JPS6239382B2

JPS6239382B2 -

Info

Publication number: JPS6239382B2
Application number: JP54111982A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Kimura; Yasuhide Nakai; Yoshiro Nishimoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1987-08-22
Also published as: JPS5635044A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高温被検材の表面欠陥検出における
信号処理方法に関するものである。

昨今、分塊工程において、省エネルギー対策の
一環として、直送圧延（HDR）を拡大する機運
にあり、それに伴つて従来の冷間疵見に代り、熱
間で有害な表面欠陥を的確に捕え、対処する技術
が必要となつている。分塊圧延後、赤熱状態にあ
る熱鋼片の表面疵を検出できれば、ホツトスカー
フ（HS）量の調整、熱間部分疵取り、品質の選
別、前工程へのフイードバツク等への適用が考え
られ、歩留り及び品質の向上、省力、省エネルギ
ーの点でメリツトは多大である。そこで、熱鋼片
の表面疵を、その表面から輻射光の量で判別する
技術が既に幾つか提供され、かつ十分に判別可能
であるとされている。

一般に1000℃前後の熱鋼片が空気中で周囲より
略均一に冷却されて行く時、表面近傍の状況によ
り熱伝達が異なり、外部より見える表面温度は、
欠陥やスケール等のある部分で正常部と異なつて
見える。即ち、割れ疵等の開口が存在する部分
は、より高温の材料内部が見えるために明かる
く、またヘゲ疵、スケール、付着物等、表面から
何がしが剥離している部分は、熱伝達が悪く冷却
されるために暗く（黒く）見える。

一方、一般に赤熱表面は均一な表面温度分布を
持つているわけではない。熱鋼片のコーナー部付
近は幅方向の中央部に比べて温度が低いし、圧延
時の水の掛かり具合い等、種々の要因によつて熱
鋼片表面には様々な温度斑が存在する。従つて真
に欠陥に由来した温度差は、熱鋼片固有の温度斑
に重畳されており、一定レベルとの比較のような
単純な手法では、検出は困難である。

そこで、熱鋼片表面の欠陥を自動的に検出する
ためには、その部分が他の正常な部分と温度（輝
度）が異なることを検出しなければならない。人
間が目視観察する場合でも、或る注目点とその周
辺とを比較しつつ欠陥の判別を行なつている。そ
れ故、材面の正常部の温度パターン（即ち基準パ
ターン）を検出し、その成分を除去することが必
要となる。基準パターンとは、材表面に存在する
欠陥、スケール、付着物等を取去つたと想定した
時に見えると考えられる熱鋼片固有の表面温度分
布である。

熱間探傷に限らず、一般に光学探傷の分野で
も、一走査線の信号は必ずしも一定レベル上にな
く、信号を一定の基準値と比較し、その大小で欠
陥信号を検出することはできなかつた。そこで従
来技術では、この問題点を解決するために次の方
法が採られている。即ち、原信号を（ｔ）とす
ると、（ｔ）の低域周波数成分をカツト或いは微
分（ｄ（ｔ）／ｄ（ｔ））する。

（ｔ）の高域周波数成分をカツトしたも
の、積分したもの、或いは部分的に平均値を算
出したものの何れかを基準レベル（）と
し、（ｔ）との差（（ｔ）−（））を取
る。

の基準レベルで元の信号（ｔ）にAGC
をかける。

（ｔ）のピークから包絡線を求めて基準レ
ベルとし、（ｔ）との差を取る。

前記の方法として特公昭52―25118号公報
(イ)，の方法として特公昭51―49437号公報(ロ)，
及びの方法として実公昭51―29837号公報(ハ)
等があり、またに近い方法で熱鋼片の表面温度
が異なる場合にも、その表面欠陥を検出するもの
として特公昭52―28705号公報(ニ)がある。更に本
件出願人にあつても、特願昭53―93783号(ホ)にお
いて、前記及びに近い方法で画像の２次元ピ
ークホールドの後、２次元移動平均により基準パ
ターン信号を得る方法を開示している。

しかし、上記各方法を、熱鋼片の表面疵を光学
的に自動検出する技術に適用することは、実際に
は非常に困難である。

先ず(イ)では、検査対象を走査して得た信号を
種々の時定数で微分するのであるが、熱鋼片の場
合は周知のように２次スケールが発生するため、
欠陥のみＳ／Ｎ良く検出することはできない。

