図2(c)に示すカメラ4Bによって撮影される鋼板Sの画像(以下、画像Bと表記)を模式図で示したものである。搬送ロールと次の搬送ロールとの中間位置で鋼板Sの画像を撮影する場合には、画像Bのように比較的単純な画像が取得される。このような画像についても、鋼板Sのエッジ部に関する位置情報が抽出され、鋼板Sの蛇行量を推定できる。鋼板Sの画像データは、鋼板Sの幅方向両端部が撮像されていることが好ましい。また、鋼板Sの長手方向の撮像範囲は、鋼板Sの板幅Wに対して0.1~10.0Wの搬送方向の長さが含まれているのが好ましい。搬送方向の撮像範囲が0.1Wよりも短い場合、鋼板Sの搬送方向にわたって得られるエッジ部の位置情報が少なくなるからである。また、搬送方向の撮像範囲が10.0Wを超えると、1枚の画像データの範囲内で鋼板Sの蛇行量が変化し、エッジ部の位置を精度よく認識するのが難しくなるからである。より好ましくは0.15~5.0Wの範囲である。 On the other hand, FIG. 2(b) is a schematic diagram showing an image of the steel sheet S (hereinafter referred to as image B) taken by the camera 4B shown in FIG. 2(c). When an image of the steel sheet S is taken at an intermediate position between the transport roll and the next transport roll, a relatively simple image like image B is obtained. Even from such an image, position information on the edge of the steel sheet S can be extracted, and the amount of meandering of the steel sheet S can be estimated. It is preferable that the image data of the steel sheet S includes both ends in the width direction of the steel sheet S. In addition, it is preferable that the imaging range in the longitudinal direction of the steel sheet S includes a length in the transport direction of 0.1 to 10.0 W with respect to the plate width W of the steel sheet S. This is because if the imaging range in the transport direction is shorter than 0.1 W, the position information of the edge portion obtained over the transport direction of the steel sheet S will be reduced. In addition, if the imaging range in the transport direction exceeds 10.0 W, the amount of meandering of the steel sheet S changes within the range of one piece of image data, making it difficult to accurately recognize the position of the edge portion. More preferably, it is in the range of 0.15 to 5.0 W.

本実施形態では、鋼板Sの画像データとして、鋼板Sの幅方向両端部を含み、一つの画像データ内では搬送方向には蛇行量が概ね変化していないものを用いる。なお、本実施形態の鋼板Sの画像データには、鋼板Sの他に搬送ロール3等の処理設備2内で位置が固定された構造物が含まれていてもよい。撮像された構造物と鋼板Sとの相対的な位置関係に基づき蛇行量の推定精度が向上するからである。また、カメラ4により取得される複数の画像データは、固定した位置から撮影されるものであることが好ましい。撮影された鋼板Sの画像内での位置により鋼板Sの蛇行状態を特定しやすくなるからである。 In this embodiment, the image data of the steel sheet S includes both ends of the steel sheet S in the width direction, and the amount of meandering does not change much in the transport direction within one image data. In addition to the steel sheet S, the image data of the steel sheet S in this embodiment may also include structures whose positions are fixed within the processing equipment 2, such as the transport rolls 3. This is because the accuracy of estimating the amount of meandering is improved based on the relative positional relationship between the captured structure and the steel sheet S. In addition, it is preferable that the multiple image data acquired by the camera 4 are captured from a fixed position. This is because it is easier to identify the meandering state of the steel sheet S based on the position of the captured image of the steel sheet S.

図1に戻る。蛇行量測定装置5としては、バックライト方式により鋼板Sのエッジ位置を検出する装置や、レーダー方式、カメラ画像を画像処理する方式(ITV方式)、電磁波式の蛇行量測定装置等、従来技術として蛇行量の計測に使用されてきたものを用いることができる。ここで、電磁波式の蛇行量測定装置とは、鋼板Sのエッジに向けて電磁波を射出し、反射波の伝搬時間から鋼板Sのエッジ位置を検出し、これを蛇行量に換算する装置である。少なくとも測定環境について外乱の少ない条件を選択すれば、鋼板Sの蛇行量についての正確な測定データを取得できる。また、蛇行量測定装置5は処理設備2の操業中に常時用いるものでなくてよく、仮設の計測装置でよい。鋼板Sの熱処理炉のような処理設備2では、熱や雰囲気等の環境がセンサーに悪影響を与えるため、長期間の操業に使用できない場合があるが、一時的に使用して学習用データを収集する目的であれば、十分な精度と耐久性を備える蛇行計を選択できるからである。 Return to FIG. 1. As the meandering amount measuring device 5, a device that detects the edge position of the steel sheet S using a backlight method, a radar method, a method of processing camera images (ITV method), an electromagnetic wave type meandering amount measuring device, and other conventional technologies that have been used to measure the meandering amount can be used. Here, the electromagnetic wave type meandering amount measuring device is a device that emits electromagnetic waves toward the edge of the steel sheet S, detects the edge position of the steel sheet S from the propagation time of the reflected wave, and converts this into the meandering amount. By selecting conditions with at least little disturbance for the measurement environment, accurate measurement data on the meandering amount of the steel sheet S can be obtained. In addition, the meandering amount measuring device 5 does not need to be used constantly during the operation of the processing equipment 2, and may be a temporary measuring device. In the processing equipment 2 such as a heat treatment furnace for the steel sheet S, the environment such as heat and atmosphere may have a negative effect on the sensor, so that it may not be possible to use it for a long period of time, but if the purpose is to use it temporarily to collect learning data, a meandering meter with sufficient accuracy and durability can be selected.

データ取得部10は、カメラ4によって鋼板Sを撮影することにより取得した鋼板Sの画像データと、鋼板Sの画像データを取得したタイミングと同期して蛇行量測定装置5により取得した鋼板Sの蛇行量の測定データとを、データセットとして対応付ける。但し、同一の鋼板Sについて、カメラ4によって鋼板Sを撮影するタイミングと蛇行量測定装置5により鋼板Sの蛇行量を測定するタイミングとを完全に一致させる必要はない。例えば、図1に示す例では、鋼板Sの搬送方向に対してカメラ4が蛇行量測定装置5よりも上流側の位置に配置されている。この場合、カメラ4により鋼板Sの画像データを取得するタイミングと蛇行量測定装置5により蛇行量の測定データを取得するタイミングは同時であっても良いが、蛇行量測定装置5により蛇行量の測定データを取得するタイミングを鋼板Sがカメラ4の位置から蛇行量測定装置5の位置まで搬送される時間だけ遅らせてもよい。すなわち、鋼板Sの蛇行状態が変化しないと想定される範囲で、カメラ4により鋼板Sの画像データを取得するタイミングと蛇行量測定装置5により蛇行量の測定データを取得するタイミングとの間にずれがあってもよい。 The data acquisition unit 10 associates, as a data set, the image data of the steel plate S acquired by photographing the steel plate S with the camera 4 and the measurement data of the meandering amount of the steel plate S acquired by the meandering amount measurement device 5 in synchronization with the timing of acquiring the image data of the steel plate S. However, for the same steel plate S, it is not necessary to completely match the timing of photographing the steel plate S with the camera 4 and the timing of measuring the meandering amount of the steel plate S with the meandering amount measurement device 5. For example, in the example shown in FIG. 1, the camera 4 is disposed at a position upstream of the meandering amount measurement device 5 with respect to the conveying direction of the steel plate S. In this case, the timing of acquiring the image data of the steel plate S with the camera 4 and the timing of acquiring the meandering amount measurement data with the meandering amount measurement device 5 may be simultaneous, but the timing of acquiring the meandering amount measurement data with the meandering amount measurement device 5 may be delayed by the time it takes for the steel plate S to be conveyed from the position of the camera 4 to the position of the meandering amount measurement device 5. In other words, within the range in which the meandering state of the steel sheet S is assumed not to change, there may be a lag between the timing at which the camera 4 acquires image data of the steel sheet S and the timing at which the meandering amount measurement device 5 acquires measurement data on the meandering amount.

