JP2005127973A - 鋼材表面欠陥の検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼材の表面欠陥、特に鋼材のエッジ部(角部)における表面欠陥をエッジ部の多少の変位にかかわらず精度良く検査することが可能な鋼材表面欠陥の検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】 鋼材Ｗ角部にスリット状光線Ｌを傾斜させて照射する照射手段１と、前記光線Ｌにより前記鋼材Ｗ角部に形成された光軌Ｍを撮像する撮像手段２と、出力手段４と、制御装置３とを備えた鋼材表面欠陥の検査装置Ｋにより、鋼材Ｗ角部にスリット状光線Ｌを傾斜させて照射し、それを撮像手段２により撮像し、その撮像画像を制御装置３によりパターンマッチングなどにより解析して表面欠陥の有無を判定するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼材表面欠陥の検査方法および検査装置に関する。さらに詳しくは、圧延等により製造される鋼材の特にエッジ部分における表面欠陥の有無を精度良く検査することが可能な鋼材表面欠陥の検査方法および検査装置に関する。

圧延ラインにおける鋼材の圧延において発生する表面欠陥検査は、従来、オペレータによる目視検査やレーザ光等を利用した光学式検査により行われている。

前記目視検査は、被検材のラインスピードが一定速度以上となると見逃しが多くなり、有効な検査が行えなくなるため、光学式検査にて精度良く欠陥を検出するための検査装置や検査方法について各種提案がなされている。

例えば特許文献１には、帯鋼の幅方向に光線を照射して、その反射光を撮像することによって表面疵を検出する疵検出装置の一例が提案されている。特許文献２には、ＵＯ鋼管の溶接部表面の疵を光学式に検査する方法の一例が提案されている。特許文献３には、試料のエッジを構成する２面にライン状の光源を材料長手方向に２本照射して、そのラインをＣＣＤラインセンサで撮像し、撮像されたラインの変形からエッジ部の疵の有無を検査する方法の一例が提案されている。

しかしながら、特許文献１の提案に係る疵検出装置は、帯鋼表面の疵を検出するものであるため、例えば鋼材のエッジ部にある疵を検出することはできないといった問題がある。特許文献２の提案に係る検査方法では、光線が疵部分の陰で切断された場合に正確に判定することができなくなるといった問題がある。特許文献３の提案に係る検査方法は、試料を搬送しつつ検査する場合などにエッジの位置が変化すると、２本のラインマーカがエッジ部分から外れてしまい精度良く検査ができないといった問題がある。
特開平２−３８９５２号公報 特開平８−４９８４５号公報 特開平１１−１０８６３９号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、鋼材の表面欠陥、特に鋼材のエッジ部(角部)における表面欠陥をエッジ部の多少の変位にかかわらず精度良く検査することが可能な鋼材表面欠陥の検査方法および検査装置を提供することを目的としている。

本発明の鋼材表面欠陥の検査方法は、鋼材の表面欠陥を光学式にて検査する鋼材表面欠陥の検査方法であって、鋼材角部にスリット状光線を傾斜させて照射する手順と、前記光線により前記鋼材角部に形成された光軌を撮像する手順と、前記撮像画像を解析して表面欠陥の有無を判定する手順とを含んでいることを特徴とする。

本発明の鋼材表面欠陥の検査方法においては、前記解析が、例えば隣接画像間のパターンマッチングを取り、そのマッチングの度合いを演算するものとされる。

本発明の鋼材表面欠陥の検査装置は、鋼材の表面欠陥を光学式にて検査する鋼材表面欠陥検査装置であって、鋼材角部にスリット状光線を傾斜させて照射する照射手段と、前記光線により前記鋼材角部に形成された光軌を撮像する撮像手段と、出力手段と、制御装置とを備え、前記制御装置が、頂点位置演算処理部と評価対象エリア設定処理部と欠陥有無判定処理部とを有し、前記頂点位置演算処理部が前記撮像手段の撮像画像から頂点位置を演算し、前記評価対象エリア設定処理部が得られた頂点位置を基準に評価対象エリアを設定し、前記欠陥有無判定処理部が前記評価対象エリア内の光軌の映像に基づいて表面欠陥の有無を判定することを特徴とする。

