JP3968345B2 - 圧延ロールの表面の検査方法及びそれを実施するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は圧延ロール、より一般的には円筒状体の表面の検査方法に関する。同様にこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
従来技術
製造道具の表面状態が製造された製品の品質を少なくとも部分的に決定する多くの例が産業界にある。一つの極めて重要な特別の例は鋼ストリップの製造例であり、その表面仕上げは圧延機のワーキングロールの表面の状態に大きな範囲で依存する。
【０００３】
圧延工程中に、事実、ワーキングロールの表面は酸化、酸化物粒子の皮殻、熱衝撃のための割れ、または表面応力の影響下の金属膜の実際の裂けのために次第に劣化する。従って圧延ロールの表面を、特に摩耗が早い第一仕上げスタンドの下方ワーキングロールの表面を定期的に検査することが重要である。
【０００４】
最初は、ロールの表面の検査はワーキングロールが交換されるとき作業者による簡単な目視試験からなっていた。ある場合には、例えば圧延されたストリップ中の欠陥の存在のため、中間検査が要求された。そのときは圧延機を停止し、時にはロールを取り外すことさえ必要であった。これらの中間の不定期の停止は多くの時間をとり、生産性の損失を伴う。この不利益は別として、かかる目視検査の主観性は試験の質に影響し、従って、それは信頼性、再現性及び迅速性の現在の要求にもはや合致しない。
【０００５】
圧延ロールの表面を検査する方法と装置はもちろん従来技術、特に照明手段を備え検査されるロールに接近して配置されたカメラにより既知である。しかし、概して、既知のシステムは表面を固定方向で検査するという不利を持つ。
【０００６】
満足に実施される表面の検査のためには、それは理想的には正反射方式で実施されるべきであり、すなわち検査の方向が観察点の表面に垂直であるべきである。圧延ロールの表面のような表面の場合、固定方向での検査は、ロールの表面に現れた欠陥を排除することを意図したロールの表面上の歪み取り操作のためにロールの直径が減少するとき最初に持っていたかもしれないどのような可能な正反射特性も迅速に失う。
【０００７】
発明の提示
本発明はこの不利を圧延ロールの表面の検査を改良するための方法を提案することにより解決することを目的とし、それはこのロールの直径を考慮に入れること、及びロールの直径の変動の全範囲に渡って正反射検査を維持することを可能とするものである。この目的のために、この発明は観察点でのロール表面に対する垂直線に関して検査システムの光軸の相対的な傾斜を調整することを可能とし、従ってロールが交換されるときのロール直径の修正を考慮に入れることを可能とする方法を提案する。ロールのかかる交換は通常１日に数回起こり、置き換えられる新ロールの直径は一般的に置き換えられたロールのそれと異なる。ロールの直径の関数として検査システムの方向を適合させることができることに対する要求が現在ある。
【０００８】
本発明によれば、圧延ロールの表面の検査方法であって、前記表面の少なくとも一帯域が前記ロールの表面の状態を決定する観点でその表面の前記帯域の方を向いた光軸を持つ検査装置により観察される方法において、その方法は更に前記検査装置により供給された前記帯域の少なくとも一つの像が取得されること、取得された前記像の少なくとも一つが解析されること、取得された前記像（単数または複数）の解析が参照像の解析と比べられること、取得された前記像（単数または複数）の解析と前記参照像の解析との間の差が検出されること、及び前記光軸の少なくとも配向が、前記差を少なくとも減らすように、好ましくは前記差を排除するように、調整されることにより特徴付けられる。
【０００９】
これに関係して、検査装置により取得された観察された帯域の像はそれを参照像と比較するという観点で適当などのような方法によっても解析されることができる。
【００１０】
