条钢件的形状检查装置及条钢件的形状检查方法
【专利摘要】本发明使用光学性方法而可靠地对通过条钢轧制生产线轧制中的条钢件的尺寸异常进行检查。本发明的条钢件的形状检查装置(10)是对利用轧钢机(7)轧制中的条钢件(W)的形状进行检查的装置，其中，所述条钢件的形状检查装置(10)具备：以相对于条钢件(W)的移送方向交叉的方式照射光切断线(S)的光照射部(11)；借助拍摄透镜(13)对照射了光切断线(S)的条钢件(W)进行拍摄的拍摄部(12)；对于写入到由拍摄部(12)拍摄的图像内的光切断线(S)而应用三角测量法的原理来对条钢件(W)的形状进行检测的形状检测部(15)。
【专利说明】条钢件的形状检查装置及条钢件的形状检查方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在条钢轧制生产线中对轧制中的条钢件的形状进行检查的装置及方法。
【背景技术】
[0002]在由钢坯等钢片制造棒材、线材等的条钢件的条钢轧制设备(条钢轧制生产线)中，通常来说，自上游侧依次配置有:加热炉、粗轧装置、中间轧制装置、精轧装置。在轧制线材的轧制生产线中，在精轧装置的下游侧设置有水冷带、夹送辊、收卷装置。在轧制棒钢的轧制生产线中，在精轧装置的下游侧依次设置有定尺剪(剪断设备)、水冷带、冷却床。
[0003]关于由上述条钢轧制生产线制造出的条钢件，有时在产品的表面等产生瑕疵。另夕卜，有时产生剖面形状的异常、件宽的异常(超出尺寸公差范围)。还存在伴随着毛刺等的产生的剖面的形状异常、尺寸异常。当存在上述的形状异常、尺寸异常时，作为产品而无法出厂。
[0004]作为对在条钢件的表面产生的表面瑕疵进行检查的方法，例如，具有专利文献I所公开的技术。
[0005]专利文献I中公开有在条钢轧制生产线上使用光学方法而对表面瑕疵进行检测的方法。该专利文献公开有在利用热轧来制造钢板、条钢、或钢管等金属材料的工序中利用光学性方法对在产品的表面产生的缺陷进行检测的方法，且是在处于检查对象表面的氧化物极薄的阶段的位置对表面缺陷进行检测的表面缺陷的检测方法。
[0006]另外，作为对条钢件的形状异常进行检测的方法，例如，还具有专利文献2所公开的技术。该专利文献公开有如下所述的条钢形状检查装置，其具备:基台；一对工件夹紧部，其设于所述基台，并对成为检查对象的条钢进行夹紧.松开；摄像机工作台，其设于所述基台，且沿着所述条钢的轴向移动而从上方对所述一对工件夹紧部之间的检查区域的条钢进行拍摄；照明工作台，其设于所述基台，且与所述摄像机工作台同步而沿着所述条钢的轴向移动并从下方对所述条钢进行照明；进退移动模块，其设于所述基台，且相对于所述工件夹紧部所夹紧的所述条钢进退自如，所述进退移动模块具备一对V模块，所述一对V模块在所述摄像机工作台对所述检查区域的条钢进行拍摄的检查期间处于后退位置，伴随着所述检查的结束而移动至前进位置，从而在该前进位置处对所述条钢进行支承；摆动机构，其设于所述进退移动模块，且在所述工件夹紧部进行松开时由所述V模块接收所述条钢，使该前进位置在所述条钢的周向上转动规定角度，并变更所述条钢的检查部位而将该条钢交付于所述工件夹紧部。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2001-242089号公报
[0010]专利文献2:日本特开2009-115744号公报发明概要
[0011]发明要解决的课题
[0012]通过使用所述的专利文献I的技术，可能对由条钢轧制生产线制造出条钢的表面等所产生的瑕疵进行检测。然而，即使使用这种技术，也无法检测到条钢的剖面形状的异常、宽度尺寸的异常、伴随着毛刺等的产生的尺寸异常。
[0013]专利文献2的技术是对条钢的形状异常进行检测的技术，但仅公开脱线检查的技术，并没有公开对条钢轧制生产线上处于制造中途的条钢进行检查的技术。
【发明内容】
[0014]因此，本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种使用光学性方法而可靠地对利用条钢轧制生产线轧制中的条钢件的尺寸异常进行检查的技术。
[0015]解决方案
[0016]为了实现所述目的，在本发明中说明以下的技术方案。
