JP2015017823A - Hot long object length measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱間の長尺物体の測長方法に関し、特に、熱間の鋼管、棒鋼、形鋼等の長尺材の撮像データに画像処理を施して長さを算出する、熱間長尺物体の測長方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring a hot long object, and in particular, calculates a length by performing image processing on imaged data of a long material such as a hot steel pipe, steel bar, and shaped steel. The present invention relates to a method for measuring a length object.
画像処理を用いた熱間の長尺物体例えば鋼管の測長方法に関する従来技術として以下のものがある。
＜１＞ 測長すべき熱間の長尺物体の両端部を複数台のカメラで撮像し、その取り込んだ画像の画像処理から得られたデータと、カメラ間の離間距離データとから前記長尺物体を測長する方法（特許文献１）。
＜２＞ 熱間の長尺物体の一端は非接触式の端センサにより端検出し、他端部のみカメラで画像を取り込み、その画像処理結果とセンサ-カメラ間の離間距離データから前記長尺物体を測長する方法（特許文献２，３）。
＜３＞ 熱間の長尺物体の後端部のヤリ形状による測定誤差を低減させるべく前記端センサを後端検出用、先端検出用に複数台ずつ配置し、且つ１台のカメラを配置して、これらを用いて測長する方式（特許文献４）。
As a conventional technique relating to a method for measuring a long hot object such as a steel pipe using image processing, there is the following.
<1> Both ends of a hot long object to be measured are imaged with a plurality of cameras, and the long image is obtained from data obtained from image processing of the captured image and separation distance data between the cameras. A method for measuring an object (Patent Document 1).
<2> One end of a hot object is detected by a non-contact type end sensor, an image is captured by the camera only at the other end, and the long image is obtained from the image processing result and sensor-camera separation distance data. A method for measuring an object (Patent Documents 2 and 3).
<3> A plurality of the end sensors are arranged for detecting the rear end and for detecting the front end, and one camera is arranged in order to reduce a measurement error due to the shape of the file at the rear end of the hot long object. A method of measuring the length using these (Patent Document 4).
前述の従来技術によると、測長精度を確保するには、前記カメラを複数個、個別に設置して用いるか、もしくは前記カメラを１個及び前記端センサを複数個、個別に設置して用いるか、の二者択一または二者組み合わせを採るしかないが、何れを採るにしても前記カメラや前記端センサの設置個数が多くなり、設備費が嵩むと云う難点がある。
この難点を克服する為に、本発明者らは、１個の端センサ（例えばＨＭＤ）と１個のカメラ（ＣＣＤカメラ）とで熱間の長尺物体の全長に亘って輝度プロファイルを一括撮像し、これを画像処理して長さを算出する手段を、特願２０１２−２００３７９で提案した。
According to the above-described prior art, in order to ensure the measurement accuracy, a plurality of the cameras are individually installed and used, or one camera and a plurality of the end sensors are individually installed. However, there is a problem that the installation cost increases because the number of cameras and the end sensors is increased.
In order to overcome this difficulty, the present inventors collectively imaged the luminance profile over the entire length of a hot object with one end sensor (for example, HMD) and one camera (CCD camera). In Japanese Patent Application No. 2012-200379, a means for image processing to calculate the length was proposed.
ところで、前記提案した手段及び、先述の従来技術のうちカメラを使用する測長技術において、熱間の長尺物体例えば鋼管の輝度プロファイルから先端位置、後端位置の何れか一方又は両方を画像処理で同定（検出）するには、基本的に、ＣＣＤで受光する輝度レベルに管体領域判別条件を適用して輝度プロファイルを導出し、該輝度プロファイルの管端位置に基づき長さを算出する。斯かる画像処理による測長方法では、管端位置の検出精度が、測長結果に大きく影響するので、管端位置を正しく同定（検出）することが重要である。例えば同一長さに圧延した熱間鋼管であるにもかかわらず圧延後の状態によって該鋼管の管端位置の検出結果が大きく変動するようなことがあってはならない。 By the way, in the length measurement technique using a camera among the above-mentioned proposed means and the prior art described above, one or both of the front end position and the rear end position is processed from the luminance profile of a hot long object such as a steel pipe. In order to identify (detect), basically, a luminance profile is derived by applying a tube region discrimination condition to the luminance level received by the CCD, and the length is calculated based on the tube end position of the luminance profile. In such a length measurement method using image processing, the accuracy of tube end position detection greatly affects the length measurement result, so it is important to correctly identify (detect) the tube end position. For example, the detection result of the pipe end position of the steel pipe should not vary greatly depending on the state after the rolling even though it is a hot steel pipe rolled to the same length.
