JP5264995B2 - 鋼ストリップの清浄度を測定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼シートまたは鋼ストリップの表面清浄度を測定するためのインライン方法に関する。

鋼シートの製造時に、冷間圧延法は本質的に、シート表面上に二つのタイプの不純物を作る。第一のものは、圧延油の劣化から来る表面炭素であり、第二のものは、圧延のために使用されたシリンダーとの相互作用からの微粉鉄である。

この表面汚染は問題である。その理由は、それがシリンダーのより頻繁な清浄化を必要とし、酸洗浴がより迅速に汚染されるからである。これは明らかに追加のコストを伴う。汚れたシートはまた、より長くアニールされなければならず、それがまた、コストをより高くする。最後に、続く亜鉛めっきまたは塗装工程では、これらの堆積物は完成製品の腐食抵抗性に重要性を持つ付着欠陥となる。

表面清浄度を評価するために、二つのグループに分類されることができる二つの異なる方法がある：
− 実験室法、それらは正確であるが、「オフライン」である。これらの方法はＸ線蛍光分析、原子吸光分析、質量分光分析等に基づく。それらは一般的に長い時間を必要とし、実施するのに費用がかかる；
− インライン制御法、それらは一般的に迅速であるが、正確さに劣る。それらのうちでは、「スコッチ（登録商標）テープ試験」（またはＴｅｓａ試験）が最も知られた方法である。それは、シート上に、可能な最も再現可能な方法で、以下「スコッチ（登録商標）テープ」と呼ばれる粘着テープの一片を貼り、次いでそれを除去し、白い紙上に貼り付けることからなる。次に、シートから除去された粒子を負荷された「スコッチ（登録商標）テープ」により反射された光の百分率を測定する。これは、基準との比較によるか、または特定の装置を用いるかのいずれかによりなされる。

しかしながら、この最後の方法は操作者に依存し、特にスコッチ（登録商標）テープがシートに貼られる方法（貼付速度、圧力、除去速度等）に依存する。それは結果の顕著な分散をもたらし、それは反射率測定の２０％以上に達しうる。

最近、半自動化法が開発された。この方法は、移動中であることができるシート上に「スコッチ（登録商標）テープ」を自動的に貼ることを可能にし、次いで自動的になされる反射率百分率を測定することを可能にする。しかしながら、操作者はなお存在し、結果の分散は明らかにほんのわずかに低いだけである。さらに、測定の不連続性は主要な欠点として残る（会社ＩＮＮＳＩＴＥＣ Ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ−ｗｗｗ．ｉｎｎｓｉｔｅｃ．ｃｏｍによるＣｏｉｌＳｃｏｏｔｅｒ−ＴＧ装置を参照）。

さらに最近では、赤外線の吸収に基づく完全自動化法が研究された。我々の知るところでは、それはなお開発中であり、いずれにせよ、それは広く流布されていない（Ｋｒａｕｔｈ Ｐ．Ｊ．，“Ｃｏｎｔｒｏｌｅ ｄｅ ｌａ ｐｒｏｐｒｅｔｅ ｄｅｓ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｄ’ａｃｉｅｒ”，Ｌａ Ｒｅｖｕｅ ｄｅ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｅ−ＣＩＴ，２００２年６月参照）。

本発明は、従来技術の欠点を克服することができる、鋼ストリップの表面清浄度を測定するためのインライン及び連続方法を提供することを目的とする。

本発明は特に、信頼性があり、再現性があり、かつ完全に自動化された方法を提供することを目的とする。

本発明は、連続移動中の金属シートまたはストリップの表面清浄度を測定するためのインライン及び自動化方法に関し、
− 輻射線もしくは粒子のビームまたはスパークが移動中のストリップの表面上に焦点を合わされ、伝達されるパワー及び焦点直径が、周辺酸化リングにより取り囲まれた中央領域の形で金属を局所的にエッチングするプラズマまたはホットスポットを作るのに十分なパワー密度を得るように選ばれ；
− 前記酸化リング及び可能なら前記中央領域を包囲する領域の特徴が光学画像取得装置及び画像処理により分析され；
− それらから表面清浄度を示す客観値が導出される。

また、本発明の好適実施態様は、次の特徴の一つまたは幾つかを組合せて開示する：
− 前記ビームはレーザービームまたは電子ビームである；
− 前記光学画像取得装置は、紫外、可視及び／または赤外領域で作動するカメラである；
− 画像処理は酸化リングの幅の及び／またはその着色の強さの分析を含む；
− 取得したカラー画像はグレースケールに変換され、それらの修正されたヒストグラムが確立される；
− 輝度が、清浄基準シートと汚れた基準シートにそれぞれ対応するヒストグラムの平均値が比較されることができるように画像処理で適合される；
− 試験される各シートに対して、周辺酸化リングにより取り囲まれた前記中央領域を包囲する領域が規定されかつその領域に対応するヒストグラムの平均値または中央値が計算され、清浄シート及び汚れたシートについての検量により予め決められた値より大きい平均値または中央値に対してシートの清浄度は満足するものと見なす；
− 金属ストリップまたはシートは鋼から作られる；
− 金属ストリップまたはシートの移動速度は０．５ｍ／秒より大きい。

