JPH11160243A

JPH11160243A - ロール表面監視装置

Info

Publication number: JPH11160243A
Application number: JP32802697A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Koyama; 勝彦小山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】インラインでロール表面の欠陥を感度よく検
出すること。【解決手段】ＴＶカメラをロール表面法線に対して２
０°〜６０°の角度で傾斜させ、ＴＶカメラとほぼ同方
向から照射する。ＴＶカメラをロールの全長を覆うよう
に複数配置し、ロールの回転に伴ってＴＶカメラシャッ
ターを同期させ、ＴＶカメラの画像を順次切り替えて、
１つの信号に合成し、同期信号とともに記録するロール
表面監視装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延用ワークロ
ールの表面をオンライン中に随時監視し、ロール交換時
期を的確に判断するためのロール表面監視装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯、厚鋼板、形鋼、条鋼などの鋼材製
品の圧延に使用される熱間圧延用ロールは被圧延材料温
度が１１００〜１３００℃の高温であるため、ロールを
水冷しても過酷な熱影響を受けて表面が肌荒れの状態に
なる。時には被圧延材料の破片が飛び込んだり、圧延中
に薄鋼帯に発生した皺（以下、絞りという）や折れ（以
下、３重噛みという）がロールにかみ込んだりすると、
ロールに圧痕を生じることがある。熱延鋼帯のように表
面品質が重要な製品では仕上げ圧延連続スタンドのロー
ル（仕上げロール）表面の凹凸はそのまま鋼帯の表面疵
の原因となる。従って、随時ロール表面の状態を監視
し、これに基づいてロール交換を行って製品疵の大量発
生を未然に防止している。

【０００３】従来の作業では、あらかじめロール交換ま
での圧延量を決めておき、計画的にロール交換を行って
いた。また、ロール交換の間にも、操業の合間を見ては
作業者がロール表面を目視で点検していた。しかし、あ
らかじめ設定する圧延量は安全サイドにならざるをえ
ず、稼働率を低下させる原因ともなり、目視での点検は
わずかな休止時間をやりくりするため、時間的制約が大
きく、悪環境で狭い場所での作業負担が大きかった。

【０００４】この作業を軽減し、ロール交換までの圧延
量を最大限にするため、オンラインのロール表面監視装
置が提案されてきた。例えば、実開昭５７−１１２９４
２号公報にはロールを乾燥させるドライヤーと、ＴＶカ
メラと、ストロボとからなるインラインロール表面検査
装置が提案されている。

【０００５】同公報で提案されてた技術はＴＶカメラ自
身が持っている画像フレームの同期信号（垂直同期信
号）によってストロボを発光させ、静止画像を得るもの
で、ロールを停機させることなくロール表面の検査を行
うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記実開昭５
７−１１２９４２号公報には光学系の構成についての詳
細は開示されていない。発明者の行った試験では、照明
および撮影条件によっては、表面欠陥のコントラストの
良好な検出ができないことがある。

【０００７】また、同公報の技術は、ロール軸方向に照
明装置とＴＶカメラを移動させる方式を用いているが、
得られた画像とロール表面の位置との対応をとる手段が
なく、１個所の欠陥を複数の欠陥と見誤るおそれや、ロ
ール端部にあって、鋼帯幅の外側にある無害な欠陥で
も、中央部にある有害欠陥とみなすおそれがある。

【０００８】一方、軽度の表面欠陥であれば、ロール交
換をせずに、インラインロール研磨装置によって、除去
する方法もある。しかし、同公報の技術は欠陥の有無の
みを検出するだけで、欠陥の位置までは把握できない。
従って、インラインロール研磨のように、肌荒れした個
所を識別する必要があるときには同公報の技術は使用で
きない。

