板材卷的形狀檢查方法和檢查裝置的製作方法

2023-05-28 09:51:26 2

專利名稱：板材卷的形狀檢查方法和檢查裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種板材卷的形狀檢查方法和檢查裝置，更詳細地說，涉及一種通過對從將軋制鋼板、銅板、鋁板等各種材質的板捲成捲筒狀的板材卷的圓筒側面獲得的影像 信息進行分析，不僅能夠正確且迅速地檢測出是否存在各種缺陷、而且能夠正確且迅速地 檢測出缺陷的種類的板材卷的形狀檢查方法和檢查裝置。
背景技術：
對於在工業界廣泛使用的銅板、鋁板等多種多樣的板狀原材料或製造汽車、船舶 等多種多樣的工業製品的框架時作為材料而提供的各種鋼板等，為了便於運輸、保管和使 用等，需要將上述各種把板材等卷繞成捲筒狀提供。通常，將這種形態的產品稱作板材卷 (sheet roll)0在多個工序中，當卷繞板時，正常情況下板材卷的側面形成圓狀，從而卷繞成正圓 狀卷。但是，在不穩定地卷繞的情況下，板材卷的形狀不良，例如卷繞成橢圓狀卷、鋸齒狀卷 或鏡筒(telescope)狀卷。圖1示出利用現有技術製造鋼板或各種薄板(以下以鋼板為例進行說明)時、將 鋼板卷繞成捲筒狀的過程。首先，在鋼板的卷繞過程中，一旦鋼板2行進到用於提供旋轉軸 的捲筒(mandrel) 1上，鋼板的行進端就由位於捲筒1後方的第1引導輥3和第2引導輥4 引導到捲筒1的下方，並由第3引導輥5使鋼板沿著捲筒1的外周面卷繞。當鋼板的卷繞 過程進展時，捲筒1的整體直徑增加了被卷繞的鋼板的厚度的量，由此，引導輥3、4、5被向 遠離捲筒1的方向推壓。在鋼板的卷繞過程結束後，一旦除去板材卷，捲筒1的整體直徑就 減少，從而該捲筒1一邊朝原來的位置後退一邊解除與引導輥之間的接觸狀態。鋼板2在 移動時由設置於捲筒1上方的引導板6引導。在如上所述的基於現有技術的卷繞方法中，在鋼板與卷繞設備通過直接接觸進行 卷繞的過程中，在滑動接觸比滾動接觸大的情況下，如圖4所示，會出現卷繞間隔不一致、 或者輥子前後移動的同時進行卷繞的情況。由此，會產生卷繞卷的形狀不良的情況，例如， 製造的板材卷被卷繞成橢圓狀卷、鋸齒狀卷或鏡筒狀卷的形態。特別地，在初期的卷繞鋼板的工序中，在由於輥子與作為卷繞杆的捲筒的速度差 和滑動導致鋼板的內徑不能維持正圓的情況下，板材卷的形狀會成為橢圓狀。並且，當在向 一側偏斜的狀態下繼續卷繞時、以及由於卷繞杆的偏斜，有可能會卷繞成鏡筒狀卷或鋸齒 狀卷。這種形態的板材卷不是正常的卷繞形狀，並且，存在作業者非常難以用肉眼把握這種 卷繞形狀的不良的問題。

發明內容
本發明就是為了解決如上所述的現有技術的問題而做出的，其目的在於提供一種 通過對從將軋制鋼板、銅板、鋁板之類的多種材質的鋼板卷繞成捲筒狀的板材卷獲得的影 像信息進行分析，不僅能夠正確且迅速地檢測出是否存在各種缺陷、而且還能夠正確且迅速地檢測出缺陷的種類的板材卷的形狀檢查方法。本發明的另一目的在於提供一種通過對從將軋制鋼板、銅板、鋁板之類的多種多 樣的材質的鋼板卷繞成捲筒狀的板材卷獲得的影像信息進行分析，不僅能夠正確且迅速地 檢測出是否存在各種缺陷、而且能夠正確且迅速地檢測出缺陷的種類的板材卷的形狀檢查裝置。為了達成上述目的，本發明所涉及的板材卷的形狀檢查方法的特徵在於，該板材 卷的形狀檢查方法包含以下步驟使攝像機位於板材卷的圓筒側面上的步驟；一邊使攝像 機沿著板材卷的圓筒側面旋轉一邊拍攝圓筒側面的步驟；以及對拍攝所獲得的影像圖形進 行分析並判斷卷繞形狀有無缺陷的步驟。在此，優選使攝像機位於板材卷的圓筒側面上的步驟包含以下步驟使攝像機的 旋轉中心位於板材卷的水平軸中心的步驟；使攝像機的旋轉中心位於板材卷的垂直軸中心 的步驟；以及使攝像機移動到圓筒側面的拍攝位置的步驟。 