JP2013024809A - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】棒鋼等の長手方向に連続的に存在する表面欠陥を精度よく検出する。
【解決手段】本発明の表面検査装置１５は、長尺の被検査材２の表面を照明する照明手段１６と、被検査材２の表面を撮像する撮像手段１７と、撮像手段１７により撮像された画像を処理して欠陥を検出する画像処理手段１８とを備えた表面検査装置１５において、被検査材２の周囲に撮像手段１７との挟み角が異なる２台の照明手段１６を配置している。照明手段１６を交互に点灯させて欠陥を検出すると、欠陥の位置によりいずれかの照明手段１６を点灯させて欠陥を追随して検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、長尺の被検査材の表面の欠陥を検査する技術に関し、特に、表面欠陥の位置および形状に依存しないで精度よく欠陥を検査する技術に関する。

従来より、線材、棒鋼、鋼管などは圧延材を熱間または冷間で圧延することによって製造されるのが一般的である。圧延材の圧延速度（通材速度）は、たとえば、１００ｍ／ｓｅｃであり非常に速く、通材中に目視にて圧延材の表面疵を見つけるのは非常に難しい。そのため、圧延を行いながら圧延材の欠陥（表面疵）を検査するには、各種非破壊検査装置によって自動的に欠陥発生を検出している。圧延材（被検査材）の表面を検査する方法として、渦流探傷や漏洩磁束探傷などの電磁気的探傷試験が広く用いられているが、被検査材の振動や被検査材の電磁気特性のムラによるノイズ発生などで誤過検出が問題となる場合も多い。

これに対し、高速カメラを利用した光学的な自動表面検査装置が、近年開発されてきている。
一般に連続的に製造される円形断面被検査材（線材、棒鋼、鋼管）を光学的に検査する場合、高温物体を撮像する自発光画像を除いては、照明手段を用いて被検査材に照明光を照射する必要がある。照明方法としては、被検査材が貫通するような円形のリング照明を用いる場合がある。撮像系を挟んで上流および下流のどちらか一方側または両側に照明を配置し、長手方向のやや斜めから入射した照明光で被検査材を照射する。被検査材で反射して撮像光学系に入射した光が被検査材の画像となる。被検査材に欠陥があると正常な部分と比較して照明の反射状況が変化するので、画像上で暗部または明部となって認識することができる。

ところで、被検査材には、不定期に発生するランダム疵と連続的に発生する連続疵とがある。連続疵は有害性が大きく、早期に発生しないと全量廃却になって、歩留まり低下に繋がる。表面検査装置としては、ランダム疵のみならず連続疵も精度よく検出する必要がある。
従来の表面検査装置として、特開２００９−８６５９号公報（特許文献１）に開示される表面疵検査装置がある。この表面疵検査装置は、渦流探傷または漏洩磁束探傷を行うことにより、被検査材の表面疵候補を検出した後、表面疵候補を含む被検査材表面の所定領域を撮像し、撮像結果を画像処理することにより表面疵の有無を判定する。探傷装置だけでは被検査材の振動や、電磁気特性のムラによるノイズ発生により誤過検出が問題となる場合が多いため、探傷装置は表面疵候補を見つける手段として使用する。撮像手段に用いる照明は、被検査材の搬送方向上流および下流側に配置し、被検査材の撮像を行っている。被検査材に表面疵が存在する場合、正常部と比較して光源からの光の反射、散乱光の強度が変化するので画像上で暗部または明部となって認識することができる。

また、別の表面検査装置として、特表２００９−５０７２１１（特許文献２）に開示される表面傷検査装置がある。この表面傷検査装置は、圧延／引き抜き金属棒などの検査対象物の表面傷を検出する。この装置は、被検査材の表面輝度がほぼ均一となるように複数個の光源を被検査材の周囲３６０°を覆うように設置し、複数のカメラで表面画像を撮像する。防塵、パッケージ化のため光源から被検査材への入射光の光路と被検査材からカメラへの反射光の光路がなす角が１°近傍となるよう光学系内にミラーを使用している。

特開２００９−８６５９号公報 特表２００９−５０７２１１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術では以下のような問題点がある。
被検査材の表面の長手方向に連続した欠陥は、照明の照射角度と表面疵との位置関係および表面疵の形状に依存するために明部または暗部となって認識できるが、被検査材の円周方向の輝度分布が一様になるように周囲３６０°全方向に照明が設置すると欠陥に起因する散乱光の他に、表面からの強い散乱光も通常では存在するために欠陥起因の散乱光が強調されず、欠陥が精度よく検出できない。すなわち、表面欠陥の位置および形状に依存せず、精度よく被検査材表面の欠陥を検出する必要があるにもかかわらず、そのように欠陥を検出することができない。