(ロ)の方法は波器により高周波成分をカツトし
て設定値信号を得ているが、スケールの増加や大
きいヘゲ疵があれば、設定値信号が落込んでしま
うため、熱鋼片固有の温度パターンを得ることは
できない。

(ニ)の方法では、鋼材表面の温度が異なつても、
同様の欠陥は同様の検出感度を有するという長所
があるが、単にオートレベラにより表面温度を補
正し、移動平均するだけでは、(ロ)と同様、スケー
ルの増加、大きいヘゲ疵等の影響で基準レベル
が、熱鋼片固有の温度パターンとは異なつてしま
い、ヘゲ疵の近傍に擬似的に割れ（明部欠陥）が
できる等の難点がある。

(ハ)の方法は、検査対象を走査した信号のピーク
から包絡線を求めることにより基準レベルを得る
ものである。これは、正常部の信号（地合信号）
のピークに追従し、不良部には追従しないような
時定数の選び方で正常部のパターンを得ると云う
考え方であり、(ハ)で想定するような検査対象に対
しては効果があるが、熱鋼片の表面検査では、明
部欠陥と共に暗部欠陥もあり、欠陥信号の周波数
も様々であるため、適用はできない。

(ホ)の方法は、実際に熱鋼片の表面探傷に適用し
た結果、熱鋼片固有の表面温度パターンを得るこ
とができない場合のあることがわかつた。これ
は、信号を一定の区分で２次元ピークホールドし
た後、２次元移動平均するもので、少なくとも２
次スケールに関しては、ピークホールドにより影
響を除去することができる。しかし、比較的黒い
部分の大きいヘゲ疵や付着物があれば、１回毎の
ピークホールド領域が一定であるため、移動平均
しても或る程度黒い部分の影響を受けて基準パタ
ーンが下がつてしまう。この結果、このような黒
い部分の近傍に擬似的に明部欠陥の信号が出てし
まい、Ｓ／Ｎが悪化する。

また逆に割れ疵やくぼみ等の明かるい部分があ
れば、その明部の影響を受けて基準パターンが上
がつてしまい、明部欠陥の近傍に擬似的に暗部欠
陥の信号が出ることがある。

本発明は、斯かる従来の問題点を解消し、高温
被検材（熱鋼片）固有の表面温度パターンを得る
ようにしたものであつて、その特徴とするところ
は、高温被検材の輻射光画像を捕えて映像信号を
得、この映像信号を記憶回路で一定時間遅延させ
ると共に、前記映像信号をピークホールド回路で
走査方向に画素分割して画素分割パルス毎のピー
ク値を各画素の信号とし、更に画素毎に順次周辺
の複数個の画素のピーク信号の平均値を出して基
準パターン信中を得るに当り、前記映像信号若し
くは該映像信号をピークホールド回路に通して得
られるピーク信号と、その時点における基準パタ
ーン信号とを比較して、その差が一定値を越える
場合に、前回のピーク信号をリセツトすることな
く平均値算出の信号として順次移動平均して基準
パターンを得、この基準パターン信号と前記記憶
回路より取出した遅延映像信号とを比較し、両信
号の差により欠陥を判別する点にある。

即ち、本発明は、材固有の表面温度パターンに
一致した基準パターン信号を得るために、次の
〔〕，〔〕２段階の操作を行なう。

〔〕材表面上の欠陥やスケールの影響を除去
するために、欠陥やスケールの大きさに応じて
自動的にピーク検出領域の変化する可変領域ピ
ークホールドを行なう。つまり、基準パターン
信号と新たに入力された信号とを比較し、その
差が一定値を越えた時にピークを求める領域を
広げ、ヘゲ疵、スケール、付着物等による暗部
の影響を除いたピーク値を検出する。

〔〕〔〕で得られたピーク値について移動
平均化を行なう。基準パターン信号は本来の意
味から十分に滑らかであるべきで、そのため材
面の温度分布の空間周波数を考慮して一定領域
で移動平均を行なうわけである。

