JP7810089B2 - Steel material determination device, trained model generation method, steel material determination method, and steel material manufacturing method - Google Patents
Steel material determination device, trained model generation method, steel material determination method, and steel material manufacturing methodInfo
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Description
本発明の実施の形態は、鋼材判定装置、鋼種学習済みモデルの生成方法、鋼材判定方法、及び鋼材の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a steel material determination device, a method for generating a steel type trained model, a steel material determination method, and a steel material manufacturing method.
例えば、パイプ状の鋼材の製造、出荷に当たっては、材質の異なる鋼材(異材)が紛れて出荷されることを防止するために、鋼材の端部にグラインダを接触させることで生ずる火花を、オペレータが観察することで異材の混入を確認する、いわゆる火花試験が実施される。 For example, when manufacturing and shipping pipe-shaped steel products, in order to prevent the mixing of steel products of different properties (different materials) into the shipment, a spark test is conducted in which an operator checks for the presence of different materials by observing the sparks that are generated when a grinder comes into contact with the end of the steel product.
当該火花試験は、鋼材の端部を研削した際に発生する火花を目視で確認する。これは、鋼材に含まれる、例えば、成分組成に伴って火花の破裂数や流線の本数が増減するといった火花の飛散形状や量が変化することが経験的に把握されていることによる。 The spark test involves visually checking for sparks that are generated when the edge of the steel material is ground. This is because it is empirically known that the shape and quantity of sparks that fly, such as the number of spark explosions and the number of streamlines, change depending on the chemical composition of the steel material.
但し、当該火花試験は、オペレータの熟練度に依存する官能検査であり、継続して火花試験を実施するためにも技能の伝承が必要である。また、これら鋼材の納入先によっては、納入対象の鋼材全てに対して火花試験を実施することを要求することもある。 However, this spark test is a sensory inspection that depends on the operator's level of skill, and the skills must be passed on to ensure that the test can continue to be performed. Furthermore, some steel product suppliers may require that spark tests be performed on all steel products they deliver.
そこで火花試験を自動的に行う方法として、例えば、以下の特許文献1に記載の技術が開示されている。この特許文献1には、鋼材の成分を推定するための学習済みモデルを用いて、画像データから鋼材の成分を推定する装置が示されている。 As a method for automatically conducting spark testing, for example, the technology described in Patent Document 1 below is disclosed. Patent Document 1 discloses a device that estimates the composition of steel material from image data using a trained model for estimating the composition of steel material.
しかしながら、特許文献1に記載された鋼材の成分を推定する装置では、推定の基礎とする画像データはカメラによって生成されたデータそのものであり、画像処理は施されていない。従って、例えば、撮影場所における照明の輝度の違いや画像に背景設備が映り込む、或いは、照明や火花によって背景設備が反射し、当該反射光が火花の一部と誤って認識されるといった外乱が存在する可能性がある。 However, in the device for estimating the composition of steel materials described in Patent Document 1, the image data on which the estimation is based is the data generated by the camera itself, and no image processing has been performed. Therefore, there is a possibility of disturbances such as differences in the brightness of lighting at the shooting location, background equipment being reflected in the image, or background equipment reflecting light from lighting or sparks, which may be mistakenly recognized as part of the sparks.
このような外乱による不確かなデータを使用すると、鋼材の成分を推定するために用いるデータとしては不適切であるとともに、判定の精度が低下することが考えられる。また、このようなデータを用いて学習済みモデルを構築してもそもそもの学習済みモデルにおける精度が低いことから、結局判定の精度も低くならざるを得ない。 Using uncertain data due to such disturbances is not only inappropriate for use in estimating the composition of steel, but is also likely to result in reduced accuracy in judgments. Furthermore, even if a trained model is constructed using such data, the accuracy of the trained model itself is low, so the accuracy of the judgments will inevitably be low as well.
本発明は、上述したような点に着目してなされたもので、鋼材の特徴を判定する際に用いる学習済みモデルを生成する際や実際に当該学習済みモデルを用いて鋼材を判定する際に使用される火花画像に対して事前に画像処理を行っておくことで、適切に外乱を排除した学習済みモデルの生成、及び、利用を図り、もって鋼材の特徴を精度良く判定することができる鋼材判定装置、学習済みモデルの生成方法、鋼材判定方法、及び鋼材の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made with the above-mentioned points in mind, and aims to provide a steel material determination device, a method for generating a trained model, a steel material determination method, and a method for manufacturing steel material that can accurately determine the characteristics of steel material by performing image processing in advance on spark images used when generating a trained model used to determine the characteristics of steel material or when actually using the trained model to determine steel material, thereby generating and using a trained model that appropriately eliminates disturbances.
