JP2023053825A - 圧延ロールの表面欠陥検出装置、及び表面欠陥検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、光学的に表面から反射又は拡散した光をカメラで受光させる方式では、表面からの反射光が減衰し、その中に存在する欠陥を捉えることが困難であった。
また、一皮研削後の目視検査は、比較的深い凹みの欠陥については有効な検査方法である。しかし、表層を研削しているため、凸状の欠陥や極浅い凹み欠陥を消失させてしまう問題があった。
本実施形態の表面欠陥検出装置は、図1及び図2に示すように、回転機構、往復台6、変位センサ7、レーザ距離計9A、9B、制御部10を備える。
制御部10は、図3に示すように、進退制御部10A、欠陥位置演算部10B、欠陥選別部10D、可視化処理部10E、集計部10F、形状表示部10Gを備える。
回転機構は、圧延ロール1を軸回転させる機構である。
圧延ロール1はチョック2(軸受)付の状態で装置に設置される。圧延ロール1は、一方の軸が芯押台3に接続され、他方の軸が主軸台4に接続される。主軸台には他方の軸を回転駆動する、単軸サーボモータなどからなるモータ4Aが配置されている。そして、該モータ4Aを駆動することで、圧延ロール1が軸回転可能となっている。
符号5は回転検出器であり、モータ4Aの回転を検出する。
圧延ロール1の側方に、ロールグラインダー往復台6が配置されている。
往復台6は、圧延ロール1の軸方向に沿った方向と平行な方向である往復方向に移動可能となっている。軸方向に沿った方向と平行な方向と規定したのは、軸と完全に平行でなくても良いことを示すためである。
変位センサ7は、往復台6に支持され、圧延ロール1に正対(対向)するように配置されている。変位センサ7は、圧延ロール1のロール表面までの距離を測定する。変位センサ7は、公知の変位センサを採用すればよい。
変位センサ7を、往復台6に対し、ロール表面に向けて進退させる進退機構8を備える。
進退機構8は、直動案内装置その他のサーボ機構からなる。
往復台6には、変位センサ7の進退方向の左右両側に2次元レーザ距離計9A、9Bが設置されている。
具体的には、変位センサ7の設置位置に対し上記往復方向における変位センサ7の移動方向上流側位置及び下流側位置に、レーザ距離計9A、9Bが設けられている。少なくとも上流側のレーザ距離計9Aを有していれば良い。
レーザ距離計9A、9Bは、距離検出センサを構成し、ロール表面までの距離を検出する。
変位センサ7の測定分解能は、レーザ距離計9A、9Bの測定分解能よりも優れていても良い。
制御部10は、進退制御部10Aを備える。
進退制御部10Aは、レーザ距離計9A、9Bが検出した距離に応じて、進退機構8を介して、変位センサ7をロール表面に向けて進退させる処理を行う。例えば、進退制御部10Aは、レーザ距離計9A、9Bの検出値に基づき、変位センサ7がロール表面と対向する位置と判定すると、変位センサ7とロール表面との干渉を回避しつつ、変位センサ7をロール表面に接近させる。接近させることで、測定値の精度を向上させる。
このとき、圧延ロール1はチョック2付の状態であり、ロール径とチョック2の組合せによっては、変位センサ7がチョック2と干渉する可能性がある。例えば、図2のように、圧延ロール1の径よりも、チョック2が往復台6側に張り出している場合がある。このとき、変位センサ7を事前設定した圧延ロール1に対する適正な距離基準へと近接させた状態とすると、変位センサ7がチョック2と干渉してしまう。
ここで、往復台6は、検査時には、回転検出器の検出に基づくロールの回転速度(一定の速度)に応じた一定の移動速度で進退方向の一方に移動させる。
また、変位センサ7がロール表面と近接してロール表面までの距離を測定する途中でも、レーザ距離計9A、9Bの検出情報によって、変位センサ7がロール表面と干渉することをより確実に回避可能となる。
以上の構成では、圧延ロール1を一定の回転数、往復台6を一定速度で稼動させながら、変位センサ7で連続測定を行うことで、図5のように、圧延ロール1のロール表面を螺旋状に測定する。なお、図5では、スキャン方向がロール回転方向に対し傾斜していないが、実際には、若干ロール回転方向に対し傾斜した方向にスキャンされる。変位センサ7が測定した変位データ(距離データ)が表面変位データとなる。
また、変位センサ7を、ロールの軸方向に複数配置して、領域毎に各変位センサ7でそれぞれ測定してもよい。
制御部10は、欠陥位置演算部10Bを備える。欠陥位置演算部10Bは、取得した表面変位データの組から、ロール表面の欠陥位置を求める処理を行う。
なお、移動平均値として、簡易的なロールプロフィール測定値を用いても良い。
制御部10は欠陥形状演算部10Cを備える。
欠陥形状演算部10Cは、2次元の変位情報における、欠陥位置及びその近傍の表面変位データ(表面変位量のデータ)を、図6のように連結処理することで、各表面欠陥20を3次元形状として検出する。これによって、1つの表面欠陥を、最大幅、最大長、最大深さという3次元の特徴量で表現可能とする(図7参照)。例えば、変位量の連続した変化(勾配)によって、1つの表面欠陥を3次元的に抽出可能である。なお、幅方向はロール軸方向であり、長さはロール周方向(ロール回転方向)である。
