DE60036939T2

DE60036939T2 - Verfahren und vorrichtung zur markierung von fehlern

Info

Publication number: DE60036939T2
Application number: DE60036939T
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Uesugi; Shoji Yoshikawa; Masaichi Inomata; Tsutomu Kawamura; Takahiko Oshige; Hiroyuki Sugiura; Akira Kazama; Tsuneo Suyama; Yasuo Kushida; Shuichi Fukuyama-shi HARADA; Hajime Tanaka; Osamu Uehara; Shuji Kaneto; Masahiro Iwabuchi; Kozo Harada; Shinichi Tomonaga; Shigemi Fukuda
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: WO2000055605A1; KR100458048B1; EP1178301A4; EP1857811A3; CA2676748C; US7248366B2; CA2676748A1; US20090086209A1; EP1178301B1; DE60036939D1; KR20020011372A; CA2365879C; KR20040028944A; US7423744B2; US7599052B2; CA2365879A1; US20070052964A1; EP1857811A2; EP1178301A1; US20020154308A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Markieren von Defekten auf einem Stahlblech in einem Stahlherstellungsprozess, eine Defekt-Inspektionsvorrichtung sowie einen Defekt-Markierungsvorrichtung (siehe JP-A-9-166 549 ).
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Durch Kaltwalzen hergestellte kaltgewalzte Stahlbleche werden für die Qualitätssicherung einer Inspektion von Oberflächendefekten über die gesamte Länge von deren Coil unterzogen. Die JP-A-5-196581 (der Terminus "JP-A", wie er hierin verwendet wird, kennzeichnet eine "ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung"), offenbart ein Verfahren zur Detektion von Oberflächendefekten und inneren Defekten der Stahlbleche. Gemäß dieser Offenbarung wird die Detektion von Oberflächendefekten auf einem Stahlblech durch Scannen der Oberfläche der Stahlblechs, die durch eine Herstellungsanlage verläuft, in dessen Breitenrichtung mittels Laserlicht, durch eine Umwandlung des reflektieren Lichts in eine Spannungsintensität unter Verwendung einer photoelektrischen Transfervorrichtung wie einem CCD-Element, dann durch Bewerten der Anwesenheit/Abwesenheit und des Grads der Defekte basierend auf den Spannungssignalen ausgeführt. Die inneren Defekte eines Stahlblechs werden durch Berechnen der Defekttiefe in Dickenrichtung des Stahlblechs und der Defektgröße unter Verwendung eines Magnetpartikel-Testers detektiert. Üblicherweise wird das Ergebnis der Defektinspektion auf einem CRT oder dergleichen als Information über die Defektposition, den Defektnamen, den Defektgrad und dergleichen angezeigt oder in einem Dokument ausgedruckt.
Es ist unmöglich, Produkte zu erhalten, die vollständig frei von Defekten sind. Infolgedessen werden die Produkte erst nach dem Entfernen von Abschnitten mit schädigenden Defekten zum Käufer versandt, welche auf Basis der auf einem CRT oder dergleichen in der Herstellungsanlage angezeigten Defektinformationen oder nach der Entfernung der Abschnitte mit schädigenden Defekten zum Käufer versandt werden, welche einer nochmaligen Inspektion auf einer nachfolgenden Stufe auf Basis der oben beschriebenen Defektinformation unterworfen wurde. Alternativ hierzu wird ein Dokument über die oben beschriebenen schädlichen Defektinformationen dem betreffenden Käufer vorgelegt zusammen mit dem Coil, das die schädlichen Defektabschnitte enthält, wodurch dem Käufer überlassen wird, die schädlichen Defekte zu entfernen.
In dem Fall, dass die schädlichen Defektabschnitte in der Herstellungsanlage oder in einer nachfolgenden Stufe entfernt wurden, wird die Entfernung der schädlichen Defektabschnitte im Hinblick auf eine Qualitätssicherung exzessiv praktiziert, da kein festgelegter Standard für den Grad der Beschädigung für die Oberflächendefekte besteht. Ebenso gibt es Fälle der Nichtentfernung schädlichen Defekte, die durch eine Fehlinterpretation wie etwa ein Übersehen und von einem Zustand herrühren, dass die Defekte nahezu nicht bewertbar sind. Darüber hinaus entsteht durch die Entfernung der schädlichen Defektabschnitte ein Problem in Bezug auf die Reduzierung des Coilgewichts und die Reduzierung der Arbeitseffizienz des Käufers.
Auf der anderen Seite muss der Käufer an Coils arbeiten, während er auf dokumentierte Daten über die Defektinformationen Bezug nimmt, was eine schwierige Arbeit erfordert und in einigen Fällen dazu führt, dass eine Behandlung der Coils zu nicht detektierten Defekten führt.
Die JP-A-4-291138 offenbart eine Markierungsvorrichtung, die eine Farbe auf Defektabschnitte von Stahlblechen aufsprüht. Gemäß dieser Offenbarung wird die Markierung durch Aufsprühen einer Farbe auf die defekten Abschnitte des Stahlblechs ausgeführt, welche mittels einer Defekt-Inspektionsvorrichtung detektiert wurden und somit dem Käufer ermöglichen, den defekten Abschnitt bei der nochmaligen Inspektion durch den Käufer schnell zu identifizieren.
Da jedoch das Verfahren zum Markieren gemäß der JP-A-4-291 138 keine Bestätigung dahingehend gibt, ob die Markierung korrekt erfolgt ist oder nicht, bewirke eine abnormalen Markierung weitere Schwierigkeiten für den Käufer. Zusätzlich erzeugt das Besprühen mit Farbe eine Farbschattierung bei der Markierung, welche Beulen in einem Bereich mit einer großen Menge aufgebrachter Farbe auch an normalen Abschnitten nach dem Trocknen der Farbe bewirkt. Für den Fall der Sprühmarkierung wird eine Markierung nicht auf der Oberfläche eines geölten Stahlblechs verbleiben, da die Farbe auf einen Ölfilm aufgesprüht wird, obwohl diese Art von Problemen nicht bei Stahlblechen auftritt, die frei von aufgebrachtem Öl sind. Wenn die Markierung auf sämtliche defekten Abschnitte aufgebracht wurde, wird die Markierung auch auf Abschnitte aufgebracht, deren Defekte für den Käufer harmlos sind, was Nachteile in Bezug auf die Reduzierung der Arbeitseffizienz bewirkt.
Es gibt Inspektionsverfahren für die Oberflächendefekte, die beispielsweise in der JP-A-58-204353 , der JP-A-60-228943 , der JP-A-8-178867 , der JP-A-57-166532 sowie der JP-A-9-166552 offenbart sind. Sämtliche dieser offenbarten Verfahren haben zum Ziel, Defekte zu detektieren, die eine signifikante Oberflächen-Ungleichmäßigkeit aufweisen, oder Defekte mit Anwesenheit von Fremdpartikeln wie etwa einem Oxidfilm zu detektieren. Somit können diese Verfahren bei musterartig schorfigen Defekten oder dergleichen, die keine signifikante Oberflächen-Ungleichmäßigkeit aufweisen, nicht sämtliche Defekte sicher identifizieren.
Als Mittel zum Aufbringen der Markierung auf die defekten Abschnitte und einzelne auf einem metallischen Material erzeugte Teile gibt es bereits kommerziell erhältliche Vorrichtungen wie etwa einen Tintenstrahl-Drucker und eine Tintenpunkt-Markierungsvorrichtung.
Wenn ein Tintenstrahl-Drucker verwendet wird, sind die Arten und Farben der Tinte begrenzt, da spezielle Tinten aufgrund der verschiedenen Bedingungen wie etwa der Chargierung der Tinten erforderlich sind. Unabhängig hiervon kann dann, wenn die hergestellten metallischen Materialien für Automobil-Stahlbleche verwendet werden, das Tintenverhalten und die Farbe zum Zwecke der Inspektion durch den Kunden spezifiziert werden.
Beispielsweise dann, wenn die Tinte Beschränkungen der Art unterworfen ist, dass die Tinte eine exzellent schnelle Trocknungseigenschaft aufweisen sollte, die Tinte nicht auf aufgebrachtem Öl kleckern sollte oder die Tinte blau sein sollte, sollten jeweilige spezielle Tinten entwickelt werden, um die Bedingungen des Verbrauchers zu erfüllen. Die Entwicklung derartiger spezieller Tinten erfordert eine lange Zeit und viel Geld, was aus praktischer Überlegung im Hinblick auf diese Anordnung schwierig ist.
Zusätzlich wird, da der Ejektionsteil der Tinte notwendigerweise sauber bleiben muss, signifikante Kosten und Zeit für die Instandhaltung aufgebraucht werden. Dementsprechend muss dann, wenn ein Tintenstrahl-Drucker verwendet wird, eine spezielle Tinte verwendet werden, so dass die Farbe und die Art der Tinte nicht leicht verändert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Markierung von Defekten zur Verfügung zu stellen, das schädliche Defekte leicht und sicher identifiziert, sowie eine Vorrichtung hierfür zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung eine Defekt-Inspektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung eine Defekt-Markierungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 zur Verfügung.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 3 zur Verfügung. Optionale Merkmale des Verfahrens sind in Anspruch 4 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels der Vorrichtungen in Bezug auf die vorliegende Erfindung.
2 ist eine Draufsicht eines Beispiels eines Metallbands in Bezug auf die vorliegende Erfindung.
3 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels einer Rohstruktur einer Oberflächendefekt-Inspektionsvorrichtung für die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Querschnittszeichnung einer Oberflächendefekt-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 illustriert eine Anordnung der Kameraeinheiten entlang der Metallbreitenrichtung, die in der Oberflächendefekt-Inspektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 illustriert eine Anordnung der Kameras, die in einer einzelnen Kameraeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
7 ist ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels der Signalbearbeitungssektion der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
10(c) bis (c) illustrieren Beispiele von Lichtintensitätssignalen, die mittels einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet wurden.
11(a) bis (c) illustrieren andere Beispiele der Lichtintensitätssignale, die von einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet wurden.
12(a) bis (d) illustrieren das Verfahren zur Herstellung eines legierten, mit Zink beschichteten Stahlblechs und zeigen detaillierte Querschnittsansichten des Blechs gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des getemperten Teils und des nicht getemperten Teils auf der Oberfläche des Metallbands nach dem Temperwalzen, welche die Beziehung zwischen dem einfallenden Licht und dem Reflektionslicht gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
14(a) bis (c) zeigen die Winkelverteilung des reflektierten Lichts an dem getemperten Teil und dem nicht getemperten Teil gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt Querschnittsansichten eines legierten, mit Zink beschichteten Stahlblechs, und den Fortschritt des Auftritts von Krätze gemäß der vorliegenden Erfindung illustrierend.
16(a) bis (c) zeigen die Winkelverteilung der reflektierten Spiegelkomponente und der diffus reflektierten Spiegelkomponente am Krätzenabschnitt und am Muttermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.
17(a) bis (c) zeigen die Beziehung zwischen dem normalen Winkel zu einem Mikrobereich-Element und dem Bereichsprozentsatz am Krätzenabschnitt und am Muttermaterial und an der Inspektionsebene gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt die Beziehung zwischen den Winkeln des einfallenden Lichts, des reflektierten Lichts und dergleichen auf einem Mikrobereichs-Element auf der Inspektionsebene gemäß der vorliegenden Erfindung.
