JP2008025990A

JP2008025990A - 鋼帯表面欠陥の検出方法及び検出装置

Info

Publication number: JP2008025990A
Application number: JP2006195003A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nouchi; 聡野内; Sukeyuki Yokoi; 弐至横井; Katsuaki Nagata; 勝顕永田; Ryuichi Yamashita; 竜一山下
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】鋼帯の連続移送ライン内で鋼帯の表面欠陥を精度良く検出するための光学的検出方法及び装置を提供する。
【解決手段】鋼帯表面を照射する光源(1)及びその光学画像を撮像するラインカメラ(2)を鋼帯移送方向Yに対し傾斜配置し、走査線Z(鋼帯幅方向Xに対し角度θの傾斜をなす)に沿ってラインカメラ(2)を走査して光学画像を取り込む。この斜め走査の効果として、鋼帯の幅方向と同じ成分の微細な線状疵等を検出対象とする表面欠陥検出操作において、カメラの走査方向と欠陥成分とに傾斜角がつき、一走査で得られる画像情報のなかに正常部と欠陥部の情報が存在することになり、ベースノイズ（鋼帯の表面粗度,光沢,その他の要因による信号）の変動を伴なう実操業の欠陥検出条件のもとで、表面欠陥の有無および大きさ等を精度良く判定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、連続帯状体である鋼帯を所定方向に移送しながら、鋼帯の表面欠陥を光学的に検出する方法及び装置に係り、特に鋼帯の移送方向と直交する向き（鋼帯の幅方向）に発生した微細線状疵等の表面欠陥を精度よく検出し得るようにしたものである。

鋼帯を所定方向に送り出しながら、移送ライン内において鋼帯の表面欠陥を検出する技術として、鋼帯表面を照明しながらその光学画像をラインカメラで撮影し、得られた画像信号に一定の処理を施して表面疵の有無及びその形状等を判定する光学的手法が知られている。その一般的な検出態様を図６(正面図)及び図７(俯瞰図)に示す。鋼帯（Ｓ）は所定方向（矢符Ｙ）に連続移送され、その上方に光源(１)及びラインカメラ（２）が配置されている。線Ｘ（鋼帯移送方向Ｙに直交する鋼帯の幅方向軸）は、鋼帯表面を撮像するラインカメラ（２）の走査方向を示している。この走査線Ｘは、光源(１)により鋼帯の全幅に亘って照射され、その反射光像を捉えるラインカメラ（２）は走査線Ｘの全幅を視野内におさめる位置に設置されている。ラインカメラ（２）で取り込まれる画像信号は、信号処理部（図示せず）で所定の処理を施され、表面欠陥部と正常部との画像信号の強弱の差に基づいて、欠陥の有無およびその等級が判定される。

上記表面欠陥の検出精度を改善するための工夫として、
光源からの照明光の進路上（又は被検査物とカメラとの間の光学画像の進路上）に光フィルタを設置し、所定の波長帯域の光を選択的に透過させて光学画像を取り込むことにより正常部分と欠陥部分との明度差を強調し検出を容易にする（特許文献１）、
複数の光源を異なる高さ位置に配置して入射角の異なる複数の表面照射を行うと共に、それぞれの反射光像を複数のラインカメラで個別に撮像することにより、色調変化疵や凹凸変化疵等種類の異なる表面欠陥の検出を容易にする（特許文献２）、
あるいはラインカメラに取り込まれる画像信号からベースノイズ（鋼帯の表面粗度や光沢の差異等によるランダムな信号）を排除して検出精度を高めるために、撮像された画像信号をデジタル変換し、平滑化して閾値を求め、閾値と元の画像信号との差の正値を２値化したうえ、２値化画像信号の面積率に基づいて欠陥の有無を判定する(特許文献３)、
等の欠陥検出技術が提案されている。
特開平８−１３６４７４号公報特開平７−２１８４５１号公報特開平５−１８０７８１号公報

鋼帯の表面欠陥には、比較的粗大なものから微細なもの、更には鋼帯の長手方向（鋼帯移送方向）に延在するものや鋼帯の幅方向（移送方向と略直交する向き）に延在するもの等、その形態は多岐にわたる。なかでも、鋼帯の板幅方向に延在する微細な線状疵（所謂「畳みじわ」と称される表面疵）は、鋼帯表面を撮像するラインカメラの走査方向と同じ成分であるために、その表面疵と正常部との区別に必要な画像信号の強度レベルの差異が明瞭でなく、従って表面疵の有無を判定するための適正な閾値を設定することが困難であり、検出精度を高めることは容易でない。
本発明は上記に対処するものであり、鋼帯の板幅方向に延在する微細な線状疵をはじめ、鋼帯表面の各種表面欠陥を、複雑な検出走査や装置構成を要することなく精度良く検出し得るようにした鋼帯表面欠陥の検出方法及び検出装置を提供するものである。