また、カメラ4により取得した画像データと蛇行量測定装置5により取得した蛇行量の測定データは、鋼板Sの長手方向の複数の位置において取得したデータセットとすることができる。鋼板Sの蛇行量は、鋼板Sの長手方向で変化する場合があるからである。また、鋼板Sの先端部又は尾端部において、他の鋼板Sとの接合部のように鋼板Sの長手方向における特定の位置で学習用データを取得してもよい。また、鋼板Sの先端部から尾端部までの全長に対して、一定の周期(例えば、1~10sec)で学習用データを取得してもよい。以上のようにして取得した鋼板Sの画像データとその画像データと対応付けられた蛇行量の測定データは蛇行量推定モデル生成部20(図3参照)に送られる。 The image data acquired by the camera 4 and the measurement data of the meandering amount acquired by the meandering amount measuring device 5 can be a data set acquired at multiple positions in the longitudinal direction of the steel plate S. This is because the meandering amount of the steel plate S may change in the longitudinal direction of the steel plate S. Furthermore, learning data may be acquired at a specific position in the longitudinal direction of the steel plate S, such as at the joint with another steel plate S, at the leading or trailing end of the steel plate S. Furthermore, learning data may be acquired at a constant period (e.g., 1 to 10 sec) for the entire length from the leading end to the trailing end of the steel plate S. The image data of the steel plate S acquired in the above manner and the measurement data of the meandering amount associated with the image data are sent to the meandering amount estimation model generation unit 20 (see FIG. 3).

図3に示すように、データ取得部10は、鋼板Sの蛇行量の測定データとして誤差が大きいデータセットを除去するためのスクリーニング処理部11を備えるとよい。スクリーニング処理部11は、鋼板Sの蛇行量の測定データが撮影環境に対する外乱の影響を受けたものであるか否かを判定する。そして、蛇行量の測定データへの外乱の影響が大きい場合、スクリーニング処理部11は、その蛇行量の測定データと鋼板Sの画像データのデータセットを蛇行量推定モデル生成部20の学習用データから除外する。ここで、撮影環境に対する外乱とは、鋼板Sの色ムラ等の色調の変動、鋼板Sの周囲に存在する霧状水滴、撮影に用いるカメラ4のレンズの汚れ、画像の背景色の変化等、一時的又は経時的に鋼板Sの画像データに対してノイズとなるものをいう。例えば、鋼板Sの長手方向に連続的に取得した蛇行量の測定データの変動幅が予め設定した閾値よりも大きい場合、スクリーニング処理部11は、蛇行量の測定データと対応する鋼板Sの画像データを取り除く。また、カメラ4により取得した画像データの輝度値が鋼板Sの長手方向で変動する変動幅が予め設定した閾値よりも大きい場合、スクリーニング処理部11は、蛇行量の測定データと対応する鋼板Sの画像データを取り除いてもよい。 As shown in FIG. 3, the data acquisition unit 10 may include a screening processing unit 11 for removing a data set with a large error as the measurement data of the meandering amount of the steel sheet S. The screening processing unit 11 judges whether the measurement data of the meandering amount of the steel sheet S is affected by disturbances to the shooting environment. If the disturbances have a large effect on the measurement data of the meandering amount, the screening processing unit 11 excludes the measurement data of the meandering amount and the data set of the image data of the steel sheet S from the learning data of the meandering amount estimation model generation unit 20. Here, disturbances to the shooting environment refer to things that become noise in the image data of the steel sheet S temporarily or over time, such as color tone fluctuations such as color unevenness of the steel sheet S, mist-like water droplets present around the steel sheet S, dirt on the lens of the camera 4 used for shooting, and changes in the background color of the image. For example, if the fluctuation range of the measurement data of the meandering amount continuously acquired in the longitudinal direction of the steel sheet S is greater than a preset threshold value, the screening processing unit 11 removes the image data of the steel sheet S corresponding to the measurement data of the meandering amount. Furthermore, if the fluctuation range of the brightness value of the image data acquired by the camera 4 in the longitudinal direction of the steel sheet S is greater than a preset threshold value, the screening processing unit 11 may remove the image data of the steel sheet S that corresponds to the measurement data of the meandering amount.

〔蛇行量推定モデル生成部〕
図3に示すように、蛇行量推定モデル生成部20は、データ取得部10で取得され、必要に応じてスクリーニング処理が施された鋼板Sの画像データと、その画像データに対応する鋼板Sの蛇行量の測定データとを取得し、それらを対応付けしてデータセットとしてデータベース部21に蓄積する。蛇行量推定モデル生成部20では、機械学習部23が、データベース部21に蓄積された学習用データを用いて鋼板Sの蛇行量を推定する蛇行量推定モデルMを生成する。蛇行量推定モデル生成部20は、連続搬送設備1による鋼板Sの製造工程を統括する制御用計算機の内部にあってもよく、制御用計算機とは別個のハードウエアにより構成してもよい。また、後述する蛇行量推定部30(図11参照)に配置してもよい。
[Meander amount estimation model generation unit]
As shown in FIG. 3, the meandering amount estimation model generation unit 20 acquires image data of the steel sheet S acquired by the data acquisition unit 10 and subjected to screening processing as necessary, and measurement data of the meandering amount of the steel sheet S corresponding to the image data, and stores them as a data set in the database unit 21 by associating them. In the meandering amount estimation model generation unit 20, the machine learning unit 23 generates a meandering amount estimation model M that estimates the meandering amount of the steel sheet S using the learning data accumulated in the database unit 21. The meandering amount estimation model generation unit 20 may be located inside a control computer that controls the manufacturing process of the steel sheet S by the continuous conveying equipment 1, or may be configured by hardware separate from the control computer. It may also be arranged in a meandering amount estimation unit 30 (see FIG. 11) described later.

データベース部21に蓄積するデータセットの数は、5、000個以上、好ましくは10、000個以上、より好ましくは50、000個以上である。また、鋼板Sの板幅等の属性情報に基づきデータセットを区分して、それらの区分に応じて蛇行量推定モデルMを生成してもよい。データベース部21に蓄積されるデータセットは、一定のデータセット数を上限として、その上限内で適宜更新してもよい。蛇行量推定モデル生成部20は、データベース部21に学習用データが蓄積された後、蛇行量推定モデルMを生成する機械学習を実行する前に、必要に応じてデータベース部21に蓄積されたデータセットに対して予備処理を実行する予備処理部22を備えている。予備処理部22で実行する予備処理は、例えば画像データのデータ圧縮や、画像データや蛇行量の測定データの規格化、データシャッフル等である。 The number of data sets stored in the database unit 21 is 5,000 or more, preferably 10,000 or more, and more preferably 50,000 or more. The data sets may be divided based on attribute information such as the width of the steel plate S, and the meandering amount estimation model M may be generated according to the division. The data sets stored in the database unit 21 may be updated appropriately within a certain number of data sets as an upper limit. The meandering amount estimation model generation unit 20 includes a preliminary processing unit 22 that performs preliminary processing on the data sets stored in the database unit 21 as necessary after the learning data is accumulated in the database unit 21 and before machine learning is performed to generate the meandering amount estimation model M. The preliminary processing performed by the preliminary processing unit 22 is, for example, data compression of image data, standardization of image data and measurement data of meandering amount, data shuffling, etc.

(1)データ圧縮
近年のカメラの解像度の向上は顕著であるが、鋼板Sの蛇行量を推定する上では鋼板Sの画像データに含まれる全ての情報を入力実績データに使用して機械学習するのは計算機のメモリと計算時間の観点から効率的でない場合がある。このため、2次元画像の横方向(x方向)及び縦方向(y方向)共に画素数を予め圧縮するとよい。具体的には、鋼板Sの画像データの画素数をx方向、y方向共に50~100程度まで圧縮するのが好ましい。
(1) Data Compression Although the resolution of cameras has improved significantly in recent years, machine learning using all information contained in the image data of the steel sheet S as input performance data to estimate the amount of meandering of the steel sheet S may not be efficient in terms of computer memory and calculation time. For this reason, it is advisable to compress the number of pixels in both the horizontal direction (x direction) and vertical direction (y direction) of the two-dimensional image in advance. Specifically, it is preferable to compress the number of pixels of the image data of the steel sheet S to about 50 to 100 in both the x direction and the y direction.

(2)規格化
予備処理部22は、データベース部21に蓄積した入力実績データである画像データと、出力実績データである鋼板Sの蛇行量の測定データに対して規格化を行ってもよい。規格化は、機械学習中の重み係数の更新を効率的に行うためであり、機械学習に際して勾配消失問題を回避する上で有効である。入力データ及び出力データの規格化に際しては、各データの最小値及び最大値を特定し、0~1の範囲で規格化するのが好ましい。また、変数の平均値を算出して、-1~+1の範囲で規格化してもよい。
(2) Normalization The preliminary processing unit 22 may normalize the image data, which is the input performance data stored in the database unit 21, and the measurement data of the meandering amount of the steel sheet S, which is the output performance data. Normalization is performed to efficiently update the weight coefficients during machine learning, and is effective in avoiding the gradient vanishing problem during machine learning. When normalizing the input data and the output data, it is preferable to identify the minimum and maximum values of each data and normalize them in the range of 0 to 1. In addition, the average value of the variables may be calculated and normalized in the range of -1 to +1.