図１は、カラー画像がグレースケールに変換され、かつヒストグラムが本発明の方法により修正された後の、清浄シート上の六つのレーザークレーターの図を示す。

図２は、カラー画像がグレースケールに変換され、かつヒストグラムが本発明の方法により修正された後の、汚れたシート上の五つのレーザークレーターの図を示す。

図３では、ハッチングした領域は局所ヒストグラムを規定するために使用される領域を示し、それらの平均値は清浄度レベル（清浄シート）を定量化することができる。

図４では、ハッチングした領域は局所ヒストグラムを規定するために使用される領域を示し、それらの平均値は清浄度レベル（汚れたシート）を定量化することができる。

図５は、清浄シートの出発写真である。

図６は、汚れたシートの出発写真である。

本発明で提案された装置は、完全自動化測定装置のカテゴリーに属する。それは、工業ライン上に置かれかつ操作者の介在なしに操作できる。

この装置の原理は以下に説明される。

レーザービーム、好ましくはパルスレーザービームは移動中のシートの表面上に焦点を合わされる。レーザーパワー及び焦点直径は、シート上に得られるパワー密度がシートの表面上にプラズマを作るのに十分であるように選ばれる。

これらの条件下では、プラズマ領域を取り囲む酸化リングが形成される。このリングは、表面清浄度に依存する特定の幅と茶色がかった色を持つ。

酸化領域の特徴をカメラまたは他の同等な装置によって分析することにより、操作者の主観と無関係の表面清浄度を示す値を導出することができる。

画像の処理は、影響を受けた領域の幅及び／またはその着色の強さを分析することからなる。

本発明の方法の応用の実施例
以下の実施例では、使用されるレーザー源は、ＬＳＡ社−Ｌａｓｅｒ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ＧｍｂＨ，ＡａｃｈｅｎによるＴｅｌｅＬｉｓ，ＬＩＢＳレーザー装置に含まれるものである。

３００ｍＪのエネルギーを持つレーザービームは、測定されるシートの表面下１５０ｍｍに焦点を合わされ、その源はシートから４メートルに置かれている。シートは約０．６ｍ／秒の線速度で動く。レーザーは、２０Ｈｚの反復周波数を持つ「二重パルス」モードで作動する。

各パルスにより、プラズマが発生され、微小クレーターがシートの表面上に作られる。その深さはレーザーのエネルギーに依存する。クレーターの周りに、多少濃い茶色の領域が表われ：驚くべきことに、その色の強さ及びその幅はシートの表面清浄度に依存することが認められた。

一実施例として、図１と２はそれぞれ、清浄シートと汚れたシートに対して得られたいくつかのクレーターの画像を示す。同様の倍率を持つこれらの画像はカラー写真からグレースケールに変換され、二つの写真がそれらのヒストグラムの比較可能な平均値を持つように輝度が適合された。示された実施例では、この値は１２９である。

従って、汚れたシートに対しては、各クレーターの周りに濃い色のリングが明らかに見え、その中心点は黒く、一方清浄シートに対しては、それは殆ど全く表われないことが認められる。

もし、両方の場合に、クレーター（図３と４のハッチング領域）の周りに良く規定された領域が境界付けられ、次いでそれらの領域に対するヒストグラムの平均値が使用されるなら、汚れたシートに対して１００の値、そして清浄シートに対して１２０の値がそれぞれ得られる。

この差は、もしそれぞれ８８及び１３１である中央値が使用されるなら、より一層顕著である。比較すると、表面清浄度を決定するために使用される伝統的な反射率測定はそれぞれ約５８％と３８％の値を与える。シートが汚れていると反射率百分率値が減少し、一方局所ヒストグラムの平均値が増加することが認められるであろう。

ヒストグラムに基づくこれらの基準は、自動画像分析に基づくシートの清浄度を定量化するための可能性の一つにすぎない。当業者に知られたより洗練された処理は、より深い識別であっても可能とするであろう。実際に、リングの淡色は清浄シートに対しては肉眼でも見えるが、一方上記のように適合された基本的なグレースケール変換はそれを完全に消失させ、従ってこの方法の識別力を低下させる。

情報として、図５と６は、出発カラー写真を示す。

本発明の方法の利点
本発明の方法は完全に自動化されている利点を持ち、従って操作者の器用さ及び判断に依存しない。

それはまた、連続監視のために移動中のシート上で作動することができる。

最後に、それは、工業ラインで、事故の場合に損傷を避けるために十分な距離で使用されることができる簡単かつ丈夫な材料を必要とするだけである。

Claims (9)

1. 連続移動中の金属シートまたはストリップの表面清浄度を測定するためのインライン自動化方法であって、
   − 輻射線もしくは粒子のビームまたはスパークが移動中のストリップの表面上に焦点を合わされ、伝達されるパワー及び焦点直径が、周辺酸化リングにより取り囲まれた中央領域の形で金属を局所的にエッチングするプラズマまたはホットスポットを作るのに十分なパワー密度を得るように選ばれ；
   − 前記酸化リング及び可能なら前記中央領域を包囲する領域の特徴が光学画像取得装置及び画像処理により分析され；
   − それらから表面清浄度を示す客観値が導出される；
   ことを特徴とする方法。
2. 前記ビームがレーザービームまたは電子ビームであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 光学画像取得装置が、紫外、可視及び／または赤外領域で作動するカメラであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 画像処理が酸化リングの幅の及び／またはその着色の強さの分析を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 取得されたカラー画像がグレースケールに変換され、それらの修正されたヒストグラムが確立されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 輝度が、清浄基準シートに及び汚れた基準シートにそれぞれ対応する前記ヒストグラムの平均値が比較されることができるように画像処理で適合されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 試験される各シートに対して、前記周辺酸化リングにより取り囲まれた中央領域を包囲する領域が規定され、かつその領域に対応するヒストグラムの平均値または中央値が計算され、清浄シート及び汚れたシートについての検量により予め決められた値より大きい平均値または中央値に対してシートの清浄度が満足するものと見なすことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 金属ストリップまたはシートが鋼から作られていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 金属ストリップまたはシートの移動速度が０．５ｍ／秒より大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。