本発明は、上記課題を解決すべく、鋼材の長手方向に連続的に存在する表面欠陥を精度よく検出できる表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とし、結果として、連続製造される鋼材の大量廃棄を抑制し、歩留まり向上に寄与する表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の表面検査装置は、長尺の被検査材の表面を照明する照明手段と、被検査材の表面を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された被検査材の表面の画像を処理して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた表面検査装置において、前記照明手段は、前記被検査材に対する照射角度を変化させて前記被検査材の表面を照明することを特徴とする。

好ましくは、前記照明手段は、前記撮像手段から見た前記被検査材への照射角度が異なる複数の光源を備え、前記複数の光源を切り替えて前記被検査材の表面を照明するとよい。
好ましくは、前記表面検査装置は、前記画像処理手段により欠陥が検出されるまでは、照射角度の異なる複数の光源の点灯および消灯を連続的に切り替えて前記被検査材の表面を照明し、前記画像処理手段により欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された光源により前記被検査材の表面を照明するように、前記照明手段を制御する制御手段を備えるとよい。

好ましくは、前記表面検査装置は、前記被検査材の進行中に欠陥を検出し、前記複数の照明装置は、第１の照明装置および第２の照明装置を備え、前記照明装置と前記撮像手段とは、前記被検査材の進行方向に対して垂直方向に交わる面上に配置され、前記第１の照明装置は、前記撮像手段との挟み角が０〜４５°であって、前記第２の照明装置は、前記撮像手段との挟み角が４５〜９０°であるとよい。

好ましくは、前記表面検査装置は、前記画像処理手段により欠陥が検出されるまでは、前記第１の照明装置および前記第２の照明装置を交互に点灯させて前記被検査材の表面を照明し、欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された前記第１の照明装置および前記第２の照明装置のいずれかにより前記被検査材の表面を照明するように、前記照明手段を制御する制御手段を備えるとよい。

好ましくは、前記制御手段は、検出された欠陥の位置が前記撮像手段の視野の中央部である場合には前記第２の照明装置を点灯し、検出された欠陥の位置が前記視野の端部である場合には前記第１の照明装置を点灯するように、前記照明手段を制御するとよい。
好ましくは、前記照明装置および前記撮像手段は、前記面上で対称に配置されるとよい。

好ましくは、前記照明手段は、前記撮像手段により撮像したときの被検査材の画像輝度が十分になるように光量を調整するとよい。
好ましくは、前記照明手段は、前記撮像手段により撮像したときの被検査材の画像輝度が対称になるように光量を調整するとよい。
一方、本発明の表面検査方法は、長尺の被検査材の表面を照明して、被検査材の表面を撮像して、撮像された被検査材の表面の画像を処理して欠陥を検出する表面検査方法において、前記被検査材に対する照射角度を変化させて前記被検査材の表面を照明することを特徴とする。

好ましくは、被検査材の表面を撮像する撮像手段との挟み角が０〜４５°である第１の照明装置および挟み角が４５〜９０°である第２の照明装置により被検査材の表面を照明し、欠陥が検出されるまでは、前記第１の照明装置および前記第２の照明装置を交互に点灯させて前記被検査材の表面を照明し、欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された前記第１の照明装置および前記第２の照明装置のいずれかにより前記被検査材の表面を照明するとよい。

本発明によれば、鋼材の長手方向に連続的に存在する表面欠陥を精度よく検出でき、結果として、連続製造される鋼材の大量廃棄を抑制し、歩留まり向上に寄与することができる。

圧延設備の概略図である。 表面検査装置の概念図である。 表面検査装置における照明およびカメラの配置図（その１）である。 表面検査装置における照明およびカメラの配置図（その２）である。 表面検査装置における照明およびカメラの配置図（その３）である。 欠陥検出判定処理の手順を示すフローチャートである。 欠陥追随処理の手順を示すフローチャートである。 外側照明および内側照明の切替を説明する図である。 被検査材の表面を撮像したときの画像である。 表面疵を撮像したときの輝度の変化図である。 表面疵を撮像したときの輝度微分絶対値の変化図である。

以下、本発明の実施形態に係る表面検査装置および表面検査方法について説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
本実施形態に係る表面検査装置および表面検査方法は、長尺の被検査材の表面疵を検査するものであって、たとえば、線材、棒鋼、鋼管の表面疵を検査するものである。線材を例にとり説明する。図１は、線材を製造する圧延設備を示したものである。

