JP2007040923A - 表面欠陥検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸性筋状欠陥が帯状体の表面のどの位置に存在してもその検出が可能となり、かつ、凹凸性筋状欠陥を人間が認知することが容易なパタンとして可視化することが可能な表面欠陥検出方法及び装置を提供する。
【解決手段】表面欠陥検出装置１は、帯状体Ｓの表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が帯状体Ｓの流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する照明手段２と、帯状体Ｓの表面からの反射光を撮像する撮像手段３とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面欠陥検出方法及び装置に関するものであり、特に、鏡面乃至半鏡面の帯状体の表面上に連続的に発生する筋状の凹凸性筋状欠陥を検出するための表面欠陥検出方法及び装置に関する。

鋼板等の帯状体の連続製造ラインにおいては、帯状体の表面に、その流れ方向（帯状体の走行方向）に連続する筋状の凹凸性筋状欠陥が発生し問題となることがある。例えば、塗装鋼板（カラー鋼板）の連続製造ラインにおいて、塗料の粘性等に起因して発生した気泡が、塗料を連続的に塗布するロールと鋼板との間に滞留することによって、塗装鋼板表面に凹凸性筋状欠陥が発生することがある。

かかる凹凸性筋状欠陥は、極めて微妙な凹みであるため、帯状体の連続製造ラインにおいて目視により検出することは困難であり、一方、一旦発生するとその原因を解決するまでは発生し続け、不良品が延々と出続けることとなり、特に、塗装鋼板がエンドユーザで建材その他の商品に加工された後に凹凸性筋状欠陥が発見された場合には、加工費や建築費等を含めて大きな損害となるため大きな問題となる。

従来、帯状体表面の凹凸欠陥を検出する発明として、特許文献１から６に記載された発明がある。特許文献１から６においては、帯状体表面に明暗パタンの光を照射し、その反射光を撮像して、その撮像画像に基づいて帯状体表面の凹凸欠陥を検出する発明が開示されている。図４は従来の表面欠陥検査装置の概略構成図である。図５は表面欠陥検出装置により被検出体表面の凹凸性筋状欠陥を検出する場合の説明図である。

表面欠陥検査装置２０は、図４に示すように、帯状体２１の表面に対して明暗ストライプ光を照射する照明手段２２と、照明手段２２が照射する光の正反射位置に備えられ、帯状体２１の表面で反射した光を撮像する撮像装置２３とを備えている。そして、照明手段２２により照射された明暗ストライプ光は、帯状体２１の表面に凹凸欠陥２４が無い場合には、帯状体２１の表面で正反射し、撮像装置２３により撮像された撮像画像２５には、照明手段により照射された白色と黒色のストライプパタンの鏡像がそのまま表れる。一方、帯状体２１の表面に凹凸欠陥２４がある場合には、照明手段２２により照射された明暗ストライプ光は、凹凸欠陥２４部では反射角が変化し、鏡像のシフトが発生する。これにより、撮像装置２３により撮像された撮像画像２５に表れるストライプパタンは、明暗ストライプ光の暗部に凹凸欠陥２４が存在する場合には、明暗ストライプ光の明部を反射することにより白色に乱れ、明暗ストライプ光の明部に凹凸欠陥２４が存在する場合には、明暗ストライプ光の暗部を反射することにより黒色に乱れる。そして、かかる撮像画像２５におけるストライプパタンの乱れを利用して凹凸欠陥２４を検出している。

特開平５−５２７６６号公報 特開平９−３１８３３７号公報 特開２０００−１８９３２号公報 特開２００１−５９７１７号公報 特開２００２−１１６０１５号公報 特開２００２−１４８１９５号公報

しかしながら、表面欠陥検査装置２０においては、帯状体２１の表面における凹凸欠陥２４の位置によっては、明暗ストライプ光の暗部に存在する凹凸欠陥２４が暗部を反射し、又は、明暗ストライプ光の明部に存在する凹凸欠陥２４が明部を反射することとなり、かかる場合、撮像画像２５におけるストライプパタンは白色部の中で白く乱れ、又は黒色部の中で黒く乱れることとなり、帯状体２１の表面の凹凸欠陥２４をストライプパタンの乱れとして検出することができないという問題点がある。