然るに、実際の圧延後の熱間鋼管（特に、長尺材と呼ばれる、長さが例えば７０００〜８０００ｍｍと比較的長い鋼管）では長手方向の温度分布が様々なパターンを呈する。これは熱間鋼管の種々の製品仕様（材質、外径、肉厚）により加熱圧延条件が変化するためである。
とりわけ、肉厚が薄い（例えば、肉厚＝１０〜２０ｍｍ）長尺材に関しては、圧延後搬送中の空冷時間が比較的長い先端部において、胴体部、後端部よりも表面温度低下が著しく大きくなる（胴体部、後端部に比べ、例えば最大で５０℃程度余計に冷える）、所謂先端冷え現象が起り易い。尚、熱間圧延後の長尺物体において、先端部、後端部とは夫々先端、後端からロール投影接触弧長の２倍程度の長さ領域のことであり、胴体部とは前記先端部、後端部を除いた残りの長さ領域のことである。
However, in the hot-rolled steel pipe after actual rolling (in particular, a long steel pipe having a relatively long length of, for example, 7000 to 8000 mm), the temperature distribution in the longitudinal direction exhibits various patterns. This is because the hot rolling conditions vary depending on various product specifications (material, outer diameter, thickness) of the hot steel pipe.
In particular, for long materials having a thin wall thickness (for example, wall thickness = 10 to 20 mm), the surface temperature is significantly lower at the front end than at the body and rear end at the front end where the air cooling time during conveyance after rolling is relatively long. A so-called cooling phenomenon at the front end is likely to occur which becomes larger (compared to the body part and the rear end part, for example, by about 50 ° C.). Note that, in a long object after hot rolling, the front end portion and the rear end portion are the front end and the length region about twice the roll projected contact arc length from the rear end, and the body portion is the front end. It is the remaining length area excluding the rear and rear end portions.
前記先端冷えが発生すると、先端部の輝度レベルの低下が大きく、管体領域判別条件に当てはまる部位が、先端以外の長さ部位に位置するようになり、斯かる先端以外の部位を先端位置と同定してしまうという誤検出が生じる場合がある。この場合、実際の長さよりかなり短い測長結果となり、後工程への誤情報伝達による操業トラブルを招く問題があるが、このような問題は、従来全く考慮されていない。 When the tip cools down, the brightness level at the tip is greatly reduced, and the part that satisfies the tube region determination condition is located at a part other than the tip, and the part other than the tip is defined as the tip position. There is a case where a false detection of identification occurs. In this case, the length measurement result is considerably shorter than the actual length, and there is a problem of causing an operation trouble due to erroneous information transmission to the subsequent process. However, such a problem has not been considered at all.
以上の様に、従来、熱間長尺物体の輝度レベルの画像処理による測長技術では、熱間長尺物体の温度低下に伴う輝度レベル低下により端位置を誤検出し、実物体長さから外れた測長結果となる場合が発生すると云う課題があった。 As described above, in the conventional length measurement technology based on the image processing of the brightness level of a hot long object, the edge position is erroneously detected due to the decrease in the brightness level accompanying the temperature decrease of the hot long object, and the actual object length deviates. There is a problem that the case where the measurement result is obtained may occur.