図9中、2次元マップにおいて、○が検出した欠陥位置20Aであり、△が、欠陥位置よりも凹凸量が小さい測定異常(閾値未満の欠陥位置)の部分である。図9の例では、その欠陥位置20A及び測定異常のデータが連続する領域のデータを連結して1つの表面欠陥20とみなしている。
制御部10は、欠陥選別部10Dを備える。
欠陥選別部10Dは、欠陥形状演算部10Cが求めた各表面欠陥を、3次元形状を特定する3次元の特徴量から、その表面欠陥が検出すべき表面欠陥か否かを選別する。
例えば、深さが深くても、幅及び長さが小さければ欠陥として無視出来る場合がある。
制御部10は、可視化処理部10Eを備える。
可視化処理部10Eは、2次元の変位情報を2次元マップとして可視化する処理を行う。
可視化処理部10Eは、図8のように、2次元マップ上に、表面欠陥20の位置を表示することで表面欠陥を可視化して表示する処理を行う。
制御部10は、集計部10Fを備える。
集計部10Fは、各エリアに存在する表面欠陥の数を集計する。すなわち、区切られた各エリアに存在する表面欠陥20の数や変位量の統計値を集計する処理を行う。
制御部10は、形状表示部10Gを備える。
形状表示部10Gは、欠陥形状演算部10Cの演算に基づき、検出した表面欠陥を、図9のように、3次元形状で表示する。
回転検出器5からの検出値に基づき、検出する位置を0°基準として、設定されたロール回転速度、往復台6の移動速度を基に、変位センサ7の測定データから、ロール表面の2次元の変位情報を2次元マッピングとして作成して表示する。
例えば、マッピングでは白黒256色階調表示をすることで変位量を可視化する。
閾値外れ値について連続するデータについては、図6のように、同一の欠陥候補として結合処理を行う。結合処理されたデータは、幅方向(軸方向)、円周方向、深さ方向の最大データからなる3次元の特徴量として算出する。
メッシュは、例えば、幅50mm、円周方向に45°毎のメッシュである。分割する複数の区分は、さらに細かいメッシュであっても良い。
また、マッピングの拡大画像や選択した欠陥部の3次元形状を表示する構成としても良い。この場合、欠陥の状態を、平面、側面、斜面の視野で表示できる。
(その他)
(1)圧延ロールの表面欠陥を検出する表面欠陥検出装置であって、
上記圧延ロールを軸回転させる回転機構と、
上記圧延ロールの表面に検出部が対向し圧延ロールのロール表面までの距離を測定する変位センサと、
上記変位センサを支持し、上記圧延ロールの軸方向に沿った方向と平行な方向である往復方向に移動可能な往復台と、
を備える。
(2)上記変位センサを上記ロール表面に向けて進退させる進退機構を備える。
(3)上記変位センサの設置位置に対し上記往復方向における上記変位センサの移動方向上流側位置で、上記往復台に支持されて、上記ロール表面までの距離を検出する距離検出センサと、
上記距離検出センサが検出した距離に応じて、進退機構を介して、上記変位センサを進退させる進退制御部と、
を備え、
上記進退制御部は、上記距離検出センサの検出値に基づき、上記変位センサがロール表面と対向する位置と判定すると、上記変位センサを上記ロール表面に接近させる。
(4)上記変位センサが測定した表面変位データに基づき、上記ロール表面の欠陥位置を求める欠陥位置演算部を備える。
(5)上記欠陥位置演算部は、上記変位センサが測定した表面変位データの移動平均値をロール表面基準値とし、そのロール表面基準値との差が予め設定した閾値を超える表面変位データの位置を欠陥位置とする。
(6)上記欠陥位置演算部は、上記変位センサが測定した表面変位データから、ロール表面のうちの検出領域を平面展開した2次元の変位情報を求める。
(7)上記欠陥位置演算部は、上記表面変位データの移動平均値から決定されるロール表面基準面を求め、上記2次元の変位情報と上記ロール表面基準面とから、上記2次元の変位情報における、上記ロール表面基準面からの偏差が予め設定した閾値を越える部分を欠陥位置とする。
(8)上記表面変位データを連結処理することで、1つの表面欠陥を、最大幅、最大長、最大深さという3次元の特徴量で表現する欠陥形状演算部を備える。
(9)上記3次元の特徴量から上記表面欠陥が検出すべき表面欠陥か否かを選別する欠陥選別部と備える。
(10)上記2次元の変位情報を2次元マップとして可視化する可視化処理部を備える。
(11)上記可視化処理部は、上記2次元マップ上に、欠陥位置を表示することで表面欠陥を可視化する。
(12)上記可視化処理部は、上記2次元マップを複数のエリアに区分し、上記欠陥位置が存在するエリアを可視化する。
(13)上記各エリアに存在する表面欠陥の数を集計する集計部を備える。
(14)検出した表面欠陥を3次元形状で表示する形状表示部を備える。
(15)圧延ロールの表面欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、
