專利名稱：多級軋鋼機的中心不重合量測定方法及測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及中心不重合量測定方法及測定裝置，在鋼管、鋼條的軋制工序等使用的多級軋鋼機中，用于計測由組裝在各機架上的軋輥形成的孔型(軋輥的孔型輪廓包圍的區域)的中心，當產生中心不重合時，計測其中心不重合方向和中心不重合量(misalignment)來修正軋輥位置。
背景技術：
以往，在無縫鋼管的軋制工序中，使用各種軋鋼機(多機架軋鋼機、定徑機等)，由于這些軋鋼機的軋輥經常與高溫的加工材料壓接，所以消耗比較快，另外，在軋輥表面也產生疵點，所以需要經常更換。另外，對于不同的軋鋼機，有時也要根據加工材料的大小更換軋輥。
因上述的原因更換軋輥時，軋輥更換后的由組裝在軋鋼機機殼內的各軋輥形成的孔型的中心，必須在同一線上。
已往，更換軋輥時，是在軋輥車間把軋輥組裝到預備的機殼內，在該狀態下研磨軋輥，僅進行調整，使各軋輥間的間隙為相同尺寸。即，通常，把組裝了研磨后軋輥的機殼安裝在軋鋼機上，不進行通過可軋制狀態的全部機架的對中心。
如上所述，由于不進行通過多個機架的對中心，所以，有時在產生了中心不重合的狀態下進行軋制作業。這時產生的中心不重合，會導致厚度、外徑及形狀等軋制尺寸精度的降低，也是在軋輥上產生疵點的原因。
現有技術中，為了解決上述問題，提出并實施了各種中心測定方法和對中心方法。
首先，通常的方法是，因保養或維修等工事而長期停止作業時，沿著作為基準的軋制線張設鋼琴線，從該鋼琴線上吊設帶有重錘的鋼琴線，將該吊設的鋼琴線位置與設計圖上的位置對比，測定軋輥的水平方向位置。
另外，對于垂直方向的位置，是將光學水平儀的測定值與上述圖上的尺寸進行比較而測定的，根據中心不重合量進行適當必要的調整。
作為其他的對中心方法提出有這樣的方法，接近第1機架的送入側地設置激光照射部；另外，接近最后機架的送出側地設置接受上述激光照射部的發射光束的光束檢測器。在由各一對卡尺形成的大致圓形空間內，分別可裝卸地安裝具有與該空間的中心重合的中心部的夾具，從上述激光照射部，垂直于第1機架側壁地照射激光束，修正各一對輥使上述各夾具的中心部與激光束的中心重合(例如參照日本特開昭57-121810號公報)。
還提出有這樣的對中心測定裝置，該裝置由鼓狀的夾具輥和光學讀取裝置構成，上述鼓狀的夾具輥，在中心具有基準標靶，夾持于多級軋鋼機的各機架的軋輥之間。上述光學讀取裝置測定上述基準標靶的中心位置(例如參照日本實開平3-68901號公報)。
另外，還提出有這樣的軋輥對中心裝置，該裝置具有光源、受光器和運算顯示裝置。上述光源，從多級鋼管軋鋼機的軋輥的鋼管運送方向送入側，朝著送出側照射平行光線。上述受光器，在上述軋輥的鋼管運送方向送出側，接受上述平行光線。上述運算顯示裝置，用根據上述受光器的受光結果得到的上述軋輥的位置求出對中心位置并予以顯示(例如參照日本實開平4-33401號公報)。
另外，還提出有這樣的孔型中心不重合測定裝置，在單一軋鋼機的由一對輥形成的孔型的前后，配置光源和攝像機，把攝像機攝像的孔型中心不重合量顯示在顯示裝置上，可容易地知道孔型的中心不重合量(例如參照日本特開昭59-19030號公報)。
但是，在上述張設鋼琴線的方法中，只能間接地測定軋輥相對于軋制線在何位置，不能直接確認與加工材料實際接觸部位的位置關系。因此，該以往的方法中，即使因多級軋輥的相對位置偏差造成中心不重合，引起厚度不均，也不能測定所需的修正量，只能間接地計算。另外，該調整方法需要時間，不能頻繁地實施，并且，對中心精度也只有±1mm左右。
另外，上述日本特開昭57-121810號公報和實開平3-68901號公報所公開的技術，都是把夾具嵌插在軋輥之間，從該夾具的中心和照射激光束的位置關系，測定軋輥的中心。但是，例如，由3個軋輥形成的孔型，其形狀復雜，而且當只有1個軋輥偏移時，要使夾具的中心與中心重合地將夾具適當地夾持在軋輥之間，在構造上是很困難的，所以很難確保對中心的精度。
另外，上述日本實開平4-33401號公報所公開的裝置，是利用軋輥的最凹部投影，來測定軋輥的中心，存在只能判斷軋輥孔型的最凸部的位置關系、不能測定軋鋼機相對于光軸傾斜時的中心的問題。
另外，上述日本特開昭59-19030號公報所公開的裝置，由于把光源設置在機架的外側，像多級鋼管軋鋼機那樣連續設置多級軋鋼機時，多個軋輥的邊緣的圖像重合，很難區別作為測定對象的軋輥的中心和其它軋輥的中心。
為了解決上述現有技術中的問題，能在短時間內精度良好地進行對中心測定，提出這樣的中心不重合量測定裝置，該裝置具有攝像裝置、照明裝置和信號處理裝置。上述攝像裝置，在多級軋鋼機的送入側或送出側，配置成與該多級軋鋼機相對、且光軸與該多級軋鋼機的軋制線大致重合。上述照明裝置，插入配置于構成上述多級軋鋼機的各機架之間，從與攝像裝置側相反的一側對作為測定對象的軋輥進行照明。上述信號處理裝置，根據上述攝像裝置攝制的軋輥的拍攝圖像，計算出該軋輥的中心不重合量(例如參照日本特開2002-35834號公報)。
根據上述特開2002-35834號公報所公開的裝置，使照明裝置移動到作為測定對象的各軋輥的背景位置，依次反復地進行攝像，這樣，具有能在短時間內精度良好地測定多級軋鋼機的中心的優點。
但是，在上述特開2002-35834號公報所公開的裝置中，必須使攝像裝置的光軸與多級軋鋼機的軋制線大致重合地配置攝像裝置，調整比較麻煩，并且測定精度取決于光軸與軋制線的重合程度。