19(a) und (b) zeigen die Beziehung zwischen dem normalen Winkel auf einem Mikrobereichs-Element und der Gewichtsfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung.
20(a) und (b) zeigen die Beziehung zwischen den von verschiedenen Positionen auf der linearen Diffusionslichtquelle und den reagierenden einfallenden Positionen auf der Inspektionsebene emittierten individuell einfallenden Lichtstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung.
21(a) und (b) zeigen den polarisierten Zustand des von einem Mikrobereichs-Element reflektierten Lichts in dem Falle, dass das von der linearen Diffusionslichtquelle kommende einfallende Licht polarisiert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
22 illustriert das von einem Mikrobereichselement kommende reflektierte Licht in dem Fall, dass das einfallende Licht, das vom zentralen Teil der linearen Diffusionslichtquelle kommt, polarisiert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
23 illustriert das von einem Mikrobereichselement kommende Reflektionslicht in dem Fall, dass das einfallende Licht, das von einem Teil kommt, der sich vom zentralen Teil der linearen Diffusionslichtquelle unterscheidet, polarisiert ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
24 illustriert die Beziehung zwischen dem normalen Winkel zum Mikrobereichselement und dem elliptisch polarisierten Licht des reflektierten Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung.
25 zeigt die Beziehung zwischen dem normalen Winkel zum Mikrobereichselement und der Gewichtsfunktion gemäß der Vorhandenseins oder Fehlen.
26 zeigt die Beziehung zwischen dem normalen Winkel zum Mikrobereichselement und der Gewichtsfunktion an verschiedenen Analysewinkeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
27 zeigt die Beziehung zwischen dem normalen Winkel zum Mikrobereichselement an der Inspektionsebene und den Bereichsprozentsatz gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung, der beschrieben werden wird, ist eine Defektmarkierungsvorrichtung gemäß Anspruch 2.
Diese Vorrichtung nimmt ein von der Oberfläche des Metallbands detektiertes Licht durch zwei oder mehrere Lichtaufnahmeteile auf, welche unterschiedliche optische Bedingungen wie etwa Polarisierungsbedingungen zueinander aufweisen, und analysiert die optischen Eigenschaften aus dem aufgenommenen Ergebnis. Dann gibt der Signalbearbeitungsabschnitt des Defekt- Inspektionsmittels eine Bewertung über den normalen Teil und den abnormalen Teil ab, oder eine Bewertung über den Oberflächendefekt auf der Oberfläche des Metallbands basierend auf den so erhaltenen optischen Eigenschaften. Für den als Oberflächendefekt bewerteten Teil wird eine Markierung unter Verwendung eines speziellen Verfahrens wie etwa eines Drucks, eines plastischen Stempelns sowie Bohren aufgebracht. Die Position zur Markierung kann durch Verfolgen der Position von oder nahe des Oberflächendefekts unter Verwendung von Nachfolgemitteln oder dergleichen ausgewählt werden.
Nachfolgend wird eine Beschreibung über den Modus der optischen Reflektion auf der Oberfläche des Stahlblechs angegeben, welche ein Ziel der Inspektion durch die Oberflächendefekt-Inspektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, gemäß einer mikroskopischen Oberflächenungleichmäßigkeit auf der Oberfläche des Stahlblechs. Generell verbessert die mikroskopische Ungleichmäßigkeit auf der Oberfläche des Stahlblechs, die ursprünglich deutlich rau ist, deren Ebenheit durch starkes Walzen mittels einer Walze während des Temperwalzens (Tempern), während andere Abschnitte ihre unregelmäßige Form aufgrund der Tatsache beibehalten, dass die Walze beim Temperwalzen nicht mit diesen in Kontakt gelangt.
Beispielsweise im Fall eines legierten galvanisierten Stahlblechs wird das kaltgewalzte Stahlblech 101 als Muttermaterial einer Eintauch-Galvanisierung unterworfen, wie dies in 12(a) gezeigt ist, verläuft dann durch einen Legierungsofen hindurch. Währen des Durchgangs diffundiert das Eisenelement des Muttermaterial-Stahlblechs in das Zink der Plattierungsschicht, um generell säulenförmige Legierungskristalle 103 auszubilden, wie dies in 12(c) gezeigt ist. Wenn das Stahlblech einem Temperwalzen unterworfen wird, wie dies in 12(b) gezeigt ist, kollabieren die besonders hervorstehenden Abschnitte der säulenförmigen Kristalle 103 in eine flache Form (getemperter Teil 106), wie dies in 12(d) gezeigt ist, während andere Abschnitte (nicht getemperter Teil 107) in der säulenförmigen Kristallform verbleiben.
13 ist ein Modell, das illustriert, welche Arten von optischen Reflektionen auf der Art von Stahlblech-Oberfläche auftreten. Das in den durch Temperwalzen kollabierten Abschnitt eintretende einfallende Licht 108 (getemperter Teil 106) ergibt eine Spiegelreflektion zur Richtung der regulären Reflektion zum Stahlblech. Auf der anderen Seite fällt die Reflektionsrichtung des einfallenden Lichts, welches in den Abschnitt hineintritt, welcher die ursprüngliche Säulenform der Kristalle beibehält, welche nicht durch Temperwalzen kollabiert sind (nicht getemperter Teil 107) nicht notwendigerweise mit der regulären Reflektionsrichtung des Stahlblechs zusammen, obwohl das Spiegeln auf einzelne Mikrobereichselemente im mikroskopischen Sinne auf die säulenförmige Kristalloberfläche reflektiert wird.
Daher wird im makroskopischen Sinne die Verteilung der Reflektionslicht-Winkel an getemperten Teil und am nicht getemperten Teil so, wie es in 14(a) bzw. 14(b) gezeigt ist. Das bedeutet, dass (a) am getemperten Teil 106 eine Spiegelreflektion 109 eine scharfe Verteilung in der regulären Reflektionsrichtung zu dem Stahlblech aufweist und (b) am nicht getemperten Teil eine Reflektion 110 mit einem breiten Bereich infolge der Winkelverteilung an den Mikrobereichselementen auf der Oberfläche säulenförmigen Kristalle auftritt. Im Anschluss wird der erstgenannte Fall als Spiegelreflektion bezeichnet und der letztgenannte Fall wird als diffuse Spiegelreflektion bezeichnet. Die tatsächlich beobachtete Verteilung der Reflektionswinkel ist die Summe der Winkelverteilungen der Spiegelreflektion und der Winkelverteilungen der diffusen Spiegelreflektion infolge jedes Prozentsatzes vom getemperten Teil und nicht getemperten Teil, wie dies in 14(c) gezeigt ist.
Die oben angegebene Beschreibung betrifft ein legiertes galvanisiertes Stahlblech. die Beschreibung ist jedoch generell auf andere Stahlbleche anwendbar, die durch Temperwalzen flache Abschnitte erzeugen.
Nachfolgend wird eine Beschreibung in Bezug auf die optischen Reflektionseigenschaften von Defekten angegeben, welche als musterähnliche Krätze bezeichnet werden, und welche keine signifikante Oberflächen-Ungleichmäßigkeit aufweisen und welche das Ziel der vorliegenden Erfindung sind. Beispielsweise trat, wie dies in 15 ersichtlich ist, eine Krätze 111 an einem legierten Heißeintauch-galvanisierten Stahlblech 104 auf, welches vor dem Plattieren in einer ursprünglichen Platte 101 eines kaltgewalzten Stahlblechs auftrat, auf welchem eine Plattierungsschicht 102 aufgebracht wurde, und die Auflegierung schreitet durch Diffusion des Eisens in der Muttermaterial fort.
Verglichen mit dem Muttermaterial unterscheidet sich der Krätzenabschnitt generell durch die Plattierungsdicke und den Grad der Auflegierung. Als Ergebnis erhöht in dem Fall, dass die Plattierungsschicht-Dicke an dem Krätzenabschnitt dick wird und dass die Krätze gegenüber dem Muttermaterial konvex ausgebildet ist, das Temperwalzen den Bereich des getemperten Teils stärker als den des nicht getemperten Teils. Umgekehrt hierzu berührt dann, wenn der Krätzenabschnitt gegenüber dem Muttermaterial konkav ausgebildet ist, der Krätzeabschnitt nicht die Temperwalze und der nicht getemperte Teil besetzt große Abschnitte. Wenn das Auflegieren am Krätzenabschnitt oberflächlich ist, wird die Winkelverteilung der Mikrobereichselemente in der normalen Richtung zum Stahlblech erhöht und das Diffusionsverhalten wird schwach.
Im Nachfolgenden wird eine Beschreibung über das Auftreten von musterähnlichen Krätzen abhängig von den Unterschieden der Oberflächeneigenschaften des Krätzeabschnitts und des Muttermaterials angegeben. Wenn der Unterschied zwischen dem Krätzeabschnitt und dem Muttermaterial abhängig von dem oben beschriebenen modifizierten Modell einer Plattierungsoberfäche während des Temperwalzens klassifiziert wird, treten drei Arten von Gruppen auf, wie dies in 17 gezeigt ist.

(a) In einem Krätzeabschnitt (durchgezogene Linie) unterscheiden sich der Walzprozentsatz des getemperten Teils und die Winkelverteilung auf den Mikrobereichselementen im nicht getemperten Teil von demjenigen im Muttermaterial (unterbrochene Linie). Der getemperte Teil stimmt mit dem normalen Winkel ζ = 0, was den Peak in der Figur anzeigt. Die Peakhöhe (Bereichsprozentsatz) unterscheidet sich im gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial. Der nicht getemperte Teil korrespondiert mit den anderen Teilen (Anstieg) und in der Figur unterscheidet sich die Verteilung des Bereichsprozentsatz im gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial. Der Anstiegsteil reflektiert die Winkelverteilung an den Mikrobereichselementen im nicht getemperten Teil.
(b) Obwohl der Bereichsprozentsatz des getemperten Teils sich zwischen dem gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial unterscheidet, unterscheidet sich die Winkelverteilung an den Mikrobereichselementen in den nicht getemperten Elementen nicht voneinander. Die Figur zeigt verschiedene Peakhöhen im gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial. Die Anstiegsform stimmt jedoch miteinander überein.
(c) Obwohl die Winkelverteilung an den Mikrobereichselementen im nicht getemperten Teil sich zwischen dem gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial unterscheidet, unterscheidet sich der Bereichsprozentsatz im getemperten Teil nicht voneinander. Die Figur zeigt verschiedene Peakhöhen im gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial. Die Anstiegsform unterscheidet sich jedoch nicht voneinander.

Dieser Unterschied im Bereichsprozentsatz des getemperten Teils und in den Winkelverteilungen der Bereichselemente wird als Unterschied in der Winkelverteilung der reflektierten Lichtmenge beobachtet, wie dies in 16 gezeigt ist.
Wenn der Bereichsprozentsatz des getemperten Teils einen Unterschied zeigt (wie in den oben beschriebenen Fällen (a) und (b)), wird die Winkelverteilung der reflektierten Lichtmenge die am gekrätzten Abschnitt 111a und am Muttermaterial 112a, wie dies in den 16(a) und (b) gezeigt ist. Die Differenz wird in der Richtung beobachtet, bei der die Winkelverteilung ein Peak wird oder der Richtung der regulären Reflektion. Wenn der Bereichsprozentsatz des getemperten Teils im gekrätzten Abschnitt größer als der im Muttermaterial ist (16(a) und (b) sowie 17(b) und (b)), wird die Krätze von der regulären Reflektionsrichtung aus blank gesehen werden. Wenn der getemperte Prozentsatz im gekrätzten Abschnitt kleiner als im Muttermaterial ist, wird die Krätze von der regulären Reflektionsrichtung aus dunkel gesehen wird.
