TWI392865B - 週期性缺陷檢測裝置及其方法 - Google Patents

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Description

週期性缺陷檢測裝置及其方法
本發明係有關於一種對由金屬、塑膠及其他材料形成之帶狀體或柱狀體上所週期性地產生之週期性缺陷進行檢測的週期性缺陷檢測裝置及其方法。
帶狀體或柱狀體之生產線上有時會使用輥來搬送製品。若製造步驟中產生某些故障，則有時會因該輥而導致鋼板上產生缺陷。關於該缺陷之檢測方法，對薄鋼板之製造程序例作特別說明。
於薄鋼板之製造程序中有時會產生被稱作印痕之週期性缺陷，該週期性缺陷係附著於生產線內所設置之輥上之異物、或者因該異物伸入至輥中而導致於輥自身上產生之凹凸轉印於鋼板而產生者。該等週期性缺陷係因輥上所產生之凹凸轉印於鋼板上而產生者，一旦產生則會連續性地產生直至更換輥、或者改善製程為止，故而自提高良率之方面考慮，提早發現並採取措施亦極為重要。
習知，作為該週期性缺陷之檢測方法，已提出有多種關注於週期性缺陷之週期性的檢測方法。
專利文獻1中記載之技術係利用週期性之方法之一。該方法係如下之方法：首先以缺陷偵測用感測器計測被檢體，以預測之週期(在上述專利文獻1中，相當於鋼鐵生產線之最終軋輥之1轉的長度)對其感測器輸出信號進行同步相加，自不具有週期之其他雜訊成分強調具有週期之缺陷信號並加以處理。然而，該方法僅可用於預先預測週期之情形。例如於鋼鐵生產線上，有時會出現導致缺陷產生之輥磨損而使直徑改變。若直徑改變則缺陷之產生週期當然會改變，故難以應用上述之方法。
此前，為對應該缺陷之產生週期改變的問題而提出有一些方法。
作為第1種方法係如下者：以缺陷偵測用感測器計測被檢體，對其感測器輸出信號進行臨限值處理，提取數個缺陷候補並對數個缺陷候補之間隔進行比較，於間隔相一致之情形時，將相一致之間隔作為週期而判定為產生有週期性缺陷。然而，若將該方法應用於實際中則存在以下問題。
在實際之生產線中，例如軋輥之軋下率產生改變等、輥與鋼板之接觸程度未必均等。輥與鋼板之接觸較輕之情形時缺陷之等級亦較低，因此缺陷信號亦變弱而導致有時無法檢測出。又，有時會檢測出來自不具有週期性之突發性缺陷、或本來受到傷害之鋼板之表面粗糙度、及(在磁性檢測裝置之情形時)磁特性等之輕微差異的信號，且該等與週期性缺陷混在於一起而產生。因此，單純地對缺陷候補之間隔進行比較來判定週期性之方法中存在如下問題：因缺陷候補未被檢測出或者突發性缺陷或過度檢測等之雜訊而導致缺陷候補之間隔不一致，無法準確地檢測週期性缺陷及其週期性。
作為對應缺陷之產生週期改變之問題的第2種方法，習知有利用自相關之檢測方法(參照例如專利文獻2)。
由於藉由自相關之運算結果而獲得峰值間的距離係表示週期信號成分之週期，因此即便應處理之信號系列中所含週期信號成分之週期為未知，亦可自雜訊中所含之信號系列中僅選擇性地提取週期信號成分。然而，在利用該自相關之檢測方法中，於來自被檢體之感測器輸出信號中含有較多之雜訊成分的情形時，亦存在週期性缺陷之判定精度降低之問題。又，若降低檢測感度以抑制該過度檢測，則存在將來無法檢測出來自輕微缺陷之輕微的信號之問題。
又，作為對應缺陷產生週期改變之問題的第3種方法，有例如專利文獻3中所記載之檢測方法。
該檢測方法係連續地對移動之帶狀體等之表面進行攝像，自攝像影像中切取模板影像T，在與長度方向之長度長於設為目標之輥周長的目標影像G之間對影像之類似性進行比較來檢測週期性。該方法中，為了準確地獲得缺陷週期，不僅計算缺陷部亦計算健全部之質地圖案部分之相關性。因此，於相當於輥1週以上之範圍內比較影像之類似性。該方法中，於評價模板影像與目標影像之類似性之階段中，使相互之影像之相對位置一點點地偏移來評價類似性，因此可對應上述輥之直徑因磨損而稍許改變之情形。然而，在該方式中為了獲得週期資訊而利用健全部之質地圖案，因此存在無法應用於形成有質地圖案之輥即檢查前之最後軋輥以外之輥的問題。
在實際之鋼板生產線中，不僅必須對檢查前之最終軋輥進行檢測，亦必須對之前所產生之輥性缺陷進行檢測。具體而言，亦必須對冷軋時最終軋輥之1段至2段前之軋輥缺陷、CAL線(Continuous Annealing Line，連續退火線)上較最終調質軋輥更前之退火爐內之輥的缺陷、及冷軋時所產生之輥性缺陷等進行檢測。因此，必須對具有不同直徑之數個輥所產生之缺陷進行偵測，但專利文獻3之檢測方法存在無法對應此處之問題。
(專利文獻1)日本專利特開平6-324005號公報
(專利文獻2)日本專利特開昭58-156842號公報
(專利文獻3)日本專利特開2006-105791號公報
本發明之目的在於提供一種即便缺陷之產生週期改變亦可使用、又不僅對最終軋輥、對在不同直徑之數個輥所產生之週期性缺陷、特別是即便缺陷輕微之情形時亦可高精度地進行判定之帶狀體等的週期性缺陷檢測裝置及其方法。
發明者們首先對習知之相關運算問題進行了研討。圖18係以示意性表示通常對週期性缺陷之測定信號進行相關運算之例。利用在參照信號與輸入信號之信號波形完全一致或類似性較高時相關係數之值變大的特徵，根據相關值較大之處之間隔求出週期性缺陷之週期。然而，於應用在週期性缺陷之檢測之情形時，因自輸入信號(亦即在缺陷檢測之情形時為感測器之測定信號)切取並作成參照信號，故如圖19，於輸入信號之S/N(signal/noise信號-雜訊)較低時相關運算之S/N亦不提高。
