JP4797568B2 - スラブ縦割れ検出方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ表面長手方向に発生する、縦割れを検出するためのスラブ縦割れ検出方法および装置に関するものである。

スラブの表面に発生する割れの検査方法として、画像処理を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、鋼板表面の凹凸形状の傷を検出する方法として光切断法を用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１に開示の方法は、被検査材から発せられる自発光の波長に対して、より短い波長領域にピークを持つ強度分布を有し、かつ夫々のピーク波長が異なる、1次元光源および２次元光源の２つの光源で被検査材表面の同一位置を同時に照射し、１次元光源による反射光画像に光切断法を基本とした画像処理を加えて被検査材表面の形状を求めると共に、２次元光源による反射光を２次元画像解析して被検査材表面の傷を検出することを特徴としている。

また、特許文献２に開示の方法は、変調された線状レーザ光を、照射位置を連続的にずらしながら鋼板表面に照射し、鋼板表面からの反射光を遅延積分型撮像装置により光電変換して鋼板表面の光切断像を取得して、上記光切断像から構成される縞画像を取得し、その縞画像の縞のずれに基づいて鋼板表面の凹凸状態を表す形状画像を生成するとともに、縞画像から鋼板表面での粗度の相違を表す濃淡画像を生成することを特徴としている。
特開平９−１５２３２２号公報 特開２００５−３０８１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の方法は、２次元画像解析による検査であり、光源によってスラブ表面を照射し、割れによってできる影に２値化処理などの画像処理を加えて割れを検出するものであり、スカーフィング処理をした後での検査を前提とした前処理工程が必要であるため、リードタイムやスカーフィング設備の維持といった面からも、実用できるスラブ縦割れ検出方法としては、スカーフィング処理なしでの熱間オンライン検査が要望される。

また、特許文献２に開示の方法は、線状レーザ光の強度を周期的に変調して光切断像の濃度（強度）が周期的に変化する縞画像を得、フラットな鋼板では縞画像の濃度分布は正弦波であるのに対して、鋼板表面に凹があった場合は、フラットな場合の正弦波に対して位相がずれてくる。即ち、鋼板表面の凹を縞画像のデータにおける位相のずれとして求めるものである。この方法は、被検査材は鋼板に限定しており、本発明の被検査材としているスラブではない。もし仮に、スラブを被検査材とした場合には、スラブ表面はオシレーションマークやスケールなどで、良品部でも凹凸があるため、凹と良品の切り分けが困難であるという問題がある。また、特許文献２に開示の方法では、線状レーザの強度を周期的に変える必要があるため、専用の線状レーザ光源を製作するか、または汎用の線状レーザ光源を改造しなければならず、設備コストが増大するといった問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スカーフィング処理といった前処理工程の必要もなく安価にかつ精度よくスラブ表面長手方向に発生する縦割れを検出できるスラブ縦割れ検出方法および装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、線状レーザ光をスラブの表面幅方向に照射し、その反射光を撮像した画像信号に基づき、スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別し前記縦割れを精度良く検出できるスラブ縦割れ検出方法であって、
前記画像信号を２値化処理して、前記スラブの幅方向プロフィールを求めて、
該プロフィールの幅方向微分をとり、その微分値の変曲点または変化具合から、前記プロフィール中の凹の谷部とフラット部を特定し、該フラット部の２点を結ぶ直線と前記谷部との距離をもって凹深さとする処理をスラブの長手方向にわたって行い、
得られた長手方向の凹深さ計測値が、予め決めた点の数以上にわたり連続して、予め決めたしきい値を超えた場合に、縦割れの可能性ありと判断することによって、
スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別することを特徴とするスラブ縦割れ検出方法である。