本発明に係る鋼帯表面の欠陥検出方法（請求項１）は、
所定方向に走行している鋼帯の表面の全幅に照明光を投光し、照射された鋼帯表面の全幅の光学画像をラインカメラで撮像し、撮像された光学画像信号を処理して鋼帯の表面欠陥を検出する方法において、鋼帯の移送方向に対し傾斜する向きに鋼帯表面を照射すると共に、その傾斜方向と直交する向きに設置されたラインカメラを走査して鋼帯表面を撮像することを特徴としている。

本発明に係る鋼帯表面の欠陥検出装置（請求項２）は、
所定方向に走行している鋼帯の表面の全幅に照明光を照射する光源、照射された鋼帯表面の全幅を視野内として光学画像を撮像するラインカメラ、該ラインカメラで取り込まれる画像信号を処理して表面欠陥を検出する信号処理部およびその信号処理結果を出力する出力部を備えた欠陥検出装置において、前記光源およびラインカメラを、鋼帯の移送方向に対して傾斜する向きに対向配置すると共に、その傾斜方向と直交する向きにラインカメラを設置し走査するように構成されている。

本発明は、従来の検出技術（ラインカメラを鋼帯移送方向Ｙと直交する鋼帯幅方向Ｘに走査する）と異なって、鋼帯移送方向（Ｙ）に対して傾斜配置させた光源で鋼帯表面を斜め照射(傾斜角θ)すると共に、鋼帯表面を撮像するラインカメラをその傾斜方向に対し直交する向き(鋼帯幅方向軸Ｘに対し傾斜角θをなす)に設置し走査することとしている。この斜め走査の効果として、鋼帯の幅方向と同じ成分の微細な線状疵等の表面欠陥の検出において、カメラの走査方向と欠陥成分とに傾斜角がつき、一走査で得られる画像情報のなかに正常部と欠陥部の情報が存在することになり、これによりベースノイズ（鋼帯の表面粗度,光沢,その他の要因による信号）の変動を伴なう実操業の欠陥検出条件のもとで、表面欠陥の有無および大きさ等を精度良く判定することが可能となる。

図１及び図２は、本発明による表面欠陥検出の実施の態様及び装置構成を模式的に示している（図１：正面図、図２：俯瞰図）。
本発明の欠陥検出装置は、鋼帯（Ｓ）の表面を照明する光源（１）、照射された鋼帯表面を撮像するラインカメラ（２）、ラインカメラ（２）で撮像された鋼帯表面の光学画像信号を処理し、表面欠陥の有無及び程度を判定する画像信号処理部（３）、およびその処理結果を出力する出力部（プリンタ、モニター等）（４）を備えた構成を有している。
図中、直線Ｘは、鋼帯幅方向軸線（鋼帯移送方向Ｙに直交する向き）を示し、直線Ｚは、ラインカメラ（２）による鋼帯表面の走査帯域と走査方向を示している。該走査線Ｚは、鋼帯幅方向Ｘに対し予め設定された角度θだけ傾斜している。

光源（１）は、走査線Ｚの全幅を一様に照明するように、鋼帯移送方向Ｙに対して角度θ（走査線Ｚの傾斜角θに対応）をもって偏位した位置に設置されている。光源（１）は、連続光を発光するハロゲンランプ等、または高速繰返し発光する高周波蛍光灯、高輝度蛍光灯等が使用される。光源（１）として、図５に示すように、鋼帯の走査線Ｚ方向にのびる管状光源（１）を使用すれば、鋼帯の走査線Ｚの全幅に亘る照明をより均一なものとすることができる。

ラインカメラ（２）は、鋼帯表面の走査線Ｚの傾斜に対応して角度θだけ鋼帯移送方向Ｙから偏位して光源（１）と向い合い、走査線Ｚの全幅を撮像する視野角が得られる位置に設置されている。ラインカメラ（２）は、電荷結合素子を撮像素子とする工業用テレビカメラ（ＣＣＤカメラ）が好ましく使用される。ＣＣＤカメラは、被検査物の表面の色彩濃淡・陰影の検出に適し、また小型・軽量でメンテナンス性等の点で有利である。

図３及び図４は、本発明における光源（１）及びラインカメラ（２）の配置態様について他の例を示している。これは複数台のラインカメラ（２）（図では３台のカメラ2_１,2_２,2_３）を配置し、鋼帯表面の走査線Ｚの撮像視野を略３等分して、各ラインカメラ(2_１)(2_２)(2_３)による走査を行うようにしている。隣合うラインカメラ同士の撮像視野は適当なラップ代（走査線Ｚ方向に例えば20-30ｍｍ）が与えられる。画像信号処理部（３）や出力部（４）とうの構成は前記図１のそれと同様である。
このように走査線Ｚを複数域に分けて複数のラインカメラ(2_１)(2_２)(2_３)で走査すれば、ラインカメラに取り込まれる画像信号の歪みが少なくなり、カメラ走査方向の画素分解能が向上し、表面欠陥の検出精度が高められる。

