JPS6338740B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の２次元形状を認識する方法に関
し、例えば厚板（６mm厚以上の鋼板）の形状認識
に有効な方法を提案するものである。

圧延中の鋼板の平面形状（有効幅、長さ、コー
ナ部形状、直角度等）を短時間で、即ち可逆圧延
機を出た後圧延方向が逆転される際の余剰時間等
の間に計測する方法は従来存在せず、このために
圧延中の平面形状を圧延制御に反映させることが
できなかつた。

従来厚板等の平面形状を測定する手段として、
次の３つが代表的なものとして知られている。そ
の一つは熱間鋼材の自家発光スペクトルを利用す
るものであつて、赤外域光電増倍管と鏡体とを組
合せてなる光学系を鋼材上方に配し、鏡体揺動に
よりその視野を鋼材上で走査し、光電増倍管出力
急変時点がその鋼材の端縁部であるとして、走査
系の信号と光電増倍管出力とを関連づけて鋼材の
幅及び／又は長さを求める構成としてあり、
KELK社製の幅、長さ計がこれに相当する。とこ
ろがこの装置は、長手方向を主走査方向とし、幅
方向を副走査方向とする走査及び幅方向を主走査
方向とし、長手方向を副走査方向とする走査を行
つて、幅方向各部における長さ及び長手方向各部
における幅寸法を求めるので、計測対象を２〜３
秒間も停止させる必要がある。また自家発光スペ
クトルを利用するために計測対象の表面状態、温
度の影響を受けやすく、特にエツジ部のスケー
ル、水のり等により誤差を生じがちであり、加え
て極めて高価である。

次に近赤外、或は可視域のテレビジヨンにより
計測対象を撮影し、そのパターン認識により形状
を求める方法がある。ところがこの方法も圧延中
の厚板等熱間鋼材を計測対象とする場合は、温度
ムラによる影響が大きく、エツジが冷えていた
り、スケールに覆われている場合には誤差を生じ
る。

三つ目は下部光源式の幅計を用いる方法であ
る。これはこの幅計によつて長手方向各部の幅寸
法を求め、これと長手方向への移送距離情報とか
ら形状を計測する方法であり、厚板精整ライン
等、環境のよい処では使用可能であるが、圧延ラ
インではスケール、水が下部の光源に落下して使
用できず、また移送速度に限界がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
つて、高速の形状認識が可能であり、また計測対
象の表面状態、温度にも殆んど影響されずに精度
が高く、厚板形状を圧延パス毎に認識して、次の
圧延パスの制御情報となし得る２次元形状認識方
法を提供することを目的とする。

本発明の第１の方法は端縁形状を詳細に検知す
ることができる方法であり、形状認識対象とする
面に光の連続投射又は光の走査投射にて、相互に
非平行な２本の光条を描き、これらの光条を２次
元撮像装置にて撮像し、その撮像画像のデータ処
理により各光条の端縁の位置を求める第１の過程
と、この位置に基いて特定される前記面の端縁を
含む部分に光の連続投射又は光の走査投射にて光
条を描き、この光条を２次元撮像装置にて撮像
し、その撮像画像のデータ処理により前記端縁の
形状を求める第２の過程を含み、第２の過程を１
回又は複数回実行することを特徴とする。

