JP7452737B2

JP7452737B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP7452737B2
Application number: JP2023063352A
Authority: JP
Inventors: 智将岡山; 紘明大野; 和也橋本; 和弥林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2023-04-10
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: JP2022011396A; JP2023076749A; JP7276263B2

Description

本発明は、熱延鋼板の表面欠陥を検出する装置に関するものであり、特に圧延ロールに疵が入ることによって発生する鋼板の凸状欠陥を検出するための表面検査装置に関するものである。

熱延鋼板の圧延プロセスにおいてロール疵が存在し、凹凸の種類大小によって欠陥の認識率が変化する。中でも凸状欠陥で程度が軽いものがもっとも検出率が悪く、過去にも最適な投光配列を検討していた。例えば、特許文献１では、図８に示す設備配置で、図９に示すように２つ以上の照明によって投光角度を板幅方向斜めに照射することで欠陥の検出率が上昇すると報告がある。

このロール疵は圧延ロール表面の欠陥によって圧延中の鋼板にピッチ性の疵が転写する製品不良であり、疵が発生した場合は圧延ロールを交換することで次材への転写を防ぐ必要がある。

したがって欠陥の認識率を向上させることはロール交換を即時に行うことができ、製品の欠陥発生を最小限に抑えることと同時に、歩留まりを向上させる効果があり非常に重要である。

また特許文献２で開示された装置では図１０に示すように被検査体の鋼板１と投光部のストロボ照明２と受光部のエリアカメラセンサ３を正反射の位置に配置する光学系が提案されている。

特開２００６－１７７７８９号公報特開２００１－１１１７５９号公報

しかしながら、投光部が拡散照射を有する検査装置の場合、被検査体の板幅方向に対応する受光部ごとの検出率は図１（ａ）に示す様に均一ではなく、欠陥位置と投光部と受光部が一直線上に並ぶ位置、つまり正反射の位置（たとえば、図１（ａ）の６ａと８ｂ、６ｂと８ｄ、６ｃと８ｆ）で、凸状欠陥の検出率が低下することが判明している。

また特許文献１については光学系の投光角度は２０°が最適であると述べているが、図８に示すピンチロール４の下流側に設置することを想定した評価である。さらに、ピンチロール上流側の評価の際の幅方向の投光パターンは０°または２０°の２種類のみの限定的であることに加え、各幅方向の信号強度には言及していない。

また投光部と被検査体までの距離を２０００ｍｍとして、投光部の光の拡散性をピーク値の１／２値と定義した場合、投光部は被検査帯の幅方向に対し２５°以上の拡散性をもっている。そのことから複数の投光部を有する設備に対しては，１つの投光部による角度評価だけではなく、投光部の幅方向への斜光角度と信号ＳとノイズＮの比（以下、Ｓ／Ｎ比と呼ぶ）についての関係を幅位置ごとに明らかにする必要がある。

特許文献２については投光部と受光部は正反射位置の関係で、投光による正反射成分を受光部が検出することで欠陥検出性を向上することを目的としており、凸状欠陥を検出するにあたって検出率は十分ではなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、熱延鋼板の表面欠陥、特に、圧延ロールに疵が入ることによって発生する鋼板の凸状欠陥を均一に検出する装置を提供することを目的とする。

発明者らは、凸状欠陥の表面性状から最適な投光角度を探求し，投光部による正反射成分によって受光部は検出率を低下させることから遮光板を設置することで，圧延プロセスにおける被検査体の凸状欠陥を受光部の位置によらず、板幅方向に均一に検出することができることを見出した。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる第１の表面検査装置は、被検査体の検査対象面上に光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備え、該投光部および受光部を、圧延ロールの後段で、かつ被検査体を圧下または挟持するロールの前段に設置した表面検査装置であって、前記受光部の光軸は、前記被検査体の圧延方向に平行で、かつ、前記検査対象面に垂直な面内にあるように構成され、前記投光部は前記被検査体の圧延方向に平行で、かつ、前記検査対象面に垂直な面内の成分光を遮断する遮光板を設置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる第２の表面検査装置は、被検査体の検査対象面上に光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備え、該投光部および受光部を、圧延ロールの後段で、かつ被検査体を圧下または挟持するロールの前段に設置した表面検査装置であって、前記投光部と受光部の光軸は互いに正反射の関係にはなく、前記受光部の光軸は前記被検査体の圧延方向に平行で、かつ、前記検査対象面に垂直な面内で傾斜し、前記投光部は後方照射にて配置されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる表面検査装置は、前記投光部が幅方向断面視で前記検査対象面への垂線に対し２５～４５°の方向から光を照射すること、がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