一つの特別な実施例によれば、検査される表面の帯域の方を向いた検査装置の光軸の配向が漸次変えられ、前記帯域がロールの軸の方向に平行に走査することにより前記光軸の各位置に対して観察され、ロールの軸の方向に平行なラインにより構成された前記帯域の像が形成され、像の前記ラインのそれぞれのグレーレベルの平均値が決定され、前記平均グレーレベルのプロファイルが描かれ、このようにして描かれた前記プロファイルのそれぞれが光軸の正しい傾斜に対応する参照プロファイルと比較され、そして光軸の傾斜が、このようにして描かれた前記プロファイルと前記参照プロファイルとの間に観察されたどのような差も正すために、修正される。
【００１１】
好適実施例によれば、検査される表面の帯域の方を向いた検査装置の光軸の配向が漸次変えられ、前記帯域がロールの軸の方向に平行に走査することにより前記光軸の各位置に対して観察され、ロールの軸の方向に平行なラインにより構成された前記帯域の像が形成され、像の前記ラインのそれぞれのグレーレベルの平均値が決定され、前記平均グレーレベルのプロファイルが描かれ、各像に対応するプロファイルの特徴的パラメータの位置が決定され、そして光軸の傾斜が、前記プロファイルの前記特徴的パラメータの位置が反射が像の中央で正反射する像に対応する特徴的パラメータに等しいかまたは近接した位置に調整される。
【００１２】
本出願では、前記プロファイルは好ましくは横断的であり、すなわち像の走査方向に垂直な方向に描かれる。
【００１３】
前記プロファイルの特徴的パラメータは有利には例えばこのプロファイルの最大値または重心の値であることができる。
【００１４】
追加的特徴によれば、像のラインの平均グレーレベルは、予め決められた数の点で、好ましくはラインの点のそれぞれで、グレーレベルを測定することにより、かつラインのこれらの点で測定されたグレーレベルの平均値を計算することにより、決定される。
【００１５】
一点のグレーレベルは有利には予め決められた尺度、例えば絶対黒とまた白色飽和と呼ばれる絶対白との間の２５６グレーレベルを含む尺度に関して、測定される。
【００１６】
最高のグレーレベルは検査光ビームの正反射に対応すると考えられ、平均グレーレベルのプロファイル中の特徴的パラメータの位置は最良がこの正反射に、従って観察された帯域内の正反射点の位置に相当する光軸の傾斜を示すであろう。
【００１７】
光軸の傾斜は適当などのような方法によっても調整されることができる。
【００１８】
第一の可能性によれば、光軸の傾斜は検査装置または検査装置の一部を観察されるロールの軸に平行な軸周りに旋回することによる機械的手段により調整されることができる。
【００１９】
別の可能性はこの傾斜を光学手段により調整することからなる。特に、検査装置のまたはカメラの光ビームは出て行く光ビームの傾斜を修正することを可能とする例えば鏡またはプリズムの組合せのような可動システムにより偏向されることができる。
【００２０】
もちろん、光軸の傾斜は上に説明された像解析の結果に基づいて手動的に調整されることができる。光軸の傾斜の調整はまた有利には観察された帯域の像の解析に基づいて自動的に実施されることができる。
【００２１】
ここまでは、正反射（すなわち観察点での表面に垂直的である）により実施された表面検査に言及した。もちろんこれは理想的な状況であり、そこでは検査装置の光軸は観察点の表面への垂直線と一致する。実際には、もし二つの上述の方向が互いに非常に小さい角度で、典型的には７５０ｍｍのオーダーの直径を持つロールに対して０．２５°未満であるならなお正反射であると考えられることができる。もしこの角度が増えるなら、反射は拡散され、これは検査装置の検出器の照明の大きな減少に移される。拡散反射による観察はそれにもかかわらず例えば表面欠陥のようなある細部の視度を改善するなどの、興味ある情報を供給することができる。
【００２２】
上述の方法で使用されることのできる像を得ることは観察軸の正確な配向に加えて幾つかの条件が満たされる必要がある。これらは、特に、観察される帯域の照明及びこの帯域で得られた像の鮮鋭度である。
【００２３】
第二の態様によれば、この発明は円筒状体、特に圧延ロールの表面の検査のための装置に関し、この装置は光軸の傾斜を調整するための手段を含み、有利には検査装置の焦点合わせを調整するための手段及び観察される帯域の照明及び検査装置の感度を調整する手段を含むことができる。
【００２４】
