JP2006510876A - 圧延・引き抜き金属棒等工作物の表面傷検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

本発明は金属棒の表面の傷を伴う問題と同時に、不破壊表面傷検出のために金属棒に金属平面検査システムを適用に伴う問題解決に向けられる。特に設計された画像化システムは、それは計算ユニット、線ライトと高データ率線スキャンカメラよりなり、上記の目的のために開発された。目標の応用例は、（１）横断面が単一の形状である時、周辺長/横断面割合は４．２５より小さく、（２）その横断面が円、楕円、又は、多角形であり、（３）横断面削減工程で製造される金属棒である。その金属は鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、青銅、チタニウム、ニッケル、及びその他、及び/又はその合金であっても良い。その金属棒は製造時の温度であってもよい。

Description

本発明はアメリカ連邦標準技術局(NIST)により与えられた共同合意0NANBOH3014の下で米国政府の援助にて行なわれた。

本出願は２００２年３月１２日出願の米国仮出願60/430549の恩恵を宣言し、その発表は全体に渡り参照としてこの中に組み込まれる。

本発明は一般的に、圧延/引き抜き金属棒等の工作物の詳細表面を画像化する画像化システムに関する。

圧延又は引抜き等の機械的工程により、金属棒が製造されていることが知られている。その金属棒は金属スラブ、ブルーム、ストリップ（以下、金属フラット）と異なっており、その棒の断面は、その棒が長手方向に向かって動作する間、長手軸の回りを回転/捻れるという、小さな周辺/断面積比率を持っている。例えば、図２に見られる棒形状は、断面区域が与えられた形状に対して単一である時、4.25以下の断面積に対する周辺割合を持つ。金属棒の断面形状は図２の様に、円形、楕円形、又は、六角形、八角形のような多角形であっても良い。このタイプの金属棒は一般的に、関連工業の中で「平らな製品」より「長い製品」として呼ばれる。この開示の中で使用され、以下、削減工程と呼ばれるような圧延、引抜き、押し出し等は、ローラーと引抜きダイス等の適用工具と工作物の機械的接触を通して金属工作物の切断面積を減少するための方法について記述している。これらの削減工程は、事実上、一般的に絶え間なく続く。

金属製造工業において、表面傷が存在するかどうかは金属製品を査定する時に関連する評価基準である。例えば、表面傷は金属棒業界で（例えば、消費者に拒否される）外部の拒否の半分を占める。しかし、従来技術はそのような傷を検出するための確かな方法を提供していなかった。ここに、従来の検査の取り組みが克服できなかったいくつかの挑戦がある。

第一に、金属棒が熱い間に検査が起こる場合、温度は1,100℃まで上昇し、幾多の検査技術を妨げている。第二に、上述したその金属棒の移動速さは、現在では100m/sで、最速の金属片の数倍の速さで、金属スラブ又はブルームの100倍近い早さである。更に、近い将来スピードの増加は150m/sから200m/sの範囲になると見込まれている。従来の検査手法ではその高速移動に適応できない。第三に、上記のような高温金属棒は、一般的に、その棒が修繕できないという部分的な導管に限定される。従って、修繕は熱い高速金属棒が導管の外側を自由に流れる出来事である。従って、検査装置のためのスペースは非常に限定されている。

それが鋳型又は圧延金属フラット検査のための幾多の画像化の取り組みに適用されることが知られている一方、画像化技術は従来、長い製品（金属棒等）の検査に使用されている。従来の画像化システムは、金属棒等の検査への使用が可能であると信じられていないのは、金属棒の形状は、平面上の傷を増大して捉えるために使用される照明と画像化設計を無効にするからである。図４は平面工作物対円形工作物での照明と画像獲得に適用するの違いを表している。平面でない工作物について、目的物は平面を持たない時、光学配列と光学作動範囲の自由は消滅する。例えば、画像線と照明線は、ライト又はカメラが傾いている時、図４に例示されるように重なり合わない。その上、典型的な金属棒は金属フラットより高温である。物体の熱の消失は、周囲の空気又は水噴射のような冷却メディアに曝される面積に比例する。フラット及び棒は同材料からできていて、平面と棒の両方は同長手方向ユニット密度と切断面を持つことを仮定すれば、金属フラットの面積は金属棒より数倍大きい。