圧延設備１は、たとえば、鋼材からなる圧延材２を連続圧延して線材を製造するものであり、上流側から下流側に向けて、圧延材２を加熱する加熱炉３、デスケーラ４、粗圧延機５、中間圧延機６、仕上げ圧延機７、巻き取り機８が順番に配設されている。なお、図１の圧延設備１は、圧延材２を連続圧延して棒鋼、鋼管を製造するものであってもよい。
以下の説明において、図１の左側を上流側、図１の右側を下流側とする。

加熱炉３は圧延材２を１０００〜１２００℃程度に加熱する装置であり、加熱炉３で加熱された圧延材２はデスケーラ４に送られる。デスケーラ４は加熱後の圧延材２の表面に形成されたサブスケールを水蒸気の作用、高圧洗浄水の噴き付け、又はメカニカルブラシなどで除去する装置であり、デスケーラ４でサブスケールが除去された圧延材２は粗圧延機５に送られる。粗圧延機５、中間圧延機６および仕上げ圧延機７は、圧延材２を所定の大きさに圧延するもので、仕上げ圧延機７で所定の大きさに圧延された圧延材２は巻き取り機８に送られて、圧延材２がリング状に巻き取られる。

粗圧延機５、中間圧延機６、および仕上げ圧延機７は、対になった圧延ロール９、９を備えた複数の圧延スタンド１０を備えている。圧延ロール９は円筒状や円柱状に形成されたもので、その外周面（外周部）には様々な形状のカリバー１１が形成されている。各圧延スタンド１０には、圧延ロール９が様々な方向を向けて配置されている。
この圧延設備１によれば、圧延材２を各圧延スタンド１０に通材し、圧延ロール９は圧延材２に対して水平方向、垂直方向等様々な角度から圧延し、当該圧延材２をカリバー１１によって角、楕円、丸等に変形させつつ当該圧延材２の断面を順次減少させることにより、圧延材２を所定の大きさに圧延することができる。

さて、このような圧延ロール９にて圧延材２を圧延すると、圧延材２の表面に長手方向に長い疵が入ることがある。圧延材２の表面に疵（表面疵）が入ると、表面疵の入った部分を破棄しなければならないため、圧延材２の圧延を行うにあたっては素早く表面疵を検出して対策を講じなければならない。本発明によれば、表面検査装置１５や表面検査方法によって、圧延材２の表面疵を素早く検出できるようにしている。

表面検査装置１５は、仕上げ圧延機７の下流側に配置されている。なお、表面検査装置１５は、粗圧延機５と中間圧延機６との間、中間圧延機６と仕上げ圧延機７との間に設けてもよい。以下、表面検査装置１５および表面検査方法について詳しく説明する。
図２は、表面検査装置１５の概念図を示したものである。図２に示すように、表面検査装置１５は、照明手段１６と、撮像手段１７と、画像処理手段１８とを備えている。

照明手段１６は、長尺の被検査材（圧延材）２の表面を照明するものであって、たとえばＬＥＤ照明ユニットで構成されていて、被検査材２の周りに所定の間隔をおいて少なくとも２つが配置されている。より詳しくは、照明手段１６は撮像手段１７との挟み角が所定の角度になるように被検査材２の周りに配置されている。撮像手段１７は、被検査材２の表面を撮像するものであってＣＣＤあるいはＣＭＯＳを利用したラインカメラ又はエリアカメラ等により構成されており、照明手段１６と同様に被検査材２の周りに少なくとも１つが配置されている。画像処理手段１８は、撮像手段１７にて撮像された被検査材２の表面の画像を処理して欠陥を検出するものであって、コンピュータ等により構成されている。

図３は、照明手段（照明装置）１６と撮像手段（カメラ）１７の配置図である。図３において被検査材２は奥から手前または手前から奥に進行している。図３における照明装置（１）１６は、カメラ１７との挟み角θ（１）が０〜４５°となるように設置され、被検査材２の欠陥（１）を斜めから照射し、欠陥面による散乱光を検出するのに適している。しかし、照明装置（１）１６では、欠陥（２）からの散乱光については、欠陥（２）付近の面からの反射光の影響も受けてしまうため、欠陥（２）を強調して検出できない。