本発明の実施の形態における鋼材判定装置は、撮像装置によって取得された鋼材を研削した際に発生する火花を含む画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、画像データにおける火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を推論データとし、予め用意される学習済みモデルに当てはめることで、火花画像が示す鋼材を判定する判定部と、を備える。 The steel material determination device in an embodiment of the present invention comprises a determination unit that performs image processing to separate sparks from other components in the image data using a gradation-based threshold value that is set in advance for each color, on a color that is determined for each pixel of image data that includes sparks generated when grinding steel material obtained by an imaging device, and determines the steel material indicated by the spark image by using the spark image after image processing as inference data and applying it to a trained model that is prepared in advance.
本発明の実施の形態における鋼材判定装置は、さらに、画像処理後の火花画像を入力データとし、鋼材の特徴を教師データとして、火花画像が示す鋼材を判定する学習済みモデルを機械学習によって生成する学習部を備える。 The steel material determination device according to an embodiment of the present invention further includes a learning unit that uses the processed spark image as input data and the characteristics of the steel material as training data to generate a trained model through machine learning that determines the steel material indicated by the spark image.
本発明の実施の形態における学習済みモデルの生成方法は、撮像装置が取得した鋼材を研削した際に発生する火花を含む画像データを取得するステップと、画像データに対して画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、画像データにおける火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を取得するステップと、画像処理後の火花画像を入力データとし、鋼材の特徴を教師データとして、火花画像が示す鋼材を判定する学習済みモデルを機械学習によって生成するステップと、を備える。 A method for generating a trained model in an embodiment of the present invention includes the steps of: acquiring image data including sparks generated when grinding steel material acquired by an imaging device; performing image processing on the image data to separate sparks from other components using a gradation-based threshold value that is set in advance for each color for a color determined for each pixel of the image data, thereby obtaining a spark image after the image processing; and using the spark image after the image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data, generating a trained model by machine learning that determines the steel material indicated by the spark image.
本発明の実施の形態における学習済みモデルの生成方法における画像処理を実行するステップは、画像データから画像処理で火花のみを抽出して画像処理後の火花画像とする。 In the method for generating a trained model according to an embodiment of the present invention, the step of performing image processing involves extracting only sparks from image data and generating a spark image after image processing.
本発明の実施の形態における鋼材判定方法は、撮像装置が取得した鋼材を研削した際に発生する火花を含む画像データを取得するステップと、画像データに対して画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、画像データにおける火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を取得するステップと、画像処理後の火花画像を入力データとし鋼材の特徴を教師データとして、機械学習によって生成された学習済みモデルを用いて、火花画像が示す鋼材を判定するステップと、を備える。 A steel material determination method in an embodiment of the present invention includes the steps of: acquiring image data including sparks generated when grinding steel material acquired by an imaging device; performing image processing on the image data using a gradation-based threshold value that is set in advance for each color for a color determined for each pixel of the image data to separate the sparks from other components in the image data, thereby obtaining a spark image after the image processing; and using the spark image after the image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data, and using a trained model generated by machine learning to determine the steel material indicated by the spark image.
本発明の実施の形態における鋼材判定方法における画像処理を実行するステップは、画像データから画像処理で火花のみを抽出して画像処理後の火花画像とする。 The step of performing image processing in the steel material determination method according to an embodiment of the present invention involves extracting only sparks from the image data through image processing to produce a spark image after image processing.
本発明の実施の形態における鋼材の製造方法は、撮像装置が取得した鋼材を研削した際に発生する火花を含む画像データを取得するステップと、画像データに対して画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、画像データにおける火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を取得するステップと、画像処理後の火花画像を入力データとし鋼材の特徴を教師データとして、機械学習によって生成された学習済みモデルを用いて、火花画像が示す鋼材を判定するステップと、を備える鋼材判定方法を備えている。 A method for manufacturing steel material in an embodiment of the present invention includes a steel material determination method that includes the steps of: acquiring image data including sparks generated when grinding steel material acquired by an imaging device; performing image processing on the image data to separate sparks from other components using a gradation-based threshold value that is set in advance for each color for a color that is determined for each pixel of the image data, thereby obtaining a spark image after the image processing; and using the spark image after the image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data, and using a trained model generated by machine learning to determine the steel material indicated by the spark image.
