(57)【要約】【課題】棒鋼圧延材の形状プロファイルデータから正確な近似円を求め、その近似円を基に、棒鋼圧延材に発生する表面疵を確実に且つ正確に検出することができる表面疵検出方法、及び表面疵検出装置を提供する。【解決手段】本発明の表面疵検出方法は、棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルを抽出し、その２次元プロファイルを構成する各プロット座標Ａｉを用いて、当該２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出し、その近似円Ｃｂの中心座標Ｏとプロット座標Ａｉとの距離ｄを求め、その距離ｄと近似円Ｃｂの半径Ｒとの差を求めて２次元プロファイルにおける深さＨを算出し、その深さＨが所定の閾値より大きい場合、２次元プロファイルに表面疵候補Ｚｋが存在すると判定し、判定された２次元プロファイルが、棒鋼圧延材Ｗに複数発生し、その２次元プロファイルの個数が所定の閾値より多い場合、棒鋼圧延材Ｗに表面疵Ｚが発生していると判定する。【選択図】図１
2015175761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円形の断面形状を有する長尺の圧延材の表面疵を検出する表面疵検出方法であって、
長手方向が搬送方向となるように搬送される前記圧延材に関し、当該圧延材の長手方向に垂直な方向を向く断面形状の２次元プロファイルを抽出し、
抽出した２次元プロファイルを構成する各プロット座標Ａｉを用いて、当該２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出し、
算出した前記近似円Ｃｂの中心座標Ｏと前記２次元プロファイルの各プロット座標Ａｉとの距離ｄを求めた上で、求めた距離ｄと算出した前記近似円Ｃｂの半径Ｒとの差を求めることで、前記２次元プロファイルにおける深さＨを算出し、
算出された前記２次元プロファイルにおける深さＨが、所定の閾値より大きい場合、前記２次元プロファイルに表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定し、
前記表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定された２次元プロファイルが、前記圧延材の長手方向に複数発生し、且つ当該複数発生した２次元プロファイルの個数が所定の閾値より多い場合、前記圧延材に表面疵Ｚが発生していると判定する
ことを特徴とする表面疵検出方法。
【請求項２】
前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出するにあたっては、
前記２次元プロファイルを示す全てのプロット座標Ａｉのうち、前記表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外したプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）を用いて、前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを最小二乗法により算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の表面疵検出方法。
【請求項３】
前記２次元プロファイルを示す全てのプロット座標Ａｉから、前記表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外するにあたっては、
前記２次元プロファイルのプロット座標Ａｉ毎に、当該プロット座標Ａｉと隣接するプロット座標Ａｉ−１，Ａｉ＋１の少なくとも３点以上のプロット座標Ａｉのデータを用いて、前記２次元プロファイルのプロット座標Ａｉにおける近似円Ｃａの直径Ｌａを最小二乗法により算出し、
算出した前記近似円Ｃａの直径Ｌａと、前記圧延材の実際の直径Ｌとの差の絶対値（｜Ｌａ−Ｌ｜）を求め、
当該絶対値が所定の閾値より大きい場合、前記プロット座標Ａｉを、前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する際に使用するプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）から除外する
ことを特徴とする請求項２に記載の表面疵検出方法。
【請求項４】
前記圧延材の表面疵Ｚを検出する際に、
前記２次元プロファイルに表面疵Ｚが存在すると判定されたプロット座標Ａｉの発生度合いが、所定の閾値以上である場合、当該２次元プロファイルを不良プロファイルと判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面疵検出方法。
【請求項５】
前記不良プロファイルと判定された２次元プロファイルが、前記圧延材の長手方向に発生する発生度合いが、所定の閾値以上である場合、当該圧延材を不良品と判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の表面疵検出方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載された表面疵検出方法をリアルタイムで行うことを特徴とする表面疵検出方法。
【請求項７】
略円形の断面形状を有する長尺の圧延材の表面疵を検出する表面疵検出装置であって、
長手方向が搬送方向となるように搬送される前記圧延材に関し、当該圧延材の長手方向
