JP5169336B2 - 帯状体の穴・割れ欠陥検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯状体の穴・割れ欠陥検出装置に関するものである。

冷間圧延ラインで鋼板に発生する欠陥としてエッジ割れと穴空きがある。穴空きは圧延ロールに凹凸疵をつけ周期疵の大量発生の要因となる。エッジ割れは連続焼鈍ライン等の下工程において鋼板の破断の要因となる。連続焼鈍ライン等の下工程における鋼板の破断トラブルは、復旧に時間がかかり生産性を著しく低下させる。以上のことから、冷間圧延ラインでこれらの欠陥を発見し、不良部の削除や検査の変更をすることが極めて重要となる。

このような欠陥の検出装置としては、帯状体のエッジ部を挟んでカメラ及び光源を対抗させる検出装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。しかし、これらの装置は帯状体のエッジ部の欠陥のみを検出するものであって、帯状体の中央部に発生した穴欠陥は検出されない問題があった。

また、遮光性薄膜上のピンホールを検査する方法が提案されているが（特許文献３）、この技術を鋼板の帯状体に転用する場合には、鋼板の帯状体の継ぎ部認識のために人工的に施されたパンチ穴をも穴欠陥として認識してしまう過検出の問題があった。一方、走行する帯状体のエッジ割れや穴空き等の欠陥形状を受光器の出力信号に基づいて正確に数値化して欠陥形状を検出する方法も提案されているが（特許文献４）、この方法によっても、鋼板の帯状体の製造プロセスラインで不可避的に施される人工的加工と有害な欠陥とは自動判別できないため、重欠陥の未検出を防ぐためには過検出せざるを得ないという問題があった。
特開平４−１０６４６２号公報 特開平１−２５０８４８号公報 特開平２００１−１８８０４８号公報 特開平２０００−２８３９３２号公報

本発明の目的は、前記問題を解決し、連続した帯状体の全幅を自動検出の対象とする穴・割れ欠陥検出装置であって、鋼板の帯状体の製造プロセスラインで不可避的に施される人工的加工と有害な欠陥とを自動判別する穴・割れ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なされた請求項１に係る発明は、走行する帯状体のエッジ割れ及び穴空きを帯状体の全幅に渡って連続して自動検出する欠陥検出装置であって、帯状体の全幅に光を投射する投光手段と、この投光手段と前記帯状体を挟んで対向して配置され前記帯状体の全幅を捕捉可能な受光手段と、この受光手段で捕捉される画像データを画像処理する画像処理部とを有し、前記画像処理部は、帯状体の走行方向と直交する方向の全エッジ部の画像データを演算処理して位置データに変換した上で、走行方向の任意のｎ点におけるエッジ位置を単純エッジ位置値ａ_ｎとするとともに、ｎ点を挟んで走行方向の前後に位置するｎ´点からｎ´´点までの各単純エッジ位置の中間値をメディアンフィルタエッジ位置値ｂ_ｎとし、ａ_ｎとｂ_ｎのうち、該帯状体の外側方向を示す値をｎ点におけるエッジ部として採用した後、エッジ部として採用した値と、単純エッジ位置値ａ_ｎとを比較して、割れ欠陥を検出する割れ欠陥検出用処理部と、帯状体全幅の画像データを連続取得して欠陥候補の穴部を検出し基準楕円と前記欠陥候補の形状マッチングに基づいて穴欠陥を検出する穴欠陥検出用処理部とからなることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の帯状体の穴・割れ欠陥検出装置において、穴欠陥検出用処理部は、欠陥候補の穴部の外接四角形から幅ｃ及び長さｄを抽出して、前記穴部と同一の輝度を有し短径ｃ及び長径ｄとする基準楕円を決定し、前記欠陥候補と基準楕円を外接長方形単位で重ねて輝度データの一致する画素数から、前記欠陥候補の楕円度を（欠陥候補と基準楕円の外接長方形で明暗が一致する画素数）/（外接長方形総画素数）として求め、該楕円度に基づきに基づき、穴欠陥である穴空きと、製造プロセスラインで施される人為的なパンチ穴を判定することを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によると、帯状体の全幅・全長の画像データが自動捕捉可能であり、捕捉された画像データは割れ欠陥検出用処理部と穴欠陥検出用処理部とからなる画像処理部によってそれぞれの欠陥検出に適した画像処理が施されるため、鋼板の帯状体の製造プロセスラインで不可避的に施される人工的加工と有害な欠陥とを自動判別することができる。また、各欠陥の特徴を演算指標として用いて欠陥の疵種や有害度をも識別することが可能となる。これにより連続した帯状体の全幅につき過検出の問題が解消される。

