JP2008286791A - 表面欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な表面欠陥を検出し、さらには微細な欠陥の深さに基づいて被検査物の良否の判定を設定、変更できる表面検査方法及び装置を得る。
【解決手段】被検査物の表面に照射した光の反射光を受光部によって受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査方法であって、前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に前記受光部を配置すると共に反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め閾値を定めておき、前記受光部に入射する反射光の光量と前記閾値とを比較して前記被検査物の良否を判定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば細径の引抜管表面に生ずる縦傷のような表面欠陥を検出する表面欠陥検査方法及び装置に関する。

引抜管はダイスのダイス孔に素管を挿通して引き抜くことによって製造されるが、ダイスと素管の表面に例えば微細な切子が介在した場合には、引抜管の表面に微細な縦傷が生ずる場合がある。このような縦傷は、引抜管を曲げ加工する際などに管の割れの原因となることがある。このため、引抜管の製造過程において、一定の深さの傷を有する引抜管については不良品として製品としての出荷対象から除外する必要があり、そのため引抜管を傷の有無およびその深さによって選別することが必要となる。

引抜管の表面に生ずる欠陥検査に関する従来の方法として、磁気飽和形渦流探傷装置を用いたものがある。
磁気飽和形渦流探傷装置を用いた欠陥検査方法は、検査対象に欠陥がある場合に渦電流に変化が生ずることを利用するものであるため、引抜管の表面に生ずる縦傷のように引抜管の軸方向全長に亘って欠陥が存在する場合には、渦電流の変化がないことから、欠陥として認識されにくく、このような態様の傷検査には適していない。
また、磁気飽和形渦流探傷装置は、その装置の有する原理からして検査検出できる傷の深さは０．１ｍｍ程度のものであり、これよりも微細な傷については検出できない。
そのため、細径（４ｍｍ〜１６ｍｍ程度）の引抜管表面に生ずる微細な縦傷（深さ数μｍ程度の傷）については、磁気飽和形渦流探傷装置で検出することができない。

以上のような事情から、細径の引抜管表面に生ずる微細な縦傷については、目視検査が行なわれているのが現状である。

他方、引抜管に関するものではないが、被検査物の表面に生ずる微細な欠陥を検査する方法として、被検査物の表面に光を照射してその反射光を分析することによって欠陥の有無を検査するいわゆる光反射法による種々の方法が提案されている。

例えば、シリコンウエハの外周部に生ずる傷の検査方法に関しては、以下のようなものが提案されている。
被検査物の被検査端部にコヒーレント光を照射し、このコヒーレント光が前記被検査端部の傷で反射した正反射方向への散乱反射光を前記被検査端部の直近の上下位置にて受光し、この受光量に基づき前記被検査端部の横傷を検出し、前記被検査端部の傷で反射した正反射方向への散乱反射光以外の散乱反射光を前記正反射方向への散乱反射光の受光位置と異なる位置で受光し、この受光量に基づき前記被検査端部の縦傷を検出し、前記被検査端部の傷で反射した正反射方向への散乱反射光と前記被検査端部の傷で反射した正反射方向への散乱反射光以外の散乱反射光との両方の受光量に基づき前記被検査端部の斜め傷を検出することを特徴とする端部傷検査方法（特許文献１参照）。

また、透明なシートの表面又は裏面に存在する直線上の擦り傷の有無を検査する装置として以下のものが提案されている。
透明なシートの被検査部を裏面側から照明する照明手段と、前記シートの表面に正対して前記被検査部を表面側から撮像する撮像手段とを備え、この撮像手段から得られた画像信号に基づいて、シートの表面又は裏面に存在する長手方向が一定な直線状の擦り傷の有無を検査する表面検査装置において、前記照明手段は、擦り傷の長手方向に対して略直交し前記撮像手段を含む面内であって、かつ撮像手段の撮像範囲外に配置され、被検査部を斜め方向から照明することを特徴とする表面検査装置（特許文献２参照）。
特許第３４２５５９０号公報 特開２００１−１６５８６４号公報

細径の引抜管に生ずる微細な縦傷は、その深さが数μｍ〜２０μｍ程度のものである。
このような、細径の引抜管に生ずる微細な縦傷は、その引抜管の用途によってその検査基準が異なる。つまり、ある用途に用いられる引抜管では、その表面欠陥の深さが４μｍ以下であれば良品とされるが、別の用途では表面欠陥の深さが４μｍを越えていたとしても１０μｍ以下であれば許容されることがある。

このように、細径の引抜管に生ずる微細な縦傷の検査においては、引抜管の用途によって検査基準が異なるため、欠陥の深さとの関係で検査基準を簡易に設定、変更して検査する検査方法、装置の開発が望まれていた。

ところが、上記の磁気飽和形渦流探傷装置による方法では、その検査精度が０．１ｍｍ程度であるため、そもそも本願が対象とする細径の引抜管表面に生ずるような微細な欠陥の検出すら確実に行なうことができない。

また、上述した特許文献１、２に開示されている従来の光反射法のものは、検査対象物に生ずる欠陥には様々な態様の欠陥（例えば、縦傷、横傷、斜め傷）があることを前提に、そのような様々な態様の欠陥に対して欠陥として認識できるようにするにはどうすべきか、換言すれば欠陥の検出漏れをなくするにはどうすべきかを課題とし、この課題を解決すべく様々な工夫をしたものである。
したがって、特許文献１、２に開示されたものには、被検査物の表面に生ずる微細な欠陥について、その欠陥の深さとの関係で検査基準を設定、変更するという発想すら開示されていない。
また、上記の特許文献以外においても、本願において検査対象としている細径の引抜管のように、欠陥の態様はほぼ一定であるがその欠陥の深さに違いがあるような欠陥を対象として、その欠陥の深さの違いを検出してそれに基づいて被検査物の良否を判定しようという試みをした従来例は知られていない。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、微細な表面欠陥を検出し、さらには微細な欠陥の深さに基づいて被検査物の良否の判定を設定、変更できる表面検査方法及び装置を得ることを目的としている。

