JP2011117975A

JP2011117975A - 圧延性ロール疵検査装置

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Publication number: JP2011117975A
Application number: JP2011041080A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Oshige; 貴彦大重; Tatsuya Jinnai; 達也陣内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP5691640B2

Abstract

【課題】鋼板の圧延プロセスにおけるロール疵を軽度なものから重度のものまで精度よく検出する圧延性ロール疵検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】熱延ラインの仕上げ圧延機１１の最終スタンドとダウンコイラ１４前のピンチロール１３との間の、冷却帯１２の後のランナウトテーブル上に、圧延性ロール疵検出装置１５を設置し、その投光部は、被検査体の幅方向斜めより被検査体の検査対象面上に光を照射する
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の表面検査装置に関するものであって、特に鋼板の圧延プロセスにおける圧延性のロール疵を検出するための圧延性ロール疵検査装置に関するものである。

鋼板の圧延プロセスにおける圧延性のロール疵には、大別して以下のものがある。
（１）ロールに凹み疵が入り、それが板に凸状の疵として転写されるもの（タイプ1）
（２）ロールに異物が付着し、圧延中に異物が直接板に押し込まれることにより、板に凹状の疵として転写されるもの（タイプ２）
（３）ロールの肌荒れによるもの（タイプ３）
さらに、上記（１）のタイプ1の中でも、ロールに凹みが入る原因として、板の先端がロールにぶつかることによるもの（タイプ１ａ）、ヘゲ・異物などを挟んだ状態で圧延したことによるもの（タイプ１ｂ）、板の絞りを挟んで圧延したことによるもの（タイプ１ｃ）など、形状、程度など多種多様である。

このようなロール疵は、一旦発生すると、ロールを交換するまで連続的に発生し、大量の不良コイルが発生してしまうこととなる。したがって、圧延プロセスにおいて圧延性のロール疵を速やかに発見し、処置を行うことは非常に重要である。

そのために、通常、ダウンコイラにて巻き取られた後、抜き取りで目視検査を行っている。目視検査は、コンベヤによる搬送ライン上で最外周を開いて実施したり、熱間圧延ライン脇の検査ラインにてコイルの一部のみ払い出して行ったりしている。その目視検査では、スリ疵などの全長性の疵とともに、周期性のロール疵を中心に検査し、疵を発見した場合にはその等級（程度）を判定し、周期などを測定している。通常、疵の等級は数段階（例えば、最も軽いA級から最も重いD級まで）に分類され、判定された疵の等級が、現在圧延しているコイルにとって許容されないものであれば、周期から疵発生の原因となるロールを特定し、ロール交換などの処置を実施する。

自動でロール疵を検出する方法として、例えば、特許文献１で開示された方法がある。これは、図２に示すように、金属帯１の表面を、ストロボ照明２と同期させたエリアカメラ３で撮像した画像を、画像処理装置４および演算装置５で処理することにより、周期性疵を自動検出するものである。

また、特許文献２で開示された装置では、図３に示すように、ストロボ照明２とエリアカメラ３を正反射の位置に配置する光学系が提案されている。

特開平６−２９４７５９号公報特開２００１−２２１７４５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２で示される技術では、従来の目視検査により発見しているA級からD級までの全等級の疵の内、実際には、比較的重いC〜D級の疵に対して適用できるだけであり、A〜B級の軽度の疵はほとんど検出することができないという問題がある。また、C〜D級の疵についても、その検出率は十分ではなかった。

また、特許文献１および特許文献２では光学系については提案されているものの、検出される疵の表面性状、ラインにおける検査装置設置位置などが明らかにされていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、鋼板の圧延プロセスにおけるロール疵を軽度なものから重度のものまで精度よく検出する圧延性ロール疵検査装置を提供することを目的とする。

上記課題は次の発明により解決される。

［１］被検査体の検査対象面上に光を照射する投光部と反射光を受光する受光部を備えた表面検査装置であって、前記投光部および受光部を、検出すべきロール疵の原因となる圧延ロールの後段で、かつ、被検査体を圧下または挟持するロールの前段に設置し、前記投光部は、被検査体の幅方向斜めより被検査体の検査対象面上に光を照射すること特徴とする圧延性ロール疵検査装置。

［２］上記［１］に記載の圧延性ロール疵検査装置において、
前記圧下または挟持するロールは、ダウンコイラ前に配置したピンチロールであることを特徴とする圧延性ロール疵検査装置。

本発明によれば、鋼板の圧延プロセスにおけるロール疵を軽度なものから重度のものまで精度よく検出することが可能になる。

本発明を実施するための装置の配置の一例を示す図である。特許文献１で開示された方法を実施するための概略構成を示す図である。特許文献２で開示された装置の概略構成を示す図である。疵の生成モデルを説明する図である。受光角を変化させた場合のＳ／Ｎ評価結果を示す図である。ロール疵検出性能評価で用いた光学系の違いを示す図である。光学系の違いによる疵検出結果を示す図である。疵（ヘゲや絞り由来のもの）のプロファイルを説明する図である。切り板サンプルのオフライン画像（ａ）とオンライン画像（ｂ）の一例を示す図である。黒皮サンプルの光学顕微鏡による観察結果の一例を示す図である。