對此，發明者們關注於週期性缺陷一旦產生則會重複(例如5次以上)產生有數個缺陷之特徵，而想到使S/N提高之本發明。相關運算雖具有可以相當於1週期之資料計算出週期之優點，但並非為利用相當於數個週期之資料之運算。對此，本發明中活用相當於數個週期之資料來實現S/N之提高。
進一步，本發明者們亦獲得如下之見解：為了進一步提高S/N，進行相關運算之資料區域(資料數)存在較佳之範圍。亦即得知，作為進行相關運算之資料區域，其中缺陷信號之資料數所占之比例較高者為佳。
本發明係基於上述之見解而完成者，其包含如下構成。
本發明之週期性缺陷檢測裝置具備：感測器，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的信號；小區域選擇手段，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等之方式隔開來決定位置，自上述感測器輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；評價指數計算手段，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；設定值變更手段，其變更上述小區域之位置與上述距離間隔來重複進行上述小區域選擇手段與上述評價指數計算手段之運算處理；及週期判定手段，於上述評價指數高於預先設定之值之情形時，判定上述距離間隔為週期。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，上述小區域選擇手段較佳為以下者。即其具備有：第1小區域選擇手段，決定長度短於上述區域之小區域之一個位置，將其設為第1小區域，自上述感測器輸出而選擇與上述第1小區域之位置對應的信號；及第2小區域選擇手段，以上述第1小區域之位置作為基準，將數個第2小區域配置為於週期性缺陷之排列方向均相等地隔開距離間隔，自上述感測器輸出而選擇與上述數個第2小區域之位置對應的信號；上述設定值變更手段變更上述第1小區域之位置與上述距離間隔來重複進行上述小區域選擇手段與上述評價指數計算手段之運算處理。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，上述感測器較佳為對由磁性金屬構件所構成之被檢體進行勵磁而獲得洩漏磁通信號之磁感測器。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，較佳為將上述小區域之長度設為與所假定之最大缺陷同程度的長度。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，上述評價指數計算手段較佳為於上述小區域之各自計算出評價類似性之值，將該等值加以組合來求出上述評價指數。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，上述評價指數計算手段較佳為於上述小區域之各自計算出評價類似性之值，將該等值加以相加而設為上述評價指數。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置中，較佳為於上述小區域之各自評價類似性之值為上述小區域間之相關值。
又，本發明之週期性缺陷檢測裝置具備有：感測器，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的二維區域之性質狀態的信號；週期性判定手段，根據上述感測器之輸出而求出週期性缺陷之缺陷候補；及缺陷判定手段，根據上述缺陷候補與上述感測器之輸出判定至少有無缺陷，上述週期性判定手段進行如下處理：第1運算處理，於上述二維區域內選擇小於上述二維區域之第1二維小區域，以與第1二維小區域相同之大小選擇自該第1二維小區域起於週期性缺陷之排列方向以各既定距離隔開的數個第2二維小區域，計算與上述二維小區域分別對應的感測器輸出之信號圖案彼此類似性之評價指數來評價類似性，於評價為類似性較高之情形時將上述距離設為週期，一邊改變上述距離一邊重複進行判定各二維小區域中存在缺陷候補之處理；及第2運算處理，重複進行上述第1運算處理直至上述距離滿足有可能產生週期性缺陷之週期之範圍為止，之後於原來之二維區域內變更上述第1二維小區域之位置並重複進行上述第1運算處理，直至上述第1二維小區域滿足原來之二維區域內之既定範圍為止。
又，本發明之週期性缺陷檢測方法具有：
(a)信號輸入步驟，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的感測器輸出；
(b)小區域選擇步驟，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等之方式隔開來決定位置，自上述感測器之輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；
