JP2010071720A

JP2010071720A - 鋼帯の欠陥検査装置及び検査方法

Info

Publication number: JP2010071720A
Application number: JP2008237599A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kuroiwa; 朋広黒岩; Yoshihiro Furuya; 順弘古家
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】悪環境下においても、鋼帯の欠陥を全幅方向に精度よくしかも安定に検査することができる鋼帯の欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板７を配置した構造の線状下部光源４を、走行する鋼帯１の下方に全幅にわたり配置する。また鋼帯１の上方には、鋼帯１の穴欠陥２または割れ欠陥３を透過した光線を撮影するラインセンサカメラ５を設置した。線状下部光源４の輝度を板幅方向に均一とすることができ、しかも非常に高輝度とすることができるので、悪環境下においても精度のよい検査が可能となる。拡散板７としては例えばレンチキュラーレンズシートを利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄工場の圧延ライン等において、連続的に走行する鋼帯の穴欠陥または割れ欠陥を精度よく検査するために用いられる鋼帯の欠陥検査装置及び検査方法に関するものである。

製鉄工場の圧延工程においてはタンデム圧延機などを使用して高速圧延を行い、所定幅の鋼帯を製造している。この際に鋼帯に穴や端面割れなどの欠陥が発生すると圧延ロールに凹凸疵が入ることがある。圧延ロールにこのような凹凸疵が入るとその後にこの圧延ロールを通過する鋼帯に周期的な疵が発生することとなる。また鋼帯に穴欠陥や割れ欠陥が発生すると連続焼鈍炉などの内部で鋼帯が破断する事故の原因となり、その復旧に長時間を要することとなる。

そこでオンラインで鋼帯の全幅、全長にわたりこれらの欠陥を検査する技術が求められている。なお、本明細書においては上記した穴欠陥と割れ欠陥とを単に欠陥と標記することがある。

このような連続的に走行する鋼帯の検査方法としては、特許文献１に示すように、上方に設置した光源から鋼帯に向かって光線を照射し、鋼帯表面からの反射光をラインセンサカメラで撮像する方法が一般的である。この特許文献１は塗装鋼板の表面疵の検査装置として提案されたものである。しかし圧延ラインにおいては、鋼帯の走行速度が２０００ｍ/分を越える高速となることがあるうえに、水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下での検査が必要となるため、この方式によっては鮮明な画像が得られないという問題があった。

また、走行する鋼帯の下方に線状の下部光源を全幅にわたり設置し、鋼帯の上方にラインセンサカメラを設置して、鋼帯の欠陥を透過してきた光線を撮影する透過光型の検査方法も、特許文献２に示されている。しかし線状下部光源としては蛍光管が使用されており、水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下での検査を行うためには線状下部光源の輝度が不十分であるうえ、長期間使用するとさらに輝度が低下したり、両端部の輝度が中央部よりも低下したりするという欠点がある。このため、透過光型の検査方式を採用しても、悪環境下では安定した検査精度を確保できないという問題があった。
特開２０００−１２１５７４号公報特開２００１−２４９００５号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下においても、鋼帯の欠陥を全幅方向に精度よく検査することができる鋼帯の欠陥検査装置及び検査方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼帯の欠陥検査装置は、走行する鋼帯の下方に線状下部光源を全幅にわたり配置し、鋼帯の上方には鋼帯の穴欠陥または割れ欠陥を透過した前記線状下部光源からの光線を撮影するラインセンサカメラを設置した鋼帯の欠陥検査装置であって、前記線状下部光源が、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板を配置した構造であることを特徴とするものである。

また請求項２に記載のように、拡散板がレンチキュラーレンズシートであることが好ましく、請求項３に記載のように、レンチキュラーレンズシートのレンズピッチが０.２〜０.７ｍｍであることが好ましい。

また請求項４に記載のように、線状下部光源のＬＥＤ素子を、個々のＬＥＤ素子の周囲を上部集光用の反射鏡で包んだ構造とすることができる。さらに請求項５に記載のように、線状下部光源のＬＥＤ素子を、個々のＬＥＤ素子の中心軸がそれぞれラインセンサカメラに向かうように設置角度を変えて配置されたものとすることができる。

また請求項６に記載の本発明に係る鋼帯の欠陥検査方法は、走行する鋼帯の下方に線状下部光源を全幅にわたり配置し、鋼帯の穴欠陥または割れ欠陥を透過した前記線状下部光源からの光線を鋼帯の上方に設置したラインセンサカメラで撮影する鋼帯の欠陥検査方法であって、前記線状下部光源として、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板を配置した構造のものを使用したことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、透過光型の鋼帯の欠陥検査に用いる線状下部光源として、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板を配置した構造を採用したので、各ＬＥＤ素子からの光線が拡散板によってそれぞれ板幅方向にのみ拡散され、結果として板幅方向に均一な高輝度を得ることができる。なお、通常の拡散板は微小な山形突起によって光線を全方向にわたって拡散するスリガラス状のものであるため、鋼帯の長手方向にも拡散することとなり、その分だけ光線の無駄が生じて輝度の低下を招くこととなるので好ましくない。

