JP5201014B2 - 酸洗鋼板のスケール残り検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸洗鋼板のスケール残りを光学的に検査する、酸洗鋼板のスケール残り検査装置に関するものである。

酸洗鋼板は、酸洗工程において表面スケールが除去されるため、本来、表面にスケールが残ることはない。しかしながら、酸洗工程における鋼板の搬送速度が速過ぎたり、あるいは、鋼板表面に言わゆる「肌荒れ」が生じて、この肌荒れの凹部にスケールが喰い込んだりして、表面にスケールが残ることが稀にある。このスケール残りの有無を検査することは酸洗鋼板の表面品質保証上、極めて重要である。

従来より、酸洗鋼板を含む鋼板の表面検査には、光学的表面検査装置が使われている。その代表的なものとしては、図８に示すように、走行する鋼板の搬送方向に垂直な方向に線状の照明をあて、鋼板上の照射された領域をラインセンサカメラで撮像し、得られた画像を信号処理装置によってしきい値処理して表面欠陥部分を抽出する構成の装置が広く使用されている（たとえば特許文献１、２など参照）。

また特許文献３には、図９に示すように、鋼板表面と垂直方向にエリアセンサカメラを配置するとともに、その周囲にリング照明と８面体ミラーを配置し、鋼板表面の直接画像とミラーで反射された反射画像を同時に撮影し、得られた８つの異なる角度からの反射画像を分析することによって、同時に種々の反射角度で欠陥を検査する検査装置が提案されている。なお、特許文献３でリング照明を採用しているのは、周囲の８面のミラーに均等な光量で反射光を分布させるためであり、リング照明の幾何学的な配置法については何も言及されていない。

特開平１１−１８３３９６号公報 特開２００６−３１７２７４号公報 特開２００７−１５５４５５号公報

しかしながら、上述した従来の検査技術は、主に表面が平坦で美麗な冷延鋼板あるいは鍍金鋼板の検査を想定しており、また検査対象となる欠陥サイズも概略０．１ｍｍ以上のものである。これらの装置を酸洗鋼板に適用すると、酸洗鋼板は冷延鋼板や鍍金鋼板に比べて表面粗度が大きく、また酸模様やブラシ跡などの光学的な表面異質部分があるため、欠陥でない部分（健全部）で受光量が変化し、この結果、過剰検出が発生しやすいという問題があった。

また、酸洗鋼板のスケール残り検査の対象は、０．０３〜０．１ｍｍ程度の微小点状のものが含まれ、これを検出するには少なくとも０．１mm以下の空間分解能を持つ高解像度カメラが必要となる。しかし、よく知られるように、カメラの解像度を高くすると、鋼板表面の微細な凹凸部による反射強度変化が顕著に検出されるため、前述の過剰検出がさらに多発し、実用的な検査装置を実現することは一層困難になる。

さらに、酸洗鋼板表面を高解像度のカメラで撮影すると、表面の微細凹凸に起因した輝点状のノイズが現われるため、これを過剰検出（誤検出）してしまうという問題もあった。

本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み考案されたものであり、冷延鋼板や鍍金鋼板に比べて表面粗度が大きい酸洗鋼板表面上の、０．１ｍｍ以下の微小なスケール残りを過剰検出なく検査できる、酸洗鋼板のスケール残り検査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らはまず照明方法について鋭意検討を行った。図７は、３種類の照明方法を示す図である。すなわち、図７に示すように、(a)酸洗鋼板の片側からスポット照明を照射する方法、(b)酸洗鋼板の両側から２個のスポット照明を対称的に照射する方法、および(c)リング照明を照射する方法について、スケール残りの検査性能について調査を行った。

この結果、(a)の方法では、スケール残りのない健全部分から、スケール残り部分と同程度の濃度のノイズが多数検出されてしまい、スケール残りをこれらノイズと識別することが困難であることが判明した。また、(ｂ)の方法では、(a)の方法に比べてノイズが低減されるものの、やはりスケール残りを十分なSN比で検出できないことが判明した。

一方、(c) の方法では、上記の健全部からのノイズが大幅に低減し、十分なSN比でスケール残りが検出可能になることを見出した。これは、酸洗鋼板の微細表面凹凸による照射光の光陰が、全方位的に対称的に照明することにより相殺されるためである。一般にリング照明は、対象表面の凹凸による影響を低減させる効果を有するので、表面凹凸に起因する濃度変化は低減するが、スケール残りが健全部に比べて光反射率が低いことによる濃度変化は変化せず、反射率の違いを強調することが可能である。本発明は、以上の知見を基に想到されたものである。