[0017]即，本发明的形状检查装置是对利用轧钢机轧制中的条钢件的形状进行检查的装置，其特征在于，所述条钢件的形状检查装置具备:向所述条钢件照射光切断线的光照射部；借助拍摄透镜而对照射了所述光切断线的条钢件进行拍摄的拍摄部；相对于写入到由所述拍摄部拍摄的图像内的光切断线而应用三角测量法的原理来对条钢件的形状进行检测的形状检测部。
[0018]本申请的 申请人:鉴于在开发通过联机对利用条钢轧制生产线热轧中的条钢件的形状进行检查的装置时热轧中的条钢件红热的情况，考虑利用被动方式(自发光方式)的光学传感器。然而，自发光方式的光学传感器因条钢件的温度而导致件宽两端部的检测位置(坐标)不稳定、或是基于刻度等的存在的表面状态的变化也导致位置检测和形状检测不稳定是显而易见的。说来来，在自发光方式的光学传感器中，还存在无法进行形状测量这样的问题。
[0019]因此，本申请的 申请人:想到采用传感器自身发出用于测量的光的主动方式的光学传感器。本发明中使用的主动方式的光学传感器具备:以与条钢件的移送方向交叉的方式照射光切断线的光照射部；借助拍摄透镜而对照射了光切断线的条钢件进行拍摄的拍摄部；对于写入到由拍摄部拍摄的图像内的光切断线而应用三角测量法的原理来对条钢件的形状进行检测的形状检测部。
[0020]优选的是，所述拍摄透镜是远心透镜。
[0021]优选的是，所述光照射部具备绿色激光器光源。
[0022]另一方面，当使用上述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时，基于由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像，将具有背景亮度以上的亮度且存在于最端部的两个点作为两端位置坐标而提取，将提取出的两端位置坐标之差作为条钢件的直径而检测，基于检测出的直径来进行条钢件的形状的检查。
[0023]另外，当使用上述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时，在由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像中，利用最小二乘法来进行对于圆的公式的拟合，基于由所述拟合得到的圆的公式，求出条钢件的直径，并基于求出的直径来进行条钢件的形状的检查。[0024]另外，当使用上述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时，基于由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像，将具有背景亮度以上的亮度且存在于最端部的两个点作为两端位置坐标而提取，将提取的两端位置坐标设为“实测两端位置坐标”，在由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像中，利用最小二乘法进行对于圆的公式的拟合，根据由所述拟合得到的圆的公式，求出条钢件的两端位置坐标，并将求出的两端位置坐标设为本来两端位置应存在的坐标、即“存在两端位置坐标”，在得到的“实测两端位置坐标”与“存在两端位置坐标”之差在允许值以上不同的情况下，判断为条钢件的形状存在异常。
[0025]优选的是，当进行所述拟合时，提取光切断线的顶点坐标，使用距离提取的顶点坐标处于规定的范围的光切断线的各点坐标，利用最小二乘法来实施对于圆的公式的拟合。
[0026]发明效果
[0027]根据本发明，能够使用光学性方法而可靠地对利用条钢轧制生产线轧制中的条钢件的形状异常、尺寸异常进行检查。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是制造条钢的条钢轧制生产线的整体图。
[0029]图2是表示形状检查装置的概要的图。
[0030]图3是表示被拍摄的图像的一例的图。
[0031]图4是用于说明条钢件的宽度测定的方法的图。
[0032]图5是用于说明用于对偏心、缺损进行检测的方法的图。
[0033]附图标记说明如下:
[0034]I条钢轧制生产线
[0035]2加热炉
[0036]3粗轧装置
[0037]4中间列轧制装置
[0038]5精轧装置
[0039]6冷却装置
[0040]7轧制台座
[0041]8轧制辊
[0042]9卷绕装置
[0043]10形状测量装置
[0044]11光照射部
[0045]12拍摄部
[0046]13拍摄透镜
[0047]14光学滤光器
[0048]15形状检测部
