JPH0599847A - 溶融合金化亜鉛めつき鋼帯の合金化度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鋼帯上の全幅について、合金化程度を操業中
に自動的に測定可能にする。測定を高速化し、検出分解
能を高める。 【構成】 照明装置５とテレビカメラ６を使って鋼帯２
ａ表面の光反射率に応じた受光強度を測定し、受光強度
の最大値と測定対象鋼種に割り当てられた定数を用い
て、合金化程度を計算する。鋼帯２ａ表面と背景領域と
の受光強度の比を計算に使用し、外部要因による受光強
度の変化を相殺する。受光強度比の瞬時値と時間的に平
滑化した受光強度比との差分をしきい値と比較して、光
反射率の急激な変化を識別し、生焼け部を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融合金化亜鉛めっき
鋼帯の合金化度測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工程に
おいては、一般に鋼帯を溶融亜鉛めっき浴に通して鋼帯
表面に亜鉛めっき層を付着させ、次に鋼帯表面へのガス
の吹付けによってめっき付着量を調整し、続いて鋼帯を
合金化処理炉に通し、該合金化処理炉内で熱処理による
拡散によって、めっき層を鉄と亜鉛との合金とする。

【０００３】このようにして製造される溶融合金化亜鉛
めっき鋼帯は、耐フレ−キング性及びパウダリング性に
優れていることが品質上重要である。好ましい品質の溶
融合金化亜鉛めっき鋼帯を得るためには、その製造工程
の合金化炉の温度や通板速度を制御して、合金化程度
（例えばめっき層中の鉄分の含有率で表わされる）を所
定の状態に制御し、合金化不足や合金化過剰の発生を防
止する必要がある。また、生焼けと称される合金化不足
領域が分散して、例えば鋼帯一部に筋状あるいは周期的
な楕円状の形で発生する場合があるが、この種の生焼け
も防止する必要がある。

【０００４】従って、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯を製造
する際には、合金化程度を測定する必要がある。オフラ
インの測定方法としては、従来よりパウダリング・フレ
−キング試験が知られている。しかし、オフライン測定
であるため、その測定結果を操業中の合金化制御に反映
したり、操業中に生焼け警告を発するような利用はでき
ない。またこの測定は自動化されておらず、人手による
煩わしい作業が必要とされる。

【０００５】そのため一般には、操業中の合金化制御の
ために、合金化処理炉出側の鋼帯の外観をテレビカメラ
で撮影し、その映像をオペレ−タが目視により観察して
合金化程度を判断している。しかし、合金化程度を人間
の感覚により判断するので、測定結果の信頼性が乏し
く、測定のためのコストも高い。

【０００６】また、合金化程度を自動的に測定する方法
として、赤外線センサで鋼帯表面の輻射赤外線を計測
し、放射率を計算により求める方法が知られている。放
射率と合金化程度との間には相関があるので、放射率か
ら合金化程度を判定することができる。しかしながら、
鋼帯温度が４００〜５００℃と比較的低いので、赤外線
センサとしてシリコン素子は使用できず、ＰｂＳ又はＧ
ｅ素子を使用せざるを得ない。ところが、ＰｂＳ及びＧ
ｅ素子を使用した産業用のセンサアレイは存在しないの
で、鋼帯の広い面の全域を検査するためには、センサを
機械的に走査しなければならない。しかも、センサの反
応速度が遅いので、走査速度は遅くせざるを得ない。視
野角も広くなってしまうので、分解能及び鋼帯エッジ検
出能力が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等の調査によ
れば、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯のエッジ部分には、比
較的多くの生焼け部が出現する。その形状は、鋼帯長手
方向の狭い筋状あるいは周期性を持つ楕円状である場合
が多い。このような生焼け部を、上述の赤外線センサを
用いて自動的に検出するのは困難である。

