JP2005221391A - 表面疵検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】顕著な凹凸性を持たない模様状の欠陥を検出し、製品の品質検査ラインにも十分組込むことができる表面検査装置を提供する。
【解決手段】被検査面１３に偏光を入射する偏光光源１４と、被検査面１３からの反射光を異なる検光角に設定された少なくとも２以上の偏光受光手段１６と、前記各偏光受光手段の光軸上で、被検査面１３と各偏光受光手段１６との間に設置された偏光状態調整手段１５と、受光手段１６で受光された偏光成分強度に基づき被検査面１３の表面疵の有無を判定する判定処理手段とを備えた表面疵検査装置。さらに、偏光状態調整手段１５は被検査面の正常部と疵部との偏光特性が異なるように調整された、あるいは、設定角度をそれぞれ調節された1/4波長板および偏光板からなることとすることもできる。また、偏光状態調整手段を偏光光源と被検査面との間に設置することもできる。

【選択図】図１

Description

本発明は、例えば薄鋼板等の金属帯の表面疵を光学的に検出する表面疵検査装置に関する。

外部から光を入射し、正反射光及び拡散反射光をカメラでとらえることによる金属物体の表面探傷方法として、特許文献１（特開昭58-204353号公報）記載の技術がある。本技術は、被検体表面に対し35〜75度の角度で光を入射し、反射光を、正反射方向と、入射方向あるいは正反射方向から20度以内の角度方向に設置した2 台のカメラで受光している。そして、2 台のカメラの信号を比較し、例えばお互いの論理和を取る、すなわち、2 台とも検出した場合のみ疵とみなすことにより、ノイズに影響されない検査方法を実現している。

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として、特許文献２（特開昭60-228943号公報）記載の技術がある。本技術は、ステンレス鋼板に大きな入射角で光を入射し、入射側へ戻る反射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ようとするものである。

複数の後方散乱反射光を検出することによる探傷装置として、特許文献３（特開平8-178867号公報）記載の技術がある。これは熱間圧延された平鋼上の掻疵を検出しようとするものである。本明細書によれば、掻疵の疵斜面角度は10〜40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を用意している。

また、偏光を利用した表面検査装置として、特許文献４（特開昭57-166533号公報）記載の技術は、測定対象に45度方向の偏光を入射し、提案された偏光カメラで受光している。偏光カメラは、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ようになっている。偏光カメラからの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を開示している。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、実施例ではレーザ光が用いられている。

また、特許文献５（特開平9-166552号公報）では同様に、エリプソメトリを利用した鋼板表面の疵検査装置を開示している。

特開昭58-204353号公報 特開昭60-228943号公報 特開平8-178867号公報 特開昭57-166533号公報 特開平9-166552号公報

上記従来技術はいずれも顕著な凹凸性を持つ疵を検出するか、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疵等に対しては全ての疵を確実に捉えることはできなかった。

例えば、特許文献１記載の技術では、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つのカメラの信号の論理和によるノイズの影響除去である。従って、顕著な凹凸性を有する疵、すなわち表面に割れ・抉れ・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、どちら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疵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。

特許文献２記載の技術では、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おり、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。

また、この技術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、未検出を生ずるという問題点があった。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、容易に変更できないという問題もあった。

特許文献３、４記載の技術は、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、もともと疵部が正常部である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という問題があった。

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、画素ごとにエリプソパラメータを計算する必要があった。そのため、特許文献４記載の技術で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。

特許文献５記載の技術では、実施例で、3 台のカメラを鋼板進行方向に並べたり（同公報明細書図６）、縦または横に並べた3 台のカメラの傾きを変えて同一領域を見るように（同図７、図８）している。しかし、同公報明細書図６の場合は、鋼板の速度が変化したときの処理が複雑であるという問題があった。また、明細書図７、図８では、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、やはり画素合わせが困難であるといった問題があった。

