CN101846504A - 板材卷的形状检查方法和检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种板材卷的形状检查方法和检查装置。板材卷的形状检查方法包含以下步骤：使摄像机位于板材卷的圆筒侧面上的步骤；一边使摄像机沿着板材卷的圆筒侧面旋转一边拍摄圆筒侧面的步骤；以及对拍摄所获得的影像图形进行分析并判断卷绕形状有无缺陷的步骤。

Description

板材卷的形状检查方法和检查装置
技术领域
本发明涉及一种板材卷的形状检查方法和检查装置，更详细地说，涉及一种通过对从将轧制钢板、铜板、铝板等各种材质的板卷成卷筒状的板材卷的圆筒侧面获得的影像信息进行分析，不仅能够正确且迅速地检测出是否存在各种缺陷、而且能够正确且迅速地检测出缺陷的种类的板材卷的形状检查方法和检查装置。
背景技术
对于在工业界广泛使用的铜板、铝板等多种多样的板状原材料或制造汽车、船舶等多种多样的工业制品的框架时作为材料而提供的各种钢板等，为了便于运输、保管和使用等，需要将上述各种把板材等卷绕成卷筒状提供。通常，将这种形态的产品称作板材卷(sheet roll)。
在多个工序中，当卷绕板时，正常情况下板材卷的侧面形成圆状，从而卷绕成正圆状卷。但是，在不稳定地卷绕的情况下，板材卷的形状不良，例如卷绕成椭圆状卷、锯齿状卷或镜筒(telescope)状卷。
图1示出利用现有技术制造钢板或各种薄板(以下以钢板为例进行说明)时、将钢板卷绕成卷筒状的过程。首先，在钢板的卷绕过程中，一旦钢板2行进到用于提供旋转轴的卷筒(mandrel)1上，钢板的行进端就由位于卷筒1后方的第1引导辊3和第2引导辊4引导到卷筒1的下方，并由第3引导辊5使钢板沿着卷筒1的外周面卷绕。当钢板的卷绕过程进展时，卷筒1的整体直径增加了被卷绕的钢板的厚度的量，由此，引导辊3、4、5被向远离卷筒1的方向推压。在钢板的卷绕过程结束后，一旦除去板材卷，卷筒1的整体直径就减少，从而该卷筒1一边朝原来的位置后退一边解除与引导辊之间的接触状态。钢板2在移动时由设置于卷筒1上方的引导板6引导。
在如上所述的基于现有技术的卷绕方法中，在钢板与卷绕设备通过直接接触进行卷绕的过程中，在滑动接触比滚动接触大的情况下，如图4所示，会出现卷绕间隔不一致、或者辊子前后移动的同时进行卷绕的情况。由此，会产生卷绕卷的形状不良的情况，例如，制造的板材卷被卷绕成椭圆状卷、锯齿状卷或镜筒状卷的形态。
特别地，在初期的卷绕钢板的工序中，在由于辊子与作为卷绕杆的卷筒的速度差和滑动导致钢板的内径不能维持正圆的情况下，板材卷的形状会成为椭圆状。并且，当在向一侧偏斜的状态下继续卷绕时、以及由于卷绕杆的偏斜，有可能会卷绕成镜筒状卷或锯齿状卷。这种形态的板材卷不是正常的卷绕形状，并且，存在作业者非常难以用肉眼把握这种卷绕形状的不良的问题。
发明内容
本发明就是为了解决如上所述的现有技术的问题而做出的，其目的在于提供一种通过对从将轧制钢板、铜板、铝板之类的多种材质的钢板卷绕成卷筒状的板材卷获得的影像信息进行分析，不仅能够正确且迅速地检测出是否存在各种缺陷、而且还能够正确且迅速地检测出缺陷的种类的板材卷的形状检查方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过对从将轧制钢板、铜板、铝板之类的多种多样的材质的钢板卷绕成卷筒状的板材卷获得的影像信息进行分析，不仅能够正确且迅速地检测出是否存在各种缺陷、而且能够正确且迅速地检测出缺陷的种类的板材卷的形状检查装置。
