JP2013205381A - 冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥の検出率をアップすることで、冷間圧延時における鋼帯の破断をより確実に防止する。
【解決手段】冷間圧延工程より前工程のライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内をカメラで漏れなく連続的に撮像し（Ｓ１）、撮像して得られた画像の位置情報をデータ処理手段により当該画像に対応付け（Ｓ２）、画像解析装置により、前記カメラが撮像して得られた画像を格子状のセグメントに分割し、各セグメントにおける平均濃度および、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定し（Ｓ３：ＹＥＳ）、その判定がなされた場合に、欠陥を検出した旨を報知手段により報知する（Ｓ５）。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システムに関する。特に、冷間圧延機に通板する前の鋼帯中に疵、介在物などの欠陥が存在することに起因して冷間圧延時に鋼帯が破断してしまうことを防止するための方法およびシステムに関する。

周知のとおり、ホットコイルを常温で製品の厚さにまで圧延する冷延鋼帯の製造工程では、まず、酸洗設備でホットコイル（鋼帯）の表面に生じた酸化スケールが酸洗され、次に、サイドトリマー設備でその鋼帯のエッジがカットされて所定の製品幅に調整される。そして、エッジがカットされた鋼帯は冷間圧延機でさらに薄く圧延され冷延鋼帯（冷延コイル）とされる。

冷間圧延機で鋼帯が圧延される際、鋼帯に張力が掛かるため、鋼帯内に疵、介在物などの欠陥が存在すると、その欠陥が原因となって鋼帯が破断することがある。

特開２０１０−９１４６０号公報

冷間圧延時における鋼帯の破断は、ホットコイルの先端および尾端から所定範囲内で欠陥が多く発生しており、その欠陥が破断の一因となっていることが知られている。これを踏まえて、酸洗・冷延設備にホットコイルを繰り出す前に、予めホットコイルの先尾端からそれぞれ所定範囲を切除することで、冷間圧延時に鋼帯の先尾端近傍での破断は減少したものの、歩留まりが大幅に悪化するという問題があった。また、鋼帯の先尾端以外に存在する欠陥を原因とする冷間圧延時における鋼帯破断を防止できない点でも問題があった。

そこで、光透過式の欠陥検出器により鋼帯の下面を蛍光灯で照らしながら、鋼帯の上方に設置したカメラに入る光の量を監視し、下から投光された光が鋼帯の欠陥（穴、割れ、疵等）を透過してカメラに入った場合に鋼帯中の欠陥を検出することで、冷間圧延時における鋼帯破断を防止する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、冷間圧延時における鋼帯破断の原因となる欠陥には光を透過しないものがあり、そのような欠陥に対しては光透過式の欠陥検出器は無力であった。このように、光を透過しない欠陥としては、鋼帯の厚さ方向に対して斜め方向に形成された割れ、鋼帯の幅方向の線状疵、ガウジなどがある。

その他、冷間圧延時に鋼帯が破断することによる問題として、鋼帯が破断した時に冷間圧延機を停止しなければならないことによる生産効率の低下や、作業オペレータの負荷増大などがある。

本発明は既述の問題点に鑑みて創案されたものであり、冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥の検出率をアップすることで、冷間圧延時における鋼帯の破断をより確実に防止することができる方法およびシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」は、冷間圧延工程より前工程のライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内をカメラで漏れなく連続的に撮像する撮像ステップと、画像解析装置により、前記カメラが撮像して得られた画像を格子状のセグメントに分割し、各セグメントにおける平均濃度および、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定する欠陥判定ステップと、前記画像解析装置により画像に欠陥が含まれていると判定された場合に欠陥を検出した旨を報知手段により報知する欠陥報知ステップと、を含む、ことを特徴とするものである。

かかる構成を含む「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」によれば、鋼帯の撮像範囲に欠陥が含まれている場合、冷間圧延機に当該欠陥が送り込まれる前に、欠陥を検出した旨が報知されるので、冷間圧延機に通板した鋼帯が破断してしまうことを未然に防止することができる。しかも、画像が格子状に分割されたセグメント間での濃度差に基づいて欠陥が検出されるので、光を透過するタイプの欠陥はもちろん、光を透過しないタイプの欠陥も検出される。その結果、欠陥の検出率が向上し、冷間圧延時における鋼帯の破断がより確実に防止されるようになる。

上記構成を含む「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」において、前記カメラが撮像して得られた画像の位置情報をデータ処理手段により当該画像に対応付ける位置情報対応付けステップをさらに含み、前記欠陥検出報知ステップにおいて前記報知手段により、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けられた位置情報を報知する、ものとすることが望ましい。

かかる構成を含む「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」によれば、欠陥の検出が報知される際に、併せて欠陥の位置情報も報知されるので、鋼帯において欠陥の存在する部位を容易に特定することができる。