【０００９】本発明はこれらの問題を解決すべくなされ
たもので、圧延機に組み込んだ状態のロールを、遠隔で
随時監視し、ロール交換時期を的確に把握するため、も
しくはインライン状態のロールを局部的に研磨するにあ
たり、欠陥位置の情報を得るためのロール表面監視装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は製品品質に影響
する熱延鋼板仕上げロールの表面の凹凸もしくは疵を検
出する方法を種々検討した。ロール表面の探傷には超音
波探傷方式や渦流探傷方式が考えられる。しかし、超音
波探傷方式は回転中のロールと接触するため、磨耗耐久
性に乏しく、渦流探傷方式は非接触化が可能であるが、
欠陥の種類がわからない。ロール表面の欠陥の種類やパ
ターンを知るためには、ＴＶカメラ方式の方が有利であ
る。発明者はＴＶカメラ方式について実験を重ねた結
果、照射角度と撮影角度に最適な条件があることを見出
した。

【００１１】ロール表面欠陥の種類やパターンがわかれ
ば、欠陥の発生原因がわかり、迅速な対策が可能なこ
と、およびロールの表面欠陥の位置によっては無害なも
のもありロール替えなどの処置の判断に有効なことなど
から、表面欠陥の位置（ロール周面の展開図）を認識す
ることが必要であると考えた。

【００１２】インラインの測定環境と、ＴＶカメラの解
像度を考慮すると、１台のＴＶカメラでロールの全長に
わたって１つの画像では不十分である。前記実開昭５７
−１１２９４２号公報の装置のように横行機構、もしく
は複数台のＴＶカメラでロール全長をカバーしなければ
ならないが、横行方式は悪環境での耐久性の問題があ
る。従って、ＴＶカメラは複数配置することが望まし
い。

【００１３】ただし、単に複数台のＴＶカメラからの静
止画像を並べるだけでは、相互関係がわからない。すな
わち、ロールの長手方向に広がった表面欠陥（例えば表
層クラック、異物の飛び込みによる圧痕、絞りまたは３
重噛みによる圧痕）を一連のものとして認識できない。
従って、ロール周面の展開図を得るためには周方向およ
び軸方向の同期が必要であることに想到した。

【００１４】上記の知見に基づいて、本発明の要旨は以
下の(1) および(2) にある。(1) 光軸がロール表面法線
に対して１５°〜６０°の角度で傾斜して配置されたＴ
Ｖカメラと、前記ＴＶカメラの光軸の傾斜角との角度差
が１０°以内で同方向から照射する投光器とを備えたこ
とを特徴とするロール表面監視装置。

【００１５】(2) 視野の合計がロールの全長を覆うよう
に配置された複数台のＴＶカメラと、これらのＴＶカメ
ラからの画像信号を、ロール周を複数の区分に等分割さ
れたロールの回転位置ごとに発生する回転位置同期パル
スによって同期させる手段と、同期された複数台のＴＶ
カメラの画像信号を順次切り替えて入力する手段と、切
り替えて入力された画像信号を一連の画像信号に合成す
る手段と、一連の画像信号の開始点を示す同期信号、ロ
ール回転位置識別情報および複数台のＴＶカメラ識別情
報を前記一連の画像信号とともに記録する手段とを備え
たことを特徴とするロール表面監視装置。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１はロール表面の照射方法およ
び撮影方法の説明図である。ロール１に対して、ＴＶカ
メラ２の光軸角度（以下、ＴＶカメラ角度という））
と、投光器３の照射角を変化させて、表面欠陥の検出感
度、すなわち画像のコントラストを観察した。検出感度
はモニター画面の像を５段階で評価した。ＴＶカメラ２
および投光器３はロールの軸線方向に傾斜させた。ＴＶ
カメラのレンズには偏光フィルタを掛けている。

【００１７】同図の投光器３とＴＶカメラ２の配置にお
いて、ＴＶカメラ２と同方向から照射する場合を前方照
射、ＴＶカメラの反対側（視線に垂直な面の反対側）か
ら照射する場合を後方照射とすると、後方照射ではＴＶ
カメラ２の角度にかかわらず、視野の中心の反射が大き
くなり、画像ではハレーションをおこすため、前方照射
を採用した。

【００１８】図２は、前方照射の場合に、ＴＶカメラ２
の角度（ロール表面の法線に対する角度）と投光器３の
照射角度に対する検出感度の関係を表すグラフである。
同図のグラフより、ＴＶカメラ角度は１５〜６０°がよ
く、照射方向もＴＶカメラとほぼ同方向（角度差で±１
０°）からの照射のときに検出感度が高くなる。さらに
好ましくは、ＴＶカメラ角度が２０〜４５°、照射角度
はＴＶカメラ角度に対して±５°以内である。

