JP2011089967A - 鏡面ベルトの表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板ベルトの表面を研削することにより形成された鏡面が所望の表面荒れ状態を満たしているか否かを客観的に検査する。
【解決手段】走行する検査対象物の表面を照明する照明装置、照明装置から発せられた照明光が、検査対象物の表面で正反射した反射光を検出するために、検査対象物の走行方向と直交する方向に配設されたラインセンサ、及びラインセンサによって得られる２次元画像に対して、強調処理を施すことにより強調画像を得る画像処理装置を備えた表面検査装置によって、鏡面ベルトの表面荒れ状態を検査する鏡面ベルトの表面検査方法であって、ラインセンサにより得られた２次元画像に対して強調処理を施すことによって得られる検査対象鏡面の強調画像の平均画素値とピーク画素値との比が所定のしきい値を超えたか否かを判定することによって、検査対象物の表面検査を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の鏡面ベルト表面を検査する表面検査方法に関する。

従来から、表面品質の再現性ある測定かつ定量的評価を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、光源を有した第１光学手段と、被測定表面による反射光を受領し、光センサを備えている第２光学手段と、測定シーケンスを制御し測定結果を評価する制御評価手段と、出力手段とを具備してなり、光源が発光ダイオードとされ、光源からの光は、青色、緑色、赤色スペクトル成分とを含有し、光源と光センサとの間の経路内にフィルタが配置され、評価手段は、反射光を評価することにより表面を特性づける特性パラメータを決定するものである。

また、構造体表面に品質を定量的に測定する装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、１つ又は複数の光源を有する第１の光学的装置を使って、被測定表面の一部である測定面に事前設定された角度で光を当て、第２の光学的装置は、１つ又は複数の感光性フォトセンサを有し、事前設定された第２の角度でこの測定面に向けられ測定面から反射される光を記録するものである。そして、複数のフォトセンサは、反射された光について固有の電気的な測定信号を発信し、このとき第１及び第２の光学的装置は、反射される光がその測定面の構造によって影響を受けるように設定されている。

特開２００１−１８３３０４号公報 特開２０００−１３１２２６号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の装置にあっては、高精度に鏡面加工された鋼板ベルトの検査（傷、ピンホールなどの局所欠点検査）を行う際に、定量的な評価を行うことが可能になるが、所望の表面荒れ（オレンジピール）の状態を満たしているか否かを客観的に検査することができないという問題がある。

一般的に鋼板の鏡面ベルトは、研削・研磨により加工されるが、研削傷が後から実施される研磨量に見合った深さまで減少するように、段階を追って（研削砥石の番手を適切に選定し）研削が実施されることが求められる。研削傷が深く残り、この傷が研磨開始前まで段階研磨により十分に解消されていない場合、研磨によって、研削傷はなだらかになるだけで、平滑な鏡面を得ることはできない。これは、研磨工程では、表面の微細な凹凸を無くすことが主体的に実施され、大きな傷に沿って一様に研磨が実施される為である。

このような鋼板は、研削傷がある程度細かい場合に、肉眼では一見鏡面に見えるが、蛍光灯のような一様な光源を前記鏡面に反射させて見ると、特定の条件下で、光源の揺らぎを視認することが出来る。このような表面荒れを、鋼板の鏡面ベルトのオレンジピールと呼ぶ。鏡面ベルトのオレンジピールは、通常、塗装膜表面のゆず肌とは異なり、更に微細な表面の凹凸であり塗膜の測定装置では測定することは出来ない。また、ガラス等の硬度の高い物質の鏡面における歪みとも異なるので、市販の鏡面計で測定することも出来ない。更に、高精度の非接触式表面粗さ計により、粗さとして計測することは可能であるが、それにより計測される視認出来ないレベルの粗さと、鏡面ベルトのオレンジピールは必ずしも一致するものではなく、また測定サンプルを切り出して試料を準備する必要があるので、直接大面積の鋼板の鏡面ベルトのオレンジピールを定量化することは困難であった。