発明者は、細径の引抜管に生ずる微細な縦傷について、その種々の深さ（３μｍ〜２０μｍ程度）のものについて、その縦傷を確実に検出し、縦傷の深さとの関係で良否判定の基準を設定、変更できるようにするにはどうすべきかについて調査、研究を行なった。
その結果、引抜管の表面に生ずる縦傷については、その傷形状がＶ字状の溝で、溝の傾斜角度がほぼ一定であり、そのため縦傷に光を照射したときの反射光の反射角度がほぼ一定であるとの知見を得た。また、このような縦傷では、縦傷の深さとその一定方向への反射光の強さがほぼ比例関係にあるとの知見も得た。
このような、縦傷の有する光反射に関する特質から、縦傷に光を照射したときの反射光の光路を確実に知ることができ、この光路に受光部を配置することで、単純な構成で傷の有無の検知が確実にでき、しかも反射光の強さが傷の深さにほぼ比例していることから、傷の深さによる良否判定を行うことが可能であることも見出した。

さらに、引抜管を連続的に検査するためには、傷の有無の検出、判定の処理を迅速に行なう必要があり、その点についても鋭意検討した。そして、この点については、ラインセンサカメラによって被検査対象における狭い範囲を撮像し、これを合成処理することで、簡易で迅速な処理が可能であるとの知見を得た。

また、照射する光の光源についても、微細な傷を、その傷の深さの違いも含めて検出するにはいかなる種類の光源が最適であるかについて、鋭意検討を行なった。
この点、光反射法における光源としては、特許文献１にも示されているように、一般にレーザー光が使用されている。そして、レーザー光は本来点光源であるところ、ラインセンサカメラとの対応が取りやすくするために、これをライン状に広げて用いている。
しかしながら、このようなレーザー光を用いて引抜管の表面欠陥を検査しようとすると、微細な傷の検出を、傷の深さとの関係で行なうことができない。これには２つの理由がある。一つは、上述したように、点光源であるレーザー光をライン状に広げているために、光の中心と両端で光の強さが異なる。そのため、本願が対象としているような、微細な縦長の傷について、ミクロン単位での深さの違いを反射光の光量に基づいて検出しようとする場合に、光源自体の縦方向の光量に違いがあるのでは、適切な処理ができない。
また、例えば引抜管の断面が円形の場合において、断面が真円であれば問題がないが、真円でなくゆがみがあった場合には、レーザー光のように幅のない光の場合には、頂部に光が照射されず、ラインセンサカメラの撮像範囲と光の照射位置とがずれるため、傷の検出ができなくなる。

そこで、発明者はライン状の光を照射でき、かつラインの全長で光の強さが変わらないと共に、レーザー光よりも幅の広い光を照射できる光源を検討したところ、複数のＬＥＤからなる光源が最適であることを見出した。さらには、ハレーションを防止するために拡散板を設けるとよりよいことも見出した。

本発明は上記の種々の知見を基になされたものであり、具体的には以下のような構成を有するものである。

（１）本発明に係る表面欠陥検査方法は、被検査物の表面に照射した光の反射光を受光部によって受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査方法であって、前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に前記受光部を配置すると共に反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め閾値を定めておき、前記受光部に入射する反射光の光量と前記閾値とを比較して前記被検査物の良否を判定することを特徴とするものである。

なお、被検査物に生ずる欠陥については、当該被検査物において生ずる欠陥の態様が同一のものであれば、それが凹状の傷のようなものであっても、あるいは凸状のものであって検査可能である。したがって、本願でいう欠陥の大きさとは、欠陥が凹状の傷であればその深さであるが、欠陥が凸状のものである場合にはその高さをいう。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、被検査物に対する受光部の距離を変更することによって前記受光部に入射する反射光の光量を変更し、これによって前記被検査物の良否判定基準を変更するようにしたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、複数の異なる欠陥の大きさに対応する閾値をそれぞれ設定しておき、使用する閾値を変更することによって被検査物の良否判定の基準を変更するようにしたことを特徴とするものである。

（４）本発明に係る表面欠陥検査装置は、被検査物の表面に照射した光の反射光を受光部によって受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査装置であって、前記被検査物の表面に光を照射する複数のＬＥＤからなる光源と、前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に配置されたラインセンサカメラと、ラインセンサカメラからの光量情報を入力して、反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め定めた閾値と前記光量情報とに基づいて前記被検査物の良否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、軸方向直交断面が円形の円筒又は円柱状の被検査物を軸周りに回転させながら軸方向に搬送する搬送手段を有し、光源とラインセンサカメラが前記被検査物の軸を挟むように該軸に沿って配置されていることを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）に記載のものにおいて、検査対象面が平面である被検査物をその軸方向に搬送する搬送手段を有し、光源とラインセンサカメラが前記軸方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とするものである。

（７）本発明に係る表面欠陥検査装置は、被検査物の表面に照射した光の反射光を受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査装置であって、
光源の光を導入して前記被検査物の表面に光を照射する照光部材と、前記被検査物の表面からの反射光を受光してラインセンサカメラに伝達する受光部材と、該受光部材が前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応する反射光の光路に配置されるように前記照光部材と前記受光部材を保持する保持部材と、前記ラインセンサカメラからの光量情報を入力して、反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め定めた閾値と前記光量情報とに基づいて前記被検査物の良否を判定する判定手段とを有し、
前記照光部材及び前記受光部材が光ファイバーを一列に並べて形成されていることを特徴とするものである。

（８）また、上記（４）〜（７）のいずれかに記載のものにおいて、欠陥の大きさとの関係で良否判定の基準を設定する良否判定基準設定手段と、良否判定基準設定手段の設定値にもとづいて、ラインセンサカメラの被検査物に対する位置を調整するカメラ位置調整手段と、を備えたことを特徴とするものである。

