JP6686569B2 - 表面疵撮影装置 - Google Patents

Description

この発明は、表面疵撮影装置に関する。

鉄鋼製造設備における製銑・製鋼後の鋼板について、圧延前に表面疵の研削除去を行う工程で、研削除去を行う表面疵の位置と状態を画面上で目視するために、赤熱状態で移動する被測定物体（鋼板）の表面を撮影する表面疵撮影装置が知られている。

表面疵の撮影方法として、被測定物体である鋼板の表面に照明を当て、反射光をカメラで撮影する手法が提案されている。鋼板は常温から１０００℃を超える高温まで有り、温度に応じて鋼板自体が発する光エネルギーが変動するため、カメラで撮影した画像の明暗に影響を及ぼす可能性が有る。

このため、鋼板の温度情報を外部から取得し、温度情報により画像の受光量を一律に設定する対処方法がなされている装置も有った。例えば、図７に示すように、撮影受光量設定部６が、外部から与えられる温度情報と、鋼板の温度と受光量との関係を定めた温度対受光量設定テーブル５ａとに基づいて、カメラである表面画像撮影装置２ａで撮影した画像の受光量を調整する表面疵撮影装置がある。

また、特許文献１（特開平３−１３８５３号公報）には、背景画像の信号レベルを制御するために、表面画像撮影部（表面疵検出部）の上流側に、表面画像撮影部と同じ光学配置で光源およびカメラを設置し、先に表面画像撮影と同じ条件で撮影を行い、その画像から表面画像撮影部の光源・カメラの受光量を制御する技術が提案されている。

特開平３−１３８５３号公報

従来の表面疵撮影装置では、外部から与えられる温度情報により鋼板全体の明るさを変更していたため、温度情報の精度が悪いと明るさの制御も悪くなってしまい、また、一枚の鋼板内での温度分布には対応できず、また、温度対受光量設定テーブル５ａの作成には多くのサンプル調査時間を要していた。

また、特許文献１の技術では、光源による反射光を表面画像撮影前に測定することとしているため、表面画像撮影と同じ構成の光学機器（光源およびカメラ）・光学配置を必要とするため、表面画像撮影と同等のスペースと機材を必要としていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、赤熱状態で搬送される被測定物体の自発光成分による明暗に対して、撮影された画像を均一明度に調整できるとともに、省スペース化、低コスト化を実現できる表面疵撮影装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、表面疵撮影装置であって、
赤熱状態で搬送される被測定物体の上面を照らす投光器と、
前記被測定物体の搬送方向に垂直な幅方向にライン状の視野を有し、前記被測定物体の反射光を受光して撮影する表面画像撮影装置と、前記表面画像撮影装置の視野と平行かつ前記投光器の光が届かない搬送方向上流側に視野を有し、前記被測定物体の自発光成分を受光して撮影する自発光成分撮影装置と、を同梱する撮影部と、
前記自発光成分撮影装置が受光した前記被測定物体の前記幅方向の各位置における自発光成分受光量と、前記各位置における自発光成分受光量を平均した自発光成分平均受光量とを算出し、自発光成分受光量調整テーブルに記憶する自発光成分依存受光量判定部と、
前記被測定物体の搬送方向の位置を特定するための信号を出力する速度信号発生器と、
前記自発光成分受光量調整テーブルに記憶された前記自発光成分平均受光量と、前記速度信号発生器の信号とに基づき、前記表面画像撮影装置の設定感度を前記被測定物体の搬送方向の位置に応じて動的に変更する撮影受光量設定部と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記自発光成分受光量調整テーブルに記憶された前記各位置における自発光成分受光量と、前記設定感度と、前記速度信号発生器の信号とに基づいて前記設定感度で前記表面画像撮影装置が受光する受光量を推定した前記各位置における受光量推定値と、前記各位置における受光量推定値を平均した平均受光量推定値とを算出し、前記各位置おける受光量推定値と前記平均受光量推定値との乖離が大きいほど大きな補正量で、前記表面画像撮影装置が実際に受光した前記各位置における受光量を補正して前記平均受光量推定値に一致させる自発光明暗調整部、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、被測定物体の温度変動に由来する自発光成分を自発光成分撮影装置により検出し、表面画像撮影装置の設定感度を動的に変更するため、外部からの温度情報の精度に影響されず、調整時間の短縮も可能となる。