斜め配置される上記ラインカメラ（２）の傾斜角θは、約５〜２０゜の範囲が適当であり、具体的にはラインカメラ（２）の走査周波数やライン速度（鋼帯移送速度）等に応じて適宜設定される。なお、鋼帯表面に対する光源（１）の投光角（入射角）および光学画像を取り込むラインカメラ（２）の受光角（反射角）は例えば１０〜２０゜である。反射光の受光は、正反射受光（投光角＝受光角）又は乱反射受光（投光角≠受光角）が適宜採択される。

ラインカメラ（２）で撮像された鋼帯表面の光学画像は電気信号として画像信号処理部（３）に入力される。画像信号処理部（３）では、画像解析の所定の処理、例えばベースノイズ（（鋼帯の表面粗度,光沢,その他の要因によりランダムに発生する信号）の影響を除去する平滑化（シェーディング補正）処理、幅方向の信号強度の偏りを修正する処理、予め設定された閾値による２値化処理等が施され、表面欠陥の有無およびその種類や等級（大きさ等）が判定される。これらの信号処理は公知の各種手法を適宜採用して行えばよい。判定結果は、出力部（４）において、プリンタによるプリントアウト、モニター画面の表示等がなされ作業者に報知される。

冷延鋼帯の移送ラインに、図１及び図２の表面欠陥検出装置を設置し、鋼帯の連続移送下に表面疵の検出を行った。
[１]検出条件
(1)鋼帯幅サイズ：1400mm
(2)鋼帯移送速度：１３２ｍ/min
(3)走査線Ｚの傾斜角θ：１５゜
(4)光源：ハロゲンランプ（電圧Max５V）
投光角：１５゜
距離：300mm
(5)ラインカメラ：ＣＣＤカメラ（画素：2048、走査周波数：20MHz）
受光角：１５゜
距離：1000mm

[2]検出結果
上記表面疵検査による検出信号は明瞭であり、従来の検出法では困難な「畳みじわ」と称される鋼帯幅方向の線状疵を、大きさ約0.3ｍｍの微細なものまで確実に検出することができた。
なお、表面欠陥の検出精度は、検出しようとする表面欠陥の大きさのほか、ラインカメラの画素数やライン速度（鋼帯の移送速度）により異なる。上記実施例では、ラインカメラの斜め走査の効果として、大きさ約0.3ｍｍまでの微細な表面疵を精度よく検出しているが、更に微細な表面疵を対象とし、より高速度（ライン速度）での検出を行う場合は、例えば走査周波数の高いラインカメラを採用することにより、良好な検出精度を得ることができる。

本発明によれば、鋼帯表面の検出困難な幅方向の微細線状疵をも精度良く検出することができ、鋼帯製造工程の適切な管理、製品鋼帯品質の維持等に大きく寄与するものである。またその欠陥検出は、特別の機器や煩瑣な処理操作を必要とせず、光源とラインカメラを傾斜配置するという簡素な構成により行うことができ、実機への適用も容易であり工業的に大きな価値を有するものである。

本発明の検出装置の配置構成を示す正面図である。図１の配置構成の俯瞰図である。本発明の検出装置の他の配置構成を示す正面図である。図３の配置構成の俯瞰図である。本発明の検出装置の他の配置構成を示す正面図である。従来の一般的な検出装置の配置構成を示す正面図である。図６の配置構成の俯瞰図である。

符号の説明

１：光源
２：ラインカメラ
３：画像信号処理部
４：出力部
Ｓ：鋼帯
Ｙ：鋼帯移送方向
Ｘ：鋼帯幅方向を示す軸線
Ｚ：走査線

Claims

所定方向に走行している鋼帯の表面の全幅に照明光を投光し、照射された鋼帯表面の全幅の光学画像をラインカメラで撮像し、撮像された光学画像信号を処理して鋼帯の表面欠陥を検出する方法において、鋼帯の移送方向に対し傾斜する向きに鋼帯表面を照射すると共に、その傾斜方向と直交する向きに設置されたラインカメラを走査して鋼帯表面を撮像することを特徴とする鋼帯表面欠陥の検出方法。
所定方向に走行している鋼帯の表面の全幅に照明光を照射する光源、照射された鋼帯表面の全幅を視野内として光学画像を撮像するラインカメラ、該ラインカメラで取り込まれる画像信号を処理して表面欠陥を検出する信号処理部およびその信号処理結果を出力する出力部を備えた欠陥検出装置において、前記光源およびラインカメラを、鋼帯の移送方向に対して傾斜する向きに対向配置すると共に、その傾斜方向と直交する向きにラインカメラを設置して走査するように構成されていることを特徴とする鋼帯表面欠陥の検出装置。