JP5257998B2 - シートロールの形状検査装置 - Google Patents

Description

本発明はシートロールの形状検査方法及び検査装置に関するもので、より詳細には、圧延鋼板、銅板、アルミニウム板のような様々な材質の板がロール状に巻き取られているシートロールの円筒側面から得る映像情報を分析することによって、各種欠陥の存在有無だけでなく、欠陥の種類を正確に、且つ速かに検出することが可能なシートロールの形状検査方法及び検査装置に関するものである。

産業界で多く使用する銅板、アルミニウム板などの多様な板状素材や、自動車、船舶などの多様な産業製品のフレームを製造する時材料として提供している各種鋼板などは運送、保管及び取扱などの便宜のためにロール状に巻き取って提供する。通常、このような形態の製品をシートロールと呼ぶ。

多くの工程において板を巻き取る時、正常な場合にシートロールの側面は円状になって、 真円状ロールに巻き取られる。しかし、不安定に巻き取られる場合には、シートロールの形状が不良になって、例えば、楕円状ロール、ジグザグ状ロールまたはテレスコープ状ロールに巻き取られる。

図１は従来技術により鋼板や各種薄板（以下、鋼板を例として説明する）を製造する時に、鋼板をロール状に巻き取る過程を示す。まず、鋼板の巻取過程において、回転軸を提供するマンドレル１上に鋼板２が流入すると、鋼板の流入端はマンドレル１の後方に位置した第１ガイドローラ３及び第２ガイドローラ４によりマンドレル１の下方に案内され、第３ガイドローラ５によりマンドレル１の外周面に沿って巻き取られる。鋼板の巻取過程が進行されると、巻き取られる鋼板の厚さ分だけマンドレル１の全体直径が増加し、これによってガイドローラ３、４、５はマンドレル１から遠ざかる方向に押圧されるようになる。鋼板の巻取過程が終了した後、シートロールを除去すると、マンドレル１の全体直径は減少して元の位置に後退しながらガイドローラとの接触状態が解除される。鋼板２は移動時にマンドレル１の上方に設けられたガイド板６により案内される。

このように従来技術による巻取方法において、鋼板とローラ設備が直接接触により巻き取られる過程で転がり接触より滑り接触が大きい場合に、図４に示すように、巻取間隔が一定でなかったりローラが前後に移動しながら巻き取られる。それにより、巻取ロールの形状に不良が発生するようになって、例えば、製造されたシートロールは楕円状ロール、ジグザグ状ロールまたはテレスコープ状ロールの形態に巻き取られる。

特に、初期鋼板を巻き取る工程で、ローラと巻取棒であるマンドレルとの速度差及び滑りにより鋼板の内径が真円を維持しない場合、シートロールの形状が楕円状になることがある。また片方に偏った状態で継続的に巻き取る場合、及び巻取棒の偏りによりテレスコープ状ロールまたはジグザグ状ロールに巻き取られる恐れがある。このような形態のシートロールは正常な巻取形状ではないと共に、このような巻取形状の不良を作業者が肉眼で把握することは非常に難しい問題である。

本発明は前述したような従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的は圧延鋼板、銅板、アルミニウム板のような多様な材質の鋼板がロール状に巻き取られているシートロールから得る映像情報を分析することによって、各種欠陥の存在有無だけでなく、欠陥の種類も正確に、且つ速かに検出することが可能なシートロールの形状検査方法を提供することにある。

本発明の他の目的は圧延鋼板、銅板、アルミニウム板のような多様な材質の鋼板がロール状に巻き取られているシートロールから得る映像情報を分析することによって、各種欠陥の存在有無だけでなく、欠陥の種類も正確に、且つ速かに検出することが可能なシートロールの形状検査装置を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明に係るシートロールの形状検査方法は、シートロールの円筒側面上にカメラを位置させる段階；シートロールの円筒側面に沿ってカメラを回転させながら円筒側面を撮影する段階；及び撮影により得た映像パターンを分析して巻取形状の欠陥有無を判断する段階を含むことを特徴とする。

ここで、シートロールの円筒側面上にカメラを位置させる段階はカメラの回転中心をシートロールの水平軸中心に位置させる段階；カメラの回転中心をシートロールの垂直軸中心に位置させる段階；及びカメラを円筒側面の撮影位置に移動させる段階を含むことが好ましい。

