溶削済み鋼材の表面検査方法および表面検査装置
【課題】表面を溶削された鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる検査装置を提供する。
【解決手段】１２００℃以上に加熱され且つ表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４を溶削された鋼材Ｍの該表面を撮像する第１カメラ１０、および、該カメラ１０により得られた画像の輝度信号ｂｓを温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部ｍｄや未溶削部ｕｍの疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部１１を含む疑似欠陥検出部１２と、上記撮像がされた同じ鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４にレーザＬ１を照射するレーザ照射装置２、照射された該レーザＬ１が拡散反射された鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４を撮像する第２カメラ７、および、該カメラ７により得られた画像を基に、鋼材Ｍの表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部８を含む３次元計測部９と、を備えている、溶削済み鋼材の表面検査装置１。
【解決手段】１２００℃以上に加熱され且つ表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４を溶削された鋼材Ｍの該表面を撮像する第１カメラ１０、および、該カメラ１０により得られた画像の輝度信号ｂｓを温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部ｍｄや未溶削部ｕｍの疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部１１を含む疑似欠陥検出部１２と、上記撮像がされた同じ鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４にレーザＬ１を照射するレーザ照射装置２、照射された該レーザＬ１が拡散反射された鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ４を撮像する第２カメラ７、および、該カメラ７により得られた画像を基に、鋼材Ｍの表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部８を含む３次元計測部９と、を備えている、溶削済み鋼材の表面検査装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面を溶削（ホットスカーフィング）された分塊圧延材や連続鋳造材などの鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、分塊圧延された鋼材を熱間圧延するに際し、該鋼材における表面の形状および寸法を整えるため、予め均熱炉で１３００℃以上に加熱した状態で、上記表面を溶削してから熱間圧延工程に送給して、所定の断面形状に成形している。しかし、溶削時において、鋼材の表面から溶削された鋼材の一部が液滴状になる湯だれや一定の範囲にわたる未溶削部などの欠陥が残っていると、熱間圧延時の成形精度を低下させてしまう場合がある。
そのため、溶削された鋼材の表面における湯だれや未溶削部などの欠陥を検出するべく、鋼材の表面をＣＣＤカメラにより連続的に撮像し、表面ごとに得られた輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差に基づいて、上記湯だれを検出する湯だれ検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、該検査装置では、湯だれと疑わしい部位の表面を検出できるに留まり、該湯だれの厚み（変位量）が測定できないため、検出精度がバラ付く、という問題があった。
【０００３】
一方、ホットスカーフマシンの前後において、レーザ距離計により溶削前後の被溶削材寸法を測定し、その差を溶削量として求めるため、レーザ距離計として被溶削材の高さ寸法および幅寸法ともに２次元レーザ距離計を用い、係るレーザ距離計により測定された溶削前後の各断面プロフィールの差により、被溶削材の溶削量プロフィールを求めるホットスカーフ溶削量測定方法および測定装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、上記溶削量測定方法は、ホットスカーフマシンによる被溶削材の溶削量（数量値）を測定することにより、該マシンの溶削制御を行うものであって、溶削に伴う被溶削材の表面に生じ得る湯だれや未溶削部の位置およびそれらの厚みや大きさ（変位量）を検出することができない、という問題があった。しかも、高温状態の鋼材の表面は、赤色系の色彩を呈するため、一般的なレーザでは、表面の断面形状を撮像し難い、という問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５６６２号公報（第１〜４頁、図１〜４）
【特許文献２】特開平５−２３７６５４号公報（第１〜７頁、図１〜４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、表面を溶削された鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる検査装置を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、所定温度以上の高温に加熱された溶削済みの鋼材の表面部分間の温度差により湯だれなどの疑いのある疑似欠陥位置を検出し、更に鋼材の表面に照射されたレーザが反射した該表面を連続撮像して得られた３次元形状のうち、上記疑似欠陥位置の３次元形状の形態により、変位量を含む欠陥部分を正確に検出する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項１）は、１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を連続撮像し、得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差を基にして、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップと、上記鋼材の表面に対して照射されたレーザが拡散反射した該鋼材の表面を連続撮像して、上記鋼材の表面を連続する断面形状で３次元的に示す第２ステップと、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記高温に加熱された溶削済みの鋼材の表面を連続撮像し、係る表面から放射されるエネルギに応じた輝度信号を温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップを行うと共に、レーザが照射されて拡散反射した上記鋼材の表面を連続撮像し、該表面を連続する複数の断面形状（プロフィール）によって３次元的に示す第２ステップを行うことで、上記疑似欠陥位置のみにおける厚み方向に沿った正確な変位量（湯だれの厚みや、湯だれ周縁の傾斜の急峻度など）を検出できる。係る変位量を基にすることで、後述する第３ステップのように、溶削に伴う湯だれなどの欠陥を正確に検出することが可能となる。
