(57)【要約】【課題】巻き乱れがあり、かつ反射率の大きく異なる箇所が混在するような、コイル状鋼帯の側面を良好に撮像することができる、コイル状鋼帯の側面撮像方法および側面観察装置を提供することを課題とする。【解決手段】コイル状に巻かれた鋼帯の側面に照明装置から光を照射し、照射された前記鋼帯の側面を撮像装置により撮像し、撮像した画像を表示装置に表示し、表示された画像に基づいて前記鋼帯の幅端部に発生する欠陥および／または形状不良の検査を行うためのコイル状鋼帯の側面撮像方法であって、前記照明装置および前記撮像装置を、前記鋼帯の側面から下記式で表される距離Ｌだけ離して設置する。  Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）  ここで、ｙ  ：想定されるコイル状鋼帯の巻き乱れによる凹凸深さ、Ｄ  ：コイル状鋼帯の半径、ｄ  ：鋼帯の厚さ【選択図】図１
2010210388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状に巻かれた鋼帯の側面に照明装置から光を照射し、
照射された前記鋼帯の側面を撮像装置により撮像し、
撮像した画像を表示装置に表示し、
表示された画像に基づいて前記鋼帯の幅端部に発生する欠陥および／または形状不良の検査を行うためのコイル状鋼帯の側面撮像方法であって、
前記照明装置および前記撮像装置を、前記鋼帯の側面から下記式で表される距離Ｌだけ離して設置することを特徴とするコイル状鋼帯の側面撮像方法。
Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）
ここで、
ｙ  ：想定されるコイル状鋼帯の巻き乱れによる凹凸深さ
Ｄ  ：コイル状鋼帯の半径
ｄ  ：鋼帯の厚さ
【請求項２】
請求項１記載のコイル状鋼帯の側面撮像方法において、
前記照明装置および前記撮像装置の光軸を、前記鋼帯の中心軸方向に対して、１°〜１５°傾斜させて、かつ、前記撮像装置が正反射光を受光しないように配置させることを特徴とするコイル状鋼帯の側面撮像方法。
【請求項３】
コイル状に巻かれた鋼帯の側面に光を照射する照明装置と、
照射された前記鋼帯の側面を撮像する撮像装置と、
撮像した画像を表示する表示装置とを具備するコイル状鋼帯の側面撮像装置であって、
前記照明装置および前記撮像装置を、前記鋼帯の側面から下記式で表される距離Ｌ離すとともに、
前記照明装置および前記撮像装置の光軸を、前記鋼帯の中心軸方向に対して、１°〜１５°傾斜させて、かつ、前記撮像装置が正反射光を受光しないように配置させることを特徴とするコイル状鋼帯の側面観察装置。
Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）
ここで、
ｙ  ：想定されるコイル状鋼帯の巻き乱れによる凹凸深さ
Ｄ  ：コイル状鋼帯の半径
ｄ  ：鋼帯の厚さ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼分野の製品である鋼帯を、コイル状に巻いた製品の側面の欠陥及び異常を検査する技術に関し、特に、コイル状鋼帯の側面を撮像・観察する、コイル状鋼帯の側面撮像方法および側面観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業においては、家電製品用、自動車用等の厚さ0.1mm乃至 10mm程度の鋼帯はコイル状に巻かれて出荷されることが一般的である。鋼帯の表面は出荷前に、例えば照明とカメラとからなる表面検査装置によって検査される。検査装置の例としては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。
【０００３】
一方、鋼帯の製造過程においては、表面だけでなくコイル状鋼帯の側面にも、割れ、擦れ、折れ曲がりなどの欠陥を生じる場合がある。このような欠陥の検出においても、照明とカメラを用いた、例えば、特許文献２に開示された技術がある。この技術は、同一サイズに四角く切断され、側面を揃えて重ねられた金属板の端部の折れ曲がりを検出するものである。
【０００４】
光源とカメラを構成要素としたこうした検査装置は、特許文献のみならず、広く一般に市販されており、鉄鋼製品においても多くの対象に利用されている。
【０００５】
しかしながら、コイル状鋼帯においては、鋼帯の巻き取り時に巻き乱れが生じ、コイル側面に凹凸ができる場合がある。鋼帯の厚さが1mmであれば、凹部の間隔も1mmあり、巻き乱れが大きいと凹部が側面より深くなって光源の光が充分届かず、鋼帯の側面を隈無く検査することが困難となる。
【０００６】
