JP2000065756A

JP2000065756A - 表面検査装置

Info

Publication number: JP2000065756A
Application number: JP10238739A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matoba; 有治的場; Tsutomu Kawamura; 努河村; Hiroyuki Sugiura; 寛幸杉浦; Mitsuaki Uesugi; 満昭上杉; Seiji Yoshikawa; 省二吉川; Masakazu Inomata; 雅一猪股; Yoshiro Yamada; 善郎山田; Takahiko Oshige; 貴彦大重; Hajime Tanaka; 一田中
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP3826578B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被検査面における表面の割れや捩れやめくれ上
がりのような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥を
確実に検出して、高精度に欠陥を検出する。【解決手段】信号処理部３１は０度，４５度，−４５度
になるように配置されたリニアアレイカメラ２３からの
出力画像信号をシェーディング補正して正常部が全階長
の中心濃度になるように正規化して平坦化し、正常部に
対する相対的な変化を示す画像信号に変換する。この正
常部に対する相対的な変化を示す３種類の光強度信号の
分布の変化極性と変化量とをそれぞれあらかじめ定めた
パターンと比較して偏光の変化を検出する。この３種類
の光強度信号の正常部に対する変化極性と変化量の大小
から表面の物性が母材と異なる疵の疵種を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄鋼板表面
等の非検査面に光を照射して被検査面の表面疵を光学的
に検出する表面疵検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄鋼板表面等の被検査面に光を照射して
この被検査面からの反射光を解析することによって、被
検査面に存在する表面疵を光学的に検出する表面疵検査
は従来からの種々の手法が提唱され実施されている。

【０００３】例えば、被検体表面に対して光を入射し、
被検体表面からの正反射光及び拡散反射光をカメラで検
出する金属物体の表面探傷方法が特開昭５８−２０４３
５３号公報に提案されている。この表面探傷方法におい
ては、被検体表面に対し３５度〜７５度の角度で光を入
射し、被検体表面からの反射光を、正反射方向と入射方
向又は正反射方向から２０度以内の角度方向に設置した
２台のカメラで受光する。この２台のカメラの受光信号
を比較し、例えば両者の論理和を取る。そして、２台の
カメラが同時に異常値を検出した場合のみ該当異常値を
傷とみなすことにより、ノイズに影響されない表面探傷
方法を実現している。

【０００４】また、被検体からの後方散乱光を受光する
ことによる被検体表面の疵検査方法が特開昭６０−２２
８９４３号公報に提案されている。この疵検査方法にお
いては、ステンレス鋼板に対して大きな入射角で光を入
射し、入射側へ戻る反射光すなわち後方散乱光を検出す
ることにより、ステンレス鋼板表面のヘゲ疵を検出して
いる。

【０００５】さらに、複数の後方散乱反射光を検出する
ことによる平鋼熱間探傷装置が特開平８−１７８８６７
号公報に提案されている。この平鋼熱間探傷装置は熱間
圧延された平鋼上の掻疵を検出する。この探傷装置にお
いては、掻疵の疵斜面角度は１０度〜４０度であり、こ
の範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるよう
に後方拡散反射方向に複数台のカメラが配設されてい
る。

【０００６】また、偏光を利用した表面の測定装置が特
開昭５７−１６６５３３号公報及び特開平９−１６６５
５２号公報に提案されている。特開昭５７−１６６５３
３号公報に提案された測定装置においては、測定対象に
４５度方向の偏向を入射し偏光カメラで反射光を受光し
ている。偏光カメラにおいては、反射光をカメラ内部の
ビームスプリッタを用いて３つに分岐し、それぞれ異な
る方位角の偏光フィルタを通して受光する。そして、偏
光カメラから３本の信号をカラーＴＶシステムと同様の
信号処理によりモニタに表示し、偏光状態を可視化する
技術が開示している。この技術はエリプソメトリの技術
を利用しており、光源は平行光であることが望ましく、
例えばレーザ光が用いられている。

【０００７】また、特開平９−１６６５５２号公報に提
案された表面検査装置においては、特開昭５７−１６６
５３３号公報に記載の技術と同様に、エリプソメトリを
利用して鋼板表面の疵を検査している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各公開公報に提案された各測定技術は、いずれも顕著
な凹凸性を持つ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存
在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著
な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥等に対しては全ての
疵を確実に捕捉することが困難であった。

【０００９】例えば、特開昭５８−２０４３５３号公報
に記載の探傷方法においては、正反射光と散乱反射光を
受光する２台のカメラを有しているが、その目的は２つ
のカメラにおける検出信号の論理和によるノイズの影響
除去である。したがって、顕著な凹凸性を有する疵、す
なわち表面に割れや抉れやめくれ上がりを生じているよ
うな疵に対しては両方のカメラで疵の信号が捉えられる
ので適用可能である。しかし、いずれか一方のカメラで
しか疵の信号を捕らえられないような顕著な凹凸性を持
たない模様状ヘゲ欠陥のような疵の場合は、その疵を全
て検出することはできない。

【００１０】また、特開昭６０−２２８９４３号公報の
表面状態検査方法は、表面粗さの小さいステンレス鋼板
状に顕在化した持ち上がったヘゲ疵を対象としている。
したがって、顕在化していない持ち上がった部分のない
疵や、疵の存在しない部分も入射側へ戻る光を反射する
ような表面の粗い鋼板に適用することはできない。

【００１１】特開平８−１７８８６７号公報の平鋼熱間
探傷装置は、掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反
射光を捉えることに基づいているため、顕著な凹凸性を
持たない模様状ヘゲのような疵の場合には後方散乱反射
光では捉えられないものも存在し、検出もれを生ずる問
題点があった。また、一度カメラを設置し、どの角度の
反射成分を受光するかが決定されると、容易にカメラ位
置を変更できない問題もあった。

【００１２】さらに、特開昭５７−１６６５３３号公報
の測定装置や特開平９−１６６５５２号公報の表面検査
装置は、エリプソメトリの技術を用いており、薄い透明
な層の厚さ及び屈折率や物性値のむらを検出することは
できる。しかしながら、例えば表面処理鋼板のように、
もともと疵部が母材部と異なる物性値を有していたとし
ても、その上から同一の物性値を有するものに覆われた
ような対象に対しては、有効性が低下してしまう問題が
あった。

【００１３】また、エリプソメトリでは同一点からの反
射光を各ＣＣＤの対応する画素で受光し、画素毎にエリ
プソパラメータを計算する必要がある。そのため特開昭
５７−１６６５３３号公報においては反射光をビームス
プリッタにより３分岐して３つのＣＣＤにより検出して
おり、光量が低下したり、ＣＣＤ間の画素合わせが困難
であるという問題があった。

【００１４】また、特開平７−２８６３３号公報では、
３台のカメラを鋼板進行方向に並べたり、縦または横に
並べたり、３台のカメラの傾きを変えたりして、同一領
域を見るようにしている。しかし、鋼板の速度が変化し
たときの処理が複雑である問題があった。また、各カメ
ラの角度が異なるため光学条件が同一にならない。その
ため、画素合わせが困難である問題があった。