为了达成上述目的，本发明所涉及的板材卷的形状检查方法的特征在于，该板材卷的形状检查方法包含以下步骤：使摄像机位于板材卷的圆筒侧面上的步骤；一边使摄像机沿着板材卷的圆筒侧面旋转一边拍摄圆筒侧面的步骤；以及对拍摄所获得的影像图形进行分析并判断卷绕形状有无缺陷的步骤。
在此，优选使摄像机位于板材卷的圆筒侧面上的步骤包含以下步骤：使摄像机的旋转中心位于板材卷的水平轴中心的步骤；使摄像机的旋转中心位于板材卷的垂直轴中心的步骤；以及使摄像机移动到圆筒侧面的拍摄位置的步骤。
并且，优选上述摄像机为行扫描摄像机。
并且，优选上述摄像机在支承座的旋转轴的一端设置有1台，或者以旋转轴为中心对称地至少设有2台以上。
进一步，优选对从变位传感器反射的信号进行检测以测定圆筒侧面的所有位置处的高低，上述变位传感器在板材卷的圆筒侧面上与上述摄像机一起旋转，同时该变位传感器还在圆筒侧面的半径方向往复移动。
为了达成上述的另一目的，本发明所涉及的板材卷的形状检查装置的特征在于，该板材卷的形状检查装置包含以下部件：拍摄部，该拍摄部具有支承座和至少一个摄像机，上述支承座能够旋转，上述摄像机装配于上述支承座，并拍摄板材卷的圆筒侧面；垂直移动部，该垂直移动部通过第二电动机的动作使上述支承板沿着板材卷的圆筒侧面在垂直方向移动；水平移动部，该水平移动部通过第一电动机的动作使上述支承板沿着板材卷的圆筒侧面在前后的水平方向移动；第三电动机，该第三电动机与上述板材卷的侧面对置，且设在上述支承座与上述垂直移动部之间，以使上述支承座旋转；位置控制部，该位置控制部像上述第一、第二以及第三电动机发送控制信号并对上述支承座的水平位置和垂直位置进行控制，并使上述支承座旋转预定角度；以及数据处理部，该数据处理部对从摄像机获得的影像图形进行分析并判断卷绕卷的形状有无缺陷。
在此，优选上述支承座具有以旋转轴为中心设置于两侧的导轨和装配在上述导轨上的一对变位传感器，上述各变位传感器设置成能够在导轨的中心点与端部之间往复移动。
并且，优选上述支承座形成为以旋转轴为中心的对称结构，在上述支承座的各端部设有摄像机。
进一步，优选上述摄像机为行扫描摄像机。
根据本发明，通过对从将轧制钢板、铜板、铝板之类的多种多样的材质的钢板卷绕成的板材卷的卷绕形状获得的影像信息进行分析，不仅能够正确且迅速地检测出是否存在卷绕工序中产生的各种缺陷、而且能够正确且迅速地检测出缺陷的种类。
附图说明
图1为示出以往一般的轧制钢板的卷绕过程的图。
图2为示意地示出本发明的一个实施方式所涉及的板材卷的形状检查装置的局部结构的立体图。
图3为用于说明本发明所涉及的板材卷的形状检查装置的动作的立体图。
图4为示出由本发明所涉及的板材卷的形状检查装置拍摄到的板材卷的形状影像的例示图。
图5为示出在本发明所涉及的板材卷的形状检查装置中、当支承座旋转时利用变位传感器测定的圆筒侧面上的测定点的图。
图6为示出利用本发明所涉及的板材卷的形状检查装置获得的圆筒侧面的表面状态的例子的示意图。
标号说明
10：支承座；11、11’：摄像机；12、12’变位传感器13：照明；14：V形块体；15：导轨；21：水平移动部件；22：垂直移动部件；23：第1电动机；24：第2电动机25：第3电动机30：位置控制部；40：板材卷。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行更详细地说明。