【００１９】図３はＴＶカメラで捉えたロール表面の写
真例である。同図(a) はＴＶカメラ角度２０°、照射角
度０°の場合、同図(b) はＴＶカメラ角度３０°、照射
角度３０°の場合である。同図(a) ではＴＶカメラ角度
と照射角度の差が２０°となり、中央部と、周辺部で明
るさに大きな違いがあって表面を観察する画像としては
好ましくない。同図(b) ＴＶカメラと照射角度差がゼロ
となり、は画像全体の明るさが均一で、表面欠陥の検出
感度が高い。

【００２０】図４に本発明のロール表面監視装置の構成
概要図を示す。同図に示すように、複数台のＴＶカメラ
（同図では５台）２Ａ〜２Ｅは圧延機内に設置され、ロ
ール１に対置している。ＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅはロール
表面から０．３〜１．０ｍ離して設置され、ロール面
の法線に対して１５〜６０°傾斜している。この角度は
ロール軸に対して傾斜してもよいし、ロール周の接線方
向に対して傾斜していてもよいし、その両方に傾斜を持
っていてもよい。

【００２１】ＴＶカメラがロール軸に対して傾斜して設
けられている場合、ロール表面に投影されるＴＶカメラ
視野は台形にひずむ。これを補正するため、円錐レンズ
等によってひずみを補正してもよい。ＴＶカメラには偏
光フィルタを用いるのが望ましい。

【００２２】回転中のロールを撮影するため、ＴＶカメ
ラの走査方向とロールの回転方向は同方向にすることが
望ましい。すなわち、ＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅの垂直走査
の方向をロールの回転方向と同じ（水平走査方向はロー
ル軸方向とおなじ）にすれば、画像の縦方向の画像密度
が若干向上するためである。この場合のＴＶカメラはノ
ンインターレース型とするのが望ましい。

【００２３】投光器３Ａ〜３ＥはＴＶカメラとほぼ同方
向、すなわち、ＴＶカメラ角度に対して±１０°以内で
照射するよう配置されている。投光器３Ａ〜３Ｅは照度
の高い水銀灯やストロボ投光器でよい。ストロボ投光器
の場合は後述のロール軸に設置したパルス発信器によっ
て撮影タイミングと同期をとるようにする。ストロボの
同期方法は公知であり、詳細な説明は省略する。

【００２４】図６にＴＶカメラと投光器の同軸照射の方
法例を示す。この方法はＴＶカメラと投光器が空間的に
干渉して同方向の±１０°以内の照射ができないときの
解決法の例でもある。同図ではＴＶカメラ２のレンズの
前に４５°のハーフミラー３ａを置き、ＴＶカメラ２は
ハーフミラー３ａを透過してロール１の表面を見、投光
器３からの照明はハーフミラー３ａで反射させてロール
１を照射するようにすればよい。あるいは、投光器３Ａ
〜３Ｅを圧延機の外に置き、光ファイバなどのライトガ
イドによって照射方向をＴＶカメラ２の光軸に接近させ
てもよい。

【００２５】図４に示すように、ロール１の回転軸に
は、パルス発信器４が設置されており、１周でＮ個のパ
ルス、すなわち、ロールの回転数をＲ（１／ｓ）とする
と、周期Ｔ＝１／ＲＮ（ｓ）のパルスを出す。このＮは
ロール表面上のＴＶカメラの視野の大きさと対応してお
り、ＴＶカメラ視野のロール周方向の長さをｈ（mm）と
すると、Ｎ＞πＤ／ｈである。ここで、ｈは画像の縦方
向の長さに対応する。また、Ｄ（mm）はロール径であ
る。さらに、周方向の画像の重なり、およびロールの回
転ＴＶカメラの垂直同期を考慮して、１．０５πＤ／Ｎ
＜ｈ＜１．１０πＤ／Ｎの関係、すなわち、画像の重な
りが５〜１０％になるようにＮを決定するのが望まし
い。同様に、ＴＶカメラ視野のロール長さ方向について
も各ＴＶカメラの視野が５〜１０％重なるようにするの
が望ましい。また、ＴＶカメラ視野の周辺部ではロール
面の傾斜があるため、Ｎは６以上が好ましく、監視のし
やすさを考慮すると１２以下が好ましい。