これに対して、照明装置（２）１６は、カメラ１７との挟み角θ（２）が４５〜９０°となるように設置され、被検査材２の欠陥（２）を斜めから照射し、欠陥面による散乱光を検出するのに適している。しかし、照明装置（２）１６では、欠陥（１）からの散乱光については、欠陥（１）付近の面からの反射光の影響も受けてしまうため、欠陥（１）を強調して検出できない。

このようなことを考慮すると、長手方向に連続して存在する被検査材２の欠陥検出には、照明装置（１）および照明装置（２）を片方ずつ、所定の時間（たとえば０．５秒）毎に切り替えて照射すると、図３に示す欠陥（１）も欠陥（２）も精度よく検出することができるようになるため、効果的である。
さらに、図３の構成に照明装置１６を２台追加して配置した図を図４に示す。図４中の照明装置（３）１６は照明装置（１）１６と、照明装置（４）１６は照明装置（２）１６と、左右反転した位置（角度）に設置し、上記と同様に欠陥検出を可能にする。さらに、図３の構成では検出できないまたは検出することが困難な欠陥（３）の検出も可能にする。図４に示すように、照明装置１６を配置することにより、被検査材２の円周方向９０°範囲の欠陥検出が可能となる。

さらに、図５は、被検査材２の周囲３６０°の欠陥を検出できるカメラ１７および照明装置１６の配置図の一例である。カメラ（１）１７と照明装置（１）１６との挟み角がθ（１）、カメラ（１）１７と照明装置（２）１６の挟み角がθ（２）、カメラ（４）１７と照明装置（２）１６の挟み角がθ（１）となるよう、カメラ（１）１７、照明装置（１）１６、照明装置（２）１６およびカメラ（４）１７を配置してある。同様な角度配置をもって、図５に示すように、照明装置（３）１６、照明装置（４）１６、照明装置（５）１６、照明装置（６）１６、照明装置（７）１６、照明装置（８）１６、カメラ（２）１７およびカメラ（３）１７を設置する。

このように配置して、照明装置１６の点灯／消灯を切り替える。まず、図５（Ａ）に示すように、照明装置（１）１６、照明装置（３）１６、照明装置（５）１６および照明装置（７）１６を消灯し、照明装置（２）１６、照明装置（４）１６、照明装置（６）１６および照明装置（８）１６を点灯することにより、カメラ（１）１７およびカメラ（３）１７により視野の中央付近に存在する欠陥を検出し、カメラ（２）１７およびカメラ（４）１７により視野の端付近に存在する欠陥を検出する。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、照明装置（１）１６、照明装置（３）１６、照明装置（５）１６および照明装置（７）１６を点灯し、照明装置（２）１６、照明装置（４）１６、照明装置（６）１６および照明装置（８）１６を消灯することにより、カメラ（１）１７およびカメラ（３）１７により視野の端付近に存在する欠陥を検出し、カメラ（２）１７およびカメラ（４）１７により視野の中央付近に存在する欠陥を検出する。

このようにして、照明装置１６の点灯／消灯を切り替えることにより、被検査材２の周囲３６０°の欠陥を検出できる。なお、照明装置（１）１６だけに注目すると、照明装置（１）１６は、カメラ（１）１７およびカメラ（４）１７の両方に対して照明装置として機能することにより、照明装置１６の総台数を少なくできる効果がある。
なお、図２〜図５に示すように、照明装置１６およびカメラ１７は、被検査材２の進行方向に対して垂直方向に交わる面上に配置されている。この垂直方向は完全な垂直（９０°）である必要はなく、かつ、完全な同一面上に配置されている必要はない。照射角度が異なる照明装置１６を切り替えて、被検査材２の表面の欠陥の形状および位置に基づいて、撮像された画像に明部または暗部が強調して現れる配置であれば構わない。

次に、画像処理手段（コンピュータ）１８で実行される欠陥検出判定処理の手順について、図６を参照して説明する。
なお、図６のフローチャートでは、ｎフレームの平均輝度から欠陥を検出する。例えば撮像レートが１００００ライン／秒で０．０５秒毎に判定する場合、定数ｎは５００となる。

ステップ１（以下、ステップをＳと記載）にて、変数ａに１を代入し、Ｓ２にて、変数ｉに変数ａを代入する。Ｓ３にて、変数ｉが（ａ＋ｎ−１）であるか否かを判定し、そうであると（Ｓ３にてＹｅｓ）処理はＳ５へ移され、もしそうでないと（Ｓ３にてＮｏ）処理はＳ４へ移される。
Ｓ４にて、変数ｉに１を加算する。その後、処理はＳ３へ戻される。Ｓ５にて、ａ〜（ａ＋ｎ−１）フレームの輝度平均の微分絶対値を算出する。このとき、輝度平均が算出されるフレーム数としてはｎとなる。