しかしながら、その削減工程において、棒ゲージ測定/制御（影の測定）、棒存在/現存及び、棒移動スピード測定のために画像に基づく装置を採用することが知られている。

長い製品の査定で、渦電流に基づく装置のような電磁装置を使用することも知られている。渦電流に基づく感知システムはインライン検査のための削減工程中の表面不完全部の検出のために使用される。この取り組みは高い応答率をもっており、（毎分熱鉄鋼棒の１キロメーターの）高処理能力製造ライン環境の中で機能できる。しかし、この取り組みにはいくつかの欠点がある。第一に熱い表面に非常に接近しなければならない（一般的に2.5mmより小さい）。従って、それは振動に敏感で、温度にも敏感である。更に、検出傷の様子を述べることができないように、定量的でない。最終的に、渦電流の取り組みはあるタイプの傷の検出はできない。従って、渦電流装置からの検査結果は、特定製品の質に関する決定論的な判断として、金属工業には使用されない。むしろ、渦電流基礎装置の出力は只の例として、工程制御の目的のための削減工程の中で「このスチールのバッチは先週製造のバッチより更に悪い」というような定性分析のみに使用される。

この技術で試された他の取り組みは、超音波検出である。これは渦電流センサーを超音波センサーに替える取り組みである。しかしながら、短動作距離のような渦電流基礎装置につき物と考えられる多くの制限は等分の力を適用する。

この技術の中で使用される他の検査技術は、磁気浸透剤、周辺フラックス及び誘導加熱を伴った赤外線結像を含む。しかし、これらの技術の使用は制限される。第一に、これらの技術は「冷たい」金属棒にしか使用できない。すなわち、これらの技術は熱間圧延中又は直後のインライン検査に使用できないと同時に、検査前湯垢を落とさなければならない。加えて、電磁浸透剤は面倒で、厄介である。この工程は一般的に、自動画像化と検出の代わりに紫外線照明による人間の観察に頼る。周辺フラックス装置は回転検出ヘッドを持って設計される渦電流基礎ユニットである。その回転機構は一般的に高速移動速度、約3m/sで使用され、この金属棒検査装置の適用を制限する。この種の装置も動作検出ヘッド設計により高価である。誘導加熱と赤外線による画像化は、誘導電流が金属棒の表面でのみ作り出され、金属棒の表面傷はその結果、より高い電気抵抗になるという事実に基づいている。したがって、表面傷を持った点は他の区域より早く熱せられる。この取り組みに関する問題点は（a）このような加熱は一時的な影響であり、このタイミング（画像化までの時間）は大変重要であり、（ｂ）赤外線センサーは高データ率としては使用できず、したがって、高速移動を伴う金属棒をサポートできない。
ということである。

勿論、検査は金属棒製造の後も可能である。しかしながら、製造後の検査は、製品は非常に長く、巻かれており、棒表面を冷間検査技術に適さなくさせるので、可能でない場合がある。

現在は、削減工程で製造されるリアルタイムな金属棒検査は非常に限定されている。たとえ、傷の信号は従来のインライン渦電流検査システムにより知らされても、一般的に、金属棒は製造者から消費者に出荷される。消費者のクレームは、金属棒製品の上の表面傷はすぐには現れず、３から６ヶ月後に発生する。その費用は金属棒供給者にかかる（すなわち製造者）。金属棒供給者は、コイル/バッチ、又は、金属棒コイル/バッチから製造される部品を検査するための追加の労力の代りに消費者に払い戻す。

したがって、一つ以上の問題を最少にするかなくすための装置と方法の必要性を以下に述べる。

これが圧延/引抜き金属棒の表面傷を検出するインライン又はオフラインで使用されることが画像化に基づく装置のために適当であり、従来の取り組みに関与する前述の一つ又は多数の問題を克服するための本発明の目的である。

本発明は画像化システムの使用を通して金属棒の上の表面傷の非破壊検査ための金属棒への金属平面検査システムの適用に伴う問題と同時に、従来の金属棒検査システムに関する一つ以上の問題を解決することを目指している。

本発明の一つの長所は、それが上記の特徴を持った金属棒の製造に効果的に使用され、すなわち、製造温度で、自己放出放射線を作り出す十分な熱さと同時にこれらは長手軸に関連する回転に従い、超高速で移動するかもしれない。本発明の他の長所は（１）非平面上の傷の画像化と検出の効果的利用、（２）温度に関係ない金属棒検査の利用、（３）100m/s以上のスピードで移動する金属棒検査の使用、（４）金属表面への動作距離の増加させ、渦電流基礎装置の背景内に発生する問題の最小化又は除去、（５）変化可能な傷箇所画像を備えた定量データより成る出力の供給、（６）表面に湯垢生成以前の工作物の検査、（７）一時的効果に影響されない又は信頼する削減工程で（削減の間またはラインの最後）全ての段階での検査に使用される適切さ、（８）リアルタイムまたはそれに近い表面品質情報、（９）動作する検出ヘッドのないシステムの提供、従って、背景の中に述べられた動作する構成部品の問題の最小化及び除去、及び（１０）金属棒導管部の間の機能する可能性のある非常に小さいギャップ（50mmより小さい）を必要とするシステムの提供、を含む。しかし、装置及び/又は方法は前述のそれぞれを、又はそれの大部分を持つ必要がない。その発明は追加請求項のみに限定される。

