專利名稱：：形狀計測系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及生產在線上軋輥的形狀計測系統，特別涉及到以軋輥成形工序的高速化、自動化、優質化為目的的，能由高速攝像機瞬時判斷軋輥成形時制品的動態變形，而自動計算用于矯正它的參數的在線軋輥的形狀計測系統。
背景技術：
：在現今的工廠生產線上引入有各式各樣的生產設備，例子之一是冷軋輥成形機。冷軋輥成形機是使平金屬板通過具有規定形狀的兩個加工軋輥，稱之為成形軋輥而形成長尺寸制品的裝置。但由于軋輥成形機的產品是長尺寸的，就會因環境以及機械的磨損、材料等導致制品從整體上看發生翹曲、彎曲、扭曲等顯著的異常變形。這類異常變形的量遂成為判定產品優劣的檢查基準。在當前的成形軋輥的成形工序中，當對加工完的產品進行變形計測中判斷有異常變形時，即停止生產線的運行，由熟練的技工根據經驗變更成形機的加工輥的位置矯正形狀。這類矯正方法中，由熟練的有經驗技工通過手動進行微調是絕對必須的，而在依賴熟練工經驗這些部分的工作中還需耗費很多時間的。這樣，由于需用長時間進行調整就會降低工作效率，而且不得不依賴于熟練技工記錄的非定量的質量管理，在這樣的背景下，就迫切希望有能以短的時間定量的檢測出變形，會自動地調整加工位置的軋輥形狀矯正系統。對上述這樣能高速生產的冷軋輥成形機，要求能兼顧高產率與高質量。在這類生產線檢查工序中，對于保障生產率與質量的問題，以圖像處理的非接觸式且為全自動的檢查技術為有效，當前正進行多方面的研究。但在冷軋輥成形機高速連續運轉時，由于它的長尺寸形狀，總是在伴隨著高速振動的同時來運送成形制品的。為此，在將測定對象假定為準靜態的以往的圖像檢查技術中，就難以正確地計測其剖面形狀與位置等。另一方面，在圖像處理領域，近年來已進行過許多具有遠超出人們識別速度的視覺能力的高速攝像機的研究，報告有實現了超過1000[fps處理能力的例子。此外，在以往的形狀檢查系統中是沿著輸送路徑設置2臺攝像機，算出從各攝像機所得圖像信息的差異，據此計測形狀。
發明內容本發明的目的在于提供這樣的在線上的形狀檢查方法，它由至少一臺以上的攝像機定量地檢出制品的變形量，自動地推斷矯正所須的加工設定值。為了達到上述目的，本發明的形狀計測系統是對經軋輥成形機連續成形后而由移動式切斷機按規定長度切斷的金屬制品的形狀，用圖像處理進行計測的形狀計測系統。此系統采用的結構包括從移動的金屬制品的上方以激光照射的激光照射裝置、對上述金屬制品上為上述激光照射的位置進行攝像的攝像裝置、對上述攝像裝置取得的圖像信息進行處理的計算裝置，上述攝像裝置是在上述切斷機下游側對上述金屬制品攝像，上述計算裝置基于上述圖像信息的時間變化計測上述金屬制品的相對于其基準形狀的變形量。此外，采用這樣的結構上述攝像裝置的攝像是從切斷的上述金屬制品的前端開始。此外，采用這樣的結構上述攝像裝置的攝像是在上述移動式切斷機停止之間進行。此外，采用這樣的結構上述激光照射裝置是從上述金屬制品的正上方照射激光，上述攝像裝置相對于水平面按規定的角度方向對上述金屬制品的表面進行攝像。此夕卜，采用這樣的結構上述金屬制品是具有規定寬度的板狀件，上述計算裝置根據上述圖像信息求得的金屬制品寬向兩端的坐標時間變化，來計測上述金屬制品的變形量。此外，采用這樣的結構，上述變形量是沿著上述金屬制品長度方向的翹曲、彎曲與扭曲之中至少之一的變形量。