JPH05157536A - 板形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な装置構成で板材の歪を高精度に計測する
ことのできる板形状計測装置を提供する。 【構成】移送される板材の幅方向の予め定める複数の計
測点の板伸びを比較することによって板材の歪を計測す
る板形状計測装置において、光源として板材の幅方向に
配置された蛍光灯を用い、蛍光灯に近接して配置された
ＣＣＤカメラにより板材表面に写る蛍光灯の像を撮像す
る。この計測装置では、所定のサンプリング周期毎に得
られた蛍光灯像の位置に基づいて、予め像位置と傾斜角
度との関係を記憶しているテーブルから板材の傾斜角が
求められ（ステップＳ２）、この傾斜角から斜辺長が求
められ（ステップＳ３）、斜辺長の積算により（ステッ
プＳ４）、板材の輪郭長が求められる（ステップＳ
６）。輪郭長は、板材の幅方向の例えば５点について測
定され、その測定結果に基づいて、板歪が演算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移送される板材の幅方
向の予め定める複数の計測点の板伸びを比較することに
よって板材の歪を計測する板形状計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、板材の歪を計測する装置とし
て、光切断法を適用した計測装置が知られている。この
計測装置は、レーザ光束を照射する光源と、該光源から
のレーザ光束が板表面に当たってできたスポットを撮像
する２次元カメラとを備える。そして、この計測装置で
は、板の表面形状に歪みがない場合に得られるスポット
像と実際に得たスポット像との位置ずれ量と、照射され
るレーザ光束の角度とに基づいて板幅方向の各位置での
板面の高さを測定する。こうして測定した高さを板の移
送にともない多数求めていくことで、板の表面形状を測
定する。レーザ光束の入射角を小さくするほど測定精度
があがるため、レーザ光源は２次元カメラから離れた遠
方（例えば２メートル）に設置される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置は、２次元カメラとレーザ光源とを離して設置す
る必要から、大きなスペースが占有されるという問題が
あった。また、レーザ光源を使用するため、装置構成が
複雑になり、高価になるという問題や、測定環境中に浮
遊物等があるとレーザ光が散乱されてしまい、測定が困
難になるという問題があった。

【０００４】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、簡単な装置構成で板材の歪を高精度に計測
することのできる板形状計測装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は図１に例示するように、移送される板材の
幅方向の予め定める複数の計測点の板伸びを比較するこ
とによって板材の歪を計測する板形状計測装置におい
て、移送される前記板材の上方に、該板材の幅方向に配
置された棒状光源と、前記棒状光源に近接して配置さ
れ、前記板材表面に写る光源像を撮像する撮像手段と、
前記板材表面の傾斜角と該傾斜角に応じて変化する前記
光源像の位置との関係を示すデータを予め記憶した関係
データ記憶手段と、前記関係データ記憶手段を参照し
て、前記撮像手段により撮像された前記棒状光源の像の
位置に基づいて、前記板材の幅方向の前記複数の計測点
の傾斜角を求める傾斜角抽出手段と、前記傾斜角抽出手
段により抽出された傾斜角から前記板材の幅方向の前記
複数の計測点の板伸びを算出する板伸び算出手段と、を
備えたことを特徴とする板形状計測装置を要旨とする。

【０００６】

【作用】本願発明では、撮像手段が、棒状光源の板材表
面に写る像を撮像し、関係データ記憶手段が、板材表面
の傾斜角と該傾斜角に応じて変化する光源像の位置との
関係を示すデータを予め記憶し、傾斜角抽出手段が、関
係データ記憶手段を参照して、撮像手段により撮像され
た棒状光源の像の位置に基づいて板材の幅方向の予め定
める複数の計測点の傾斜角を求め、板伸び算出手段が、
傾斜角抽出手段により抽出された傾斜角から板材の幅方
向の上記複数の計測点の板伸びを算出する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例として、圧延ライン
を移送される連続した板材の形状を測定する板形状計測
装置を説明する。まず、本板形状測定装置の測定原理に
ついて説明する。図２（ａ）に示すように、蛍光灯１と
２次元ＣＣＤカメラ３とは、板材Ｔの上方に配置され、
蛍光灯１の高さと２次元ＣＣＤカメラ３のレンズ面の高
さとが等しくなるように両者はセットされる。

