JP5857682B2 - Ｈ形鋼の疵検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｈ形鋼の製造工程、検査工程などにおいて、被検査領域に存在する表面欠陥を検出するＨ形鋼の疵検出方法及び装置に関する。

製造工程の搬送ライン上を移動しているＨ形鋼の表面に発生した表面欠陥を検出する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
この特許文献１の技術は、熱間状態で移動しているＨ形鋼の表面から発する輻射光を光学的に測定して２次元輝度画像データを生成し、この２次元輝度画像データに基づいて２次元温度データを生成し、この２次元温度データに基づいて前記形鋼の表面に発生した疵を検出する技術である。

特開２００４−２７９１６１号公報

しかし、熱間状態で移動しているＨ形鋼の表面疵を検出する場合には、Ｈ形鋼の周囲に発生するヒュームが外乱となって高精度の２次元輝度画像データを得ることが難しい。このため、搬送されているＨ形鋼の表面疵を自動検出することが難しい。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、搬送されているＨ形鋼の表面疵を高精度に検出を行うことができるＨ形鋼の疵検出方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るＨ形鋼の疵検出方法は、冷間状態で搬送されているＨ形鋼のフランジ及びウェブを撮影した撮影画像データに基づいて、前記Ｈ形鋼の被検査領域に存在する表面欠陥を検出するＨ形鋼の疵検出方法であって、前記撮影画像データの被検査領域にハレーションが発生するように、前記フランジ及び前記ウェブに光を照射し続け、前記撮影画像データ及び予め記憶されている前記Ｈ形鋼の形状データに基づいて、前記ウェブの特定位置を前記被検査領域として算出する被検査領域算出工程と、前記被検査領域の濃淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正し、補正した前記被検査領域の濃淡撮影画像データを二値データに変換するフィルター処理工程と、前記二値データのうち黒色データが所定値以上の面積を有している場合に表面欠陥であることを判定する疵認識工程と、を備えている。
この発明によると、冷間状態で搬送されているＨ形鋼の表面欠陥を検出しているので、熱間状態で搬送されているＨ形鋼の表面欠陥を検出する従来の方法と比較してヒューム等の外乱が発生せず、撮影画像にハレーションが発生するように、フランジ及びウェブに光を照射し続けているので、撮影画像データを高精度に得ることができる。

また、請求項２記載の発明は、前記被検査領域算出工程が、前記撮影画像データから前記フランジの垂面の位置を算出し、前記Ｈ形鋼の形状データから前記フランジの形状寸法を読み込み、前記フランジの垂面の位置及び前記フランジの形状寸法に基づいて前記撮影画像データのウェブ及びフランジの間の接合部の形状寸法を算出し、前記接合部の形状寸法に基づいて、前記ウェブの特定位置を前記被検査領域として算出する。
この発明によると、比較的に光の反射率が安定しているフランジの垂面を撮影画像データから算出し、これに基づいてウェブの被検査領域を設定しているので、Ｈ形鋼が蛇行した状態で搬送されていても、ウェブの被検査領域を確実に設定することができる。

一方、請求項３記載のＨ形鋼の疵検出装置は、Ｈ形鋼のフランジ及びウェブに光を照射する照明装置と、この照明装置が光を照射した領域を撮影するカメラとを有し、前記カメラが撮影した撮影画像データに基づいて前記Ｈ形鋼の被検査領域に存在する表面欠陥を検出するＨ形鋼の疵検出装置であって、前記照明装置は、前記撮影画像データの被検査領域にハレーションが発生するように前記フランジ及び前記ウェブに光を照射しているとともに、前記被検査領域の濃淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正し、補正した前記被検査領域の濃淡撮影画像データを二値データに変換するフィルター処理手段と、前記二値データのうち黒色データが所定値以上の面積を有している場合に表面欠陥であることを判定する疵認識手段と、を備えている。
この発明によると、搬送されているＨ形鋼の表面の撮影画像データを高精度に得ることができ、Ｈ形鋼の表面欠陥を自動的に検出することができる。

