JP2005283437A - 光学式金属板表面検査装置モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置構成で種々の欠陥を検出することができる。
【解決手段】光学式金属板表面検査装置は、平行光を照射する光源１と、光源１から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板２００の幅方向に屈折させて金属板２００の表面に照射する光屈折部１０と、光屈折部１０から照射され、金属板２００の表面で反射された光をカメラ３，４で受光（撮像）し、その受光結果（撮像画像）に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する図示しない画像処理装置とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて金属板表面に存在する欠陥の検査を行う光学式金属板表面検査装置のモジュールに関する。

金属板表面の欠陥或いは疵を検出、検査する方法或いは装置は多種あり、その一つに光学式金属板表面検査装置がある。
光学式金属板表面検査装置では、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて、金属板表面の欠陥或いは疵を検査している。例えば、装置構成は、金属板表面に向けて平行光線を照射する光源装置と、金属板表面で反射されたその光源装置からの光を受光して、金属板表面を撮像する撮像装置と、その撮像装置の撮像画像に基づいて、例えば撮像画像の明暗に基づいて、金属板表面の欠陥等を検出する検出装置とからなる。つまり、金属板表面上に欠陥等があれば、その光の反射量が正常部と異なる結果、撮像画像中に欠陥特有の明暗差が生じることを利用して、欠陥等を検出するように構成されている。例えば、従来の装置として、金属板の一種である鋼板に用いる特許文献１に開示されている装置がある。

このような光学式金属板表面検査装置では、光源から照射され、金属板表面で反射された光を撮像装置で撮像する方式を採用しているので、光源及び撮像装置の配置が重要になる。ここで、図６及び図７には一般的な光学式金属板表面検査装置の構成を示す。なお、図６は、側方からみた装置構成であり、図７は、上方からみた装置構成である。
この図６及び図７に示すように、金属板２００の流れ方向に光源１０１と撮像装置（カメラ）１０２とを並べて配置して、光源１０１から照射して、金属板２００の表面で反射された光を撮像装置１０２で撮像する方式、すなわち光源１０１からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置１０２を配置する方式が一般的な方式である。

なお、図７中、一点鎖線で示す領域Ａは、撮像装置１０２の視野範囲又は撮像範囲を示し、同図中、二点鎖線で示す領域Ｂは、光源１０１による金属板２００の表面上の照射範囲を示す。
このような方式を採用した場合の欠陥或いは疵の検出原理を図８及び図９を用いて説明する。ここで、図８は、金属板２００の表面に欠陥或いは疵（以下、欠陥と総称する。）がない場合の検出の様子を示し、図９は、金属板２００の表面に欠陥２０１がある場合の検出の様子を示す。なお、両図ともに、図中（Ａ）は、側方からみた様子を示し、図中（Ｂ）は、上方からみた様子を示す。

図８に示すように、金属板２００の表面に欠陥がない場合には、光源１０１からの入射光のほとんどが金属板２００の表面で正反射されて、撮像装置１０２に入射される。しかし、図９に示すように、金属板２００の表面に欠陥２０１がある場合には、光源１０１からの入射光が当該欠陥２０１で乱反射されて、拡散されるようになり、撮像装置１０２では当該欠陥２０１からの受光量が少なくなる。この結果、撮像画像において明暗差が発生し、その撮像画像中の暗部を金属板２００の表面に存在する欠陥として検出できる。
特開平７−２１８４５１号公報

光源からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置を配置している場合、あらゆる形態の欠陥を検出することはできない。
例えば図１０に示すように、流れ方向の欠陥である、金属板２００の表面の鋭い凹凸状の欠陥（線状欠陥等）２０１に対しては、明暗差が明確になるので当該欠陥を問題なく検出できる。しかし、単に金属板２００の表面の薄い着色である欠陥２０１に対しては、明暗差が少なくなることから、その検出が困難になる。