システムが長手軸に沿って伸びる細長い棒の画像化のために提供される。そのシステムは画像獲得組立て、線ライト組立て及び計算ユニットを含む。画像獲得組立ては、画像帯を決定するために、棒の表面の周辺に渡り、第一の所定幅を画像化するために構成された視野を持っている。画像獲得装置は更に、獲得した画像帯に対応する画像データを作り出すために構成される。

線ライト組立てはその棒の表面上への第二の所定幅を持つ光線帯を投影させるように構成される。ライト線組立ては、画像帯が光線帯の中にあるような画像獲得装置に関連し、一直線上に配置される。更に、光が各画像獲得センサーにより集められた時に、光量は画像帯に沿って実質的に単一であるように、ライト線組立ては構成される。

最後に、計算ユニットは画像獲得組立てと組み合わされ、その棒が長手軸に沿って動く時に、画像獲得装置により獲得された複数の画像帯の画像データを受信するように構成される。更に、計算ユニットは棒の所定の表面の特徴を検出する画像データを処理するよう構成される。好ましい実施例では、検出される特徴は表面の傷で、画像獲得組立てはｎ個のデジタルカメラを含んでおり、ここでｎは３以上の整数であり、結合されたカメラの視野は、画像帯に対応するように配列される。

本発明は添付図面を参照し、例示を持ってここに詳細に述べられる。

本発明は金属棒が圧延、引抜き等（背景技術に記載された減少工程）される時の金属棒の表面傷の自動検査をさせる。図１は本発明に伴う好ましい実施例を図示する。

図面へのキーになる本発明の詳細の記述に移る前に、一般的概観を示す。本発明は次の特徴を持つ。
１．異なる切断面形状での削減工程により製造される金属棒のための作業能力
２．１６５０℃までの温度でインライン金属棒のための作業能力
３．１００m/ｓ以上で移動する金属棒のための作業能力
４．限界寸法０．０２５mmの表面傷検出能力
５．寸法、（棒上の）位置、画像その他等の傷本質の報告能力
６．例として、最少調整５mmから２５０mmまでの異なった棒サイズに対応する能力
７．リアルタイム又はリアルタイムに近い検査結果を提供する能力、
８．目標物への（５０mmより小さい）小窓を持つ作業能力
９．検査中動かない部品、及び
１０．商業、重工業金属製造工場での連続操業

図１は本発明に従ったシステムの単純化した概略図及びブロック図である。図１は最少一つの光源２、光導管４、複数の線ライト６と関連する複数の光学ブースター８を含む線ライト組立を示す。図１は更に、計算ユニット１０及び各々対応するレンズ１４を持つ複数のカメラ１２を含む画像獲得組立を示している。

続けて図１を参照すると、長手方向に沿い伸びる延伸金属棒１６のような、検査された工作物又は目的物が、棒１６が削減工程を抜ける間、１００m/sかそれ以上の速さで長手軸方向２０に沿い動作するのが見られる。金属棒１６は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウムチタニウム、ニッケル、銅、青銅、及びその他合金、及び/又はその合金より成るグループから選択された一つより形成される。その金属棒は中身があってもなくともよい。図１に見られないが図５の中の導管２４として詳細図にあるように、一般的にその種の金属棒１６は導管の内側を移動する。図５に見られるギャップ２６は二つの近隣導管２４間で定義され、そして、例えば、金属棒１６の高速通過のために軸方向に約20から50mmで、概ね大変小さい。その金属棒１６は、例えば熱間圧延工程では1,100度の上昇温度と理解される。形状の決まった金属棒１６は、図１の方向２０に移動する時、矢印２１で指示される長手軸の回りを、捻れる/回転する傾向がある。回転の可能性は、他の部材で、従来の画像化システムでは問題を提起した。以下の詳細図で記述するように、本発明はねじれ及び/又は回転に強固な画像化システムを提供することでこの問題を克服する。

棒１６の表面傷を検出するために、本発明に従った画像化システムは、以下に記述されるように、ある特徴を持って提供される。続けて図１を参照すると、その画像化システムは、画像獲得組立を含んでおり、それは、n個の画像化カメラ１２より成り、ここで、nは整数３以上が好ましい。パラメーターnは以下に述べられる解析に基づき、３以上選択される。各カメラ１２は棒１６の表面全体を映し出すために最少１２０度の円周スパンをカバーするように配列される。すなわち、画像獲得組立は、画像ベルト１８を明確化するために、棒１６表面の周辺全体を映し出すために形成された合成又は結合された視点を持つ。更に述べると、画像獲得組立は画像ベルト１８に基づく画像データを製造するために、構成される。カメラの個数であるパラメーターnの解析は次に述べられる。