さらに、特許文献１記載の技術や特許文献３記載の技術では、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。さらに、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号公報記載の技術では、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。

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検査装置は実用化されていなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、表面の割れ・抉れ・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疵を、未検出となることなく検出し、製品の品質検査ラインにも十分組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。

上記の課題は、次の発明により解決される。その発明は、被検査面に偏光を入射する偏光光源と、この被検査面からの反射光を異なる検光角に設定された少なくとも２以上の偏光受光手段と、前記各偏光受光手段の光軸上で、前記被検査面と前記各偏光受光手段との間に設置された偏光状態調整手段と、該受光手段で受光された偏光成分強度に基づき前記被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理手段とを備えたことを特徴とする表面疵検査装置である。

この発明において、偏光状態調整手段は、被検査面の正常部と疵部との偏光特性が異なるように調整されたことを特徴とする請求項１記載の表面検査装置とすること、あるいは、設定角度をそれぞれ調節された1/4波長板および偏光板からなることを特徴とする表面疵検査装置とすることもできる。

また、これらの発明において、偏光状態調整手段を被検査面と偏光受光手段との間に設置するのに代えて、偏光光源の光軸上で、偏光光源と被検査面との間に設置したことを特徴とする表面疵検査装置とすることもできる。

以上の発明は、反射光あるいは入射光の光路に偏光状態調整手段を設置して、2つの受光手段に対する偏光状態の差異を大きくする。これら2つの異なる受光結果から、鏡面反射成分および鏡面拡散反射成分の像を得ることにより、模様状ヘゲ疵を他の欠陥や模様等から区別して検出する。

以下に、本発明の表面疵検査装置が検査の対象とする鋼板表面の光学的反射の形態について、鋼板表面のミクロな凹凸形状と関連づけて説明する。一般に鋼板表面のミクロ凹凸形状は調質圧延（テンパ）により、もともと起伏の高い点がロールにより強く圧延され平坦度がよくなり、それ以外の点は調質圧延のロールがあたらずに元の凹凸形状を残したままとなっている。

例えば、合金化亜鉛メッキ鋼板の場合には下地の冷延鋼板１は図１１（ａ）に示すように溶融亜鉛メッキされたのち、合金化炉を通過する。この間に下地鋼板の鉄元素がメッキ層の亜鉛中に拡散し、通常、図１１（ｃ）に示すように柱状等の合金結晶３を形成する。

この鋼板が次に図１１（ｂ）に示すように調質圧延されると図１１（ｄ）に示すように柱状結晶３の特に突出した箇所が平坦に潰され（テンパ部６）、それ以外の箇所（非テンパ部７）は元の柱状の結晶形状を残したままとなる。

このような鋼板表面でどのような光学的反射が起こるかをモデル化したのが図１２である。調質圧延により潰された箇所（テンパ部６）に入射した光８は、鋼板正反射方向に鏡面的に反射する。一方、調質圧延により潰されずに元の柱状結晶構造を残す箇所（非テンパ部７）に入射した光は、ミクロに見れば柱状結晶表面の微小面素の一つ一つにより鏡面的に反射されるが、反射の方向は鋼板の正反射方向とは必ずしも一致しない。

従って、テンパ部、非テンパ部の反射光の角度分布は、マクロに見ればそれぞれ図１３（ａ）、（ｂ）のようになる。すなわち、（ａ）テンパ部６では鋼板正反射方向に鋭い分布を持つ鏡面性の反射９が起こり、（ｂ）非テンパ部７では、柱状結晶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１０となる。以降、前者を鏡面反射、後者を鏡面拡散反射と呼ぶ。実際に観察される反射の角度分布は、図１３（ｃ）に示すように鏡面反射・鏡面拡散反射の角度分布をテンパ部・非テンパ部それぞれの面積率に応じて加算したものとなる。