此外，釆用這樣的結構上述計算裝置應用根據界(0=—(Z1(t)+Z2(t))/2求得的計算值，將翹曲參數W(t)用作評價翹曲的變形量，式中Zl(t)為時刻tl時上述金屬制品寬向中一端的高度方向坐標值，式中Z2(t)為時刻t2時上述金屬制品寬向中另一端的高度方向坐標值。此外，釆用這樣的結構上述計算裝置應用根據C(t)-(Yl(t)+Y2(t))/2求得的計算值，將彎曲參數C(t)用作評價彎曲的變形量，式中Yl(t)為時刻tl時上述金屬制品寬向中一端的寬度方向坐標值，式中Y2(t)為時刻t2時上述金屬制品寬向中另一端的寬度方向坐標值。此外，采用這樣的結構上述計算裝置應用根據T(t)-Zl(t)+Z2(t)求得的計算值，將扭曲參數T(t)用作評價扭曲的變形量，式中Zl(t)為時刻tl時上述金屬制品寬向中一端的高度方向坐標值，式中Z2(t)為時刻T2時上述金屬制品寬向中另一端的高度方向坐標值。此外，采用這樣的結構上述變形量的各參數是就金屬制品伴隨時間過程求得的多個計測結果，施行最小二乘法的四次近似值。再有，釆用這樣結構的軋輥成形系統，它具有上述的形狀計測系統、使平板狀金屬材料成形的軋輥成形機、將成形的金屬制品按規定長度切斷的移動切斷機，此軋輥成形系統的特征在于在上述軋輥成形機中設有用于矯正金屬制品形狀的十字形輥模，根據上述形狀計測系統計測的金屬制品的變形量調整此十字形輥模的設定。此外，采用這樣的結構上述十字形輥模的設定是調整上述金屬制品在輸送路徑中的位置與回轉角度。此外，采用這樣的結構，上述十字形輥模的調整量，是將上述形狀計測系統求得的金屬制品變形量的各參數利用雅可比數據庫變換為調整量的參數取得。此外，采用這樣的結構上述移動切斷機是由單向工作的致動器移動用于切斷的刀具。此外，采用這樣的結構上述致動器是電動機，由與此電動機連接的曲柄機構移動上述刀具。此外，采用這樣的結構上述電動機與曲柄結構可移動支承上述刀具的切斷臺車。此外，釆用這樣的結構上述電動機控制成使上述切斷臺車的移動速度與上述金屬制品的移動速度同步。此外，采用這樣的結構上述電動機是伺服電動機。此外，采用這樣的結構上述曲柄機構中回轉軸與上述電動機結合，而偏心軸與上述切斷臺車結合。此外，采用這樣的結構上述電動機在由上述攝像裝置進行的攝像作業中停止轉動。本發明能用于以高速計測由軋輥形成機加工的輥軋成形件的形狀的系統，也能用于根據計測結果進行軋輥成形機調整的系統。圖l概示本發明一實施形式的形狀計測系統與軋輥成形機。圖2概示此實施形式的形狀計測系統與軋輥成形機以及移動切斷機的位置關系。圖3是使此實施形式的計測對象金屬制品成形的軋輥成形機的斜視圖。圖4是說明圖3所示軋輥成形機與展巻機以及移動切斷機的位置關系的斜視圖。圖5示明裝配到軋輥成形機中的十字形輥模，圖5(A)是斜視圖，圖5(B)概示在軋輥成形的機內的配置位置。圖6是示明照射金屬制品的激光及其坐標值的斜視圖。圖7是檢測出的激光的X-Y坐標值的圖；圖8表示相對金屬制品坐標系的斜視圖9說明用于根據取得的金屬制品的變形參數來算法矯正值的算法。圖10示明各十字形輥模的位置下的變形參數的平均值與偏差，圖10(A)示明與本實施形式的計測的翹曲有關的偏差而圖10(B)示明手動計測的偏差，圖10(C)示明與本實施形式的計測的彎曲有關的偏差而圖10(D)示明手動計測的偏差，圖10(E)示明與本實施形式計測的扭曲有關的偏差而圖10(F)示明手動計測的偏差。圖11示明本實施形式的形狀計測系統21的變形參數與手動計測的變形參數的關系，圖11(A)示明翹曲的關系，圖11(B)示明彎曲的關系，圖11(C)示明扭曲的關系。圖12是據此實施形式的計測值推定的十字形輥模位置與真數的比較圖，圖12(A)示明翹曲的情形，圖12(B)示明彎曲的情形，圖12(C)示明扭曲的情形。