JPH0799322B2 - 物品の直線的特徴の位置の非接触決定法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物品に直接物理的に接触することなしにその
直線的な特徴の位置を決定する技術に関する。特に本発
明は、この種の決定のために電気光学手段を用い、それ
によって物品の特徴に一致する視野の明るさの直線的な
急変の位置を決定する技術に関する。例えば、特徴は、
物品とコントラストに対して現われる又は背景との異な
る明るさによって観察される物品の直線的な縁であって
もよいし、あるいは物品の表面の異なる傾斜区域あるい
は対照的に条件付けられた区域又は彩色された区域の間
の直線状の接合線であってもよい。

このような決定を行うことにより、全体における物品の
位置を確認でき、又、制御されうる。例えば連続生産ま
たは処理ラインに沿って移動するストリップ（細長い
片）、シート（薄板）、ウェブ、バーの縁、又は、その
ような物品に対するベルト又は他のコンベヤーの縁の追
跡が、本発明の装置によってその処理の制御のために監
視されうる。

あるいは、２つまたはそれ以上の離れた特徴の位置が決
定され、特徴間の距離が使用可能にされうる。こうして
これらの特徴に係る物品の寸法を決定することができ
る。例えば引張試験片に上の直線マークの縁を観測し、
マーク間の距離が試験が進められる間隔で決定され、試
験片の材料の特性が確定されうる。

本発明は製鉄工業において、圧延等の生産工程の際の鋼
帯の縁の追跡そして／又はその幅測定に適用できる。同
様に製紙工業において移動しているウェブ等の上への印
刷又は他の操作の制御に適用できる。さらに、本発明
は、ストリップをトリミングしてその幅を正確に既知の
所望の値に下げるのにも適用である。これらの応用で
は、幅の測定そして／又は案内の目的で、移動するスト
リップの縁（片縁あるいは両縁）を正確に位置決めする
必要がある。さらに本発明は鋼又は他の試験片の伸びの
測定を非接触で行うのにも適している。

［従来の技術］ 当該のこの種の決定は、１台あるいはそれ以上のビデオ
カメラを用いて物品を観測し、それに処理手段を結合し
てビデオ画像即ち画像信号から所要の情報を抽出するこ
とによって行われてきた。

英国特許第1,271,990号には（多分）ビジコンカメラか
らと考えられるものからつくられたビデオ画像から多少
直接的に寸法を読み取る初期の提案が開示されている。
この初期の提案は、多くの実用上の目的に対して受容で
きる精度を与え結果をもたらすことはできない。

ヨーロッパ特許第29,748号、第94,552号及び米国特許第
4,499,383号は、一層安定して、かつ、本来的により精
度のよい、少なくとも１つの電荷結合素子（CCD）を利
用する一層精巧な構成を開示している。

この後者の従来の提案では、物品を横切る線走査からの
信号を使って一次配列（linear array）の値をつく
り、それから、これらの例では物品の縁の位置を導出し
ている。

一次配列の個々の要素の値は走査線上の等間隔の点から
の放射から導出されるため、それらの値は距離に対する
放射強度のカーブとして、すなわち走査線に沿っての放
射プロフィールとしてプロツトすることができる。本発
明の説明を簡明し、その理解を容易にする上で、ときど
きこのような一次配列の値をそのようなカーブあるいは
プロフイールとであるものとして扱うのが都合よく、以
下の説明では適宜そのように呼ぶことにする。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来の公知技術は、物品の一断面のみの情報
を生成しているため、その特定の断面が典型的でないよ
うな場合、例えばたまたま走査線が小さな縁の欠陥と一
致したり、又はCCDにより受け取られる入力放射量にし
たがってCCDによってつくられる出力信号に影響を与え
る放射出力あるいは反射特性についての局所的変動を受
けた場合には誤った結果をもたらしうる。さらに、線走
査から導出された一次配列の個々の値の（放射プロフィ
ールの形状）は、例えば背景の電気「雑音」や量子誤差
に起因して、CCDの個々の放射応答素子からの信号に混
入する不規則な誤差の影響を受ける。この種の誤差は、
０〜256単位の信号成分に対し、４や５程度の大きさに
は容易になり、そのため最終結果に重大な劣化を生じさ
せ得る。

従来の提案のもう１つの欠陥は、視野の明るさが急に変
化する位置、すなわち、物品の対応する特徴の位置を位
置決めするために放射プロフィール最大傾斜の点を決定
していることに依っている点にある。これは、必要なデ
ータ処理を複雑にし、それ故遅くするばかりでなく、実
際には最大傾斜のところが認めうる程に変化することな
くかなりのプロフィール長にわたって広がって存在する
ことがしばしばあり、そのために正確な点の決定を不可
能にしてしまうことから満足しえない。ヨーロッパ特許
第29,748号は、この困難を克服するために、最大傾斜点
の両側で所定のゆるい傾斜の点を見つけ、これらの点を
補間することによって最大傾斜の公称位置を割り出して
いる。しかし、これはさらにデータ処理を複雑で遅いも
のにし、移動するストリップやウェブ等の実効のある連
続的な監視に際し必要となる高速の連続読み取りを行う
のには適用困難である。

