(57)【要約】【課題】熱間状態で移動する形鋼が発生する輻射光の輝度を検出する方向を移動方向に沿った方向とすることで、表面疵を高精度に検出することができるとともに、コストの低減化を図ることができる形鋼の表面きず検出装置を提供する。【解決手段】熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を測定する光学検出装置と、この光学検出装置が測定し２次元輝度画像データを２次元温度データを変換するデータ変換部と、２次元温度データに基づいて形鋼の疵発生位置を検出する検出するデータ演算処理部を備えている。データ演算処理部は、形鋼の移動方向と平行な方向で、且つ形鋼の幅方向に複数分割した複数の温度分布データを生成し、これら複数の温度分布データの所定のデータＸｉ列と、所定の閾値Ｔｈｉとの比較演算を行い、所定の閾値Ｔｈｉ以下の温度が発生している２次元座標を、前記形鋼の疵発生位置として検出する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を光学的に測定して２次元輝度画像データを生成し、この２次元輝度画像データに基づいて２次元温度データを生成し、この２次元温度データに基づいて前記形鋼の表面に発生した疵を検出する方法において、
前記２次元温度データに基づいて、前記形鋼の移動方向と平行な方向で、且つ前記形鋼の幅方向に複数分割した複数の温度分布データを生成し、
これら複数の温度分布データの各々と所定の閾値との比較演算を行い、前記所定の閾値以下の温度が発生している２次元座標を、前記形鋼の疵発生位置として検出することを特徴とする形鋼の表面疵の検出方法。
【請求項２】
前記閾値を、前記形鋼の移動速度の変化と、光学測定の応答性に起因する２次元温度データの変動とに基づく補正値を使用して算出することを特徴とする請求項１記載の形鋼の表面疵の検出方法。
【請求項３】
熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を測定する光学検出装置と、この光学検出装置が測定した２次元輝度画像データを２次元温度データに変換するデータ変換部と、前記２次元温度データに基づいて、前記形鋼の移動方向と平行な方向で、且つ前記形鋼の幅方向に複数分割した複数の温度分布データを生成し、これら複数の温度分布データの各々と所定の閾値との比較演算を行い、前記所定の閾値以下の温度が発生している２次元座標を、前記形鋼の疵発生位置として検出するデータ演算処理部と、を備えたことを特徴とする形鋼の表面疵の検出装置。
【請求項４】
前記形鋼の移動速度を測定する速度計を備えているとともに、前記データ演算処理部は、前記閾値を、前記速度計から得られる前記形鋼の移動速度の変化と、前記光学検出装置の応答性に起因する２次元温度データの変動とに基づいた補正値を使用して算出することを特徴とする請求項３記載の形鋼の表面疵の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を光学的に測定して表面に発生した疵を検出する形鋼の表面疵検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱間状態で移動する鋼材の表面に疵が存在していると、その部分の冷却速度が変化し、疵が存在しない部分との間で温度差が生じる。疵が存在する部分と、疵が存在しない部分との温度差を光学検出装置で輻射光の輝度変化として検出することで、熱間状態にある鋼材の表面疵を検査することが可能となる。
【０００３】
熱間状態で移動するＨ形鋼の表面疵を検出する装置として、例えば図７に示す装置が知られている（例えば、非特許文献１。）。
この装置は、Ｈ形鋼２の幅方向における輻射光の輝度を検出する光学検出装置４と、検出した輝度変化を平面的な検出信号に変換し、予め設定した疵判定用の閾値と前記検出信号との比較によって表面疵の有無を判断する制御判断部６と、Ｈ形鋼２から光学検出装置４への輻射光量の一部を減衰させる複数のマスクパターンを持ったマスク装置８とを備えている。符号１０は、Ｈ形鋼２の幅方向の温度分布を示したものであり、Ｈ形鋼２の幅方向の両端部に位置しているフランジ２ａとウェブ２ｂの接合部は板厚が厚く熱容量が大きいので、幅方向の端部の温度が急激に高くなった急峻な温度分布となる。
【０００４】
