JP5974787B2

JP5974787B2 - 鋼帯コイルのエッジ欠陥検出方法およびエッジ欠陥検出装置

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Publication number: JP5974787B2
Application number: JP2012217715A
Authority: JP
Inventors: 哲也福嶋; 茂磯山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP2014069216A

Description

本発明は、鋼帯コイルの側面に現れる凹ヘゲ（耳割れ）、凸ヘゲ、耳伸び、乃至巻きずれ等のエッジ近傍の欠陥を自動で検出する装置に関する。

冷間圧延、焼鈍、めっき等の連続処理を伴うラインを通過させる鋼帯に対し、鋼帯の側面に耳伸び、凹ヘゲ（耳割れ）、巻きずれ等の欠陥があると、連続処理を行う際に、鋼帯側面の欠陥を起点に鋼帯が破断もしくは絞りが発生して問題である。このような問題を引き起こす欠陥は、ラインを通過する前に検出して除去することが望ましい。そのため、オペレータが、全ての鋼帯コイルの側面をライン装入前に目視で検査している。

しかし、目視検査作業は、連続処理ラインに装入する全てのコイルに対し、ライン装入前に行う必要があり、且つ１コイルあたりに数分を要し、１日当たり数百コイルを扱う作業であるため、オペレータの作業負担が大きかった。さらに、オペレータによる目視での検査となるため、ヒューマンエラーや検査員による個人差が発生する問題があった。さらにまた、小径の鋼帯コイルを扱う場合、コイル長および装入ピッチが短くなって、先行する鋼帯コイルのライン通板時間に比べて、ライン装入前の当該コイルの目視検査作業を含む入側段取り作業時間が掛かる一方、ラインを停止すると鋼帯コイルの表面に疵やマークを発生させる問題があって、ラインを停止できないため、ライン速度を低下しつつ通板せざるを得ないという問題があった。

そこで、従来、例えば特許文献１に記載されるように、搬送ラインの上流において鋼帯を展開したまま、鋼帯のエッジ部の疵を鋼帯の表裏面方向から検出する技術が提案されている。
特許文献１は、鋼帯を展開して鋼帯の表裏面に垂直な方向からＣＣＤカメラにより、鋼帯の表面および／または裏面のエッジ部分を撮像するものである。従って、本発明の鋼帯コイルを巻いたまま鋼帯コイルの側面から検出する装置および方法とは測定の原理が異なる。

特開平８−１０１１４１号公報

従来の特許文献１に記載される方法および装置では、凹ヘゲ（耳割れ）や凸ヘゲを検出することはできるものの、鋼帯の破断や絞りの原因となる耳伸びや巻きずれの欠陥は、鋼帯の表裏面から検出しようとするため検出できない。
したがって、同文献記載の技術を採用したとしても、オペレータは、ライン装入前に耳伸びや巻きずれの欠陥が発生していないかを確認する必要があり、凹ヘゲや凸ヘゲの欠陥判定結果に関わらず、ライン装入前に目視でコイル側面を検査する作業は必要不可欠であった。そのため、従来は、小径の鋼帯コイルを取り扱う操業において、ライン速度の低下やヒューマンエラーといった問題を解決することができなかった。

さらに、特許文献１記載の方法および装置は、鋼帯を巻き取る前に凹ヘゲや凸ヘゲの欠陥を検出するものであり、必要な装置を鋼帯を巻き取る前の上流ライン内に設置する必要がある。また、当該装置の鋼帯長手方向の分解能は上流ラインの鋼帯の通板最高速度によって決まる。従って、冷間圧延ライン等の高速ラインでは、通板速度が大きくて分解能が著しく低下することから、微小欠陥の検出が困難であった。冷間圧延ライン内に特許文献１記載の装置を設置してテストを行った結果では、鋼帯の長手方向での凹ヘゲの検出の分解能が不足して凹ヘゲが見つからず、ライン内での鋼帯の破断を完全に防止することはできなかった。