本発明者らは前記課題を解決する為に鋭意検討及び実験を重ね、次の知見を得た。
（ｉ） 管体領域判別条件のうち輝度レベルの閾値を下げ過ぎると輝度ノイズが大きくなる等により、輝度変化率が正で最大、負で最小になる各位置として検出される管端の検出精度が悪化するから、或る輝度レベル以上の閾値は確保されねばならない。
（ｉｉ） 前記先端冷えによる輝度レベル低下は、カメラの露光時間調整或いはゲイン調整により回避できると考えられる。但しゲイン調整はノイズ発生の要因となるから、カメラの露光時間を調整する方法によるのが望ましい。
（ｉｉｉ） 前記露光時間調整では、予め露光時間を一律に長時間側に設定すれば、先端冷えの悪影響を無視できる程度に小さくしうるのであるが、その反面、輝度のハレーションが発生し、先端部、後端部が膨らんだ（ぼやけた）輝度画像となり、その結果、実鋼管長より長い測長結果になりがちとなる。
（ｉｖ） 胴体部との温度差で最大５０℃程度の先端冷えがあっても、長さ方向の輝度分布から算出した端位置が実物体の端位置と整合する様な輝度分布情報を有する撮像データが得られるところのカメラの適正露光時間が、熱間長尺物体の温度に応じて実在する。従って、カメラの露光時間を、熱間長尺物体の温度に応じて、予め実験等で求めておいた前記適正露光時間に設定する事が有効な解決策である。これにより、端位置の誤検出を有効に防止でき、測長精度が向上する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive studies and experiments and obtained the following knowledge.
(I) Detection accuracy of the tube end detected as each position where the luminance change rate becomes positive maximum and negative minimum because the luminance noise becomes large if the threshold of the luminance level is excessively lowered among the tube region determination conditions. Therefore, a threshold value exceeding a certain luminance level must be secured.
(Ii) It is considered that the decrease in the luminance level due to the cooling of the tip can be avoided by adjusting the exposure time or gain of the camera. However, since gain adjustment causes noise, it is desirable to use a method of adjusting the exposure time of the camera.
(Iii) In the exposure time adjustment, if the exposure time is uniformly set to a long time side in advance, the adverse effect of the cooling of the tip can be reduced to a negligible level. As a result, the measurement result tends to be longer than the actual steel pipe length.
(Iv) Imaging having luminance distribution information such that the end position calculated from the luminance distribution in the length direction matches the end position of the real object even if there is a maximum cooling of about 50 ° C. due to the temperature difference from the body part. The appropriate exposure time of the camera from which data is obtained actually exists according to the temperature of the hot long object. Therefore, it is an effective solution to set the exposure time of the camera to the appropriate exposure time obtained in advance by experiments or the like according to the temperature of the hot long object. Thereby, erroneous detection of the end position can be effectively prevented, and the length measurement accuracy is improved.
前記知見に基づいてなされた本発明は以下の通りである。
（１） 熱間の長尺物体を被写体としてカメラで撮像し、該撮像データの輝度分布情報から導出した輝度プロファイルの長さ方向端位置に基づき長さを算出する画像処理による熱間長尺物体の測長方法において、前記カメラの露光時間を、前記長尺物体の被写体温度に応じて、予め定めたところの被写体温度対適正露光時間の相関情報から導出した適正露光時間に設定することを特徴とする熱間長尺物体の測長方法。
（２） 前記被写体が熱間圧延の被圧延材であり、前記被写体温度は、前記熱間圧延の直前時点の被圧延材の実測表面温度と前記熱間圧延の圧延条件とから伝熱計算により算出した、前記撮像の時点での前記被圧延材の胴体部の計算表面温度であることを特徴とする前記（１）に記載の熱間長尺物体の測長方法。
The present invention made based on the above findings is as follows.
(1) A hot long object by image processing in which a hot long object is imaged with a camera as a subject and the length is calculated based on the end position in the length direction of the luminance profile derived from the luminance distribution information of the imaged data In the length measuring method, the exposure time of the camera is set to an appropriate exposure time derived from a predetermined correlation information between the object temperature and the appropriate exposure time according to the object temperature of the long object. Measuring method for hot long objects.
