JP2000180379A - 表面疵検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥を確
実に検出する。 【解決手段】 被検査面２１に対して偏光を入射する線
状拡散光源２２と、被検査面からの正反射光に含まれる
鏡面反射成分をよリ多く抽出する方位角の検光子を有す
る第１の受光手段２８ａ、２９ａと、被検査面からの正
反射光に含まれる鏡面拡散反射成分をよリ多く抽出する
方位角の検光子を有する第２の受光手段２８ｂ．２９ｂ
と、第１及び第２の受光手段で受光された鏡面反射成分
及び鏡面拡散反射成分に基づいて被検査面の表面疵の有
無を判定する判定処理部４０とを備え、さらに、第１及
び第２の受光手段に対して、入射光の受光時間を調整す
ることによって、この第１及び第２の受光手段に入射さ
れる各光量を所定値に制御するための電子シャッターを
それぞれ備えた。

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
等の被検査面に光を照射してこの被検査面の表面疵等を
光学的に検出する表面検査装置に関する。

【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つて、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
は従来から種々の手法が提唱され実施されている。

【０００３】例えば、被検査体表面に対して光を入射
し、被検査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５８−２
０４３５３号公報に提案されている。この表面探傷方法
においては、被検査体表面に対して３５゜〜７５゜の角
度で光を入射し、被検査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°以内の角度方
向に設置した２台のカメラで受光する。そして、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疵と見なすことにより、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、被検査体からの後方散乱光を受光す
ることによる被検査体表面の疵検査方法が特開昭６０−
２２８９４３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先を検出する
ことによる平鋼熱間探傷装置が特開平８ー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き疵を検出する。そして、この探
傷装置においては、掻き疵の疵斜面角度は１０゜〜４０
゜であり、この範囲の疵斜面からの正反射光をすべてカ
バーできるように後方散乱反射方向に複数台のカメラが
配設されている。

【０００６】また、偏先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。

【０００７】特開昭５７−１６６５３３号公報に提案さ
れた測定装置においては、測定対象に４５゜方向の偏光
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、偏光カメラからの３
本の信号を、カラ−Ｔ５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。

【０００８】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号公報の記載技術と同様にエリブソメトリを利用
して鋼板表面の疵を検査している。

【０００９】

【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
な凹凸性をもつ疵を検出するか、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すべて
の疵を確実に捕捉することは困難であった。

【００１０】例えば、特開昭５８−２０４３５３号公報
の探傷装置においては、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、めくれ上がりを生じないような疵に対して
は両方のカメラで疵の信号が捕えられるので適用可能で
ある。

【００１１】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、その疵をすべて検出
することはできない。

【００１２】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
上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。

【００１３】特開平８−１７８８６７号公報の平鋼熱間
探傷装置は、主に掻き傷を対象にしており、疵斜面での
正反射光を捕ら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疵のような疵の場合には後方
散乱では捕らえられないものも存在し、検出漏れを生ず
る問題があった。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。

【００１４】さらに、特開昭５７−１６６５３３号公報
の測定装置及び特開平９−１６６５５２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、「簿い透
明な膜の厚さ及び屈折率」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。

【００１５】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。

【００１６】また、特開平７−２８６３３号公報では、
３台のカメラを鋼板の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
のために、画素合わせが困難である問題があった。

【００１７】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
視野に位置ズレ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取ることが要求されるため問題は大
きかった。

【００１８】また、偏光を利用した特開昭５７−１６６
５３３号公報や特開平９−１６６５５２公報では、鋼板
の製造条件の変更や鋼板品種が変わった場合、各方位角
に設定されたカメラでは受光光量が大きく変化するた
め、最適な受光光量を得ることができず、Ｓ／Ｎ比の良
い信号が得られない問題があった。

【００１９】すなわち、鋼板の製造条件の変更や鋼板品
種が異なると、被検査対象表面の母材部の物性値が異な
るため、被検査面の偏光に対する反射特性が変わり、受
光する偏光成分強度比が変わる。このため、異なる方位
角成分の偏光強度を受光するように設定されたカメラで
は、ある条件の鋼板表面では、最適な光量に設定してお
いても、異なる条件の鋼板表面になった時は、光量が低
くなつたり、飽和したりすることがあり、正常な検査が
できなかった。

【００２０】製品の品質検査ラインに組込まれる表面検
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、疵の検出漏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。

【００２１】本発明は、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し、かつ各
成分の光量を所定値に制御することによって、被検査面
における表面の割れ、扶れ、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、製品の品質保証ラインに
も十分組込むことができる表面疵検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の表面疵検査装置においては、被検査面に対
してこの被検査面に平行な方位角の成分及び垂直な方位
角の成分を有する偏光を入射する線状拡散光源と、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
分をよリ多く抽出する方位角の検光子を有する第１の受
光手段と、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リ多く抽出する方位角の検光子を
有する第２の受光手段と、第１及び第２の受光手段で受
光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分に基づいて
被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部とを備え
ている、さらに、第１及び第２の受光手段に対して、入
射光の受光時間を調整することによって、この第１及び
第２の受光手段に入射される各光量を所定値に制御する
ための電子シャッターをそれぞれ備えている。