[0049]W 条钢件
[0050]S 光切断线
【具体实施方式】[0051]以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
[0052]图1是制造条钢的条钢轧制生产线I的整体图。
[0053]如图1所示，条钢轧制生产线I用于制造条钢件W。需要说明的是，条钢轧制生产线I制造的条钢件W可以是棒材，也可以是线材。
[0054]条钢轧制生产线I从上游侧向下游侧依次设置有:用于加热钢坯等钢片的加热炉
2、粗轧装置3、中间列轧制装置4、精轧装置5、冷却装置6 (水冷带)。
[0055]粗轧装置3、中间列轧制装置4、精轧装置5分别具备多个轧制台座7，并在轧制台座7设有用于轧制条钢件W的轧制辊8。
[0056]在条钢轧制生产线I中，首先，向加热炉2内导入成为条钢的原材料的钢坯(钢片)而进行加热，对加热后的钢坯进行除锈。然后，利用粗轧装置3将除锈后的钢片粗轧至规定的大小。粗轧装置3的轧制辊8呈HV排列，一边交替变更压下方向一边进行轧制。对于中间列轧制装置4、精轧装置5，利用各轧制辊8以剖面形状由椭圆形成为圆状的方式轧制，并最终轧制成作为目标的形状(例如，圆形状)。被轧制为圆形状的条钢件W被冷却装置6冷却，若是线材，则借助卷绕装置9进行卷绕，若是条钢件，则利用定尺剪(未图示)切断为规定的长度。
[0057]此外，本发明的条钢轧制生产线I中，为了对轧制中的条钢件W的形状、剖面宽度尺寸(有时也称作件宽)进行检测而设置有形状测量装置10。形状测量装置10设在例如精轧装置5的出侧，设置场所并不限定。
[0058]以下，对形状测量装置10进行详细地说明。
[0059]图2是示意性地表示形状测量装置10的结构的图。
[0060]形状测量装置10具备对正在轧制移送的条钢件W的表面的宽度方向(与移送方向呈大致直角方向)上照射片状或线状的激光、即光切断线S的光照射部11。光照射部11包括发射点状激光的激光照明器(未图示)和供激光照明器所照射的点光入射而聚光成片状的激光的柱面透镜(未图示)。
[0061]从光照射部11照射的激光具有比条钢件W的件宽大的宽度，其波长例如为波长532nm左右、被称作绿色激光的激光是理想的。
[0062]此外，形状测量装置10具有对照射了光切断线S的条钢件W的表面进行拍摄的拍摄部12。在本实施方式的情况下，拍摄部12由CCD摄像机(区域摄像机)构成。光照射部11与拍摄部12成为设有夹角α的光切断法(三角测量法)的配置。
[0063]安装于该拍摄部12的拍摄透镜13为远心透镜。远心透镜是使主光线在透镜的单侧形成为与光轴平行的透镜，在使用远心透镜进行拍摄的情况下，具有如下所述的特征，即使被拍摄体在前后方向上移动、在上下方向上偏移，被拍摄体尺寸也不会发生变动。
[0064]也可以在该远心透镜的前表面设置仅使从光照射部11照射来的绿色激光透射的光学滤光器14 (干涉滤光器)。
[0065]在图3中示出拍摄到的图像的一例。图像的左上端为原点，将横向设定为X轴，上下方向设定为Y轴。从图3的图像可知，以使照射到条钢件W的整个件宽方向的光切断线S映入的方式，设定光照射部11与拍摄部12的设置场所、拍摄透镜13的焦距等。
[0066]将包含由拍摄部12拍摄的光切断线S在内的图像向形状检测部15输送。在形状检测部15中，将送来的图像导入框架存储器，利用该框架存储器及内置有该框架存储器的计算机，对由拍摄部12拍摄的图像实施二值化等的处理，由此仅提取出光切断线S。
[0067]将提取出的光切断线S的信息(图像数据)向构成形状检测部15的计算机的处理部输送。计算机为个人计算机等，在该计算机中，通过对提取出的光切断线S应用三角测量法的原理来计算条钢件W的表面的高度分布(形状)、件宽(剖面宽度尺寸)。
[0068]然而，为了正确地检测条钢件W的三维形状，正确地推出光切断线S的坐标是不可或缺的。尤其是为了正确地检测条钢件W的件宽，需要正确地推出光切断线S的两端部(上下端部)的坐标。
[0069]在本实施方式的形状检测部15中，使用以下的判断处理(判断处理I?判断处理4)，对正确的件宽的测定、伴随着偏心或缺损等的存在的形状异常进行检测。
[0070][判断处理I]
[0071]首先，作为判断处理1，从由拍摄部12获取的图像将背景亮度以上的亮度中的、存在于最端部(上端部、下端部)的两个点作为两端位置而提取，并将该两端位置(两端坐标)之差作为件宽(剖面宽度)而进行输出。为了正确地知晓件宽，优选以亚像素的精度对在图像上的两端位置进行检测。