に垂直な方向を向く断面形状の２次元プロファイルを抽出するプロファイル抽出手段と、
抽出した前記２次元プロファイルを用いて、請求項１〜６のいずれかに記載した表面疵検出方法により圧延材の表面疵を検出する疵検出部と、を有する
ことを特徴とする表面疵検出装置。
【請求項８】
前記プロファイル抽出手段は、前記圧延材の周方向に沿って少なくとも１つ以上配備された２次元変位レーザ変位計を有しており、
前記２次元変位レーザ変位計により、前記圧延材の２次元プロファイルを抽出する構成とされている
ことを特徴とする請求項７に記載の表面疵検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材を圧延するに際し、圧延された圧延材の表面疵を検出する表面疵検出方法、及び表面疵検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビレットなどの鋳片より、線材、棒鋼など略円形の断面形状を有する圧延材を製造するに際しては、熱間圧延工程又は冷間圧延工程にて行われている。
この熱間圧延工程及び冷間圧延工程には、粗圧延機、中間圧延機、仕上圧延機などが配置された圧延設備が配備されていて、この圧延設備において、鋳片が目標の略円形の断面形状を有する圧延材（製品）となるまで、圧延が繰り返される。
【０００３】
このような熱間及び冷間の圧延工程において製造された、略円形の断面形状を有する圧延材には、その外周面に表面疵（凹形状を有する押し疵など）などの欠陥が生じることがある。圧延材の外周面に表面疵などの微細な欠陥が生じてしまうと、その圧延材の品質が低下することとなり、製品として出荷することができない。
また、圧延材の外周面に生じた微細な欠陥を探傷中に見逃してしまうと、欠陥が存在する圧延材の不良品が排除されずに出荷されてしまい、圧延材の製造過程における非常に大きな問題となる。
【０００４】
そこで、微細な欠陥（表面疵）が発生していない圧延材を良品として確実に判定して出荷するために、様々な非破壊検査方法を用いて、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の欠陥の発生を自動的に検出し、その検出された欠陥を研削装置などで除去したり、検出結果に基づいて各圧延工程における圧延条件の修正が行われたりしている。
このような線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の外周面に発生した欠陥を検出する手段としては、渦流探傷や漏洩磁束探傷などの電磁気的探傷が広く用いられている。
【０００５】
ところが、前述の電磁気的探傷手段では、圧延工程にて生じる圧延材の振動や、電磁気特性のムラによるノイズ発生などにより、そのノイズを欠陥として検出してしまったり（欠陥の誤検出）、比較的問題とならない欠陥まで検出されてしまう（欠陥の過検出）虞がある。
このような課題に対して、近年では、高速カメラを利用して、圧延材の外周面の欠陥を探傷する画像探傷技術も開発されてきている。画像探傷技術は、例えば、照明手段により光を圧延材に照射し、その光が照射されたことによる表面疵（欠陥）の乱反射成分を捉えたり、あるいは、光が照射されたことによる表面疵の陰影を捉えて、圧延材の外周面に発生した表面疵を検出する技術である。
【０００６】
ところが、前述した高速カメラを利用した画像探傷技術では、圧延材の外周面に発生した表面疵の深さが浅い、あるいは、表面疵の凹みが緩やかといった微細な表面疵について見逃してしまう虞があり、圧延材の製造過程における非常に大きな問題となる。
このような課題に対し、上記と同じように高速カメラを用いて、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の外形形状を直接計測し、圧延材の外周面に生じている凹みやその深さから、その凹みが表面疵であるか否かを検出することができる表面疵の検出方法及び検出装置が開発されてきている。
【０００７】
線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の表面疵を検出する画像処理の技術としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示された技術がある。
特許文献１は、鋼管穿孔用プラグの表面にレーザスリット光を、当該プラグの軸方向と垂直な方向から複数投影し、プラグの軸方向前方からプラグの外形形状の画像を撮像して取得し、取得した画像を画像処理して外形形状の線画を得て、この線画を基に当該線画の近似円を作成し、画像処理で得られた外形形状の線画と、作成した当該線画の近似円との偏差の大小から疵判定する表面疵検査装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２は、画像内で輪郭形状が円形状となる被検物の中心位置を計測するための画像処理方法であり、被検物の輪郭部分の複数の点の位置から円近似を行って、被検物の中心及び半径を算出し、算出した被検物の中心から輪郭部分の点までの距離を輪郭部
分の点ごとに算出し、算出した輪郭部分の点までの距離と被検物の半径との差がある閾値より大きくなる点を除外して輪郭部分の近似円を求め、求めた近似円の中心から輪郭部分の点までの距離と近似円半径の残差を輪郭部分の点ごとに求め、求めた残差の総和、もしくは残差の最大値と最小値の差、またはその差の分散の総和を輪郭部分の点ごと算出し、残差の総和、残差の最大値と最小値の差、差の分散の総和が最小となるときの輪郭部分の点の組み合わせから円近似を行って、被検物の中心、及び半径を算出する画像処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９１０５６７号公報