另外，由于是用一個攝像裝置，對由從最前級機架到最后級機架的軋輥形成的各孔型進行攝像的結構，所以，通常，攝像裝置的攝像光學系統是采用變焦鏡頭。由于攝像光學系統是采用焦距恒定的鏡頭，所以，最前級機架和最后級機架，它們的攝像視野大不相同，結果，對遠離攝像裝置的機架，分辨率降低，測定精度變差。
眾所周知，變焦鏡頭通常在變更焦點位置時，在攝像視野中會產生偏差(光軸偏移)。這意味著，在變焦鏡頭的規定焦點位置，即使軋制線與光軸被調整成為重合，在另一個焦點位置，軋制線與光軸還是會錯開。因此，使多級軋鋼機的軋制線與攝像裝置的光軸在全部焦點位置都大致重合地配置攝像裝置是極為困難的。
如上所述，為了解決現有技術中的問題而提出的上述特開2002-35834號公報所公開的裝置中，必須使多級軋鋼機的軋制線與攝像裝置的光軸大致重合地配置攝像裝置，其調整麻煩，并且，特別是攝像裝置的攝像光學系統是采用變焦鏡頭時，要在全部的焦點位置使軋制線與攝像裝置的光軸大致重合地配置攝像裝置是極為困難的。
發明內容
本發明是為了解決上述問題而作出的，其目的是提供一種即使多級軋鋼機的軋制線與攝像裝置的光軸不重合、也能精度良好地測定中心不重合量的中心不重合量測定方法及測定裝置。
為了實現上述目的，本發明的中心不重合量測定方法，用于測定由構成多級軋鋼機的各機架的軋輥形成的孔型的中心不重合量，其中，包含以下步驟把預先明確了與上述多級軋鋼機的軋制線的位置關系的參照機構配置在上述各機架上及上述各機架之間的步驟；從上述多級軋鋼機的送入側或送出側，在同一視野內，對由上述各機架的軋輥形成的孔型和上述參照機構進行攝像的步驟；根據上述拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算上述拍攝圖像內的相當于上述軋制線的位置的步驟；計算上述拍攝圖像內的與上述孔型對應區域的中心位置的步驟；根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，計算上述孔型的中心不重合量的步驟。
根據本發明，在同一視野內，對預先明確了與多級軋鋼機的軋制線的位置關系的參照機構、和由各機架的軋輥形成的孔型進行攝像，根據拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算相當于軋制線的位置，另一方面，計算拍攝圖像內的與上述孔型對應區域的中心位置，根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，計算上述孔型的中心不重合量。
因此，即使多級軋鋼機的軋制線與攝像的光軸不重合，只要在同一視野內，對參照機構和孔型攝像，就可以精度良好地測定中心不重合量。在該構造中，把參照機構依次配置在作為測定對象的各軋輥的附近，依次地反復攝像，從而可精度良好地測定多級軋鋼機的孔型中心。
另外，本發明的中心不重合量測定裝置，用于測定由構成多級軋鋼機的各機架的軋輥形成的孔型的中心不重合量，其中，該裝置具有參照機構，其配置在上述各機架之間，與上述多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確；攝像裝置，其在上述多級軋鋼機的送入側或送出側，被配置成與上述多級軋鋼機相對，且可在同一視野內對由上述各機架的軋輥形成的孔型和上述參照機構進行攝像；信號處理裝置，其根據上述攝像裝置的拍攝圖像，計算上述孔型的中心不重合量；上述信號處理裝置實施這樣的處理，根據上述拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算上述拍攝圖像內的相當于軋制線的位置，另一方面，計算上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域的中心位置，根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，實施計算上述孔型的中心不重合量的處理。
最好上述中心不重合量測定裝置還具有照明裝置，該照明裝置配置在上述各機架之間，從與配置有攝像裝置相反的一側對上述孔型進行照明。
根據該發明，由于對作為測定對象的孔型進行照明的照明裝置插入配置在各機架之間，所以，攝像時可確保充分的照度，可精度良好地計算出拍攝圖像內的與孔型對應的區域的中心位置。
另外，上述中心不重合量測定裝置最好還具有第1標靶部件，其配置在上述各機架之間；激光源，其從配置著上述攝像裝置的一側，朝著上述第1標靶部件射出激光；上述參照機構是從上述激光源照射到上述第1標靶部件上的激光光點。
根據該發明，將第1標靶部件依次移動到作為測定對象的各軋輥附近，利用激光的直行性，激光光點依次地照射在第1標靶部件上，依次反復地進行該激光光點和孔型的攝像，可精度良好地測定多級軋鋼機的孔型中心。
另外，上述中心不重合量測定裝置，最好在上述多級軋鋼機的2個機架上，分別具有第2標靶部件，該第2標靶部件在上述攝像裝置的視野內，配置在被從上述激光源射出的激光照射到的位置，該第2標靶部件與多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確。
根據該發明，把激光光點照射在多級軋鋼機的2個機架(例如最前級的機架和最后級的機架)分別具有的第2標靶部件上，并進行調整，使各激光光點以軋制線為基準，在水平方向及垂直方向等距離地照射，從而可將激光與軋制線調整成為大致平行。