図６に見られるように、カメラ１２に連携するレギュラーレンズ１４は、レンズ１４の焦点から棒１６の表面へ視野２８の二本の接線より形成される視角（視野）を持つ。この視角は、図６に示されるように平らでない表面に映し出されると、１８０°より小さいカバー状態３０になり、レンズがテレセントリックでない場合、只二つのレンズ/カメラユニットで、３６０°をカバーするのは不十分である。

図７はテレセントリックレンズ１４の配列を示す。真のテレセントリックレンズ、それは平行な視界のラインを集めるが、使用されたとしても種々のアーク長のため、２レンズ/カメラシステムとして実用的ではない。特に、視界の線２８はレンズ１４にテレセントリックレンズ１４’を付加して平行になる。この場合、周辺カバー区域３０は３６０°である。理論的に言うと、円形棒１６の全体表面は只二つのレンズ/カメラユニットを使用しカバーされるはずである。しかし、上記に関して単一でない画素サイズが問題に上がることが暗示される。

図８に示すとおり、視界３４の等間隔の線は、複数の画素を持つ等間隔の画像化センサー３２から源を発するが、画素から画素までの、棒１６の表面の不規則なアーク長３６に結果としてなるかもしれない。等距離間隔はCCDチップのように画像化センサー上の典型的配列である。アーク長３６は以下のような方程式（１）を使用し計算される。

方程式（１）： S=p/cos (θ)
ここで、Ｓは所定の位置の画素へ位置付けられたアーク長３６であり、pは画素列又は画素サイズのピッチであり、θは起源となる投影角であり、
方程式（２）： θ=arcsin(y/r), y≦rの時、及び、rは金属棒１６の半径
より導き出される。

図８より、y→r時、θ→９０°。θ→９０°時、Ｓアーク長３６は、方程式（１）に基づき無限大に接近する。実際、Ｓはまだ有限数である。しかし、Ｓは実質的にｐ、つまり、画素サイズより（数倍）大きい。すなわち、この処理は実行不可能なので、この区域の画像解像度は劣化する。同様なアーク長解析は図８の下半分に適用され、この場合、y→-rである。

三つのカメラでは、θは６０°で確定する。θが６０°の時、Ｓすなわちアークライン３６（図８の１２時と６時の位置）は２ｐのみであり、画像解像度は受け入れられ、制御できる劣化である。より良い画像解析度が望まれれば、四台のカメラ又は五台のカメラ又はそれ以上が使用されてもよい（すなわち、上記参照のパラメーターｎが整数４、５、又はそれ以上である）。図１に示されたように、レンズ１４/カメラ１２の組合せは円形路２２に沿って置かれるように配列され、模範的金属棒１６の円形形状と同軸であり、各レンズ１４から近接の金属表面までの距離である動作距離は、レンズ/カメラの組合せと同様かそれに近い。金属棒が円形でなくても経路２２は円形であり、概ね同様な製造ラインの目的として、多角形にも言える。当業者は経路２２が望まれれば、実際の棒形状に一致させるようにされるということを認識する。

金属棒１６の超高移動速度に適応可能にさせるために、高データ率カメラ１２が使用される。従って、そのカメラ１２は計算ユニット１０へのデジタル出力を備えるデジタルカメラが望ましい。このデジタル出力フォーマットは信号の信頼率のために過酷な環境でも使用できる事が望ましい。このデジタルフォーマット画像信号は、（ファイヤーワイヤーとしても知られる）ＩＥＥＥ−１３９４、カメラリンク又はＵＳＢポート、又はフレームグラバーとして知られる特別なインターフェイス、のような標準通信チャンネルを通して、計算ユニット１０により受信される。各カメラ１２は傷の形状0.025mmx0.5mmが認識される様に、1000万（10メガ）画素数/秒を生成できることが好ましい。しかしながら、より大きい特徴を検出するため、解像度を下げ、したがって、（画素数/秒の）データー率を下げることが必要である。棒１６が早く動作しない時、例え進歩的（組合せでない）区域走査カメラが使用されても、線走査カメラの方が好ましい。線走査カメラは照明の面積でなく、照明の線を必要とするので、線カメラは面走査カメラに対して長所を持つ。これは平らでない表面により原因となる照明の複雑さを単純化する。線走査を使用する場合、図１の全カメラは、その画像化線は棒１６上に、円周リング、画像帯１８を形成するというように、配列される。この配列は捻れ及び/又は回転（品目２１）を処理するために必要である。この配列がとられない場合、捻れ又は回転動作は結果として棒表面の十分なカバーができない。

再び、図１に戻ると、各カメラは棒表面から反射した光を集めるためのレンズ１４を所有する。テレセントリックレンズ（図７中の平行光線を集めるレンズ）は、たとえ標準レンズが使用できても、単一アーク長さの分布のために好ましい。加えて、カメラ１２は、露出を制御するためのレンズ絞りを含むように構成されており、更に、（もし、含まれるなら）この中に焦点/領域の深度を促進するためにセットする所定のレンズ絞りが構成されることが好ましい。

