JPS6134601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱間圧延される鋼板等の平板の平坦形
状（表面凹凸状態）を測定する方法に関する。

熱間圧延においては鋼板を可及的に平坦にする
ことが重要な課題となつており、このために種々
の圧延形状制御が試みられてきた。この圧延形状
制御のためには制御の入力情報としての鋼板の平
坦度又は平坦形状を測定する必要がある。この平
坦度測定技術としては最近では専ら光学的手法に
依るものが種々提案されているが、夫々に実用上
の難点を有している。

本発明は比較的簡単な構成の装置を用い、移動
中又は静止中の被測定物の幅方向及び長手方向の
平坦形状を各種外乱の影響を排除して測定するこ
とを可能とすると共に、測定サンプリング部分以
外の形状も補間認識し得る平板の平坦形状測定方
法を提供することを目的とする。

本発明に係る平板の平坦形状測定方法は平板
に、その板幅方向に延び、板長方向に不等間隔離
隔する複数本の細長い光像を非垂直的に投射形成
し、該光像を２次元撮像装置にて一度に撮像し、
この撮像画像の光像と、予め記憶させておいた基
準画像の光像との偏差に基き、平板表面における
光像形成部分の平板厚み方向の位置を求める一
方、前記撮像画像の光像に対応する信号のピーク
値及び／又は時間幅に基き前記光像形成部分の傾
きを求めることにより平板の形状を認識すること
を特徴とする。

以下本発明方法を厚鋼板の平坦度測定の場合を
例にとつて詳述する。第１図は測定対象の厚鋼板
と、本発明方法を実施するための装置の光学系と
の配置及び該装置の情報処理系の構成を併せて示
したものである。被測定物たる鋼板１はテーブル
ローラ２上に載置されて白抜き矢符で示す如くそ
の長手方向に搬送されている。而して、いまこの
鋼板搬送方向、すなわちその長手方向をＸ軸、鋼
板１の幅方向をＹ軸、Ｘ，Ｙ両軸に直交する方
向、すなわち鉛直方向（鋼板の厚み方向）をＺ軸
とする３次元のＸ―Ｙ―Ｚ座標系を考える。この
座標系の原点は、適宜範囲の鋼板表面領域を撮像
し得るように鋼板搬送域の一側上方に配置された
テレビカメラ等の２次元の撮像装置３の視野中心
によつて一義的に定まる。

４はレーザビーム発生装置であつて、鋼板搬送
方向の上流側の上方においてレーザビームLBが
Ｙ軸に平行に発射されるように配置されている。
５は８角柱状に構成された８面鏡であつて、図示
しない駆動手段により中心軸回りに回転するよう
になつており、この中心軸を鋼板搬送方向の下流
方向へ若干傾け、８面の鏡面が回転に伴つて順次
的に前記レーザビームを受光して反射するように
レーザビーム発生装置４に対向させて配置してい
る。第２図は８面鏡５を拡大略示しており、鏡面
５５が中心軸５０に対して平行となつているのに
対し、この鏡面５５の右方に順次連接する鏡面５
６，５７，５８はこの順に大きな角度となるよう
に上端部を内方へ傾斜させており、逆に鏡面５５
の左方に順次連接する鏡面５４，５３，５２，５
１はこの順に大きな角度となるように下端部を内
方へ傾斜させている。相隣する鏡面同士の傾斜角
度差は鏡面５１と５８との差が最も大となつてい
ることは勿論であるが、他の傾斜角度差は夫々に
異つている。すなわち例えば鏡面５１と５２との
傾斜角度差は鏡面５２と５３との傾斜角度差と不
等である。そしてこの８面鏡５の配置位置及びそ
の中心軸５０のＺ軸に対する配設時の傾斜角度及
び各鏡面の中心軸５０に対する傾斜角度は、各鏡
面によつて反射されたレーザビームLBが、この
８面鏡５の回転に伴つて鋼板１上に投射されて鋼
板１の全幅に亘り、鋼板１の幅方向に延びる細長
い光像を順次反復的に描き、且つこの光像が撮像
装置３の視野内に位置するように定めてある。こ
の光像はレーザビームの投射により形成されるも
のであるので瞬時的に見れば光スポツトに過ぎな
いが、８面鏡５を適当な速さで転させることによ
り肉眼による認識は勿論、撮像装置３によつて捉
えられる画像も８本の細長い光像となる。そして
これら８本の光像は、各鏡面５１，５２…５８が
前述のように傾斜されているために第１図に示す
ように不等間隔離隔することになり、鏡面５１，
５２…５８夫々からの反射による各光像，…
はこの順に上流側に向けて位置することにな
る。なお映像数30枚／秒、走査線数525本、飛越
走査方式の標準方式で撮受像を行う場合、８面鏡
５の回転速度は30r.p.s.以上とするのが望まし
い。なお光像の投射形成は、上述の如くレーザビ
ームをスキヤニングする方法に限らず、８本の細
長ビームを連続的に投射して行つてもよい。

