JP2014048226A - 条鋼材の形状検査装置及び条鋼材の形状検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】条鋼材の形状検査装置10は、圧延機で圧延中の条鋼材Wの形状を検査する装置であって、条鋼材Wの移送方向に対して交わるように光切断線を照射する光照射部11と、光切断線が照射された条鋼材Wを撮像レンズ13を介して撮像する撮像部12と、撮像部12で撮像された画像内に写り込んだ光切断線に対して三角測量法の原理を適用して、条鋼材Wの形状を検出する形状検出部15と、を備える。
【選択図】図2
Description
条鋼材の表面に生じる表面疵を検査する方法としては、例えば、特許文献1に開示された技術がある。
特許文献2の技術は、条鋼の形状異常を検知する技術であるが、オフライン検査の技術を開示するものであって、条鋼圧延ラインにて製造途中にある条鋼の検査を行う技術を開示するものとはなっていない。
の条鋼材の寸法異常を確実に検査する技術を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の形状検査装置は、圧延機で圧延中の条鋼材の形状を検査する装置であって、前記条鋼材に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条鋼材を撮像レンズを介して撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像内に写り込んだ光切断線に対して三角測量法の原理を適用して、条鋼材の形状を検出する形状検出部と、を備えることを特徴する。
本願出願人らは、条鋼圧延ラインで熱間圧延中の条鋼材の形状をオンラインで検査する装置を開発するにあたり、熱間圧延中の条鋼材は赤熱していることに鑑み、パッシブ方式(自発光方式)の光学センサを利用することを考えた。しかしながら、自発光方式の光学センサは、条鋼材の温度によって材幅両端部の検出位置(座標)が不安定になったり、スケールなどの存在による表面状態の変化でも位置検出や形状検出が不安定になることが明らかとなった。そもそも、自発光方式の光学センサでは、形状計測はできないといった問題もある。
そこで、本願出願人らは、センサ自らが計測のための光を出すアクティブ方式の光学センサを採用することに至った。本発明で用いるアクティブ方式の光学センサは、条鋼材の移送方向に対して交わるように光切断線を照射する光照射部と、光切断線が照射された条鋼材を撮像レンズを介して撮像する撮像部と、撮像部で撮像された画像内に写り込んだ光切断線に対して三角測量法の原理を適用して、条鋼材の形状を検出する形状検出部とを備える。
好ましくは、前記光照射部は、グリーンレーザ光源を備えているとよい。
一方、上記した条鋼材の形状検査装置を用いて、条鋼材の形状の検査を行うに際しては、前記形状検査装置の撮像部で取得した画像を基に、背景輝度以上の輝度を有し且つ最も端部に存在する2つの点を両端位置座標として抽出し、抽出された両端位置座標の差を条鋼材の直径として検出し、検出された直径を基に条鋼材の形状の検査を行うことを特徴とする。
また、上記した条鋼材の形状検査装置を用いて、条鋼材の形状の検査を行うに際しては、前記形状検査装置の撮像部で取得した画像を基に、背景輝度以上の輝度を有し且つ最も端部に存在する2つの点を両端位置座標として抽出し、抽出した両端位置座標を「実測両端位置座標」とし、前記形状検査装置の撮像部で取得した画像において、最小二乗法により円の式に対するフィッティングを行い、前記フィッティングで得られた円の式から、条鋼材の両端位置座標を求め、求めた両端位置座標を本来、両端位置が存在すべき座標である「存在両端位置座標」とし、得られた「実測両端位置座標」と「存在両端位置座標」との差が許容値以上に異なる場合は、条鋼材の形状異常があると判定することを特徴とする。
図1は、条鋼を製造する条鋼圧延ライン1の全体図である。
図1に示すように、条鋼圧延ライン1は、条鋼材Wを製造するものである。なお、条鋼圧延ライン1が製造する条鋼材Wは、棒材であってもよく線材であってもよい。
条鋼圧延ライン1は、上流側から下流側に向けて順に、ビレットなどの鋼片を加熱する加熱炉2、粗圧延装置3、中間列圧延装置4、仕上げ圧延装置5、冷却装置6(水冷帯)が順番に設置されている。