（９）また、上記（４）〜（７）のいずれかに記載のものにおいて、欠陥の大きさとの関係で良否判定の基準を設定する良否判定基準設定手段を備え、判定手段は複数の異なる欠陥の大きさに対応する複数の閾値を有しており、良否判定基準設定手段の設定値に基づいて前記複数の閾値の中から対応する閾値を選択する機能を備えていることを特徴とするものである。

本発明においては、被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に前記受光部を配置すると共に反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め閾値を定めておき、前記受光部に入射する反射光の光量と前記閾値とを比較して前記被検査物の良否を判定するようにしたので、被検査物の表面に生ずる微細な欠陥をその欠陥の深さとの関係で検出して被検査物の良否を判定できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る表面欠陥検査装置の一実施の形態を用いたパイプ検査装置全体の構成を示す模式図であり、装置全体を上方から見た状態を示している。本実施の形態に係るパイプ検査装置１０は、引抜管の表面欠陥を検出して良否を選別するものである。

パイプ検査装置１０は、図１に示すように、パイプの表面に生じた縦傷を検出する検査部１１と、検査部１１の検査結果に基づいてパイプの良品と不良品を選別する選別部１２と、検査部１１及び選別部１２に設けられた種々の機器を制御するための制御盤１９と、検査部１１の検査情報を入力して該入力情報に基づいて良否の判定を行ったり、良否判定基準を設定したりするコンピュータ２１と、モニタなどから構成されて検査結果を表示する出力装置２３を備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜検査部＞
検査部１１には、光反射法を用いて、パイプ１３の表面の傷等の欠陥を検出する検査ユニット２２が設けられている。そして、検査ユニット２２を挟んでパイプ１３の搬送方向上流側と下流側には、パイプ１３を回転させながら選別部１２側へと搬送する一対のローラ１４、１５が設けられている。ローラ１４、１５は側面が双曲面状に形成され、これらのローラ１４、１５は側面を対向させて、かつそれぞれの回転軸が互いにねじり平行の位置関係になるように配置されている。このように配置されたローラ１４、１５が回転することにより、その間に挟持されたパイプ１３は、パイプ軸回りに回転しながら軸方向に搬送され、検査ユニット２２を通過して選別部１２側へと払い出される。
上流側のローラ１４、１５の直ぐ下流側には、パイプ１３の位置を検出するセンサＳ２が設置されている。センサＳ２の役割については後述する。

検査ユニット２２は、パイプ１３の上面を照射する光源２２Ｌと、パイプ１３に縦傷が存在する場合の反射光の光路に配置されたラインセンサカメラ２２Ｓとを備えて構成されている。
光源２２Ｌは、複数のＬＥＤをパイプ軸に沿ってライン状に配列したものであり、拡散板を有している。拡散板を設けたのはハレーションを防止するためである。

図２は、検査ユニット２２を、パイプ１３の軸に直交する断面から見た状態を示す模式図、図３は上方から見た状態の模式図である。以下、図２、図３に基づいて光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓの配置関係について説明する。

図２に示されるように、パイプ１３の表面には、斜め上方から光源２２Ｌによって光が照射され、ラインセンサカメラ２２Ｓは、パイプ１３の表面を斜め上方から撮影する。光源２２Ｌによって光が照射されるパイプ１３の表面上の点をＰとし、Ｐ点におけるパイプ１３の法線Ｎと入射光の光路の成す角をα（以下、「入射角α」という。）とし、パイプ１３の表面に縦傷がある場合の反射光の光路と法線Ｎとの成す角をβ（以下、「傷反射角β」という。）とすると、入射角αと傷反射角βの関係は縦傷の態様によって一定の関係を有している。
なお、細径（４〜１６ｍｍ）の引抜管の種々の傷サンプルについて、調査したところ、α≒６５°、β≒５５°の関係があることが判明している。

このように、入射角αと傷反射角βが縦傷の態様によって一定の関係にあることから、所定の縦傷があると想定される場合、そのような縦傷での反射光の光路にラインセンサカメラ２２Ｓを配置すれば、想定される所定の縦傷を簡易に検出できる。
つまり、パイプ１３の表面に傷がない場合には、図２に示すように、反射光は正反射光として入射角αと同じ角度αで反射し、この正反射光の光路にはラインセンサカメラ２２Ｓが配置されていないので、この光を受光しない。他方、パイプ１３の表面に所定の縦傷が存在する場合には、反射光がラインセンサカメラ２２Ｓに受光されて、縦傷の存在が認識されるのである。
なお、ラインセンサカメラ２２Ｓは、回転しながら軸方向に搬送されるパイプ１３の表面を全周に亘って撮影する必要がある。そのため、ラインセンサカメラ２２Ｓの軸方向の撮影範囲（長さ）は、パイプ１３が１回転する間に進む軸方向の距離よりも長くなるように設定されている。

なお、ラインセンサカメラ２２Ｓは、図２の矢印Ｘで示すように、反射光の光路に沿ってパイプ１３に対する距離を調整できるようになっている。ラインセンサカメラ２２Ｓを移動させるための機構は種々の態様が考えられるが、例えばラインセンサカメラ２２Ｓをスライダ上に設置して、スライダにボールネジを連結して、該ボールネジをモータによって回転させることで、スライダを移動可能に構成する。
ラインセンサカメラ２２Ｓの位置は、制御盤１９からの制御信号によって所定の位置に制御される。ラインセンサカメラ２２ＳをＸ方向へ移動することの技術的な意味については後述する。