このような本発明の実施の形態における鋼材判定装置、学習済みモデルの生成方法、鋼材判定方法、及び鋼材の製造方法であれば、鋼材の特徴を判定する際に用いる学習済みモデルを生成する際や実際に当該学習済みモデルを用いて鋼材を判定する際に使用される火花画像に対して事前に画像処理を行っておくことで、適切に外乱を排除した学習済みモデルの生成、及び、利用を図り、もって鋼材の特徴を精度良く判定することができる。 With the steel material determination device, trained model generation method, steel material determination method, and steel material manufacturing method according to the embodiments of the present invention, by performing image processing in advance on the spark images used when generating the trained model used to determine the characteristics of steel material or when actually using the trained model to determine steel material, it is possible to generate and use a trained model that appropriately eliminates disturbances, thereby enabling the characteristics of steel material to be determined with high accuracy.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態における鋼材判定装置1を含む鋼材Sの特徴から鋼材Sを判別する装置の全体を示す説明図である。 Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Figure 1 is an explanatory diagram showing the entire apparatus for identifying steel material S based on the characteristics of the steel material S, including a steel material identification device 1 according to an embodiment of the present invention.
鋼材Sの判別は、鋼材Sの端部をグラインダGで研削した際に発生する火花Fの形態を撮像装置Cで撮影して得られる火花画像を基に行う。火花の飛散形状は上述したように成分組成によって変化し、例えば、炭素の含有量が増加するに伴って火花の破裂数や流線の本数が増加する。従って火花の飛散形状を見ることで鋼材Sを判別することが可能である。 Identification of steel material S is performed based on spark images obtained by capturing with an imaging device C the shape of sparks F generated when the end of steel material S is ground with a grinder G. As mentioned above, the shape of the sparks changes depending on the component composition; for example, the number of spark explosions and the number of streamlines increases as the carbon content increases. Therefore, it is possible to identify steel material S by looking at the shape of the sparks.
なお、当該鋼材SがグラインダGで研削される場所、すなわち、撮像装置Cによって火花画像が撮影される場所は、例えば、製造ラインの途中であっても、或いは、特に鋼材Sを判別するために設けられた場所であっても良い。 The location where the steel material S is ground by the grinder G, i.e., the location where the spark image is captured by the imaging device C, may be, for example, in the middle of the production line, or may be a location specifically set up for identifying the steel material S.
撮像装置Cは、火花画像を取得する、例えばカメラである。また、本発明の実施の形態において使用する撮像装置Cは、モノクロ画像やカラー画像を取得することができるように構成されている。従って、後述する鋼材判定装置1の制御装置2に送信されるのは、火花のモノクロ画像、或いは、カラー画像の画像データである。そしてモノクロ画像、カラー画像のいずれを用いるかについては任意に選択することが可能とされている。さらには図示していないが、より鮮明に火花画像を撮影するための、例えばストロボといった、補助的な機器が組み合わせられていても良い。 The imaging device C is, for example, a camera that captures spark images. The imaging device C used in the embodiment of the present invention is configured to be able to capture monochrome images or color images. Therefore, the image data transmitted to the control device 2 of the steel product identification device 1, which will be described later, is either a monochrome image or a color image of the sparks. It is possible to arbitrarily select whether to use a monochrome image or a color image. Furthermore, although not shown, auxiliary equipment, such as a strobe, may be combined to capture spark images more clearly .
なお、図1においては、撮像装置CはグラインダGの下部であって、下側から火花Fを撮影するような位置に配置されているが、鋼材Sの判定に使用することができるに十分な火花画像を取得することができるのであれば、どのような位置に配置されていても良い。 In Figure 1, the imaging device C is located below the grinder G, in a position that allows it to capture images of sparks F from below, but it may be located in any position as long as it can capture images of sparks that are sufficient to be used to determine the quality of the steel material S.
撮像装置Cによって撮影された火花画像のデータは、撮像装置Cに接続されている鋼材判定装置1に送信される。鋼材判定装置1は、撮像装置Cの制御を行うとともに、撮像装置Cによって取得された火花画像のデータを用いて、鋼材Sの判別を行うための学習済みモデルを生成し、生成された当該学習済みモデルを用いて鋼材Sの判別を行う装置である。 The data of the spark images captured by the imaging device C is transmitted to the steel material determination device 1 connected to the imaging device C. The steel material determination device 1 controls the imaging device C, and uses the spark image data acquired by the imaging device C to generate a trained model for identifying steel material S, and then uses the generated trained model to identify steel material S.
図2は、本発明の実施の形態における鋼材判定装置1が備える制御装置2の内部構成を示すブロック図である。なお、図2に示す制御装置2では、以下に説明する鋼材Sの判別を行う際に使用される学習済みモデルの生成や鋼材Sの判定に関連する機能についてのみ示しており、その他の様々な機能については図示を省略している。 Figure 2 is a block diagram showing the internal configuration of the control device 2 provided in the steel material determination device 1 in an embodiment of the present invention. Note that the control device 2 shown in Figure 2 only shows functions related to generating a trained model used when determining the steel material S, as described below, and determining the steel material S, and various other functions are not shown.