換言之，由于各第2標靶部件與多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確，所以，為了以軋制線為基準，使激光光點照射到在水平方向及垂直方向等距離的各第2標靶部件的規定位置，一邊觀察攝像裝置拍攝的激光光點，一邊調整激光方向，從而可以使激光和軋制線大致平行。
并且，若將激光和軋制線調整成為大致平行，則照射在第1標靶部件上的激光光點也位于離軋制線等距離的位置，所以，根據照射在該第1標靶部件上的激光光點，可容易地計算拍攝圖像內的相當于軋制線的位置。
另外，上述中心不重合量測定裝置最好還具有可動臺，該可動臺上載置有上述激光源，可以調整從上述激光源射出的激光的方向。
根據該發明，由于激光源載置在X軸臺(水平方向可動臺)、Z軸臺(垂直方向可動臺)、傾斜臺、旋轉臺等的可動臺上，所以，可容易地調整射出的激光的方向。
最好上述可動臺上還載置有上述攝像裝置，上述可動臺可以一體地調整從上述激光源射出的激光的方向和上述攝像裝置的光軸方向。
根據該發明，由于可用上述可動臺，一體地調整從激光源射出的激光的方向和攝像裝置的光軸方向，所以，若預先把射出的激光與軋制線調整為大致平行，則通過如上述那樣將激光和軋制線調整為大致平行，從而攝像裝置的光軸和軋制線就自動地被調整為平行。
本發明中，如上所述，雖然將攝像裝置的光軸與軋制線調整成為平行不是必須的，但是，如果偏差得很大時，則不能在各機架上在同一視野內對孔型和激光光點攝像，為了避免這一點，最好是將上述攝像裝置的光軸和軋制線能自動地調整為平行。
另外，最好上述第1標靶部件在上述攝像裝置的攝像周期內，在與上述激光源的射出方向大致垂直的平面內至少能轉動一圈。
根據該發明，在攝像裝置的攝像周期(例如，攝像裝置的輸出信號為NTSC信號時，是1/60秒)內，由于第1標靶部件能在與激光源的射出方向大致垂直的平面內至少轉動一圈(例如旋轉或振動)，所以，在攝像周期內拍攝的激光光點是把分別照射在第1標靶部件不同部位上的各激光光點的反射光在攝像周期內積分而成的。
因此，因第1標靶部件表面的凹凸引起的激光光斑的影響得到緩和，被拍攝的激光光點可得到比較明確的點形狀，所以，根據該激光光點，可以高精度地計算相當于軋制線的位置。
同樣地，最好上述第2標靶部件在上述攝像裝置的攝像周期內，能在與上述激光源的射出方向大致垂直的平面內至少轉動一圈。
在構成上述多級軋鋼機的各機架上至少配置3個軋輥時，最好上述信號處理裝置根據上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域，提取出上述各軋輥的邊緣部；根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線位置的像素及附近像素的距離，檢測出各軋輥的槽底部；把上述檢測出的各軋輥槽底部之中、至少通過3個槽底部的假想圓的中心位置作為與上述孔型對應區域的中心位置而進行計算。
根據該發明，對拍攝圖像內的與孔型對應的區域實施二值化等的處理，提取出其周緣部即軋輥的邊緣部，根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線位置處的像素及其附近像素(例如檢測在拍攝圖像內位于上方向或下方向的軋輥的邊緣部時，水平方向±10像素等)的距離，可檢測出各軋輥的槽底部(例如，把該距離最長的邊緣部作為槽底部而進行檢測)。
這樣檢測出的槽底部有3個或3個以上，所以，可畫出通過至少3個槽底部的假想圓，可把該假想圓的中心作為與孔型對應的區域的中心位置進行計算。
另一方面，在構成上述多級軋鋼機的各機架上配置有2個軋輥時，最好上述信號處理裝置根據上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域，提取出上述各軋輥的邊緣部；根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線位置的像素及附近像素的距離，檢測出各軋輥的槽底部；把上述檢測出的各軋輥槽底部的連線的中點位置作為與上述孔型對應的區域的中心位置而進行計算。
根據該發明，對拍攝圖像內的與孔型對應的區域實施二值化等的處理，提取出其周緣部即軋輥的邊緣部，根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線位置處的像素及其附近像素(例如檢測在拍攝圖像內位于上下方向的兩個軋輥的邊緣部時，水平方向±10像素等)的距離，可檢測出各軋輥的槽底部(例如，把該距離最長的邊緣部作為槽底部來進行檢測)。
可把連結這樣檢測出的槽底部的線段的中點位置，作為與孔型對應區域的中心位置來計算。
上述信號處理裝置最好實施根據相鄰兩像素間的濃度梯度的子像素處理，來提取出上述各軋輥邊緣部。
根據該發明，不是單純用二值化處理，還通過根據相鄰兩像素間的濃度梯度的子像素處理，來提取出各軋輥邊緣部。所以，可以提高邊緣部的提取精度、進而提高與孔型對應的區域的中心位置計算精度。
另外，最好上述信號處理裝置具有10位級或10位級以上的圖像存儲器，對從上述攝像裝置取入到上述圖像存儲器內的拍攝圖像，實施上述處理。
根據該發明，由于對取入到10位級或10位級以上的圖像存儲器內的拍攝圖像實施上述處理，因此與通常采用的8位級圖像存儲器的情形相比，拍攝圖像的濃度分辨率，從256級增加到1024級或其以上，可高精度地提取出軋輥的邊緣部。