この光軸の傾斜を調整するための手段は純粋に機械的な、すなわちこの光軸のロールの軸に平行な軸周りの簡単な旋回を確実とする手段であることができる。
【００２５】
圧延ロールスタンドの包囲条件のため、検査装置、一般的にカメラは密封されたかつ恐らく水冷されたハウジング内に収容される。このハウジングは通常横断レール、すなわちロールの軸に平行なレール上に取り付けられる。
【００２６】
検査装置の光軸の旋回を確実とするために、この装置はこの発明によれば、次の要素を、別個にまたは組合せて含むことができる：
− 固定されたハウジングとこの固定されたハウジング内のカメラを旋回するための手段；
− 旋回ハウジング、前記ハウジング内に固定されたカメラ、及び前記ハウジングを−そのカメラと一緒に−ハウジングの支持体に関して旋回するための手段；
− 旋回支持体上に固定されたハウジング、前記ハウジング内に固定されたカメラ、及び前記支持体を旋回するための手段。
【００２７】
特に、カメラはそれ自体旋回することができるハウジング内で旋回することができ、ハウジングの旋回が、例えば、比較的大まかな初期調整を確実とし、カメラの旋回が正確な最終調整を確実とする。
【００２８】
上述された種々の旋回運動は適当な装置、特に固定点と旋回される部材（ハウジング、カメラ、支持体）との間に取り付けられた空気圧シリンダーにより達成されることができる。
【００２９】
有利には、検査装置の、特にカメラのまたはハウジングの及び／またはその支持体の光軸の傾斜を測定しかつ表示するための手段が設けられる。
【００３０】
別の変更例では、光軸の傾斜を調整するための手段は光学手段または光学と機械的手段の組合せであり、例えば機械的手段は大まかな調整のために指定され、光学手段は正確な調整のために指定されている。
【００３１】
この変更例では、全検査装置、すなわちハウジングの支持体、ハウジング自体及びカメラが固定される。
【００３２】
この場合には、検査装置は光ビームの経路内に配置された鏡及び／または可動プリズムの組合せにより構成された、調整可能な光学システムを含む。この光学システムの移動によるまたは回転による変位がカメラから出る光ビームの傾斜を修正することを可能とする。この光学システムの位置、従って出て行く光ビームの方向は従来技術で既知の適当な手段により定められる。
【００３３】
追加の特徴によれば、検査装置はカメラの焦点合わせをロールの直径がどんなものであろうとも鮮鋭な像を得るような方式で調整するための手段を含む。この調整は例えばロールの交換後直ちに実施されることができる。
【００３４】
焦点合わせは検査装置またはカメラをその光軸に沿った移動における変位により調整されることができる。この目的のため、装置はある機構、例えば空気圧シリンダーまたはねじ付き棒を備えることができ、それが関連するそのハウジング内の検査装置またはカメラの平行変位を確実とする。
【００３５】
別の実施例では、カメラは自動焦点合わせ装置を備えたレンズを備えることができる。
【００３６】
焦点合わせの調整は手動的にまたは有利には自動的に観察された帯域の像の解析に基づいて制御されることができる。
【００３７】
検査装置またはカメラはまたカメラの感度を調整するための装置と組合せられた照明力を調整するための装置と一緒に有利に設けられることができる。
【００３８】
ストロボスコープ的照明の頻繁に起こる場合において、各光パルスのエネルギーが修正されることができる範囲は事実、システムを正反射及び拡散反射の両方で使用されることを可能とするに一般的に不充分である。更に、ストロボスコープ的照明に関して残るのはカメラの利得の自動監視のための回路が照明パルスの反復速度が低いとき正確に機能しないことである。
【００３９】
従って、この発明の検査装置は好ましくは更に従来技術で既知の利得の遠隔監視のためのシステムを含むカメラを備える。この監視は更に観察された帯域の像のグレーレベルの解析に基づいて操作者により手動的にまたは自動的に実施されることができる。
【００４０】
図面の簡略説明
この発明が今や添付図面により概略的に示されている実施例により、より詳細に説明されるであろう。図面において
図１は検査装置の光軸の傾斜を調整するための機械装置の一実施例を示し；