請求項２に係る発明のように、穴欠陥検出用処理部は、欠陥候補の穴部の外接四角形から幅ｃ及び長さｄを抽出して、前記穴部と同一の輝度を有し短径ｃ及び長径ｄとする基準楕円を決定し、前記欠陥候補と基準楕円を外接長方形単位で重ねて輝度データの一致する画素数から、前記欠陥候補の楕円度を（欠陥候補と基準楕円の外接長方形で明暗が一致する画素数）/（外接長方形総画素数）として求め、該楕円度に基づきに基づき、穴欠陥である穴空きと、製造プロセスラインで施される人為的なパンチ穴を判定するものとすることにより、鋼板の帯状体の製造プロセスラインで不可避的に施される人工的加工と、有害な欠陥とが自動判別可能となる。これにより従来の検出方法では、重欠陥の未検出を防ぐために過検出せざるを得なかった問題が解消される。

本発明の帯状体の穴・割れ欠陥検出装置は、図１に示すように、帯状体１０の全幅に光を投射する投光手段１１と、この投光手段１１と前記帯状体１０を挟んで対向して配置され前記帯状体１０の全幅を捕捉可能な受光手段１２と、この受光手段１２で捕捉される画像データを画像処理する画像処理部１３とを有している。

受光手段１２と画像処理部１３はPCにより制御され、受光手段１２では画像データの取得が帯状体の移動量ごとに合わせて自動に行われ、画像処理部１３では前記の取得された画像データの画像処理が自動に行われる。なお、前記画像データは、帯状体１０がある「暗」部分と、帯状体１０がない「明」部分とで、輝度による２値化データとして処理される。

画像処理部１３に供給される前記画像データは、画像処理部内で、更に割れ欠陥検出用処理部１４と穴欠陥検出用処理部１５に供給される。

割れ欠陥検出用処理部１４では、図２に示すように、まず帯状体１０の走行方向と垂直方向のライン上で帯状体の外側から内側方向へ向かうラインを構成する画像データの輝度が「明」から「暗」へ変化する位置データを取得する。この位置データを単純エッジ位置座標値ａ_ｎとして、走行方向で１mmピッチの全ラインについての単純エッジ位置座標値ａ_ｎを求める。次に走行方向のｎ点におけるエッジ位置を単純エッジ位置座標値ａ_ｎとして、ｎ´点からｎ´´点までの各単純エッジ位置座標値の中間値をメディアンフィルタエッジ値ｂ_ｎとして求める。そしてａ_ｎとｂ_ｎを比較し、ａ_ｎ≒ｂ_ｎやａ_ｎ＞ｂ_ｎとなる点となる点は単純エッジ位置ａ_ｎをエッジ位置として検出し、ａ_ｎ＜ｂ_ｎとなる点はメディアンフィルタエッジ値をエッジ位置として検出することにより、割れ欠陥の形状を正確に検出することが可能となり、割れ欠陥の未検出や過検出を抑制しつつ帯状体全長の割れ欠陥自動検出が可能となる。なお、中間値とは数学的には以下の式を最小化するt値をさす。
T(ｔ)＝Σ｜ｘ_i−ｔ｜

ここでａ_ｎ＜＜ｂ_ｎとなる条件を満たすためには、一定以上の勾配をもって単純エッジ位置座標値が変化することが必要であり、例えば帯状体の継部認識のために人工的に施されるエッジ部の緩やかなカットは、割れ欠陥としては検出されないため、過検出を抑制できる。