本発明の目的は、ビデオ画像の画素に対して数と位置で
対応するように、行と列に配置した固体型の放射応答素
子の直交配列（以下、「ファイル（file）」と総称す
る）を有するタイプの放射応答センサを備えたカメラを
利用して、このカメラの視野内で明るさの急激な変化を
引き起こす又は構成する物品の直線的特徴の位置を決定
する方法及び装置において、上述した従来技術の問題を
克服するあるいは少なくとも軽減した方法及び装置を提
供することである。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、上記の目的を基本的に達成する方法として、
位置決定がなされる放射プロフィールを特徴と直交する
素子のファイルからの信号から導出するのではなく、該
特徴と平行な素子の複数のファイルの各々の素子からの
信号の総和をとることによって得た全体から導出してい
る。したがって、放射プロフィールを規定する一次配列
の値は、個々に観察した物品の特徴の実質的な長さを表
現している。

いいかえると、従来技術が線走査から導出されたデータ
を使用するのに対し、本発明は異なるデータをとらえて
処理し、広帯域走査（ブロード・バンド・スキャン）と
呼ぶようなものによる効果を得ることにより著るしい利
益を引き出している。

CCDの各素子からの信号に含まれる雑音は、完全に不規
則であるので上記の総和（加算）処理によって大部分を
相殺することができ、また、各総和の値は、特徴の長さ
に沿う多数の点に対応する個々の信号から導出されるも
のであるため、局所的な異常はその値にはほとんど影響
を与えない。

また、本発明の好ましい実施例によれば、上記総和値を
処理して導出された放射プロフィールを規定し、物品の
特徴に対応する点を位置決めする簡単でしかも有効な方
法が提供される。

本発明の一側面によれば、物品から放射されるかあるい
は物品から反射された放射の強度の急変に一致する物品
の直線的特徴の位置を決定して、直交配列のファイルと
して配設された複数の一様間隔の個別の素子を有する放
射応答センサを利用し、各素子がセンサの視野のうちで
各素子の配列上の位置に対応する部分から受け取られた
放射量を表わす信号を発生する位置決定の方法におい
て、センサ視野が特徴の実質的長さを含むようにセンサ
を確実に配置し、その配列の座標軸がそれぞれ特徴とほ
ぼ平行または垂直になるようにセンサを整列させ、平行
座標軸の方向に延在する複数ファイルのそれぞれに含ま
れる複数の素子によってつくられる信号を加算して総和
の値を導出し、特徴に対する広帯域の走査によって得た
のと同様な放射プロフィールを規定するため、各々の総
和値を、一次配列の位置のうちで、各総和値が導出され
たそれぞれのファイルが直角座標軸と交差する位置に対
応する位置に割り当て、一次配列から一次配列の前記の
垂直の座標軸に対する特徴の位置を算出するステップを
有することを特徴とする方法が提供される。

本発明のもう１つの側面によれば、本発明の方法を実施
する装置として、直交配列のファイルとして配設された
一様間隔の個々の素子を有する放射応答センサを備え、
各素子がセンサの視野のうちで各素子の配列上の位置に
対応する部分から受け取られた放射量を表わす信号を発
生する装置において、センサ視野内に特徴の実質的な長
さが含まれ、かつ配列の座標軸がそれぞれ特徴と実質的
に平行または垂直になるようにセンサを配置するセンサ
配設手段と、発生された信号をデジタル化して該発生れ
た信号のフレームを捕捉するフレーム捕捉手段と、該捕
捉された信号を処理するデータ処理手段と、を備え、上
記データ処理手段が、平行軸の方向に延在する複数のフ
ァイルのそれぞれを構成する複数素子から導出された信
号を加算して総和の値を得、特徴に対する広帯域の走査
によって得られるような放射プロフィールを規定するた
め、各々の総和値を、一次配列の位置のうちで各総和値
を発生させた各ファイルが垂直座標軸と交差する位置に
対応する位置に割り当て、上記一次配列から垂直軸に対
する特徴の位置を算出することを特徴とする装置が提供
される。

以下の本発明の説明では、最終結果は、特徴の位置がセ
ンサの素子の配列における座標値の位置の表示であるこ
とに注目されたい。当然のことながら、この位置は、特
徴が正常のビデオ画像のなかで見える位置に対応してい
る。それは、本装置は導出された情報つまりビデオ画像
を取り扱っており、ビデオ画像の１点の位置を全体の画
像に対して直接表示しているにすぎないからである。絶
対的な意味で物品の位置あるいは寸法を決定する必要の
ある場合には、予め、位置と寸法のわかっている試験物
品の特徴の表示された位置を決定し、その後に各々の表
示を比較することにより、装置を較正する必要がある。

放射応答センサは高解像度のCCDタイプのビデオカメラ
が好ましい。この種の個体型のカメラは撮像管による通
常のカメラに比べて数多くの点で有利である。例えば、
個々の素子からの信号出力は集められた光に直接比例
し、像が素子に焼きつくことはなく、また配列上の素子
の位置決めは製造工程により非常に正確に規定される。

ビデオ信号の各フレームに対応する個々の捕捉された信
号はフレーム捕捉手段により好ましくはデジタル化さ
れ、コンピュータのメモリに伝送されて記憶される。つ
いで、コンピュータを制御するソフトウェアルーチンを
用いて、総和計算が実行され、特徴の所要の位置が決定
される。

特徴の位置の好ましい決定法では、最初に特徴の近似位
置アルゴリズムを用い、次に導出された放射プロフィー
ル上の２つの総和値点間に直線補間法を用いる。該補間
処理では、特徴の両側における明るい平坦部と暗い平坦
部にそれぞれ対応する２つの遠隔点での総和値の平均値
に対応する位置を得るため、該平均値の両側にあってそ
の位置から同じ数の点の放射プロフィール上の２点の総
和値の直線補間を実行する。