【００１５】さらに、特開昭５８−２０４３５３号公報
や特開平８−１７８８６７号公報では複数台のカメラの
光軸が共通ではなく出射角が異なるため、得られる２つ
の画像の対応する画素の視野サイズが異なるほか、被検
査面のバタツキや対象の厚さ変動による距離変化がある
と視野に位置ずれを生じるという問題があった。特に特
開昭５８−２０４３５３号公報では２つのカメラで同じ
視野に対する論理和をとることが要求されるため問題は
大きかった。

【００１６】製品の品質検査ラインに組み込まれる表面
検査装置においては、製造製品に対する品質保証の観点
から、疵の検出もれがないことが絶対条件である。しか
しながら、表面処理鋼板等まで検査対象とした表面疵検
査装置は実用化されていなかった。

【００１７】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、被検査面からの反射光に含まれる鏡面
反射成分と鏡面拡散反射成分とを区別して検出すること
によって被検査面における表面の割れや捩れやめくれ上
がりのような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥を
確実に検出でき、高い欠陥検出精度を発揮でき、製品の
品質検査ラインにも十分組み込むことができる表面検査
装置を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る表面検査
装置は、投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部
は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向
の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系を有
し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号に変
換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光強度
分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ定め
た基準値となるように規格化し、光強度変化量から疵を
抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の変化
極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあらかじ
め定めたパターンと比較し疵種を判定し、各受光光学系
から出力された光強度分布のうち疵部において閾値を上
回る光強度変化量の積分値の最大値を演算し、演算した
値により疵の等級を判定することを特徴とする。

【００１９】第２の発明に係る表面検査装置は、投光部
と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏
光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の
偏光を受光する複数の受光光学系を有し、被検査面で反
射した反射光を検出して画像信号に変換し、信号処理部
は各受光光学系から出力された光強度分布を被検査面の
地肌正常部の光強度があらかじめ定めた基準値となるよ
うに規格化し、光強度変化量から疵を抽出し、疵領域に
おける規格化した複数の光強度の変化極性と閾値を上回
る光強度変化量の積分値とをあらかじめ定めたパターン
と比較し疵種を判定し、各受光光学系から出力された光
強度分布のうち各画素の絶対値の最大値と閾値を上回る
光強度変化量の積分値の最大値を演算し、演算した値に
より疵の等級を判定することを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】まず、本発明の表面疵検査装置が
検査対象とする鋼板表面の光学的反射の形態を鋼板表面
のミクロな凹凸形状と関連づけて説明する。例えば、検
査対象が合金化亜鉛メッキ鋼板の場合においては、図１
（ａ）に示すように、下地の冷延鋼板は溶融亜鉛メッキ
されたのち合金化炉を通過する。この間に下地鋼板１の
鉄元素がメッキ層２の亜鉛中に拡散し、通常、図１
（ｃ）に示すように合金の柱状結晶３を形成する。この
メッキされた鋼板４は次にロール５ａ，５ｂで調質圧延
される。すると、図１（ｄ）に示すように、柱状結晶３
における特に突出した箇所がロール５ａ，５ｂで平坦に
つぶされ、それ以外の箇所は元の柱結晶３の形状を維持
したままとなる。この調質圧延のロール５ａ，５ｂにて
平坦につぶされた部分をテンパ部６と呼び、それ以外の
調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接しない元の凹凸形状
を残した部分を非テンパ部７と称する。

【００２１】図２は、このようなテンパ部６と非テンパ
部７とを有する鋼板４の表面でどのような光学的反射が
生じるかをモデル化した断面模式図である。この鋼板４
の表面（被検査面）はミクロ的に見ると種々の方向を向
いた無数の微小面素１３で構成されている。調質圧延の
ロール５ａ，５ｂによりつぶされたテンパ部６に入射し
た入射光８は、鋼板４の正反射方向に鏡面的に反射して
鏡面反射光９となる。一方、調質圧延ロール５ａ，５ｂ
が当接しない元の柱状結晶３の構造を残す非テンパ部７
に入射した入射光８は、ミクロに見れば柱状結晶３の各
表面の微小面素一つ一つにより鏡面的に反射されるが、
反射の方向は鋼板４の正反射方向とは必ずしも一致しな
い鏡面拡散反射光１０となる。したがって、鋼板４の表
面におけるテンパ部６及び非テンパ部７の各反射光の角
度分布は、マクロに見ればそれぞれ図３（ａ），図３
（ｂ）のようになる。すなわち、テンパ部６では鋼板正
反射方向に鋭い鏡面性の反射が発生し、非テンパ部７で
は柱状結晶３の表面の微小面素の角度分布に対応した広
がりを持った反射光となる。前述したように、テンパ部
６の反射光を鏡面反射光９と称し、非テンパ部７の反射
光を鏡面拡散反射光１０と称する。そして、テンパ部６
と非テンパ部７はマクロ的には混在しているので、カメ
ラ等の光学測定器で観察される反射光の角度分布は、図
３（ｃ）に示すように、鏡面反射光９及び鏡面拡散反射
光１０の角度分布をテンパ部６と非テンパ部７とのそれ
ぞれの面積率に応じて加算したものとなる。

【００２２】以上、テンパ部６と非テンパ部７とを合金
化亜鉛メッキ鋼板を例にして説明したが、調質圧延によ
り平坦部が生じる他の鋼板にも一般に成り立つ。

【００２３】次に、本発明の検出対象となる顕著な凹凸
性を持たない模様状ヘゲ欠陥と呼ばれる欠陥の光学反射
特性について説明する。図４に示すように、合金化溶融
亜鉛メッキ鋼板に見られるヘゲ欠陥（ヘゲ部）１１は、
メッキ加工前の冷延鋼板原板にヘゲ欠陥が存在し、その
上にメッキ層２が乗り、さらに下地鋼板１の鉄元素の拡
散によりるヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。

【００２４】一般に、ヘゲ部１１は鋼板４の正常部分を
示す母材１２と比較して、例えばメッキ厚に違いが生じ
たり、合金化の程度に違いが生じる。その結果、例え
ば、ヘゲ部１１のメッキ厚が厚く母材１２に対し凸の場
合には、調質圧延が印加されることによりテンパ部６の
面積が非テンパ部７に比べて多くなる。逆に、ヘゲ部１
１のメッキ厚が薄く母材１２に比べ凹の場合には、ヘゲ
部１１は調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接せず、非テ
ンパ部７が大半を占める。また、ヘゲ部１１の合金化が
浅い場合には微小面素の角度分布は鋼板方線方向に強
く、拡散性は小さくなる。

【００２５】次に、このようなヘゲ部１１と母材部１２
の表面性状の相違により、模様状ヘゲ欠陥がどのように
見えるかを説明する。上述したモデルに基づきヘゲ部１
１と母材部１２の違いについて分類すると一般に次の３
種類に分けられる。

【００２６】（ａ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率及び非テンパ部７の微小面素の角度分布が、母材部
１２におけるテンパ部６の面積率及び非テンパ部７の微
小面素の角度分布と異なる（図６（ａ）、図５
（ａ））。

【００２７】（ｂ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率と異なる
が、ヘゲ部１１の非テンパ部７の微小面素の角度分布は
母材部１２における非テンパ部７の微小面素の角度分布
と変わらない（図６（ｂ）、図５（ｂ））。

【００２８】（ｃ）ヘゲ部１１における非テンパ部７の
微小面素の角度分布は母材部１２の非テンパ部７の微小
面素の角度分布と異なるが、ヘゲ部１１におけるテンパ
部６の面積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率
と変わらない（図６（ｃ）、図５（ｃ））。

