博士（工学）杉本隆夫 学位論文題名
鉄 鋼製造プロセスにおける検査技術の自動化に関する研究
学位論文内容の要旨
わ が 園 め 鉄 鋼 業 は1973年 に 発 生し た第1次 オイ ルシ ョ｀ ソ クを 契臓 とし て 、工 程の 連続 化、
商 塞 化 、N頒 化 、 省 カ イ 匕 お よ び 苗 エ 莉 レ ギ ― 卿 形 開 発 を 行 ｀ 、 、 世 界 第1位 理 と 産 量 と 品 質 を 確 保 し て き た 。 し か し な が ら 、 鉄 鯛 業 を 取 り 巻 く 環 寛 拶 澱 ヒ 国 を キ ´ じ 丶 と し た 諸 外 ロ 勁 ゝ ら の 輸 ス 鋼 材 と の 競 争 の 激 化 、 需 要 家 か ら の高 品 質に 対す る要 求 の高 まり など 、厳 し さを 増し てい る。‑h‑弼謝 昨 今・ の労 倒m輯氈 ルョ き化6こ よっ て 、労 働カの確保は匪離 さを極 め て い る 。 こa瑚 ぬq燬 冠Rこ おい て、 さ らに 礬瞳 コス トを 極 瑕ま で弓Iき 下1ず、 高品 質グ ）製 品 を 製 造 す る こ と が 、 わ が 国 の 鉄 鑼 業 に 課 せ ら れ た 課 題 で あ る 。 こ の 目 的 を 達 成 す る た め に は 、さ ちに 工程 ￠ 痍fヒ を行 う こと によ り、 省 ．エ オリ レギ ―と 省 力化 を行 ｀噂g造 コス トを 引‑Rデ 、 各 工 程 で ワ 幟 を 自lbfヒ す る こ と に よ っ て 、 製 品 グ 帰 義 岳 質 化 と 省 力 化を 達成 する こ とが でき るが 、最 大 の阻 害要 因は 各 工程 で1の ヲ 髟＃ 輯で イ湖 軾 彦話 表面痘瀞渣であっ た。ま た 、 出 荷 検 盛1こ お い て も 、 各 種 の 検 査 の 自 動 化 を 積 極 的 に 推 進 し て き た が 、 目視 検査 につ い て は 未 だ 自 動 化 さ れ ず 、 そ の 開 発 め 濾 瞰 で あ っ た 。 以 上 の 目 的 を 達 成 す る た め 、 鉄 鋼 製 造 プ ロ セ ス に お け る 品 質 検 査 技 術 の 中 で 、 重 要 な 位 置 を 占 め る イ ン ラ イ ： 々 驪 晦 め は 赦 術 の 自Itjfkt3よ び 出 荷 頼 堕 お 噺iの 自l新 出 こ つ い て 翻 蒭 贓 を 行 っ た 。 従 来 の 出 荷 鬱 噌iに お け る 目 視 検 査 嚠 髞 と 自 動 化 後 の 院 鹸 吉 果 と を 整 合 さ せ る た め 、 対 象 物 の 特 性 を 多 数 の 劃 開竃 片を 用い て解 析 し、 個々 のa l^<厨掾 物に 適 切な 手法 を遅 ！ 択し て自重日支術を研 究開発 し た 。 本 論 文 は 全 部 で 6章 か ら な り 、 各 章 の 概 要 1戴 知 つ 通 り で あ る 。
第1章1＃ 締ar<'あ り 、 鉄 鋼 業 を 取 り 巻 く 環 噴 と 課題 、 鉄鍋 業に おけ るき ャ 闃嗣l襪 嗷術 の役 觀｜およて月呪状 r髄点を彫諦斟こした。鉄節搭ぐdま諸タト国、特に発靆ヒ匿｜カゝらOr)輸7飾翳オ に嚢舵亢し、鋼舞亀蔚￠癌硲脅買化に対づ‑る要求と、労便叶青勢グ）愚fヒに伴う人手：不足に対処する た め 、 徹 底 し た 製 造 コ ス ト 渊 幟 と 高 品 質 瞞 よ 乙 働 イ 匕 カ 變 束 さ れ て お り 、 こ れ に 対 応