次に本発明の実施例を図面に基づいて詳述する
と、第１図において、１は高温被検材としての熱
鋼片、２はTVカメラ、固体撮像器等の撮像装置
であつて、熱鋼片１の移動方向（矢印）と略直角
方向に材表面を走査し、レンズ、フイルタ等の適
当な光学系３を介して熱鋼片１の輻射光画像を捕
えて映像信号（VS）を得る。この撮像装置２で
得た映像信号（VS）は、Ａ／Ｄ変換器４でＡ／
Ｄ変換して例えば８ビツト（256段階）のデイジ
タル信号（DS）にした後、２系統に分ける。こ
れは、基準パターン信号（BS）を得るには、前
記〔〕でも既に述べたように平均化の操作をす
る関係から、一定の時間を要するためであつて、
第１系統としてデイジタル信号（DS）を記憶回
路５へと送り、該記憶回路５により一定時間だけ
遅延させる。第２系統としては、デイジタル信号
（DS）を可変領域ピークホールド回路６に入力す
る。可変領域ピークホールド回路６では、先ず横
方向〔通常、熱鋼片１の幅方向に対応する〕に一
定画素数n₁（＝４）毎にピークを検出してホール
ドする横方向ピークホールド回路７により横方向
ピークホールド信号（TS）を得る。横方向ピー
クホールド信号（TS）は、縦方向ピークホール
ド回路８に送ると共に、比較器９に送り、この比
較器９にて現時点での基準パターン信号（BS）
と比較する。この時、｜BS｜−｜TS｜＞ε (1) 即ち、横方向ピークホールド信号（TS）が現時
点での基準パターン信号（BS）より設定値ε
〔略1/10〜1/40程度〕以上小さい時〔ヘゲ疵、ス
ケール、付着物等の暗部にさしかかつたことに対
応する〕、該比較器９よりゲート信号Ｇを発生さ
せ、ピークホールド区分信号発生器１０より一定
走査線数n₂（＝４）毎に発生する区分信号
（RP）をゲート回路１１でゲートする。縦方向ピ
ークホールド回路８は走査方向と直交する縦方向
〔熱鋼片１の長手方向〕の複数個の画素毎のピー
ク信号を、その画素の縦方向ピークホールド信号
（LS）とするが、前述の如くピークホールド区分
信号発生器１０からの区分信号（RP）がゲート
信号（Ｇ）によりゲート回路１１でゲートされ、
リセツト信号（GRP）として縦方向ピークホー
ルド回路８に入るのを阻止されると、縦方向のピ
ークホールドは区間を変更せず、そのまま続けら
れる。これは、ヘゲ疵、スケール、付着物等の暗
部にさしかかると、暗部に入る直前の値がホール
ドされ、暗部を無視することを意味している。ヘ
ゲ疵等の暗部を越えてしまうと、式(1)の条件が成
立しなくなり、ゲート信号（Ｇ）はなくなつてn₂
毎にリセツト信号（GRP）が入り、通常の一定
区分毎のピークホールドに戻る。

扨、以上のようにして暗部を除去された縦方向
ピークホールド信号（LS）は、次の移動平均算
出回路１２に送る。今、時系列で入力される縦方
向ピークホールド信号（LS）に指標を付けて
LS₁，LS₂，…LS_o1…と表わした時、積算器１３
では先ず基準パターンクリヤの時点よりＮビツト
そのまま足し込まれ、Ｎ×BS_o＝LS₁＋LS₂＋……＋LS_o (2) によりｔ＝Ｎの時点での基準パターン信号
（BS_o）が求められる。続いて新たにLS_o＋１が積
算器１３のプラス端子に入力されると同時に、記
憶回路１４を経てＮビツト遅れてやつてきたLS₁
がマイナス端子に入力されるので、Ｎ×BS_o＋１＝LS₁＋LS₂＋… ＋LS_o＋LS_o＋１−LS₁ ＝LS₂＋LS₃＋…＋LS_o＋１ (3) によりｔ＝Ｎ＋１の時点での基準パターン信号
BS_o＋１が得られる。以下、同様に縦方向ピーク
ホールド回路８の縦方向ピークホールド信号
（LS）を縦方向に順次移動平均することによつて
平均値を出し、その平均値を順次基準パターン信
号BS_o＋２、……とするのである。なお基準パタ
ーン信号（BS）は記憶回路１５に記憶する。

このようにして可変領域ピークホールド及び移
動平均によつて得た基準パターン信号（BS）
は、これと同期を取るために一定時間遅延させた
遅延信号（DDS）と共に減算器１６に入力し、
この減算器１６にて基準パターン信号（BS）と
遅延信号（DDS）との偏差信号（NS）を求め
る。偏差信号（NS）は、既に熱鋼片１の固有の
表面温度斑を除去したものとなつており、従つ
て、これを一定レベルと比較することにより欠陥
部を確実に判別することができる。つまり、熱鋼
片１の表面にヘゲ疵等の欠陥やスケール等の付着
物があつても、それに影響されずに略理想的な基
準パターン信号（BS）を得ることができるので
ある。