並且，優選上述攝像機為行掃描攝像機。並且，優選上述攝像機在支承座的旋轉軸的一端設置有1臺，或者以旋轉軸為中 心對稱地至少設有2臺以上。進一步，優選對從變位傳感器反射的信號進行檢測以測定圓筒側面的所有位置處 的高低，上述變位傳感器在板材卷的圓筒側面上與上述攝像機一起旋轉，同時該變位傳感 器還在圓筒側面的半徑方向往復移動。為了達成上述的另一目的，本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置的特徵在於， 該板材卷的形狀檢查裝置包含以下部件拍攝部，該拍攝部具有支承座和至少一個攝像機， 上述支承座能夠旋轉，上述攝像機裝配於上述支承座，並拍攝板材卷的圓筒側面；垂直移動 部，該垂直移動部通過第二電動機的動作使上述支承板沿著板材卷的圓筒側面在垂直方向 移動；水平移動部，該水平移動部通過第一電動機的動作使上述支承板沿著板材卷的圓筒 側面在前後的水平方向移動；第三電動機，該第三電動機與上述板材卷的側面對置，且設在 上述支承座與上述垂直移動部之間，以使上述支承座旋轉；位置控制部，該位置控制部像上 述第一、第二以及第三電動機發送控制信號並對上述支承座的水平位置和垂直位置進行控 制，並使上述支承座旋轉預定角度；以及數據處理部，該數據處理部對從攝像機獲得的影像 圖形進行分析並判斷卷繞卷的形狀有無缺陷。在此，優選上述支承座具有以旋轉軸為中心設置於兩側的導軌和裝配在上述導軌 上的一對變位傳感器，上述各變位傳感器設置成能夠在導軌的中心點與端部之間往復移動。並且，優選上述支承座形成為以旋轉軸為中心的對稱結構，在上述支承座的各端 部設有攝像機。進一步，優選上述攝像機為行掃描攝像機。根據本發明，通過對從將軋制鋼板、銅板、鋁板之類的多種多樣的材質的鋼板卷繞 成的板材卷的卷繞形狀獲得的影像信息進行分析，不僅能夠正確且迅速地檢測出是否存在 卷繞工序中產生的各種缺陷、而且能夠正確且迅速地檢測出缺陷的種類。


圖1為示出以往一般的軋制鋼板的卷繞過程的圖。
圖2為示意地示出本發明的一個實施方式所涉及的板材卷的形狀檢查裝置的局 部結構的立體圖。圖3為用於說明本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置的動作的立體圖。圖4為示出由本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置拍攝到的板材卷的形狀影 像的例示圖。圖5為示出在本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置中、當支承座旋轉時利用變 位傳感器測定的圓筒側面上的測定點的圖。圖6為示出利用本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置獲得的圓筒側面的表面 狀態的例子的示意圖。標號說明10 支承座；11、11』:攝像機；12、12』變位傳感器13 照明；14 :V形塊體；15 導軌； 21 水平移動部件；22 垂直移動部件；23 第1電動機；24 第2電動機25 第3電動機30 位置控制部；40 板材卷。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明進行更詳細地說明。 在本發明中，所謂板材卷的「圓筒側面」意味著由卷繞鋼板形成的板材卷的厚度線 構成的圓周面。