図２は検査装置の光軸の傾斜及び／または位置を調整するための光学装置の一実施例を示し；
図３は本発明の平均グレーレベルの横断プロファイルの三つの例を示す。
【００４１】
これらの図はこの発明を理解するのに必要な要素を含むのみであることは言うまでもない。同一または同様な要素は種々の図面で同じ参照番号により示される。
【００４２】
発明の実施例
検査装置の光軸の傾斜を調整するための機械装置が図１に概略的に示されている。
【００４３】
全体として捕らえてここでは保護ハウジング８で示された検査装置は圧延ロールスタンドの一部を形成する固定支持体２上に取り付けられている。その照準キャップ３は圧延ロール４の方に向けられており、このロールは例えば熱間圧延仕上げスタンドの下部ロールである。
【００４４】
この実施例では、検査装置は軸受５により（その一つのみを図に見ることができる）、ロール４の軸に平行な軸周りに旋回することができるような方式で、固定支持体２上に取り付けられている。検査装置の旋回運動は例えば固定支持体２と検査装置１との間に配置された空気圧シリンダー６により付与される。シリンダー６に関して関節５の遠方側に配置されたばね７は検査装置の旋回運動を制動することを可能とする。
【００４５】
シリンダー６のピストンの変位は検査装置の軸受５の軸周りの旋回、従って検査装置の光軸の傾斜の修正を起こす。この修正は現行のロール４を置き換える新ロール（図示せず）の表面での正反射を確実とするような方式で適合される。
【００４６】
図２は検査装置の光軸の位置及び／または傾斜を調整するための光学装置を示す。
【００４７】
ここでは、カメラ１が密封されたハウジング８内に取り付けられ、ハウジング８は次に恐らく防振材９を介して固定支持体２上に取り付けられる。既知の態様で、カメラ１の対物レンズ１１は光源１０を備えており、その光軸はロール４の方に向けられている。
【００４８】
ロール４と同じ側に、ハウジング８はハウジングの壁に設けられた窓１２によりハウジング８の内側と連通している照準キャップ３を持つ。このキャップ３はロール４の短距離内に延び、端部スリット１３を形成している。キャップ３を通して水の層流１４，１５があり、一方では窓１２が清浄に保たれることを確実とし、他方ではスリット１３を通しての粒子の侵入に対しての保護を確実とする。ロールの表面のクリアでじゃまされない観察がこのようにして保証される。
【００４９】
ハウジング８内に、対物レンズ１１に対向して配置された第一の固定鏡１６が窓１２のレベルに置かれた第二の旋回鏡１７に向けて光軸を偏向する。この第二鏡１７は窓１２を通してシリンダー４の方向に光軸を偏向する。検流計１８により制御されるこの第二鏡１７の回転はロール４の直径が変わるときこのロール上の正反射を確実とするための光軸の最終配向を修正することを可能とする。
【００５０】
光軸の傾斜に対してなされる調整寸法は観察された反射と観察点での理想的に正反射である最適反射との間の差に依存する。実際に、観察点はロールの表面上の観察された小帯域の中間に位置している。この観察された帯域の像はカメラ１により取得され有利には記録される。
【００５１】
光軸の正確な位置を決定するために、以下の工程が採用されることができる。
【００５２】
レンズの焦点及び恐らく検査される表面の照明が調整されたら、光軸の傾斜が漸次修正され、前記光軸の各位置に対して観察された帯域の像が記録される。各像に対して、像の各走査ラインの平均グレーレベルの横断プロファイルが描かれる。最後に、光軸の傾斜がこのプロファイルの選択された特徴的パラメータ、例えば最大値または重心が観察された帯域の像の中間に位置する角度位置に調整される。
【００５３】
図３はこの平均グレーレベルのプロファイルの例を示す。
【００５４】
曲線（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、像に対応するラインの平均グレーレベルＮの展開を前記ラインに垂直な方向で考察されかつ像の底から数えた像のラインの位置ｈの関数として示す。
【００５５】