また、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓは、一体的にパイプ１３に対して垂直方向（図２の矢印Ｙの方向）に移動できるように構成されている。つまり、検査ユニット２２全体が、図２の矢印Ｙの方向に移動できるように構成されている。このように構成することで、検査対象となるパイプ１３の径が変わった場合であっても、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓの相対位置関係を維持して検査ができる。たとえば、図２に示すパイプ１３の径が大きくなった場合には、検査ユニット２２を図中上方に移動することで、同一の条件での検査ができる。

検査ユニット２２の移動は、モータ２２Ｍによって行なわれる（図１参照）。検査ユニット２２の位置は、パイプ１３の径に対応して予め決められており、検査対象となるパイプ１３の径を、コンピュータ２１に入力することで、制御盤１９の制御によってモータ２２Ｍが制御され自動的に所定の位置に配置される。
この検査ユニット２２の位置決め動作を具体的に説明する。検査対象となるパイプの径が入力され、位置決め動作の開始が指示されると、検査ユニット２２は一旦下降して、最下位の基準位置まできたことがセンサＳ３で検出される。その後、この基準位置からパイプ１３の径に合わせて予め設定された位置まで検査ユニット２２が上方に移動して所定位置で停止する。

光源２２Ｌの発光およびラインセンサカメラ２２Ｓの撮影動作は、パイプ１３が検査ユニット２２の位置にあるか否かを検知するセンサＳ２からの信号に基づいて、制御盤１９からの制御信号によって制御される。

＜選別部＞
選別部１２は、検査部１１の検査結果に基づいてパイプの良品と不良品を選別する機能を有する。選別部１２は、モータ１６Ｍによって回転してパイプ１３をその先端が位置決板９に当接する位置まで移動させる多数のローラ１６と、所定の位置に配置されたローラ１６上にあるパイプ１３を払い出す搬出車輪１７と、搬出車輪１７によって払い出されるパイプ１３を良品と不良品で異なる収納エリアに移動させて選別する選別アーム１８を備えている。

搬出車輪１７は、中心部から外方に延びる複数本のロッドを有しており、モータ１７Ｍによって回転される。ロッドは、９０度ごとに４本設けられ（図では２本のみ表示している）、回転することで、ローラ１６上に配置されているパイプ１３を下方から持ち上げるようにして、選別アーム１８側へ搬出する。
なお、図１においては、ロッドが斜め４５度の位置にある状態を示しているため、その先端がパイプ１３の直下位置まで届いていないが、ロッドが水平状態になると、その先端はパイプ１３の直下位置に届く。

選別アーム１８は、搬出車輪１７から搬出されるパイプ１３の良否に合わせて選別を行うためのものである。選別アーム１８は、中心部から一方向に延びるアームを備えており、中心部がインバータモータ１８Ｍにより所定の角度回動することで、アームが揺動するように構成されている。
選別アーム１８は、良品のパイプ１３を選別する場合には、アームの先端側が高く、中心部が低い位置関係、すなわち制御盤１９側が下になるような傾斜姿勢で保持される。このような姿勢にあるところに、搬出車輪１７によってパイプ１３がローラ１６から持ち上げられて保持され、保持状態で選別アーム１８側に搬出される。そして、搬出車輪１７が所定の回動角度になると、パイプ１３は搬出車輪１７のロッド上を滑って、選別アーム１８側に受け渡される。受け渡されたパイプ１３は選別アーム１８上を滑って、制御盤１９側に配置された収容部（図示せず）に収容される。

他方、選別アーム１８は、不良品のパイプ１３を選別する場合には、アームの先端側が良品選別の場合よりもさらに高くなるような位置で保持される。選別アーム１８が、このような姿勢にあるところに、搬出車輪１７によってパイプ１３が保持された状態で搬出され、搬出車輪１７が所定の回動角度になると、パイプ１３は搬出車輪１７のロッド上を滑って、選別アーム１８側に搬出される。このとき、搬出されたパイプ１３は、選別アーム１８で受け止められることなく、そのまま搬出車輪１７から落下して、搬出車輪１７の下方に設けられた不適格品の収容部（図示せず）に収容される。

＜制御盤＞
制御盤１９は、コンピュータ２１からの指示に基づいて、検査部１１及び選別部１２の各構成機器の動作を制御する。

＜コンピュータ＞
図４は、コンピュータ２１の機能を説明するブロック図である。コンピュータ２１は、図４に示すように、センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３の信号を入力して検査部１１及び選別部１２の各構成機器を制御するための制御信号を制御盤１９に出力する制御手段２１Ａと、検査部１１のラインセンサカメラ２２Ｓからの情報を入力して該入力情報に基づいて良否の判定を行う判定手段２１Ｂと、良否判定基準を設定する良否判定基準設定手段２１Ｃと、ラインセンサカメラ２２Ｓから入力される情報に基づいて、パイプ１３の表面画像を作成する画像処理手段２１Ｄと、を備えている。
これら、制御手段２１Ａ、判定手段２１Ｂ、良否判定基準設定手段２１Ｃ及び画像処理手段２１Ｄは、コンピュータ２１のＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現されるものである。以下、制御手段２１Ａ、判定手段２１Ｂ、良否判定基準設定手段２１Ｃ及び画像処理手段２１Ｄについて説明する。

制御手段２１Ａは、センサＳ２によってパイプ１３の通過が検出されると、検出後所定の時間経過後に検査ユニット２２によるパイプ１３表面の撮影動作を開始するための信号を制御盤１９に出力する。なお、検査開始を、センサＳ２によるパイプ１３検出した後、所定時間後としたのは、所定時間経過後にパイプが検査ユニット２２の検査エリアに搬送されることを考慮したものである。

また、センサＳ１によって、パイプ１３の通過が検出されると、検出されてから所定の時間経過したときに、判定手段２１Ｂによる判定結果に基づく制御信号を制御盤１９に出力する。
なお、判定結果に基づく制御信号の出力を、センサＳ１によるパイプ１３通過検出後、所定の時間経過後としたのは、センサＳ１によるパイプ１３の通過が検出されてもその後所定時間は、パイプ１３は検査ユニット２２の検査エリアに配置されて検査中であるため、パイプ１３を全長に亘って検査するためには、所定時間の経過が必要だからである。