６は撮像装置３が撮像して画像を映すモニタで
あつて、このモニタ画面においては画面中心を原
点とし、これを通る水平軸、垂直軸夫々をｘ軸及
びｙ軸とする２次元のｘ―ｙ座標系を考える。撮
像装置３により得られた画像信号はアナログスイ
ツチ７を経て情報処理系に入力されるのであるが
その情報処理は光像，…のモニタ画面上に
おける光像〓，〓…〓の線上を離散的にサンプリ
ングした点の前記ｘ―ｙ座標系の座標に基いて行
われる。この情報処理は２次元撮像装置の視野に
相当する鋼板の適当な搬送距離毎に１回、1/30秒
毎にすりかわる画像の中から任意に選び出して行
う。

８ａはいずれかのテーブルローラ２に連動連繋
されたロータリエンコーダであつて、テーブルロ
ーラ２の回転数、すなわち鋼板１の搬送量に比例
する個数のパルスを発するものである。８ｂは搬
送されてくる鋼板１の前端及び後端を検出するた
めのフオトセンサである。ロータリエンコーダ８
ａ及びフオトセンサ８ｂの出力はいずれも搬送監
視装置８に入力されるようになつている。この搬
送監視装置８は２つの入力信号に基き、８本の光
像が搬送されてきた鋼板１上に投射形成され始め
た時点から、最上流側の光像が、鋼板１が通過
し去つたために鋼板１上に形成されなくなる迄の
時点の間前記の情報処理のタイミング時のみアナ
ログスイツチ７を閉路させるべく制御を行う外、
鋼板１の先端からの鋼板移動量を積算するもので
あつて、この積算情報は後述する記憶装置９８に
入力され、この記憶装置９８においては前記積算
情報に基き１枚の鋼板について撮像された多数の
画像について平坦形状に関する情報と、各画像に
対応する鋼板１上の位置とを対応づけて記憶す
る。

而して撮像装置３によつて得られた画像信号は
アナログスイツチ７及びビデオ―デイジタル変換
記憶器９１を経て光像座標読取器９２及び後述す
る光像ピーク値・時間幅読取器１０１へ入力され
る。

光像座標読取器９２は画像上の光像〓，〓…〓
の形状をデイジタル情報として読取るものであつ
て、具体的には例えば次のようにして行われる。
すなわち、モニタ６において適当に離隔する例え
ば18本の水平走査線を選び、これらの水平走査線
と８本の光像〓，〓…〓との交点のｘ―ｙ座標系
上の座標（xij，yij）を求めることによつて行わ
れる。なお添字のｉは光像〓，〓…〓に対応する
番号（ｉ＝１，２…８）、ｊは選ばれた水平走査
線の番号（ｊ＝１，２…18）であり、モニタ６の
画面に示すＰ点が第５番目の水平走査線と光像〓
との交点である場合はこのＰ点は（x₅₈，y₅₈）と
記される。そしてxij，yijの値そのものは原点よ
りのｘ軸方向、ｙ軸方向夫々の距離である。なお
この（xij，yij）の読取りは撮像装置３が出力す
る合成画像信号をビデオ―デイジタル変換記憶器
９１により一旦デイジタル信号に変換し、記憶し
た上で行われることは勿論である。このようにし
て８本の光像〓，〓…〓は夫々（x₁₁，y₁₁），
（x₁₂，y₁₂）…（x₁₁₈，y₁₁₈），（x₂₁，y₂₁），（x₂₂
，
y₂₂）…（x₂₁₈，y₂₁₈），…（x₈₁，y₈₁），（x₈₂，y₈₂
）
…（x₈₁₈，y₈₁₈）の各18個のサンプリングデータ群
によつて表わされることになる。

而して画像上における光像情報たる座標
（xij，yij）は座標変換器９３に入力され、ここで
鋼板１におけるＸ―Ｙ―Ｚ座標系のＸ―Ｙ平面に
おける座標（Xij，Yij）に変換される。この変換
にあたつては下記(1)，(2)式の演算が施される。

