JPS6142820B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温被検材の表面欠陥抽出信号処理
装置に関するものである。

昨今、分塊工程において、省エネルギー対策の
一環として直送圧延（HDR）を実施しようとし
ており、それに伴なつて従来の冷間疵見に代わ
り、熱間において適確に有害な表面欠陥を捕えて
対処することが必要になつてきた。もし、分塊圧
延後、赤熱状態にある鋼片の表面疵を検出するこ
とができれば、HS（ホツトスカーフ）量の調
整、熱間部分疵取及び品質の選別、前工程へのフ
イールドバツク等への適用が考えられ、歩留り、
品質向上、省力、省エネルギーの点でメリツトは
大である。

そこで熱鋼片の表面疵を、その表面からの輻射
光の量で判別することが既に提案され、かつ十分
に判別可能であるとされている。これは、一般に
十分な自己保熱を有する高温鋼材が空気中で周囲
より略均一に冷却されて行くとき、表面近傍の状
況によつて熱伝導が異なり、外部より見える表面
温度が欠陥やスケール等のある部分で正常な部分
と異なつて見えるためである。即ち、割れ疵等の
開口が存在する部分は、より高温の材内部が見え
るために明るく、ヘゲ疵やスケール、付着物等表
面から何がしか剥離している部分は冷却されて暗
く（黒く）見える。しかし、ある部分に疵が存在
することを自動的に認識する場合、その部分が正
常な部分と何等かの点で差があることを検出しな
ければならないが、熱鋼片における表面疵検出の
場合、次の二点の困難がある。

先ず第１に、実際の赤熱鋼片は、一様な表面温
度の分布を持つているわけではなく、一般にコー
ナ部は温度が低いし、圧延時の水のかかり具合、
HSのかかり具合等、種々の要因のため、表面に
はかなり大幅な温度斑が存在する。第２に、温斑
の分布がが検出でき、基準パターンが得られたと
しても、それらの偏差から欠陥が抽出できるかと
云うと決してそうではない。熱鋼片は高温のため
急速にスケールが発生しているし、圧延時からの
付着物、汚れ等の異物も分布しており、それらは
検出すべきヘゲ疵と同様に黒く見える。

このような困難に対処するには、疵見位置の直
前に、水冷メカニカルブラツシングによる前処理
装置、及び熱鋼周辺の対流を該熱鋼からシヤツト
アウトするためのラインフードを設置すると共
に、基準パターン（即ちダイナミツクスレツシヨ
ルド）を得るための方策として、入力信号を２次
元的にはピークホールドした後、同じく２次元的
に加重平均を行なうと云う信号処理法を採用すれ
ば良く、前者前処理装置及びラインフードによ
り、殆んどの付着物、汚れ等の異物を除去でき、
また比較的大きいスケールを殆んど除去した状態
で材を疵見に供給することが可能となり、後者信
号処理法によれば、スケールやヘゲ疵があつて
も、材固有の温度斑に基づいた正常パターンを得
ることが可能となる。従つて、これらを採用すれ
ば、大きいスケールや付着物の除去された状態で
基準パターンからの偏差として対象を取扱うこと
ができるようになつたが、実際の材には、また更
にドツト状のスケールや帯状のスケールが残つて
おり、それらは有害なヘゲ疵よりもむしろ黒く見
えるのが普通である。更に、同じヘゲ疵でも、地
鉄に根を持つより有害なヘゲ疵よりも剥離しかけ
の熱延工程で自然に飛んでしまいそうな無害に近
いヘゲ疵の方が熱伝導の関係から黒く見える。そ
のための単純に基準パターンからの偏差の大きさ
だけで判別しようとすれば、多数のスケールが混
入し、有害度と相関の之しい判断しか出力するこ
とができない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み熱鋼
片等の高温被検材からの輻射光を撮像装置で捕
え、その輻射光画像より実時間で表画欠陥を検出
する際、スケールとヘゲ疵とを弁別し、更に欠陥
の有害度に応じた判断を出力し得るようにしたも
のである。

従来の熱間目視疵見における経験によれば、疵
見に熟達した人間が注視すれば、スケールがヘゲ
か、またヘゲの場合には有害か無害かの別を略弁
別することが可能であり、これは、輻射光線の中
に何等かのヘゲ疵とスケールとを区別し、かつ有
害度を判定し得る情報が含まれていることを意味
している。