好ましくは、この補間は、平均値の点の両側にあって最
も近い２つの総和値の点の間を補間することによって行
う。もっとも、他の適当な補間技術を使用してもよい。
特に、総和値に対して「最もよく一致する（best fi
t）」カーブを導出し、このカーブを実際の総和値のプ
ロットの代りに導出された放射プロフィールとして用い
ることは望ましくありうる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の２つの実施例について説
明する。

第１図を参照して、本発明を圧延機により連続生産され
る鋼帯のストリップ幅測定と縁追跡のシステムに適用し
た場合について説明する。

このストリップの幅測定及び縁追跡システムは、固体型
のビデオカメラとレンズの組合せ装置６を有し、このカ
メラとレンズの組合せ装置６は、ストリップ７に対して
適切に配置されるとともに、ビデオリンク８をを介して
デジタイザとフレームストアを具備するフレーム捕捉装
置（frame grabber）９に接続される。フレーム捕捉装
置９は適切なコンピュータ10とインタフェースしてお
り、コンピュータ10には端末装置即ちモニタ11が接続さ
れている。このシステムの部品と設計基準について以下
項を分けてより詳細に説明する。

1.カメラ 好ましい固体型アレイのカメラは入射光の強度に比例す
る電圧信号を与える個々の放射応答素子を２次元の直交
配列としたものである。検出素子は、十分規定された受
光領域をもっており、素子を分離する不感帯（dead ba
nd）又はトラック（track）が明確に規定されている。
素子の配列（アレイ）は写真平版技術を用いるモノリシ
ック基板上に形成され、極めて規則的で非常に安定な装
置を形成する。

カメラとしては光感度が高く高解像度でデッド画素を発
生しない固体型のカメラとして市場で入手できる任意の
ものが使用できる。

2.レンズ レンズは、高品質で歪みが小さく焦点距離の長いものが
最適である。たる形歪み、ストリップの搬送ラインの移
動、ストリップの片方の縁への片寄り及びカメラの軸の
ストリップとは垂直な方向からのずれに起因して誤差が
生じる。これらの誤差は、いずれも焦点距離の長いレン
ズを用いることにより小さくできる。1m幅のストリップ
に対しては、カメラをストリップから約20m以上に離せ
ばたる形歪みは微々たるものになる。これは視野内でス
トリップの大部分が見えストリップの縁を著るしく重な
るようにするには200mmの焦点距離のレンズを必要とす
る。さらに短い焦点距離のレンズも使用可能であるが、
該装置をストリップより20m以内で動作させる必要があ
り、たる形歪みに対する修正が計算されなければなら
ず、搬送ラインの移動の影響も一層著るしくなる。

3.ストリップに対するカメラ配置 CCDアレイカメラは、センサ配列の個々の素子により保
持される画像をビデオ情報の流れに変換する電子機器を
有している。通常（かつ好ましくは）このビデオの流れ
はRS−170（北アメリカ）、CCIR（オーストラリア、日
本、ヨーロッパの一部）等のテレビジョン標準において
設定された規則に従う。しかしながら、ビデオ情報の発
生速度は制御クロックの温度（実際はカメラの周囲温
度）に若干依存する。圧延機のような環境下では空調は
なく温度の変動によって情報の発生速度に若干の変動が
生じ、これにより視野内の物体の大きさが見かけ上変わ
る。ビデオの流れは、２次元の行列直交配列の情報を一
時に行単位で送る。各行の終了時には旧行の終了と新し
い行の開始として作用する同期パルスが与えられる。す
なわち、一つの全画像に対応するフレーム全体の情報
は、１ブロックで送られるのではなく、一連の連鎖状の
行として送られる。この結果、クロック速度の変動に起
因する測定誤差は、行方向の寸法に対してのみ発生し、
行を横切る方向（すなわち列方向）の寸法には現われな
い。したがって、カメラの走査方向（行方向）は、スト
リップの縁と平行な方向に整列されるのが好ましい。

4.照射 CCDカメラは管方式のカメラより光に対する感度が高
く、ほとんどの場合、測定部における周囲光によって適
切な画像が集められることができる。しかし、特殊な状
況では別の照射が要求されたり事前の特別な予防措置を
取る必要がある。例えば。昼と夜とで周囲光が大幅に変
わる場合には、照射を別途行うが、電子的に開孔制御が
可能なレンズを用いる必要がある。もう１つの特殊な場
合はストリップの一部が強く照射され、他の部分が影に
なるような場合である。装置の正常な動作を保証するの
に、ストリップの全幅にわたって強力に局所照射する
（一様でない照射源に対するしゃ蔽スクリーンを組み合
わせてもよい）必要がある。

約500℃以上の熱いストリップの場合、該ストリップの
表面からの熱放射があるので外部照射は不要となりう
る。ただし、スクリーンの画像の過剰なボケを防ぐた
め、カメラに紫外線フィルタを付ける必要がある。

5.画像の露光 管方式であれ、固体型アレイ方式であれ、ビデオカメラ
はフレアと呼ばれる現象を起こす。この現象は、画像の
明るさが上ると、視野内の明るい物体の大きさが見かけ
上大きくなることである。NEC TI−22C CCDカメラに
対する品質検査によれば低レベルの露光におけるフレア
は問題にならない。したがって、ストリップの画像の明
るさが変動する場合には、画像の露光を低く維持するの
が望ましい。例えば、画像を256レベルまでのグレイレ
ベルでデジタル化すそ装置の場合、視野内の最も明るい
物体が確実に例えば50以下のグレイレベルとなるように
する必要がある。