【００２６】ＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅは、パルス発信器４
のパルス（周期Ｔ）で同時にロール１の撮影をする（以
下、シャッター同期という）。投光器３Ａ〜３Ｅがスト
ロボ投光器の場合、シャッター同期と同じタイミングで
ストロボ同期を行う。

【００２７】画像制御装置５ではシャッター同期された
ＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅの画像合成を行う。画像処理装置
５にはＴＶカメラコントローラ５１Ａ〜５１Ｅ、遅延回
路５２Ａ〜５２Ｅ、スイッチ５３、画像合成回路５４、
および同期信号合成回路５５が含まれる。ＴＶカメラコ
ントローラ５１Ａ〜５１Ｅはシャッター同期の制御とコ
ントラスト処理を行う。

【００２８】遅延回路５２Ａ〜５２ＥはＴＶカメラ２Ａ
〜２Ｅで同時シャッターで撮影された画像を合成してビ
デオレコーダに記録するため、タイミングを調整するも
のである。遅延回路５２Ａ〜５２Ｅには金属線を伝播す
る音波を利用した遅延線や、ディジタルメモリー等を用
いることができる。

【００２９】スイッチ５３は各ＴＶカメラの画像を逐次
切り替え、画像合成回路５４に送り込むものである。同
期信号合成回路５５は、ＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅの画像を
１フレームずつ合成し、さらにシャッター同期を示す同
期信号ロールの回転位置を示す情報および複数台のＴＶ
カメラの画像の同期信号とカメラ番号を示す情報とを合
成するスーパーインポーズ回路である。

【００３０】以上は画像制御装置５の中の各機能を電子
回路として説明したが、コンピュータあるいはディジタ
ル信号処理システムで実現してもよい。同期信号合成回
路５５で得られた画像データはビデオレコーダ６に記録
される。

【００３１】図５に本発明の画像信号処理のタイミング
図を示す。同図(a) はＴＶカメラ２Ａ〜２Ｅの画像信号
を示し、同図(b) は合成された画像信号、同図(c) は遅
延回路のない場合の合成された画像信号を示す。

【００３２】同図(a) において、図４に示すロール軸の
パルス発信器４からのシャッター同期信号により、画像
走査開始信号を各ＴＶカメラコントローラ５１Ａ〜５１
Ｅに送る。このとき、ＴＶカメラ２の直下のロール１の
部分、Ａ１〜Ｅ１の像が撮影される。画像のロール周方
向の長さはｈ（mm）で、画像信号の周期では垂直同期の
周期Ｈ（ｓ）に相当する。

【００３３】ＴＶカメラの画像フレームの周期（通常の
３０フレーム／ｓのＴＶカメラでは３３ms）はシャッタ
ー同期パルスの周期より短いため、ロール表面のＡ１の
部分は少しずつずれながら数フレーム撮影される（同図
(b) ではＡ１１、Ａ１２・・、Ａ１６の画像）が、本発
明では、同じタイミングで撮影された画像を一連の画像
として合成する。すなわち、同図(b) のようにＡ１１〜
Ｅ１１の画像が一連の信号に合成される。同図(b) のＡ
１１の画像信号の前端に立ちあがっているパルスＳ１
は、シャッター同期と同じタイミングで合成画像信号に
織り込まれた画像同期信号であり、ロール回転角度の識
別情報を含んでいる。同図(b) のＢ１１〜Ｅ１１の各画
像信号の前端に立ち上がっているパルスＳ２は各ＴＶカ
メラの同期信号であり、ＴＶカメラ識別情報を含んでい
る。図４に示す同期信号合成回路５５が５枚分の画像を
処理を終えると、引き続きＡ１６〜Ｅ１６の画像を合成
する。これを次のシャッター同期タイミングまでつづけ
る。ここで、図５(a) の画像情報Ａ１２〜Ａ１５、Ｂ１
２〜Ｂ１５、・・・Ｅ１２〜Ｅ１５は捨てられることに
なる。