本發明包括板材卷的形狀檢查方法以及檢查裝置，該板材卷的形狀檢查方法包含 以下步驟使攝像機位於板材卷的圓筒側面的步驟；一邊使攝像機沿著板材卷的圓筒側面 旋轉一邊拍攝圓筒側面的步驟；以及對拍攝所獲得的影像圖形進行分析以判斷卷繞卷的形 狀有無缺陷的步驟。圖2為示意地示出本發明的一個實施方式所涉及的板材卷的形狀檢查裝置的局 部結構的立體圖。本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置包含攝像部，該攝像部具有支承座10、攝 像機11、11』、變位傳感器12、12』、以及照明13。攝像部與要拍攝的板材卷40的圓筒側面隔 開適當的距離而離開配置，在該狀態下，一邊使板材卷40的圓筒側面旋轉一邊拍攝整體的 圖像以獲得板材卷的影像。在支承座10的內部，以旋轉軸a為中心在兩側設有導軌15，在導軌15上，在左右 分別以能夠移動的方式裝配有一個變位傳感器12、12』。導軌15的兩端固定於支承座10的 側面。即，在支承座10的內側沿著長度方向設置的導軌15的兩側分別以能夠移動的方式 裝配有一個變位傳感器12、12』，在該狀態下，變位傳感器12、12』 一邊沿著導軌15左右往復 移動一邊根據反射的信號來測定該變位傳感器與圓筒側面之間的距離。此時，變位傳感器 12、12』優選使用基於三角測量法的雷射變位傳感器。攝像機11、11』在與支承座10的兩端部鄰接的內部分別各設有一個，照明13與支 承座10的導軌平行地沿著長度方向設置，且兩端固定於支承座10的側面。於支承座10的 兩端內部設置的一對攝像機11、11』優選使用能夠在板材卷的圓周方向以行單位進行實時 拍攝的行掃描(Iinescan)攝像機。圖3為用於說明本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置的動作的立體圖。
本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置包含在圖2中說明了的拍攝部；使支承 座10沿著水平方向(X軸方向)移動的水平移動部件21 ；使支承座10沿著垂直方向(y軸 方向)移動的垂直移動部件22 ；以及位置控制部30，該位置控制部30使水平移動部件21 和垂直移動部件22水平和垂直地移動，並對水平移動部件20和垂直移動部件21的位置進 行控制。水平移動部件21以能夠沿著水平方向移動的方式裝配於基座50，垂直移動部件 22以能夠沿著垂直方向移動的方式裝配於框架26，該框架26垂直地豎立設置在水平移動 部件21上。為了使支承座10在水平方向和垂直方向移動，在基座50和框架26分別裝配有第 1和第2電動機23、24。支承座10能夠通過在第1電動機23的作用下移動的水平移動部件 21沿著水平方向(χ軸方向)移動，且能夠通過在第2電動機24的作用下移動的垂直移動 部件22沿著垂直方向(y軸方向)移動。儘管並未圖示，但水平移動部件21和垂直移動部 件22的具體例可以是齒條與小齒輪、鏈條、或者導軌等結構，或者是組合這些部件的結構， 能夠以通常的形態構成。作為更具體的例子能夠舉例示出普通的LM(Linear motion 線性 運動)導向結構。水平移動部件21和垂直移動部件22的位置和移動控制由位置控制部30 進行，位置控制部30向第1電動機23和第2電動機24發送控制信號，從而對這些移動部 件21、22的位置和移動進行控制。並且，為了支承座10的旋轉，在垂直移動部件22裝配有第3電動機25，支承座10 固定於第3電動機25的電動機軸。因此，在第3電動機25的作用下，支承座10能夠在板 材卷40的側面周圍旋轉，旋轉角度能夠由從位置控制部30傳遞給第3電動機25的控制信 號控制。