Wenn kein Unterschied im Bereichsprozentsatz des getemperten Teils vorliegt (im oben beschriebenen Fall (c)), kann die Beobachtung von der normalen Reflektionsrichtung zum Stahlblech die Krätze nicht erkennen. Unabhängig hiervon kann dann, wenn kein Unterschied in der Diffusionseigenschaft der Komponenten der diffusen Spiegelreflektion vorliegt, der Defekt von der diffusen Richtung bei einer Winkelverteilung außerhalb des Peaks gesehen werden, wie dies in 16(c) gezeigt ist. Beispielsweise dann, wenn die Diffusions-Eigenschaft der Komponenten der diffusen Spiegelreflektion klein ist, wird die Krätze generell von einer diffusen Richtung relativ nahe zur relativen Reflektion blank gesehen werden und die Blankheit wird mit einer Verschiebung von der regulären Reflektionsrichtung schrittweise schwächer werden und schließlich wird die Defekt zwischen dem gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial unter einem bestimmten Winkel Null, wodurch die Beobachtung um diesen Winkel herum nicht mehr möglich ist. Ein weiteres Verschieben von dem regulären Reflektionswinkel weg ermöglicht die Beobachtung der Krätzen als dunkle Farbe.
Zur Identifizierung und Detektion dieser musterähnlichen Krätze vom Muttermaterial ist es notwendig, den Winkel der Mikrobereichselemente zur Identifizierung des Reflektionslichts zu untersuchen. Beispielsweise bedeutet wie im Falle der 16(a) und (b) die Detektion des Unterschieds zwischen dem gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial in der regulären Reflektionsrichtung die Festlegung der Winkelverteilung ξ = 0 aus den Winkelverteilungen in den Mikrobereichselementen, die in 17 gezeigt ist, um somit die Differenz zwischen dem gekrätzten Abschnitt und dem Muttermaterial zu detektieren.
Wenn die Identifizierung bei der Winkelverteilung ξ = 0 in arithmetischer Weise beschrieben wird, wird eine Funktion S(ξ), die in 17 gezeigt ist, mit einer Funktion multipliziert, die eine Identifizierungs-Eigenschaft kennzeichnet, die durch eine Deltafunktion δ(ζ), die in 19(a) gezeigt ist (im Anschluss einfach als "Gewichtungsfunktion" bezeichnet) und dann wird das Produkt integriert. Darüber hinaus bedeutet beispielsweise bei einem einfallenden Lichtwinkel von 60 Grad die Beobachtung bei 40 Grad oder die Verschiebung um 20 Grad, dass die Reflektion an einer Ebene (Mikrobereichselement) sich um 10 Grad vom Normalwinkel ξ verschiebt. Dies korrespondiert mit der Verwendung einer Gewichtungsfunktion von δ(ξ + 10), wie dies in 19(b) gesehen werden kann. Die Beziehung zwischen dem Reflektionswinkel und dem normalen Winkel ξ zum Mikrobereichselement wird aus 18 berechnet.
Gemäß dieser Überlegung korrespondiert die Beziehung des reflektierten Lichts von einem Winkel des Mikrobereichselements mit der Gestaltung einer Gewichtungsfunktion. Die Gewichtungsfunktion ist nicht notwendigerweise eine δ-Funktion und kann eine bestimmte Breite aufweisen.
Basierend auf diesem Konzept wird dann, wenn die Krätzen jeweilige Bereichsprozentsätze aufweisen, die durch die 17(a), (b) und (c) ausgedrückt sind und separat vom Muttermaterial identifiziert werden, und dann, wenn eine Gewichtungsfunktion für die Detektion in Betracht gezogen wird, die in 19 angegebene δ-Funktion δ(ξ) ebenso ein Beispiel hiervon. Dies kann jedoch nicht die Größe des sichtbaren Bereichs der zwei optischen Systeme in gleicher Weise erbringen, da die Kameras jeweils unter verschiedenen Aufnahmewinkeln installiert sind. Wenn die Kameras zum Messen eines diffusen Reflektionslichts installiert sind, ist die Veränderung der Gewichtungsfunktion nicht einfach, da die Kamerapositionen verändert werden müssen.
Zum ersteren Zweck ist die Messung auf der gleichen optischen Achse erforderlich und es wird bevorzugt, dass beide Komponenten der Spiegelreflektion und der diffusen Spiegelreflektion durch die Messung in einer Richtung der regulären Reflektion des Stahlblechs erfasst werden und das diffuse Reflektionslicht nicht erfasst wird. Zum letztgenannten Zweck wird bevorzugt, dass die Gewichtungsfunktion mit einigen Freiheitsgraden gegenüber den Veränderungen der Kameraposition eingestellt werden kann.
Gemäß diesem Ziel setzt die vorliegende Erfindung eine lineare Lichtquelle ein, die eine diffuse Eigenschaft aufweist, und nicht eine parallele Lichtquelle wie etwa ein Laserlicht. Darüber hinaus werden die Spiegelreflektionskomponente und die diffuse Spiegelreflektionskomponente getrennt und von der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech unter Verwendung eines polarisierten Lichts identifiziert.
Um die Einwirkung und den Effekt der linearen Diffusions-Lichtquelle zu erläutern, wird eine lineare Diffusions-Lichtquelle 114 parallel mit einem Stahlblech 104 platziert, wie dies in 20 gezeigt ist, und die Reflektionseigenschaften werden durch Beobachtung eines Punkts untersucht, der in einer Ebene vertikal zur Lichtquelle steht und der auf dem Stahlblech 104 von der Richtung steht, in der der Einfallswinkel mit dem Ausfallwinkel übereinstimmt (im Anschluss als "reguläre Reflektionsrichtung zum Stahlblech" bezeichnet).
Wie in 20(a) gezeigt, wird dann, wenn das Licht von dem zentralen Teil der linearen Lichtquelle 1114 emittiert wird, das in den getemperten Teil eintretende Licht einen Spiegelmodus reflektiert und sämtlich in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech aufgefangen. Auf der anderen Seite wird das in den nicht getemperten Teil eintretende Licht in einem diffusen Spiegelmodus reflektiert, bei dem nur das von den Mikrobereichselementen, die der gleichen Richtung wie die Normale zum Stahlblech gegenüberliegen, reflektierte Licht detektiert werden kann. Da die Anzahl dieser Mikrobereichselemente wahrscheinlich sehr gering sein wird, wird das reflektierte Licht, welches in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech detektiert wird, hauptsächlich durch die Spiegelreflektion von dem getemperten Teil eingenommen.
Im Gegensatz hierzu wird dann, wenn das Licht von einem Teil emittiert wird, der sich von dem zentralen Teil der linearen Lichtquelle unterscheidet, wie dies in 20(b) gezeigt ist, das in den getemperten Teil eintretenden Licht in einer Richtung reflektiert, die sich von der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech durch Spiegelreflektion unterscheidet, wodurch das Licht nicht in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech detektiert werden kann.
Auf der anderen Seite wird das in den nicht getemperten Teil eintretende Licht in einem diffusen Spiegelreflektionsmodus reflektiert, bei dem das Licht, welches in einer regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech reflektiert wurde, detektiert werden kann. Infolgedessen ist sämtliches reflektiertes Licht, das in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech detektiert werden kann, das Licht der diffusen Spiegelreflektion am nicht getemperten Teil.
Beide der oben beschriebenen Fälle führen zu dem Schluss, dass für das vom gesamten Bereich der linearen Lichtquelle emittierte Licht das detektierte Licht unter Beobachtung von der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech die Summe des Spiegelreflektionslichts am getemperten Teil und des diffusen Spiegelreflektionslichts am nicht getemperten Teil ist.
Nachfolgend wird eine Beschreibung in Bezug auf die Variationen der Eigenschaften des polarisierten Lichts bei Beobachtung an einer Inspektionsebene von der regulären Reflektionsrichtung unter Verwendung dieser Art von linearer Lichtquelle angegeben.
Generell werden für die Reflektion auf einer metallischen Spiegeloberfläche insbesondere zu einem Licht, dessen Richtung des elektrischen Felds parallel mit der Einfallsebene steht (oder p-polarisiertes Licht), oder zu einem Licht normal zur Einfallsebene (oder s-polarisiertes Licht), die Eigenschaften des polarisierten Lichts nach der Reflektion beibehalten, so dass das p-polarisierte Licht als p-polarisierter Modus austritt und das s-polarisierte Licht als s-polarisierter Modus austritt. Ein beliebig polarisiertes Licht, das eine p-polarisierte Komponente und eine s-polarisierte Komponente gleichzeitig aufweist, tritt infolge des Reflektionsverhältnisses und der Phasendifferenz der p- und s-polarisierten Lichter als elliptisch polarisiertes Licht aus.
Nachfolgend wird der Fall diskutiert, bei dem ein Licht von einer linearen diffusen Lichtquelle auf ein legiertes galvanisiertes Stahlblech emittiert wird. Wie in 21(a) gezeigt, wird das von dem zentralen Teil der linearen Lichtquelle 114 emittierte Licht spiegelnd am getemperten Teil des Stahlblechs 104 reflektiert und in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech beobachtet. In diesem Fall wird eine einfache Reflektion auf einer metallischen Spiegeloberfläche bestehen, so dass das p-polarisierte Licht als p-polarisierter Modus austritt.
Auf der anderen Seite wird das Licht, das von einem Teil emittiert wird, der sich von dem zentralen Teil der linearen Lichtquelle unterscheidet, spiegelnd an den Mikrobereichselementen reflektiert, die an der Kristalloberfläche des nicht getemperten Teils geneigt sind, wie dies in 21(b) gezeigt ist, so dass ein Teil des reflektierten Lichts in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech beobachtet werden kann. In diesem Fall wird auch dann, wenn ein p-polarisiertes Licht parallel zur Einfallsebene des Stahlblechs eintritt, das Licht ein linear polarisiertes Licht werden, das sowohl p- als auch s-polarisierte Lichtkomponenten aufweist, da das einfallende Licht nicht parallel mit der Einfallsebene für die Mikrobereichselemente steht, die geneigt sind und von denen das Licht tatsächlich reflektiert wird. Als Ergebnis hiervon tritt das einfallende Licht von den Mikrobereichselementen als elliptisch polarisiertes Licht aus. Das gleiche Ergebnis tritt dann auf, wenn ein s-polarisiertes Licht anstellt des polarisierten Lichts eintritt.
In Bezug auf ein linear polarisiertes Licht mit einem beliebigen Polarisationswinkel mit sowohl p- als auch s-polarisierten Lichtkomponenten kann der gleiche Grund wie oben beschrieben angewandt werden, oder die Form des elliptisch polarisierten Lichts, die in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech emittiert wurde, unterscheidet sich von der desjenigen Lichts, das von dem zentralen Teil der linearen Lichtquelle eingetreten ist und von dem getemperten Teil reflektiert wurde, da der Polarisationswinkel die Neigung von der Einfallsebene wird.