根據本發明，在同一視野內，對與多級軋鋼機的軋制線的位置關系預先明確了的參照機構、和由各機架的軋輥形成的孔型(由軋輥的孔型輪廓圍繞而成的區域)進行拍攝，根據拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算相當于軋制線的位置；另一方面，計算拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域的中心位置；根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，計算上述孔型的中心不重合量。
因此，通過采用本發明時，即使不使多級軋鋼機的軋制線與攝像裝置的光軸重合，只要在同一視野內，對參照機構和孔型進行拍攝，就可以精度良好地測定中心不重合量。
圖1是表示把本發明實施方式的中心不重合量測定裝置的概略構造設置在多級軋鋼機上的狀態的側視圖。
圖2是表示照明裝置的概略構造的圖，(a)是立體圖，(b)是表示配置在機架間狀態的主視圖。
圖3是表示用攝像裝置攝制的校正用夾具的拍攝圖像的一個例子，(a)表示原圖像，(b)表示由信號處理裝置3進行了二值化處理后的圖像。
圖4是放大表示相當于拍攝圖像中所含的激光光點S的區域的圖，(a)是使第2標靶部件靜止時的拍攝圖像，(b)是使第2標靶部件旋轉時的拍攝圖像。
圖5模式地表示拍攝圖像的一例子。
圖6是說明提取各軋輥的邊緣部時采用的子像素(sub-PIXEL)處理的圖，(a)表示通常的二值化概念，(b)表示子像素處理的概念。
圖7是說明各軋輥槽底部的檢測方法的圖。
圖8是表示測定的中心不重合量的圖，(a)表示中心不重合修正前的中心不重合量，(b)表示中心不重合修正后的中心不重合量。
具體實施例方式
下面，參照
本發明的一實施方式。
圖1是表示把本發明實施方式的中心不重合量測定裝置的概略構造設置在多級軋鋼機上狀態的側視圖。本實施方式的多級軋鋼機M，是在各機殼H內組裝3個軋輥而成的共計12機架的定徑機。
如圖1所示，本實施方式的中心不重合量測定裝置，用于測定由構成多級軋鋼機M的各機架(#1～#12)的軋輥R(為方便，圖中只示出在#2、#10上的)形成的孔型(由各機架的各軋輥R的孔型輪廓圍繞而成的區域)的中心不重合量，具有參照機構1、攝像裝置2和信號處理裝置(圖像處理裝置)3。
另外，本實施方式的中心不重合量測定裝置還具有第1標靶部件4和激光源5。第1標靶部件4配置在各機架上或各機架之間(本實施方式中是配置在各機架上)。激光源5從配置有攝像裝置2的一側，向第1標靶部件4射出激光L。
另外，本實施方式的中心不重合量測定裝置，還具有照明裝置6、具有第2標靶部件7的校正用夾具7A和可動臺8。
參照機構1，配置在各機架上或各機架之間(本實施方式中是配置在各機架上)，與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系被預先明確。更具體地說，本實施方式中的參照機構1是從激光源5照射到第1標靶部件4上的激光光點。
若從激光源5射出的激光L與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系預先是明確的，則照射在第1標靶部件4上的激光光點與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系也被預先明確。
另外，如后所述，第1標靶部件4安裝在照明裝置6上，該照明裝置6固定在各機架之間的規定位置，所以，照射到第1標靶部件4上的激光光點與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系也可預先明確。
攝像裝置2在多級軋鋼機M的送入側或送出側(本實施方式中是送出側)，被配置成與多級軋鋼機M相對，并可在同一視野內對由上述各機架的軋輥R形成的孔型和激光光點(參照機構1)進行拍攝。本實施方式中的攝像裝置2是采用2維CCD照相機，該照相機帶有變焦鏡頭21、和調整變焦鏡頭21的焦距的鏡頭控制器22。
信號處理裝置3具有10位級或10位級以上的圖像存儲器，對從攝像裝置2取入到上述圖像存儲器內的拍攝圖像實施圖像處理，計算上述孔型的中心不重合量。更具體地說，信號處理裝置3根據上述拍攝圖像內的激光光點的位置，計算相當于上述拍攝圖像內的上述軋制線的位置。
另外，計算上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域的中心位置，根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，計算出孔型的中心不重合量。
本實施方式中的攝像裝置2和信號處理裝置3，為了提高其測定精度，共具有不低于100萬像素(1000×1000)的分辨率，攝像裝置2的視野，在各機架(#1～#12)中是大致500mm見方。
為可調整從激光源5射出的激光L的方向，激光源5搭載于可動臺8上。更具體地說，可動臺8是組合用于對激光L進行上下方向調整的傾斜臺及Z軸臺(垂直方向可動臺)、和用于對激光L進行水平方向調整的旋轉臺(朝垂直于圖1紙面方向旋轉)及X軸臺(水平方向可動臺在垂直于圖1紙面的方向可動)而構成的，激光源5載置在該可動臺8上。
另外，本實施方式中的可動臺8上，還載置有攝像裝置2，通過調整可動臺8，可一體地調整從激光源5射出的激光L的方向和攝像裝置2的光軸方向。
