JPH08114425A - 光学式圧延板形状検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は板材に映った棒状光源の像を撮影する
カメラの取り付け位置変動による検出誤差を特別なセン
サを用いることなく取り除くことができ、もって圧延板
材の形状を良好に検出できる光学式圧延板形状検出方法
を提供することを目的とする。 【構成】板材を圧延する加工において、板材の板材幅方
向に沿って設けた棒状光源の像を板材に映し出し、板材
の長手方向の傾きに伴う、板材に映る棒状光源の像の位
置の変化を読み取って板材の形状を検出するに際して、
板材の形状が平坦な時における棒状光源像を平均化処理
し、この平均化処理された棒状光源像を、棒状光源像の
位置の変化を読み取る上での基準位置となる光源像とす
ることことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧延された板材の形状を
光学式に検出する検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属板材の圧延加工、例えばアルミニウ
ム板材の圧延加工においては、従来からの種々の技術開
発の結果、圧延機の板厚制御に関してはほぼ満足できる
レベルに達している。しかしながら、残された問題とし
ては圧延板の形状、ロールクラウン制御が挙げられる。
この原因として特に熱間圧延時には、板材の形状（フラ
ットネス）の検出が挙げられる。

【０００３】この中で特にアルミニウム板材の熱間圧延
に適した検出方法として光学式形状検出法が挙げられ
る。光学式形状検出法については「塑性と加工」Ｖｏｌ
１２、Ｎｏ１２４、１９７１年５月号、３５３頁〜３５
８頁、特開昭６３−１９８８０８号に示されている。

【０００４】光学式形状検出法は、板材の形状に不良が
生じた場合に、形状不良による板材の長手方向の傾きに
比例して、板材に映る棒状光源の虚像の位置が変化する
ことを読み取ることにより板材の形状の変化を検出する
方法である。

【０００５】すなわち、この光学式形状検出法は、板材
の幅方向に沿って設けた棒状光源から光線を板材に照射
して、板材に映った棒状光源の虚像をカメラで撮影し、
その画像をある輝度レベルを基準にして暗部と明部とに
２値化処理して虚像を抽出化することにより輝線を得る
とともに、板材の幅方向における複数の点で輝線の板材
長手方向の移動量を求める段階を具備している。そし
て、この段階で得られたデータを基にして演算を行い板
材の形状を求めるている。

【０００６】この光学式形状検出法が特にアルミニウム
板材の熱間圧延に適する理由としては次のことが挙げら
れる。その一つは、非接触式であり、非常に傷がつきや
すいアルミニウム板材の表面に傷をつけることがない点
である。また、アルミニウム板材は熱間圧延で光の反射
率が高く、光学的処理を容易に行える点である。なお、
接触ロール式形状検出方法の場合は、アルミニウム板の
剛性が高いために接触ロールと板材とが良好に接触しな
い場合がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来光学式
形状検出法として採用されている方法には次に述べる問
題がある。すなわち、板材に映った棒状光源の像を撮影
するカメラの取り付け位置変動の影響を受け易い。板材
の形状を判定するに際して、基準となる棒状光源の虚像
（基準輝線）の位置と、現在得られた輝線の位置との差
から、板材における各位置の板材の形状が求められる。
しかし、板材に映った棒状光源の像を撮影するカメラの
取り付け位置が所定の位置から変化した場合、このカメ
ラ位置のずれにより検出する板材の形状に誤差が生じ
る。

【０００８】すなわち、カメラで撮影した板材上の棒状
光源の虚像をある輝度レベル以上、以下を判断基準とし
て２値化し、幅方向の必要点で、得られた輝線の長手方
向移動量を求める。その板材の長手方向の移動量が基準
位置から見て零の場合には、その板材の形状は良好であ
る。例えば板材の幅方向中央部で基準位置からの長手方
向の移動量が大きい場合には、板材が中伸びであると判
定される。この基準位置は板材の形状が平坦な場合を示
し、通常はカメラを取り付ける時に判定される。