本発明に係るＨ形鋼の疵検出方法及び装置によれば、冷間状態で搬送されているＨ形鋼の表面欠陥を検出し、撮影画像にハレーションが発生するようにフランジ及びウェブに光を照射し続けているので、Ｈ形鋼の表面欠陥を高精度に検出することができる。

本発明に係るＨ形鋼の表面欠陥を検出する装置のブロック図である。 Ｈ形鋼の表面欠陥を検出する装置をＨ形鋼の進行方向から示した図である。 Ｈ形鋼の表面欠陥を検出する装置を構成するカメラと照明装置の配置を示した図である。 疵検出部が行う疵検出処理の内容を示すフローチャートである。 Ｈ形鋼の表面を撮影するカメラ及び撮影画像データを示す図である。 撮影画像データに基づいてフランジの垂面の位置を算出する方法を示す図である。 接合部の位置を算出する方法を示す図である。 不感帯を設定する方法を示す図である。 被検査領域を設定する方法を示す図である。 撮影画像データの被検査領域内に黒色データの大きな集合体と多数の点（濃淡変化によるかげ）が存在している状態を示す図である。 図１０の撮影画像データから被検査領域内の濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正する処理を行った状態を示す図である。 図１１の撮影画像データから二値データに変換した状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、冷間状態である精製ラインで搬送されているＨ形鋼１の表面欠陥を検出する疵検出装置を示すブロック図、図２は、Ｈ形鋼１の搬送方向から疵検出装置を示した横断面概略である。
図１に示すように、Ｈ形鋼１は、ウェブ２を水平にし、一対のフランジ３が上下方向に延在するように配置され、矢印Ａ方向の長手方向に搬送されている。
本実施形態の疵検出装置は、図１及び図２（ａ）に示すように、ウェブ２の上方にウェブ２の幅方向に離間して配置された２対の照明装置４Ｕ及びカメラ５Ｕと、ウェブ２の下方に配置されてウェブ２の幅方向に離間して配置された２対の照明装置４Ｌ及びカメラ５Ｌと、画像処理部６とを備えている。なお、カメラ５Ｕ，５Ｌは、エリアカメラで構成されている。

図３に示すように、ウェブ２の上方に配置されている照明装置４Ｕは、照射軸４Ｓが鉛直線に対して搬送方向の下流側に所定の角度θだけ傾けて配置されている。また、ウェブ２の上方に配置されているカメラ５Ｕは、照明装置４Ｕから照射される光によってカメラ５Ｕが撮影した撮影画像にハレーションが発生するように、撮影軸５Ｓが鉛直線に対して搬送方向の上流側に前述した角度θだけ傾けて配置されている。そして、この一対の照明装置４Ｕ及びカメラ５Ｕに幅方向に離間して配置されている他の一対の照明装置４Ｕ及びカメラ５Ｕも同様の構成とされている。

また、ウェブ２の下方に配置されている照明装置４Ｌは、照射軸４Ｓが鉛直線に対して搬送方向の上流側に所定の角度θだけ傾けて配置されている。また、ウェブ２の下方に配置されているカメラ５Ｌは、照明装置４Ｌから照射される光によってカメラ５Ｌが撮影した撮影画像にハレーションが発生するように、撮影軸５Ｓが鉛直線に対して搬送方向の下流側に前述した角度θだけ傾けて配置されている。そして、この一対の照明装置４Ｌ及びカメラ５Ｌに幅方向に離間して配置されている他の一対の照明装置４Ｌ及びカメラ５Ｌも同様の構成とされている。

また、各対の照明装置４Ｕ及びカメラ５Ｕ及び照明装置４Ｌ及びカメラ５Ｌは、図１の符号７，８で示す昇降機構により昇降自在とされている。すなわち、精製ラインで搬送されてくるＨ形鋼１のウェブ２の高さ、フランジ３の幅は様々であり、Ｈ形鋼１の形状が変化しても、各対の照明装置４Ｕ及びカメラ５Ｕ及び照明装置４Ｌ及びカメラ５Ｌを昇降機構７，８が昇降させることで、照明装置４Ｕ，４Ｌから照射される光によってカメラ５Ｕ，５Ｌが撮影した撮影画像にハレーションが発生するようにしている。