コイル状鋼帯の凹部まで光源の光を充分届かせるという観点で構成された検査装置は、これまでに提案例がない。従って、このようなコイル側面の検査は、コイル状鋼帯至近において検査員が懐中電灯を持って凹部奥を覗きながら、手作業による検査をこれまで行ってきていた。さらに、熱延工程における製造直後のコイル状鋼帯の場合は非常に高温であるため、検査員はある程度製品から離れ、双眼鏡などを用いて行う簡略な検査しか行うことができなかった。
【０００７】
以上のような背景により、巻き乱れのあるコイル状鋼帯の側面を隈無く撮像することが可能な装置が必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−８２３８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
鋼帯をコイル状に巻く工程において、側面の位置を完全に揃えることは困難であり、凹凸が生じてしまう。図６に、コイル状鋼帯１の概観を示す斜視図を、また図７に、従来の方法を用いてコイル状鋼帯側面の一部を撮像した画像例をそれぞれ示す。図７から判るように、コイル状鋼帯の側面は凹凸が多く、光源からの光が強い陰影をもたらすため、側面から引っ込んだコイル状鋼帯の側面は検査が困難である。
【００１０】
次に、陰影が強く生じる理由を、図８を用いて説明する。光源２の発光面は、コイル状鋼帯１の側面を照射する。このとき、光源２からの光３の内、コイル状鋼帯側面の凹部１２の正面にある光源２からの光はコイル状鋼帯側面の凹部１２の奥まで達するが、発光面の他の多くの箇所からの光３がコイル状鋼帯側面の凹部１２以外のコイル状鋼帯１の側面を照射し、その総量としての輝度が凹部を照射する輝度よりも大幅に強いために、凹部は相対的に暗くなる。これは光源が平行光になっておらず、発光面の各部がそれぞれ点光源を成しているからであると考えられる。これはすなわち、凹部へ届く単位面積当たりの光量が、他の側面より極端に少なくなる、とも表現できる。
【００１１】
このような理由で、コイル状鋼帯の側面は図７の画像例が示すように、明暗の激しい状態となる。コイル状鋼帯側面の凹部１２の奥まで観察するためには凹部のみを照射する、例えば、懐中電灯のような器具を要する。
【００１２】
一方、鋼帯の側面は、製造工程の様々な箇所でガイド装置などと部分的に擦れ合う。熱延工程においては、鋼帯の側面は酸化によって黒ずんでいるが、擦れた箇所は金属の地肌が現れて光沢を呈する。このような、黒ずんだ部分と光沢のある部分が混在した側面に対して光源を照射すると、酸化部分と金属地肌の部分の反射率が極端に異なることから、反射輝度の大きな部分と、反射の暗い部分が生じやすく、凹凸と同様に明暗の差が激しくなって良好な観察が困難となる場合がある。
【００１３】
以上のことから、コイル状鋼帯の側面を撮像する際の課題は、下記の２点にまとめることができる。
【００１４】
(1) コイル側面には深い溝が形成されており、凹部の輝度が極端に低いため、良好な画像が得られない。
【００１５】
(2) コイル側面は反射率の大きく異なる箇所が混在し、的確な照明を行わないと良好な画像が得られない。
【００１６】
以上説明したように、一般に鋼板表面を検査するために使用される装置の構成では、良好な画像を得ることができず、コイル状鋼帯の側面の検査は困難である。
【００１７】
本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み考案されたものであり、巻き乱れがあり、かつ反射率の大きく異なる箇所が混在するような、コイル状鋼帯の側面を良好に撮像することができる、コイル状鋼帯の側面撮像方法および側面観察装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１に係る発明は、コイル状に巻かれた鋼帯の側面に照明装置から光を照射し、照射された前記鋼帯の側面を撮像装置により撮像し、撮像した画像を表示装置に表示し、表示された画像に基づいて前記鋼帯の幅端部に発生する欠陥および／または形状不良の検査を行うためのコイル状鋼帯の側面撮像方法であって、前記照明装置および前記撮像装置を、前記鋼帯の側面から下記式で表される距離Ｌだけ離して設置することを特徴とするコイル状鋼帯の側面撮像方法である。
【００１９】
Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）
ここで、
ｙ  ：想定されるコイル状鋼帯の巻き乱れによる凹凸深さ
Ｄ  ：コイル状鋼帯の半径
ｄ  ：鋼帯の厚さ
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載のコイル状鋼帯の側面撮像方法において、前記照明装置および前記撮像装置の光軸を、前記鋼帯の中心軸方向に対して、１°〜１５°傾斜させて、かつ、前記撮像装置が正反射光を受光しないように配置させることを特徴とするコイル状鋼帯の側面撮像方法である。