また、特許文献１記載の技術は、ライン内に設置する装置であるため、設置スペースを充分に確保する必要があるという問題や、油の飛散、鋼帯のバタつきによる装置の破損、振動による装置の光軸のずれ等の設置環境が厳しい場合、装置のメンテナンスが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、ライン装入前のオペレータによる鋼帯コイル側面の目視検査を不要とし、小径の鋼帯コイルを取り扱う場合のコイル長および装入ピッチが短い場合であっても、ライン速度低下を防止することができ、また、ヒューマンエラーの防止も可能とする鋼帯コイルのエッジ欠陥検出方法およびエッジ欠陥検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、鋼帯をコイルに巻いたまま、スリット状に照射されるレーザー光を用いて鋼帯コイルの側面を連続的に走査することで得られる３次元奥行情報から、鋼帯コイルの側面に現れる凹ヘゲ（耳割れ）、凸ヘゲ、耳伸び乃至巻きずれ等の欠陥を自動で検出するものである。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る鋼帯のエッジ欠陥検出装置は、鋼帯をコイルに巻いたまま、鋼帯コイル側面の欠陥を検出する装置であって、スリット状に照射されるレーザー光で鋼帯コイルの側面を走査して鋼帯コイル側面の３次元奥行情報を取得する側面情報取得部と、該側面情報取得部により取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する欠陥検出部とを備え、前記欠陥検出部は、前記側面情報取得部で取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて鋼帯コイル側面の凹凸量を光切断法により計測する凹凸量計測手段と、該凹凸量計測手段で計測された凹凸量データに対して、側面情報取得部による３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去する外乱除去手段と、該外乱除去手段を経た凹凸量データに対して特徴領域をラベリングするラベリング手段と、前記外乱除去手段を経た凹凸量データに対して鋼帯１枚ごとの稜線をトレースする稜線トレース手段とを有し、前記ラベリング手段でラベリングされた特徴領域および前記稜線トレース手段でトレースされた鋼帯１枚ごとの稜線情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出することを特徴とする。

ここで、本発明の一態様に係る鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置において、前記外乱除去手段は、鋼帯コイル側面の凹凸方向の外乱を除去する凹凸方向外乱除去手段と、鋼帯コイルの半径方向の外乱を除去する半径方向外乱除去手段とを有することが好ましい。
そして、前記凹凸方向外乱除去手段は、鋼帯コイルの特定角度における巻き姿の凹凸量データを基準巻き姿情報とするとともに、任意の対象角度における巻き姿の凹凸量データを対象巻き姿情報とし、対象巻き姿情報の凹凸方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線と基準巻き姿情報の凹凸方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線との比較に基づいて、前記対象角度での凹凸方向の外乱を除去することが好ましい。

また、前記半径方向外乱除去手段は、鋼帯コイルの特定角度における巻き姿の凹凸量データを基準巻き姿情報とするとともに、任意の対象角度における巻き姿の凹凸量データを対象巻き姿情報とし、対象巻き姿情報を鋼帯コイルの半径方向に移動した場合の、基準巻き姿情報と対象巻き姿情報の凹凸量データの標準偏差を算出し、基準巻き姿情報と対象巻き姿情報の標準偏差が最小となる鋼帯コイルの半径方向移動量を算出し、その算出された半径方向移動量に基づいて、前記対象角度における半径方向の外乱を除去することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置において、前記ラベリング手段は、所定の閥値を超えた凹凸量データを特徴領域として検出したときに、当該特徴領域の周辺にも前記閥値を越えた凹凸量データが特徴領域としてあるか否かを検索し、周辺にも前記閥値を越えた特徴領域がある場合は、その周辺の特徴領域と当該特徴領域とを結合して同一のラベリング番号を付して同じ欠陥であると認識し、周辺に凹凸量データに対する閥値を越えた特徴領域がない場合は、当該特徴領域に新たなラベリング番号を付し、さらに、付されたラベリング番号について周辺に別のラベリング番号が付された特徴領域があるか否かを検索し、周辺に別のラベリング番号が付された特徴領域がある場合にはこれと結合して同じ欠陥であると認識する。

また、本発明の一態様に係る鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置において、前記稜線トレース手段は、鋼帯コイルの側面に凹凸量データがない空間の密度に基づいて耳伸び欠陥があるか否かを判断し、耳伸び欠陥がある場合には、鋼帯コイルの側面に対して、選択された任意の基準角度における欠陥検出部と鋼帯側面との鋼帯幅方向の距離を測定して凹凸量とし、その基準角度から半径方向に所定のレーザー光を幅を持たせながら走査して円周方向に凹凸量データを取得し、鋼帯幅方向の凹凸量データの変動が所定の閥値内にある場合は連続した鋼帯であると認識することで鋼帯１枚ごとの稜線をトレースし、トレースして得られた稜線をそのデータに当てはまる関数でフィッティングし、該フィッティングで求められた近似曲線に基づいて、耳伸びの急峻度を測定することが好ましい。

また、本発明の一態様に係る鋼帯のエッジ疵検出方法は、鋼帯をコイルに巻いたまま、鋼帯コイルの側面の欠陥を検出する方法であって、スリット状に照射されるレーザー光で鋼帯コイルの側面を走査して鋼帯コイル側面の３次元奥行情報を取得する側面情報取得工程と、該側面情報取得工程により取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する欠陥検出工程とを含み、前記欠陥検出工程は、取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて鋼帯コイル側面の凹凸量を光切断法により計測するとともに、計測された凹凸量データに対して３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去した後に、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して特徴領域をラベリングをするとともに、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して鋼帯１枚ごとの稜線をトレースし、ラベリングされた特徴領域およびトレースされた鋼帯１枚ごとの稜線情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出することを特徴とする。

