JP3201296B2 - Diagnosis method for metal material defect detection device and defect spark simulated light source - Google Patents
Diagnosis method for metal material defect detection device and defect spark simulated light sourceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属の中間素材、な
かでも鋼スラブの溶削時に欠陥を検出する装置に生じる
塵芥等の光学系への付着、計測制御系統の経年劣化等の
程度を診断する、金属材の欠陥検出装置の診断方法およ
びその方法に用いられる欠陥火花模擬光源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention diagnoses the degree of adhesion of dust and the like generated in a device for detecting a defect of a metal intermediate material, especially a steel slab during fusing, to an optical system, and the aging of a measurement control system. The present invention relates to a method of diagnosing an apparatus for detecting a defect of a metal material and a simulated light source for a defective spark used in the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】金属材、とくに鋼材の製造においては、
鋼スラブに存在するのろかみ、ピンホール、砂カミなど
の欠陥を熱間圧延前の冷間状態または高温状態において
検出することにより、手入れの要否および溶削等の手入
れの程度を判断したり、材料を格付けしたりする検査が
行われる。この検査は、所定量の溶削時に欠陥がある場
合に発生する欠陥火花を撮像して定量化する方法により
行われる。2. Description of the Related Art In the production of metal materials, particularly steel materials,
Determining the necessity of maintenance and the degree of maintenance, such as cutting, by detecting defects such as curling, pinholes, sand scum, etc., existing in the steel slab in the cold or high temperature state before hot rolling. Inspections are performed to grade the materials. This inspection is performed by a method of imaging and quantifying a defective spark generated when there is a defect during a predetermined amount of cutting.
【0003】この検査に用いられる欠陥検出装置は、水
蒸気、塵、振動、高温等をともなう環境で使用されるの
で、検出装置を設定した当初は適正な状態であっても時
間の経過につれ、光学系等への障害が堆積してくる。こ
のような場合、単にカメラに塵芥が付着しただけなの
か、または検出装置に内在する経年劣化因子、たとえば
真空管等(主に撮像管)の劣化なのか容易に判断できな
いという問題がある。[0003] Since the defect detection apparatus used in this inspection is used in an environment with water vapor, dust, vibration, high temperature, etc., even when the detection apparatus is initially set in an appropriate state, it may become optically aging over time. Obstacles to the system etc. will accumulate. In such a case, there is a problem that it is not easy to judge whether dust is simply attached to the camera or whether an aging factor inherent in the detection device, for example, a vacuum tube or the like (mainly an imaging tube) is deteriorated.
【0004】一般に欠陥検出装置の不調の原因は、次の
3点に大別される。[0004] Generally, the causes of malfunctions of the defect detection device are roughly classified into the following three points.
【0005】溶削装置に供給されるユーティリティの
不調(溶削ガス圧の低下等)、溶削ガスを噴出するノズ
ルの目詰まりに起因する“溶削の不調”。この場合、欠
陥火花が光学的に明瞭に現れなくなったり、溶融池上に
欠陥火花によく似た輝度変動が現れたりする。この場合
には欠陥火花検出装置に対して修復は必要としないが、
溶削装置が修復調整作業を要するという診断は導出され
なければならない。[0005] Malfunction of the utility supplied to the ablation apparatus (such as a decrease in the pressure of the ablation gas) and clogging of the nozzle for jetting the ablation gas cause "malfunction of the ablation". In this case, the defective spark does not clearly appear optically, or a luminance variation very similar to the defective spark appears on the molten pool. In this case, repair is not required for the defective spark detector,
A diagnosis that the cutting device requires repair adjustment work must be derived.
【0006】金属材を溶削する悪環境下で溶融池を観
察するためにテレビカメラなどの受光装置に汚れが付着
したり、溶融池から受光装置までの光路上に、霧状水
滴、微粉が舞ったり、その他光路を遮るものが飛来する
“光学系の不調”。[0006] In order to observe the molten pool in a bad environment in which metal material is abraded, dirt adheres to a light receiving device such as a television camera, and mist-like water droplets and fine powders are formed on the optical path from the molten pool to the light receiving device. "Failure in optical system" where flying or other objects that block the optical path fly.
【0007】溶融池からの輻射によってテレビカメラ
などの受光装置が高温になって異常な信号を出力した
り、装置から出るノイズが信号線に混入したり、出力信
号を処理する電気回路等の異常によって欠陥火花が適正
に検出できなくなるなどの“受光装置および信号処理装
置の不調”。[0007] Radiation from the molten pool causes a light-receiving device such as a television camera to become hot and output an abnormal signal, noise from the device to be mixed into a signal line, or an abnormality in an electric circuit or the like for processing an output signal. "Failure in the light receiving device and signal processing device" such that defective sparks cannot be detected properly.
【0008】上記の原因にともなって生ずる欠陥検出装
置の不調程度の診断に関して、これまで下記の方法が提
案されてきた。The following methods have been proposed so far for diagnosing the degree of malfunction of the defect detection device caused by the above-mentioned causes.
【0009】その一つは、定常的な金属材製造中にオン
ラインで溶融池の画像の輝度分布を経年的に連続的に観
察して当初の正常な状態とのずれを比較する方法である
(特開平6−229946号公報)。この方法によれ
ば、欠陥検出装置稼働中の水蒸気による外乱、レンズの
汚損、撮像カメラの視野ずれ、信号の微分処理回路等の
不調の結果として生じる異常等を検知することができ
る。One of the methods is to continuously observe the brightness distribution of the image of the molten pool online over time during the steady production of metal materials and to compare the deviation from the initial normal state ( JP-A-6-229946). According to this method, it is possible to detect disturbance caused by water vapor during operation of the defect detection device, contamination of the lens, deviation of the field of view of the imaging camera, abnormality caused as a result of malfunction of the signal differential processing circuit, and the like.