【００２０】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、コイル状に巻かれた鋼帯の側面に光を照射する照明装置と、照射された前記鋼帯の側面を撮像する撮像装置と、撮像した画像を表示する表示装置とを具備するコイル状鋼帯の側面撮像装置であって、前記照明装置および前記撮像装置を、前記鋼帯の側面から下記式で表される距離Ｌ離すとともに、前記照明装置および前記撮像装置の光軸を、前記鋼帯の中心軸方向に対して、１°〜１５°傾斜させて、かつ、前記撮像装置が正反射光を受光しないように配置させることを特徴とするコイル状鋼帯の側面観察装置である。
【００２１】
Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）
ここで、
ｙ  ：想定されるコイル状鋼帯の巻き乱れによる凹凸深さ
Ｄ  ：コイル状鋼帯の半径
ｄ  ：鋼帯の厚さ
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、巻き乱れによって側面に凹凸のできたコイル状鋼帯であっても、光源からの光が凹部の奥まで届き、良好に画像を得ることができる。このため従来は困難であった、画像によるコイル状鋼帯の側面の検査が可能となった。
【００２３】
また、熱延工程直後のコイル状鋼帯は高温であるために、このようなコイル状鋼帯間近での危険な目視作業を無くすことができた。さらに、コイル状鋼帯の側面の画像が均一な輝度で得られるため、画像処理による自動検査に容易に移行することができ、検査の確実性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】擬似的な平行光源の位置と凹部の照射状況を示す図である。
【図２】傾けた位置からの光源と撮像装置を示す図である。
【図３】本発明を用いて撮像した、巻き乱れのあるコイル状鋼帯の側面画像例を示す図である。
【図４】本発明の実施例における光源と撮像装置を示す図である。
【図５】本発明の実施例における全体システムの構成を示す図である。
【図６】コイル状鋼帯の概観を示す斜視図である。
【図７】従来技術を用いて撮像した、巻き乱れのあるコイル状鋼帯の側面画像例を示す図である。
【図８】従来の照明方法によるコイル状鋼帯の観察方法を示す図である。
【図９】平行光によるコイル状鋼帯の観察方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
前述の如く、凹部のみの観察であれば懐中電灯などを用いて部分的に凹部の奥へ光を投入する方法があるが、これでは手間が掛かり現実の製造工程における実用化に不向きである。
【００２６】
この課題を解決するには、凹部と、それ以外の側面への照射光量を均等化する必要があり、そのためには平行光を用いる方法がある。例えば太陽光を用いると、この課題は解決される。図９に示すように、平行光による照明においては、凹部の奥に届く単位面積当たりの光量と、側面部に届く単位面積辺りの光量は等しくなり、極端な輝度差を生じないからである。
【００２７】
平行光を作り出す技術としては、点光源からの光を、放物面鏡を用いて平行にする方法があるが、コイル状鋼帯の直径は通常２メートル程度であり、このような大型の放物面鏡を用いることは、製作コスト及び保守上からもほぼ不可能である。
【００２８】
そこで本発明では、光源を、コイル状鋼帯から一定の距離を離して設置することで、擬似的な平行光源を形成する。光源を遠方へ設置するほど平行度の高い光が得られるが、工場内部に設置する制限により、ある範囲内で最大限の距離を取ることとする。
【００２９】
ここで、図１を用いて、コイル状鋼帯側面の凹部の奥へ光を届けるための条件を示す。光源２からコイル状鋼帯１の平均的側面までの距離をＬ、コイル状鋼帯１の半径をＤとし、光源２はコイル状鋼帯１の中心位置に設置するものとする。コイル状鋼帯側面の凹部１２の深さをｙ、凹部の幅すなわち鋼帯の厚さをｄとすると、光源２からコイル状鋼帯側面の凹部１２へ達する光３を挟んだ相似形より、下記（１）式の関係が得られる。
【００３０】
Ｄ／ｄ  ＝  Ｌ／ｙ    ・・・  （１）
コイル状鋼帯の半径を1000mm、巻き乱れによる凹部深さを20mm、鋼帯の厚さを2mmとすると、光源までの距離Ｌは10000mmである。  このようにして、完全な平行光は形成できなくても、従来の照明方法に比べてより多くの光を凹部の奥まで届ける条件を概算することができる。このとき、撮像装置も光源と同じ位置か、若しくは凹部の必要な部分が撮像可能な位置に置くことが必要である。
【００３１】
本発明者らの実験によれば、鋼帯の厚みが0.2mm乃至5mm程度で、かつ凹部の深さが40mm程度までの場合、光源を5m程度離せば、図１の破線で示す付加的な光によって、凹部は充分な明るさで照射されることが判明した。