Xij＝ｃ−ｆ／ｆ・ｓｉｎθ−ｙｉｊ・ｃｏｓθ・sin
θ・xij…(1) Yij＝ｃ−ｆ／ｆ・ｓｉｎθ−ｙｉｊ・ｃｏｓθ・yij
…(2) 但し ｃ：撮像装置３のレンズ位置とＸ―Ｙ―
Ｚ座標系原点との距離 ｆ：撮像装置３のレンズの焦点距離 θ：撮像装置３のレンズの光軸とＸ―Ｙ
―平面とのなす角度 ９４は前記(1)及び(2)式の変換係数に使用される
ｃ，ｆ，θを記憶しておく変換係数演算記憶器で
ある。実際には Xij＝ａ′−１／ｂ′−ｃ′・ｙｉｊ×b′×xij Yij＝ａ′−１／ｂ′−ｃ′・ｙｉｊ×yij とおけるので、Ｘ―Ｙ較正処理によつて、ｃ，
ｆ，θに相当するa′，b′，c′を求め、９４に記憶
しておく。

７ａはＸ―Ｙ較正用の切替スイツチである。Ｘ
―Ｙ較正時は予め寸法のわかつている良好な形状
の鋼板を準備し、７ａを較正側（図示の位置）に
切替えて撮像する。この較正画像と、実寸法の関
係からa′，b′，c′を演算記憶してから７ａを矢符
の如く測定側に切替える。

次に座標（Xij，Yij）は光像，…のＸ―
Ｙ―Ｚの３次元座標系における座標系（Xij，
Yij，Zij）を求めるために３次元座標変換器９５
へ入力される。

補助演算器９６には基準座標（Xoij，Yoij，
Zoij）及びΔXijをΔZijに変換する際の変換係数
Mijが予め与えられている。この基準座標
（Xoij，Yoij，Zoij）はＸ―Ｙ平面上に平坦で厚
さｔの基準板CAL（第３図参照）を載置した場
合において前述の如くして８本の光像を形成した
場合に、これを撮像装置３により捉えた基準画像
中の８本の光像夫々につき各18個のサンプリング
した点のＸ―Ｙ―Ｚ座標系における座標であつ
て、Zoij＝ｔである。ところで光像，…は
Ｘ軸方向に適宜の俯角をもつて投射されたレー
ザ・ビームLBによつて形成されたものであるか
ら前述の如くして求めたXijとXoijとは第３図に
示すようにΔXij（Xij−Xoij）のずれを有するこ
とになる。３次元座標演算器９５は補助演算器９
６により基準座標（Xoij，Yoij，Zoij）を引出し
て、まずこのΔXijを演算する。そして鋼板１の
表面のＺ軸座標Zij（鋼板１が平坦でその表面が
Ｘ―Ｙ平面に一致している場合はZij＝０）とZoij
＝ｔとの差ΔZijを下式により求める。

ΔZij＝ΔXij／Mij 但し、MijはレーザビームLBの俯角、サンプリ
ング点等によつて定まる定数であり、補助演算器
９６より引出して使用する。

７ｂはＺ較正用の切替スイツチである。前記基
準座標（Xoij，Yoij，Zoij）及び変換係数Mijを
基準板CALを用い、切替スイツチ７ｂを較正側
（図示の位置）に切替えて撮像し、補助演算器９
６にて演算し記憶する。この較正処理時以外は切
替スイツチ７ｂは矢符の如くして測定側に切替つ
ている。３次元座標変換器９５はΔZijに基きZij
＝ΔZij＋ZoijとしてZijを求め、座標変換器９３
から入力された座標（Xij，Yij）のデータと組合
せて光像，…のＸ―Ｙ―Ｚ座標系における
３次元の座標（Xij，Yij，Zij）を得る。この座
標（Xij，Yij，Zij）のデータは形状補間器１０
４へ入力される。