他方、鋼板ベルトのように、面積の大きい面に対して研削、研磨によって鏡面を形成した製品の検査においては、表面品質を定量的に測定することより、所望の表面荒れ状態を満たしているか否かを判定することが必要であるが、従来は経験の豊富な多数の検査員が、長期間にわたり広範囲で目視検査を実施し、予め取り決めた限度見本との比較により、定性的に判断しているに過ぎなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、鋼板ベルトの表面を研削することにより形成された鏡面が所望の表面荒れ状態（オレンジピール）を満たしているか否かを客観的に検査することができる鏡面ベルトの表面検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、走行する検査対象物の表面を照明する照明装置、前記照明装置から発せられた照明光が、前記検査対象物の表面で正反射した反射光を検出するために、前記検査対象物の走行方向と直交する方向に配設されたラインセンサ、及び前記ラインセンサによって得られる２次元画像に対して、強調処理を施すことにより強調画像を得る画像処理装置を備えた表面検査装置によって、鏡面ベルトの表面荒れ状態を検査する鏡面ベルトの表面検査方法であって、前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる検査対象鏡面の強調画像の平均画素値とピーク画素値との比が所定のしきい値を超えたか否かを判定することによって、前記検査対象物の表面検査を行うことを特徴とする。

本発明は、走行する検査対象物の表面を照明する照明装置、前記照明装置から発せられた照明光が、前記検査対象物の表面で正反射した反射光を検出するために、前記検査対象物の走行方向と直交する方向に配設されたラインセンサ、及び前記ラインセンサによって得られる２次元画像に対して、強調処理を施すことにより強調画像を得る画像処理装置を備えた表面検査装置によって、鏡面ベルトの表面荒れ状態を検査する鏡面ベルトの表面検査方法であって、前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる検査対象鏡面の第１の強調画像と、前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる所望の表面荒れ状態を有する鏡面の第２の強調画像とを並べて表示し、前記第１の強調画像と前記第２の強調画像とを見比べることによって前記検査対象物の表面検査を行うことを特徴とする。

本発明は、前記検査対象物がステンレス鋼の表面を研削、研磨することによって形成された鏡面であることを特徴とする。

本発明によれば、走行する検査対象物に対する照明光を検査対象物表面上で正反射させた画像をラインセンサによって撮像し、得られた２次元画像に対して強調処理を施すことにより得られた強調画像が、所望の表面荒れ状態を満たしているか否かを検査するようにしたため、鏡面処理が施されたＳＵＳベルト表面におけるオレンジピール等の表面荒れを客観的に検査することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示すＳＵＳベルト５の表面上におけるラインセンサ２の検出範囲を示す説明図である。 図１に示すＳＵＳベルト５を用いるアクリル板製造装置の構成を示す図である。 図１に示す検査装置１によるＳＵＳベルト５の表面の検査結果を示す図である。 図１に示す検査装置１によるＳＵＳベルト５の表面の検査結果を示す図である。 図１に示す検査装置１によるＳＵＳベルト５の表面の検査結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による鏡面ベルトの表面検査方法を説明する。図１は同実施形態における表面検査装置の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、オレンジピール等の欠陥を検査する検査装置であり、コンピュータ装置で構成する。符号２は、図１の奥行き方向に配設されたラインセンサであり、検出した光を光電変換して出力する。ラインセンサ２は、例えば２０４８画素が１列に並んだラインＣＣＤカメラで構成される。符号３は、検査対象を照明するライン状の照明装置であり、ＬＥＤ光源３１を内部に備えており、図１の奥行き方向へ配設されている。符号４は、照明装置３の発光面の片側に設けられた片側スリットであり、照明装置３から発する光の一部を制限する。なお、ラインセンサは、光を受光する感光部が一列に配置されたセンサであるが、感光部が２次元に配置されたエリアセンサを用いることもできる。