圖中各標號的意義如下3，軋輥成形機；3a，十字形輥模；f，移動切斷機；7，金屬制品；21，形狀計測系統；23，攝像裝置(高速攝像機)；25，激光照射裝置；26,計算裝置。具體實施例方式下面參考本發明的一個實施形式的形狀計測系統。系統概要]圖l概示此實施形式的形狀計測系統21。在此系統21中，相對于從軋輥成形機3高速輸送出的金屬制品7，應用照射激光的激光照射裝置25、作為對所照射的金屬制品7表面的反射光進行攝像的攝像裝置的高速攝像機23、作為接收并處理由攝像裝置所得圖像信息的計算裝置的計算機26，通過三維計測對所述金屬制品的形狀進行瞬時計測。此外也可設置對高速攝像機23所得圖像進行顯示的監控器27。然后，在對合格品的異常變形量進行定量評價的基礎上，將形狀矯正必須的校正值(調整值)反饋給軋輥成形機3。[高速攝像機系統所述實施形式的高速攝像機23采用INCS1030作為基于光截法的3維位置計測用。INCS1030是裝載有652x494像素的CMOS傳感器的攝像機系統，在由FPGA(現場可編程門陣列)作圖像處理后，能由LAN輸出其圖像特征量。處理速率640x40(H象素為240[fps、640x200像素為480[fps、640x100像素為960[印s。高速攝像機23如圖2或圖4所示，設置在位于軋輥成形機3下游側的移動切斷機5的更下游側。這里是已成形的金屬制品7容易出現翹曲、彎曲與扭曲的地方。這就是說，在本實施形式中，金屬制品7的一端為切斷金屬模具固定而成為固定端，與此相對的另一端即成為自由端，這同由固定端-固定端的支承結構相比易出現變形。實際的圖像取得是在金屬制品7切斷而輸送來下一個金屬制品7的時刻進行。更詳細地說，由移動切斷機5切斷金屬制品7，在移動臺車(保持切斷齒的臺車)回到待機位置之后開始獲取圖#。這是由于當移動臺車在移動中時移動會發生振動，而這種振動會傳遞給金屬制品7的緣故。INCS1030的處理功能如以下所述。首先在某個幀中將攝取到的圖像二進制化，生成對應于原圖像I(X,Y)的二進制圖像B(X，Y)。隨后就生成的二進制圖像B(X，Y)相對i(l,2，3，…，640)行對各行計算o次矩iM0、1次矩iMl。根據這些矩的特征計算重心位置iCy=iMl/iM0。然后依據指定的閾值m,按以下所述計算相對于圖像的X方向的始端坐標、終端坐標。從i-0開始，順次掃描0次矩iMO，iMO以開始超過閾值m時的i=is與iscy作為始端坐標。從i-0開始，順次掃描0次矩iMO，iMO以最后超過閾值m時的i=ie與iecy作為終端坐標。本實施形式中是以線狀激光照射成形、輸送中的金屬制品7，用INCS1030相對于各個幀計測其端部坐標，高速度地捕獲翹曲、彎曲、扭曲等變形。也即能以一臺高速攝像機計測制品的形狀變形。[軋輥成形才幾J本實施形式是對軋輥成形機3中以冷軋輥成形機為例進行說明。顯然，本發明不僅適用于冷軋輥成形機，也同樣適用于溫軋或熱軋輥成形機。圖3示明實際應用的冷軋輥成形機23。實際應用的冷軋輥成形機23如圖4所示，包括進行鋼板巻材開巻的開巻機2以及與生產線速率同步(NC)將金屬制品7切斷的切斷機5。冷軋輥成形機23能以規定的速度進行軋制作業。此外，通過設于冷軋輥成形機23最下游處的稱之為十字形輥模的裝置，就可校正成形件中上下翹曲、左右彎曲、扭曲等變形(參看圖5)。于是在冷軋輥成形機23中進行自動矯正之后來進行上述校正處理時，需要了解經十字形輥模3a調整的金屬制品7的變形有什么樣的變化。