【０００９】しかしながら、板材の圧延においては、圧
延ロールが板材を噛み込む時に大きな衝撃が発生し、そ
の影響でカメラの取り付け位置が若干変化する可能性が
常に存在する。また、通常圧延機の周辺は高温、高湿雰
囲気となり、この雰囲気の影響でレンズを含む光学系部
品に熱応力や腐食が発生して、時間経過とともに光学系
に歪みが発生することが避けられない。これらのケース
では、基準線を常時補正しないと、検出された板材の形
状に大幅な誤差が生じることになる。そこで、ある時間
間隔でカメラの基準線を校正する必要があり、そのため
の工数や校正以外の測定誤差が光学式圧延板材形状検方
法の弱点であった。

【００１０】また、特別に設けたセンサによりカメラ位
置の変化を検出できれば、その結果に基づいて結果を修
正することが不可能ではない。しかし、圧延機の周辺は
ヒュームなどのために環境が悪く、その結果センサの信
頼性が低く、またセンサを設けるために検出装置のコス
トが高くなるという問題がある。

【００１１】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、板材に映った棒状光源の像を撮影するカメラの取り
付け位置変動による板材形状の検出誤差を特別なセンサ
を用いることなく取り除くことができ、もって圧延板材
の形状を良好に検出できる光学式圧延板形状検出方法を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の光学式圧延板形状検出方法は、板材を圧延す
る加工において、前記板材の板材幅方向に沿って設けた
棒状光源の像を前記板材に映し出し、前記板材の長手方
向の傾きに伴う、前記板材に映る前記棒状光源の像の位
置の変化を読み取って前記板材の形状を検出するに際し
て、前記板材の形状が平坦な時における前記棒状光源の
像を平均化処理し、この平均化処理された前記棒状光源
の像を、前記棒状光源の像の位置の変化を読み取る上で
の基準位置となる光源像とすることをを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の発明者らは、自動的に基準線を修正で
きる方法について検討を行い、本発明を提案するに至っ
た。本発明は、基準輝線が板材の形状が良好な際の輝線
で近時できることに注目し、板材の形状良好時に得られ
た輝線を平均化処理することにより得られた輝線を、棒
状光源の像の位置の変化を読み取る上での基準位置とな
る基準輝線として用いることにより、特別にセンサを用
いることなく基準輝線を容易に得ることができる。

【００１４】

【実施例】本発明の光学式圧延板形状検出方法の一実施
例について説明する。まず、図１に示すように金属例え
ばアルミニウムからなる板材を一対の圧延ロ−ル５１で
圧延する加工において、圧延されて移動される板材１を
カメラで撮影する。すなわち、板材１が移動する通路の
側方に板材１に対して板材幅方向に沿って蛍光灯などの
棒状光源２を設けるとともに、板材１の通路の近傍にテ
レビカメラ３を設ける。そして、棒状光源２を点灯して
板材１の表面に光線を照射する。テレビカメラ３は板材
１の表面に映った棒状光源２の虚像Ｓを撮影する、ここ
で、図２（ａ）に示すように板材１が全面にわたり平坦
である場合には、板材１上の虚像が直線である。しか
し、板材１の一部が歪んでいる場合には、板材１上の虚
像Ｓも板材１に歪みに応じて歪みが発生する。

【００１５】例えば図２（ｂ）に示すように板材１の板
材１の幅方向の中央部に歪みが発生している場合には、
板材１上の虚像Ｓも板材幅方向中央部に歪みが発生して
変形する。図３はモニター画面に表示された板材１およ
び板材１に写された虚像（輝線）Ｓを示す画像を表して
いる。なお、図３においてＬは板材１の左右両側の縁で
あり、Ｙ方向は圧延方向すなわち板材長手方向であり、
Ｘ方向は板材幅方向である。

【００１６】テレビカメラ３は撮影した板材１に映った
棒状光源２の虚像Ｓの画像信号を演算信号調整回路１１
に送る。次いで、２値化回路１２において棒状光源２の
虚像Ｓの画像信号をある輝度レベルを基準にして暗部と
明部とに２値化処理して虚像を抽出化し、次いで抽出化
した画像信号から輝線抽出回路１３により輝線を得て、
基準輝線算出回路１４において基準輝線Ｓa を算出す
る。