そこで、多数の材について、熱間の輻射光像と
冷間での実疵の分布を記録し、つき合わせたとこ
ろ、次のことが明らかになつた。先ずスケールに
対する信号波形は、第１図に示すように大体にお
いて幅が狭くなつている。幅の広いものも若干含
まれているが、その場合、信号は深い（黒い）。
幅と深さとは相関関係がありそうであるが、これ
は第２図に示すスケール発生冷却過程の物理的考
察に合致している。即ち、スケールは地鉄に近い
方から順にFeO，Fe₃O₄，Fe₂O₃等の層でできて
いる。スケール発生の初期の十分小さい間は、地
鉄との密着性が良くあまり冷えないが、徐々に成
長し、面積が大きくなつてくると、各層の成長の
アンバランスによつて地鉄からの剥離が起こる。
そして剥離が進むと、地鉄とスケールの熱伝導が
悪くなり、複熱し難くなつてスケールが冷えるこ
とになる。従つて面積が大きくなればなる程、剥
離も進み、スケールはより冷却されて黒くなる。

次に、ヘゲ疵に対応する信号波形は、第３図に
示すように大体において幅が広い。深さについて
は、有害度の大きいヘゲ、即ち地鉄の根にあるヘ
ゲは、第４図に示すようにあまり深くならない
（黒くならない）。つまり、あまり冷えないのであ
る。一方、剥離しかけの有害度の低いヘゲは、冷
え易いため、かなり深くなる。十分大きなヘゲ疵
については、大体、真黒な部分をかなり持つてい
る。

以上のことからヘゲ疵とスケールを区別し、ヘ
ゲ疵の有害度を判定するためのパラメータとし
て、信号波形の幅と深さを採用するのが良さそう
である。そこで横軸に幅、縦軸に深さを取つて
500個程度のスケール及び30個程度のヘゲ疵の分
布を見てみた〔第５図参照〕。その結果、予想通
りスケールは幅と深さについてかなり強い相関を
有すること、及びヘゲ疵とスケールとは十分明確
に分離できること、更に有害度の大きいヘゲ疵が
分布する方向（領域）等が明らかとなつた。従つ
て、信号の幅と深さとを含むある関数関係を第５
図の一点鎖線を示す設定することにより、有害度
を考慮に入れた出力を得ることが可能となる。

次に第６図及び第７図を参照して本発明に係る
信号処理装置の一実施例を説明する。第６図は信
号処理系の全体を示すブロツク図であり、第７図
及び第８図はその要部の詳細を示すブロツク図で
る。