根據本實施形式，能夠在分析經十字形輥模3a調整的變形量變化的基礎上，根據所計測的金屬制品7的變形，推定出十字形輥模3a的合適的位置的調整量。t是用變形量向量dX--[W(t)C(t)T(t)]t表記為dY-JdX。這里的J為變換到矯正向量的變換矩陣，根據dX與dY的分析數據庫(雅可比數據庫)，用多重回歸分析求得，通過代入計測的dX,算出矯正向量dY(參看圖9)。[驗證試驗]應用本實施形式的形狀計測系統21，分別就(1)相對于基準值的金屬制品7的變形的與手動計測的比較的檢測精度、(2)與手動計測的匹配性、(3)十字形輥模位置調整值的評價，進行了驗證試驗。計測對象是寬58.5[mm、長2000[mm的截門的成形工序。這種金屬制品7的合格品對長度1000mm]而言，變形量應在翹曲士0.5[mm、彎曲土1.0[mm、扭曲土0.75[mm以內。設定的參數為f=17[mm、c^l70mm、e-7r/4[rad。評價中的計測地點取定為計測開始后100[mm處。對于十字形輥模的各個位置，作為翹曲、彎曲、扭曲的計測對象的金屬制品7分別準備了5個、10個、10個，進行了本實施形式的形狀計測系統21的計測以及由現有生產線從事的手動計測。將本實施形式的形狀計測系統21所計測的變形參數分別設為Wv、Cv、Tv。金屬制品7的變形是在按能調整十字形輥模3a位置的最小節距變化下進行加工時發生的。[試驗方法在本實施形式的形狀計測系統21與手動這兩種計測之間進行了偏差的比較。在此，由于本實施形式的形狀計測系統與手動計測兩者的計測環境相異。故對Wv、Cv、Tv與靜止計測時的翹曲、彎曲與扭曲各變形參數Wm、Cm與Tm，各以其最小值為0和最大值為1標準化之后進行比較。其次，有關使十字形輥模3a的位置變化時相對于基準值形狀差別所判別的程度，與手動計測的情形進行了比較。為此，當基準值與變形量的差為十字形輥模位置0.00(初始位置)下偏差值的2倍以上時，可判別為有形狀差異。對于手動計測也進行了相同的研討。圖10示明了翹曲形狀計測用的金屬制品7中各十字形輥模位置下變形參數的平均值與偏差。圖IO示明有關翹曲的偏差，圖10(A)與(B)分別示明本實施形式與手動計測的偏差。翹曲的偏差與手動計測相比為+6%,與要求精度比較成為充分小的值。對彎曲、扭曲形狀而言，如圖10(C)、(D)、(E)、(F)所示，與手動計測相比分別為-68%、-47%，使偏差有所減小。下面相對于翹曲形狀將基準值與測定值的判別程度匯集于表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表中，I指本實施形式的形狀計測系統21(未除去振動)、II指本實施形式的形狀計測系統21(已除去振動)、III指手動計測、◎代表判別率為100%、O代表判別率為50%以上、A代表判別率小于50%、X代表判別率為0%。根據此結果，可知在消除振動后提高了變形的判別精度。此外，對于彎曲與扭曲也已確知同樣地提高了判別精度。與手動計測的匹配性[實驗方法為了確認由本實施形式的形狀計測系統21計測結果與現有生產線實際的手工計測結果相一致、確認兩者的相關性。采用上述相同的方法，分別將Ww、Cv、Tv和Wm、Cm、Tm的最小值i殳定為0，最大值設定為1進行標準化。實驗結果本實施形式的形狀計測系統21的變形參數與手動計測的變形參數二者的關系示于圖11中。根據所示結果，本實施形式的計測結果與手動計測結果之間的相關系數R。對于翹曲、彎曲分別為0.999與0.984，可知都具有很高的相關性。此外，在扭曲形狀中兩者的相關系數為0.811。