更に図１を参照すると、本発明の画像化システムは金属棒１６の表面上の光線を投影するために形成された光線組立ても更に含む。好ましくは、光線組立ては複数の線ライト６を含む。これらの線ライト６はレーザー等の独立した光源であるか、図１中の光ファイバーライト光伝達装置であってもよい。光伝達装置は図１のように、少なくとも一つの光源として働く。より高い光密度が照明として必要とされる場合、二つ以上の光源が使用される。超高速で動作する金属棒１６のために、カメラが比較的短い露出時間に等しい超高速ライン/フレーム率のために軽量であることが熱望される。従って、光学ブースター８は各線ライトに光を集中させ、光量を増加させるために使用される。このブースター８は円筒レンズもしくはセミ円筒レンズでもよい。温度上昇した金属棒１６に本発明に伴う画像化システムを使用するには、線ライトとブースターはこのような上昇温度に耐えるために特別な材料から作り出されなければならぬ。例えば線ライト６はこの目的にかなうためにそれ自身のガラス窓を持つように構成されても良い。光ファイバー線ライトの場合、そのファイバーを結びつける材料は、高温度エポキシーのように高温度に耐えなければならない。ブースター８も高温に耐えうる材料から製造されなければならない。使用できる材料はガラス、パイレックス（登録商標）、クリスタル、サファイヤー等を含む。

図９は図１の好ましい実施例の平面図である。ライトを渇望するので、線ライトとカメラ間の配列が重要である。図９に示されるように、削減工程の後の、例えば、湯垢取り除き工程は反射表面として処理される。従って、方程式３中で述べられる光学法則は
方程式３ 入射角＝反射角

方程式３は、複数のカメラ１２で捕らえられた反射光を最大化するための好ましい実施例に使用される。各線ライト６は光線４０を放出し、それはブースター８により増大され、金属棒１６の表面に投影される。光線４０は光線４２へ反射し、レンズ１４、最終的にカメラ１２に受け入れられる。図９で金属棒１６が方向２０へ移動することに注目のこと。投影及び反射する光線４０及び４２は金属棒１６の表面への法線により均等に分割された角度４４を形成する。この角度４４は、上述の照明問題、即ち、図４に描かれた様に平らでない表面と関連する問題のために、できるだけ小さくなければならない。図４でライト線１８’と画像化ライン１８は平らでない表面では重なり合わない。理想的ケースは図９の角度４４は０°である。これはビームスピリッターを使用した時に限り可能であり、そのシステムは例えばビームスピリッターを使用すると、本来の力が損失し、光を渇望している時、そうすることは実用的でない。最高効率ビームスピリッターは伝達損失０％と見込めば、２５％達成できる。したがって、好ましくは、角度４４は、約１°が理想であるように選択される。必要ならば、小角４４のために反射鏡３８はカメラとライトの覆いを助けるために使用される。これがこの応用例で線走査カメラを使用する他の理由である。線走査カメラは、５から３０ミクロンのような小さな幅の画像路４２のみを必要とする。角度４４は小画像路の特徴を持ち非常に小さく保たれる。

図１０は図９の照明設置の部分の詳細図を示す。上述したように、ビームスピリッターが使用されなければ、角度４４は０°にはならない。従って、角線ライト６は重要な幅W（図１０の記号４１）を持つ。図１０中に、金属棒１６は中心線４６を持つのが見える。線４８は棒表面の６０°のマークを指示し、それは、図１０に見られるように、棒の左手の垂直な境界から始まっており、右に伸びている。一つのカメラはこの６０°線４８の金属棒上側半分の画像化ができるに違いない。三台のカメラの実施例の中に、上記計算が成り立つ。それ以上の台数のカメラが使用される場合、４台カメラシステムでは４５°を示し、５台のカメラでは３６°等。左右対称に設計されれば、そのカメラは６０°で金属棒１６の下半分も画像化できる。このカバー状態を達成するために、ライト線幅Wは以下の閾値より大きくなければならない。
方程式４：W≧２・ｒ・（１−cos60°）・sinα

ここでｒは棒半径でαは入射角（角度４４の半分）。本発明の画像化システムで３台以外のカメラ数が使用される場合、６０°は他の角度で取り替えられる。この意向は、更に、図１１に示され、ライト線４０によりカバーされているが、画像線のカーブは明らかに異なっている。換言すると、画像獲得組立ては（即ち、好ましい実施例の複数のカメラ）は棒１６の表面全体を超える第一の所定幅を持つ画像帯１８を捉える。線ライト組立ては（即ち、好ましい実施例の中の複数の線ライト源）は第二の所定幅を持つ棒１６の表面上にライト線を投影する。線ライト組立ては、その画像帯はライト線帯の中に落ちるように画像獲得組立てに関連して配置、整列される。上述のようにして、非平面の問題は克服される。