【００２３】また別の発明の表面疵検査装置において
は、上記発明の表面疵検査装置に対して、さらに、各受
光手段にて受光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成
分の各受光光量を検出し、この検出された各受光光量が
それぞれ所定値に一致するように各受光手段に備えられ
た各電子シャッターの入射光の受光時間を自動制御する
シャッター制御部を備えている。

【００２４】次に、上述した発明の動作原理を図面を用
いて説明する。

【００２５】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。

【００２６】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７（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７（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７（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
柱状結晶３の形状を維持したままとなる。

【００２７】そして、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。

【００２８】図８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。

【００２９】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
質圧延のロール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ーつによ
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。

【００３０】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９（ａ）、図９（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。

【００３１】そして、実際には、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９（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。

【００３２】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立つ。

【００３３】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。

【００３４】図１０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（ヘゲ部１１）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
元素の拡散によるヘゲ欠陥の合金化が進行したものであ
る。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】上述したモデルに基づきヘゲ部１１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。

【００３８】(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１２（ａ），図１１
（ａ））。

【００３９】(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１２（ｂ），図１１（ｂ））。

【００４０】(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における非テンパ部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１２（ｃ），図１１（ｃ））。

【００４１】図１３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１２（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示す。

【００４２】このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及
び微小面素１３の角度分布の違いが、図１１（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、図中点線で示
す角度分布が母材部１２に対応する母材部角度分布１２
ａである。

【００４３】すなわち、図１１（ａ）はヘゲ部角度分布
１１ａ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１１（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する
場合を示し、図１１（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差
が存在する場合を示す。

【００４４】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１１（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。

【００４５】ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１
２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に違いがない場合
には図１１（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１１（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。

【００４６】例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の
拡散性（角度分布）が小さい時には、一般に正反射方向
に比較的近い拡散方向からはヘゲ部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。

【００４７】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１２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、先の
図１１（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１
２で示される微小面素１３の角度分布のうち微小面素１
３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。

【００４８】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
１２の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１４
（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Ｉ（ξ）と呼ぶ）を
乗じて積分することに相当する。

【００４９】また、例えば、入射角６０°において、正
反射方向から２０°ずれた４０°の角度位置で反射光を
測定することは、図１４（ｂ）のようなデルタ関数δ
（ξ＋１０）なる重み関数Ｉ（ξ）を用いて計算するこ
とに相当する。

【００５０】なお、図１３に示すように、反射角度θ´
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。

【００５１】 θ´＝−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Ｉ（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。

【００５２】このような観点から、図１２（ａ）（ｂ）
（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部１２と弁
別し検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考えると、図１
４（ａ）（ｂ）に示すデルタ関数δ（ξ），δ（ξ＋１
０）も有効な重み関数Ｉ（ξ）の一つである。

【００５３】なお、重み関数Ｉ（ξ）は、必ずしも図１
４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。

【００５４】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Ｉ（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。

【００５５】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が捉えられることが望ましい。
そして、後者の課題に対しては、重み関数Ｉ（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。

【００５６】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もつ線
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。

【００５７】この線状拡散光源の効果を説明するため
に、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、線状拡散光源１
４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。

【００５８】図１５（ａ）に示すように、線状拡散光源
１４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、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。

【００５９】これに対し、図１５（ｂ）に示すように、
線状拡散光源１４の中央部以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。

【００６０】以上２つの場合を併せると、線状拡散光源
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。

【００６１】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。

【００６２】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偏光の反射率比 tanΨ及び位相差Δに
応じた楕円偏光となって出射する。

【００６３】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１６（ａ）（ｂ）を用いて
説明する。

【００６４】図１６（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。

【００６５】一方、図１６（ｂ）に示すように、線状拡
散光源１４の中央部以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。

【００６６】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、
線状拡散光源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。

【００６７】以下、ｐ，ｓ両成分をもつ直線偏光を線状
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。

【００６８】まず、図１７に示すように、線状拡散光源
１４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Ｏ点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与し
ている。

【００６９】一方、図１８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。

【００７０】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、簡単な幾何学的考察
により、(2) 式で与えられる。

【００７１】 COSξ＝［２・ cosθ・ cos² （φ／２）］ ／［sin ² φ＋４・｛ cos² θ・ cos⁴ （φ／４） ＋sin ² θ・ sin⁴ （φ／２）｝］^1/2 …(2) 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。

【００７２】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Ｅ_C 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、 Ｅ_C ＝Ｔ・Ｅin …(3) と表される。但し、Ｅinは偏光板１５の方位角（偏光
角）αの直線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及び
反射特性行列Ｔはそれぞれ(4) (5) 式で与えられる。