次に光像ピーク値・時間幅読取器１０１へ入力
される信号の処理について説明する。今第４図に
２点鎖線で示すように鋼板１が少くともその長手
方向に平坦である場合には２本のレーザビーム
LB₁，LB₂は夫々の俯角に等しい一定の角度α
₁₀，α₂₀で鋼板１の表面に投射されて夫々の光像
が形成されることになる。第５図はこの場合にお
いてモニタ６の１水平走査線のビデオ信号の一部
を取出して示したものであるが、各光像に対応す
る部分はα₁₀，α₂₀夫々にて定まるピーク値P₁₀，
P₂₀及び時間幅W₁₀，W₂₀を各有する尖頭波電圧信
号となつている。ところが第４図に実線で示すよ
うに鋼板１がその長手方向に波打つている場合
は、各光像に対応する尖頭波電圧信号のピーク値
及び時間幅はP₁₀，P₂₀，W₁₀，W₂₀とは相異つた
値となる。例えば鋼板１が上方へ波打つており、
レーザビームLB₁がα₁₀より大きい鋭角α₁₁で、
またレーザビームLB₂がα₂₀より小さい角度α₂₁
で鋼板１に投射されるものとすると、この場合に
形成される光像の輝度はレーザビームLB₁につい
てはα₁₀の場合よりも高く、レーザビームLB₂に
ついてはα₂₀の場合よりも低くなり、光像の幅寸
法（鋼板１の長手方向寸法）はレーザビームLB₁
についてはα₁₀の場合よりも狭く、レーザビーム
LB₂についてはα₂₀の場合よりも広くなる。従つ
てこの場合に得られる光像夫々に対応する尖頭波
電圧信号は第６図に示すようにピーク値P₁₁，P₂₁
（但しP₁₁＞P₁₀，P₂₁＜P₂₀）、時間幅W₁₁，W₂₁（但
しW₁₁＜W₁₀，W₂₁＞W₂₀）の信号となる。この例
から理解されるようにレーザビームと鋼板表面と
のなす角度が90゜に近い程光像に対応する尖頭波
電圧信号のピーク値は高くなり、また時間幅は狭
くなる。即ち、レーザビームと鋼板とのなす角度
（投射角の余角）αと、光像に対応する尖頭波電
圧信号のピーク値Ｐ〓及び時間幅Ｗ〓との間には
夫々第７図、第８図に示す如き一義対応の関係が
ある。従つてこのピーク値Ｐ〓、時間幅Ｗ〓を読
取れば角度αが求められることになる。而して光
像ピーク値・時間幅読取器１０１は前述したサン
プリング座標（X₁₁，Y₁₁），（x₁₂，y₁₂）…（x₈₁₈，
y₈₁₈）の点についてのピーク値Ｐ〓及び時間幅Ｗ
〓をビデオ―デジタル変換記憶器９１に記憶させ
たデータから読取り、これを演算器１０２へ出力
する。メモリ装置１０３には第７図、第８図に
夫々示したＰ〓−α，Ｗ〓−αの相関関係を示す
グラフに相当するデータが格納されており、演算
器１０２は読取器１０１から入力されたＰ〓及び
Ｗ〓を、メモリ装置１０３に格納されたデータを
参照してαに変換する。なおＰ〓によつて求めた
αの値及びＷ〓によつて求めたαの値は両者を平
均するように処理され、この平均値をαとする
が、読取器１０１による読取をＰ〓又はＷ〓の一
方についてのみ行い、またメモリ装置１０３にＰ
〓−α又はＷ〓−αの一方の相関関係を示すデー
タを格納することとしていずれか一方にのみ基い
てαを求めるようにしてもよいことは勿論であ
る。

而してこのようにして求められた角度αはサン
プリング座標における鋼板表面の鋼板長手方向に
関する傾きを表わす数値となつている。例えばレ
ーザビームLB₁にて形成された光像上のサンプリ
ング座標についてのαがα₁₀（レーザビームLB₁
の俯角）である場合にはこの座標部分の水平面に
対する傾きは０゜であり、αが90゜（即ちＰ〓又
はＷ〓が極大値又は極小値をとるαの値）である
場合はこの座標部分の水平面に対する傾きはレー
ザビームの俯角の余角ということになる。演算器
１０２は前述のようにして求めたαの値を、レー
ザビームの俯角に基いて、水平面に対するサンプ
リング座標における鋼板長手方向の傾きに換算す
る。レーザビームの俯角は各光像毎に異るのでこ
の換算は各光像毎に各別の係数又は演算式を用い
るのがよいが、簡略的に各光像についのレーザビ
ーム俯角は等しいものとして取扱つてもよい。

