JP2016070875A - 鋼材表面検査装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面欠陥を高精度に検出することが可能な鋼材表面検査装置及びその方法を提供する。【解決手段】鋳造直後のスラブの表面を検査する場合に、ステップＳ１でスラブ表面の予め設定された箇所においてスラブの自発光の赤外画像を赤外カメラで撮像すると共に、当該箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射して、その反射光を形状計測カメラで撮像する。ステップＳ２で、このレーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による形状計測カメラとスラブ表面との距離を用いてスラブ表面の形状を算出する。そして、ステップＳ３で、算出されたスラブ表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出する。その第１距離差領域が赤外画像として撮像されたスラブ表面の高輝度領域に包含されている場合に、ステップ７で第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼材の表面の状態を検査する鋼材表面検査装置及びその方法に関し、特に鋳造直後のスラブ及び前記スラブと同等に高温な鋼材の表面検査に好適なものである。

例えば鋳造（凝固）直後のスラブの表面欠陥を検出することができれば、早期の手入れを実施することで、厚板・薄板好悪邸での不良製品の発生や流出を抑制することが可能となる。このような高温な鋼材の表面検査装置や方法としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この鋼材表面検査装置では、照明によって鋼材表面の表面欠陥の陰影像を検出するのに近赤外域又は可視域の長波長側を用い、鋼材の自発光による検出には可視域の短波長側を用いることが記載されている。また、下記特許文献２に記載される鋼材表面検査方法では、線状レーザ光を鋼材の表面幅方向に照射して、その反射光を撮像し、その画像信号を２値化処理して表面幅方向のプロフィールを求め、その表面の凹深さを計測することで鋼材の縦割れを検出することが記載されている。

特開昭６０−１２５５４６号公報 特開２００７−１１４１３５号公報

しかしながら、従来の鋼材表面検査装置や方法では、表面欠陥を高精度に検出することが困難であり、更なる改善の余地がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、表面欠陥を高精度に検出することが可能な鋼材表面検査装置及びその方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様に係る鋼材表面検査装置は、鋳造直後のスラブ及び前記スラブと同等に高温な鋼材の表面検査装置であって、前記鋼材表面の予め設定された箇所にあって前記鋼材の自発光の赤外画像を撮像する赤外撮像装置と、前記鋼材表面の前記予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射する線状照射装置と、前記鋼材表面の前記予め設定された箇所にあって前記線状照射装置から照射された前記レーザ光の反射光を撮像する形状計測撮像装置と、前記形状計測撮像装置で撮像された前記レーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による前記形状計測撮像装置と鋼材表面との距離を用いて前記鋼材表面の形状を算出する形状算出部と、前記形状算出部で算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、前記第１距離差領域が前記赤外撮像装置で撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含されている場合に、前記第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する判定部とを備えたことを特徴とするものである。

また、この鋼材表面検査装置において、前記鋼材表面の前記予め設定された箇所にあって前記鋼材の反射光の可視及び紫外の少なくとも何れか一方の可視・紫外画像を撮像する可視・紫外撮像装置を備え、前記判定部は、前記第１距離差より絶対値の小さい予め設定された第２距離差に対し、前記形状算出部で算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が前記第２距離差より大きい第２距離差領域を検出し、前記第２距離差領域が前記赤外撮像装置で撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含され且つ前記可視・紫外撮像装置で撮像された前記鋼板表面の画像内に判別可能な場合に、前記第２距離差領域を表面欠陥部位と判定することが好ましい。

また、本発明の別の態様に係る鋼材表面検査方法は、鋳造直後のスラブ及び前記スラブと同等に高温な鋼材の表面検査方法であって、前記鋼材表面の予め設定された箇所にあって前記鋼材の自発光の赤外画像を撮像すると共に、前記鋼材表面の前記予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射して、その反射光を撮像し、前記レーザ光の反射光の画像に基づいて前記鋼材表面の形状を前記鋼材表面との距離から三角測量法によって算出し、前記算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、前記第１距離差領域が前記赤外画像として撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含されている場合に、前記第１距離差領域を表面欠陥部位と判定することを特徴とするものである。

而して、本発明の鋼材表面検査装置及びその方法によれば、鋳造直後のスラブ及びそのスラブと同等に高温な鋼材の表面を検査する場合に、鋼材表面の予め設定された箇所にあって鋼材の自発光の赤外画像を撮像する。また、鋼材表面の予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射して、その反射光を撮像する。このレーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による鋼材表面との距離を用いてスラブ表面の形状を算出する。そして、算出された鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、その第１距離差領域が赤外画像として撮像された鋼材表面の高輝度領域に包含されている場合に、第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する。そのため、鋼材の表面欠陥を高精度に検出することが可能となる。