従って、制御装置2は、図2においては図示されていない、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)及び入出力インターフェイスがバスを介して接続される様々な構成を備えていても良い。 The control device 2 may therefore have various configurations not shown in Figure 2, such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and an input/output interface connected via a bus.
すなわち、当該入出力インターフェイスには、例えば、鋼材Sの判別に使用する学習済みモデルを生成する際に必要な各種パラメータを入力する入力部や、判定の結果、判別された鋼材Sの鋼種等をオペレータに示す表示部、或いは、他の装置との通信を制御する通信制御部が接続されていても良い。 That is, the input/output interface may be connected to, for example, an input unit for inputting various parameters required to generate a trained model used to identify steel material S, a display unit that shows the operator the results of the judgment, such as the steel type of the identified steel material S, or a communication control unit that controls communication with other devices.
制御装置2は、情報取得部21と、画像処理部22と、学習部23と、記憶部24と、判定部25と、判定結果報知部26と、を備えている。情報取得部21は、撮像装置Cから鋼材Sを研削した際に生ずる火花画像のデータを取得する。 The control device 2 includes an information acquisition unit 21, an image processing unit 22, a learning unit 23, a memory unit 24, a judgment unit 25, and a judgment result notification unit 26. The information acquisition unit 21 acquires data on spark images generated when grinding steel material S from the imaging device C.
なお、火花画像のデータについては、撮像装置Cから直接取得しても良く、或いは、一旦、図2には図示しないデータベース等に保存されたものを、予め設定されたタイミングで取得するようにしても良い。 The spark image data may be acquired directly from the imaging device C, or may be temporarily stored in a database (not shown in Figure 2) and then acquired at a preset timing.
画像処理部22は、情報取得部21を介して取得された火花画像のデータに対して画像処理を実行する。ここで火花画像のデータに対して画像処理を施すのは、当該データ内には、鋼材Sを判別するに不要な様々な外乱が含まれている場合に、その外乱を除去するためである。火花画像に外乱が含まれる場合、当該火花画像のデータを入力データとして生成された学習済みモデルの精度を下げるとともに、実際に当該学習済みモデルを使用して判定処理が実行された際の鋼材判定の精度を低くしてしまうそのため、火花画像のデータに対し画像処理を施し、外乱を除去する必要がある。 The image processing unit 22 performs image processing on the spark image data acquired via the information acquisition unit 21. The reason for performing image processing on the spark image data here is to remove any disturbances that may be contained within the data that are unnecessary for identifying the steel material S. If the spark image contains disturbances, this will reduce the accuracy of the trained model generated using the spark image data as input data, and will also reduce the accuracy of steel material identification when an identification process is actually performed using the trained model. Therefore, it is necessary to perform image processing on the spark image data to remove the disturbances.
具体的に画像処理部22では、様々な手法による処理が実行可能であるが、本発明の実施の形態においては、例えば、次のような処理を実行する。まず、取得した火花画像のデータを基に、二値化の処理を行う。二値化処理は、ある閾値を基準として、対象となる画像を画素ごとに白と黒の2色のみに変換する画像処理の方法である。このような処理を行うことによって、対象となる火花とその他の背景とを分離し、背景による外乱を除外することが可能となる。 Specifically, the image processing unit 22 can perform processing using a variety of methods, but in an embodiment of the present invention, for example, the following processing is performed. First, binarization processing is performed based on the acquired spark image data. Binarization processing is an image processing method that converts the target image into only two colors, white and black, for each pixel, using a certain threshold as a reference. By performing this processing, it is possible to separate the target spark from the rest of the background and eliminate background disturbances.
画像のデータにおいては、画素ごとに色が決定される。火花画像のデータがグレースケールの場合、画素ごとに光度の1種類の情報しか含まれていないことから例えば、白から黒までの256の階調で示される。一方、上述したように、撮像装置Cがカラー画像を取得した場合には、画素ごとにRGBのそれぞれを256階調で表すことができる。 In image data, a color is determined for each pixel. If the spark image data is grayscale, each pixel contains only one type of information, luminosity, and is therefore represented, for example, in 256 shades from white to black. On the other hand, as mentioned above, if imaging device C captures a color image, each pixel can be represented in 256 shades of RGB.
そこで、取得された画像がカラー画像である場合における画像処理では、例えば、各画素におけるRGBごとに、上限及び下限となる閾値を予め設定しておく。そして、閾値内に含まれる画素は白、閾値の範囲を外れる部分については黒とする。 Therefore, when processing an image in which the acquired image is a color image, for example, upper and lower thresholds are set in advance for each RGB of each pixel. Pixels that fall within the threshold range are then marked white, and pixels that fall outside the threshold range are marked black.