しかも、高温状態にある溶削済みの鋼材を正確に検査できるため、次の熱間圧延工程などにおける加工に適した温度の鋼材を送ることもできる。
【０００８】
尚、前記鋼材は、断面が角形状あるいは円形で、且つ軸方向が比較的長尺なブルームあるいはビレットなどである。係る鋼材の表面には、平坦面（側面）のほか、一対の側面間のＲ付きのコーナー部、あるいは円柱状の曲面も含まれる。
また、１２００℃以上に加熱された前記鋼材を検査対象としたのは、熱間圧延などの熱間加工に先立って、溶削された鋼材を均熱炉に装入して１３００℃以上に加熱し、係る高温状態を保ちつつ熱間加工を施すためである。
更に、溶削による火炎は、上記鋼材の各表面、Ｒ状のコーナ部、ないし円周面に対し、該鋼材の外周面方向または円周面の接線方向に沿って吹き付けられる。
また、前記レーザの波長帯域は、４５０〜５５０ｎｍが推奨される。係る波長帯域には、後述する緑色系あるいは青緑色系の半導体レーザが好適である。
加えて、前記拡散反射とは、鋼材の表面に照射されたレーザが、当該表面からあらゆる方向に沿って反射することである。
【０００９】
また、本発明には、前記第１ステップで撮像される鋼材の表面と、前記第２ステップで撮像される鋼材の表面とは、同じである、溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記第１ステップと第２ステップとを同時に且つ平行して同じ鋼材の表面に対して行えるので、係る同じ表面で検出された疑似欠陥位置における断面形状の３次元的な解析により、当該疑似欠陥位置での厚み方向に沿った変位を迅速且つ一層正確に検出することができる。
尚、高温の前記鋼材の表面から放射されるエネルギの波長帯域と、前記レーザの波長帯域とを、後述するように離すことにより、相互の干渉を予防できる。
【００１０】
更に、本発明には、前記第１ステップおよび第２ステップの後に、第１ステップで検出された疑似欠陥位置に対応する上記鋼材の表面の３次元的な断面形状における厚み方向に沿った変位量を基に、湯だれや未溶削部の欠陥の正否を判定する第３ステップと、を備えている、溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記第１ステップにより検出された前記鋼材の表面における疑似欠陥位置のみについて、前記第２ステップにて得られた３次元形状を基にして、厚み方向に沿った変位量（湯だれの厚みや、湯だれ周縁の傾斜の急峻度など）を測定することで、湯だれなどの真の欠陥部分であるか否かを正確に判別できる。
尚、前記第１〜第３ステップは、連続した単一のソフトウェア（プログラム）に従って行えるようにしても良い。
【００１１】
一方、本発明による溶削済み鋼材の表面検査装置（請求項４）は、１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を撮像する第１カメラ、および、該カメラにより得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部や未溶削部の疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部を含む疑似欠陥検出部と、上記撮像がされた同じ鋼材の表面にレーザを照射するレーザ照射装置、照射された該レーザが拡散反射された上記鋼材の表面を撮像する第２カメラ、および、該第２カメラにより得られた画像を基に、上記鋼材の表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部を含む３次元計測部と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１２】
これによれば、前記第１カメラにより、前記溶削済みの鋼材の表面を連続撮像し、前記信号処理部により、係る鋼材の表面から放射されるエネルギに応じた輝度信号を温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれや未溶削部などの疑いがある疑似欠陥位置を判別できると共に、前記照射装置から照射され且つ上記と同じ鋼材の表面で拡散反射したレーザを含む該表面を第２カメラにより連続撮像し、得られた上記表面の画像を画像処理部により、複数の断面形状を基に該表面を３次元的に示すことで、疑似欠陥位置における厚み方向に沿った変位量を正確に検知できる。従って、溶削に伴って鋼材の表面に生じる湯だれなどの欠陥を、正確且つ迅速に検知することができる。
尚、湯だれや未溶削部を有する鋼材は、搬送ラインから取り出され、係る欠陥部分を切削するなどした後に、再度加熱されて搬送ラインに投入される。
【００１３】
更に、本発明には、前記レーザ照射装置から鋼材の表面に照射されるレーザは、緑色系あるいは青色系の半導体レーザである、溶削済み鋼材の表面検査装置（請求項５）も含まれる。
これによれば、１２００℃以上に加熱された前記鋼材の表面が放つ放射エネルギによって、該鋼材の表面が高輝度の赤色系を呈していても、該表面に対して線状に照射されて該表面の断面形状に倣って反射されるレーザが彩度や色相が全く異なる緑色系あるいは青色系であるため、検出すべき表面の断面形状を明瞭に再現することが容易となる。従って、高温状態である溶削済みの鋼材の表面における断面形状を正確に検出して、該表面を確実に３次元的に示すことができる。
尚、前記第１カメラによって得られた画像の輝度信号の波長帯域は、８００〜１４００ｎｍであるのに対し、上記レーザの波長帯域は４５０〜５５０ｎｍと約２５０ｎｍ離れているので、鋼材における同じ表面を同時に撮像しても、互いに悪影響を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による一形態の溶削済み鋼材の表面検査装置を示す斜視図。
【図２】上記表面検査装置を示す平面図。
【図３】異なる形態の表面検査装置を示す図２と同様な平面図。
【図４】表面に湯だれを含む検査すべき鋼材を示す部分断面図。
【図５】表面に未溶削部を含む検査すべき鋼材を示す部分断面図。
【図６】鋼材表面の温度差により疑似欠陥部を検出する例を示す模式的グラフ。
【図７】鋼材表面の複数の断面形状による３次元的形状例を示す模式的グラフ。
【図８】本発明の第１ステップ乃至第３ステップを示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の溶削済み鋼材の表面検査装置（以下、単に表面検査装置と称する）１を示す斜視図、図２は、該検査装置１を示す平面図である。
表面検査装置１は、図１，２に示すように、軸方向に沿って搬送（矢印Ｒで示す）される鋼材Ｍの表面ｆ２を撮像する第１カメラ１０、および信号処理部１１を含む疑似欠陥検出部１２と、上記表面ｆ２にレーザＬ１を照射するレーザ照射装置２、上記表面ｆ２で反射したレーザＬ２を撮像する第２カメラ７、および画像処理部８を含む３次元計測部９と、を備えている。