圖2是表示照明裝置概略構造的圖，(a)是立體圖，(b)是表示配置在機架之間狀態的主視圖。如圖1所示，照明裝置6配置在各機架之間，從與配置有攝像裝置2側相反的一側，對上述孔型進行照明。并且，如圖2所示，照明裝置6具有擴散板61和呈環狀地配置在擴散板61背后的多個小型光源62。
在本實施方式中，小型光源62是采用40W的白色燈泡，但并不限于此，也可以采用鹵素燈等各種光源。但是最好不要用螢光燈，因為螢光燈在使用商用電源的情形下產生60Hz的閃光，需要高頻電源。
形成擴散板61的材料是采用ABS白濁樹脂，但只要是在特氟隆(注冊商標)等白色系統中，光能透過散射的材料，則可以選擇各種材料。由于擴散板61能遮蔽作為背景的軋輥R的邊緣部，所以，信號處理裝置3不會誤識別作為測定對象的軋輥R的邊緣部。
照明裝置6，具有軸部64，可使光源62和擴散板61沿著軸部64滑動。由此，可以調整光源62和擴散板61的位置，可根據軋輥R的表面狀態及直徑進行恰當的照明。
另外，照明裝置6，在擴散板61的前方還具有遮蔽光的黑色系的遮蔽板65。借助該遮蔽板65，可以防止照射到作為測定對象的軋輥R上的照明光繞入而引起的測定誤差，也防止光量過多引起的光暈現象。另外，該遮蔽板65，最好根據軋輥R的尺寸選擇合適的尺寸。
另外，在照明裝置6的中央部前端組裝有由與擴散板61相同材質形成的校正窗63，從背后被光源66照明。在該校正窗63的側方，安裝著第1標靶部件4。該第1標靶部件4軸支承于旋轉電動機(未圖示)上，在攝像裝置2的攝像周期內，在與激光源5的射出方向大致垂直的平面內至少能轉動一圈。
具有上述構造的照明裝置6，從軸部64朝徑向延伸的臂67的端部設有鉤68，使該鉤68與設在各機架側壁上的軋輥R冷卻用的冷卻水配管結合，從而該照明裝置6安裝在各機架之間。照明裝置6的安裝位置最好盡量在孔型的中心部，但并不限定于此，只要是能定位在激光光點不跑出第1標靶部件4外的范圍即可。
如圖1所示，第2標靶部件7，在多級軋鋼機M的2個機架(本實施方式中是#1和#11)中，在攝像裝置2的視野內，配置在從激光源5射出的激光L能照射到的位置。由此，第2標靶部件7與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系得到預先明確。
更具體地說，校正用夾具7A固定在#1機架和#11機架的規定位置，與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系是預先明確的。因此，校正用夾具7A所具有的第2標靶部件7，與多級軋鋼機M的軋制線的位置關系也是預先明確的。
另外，第2標靶部件7軸支承于旋轉電動機(圖未示)上，在攝像裝置2的攝像周期內，在與激光源5的射出方向大致垂直的平面內至少能轉動一圈。另外，校正用夾具7A被照明9照明。
下面，說明采用具有上述構造的中心不重合量測定裝置的中心不重合量測定方法。
(1)步驟1激光的方向調整用可動臺8調整激光L的方向，使得從激光源5射出的激光L與多級軋鋼機M的軋制線平行。具體地說，先把激光源5和攝像裝置2載置在可動臺8上，預先將從激光源5射出的激光L和攝像裝置2的光軸調整為大致平行(例如，把激光源5的外殼與攝像裝置2的外殼以機械方式平行配置)，在該狀態下，將它們設置在多級軋鋼機M的送出側。
接著，把校正用夾具7A分別安裝在多級軋鋼機M的2個機架(#1和#11)上。具體地說，在預先設置在各機架側壁的兩側上的夾具，以能相對于軋制線定位的方式將校正用夾具7A壓接在該上述夾具的一側，并用螺栓安裝，用照明9照明。
上述各校正用夾具7A，其機械尺寸和安裝位置都是預先決定的，以使得該各校正用夾具7A具有的第2標靶部件7的重心位于在水平方向及垂直方向與軋制線等距離的位置。
接著，用攝像裝置2對校正用夾具7A中的任一個進行攝像，把其拍攝圖像儲存在信號處理裝置3內后，變更變焦鏡頭21的焦距(使倍率成為大致相同)，再對另一個校正用夾具7A進行攝像。
圖3圖示的是用攝像裝置攝像的校正用夾具的拍攝圖像之一例，(a)是原圖像，(b)是由信號處理裝置3進行了二值化后的圖像。圖3的拍攝圖像是一校正用夾具7A(安裝在#11上的校正用夾具)的一個例子。如圖3所示，在拍攝圖像中，含有校正用夾具7A所具有的第2標靶部件7、以及相當于照射在第2標靶部件7上的激光光點S的區域。
另外，在校正用夾具7A上，在中央設有開口部7B，通過開口部7B可對另一個校正用夾具7A(安裝在#1上的校正用夾具)進行攝像。
然后，由信號處理裝置3對各校正用夾具7A，以規定的閾值把儲存著的各拍攝圖像二值化后，切出相當于第2標靶部件7的區域，計算相當于第2標靶部件7的區域的重心位置(X1、Y1)和相當于激光光點S的區域的重心位置(X2、Y2)。這時，為了用可動臺8容易地對計算出的重心位置(X1、Y1)及(X2、Y2)進行調整，根據第2標靶部件7的實際尺寸(本實施方式中是直徑φ20mm)和拍攝圖像中的第2標靶部件7的尺寸(像素單位)的關系，進行實際尺寸換算。
使可動臺8動作，以使得上述計算出的各拍攝圖像中的重心位置(X1、Y1)和重心位置(X2、Y2)之差分別納入規定范圍內，則可以將從激光源5射出的激光L和多級軋鋼機M的軋制線調整為大致平行的狀態。