(2) The subject is a material to be rolled by hot rolling, and the temperature of the subject is calculated by heat transfer from the measured surface temperature of the material to be rolled immediately before the hot rolling and the rolling conditions of the hot rolling. The method for measuring a hot long object according to (1), wherein the calculated surface temperature of the body portion of the material to be rolled at the time of imaging is calculated.
本発明によれば、熱間長尺物体の画像処理による測長において発生しがちな端位置の誤検出を有効に防止できて測長精度が向上する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the erroneous detection of the end position which tends to generate | occur | produce in the length measurement by the image process of a hot elongate object can be prevented effectively, and the length measurement precision improves.
図１は、測長対象かつ被写体である熱間の長尺物体として、鋼製の丸ビレット（図示せず）を加熱炉（図示せず）で例えば鋼種及びサイズ等に応じて１０００〜１３００℃程度に加熱し次いでピアサーミル２で穿孔圧延して最大圧延長が例えば約８ｍになるホローシェルとなす穿孔圧延工程においてピアサーミル２の出側を圧延方向３に走行中の前記ホローシェルである鋼管１を用いた場合を例に挙げて、本発明の実施形態を例示する概略図である。
FIG. 1 shows a steel long billet (not shown) as a long object to be measured and a subject in a heating furnace (not shown), for example, 1000 to 1300 ° C. according to the steel type and size. The steel pipe 1 that is the hollow shell running in the
鋼管１はカメラ４で一度に長さ方向全域を撮像される。カメラ４は、ＣＣＤを撮像素子とした視野角が最大で約８０度のカメラ視野５を有するエリアカメラを鋼管１の側面視での全体が前記視野内に収まる適宜の位置に設置したものである。カメラ４の撮像トリガ信号には、ピアサーミル２の出側の適宜の位置に設置したＨＭＤ（熱塊検出器）６が鋼管１の後端を検出して出力する信号であるＨＭＤ立下がり信号を用いる。該ＨＭＤ立下がり信号はKPEV（計装用）ケーブル１３、シーケンサー８、光ケーブル１５、演算パソコン１０、画像ボード１２、光ケーブル１６、画像ボード１１を順次経由してカメラ４へと伝送される。カメラ４で撮像して得た撮像データは、カメラ視野５内の輝度分布情報を有し、画像ボード１１、光ケーブル１６、画像ボード１２を順次経由して演算パソコン１０へと伝送される。
The steel pipe 1 is imaged by the camera 4 over the entire length direction. In the camera 4, an area camera having a camera field of
演算パソコン１０は、前記撮像データの輝度分布情報から導出した輝度プロファイルの長さ方向端位置に基づき長さを算出する画像処理を行う。この画像処理について、前記先端冷えがない正常な場合の図２(a)を参照して説明する。前記輝度分布情報は、演算パソコン１０のディスプレイ画面内の各画素の輝度レベルを与えるものである。前記ディスプレイ画面内の各画素は、画面横方向であるＸ方向と画面縦方向であるＹ方向とが夫々、鋼管長さ方向と鋼管径方向とに対応し、画面中心がほぼ鋼管長さ方向中央部に対応するように設定したＸＹ座標系の座標点で特定される。そこで、まず輝度に関する閾値を用いたＹ方向スキャンにより、画面中心のＸ座標点における各Ｙ座標点の輝度レベルであるＹ輝度が前記閾値以上となるＹ座標領域を特定Ｙ領域として算出する。次に輝度微分値に関する判定基準を用いたＸ方向内の圧延方向３とは逆向きのスキャンにより、前記特定Ｙ領域の中心のＹ座標点における各Ｘ座標点の輝度レベルであるＸ輝度の輝度微分値が正で最大となるＸ座標点（Ｘ０点とする）と前記輝度微分値が負で最小となるＸ座標点（Ｘ１点とする）とを算出し、Ｘ０点からＸ１点までのＸ座標領域を特定Ｘ領域として算出する。そして、特定Ｘ領域と特定Ｙ領域とがなす矩形領域を輝度プロファイル２０として算出し、輝度プロファイル２０のＸ方向両端点であるＸ０点、Ｘ１点夫々のＸ座標値Ｘ０、Ｘ１、及び実寸換算係数Ｋ（このＫは、画面Ｘ方向単位長さ当たりの実長さのことであり、予め設定される）を用い、Ｌ＝Ｋ×｜Ｘ０−Ｘ１｜、なる式の値Ｌを鋼管長さとして算出する。前記先端冷えがない正常な場合は、図２(ａ)の如く、Ｘ０点、Ｘ１点が夫々実先端ＬＥ、実後端ＴＥにほぼ整合するから、鋼管長さＬもほぼ正しく算出される。
The computing
ところで従来はカメラ４の露光時間（シャッタスピードと同義）は定数を設定（一定値を設定）していたが、そこでは、前記先端冷えが発生すると、図２（ｂ）のように、Ｘ輝度が先端側で立上がりを示すＸ方向範囲がかなり広く、かつ当該Ｘ方向範囲内の圧延方向３の下流側で立上がりの勾配が最大を示す輝度分布情報となる場合が発生し、その場合、Ｘ０点が実先端ＬＥから胴体部側に偏って算出され、鋼管長さＬは実長さよりもかなり短く算出される。かといって、鋼管温度によらず一律に露光時間を長くするのでは、後端側でハレーションを生じ、実長さより長い測長結果となりがちである。
