JP2023523038A - ２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム及び方法を提供する。上記検出システムは、連続鋳造ビレット（１）の進行方向に沿って順に設置されたエンコーダ（２）、位置検知機構、及び載置ラック（３）を有している。載置ラック（３）には、連続鋳造ビレット（１）の進行方向に沿って順に３次元イメージング機構（４）及び２次元イメージング機構（５）が設置される。位置検知機構はエンコーダ（２）を起動させ、該エンコーダが連続鋳造ビレット（１）の位置情報を記録する。載置ラック（３）にはさらに昇降装置（６）が設置される。３次元イメージング機構（４）は昇降装置（６）に沿って上下動する。載置ラック（３）にはさらに断熱板（７）が設置される。２次元イメージング機構（５）は断熱板（７）より上方に位置し、連続鋳造ビレット（１）は断熱板（７）より下方に位置している。２次元画像データ情報及び３次元画像データ情報を統合して、連続鋳造ビレット（１）の表面にある実際の欠陥を効果的に検出しかつ疑似的な欠陥を除外する。【選択図】図１
Description
本開示は、マシンビジョンに基づいて製品の表面を検出する技術に関し、具体的には、２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム及び方法に関する。
連続鋳造ビレットの表面品質をオンライン検出する分野では、製造現場で２次元イメージング検出技術が応用されてきた。例えば、「連続鋳造ビレット表面のクラックをオンライン検出する方法」という特許文献（中国特許出願番号：２００９１００９２４０８．５）には、照明装置として緑色レーザーライン光源を使用し、ラインスキャンＣＣＤカメラで高温鋳造ビレット表面の画像を取得し、高温鋳造ビレットの表面状態を反映したグレースケール画像を得て、連続鋳造ビレットの表面にある欠陥を検出する方法が開示されているが、高温鋳造ビレットの表面にあるスケールや水膜が干渉するため、実際の欠陥を２次元画像で効果的に識別するのは困難である。
３次元イメージング検出の場合、例えば、「連続鋳造ホットビレットの表面欠陥をレーザー走査イメージングで非破壊的に検出する方法」という特許文献（中国特許出願番号：２０１０１０１６７８８９．４）には、エリアスキャンＣＣＤ走査レーザービームを使用して、連続鋳造ビレットの表面にある欠陥の奥行き情報を得る方法が開示されている。しかしながら、３次元イメージング検出の応用において、クラック状の欠陥は開口部が小さいため、３次元イメージングで効果的に検出するのは困難である。
本開示は、上記した従来技術の欠点に鑑み、２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム及び方法を提供することを目的とする。２次元及び３次元の画像データ情報を統合することで、連続鋳造ビレットの表面にある実際の欠陥が効果的に検出され、疑似的な欠陥が除外される。
上記目的を達成するために、本開示では、以下の技術的な解決手段を用いている。
一態様において、２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システムは、連続鋳造ビレットの進行方向に沿って順に設置されたエンコーダ、位置検知機構、及び載置ラックを有し、
上記載置ラックには、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿って順に３次元イメージング機構及び２次元イメージング機構が設置され、
上記位置検知機構は上記エンコーダを起動させるのに用いられ、該エンコーダは上記連続鋳造ビレットの位置情報を記録するのに用いられ、
上記載置ラックにはさらに昇降装置が設置され、上記３次元イメージング機構は上記昇降装置に沿って上下動し、
上記載置ラックにはさらに断熱板が設置され、上記２次元イメージング機構は上記断熱板より上方に位置し、上記３次元イメージング機構は検出中に上記断熱板の下で検出位置まで移動でき、かつ検出が完了したら上記断熱板の最上部まで上昇でき、上記連続鋳造ビレットは上記断熱板より下方に位置している。
上記載置ラックには、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿って順に３次元イメージング機構及び２次元イメージング機構が設置され、
上記位置検知機構は上記エンコーダを起動させるのに用いられ、該エンコーダは上記連続鋳造ビレットの位置情報を記録するのに用いられ、
上記載置ラックにはさらに昇降装置が設置され、上記３次元イメージング機構は上記昇降装置に沿って上下動し、
上記載置ラックにはさらに断熱板が設置され、上記２次元イメージング機構は上記断熱板より上方に位置し、上記３次元イメージング機構は検出中に上記断熱板の下で検出位置まで移動でき、かつ検出が完了したら上記断熱板の最上部まで上昇でき、上記連続鋳造ビレットは上記断熱板より下方に位置している。