【特許文献２】特許第４９１９１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示すような被測定物の表面疵を検出する技術を圧延材の表面疵を検出する方法として用いても、以下に述べるような難点が存在する。
すなわち、特許文献１、２の技術は、被検物の輪郭上の複数の位置データから近似円を作成し、作成した近似円を基に、疵の有無や圧延材の径の異常を検知するものである。しかしながら、近似円を求めるにあたっては、輪郭上の複数の位置データを適切に処理しなければ、正しい近似円を得ることができない場合が多い。
【００１１】
例えば、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の外周面に表面疵が存在する場合、圧延材の外周面の近似真円を当該圧延材の測定点全てから算出すると、表面疵の深さの値が実際の疵深さよりも小さい値となるので、実際に生じている圧延材の表面疵が見逃されてしまう虞がある。前述した特許文献１、２の技術は、上記の問題に対応する技術を開示するものとはなっていない。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の形状プロファイルデータから正確な近似円を求め、得られた近似円を基に、圧延材の外周面に発生する凹形状の表面疵を確実に且つ正確に検出することができる表面疵検出方法、及び表面疵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】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る表面疵検出方法は、略円形の断面形状を有する長尺の圧延材の表面疵を検出する表面疵検出方法であって、長手方向が搬送方向となるように搬送される前記圧延材に関し、当該圧延材の長手方向に垂直な方向を向く断面形状の２次元プロファイルを抽出し、抽出した２次元プロファイルを構成する各プロット座標Ａｉを用いて、当該２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出し、算出した前記近似円Ｃｂの中心座標Ｏと前記２次元プロファイルの各プロット座標Ａｉとの距離ｄを求めた上で、求めた距離ｄと算出した前記近似円Ｃｂの半径Ｒとの差を求めることで、前記２次元プロファイルにおける深さＨを算出し、算出された前記２次元プロファイルにおける深さＨが、所定の閾値より大きい場合、前記２次元プロファイルに表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定し、前記表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定された２次元プロファイルが、前記圧延材の長手方向に複数発生し、且つ当該複数発生した２次元プロファイルの個数が所定の閾値より多い場合、前記圧延材に表面疵Ｚが発生していると判定することを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出するにあたっては、前記２次元プロファイルを示す全てのプロット座標Ａｉのうち、前記表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外したプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）を用いて、前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを最小二乗法により算出するとよい。
好ましくは、前記２次元プロファイルを示す全てのプロット座標Ａｉから、前記表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外するにあたっては、前記２次元プロファイルのプロット座標Ａｉ毎に、当該プロット座標Ａｉと隣接するプロット座標Ａｉ−１，Ａｉ＋１
の少なくとも３点以上のプロット座標Ａｉのデータを用いて、前記２次元プロファイルのプロット座標Ａｉにおける近似円Ｃａの直径Ｌａを最小二乗法により算出し、算出した前記近似円Ｃａの直径Ｌａと、前記圧延材の実際の直径Ｌとの差の絶対値（｜Ｌａ−Ｌ｜）を求め、当該絶対値が所定の閾値より大きい場合、前記プロット座標Ａｉを、前記２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する際に使用するプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）から除外するとよい。
【００１５】
好ましくは、前記圧延材の表面疵Ｚを検出する際に、前記２次元プロファイルに表面疵Ｚが存在すると判定されたプロット座標Ａｉの発生度合いが、所定の閾値以上である場合、当該２次元プロファイルを不良プロファイルと判定するとよい。
好ましくは、前記不良プロファイルと判定された２次元プロファイルが、前記圧延材の長手方向に発生する発生度合いが、所定の閾値以上である場合、当該圧延材を不良品と判定するとよい。
【００１６】
好ましくは、本発明に係る表面疵検出方法をリアルタイムで行うとよい。
