JP2013011561A

JP2013011561A - 鋼帯の穴欠陥検出装置

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Publication number: JP2013011561A
Application number: JP2011145726A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Eguchi; 信之江口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】投光器および受光器の診断機能を有する鋼帯の穴欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】連続的に搬送される鋼帯１を挟んだ上下に配置された投光器２および受光器３と、光ファイバ４と、これらより少し上流に配置された溶接穴検出器５と、トラッキング装置６と、穴欠陥検出制御装置７と、表示装置８とからなる。穴欠陥検出制御装置７は、鋼帯１に穴欠陥があるかどうかを常時検出する穴欠陥検出部７１と、投光器２を常時診断する投光器診断部７２と、受光器３を所定のタイミングで診断する受光器診断部７３を有する。受光器診断部７３は、鋼帯１のコイル間の溶接部に設けた穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時か、前記穴が前記受光口の上を通過し前記溶接部が前記受光口の上に存在すると予測されたタイミングで、前記溶接部に対する穴欠陥検出が行われている間に、受光器の光検出器に診断光を入射して、受光器の光検出器からの光検出信号に基づいて受光器を診断する。
【選択図】図１

Description

この発明は、連続的に搬送される鋼帯を挟んだ上下に投光器と受光器を例えば複数組配置し、投光器から出て鋼帯の穴欠陥を通った光を受光器で受光することで鋼帯の穴欠陥を検出する、鋼帯の穴欠陥検出装置に関する。

従来より、冷延鋼板等の製造ラインでは、連続的に搬送される鋼帯を挟んだ上下に投光器と受光器を配置し、投光器から出て鋼帯の穴欠陥を通った光を受光器で受光することで鋼帯の穴欠陥を検出することが行われている（特許文献１などを参照）。投光器の光源としてはレーザー光が使用され、鋼帯の幅方向全体をカバーできるように多数の投光器と受光器を配置している。
この穴欠陥検出装置では、全ての投光器および受光器が正常に作動していないと穴欠陥検出を正確に行うことができないが、これまでに、投光器および受光器を診断する機能を備えたものは提案されていない。

特開平１−３２０４５５号公報

この発明の課題は、投光器および受光器の診断機能を有する鋼帯の穴欠陥検出装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の鋼帯の穴欠陥検出装置は、連続的に搬送される鋼帯を挟んだ上下に投光器と受光器を配置し、投光器から出て鋼帯の穴欠陥を通った光を受光器で受光することで鋼帯の穴欠陥を検出する穴欠陥検出装置であって、下記の構成(1) 〜(6) を有することを特徴とする。
(1) 前記投光器は、鋼帯に向けた投光口から外れた位置に設置された診断用光検出器と、鋼帯の幅方向に広がる光を前記投光口に向かわせるとともに前記光の一部を前記診断用光検出器に向かわせる光学系とを有する。
(2) 前記受光器は、投光器からの光を検出する光検出器と、診断光の発光部と、前記光検出器に向けて診断光を照射する光学系とを有する。

(3) 一端が前記投光器の前記受光部と接続され、他端が前記受光器の前記発光部と接続された光ファイバを有する。
(4) 前記光ファイバの光路を開閉する光シャッターを有する。
(5) 前記投光器の光検出器からの光検出信号に基づいて、前記投光器を診断する投光器診断部を有する。
(6) 前記鋼帯のコイル間の溶接部に設けた穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時か、前記穴が前記受光口の上を通過し前記溶接部が前記受光口の上に存在すると予測されたタイミングで、前記光シャッターを開いて前記投光器の受光部で受光した光を光ファイバを介して前記受光器の発光部に向かわせることで、前記受光器の光検出器に診断光を入射し、受光器の光検出器からの光検出信号に基づいて受光器を診断する受光器診断部を有する。

この発明の穴欠陥検出装置は、鋼帯が連続的に搬送されている間、投光器から鋼帯に向けて光が照射されて使用される。その際に、投光器から鋼帯に向けて光が出ていれば、前記光学系により投光器の診断用光検出器が光を検出し続けるため、投光器診断部により投光器は正常であると判断され、診断用投光器から鋼帯に向けて光が出ていなければ、投光器の光検出器が光を検出しないため、投光器診断部により投光器は異常であると判断される。

受光器の診断は、受光器診断部により、あるタイミングで光シャッターを開いて、受光器の光検出器に発光部から診断光を入射することで行われる。そのタイミングとは、鋼帯のコイル間の溶接部に設けた穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時か、前記穴が前記受光口の上を通過し前記溶接部が前記受光口の上に存在すると予測されたタイミングである。すなわち、この発明の穴欠陥検出装置では、鋼帯の溶接部で受光器診断が行われる。