既述の構成を含む「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」において、前記冷間圧延工程より前工程に、酸洗工程、リンス工程、乾燥工程およびサイドトリミング工程が含まれている場合は、前記撮像ステップにおいて、前記カメラは、前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するものとすることが望ましい。

かかる構成を含む「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」によれば、カメラが前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯を撮像するので、サイドトリミング工程において鋼帯に付着する潤滑油（切削油）の影響を受けずに鋼帯の画像解析を行うことができる。その結果、油模様などを欠陥として誤検出してしまうことを防止できる。

本発明の「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」は、冷間圧延工程より前工程のライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するカメラと、前記カメラが撮像して得られた画像を格子状のセグメントに分割し、各セグメントにおける平均濃度および、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定する画像解析装置と、前記画像解析装置が何れかの画像に欠陥が含まれていると判定した場合に欠陥を検出した旨を報知する報知手段と、を備えることを特徴としている。

かかる構成を備える「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」によれば、鋼帯の撮像範囲に欠陥が含まれている場合、冷間圧延機に当該欠陥が送り込まれる前に、欠陥を検出した旨が報知されるので、冷間圧延機に通板した鋼帯が破断してしまうことを未然に防止することができる。しかも、画像が格子状に分割されたセグメント間での濃度差に基づいて欠陥が検出されるので、光を透過するタイプの欠陥はもちろん、光を透過しないタイプの欠陥も検出される。その結果、欠陥の検出率が向上し、冷間圧延時における鋼帯の破断がより確実に防止されるようになる。

上記構成を備える「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」において、前記カメラが撮像して得られた画像の鋼帯における位置情報を当該画像に対応付けるデータ処理手段をさらに備え、前記報知手段は、前記画像解析装置が何れかの画像に欠陥が含まれていると判定した場合に、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けられた位置情報を報知する、ものとすることが望ましい。

かかる構成を備える「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」によれば、欠陥の検出が報知される際に、併せて欠陥の位置情報も報知されるので、鋼帯において欠陥の存在する部位を容易に特定することができる。

既述の構成を備える「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」において、前記冷間圧延工程より前工程には、酸洗工程、リンス工程、乾燥工程およびサイドトリミング工程が含まれており、前記カメラは、前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するものである、ものとすることが望ましい。

かかる構成を備える「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」によれば、カメラが前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯を撮像するので、サイドトリミング工程において鋼帯に付着する潤滑油（切削油）の影響を受けずに鋼帯の画像解析を行うことができる。その結果、油模様などを欠陥として誤検出してしまうことを防止できる。

本発明の冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システムによれば、冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥の検出率がアップし、冷間圧延時における鋼帯の破断をより確実に防止することができる。その結果、鋼帯の歩留まり改善、生産効率の向上、作業オペレータの負荷軽減なども期待できる。

酸洗・冷間圧延ラインを示す模式図である。 「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」の構成例を示す図である。 「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」が実行する処理動作の手順を示すフローチャートである。 画像解析装置が行う画像解析手順を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システム」について図面を参照しながら説明する。

図１は酸洗・冷間圧延ライン１を示している。この酸洗・冷間圧延ライン１では、上流側から順に、鋼帯の表面の酸化スケールを酸洗除去する酸洗工程を行う酸洗設備２、塩酸を洗い流すリンス工程を行うリンス設備３、鋼帯を乾燥させる乾燥工程を行うドライヤ設備４、出側第１ルーバー５、鋼帯の両側部をカットするサイドトリミング工程を行うサイドトリマー設備６、出側第２ルーバー７等が設置され、その後に冷間圧延機８が設置されている。

ドライヤ設備４とサイドトリマー設備６との間の位置（より厳密には、ドライヤ設備４と出側第１ルーバー５との間の位置）には、高速ＣＣＤカメラ１０（以下単に「カメラ１０」という。）が設置されている。図２に示すように、このカメラ１０は、画像解析装置１１に接続されており、撮像した画像を順次画像解析装置１１に転送する。画像解析装置１１には、オペレータ操作盤１２、監視モニタ１３、酸洗・冷間圧延ライン１の制御を司るライン制御コンピュータ１４が接続されており、これらと、鋼帯９を照らす照明１５などによって、本実施形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム」が構成される。なお、ライン制御コンピュータ１４はライン上に繰り出された鋼帯９の先尾端の位置情報（トラッキングデータ）を管理している。

本実施形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法」は、図３に示す手順に従って実施される。まず、ステップＳ１において、酸洗・冷間圧延ライン１上を流れる鋼帯９の上面および下面が上下２台の照明１５（図２中は１台のみを表示）によってそれぞれ所定照度で照らされ、上下２台のカメラ１０（図２中は１台のみを表示）により、鋼帯９の上面および下面の両側縁から所定範囲内（本実施形態では鋼帯９の両側縁から５０ｍｍ範囲内）がそれぞれ連続的に撮像される。カメラ１０により撮像された画像は、画像解析装置１１に順次転送される。

