(57)【要約】【課題】スラブに発生したノロ噛み等の表面欠陥を精度よく検出することのできるスラブ表面欠陥検出方法を提供する。【解決手段】スラブ表面にレーザ光８を照射してスラブの表面凹凸状態を計測すると共に、スラブ表面を撮像してスラブの表面輝度分布を取得し、表面凹凸状態と表面輝度分布とからスラブ表面に発生した表面欠陥を検出する方法において、スラブ表面の長手方向における凹凸変化率を凹凸変化率算出回路１１により算出すると共に、表面輝度分布の中で欠陥と判断されるスラブの低輝度表面部の位置と大きさを算出し、算出されたスラブの低輝度表面部の位置と凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、欠陥位置と判定されたスラブの低輝度表面部の大きさを欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定する。【選択図】図１
2010117281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブの表面にレーザ光を照射して前記スラブの表面凹凸状態を計測すると共に、前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度分布を取得し、前記表面凹凸状態と前記表面輝度分布とから前記スラブの表面に発生した表面欠陥を検出する方法であって、
前記スラブの表面凹凸状態からスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出すると共に、前記表面輝度分布の中で欠陥と判断されるスラブの低輝度表面部の位置と大きさを算出し、前記凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置と前記低輝度表面部の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、前記欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを前記欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定することを特徴とするスラブ表面欠陥検出方法。
【請求項２】
スラブの表面にレーザ光を照射して前記スラブの表面凹凸状態を計測すると共に、前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度分布を取得し、前記表面凹凸状態と前記表面輝度分布とから前記スラブの表面に発生した表面欠陥を検出するスラブ表面欠陥検出装置であって、
前記スラブの表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光手段と、
該レーザ光受光手段により受光されたレーザ光を基に前記スラブの表面凹凸状態を計測する表面凹凸状態計測手段と、
該表面凹凸状態計測手段により計測された前記スラブの表面凹凸状態からスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出する凹凸変化率算出手段と、
前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度情報を得る撮像手段と、
該撮像手段から出力された画像信号を処理して前記スラブの表面輝度分布を取得する画像信号処理手段と、
該画像信号処理手段により得られた表面輝度分布のうち欠陥と判断されるスラブの低輝度表面部を検出する低輝度表面部検出手段と、
前記凹凸変化率算出手段により算出された前記凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置と前記低輝度表面部検出手段により検出された低輝度表面部の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、前記欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを前記欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定する表面欠陥判定手段とを備えたことを特徴とするスラブ表面欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラブの表面欠陥を検出する方法およびその装置に関し、特に、溶鋼を連続鋳造して得られたスラブに手入れを要する表面欠陥が発生しているか否かを検査するときに好適に用いられるスラブの表面欠陥検出方法およびスラブ表面欠陥検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転炉などで精錬された溶鋼は、図４に示されるように、取鍋（レードル）１を経てダンディッシュ２からモールド（鋳型）３に鋳込まれる。そして、モールド３に鋳込まれた溶鋼はモールド３の下方に配置された多数のピンチローラ４の間を通過する間に表層部のみが凝固した連鋳材となり、さらに不図示の冷却水散水装置から散水される冷却水により冷却されて内部まで固化した後、切断装置５により所定の長さに切断されてスラブ６となる。