【００７３】

【数１】

【００７４】但し、 tanΨ：ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比 Δ：ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差 ｒ_S ：ｓ偏光の振幅反射率 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の微小面素１３で受光器１６方向に反
射された光の偏光状態Ｅ_A 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れば(6)
式で与えられる。

【００７５】 Ｅ_A ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(6) 但し、Ｒは回転行列であり、(7) 式で与えられる。

【００７６】

【数２】

【００７７】(3) 式は、(6) 式において微小面素１３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１９に示すようになる。

【００７８】但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）
αは４５°、入射角θは６０°、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゜、ｐ，
ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜とした。図１９よ
り、法線角度ξ＝Ｏ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。

【００７９】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。

【００８０】このことを定量化するために、図１８に示
すように、(3) 式で表される偏光状態Ｅ_A 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Ｅ₀ を求めると、(8) 式となる。

【００８１】 Ｅ₀ ＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・Ｅ_A ＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(8) 但し、Ａは検光子１７を表す行列であり、(9) 式で示
される。

【００８２】

【数３】

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】 Ｓ（ξ）・｜Ｅ₀ ｜² ＝ｒ_S ² Ｅ_P ² ・Ｓ（ξ）・Ｉ（ξ，β） Ｉ（ξ，β）＝ tan² Ψ・ 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） …(10) 上式におけるＩ（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ｒ_S ² 、入
射光光量Ｅ_P ²、面積率Ｓ（ξ）を乗じたものが検出さ
れる光強度になる。

【００８６】表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材
質が均−な対象を考える場合は反射率ｒ_S ² の値は一定
と考えられる。また、入射光光量Ｅ_P ² 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。

【００８７】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Ｉ（ξ，β）とを考えればよい。

【００８８】ここで、重み関数Ｉ（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β₀ 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。

【００８９】

【数４】

【００９０】(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°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°、位相差Δ＝１２０°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°を採用した。

【００９１】図２０に、検光子１７の検光角βが−４５
°の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数
Ｉ（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのた
めに重み関数Ｉ（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格
化してある。

【００９２】図２０の特性から、法線角度ξ＝０°、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°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。

【００９３】また、逆に法線角度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(10)
式及び(11)式より求めると、およそβ＝４５°である。
検光子１７の検光角β＝４５°に対する微小面素１３の
法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４５）の関係を図２１に
示す。

【００９４】なお、図２１の重み関数Ｉ（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。

【００９５】また、検光子１７の検光角β＝−４５°と
４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても計算し
た重み関数Ｉ（ξ，９０）も図２１に示した。

【００９６】(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Ｉ（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）・Ｉ（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２２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°の検光子１７を通して受
光した場合、図２２で示される面積率Ｓ（ξ）を図２０
に示す重み関数Ｉ（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。

【００９７】そこで、鋼板４の表面に、図１１（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１２（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになっている。

【００９８】まず、図１１（ｂ）、図１２（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°の検光子１７を通して受光
したときの光強度は、図１２（ｂ）に示す面積率Ｓ
（ξ）に図２０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１
１との反射光量の違いを検出することができる。

【００９９】また、同一疵を検光角β＝４５°の度検光
子１７を通して受光したときの光強度については、図１
２（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがない
ため、図２１の検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（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。

【０１００】また、図１１（ｃ）、図１２（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°の検光子１７を通したのでは検出で
きず、検光角β＝４５°の検光子１７を通したときに検
出できる。

【０１０１】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１２
（ｃ）では法線角度ξ＝±２０°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°の検光子１７を通しても検出でき
なくなる。

【０１０２】その場合は、別の重み関数（例えばＩ
（ξ，９０））となるような検光角β（例えば９０゜）
の検光子１７をもうーつ別に用意し、３番目の受光カメ
ラ１６で受光するようにすればよい。

【０１０３】一般に、鋼板４の表面の母材部１２とヘゲ
部１１の反射特性は図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のい
ずれかであるので、ヘゲ部１１の見落としをなくするた
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。

【０１０４】また、図１１（ａ）、図１２（ａ）のよう
に鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場
合には、基本的には、例えば−４５°と＋４５°とのい
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。

【０１０５】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。

【０１０６】よって、たとえ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１１
（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。

【０１０７】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及び表面疵検査方
法が実現する。

【０１０８】また、鋼板の製造条件の変更や鋼板品種が
変わった場合、被検査対象表面の母材部の物性値が異な
るため、被検査面の偏光に対する反射特性が変わり、受
光する偏光成分強度比が変わる。

【０１０９】たとえば、合金化亜鉛メッキ鋼板の異なる
品種Ａ、Ｂの偏光反射特性は、鋼板の品種Ａでは、ｐ，
ｓ偏光の振幅反射率比の逆正接Ψ＝２８゜、ｐ，ｓ偏光
の反射率の位相差Δ＝１２０゜である。一方、鋼板の品
種Ｂでは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比の逆正接Ψ＝２８
゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝８０゜である。そ
して、(10)式に２品種の偏光反射特性値を代入し、前述
した模様状ヘゲ疵を検出可能とする検光角９０゜、４５
゜、−４５゜における重み関数を算出し、表１に示す。