また、第１の発明によれば、自発光成分の受光量は角度に大きく依存しない特徴を活かし、撮影部に表面画像撮影装置の近傍に自発光成分撮影装置と設置し同梱することができる。さらに、自発光成分撮影装置については、投光器の光が届かない位置で自発光成分を撮影するため、投光器を必要としない。よって、省スペース化、低コスト化（追加機材、施工範囲の削減）を図ることができる。

したがって、第１の発明によれば、赤熱状態で搬送される被測定物体の自発光成分による明暗に対して、撮影された画像を精度高く均一明度に調整できるとともに、省スペース化、低コスト化を実現できる。

さらに、第２の発明によれば、被圧延物体の搬送方向に垂直な幅方向の各位置について、表面画像撮影装置に撮影された画像を精度高く均一明度に調整することができる。よって、被圧延物体の表面疵の検出精度や効率を一層高めることができる。

本発明の実施の形態１における表面疵撮影装置の概念構成図である。 自発光成分依存受光量判定部１０による自発光成分受光量と自発光成分平均受光量の演算について説明するための図である。 明暗調整を行う撮影位置Ｋを示す図である。 撮影位置Ｋについて自発光成分受光量調整テーブル５ｂに記憶された図２の自発光明暗調整部調整単位２４で示す単位エリア毎の自発光成分受光量の分布を示す。 表面画像撮影装置２ａが実際に受光した被測定物体１の幅方向の各位置（ｉ＝１〜ｎ）における受光量を適正に補正するゲインの算出について説明するための図である。 表面疵撮影装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す図である。 従来の表面疵撮影装置の概念構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
＜実施の形態１のシステム構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における表面疵撮影装置の概念構成図である。表面疵撮影装置は、鉄鋼製造設備における製銑・製鋼後の鋼板について、圧延前に表面疵の研削除去を行う工程で用いられる。表面疵撮影装置は、研削除去を行う工程で、鋼板の表面疵の位置と状態を目視にて把握容易にするために、鋼板の上面を撮影した画像を均一明度に補正する機能を有する。

被測定物体１は、表面疵を撮影する対象の帯状の物体である。具体的には、被測定物体１は、上述の製銑・製鋼後かつ圧延前の鋼板である。被測定物体１は、搬送設備により矢印で示す長手方向に赤熱状態で搬送される。

撮影部２は、赤熱状態で搬送される被測定物体１の表面（上面）を撮影可能な位置に配置される。撮影部２は、表面画像撮影装置２ａと自発光成分撮影装置２ｂを同梱するユニットである。

表面画像撮影装置２ａは、被測定物体１の搬送方向に垂直な幅方向（板幅方向）にライン状（帯状）の視野を有し、被測定物体１の反射光を受光して撮影する。測定最低温度において最適な受光量（Ａ）が得られるよう初期設定感度（初期値）が設定される。測定最低温度は、被測定物体１の自発光がない温度であり、例えば常温である。最適な受光量（Ａ）は、例えば、画像の黒潰れや白飛びがない規定の受光量であり、表面画像撮影装置２ａの仕様に応じた値である。

自発光成分撮影装置２ｂは、表面画像撮影装置２ａと同梱できる近傍に設置される。自発光成分撮影装置２ｂは、表面画像撮影装置２ａの視野と平行（すなわち、被測定物体１の幅方向）かつ投光器３の光が届かない搬送方向上流側に視野を有する。表面画像撮影装置２ａと同じ初期設定感度が設定される。

なお、表面画像撮影装置２ａは、被測定物体１の上面を短周期で撮影し、その画像データを表面画像データ収集部４ａに送信する。自発光成分撮影装置２ｂは、被測定物体１の上面を短周期で撮影し、その画像データを自発光画像データ収集部４ｂに送信する。短周期とは、撮像した画像データを繋げて被測定物体１の上面の全面画像を作成できる程度に短い周期である。

投光器３は、赤熱状態で搬送される被測定物体１の上面を照らす位置に配置されている。好ましくは、投光器３は、被測定物体１の全幅を照らすように複数配置され、図１には一例として４つの投光器３が描かれている。投光器３は、被測定物体１に光を照射し、表面画像撮影装置２ａは、被測定物体１の反射光を受光する。

表面画像データ収集部４ａは、表面画像撮影装置２ａから周期的に送信される画像データを収集し記憶する。自発光画像データ収集部４ｂは自発光成分撮影装置２ｂから周期的に送信される画像データを収集し記憶する。上述したように、収集された画像データを搬送方向に繋げていくことにより被測定物体１の上面の全面画像を作成できる。