以上は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り立つ。

このような鋼板に対して、入射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直線偏光（４５度偏光）の光を入射すると、鋼板で反射した光は一般的に楕円偏光となることが知られている。図１に示すように、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点で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 =ｒ_sＴ・Ｅ_in (1)
と表される。ただし、Ｅ_inは方位角αの直線偏光ベクトル（列ベクトル）、Ｔは鋼板の反射特性行列を表す。それぞれの成分は、次のようになる。

Ｅ_in＝ Ep・^t(cosα，sinα) (2)
Ｔ＝ (T_mn)； T₁₁=tanΨ・exp(jΔ), T₁₂=T₂₁=0, T₂₂=1 (3)
ここで、Epは入射光のＰ偏光成分の複素振幅、^t(・・・) は列ベクトル、tanΨはp,s偏光の振幅反射率比、Δはp,s偏光の反射率の位相差、ｒ_sはs偏光の振幅反射率を表す。なお、式(1)は行列表現により数１のように表すこともできる。

以上より、p,s偏光ベクトルＰ，Ｓは次のように表される。

Ｐ=|ｒ_p|cosφ 0≦φ≦360゜
Ｓ=|ｒ_s|cos(φ+Δ)
ここで、
|ｒ_p|=cosΔtanΨ
|ｒ_s|=sinα
偏光ベクトルＰ，Ｓは、φが0〜360゜の範囲を移動すると、式の形から明らかなように楕円の軌跡を描く。この楕円偏光の状態は、入射する直線偏光の角度α 及びΔとΨにより決まる。反射率の位相差Δと偏光の振幅反射率比tanΨは表面の物性により決まる値である。この直線偏光の楕円偏光への変換は可逆的であり、表面の物性に合わせた楕円偏光を入射すれば、反射光を直線偏光に変換することができる。

次に、鋼板表面の正常部と疵部における偏光反射特性について説明する。鋼板表面に入射する直線偏光は、上記のように楕円偏光に変換される。疵検出のためには、正常部と疵部における偏光特性の違いを利用して、反射光のコントラストとして検出することができる。

鋼板表面の正常部からの反射光は、図２(a)に示すように拡散反射が支配的であり、直線偏光を入射すると反射光は直線偏光に近い楕円偏光となる。正常部である母材部からの反射光は、図２(a)に示すように拡散反射が支配的であり、直線偏光を入射すると反射光は円偏光に近い楕円偏光となる。

このため、疵部からの反射光は図２(b)に示すように正反射成分が支配的であり、直線偏光を入射すると直線偏光に近い楕円偏光となる。

表面疵検査装置では、図８に示すように、この正常部である母材部からの反射と疵部からの反射を合わせてカメラ等で検出している。
この時の疵部と母材部との偏光特性の違いが疵部と母材部の弁別すなわち疵検出能を左右する事となる。

従来対象としていた欠陥では、この疵部と、正常部である母材部の偏光特性の差に大きな差があったため、疵検出性能を確保することが出来た。しかし最近の疵検出レベルの厳格化により、より検出が困難な薄い欠陥を検出する必要が出てきたため、単純に直線偏光を鋼板に入射し、その反射光の楕円偏光状態の差を確認するだけでは、疵検出に十分なＳ／Ｎを持った、疵部と、母材部の楕円偏光状態の差を、検出する事が困難となった。

また、鋼板正常部である母材部に直線偏光を入射した場合の偏光反射特性は、製造する鋼板の種類によって、表面の物性が異なるため特性が異なり、鋼板の種類によっては、図９に示すように母材部と疵部のコントラストが出ない偏光特性をもつものがある。このような鋼板に対しても十分な疵検出能を確保するために母材部からの偏光反射特性と疵部からの偏光反射特性に差をつけて、疵検出に最適な状態に修正する機能を設ける。

これは前述したように、鋼板に直線偏光を入射した場合にその反射光は楕円偏光となる。反射してきたものと同一の楕円偏光を鋼板に入射すると直線偏光が反射されてくる。この事は入射する光を上手くコントロ−ルすることで鋼板から反射してくる偏光状態を調整できる事を意味する。