(3)データシャッフル
データベース部21には、入力実績データである画像データと出力実績データである蛇行量の測定データから構成されるデータセットがデータを取得した順番で蓄積される。これに対して、データベース部21に蓄積されたデータセットの順番をランダムに並べ替えるデータシャッフルを行ってもよい。時系列に取得したデータセットの順番を変更することにより、蛇行量推定モデルMの汎化性能を向上させ、過学習を抑制できる。
(3) Data Shuffling Data sets made up of image data, which is input actual data, and measurement data of the amount of meandering, which is output actual data, are stored in the database unit 21 in the order in which the data was acquired. In response to this, data shuffling may be performed to randomly rearrange the order of the data sets stored in the database unit 21. By changing the order of the data sets acquired in chronological order, the generalization performance of the meandering amount estimation model M can be improved and overlearning can be suppressed.

(4)データ分割
データベース部21に蓄積したデータセットを学習用データとテスト用データに分割してもよい。学習用データは、全データセットの70~80%として機械学習用とする。一方、残りのデータセットは、機械学習部23による機械学習が完了して得られる蛇行量推定モデルMがテスト用データに対しても良好に性能を発揮できるか確認するために使用する。
(4) Data division The data set stored in the database unit 21 may be divided into training data and test data. The training data is used for machine learning, making up 70 to 80% of the entire data set. On the other hand, the remaining data set is used to check whether the meandering amount estimation model M obtained after the machine learning unit 23 completes machine learning can also perform well on the test data.

機械学習部23は、データベース部21に蓄積されたデータセットを用いて、画像データを入力実績データ、鋼板Sの蛇行量の測定データを出力実績データとした、複数の学習用データを用いた機械学習によって、鋼板Sの画像データから蛇行量を推定する蛇行量推定モデルMを生成する。蛇行量推定モデルMを生成するための機械学習モデルは、実用上十分な蛇行量の推定精度が得られれば、いずれの機械学習モデルでもよい。例えば、一般的に用いられるニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰等を用いることができる。また、複数のモデルを組み合わせたアンサンブルモデルを用いてもよい。しかしながら、本実施形態は、機械学習の手法として畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いる点に特徴を有する。 The machine learning unit 23 uses the data set accumulated in the database unit 21 to generate a meandering amount estimation model M that estimates the meandering amount from the image data of the steel sheet S by machine learning using multiple learning data, in which the image data is used as input actual data and the measurement data of the meandering amount of the steel sheet S is used as output actual data. The machine learning model for generating the meandering amount estimation model M may be any machine learning model as long as it can obtain sufficient estimation accuracy for the meandering amount for practical use. For example, commonly used neural networks, decision tree learning, random forests, support vector regression, etc. may be used. Also, an ensemble model combining multiple models may be used. However, this embodiment is characterized in that a convolutional neural network (CNN) is used as a machine learning method.

畳み込みニューラルネットワークとは、畳み込み層とプーリング層を含むニューラルネットワークであり、画像を判別する機能に優れる。ここで、図4を参照して、本実施形態の畳み込みニューラルネットワークの構成について説明する。鋼板Sの画像データがカラーである場合、画像データは、RGBの3チャンネルに対応してチャンネル毎に輝度値を例えば0~255の数値情報に変換できる。すなわち、カラーの画像データから取得した画像情報は、画像の縦方向ピクセル数×横方向ピクセル数×輝度値×チャンネル数の情報となる。図4に示す例では、チャンネル毎に縦方向ピクセル数×横方向ピクセル数×輝度値の配列情報が記載されている。 A convolutional neural network is a neural network that includes a convolutional layer and a pooling layer, and has excellent image discrimination capabilities. Here, the configuration of the convolutional neural network of this embodiment will be described with reference to FIG. 4. When the image data of the steel sheet S is color, the image data can convert the brightness value for each channel into numerical information, for example, 0 to 255, corresponding to the three RGB channels. In other words, the image information obtained from the color image data is information of the number of vertical pixels of the image x the number of horizontal pixels x brightness value x number of channels. In the example shown in FIG. 4, array information of the number of vertical pixels x the number of horizontal pixels x brightness value is described for each channel.

図4に示すように、本実施形態の畳み込みニューラルネットワークは、これらの画像データ(入力データ)に対して、第1畳み込み層、第2畳み込み層、プーリング層、全結合層、及び出力層をこれらの順に備える。また、全結合層の上流側及び下流側にそれぞれ第1ドロップアウト層及び第2ドロップアウト層を備える。この畳み込みニューラルネットワークにおいて、第1畳み込み層及び第2畳み込み層は、入力データに対してカーネルと呼ばれるフィルターを用いたフィルタリング処理を施して特徴マップを生成する。畳み込みとは、入力データにフィルターを適用して、特徴マップと呼ばれる出力を生成する演算処理をいう。フィルタリング処理に用いるフィルターは、例えば図5に示すような縦方向3ピクセル×横方向3ピクセルのフィルターである。このフィルター内の9つのピクセル位置には重み係数ωij(iはフィルター内の行番号、jはフィルター内の列番号を指す)が割り当てられており、フィルターをかける入力画像の各ピクセル位置での輝度値と重み係数との積を求め、これらの総和を求める。算出されたフィルター内での総和に対しては、バイアスを設け、活性化関数により出力値を算出し、この値を特徴マップのピクセル位置に割り当てる。なお、フィルターサイズの数値は、画像の縦方向と横方向のピクセル数に対応する。例えばフィルターサイズ3とは、図5に示すように、縦方向3ピクセル×横方向3ピクセルのフィルターをいう。本実施形態の畳み込み層には、活性化関数として非線形関数を用いるのが好ましく、学習時の勾配消失問題が抑制できるようRelu関数を用いるのが好ましい。 As shown in FIG. 4, the convolutional neural network of this embodiment includes a first convolutional layer, a second convolutional layer, a pooling layer, a fully connected layer, and an output layer in this order for these image data (input data). In addition, a first dropout layer and a second dropout layer are provided upstream and downstream of the fully connected layer, respectively. In this convolutional neural network, the first convolutional layer and the second convolutional layer perform a filtering process on the input data using a filter called a kernel to generate a feature map. Convolution refers to a calculation process in which a filter is applied to the input data to generate an output called a feature map. The filter used for the filtering process is, for example, a filter of 3 pixels vertically by 3 pixels horizontally as shown in FIG. 5. A weighting factor ωij (i indicates the row number in the filter and j indicates the column number in the filter) is assigned to the nine pixel positions in this filter, and the product of the brightness value and the weighting factor at each pixel position of the input image to be filtered is calculated, and the sum of these is calculated. A bias is provided for the calculated sum in the filter, and an output value is calculated using an activation function, and this value is assigned to the pixel position of the feature map. The filter size value corresponds to the number of pixels in the vertical and horizontal directions of the image. For example, a filter size of 3 refers to a filter of 3 pixels vertically by 3 pixels horizontally, as shown in FIG. 5. In the convolution layer of this embodiment, it is preferable to use a nonlinear function as the activation function, and it is preferable to use the Relu function so that the gradient vanishing problem during learning can be suppressed.

以上のようなフィルターは、図6(a)~(f)に示すように、画像内でフィルターの位置を縦方向及び横方向に移動させながら各位置での出力値を求めることにより、1つの入力画像に対応した特徴マップを生成する。フィルターの位置を移動させる際の移動量をストライドと呼び、設定するストライドの数によって第1特徴マップのサイズが変化する。なお、ストライド1とは、フィルターの位置を1ピクセルずつ移動させることを意味する。特徴マップを生成するためのフィルターは複数用いることができ、複数のフィルターを組み合わせて判別した方が識別性能が向上する。これにより、1つの入力画像に対して使用するフィルターの数に対応する複数の特徴マップが生成される。なお、特徴マップを生成する際には、入力画像の周辺を0で埋めるパディングを行ってもよい。元画像の端部の情報の不足を防ぐことができるからである。 As shown in Figs. 6(a) to (f), the above filters generate a feature map corresponding to one input image by calculating the output value at each position while moving the filter position vertically and horizontally within the image. The amount of movement when moving the filter position is called the stride, and the size of the first feature map changes depending on the number of strides set. A stride of 1 means that the filter position is moved by one pixel at a time. Multiple filters can be used to generate the feature map, and discrimination performance is improved by combining multiple filters. In this way, multiple feature maps corresponding to the number of filters used for one input image are generated. When generating the feature map, padding may be performed to fill the periphery of the input image with zeros. This is because it is possible to prevent a lack of information on the edges of the original image.