【0010】しかしながら、この方法は、操業中のオン
ライン診断を主とするものであり、操業中の鋼スラブ温
度、鋼種等の影響を受けるため厳格さに欠けるという問
題がある。また、自然欠陥である介在物起因の火花は、
火花検出のために1度溶削を行えば失われてしまうため
に同一条件での再現が不可能であり、不調原因を明確に
特定するまで繰り返し診断の用に供しえない。However, this method is mainly for on-line diagnosis during operation, and has a problem that it is not rigorous because it is affected by a steel slab temperature, a steel type and the like during operation. In addition, sparks caused by inclusions, which are natural defects,
Once ablation is performed once for spark detection, it is lost and cannot be reproduced under the same conditions, and cannot be used repeatedly for diagnosis until the cause of the malfunction is clearly identified.
【0011】他の一つの方法として、鋼スラブに人工欠
陥(ドリルホール)を設け、これを溶削することにより
欠陥火花を発生させ、当該装置の能力を診断する方法が
提案されている(特開平7−120409号公報)。こ
の方法によれば、欠陥が予め準備されているので信頼性
の高い診断が可能である。As another method, a method has been proposed in which an artificial defect (drill hole) is provided in a steel slab, and a defect spark is generated by cutting the hole, thereby diagnosing the capability of the apparatus. JP-A-7-120409). According to this method, since a defect is prepared in advance, highly reliable diagnosis is possible.
【0012】しかし、この方法では、金属材の準備およ
びそれにドリルホールを形成してそれを溶削する必要が
ある。このような診断方法においては上記のオンライン
での実生産の監視による方法と異なり、熱間での検査の
場合には、ドリル後鋼スラブを高温加熱し溶削中に当該
装置の診断データを採取する作業を繰り返すことによ
り、実際の製造工程を乱す事態が生じる場合がある。大
量生産方式を採用する鋼材製造においては、とくに熱延
工程の開始直前段階でのことなので後の工程に及ぼす影
響は甚大なものがある。冷間での検査においても次工程
である熱延工程が鋼スラブを待ち受けているという状況
は熱間検査と同じであり、定常的に安定して正確な検査
と修復が要望される点では共通している。However, in this method, it is necessary to prepare a metal material, form a drill hole in the metal material, and cut and drill it. Unlike the method of online monitoring of actual production described above, in the case of hot inspection, such a diagnostic method involves heating a steel slab after drilling at a high temperature and collecting diagnostic data of the device during cutting. In some cases, the actual manufacturing process may be disturbed by repeating the above operation. In the production of steel materials adopting the mass production method, the influence on the subsequent processes is enormous, especially at the stage immediately before the start of the hot rolling process. In cold inspections, the situation that the next hot rolling process is waiting for steel slabs is the same as hot inspections, and is common in that stable and accurate inspection and repair are required constantly. are doing.
【0013】また、実際の製造ラインで診断をしない場
合には、鋼スラブの取扱い、たとえば熱間検査を再現す
るスラブ加熱等に大がかりな装置と多くの時間をかける
必要がある。また、冷間検査と熱間検査の別を問わず、
鋼スラブの費用も無視できない。さらに、不調の原因が
溶削の不調(上記の原因)にあるのか、それとも、光
学系以降の不調(原因、)にあるのか明確にするに
は、溶削を伴わない方法による診断が求められていた。If the diagnosis is not carried out on the actual production line, it is necessary to spend a large amount of time on a large apparatus for handling the steel slab, for example, slab heating for reproducing the hot inspection. Regardless of whether cold inspection or hot inspection,
The cost of steel slabs cannot be ignored. Further, in order to clarify whether the cause of the malfunction is a malfunction of the abrasion (the above-mentioned cause) or a malfunction (cause) after the optical system, a diagnosis by a method without the abrasion is required. I was
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
材、とくに鋼材の欠陥検出装置の溶削を伴わない診断方
法およびそれに用いられる欠陥火花模擬光源を提供する
ことにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of diagnosing a defect detecting device for a metal material, particularly a steel material, without fusing, and a simulated light source for a defective spark used in the method.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶削時に
発生する欠陥火花を光学的に等価なもので置き換える方
法があればつぎに示す諸事情から非常に望ましいと判断
した。SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have determined that a method for replacing a defective spark generated at the time of cutting with an optically equivalent one is very desirable from the following circumstances.
【0016】イ)欠陥検出装置の一度の診断と調整によ
っては予期したとおりの結果が得られない場合には再診
断を繰り返すことになるため、溶削によらない簡易な方
法が求められる。A) If the expected result cannot be obtained by a single diagnosis and adjustment of the defect detection device, the re-diagnosis is repeated, so that a simple method without fusing is required.
【0017】ロ)汚れ付着による不調など、不調の原因
が発生後継続する不調を判定する場合には、人工欠陥を
内在させた金属材の溶削等は不要であり、光学的に等価
な光源を設置して、光源からの光が正常にカメラに到達
しているか確認すればよい。(B) When judging a malfunction that continues after the cause of the malfunction, such as a malfunction due to adhesion of dirt, it is not necessary to perform ablation of a metal material having an artificial defect therein, and an optically equivalent light source , And confirm that the light from the light source reaches the camera normally.
【0018】ハ)定期的な診断が目的なら、欠陥火花の
持つ特徴のうち欠陥検出装置が検出のために用いる特徴
のみを備えた光源がありさえすればよい。C) For the purpose of periodic diagnosis, it is only necessary to provide a light source having only the features of the defective spark which are used for detection by the defect detection device.
【0019】しかしながら、溶削を用いないで欠陥火花
模擬光源を用いて診断する場合には下記するような克服
すべき問題があった。However, when diagnosing using a simulated defective spark light source without using fusing, there are the following problems to be overcome.