【００２９】図７に示すように、入射光８が当接する微
小面素１３の法線方向の鋼板４の鋼板法線方向に対する
傾斜角度を微小面素１３の法線角度ξとし、この法線角
度ξとテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）との関係を、上述し
た（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの場合について、図６
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。

【００３０】このテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小
面素１３の角度分布の違いが、図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すような反射光量の角度分布の違いとして観
察される。図中実線で示す角度分布がヘゲ部１１に対応
するヘゲ部角度分布１１ａであり、点線で示す角度分布
が母材部１２に対応する母材部角度分布１２ａである。

【００３１】すなわち、図５（ａ）はヘゲ部角度分布１
１ａと母材部角度分布１２ａとの間において、鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分とが共に差が存在する場合を示
し、図５（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合
を示し、図５（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在
する場合を示す。そして、ヘゲ部角度分布１１ａと母材
部角度分布１２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に相
違がある場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、
その差は正反射方向から観察される。具体的には、正反
射方向からヘゲ部１１の反射光を測定した場合と母材部
１２の反射光を測定した場合に、ヘゲ部１１のテンパ部
６の面積率Ｓ（ξ）が母材部１２のテンパ部６の面積率
Ｓ（ξ）より大きい場合にはヘゲ部１１は母材部１２に
比較して相対的に明るく見える。逆に、ヘゲ部１１のテ
ンパ率６が母材部１２より小さいときにはヘゲ部１１は
母材部１２に比較して相対的に暗く観察される。

【００３２】ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１
２ａでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に違いがない場合に
は図５（ｃ）に示すように、正反射方向からの単なる受
光強度の差を観察するのみではヘゲ部１１の存在を観察
できない。しかし、鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分
布）に違いがあるときには図５（ｃ）に示すように正反
射方向以外の拡散方向から欠陥が観察される。

【００３３】例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の
拡散性（角度分布）が小さいときには、一般に正反射方
向に比較的近い拡散方向からヘゲ部１１は明るく観察さ
れ、正反射方向から離れるに従い明るさは小さくなり、
ある角度で観察不能となる。さらに正反射方向から遠ざ
かると今度はヘゲ部１１は暗く観察される。

【００３４】このようなヘゲ部１１を母材部１２と確実
に区別して検出するためには、図６において、どういう
角度（法線角度ξ）の微小面素１３からの反射光を抽出
するのかを検討することが必要である。例えば、図５
（ａ），（ｂ）の例のように、正反射方向でヘゲ部１１
と母材部１２の違いを検出するということは、図６で示
される微小面素１３の角度分布のうち微小面素１３の法
線角度ξ＝０について抽出し、ヘゲ部１１と母材部１２
との違いを検出していることになる。

【００３５】ここで、微小面素１３の法線角度ξ＝０の
反射光を抽出するということを数学的に表現すると、図
６の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図８（ａ）に
示すデルタ関数δ（ξ）で表される抽出特性を示す関数
（以後、この関数を重み関数Ι（ξ）と呼ぶ）を乗じて
積分することに相当する。

【００３６】また、例えば、入射角６０度において、正
反射方向から２０度ずれた４０度の角度位置で反射光を
測定することは、図８（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ
＋１０）なる重み関数Ι（ξ）を用いて計算することに
相当する。

【００３７】なお、図７に示すように、反射角度θ度と
微小面素１３の法線角度ξと入射光８の入射角度θとの
関係は簡単な幾何学的考察によって（１）式で求まる。 θ度＝−θ＋２ξ （１）すなわち、どういう角度（法線角度ξ）の微小面素１３
からの反射光を抽出するかということは、どのような重
み関数Ι（ξ）を設計するかということに相当すること
が理解できる。

【００３８】このような観点から、図６（ａ），
（ｂ），（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部
１２と弁別して検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考え
ると、図８（ａ），（ｂ）に示すデルタ関数δ（ξ），
δ（ξ＋１０）も有効な重み関数Ｉ（ξ）の一つであ
る。なお、重み関数Ι（ξ）は、必ずしも図８に示した
特定の法線角度のみを抽出する幅が無限小のデルタ関数
δ（ξ）である必要はなく、ある程度の信号幅を有する
ことも可能である。

【００３９】しかしながら、このような弁別手法におい
ては、２つの光学系の視野を同一にすることはできな
い。また、拡散反射光を測定するために一旦カメラを設
置すると、その重み関数Ι（ξ）を変更することは、カ
メラの設置位置を変更することが必要であるから容易で
はない。

【００４０】前者の課題に対しては同一光軸上の測定が
必要ある。すなわち、拡散反射光を捉えるのでなく、鋼
板４の正反射方向からの測定のみで鏡面反射成分と鏡面
拡散反射成分との両成分を捉えることが望ましい。そし
て、後者の課題に対しては、重み関数Ι（ξ）をある程
度自由度を持って設定できることが望ましい。

【００４１】そこで、本発明においては、まず光源とし
て、レーザのような平行光源ではなく拡散特性を持つ線
状の光源、すなわち線状拡散光源を用いている。また、
鋼板４の正反射方向から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分とを分離して抽出する必要があるので偏光を用いてい
る。この線状拡散光源の効果を説明するために、図９
（ａ），（ｂ）に示すように線状拡散光源１４を鋼板４
の表面に平行に配置し、光源に垂直な面内にあり、入射
角が出射角と一致する方向である鋼板正反射方向から鋼
板４上の一点を観察したときの反射特性を考える。

【００４２】図９（ａ）に示すように、線状拡散光源１
４の中央部から照射された入射光８の場合、テンパ部６
に入射した入射光８は鏡面的に反射されて、鋼板正反射
方向で全て捉えられる。一方、非テンパ部７に入射した
光は鏡面拡散的に反射され、たまたま鋼板法線方向と同
一方向を向いている微小面素１３により反射された分の
みが捉えられる。このような方向を向いている微小面素
１３は非常に少ないので、鋼板正反射方向に配設された
受光カメラで捉えられる反射光のうちではテンパ部６か
らの鏡面反射光が支配的である。

【００４３】これに対し、図９（ｂ）に示すように、線
状拡散光源１４の中央部位外の位置から照射された入射
光８の場合には、テンパ部６に入射した光は鏡面反射し
て鋼板正反射方向とは異なる方向へ反射する。そのた
め、鏡面反射した光は鋼板正反射方向では捉えることが
できない。一方、非テンパ部７に入射した光は鏡面拡散
的に反射され、そのうち鋼板正反射方向に反射された分
が受光カメラで捉えられる。したがって、鋼板正反射方
向に配設された受光カメラで捉えられる反射光は全て非
テンパ部７で反射した鏡面拡散反射光である。

【００４４】以上２つの場合を併せると、線上拡散光源
１４の長尺方向全体から照射される全ての入射光８のう
ち鋼板正反射方向からの観察で捉えられるのは、テンパ
部６からの鏡面反射光と非テンパ部７からの鏡面拡散反
射光との和である。