【０００８】従って本発明は、鋼帯上の実質上全幅につ
いて、その合金化程度を操業中に自動的に測定可能にす
るとともに、測定を高速化し、検出分解能を高めること
を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の第１番の発明においては、合金化処理の終了
した溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の表面に光を照射し、該
鋼帯からの反射光を受光して少なくとも鋼帯の全幅に渡
ってその反射光強度を検出し、該反射光強度の少なくと
も最大値の情報と、鋼帯の鋼種に応じて予め定められた
補正量とに基づいて、合金化度を計算し、第２番の発明
においては、合金化処理の終了した溶融合金化亜鉛めっ
き鋼帯の表面及びその周辺部に光を照射し、該鋼帯及び
その周辺部からの反射光を受光して少なくとも鋼帯の全
幅及び背景部分の反射光強度を検出し、鋼帯からの反射
光強度と背景部分の反射光強度との比を求め、該反射光
強度比の少なくとも最大値の情報と、鋼帯の鋼種に応じ
て予め定められた補正量とに基づいて、合金化度を計算
し、第３番の発明においては、更に各位置の反射光強度
比の時間的変化を平滑化した平滑化反射光強度比を求
め、各位置の反射光強度比と平滑化反射光強度比との違
いに基づいて、合金化の部分的な異常を検出する。

【００１０】

【作用】本発明者等の調査によれば、溶融合金化亜鉛め
っき鋼帯の合金化程度と、該鋼帯表面における放射率及
び反射率との間には図２に示すような相関が認められ
た。そこで本願の各発明においては、鋼帯表面の反射率
を検出し、それに基づいて合金化程度を推定している。
また反射率と合金化程度との相関は、鋼帯の鋼種（表面
性状や亜鉛付着量も含む）に応じて変化するので、合金
化程度の算出にあたっては、測定対象の鋼帯の鋼種毎に
予め定められた補正量を用いて、反射率を補正する。こ
の種の測定方法では、測定に使用する光として可視光を
用いることができるので、反射光を検出するためのセン
サとして、高性能で安価なシリコンアレイセンサを利用
でき、それによって鋼帯の全幅を高分解能かつ高速で固
体走査して、実質上リアルタイムで合金化程度を測定し
うる。

【００１１】第２番の発明においては、鋼帯からの反射
光強度と鋼帯以外の背景領域からの反射光強度との比に
基づいて、合金化程度を推定している。鋼帯から出てセ
ンサに入射する光の強度は、鋼帯表面の反射率以外に、
外来光の強度変化，照明用光源の電源電圧変動，照明装
置及び受光センサの特性の経時変化等々によっても変化
しうる。鋼帯からの反射光強度と鋼帯以外の背景領域か
らの反射光強度との比に基づいて、合金化程度を推定す
ることによって、実際の反射率以外の要因の変動が、合
金化程度の測定に影響するのを防止しうる。

【００１２】分散状の生焼けは、突発的に発生し、しか
も継続時間の短い（大きさが小さい）ものもあるので、
その検出が難しい。第３番の発明においては、各位置の
反射光強度比の時間的変化を平滑化した平滑化反射光強
度比を求め、各位置の反射光強度比と平滑化反射光強度
比との違いを検出することによって、合金化の部分的な
異常、即ち分散状の生焼けを検出可能にしている。

【００１３】

【実施例】図１に、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工
程の主要部と合金化程度測定装置の構成を示す。図１を
参照して説明する。鋼帯２は、図中矢印の方向に搬送さ
れ、溶融亜鉛浴１を通ってその表面に溶融亜鉛が付着さ
れた後、ノズル３を通る際にガスの吹付けによって溶融
亜鉛の付着量が調整され、その後合金化処理炉４に入
る。合金化処理炉４の内部は、加熱帯４ａ，保熱帯４ｂ
及び冷却帯４ｃに区分されており、合金化処理炉４に入
った鋼帯２は、まず加熱帯４ａで急速に４７０℃以上の
板温に加熱され、続いて保熱帯４ｂ中で一定の温度に保
持されて合金化処理を施され、次に冷却帯４ｃで冷却さ
れ、鉄分含有率が６〜１３％程度の亜鉛−鉄合金めっき
層をその表面近傍に形成する。合金化処理炉４を出た鋼
帯２は、ロ−ル２０を通って次の工程に搬送される。