本発明によれば、鋼帯コイルの側面に発生する欠陥をコンピュータにより自動的に検出するので、鋼帯コイルの側面に現れる凹ヘゲ（耳割れ）、凸ヘゲ、耳伸び、および巻きずれ等のエッジ近傍の欠陥をそれぞれ弁別することができる。
そのため、ライン装入前におけるオペレータによる鋼帯コイル側面の目視での検査を不要とし、小径の鋼帯コイルを取り扱う場合、コイル長および装入ピッチが短い場合であっても、入側段取り作業に時間が掛かりライン速度を低下させる問題を起こすことがなく増産が可能となる。また、検査員の省力化、ヒューマンエラーの防止も可能となる。

本発明の一態様に係るエッジ欠陥検出装置の一実施形態の説明図である。鋼帯の側面に発生する欠陥の説明図であり、同図（ａ）は、鋼帯の平面図、（ｂ）は鋼帯コイルを側面方向から見たときの要部拡大図、（ｃ）は鋼帯コイルを径方向に沿った切断面の要部拡大図である。半径方向に測定データが変動する要因の説明図である。図３に示す、半径方向の測定データの変動を除外する半径方向変動除外処理の説明図である。鋼帯幅方向に測定データが変動する要因の説明図である。図５に示す、鋼帯幅方向の測定データの変動を除外する鋼帯幅方向変動除外処理の説明図である。欠陥をラベリングするラベリング処理の説明図である。ラベリングした欠陥を集合する欠陥集合処理の説明図である。鋼帯１枚ごとの稜線をトレースする稜線トレース処理の説明図である。凹ヘゲの検出結果（３次元奥行情報に基づく凹凸量データ）の説明図である。凸ヘゲの検出結果（３次元奥行情報に基づく凹凸量データ）の説明図である。耳伸びの検出結果（３次元奥行情報に基づく凹凸量データ）の説明図である。巻きずれの検出結果（３次元奥行情報に基づく凹凸量データ）の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１において、本発明に係るエッジ欠陥検出装置の一実施形態について説明する。なお、同図に示すように、鋼帯を巻き取った鋼帯コイルＣに対して、鋼帯コイルＣの側面の円の半径にあたる軸を半径方向、側面の円の角度にあたる軸を円周方向、側面の凹凸方向（３次元奥行方向）にあたる軸を鋼帯幅方向と定義する。

図１に示すように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、鋼帯コイルＣの側面の欠陥を検出する装置であって、静置された状態の鋼帯コイルＣ側面の凹凸量を３次元奥行情報（測定データ）として測定する側面情報取得部１と、側面情報取得部１により取得された鋼帯コイルＣ側面の３次元奥行情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する欠陥検出部４とを備えている。

詳しくは、側面情報取得部１は、鋼帯コイル１の側面から鋼帯幅方向に所定距離離れた位置に設置され、レーザー投光器２と、画像センサを有するカメラ３と、レーザー投光器２およびカメラ３を支持する架台５とを備えている。架台５は、レーザー投光器２およびカメラ３を鋼帯コイルＣの側面と同心円状に円周方向に移動できる円周方向移動機構６と、レーザー投光器２およびカメラ３を鋼帯コイルＣの半径方向に移動できる半径方向移動機構７とを有する。

レーザー投光器２は、鋼帯コイルＣの側面に対してスリット状のレーザー光Ｌを鋼帯コイルＣの半径方向に沿って照射する。カメラ３は、レーザー投光器２から照射されて鋼帯コイルＣの側面で反射した縞状のレーザー光Ｌを、レーザー光Ｌの照射方向とは異なる角度から撮像するように設置されており、撮像した画像を測定データ（画像データ）として画像センサで取り込み、電気信号に変換された測定データである３次元奥行情報を欠陥検出部４に送る。

この際、側面情報取得部１は、架台５の円周方向移動機構６および半径方向移動機構７により、レーザー投光器２とカメラ３を鋼帯コイルＣの側面と同心円状に円周方向および半径方向に移動し、鋼帯コイルＣの側面全体を走査して測定する。なお、図１では、側面情報取得部１が、レーザー投光器２、カメラ３をそれぞれ１台有する例を示しているが、これらの台数はこれに限定されるものではない。例えばレーザー投光器２およびカメラ３をそれぞれ２台設け、架台５の回転軸中心からレーザー投光器２およびカメラ３の設置距離を変えて設置すれば、１周した場合に測定できる半径方向のデータ量が増加するため、測定時間の短縮が期待できる。