するた めの検査 技術の 自動化について詳細に検討を行った。最後に全体を通しての本論文 の構成 を紹介し た。
第2章 は 熱 闇 囀材 の表面 疵検査技 術の自 動化開発 のうち 、熱間ス ラブ表 面疵検査 技術の 自動 化に関す るもので ある。熱間スラブの表面疵の特徴はスラブは低速で搬送され、疵の 開口 幅は非常 に小さい が、深さが深いという特徴がある。したがって、電磁気的な探傷方 法が 有効であ るものの 、疵以外の雑音成分が大きく、従来、この方法の実用化が困難とさ れて きた。本 研究では 雑音の要因を明ちかにするとともに、熱間スラブの表面に近接配置 され た検出コ イルのイ ンピーダンスを解析して、雑音が最も抑制される励振周波数を求め た。 さらに、 雑音を抑 制するために、疵成分と雑音成分の方向性に着目した新しい検出コ イルを開莞することにより、電磁気的に不安定な温度領域と表面形状カャR均一な熱間スラ ブの 表面疵検 査技術の 自動化技術を開発した。また疵の検出範囲は横方方向疵ではスラブ 両端a)400舳， 縦方向 疵では中 央部の1200 mmであ る。こ の範囲の 疵を検出 するため全部 で156個の検 出コイル を疵と 直交する 方向に 配置した 。その 性能は疵 深さ3 mrB以上で長 さ10恥 以 ヒ の疵 を100％ 検 出す る こ とが 可 能 で、 高 級 鋼の 製 造 技 術の 向上 、省エネ ル ギー および歩 留まりの 向上に 寄与した 。
第3章 刊 ま 剿 彌 材 の 表 面 疵 検 査 技 術 の 自 重 カイ ― う ち 、熱 間 形 鋼表 面 矧 剋￡ 技 術 の 自 動化開 発に関す るもので あり、本論文中でオリジナリテイの高い部分である。形鋼表面 疵の特徴Iま、ある程度の面積を持っているが、その深さIま浅く、また、その搬送速度は極 め て速い 。したが って、疵 を検出する方法として、非接触な光学的手法が適当であり、熱 間 無財の 発する輻 射光を受 光する自発光受光方式を採用した。この方法は疵部とその周辺 に 発生す る温度差 に着目し て、疵を検出する方法である。従来、この方法では、検出素子 と して赤 外線受光 素子を用 いていたが、この波長領域では、温度差を顕著に検出すること が できな かった。 この原因 を明確にするために、シミュレーションを行って可視域で、適 切 な検出 波長領域 を明確に し、さらに実験的に確認した。また、断面方向に有する温度差 を 光学的 に補正す るための 光量減衰器を開発した。この減衰器は数種類の形状の形鋼に対
．し、1個「の形状で対応可能であることが判明した。この研究開発によって、従来の目視検 査 を 自 動 化 し 、 省 力 化 お よ び 製 品 の 品 質 の 向 上 に 大 き く 寄 与 し た 。
第4章Iま出荷 検査技術の自動化開発のうち、ビッカ―ス硬度自動測健技術に関するもの
で 、 オ リ ジ ナ リ テ イ の 高 い 部 分 で あ る 。 ピ ッ カ ー ス 硬 度 は 正 四 角 錘 の 形 状の ダイ ア モン ド 襲 の EE子 を 一 定 荷 重 で 被8査mヨ 附 け 、 そ の と き 発 生 す る 圧 痕 の 対 角 線 の 長 さ と 押 付 け 荷璽汐 コ大きさから、硬度を算：出 するh醤i3ある。このとき得 られる丑鑷ヤ：）大きさ4ま通常、