ウェブ２の上面或いは下面には、冷却工程や洗浄工程などの水を使用した処理によって、水滴が付着している場合がある。撮影画像にハレーションを発生させないで撮影した場合、この水滴を疵と誤検知するおそれがある。これは、照射した光が水滴によって乱反射し、そのために見かけ上のコントラスト差が生まれることで、誤検知の要因になるからである。本実施形態では、上記ハレーションを発生させることで、上記のような疵と誤検知されるような水滴をマスキングして、より精度よく目的とする疵だけを検知可能となる。

そして、ウェブ面の幅、すなわち、一対のフランジ３間の距離の大きなＨ形鋼１の場合には、図２（ａ）に示すように、ウェブ２の上方に配置した２台のカメラ５Ｕが撮影したウェブ２の上面及び一対のフランジの上部の撮影画像データと、ウェブ２の下方に配置した２台のカメラ５Ｌが撮影した撮影したウェブ２の下面及び一対のフランジの下部の撮像画像データを画像処理部６に送信する。
また、図２（ｂ）に示すように、ウェブ面の幅が小さいＨ形鋼１の場合には、ウェブ２の上方に配置した１台のカメラ５Ｕが撮影したウェブ２の上面及び一対のフランジの上部の撮影画像データと、ウェブ２の下方に配置した１台のカメラ５Ｌが撮影したウェブ２の下面及び一対のフランジの下部の撮像画像データを画像処理部６に送信する。

画像処理部６は、画像取込部９、疵検出部１０及び形状データ部１１とを備えている。
画像取込部９は、Ｈ形鋼１のウェブ面の幅が大きな場合には、ウェブ２の上方に配置した２台のカメラ５Ｕが撮影したウェブ２の上面及び一対のフランジの上部の撮影画像データと、ウェブ２の下方に配置した２台のカメラ５Ｌが撮影した撮影したウェブ２の下面及び一対のフランジの下部の撮像画像データを、予め設定した画像取込周期で取得して、記憶部（不図示）に記憶する。一方、Ｈ形鋼１のウェブ面の幅が小さい場合には、ウェブ２の上方に配置した１台のカメラ５Ｕが撮影したウェブ２の上面及び一対のフランジの上部の撮影画像データと、ウェブ２の下方に配置した１台のカメラ５Ｌが撮影した撮影したウェブ２の下面及び一対のフランジの下部の撮像画像データを、予め設定した画像取込周期で取得して記憶部に記憶する。ここで、画像取込周期は、例えば、Ｈ形鋼１が１００mm搬送される周期である。

形状データ部１１は、疵検出が行われているＨ形鋼１のフランジ３のフランジ幅、フランジ厚さ等の情報が記憶されている。
疵検出部１０は、画像取込部９の記憶部から順次撮影画像データを読み込み、図４のフローチャートに示す疵検出処理を行う。
疵検出部１０が行う疵検出処理は、先ず、ステップＳＴ１において被検査領域算出処理を行う。次いで、ステップＳＴ２に移行してフィルター処理を行う。次いで、ステップＳＴ３に移行して面積判定処理を行う。最後に、ステップＳＴ４に移行して結果出力処理を行う。

図４のステップＳＴ１で示した被検査領域算出処理の詳細について、図５から図９を参照して説明する。
図５（ａ）は、Ｈ形鋼１のウェブ２の上面及び一対のフランジを撮影する一対のカメラ５Ｕ，５Ｕと、ウェブ２の下面及び一対のフランジを撮影する一対のカメラ５Ｌ，５Ｌを示すものである。図５（ａ）に示すようにウェブ面の幅が大きいＨ形鋼１の疵検出を行う場合には、ウェブ２の上方に配置した一対のカメラ５Ｕ，５Ｕと、ウェブ２の下方に配置した一対のカメラ５Ｌ，５Ｌとを使用するが、ウェブ面の幅が小さいＨ形鋼１の疵検出を行う場合には、図２（ｂ）に示すように、ウェブ２の上方に配置した一方のカメラ５Ｕと、ウェブ２の下方に配置した一方のカメラ５Ｌを使用する。