[0072][判断处理2]
[0073]另外，作为判断处理2，如图4的(a)所示，在由拍摄部12获取的图像的原点附近，设定例如100像素X 100像素的探索区域(在图4的(a)中记作⑴的矩形)。在该矩形区域内计算亮度的平均值，将得到的亮度值作为背景亮度(阈值)。然后，在沿着X方向的每一条扫描线中探索具有计算出的背景亮度以上的亮度且在一条线上成为最大亮度的像素位置。沿着Y方向依次逐步进行该扫描(在图4的(b)中记作(2)的处理)。
[0074]接着，关于由各扫描线探索的像素位置，将由相邻的扫描线检测出的像素位置作为一组线图形而进行识别，将该一组线图形的Y方向的长度例如连续900像素以上的线设为棒钢件的光切断线S。将得到的光切断线S的两端部的像素位置作为上下限位置而求出。在该情况下，优选以亚像素次序来求出坐标位置。
[0075]根据上述的判断处理1、判断处理2，与条钢件W的表面状态无关地，仅根据条钢件W的几何学的条件(条钢件W的存在范围)来计算剖面宽度，因此能够远程且正确地求出轧制中的条钢件W的件宽。
[0076]需要说明的是，在轧制中的条钢件W的情况下，即使在位置变动、振动等作用而难以稳定地检测两端坐标位置的情况下，在本发明的形状测量装置10中，由于拍摄透镜13为远心透镜，因此即使条钢件W在前后方向上移动、或在上下方向上偏移，条钢件W的尺寸也不发生变动。因此，总是能够正确地求出条钢件W的件宽。
[0077]然而，在轧制中的条钢件W的情况下，两端部弯曲，只要能够完美地提取与两端部对应的光切断线S即可。关于与这种状况对应而正确地检测剖面尺寸的方法，作为判断处理3进行叙述。
[0078][判断处理2’]
[0079]然而，作为求出轧制中的条钢件W的件宽的处理，也可以采用以下所述的方法(判断处理2’ )来代替判断处理2。
[0080]首先，与判断处理2相同地，在图4的(a)中，在作为探索区域的矩形区域内计算亮度的平均值，将得到的亮度值作为背景亮度(阈值)。然后，在沿着X方向的每一条扫描线中具有计算出的背景亮度以上的亮度，并全部提取具有计算出的背景亮度以上的亮度的像素，以提取出的所有像素为对象而求出平均亮度值。沿着Y方向依次进行该扫描。
[0081]接着，对Y方向的扫描线数分的平均亮度值的排列(数据排列)分别进行利用相邻的亮度值的微分(差分)，提取微分值最大的坐标，并将提取出的坐标(上下两个坐标)作为光切断线S的两端坐标值。通过求出得到的两端坐标值的上下差，能够求出条钢件W的件宽。
[0082][判断处理3]
[0083]作为判断处理3，如图4的(b)所示，在由拍摄部12获取的图像中，提取光切断线S的顶点坐标(最高点)。然后，使用距离提取出的顶点坐标土 β角度(β最大为90°，通过实验求出而设定的值) 的范围的光切断线S的各点坐标，利用最小二乘法对圆的公式(X2+Y2 = R2)进行拟合。基于由该拟合操作得到的圆的公式，求出最准确的2R(直径)，即件宽。
[0084]需要说明的是，通过将β的值设定得较小(β =45~60°左右)，能够更高精度地求出件宽值。
[0085][判断处理4]
[0086]然而，在对轧制后的条钢件W的形状进行监视的情况下，仅通过件宽无法管理的“偏心(条钢件W的材料朝一方偏心)”、“缺损(条钢件W的一部形成为凹形)”成为问题(参照图5)。在通过轧钢机的棒钢的中心轴偏移的情况下，若偏心量与缺损量成为同等程度，则作为件宽值不发生变化，但作为轧制形状而不合格(NG件)。
[0087]因此，在本实施方式的形状测量部中，进行图5所示的判断处理4。
[0088]在判断处理4中，首先，使用判断处理1、判断处理2来求出件宽，并且计算条钢件W的两端位置坐标(上端坐标及下端坐标)而进行记录。将由判断处理1、2得到的两端位置坐标作为“实测出的两端位置坐标”。
[0089]此外，使用判断处理3并进行基于最小二乘法的拟合，求出圆的公式(X2+Y2 = R2)。根据求出的圆的公式，求出件宽，并且求出条钢件W的两端位置坐标。由判断处理3得到的两端位置坐标能够认为是“本来两端位置应存在的坐标”。
[0090]在此基础上，在本来两端位置应存在的坐标(Χ、Υ)(由判断处理3得到的坐标值)、与实测出的两端位置坐标(Χ’、Y’ )(由判断处理1、2得到的坐标值)在允许值以上不同的情况下，判断为存在形状异常。