【０１１０】

【表１】

【０１１１】母材部は、調質圧延にて平坦につぶされた
テンパ部７であるので、(10)式でξ＝０として、算出さ
れた重み関数の値を各検光角の受光光量の相対値とみな
すことが可能である。但し、ここで入射偏光の方位角
（偏光角）αは４５゜、入射角θは６０゜とした。

【０１１２】鋼板の品種Ａ、Ｂそれぞれ３つの各検光角
では受光光量が異なるために、３検光角全てについて、
Ｓ／Ｎ比が良くなる最適な光量を得ることは困難であ
る。

【０１１３】さらに、鋼板の品種Ａ、Ｂで比較すると、
検光角９０゜では、受光光量に変化はないが、４５゜、
−４５゜で２倍程度の受光光量の変化が生ずる。したが
って、品種Ａと品種Ｂとを同一の光学条件で測定する
と、検光角４５゜、−４５゜については、両品種でＳ／
Ｎ比がよくなる信号を得ることができず、どちらかの品
種で光量が低すぎる、あるいは飽和光量に達してしまう
問題が発生する。

【０１１４】よつて、本発明では、各受光手段に対し
て、入射光の受光時間を調整する電子シャッターを備え
ている。したがって、たとえ、被検査体の品種が変化し
たり、製造条件が変化して表面偏光反射特性が大きく変
化したとしても、模様状ヘゲ疵を検出もれを生ずること
なく検出可能な表面疵検査装置を実現する。

【０１１５】

【発明の実施の形熊】以下に本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【０１１６】図１（ａ）は本発明の一実施形態に係わる
表面疵検査装置の側面図であり、図１（ｂ）は同表面疵
検査装置の上面図である。

【０１１７】この実施形態の表面疵検査装置は製鉄工場
における合金化亜鉛メッキ鋼板の品質検査ラインに設置
されている。図中矢印方向に搬送状態の鋼板２１の搬送
路の上方位置に、この帯状の鋼板２１の幅方向に線状拡
散光源２２が配設されている。この線状拡散先源２２
は、ー部に拡散反射塗料を塗布した透明導光棒の両端か
ら内部ヘメタルハライド光源の光を投光することによっ
て、鋼板２１の幅方向に一様の出射光を得る。

【０１１８】線状拡散光源２２の各位置から出射された
鋼板２１に対する入射光２３は、シリンドリカルレンズ
２４と偏光板２５を介して走行状態の鋼板２１の全幅に
対して例えば６０゜の入射角θで照射される。偏光板２
５の方位角（偏光角）αは４５゜に設定されている。

【０１１９】鋼板２１で反射された反射光２６は鋼板の
正反射方向に配置された受光部２７に入射する。この受
光部２７は、レンズの前に検光角βがそれぞれ−４５
゜、４５゜、９０゜に設定された検光子２８ａ、２８
ｂ、２８ｃを有する３台のリニアアレイカメラからなる
受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃから構成されてい
る。

【０１２０】各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃで受
光された反射光２６における鋼板２１における幅方向の
１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度信号
ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処理部
４０へ送信される。さらに、各受光カメラ２９ａ、２９
ｂ、２９ｃから出力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは、
シャッター制御部５０へ入力される。

【０１２１】そして、この実施形態の表面疵検査装置に
おいては、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ内に
は、入射光の受光時間を調整するための電子シャッター
の機能が組込まれている。そして、各受光カメラ２９
ａ、２９ｂ、２９ｃにおける各電子シャッターの入射光
の受光時間を示す開放時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃはシャッタ
ー制御部５０にて自動制御される。

【０１２２】このシャッター制御部５０は、各受光カメ
ラ２９ａ〜２９ｃに組込まれた各電子シャッターの各開
放時間Ｔａ〜Ｔｃを調整することによって、被検査面で
ある鋼板２１の表面の反射光量に対応して、各受光カメ
ラ２９ａ〜２９ｃで受光する反射光２６の光量を十分確
保するとともに、光量が飽和しない最適なレベルに制御
することが可能である。

【０１２３】図２はシャッター制御部５０の概略構成を
示すブロック図である。

【０１２４】一４５゜の検光子２８ａが組込まれた第１
のカメラとしての受光カメラ２９ａ、＋４５゜の検光子
２８ｂが組込まれた第２のカメラとしての受光カメラ２
９ｂ、＋９０゜の検光子２８ｃが組込まれた受光カメラ
２９ｃから入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞ
れ信号入力部５１ａ、５１ｂ、５１ｃへ入力されたの
ち、各信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃへ転送
される。

