JP3015086B2 - 走行帯の位置・形状の測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、表面が鏡面を呈している走行帯の位置、形
状及び変位を検出する走行帯の位置・形状の測定方法及
び装置に関し、特に溶融亜鉛めっきラインのワイピング
装置内においてワイピングノズルの前方を走行する被め
っき帯の通過位置、その断面方向の形状（変位を含む）
を正確且つ高速で検出することができる走行帯の位置・
形状の測定方法及び装置に関する。

【従来の技術】

従来、帯状の薄鋼板被めっき帯に連続的に溶融亜鉛め
っきを施す場合は、第８図に示すように被めっき鋼板Ｓ
を、一旦溶融亜鉛浴10中に引き入れた後に、この溶融亜
鉛浴10中に配置された浴中ロール12で方向転換させて垂
直方向に引き上げて行き、溶融亜鉛浴10の上方に配設さ
れた対向する一対のワイピングノズル14の間を通過さ
せ、該ノズル14から噴射される気流の力によって被めっ
き鋼板Ｓの表面に付着して上がってきた溶融亜鉛の余剰
な分を吹き落し、該被めっき鋼板Ｓを所要のめっき厚み
に仕上げる設備が一般的に用いられている。 このような設備においては、被めっき鋼板Ｓとワイピ
ングノズル14との間の間隔が、ワイピングノズル14から
噴射される気流の力、即ち余剰に付着した溶融亜鉛の吹
き払い力に直接関係し、結果として仕上りめっき厚みに
直接的に大きな影響を与えることになるため、上記両者
の間隔は所要の値に正確に保たれるようにしなければな
らない。 この設備において、被めっき鋼板Ｓは、浴中ロール12
と、これの遥か上方に配置され搬送ロール（図示省略）
との間で張力をかけた状態で張り渡されているので、こ
の被めっき鋼板Ｓの通過位置は平均的には一定の位置を
保ちながら走行していると考えられる。ところが、実際
には被めっき鋼板Ｓ自身の形状が完全には平坦でなく、
複雑に凹凸形状をなしたり、図中２点鎖線で示すように
反ったりしていること、及び被めっき鋼板Ｓが高速度で
走行することによる機械的振動等のために、ワイピング
ノズル14の位置から見た場合の被めっき鋼板Ｓは、これ
が通過するのに応じて常に矢印で示す不規則な方向に位
置変動をしている。その上に、被めっき鋼板Ｓの溶融亜
鉛浴10中への侵入温度や溶融亜鉛浴10内の温度等の変動
等による外乱も加わるために被めっき鋼板Ｓに施される
仕上りめっき膜厚は一定とはならない。 従って、所要の均一なめっき膜厚を得るためには、外
乱要因を排除すると共に、ワイピングノズル14と被めっ
き鋼板Ｓの間の間隔を常に正確に検知し、この検知信号
に基づいてワイピングノズル14の位置を被めっき鋼板Ｓ
に対して離反・接近する方向に調節したり、若しくは被
めっき鋼板Ｓの形状を事前に矯正処理したりすることが
必要とされる。 従来から、被めっき鋼板Ｓの位置を検出するために、
例えば過電流式、レーザー式、赤外線式、超音波式等の
検出器を用いることが試みられてきている。具体的に
は、特開昭53−141126、特開昭57−14701等に開示され
ている間隙測定技術があるが、従来用いられているこれ
らの検出器の多くは、被めっき鋼板Ｓの性状や、検出器
自体が晒される雰囲気に適合できなかったり、又は設置
するためのスペース上の問題等のためにかなりの不都合
を許容しない限り採用できない欠点を有してる。 特に、通常、操業中に３〜10mm位しか開いていないワ
イピングノズル14と被めっき鋼板Ｓとの間の隙間近くに
検出器を設置するには、該検出器の外形寸法があまりに
も大き過ぎるばかりでなく、検出器本体がワイピング用
気体の噴射流の滑らかな流れ方を阻害してしまう。その
ために、必要的に第９図に示すように検出器16をワイピ
ングノズル14よりも著しく上方に離した位置に設置さぜ
るを得ない。 このような場合の大きな問題点は、ワイピングノズル
14の前方のワイピング点Ｐの位置と、検出器５の前方に
おける検知点Ｗの位置とでは、被めっき鋼板Ｓの通過位