本発明の請求項１に係る発明は、酸洗鋼板の表面と平行に配置したリング拡散照明と、該リング拡散照明の中央部の開口を通して前記表面を撮影するカメラと、撮影された画像内で所定のしきい値を下回る画素の領域をスケール残りと判定する信号処理装置とを具備し、前記リング拡散照明の出射部半径をR、リング拡散照明と前記表面との距離をDとしたとき、角度α（≡tan^-1（R/D））が１７°以上かつ３４°以下となるように配置し、前記カメラは、空間分解能が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることを特徴とする酸洗鋼板のスケール残り検査装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の酸洗鋼板のスケール残り検査装置において、１セットまたは複数セットの、前記リング拡散照明と前記カメラを一体化して収納したセンサヘッドと、該センサヘッドを前記酸洗鋼板の板幅方向にトラバースさせるトラバース装置とを具備することを特徴とする酸洗鋼板のスケール残り検査装置である。

本発明は、リング拡散照明により酸洗鋼板表面を照明し、リング拡散照明中央部から空間分解能０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の高解像度カメラにより鋼板表面を撮影し、得られた画像の中で所定しきい値以下の濃度の部分をスケール残りと判定するようにしたので、０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の微小なスケール残りを、過剰検出を抑制して検査できるようになった。

また、リング拡散照明の出射部半径Rと出射部と鋼板表面の距離Dにより決まる入射角α（α＝tan-1(R/D)）が１７°以上、３４°以下となるように配置することにより、過剰検出を抑止してスケール残りの検出SN比を向上できるようになった。

さらに、リング拡散照明とカメラを固定したセンサヘッドを１セットもしくは複数セット設置し、これらのセンサヘッドを鋼板の板幅方向に走査して鋼板表面を検査するようにしたので、検査装置全体を低価格に抑えることが可能になった。

本発明に係る酸洗鋼板スケール残り検査装置の構成例を示す図である。 リング拡散照明の配置の指標となる角度αを説明する図である。 角度αによる酸洗鋼板の健全部濃度標準偏差の変化を示す特性図である。 角度αによる酸洗鋼板のスケール残り検出SN比の変化を示す特性図である。 本発明に係る酸洗鋼板スケール残り検査装置の他の構成例を示す図である。 センサヘッドをトラバースしたときの鋼板表面の検査領域を示す図である。 ３種類の照明方法を示す図である。 従来の鋼板表面検査装置の一構成例を示す図である。 従来の鋼板表面検査装置の他の一構成例を示す図である。

以下に本発明を実施するための形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る酸洗鋼板スケール残り検査装置の構成例を示す図である。図中、１は鋼板、２はリング照明出射部、３はリング拡散照明、４は高解像度カメラ、５は信号処理装置、および６は光源装置をそれぞれ表す。

鋼板１の表面に平行平行にリング拡散照明３を配置し、リング拡散照明３の中央部分の開口を通して鋼板表面を撮影するように、高解像度カメラ４をリング照明と同心円状に配置する。カメラの空間分解能は、０．１ｍｍ以下の微小スケール残りを検出するため少なくとも０．1ｍｍ以下、望ましくは０．０３〜０．０５ｍｍ程度になるようにする。

照明としてリング拡散照明を用いるのは、前述のとおり、酸洗鋼板表面の微細凹凸などに起因する画像ノイズの発生を抑制するためである。リング拡散照明は鋼板表面をできるだけ均一に照射して輝度ムラを抑制するため、集光性の低い拡散照明が適しており、たとえば、リング照明出射部２の前面に光拡散板を設置して実現することができる。

リング拡散照明３は、光源装置６と光ファイバー（図示せず）などにより連結される。光源装置６としては、搬送中の酸洗鋼板を撮像するため、キセノンストロボ装置等が好適である。

信号処理装置５は、高解像度カメラ４で撮影された画像を画像入力部で入力し、前処理部にて、シェーディング補正などの前処理を施した後、２値化あるいは多値化処理を行って、欠陥抽出部で予め実験などで欠陥サンプルを用いて決定されたしきい値レベルを下回る部分を抽出して、欠陥判定部で抽出された箇所をスケール残りと判定する。これは、スケール残りは鋼板表面に光反射率の低い酸化スケールが付着したものであるので、健全部分より暗く撮影されることを利用したものである。高解像度カメラで酸洗鋼板表面を撮影した画像に現れる明るい輝点ノイズが前述した処理により除去されるため、欠陥の過剰検出を防止することができる。