在本发明中，所谓板材卷的“圆筒侧面”意味着由卷绕钢板形成的板材卷的厚度线构成的圆周面。
本发明包括板材卷的形状检查方法以及检查装置，该板材卷的形状检查方法包含以下步骤：使摄像机位于板材卷的圆筒侧面的步骤；一边使摄像机沿着板材卷的圆筒侧面旋转一边拍摄圆筒侧面的步骤；以及对拍摄所获得的影像图形进行分析以判断卷绕卷的形状有无缺陷的步骤。
图2为示意地示出本发明的一个实施方式所涉及的板材卷的形状检查装置的局部结构的立体图。
本发明所涉及的板材卷的形状检查装置包含摄像部，该摄像部具有支承座10、摄像机11、11’、变位传感器12、12’、以及照明13。摄像部与要拍摄的板材卷40的圆筒侧面隔开适当的距离而离开配置，在该状态下，一边使板材卷40的圆筒侧面旋转一边拍摄整体的图像以获得板材卷的影像。
在支承座10的内部，以旋转轴a为中心在两侧设有导轨15，在导轨15上，在左右分别以能够移动的方式装配有一个变位传感器12、12’。导轨15的两端固定于支承座10的侧面。即，在支承座10的内侧沿着长度方向设置的导轨15的两侧分别以能够移动的方式装配有一个变位传感器12、12’，在该状态下，变位传感器12、12’一边沿着导轨15左右往复移动一边根据反射的信号来测定该变位传感器与圆筒侧面之间的距离。此时，变位传感器12、12’优选使用基于三角测量法的激光变位传感器。
摄像机11、11’在与支承座10的两端部邻接的内部分别各设有一个，照明13与支承座10的导轨平行地沿着长度方向设置，且两端固定于支承座10的侧面。于支承座10的两端内部设置的一对摄像机11、11’优选使用能够在板材卷的圆周方向以行单位进行实时拍摄的行扫描(linescan)摄像机。
图3为用于说明本发明所涉及的板材卷的形状检查装置的动作的立体图。
本发明所涉及的板材卷的形状检查装置包含：在图2中说明了的拍摄部；使支承座10沿着水平方向(x轴方向)移动的水平移动部件21；使支承座10沿着垂直方向(y轴方向)移动的垂直移动部件22；以及位置控制部30，该位置控制部30使水平移动部件21和垂直移动部件22水平和垂直地移动，并对水平移动部件20和垂直移动部件21的位置进行控制。水平移动部件21以能够沿着水平方向移动的方式装配于基座50，垂直移动部件22以能够沿着垂直方向移动的方式装配于框架26，该框架26垂直地竖立设置在水平移动部件21上。
为了使支承座10在水平方向和垂直方向移动，在基座50和框架26分别装配有第1和第2电动机23、24。支承座10能够通过在第1电动机23的作用下移动的水平移动部件21沿着水平方向(x轴方向)移动，且能够通过在第2电动机24的作用下移动的垂直移动部件22沿着垂直方向(y轴方向)移动。尽管并未图示，但水平移动部件21和垂直移动部件22的具体例可以是齿条与小齿轮、链条、或者导轨等结构，或者是组合这些部件的结构，能够以通常的形态构成。作为更具体的例子能够举例示出普通的LM(Linear motion：线性运动)导向结构。水平移动部件21和垂直移动部件22的位置和移动控制由位置控制部30进行，位置控制部30向第1电动机23和第2电动机24发送控制信号，从而对这些移动部件21、22的位置和移动进行控制。
并且，为了支承座10的旋转，在垂直移动部件22装配有第3电动机25，支承座10固定于第3电动机25的电动机轴。因此，在第3电动机25的作用下，支承座10能够在板材卷40的侧面周围旋转，旋转角度能够由从位置控制部30传递给第3电动机25的控制信号控制。