(c)評價指數計算步驟，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；
(d)設定值變更步驟，變更上述小區域之位置及距離間隔來重複進行(b)及(c)；及
(e)週期判定步驟，當於(c)中所求得之評價指數高於預先設定之值之情形時，將上述距離間隔判定為週期。
又，本發明之週期性缺陷檢測方法中，上述小區域選擇步驟較佳為以下者。
上述小區域選擇步驟係決定長度短於上述區域之小區域之一個位置，將其設為第1小區域，以該第1小區域之位置為基準，將數個第2小區域配置為於週期性缺陷之排列方向均相等地隔開距離間隔，自上述感測器之輸出而選擇與上述第1小區域之位置及上述數個第2小區域之位置對應的信號，上述設定值變更步驟係變更上述第1小區域之位置及距離間隔來重複進行(b)及(c)。
又，本發明之週期性缺陷檢測方法具有：第1步驟，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的二維區域之性質狀態的感測器輸出；第2步驟，於上述二維區域內選擇小於上述二維區域之第1二維小區域，以與第1二維小區域相同之大小選擇自該第1二維小區域起於週期性缺陷之排列方向以每既定距離隔開之數個第2二維小區域，計算與上述二維小區域分別對應的感測器輸出之信號圖案彼此之類似性的評價指數來評價類似性，於評價為類似性較高之情形時將上述距離設為週期，一邊改變上述距離一邊重複進行判定各二維小區域中存在缺陷候補之處理；第3步驟，重複進行上述第2步驟直至上述距離滿足可能產生週期性缺陷的週期之範圍為止，之後於原來之二維區域內變更上述第1二維小區域之位置，重複進行上述第2步驟直至上述第1二維小區域滿足原來二維區域內之既定範圍為止；及第4步驟，根據上述缺陷候補與上述感測器之輸出判定至少有無缺陷。
(發明效果)
根據本發明，其具備：感測器，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的信號；小區域選擇手段，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等的方式隔開來決定位置，自上述感測器之輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；評價指數計算手段，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；設定值變更手段，其變更上述小區域之位置與上述距離間隔來重複進行上述小區域選擇手段與上述評價指數計算手段之運算處理；及週期判定手段，於上述評價指數高於預先設定之值之情形時，判定上述距離間隔為週期，因此，即便缺陷之產生週期變動，亦可容易地檢測出缺陷，且即便為來自各種直徑之輥上所產生輕微週期性缺陷之輕微信號亦可高精度檢測出。
又，根據本發明，其具有：(a)信號輸入步驟，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的感測器輸出；(b)小區域選擇步驟，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等的方式隔開來決定位置，自上述感測器之輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；(c)評價指數計算步驟，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；(d)設定值變更步驟，變更上述小區域之位置及距離間隔來重複進行(b)及(c)；(e)週期判定步驟，當於(c)中所求得之評價指數高於預先設定之值之情形時，將上述距離間隔判定為週期，因此，即便缺陷之產生週期變動，亦可容易地檢測出缺陷，且即便為來自各種直徑之輥上所產生輕微週期性缺陷之輕微信號亦可高精度檢測出。
使用圖20對本發明之週期性缺陷之檢測原理進行說明。
圖20中，為便於理解，以一維資料行進行說明，但如下所述亦可應用於二維資料行。首先考慮如下情形：如圖20A，取包含缺陷之第1小區域1，以與缺陷週期po 相同之間隔(指將小區域之大小與相鄰之小區域隔開的距離間隔進行相加所得之距離間隔)，於資料行上取大小與該第1小區域相同之第2小區域2、3、4、5(此處為四個，但並未特別限定第2小區域之個數)。而且，若於第1小區域1與第2小區域2、3、4、5各自進行積和運算，則所得之四個相關值分別可獲得較大之值，進一步計算出將該等四個值進行相加所得之值來作為類似性評價指數R。
如此，如圖20A於第1小區域包含缺陷位置，且間隔d恰好與缺陷週期po 一致時，所有相關值變大，因此與其相關之類似性評價指數R確實地成為較大之值。另一方面，於第1小區域中並未包含缺陷，或者間隔d不與缺陷週期po 一致之情形時，即便相關值之某一者偶然為較大之值，亦不會所有值均成為較大值，因此類似性評價指數R不會變大。本發明係基於上述之想法而完成者，例如，如圖20C般，如d′(=d＋Δd)般一點點地改變間隔d，求出關於所設定之各間隔d的類似性評價指數R。間隔d涵蓋既定範圍(例如至所假定之缺陷週期之最大長度為止)後，接著改變第1小區域之位置q，與上述相同地改變間隔d來重複進行類似性評價指數R之計算，根據類似性評價指數R大於預先設定之值之情形或成為最大值之情形的間隔d來求出週期性缺陷之週期。