【００１４】合金化処理炉４出側のロ−ル２０の近傍に
は、合金化処理が済んだ鋼帯２ａの合金化程度を測定す
るために、照明装置５とＩＴＶカメラ６が、それらの光
軸をロ−ル２０上の鋼帯に向けて配置されている。照明
装置５は通常の可視光を鋼帯２に照射し、ＩＴＶカメラ
６は可視光の画像を撮像する。即ち、鋼帯２ａの反射率
と合金化程度との間には図２に示すような相関が存在す
るので、この実施例では鋼帯２ａ表面の反射率に基づい
て合金化程度を推定する。

【００１５】図３に、合金化程度の異なる３つのサンプ
ルＳａ(高)，Ｓｂ(中)，Ｓｃ(低：生焼けに近い)につい
て、受光した光の強度分布を示すが、合金化程度が生焼
けに近づくに従って、受光強度が大きくなることが分か
る。また、この受光強度は正反射点およびその近傍で大
きく変化するから、照明光に対して正反射およびその近
傍の反射光を測定すると良い。

【００１６】図４に示すように、この実施例では、ロ−
ル２０に巻き付いた状態の鋼帯２ａを撮像対象としてい
るが、撮像する位置の鋼帯形状が曲面になっているの
で、ロ−ル２０上の位置の違いによって、照明光の入射
角と反射角が大きく変化する。つまり、鋼帯形状が曲面
状になっている部分で測定すると視野の中に正反射領域
を含むので測定上都合が良い。

【００１７】この実施例においては、ＩＴＶカメラ６で
撮像する画像の範囲のうち、正反射点Ｐｃからずれた位
置（例えばＰ１，Ｐ２）を注目領域とし、受光強度を検
出している。即ち、画像全体の一例を図５に示すが、図
５に示すようにこの画像中の正反射点から少しずれた位
置が注目領域として定められている。

【００１８】ＩＴＶカメラ６が出力するモノクロ画像信
号（コンポジットビデオ信号）は、信号処理装置７のフ
レ−ムメモリ８に入力される。フレ−ムメモリ８は、画
像の領域を縦２５６、横２５６にそれぞれ区分し、区分
された各々の画素領域の輝度信号レベル（受光強度）を
６４階調のデジタル量（以下、輝度情報という）に変換
して、該輝度情報を各画素位置に対応付けたメモリアド
レスに書込む。なお以下の説明においては、輝度情報の
縦方向の画素位置をｙで表わし、横方向の画素位置をｘ
で表わす。

【００１９】エッジ検出部９は、フレ−ムメモリ８から
１ライン分の輝度情報を読み込んで、鋼帯の両端のエッ
ジ位置を検出する。具体的には、エッジ強調演算により
得られた各画素位置の輝度情報ｄ(x)が最大値及び最小
値をとる各位置（ｘ）を探索し、それらのｘに安全率を
見込んだ補正を加えて左側エッジ及び右側エッジを検出
する。

【００２０】 ｄ(x)＝ｐ(x)＋２ｐ(x+1)−２ｐ(x+2)−ｐ(x+3) ｐ(x)：位置ｘの画素の輝度情報レベル ｐ(x+1)：位置ｘ＋１の画素の輝度情報レベル ｐ(x+2)：位置ｘ＋２の画素の輝度情報レベル ｐ(x+3)：位置ｘ＋３の画素の輝度情報レベル マスキング処理部１０は、各画素位置の輝度情報のう
ち、注目範囲以外のものをマスクし、処理対象から除外
する。この注目範囲は４点（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ
１），（ｘ２，ｙ２）及び（ｘ１，ｙ２）を頂点とする
長方形（境界も含む）の領域であり、この領域の横方向
の位置ｘ１及びｘ２はエッジ検出部９から出力される左
エッジ及び右エッジ位置であり、縦方向の位置ｙ１及び
ｙ２は予め定められた固定位置である。実際には、｜ｙ
１−ｙ２｜＝３とし、注目範囲の縦方向画素数は４に設
定してある。また、注目範囲の縦方向の範囲は、図５に
示す注目領域に対応している。