第１図はこの第１の方法の実施状態を示す模式
図である。形状認識対象とする厚板は図示しない
可逆圧延機を出て白抜矢符方向に送られ、略々一
定の位置に停止され、その後逆送されていく。４
１はHMD（Hot Metal Detector）であつて、厚
板１０の先端部形状が、中央部の張り出した舌状
であれ、中央部が凹んだフイツシユテール状であ
れ、厚板が停止位置に到達したときにその先端部
を検知し得る上方位置に配されており、該HMD
４１が厚板１０を検知した出力信号に同期してレ
ーザビーム発生装置１１，２１のビーム投射口を
覆つているシヤツタ（図示せず）を開くと共に演
算装置１に対して演算開始を指令するようにして
いる。レーザビーム発生装置１１，２１は例えば
Arレーザ装置であり、3511〜5145Åの範囲の波
長の光を出力する。この波長は、熱間厚板の自然
発光が赤色、近赤、赤外域であるのに比して短
い。１２，２２はレーザビームを拡散すべく発生
装置１１，２１の前方に配した凸レンズであり、
更にこれらの凸レンズ１２，２２夫々の前方には
回転鏡１３，２３が配設されている。回転鏡１
３，２３は６角柱状をなしその中心に回転中心と
なる軸１３０，２３０を備え、周囲の６面に矩形
状の平面鏡１３１，２３１を備えている。第２図
は回転鏡１３（２３も同様）の内部構造を略示し
ており、ガラス板にアルミニウム等を蒸着して鏡
面とした平面鏡１３１は六角柱の一方の底面を構
成する基板１３２にその一端部を枢支してあり、
また同じく他方の底面を構成する基板１３３側で
は平面鏡１３１を軸１３０側に向けて付勢するよ
うに基板１３３の周縁部に取付けた爪状の押え部
材１３４，１３４にして遠心方向への飛出しを防
止しており、更に平面鏡１３１の裏面（軸１３０
側）の押え部材１３４，１３４と対向する基板１
３３側端部には圧電素子１３５，１３５の一端が
取付けられている。基板１３２，１３３は６角形
の角部に配した連結杆１３６及び軸１３０にて連
結されており、この連結杆１３６の外周側の面及
び基板周縁部には平面鏡１３１の裏面周縁部を当
接させるべき緩衝材が付されている。而して前記
圧電素子１３５，１３５はその他端を基板１３３
裏面に固設したホルダに取付けてあり、この圧電
素子に課電しない状態では平面鏡１３１は軸心と
平行になるように諸寸法を定めてある。各圧電素
子１３５には２つの電極１３６，１３６が固着さ
れており、夫々のリード線は、六角柱部より外部
に位置する軸１３０に設けた全圧電素子（合計12
個）に共通のスリツプリング１３７，１３７に連
なり、図示しないブラシを経て反射角度制御回路
１４に接続されている。

回転鏡２３も同様の構造として反射角度制御回
路２４に接続されている。軸１３０，２３０はモ
ータ（図示せず）に連なつており、高速で回転し
ている。そして回転鏡１３はレーザビーム発生装
置１１から発せられ、レンズ１２で拡散されたレ
ーザビームが厚板１０の長手方向の中心を幅方向
に照射走査して適幅の光条l₁を描くように、また
回転鏡２３はレーザビーム発生装置２１から発せ
られ、レンズ２２で拡散されたレーザビームが厚
板１０の幅方向の中心を長手方向に照射走査して
適幅の光条l₂を描くように夫々の軸１３０，２３
０の方向が定められている。

反射角度制御回路１４，２４は演算装置１から
与えられる信号に応じて回転鏡１３，２３の圧電
素子１３５等に直流電圧を印加する。圧電素子１
３５は印加電圧の極性に応じて収縮し、また伸長
して平面鏡１３１，２３１の基板１３３，２３３
側端部が軸１３０，２３０に対し接近し又離隔
し、また印加電圧の値に応じて接近、離隔量が定
まることになる。これに伴い光条の位置が変じる
ことになる。つまり演算装置出力によつて光条位
置を自在に変更調節し得る構成としてある。

２ａはテレビジヨンカメラ２のカメラヘツド、
２ｂはコントロールユニツトである。カメラヘツ
ド２ａのレンズ面には前述の波長のレーザ光を選
択的に透過させる干渉フイルタ３が取付けられて
いる。厚板の自家発光スペクトルはより長波長側
に在るからテレビジヨンカメラ２の撮像画像は厚
板上の光条だけが明瞭に捉えられた状態になる。
また厚板下のローラコンベヤのローラ上にレーザ
ビームが投じられた場合には画像としてはこの部
分の光条も現れ得るが、ビデオ信号を適宜のしき
い値を用いて２値化することにより厚板上の光条
のみを有効とすることが可能になる。コントロー
ルユニツト２ｂの出力、即ちビデオ信号はエツジ
リスト３へ入力され、ここでビデオ信号が２値化
され光条とそれ以外の部分とが弁別され、光条の
エツジの座標値がメモリされる。

この第１の方法の場合には光条の幅は厚板１０
のトツプ及びボトムの形状に応じて定められる。
光条は後述するように端部を照明するために使用
されるが、端縁がその凹凸の大きさのために、ま
た制御の誤差のために光条内に入らない、即ち照
明されないことになることがないようにある程度
の幅をもたせることが望まれ、またデータ処理の
簡便さ等からは狭幅であることが望ましい。従つ
て厚板のトツプ、ボトムの最凸部と最凹部との離
隔寸法が最大100mm程度である場合には300mm程度
に選択するのがよい。