置に無視し得ない程に差が生じているために、この検知
点Ｗの位置で検出された値は、目的とする値即ちワイピ
ングノズル14の位置での正確な値として用いることがで
きない不都合が生じることである。このような不都合
は、被めっき鋼板Ｓの平坦度の悪さを表す急峻度の値が
大きい程顕著に現れる。 近年、めっき膜厚の均一性、薄めっき膜厚、めっき面
の美麗さ、高速めっき、低騒音操業等がこれまで以上に
厳しく要求されてきており、そのためにワイピングノズ
ル14を極端なまでに被めっき鋼板Ｓに接近させた状態で
操業することが不可欠となっている。 そのためには、ワイピングノズル14の配置位置におい
て正確に被めっき鋼板Ｓの通過位置、形状及び変位を把
握し、ワイピングノズル14と被めっき鋼板Ｓとの間の間
隔制御を適切に行うと共に、把握された結果を基に被め
っき鋼板Ｓの形状、変位の矯正を事前に厳しく行ってお
くことが必要とされる。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、これまでは、ワイピングノズル14の配
置位置において被めっき鋼板Ｓの通過位置、形状及び変
位を正確に検出ができなかったために上述のような要求
に十分に応えることができなかったのが実状である。 本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされた
もので、ワイピングノズルの前方を通過する被めっき鋼
板（被めっき帯）のように、基準体の直線状端部の前方
を通過する走行帯について、該基準体の配置位置におけ
る走行帯の通過位置及びその断面方向の形状（以下、単
に位置・形状ともいう）を正確に検出することができる
走行帯の位置・形状の測定方法及び装置を提供すること
を目的とする。

【課題を解決するための手段】

本発明は、鏡面を呈する走行帯が通過する走行路の近
傍に、直線状端部を有する基準体を、該直線状端部を上
記走行帯に対向させて配置し、該走行帯の通過位置及び
その断面方向の形状を非接触でモニタする走行帯の位置
・形状の測定方法であって、上記直線状端部の実像と、
該直線状端部が上記鏡面によって反射される虚像とを同
一画面に撮影し、その撮影画面から得られる画像情報に
基づいて上記走行帯の通過位置及びその断面方向の形状
を検出することにより、前記課題を達成したものであ
る。 本発明は、又、走行帯の位置・形状の測定装置におい
て、鏡面を呈する走行帯が通過する走行路の近傍に、該
走行帯に対向させて配置された直線状端部を有する基準
体と、上記直線状端部の実像と、該直線状端部が上記鏡
面によって反射される虚像とを同一画面に撮影できる位
置に設置された撮影手段と、その撮影画面から得られる
画像情報を処理し、上記走行帯の通過位置及びその断面
方向の形状を検出する画像処理手段とを備えていること
により、同様に前記課題を達成したものである。

【作用及び効果】

本発明においては、基準体の直線状端部の実像と、該
直線状端部の鏡面によって反射される虚像とを、同一画
面に撮影するようにしたので、その撮影画面に上記直線
状端部の実像と虚像とを同時に捕えることが可能とな
り、この実像と虚像との位置関係から、上記基準体の配
置位置において上記走行帯の通過位置及びその断面方向
の形状等を正確且つ高速に検出することが可能となる。 又、前記走行帯が、溶融亜鉛めっきラインのワイピン
グ工程における被めっき帯であり、前記基準体が有する
直線状端部が、ワイピングノズルの直線状の気流噴射端
部である場合には、溶融亜鉛めっきラインのワイピング
工程において、ワイピングノズルの直線状の気流噴射端
部の実像と、該気流噴射端部の被めっき帯表面（鏡面）
によって反射される虚像とを、同一画面に撮影するよう
にしたので、同様にしてワイピングノズルの配置位置に
おいて上記被めっき帯の通過位置及びその断面方向の形
状等を正確且つ高速に検出することが可能となる。従っ
て、本発明は、製品の品質向上と生産性向上に極めて多