【０００８】図２（ａ）において、歪のない板材を板材
Ｔ0 として実線で示し、歪のある板材を板材Ｔi として
一点鎖線で示す。歪がなく平坦な板材Ｔ0 を計測する場
合には、蛍光灯１の板材Ｔ0 に対する虚像は位置Ｑ0 に
ある。このとき、ＣＣＤカメラ３側から見ると、板材Ｔ
0 の表面上の位置Ｐ0 に蛍光灯１の像が見えることにな
る。

【０００９】一方、歪のある板材Ｔi を計測する場合に
は、蛍光灯１の板材Ｔi に対する虚像は位置Ｑi にあ
る。このとき、ＣＣＤカメラ３側から見ると、板材Ｔi
の表面上の位置Ｐi に蛍光灯１の像が見えることにな
る。蛍光灯１の像はＣＣＤカメラ３の撮像面に結像され
るが、その結像位置は後述するように、板材Ｔの歪（傾
き）に応じて、その傾きと相関して移動する。従って、
像の位置と板材Ｔの傾きとの関係を予め計測して、その
データを変換テーブルに記憶しておけば、所定のサンプ
リング周期毎に得られた所定の計測点の像の位置に基づ
いて、上記変換テーブルから該計測点における板材の傾
斜角θを抽出することができる。そして、この傾斜角θ
から該計測点における板材の伸びを以下のように算出す
る。

【００１０】板材の伸びの算出は、図２（ｂ）に示すよ
うに、傾斜角θから傾斜辺の長さ（斜辺長）Ｌを求め、
そして、上記サンプリング周期毎に求められた斜辺長Ｌ
を積算して輪郭長を求めることにより行なう。ここで、
求められた輪郭長が相対的な伸び長さを表している。板
材の板幅方向に複数の計測点を設定して、各計測点で求
めた板伸びを比較することにより、板材の歪を求めるこ
とができる。

【００１１】上記テーブルは、以下の原理により作成さ
れる。図３に示すように、蛍光灯１とＣＣＤカメラ３と
板材Ｔとを実際の板形状計測装置と同様な位置関係とな
るように配置する。即ち、ＣＣＤカメラ３を蛍光灯１か
ら２００ｍｍ離れた位置に配置し、これらと板材Ｔとの
距離を２０００ｍｍとする。

【００１２】そして、板材Ｔの傾きを変化させてＣＣＤ
カメラ３で板材Ｔの表面に写る蛍光灯の像（虚像）を撮
像し、蛍光灯の像の中心の位置と板材Ｔの傾斜角との関
係を求める。本実施例では、光度のピーク点を、蛍光灯
１の像の中心とするが、この光度のピーク点として、該
ピーク点を有する光度曲線と所定の閾値レベルとが交差
する２点の中間点を近似的に用いる。つまり、上記光度
曲線と所定の閾値レベルとが交差する２点の中間点を算
出して、算出された中間点を光度のピーク点とする。

【００１３】このようにして求めた蛍光灯像の中心位置
と板材Ｔの傾斜角との関係を図４に示す。グラフの横軸
は板材Ｔの傾きを示し、縦軸は光度がピークであるピク
セル（画素）の位置を示す。尚、蛍光灯像はＣＣＤカメ
ラ３の撮像面上において、板材の幅方向に対応する方向
に延在しているが、ここでは、板材の幅方向の複数の計
測点の内の１つの計測点において上記計測を実施してい
る。つまり、図４に示す各ピクセルの位置は、撮像面上
において板材の搬送方向に対応する方向に平行な１つの
直線上にある。