発明者らは、圧延性ロール疵を検出するための装置として、図２および図３と同様の光学系を構築し、さらに図１に示す装置配置にて圧延ロール疵検出性能オンラインテストを、一定期間実施した。すなわち、ストロボ照明２とエリアカメラ３を正反射の位置に配置する光学系を用いて、画像処理装置４および演算装置５で処理することにより、周期性疵の自動検出可否を確認したものである。熱延ラインの仕上げ圧延機１１（通常、６〜８スタンドあるが、後の３スタンドのみ表記）の最終スタンドとダウンコイラ１４前のピンチロール１３との間の、冷却帯１２の後のランナウトテーブル上に、圧延性ロール疵検出装置１５を設置した。このオンラインテスト結果は、D級の全てとC級の多くの疵は検出可能であったが、A、B級の検出率は高くなかった。

そこで、オンラインテストにて検出できなかったロール疵がどのようなものであったかを確認するために、更なる調査を行った。それは、ダウンコイラにて巻かれた後、最外周の部分に存在するロール疵の切り板サンプルを採取し、ライン休止中にラインアウトテーブル上にサンプルを置いたオフライン試験を行うことにより、どのような光学条件であればロール疵の検出が可能になるかを調査したものである。

ところがこの調査の結果、オンラインでの測定結果と、冷却され表面に黒皮（酸化膜）が生成した切り板サンプルのオフライン測定結果との間で、以下の点で矛盾があることが分かった。図９は、この結果の一例を示す図であり、切り板サンプルのオフライン画像（ａ）とオンライン画像（ｂ）である。

（１）切り板サンプルでは、軽度のものでも明らかに疵が目視で確認でき、図２の光学系によっても十分検出可能であるのにもかかわらず、オンライン画像では対応する位置に何ら疵らしいものが写っていないケースがある。そして、黒皮サンプルでは大別すると、疵部が「つるつる」である場合と、「ざらざら」である場合とに分けられるが、上記現象は「ざらざら」のタイプにおいて観察された。

中には、黒皮では、隣接して「つるつる」（図９（ａ）のＣ級）及び「ざらざら」（図９（ａ）のＡ級）の２種類のロール疵が目視およびオフライン画像にて確認できるのに、オンライン画像では、そのうちの「つるつる」（図９（ｂ）のＣ級）に対応する疵のみが観察されるケースもあった。

（２）オンラインにて見えている画像についても、黒皮サンプルでは疵部の輪郭は暗く見え、それ以外の中央の部分が均等に明るく見えているのに対し、オンライン画像では輪郭のように見えた部分も含めて光の照射方向に位置する部分が明るく、照射方向とは反対の部分が暗く見える（図９）。

（３）また、上記（１）については、疵部の黒皮（酸化膜）が剥がれることにより、目視可能になっていることも考えられるため、隣接して「つるつる」「ざらざら」２種類のロール疵が含まれる黒皮サンプルを酸洗し、黒皮のついていない状態のサンプルも作成して確認を行った。その結果、オンライン画像とは逆に、「つるつる」のサンプルが見えにくくなり、「ざらざら」サンプルは目視可能なままであり、上記の矛盾が説明できなかった。

そこで、黒皮の状態のサンプルを光学顕微鏡にてさらに観察した。観察方法は、明視野条件（通常の落射照明）と、暗視野（外部の光を側方から照射した側射照明）の両方を行った。よく知られるように、明視野条件では水平な面が、暗視野条件では光源位置と観察位置とが正反射の関係になるような斜めの面が、明るく観察される。

その結果の一例を、図１０に示す。「つるつる」のサンプルの疵部は、落射照明では一様に明るく、側射照明で一様に暗く観察され、疵部が水平に近い角度を有する面で構成されていることがわかった。また、「ざらざら」のサンプルの疵部は、落射照明でも側射照明でも明るい筋が観察されることから、長手方向に連続するぎざぎざの面で構成されていることがわかる。

以上のことから、ランナウトテーブル上では凸形状をしているが、ダウンコイラで巻き取られた時点では、何らかの原因により、表面が潰されていると考えられる。そして、ダウンコイラで巻き取られた最外周のおもて面でも発生していること（すなわち、板と擦れたということではない）、および仕上げ最終ロール以降の装置設置位置からダウンコイラ間ではおもて面についてはダウンコイラ前ピンチロール以外に接触するものが存在しないという理由のため、その原因はダウンコイラ前ピンチロールと考えられる。

上述の考察より考えられる疵の生成モデルを、図４に示す。何らかの原因で凹みが形成された圧延ロールで圧延された直後は、凹凸量の大小に拘わらず（ａ）に示すように山型をしている。そして、ダウンコイラ前ピンチロールを通過する際、ピンチロールに擦られてロール目が転写される。凹凸が低ければ、ロール目の中で最も高い部分のみがあたりロール目がはっきり残るが、凹凸が高ければ、いろいろなロール目がランダムにあたるため、結果的に平らな面となる（ｂ）。ちょうど、薄板の砥石がけ検査で観察される状況と類似している。

