JPH02151704A - 光学式測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、不透明な被測定物の幅、長さ、厚さ、面積等
の測定方法、特に鋼板のオンラインでの光学式板幅計測
等に際して悪環境下での光学系の汚れが生じても、高精
度で計測を可能にする方法に関する。

（従来の技術） 不透明被測定物の形状の測定、例えば鋼板の板幅、鋼管
の径の測定に際しては、光学式測定装置の光検出器とし
て従来電荷結合素子（以下ｒｃｃＤ」と略記する）と密
着型イメージセンサが使われている。なお、以下光学式
測定方法の代表例として板幅計を挙げ説明するが、その
他の量の測定方法についても同様にいえることは明らか
である。

これらの光学式測定装置の測定方法については下記のよ
うにすでにいくつかの提案がされている。

すなわち、特開昭６０−２１３８０５号には光学系の誤
差補正を行うために、計測されたパルス数に、各位置毎
の補正値を乗算し、測定寸法を各位置毎の光学的誤差分
補正する方式が開示されている。レンズを用いた計測に
は有効であるが、このような誤差を無くするため、光源
は蛍光灯等の平面状発光体とし、受光部は単なるスリッ
トによる平行光フィルターを設けた長線状受光器（リニ
アアレイセンサ）としている。

特開昭５４−１２８３６１号には受光器の各受光エレメ
ントの出力値のピーク値により、しきい値（スレショー
ルド値）を調整する方式が開示されている。

投光器の劣化等受光エレメント全体が等しく受光量を低
下する場合に、その劣化分を補正するのである。

なお、特開昭５４−１２８７５６号も同様の劣化検出を
行い、その結果、投光器の発光強度調整を行う方式につ
いて開示している。

しかし、これら従来法にあっては、受光器側の特定箇所
に付着した塵等で各エレメント毎に受光レベルが異なる
事があり、このため一定のしきい値で２値化した場合、
エツジ検出が複数箇所または位置誤差となる。

このような汚れ等による誤差は、いつ発生するか分から
ず、これにより測定値の信頼性が低下すると共に、保守
に多大の労力を要していた。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、例えば光学式板幅計、特に密着型イメージセ
ンサ方式の板幅計において精度に影響を与える最大の課
題は、光学系のガラス、レンズあるいは光源の汚れによ
って発生する誤差である。

この誤差を防止するために、従来技術では次の３つの対
策がされていることが多い。

■−一般的は光学系の汚れ防止としてエアーパージが行
われている。

しかし、光源等の比較的大きな物については、完全なパ
ージの実施が難しく定期的な清掃の実施が行われている
ことが多く、また油、水分、ダスト等の付着によって突
発的な精度異常を発生ずることがある。特に製品の品質
保証に使用される板幅計としては、精度異常は許されな
い。

■受光強度の変化を防止するための手段としては、光検
出器（ＣＣＤ、密着型イ／−ジセンサ等）にて検出した
光の強度より次の２つの方法がある。

Ａ、オートゲインコントロール（八〇Ｃ）　：全エレメ
ントについてはゲインは同− Ｂ、しきい値の変更（しきい値は、全エレメントについ
て一定） ■光検出器の信号を板幅中心から外側方向に取り出し、
汚れによって発生するプラス誤差を防止する。

しかしこれらの従来技術では次のような欠点がある。特
に密着型イメージセンサのように縮小型でない光検出器
を用いる場合は問題が大きくなる。

■密着型イメージセンサの場合は、センサが等寸大のた
め広範囲をパージしなければならず完全なパージが難し
い。

■汚れが光源や密着型イメージセンサについた場合は、
局部的な受光強度の変化になって現れるのでＡＧＣおよ
びしきい値の修正が有効に働かない。第６図に代表例を
示すが、本来点線で示すような出力が得られる筈である
が、汚れのため実線のような出力が得られる。