【0020】『溶削時の欠陥火花等を撮像して装置を診
断するときには、欠陥火花等の輝度が非常に高いため、
通常、カメラには輝度を一万分の一程度に減少させるた
めの光学フィルタが取り付けられる。光学フィルタが取
り付けられた撮像装置の感度は非常に低くなり、溶削な
しでは撮像装置には何も映らない。このため、欠陥火花
等に比べて輝度の低いものを撮影して撮像装置を診断し
ようとすると、塵芥付着防止のためにカメラケースに格
納された撮像装置をカメラケースから取り出して光学フ
ィルタを取り外し、再びカメラケースに収める方法を採
らなければならない。このとき、撮像により診断した後
取り外した光学フィルタを再び取り付けるために撮像装
置をカメラケースから取り出す等する際に、せっかく診
断したカメラの向きが変動してしまうという問題があ
る。』上記の理由から実際に欠陥火花模擬光源を用いた
欠陥検出装置の診断が行われたことはなかった。When diagnosing the apparatus by imaging a defective spark or the like during cutting, the luminance of the defective spark or the like is extremely high.
Usually, the camera is provided with an optical filter for reducing the luminance to about one ten-thousandth. The sensitivity of the imager with the optical filter attached is very low, and nothing appears on the imager without fusing. For this reason, when trying to diagnose the imaging device by photographing an object having a lower luminance than a defective spark or the like, the imaging device stored in the camera case is taken out of the camera case to remove dust, and the optical filter is removed. You have to take the method of putting it in the camera case again. At this time, when the imaging device is taken out of the camera case in order to reattach the optical filter that has been removed after being diagnosed by imaging, there is a problem that the direction of the camera that has been diagnosed changes. For the above reasons, no diagnosis of the defect detection apparatus using the defect spark simulated light source was actually performed.
【0021】本発明者らは、欠陥火花模擬光源を各種試
験した結果、適切な欠陥火花模擬光源を用いれば上記の
問題を解決できることを確認した。The present inventors have conducted various tests on a simulated defective spark light source and found that the above problem can be solved by using an appropriate simulated defective spark light source.
【0022】本発明は欠陥火花模擬光源の検討および金
属材製造現場にて異常を生じた欠陥検出装置に欠陥火花
模擬光源を監視させる試験を繰り返して完成されたもの
で、下記の金属材の欠陥検出装置の診断方法およびそれ
に用いられる欠陥火花模擬光源を要旨とする。The present invention has been completed by repeatedly examining a defective spark simulated light source and repeating a test for monitoring a defective spark simulated light source by a defect detecting device having an abnormality at a metal material manufacturing site. The gist of the present invention is a method of diagnosing a detection device and a simulated defective spark light source used in the method.
【0023】(1)金属材表層部を溶削するときに形成
される溶融池、および溶融池内にある欠陥から発生する
欠陥火花を撮像することにより金属材の欠陥を検出する
装置の診断方法であって、欠陥火花模擬光源を、当該装
置の撮像系からみて撮像時に溶融池が生じる位置と光学
的に同じ位置付近に配置し、当該装置によりその光源を
撮像して、光源の相対的または絶対的輝度分布を評価す
ることにより当該装置の診断をする金属材の欠陥検出装
置の診断方法(〔発明1〕とする)。(1) A diagnostic method for an apparatus for detecting a defect in a metal material by imaging a molten pool formed when the surface layer of the metal material is ablated and a defect spark generated from a defect in the molten pool. Then, the defective spark simulated light source is disposed near the optically same position as the position where the molten pool occurs at the time of imaging as viewed from the imaging system of the device, and the light source is imaged by the device, and the relative or absolute A method for diagnosing a defect detecting device for a metal material that diagnoses the device by evaluating a target luminance distribution (referred to as [Invention 1]).
【0024】(2)電球8および黒体炉10を備えた光
源であって、電球内のフィラメントが欠陥火花として、
かつ黒体炉が溶融池として撮像されるように構成されて
いる〔発明1〕に記載する診断方法に用いられる欠陥火
花模擬光源(〔発明2〕とする)。(2) A light source provided with a light bulb 8 and a black body furnace 10, wherein a filament in the light bulb is a defective spark.
A simulated defective spark light source (referred to as [Invention 2]) used in the diagnostic method according to [Invention 1], wherein the blackbody furnace is configured to be imaged as a molten pool.
【0025】(3)光学系の光束供給源となるレーザ発
生装置12、溶削時に金属材に形成される溶融池を模擬
する光を形成する光学系、および欠陥から発する欠陥火
花を模擬する光を形成する光学系を備えた光源であっ
て、各光学系で形成される光がそれぞれ溶融池および欠
陥火花として撮像されるように各光学系が設定されてい
る〔発明1〕に記載する診断方法に用いられる欠陥火花
模擬光源(〔発明3〕とする)。(3) A laser generator 12 serving as a light beam supply source of an optical system, an optical system for forming light that simulates a molten pool formed in a metal material during fusing, and a light for simulating a defect spark generated from a defect. The diagnosis according to [Invention 1], wherein each of the optical systems is set so that light formed by each optical system is captured as a molten pool and a defective spark, respectively. A defective spark simulated light source used in the method (referred to as [Invention 3]).
【0026】上記の〔発明1〕〜〔発明3〕において、
「欠陥火花模擬光源」とは欠陥検出装置の監視方式に応
じて下記(a)、(b)または(c)の光源をいう。In the above [Invention 1] to [Invention 3],
The “defective spark simulated light source” refers to the following light sources (a), (b) or (c) according to the monitoring method of the defect detection device.
【0027】(a)欠陥火花を監視することにより金属
材の欠陥を検出する装置においては、欠陥火花と同程度
の輝度を持つ光源。(A) In a device for detecting a defect in a metal material by monitoring a defective spark, a light source having a luminance substantially equal to that of the defective spark.