本発明に係る表面疵検出装置は、略円形の断面形状を有する長尺の圧延材の表面疵を検出する表面疵検出装置であって、長手方向が搬送方向となるように搬送される前記圧延材に関し、当該圧延材の長手方向に垂直な方向を向く断面形状の２次元プロファイルを抽出するプロファイル抽出手段と、抽出した前記２次元プロファイルを用いて、本発明に係る表面疵検出方法により圧延材の表面疵を検出する疵検出部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記プロファイル抽出手段は、前記圧延材の周方向に沿って少なくとも１つ以上配備された２次元変位レーザ変位計を有しており、前記２次元変位レーザ変位計により、前記圧延材の２次元プロファイルを抽出する構成とされているとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表面疵検出方法、及び表面疵検出装置によれば、線材、棒鋼、鋼管などの圧延材の形状プロファイルデータから正確な近似円を求め、得られた近似円を基に、圧延材の外周面に発生する凹形状の表面疵を確実に且つ正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の表面疵検出装置の概略構成の一例を示した図である。
【図２Ａ】本発明の表面疵検出装置に配備された２次元レーザ変位計の設置場所の一例を示した図である。
【図２Ｂ】本発明の表面疵検出装置に配備された２次元レーザ変位計の設置場所の他の例を示した図である。
【図３Ａ】通常の棒鋼圧延材のプロファイル形状を測定した結果を示した図である。
【図３Ｂ】外周面に表面疵が発生した棒鋼圧延材のプロファイル形状を測定した結果を示した図である。
【図４】本発明の表面疵検出装置で抽出された棒鋼圧延材の２次元プロファイルを棒鋼圧延材の長手方向に連続的に配置したものを示した図である。
【図５】棒鋼圧延材の表面疵を検出する方法を示したフローチャート図である。
【図６】棒鋼圧延材の２次元プロファイルにおける近似円の算出方法に従って、算出した近似円と、外周面に表面疵が発生した棒鋼圧延材のプロファイル形状とを比較した図である。
【図７Ａ】通常の棒鋼圧延材の２次元プロファイルにおける深さプロファイルを示した図である（図３Ａに対応）。
【図７Ｂ】外周面に表面疵が発生した棒鋼圧延材の２次元プロファイルにおける深さプロファイルを示した図である（図３Ｂに対応）。
【図８】棒鋼圧延材の検査装置の概略構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図を参照しながら、本発明の表面疵検出方法、及び表面疵検出装置について、説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の構成を
その具体例のみに限定するためのものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態の開示内容のみに限定されるものではない。
【００２１】
例えば、以下の説明において、検査対象である圧延材を棒鋼圧延材として説明を行うが、それに限定されず、線材、鋼管など略円形の断面形状を有する圧延材であれば、本発明の技術を適用可能である。
まず、本発明の表面疵検出装置１、及び表面疵検出方法について説明する前に、図８を参照して、圧延設備に備えられている棒鋼圧延材Ｗの検査装置１０（検査ライン）について説明する。
【００２２】
図８は、棒鋼圧延設備にてビレットなどの鋳片が連続圧延され、その後、所定の長さに切断されることで棒鋼圧延材Ｗが製造される。その棒鋼圧延材Ｗの外周面及び内部を検査する検査装置１０の一例を示したものである。なお、本実施形態の棒鋼圧延材Ｗは、断面がほぼ真円状であるものとし、例えば直径が約３０ｍｍ、長さが約１０ｍ程度に切断された長尺の棒材である。
【００２３】
図８に示すように、検査装置１０には、上流側から下流側に向けて順に、熱処理などによる長尺の棒鋼圧延材Ｗの曲がりを矯正して、真直した棒鋼圧延材Ｗを成形する矯正機１１と、圧延工程で生じた棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する外周面探傷装置１２と、棒鋼圧延材Ｗの内部欠陥を検出する内部欠陥探傷装置１３とが備えられている。
さらに、矯正機１１の下流側であって外周面探傷装置１２の上流側には、詳細は後述するが、この矯正機１１から送り出された棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する本発明の表面疵検出装置１が配備されている。
【００２４】
矯正機１１は、熱処理などにより曲がった棒鋼圧延材Ｗを、例えば２つ配備された鼓形ロールで連続的に矯正を行い、真直度の高い棒鋼圧延材Ｗに成形する機器である。
本実施形態の外周面探傷装置１２は、長尺の棒鋼圧延材Ｗの表面上に存在する疵を、漏洩磁束を用いて検出（探傷）する装置であり、例えば、漏洩磁束探傷装置（ＭＬＦＴ）などが挙げられる。
【００２５】
また、本実施形態の内部欠陥探傷装置１３は、長尺の棒鋼圧延材Ｗの表面皮下に存在する欠陥を、超音波を用いて検出（探傷）する装置であり、例えば、超音波探傷装置（ＵＳＴ）などが挙げられる。
このように、棒鋼圧延設備にて製造された棒鋼圧延材Ｗは、２つ（漏洩磁束、超音波）の探傷装置によって表面及び内部が検査され、表面疵Ｚ及び内部欠陥が検出されない棒鋼圧延材Ｗａのみが良品として搬出（出荷）され、表面疵Ｚが検出された棒鋼圧延材Ｗｂは、検査装置１０（検査ライン）から払出される。
【００２６】