本発明によれば、熱延鋼板の凸状欠陥を軽度なものまで板幅方向に均一に精度よく検出することができる。

（ａ）従来の表面検査装置を用いて、凸部欠陥を有する被検査体を検査したときの検出率を幅方向で比較したグラフであり、（ｂ）投光部と受光部との位置関係を示す概念図である。凸状欠陥の一例を示す拡大顕微鏡写真である。投光方向を変えて凸状欠陥を観察した例であって、（ａ１）は圧延方向に沿って投光部を配置した概念図を示し、（ａ２）はその観察写真であり、（ｂ１）は圧延方向に直交する方向に投光部を配置した概念図を示し、（ｂ２）はその観察写真である。光源の傾斜角θが凸状欠陥の検出に与える影響を確認するための装置の概念図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は、幅方向断面視（Ａ－Ａ視）での概念図を示す。光源の傾斜角θが凸状欠陥の検出に与える影響を示すグラフである。複数の投光部を有する投光パターンを示した図である。図６の各投光パターンで検出した結果を示すグラフである。従来の表面検査装置を設置した設備配置を示す側面模式図である。従来の表面検査装置の投光角度を示す模式図である。従来の表面検査装置の被検査体、投光部および受光部の位置関係を示す模式図である。

発明者らは，凸状欠陥を検出するにあたり欠陥部の表面観察を行った。なお欠陥サンプルの選定にあたっては既存の表面検査装置で検出不可能なものを使用し、サンプルカットに関してはスキンパス工程において未圧下の状態で通板させカットを実施した。

その結果、図２に示すように凸状欠陥部は圧延方向に沿って微小な凹凸欠陥の集合体であることが判明した。図３には、投光方向を圧延方向Ｆに沿う方向（ａ１）および直交する方向（ｂ１）とした場合の概念図と、それぞれの受光部のカメラ撮影結果（ａ２、ｂ２）を示す。図３から明らかなように、圧延方向に対し直交する方向の斜光が有効であることが判明した。上記知見は特許文献１にも記載されているが、特許文献１ではこの微小欠陥は検査装置より下流の図８中のピンチロール４によって凸状欠陥部を局所的に加圧することによってピンチロール表面の模様が転写し微細な凹凸が発生していると位置付けられていた。

しかしながら、欠陥部の凸量１０μｍ程度の欠陥に対し、熱延鋼板自体は２０μｍ以上の凸状クラウンを有しており、ピンチロールのロール中心部自体も５００μｍの凸状クラウンを有している。上記の事実から熱延鋼板の幅中央部はエッジに比べ５２０μｍ以上加圧されていると考えられる。したがって、熱延鋼板の幅中央部はエッジ部に比べ表層の粗さが欠陥部のように微細に変化することはない。また、熱延鋼板自体に厚み変動があり、ピンチロール荷重が３～５ｔｆ程度変動した場合においても長手方向の表面性状態は変化しない。つまり、ピンチロールによって微細な凹凸疵が発生することは考えにくいことから、欠陥部の微小な凹凸は図８中の仕上圧延機１のワークロールによって既に発生していると考えられる。

上記の結果・考察から凸状欠陥部は幅方向斜光によって拡散反射をおこし明るい側へＳ／Ｎ比が向上する（図３（ｂ２））と考えた。また、受光部は拡散反射光より強い正反射光を受けると欠陥部は非欠陥部と紛れてしまう（図３（ａ２））ことが分かる。このことは図１に示すように各受光部８ａ～ｇと光源６ａ～ｃの位置関係から実際の欠陥の検出率を見比べると明らかで、欠陥検出率の低い受光部８ｂ、８ｄ、８ｆは欠陥位置・投光部・受光部が一直線上に並ぶ状況が一致している。つまり投光部が持つ光の拡散成分によって一部の受光部は正反射光を受光し欠陥検出率を下げていることを示している。

以上のことから最適な幅方向斜光角度を明らかにするために、確認実験を行った。
まず、検査装置をピンチロール４より上流に設置することを想定し、ピンチロール４下流側で発生する微細な凹凸部内の平坦部は計測しないこととした。図４（ａ）に検査装置３の配置を斜視概念図で示す。図４（ｂ）には、幅方向（Ｗ）断面視（Ａ－Ａ視）での各装置の配置を示す。この装置では、単一投光によって欠陥を照射し、その投光部６の光軸６２を検査対象面への垂線に対し傾斜させた場合のＳ／Ｎ比を評価した。図５はこの結果を示すグラフであり、幅方向（Ｗ）断面視で検査対象面への垂線に対する投光部６の光軸６２のなす角度（光源角度）θと凸状欠陥部のＳ／Ｎ比の関係をグラフで示す。試験条件は同一条件下かつ、別のサンプルによる結果をサンプルＡ（○）およびサンプルＢ（△）として示す。その結果、光源角度θが２５～４５°の範囲で凸状欠陥部のＳ／Ｎ比は向上することが確認できた。

