JP2001255275A - 表面欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搬送方向に伸びる欠陥だけではなく、従来法
では検出が困難であった幅方向に伸びる低コントラスト
の欠陥の検出を可能とする。 【解決手段】 一方向に搬送される被検査物１０の表面
に、帯状の光を搬送方向に対して斜めに照射すると共
に、同じく斜めに配置したリニア撮像素子１４により被
検査物上の該照射部分を撮像して逐次ビデオ信号を得、
該ビデオ信号に基づいて、被検査物の表面欠陥を検出す
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、表面欠陥検査方法
及び装置に係り、特に、一方向に搬送される被検査物の
搬送方向に垂直な線状あるいは帯状欠陥を検査する際に
用いるのに好適な、表面欠陥検査方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属板等の表面欠陥検査では、
図６に示すように、被検査物１０を一方向に搬送し、こ
の搬送方向と垂直な方向（以下、幅方向と称する）に、
帯状光源１２から帯状の光を被検査物１０上に照射する
と共に、例えばＣＣＤラインセンサカメラ等のリニア撮
像素子１４を、その撮像素子の配列方向が被検査物１０
の幅方向に一致するように配置し、このリニア撮像素子
１４で検出した被検査物表面からの反射光強度変化に基
づいて、信号処理装置１６で表面欠陥の有無を判定する
装置が広く使用されている。

【０００３】通常、このようなリニア撮像素子を用いた
表面欠陥検査装置では、図７に示すように、撮像素子に
よって検出された各走査信号（ビデオ信号）毎に所定の
閾値レベルで閾値処理を行って、被検査物の健全部分と
表面欠陥部分の分離・抽出を行い、欠陥の有無や位置等
を自動的に判定している。

【０００４】一般に、表面欠陥には、図８に示すよう
に、被検査物１０の搬送方向に、ほぼ平行な線状の欠陥
ａ、面状の欠陥ｂ、搬送方向に垂直な、ほぼ全幅にわた
る欠陥ｃ、及び搬送方向に垂直に伸びる短い欠陥ｄ等が
ある。例えば鉄鋼材料では、表面欠陥は、圧延工程で搬
送方向に平行に伸ばされるため、搬送方向に平行な線状
欠陥ａが多くなる。しかし、例えば酸洗鋼板に発生する
畳み皺と称する皺状の欠陥や、冷延鋼板に発生するチャ
タマークと称する模様状の欠陥のように、幅方向に伸び
る欠陥ｃやｄも少なくない。搬送方向に長く伸びる線状
欠陥ａや帯状欠陥、あるいは面状欠陥ｂは、図７に示す
閾値処理で比較的容易に検出することができるが、幅方
向に長く伸びる欠陥ｃ、ｄは、リニア撮像素子の走査方
向と欠陥の方向が一致するため、前記の方法では検出が
難しくなる。

【０００５】このため、幅方向の表面欠陥を検出する方
法として、特公昭６３−４９１８０のように、２ライン
分のビデオ信号の差分をとって、これを幅方向に積算し
てから弁別処理する方法や、例えば特開平８−１４５９
０７等に示されているように、撮像したビデオ信号をＡ
／Ｄ変換して複数ライン分画像バッファに保存してお
き、ソーベルオペレータ等を用いたデジタルフィルタ処
理によって、被検査物の搬送方向における受光信号強度
変化を抽出する方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リニア
撮像素子では、原理上、各ビデオ信号内の信号変化は、
幅方向の光量分布に応じた適切なシェーディング補正を
行えば、ほぼ均一にすることができるが、ビデオ信号間
の受光強度は、被検査物の上下動や光学系の振動等によ
って比較的大きく変化する。従って、ビデオ信号間の受
光信号強度を比較して欠陥を検出する従来法では、コン
トラストの小さい幅方向欠陥はノイズに埋もれてしま
い、検出が困難であるという問題点を有していた。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、低コントラストの幅方向欠陥も容易
に検出可能とすることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面欠陥を検
査する際に、一方向に搬送される被検査物の表面上に、
帯状の光を搬送方向に垂直な方向に対して０°を越えて
４５°以下の角度θだけ傾けて照射すると共に、被検査
物の搬送に伴ってリニア撮像素子により被検査物上の該
照射部分を撮像して逐次ビデオ信号を得、該ビデオ信号
に基づいて被検査物の表面欠陥を検出するようにして、
前記課題を解決したものである。