【００１７】ここで、板材１の形状に不良が生じた場合
に、その形状不良による板材の長手方向の傾きに比例し
て、板材１に映る棒状光源２の虚像、すなわち輝線の位
置が板材１の長手方向に移動する。そこで、板材形状演
算回路１５において板材１の幅方向における複数の点で
輝線の板材１の長手方向の移動量を求めて、板材１の形
状の変化を検出する。最後に出力回路１６により板材１
の形状を表す信号を表示装置や記録装置に出力する。

【００１８】次に具体的な処理方法について説明する。
図４は棒状光源２の光線を板材１に照射した時における
板材１に映る虚像、すなわち輝線Ｓを示している。図４
では図２（ｂ）に示すように板材１がその中央部が変形
して中伸び（センターバックル）の状態にある時におけ
る、板材１に映る棒状光源３の虚像、すなわち輝線Ｓの
位置を示している。中伸びの状態は、板材１の幅方向中
央部が過剰に圧延されて他の部分に比較して延ばされ、
その結果板材１の幅方向中央部に波打ち部が発生したも
のである。この場合、板材１の幅方向に沿う基準輝線Ｓ
a に対して、各時間における輝線Ｓが中伸び（波打ち
部）の大きさに比例して板材１の長手方向にずれる。

【００１９】このことを図５を参照して説明を加える。
すなわち、板材１の形状が平坦で正常である場合（図示
破線線）には、棒状光源３の光線の照射によって板材１
にａ位置に虚像（基準輝線Ｓa ）が形成され、カメラ３
はａ位置にある虚像（基準輝線Ｓa ）を撮影する。ま
た、板材１に波打ちが発生して異常である場合（図示実
線）には、棒状光源３の虚像の反射角が変化し、このた
め輝線Ｓが基準輝線Ｓaに対して板材１の長手方向のず
れたｂ位置に変位する。カメラ３はｂ位置にある虚像
（輝線Ｓ）を撮影する。

【００２０】そして、このような例における板材１の形
状を検出するために次に述べる処理を行う。板材１の形
状不良によって生じる棒状光源３の虚像の変化量は幾何
学的に求めることができる。

【００２１】板材１が形状不良を生じ、棒状光源３に対
してある角度だけ傾いたとする。そうすると、板材１の
表面に映る棒状光源３の虚像、すなわち輝線Ｓは、平坦
な板材１の表面に映る棒状光源３の虚像、すなわち基準
輝線Ｓa に対して、板材１の勾配の大きさに比例して変
位する。この結果、圧延中の板材１に映った棒状光源３
の虚像、すなわち輝線Ｓは、板材１の形状の変化に比例
して曲線状に変位する。

【００２２】例えば、板材１の形状が図６に示すように
式（１）で表される正弦カーブで与えられて曲線状に変
位したとすると、これによって生じる棒状光源３の虚像
の変位状態は図７に示すように式（１）微分した式
（２）に比例した量となる。

【００２３】

【数１】

【００２４】但し、 ｈ：板材形状の変化状態 ｈ´：光学的に検出された板材形状の状態 Ｈ：板材の波の振幅 Ｐ：板材の波の周期 ｘ：板材の長さ 実際には、棒状光源３、板材１およびカメラ２の相対位
置の関係により、光学的に増幅される変位量は板材１の
幅方向で異なる。板材１の幅方向における複数の点での
棒状光源３の虚像、すなわち輝線Ｓの変位量ｑhzは、幾
何学的、光学的に定まる比例定数を４Ｋｚとし、板材１
の長さｘをｖｔと置いて時間軸で表すと、式（３）で表
される。図８はこのような棒状光源３の虚像、すなわち
輝線Ｓの処理の過程（正常時）を模式的に示しており、
図８（ａ）は板材１における輝線を示す斜視図、同
（ｂ）は同（ａ）ＡーＡ線に沿う断面において表される
輝線の変位を示す図、同（Ｃ）は輝線の処理の結果を示
す図である。