例えば、火花の色に着目すると、主に赤色(R:255、G:0、B:0)、橙色(R:255、G:60~170、B:0)、黄色(R:255、G:255、B:0)といった色で表されている。一方、火花以外に映り込む可能性のある、例えば反射光は白色(R:255、G:255、B:255)であることが多い。 For example, when we look at the color of sparks, they are mainly represented in colors such as red (R: 255, G: 0, B: 0), orange (R: 255, G: 60-170, B: 0), and yellow (R: 255, G: 255, B: 0). On the other hand, reflected light, which may be reflected in things other than sparks, is often white (R: 255, G: 255, B: 255).
そこで例えば、RGBのうち「B」の上限となる閾値を変化させて白色や白色に近い色が抽出されないように閾値を設定する。このような設定を行うことで、火花画像のデータから映り込んでいる可能性のある背景設備等の火花以外の外乱を除外することができ、得られた火花画像のデータから火花のみを抽出しやすくなる。 So, for example, the upper threshold for "B" among RGB is changed to set the threshold so that white or near-white colors are not extracted. By setting it in this way, it is possible to eliminate disturbances other than sparks, such as background equipment, that may be reflected in the spark image data, making it easier to extract only sparks from the resulting spark image data.
図3は、本発明の実施の形態において用いられる火花画像に関し、画像処理部22における画像処理前の火花画像BFを示しており、図4は、画像処理後の火花画像AFを示している。 Figure 3 shows the spark image BF before image processing in the image processing unit 22, and Figure 4 shows the spark image AF after image processing, regarding the spark image used in an embodiment of the present invention.
図3に示す火花画像BFには、火花Fの他、画像下部には背景設備Bが映っている。このような火花画像BFに対して画像処理部22において、上述したような画像処理を施すことによって、図4に示す火花画像AFが取得される。 In the spark image BF shown in Figure 3, in addition to the spark F, background equipment B is also visible at the bottom of the image. By performing the image processing described above on this spark image BF in the image processing unit 22, the spark image AF shown in Figure 4 is obtained.
図4の火花画像AFに示すように、当該火花画像AFには、火花画像BFの背景設備Bが示されていた下部の領域は黒色に示されており、背景設備Bは示されていない。従って、火花の画像のみが抽出されている。 As shown in spark image AF in Figure 4, the lower area of spark image BF, where background equipment B was shown, is shown in black, and background equipment B is not shown. Therefore, only the spark image has been extracted.
なおこのように、画像処理部22において二値化の処理を実行することによって、火花のみを抽出する画像処理の方法があるが、画像処理の方法について採用しうる方法は、上述したようにこの方法に限られない。 Note that, as mentioned above, there is an image processing method that extracts only sparks by performing binarization processing in the image processing unit 22, but as mentioned above, the image processing methods that can be used are not limited to this method.
例えば、閾値を用いて火花と火花以外とを区別するに当たって、抽出された火花の画像はそのままの色とし、火花以外の部分については、黒等の火花と区別可能な色に変更するといった処理も可能である。すなわち、特に撮像装置Cで取得された画像がカラー画像である場合には、二値化の処理のように火花の部分を白で表すといった処理を行わず、そのままのカラーとし、火花以外の外乱の部分のみ色の変換処理を実行してもよい。この場合、火花の色も鋼材Sの特徴を示すデータとして学習済みモデルに学習させられるため、より精度の高い学習済みモデルを生成することができる。 For example, when using a threshold to distinguish between sparks and non-sparks, it is possible to leave the extracted spark image in its original color, and change the non-spark parts to a color that is distinguishable from sparks, such as black. In other words, particularly when the image captured by the imaging device C is a color image, it is possible to leave the color as is, rather than performing processing such as binarization, which would display the spark parts in white, and perform color conversion processing only on the non-spark disturbance parts. In this case, the color of the sparks is also trained into the trained model as data indicating the characteristics of the steel material S, making it possible to generate a trained model with higher accuracy.
このような処理を行うことによって、二値化の処理を実行する場合と同じような確実さをもって火花の部分のみを抽出できるとともに、画像処理を行う際の画像処理部22の負担が軽減されるのでより迅速な処理を実行することができる。 By performing this type of processing, it is possible to extract only the spark portion with the same degree of accuracy as when performing binarization processing, and the burden on the image processing unit 22 when performing image processing is reduced, allowing for faster processing.
学習部23は、鋼材Sを判別する際に使用する学習済みモデルを機械学習により生成する。すなわち、学習済みモデルを生成に当たって、学習部23では、情報取得部21によって取得され、画像処理部22によって画像処理が実行された後の火花画像のデータを入力データとして用いる。 The learning unit 23 generates a trained model by machine learning to be used when distinguishing the steel material S. That is, when generating the trained model, the learning unit 23 uses, as input data, the spark image data acquired by the information acquisition unit 21 and after image processing by the image processing unit 22.