このようにして換算算出された各座標部分にお
ける鋼板１の表面の傾きに関するデータは形状補
間器１０４へ入力される。この形状補間器１０４
は演算器１０２より入力された鋼板表面のその長
手方向に関する傾きに関するデータに基きその表
面形状又は平坦形状の補間を行う。即ち幅方向位
置（Ｙ軸座標値）を同じくする８個（光像，
…に各対応する）のＺ軸座標のデータ、例えば
Z₁₁，Z₂₁…Z₈₁を取出し、これらに各データZ₁₁，
Z₂₁…Z₈₁に対応する部分の傾きに関するデータを
関連づけて、これらの間を例えば正弦波等を用い
て曲線補間する。そしてこのよううな処理をＹ軸
方向の18個のサンプリング座標について夫々行う
こととする。而して例えば第９図に示すように単
に座標変換器９５から得られたＺ軸座標値Z₁₁，
Z₂₁，Z₃₁…のみにより鋼板の平坦形状を認識する
ような場合には、これらの座標値をとる部分の間
を直線補間した如き形状F₁として推定せざるを
得ず、実際の形状F₀と大幅に異る虞れがある
が、本発明の如くこの部分での傾きを考慮して曲
線補間するとより実際に近い形状F₂として推定
することが可能となる。

このようにして補間された鋼板表面の３次元座
標（〓ij，Yij，〓ij）〔但しYijは座標変換器９５
から出力されたままのデータであり、〓ij，〓ij
は夫々座標変換器９５から出力されたままのデー
タXij，Yijを含み、且つ多数のXij，Yij間も補間
したデータ内容となつている〕のデータは鋼板の
平坦化制御情報として使用するのに適した特性値
に変換するために特性値化演算器９７へ出力され
る。この特性値としては例えば非平坦部（耳波部
分、中伸び部分）の正負の急峻度が適当である。
また座標（〓ij，Yij，〓ij）のデータは記憶装置
９８にも入力される。この記憶装置９８は〓ijを
鋼板１の全長に亘つて共通のＸ軸方向座標Xij′に
換算するものである。すなわち鋼板１はＸ軸方向
に搬送されているが、この搬送は撮像タイミング
と非同期的であることは勿論、搬送速度は1/30秒
につき１枚の画像すり変り速度に比して十分遅い
ので同じ領域が複数回に亘つて測定されることに
なる。従つて搬送監視装置８から入力された鋼板
１の移動量の積算情報に基き鋼板１の全長に亘つ
て共通のＸ軸座標系を導入して〓ijをこの座標系
における座標Xij′に変換する。そして記憶装置は
座標系（Xij′，Yij′，〓ij′）を記憶し、記憶情報
をＸ―Ｙプロツタ等の出力装置９９に表示させ
る。表示フオームは横軸（Ｘ軸）方向の長さが鋼
板１の長手方向寸法に対応し、縦軸（Ｙ軸）方向
の長さが鋼板１の幅方向寸法に対応するスペース
上において（Xij′，Yij′）に各対応する位置に〓
ijの値をプリントアウトする等の方式とする。

以上詳述したように本発明方法による場合は目
視によつては不可能な平板の平坦形状を極めて正
確に行え、しかも直接には離散的測定を行つてい
るにも拘らず表面の傾きを求めることにより測定
部分間の補間も高精度で行えるので、測定精度は
著しく高い。更に本発明方法は複数の光像を不等
間隔離隔させて形成しているので鋼板表面に存在
する凹凸が周期的に変動しても、またその周波数
が広範に変化しても、これらに影響されることな
く所定精度が確保される利点がある。

このように本発明は鋼板等の平板の平坦度を正
確に測定することを可能とし、この測定結果によ
り圧延制御を行う場合は製品品位が飛躍的に向上
する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は本発明の実施に使用する装置の光学系及び
情報処理等の構成図、第２図は８面鏡の斜視図、
第３図は２次元座標から３次元座標への変換原理
の説明図、第４図〜第６図は傾き測定の原理説明
図、第７図は角度αとピーク値Ｐ〓との相関関係
を示すグラフ、第８図は角度αと時間幅Ｗ〓との
相関関係を示すグラフ、第９図は曲線補間の効果
を説明するための図面である。 ３…撮像装置、４…レーザビーム発生装置、５
…８面鏡、６…モニタ、９２…光像座標読取器、
９３…座標変換器、９５…３次元座標変換器、１
０１…光像ピーク値・時間幅読取器、１０２…演
算器、１０４…形状補間器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平板に、その板幅方向に延び、板長方向に不
   等間隔離隔する複数本の細長い光像を非垂直的に
   投射形成し、該光像を２次元撮像装置にて一度に
   撮像し、この撮像画像の光像と、予め記憶させて
   おいた基準画像の光像との偏差に基き、平板表面
   における光像形成部分の平板厚み方向の位置を求
   める一方、前記撮像画像の光像に対応する信号の
   ピーク値及び／又は時間幅に基き前記光像形成部
   分の傾きを求めることにより平板の形状を認識す
   ることを特徴とする平板の平坦形状測定方法。