本発明の鋼材表面欠陥の検査装置においては、照射手段と撮像手段が冷却ボックスに収納されてなるのが好ましい。その場合、前記冷却ボックスにパージエア噴射部が形成されてなるのがさらに好ましい。

本発明によれば、構成の簡素化を図りながら、鋼材角部の表面欠陥を精度よく検出できる。また、照射手段と撮像手段が冷却ボックスに収納されてなる好ましい形態によれば、熱間材角部の表面欠陥を精度よく検出できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る鋼材表面欠陥の検査方法に適用される検査装置を模式的に示す。

鋼材表面欠陥の検査装置（以下、単に検査装置という）Ｋは、圧延ライン上で搬送装置（不図示である）により搬送されるビレット、ブルームといった鋼材Ｗに、いわゆるコーナ割れなどの表面欠陥が存在しないかを検査するものとされる。

検査装置Ｋは、具体的には、鋼材Ｗの検査部位、ここではエッジ部分もしくはコーナにスリット状の光線Ｌを照射するラインマーカ(照射手段)１と、ＣＣＤカメラからなるエリアセンサ(撮像手段)２と、制御装置３と、出力装置(出力手段)４とを主要構成要素として備えてなる。

ここで、ラインマーカ１とＣＣＤカメラからなるエリアセンサ２とから構成される検出部は、鋼材Ｗからの輻射熱による損傷を避けるため、空冷または水冷式の冷却ボックスＢに収納されている。また、冷却ボックスＢ底面には、図示はされていないが、ラインマーカ１に対応させて照射窓が設けられ、かつエリアセンサ２に対応させて撮影窓が設けられ、そして前面底部には鋼材Ｗ表面のスケールなどを除去するパージエアを噴出するエア噴射部Ｂａが設けられている。

また、鋼材Ｗは、圧延ライン上を所定速度で長手方向、すなわちコーナの延びる方向に搬送されるものとされる。

ラインマーカ１は、例えばレーザマーカから構成され、鋼材Ｗの検査部位であるコーナに鋼材Ｗの長手方向と直交する向きのスリット状の光線Ｌを照射する。このとき、光線Ｌが鋼材Ｗ表面に描く光軌（以下、マークという）Ｍが、鋼材Ｗの長手方向と垂直な方向から見て、くの字形、もしくは左右が反転した逆くの字形となるように、鋼材Ｗの表面に対してその長手方向に所定角度傾いた方向から光線Ｌを照射する。

エリアセンサ２は、ラインマーカ１とは別角度、例えば鋼材Ｗの長手方向と垂直な向きから、マークＭを所定の時間間隔で連続的に撮像する。これにより、コーナが延びる方向の各位置でマークＭが連続的に撮像される。この場合、エリアセンサ２のレンズのまえには、ラインマーカ１からの反射光のみを透過させるバンドパスフィルタが装着されるのが好ましい。

制御装置３は、例えばパーソナルコンピュータから構成され、エリアセンサ２によって撮像されたマークＭの画像に基づきコーナの頂点の位置を求める頂点位置演算処理をなす頂点位置演算処理部３１と、頂点近傍の所定範囲のエリアを評価対象エリアとして設定する評価対象エリア設定処理をなす評価対象エリア設定処理部３２と、評価対象エリア内のマークＭの性状から表面欠陥の有無を判定する欠陥有無判定処理をなす欠陥有無判定処理部３３と、欠陥有無判定処理部３３による判定結果に応じて圧延条件（圧延速度等）を再調整することができるように、所定の情報を出力する判定結果出力処理をなす判定結果出力処理部３４とを有するものとされる。なお、このような各処理部は、パーソナルコンピュータに対応するプログラムを格納することによって実現される。

頂点位置演算処理部３１の頂点位置演算処理においては、図２に示すように、点線ａにより示すような断面を有する鋼材Ｗについて、くの字状のマークＭの２本の直線部分ｂ、ｃを近似する直線ｄ、ｅの交点としてコーナの頂点ｆが求められる。