【００２５】

【数２】

【００２６】但し、 ｖ：板材の速度 ｔ：時間 Ｔ：１周期に要する時間 Ｋｚ：板材幅方向の各点によって異なる増幅率 次いで、式（３）からの輝線の変位量ｑhzの振幅＝｛４
Ｋｚ・π・（Ｈ／Ｐ）｝／２がわかれば、Ｋｚ、πは既
知であるから、目的とする急峻度＝Ｈ／Ｐを求めること
ができる。そのために、式（３）の絶対値を適当な時間
平均化すると、その結果は板材の波の振幅に比例する値
となる。この内容を式にすると次のように式（４）およ
び式（５）で表される。

【００２７】

【数３】

【００２８】但し、Ｑhz：単位時間に通過した板材の形
状 この結果、光学式圧延板形状検出方法において、板材１
に映る棒状光源２の虚像Ｓを２値化処理して輝線を求め
るとともに、板材幅方向の各点で輝線Ｓの板材長手方向
の変位量を求める段階における処理速度の向上および検
出精度の向上を図ることができる。

【００２９】ところで、このように圧延において圧延さ
れた板材１の形状を検出するに際して、圧延ロールが板
材を噛み込む時に大きな衝撃が発生し、その影響でカメ
ラの取り付け位置が若干変化する可能性が常に存在す
る。また、通常圧延機の周辺は高温、高湿雰囲気とな
り、この雰囲気の影響でレンズを含む光学系部品に熱応
力や腐食が発生して、時間経過とともに光学系に歪みが
発生することが避けられない。これらのケースでは、基
準線を常時補正しないと、検出された板材の形状に大幅
な誤差が生じることになる。

【００３０】このように圧延中の現象としてカメラ３の
取り付け位置の変化や光学系の歪などにより、圧延中の
輝線の挙動として図９に示すような場合が多々発生す
る。すなわち、カメラ３の取り付け位置が予め設定され
た位置から板材１の長手方向にずれると、輝線Ｓが図９
の実線で示す初期設定された基準輝線Ｓa に対して図９
の破線に示すように板材１の長手方向にずれる。

【００３１】このため、板材１の形状を求めるために輝
線Ｓを前述した方法により処理すると、図１０に示すよ
うに誤差を生じ、その誤差はカメラ３の取付け位置のず
れ量に伴って増加し、そのずれ量が最小の時に単位時間
に通過した板材の形状Ｑhzが最小値となる。図１０はこ
のような棒状光源３の虚像、すなわち輝線Ｓの処理の過
程（異常時）を模式的に示しており、図１０（ａ）は板
材１における輝線を示す斜視図、同（ｂ）は同（ａ）Ａ
ーＡ線に沿う断面において表される輝線の変位を示す
図、同（Ｃ）は輝線の処理の結果を示す図である。

【００３２】そこで、このようなカメラ３の取り付け位
置のずれなどにより板材１の形状を検出する上での誤差
の発生に対する対策として次に述べる方法を採用する。
すなわち、基準輝線が板材１の形状が良好（平坦）な場
合における輝線で近似できることに着目し、板材１の形
状が良好（平坦）な時に得られた輝線を平均化処理し、
この平均化処理により得られた輝線を基準線として用い
る。この処理の具体的なロジックとしては次に述べる方
法を採用する。

【００３３】板材１の形状が異常でない場合には、輝線
を後述する方法で平均化処理し、その結果を基準輝線と
して与える。また、板材１の形状が異常であるか、ない
かの判断は、前述したセンサの検出出力に基づいて行
い、あるいは必要な場合には別に設けたセンサの検出出
力を用いて行い、さらには操作者の目視による認識結果
を採用しても良い。

【００３４】輝線を平均化処理する方法は種々の方法が
あるが、本実施例では次に述べる方法を採用する。第１
の処理方法は指数平滑法である。この方法は、輝線位置
を指数平滑してその結果を基準輝線とする。この際、指
数平滑係数をある程度小さくすることによりノイズを取
り除く。この処理方法では次に示す式（６）が用いられ
る。