【０００３】
上記のようにして得られるスラブには、種々の表面欠陥が発生する。たとえば、溶鋼の鋳込み時に気泡が巻き込まれると、直径が０．３〜４ｍｍ程度のブローホールと称される表面欠陥がスラブ表面に発生する。また、溶鋼の凝固時に大きな曲げ応力が加わると、割れと称される表面欠陥がスラブ表面に発生する。さらに、溶鋼の鋳込み時に連続鋳造用パウダーが塊となって巻き込まれると、ブローホールや割れよりも面積の大きいノロ噛みと称される表面欠陥がスラブ表面に発生する。これらの表面欠陥はいずれもスラブの表面品質を低下させる要因となるため、溶鋼を連続鋳造して得られたスラブに手入れを要する表面欠陥が生じているか否かを検査する必要がある。
【０００４】
溶鋼を連続鋳造して得られたスラブに表面欠陥が生じているか否かを検査する方法としては、スラブ表面上の所定領域を双方向から照射する一対の照明装置をスラブ移動方向に沿って互いに対向する如く配置すると共に、照明装置からの入射によりスラブ表面で反射する照明光をスラブ表面に対しほぼ垂直方向に受光してスラブ表面を撮像する撮像装置を上記一対の照明装置の間に配置して表面欠陥の有無を検出する方法（特許文献１参照）や、一対の冷却ドラムの間に形成された湯溜り部に供給された溶鋼を冷却ドラムを介して抜熱することによってスラブを製造する際、冷却ドラムを通過した直後のスラブ表面の凹み深さをレーザ距離計によって検出して割れの有無を検出する方法（特許文献２参照）などが知られている。
【特許文献１】特開２００４−２１９３５８号公報
【特許文献２】特開平２−２２４８５１号公報（第２頁左下欄２行目〜第２頁右下欄１３行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、撮像装置で得られたスラブ表面画像の濃淡からスラブに発生した表面欠陥を検出しているため、検出した表面欠陥がノロ噛みであるのか、それともノロ噛み以外の表面欠陥（例えばブローホール、割れ等）であるのかを判別することができないという問題点がある。
一方、特許文献２に開示された方法は、レーザ距離計により計測された表面凹みの深さから表面欠陥の有無を検査しているため、特許文献１に開示された方法と同様に、スラブに発生した表面欠陥がブローホールや割れであるのか、それともノロ噛みであるのかを判別することができないという問題点がある。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、スラブに発生したノロ噛み等の表面欠陥を精度よく検出することのできるスラブ表面欠陥検出方法およびスラブ表面欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、スラブの表面にレーザ光を照射して前記スラブの表面凹凸状態を計測すると共に、前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度分布を取得し、前記表面凹凸状態と前記表面輝度分布とから前記スラブの表面に発生した表面欠陥を検出する方法であって、前記スラブの表面凹凸状態からスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出すると共に、前記表面輝度分布の中で欠陥と判断されるスラブの低輝度表面部の位置と大きさを算出し、前記凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置と前記低輝度表面部の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、前記欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを前記欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明は、スラブの表面にレーザ光を照射して前記スラブの表面凹凸状態を計測すると共に、前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度分布を取得し、前記表面凹凸状態と前記表面輝度分布とから前記スラブの表面に発生した表面欠陥を検出するスラブ表面欠陥検出装置であって、前記スラブの表面で反射したレーザ光を受光するレーザ光受光手段と、該レーザ光受光手段により受光されたレーザ光を基に前記スラブの表面凹凸状態を計測する表面凹凸状態計測手段と、該表面凹凸状態計測手段により計測された前記スラブの表面凹凸状態からスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出する凹凸変化率算出手段と、前記スラブの表面を撮像して前記スラブの表面輝度情報を得る撮像手段と、該撮像手段から出力された画像信号を処理