畳み込みニューラルネットワークでは、この畳み込み層によって、画像データの中における鋼板Sのエッジ位置を特定することができる。また、カメラ4により取得された鋼板Sの画像の中に固定構造物が含まれている場合には、画像データ内の鋼板Sと固定構造物との相対的な位置関係を反映した画像の特徴量が抽出されるので、カメラ4により取得される複数の画像データが異なる位置から撮影された画像であっても鋼板Sの蛇行量を推定できる。 In a convolutional neural network, this convolutional layer makes it possible to identify the edge position of the steel plate S in the image data. Furthermore, if a fixed structure is included in the image of the steel plate S acquired by the camera 4, image features reflecting the relative positional relationship between the steel plate S and the fixed structure in the image data are extracted, so that the amount of meandering of the steel plate S can be estimated even if the multiple image data acquired by the camera 4 are images taken from different positions.

本実施形態では、畳み込みニューラルネットワークの入力となる画像データに対して、第1畳み込み層により第1特徴マップを生成し、さらに第2畳み込み層により第2特徴マップを生成する。本実施形態の画像データは、鋼板Sのように平面的で比較的単純な画像を対象としているので畳み込み層を2層設けることにより、画像が有する特徴量を効率的に抽出し、過学習を抑制することができる。ここで、第1特徴マップを生成する第1畳み込み層の好ましい形態を例示すると、フィルター数32~128、フィルターサイズ3~5、ストライド1の畳み込み層である。また、第2特徴マップを生成する第2畳み込み層の好ましい形態を例示すると、フィルター数64~256、フィルターサイズ3~5、ストライド1の畳み込み層である。 In this embodiment, a first feature map is generated by the first convolution layer for image data that is input to the convolutional neural network, and a second feature map is generated by the second convolution layer. Since the image data in this embodiment is targeted at planar and relatively simple images such as steel plate S, by providing two convolution layers, it is possible to efficiently extract the features of the image and suppress overlearning. Here, a preferred example of the first convolution layer that generates the first feature map is a convolution layer with 32 to 128 filters, 3 to 5 filter sizes, and 1 stride. Also, a preferred example of the second convolution layer that generates the second feature map is a convolution layer with 64 to 256 filters, 3 to 5 filter sizes, and 1 stride.

本実施形態で取得する鋼板Sの画像データは、図2(b)に示すように、鋼板Sの長手方向が縦方向になるように撮像され、鋼板Sの左右のエッジ部が画像の上下方向になるように撮影されるとよい。この場合、1枚の画像内では鋼板の左右のエッジ部は直線として認識される。そのため、入力となる画像データに対して、左右方向にのみ畳み込み処理を実行しても、画像内の鋼板Sのエッジ位置を特定することは可能と考えられる。しかしながら、本実施形態では、入力となる画像データに対して左右方向及び上下方向に畳み込み処理を実行する。上下方向にも畳み込み処理を行うことによって、画像の一部にノイズが含まれていても、画像内の縦方向からエッジ位置の平均的な位置情報を特定することになるため、安定したエッジ位置の識別が可能となる。特に、鋼板の連続搬送設備1内には、水蒸気等の撮影環境に対する外乱が含まれる場合があり、2次元の畳み込み処理が有効となる。なお、本発明で撮影する鋼板Sの画像データは、鋼板Sの長手方向が横方向になるように撮像され、鋼板の左右のエッジ部が画像の上下方向になるように撮影されても同様の効果が得られる。また、図2(a)に示した例のように、鋼板の長手方向が縦方向に撮影され、蛇行量を特定するための鋼板の画像が全体の画像の中で一部のみ撮影されていてもよい。 As shown in FIG. 2(b), the image data of the steel plate S acquired in this embodiment is preferably captured so that the longitudinal direction of the steel plate S is vertical, and the left and right edge portions of the steel plate S are captured so that they are in the vertical direction of the image. In this case, the left and right edge portions of the steel plate are recognized as straight lines in one image. Therefore, even if the input image data is subjected to convolution processing only in the horizontal direction, it is considered possible to identify the edge position of the steel plate S in the image. However, in this embodiment, the input image data is subjected to convolution processing in the horizontal and vertical directions. By performing convolution processing in the vertical direction as well, even if noise is contained in a part of the image, the average position information of the edge position is identified from the vertical direction in the image, so that stable edge position identification is possible. In particular, there are cases in which disturbances to the shooting environment such as water vapor are contained in the continuous conveying equipment 1 for steel plates, and two-dimensional convolution processing is effective. The same effect can be obtained even if the image data of the steel plate S captured in this invention is captured so that the longitudinal direction of the steel plate S is horizontal, and the left and right edge portions of the steel plate are captured so that they are in the vertical direction of the image. Also, as in the example shown in FIG. 2(a), the longitudinal direction of the steel plate may be photographed vertically, and the image of the steel plate for determining the amount of meandering may be photographed only partially within the entire image.

第2畳み込み層で生成された第2特徴マップの情報はプーリング層で集約され、第3特徴マップが生成される。プーリング層は第2特徴マップの情報を圧縮する役割を有する。図7はプーリング層に最大プーリングを適用した例を示す(ストライド2の例である)。最大プーリングとは、プーリング層の入力となる第2特徴マップを一定の領域(プールサイズ)で区切って(図7の例では3行×3列)、その中の最大値を抽出して新たな特徴マップとして出力する処理である。但し、プーリング層に用いるフィルターは、最大値を抽出するものでなく、平均値を抽出するものであってもよい。このようなプーリング層により、入力画像の特徴を維持しながら情報量を削減し、次元圧縮された第3特徴マップを生成できる。プーリング層は、情報を圧縮する機能により、入力画像内に撮影環境に対する外乱が含まれていても鋼板Sのエッジ位置に関する特徴量を検知できる。プーリング層に用いるフィルターの大きさとしては複数のものを適用でき、この場合、フィルターの種類に対応した数の第3特徴マップが生成される。第3特徴マップを生成するプーリング層の好ましい形態を例示すると、ストライド2、プーリングサイズ3(3行×3列)の最大プーリングである。但し、プーリング層は画像が有する特徴量を残しつつ出力データのサイズを縮小することを目的としているので、出力データの周囲を0で埋めるパディングは行わない。 The information of the second feature map generated in the second convolution layer is aggregated in the pooling layer to generate a third feature map. The pooling layer has the role of compressing the information of the second feature map. FIG. 7 shows an example in which max pooling is applied to the pooling layer (an example of stride 2). Max pooling is a process in which the second feature map, which is the input of the pooling layer, is divided into a certain area (pool size) (3 rows x 3 columns in the example of FIG. 7), the maximum value is extracted from the area, and output as a new feature map. However, the filter used in the pooling layer may not extract the maximum value, but may extract the average value. Such a pooling layer can reduce the amount of information while maintaining the features of the input image, and generate a dimensionally compressed third feature map. The pooling layer has a function of compressing information, so that even if the input image contains disturbances to the shooting environment, the feature amount related to the edge position of the steel sheet S can be detected. A plurality of sizes of filters can be applied to the pooling layer, and in this case, a number of third feature maps corresponding to the type of filter are generated. An example of a preferred form of the pooling layer that generates the third feature map is max pooling with a stride of 2 and a pooling size of 3 (3 rows x 3 columns). However, since the pooling layer aims to reduce the size of the output data while retaining the features of the image, padding that fills the periphery of the output data with 0s is not performed.