また、鋼材表面の予め設定された箇所にあって鋼材の反射光の可視及び紫外の少なくとも何れか一方の可視・紫外画像を撮像する。そして、第１距離差より絶対値の小さい予め設定された第２距離差に対し、算出された鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が第２距離差より大きい第２距離差領域を検出し、第２距離差領域が赤外画像として撮像された鋼材表面の高輝度領域に包含され且つ可視・紫外画像として撮像された鋼板表面の画像内に判別可能な場合に、第２距離差領域を表面欠陥部位と判定する。そのため、鋼材の表面欠陥を高精度に検出することが可能となる。

本発明の鋼材表面検査装置及びその方法の一実施形態を示すスラブ搬送装置の概略構成図である。 図１の赤外カメラの説明図である。 図１の可視・紫外カメラの説明図である。 図１の形状計測カメラの説明図である。 図１のプロセスコンピュータ内で行われるスラブ表面検査の演算処理を示すフローチャートである。 スラブ表面に形成した表面欠陥の模式図である。 可視・紫外カメラで撮像されたスラブ表面画像の説明図である。 赤外カメラで撮像されたスラブ表面画像の説明図である。 形状計測カメラで撮像されたスラブ表面画像に基づいて三角測量法で算出された鋼板表面形状の説明図である。 形状計測カメラで撮像されたスラブ表面画像に基づいて三角測量法で算出された鋼板表面形状の説明図である。 形状計測カメラで撮像されたスラブ表面画像に基づいて三角測量法で算出された鋼板表面形状の説明図である。

次に、本発明の鋼材表面検査装置及びその方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の鋼材表面検査装置及びその方法が適用されたスラブ搬送装置の概略構成図である。本実施形態では、高温の鋼材として、鋳造（凝固）直後のスラブＳを対象とする。鋳造直後のスラブＳは、凝固しているとはいえ、極めて高温であり、所謂赤熱状態である。この鋳造直後のスラブＳの表面欠陥を検出できれば、その表面欠陥の手入れを早期に行うことで、厚板工程や薄板工程での不良製品の発生・流出を未然に防止することが可能となる。そこで、本実施形態では、鋳造直後のスラブＳの表面欠陥を検出するための鋼材表面検査装置を鋳造直後のスラブ搬送装置１に配置し、スラブＳ表面のスケールが大きく成長する以前に表面欠陥を検出できるようにした。

本実施形態のスラブ搬送装置１は、スラブＳの搬送ラインの下方に複数の搬送ロール（φ４００ｍｍ×５０００ｍｍ）２を一定間隔に配置し、それら搬送ロール２の回転によって搬送ライン上のスラブＳを、例えば図１の図示右方から図示左方に搬送する。本実施形態では、このスラブ搬送装置１によって搬送されるスラブＳのエッジ部、即ち側面部及び上面部を含むコーナー部に生じる表面欠陥を検出する。そのため、同一のスラブＳのエッジ部のうち、予め設定された範囲を同時に撮像する撮像装置として、スラブＳ幅方向両端部に、夫々、カメラ３〜５を３つずつ配置している。

これらのカメラ３〜５は、何れもＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた所謂デジタルカメラであり、集積されている素子の個々が画素（１０００×１０００）として輝度や色合いを検出して記録する。これらのカメラのうち、符号３で表れるカメラは、赤外光帯域（波長７００ｎｍ以上）の感度を有し、撮像対象物の赤外光帯域画像（赤外画像）を撮像することができる。また、符号４、５で表れるカメラは、可視及び紫外光帯域（波長７００ｎｍ未満）の感度を有し、撮像対象物の可視及び紫外光帯域（可視・紫外画像）を撮像することができる。

なお、符号５で表れるカメラは、後述するように、撮像対象物であるスラブＳに照射される線状レーザ光の反射光から、スラブＳの表面形状を三角測量法によって検出するものであるから、当該線状レーザ光の反射光の波長又はその波長を含む近傍波長を通過するフィルタを用いた。これに代えて、カメラ自体の撮像感度を当該線状レーザ光の反射光の波長又はその波長を含む近傍の波長に限定してもよい。