【００２１】背景レベル検出部１１は、画像上の鋼帯以
外の背景領域（ロ−ルなどの部分：図５参照）の輝度情
報を参照して、基準輝度を計算により求める。この基準
輝度は、鋼種，通板速度，鋼帯温度等の影響を受けな
い。またこの実施例では、照明の明るさが横方向の位置
ｘに応じて変化するので、その変化分を考慮して、位置
ｘの基準輝度Ｒ(x)を一次線形関数Ｒ(x)＝Ａ＋Ｂｘで表
わすと共に、その係数Ａ及びＢを次の最小自乗近似式に
より求めている。

【００２２】

【数１】

【００２３】なおこの例では、参照点（背景領域内の予
め定めた点）の数ｎを１０とし、１０個の参照点輝度ｐ
(ｘi，ｙi)に基づいて基準輝度Ｒ(x)を求めている。

【００２４】比率計算部１２は、次式に基づいて、マス
キング処理部１０から出力される注目範囲内の各々の輝
度情報と、背景レベル検出部１１から出力される基準輝
度Ｒ(x)との比率ｑ1（ｘ，ｙ）を計算する。

【００２５】

【数２】 ｑ1（ｘ，ｙ）＝ｐ(ｘ，ｙ)／Ｒ(x) ・・・（２） 鋼帯領域の輝度情報のレベルは、鋼帯表面の反射率以外
に、外来光の強度変化，照明用光源の電源電圧変動，照
明装置及び受光センサの特性の経時変化等々によっても
変化しうる。そこで、鋼帯からの反射光強度と鋼帯以外
の背景領域から反射光強度との比に基づいて、合金化程
度を推定することによって、実際の光反射率以外の要因
の変動が、合金化程度の測定に影響するのを防止しう
る。

【００２６】つまり、外来光の強度変化，照明用光源の
電源電圧変動，照明装置及び受光センサの特性の経時変
化等を集約した係数Ｋを定め、鋼帯上注目点の反射率及
び輝度情報レベルをそれぞれε及びＢとし、基準点（背
景）の反射率及び輝度情報レベルをそれぞれεｒ及びＢ
ｒとし、Ｂ＝Ｋ・ε，Ｂｒ＝Ｋ・εｒが成立すると仮定
すれば、輝度情報レベルの比Ｂ／Ｂｒは、ε／εｒであ
り、Ｋを含まないので鋼帯表面の反射率以外の変動要因
の影響を受けない。

【００２７】ノイズ除去部１３においては、比率計算部
１２から出力される各画素位置の輝度比ｑ1（ｘ，ｙ）
を入力し、次の第(3)式によりまず縦方向の各４画素の
中での最大値ｑ2(x)を抽出する。即ち生焼けを起こした
部分は明るくなるのでそれを敏感に検出するための処理
である。また、前記エッジ検出部９においては、検出動
作が不安定になる場合があり、時には検出エッジが鋼帯
表面を外れることもある。このような場合、エッジ部の
輝度が極端に高くなり、誤動作の原因となる。この種の
異常な輝度情報やノイズを除去するために、ノイズ除去
部１３では、次の第(4)式により、横方向に隣接する２
画素の輝度比のうち小さい方を抽出する。従って、１画
素だけが特別に明るいような場合、それはノイズとみな
され無視される。