可動臺8的可動步驟，例如是，(a)進行了上下方向的調整(調整傾斜臺的傾斜度，使Y1與Y2的差對各拍攝圖像為大致相同，然后，調整Z軸臺的高度，使Y1與Y2的差接近于0)后，(b)進行水平方向的調整(調整旋轉臺的旋轉角，使X1與X2的差對各拍攝圖像為大致相同，然后，調整X軸臺的位置，使X1與X2的差接近于0)。但是，也可以采用使上述(a)和(b)的順序相反的步驟。
在本實施方式中，重心位置(X1、Y1)及(X2、Y2)的計算、上下方向的調整量(傾斜臺的調整量、Z軸臺的調整量)以及水平方向的調整量(旋轉臺的調整量、X軸臺的調整量)，都是由信號處理裝置3自動地計算的，因此，可極其簡便地進行該調整作業。
另外，若上述那樣把激光L與軋制線調整為大致平行，則由于攝像裝置2和激光源5是載置在同一個可動臺8上，所以，攝像裝置2的光軸和軋制線也自動地被調整為大致平行。
如上所述，第2標靶部件7軸支承在旋轉電動機(未圖示)上，用攝像裝置2對校正用夾具7A攝像時，可以驅動上述旋轉電動機，而使第2標靶部件7旋轉。
圖4是放大圖示相當于拍攝圖像中所包含的激光光點S的區域圖，(a)是使第2標靶部件7靜止時的拍攝圖像，(b)是使第2標靶部件7旋轉時的拍攝圖像。
如圖4(a)所示，在使第2標靶部件7靜止時，產生了因第2標靶部件7的表面凹凸引起的激光光斑的影響。但是，如圖4(b)所示，在使第2標靶部件7旋轉時，在攝像周期內攝像的激光光點S是把分別照射在第2標靶部件7不同部位上的各激光光點S的反射光在攝像周期內積分而成的，所以，緩和了激光光斑的影響，可得到明確的光點形狀。
(2)步驟2尺寸校正為了能夠將軋輥R的中心不重合量計算為實際尺寸而進行校正作業。具體地說，先把照明裝置6插入作為測定對象的軋輥R的背后，然后點亮光源62、66。接著，變更變焦鏡頭21的焦距，調整作為測定對象的軋輥R的設置位置處的視野。
另外，變焦鏡頭21的焦距變更，可以通過手動操作鏡頭控制器22的規定開關而進行，也可以是使鏡頭控制器22具有預設功能，輸入要測定的機架編號，自動地進行變焦這樣簡便的方法。
這時，信號處理裝置3，具有對拍攝圖像內的任意區域，計算濃度輪廓或濃度直方圖并顯示在監視器畫面上的功能，利用該功能，可簡便地進行變焦鏡頭21的焦點調整、光圈調整、照明裝置6的亮度調整等。照明裝置6的亮燈及變焦鏡頭21的焦距變更后，用攝像裝置對由軋輥R形成的孔型進行攝像。
這時，由信號處理裝置3把同時被攝像的相當于校正窗63的區域提取出(用二值化等提取出)。接著，把提取出的校正窗63的尺寸和制作時預先決定的實際尺寸(本實施方式中是直徑φ100mm)比較，計算對實際尺寸的修正率(換算率)。為了使得在校正窗63即使傾斜時校正誤差也小，校正窗63的尺寸(直徑)的計算方法，最好是選擇拍攝圖像上的最大直徑的方法。
(3)步驟3中心不重合量的計算對每個機架計算孔型的中心不重合量。具體地說，從激光源5朝著旋轉著的第1標靶部件4射出激光，同時，從光源62使均勻的光通過擴散板61照射到作為測定對象的軋輥R上，對孔型進行攝像。
圖5是模式地表示拍攝圖像的一個例子的圖。如圖5所示，信號處理裝置3根據拍攝圖像內的與激光光點1對應的區域，計算拍攝圖像內的相當于軋制線的位置。更具體地說，先計算相當于激光光點1的區域的重心位置，根據預先儲存在信號處理裝置3內的激光光點1的重心位置和軋制線的位置關系，計算拍攝圖像內的相當于軋制線的位置(機械的軋鋼機中心)。
接著，由信號處理裝置3對拍攝圖像內的與孔型對應的區域，通過實施下述的子像素處理，提取出各軋輥R的邊緣部。
圖6是說將本實施方式的中心不重合量測定裝置上的各軋輥的邊緣部提取出時采用的子像素處理的圖，(a)表示通常的二值化概念，(b)表示子像素處理的概念。本實施方式的信號處理裝置3采用的算法是，實施根據相鄰兩像素間的濃度梯度的子像素處理，提取出各軋輥邊緣部。
如圖6(a)所示，邊緣部附近連續的3個像素A、B、C的濃度分別為30、70、100，二值化的閾值(二值化水平)為90時，用通常的二值化檢測出的邊緣部是像素C，其分辨率是1像素單位(本與此相對，如圖6(b)所示，相鄰的2個像素中，一個像素是比二值化水平小的濃度，另一個像素是比二值化水平大的濃度，通過實施根據該2個像素(像素B及像素C)間濃度梯度的子像素處理，換言之，根據相鄰兩像素間的濃度，內插具有二值化水平的濃度的點，從而可以用1像素單位或1像素單位以下的分辨率檢測出邊緣部。在本實施方式中，用于實施子像素處理的二值化水平，是采用拍攝圖像內的相當于校正窗63的區域的平均濃度。
圖7是說明槽底部檢測方法的圖。根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于機械軋鋼機中心的像素及其附近像素的距離，檢測上述各軋輥的槽底部。如圖7所示，檢測在拍攝圖像內位于上方的軋輥R1的槽底部(槽底B1)時，除了計算提取出的軋輥R1的邊緣部E1與相當于機械軋鋼機中心P1(X1、Y1)的像素在垂直方向的距離外，還計算該邊緣部E1與相當于機械軋鋼機中心P1像素的附近像素(本實施方式中，是相對于機械軋鋼機中心P1在水平方向-10像素～+10像素)在垂直方向的距離，把計算出的距離最長的邊緣部E1的像素作為槽底B1而進行檢測。
接著，檢測在拍攝圖像內位于左下方的軋輥R2的槽底部(槽底B2)時，例如，以機械軋鋼機中心P1為中心，將整個圖像順時針旋轉120°后，與上述同樣地，把計算出的距離最長的邊緣部E2的像素作為槽底B2來進行檢測。
檢測在拍攝圖像內位于右下方的軋輥R3的槽底部(槽底B3)時，例如，以機械軋鋼機中心P1為中心，將整個圖像逆時針旋轉120°后，與上述同樣地，把計算出的距離最長的邊緣部E3的像素作為槽底B3來進行檢測。