条鋼圧延ライン1においては、まず、加熱炉2内に条鋼の元となるビレット(鋼片)を導入して加熱し、加熱したビレットをデスケーリングする。そして、デスケーリングした鋼片を粗圧延装置3で所定の大きさに粗圧延する。粗圧延装置3の圧延ロール8はHV配列となっており、圧下方向が交互に変更されながら圧延される。中間列圧延装置4や仕上げ圧延装置5では、各圧延ロール8によって断面形状が楕円から丸状になるように圧延されて、最終的に目標とする形状(例えば、丸形状)に圧延される。丸形状に圧延された条鋼材Wは、冷却装置6にて冷却されて、線材であれば巻き取り装置9によって巻き取られ、棒鋼材であれば、デバイディングシャー(図示せず)により所定の長さに切断される。
以下、形状計測装置10について詳しく説明する。
形状計測装置10は、圧延されて移送されつつある条鋼材Wの表面に対し、その幅方向(移送方向に略直角方向)にシート状乃至はライン状のレーザ光、すなわち光切断線Sを照射する光照射部11を備えている。光照射部11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シート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。
さらに、形状計測装置10は、光切断線Sが照射された条鋼材Wの表面を撮像する撮像部12を有している。本実施形態の場合、撮像部12はCCDカメラ(エリアカメラ)で構成されている。光照射部11と撮像部12は、挟み角αを設けた光切断法(三角測量法)の配置とされている。
撮像部12で撮像された光切断線Sを含む画像は、形状検出部15へと送られる。形状
検出部15では、送られてきた画像をフレームメモリに取り込み、このフレームメモリ及び当該フレームメモリが内蔵されたコンピュータを利用して、撮像部12で撮像された画像に二値化などの処理を施すことで、光切断線Sのみが抽出される。
ところで、条鋼材Wの3次元形状を正確に検出するためには、光切断線Sの座標を正しく割り出すことが不可欠である。特に、条鋼材Wの材幅を正確に検出するためには、光切断線Sの両端部(上下端部)の座標を正しく割り出すことが必要である。
[判定処理1]
まず、判定処理1としては、撮像部12で取得した画像より、背景輝度以上の輝度のうち、最も端部(上端部、下端部)に存在する2つの点を両端位置として抽出し、その両端位置(両端座標)の差を材幅(断面幅)として出力するようにしている。材幅を正確に知るためには、画像上での両端位置をサブピクセルの精度で検出することが好ましい。
[判定処理2]
また、判定処理2として、図4(a)に示す如く、撮像部12で取得した画像の原点近傍において、例えば100ピクセル×100ピクセルの探索領域を設定する(図4(a)において(1)と記された矩形)。この矩形領域内において輝度の平均値を計算し、得られた輝度値を背景輝度(閾値)とする。その後、X方向に沿った走査ライン毎に、計算した背景輝度以上の輝度を有し、且つ1ライン上で最大輝度となる画素位置を探索する。この走査をY方向に順に行ってゆく(図4(b)で(2)と記された処理)。
なお、圧延中の条鋼材Wの場合、位置変動や振動等が加わり、両端座標位置を安定に検出することが難しい場合であっても、本発明の形状計測装置10においては、撮像レンズ13がテレセントリックレンズとされているため、条鋼材Wが前後に移動したり上下にブレたりしても条鋼材Wのサイズが変動しない。それ故、常に条鋼材Wの材幅を正確に求めることができる。
ところで、圧延中の条鋼材Wの場合、両端部が湾曲しており、両端部に対応する光切断線Sがきれいに抽出できるとは限らない。斯かる状況に対応して正確に断面寸法を検出する方法について、判定処理3として述べる。
[判定処理2’]
ところで、圧延中の条鋼材Wの材幅を求める処理として、判定処理2に代えて、以下に述べる手法も採用可能である(判定処理2’)。
上下2つの座標)を光切断線Sの両端座標値とする。得られた両端座標値の上下差を求めることで、条鋼材Wの材幅を求めることができる。
[判定処理3]
判定処理3としては、図4(b)に示す如く、撮像部12で取得した画像において、光切断線Sの頂点座標(最も高い点)を抽出する。その後、抽出した頂点座標から±β角度(βは最大90°、実験的に求めて設定した値)の範囲の光切断線Sの各点座標を用い、円の式(X2+Y2=R2)に対して最小二乗法によりフィッティングを行うようにする。このフィッティング操作で得られた円の式を基に、最も確からしい2R(直径)、すなわち材幅を求めるようにしている。
なお、βの値を小さいもの(β=45〜60°程度)とすることで、材幅値をより高精度に求めることが可能である。
[判定処理4]