【００４５】次に、鋼板４の正反射方向から線状拡散光
源１４を使用して観察した場合に、偏光特性がどう変化
するかについて説明する。一般に、鏡面状の金属表面で
の反射においては、電界の方向が入射面に平行な光（ｐ
偏光）あるいは入射面に直角な光（ｓ偏光）において
は、反射によっても偏光特性は保存される。すなわち、
ｐ偏光のまま又はｓ偏光のまま出射する。また、ｐ偏光
成分とｓ偏光成分とを同時に持つ任意の偏光角を有した
直線偏光が反射されると、ｐ、ｓ偏光の反射率非ｔａｎ
Ψ及び位相差△に応じた楕円偏光となって出射する。

【００４６】合金化亜鉛メッキ鋼板に線状拡散光源１４
から光が照射される場合を図１０（ａ），（ｂ）を用い
て説明する。図１０（ａ）に示すように、線状拡散光源
１４の中央部から出射した光は鋼板４のテンパ部６で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。これに関して
は上記一般の鏡面状の金属表面での反射がそのまま成立
する。

【００４７】一方、図１０（ｂ）に示すように、線状拡
散光源１４の中央部位外の位置から出射した光は、鋼板
４の非テンパ部７の結晶表面の傾いた微小面素１３で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。この場合、鋼
板４の入射面に平行なｐ偏光の光を入射したとしても実
際に反射する傾いた微小面素１３に対して考えた場合に
は入射面は微小面素１３に対して平行ではなく、ｐ，ｓ
両偏光成分を持つ直線偏光であるため、楕円偏光となっ
て出射する。線状拡散光源１４からｓ偏光を入射した場
合も同様である。

【００４８】また、線状拡散光源１４からｐ，ｓ両偏光
成分を持つ任意の偏光角αの直線偏光が鋼板４に入射し
た場合、線状拡散光源１４の中央部以外の位置から傾い
た微小面素１３に入射した光は偏光角αが傾いて作用す
るため、鋼板正反射方向に出射する楕円偏光の形状は、
線上拡散光源１４の中央部から入射してテンパ部６で鏡
面反射した光とは異なる。

【００４９】以下、ｐ，ｓ両性分を持つ直線偏光を線状
拡散光源１４から鋼板４に入射する場合について詳細に
検証する。まず、図１１に示すように、線状拡散光源１
４からの入射光８を方位角（偏光角）αを有する偏光板
１５で直線偏光にした後、水平に配置された鋼板４に入
射させ、その正反射光を受光カメラ１６で受光する、前
述したように、線状拡散光源１４上のＣ点から出射され
た入射光８については、鋼板４におけるテンパ部６によ
り鏡面反射された成分、及び、非テンパ部７におけるた
またま法線が鋼板４の鉛直方向を向いた法線角度ξ＝０
の微小面素１３から鏡面拡散反射された成分が鋼板４上
の０点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与して
いる。

【００５０】一方、図１２に示すように、線状拡散光源
１４上の鋼板４のＯ点から見て角度φだけずれた点Ａか
らの入射光８については、鏡面反射成分は受光カメラ１
６方向とは異なる方向に反射されるため、前述した法線
角度ξの微小面素１３による鏡面拡散反射成分のみが寄
与する。

【００５１】ここで、入射光８の入射方向を示す角度φ
と微小面素１３の法線角度ξとの関係は、入射光８の鋼
板４に対する入射角度θを用いて、間簡単な幾何学的考
察により、（２）式で与えられる。

【００５２】

【数１】

【００５３】次に、このようにして反射された光の偏光
状態について考える。Ｃ点から出射された入射光８が、
方位角（偏光角）αの偏光板１５を通り、鋼板４上のＯ
点にて鏡面反射された後の偏光状態Ｅｃは、偏光光学で
一般に用いられるジョーンズ行列を用いて、Ｅｃ＝Ｔ・Ｅｉｎ（３）と表される。但し、Ｅｉｎは偏光板１５の方位角（偏光
角）αの直角偏光ベクトルを示し、Ｔは鋼板４の反射特
性行列を示す。そして、直線偏光ベクトルＥｉｎと反射
特性行列Ｔは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比をｔａｎΨ、
ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差を△、ｓ偏光の振幅反射率
をｒｓとすると、それぞれ（４），（５）式で与えられ
る。

【００５４】

【数２】

【００５５】同様に、線状拡散光源１４上のＡ点から出
射した入射光８が法線角度ξの微小画素１３で受光器１
６の方向に反射された光の偏光状態Ｅａは入射面が偏光
板１５及び受光カメラ１６の検光子と直交しているとす
ると（６）式で与えられる。（６）式においてＲは回転
行列であり、（７）式で与えられる。

【００５６】

【数３】

【００５７】（３）式は、（６）式において微小面素１
３の法線角度ξ＝０とした特別の場合であり、鏡面反射
成分についても鏡面拡散反射成分についても（６）式を
用いて統一的に考えることができる。（６）式を計算
し、法線角度ξの微小面素１３からの反射光の楕円偏光
状態を図示すると、図１３に示すようになる。ここで入
射偏光の方位角（偏光角）αは４５度、入射角θは６０
度、鋼板４の反射特性としてｐ，ｓ偏光の振幅反射率比
の逆正接Ψ＝２８度、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差△＝
１２０度とした、図１３より、法線角度ξ＝０すなわち
鏡面反射の場合の楕円に対して法線角度ξの値が変化す
るに従って、楕円が傾いていくのが理解できる。したが
って、例えば受光カメラ１６の前に検光子１７を挿入
し、その検光角βを設定することによって、どの法線角
度ξの微小面素１３からの反射光をより多く抽出するか
を選択することができる。

【００５８】このことを定量化するために、図１２に示
すように、（３）式で表される偏光状態Ｅａの反射光に
対して検光角βの検光子１７を挿入した後における偏光
状態Ｅｏを求めると（８）式となる。

【００５９】

【数４】

【００６０】（８）式においてＡは検光子１７を表す行
列であり、（９）式で表される。

【００６１】

【数５】

【００６２】次に、この（８）式から受光カメラ１６で
検出する法線角度ξの微小面素１３からの反射光の光強
度を求める。前述したように、該当微小面素１３の面積
率をＳ（ξ）とすると、下記（１０）式が成立する。

【００６３】

【数６】

【００６４】上式におけるΙ（ξ，β）は、前述したよ
うに、法線角度ξの微小面素１３からの反射光をどの程
度抽出できるかを示す重み関数であり、光学系及び被検
体の偏光特性に依存する。そして、それに鋼板４の反射
率ｒｓ² と入射光光量Ｅｐ²と面積率Ｓ（ξ）を乗じた
ものが検出される光強度になる。

【００６５】表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材
質が均一な対象を考える場合は反射率ｒｓ² の値は一定
と考えられる。また、入射光光量Ｅｐ² は入射光量が光
源の位置によらず均一ならば同じく一定の値としてよ
い。したがって受光カメラ１６が検出する光強度を求め
るには、法線角度ξの微小面素１３の面積率Ｓ（ξ）と
重み関数Ι（ξ，β）とを考えればよい。

【００６６】ここで、重み関数Ι（ξ，β）について考
える。法線角度ξの微小面素１３からの寄与が最も大き
くなるような検光子１７の検光角βｏを選定しようとし
た場合、その候補は次の（１１）式をβについて解くこ
とによって与えられる。