這看來是由于扭曲形狀相對于十字形輥模位置的變化的原本變形就小，因而會給偏差以較大的影響。根據以上結果可知，基于本實施形式的形狀計測系統21對翹曲、彎曲形狀所進行的計測也是能夠以與手動計測相同程度的精度進行計測的。此外，對于扭曲形狀，通過增多所取得的樣本數，看來有可能進一步提高精度。根據計測值推定出十字形輥模的位置，將與真值比較的結果示明于圖12中。這里的TH(W)表示翹曲形狀的十字形輥模位置的真值、THa(W)表示翹曲形狀的十字形輥模位置的推定位置。對于彎曲、扭曲形狀，同樣地以TH(C)、THa(C)、TH(T)、THa(T)表示。根據上述結果，雖然翹曲、彎曲形狀中在兩端的推定值與真值之間產生有誤差，但在十字形輥模位置0.00(基準位置)附近，得到了良好的結果。在工作現場，由于目的主要是在十字形輥模位置0.00(基準位置)附近進行微調，因而對于翹曲、彎曲形狀的矯正可以認為是能夠與本實施形式的形狀計測系統21相適應的。在扭曲形狀方面，與真值TH(T)對應的推定值THa(T)的誤差大。這看來是由于如前面所述，扭曲形狀的變形小，對偏差有大的影響所致，故今后需增加分析中所用的樣本等，以謀求提高精度。如上所述，根據本發明，對于伴隨高速振動生產中制品的各種變形量，能由實時定量地檢測出，自動地推定矯正中必須的加工設定值，表明了在實際軋輥成形工序中進行試驗的結果，在用高速攝像機的圖像處理計測中，都能與手動計測相同水平的精度計測制品，算出恰當的矯正信息。權利要求1.一種形狀計測系統，它是對經軋輥成形機連續成形后而由移動式切斷機按規定長度切斷的金屬制品的形狀，用圖像處理進行計測的形狀計測系統，此系統包括從移動的金屬制品的上方以激光照射的激光照射裝置、對上述金屬制品上為上述激光照射的位置進行攝像的攝像裝置、對上述攝像裝置取得的圖像信息進行處理的計算裝置，上述攝像裝置是在上述切斷機下游側對上述金屬制品攝像，上述計算裝置基于上述圖像信息的時間變化計測上述金屬制品的相對于其基準形狀的變形量。2.根據權利要求1所述的形狀計測系統，其特征在于上述攝像裝置的攝像是從切斷的上述金屬制品的前端開始的。3.根據權利要求1或2所述的形狀計測系統，其特征在于上述攝像裝置的攝像采用在上述移動式切斷機停止之間進行的。4.根據權利要求1至3中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述激光照射裝置是從上述金屬制品的正上方照射激光，上述攝像裝置相對于水平面按規定的角度方向對上述金屬制品的表面進行攝像。5.根據權利要求1至4中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述金屬制品是具有規定寬度的板狀件，上述計算裝置根據上述圖像信息求得的金屬制品寬向兩端的坐標時間變化，來計測上述金屬制品的變形量。6.根據權利要求1至5中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述變形量是沿著上述金屬制品長度方向的翹曲、彎曲與扭曲之中至少之一的變形量。7.根據權利要求1至6中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述計算裝置應用根據界(0:=—(Zl(t)+Z2(t))/2求得的計算值，將翹曲參數W(t)用作評價翹曲的變形量，式中Zl(t)為時刻tl時上迷金屬制品寬向中一端的高度方向坐標值，式中Z2(t)為時刻t2時上述金屬制品寬向中另一端的高度方向坐標值。8.