如圖3所示，第3電動機25與支承座10能夠直接連接，儘管並未示出，但根據場 合，也能夠在第3電動機25與支承座10之間設置利用減速齒輪等的減速裝置來增加動作 力。第3電動機25優選使用能夠進行正確的位置控制的步進電動機。下面，對具有上述結構的本發明的檢查裝置的動作過程進行詳細地說明。板材卷40在載置於V形塊體14上的狀態下在輸送機上被輸送，板材卷40停止在 本發明所涉及的檢查裝置的支承座10的旋轉中心軸與V形塊體的中心線一致的地點。作 為與此對應的具體例，能夠以下述方式構成在V形塊體的中心線上固定探針，並在本發明 的檢查裝置的下部中央設置位置檢測傳感器，在該位置檢測傳感器檢測到探針的地點使板 材卷停止。一旦板材卷40停止在檢查位置，支承座10就在與地面垂直的方向、即y軸方向上旋轉，設置於支承座10的內部的一對變位傳感器12、12』一邊在導軌15上彼此朝相反方向 往復移動一邊接收被反射的信號。作為與此對應的具體例，能夠以下述方式構成在導軌 15的上表面安裝用於使變位傳感器12、12』移動的齒條齒輪(未圖示)，並在變位傳感器 12、12』上裝配與齒條嚙合的小齒輪(未圖示)和驅動該小齒輪的電動機。當通過電動機的 動作使小齒輪旋轉時，變位傳感器12、12』能夠在齒條齒輪上沿著長度方向移動，同時，變位 傳感器12、12』能夠在導軌15上左右移動。板材卷40的中心點能夠根據變位傳感器12、12』在板材卷的圓筒側面移動時反射 的信號和在板材卷40的中空部上移動時得到的信號獲得。例如，當位於上部的變位傳感器 的信號在距離中心的距離為a的位置獲得反射波、位於下部的變位傳感器的信號在距離中心的距離為b的位置獲得反射波的情況下，當b大於a時，只要使支承座10的位置向下移 動(b-a)/2即可。此時，用於進行這種位置補償的計算過程能夠由數據處理部進行，且其結 果值被發送給位置控制部30。位置控制部30向第2電動機24發送控制信號，支承座10通 過在第2電動機24的作用下工作的垂直移動部件22移動。在支承座10的旋轉中心移動到板材卷40的中心點後，基於位置控制部30的控制信號而工作的水平移動部件21使支承座10移動，從而維持板材卷40與攝像機11、11』之 間的適當距離。當攝像機11、11』位於適合在板材卷40的圓筒側面上進行拍攝的場所時，支承座 10通過第3電動機25的動作而旋轉。此時，當在支承座10的兩側使用2個攝像機11、11， 的情況下，支承座10旋轉大約180°。因而，一對攝像機11、11』分別拍攝板材卷40的側面 的一半部分，從而能夠拍攝圓筒側面的整體。在本發明的實施方式中，以將支承座10形成為一字狀，且在兩側分別設置行掃描 攝像機11、11』的結構作為一例進行了說明，但是支承座10也包括各端部間隔120°的形 態、或者各端部間隔90°的十字狀的情況。為了獲得板材卷40的側面整體的影像，在前者 的情況下支承座10的旋轉角為120°就足夠了，在後者的情況下旋轉角為90°就足夠了， 因此能夠縮短檢測所需要的時間。並且，也可僅在導軌15的一側設置1臺攝像機。在該情況下，當利用一臺攝像機 並使支承座10旋轉360°時，就能夠獲得板材卷40的側面整體面積的圖像。圖4為示出利用本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置拍攝的板材卷的形狀影 像的例示圖。在拍攝的影像正常的情況下，如圖4(a)那樣，各帶鋼線(strip line)呈連續 的筆直的直線狀。反之，如圖4(b)和(c)那樣，在存在彎折(kink)缺陷或摺疊缺陷的情況 下，呈現不是直線形態的非正常的圖形。本發明能夠檢測出的缺陷的種類有鏡筒狀缺陷、彎折狀缺陷、橢圓狀缺陷以及折