【００６７】

【数７】

【００６８】（１１）式により、法線角度ξ＝０、すな
わち鏡面反射成分の寄与が最も大きくなるような検光角
βを求めると、検光角βは約−４５度である。但し、こ
こでも、鋼板４の反射特性として前述した反射率比の逆
正接Ψ＝２８度、位相差△＝１２０度を採用し、線状拡
散光源１４からの入射光８に対する偏光板１５の方位角
（偏光角）α＝４５度を採用した。

【００６９】図１４に、検光子１７の検光角βが−４５
度の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数
Ι（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのた
めに重み関数Ι（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格
化してある。図１４の特性から、法線角度ξ＝０度、す
なわち鏡面反射成分が最も支配的で、逆に法線角度ξ＝
±３５度付近の微小面素１３からの鏡面拡散反射光が最
も抽出されないことが理解できる。

【００７０】また、に法線角度ξ＝±３５°の反射光を
最もよく抽出するような検光子１７の検光角βを（１
０）式と（１１）式より求めると、およそβ＝４５度で
ある。検光子１７の検光角β＝４５度に対する微小面素
１３の法線角度ξと重み関数Ι（ξ，４５）の関係を図
１５に示す。ここで、図１５の重み関数Ι（ξ，β）の
特性が左右対称でないのは、入射面（微小面素１３に対
する入射光８と反射光により張られる平面）を基準に考
えると、微小面素１３の法線角度ξが正の場合、見かけ
上入射光８の偏光の方位角（偏光角）αが小さくなる
（ｐ偏光に近づく）ことと、鋼板４のｐ偏光反射率がｓ
偏光反射率より小さいことによる。

【００７１】また、検光子１７の検光角β＝−４５度と
４５度の中間の特性となるβ＝０度及び９０度について
も計算した重み関数Ι（ξ，０），Ι（ξ，β）も図１
５に示した。Ι（ξ，０）は−５０度付近にピークがあ
るが、測定対象の面積率によりξ＝１５度付近の影響が
最も大きい場合が多い。（１０）式で示したように、法
線角度ξの微小面素１３からの反射光強度は、重み関数
Ι（ξ，β）と面積率Ｓ（ξ）の積により与えられるか
ら、最終的に受光カメラ１６で受光する光強度は［Ｓ
（ξ）・Ι（ξ，β）］を法線角度ξについて積分した
ものになる。例えば、図１６に示すような反射特性を有
する鋼板４からの反射光を、検光角βが−４５度の検光
子１７を通して受光した場合、図１６で示される面積率
Ｓ（ξ）を図１４に示す重み関数Ι（ξ，β）で示され
る重みをつけて積分したものが実際に受光した光強度と
なる。

【００７２】そこで、鋼板４の表面に、図５（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示されるような特性のヘゲ部１１が存
在した場合を考える。その場合の各面積率Ｓ（ξ）は、
それぞれ図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになってい
る。

【００７３】まず図５（ｂ），図６（ｂ）のように鏡面
反射成分のみに違いがある場合を考える。このような疵
を検光角β＝−４５度の検光子１７を通して受光したと
きの光強度は、図６（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図１
４で表される重み関数Ｉ（ξ，β）をかけて積分したも
のに相当するから、母材部１２とヘゲ部１１との反射光
量の違いを検出することができる。

【００７４】また同一疵を検光角β＝４５度の検光子１
７を通して受光したときの光強度については、図６
（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないた
め、図１５の検光角β＝４５度の重み関数Ι（ξ，β）
をかけて積分することを考えると明らかなように、母材
部１２とヘゲ部１１との違いを検出することができな
い。

【００７５】また、図５（ｃ），図６（ｃ）のように鏡
面拡散反射成分のみに違いがある場合には、逆に検光角
β＝−４５度の検光子１７を通したのでは検出できず、
検光角β＝４５度の度検光子１７を通したときに検出で
きる。但し、母材部１２とヘゲ部１１の鏡面拡散反射成
分の違いがなくなっている法線角度ξは、図６（ｃ）で
は法線角度ξ＝±２０度付近であったが、もし、その角
度がたまたま±３０数度付近となる疵があると、検光角
β＝４５度の検光子１７を通しても検出できなくなる。
その場合は、別の重み関数例えばΙ（ξ，９０）となる
ような検光角β（例えば９０°）の検光子１７をもう一
つ別に用意し、３番目の受光カメラ１６で受光するよう
にすればよい。

【００７６】一般に、鋼板４の表面の母材部１２及びヘ
ゲ部１１の反射特性は図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のい
ずれかであるので、ヘゲ部１１の見落しをなくすために
は、３つの異なる検光角βの検光子１７を用い、対応す
る３つの法線角度ξの微小面素１３からの反射光を抽出
して受光するようにすることが必要である。また、図５
（ａ），図６（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反
射成分ともの違いがある場合には、基本的には、例えば
−４５度と＋４５度のいずれの検光子１７を通した反射
光でも母材部１２とヘゲ部１１との違いを検出できる。
したがって、本発明では線状拡散光源１４を用い、第１
の受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反
射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散反射成分に
比較して鏡面反射成分をより多く抽出し受光し、第２の
受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射成分に比較し
て鏡面拡散反射成分をより多く抽出している。

【００７７】そこで、例えば被検査面からの正反射光の
みを受光する第１、第２の受光手段にてでも、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す鋼板４の表面の各反射特
性におけるヘゲ部１１の存在を母材部１２との比較にお
いて確実に検出できる。

【００７８】このような光学系により、正反射方向から
の共通な光軸での測定であるため、鋼板距離変動や速度
変化に影響されることなく、鏡面反射・鏡面拡散反射そ
れぞれに対応した２つの信号を得ることが可能になり、
顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれを生じ
ることなく検出可能な表面疵検査装置を実現できる。

【００７９】そこで、この発明においては、被検査面に
対して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射
するように投光部を配置し、被検査面からの反射光を受
光する受光部を所定の位置に配置する。受光部は入射し
た光を例えば３本のビームに分離するビームスプリッタ
と、分離した３本のビームを別々に入射して画像信号を
出力する例えばＣＣＤセンサを有する３組のリニアアレ
イカメラと、ビームスプリッタと各リニアアレイカメラ
の間に設けられ、非検査面からの反射光を異なる振動面
の偏光にする検光子とが設けられている。３個の検光子
はそれぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が被検査面の
入射面となす角が、例えば、０度，４５度，−４５度に
なるように配置されている。

【００８０】信号処理部は各リニアアレイカメラからの
出力画像信号をシェーディング補正して正常部が全階調
の中心濃度になるように正規化して平坦化し、正常部に
対する相対的な変化を示す光強度信号に変換する。この
正常部に対する相対的な変化を示す３種類の光強度信号
の分布の変化極性と変化量とをそれぞれあらかじめ定め
たパターンと比較して偏光の変化を検出する。この３種
類の光強度信号の正常部に対する変化極性と変化量の大
小から表面の物性が母材と異なる疵の疵種を判定する。

【００８１】また、信号処理部は上記処理とともに各受
光光学系から出力された光強度分布から光量変化の画素
の絶対値のピーク値と基準値を上回る光量の絶対値の積
分値を演算し、各受光光学系のピーク値と光量積分値の
最大値から疵種毎にあらかじめ定めたパターンと比較
し、例えば凹凸状の疵のように正常部と表面幾何学形状
が異なる疵の等級を判定する。