このように、Ｈ形鋼２の幅方向の端部の温度が急激に高くなると（幅方向の端部の輻射光量が急激に高くなっていると）、広いダイナミックレンジを有する光学検出装置４が必要となり、微小な疵の輝度変化をとらえることが困難となる。このため、マスク装置８によって幅方向の端部側（フランジ２ａ側）の輻射光量を減衰し、略同一レベルの輻射光を光学検出装置４が検出することで、制御判断部６にて表面疵を検出するようにしている。
【０００５】
【非特許文献１】
計測自動制御学会論文集  Ｖｏｌ１２７，Ｎｏ５５１６／５２３（１９９１）  形鋼用熱間表面疵検出システムの開発
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、非特許文献１のように、Ｈ形鋼２の大きな輻射光量が発生している位置をマスク装置８で減衰してしまうと、その位置の近くで表面疵が発生している部分の輝度も減衰してしまい、検出信号のＳ／Ｎ値が小さくなって表面疵の検出精度が低下してしまう。
【０００７】
また、マスク装置８による輻射光量の減衰率もマスクパターン毎で異なり、且つ同一検出信号でも幅方向の位置が変化すると減衰率が異なるので、減衰率に応じた疵判定用の閾値を設定する必要があり、複雑な制御となるおそれがある。
また、複数のマスクパターンを持つマスク装置８は複雑な機構となるので、装置コストの面で問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱間状態で移動する形鋼が発生する輻射光の輝度を検出する方向を移動方向に沿った方向とすることで、簡単な制御で表面疵を高精度に検出することができるとともに、コストの低減化を図ることができる形鋼の表面きず検出方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を光学的に測定して２次元輝度画像データを生成し、この２次元輝度画像データに基づいて２次元温度データを生成し、この２次元温度データに基づいて前記形鋼の表面に発生した疵を検出する方法において、前記２次元温度データに基づいて、前記形鋼の移動方向と平行な方向で、且つ前記形鋼の幅方向に複数分割した複数の温度分布データを生成し、これら複数の温度分布データの各々と所定の閾値との比較演算を行い、前記所定の閾値以下の温度が発生している２次元座標を、前記形鋼の疵発生位置として検出することを特徴とする形鋼の表面疵の検出方法である。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の形鋼の表面疵の検出方法において、前記閾値を、前記形鋼の移動速度の変化と、光学測定の応答性に起因する２次元温度データの変動とに基づく補正値を使用して算出することを特徴とする方法である。
また、請求項３記載の発明は、熱間状態で移動している形鋼の表面から発する輻射光を測定する光学検出装置と、この光学検出装置が測定した２次元輝度画像データを２次元温度データに変換するデータ変換部と、前記２次元温度データに基づいて、前記形鋼の移動方向と平行な方向で、且つ前記形鋼の幅方向に複数分割した複数の温度分布データを生成し、これら複数の温度分布データの各々と所定の閾値との比較演算を行い、前記所定の閾値以下の温度が発生している２次元座標を、前記形鋼の疵発生位置として検出するデータ演算処理部と、を備えたことを特徴とする形鋼の表面疵の検出装置である。
【００１１】
さらに、請求項４記載の発明は、請求項３記載の形鋼の表面疵の検出装置において、前記形鋼の移動速度を測定する速度計を備えているとともに、前記データ演算処理部は、前記閾値を、前記速度計から得られる前記形鋼の移動速度の変化と、前記光学検出装置の応答性に起因する２次元温度データの変動とに基づいた補正値を使用して算出することを特徴とする装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る形鋼の表面きず検出方法及び装置の１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、熱間状態にあるＨ形鋼の表面疵を検出する装置の構成を示すブロック図であり、光学検出装置４と、データ変換部１０と、矢印Ａ方向に移動している被検査材２の移動速度Ｖを検出する速度計１２と、データ演算処理部１４と、警報発生部１６と、保存部１８と、ディスプレイ２０とを備えている。