以上為本發明之原理，透過以下之實施形態作詳細說明。
實施形態1.
圖1係實施形態1之週期性缺陷檢測裝置之構成圖。於圖1中，元件符號1為鋼板(為便於理解而以透視圖表示鋼板下所配置之設備)，元件符號2為週期性缺陷，元件符號3為磁化器，元件符號4為磁感測器，元件符號5為內置有放大器及濾波器電路之信號前處理裝置，元件符號6為A/D(Analog-Digital，類比/數位)轉換裝置，元件符號7為週期性缺陷檢測器，元件符號8為缺陷判定裝置。
於該例中，鋼板1之軋方向(圖1中為行進方向)存在有數個因軋輥所引起之輥性表面缺陷作為週期性缺陷2。磁化器3與磁感測器4組係夾著鋼板1而相對向地沿著鋼板1之寬度方向(與週期性缺陷之排列方向相正交之方向)配置有數個。磁化器3係被供給有來自未圖示磁化電源之直流電流而磁化，藉由磁化器3而於兩磁極間所產生之磁通會通過鋼板1。此處，磁化器3設置為磁通流過鋼板1之寬度方向。又，此處，磁化器與磁感測器之組係夾著鋼板1而相對向設置，但即便設置於相同側亦無妨。若於鋼板1存在週期性缺陷2則磁通會受到妨礙，可由磁感測器4檢測出其之變化。若於鋼板1存在週期性缺陷2則磁通會受到妨礙，可由磁感測器4檢測出其之變化。
圖1之例中，圖示之行進方向對應於週期性缺陷之排列方向，因此隨在軋線等上搬送鋼板1，週期性缺陷2會到達磁感測器4之位置，此時如上述般信號會產生變化。由此，若配合鋼板行進方向之移動量(亦即鋼板1之位置)而收集磁感測器4之測定信號來作為時間序列性之資料，則可獲得週期性缺陷2之排列方向之測定資料(用以評價性質狀態之信號)。
此處，必須獲得相當於較週期性缺陷2之所預測之缺陷週期的最大值(於軋輥為數個之情形時以最大輥周長為基準)更長之距離(鋼板之移動距離)的測定資料，設定為獲得相當於數個週期，例如相當於3至5個週期左右即可。但是並未限定此處，如下所述，藉由增大週期數來收集資料並進行運算而可進一步提高S/N，因此只要配合測定對象之信號S/N之程度來適當地決定上限即可。
若感測器可同時測定寬度方向整體，則可遍及鋼板長度方向之全長來進行測定，故而成為數個週期以上時雖不存在問題，但於週期性缺陷檢查之情形時，通常自成本之觀點考慮，有時會使感測器僅對寬度方向之一部分進行測定，使感測器橫越移動來進行測定。該情形時，只要於相同寬度位置處測定相當於上述所設定之週期之量(相當於數個最大週期之長度以上，例如相當於3～5個週期左右)後使寬度位置移動即可。
如此獲得之磁感測器4之輸出信號由信號前處理裝置5中所內置之放大器來放大信號，接著於信號前處理裝置5中所內置之濾波器電路除去雜訊後，傳送至A/D轉換裝置6。
A/D轉換裝置6係對該類比信號以於鋼板1上成為等距離間距之方式進行取樣而進行數位化。例如使旋轉編碼器接觸於鋼板1等獲得取樣脈衝。經A/D轉換裝置6數位化後之資料被傳送至週期性判定裝置7。此處，進行以下圖2所示之週期性判定。再者，此處之取樣間距係指將磁感測器4之信號轉換為數位資料並記憶於資料用記憶體中時之空間解析度，只要設定為可檢測出成為檢測對象之缺陷最小長度的值(例如最小長度之1/2程度以下)即可。
圖2係表示週期性判定裝置7之功能區塊圖一例之說明圖。
週期性判定裝置7具有：資料記憶區域71，將經A/D轉換後之測定資料(此處因磁感測器4於寬度方向配置有數個，故為二維之資料行)直接作為原始資料加以記憶；第1小區域選擇部72，用以選擇第1小區域之資料；第1小區域資料設定部73，於選擇第1小區域之資料時設定小區域之大小與位置；第2小區域選擇部74，選擇第2小區域之資料；第2小區域資料設定部75，於選擇第2小區域之資料時設定第2小區域之大小與距離間隔；類似性評價指數運算部76，於輸入由第1小區域選擇部與第2小區域選擇部所選擇之資料後計算出類似性評價指數；週期判定部77，根據類似性評價指數來判定是否存在週期性；及判定結果記憶部78，記憶所判定之結果，並將結果輸出至缺陷判定部。
第1小區域資料設定部73依序變更第1小區域之位置且將其設定於第1小區域選擇部中，第2小區域資料設定部75依序變更第2小區域之距離間隔且將第2小區域之位置設定於第2小區域選擇部74中，重複執行類似性評價指數之運算。小區域之大小於進行重複運算之期間保持固定，第1小區域資料選擇部73中所設定之小區域大小值將輸出至第2小區域選擇部74而設定為相同值。週期判定部77於評價為計算出之評價指數係類似性高之值之情形時，根據此時之距離間隔決定週期，並根據位置決定存在週期性缺陷候補之區域。
圖3係表示週期性判定裝置7及缺陷判定裝置8之處理過程的流程圖，圖4係其運算處理之說明圖。
(S1)第1小區域選擇部72如圖4A所示，於所測定之範圍內選擇寬度方向上為h、軋方向上為1(L)大小之區域1(基準區域)。再者，作為後述步驟S2以後所使用之d之初始值，預先將d設定為最小輥周長(缺陷週期之最小值)之值即可。
(S2)第2小區域選擇部74如圖4A所示，於自區域1觀察在寬度方向相同之位置處、且在軋方向上離開距離d之位置處，以與區域1相同之大小來選擇區域2。相同地，於自區域1離開2d之位置處選擇區域3，離開3d之位置處選擇區域4，離開4d之位置處選擇區域5。