ところが、上記した漏洩磁束探傷装置１２を用いても、棒鋼圧延材Ｗの表面に生じている疵Ｚが検出されないことがある。例えば、異物が挟まった状態のバイトで切断された棒鋼圧延材Ｗの先端部及び後端部の表面には、その異物によって表面疵Ｚ（例えば、押し疵）が形成されるが、漏洩磁束探傷装置１２には表面疵Ｚがあっても検出されない不感帯という領域が存在することとなり、その棒鋼圧延材Ｗの先端部及び後端部の表面疵Ｚが検出されず、見逃されてしまうことがある。
【００２７】
その問題を鑑みて、本願発明者らは、先端部及び後端部の表面に生じる疵Ｚなど棒鋼圧延材Ｗの表面に生じる全ての疵Ｚを検出することのできる表面疵検出装置１を発明し、検査装置１０の矯正機１１と外周面探傷装置１２との間に配備することとした。
以下、本発明の表面疵検出装置１について、詳細な説明を行う。
図１に示すように、本発明の表面疵検出装置１は、長手方向が搬送方向となるように搬送される棒鋼圧延材Ｗに関し、当該棒鋼圧延材Ｗの長手方向に垂直な方向を向く断面形状の２次元プロファイルを抽出するプロファイル抽出手段２と、抽出した２次元プロファイルを用いて、棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する疵検出部３と、を有している。
【００２８】
疵検出部３は、棒鋼圧延材Ｗの３次元形状を取得する３次元形状取得手段４と、棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する近似円算出手段５と、２次元プロファイルに存在する凹部の深さＨを算出する深さ算出手段６と、２次元プロファイルの深さＨを、所定の判定基準に基づいて、２次元プロファイルに表面疵の候補Ｚｋが存在すると
判定する表面疵候補判定手段７と、表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定された２次元プロファイルを所定の判定基準に基づいて、棒鋼圧延材Ｗに表面疵Ｚが発生していると判定する表面疵判定手段８と、を有する。
【００２９】
以下、各手段の詳細について、説明する。
まず、プロファイル抽出手段２は、２次元レーザ変位計２（レーザ式プロファイル測定器、例えば、サンプリング周波数：２ｋＨｚ）であって、高速搬送中（例えば、１５０ｍ／ｍｉｎ）の棒鋼圧延材Ｗの長手（軸長）方向に対して、垂直方向に切断した断面（測定断面）の２次元プロファイルを抽出するものであり、棒鋼圧延材Ｗの周方向に沿って、少なくとも１つ以上配備されている（搬送方向分解能１．２５ｍｍ）。
【００３０】
例えば、図２Ａに示すように、棒鋼圧延材Ｗの全周の輪郭形状を２次元プロファイルとして抽出するために、プロファイル抽出手段２を棒鋼圧延材Ｗの周方向に沿って等間隔（図２Ａ中のＡ−Ａ矢視図参照）すると共に、棒鋼圧延材Ｗの軸長方向に対して、垂直方向を向いた直径の延長線上に３つ配備してもよい。
なお、同波長の２次元レーザ変位計２を、棒鋼圧延材Ｗの周方向の同じ位置に複数配置すると、各２次元レーザ変位計２からのレーザ光Ｓが干渉し、正しく２次元プロファイルを抽出することができないことがあるので、図２Ａに示すように、異なった波長のレーザ光Ｓを使用した２次元レーザ変位計２を使用するようにしたり、図２Ｂに示すように、棒鋼圧延材Ｗの軸長方向に所定の間隔ずらして配置（縦列配置）して、正しく２次元プロファイルを抽出するようにする。
【００３１】
なお、図２Ｂに示すプロファイル抽出手段２の配置に関しては、図２Ａと同様に、棒鋼圧延材Ｗの周方向に沿って等間隔に配置している（図２Ｂ中のＢ−Ｂ矢視図参照）。
このように、プロファイル抽出手段２を複数配備することで、棒鋼圧延材Ｗの軸長方向全周に亘って、輪郭形状をリアルタイムで捉えられることができ、棒鋼圧延材Ｗの全周の輪郭形状を２次元プロファイルとして抽出することができる。
【００３２】
つまり、上記したプロファイル抽出手段２を用いることで、リアルタイムで、例えば、棒鋼圧延材Ｗの測定断面に対応する速度で、その測定断面の画像を処理することができ、棒鋼圧延材Ｗの全周の輪郭形状を２次元プロファイルとして抽出することができる。
図３Ａ及び図３Ｂには、抽出された棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルが示されている。
【００３３】
図３Ａに示されている棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルは、一定の放物線を描いた形状であり、２次元プロファイルに表面疵Ｚが生じていないとされるものである。
図３Ａにおいて、この棒鋼圧延材ＷＷの断面の２次元プロファイル形状は、位置（ｘ座標）がおよそ１７．５ｍｍ、高さ（ｙ座標）がおよそ５０ｍｍを頂点として左右対称の形状となっていることが確認できる。
【００３４】
このような、一定の曲面形状を有した棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルのデータを棒鋼圧延材Ｗのサイズごとに分けて予め基礎データとして記憶させておいて、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する際に用いる。
一方、図３Ｂに示されている棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルは、一部形状が変化した（凹んだ）放物線形状であり、２次元プロファイルに表面疵Ｚが生じているとされるものである。
【００３５】
図３Ｂにおいて、この棒鋼圧延材Ｗの断面形状の２次元プロファイルは、位置（ｘ座標）がおよそ２２．５ｍｍ〜３３ｍｍの間、高さ（ｙ座標）がおよそ４０ｍｍ〜５０ｍｍの間に形状が変化している（凹んでいる）ことが確認できる。