また蛍光管に比べてＬＥＤ素子は消費電力が小さいうえに、１０倍以上の使用寿命を持つので長期間にわたり輝度の低下が小さい。またどのＬＥＤ素子も均等な輝度を持ち、仮にＬＥＤ素子毎に多少の輝度のばらつきがあったとしても、拡散板により均一化されるので、全幅にわたって均一で高輝度の線状下部光源となる。このため、悪環境下においても欠陥検出を精度よく行うことが可能となる。

請求項２の発明によれば、レンチキュラーレンズシートを拡散板として使用した。レンチキュラーレンズシートは平面上にシリンドリカルレンズを並べた断面形状を持つ樹脂シートであり、市販品を採用することによって本発明の装置を安価に製造することができる。また請求項３のようにレンズピッチが０.２〜０.７ｍｍのレンチキュラーレンズシートを用いれば、市販品を利用しつつ十分に均一な輝度分布を得ることができる。レンズピッチが０.７ｍｍを越えると板幅方向に輝度の不均一を生ずることがある。またレンズピッチが０.２ｍｍ未満のものは特注品となってコストアップとなる。

請求項４の発明のように、線状下部光源の個々のＬＥＤ素子の周囲を上部集光用の反射鏡で包んだ構造とすれば、横方向へ拡散する光線を軸線方向に集光させることができるので、輝度の向上を図ることができる。

請求項５の発明のように、個々のＬＥＤ素子の中心軸がそれぞれラインセンサカメラに向かうように設置角度を変えて配置しておけば、各ＬＥＤ素子から照射される最も高輝度の光線をラインセンサカメラに受光させることができる。このため線状下部光源の輝度を更に向上させることができる。

また請求項６に記載された本発明の鋼帯の欠陥検査方法によれば、悪環境下においても欠陥検出を精度よく行うことが可能となる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の鋼帯の欠陥検査装置を示す全体図である。この実施形態の欠陥検査装置は冷間圧延工程のタンデム圧延機の出側に設置されており、検査対象物である鋼帯１は高速で走行している。前述のとおり、タンデム圧延機の近傍は水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下にある。

２は鋼帯１上の穴欠陥、３は鋼帯１の端部の割れ欠陥である。鋼帯１の下方には線状下部光源４が鋼帯１の全幅にわたり配置されている。この実施形態では線状下部光源４は鋼帯１の板幅方向に配置されている。また線状下部光源４の直上位置にはラインセンサカメラ５が垂直下向きに設置されている。このラインセンサカメラ５の視野は線状下部光源４と一致する直線状であり、鋼帯１の鋼帯の穴欠陥２または割れ欠陥３が線状下部光源４の上方を通過したときに透過光線を撮影する。端部の割れ欠陥３をも正確に検査するために、ラインセンサカメラ５の視野は鋼帯１の全幅よりも広くなっている。

図２と図３は、線状下部光源４の拡大断面図である。本発明の線状下部光源４は、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子６と、その上側配置された拡散板７とからなり、更に反射板８を備えることが好ましい。ＬＥＤ素子６としては市販品を使用することができる。ＬＥＤ素子６の直径は通常は２〜３ｍｍであり、多数のＬＥＤ素子６を４〜１０ｍｍピッチで直線状に並べてある。このままでは隣接するＬＥＤ素子６の中間部分では輝度が低くなり鋼帯の全幅方向に均一な輝度が得られないため、拡散板７によって各ＬＥＤ素子６からの光線を拡散する。本発明で用いるのは全方向に光線を均一拡散する拡散板ではなく、ＬＥＤ素子６からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板７である。

このような機能を持つ拡散板７としては、レンチキュラーレンズシートと呼ばれる樹脂製シートを用いることができる。これは平面上に多数のシリンドリカルレンズが並んだ形状のもので、例えば日本特殊光学樹脂株式会社から市販されている。そのレンズピッチは０.２〜０.７ｍｍであり、シリンドリカルレンズの曲率半径は０．５〜１．５ｍｍ程度である。このような拡散板７を図２、図３に示すように凹凸側を下向きにして配置すれば、各ＬＥＤ素子６からの光線は鋼帯１の板幅方向にのみ拡散させることができ、板幅方向に輝度のムラがない線状下部光源４を得ることができる。しかも各ＬＥＤ素子６からの光線は鋼帯１の長手方向には拡散しないために光線の無駄がなく、高輝度の線状下部光源４となる。さらにこの構造の線状下部光源４は、多数のＬＥＤ素子６を発光源としたものであるからどの部分の輝度も均一となり、蛍光管のように端部の輝度が低下することもない。なお、拡散板７は必ずしもレンチキュラーレンズシートである必要はなく、ＬＥＤ素子６からの光線を板幅方向にのみ拡散させる機能を有するものであればよく、例えば三角柱状のレンズを並べた形状としてもよい。