上記３次元イメージング機構及び上記２次元イメージング機構はそれぞれカメラ及び光源を有することが好ましい。
上記３次元イメージング機構の上記カメラはエリアスキャンカメラであり、上記３次元イメージング機構の上記光源はライン構造化レーザー光源であることが好ましい。
上記２次元イメージング機構の上記カメラはラインスキャンカメラであることが好ましい。
上記断熱板には、上記２次元イメージング機構に対応する２次元イメージングチャネル及び上記３次元イメージング機構に対応する３次元イメージングチャネルが設置され、上記３次元イメージングチャネルと上記３次元イメージング機構との間にプッシュプル断熱装置が配置されていることが好ましい。
上記プッシュプル断熱装置はシリンダによって駆動して、上記３次元イメージングチャネルより上方を移動することで、上記３次元イメージングチャネルを遮断又は露出させることが好ましい。
上記３次元イメージング機構には断熱保護装置が設置されていることが好ましい。
上記断熱保護装置は、回転軸を介して上記３次元イメージング機構のイメージングウインドウの周りを回転することが好ましい。
上記位置検知機構は光電子センサであり、送信端及び受信端を有することが好ましい。
別の態様において、本開示は、２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出方法であって、上記２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システムが、上記３次元イメージング機構と上記２次元イメージング機構との相対位置関係に基づき、上記３次元イメージング機構及び上記２次元イメージング機構によって収集したデータ情報を統合することで、上記連続鋳造ビレットの表面にある欠陥を検出及び識別する方法を提供する。
上記検出方法は、上記２次元イメージング機構の中心点と上記光電子センサの送信端との水平距離をＤとし、上記２次元イメージング機構の中心点と上記３次元イメージング機構の中心点との水平距離をＬとした場合、
上記連続鋳造ビレットが上記光電子センサを通過したら、上記光電子センサの送信端と受信端との間の光電信号が遮断され、上記システムは上記エンコーダから信号を取得して、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿ってその位置情報の記録を開始し、
上記連続鋳造ビレットの頭部が上記光電子センサを通過して累積移動距離がＤ－Ｌに到達すると、上記３次元イメージング機構が作動し始め、上記累積距離がＤに到達すると、上記２次元イメージング機構が作動し始め、上記連続鋳造ビレットの尾部が上記光電子センサを通過すると、上記３次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤ－Ｌである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、かつ上記２次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、
所定の位置において上記２次元イメージング機構によって取得した画像データを評価する際、該位置に対応する上記３次元イメージング機構によって取得した３次元奥行き情報を参照し、上記３次元奥行き情報が設定閾値より小さい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有さないと判定し、上記３次元奥行き情報が上記設定閾値より大きい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有すると判定する。
上記連続鋳造ビレットが上記光電子センサを通過したら、上記光電子センサの送信端と受信端との間の光電信号が遮断され、上記システムは上記エンコーダから信号を取得して、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿ってその位置情報の記録を開始し、
上記連続鋳造ビレットの頭部が上記光電子センサを通過して累積移動距離がＤ－Ｌに到達すると、上記３次元イメージング機構が作動し始め、上記累積距離がＤに到達すると、上記２次元イメージング機構が作動し始め、上記連続鋳造ビレットの尾部が上記光電子センサを通過すると、上記３次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤ－Ｌである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、かつ上記２次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、
所定の位置において上記２次元イメージング機構によって取得した画像データを評価する際、該位置に対応する上記３次元イメージング機構によって取得した３次元奥行き情報を参照し、上記３次元奥行き情報が設定閾値より小さい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有さないと判定し、上記３次元奥行き情報が上記設定閾値より大きい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有すると判定する。