穴欠陥検出を行っている間は、鋼帯に穴欠陥がある部分で、投光器からの光が受光器の光検出器で検出される。穴欠陥検出を行っている間に診断光を受光器の光検出器に入射すると、受光器の光検出器による光検出が、穴欠陥の存在に伴う投光器からの光と診断光の両方を受光したことによるものであるか、穴欠陥が存在せず診断光のみを受光したことによるものであるかが区別できない。よって、受光器診断を行う鋼帯の部分では、穴欠陥がない場合でも穴欠陥検出と判断されることがあり、穴欠陥検出が正確に行われない。

この発明の穴欠陥検出装置では、鋼帯の溶接部で受光器診断が行われる。鋼帯のコイルのつなぎ目である溶接部は、製品として出荷時に捨てる部分であるため、この部分は穴欠陥検出が正確に行われなくても問題がない。これにより、鋼帯の製品とする部分の全体で正確な穴欠陥検出を行いながら受光器の診断を行うことができる。
また、この発明の穴欠陥検出装置では、光ファイバを使用することにより、前記投光器の光を受光器の診断光に利用している。よって、受光器に診断用の光源を設置する場合と比較して、コストを抑えることができる。

この発明の鋼帯の穴欠陥検出装置によれば、鋼帯の製品とする部分の全体で正確な穴欠陥検出を行いながら、穴欠陥検出装置を構成する投光器および受光器の診断を行うことができる。

この発明の一実施形態に相当する鋼帯の穴欠陥検出装置を示す概略構成図である。実施形態の穴欠陥検出装置を構成する投光器と受光器の配置を示す斜視図である。投光器の光学系を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。受光器の光学系を示す斜視図である。実施形態の穴欠陥検出装置を構成する穴欠陥検出制御装置の受光器診断部が実施する演算処理を示すフローチャートである。図５のフローチャートに基づくタイムチャートであり、鋼帯の溶接穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時に、全ての受光器の診断が行われた場合（ａ）と、溶接穴が受光口のＬｍだけ下流の位置を通過するタイミングで、全ての受光器の診断が行われた場合（ｂ）を示す。

以下、この発明の実施形態について説明する。
この実施形態の鋼帯の穴欠陥検出装置は、図１に示すように、連続的に搬送される鋼帯１を挟んだ上下に配置された投光器２および受光器３と、光ファイバ４と、これらより少し上流に配置された溶接穴検出器５と、トラッキング装置６と、穴欠陥検出制御装置７と、表示装置８とからなる。

鋼帯１は複数のコイルを溶接で接続して連続的に搬送され、コイル間の溶接部にはトラッキングのための穴（以下、「溶接穴」と称する。）が設けてある。
投光器２および受光器３は、図２に示すように、鋼帯１の幅方向全体で穴欠陥が漏れなく検出できるように、鋼帯１の幅方向に沿って多数、鋼帯１の移動方向に２列の千鳥配置で設置されている。また、図示は省略しているが、上下の対応する投光器２と受光器３が、それぞれ鋼帯１と干渉しない状態で光ファイバ４により接続されている。

投光器２の光学系は、図３に示すように、レーザー発振器２１と、ポリゴンミラー２２と、ビームスプリッター２３と、板状ミラー２４と、二個の診断用光検出器２５と、受光素子（受光部）２６と、光シャッター２７とからなる。レーザー発振器２１から出力されたレーザー光２１０は、回転するポリゴンミラー２２で反射されて鋼帯１の幅方向に広がる光となって下向きに進み、ビームスプリッター２３に入る。

ビームスプリッター２３に入ったレーザー光２１０は、投光器２の下方に設けた細長い投光口２０にそのまま向かう光２１１と、板状ミラ−２４に向かう光２１２とに分けられ、板状ミラ−２４に向かったレーザー光２１２は板状ミラ−２４で反射されて診断用光検出器２５と受光素子２６に入る。二個の診断用光検出器２５は、レーザー光２１２の幅方向両端部であって、レーザー光２１２の範囲に確実に入る位置に配置されている。診断用診断用光検出器２５は光検出信号Ａ１を穴欠陥検出制御装置７に出力する。

受光素子２６は、一方の診断用光検出器２５の近傍で、レーザー光２１０の範囲に確実に入る位置に配置されている。この受光素子２６に、光シャッター２７を介して光ファイバ４の一端が結合されている。光シャッター２７は、穴欠陥検出制御装置７からの開閉信号により開閉する。具体的には、後述の図５のステップＳ６で所定時間開ける以外は閉じた状態となるように制御されている。