6.画像処理装置 原則として、市場で入手できる大多数の画像処理装置は
カメラにより与えられた情報を集め、記憶し、分析する
のに利用できる。主として必要な条件は、カメラの空間
分解能を低下することなく十分な速度でビデオ情報を収
集する能力と、その情報を輝度即ちグレイレベルを表わ
す大きな数値の範囲にデジタル化する能力とである。好
ましい装置に用いられるデジタイザとしてデータキュー
ブ（Datacube）の“Digimax"として知られているものが
ある。このデジタイザは10MHzで動作し、256レベルのグ
レイ値のデータを生成する。すなわち、個々の素子から
の信号は、各々がグレイの色調を示す256のレベルにデ
ジタル化される。DigimaxはRS−170又はCCIRの信号のい
ずれでも受け付ける。約7MHzより低い周波数で動作する
装置は、RS−170又はCCIRの信号を受け取ることができ
ない。既知の装置には、グレイの256レベルより少ない
数のデータを生成するものもある。この種の装置では、
本発明に従った装置に用いることができるがデータキュ
ーブのデジタイザあるいはそれに匹敵するデジタイザ並
みの測定精度は得られない。

デジタイザからの情報はフレームストアと呼ばれるメモ
リの専用エリアに記憶される。かなり多くの場合、デジ
タイザとフレームストアは、メイン・コンピュータ・バ
スとは別の内部即ち専用バス（高速通信リンク）で接続
される。この場合のフレームストア・メモリはデュアル
ポートRAM（ランダム・アクセス・メモリ）として知ら
れている。デュアルポートフレームストアは、装置全体
の処理速度を上げ、したがって、ストリップの幅と縁の
位置の決定を高速の周期で行う場合に適している。

フレームストアの情報をアクセスするコンピュータ10と
しては任意の適当な汎用コンピュータが使用できるが、
速度面と使用の簡便さの面から、高速クロックで命令セ
ットが強力で、メイン・システム・メモリとともにフレ
ームストアの全体（典型的には約256Kバイト）を直接ア
クセスするに十分なリニア・アドレス空間をもつものが
望ましい。この意味でいわゆる８ビット・プロセッサの
コンピュータは適当でない。好ましい例として16Mバイ
トまでのアドレス指定が可能なMC68000CPUをもつモトロ
ーラのシングルボート・コンピュータがある。もちろ
ん、当業者にとって幅測定と縁の追跡のタスク用に最適
化した専用コンピュータを設計、製作することは困難で
ない。

7.ビデオ・リンク 既知の専用同軸ケーブルはかなりの長距離（多分100m）
までビデオ情報を伝送可能である。この程度の性能はプ
ラント設備などではしばしば要求される。特にカメラを
建物の天井構造に取り付けるような場合である。

8.ディスプレイ ディスプレイ装置11は情報を表示するスクリーンととも
に情報を送るキーボードを備え、直列リンクを（RS−23
2,RS−422または電流ループ）介してコンピュータ10と
通信する端末装置でありうる。あるいは第２のビデオリ
ンクを介して画像処理装置（むしろ汎用コンピュータで
ない）に結合されるモニタであってもよい。

9.動作モード 本発明によれば、ストリップの画像はセンサ配列で生成
され、カメラによりビデオ信号として伝送され、次いで
デジタル信号に変換されてコンピュータに記憶される。
通常、ストリップと背景とにはそれぞれ明るい信号と暗
い信号とを生成するに十分なコントラストがある。しか
し、そうでない場合は、暗い背景をカメラ位置に設ける
か、ストリップの照明を調整して所望のコントラストを
得るようにする。記憶された各々の信号は、センサ配列
中の個々の素子の１つに対応している。以下に述べる動
作が、ソフトウェア・ルーチンによつて実行される。

まず、データはコンピュータメモリ内の適当の大きさの
配列に移され、このファイル（行と列）は、センサ素子
のファイルに対応しており、カメラによってとらえられ
た元の画像のファイルに対応している。配列の各要素は
０から255までの整数値をもち、対応するセンサ素子に
より捕らえられた光量を表わしている。この配列の水平
の行（ストリップの縁と平行なセンサ配列の軸に平行な
センサ素子のファイルから導出された信号）をすべて加
算することにより、総和値の一次配列が得られる。ここ
に、各総和値は総和値が導出された素子の行のセンサ素
子のCCD配列の垂直軸に沿った位置に対応する位置に割
り当てられる。したがつて、一次配列中の総和値の位置
は、センサ素子配列の垂直軸上の位置に直接帰すること
ができる。これにより、一次配列は「広帯域の走査」の
導出された放射プロフィールを規定している。

近似位置アルゴリズムは、比較的小規模の導出された放
射プロフィールからストリップの縁を認識し、その縁の
位置を精密位置アルゴリズムに渡す。更に、グレイ尺度
の総和が、ストリップ７の２つの縁近くの制限された範
囲に帰すことができる信号に関して再び算出され、スト
リップ７の各縁に関係する拡大されて導出された放射プ
ロフイールを規定する総和値の別の一次配列を生成す
る。このような拡大プロフィールを第５図に例示してあ
る。平均値（暗い平坦部の値Ａと明るい平坦部の値Ａと
の中間）の両側にある２つのプロットされた点ＣとＤ間
を直線補間することにより縁の正確な位置がカメラアレ
イの垂直軸上に関して得られる。両縁の位置から、スト
リップの幅を元の画素間隔以下の誤差で計算できる。ス
トリップの縁の基準点からの実際の位置も又算出でき
る。