また、符号３で表れるカメラは広波長帯域のデジタルカメラを用い、赤外光帯域のみを通過するフィルタによって赤外画像を撮像するようにしてもよい。同様に、符号４で表れるカメラも広波長帯域のデジタルカメラを用い、可視・紫外光帯域のみを通過するフィルタによって可視・紫外画像を撮像するようにしてもよい。更に、符号４で表れるカメラは、可視光帯域のみの画像を撮像するものや紫外光帯域のみの画像を撮像するものであってもよい。以上より、符号３で表れるカメラを赤外カメラ、符号４で表れるカメラを可視・紫外カメラ、符号５で表れるカメラを形状計測カメラと夫々称呼する。

前記赤外カメラ３は、鋳造直後の高温のスラブＳが発光する赤外自発光を撮像する。そのため、図２に示すように、赤外カメラ３には照明は使用しない。これに対し、可視・紫外カメラ４はスラブＳの可視・紫外反射光を撮像するため、本実施形態では、図３に示すように、可視光を照射可能なメタルハライド光源を使用する照明装置６を配置している。なお、赤外カメラ３への影響を回避するため、照明装置６には赤外カットフィルタを配設し、この赤外カットフィルタを通してスラブＳを照射するようにしている。

また、前述のように、形状計測カメラ５はスラブＳから反射される線状レーザ反射光を撮像するため、図４に示すように、線状照射装置７を使用している。この線状照射装置７は、形状計測カメラ５による三角測量法に用いられるため、周知のように揺動ミラーを用いてレーザ光を線状に走査し、スラブＳの表面に向けて照射する。三角測量法は、周知のように、測定点、この場合は形状計測カメラ５による撮像点と測定対象物、この場合は線状レーザ光の反射点までの距離で測定対象物、即ちスラブＳの表面形状を計測するものである。なお、本実施形態では、レーザ光に緑色レーザ光を用いた。

搬送ロール２には、スラブＳの搬送状態を検出するためのパルスジェネレータ８が設けられている。各カメラ３〜５は、スラブＳのエッジ部において視野の一辺が３００ｍｍになるように調整されており、各カメラ３〜５による撮像範囲のずれを±１画素の範囲になるように設定している。各カメラ３〜５によるスラブＳの撮像は、パルスジェネレータ８からのパルスに同期して行うことで同一のスラブＳの同一箇所を同時に撮像することとし、スラブＳの搬送距離２００ｍｍピッチで撮像を行うことで、スラブＳの全長を隙間なく撮像することができるように設定している。

このスラブ搬送装置１は、鋳造工程を含めて、プロセスコンピュータ９によって制御されている。パルスジェネレータ８の出力パルスがプロセスコンピュータ９によって読込まれ、その出力パルスに応じて各カメラ３〜５の撮像タイミングがプロセスコンピュータ９によって制御される。また、各カメラ３〜５で撮像された画像はプロセスコンピュータ９に読込まれる。プロセスコンピュータ９内には、スラブＳの表面検査を行って表面欠陥を検出するスラブ表面検査部１０がソフトウエアによって構築されている。また、プロセスコンピュータ９には、各カメラ３〜５から読込まれた画像や演算処理の結果を表示する表示部１１が設けられている。また、プロセスコンピュータ９内部には、前記表面検査部１０と連動する画像記憶部１２も形成されている。

図５は、プロセスコンピュータ９で行われるスラブ表面検査のための演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、各カメラ３〜５によるスラブ表面撮像後毎に行われ、まずステップＳ１で、同一スラブＳの同一撮像範囲（同一箇所）を撮像した赤外カメラ３、可視・紫外カメラ４、形状計測カメラ５の画像を取込む。
次にステップＳ２に移行して、ステップＳ１で取込まれた形状計測カメラ５の画像から、形状計測カメラ５からスラブＳの表面までの距離を、三角測量法によって、赤外カメラ３及び可視・紫外カメラ４の画像と同じ範囲で算出する。

次にステップＳ３に移行して、ステップＳ２で算出されたスラブ表面までの距離のうち、平坦と見なされる部位との距離の差の絶対値が予め設定された第１距離差閾値より大きい第１距離差領域を算出する。
次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出された第１距離差領域の大きさ（面積：画像数）が予め設定された第１領域閾値より大きいか否かを判定し、第１距離差領域の大きさが第１領域閾値より大きい場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合にはステップＳ８に移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ１で取込まれた赤外カメラ３の画像を画像処理して平坦でない部位（高輝度＝白色部位）を強調してからステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、ステップＳ３で算出された第１距離差領域が赤外カメラ３の画像における平坦でない部位（高輝度部位）に包含されているか否かを判定し、第１距離差領域が平坦でない部位に包含されている場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ８に移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ３で算出された第１距離差領域を表面欠陥部位と判定してから復帰する。
一方、ステップＳ８では、ステップＳ２で算出されたスラブ表面までの距離のうち、平坦と見なされる部位との距離の差の絶対値が予め設定された第２距離差閾値より大きい第２距離差領域を算出する。なお、第２距離差閾値は第１距離差閾値より小さい値とする。