欠陥検出部４は、コンピュータを含む装置により構成されており、所定の欠陥検出処理のプログラムを実行する。欠陥検出処理は、鋼帯コイルＣ側面の凹凸量を計測する凹凸量計測手段を含む。凹凸量計測手段は、カメラ３から取得した３次元奥行情報から、三角測量の原理に基づいた光切断法による計測処理にて鋼帯コイルの側面の凹凸量を計測する。

そして、欠陥検出部４は、凹凸量計測手段によって計測された凹凸量データに基づき、所定の欠陥検出処理を引き続き実行して鋼帯コイルＣの側面に発生する欠陥を検出する。なお、鋼帯コイルＣの側面の凹凸量データや欠陥検出処理の結果は、ディスプレイやプリンタ等の不図示の出力装置に出力されて、オペレータがその出力内容から、凹ヘゲ（耳割れ）、凸ヘゲ、耳伸び、および巻きずれのエッジ近傍の各種の欠陥を確認可能とした。
ここで、図２に基づいて、測定の対象とする鋼帯コイルＣの側面の各種の欠陥およびその弁別方法について説明する。

図２（ａ）に示すように、コイルＣとして巻き取られる前の鋼帯Ｋに対して、凹ヘゲＨや凸ヘゲＴの欠陥は、鋼帯Ｋの側面１枚ごとに鋼帯幅方向に凹凸をつくるように発生する。また、同図（ｂ）に示すように、耳伸びＭの欠陥は、鋼帯Ｋを巻き取ったコイルＣの側面に、半径方向と円周方向に対して波状に発生する。また、同図（ｃ）に示すように、巻きずれＺの欠陥は、鋼帯Ｋを巻き取ったコイルＣの側面に、積層された鋼帯Ｋ相互の半径方向に対する鋼帯幅方向でのずれとして発生する。

ここで、上記欠陥検出部４で実行される欠陥検出手段は、計測された凹凸量データに対して３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去する外乱除去手段と、所定の閾値との比較に基づいて抽出された欠陥をラベリングするラベリング手段と、ラベリングした欠陥を集合する欠陥集合手段と、鋼帯の稜線をトレースする稜線トレース手段とを含むものである。

欠陥検出部４は、上記欠陥検出手段により、計測された凹凸量データに対して３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去し、その後に、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して特徴領域をラベリングするとともに、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して鋼帯１枚ごとの稜線をトレースし、ラベリングされた特徴領域およびトレースされた鋼帯１枚ごとの稜線情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する。

詳しくは、上記欠陥検出部４は、まず、上記凹凸量データを計測するに際して、側面情報取得部１による３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去する外乱除去手段を実行する。また、欠陥検出部４は、外乱除去手段として、鋼帯コイルＣの側面の凹凸方向の外乱を除去する凹凸方向外乱除去手段と、鋼帯コイルＣの半径方向の外乱を除去する半径方向外乱除去手段とをそれぞれ実行する。

図３により、測定データである３次元奥行情報（画像データ）が半径方向に変動する要因を示す。図１で説明したように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、スリット状のレーザー光Ｌを鋼帯コイルＣの側面に対して円周方向に回転させることにより、図３に示すように、１回転で測定範囲Ａの領域を走査して３次元奥行情報を取得する。このとき、鋼帯コイルＣの中心Ｏ_１と側面情報取得部１の回転中心Ｏ_２とのずれにより、実際に測定される測定範囲Ａは、鋼帯コイルＣに対して半径方向に変動量Ｇが生じる。そこで、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、欠陥検出部４が、鋼帯コイルの半径方向の外乱を除去する半径方向外乱除去手段を実行することで上記変動量Ｇを補正するものである。

半径方向外乱除去手段は、図３に示した測定データの半径方向の変動を除外する手段である。図４において、鋼帯コイルＣの所定角度での巻き姿の凹凸量データを基準角度での基準巻き姿情報Ｄｋとする。これに対し、鋼帯コイルＣの任意の角度での巻き姿の凹凸量データを対象巻き姿情報Ｄｎとすると、対象巻き姿情報Ｄｎは、図３にて説明したように半径方向に変動している。換言すると、任意の角度での対象巻き姿情報Ｄｎを半径方向の変動量Ｇに応じた最適な量だけ半径方向に移動すれば、対象巻き姿情報Ｄｎが基準巻き姿情報Ｄｋと重なることになる。