再者，區域1相當於上述之第1小區域，區域2～區域5相當於上述之第2小區域。
(S3)類似性評價指數運算部76於區域1與區域2相對應之處，進行下(式1)之計算，計算出區域1與區域2之相關值R12 。此處，X(i,j)係經數位化後之感測器輸出之所測定到之整個範圍內的寬度方向第i個、軋方向第j個點之值。
相同地，進行下(式2)之計算，於區域2與區域3、區域3與區域4、及區域4與區域5相對應之處求出相關值R23 、R34 、R45 。
(S4)類似性評價指數運算部76進行下(式3)之計算，將相關值R12 、R23 、R34 、R45 相加而求出類似性之評價指數R。此處，此為欲排除相加數個區域之相關值之每個區域不均或偏差等的影響者，且為檢測週期性缺陷之特有處理。
R=R 12 +R 23 +R 34 +R 45 …(式3)
(S5)週期性判定部77於類似性之評價指數R為預先設定之臨限值以上之情形時，判定為存在週期性缺陷候補。
(S6)接著，如圖4B所示，將成為計算相關值之區域間基準的距離d變更為d＋Δ(d＋Δ=d)而重複進行上述S2～S5之處理。此處，將Δ設為小於預定區域之軋方向大小1(L)的常數。為了不間斷地進行評價，較理想的是Δ＜1(L)/2。d之變更範圍為有可能產生週期性缺陷之週期範圍(圖3之S6之既定範圍)。於鋼板1之生產線上較理想的是涵蓋位於有可能產生印痕之生產線內的輥之周長。再者，只要於對各輥所假定的周長之前後範圍(例如數10mm左右之範圍)變更d即可，因此於生產線內之各輥周長差異較大、且存在並未產生週期性缺陷之範圍之情形時，亦可不於該範圍設定d之值。
(S7)使成為類似性評價基準之區域1之位置q於軋方向上偏移Δq而重複進行上述S1～S6之處理。為不間斷地進行評價，作為此時之1次偏移量Δq較理想的是小於區域之軋方向大小1(L)之1/2之值。偏移量Δq之下限係經數位化後之感測器輸出之所測定到的軋方向取樣間隔，但會耗費運算時間，故只要適當決定即可。而且，重複至區域1之位置q達到缺陷週期最大值(最大輥周長之值)(直至涵蓋圖3之S7之既定範圍)為止，藉此可不間斷地進行評價。再者，上述步驟S1中，將d之初始值設定為最小輥周長，但於q之值大於最小輥周長之情形時，亦可將S1中之d之初始值設定為q之值。亦即，若始終將位置q之值設為0(zero)至缺陷週期最大值(最大輥周長之值)，則會於q超過d之範圍內重複進行計算，因此若在q超過d之條件不進行計算，則可實現高效之計算，故而較佳。
(S8)使成為類似性評價基準之區域1之位置於寬度方向上偏移而重複進行上述S1至S7之處理。為了不間斷地進行評價，作為此時之偏移量較理想的是小於區域之寬度方向大小h之1/2之值。
(S9)經以上週期性評價之結果，於上述S5之判定中判定為存在週期性缺陷候補之情形時，將缺陷候補之軋方向、寬度方向之位置、週期長度及其周邊區域之信號資料記憶於判定結果記憶部78中，同時發送至缺陷判定裝置8。缺陷候補之軋方向、寬度方向之位置係根據區域1(或區域2、3、4、5)之位置來決定。
缺陷判定裝置8中，根據缺陷候補之信號強度、寬度方向之長度、軋方向之長度、缺陷形狀等之數值來判定是否為缺陷，於判定為缺陷之情形時將其結果與由週期性判定裝置7所獲得之週期d一併輸出。缺陷判定裝置8中，亦可由週期性判定裝置7所獲得之週期為基礎將缺陷部之信號同步相加而使S/N提高，以在此基礎上進行上述判定。而且，S9之處理結束後返回至步驟S6。
再者，上述流程圖係處理順序之一例，其處理順序亦可作適當變更。例如，改變間隔d之重複處理係於變更區域1之位置之重複處理中進行，但反之亦可，雖已說明每次計算出類似性評價指標R時均執行S5之類似性評價指標R之評價處理，但亦可於所有重複處理完成之後，進行類似性評價指標R之評價處理。又，亦可於將一維資料設為對象之情形時不進行S8之資料區域1之寬度方向位置之變更。
於由缺陷判定裝置8將缺陷部之信號同步相加之情形時，因缺陷候補位置與週期在事前之步驟中已明確得知，故只要在與區域1相同(或相同程度)大小之範圍進行該同步相加即可，可藉由將判定為包含缺陷候補時之區域1、2、3、4、5之缺陷部的信號進行相加而最簡單地實現。式4表示計算同步相加值y(i,j)之式。於該y(i,j)之值超過既定值之情形時判定為缺陷。如此一來可使計算方式變得簡單，特別是因僅進行狹小區域間之相加，故而可大幅縮減計算量。又，根據S5中判定為無週期性缺陷之資料，於線上決定雜訊位準N，亦可於y(i,j)超過例如3N之情形時判定為缺陷(亦即，於S/N＞3之情形時設為缺陷)。再者，只要根據既定區域之最大值或平均平方誤差來決定N即可。
y ( i , j ) = x ( i , j ) + x ( i , j + d ) + x ( i , j + 2 d ) + x ( i , j + 3 d ) + x ( i , j + 4 d ) …(式4)
又，於缺陷在寬度方向具有擴散之情形時，若針對相同軋方向位置於寬度方向上進行累計則會使S/N提高即可。
如上所述，本實施形態1中，藉由進行上述處理而即便缺陷之產生週期變動，亦可容易地檢測出缺陷，且，即便為來自各種直徑之輥所產生輕微週期性缺陷之輕微信號亦可高精度地檢測出。
實施形態2.