【0028】(b)欠陥火花と溶融池との輝度差を監視
することにより金属材の欠陥を検出する装置において
は、欠陥火花と溶融池の輝度差と同程度の輝度を持つ光
源。(B) In a device for detecting a defect in a metal material by monitoring a difference in luminance between a defective spark and a molten pool, a light source having a luminance substantially equal to the luminance difference between the defective spark and the molten pool.
【0029】(c)欠陥火花と溶融池の両方の輝度を監
視することにより金属材の欠陥を検出する装置において
は、欠陥火花と同程度の輝度を持つ光源および溶融池と
同程度の輝度を持つ光源の両方の光源。(C) In an apparatus for detecting a defect in a metal material by monitoring the luminance of both the defective spark and the molten pool, a light source having the same luminance as that of the defective spark and the same luminance as the molten pool are obtained. Have both light sources.
【0030】〔発明1〕において、「診断」とは修復作
業前に修復作業の必要性を判定することのほか、修復作
業や校正の後なお修復作業が必要か判定すること、およ
び当該装置の当初の性能限界の確認等が含まれる。な
お、所定サイズの人工欠陥から発生する欠陥火花の大き
さと欠陥火花模擬光源の輝度等とを対応づける欠陥火花
模擬光源の校正作業は、診断を行う前に事前作業として
なされていることが望ましい。「金属材」とは金属の中
間素材、なかでも鋼スラブが該当する。In [Invention 1], the "diagnosis" means not only determining the necessity of the repair work before the repair work, but also determining whether the repair work is necessary after the repair work and the calibration, and This includes confirmation of initial performance limits. Note that it is preferable that the calibration of the defective spark simulated light source for associating the size of the defective spark generated from the artificial defect having a predetermined size with the luminance of the defective spark simulated light source be performed as a preliminary operation before performing the diagnosis. "Metal material" corresponds to an intermediate material of metal, particularly a steel slab.
【0031】「輝度分布」とは光源の画像上での分布等
をさし、“分布”は問題とせず“輝度”のみを評価する
場合を含む。The "luminance distribution" refers to the distribution of light sources on an image, and includes the case where only "luminance" is evaluated without regard to "distribution".
【0032】「同じ位置付近」とは、同じ位置および近
接した位置をあらわす。実際の溶削時に欠陥火花は溶融
池内の任意の位置から発生し、欠陥火花については確定
的な位置を指定できないからである。また、〔発明2〕
においては、厳密な意味では黒体炉と電球を同一位置に
配置することはできないが、実際のところ両者を近接さ
せて配置すれば目的は達成される。「電球」は透明電球
をさす。"Near the same position" means the same position and a close position. This is because a defective spark is generated from an arbitrary position in the molten pool during actual cutting, and a definite position cannot be specified for the defective spark. [Invention 2]
In the above, in a strict sense, the blackbody furnace and the bulb cannot be arranged at the same position, but in practice, the object can be achieved by arranging them close to each other. "Light bulb" refers to a transparent light bulb.
【0033】「撮像系からみた位置」とは、撮像系のカ
メラからみて光学的に同一方向かつ同一距離にある位置
をさす。"Position as viewed from the imaging system" refers to a position optically in the same direction and at the same distance as viewed from the camera of the imaging system.
【0034】「撮像」とは溶融池、欠陥火花を画像とし
て捉えることをいう。"Imaging" means capturing a molten pool and a defective spark as an image.
【0035】〔発明2〕および〔発明3〕は、光源
(c)の範疇に属するものである。〔発明1〕に使用さ
れる光源は〔発明2〕または〔発明3〕の光源に限定さ
れない。[Invention 2] and [Invention 3] belong to the category of the light source (c). The light source used in [Invention 1] is not limited to the light source in [Invention 2] or [Invention 3].
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】つぎに上記のように本発明を設定
した理由について説明する。最初に欠陥火花模擬光源
(〔発明2〕および〔発明3〕)について、次いで診断
方法(〔発明1〕)について説明する。Next, the reason why the present invention is set as described above will be described. First, the defective spark simulated light source ([Invention 2] and [Invention 3]) will be described, and then the diagnostic method ([Invention 1]) will be described.
【0037】1.欠陥火花模擬光源(〔発明2〕および
〔発明3〕) 図1は、欠陥火花と同程度の輝度を持つ光源と溶融池と
同程度の輝度を持つ光源とを撮像系に対して実際の溶削
時と同じ位置に配した模式図である。溶融池を生ぜしめ
る場所には黒体炉10を配置し、その前に黒体炉に近接
して電球8を配置し、電球内のフィラメントによって欠
陥火花を模するようにしてある。1. FIG. 1 shows a light source having the same luminance as the defective spark and a light source having the same luminance as the molten pool in the actual imaging system. It is the schematic diagram arrange | positioned in the same position as the time of cutting. A blackbody furnace 10 is arranged at a place where a molten pool is generated, and before that, a bulb 8 is arranged close to the blackbody furnace so that a filament in the bulb simulates a defective spark.
【0038】欠陥火花は溶融池に接して発生するので、
電球はできるだけ黒体炉に近づけるが、黒体炉からの熱
風によって電球8が加熱されないようにするため、エア
カーテン9を備えていることが望ましい。黒体炉の開口
窓が十分に大きければ黒体炉を遠ざけてもよい。黒体炉
10の温度は溶融池の温度と同じに設定されていると、
電球8のガラスの内外面での反射によってカメラ1に到
達する光量が減少する。しかし、この対策として電球8
のガラスの内外面に無反射処理を施す必要はない。溶融
池を撮影したときと同じ強度レベルの信号を出力するよ
うに黒体炉10の温度を若干高めに設定すればよい。こ
の設定温度は事前の校正による。[0038] Since the defective spark is generated in contact with the molten pool,
The light bulb is brought as close as possible to the black body furnace, but it is desirable to provide an air curtain 9 in order to prevent the light bulb 8 from being heated by hot air from the black body furnace. If the opening window of the black body furnace is sufficiently large, the black body furnace may be moved away. If the temperature of the black body furnace 10 is set to be the same as the temperature of the molten pool,
The amount of light reaching the camera 1 is reduced due to reflection on the inner and outer surfaces of the glass of the light bulb 8. However, bulb 8
It is not necessary to perform antireflection treatment on the inner and outer surfaces of the glass. The temperature of the black body furnace 10 may be set slightly higher so as to output a signal of the same intensity level as when the molten pool was photographed. This set temperature is based on prior calibration.