もし、正常部である母材部から反射する偏光状態と疵部から反射される偏光状態を図９から図１０のように変更することが出来れば、受光側のカメラ等の前に検光子を角度Ａ、角度Ｂに設定する事で十分な疵と母材部とのコントラストが確保され、疵検出が可能となる。偏光を変える手段としては、1/4波長板がある。1/4波長板は入射した光の位相を９０度ずらす作用を持った光学素子で、一般的には偏光板と組み合わせて円偏光を作る素子である。

図１６にあるように、45度の直線偏光を作り、直線偏光を1/4波長板の位相そのままと、位相90度ずらす軸の中間の角度で（45°）光を入射すると、1/4波長板を通過した光は位相がずれて円偏光となる。この現象は可逆であり、逆方向に光を通すと直線偏光になって出力される。直線偏光を入力して円偏光となって出力されるのは特別な場合で、直線偏光を入力する角度を４５°からずらすと、Ｐ偏光、Ｓ偏光の位相のずれ方が異なり円偏光ではなく楕円偏光として出力される。この現象を利用すると鋼板から反射してくる楕円偏光の位相を制御する事ができるようになり、入射とは別の形の楕円偏光に修正でき、任意の偏光状態を作る事が可能となる。

また、正常部である母材からの、偏光反射特性と、疵部からの偏光反射特性には差があり、楕円偏光も異なる事から、1/4波長板を通過する時の修正のされ具合が異なる。そこで、図１４に示すように、1/4波長板を最適に取り付けること、即ち母材の偏光特性と疵の偏光特性に一番差が生じる角度で調整して取り付けることで、疵部とのコントラストをつける事が可能となる。

この時、図１５に示すように、光が一番消光する状態すなわち拡散反射成分を見るように調整された前記1/4波長板の取り付け角ηと、拡散反射成分を多く受光する角度αと、そこから偏光板Ａの角度αを基準にして偏光板の角度のみを９０度ずらした正反射光成分を多く受光する角度βの偏光板Ｂの2つの受光手段を設置する。これらの2つの受光手段で受光する事で従来の疵検査装置では検出できなかったコントラストの低い疵に関しても検出することが可能となる。

また、偏光板の設定角度を角度α、角度βの中間付近にセットした３つの検光子を利用することで、疵判定の精度向上及び誤検出低減を期待できる。また1/4波長板と偏光板の組み合わせで、偏光状態を制御し、疵と正常部である母材部のコントラストを確保できる別々の設定角度を複数選択しその組み合わせで疵を検出しても良い。

さらに、正常部である母材部に処理ムラ等の欠陥ではない疑似模様がある場合に、1/4波長板と偏光板の組み合わせで、正常部である母材部と疑似模様部からの偏光反射特性が同一になるような設定角度にして、疑似模様部の影響を除去している。ただし、図２に示すように、母材部と疵部からの偏光反射特性は異なるように、1/4波長板と偏光板の組み合わせて偏光状態を制御する事で、疑似模様部の影響を除去して疵のコントラストを確保し疑似模様の影響を受けることなく、疵検出を可能にする事が出来る。

本発明は以上述べたように、従来の表面欠陥計及び偏光を使った表面疵検査装置では、正常部である母材部と疵部のコントラストが十分取れず検出できていなかった疵に対しても、被検査体から反射した光の偏光状態を最適にコントロールすることで、疵のコントラストを上げる事ができ、従来見逃していた顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれすることなく検出することが可能となった。また、疑似模様が発生している場合でも、疑似模様と母材部との偏光特性を調整し差を無くす事で疑似模様の影響を除去してなおかつ疵部のコントラストを確保した偏光状態を作り出すことが可能となり、疵の誤検出、過剰検出を押さえる事が可能となった。