通常，一般而言為了提高缺陷計對缺陷與未受到傷害部位之判別精度而提高缺陷信號之解析度。本發明如實施形態1所說明般，首先第1階段係進行測定信號中是否包含週期性成分之判定處理(亦即，週期性缺陷候補之檢測)，於包含週期性成分之情形時(檢測出週期性缺陷候補之情形時)，第2階段係對利用週期或產生位置之資訊來判定缺陷有害度之缺陷信號進行強調處理，進行缺陷之種類或程度等之判定。
第1階段：週期性缺陷候補檢測(判定有無週期性成分)
藉由週期性評價(重複藉由相關運算而進行之類似性評價：上述步驟S1～S8)而檢測缺陷候補(步驟S5)
第2階段：判定缺陷有害度
進行缺陷判定(步驟S9)，判定是缺陷或未受到傷害
如此，以2階段進行處理，第2階段中進行最終之缺陷判定，因此在第1階段之週期性評價中，即便降低運算上之解析度而進行粗略評價(過度檢測變多)亦可。亦即，藉此可降低運算處理之負荷，使處理速度高速化。
以下，說明其之處理方法。再者，本實施形態2與實施形態1中所說明之圖3之處理順序相同，且為於S1之前段進行之處理，故而省略與實施形態1重複部分之說明。
圖5係表示本實施形態2週期判定裝置7及缺陷判定裝置8之處理過程的流程圖。
(S11)作為取樣間距係取可檢測出檢測對象缺陷之最小長度之值來進行測定，且輸入測定資料。
(S12)測定資料記憶於圖2之資料記憶區域71中，並且直接記憶於為判定缺陷有害度而準備之暫未圖示之缺陷有害度判定用資料保存區域(資料記憶體等)。
(S13)相對於所輸入之資料(所測定之信號)之軋方向設有LPF(Low Pass Filter，低通濾波器；亦可為移動平均)。其原因在於，之後在進行週期性運算時，即便因跳躍資料而使缺陷位置與取樣位置偏離，亦可檢測出缺陷。亦即，其原因在於，考慮到若直接對測定資料進行跳躍處理則存在未殘存有缺陷信號之可能性，而預先在經跳躍處理而殘存之資料中殘存缺陷信號之資訊。
(S14)作成如下之週期性評價用資料，其係以對S13中所作成之資料進行計測之取樣間距數次中之1次(例如4次中之1次，2～8次中之1次)之比例來跳躍信號之資料。
(S15)將S14中所作成之週期性評價用資料記憶於圖2之資料記憶區域71中。
(S16)之後，與實施形態1相同地進行步驟S1至S8之處理。再者，(S15)中，於為了記憶週期性評價用資料而具有不同於資料記憶區域71之週期性評價用資料保存區域，且於其中記憶有週期性評價用資料之情形時，該運算係使用週期性評價用資料保存區域中所記憶之資料代替資料區域71之資料來進行。
(S17)於具有週期性之情形時，使用缺陷有害度判定用資料保存區域之資料進行實施形態1中所說明之S9處理來進行缺陷判定。
再者，於為二維資料之情形時，若設為於軋方向之相同位置處在寬度方向上連續跳躍(於寬度方向條紋圖案狀地使用資料)，則會因時序之不同而如圖6A般容易漏掉缺陷。為了避免該狀態，若將成為檢測對象的缺陷之最小缺陷寬度設為w，將測定信號於寬度方向之空間解析度設為例如w/2，則可於至少寬度方向之兩個資料位置處獲得缺陷信號。若設為w/4，則可於寬度方向之四個資料位置處獲得缺陷信號。
如此，於寬度方向自數個資料位置獲得缺陷信號後，如圖6B所示，藉由在寬度方向使軋方向位置偏移並跳躍而抑制漏掉缺陷。
又，如圖6C所示偏移之量亦可不必相當於一個資料位置。
實施形態3.
圖1之實施形態1之計測中，係於長度方向進行勵磁，如圖7所示，亦可為將感測鉛直方向磁場之感測器排列於寬度方向且於寬度方向加以磁化。該情形時，因缺陷而產生之磁通會於寬度方向具有正負之分布(圖8)。於評價週期性時，實施形態1、2係評價二維區域間之類似性，但如此藉由寬度方向磁化而使缺陷信號具有特徵性之正負峰值，由此即便進行如圖6(C)之資料取樣，亦可降低未檢測之機率，可提高週期性評價之精度。藉此，即便如上述進行跳躍，亦可評價週期性。
更進一步，關注於在寬度方向遍及數個磁感測器產生有缺陷信號之情況，選擇二維之區域與小區域進行運算，評價具有二維性特徵之缺陷信號於二維區域中之類似性，藉此可在評價週期性之基礎上進行更高精度之評價。
[實施例]
接著，對上述實施形態1之週期性缺陷檢測裝置之應用例進行說明。
圖9係於鋼板生產線所產生輥性微小凹凸缺陷之探傷例。圖中係以箭頭表示缺陷位置，但缺陷信號與雜訊信號相比差較小，難以直接被自動檢測出。圖10表示作為對該信號施以通常之信號處理之例而進行自相關運算的結果。於原來之信號中，缺陷信號與雜訊信號之差較小，即便進行自相關運算亦無法偵測出缺陷之週期(1670mm)。
圖11及圖12係實施上述實施形態1之信號處理之結果。
圖11係採用寬度方向8mm、軋方向50mm之區域作為第1小區域之大小，對1組該區域計算相關值並設為類似性評價指數者。圖11中，作為缺陷週期的1670mm之位置(以箭頭表示)相較於其他週期類似性評價指數R之值變大，因此亦即週期性較強(與其他週期相比類似性評價指數R之值大1.5倍左右，週期性較強)，可看作存在週期性缺陷。例如圖11中，藉由將臨限值設為R=1.5，而可辨別週期性缺陷。
圖12係區域之大小與圖6相同、且取4組區域之組合來計算相關值並加以總計而作為類似性評價指數者。於圖12中，相較於其他週期，類似性評價函數R之值更大且週期性更高(與其他週期相比，類似性評價函數R大4～5倍，週期性較強)，而清楚可知存在有週期性缺陷。例如圖12中，將臨限值設定為R=2.5，藉此可更進一步提高週期性缺陷之辨別精度。如此藉由使用類似性評價指數來設定辨別臨限值，而可進行缺陷判定。
如此，為評價類似性而於4組區域間求出相關值並加以總計，藉此可清楚地偵測出缺陷之週期性，即便將兩個區域間之相關值作為類似性指標亦可獲得週期性。越增加求出相關值之區域組數，則類似性評價結果、亦即所得到的週期之可靠性提高，但另一方面，計算量增大。自可靠性與計算量之結果關係考慮，3組至5組左右較為適當，上述之4組為最佳。