次にステップＳ９に移行して、前記ステップＳ８で算出された第２距離差領域の大きさ（面積：画像数）が予め設定された第２領域閾値より大きいか否かを判定し、第２距離差領域の大きさが第２領域閾値より大きい場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合には復帰する。なお、第２領域閾値は第１領域閾値より大きい値とする。
ステップＳ１０では、ステップＳ１で取込まれた赤外カメラ３の画像を画像処理して平坦でない部位（高輝度＝白色部位）を強調する。

次にステップＳ１１に移行して、ステップＳ８で算出された第２距離差領域が赤外カメラ３の画像における平坦でない部位（高輝度部位）に包含されているか否かを判定し、第２距離差領域が平坦でない部位に包含されている場合にはステップＳ１２に移行し、そうでない場合には復帰する。
ステップＳ１２では、可視・紫外カメラ４の画像を画像処理して、輝度の境界を強調する。
次にステップＳ１３に移行して、ステップＳ１２で輝度境界の強調された可視・紫外カメラ４の画像からステップＳ８で算出された第２距離差領域を判別できるか否かを判定し、可視・紫外カメラ４の画像から第２距離差領域を判別できる場合にはステップＳ１４に移行し、そうでない場合には復帰する。

ステップＳ１４では、ステップＳ８で算出された第２距離差領域を表面欠陥部位と判定してから復帰する。
この演算処理では、形状計測カメラ５の画像から、三角測量法によって、形状計測カメラ５からスラブＳの表面までの距離を算出し、算出されたスラブ表面までの距離のうち、平坦と見なされる部位との距離の差の絶対値が第１距離差閾値より大きい第１距離差領域を算出する。そして、算出された第１距離差領域の大きさが第１領域閾値より大きい場合にあって、その第１距離差領域が赤外カメラ３の画像における高輝度部位、即ち平坦でない部位に包含されている場合には、その第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する。

また、算出されたスラブ表面までの距離のうち、平坦と見なされる部位との距離の差の絶対値が第２距離差閾値より大きい第２距離差領域を算出する。そして、算出された第２距離差領域の大きさが第２領域閾値より大きい場合にあって、その第２距離差領域が赤外カメラ３の画像における高輝度部位、即ち平坦でない部位に包含され且つ可視・紫外カメラ４の画像から第２距離差領域を判別できる場合には、その第２距離差領域を表面欠陥部位と判定する。

図６は、本実施形態のスラブ表面検査装置で表面欠陥を検出するために、スラブＳの表面に意図的に形成したスリット状の表面欠陥Ｆの模式図である。図７は、可視・紫外カメラ４で撮像した実際のスラブＳの表面の画像である。この画像では、スリット状の表面欠陥Ｆを判別することはできるが、表面性状の影響で判別しにくい部分もある。図８は、赤外カメラ３で撮像した実際のスラブＳの表面の画像である。この画像では、スリット状の表面欠陥Ｆを高輝度（白色）部位として明確に判別することができる。なお、スリット状の表面欠陥Ｆが高輝度（白色）であるのは、表面欠陥Ｆの高温の内部からより多くの赤外線が放出されているためであると考えられる。

これに対し、図９〜図１１は、形状計測カメラ５で撮像された実際のスラブＳの表面画像から三角測量法で算出したスラブＳの表面形状である。このスラブＳの表面形状は、形状計測カメラ５からの距離として算出されているので、スリット状の表面欠陥Ｆでは平坦部よりも距離が大きくなっている。これらの図から明らかなように、三角測量法で算出した形状計測カメラ５からの距離からなるスラブＳの表面形状は、スリット状の表面欠陥Ｆを距離の差として明確に表している。従って、三角測量法で算出したスラブＳの表面形状のうち、平坦部との距離の差が大きい部分を表面欠陥Ｆではないかとして抽出し、その平坦部との距離の差の大きい部分が赤外カメラ３で撮像された画像や可視・紫外カメラ４で撮像された画像で判別できれば、その平坦部との距離の差の大きい部分は表面欠陥Ｆであると判定することができる。