上記解決手段において、本開示が提供する２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム及び方法は、連続鋳造ビレットの表面品質をオンライン検出するためのものである。上記表面検出システム及び方法は、２次元複合イメージングを用いて画像情報を統合し、スケールやウォーターマーク等の奥行き情報を持たない疑似的な欠陥を除外するが、奥行きが小さいクラック状の欠陥は保持することで、連続鋳造ビレットの表面にある欠陥を効果的に検出できる。
以下、添付の図面及び実施形態を組み合わせて本開示の解決手段をさらに説明する。
図１及び図２に示す通り、本開示で提供される２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システムは、連続鋳造ビレット１の進行方向（図１中、矢印で示す方向）に沿って順に設置されたエンコーダ２、位置検知機構、及び載置ラック３を有する。
載置ラック３には、連続鋳造ビレット１の進行方向に沿って順に３次元イメージング機構４及び２次元イメージング機構５が固定及び設置されている。
位置検知機構は、連続鋳造ビレット１の通過を感知すると同時にエンコーダ２を起動させ、該エンコーダが連続鋳造ビレット１の位置情報を記録する。
載置ラック３にはさらに昇降装置６が設置され、３次元イメージング機構４は昇降装置６によって上下動する。
載置ラック３にはさらに断熱板７が設置され、２次元イメージング機構５は断熱板７より上方に位置し、３次元イメージング機構４は上下動でき、連続鋳造ビレット１は断熱板７より下方に位置している。
図３に示す通り、断熱板７には、２次元イメージング機構５に対応する２次元イメージングチャネル７０１及び３次元イメージング機構４に対応する３次元イメージングチャネル７０２が設置され、３次元イメージングチャネル７０２と３次元イメージング機構４との間にプッシュプル断熱装置８が配置されている。
図４に示す通り、プッシュプル断熱装置８はシリンダ１１によって駆動して、３次元イメージングチャネル７０２より上方を移動することで、３次元イメージングチャネル７０２を開閉する。
プッシュプル断熱装置８は３次元イメージング機構４のイメージングウインドウの前方に設置されており、昇降装置６によって昇降できる。
２次元イメージング機構５は連続鋳造ビレット１から離れており、上下に位置調整されないことから、連続鋳造ビレット１が通過しなければ２次元イメージングチャネル７０１が閉じられることはない。検出が完了したら、３次元イメージング機構４はプッシュプル断熱装置８より上方に上昇する。プッシュプル断熱装置８はシリンダ１１によって駆動して、断熱板７上の３次元イメージングチャネル７０２の上方を移動することで、３次元イメージングチャネル７０２を閉じ、３次元検出システムが作動していないときは連続鋳造ビレット１から生じる熱放射が３次元イメージング機構４に影響を与えないようにする。
図５に示す通り、３次元イメージング機構４にはさらに断熱保護装置１２が設置されている。
断熱保護装置１２は、回転軸１３を介して３次元イメージング機構４のイメージングウインドウの周りを回転する。
連続鋳造ビレット１の頭部が位置検知機構を通過したことを本開示の検出システムが検出すると、イメージング機構の下を通過する前に、プッシュプル断熱装置８を取り外して３次元イメージングチャネル７０２を露出させ、昇降装置６によって連続鋳造ビレット１より上方の適切な位置まで３次元イメージング機構４を下降させ、３次元イメージング機構４の断熱保護装置１２を取り外して検出を開始する。連続鋳造ビレット１の尾部が３次元イメージング機構の検出位置を完全に通過したら、昇降装置６によってプッシュプル断熱装置８より上方まで３次元イメージング機構４を上昇させ、プッシュプル断熱装置８を移動させて３次元イメージングチャネル７０２を閉じる。２次元イメージング機構５は、断熱板７上の２次元イメージングチャネル７０１を介してイメージングを行う。２次元イメージング機構５は連続鋳造ビレット１から離れており、断熱板７の貫通孔も狭いことから、熱放射は２次元イメージング機構５にほとんど影響しない。そのため、検出が完了しても２次元イメージングチャネル７０１は閉じられることはない。