疊缺陷等。鏡筒狀缺陷是指當卷繞薄板或帶鋼時，卷繞位置在寬度方向不正確，從而帶鋼的 兩側邊緣部在側面縮入或伸出等表現為不均勻卷繞的狀態的缺陷。當利用行掃描攝像機拍 攝這種缺陷時，獲得的影像中的各線不呈現平行的狀態，而是呈現不規則的曲線的形態。因 此，能夠通過通常的影像處理過程並採用數據處理部根據這種線性圖形(line pattern)狀 的差來判定該缺陷是否為鏡筒狀缺陷。彎折缺陷是指當卷繞帶鋼時由於在帶鋼產生細微的稜角而產生的缺陷。當用行掃 描攝像機拍攝這種缺陷時，能夠得到線在稜角所生成的地點彎折的圖像。因此，能夠根據特 定部位彎折而產生的線性圖形狀的差來判定該缺陷是否為彎折缺陷。橢圓狀缺陷是指由於板材卷的自重而導致側面的形狀呈現變形的形狀、即呈現橢 圓狀的缺陷。當用行掃描攝像機拍攝這種缺陷時，線形成半球狀從而形成曲線形態的圖形。 因此，能夠根據檢測到半球狀的曲線形態線性圖形來判定該缺陷是否為橢圓狀缺陷。摺疊缺陷是指在卷繞帶鋼的過程中，在中間部位帶鋼產生摺疊現象的情況下，由 於在該摺疊部位上連續卷繞而呈現的缺陷。當拉出帶鋼時，這種缺陷有可能導致帶鋼被切 斷。當用行掃描攝像機拍攝這種缺陷時，會獲得在特定部位具有二條線彎折的部位的圖形。 因此，能夠根據特定部位彎折的線性圖形狀的差來判定該缺陷是否為摺疊缺陷。
並且，在本發明中能夠利用一對變位傳感器12、12』 一邊在導軌15上左右往復移動一邊測定板材卷40被卷繞的側面的高度。圖5為示出在本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置中當支承座旋轉時利用變 位傳感器測定的圓筒側面上的測定點的圖。如圖5所示，能夠從反射的信號獲得變位傳感器到各測定位置的距離。對於這種 距離信息，例如能夠利用在從板材卷的中心離開相同距離的Pl P8獲得的信號來獲得到 變位傳感器的距離，在求出該值的平均值後，能夠利用該結果算出圓筒側面上的高度。因 此，能夠求出所有的點處的位置平均值，從而獲得圓筒側面整體的高低信息。這種圓筒側面 的高低信息能夠通過利用數據處理部對從變位傳感器獲得的信號值進行預定的計算過程 而方便地獲得。在此獲得的結果值能夠通過顯示裝置以預定的形態顯示給使用者，且能夠 在存儲裝置中資料庫化並保存。圖6為示出利用本發明所涉及的板材卷的形狀檢查裝置獲得的圓筒側面的表面 狀態的一例的示意圖。假設在鋼板正常卷繞的情況下，如圖6(a)那樣圓筒側面的扁平度大，但是，當在 卷繞過程中存在包含鏡筒缺陷等的各種缺陷的情況下，如圖6(b)那樣，圓筒側面的扁平度 變低，因此能夠容易地檢測出是否存在缺陷。在本發明中，由於利用攝像機11、11』拍攝的影像乃至利用變位傳感器獲得的信號 的數據處理過程都能夠利用數據處理部以公知的處理過程進行處理，因此，在本發明中沒 有對此特別地圖示。影像處理過程能夠利用如下的結構進行。首先，拍攝的圖像被傳送到影像處理板(grabber board)從而被轉換為數位訊號。 影像處理板能夠使用目前市售的產品或者為了部分特定用途而進行了修正的類型的產品 中的任意一種。影像處理板是指為了通過PCI總線等將轉換後的影像數位訊號傳送至影像 處理器而由使用者修正了的形態的影像處理板。影像處理器檢測側面有無缺陷，處理影像 數據並計算出結果值，然後，通過使用者容易看見的圖形用戶界面在畫面上顯示對是否存 在多種形態的缺陷進行檢測的檢測結果。由上述例可知，影像或從變位傳感器輸入的信號的處理過程能夠利用軟體 (software)、硬體(hardware)或固件(firmware)等本領域技術人員已經公知的所有的手 段進行。並且，數據處理部也可物理地區分為影像信號處理部和傳感器信號處理部來實現， 一個物理單元例如一個板或晶片(chip)能夠通過不同的數據處理算法進行處理。