して前記スラブの表面輝度分布を取得する画像信号処理手段と、該画像信号処理手段により得られた表面輝度分布のうち欠陥と判断されるスラブの低輝度表面部を検出する低輝度表面部検出手段と、前記凹凸変化率算出手段により算出された前記凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置と前記低輝度表面部検出手段により検出された低輝度表面部の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、前記欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを前記欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定する表面欠陥判定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及び請求項２の発明によると、レーザ光受光手段から出力された信号のみを基に表面欠陥の有無や種類を特定した場合や、撮像装置から出力された画像信号のみを基に表面欠陥の有無や種類を特定した場合のように、スラブの表面にノロ噛み等の表面欠陥が発生していると誤って判定してしまう可能性が少なくなり、表面欠陥の検出精度が向上するので、スラブに発生したノロ噛み等の表面欠陥を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１〜図３を参照して、本発明に係るスラブ表面欠陥検出方法とスラブ表面欠陥検出装置について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るスラブ表面欠陥検出装置の概略構成を示す図であり、図１に示されるように、本発明の一実施形態に係るスラブ表面欠陥検出装置は、レーザ投光器７ａ，７ｂ、レーザ光受光手段としてのレーザ受光器９、表面凹凸状態計測手段としての表面凹凸状態計測回路１０、凹凸変化率算出手段としての凹凸変化率算出回路１１、スラブ表面照明手段としての照明装置１２ａ，１２ｂ、撮像手段としてのＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂ、画像信号処理手段としての画像信号処理装置１４、低輝度表面部検出手段としての低輝度表面部検出回路１５、および表面欠陥判定手段としての判定装置１６を備えている。
【００１０】
レーザ投光器７ａ，７ｂは検査対象物であるスラブ６の表面に例えば０．１〜０．２ｍｍのビーム幅を有するスリット状のレーザ光８を投光するものであり、スラブ６の幅方向に一定間隔で配列されている。また、レーザ投光器７ａ，７ｂはスラブ６からの輻射熱が届かない位置（例えば、スラブ表面から上方に２５００ｍｍ以上離れた位置）に配置されており、従って、スラブ６の表面にはレーザ投光器７ａ，７ｂからのレーザ光８がほぼ真上から投光されるようになっている。なお、レーザ投光器７ａ，７ｂからスラブ６の表面に投光されたレーザ光はスラブ６の表面で反射した後、レーザ受光器９に入射するようになっている。
【００１１】
レーザ受光器９はスラブ６の表面で反射したレーザ光８を受光してスラブ６の表面凹凸情報を得るためのものであり、このレーザ受光器９から出力された信号は表面凹凸状態計測回路１０に供給されるようになっている。
表面凹凸状態計測回路１０はレーザ受光器９から出力された信号を基にスラブ６の幅方向におけるスラブ表面の凹凸状態をスラブ６の進行方向である長手方向に連続的に計測してスラブ表面全体の凹凸データを取得するものであり、この表面凹凸状態計測回路１０から出力された信号は凹凸変化率算出回路１１に供給されるようになっている。
【００１２】
凹凸変化率算出回路１１は表面凹凸状態計測回路１０により計測したスラブ６の表面凹凸状態のデータを処理してスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出するものであり、この凹凸変化率算出回路１１から出力された信号は、スラブ６の表面に発生する表面欠陥情報として判定装置１６に供給されるようになっている。
照明装置１２ａ，１２ｂはスラブ６の表面に照明光をスラブ６の全幅に亘って照射するものであり、これらの照明装置１２ａ，１２ｂは例えばスラブ６の幅方向に一定間隔で配列された複数個のハロゲンランプから構成されている。また、照明装置１２ａ，１２ｂはスラブ６の長手方向に間隔をおいて配置されており、照明装置１２ａと照明装置１２ｂとの間には、後述するＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂを配置するための空間部が形成されている。
【００１３】
ＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂは照明装置１２ａ，１２ｂからスラブ表面に照射された照明光の照射領域をスラブ６の表面に対してほぼ垂直な方向から撮像するものである。これらのＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂとして例えばラインＣＣＤカメラを用いることで、スラブ表面の凹凸状態を計測するときよりも長手方向の分解能が５〜１０倍程度細かくなる。