また、前記カメラはラインスキャンカメラであることが好ましい。

また、前記カメラは支持台の回転軸の一端に１個を設けるか、回転軸を中心に対称に少なくとも２個以上を設けることが好ましい。

さらに、シートロールの円筒側面上で前記カメラと共に回転すると同時に、円筒側面の半径方向に往復移動する変位センサーから反射される信号を検出して円筒側面の全ての位置での高低を測定することが好ましい
前述した他の目的を達成するための本発明に係るシートロールの形状検査装置は、回転可能な支持台、前記支持台に装着されてシートロールの円筒側面を撮影する少なくとも一つのカメラを有する撮影部；第２モーターの作動によりシートロールの円筒側面に沿って前記支持台を垂直方向に移動させる垂直移動部；第１モーターの作動によりシートロールの円筒側面に沿って前記支持台を前後の水平方向に移動させる水平移動部；前記シートロールの側面に対向して前記支持台を回転させるために前記支持台と前記垂直移動部との間に設けられる第３モーターと、前記第１ないし第３モーターに制御信号を送って前記支持台の水平及び垂直位置を制御し、前記支持台を所定角度に回転させる位置制御部；及びカメラから得られた映像パターンを分析して巻取ロールの形状欠陥有無を判断するデータ処理部を含むことを特徴とする。

ここで、前記支持台は回転軸を中心に両側に設けられるガイドレール；前記ガイドレール上に装着された一対の変位センサーを備え、前記各変位センサーはガイドレールの中心点と端部との間を往復移動できるように設けられることが好ましい。

また、前記支持台は回転軸を中心に対称の構造を有し、前記支持台の各端部にはカメラが設けられることが好ましい。

さらに、前記カメラはラインスキャンカメラであることが好ましい。

本発明によれば、圧延鋼板、銅板、アルミニウム板のような多様な材質の鋼板が巻き取られているシートロールの巻取形状から得る映像情報を分析することによって、巻取工程で発生する各種欠陥の存在有無だけでなく、欠陥の種類も正確に、且つ速かに検出することが可能である。

従来一般的な圧延鋼板の巻取過程を示す図面である。 本発明の一実施形態に係るシートロールの形状検査装置の一部構成を概略的に示す斜視図である 本発明に係るシートロールの形状検査装置の作動を説明するための斜視図である。 本発明に係るシートロールの形状検査装置により撮影したシートロールの形状映像を示す例示図である。 本発明に係るシートロールの形状検査装置で支持台の回転時変位センサーによる円筒側面上の測定点を示す図面である。 本発明に係るシートロールの形状検査装置を利用して得た円筒側面の表面状態の例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明についてより詳細に説明する。

本発明においてシートロールの「円筒側面」とは、鋼板が巻き取られて形成されたシートロールのシートの厚さ方向に垂直な端面を意味する。

本発明はシートロールの円筒側面上にカメラを位置させる段階；シートロールの円筒側面に沿ってカメラを回転させながら円筒側面を撮影する段階；及び撮影により得た映像パターンを分析して巻取ロールの形状欠陥有無を判断する段階を含むシートロールの形状検査方法、及び検査装置を含む。

図２は本発明の一実施形態に係るシートロールの形状検査装置の一部構成を概略的に示す斜視図である。

本発明に係るシートロールの形状検査装置は支持台１０、カメラ１１、１１’、変位センサー１２、１２’、照明１３を備える撮影部を含む。撮影部は撮影しようとするシートロール４０の円筒側面と適当な距離を置いて離間して配置された状態で、シートロール４０の円筒側面を回転させながら全体のイメージを撮影してシートロールの映像を得る。

支持台１０の内部には回転軸ａを中心に両側にガイドレール１５が設けられ、ガイドレール１５には左右にそれぞれ１個ずつの変位センサー１２、１２’が移動可能に装着される。ガイドレール１５の両端は支持台１０の側面に固定される。すなわち、変位センサー１２、１２’は支持台１０の内側に長手方向に設けられたガイドレール１５の両側にそれぞれ１個ずつ移動可能に装着された状態で、ガイドレール１５に沿って左右に往復移動しながら反射される信号から円筒側面との距離を測定する。この時、変位センサー１２、１２’は三角測量法を利用するレーザー変位センサーを使用することが好ましい。

カメラ１１、１１’は支持台１０の両端部に隣接した内部にそれぞれ１個ずつ設けられ、照明１３は支持台１０のガイドレールと平行に長手方向に設けられ、両端は支持台１０の側面に固定される。支持台１０の両端内部に設けられる一対のカメラ１１、１１’はシートロールの円周方向にライン単位でリアルタイム撮影が可能なラインスキャンカメラを使用することが好ましい。