符号５は、検査対象物であり、研削することにより表面に鏡面が形成された帯状のＳＵＳ（ステンレス鋼；以下、帯状のＳＵＳをＳＵＳベルトという）である。ＳＵＳベルト５は、図１に示す矢印の方向（図１の左から右の方向）に連続走行する。符号６は、ＳＵＳベルト５の移動量（走行量）を検出する移動量検出部である。符号７は、走行時のＳＵＳベルト５を保持するローラーであり、ラインセンサ２は、光軸がローラー７によって保持されている位置になるように配置されており、ローラー７によって保持されている位置の裏側のＳＵＳベルト５の表面からの光を検出する。検査装置１は、照明装置３の調光を行うための制御信号を照明装置３へ出力するともに、ラインセンサ２の出力信号を所定時間蓄積することにより得られる２次元画像に対して２次元画像フィルタ処理などの画像処理を行う機能を備えている。

照明装置３の光軸は、ＳＵＳベルト５の表面上の垂直線に対して、ＳＵＳベルト５の走行方向へ１０°傾けられており、照明距離が２５０ｍｍになるように配置されている。また、ラインセンサ２の光軸はＳＵＳベルト５の表面上の垂直線に対して、照明装置３とは反対側に１０°傾けられており、照明装置３の光軸がＳＵＳベルト５の表面と交わる点から３６１ｍｍ離れて配置されている。したがって、ラインセンサ２には、照明装置３から発せられた光のうち、ＳＵＳベルト５の表面で正反射した光が入射することになる。

次に、図２を参照して、図１に示すラインセンサ２の検出範囲について説明する。図２は、図１に示すＳＵＳベルト５を上方からみた図である。ＳＵＳベルト５は、ラインセンサ２の検出できる範囲より大きい幅を有しているため、ラインセンサ２と照明装置３は、ＳＵＳベルト５の長手方向（走行する方向）と直交する方向（幅方向）へ移動可能に構成されており、ラインセンサ２の検出範囲を移動することができる。したがって、ＳＵＳベルト５が走行することにより、ＳＵＳベルト５の長手方向に延びる画像を得ることができ、ラインセンサ２と照明装置３がＳＵＳベルト５の幅方向に移動することにより、ＳＵＳベルト５の全面の画像を得ることが可能である。また、研削・研磨はある大きさを持った研削・研磨ツールにより、研削・研磨が実施されるので、オレンジピールの規定数値は、ある適当なエリアを代表する数値と看做すことも可能である。従って、ＳＵＳベルト５の幅方向とＳＵＳベルト５の長手方向それぞれについて、研削・研磨条件に見合った適当な間隔を持って測定することも可能であり、検査を迅速に実施することも出来る。検査装置１は、ラインセンサ２のＳＵＳベルト５の幅方向の位置を検出することができるため、図１に示す移動量検出部６の出力と、ラインセンサ２のＳＵＳベルト５の幅方向の位置を示す情報に基づいて、ＳＵＳベルト５上におけるラインセンサ２の検出範囲を特定することができる。

次に、図３を参照して、図１に示すＳＵＳベルト５の用途について説明する。図３は、注入した液体原料を固める（重合する）ことにより、アクリル板を製造する製造装置の構成を示す図である。上段のＳＵＳベルト５は、環状（エンドレス）になっており両端のドラム１２、１３によって支持されており、２つのドラム１２、１３が所定方向に回転することにより、ＳＵＳベルト５が所定方向へ走行することになる。また、下段のＳＵＳベルト５も環状（エンドレス）になっており両端のドラム１４、１５によって支持されており、２つのドラム１４、１５が所定方向に回転することにより、ＳＵＳベルト５が走行することになる。アクリル板の原料は、ドラム１２側から注入されて、上段のＳＵＳベルト５と下段のＳＵＳベルト５の間に挟まれて、搬送され、ヒータ加熱部９において加熱された後、保温部１０により保温され、徐冷部１１によって徐冷されて、製品８（アクリル板）が排出される。排出される製品８の表面品質は、ＳＵＳベルト５の傷やピンホールなどの局所欠陥や、厚さ斑、表面荒れの状態で決まるため、ＳＵＳベルト５の表面は、局所欠陥が無く、均一な厚さで、表面が鏡面加工されている必要がある。図１に示す検査装置１は、ＳＵＳベルト５の表面に形成された鏡面が所望の鏡面になっているか否かを検査するものである。