このように、プロファイル抽出手段２で搬送中の棒鋼圧延材Ｗの輪郭形状を測定することで、棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルがリアルタイムで抽出することができる。このプロファイル抽出手段２で得られた棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルの情報は、疵検出部３内の３次元形状取得手段４に送られ、棒鋼圧延材Ｗの３次元形状を取得するために用いられる。
【００３６】
本実施形態のプロファイル抽出手段２は、高速搬送中の棒鋼圧延材Ｗに対して、複数の
レーザ光Ｓ（スリット光）を狭ピッチで平行に照射することと同等な条件でレーザ光形状の計測を実施しているので、棒鋼圧延材Ｗの形状を高速で計測することができる。
また、プロファイル抽出手段２は、棒鋼圧延材Ｗの搬送速度に対し、十分に高速なサンプリング周波数で計測しているので、棒鋼圧延材Ｗの長手方向における表面疵Ｚの長さの規格値よりも、細かい分解能で２次元プロファイルを計測する機能を有している。
【００３７】
図４に示すように、疵検出部３に備えられた３次元形状取得手段４は、２次元プロファイルの情報を基に、棒鋼圧延材Ｗの長手方向に連続的にサンプリングして、当該棒鋼圧延材Ｗの全長における３次元形状を取得する。
疵検出部３に備えられた近似円算出手段５は、３次元形状取得手段４に蓄えられた２次元プロファイルの１つ１つの２次元プロファイルに対して、各２次元プロファイルを構成するプロット座標（計測点）Ａｉを用いて、当該２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出するものである。
【００３８】
具体的には、２次元プロファイルを構成する測定データ（プロット座標Ａｉ）の全てのデータを用いて、近似円Ｃａを最小二乗法により算出する。
しかしながら、本実施形態においては、得られる近似円Ｃａの精度を向上させるべく、以下の処理方法を採用している。
すなわち、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを高精度で算出する手順は、プロファイル抽出手段２で得られたプロット座標Ａｉと、そのＡｉに隣接するプロット座標Ａｉ−１，Ａｉ＋１の少なくとも３点以上のプロット座標Ａｉのデータ（例えば１１点のデータ）を用いて、２次元プロファイルの近似円の直径Ｌａ（半径Ｒａ）を算出する。そして、算出した近似円の情報を基に、２次元プロファイルを示す全てのプロット座標Ａｉのうち、表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外する。
【００３９】
表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを除外する手順は、まず、あるプロット座標Ａｉと、２次元プロファイルのプロット座標Ａｉ毎に、当該プロット座標Ａｉと隣接する、例えばプロット座標Ａｉ左右のプロット座標Ａｉ−１，Ａｉ＋１の少なくとも３点以上のプロット座標Ａｉのデータを用いて、２次元プロファイルのプロット座標Ａｉにおける近似円Ｃａを最小二乗法により算出し、得られた近似円Ｃａから、その直径Ｌａ（半径Ｒａ）を求める。
【００４０】
そして、算出した近似円の直径Ｌａと、棒鋼圧延材Ｗの実際の直径Ｌとの差の絶対値（｜Ｌａ−Ｌ｜）を求める。求めた絶対値が所定の閾値より大きい場合、プロット座標Ａｉを表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚとし、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する際に使用するプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）から除外する。
この除外する手順をプロット座標Ａｉ全てで行って、該当する全てのプロット座標Ａｚをプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）から除外する。
【００４１】
このように、表面疵Ｚと推測されるプロット座標Ａｚを排除して得られたプロット座標Ａ（ｉ−ｚ）を用いて、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを最小二乗法により算出する。
疵検出部３に備えられた深さ算出手段６は、２次元プロファイルに存在する凹みの深さＨを算出するものである。
図６中の右上側に示すように、２次元プロファイルに存在する凹みの深さＨを算出する手順は、まず近似円算出手段５で算出した２次元プロファイルの近似円Ｃｂの中心座標Ｏと、２次元プロファイルの各プロット座標Ａｉとの距離ｄを求める。
【００４２】
そして、その求めた距離ｄと、近似円算出手段５で算出した近似円Ｃｂの半径Ｒｂとの差（Ｒｂ−ｄ）を、プロット座標Ａｉごとに算出する。その算出した差のうち、最も差が大きい値を２次元プロファイルにおける深さＨとする。
表面疵候補判定手段７は、表面疵Ｚを判定する前段階の表面疵Ｚの可能性のある表面疵候補Ｚｋを判定するものである。
【００４３】
表面疵候補判定手段７では、深さ算出手段６にて算出された２次元プロファイルの深さＨが、予め設定されている所定の閾値より大きい場合には、２次元プロファイルに表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定し、所定の閾値より小さい場合には、２次元プロファイルに表面疵の候補Ｚｋが存在しないと判定する。