特に、表面欠陥検査装置２０によって帯状体２１の表面の凹凸性筋状欠陥２６を検出する場合、図５に示すように、凹凸性筋状欠陥２６が帯状体２１の表面に照射された明暗ストライプ光の明部と暗部との境界部に存在しなければこれを撮像画像２５において検出することができず、そのまま凹凸性筋状欠陥２６が連続的に発生し続けるという問題点があった。
本発明は上記した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、その目的は、凹凸性筋状欠陥が帯状体の表面のどの位置に存在してもその検出が可能となり、かつ、凹凸性筋状欠陥を人間が認知することが容易なパタンとして可視化することが可能な表面欠陥検出方法及び装置を提供することにある。

本発明のうち請求項１に係る表面欠陥検出方法は、鏡面乃至半鏡面の帯状体表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が前記帯状体の流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する工程と、
前記帯状体表面からの反射光を撮像する工程と、
その撮像画像に基づいて、帯状体表面においてその流れ方向に連続して延びる凹凸性筋状欠陥を検出する工程とを備えることを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る表面欠陥検出装置は、鏡面乃至半鏡面の帯状体表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が前記帯状体の流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する照明手段と、
前記帯状体表面からの反射光を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項３に係る表面欠陥検出装置は、請求項２記載の表面欠陥検出装置において、前記撮像手段の撮像方向は、前記帯状体表面の流れ方向に対して直交する方向に設定されていること特徴とする。

また、本発明のうち請求項４に係る表面欠陥検出装置は、請求項２又は３記載の表面欠陥検出装置において、前記照明手段は、それぞれでピッチの異なる明暗マルチストライプパタンの光を照射する複数の照明面を備えていることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項５に係る表面欠陥検査装置は、請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の表面欠陥検出装置において、前記照明手段と前記撮像手段とを二組以上設けたことを特徴とする。
ここで、明暗マルチストライプパタンとは、明部と暗部とを縞状に複数繰り返して形成したパタンをいう。

本願請求項１又は２に記載された表面欠陥検出方法又は装置によれば、帯状体表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が前記帯状体の流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する構成により、帯状体の流れ方向に筋状に連続的に延びる凹凸性筋状欠陥が帯状体の表面において幅方向のどの位置に存在しても検出が可能となるとともに、帯状体の流れ方向に連続的な凹凸性筋状欠陥を、人間が認知することが容易なパタンとして可視化することが可能となる。

また、本願請求項３に記載された表面欠陥検出装置によれば、請求項２記載の表面欠陥検出装置において、前記撮像手段の撮像方向は、前記帯状体表面の流れ方向に対して直交する方向に設定されている構成により、感度良く凹凸性筋状欠陥を撮像し検出することが可能となる。
また、本願請求項４に記載された表面欠陥検出装置によれば、請求項２又は３記載の表面欠陥検出装置において、前記照明手段は、それぞれでピッチの異なる明暗マルチストライプパタンの光を照射する複数の照明面を備える構成により、帯状体の表面の鏡面光沢度が変化する場合においても、凹凸性筋状欠陥の検出性能を維持することが可能となる。
さらに、本願請求項５に記載された表面欠陥検出装置によれば、請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の表面欠陥検出装置において、前記照明手段と前記撮像手段とを二組以上設けた構成により、凹凸性筋状欠陥の検出精度を高めることが可能となる。

鋼板等の帯状体の連続製造ラインにおいて帯状体の表面に発生する凹凸性筋状欠陥は、極めて微妙な凹凸であるため、製造ライン内での目視検査により検出することは困難である。一方、凹凸性筋状欠陥は、一旦発生するとその原因を解決するまでは、帯状体の表面において帯状体の流れ方向に連続して筋状に発生するものであるため早期検出が必要である。

以下、本発明の第一実施形態に係る表面欠陥検出装置を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第一実施形態に係る表面欠陥検出装置の概略構成図である。図２は表示手段に表示される表示画像を説明する図である。
表面欠陥検出装置１は、鏡面乃至半鏡面の帯状体Ｓの表面に発生した凹凸性筋状欠陥１０を検出するためのものであり、図１に示すように、鋼板等の帯状体Ｓの連続製造ライン、例えば塗装鋼板を製造する連続製造ライン（塗装ライン）において備えられ、照明手段２と、撮像手段３と、表示手段４とを備えている。
ここで、鏡面とはＧｓ（６０°）（ＪＩＳＺ８７４１で規定する６０°鏡面光沢度）が８０％以上のもの、半鏡面とはＧｓ（６０°）が３０％以上８０％未満であることをいう。