画像信号処理装置１４はＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂから出力された画像信号を処理してスラブ６の表面輝度分布を取得するものであり、この画像信号処理装置１４から出力された信号は低輝度表面部検出回路１５に供給されるようになっている。
【００１４】
低輝度表面部検出回路１５は画像信号処理装置１４により得られた表面輝度分布のうち予め設定した閾値より低いスラブ６の低輝度表面部（欠陥と判断される低輝度表面部）を検出するものであり、この低輝度表面部検出回路１５から出力された信号は判定装置１６に供給されるようになっている。
判定装置１６は凹凸変化率算出回路１１により算出されたスラブ表面の長手方向における凹凸変化率と低輝度表面部検出回路１５により検出されたスラブ６の低輝度表面部に基づいて表面欠陥の有無、発生位置、種類、大きさ等を判定するものであり、位置情報取得部１７、比較部１８および判定部１９を有している。
【００１５】
位置情報取得部１７は凹凸変化率算出回路１１により算出されたスラブの内部側に凹となる方向の凹凸変化率の絶対値（以下単に「凹凸変化率の絶対値」と記す。）が予め定めた閾値以上となる箇所のスラブ表面位置情報を取得するものであり、この位置情報取得部１７により取得されたスラブ表面位置情報は比較部１８に供給されるようになっている。
比較部１８は低輝度表面部検出回路１５により検出された低輝度表面部の位置と位置情報取得部１７により取得されたスラブ表面位置情報（凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となる箇所のスラブ表面位置情報）とを比較するものであり、この比較部１８の比較結果は判定部１９に供給されるようになっている。
【００１６】
判定部１９は比較部１８の比較結果を基に表面欠陥の有無、発生位置、種類、大きさ等を判定するものであり、低輝度表面部検出回路１５により検出された低輝度表面部の位置と位置情報取得部１７により取得されたスラブ表面位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定するように構成されている。
【００１７】
スラブ６の表面にノロ噛みと称される表面欠陥が発生したときのスラブ表層部の断面を図２に示す。図２に示されるように、ノロ噛みと称される表面欠陥がスラブ６に発生すると、スラブ６の表面凹凸がノロ噛み２０の先端部分で急峻に変化することがわかる。
スラブ６の表面にノロ噛みが発生したときの凹凸変化率算出回路１１の出力信号波形の一例を図３に示す。図３に示されるように、スラブ６の表面にノロ噛みが発生すると、凹凸変化率算出回路１１で算出されるスラブ表面の長手方向における凹凸変化率が大きく変化することがわかる。
【００１８】
したがって、上述のように、凹凸変化率算出回路１１により算出されたスラブ表面の長手方向における凹凸変化率の絶対値を予め定めた閾値と比較することで、スラブ６にノロ噛みが発生している場合には凹凸変化率の絶対値が閾値以上となるので、スラブ６に発生した表面欠陥がノロ噛みであるか否かを精度よく検出することが可能となる。
また、上述のように、表面凹凸状態計測回路１０により計測されたスラブ６の表面凹凸状態からスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を算出すると共に、画像信号処理装置１４により得られたスラブ６の表面輝度分布の中で欠陥と判断される低輝度表面部の位置と大きさを算出し、凹凸変化率の絶対値が予め定めた閾値以上となった部分の位置と低輝度表面部の位置とが一致したときに当該位置を欠陥位置と判定すると共に、欠陥位置と判定された低輝度表面部の大きさを欠陥位置に発生した表面欠陥の大きさと判定することで、スラブ６に発生したノロ噛みを精度よく検出することが可能となる。
【００１９】
よって、レーザ光受光器９から出力された信号のみを基に表面欠陥の有無や種類、大きさ等を特定した場合や、ＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂから出力された画像信号のみを基に表面欠陥の有無や種類、大きさ等を特定した場合のように、スラブの表面にノロ噛み等の表面欠陥が発生していると誤って判定してしまう可能性が少なくなり、表面欠陥の検出精度が向上するので、スラブ６に発生したノロ噛み等の表面欠陥を精度よく検出することができる。
【００２０】
また、上述のように、照明装置１２ａ，１２ｂからスラブ表面に照射された照明光の照射領域をＣＣＤカメラ１３ａ，１３ｂによりスラブ６の表面に対してほぼ垂直な方向から撮像したことで、スラブ６の表面に発生した表面欠陥の大きさ（例えばノロ噛みの大きさ）を精度よく検出することができる。