表面疵の検出装置４１については、図３および図４にその１例を示す。線状拡散光源２２として一部に拡散反射塗料を塗布した透明導光棒を使用し、その両端からメタルハライド光源の光を入射する。光源２２の導光棒から拡散的に出射した光は、シリンドリカルレンズ２５と４５°偏光の偏光板２６を透過した後、６０゜の入射角で鋼板２１の全幅に一直線上に集光されて入射する。反射光２７は鋼板正反射方向に配置されたミラー２８でさらに反射され、受光部を構成するカメラユニット２９ａ〜ｄに入射する。

これらのカメラユニット２９ａ〜ｄは、図５に示すように板幅方向に配置されている。なお、このようにミラー２８を用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。また、ミラー２８を鋼板２１から適当に離して設置すると、図５のようにミラー２８上に全カメラの視野から外れる領域（全カメラ視野外）が生じ、そこでミラーを分割して構成することができる。このようにミラーを分割することにより製作費を低く抑えることができる。

受光部のカメラユニット２９ａ〜ｄは、図６に示すように、１／４波長板３３ｄ〜ｆ（取り付け角度ｄ〜ｆ度は同一角度でも良い）レンズの前に検光角−４５°、４５°、０°の検光子３３ａ〜ｃをもつ３台のリニアアレイカメラ３２ａ〜ｃから構成され、その光軸は平行に保たれている。３台のカメラの視野のずれは、信号処理部３０で補正している。このように光軸が平行に保たれていると、３台のカメラ３２ａ〜ｃの各画素は同一視野サイズで一対一に対応する。また、ビームスプリッタを用いて１つの反射光を分割するのに比べて、光量のロスがなくなり、効率的な測定が可能となる。

各カメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の各受光カメラ３２ａ〜３２ｃ単体の受光範囲Ａは、前掲の図５に示すように、両側に隣接する他のカメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の対応する受光カメラ３２ａ〜３２ｃの受光範囲Ａと一部重複するように配置されている。言い換えれば，鋼板２１上の幅方向の任意の位置からの反射光は、それぞれ少なくとも１つのカメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の３種類の受光カメラ３２ａ〜３２ｃで受光される。

ここで、受光部において、リニアアレイカメラの替わりに２次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。また、投光部において、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光源を使用することもできる。各ファイバからの出射光はファイバのN/A に対応して充分な広がり角を持つため、これを整列させたファイバ光源は実質的に拡散光源となるためである。

ここで、複数のカメラの配置について、図５を用いてその詳細を説明する。各カメラユニット２９ａ〜２９ｄは、一定間隔で複数ユニットが配置されている。一つのカメラユニット２９ａ〜２９ｄは，異なる条件（-45 ，45，0度偏光）で受光する３つのカメラ３２ａ〜３２ｃから構成される。それぞれのカメラは，一定間隔離ごとに並べて平行に設置されている。従って、それぞれの視野も、カメラ間隔と同じだけずれることになる。

各カメラユニット内のカメラの並び順序は同一である。例えば向かって左から45度，0度，-45 度の順とする。測定範囲（有効領域）は、例えば、光学条件が３条件で観察されている範囲とし、１条件のみ、あるいは２条件のみでしか観察されていない領域（両端部の領域）は無効とし、使用しない。カメラ間隔およびユニット間隔は、鋼板最大幅が測定範囲（有効領域）に入るような寸法として決定する。

各ユニットの３台のカメラは同一視野にするための調整は行わず、各カメラで疵候補領域を決定した後、その疵候補領域単位で、各カメラの対応をとる。前述のように、各カメラのそれぞれの視野は、ずれているので、ある疵候補領域を視野に納めるカメラが３台揃わない（光学条件が３条件揃わない）場合もある。その場合は、隣のユニットのカメラの結果を用いて光学条件を３条件に揃える。この考え方は、３偏光を受光する場合に限らず、検査体全幅を複数視野に分割し、任意の２条件以上で観察する場合に適用可能である。