【０１２５】各信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２
ｃは、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃからの各光
強度信号ａ、ｂ、ｃの信号レベルを検出して、次の各シ
ャッター時間設定部５３ａ、５３ｂ、５３ｃへ転送す
る。各シャッター時間設定部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ
は、各光強度信号ａ、ｂ、ｃの信号レベルから、各電子
シヤツターの開放時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを決定し、各シ
ャッタータイミング信号発生部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ
に設定する。

【０１２６】また、カメラ同期信号発生器５５は、各受
光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ及び各シャッタータイ
ミング信号発生部５４ａ、５４ｂ、５４ｃに対して、１
ライン分の走査時間Ｔｓに相当する一定周期の走査同期
信号ｇを印加する。

【０１２７】そして、各シャッタータイミング信号発生
部５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、(12)式に示すように、一
つの走査同期信号ｇの入力時刻から、１ライン分の走査
時間（周期）Ｔｓから設定された各開放時間（シャッタ
ー時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを減じた時間だけ経過したタ
イミングｔａ、ｔｂ、ｔｃで、各受光カメラ２９ａ、２
９ｂ、２９ｃへシャッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、
Ｐｃを送出する。

【０１２８】 ｔａ＝Ｔｓ―Ｔａ ｔｂ＝Ｔｓ―Ｔｂ ｔｃ＝Ｔｓ―Ｔｃ …(12) ここで、リニアアレイカメラとしての各受光カメラ２９
ａ、２９ｂ、２９ｃにおける各受光光量は、受光カメラ
が鋼板２１の表面を走査するときに、反射光量の最も暗
い表面をもつ被検査対象に対しても、十分な値が得られ
る必要がある。このため、各電子シャッターの開放時間
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの最大値は１ライン分の走査時間（周
期）Ｔｓとし、各値Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃはこの最大の走査
時間（周期）Ｔｓに対して設定されている。

【０１２９】各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃにお
いては、図３のタイミング図に示すように、シャッター
タイミング信号発生器５４ａ、５４ｂ、５４ｃからシャ
ッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが入力される
と、走査同期信号ｇの入力時刻から現在時刻までに受光
センサに蓄積されている電荷Ｑを破棄する。そして、今
回のシャッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの入力
時刻から次の走査同期信号ｇの入力時刻までに受光セン
サに蓄積された電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを該当受光カメラ
の光強度信号ａ、ｂ、ｃとして出力する。

【０１３０】なお、図３においては、説明を簡単にする
ために、一つの受光カメラ２９ａからの光強度信号ａに
ついてのタイミング図のみを記載したが、他の光強度信
号ｂ、ｃについてもほぼ同様のタイミング図となる。

【０１３１】このような構成のシャッター制御部５０に
おいて、信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃで検
出された各光強度信号ａ。ｂ。ｃの信号レベルが飽和レ
ベルになっている場合は、現在設定されているシャッタ
ー時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを短くして受光光量を低下させ
る。逆に、Ｓ／Ｎ比が劣化するほど光量が低い場合に
は、シャッター時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを長くして受光光
量を増加させる。

【０１３２】これにより、たとえ被検査面としての鋼板
２１の表面からの反射光の偏光成分強度比が変わって
も、常に３台の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ相互
間の受光先畳比率を同等にし、各受光カメラ２９ａ、２
９ｂ、２９ｃを最適な受光先量にすることができる。

【０１３３】また、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９
ｃの各光軸は互いに平行に維持されている。また、３台
の受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ相互間における視
野のズレは、信号処理部４０において補正している。

【０１３４】このように各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、
２９ｃの光軸が平行に維持されていると、３台の受光カ
メラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各画素は同一視野サイズ
で一対一に対応する。このようにリニアアレイカメラを
採用することによつて、ビームスプリッタを用いるのに
比べて、光量のロスがなぐなり、効率的な測定が可能と
なる。

【０１３５】ここで、受光部２７において、リニアアレ
イカメラの代わりに２次元ＣＣＤカメラを使用すること
もできる。さらに、単一光検出素子とガルバノミラーや
ポリゴンミラーを組合わせた走査型の光検出器を使用す
ることも可能である。

【０１３６】また、線状拡散光源２２として、蛍光灯を
使用することもできる。また、バンドルファイバの出射
端を直線上に整列させたファイバー光源を使用すること
もできる。各ファイバーからの出射光は、ファイバーの
Ｎ／Ａに対応して十分な広がり角を持つため、これを整
列させたフアイバー光源は実質的に線状拡散光源となる
ためである。

【０１３７】前述したように、各受光カメラ２９ａ、２
９ｂ、２９ｃで受光された反射光２６における鋼板２１
の幅方向における１ライン分の各画素毎の光強度はそれ
ぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部とし
ての信号処理部４０へ送信される。