また、図５（ｂ）は、ウェブ２の上方に配置した一方（右側）のカメラ５Ｕが撮影した撮影画像データであり、背景１２、右側のフランジ３の垂面１３、フランジ３の内面１４、フランジ３及びウェブ２の接合部１５、ウェブ２の上面２ａが撮影され、撮影画像データとして記憶部に記憶される。なお、図示しないが、ウェブ２の上方に配置した他方（左側）のカメラ５Ｕ、ウェブ２の下方に配置した一対のカメラ５Ｌ，５Ｌも、図５（ｂ）に類似した撮影画像データが記憶部に記憶される。

そして、ステップＳＴ１の被検査領域算出処理では、先ず、撮影画像データから右側のフランジ３の垂面１３の位置を算出する（図６参照）。次いで、形状データ部１１のＨ形鋼１のフランジ３のフランジ幅、フランジ厚さを読み込み、これらの値と、フランジ３の内面１４と、右側のフランジ３の垂面１３の位置とに基づいて接合部１５を算出する（図７参照）。次いで、接合部１５の近傍は表面の荒れやフランジ３により遮蔽されて照明装置４Ｕ，４Ｌが当たりにくいので、接合部１５に対してウェブ２の上面２ａ側に所定幅Ｈの不感帯１６を設定する（図８）。次いで、ウェブ２の上面２ａの接合部１５側に、不感帯１６に重なり合わない位置に被検査領域１７を設定する。
また、上述した被検査領域算出処理は、ウェブ２の上方に配置した他方（左側）のカメラ５Ｕ、ウェブ２の下方に配置した一対のカメラ５Ｌ，５Ｌが撮影した撮影画像データに対しても行う。

次いで、図４のステップＳＴ２で示したフィルター処理の詳細について、図１０から図１２を参照して説明する。
図１０は、ウェブ２の上方に配置した一方（右側）のカメラ５Ｕが撮影した濃淡の撮影画像データであり、被検査領域１７内に黒色データの大きな集合体と、黒色データの多数の点が存在している。このうち、黒色データの多数の点は濃淡変化によるかげである。
フィルター処理では、先ず、被検査領域１７内の濃淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正する濃淡補正を行う（図１１参照））。次いで、補正した被検査領域１７内の濃淡撮影画像データを二値データに変換する（図１２参照）。

また、上述したフィルター処理は、ウェブ２の上方に配置した他方（左側）のカメラ５Ｕ、ウェブ２の下方に配置した一対のカメラ５Ｌ，５Ｌが撮影した撮影画像データに設定した被検査領域１７に対しても、同様の手順で行う。
また、ステップＳＴ３の面積判定処理では、図１２の二値化処理データで得られた濃淡撮影画像データにおいて、被検査領域１７内の黒色データ１８の面積を算出する。

そして、ステップＳＴ４の結果出力処理では、図１２の被検査領域１７内の黒色データ１８が、所定値以上の面積を有している場合には、上位コンピュータに伝送、或いは画像出力、あるいはプリンタ出力により「表面欠陥」であることを表示する。
また、上述した面積判定処理及び結果出力処理、ウェブ２の上方に配置した他方（左側）のカメラ５Ｕ、ウェブ２の下方に配置した一対のカメラ５Ｌ，５Ｌが撮影した撮影画像データに設定した被検査領域１７に存在する黒色データに対しても、同様の手順で行う。
ここで、本実施形態の図４で示したステップＳＴ１の被検査領域算出処理が、本発明の被検査領域算出工程に対応し、図４で示したステップＳＴ２のフィルター処理が、本発明のフィルター処理工程に対応し、図４で示したステップＳＴ３の面積判定処理及びステップＳＴ４の結果出力処理が、本発明の疵認識工程に対応している。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態は、冷間状態で搬送されているＨ形鋼１の表面欠陥を検出しているので、熱間状態で搬送されているＨ形鋼の表面欠陥を検出する従来の方法と比較してヒューム等の外乱が発生せず、撮影画像データを高精度に得ることができる。
また、ウェブ２の上方に配置した一対の照明装置４Ｕ，４Ｕと、ウェブ２の下方に配置した一対の照明装置４Ｌ，４Ｌは、各照明装置に対応する一対のカメラ５Ｕ，５Ｕ、一対のカメラ５Ｌ，５Ｌが撮影する撮影画像にハレーションが発生するようにＨ形鋼１を照射しているので、さらに撮影画像データを高精度に得ることができる。