図4に戻る。本実施形態の畳み込みニューラルネットワークには、上記プーリング層で生成した第3特徴マップを変換するための全結合層と出力層が接続される。全結合層は、第3特徴マップの値を一列に配置して、プーリング層からの出力をまとめるために配置されている。全結合層の構造は、通常のニューラルネットワークの中間層と同様である。全結合層の好ましい形態を例示すると、ノード数512~2048の全結合層である。出力層は画像内における鋼板Sのエッジ部の位置情報、又は、鋼板Sの蛇行量を出力とする。鋼板Sの蛇行量は、画像内の鋼板Sのエッジ部の位置情報が特定され、取得する画像内での連続搬送設備1の幅方向中央部の位置情報と、画像内での2点間距離と実空間での距離との関係が予め分かっていれば算出できるため、蛇行量推定モデルMの出力としてはいずれでも構わない。例えば鋼板Sの画像内に設備の固定構造物が撮影されていれば、実空間では連続搬送設備1の幅方向中央部の位置と撮像された固定構造物の位置関係が既知となる。また、鋼板Sの板幅が予めわかっていれば、画像内での2点間距離と実空間での距離との関係も既知となる。一方、出力層は、ソフトマックス関数により入力画像に含まれる鋼板Sの画像データが対応する蛇行量の測定データに合致する確率を計算し、最も確率の高い蛇行量の情報を出力してよい。また、全結合層を入力とするサポートベクトルマシンを用いた分類器により区分された蛇行量の情報を出力してもよい。なお、全結合層に用いる活性化関数は、出力層において回帰計算を行う必要があるため、恒等関数を用いるのが好ましい。 Return to FIG. 4. In the convolutional neural network of this embodiment, a fully connected layer for converting the third feature map generated in the pooling layer and an output layer are connected. The fully connected layer is arranged to arrange the values of the third feature map in a row and to consolidate the output from the pooling layer. The structure of the fully connected layer is similar to that of the intermediate layer of a normal neural network. An example of a preferred form of the fully connected layer is a fully connected layer with 512 to 2048 nodes. The output layer outputs the position information of the edge part of the steel sheet S in the image, or the meandering amount of the steel sheet S. The meandering amount of the steel sheet S can be calculated if the position information of the edge part of the steel sheet S in the image is specified, and the relationship between the position information of the width direction center part of the continuous conveying equipment 1 in the acquired image and the distance between the two points in the image and the distance in real space is known in advance, so either can be used as the output of the meandering amount estimation model M. For example, if a fixed structure of the equipment is photographed in the image of the steel sheet S, the positional relationship between the position of the width direction center part of the continuous conveying equipment 1 and the position of the photographed fixed structure is known in real space. Furthermore, if the width of the steel sheet S is known in advance, the relationship between the distance between two points in the image and the distance in real space is also known. On the other hand, the output layer may use a softmax function to calculate the probability that the image data of the steel sheet S included in the input image matches the corresponding measurement data of the meandering amount, and output information on the meandering amount with the highest probability. Also, information on the meandering amount classified by a classifier using a support vector machine that uses the fully connected layer as input may be output. Note that, since it is necessary to perform regression calculations in the output layer, it is preferable to use an identity function as the activation function used in the fully connected layer.

本実施形態では、上記の畳み込みニューラルネットワークにおいて、上記プーリング層と全結合層の間に第1ドロップアウト層を備えている。また、全結合層と出力層との間にも第2ドロップアウト層を備えている。なお、第1ドロップアウト層及び第2ドロップアウト層は配置しなくてもよい。第1ドロップアウト層は、上記プーリング層と全結合層との間の接続の一部をランダムに切断するものである。また、第2ドロップアウト層は、全結合層と出力層との間の接続の一部をランダムに切断する。これにより、過学習を防止することができる。第1ドロップアウト層は、図8に例示するように、第3特徴マップに対してフィルター(図8の例では3行×3列)を適用する際に、フィルター内でランダムに選択された部分の重み係数をゼロとすることにより、プーリング層と全結合層との間の接続の一部を切断して第4特徴マップとして出力する。重み係数をゼロにする部分の選択は、計算機により出力した疑似乱数に基づいて決定する。また、本実施形態の第1ドロップアウト層の好ましい形態は、確率0.4のドロップアウト層である。また、第2ドロップアウト層の好ましい形態は、確率0.4のドロップアウト層である。ドロップアウト層の確率とは、上記で疑似乱数に基づいて重み係数をゼロにする部分の数の全重み係数の数に対する割合を意味する。 In this embodiment, the convolutional neural network includes a first dropout layer between the pooling layer and the fully connected layer. Also, a second dropout layer is provided between the fully connected layer and the output layer. The first dropout layer and the second dropout layer do not have to be arranged. The first dropout layer randomly cuts off a part of the connection between the pooling layer and the fully connected layer. Also, the second dropout layer randomly cuts off a part of the connection between the fully connected layer and the output layer. This makes it possible to prevent overlearning. As illustrated in FIG. 8, when a filter (3 rows x 3 columns in the example of FIG. 8) is applied to the third feature map, the first dropout layer cuts off a part of the connection between the pooling layer and the fully connected layer by setting the weight coefficient of a randomly selected part in the filter to zero, and outputs it as a fourth feature map. The selection of the part whose weight coefficient is set to zero is determined based on a pseudorandom number output by a computer. Also, a preferred form of the first dropout layer in this embodiment is a dropout layer with a probability of 0.4. A preferred form of the second dropout layer is a dropout layer with a probability of 0.4. The probability of the dropout layer means the ratio of the number of weight coefficients that are set to zero based on the pseudorandom numbers to the total number of weight coefficients.

以上のような畳み込みニューラルネットワークの手法を用いる場合に、本実施形態で使用する畳み込み層とプーリング層の数や組合せについては任意に選択してよい。また、ネットワーク構造として、一般に用いられるネットワークとして、LeNet、AlexNet、VGG(Visual Geometry Group)等を用いてもよい。さらに、より複雑なネットワーク構造として、GoogleNet、MobileNet、EfficientNet等を用いてもよい。なお、本実施形態における入力画像としては、カラーの画像データに対して、そのまま畳み込み処理を施してもよいが、入力画像をグレースケールやR値のみ等の1チャンネルの情報に変換した後に、そのような入力画像に対して畳み込み処理を施してもよい。 When using the above-mentioned convolutional neural network method, the number and combination of convolutional layers and pooling layers used in this embodiment may be selected arbitrarily. In addition, as a network structure, LeNet, AlexNet, VGG (Visual Geometry Group), etc. may be used as a commonly used network. Furthermore, as a more complex network structure, GoogleNet, MobileNet, EfficientNet, etc. may be used. Note that, as an input image in this embodiment, convolution processing may be performed directly on color image data, but the input image may also be converted into one-channel information such as grayscale or R value only, and then the convolution processing may be performed on such an input image.

機械学習部での機械学習方法としては、データベース部21に蓄積されたデータセットを訓練データとテストデータに分けて学習を行うことにより蛇行量の推定精度を向上させることができる。例えば訓練データを用いて畳み込みニューラルネットワークの重み係数の学習を行い、テストデータでの蛇行量の正解率が高くなるように、畳み込みニューラルネットワークの構造(畳み込み層やプーリング層の数、フィルターサイズ等)を適宜変更しながら蛇行量推定モデルMを得てもよい。重み係数の更新には、誤差伝播法を用いることができる。なお、蛇行量推定モデルMは、例えば1ヶ月毎又は1年毎に再学習により新たなモデルに更新してもよい。データベース部21に保存されるデータが増えるほど、精度の高い蛇行量推定が可能となるからであり、最新のデータに基づいて蛇行量推定モデルMを更新することにより、経時的な操業条件の変化を反映した蛇行量推定モデルMを生成できる。 As a machine learning method in the machine learning unit, the data set stored in the database unit 21 can be divided into training data and test data for learning, thereby improving the accuracy of estimating the meandering amount. For example, the weight coefficients of the convolutional neural network can be learned using the training data, and the meandering amount estimation model M can be obtained while appropriately changing the structure of the convolutional neural network (the number of convolutional layers and pooling layers, the filter size, etc.) so that the accuracy rate of the meandering amount in the test data is high. The error propagation method can be used to update the weight coefficients. Note that the meandering amount estimation model M may be updated to a new model by re-learning, for example, every month or every year. This is because the more data stored in the database unit 21, the more accurate the meandering amount estimation becomes, and by updating the meandering amount estimation model M based on the latest data, a meandering amount estimation model M that reflects changes in operating conditions over time can be generated.