第３図は撮像画像（但し、２値化して光条l₁、
l₂のみが現れた状態）を略示している。エツジリ
スト３には例えば画像の左上隅を原点とするＸ−
Ｙ座標系において、光条l₁の垂直方向の両端縁
Yu、Yd及び光条l₂の水平方向の両端縁Xl、Xrに
ついてのＸ、Ｙ座標が得られる。これらは各端縁
の線を構成する画素のＸ、Ｙ座標の集合である
が、演算装置１は端縁Yu及びYdについては夫々
のＹ座標群についての平均値（Yu）及び（Yd）
を求め、これをもつて端縁位置とする。一方端縁
Xl及びXrについては夫々のＸ座標群についての
平均値（Xl）及び（Xr）を求め、これをもつて
端縁位置とする。演算装置１は更にエツジリスト
３の内容から光条l₁、l₂の交点座標（Xc、Yc）
を求める。これには光条l₁、l₂の交叉部に形成さ
れる正方形部分の４隅の座標値の平均を用いる。

演算装置１はこのようにして求めた（Xc、
Yc）、（Xl）、（Xr）、（Yu）、（Yd）から光条移動
量を L₁₁＝Xr−Xc L₁₂＝Xl−Xc L₂₁＝Yu−Yc L₂₂＝Yd−Yc として求める。

そしてこの移動量L₁₁、L₁₂は順次所定時間ずつ
反射角度制御回路１４へ、また移動量L₂₁、L₂₂は
順次所定時間ずつ反射角度制御回路２４へ入力さ
れる。反射角度制御回路１４，２４はこれらの入
力信号に基き回転鏡１３の圧電素子１３５、回転
鏡２４の圧電素子に対し上記移動量だけ光条l₁、
l₂を振らせるべき極性の電圧を印加する。これに
より厚板のトツプ部、一側縁部及びボトム部、他
側縁部が順次照射されることになる。第４図は光
条l₁、l₂が振られてなる光条l₁₁、l₂₁にてトツプ
部、一側縁部が照射されている状態の撮像画像を
示している。また第５図は光条l₁、l₂が振られて
なる光条l₁₂、l₂₂にてボトム部、他側縁部が照射
されている状態の撮像画像を示している。また回
転鏡の各鏡面の倒れ角を各々異る角度に設定し、
第７図に示すように４辺に対応する部分を同時に
照射し、４辺に対応する撮像画像よりエツジを得
ることも可能である。

エツジリスト３における２値化された信号にお
いては厚板外での光条l₁₁等の輪郭はなく、これ
に替つて厚板の周縁が明暗の境界となる。これに
よりエツジリスト３には厚板周縁の座標が格納さ
れることになる。演算装置１はこの座標情報を所
要の形状情報に加工し、これをプリンタ等の出力
表示装置４へ出力し、また可逆圧延機制御用のプ
ロコン５へその圧延制御用信号として与える。

なお上述の実施例では光源としてレーザビーム
発生装置を使用したが他のものでもよく、熱間材
の自家発光色とは異る色の光源を用いて、これを
スリツトにとおして適当な幅のビームとしてもよ
い。また光条は走査によらず連続的照射によつて
描くこととしてもよい。そして走査手段は前述の
如き回転鏡に限らず従来知られている他の手段を
用いてもよい。また光条の位置変更手段としては
圧電素子に限らずソレノイド等他の手段を用いて
もよい。

更に厚板サイズ、所望分解能等に応じて、複数
のテレビカメラを用い、夫々にて撮像部分を分担
させることとしてもよい。

この場合にはエツジリストをテレビカメラ台数
分だけ用い、演算装置にて座標系の統一をすれば
よいが、光条l₁、l₂の交点はいずれのカメラの視
野内にも含まれるようにし、これを基準に座標系
を統一する。

またHMDを用いることなく、撮像画像により
鋼板を自動検知することとしてもよい。

次に本発明の第２の方法を説明する。この方法
はトツプ、ボトムの幅寸法、或は側縁部の長さ等
を求めてこれから形状認識をするものであり、形
状認識対象とする面に、光の連続投射又は光の走
査投射にて相互に非平行な２本の光条を描き、こ
れらの光条を２次元撮像装置にて撮像し、その撮
像画像のデータ処理により各光条の端縁の位置を
求める第１の過程と、これらの長さに基いて特定
される前記面上の他の部分に前記光条と平行的な
光条を同様に描き、該光条を２次元撮像装置にて
撮像し、その撮像画像のデータ処理により各光条
の端縁の位置を求める第２の過程とを含み、第２
の過程を１回又は複数回実行することを特徴とす
る。

以下この方法について説明する。この方法の実
施に用いる装置は第１図に示したものと同様であ
り、光条l₁、l₂を描く第１の過程も同様である。
ただ第２の方法では光条の幅内に厚板端縁を含ま
せないので光条の幅は狭くてもよく、凸レンズ１
２，２２の使用は省略できる。