また、疵検出処理の被検査領域算出処理では、先ず、比較的に光の反射率が安定しているフランジ３の垂面１２を撮影画像データから算出し、これに基づいてウェブ２の上面及び下面の被検査領域１７を設定しているので、Ｈ形鋼１が蛇行した状態で搬送されていても、ウェブ２の被検査領域１７を確実に設定することができる。
さらに、ウェブ２の被検査領域１７は、被検査領域１７内の淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正する濃淡補正を行い、補正した被検査領域１７内の濃淡撮影画像データを二値データに変換しているので、照度のバラツキやウェブ２の上面及び下面の反射率変動の影響を抑制し、高精度に被検査領域１７内の表面欠陥を検出することができる。

１…Ｈ形鋼、２…ウェブ、２ａ…ウェブの上面、３…フランジ、４Ｕ，４Ｌ…照明装置、５Ｕ，５Ｌ…カメラ、６…画像処理部、７，８…昇降機構、９…画像取込部、１０…疵検出部、１１…形状データ部、１２…背景、１３…垂面、１４…フランジの内面、１５…ウェブ及びフランジの接合部、１６…不感帯、１７…被検査領域、１８…黒色データ

Claims (3)

1. 冷間状態で搬送されているＨ形鋼のフランジ及びウェブを撮影した撮影画像データに基づいて、前記Ｈ形鋼の被検査領域に存在する表面欠陥を検出するＨ形鋼の疵検出方法であって、
   前記撮影画像データの被検査領域にハレーションが発生するように、前記フランジ及び前記ウェブに光を照射し続け、
   前記撮影画像データ及び予め記憶されている前記Ｈ形鋼の形状データに基づいて、前記ウェブの特定位置を前記被検査領域として算出する被検査領域算出工程と、
   前記被検査領域の濃淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正し、補正した前記被検査領域の濃淡撮影画像データを二値データに変換するフィルター処理工程と、
   前記二値データのうち黒色データが所定値以上の面積を有している場合に表面欠陥であることを判定する疵認識工程と、を備えていることを特徴とするＨ形鋼の疵検出方法。
2. 前記被検査領域算出工程は、
   前記撮影画像データから前記フランジの垂面の位置を算出し、
   前記Ｈ形鋼の形状データから前記フランジの形状寸法を読み込み、
   前記フランジの垂面の位置及び前記フランジの形状寸法に基づいて前記撮影画像データのウェブ及びフランジの間の接合部の形状寸法を算出し、
   前記接合部の形状寸法に基づいて、前記ウェブの特定位置を前記被検査領域として算出することを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼の疵検出方法。
3. Ｈ形鋼のフランジ及びウェブに光を照射する照明装置と、この照明装置が光を照射した領域を撮影するカメラとを有し、前記カメラが撮影した撮影画像データに基づいて前記Ｈ形鋼の被検査領域に存在する表面欠陥を検出するＨ形鋼の疵検出装置であって、
   前記照明装置は、前記撮影画像データの被検査領域にハレーションが発生するように前記フランジ及び前記ウェブに光を照射しているとともに、
   前記被検査領域の濃淡撮影画像データのうち濃淡変化が少ないデータを濃色及び淡色の一方に補正し、補正した前記被検査領域の濃淡撮影画像データを二値データに変換するフィルター処理手段と、
   前記二値データのうち黒色データが所定値以上の面積を有している場合に表面欠陥であることを判定する疵認識手段と、を備えていることを特徴とするＨ形鋼の疵検出装置。

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