一次元の総和値配列すなわち総和により導出された放射
プロフィールを生成することにより、ビデオ・データは
格段に圧縮される（例えば256,000個のデータ点が512個
のデータの点になる）。この圧縮には非常に時間がかか
り、好ましい画像処理装置で最適化したアセンブラ・ル
ーチンを用いても約１秒を要する。幅測定と縁の追跡の
データをさらに頻繁に必要とする場合には、先の測定の
組からのデータが次の測定に対する縁の近似装置を予測
するために用いることができる。これにより、256,000
個のデータ点のごく一部のみについて分析すればよく初
期の小規模の放射プロフィールの値を決定する必要はな
くなる。

さらに、処理すべき信号数を各縁に付きセンサ素子の４
つのファイルのみからの信号数に下げることすら可能で
ある。すなわち、（第５図を参照して）縁の領域から十
分離れた放射を受け取る１つのファイルは、暗さの基準
値Ａを与える。相補のファイルは明るさの基準値Ｂを与
える。そして、２つのファイルは、平均の強度レベルの
両側にある加算すると値ＣとＤになる信号を生じて、縁
自身の局所放射プロフィールを確定する。

総和をとる信号の総数を約８ファイル分に減少させるに
しろ、８から512ファイルの中間の値の数のファイル分
に減少させるにしろ、実行すべき加算回数が減少すると
いう効果が生じ、したがって加算のために必要な時間が
減少する。この結果、縁と幅の計算に要する時間を１秒
より十分短い時間に短縮できる。もっとも、CCIRあるい
はRS−170のビデオ・フォーマットを用いた場合、ビデ
オ・データの新しい組を得るのに最低で20ミリ秒（CCI
R）または16.7ミリ秒（RS−170）の時間（フィールドの
更新時間である）が必要である。

10.較正 装置の較正は、ストリップ搬送ラインの平面内に保持さ
れる特別の試験片の助けをかりて行なわれうる。試験片
の一つのありうる構成としては、交互に明と暗の帯のマ
ークを付けたシートである。使用時、帯はストリップの
圧延方向とほぼ平行に配置する。帯はすべて同じ幅か、
又は、すべての明るい帯を１つの幅でかつ暗い帯を別の
幅にするのが好ましい。暗い帯の中心位置は、本発明を
用いて暗い帯の２つの縁の位置の平均をとることによっ
て測定されうる。この種の測定を行えばフレアの問題は
なくなる。暗い帯の中心間の知りえた間隔をカメラの視
野内の較正定数をつくるために用いることができ、した
がって測定計器の絶対較正に又、レンズにより作られる
たる形歪みやその他の歪みの修正に用いることができ
る。

11.応用 本発明による幅測定と縁の追跡の装置の一応用例は、ス
トリップの縁をトリミングしてストリップの全幅を正確
に既知の所望値に下げる連続生産ラインに対してであ
る。ストリップの縁を追跡でき、ラインがストリップの
追跡の十分な制御を有するならば、本発明を用いること
で片側の縁のみをトリミングするだけで所望の幅を得る
ことができる。

ストリップの一方の縁または両方の縁をトリミングする
場合において、装置の視野はトリミング前のストリップ
とスリッタとトリミング後のストリップとを含み得る。
適当なソフトウェアを用いることにより、同じカメラと
フレーム捕捉装置とデータ処理装置とより、係るトリミ
ングの前後のストリップの幅と縁とを同時に測定するこ
とができる。この種の変形例により全体の動作をより確
実に制御できる。

もう１つの応用ではスリットするラインで生成した個々
のスリットされたストリップの幅が測定されうる。

本発明の第２実施例は非接触方式の伸び測定、すなわち
引張試験片の長さと幅の変化の決定に適用したものであ
り、この薄い鋼片の試験に関して、以下、第２図，第３
図，第４図，第５図を参照して説明する。

この実施例における本発明の装置は、試験片の寸法を表
示するだけでなくその情報を、試験装置自体の動作を制
御する別のコンピュータに伝送する。

第２図に示すようにこの装置は、試験片15の一端を把持
する固定クランプ14と該試験片の他端を把持する下方に
移動可能なクランプ16とを支持する剛体のフレーム13を
有する引張試験装置12を備える。使用の際、クランプ16
は移動して試験片15を引っ張り、最終的には破断する。
試験装置12は基本的に普通のものであるのでその説明は
要しない。ただし、本発明に従い、（好ましくは保護ハ
ウジング内の）CCDカメラ17がフレーム13の試験片15に
焦点が合わせられうる位置に取り付けられる。又、試験
片の後方にはコントラスト用のスクリーン18が設けられ
て、試験片の垂直の縁を規定することを強化するととも
に試験片に対する一定で一様な背景を与える。

試験装置12は、負荷を記録しながら一定の速度で試験片
15を引っ張ってゆき、本発明の装置は試験片のゲージ領
域の寸法を決定していく。各試験は約３分間を要し、理
想的にはフレーム期間（CCIRで40ミリ秒）ごとに負荷と
寸法とを記録する。ゲージ寸法（第３図に示す中央のゲ
ージ長と幅）の測定の普通の方法ではゲージ長と幅の伸
び計を試験片に接触させて取り付ける必要がある。残念
ながら、接触型の伸び計を試験片に確実に取り付けるに
は熟練者の技能が必要であるため、実際のほとんどの試
験は伸び計を用いることなしに行なわれる。すなわち、
試験装置の可動クランプの移動量は当然知ることができ
るので、この移動量と代表的な試験片が変形する仕方の
モデルとから、実際のゲージ長のかなり精度のよい推定
を得ることができる。