図３は本発明に係るシートロールの形状検査装置の作動を説明するための斜視図である。

本発明に係るシートロールの形状検査装置は、図２で説明した撮影部と、この撮影部が装着された支持台１０と、支持台１０を水平方向（ｘ軸方向）に移動させる水平移動部材２１と、支持台１０を垂直方向（ｙ軸方向）に移動させる垂直移動部材２２と、水平移動部材２１と垂直移動部材２２を水平及び垂直に移動させて位置を制御する位置制御部３０を含む。水平移動部材２１はベース５０に水平方向に移動可能に装着され、垂直移動部材２２は水平移動部材２１上に垂直に立設したフレーム２６に垂直方向に移動可能に装着される。

支持台１０の水平及び垂直方向の移動のために、ベース５０とフレーム２６にはそれぞれ、第１及び第２モーター２３、２４が装着される。支持台１０は第１モーター２３により移動する水平移動部材２１によって水平方向（ｘ軸方向）に移動することが可能であり、第２モーター２４により移動する垂直移動部材２２によって垂直方向（ｙ軸方向）に移動することが可能である。図示しなかったが、水平移動部材２１及び垂直移動部材２２の具体的な例はラックとピニオン、チェーン、またはガイドレールなどの構造、またはこれらを組み合わせて、通常の形態でこれを構成できる。より具体的な例としては通常のＬＭ（Ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｉｏｎ）ガイド構造を例示できる。水平移動部材２１と垂直移動部材２２の位置及び移動制御は位置制御部３０により行い、位置制御部３０は第１モーター２３及び第２モーター２４に制御信号を送って、これらの移動部材２１、２２の位置及び移動を制御する。

また、支持台１０の回転のために垂直移動部材２２には第３モーター２５が装着され、第３モーター２５のモーター軸には支持台１０が固定されている。したがって、第３モーター２５によって支持台１０はシートロール４０の側面周囲を回転でき、回転角度は位置制御部３０から第３モーター２５に伝えられる制御信号によって制御できる。

第３モーター２５と支持台１０は図３に示すように直結することができ、場合によっては示さなかったが、第３モーター２５と支持台１０との間に減速歯車などを利用した減速装置を設けて作動力を増加することもできる。第３モーター２５は正確な位置制御が可能なステップモーターを使用することが好ましい。

次に、前述したような構成を有する本発明の検査装置の動作過程について詳細に説明する。

シートロール４０はＶブロック１４上に載置された状態でコンベヤー上で移送され、本発明に係る検査装置の支持台１０の回転中心軸とＶブロックの中心線が一致する地点でシートロール４０が停止する。これに対する具体的な例としては、Ｖブロックの中心ライン上に探針子を固定し、本発明の検査装置の下段中央には位置検知センサーを設けて、この位置検知センサーが探針子を検知する地点でシートロールが停止するように構成できる。

シートロール４０が検査位置に停止すると、支持台１０は地面に対して垂直な方向、すなわちｙ軸方向に回転し、支持台１０の内部に設けられた一対の変位センサー１２、１２’はガイドレール１５上で互いに反対方向に往復移動しながら、反射される信号を受信する。これに対する具体的な例としては、ガイドレール１５の上面に変位センサー１２、１２’の移動のためのラック歯車（不図示）を装着し、変位センサーに１２、１２’にはラックに噛み合うピニオン歯車（不図示）及びこれを駆動するモーターで構成できる。モーターの作動によってピニオン歯車が回転すると、ラック歯車が長手方向に移動しながら、変位センサー１２、１２’はガイドレール１５上で左右に移動することが可能である。

シートロール４０の中心点は変位センサー１２、１２’がシートロールの円筒側面上に移動する時反射される信号と、シートロール４０の中空部上に移動する時得られる信号から得ることができる。例えば、上部に位置した変位センサーの信号が中心からａだけ離れた位置で反射波が得られ、下記に位置した変位信号が中心からｂだけ離れた位置で反射波が得られる場合、ｂがａより大きいと、支持台１０の位置を（ｂ−ａ）／２だけ下に移動させればよい。この時、このような位置補償のための演算過程はデータ処理部により行うことができ、その結果値は位置制御部３０に送られる。位置制御部３０は第２モーター２４に制御信号を送り、支持台１０は第２モーター２４によって作動される垂直移動部材２２によって移動するようになる。