評価対象エリア設定処理部３２の評価対象エリア設定処理では、頂点ｆ近傍の所定範囲のエリア、図示例では矩形のエリアｇが評価対象エリアとして設定される。より具体的には、頂点ｆを基準とし鋼材Ｗのサイズから求められるコーナ視野(例えば鋼材Ｗの幅の２０％)となるようにして評価対象エリアｇが設定される。

欠陥有無判定処理部３３の欠陥有無判定処理では、評価対象エリアｇに含まれる部分のマークＭの画像が抽出され、その性状から表面欠陥の有無が判定される。基本的には、マークＭの断線、変形、分離の有無をエリアセンサ２により撮像された各画像の間のパターンマッチングにより判定することで、表面欠陥の有無を判定するものとされる。

判定結果出力処理部３４の判定結果情報出力処理では、所定程度（頻度、個数、欠陥の大きさ）以上の表面欠陥が検出されたときに、出力装置４例えば警報装置に警報を発するよう指示する信号が出力される。

出力装置４は、前記警報装置の他、プリンタ、表示装置などとされる。

以下、実施例に基づいて、欠陥有無判定処理の詳細を説明する。

図３に示すように、鋼材Ｗの長手方向（搬送方向、図に矢印ｈで示す）に対して角度θ（＝４５°）傾いた方向からコーナＷｃにラインマーカ１によってライン状の光線Ｌを照射し、これにより描かれるマークをエリアセンサ２によって鋼材Ｗの長手方向に対して垂直な方向から撮像した。

ここで、エリアセンサ２による測定条件は以下の通りである。

測定距離：１０００ｍｍ、視野：約２００（Ｈ）×１５０（Ｖ）、材料温度：８００〜１２００℃、上下動Ｎ_１（コーナのエリアセンサ２に対する相対変位）：約２０ｍｍ、撮像周期：６０フレーム／sec。

また、ラインマーカ１として用いたレーザマーカのスペックは以下の通りである。

波長：６８５ｎｍ、ライン長さ：１５０ｍｍ、照射距離Ｎ_２：１５００ｍｍ、ライン幅：１ｍｍ。

また、エリアセンサ２として用いた２次元ＣＣＤカメラのスペックは以下の通りである。

画素数：６４８（Ｈ）×４９４（Ｖ）、分解能：０．３ｍｍ／pixel、フィルタ：バンドパスフィルタ（６８５ｎｍ）。

図４に、前記条件の下で、エリアセンサ２により所定の時間間隔で撮像した画像を抜粋して示す。ここでは、鋼材Ｗについて撮像開始から、３フレーム目（同図（ａ）参照）、４フレーム目（同図（ｂ）参照）、５フレーム目（同図（ｃ）参照）、１５フレーム目（同図（ｄ）参照）、１６フレーム目（同図（ｅ）参照）、１７フレーム目（同図（ｆ）参照）の各画像を示す。これら各フレーム３，４，５，１５，１６，１７について、直前のフレームとの間でマークＭの像（各図に白地部分で示されている）のパターンマッチングを実行した結果、符合率は、それぞれ６５％、４２％、２８％、４６％、３３％、３６％であった。

この結果より、表面欠陥が存在する場合（同図（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）の場合）は、符合率が５０％を下回ることがわかる。

図５に、実施例における１フレーム目から２３フレーム目までの符合率の変化を示す。同図において破線Ａ，Ｂ，Ｃにより囲んだ部分は、符合率が５０％を下回っており、このことより、これらの部分Ａ，Ｂ，Ｃに表面欠陥が存在することが推定される。また、目視によりその部分を検査した結果、その対応位置に表面欠陥の存在が確認された。

以上説明したように、前記実施形態および実施例の鋼材表面欠陥の検査装置Ｋは、検出部が例えばレーザマーカからなるラインマーカ１およびＣＣＤカメラからなるエリアセンサ２といった光学機器から構成され、非接触式にて鋼材表面欠陥の有無を検査するものとされる。したがって、センサと被検材との距離を長く取ることが可能であり、例えば熱間材の表面欠陥を検出することが可能となる。