【００１４】図４から、板材Ｔの傾斜角と板材Ｔに写る
蛍光灯像の位置とが１対１対応であることがわかる。次
に、本測定原理により得られる角度の精度について説明
する。平坦面上にスペーサを置き、その上に板材Ｔを傾
斜させて配置し、スペーサの高さを変えることにより、
板材の角度を微少変化させた。この場合における板材Ｔ
の実際の角度と、蛍光灯像の位置に基づいて得られた角
度との角度差を下記の表１に例示する。尚、この場合に
は、ＣＣＤカメラ３を上記の場合とは異なり、蛍光灯１
から１２５ｍｍ離れた位置に配置し、これらと板材Ｔと
の距離を上記の場合と同様２０００ｍｍとした。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１において、最左欄の板材Ｔの角度は、
上記スペーサの高さと位置に基づく幾何学的演算により
得られた板材Ｔの実際の角度であり、その右の欄の像位
置は、光度のピーク位置のピクセル番号であり、その右
の欄の角度は、上記条件と同一の条件で予め作成した変
換テーブルを用いて得られた角度である。

【００１７】表１において、実際の角度と計測された角
度とは、良く一致している。このことから、蛍光灯像の
中心位置から板材Ｔの角度を高精度に求めることができ
ることが分かる。尚、板材Ｔが上下方向に平行移動して
板材Ｔの高さが変わると、板材Ｔの傾斜角度が同一であ
っても、像は異なった位置に撮像されるように考えられ
るが、上記実験を板材Ｔの高さを変えて実施したとこ
ろ、次のような結果が得られた。

【００１８】

【表２】

【００１９】表２は、板材Ｔの高さを基準位置（０ｍ
ｍ）、基準位置から７０ｍｍ上方、基準位置から１５０
ｍｍ上方、基準位置から２５０ｍｍ上方のそれぞれの位
置に設定し、板材Ｔの角度を０°から９°まで１°づつ
変えて測定して得られた。表中の数字は、照度のピーク
位置のピクセルの番号である。尚、基準位置は、蛍光灯
１およびＣＣＤカメラ３と板材Ｔの距離が２０００ｍｍ
の位置である。蛍光灯１とＣＣＤカメラ３との距離は表
１の場合と同様１２５ｍｍにセットした。

【００２０】表２から、同一の角度であれば、板材Ｔの
高さが異なっても、像の位置はほぼ同じであることが分
かる。従って、板材が上下方向に平行移動して、板材の
高さが変化するような場合においても、得られた像の位
置により、板材Ｔの傾斜角は一義的に定まることが分か
る。

【００２１】図５に本実施例の板形状計測装置のブロッ
ク図を示す。図５において、板形状計測装置は、蛍光灯
１と２次元ＣＣＤカメラ３と処理装置５と表示装置７と
を備える。光源としての蛍光灯１は、その長手方向が搬
送ラインの板材Ｔの幅方向と同じ方向となるようにされ
て、板材Ｔから例えば２０００ｍｍ上方に配置される。
撮像手段としての２次元ＣＣＤカメラ３は、蛍光灯１か
ら２００ｍｍ離れた位置に設置される。上述したよう
に、蛍光灯１の高さと２次元ＣＣＤカメラ３のレンズ面
の高さとが等しくなるように両者はセットされる。

【００２２】処理装置５は周知のＣＰＵ５１，ＲＯＭ５
３，ＲＡＭ５５，入出力回路５７等を備える算術論理演
算回路である。入出力回路５７には２次元ＣＣＤカメラ
３や、結果等のデータを表示する表示装置７が接続され
る。処理装置５のＲＯＭ５３には、表面形状の計測にか
かる各種のプログラム、例えば輪郭長演算処理ルーチン
や、輪郭長を比較して表面形状を最終的に計測する公知
の手法に基づくプログラム等が格納される。また、板材
の表面の傾斜角に応じて変化する蛍光灯１の像位置のず
れ量と傾斜角との関係を示す関係データ記憶手段として
の変換テーブル（図４のグラフと同等）が格納されてい
る。

【００２３】図６は輪郭長演算ルーチンの処理を説明す
るためのフローチャートである。次に、本実施例の板形
状計測装置により、輪郭長を求める処理について説明す
る。ステップＳ１では、板材の幅方向に設定された各計
測点Ｍi （i ＝１〜５）における蛍光灯３の像の位置Ｐ
i を計測し、得られた像位置Ｐi と基準の像位置Ｐ0 と
の差Ｄi を求める。この差Ｄi は、撮像面上の板材搬送
方向に対応する方向におけるピクセル単位の距離であ
る。