速度信号発生器７は、被測定物体１の搬送方向の位置を特定するための信号を出力し、撮影受光量設定部６、画像生成部８、自発光成分依存受光量判定部１０、自発光明暗調整部１１に送信する。

製銑・製鋼後かつ圧延前の鋼板に対して表面疵の研削除去を行う工程において、被測定物体１である鋼板は赤熱状態で搬送される。鋼板の各部の温度に応じて鋼板自体が発する光エネルギーが変動するため、表面画像撮影装置２ａで撮影した画像の明暗に影響を及ぼす可能性がある。本実施の形態における表面疵撮影装置では、鋼板の各部で自発光状態が異なることによる表面撮影画像の明暗を解消し、均一な明るさの画像を得るための機能が、自発光成分受光量調整テーブル５ｂ、撮影受光量設定部６、自発光成分依存受光量判定部１０、自発光明暗調整部１１を用いて実現されている。

（自発光成分受光量調整テーブル５ｂ、自発光成分依存受光量判定部１０）
自発光成分依存受光量判定部１０は、自発光成分撮影装置２ｂが受光した被測定物体１の幅方向の各位置における自発光成分受光量と、各位置における自発光成分受光量を平均した自発光成分平均受光量とを算出し、自発光成分受光量調整テーブル５ｂに記憶する。

自発光成分受光量調整テーブル５ｂは、データベース、ファイル、メモリ上のマップ等としてメモリ５２（図６）に実装される。

図２は、自発光成分依存受光量判定部１０による自発光成分受光量と自発光成分平均受光量の演算について説明するための図である。

図２の自発光全面画像２０は、自発光画像データ収集部４ｂにより収集された各周期の画像データと速度信号発生器７の信号に基づいて生成した被測定物体１の自発光成分の全面画像であり、自発光成分による受光量分布を示す。

画像の端部にはノイズが多く含まれる可能性が有るため、図２の先端エリア切り捨て量設定値２１ａ、尾端エリア切り捨て量設定値２１ｂ、右端エリア切り捨て量設定値２２ａ、および左端エリア切り捨て量設定値２２ｂで示す切り捨て領域は、平均値演算から除外する。

図２の自発光明暗調整部調整単位２４は、長手方向に平均算出単位長手方向設定値２３ａ、幅方向に平均算出単位幅方向設定値２３ｂの大きさを持つ単位エリアを示す。自発光全面画像２０は、全面（切り捨て領域を除く）に渡りこの単位エリアで区分される。各々の単位エリアでの平均値演算結果をそのエリアの代表値とする。各エリアの代表値が、上述した被測定物体１の幅方向の各位置における自発光成分受光量に対応する。
後述する自発光明暗調整部１１は、幅方向の１ラインでの自発光成分受光量の分布を用いて、表面画像撮影装置２ａが撮影した画像に対して幅方向の明暗調整を行う。

図２の撮影受光量設定部設定単位２５は、幅方向には全幅（切り捨て領域を除く）に渡り、長手方向には平均算出単位長手方向設定値２３ａで設定される長さ分の大きさを持つ単位エリアを示す。自発光全面画像２０は、全長に渡りこの単位エリアで区分される。各単位エリアでの平均値演算結果をそのエリアの代表値とする。代表値が、上述した自発光成分平均受光量に対応する。
後述する撮影受光量設定部６は、各単位エリアでの自発光成分平均受光量を用いて、表面画像撮影装置２ａの設定感度を、被測定物体１の搬送方向の位置に応じて動的に設定する。

自発光成分受光量調整テーブル５ｂには、図２に示すような自発光成分の受光量分布に関する情報が記憶される。

（撮影受光量設定部６）
撮影受光量設定部６は、自発光成分受光量調整テーブル５ｂに記憶された自発光成分平均受光量と、速度信号発生器７の信号とに基づき、表面画像撮影装置２ａの設定感度を被測定物体１の搬送方向の位置（搬送距離）に応じて動的に変更する。

より具体的には、撮影受光量設定部６は、自発光成分受光量調整テーブル５ｂから、全長に渡り撮影受光量設定部設定単位２５で区分された各単位エリアの自発光成分平均受光量を取得し、各単位エリアが表面画像撮影装置２ａの視野に搬送されてきたこと速度信号発生器７の信号から判定して、表面画像撮影装置２ａの設定感度を動的に変更する。