接著，信號處理裝置3，把通過上述檢測出的各軋輥槽底部B1、B2、B3的假想圓C的中心位置，作為與上述孔型對應的區域的中心位置(孔型中心)P2(X2、Y2)來進行計算。根據機械軋鋼機中心P1(X1、Y1)和孔型中心P2(X2、Y2)計算中心不重合量。更具體地說，由X1-X2計算水平方向的中心不重合量，由Y1-Y2計算垂直方向的中心不重合量。
這時，把槽底B1與機械軋鋼機中心P1的距離設為L1，把槽底B2與機械軋鋼機中心P1的距離設為L2，把槽底B3與機械軋鋼機中心P1的距離設為L3，把假想圓C的半徑設為R時，為了使機械軋鋼機中心P1與孔型中心P2重合，必要的各軋輥R1、R2、R3的輥位置修正量分別是R-L1、R-L2、R-L3。
在本實施方式中，是對在各機架上配置3個軋輥的情形作了說明，但本發明并不限于此，對在各機架上配置相對2個軋輥的多級軋鋼機，也是適用的。但是，該多級軋鋼機，由于只能檢測2個槽底部，所以，不能唯一的確定通過該槽底部的假想圓。
因此，在是上述多級軋鋼機的情況下，例如，以機械軋鋼機中心P1為中心，將整個圖像只旋轉規定角度，使得提取出的2個邊緣部分別位于拍攝圖像內的上方及下方位置，然后，與上述配置有3個軋輥的情況同樣，檢測各軋輥的槽底部。接著，可把連結檢測出的各軋輥槽底部的線段的中點位置，作為與上述孔型對應區域的中心位置來進行計算。
(4)步驟4其它機架的測定接著，為了計算全部機架上的中心不重合量，依次對其它機架測定孔型中心。具體地說，上述步驟3結束后，取下照明裝置6，對作為下一個測定對象的軋輥R，從步驟2開始實施。對構成多級軋鋼機M的全部軋輥R實施這些步驟，可計算全部機架中的孔型中心的位置座標。
(5)順序5中心不重合狀況顯示最后，為了能從視覺上把握各機架上的中心不重合量，把全部機架的中心不重合狀況顯示出來。具體地說，按照上述步驟2～4，對作為測定對象的全部機架測定完成后，把各機架的孔型相對于軋制線的中心不重合量一覽顯示在與圖像處理裝置3連接著的監視器畫面上。
圖8是表示測定的中心不重合量的圖，(a)表示中心不重合修正前的中心不重合量，(b)表示中心不重合修正后的中心不重合量。將該結果顯示在監視器畫面上，可以一目了然地確認各軋輥R的設置狀況和相互的位置關系等，可容易地掌握只要修正哪一個軋輥的位置即可。
修正中心不重合時所需的各軋輥的位置修正量，如上所述由信號處理裝置3計算，也可以將其顯示在監視器畫面上。如圖8(b)所示，采用本實施方式的中心不重合測定裝置，即使當初的對中心精度是±1mm，也可以將其調整到±0.5mm或0.5mm以下。
通常，中心不重合測定的頻度是3個月一次的程度，且每次需要2～3天，而使用本發明的測定裝置，中心不重合測定的頻度是換產調整等時的1個月一次或一次以上，且每次測定可在2小時以內完成。另外，測定在線組裝后的各軋輥R的中心不重合量后，根據該測定結果進行調整，可以減少因中心不重合引起的偏厚及疵點等產品不良，提高產品質量。
產業上的可利用性本發明的多級軋鋼機中心不重合量測定方法及測定裝置，在同一視野內，對與多級軋鋼機軋制線的位置關系被預先明確的參照機構、和由各機架的軋輥形成的孔型(由軋輥的孔型輪廓圍繞而成的區域)，進行攝像，根據攝像區域內的與上述參照機構對應的區域，計算相當于軋制線的位置，另一方面，計算拍攝圖像中的與上述孔型對應區域的中心位置，根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，可計算上述孔型的中心不重合量。
因此，即使多級軋鋼機的軋制線與攝像的光軸不重合，只要在同一視野內對參照機構和孔型攝像，就可以精度良好地測定中心不重合量。而且，通過根據該測定結果進行調整，可以減少因中心不重合引起的偏厚及疵點等產品不良，提高產品質量，能進行廣泛應用。
權利要求
1.一種中心不重合量測定方法，用于測定由構成多級軋鋼機的各機架的軋輥形成的孔型的中心不重合量，其特征在于，包含以下步驟把與上述多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確了的參照機構配置在上述各機架上及上述各機架之間的步驟；從上述多級軋鋼機的送入側或送出側，在同一視野內，對由上述各機架的軋輥形成的孔型和上述參照機構進行攝像的步驟；根據上述拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算上述拍攝圖像內的相當于上述軋制線的位置的步驟；計算上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域的中心位置的步驟；根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，計算上述孔型的中心不重合量的步驟。