【0039】光源は必ずしも溶融池が生ずる位置と同じ
位置に配置する必要はない。The light source does not necessarily need to be arranged at the same position where the molten pool occurs.
【0040】図2は、設置場所の制約等により図1に示
す配置が困難な場合を解決するために、黒体炉の観察窓
を側面に配置できるようにしたものである。図2にしめ
すように、反射鏡11等を用いて光学的な等価性を保て
ば、黒体炉の観察窓を側面に配置してもよい。この場
合、電球8のフィラメントからの放射が欠陥火花と同程
度であると、反射鏡11の吸収によってカメラ1に到達
する光量が減少するが、この対策として反射鏡11に特
別な処理を施す必要はない。欠陥火花を撮影したときと
同じ強度レベルの信号を出力するように電球8の温度を
若干高めに設定すればよい。この設定温度は事前の校正
による。反射鏡11以外にプリズムなど他の光学的手段
を用いてもよい。また、光源の距離を実際と合わせるこ
とに不都合があるときには、反射鏡、レンズなどにより
光学的な等価性が保たれるかぎり図1に対する図2のよ
うな変形を行って診断してもよい。FIG. 2 shows a configuration in which the observation window of the blackbody furnace can be arranged on the side surface in order to solve the case where the arrangement shown in FIG. As shown in FIG. 2, the observation window of the black body furnace may be arranged on the side surface if the optical equivalence is maintained by using the reflecting mirror 11 or the like. In this case, if the radiation from the filament of the light bulb 8 is almost the same as that of the defective spark, the amount of light reaching the camera 1 decreases due to absorption by the reflecting mirror 11, but as a countermeasure, it is necessary to perform special processing on the reflecting mirror 11. There is no. The temperature of the light bulb 8 may be set slightly higher so as to output a signal of the same intensity level as when the defective spark was photographed. This set temperature is based on prior calibration. Other optical means such as a prism other than the reflecting mirror 11 may be used. In addition, when there is a problem in adjusting the distance of the light source to the actual distance, the diagnosis may be performed by performing a modification as shown in FIG. 2 with respect to FIG.
【0041】電球の定格電圧どおりの電圧では3000
k程度になってしまうので、まず低めの電圧をかけて点
灯させ、次いで光高温計を用いてフィラメントの温度を
測定しながら電圧を調整することにより適温に設定す
る。At a voltage equal to the rated voltage of the bulb, 3000
Since the temperature becomes about k, the lamp is first lit by applying a lower voltage, and then the filament temperature is measured using an optical pyrometer to adjust the voltage to set an appropriate temperature.
【0042】〔発明3〕は光源にレーザを用いたもので
ある。[Invention 3] uses a laser as a light source.
【0043】図3は、レーザを利用した欠陥火花模擬光
源を示す。レーザ12から照射されたレーザ光はビーム
スプリッタ13によって2方向に分けられる。一方は、
減光フィルタ16によって適切な光束に落とされ、コリ
メータ15でビーム径が広げられて、反射鏡13に導か
れてカメラに入射する。この部分は、溶融池を模するよ
うに機能する光学系である。他方は欠陥火花を模擬する
光学系である。レーザを発した光は減光フィルタ16に
よって適切な光束に落とされ、プリズム14によってビ
ームが線状に広げられ、凹レンズ17によって欠陥火花
からの光のように広げられ有限輝度を持つように調整さ
れ、ビームスプリッタ13によって上記の溶融池を模す
るビームとともにカメラ1に入射される。FIG. 3 shows a defective spark simulated light source using a laser. The laser light emitted from the laser 12 is split into two directions by a beam splitter 13. One is
The light is reduced to an appropriate light flux by the neutral density filter 16, the beam diameter is widened by the collimator 15, and guided to the reflecting mirror 13 to enter the camera. This part is an optical system that functions to simulate a molten pool. The other is an optical system that simulates a defective spark. The light emitted from the laser is reduced to an appropriate light flux by the neutral density filter 16, the beam is expanded linearly by the prism 14, and is expanded by the concave lens 17 like light from a defective spark and adjusted to have a finite brightness. The beam is split into the camera 1 by the beam splitter 13 together with the beam simulating the molten pool.
【0044】レーザ発生装置としては、たとえば、溶融
池の輝度106cd/mm2、撮像面の面積10-4m2 、
射出瞳の立体角10-2ステラジアン、レーザの波長63
3nmの条件下で比視感度0.25であることを考慮し
て、理想的な光学系では6mWの出力があれば十分であ
り、このような出力のHe−Neレーザが利用できる。As the laser generator, for example, the brightness of the molten pool is 10 6 cd / mm 2 , the area of the imaging surface is 10 −4 m 2 ,
Solid angle of exit pupil 10 -2 steradians, laser wavelength 63
Considering that the relative luminous efficiency is 0.25 under the condition of 3 nm, an output of 6 mW is sufficient for an ideal optical system, and a He-Ne laser having such an output can be used.