大な貢献をもたらし、工業的価値が大きいという効果を
有している。

【実施例】

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。 第１図は、本発明方法を溶融亜鉛めっきライン（設
備）のワイピング工程に適用した一実施例を説明するた
めの概略説明図である。 第１図には、溶融亜鉛浴10から、走行帯である被めっ
き鋼板（被めっき帯）Ｓを垂直上方に連続的に走行させ
ている状態が示してある。上記溶融亜鉛浴10の上方に
は、前記第８図に示したと同様に、一対のワンピングノ
ズル14が、その先端に位置する直線状の気流噴出端部
（直線状端部）14Aを互いに対向させて配置されてお
り、これらワイピングノズル14の中間に位置する走行路
を上記被めっき鋼板Ｓが通過するようにしてある（説明
の都合上、第１図は右側のみにワイピングノズル14を示
した）。即ち、上記ワイピングノズル14は、その直線状
の気流噴出端部14Aを上記被めっき鋼板Ｓの表面に対向
させた状態で、上記走行路の近傍に配置されている。 又、上記ワイピングノズル14の上方には、光学的映像
を映像信号に変換する固体撮像素子を用いて形成されて
いるCCDテレビカメラ（撮影手段、以下単にカメラとも
いう）が設置されている。又、溶融亜鉛浴10の表面10A
を照射する位置に、例えばタングステンランプ等の投光
器22が設置されている。 上記カメラ20はワイピングノズル14と被めっき鋼板Ｓ
との間の隙間、ワイピングノズル14の必要とする範囲
（少なくとも気流噴出端部14A）及び被めっき鋼板Ｓの
一部を視野内に収めるように、ワイピングノズル14の上
方で、被めっき鋼板Ｓの幅方向の中央に斜め下方を見下
ろすように設置されている。又、上記カメラ20は、垂直
走査方向が被めっき鋼板Ｓの幅方向に、水平走査方向が
隙間方向、即ち測定方向に一致するように配置されてい
る。 本実施例においては、上記カメラの設置位置等の設置
条件が極めて重要である。 即ち、一般的に、垂直に設置された一つの平面物体
と、その前に置かれた基準となる基準物体との間の間隔
を光学的映像として撮えようとする場合には、第２図に
示すようにカメラ20を、平面物体30に沿って上方に延長
された線Ｌの上か、若しくはこれに極く近い位置に設置
して、平面物体30の上端部30Aと、基準物体32の先端部3
2Aとが画像として写るようにしなければならない。しか
し、本実施例を適用しようとする対象設備においては、
平面物体30に相当するものは連続した実質的に無限長と
みなせる被めっき鋼板Ｓである。従って、上端部30Aに
相当するようなものは無く、又線Ｌの上、若しくはこれ
の至近位置にカメラ20を設置することは、被めっき鋼板
Ｓとの干渉若しくは接触が生じるために、このようなや
り方を実機に適用することはできない。 又、第３図に示すように、カメラ20上を上方に置いて
斜め下方を見下ろすようにして平面物体30と基準物体32
の先端部32Aとの間の隙間を写すようにした場合には、
基準物体32の直前の平面物体30の表面上に何らかの基
準、例えば点Ｒのようなものが記されていない限り基準
物体32の前方の平面物体30側の測定対象となるべき映像
が得られない。従って、カメラ20で得られる画面から平
面物体30と基準物体32との間の隙間の間隔等を知ること
は不可能である。 そこで、本発明者は、本実施例で検出対象とする被め
っき鋼板Ｓが、ワイピング点Ｐにおいて、その表面に付
着している溶融亜鉛のために極めて良好な鏡面状態にな
っていることに着目し、上述のような問題に影響される
ことなくカメラで撮らえた映像から隙間を検知すること
ができることを見い出した。 即ち、前記第８図と同様の溶融亜鉛めっき設備におい
て、第１図に示すように、カメラ20を、斜め下方を見下
ろすようにしてワイピングノズル14と被めっき鋼板Ｓと
の間の隙間を視野の略中央に収めることができる位置に
設置する。その結果、ワイピングノズル14の実像が直接