Für den Fall des Emittierens eines linear polarisierten Lichts mit sowohl p- als auch polarisierten Lichtkomponenten wird eine detailliertere Beschreibung im Folgenden angegeben.
Wie in 22 gezeigt, wird ein Licht 108, das von der linearen diffusen Lichtquelle 114 herrührt, in ein linear polarisiertes Licht durch einen Blechpolarisator 115 überführt, der einen Drehwinkel α aufweist, welches dann in das Stahlblech 104 eintritt, das in horizontaler Riemen positioniert ist. Das reguläre Reflektionslicht wird mittels eines Lichtdetektors 116 aufgenommen.
Wie oben bereits beschrieben, trägt in Bezug auf das Licht 108, das von einem Punkt C an der Lichtquelle emittiert wurde, sowohl die Spiegelreflektionskomponente vom getemperten Teil als auch die reflektierte Komponente in dem diffusen Spiegelreflektionsmodus von den Mikrobereichselementen, deren Normale zufällig zur vertikalen Richtung im nicht getemperten Teil ausgerichtet ist, zum vom Punkt O reflektierten Licht (und von einem Bereich 113 umfänglich zum Punkt O) auf dem Stahlblech zur Richtung des Lichtdetektors 116 bei.
Im Gegensatz hierzu wird das Licht 108, das von dem Punkt A emittiert wurde, der um einen Winkel ϕ gesehen vom Punkt O versetzt ist, die reflektierte Spiegellichtkomponente in einer Richtung reflektiert, die sich von der des Lichtdetektors 116 unterscheidet, wodurch nur die Komponente der diffusen Spiegelreflektion an den Mikrobereichselementen mit einem Normalen-Winkel ξ (der Winkel der Normalen zur vertikalen Richtung ist ξ) beiträgt. Die Beziehung zwischen ϕ und ξ wird durch die unten angegebene Gleichung unter einer einfachen geometrischen Erwägung angegeben. cosξ = 2cos·θcos2 (ϕ/2)/[sin2ϕ + 4·{cos2θcos4·(ϕ/2) + sin2θ·sin4(ϕ/2)}(1/2 (1)
Wobei θ den Einfallswinkel zum Stahlblech kennzeichnet. Der Zustand des polarisierten Lichts des in dieser Weise reflektierten Lichts wird nachfolgend betrachtet. Unter Bezugnahme auf 22 verläuft das Licht 108, das von dem Punkt C emittiert wurde, durch den Blechpolarisator 115 mit einem Drehwinkel α, wird anschließend am Punkt O auf dem Stahlblech reflektiert. Der Zustand des polarisierten Lichts zu diesem Zeitpunkt wird durch Jones Matrix ausgedrückt, die generell in Polarisations-Optiken verwendet wird. E c = T·E in (2)wobei E den linearen Vektor des polarisierten Lichts (Spaltenvektor) unter einem Drehwinkel α kennzeichnet und T Reflektionseigenschaftenmatrix des Stahlblechs bezeichnet. Die Komponente für diese beiden wird wie folgt angegeben: E in = Ep·t(cosα, sinα) T = rs(Tmn); T11 = tanψ·exp(jΔ), T22 = 1, T12 = T21 = 0,wobei ^t( ) den Spaltenvektor kennzeichnet, tanψ das Amplituden-Reflektionsverhältnis der p- und s-polarisierten Lichter kennzeichnet, Δ die Phasendifferenz kennzeichnet, die von der Reflektion der p- und s-polarisierten Lichter auftritt, und r_s die Reflektion des s-polarisierten Lichts kennzeichnet. Der Matrixausdruck dieser Größen wird zu Formel 1.
Formel 1
Auf eine ähnliche Weise wird unter Bezugnahme auf 23 der polarisierte Zustand des Lichts 108, das vom Punkt A emittiert wurde und auf Mikrobereichselementen reflektiert wurde, die einen normalen Winkel ξ zur Richtung des Lichtdetektors 116 aufweisen, durch Gleichung (3) unter der Annahme ausgedrückt, dass die Einfallsebene den Bogenpolarisator 115 und einen Analysator 117 orthogonal kreuzt. E A = R(ξ)·T·R(–ξ)·E in (3)wobei R die zweidimensionale Drehmatrix kennzeichnen und die Komponente R_mn ausgedrückt wird durch R11 = R22 = cosξ, R12 = R21 = –sinξ
Der Matrixausdruck von R(ξ) wird zu Formel 2. Formel 2
Gleichung (2) ist ein Spezialfall von Gleichung (3), bei dem ξ = 0 gesetzt wird. Somit können sowohl die Spiegelreflektionskomponente als auch die diffuse Spiegelreflektionskomponente integriert durch Gleichung (3) behandelt werden.
Wenn Gleichung (3) berechnet wird, um eine Figur des Zustands eines elektrisch polarisierten Lichts für das von den Mikrobereichselementen reflektierte Licht einem Normalen-Winkel ξ zu zeichnen, wird 24 erhalten. Der Drehwinkel α einfallenden polarisierten Lichts wird bei 45 Grad angenommen, der Einfallswinkel θ wird bei 60 Grad angenommen und die Reflektionseigenschaften des Stahlblechs werden bei ψ = 28° und Δ = 120° angenommen. Die Figur unterstellt, dass die Ellipse sich mit Variationen im ξ-Wert gegenüber der Ellipse bei ξ = 0 neigt oder gegen den Fall der Spiegelreflektion. Infolgedessen wird beispielsweise durch Einsetzen eines Analysators vor dem Lichtdetektor zur Einstellung des Analysewinkels die Auswahl ermöglicht, um das reflektierte Hauptlicht, das insbesondere von den Mikrobereichselementen mit einem besonderen normalen Winkel herrührt, festzulegen.
Um die oben beschriebene Prozedur zu quantifizieren, wird der Zustand des polarisierten Lichts E_ρ, welches durch Einsetzen eines Analysators mit einem Analysewinkel β in ein reflektiertes Licht in einem polarisierten Zustand erhalten wird, durch Gleichung (3) ausgedrückt. E D = R(β)·A·R(–β)·E A = R(β)·A·R(–β)·R(ξ)·T·R(–ξ)·E in (4)wobei A = (A) die Matrix kennzeichnet, die den Analysator ausdrückt, und A₁₁ = 1 ist, während andere Komponenten 0 sind. Der Matrixausdruck für A wird zu Formel 3.
Formel 3
Wenn die Lichtintensität L des reflektierten Lichts an den Mikrobereichselementen mit einem Normalwinkel ξ, detektiert durch Lichtdetektor 116 (23) durch Gleichung (4) berechnet wird, wird die Lichtintensität L durch Gleichung (5) unter der Annahme ausgedrückt, dass der Bereichsprozentsatz des Mikrobereichselements S(ξ) ist. L = S(ξ)·|E D|2 = rs 1·Ep2·S(ξ)·I(ξ, β) I(ξ, β) = tan2ψ·cos2(ξ – α)·cos2(ξ – β) + 2·tanψ·cosΔ·cos(ξ – α)·sin(ξ – α)·cos(ξ – β)·sin(ξ – β) + sin2(ξ – α)·sin2(β – ξ) (5)wobei I(ξ, β), wie oben bereits beschrieben, die Gewichtungsfunktion ist, die den Grad der Identifizierung des reflektierten Lichts auf den Mikrobereichselementen mit einem Normalen-Winkel festlegt, wobei die Gewichtungsfunktion von der Polarisierungseigenschaft des optischen Systems und eines Inspektionskörpers abhängt. Das Produkt der Gewichtungsfunktion und der Reflektion des Stahlblechs r_s ², die Menge an einfallendem Licht EP² und die Bereichsrate S(ξ) ist die Lichtintensität, die detektiert werden kann. Im Falle eines oberflächenbehandelten Stahlblechs oder eines homogenen Materials auf der Oberfläche des Stahlblechs sollte der Wert von r_s ² konstant sein. Zusätzlich kann der Wert von EP² ebenso dann konstant sein, wenn die Menge an einfallendem Licht bei allen Positionen der Lichtquelle gleichmäßig ist. Dementsprechend sind zur Bestimmung der Lichtintensität, die vom Lichtdetektor detektiert wird, nur die Variable des Bereichsprozentsatzes S(ξ) der Mikrobereichselemente mit einem Normalen-Winkel ξ sowie die Identifikationseigenschaft I(ξ, β) zu berücksichtigen.
In Bezug auf die Identifikationseigenschaft I(ξ, β) kann dann, wenn eine Analysewinkel β₀, der zu den Mikrobereichselementen mit einem maximalen Normalen-Winkel ξ₀ ausgewählt wurde, die Kandidaten durch Auflösen von Gleichung (6) nach β angegeben werden. [∂ I (ξ, β)/∂ ξ]ξ = ξ0 = 0 (6)
Der arithmetische generelle Ausdruck von Gleichung (4) wird durch Formel angegeben.
Formel 4
Wenn der Analysewinkel, der ξ = 0 ergibt, oder der einen maximalen Beitrag zur spiegelförmigen Reflektionskomponente ergibt, durch Gleichung (6) bestimmt wird, wird der Wert von β um –45 Grad. Ebenso nahmen in diesem Fall die Reflektionseigenschaften des Stahlblechs φ = 28° und Δ = 120° an und der Drehwinkel des polarisierten Lichts α betrug 45°. 25 zeigt die Beziehung zwischen dem Normalen-Winkel ξ zur vertikalen Richtung des Mikrobereichselements und der Identifikationseigenschaft, oder die Gewichtsfunktion I(ξ, –45) in dem Fall, dass der Analysewinkel β –45 Grad betrug. Zum Zwecke der Sichtbarkeit wird der Maximalwert auf 1 standardisiert.
25 zeigt, dass ξ = 0 ist, oder dass die Spiegelreflektionskomponente der beherrschende Winkel ist (leicht zu identifizieren), und dass das diffus spiegelreflektierte Licht an den Mikrobereichselementen um die Normalen-Winkel ξ = ±35 Grad herum am schwierigsten zu identifizieren ist. Umgekehrt hierzu wird ein Analysewinkel β, der das Reflektionslicht bei ξ = ±35 Grad ist, am besten identifiziert wird, aus den Gleichungen (5) und (6) bestimmt, und der Wert von β wird etwa 45 Grad. 26 zeigt die Beziehung zwischen dem Normalen-Winkel ξ gegenüber dem Analysewinkel β = 45 Grad und der Identifikationseigenschaft I (ξ = 45). Die Kurven von β = 45 Grad sind in Bezug auf die rechte und linke Seite nicht symmetrisch. Dies ist ein Ergebnis davon, dass im Hinblick auf die Einfallslichtebene (durch das einfallende Licht und das reflektierte Licht in Bezug auf das Mikrobereichselement ausgebildete flache Ebene) ein positiver Wert von ξ einen scheinbar kleinen Drehwinkel α des einfallenden polarisierten Lichts ergibt (oder nahezu p-polarisiertes Licht wird), und dass die Reflektion des p- polarisierten Lichts auf dem Stahlblech geringer als die Reflektion des s-polarisierten Lichts ist. 26 zeigt ebenso den Fall von β = 90°, welches eine Zwischeneigenschaft zwischen β = 45° und 45° ergibt.