2.一種中心不重合量測定裝置，用于測定由構成多級軋鋼機的各機架的軋輥形成的孔型的中心不重合量，其特征在于，該裝置具有參照機構，其配置在上述各機架上及上述各機架之間，與上述多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確；攝像裝置，其在上述多級軋鋼機的送入側或送出側，被配置成與上述多級軋鋼機相對，且可在同一視野內對由上述各機架的軋輥形成的孔型和上述參照機構進行攝像；信號處理裝置，其根據上述攝像裝置的拍攝圖像，計算上述孔型的中心不重合量；上述信號處理裝置實施這樣的處理根據上述拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算上述拍攝圖像內的相當于上述軋制線的位置，另一方面，計算上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域的中心位置，根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，實施計算上述孔型的中心不重合量的處理。
3.根據權利要求2所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，還具有照明裝置，該照明裝置配置在上述各機架之間，從與配置有上述攝像裝置側相反的一側對上述孔型進行照明。
4.根據權利要求2或3所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，還具有第1標靶部件，其配置在上述各機架上及上述各機架之間；激光源，其從配置著上述攝像裝置的一側，朝著上述第1標靶部件射出激光；上述參照機構是從上述激光源照射到上述第1標靶部件上的激光光點。
5.根據權利要求4所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，在上述多級軋鋼機的2個機架上，分別具有第2標靶部件，該第2標靶部件在上述攝像裝置的視野內，配置在被從上述激光源射出的激光照射到的位置，該第2標靶部件與上述多級軋鋼機的軋制線的位置關系被預先明確。
6.根據權利要求4或5所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，還具有可動臺，該可動臺上載置有上述激光源，可以調整從上述激光源射出的激光的方向。
7.根據權利要求6所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，上述可動臺還載置有上述攝像裝置，可以一體地調整從上述激光源射出的激光的方向和上述攝像裝置的光軸方向。
8.根據權利要求4至7中任一項所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，上述第1標靶部件，在上述攝像裝置的攝像周期內，在與上述激光源的射出方向大致垂直的平面內可動。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，上述第2標靶部件，在上述攝像裝置的攝像周期內，在與上述激光源的射出方向大致垂直的平面內可動。
10.根據權利要求2至9中任一項所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，在構成上述多級軋鋼機的各機架上，至少配置3個軋輥；上述信號處理裝置，根據上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域，提取出上述各軋輥的邊緣部；根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線的位置的像素及其附近像素的距離，檢測出上述各軋輥的槽底部；把上述檢測出的各軋輥槽底部之中、至少通過3個槽底部的假想圓的中心位置作為與上述孔型對應的區域的中心位置來進行計算。
11.根據權利要求2至9中任一項所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，在構成上述多級軋鋼機的各機架上，配置有2個軋輥；上述信號處理裝置，根據上述拍攝圖像內的與上述孔型對應的區域，提取出上述各軋輥的邊緣部；根據上述提取出的邊緣部與上述計算出的相當于軋制線位置的像素及其附近像素的距離，檢測出各軋輥的槽底部；把連結上述檢測出的各軋輥槽底部的線段的中點位置作為與上述孔型對應的區域的中心位置來進行計算。
12.根據權利要求10或11所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，上述信號處理裝置，實施基于相鄰兩像素間的濃度梯度的子像素處理，提取出上述各軋輥的邊緣部。
13.根據權利要求2至12中任一項所述的中心不重合量測定裝置，其特征在于，上述信號處理裝置具有10位級或10位級以上的圖像存儲器，對從上述攝像裝置取入到上述圖像存儲器內的拍攝圖像實施上述處理。
全文摘要
本發明提供一種中心不重合量測定方法及測定裝置，在同一視野內，對與多級軋鋼機的軋制線的位置關系預先明確的參照機構、和由各機架的軋輥形成的孔型(軋輥的孔型輪廓圍繞而成的區域)，進行拍攝，根據拍攝圖像內的與上述參照機構對應的區域，計算相當于軋制線的位置；另一方面，計算拍攝圖像內的與上述孔型對應區域的中心位置；根據上述計算出的中心位置和上述計算出的相當于軋制線的位置，可計算上述孔型的中心不重合量。由此，即使不使多級軋鋼機的軋制線與攝像光軸重合，只要在同一視野內對參照機構和孔型進行拍攝，就可以精度良好地測定中心不重合量。
文檔編號B21C51/00GK1863611SQ20048002947
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月7日 優先權日2003年10月7日
發明者久保田央, 鈴木洋一 申請人:住友金屬工業株式會社