かくして、本発明の一般的目的は、光学系の汚れによる
測定誤差を可及的少ない量とした長さ、面積等の光学式
測定方法を提供することである。

本発明の具体的目的は、光学系の汚れによる測定誤差を
可及的少ない量とした鋼板の光学式幅測定方法を提供す
ることである。

（課題を解決するための手段） 本発明者は以上のような課題を解決すべく鋭意検討を重
ねたところ、次のような知見を得た。

常時、密着型イメージセンサのすべてのエレメントから
の受光信号を読み込み、暗視野から明視野への変更点（
板エツジ位置）を求める方式において、 ■各受光エレメント毎の受光信号のしきい値を変更する
ことにより光学系の汚れによる測定誤差を少なくするこ
とができる。

Ａ、特に板がない状Ｂ（板幅計をオフライン位置に退避
した状態あるいは板が通仮し終わり次の板までの間）に
て、各エレメント毎の受光強度にてしきい値を決定変更
する。第２図に示すように、先ず明視野での各受光エレ
メントの出力に対しである割合の値の箇所にスレショー
ルド値をそれぞれ設定する。

Ｂ、オンライン計測時に、受光範囲のエレメントのみ、
その出力値に応じて新たなスレショールド値を設定しな
おす。（第３図参照）Ｃ０汚れが激しく該当エレメント
の受光強度が低い場合、つまり第４図に示すように、明
視野でのある受光エレメントの出力が著しく低下してい
る場合は、 ａ　、Ｊ当エレメントの受光強度が板無しで測定した初
期値になるように、電荷蓄積時間を変更する。

ｂ、電荷蓄積時間を変更しても受光強度が低い場合は計
測不能点とし、その範囲に板エツジがきた場合は、計測
異常として扱う。

■暗視野から明視野への変更点が板エツジに相当する１
つしか存在しない事を確認し、２つ以上の暗視野から明
視野への変更点がある場合は、異常計測とすることによ
り精度の確保を図ることができる。第５図はその場合を
示すもので図中、矢印の箇所で暗視野から明視野への変
更がみられる。

ここに、本発明は、以上のような知見にもとすいて完成
されたもので、その要旨とするところは、投光器と複数
の受光エレメントから成る受光器とを対向させ、被測定
物を両者の間に介在させたときに被測定物により遮光さ
れたまたは遮光されない前記受光エレメントの数を求め
て被測定物の長さまたは面積を測定する光学式測定方法
において、投光器と受光器間に被測定物が無いときに該
受光器を構成する各受光エレメント出力値を測定し、得
られたブランク測定値の一定比（１より小）をしきい値
として各エレメントごとに記憶させ、実測定時にはこの
記憶しきい値により２値化すると共に、前記しきい値以
上の出力のあった受光エレメントについてその出力値よ
り新たなしきい値を記憶しなおすか、出力値がブランク
測定値と一致するように電荷蓄積時間を増加あるいは減
少させることを特徴とする光学式測定方法である。

さらに、本発明にあってはその別の特徴によれば、前記
各受光エレメントにおいて受光信号を２値化した後、信
号反転点が測定対象数以上ある場合には、計測異常とし
て警報を出すことによってその精度確保を一層はかるこ
とができる。

（作用） 本発明の処理方法を具体的に第１図の回路構成ブロック
図で説明する。

第１図は本発明にかかる測定方法のブロック図であり、
板幅測定の場合には片側に１基づつ設ける。まず密着型
イメージセンサで出力された信号はビデオアンプで増幅
される。まず、板無しの時の信号によって各受光エレメ
ントからの信号に対するスレショールド値を算出し、記
憶させる。例えば出力の６０％をスレシッールド値とし
てもよい。

次いで板幅計測時の信号についてコンパレータ１で比較
を行い２（ｉ化し、次いでそのときの０値、１値をとる
受光エレメントの数をカウンタ１．２でカウントする。

これらの受光エレメントが一列上に配列されておれば長
さが、平面的の配列されておれば面積が算出される。

ここに、本発明によれば、計測結果を幅演算器に出力後
、コンパレータ１において受光エレメントのみを対象と
して前述板無し状態でのスレショールド値設定と同様手
順により、新たなスレショールド値を求め、記憶しなお
す、この際、信号反転点付近で、スレシッールド値の新
旧設定値による不連続が発生する恐れがあるので、信号
反転点の前後一定範囲を平滑処理するのが好ましい。