このような問題を故善すべく、前記特許文献１に記載の光学式金属板表面検査装置は、あらゆる態様の欠陥を検出するために、光源及びカメラの配置を変更、例えば金属板の流れ方向に対し前記仰角を最適化した。しかし、欠陥の種類によっては、図６に示す光源１０１やカメラ１０２が金属板２００を臨む（見る）角度、すなわち仰角αが３０°よりも浅くなる（αが小さくなる）。光源１０１やカメラ１０２と金属板２００の距離には制限があるので、仰角αが浅くなると、装置全体が大きくなって設置が困難になる。一方、欠陥には、油をはじめとする透明な付着物による干渉着色、面積が大きな浅い凹みなど（以下、単に欠陥を総称する意味の「欠陥」と区別する必要がある場合には「難検出欠陥」と記載する。）がある。

このような、難検出欠陥は、図６及び図７に示すように金属板の流れ方向に光源１０１やカメラ１０２が金属板２００を臨む方向を設定しても検出し難く、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源１０１やカメラ１０２が金属板２００を見る方向を設定して初めて検出が可能となる欠陥も多い。ところが、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源１０１やカメラ１０２が金属板２００を見る方向を設定すれば、装置全体が金属板の幅方向に大きくなる。金属板の幅方向には金属板製造設備の各種駆動設備や作業者の通路があり、その設置はいよいよ困難になるのである。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な装置構成で設置場所が小さくて済み、種々の欠陥を検出することができる光学式金属板表面検査装置モジュールの提供を目的とする。

請求項に記載の発明は、平行光を照射する光源と、前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板の幅方向に成分を有する向きに屈折させて前記金属板表面に照射する光学素子と、前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する２つの欠陥検出手段とを備える光学式金属板表面検査装置モジュールであって、前記光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する２つの光学屈折素子群からなり、前記２つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射した光を受光することを特徴とする光学式金属板表面検査装置モジュールである。

請求項に記載の発明によれば、光源からの光を金属板表面に直接照射して検出できなかった欠陥を検出できる。また、光学素子だけでこれを実現しているので、簡単な構成で種々の欠陥の検出を実現できる。
また、光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する２つの光学屈折素子群からなり、２つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射され前記金属板表面で反射された光を受光するので、浅い仰角としながらも設置場所を小さくできる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置モジュールである。また、１つのモジュールで光学式金属板表面検査装置を構成している。
図１及び図２は、金属板２００の上方に配置した光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す。図１は、側方からみた図であり、図２は、上方からみた図である。ここで、金属板２００は例えば鋼板である。

図１及び図２に示すように、光学式金属板表面検査装置モジュールは、光源（照明装置）１、光屈折部１０及びカメラ３，４を備えており、光源１、カメラ３，４が、金属板２００から所定の高さをもって配置されている。そして、金属板２００の流れ方向（搬送方向）において、上流側に光源１、下流側にカメラ３，４が視野Ａをもって配置されており、カメラ３，４は、金属板２００の幅方向に並んで配置されている。そして、図１に示すように、光源１、カメラ３，４ともに、金属板２００に対して同じ仰角αにして配置され、光源１から金属板２００に向けて照射される照射光の光路上、本実施形態では、光源１側近傍に、光屈折部１０が配置されている。ここで、仰角αは金属板２００の流れ方向に対して例えば２０°である。

光源１は、長い棒状体であり、金属板２００の幅方向に平行に配置されている。この光源１は、平行光を照射する光源であり、その照射光が金属板２００の流れ方向に平行になるように配置されている。この光源１から照射された光（平行光）は、光源１のカメラ３，４側に近接して配置されている光屈折部１０に入射される。
光屈折部１０は、光源１に沿うような形状をなし、すなわち光源１からの照射光が入射されるのに足りる形状をなす。図３は、その光屈折部１０を上方からみた図である。
この図３に示すように、光屈折部１０は、複数の光屈折素子１１_１，１１_２，１１_３,・・・，１１_ｎからなる第１光屈折素子群１１と、複数の光屈折素子１２_１，１２_２，１２_３,・・・，１２_ｍからなる第２光屈折素子群１２とが一体とされて構成されている。第１光屈折素子群１１と第２光屈折素子群１２とは、金属板２００の幅方向に沿って隣接して配置されている。