シートロール４０の中心点に支持台１０の回転中心が移動した後、位置制御部３０の制御信号によって作動される水平移動部材２１は支持台１０を移動させてシートロール４０とカメラ１１、１１’との間の適正距離を維持する。

カメラ１１、１１’がシートロール４０の円筒側面上の撮影のために適合した場所に位置すると、支持台１０は第３モーター２５の作動により回転する。この時、支持台１０の両側に２個のカメラ１１、１１’を使用した場合、支持台１０は１８０゜程度回転する。したがって、一対のカメラ１１、１１’はシートロール４０の側面をそれぞれ半分して円筒側面の全体を撮影できる。

本発明の実施形態では支持台１０を一字状として、両側にそれぞれラインスキャンカメラ１１、１１’を設けた構成を一例として説明しているが、支持台１０は各端部が１２０゜に離間した形態、または各端部が９０゜に離間した十字状の場合もある。シートロール４０の側面全体の映像を得るために、前者の場合支持台１０の回転角は１２０゜で十分であり、後者の場合回転角は９０゜でも十分であるので、検出に必要とする時間を短縮することができる。

また、カメラをガイドレール１５の一側に１台だけを設けることも可能である。この場合、１台のカメラを利用して支持台１０を３６０゜回転させると、シートロール４０の側面全体面積に関するイメージを得ることができる。

図４は本発明に係るシートロールの形状検査装置により撮影したシートロールの形状映像を示す例示図である。撮影された映像が正常な場合は、図４の（ａ）のように各ストリップラインは真っ直ぐの直線状に引き続き現れる。反面、図４の（ｂ）と（ｃ）のようにキンク欠陥や折り畳み欠陥が存在する場合には、直線の形態ではない非正常的なパターンに現れる。

本発明で検出できる欠陥の種類にはテレスコープ状欠陥、キンク状欠陥、楕円状欠陥、折り畳み欠陥などがあり得る。

テレスコープ状欠陥はシートやストリップの巻取時に、巻き取られる位置が幅方向に不正確になって側面にストリップの両側エッジ部が入ったり出たりするなど、不均一に巻き取られた状態に表れる欠陥をいう。このような欠陥をラインスキャンカメラで撮影すると、得られた映像における各ラインが平行に現れず、不規則な曲線の形態に現れる。したがって、このようなラインパターン状の差から当該欠陥がテレスコープ状欠陥であるか否かを通常的な映像処理過程を通じてデータ処理部で判定できる。

キンク状欠陥はストリップの巻取時、ストリップに微細に生じた角により発生する欠陥をいう。このような欠陥をラインスキャンカメラで撮影すると、角が生じた地点でラインが折れるイメージが得られる。したがって、特定部位が折れて生じるラインパターン状の差から当該欠陥がキンク状欠陥であるか否かを判定できる。

楕円状欠陥はシートロールの自重により側面の形状が歪んだ形状、すなわち楕円状に現れる欠陥をいう。このような欠陥をラインスキャンカメラで撮影すると、ラインが半球状になって曲線形態のパターンを有する。したがって、半球状の曲線形態のラインパターンの検出から当該欠陥が楕円状欠陥であるか否かを判定できる。

折り畳み欠陥はストリップの巻取過程において、中間部位でストリップが折り畳む現象が生じた場合、その上に引続き巻き取られることによって現れる欠陥をいう。このような欠陥はストリップを引き出す時、ストリップが切断される恐れがある。このような欠陥をラインスキャンカメラで撮影すると、特定部位で二つのラインが折られた部位を有するイメージが得られる。したがって、特定部位が折られたラインパターン状の差から当該欠陥が折り畳み欠陥であるか否かを判定できる。

また、本発明では一対の変位センサー１２、１２’を利用してガイドレール１５上で左右に往復移動しながら、シートロール４０が巻き取られた側面の高さを測定できる。

図５は本発明に係るシートロールの形状検査装置で支持台の回転時、変位センサーによる円筒側面上の測定点を示す図面である。

図５に示すように、反射される信号から変位センサーと各測定位置までの距離を得ることができる。このような距離情報は、例えばシートロールの中心から同一の距離だけ離れたＰ１〜Ｐ８で得た信号から変位センサーまでの距離を得ることができ、この値の平均値を求めた後、この結果を利用して円筒側面上での高さを算出できる。したがって、全ての点での位置平均値を求めて円筒側面全体の高低情報を得ることができる。このような円筒側面の高低情報は変位センサーから得る信号値をデータ処理部で所定の演算過程を通じて簡単に得ることができる。ここで得た結果値はディスプレー装置を通じて所定の形態でユーザーにディスプレーでき、格納装置にデータベース化して保存することができる。