さらに、本発明では、別な補正手段として、センサ電荷
蓄積時間を調整する。これは、受光エレメントの出力値
と初期設定値（例えば板無しでスレショールド値設定を
行った際の出力値）とを比較し、エレメント出力値が低
下した分だけ電荷蓄積時間を増加させるものである。あ
るいはその逆を行う。

具体的増加・減少方法としては、受光エレメント中の最
高出力エレメントを代表点として選び、該エレメントの
出力値と初期値の比だけ、現在の電荷蓄積時間を変更す
れば良い。

このオンライン計測中でのスレショールド値の変更と、
電荷蓄積時間の変更は、１回の計測後ではいづれかのみ
の変更を行うこととし、例えば、計測ごとに交互に補正
手段を変更するものとする。

さらに本発明によれば、暗視野から明視野への信号反転
点が測定対象数、例えば板幅測定では両エツジの２箇所
以上あれば、そのときの信号に対しては計測異常として
警報を出す。これにより精度低下は大幅に防止される。

なお、カウンタ１，２のカウントのタイミングは発振管
からの信号によってタイミングコントローラにより規制
される。

以下、各装置についてさらに詳述する。

コンパレータ１： 板無し信号により計算され記憶されたスレシタールド値
１にて暗視野と明視野の区別を行う、測定出力を２進化
するのである。

コンパレータ２： コンパレータ１により求められた明視野中の最高出力点
ｊを求め、該最高出力点ｊの初期値Ａ（ｊ）と出力値Ａ
ｓ（ｊ）との比較を行う。

センサ電荷蓄積時間調整回路： コンパレータ２の出力（Ａ（ｊ１／Ａ＠０１）に応じて
センサ電荷蓄積時間Ｆを次式にて修正する。

Ａｓ（３１ Ｆ：次回の電荷蓄積時間 Ｆ、：今回の電荷蓄積時間 Ｋｌ：定数あるいは簡単なＰＩＧ制御演算に１は急激な
設定変更とならないよ うに、調整（制限）するものであ る。

Ａ（Ｊ）：代表点の初期値 ＡＪＩ：代表点の出力値 ｊ：　エレメント陽 スレンヨールド算出記憶装置 ■　板無し状態時（板無し状態の検出は、本板幅計のア
ナログビデオ信号が全て明視野であることを利用しても
よい） 密着型イメージセンサの全エレメント の受光強度Ａ　（ｉ）より各エレメントに対応したスレ
ショールド値５（１）を求め、記憶する。

Ｓ　（ｉ）＝に＊Ａ　（ｉ）　　・・・（２）Ｘ：定数 ｉ　：　エレメントＮｏ。

■　仮有り時 最初の暗視野から明視野の変更点（カウンタ１にて検出
）以降のみについてスレシ四−ルド値Ｓ　（ｉ）を（２
）式にて算出し記憶する。

なお、明暗変更点では不連続とならないように、例えば
隣合うエレメントを数ケづつ取り出すことにより平均し
た値を与え、ある範囲内で該平均範囲をずらしていく方
法等により平滑化する。

カラン月　： 板中心から外側方向の暗視野のクロック数をカウントす
る。第７図の八で示すようにスアレシラールド値を越え
るまでの受光エレメントの数をカウントするのである。

カウンタ２　： 板中心から外側方向の暗視野のクロック数をカウントす
る。第７図のＢで示すように汚れ等にて異常発生時にカ
ウントされる。

従来技術の場合は、汚れがあって受光強度に変化（低下
）がある時は、大きな誤差を生しる可能性があるが、本
発明方式ではほとんど誤差は発生しない（第７図参照）
。

■しきい値の変更 板無し時の各エレメント出力値のたとえば６０％の値を
しきい値として各エレメントごとに初期記憶する。第３
図は最初の明視野が認められてからスレショールド値１
を変更する例を示しており、当初決定したスレショール
ド値より時間経過に伴う出力低下に応じた値に変更する
ことにより、高情度を維持できる。