Ｓ６においては、Ｓ５にて算出した微分絶対値が閾値を超えているか否かを判定し、そうであると（Ｓ５にてＹｅｓ）処理はＳ７へ移され、もしそうでないと（Ｓ５にてＮｏ）処理はＳ８へ移される。
欠陥が存在すると判定された際には（Ｓ７）、処理はＳ８へ移される。Ｓ８にて、変数ａが被検査材２の長さを超えているか否かを判定し、そうであると（Ｓ８にてＹｅｓ）処理は終了し、もしそうでないと（Ｓ８にてＮｏ）処理はＳ９へ移される。Ｓ９にて、変数ａにｎを加算する。その後、処理はＳ２へ戻される。

図６に示した欠陥検出判定方法では、連続するｎフレーム（１フレームでも構わないが上述の説明では５００フレーム）における輝度の平均値を微分した絶対値が、予め設定された閾値を超えていれば欠陥が存在すると判定する。なお、輝度微分絶対値以外にも、ハイパスフィルタをかけて高周波成分を検出することで欠陥の有無を判定してもよい。このような処理が被検査材２の検査対象の長さを越えるまで繰り返し行われる。

このようにして、欠陥が存在すると判定される場合に、検出できた欠陥を追随して検出できるように本実施形態に係る表面検査装置１５では以下のように照明を切り替えている。欠陥が存在すると判定されるまでは０．５秒間隔で点灯／消灯を切り替えていた外側の照明装置１６および内側の照明装置１６について、欠陥が存在すると判定されるといずれか一方のみを点灯し他方を消灯するように切り替える。

このような欠陥追随処理（照明制御処理）の手順について、図７を参照して説明する。なお、照明装置１６の点灯させたり消灯させたりする制御は、上述した画像処理手段（コンピュータ）１８で行われるものとする。照明装置１６の制御は、これに限定されるものではなく、他の制御装置であっても構わない。
Ｓ１１にて、上工程からの被検査材２の通過信号があるか否かを判定し、通過信号があると判定されると（Ｓ１１にてＹｅｓ）処理はＳ１２へ移されて、もしそうでないと（Ｓ１１にてＮｏ）処理はＳ１１へ戻されて通過信号を待つ。上工程からの被検査材２の通過信号がある場合には、まもなくこの表面検査装置１５に被検査材２が到着することを示す。

Ｓ１２にて、照明装置１６の切替（点灯消灯繰返し）を開始する。このとき、外側の照明装置１６（図４に示す照明装置（２）１６および照明装置（４）１６）と、内側の照明装置１６（図４に示す照明装置（１）１６および照明装置（３）１６）とを０．５秒間隔で点灯／消灯させる。照明装置（２）１６および照明装置（４）１６は同じタイミングで点灯／消灯し、照明装置（１）１６および照明装置（３）１６は同じタイミングで点灯／消灯する。

Ｓ１３にて、欠陥検出処理を開始する。Ｓ１４にて、被検査材２に欠陥が存在するか否かを判定する。判定処理の詳細は図６に示した通りである。被検査材２に欠陥が存在すると（Ｓ１３にてＹｅｓ）処理はＳ１６へ移され、もしそうでないと（Ｓ１３にてＮｏ）処理はＳ１５へ移されて照明装置１６の切替（点灯消灯繰返し）が開始される。その後、処理はＳ１３へ戻されて欠陥の検出を継続する。なお、Ｓ１５にて、既に照明装置１６の切替（点灯消灯繰返し）が開始されているときには、切替（点灯消灯繰返し）が継続されることになる。

Ｓ１６にて、欠陥の最大位置ｘを探索する。このとき探索された位置ｘは、画像中の被検査材２の幅をｗとして０＜ｘ＜ｗで算出される。Ｓ１７にて、探索された欠陥最大位置ｘが０．３５ｗ＜欠陥最大位置ｘ＜０．６５ｗを満足するか否かを判定する。０．３５ｗ＜欠陥最大位置ｘ＜０．６５ｗであると（Ｓ１７にてＹｅｓ）処理はＳ１８へ移され、もしそうでないと（Ｓ１７にてＮｏ）処理はＳ１９へ移される。