【００２８】

【数３】 ｑ2(x)＝ｍａｘＹ [ｑ1（ｘ，ｙ）] ｙ1≦ｙ≦ｙ2 ・・・(3) ｑ(x) ＝ｍｉｎ［ｑ2(x)，ｑ2（x+1)］ ・・・(4) ｍａｘＹ[ ]:[ ]のｙ方向の最大値 ｍｉｎ[ ] :[ ]の最小値 合金化程度計算部１４においては、ノイズ除去部１３が
出力する輝度比（即ち受光強度比）ｑ(x)を入力し、次
の第(5)式〜第(7)式に基づいて、合金化程度Ｇを計算す
る。また、図２に示すような反射率と合金化程度との相
関関係は、鋼帯の鋼種（表面性状を含む）によって大き
く変化するので、操業状態を管理するプロセスコンピュ
−タ（プロコン）１６から出力される現在の鋼帯の鋼種
情報Ｍ（表面性状等も含む）を入力し、デ−タベ−スで
ある定数メモリ１５に予め登録してある鋼種定数Ｃ1(M)
及びＣ2(M)を鋼種情報Ｍにより検索して入力し、合金化
程度の計算に使用する。

【００２９】

【数４】 Ｇ1＝ｍａｘＸ［ｑ(x)］ ｘ1≦ｘ≦ｘ2 ・・・(5) Ｇ1≦Ｃ1(M) なら Ｇ ＝０ ・・・(6) Ｇ1＞Ｃ1(M) なら Ｇ ＝Ｃ2(M)・（Ｇ1−Ｃ1(M)） ・・・(7) ｍａｘＸ[ ]：[ ]のｘ方向の最大値 合金化程度計算部１４で計算された合金化程度Ｇは、表
示装置１７にそれを示す数値として表示される。

【００３０】この実施例では、更に生焼けを検出するた
めに、各画素位置で輝度比ｑ(x)の急激な上昇の有無を
識別している。そのために、平滑処理部１８では、輝度
比ｑ(x)の時間的変化を平滑化して、平滑化輝度比（平
滑化受光強度比）を生成し、これを参照レベルとしてい
る。

【００３１】実際には、次の第(8)式又は第(9)式で表わ
される１次のＩＩＲ変形ディジタルロ−パスフィルタに
より注目点の輝度比Ｇ1（第(5)式の出力）を処理して、
平滑化輝度比（又は平滑化受光強度比）Ｇａを得る。

【００３２】

【数５】 Ｇａ＝Ａf Ｇa1＋（１−Ａf）Ｇ1 Ｇ1≦Ｇa1の場合 ・・・(8) Ｇａ＝Ａr Ｇa1＋（１−Ａr）Ｇ1 Ｇ1＞Ｇa1の場合 ・・・(9) Ａf，Ａr：フィルタの定数（Ａf＜Ａr） Ｇa1：前回計算時のＧａ この例では、フィルタの時定数を決定する定数がＡf＜
Ａrであるので、図７に示すように、平滑化受光強度比
Ｇａの変化は、立上りの変化がなだらか（時定数が大き
い）であり、立下りの変化が比較的早い（時定数が小さ
い）。立上りと立下りの時定数が同等であると、生焼け
部が周期的に繰り返し現われる場合に、平滑化受光強度
比のレベルが高くなって部分的に生焼けを検出できない
時があるが、立上りに比べて立下りの時定数を小さくす
ることによって、繰り返し現われる生焼け部の各々を確
実に検出可能になる。

【００３３】生焼け判定部１９は、合金化程度計算部１
４から出力される注目点の受光強度比（瞬時値）Ｇ1及
び平滑処理部１８が出力する平滑化受光強度比Ｇａを入
力し、両者の差分Ｇｒが予め定めたしきい値ｇｒ以上で
ある時間が所定時間Ｔｒだけ継続すると生焼け警報をオ
ンにし、Ｇｒがしきい値ｇｆ以下である時間が所定時間
Ｔｆだけ継続すれば生焼け警報をオフする（Ｇｒ＝Ｇ1
−Ｇａ）。生焼け警報がオンの時には、表示装置１７に
所定の警報が表示される。生焼け部が周期的に繰り返し
現われる場合には、図７に示すように、何回でも繰り返
し生焼けが検出される。この例では、信号処理装置７
は、０．３秒毎に繰り返し、合金化程度の測定及び生焼
け検出処理を実行する。