【０１３８】図４は信号処理部４０の概略構成を示すブ
ロック図である。

【０１３９】前述と同様に、一４５゜の検光子２８ａが
組込まれた第１のカメラとしての受光カメラ２９ａ、＋
４５゜の検先子２８ｂが組込まれた第２のカメラとして
の受光カメラ２９ｂ、＋９０゜の検光子２８ｃが組込ま
れた受光カメラ２９ｃから入力された各光強度信号ａ，
ｂ，ｃはそれぞれ平均値間引き部３０ａ，３０ｂ、３０
ｃへ入力される。

【０１４０】各平均値間引き部３０ａ〜３０ｃは、各受
光カメラ２９ａ〜２９ｃのスキャン周期毎に各受光カメ
ラ２９ａ〜２９ｃから入力される各光強度信号ａ、ｂ、
ｃを加算平均し、鋼板２１が信号処理における長手方向
分解能に相当する距離を移動した場合に、１ライン分の
信号を出力する。

【０１４１】このような間引き処理を行うことにより、
鋼板２１の搬送速度が変化しても信号処理における１ラ
インの鋼板移動方向の分解能を一定にすることができ
る。また、走査（スキャン）周期毎の各光強度信号ａ、
ｂ、ｃを平均しているので、信号処理における１ライン
の鋼板移動方向の分解能が受光カメラ２９ａ〜２９ｃの
鋼板移動方向の視野サイズよりも十分大きい場合にも、
間を細かく測定した信号の平均値を用いることができる
ので、見落としをなくすことができる。

【０１４２】各平均間引き部３０ａ〜３０ｃで信号処理
された各光強度信号ａ、ｂ、ｃは次の各前処理部３１ａ
〜３１ｃへ入力される。

【０１４３】各前処理部３１ａ〜３１ｃは、１ラインの
信号の輝度むらを捕正する。ここでいう輝度むらには、
光学系に起因するムラも鋼板２１の反射率に起因するム
ラも含まれる。また、各前処理部３１ａ〜３１ｃは、鋼
板２１の両側のエッジ位置も検出し、エッジにおける急
峻な光強度信号ａ、ｂ、ｃの変化を疵と誤認識すること
を防ぐ処理を実施する。各前処理部３Ｉａ〜３１ｃで信
号処理された各光強度信号ａ、ｂ、ｃは次の各２値化処
理部３２ａ〜３２ｃヘ入力される。

【０１４４】各２値化処理部３２ａ〜３２ｃは、各光強
度信号ａ、ｂ、ｃに含まれる各画素のデ一夕を予め決め
られたしきい値と比較し、疵候補点を抽出して、次の特
徴量算出部３３ａ〜３３ｃヘ送出する。

【０１４５】特微量抽出部３３ａ〜３３ｃは、一続きと
なっている疵候捕点をーつの疵候捕領域と判定し、例え
ばスタートアドレス、エンドアドレスなどの位置特徴量
や、ピーク値など濃度特徴量を算出する。

【０１４６】鏡面性疵判定部３４及ひ鏡面拡散性疵判定
部３５では、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃに対応する各
特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃにより算出された特徴量に
基づいて、疵の種類、程度を判定する。

【０１４７】そして、疵総合判定部３６では、鏡面性疵
判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５での判定結果及
び特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最
終的な疵種及びその程度を判定する。

【０１４８】また、この総合判定部３６では、各特徴量
抽出部３３ａ〜３３ｃからの位置特徴量を基に、各受光
カメラ２９ａ〜２９ｃにおける視野ズレの補正も行う。
このように、特徴量単位で受光カメラ２９ａ〜２９ｃ相
豆間の視野ズレの補正を行うので、受光カメラ２９ａ〜
２９ｃ相互間の視野を画素単位で調整しておく必要はな
い。

【０１４９】

【実施例】図１に示す実施形態の表面疵検査装置を用い
た合金化亜鉛メッキ鋼板の表面疵の測定結果を図５，図
６に示し、その測定結果に基づく判定結果を表２に示
す。

【０１５０】測定した各疵は、図１１（ｂ）に示すテン
パ部６の面積率Ｓ（ξ）がヘゲ部１１で母材部１２より
大きいが、非テンパ部７の拡散性は変わらない疵と、図
１１（ｃ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）にはヘゲ
部１１と母材部１２間に大きな差はないが、拡散性に差
がある疵である。

【０１５１】そして、鋼板２１の幅方向の中央部に図１
１（ｂ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−
４５°、４５°及び９０°に各検光子２８ａ，２８ｂ，
２８ｃの検光角βが設定された各受光カメラ２９ａ，２
９ｂ，２９ｃで鋼板２１を幅方向に１ライン分走査して
得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ〜ｃの変化を
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。

【０１５２】図示するように、−４５°に検光角βが設
定された受光カメラ２９ａの光強度信号ａに疵（ヘゲ部
１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、４
５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ｂの光強度
信号ｂには疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発
生しない。

【０１５３】また、鋼板２１の幅方向の中央部に図１１
（ｃ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４
５°、４５°及び９０°に各検光子２８ａ，２８ｂ，２
８ｃの検光角βが設定された各受光カメラ２９ａ，２９
ｂ，２９ｃで鋼板２１を幅方向に１ライン分走査して得
られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ〜ｃの変化を図
６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。

