JP2013107127A - 溶削異常検出装置および溶削異常検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ホットスカーフ200の直後に配置された溶削異常検出装置100は、溶削後の被溶削材300の表面における高さ分布を計測する高さ計測部と、溶削後の被溶削材300の表面における輝度分布を計測する輝度計測部と、高さ計測部が計測した被溶削材の幅方向における高さ分布と、輝度計測部が計測した被溶削材の幅方向における輝度分布に基づいて、溶削異常を検出する溶削異常検出部、を備える。
【選択図】図1
Description
このため、ホットスカーフの出来の良し悪しをホットスカーフ直後で判定してホットスカーフ不良(たとえば火口ユニットの局所的なノズル詰まり)を解消する必要がある。
また、特許文献3(特開平5−249051号公報)は、作業者の目視に代えてCCDカメラを用いた画像処理により溶削不良の有無を判定する溶削不良検出装置を開示する。
この溶削不良検出装置は、ホットスカーフの直後に配置し、搬送されて来る分塊圧延材の周囲に該分塊圧延材に対向する位置に配置したCCDカメラと、該CCDカメラからの画像情報を受けて画像処理を行い、該分塊圧延材の輝度分布または輝度変化率分布を求める画像処理装置と、該画像処理装置により求めた輝度分布または輝度変化率分布と分塊圧延の製造情報により溶削不良の有無を判定するパソコンと、溶削不良の検出に必要な分塊圧延の製造情報を蓄積し、その情報を前記パソコンに送るとともに、溶削状況の統計、管理を行う上位CPUとを備えることを特徴とする。
特許文献1および特許文献2に開示された技術では、ホットスカーフ前の鋼片の寸法(高さ)をレーザ距離計を用いて計測しているが、ホットスカーフ前の鋼片の表面にはスケールが付着していることが多い。このため、ホットスカーフ前の鋼片の寸法を基準として溶削量を算出する技術では、誤差を多く含む場合があり、ホットスカーフの出来の良し悪しを精度高く評価することは難しい。
即ち、本発明の溶削異常検出装置は、ホットスカーフにより溶削された後の被溶削材の溶削異常を検出する。この装置は、溶削後の被溶削材の表面における高さ分布を計測する高さ計測部と、溶削後の被溶削材の表面における輝度分布を計測する輝度計測部と、前記高さ計測部が計測した被溶削材の幅方向における高さ分布と、前記輝度計測部が計測した被溶削材の幅方向における輝度分布に基づいて、溶削異常を検出する溶削異常検出部と、を備えることを特徴する。
好ましくは、前記高さ計測部は、被溶削材の幅方向に向けて光切断線を照射する光照射部と、前記光切断線が照射された被溶削材を撮像する撮像部と、を有するように構成されると良い。
好ましくは、前記輝度計測部は、被溶削材の表面を撮像する撮像部を有しており、前記輝度計測部の撮像部と前記高さ計測部の撮像部とが、同一のエリアカメラで構成されると良い。
また、本発明の溶削異常検出方法は、ホットスカーフにより溶削された被溶削材表面の溶削異常を検出する。この方法は、溶削後の被溶削材表面における被溶削材の高さ分布を計測する高さ計測ステップと、溶削後の被溶削材表面における輝度を計測する輝度計測ステップと、前記高さ計測ステップにて計測した被溶削材の幅方向における高さ分布と、前記輝度計測ステップにて計測した被溶削材の幅方向における輝度分布に基づいて、溶削異常を検出する溶削異常検出ステップとを備えることを特徴する。
[全体構成・ホットスカーフ]
図1に示すように、本実施形態に係る溶削異常検出装置100は、分塊圧延工程に設置されたホットスカーフ200により溶削された後の被溶削材の溶削異常を検出する。被溶削材は、鋳片または鋼片であって、ここではブルーム300とする。
[全体構成・溶削異常検出装置]
本実施形態の溶削異常検出装置100は、溶削後のブルーム300の表面における高さ分布を計測する高さ計測部と、溶削後のブルーム300の表面における輝度分布を計測する輝度計測部とを有している。
なお、本実施の形態においては、溶削後のブルーム300の上面のみを溶削異常の検出対象としているが、これに限定されるものではなく、他の表面(両側面、下面)も検出対象としても構わない。このため、「溶削後の被溶削材(ブルーム300)表面における被溶削材(ブルーム300)の高さ」とは、単に鉛直上方の寸法を指すのみではなく、水平方向の寸法(側面を検出対象とした場合)、鉛直下方の寸法(下面を検出対象とした場合)も含むものとする。
溶削異常検出装置100に備えられた高さ計測部は、ブルーム300の表面に対し、その幅方向にライン状のレーザ光、すなわち光切断線を照射する光照射部110を備えている。光照射部110は、スポット状のレーザ光を発射するレーザ投光器(図示せず)と、レーザ投光器が投光したスポット光が入射されてライン状のレーザ光へと集光するシリンドリカルレンズ(図示せず)からなる。