Ｓ１８にて、外側の照明装置１６を点灯させて内側の照明装置１６を消灯させる。Ｓ１９にて、外側の照明装置１６を消灯させて内側の照明装置１６を点灯させる。Ｓ１８およびＳ１９の処理の後、処理はＳ２０へ移される。
Ｓ２０にて、被検査材２の通過信号があるか否かを判定し、表面検査装置１５を被検査材２が通過していると（Ｓ２０にてＹｅｓ）処理はＳ１３へ戻されて欠陥の検出が継続され、表面検査装置１５を被検査材２が通過していないと（Ｓ２０にてＮｏ）処理は終了する。

以上のような構造およびフローチャートを備えた表面検査装置１５を用いた表面検査方法について説明する。なお、この表面検査方法の説明においては、主として、図４に示すように４台の照明装置１６が配置されているものとする。
上工程から被検査材２が表面検査装置１５に流れてくると（Ｓ１１にてＹｅｓ）、外側の照明装置１６（図４では照明装置（２）１６および照明装置（４）１６）と内側の照明装置１６（図４では照明装置（１）１６および照明装置（３）１６）との点灯／消灯が０．５秒ごとに切り替えられる。このとき、特定の０．５秒間のみに着目すると、外側の２台の照明装置１６（照明装置（２）１６および照明装置（４）１６）および内側の２台の照明装置１６（照明装置（１）１６および照明装置（３）１６）のいずれかの一方側の２台の照明装置１６のみが点灯されている（Ｓ１２）。

欠陥検出が開始されて（Ｓ１３）、被検査材２が表面検査装置１５を通過している限り（Ｓ８にてＹｅｓと判定されるまで）Ｓ１〜Ｓ７の処理にて欠陥が存在するか否かが判定される。欠陥が存在すると判定されると（Ｓ６にてＹｅｓ、Ｓ７、Ｓ１４にてＹｅｓ）、欠陥最大位置ｘが探索される（Ｓ１６）。探索された欠陥最大位置ｘが０．３５ｗ＜ｘ＜０．６５ｗを満足すると（Ｓ１７にてＹｅｓ）、外側の照明装置１６を点灯させて内側の照明装置１６を消灯させる。欠陥最大位置ｘが０．３５ｗ＜ｘ＜０．６５ｗを満足しないと（Ｓ１７にてＮｏ）、外側の照明装置１６を消灯させて内側の照明装置１６を点灯させる。このように、被検査材２の表面に欠陥を一旦検出すると、０．５秒間隔で点灯と消灯とが繰り返されていた内側の照明装置１６および外側の照明装置１６は、検出した欠陥を追随して検出できるように、内側の照明装置１６および外側の照明装置１６のいずれかのみが点灯される。

このように照明装置の点灯状態が切り替えられるとき、画像中の被検査材２の幅をｗ（ｐｉｘｅｌ）とした場合に、０〜０．３５ｗ（ｐｉｘｅｌ）または０．６５ｗ（ｐｉｘｅｌ）〜ｗ（ｐｉｘｅｌ）に最大欠陥が存在するときに内側の照明装置１６を点灯（外側の照明装置１６を消灯）して、０．３５ｗ（ｐｉｘｅｌ）〜０．６５ｗ（ｐｉｘｅｌ）に最大欠陥が存在するときに外側の照明装置１６を点灯（内側の照明装置１６を消灯）する。たとえば、図８に示すように、欠陥が０．３５ｗ〜０．６５ｗに存在する場合には外側の照明装置（２）１６および照明装置（４）１６を点灯させて中央部付近の欠陥を精度よく検出する。欠陥が０．３５ｗ〜０．６５ｗ以外に存在する場合には内側の照明装置（１）１６および照明装置（３）１６を点灯させて端付近の欠陥を精度よく検出する。

図９にカメラ１７で撮像した画像を示す。図９に示すように、欠陥（４）および欠陥（５）が被検査材２の表面に存在している。図９の下側に示す画像９Ａは、内側の照明装置（１）１６および照明装置（３）１６を点灯させて撮像した画像であって、図９の上側に示す画像９Ｂは、外側の照明装置（２）１６および照明装置（４）１６を点灯させて撮像した画像である。

図９の下側の画像９Ａに示すように、内側の照明装置１６を点灯させ外側の照明装置１６を消灯させた場合には、欠陥（５）が明確に撮像されていない。一方、図９の上側の画像９Ｂに示すように、外側の照明装置１６を点灯させ内側の照明装置１６を消灯させた場合には、欠陥（４）および欠陥（５）が撮像されている。これは、外側の照明装置１６は、カメラ１７との挟み角θ（１）が４５〜９０°となるように設置され、被検査材２の中央部付近に存在する欠陥（４）および欠陥（５）を斜めから照射し、欠陥面による散乱光を検出するのに適していることを示している。一方、内側の照明装置１６では、被検査材２の中央部付近に存在する欠陥（４）および欠陥（５）からの散乱光については、欠陥付近の面からの反射光の影響も受けてしまうため、欠陥を強調して検出できないことを示している。