そこで、この半径方向外乱除去手段では、この原理を利用して、半径方向に移動量Ｓだけ移動した任意の角度での巻き姿の凹凸量データである対象巻き姿情報Ｄｎと、基準角度での基準巻き姿情報Ｄｋとの標準偏差σを計算する。そして、移動量Ｓを変更して、同様の方法で標準偏差σを計算し、これを繰り返して標準偏差σが最小となる最適な移動量Ｓを計算する。なお、ここでは、基準巻き姿情報Ｄｋと対象巻き姿情報Ｄｎの合致を比較する方法として、標準偏差σに基づく例を示したが、半径方向外乱除去手段での基準巻き姿情報Ｄｋと対象巻き姿情報Ｄｎとの比較方法は標準偏差σに基づく方法に限定されるものではない。例えば、基準巻き姿情報Ｄｋと対象巻き姿情報Ｄｎの差の絶対値を比較することでもほとんど同様の結果を得ることができる。

次に、凹凸方向外乱除去手段について図５により説明する。
まず、測定される３次元奥行情報が鋼帯幅方向に変動する要因について説明する。図５に示すように、鋼帯コイルＣが床面ＧＬに対して角度θで傾いており、鋼帯コイルＣ側面の中心Ｏ_１と側面情報取得部１の回転中心Ｏ_２との鋼帯幅方向の距離をＤとし、側面情報取得部１の回転中心Ｏ_２とカメラ３との半径方向の距離をＲとする。このとき、カメラ３が最も上方にいる場合の鋼帯コイルＣとカメラ３との対向距離は、Ｄ−Ｒ・ｔａｎθとなり、カメラ３が最も下方にいる場合の鋼帯コイルＣとカメラ３との対向距離は、Ｄ＋Ｒ・ｔａｎθとなる。これは、鋼帯コイルＣの傾き角度θの変化により鋼帯幅方向の測定データの値が変動することを示している。また、カメラ３が最も上方にいる場合には、スリット状のレーザー光Ｌの内径側では対向距離が遠く、外径側では対向距離が近くなる。他方、カメラ３が最も下方にいる場合には、スリット状のレーザー光Ｌの内径側での対向距離が近く、外径側では対向距離が遠くなる。これは、コイルの傾き角度θの変化により鋼帯幅方向での測定データが変動することを示している。

そこで、欠陥検出部４は、凹凸方向外乱除去手段により、図５で示した鋼帯幅方向での測定データの変動を除外する処理を実行する。凹凸方向外乱除去手段は、図６に示すように、基準角度での基準巻き姿情報Ｄｋの鋼帯幅方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線Ｙｋ、および任意の角度での対象巻き姿情報Ｄｎの鋼帯幅方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線Ｙｎをそれぞれ算出する。次いで、一次回帰直線Ｙｋと一次回帰直線Ｙｎとのグラフの傾きの差Δを加算し、これにより、任意の角度での対象巻き姿情報Ｄｎを基準角度での基準巻き姿情報Ｄｋに鋼帯幅方向を合わせこんで凹凸方向での外乱を除去している。

以上の外乱除去手段により、欠陥検出部４は、３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去した凹凸量データを計測できる。そして、欠陥検出部４は、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して所定の閾値と比較する。これにより、凹ヘゲ（耳割れ）、凸ヘゲ、耳伸び、および巻きずれのエッジ近傍の欠陥を一層精度よく検出可能としている。

次に、この欠陥検出部４で実行される、巻き姿による凹凸量（巻きずれ量）とコイル側面の疵による凹凸量を精度よく弁別するとともに、耳伸びおよびその程度を精度よく算出する一連の処理について説明する。
まず、欠陥検出部４が実行するラベリング手段について図７により説明する。
このラベリング手段は、所定の閾値と比較して抽出された欠陥に対し、その欠陥のうち類型的なもの同士を割り振りする手段である。ラベリング手段は、まず、凹凸量データの或る領域において、凹凸量データに対して閾値に基づき画素毎の凹または凸の特徴領域を判定する。いま、図７（ａ）に示すように、或る領域（中央下段のセル（以下同様））において、凹凸量が凸である特徴量を持った場合を考える。欠陥検出部４は、ラベリング手段において、同図の例では、この凸の特徴量を持った領域の周辺を走査し、同じ特徴を持った領域があるか否かを確認する。なお、同図において矢印の記載があるセルは特徴量が既知のセルであり、×印のついているセルは計算順の関係で特徴量が未知のセルである（以下同様）。同図（ａ）の例の場合は、欠陥検出部４は、周辺に特徴量を持った領域は無いと判定し、この特徴量を持った領域は最も若い番号である凸１とラベリングする。

同様にして、欠陥検出部４は、同図（ｂ）の場合では、周辺に同じ特徴量を持った凸２があるため、各領域を凸２とラベリングする。また、同図（ｃ）の場合では、周辺に同じ特徴を持った凸１と凸２があるため、この特徴量を持った領域は最も若い番号である凸１とラベリングする。すると、この時点でラベリングされた凸１と既知の凸２と凸１が周辺に存在して連結するため、今まで凸２とラベリングしていた欠陥を最も若い番号の凸１に書き換える。