[0091]具体而言，在实测出的两端坐标位置(Χ’、Υ’ )位于比本来两端位置(Χ、Υ)靠外的位置的情况下，判断为“存在偏心”。另外，在实测出的两端位置(X’、Y’)位于比本来两端位置(x、Y)靠内的位置的情况下，判断为“存在缺损”，从而判断为不合格产品。
[0092]如上所述，通过使用条钢件W的形状检查装置10，能够可靠地对通过条钢轧制生产线I轧制中的条钢件W的尺寸异常进行可靠检查，该形状检查装置10具备:以与条钢件W的移送方向相交的方式照射光切断线S的光照射部11 ;借助远心透镜13而对照射了光切断线S的条钢件W进行拍摄的拍摄部12 ;相对于写入由拍摄部12拍摄的图像内的光切断线S而应用三角测量法的原理来对条钢件W的形状进行检测的形状检测部15。
[0093]需要说明的是，应认识到本次公开的实施方式的全部点都是例示而不进行限定。尤其是本次公开的实施方式中，未明确公开的事项，例如运转条件、操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等在不脱离本领域技术人员通常实施的范围内，采用若是通常的本领域技术人员则能够容易想到的值。
【权利要求】
1.一种条钢件的形状检查装置，该条钢件的形状检查装置是对利用条钢轧制生产线轧制中的条钢件的形状进行检查的装置，其特征在于， 所述条钢件的形状检查装置具备: 光照射部，其以与所述条钢件交叉的方式照射光切断线； 拍摄部，其借助拍摄透镜而对照射了所述光切断线的条钢件进行拍摄；以及 形状检测部，其对于写入到由所述拍摄部拍摄的图像内的光切断线而应用三角测量法的原理来对条钢件的形状进行检测。
2.根据权利要求1所述的条钢件的形状检查装置，其特征在于， 所述拍摄透镜为远心透镜。
3.根据权利要求1或2所述的条钢件的形状检查装置，其特征在于， 所述光照射部具备绿色激光光源。
4.一种条钢件的形状检查方法，其特征在于， 当使用权利要求1至3中任一项所述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时， 基于由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像，将具有背景亮度以上的亮度且存在于最端部的两个点作为两端位置坐标而提取，将提取出的两端位置坐标之差作为条钢件的直径而检测，基于检测出的直径来进行条钢件的形状的检查。
5.一种条钢件的形状检查方法，其特征在于， 当使用权利要求1至3中任一项所述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时， 在由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像中，利用最小二乘法来进行对于圆的公式的拟合，基于由所述拟合得到的圆的公式，求出条钢件的直径，并基于求出的直径来进行条钢件的形状的检查。
6.一种条钢件的形状检查方法，其特征在于， 当使用权利要求1至3中任一项所述的条钢件的形状检查装置而进行条钢件的形状的检查时， 基于由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像，将具有背景亮度以上的亮度且存在于最端部的两个点作为两端位置坐标而提取，将提取的两端位置坐标设为“实测两端位置坐标”， 在由所述形状检查装置的拍摄部获取的图像中，利用最小二乘法进行对于圆的公式的拟合，根据由所述拟合得到的圆的公式，求出条钢件的两端位置坐标，并将求出的两端位置坐标设为本来两端位置应存在的坐标、即“存在两端位置坐标”， 在得到的“实测两端位置坐标”与“存在两端位置坐标”之差在允许值以上不同的情况下，判断为存在条钢件的形状异常。
7.根据权利要求5或6所述的条钢件的形状检查方法，其特征在于， 当进行所述拟合时，提取光切断线的顶点坐标，使用距离提取的顶点坐标处于规定的范围的光切断线的各点坐标，利用最小二乘法来实施对于圆的公式的拟合。
【文档编号】B21B38/04GK103658197SQ201310333296
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2012年9月3日
【发明者】高桥英二, 辻敏之, 早川满 申请人:株式会社神户制钢所