【０００９】又、好ましくは、前記リニア撮像素子の素
子幅方向分解能δx、素子高さ方向分解能δy、及び角度
θの間の関係が、 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（ｎδx）｝ （ｎ：自然数） となるようにする共に、被検査物の搬送に伴って順次得
られるビデオ信号に対して、第ｉライン目のビデオ信号
の第ｊ番目の画素の濃度値Ｇi,jに対して、 Ｈi,j＝Ｇi+j/n-1,j なる変換を行い、変換後の画素濃度値Ｈi,jに基づいて
被検査物の表面欠陥を検出し、且つ／又は表示するよう
にしたものである。

【００１０】本発明は、又、表面欠陥検査装置が、一方
向に搬送される被検査物の表面に、帯状の光を搬送方向
に垂直な方向に対して０°を越えて４５°以下の角度θ
だけ傾けて照射する投光器と、被検査物の搬送に伴って
被検査物上の該照射部分を逐次撮像するリニア撮像素子
と、撮像されたビデオ信号を弁別処理して被検査物の表
面欠陥を検出する信号処理装置とを含むようにして、前
記課題を解決したものである。

【００１１】又、好ましくは、前記リニア撮像素子の素
子幅方向分解能δx、素子高さ方向分解能δy、及び角度
θの間の関係が、 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（ｎδx）｝ （ｎ：自然数） となるようにしたものである。

【００１２】本発明者が、主として鋼板表面に発生する
表面欠陥について、欠陥形態別に発生頻度を解析したと
ころ、搬送方向に平行な線状及び帯状欠陥、面状欠陥、
幅方向の線状及び帯状欠陥の順で発生頻度が高いこと、
又、搬送方向に対して斜め方向に伸びる線状及び帯状欠
陥は、ほとんど発生しないことを見出した。

【００１３】又、本発明者は、特に鉄鋼の製造ラインの
ような、振動を完全に除去し切れない検査環境下等で
は、リニア撮像素子で撮像した各ビデオ信号間の受光強
度はかなりばらつくため、従来法のような複数のビデオ
信号間の受光強度比較に基づいた処理方法では、幅方向
に伸びる表面欠陥の検出が困難であることを見出した。

【００１４】本発明は、これらの知見に基づくものであ
り、搬送方向に垂直に光を照射すると共に、搬送方向に
垂直にリニア撮像素子を配置して撮像するという従来の
観念を打ち破るものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００１６】本実施形態は、図６に示した従来例と異な
り、図１に示す如く、被検査物１０の搬送方向に対して
直角ではなく、搬送方向に垂直な方向に対し角度θだけ
傾けて帯状光源１２より帯状の光を照射し、リニア撮像
素子１４も同じくθだけ傾けて撮像するようにしたもの
である。

【００１７】従って、幅方向に伸びる線状又は帯状の表
面欠陥であっても、これを横断するようなビデオ信号が
得られる。よって、図７に示したように、ビデオ信号内
の受光強度変化を閾値処理することによって、低コント
ラストの幅方向欠陥も容易に検出できる。

【００１８】このような光学系配置を採った場合、幅方
向に対して角度θだけ傾いた線状及び帯状欠陥に対して
は、検査装置の検出性能が低下するが、前述のように、
このような欠陥はほとんど発生しないので問題はない。

【００１９】このようにして、従来法と同等の単純な装
置構成を用いて、高い検出性能を有する検査装置を実現
することができる。

【００２０】表面欠陥の検出という観点だけからすれ
ば、角度θは、発生する可能性のある幅方向欠陥の指向
角度を考慮して決定すればよいが、θを大きくするほ
ど、長尺の帯状光源１２が必要になり、又、リニア撮像
素子１４の視野幅拡大に伴う素子幅方向分解能の低下を
招くので、θは必要以上に大きくしない方が好ましく、
４５°以下、例えば１０°〜２０°の範囲とすることが
望ましい。

【００２１】図２は、素子幅方向分解能がδx、素子高
さ方向分解能がδyのリニア撮像素子を用いて、θ＝０
°及びθ＝３０°で撮像した場合の、各画素の被検査物
表面上の撮像領域を幾何学的に示したものである。図２
から直感的に分かるように、搬送方向に垂直な方向に対
し角度θだけ傾けてリニア撮像素子で撮像した場合、撮
像した画像は、元の画像に対して角度θだけ幅方向に歪
むことになる。