感度設定の対象は、絞り・露光時間・ゲインとする。設定感度は、初期設定感度から自発光成分受光量調整テーブル５ｂの撮影受光量設定部設定単位２５内の自発光成分平均受光量（Ｂ）分の感度を下げるように次式を用いて演算される。
設定感度＝初期設定感度×{最適な受光量（Ａ）／（最適な受光量（Ａ）＋自発光成分平均受光量（Ｂ））}

（自発光明暗調整部１１）
自発光明暗調整部１１は、自発光成分受光量調整テーブル５ｂと速度信号発生器７の信号とに基づいて、表面画像データ収集部４ａにより収集された画像データに対して、幅方向の自発光成分受光量の分布に応じた明暗調整を行う。

図３は、明暗調整を行う撮影位置Ｋを示す図である。自発光明暗調整部１１は、撮影位置Ｋで示す幅方向の１ラインに対して後述の明暗調整を行う。同様の明暗調整を全長に対して実施される。

図４は、撮影位置Ｋについて自発光成分受光量調整テーブル５ｂに記憶された図２の自発光明暗調整部調整単位２４で区分された各単位エリアの自発光成分受光量の分布を示す。この分布は、自発光成分依存受光量判定部１０により演算された被測定物体１の幅方向の各位置（ｉ＝１〜ｎ）における自発光成分受光量（Ｐ１〜Ｐｎ）の分布である。

図５は、表面画像撮影装置２ａが実際に受光した被測定物体１の幅方向の各位置（ｉ＝１〜ｎ）における受光量を適正に補正するゲインの算出について説明するための図である。

図５のグラフには、撮影位置Ｋの幅方向の各位置（ｉ＝１〜ｎ）について、上述の設定感度で表面画像撮影装置２ａが受光することが推定される受光量の推定値（受光量推定値）が示されている。各位置の受光量推定値は、自発光成分受光量調整テーブル５ｂに記憶された各位置における自発光成分受光量と、設定感度と、速度信号発生器７の信号とに基づく。図５の最適な受光量（Ａ）は、測定最低温度において初期設定感度を設定した際の目標受光量である。図５の自発光成分受光量分布は、撮影位置Ｋの各位置における自発光成分受光量の分布（図４）である。最適な受光量（Ａ）および自発光成分受光量分布は、撮影受光量設定部６により表面画像撮影装置２ａに設定された設定感度によって設定分の感度変動が有るため、それぞれに撮影装置感度設定換算値Ｓを乗じた値を足して受光量推定値としている。

撮影装置感度設定換算値Ｓは、次式（１）から算出できる。

ここで、
（Ａ） ：測定最低温度において初期設定感度を設定した際の目標受光量
Ａｖｅ１：撮影位置Ｋにおける自発光成分平均受光量

そして、撮影位置Ｋについて、幅方向の各位置（ｉ＝１〜ｎ）における受光量推定値と、各位置における受光量推定値を平均した平均受光量推定値とに基づいて、次式（３）からゲインを算出する。

ここで、
Ｇｉ ：幅方向のｉ位置でのゲイン
Ａｖｅ２：平均受光量推定値
Ｓ ：撮影装置感度設定換算値
（Ａ） ：測定最低温度において初期設定感度を設定した際の目標受光量

そして、表面画像撮影装置２ａが実際に受光した各位置（ｉ＝１〜ｎ）における受光量（表面画像データ収集部４ａにより収集された画像データ）に各位置のゲインを乗ずる。ゲインを乗ずることで、各位置おける受光量推定値と平均受光量推定値との乖離が大きいほど大きな補正量で、表面画像撮影装置２ａが実際に受光した各位置における受光量を、平均受光量推定値（Ａｖｅ２）に一致させるように補正できる。これにより、表面画像撮影装置２ａに撮影された画像を均一明度に調整できる。

図１の画像生成部８は、自発光明暗調整部１１により明暗調整された各周期の画像データを、搬送方向に繋げていくことにより被測定物体１の上面の全面画像を生成する。表示装置９は、画像生成部８により生成された全面画像を表示する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１の構成によれば、被測定物体１の温度変動に由来する自発光成分を自発光成分撮影装置２ｂにより検出し、表面画像撮影装置２ａの設定感度を動的に変更するため、外部からの温度情報の精度に影響されることなく、撮影された画像を精度高く均一明度に調整できる。