さらに、本実施形態は、上記の畳み込みニューラルネットワークにおいて、第1畳み込み層の上流側であって第1畳み込み層に結合した、平均プーリング層を用いるのが好ましい。図9に示した例では、第1畳み込み層の上流側に設けた平均プーリング層を第1プーリング層、第2畳み込み層の下流側であって第2畳み込み層に結合したプーリング層を第2プーリング層と呼ぶ。本実施形態において、平均プーリング層を第1プーリング層として設けることにより、畳み込みニューラルネットワークの畳込み層に対する入力(第1畳込み層に対する入力)を「ぼやけた」画像に変換するのと同様の効果を得ることができる。これにより、撮影される鋼板Sの周囲に撮影環境等による外乱がある状態(例えば霧状水滴等)を一定程度再現することになり、鋼板Sの撮影環境に外乱(ノイズ)があっても出力の変動が小さい畳み込みニューラルネットワークを構成できる。また、本実施形態の鋼板Sの画像は図2(a)や図2(b)に示したような比較的単純な画像であるため、平均プーリング層を第1プーリング層に設けても、鋼板Sのエッジ部の位置(鋼板の蛇行量)に関する特徴量が失われることもない。 Furthermore, in this embodiment, it is preferable to use an average pooling layer upstream of the first convolution layer and connected to the first convolution layer in the above-mentioned convolution neural network. In the example shown in FIG. 9, the average pooling layer provided upstream of the first convolution layer is called the first pooling layer, and the pooling layer downstream of the second convolution layer and connected to the second convolution layer is called the second pooling layer. In this embodiment, by providing the average pooling layer as the first pooling layer, it is possible to obtain an effect similar to that of converting the input to the convolution layer of the convolution neural network (the input to the first convolution layer) into a "blurred" image. As a result, a state in which there is a disturbance due to the shooting environment around the steel sheet S to be photographed (for example, misty water droplets, etc.) is reproduced to a certain extent, and a convolution neural network with small output fluctuations can be configured even if there is a disturbance (noise) in the shooting environment of the steel sheet S. In addition, since the image of the steel sheet S in this embodiment is a relatively simple image as shown in Figures 2(a) and 2(b), even if an average pooling layer is provided in the first pooling layer, the feature amount related to the position of the edge portion of the steel sheet S (the amount of meandering of the steel sheet) is not lost.

図10は平均プーリング処理の一例を示したものである。平均プーリング処理とは、第1プーリング層の入力データとなる画像データを一定の領域で区切って(図10に示す例では3行×3列)、その中の平均値を抽出して新たな特徴マップを出力する処理である。本実施形態における第1プーリング層の好ましい形態は、ストライドが1、プールサイズが3行×3列である。さらに、上記第1プーリング層のチャンネル数は蛇行量推定モデルMの入力データである画像データのチャンネル数と同数であることが好ましい。例えば鋼板Sの画像データがカラーである場合には、入力データのチャンネル数は3(R、G、B)となり、第1プーリング層のチャンネル数も3とするのがよい。一方、鋼板Sの画像データがグレースケールの場合には、入力データのチャンネル数は1であり、第1プーリング層のチャンネル数も1とするのが好ましい。入力となる画像データの色毎に平均プーリング処理を実施することによって、鋼板Sの温度が変化により取得する鋼板の画像データの色調が変化しても、出力となる鋼板Sのエッジ部の位置情報(鋼板の蛇行量)の変動が少ない畳み込みニューラルネットワークを構成できる。 Figure 10 shows an example of average pooling processing. Average pooling processing is processing in which image data that is input data to the first pooling layer is divided into certain regions (3 rows x 3 columns in the example shown in Figure 10), the average value within the regions is extracted, and a new feature map is output. In the preferred form of the first pooling layer in this embodiment, the stride is 1 and the pool size is 3 rows x 3 columns. Furthermore, it is preferable that the number of channels of the first pooling layer is the same as the number of channels of the image data that is input data to the meandering amount estimation model M. For example, when the image data of the steel sheet S is color, the number of channels of the input data is 3 (R, G, B), and the number of channels of the first pooling layer is also 3. On the other hand, when the image data of the steel sheet S is grayscale, the number of channels of the input data is 1, and the number of channels of the first pooling layer is also 1. By performing average pooling processing for each color of the input image data, even if the color tone of the image data of the steel sheet obtained changes due to a change in the temperature of the steel sheet S, a convolutional neural network can be configured in which the position information of the edge part of the steel sheet S that is output (the amount of meandering of the steel sheet) does not fluctuate much.

〔鋼板の蛇行量推定方法〕
本実施形態では、機械学習部23が生成した蛇行量推定モデルMを用いて、鋼板Sの蛇行量を推定する。図11に、連続搬送設備に蛇行量推定部を含む鋼板の蛇行制御システムの構成例を示す。鋼板Sの画像データを取得するカメラ4は、蛇行量推定モデルMを生成する際に使用したカメラと同一のものを用いても、異なるものであってもよい。学習用データの元となった画像データと、必ずしも同一の視野で鋼板Sを撮像した画像でなくても、蛇行量推定モデルMにより画像データ内での鋼板Sの位置情報を含む特徴量が抽出され得るからである。また、学習用データの元となった画像データに含まれる固定構造物が同一の位置に設置された状態であれば、画像データ内の鋼板Sと固定構造物との相対的な位置関係が特徴量として抽出されて、鋼板Sの蛇行量を精度よく推定できる。鋼板Sの画像データを取得するカメラは、蛇行量推定モデルMを生成する際に使用したカメラと、必ずしも同じ解像度のものでなくてよい。蛇行量推定モデル生成部20が予備処理としてデータ圧縮を行う場合には、圧縮した画像データと同程度の解像度よりも高い解像度で鋼板Sの画像データが取得されればよい。一方、カメラ4の設置位置としては、蛇行量推定モデルMを生成する際に使用したカメラ4と異なる位置に設定してよい。但し、カメラ4と鋼板Sとの間の距離や鋼板Sに対向する角度が同一であるのが好ましい。
[Method for estimating the amount of meandering of steel plate]
In this embodiment, the meandering amount of the steel sheet S is estimated using the meandering amount estimation model M generated by the machine learning unit 23. FIG. 11 shows an example of the configuration of a steel sheet meandering control system including a meandering amount estimation unit in a continuous conveying facility. The camera 4 that acquires the image data of the steel sheet S may be the same as or different from the camera used when generating the meandering amount estimation model M. This is because the meandering amount estimation model M can extract features including position information of the steel sheet S in the image data even if the image data from which the learning data is based is not necessarily an image of the steel sheet S captured in the same field of view. In addition, if the fixed structure included in the image data from which the learning data is based is installed in the same position, the relative positional relationship between the steel sheet S and the fixed structure in the image data is extracted as a feature, and the meandering amount of the steel sheet S can be accurately estimated. The camera that acquires the image data of the steel sheet S does not necessarily have the same resolution as the camera used when generating the meandering amount estimation model M. When the meandering amount estimation model generating unit 20 performs data compression as a preliminary process, image data of the steel sheet S may be acquired at a resolution higher than the same resolution as the compressed image data. On the other hand, the installation position of the camera 4 may be set at a position different from that of the camera 4 used when generating the meandering amount estimation model M. However, it is preferable that the distance between the camera 4 and the steel sheet S and the angle at which the camera 4 faces the steel sheet S are the same.

図11に示す蛇行量推定モデル生成部20における学習用データとなる蛇行量を測定する蛇行量測定装置5については、蛇行量推定モデルMを生成する学習用データの取得に必要な設備であるが、カメラ4を用いて蛇行量推定部30により鋼板Sの蛇行量を推定する場合には必須ではない。従って、蛇行量測定装置5は蛇行量推定モデルMを生成する学習用データを取得する際にのみ使用する仮設の蛇行計でよい。鋼板Sの熱処理炉のような連続搬送設備では、熱や雰囲気等の環境がセンサーに悪影響を与えるため、長期間の操業では使用することができないものの、一時的に使用して学習用データを収集する目的であれば、十分な精度と耐久性を備える蛇行計を選択できるからである。 The meander amount measuring device 5, which measures the meander amount that becomes the learning data in the meander amount estimation model generating unit 20 shown in FIG. 11, is a necessary device for acquiring learning data for generating the meander amount estimation model M, but is not essential when the meander amount of the steel sheet S is estimated by the meander amount estimating unit 30 using the camera 4. Therefore, the meander amount measuring device 5 may be a temporary meander meter used only when acquiring learning data for generating the meander amount estimation model M. In continuous conveying equipment such as a heat treatment furnace for steel sheet S, the environment such as heat and atmosphere adversely affect the sensor, so it cannot be used for long-term operation, but if the purpose is to use it temporarily to collect learning data, a meander meter with sufficient accuracy and durability can be selected.