一般にＬＥＤ素子６の発光強度は、図４に示すように中心軸の周囲約４０°の照射角度に集中している。このため図５に示すように、一列に並べたＬＥＤ素子６、６間のピッチをｘとしたとき、拡散板７上にて列方向の照度が均一になるＬＥＤ素子６と拡散板７との距離Ｌは、ｘ／2tan40°以上となる。例えばピッチが４ｍｍの場合には、Ｌは２．５ｍｍ以上となる。

上記した本発明の鋼帯の欠陥検査装置は、鋼帯１の下方に配置された均一かつ高輝度の線状下部光源４からの直線状の光線を、その直上位置に配置されたラインセンサカメラ５で撮影するもので、もし鋼帯１に図１に示したような穴欠陥２があれば、この穴欠陥２を透過した光線をラインセンサカメラ５で捉えることができる。また鋼帯１に図１に示したような割れ欠陥３があれば、同様に割れ欠陥３を透過した光線をラインセンサカメラ５で捉えることができる。このような透過光型の検査装置は反射光型の検査装置に比較して水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下でも正確な検査が可能であり、特に本発明においてはＬＥＤ素子６の上側に、ＬＥＤ素子６からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板７を配置した高輝度の線状下部光源４を用いているために、悪環境下での検査に適している。また鋼帯１に線状下部光源４やラインセンサカメラ５を近接配置する必要もないので、安全上の問題もない利点がある。

上記した実施形態では、鋼帯１の長手方向に対するカメラの検出範囲が小さく、またＬＥＤ素子からの照射角度は図４に示すように中心軸の周囲約４０°であるから、この照射角度を考慮しカメラの検出範囲における発光強度を強くすることが必要である。そこで図６に示す第2の実施形態では、個々のＬＥＤ素子６の周囲を上部集光用の反射鏡９で包んだ。図４に示したように、一般にＬＥＤ素子６はその中心軸を中心として約１２０°（片側６０°）の方向に光線を出すが、図６のように反射鏡９を設けて軸線方向以外に照射された光線を軸線方向に集中させれば、光線の無駄がなくなって輝度を第1の実施形態の２〜５倍に向上させることができる。なお反射鏡９の材質としては、例えばアルミニウムを使用することができる。

さらに図７に示す第３の実施形態では、個々のＬＥＤ素子６をそれぞれの中心軸がラインセンサカメラ５に向かうように設置角度を変えて配置した。このような構成を採用すれば、各ＬＥＤ素子６の最も輝度の高い中心軸部分がラインセンサカメラ５に向かうため、線状下部光源４の輝度を第1の実施形態の２倍程度に向上させることができる。なお図６、図７の何れの場合にも、拡散板７をＬＥＤ素子６の上方に配置して板幅方向に光線を拡散させれば、板幅方向に輝度のムラがない線状下部光源４となる。

上記したように、本発明では線状下部光源４の輝度を従来よりも大幅に高めることができるので、タンデム圧延機の近傍のような水蒸気やヒューム等が存在する悪環境下においても、優れた検査精度を達成できる。またＬＥＤ素子を用いたことによって、従来装置よりも消費電力を大幅に低減することができる効果もある。

本発明の鋼帯の欠陥検査装置を示す全体図である。第1の実施形態における線状下部光源の拡大断面図である。第1の実施形態における線状下部光源の拡大断面図である。ＬＥＤ素子から照射される光線の相対強度を示すグラフである。ＬＥＤ素子と拡散板との距離の説明図である。第2の実施形態における線状下部光源の拡大断面図である。第3の実施形態におけるＬＥＤ素子の配置説明図である。

符号の説明

１鋼帯
２穴欠陥
３割れ欠陥
４線状下部光源
５ラインセンサカメラ
６ＬＥＤ素子
７拡散板
８反射板
９反射鏡

Claims

走行する鋼帯の下方に線状下部光源を全幅にわたり配置し、鋼帯の上方には鋼帯の穴欠陥または割れ欠陥を透過した前記線状下部光源からの光線を撮影するラインセンサカメラを設置した鋼帯の欠陥検査装置であって、前記線状下部光源が、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板を配置した構造であることを特徴とする鋼帯の欠陥検査装置。
拡散板がレンチキュラーレンズシートであることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の欠陥検査装置。
レンチキュラーレンズシートのレンズピッチが０.２〜０.７ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の鋼帯の欠陥検査装置。
線状下部光源のＬＥＤ素子が、個々のＬＥＤ素子の周囲を上部集光用の反射鏡で包んだ構造のものであることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の欠陥検査装置。
線状下部光源のＬＥＤ素子が、個々のＬＥＤ素子の中心軸がそれぞれラインセンサカメラに向かうように設置角度を変えて配置されたものであることを特徴とする請求項１記載の鋼帯の欠陥検査装置。
走行する鋼帯の下方に線状下部光源を全幅にわたり配置し、鋼帯の穴欠陥または割れ欠陥を透過した前記線状下部光源からの光線を鋼帯の上方に設置したラインセンサカメラで撮影する鋼帯の欠陥検査方法であって、前記線状下部光源として、一定間隔で配置されたＬＥＤ素子の上側に、ＬＥＤ素子からの光線を板幅方向にのみ拡散させる拡散板を配置した構造のものを使用したことを特徴とする鋼帯の欠陥検査方法。