受光器３は、図４に示すように、投光器２の投光口２０に合わせた細長い受光口３０と、光ファイバ４の端部が結合された発光部３１と、直角反射プリズム３２と、平凹シリンドリカルレンズ３３と、光検出器３４とからなる。発光部３１と直角反射プリズム３２と平凹シリンドリカルレンズ３３は、光検出器３４の上面に対して斜め上方の位置に配置されている。発光部３１と直角反射プリズム３２は同じ高さに配置されている。

投光器２のレーザー発振器２１から出力されたレーザー光２１０の一部であるレーザー光２１２が、受光素子２６、光シャッター２７、および光ファイバ４を通って、受光器３の発光部３１に入り、発光部３１から診断光３１０として出射される。診断光３１０は、直角反射プリズム３２で９０°向きが変わり、平凹シリンドリカルレンズ３３で幅が広がって光検出器３４で受光される。

光検出器３４の寸法は、細長い受光口３０とほぼ同じであり、受光口３０の真下に光検出器３４が配置されている。投光器２と受光器３は、投光口２０と受光口３０を一致させて設置されている。よって、受光器３の光検出器３４は、投光器２から出射された鋼帯１の幅方向に広がるレーザー光２１１（図４では、光軸のみを表示）を受信できる。また、光検出器３４は光検出信号Ａ２を穴欠陥検出制御装置７に出力する。

溶接穴検出器５は、鋼帯１の溶接穴が、投光器２および受光器３が配置された位置の少し上流側に到達したことを検出して、溶接穴接近信号Ａ３をトラッキング装置６と穴欠陥検出制御装置７に出力する。
トラッキング装置６は、鋼帯１を常時監視し、鋼帯１の進行状態を示すトラッキング信号Ａ４を穴欠陥検出制御装置７に出力する。

穴欠陥検出制御装置７は、鋼帯１に穴欠陥があるかどうかを常時検出する穴欠陥検出部７１と、投光器２を常時診断する投光器診断部７２と、受光器３を所定のタイミングで診断する受光器診断部７３を有する。
穴欠陥検出部７１は、受光器３の光検出器３４からの光検出信号Ａ２に基づき、鋼帯１に穴欠陥が生じているか否かを示す穴欠陥検出信号Ｂ１を表示装置８に出力する。

投光器診断部７２は、投光器２の診断用光検出器２５からの光検出信号Ａ１に基づき、投光器２の診断結果を示す投光器診断信号Ｂ２を表示装置８に出力する。
受光器診断部７３は、受光器３の光検出器３４からの光検出信号Ａ２と、溶接穴検出器５からの溶接穴接近信号Ａ３と、トラッキング装置６からのトラッキング信号Ａ４に基づき、図５に示すフローチャートに従う演算処理を行って、受光器３の診断結果を示す受光器診断信号Ｂ３を表示装置８に出力する。

図５のフローチャートについて説明する。
先ず、ステップＳ１では、溶接穴検出器５からの溶接穴接近信号Ａ３を受信したかどうかを判断し、受信した場合はステップＳ２に移行して、受光器の診断開始に備えて溶接穴のトラッキングを開始する。
次に、ステップＳ３に移行して、溶接穴が受光口３０のＬｍだけ下流の位置を通過する（溶接穴の中心が受光口３０の上を通過し、溶接部が受光口３０の上に存在する）と予測されるタイミングになっているかどうかを判断する。このタイミングは、トラッキング装置６から入力されているトラッキング信号Ａ４により、溶接穴検出器５を通過してからの鋼帯１の送り量で計算することで予測する。そして、このタイミングになっていない場合はステップＳ４に移行し、なっている場合はステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、穴欠陥検出部７１で穴欠陥が検出されたか否かを判断する。穴欠陥が検出された場合（すなわち、溶接穴が穴欠陥として検出された場合）はステップＳ６に移行し、検出されなかった場合はステップＳ３に戻る。
ステップＳ３からステップＳ５に移行した場合は、いずれかの光検出器３４で溶接穴を通過したレーザー光２１１が受光できなかった状態にあるため、ステップＳ５で、いずれかの受光器３または投光器２に異常があることを示す信号を受光器診断信号Ｂ３として出力した後、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、全ての投光器２の光シャッター２７に所定時間開ける信号を出力することで、受光素子２６で受光したレーザー光２１２が光ファイバ４を通って受光器３の発光部３１に入るようにする。これにより、発光部３１から光検出器３４に診断光３１０を入射し、全ての受光器３の光検出器３４を診断した後、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、全ての光検出器３４について診断光を受光したか否かを調べて、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、全ての光検出器３４で診断光を受光したか、いずれかの光検出器３４で診断光を受光できなかったかを判断し、全ての光検出器３４で診断光を受光した場合はステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、全ての受光器３が正常であることを示す信号を受光器診断信号Ｂ３として出力した後、演算処理を終了する。
いずれかの光検出器３４で診断光を受光できなかった場合は、ステップＳ８からステップＳ１０に移行して、光検出器３４による受光ができなかった受光器３の番号等を示す信号を受光器診断信号Ｂ３として出力した後、演算処理を終了する。