【００３５】

【数４】

【００３６】但し、Ｙｉ：今回の輝線 Ｙ^* ｉ-1：基準輝線（前回値） Ｙ^* ｉ：基準輝線（前回値） β：指数平滑係数（＜１） なお、Ｙｉ、Ｙ^* ｉ-1およびＹ^* ｉについては図１１に
示されている。第２の処理方法は移動平均法である。こ
の方法は輝線の位置を移動平均し、その結果を基準輝線
とする。この際移動平均回数をある程度大きくすること
でノイズを除去する。この処理方法では次に示す式
（７）が用いられる。

【００３７】

【数５】

【００３８】但し、ｍ：移動平均回数 第３の処理方法は統計的処理法である。この方法では、
前述した式（４）で示される単位時間に通過した板材の
形状Ｑhzが基準位置に誤差がない状態で最小化すること
に着目し、基準輝線の位置を変化させた場合のＱhzを求
め、Ｑhzが最小化する基準輝線の位置を求める方法であ
る。この方法は図１２に示されている。

【００３９】このように本発明によれば板材１における
基準となる輝線Ｓa が正確に得られ、得られた基準輝線
Ｓa の位置を板材１の形状によって変動する実際の輝線
Ｓの位置と比較することにより、特別にセンサを用いる
ことなく板材１の形状を正確に求めることができる。こ
れ以降の処理は従来の場合と同様である。

【００４０】この光学式圧延板形状検出方法は、特にア
ルミニウム板材を熱間圧延する場合における板材形状の
変化を検出する方法に適用すると優れた効果を得ること
できる。

【００４１】本発明は前述した実施例に限定されず種々
変形して実施することができる。例えば関数式は圧延
機、圧延条件、板材の変形形態などの種々要素に基づい
て決定される。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学式圧延
板形状検出方法によれば、板材に映った棒状光源の虚像
を処理する段階において、板材に映った棒状光源の像を
撮影するカメラの取り付け位置変動などによる板材検出
の誤差を特別なセンサを用いることなく取り除くことが
でき、もって圧延板材の形状を迅速且つ高い精度で検出
でき、板材の形状を精度良く制御し、圧延した板材の品
質および圧延の能率向上に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一実施例を説明する図。

【図２】板材に映った輝線をカメラで撮影する行程を示
す説明図。

【図３】カメラで撮影した棒状光源の虚像を示す図。

【図４】板材に映った輝線の例を示す図。

【図５】板材の形状と輝線との関係を示す図。

【図６】板材の形状を模式的に示す図。

【図７】板材の形状の傾きを模式的に示す図。

【図８】板材形状が正常である時の輝線の処理過程を模
式的に示す図。

【図９】カメラ位置がずれた場合の輝線の例を示す図。

【図１０】板材形状が異常である時の輝線の処理過程を
模式的に示す図。

【図１１】輝線を処理する方法の一例を示す図。

【図１２】輝線を処理する方法の他の例を示す図。

【符号の説明】

１…板材、 ２…棒状光源、 ３…カメラ、 １１…演算信号調整回路、 １２…演算信号２値化回路、 １３…輝線抽出回路、 １４…基準輝線算出回路、 １５…板形状演算回路、 Ｓ…輝線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２１Ｂ 38/02 Ｂ２１Ｃ 51/00 Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板材を圧延する加工において、前記板材
   の板材幅方向に沿って設けた棒状光源の像を前記板材に
   映し出し、前記板材の長手方向の傾きに伴う、前記板材
   に映る前記棒状光源の像の位置の変化を読み取って前記
   板材の形状を検出するに際して、 前記板材の形状が平坦な時における前記棒状光源の像を
   平均化処理し、この平均化処理された前記棒状光源の像
   を、前記棒状光源の像の位置の変化を読み取る上での基
   準位置となる光源像とすることを特徴とする光学式圧延
   板形状検出方法。