図９に示す撮像画像を処理して得られる輝度分布を図１０に、輝度微分絶対値の分布を図１１に、それぞれ示す。
輝度分布１０Ａおよび輝度微分分布１１Ａが内側の照明装置１６のみを点灯させた画像９Ａに、輝度分布１０Ｂおよび輝度微分分布１１Ｂが外側の照明装置１６のみを点灯させた画像９Ｂに、それぞれ対応する。

内側の照明装置１６のみを点灯させた場合には、輝度分布１０Ａに示すように欠陥（５）が明確に検出できず、輝度微分分布１１Ａに示すように閾値で欠陥（５）を検出できていない。一方、外側の照明装置１６のみを点灯させた場合には、輝度分布１０Ｂに示すように欠陥（４）および欠陥（５）が明確に検出できて、輝度微分分布１１Ｂに示すように閾値（３０程度の輝度微分絶対値）で欠陥（４）および欠陥（５）を検出できている。

さらに、複数の欠陥を検出した場合について説明する。画像９Ｂ（外側の照明装置（２）１６および照明装置（４）１６を点灯）に示すように、欠陥（４）および欠陥（５）の２つの欠陥を検出している。Ｓ１６にて探索される欠陥最大位置ｘは、輝度の微分絶対値が最大となる１６０ｐｉｘｅｌ付近となる。この１６０ｐｉｘｅｌ付近は、０．３５ｗ〜０．６５ｗに存在しているため、点灯と消灯とが切り替えされていた外側の照明装置１６および内側の照明装置１６は、外側の照明装置１６が点灯されて内側の照明装置１６が消灯された状態へ移行する（Ｓ１８）。このように、いずれの照明装置１６を点灯させるのかは、検出された欠陥の最大位置ｘにより決定されている。

ここで、図５に示すように照明装置１６とカメラ１７とを配置とした場合、複数台のカメラ１７が配置されている。このため、１つの欠陥を２台のカメラ１７で撮像すること、複数の欠陥が同じタイミングで撮像されること、があり得る。このような場合には、評価値（たとえば、上述した輝度の微分絶対値）が最大となる欠陥に対し、追随を実施することで、精度よく欠陥を検出している。

さらに、輝度分布１０Ｂに示すように、照明装置（２）１６および照明装置（４）１６を点灯している時の輝度分布を見ると、右半分の最大値に対して、左半分の最大値は半分以下となっている。このような場合には、図７のフローチャートの照明切替中の外側の照明装置１６を点灯する時には光量調整機能があることが、なお好ましい。詳しくは、画像１フレームまたは複数フレームの輝度分布に基づいて欠陥検出するとき、被検査材２の左半分の最大輝度が１２８以下（飽和する２５６階調の半分）となる場合には、現在輝度ｋとすると照明装置１６の光源光量を１２８／ｋ倍になるように調整する。これにより、十分な輝度の画像データに基づいて画像処理を行うことができるため、精度よい欠陥検出が可能になる。また、被検査材２の右半分の最大輝度と対称となるように左半分の光源光量を調整すると、左右対称な画像データに基づいて画像処理を行うことができるため、精度よい欠陥検出が可能になる。これに加え、上述のように十分な輝度となるように光源光量を調整すると、さらに精度よい欠陥検出が可能になる。

以上のようにして、本実施形態に係る表面検査装置によると、被検査材の長手方向に連続的に存在する表面欠陥を精度よく検出できる。その結果、連続製造される鋼材の大量廃棄を抑制し、歩留まり向上に寄与することができる。
特に、本実施形態に係る表面検査装置は以下に示す効果がある。
被検査材に対する照射角度が異なる照明装置を切り替えて、表面の欠陥の形状および位置に基づいて、撮像された画像に明部または暗部が強調して現れ、広範囲の欠陥を検出することができる。

さらに、表面の欠陥が検出されるまでは連続的に照明を切り替え、検出されると検出された欠陥の位置に応じて欠陥に対し斜照射となる照明を選択して点灯することにより欠陥を確実に追随して検出することができる。さらに、この場合において、複数の欠陥が検出された場合であっても、輝度微分絶対値の最大信号が得られる欠陥に追随して照明を選択するので、欠陥を確実に追随して検出することができる。