的にカメラ20によって映像として撮らえられることは勿
論のこと、被めっき鋼板Ｓの表面が極めて良好な鏡面状
態になっているために、該表面に鮮明に写るワイピング
ノズル14の虚像（反射像）24をも同時に映像として撮ら
えることが可能となる。 第４図は、上記条件の下でカメラ20で撮えられる映像
画面を示し、斜線部分はワイピングノズル（実像）14の
映像14′及び被めっき鋼板Ｓに写るワイピングノズル14
の虚像24の映像24′が同時に同一画面上に得られている
ことを示している。この画面の例では、被めっき鋼板Ｓ
の表面が平坦であるため、ワイピングノズル14の実像映
像14′の先端14A′に対応する虚像映像24′の先端24A′
も直線になっている。 しかし、被めっき鋼板Ｓが平坦でなく、波打った形状
になっている場合には、同一条件で撮影すると、当然の
ことながら被めっき鋼板Ｓの表面に写る虚像24の先端部
の映像24A′は、第５図に示すように、被めっき鋼板Ｓ
の断面方向の表面形状を反映して波状に曲がって写し出
されることになる。 言うまでもなく、ワイピングノズル14の先端部（気流
噴出端部）14Aと、虚像24の先端部24Aとの間の距離はワ
イピングノズル14の先端部14Aと被めっき鋼板Ｓとの間
の間隔Ｇの２倍に相当しており、従ってこの間隔Ｇは、
第４図又は第５図に示す画面の映像先端部14A′と、虚
像側の映像先端部24A′との間隔ｇからＧ＝g/2の関係と
して間接的に求められることは明らかである。 但し、カメラ20が斜め上方から見下ろしていること、
及び視覚の大きさ等による測定値の補正が必要あること
は言うまでもない。 以上詳述した如く、本実施例によれば、前記第４図又
は第５図のような撮影画面から得られる画像情報を利用
することにより、ワイピングノズル14の先端部14Aから
被めっき鋼板Ｓの表面までの距離を正確に検出すること
ができる。従って、ワイピングノズル14の配置位置にお
ける被めっき鋼板Ｓの通過位置を正確に検出することが
でき、又、その断面方向の形状、例えば被めっき鋼板Ｓ
の変形、反り又は表面の凹凸等をも正確に検出すること
ができる。 次に、前記走行帯の位置・形状の測定方法に適用して
好適な一実施例の測定装置について説明する。第６図
は、上記走行帯の位置・形状の測定装置の構成の概略を
示すブロック線図である。 上記装置は、前記第１図に示した、被めっき鋼板Ｓと
ワイピングノズル14の先端部14Aとの間の隙間を視野の
略中央にして設置されたカメラ20と、以下に詳述する画
像処理手段とを備えている。上記カメラ20から出力され
た画像信号は、画像処理手段を構成する映像増幅回路4
0、比較回路42、波形整形回路44を経てアンド回路46に
入力されるようになされている。上記アンド回路46には
クロックパルス回路48からパルス信号が入力され、上記
信号と処理された後、その処理信号はカウンタ回路50、
ラッチ回路52に入力される。 又、上記ラッチ回路52には、前記映像増幅回路40から
の出力信号が同期分離回路54、タイミングパルス回路56
を経て入力されるようになされている。上記ラッチ回路
52で処理された信号は、更にデコーダ回路58を経て表示
装置60に出力される。 更に、前記カメラ20からの画像信号の一部は、前記波
形整形回路44からの波形信号とミキサー回路62で合成さ
れ、その合成信号はモニター64へ出力され、その画面に
表示するようになされている。 次に、本実施例の測定装置の作用を説明する。 上記カメラ20から入力された合成映像信号は、先ず映
像増幅回路40で後処理のし易い振幅に増幅された後に比
較回路42で所定のレベル以上の信号のみがスライスされ
て取り出され、更に波形整形回路44で完全な矩形波に整
形される。 なお、本実施例においては、前述の如く、上記カメラ
20を、その水平走査方向がワイピングノズル14と被めっ
き鋼板Ｓとの間の隙間、即ち測定方向に一致するように
配置し、且つ投光器22からの光を溶融亜鉛の表面で反射