前記鋼材Ｍは、全長が約１０数ｍで、且つ一辺が２５０ｍｍで且つ各角部に所定のアールが付されたほぼ正方形の断面を有し、予め、表面ｆ１〜ｆ４ごとには幅方向に沿って平行に、角部（コーナー部）ｃ１〜ｃ４ごとには接線状にして放射された火炎による溶削が全面に施されていると共に、図示しない均熱炉内において、予め１３００℃以上に加熱されたものである。
【００１６】
前記疑似欠陥検出部１２において、第１カメラ１０は、ＣＣＤカメラであり、図１に示すように、１２００℃以上に加熱された鋼材Ｍの表面ｆ２を連続撮像し、信号処理部１１によって、係る表面ｆ２からの放射されたエネルギＥに基づく当該画像の輝度信号ｂｓを温度に換算し、後述するように、健常部位との温度差に基づいて、湯だれなどの欠陥と疑わしい疑似欠陥部分の有無が判別される。尚、図１中の符号５，６は、上記第１カメラ１０の集光レンズである。
また、３次元計測部９において、図１，図２に示すように、照射装置２から斜めに照射され、凸レンズ３、シリンドカルレンズ４を通過することにより直線状に拡大されたレーザＬ１は、前記高温度に加熱された鋼材Ｍの表面ｆ２で拡散反射する。この際、鋼材Ｍの当該表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２は、当該表面ｆ２の断面形状に倣った凹凸形の線状となり、第２カメラ７によって連続撮像され、更に画像処理部８において、得られた画像を基に上記表面ｆ２を連続した複数の断面形状によって３次元的に示される。
【００１７】
尚、前記第２カメラ７も、第１カメラ１０と同様なＣＣＤカメラである。
また、前記レーザＬ１，Ｌ２は、緑色系あるいは青色系の半導体レーザであり、その波長帯域は４５０〜５５０ｎｍである。該レーザＬ１，Ｌ２は、例えば、一対の半導体素子（ＡｌＧａＡｓ）など間から外部に誘導放出されるレーザである。
更に、第２カメラ７の向きを鋼材Ｍの表面ｆ２と直角にしたのは、前記表面ｆ２に反射したレーザＬ２による鋼材Ｍの断面形状を正確に撮像するためである。
また、前記鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４および角部ｃ１〜ｃ４は、単一の表面検査装置１によって順次検査されるか、あるいは、複数組の専用の表面検査装置１によって個別に検査される。
加えて、前記疑似欠陥検出部１２を、３次元計測部９のレーザ照射装置２と第２カメラ７との間に配置したのは、鋼材Ｍの同じ表面ｆ２を同時に撮像し、且つ本発明の第１〜第３ステップＳ１〜Ｓ３を正確且つ迅速に行うためである。
【００１８】
図３は、異なる形態の表面検査装置１ａを示す前記童話右の平面図である。
表面検査装置１ａも、図３に示すように、前記同様の疑似欠陥検出部１２と３次元計測部９とを備えている。係る表面検査装置１ａが前記表面検査装置１と相違するのは、疑似欠陥検出部１２の第１カメラ１０を、３次元計測部９の第２カメラ７の隣に平行にして配置し、鋼材Ｍの表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２と第２カメラ７との間にハーフミラーｍ１を斜め４５度で配置すると共に、該ハーフミラーｍ１の横に同じ向きの４５度で反射ミラーｍ２を更に配置した点である。
即ち、鋼材Ｍの表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２と共に放射された放射エネルギーＥは、ハーフミラーｍ１およびミラーｍ２に順次反射して、第１カメラ１０に撮像された後、得られた画像の輝度信号ｂｓを信号処理部１１で温度に換算され、健常部位との温度差を計算される。
以上の表面検査装置１ａによれば、鋼材Ｍの同じ表面ｆ２の部分を確実に撮像し、係る画像を疑似欠陥検出部１２と３次元計測部９と迅速に送ることができる。
【００１９】
図４は、検査すべき鋼材Ｍの角部（表面）ｃ４に位置する湯だれｍｄを示す部分断面図である。例えば、鋼材Ｍの平坦な表面ｆ１，ｆ４の幅方向に沿って放射された１３００℃以上の火炎によって、溶削された溶湯は、上記表面ｆ１，ｆ４上を移動した後、外部に吹き飛ばれる。しかし、溶削された溶湯の一部が外部に飛ばされず、上記表面ｆ１，ｆ４に隣接する角部ｃ４に液滴形状の断面で且つ全体が棒形状に付着することにより、図示のように湯だれｍｄが形成される場合がある。係る湯だれｍｄは、鋼材Ｍの本体部分との境界付近に沿って、スケールのような酸化物ｏｘを層状に形成している場合もある。
係る湯だれｍｄの厚みが０．３ｍｍ以上になると、熱間圧延時において成形ロールの表面や当該鋼材Ｍの表面に傷を生じるおそれがある、という問題がある。
【００２０】
図５は、検査すべき鋼材Ｍの角部ｃ４に位置する未溶削部ｕｍを示す部分断面図である。係る未溶削部ｕｍは、角部ｃ４の接線方向に沿って火炎を放射することで溶削を行った際に、角部ｃ４の表層が一定の面積にわたって溶削されなかったことに起因して生じる。該未溶削部ｕｍも、厚みが０．３ｍｍ以上になると、熱間圧延の成形精度を低下させるなどの原因となる。
しかし、溶削済みの鋼材Ｍにおいて、基準となる断面寸法に対し、厚み方向で０．３ｍｍ程度の差がある場合、前記湯だれｍｄや未溶削部ｕｍの欠陥に基づくものか、鋼材Ｍ自体の軸方向に沿った表面肌の影響かの判別が困難である。係る問題を解決し、表面肌と欠陥とを正確に区別することが本発明の目的でもある。
【００２１】
以下において、前記図１〜図３に示した表面検査装置１（１ａ）を用いた本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査方法について説明する。
予め、全ての表面ｆ１〜ｆ４、および角部ｃ１〜ｃ４を溶削された前記と同じ寸法の鋼材Ｍを、図示しない均熱炉に装入して、１３００℃以上に加熱・保持した。係る鋼材Ｍを均熱炉から取り出し、図示しない搬送ローラ群の上をその軸方向に沿って走行（矢印Ｒ）させた。
上記鋼材Ｍは、１２００℃以上であるため、その表面ｆ１〜ｆ４、および角部ｃ１〜ｃ４からは、赤色系の放射エネルギＥが周囲に向けて放射されている。
例えば、第１カメラ１０によって、鋼材Ｍの角部ｃ４を撮像して得られた画像の輝度信号ｂｓは、信号処理部１１において対応する温度に換算された。
そして、図６のグラフで示すように、係る角部ｃ４における幅（外周面）方向に沿った位置ごとの温度を示すと、図６中の実線で示す健常部位に対し、その一部（局部）において破線で示すように、温度が数１０℃（Ｘ）高い部分が現れた。係る破線部分は、その左右の傾斜度（急峻度）により、表面ｆ１の溶削に伴って生じた湯だれｍｄが角部ｃ４に付着したものと推定された。係る湯だれｍｄの位置は、疑似欠陥部として信号処理部１１に記録された（第１ステップＳ１）。
【００２２】
一方、前記鋼材Ｍの同じ位置の角部ｃ４に対して、前記レーザ照射装置２から緑色系あるいは青色系で且つ波長帯域が４５０〜５５０ｎｍの半導体レーザＬ１を斜め４５度で照射した。該レーザＬ１は、上記角部ｃ４において拡散反射した。そのうち、当該角部ｃ４に対し直角な径方向に沿った視覚で予め配置されていた第２カメラ７には、鋼材Ｍの角部ｃ４から放射されるエネルギＥに応じた赤色系の背景と、係る背景の中に当該角部ｃ４の幅（外周面）方向に沿った断面形状を緑色または青色の線状で示すレーザＬ２とからなる画像が、連続して撮像された。