一方、教師データは、判別する鋼材Sの特徴を示すデータである。この教師データとする鋼材Sの特徴を示すデータとしては、例えば、鋼材Sの鋼種(規格)や成分を挙げることができる。さらに、鋼材Sの特徴を示す成分としては、例えば、炭素含有量や合金元素等を挙げることができる。 On the other hand, training data is data that indicates the characteristics of the steel material S to be identified. Examples of data that indicates the characteristics of the steel material S that serve as training data include the steel type (standard) and components of the steel material S. Furthermore, examples of components that indicate the characteristics of the steel material S include the carbon content and alloy elements.
なお教師データについては、鋼材判定装置1の後述する記憶部24から取得して良く、或いは、鋼材判定装置1が別途接続するデータベース等から取得することとしても良い。 The training data may be obtained from the memory unit 24 of the steel material determination device 1, which will be described later, or from a database or the like to which the steel material determination device 1 is separately connected.
学習部23は、このように画像処理後の火花画像のデータを入力データとし、鋼材Sの特徴を示すデータを教師データとして学習済みモデルを機械学習によって生成する。そして、当該学習済みモデルの生成に当たって、機械学習のアルゴリズムを利用する。機械学習のアルゴリズムとしては、例えば、ニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰等を採用することができる。 The learning unit 23 uses the spark image data after image processing as input data and data indicating the characteristics of the steel material S as training data to generate a trained model through machine learning. A machine learning algorithm is then used to generate the trained model. Examples of machine learning algorithms that can be used include neural networks, decision tree learning, random forests, and support vector regression.
そして、学習部23よって生成(構築)された学習済みモデルは、例えば、記憶部24に格納され、次に説明する判定部25において鋼材Sの判別処理を行う際に使用される。 The trained model generated (constructed) by the learning unit 23 is then stored, for example, in the memory unit 24 and used when performing the steel material S discrimination process in the judgment unit 25, which will be described next.
ここで記憶部24は、例えば、半導体や磁気ディスクで構成されており、上述した生成された学習済みモデルや鋼材判定装置1の制御を行うためのプログラム等が格納されている。 Here, the memory unit 24 is composed of, for example, a semiconductor or a magnetic disk, and stores the trained model generated above, programs for controlling the steel material determination device 1, etc.
なお図3に示すように、本発明の実施の形態における制御装置2においては、その内部に記憶部24を設けた形態を前提に説明をしているが、記憶部24を制御装置2の内部に設けず、例えば、鋼材判定装置1が接続する外部のデータベースがその機能を果たすようにされていても良く、その構成の仕方は自由に選択することができる。 As shown in Figure 3, the control device 2 in this embodiment of the present invention is described assuming that it has a memory unit 24 installed inside it. However, the memory unit 24 may not be installed inside the control device 2, and for example, an external database connected to the steel material determination device 1 may perform its function, and the configuration can be freely selected.
判定部25は、学習済みモデルを用いて鋼材Sを判別する。すなわち、撮像装置Cから取得した火花画像のデータを推論データとして、記憶部24に格納されている学習済みモデルを用いて推論を実行する。なお、推論データとして用いる火花画像は、画像処理部22で画像処理された後の火花画像のデータである。 The determination unit 25 uses the trained model to identify the steel material S. That is, the spark image data acquired from the imaging device C is used as inference data, and inference is performed using the trained model stored in the memory unit 24. Note that the spark image used as inference data is the spark image data after image processing by the image processing unit 22.
そして、判定部25において推論が実行されると、鋼材Sの鋼種(規格)や成分といった特徴について鋼材Sごとに判定がなされる。判定結果については、判定結果報知部26に送信される。判定結果報知部26では、判定部25によって判定された結果を、例えば表示部等を介してオペレータに報知する。 When inference is performed in the judgment unit 25, a judgment is made for each steel material S regarding characteristics such as the steel type (standard) and components of the steel material S. The judgment results are sent to the judgment result notification unit 26. The judgment result notification unit 26 notifies the operator of the results of the judgment made by the judgment unit 25, for example, via a display unit, etc.
[動作]
次に、制御装置2において学習済みモデルが生成される流れ、及び、生成された学習済みモデルを用いた鋼材Sの判定の流れについて、図5及び図6を用いて説明する。
[Operation]
Next, the flow of generating a trained model in the control device 2 and the flow of determining the steel material S using the generated trained model will be described with reference to Figures 5 and 6.
まず学習済みモデルを生成する流れである。図5は、本発明の実施の形態において鋼材判定装置1が鋼材Sを判定する際に使用する学習済みモデルを生成するに当たって機械学習を行う流れを示すフローチャートである。 First, let us look at the flow for generating a trained model. Figure 5 is a flowchart showing the flow of machine learning used to generate a trained model used by the steel material determination device 1 when determining steel material S in an embodiment of the present invention.