次に、図１を参照して、ＳＵＳベルト５の表面に形成された鏡面を検査する動作を説明する。まず、検査装置１は、ラインセンサ２によって適切な画像を得ることができるように、照明装置３の光量を調整するための制御信号を出力して照明装置３の調光を行う。続いて、検査対象物であるＳＵＳベルト５を走行させた状態で、ラインセンサ２が受光した光を光電変換した電気信号を検査装置１へ出力する。検査装置１は、ラインセンサ２が出力した電気信号をＡＤ変換することにより量子化して、内部のメモリに記憶する。これにより、メモリ内には、ラインセンサ２を構成する各画素のセンサが検出した光量に相当する画素値が記憶されることになる。この動作を所定時間継続することにより、画素値で構成する２次元の画像情報がメモリ内に記憶されることになる。次に、検査装置１は、得られた２次元画像に対して８×８画素の２次元デジタルフィルタ処理を施すことにより、画像の強調処理を施した強調画像を生成して、メモリに記憶する。

また、検査装置１は、得られた強調画像内の光量平均値（画素値を全て加算して画素の数で除算することにより求めた平均値）と光量のピーク値（画素値の最大値）との比を算出する。検査装置１は、算出した光量平均値と光量のピーク値との比の値が、予め決められたしきい値より大きい場合に、その２次元画像を得た領域にオレンジピール等の鏡面の荒れが存在すると判定する。表面の荒れが存在すると判定された場合、検査装置１は、移動量検出部６の出力と、ラインセンサ２のＳＵＳベルト５の幅方向の位置を示す情報に基づいて、ＳＵＳベルト５上におけるラインセンサ２の検出範囲を特定することができるため、ラインセンサ２の検出範囲を特定する情報と鏡面の荒れが存在すること示す情報とを表示装置（図示せず）等に表示することにより、鏡面上にオレンジピール等の表面荒れが存在することを示す情報を出力する。

なお、鏡面上にオレンジピール等の表面荒れが存在するか否かの判定は、撮像した画像に対して強調処理を施した強調画像を表示装置に表示し、検査担当者が目視によって判定を行うようにしてもよい。このとき、目視による判定を簡単に行うために、表面荒れが存在しない鏡面（所望する表面荒れの状態を満たしている鏡面）の強調画像を並べて表示し、検査担当者が表面荒れが存在しない強調画像と、検査対象の鏡面の強調画像を見比べることにより、鏡面上にオレンジピール等の表面荒れが存在するか否かの判定を行うようにしてもよい。

次に、図１に示す検査装置を用いて、検査対象物であるＳＵＳベルト５の表面検査を行った結果について説明する。図１に示す検査装置の仕様は、表１に示す通りである。検査対象物は、表面の研削傷が残っており、所望する表面荒れの状態を満たしていない鏡面（Ｎｏ．１）と、表面の研削傷が殆どなく、所望する表面荒れの状態を満たしている鏡面（Ｎｏ．２）と、表面の研削傷が非常に少ないが僅かに確認できる程度で、所望する表面荒れの状態を満たしている鏡面（Ｎｏ．３）とを用いた。

前記３つの検査対象物を用いて、表２に示す条件で検査を行った結果、それぞれ目視によるオレンジピール等の表面荒れの検査結果と同等の検査結果を得ることができた。

図４〜図６に、ラインセンサ２による撮像画像（原画像）と、撮像画像に対して強調処理を施した強調画像を示す。なお、各画像中央の異物は、検査対象位置を分かり易くするために意図的に配置したものである。図４（ａ）は、検査対象物Ｎｏ．１の鏡面の撮像画像（原画像）であり、図４（ｂ）は、強調画像である。図４（ｂ）では、右下さがりの研削傷がはっきり確認できる。図５（ａ）は、検査対象物Ｎｏ．２の鏡面の撮像画像（原画像）であり、図５（ｂ）は、強調画像である。図５（ｂ）では、表面の研削傷を確認することはできない。図６（ａ）は、検査対象物Ｎｏ．３の鏡面の撮像画像（原画像）であり、図６（ｂ）は、強調画像である。図６（ｂ）では、横方向に極僅かの表面荒れを確認できるが、表面の研削傷として確認することはできない。