次に、図７のグラフで示すように、画像処理部８において、上記角部ｃ４において撮像された上記レーザＬ２に基づく複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５を、時系列的に並列したことで、当該角部ｃ４を３次元的に示した（第２ステップＳ２）。尚、図７中の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５は、緑色系または青色系の線状として表示された。
図７で示すように、角部ｃ４の軸方向に沿った異なる位置の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５において、図７中の実線示す当該角部ｃ４の断面形状（輪郭）に対し、図７中の破線で示す山形状に突出した部分が連続して現れた。係る複数の山形状部分において、互いに隣接していない山形状部分ごとの高さ（変位量）Ｙは、それぞれ０．３ｍｍ以上であった。
【００２３】
更に、画像処理部８において、前記信号処理部１１から送信された第１ステップＳ１で疑似欠陥部と推定した角部ｃ４の位置と、第２ステップＳ２で確認された破線の山形状部分の位置とを、照合した結果、同じ位置であった。
その結果、第１ステップＳ１で疑似欠陥部と推定した通り、角部ｃ４の当該位置には、２箇所以上における厚み（高さ：変位量）Ｙが少なくとも０．３ｍｍである湯だれｍｄが存在していたことを確認できた（第３ステップＳ３）。
以上の第１ステップＳ１〜第３ステップＳ３は、鋼材Ｍにおける角部ｃ４以外の他の表面（ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ３）に対しても平行して行った。
尚、図１中で示すように、画像処理部８の上記照合に伴う判定の結果は、記録・表示部１４に送信され、前記鋼材Ｍについての製造記録（履歴）とされたり、注意的に表示され、必要な捕集ないし整備工程に回送するなどに活用される。
【００２４】
また、前記第１ステップＳ１の疑似欠陥部分および第２ステップＳ２における複数の破線の山形状部分は、前記図５で示した未溶削部ｕｍの検出にも適用される。
更に、第２ステップＳ２，Ｓ３では、複数の破線の山形状部分からなり、全体がテーブルマウンテン形状を呈する部分を未溶削部ｕｍとすることも可能である。
加えて、以上において説明した第１ステップＳ１乃至第３ステップＳ３は、図８に示す流れ図として表すことができ、係る流れ図に対応したプログラム（ソフトウェア）を、搭載したパソコンなどの制御手段を、前記疑似欠陥検出部１２および３次元計測部９に併設した形態の表面検査装置１(ｘ)としても良い。
【００２５】
以上において説明した本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査方法によれば、高温に加熱された溶削済み鋼材Ｍの表面（ｃ４）を連続撮像し、該表面からの放射エネルギＥに応じた輝度信号ｂｓを温度に換算し、健常部位との温度差ｘにより、湯だれｍｄなどと推測される疑似欠陥位置を検出する第１ステップＳ１を行い、レーザＬ１が拡散反射した上記鋼材Ｍの同じ表面を連続撮像し、該表面を連続する複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５にて３次元的に示す第２ステップＳ２を行うことで、上記疑似欠陥位置における厚み方向に沿った正確な変位量（湯だれの厚みなど）を検出できた。係る変位量を基にすることで、第３ステップＳ３のように、溶削に伴う湯だれｍｄなどの欠陥を正確に検出することができた。
【００２６】
一方、本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査装置１，１ａによれば、第１カメラ１０により、前記鋼材Ｍの表面（ｃ４）を連続撮像し、信号処理部１１により、該鋼材Ｍの表面からの放射エネルギＥに応じた輝度信号ｂｓを温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれｍｄなどと疑われる疑似欠陥位置を判別できると共に、照射装置２から照射され且つ鋼材Ｍの同じ表面で拡散反射したレーザＬ２を含む該表面を第２カメラ７により連続撮像し、得られた画像を画像処理部８において、複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５を基に該表面を３次元的に示すことで、疑似欠陥位置での厚み方向に沿った変位量ｙを正確に検知できる。その結果、溶削に伴う湯だれｍｄなどの欠陥を正確且つ迅速に検査することができる。
尚、本発明の検査対象となる鋼材には、断面が円形、長方形、長円形、あるいは楕円形である鋼材も含まれる。
また、本発明の検査対象となる溶削に伴う欠陥には、鋼材の表面における過溶削部分も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、製鋼業界において、表面を溶削された鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実・迅速に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる検査装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１，１ａ…………表面検査装置， ２…………………レーザ照射装置，
７…………………第２カメラ， ８…………………画像処理部，
９…………………３次元計測部， １０………………第１カメラ，
１１………………信号処理部， １２………………疑似欠陥検出部，
Ｍ…………………鋼材， ｆ１〜ｆ４………表面，
ｃ１〜ｃ４………角部（表面）， Ｌ１，Ｌ２………レーザ，
ｍｄ………………湯だれ（欠陥）， ｕｍ………………未溶削部（欠陥），
Ｓ１〜Ｓ３………第１〜第３ステップ， ｐｆ１〜ｐｆ５…断面形状，
Ｙ…………………変位量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面を溶削（ホットスカーフィング）された分塊圧延材や連続鋳造材などの鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、分塊圧延された鋼材を熱間圧延するに際し、該鋼材における表面の形状および寸法を整えるため、予め均熱炉で１３００℃以上に加熱した状態で、上記表面を溶削してから熱間圧延工程に送給して、所定の断面形状に成形している。しかし、溶削時において、鋼材の表面から溶削された鋼材の一部が液滴状になる湯だれや一定の範囲にわたる未溶削部などの欠陥が残っていると、熱間圧延時の成形精度を低下させてしまう場合がある。