カメラ１０によって鋼帯９を撮像する時間間隔は、鋼帯９の移動速度を考慮して鋼帯９の長手方向全体の撮像漏れが生じないように設定される。例えば鋼帯９の移動速度が毎分４８００００ｍｍであり、カメラ１０による鋼帯９の流れ方向の撮像範囲が４０ｍｍである場合は、毎分１２０００回（＝４８００００ｍｍ／４０ｍｍ）以上撮像する必要がある。つまり、毎分１２０００回以上撮像することで、ライン１上を流れる鋼帯９の上記所定範囲を漏れなく連続的に撮像することができる。なお、カメラ１０の撮像範囲を鋼帯９の両側縁から５０ｍｍ範囲内とするのは、これまで冷間圧延時に破断した鋼帯を調査した結果、破断した鋼帯は両側縁から５０ｍｍまでに欠陥が存在していたものが殆どであり、それより中央寄りに欠陥が存在していた鋼帯については破断が殆ど起きていないとの統計結果が得られたからである。

画像解析装置１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を主体に構成される演算処理装置であって、ＲＯＭに組み込まれた画像解析プログラムを実行することで、以下の処理動作を実行する画像解析装置として機能する。

画像解析装置１１は、ステップＳ２において、酸洗・冷間圧延ライン１の運転中、カメラ１０から順次転送されてくる画像と、当該画像の位置情報とを対応付けてＲＡＭに一時記憶する（「データ処理手段」として機能）。画像解析装置１１は、各画像の位置情報を、ライン制御コンピュータ１４から取得するトラッキングデータ（鋼帯９の先尾端位置）とカメラ１０の撮像位置（固定値）とから割り出す。

ステップＳ３において、画像解析装置１１は、順次転送されてくる画像（図４（ａ）参照）を格子状のセグメントに分割し（図４（ｂ）参照）、各セグメントにおける平均濃度を算出する。そして、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定し、何れかの平均濃度の差も所定の閾値を超えていない場合は当該画像に欠陥が含まれていないと判定する。なお、カメラ１０によって撮像された画像の濃度は、被撮像体である鋼帯９の撮像領域における輝度に依存する。疵などの欠陥が鋼帯９の表面に表れている場合、欠陥部分の輝度は周囲より低くなり、画像における欠陥部分の濃度は高くなる。

図４に示す例では画像中に疵１６が含まれており、疵１６を含むセグメント（図４（ｃ）、（ｄ）においてハッチングで示すセグメント）の平均濃度がその周囲のセグメントの平均濃度より高くなり、その差が所定閾値を超えて画像中に欠陥が含まれると判定される。本ステップで画像に欠陥が含まれると判定した場合はステップＳ４へ移行し、欠陥が含まれないと判定した場合はステップＳ６へ移行する。

ステップＳ４において、画像解析装置１１は、画像およびその位置情報を対応付けてハードディスクに保存し、ステップＳ５において、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けた位置情報を監視モニタ１３に出力表示し、併せて、図示しない警報発音器により警報を鳴動させる。これらの表示および鳴動により、ラインオペレータに欠陥を検出した旨を報知する。一方、ステップＳ６においては、画像解析装置１１は、欠陥が含まれないと判定した画像を一時記憶したＲＡＭから消去し、記憶資源の節約を図る。

ステップＳ５において、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けた位置情報がラインオペレータに報知されると、冷間圧延機８に当該欠陥が到達する前に、ライオペレータにより酸洗・冷間圧延ライン１が停止される。そして、ラインオペレータにより、監視モニタ１３に表示された欠陥が確認され、確認された欠陥が鋼帯９の破断に繋がる可能性があれば、ライン操作により欠陥が存在する部位（この部位は報知された位置情報から容易に特定できる）がサイドトリマー設備６まで進められ、欠陥として検出された部位が目視確認される。酸洗・冷間圧延ライン１で生産すべき冷延鋼帯がサイドトリマー設備６を使用してサイドトリミングを実行すべきものであれば、サイドトリミングにて欠陥が除去されているか否かが目視点検され、欠陥が除去されていれば、酸洗・冷間圧延ライン１の運転が再開される。一方、サイドトリミングにて欠陥が除去されていない場合、並びに、酸洗・冷間圧延ライン１で生産すべき冷延鋼帯がサイドトリミングを実行する必要のないものである場合は、ラインオペレータにより当該欠陥の存在する部分のみがハンドシャーなどで除去された後、酸洗・冷間圧延ライン１の運転が再開される。