致um、 譲 酉 ハmで あ る か ら 、 対 角 を 瓢 苅 黼 を 用 い て 測 定 さ れ る 。 そ の た め 、 作 業 蕃 の 疲 効 ケ 吠 き く 、 か ´ 蕊 噸 攜 漂 の 個 人 差 も 大 き ぃ 。 そ こ で ビ ッ カ ― ス 硬 度 後 劃 嚇 め 自 動 化 化 は必 け 燭眸 即ぐ あ った 。こ の問 題 を解 決ず るた めに 、 多数 の任 痕を 言羊 細 に観 察し た。 そ
￠囀隻 粟、まずEE癌ヤ：爾鏡轟のカ 程式を諌め、これらの交点 をmt{り］頁点塵曝とし、さ らに目 視 検 査 の 方 式 に 近 い 方 法 で 補 正 し た 。 ま た 最 適 な2値 化レ ベル ザ 煬溌 ヨ甜 箪度 ヒス ト グラ ム を ノヾ タ ーン 化し て、 登録 さ れ党 デー タと 緊碓 け る方 法を 開発 し た。本隣溌によ って積多驚、
不 可 能 と さ れ て き た 鏡 面 仕 ヒ け 鬱 汐 ヤ 珂 駐 故 嚇 、 粗 研 磨 面 の ゑi激 片 で も 高 精 度 で 澗 師 能とな った。
第5:lvC{ま 出 荷 枚 鹹 鰯 め 自 動fぱ 攪 の う ち 、 ヲ 隆 厩 介 在 黼 髄 技 術 の 自 鮒 隅 発 に 関 す るも ので ある 。 このf乍戴ま育釘言・ 己と同様に顕激鏡を用いて行 う作業である。鉄鋼l鼎の中 で 最も 介囓 時勿 の 検査 基準 の厳 しい も のIま ス チールコード用嬲漆 オである。スチールコードは 直 径5,5mmめ の 線 材 を0．15 ‑‑‑0．38mめ に 高 速 噂 瞭 し て 婁 睦 さ れ る 。 こ の と き 硬 質 系 の 介 在 物 が 存 在 ず る と 仲 瞭 中 に 線 材 が 破 断 す る ば か り で な く 、 強 度 の 低 下 を き た す。 した が って 、線 材． 中 の介 在物Iま 厳格 にゎ 日け ． る缶働協る。検査劣 慧ヨま、すでにミシェラン法 等 に 巌 さ れ て お り 、 こ の 規 定 を 忠 実 に 守 る こ と ガ 嚇 さ れ る 。 こ ケ 珪 聢 に よ れ ば 、 対 象 と す る 介 嘘 粥 ジ 扶 き さ は5弘m以 ヒ で 視 野 数1蠶 鵡 瞼 片1個 あ た り265で あ る 。 ま た 、 目 標 ゲ粥 日B時聞 ま目 視榜 日髟）1／3tこ相 当する15拐曜霸である。こ の胃琵匿点を解決するために 1ま 、 種 々 の 介 嘘 衛 め 中 か ら 硬 質 系 介 在 喬 燃 ご け を 選 択 し 、 高 速 で5ルm以 ヒ の 介 在 物 の 寸 法 を 瀧 違 す る こ と が 要 求 さ れ る 。 こ れ を 達 成 す る た め 、 画 素 密 度 の 高 ｀ 恒 繰 処 理 装置 を用 い 、 高 粥 魍 を 行 う 刊 畷 を 開 発 し た 。 こ の 結 果 、 ス チ ー ル コ ― ド の 検 査 黼lJを 確 立 し 、 製 品 の安 定化 と省 力 化に 貢献 した 。
第6章I謀 醐 れ あ り 、 各 章 を 通 じ て 結 諭 を ま と め た 。 本 研 究‑ま 各 々 の 課 題 に 麟 氈 で 方 法を 検 討し 、頼 曲議 師衒 の 自動fゆ 粥暫 〒っ た。 検盛 の 自動 化I安書力化だけに止まち ず、製造 其膚爵に蜘講燕こよ る金雫IJ負担の減少、製品グ帰轟a賀化による競争カグ）gfk、工程c寝餅売化に よ る 省 エ ネ ル ギ ー な ど そ の 効 県 が 大 き い 。 ま た 将 来 の 課 題 に つ い て も 言 及 し た 。
学 位論文審査の要旨 主 査，教授
副 査 教授 副 査 教授 副 査 教授
大塚喜弘 大塲良次 斎藤勝政 成田敏夫
学 位 論 文 題 名