図４（ｂ）に示す強調画像において、光量平均値に対して、光量のピーク値は、１１０．４％であり、光量平均値と光量のピーク値との比（光量ピーク値／光量平均値）で表すと、１．１０４となる。また、図５（ｂ）に示す強調画像において、光量平均値に対して、光量のピーク値は、１０１．９％であり、光量平均値と光量のピーク値との比（光量ピーク値／光量平均値）で表すと、１．０１９となる。また、図６（ｂ）に示す強調画像において、光量平均値に対して、光量のピーク値は、１０３．６％であり、光量平均値と光量のピーク値との比（光量ピーク値／光量平均値）で表すと、１．０３６となる。このように、表面荒れ状態の異なる３つの検査対象鏡面を光量平均値と光量のピーク値との比で表すことにより、表面荒れの状態を客観的に評価することが可能になる。例えば、所望の表面荒れの状態を判定するためのしきい値を１．０３６と定め、検査対象の鏡面の光量平均値と光量のピーク値との比の値が、このしきい値より小さければ、所望の表面荒れ状態を満たしていると判定することができる。

また、図５（ｂ）に示す強調画像を比較対象の画像とし、検査対象の鏡面の強調画像と見比べることにより、検査対象の鏡面が所望の表面荒れ状態を満たしているか否かを目視によって容易に判定することが可能になる。

以上説明したように、走行する検査対象物に対する照明光を検査対象物表面上で正反射させた像をラインセンサによって撮像し、得られた２次元画像に対して強調処理を施すことにより得られた強調画像から表面荒れの状態を定量化するようにしたため、鏡面処理が施されたＳＵＳベルト表面におけるオレンジピール等の表面荒れを客観的に検査することができる。

オレンジピール等の表面荒れの状態を検査することが不可欠な用途に適用できる。ＳＵＳベルト以外に例えば、傷が付くので接触式表面粗さ計で測定不可能な樹脂の押出成型用Ｔダイや、樹脂塗工用Ｔダイの内面（リップ部）や、エアーナイフの内側仕上げ面、その他金属鏡面仕上げ面の肌荒れを直接非接触で測定することが可能である。

１・・・検査装置、２・・・ラインセンサ、３・・・照明装置、３１・・・ＬＥＤ光源、４・・・片側スリット、５・・・ＳＵＳベルト（検査対象）、６・・・移動量検出部、７・・・ローラー、８・・・製品（アクリル板）

Claims (3)

1. 走行する検査対象物の表面を照明する照明装置、
   前記照明装置から発せられた照明光が、前記検査対象物の表面で正反射した反射光を検出するために、前記検査対象物の走行方向と直交する方向に配設されたラインセンサ、及び
   前記ラインセンサによって得られる２次元画像に対して、強調処理を施すことにより強調画像を得る画像処理装置を備えた表面検査装置によって、鏡面ベルトの表面荒れ状態を検査する鏡面ベルトの表面検査方法であって、
   前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる検査対象鏡面の強調画像の平均画素値とピーク画素値との比が所定のしきい値を超えたか否かを判定することによって、前記検査対象物の表面検査を行う鏡面ベルトの表面検査方法。
2. 走行する検査対象物の表面を照明する照明装置、
   前記照明装置から発せられた照明光が、前記検査対象物の表面で正反射した反射光を検出するために、前記検査対象物の走行方向と直交する方向に配設されたラインセンサ、及び
   前記ラインセンサによって得られる２次元画像に対して、強調処理を施すことにより強調画像を得る画像処理装置を備えた表面検査装置によって、鏡面ベルトの表面荒れ状態を検査する鏡面ベルトの表面検査方法であって、
   前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる検査対象鏡面の第１の強調画像と、前記ラインセンサにより得られた２次元画像に対して前記強調処理を施すことによって得られる所望の表面荒れ状態を有する鏡面の第２の強調画像とを並べて表示し、前記第１の強調画像と前記第２の強調画像とを見比べることによって前記検査対象物の表面検査を行う鏡面ベルトの表面検査方法。
3. 前記検査対象物がステンレス鋼の表面を研削、研磨することによって形成された鏡面である請求項１または２に記載の鏡面ベルトの表面検査方法。