【０１５４】図示するように、４５°に検光角βが設定
された受光カメラ２９ｂの光強度信号ｂに疵（ヘゲ部１
１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４
５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ａの光強度
信号ａには疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発
生しない。

【０１５５】

【表２】

【０１５６】図１１（ｃ）のタイプの疵については、図
示するように、一般に拡散反射方向に検出不能となる角
度が存在するが、その角度が異なる２種類の疵について
測定を行った。

【０１５７】なお、比較のため、従来技術で、入射角６
０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向か
ら２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測
定した結果も同時に記載した。

【０１５８】従来技術では、２つの受光角で受光しノイ
ズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵につ
いては、２つの受光角を同時に検出することは不可能で
ある。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない
疵も存在する。

【０１５９】それに対し、本発明の実施形態では、３つ
の異なる受光角に対応する反射光成分を、検光子２８
ａ，２８ｂ，２８ｃを用いることにより正反射方向から
抽出しているから、いずれかの受光カメラ２９ａ〜２９
ｃで検出することが可能である。また、検出する必要が
ある疵の反射特性に合わせて、検光角βを最適値に設定
することも容易である。

【０１６０】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。

【０１６１】図１に示す実施形態装置においては、３台
の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃを用いたが、−４
５°の検光子２８ａを有する受光カメラ２９ａと、＋４
５°の検光子２８ｂを有する受光カメラ２９ｂとの２台
の受光カメラのみであっても、鋼板表面からの正反射光
の光軸方向からヘゲ部１１の存在を母材部１２と区別し
て十分検出できる。

【０１６２】表３に、鋼板２１における表１に示した偏
光反射特性を有する品種Ａに対応した検光角９０゜、４
５゜、−４５゜の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの
各電子シャッターの各シャッター時間（開放時間）Ｔ
ａ、Ｔｂ、Ｔｃと、鋼板２１における品種Ｂに対応した
検光角９０゜、４５゜、−４５゜の受光カメラ２９ａ、
２９ｂ、２９ｃの各シャッター時間（開放時間）Ｔａ、
Ｔｂ、Ｔｃとの対応を示す。

【０１６３】

【表３】

【０１６４】なお、表３の各シャッター時間（開放時
間）は、品種Ａの検光角４５゜を１としたときの、他の
検光角のシャッター時間（開放時間）の比率を示したも
のであり、シャッター時間の絶対値は光源光量、鋼板の
反射率、走査（スキャン）周期の関係から定まる。

【０１６５】このように、鋼板２１の品種Ａ，Ｂが変更
になり、それに伴って鋼板３１の表面の偏光反射特性が
変化するのに応じて、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２
９ｃに組込まれた電子シャッターのシャッター時間（開
放時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが自動的に例えば表３に示す
値に変化する。よって、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、
２９ｃにおける受光光量は常に最適値に制御される。

【０１６６】なお、図１に示す実施形態装置において
は、３台の受光カメラ２９ａ〜２９ｃに電子シャッター
を備えたが、品種Ａ，Ｂが変更になっても、反射光量が
変わらない検光角に設定された受光カメラがある場合に
は、反射光量が変化する検光角、ここでは検光角４５゜
と−４５゜の受光カメラのみに電子シャッターを組込
み、検光角９０゜の受光カメラには固定値の光量減少フ
ィルターを用いて光量調整をする構成としても、各検光
角の受光カメラの受光光量を同等にすることが可能であ
る。

【０１６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面疵検
査装置においては、被検査面での正反射光が鏡面反射成
分と鏡面拡散反射成分とからなるという知見に基づい
て、それぞれの成分を区別して抽出して検出している。
具体的には、線状拡散光源を使用し、ｐ偏光、ｓ偏光を
共に有する偏光を被検査面に入射し、鋼板の正反射方向
から、検光角を適当に設定することにより、鏡面反射成
分をより多く含む成分と鏡面拡散反射成分をより多く含
む成分とを抽出する構成とし、さらに、正反射光の各成
分の強度を受光する各受光カメラに受光光量を調整する
電子シャッターを組込んでいる。

【０１６８】この構成により、鏡面反射成分からのみで
は観察できない疵も検出可能となり、従来検出できなか
った顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出漏れす
ることなく検出することが可能となった。

【０１６９】また、鋼板正反射方向からの同一光軸上で
の測定で両成分が捕らえられるため、鋼板距離変動や速
度変化の影響を受けない測定が実現した。また、検光子
の検光角を調整することにより、どの角度の鏡面拡散反
射成分を抽出するかを選択できるようになった。