【００８２】

【実施例】図１７はこの発明の一実施例の光学系を示す
配置図である。図に示すように、光学系２１は投光部２
２と３板式偏光リニアアレイカメラ２３を有する。投光
部２２は被検査体、例えば鋼板４の表面に一定の入射角
で偏光を入射するものであり、光源２４と光源２４の前
面に設けられた偏光子２５とを有する。光源２４は鋼板
４の幅方向に伸びた棒状発光光源及びシリンドリカルレ
ンズからなり、鋼板４の幅方向全体に一様な強度分布を
有する光を照射する。偏光子２５は例えば偏光板又は偏
光フィルタからなり、図１８の配置説明図に示すよう
に、透過軸Ｐが鋼板４の入射面となす角αが４５度にな
るように配置されている。３板式偏光リニアアレイカメ
ラ２３は、図１８の構成図に示すように、ビームスプリ
ッタ２６と３個の検光子２７ａ，２７ｂ，２７ｃと３個
のリニアアレイセンサ２８ａ，２８ｂ，２８ｃとを有す
る。ビームスプリッタ２６は３個のプリズムからなり、
入射面に誘電体多層膜を蒸着した半透過性を有する反射
面が２面設けられ、鋼板４からの反射光を入射する第１
の反射面２６ａは透過率と反射率が約２対１の割合にな
っており、第１の反射面２６ａを透過した光を入射する
第２の反射面２６ｂは透過率と反射率が１対１の割合に
なっており、鋼板４からの反射光を同じ光量の３本のビ
ームに分離する。また、ビームスプリッタ２６の入射面
から分離した３本のビームの出射面までの光路長は同じ
にしてある。検光子２５ａは第２の反射面２６ｂの透過
光の光路に設けられ、図１８に示すように、方位角すな
わち透過軸が鋼板４の入射面となす角βが０度になるよ
うに配置され、検光子２７ｂは第２の反射面２６ｂの反
射光の光路に設けられ、方位角βが４５度になるように
配置され、検光子２７ｃは第１の反射面２６ａの反射光
の光路に設けられ、方位角βが−４５度になるように配
置されている。リニアアレイセンサ２８ａ，２８ｂ，２
８ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子２
７ａ，２７ｂ，２７ｃの後段に配置されている。また、
ビームスプリッタ２６と検光子２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
の間にはビームスプリッタ２６内の多重反射光や不必要
な散乱光をカットするスリット２９ａ，２９ｂ，２９ｃ
が設けられ、ビームスプリッタ２６の前段にはレンズ群
３０が設けられている。また、リニアアレイセンサ２８
ａ，２８ｂ，２８ｃは同じ光強度の光が入射したときに
同じ信号を出力するように利得が調整してある。

【００８３】このように入射した光を分離した３本のビ
ームの光路に検光子２７ａ〜２７ｃとリニアアレイセン
サ２８ａ〜２８ｃが一体化して設けられているから、リ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ等を鋼板４の搬送路近
傍に配置して鋼板４からの反射光を検出するときに、リ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ等の位置調整を必要と
しないとともに鋼板４の同じ位置からの反射光を同じタ
イミングで検出することができる。また、３板式偏光リ
ニアアレイカメラ２３内に３組のリニアアレイセンサ２
８ａ〜２８ｃがまとまって収納されて小型化しているか
ら、３板式偏光リニアアレイカメラ２３を鋼板４の反射
光の光路に簡単に配置することができるとともに配置位
置を任意に選択することができ、光学系１の配置の自由
度を向上することができる。

【００８４】３板式偏光リニアアレイカメラ２３のリニ
アアレイセンサ２８ａ〜２８ｃは、図２０のブロック図
に示すように信号処理部３１に接続されている。信号処
理部３１は信号前処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃとメモ
リ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと疵パラメータ演算部３４と
パターン記憶部３５と光量記憶部３６と基準パターン記
憶部３７と疵種判定部３８と等級パターン記憶部３９と
疵等級判定部４０及び出力部４１を有する。信号前処理
部３２ａ〜３２ｃはリニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ
から出力された偏光の光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅
方向等の感度むら等を補正するシェーディング補正等を
行ってから正常部の信号を基準レベルとして、正常部の
信号が２５５階調の中心濃度である１２８階調になるよ
うに正規化して、正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ
３をそれぞれメモリ３３ａ〜３３ｃに格納する。疵パラ
メータ演算部３４は、メモリ３３ａ〜３３ｃに格納され
た光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の分布に表れた疵部の各
点を正常部の値である１２８階調を基準にして予め定め
られた閾値を越える変化点について、変化点の最初の幅
方向アドレスＡ１ｓ１，Ａ２ｓ１，Ａ３ｓ１と変化点の
最後の幅方向アドレスＡ１ｅ１，Ａ２ｅ１，Ａ３ｓ１を
求め、最初の幅方向アドレスＡ１ｓ１，Ａ２ｓ１，Ａ３
ｓ１のうちで最初のアドレスをＡｓ１、最後の幅方向ア
ドレスＡ１ｅ１，Ａ２ｅ１，Ａ３ｓ１の最後のアドレス
をＡｅ１とする。その後、最初のアドレスＡｓ１と最後
のアドレスＡｅ１の間にある信号について閾値を越える
各点について基準値「１２８」を「０」としたときの濃
度積算値Ｉ１ｓ１，Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１と疵ピーク値Ｉ
１ｐ１，Ｉ２ｐ１，Ｉ３ｐ１を求める。疵パラメータ演
算部３４は繰り返してスキャンしているリニアアレイセ
ンサ２８ａ〜２８ｃの次回の出力についても同様の演算
を行い、次回の変化点の幅方向アドレスＡｓ２、Ａｅ２
が前回の変化点の幅方向アドレスＡｓ１、Ａｅ１と重な
るアドレスがあった場合、前回の濃度積算値Ｉ１ｓ１，
Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１に今回の濃度積算値Ｉ１ｓ２，Ｉ２
ｓ２，Ｉ３ｓ２を加算し、連結濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ
２，ｌｓ３を求める。また、前回の疵ピーク値Ｉ１ｐ
１，Ｉ２ｐ１，Ｉ３ｐ１を上回る疵ピーク値があった場
合、前回の疵ピーク値を更新し、新たな疵ピーク値Ｉ１
ｐ，Ｉ２ｐ，Ｉ３ｐとする。これをライン出力ごとに疵
信号の幅方向アドレスが重なることがなくなるまで繰り
返し、重なる幅方向アドレスがなくなったとき、疵パラ
メータ演算部３４は一つの疵の測定が完了したものとみ
なし、これまでに求めた連結濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ
２，Ｉｓ３と疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２ｐ，Ｉ３ｐより極
性パターンＩｐｐと変化量を示す値パターンＶｐｐを算
出するとともに疵部の等級を判定をするための最大濃度
積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを演算
し、パターン記憶部３５と光量記憶部３６に各特徴量を
出力する。パターン記憶部３５は算出された極性パター
ンＩｐｐと値パターンＶｐｐを記憶し、光量記憶部３６
は算出された最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク
値Ｉｐｅａｋを記憶する。基準パターン記憶部３７には
各種極性パターンと値パターン及びこれらに対応する疵
種があらかじめ格納されている。疵種判定部３８はパタ
ーン記憶部３５に記憶された極性パターンＩｐｐと値パ
ターンＶｐｐとを基準パターン記憶部３７に記憶された
各種極性パターンと値パターンと比較して疵種を判定す
る。等級パターン記憶部３９には各疵種毎に最大濃度積
算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋに対する疵
の等級を示す等級基準パターンがあらかじめ格納してあ
る。疵等級判定部４０は光量記憶部３６に記憶した最大
濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋと疵
種判定部３８で判定した疵種を等級パターン記憶部３９
に記憶してある等級基準パターンと比較して疵の等級を
判定する。出力部４１は疵等級判定部４０から出力され
る疵種と疵の等級を不図示の表示装置や記録装置に出力
する。