さらに、センサＳ３によって、ラインセンサカメラ２２Ｓの移動による最下位置が検出されると、ラインセンサカメラ２２Ｓの所定位置への移動のための制御信号を制御盤１９に出力する。

判定手段２１Ｂは、傷の深さと傷反射光の光量とを予め関連付けると共に、これに基づく良否判定の閾値が設定されたデータを有しており、このデータに基づいてパイプ１３の良否の判定を行う。
例えば、深さ４μｍ以上の傷が検出されたときに不良品と判定する場合であれば、判定手段２１Ｂでは深さ４μｍの傷に対応する傷反射光の光量を閾値として、この閾値と傷反射光の光量とを比較してパイプ１３の良否の判定を行う。
具体的には、ラインセンサカメラ２２Ｓからの画像情報に基づいて、パイプ１３の１周ごとに最大光量を検出し、これが閾値を超えているかどうかによって判定を行う。

図５はラインセンサカメラ２２Ｓによって検出された傷反射光の光量を図示したものであり、横軸がパイプ１３の周方向の回転角度を示しており、縦軸が光量を示している。図５に示す例は、パイプ１３における１８０°の位置に深さ６μｍの傷がある場合であり、閾値を超える光量が検出されている。したがって、判定手段２１Ｂはこのパイプ１３を不良品と判定し、その結果をメモリに記憶する。
記憶された結果は、前述したように、センサＳ１によって、パイプ１３の通過が検出されてから所定の時間経過したときに、制御手段２１Ａによって読み出されて、制御盤１９に出力される。

判定基準設定手段は、不良品として判定する傷深さを設定するものである。前述したように、引抜管はその用途によって表面傷の深さの許容範囲が異なる。例えば、ある用途に用いられる引抜管では、その表面欠陥の深さが４μｍ以下であれば良品とされるが、別の用途では表面欠陥の深さが４μｍを越えていたとしても１０μｍ以下であれば許容されることがある。
判定基準設定手段によって、良否の判定基準を４μｍから１０μｍに変更すると、予め決められた位置にラインセンサカメラ２２Ｓを移動する旨の信号がインターフェースを介して制御盤１９に出力される。
制御盤１９では、ラインセンサカメラ２２Ｓの位置を、所定の位置に調整するためラインセンサカメラ２２Ｓを移動させるモータを駆動して、所定の位置に調整する。

良否の判定基準を４μｍから１０μｍに変更する本件の場合には、ラインセンサカメラ２２Ｓをパイプ１３から離す方向に移動して、所定の位置に停止する。これによって、ラインセンサカメラ２２Ｓの１画素あたりに受光される光量が少なくなり、ラインセンサカメラ２２Ｓの感度が低くなる。
この場合において、例えばパイプ１３の表面に深さ６μｍの傷が存在した場合には、図６に示すように、傷反射光の光量が低下しているので、閾値を超えない。したがって、この場合には判定手段２１Ｂは良品と判定する。

このように、本実施の形態による判定基準設定手段の操作によれば、閾値自体は変更していないが、ラインセンサカメラ２２Ｓの位置を変えることによって、実質的に閾値を変更したのと同様の結果を得ることができる。
なお、判定基準値の入力は、キーボードなどから検査者が入力する。

画像処理手段２１Ｄは、ラインセンサカメラ２２Ｓからの画像情報に基づいて、パイプ１３の周面の画像を作成する。具体的には、ラインセンサカメラ２２Ｓから入力されるラインごとの画像情報を合成してパイプ１３の１周当たりの２次元の画像を作成する。作成された画像は、モニタなどの出力装置２３に表示される。図７は、図５に示した状態におけるパイプ１３の１周当たりの２次元画像である。図７において白く示した線が６μｍの傷である。
このように画像処理手段２１Ｄを用いて画像をモニタ当に出力することにより、傷の存在を視覚的に認識しやすくなる。
もっとも、傷に基づく製品の良否の判定は前述した判定手段２１Ｄによって行なうので、画像処理手段２１Ｄがなくても製品の良否の判定を行うことはできる。

次に、上記のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
まず、検査対象となるパイプ１３の径と、判定基準値をコンピュータ２１に入力する。例えば、直径１０ｍｍのパイプを検査対象とし、深さ４μｍ以上の傷がある場合を不良品とするような判定基準の場合には、パイプの径を１０ｍｍと入力し、判定基準を４μｍと入力する。

上記の設定がなされると、上述した動作によって、検査ユニット２２の位置が設定され、さらにパイプ１３とラインセンサカメラ２２Ｓの位置が設定される。
この状態で、パイプ１３をローラ１４、１５によって検査ユニット２２側に搬送する。センサＳ２によってパイプ１３が検出されると、制御手段２１Ａの指示によって検査ユニット２２によるパイプ１３の表面の撮影が開始される。撮影によって得られた情報に基づいて良否の判定が行われ、その結果が判定手段２１Ｂのメモリに記憶される。

パイプ１３が選別部１２に搬送され、センサＳ１によって検出されると、検出されてから所定時間経過後に、判定手段２１Ｂによって判定された結果が制御手段２１Ａによって読み出され、当該パイプ１３が良品か不良品かの判定情報が制御盤１９に出力される。
良品であるとの情報が制御盤１９に入力された場合には、前述した動作によって、パイプ１３は良品を収容する収容部に収容される。
他方、不良品であるとの情報が制御盤１９に入力された場合には、前述した動作によって、パイプ１３は不良品を収容する収容部に収容される。