そのため、溶削された鋼材の表面における湯だれや未溶削部などの欠陥を検出するべく、鋼材の表面をＣＣＤカメラにより連続的に撮像し、表面ごとに得られた輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差に基づいて、上記湯だれを検出する湯だれ検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、該検査装置では、湯だれと疑わしい部位の表面を検出できるに留まり、該湯だれの厚み（変位量）が測定できないため、検出精度がバラ付く、という問題があった。
【０００３】
一方、ホットスカーフマシンの前後において、レーザ距離計により溶削前後の被溶削材寸法を測定し、その差を溶削量として求めるため、レーザ距離計として被溶削材の高さ寸法および幅寸法ともに２次元レーザ距離計を用い、係るレーザ距離計により測定された溶削前後の各断面プロフィールの差により、被溶削材の溶削量プロフィールを求めるホットスカーフ溶削量測定方法および測定装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、上記溶削量測定方法は、ホットスカーフマシンによる被溶削材の溶削量（数量値）を測定することにより、該マシンの溶削制御を行うものであって、溶削に伴う被溶削材の表面に生じ得る湯だれや未溶削部の位置およびそれらの厚みや大きさ（変位量）を検出することができない、という問題があった。しかも、高温状態の鋼材の表面は、赤色系の色彩を呈するため、一般的なレーザでは、表面の断面形状を撮像し難い、という問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５６６２号公報（第１〜４頁、図１〜４）
【特許文献２】特開平５−２３７６５４号公報（第１〜７頁、図１〜４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、表面を溶削された鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる検査装置を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、所定温度以上の高温に加熱された溶削済みの鋼材の表面部分間の温度差により湯だれなどの疑いのある疑似欠陥位置を検出し、更に鋼材の表面に照射されたレーザが反射した該表面を連続撮像して得られた３次元形状のうち、上記疑似欠陥位置の３次元形状の形態により、変位量を含む欠陥部分を正確に検出する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項１）は、１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を連続撮像し、得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差を基にして、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップと、上記鋼材の表面に対して照射されたレーザが拡散反射した該鋼材の表面を連続撮像して、上記鋼材の表面を連続する断面形状で３次元的に示す第２ステップと、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記高温に加熱された溶削済みの鋼材の表面を連続撮像し、係る表面から放射されるエネルギに応じた輝度信号を温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップを行うと共に、レーザが照射されて拡散反射した上記鋼材の表面を連続撮像し、該表面を連続する複数の断面形状（プロフィール）によって３次元的に示す第２ステップを行うことで、上記疑似欠陥位置のみにおける厚み方向に沿った正確な変位量（湯だれの厚みや、湯だれ周縁の傾斜の急峻度など）を検出できる。係る変位量を基にすることで、後述する第３ステップのように、溶削に伴う湯だれなどの欠陥を正確に検出することが可能となる。
しかも、高温状態にある溶削済みの鋼材を正確に検査できるため、次の熱間圧延工程などにおける加工に適した温度の鋼材を送ることもできる。
【０００８】
尚、前記鋼材は、断面が角形状あるいは円形で、且つ軸方向が比較的長尺なブルームあるいはビレットなどである。係る鋼材の表面には、平坦面（側面）のほか、一対の側面間のＲ付きのコーナー部、あるいは円柱状の曲面も含まれる。
また、１２００℃以上に加熱された前記鋼材を検査対象としたのは、熱間圧延などの熱間加工に先立って、溶削された鋼材を均熱炉に装入して１３００℃以上に加熱し、係る高温状態を保ちつつ熱間加工を施すためである。
更に、溶削による火炎は、上記鋼材の各表面、Ｒ状のコーナ部、ないし円周面に対し、該鋼材の外周面方向または円周面の接線方向に沿って吹き付けられる。
また、前記レーザの波長帯域は、４５０〜５５０ｎｍが推奨される。係る波長帯域には、後述する緑色系あるいは青緑色系の半導体レーザが好適である。
加えて、前記拡散反射とは、鋼材の表面に照射されたレーザが、当該表面からあらゆる方向に沿って反射することである。
【０００９】
また、本発明には、前記第１ステップで撮像される鋼材の表面と、前記第２ステップで撮像される鋼材の表面とは、同じである、溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記第１ステップと第２ステップとを同時に且つ平行して同じ鋼材の表面に対して行えるので、係る同じ表面で検出された疑似欠陥位置における断面形状の３次元的な解析により、当該疑似欠陥位置での厚み方向に沿った変位を迅速且つ一層正確に検出することができる。
尚、高温の前記鋼材の表面から放射されるエネルギの波長帯域と、前記レーザの波長帯域とを、後述するように離すことにより、相互の干渉を予防できる。
【００１０】
更に、本発明には、前記第１ステップおよび第２ステップの後に、第１ステップで検出された疑似欠陥位置に対応する上記鋼材の表面の３次元的な断面形状における厚み方向に沿った変位量を基に、湯だれや未溶削部の欠陥の正否を判定する第３ステップと、を備えている、溶削済み鋼材の表面検査方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記第１ステップにより検出された前記鋼材の表面における疑似欠陥位置のみについて、前記第２ステップにて得られた３次元形状を基にして、厚み方向に沿った変位量（湯だれの厚みや、湯だれ周縁の傾斜の急峻度など）を測定することで、湯だれなどの真の欠陥部分であるか否かを正確に判別できる。
尚、前記第１〜第３ステップは、連続した単一のソフトウェア（プログラム）に従って行えるようにしても良い。
【００１１】
一方、本発明による溶削済み鋼材の表面検査装置（請求項４）は、１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を撮像する第１カメラ、および、該カメラにより得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部や未溶削部の疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部を含む疑似欠陥検出部と、上記撮像がされた同じ鋼材の表面にレーザを照射するレーザ照射装置、照射された該レーザが拡散反射された上記鋼材の表面を撮像する第２カメラ、および、該第２カメラにより得られた画像を基に、上記鋼材の表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部を含む３次元計測部と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１２】