CCDカメラ120で撮像された画像(光切断線を含む画像)は、高さ計測部を構成する画像処理装置130へ送られる。画像処理装置130へ送られてきた画像は二値化などの処理を施されることで、光切断線のみが抽出される。
一方、溶削異常検出装置100に備えられた輝度計測部は、ブルーム300の表面を撮像する撮像部120を有している。
本実施形態の場合、撮像部120は、高さ計測部を構成するCCDカメラと同一とされ、図3に示す如く、ブルーム300の幅方向全て且つ長手方向に所定長さが写り込むように、設置場所や撮像レンズの焦点距離などが設定される。
なお、本実施形態の場合、輝度計測部を構成する画像処理装置130及びコンピュータ140は、高さ計測部を構成する画像処理装置130及びコンピュータ140と共用(同じもの)とされているが、別々に設けられていてもよい。
溶削異常検出部は、前述したコンピュータ140と、警報装置(出力器)150と、プロファイルデータ保管部160とで構成される。高さ分布と輝度分布とから溶削異常を検出する処理は、コンピュータ140内のプログラムにより実現される。具体的な溶削異常の検出方法は後述する。
次に、溶削異常検出装置100の高さ計測部、輝度計測部の具体的な設置状況について述べる。
図2に示すように、溶削異常検出装置100は、幅300mm程度、高さ250mm程度のブルーム300の上側表面における溶削異常を検出する。溶削異常検出装置100は、ホットスカーフ200の出側であって約2m程度の直後に配置される。このように、ホットスカーフ200の直後に溶削異常検出装置100を配置することにより、(1)溶削直後からブルーム300の表面に発生するスケールの影響を回避して高さ分布を正確に測定することができ、(2)ブルーム300の表面が赤色に発光しているので輝度分布を正確に測定することができる。
CCDカメラ120は、ブルーム300の進行方向に対して上方へ30°傾けて配置されて、斜め上方からブルーム300の表面を撮像する。それ故、CCDカメラ120の撮像方向と光照射部110のレーザ照射方向とがなす角度は60°となる。
上記した設置状況の下、CCDカメラ120により図3に示す画像が撮像される。図3に示すように、輝度測定領域は光切断線を避けるように設定されている。もし、輝度測定領域をレーザ光が横切るように設定された場合、レーザ光が照射された領域で輝度を測定すると、レーザ光に起因する輝度がブルーム300表面の輝度に混在することとなり、測定された輝度値に誤差が発生する。本実施形態では、斯かる不都合は回避される。
図3(A)では、ホットスカーフ直後のブルーム300の表面には,ブルーム300の長手方向に平行な凹凸(溶削むら、溶削異常)が形成される。こうした溶削むらは、その程度によっては、ホットスカーフ後の分塊圧延において表面疵を発生させる原因になることがある。また、これらの表面疵には脱炭層が認められることから、ホットスカーフによる溶削では元々ブルーム300の表面を覆っている脱炭層を完全に除去しきれない場合があることがわかる。したがって、分塊圧延後のブルーム表面疵を低減させるためには、ホットスカーフの溶削深さを十分確保した上で、溶削むらの小さい平滑な溶削面を実現させることが必要である。このため、本実施形態に係る溶削異常検出装置100は、溶削異常を検出すると、十分な溶削深さになるように、ホットスカーフ200の溶削条件を変更するように操業管理者へ警報を報知したり、ホットスカーフ200の溶削条件を自動的に変更したりする。
次に、溶削異常検出部にて行われる溶削異常検出の処理内容、言い換えれば、溶削異常検出装置100における溶削異常検出方法について説明する。
高さ計測部にて得られた高さプロファイルのデータ(ブルーム300の幅方向の高さ分布)は、ホットスカーフ200による溶削後のブルーム300表面の凹凸の程度であり、これが極大となる位置においてホットスカーフ200における溶削深さが少ない可能性がある。しかし、溶削前のブルーム300の表面形状が不明な状況または不正確な状況(特許文献1のように溶削前後のプロファイルを作成したとしても溶削前のプロファイルデータの精度が低い状況)では、溶削後のプロファイルデータから溶削深さの正確な絶対値を算出することができないため、極大値の位置を単純に溶削異常と判定することはできない。