また、本発明の実施の形態１の構成によれば、自発光成分の受光量は角度に大きく依存しない特徴を活かし、撮影部２に表面画像撮影装置２ａの近傍に自発光成分撮影装置２ｂと設置し同梱することができる。さらに、自発光成分撮影装置２ｂについては、投光器３の光が届かない位置で自発光成分を撮影するため、投光器３を必要としない。よって、省スペース化、低コスト化（追加機材、施工範囲の削減）を図ることができる。

（ハードウェア構成例）
図６は、表面疵撮影装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す図である。図１の符号４ａ、４ｂ、６、８、９、１０、１１は、表面疵撮影装置が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ５１と少なくとも１つのメモリ５２とを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア５３を備える。

処理回路がプロセッサ５１とメモリ５２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ５２に格納される。プロセッサ５１は、メモリ５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。プロセッサ５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、メモリ５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

処理回路が専用のハードウェア５３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、各機能は、まとめて処理回路で実現される。

また、各機能について、一部を専用のハードウェア５３で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア５３、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって各機能を実現する。

１ 被測定物体
２ 撮影部
２ａ 表面画像撮影装置
２ｂ 自発光成分撮影装置
３ 投光器
４ａ 表面画像データ収集部
４ｂ 自発光画像データ収集部
５ａ 温度対受光量設定テーブル
５ｂ 自発光成分受光量調整テーブル
６ 撮影受光量設定部
７ 速度信号発生器
８ 画像生成部
９ 表示装置
１０ 自発光成分依存受光量判定部
１１ 自発光明暗調整部
２０ 自発光全面画像
２１ａ 先端エリア切り捨て量設定値
２１ｂ 尾端エリア切り捨て量設定値
２２ａ 右端エリア切り捨て量設定値
２２ｂ 左端エリア切り捨て量設定値
２３ａ 平均算出単位長手方向設定値
２３ｂ 平均算出単位幅方向設定値
２４ 自発光明暗調整部調整単位
２５ 撮影受光量設定部設定単位
５１ プロセッサ
５２ メモリ
５３ ハードウェア
Ｋ 撮影位置
Ｓ 撮影装置感度設定換算値

Claims (2)

1. 赤熱状態で搬送される被測定物体の上面を照らす投光器と、
   前記被測定物体の搬送方向に垂直な幅方向にライン状の視野を有し、前記被測定物体の反射光を受光して撮影する表面画像撮影装置と、前記表面画像撮影装置の視野と平行かつ前記投光器の光が届かない搬送方向上流側に視野を有するように、前記表面画像撮影装置の撮影方向に対して前記搬送方向上流側に傾けて配置され、前記被測定物体の前記幅方向に亘る自発光成分を受光して撮影する自発光成分撮影装置と、を同梱する撮影部と、
   前記自発光成分撮影装置が受光した前記被測定物体の前記幅方向の各位置における自発光成分受光量と、前記各位置における自発光成分受光量を前記被測定物体の前記幅方向について平均した自発光成分平均受光量とを算出し、自発光成分受光量調整テーブルに記憶する自発光成分依存受光量判定部と、
   前記被測定物体の搬送方向の位置を特定するための信号を出力する速度信号発生器と、
   前記自発光成分受光量調整テーブルに記憶された前記自発光成分平均受光量と、前記速度信号発生器の信号とに基づき、前記表面画像撮影装置の設定感度を前記被測定物体の搬送方向の位置に応じて動的に変更する撮影受光量設定部と、
   を備えることを特徴とする表面疵撮影装置。
2. 前記自発光成分受光量調整テーブルに記憶された前記各位置における自発光成分受光量と、前記撮影受光量設定部により変更された前記設定感度と、前記速度信号発生器の信号とに基づいて前記撮影受光量設定部により変更された前記設定感度で前記表面画像撮影装置が受光する受光量を推定した前記各位置における受光量推定値と、前記各位置における受光量推定値を前記被測定物体の前記幅方向について平均した平均受光量推定値とを算出し、前記各位置おける受光量推定値と前記平均受光量推定値との乖離が大きいほど大きな補正量で、前記表面画像撮影装置が実際に受光した前記各位置における受光量を補正して前記平均受光量推定値に一致させる自発光明暗調整部、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面疵撮影装置。

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