Wie in Gleichung (5) angegeben, wird die reflektierte Lichtintensität L auf einem Mikrobereichselement mit einem Mormalen-Winkel ξ durch das Produkt der Identifikationseigenschaften (Gewichtungsfunktion) I(ξ, β) und des Bereichsprozentsatzes S(ξ) angegeben. Dementsprechend ist die Intensität des von dem Lichtdetektor 116 aufgenommenen Lichts integrierte Wert von S(ξ)I(ξ, β) bezüglich ξ. Beispielsweise dann, wenn ein reflektiertes Licht auf einem Stahlblech mit den in 27 gezeigten Reflektionseigenschaften durch einen Analysator mit einem Analysewinkel von β = 45 Grad aufgenommen wird, ist die Menge an aufgenommenem Licht das Integral des Bereichsprozentsatzes S(ξ), der in 27 gezeigt ist, mit der Gewichtung der Identifikationseigenschaften I(ξ, β), wie sie in 25 gezeigt ist.
Wenn eine musterartige Krätze mit den in 16 gezeigten Eigenschaften vorliegt, wird der Bereichsprozentsatz S(ξ) jeweils wie in den 17(a), (b) bzw. (c) gezeigt.
Für den Fall, dass sich nur die Spiegelreflektionskomponente unterscheidet, wie dies in den 16(b) und 17(b) gezeigt ist, stimmt die Lichtintensität bei der Aufnahme dieser Art von Defekt durch einen Analysator mit einem Analysewinkel β = –45 Grad mit dem Ergebnis der Integrierung aus 17(b), multipliziert mit einer Gewichtungsfunktion I(ξ, β), ausgedrückt durch 25, überein. Daher kann die Defekt der reflektierten Lichtmenge zwischen dem Muttermaterial und dem gekrätzten Abschnitt detektiert werden. In Bezug auf den Analysewinkel β = 45 Grad besteht kein Unterschied in der diffusen Spiegelreflektionskomponente, wie dies in 17(b) gezeigt wird, und der Unterschied tritt nur bei nahezu ξ = 0° auf. Daher wird unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Gewichtungsfunktion I(ξ, β) bei β = 45°, die in 26 angegeben ist, ein niedriger Wert bei etwa β = 0° ist, das Produkt über den gesamten Bereich von ξ ein niedriger Wert und die Defekt wird durch Integrierung gestrichen. Als Ergebnis hiervon kann kein Unterschied zwischen dem Muttermaterial und dem gekrätzten Teil detektiert werden.
In dem Fall, dass die Differenz nur bei der diffusen Reflektionskomponente auftritt, wie dies in 16(c) und 17(c) gezeigt wird, kann die Detektieren nicht durch Hindurchtreten durch einen Analysator von –45 Grad erreicht werden. In diesem Fall kann die Detektieren durch Hindurchtreten durch einen Analysator von 45 Grad erfolgen, der einen hohen Wert der Gewichtungsfunktion I(ξ, β) bereitstellt, der von β = 0° beabstandet ist.
Der Normalen-Winkel ξ, der keine Differenz in der diffusen Spiegelreflektionskomponente zwischen dem Muttermaterial und dem gekrätzten Abschnitt ergibt, beträgt etwa ξ = ±20 Grad in 17(c). Wenn jedoch ein Defekt vorliegt, der einen normalen Winkel ξ von nahezu ±30 Grad ergibt, kann der Defekt auch nicht durch einen Analysator von 45 Grad detektiert werden. In diesem Fall wird ein separater Analysewinkel (beispielsweise β = 90°), der unterschiedliche Identifikationseigenschaften bereitstellt, vorbereitet, und das Licht wird vom dritten Lichtdetektor aufgenommen.
Generell fallen in den meisten Fällen die Reflektionseigenschaften des Muttermaterials und des gekrätzten Abschnitts auf der Oberfläche des Stahlblechs in einen der Fälle der 10(a), (b) sowie (c). Dementsprechend kann eine Detektion in den meisten Fällen durch Anwendung von einer der zwei optischen Bedingungen (in diesem Beispiel der Analysewinkel) erfolgen. In einem Spezialfall ist es, wie oben beschrieben wurde, zur Verhinderung des Übersehens vorteilhaft, drei Analysatoren zu verwenden, die jeweils unterschiedliche Analysewinkel zueinander haben und das Licht durch die Identifizierung des reflektierten Lichts auf den Mikrobereichselementen mit den jeweiligen drei normalen Winkeln aufnehmen.
Wenn ein Unterschied sowohl in der Spiegelreflektionskomponente als auch der diffusen Spiegelreflektionskomponente vorliegt, wie dies im Fall aus 16(a) und 17(a) gegeben ist, kann die Differenz zwischen dem Muttermaterial und dem gekrätzten Abschnitt im Wesentlichen nur vom reflektierten Licht detektiert werden, das durch einen einzelnen Analysator hindurchgetreten ist.
Ein Einfalls-Bogenpolarisator ist so platziert, dass er den gesamten Bereich einer linearen, diffusen Lichtquelle abdeckt und der Drehwinkel des polarisierten Lichts beinhaltet sowohl das p-polarisierte Licht als auch das s-polarisierte Licht. Darüber hinaus wird eine Kamera dazu angepasst, ein Bild über einen Polarisator mit einem Polarisierungswinkel aufzunehmen, der die Spiegelreflektionskomponente weiter in dem regulären Reflektionslicht hindurchlässt, sowie eine Kamera, um ein Bild über einen Polarisator aufzunehmen, der einen Polarisierungswinkel aufweist, der die diffuse Spiegelreflektionskomponente weiter durchdringt.
Diese Art von optischem System führt die Überwachung entlang einer gemeinsamen Lichtachse in der regulären Reflektionsrichtung aus, so dass zwei Arten von Signalen erhältlich sind, die mit der jeweiligen Spiegelreflektion und der diffusen Spiegelreflektion korrespondieren, ohne durch die Variationen des Abstands des Stahlblechs und durch die Variationen der Geschwindigkeit beeinflusst zu sein. Somit wird eine Oberflächendefekt-Inspektionsvorrichtung realisiert, die eine musterartige Krätze ohne signifikante Oberflächenungleichmäßigkeit detektieren kann. Der Detektionsbereich der Winkel für die diffuse Spiegelreflektionskomponente wird leicht durch Festlegen des Analysewinkels verändert.
Darüber hinaus können durch Festlegen der Intensität oder der Rate der Spiegelreflektion und der diffusen Spiegelreflektion Veränderungen in der Oberflächeneigenschaft, die die Spiegelreflektion oder die diffuse Spiegelreflektion beeinflussen und sich von der oben beschriebenen musterähnlichen Krätze unterscheiden, detektiert werden. Beispielsweise kann bei der Oberflächen-Endbearbeitung des Metallbands ein Mattglanz und eine Haarriss-Endbearbeitung in der Theorie detektiert werden, wenn nur eine Variation in der Verteilung der Mikroreflektionsfläche vorliegt und die Anwendung zur Inspektion dieser Art von Oberflächeneigenschaft erwartet wird.
Die Detektion und die Bewertung der Oberflächendefekte kann selbstverständlich bekannte Methoden und Mittel parallel anwenden. Die Details der parallelen Anwendung bekannter Verfahren und Mittel wird später beschrieben werden.
Auf diese Weise wird die Position der Inspektionsebene, die auf Oberflächendefekte hin bewertet wird, mittels Suchmitteln nachverfolgt. Das Suchen kann durch Berechnen der Zeit ausgeführt werden, in der die Position des Oberflächendefekts das Markierungsmittel erreicht, auf Basis der Transfergeschwindigkeit des Metallbands. Das Markierungsmittel bringt eine Markierung auf die Oberfläche des Metallbands basierend auf dem Markierungsbefehl auf, der von dem Nachverfolgungsmittel erzeugt wird.
Die Markierung kann durch verschiedene Verfahren abhängig von dem Ziel und der Verwendung ausgeführt werden. Jede Art von Markierungsverfahren kann ausgeführt werden, sofern die Markierung leicht in einer nachfolgenden Stufe detektiert werden kann. Beispielsweise kann eine Bedruckung durch Tinte oder Farbe, ein Stempeln unter Verwendung eines Stempels, ein Einbohren unter Verwendung einer Bohrmaschine, eine Veränderung der Oberflächenrauheit unter Verwendung eines Schleifwerkzeugs oder dergleichen angewendet werden. Für den Fall eines ferromagnetischen Metallbands kann eine magnetische Markierung oder dergleichen angewendet werden.
Die Position der Markierung kann mit der Position des Oberflächendefekts übereinstimmen oder kann hiermit nur in Längsrichtung, nicht aber in Breitenrichtung übereinstimmen.
Beispielsweise dann, wenn eine automatische Zufuhr für eine Pressenlinie als Material verwendet wird, wird die Detektierung der Markierung in einigen Fällen durch Einstellen der Markierungsposition auf einer feststehenden Position anstelle in Breitenrichtung erleichtert.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbands mit Markierung gemäß Anspruch 3 offenbart.
Gemäß dem Verfahren wird eine Markierung auf die Oberfläche des Metallbands an dem Ort aufgebracht, wo ein Oberflächendefekt durch das oben beschriebene Oberflächendefekt-Bewertungsverfahren als existent bewertet wird. Da die Markierung zum Anzeigen des Vorliegens eines Oberflächendefekts aufgebracht wird, kann eine nachfolgende Stufe oder der Anwender den Abschnitt des Oberflächendefekts entfernen und somit ein Eintreten des defekten Abschnitts in das Produkt verhindern. Mit dem Herstellungsverfahren wird die Arbeit der Coil-Teilung zur Entfernung des Oberflächendefektabschnitts signifikant vereinfacht oder eliminiert, so dass die Produktionseffizienz verbessert wird.
In einer Ausführungsform werden die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt: Aufwickeln des markierten Metallbands zur Herstellung eines Coils; Wiederabwickeln des Coils zur Detektion der Markierung; Vermeidung oder Entfernung eines speziellen Bereichs des Metallbands basierend auf den durch die Markierung gegebenen Information; sowie eine Aufbringung einer speziellen Bearbeitung für einen restlichen Abschnitt des Metallbands nach dem Vermeiden oder Entfernen des speziellen Bereichs.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Markierung auf die Oberfläche des Metallbands aufgebracht und das Metallband wird zur Ausbildung eines Coils aufgewickelt. Das Coil wird zu einer Fabrik oder dergleichen transportiert, wo die Umformarbeit aufgebracht wird, um ein Stahlblech herzustellen. Beim Aufbringen der Umformung wird das Coil vorab abgewickelt, um eine Markierung durch visuelle Inspektion oder Verwendung eines einfachen Detektors zu detektieren. Wenn die Markierung detektiert wurde, wird der defekte Abschnitt inklusive des Defekts auf dem Metallband basierend auf dieser Information vermieden oder entfernt.
Beispielsweise dann, wenn eine Markierung aufgebracht wird, welche mit der Position des Defekts übereinstimmt, ist der Bereich des defekten Abschnitts derjenige Abschnitt, auf dem die Markierung aufgebracht wurde. Wenn die Markierung eine Information über die Art, den Grad oder dergleichen des Defekts beinhaltet, wird die Festlegung auf Basis der Art und des Grads des Defekts angegeben, welche während der Umformung ein Defekt wird. Der Begriff "der defekte Abschnitt inklusive des Defekts auf dem Metallband wird basierend auf den Informationen vermieden oder entfernt" bedeutet, dass der defekte Abschnitt aus der Entfernung herausgeschnitten wird oder die Zufuhr des Metallbands zur Bearbeitungsstufe so eingestellt wird, dass der defekte Abschnitt des Metallbands hindurch verlauft, wodurch die Zufuhr des Metallbands zur Bearbeitungsstufe so gesteuert wird, dass der defekte Abschnitt nicht bearbeitet wird.