Conventionally, the exposure time (synonymous with shutter speed) of the camera 4 has been set to a constant (set to a constant value). However, when the leading edge is cooled, the X brightness as shown in FIG. In the X direction range where the leading edge is rising is considerably wide, and there is a case where the brightness distribution information indicates the maximum rising slope on the downstream side in the
これに対し、本発明では、前記知見（ｉｖ）に基づき、カメラ４の露光時間を、予め実験等で定めたところの被写体温度対適正露光時間の相関情報から導出した適正露光時間に設定する。これにより、先端冷えが発生した場合でも、先端側、後端側とも、正常な場合の図２(ａ)と同様、Ｘ０点、Ｘ１点が夫々実先端ＬＥ、実後端ＴＥにほぼ整合するから、鋼管長さＬもほぼ正しく算出される。 On the other hand, in the present invention, based on the knowledge (iv), the exposure time of the camera 4 is set to the appropriate exposure time derived from the correlation information between the subject temperature and the appropriate exposure time determined in advance through experiments or the like. As a result, even when the leading edge cools down, both the leading end side and the trailing end side are substantially aligned with the actual leading end LE and the actual trailing end TE, respectively, as in the normal case of FIG. 2A. Therefore, the steel pipe length L is also calculated almost correctly.
前記相関情報は数式で与えてもよく、又、図１の実施形態で採用したところの、図３に示す様式のテーブルで与えてもよい。このテーブルでは被写体温度が１０００℃未満の温度域では適正露光時間は最大値（例えば３．７ｍｓ）とされ、１０００℃以上１３００℃以下の温度域では適正露光時間は温度上昇につれて階段状に減少し１３００℃で最小値（例えば３．１ｍｓ）に達するようにされている。尚、１０００℃以上での温度分級幅は２０℃としているが、これに限定されるものではない。又、何れかの隣り合う温度分級同士で適正露光時間が同じ値となる場合があってもよい。前記テーブルは演算パソコン１０に格納してある。
The correlation information may be given by a mathematical expression, or may be given by a table having the format shown in FIG. 3 adopted in the embodiment of FIG. In this table, the appropriate exposure time is the maximum value (for example, 3.7 ms) in the temperature range where the subject temperature is less than 1000 ° C., and the appropriate exposure time decreases stepwise as the temperature rises in the temperature range of 1000 ° C. to 1300 ° C. The minimum value (for example, 3.1 ms) is reached at 1300 ° C. In addition, although the temperature classification width | variety above 1000 degreeC is 20 degreeC, it is not limited to this. In addition, the appropriate exposure time may be the same value in any adjacent temperature classification. The table is stored in the computing
一方、図１において、ピアサーミル２の入側には穿孔圧延直前時点の被圧延材（前記丸ビレット）の表面温度を実測するために、例えば放射温度計からなる非接触式温度計７が設置してあり、これにより得られた実測表面温度データは温度計専用ケーブル１４、シーケンサー８、光ケーブル１５を順次経由して演算パソコン１０へと伝送される。演算パソコン１０は、前記伝送されてきた実測表面温度データと、上位コンピュータ（図示せず）から別途伝送されてきた圧延条件データとから伝熱計算により、前記撮像の時点での鋼管１の胴体部の計算表面温度を算出し、該算出した計算表面温度を前記テーブルの被写体温度と照合して適正露光時間を導出する演算機能を有しており、該演算機能により導出された適正露光時間は、画像ボード１２、光ケーブル１６、画像ボード１１を順次経由してカメラ４へと伝送され、カメラ４の露光時間として設定される。