同様にして、同図（ｄ）の場合では、周辺にこの凸の特徴量を持った領域と同じ凸の特徴を持った凸２と別の凹の特徴を持った凹１がある。欠陥検出部４は、この場合は、この凸の特徴量を持った領域を同じ特徴を持った凸２とラベリングする。また、同図（ｅ）の場合では、周辺に欠値（凹凸量データなし）が存在するが、同じ特徴を持った領域はないため、最も若い番号である凸１とラベリングする。

同様にして、同図（ｆ）の場合では、欠陥検出部４は、欠値を挟んで同じ特徴を持った凸１が存在するため、この領域は同じ特徴を持った凸１とラベリングする。このラベリング手段では、上記のような処理方法で、一つ一つの特徴量をラベリングしていく。このラベリング手段により、欠陥抽出には外乱となる埃のようなものが鋼帯コイルＣの側面に付着していたとしても、特徴量としてラベリングされた画素のアスペクト比から鋼帯コイル側面の疵であるか埃であるかを精度よく判別可能となる。よって、凹ヘゲ（耳割れ）、および凸ヘゲのエッジ近傍の欠陥を自動で精度よく検出することができる。

次に、欠陥検出部４にて実行される、ラベリング手段でラベリングした欠陥を集合する欠陥集合手段について図８により説明する。
ところで、円周方向に数ｍｍ程度あるような長い欠陥では、図７のラベリング手段だけでは、欠陥全体を捉える上で不十分な場合があり、１つの欠陥としてではなく、長さを過小評価した大量の欠陥として検出してしまう可能性がある。そこで、本実施形態の欠陥検出部４は、上記ラベリング手段でラベリングした欠陥を集合する欠陥集合手段を実行する。

詳しくは、欠陥検出部４は、まず、図７でのラベリング結果を抽出してこれをマークする（図８（ａ）での処理（１））。次いで、マークから円周／半径方向に所定量（図８（ａ）の例では、半径方向両側に距離Ａ、円周方向両側に距離Ｂ）だけ拡大した長方形領域を作成する（図８（ａ）での処理（２））。そして、隣接するマーク相互の長方形領域が重なった場合はその領域を結合して、新たな長方形領域を作成する（図８（ａ）での処理（３））。欠陥検出部４は、これら処理（１）〜（３）を、隣接するマーク相互での重なる長方形領域がなくなるまで繰り返す。本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、欠陥検出部４での以上の欠陥集合手段により、図８（ｂ）に示すように、隣接する欠陥を全体として１つの集合として捉えることができる。これにより、欠陥の鋼帯コイル円周方向の長さ情報をより正確に算出することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、欠陥検出部４での以上のラベリング手段および欠陥集合手段により、鋼帯コイルＣの側面の欠陥の長さ／高さを自動で算出することがより好適に可能となっている。また、欠陥検出部４での以上の手段は、鋼帯コイルＣの側面全体の凹凸量データに基づき、欠陥が存在する領域を探索する場合にも適用可能であり、処理量が比較的多いラベリング手段に対して、必要なラベリング対象域を絞り込むことで処理時間を短縮することも可能となる。

次に、欠陥検出部４で更に実行される稜線トレース手段について図９により説明する。
ここで、鋼帯コイルＣの端部に耳伸びＭがある場合、鋼帯コイルＣの側面に鋼帯が存在しない空間Ｑが発生し、この空間Ｑの部分は凹凸量データがない欠値となる。そこで、本実施形態の欠陥検出部４では、耳伸びＭの発生の有無の判断を、この欠値の密度を確認することで可能としている。また、耳伸びＭの急峻度を測定するためには、鋼帯１枚ごとの稜線Ｒをトレースすることが必要である。これには、周方向にて同じ位置に巻回された鋼帯であればその稜線Ｒが円周方向に沿って変化しても鋼帯幅方向凹凸量が巻き形状による凹凸量と比較してほとんど変わらないことを利用する。

すなわち、欠陥検出部４で稜線トレース手段が実行されると、鋼帯コイルの側面に対して、選択された任意の基準角度における鋼帯幅方向の距離を基準とし、その基準角度から半径方向に所定の幅を持たせながら円周方向に凹凸量データを走査していく。ここで、この稜線トレース手段では、鋼帯幅方向の凹凸量データの変動が所定の閥値内にある場合は連続した鋼帯であると認識する。このようにして稜線Ｒをトレースすることができる。そして、トレースして得られた稜線Ｒのデータに当てはまるように関数でフィッティングして近似曲線を求め、求められた近似曲線から耳伸びＭの急峻度を算出する。本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、欠陥検出部４での以上の稜線トレース手段により、耳伸びＭ、およびその耳伸びＭの急峻度（Ｈ／Ｌ×１００％）並びに耳伸び高さ（Ｈ）を自動で算出することができる。また、この稜線トレース手段によれば、鋼帯１枚ごとの稜線Ｒをトレース可能なので、凹ヘゲＨ乃至凸ヘゲＴとの弁別が容易に可能となる。