【００３２】
したがって、光源(照明装置)およびカメラ(撮像装置)を、コイル状鋼帯の側面から下記（２）で表される距離Ｌだけ離して設置する。
【００３３】
Ｌ≧ｙ×Ｄ／（２ｄ）    ・・・  （２）
以上のことから、コイル状鋼帯の側面を均等な輝度で観察または撮像することが可能となる。しかしながら、前記課題の(2)に述べた通り、鋼帯の側面には反射率のむらという問題が残っている。特に、金属の地肌が露出している部分は反射率が高く、例えば図１において、光源とほぼ同じ位置にカメラを設置して撮像すると、反射が強すぎる箇所が現れて、ハレーションを生じる場合がある。これは、光源からの正反射光が直接カメラに入るためである。
【００３４】
そこで本発明では、凹部に光を届ける条件を満たしながら、光源の反射光が撮像装置に直接入らない配置の仕方を考案した。図２に、この配置の仕方を説明する平面図を示す。
【００３５】
コイル状鋼帯１の側面から垂直な線に対し、光源２を１〜１５°傾けた角度に設置し光を照射する。そして、撮像装置４も、同一の方向へ１〜１５°傾けた角度に設置しコイル状鋼帯１の側面からの反射光を撮像する。このようにすることで、コイル状鋼帯の表面で反射した光が、撮像装置に直接入射することを避けることができ、コイル状鋼帯の側面に金属地肌が露出した反射率の高い箇所があっても、画像がハレーションを起こすことを回避できる。
【００３６】
本発明の要件を満たした装置構成によって撮影した、巻き乱れのあるコイル状鋼帯の側面の画像を、図３に示す。従来の装置にて撮影した前述の図７の画像に比べて、コイル状鋼帯の側面が均一な輝度で観察可能なことが確認できる。
【実施例】
【００３７】
本発明の実施例の装置配置（横面図）を図４に示す。コイル状鋼帯１の直径は1.5m、幅は50cm乃至2mである。コイル状鋼帯１の両側面を撮影するために、コイル状鋼帯１の両側に、光源２，７ならびに撮像装置４，５，６，８を配置した。撮像装置としては、1600万画素の高精細カメラに、焦点距離200mmの望遠レンズを装着し、コイル状鋼帯の中心位置から8mの距離に上下２台を配置した。片面に複数台のカメラを配置することで、分解能をより高く設定することができる。本実施例では約0.3mmの分解能を設定した。
【００３８】
本実施例で用いた光源は、サーチライト状の光を照射できる500W乃至1500Wの光源であり、撮像時以外は図示しないシャッタによって光が遮断されている。光源１台でコイル状鋼帯１の片面全体を照射する。図４の装置の平面配置は、図２に示した配置と同様であり、本実施例では、光源、カメラ共に7°傾けた位置に配置した。
【００３９】
カメラ及び光源は地面に固定されており、コイル状鋼帯１は、後述する搬送台車に載ってカメラ視野の位置に入った際、光源２および７のシャッタが開き、撮像が行われる。
【００４０】
図５は、本発明を用いた検査システムの構成例を示す図である。搬送台車９に載ったコイル状鋼帯１には固有の番号が付けられており、図示しない上位のコンピュータとコンピュータ１０との通信によって、搬送台車９よって運ばれてくるコイル状鋼帯１の番号を認識する。図４に示した光学装置の前に搬送台車９に載ったコイル状鋼帯１がくると、コイル状鋼帯１の両側面の撮像が行われ、その画像データはコンピュータ１０に記録されると同時に、画像処理によって欠陥の検出が行われる。
【００４１】
また、画像及び検査データは、ディスプレイ装置１１によってオペレータに提示される。オペレータは、必要に応じて画像を拡大するなどしてコイル状鋼帯製品側面を観察し、欠陥の有無、異常などを判断する。なお、ディスプレイ装置１１には高精細の大型ディスプレイ装置を用いるようにすると、欠陥の有無、異常などの判断を確実にでき好適である。
【００４２】
以上説明したように本発明を活用することで、これまでコイル状鋼帯製品の間近に寄って、目視にて検査する必要のあった、コイル状鋼帯製品の検査がリモート化された。
【符号の説明】
【００４３】
１    コイル状鋼帯
２    光源
３    光
４    撮像装置
５    撮像装置
６    撮像装置
７    光源
８    撮像装置
９    搬送台車
１０  コンピュータ
１１  ディスプレイ装置
１２  コイル状鋼帯側面の凹部
【図１】
2010210388.tif 000003
【図２】
2010210388.tif 000004
【図４】
2010210388.tif 000005
【図５】
2010210388.tif 000006
【図６】
2010210388.tif 000007
【図８】
2010210388.tif 000008
【図９】
2010210388.tif 000009
【図３】
2010210388.tif 000010
【図７】
2010210388.tif 000011