させることにより、隙間を明部、ワイピングノズル14の
上面部を暗部として撮影するようにしているため、整形
された上記矩形波の幅は第４図又は第５図における、映
像先端部14A′と24A′との間ｇ、即ちワイピングノズル
14と被めっき鋼板Ｓとの間の間隔Ｇの２倍に相当するこ
とになる。 上記矩形波の幅は、クロックパルス回路48で作られた
クロックパルスによってアンド回路46を介して刻まれた
後に、パルスの数としてカウンター回路50でカウントさ
れる。このカウンター回路50は水平走査周期の１回毎に
リセットとカウントを繰返し、そこでカウントされた数
はカウント終了直後にその都度ラッチ回路52でラッチさ
れ、更にこのカウント数はデコーダ回路58で解読された
後に表示器60で表示された測定値となる。 又、上記ラッチ回路52のラッチタイミング動作は、合
成映像信号から同期分離回路54によって分離された水平
同期信号及び垂直同期信号を基にタイミングパルス回路
56で作られたタイミングパルスによって行われ、このタ
イミングパルスの周期の選択によって、撮影画面上の垂
直走査方向の任意の１位置で間欠的又は連続的に、又は
その画面上の垂直走査方向の全ての位置で間欠的又は連
続的に測定値を得ることができる。 一般的にはラッチ回路でラッチされた出力を、直接デ
ジタル信号として外部に出力したり、DAコンバータ（図
示省略）を介してアナログ信号として出力して、これを
前記ワイピングノズル14の位置調節用として用いたり、
又は被めっき鋼板Ｓの形状矯正操作用として用いたりす
る。 又、前記ミキサー回路62は、カメラ20から入力された
合成映像信号と、波形整形回路44から入力された矩形波
を混合し、抽出された測定すべき映像に相当する部分を
明確になるようにして撮影視野範囲をモニター上に写し
出す働きをしている。 前述した本実施例の測定装置のカメラ20として、水平
解像度570本のCCDテレビカメラを用い、水平方向の光学
的視野範囲を450mm、クロックパルスを20MHzとして実際
に測定したところ、0.5mm以下の誤差でワイピングノズ
ル14と被めっき鋼板Ｓとの間の間隔を連続的に測定する
ことができた。 又、前記カメラ20として垂直走査周波数が60Hzの一般
的に用いられている汎用カメラを用いた場合でも1/60秒
毎に測定値を得ることができ、実用上十分に高速検出が
達成できた。 以上、本発明につて具体的に説明したが、本発明は前
記実施例に示したものに限定されるものでなく、その要
旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うま
でもない。 例えば、本発明は、溶融亜鉛めっきラインでワイピン
グを行う被めっき鋼板Ｓに適用するものに限られるもの
でなく、表面が鏡面を呈していれば任意の走行帯に適用
可能であることは言うまでもない。 又、前記実施例では、投光器22で浴面10Aを照射し、
そこからの反射光で間接的に下方からワイピングノズル
14と被めっき鋼板Ｓとの間の隙間を明るく照し出すよう
にしたため、この状態で斜め上方のカメラ20で撮影した
場合には、ワイピングノズル14の上面部及びこれの虚像
６の上面部を暗部（黒レベル）として、又隙間部を明部
（白レベル）として、前記第４図、第５図の画像のよう
に明瞭なコントラストで写すことができた。しかしなが
ら、場合によっては投光器22をワイピングノズルの上
方、即ちカメラ20側に設けて、直接的にワイピングノズ
ル14の上面部を照射するようにしてもよい。但し、この
場合には暗部と明部が逆の状態で撮影されるので、比較
回路の出力信号を反転させることによって対処する必要
がある。 又、前記実施例においては、カメラ20の水平走査方向
を隙間方向即ち測定方向に合わせたが、これはカメラの
解像度が一般的には水平走査方向の方が垂直走査方向よ
りも良いことを考慮したためである。しかし、検出精度
上許容されるならば垂直走査方向を測定方向に合わせる
こともでき、この場合には信号処理のやり方として、画