上述した本発明の一実施形態では、レーザ投光器からのレーザ光をスラブの表面にほぼ真上から投光するようにしたが、これに限られるものではなく、レーザ投光器からのレーザ光をスラブの表面に斜め上方から投光するようにしてもよい。ただし、より高い精度で表面欠陥を検出するためには、レーザ投光器からのレーザ光をスラブの表面にほぼ真上から投光することが好ましい。
【００２１】
また、上述した本発明の一実施形態では、スラブの幅方向に配列された二つのレーザ投光器からスラブの表面にレーザ光を投光するようにしたが、これに限られるものではなく、スラブの幅寸法に応じてレーザ投光器の個数を適宜設定すればよい。
また、上述した本発明の一実施形態では、スラブの表面で反射したレーザ光を１個のレーザ受光器で受光するようにしたが、これに限られるものではなく、レーザ光受光手段としてのレーザ受光器の個数は複数個であってもよい。
【００２２】
また、スラブ表面の長手方向における凹凸変化率を求める方法としては、上述した本発明の一実施形態のように、スラブの幅方向に長いスリット状のレーザ光をスラブの表面に照射しながらスラブをその長手方向に移動させてスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を求めてもよいし、スラブの表面に照射されたスリット状あるいはスポット状のレーザ光をスラブの幅方向や長手方向に走査してスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を求めてもよい。
【００２３】
また、上述した本発明の一実施形態では、レーザ受光器から出力された信号を微分処理してスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を取得するようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、表面凹凸状態計測回路により計測された二つの計測点の間の傾きからスラブ表面の長手方向における凹凸変化率を取得するようにしてもよい。
また、上述した本発明の一実施形態では、スラブの表面に照明光を二台の照明装置から照射したが、照明装置の台数は特に限定されるものではなく、例えば、一台の照明装置からスラブの表面に照明光を照射するようにしてもよいし、三台以上の照明装置からスラブの表面に照明光を照射するようにしてもよい。なお、照明装置の光源としてはハロゲンランプに限られず、通常用いられる光源であれば本発明に用いることができる。
【００２４】
さらに、上述した本発明の一実施形態では、スラブの表面に照射された照明光の照射領域を二台のＣＣＤカメラにより撮像したが、撮像手段としてのＣＣＤカメラの台数は特に限定されるものではなく、例えば、照明光の照射領域を一台のＣＣＤカメラにより撮像するようにしてもよいし、照明光の照射領域を三台以上のＣＣＤカメラにより撮像するようにしてもよい。また、撮像手段もＣＣＤカメラに限られず、スラブ表面の輝度分布を取得できるものであれば本発明に用いることができる。
上述した本発明の一実施形態では、スラブの上面側における表面欠陥の検出について記載したが、本発明はスラブの下面側における表面欠陥の検出についても同様に適用することができる。さらに、本発明の構成を、スラブの上面側及び下面側に設けることで、スラブの上下面の欠陥の検出が同時に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るスラブ表面欠陥検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】スラブの表面にノロ噛みと称される表面欠陥が発生したときのスラブ表層部の断面を示す図である。
【図３】スラブの表面にノロ噛みが発生したときの凹凸変化率算出回路の出力信号波形の一例を示す図である。
【図４】溶鋼の連続鋳造設備の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  取鍋
２  ダンディッシュ
３  モールド（鋳型）
４  ピンチローラ
５  切断装置
６  スラブ
７ａ，７ｂ  レーザ投光器
８  レーザ光
１０  表面凹凸状態計測回路（表面凹凸状態計測手段）
１１  凹凸変化率算出回路（凹凸変化率算出手段）
１２ａ，１２ｂ  照明装置
１３ａ，１３ｂ  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１４  画像信号処理装置（画像信号処理手段）
１５  低輝度表面部検出回路（低輝度表面部検出手段）
１６  判定装置（表面欠陥判定手段）
１７  位置情報取得部
１８  比較部
１９  判定部
【図１】
2010117281.tif 000003
【図２】
2010117281.tif 000004
【図３】
2010117281.tif 000005
【図４】
2010117281.tif 000006