本発明の請求項２に係る発明は、線状レーザ光をスラブの表面幅方向に照射する線状レーザ光源と、その反射光を撮像するカメラと、該カメラで撮像した画像信号を画像処理する画像処理装置とを備え、照射したスラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別し前記縦割れを精度良く検出できるスラブ縦割れ検出装置であって、
前記画像処理装置では、前記画像信号を２値化処理して、前記スラブの幅方向プロフィールを求めて、該プロフィールの幅方向微分をとり、その微分値の変曲点または変化具合から、前記プロフィール中の凹の谷部とフラット部を特定し、該フラット部の２点を結ぶ直線と前記谷部との距離をもって前記スラブの凹深さとする処理を前記スラブの長手方向にわたって行い、
得られた長手方向の凹深さ計測値が、予め決めた点の数以上にわたり連続して、予め決めたしきい値を超えた場合に、縦割れの可能性ありと判断することによって、
スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別することを特徴とするスラブ縦割れ検出装置である。

本発明によれば、スラブ表面の凹と縦割れに関連性があることに着目し、縦割れの直接検査ではなく、凹を計測して、ある大きさ以上の凹の部分に縦割れありと特定するようにしたので、スカーフィング処理といった前処理工程および特殊な光学系、汎用光学系の改造の必要もなく安価にかつ精度よく熱間スラブ縦割れ検出が可能になった。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら以下説明する。図３は、スラブに生じた縦割れとオシレーションマークの例を示す図である。本発明が検出対象としているスラブ縦割れの発生メカニズムは、連続鋳造でのパウダー過剰流入等で不均一凝固し、その温度差による引張力で発生すると推定されている。本発明は、縦割れ発生メカニズムの過剰パウダーによってできるスラブ表面の凹の部分に、縦割れが発生していることに着目して、スラブ表面の凹を計測し、ある大きさ以上の凹大の部分に縦割れありと特定する手法で、熱間オンラインでの縦割れの検出を可能にしたものである。

図１は、本発明に係るスラブ縦割れ検出装置の概要を説明する図である。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図をそれぞれ表す。図中、１はＣＣＤカメラ、２は線状レーザ光源、３は画像処理装置、４は線状レーザ光、および５はスラブをそれぞれ表す。

本装置は、ＣＣＤカメラ１、線状レーザ光源２、および画像処理装置３の構成であり、線状レーザ光源２から線状レーザ光４をスラブ１の表面に照射し、そこにできた画像をＣＣＤカメラ１で撮像する。スラブ表面がフラットなら線状レーザ光は直線、凹があれば、レーザ光に山谷が出来る。そして、画像処理装置３で、取得した画像を２値化処理し、レーザ光の山谷の差を凹深さとして計測するという、いわゆる光切断方法を計測原理として用いている。図４に、縦割れ部への線状レーザ照射（ａ）と２値化画像例（ｂ）を示している。

図２は、本発明における縦割れ検出処理手順を示すフローチャートである。図２に従って、以下に処理手順を説明していく。

（１）線状レーザ光の照射と撮像(Step01)
搬送中(または静止中)の熱間スラブ５の表面に線状レーザ光４を照射し、そこにできた画像をＣＣＤカメラ１で撮像する。スラブ表面の凹顕在化、すなわち検出分解能を高める光学系としては、図１に示す角度αを大きく(９０度に近づける)、角度（α＋β）を９０度に近づけるという光学系配置と、高画素数のカメラの使用が望まれる。

（２）画像の２値化(Step02)
ＣＣＤカメラ１で撮像した画像信号を、画像処理装置３で２値化処理する。２値化のための閾値は、測定対象・環境等から予め設定しておく。なお、Step01を含めた計測開始のタイミングは、例えば、材ありセンサ(図示せず)の材あり信号などで行うようにすればよい。

（３）凹深さの計測(Step03)
[ａ]２値化処理した画像(例えば、線状レーザ光（白）とスラブ（黒）のように)から、線状レーザ光とスラブの境界点を求めて、図５に示すようなスラブ表面幅方向プロフィールを求める。
[ｂ]スラブ表面プロフィールの幅方向微分をとり、谷部Ａとフラット部Ｂ，Ｃを特定する(図５参照)。なお、谷部Ａとフラット部Ｂ，Ｃの特定方法は、例えば、フラット部Ｂ，Ｃは、その微分値ｄＸ＜α(連続して一定値以下)、また谷部Ａは微分値ｄＸの符号変化点(変曲点)などとすればよい。
[ｃ]直線ＢＣと谷Ａとの距離ｄを算出する。この距離ｄが求める凹深さである。
[ｄ]上記[ａ]〜[ｃ]までの処理を、次の撮像時も繰返し、材抜けまでスラブ搬送中に長手方向に凹深さを計測していく。計測終了は、例えば、計測開始と同じく、材抜けセンサの材なし信号などを用いるようにすればよい。