しかし、このルーチン試験はゲージ幅の変化についての
情報を与えてくれない。鋼の重要なパラメータである塑
性歪み率（plastic strain ratio）すなわちｒ値は、
ゲージ長とゲージ幅の両方が測定されたときだけ決定さ
れうる。本発明により両方の測定値が容易に得られる。
さらに、本発明の方法を用いればオペレータの高度な技
能は不要であり、したがってルーチン試験に好適であ
る。

応力／歪みカーブに関しては３つの項目、即ち領域つま
り降伏応力即ち耐力と一様な歪みの領域と破壊時の伸び
の全長とがある。耐力の測定はカーブの弾性領域の傾き
を確立するのに十分な速度でのデータ収集能力に依存す
る。通常の歪み速度（例えば3.0×10^-3秒）の場合、長
さの測定値を少なくとも60ミリ秒ごとに0.01％の再現可
能性で収集する必要がある。一様の伸び測定に関して
は、ｒ値を決定するために、中央のゲージ領域の長さと
幅を1.0秒程度ごとに得る必要がある。試験片の破壊は
通常局部的な絞り（ネッキング）によって引き起こされ
るので、絞られる領域が、全体の伸びを決定するために
用いられるゲージ長のうちに含まれるようにしなければ
ならない。ネッキングは試験片の肩部のごく近くで起こ
り得るので（第３図参照）、これらの領域をカバーする
ように２つのゲージ長を追加する必要がある。全体の伸
びは破壊時に一番伸びたゲージ長から算出される。

したがって、本装置は好ましくは３つのゲージ長と中央
のゲージの幅とを40ミリ秒ごとに0.01％の精度で測定で
きる。この要件は、所要の３つの項目を得るための最低
条件より厳しいものであるが、それを満足するのに１つ
のアルゴリズムで十分であり、通常の自動引張試験プロ
グラムに対する変更はわずかでよいという利点を有す
る。

CCDカメラ17は、カメラを試験片との距離に合わせるた
めのレンズの適当な選定の点を除いて第１実施例のもの
と同一でよい。

カメラ17からのビデオ・データは、第１実施例と同様
に、フレーム捕捉装置とデータ処理装置とを有する画像
処理装置19に伝送される。この装置の内部には４つの25
6Kバイトのフレームストアをもち、256個のグレイレベ
ルを表わす信号を生成する実時間画像デジタイザが含ま
れる。データ処理は、8MHz68000CPU内蔵の２台のシング
ルボードコンピュータによって行われうる。２台のコン
ピュータが必要なのは例えば20ミリ秒以内での演算完了
のための演算の分担と自動引張試験用コンピュータ20と
の通信を行うためである。

コンピュータ20は、画像処理装置19からの決定された長
さの測定値を受け取り、それを必要に応じて印刷または
プロットする補助装置を制御する。

また、コンピュータ20は、デジタル値をアナログ信号に
変換して試験装置12の機能制御用の機器に伝送する。

試験片の形状（第３図）は非常に単純であり、試験片の
縁は、センサ配列の座標即ち画素の軸にほぼ整列させら
れる。予め、試験片にはインク等によってマークされた
ライン21が正確な間隔で横向きに付けられ、その中心間
の間隔はゲージ長に対応し、ラインの縁は位置決定のた
めの横断の「特徴」を規定する。各ライン21の各縁の位
置が決定された後、両方の縁の中間位置が定義的な結果
として計算される。この手続により決定の統計的精度が
向上する。試験片は明るくてもよいし（暗い背景に暗い
ライン）、暗くてもよい（明るい背景に明るいライ
ン）。

初期設定の手続では、確実に、背景を均一にし、画像は
露光不足でなく、又、露光過度でなく、試験片と背景と
の間に十分なコントラストがつくようにし、試験片を正
しく位置決めし、ライン間隔と試験片の幅とを正しくす
る。これらの始動条件を十分規定しておくことにより、
長さと幅の測定アルゴリズムを簡単で高速にすることが
できる。

CCD配列の各行のセンサ素子からの信号のグレイ尺度値
の和をとって１次元配列の各要素に総和値を記憶した
（第１実施例と同様に１つの行につき１つの値であり、
第４図の右方に示すような小規模な放射プロフィールを
示すもの）場合、データの劇的な圧縮にもかかわらず、
インクマークの縦の位置に関する情報は失われない。同
様のことが例の総和に対しても成立する。

CCD素子の各々のファイルのグレイ値の総和の一次配列
からプロットされる特徴領域（すなわち、試験片の縁あ
るいはインクマークの１つの縁）のまわりの拡大プロフ
ィールは、第１実施例で参照した第５図のプロフィール
と同様であり、特徴の位置決定も前と同様にして行われ
る。その測定に用いる簡単な２点補間法は非接触式の伸
び測定には特に適している。CCD配列の座標軸と試験片
の特徴とがわずかでもずれると、総和配列における縁の
表示は不鮮明になる。このずれが数画素だけの不鮮明を
生ずるのであれば、測定精度は下がらないはずである
が、放射プロフィールの中央部は直線により最良に適合
されている。この部分は一様な傾きを有するので、最大
傾斜の点を捜す縁検出アルゴリズムを用いたのでは縁を
正確に測定することはできなくなる。

上述のように、装置に直前の特徴の測定値の最後の組の
結果を記憶させるようにすれば、測定間で特徴がそれほ
ど移動しない状況ではデータをさらに圧縮することが可
能となる。第４図に、周期的に位置を決定すべき特徴の
縁のまわりに破線で小さな領域を示してある。標準化し
た試験環境では、初期の総和の演算をこれらの小さな領
域からの信号に限定することが容易であり、ビデオ・デ
ータの圧倒的大部分である残りのデータを捨てても有用
な情報の全ては残すことができる。