これによれば、前記第１カメラにより、前記溶削済みの鋼材の表面を連続撮像し、前記信号処理部により、係る鋼材の表面から放射されるエネルギに応じた輝度信号を温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれや未溶削部などの疑いがある疑似欠陥位置を判別できると共に、前記照射装置から照射され且つ上記と同じ鋼材の表面で拡散反射したレーザを含む該表面を第２カメラにより連続撮像し、得られた上記表面の画像を画像処理部により、複数の断面形状を基に該表面を３次元的に示すことで、疑似欠陥位置における厚み方向に沿った変位量を正確に検知できる。従って、溶削に伴って鋼材の表面に生じる湯だれなどの欠陥を、正確且つ迅速に検知することができる。
尚、湯だれや未溶削部を有する鋼材は、搬送ラインから取り出され、係る欠陥部分を切削するなどした後に、再度加熱されて搬送ラインに投入される。
【００１３】
更に、本発明には、前記レーザ照射装置から鋼材の表面に照射されるレーザは、緑色系あるいは青色系の半導体レーザである、溶削済み鋼材の表面検査装置（請求項５）も含まれる。
これによれば、１２００℃以上に加熱された前記鋼材の表面が放つ放射エネルギによって、該鋼材の表面が高輝度の赤色系を呈していても、該表面に対して線状に照射されて該表面の断面形状に倣って反射されるレーザが彩度や色相が全く異なる緑色系あるいは青色系であるため、検出すべき表面の断面形状を明瞭に再現することが容易となる。従って、高温状態である溶削済みの鋼材の表面における断面形状を正確に検出して、該表面を確実に３次元的に示すことができる。
尚、前記第１カメラによって得られた画像の輝度信号の波長帯域は、８００〜１４００ｎｍであるのに対し、上記レーザの波長帯域は４５０〜５５０ｎｍと約２５０ｎｍ離れているので、鋼材における同じ表面を同時に撮像しても、互いに悪影響を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による一形態の溶削済み鋼材の表面検査装置を示す斜視図。
【図２】上記表面検査装置を示す平面図。
【図３】異なる形態の表面検査装置を示す図２と同様な平面図。
【図４】表面に湯だれを含む検査すべき鋼材を示す部分断面図。
【図５】表面に未溶削部を含む検査すべき鋼材を示す部分断面図。
【図６】鋼材表面の温度差により疑似欠陥部を検出する例を示す模式的グラフ。
【図７】鋼材表面の複数の断面形状による３次元的形状例を示す模式的グラフ。
【図８】本発明の第１ステップ乃至第３ステップを示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の溶削済み鋼材の表面検査装置（以下、単に表面検査装置と称する）１を示す斜視図、図２は、該検査装置１を示す平面図である。
表面検査装置１は、図１，２に示すように、軸方向に沿って搬送（矢印Ｒで示す）される鋼材Ｍの表面ｆ２を撮像する第１カメラ１０、および信号処理部１１を含む疑似欠陥検出部１２と、上記表面ｆ２にレーザＬ１を照射するレーザ照射装置２、上記表面ｆ２で反射したレーザＬ２を撮像する第２カメラ７、および画像処理部８を含む３次元計測部９と、を備えている。
前記鋼材Ｍは、全長が約１０数ｍで、且つ一辺が２５０ｍｍで且つ各角部に所定のアールが付されたほぼ正方形の断面を有し、予め、表面ｆ１〜ｆ４ごとには幅方向に沿って平行に、角部（コーナー部）ｃ１〜ｃ４ごとには接線状にして放射された火炎による溶削が全面に施されていると共に、図示しない均熱炉内において、予め１３００℃以上に加熱されたものである。
【００１６】
前記疑似欠陥検出部１２において、第１カメラ１０は、ＣＣＤカメラであり、図１に示すように、１２００℃以上に加熱された鋼材Ｍの表面ｆ２を連続撮像し、信号処理部１１によって、係る表面ｆ２からの放射されたエネルギＥに基づく当該画像の輝度信号ｂｓを温度に換算し、後述するように、健常部位との温度差に基づいて、湯だれなどの欠陥と疑わしい疑似欠陥部分の有無が判別される。尚、図１中の符号５，６は、上記第１カメラ１０の集光レンズである。
また、３次元計測部９において、図１，図２に示すように、照射装置２から斜めに照射され、凸レンズ３、シリンドカルレンズ４を通過することにより直線状に拡大されたレーザＬ１は、前記高温度に加熱された鋼材Ｍの表面ｆ２で拡散反射する。この際、鋼材Ｍの当該表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２は、当該表面ｆ２の断面形状に倣った凹凸形の線状となり、第２カメラ７によって連続撮像され、更に画像処理部８において、得られた画像を基に上記表面ｆ２を連続した複数の断面形状によって３次元的に示される。
【００１７】
尚、前記第２カメラ７も、第１カメラ１０と同様なＣＣＤカメラである。
また、前記レーザＬ１，Ｌ２は、緑色系あるいは青色系の半導体レーザであり、その波長帯域は４５０〜５５０ｎｍである。該レーザＬ１，Ｌ２は、例えば、一対の半導体素子（ＡｌＧａＡｓ）など間から外部に誘導放出されるレーザである。
更に、第２カメラ７の向きを鋼材Ｍの表面ｆ２と直角にしたのは、前記表面ｆ２に反射したレーザＬ２による鋼材Ｍの断面形状を正確に撮像するためである。
また、前記鋼材Ｍの表面ｆ１〜ｆ４および角部ｃ１〜ｃ４は、単一の表面検査装置１によって順次検査されるか、あるいは、複数組の専用の表面検査装置１によって個別に検査される。
加えて、前記疑似欠陥検出部１２を、３次元計測部９のレーザ照射装置２と第２カメラ７との間に配置したのは、鋼材Ｍの同じ表面ｆ２を同時に撮像し、且つ本発明の第１〜第３ステップＳ１〜Ｓ３を正確且つ迅速に行うためである。
【００１８】
図３は、異なる形態の表面検査装置１ａを示す前記童話右の平面図である。
表面検査装置１ａも、図３に示すように、前記同様の疑似欠陥検出部１２と３次元計測部９とを備えている。係る表面検査装置１ａが前記表面検査装置１と相違するのは、疑似欠陥検出部１２の第１カメラ１０を、３次元計測部９の第２カメラ７の隣に平行にして配置し、鋼材Ｍの表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２と第２カメラ７との間にハーフミラーｍ１を斜め４５度で配置すると共に、該ハーフミラーｍ１の横に同じ向きの４５度で反射ミラーｍ２を更に配置した点である。
即ち、鋼材Ｍの表面ｆ２から直角に反射したレーザＬ２と共に放射された放射エネルギーＥは、ハーフミラーｍ１およびミラーｍ２に順次反射して、第１カメラ１０に撮像された後、得られた画像の輝度信号ｂｓを信号処理部１１で温度に換算され、健常部位との温度差を計算される。