■電荷蓄積時間 各エレメントの受光量を読み出す周期の変更であり、回
路的、測定精度的に可変時間の大きさには制限がある。

（初期の２〜３倍程度）しかし、■Ｑ操作は板無しの状
態まで変更できないため、連続測定時の経時変化補正用
として、受光部分のみの情報でその出力値が低下するの
を補正する。

■測定異常判定 電荷蓄積時間調整が追いつかない程急激な変化、または
限界以上に汚れ等があった場合には、正常な測定値が得
られなくなる。このような異常を検知するために、本来
検出されるべき板エツジが１個の場合には、その検出が
２個所あった時に異常として、測定結果に基づく各種制
御、実績集計に影響が出ないように警報を出す。

次に実施例によって本発明の測定方法の特徴、効果を説
明する。

（実施例） これは第１図に示す装置を使い、光源として蛍光灯を用
い、鋼板の両エツジに対応した位置に、幅変化分を考慮
した長さ６００網糟、０．１２５ｍｍピンチのＣＣＤを
配列した密着型イメージセンサで行なった。

本発明にかかる測定方法による板幅計は、冷延工場電解
清浄ラインにおいて実施したところ、その実績をまとめ
た結果、従来の板幅測定方法では連続操業７日目で最大
＋８ＩＩＩｌの測定誤差が発生していたものが、本信号
処理を行うと、±０．５ｍｍの誤差となった。

従来は、経時変化により十目に誤差が発生する傾向であ
ったが、本発明法では略零を中心に分布した結果が得ら
れ、測定値に対する信転性の高いことが確認できた。

（発明の効果） 実施例で述べたように従来の板幅計では７日間の使用で
最大＋８−の測定誤差を生じた。＋側の誤差は鋼板圧延
工場のように連続操業の現場では絶対的に避けるべきこ
とで、そうでないと板幅不合格品を量産してしまう恐れ
がある。

これに反して本発明にかかる板幅測定方法を採用すると
同期間でその誤差は±０．５ｓｎとなり一般に鋼板の許
容差に納まり、安心して品質保証に使用できる。

なお、以上、本発明を板幅測定方法として説明してきた
が、管材の径、線材の径その地板厚測定にも本発明を適
用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、板幅計測定回路のブロック図：第２図は、密
着型イメージセンサ各エレメントの初期しきい値の設定
説明図； 第３図は、同じ原因により一部範囲のエレメントに対し
てしきい値修正の説明図 第４図は、同上一部エレメントの汚れによる出力低下に
対して、受光器の電荷蓄積時間の増大（怒度上昇）によ
り解決できる場合の説明図：第５図は、同上一部のエレ
メントの汚れにより見掛は上エツジ２個所の存在が検出
される場合の説明図である。 第６図は、密着型イメージセンサエレメントの汚れによ
る測定誤差発生の説明図；および第７図は、密着型イメ
ージセンサの一部エレメントの汚れによるＡ、８２重の
クロック数である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光器と複数の受光エレメントから成る受光器と
   を対向させ、被測定物を両者の間に介在させたときに被
   測定物により遮光されたまたは遮光されない前記受光エ
   レメントの数を求めて被測定物の長さまたは面積を測定
   する光学式測定方法において、投光器と受光器間に被測
   定物が無いときに該受光器を構成する各受光エレメント
   出力値を測定し、得られたブランク測定値の一定比（１
   より小）をしきい値として各エレメントごとに記憶させ
   、実測定時にはこの記憶しきい値により２値化すると共
   に、前記しきい値以上の出力のあった受光エレメントに
   ついてその出力値の一定比を新たなしきい値として各エ
   レメントごとの記憶値を更新するか、出力値がブランク
   測定値と一致するように電荷蓄積時間を増加あるいは減
   少させることを特徴とする光学式測定方法。
2. （２）前記各受光エレメントにおいて受光信号を２値化
   した後、信号反転点が測定対象数以上ある場合には、計
   測異常として警報を出すことを特徴とする請求項（１）
   記載の光学式測定方法。