信号処理部３０は、異なる光学条件で抽出された反射光の強度に基づき、信号処理により前述の拡散鏡面反射成分を検出し、異常部の有無の判定を行う。

信号処理部分については、図７に１例をブロック図で示す。受光カメラ３２ａ〜ｃからの光強度信号ａ〜ｃは、平均値間引き部３４ａ〜ｃに入力され、平均値が算出される。次いで、被検査体の長手方向の所定距離の移動に伴い入力されるパルス信号により、幅方向の１ライン分の信号として出力される。この間引き処理により、長手方向の分解能を一定とする。また、平均値の算出頻度を、被検査体の長手方向の移動距離が受光カメラ３２ａ〜ｃの視野よりも大きくならないようにすれば、見落としをなくすことができる。

次いで、前処理部３５ａ〜ｃでは、信号について輝度ムラを補正する。ここで、輝度ムラには、光学系に起因するもの、被検査体の反射率に起因するもの等を含む。また、前処理部３５ａ〜ｃでは、金属帯のエッジの位置を検出し、エッジ部における急激な信号変化を疵と誤認識しないための処理を行う。

前処理済みの信号は、２値化処理部３６ａ〜ｃに入力され、予め設定されているしきい値との比較により、疵候補点が抽出される。抽出された疵候補点は、特徴量演算部３７ａ〜ｃに入力され、疵判定のための信号処理が行われる。ここでは、疵候補点が一続きとなっている場合は１つの疵候補領域として、例えば、スタートアドレス、エンドアドレス等の位置特徴量や、そのピーク値その他の濃度特徴量などを算出する。

算出されたこれらの特徴量については、元の信号ａ〜ｃの光学条件（検光角β）により、鏡面性疵判定部３８ａかあるいは鏡面拡散性疵判定部３８ｂに入力される。特徴量演算部３７ａの出力は、元の信号ａの光学条件が−４５度検光（β＝−４５゜）である。そこで、この場合は鏡面性疵判定部３８ａに入力され、前述のように鏡面反射成分による正常部である母材部とヘゲ部の反射光量の違いが検出される。

一方、特徴量演算部３７ｂ，ｃの出力は、元の信号ｂ，ｃの光学条件が４５度，０度検光（β＝４５゜、０゜）であり、鏡面拡散反射成分のみに違いがある。そこで、鏡面拡散性疵判定部３８ｂに入力され鏡面拡散反射成分による疵判定が行われる。このときの検光子角度α〜γは、1/4波長板（同一角度でもよい）は疵コントラストが最適になるように調整された角度であり測定対象によって決定される値である。本実施形態の説明では、検光子角度α〜γは、例として４５°、−４５°、０°で説明したが、必ずしも、前記検光子角度の限定されるものではない。

最後に、疵総合判定部３９では、鏡面性疵判定部３８ａおよび鏡面拡散性疵判定部３８ｂの出力に基づき、金属帯の被検査面については最終的な疵種およびその程度を判定する。また、その際、各カメラ３２ａ〜ｄ間およびカメラユニット２９ａ〜２９ｄ間の視野の重複（図５）を考慮し、隣のカメラユニットのカメラからの信号に基づく疵判定結果を適宜利用することが望ましい。

図4の実施形態による合金化亜鉛メッキ鋼板の測定結果を、図９，１０に示す。図９は検出器前に1/4波長板を入れずに偏光板の角度を−４５度にして入れた場合の疵部と正常部である母材部の偏光特性である。図１０は検出器前に1/4波長板を入れて偏光板との角度を最適な角度に調整して入れた場合の疵部と母材部の偏光特性である。1/4波長板を入れたほうが疵部と母材部のコントラストがついていることが判る。1/4波長板を入れた場合とそうでない場合の同一閾値での疵画像２値化画像を図１８に示す。図からも1/4波長を入れたほうが疵とのコントラストが出ていることが判る。