図６に示す通り、本開示はさらに、２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出方法であって、３次元イメージング機構４と２次元イメージング機構５との相対位置関係を使用して、３次元イメージング機構４及び２次元イメージング機構５によって収集したデータ情報を統合することで、連続鋳造ビレット１の表面にある欠陥を検出及び識別する方法を提供する。画像情報の統合処理とは、２次元イメージング機構５及び３次元イメージング機構４がエンコーダ２から速度信号を受信しかつ位置検知機構から開始／停止信号を受信した後、２次元画像データ及び３次元画像データを取得すると同時に、連続鋳造ビレットの表面のこれらの画像の実際の位置に関する情報が得られる処理をいう。検出アルゴリズム（フィルタリング、勾配計算等）によって２次元イメージング機構５が作動して、画像領域内で物体等の欠陥疑いが存在する領域が得られたら、３次元イメージング機構４が３次元画像を通じて連続鋳造ビレット１の表面の奥行きの変化に関する情報を得て、設定閾値を超えた領域を判定する。２次元イメージング機構５で検出された欠陥疑い領域と、３次元イメージング機構４で得られた疑い領域とが基本的に同じであれば、その領域は欠陥が存在する領域であると判定できる。スケールやウォーターマーク等の奥行きに変化のない疑似的な欠陥の場合、３次元イメージング機構４ではこれらの欠陥が存在する領域は得られないが、一定の奥行きを有するクラック状の欠陥が存在する領域は、２次元イメージング機構５及び３次元イメージング機構４で同時に検出されることになる。このように、２次元イメージング機構５及び３次元イメージング機構４は、位置情報を統合することで疑似的な欠陥を除外するという目的を達成する。
図７に示す通り、３次元イメージング機構４及び２次元イメージング機構５はいずれも連続鋳造ビレット１より上方に配置されている。２次元イメージング機構５は一組のラインスキャンカメラ５０１及びマッチング光源５０２を有し、３次元イメージング機構４は一組のライン構造化レーザー光源４０１及びエリアスキャンカメラ４０２を有する。
２次元イメージング機構５の対応するイメージング位置をＡとし、３次元イメージング機構４の対応するイメージング位置をＢとした場合、Ａ及びＢの中心イメージング点間の距離はＬである。連続鋳造ビレット１が本開示の検出システムの下を通過すると、３次元イメージング機構４及び２次元イメージング機構５が連続鋳造ビレット１の表面をイメージングして、連続鋳造ビレット１の表面の画像データ情報が得られる。ある場所の２次元画像データをＩＭＧ１で表し、対応する３次元画像データをＩＭＧ２で表す。本実施形態において、ＩＭＧ１は産業用ラインスキャンＣＣＤカメラでイメージングして得られたグレースケール画像であり、ＩＭＧ２は構造化光イメージング方式を用いて得られた３次元奥行き情報を有する画像である。ＩＭＧ２における３次元奥行き情報の変化が設定閾値未満であれば、欠陥は存在しないと考えられる。連続鋳造ビレットの表面検出においては、例えば閾値は０．１ｍｍに設定される。すなわち、欠陥の奥行きが０．１ｍｍ未満であれば欠陥は存在しないと考えられる。スケール及び水膜の干渉を迅速に除外できる。クラック状欠陥の多くは縁部や端部に存在するため、欠陥を評価する際、２次元画像データを主に使用し、３次元画像データを補助として使用できる。連続鋳造ビレットの中央に位置する欠陥の場合、欠陥を評価する際、３次元画像データを主に使用し、２次元画像データを補助として使用する。
図８に示す通り、連続鋳造ビレット１が光電子センサを通過すると、光電子センサの送信端９と受信端１０との間の光電信号が遮断され、本開示の検出システムは連続鋳造ビレット１の頭部が到着したことを検出する。本開示の検出システムは、連続鋳造ビレット１のモーションドライブに接続されたエンコーダ２から信号を取得し、連続鋳造ビレット１の進行方向における位置情報の記録を開始する。連続鋳造ビレットの頭部が光電子センサの検出位置を通過して累積移動距離がＤ－Ｌに到達すると、３次元イメージング機構４が作動し始める。累積距離がＤに到達すると、２次元イメージング機構５が作動し始める。連続鋳造ビレット１の尾部が光電子センサを通過すると、３次元イメージング機構４は、連続鋳造ビレット１の尾端からの距離がＤ－Ｌである連続鋳造ビレットの表面を検出し続け、かつ２次元イメージング機構５は、連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤである連続鋳造ビレット１の表面を検出し続ける。
当業者は、上記の実施形態が本開示の説明のみに使用されるものであり、本開示の限定に使用されることは意図していないことを認識すべきである。上述した実施形態のいかなる改変及び変更も、それらが本開示の実質的な精神の範囲内にある限り、本開示の請求の範囲に包含される。
Claims (11)
- ２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システムであって、
連続鋳造ビレットの進行方向に沿って順に設置されたエンコーダ、位置検知機構、及び載置ラックを有し、
上記載置ラックには、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿って順に３次元イメージング機構及び２次元イメージング機構が設置され、
上記位置検知機構は上記エンコーダを起動させるのに用いられ、該エンコーダは上記連続鋳造ビレットの位置情報を記録するのに用いられ、