曲線（ａ）と（ｃ）はそれぞれ、最良の反射が観察された帯域の底部及び頂部でそれぞれ達成されていることを示す。対応する傾斜はロール４の表面の満足すべき観察を可能としない。他方で、曲線（ｂ）は観察された帯域の中心領域の正反射を示し、すなわちこの帯域内の観察視野の良好な配置を示す。
【００５６】
光軸は従ってこの傾斜で理想的に配置されるであろう。上述の形式の機械装置または光学装置が例えばこの目的に使用されることができよう。
【００５７】
上記の説明において、検査装置の光軸が円筒状体の軸に、特に圧延ロールの軸に垂直な面内に位置していることが暗黙のうちに仮定された。しかし、これは必須のまたは限定的な条件ではなく、この発明は同様に前記光軸の別の軸に関しての調整、例えば円筒状体の軸に関して前記面の垂直性の欠陥を修正することに広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 検査装置の光軸の傾斜を調整するための機械装置の一実施例を示す。
【図２】 検査装置の光軸の傾斜及び／または位置を調整するための光学装置の一実施例を示す。
【図３】 本発明の平均グレーレベルの横断プロファイルの三つの例を示す。

Claims (8)

1. 円筒状体の表面の検査方法であって、
   前記表面の少なくとも一帯域が前記表面の状態を決定するために前記帯域の方を向いた光軸を持つ検査装置により観察され、
   前記検査装置により供給された前記帯域の一つの像が取得され及び解析され、取得された前記像の解析が参照像の解析と比べられ、取得された前記像の解析と前記参照像の解析との間の差が検出され、
   前記光軸の少なくとも配向が、前記差を減らすように又は排除するように、調整される場合であって、
   検査される表面の帯域の方を向いた検査装置の光軸の配向が漸次変えられ及び調整され、
   前記帯域が円筒状体の軸の方向に平行に走査することにより前記光軸の各位置に対して観察され、
   円筒状体の軸の方向に平行なラインを含む前記帯域の像が形成され、
   像の前記平行なラインのそれぞれのグレーレベルの平均値が決定され、
   前記グレーレベルの平均値のプロファイルが前記ラインに垂直な方向に従って描かれかつ像の底から数えられ、
   描かれた前記プロファイルのそれぞれが光軸の正しい傾斜に対応する参照プロファイルと比較され、
   そして光軸の傾斜が、描かれた前記プロファイルと前記参照プロファイルとの間に観察されたどのような差も正すために、修正されることを特徴とする方法。
2. 描かれたプロファイルと光軸の正しい傾斜に対応する参照プロファイルとを比較する前記工程において、各像に対応するプロファイルの特徴的パラメータの位置が決定され、そして光軸の傾斜が、前記プロファイルの前記特徴的パラメータの位置が反射が像の中央で正反射する像に対応する特徴的パラメータの位置に等しいかまたは近接した位置になるように、光軸の位置に調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 像のラインの平均グレーレベルが、予め決められた数の点でグレーレベルを測定することにより、かつラインのこれらの点で測定されたグレーレベルの平均値を計算することにより、決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記プロファイルの特徴的パラメータが前記プロファイルの最大値及び重心からなる群の中から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 円筒状体が圧延ロールであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 光軸の傾斜が測定されかつ表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 検査装置の焦点合わせが調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 検査されるべき表面の帯域の照明及び検査装置の感度が調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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