このように、本実施形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システム」によれば、鋼帯９の上記所定範囲に欠陥が含まれている場合、冷間圧延機８に当該欠陥が到達する前に、ラインオペレータに鋼帯９中に欠陥が含まれることが報知されるので、冷間圧延時において鋼帯９が破断してしまうことを未然に防止することができる。しかも、光を透過するタイプの欠陥はもちろん、光を透過しないタイプの欠陥（例えば鋼帯の厚さ方向に対して斜め方向に形成された割れ、鋼帯の幅方向の線状疵で圧延機内で延性の違いにより穴に進展する欠陥、ガウジなど）も検出報知されるため、光透過式の欠陥検出器を使用するよりも欠陥の検出率が向上し、冷間圧延時における鋼帯の破断をより確実に防止することができる。

また、本実施形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システム」によれば、欠陥の検出が報知される際に、併せて欠陥の位置情報も報知されるので、ラインオペレータは、欠陥の存在する部位を容易に特定できる。その結果、欠陥を除去するための作業等を効率よく行うことができる。

また、本実施形態に係る「冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法および欠陥検出システム」によれば、カメラ１０がドライヤ設備４とサイドトリマー設備６との間のライン上を流れる鋼帯９を撮像するように設置されていることで、サイドトリミング工程において鋼帯９に付着する潤滑油（切削油）の影響を受けずに鋼帯９の画像解析を行うことができる。例えば、サイドトリミング工程の下流側で鋼帯９の画像を撮像し、その画像に基づいて既述の画像解析を実施した場合は、鋼帯９に付着した油を欠陥として誤検出する可能性があるが、本実施形態では、カメラ１０がドライヤ設備４とサイドトリマー設備６との間に設置されているので、そのような誤検出の発生を防止することができる。

なお、既述の実施形態では、熱延鋼帯の連続酸洗・圧延ラインを例に挙げて説明したが、酸洗設備と冷間圧延設備とが別々のラインとなっている場合にも本発明の適用は可能である。この場合、酸洗設備ラインのドライヤ設備の直後に前記カメラ１０を設置することが望ましい。

本発明は、例えば、酸洗・冷間圧延ラインに適用することが可能である。

１ 酸洗・冷間圧延ライン
２ 酸洗設備
３ リンス設備
４ ドライヤ設備
６ サイドトリマー設備
８ 冷間圧延機
９ 鋼帯
１０ 高速ＣＣＤカメラ
１１ 画像解析装置
１３ 監視モニタ
１４ ライン制御コンピュータ
１６ 疵（欠陥）

Claims (6)

1. 冷間圧延工程より前工程のライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内をカメラで漏れなく連続的に撮像する撮像ステップと、
   画像解析装置により、前記カメラが撮像して得られた画像を格子状のセグメントに分割し、各セグメントにおける平均濃度および、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定する欠陥判定ステップと、
   前記画像解析装置により画像に欠陥が含まれていると判定された場合に欠陥を検出した旨を報知手段により報知する欠陥報知ステップと、
   を含む、ことを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法。
2. 請求項１に記載の冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法において、
   前記カメラが撮像して得られた画像の位置情報をデータ処理手段により当該画像に対応付ける位置情報対応付けステップをさらに含み、
   前記欠陥検出報知ステップにおいて前記報知手段により、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けられた位置情報を報知する、ことを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法。
3. 請求項１又は２に記載の冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法において、
   前記冷間圧延工程より前工程には、酸洗工程、リンス工程、乾燥工程およびサイドトリミング工程が含まれており、
   前記撮像ステップにおいて、前記カメラは、前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するものである、ことを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出方法。
4. 冷間圧延工程より前工程のライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するカメラと、
   前記カメラが撮像して得られた画像を格子状のセグメントに分割し、各セグメントにおける平均濃度および、隣接する各セグメント間の平均濃度の差を算出し、何れかの平均濃度の差が所定の閾値を超えている場合に当該画像に欠陥が含まれていると判定する画像解析装置と、
   前記画像解析装置が何れかの画像に欠陥が含まれていると判定した場合に欠陥を検出した旨を報知する報知手段と、
   を備えることを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム。
5. 請求項４に記載の冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システムにおいて、
   前記カメラが撮像して得られた画像の鋼帯における位置情報を当該画像に対応付けるデータ処理手段をさらに備え、
   前記報知手段は、前記画像解析装置が何れかの画像に欠陥が含まれていると判定した場合に、欠陥を検出した旨および当該欠陥を含む画像に対応付けられた位置情報を報知する、ことを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム。
6. 請求項４又は５に記載の冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システムにおいて、
   前記冷間圧延工程より前工程には、酸洗工程、リンス工程、乾燥工程およびサイドトリミング工程が含まれており、
   前記カメラは、前記乾燥工程と前記サイドトリミング工程との間でライン上を流れる鋼帯の両側縁から所定範囲内を漏れなく連続的に撮像するものである、ことを特徴とする冷間圧延機に通板する鋼帯の欠陥検出システム。