再者，於上述之式(3)例中，雖相加4組區域間之相關值來作為類似性評價指數，但採用相乘、加權並進行總計等之其他手法亦可。
又，上述例中求出相關值之區域係設為相鄰之2組，此係為了儘可能減小於被檢體之移動中在寬度方向偏離(擺動)之影響而較為重要者。特別是在鋼鐵生產線中，於移動時會存在稱作蛇行之寬度方向擺動，因此該計算方式之效果較大。但是，於被檢體為移動時之擺動較小之情形時，亦可不必為相鄰之2組。例如，計算最初之基準位置與第2區域、第3區域、第4區域……各自之相關，藉此可成為簡單之計算方法。
又，上述例中，作為類似性評價方法係表示出使用相關值之方式例，但亦可為差分累計處理等其他之評價類似性之方式。
其次，圖13及圖14表示改變第1小區域大小之結果。
圖13係對圖11、圖14係對圖12將第1小區域設為軋方向100mm之大小而此以外之條件相同地進行計算而成者。於該測定資料中，設為軋方向100mm之大小者之類似性評價值變差，可得知類似性評價值會因區域大小之不同而變化。其理由在於，若相較於缺陷尺寸而使第1小區域變得過大，則雜訊信號之資料數相對於缺陷信號之資料數而增加，雜訊信號之影響變大，因此相關值之S/N變差。
且言，在鋼鐵生產線之輥性缺陷中，鋼板表面之粗糙度(Ra=0.5～2μm)中具有平坦輪廓(曲率半徑R≧10mm)之凹凸量為5μm以下、且面積為10mm2 以上之形狀的缺陷被稱作微小凹凸缺陷，其係特別難以檢測出之缺陷。就該缺陷而言，發明者們在調查連續退火生產線上所產生之缺陷大小之分布後，結果如圖15A與圖15B所示，寬度方向之長度2mm至8mm左右、且軋方向之長度3mm至50mm左右之缺陷占主要部分。於將該微小凹凸缺陷作為測定對象之情形時，將計算相關值之區域大小設為相當於與該缺陷之最大尺寸相當之大小的h=8mm、l=50mm左右則較為適當。對幾個改變大小之樣品(最小級尺寸之缺陷(長度3mm×寬度3mm)、最大級尺寸之缺陷(長度50mm×寬度10mm))改變計算相關值的區域(第1小區域、第2小區域)之窗框之寬度(h)、長度(1)，計算(式3)之類似性之評價指數R。圖16A與圖16B表示代表性之結果。
圖16A與圖16B之縱軸係缺陷部與健全部之評價指數之值之比(稱作S/N)。
根據該資料，小區域之應用範圍為長度：10mm～100mm、寬度：1mm～30mm(S/N≧2)，較佳範圍為長度：20mm～80mm、寬度：2mm～20mm(S/N≧2.5)，更佳範圍為長度：25mm～62mm、寬度：7mm～11mm(S/N≧3)。
若相對於所假定的缺陷之最大寬度、長度，將區域之窗框寬度、長度分別設為1/4以上、2倍以下，則S/N成為2以上，可對應於缺陷之自動檢測，若配合所假定的缺陷之最大寬度、長度而使區域之窗框寬度、長度為大致相同程度，則可知S/N達3以上而為最佳。
又，如圖17所示本實施例磁感測器之測定信號於軋方向具有約10mm左右之擴散，圖9中較佳範圍並未如缺陷尺寸之相對比般出現較大之差。又，較佳範圍之下限可為缺陷最大尺寸，但較佳範圍之上限因亦考慮該測定信號之擴散作為基準，因此若將較佳範圍設為其他標記，則成為缺陷最大尺寸之1//4以上、且信號之最小擴散之10倍以下，更佳為缺陷最大尺寸之2/5以上、且信號之最小擴散之8倍以下，更進一步較佳為缺陷最大尺寸之1/2以上、且信號之最小擴散之6倍以下。
再者，於上述實施形態中表示出洩漏磁通探傷例，只要為評價被檢體之性質狀態的方法則亦可不必為洩漏磁通探傷而為其他方法，亦可為使用普通照相機之表面缺陷計、使用紅外光之感測器、溫度儀、超音波感測器、旋渦感測器等其他檢測缺陷之手段。
又，上述專利文獻3之技術係利用進行光學式缺陷檢查而獲得的信號之健全部雜訊、即質地圖案具有與最終軋輥之周長相同的週期性。然而，洩漏磁通探傷中，健全部之雜訊不僅受到表面凹凸之影響，亦會受到因軋時之軋下率、溫度差異等之微妙條件而產生應變之影響，故而於洩漏磁通探傷中健全部之雜訊未必具有與最終軋輥相同之週期。因此，特別是於洩漏磁通探傷中，在缺陷部周邊之每個區域中評價類似性之效果較大。
又，作為洩漏磁通之感測器，可使用霍爾元件、線圈、磁阻元件、SQUID(Superconducting QUantum Interference Device,超導量子干涉儀)等之磁感測器。又，雖於寬度方向排列有數個感測器，但亦可為使1個至數個感測器橫越移動之方式。又，對整個寬度進行探傷，但亦可為對寬度方向之一部分區域進行探傷之方式。特別是，若為週期性之連續缺陷，則亦可為對寬度方向之一部分區域之某長度進行探傷後，於寬度方向改變位置重複進行探傷之方式。
此處，磁化器3被設為磁通流過鋼板之寬度方向。又，此處，磁化器與磁感測器之組係夾著鋼板1而相對向設置，但亦可設置於相同側。
1．．．鋼板
2．．．缺陷
3．．．磁化器
4．．．磁感測器
5．．．信號前處理裝置
6．．．A/D轉換裝置
7．．．週期性判定裝置
8．．．缺陷判定裝置
71．．．資料記憶區域
72．．．第1小區域選擇部
73．．．第1小區域資料設定部
74．．．第2小區域選擇部
75．．．第2小區域資料設定部
76．．．類似性評價指數運算部
77．．．週期判定部
78．．．判定結果記憶部
圖1係實施形態1之週期性缺陷檢測裝置之構成圖。
圖2係表示實施形態1之週期性判定裝置之功能區塊之一例的圖。
圖3係表示實施形態1之週期性判定裝置及缺陷判定裝置之處理過程的流程圖。
圖4A及4B係週期性判定裝置之運算處理之說明圖。
圖5係表示實施形態2之週期性判定裝置及缺陷判定裝置之處理過程的流程圖。