このように本実施形態のスラブ表面検査装置及びその方法では、鋳造直後のスラブＳの表面を検査する場合に、スラブ表面の予め設定された箇所にあってスラブＳの自発光の赤外画像を赤外カメラ３で撮像する。また、スラブ表面の予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射して、その反射光を形状計測カメラ５で撮像する。このレーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による形状計測カメラ５とスラブ表面との距離を用いてスラブ表面の形状を算出する。そして、算出されたスラブ表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、その第１距離差領域が赤外画像として撮像されたスラブ表面の高輝度領域に包含されている場合に、第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する。そのため、スラブＳの表面欠陥Ｆを高精度に検出することが可能となる。

また、スラブ表面の予め設定された箇所にあってスラブＳの反射光の可視及び紫外の少なくとも何れか一方の可視・紫外画像を可視・紫外カメラ４で撮像する。そして、第１距離差より絶対値の小さい予め設定された第２距離差に対し、算出されたスラブ表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が第２距離差より大きい第２距離差領域を検出し、第２距離差領域が赤外画像として撮像されたスラブ表面の高輝度領域に包含され且つ可視・紫外画像として撮像されたスラブ表面の画像内に判別可能な場合に、第２距離差領域を表面欠陥部位と判定する。そのため、スラブの表面欠陥Ｆを高精度に検出することが可能となる。
なお、前記実施形態では、高温の鋼材として鋳造直後のスラブを対象としたが、同等に高温の鋼材であれば、本発明の鋼材表面検査方法を同様に適用することができる。

１ スラブ搬送装置
２ 搬送ロール
３ 赤外カメラ（赤外撮像装置）
４ 可視・紫外カメラ（可視・紫外撮像装置）
５ 形状計測カメラ（形状計測撮像装置）
６ 照明装置
７ 線状照射装置
８ パルスジェネレータ
９ プロセスコンピュータ
１０ スラブ表面検査部
１１ 表示部
１２ 画像記憶部
Ｓ スラブ（鋼材）
Ｆ 表面欠陥

Claims (3)

1. 鋳造直後のスラブ及び前記スラブと同等に高温な鋼材の表面検査装置であって、
   前記鋼材表面の予め設定された箇所にあって前記鋼材の自発光の赤外画像を撮像する赤外撮像装置と、
   前記鋼材表面の前記予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射する線状照射装置と、
   前記鋼材表面の前記予め設定された箇所にあって前記線状照射装置から照射された前記レーザ光の反射光を撮像する形状計測撮像装置と、
   前記形状計測撮像装置で撮像された前記レーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による前記形状計測撮像装置と鋼材表面との距離を用いて前記鋼材表面の形状を算出する形状算出部と、
   前記形状算出部で算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、前記第１距離差領域が前記赤外撮像装置で撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含されている場合に、前記第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する判定部と
   を備えたことを特徴とする鋼材表面検査装置。
2. 前記鋼材表面の前記予め設定された箇所にあって前記鋼材の反射光の可視及び紫外の少なくとも何れか一方の可視・紫外画像を撮像する可視・紫外撮像装置を備え、
   前記判定部は、前記第１距離差より絶対値の小さい予め設定された第２距離差に対し、前記形状算出部で算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が前記第２距離差より大きい第２距離差領域を検出し、前記第２距離差領域が前記赤外撮像装置で撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含され且つ前記可視・紫外撮像装置で撮像された前記鋼板表面の画像内に判別可能な場合に、前記第２距離差領域を表面欠陥部位と判定することを特徴とする請求項１に記載の鋼材表面検査装置。
3. 鋳造直後のスラブ及び前記スラブと同等に高温な鋼材の表面検査方法であって、
   前記鋼材表面の予め設定された箇所にあって前記鋼材の自発光の赤外画像を撮像すると共に、
   前記鋼材表面の前記予め設定された箇所に予め設定された波長のレーザ光を線状に照射して、その反射光を撮像し、
   前記レーザ光の反射光の画像に基づいて三角測量法による前記鋼材表面との距離を用いて前記鋼材表面の形状を算出し、
   前記算出された前記鋼材表面の形状のうち、平坦部と平坦でない部位との距離の差が予め設定された第１距離差より大きい第１距離差領域を検出し、前記第１距離差領域が前記赤外画像として撮像された前記鋼材表面の高輝度領域に包含されている場合に、前記第１距離差領域を表面欠陥部位と判定する
   ことを特徴とする鋼材表面検査方法。