工業上的可利用性如上所述，根據本發明，通過對從將軋制鋼板、銅板、鋁板之類的多種材質的鋼板 卷繞成的板材卷的卷繞形狀而獲得的影像信息進行分析，不僅能夠正確且迅速地檢測出是 否存在卷繞工序中產生的各種缺陷、而且能夠正確且迅速地檢測出缺陷的種類。因此，本發 明的工業利用性非常高。並且，在本說明書中，利用幾個優選實施方式對本發明進行了描述，但是，對於本 領域技術人員而言，應當清楚能夠在不脫離所附的權利要求書所公開的本發明的範疇和思 想的範圍內進行各種變形和修正。
權利要求
一種板材卷的形狀檢查方法，其特徵在於，所述板材卷的形狀檢查方法包含以下步驟使攝像機位於板材卷的圓筒側面上的步驟；一邊使攝像機沿著板材卷的圓筒側面旋轉一邊拍攝圓筒側面的步驟；以及對拍攝所獲得的影像圖形進行分析並判斷卷繞形狀有無缺陷的步驟。
2.根據權利要求1所述的板材卷的形狀檢查方法，其特徵在於， 所述使攝像機位於板材卷的圓筒側面上的步驟包含以下步驟 使攝像機的旋轉中心位於板材卷的水平軸中心的步驟；使攝像機的旋轉中心位於板材卷的垂直軸中心的步驟；以及 使攝像機移動到圓筒側面的拍攝位置的步驟。
3.根據權利要求1所述的板材卷的形狀檢查方法，其特徵在於， 所述攝像機為行掃描攝像機。
4.根據權利要求1所述的板材卷的形狀檢查方法，其特徵在於，所述攝像機在支承座的旋轉軸的一端設置有1臺，或者以旋轉軸為中心對稱地至少設 有2臺以上。
5.根據權利要求1所述的板材卷的形狀檢查方法，其特徵在於，對從變位傳感器反射的信號進行檢測以測定圓筒側面的所有位置處的高低，所述變位 傳感器在板材卷的圓筒側面上與所述攝像機一起旋轉，同時該變位傳感器還在圓筒側面的 半徑方向往復移動。
6.一種板材卷的形狀檢查裝置，其特徵在於， 所述板材卷的形狀檢查裝置包含以下部件拍攝部，該拍攝部具有支承座和至少一個攝像機，所述支承座能夠旋轉，所述攝像機裝 配於所述支承座，並拍攝板材卷的圓筒側面；垂直移動部，該垂直移動部通過第二電動機的動作使所述支承座沿著板材卷的圓筒側 面在垂直方向移動；水平移動部，該水平移動部通過第一電動機的動作使所述支承座沿著板材卷的圓筒側 面在前後的水平方向移動；第三電動機，該第三電動機與所述板材卷的側面對置，且設在所述支承座與所述垂直 移動部之間，以使所述支承座旋轉；位置控制部，該位置控制部向所述第一、第二以及第三電動機發送控制信號並對所述 支承座的水平位置和垂直位置進行控制，並使所述支承座旋轉預定角度；以及數據處理部，該數據處理部對從攝像機獲得的影像圖形進行分析並判斷卷繞卷的形狀 有無缺陷。
7.根據權利要求6所述的板材卷的形狀檢查裝置，其特徵在於，所述支承座具有以旋轉軸為中心設置於兩側的導軌和裝配在所述導軌上的一對變位 傳感器，所述各變位傳感器設置成能夠在導軌的中心點與端部之間往復移動。
8.根據權利要求6所述的板材卷的形狀檢查裝置，其特徵在於，所述支承座形成為以旋轉軸為中心的對稱結構，在所述支承座的各端部設有攝像機。
9.根據權利要求6所述的板材卷的形狀檢查裝置，其特徵在於，所述攝像機為行掃描攝像機 。
全文摘要
本發明提供一種板材卷的形狀檢查方法和檢查裝置。板材卷的形狀檢查方法包含以下步驟使攝像機位於板材卷的圓筒側面上的步驟；一邊使攝像機沿著板材卷的圓筒側面旋轉一邊拍攝圓筒側面的步驟；以及對拍攝所獲得的影像圖形進行分析並判斷卷繞形狀有無缺陷的步驟。
文檔編號G01B11/24GK101846504SQ20101017687
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者李忠基 申請人:有進Instec株式會社