また、ラインマーカ１により鋼材Ｗの長手方向（コーナが延びる方向）に直交するライン状の光線Ｌを照射して表面欠陥の有無を検査するので、搬送等の影響でコーナの位置が上下（ラインマーカ１およびエリアセンサ２を鋼材Ｗの上方に配する場合）に変位してもその影響をほとんど受けることなく、正確に表面欠陥の有無を判定することができる。また、左右の変位に対しても通常光線Ｌが十分に長いことからその影響をほとんど受けることなく、正確に表面欠陥の有無を判定することができる。

また、検査過程で欠陥の有無のみならずコーナの頂点の位置が検出される（頂点位置演算処理）。したがって、コーナ位置を検出するためのセンサ類を省略することが可能となり、システムの簡素化が図れる。

その上、欠陥有無判定処理においてはライン（マークＭ）の断線、変形、分離等を前後の画像におけるマークＭのパターンマッチングにより欠陥の有無を判定するものとされる。したがって、マークＭの映像が変化したときに、その変化が、形状起因の変化なのか欠陥起因の変化なのかを判定することが可能となる。というのは、例えばある基準個所における正常部位のマークＭの映像を基準として、それとのパターンマッチングにより表面欠陥の有無を判定するものとすれば、コーナの変位によりマークＭの映像も変位して符合率は低下する。そのため、欠陥の無い個所を誤って欠陥があるものと誤検出し、正確な検査ができなくなるからである。

このように、絶対的な基準を用いるのではなく、コーナが延びる方向の前後の画像を比較対照して表面欠陥の有無を判定するものとされることによって、より正確に表面欠陥の有無を判定することが可能となる。

本発明は、鋼材の表面欠陥、特にそのコーナに存在する欠陥を検査する場合に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼材表面欠陥の検査装置の模式図である。 同装置における欠陥判定の原理を示す概念図である。 本発明の一実施例における検出原理の説明図である。 同実施例による撮像画像を抜粋して示す写真図である。 同実施例においてパターンマッチングを実施した結果を示すグラフ図である。

符号の説明

Ｋ 鋼材表面欠陥検査装置
Ｂ 冷却ボックス
Ｌ 光線
Ｍ マーク
Ｗ 鋼材
１ ラインマーカ
２ エリアセンサ
３ 制御装置
３１ 頂点位置演算処理部
３２ 評価対象エリア設定処理部
３３ 欠陥有無判定処理部
３４ 判定結果出力処理部
４ 出力装置

Claims (5)

1. 鋼材の表面欠陥を光学式にて検査する鋼材表面欠陥の検査方法であって、
   鋼材角部にスリット状光線を傾斜させて照射する手順と、
   前記光線により前記鋼材角部に形成された光軌を撮像する手順と、
   前記撮像画像を解析して表面欠陥の有無を判定する手順
   とを含んでいることを特徴とする鋼材表面欠陥の検査方法。
2. 前記解析が、隣接画像間のパターンマッチングを取り、そのマッチングの度合いを演算するものであることを特徴とする請求項１記載の鋼材表面欠陥の検査方法。
3. 鋼材の表面欠陥を光学式にて検査する鋼材表面欠陥検査装置であって、
   鋼材角部にスリット状光線を傾斜させて照射する照射手段と、前記光線により前記鋼材角部に形成された光軌を撮像する撮像手段と、出力手段と、制御装置とを備え、
   前記制御装置が、頂点位置演算処理部と評価対象エリア設定処理部と欠陥有無判定処理部とを有し、
   前記頂点位置演算処理部が前記撮像手段の撮像画像から頂点位置を演算し、前記評価対象エリア設定処理部が得られた頂点位置を基準に評価対象エリアを設定し、前記欠陥有無判定処理部が前記評価対象エリア内の光軌の映像に基づいて表面欠陥の有無を判定する
   ことを特徴とする鋼材表面欠陥の検査装置。
4. 照射手段と撮像手段が冷却ボックスに収納されてなることを特徴とする請求項３記載の
   鋼材表面欠陥の検査装置。
5. 前記冷却ボックスにパージエア噴射部が形成されてなることを特徴とする請求項４記載の鋼材表面欠陥の検査装置。
   

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