【0045】2.診断方法(〔発明1〕) 欠陥検出装置を診断する前に予め行っておくべき欠陥火
花模擬光源と実際の欠陥火花との対応づけの校正作業
は、つぎのようになされる。このとき用いられる欠陥検
出装置は正常な状態になければならない。2. Diagnosis Method ([Invention 1]) Calibration work of associating a defective spark simulated light source with an actual defective spark, which should be performed in advance before diagnosing the defect detection device, is performed as follows. The defect detection device used at this time must be in a normal state.
【0046】金属材の表面に種々の径と深さの人工欠陥
を作成しておく。人工欠陥は、ドリルホールでもよい
し、ドリルホールに砂などの介在物を模する物質を詰め
てもよいし、さらに、溶接などによってふたをしておい
てもよい。この上を溶削することによって発生する火花
がどのようなものであるかを撮像装置で撮影して定量化
する。つぎに本発明に係る欠陥火花模擬光源を調整する
ことによって種々の太さ、明るさの光源を実現して、火
花と同じように撮像される太さ、明るさを対応づける。
これら光源は定位置への取り付け取り外しが容易になる
ように構成されておれば、方向あわせ、ピント合わせが
正確に行える。一度このような調整を行っておけば、以
後の欠陥検出装置の診断には本発明で示した光源を用い
ればよい。Artificial defects having various diameters and depths are formed on the surface of the metal material. The artificial defect may be a drill hole, the drill hole may be filled with a substance simulating an inclusion such as sand, or the artificial hole may be covered by welding or the like. The type of spark generated by fusing the upper portion is photographed with an imaging device and quantified. Next, by adjusting the defective spark simulated light source according to the present invention, light sources having various thicknesses and brightnesses are realized, and the thicknesses and brightnesses imaged in the same manner as the sparks are associated.
If these light sources are configured so as to be easily attached and detached to a fixed position, the direction and focus can be accurately adjusted. Once such adjustments have been made, the light source described in the present invention may be used for subsequent diagnosis of the defect detection device.
【0047】具体的な欠陥火花模擬光源の条件設定は下
記のようにおこなう。Specific conditions for the defect spark simulated light source are set as follows.
【0048】溶削条件の違いによって溶融池の温度は若
干異なってくるが、温度が異なるのを模擬するために
は、図1または図2の配置では、そのまま黒体炉10の
温度を変えることにより実現できる。図3の配置では、
溶融池の温度変化は、コリメータ15や減光フィルタ1
6を調整することにより実現可能である。The temperature of the molten pool slightly varies depending on the cutting conditions, but in order to simulate the temperature difference, the temperature of the black body furnace 10 must be changed as it is in the arrangement of FIG. 1 or FIG. Can be realized by: In the arrangement of FIG.
The temperature change of the molten pool is measured by the collimator 15 or the neutral density filter 1.
6 can be realized.
【0049】金属材の欠陥の種類、大きさ等、または、
溶削火炎の噴出速度等の溶削条件によって、欠陥火花の
明るさは様々に変化する。異なった欠陥火花の明るさの
実現のためには、電球8に供給する電圧、電流、電力等
を制御することによってフィラメントの明るさを制御す
る。レーザを用いる場合には、プリズム14の配置や減
光フィルタ16を調整することにより実現可能である。The type and size of the defect in the metal material, or
The brightness of the defective spark varies variously depending on the cutting conditions such as the blowing speed of the cutting flame. In order to achieve different brightness of the defective spark, the brightness of the filament is controlled by controlling the voltage, current, power, etc. supplied to the bulb 8. When a laser is used, it can be realized by adjusting the arrangement of the prism 14 and the neutral density filter 16.
【0050】図4は、実際の溶削によって生成された溶
融池から発する欠陥火花を撮影した模式図である。図4
において、溶融池18の中に欠陥から発する火花19が
溶削火炎の方向に発生しているのが観察される。FIG. 4 is a schematic view of a defective spark generated from a molten pool generated by actual ablation. FIG.
In FIG. 2, it is observed that a spark 19 originating from the defect is generated in the direction of the cutting flame in the molten pool 18.
【0051】図5は、図4中の走査線AA’に沿って測
定した輝度を示す。なだらかな溶融池中に欠陥火花19
が高輝度部として検出される。FIG. 5 shows the luminance measured along the scanning line AA 'in FIG. Defective spark 19 in the gentle molten pool
Is detected as a high-luminance part.
【0052】図6は、溶融池の輝度と比較して欠陥火花
の輝度が十分でないものを検出するためにこの信号をR
C回路等により微分処理を施した信号である。FIG. 6 shows that this signal is used to detect a defective spark whose luminance is insufficient compared with the luminance of the molten pool.
This is a signal that has been subjected to differential processing by a C circuit or the like.
【0053】欠陥火花は、溶削火炎の噴出速度、その他
の溶削条件、欠陥の種類、大きさなどにより、様々な太
さを持つ。The defect spark has various thicknesses depending on the blowing speed of the cutting flame, other cutting conditions, the type and size of the defect, and the like.
【0054】図7は、図1または図2の方式で電球8の
フィラメントを観察した画像である。電球8のフィラメ
ント20が図7のように撮像される場合、走査線BB’
とCC’とでは、走査線が横切るフィラメントの長さが
異なる。FIG. 7 is an image obtained by observing the filament of the bulb 8 in the manner shown in FIG. 1 or FIG. When the filament 20 of the light bulb 8 is imaged as shown in FIG.
And CC ′ differ in the length of the filament traversed by the scanning line.
【0055】図8は、図7中の走査線BB’に沿った輝
度をあらわす。FIG. 8 shows the luminance along the scanning line BB 'in FIG.
【0056】また、図9はそれを微分処理した信号であ
る。同様に、高輝度の部分の間隔の狭い信号が走査線C
C’に沿った信号処理で得られる。このようにフィラメ
ントが適当な曲線を形成し、その曲線に対して走査線が
連続的に変化するように撮影されれば、1枚の画像によ
り広い範囲の幅の火花を撮像することが可能になる。FIG. 9 shows a signal obtained by differentiating the signal. Similarly, a signal having a narrow interval between high-luminance portions is a scanning line C.