【００２２】図３は、θ＝３０°で、例えば円形及び正
方形の欠陥を撮像した場合、得られた画像が歪んで、そ
れぞれ楕円及び菱形になることを模式的に示したもので
ある。

【００２３】以上より、単に欠陥を検出するだけではな
く、検出した欠陥の寸法や形状、位置等を正確に評価す
る必要がある場合、あるいは、検出した欠陥画像を実欠
陥と同様の形状で見易く表示する必要がある場合は、こ
のような画像の歪みを除去して、本来の画像を復元する
のが好ましい。

【００２４】以下、帯状光源１２及びリニア撮像素子１
４を角度θだけ傾けて得られた画像の歪みを除去するた
めの手法について説明する。最も簡単な手法は、帯状光
源１２及びリニア撮像素子１４の傾き角度θが、次式を
満たすように設定し、得られたビデオ信号を１画素ずつ
ずらして処理する方法である。

【００２５】 θ≒ｔａｎ^-1（δy／δx） …（１）

【００２６】即ち、図４に示すように、被検査物１０の
搬送に伴って順次得られる第ｉライン目のビデオ信号の
第ｊ番目の画素の濃度値Ｇi,j（ｉ＝１，２，３，…；
ｊ＝１，２，３，…，ｍ）に対して、次式 Ｈi,j＝Ｇi+j-1,j …（２） の変換を行い、変換後の画素濃度値Ｈi,jに基づいて、
被検査物の表面欠陥を検出したり、又、被検査物の表面
欠陥を表示したりすればよい。このようにすれば、θ＝
０°で撮像したのと同じような、歪みのない画像を得る
ことができる。

【００２７】又、必要に応じて、（２）式の変換を行っ
た後、画素濃度値を幅方向に積算し、その積算濃度値を
所定の閾値で弁別処理するようにすれば、コントラスト
の極めて低い幅方向欠陥も検出可能になる。上記の画素
濃度値変換を行う際には、例えばｍライン分のビデオ信
号の画像バッファを用意しておき、順次取り込んだビデ
オ信号を一旦画像バッファに蓄えて、ビデオ信号がｍラ
イン分蓄えられた時点で（２）式の演算を行う、という
従来法と同様の手法を用いることができる。

【００２８】このように、（１）式の関係を満たす光学
系にすると、画像歪みの補正演算が（２）式のように非
常に簡単になる利点がある。しかしながら、前述のよう
に角度θはあまり大きくない方が好ましく、θを（１）
式を満たす値よりも小さな角度にしたい場合も有り得
る。この場合は、次式のようにθを設定すればよい。

【００２９】 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（ｎδx）｝ （ｎ：自然数） …（３）

【００３０】この時、画素濃度値の変換式は、次式のよ
うになる。

【００３１】 Ｈi,j＝Ｇi+j/n-1,j …（４）

【００３２】この場合、ｊ／ｎは必ずしも整数にならな
いので、その場合は、例えば、四捨五入で丸めて整数に
して処理するか、あるいは、近接画素の濃度値を用いて
近似する等の方法を採ればよい。（３）式のｎの値を大
きくするに従って、角度θをより小さくすることが可能
である。

【００３３】なお、上記の説明では、リニア撮像素子１
４の素子幅方向及び素子高さ方向分解能δx、δyが決め
られた後で、傾き角度θを適正化する方法について説明
したが、逆に、傾き角度θを決めた後で、分解能δx、
δyを（１）式あるいは（３）式を満たすように決定し
てもよい。素子幅方向分解能δxは、例えば撮像素子の
視野幅やレンズの焦点距離を変えることにより、容易に
変更できるし、撮像素子の同期信号の周波数を変えるこ
とにより、素子高さ方向分解能δyを大きくすることも
可能である。

【００３４】

【実施例】図５は、本発明の一実施例を示す装置構成図
である。本実施例では、最大速度９ｍ／ｓで搬送される
最大板幅１３００ｍｍの冷延鋼板２０の表面欠陥を、製
造ラインで検査した。鋼板２０の表面に、帯状のハロゲ
ン光源２２を、鋼板２０の搬送方向に垂直な方向に対し
て２３°傾けて照射し、この照射位置を撮像するため、
画素数２０４８、ビデオレート２０ＭＨｚのＣＣＤライ
ンセンサカメラ２４を板幅方向に３台配置した。各ＣＣ
Ｄラインセンサカメラ２４の素子幅方向及び素子長さ方
向の分解能は、それぞれδx＝０．２８ｍｍ、δy＝０．
９４ｍｍである。このようなハードウェアの条件は、次
式を満たすように決定されている。