Es wird ein Metallband mit einer Markierung auf einem Abschnitt offenbart, welche verglichen mit einem Abschnitt einer normalen Kombination von reflektierten Oberflächenlichtkomponenten unter zwei oder mehreren optischen Bedingungen, die sich voneinander unterscheiden, eine Abnormalität zeigt, wobei die Markierung eine Information anzeigt, die mit dem Defekt auf dessen Oberfläche in Verbindung steht.
Das Metallband wird mit einer Markierung an einem Ort angewendet, wo die oben beschriebenen optische Oberflächenanalyse eine Bewertung als nicht normal ergeben hat, oder bei der Position des Oberflächendefekts. Dementsprechend kann, wie dies oben bereits beschrieben wurde, eine nachfolgende Stufe oder der Anwender des Metallbands den Abschnitt mit dem abnormalen Teil entfernen oder verhindern, dass dieser in die Produkte eintritt.
Darüber hinaus kann die Markierung auf die Oberfläche im Zusammenhang mit dem Ergebnis der Oberflächeninspektion oder der Information über verschiedene Oberflächeneigenschaften basierend auf der üblichen Oberflächen-Defektinspektion im Hinblick auf die Defektgröße und -form oder die Reflektierungs-Eigenschaft des emittierten Lichts oder dergleichen aufgebracht werden. Der Begriff "abnormaler Teil", wie er im dritten Aspekt der Ausführungsform bezeichnet wird, bedeutet den Teil, bei dem sich dann, wenn das reflektierte Licht unter zwei oder mehreren optischen Bedingungen variiert wird, wie dies oben bereits beschrieben wurde, die Intensität oder das Verhältnis der Reflektionskomponente von der des normalen Teils unterscheidet.
Ein anderes Metallband wird offenbart, welches eine Markierung auf einem Abschnitt aufweist, welche eine abnormale Menge des Lichts für eine oder beide Komponenten als Spiegelreflektionskomponente auf der Oberfläche und als diffuse Spiegelreflektionskomponente auf einer Vielzahl von Mikrobereichs-Reflektionsoberflächen ergibt, wobei die Markierung Informationen im Zusammenhang hiermit angibt.
Das andere Metallband weist eine Markierung an einer Position auf, wo der Zustand der Spiegelreflektion oder der diffusen Spiegelreflektion auf der Oberfläche sich von der des normalen Abschnitts unterscheidet. Der Begriff "diffuses Spiegelreflektion" bedeutet die Ebene, auf der eine Vielzahl von Mikrobereichs-Spiegelreflektionsebenen, an denen die Normale einer speziellen Richtung gegenübersteht, verteilt sind. Ähnlich zu den oben beschriebenen Aspekten wird die Behandlung des abnormalen Teils mit Verwendung des Metallbands erleichtert.
Das Metallband kann eine Markierung aufweisen, die um die Informationen in Bezug auf die Metallbandoberfläche, die einen Abschnitt aufweist, der eine abnormale Menge an Licht für eine oder beide Komponenten der Spiegelreflektionskomponente auf der Oberfläche und einer diffusen Spiegelreflektionskomponente auf einer Vielzahl von Mikrobereichs-Reflektionsoberflächen aufweisen, die auf die Oberfläche aufgebracht ist, um Informationen bezüglich hierauf anzuzeigen.
Die Markierung kann auf die Form bezüglich des Ergebnisses der Oberflächeninspektion oder der Information über verschiedene Oberflächeneigenschaften basierend auf der üblichen Oberflächendefekt-Inspektion in Bezug auf die Defektgröße und -form oder die Reflektions-Eigenschaft des emittierten Lichts oder dergleichen aufgebracht werden. Der Begriff "abnormaler Teil", wie er im vierten Aspekt der Ausführungsform bezeichnet wird, bedeutet denjenigen Teil, der wie oben beschrieben einen Zustand der Spiegelreflektion oder der diffusen Spiegelreflektion auf der Oberfläche aufweist, der sich von dem normalen Teil unterscheidet, und dann, wenn ein reflektiertes Licht unter zwei oder mehreren Polarisations-Bedingungen separiert wird, die Intensität oder das Verhältnis der Reflektionskomponente sich von der des normalen Teils unterscheidet.
Mit den oben beschriebenen Aspekten in Bezug auf das Metallband wird die Markierung, die die Informationen über die abnormalen Teil der verschiedenen Oberflächendefekte inklusive einer Abnormalität in der diffusen Spiegelreflektion oder über die abnormalen Teile der Oberflächeneigenschaft anzeigt, auf die Oberfläche des Metallbands aufgebracht. Dementsprechend kann eine nachfolgende Stufe oder der Anwender die Art und den Grad des Oberflächendefekts erkennen und ist somit in der Lage, auf die verschiedenen Anwendungen und Ziele zu reagieren.
Darüber hinaus kann durch Aufbringen der Markierung auf der Oberfläche des Metallbands das Metallband ohne Wegschneiden des Oberflächendefektabschnitts und anderer Defektabschnitte aufgewickelt werden, was verhindert, dass die Anzahl der Coils durch Zerteilen der Coils sich erhöht. Da die Anzahl der Coils nicht erhöht wird, erhöht die Handhabung der Coils nicht die Aufwickelarbeit. Zusätzlich wird während des Transfers, des Wiederabwickelns und der Bearbeitung der Coils die Handhabungsarbeit reduziert, da die Anzahl von Coils nicht erhöht wird.
Eine Defektinspektionsvorrichtung für ein Metallband gemäß Anspruch 1 wird offenbart. Die Oberflächeninspektionsvorrichtung mit dem Lichtaufnahmeteil und dem Signalbearbeitungsabschnitt ist mit einer üblichen Oberflächeninspektionsvorrichtung kombiniert, die eine Abnormalität der Oberflächeneigenschaft wie etwa einen Defekt und einen Flecken durch Detektion der Größe und Form des Defekts oder des Fleckens, oder ein Reflektieren des emittierten Lichts oder dergleichen inspiziert und somit die Art und den Grad der abnormalen Abschnitte wie etwa einen Oberflächendefekt klassifiziert. Durch diese Prozedur wird eine vollständige Bewertung der verschiedenen Arten von Abnormalitäten in den Oberflächeneigenschaften wie eine abnormale diffuse Spiegelreflektion, angegeben, so dass die Markierung der Information über diese Abnormalitäten erhältlich ist.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine Oberflächendefekt-Detektionsvorrichtung 141 identifiziert ein Licht, das von dem Metallband 104 unter zwei oder mehreren optischen Bedingungen, die sich voneinander unterscheiden reflektiert wurde. Ein Signalbearbeitungsabschnitt 130 bewertet das Vorliegen/die Abwesenheit eines Oberflächendefekts auf der Inspektionsebene basierend auf der Kombination dieser Reflektionskomponenten.
Ein Nachverfolgungsmittel 143 berechnet die Zeit, bei der die Position des Oberflächendefekts bei einem Markierungsmittel ankommt. Das bedeutet, dass ein Blechlängen-Berechnungsmittel 147 die Position des Oberflächendefekts in die Blechlänge auf Basis der Drehgeschwindigkeit überträgt, die durch einen Drehmesser 146 bestimmt wird, der an einer Transferwalze 145 angebracht ist, und die abgedeckte Blechlänge in die Zeit überträgt, die zum Erreichen des Markierungsmittels 144 erforderlich ist. Wenn die so bestimmte Zeit eintritt, erzeugt das Nachverfolgungsmittel 143 ein Befehlssignal zur Markierung an das Markierungsmittel 144. Nach Empfang des Befehls bringt das Markierungsmittel 144 die Markierung auf der Oberfläche des Metallbands auf, um die Position durch Drucken, Bohren oder dergleichen anzuzeigen.
2 zeigt ein Beispiel des Metallbands mir Markierung.
Gemäß dem Beispiel stimmt die Position der Markierung 149 mit der Position des Oberflächendefekts 111 in Längsrichtung überein und behält eine festliegende Position von einer Kante in Breitenrichtung bei. Dementsprechend kann zum Aufbringen in einer Pressenlinie die Markierung 149 an einer feststehenden Position von einer Kante unabhängig von der Position des Oberflächendefekts 111 detektiert werden und es ist möglich, eine Behandlung sowie etwa einen Rückzug eines bestimmten Bereichs inklusive des Oberflächendefekts 111 auszuführen, wodurch die Herstellung defekter Produkte verhindert wird.
3 und 4 zeigen ein Beispiel der Oberflächendefekt-Detektionsvorrichtung 141. Als linear diffuse Lichtquelle 122 wird eine transparente Licht leitende Stange verwendet, die mit einer diffusen Reflektionsfarbe auf einem Teil hiervon versehen ist. Ein von einer Halogen-Metall-Lichtquelle emittiertes Licht tritt an beiden Enden der transparenten Licht leitenden Stange ein. Das von der Licht leitenden Stange heraustretende Licht einer Lichtquelle 122 im diffusen Modus verläuft durch eine zylindrische Linse 125 sowie einen Bogenpolarisator 126 mit einer 45°-Polarisation, wird dann in einer Linie mit 60°-Eintrittswinkel überführt, um oberhalb der gesamten Breite eine Stahlblechs 121 einzutreten. Ein reflektiertes Licht 127 wird des Weiteren mittels eines Spiegels 128 reflektiert, der in einer regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech platziert ist und tritt in Kameraeinheiten 129a bis d ein, die den Lichtaufnahmeteil ausbilden.
Diese Kameraeinheiten 129a bis d sind in Bogenbreitenrichtung angeordnet, wie dies in 5 gezeigt ist. Mit derartig positionierten Spiegeln 128 kann die Vorrichtung kompakt gestaltet werden. Wenn der Spiegel 128 in gleicher Distanz von dem Stahlblech 121 positioniert ist, ergibt der Spiegel 128 eine Region, die außerhalb des Sichtfelds sämtlicher Kameras liegt, wie dies in 5 gezeigt ist, so dass der Spiegel mit unterteilten Segmenten aufgebaut sein kann. Der unterteilte Spiegelaufbau verringert die Herstellungskosten.
Jede der Kameraeinheiten 129a bis d im Lichtaufnahmeteil umfasst drei Kameras 132a bis c mit linearer Anordnung, welche jeweilige Analysatoren 133a bis c mit jeweiligen Analysewinkeln von –45°, 45° und 90° an der Vorderseite jeder Linse aufweisen, während die Lichtachsen parallel zueinander stehen. Die Verschiebung des Sichtfelds dieser drei Kameras wird durch eine Signalbearbeitungssektion 130 kompensiert. Mit den parallel zueinander gehaltenen Lichtachsen stimmen die jeweiligen individuellen Pixel der drei Kameras 132a bis c einer zur anderen innerhalb des gleichen Sichtfelds miteinander überein. Verglichen mit der Teilung eines einzelnen reflektierten Lichts unter Verwendung eines Strahlsplitters verhindert das Verfahren den Verlust an Lichtmenge und eine effiziente Messung ist erhältlich.