面上の測定すべき映像を横切る水平走査線の本数をカウ
ントすることによって計測することができる。 又、前記実施例の測定方法においては、光学的視野を
広く採れば解像度の問題から必然的に検出精度が低下す
ることになるが、広い範囲を測定し、且つ検出精度を必
要とする場合には、視野を広げずに複数台のカメラを並
べて用いることもできる。 又、前記実施例においては、撮影手段として、CCDカ
メラを用いたが、これに限定されるものでなく、例え
ば、映像の歪み、焼き付き、エミッション減退等に配慮
しさえすればビジコン等の電子走査型の撮像管を用いる
ことができることは言うまでもない。更に、カメラ20の
設置位置も実施例の場合に限られるものでなく、ワイピ
ングノズル14の先端部14Aと、該先端部14Aの被めっき鋼
板Ｓの表面による反射像とを同時に撮影できる位置であ
れば、ワイピングノズルの上方でも、下方でもよく、
又、被めっき鋼板Ｓの幅方向の中央に限らず、更には被
めっき鋼板Ｓの幅方向端部を外れた側方であってもよ
い。特に、カメラ20を、ワイピングノズル14の上方又は
下方に設置が困難な場合には、例えば、第８図に仮想線
で示した、ワイピングノズル14の上方で且つ被めっき鋼
板Ｓの幅方向端部を超えた側方に設置することもでき
る。但し、この場合は、第７図の部分斜視図に示すよう
に、ワイピングノズル14の先端部14Aと、該先端部14Aの
被めっき鋼板Ｓによる反射像24Aとの間隔は平行に撮影
されないため、画像処理において被めっき鋼板Ｓの幅方
向における傾斜角度による補正が必要となることは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の一実施例を、作用と共に示す概
略説明図、 第２図及び第３図は、カメラの設置位置を説明するため
の概略説明図、 第４図及び第５図は、それぞれカメラによる撮影画面の
一例を示す平面図、 第６図は、本発明装置の一実施例の構成の概略を示すブ
ロック線図、 第７図は、被めっき鋼板の側方上部にカメラの設置位置
から見た撮影領域の俯瞰図、 第８図は、溶融亜鉛めっきラインのワイピング工程を示
す斜視図、 第９図は、従来の問題点を説明するための概略説明図で
ある。 10……溶融亜鉛浴、 14……ワイピングノズル、 14A……気流噴出端部（先端部）、 20……カメラ、 22……投光器、 24……反射像（虚像）、 24A……反射像の先端部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鏡面を呈する走行帯が通過する走行路の近
   傍に、直線状端部を有する基準体を、該直線状端部を上
   記走行帯に対向させて配置し、該走行帯の通過位置及び
   その断面方向の形状を非接触でモニタする走行帯の位置
   ・形状の測定方法であって、 上記直線状端部の実像と、該直線状端部が上記鏡面によ
   って反射される虚像とを同一画面に撮影し、 その撮影画面から得られる画像情報に基づいて上記走行
   帯の通過位置及びその断面方向の形状を検出することを
   特徴とする走行帯の位置・形状の測定方法。
2. 【請求項２】鏡面を呈する走行帯が通過する走行路の近
   傍に、該走行帯に対向させて配置された直線状端部を有
   する基準体と、上記直線状端部の実像と、該直線状端部
   が上記鏡面によって反射される虚像とを同一画面に撮影
   できる位置に設置された撮影手段と、 その撮影画面から得られる画像情報を処理し、上記走行
   帯の通過位置及びその断面方向の形状を検出する画像処
   理手段とを備えていることを特徴とする走行帯の位置・
   形状の測定装置。
3. 【請求項３】前記走行帯が、溶融めっきラインのワイピ
   ング工程における被めっき帯であり、前記基準体が有す
   る直線状端部が、ワイピングノズルの直線状の気流噴射
   端部であることを特徴とする請求項２に記載された走行
   帯の位置・形状の測定装置。