次に、リング拡散照明の最適な配置について説明する。本発明者らはリング拡散照明の配置法、具体的には図２に示す角度αにより、スケール残りの検出性能が大きく変わることを見出した。角度αは、図２に示すように、リング拡散照明出射部の半径をR、リング拡散照明の出射部と鋼板表面との距離をDとしたとき、tanα＝R/Dとなる角度である。

角度αによる、健全部の画像濃度の標準偏差の変化を図３に、またスケール残りの検出SN比の変化を図４に、それぞれ示す。これらの検討結果より、角度αが小さくなると、健全部からのノイズの画像濃度が大きくなり、この結果、スケール残りの検出SN比が低下することを見出した。これは、αが小さい場合には正反射近傍の反射光を受光するため、健全部のノイズが強調される現象によるものである。

一方、角度αが大きくなりすぎても、健全部からのノイズ強度が再び増加してSN比が低下する。これは、リング拡散照明の対向する出射部からの照射光量が低下し、健全部ノイズの相殺効果が不十分になるためである。図３および図４から、角度αは概略１７°以上かつ３４°以下にするのがスケール残り検出に最適であることが判る。

図５は、本発明に係る酸洗鋼板スケール残り検査装置の他の構成例を示す図である。本実施形態では、リング拡散照明３および高解像度カメラ４を一体化して収納したセンサヘッド７を走行する酸洗鋼板の板幅方向（搬送方向と直角の方向）にトラバース装置８により移動可能としてある。

センサヘッドを板幅方向にトラバースして画像を撮影することにより、搬送される鋼板表面を図６に示すようにスパイラル状に検査することになる。一般の表面検査装置では、このようにセンサヘッドをトラバースして検査すると非検査領域が生じて欠陥の見逃しが懸念されるため、板幅方向にセンサヘッドを多数並べて固定する装置構成をとるのが通例である。

しかし、スケール残りは、鋼板表面上、搬送方向に一定長さ連続的に発生するという特性を有する。このため、スパイラル状に検査しても見逃しを生じることはなく、センサヘッド数を減らすことにより検査装置全体の低価格化を図ることが可能になる。なお、トラバースするセンサヘッドの数は、スケール残りの連続発生長さと鋼板の搬送速度に応じて、１セットあるいは複数セットとすることができる。また、光源装置をセンサヘッド内に収納するようにしても差し支えない。

50μｍ以上のサイズの微小スケール残りを過剰検出なく検出するための具体的な配置としては、カメラとして、分解能30μｍ×30μｍ、1392画素×1040画素の高解像度カメラを、光源装置として、出射部前面に光拡散板を設置し、出射部半径R＝40ｍｍのリング照明に、キセノンストロボ発振器を接続し、鋼板との距離D＝90ｍｍとして(角度α＝24°に相当)、搬送中の酸洗鋼板の表面を検査すればよい。また、信号処理装置としては、パーソナルコンピュータに画像キャプチャーボードを実装し、カメラの出力を入力して、図１に示した信号処理機能をソフトウェア又はハードウェアで処理を行えばよい。

１ 鋼板
２ リング照明出射部
３ リング拡散照明
４ 高解像度カメラ
５ 信号処理装置
６ 光源装置
７ センサヘッド
８ トラバース装置
１０ 線状光源
１１ ラインセンサカメラ
１２ エリアセンサカメラ
１３ ８面体ミラー

Claims (2)

1. 酸洗鋼板の表面と平行に配置したリング拡散照明と、
   該リング拡散照明の中央部の開口を通して前記表面を撮影するカメラと、撮影された画像内で所定のしきい値を下回る画素の領域をスケール残りと判定する信号処理装置とを具備し、
   前記リング拡散照明の出射部半径をR、リング拡散照明と前記表面との距離をDとしたとき、角度α（≡tan^-1（R/D））が１７°以上かつ３４°以下となるように配置し、
   前記カメラは、空間分解能が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であることを特徴とする酸洗鋼板のスケール残り検査装置。
2. 請求項１に記載の酸洗鋼板のスケール残り検査装置において、
   １セットまたは複数セットの、前記リング拡散照明と前記カメラを一体化して収納したセンサヘッドと、
   該センサヘッドを前記酸洗鋼板の板幅方向にトラバースさせるトラバース装置とを具備することを特徴とする酸洗鋼板のスケール残り検査装置。

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