It is obtained by signal processing along C '. As described above, if the filament forms an appropriate curve and the scanning line is continuously changed with respect to the curve, it is possible to capture a spark having a wide range with a single image. Become.
【0057】図10はレーザを用いた図3の方式の欠陥
火花を模した線状光源の画像である。図11はこの画像
をプリズムを用いて回転させて模擬火花の方向を変えた
ものである。図10を図11のように回転させた画像を
得て、その画像を基に診断することは火花の太さを変え
ることに相当する。FIG. 10 is an image of a linear light source simulating a defective spark of the type shown in FIG. 3 using a laser. FIG. 11 shows this image rotated using a prism to change the direction of the simulated spark. Obtaining an image obtained by rotating FIG. 10 as shown in FIG. 11 and diagnosing based on the image correspond to changing the thickness of the spark.
【0058】また、図12はプリズムの配置を調整して
幅を変えたものであり、このように幅を自由に変化でき
ることが欠陥火花模擬光源を用いるときの特徴である。FIG. 12 shows an arrangement in which the width of the prism is changed by adjusting the arrangement of the prisms. The fact that the width can be freely changed is a feature of the defective spark simulated light source.
【0059】図13はさらにプリズムの配置を調整して
連続的に幅の変化する線を作り出したものである。FIG. 13 shows a line in which the width is continuously changed by adjusting the arrangement of the prisms.
【0060】診断は、撮像系のカメラの方向、画角、ピ
ント、絞り、入射光量等についてチェックされる。In the diagnosis, the direction of the camera of the imaging system, the angle of view, the focus, the aperture, the amount of incident light, and the like are checked.
【0061】〔発明1〕における欠陥火花模擬光源とし
ては、〔発明2〕や〔発明3〕に特定される光源に限定
されず、電球の代わりに別の線光源を用いてもよいし、
火花検出方式が、火花が線状であることを利用しない方
式であれば線光源でなくてもよい。溶融池を模する光源
としては、黒体炉の代わりに別の面光源を用いてもよ
い。火花検出方式が溶融池が面状であることを利用しな
い方式であれば面光源でなくてもよい。The light source for simulating the defective spark in [Invention 1] is not limited to the light source specified in [Invention 2] or [Invention 3], and another linear light source may be used instead of the light bulb.
If the spark detection method is a method that does not use the fact that the spark is linear, it does not need to be a line light source. As a light source simulating a molten pool, another surface light source may be used instead of the black body furnace. If the spark detection method does not use the fact that the molten pool is planar, it may not be a surface light source.
【0062】欠陥検査装置の火花検出方式が火花の輝度
のみにもとづいて検出して溶融池の輝度によらない方式
である場合(欠陥火花模擬光源(a)の場合)には、
〔発明2〕において黒体炉10を省略する。In the case where the spark detection method of the defect inspection apparatus is a method in which detection is performed based on only the brightness of the spark and does not depend on the brightness of the molten pool (in the case of the defective spark simulated light source (a)),
In [Invention 2], the black body furnace 10 is omitted.
【0063】また、火花検出方式が火花と溶融池との輝
度差に基づいて検出され(欠陥火花模擬光源(b)の場
合)、輝度の絶対値によらない方式のときには、電球8
の輝度は火花と溶融池との輝度差に等しくなるようにし
て黒体炉10を省略してもよい。ただし、この方法で
は、実際に欠陥火花を撮影した場合にカメラ1が飽和し
てしまわないか確認を要するため、電球8の輝度は、欠
陥火花の輝度と同じに設定することができるようにして
おき、欠陥火花の輝度と同じ輝度に設定した状態でカメ
ラ1が飽和していないか確認する。When the spark detection method is based on the difference in brightness between the spark and the molten pool (in the case of the defective spark simulated light source (b)) and does not depend on the absolute value of the brightness, the light bulb 8
May be omitted so that the brightness of the blackbody furnace 10 is equal to the brightness difference between the spark and the molten pool. However, in this method, it is necessary to check whether or not the camera 1 is saturated when a defective spark is actually photographed. Therefore, the luminance of the bulb 8 can be set to be the same as the luminance of the defective spark. It is checked whether the camera 1 is saturated with the same brightness as the brightness of the defective spark.
【0064】〔発明3〕の場合も同様で、2つある光学
系の一方を省略したものを用いる。The same applies to [Invention 3], in which one of the two optical systems is omitted.
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明によれば、溶削することなく欠陥
火花模擬光源にもとづき簡便迅速に診断でき、診断の能
率が上がる。その結果、一度調整した後の再診断などを
迅速に繰り返すことができ、欠陥検出装置の精度向上を
もたらし金属材生産における品質と生産性の向上につな
がる。According to the present invention, diagnosis can be performed simply and quickly based on a simulated spark light source without fusing, thereby improving the efficiency of diagnosis. As a result, re-diagnosis after adjustment once can be repeated quickly, which leads to an improvement in the accuracy of the defect detection device, leading to an improvement in quality and productivity in metal material production.
【図1】〔発明2〕に係る欠陥火花模擬光源FIG. 1 is a simulated defective spark light source according to [Invention 2].
【図2】〔発明2〕に係る欠陥火花模擬光源(反射鏡を
用いた例)FIG. 2 is a defect spark simulated light source according to [Invention 2] (an example using a reflecting mirror).
【図3】〔発明3〕に係る欠陥火花模擬光源FIG. 3 is a simulated defective spark light source according to [Invention 3].