如图3所示，第3电动机25与支承座10能够直接连接，尽管并未示出，但根据场合，也能够在第3电动机25与支承座10之间设置利用减速齿轮等的减速装置来增加动作力。第3电动机25优选使用能够进行正确的位置控制的步进电动机。
下面，对具有上述结构的本发明的检查装置的动作过程进行详细地说明。
板材卷40在载置于V形块体14上的状态下在输送机上被输送，板材卷40停止在本发明所涉及的检查装置的支承座10的旋转中心轴与V形块体的中心线一致的地点。作为与此对应的具体例，能够以下述方式构成：在V形块体的中心线上固定探针，并在本发明的检查装置的下部中央设置位置检测传感器，在该位置检测传感器检测到探针的地点使板材卷停止。
一旦板材卷40停止在检查位置，支承座10就在与地面垂直的方向、即y轴方向上旋转，设置于支承座10的内部的一对变位传感器12、12’一边在导轨15上彼此朝相反方向往复移动一边接收被反射的信号。作为与此对应的具体例，能够以下述方式构成：在导轨15的上表面安装用于使变位传感器12、12’移动的齿条齿轮(未图示)，并在变位传感器12、12’上装配与齿条啮合的小齿轮(未图示)和驱动该小齿轮的电动机。当通过电动机的动作使小齿轮旋转时，变位传感器12、12’能够在齿条齿轮上沿着长度方向移动，同时，变位传感器12、12’能够在导轨15上左右移动。
板材卷40的中心点能够根据变位传感器12、12’在板材卷的圆筒侧面移动时反射的信号和在板材卷40的中空部上移动时得到的信号获得。例如，当位于上部的变位传感器的信号在距离中心的距离为a的位置获得反射波、位于下部的变位传感器的信号在距离中心的距离为b的位置获得反射波的情况下，当b大于a时，只要使支承座10的位置向下移动(b-a)/2即可。此时，用于进行这种位置补偿的计算过程能够由数据处理部进行，且其结果值被发送给位置控制部30。位置控制部30向第2电动机24发送控制信号，支承座10通过在第2电动机24的作用下工作的垂直移动部件22移动。
在支承座10的旋转中心移动到板材卷40的中心点后，基于位置控制部30的控制信号而工作的水平移动部件21使支承座10移动，从而维持板材卷40与摄像机11、11’之间的适当距离。
当摄像机11、11’位于适合在板材卷40的圆筒侧面上进行拍摄的场所时，支承座10通过第3电动机25的动作而旋转。此时，当在支承座10的两侧使用2个摄像机11、11’的情况下，支承座10旋转大约180°。因而，一对摄像机11、11’分别拍摄板材卷40的侧面的一半部分，从而能够拍摄圆筒侧面的整体。
在本发明的实施方式中，以将支承座10形成为一字状，且在两侧分别设置行扫描摄像机11、11’的结构作为一例进行了说明，但是支承座10也包括各端部间隔120°的形态、或者各端部间隔90°的十字状的情况。为了获得板材卷40的侧面整体的影像，在前者的情况下支承座10的旋转角为120°就足够了，在后者的情况下旋转角为90°就足够了，因此能够缩短检测所需要的时间。
并且，也可仅在导轨15的一侧设置1台摄像机。在该情况下，当利用一台摄像机并使支承座10旋转360°时，就能够获得板材卷40的侧面整体面积的图像。
图4为示出利用本发明所涉及的板材卷的形状检查装置拍摄的板材卷的形状影像的例示图。在拍摄的影像正常的情况下，如图4(a)那样，各带钢线(strip line)呈连续的笔直的直线状。反之，如图4(b)和(c)那样，在存在弯折(kink)缺陷或折叠缺陷的情况下，呈现不是直线形态的非正常的图形。