さらに、照明装置がカメラとの挟み角が０〜４５°となる位置と４５〜９０°となる位置に配置して切り替えているので、１台の照明装置では検出できない欠陥をもう一方の照明で補うことができ、欠陥を確実に検出することができる。さらに、カメラの台数を増やして、被検査材の表面全周をカメラで撮像する場合であっても、カメラおよび照明装置から構成されるユニットを対称に配置することにより、複数のカメラで照明装置を兼用することができる。さらに、照明装置の光量を調整する機能を持つので、照明装置を切り替えた場合であっても、欠陥を確実に検出することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
たとえば、上述した実施形態においては少なくとも２台の照明装置を配置しているが、照射角度が異なる２以上の光源を内蔵する１台の照明装置または単光源であっても照射角度を切り替えることのできる機構を備えた１台の照明装置であっても構わない。

１ 圧延設備
２ 圧延材（被検査材）
３ 加熱炉
４ デスケーラ
５ 粗圧延機
６ 中間圧延機
７ 圧延機
８ 巻き取り機
９ 圧延ロール
１０ 圧延スタンド
１１ カリバー
１５ 表面検査装置
１６ 照明手段（照明装置）
１７ 撮像手段（カメラ）
１８ 画像処理手段

Claims (11)

1. 長尺の被検査材の表面を照明する照明手段と、被検査材の表面を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像された被検査材の表面の画像を処理して欠陥を検出する画像処理手段とを備えた表面検査装置において、
   前記照明手段は、前記被検査材に対する照射角度を変化させて前記被検査材の表面を照明することを特徴とする表面検査装置。
2. 前記照明手段は、前記撮像手段から見た前記被検査材への照射角度が異なる複数の光源を備え、前記複数の光源を切り替えて前記被検査材の表面を照明することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記表面検査装置は、前記画像処理手段により欠陥が検出されるまでは、照射角度の異なる複数の光源の点灯および消灯を連続的に切り替えて前記被検査材の表面を照明し、前記画像処理手段により欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された光源により前記被検査材の表面を照明するように、前記照明手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
4. 前記表面検査装置は、前記被検査材の進行中に欠陥を検出し、
   前記複数の照明装置は、第１の照明装置および第２の照明装置を備え、
   前記照明装置と前記撮像手段とは、前記被検査材の進行方向に対して垂直方向に交わる面上に配置され、前記第１の照明装置は、前記撮像手段との挟み角が０〜４５°であって、前記第２の照明装置は、前記撮像手段との挟み角が４５〜９０°であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
5. 前記表面検査装置は、前記画像処理手段により欠陥が検出されるまでは、前記第１の照明装置および前記第２の照明装置を交互に点灯させて前記被検査材の表面を照明し、欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された前記第１の照明装置および前記第２の照明装置のいずれかにより前記被検査材の表面を照明するように、前記照明手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
6. 前記制御手段は、検出された欠陥の位置が前記撮像手段の視野の中央部である場合には前記第２の照明装置を点灯し、検出された欠陥の位置が前記視野の端部である場合には前記第１の照明装置を点灯するように、前記照明手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
7. 前記照明装置および前記撮像手段は、前記面上で対称に配置されることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の表面検査装置。
8. 前記照明手段は、前記撮像手段により撮像したときの被検査材の画像輝度が十分になるように光量を調整することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の表面検査装置。
9. 前記照明手段は、前記撮像手段により撮像したときの被検査材の画像輝度が対称になるように光量を調整することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の表面検査装置。
10. 長尺の被検査材の表面を照明して、被検査材の表面を撮像して、撮像された被検査材の表面の画像を処理して欠陥を検出する表面検査方法において、
    前記被検査材に対する照射角度を変化させて前記被検査材の表面を照明することを特徴とする表面検査方法。
11. 被検査材の表面を撮像する撮像手段との挟み角が０〜４５°である第１の照明装置および挟み角が４５〜９０°である第２の照明装置により被検査材の表面を照明し、
    欠陥が検出されるまでは、前記第１の照明装置および前記第２の照明装置を交互に点灯させて前記被検査材の表面を照明し、欠陥が検出されると、検出された欠陥の位置に基づいて点灯することが決定された前記第１の照明装置および前記第２の照明装置のいずれかにより前記被検査材の表面を照明することを特徴とする請求項１０に記載の表面検査方法。