表面疵判定手段８は、表面疵の候補Ｚｋが存在すると判定された２次元プロファイルが、棒鋼圧延材Ｗの長手方向に、例えば連続的に複数発生し、且つ当該複数発生した２次元プロファイルの個数が所定の閾値より多い場合、２次元プロファイルに表面疵Ｚが発生していると判定するものである。
【００４４】
棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する手順は、２次元プロファイルに表面疵Ｚｋが存在すると判定されたプロット座標Ａｋの発生度合いが、所定の閾値以上である場合、当該２次元プロファイルを不良プロファイルと判定する。
そして、判定された不良プロファイルが、棒鋼圧延材Ｗの長手方向に発生する発生度合いが所定の閾値以上である場合、実際の棒鋼圧延材Ｗｂの外周面に表面疵Ｚが発生していると検出し、当該棒鋼圧延材Ｗｂを不良材と判定する。
【００４５】
本実施形態の表面疵検出装置１は、棒鋼圧延材Ｗに存在する表面疵Ｚを検出するために、２次元プロファイルの近似円Ｃｂの中心座標Ｏから各計測点Ａｉ＋ｐ（プロット座標）の距離ｄと、近似円Ｃｂの半径Ｒｂとの差を算出すると共に、表面疵Ｚの実深さＨを算出するための表面疵候補Ｚｋ（凹凸がある箇所）を除外して、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出しているので、正確に２次元プロファイルに表面疵Ｚが存在していると判定することができる。
【００４６】
また、除外する表面疵候補Ｚｋを棒鋼圧延材Ｗの規格サイズを基準とすることにより容易に選択することができる。
次に、上記した表面疵検出装置１を用いて、圧延された棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する方法について、図５〜図７Ｂを基に説明する。
図５は、棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚを検出する方法を示したフローチャート図である。
【００４７】
図６は、棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルにおける近似円の算出方法に従って、算出した近似円と、外周面に表面疵Ｚが発生した棒鋼圧延材Ｗｂのプロファイル形状とを比較した図である。
図７Ａは、通常の棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルにおける深さプロファイルを示した図である（図３Ａに対応）。図７Ｂは、外周面に表面疵Ｚが発生した棒鋼圧延材Ｗｂの２次元プロファイルにおける深さプロファイルを示した図である（図３Ｂに対応）。
【００４８】
まずＳ１において、高速搬送されている棒鋼圧延材Ｗの外周面に対してレーザ光Ｓを照射し、その照射されたレーザ光Ｓを受光して、受光したレーザ光Ｓを基に、棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルを抽出する。棒鋼圧延材Ｗの長手方向に連続的にサンプリングして、当該棒鋼圧延材Ｗの全長における３次元形状を取得する。
抽出された棒鋼圧延材Ｗの２次元プロファイルの計測点（プロット座標）を、画像（例えば、図３Ａ）の左側からＡ０，Ａ１，・・・Ａｉ，Ａｉ＋ｐ（ｉ＝０，ｐ＝偶数，ｊ＝０）とする。例えば、２次元プロファイルの計測点Ａｉ＋ｐを１１点とする。
【００４９】
Ｓ２において、Ｓ１で設定した２次元プロファイルの計測点（Ａ０〜Ａｉ＋ｐ）（プロット座標）を用いて、各計測点（Ａ０〜Ａｉ＋ｐ）の近似円Ｃａを算出する。
Ｓ３において、Ｓ２で算出した各計測点（Ａ０〜Ａｉ＋ｐ）の近似円Ｃａの半径Ｒａと、棒鋼圧延材Ｗの実際の半径Ｒ（直径規格値）との差の絶対値（｜Ｒ−Ｒａ｜）を算出する。算出した絶対値（｜Ｒ−Ｒａ｜）が、閾値である１ｍｍより小さい場合、Ｓ４へ移行する。一方、算出した絶対値（｜Ｒ−Ｒａ｜）が、閾値である１ｍｍより大きい場合、Ｓ５へ移行する。
【００５０】
Ｓ４において、Ｓ１で設定した２次元プロファイルの計測点（Ａ０〜Ａｉ＋ｐ）の中央点を、全体の近似円Ｃｂを算出するための座標Ｂｊ（周方向の座標）とし、その後ｊをインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）。
Ｓ５において、２次元プロファイルの計測点のＡｉ＋ｐが、最終計測点であるか否かを判定する。２次元プロファイルの計測点のＡｉ＋ｐが最終計測点である場合、Ｓ６に移行する。一方、２次元プロファイルの計測点のＡｉ＋ｐが最終計測点ではない場合、ｉをｉ＋１に増やして、Ｓ２に戻る。
【００５１】
Ｓ６において、Ｓ４で設定した２次元プロファイルの計測点の中央点Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｊを用いて、２次元プロファイル全体の近似円Ｃｂを算出する。
ここで、最小二乗法を用いて、２次元プロファイルの近似円Ｃｂを算出する手順について、説明する。
２次元プロファイルの輪郭形状を、式（１）で表す。
【００５２】
【数１】
2015175761.tif 000003
【００５３】
式（１）で表された２次元プロファイルの輪郭形状を、式（２）に展開する。
【００５４】
【数２】
2015175761.tif 000004
【００５５】
ここで、２次元プロファイルの中心座標（ａ，ｂ）及び半径Ｒｂを、式（３）に示す。
【００５６】
【数３】
2015175761.tif 000005
【００５７】