ところで、圧延後の条鋼材Wの形状を監視する場合、材幅のみでは管理しきれない「はみ出し(条鋼材Wの材料が一方にはみ出すようになる)」や「欠損(条鋼材Wの一部がへこんだ形となる)」が問題となる(図5参照)。圧延機を通過する棒鋼の中心軸がズレた場合、はみ出し量と欠損量が同程度になると、材幅値としては変化無いが、圧延形状としては不適(NG品)である。
判定処理4では、まず、判定処理1や判定処理2を用いて、材幅を求めると共に、条鋼材Wの両端位置座標(上端座標及び下端座標)を算出し記録しておく。判定処理1,2で得られた両端位置座標を「実測した両端位置座標」とする。
その上で、本来両端位置が存在すべき座標(X,Y)(判定処理3で得られた座標値)と、実測した両端位置座標(X’,Y’)(判定処理1,2で得られた座標値)が許容値以上に異なる場合は、形状異常があると判定する。
以上述べたように、条鋼材Wの移送方向に対して交わるように光切断線Sを照射する光照射部11と、光切断線Sが照射された条鋼材Wをテレセントリックレンズ13を介して撮像する撮像部12と、撮像部12で撮像された画像内に写り込んだ光切断線Sに対して三角測量法の原理を適用して、条鋼材Wの形状を検出する形状検出部15と、を備える条鋼材Wの形状検査装置10を用いることで、条鋼圧延ライン1で圧延中の条鋼材Wの寸法異常を確実に検査することができるようになる。
2 加熱炉
3 粗圧延装置
4 中間列圧延装置
5 仕上げ圧延装置
6 冷却装置
7 圧延スタンド
8 圧延ロール
9 巻き取り装置
10 形状計測装置
11 光照射部
12 撮像部
13 撮像レンズ
14 光学フィルタ
15 形状検出部
W 条鋼材
S 光切断線
Claims (7)
- 条鋼圧延ラインで圧延中の条鋼材の形状を検査する装置であって、
前記条鋼材に交わるように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条鋼材を撮像レンズを介して撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像内に写り込んだ光切断線に対して三角測量法の原理を適用して、条鋼材の形状を検出する形状検出部と、
を備えることを特徴する条鋼材の形状検査装置。 - 前記撮像レンズが、テレセントリックレンズとされていることを特徴する請求項1に記載の条鋼材の形状検査装置。
- 前記光照射部は、グリーンレーザ光源を備えていることを特徴する請求項1又は2に記載の条鋼材の形状検査装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載された条鋼材の形状検査装置を用いて、条鋼材の形状の検査を行うに際しては、
前記形状検査装置の撮像部で取得した画像を基に、背景輝度以上の輝度を有し且つ最も端部に存在する2つの点を両端位置座標として抽出し、抽出された両端位置座標の差を条鋼材の直径として検出し、検出された直径を基に条鋼材の形状の検査を行うことを特徴とする条鋼材の形状検査方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載された条鋼材の形状検査装置を用いて、条鋼材の形状の検査を行うに際しては、
前記形状検査装置の撮像部で取得した画像において、最小二乗法により円の式に対するフィッティングを行い、前記フィッティングで得られた円の式を基に、条鋼材の直径を求め、求められた直径を基に条鋼材の形状の検査を行うことを特徴とする条鋼材の形状検査方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載された条鋼材の形状検査装置を用いて、条鋼材の形状の検査を行うに際しては、
前記形状検査装置の撮像部で取得した画像を基に、背景輝度以上の輝度を有し且つ最も端部に存在する2つの点を両端位置座標として抽出し、抽出した両端位置座標を「実測両端位置座標」とし、
前記形状検査装置の撮像部で取得した画像において、最小二乗法により円の式に対するフィッティングを行い、前記フィッティングで得られた円の式から、条鋼材の両端位置座標を求め、求めた両端位置座標を本来、両端位置が存在すべき座標である「存在両端位置座標」とし、
得られた「実測両端位置座標」と「存在両端位置座標」との差が許容値以上に異なる場合は、条鋼材の形状異常があると判定することを特徴とする条鋼材の形状検査方法。 - 前記フィッティングを行うに際しては、光切断線の頂点座標を抽出し、抽出した頂点座標から所定の範囲にある光切断線の各点座標を用いて、最小二乗法により円の式に対するフィッティングを実施することを特徴とする請求項5又は6に記載の条鋼材の形状検査方法。
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