圖6A、6B及6C係表示資料取樣之間距與缺陷檢測之關係的說明圖。
圖7係實施形態3之週期性缺陷檢測裝置之構成圖。
圖8係寬度方向磁化之示意圖。
圖9係於鋼板生產線上所產生輥性微小凹凸缺陷之探傷例。
圖10係表示對圖9之洩漏磁通信號進行自相關後之結果之圖。
圖11係藉由實施形態1之信號處理而求得的類似性評價指數R之例(其1)。
圖12係藉由實施形態1之信號處理而求得的類似性評價指數R之例(其2)。
圖13係藉由實施形態1之信號處理而求得的類似性評價指數R之例(其3)。
圖14係表示藉由實施形態1之信號處理而求得的類似性評價指數R之例(其4)。
。圖15A及15B係表示於連續退火生產線所產生缺陷之大小分布的調查結果之圖
圖16A及16B係表示對圖15之資料改變區域之窗長度及窗寬度而求得的類似性評價指數R之S/N例之圖。
圖17係表示實施形態1之測定信號例之圖。
圖18係表示習知週期性缺陷檢測方法之說明圖。
圖19係表示習知週期性缺陷檢測方法之說明圖。
圖20A、20B及20C係表示本發明週期性缺陷檢測方法原理之說明圖。
6．．．A/D轉換裝置
7．．．週期性判定裝置
8．．．缺陷判定裝置
71．．．資料記憶區域
72．．．第1小區域選擇部
73．．．第1小區域資料設定部
74．．．第2小區域選擇部
75．．．第2小區域資料設定部
76．．．類似性評價指數運算部
77．．．週期判定部
78．．．判定結果記憶部

Claims (11)

  1. 一種週期性缺陷檢測裝置，其具有：感測器，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的信號；小區域選擇手段，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等之方式隔開來決定位置，自上述感測器之輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；評價指數計算手段，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；設定值變更手段，其變更上述小區域之位置與上述距離間隔來重複進行上述小區域選擇手段與上述評價指數計算手段之運算處理；及週期判定手段，於上述評價指數高於預先設定之值之情形時，判定上述距離間隔為週期。
  2. 如申請專利範圍第1項之週期性缺陷檢測裝置，其中，上述小區域選擇手段具備有：第1小區域選擇手段，決定長度短於上述區域之小區域之一個位置，將其設為第1小區域，自上述感測器輸出而選擇與上述第1小區域之位置對應的信號；及第2小區域選擇手段，以上述第1小區域之位置為基準，將數個第2小區域配置為於週期性缺陷之排列方向均相等地隔 開距離間隔，自上述感測器輸出而選擇與上述數個第2小區域之位置對應的信號；上述設定值變更手段變更上述第1小區域之位置與上述距離間隔，重複進行上述小區域選擇手段與上述評價指數計算手段之運算處理。
  3. 如申請專利範圍第1項之週期性缺陷檢測裝置，其中，上述感測器係對由磁性金屬構件所構成之被檢體進行勵磁而獲得洩漏磁通信號之磁感測器。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之週期性缺陷檢測裝置，其中，將上述小區域之長度設為與所假定之最大缺陷同程度的長度。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之週期性缺陷檢測裝置，其中，上述評價指數計算手段於上述小區域之各自計算出評價類似性之值，將該等值加以組合而求出上述評價指數。
  6. 如申請專利範圍第4項之週期性缺陷檢測裝置，其中，上述評價指數計算手段於上述小區域之各自計算出評價類似性之值，將該等值加以相加而設為上述評價指數。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之週期性缺陷檢測裝置，其中，於上述小區域之各自評價類似性之值係上述小區域間之相關值。
  8. 如申請專利範圍第4項之週期性缺陷檢測裝置，其中，於上述小區域之各自評價類似性之值係上述小區域間之相關值。
  9. 如申請專利範圍第5項之週期性缺陷檢測裝置，其中，於上述小區域之各自評價類似性之值係上述小區域間之相關值。
  10. 一種週期性缺陷檢測方法，其具有：(a)信號輸入步驟，獲得評價具有較被檢體上所預測之缺陷週期更長長度的區域之性質狀態的感測器輸出；(b)小區域選擇步驟，使區域長度短於上述區域之數個小區域以於週期性缺陷之排列方向、相鄰之距離間隔均相等之方式隔開來決定位置，自上述感測器之輸出而選擇與該等數個小區域之位置對應的信號；(c)評價指數計算步驟，於由該小區域選擇手段所選擇之數個信號間，計算出信號圖案彼此之類似性之評價指數；(d)設定值變更步驟，變更上述小區域之位置及距離間隔來重複進行(b)及(c)；及(e)週期判定步驟，當於(c)中所求得之評價指數高於預先設定之值之情形時，將上述距離間隔判定為週期。
  11. 如申請專利範圍第10項之週期性缺陷檢測方法，其中，上述小區域選擇步驟係決定長度短於上述區域之小區域之一個位置，將其設為第1小區域，以該第1小區域之位置為基準，將數個第2小區域配置為於週期性缺陷之排列方向均相等地隔開距離間隔，自上述感測器之輸出而選擇與上述第1小區域之位置及上述數個第2小區域之位置對應的信號，上述設定值變更步驟係變更上述第1小區域之位置及距離 間隔來重複進行(b)及(c)。
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