本発明のエッジ欠陥検出装置１０により、上述した３次元奥行情報（画像データ）から光切断法による計測処理にて計測された凹凸量データに基づき、それぞれを弁別可能なことを図１０〜図１３に示した。なお、図１０〜図１３に示す凹凸量データは、上記欠陥検出部４から出力装置に出力された出力結果をグラフとして示すものである。また、検査した鋼帯は、板厚１．３ｍｍ〜４．５ｍｍ，板幅６４０ｍｍ〜１６５０ｍｍ，熱延巻取り後の重量１１ｔｏｎｆ〜４１ｔｏｎｆの範囲である。

図１０に示す例は、カメラ３から取り込んで欠陥検出部４に取得された３次元奥行情報（画像データ）を、欠陥検出部４にて光切断法による計測処理で鋼帯コイル側面の凹凸量として計測された凹凸量データの結果であって、凹ヘゲＨを測定した凹凸量データのグラフである。同図からわかるように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、鋼帯コイルＣの幅方向の凹ヘゲＨを、データ上でも凹みがある側面Ｈｄとして測定できることが確認された。

同様に、図１１に示す例は、カメラ３から取り込んで欠陥検出部４に取得された３次元奥行情報（画像データ）を、欠陥検出部４にて光切断法による計測処理で鋼帯コイル側面の凹凸量として計測された凹凸量データの結果であって、凸ヘゲＴを測定した凹凸量データのグラフである。同図からわかるように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、鋼帯コイルＣの鋼帯幅方向の凸ヘゲＴを、データ上でも凸がある側面Ｔｄとして測定できることが確認された。

同様に、図１２に示す例は、カメラ３から取り込んで欠陥検出部４に取得された３次元奥行情報（画像データ）を、欠陥検出部４にて光切断法による計測処理で鋼帯コイル側面の凹凸量として計測された凹凸量データの結果であって、耳伸びＭを測定した凹凸量データのグラフである。同図からわかるように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、鋼帯コイルＣの耳伸びＭを、データ上でも耳伸びＭのある側面Ｍｄとして測定できることが確認された。

同様に、図１３に示す例は、カメラ３から取り込んで欠陥検出部４に取得された３次元奥行情報（画像データ）を、欠陥検出部４にて光切断法による計測処理で鋼帯コイル側面の凹凸量として計測された凹凸量データの結果であって、巻きずれＺを測定した凹凸量データのグラフである。同図からわかるように、本実施形態のエッジ欠陥検出装置１０は、鋼帯コイルＣの半径方向に対する鋼帯幅方向のずれを、データ上でも巻きずれＺのある側面Ｚｄとして測定できることが確認された。

従来の装置および方法では、凸ヘゲや凹ヘゲは検出できたが、耳伸び、巻きずれは検出できなかった。本発明により、これら全ての欠陥を確実に検出できるようになった。
上述のように、本発明のエッジ欠陥装置およびこれを用いたエッジ疵検出方法は、欠陥検出部が、凹凸量データについて、測定時に起こる外乱の影響を除去し、外乱除去を経た凹凸量データに対して特徴領域をラベリングするとともに、鋼帯コイル端部の稜線をトレースすることで、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を精度良く自動抽出できるので、欠陥の有害／無害を自動で精度良く判定することができる。

そのため、ライン装入前におけるオペレータによる鋼帯コイルＣ側面の目視での検査を不要とし、小径のコイルを取り扱う場合、コイル長および装入ピッチが短い場合であっても、入側段取り作業に時間が掛かりライン速度を低下させる問題を起こすことがなく、増産が可能となる。また、検査員の省力化、ヒューマンエラーの防止も可能となる。
なお、本発明に係る鋼帯コイルのエッジ欠陥検出方法およびエッジ欠陥検出装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