本发明能够检测出的缺陷的种类有镜筒状缺陷、弯折状缺陷、椭圆状缺陷以及折叠缺陷等。
镜筒状缺陷是指当卷绕薄板或带钢时，卷绕位置在宽度方向不正确，从而带钢的两侧边缘部在侧面缩入或伸出等表现为不均匀卷绕的状态的缺陷。当利用行扫描摄像机拍摄这种缺陷时，获得的影像中的各线不呈现平行的状态，而是呈现不规则的曲线的形态。因此，能够通过通常的影像处理过程并采用数据处理部根据这种线性图形(line pattern)状的差来判定该缺陷是否为镜筒状缺陷。
弯折缺陷是指当卷绕带钢时由于在带钢产生细微的棱角而产生的缺陷。当用行扫描摄像机拍摄这种缺陷时，能够得到线在棱角所生成的地点弯折的图像。因此，能够根据特定部位弯折而产生的线性图形状的差来判定该缺陷是否为弯折缺陷。
椭圆状缺陷是指由于板材卷的自重而导致侧面的形状呈现变形的形状、即呈现椭圆状的缺陷。当用行扫描摄像机拍摄这种缺陷时，线形成半球状从而形成曲线形态的图形。因此，能够根据检测到半球状的曲线形态线性图形来判定该缺陷是否为椭圆状缺陷。
折叠缺陷是指在卷绕带钢的过程中，在中间部位带钢产生折叠现象的情况下，由于在该折叠部位上连续卷绕而呈现的缺陷。当拉出带钢时，这种缺陷有可能导致带钢被切断。当用行扫描摄像机拍摄这种缺陷时，会获得在特定部位具有二条线弯折的部位的图形。因此，能够根据特定部位弯折的线性图形状的差来判定该缺陷是否为折叠缺陷。
并且，在本发明中能够利用一对变位传感器12、12’一边在导轨15上左右往复移动一边测定板材卷40被卷绕的侧面的高度。
图5为示出在本发明所涉及的板材卷的形状检查装置中当支承座旋转时利用变位传感器测定的圆筒侧面上的测定点的图。
如图5所示，能够从反射的信号获得变位传感器到各测定位置的距离。对于这种距离信息，例如能够利用在从板材卷的中心离开相同距离的P1～P8获得的信号来获得到变位传感器的距离，在求出该值的平均值后，能够利用该结果算出圆筒侧面上的高度。因此，能够求出所有的点处的位置平均值，从而获得圆筒侧面整体的高低信息。这种圆筒侧面的高低信息能够通过利用数据处理部对从变位传感器获得的信号值进行预定的计算过程而方便地获得。在此获得的结果值能够通过显示装置以预定的形态显示给使用者，且能够在存储装置中数据库化并保存。
图6为示出利用本发明所涉及的板材卷的形状检查装置获得的圆筒侧面的表面状态的一例的示意图。
假设在钢板正常卷绕的情况下，如图6(a)那样圆筒侧面的扁平度大，但是，当在卷绕过程中存在包含镜筒缺陷等的各种缺陷的情况下，如图6(b)那样，圆筒侧面的扁平度变低，因此能够容易地检测出是否存在缺陷。
在本发明中，由于利用摄像机11、11’拍摄的影像乃至利用变位传感器获得的信号的数据处理过程都能够利用数据处理部以公知的处理过程进行处理，因此，在本发明中没有对此特别地图示。影像处理过程能够利用如下的结构进行。
首先，拍摄的图像被传送到影像处理板(grabber board)从而被转换为数字信号。影像处理板能够使用目前市售的产品或者为了部分特定用途而进行了修正的类型的产品中的任意一种。影像处理板是指为了通过PCI总线等将转换后的影像数字信号传送至影像处理器而由使用者修正了的形态的影像处理板。影像处理器检测侧面有无缺陷，处理影像数据并计算出结果值，然后，通过使用者容易看见的图形用户界面在画面上显示对是否存在多种形态的缺陷进行检测的检测结果。