実際に必要な単なるグレイ尺度の総和値の点は、明るい
基準点と暗い基準点とその平均の両側のすぐにある放射
プロフィールの２つの点とであるので、第１実施例と同
様にさらにデータを圧縮できる。

先に述べたように、CCD装置の固体型アレイにおけるセ
ンサ素子のファイルが不感帯、即ち、放射に感じない帯
域により分離される。こうして、前述した範囲におい
て、本発明は、特徴の画像が不感帯上にそしてそれに沿
って直接落ちる可能性があることを許容する。そのこと
が起こるならば、その不感帯の直ぐ隣接して配設された
センサ素子のファイルから受け取られた信号は、画像が
全体に不感帯内に留まるならば、画像の位置における変
化によって影響されに程度に不確定である。これは、多
くの用途において受容できないレベルではないが最終の
決定の精度を下げる。しかしながら、最高度の精度が所
望される幾つかの例においては、本発明の方法は、以下
のように変更又は改良されうる。

放射感応センサは、素子の固体型アレイ上に約１素子間
隔にわたって落ちる像をぼやけさせるように焦点をぼか
されうる。

代りに、又は、同様にして、配列の整列は、意図的に次
のように設定されうる。それは、その座標軸が、場合に
より物品の特徴に対してほぼ平行或いは垂直であるがし
かし正確にはそうではないようにである。典型的には、
特徴の画像が、例えば200素子の長さのセンサ素子の４
から10までの間好ましくは例えば５又は６ファイルにわ
たつて斜めにさせられる。そして特徴は、あたかも割れ
てセグメントになるように取り扱われる。これは、対応
して割られて各セグメントに対して総和値をつくる特徴
に対してほぼ平行であるセンサ素子のファイルを取り扱
うことによって実現されうる。次に、位置表示、即ち、
垂直軸上の位置の値は、特徴の各セグメントに対して、
既に説明された本発明の方法により得られる。そして、
これらのセグメントの位置の値の算術的平均値が、特徴
自身の位置として採用される。

各セグメントの位置を決定するとき、内挿法（又は外挿
法）は、セグメント内のセンサ素子の数によって乗ぜら
れかつ各ファイルの中の素子の全数により除された明る
い平担部と暗い平坦部との値の平均に等しい平均値を参
照して決定され、そして、セグメントの位置の平均が重
み付けされた平均として、若しセグメントの長さが全て
同じでないならば一層長いセグメントに対して与えられ
る一層大きい重みでもって計算される。