【００１３】
被検査材２は、ウェブ２ｂを水平にし、一対のフランジ２ａが上下方向に延在するように配置されて長手方向が矢印Ａ方向に移動しており、ウェブ２ｂの上方位置に光学検出装置４が配置されている。
光学検出装置４は、熱間状態で移動している被検査材２から発する輻射光を検出して２次元輝度画像信号を得る焦電型２次元アレイ式赤外線センサで構成されている。データ変換部１０は、光学検出装置４から入力した２次元輝度画像信号に基づいて画像処理可能な２次元配列データに変換する。
【００１４】
データ演算処理部１４は、データ変換部１０から入力した２次元配列データ及び速度計１２から入力した移動速度に基づいて、疵が発生している部分及び正常な部分の画像処理データを演算する。警報発生部１６は、データ演算処理部１４の画像処理データに基づいて被検査材２に疵が発生している場合には警報を発する。また、保存部１８は、被検査材２の画像情報を保存する。さらに、ディスプレイ２０は、データ演算処理部で演算した画像データに基づいて疵の位置やサイズを表示する。
【００１５】
図２は、前記データ変換部１０が変換する２次元配列データを模式的に示したものであり、このデータ変換部１０は、光学検出装置４から入力した２次元輝度画像信号を、被検査材２の移動方向（Ａ方向）に平行で、幅方向に複数に分割したＸ列（Ｘ０列……Ｘｎ列）の温度分布データに変換する。また、各Ｘ列の移動方向の所定スパンＬも、移動方向に複数に分割した温度データ（Ｙ０……Ｙｍ）として変換されている。ここで、Ｘ列の被検査材２から外れたデータは、温度が急激に落ちていることを判断することで、図２に示すように、一方のフランジ２ａ側のＸｎ１列から他方のフランジ２ａ側のＸｎ２列までの温度分布データが変換される。
【００１６】
また、データ演算処理部１４では、データ変換部１０から入力した温度データ（２次元配列データ）に基づいて疵検出処理をするが、疵が発生している部分と正常な部分との判定処理を行う際には、疵検出閾値Ｔｈｉ（ｉは正の整数）を比較演算値として使用している。
疵検出閾値Ｔｈは、被検査材２の移動方向に平行な各Ｘ列の温度分布に基づいて設定するが、光学検出装置４が一般的に積分系の特性を持ち、応答遅れを有していることから、疵検出閾値Ｔｈを設定する際に、応答遅れ補正値Ｔｖを使用している。この応答遅れ補正値Ｔｖを使用する目的について図３を参照して説明する。例えば、被検査材２の特定のＸｉ列（図２参照）の一部に疵が発生している部分があり、温度が急降下している部分が発生しているものとすると、被検査材２の移動速度が変化した場合（Ｖ１＞Ｖ２）、光学検出装置４の応答遅れにより温度信号も変化するので（一点鎖線が、移動速度Ｖ２における温度信号の変化、二点鎖線が、移動速度Ｖ１における温度信号の変化）、ただ単に、一定の疵検出閾値を適用したのでは、疵として抽出できないおそれがある。
【００１７】
そこで、光学検出装置４の応答性に起因する被検査材２の温度変化と、移動速度Ｖに基づいて算出した応答遅れ補正値Ｔｖを使用し、被検査材２の温度変化と、移動速度Ｖに応じて変化する疵検出閾値（例えば、Ｔｈ１，Ｔｈ２）を算出する際の一次遅れ系の関数としている。なお、被検査材２の温度変動及び移動速度Ｖに対応した応答遅れ補正値Ｔｖは、予めオンライン、若しくはオフライン実験によりテーブルデータとして記憶されている。
【００１８】
次に、データ演算処理部１４が行う制御処理について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、光学検出装置４は、被検査材２の移動方向のスパンＬ毎の２次元画像輝度信号を一定周期で検出していくが、図４のフローチャートは、一回の測定データで行われる流れ方向の範囲（スパンＬ）毎の２次元画像輝度信号に対して繰り返し行う制御処理である。
【００１９】
先ず、ステップＳ２において、Ｘｉ列（ｉ＝０…ｎ１…ｎ２…ｎ）の輝度信号から変換された温度分布データのうち、Ｘｎ１列（被検査材２の一方のフランジ２ａ側）からＸｎ２列（被検査材２の他方のフランジ２ａ側）までの温度分布データ以外のデータをカットし、被検査材２の表面を検出しているデータのみを演算データとする。
【００２０】