【００３５】 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（８δx）｝ …（５）

【００３６】検査装置で検出した欠陥をモニタに表示し
た時に、オペレータが理解し易いように、又、検出した
欠陥の形状を評価するために、得られた画素濃度値に対
して、次式による変換を施した。

【００３７】 Ｈi,j＝Ｇi+j/8-1,j …（６）

【００３８】この結果、θ＝０°とした従来法の検査装
置では検出できなかった、チャタマークと称する低コン
トラストの幅方向欠陥が検出できるようになった。又、
θ＝０°とした従来法の検査装置で検出できていた、搬
送方向の線状欠陥や面状欠陥も、従来装置と同様のＳ／
Ｎ比で検出できた。

【００３９】上記実施例は、本発明が、冷延鋼板の表面
欠陥の検出に適用されたものであるが、本発明の適用対
象はこれに限定されず、一般の被検査物の表面欠陥の検
出にも同様に適用できることは明らかである。

【００４０】又、帯状光源もハロゲン光源に限定され
ず、リニア撮像素子もＣＣＤラインセンサカメラに限定
されるものではない。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、従来法では検出が困難
であった低コントラストの幅方向欠陥を含め、検出性能
の高い検査装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面欠陥検査装置の実施形態の概
略を示す模式図

【図２】本発明の表面欠陥検査における各画素の位置を
示す平面図

【図３】同じく画像の歪みを示す平面図

【図４】同じく画像歪みを除去する方法を説明する模式
図

【図５】本発明に係る表面欠陥検査装置の実施例の構成
を示す模式図

【図６】従来の表面欠陥検査装置の概略を示す模式図

【図７】同じくリニア撮像素子から得られるビデオ信号
の一例を示す模式図

【図８】様々な形態の表面欠陥を示す斜視図

【符号の説明】

１０…被検査物 １２…帯状光源 １４…リニア撮像素子 １６…信号処理装置 ２０…冷延鋼板 ２２…ハロゲン光源 ２４…ＣＣＤラインセンサカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA61 BB13 CC00 CC06 DD09 EE08 FF01 FF42 GG02 GG16 JJ02 JJ05 JJ25 KK01 MM03 PP12 QQ04 QQ24 QQ25 SS13 UU07 2G051 AA31 AA37 AB07 BB01 CA03 CA06 CB01 EA14 EA30 ED07 FA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方向に搬送される被検査物の表面上に、
   帯状の光を搬送方向に垂直な方向に対して０°を越えて
   ４５°以下の角度θだけ傾けて照射すると共に、 被検査物の搬送に伴ってリニア撮像素子により被検査物
   上の該照射部分を撮像して逐次ビデオ信号を得、 該ビデオ信号に基づいて被検査物の表面欠陥を検出する
   ことを特徴とする表面欠陥検査方法。
2. 【請求項２】前記リニア撮像素子の素子幅方向分解能δ
   x、素子高さ方向分解能δy、及び角度θの間の関係が、 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（ｎδx）｝ （ｎ：自然数） となるようにする共に、被検査物の搬送に伴って順次得
   られるビデオ信号に対して、第ｉライン目のビデオ信号
   の第ｊ番目の画素の濃度値Ｇi,jに対して、 Ｈi,j＝Ｇi+j/n-1,j なる変換を行い、変換後の画素濃度値Ｈi,jに基づいて
   被検査物の表面欠陥を検出し、且つ／又は表示すること
   を特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査方法。
3. 【請求項３】一方向に搬送される被検査物の表面に、帯
   状の光を搬送方向に垂直な方向に対して０°を越えて４
   ５°以下の角度θだけ傾けて照射する投光器と、 被検査物の搬送に伴って被検査物上の該照射部分を逐次
   撮像するリニア撮像素子と、 撮像されたビデオ信号を弁別処理して被検査物の表面欠
   陥を検出する信号処理装置と、 を含むことを特徴とする表面欠陥検査装置。
4. 【請求項４】前記リニア撮像素子の素子幅方向分解能δ
   x、素子高さ方向分解能δy、及び角度θの間の関係が、 θ≒ｔａｎ^-1｛δy／（ｎδx）｝ （ｎ：自然数） となるようにされていることを特徴とする請求項３記載
   の表面欠陥検査装置。