由上述例可知，影像或从变位传感器输入的信号的处理过程能够利用软件(software)、硬件(hardware)或固件(firmware)等本领域技术人员已经公知的所有的手段进行。并且，数据处理部也可物理地区分为影像信号处理部和传感器信号处理部来实现，一个物理单元例如一个板或芯片(chip)能够通过不同的数据处理算法进行处理。
工业上的可利用性
如上所述，根据本发明，通过对从将轧制钢板、铜板、铝板之类的多种材质的钢板卷绕成的板材卷的卷绕形状而获得的影像信息进行分析，不仅能够正确且迅速地检测出是否存在卷绕工序中产生的各种缺陷、而且能够正确且迅速地检测出缺陷的种类。因此，本发明的工业利用性非常高。
并且，在本说明书中，利用几个优选实施方式对本发明进行了描述，但是，对于本领域技术人员而言，应当清楚能够在不脱离所附的权利要求书所公开的本发明的范畴和思想的范围内进行各种变形和修正。

Claims (9)

1.一种板材卷的形状检查方法，其特征在于，
所述板材卷的形状检查方法包含以下步骤：
使摄像机位于板材卷的圆筒侧面上的步骤；
一边使摄像机沿着板材卷的圆筒侧面旋转一边拍摄圆筒侧面的步骤；以及
对拍摄所获得的影像图形进行分析并判断卷绕形状有无缺陷的步骤。
2.根据权利要求1所述的板材卷的形状检查方法，其特征在于，
所述使摄像机位于板材卷的圆筒侧面上的步骤包含以下步骤：
使摄像机的旋转中心位于板材卷的水平轴中心的步骤；
使摄像机的旋转中心位于板材卷的垂直轴中心的步骤；以及
使摄像机移动到圆筒侧面的拍摄位置的步骤。
3.根据权利要求1所述的板材卷的形状检查方法，其特征在于，
所述摄像机为行扫描摄像机。
4.根据权利要求1所述的板材卷的形状检查方法，其特征在于，
所述摄像机在支承座的旋转轴的一端设置有1台，或者以旋转轴为中心对称地至少设有2台以上。
5.根据权利要求1所述的板材卷的形状检查方法，其特征在于，
对从变位传感器反射的信号进行检测以测定圆筒侧面的所有位置处的高低，所述变位传感器在板材卷的圆筒侧面上与所述摄像机一起旋转，同时该变位传感器还在圆筒侧面的半径方向往复移动。
6.一种板材卷的形状检查装置，其特征在于，
所述板材卷的形状检查装置包含以下部件：
拍摄部，该拍摄部具有支承座和至少一个摄像机，所述支承座能够旋转，所述摄像机装配于所述支承座，并拍摄板材卷的圆筒侧面；
垂直移动部，该垂直移动部通过第二电动机的动作使所述支承座沿着板材卷的圆筒侧面在垂直方向移动；
水平移动部，该水平移动部通过第一电动机的动作使所述支承座沿着板材卷的圆筒侧面在前后的水平方向移动；
第三电动机，该第三电动机与所述板材卷的侧面对置，且设在所述支承座与所述垂直移动部之间，以使所述支承座旋转；
位置控制部，该位置控制部向所述第一、第二以及第三电动机发送控制信号并对所述支承座的水平位置和垂直位置进行控制，并使所述支承座旋转预定角度；以及
数据处理部，该数据处理部对从摄像机获得的影像图形进行分析并判断卷绕卷的形状有无缺陷。
7.根据权利要求6所述的板材卷的形状检查装置，其特征在于，
所述支承座具有以旋转轴为中心设置于两侧的导轨和装配在所述导轨上的一对变位传感器，所述各变位传感器设置成能够在导轨的中心点与端部之间往复移动。
8.根据权利要求6所述的板材卷的形状检查装置，其特征在于，
所述支承座形成为以旋转轴为中心的对称结构，在所述支承座的各端部设有摄像机。
9.根据权利要求6所述的板材卷的形状检查装置，其特征在于，
所述摄像机为行扫描摄像机。
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