穴欠陥検出用処理部１５では、図３に示すフローに従って楕円度を検出する。具体的には、まず画像データから輝度の「明」部が一定量集合した部分を欠陥候補として検出する。次に欠陥候補に外接する四角形を作成し、当該四角形の幅ｃ及び長さｄを抽出する。その後短径ｃ及び長径ｄとする基準楕円を描く。ここで基準楕円の楕円内部の輝度は欠陥候補の「明」部と同一レベルとする。そして、基準楕円と欠陥候補、双方の外接四角形を重ね合わせて、輝度レベルの一致する画素数をカウントする。

楕円度は（欠陥候補と基準楕円の外接長方形で明暗が一致する画素数）/ (外接長方形総画素数）の値として算出される。穴形状が楕円に近いほど楕円度は１に近づく。一方穴欠陥部分では、穴形状が楕円とは乖離するため楕円度は小さくなる。図４に示すように楕円度の閾値を０．９３とし、０，９３以上をパンチ穴、０，９３未満を穴欠陥と識別する。これによりパンチ穴の過検出を抑制可能となる。

なお本発明では、画像処理を行うためには、１０２４×２０４８画素のフレーム単位に画像データをまとめている。この画像データには、帯状体の全幅のデータが捕捉可能なため、帯状体の中央部に発生した穴欠陥も検出可能となる。しかしフレーム単位の境界に存在する欠陥はフレームによって分断されてしまうため、そのまま画像処理を実施すると形状情報（図５-A）が適切ではなくなる。この対策としてはオーバーラップ処理を取り入れることができる。

オーバーラップ処理とは、図５に示すように、欠陥候補が収まる十分なサイズの前フレームの後部（図５-C）を、フレームの先頭に追加した画像を一つのフレームとして画像処理する方法である。このとき、図５-Bのようなフレーム後部にかかった欠陥候補を無視して、次のフレーム先頭の全形状が映った欠陥（図５-D）を欠陥候補として抽出することで、その形状を忠実に捉えることができる。また画像処理にオーバーラップ処理を導入することで、継部におけるパンチ穴の過検出を防げるという効果が得られる。

図１は本発明の一実施例を示すものである。この実施例では、走行する鋼板１０に対向して、鋼板１０の下部には下部光源１１、上部には受光器１２を配置して、下部光源１０により鋼板１０の全幅を覆うように光を照射し、鋼板１０の全幅の照射像を受光器１２で受光した。下部光源１１には、長寿命かつ省スペースという観点から、拡散板と赤色LEDを組み合わせた光源を用いた。受光器１２には、高速ライン（タンデム冷間圧延機：Max２４００ｍｐｍ）の全幅を視野範囲とし、欠陥検出が可能な分解能（長手１．０×幅０．５ｍｍ/画素）を有するようにCCDカメラを設置した。用いた。このCCDラインセンサカメラの幅方向２０４８画素の撮像時間は２５μsecであり、高速かつ高感度の出力が可能である。

前記カメラから出力される画像データは１０２４×２０４８画素のフレーム単位で出力される。これらの出力された画像データは、画像処理部１３の割れ欠陥検出用処理部１４と穴欠陥検出用処理部１５に供給されて、各処置部でそれぞれ異なる画像処理がなされる。この際、前記のオーバーラップ処理が施される。

割れ欠陥検出用処理部１４では、図２に示すように、画像データの輝度を帯状体の外側から帯状体方向に向かって読み、輝度が「明」から「暗」へ変化する位置データを単純エッジ位置座標値ａ_ｎとして、走行方向の全ラインについて１mmピッチで単純エッジ位置座標値ａ_ｎを求めた。図２において、例えば、ライン１上の単純エッジ位置座標値はａ_１であり_、ライン２上の単純エッジ位置座標値はａ_２である。

次にメディアン処理を行い、メディアンフィルタエッジ値ｂ_ｎを求めた。具体的には、
例えば、前記のライン１上のメディアンフィルタエッジ値ｂ_１を求めるためには、ライン１の長手方向前後数十ピッチの各ライン（１´〜１´´）の単純エッジ位置座標値（ａ_１´〜ａ_１´´）を求め、その中間値を求めた。