照明手段２は、棒状光源を照明面の上下方向に対して斜傾させて複数配置した斜め方向の明暗マルチストライプパタンからなる拡散照明面５を有している。ここで、明暗マルチストライプパタンとは、明部と暗部とを縞状に複数繰り返して形成したパタンをいう。そして、照明手段２は、帯状体Ｓの連続製造ラインにおいて、帯状体Ｓの流れ方向側方に所定の高さをもって、帯状体Ｓの表面に対する光の照射方向が帯状体Ｓの流れ方向（図１における奥行き方向）に直交する方向となるように配置されている。

撮像手段３は、ＣＣＤカメラが用いられ、帯状体Ｓの連続製造ラインにおいて、帯状体Ｓの流れ方向側方に、帯状体Ｓを介して照明手段２の反対側に、所定の高さをもって配置される。そして、撮像手段３は、照明手段２により照射され、帯状体Ｓの表面において正反射した光を撮像することができるように、帯状体Ｓの流れ方向に直交する方向に向けて配置されている。この場合において、撮像手段３は帯状体Ｓの表面の幅方向全域を撮像するように構成されている。なお、撮像手段３は、ＣＣＤカメラ以外のカメラであってもかまわない。

ここで、照明手段２の光の照射方向及び撮像手段３の撮像方向は適宜変更可能であるが、光てこの原理より帯状体Ｓの流れ方向に直交する方向に設定することによって、最も感度良く凹凸性筋状欠陥１０を撮像し検出することが可能となる。
表示手段４は、モニタ等が用いられ、撮像手段３と接続されて、撮像手段３により撮像された画像を表示するように構成されている。

照明手段２により照射された明暗マルチストライプパタン光は、帯状体Ｓの表面に明暗マルチストライプパタンの鏡像を投影する。この場合において、照明手段２の拡散照明面５は斜め方向の明暗マルチストライプパタンとして構成されているため、帯状体Ｓの表面に投影された明暗マルチストライプパタンの各ストライプの延びる方向は、帯状体Ｓの流れ方向に対して斜傾する方向となっている。ここで、上述したように、凹凸性筋状欠陥１０は、帯状体Ｓの表面において、帯状体Ｓの流れ方向と同一の方向に連続して発生するため、帯状体Ｓの表面に投影された明暗マルチストライプパタンの各ストライプの延びる方向は、凹凸性筋状欠陥１０が存在する場合には、凹凸性筋状欠陥１０の延びる方向に対して斜傾する方向となっている。

そして、帯状体Ｓの表面で反射された明暗マルチストライプパタン光は、撮像手段３によって撮像され、その撮像画像が表示手段４に表示される。この場合において、撮像手段３は照明手段２により照射された光の正反射位置に配置されているため、帯状体Ｓの表面に凹凸性筋状欠陥１０が無い場合においては、照明手段２により照射された明暗マルチストライプ光は正反射し、表示手段４における表示画像６には、図２（ａ）に示すように、帯状体Ｓの表面に投影された明暗マルチストライプパタンの鏡像がそのまま現れる。
一方、帯状体Ｓの表面に凹凸性筋状欠陥１０が存在する場合においては、照明手段２により照射された光は、凹凸性筋状欠陥１０の部分においては反射角が変化し鏡像のシフトが発生する。

この場合において、帯状体Ｓの表面の凹凸性筋状欠陥１０を、光てこの原理による明暗パタン鏡像の乱れとして検出するためには、凹凸性筋状欠陥１０が明暗パタン鏡像の明部と暗部との境界部に位置することが必要であるが、照明手段２によって投影された明暗マルチストライプパタンは、各ストライプの延びる方向が帯状体Ｓの流れ方向に対して斜傾する方向となっているため、帯状体Ｓの表面においてその流れ方向と同一の方向に連続して発生する凹凸性筋状欠陥１０は、帯状体Ｓの表面の幅方向のどの位置に存在していても、必ず明暗マルチストライプパタンの明部と暗部との境界部を通過することとなる。したがって、表示手段４における表示画像６には、図２（ｂ）に示すように、凹凸性筋状欠陥１０が通過した明暗ストライプ光の暗部と明部との境界部で、暗部側では明暗ストライプ光の明部を反射することにより白色として乱れ、明部側においては暗部を反射することにより黒色として乱れ、必ずどこかで明暗ストライプパタンの乱れが生じることとなる。