具体的には、図4(A)に示すように、ブルーム300の幅方向において、高さが高さ閾値以上で、かつ、輝度が輝度閾値以下である領域が存在すると、異常条件が一致し、溶削異常を検出する。一方、図4(A)および図4(B)に示すように、ブルーム300の幅方向において、高さが高さ閾値以上あっても、輝度が輝度閾値以下でないと、異常条件が一致しない。また、ブルーム300の幅方向において、輝度が輝度閾値以下であっても、高さが高さ閾値以上でないと、異常条件が一致しない。すなわち、ブルーム300の幅方向において、輝度が輝度閾値以上である、または、高さが高さ閾値以上であると(いずれか一方を満足すると)、異常条件は一致しない。
表1に、それぞれの条件に合致する箇所に存在した疵指数を比較した結果を示す。条件Aは、本実施形態に係る溶削異常検出装置100の判定方法である「高さも輝度も異常」、条件Bは「高さが異常で輝度は正常」、条件Cは「高さは正常で輝度が異常」、条件Dは「高さは正常で輝度も正常」である。疵指数は、ホットスカーフ直後で異常と判定した箇所が、後工程(塊圧延終了後の鋼片検査工程における表面疵検査工程)での検査結果を、条件Dの疵個数を1とした場合の疵個数で示すものである。この表1から明らかなように、条件Aで溶削異常と判定すると、高さのみで溶削異常判定する場合および輝度のみで溶削異常判定する場合に比べて、高い疵発生率となっている。すなわち、条件Aでの溶削異常判定が、精度高く異常を検出していることを示している。
次に、溶削異常検出装置100における溶削条件変更方法について説明する。
上述したように、図3(A)および図4(A)に示すように溶削異常を検出した場合には、ホットスカーフの溶削深さを十分確保するように、溶削条件を変更する必要がある。
図5に溶削速度と溶削深さとの関係を示す。
このようにして決定した溶削速度の減速量を、操業管理者へ報知したり、溶削条件変更部を介して、ホットスカーフ200の溶削速度を自動的に変更したりする。
なお、溶削異常を検出した場合に溶削量を増加させる方法として、上述したように溶削速度を低下させる方法の他に、プロパンまたは/および酸素の流量を増加させる方法であっても構わない。
110 光照射部
120 CCDカメラ
130 画像処理装置
140 コンピュータ
150 警報装置(出力器)
160 プロファイルデータ保管部
200 ホットスカーフ
300 ブルーム
400 ローラテーブル
Claims (8)
- ホットスカーフにより溶削された後の被溶削材の溶削異常を検出する装置であって、
溶削後の被溶削材の表面における高さ分布を計測する高さ計測部と、
溶削後の被溶削材の表面における輝度分布を計測する輝度計測部と、
前記高さ計測部が計測した被溶削材の幅方向における高さ分布と、前記輝度計測部が計測した被溶削材の幅方向における輝度分布に基づいて、溶削異常を検出する溶削異常検出部と、
を備えることを特徴する溶削異常検出装置。 - 前記溶削異常検出部は、前記高さ分布にて予め定められた高さ閾値以上の部分で且つ前記輝度分布にて予め定められた輝度閾値以下の部分を、溶削異常が存在する部分として検出するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶削異常検出装置。
- 前記高さ計測部は、被溶削材の幅方向に向けて光切断線を照射する光照射部と、前記光切断線が照射された被溶削材を撮像する撮像部、を有することを特徴する請求項1または請求項2に記載の溶削異常検出装置。
- 前記輝度計測部は、前記被溶削の表面において光切断線が照射された以外の部分の輝度を計測するように構成されていることを特徴する請求項1〜3のいずれかに記載の溶削異常検出装置。
- 前記輝度計測部は、被溶削材の表面を撮像する撮像部を有しており、
前記輝度計測部の撮像部と前記高さ計測部の撮像部とが、同一のエリアカメラで構成されていることを特徴する請求項1〜4のいずれかに記載の溶削異常検出装置。 - 前記溶削異常検出部の検出結果に基づいて、ホットスカーフにおける溶削条件を変更する溶削条件変更部を含むことを特徴する請求項1〜5のいずれかに記載の溶削異常検出装置。
- ホットスカーフにより溶削された被溶削材表面の溶削異常を検出する方法であって、
溶削後の被溶削材表面における被溶削材の高さ分布を計測する高さ計測ステップと、
溶削後の被溶削材表面における輝度を計測する輝度計測ステップと、
前記高さ計測ステップにて計測した被溶削材の幅方向における高さ分布と、前記輝度計測ステップにて計測した被溶削材の幅方向における輝度分布に基づいて、溶削異常を検出する溶削異常検出ステップとを備えることを特徴する溶削異常検出方法。 - 前記溶削異常検出ステップの検出結果に基づいて、ホットスカーフにおける溶削条件を変更する溶削条件変更ステップを含むことを特徴する請求項7に記載の溶削異常検出方法。
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