制御装置2の情報取得部21は、撮像装置Cが撮影した鋼材Sの端部にグラインダGが接触した際に発生する火花画像のデータを取得する(ST1)。取得された火花画像のデータは、火花画像の他、背景設備等の外乱についても含まれているデータである。 The information acquisition unit 21 of the control device 2 acquires data on the spark image captured by the imaging device C, which is generated when the grinder G comes into contact with the end of the steel material S (ST1). The acquired spark image data includes not only the spark image but also data on disturbances such as background equipment.
このような火花画像のデータは情報取得部21から画像処理部22へと送信され、画像処理が実行される(ST2)。画像処理部22では、上述したような、例えば、二値化処理等の画像処理を行い、外乱を除去し火花の画像のみの画像とする。画像処理後の火花画像が、学習部23において、学習済みモデルが生成される際の入力データとして用いられる。 Such spark image data is sent from the information acquisition unit 21 to the image processing unit 22, where image processing is performed (ST2). The image processing unit 22 performs image processing such as binarization, as described above, to remove disturbances and generate an image containing only the spark image. The spark image after image processing is used as input data in the learning unit 23 when a trained model is generated.
また、情報取得部21は、教師データとなる鋼材Sの特徴を示すデータを取得する(ST3)。当該教師データについては、上述した通り、例えば、制御装置2と接続される図示しないデータベース等から取得することとしても良い。 The information acquisition unit 21 also acquires data indicating the characteristics of the steel material S, which serves as training data (ST3). As described above, this training data may be acquired, for example, from a database (not shown) connected to the control device 2.
これで制御装置2は、学習済みモデルを生成するに必要なデータを入手したことになる。そこで、学習部23は、画像処理後の火花画像を入力データとし、鋼材Sの特徴を示すデータを教師データとして機械学習を実行する(ST4)。そして機械学習の結果得られたモデルを、学習済みモデルとし、記憶部24に保存する(ST5)。 The control device 2 now has the data necessary to generate a trained model. The learning unit 23 then performs machine learning using the processed spark image as input data and data indicating the characteristics of the steel material S as training data (ST4). The model obtained as a result of the machine learning is then stored in the memory unit 24 as a trained model (ST5).
ここまでで制御装置2における学習段階が終了する。次に、生成された学習済みモデルを使用した鋼材Sの推論処理(判定処理)の流れについて説明する。図6は、本発明の実施の形態において鋼材判定装置1が鋼材を判定する推論の流れを示すフローチャートである。 This concludes the learning stage in the control device 2. Next, we will explain the flow of the inference process (determination process) for steel material S using the generated trained model. Figure 6 is a flowchart showing the inference flow for determining steel material by the steel material determination device 1 in an embodiment of the present invention.
制御装置2は、まず鋼材Sを判定するために用いる推論データの基礎となるデータを、情報取得部21を介して取得する(ST11)。このデータは、撮像装置Cにおいて取得された火花画像のデータそのものであり、何ら画像処理を施していない。 The control device 2 first acquires, via the information acquisition unit 21, data that will form the basis of the inference data used to determine the steel material S (ST11). This data is the spark image data acquired by the imaging device C itself, and has not been subjected to any image processing.
次に情報取得部21は、取得した火花画像のデータを画像処理部22へと送る。画像処理部22では、火花画像のデータに対して画像処理を実行する(ST12)。画像処理部22において、処理された画像処理後の火花画像が推論データとして用いられる。 Next, the information acquisition unit 21 sends the acquired spark image data to the image processing unit 22. The image processing unit 22 performs image processing on the spark image data (ST12). The processed spark image in the image processing unit 22 is used as inference data.
判定部25は、画像処理後の火花画像のデータを推論データとし、記憶部24にアクセスして取得した学習済みモデルを用いて、火花画像の対象となっている鋼材Sの判定処理を行う(ST13、ST14)。判定結果については、判定部25から判定結果報知部26へと送信されて、例えば、オペレータへと報知される(ST15)。 The determination unit 25 uses the spark image data after image processing as inference data and performs a determination process on the steel material S that is the subject of the spark image using the trained model acquired by accessing the memory unit 24 (ST13, ST14). The determination result is transmitted from the determination unit 25 to the determination result notification unit 26, and is notified, for example, to an operator (ST15).