以上のように、本実施の形態によれば、直径が４〜１６ｍｍ程度の細径の引き抜き管等の外周面に発生する４μｍ程度の縦傷についても、傷の深さに応じた良否の判定を簡易に連続して行うことができる。また、本実施形態では、検出されたパイプの適否に基づいて、パイプの選別を効率的に行うことができる。
なお、上記の実施の形態の説明では、ラインセンサカメラ２２Ｓの位置を変えることによって、縦傷の判定基準を変更することについて説明したが、ラインセンサカメラ２２Ｓの位置を変更できることは縦傷の判定基準を変更できるのみにとどまらない。例えば、ラインセンサカメラ２２Ｓを検査対象から離すことにより、視野を広くすることができ、このようにすることでより迅速な処理を可能にすることもできる。

[実施の形態２]
図８は、本発明の実施の形態２の説明図であり、コンピュータ２１の機能を示すブロック図である。
本実施の形態においては、判定手段２１Ｂが、複数の異なる欠陥深さに対応する複数の閾値を有しており、良否判定基準設定手段２１Ｃの設定値に基づいて前記複数の閾値の中から対応する閾値を選択する機能を備えたものである。

図９に示すように、判定手段２１Ｂは、例えば深さ４μｍの傷以上の深さの場合を不良と判定する閾値Ａと、深さ１０μｍ以上の深さの傷の場合を不良と判定する閾値Ｂの２つの閾値を有している。そして、良否判定基準設定手段２１Ｃによって、いずれかの基準が設定されたときに、それに対応する閾値を選択して、その閾値に基づいて良否の判定を行うようにしたものである。

本実施の形態によれば、ラインセンサカメラ２２Ｓの移動のような機械的な操作をすることなく、簡易に良否判定の基準を変更できる。

なお、閾値を設定するにあたっては、対象となる被検査物の表面を予め検査して、ノイズの平均値を求め、この平均値を超える光量を閾値とするようにするのが望ましい。

上記の実施の形態においては、パイプ１３を回転させながら軸方向に搬送して撮影を行ったが、パイプを搬送せず、例えば両端で保持して回転させ、パイプ表面を撮影して検査を行うようにしてもよい。このような方法においてパイプ表面全体を検査する場合には、検査ユニット２２をパイプ軸方向に移動して検査を行うようにすればよい。移動の方法として、パイプが一周するまで検査ユニット２２の位置を固定してその位置での全周の画像を撮影し、順次その軸方向の位置を移動する方法や、検査ユニットを所定の速度（ラインセンサカメラの撮影範囲／回転周期以下）で軸方向に移動する方法がある。

また、上記の実施の形態においては、引抜管の表面に生ずる縦傷を対象とした例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、引抜管の表面傷と同様に、傷反射角度がほぼ一定で、傷の深さと傷反射光の光量が比例関係にあるような傷、あるいは凸状の欠陥の検査にも適用できる。
また、引抜管の表面のように円筒部材の表面のみならず、平面上に生ずる傷の検査にも適用できる。
そこで、以下の実施の形態３においては、平面上に生ずる傷を検査する場合の具体的な態様について説明する。
さらに、実施の形態４においては、複雑な形状の小さな機械部品の表面に生ずる微細な傷を検査する場合の具体的な態様について説明する。複雑な形状の小さな機械部品の製造過程においてその表面に生ずる打痕、かぶりのような欠陥であっても、それらが引抜管の表面傷と同様に、傷反射角度がほぼ一定で、欠陥の深さ等と傷反射光の光量が比例関係にある場合には本発明が適用できる。

［実施の形態３］
実施の形１、２においては、長尺の丸パイプの表面に生ずる縦傷の検出について説明した。そして、この場合には、実施の形態１、２において説明したように、パイプ１３を挟んで、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを設置し、パイプ１３を回転させながら軸方向に移動させることにより、パイプ１３をその全周かつ全長に亘って検査するといものである（図１参照）。
しかしながら、丸パイプのように回転できる場合には、上記の方法でよいが、例えば平板のようにそもそも回転が難しく、回転すれば検査対象面と光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓの相対位置が変化するために検査ができない。
そのため、このような平板の表面の縦傷を検出する場合において、実施の形態１、２と同様に平板の軸方向に対して平行になるように光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを設置した場合、平板の全幅を検査対象としようとすれば、多数の光源及びラインセンサカメラを幅方向に設置することが必要となる。
しかも、その場合には、隣接する反射光同士が影響を受けるために傷に対応した光反射が得られず正確な検査ができなくなってしまう。

他方、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓの配置を、例えば図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ラインセンサカメラ２２Ｓの軸方向が平板の軸方向に直交する方向に配置するとすれば、単一の光源２２Ｌと単一もしくは少数のラインセンサカメラ２２Ｓで平板の全幅をカバーできるが、このような配置の場合には縦傷に対して適切な光反射が得られずに、そもそも傷の検出ができない。

そこで、本実施の形態においては、平板のように回転できない検査対象について縦傷を検出する装置及び方法について提案するものである。
図１１は本実施の形態に係る表面欠陥検査装置の要部を説明する説明図である。
本実施の形態においては、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを平板３１の軸線方向（平板３１の移動方向）に対して傾斜して配置したものである。
なお、本実施の形態においては、図１１（ｂ）に示すように、単一の光源２２Ｌと５個のラインセンサカメラ２２Ｓを用いた例を示している。

このように光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを平板３１の軸線方向に対して傾斜して配置することにより、縦傷に対応した光反射を得ることができ、縦傷の検出が可能となる。
また、前述したように複数の光源を平板の軸線方向に平行に配置する場合には隣接する照射光が重なりを生ずることから縦傷に対する適切な反射光が得られない可能性があるが、本実施の形態のように、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを平板３１の軸線方向に対して傾斜して配置するようにすれば、照射光の重なりよる不具合の発生もない。