第１光屈折素子群１１を構成する各光屈折素子１１_１〜１１_ｎと第２光屈折素子群１２を構成する各光屈折素子１２_１〜１２_ｍとは、入射光を当該入射光の光軸（図３中の一点鎖線）に対して屈折させる光学素子であり、その屈折方向を金属板２００の幅方向に成分を有する方向とし、且つ第１光屈折素子群１１の光屈折素子１１_１〜１１_ｎの照射光と第２光屈折素子群１２の光屈折素子１２_１〜１２_ｍの照射光とが金属板表面に垂直な方向から見て交差するようになっている。すなわち、屈折方向が、金属板２００の内側或いは金属板２００の中心に向かう方向となっている。

この実施形態では、第１光屈折素子群１１の光屈折素子１１_１〜１１_ｎでは、入射光を当該入射光の光軸に対して屈折させる角度βを２０°〜６０°とし、また、第２光屈折素子群１２の光屈折素子１２_１〜１２_ｍでは、入射光を当該入射光の光軸に対して屈折させる角度γを２０°〜６０°としている。前記角度β、γは、好ましくは、ともに４５°である。

図２及び図３中、点線の矢印は、このような各光屈折素子１１_１〜１１_ｎ，１２_１〜１２_ｍから構成される光屈折部１０からの照射光を模式的に示す。この図２に示すように、光屈折部１０は、各光屈折素子１１_１〜１１_ｎ，１２_１〜１２_ｍから金属板２００の幅方向に屈折させた光を照射する。
また、この光屈折部１０は、光学式表面検査装置に対して着脱容易とされて取り付けられている。例えば、光屈折部１０は、光源１に直接或いは光源１の図示しない取り付け部に対して着脱自在とされている。また、光源１或いは光源１の図示しない取り付け部に位置決め部があり、この位置決め部を基準に光屈折部１０が取り付けられるようになっている。これにより、位置決め部を基準にして光屈折部１０を取り付けるだけで、金属板２００の流れ方向に前記角度β、γをなす照射光を当該光屈折部１０から照射させることができる。

このように光屈折部１０から照射された光は、金属板２００の表面に入射されて、カメラ３，４に向けて反射される。ここで、金属板２００の表面に欠陥がある場合には、この欠陥で入射光は反射される。このように金属板２００の表面の欠陥又は欠陥のない部位で反射された光は、カメラ３，４に入射される。このとき、カメラ３，４は各々のカメラ３，４から見て距離の大きい方の光学屈折素子群、すなわち、それぞれ光学屈折素子群１２，１１から照射され前記金属板表面で反射された光を受光する。
カメラ３，４は、例えばラインスキャンにより撮像を行うＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、金属板２００の表面で反射された反射光をそれぞれ受光する。そして、カメラ３，４で撮像した撮像画像を光学式金属板表面検査装置モジュールの備える画像処理装置で処理する。

図４は、画像処理装置２０の構成例を示す。
画像処理装置２０では、カメラ３，４の撮像画像を画像処理部２１で画像処理し、画像処理部２１で画像処理した結果に基づいて、判定部２２が金属板２００の欠陥の有無を判定し、判定部２２の判定結果をモニタ等の結果出力部２３から出力する。
以上のように光学式金属板表面検査装置モジュールが構成されている。
次に光学式金属板表面検査装置によって実現される難検出欠陥の検出を説明する。

図５中（Ａ）は、光屈折部１０を備えていない従来の光学式金属板表面検査装置により難検出欠陥２５１を検出しようとする様子を示し、図５中（Ｂ）は、光屈折部１０を備えた本発明を適用した光学式金属板表面検査装置（モジュール）により難検出欠陥２５１（以下、単に「欠陥２５１」と記載する。）を検出する様子を示す。
図５中（Ａ）に示す従来の光学式金属板表面検査装置は、例えば本発明を適用した光学式金属板表面検査装置と同様、光源１が長い棒状体であり、金属板２００の幅方向に平行に配置され、かつ平行光を照射する光源である。

この従来の光学式金属板表面検査装置を用いた場合、図５中（Ａ）に示すように、金属板２００の表面に欠陥２５１がある場合に、光源１からの照射光が当該欠陥２５１に入射されても、欠陥２５１の状態によりカメラ３（４）に向けて反射されない場合がある。この場合、カメラ３（４）では、欠陥２５１を明確に撮像することができなく、これにより、従来の光学式金属板表面検査装置は、欠陥２５１を検出することができない。