上記圧延ロールのロール表面に変位センサを対向配置し、上記圧延ロールを軸回転させながら、上記変位センサを上記圧延ロールの軸方向に沿った方向と平行な方向である往復方向に移動させることで、上記変位センサでロール表面までの表面変位データを連続的に測定し、連続して測定した表面変位データから、表面欠陥を検出する。
(16)上記変位センサを上記ロール表面に向けて進退可能に構成し、
上記往復方向における上記変位センサの移動方向上流にロール表面までの距離を検出する距離検出センサを有し、上記距離検出センサの検出値に基づき、上記変位センサのロール表面からの距離を調整して、上記変位センサとロール表面との干渉を回避する。
(17)上記変位センサが連続的に測定した表面変位データの移動平均値をロール表面基準値とし、そのロール表面基準値との差が予め設定した閾値を超える、表面変位データの位置を欠陥位置とする。
(18)上記変位センサが連続して測定した表面変位データから、ロール表面のうちの検出領域を平面展開した2次元の変位情報を求める。
(19)上記表面変位データの移動平均値から決定されるロール表面基準面と上記2次元の変位情報とから、上記2次元の変位情報における、上記ロール表面基準面からの偏差が予め設定した閾値を越える部分を欠陥位置とする。
(20)上記表面変位データを連結処理することで、1つの表面欠陥を、最大幅、最大長、最大深さという3次元の特徴量で表現する。
(21)上記3次元の特徴量から、表面欠陥が検出すべき表面欠陥か否かを選別する。
(22)上記2次元の変位情報を2次元マップとして可視化して表示する。
(23)上記2次元マップ上に、欠陥位置を表示する。
(24)上記2次元マップを複数のエリアに区分し、上記欠陥位置が存在するエリアを可視化表示する。
(25)上記表示するエリアに存在する表面欠陥の数を集計する。
(26)検出した表面欠陥を3次元形状で表示する。
2 チョック
4A モータ(回転機構)
6 往復台
7 変位センサ
8 進退機構
9A、9B レーザ距離計(距離検出センサ)
10 制御部
10A 進退制御部
10B 欠陥位置演算部
10C 欠陥形状演算部
10D 欠陥選別部
10E 可視化処理部
10F 集計部
10G 形状表示部
20 表面欠陥
20A 欠陥位置
30 エリア
Claims (26)
- 圧延ロールの表面欠陥を検出する表面欠陥検出装置であって、
上記圧延ロールを軸回転させる回転機構と、
上記圧延ロールの表面に検出部が対向し圧延ロールのロール表面までの距離を測定する変位センサと、
上記変位センサを支持し、上記圧延ロールの軸方向に沿った方向と平行な方向である往復方向に移動可能な往復台と、
を備えることを特徴とする表面欠陥検出装置。 - 上記変位センサを上記ロール表面に向けて進退させる進退機構を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記変位センサの設置位置に対し上記往復方向における上記変位センサの移動方向上流側位置で、上記往復台に支持されて、上記ロール表面までの距離を検出する距離検出センサと、
上記距離検出センサが検出した距離に応じて、進退機構を介して、上記変位センサを進退させる進退制御部と、
を備え、
上記進退制御部は、上記距離検出センサの検出値に基づき、上記変位センサがロール表面と対向する位置と判定すると、上記変位センサを上記ロール表面に接近させる、
ことを特徴とする請求項2に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記変位センサが測定した表面変位データに基づき、上記ロール表面の欠陥位置を求める欠陥位置演算部を備える、
ことを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか1項に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記欠陥位置演算部は、上記変位センサが測定した表面変位データの移動平均値をロール表面基準値とし、そのロール表面基準値との差が予め設定した閾値を超える表面変位データの位置を欠陥位置とする、
ことを特徴とする請求項4に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記欠陥位置演算部は、上記変位センサが測定した表面変位データから、ロール表面のうちの検出領域を平面展開した2次元の変位情報を求める、
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記欠陥位置演算部は、上記表面変位データの移動平均値から決定されるロール表面基準面を求め、上記2次元の変位情報と上記ロール表面基準面とから、上記2次元の変位情報における、上記ロール表面基準面からの偏差が予め設定した閾値を越える部分を欠陥位置とする、
ことを特徴とする請求項6に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記表面変位データを連結処理することで、1つの表面欠陥を、最大幅、最大長、最大深さという3次元の特徴量で表現する欠陥形状演算部を備える、