更に、点をカバーするカメラへの棒表面点から反射される光量は（図１の）画像帯１８の上のすべての点で同一であるようにこれらの線ライトは置かれなければならない。更に詳細は図１２に見られる。全照明は方程式３の法則に従わねばならぬ。図１２は一台のカメラ用の配置を示す。その配置が本発明の画像化システムに使用される他のカメラにコピーされることが推奨される。方程式３に基づき、入射光線４０と反射光線４２により形成される角度は、表面の線５０により等分される。好ましくは、図１２の様に、照明５２は曲面を含んでも良い。照明５２はその投影した（放出点の曲面に垂直な）光線は方程式３に基づき、棒１６の表面によりカメラ１２内の画像化センサーとレンズ１４へ反射される。曲線５２は円形曲線の必要がないことに注意。この曲線５２は棒１６（すなわちターゲット）表面間との距離による。棒が円形でない場合、曲線５２はなめらかなカーブではない。例え曲線５２を持った照明が最近の技術で作られるのが可能であるとしても、その照明は指定された直径の棒１６のみにより使用される。いくつかの応用例中で、それは実用的でない。代替としては、図１２に見られるように、光線６及び８の列により、発光の効果を真似ることである。各ライト/ブースターの組合せは、その方向は異なった直径を持つ目標物に適応するために記号５４のように再び向けられ、調整可能である。この光線への取り組みは、棒１６が円形でない場合にも利点がある。

図１に戻り言及すると、計算ユニット１０は複数のカメラ１２に連結される。計算ユニット１０は、棒１６が方向２０の長手軸（図１の方向２０に良く見られるが）に沿って動作する時に、カメラ１２により連続して獲得される複数の画像帯１８の画像データを受け入れるように、構成される。フレームグラバーは画像信号を受けるために使用されてもよい。しかしながら、このシステムのカメラ１２は、上記のように、デジタルカメラが好ましい。計算ユニットは、画像データを処理するための十分な計算パワーを持つように、一つ以上のコンピューターにより成る。画像処理ハードウェアは高速計算速度用のソフトウェアーに関連して使用される。複数のコンピューターが使用される場合、のコンピューターはTCP/IP等のような相互コンピューターリンクによってお互いにリンクされても良い。

いずれにせよ、計算ユニット１０は棒１６の表面の所定の特徴を検出するように画像データを処理するために構成される。好ましい実施例の中で、その特徴は表面傷である。このように、画像データは傷のために処理され、その傷は図１３Aから１３Bの例示の中に見られる。その画像は、スクラッチマーク（記号３０４）のように実際の傷（すなわち記号３０２）とノイズの両方を含む。C,C++,マシン語,等、又はハードウェア論理を使用した画像処理アルゴリズムはノイズを透過するために使用され、３０６に見られるように、実際の傷を検出するために使用される。認識される傷は、図１４A-図１４Cに見られるように長く、縦横比は大きく、ここで、記号３０８は1,000mmであり、記号３１０は0.050mmの幅を示す。又は、傷は図１５Aから図１５Cのように短く、１：１の縦横比を持つ。このアルゴリズムはこの技術に知られているが、一般的に記述されている。処理の第一層は、地域的明暗に第一の所定の閾値に比較することにより、この画像の中に地域的な明暗を含むかも知れない。第二処理層は、大きさ、位置、長さ及び幅等の傷の様子を検出するために二番目の所定の閾値を適用するかもしれない。

図１に関連する好ましい実施例は、熱間圧延機、冷間圧延機のような一般的な金属加工工場中のごみ、水、振動、その他に対する防御も備えている。

当業者は棒を拘束して検査のために削減された工程ラインで、別々の三台以上のシングルカメラシステムを使用する更なる可能性を推奨する。

当業者は更に、全体の周辺より小さい棒表面の一部（の検査）をカバーすることは、工程ラインを削減させ、統計的な処理制御目的のために有効であると理解する。

当業者は、各区域走査画像のある一部だけが処理に使用される場合、超高速（高データ率と高フレーム率）区域は線走査カメラの代りに使用されてもよいことも、理解している。

金属棒が温度上昇した場合、光ファイバーがレンズに連携して使用され、（図１２中の）反射光線４２中の確かな波長だけが、金属棒の表面情報を運ぶために使用されるということも理解される。そのような波長はその上昇温度で金属棒により、放射されるものではない。1,650℃以下の金属棒には、436mmの波長が使用される。この場合、干渉フィルター436nmがレンズと共に使用される。この波長は温度により変化させる事もできる。温度が下がった場合、より長い波長が使用される。

更なる変化の中で、光線組立てはストロボを含んでおり、計算ユニット１０は、画像獲得組立て（すなわち、好ましい実施例中のカメラ１２）により実施された画像獲得機能で照明（すなわちストロボ）を同調させる。