例えば、特定のCCD装置において、各ファイルは、105個
のセンサ素子を備えるならば、セグメントの和は、各10
素子の長さ当たり９個のセグメントと15素子の長さの10
番目のセグメントに対して計算されうる。10素子セグメ
ントの対応する対に対するセグメントの位置の値（P₁,P
₂‥‥P₁₀）は、全部の値の105分の10の平均値と、全部
の値の105分の15の平均値を参照した10番目のセグメン
トに対する位置と、を参照して決定されるであろう。そ
して、垂直軸上の特徴の縁の位置は、（10P₁＋10P₂＋…
＋15P₁₀）/105として計算される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、移動するストリップの縁の位置を検出する装
置の概略構成を示す図、 第２図は、引張試験片の寸法変化を検出する装置の概略
構成を示す図、 第３図は、直線的特徴を規定するために色マークが付け
られたシート状の金属試験片の正面図、 第４図は、第３図の試験片を含むCCDカメラの視野とと
もに、それに対する２つの小規模の導出された放射プロ
フィールを示す図、 第５図は、いずれの実施例の特徴にも応用されうる特徴
の縁に係る導出された放射プロフィールの大規模な部分
のプロットを示す図である。 6,17:ビデオカメラ、7:ストリップ 8:ビデオ・リンク、9:フレーム捕捉装置 10:コンピュータ、11:モニタ 12:引張試験装置、13:フレーム 14,16:クランプ、18:スクリーン 19:画像処理装置 20:試験制御コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−221610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−76402（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−36415（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭62−43481（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−16602（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−39124（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭62−45123（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物品から放射されるかまたは該物品で反射
   された放射の強度の急激な変化に一致する前記物品の直
   線的な特徴の位置を決定する方法であって、直交配列の
   ファイルとして配設された複数の一様な間隔の個々の素
   子を有するタイプの放射応答センサを利用し、各素子が
   センサの視野の部分のうちで各素子の配列上の位置に対
   応する部分から受け取られた放射量を表わす信号を発生
   する方法において、 前記センサの視野が前記特徴の実質的な長さを確実に含
   むようにセンサを配置するステップと、 前記配列の各座標軸がそれぞれ前記特徴とほぼ平行また
   は垂直になるようにセンサを整列させるステップと、 前記の平行座標軸の方向に延在する複数のファイルのそ
   れぞれに含まれる複数の前記素子によりつくられる信号
   の和をとって総和値を得るステップと、 前記特徴を横切る広帯域の走査によって得られるのと同
   様な導出された放射プロフィールを規定するため、各々
   の前記総和値を、一次配列の位置のうち、各前記総和値
   が導出されたファイルが前記の垂直座標軸と交差する位
   置に対応する位置に割り当てるステップと、 前記一次配列から前記の垂直座標軸に関する前記特徴の
   位置を算出するステップと、 を備えることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、前記特徴の
   位置の近似の表示が、最初に多数のファイルから導出さ
   れた一次配列から得られ、次に、前記の所要の表示が、
   前記特徴の該近似の位置からの放射を受け取った少数の
   ファイルから導出された一次配列から得られることを特
   徴とする方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、前
   記所要の表示が、サブファイルの間隔の精度に対して、
   前記特徴の両側における明るい平坦部と暗い平坦部とか
   らの放射を受け取るファイルから導出された高と低の２
   つの総和値の平均を決定することと、次に、前記の平均
   値に等しい値の前記の導出された放射プロフィール上の
   等価の位置を決定することと、によって導出されること
   を特徴とする方法。
4. 【請求項４】請求項３記載の方法において、前記の導出
   された放射プロフィール上の前記等価の位置は、前記一
   次配列のうちで前記の平均値の両側において該平均値に
   最も近い２つ前記総和値の間で該平均値の直線補間を行
   うことによって決定されることを特徴とする方法。
5. 【請求項５】請求項３記載の方法において、前記導出さ
   れた放射プロフィール上の前記等価の位置が、前記の平
   均値のレベルと、該平均値より高い方で直ぐ隣接する複
   数の総和値と該平均値より低い方で直ぐ隣接する複数の
   総和値とに対して最も良く一致する直線と、の交点によ
   って決定されることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】請求項１記載の方法において、位置と寸法
   とが既知の試験物品についてその特徴の位置の表示を記
   録しておくことにより前記一次配列を較正するステップ
   をさらに有することを特徴とする方法。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか一つに記載の方
   法において、前記特徴の位置に関する情報をメモリに記
   憶するステップをさらに有することを特徴とする方法。
8. 【請求項８】請求項７に記載の方法において、前記の記
   憶された情報をメモリから呼び出すステップと、前記特
   徴の先に表示された位置から又はその近くから放射を受
   け取るセンサ素子からの信号に対して前記の処理を限定
   するステップと、を更に有することを特徴とする方法。
9. 【請求項９】請求項１から８のいずれか一つに記載の方
   法において、前記特徴は処理ラインに沿って移動する細
   長い物品の縁であることを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】請求項９記載の方法において、前記縁の
    表示された位置の変動に応答して前記処理ラインの運転
    を制御するステップをさらに有することを特徴とする方
    法。
11. 【請求項１１】請求項１から８のいずれか一つに記載の
    方法において、前記物品に関する２つ以上の平行または
    相互に直交する特徴の各位置を同時に決定することを特
    徴とする方法。
12. 【請求項１２】請求項11記載の方法において、前記物品
    は引張試験片であり、各前記特徴は該引張試験片のゲー
    ジ長を規定する縁またはマークであることを特徴とする
    方法。
13. 【請求項１３】請求項１から11のいずれか一つに記載の
    方法において、前記物品は放射を自ら放射する程度に十
    分熱く、前記センサはその放射によって応答することを
    特徴とする方法。
14. 【請求項１４】請求項１から11のいずれか一つに記載の
    方法において、前記物品を対比する背景に対して照射す
    ステップをさらに有することを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】請求項１から11のいずれか一つに記載の
    方法において、前記物品を事前に条件付けして前記特徴
    に両側に対照的な放射の放射特性を与えるステップをさ
    らに有することを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】請求項１から15のいずれか一つに記載の
    方法において、前記垂直座標軸上の複数の位置の値は、
    前記特徴のセグメントに各々対応して決定され、前記特
    徴の位置は、前記セグメントの位置の値を長さの重みづ
    けされた平均として決定されることを更に特徴とする方
    法。
17. 【請求項１７】請求項16記載の方法において、前記の配
    列の軸が前記特徴に対して正確には平行でないよう設定
    されることを更に特徴とする方法。
18. 【請求項１８】請求項17記載の方法において、前記特徴
    の画像が素子の実質的に平行な前記ファイルのうちの４
    から10までのファイルにわたって斜めにされていること
    を特徴とする方法。
19. 【請求項１９】請求項１から18までのいずれか一つに記
    載の方法において、前記センサが前記物品に鮮明に焦点
    を合わせられていないことを更に特徴とする方法。
20. 【請求項２０】請求項19記載の方法において、前記特徴
    の画像が実質的に１つの素子間隔にわたってぼんやりし
    ていることを更に特徴とする方法。
21. 【請求項２１】請求項１記載の方法を実施する装置であ
    って、直交配列のファイルとして配設された一様な間隔
    の個々の素子を有する放射応答センサ（６）（17）を備
    え、各素子がセンサ視野内で各素子の前記の配列上の位
    置に対応する部分から受け取られた放射量を表わす信号
    を発生するようにした装置において、 特徴の実質的な長さが前記センサ視野内に含まれるよう
    に前記センサを配置し、かつ、前記の配列の各座標軸が
    それぞれ前記特徴と実質上平行または垂直になるように
    前記センサが整列するセンサ設置手段と、 前記の発生された信号をデジタル化して該発生された信
    号のフレームを捕捉するフレーム捕捉手段（９），（1
    9）と、 前記の捕捉されたデジタル化された信号を処理するデー
    タ処理手段（10），（20）とを備え、 前記データ処理手段が、平行座標軸の方向に延在する複
    数のファイルのそれぞれに含まれる複数の素子から導出
    された信号の和をとって総和値を得、 前記特徴を横切る広帯域の走査から得られるのと同様の
    導出された放射プロフィールを規定するため、各総和値
    を、一次配列の位置のうちで各総和値が導出された各フ
    ァイルが前記の垂直座標軸と交差する位置に対応する位
    置に割り当て、 前記一次配列からの前記の垂直座標軸に関する前記特徴
    の位置を算出することを特徴とする装置。