ことを特徴とする請求項7に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記3次元の特徴量から上記表面欠陥が検出すべき表面欠陥か否かを選別する欠陥選別部と備える、
ことを特徴とする請求項8に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記2次元の変位情報を2次元マップとして可視化する可視化処理部を備える、
ことを特徴とする請求項6~請求項9のいずれか1項に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記可視化処理部は、上記2次元マップ上に、欠陥位置を表示することで表面欠陥を可視化する、
ことを特徴とする請求項10に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記可視化処理部は、上記2次元マップを複数のエリアに区分し、上記欠陥位置が存在するエリアを可視化する、
ことを特徴とする請求項11に記載した表面欠陥検出装置。 - 上記各エリアに存在する表面欠陥の数を集計する集計部を備える、
ことを特徴とする請求項12に記載した表面欠陥検出装置。 - 検出した表面欠陥を3次元形状で表示する形状表示部を備える、
ことを特徴とする請求項8~請求項13のいずれか1項に記載した表面欠陥検出装置。 - 圧延ロールの表面欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、
上記圧延ロールのロール表面に変位センサを対向配置し、上記圧延ロールを軸回転させながら、上記変位センサを上記圧延ロールの軸方向に沿った方向と平行な方向である往復方向に移動させることで、上記変位センサでロール表面までの表面変位データを連続的に測定し、連続して測定した表面変位データから、表面欠陥を検出する、
ことを特徴とする表面欠陥検出方法。 - 上記変位センサを上記ロール表面に向けて進退可能に構成し、
上記往復方向における、上記変位センサの移動方向上流にロール表面までの距離を検出する距離検出センサを有し、上記距離検出センサの検出値に基づき、上記変位センサのロール表面からの距離を調整して、上記変位センサとロール表面との干渉を回避する、
ことを特徴とする請求項15に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記変位センサが連続的に測定した表面変位データの移動平均値をロール表面基準値とし、そのロール表面基準値との差が予め設定した閾値を超える、表面変位データの位置を欠陥位置とする、
ことを特徴とする請求項15又は請求項16に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記変位センサが連続して測定した表面変位データから、ロール表面のうちの検出領域を平面展開した2次元の変位情報を求める、
ことを特徴とする請求項17に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記表面変位データの移動平均値から決定されるロール表面基準面と上記2次元の変位情報とから、上記2次元の変位情報における、上記ロール表面基準面からの偏差が予め設定した閾値を越える部分を欠陥位置とする、
ことを特徴とする請求項18に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記表面変位データを連結処理することで、1つの表面欠陥を、最大幅、最大長、最大深さという3次元の特徴量で表現する、
ことを特徴とする請求項19に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記3次元の特徴量から、表面欠陥が検出すべき表面欠陥か否かを選別する、
ことを特徴とする請求項20に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記2次元の変位情報を2次元マップとして可視化して表示する、
ことを特徴とする請求項18~請求項21のいずれか1項に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記2次元マップ上に、欠陥位置を表示する、
ことを特徴とする請求項22に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記2次元マップを複数のエリアに区分し、上記欠陥位置が存在するエリアを可視化表示する、
ことを特徴とする請求項23に記載した表面欠陥検出方法。 - 上記表示するエリアに存在する表面欠陥の数を集計する、
ことを特徴とする請求項24に記載した表面欠陥検出方法。 - 検出した表面欠陥を3次元形状で表示する、
ことを特徴とする請求項18~請求項25のいずれか1項に記載した表面欠陥検出方法。
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