【００８５】次に上記のように構成された表面検査装置
で鋼板４の表面を検査する時の動作を説明する。一定速
度で移動している鋼板４に投光部２２から出射されて鋼
板４の表面で反射した偏光は３板式偏光リニアアレイカ
メラ２３で受光される。３板式偏光リニアアレイカメラ
２３に入射した鋼板４の反射光はビームスプリッタ２６
で分離され検光子２７ａ〜２７ｃを通ってリニアアレイ
センサ２８ａ〜２８ｃに入射する。このリニアアレイセ
ンサ２８ａ〜２８ｃで反射光の光強度を検出するとき
に、リニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃの前面に異なる
方位角βの検光子２７ａ〜２８ｃが設けられているか
ら、リニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃは異なる偏光の
光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を検出して信号処理部３１に送
る。信号処理部３１の信号前処理部３２ａ〜３２ｃはリ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃから出力された偏光の
光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅方向等の感度むら等を
補正するシェーディング補正等を行ってから、例えば図
２１の疵信号分布図に示すように、正常部の信号が１２
８階調になるように正規化し、正規化した光強度信号Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３をそれぞれメモリ３３ａ〜メモリ３３ｃ
に格納する。図２１において、（ａ）は光強度信号Ｉ１
の分布を示し、（ｂ）は光強度信号Ｉ２の分布、（ｃ）
は光強度信号Ｉ３の分布を示し、（Ａ）は１ライン目、
（Ｂ）は２ライン目、（Ｃ）は３ライン目の光強度信号
の分布を示す。疵パラメータ演算部３４はメモリ３３ａ
〜３３ｃに格納された光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の分
布に表れた疵部の各点を正常値である１２８階調を基準
として予め定められた閾値例えば±８階調を越える変化
点より、変化点の最初と最後の幅方向アドレスＡｓ１，
Ａｅ１を求め、基準値「１２８」を「０」としたときの
最大濃度積算値の極性パターンＩｐｐと変化量を示す値
パターンＶｐｐを算出する。図２１（Ａ）に示す例では
正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の疵部の幅方向
アドレスはＡ１ｓ１＝２６、Ａ１ｅ１＝３１、Ａ２ｓ１
＝２８、Ａ２ｅ１＝３１、Ａ３ｓ１＝２４、Ａ３ｅ１＝
２９であるため、光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の疵部を
まとめてオア処理して、疵部の最初のアドレスＡｓ１＝
２４とし、最後のアドレスＡｅ１＝３１とする。正常値
１２８階調を「０」としたときの光強度信号Ｉ１，Ｉ
２，Ｉ３の積分値Ｉ１ｓ１，Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１は（１
０２，５０，９８）となり、疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２
ｐ，Ｉ３ｐは（２２，１５，２１）となる。図２１の
（Ｂ）に示す次ラインの出力における疵部のアドレス
は、Ａ１ｓ２＝２６、Ａ１ｅ２＝３１、Ａ２ｓ２＝２
８、Ａ２ｅ２＝２９、Ａ３ｓ２＝２５、Ａ３ｅ２＝２９
で、疵部の最初のアドレスＡｓ２＝２５、最後のアドレ
スＡｅ２＝３１となり、光強度信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の
積分値Ｉ１ｓ２，Ｉ２ｓ２，Ｉ３ｓ２は（７１，３９，
５９）となる。疵部のアドレスは前ラインと重なるため
同一疵と見なされ、濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３
は（１７３，８９，１５７）となり、疵ピーク値Ｉ１
ｐ，Ｉ２ｐ，ｌ３ｐは（２２，１７，２１）となる。図
２１の（Ｃ）に示す次ラインの出力では前ラインと重な
る疵アドレスはないため、疵パラメータ演算部３５は疵
が終わったものとみなし、１ライン目と２ライン目の結
果から疵パラメータ極性パターンＩｐｐと変化量を示す
値パターンＶｐｐを演算する。このとき濃度積算値は全
てプラスであるから、極性パターンＩｐｐを（＋，＋，
＋）として、光強度信号Ｉ１を基準に濃度積算値（Ｉｓ
１，Ｉｓ２，Ｉｓ３）＝（１７３，８９，１５７）を規
格化した値パターンＶｐｐは（１．０，０．５１，０．
９１）、最大濃度積算値ＩｓＭａｘは「１７３」、疵ピ
ーク値Ｉｐｅａｋは「２２」となり、算出した極性パタ
ーンIｐｐ＝（＋，＋，＋）と値パターンＶｐｐ＝
（１．０，０．５１，０．９１）をパターン記憶部３５
に格納する。また、疵パラメータ演算部３４は最大濃度
積算値ＩｓＭａｘ＝１７３と最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ
＝２２を光記憶部３６に記憶させる。

【００８６】基準パターン記憶部３７には疵の程度に応
じて複数の疵種に対応する極性パターンと値パターンが
実験で定められて、例えば図２２に示すように、基準パ
ターンとして格納してある。図２２において、疵種Ａ〜
疵種Ｌは例えば有害度が低い疵から有害度が高い疵の順
に疵種を示し、疵種Ａ〜疵種Ｌに対応する極性パターン
と値パターンの基準値を示す。また、等級パターン記憶
部３９には疵種Ａ〜疵種Ｌに応じて最大濃度積算値と最
大疵ピーク値と疵の等級を示す相関をあらかじめ調べ
て、図２３に示すように等級判定基準値が格納してあ
る。疵種判定部３８はパターン記憶部３５に記憶された
極性パターンと値パターン例えば図２１に示す例の場
合、極性パターンＩｐｐ＝（＋，＋，＋）と値パターン
＝（１．０，０．５１，０．９１）と、図２２に示す基
準パターン記憶部３７に記憶された基準パターンとを比
較して疵種を判定する。例えば図２１に示す場合には疵
種Ａと判定する。

【００８７】一方、疵等級判定部４０は光量記憶部３６
に記憶した最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値
Ｉｐｅａｋ及び疵種判定部３８で判定した疵種とを等級
パターン記憶部３９に疵種Ａ〜疵種Ｌに応じて記憶して
ある最大濃度積算値とピーク値と比較して疵の等級を判
定する。例えば図２３に示すように疵種Ａで最大濃度積
算値ＩｓＭａｘ＝１５０、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝
１０の場合には疵の等級を「軽」と判定し、最大濃度積
算値ＩｓＭａｘ＝１５０、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝
２０の場合には疵の等級を「中」と判定する。疵種Ａで
最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝１２００、最大疵ピーク値
Ｉｐｅａｋ＝３５の場合には疵の等級を「重」と判定す
るが、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝２０を越えない場合
は、疵の等級を「中」と判定する。最大濃度積算値Ｉｓ
Ｍａｘ＝３０００であれば最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋに
関係なく疵の等級を「重」と判定する。疵種Ｃで最大濃
度積算値ＩｓＭａｘ＝７００、最大疵ピーク値Ｉｐｅａ
ｋ＝１５の場合には疵の等級を「軽」と判定する。疵種
Ｃで最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝４００のときは等級判
定により有害な疵とは判定されない。このように最大濃
度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋと疵種
により疵の等級を判定するから、鋼板４の表面に生じた
凹凸のない模様状疵だけでなく凹凸状の疵の程度を精度
よく判別することができる。疵等級判定部４０は疵種判
定部３８で判定した疵種と判別した疵の等級を出力部４
１に送る。出力部４１は疵等級判定部４０から出力され
る疵種と疵の等級を表示装置や記録装置に出力する。