【図4】溶削火炎、溶融池、欠陥火花の画像Fig. 4 Image of cutting flame, molten pool, defective spark
【図5】図4のAA’走査線上の輝度信号波形FIG. 5 is a waveform diagram of a luminance signal on an AA ′ scanning line in FIG. 4;
【図6】図5の輝度信号波形をRC回路で微分処理した
信号波形6 is a signal waveform obtained by differentiating the luminance signal waveform of FIG. 5 by an RC circuit.
【図7】〔発明2〕のフィラメントの画像FIG. 7 is an image of the filament of [Invention 2].
【図8】図7のBB’走査線上の輝度信号波形8 is a waveform diagram of a luminance signal on a BB ′ scanning line in FIG. 7;
【図9】図8の輝度信号波形をRC回路で微分した信号
波形9 is a signal waveform obtained by differentiating the luminance signal waveform of FIG. 8 by an RC circuit.
【図10】〔発明3〕の欠陥火花模擬光源の画像FIG. 10 is an image of a defective spark simulated light source according to [Invention 3].
【図11】プリズムを回転することにより図10の画像
を傾けた画像11 is an image obtained by tilting the image of FIG. 10 by rotating a prism.
【図12】プリズムを調整することにより図10の画像
の幅を変えた画像FIG. 12 shows an image obtained by changing the width of the image shown in FIG. 10 by adjusting a prism.
【図13】プリズムを調整することにより図10の画像
の幅を連続的に変化させた画像FIG. 13 is an image in which the width of the image in FIG. 10 is continuously changed by adjusting a prism.
1…カメラ 2…レンズ 3…減光フィルタ 4…カメラケース 5…カメラケース前面ガラス 6…カメラケース前面ガラス5への付着物を遮るための
簡易交換ガラス 7…ガラス5、ガラス6へのすすの付着を遮るためのエ
アパージ 8…電球 9…エアカーテン 10…黒体炉 11…反射鏡 12…レーザ発生装置 13…反射鏡 14…プリズム 15…コリメータレンズ 16…減光フィルタ 17…凹レンズ 18…溶融池の画像 19…欠陥火花の画像 20…電球フィラメントの信号像 21…〔発明3〕の欠陥火花模擬光源(レーザ光源)の
画像DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Camera 2 ... Lens 3 ... Dim filter 4 ... Camera case 5 ... Camera case front glass 6 ... Easy replacement glass for blocking the adhering matter to the camera case front glass 5 7 ... Soot to glass 5 and glass 6 Air purge for blocking adhesion 8 ... Light bulb 9 ... Air curtain 10 ... Black body furnace 11 ... Reflection mirror 12 ... Laser generator 13 ... Reflection mirror 14 ... Prism 15 ... Collimator lens 16 ... Dimming filter 17 ... Concave lens 18 ... Molten pool 19 ... Image of defective spark 20 ... Signal image of bulb filament 21 ... Image of defective spark simulated light source (laser light source) of [Invention 3]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−154346(JP,A) 特開 昭59−174275(JP,A) 特開 平5−87745(JP,A) 特開 平6−229946(JP,A) 特開 平7−120409(JP,A) 特開 平8−338813(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/88 - 21/894 B23K 31/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-154346 (JP, A) JP-A-59-174275 (JP, A) JP-A-5-87745 (JP, A) 229946 (JP, A) JP-A-7-120409 (JP, A) JP-A-8-338813 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 21/88-21 / 894 B23K 31/00
Claims (3)
溶融池、および溶融池内にある欠陥から発生する欠陥火
花を撮像することにより金属材の欠陥を検出する装置の
診断方法であって、欠陥火花模擬光源を、当該装置の撮
像系からみて撮像時に溶融池が生じる位置と光学的に同
じ位置付近に配置し、当該装置によりその光源を撮像し
て、光源の相対的または絶対的輝度分布を評価すること
により当該装置の診断をすることを特徴とする金属材の
欠陥検出装置の診断方法。A diagnostic method for an apparatus for detecting a defect in a metal material by imaging a molten pool formed when a surface portion of a metal material is ablated and a defect spark generated from a defect in the molten pool. The defective spark simulated light source is disposed near the optically same position as the position where a molten pool occurs at the time of imaging when viewed from the imaging system of the device, and the light source is imaged by the device, and the relative or absolute A method for diagnosing a defect detecting device for a metal material, wherein the device is diagnosed by evaluating a luminance distribution.
光源であって、電球内のフィラメントが欠陥火花とし
て、かつ黒体炉が溶融池として撮像されるように構成さ
れていることを特徴とする請求項1に記載する診断方法
に用いられる欠陥火花模擬光源。2. A light source comprising a light bulb (8) and a black body furnace (10), wherein the filament in the light bulb is imaged as a defective spark and the black body furnace is imaged as a molten pool. A simulated defective spark light source used in the diagnostic method according to claim 1.
(12)、溶削時に金属材に形成される溶融池を模擬す
る光を形成する光学系、および欠陥から発する欠陥火花
を模擬する光を形成する光学系を備えた光源であって、
各光学系で形成される光がそれぞれ溶融池および欠陥火
花として撮像されるように各光学系が設定されているこ
とを特徴とする請求項1に記載する診断方法に用いられ
る欠陥火花模擬光源。3. A laser generator (12) serving as a light beam supply source of an optical system, an optical system for forming light that simulates a molten pool formed in a metal material at the time of fusing, and a defect spark generated from a defect. A light source having an optical system for forming light,
The simulated defective spark light source used in the diagnostic method according to claim 1, wherein each optical system is set such that light formed by each optical system is captured as a molten pool and a defective spark.
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---|---|---|---|
JP34731596A JP3201296B2 (en) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | Diagnosis method for metal material defect detection device and defect spark simulated light source |
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JP3957430B2 (en) | 1998-09-18 | 2007-08-15 | シャープ株式会社 | Liquid crystal display |
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- 1996-12-26 JP JP34731596A patent/JP3201296B2/en not_active Expired - Fee Related
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