【００３４】なお上記実施例においては、外来光の強度
変化，照明用光源の電源電圧変動，照明装置及び受光セ
ンサの特性の経時変化等の外部要因によっても、検出さ
れる受光レベルが変動することを考慮して、受光強度比
に基づいて合金化程度を計算しているが、外部要因によ
る受光レベル変化を無視できる場合には、図１の比率計
算部１２及び背景レベル検出部１１を省略し、受光強度
ｐ（ｘ，ｙ）から直接、合金化程度を求めてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、鋼帯表面
の反射率に基づいて合金化程度を推定しているので、測
定に使用する光として可視光を用いることができ、反射
光を検出するためのセンサとして、高性能で安価なシリ
コンアレイセンサを利用でき、それによって鋼帯の全幅
を高分解能かつ高速で固体走査して、実質上リアルタイ
ムで合金化程度を測定しうる。

【００３６】また第２番の発明においては、鋼帯からの
反射光強度と鋼帯以外の背景領域からの反射光強度との
比に基づいて、合金化程度を推定しているので、外来光
の強度変化，照明用光源の電源電圧変動，照明装置及び
受光センサの特性の経時変化等々によって測定結果（合
金化程度）に変動が生じるのを防止しうる。

【００３７】更に第３番の発明においては、反射光強度
比の時間的変化を平滑化した平滑化反射光強度比を求
め、反射光強度比と平滑化反射光強度比との違いを検出
するので、突発的に発生する分散状の生焼けのような合
金化の部分的な異常をも検出可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工程の主要
部と合金化程度測定装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 鋼帯表面の放射率及び光反射率と合金化程度
との相関を示すグラフである。

【図３】 受光位置の違いに応じた受光強度分布例を示
すグラフである。

【図４】 ロ−ル，照明装置及びＩＴＶカメラの位置関
係を示す拡大正面図である。

【図５】 撮像された画像全体の例を示す平面図であ
る。

【図６】 画像の一走査線分の受光強度分布を示すグラ
フである。

【図７】 信号処理装置７における各種信号の例を示す
タイミングチャ−トである。

【符号の説明】

１：溶融亜鉛浴 ２：鋼帯 ３：
ノズル ４：合金化処理炉 ４ａ：加熱帯 ４
ｂ：保熱帯 ４ｃ：冷却帯 ５：照明装置 ６：
ＩＴＶカメラ ７：信号処理装置 ８：フレ−ムメモリ ９：
エッジ検出部 １０：マスキング処理部 １１：背景レベル検出部 １２：比率計算部 １３：ノイズ除去部 １４：合金化程度計算部 １５：定数メモリ １
６：プロコン １７：表示装置 １８：平滑処理部 １
９：生焼け判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増 田 正 宏 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合金化処理の終了した溶融合金化亜鉛め
   っき鋼帯の表面に光を照射し、該鋼帯からの反射光を受
   光して少なくとも鋼帯の全幅に渡ってその反射光強度を
   検出し、該反射光強度の少なくとも最大値の情報と、鋼
   帯の鋼種に応じて予め定められた補正量とに基づいて、
   合金化度を計算する、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の合金
   化度測定方法。
2. 【請求項２】 合金化処理の終了した溶融合金化亜鉛め
   っき鋼帯の表面及びその周辺部に光を照射し、該鋼帯及
   びその周辺部からの反射光を受光して少なくとも鋼帯の
   全幅及び背景部分の反射光強度を検出し、鋼帯からの反
   射光強度と背景部分の反射光強度との比または差を求
   め、該反射光強度比または差の少なくとも最大値の情報
   と、鋼帯の鋼種に応じて予め定められた補正量とに基づ
   いて、合金化度を計算する、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯
   の合金化度測定方法。
3. 【請求項３】 各位置の反射光強度比の時間的変化を平
   滑化した平滑化反射光強度比を求め、各位置の反射光強
   度比と平滑化反射光強度比との違いに基づいて、合金化
   の部分的な異常を検出する、前記請求項２記載の溶融合
   金化亜鉛めっき鋼帯の合金化度測定方法。