以上の表面検査装置１ａによれば、鋼材Ｍの同じ表面ｆ２の部分を確実に撮像し、係る画像を疑似欠陥検出部１２と３次元計測部９と迅速に送ることができる。
【００１９】
図４は、検査すべき鋼材Ｍの角部（表面）ｃ４に位置する湯だれｍｄを示す部分断面図である。例えば、鋼材Ｍの平坦な表面ｆ１，ｆ４の幅方向に沿って放射された１３００℃以上の火炎によって、溶削された溶湯は、上記表面ｆ１，ｆ４上を移動した後、外部に吹き飛ばれる。しかし、溶削された溶湯の一部が外部に飛ばされず、上記表面ｆ１，ｆ４に隣接する角部ｃ４に液滴形状の断面で且つ全体が棒形状に付着することにより、図示のように湯だれｍｄが形成される場合がある。係る湯だれｍｄは、鋼材Ｍの本体部分との境界付近に沿って、スケールのような酸化物ｏｘを層状に形成している場合もある。
係る湯だれｍｄの厚みが０．３ｍｍ以上になると、熱間圧延時において成形ロールの表面や当該鋼材Ｍの表面に傷を生じるおそれがある、という問題がある。
【００２０】
図５は、検査すべき鋼材Ｍの角部ｃ４に位置する未溶削部ｕｍを示す部分断面図である。係る未溶削部ｕｍは、角部ｃ４の接線方向に沿って火炎を放射することで溶削を行った際に、角部ｃ４の表層が一定の面積にわたって溶削されなかったことに起因して生じる。該未溶削部ｕｍも、厚みが０．３ｍｍ以上になると、熱間圧延の成形精度を低下させるなどの原因となる。
しかし、溶削済みの鋼材Ｍにおいて、基準となる断面寸法に対し、厚み方向で０．３ｍｍ程度の差がある場合、前記湯だれｍｄや未溶削部ｕｍの欠陥に基づくものか、鋼材Ｍ自体の軸方向に沿った表面肌の影響かの判別が困難である。係る問題を解決し、表面肌と欠陥とを正確に区別することが本発明の目的でもある。
【００２１】
以下において、前記図１〜図３に示した表面検査装置１（１ａ）を用いた本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査方法について説明する。
予め、全ての表面ｆ１〜ｆ４、および角部ｃ１〜ｃ４を溶削された前記と同じ寸法の鋼材Ｍを、図示しない均熱炉に装入して、１３００℃以上に加熱・保持した。係る鋼材Ｍを均熱炉から取り出し、図示しない搬送ローラ群の上をその軸方向に沿って走行（矢印Ｒ）させた。
上記鋼材Ｍは、１２００℃以上であるため、その表面ｆ１〜ｆ４、および角部ｃ１〜ｃ４からは、赤色系の放射エネルギＥが周囲に向けて放射されている。
例えば、第１カメラ１０によって、鋼材Ｍの角部ｃ４を撮像して得られた画像の輝度信号ｂｓは、信号処理部１１において対応する温度に換算された。
そして、図６のグラフで示すように、係る角部ｃ４における幅（外周面）方向に沿った位置ごとの温度を示すと、図６中の実線で示す健常部位に対し、その一部（局部）において破線で示すように、温度が数１０℃（Ｘ）高い部分が現れた。係る破線部分は、その左右の傾斜度（急峻度）により、表面ｆ１の溶削に伴って生じた湯だれｍｄが角部ｃ４に付着したものと推定された。係る湯だれｍｄの位置は、疑似欠陥部として信号処理部１１に記録された（第１ステップＳ１）。
【００２２】
一方、前記鋼材Ｍの同じ位置の角部ｃ４に対して、前記レーザ照射装置２から緑色系あるいは青色系で且つ波長帯域が４５０〜５５０ｎｍの半導体レーザＬ１を斜め４５度で照射した。該レーザＬ１は、上記角部ｃ４において拡散反射した。そのうち、当該角部ｃ４に対し直角な径方向に沿った視覚で予め配置されていた第２カメラ７には、鋼材Ｍの角部ｃ４から放射されるエネルギＥに応じた赤色系の背景と、係る背景の中に当該角部ｃ４の幅（外周面）方向に沿った断面形状を緑色または青色の線状で示すレーザＬ２とからなる画像が、連続して撮像された。
次に、図７のグラフで示すように、画像処理部８において、上記角部ｃ４において撮像された上記レーザＬ２に基づく複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５を、時系列的に並列したことで、当該角部ｃ４を３次元的に示した（第２ステップＳ２）。尚、図７中の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５は、緑色系または青色系の線状として表示された。
図７で示すように、角部ｃ４の軸方向に沿った異なる位置の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５において、図７中の実線示す当該角部ｃ４の断面形状（輪郭）に対し、図７中の破線で示す山形状に突出した部分が連続して現れた。係る複数の山形状部分において、互いに隣接していない山形状部分ごとの高さ（変位量）Ｙは、それぞれ０．３ｍｍ以上であった。
【００２３】
更に、画像処理部８において、前記信号処理部１１から送信された第１ステップＳ１で疑似欠陥部と推定した角部ｃ４の位置と、第２ステップＳ２で確認された破線の山形状部分の位置とを、照合した結果、同じ位置であった。
その結果、第１ステップＳ１で疑似欠陥部と推定した通り、角部ｃ４の当該位置には、２箇所以上における厚み（高さ：変位量）Ｙが少なくとも０．３ｍｍである湯だれｍｄが存在していたことを確認できた（第３ステップＳ３）。
以上の第１ステップＳ１〜第３ステップＳ３は、鋼材Ｍにおける角部ｃ４以外の他の表面（ｆ１〜ｆ４，ｃ１〜ｃ３）に対しても平行して行った。
尚、図１中で示すように、画像処理部８の上記照合に伴う判定の結果は、記録・表示部１４に送信され、前記鋼材Ｍについての製造記録（履歴）とされたり、注意的に表示され、必要な捕集ないし整備工程に回送するなどに活用される。
【００２４】
また、前記第１ステップＳ１の疑似欠陥部分および第２ステップＳ２における複数の破線の山形状部分は、前記図５で示した未溶削部ｕｍの検出にも適用される。
更に、第２ステップＳ２，Ｓ３では、複数の破線の山形状部分からなり、全体がテーブルマウンテン形状を呈する部分を未溶削部ｕｍとすることも可能である。
加えて、以上において説明した第１ステップＳ１乃至第３ステップＳ３は、図８に示す流れ図として表すことができ、係る流れ図に対応したプログラム（ソフトウェア）を、搭載したパソコンなどの制御手段を、前記疑似欠陥検出部１２および３次元計測部９に併設した形態の表面検査装置１(ｘ)としても良い。
【００２５】
以上において説明した本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査方法によれば、高温に加熱された溶削済み鋼材Ｍの表面（ｃ４）を連続撮像し、該表面からの放射エネルギＥに応じた輝度信号ｂｓを温度に換算し、健常部位との温度差ｘにより、湯だれｍｄなどと推測される疑似欠陥位置を検出する第１ステップＳ１を行い、レーザＬ１が拡散反射した上記鋼材Ｍの同じ表面を連続撮像し、該表面を連続する複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５にて３次元的に示す第２ステップＳ２を行うことで、上記疑似欠陥位置における厚み方向に沿った正確な変位量（湯だれの厚みなど）を検出できた。係る変位量を基にすることで、第３ステップＳ３のように、溶削に伴う湯だれｍｄなどの欠陥を正確に検出することができた。
【００２６】