第６図において、１は熱鋼片等の高温被検材、
２は撮像装置であつて、被検材１の動く方向と略
直角方向に材表面を走査して、その輻射光画像を
捕えて映像信号VS₁を出力する。この撮像装置２
には光学系（レンズ・フイルタ）とITVカメラそ
の他の撮像管、固体撮像器等の撮像装置、または
フライングイメージ式のスキヤナー等が考えられ
る。なお撮像した輻射光画像の分解能（走査時に
おける瞬時視野）は区別しようとするスケール、
ヘゲ疵の大きさに比べ小さくなくてはならない。
撮像装置２からの映像信号VS₁は記録回路３へ送
られて記録されると共に、自動感度調整器４及び
サンプルホールド回路５を経てＡ／Ｄ変換回路６
へと送られてデイジタル信号に変換される。つま
り、信号を記憶したり、その他種々の処理をする
にはデイジタル信号の方が扱い易いので、高速の
Ａ／Ｄ変換回路６を用いて映像信号をデイジタル
信号VS₂に変換するのである。なお、自動感度調
整器４は被検材１の温度の高低による検出能の違
いをなくすためのものである。７はシフトレジス
タ等の記憶回路であり、Ａ／Ｄ変換回路６により
デイジタル化された映像信号VS₂を受けて、この
映像信号VS₂を一定時間（複数走査線分）だけ遅
延させるためのものである。映像信号VS₂から被
検材１表面の温度レベルに対応した基準パターン
信号を作るには一定の時間が必要であり、もとの
映像信号VS₂とそれを処理して作られた基準パタ
ーン信号とをそのまま引算すれば、対象となる場
所がずれるので、記憶回路６に映像信号VS₂を通
し、基準パターン信号を作るに必要なだけの時
間、その映像信号VS₂を遅延させる。８は基準パ
ターン信号検出回路であり、Ａ／Ｄ変換回路６に
よりデイジタル化された映像信号VS₂を受けて、
被検材１表面の欠陥やスケールのない正常な場合
の温度レベルを示す基準パターン信号を作る。つ
まり、被検材１には温度斑があるため、欠陥を判
別する時に、欠陥やスケール等の影響を除いた正
常な場合の材面輻射光レベルを基準パターン信号
とし、その基準パターン信号に対して映像信号
VS₂がどれだけずれたかを見なければならず、こ
の基準パターン検出回路８で、次のようにして基
準パターン信号を検出する。即ち、第７図に示す
ように映像信号VS₂をシリアルピークホールド回
路９に送り、画素分割パルスにより走査線方向に
128分割し、その各分割パルス毎のピークを出
す。２次元画素として扱う場合は、更に128ビツ
トの画素１列記憶回路１０で各分割パルス毎に得
られたピークホールド信号を記憶すると共に、パ
ラレルピークホールド回路１１により新しい走査
線で得られた同様な信号と比較し、その大きい方
の値を順次更新して一定回数繰返すことによつて
２次元画素でのピーク値を出す。そして更に各画
素毎のピークホールド信号を画素１列記憶回路１
０，１２，１３で一定列記憶し、それを加算回路
１４で走査方向に対して垂直方向と水平方向に
夫々加算し、パラレルアウトシフトレジスタ１
５、加算回路１６を介して順次周辺の複数個の画
素の信号の平均値を求め、それを基準パターン信
号とするのである。１７は引算回路であり、記憶
回路７より取出した元の映像信号、つまり遅延信
号と基準パターン検出回路８より取出した基準パ
ターン信号との偏差をこの引算回路１７で求め、
その差信号dVSを比較器１８で一定値Ｌと比較す
る。比較器１８には予め一定値Ｌが設定値として
設定されており、スケール及びヘベ疵等の欠陥の
大きさを知るために、前記差信号が一定値Ｌより
低い時に比較器１８が一論理を示し、その出力を
１つのケート信号とする。従つてこのケート信号
の長さとその間における差信号のピーク値を求め
ることによつて、スケール及びヘゲ疵等の欠陥の
大きさと信号の高さを略示する値を得ることがで
きる。１９は一定周波数で発振しているクロツク
を前記ゲート信号でゲートし、そのクロツク数を
計数することによつてゲートの幅を出す信号幅検
出回路であり、第８図に示すように構成されてい
る。ゲート信号の長さに比較して十分小さい一定
周期で発振しているクロツクを、前記ゲート信号
でゲート２０し、そのクロツク数を幅カウンタ２
１によつて数える。幅カウンタ２１は同じゲート
信号の負論理でクリヤされ、ゲート２０が閉じる
時、カウント数を幅バツフア２２に記憶する。こ
のようにして信号幅検出回路１９よりスケール及
びヘゲ疵等の欠陥の幅を示す信号を得る。２３は
ゲート２４が開いている間で前記差信号の最小値
をホールドする信号深さ検出回路であつて、これ
は第８図に示すように引算回路１７からの差信号
dVSをクロツク毎に更新するバツフア２５と、そ
のバツフア出力と差信号を比較する比較器２６
と、その、小さい方を選んでバツフア２５の入力
とするセレクタ２７と、前記ゲート２４が閉じる
時、セレクタ２６の出力を記憶する深さバツフア
２８とを備え、差信号のゲート間における最小値
を記憶する。２９は演算回路で、信号幅検出回路
１９からの信号幅と信号深さ検出回路２３からの
信号深さとのデータを受け、その両データをパラ
メータとして演算し欠陥か否かの判別を行なう。
つまり演算回路２９は、予め第５図に示すグラ
フ、取分けその一点鎖線で示すような関数関係を
設定したROM（リード・オンリーメモリー）や
PLA（プログラマブル・ロジツク・アレイ）あ
るいはマルチフアンクシヨンオペレータ群等に、
前記信号幅、信号深さを（ROMの場合アドレス
として、PLAやマルチフアンクシヨンオペレー
タ群の場合データ入力として）入力し、ゲート２
０の閉じるタイミングで有害度に対応した判定デ
ータ（例えば“０”…スケール、“１”…軽度の
欠陥、“２”…中度の欠陥、“３”…重度の欠陥等
のように）を出力する。このようにしてヘゲ疵や
スケール等の信号があれば、リアルタイム、即ち
信号が終つてから１クロツクタイム以内にヘゲ疵
をその有害度に比較した値として出力することが
でき、その演算結果はバツフア３０を介して、
CPU３１に送られ、総疵面積等の算出、欠陥位
置による判定等の高度の判断の後、表示部３２、
モニタ３３、プリンタ３４等に送られると共に外
部装置（疵取り装置）のコントロールに利用され
る。