【００３４】ロールが回転して、次の撮影タイミングで
パルス発信器からシャッター同期パルスが送られてくる
と、各ＴＶカメラはロール上のＡ２〜Ｅ２の部分を撮影
し、以下同様に画像信号が合成される。この画像は、ビ
デオレコーダ６の静止画機能を使って、観察することが
できる。

【００３５】図４の画像制御装置５において、遅延回路
５２Ａ〜５２Ｅを省略して簡素化することも可能であ
る。この場合はスイッチ５３をＴＶカメラ画像の１フレ
ームごとのタイミングで順次切り替える制御を行う。す
なわち、図５(c) において、画像が１フレームずつずれ
た、Ｂ１２、Ｃ１３、Ｄ１４、Ｅ１５の画像を捉えるこ
とになるので、図４のロール１の上では点線で示したよ
うに、斜めにずれた部分が合成画像信号になる。

【００３６】

【実施例】発明者は本発明の装置を熱延鋼帯圧延機の仕
上圧延機に設置した。表１に装置概要を示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】投光器は５００ｗの水銀灯を使用し、防
塵、防滴のためＴＶカメラ、投光器ともにエアパージフ
ードをつけ、遠隔操作で開閉する蓋を持った堅牢なケー
スに入れた。

【００３９】圧延の合間の小休止時間にロール冷却水を
停止した。ロール表面は特に強制的に乾燥させなくて
も、圧延の余熱で数十秒で乾燥し、良好な観察状態にな
った。ロール表面の監視に試用したところ、肌荒れ、異
物噛み込み疵の検出感度は良好であった。

【００４０】

【発明の効果】本発明により、作業者が圧延機内部に立
ち入ることがなく、短時間でロール表面の点検ができる
ので、点検回数を増やすことができるため、ほぼ常時に
監視ができる。その結果、適切なロール交換の判断、表
面欠陥の発生原因推定などが可能になり、能率向上、ロ
ール消費量の削減効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロール表面の照射方法および撮影方法の説明図
である。

【図２】ＴＶカメラ２の角度（ロール表面の法線に対す
る角度）と投光器３の照射角度に対する検出感度の関係
を表すグラフである。

【図３】ＴＶカメラで捉えたロール表面の写真である。
同図(a) は不適正な照射方法の場合、同図(b) は適正な
場合である。

【図４】本発明のロール表面監視装置の構成概要図であ
る。

【図５】本発明の画像信号処理のタイミング図で、同図
(a) は各ＴＶカメラの画像信号、同図(b) はシャッター
同期された合成画像信号、同図(c) はシャッター同期さ
れていない合成画像信号である。

【図６】ＴＶカメラと同軸で照射する方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ロール２ＴＶカメラ２ａ撮像素子３投光器３ａハーフミラー４パルス発信器５画像制御装置５１Ａ〜５１ＥＴＶカメラコントローラ５２Ａ〜５２Ｅ遅延回路５３スイッチ５４画像合成回路５５同期信号合成回路６ビデオレコーダ７ＴＶ表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸がロール表面法線に対して１５°〜
６０°の角度で傾斜して配置されたＴＶカメラと、前記
ＴＶカメラの光軸の傾斜角との角度差が１０°以内で同
方向から照射する投光器とを備えたことを特徴とするロ
ール表面監視装置。
【請求項２】視野の合計がロールの全長を覆うように
配置された複数台のＴＶカメラと、これらのＴＶカメラ
からの画像信号を、ロール周を複数の区分に等分割され
たロールの回転位置ごとに発生する回転位置同期パルス
によって同期させる手段と、同期された複数台のＴＶカ
メラの画像信号を順次切り替えて入力する手段と、切り
替えて入力された画像信号を一連の画像信号に合成する
手段と、一連の画像信号の開始点を示す同期信号、ロー
ル回転位置識別情報および複数台のＴＶカメラ識別情報
を前記一連の画像信号とともに記録する手段とを備えた
ことを特徴とするロール表面監視装置。