従来の偏光をつかった表面疵検査装置では正常部である母材部と疵部のコントラストが十分取れず検出できていなかった疵に対して測定対象に入射する光の偏光状態をコントロールすることで、疵検出に十分使えるレベルまで疵のコントラストを上げる事が可能となった。

また、図１７に示すように、疑似模様が発生している場合でも、疑似模様と母材部との偏光特性を調整し差を無くす事で疑似模様の影響を除去してなおかつ疵部のコントラストを確保した偏光状態を作り出すことが可能となる。このように本発明により、疵の誤検出、過剰検出を押さえる事が可能となった。

品質保証の観点からは、表面疵検査装置は未検出が無い事が絶対条件である。そこで、本発明によりはじめて表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のない表面疵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。

鋼板表面での反射の説明図。 正常部である母材部と疵部での反射特性・偏光特性の説明図。 本発明の装置の表面疵検査装置の概略構成の１例を示す模式図。 同表面疵検査装置の断面模式図。 同表面疵検査装置に組み込まれたカメラユニットの金属帯幅方向の配列を示す図。 １つのカメラユニットに組み込まれたカメラの配置を示す図。 本発明の信号処理部の１例を示すブロック図。 検出偏光状態の説明図。 疵コントラストなしの偏光状態を示す図。 疵コントラストありの偏光状態を示す図。 合金亜鉛メッキ鋼板の製造方法及びその詳細断面を示す図。 調質圧延後の金属帯表面のテンパ部と非テンパ部における入射光と反射光の関係を示す断面模式図。 同テンパ部と非テンパ部における反射光の角度分布図。 1/4波長板と偏光板最適角度による疵コントラストアップの偏光状態の例を示す図。 1/4波長板と検光子設定角度の設定例を示す図。 1/4波長板の説明図。 偏光特性制御効果の説明図。 1/4波長板による２値画像の変化を示す図。

符号の説明

４ 金属帯
６ テンパ部
７ 非テンパ部
８、２４ 入射光
１０ 鏡面拡散反射光
１１ 異常部（ヘゲ部）
１２ 母材部（正常部）
１３ 被検査面
１４ 線状拡散光源
１５ 偏光板
１６ 受光カメラ
１７ 検光子
２１ 鋼板
２２ 線状拡散光源
２３ 遮光ケース
２４ 入射光
２５ シリンドリカルレンズ
２６ ４５°偏光の偏光板
２７ 反射光
２８ ミラー
２９ａ〜ｄ カメラユニット
３０ 信号処理部
３２ａ〜ｃ 別のカメラユニット
３３ａ〜ｄ 検光子
３６ａ〜ｃ ２値化処理部
３７ａ〜ｃ 特徴量演算部
３８ａ 鏡面性疵判定部
３８ｂ 鏡面拡散性疵判定部
３９ 疵総合判定部
４０ａ 表面疵検査手段
４０ｂ 表面検査手段
４１ 表面疵検出装置

Claims (4)

1. 被検査面に偏光を入射する偏光光源と、
   この被検査面からの反射光を異なる検光角に設定された少なくとも２以上の偏光受光手段と、
   前記各偏光受光手段の光軸上で、前記被検査面と前記各偏光受光手段との間に設置された偏光状態調整手段と、
   該受光手段で受光された偏光成分強度に基づき前記被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理手段と、
   を備えたことを特徴とする表面疵検査装置。
   
2. 偏光状態調整手段は被検査面の正常部と疵部との偏光特性が異なるように調整されたことを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
   
3. 偏光状態調整手段は、設定角度をそれぞれ調節された1/4波長板からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の表面疵検査装置。
   
4. 請求項１ないし請求項３記載の表面疵検査装置において、偏光状態調整手段を被検査面と偏光受光手段との間に設置するのに代えて、偏光光源の光軸上で、前記偏光光源と前記被検査面との間に設置したことを特徴とする表面疵検査装置。

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