表示装置８は、穴欠陥検出制御装置７からの信号Ｂ１〜Ｂ３に基づき、穴欠陥の検出結果と投光器１および受光器２の診断結果を表示する。
この実施形態の鋼帯の穴欠陥検出装置は以下のように作動する。
鋼帯１が進行している間、常時、投光器２のレーザー発振器２１が作動し、幅広で真下に向くレーザー光２１１が鋼帯１の上面に照射され、板状ミラー２４で反射されたレーザー光２１２が診断用光検出器２５と受光素子２６に入る。光シャッター２７は閉じられているので、受光素子２６に入ったレーザー光２１２は光ファイバ４に入らない。

投光器２に異常がない場合は、投光器２の診断用光検出器２５がレーザー光２１２を受光し、これを示す光検出信号Ａ１が投光器診断部７２に入力され、投光器診断部７２から表示装置８に、投光器２が正常である診断結果を示す投光器診断信号Ｂ２が出力される。投光器２に異常がある場合は、投光器２の診断用光検出器２５がレーザー光２１２を受光せず、これを示す光検出信号Ａ１が投光器診断部７２に入力され、投光器診断部７２から表示装置８に、投光器２が異常である診断結果を示す投光器診断信号Ｂ２が出力される。そして、投光器２の診断結果が表示装置８に表示される。

鋼帯１の穴欠陥が生じている部分が投光器２の真下を通ると、受光器３の光検出器３４が投光器２からのレーザー光２１１を受光し、これを示す光検出器３４からの光検出信号Ａ２が穴欠陥検出制御装置７の穴欠陥検出部７１に入力される。これに伴って、穴欠陥検出部７１から表示装置８に、鋼帯１に穴欠陥が生じていることを示す穴欠陥検出信号Ｂ１が出力され、穴欠陥が生じていることが表示装置８に表示される。

また、溶接穴検出器５が鋼帯１の溶接穴を検出して、溶接穴接近信号Ａ３が受光器診断部７３に入力されると、図５のフローチャートのステップＳ１からステップＳ２に移行して、溶接穴のトラッキングが開始される。そして、ステップＳ３で鋼帯１の溶接穴が受光口３０のＬｍだけ下流の位置を通過すると予測されたタイミングであると判断された時点で、あるいはステップＳ４で穴欠陥検出部７１により溶接穴が穴欠陥として検出された時点で、ステップＳ６，７による受光器３の診断が行われる。

すなわち、鋼帯１の溶接穴が受光器３の受光口３０の上に至った時点で、投光器２から出射されたレーザー光２１１が受光器３の光検出器３４で受光されることにより、穴欠陥検出部７１で溶接穴が穴欠陥として検出された場合は、この時点で、全ての投光器２の光シャッター２７に所定時間開の信号が入力されて、光シャッター２７が所定時間開となり、受光素子２６に入った光２１２が光ファイバ４に入るため、全ての受光器３の発光部３１から診断光３１０が光検出器３４に入射される（ステップＳ６）。

一方、鋼帯１の溶接穴が受光器３の受光口３０の上に至った時点で、投光器２から出射されたレーザー光２１１が受光器３の光検出器３４で受光されず、穴欠陥検出部７１で溶接穴が穴欠陥として検出されなかった場合は、ステップＳ３で、溶接穴が受光口３０のＬｍだけ下流の位置を通過すると予測されたタイミングであると判断された時点で、ステップＳ５で、いずれかの受光器３または投光器２に異常があることを示す受光器診断信号Ｂ３が表示装置８に出力される。
その後、全ての投光器２の光シャッター２７に所定時間開の信号が入力されて、光シャッター２７が所定時間開となり、受光素子２６に入った光２１２が光ファイバ４に入るため、全ての受光器３の発光部３１から診断光３１０が光検出器３４に入射される（ステップＳ６）。