【００８８】この疵の等級判定を行う疵特徴量として最
大濃度積算値ＩｓＭａｘと各チャンネルにおける濃度積
算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３と濃度積算値の和ΣＩｊを
使用し、等級判定の閾値を最適化したときの等級判定疵
数の結果と目視判定疵数の結果を図２４に示す。図２４
に示すように、最大濃度積算値ＩｓＭａｘを使用したと
きに目視判定による軽欠陥と中欠陥及び重欠陥で一致し
た数の合計が最大であり最もよく一致した。また、Ｉｓ
Ｍａｘ，ＩＳ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３及びΣＩｊのそれぞれ
の判定に、さらに最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを考慮した
ときの等級判定疵数の結果と目視判定疵数の結果を図２
５に示す。図２５に示すように最大疵ピーク値Ｉｐｅａ
ｋを考慮することにより、目視判定との一致率は更に向
上することが確認できた。

【００８９】また、図２６（ａ）の側面図と（ｂ）の上
面図に示す光学系１ａを使用しても良い。この光学系１
ａの受光部６１は、レンズの前に検光角βがそれぞれ−
４５度，４５度，０度に設定された検光子６２ａ，６２
ｂ，６２ｃを有する３台のリニアアレイカメラ６３ａ，
６３ｂ，６３ｃから構成されている。そして各リニアア
レイカメラ６３ａ〜６３ｃの各光軸は互いに平行に維持
されている。また、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３
ｃの視野のずれは信号処理部３１で補正している。信号
処理部３１は、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃか
らの信号毎に２値化，疵候補領域抽出，特徴量演算まで
を行い、各疵候補領域の代表座標を比較することによ
り、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃの疵候補領域
の対応付けを行っている。

【００９０】この実施例においても、前記実施例と同様
な結果を得ることができる。また、このように各リニア
アレイカメラ６３ａ〜６３ｃの光軸が互いに平行に維持
されていると、３台のリニアアレイカメラ６３ａ〜６３
ｃの光学条件は全く同一となり、各画素も同一サイズと
なる。また、３台のリニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃ
を配置しているので、ビームスプリッタを用いるのに比
べて光量の損失がなくなり、より効率良く測定すること
ができる。また、このような信号処理を行うことによ
り、各ＣＣＤ間の画素毎の位置合わせを省略することも
可能である。

【００９１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
面に対して一定入射角で偏光を入射し、その反射光の異
なる複数の偏光の光強度分布を検出し、検出した強度分
布を正規化し、正常部に対する疵部の異なる偏光の光強
度信号の変化極性と変化量とを算出し、算出した変化極
性と変化量とをそれぞれあらかじめ定めたパターンと比
較して疵種を判定するようにしたから、簡単な処理で疵
種を迅速に判定することができる。

【００９２】また、各受光光学系から出力された光強度
分布から光量変化の積分値及びピーク値の最大値を演算
し、演算した最大濃度積算値と最大疵ピーク値から疵の
等級を判定するから、凹凸のない模様状疵だけでなく凹
凸状の疵の程度を簡単な処理で精度良く判別することが
できる。

【００９３】さらに、簡単な処理で迅速に疵種と疵の等
級を判定するから、装置自体の構成を簡略化することが
できるとともに、高速で移動しているシ−ト状製品の表
面にある異常部をオンラインで精度良く検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板表面のミクロな凹凸形状を示す説明図であ
る。

【図２】鋼板表面の光学的反射を示す断面模式図であ
る。

【図３】鋼板表面の反射光の角度分布を示す説明図であ
る。

【図４】ヘゲ欠陥を示す説明図である。

【図５】鋼板表面の反射光量の角度分布の違いを示す説
明図である。

【図６】法線角度をテンパ部の面積率との関係を示す説
明図である。

【図７】微小面素の法線角度を示す説明図である。

【図８】重み関数を示す説明図である。

【図９】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反射
特性を示す説明図である。

【図１０】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反
射を示す説明図である。

【図１１】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す説明図である。

【図１２】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す他の説明図である。

【図１３】微小面素からの反射光の楕円偏光状態を示す
説明図である。

【図１４】微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す
説明図である。

【図１５】微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す
他の説明図である。

【図１６】鋼板の反射特性を示す説明図である。

【図１７】この発明の実施例の光学系を示す配置図であ
る。

【図１８】光学系の動作を示す配置説明図である。

【図１９】３板式偏光リニアアレイカメラの構成図であ
る。

【図２０】信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図２１】疵信号を示す光強度分布図である。

【図２２】疵種と極性パターンと値パターンの相関を示
す基準パターン図である。

【図２３】疵種と疵特徴量と等級の相関を示す基準パタ
ーン図である。

【図２４】最大疵ピーク値を考慮せずに濃度積算値によ
る疵の等級判定疵数の結果を示す比較図である。

【図２５】最大疵ピーク値を考慮した疵の等級判定疵数
の結果を示す比較図である。

【図２６】他の実施例の光学系を示し、（ａ）は側面
図、（ｂ）は上面図である。

【符号の説明】

４鋼板２１光学系２２投光部２３３板式偏光リニアアレイカメラ２４光源２５偏光子２６ビームスプリッタ２７検光子２８リニアアレイセンサ３１信号処理部３２前処理部３３メモリ２４疵パラメータ演算部３５パターン記憶部３６光量記憶部３７基準パターン記憶部３８疵種判定部３９等級パターン記憶部４０疵等級判定部４１出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉浦寛幸東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者上杉満昭東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者吉川省二東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者猪股雅一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山田善郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者大重貴彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者田中一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2G051 AA37 AB07 BA11 BA20 BB01 BB07 BB09 BB20 CA03 CA07 CB01 CC07 CC20 DA06 EA09 EA11 EA12 EA14 EA16 EA23 EB01 EC01 EC02 EC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光部と受光部と信号処理部とを有し、
投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも
３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系
を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号
に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光
強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ
定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から
疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の
変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあら
かじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、各受光光
学系から出力された光強度分布のうち疵部において閾値
を上回る光強度変化量の積分値の最大値を演算し、演算
した値により疵の等級を判定することを特徴とする表面
検査装置。
【請求項２】投光部と受光部と信号処理部とを有し、
投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも
３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系
を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号
に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光
強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ
定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から
疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の
変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあら
かじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、各受光光
学系から出力された光強度分布のうち各画素の絶対値の
最大値と閾値を上回る光強度変化量の積分値の最大値を
演算し、演算した値により疵の等級を判定することを特
徴とする表面検査装置。