又、更なる実施例の中で、計算ユニット１０は検出傷の実施記録を維持するために構成されており、（１）機構的に金属棒の断面積を減少させる工程により製造される棒１６の導入最後のような「開始」の位置に関連する各検出傷のそれぞれの位置、（２）大きさ、形状、明暗等の検出傷のそれぞれの記録、（３）光学的に、検出傷の回りの位置の実際画像、を含んでいる。その記録は供給者/製造者にとって効果があり、例えば、前払い割引を決定し、例えば、コイルのどの部分が機能しているかフォローアップを避けるか行なうか、というような更なる処理の利用のために（ディスケット又は他の電気装置で）購入客に供給されても良い。

本発明実施例の概要及びブロック線図 本発明についての実施例による適当な検査のための実施形状の横断面図 金属平面の横断面形状を図示 金属平面及び金属棒に適用される従来の照明法体系の概要図 本発明の実施例が設置された場合の導管により移動の間の拘束される棒、及び、近接溝間のギャップを表す単純化した斜視図。 一台のカメラ使用時の金属棒上の映像カバー状態を示す単純化した平面図 一台のカメラとテレセントリックレンズ使用時の金属棒上の映像カバー状態を示す単純化した平面図 棒側面に、画素線のような同サイズグリッドの投射に基づく種々のアーク長を示す単純化した平面図 本発明による棒表面照明配列を示す単純化した平面図 図９の照明配列の詳細を示す単純化した平面図 本発明の照明配列が使用されることに関連する金属棒の単純化された斜視図 棒表面に対して指示された円周方向の照明配列を示す単純化平面図 表面ノイズを伴う表面の傷を示す 図１３Aの画像に適用される本発明に対する画像処理段階の模範的結果 本発明の実施例により金属棒上で発見され、検出される長い表面傷の例 本発明の実施例により金属棒上で発見され、検出される短い表面傷の例

Claims (34)