鉄 鋼 製 造 プ ロ セ ス に お け る 検 査 技 術 の 自 動 化 に 関 す る 研 究
近 年 、 鉄 鋼 製 造 プ ロ セ ス の 省 力 化 お よ び 省 エ ネ ル ギ ー 化 を 図 る こ と に よ り 、 鉄 鋼 製 品 の 高 品 質 化 と 徹 底 し た コ ス ト の 低 減 化 が 最 重 要 課 題 と な っ て い る 。 と り わ け 、 鉄 鋼 製 造 プ ロ セ ス に お い て 生 ず る 熱 間 鋼 材 の 表 面 疵 の 自 動 検 査 技 術 お よ び 自 動 出 荷 検 査 技 術 の 実 用 化 が 強 く 要 請 さ れ て い る 。 こ の よ う な 背 景 の も と で 、 本 論 文 は 、 鉄 鋼 製 造 プ ロ セ ス の 検 査 技 術 の 自 動 化 に 関 し て 行 っ た 研 究 を 取 り 纏 め た も の で あ る 。
第1章 は 序 論 で あ り 、 鉄 鋼 業 を 取 り 巻 く 環 境 と 課 題 、 鉄 鋼 業 に お け る 計 測 技 術 の 役 割 お よ び 現 状 の 問 題 点 を 明 確 に し て い る 。 鉄 鋼 業 で は 徹 底 じ た 製 造 コ ス ト の 削 減 と 高 品 質 化 お よ び 省 力 化 が 要 求 さ れ て お り 、 こ れ に 対 応 す る た め の 検 査 技 術 の 自 動 化 に つ い て 詳 細 に 検 討 を 行 っ て い る 。
第2章 は 、 熱 間 ス ラ ブ 表 面 疵 検 査 の 自 動 化 技 術 に 関 し て 述 べ て い る 。 熱 間 ス ラ ブ の 表 面 疵 は 、 ス ラ ブ は 低 速 で 搬 送 さ れ 、 疵 の 開 口 幅 は 極 め て 狭 い が 、 疵 が 深 い と ぃ う 特 徴 が あ る 。 し た が っ て 、 電 磁 気 的 ナ ょ 検 査 方 法 が 有 効 で あ る も の の 、 疵 以 外 の 雑 音 成 分 が 大 き く 、 従 来 、 こ の 方 法 の 実 用 化 が 困 難 と さ れ て き た 。 そ こ で 、 こ れ を 実 用 化 す る た め に 、 熱 間 ス ラ ブ の 表 面 に 近 接 配 置 さ れ た 高 周 波 コ イ ル の イ ン ピ ー ダ ン ス 解 析 を 行 っ て 、 雑 音 が 最 も 抑 制 さ れ る 励 振 周 波 数 を 求 め た 。 さ ら に 、 雑 音 の 抑 制 可 能 な 新 し い 検 出 コ イ ル を 開 発 す る こ と に よ り 、 安 定 し た 検 出 性 能 を 確 保 す る こ と が で き た 。 そ の 性 能 は 深 さ3 mm以 上 で 長 さ10 mm以 上 の 疵 を100％ 検 出 す る こ と が 可 能 で あ り 、 高 級 鋼 の 高 品 質 化 、 省 エ ネ ル ギ ー 化 お よ び 歩 留 ま り の 向 上 に 寄 与 し た 。
第3章 は 、 熱 間 形 鋼 表 面 疵 検 査 の 自 動 化 技 術 に 関 し て 述 べ て い る 。 形 鋼 表 面 疵 の 特 徴 は 、 あ る 程 度 の 面 積 を 持 っ て い る が 、 ′ そ の 深 さ は 浅 く 、 ま た 、 そ の 搬 送 速 度 は 極 め て 速 い 。 し た が っ て 、 疵 を 検 出 す る 方 法 と し て 、 非 接 触 測 定 可 能