而して第６図に示すように第１の方法と同様に
して光条l₁、l₂を略中央部に描き、（Xr）、（Xl）、
（Yu）、（Yd）、及び（Xc、Yc）を求める。次に
この方法では光条l₁をトツプ部、ボトム部の端縁
よりも少し中央部寄りの位置に順次移動し、また
光条l₂を両側縁部の端縁よりも少し中央部寄りの
位置に順次移動する。即ち演算装置１はその移動
量を L₁₁₁＝Xr−Xc−α₁ L₁₂₁＝Xl−Xc−α₁ L₂₁₁＝Yu−Yc−α₂ L₂₂₁＝Yd−Yc−α₂ として求める。ここに、α₁、α₂は（Xr）、（Yu）
等、光条l₁、l₂にて端縁とされた位置から中央部
へ寄せるべき長手方向及び幅方向の距離であり、
凹凸の大きい長手方向についてはα₁＝150mm程度、
幅方向についてはこれより短いα₂＝100mm程度と
するのがよい。

演算装置１は斯かる演算の後この移動量を実現
すべく所定の信号を反射角度制御回路１４，２４
へ出力する。これにより圧電素子に電圧を印加し
て四周の端縁近傍に光条l₁₁₁、l₁₂₁、l₂₁₁、l₂₂₂を描
く。これらの光条は撮像され、光条の端縁の座標
はエツジリスト３に格納されるが、この方法では
演算装置１は光条l₁₁₁、l₁₂₁の長手方向端縁（厚板
の幅方向端縁）位置又は端縁間長さを求め、また
光条l₂₁₁、l₂₂₁の長手方向端縁の位置又は端縁間長
さを求める。

そして次には各光条をβ（例えば10mm）ずつ中
央部へ寄せた位置に描いて同様に光条の端縁の位
置等を求める。

即ち L₁₁₂＝Xr−Xc−α₁−β L₁₂₂＝Xl−Xc−α₁−β L₂₁₂＝Yu−Yc−α₂−β L₂₂₂＝Yd−Yc−α₂−β として光条l₁からL₁₁₂、L₁₂₂離れた光条l₁₁₂、l₁₂₂
を順次描き、また光条l₂からL₂₁₂、L₂₂₂離れた光
条l₂₁₂、l₂₂₂を順次描く。以下このようにしてβ刻
みで同様の処理を反復し、これによつて形状を認
識する。

以上のような本発明方法による場合は認識対象
の温度、表面状態等に全く影響されずに形状認識
できる。また１フレームの画像の撮像には一般に
１／30秒程度で足りるから本発明による場合は形
状認識は１秒以内に十分可能であり、著しく高速
化することができる。このため厚板圧延において
は形状認識のために特に厚板を停止させずとも搬
送方向逆転時等の利用によつて迅速に形状認識処
理ができ、その結果、圧延能率を何ら損うことな
く形状認識が行え、しかもその認識結果を次の圧
延パスの圧延制御に利用し得る等、本発明は優れ
た効果を奏する。

【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図は第１の方法の実施状態を示す模式図、第２
図は回転鏡の内部構造略示図、第３図は撮像画像
の略示図、第４，５図は認識原理の説明図、第６
図は第２の方法によつて描かれた光条の説明図、
第７図は第１の方法の他の実施状態を示す撮像画
像図である。 １……演算装置、２……テレビジヨンカメラ、
３……エツジリスト、１１，２１……レーザビー
ム発生装置、１３，２３……回転鏡、１４，２４
……反射角度制御回路、１３５……圧電素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 形状認識対象とする面に、光の連続投射又は
   光の走査投射にて、相互に非平行な２本の光条を
   描き、これらの光条を２次元撮像装置にて撮像
   し、その撮像画像のデータ処理により各光条の端
   縁の位置を求める第１の過程と、この位置に基い
   て特定される前記面の端縁を含む部分に光の連続
   投射又は光の走査投射にて光条を描き、この光条
   を２次元撮像装置にて撮像し、その撮像画像のデ
   ータ処理により前記端縁の形状を求める第２の過
   程を含み、第２の過程を１回又は複数回実行する
   ことを特徴とする２次元形状認識方法。 ２ 形状認識対象とする面に、光の連続投射又は
   光の走査投射にて、相互に非平行な２本の光条を
   描き、これらの光条を２次元撮像装置にて撮像
   し、その撮像画像のデータ処理により各光条の端
   縁の位置を求める第１の過程と、これらの長さに
   基いて特定される前記面上の他の部分に前記光条
   と平行的な光条を同様に描き、該光条を２次元撮
   像装置にて撮像し、その撮像画像のデータ処理に
   より各光条の端縁の位置を求める第２の過程とを
   含み、第２の過程を１回又は複数回実行すること
   を特徴とする２次元形状認識方法。