第２図は、上記基準パターン信号（BS）を検
出する原理を模式的に示したものである。熱鋼片
１の表面にヘゲ疵１７、割れ疵１８等がある場
合、第２図Ａに示すように映像信号（VS）と基
準パターン信号（BS）とを比較し、その偏差値
Δがεを越える時、縦方向ピークホールド回路８
へのリセツト信号（GRP）を阻止する。従つ
て、ヘゲ疵１７部分では、第２図Ｂに示すように
ピークホールド領域が前後にわたつて拡大される
ので、ヘゲ疵１７による影響は基準パターン信号
（BS）には全く現われず、割れ疵１８を確実に検
出できる。

因みに前記(ホ)の方法による固定領域ピークホー
ルド結果を第３図に示す。第３図からも明らかな
ように前記(ホ)の方法は、固定領域で信号処理を行
なうため、ヘゲ疵１７による暗部の影響が基準パ
ターン信号に諸に現われ、暗部欠陥の近傍に擬似
的に明部欠陥が発生してしまう。

これは添付の参考写真１からも明らかである。
即ち、参考写真１は中央部及び右端部に暗部欠陥
を持つた熱鋼片１の偏差画像を示すが、前記(ホ)に
よれば、各暗部欠陥の近傍に暗部欠陥が現われ、
例えば、ヘゲ疵の近傍を割れ疵として判別するこ
とになる。

これに対し本発明方法によれば、暗部を認識し
てピークホールド領域を変化させるので、参考写
真２に示すように、偏差信号を画像表示した場合
に、暗部欠陥の近傍が明かるくなることはなく、
暗部欠陥の影響を完全に除去し、理想的な疵判別
を行なうことができる。

次に本発明を主要部として構成した自動検出装
置において、欠陥のＳ／Ｎの良い検出が行なえる
例を参考写真３及び４に示す。これは、左のスラ
ブ熱間像に対する欠陥検出結果を右のグラフイツ
クプリンタ上に示したものである。このように精
度よく欠陥の検出が行なえるのは、本発明による
基準パターン信号が基礎にあるからである。

なお上記実施例では、横方向ピークホールド信
号（TS）と基準パターン（BS）とを比較して暗
部を認識するようにしているが、第４図に示すよ
うにデイジタル信号（DS）と基準パターン信号
（BS）とを比較器９で比較するようにしても良
く、また暗部が認識された時に持続すべき直前の
暗部でない信号としては、直前のピークホールド
信号（横方向又は縦方向）の他に、点線で示す如
く基準パターン信号（BS）を用いることもでき
る。

第５図は、通常、固定領域でピークホールド
し、暗部があれば、その直前の暗部でない信号を
移動平均算出回路１２に送るようにしたものであ
る。即ち、Ａ／Ｄ変換器４で得たデイジタル信号
（DS）を記憶回路５に送ると同時に、シフトレジ
スタ群２０に送る。シフトレジスタ群２０はｍビ
ツトの並列出力シフトレジスタ２１をｎ個、直列
出力シフトレジスタ２２を（ｎ−１）個を１セツ
トとして構成されている（図例ではｍ＝４，ｎ＝
４）。並列出力シフトレジスタ２１より出力する
ｍ×ｎ個（図例では４×４＝16個）の８ビツトデ
イジタル信号は、最大値算出器２３に総て入力
し、ｍ×ｎ個のデータと、後述のように場合に応
じてレジスタ２４よりゲート回路１１を介して入
力される信号との内の最大値を求め、そのピーク
値を一旦レジスタ２４に記憶する。一方、元のデ
イジタル信号（DS）と現時点での基準パターン
信号（BS）との比較が比較器９においてなさ
れ、その差が設定値ε以下の場合、比較器９は領
域制御信号を出さず、ゲート回路１１は閉じられ
たままで、前の領域のピークが参照されない。即
ち、ｍ×ｎの領域について単独にピークを求める
ことになる（固定領域ピークホールド）。デイジ
タル信号（DS）と基準パターン信号（BS）との
差が設定値ε以上になると、比較器９より領域制
御信号を出力し、その結果、ゲート回路１１が開
き、レジスタ２４に記憶されている直前の領域の
ピーク値を最大値算出器２３に入力することにな
る。これは、具体的には現時点での基準パターン
信号（BS）に比して、かなり大きさの異なる映
像信号が入力された場合、ピークを求める領域を
適当に拡大することによつて、暗部欠陥等の影響
を除去することに相当する。