１側面情報取得部
２レーザー投光器
３カメラ
４欠陥検出部
５架台
６円周方向移動機構
７半径方向移動機構
１０エッジ欠陥検出装置
Ｃ鋼帯コイル
Ｌレーザー光

Claims

鋼帯をコイルに巻いたまま、鋼帯コイル側面の欠陥を検出するエッジ欠陥検出装置であって、
スリット状に照射されるレーザー光で鋼帯コイルの側面を走査して鋼帯コイル側面の３次元奥行情報を取得する側面情報取得部と、該側面情報取得部により取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する欠陥検出部とを備え、
前記欠陥検出部は、前記側面情報取得部で取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて鋼帯コイル側面の凹凸量を光切断法により計測する凹凸量計測手段と、該凹凸量計測手段で計測された凹凸量データに対して、側面情報取得部による３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去する外乱除去手段と、該外乱除去手段を経た凹凸量データに対して特徴領域をラベリングするラベリング手段と、前記外乱除去手段を経た凹凸量データに対して鋼帯１枚ごとの稜線をトレースする稜線トレース手段とを有し、
前記ラベリング手段でラベリングされた特徴領域および前記稜線トレース手段でトレースされた鋼帯１枚ごとの稜線情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出することを特徴とする鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
前記外乱除去手段は、鋼帯コイル側面の凹凸方向の外乱を除去する凹凸方向外乱除去手段と、鋼帯コイルの半径方向の外乱を除去する半径方向外乱除去手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
前記凹凸方向外乱除去手段は、鋼帯コイルの特定角度における巻き姿の凹凸量データを基準巻き姿情報とするとともに、任意の対象角度における巻き姿の凹凸量データを対象巻き姿情報とし、対象巻き姿情報の凹凸方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線と基準巻き姿情報の凹凸方向の平均値と傾きを含む一次回帰直線との比較に基づいて、前記対象角度での凹凸方向の外乱を除去することを特徴とする請求項２に記載の鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
前記半径方向外乱除去手段は、鋼帯コイルの特定角度における巻き姿の凹凸量データを基準巻き姿情報とするとともに、任意の対象角度における巻き姿の凹凸量データを対象巻き姿情報とし、対象巻き姿情報を鋼帯コイルの半径方向に移動した場合の、基準巻き姿情報と対象巻き姿情報の凹凸量データの標準偏差を算出し、基準巻き姿情報と対象巻き姿情報の標準偏差が最小となる鋼帯コイルの半径方向移動量を算出し、その算出された半径方向移動量に基づいて、前記対象角度における半径方向の外乱を除去することを特徴とする請求項２または３に記載の鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
前記ラベリング手段は、所定の閥値を超えた凹凸量データを特徴領域として検出したときに、当該特徴領域の周辺にも前記閥値を越えた凹凸量データが特徴領域としてあるか否かを検索し、周辺にも前記閥値を越えた特徴領域がある場合は、その周辺の特徴領域と当該特徴領域とを結合して同一のラベリング番号を付して同じ欠陥であると認識し、周辺に凹凸量データに対する閥値を越えた特徴領域がない場合は、当該特徴領域に新たなラベリング番号を付し、さらに、付されたラベリング番号について周辺に別のラベリング番号が付された特徴領域があるか否かを検索し、周辺に別のラベリング番号が付された特徴領域がある場合にはこれと結合して同じ欠陥であると認識することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
前記稜線トレース手段は、鋼帯コイル側面に凹凸量データがない空間の密度に基づいて耳伸び欠陥があるか否かを判断し、耳伸び欠陥がある場合には、鋼帯コイルの側面に対して、選択された任意の基準角度における欠陥検出部と鋼帯側面との鋼帯幅方向の距離を測定して凹凸量とし、その基準角度から半径方向に所定のレーザー光を幅を持たせながら走査して円周方向に凹凸量データを取得し、鋼帯幅方向の凹凸量データの変動が所定の閥値内にある場合は連続した鋼帯であると認識することで鋼帯１枚ごとの稜線をトレースし、トレースして得られた稜線をそのデータに当てはまる関数でフィッティングし、該フィッティングで求められた近似曲線に基づいて、耳伸びの急峻度を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼帯コイルのエッジ欠陥検出装置。
鋼帯をコイルに巻いたまま、鋼帯コイル側面の欠陥を検出する方法であって、
スリット状に照射されるレーザー光で鋼帯コイルの側面を走査して鋼帯コイル側面の３次元奥行情報を取得する側面情報取得工程と、該側面情報取得工程により取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出する欠陥検出工程とを含み、
前記欠陥検出工程は、取得された鋼帯コイル側面の３次元奥行情報に基づいて鋼帯コイル側面の凹凸量を光切断法により計測するとともに、計測された凹凸量データに対して３次元奥行情報の取得時に起こる外乱の影響を除去した後に、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して特徴領域をラベリングをするとともに、外乱の影響を除去した凹凸量データに対して鋼帯１枚ごとの稜線をトレースし、ラベリングされた特徴領域およびトレースされた鋼帯１枚ごとの稜線情報に基づいて、鋼帯コイル側面に発生する欠陥を検出することを特徴とする鋼帯コイルのエッジ欠陥検出方法。