続いて単純エッジ位置座標値ａ_１とメディアンフィルタエッジ値ｂ_１の比較を行って、ａ_ｎとｂ_ｎで値の大きい方エッジ欠陥位置として検出した。例えば、図２において、ライン１ではａ_１≒ｂ_１となり、ライン２ではａ_２＜＜ｂ_２となり、ライン３ではａ_３＞ｂ_３となる。
以上の画像処理結果に基づいて、ライン２上のエッジ部に割れ欠陥の存在が検出された。

一方、穴欠陥検出用処理部１５で、図３に示すフローに従って楕円度を検出したところ、図４に示す穴欠陥候補の楕円度の値分布図が得られた。穴欠陥は鋼板破断による生産ライン停止並びに客先へ流出した場合には製品品質への信頼低下の要因となるため、これを予防する観点から従来から慎重に検出がなされており、例えば、図４に示すように、穴欠陥候補の縦横比から穴欠陥を検出するというロジックに従うと、人工的なパンチ穴の一部も穴欠陥として過検出されてしまうが、図３のフローに従って穴欠陥の検出を行うと、パンチ穴の過検出をゼロとすることができた。

以上のように、本発明の帯状体の穴・割れ欠陥検出装置によれば、連続した帯状体の全幅にわたって自動に画像データを取得し画像処理を行うことにより、欠陥疵種を特定し、その有害度をも判断して割れ欠陥および穴欠陥を正確に検出することができた。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 割れ欠陥検出手段の説明図である。 楕円度演算のフロー図である。 穴欠陥候補の楕円度の値分布図である。 オーバーラップ処理の説明図である。

符号の説明

１０ 帯状体
１１ 投光手段
１２ 受光手段
１３ 画像処理部
１４ 割れ欠陥検出用処理部
１５ 穴欠陥検出用処理部
１６ 欠陥検出装置

Claims (2)

1. 走行する帯状体のエッジ割れ及び穴空きを帯状体の全幅に渡って連続して自動検出する欠陥検出装置であって、
   帯状体の全幅に光を投射する投光手段と、
   この投光手段と前記帯状体を挟んで対向して配置され前記帯状体の全幅を捕捉可能な受光手段と、
   この受光手段で捕捉される画像データを画像処理する画像処理部とを有し、
   前記画像処理部は、
   帯状体の走行方向と直交する方向の全エッジ部の画像データを演算処理して位置データに変換した上で、走行方向の任意のｎ点におけるエッジ位置を単純エッジ位置値ａ_ｎとするとともに、
   ｎ点を挟んで走行方向の前後に位置するｎ´点からｎ´´点までの各単純エッジ位置の中間値をメディアンフィルタエッジ位置値ｂ_ｎとし、
   ａ_ｎとｂ_ｎのうち、該帯状体の外側方向を示す値をｎ点におけるエッジ部として採用した後、
   エッジ部として採用した値と、単純エッジ位置値ａ_ｎとを比較して、
   割れ欠陥を検出する割れ欠陥検出用処理部と、
   帯状体全幅の画像データを連続取得して欠陥候補の穴部を検出し基準楕円と前記欠陥候補の形状マッチングに基づいて穴欠陥を検出する穴欠陥検出用処理部とからなることを特徴とする帯状体の穴・割れ欠陥検出装置。
2. 穴欠陥検出用処理部は、
   欠陥候補の穴部の外接四角形から幅ｃ及び長さｄを抽出して、
   前記穴部と同一の輝度を有し短径ｃ及び長径ｄとする基準楕円を決定し、
   前記欠陥候補と基準楕円を外接長方形単位で重ねて輝度データの一致する画素数から、前記欠陥候補の楕円度を（欠陥候補と基準楕円の外接長方形で明暗が一致する画素数）/（外接長方形総画素数）として求め、該楕円度に基づきに基づき、穴欠陥である穴空きと、製造プロセスラインで施される人為的なパンチ穴を判定することを特徴とする請求項１記載の帯状体の穴・割れ欠陥検出装置。