また、明暗マルチストライプパタンは、明部と暗部とが複数繰り返すように形成されているため、帯状体Ｓの表面においてその流れ方向に連続して発生する凹凸性筋状欠陥１０は、明暗マルチストライプパタンの複数の明部と暗部との境界部を通過することとなり、その結果、表示手段４における表示画像６には、明暗ストライプパタンの乱れが断続した直線状に表れることとなる。

ここで、照明手段２の拡散照明面５の明暗マルチストライプパタンにおける各ストライプのピッチは、帯状体Ｓの表面の鏡面性等に応じて適宜変更可能であるが、帯状体Ｓの表面の鏡面光沢度が高い場合には、各ストライプのピッチを狭く設定することにより、凹凸性筋状欠陥１０による明暗マルチストライプパタンの明部と暗部との境界部の乱れがより密接に繋がるため、凹凸性筋状欠陥１０の検出性能が向上する。一方、帯状体Ｓの表面の鏡面光沢度が低い場合、例えば塗装鋼板の塗装表面の粗さが粗い場合には、帯状体Ｓの表面に投影された明暗マルチストライプパタンの鏡像が粗くなり、各ストライプのピッチを狭く設定しすぎると明暗マルチストライプパタンの鏡像のコントラストが低下し、凹凸性筋状欠陥１０の検出性能が低下するため、各ストライプのピッチをある程度広く設定することが好ましい。
これにより、帯状体Ｓの流れ方向に連続的な凹凸性筋称欠陥１０が帯状体Ｓの表面の幅方向のどの位置に存在しても検出が可能となるとともに、凹凸性筋称欠陥１０を人間が認知することが容易なパタンとして可視化することが可能となる。

次に、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明する。
図３は本発明の第二実施形態に係る表面欠陥検出装置の概略構成図である。
表面欠陥検出装置１１の基本的構成は、表面欠陥検出装置１と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
表面欠陥検出装置１１は、図３に示すように、照明手段１２と、２台の撮像手段３と、表示装置４とを備えている。

照明手段１２は、棒状光源を照明面の上下方向に対して斜傾させて複数配置した斜め方向の明暗マルチストライプパタンからなる拡散照明面１３を有している。そして、拡散照明面１３は、明暗マルチストライプパタンの各ストライプのピッチが狭い鏡面用照明面１４と、各ストライプのピッチが広い粗面用照明面１５とから構成され、鏡面用照明面１４と粗面用照明面１５とは、拡散照明面１３において、各照明面が照射する明暗マルチストライプ光が帯状体Ｓの表面においてその流れ方向にずれるように配置されている。

照明手段１２は、帯状体Ｓの連続製造ライン、例えば塗装鋼板を製造する連続製造ライン（塗装ライン）において、帯状体Ｓの流れ方向側方に所定の高さをもって、帯状体Ｓの表面に対する光の照射方向が帯状体Ｓの流れ方向に直交する方向となるように配置されている。
両撮像手段３は、帯状体Ｓの連続製造ラインにおいて、帯状体Ｓの流れ方向側方に、帯状体Ｓを介して照明手段１２の反対側に、所定の高さをもって配置される。そして、両撮像手段３は、一方の撮像手段３が照明手段１２の鏡面用照明面１４により照射され、帯状体Ｓの表面において正反射した光を撮像し、他方の撮像手段３が照明手段１２の粗面用照明面１５により照射され、帯状体Ｓの表面において正反射した光を撮像することができるように配置されている。