図11に示す処理設備2における鋼板Sの処理条件は、学習用データの元となった画像データを取得する際の処理条件と同一でなくてもよい。すなわち、鋼板Sの成分組成や製品強度が異なることにより鋼板Sの熱処理温度や冷却条件が学習用データを取得する際のものと異なっていても構わない。連続搬送設備において、霧状水滴やヒュームによる外乱影響が少ない条件の下で学習用データを取得したとしても、蛇行量推定モデルMとして畳み込みニューラルネットワークに第1プーリング層を設けることにより、鋼板Sの熱処理温度や冷却条件等の測定環境が変化しても、撮影環境に対する外乱に強い畳み込みニューラルネットワークを生成できるからである。 The processing conditions of the steel sheet S in the processing equipment 2 shown in FIG. 11 do not have to be the same as the processing conditions when the image data that is the source of the learning data was acquired. In other words, the heat treatment temperature and cooling conditions of the steel sheet S may differ from those when the learning data was acquired due to differences in the component composition and product strength of the steel sheet S. Even if the learning data is acquired under conditions with little disturbance from mist droplets or fumes in the continuous conveying equipment, by providing a first pooling layer in the convolutional neural network as the meandering amount estimation model M, a convolutional neural network that is resistant to disturbances in the shooting environment can be generated even if the measurement environment, such as the heat treatment temperature and cooling conditions of the steel sheet S, changes.

また、機械学習により生成した蛇行量推定モデルMは、カメラ4により撮像された画像データを入力すれば、複雑な画像処理やそれに伴う演算処理を行うことなく、蛇行量の推定値を出力するので、鋼板Sが高速で搬送される条件であっても、鋼板の蛇行量を即座に出力できる。蛇行量の推定値は表示装置31に出力するとよい。表示装置31を連続搬送設備1の操作室に設置することにより、オペレータは処理設備2における鋼板Sの蛇行状態を随時確認することができるので、鋼板Sの蛇行量が増大して搬送トラブルが生じないように連続搬送設備1の操業条件を修正することができるからである。また、蛇行量推定モデルMは、図11に示すように、処理設備2がステアリングロール6等の鋼板Sの蛇行修正装置を備える場合に、例えば100~1000msec程度の制御周期毎に蛇行量推定部30において推定した鋼板Sの蛇行量を出力できる。蛇行制御部40が推定した蛇行量に応じてステアリングロール6の操作量を変更することにより、搬送中の鋼板Sの蛇行量を効果的に低減することができる。また、蛇行量が低減することにより、安定した鋼板Sの処理が可能となり、鋼板Sの生産能率を向上させることができる。 In addition, the meandering amount estimation model M generated by machine learning outputs an estimated value of the meandering amount without performing complex image processing or the associated calculation processing by inputting image data captured by the camera 4, so that the meandering amount of the steel sheet S can be output immediately even under conditions where the steel sheet S is transported at high speed. The estimated value of the meandering amount is preferably output to the display device 31. By installing the display device 31 in the operation room of the continuous conveying equipment 1, the operator can check the meandering state of the steel sheet S in the processing equipment 2 at any time, so that the operating conditions of the continuous conveying equipment 1 can be corrected so that the meandering amount of the steel sheet S does not increase and cause a conveying trouble. In addition, as shown in FIG. 11, when the processing equipment 2 is equipped with a meandering correction device for the steel sheet S such as a steering roll 6, the meandering amount estimation model M can output the meandering amount of the steel sheet S estimated by the meandering amount estimation unit 30 for each control cycle of, for example, about 100 to 1000 msec. By changing the operation amount of the steering roll 6 according to the meandering amount estimated by the meandering control unit 40, the meandering amount of the steel sheet S during conveying can be effectively reduced. In addition, by reducing the amount of meandering, stable processing of steel sheet S becomes possible, improving the production efficiency of steel sheet S.

以下、本実施形態を鋼帯の連続焼鈍設備に適用した実施例について説明する。本実施例では、まず蛇行量推定モデルを生成した。連続焼鈍炉の入側の炉内観察用窓の外側に、焼鈍炉内を移動する鋼板を撮像可能なカラーカメラを設置した。カメラは、鋼板が連続搬送設備内を上方から下方へ移動する位置であって、鋼板の幅方向両端部が撮像されるように撮影倍率とレンズを選択した。カメラによって撮像した画像データは、データ取得部に送られ、鋼板の画像データとして蓄積した。ここで、カメラによって取得される画像データに対しては、鋼板の幅方向をx方向、長手方向をy方向と定義した。使用したカメラはフレームレートが30fpsのビデオカメラである。また、カメラによって撮影される画像は、x方向の画素数480、y方向の画素数320、チャンネル数が3の画像である。 Below, an example in which this embodiment is applied to a continuous annealing facility for steel strips will be described. In this example, a meandering amount estimation model was first generated. A color camera capable of capturing an image of a steel sheet moving in the annealing furnace was installed outside the furnace observation window on the inlet side of the continuous annealing furnace. The camera was positioned so that the steel sheet moved from top to bottom in the continuous conveying facility, and the magnification and lens were selected so that both ends of the steel sheet in the width direction were captured. The image data captured by the camera was sent to the data acquisition unit and accumulated as image data of the steel sheet. Here, for the image data acquired by the camera, the width direction of the steel sheet was defined as the x direction, and the longitudinal direction was defined as the y direction. The camera used was a video camera with a frame rate of 30 fps. In addition, the image captured by the camera has 480 pixels in the x direction, 320 pixels in the y direction, and 3 channels.

一方、蛇行量の測定データは、図11に示すように、カメラ4によって撮影する位置から約3m下側の搬送ロールの下方から鋼板の蛇行量を測定可能なITVカメラ方式の蛇行量測定装置5により取得した。ITVカメラ方式の蛇行量測定装置5は、カメラにより撮像した画像から2値化処理により鋼板Sのエッジ部を抽出し、予め取得した画像内での位置情報と実設備の位置情報との対応関係から鋼板Sの蛇行量を測定する。ITVカメラ方式は、画像処理(2値化処理やエッジ部の抽出処理等)に一定の時間を要し、測定環境への外乱によって測定誤差が生じる場合もある。しかしながら、ITVカメラの画像を録画して測定誤差が小さいと判断できる画像を選択し、オフラインで上記画像処理を行うことにより、精度よく蛇行量を特定することは可能である。 On the other hand, the measurement data of the meandering amount was acquired by an ITV camera type meandering amount measuring device 5 capable of measuring the meandering amount of the steel sheet from below the conveying rolls about 3 m below the position where the camera 4 takes the image, as shown in FIG. 11. The ITV camera type meandering amount measuring device 5 extracts the edge of the steel sheet S from the image captured by the camera by binarization processing, and measures the meandering amount of the steel sheet S from the correspondence between the position information in the image acquired in advance and the position information of the actual equipment. The ITV camera type requires a certain amount of time for image processing (such as binarization processing and edge extraction processing), and measurement errors may occur due to disturbances in the measurement environment. However, it is possible to accurately determine the meandering amount by recording the images of the ITV camera, selecting images that are judged to have small measurement errors, and performing the above image processing offline.

蛇行量測定装置5による蛇行量の測定データとして、正しい測定値が得られたと判断した測定データについて、その測定タイミングと同期して取得した鋼板Sの画像データをデータセットとして蛇行量推定モデル生成部20のデータベース部21に送った。なお、データ取得部10では、取得した画像データ及び蛇行量のデータのいずれかに異常値が含まれる場合には、異常値を含むデータセット(画像データ及び蛇行量のデータの組)を学習用データから取り除くスクリーニング処理を行った。連続焼鈍炉内部は、鋼板Sを処理する際の炉内の露点を意図的に変更する場合があり、連続焼鈍条件によっては撮像される画像又は蛇行量測定装置による測定データに外乱の影響が含まれることがあるからである。なお、測定対象とした鋼板Sは、板厚0.4~2.4mm、板幅700~1850mmであり、普通鋼及び高強度鋼板を含むものを対象とした。 For the measurement data of the meander amount measured by the meander amount measuring device 5 that was judged to have obtained a correct measurement value, the image data of the steel sheet S acquired in synchronization with the measurement timing was sent as a data set to the database unit 21 of the meander amount estimation model generating unit 20. In addition, in the data acquiring unit 10, if any of the acquired image data and meander amount data contains an abnormal value, a screening process was performed to remove the data set (a set of image data and meander amount data) containing the abnormal value from the learning data. This is because the dew point inside the continuous annealing furnace may be intentionally changed when processing the steel sheet S, and depending on the continuous annealing conditions, the image captured or the measurement data by the meander amount measuring device may be affected by external disturbances. In addition, the steel sheet S to be measured had a plate thickness of 0.4 to 2.4 mm and a plate width of 700 to 1850 mm, and included ordinary steel and high-strength steel plates.