【０１７０】さらに、被検査面の偏光反射特性の変化に
応じて、各受光カメラに組込まれた電子シャッターの開
放時間を自動的に調整して、各受光手段の受光光量を一
定に保つことができるため、被検査対象の種類や製造条
件が変更し、正反射光の鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分の強度比が変化した場合についても、各成分の受光手
段の受光光量をＳ／Ｎ比の良いレベルに調整し、安定し
た表面疵検査結果が得られるようになった。

【０１７１】さらに、品質保証の観点からは、表面疵検
査装置は未検出がないことが絶対条件である。そこで、
本発明により表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出の
ない表面検査装置が実現できたので、従来までは検査員
による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化でき
るようになった点で産業上の利用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係わる表面疵検査装置
の概略構成を示す側面図及び上面図

【図２】 同表面疵検査装置におけるシャッター制御部
の概略構成を示ブロック図

【図３】 同表面疵検査装置における受光カメラにおけ
るシャッタータイミングを示す図

【図４】 同表面疵検査装置における信号処理部の概略
構成を示すブロック図

【図５】 同表面疵検査装置で測定された光強度信号波
形図

【図６】 同じく同表面疵検査装置で測定された光強度
信号波形図

【図７】 同表面疵検査装置の検査対象となる合金化亜
鉛メッキ鋼板の製造方法及び詳細断面構造を示す図

【図８】 検査対象の鋼板におけるテンパ部と非テンパ
部における入射光と反射光との関係を示す断面模式図

【図９】 同テンパ部と非テンパ部とにおける反射光の
角度分布図

【図１０】 鋼板に存在するヘゲ部の生成過程を説明す
るための図

【図１１】 ヘゲ部における鏡面反射成分及び鏡面拡散
反射成分と、母材部における鏡面反射成分及び鏡面拡散
反射成分との関係を示す図

【図１２】 鋼板の照射部における微小面素の法線角度
と面積率との関係を示す図

【図１３】 鋼板に対する入射光の入射角と微小面素の
法線角度との関係を示す図

【図１４】 微小面素の法線角度と重み関数との関係を
示す図

【図１５】 線状拡散光源の各位置からの各入射光と鋼
板上の入射位置との関係を示す図

【図１６】 線状拡散光源の各入射光が偏光されていた
場合における反射光の偏光状態を示す図

【図１７】 線状拡散光源の中央部からの各入射光が偏
光されていた場合における微小面素からの反射光を示す
図

【図１８】 線状拡散光源の中央部以外の位置からの各
入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反
射光を示す図

【図１９】 微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状
態との関係を示す図

【図２０】 反射光の光路に検光子を挿入した場合にお
ける微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図

【図２１】 検光子の検光角を変更した場合における微
小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図

【図２２】 微小面素の法線角度と面積率との関係を示
す図

【符号の説明】

４、２１…鋼板 ６…テンパ部 ７…非テンパ部 ８，２３…入射光 ９…鏡面反射光 １０…鏡面拡散反射光 １１…ヘゲ部 １２…母材部 １４，２２…線状拡散光源 １５，２５…偏光板 １６，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…受光カメラ １７，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…検光子 ２４…シリンドリカルレンズ ２６…反射光 ２７…受光部 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…平均値間引部 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…前処理部 ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…２値化処理部 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…特徴量判定部 ３４…鏡面性疵判定部 ３５…鏡面拡散性疵判定部 ３６…疵総合判定部 ４０…信号処理部 ５０…シャッター制御部 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…信号入力部 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…信号レベル検出部 ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…シャッター時間設定部 ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…シャッタータイミング発生部 ５５…カメラ同期信号発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 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 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 Ｆターム(参考） 2G051 AA37 AB07 BA11 BA20 BB01 BB09 BB17 BB20 CA03 CA04 CA07 CB01 CB05 CC20 CD10 DA06 EA11 EA12 EA14 EA24 EA25 EB01 EC01 EC03 ED23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査面に対してこの被検査面に平行な
   方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を入
   射する線状拡散光源と、 前記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
   面反射成分をよリ多く抽出する方位角の検光子を有する
   第１の受光手段と、 前記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
   散反射成分をよリ多く抽出する方位角の検光子を有する
   第２の受光手段と、 前記第１及び第２の受光手段で受光された鏡面反射成分
   及び鏡面拡散反射成分に基づいて前記被検査面の表面疵
   の有無を判定する判定処理部とを備えた表面疵検査装置
   であつて、 前記第１及び第２の受光手段に対して、入射光の受光時
   間を調整することによって、この第１及び第２の受光手
   段に入射される各光量を所定値に制御するための電子シ
   ャッターをそれぞれ備えたことを特徴とする表面疵検査
   装置。
2. 【請求項２】 前記各受光手段にて受光された鏡面反射
   成分及び鏡面拡散反射成分の各受光光量を検出し、この
   検出された各受光光量がそれぞれ前記所定値に一致する
   ように前記各受光手段に備えられた各電子シャッターの
   入射光の受光時間を自動制御するシャッター制御部を備
   えたことを特徴とする請求項１記載の表面疵検査装置。