On the other hand, in FIG. 1, a non-contact type thermometer 7 composed of, for example, a radiation thermometer is installed on the entrance side of the piercer mill 2 in order to actually measure the surface temperature of the material to be rolled (round billet) immediately before piercing rolling. The actually measured surface temperature data thus obtained is transmitted to the computing
尚、上述の実施形態は、長尺物体が鋼管であるケースでの実施形態であるが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、長尺物体が他の鋼材例えば形鋼等であるケースでも適用できる事は云うまでも無い。 In addition, although the above-mentioned embodiment is an embodiment in the case where the long object is a steel pipe, the present invention is not limited to this case, and the long object is another steel material such as a shape steel. Needless to say, it can be applied to cases.
１０００〜１３００℃に加熱した丸ビレットをピアサーミルにて穿孔圧延してホローシェル（外径＝１３８．５〜２２３．５ｍｍ、肉厚＝１０〜５０ｍｍ、長さ＝最大８ｍ）となす継目無鋼管生産ラインにおいて、図１、図２、図３で述べた実施形態で本発明を実施した。カメラ４には東芝テリー製ＣＳＣ１２Ｍ２５ＢＭＰ１９を使用した。
その結果、カメラ４の露光時間を一定値で与えていた従来では、薄肉長尺材の同一ロット圧延品（目標肉厚＝１０〜２０ｍｍ、目標外径＝１３８．５〜１５０．０ｍｍ、目標長さ＝７〜８ｍで、加熱温度は１０５０〜１２５０℃の間で５水準を選択）の計１０００本に対する測長結果の、目標圧延長さとの差で評価したばらつきが、−８００ｍｍ〜＋６０ｍｍ程度であったのに対し、本発明の実施後は、前記ばらつきが、−５０ｍｍ〜＋１０ｍｍ程度と大幅に低減し、本発明の効果が顕現した。
A seamless steel pipe production line in which round billets heated to 1000-1300 ° C are pierced and rolled in a piercer mill to form hollow shells (outer diameter = 138.5 to 223.5 mm, wall thickness = 10 to 50 mm, length = maximum 8 m) The present invention was implemented in the embodiment described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. The camera 4 was Toshiba Terry CSC12M25BMP19.
As a result, in the conventional case where the exposure time of the camera 4 is given at a constant value, the same lot rolled product of thin and long materials (target thickness = 10 to 20 mm, target outer diameter = 138.5 to 150.0 mm, target length) The variation measured by the difference from the target rolling length of a total of 1000 measurement results for a total of 1000 samples with a thickness of 7 to 8 m and a heating temperature of 1050 to 1250 ° C. is about −800 mm to +60 mm. On the other hand, after the implementation of the present invention, the variation was greatly reduced to about −50 mm to +10 mm, and the effects of the present invention were manifested.
１ 鋼管（熱間の長尺物体の一例）
２ ピアサーミル
３ 圧延方向
４ カメラ
５ カメラ視野
６ ＨＭＤ（熱塊検出器）
７ 非接触式温度計
８ シーケンサー
１０ 演算パソコン
１１，１２ 画像ボード
１３ ＫＰＥＶ（計装用）ケーブル
１４ 温度計専用ケーブル
１５，１６ 光ケーブル
２０ 輝度プロファイル
1 Steel pipe (an example of a hot long object)
2
7
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