上述したように、帯状体Ｓの表面に照射する明暗マルチストライプパタンにおける各ストライプのピッチは、帯状体Ｓの表面の鏡面光沢度に応じて設定する必要があるが、照明手段１２において、各ストライプのピッチを異ならせた鏡面用照明面１４と粗面用照明面１５とを備えることにより、帯状体Ｓの鏡面光沢度が変化する帯状体Ｓの連続製造ライン、例えば塗装表面の粗さ変化の大きい塗装鋼板の塗装ラインにおいても、表示手段４の表示画像における凹凸性筋状欠陥１０による明暗マルチストライプパタンの乱れのコントラストを維持し、凹凸性筋状欠陥１０の検出性能を維持することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記第一及び第二の実施形態においては、表面欠陥検出装置１，１１は、鋼板等の帯状体Ｓの連続製造ラインにおいて備えられる場合を示したが、かかる場合に限定されず、フィルム、ガラス、その他の帯状体Ｓの表面における凹凸性筋状欠陥１０の検出に適用することが可能である。

また、上記第一及び第二の実施形態においては、照明手段２，１２の拡散照明面５，１３は棒状光源により構成しているが、帯状体Ｓの流れ速度が速い場合には、撮像手段３と同期を取ったストロボ光源を採用することにより、撮像画像におけるブレを防止することが可能となる。
また、上記第一及び第二の実施形態においては、表面欠陥検出装置１，１１は、照明手段２，１２と1台又は２台の撮像手段３とにより構成される光学系を一組備える構成となっているが、帯状体Ｓの連続製造ラインにおいて照明手段２，１２と1台又は２台の撮像手段３とにより構成される光学系を二組以上設ける構成としてもよく、これにより、凹凸性筋状欠陥１０の検出精度を高めることが可能となる。

また、上記第一及び第二の実施形態においては、各撮像手段３は帯状体Ｓの表面の幅方向全域を撮像するように構成されているが、検出対象の凹凸性筋称欠陥１０を十分に検出可能な分解能を有するよう撮像手段３の撮像範囲を決定した上で、帯状体Ｓの表面を幅方向に分割して、複数の撮像手段３により各分割部分を撮像するように構成しても構わない。

さらに、上記第一及び第二の実施形態においては、照明手段２，１２の照射方向及び撮像手段３の撮像方向は固定されているが、検出対象である凹凸性筋称欠陥１０は帯状体Ｓの表面においてその流れ方向に連続して発生するものであることに鑑み、照明手段２，１２の照射方向及び撮像手段３の撮像方向を、帯状体Ｓの表面においてその幅方向にトラバースさせながら凹凸性筋称欠陥１０の検出を行うように構成しても構わない。

本発明の第一実施形態に係る表面欠陥検出装置の概略構成図である。 表示手段に表示される表示画像を説明する図である。 本発明の第二実施形態に係る表面欠陥検出装置の概略構成図である。 従来の表面欠陥検査装置の概略構成図である。 表面欠陥検出装置により被検出体表面の凹凸性筋状欠陥を検出する場合の説明図である。

符号の説明

Ｓ 帯状体
１ 表面欠陥検出装置
２ 照明手段
３ 撮像手段
４ 表示手段
５ 拡散照明面
１０ 凹凸性筋状欠陥
１１ 表面欠陥検出装置
１２ 照明手段
１３ 拡散照明面
１４ 鏡面用照明面
１５ 粗面用照明面
２０ 表面欠陥検査装置
２１ 帯状体
２２ 照明手段
２３ 撮像装置
２４ 凹凸欠陥
２５ 撮像画像
２６ 凹凸性筋状欠陥

Claims (5)

1. 鏡面乃至半鏡面の帯状体表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が前記帯状体の流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する工程と、
   前記帯状体表面からの反射光を撮像する工程と、
   その撮像画像に基づいて、帯状体表面においてその流れ方向に連続して延びる凹凸性筋状欠陥を検出する工程とを備えることを特徴とする表面欠陥検出方法。
2. 鏡面乃至半鏡面の帯状体表面に対し、明暗マルチストライプパタンの光を、そのストライプの延びる方向が前記帯状体の流れ方向に対して斜傾する方向となるように照射する照明手段と、
   前記帯状体表面からの反射光を撮像する撮像手段とを備えることを特徴とする表面欠陥検出装置。
3. 前記撮像手段の撮像方向は、前記帯状体表面の流れ方向に対して直交する方向に設定されていること特徴とする請求項２記載の表面欠陥検出装置。
4. 前記照明手段は、それぞれでピッチの異なる明暗マルチストライプパタンの光を照射する複数の照明面を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載の表面欠陥検出装置。
5. 前記照明手段と前記撮像手段とを二組以上設けたことを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の表面欠陥検出装置。

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