（４）凹深さの長手方向連続計測(Step04)
先のステップで行った凹深さ計測を長手方向に連続して行う。

（５）縦割れ判別(Step05)
長手方向の凹深さ計測値が、予め決めたしきい値を連続Ｎ点(この値も予め与えておく)超えた場合に、凹大で縦割れの可能性ありと判断する。図６は、凹深さの連続性と縦割れ判別の例を示した図である。このように、縦割れをオシレーションマークおよびスケールと区別するため、凹深さ計測値のしきい値チェックとその長手方向の連続性チェックの２段判定を行っている。

（６）判別結果出力(Step06)
先のステップで縦割れの可能性ありと判断した場合は、直ちにオペレータにアナンスすると共に、モニタなどに検出した縦割れの位置を表示する。また、縦割れの可能性がないと判断したものも含めてその判別結果を、上位計算機に送信し、次工程での手入れ等の処理に使用する。

本発明による測定精度を確認すべく、厚さが既知のプレートを用いてオフラインテストを行った。その結果、測定誤差０．１ｍｍ以下で測定できることを確かめた。また、縦割れとオシレーションマークとの弁別性については、縦割れ部分の凹深さ(平均６．９画素)はオシレーションマークの凹凸(平均１．９画素)の３．６倍であり、これも十分な弁別性を確かめることができた。

本発明に係るスラブ縦割れ検出装置の概要を説明する図である。 本発明における縦割れ検出処理手順を示すフローチャートである。 縦割れとオシレーションマークの例を示す図である。 縦割れ部への線状レーザ照射と２値化画像例を示した図である。 凹深さ算出の一例を示した図である。 凹深さの連続性と縦割れ判別の例を示した図である。

符号の説明

１ ＣＣＤカメラ
２ 線状レーザ光源
３ 画像処理装置
４ 線状レーザ光
５ スラブ

Claims (2)

1. 線状レーザ光をスラブの表面幅方向に照射し、その反射光を撮像した画像信号に基づき、スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別し前記縦割れを精度良く検出できるスラブ縦割れ検出方法であって、
   前記画像信号を２値化処理して、前記スラブの幅方向プロフィールを求めて、
   該プロフィールの幅方向微分をとり、その微分値の変曲点または変化具合から、前記プロフィール中の凹の谷部とフラット部を特定し、該フラット部の２点を結ぶ直線と前記谷部との距離をもって凹深さとする処理をスラブの長手方向にわたって行い、
   得られた長手方向の凹深さ計測値が、予め決めた点の数以上にわたり連続して、予め決めたしきい値を超えた場合に、縦割れの可能性ありと判断することによって、
   スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別することを特徴とするスラブ縦割れ検出方法。
2. 線状レーザ光をスラブの表面幅方向に照射する線状レーザ光源と、その反射光を撮像するカメラと、該カメラで撮像した画像信号を画像処理する画像処理装置とを備え、照射したスラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別し前記縦割れを精度良く検出できるスラブ縦割れ検出装置であって、
   前記画像処理装置では、前記画像信号を２値化処理して、前記スラブの幅方向プロフィールを求めて、該プロフィールの幅方向微分をとり、その微分値の変曲点または変化具合から、前記プロフィール中の凹の谷部とフラット部を特定し、該フラット部の２点を結ぶ直線と前記谷部との距離をもって前記スラブの凹深さとする処理を前記スラブの長手方向にわたって行い、
   得られた長手方向の凹深さ計測値が、予め決めた点の数以上にわたり連続して、予め決めたしきい値を超えた場合に、縦割れの可能性ありと判断することによって、
   スラブの縦割れとオシレーションマークとを弁別することを特徴とするスラブ縦割れ検出装置。