以上実施例に詳述したように本発明によれば、
ヘゲ疵等の欠陥をスケール等のノイズから分離抽
出し、その有害度に比例した判断を出力すること
が可能となる。つまり熱鋼片等の高温被検材の輻
射光像における欠陥（ヘゲ疵）は、その発生に起
因する様々の大きさと剥離度に関連する独特なハ
ーフトーン（灰色）を持つて様々な性状で存在し
ており、単純に信号が大きいからということでは
判断することはできないが、本発明によれば、こ
のような従来の問題点を悉く解消することができ
る。以下、具体例をあげてその効果を見て行く。
先ず、第９図ａに示すような輻射光画像の映像信
号について基準パターン信号a′を作り、その両者
の偏差信号がｂである。この信号には１個のヘゲ
疵と共に多数のスケールが含まれている。そこで
本発明の信号処理を行なつた結果がｃである。こ
れから直ちにわかるようにスケールは十分抑えら
れ、ヘゲ疵は強調されている。次に第１０図ａに
示すような輻射光像の場合、この信号には多数の
スケールと共に根の深い有害なヘゲ疵と剥離しか
けの有害度の小さいヘゲ疵とが含まれている。単
に黒さ（信号の深さ）のみに着目すると、有害度
と逆の出力を出しかねないし、またスケールもか
なり混入する。また単に信号の幅のみに着目して
も、それ程明確に有害度を求めることができな
い。しかし本発明によれば、結果ｃからわかるよ
うにへゲ疵の有害度に相応した出力を得得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスケールの信号波形図、第２図はスケ
ール発生及び冷却の過程を示す図、第３図はヘゲ
疵の信号波形図、第４図は有害度の高いヘゲ疵の
信号波形図、第５図は信号の幅、深さに対する分
布図、第６図は本発明の一実施例を示す全体のブ
ロツク図、第７図は同基準パターン信号検出回路
のブロツク図、第８図は同ヘゲ抽出回路のブロツ
ク図、第９図及び第１０図は同信号波形図であ
る。 ２……撮像装置、６……Ａ／Ｄ変換回路、７…
…記憶回路、８……基準パターン信号検出回路、
１７……引算回路、１８……比較器、１９……信
号幅検出回路、２３……信号深さ検出回路、２９
……演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高温被検材の輻射光画像を捕える撮像装置
   と、この撮像装置によつて得られる映像信号をデ
   イジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、この
   Ａ／Ｄ変換回路によりデイジタル化された映像信
   号を受けてそれを一定時間遅延させる記憶回路
   と、同じく前記Ａ／Ｄ変換回路によりデイジタル
   化された映像信号を受けて、その映像信号から被
   検材表面の温度レベルに対応した基準パターン信
   号を作る基準パターン信号検出回路と、基準パタ
   ーン信号と前記記憶回路より取出した遅延信号と
   の差をとる引算回路と、この引算回路よりの差信
   号が一定値を越える場合にゲート信号を作る比較
   器と、一定周波数で発振しているクロツクを前記
   ゲート信号でゲートし、そのクロツク数を計数す
   ることによつてゲートの幅を出す信号幅検出回路
   と、前記ゲートが開いている間で前記差信号のピ
   ーク値をホールドする信号深さ検出回路と、前記
   信号幅検出回路による信号幅と前記信号深さ検出
   回路による信号深さとのデータを受け、その両デ
   ータをパラメータとして演算し欠陥か否かを判別
   する演算回路とを備えたことを特徴とする高温被
   検材の表面欠陥抽出信号処理装置。 ２ 高温被効材の輻射光画像を備える撮像装置
   と、この撮像装置によつて得られた映像信号をデ
   イジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、この
   Ａ／Ｄ変換回路によりデイジタル化された映像信
   号を受けてそれを一定時間遅延させる記憶回路
   と、同じく前記Ａ／Ｄ変換回路によりデイジタル
   化された映像信号を受け、走査方向に映像信号を
   分割する画素分割パルス毎のピークをその画素の
   信号とし、更に画素毎に順次周辺の複数個の画素
   のピーク信号の平均値を求めることによつて被検
   材表面の温度レベルに対応した基準パターン信号
   を作る基準パターン信号検出回路と、基準パター
   ン信号と前記記憶回路より取出した遅延信号との
   差をとる引算回路と、この引算回路よりの差信号
   が一定値を越える場合にゲート信号を作る比較器
   と、一定周波数で発振しているクロツクを前記ゲ
   ート信号でゲートし、そのクロツク数を計数する
   ことによつてゲートの幅を出す信号幅検出回路
   と、前記ゲートが開いている間で前記信号のピー
   ク値をホールドする信号深さ検出回路と、前記信
   号幅検出回路による信号幅と前記信号深さ検出回
   路による信号深さとのデータを受け、その両デー
   タをパラメータとして演算し欠陥か否かを判別す
   る演算回路とを備えたことを特徴とする高温被検
   材の表面欠陥抽出信号処理装置。