図６は本発明に係るシートロールの形状検査装置を利用して得た円筒側面の表面状態の例を示す概略図である。

万一、鋼板が正常に巻き取られた場合には図６の（ａ）のように円筒側面の扁平度が大きくなるが、巻取過程でテレスコープ欠陥などを含む各種欠陥が存在する場合には、図６の（ｂ）のように円筒側面の扁平度が低くなるので、欠陥があるか否を容易に検出できる。

本発明においてカメラ１１、１１’で撮影した映像ないし変位センサーで得た信号のデータ処理過程はデータ処理部で公知の処理過程によって行うことができるので、本発明ではこれについて特別に図示しない。映像処理過程は次のような構成を利用して行うことができる。

まず、撮影したイメージは映像処理ボード（ｇｒａｂｂｅｒ ｂｏａｒｄ）に伝送されてデジタル信号に変換される。映像処理ボードは現在市販している製品、または一部特定用途のために修正したタイプの製品のうち、いずれかを使用することができる。映像処理ボードは変換された映像デジタル信号をＰＣＩバスなどを通じて映像プロセッサーに伝送するためにユーザーが修正した形態の映像処理ボードである。映像プロセッサーは側面欠陥有無を検知し、映像データを処理して結果値を算出した後、ユーザーが見やすいグラフィックユーザーインターフェースを通じて多様な形態の欠陥の存在可否に対する検知結果を画面にディスプレーさせる。

前述した例から分かるように、映像または変位センサーから入力される信号の処理過程はソフトウェア的やハードウェア的、またはファームウエア的に当業系に既に公知された全ての手段を利用することができる。またデータ処理部は映像信号処理部とセンサー信号処理部に物理的に区分して実現することもでき、一つの物理的手段、例えば一つのボードまたはチップは相異なるデータ処理アルゴリズムによって処理することができる。

以上のように、本発明によれば、圧延鋼板、銅板、アルミニウム板のような多様な材質の鋼板が巻き取られているシートロールの巻取形状から得る映像情報を分析することによって、巻取工程で発生する各種欠陥の存在有無だけでなく、欠陥の種類も正確に、且つ速かに検出することが可能である。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

一方、本明細書内で本発明をいくつかの好ましい実施形態によって記述したが、当業者ならば、添付の特許請求範囲に開示した本発明の範疇及び思想から外れずに、多くの変形及び修正がなされ得ることがわかるはずである。

１０ 支持台
１１、１１’ カメラ
１２、１２’ 変位センサー
１３ 照明
１４ Ｖブロック
１５ ガイドレール
２１ 水平移動部材
２２ 垂直移動部材
２３ 第１モーター
２４ 第２モーター
２５ 第３モーター
３０ 位置制御部
４０ シートロール

Claims (3)

1. 回転可能な支持台が、前記支持台の回転軸を中心に両側に設けられるガイドレールと、前記ガイドレール上に装着され前記ガイドレールの中心点と端部との間を往復移動できるように設けられた一対の変位センサーと、を備えた、前記回転可能な支持台；前記支持台に装着されてシートロールの円筒側面を撮影する少なくとも一つのカメラを有する撮影部；第２モーターの作動により前記シートロールの円筒側面に沿って前記支持台を垂直方向に移動させる垂直移動部；第１モーターの作動により前記シートロールの円筒側面に対し前記支持台を前後の水平方向に移動させる水平移動部；前記シートロールの側面に対向して前記支持台を回転させるために前記支持台と前記垂直移動部との間に設けられる第３モーターと、前記第１ないし第３モーターに制御信号を送って前記支持台の水平及び垂直位置を制御し、前記支持台を所定角度に回転させる位置制御部；及びカメラから得られた映像パターンを分析して巻取ロールの形状欠陥有無を判断し、前記変位センサーから反射される信号を検出して前記円筒側面の全ての位置での高低を測定するデータ処理部を含むことを特徴とするシートロールの形状検査装置。
2. 前記支持台は回転軸を中心に対称の構造を有し、前記支持台の各端部にはカメラが設けられることを特徴とする請求項１に記載のシートロールの形状検査装置。
3. 前記カメラはラインスキャンカメラであることを特徴とする請求項１に記載のシートロールの形状検査装置。