上記載置ラックにはさらに昇降装置が設置され、上記３次元イメージング機構は上記昇降装置に沿って上下動し、
上記載置ラックにはさらに断熱板が設置され、上記２次元イメージング機構は上記断熱板より上方に位置し、上記３次元イメージング機構は上下動でき、上記連続鋳造ビレットは上記断熱板より下方に位置している、
表面検出システム。 - 上記３次元イメージング機構及び上記２次元イメージング機構はそれぞれカメラ及び光源を有する、請求項１に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記３次元イメージング機構の上記カメラはエリアスキャンカメラであり、上記３次元イメージング機構の上記光源はライン構造化レーザー光源である、請求項２に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記２次元イメージング機構の上記カメラはラインスキャンカメラである、請求項２に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記断熱板には、上記２次元イメージング機構に対応する２次元イメージングチャネル及び上記３次元イメージング機構に対応する３次元イメージングチャネルが設置され、上記３次元イメージングチャネルと上記３次元イメージング機構との間にプッシュプル断熱装置が配置されている、請求項１に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記プッシュプル断熱装置はシリンダによって駆動して、上記３次元イメージングチャネルより上方を移動することで、上記３次元イメージングチャネルを遮断又は露出させる、請求項５に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記３次元イメージング機構には断熱保護装置が設置されている、請求項５に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記断熱保護装置は、回転軸を介して上記３次元イメージング機構のイメージングウインドウの周りを回転する、請求項７に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- 上記位置検知機構は光電子センサであり、送信端及び受信端を有する、請求項１に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システム。
- ２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出方法であって、請求項１～９のいずれか１項に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出システムを使用して、上記３次元イメージング機構と上記２次元イメージング機構との相対位置関係に基づき、上記３次元イメージング機構及び上記２次元イメージング機構によって収集したデータ情報を統合することで、上記連続鋳造ビレットの表面にある欠陥を検出及び識別する方法。
- 上記２次元イメージング機構の中心点と上記光電子センサの送信端との水平距離をＤとし、上記２次元イメージング機構の中心点と上記３次元イメージング機構の中心点との水平距離をＬとした場合、
上記連続鋳造ビレットが上記光電子センサを通過したら、上記光電子センサの送信端と受信端との間の光電信号が遮断され、上記システムは上記エンコーダから信号を取得して、上記連続鋳造ビレットの進行方向に沿ってその位置情報の記録を開始し、
上記連続鋳造ビレットの頭部が上記光電子センサを通過して累積移動距離がＤ－Ｌに到達すると、上記３次元イメージング機構が作動し始め、上記累積距離がＤに到達すると、上記２次元イメージング機構が作動し始め、上記連続鋳造ビレットの尾部が上記光電子センサを通過すると、上記３次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤ－Ｌである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、かつ上記２次元イメージング機構は、上記連続鋳造ビレットの尾端からの距離がＤである連続鋳造ビレット表面を検出し続け、
所定の位置において上記２次元イメージング機構によって取得した画像データを評価する際、該位置に対応する上記３次元イメージング機構によって取得した３次元奥行き情報を参照し、上記３次元奥行き情報が設定閾値より小さい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有さないと判定し、上記３次元奥行き情報が上記設定閾値より大きい場合、上記連続鋳造ビレットは表面に欠陥を有すると判定する、
請求項１０に記載の２次元及び３次元複合イメージングを用いた連続鋳造ビレットの表面検出方法。
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