ステップＳ４に移行し、被検査材２の移動速度Ｖを速度計１２から読み込む。次に、ステップＳ６に移行し、列番号ｉをｎ１とする。
次に、ステップＳ８に移行し、列番号ｉの値が、ｎ２以下であるか否かを判定し、列番号ｉがｎ２以下の値であるときにはステップＳ１０に移行し、列番号ｉがｎ２を超えた値であるときにはステップＳ３０に移行する。
【００２１】
列番号ｉがｎ２以下の値であるとき移行するステップＳ１０では、Ｘｉ列の移動方向の全ての温度データ（Ｙ０…Ｙｍ）から平均値ΔＴｍｉを算出する。
そして、ステップＳ１２に移行し、Ｘｉ列の長手方向の平均値ΔＴｍｉ及び予め記憶しているテーブルデータから平均値ΔＴｍｉ及び被検査材２の移動速度Ｖに対応した応答遅れ補正値Ｔｖｉに基づいて、以下の（１）式により疵検出閾値Ｔｈｉを算出する。
【００２２】
Ｔｈｉ  ＝  ΔＴｍｉ  −  Ｔｖｉ        ……（１）
次に、ステップＳ１４に移行し、分割位置ｊを「０」（ゼロ）とする。
次に、ステップＳ１６に移行し、Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの値が、ｍ以下であるか否かを判定し、Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの値がｍ以下であるときにはステップＳ１８に移行し、Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの値がｍを超えた値であるときにはステップＳ２４に移行する。
【００２３】
Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの値がｍ以下であるときに移行するステップＳ１８では、所定の二次元座標（Ｘｉ、Ｙｊ）の温度が、疵検出閾値Ｔｈｉ以下であるか否かを判定する。そして、所定の二次元座標（Ｘｉ、Ｙｊ）の温度が疵検出閾値Ｔｈｉ以下であるときには、ステップＳ２０に移行して疵発生位置として記憶し、所定の二次元座標（Ｘｉ、Ｙｊ）の温度が疵検出閾値Ｔｈｉを上回る値であるときには、ステップＳ２２に移行する。
【００２４】
そして、ステップＳ２２では、Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの現在の値に、１を加えてからステップＳ１６に移行する。
Ｘｉ列の移動方向の分割位置ｊの値がｍを超えた値であるとき移行するステップＳ２４では、列番号ｉの現在の値に整数の１を加えてからステップＳ８に移行する。
【００２５】
一方、列番号ｉがｎ２を超えた値であるとき移行するステップＳ３０では、Ｘｎ１列からＸｎ２列までの温度分布データに基づいて２次元データを作成する。そして、ステップＳ３２に移行し、ステップＳ２２の疵発生位置として記憶したデータに基づいて疵が発生しているか否かを判定する。そして、疵が発生している場合にはステップＳ３４に移行し、ステップＳ２２の疵発生位置として記憶したデータに基づいて前記２次元データに疵発生位置を合成し、ステップＳ３６に移行して警報信号ＡＲを出力し、さらにステップＳ３８に移行して列番号ｉを「０」（ゼロ）に設定する。また、ステップＳ３２において疵が発生していない場合には、ステップＳ３８に移行して列番号ｉを「０」（ゼロ）に設定する。
【００２６】
次に、本実施形態の動作及び作用について、図５及び図６を参照しながら説明する。
データ変換部１０が、光学検出装置４から入力した２次元輝度画像信号に基づいて画像処理可能な２次元温度データに変換すると、データ演算処理部１４は、Ｘｉ列（ｉ＝０…ｎ１…ｎ２…ｎ）の温度分布データの中から被検査材２の表面を検出しているデータのみを演算データとする（ステップＳ２）。
【００２７】
次いで、被検査材２の移動方向に平行で、幅方向に分割した各Ｘｉ列の温度分布データを参照し、各Ｘｉ列の温度平均値ΔＴｍｉ及び応答遅れ補正値Ｔｖｉに基づいて疵検出閾値Ｔｈｉを設定した後、各Ｘｉ列における疵発生位置を確認する（ステップＳ８〜ステップＳ２４）。ここで、各Ｘｉ列の温度分布は、被検査材２の板厚が同じで熱容量が等しい部分の温度分布を検査しているので、温度が急激に高くなる温度分布が発生しない。そして、例えば、図５に示すように、所定のＸｉ列において所定の２次元座標（Ｘｉ，Ｙｍ１）で疵が発生している場合には、その部分の温度Ｔｐが疵検出閾値Ｔｈｉより低い値となるので、疵発生位置を確認できる。