1. 細長い棒材をその長手方向に沿って画像化しるシステムにおいて、画像帯を決定し且つそれに対応する画像データを作りだすために、前記棒材表面の周方向に亘って第一の所定幅を画像化するように構成された視野を持つ画像獲得装置と、
   前記棒材の表面に第二の所定幅を持つ光線帯を投影するた光線装置とから成り、前記光線装置は前記画像獲得装置に対して、前記画像帯が前記光線帯の中にある関係に配置されており、更に、前記光線帯は光度が前記画像帯に沿って実質的に均一であるように構成されており、更に
   前記棒材が前記長手軸心に沿って移動する間に、前記画像獲得装置で獲得された複数の画像帯の画像データを受信するように前記画像獲得装置に連結された計算ユニットを備え、該計算ユニットは更に、前記画像データを処理して前記棒材の所定表面特徴を検出するように構成されたことから成る画像化システム。
2. 前記画像獲得装置は、ｎ台（ｎは３以上である）のデジタルカメラを含み、該デジタルカメラはその組合せ視野が前記画像帯に対応するように配列されている請求項１に記載の画像化システム。
3. 前記カメラは線走査カメラから成る請求項２に記載の画像化システム。
4. 前記カメラは面走査カメラから成る請求項２に記載の画像化システム。
5. 前記画像獲得装置と前記計算ユニットとの連結は、デジタル形式フレームグラバー、IEEE-1394チャンネル、USBポート、及びカメラリンクポートの少なくとも一つより成る請求項２に記載の画像化システム。
6. 前記画像獲得装置は更に、前記棒材が特性電磁放射スペクトル（EMR）を自己放出する所定の温度以上にある時に前記棒材の前記特徴が不明瞭とならない所定波長が選択的にカメラに届くことができるように構成された、前記カメラと前記棒の中間にある光学フィルターを含む請求項２に記載の画像化システム。
7. 前記光線装置は複数の線ライト源から成る請求項１に記載の画像化システム。
8. 前記光線装置は一つ以上の光源から生成されるライトを伝達するために配列された光ファイバーより成る照明装置を含む請求項１に記載の画像化システム。
9. 前記線ライト源は組み合わさった光生成ライン付きのレーザーから成る請求項７に記載の画像化システム。
10. 前記光線装置は更に、光度を増加させるために前記光線源と共に使用する光学ブースターを含む請求項７に記載の画像化システム。
11. 前記検出された特徴は表面傷を含む請求項１に記載の画像化システム。
12. 前記計算ユニットは、前記棒材の開始位置に関連する各検出傷のそれぞれの位置を含む検出傷の記録を維持するように構成された請求項１に記載の画像化システム。
13. 前記記録は更に、各検出傷の大きさ、形状、又は明暗レベル等状態のそれぞれの項目を含む請求項１２に記載の画像化システム。
14. 前記棒材は断面積を機械的に減少するという過程により製造される金属より成る請求項１２に記載の画像化システム。
15. 前記計算ユニットは複数のコンピューターから成る請求項１に記載の画像化システム。
16. 前記計算ユニットは、（１）ASIC及び/又はFPGA等の計算過程又は計算命令を組み入れた第一ハードウェアユニット、（２）CPU及び/又はDSP等のソフトウェアコードを実行する第二ハードウェアユニット、（３）前記第一と前記第二ハードウェアユニットの組合せ、
    の少なくとも一つを含む請求項１に記載の画像化システム。
17. 前記計算ユニットは表面ノイズから前記表面傷を区別するように構成された請求項１１に記載の画像化システム。
18. 前記金属棒材はそれに伴う切断面を持ち、前記切断面が円形、楕円形及び多角形より成るグループより選択された単一形状である時、形状前記金属棒は4.25以下である前記断面積に対する前記周辺の率を持つ請求項１４に記載の画像化システム。
19. 前記金属棒材は1,650℃までの高温である請求項１８に記載の画像化システム。
20. 前記金属棒材は鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、銅、青銅、又は他の金属及び/又は合金より選択された一つより製造される請求項１８に記載の画像化システム。
21. 前記棒材は中空である請求項１８に記載の画像化システム。
22. 前記製造工程は圧延工程より成る請求項１８に記載の画像化システム。
23. 前記製造工程は引抜き工程より成る請求項１８に記載の画像化システム。
24. 前記製造工程は押出し工程より成る請求項１８に記載の画像化システム。
25. 前記画像獲得装置は、ｎ個（ｎは１以上の整数である）のデジタルカメラを含み、それの合成視野は、前記画像データが統計的管理目的（SPC）に適する前記画像帯に対応する様に配列されている請求項１に記載の画像化システム。
26. 前記棒が1,650℃以下の時、前記波長は436nmより成る請求項６に記載の画像化システム。
27. 高温エポキシ及びグラスファイバー等の高温に耐える材料より成る請求項８に記載の画像化システム。
28. 前記光ブースターはガラス、パイレックス（登録商標）、サファイヤ円柱及び半円柱レンズより成る請求項１０に記載の画像化システム。
29. 前記光線装置は、複数の線ライト源を含み、該線ライト源はそれぞれ、光ビームを該光ビームが衝突する前記棒材の表面からの法線に対して所定の第一角度で投影しており、更に、前記カメラのそれぞれの主軸は前記法線に対して第二の所定角度で配置してあり、前記第一及び第二の所定の角度は互いに等しい請求項２に記載の画像化システム。
30. 前記第一及び第二所定角は約１度である、請求項２９に記載の画像化システム。
31. 長手軸心に沿って延びる棒材の画像化システムに於いて、
    前記棒材周方向表面に亘って前記長手軸心に対して第一所定幅を画像化して像帯を形成する合成視野を持つｎ個（ｎは３以上の整数）のカメラを含み、前記画像帯に対応する画像データを作り出すための画像獲得装置、
    前記棒材の前記表面上の前記長手軸心に対して第二所定幅を持つ光線帯を投影するように構成され、前記画像獲得装置に対して前記画像帯が前記光線帯の中にある関係に配置されており、更に、前記光線帯の光度が前記画像帯に沿って実質的に均一であるように構成された光線装置、及び
    前記棒材が前記長手軸心に沿って移動する間に、前記画像獲得装置で獲得された複数の画像帯の画像データを受信するように前記画像獲得装置に連結された計算ユニットを備え、該計算ユニットは、前記画像データを処理して前記棒材の表面傷を含む所定表面特徴を検出するように構成されており、前記計算ユニットは更に、（１）前記棒材の開始位置に対する各検出傷の各々の位置、（２）大きさ、形状、又は各検出傷の明暗度のような状態のそれぞれの項目、を含む前記検出傷の記録を維持するように構成されていることより成る画像化システム。
32. 長手軸心に沿って延びる棒材の画像化方法に於いて、
    前記金属棒材へ第一の所定幅を持つ光線帯を投影すること
    前記光線帯の中に位置する第二の所定幅を持つ画像帯を獲得すること
    長手軸心に沿い前記金属棒材を移動させること
    前記金属棒材の表面区域の画像を獲得するために前記ステップ（A）及び（B）を反復すること
    所定の基準に従って特徴の画像解析を行うこと
    からなる画像化方法。
33. 前記投影段階は、
    前記光線帯の衝突点で前記金属棒材の前記表面からの法線を決定し、
    該法線に対する角度を決定して、
    前記法線に対する前記所定角度で光線を投影して前記光線帯を形成すること
    から成る請求項３２の画像化方法。
34. 前記画像獲得段階は、
    像獲得の主軸が前記所定の角度に等しいように前記画像獲得装置を配置することを含む請求項３３の画像化方法。

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