以上説明したように、学習済みモデルの生成処理、当該学習済みモデルを用いた鋼材の判定処理のいずれにおいても、撮像装置Cにおいて取得された火花画像のデータをそのまま使用するのではなく、画像処理を行って外乱となり得る情報を除き、火花画像のみのデータとする。このような画像処理後の火花画像を機械学習における入力データとし、或いは、推論処理における推論データとして用いることで、適切に外乱を排除した学習済みモデルの生成、及び、利用を図り、もって鋼材の特徴を精度良く判定することができる。 As explained above, in both the process of generating a trained model and the process of determining steel using that trained model, the spark image data acquired by imaging device C is not used as is, but is image processed to remove any information that could be a disturbance, leaving only the spark image data. By using such image-processed spark images as input data for machine learning or as inference data for inference processing, it is possible to generate and use a trained model that appropriately removes disturbances, thereby enabling the characteristics of steel to be determined with high accuracy.
なお、これまで説明してきた本発明の実施の形態は、いずれも本発明の一例を示したものである。また、これらの各実施の形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。これらの各実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments of the present invention described so far are merely examples of the present invention. Various modifications and improvements can be made to these embodiments, and such modifications and improvements can also be included in the present invention. These embodiments and their variations are included within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the inventions and their equivalents set forth in the claims.
1 鋼材判定装置
2 制御装置ン
21 情報取得部
22 画像処理部
23 学習部
24 記憶部
25 判定部
26 判定結果報知部
C 撮像装置
G グラインダ
S 鋼材
REFERENCE SIGNS LIST 1 Steel material determination device 2 Control device 21 Information acquisition unit 22 Image processing unit 23 Learning unit 24 Memory unit 25 Determination unit 26 Determination result notification unit C Imaging device G Grinder S Steel material
Claims (9)
前記画像処理部による画像処理後の前記火花画像を推論データとし、予め用意される学習済みモデルに当てはめることで、前記火花画像が示す前記鋼材を判定する判定部と、
を備える鋼材判定装置。 an image processing unit that performs image processing for separating the sparks from other components in the image data by using a threshold value based on gradation that is set in advance for each color, the threshold value being determined for each pixel of image data including sparks generated when grinding steel material and that is acquired by an imaging device, and extracts a spark image after image processing;
a determination unit that determines the steel material indicated by the spark image by using the spark image after image processing by the image processing unit as inference data and applying it to a trained model prepared in advance;
A steel material determination device equipped with:
を備えることを特徴とする請求項1に記載の鋼材判定装置。 a learning unit that uses the spark image after image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data to generate a trained model for determining the steel material indicated by the spark image by machine learning;
The steel material determination device according to claim 1, further comprising:
前記画像データに対して、前記画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め前記色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、前記画像データにおける前記火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を取得するステップと、
画像処理後の前記火花画像を入力データとし、前記鋼材の特徴を教師データとして、前記火花画像が示す前記鋼材を判定する学習済みモデルを機械学習によって生成するステップと、
を備えることを特徴とする学習済みモデルの生成方法。 acquiring image data including sparks generated when grinding the steel material, the image data being acquired by an imaging device;
a step of executing image processing on the image data to separate the sparks from other components in the image data using a threshold value based on gradation that is set in advance for each color determined for each pixel of the image data, and acquiring a spark image after image processing;
a step of generating a trained model by machine learning that determines the steel material indicated by the spark image using the spark image after image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data;
A method for generating a trained model, comprising:
前記画像データから画像処理で火花のみを抽出して画像処理後の前記火花画像とすることを特徴とする請求項4に記載の学習済みモデルの生成方法。 The step of performing image processing includes:
The method for generating a trained model according to claim 4, characterized in that only sparks are extracted from the image data by image processing to obtain the spark image after image processing.
前記画像データに対して、前記画像データの画素ごとに決定される色に対して、予め前記色ごとに設定される、階調を基にした閾値を用いて、前記画像データにおける前記火花とその他とを分離する画像処理を実行して、画像処理後の火花画像を取得するステップと、
画像処理後の前記火花画像を入力データとし前記鋼材の特徴を教師データとして、機械学習によって生成された学習済みモデルを用いて、前記火花画像が示す前記鋼材を判定するステップと、
を備えることを特徴とする鋼材判定方法。 acquiring image data including sparks generated when grinding the steel material, the image data being acquired by an imaging device;
a step of executing image processing on the image data to separate the sparks from other components in the image data using a threshold value based on gradation that is set in advance for each color determined for each pixel of the image data, and acquiring a spark image after image processing;
a step of determining the steel material indicated by the spark image using a trained model generated by machine learning, with the spark image after image processing as input data and the characteristics of the steel material as training data;
A steel material determination method comprising:
前記画像データから画像処理で火花のみを抽出して画像処理後の前記火花画像とすることを特徴とする請求項7に記載の鋼材判定方法。 The step of performing image processing includes:
8. The steel material determination method according to claim 7, wherein only sparks are extracted from the image data by image processing, and the spark image after image processing is used.
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