さらに、酸洗した場合には、黒皮が全て除かれ表面の色の影響は除かれるが、形状としては、若干酸により荒らされるものの基本的には（ｂ）の形状を保持している。その結果、逆に、疵部／母材部の粗さが大きく異なる「低い凸」の場合の方が目立つようになり（ｃ）、上述の現象も説明できる。

以上のことから、これらの疵を検出するための光学系を考えると、まず、ダウンコイラ前ピンチロールの後に設置する場合、疵の有無はフラットの部分が存在するか否かにより判別できるから、フラットな部分をもっともよく検出できる正反射の光学系がもっとも疵を検出しやすい光学系であると考えられる。

また、仕上げ圧延機の最終スタンドからダウンコイラ前ピンチロールまでの間に光学系を設置する場合は、疵の有無は、正反射から外し、凸形状の斜面を検出するような拡散反射光学系の方が望ましいと考えられる。ただし、どの程度、あるいはどの方向に、正反射から外すべきかについては、検出対象とする疵母集団がどのような形状をしているかによる。

以上のことを実際に確かめるために、確認実験を行った。

まず、ピンチロール後に設置したことを想定し、ダウンコイラで採取した切り板サンプルを用い、図２に示す構成の光学系を用いて、投光角を２０°とし、受光角を変化させた場合のＳ／Ｎを評価した。図５は、この結果を示す図である。投光角２０°と同じ受光角２０°の時にＳ／Ｎが良い、すなわち、正反射光受光光学系が最もＳ／Ｎが良好であることを確認し、この条件で全ての疵サンプルを検出することが可能であることを確かめた。

次に、図６（ａ）に示すような従来技術の光学系（投光角：長手方向に２０°、受光角：０°）、図６（ｂ）に示すような拡散光受光光学系（投光角：幅方向に２０°、受光角：０°）、図６（ｃ）に示すような正反射光受光光学系（投光角：長手方向に２０°、受光角：２０°）を構築し、それぞれ一定期間設置し、オンラインでのロール疵検出性能評価を実施した。

その際、幅方向分解能は０．５ｍｍ、長手方向分解能は１ｍｍに統一するとともに、光源は、発光時間２０μｓｅｃのキセノンストロボ光源を用い、４倍速のエリアカメラにて１／１２０ｓｅｃごとに画像を取り込むというように、条件を統一した。

その検出結果を図７に示す。図より明らかなように、（ｂ）の幅方向に照射した場合が最も検出性能がよく、B〜D級については全て、A級についてもほとんどの疵が検出できていることがわかる。また、検出できなかったA級の疵も、目視により画像を見れば、疵の存在が認識できた。

また、図７それぞれの場合について、検出した疵、検出できなかった疵を比較してみると、前述のタイプ１ａ（板の先端がロールにぶつかることによるもの）とタイプ２（ロールに異物が付着し、圧延中に異物が直接板に押し込まれることにより、板に凹状の疵として転写されるもの）については、いずれの場合でも良好に検出していることがわかった。これらの疵は、比較的凹凸量が大きいため、いずれの条件においても検出可能であったと考えられる。

逆に、図６（ａ）、（ｃ）にて検出できなかった疵は、タイプ１ｂ（ヘゲ・異物などを挟んだ状態で圧延したことによるもの）とタイプ１ｃ（板の絞りを挟んで圧延したことによるもの）に属するものであった。これらの疵は、図８に示すように、比較的凸量が小さいという特徴とともに、原因となるもの（ヘゲや絞り）が長手方向に長いという特徴がある。従って、比較的形状変化が大きい幅方向に照明を照射することが有効であると考えられる。

また、図６（ｂ）の条件にて、長手方向に投・受光角をそれぞれ０〜１０°の範囲で振ってみたが、検出性能に大きな差はなく、幅方向に投光することが本質的であることを確認した。また、受光角を２０°とし、正反射条件としてみると、図７（ｃ）と同様の結果になり、拡散反射条件が重要であることが確認された。

以上、鋼板の熱間圧延を対象にして説明を行ってきたが、本発明は、材質や熱間／冷間に拘わらず、圧延プロセス全般に適用可能である。

１金属帯
２ストロボ照明
３エリアカメラ
４画像処理装置
５演算装置
１１仕上げ圧延機
１２冷却帯
１３ピンチロール
１４ダウンコイラ
１５圧延性ロール疵検査装置

Claims

被検査体の検査対象面上に光を照射する投光部と反射光を受光する受光部を備えた表面検査装置であって、
前記投光部および受光部を、検出すべきロール疵の原因となる圧延ロールの後段で、かつ、被検査体を圧下または挟持するロールの前段に設置し、
前記投光部は、被検査体の幅方向斜めより被検査体の検査対象面上に光を照射すること特徴とする圧延性ロール疵検査装置。
請求項１に記載の圧延性ロール疵検査装置において、
前記圧下または挟持するロールは、ダウンコイラ前に配置したピンチロールであることを特徴とする圧延性ロール疵検査装置。