次に、図６示すように、２つ以上の投光部６を有する検査装置パターンを複数作成し、図７に既存技術の光学系との凸状欠陥部のＳ／Ｎ比較を行った。また図９の表記に関して、各投光部６の個数は（）内の数値の数であり、カンマ［，］で区切ることとする。以下、ストリップ進行方向に対し左側をオペレーションサイド・右側をドライブサイドと定義し、（）内の左端の数字をオペレーションサイドと、右端の数字をドライブサイドとする。また、投光部の光軸６２が、幅方向（Ｗ）断面で検査対象面への垂線となす角度θ［°］を数値で記載し、オペレーションサイド側へ向かう照射を負［－］表示とし、ドライブサイド側に向かう照射を正［＋］と表記する。次に、その例として（＋２５，，－２５）の表記は２つの投光部を有していることを表す。そして、オペレーションサイドに位置する投光部６の光軸６２は幅方向（Ｗ）断面で検査対象面への垂線に対し２５°傾斜させてドライブサイド側に向かって照射している。一方、ドライブサイドに位置する投光部６の光軸６２は幅方向（Ｗ）断面で検査対象面への垂線に対し、２５°傾斜させてオペレーションサイド側に向かって照射している。そして、受光部８は、オペレーションサイド側から、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇと置く。また、投光部６の光軸６２は圧延方向（Ｆ）断面で検査対象面に垂直な軸に対し１０°傾けており、受光部８の光軸８１は圧延方向（Ｆ）断面で検査対象面に垂直な軸に対し３°傾けている。投光部６および受光部８とも、光軸６２、８１は仕上圧延機１側へ傾斜させている。また、投光部６から被検査体９までの距離は３１００ｍｍと固定した。

図７中０（○）は図１（ｂ）に示す投光部６のパターン（－２５，０，＋２５）である従来技術に対する結果であり、投光部６と受光部８と被検査体９が一直線上（正反射位置）にある場合においてＳ／Ｎ比が低下することが判明した。これは前述した正反射成分が強い場合において、凸状欠陥部が熱延鋼板の地合いに紛れる顕微鏡観察結果（図３（ａ２））と一致している。図１（ａ）における実際の検出率と傾向が一致することを確認した。

図６（ａ）～（ｅ）の投光パターンを上記０の投光パターンと比較したものを図７＜０－ａ＞～＜０－ｅ＞に示す。図６（ａ）の投光パターンは３つの投光部から２つの投光部へと変更することで、センター部の正反射成分が減少し受光部８ｄの検出能力は向上したものの、正反射成分を受ける受光部８ｂと８ｆの検出能力は低下したままであった。図６（ｂ）の投光パターンは投光部６を更に幅方向に傾けることで，各受光部８の正反射成分の強度が低下し、Ｓ／Ｎ比は均一に向上した。しかしながら、受光部８ｂ～ｆの計測範囲において一部正反射成分が入ってしまうことを確認した。図６（ｃ）の投光パターンは投光部６に遮光板１０を設置したことでＳ／Ｎ比を低下させることなく正反射成分を除去することができた。図６（ｄ）の投光パターンは光量を確保するために４つの投光部６を有する検査パターンであり、投光部６同士が干渉し光量上昇には直接つながらないことも判明した。３つの投光部から４つの投光部にした際のシステム改造費が高額であることから現実的ではなかった。図６（ｅ）は投光部を１つ幅方向に大きく移動させた検査パターンであり、Ｓ／Ｎ比が非対称な傾向となり実運用において向かないものとなった、加えて、治具と検査室内の基礎工事費が膨らむことから図６（ｄ）および（ｅ）の検討を進めることを断念した。

なお、本実施形態にかかる表面検査装置は、その原理から、検出すべきロール疵の原因となる圧延ロールの後段であって、ロール疵が発生した被検査体（たとえば、熱延鋼帯）を圧下または挟持するロールの前段に設置することが好ましい。

１仕上圧延機
２冷却帯
３検出装置
４ピンチロール
５ダウンコイラ
６投光部
６ａ、６ｂ、６ｃ投光部
６１光束
６２投光部の光軸（投光方向）
７金属帯（被検査体）
８受光部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ受光部
８１受光部の光軸
９サンプル片（被検査体）
１０遮光板
Ｄ凸状欠陥部
ＤＤ板同士の擦れによる欠陥部
Ｓ非欠陥部
Ｆ圧延方向
Ｗ幅方向

Claims

被検査体の検査対象面上に拡散光を照射する投光部と反射光を受光する受光部とを備え、該投光部および受光部を、圧延ロールの後段で、かつ被検査体を圧下または挟持するロールの前段に設置した表面検査装置であって、
前記投光部と前記受光部の光軸は互いに正反射の関係にはなく、
前記受光部の光軸は前記被検査体の圧延方向に平行で、かつ、前記検査対象面に垂直な面内で傾斜し、前記検査対象面に垂直な軸に対し前記圧延ロール側へ傾けられ、
前記投光部は後方照射にて配置されており、前記投光部が幅方向断面視で前記検査対象面への垂線に対し２５～４５°の方向から光を照射し、
ここで、後方照射とは、前記投光部の光軸が前記検査対象面に垂直な軸に対し前記圧延ロール側へ前記受光部の光軸より大きく傾けられていることをいうことを特徴とする表面検査装置。
前記投光部は前記被検査体の検査対象面の幅方向中央に配置せず、両端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。