２次元プロファイルの各計測点（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、・・・、（ｘｉ，ｙｉ）を式（１）の左辺に代入したときの左辺の和と、右辺の和（＝０）との差が最小になる、すなわち、式（１）の左辺の和が０に近くなるとき、その左辺の二乗の和も最小となるので、このときの式（１）の左辺の係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃの値を求める。
ここで、左辺の二乗の和、
【００５８】
【数４】
2015175761.tif 000006
【００５９】
が最小となるとき、係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃで偏微分した値が０となることから、式（４）が成り立つ。
【００６０】
【数５】
2015175761.tif 000007
【００６１】
そして、式（４）から係数Ａ、係数Ｂ、係数Ｃを算出し、各測定点Ａｉの近似円Ｃａを算出する。
上記した手法を用いて、２次元プロファイルの計測点の中央点Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｊを基に、２次元プロファイルをフィッティングする近似円Ｃｂを求める。このような近似円Ｃａの算出手順を、棒鋼圧延材Ｗの長手方向全ての２次元プロファイル（例えば、長さが５ｍの棒鋼圧延材Ｗには、４０００本の２次元プロファイルが存在する）に対して行う。
【００６２】
Ｓ７において、図６に示すように、Ｓ６で算出した２次元プロファイル全体の近似円Ｃｂの中心座標Ｏと、２次元プロファイルの各計測点（Ａ０〜Ａｉ＋ｐ）との距離ｄを求める。求めた距離ｄと、２次元プロファイル全体の近似円Ｃｂの半径Ｒｂとの差を算出し、その差を２次元プロファイルにおける深さＨとする。
図７Ａに示すように、算出した深さＨが、設定された閾値（例えば０．４ｍｍ）より小さい場合、この２次元プロファイルに表面疵Ｚがないと判定し、Ｓ８へ移行する。
【００６３】
一方、図７Ｂに示すように、その算出した深さＨが、設定された閾値（例えば０．４ｍ
ｍ）より大きい場合、この２次元プロファイルに表面疵Ｚがあると判定すると共に、外部に対して警告（表面疵Ｚありの警告）を出すなどして、その後、Ｓ８へ移行する。
Ｓ８において、２次元プロファイルの計測点のＡｉ＋ｐが、最終計測点であるか否かを判定する。２次元プロファイルの計測点のＡｉが最終計測点である場合、２次元プロファイルの形状の判定を終了する。一方、２次元プロファイルの計測点のＡｉが最終計測点ではない場合、ｉをｉ＋１に増やして、Ｓ７に戻る。
【００６４】
そして、２次元プロファイルの形状の判定を終えると、その２次元プロファイルを基に、棒鋼圧延材Ｗの表面疵Ｚ（正確に言えば、表面疵候補Ｚｋ）を検出する。
例えば、搬送速度が１５０ｍ／分、サンプリング周波数が２ｋＨｚ、表面疵Ｚの長さの閾値が５ｍｍと設定されている場合、表面疵Ｚ（正確に言えば、表面疵候補Ｚｋ）が存在すると判定された２次元プロファイルが長手方向に４本以上、連続的に発生すると、棒鋼圧延材Ｗの外周面に閾値以上の表面疵Ｚが存在していると判定する。そして、外周面に表面疵Ｚが存在している棒鋼圧延材Ｗｂを不良材として検出する。
【００６５】
以上述べたように、本発明の表面疵検出方法及び表面疵検出装置１を用いることで、高速搬送中における棒鋼圧延材Ｗの全長の輪郭形状をオンラインで計測し、計測した棒鋼圧延材Ｗの形状プロファイルデータから正確な近似円を求め、得られた近似円を基に表面疵Ｚ深さＨを算出し、棒鋼圧延材Ｗの外周面の表面疵Ｚの有無を確実に且つ正確に判定することが可能となる。
【００６６】
そして、この判定結果を基に、表面疵Ｚが発生した棒鋼圧延材Ｗｂ（不良材）を棒鋼圧延ライン（検査ライン１０）から取り除くことで、表面疵Ｚが発生した棒鋼圧延材Ｗｂの流出、製品として出荷されるのを防止することができるという効果をもたらす。
また、棒鋼圧延材Ｗの外周面の表面疵Ｚの実深さＨを算出することで、棒鋼圧延材Ｗの形状仕様と比較することができる。また、圧延された棒鋼圧延材Ｗのサイズと、棒鋼圧延材Ｗの規格サイズ（例えば、規格直径）との差を算出することもでき、長手方向全ての位置で直径異常の検出をすることができる。
【００６７】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００６８】
１  表面疵検出装置
２  プロファイル抽出手段（２次元レーザ変位計）
３  疵検出部
４  ３次元形状取得手段
５  近似円算出手段
６  深さ算出手段
７  表面疵候補判定手段
８  表面疵判定手段
１０  検査装置（検査ライン）
１１  矯正機
１２  外周面探傷装置（漏洩磁束探傷装置）
１３  内部欠陥探傷装置（超音波探傷装置）
Ｓ  レーザ光
Ｗ  棒鋼圧延材
Ｗａ  棒鋼圧延材（表面疵なし）
Ｗｂ  棒鋼圧延材（表面疵あり）
【図５】
2015175761.tif 000008
【図６】
2015175761.tif 000009
【図７Ａ】
2015175761.tif 000010
【図７Ｂ】
2015175761.tif 000011
【図１】
2015175761.tif 000012
【図２Ａ】
2015175761.tif 000013
【図２Ｂ】
2015175761.tif 000014
【図３Ａ】
2015175761.tif 000015
【図３Ｂ】
2015175761.tif 000016
【図４】
2015175761.tif 000017
【図８】
2015175761.tif 000018