一方、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置（モジュール）を用いた場合、図５中（Ｂ）に示すように、光源１からの照射光を光屈折部１０で屈折させて、欠陥２５１に入射させることで、前記図５中（Ａ）と同一の欠陥２５１から反射光をカメラ３（４）に入射させることができるようになる。これにより、カメラ３（４）では、欠陥２５１を確実に撮像することができ、光学式金属板表面検査装置（モジュール）は、その撮像画像に基づいて金属板２００の表面に存在する欠陥２５１を検出することができる。

次に効果を説明する。
前述したように、光源１からの照射光を光屈折部１０で屈折させて、金属板２００の表面に浅い仰角で入射させている。これにより、金属板表面の難検出欠陥を検出することができるようになる。
また、前述したように、光屈折部１０を光学素子で構成し、かつ装置に対して着脱自在にすれば、例えば前記所定角度β，γの異なる光屈折部１０の装着が簡単にできるようになる。よって、前記所定角度β、γが異なるような種々の光屈折部１０を用意し、これら光屈折部１０を順繰りに装着していくだけで、光源１やカメラ３，４の配置を変更することなく、種々の欠陥を検出することができるようになる。

また、本発明では、光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する２つの光学屈折素子群からなり、２つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射され前記金属板表面で反射された光を受光する。具体的には、光屈折部１０の屈折方向を金属板２００の内側或いは金属板２００の中心に向かう方向にしている。このため、光源１の照射光を有効に利用して金属板表面の欠陥を検出することができる。また、前記角度βやγを大きくしても光源１の照射光を金属板表面に入射させることができるので、これにより、角度βやγの選択幅が多くすることができ、この結果、種々の欠陥を検出できるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施形態では、金属板２００の流れ方向（搬送方向）に光源１、光屈折部１０及びカメラ３，４を配置している。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、光源１、光屈折部１０及びカメラ３，４を金属板２００の流れ方向（搬送方向）に対して角度をもって配置してもよい。

また、本発明の光学式金属板表面検査装置モジュールは１つ以上のモジュールを組合せて光学式金属板表面検査装置を構成する。モジュールの数としては、前記した実施形態のように１つのモジュールを用いてもよいし、金属帯の幅が大きい場合は複数を用いてもよい。複数用いた場合は、別モジュールから照射した光を別モジュールの検出装置で受光など、組合せはいかようにもできる。

なお、前述の実施形態の説明において、光屈折部１０は、光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板の幅方向に屈折させて金属板表面に照射する光学素子を実現しており、カメラ３，４及び画像処理装置２０は、光学素子から照射され、金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、金属板表面の欠陥を検出する欠陥検出手段を実現している。

本発明の実施形態の光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す側面図である。 前記光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す平面図である。 前記光学式金属板表面検査装置モジュールの光屈折部の構成を示す平面図である。 前記光学式金属板表面検査装置モジュールの画像処理装置の構成を示すブロック図である。 前記光学式金属板表面検査装置による金属板表面の難検出欠陥の検出の説明に用いた図である。 従来の光学式金属板表面検査装置の構成を示す側面図である。 前記従来の光学式金属板表面検査装置の構成を示す平面図である。 光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した図である。 光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した他の図である。

符号の説明

１ 光源
３，４ カメラ（欠陥検出手段）
１０ 光屈折部（光学素子）
１１，１２ 光屈折素子群
１１_１〜１１_ｎ，１２_１〜１２_ｍ 光屈折素子
２０ 画像処理装置（欠陥検出手段）

Claims (1)

1. 平行光を照射する光源と、
   前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板の幅方向に成分を有する向きに屈折させて前記金属板表面に照射する光学素子と、
   前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する２つの欠陥検出手段と、
   を備える光学式金属板表面検査装置モジュールであって、
   前記光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する２つの光学屈折素子群からなり、前記２つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射した光を受光することを特徴とする光学式金属板表面検査装置モジュール。

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