Der Lichtaufnahmebereich A der jeweiligen Lichtaufnahmekameras 132a bis c in jeder der Kameraeinheiten 129a bis 129d überlappt in Teilen mit dem Lichtaufnahmebereich A der korrespondierenden Lichtaufnahmekameras 132a bis c in jeder anderen benachbarten Kameraeinheit 129a bis d, wie dies in 5 gezeigt ist. In anderen Worten wird das von einer beliebigen Position in Breitenrichtung auf dem Stahlblech 121 reflektierte Licht durch zumindest eine der drei Arten von Lichtaufnahmekameras 132a bis c in jeder der Kameraeinheiten 129a bis d aufgenommen.
Anstelle einer Kamera mit linearer Anordnung kann der Lichtaufnahmeteil eine zweidimensionale CCD-Kamera verwenden. Zusätzlich kann der Licht emittierende Teil eine fluoreszierende Lampe als linear diffuse Lichtquelle 122 verwenden. Darüber hinaus kann eine Faserlichtquelle durch Anordnen eines Licht emittierenden Endes sowie eines Bündels von Fasern in einer Reihe angewendet werden. Das bedeutet, da das von einer der Fasern emittierte Licht einen ausreichend breiten Winkel in Reaktion auf die Faser N/A aufweist, die mit der in Fasern angeordneten Lichtquelle im Wesentlichen als diffuse Lichtquelle agiert.
Die Details der Anordnung der Vielzahl von Kameras werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Die Vielzahl von Kameraeinheiten 129a bis d ist unter einem festgelegten Abstand dazwischen angeordnet. Jede der Kameraeinheiten 129a bis d umfasst drei Kameras 132a bis c, welche Licht unter verschiedenen Bedingungen (Polarisation von –45°, 45° bzw. 90° aufnimmt. Diese Kameras sind parallel zueinander mit einem feststehenden Abstand zueinander angeordnet. Dementsprechend verschiebt sich das Sichtfeld jeder Kamera durch das Maß der Kameradistanz.
Die aufeinanderfolgende Reihenfolge der Kameraanordnungen in jeder Kameraeinheit ist die gleiche. Beispielsweise ist diese 45°, 90° und –45° von links nach rechts von der Vorderseite aus gesehen. Der Messbereich (effektiver Bereich) wird beispielsweise als Bereich definiert, der unter drei Arten von optischen Bedingungen betrachtet wird. Zusätzlich wird ein Bereich, bei dem die Überwachung nur unter einer der Bedingungen oder unter nur zwei Bedingungen ermöglicht wird (Bereich an beiden Endabschnitten) als ineffektiv angesehen und nicht verwendet. Der Kameraabstand und der Abstand der Einheiten wird als Wert festgelegt, der eine maximale Breite des Messbereichs am eintretenden Stahlblech (effektiver Bereich) ermöglicht.
Die drei Kameras in jeder Einheit werden nicht so eingestellt, dass sie das gleiche Sichtfeld bereitstellen. Nachdem jede Kamera den Defekt-Kandidatbereich festgelegt hat, wird jede Kamera in Bezug auf jeden Defekt-Kandidatbereich eingestellt. Wie bereits oben beschrieben können, da das Sichtfeld jeder Kamera zueinander unterschiedlich ist, in einigen Fällen nicht sämtliche drei Kameras ein Sichtfeld für einen bestimmten Defekt-Kandidatbereich aufweisen (oder drei optische Bedingungen können nicht erfüllt werden). In diesem Fällen werden die drei optischen Bedingungen unter Verwendung der Ergebnisse der Kameras benachbarter Einheit erfüllt. Das Konzept ist nicht nur zur Aufnahme von Licht dreier polarisierter Lichter anwendbar, sondern ebenso zur Überwachung unter zwei beliebigen oder mehreren Bedingungen durch Unterteilen der Gesamtbreite des Inspektionskörpers in eine Vielzahl von Sichtfeldern.
Im Anschluss wird die Vielzahl von Lichtaufnahmeteilen und Signalbearbeitungsabschnitten als Defekt-Inspektionsmittel bezeichnet. Dann wird die Oberflächendefekt-Markierungsvorrichtung, die in 1 gezeigt wird, in 7 wiedergegeben. Das Defekt-Inspektionsmittel 140 weist die Lichtaufnahmeteile 132a bis c auf (korrespondierend mit den Kameras in 5 und 6) und den Signalbearbeitungsabschnitt 130. Der Signalbearbeitungsabschnitt 130 führt eine Signalbearbeitung aus, um die oben beschriebene diffuse Spiegelreflektionskomponente basierend auf der Intensität des reflektierten Lichts, das unter verschiedenen optischen Bedingungen identifiziert wurde, zu detektieren, wodurch eine Bewertung des Vorliegens/der Abwesenheit eines abnormalen Teils sich ergibt. Danach wird ähnlich wie in 1 die Position des Oberflächendefekts unter Verwendung des Nachverfolgungsmittels 143 und des Blechlängen-Berechnungsmittels 147 berechnet und gibt unter Verwendung des Markierungsmittels 144 eine Markierung auf die Position des abnormalen Teils auf.
In Bezug auf den Signalbearbeitungsabschnitt zeigt 8 ein Beispiel eines Blockdiagramms. Die Lichtintensitäts-Signale a bis c, die aus den jeweiligen Lichtaufnahmekameras 132a bis c herrühren, treten in jeweiligen Durchschnittswert-Dezimierungsteile 134a bis c ein, wodurch der Durchschnittswert berechnet wird. Danach wird basierend auf den Pulssignalen, die zusammen mit der Bewegung über eine bestimmte Distanz in Längsrichtung des Inspektionskörpers eingegeben wurden, das Signal für eine einzelne Linie in Breitenrichtung erzeugt. Durch die Dezimierungsbehandlung wird die Auflösung in Längsrichtung bei einem feststehenden Wert beibehalten. Zusätzlich kann dann, wenn die Frequenz der Berechnung des Durchschnittswerts so eingestellt wird, dass die Bewegungsdistanz in Längsrichtung des Inspektionskörpers nicht außerhalb des Sichtfelds der Lichtaufnahmekameras 132a bis c liegt, ein Übersehen vermieden werden.
Dann kompensieren die Vorbehandlungs-Abschnitte 135a bis c die irreguläre Helligkeit in Bezug auf die Signale. Die hierin bezeichnete irreguläre Helligkeit beinhaltet die Helligkeit, die vom optischen System bewirkt wird und die eine Reflektions-Eigenschaft des Inspektionsblechs bewirkt. Die Vorbehandlungs-Abschnitte 135a bis c detektieren die Kantenposition des Stahlbands und wenden eine Behandlung an, um nicht plötzliche Veränderungen im Signal am Kantenteil als Defekt falsch zu interpretieren.
Die in der Vorbehandlung vervollständigten Signale treten in binäre Berechnungsabschnitte 136a bis c ein, wo die Defekt-Kandidatpunkte durch Vergleichen mit einem vorab festgelegten Grenzwert identifiziert werden. Die identifizierten Defekt-Kandidatpunkte treten in charakteristische Mengenberechnungsabschnitte 137a bis c ein, wo die Signalbearbeitung für die Defektbewertung ausgeführt wird. In dem Fall, dass die Defekt-Kandidatpunkte in einem aufeinanderfolgenden Modus vorliegen, berechnen die charakteristischen Mengen-Berechnungsabschnitte 137a bis c die Position und die charakteristische Menge von beispielsweise der Startadresse und der Endadresse und des Weiteren die charakteristische Konzentrationsmenge wie etwa den Peakwert.
Die charakteristischen berechneten Mengen treten in einen Spiegeldefekt-Bewertungsteil 138a oder einen diffusen Spiegeldefekt-Bewertungsteil 138b abhängig von den optischen Bedingungen (mit einem Analysewinkel β) der ursprünglichen Signal a bis c ein. Die Ausgabe des charakteristischen Mengen-Berechnungsabschnitts 137a kommt von der optischen Bedingung des ursprünglichen Signals a als –45°-Analysewinkel (β = –45°).
In diesem Fall tritt die charakteristische Menge in den Spiegeldefekt-Bewertungsteil 138a ein, um den Unterschied in der reflektierten Lichtmenge zuwischen dem Muttermaterial und dem gekrätzten Abschnitt basierend auf der Spiegelreflektionskomponente zu detektieren, wie dies oben beschrieben wurde.
Auf der anderen Seite kommt die Ausgabe der charakteristischen Mengen-Berechnungsabschnitte 137b und c von dem optischen Bedingungen der ursprünglichen Signale b und c als 45° und 90° Analysewinkel (β = 45° und 90°), was einen Unterschied nur auf der diffusen Spiegelreflektionskomponente ergibt. Somit tritt die charakteristische Menge in den diffusen Spiegeldefekt-Bewertungsteil 138b ein, um eine Defektbewertung für die diffuse Spiegelreflektionskomponente zu ergeben.
Schließlich ergibt ein Gesamtdefekt-Bewertungsabschnitt 139 eine Bewertung über die Art und Grad des Defekts auf der Inspektionsebene des metallischen Bands basierend auf der Ausgabe des Spiegeldefekt-Bewertungsabschnitts 138a und des diffusen Spiegeldefekt-Bewertungsabschnitts 138b. Zu diesem Zeitpunkt ist es in Bezug auf die Überlappung des Sichtfelds zwischen den Kameras 132a bis d und zwischen den Kameraeinheiten 129a bis d (6) vorteilhaft, dass das Ergebnis der Defektbewertung basierend auf den von den Kameras benachbarter Kameraeinheiten herrührenden Signale bei Bedarf verwendet wird.
9 zeigt ein Beispiel der Kombination der Oberflächendefekt-Inspektionsmittel, die eine Defektbewertung durch Detektion einer Abnormalität in der diffusen Spiegelreflektionskomponente ergibt, und ein Oberflächendefekt-Inspektionsmittel, das ein anderes Verfahren anwendet. Das Oberflächendefekt-Inspektionsmittel 140a ist das Gleiche wie das in 7 gezeigte. Das bedeutet, dass eine Vielzahl von Lichtaufnahmeteilen 132a bis c das reflektierte Licht unter verschiedenen optischen Bedingungen identifizieren und dass der Signalbearbeitungsabschnitt 130 die Abnormalität in der diffusen Spiegelreflektionskomponente detektiert, um eine Defektbewertung zu ergeben.
Das Oberflächendefekt-Inspektionsmittel eines anderen Verfahrens 140b kann ein übliches Oberflächendefekt-Inspektionsmittel wie etwa eine Vorrichtung mit dem Verfahren anwenden, das eine Bewertung durch Detektion der Oberflächendefekte basierend auf der Größe und Form des Defekts ergibt, oder eine Vorrichtung mit einem Verfahren zur Detektion der Oberflächenkontamination und -adhäsion basierend auf der Reflektion des emittierten Lichts oder anderer Variablen. Das Oberflächeninspektionsmittel 140b klassifiziert den üblichen Oberflächendefekt und die Abnormalität im Hinblick auf deren Art und Grad. Das Markierungsinformations-Vorbereitungsmittel 142 führt eine vollständige Klassifikation und Einordnung der verschiedenen Arten von Oberflächendefekten und Abnormalitäten in der Oberflächeneigenschaft aus, inklusive einer Abnormalität in der diffusen Spiegelreflektion, wodurch die Information für die Markierung vorbereitet wird.