一方、本発明による溶削済み鋼材Ｍの表面検査装置１，１ａによれば、第１カメラ１０により、前記鋼材Ｍの表面（ｃ４）を連続撮像し、信号処理部１１により、該鋼材Ｍの表面からの放射エネルギＥに応じた輝度信号ｂｓを温度に換算して、健常部位との温度差により、湯だれｍｄなどと疑われる疑似欠陥位置を判別できると共に、照射装置２から照射され且つ鋼材Ｍの同じ表面で拡散反射したレーザＬ２を含む該表面を第２カメラ７により連続撮像し、得られた画像を画像処理部８において、複数の断面形状ｐｆ１〜ｐｆ５を基に該表面を３次元的に示すことで、疑似欠陥位置での厚み方向に沿った変位量ｙを正確に検知できる。その結果、溶削に伴う湯だれｍｄなどの欠陥を正確且つ迅速に検査することができる。
尚、本発明の検査対象となる鋼材には、断面が円形、長方形、長円形、あるいは楕円形である鋼材も含まれる。
また、本発明の検査対象となる溶削に伴う欠陥には、鋼材の表面における過溶削部分も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、製鋼業界において、表面を溶削された鋼材の表面に残留する湯だれや未溶削部などの欠陥を精度良く確実・迅速に検出できる溶削済み鋼材の表面検査方法、およびこれに用いる検査装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１，１ａ…………表面検査装置， ２…………………レーザ照射装置，
７…………………第２カメラ， ８…………………画像処理部，
９…………………３次元計測部， １０………………第１カメラ，
１１………………信号処理部， １２………………疑似欠陥検出部，
Ｍ…………………鋼材， ｆ１〜ｆ４………表面，
ｃ１〜ｃ４………角部（表面）， Ｌ１，Ｌ２………レーザ，
ｍｄ………………湯だれ（欠陥）， ｕｍ………………未溶削部（欠陥），
Ｓ１〜Ｓ３………第１〜第３ステップ， ｐｆ１〜ｐｆ５…断面形状，
Ｙ…………………変位量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を連続撮像し、得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差を基にして、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップと、
上記鋼材の表面に対して照射されたレーザが拡散反射した該鋼材の表面を連続撮像して、上記鋼材の表面を連続する断面形状で３次元的に示す第２ステップと、を含む、
ことを特徴とする溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項２】
前記第１ステップで撮像される鋼材の表面と、前記第２ステップで撮像される鋼材の表面とは、同じである、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項３】
前記第１ステップおよび第２ステップの後に、
第１ステップで検出された疑似欠陥位置に対応する上記鋼材の表面の３次元的な断面形状における厚み方向に沿った変位量を基に、湯だれや未溶削部の欠陥の正否を判定する第３ステップと、を備えている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項４】
１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を撮像する第１カメラ、および、該カメラにより得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部や未溶削部の疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部を含む疑似欠陥検出部と、
上記撮像がされた同じ鋼材の表面にレーザを照射するレーザ照射装置、照射された該レーザが拡散反射された上記鋼材の表面を撮像する第２カメラ、および、該第２カメラにより得られた画像を基に、上記鋼材の表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部を含む３次元計測部と、を備えている、
ことを特徴とする溶削済み鋼材の表面検査装置。
【請求項５】
前記レーザ照射装置から鋼材の表面に照射されるレーザは、緑色系あるいは青色系の半導体レーザである、
ことを特徴とする請求項４に記載の溶削済み鋼材の表面検査装置。
【請求項１】
１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を連続撮像し、得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差を基にして、湯だれや未溶削部の疑いがある疑似欠陥位置を検出する第１ステップと、
上記鋼材の表面に対して照射されたレーザが拡散反射した該鋼材の表面を連続撮像して、上記鋼材の表面を連続する断面形状で３次元的に示す第２ステップと、を含む、
ことを特徴とする溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項２】
前記第１ステップで撮像される鋼材の表面と、前記第２ステップで撮像される鋼材の表面とは、同じである、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項３】
前記第１ステップおよび第２ステップの後に、
第１ステップで検出された疑似欠陥位置に対応する上記鋼材の表面の３次元的な断面形状における厚み方向に沿った変位量を基に、湯だれや未溶削部の欠陥の正否を判定する第３ステップと、を備えている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の溶削済み鋼材の表面検査方法。
【請求項４】
１２００℃以上に加熱され且つ表面を溶削された鋼材の該表面を撮像する第１カメラ、および、該カメラにより得られた画像の輝度信号を温度に換算し、健常部位との温度差により湯だれ部や未溶削部の疑似欠陥部分の有無を判別する信号処理部を含む疑似欠陥検出部と、
上記撮像がされた同じ鋼材の表面にレーザを照射するレーザ照射装置、照射された該レーザが拡散反射された上記鋼材の表面を撮像する第２カメラ、および、該第２カメラにより得られた画像を基に、上記鋼材の表面を連続した断面形状により３次元的に示す画像処理部を含む３次元計測部と、を備えている、
ことを特徴とする溶削済み鋼材の表面検査装置。
【請求項５】
前記レーザ照射装置から鋼材の表面に照射されるレーザは、緑色系あるいは青色系の半導体レーザである、
ことを特徴とする請求項４に記載の溶削済み鋼材の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３６２１５（Ｐ２０１２−２３６２１５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６９９２（Ｐ２０１１−１０６９９２）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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