次に、各受光器３の光検出器３４から出力された光検出信号Ａ２に基づいて、各受光器３の光検出器３４が診断光３１０を受光したか否かが確認され（ステップＳ７）、全ての光検出器３４で受光が確認された場合は、ステップＳ８からステップＳ９に移行して、全ての受光器３が正常であることを示す受光器診断信号Ｂ３が表示装置８に出力されて、表示装置８に全ての受光器３が正常であることが表示される。この場合は、受光器３ではなく投光器２に異常があるため、ステップＳ５で出力された信号を変更する構成としてもよい。
いずれかの光検出器３４で受光が確認されなかった場合は、ステップＳ８からステップＳ１０に移行して、いずれの受光器３が異常であるか（光検出器３４による受光ができなかった受光器３の番号等）を示す受光器診断信号Ｂ３が表示装置８に出力されて、表示装置８に異常である受光器３の番号等が表示される。

図６（ａ）のタイムチャートは、図５のフローチャートでステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６と進んだ場合を示す。すなわち、溶接穴の真下の受光器３が正常であって、鋼帯１の溶接穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時に、全ての受光器３の診断が行われた場合を示す。
図６（ｂ）のタイムチャートは、図５のフローチャートでステップＳ３→ステップＳ５→ステップＳ６と進んだ場合を示す。すなわち、溶接穴の真下の受光器３または真上の投光器２が異常であって、溶接穴が受光口３０のＬｍだけ下流の位置を通過する（溶接穴から長さＬｍの位置の溶接部が受光口３０の上に存在する）タイミングで、全ての受光器３の診断が行われた場合を示す。

この実施形態の穴欠陥検出装置では、受光器３の診断時には、光検出器３４による光検出が、診断光の受光のみによるものなのか、穴欠陥の存在に伴う投光器２からの受光を含むものなのか区別できないため、正確な穴欠陥検出が行われない。しかし、受光器３の診断は、製品として出荷時に捨てる部分である鋼帯１の溶接部で行われる。
よって、この実施形態の穴欠陥検出装置によれば、鋼帯１の製品とする部分の全体で正確な穴欠陥検出を行いながら、受光器３の診断を行うことができる。
また、この実施形態の穴欠陥検出装置では、光ファイバを使用することにより、投光器２のレーザー光２１２を受光器３の診断光に利用している。よって、各受光器３に診断用の光源を設置する場合と比較して、コストを抑えることができる。

１鋼帯
２投光器
２０投光口
２１レーザー発振器
２１０レーザー光
２１１下方に向かう光
２１２板状ミラ−に向かう光
２２ポリゴンミラー
２３ビームスプリッター
２４板状ミラー
２５診断用光検出器
２６受光素子（受光部）
２７光シャッター
３受光器
３０受光口
３１発光部
３２直角反射プリズム
３３平凹シリンドリカルレンズ
３４光検出器
３１０診断光
４光ファイバ
５溶接穴検出器
６トラッキング装置
７穴欠陥検出制御装置
７１穴欠陥検出部
７２投光器診断部
７３受光器診断部
８表示装置

Claims

連続的に搬送される鋼帯を挟んだ上下に投光器と受光器を配置し、投光器から出て鋼帯の穴欠陥を通った光を受光器で受光することで鋼帯の穴欠陥を検出する穴欠陥検出装置であって、
前記投光器は、鋼帯に向けた投光口から外れた位置に設置された診断用光検出器および受光部と、鋼帯の幅方向に広がる光を前記投光口に向かわせるとともに前記光の一部を前記診断用光検出器および前記受光部に向かわせる光学系とを有し、
前記受光器は、投光器からの光を検出する光検出器と、診断光の発光部と、前記光検出器に向けて診断光を照射する光学系とを有し、
一端が前記投光器の前記受光部と接続され、他端が前記受光器の前記発光部と接続された光ファイバと、
前記光ファイバの光路を開閉する光シャッターと、
前記投光器の診断用光検出器からの光検出信号に基づいて、前記投光器を診断する投光器診断部と、
前記鋼帯のコイル間の溶接部に設けた穴が穴欠陥として検出されたタイミングとほぼ同時か、前記穴が前記受光口の上を通過し前記溶接部が前記受光口の上に存在すると予測されたタイミングで、前記光シャッターを開いて前記投光器の受光部で受光した光を光ファイバを介して前記受光器の発光部に向かわせることで、前記受光器の光検出器に診断光を入射し、受光器の光検出器からの光検出信号に基づいて受光器を診断する受光器診断部を有することを特徴とする鋼帯の穴欠陥検出装置。