【００２４】次に、ステップＳ２において、上記差Ｄi
に基づいて、上記変換テーブルから差Ｄi に対応する傾
斜角θi を抽出する。次に、ステップＳ３では、１／Ｃ
ＯＳθi を演算し、斜辺長Ｌi を求める。次に、ステッ
プＳ４では、斜辺長Ｌi の積算を行なう。

【００２５】次に、ステップＳ５では、搬送ラインに設
けられた図示しないセンサから送出される信号に基づい
て、板材Ｔの一定長が搬送されたか否かを判別し、一定
長が搬送されていなければ、ステップＳ１に戻る。一定
長が搬送された場合には、ステップＳ６において、斜辺
長Ｌi の積算の結果を輪郭長ＲＬi とする。

【００２６】板材の幅方向の５つの計測点について測定
された各輪郭長ＲＬiを比較することにより、板歪が演
算され、その結果が表示装置７に表示される。尚、ステ
ップＳ１およびＳ２の処理が傾斜角抽出手段として働
き、ステップＳ３ないしＳ６の処理が板伸び算出手段と
して働く。

【００２７】以上のように、本実施例によれば、光源と
して蛍光灯を用いているので、浮遊物が存在していても
測定することができ、従来のレーザを用いたものに比
べ、環境に左右されることが少ない。また、蛍光灯を板
幅方向に配置したので、板材の板幅により光源やＣＣＤ
カメラの位置を移動する必要がない。この結果、移動の
ための機構部を要しないので、メンテナンスが容易とな
る。更に、上述のことから、本計測装置を安価に製作可
能である。

【００２８】また、蛍光灯とＣＣＤカメラを近接して配
置できるので、設置スペースが少なくて済む。蛍光灯と
ＣＣＤカメラとを板面から同じ高さに配置することで、
板材が平行移動して板材の高さが変化しても、精度良く
板歪を検出することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、棒状光
源を板幅方向に配置したので、従来のように板材の板幅
により光源やＣＣＤカメラの位置を移動する必要がな
い。この結果、移動のための機構部を要しないので、メ
ンテナンスが容易となると共に、安価に製作可能とな
る。

【００３０】また、棒状光源と撮像手段とを近接して配
置できるので、設置スペースが少なくて済む。更に、光
源として従来のようにレーザ光を用いる必要がないの
で、測定環境中に浮遊物等が存在していても、精度の低
下なく測定を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を例示したブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例としての板形状計測装置の測
定原理を示す説明図である。

【図３】蛍光灯の像位置と傾斜角との関係を測定する測
定装置の模式図である。

【図４】蛍光灯の像の位置と傾斜角との関係の測定結果
を示すグラフである。

【図５】本実施例の板形状計測装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】輪郭長演算処理ルーチンを示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１…蛍光灯 ３…ＣＣＤカメラ ５…処理装置
７…表示装置 ５１…ＣＰＵ ５３…ＲＯＭ ５５…ＲＡＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移送される板材の幅方向の予め定める複
   数の計測点の板伸びを比較することによって板材の歪を
   計測する板形状計測装置において、 移送される前記板材の上方に、該板材の幅方向に配置さ
   れた棒状光源と、 前記棒状光源に近接して配置され、前記板材表面に写る
   光源像を撮像する撮像手段と、 前記板材表面の傾斜角と該傾斜角に応じて変化する前記
   光源像の位置との関係を示すデータを予め記憶した関係
   データ記憶手段と、 前記関係データ記憶手段を参照して、前記撮像手段によ
   り撮像された前記棒状光源の像の位置に基づいて、前記
   板材の幅方向の前記複数の計測点の傾斜角を求める傾斜
   角抽出手段と、 前記傾斜角抽出手段により抽出された傾斜角から前記板
   材の幅方向の前記複数の計測点の板伸びを算出する板伸
   び算出手段と、 を備えたことを特徴とする板形状計測装置。