以上のように、本実施の形態によれば、平板３１のように回転できない検査対象について縦傷を検出することが可能となる。

なお、光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓの平板３１の軸線方向に対する傾斜角度については、検出対象として想定される傷の深さ等に基づいて検出可能な傾斜角度を予め見つけ出し、そのような角度に設定すればよい。
また、本実施の形態においては、実施の形態１、２の場合のように光源２２Ｌとラインセンサカメラ２２Ｓを縦傷に対して平行に配置した場合よりも縦傷による反射光が弱くなる傾向にある。
そこで、図１２に示すように、光源２２Ｌの光路の検査対象面に対する傾斜が小さくなるように、すなわち検査対象面の法線と光源２２Ｌの光路の成す角度（入射角α）が小さくなるように配置するのが好ましい。
このように配置することにより、縦傷に対する反射光の光量が多くなるので、縦傷の検出感度を上げることができる。

［実施の形態４］
上記の実施の形態１〜３においては、所定の長さを有するパイプや平板の表面の縦傷を連続的に検査することを主目的としたものである。
しかしながら、微細な傷の検出の要請は、実施の形態１〜３に示したようなパイプや平板に限られるものではなく、複雑な形状の小さな機械部品の表面に生ずる微細な傷に対しても存在する。図１３はこのような複雑な形状の小さな機械部品の一例を示した図であり、図１３（ａ）が平面図、図１３（ｂ）が図１３（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
実施の形態１〜３に示したような所定の長さを有するパイプや平板の表面の縦傷の検出を本来的な目的としている装置によって、図１３に示すような複雑な形状の小さな部品の表面（例えば、図１３のＡ面、Ｂ面）に生ずる傷を検査しようとした場合には、以下のような問題が生ずる。

実施の形態１〜３に示したものでは、ラインセンサカメラ２２Ｓや光源２２Ｌが所定の大きさを有しているため、小さく複雑な形状の部品に対して光源２２Ｌからの光を所望の箇所に均一に照射するのが難しい。つまり、形状が複雑で、傷の存在する検査対象面が湾曲しているような場合（例えば、図１３のＡ面）には、光源２２Ｌから検査対象面までの距離が一定とならず、均一に光を照射しづらい。
また、この場合には反射光を受光するラインセンサカメラ２２Ｓと検査対象面との距離についても変化するため均一な受光が難しく、検査対象面の形状に起因する反射光の光量が変化することが考えられ、的確な傷の検出が難しくなる。
また、一つの部品の表面と底面などのように異なる面に存在する傷の検出をしようとする場合においては、仮に複数箇所にラインセンサカメラ２２Ｓと光源２２Ｌを設置したとしても、照射面積が大きい場合には、当該検査対象としている光以外の光の影響を受けることによって適切な傷の検出ができないことも考えられる。

本実施の形態においては、このように小さな部品で複雑な形状を有する部品についても、微細な傷の検出をできる表面欠陥検査装置を提供するものである。
図１４、図１５は本実施の形態に係る表面欠陥検査装置の要部を説明する説明図である。以下、図１４、図１５に基づいて本実施の形態の表面欠陥検査装置について説明する。

本実施の形態に係る表面欠陥検査装置の要部は、複数の光ファイバー３３を一列に並べて２枚の板材３５の間に挟んで形成され検査面に光を照射する照光部材３７と、複数の光ファイバー３３を一列に並べて２枚の板材３５の間に挟んで形成され検査面からの反射光を受光する受光部材３９と、照光部材３７と受光部材３９を所定の角度になるように保持する保持部材４１とを備え、照光部材３７側の光ファイバー３３の束の端部には光源が設置され、受光部材３９側の光ファイバー３３の束の端部には光量計や、ラインセンサカメラが設置されるというものである。
なお、ラインセンサカメラからの情報を入力して該入力情報に基づいて良否の判定を行う判定手段や、良否判定基準を設定する良否判定基準設定手段や、ラインセンサカメラから入力される情報に基づいて、検査対象面の表面画像を作成する画像処理手段などについては、実施の形態１において説明したものを使用できるので、ここでは説明を省略する。

以下、本実施の形態の要部を構成する各部材についてさらに詳細に説明する。

＜照光部材、受光部材＞
照光部材３７、受光部材３９における検査対象面に対向する面は、図１５に示されるように、端部に光ファイバー３３の端面が面一になるように配置され、この面から光が照射され、また光が受光される。
照光部材３７、受光部材３９における検査対象面と反対側からは、図１４、図１５に示されるように光ファイバー３３の束が延出する。

照光部材３７、受光部材３９の形状や大きさは、光ファイバー３３を挟む板材３５の大きさや形状を適宜設定することにより、検査対象面の大きさや形状に合わせて適宜設定することができる。例えば、検査対象が小さな部品の場合には、板材３５を小形に設定してスポット的に検査することができる。その場合には、一つの検査対象物について複数の検査対象面があったとしても、小形の照光部材３７、受光部材３９を複数設置してスポット的に検査することによって、一方の検査対象面への光が他方の検査対象面に影響を与えることなく検査が可能になる。

光ファイバー３３を挟む板材３５の材質は、金属板のように湾曲等の変形ができるものを用いるのが好ましい。金属板のように湾曲等の変形できるものであれば、検査対象面の形状に対応させて変形することにより、照光部材３７や受光部材３９の端部を検査面に添わせることができ、的確な照光と受光が可能になり、正確な傷の検出ができる。

＜保持部材＞
保持部材４１は照光部材３７と受光部材３９を所定の角度で保持するものである。保持部材４１によって照光部材３７と受光部材３９を保持する角度は、実施の形態１で説明した入射角αと傷反射角βの関係に基づいて設定されている。したがって、図１４に示すように、照光部材３７の端面から照射された光が図示しない検査対象面に形成された傷によって反射されると、受光部材３９の端面に入射して傷を検出できる。