【００２８】
そして、被検査材２の表面を検出した２次元データを再度作成し、各Ｘｉ列で疵が発生している場合には、疵発生位置を２次元データに合成し（ステップＳ３０〜ステップＳ３４）、その２次元データを、図６に示すようにディスプレイ２０に出力して疵の位置やサイズを表示する。また、疵が発生している場合には、警報信号ＡＲを警報発生部１６に出力する。
【００２９】
したがって、本実施形態では、輻射光から得られる温度分布データを、被検査材２の移動方向に平行で、幅方向に分割したＸｉ列のデータとし、被検査材２の板厚が同じで熱容量が等しい部分を測定することで温度が急激に高くならないデータとしているので、図７に示したように、幅方向にわたって急峻な温度分布を有する被検査材２であっても、安定した表面疵の検出を行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態では、大きな輻射光量を減衰させるマスク装置が不要となるので、装置コストの低減化を図ることができる。また、マスク装置を使用しないことから、被検査材２のフランジ２ａ及びウェブ２ｂの全ての表面の疵を検査することができるので、検出信号のＳ／Ｎ値が大きくなって表面疵の検出精度を高めることができる。
【００３１】
また、被検査材２の移動速度Ｖや光学検出装置４の応答性に起因する各Ｘｉ列の温度分布データの変動を考慮した応答遅れ補正値Ｔｖｉを使用して疵検出閾値Ｔｈｉを設定しているので、被検査材２の移動速度が変動しても、或いは光学検出装置４の性能に係わらず、高精度に被検査材２の疵検出を行うことができる。
なお、本実施形態では、被検査材２としてＨ形鋼を使用したが、本発明ではＨ形鋼に限定されるものではなく、被検査材が熱間状態にあるレールやＩ形鋼等のその他の形鋼であっても、同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、輻射光から得られる２次元温度データを、形鋼の移動方向に平行で、幅方向に分割した複数の温度分布データとし、形鋼の板厚が同じで熱容量が等しい部分を測定することで温度が急激に高くならないデータとしているので、幅方向にわたって急峻な温度分布を有する形鋼であっても、安定した表面疵の検出を行うことができる。
【００３３】
また、大きな輻射光量を減衰させるマスク装置が不要となるので、装置コストの低減化を図ることができる。また、マスク装置を使用しないことから、形鋼の全ての表面の疵を検査することができるので、検出信号のＳ／Ｎ値が大きくなって表面疵の検出精度を高めることができる。
さらに、形鋼の移動速度の変化や、光学測定の応答性に起因する温度分布データの変動を考慮した補正値を使用して所定の閾値を設定しているので、形鋼の移動速度が変動しても、或いは光学測定の性能に係わらず、高精度に形鋼の疵検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＨ形鋼の表面疵検出装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るデータ変換部が変換する２次元配列データを模式的に示した図である。
【図３】Ｈ形鋼の速度変化と、それに伴う光学検出装置が検出する輻射光の輝度信号の変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係るデータ演算処理部が行う制御を示すフローチャートである。
【図５】Ｈ形鋼の移動方向に沿った温度分布と、表面疵の発生位置を示す図である。
【図６】Ｈ形鋼の表面疵の発生位置をディスプレイで表示した状態を示す図である。
【図７】従来のＨ形鋼の表面疵検出装置を示す図である。
【符号の説明】
２  Ｈ形鋼（被検査材）
２ａ  フランジ
２ｂ  ウェブ
４  光学検出装置
１０  データ変換部
１２  速度計
１４  データ演算処理部
１６  警報発生部
１８  保存部
２０  ディスプレイ
Ｔｈｉ  疵検出閾値（閾値）
Ｔｖｉ  応答遅れ補正値（補正値）
Ｖ  Ｈ形鋼の移動速度
【図１】
2004279161.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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