以上のようにして、鋼板の画像データと、対応する蛇行量の測定データとのデータセットを用いて、蛇行量推定モデル生成部20にて機械学習による蛇行量推定モデルMを生成した。蛇行量推定モデルMの生成に際しては、データベース部21に蓄積されたデータセットの中から、板厚1.2mm、板幅1040mmの低炭素鋼のデータを選択し、選択したデータから蛇行量推定モデルMを生成した。蛇行量推定モデル生成部20の予備処理部22では、データベース部21に蓄積された鋼板の画像データに対してデータ圧縮を行い、x方向及びy方向の画素数をそれぞれ50に圧縮した。また、データセットから異常値を取り除いた後にシャッフルを行い、学習用56160データ、テスト用14040データに分割した。 In this manner, the meandering amount estimation model M was generated by machine learning in the meandering amount estimation model generation unit 20 using a data set of image data of the steel plate and corresponding measurement data of the meandering amount. When generating the meandering amount estimation model M, data of low carbon steel with a plate thickness of 1.2 mm and a plate width of 1040 mm was selected from the data set stored in the database unit 21, and the meandering amount estimation model M was generated from the selected data. In the preliminary processing unit 22 of the meandering amount estimation model generation unit 20, data compression was performed on the image data of the steel plate stored in the database unit 21, compressing the number of pixels in the x direction and y direction to 50 each. In addition, after removing outliers from the data set, the data was shuffled and divided into 56,160 learning data and 14,040 test data.

本実施例では、本発明例1として、図4に示す畳み込みニューラルネットワークの構成を用いて蛇行量推定モデルMを生成した。学習計算における損失関数としてはネットワークの予測値と実測値から計算される平均二乗誤差を用いて、最適化計算手法についてはAdam最適化を選択した。また、機械学習にあたってはミニバッチ学習(ミニバッチ勾配降下法)を用いて、バッチサイズ512、エポック回数500とした。但し、テストデータに対する損失関数が30エポック回以上にわたって改善しなかった場合には、学習率を1/10に低下させて学習を進めた。さらに、本発明例2として、図9に示す畳み込みニューラルネットワークの構成を用いて蛇行量推定モデルMを生成した。これは、第1畳み込み層の上流側に、入力画像のRGBの3チャンネルのそれぞれに対して平均プーリング処理を実行する第1プーリング層を追加したものである。なお、学習における損失関数や最適化計算手法については本発明例1と同じである。一方、比較例として、本発明例1,2と同じ学習用データを用いて、入力画像を1次元情報に変換して鋼板の蛇行量を推定する順伝播型ニューラルネットワークを構成した。使用したニューラルネットワークは、中間層を3層とし、ノード数は5個ずつとした。活性化関数はシグモイド関数を用いた。 In this embodiment, as Example 1 of the present invention, a meandering amount estimation model M was generated using the configuration of the convolutional neural network shown in FIG. 4. The loss function in the learning calculation was the mean square error calculated from the predicted value of the network and the actual measured value, and Adam optimization was selected as the optimization calculation method. In addition, mini-batch learning (mini-batch gradient descent method) was used for machine learning, with a batch size of 512 and the number of epochs of 500. However, if the loss function for the test data did not improve for 30 epochs or more, the learning rate was reduced to 1/10 and learning was continued. Furthermore, as Example 2 of the present invention, a meandering amount estimation model M was generated using the configuration of the convolutional neural network shown in FIG. 9. This is a model in which a first pooling layer that performs average pooling processing on each of the three RGB channels of the input image is added upstream of the first convolutional layer. The loss function and optimization calculation method in learning are the same as those in Example 1 of the present invention. On the other hand, as a comparative example, a forward propagation type neural network was constructed using the same learning data as in invention examples 1 and 2, which converts the input image into one-dimensional information to estimate the amount of meandering of the steel sheet. The neural network used had three intermediate layers and five nodes each. A sigmoid function was used as the activation function.

図12にテストデータを用いた本発明例1,2及び比較例の推定誤差の評価結果を示す。比較例ではテストデータに対する標準偏差が約40mmであったのが、畳み込みニューラルネットワークを用いた本発明例1では18mmとなり、第1プーリング層を加えた本発明例2では4.4mmとなった。また、生成した蛇行量推定モデルを用いて、学習済モデルを生成してから6か月後及び1年後に新たに取得したテストデータに対する予測精度を評価した。その結果、6か月後及び1年後の誤差標準偏差は、比較例では44mm及び55mmまで悪化していた。これに対して、本発明例1ではそれぞれ15mm及び16.2mmと良好な精度が保たれていた。また、本発明例2では4.6mm及び4.77mmとなり、さらに良好な精度が維持されていた。 Figure 12 shows the evaluation results of the estimation error using test data for Examples 1 and 2 of the present invention and the comparative example. In the comparative example, the standard deviation for the test data was about 40 mm, but in Example 1 of the present invention using a convolutional neural network, it was 18 mm, and in Example 2 of the present invention adding the first pooling layer, it was 4.4 mm. In addition, using the generated meandering amount estimation model, the prediction accuracy for newly acquired test data six months and one year after the trained model was generated was evaluated. As a result, the error standard deviation after six months and one year had deteriorated to 44 mm and 55 mm in the comparative example. In contrast, in Example 1 of the present invention, good accuracy was maintained at 15 mm and 16.2 mm, respectively. In Example 2 of the present invention, it was 4.6 mm and 4.77 mm, and even better accuracy was maintained.

1 連続搬送設備
2 処理設備
3 搬送ロール
4,4A,4B カメラ
5 蛇行量測定装置
10 データ取得部
11 スクリーニング処理部
20 蛇行量推定モデル生成部
21 データベース部
22 予備処理部
23 機械学習部
30 蛇行量推定部
31 表示装置
40 蛇行制御部
M 蛇行量推定モデル
S 鋼板
REFERENCE SIGNS LIST 1 Continuous conveying equipment 2 Processing equipment 3 Conveying rolls 4, 4A, 4B Camera 5 Meandering amount measuring device 10 Data acquisition section 11 Screening processing section 20 Meandering amount estimation model generating section 21 Database section 22 Preliminary processing section 23 Machine learning section 30 Meandering amount estimation section 31 Display device 40 Meandering control section M Meandering amount estimation model S Steel plate

Claims (4)

移動する鋼板を撮影することによって取得した鋼板の画像データと、前記画像データに対応する鋼板の蛇行量の測定データとを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップにおいて取得した画像データを入力実績データ、前記画像データに対応する鋼板の蛇行量の測定データを出力実績データとした、複数の学習用データを用いた畳み込みニューラルネットワークの手法による機械学習によって、前記鋼板の蛇行量を推定する蛇行量推定モデルを生成するモデル生成ステップと、
を含
前記畳み込みニューラルネットワークは、畳み込み層よりも上流側に1以上の平均プーリング層を含む、鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法。
a data acquiring step of acquiring image data of the steel sheet by photographing the moving steel sheet and measurement data of the meandering amount of the steel sheet corresponding to the image data;
a model generation step of generating a meandering amount estimation model for estimating the meandering amount of the steel sheet by machine learning by a convolutional neural network technique using a plurality of learning data, the model generation step using the image data acquired in the data acquisition step as input record data and measurement data of the meandering amount of the steel sheet corresponding to the image data as output record data;
Including ,
The method for generating a model for estimating a meandering amount of a steel sheet , wherein the convolutional neural network includes one or more average pooling layers upstream of a convolutional layer.
前記平均プーリング層のチャンネル数は、前記蛇行量推定モデルの入力データである画像データのチャンネル数と同数である、請求項に記載の鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法。 The method for generating a steel sheet meandering amount estimation model according to claim 1 , wherein the number of channels of the average pooling layer is the same as the number of channels of image data that is input data to the steel sheet meandering amount estimation model. 請求項1又は2に記載の鋼板の蛇行量推定モデルの生成方法によって生成された蛇行量推定モデルに対して、移動する鋼板を撮影することによって取得した画像データを入力することにより鋼板の蛇行量を推定するステップを含む、鋼板の蛇行量推定方法。 3. A method for estimating the meandering amount of a steel sheet, comprising: estimating the meandering amount of the steel sheet by inputting image data acquired by photographing a moving steel sheet to a meandering amount estimation model generated by the method for generating a meandering amount estimation model of a steel sheet according to claim 1 or 2. 請求項に記載の鋼板の蛇行量推定方法を用いて連続焼鈍設備における鋼板の蛇行量を制御するステップを含む、鋼板の製造方法。 A method for manufacturing a steel sheet, comprising a step of controlling a meandering amount of a steel sheet in a continuous annealing facility by using the method for estimating the meandering amount of a steel sheet according to claim 3 .
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