なお、図１４においては、保持部材４１が照光部材３７と受光部材３９を一体的に保持する場合を示したが、受光部材３９と照光部材３７とのなす角度を所定の角度に保持しながら受光部材３９を検査対象面に対して離したり近づけたりできるように保持するようにしてもよい。
このようにすれば、実施の形態１で説明したように受光部材３９による傷検出の感度を変更することが可能になる。

＜光源＞
照光部材３７から延出される光ファイバー３３の束の端部に設置される光源としては、実施の形態１において説明したＬＥＤなどを設置すればよい。

＜光量計、ラインセンサカメラ＞
受光部材３９から延出される光ファイバー３３の束の端部には、光量計またはラインセンサカメラが設置される。
光量計を設置した場合には、傷の有無を検出でき、ラインセンサカメラを設置した場合には、傷の有無に加えて傷の位置を検出できる。

以上のように構成された本実施の形態の表面欠陥検査装置においては、例えば図１６に示すように、検査対象物における検査対象面（この例では２つのＡ、Ｂ面を検査対象面としている）に対向させて照光部材３７及び受光部材３９を設置し、検査対象物を回転させながら、実施の形態１で示したのと同様の方法によって傷の検出を行なえばよい。
このようにすることで、図１６に示すような複雑な形状の検査対象物に対して、しかも複数の検査対象面を同時に検査することができる。

以上のように、本実施の形態の表面欠陥検査装置によれば、検査対象物が小さな複雑な形状であっても、検査したい検査面に対して的確な検査が可能になる。しかも、検査対象面が複数ある場合であっても、複数の面を一度に、しかも複数の面が互いに影響を受けることなく検査ができる。

本発明の表面欠陥検査装置の一実施形態を搭載したパイプ検査装置全体の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態における光源とラインセンサカメラの配置を説明する説明図である。 図２を上から見た状態を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるコンピュータの機能を説明するブロック図である。 本発明の一実施の形態における判定手段の機能を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態における判定手段の機能を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態における画像処理手段の機能を説明する説明図である。 本発明の実施の形態２におけるコンピュータの機能を説明するブロック図である。 本発明の実施の形態２における判定手段の機能を説明する説明図である。 本発明の実施の形態３における解決すべき課題の説明図である。 本発明の実施の形態３の説明図である。 本発明の実施の形態３の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態４の課題の説明図である。 本発明の実施の形態４の説明図である。 本発明の実施の形態４の説明図である。 本発明の実施の形態４の動作説明図である。

符号の説明

９ 位置決板
１０ パイプ検査装置
１１ 検査部
１２ 選別部
１３ パイプ
１４、１５、１６ ローラ
２１ コンピュータ
２１Ａ 制御手段
２１Ｂ 判定手段
２１Ｃ 良否判定基準設定手段
２１Ｄ 画像処理手段
２２ 検査ユニット
２２Ｌ 光源
２２Ｓ ラインセンサカメラ
３１ 平板
３３ 光ファイバー
３５ 板材
３７ 照光部材
３９ 受光部材
４１ 保持部材

Claims (9)

1. 被検査物の表面に照射した光の反射光を受光部によって受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査方法であって、
   前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に前記受光部を配置すると共に反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め閾値を定めておき、前記受光部に入射する反射光の光量と前記閾値とを比較して前記被検査物の良否を判定することを特徴とする表面欠陥検査方法。
2. 被検査物に対する受光部の距離を変更することによって前記受光部に入射する反射光の光量を変更し、これによって前記被検査物の良否判定基準を変更するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査方法。
3. 複数の異なる欠陥の大きさに対応する閾値をそれぞれ設定しておき、使用する閾値を変更することによって被検査物の良否判定の基準を変更するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査方法。
4. 被検査物の表面に照射した光の反射光を受光部によって受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査装置であって、
   前記被検査物の表面に光を照射する複数のＬＥＤからなる光源と、前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応して予め定めた反射光の光路に配置されたラインセンサカメラと、ラインセンサカメラからの光量情報を入力して、反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め定めた閾値と前記光量情報とに基づいて前記被検査物の良否を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
5. 軸方向直交断面が円形の円筒又は円柱状の被検査物を軸周りに回転させながら軸方向に搬送する搬送手段を有し、光源とラインセンサカメラが前記被検査物の軸を挟むように該軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検査装置。
6. 検査対象面が平面である被検査物をその軸方向に搬送する搬送手段を有し、光源とラインセンサカメラが前記軸方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検査装置。
7. 被検査物の表面に照射した光の反射光を受光して表面欠陥を検出して前記被検査物の良否を判定する表面欠陥検査装置であって、
   光源の光を導入して前記被検査物の表面に光を照射する照光部材と、前記被検査物の表面からの反射光を受光してラインセンサカメラに伝達する受光部材と、該受光部材が前記被検査物の表面に生ずる欠陥に対応する反射光の光路に配置されるように前記照光部材と前記受光部材を保持する保持部材と、前記ラインセンサカメラからの光量情報を入力して、反射光の光量と欠陥の大きさとに基づいて予め定めた閾値と前記光量情報とに基づいて前記被検査物の良否を判定する判定手段とを有し、
   前記照光部材及び前記受光部材が光ファイバーを一列に並べて形成されていることを特徴とする表面欠陥検査装置。
8. 欠陥の大きさとの関係で良否判定の基準を設定する良否判定基準設定手段と、良否判定基準設定手段の設定値にもとづいて、ラインセンサカメラの被検査物に対する位置を調整するカメラ位置調整手段と、を備えたことを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の表面欠陥検査装置。
9. 欠陥の大きさとの関係で良否判定の基準を設定する良否判定基準設定手段を備え、判定手段は複数の異なる欠陥の大きさに対応する複数の閾値を有しており、良否判定基準設定手段の設定値に基づいて前記複数の閾値の中から対応する閾値を選択する機能を備えていることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の表面欠陥検査装置。

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