なお上記実施例は何れも基準パターン信号
（BS）を得るに当り、暗部欠陥等の影響を除去す
ることを説明したが、逆に割れ疵やくぼみ等の明
部欠陥の周辺では、従来技術(ホ)では基準パターン
信号が上がるため、ヘゲ疵等の暗部欠陥と誤認さ
れる場合もあり、この場合にも、その時点の基準
パターン信号（BS）と映像信号（VS）〔若しく
は横方向ピークホールド信号（TS）〕とを比較し
て、その差が一定値ε以上になつた時に、前述同
様の処理を行なうことにより、明部の影響を除去
した基準パターン信号（BS）を得ることがで
き、これによつて明部周辺の疵検出精度を向上さ
せることができる。勿論、両者、即ち、暗部と明
部との両方の影響を除くようにして基準パターン
信号（BS）を得ることも可能である。

以上実施例に詳述したように本発明では、高温
被検材の輻射光画像を捕えて映像信号を得、この
映像信号を記憶回路で一定時間遅延させると共
に、前記映像信号をピークホールド回路で走査方
向に画素分割して画素分割パルス毎のピーク値を
各画素の信号とし、更に画素毎に順次周辺の複数
個の画素のピーク信号の平均値を出して基準パタ
ーン信号を得るに当り、前記映像信号若しくは該
映像信号をピークホールド回路に通して得られる
ピーク信号と、その時点における基準パターン信
号とを比較して、その差が一定値を越える場合
に、前回のピーク信号をリセツトすることなく平
均値算出の信号として順次移動平均して基準パタ
ーンを得、この基準パターン信号と前記記憶回路
より取出した遅延映像信号とを比較し、両信号の
差により欠陥を判別するので、材面上にヘゲ疵等
の欠陥やスケール等の付着物があつても、それに
影響されずに略理想的な基準パターン信号を得る
ことができ、従つて熱鋼片の表面疵等、高温被検
材の表面欠陥を光学的に自動検出する際の検出精
度が著しく向上する。また特に一定画素毎のピー
ク信号を求めることによりスケールやヘゲ疵等の
正常部より温度の低い部分を除き、前記ピーク信
号を移動平均することにより比較的なめらかであ
る被検材表面の基準パターンを推定できる。その
際、割れ等、正常時より温度の高い部分は、実際
その占有面積が非常に少ないところから、平均に
より殆んど影響を与えることがない。更に前記基
準パターンを求める際、映像信号若しくは該映像
信号をピークホールド回路を通して得られるピー
ク信号と、その時点における基準パターンとを比
較して、その差が一定値を越える場合に、前回の
ピーク信号をリセツトすることなく平均値算出の
信号として順次移動平均して基準パターンを得る
ので、分割パルスで区切られた区画より大きな暗
部欠陥等（スケールやヘゲ疵等、正常部より暗い
部分）を除くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図Ａ，Ｂは本発明の原理を示す説明図、第３
図は従来例を示す説明図、第４図及び第５図は本
発明の他の実施例を示すブロツク図である。１…熱鋼片、２…撮像装置、４…Ａ／Ｄ変換
器、５…記憶回路、６…可変領域ピークホールド
回路、７…横方向ピークホールド回路、８…縦方
向ピークホールド回路、９…比較器、１０…ピー
クホールド区分信号発生回路、１１…ゲート回
路、１２…移動平均算出回路、１６…減算器、２
０…シフトレジスタ群、２３…最大値算出器。

Claims

【特許請求の範囲】

１高温被検材の輻射光画像を捕えて映像信号を
得、この映像信号を記憶回路で一定時間遅延させ
ると共に、前記映像信号をピークホールド回路で
走査方向に画素分割して画素分割パルス毎のピー
ク値を各画素の信号とし、更に画素毎に順次周辺
の複数個の画素のピーク信号の平均値を出して基
準パターン信号を得るに当り、前記映像信号若し
くは該映像信号をピークホールド回路に通して得
られるピーク信号と、その時点における基準パタ
ーン信号とを比較して、その差が一定値を越える
場合に、前回のピーク信号をリセツトすることな
く平均値算出の信号として順次移動平均して基準
パターンを得、この基準パターン信号と前記記憶
回路より取出した遅延映像信号とを比較し、両信
号の差により欠陥を判別することを特徴とする高
温被検材の表面欠陥検出における信号処理方法。