根據權利要求6或7所述的形狀計測系統，其特征在于上述計算裝置應用根據CW^^nt)+Y2W)/2求得的計算值，將彎曲參數C(t)用作評價彎曲的變形量，式中Yl(t)為時刻tl時上述金屬制品寬向中一端的寬度方向坐標值，式中Y2(t)為時刻t2時上述金屬制品寬向中另一端的寬向坐標值。9.根據權利要求6至8中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述計算裝置應用根據TW^ZiW+Z2W求得的計算值，將扭曲參數T(t)用作評價扭曲的變形量，式中Zl(t)為時刻tl時上述金屬制品寬向中一端的高度方向坐標值，式中Z2(t)為時刻t2時上述金屬制品寬向中另一端的高度方向坐標值。10.根據權利要求7至9中任一項所述的形狀計測系統，其特征在于上述變形量的各參數是就金屬制品伴隨時間過程求得的多個計測結果，施行最小二乘法的四次近似值。11.一種軋輥成形系統，其特征在于它具有權利要求1至10中任一項所述的形狀計測系統、使平板狀金屬材料成形的軋輥成形機、將成形的金屬制品按規定長度切斷的移動切斷機，此軋輥成形系統的特征在于在上述軋輥成形機中設有用于矯正金屬制品形狀的十字形輥模，根據上述形狀計測系統計測的金屬制品的變形量調整此十字形輥模的設定。12.根據權利要求11所述的軋輥成形系統，其特征在于上述十字形輥模的設定是調整上述金屬制品在輸送路徑中的位置與回轉角度。13.根據權利要求12所述的軋輥成形系統，其特征在于上述十字形輥模的調整量，是將上述形狀計測系統求得的金屬制品變形量的各參數利用雅可比數據庫變換為調整量的參數取得。14.根據權利要求11至13中任一項所述的軋輥成形系統，其特征在于上述移動切斷機是由單向工作的致動器移動用于切斷的刀具。15.根據權利要求14所述的軋輥成形系統，其特征在于上述致動器是電動機，由與此電動機連"^的曲柄機構移動上述刀具。16.根據權利要求15所述的軋輥成形系統，其特征在于上述電動機與曲柄機構可移動支承上述刀具的切斷臺車。17.根據權利要求16所述的軋輥成形系統，其特征在于上述電動機控制成使上述切斷臺車的移動速度與上述金屬制品的移動速度同步。18.根據權利要求15至17中任一項所述的軋輥成形系統，其特征在于上述電動機是伺服電動機。19.根據權利要求16至18中任一項所述的軋輥成形系統，其特征在于上述曲柄4幾構中回轉軸與上述電動4幾結合，而偏心軸與上述切斷臺車結合。20.根據權利要求15至19中任一項所述的軋輥成形系統，其特征在于上述電動機在由上述攝像裝置進行的攝像作業中停止轉動。全文摘要提供了能由高速攝像機瞬時判斷軋輥成形時制品的動態變形，而自動計算用于矯正它的參數的生產線上軋輥的形狀計測系統。它對經軋輥成形機(3)連續成形后而由移動式切斷機(5)按規定長度切斷的金屬制品(7)的形狀，用圖像處理進行計測的形狀計測系統21且包括從移動的金屬制品(7)的上方以激光照射的激光照射裝置(25)、對上述金屬制品(7)上為上述激光照射的位置進行攝像的攝像裝置(23)、對上述攝像裝置(23)取得的圖像信息進行處理的計算裝置(26)，上述攝像裝置(23)是在上述切斷機(5)下游側對上述金屬制品(7)攝像，上述計算裝置(26)基于上述圖像信息的時間變化計測上述金屬制品(7)的相對于其基準形狀的變形量。文檔編號B21B38/00GK101530864SQ20081010843公開日2009年9月16日申請日期2008年5月30日優先權日2008年3月14日發明者萬殿貴志,山本健吉,石井抱,近藤英明申請人:株式會社英田精密機械