Danach berechnen das Nachverfolgungsmittel 143 und das Blechlängen-Berechnungsmittel 147 die Position des Oberflächendefekts ähnlich wie in der Prozedur aus 1. Das Markierungsmittel 144 bringt eine Markierung auf die Position der Abnormalität basierend auf der Markierungsinformation auf. Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise eine Information in Bezug auf die Art und den Grad des Oberflächendefekts angegeben. Die Information gibt vorzugsweise eine detektierbare Form vor, die ein Markierungsmuster, eine Form, eine Bandbreite oder dergleichen ausdrücken. Wenn Barcodes oder OCR (optische Eigenschaftsleser) aufgebracht werden, können weitere detaillierte Informationen markiert werden.
Wie oben bereits beschrieben, wird durch Aufbringen einer Markierung auf der Oberfläche des Metallbands ein Anstieg der Anzahl von Coils verhindert, so dass die Arbeitseffizienz sich während der Handhabung der Coils inklusive des Transports und des Wiederaufhaspelns verbessert. Darüber hinaus kann während der Bearbeitung des Metallbands das Metallband kontinuierlich ohne Stoppen am Defektabschnitt befördert werden, so dass eine effiziente Arbeit erwartet werden kann.

Die 10 und 11 zeigen die beobachteten Ergebnisse an den legierten galvanisierten Stahlblechen in Übereinstimmung mit der Ausführungsform aus 3. 10 stimmt mit der oben beschriebenen 17(b) überein und 11 stimmt mit 17(c) überein. Die gemessenen Defekte sind diejenigen, in denen die Bereichsrate im getemperten Teil größer im gekrätzten Teil als im Muttermaterial sind und die Diffusionseigenschaften im nicht getemperten Teil sind dazwischen die gleichen (17(b)), und diejenigen, in denen die Bereichsrate im getemperten Teil keinen Unterschied zwischen diesen ergibt, und die Diffusions-Eigenschaften sich unterscheiden (17(c)). In Bezug auf den Defekt mit der Art aus 11 liegen generell Winkel vor, die nicht in der diffusen Reflektionsrichtung detektiert werden können. Die Messung zweier Arten von Defektarten, die jeweils unterschiedliche Winkel zueinander aufweisen, wurde ausgeführt. Zum Vergleich zeigt die Figur ebenso das Ergebnis einer Überwachung mit nicht polarisiertem Licht, welche die konventionelle Technologie wiedergeben, bei Eintreten im Licht mit 60° Einfallswinkel und der Messung des Lichts von der regulären Reflektionsrichtung (60°) und von einem Lichtaufnahmewinkel (–40°), der um 20° vom Einfallswinkel versetzt ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1

Reflektions-Eigenschaften am Muttermaterial und am gekrätzten Teil	Nicht detektierbarer Winkel des Aufnahmelichts	Lichtaufnahmewinkel in Übereinstimmung mit der konventionellen Technologie		Analysewinkel in den Ausführungsformen
	Nicht detektierbarer Winkel des Aufnahmelichts	60	–40	–45	45	90
Übereinstimmend mit Fig. 17(b)	–18 bis 20°	O	X	O	X	Δ
Übereinstimmend Mit Fig. 17(c)	10 bis 30, 55 bis 85°	X	O	X	Δ	O
Übereinstimmend Mit Fig. 17(c)	–50 bis –30, 55 bis 85°	X	X	X	O	O

In Tabelle 1 kennzeichnet das Symbol O detekierbare (großer S/N-Wert) und das Symbol Δ undetektierbare (kleiner S/N-Wert).
Obwohl der Stand der Technik eine logische Summe zur Aufnahme von Licht an zwei Lichtaufnahmewinkeln und zur Entfernung von Rauschen anwendet, können diese Defekte nicht zur gleichen Zeit an zwei Lichtaufnahmewinkeln detektiert werden. Insbesondere gibt es Defekte, die unter keinem Lichtaufnahmewinkel detektiert werden können.
Im Gegensatz hierzu wird gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Identifikation der reflektierten Lichtkomponenten, die mit den drei unterschiedlichen Lichtaufnahmewinkeln übereinstimmen, unter Verwendung eines Analysators in der regulären Reflektionsrichtung ausgeführt. Dementsprechend kann eine der Kameras mit linearer Anordnung Defekte detektieren. Darüber hinaus ist es leicht, den optimalen Analysewinkel einzustellen, der mit den Reflektionseigenschaften des Defekts, die für die Detektion notwendig sind, übereinstimmt.
Basierend auf der Erkenntnis, dass die Reflektion auf der Oberfläche des Stahlblechs die Spiegelreflektionskomponente umfasst, wie dies oben bereits beschrieben wurde, passt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Identifizierung und zur Erfassung jeder Komponente an, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Verwendung einer linear diffusen Lichtquelle; Eintritt eines polarisierten Lichts mit sowohl einem p-polarisierten Licht als auch einem s-polarisierten Licht in die Inspektionsebene; adäquates Einstellen des Analysewinkels auf die reguläre Reflektionsrichtung zum Stahlblech; somit Identifizierung der Komponente, die mehr Spiegelreflektionskomponente enthält, und der Komponente, die mehr diffuse Spiegelreflektionskomponente enthält.
Durch das Verfahren kann ein bisher nicht beobachtbarer Defekt von der Spiegelreflektionskomponente detektiert werden und musterähnliche Krätzen, die keine signifikante Oberflächen- Ungleichmäßigkeit aufweisen, die im Stand der Technik bisher nicht detektiert werden konnten, können ausnahmslos detektiert werden. Zusätzlich wurde, da beide Komponenten auf der gleichen Lichtachse in der regulären Reflektionsrichtung zum Stahlblech erfasst werden, die Messung, die frei von Einflüssen der Variationen der Stahlblech-Distanz und von Variationen von deren Geschwindigkeit sind, realisiert werden. Durch Einstellen des Analysewinkels wurde die Auswahl der Identifizierung der diffusen Spiegelreflektionskomponente unter einem beliebigen Winkel erhältlich.
Aus Qualitätssicherungs-Überlegungen heraus ist diese Art von Oberflächeninspektionsvorrichtung absolut erforderlich, um keine nicht detektierten Defekte zu hinterlassen. Die vorliegende Erfindung aktualisiert erstmals die Oberflächendefekt-Markierungsvorrichtung unter Verwendung einer Oberflächendefekt-Inspektionsvorrichtung, die in weiten Bereichen inklusive oberflächenbehandelter Stahlbleche ohne Auswahl in der Detektion von Defekten anwendbar ist, und auf die Herstellung von Metallbändern mit Markierungen. Als Ergebnis hiervon wird die Oberflächendefekt-Inspektion, die bisher visuell erfolgte automatisiert, und ein einfaches Mittel kann die Informationen für nachfolgende Schritte und für den Anwender bereitstellen. Somit ist der Anwendungseffekt der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung signifikant.

Claims

Defekt-Inspektionsvorrichtung (141), umfassend: eine erste Lichtaufnahmevorrichtung, die eine spiegelnde Reflektionskomponente in einem regelmäßigen Reflektionslicht über einen ersten Polarisator identifiziert, wobei der erste Polarisator der spiegelnden Reflektionskomponente ermöglicht, stärker als eine diffuse spiegelnde Reflektionskomponente durchzutreten, wobei das regelmäßige Reflektionslicht eine regelmäßige Reflektionsrichtung aufweist und von einer Inspektionsebene eines Metallbands kommt und die spiegelnde Reflektionskomponente und die diffuse spiegelnde Reflektionskomponente aufweist; eine zweite Lichtaufnahmevorrichtung, die eine diffuse spiegelnde Reflektionskomponente in dem regelmäßigen Reflektionslicht über einen zweiten Polarisator identifiziert, wobei der zweite Polarisator der diffusen spiegelnden Reflektionskomponente ermöglicht, stärker als die spiegelnde Reflektionskomponente hindurchzutreten; und eine Signalbearbeitungsvorrichtung (130), die die Anwesenheit/die Abwesenheit eines Oberflächendefekts auf der Inspektionsebene basierend auf der in der ersten Lichtaufnahmevorrichtung identifizierten spiegelnden Reflektionskomponente und der in der zweiten Lichtaufnahmevorrichtung identifizierten diffusen spiegelnden Reflektionskomponente bewertet, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Lichtaufnahmevorrichtungen so angeordnet sind, dass sie eine Überwachung entlang einer gemeinsamen Lichtachse in der regelmäßigen Reflektionsrichtung ausführen.
Defekt-Markierungsvorrichtung, umfassend: Defekt-Inspektionselemente, die eine Defekt-Inspektionsvorrichtung (141) gemäß Anspruch 1 umfasst; und Markierungselemente (144), die so angeordnet sind, dass sie eine Markierung aufbringen, die eine Information in Bezug auf den Defekt (111) auf der Oberfläche des Metallbands (104) anzeigen.
Verfahren zur Herstellung eines Metallbands (104), mit Defekt-Markierung, umfassend die folgenden Schritte: (a) einen ersten Identifikationsschritt der Identifizierung einer spiegelnden Reflektionskomponente in einem regelmäßigen Reflektionslicht über einen ersten Polarisator, wobei der erste Polarisator die stärkere Penetration der spiegelnden Reflektionskomponente als eine diffuse spiegelnde Reflektionskomponente ermöglicht, wobei das regelmäßige Reflektionslicht eine regelmäßige Reflektionsrichtung aufweist und von einer Inspektionsebene eines Metallbands kommt und die spiegelnde Reflektionskomponente sowie die diffus spiegelnde Reflektionskomponente aufweist; (b) einen zweiten Identifizierungsschritt der Identifikation einer diffus spiegelnden Reflektionskomponente in dem spiegelnden Reflektionslicht über einen zweiten Polarisator, wobei der zweite Polarisator eine stärkere Penetration der diffus spiegelnden Reflektionskomponente als der regelmäßigen Reflektionskomponente ermöglicht, wobei die Überwachung in den ersten und zweiten Identifizierungsschritten entlang einer gemeinsamen Lichtachse in der spiegelnden Reflektionsrichtung ausgeführt wird; (c) die Bewertung der Anwesenheit/der Abwesenheit eines Oberflächendefekts auf der Inspektionsebene basierend auf der in der ersten Lichtaufnahmevorrichtung identifizierten spiegelnden Reflektionskomponente und der in der zweiten Lichtaufnahmevorrichtung identifizierten diffus spiegelnden Reflektionskomponente; und (d) die Markierung einer Information in Bezug auf den Defekt auf der Oberfläche des Metallbands basierend auf dem Bewertungsergebnis.
Verfahren zum Bearbeiten eines Metallbands gemäß Anspruch 3, des Weiteren umfassend die folgenden Schritte: (e) das Aufwickeln des markierten Metallbands zur Herstellung eines Koils; (f) das Wiederabwickeln des Koils zur Detektion der Markierung und zur Bestimmung eines speziellen Bereichs des Metallbands basierend auf der durch die Markierung angegebene Information; und das Anwenden einer speziellen Bearbeitung auf einen Restabschnitt des Metallbands nach der Vermeidung oder Entfernung des spezifizierten Bereichs.