JP3021266B2 - 光学式鋼板表面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼板表面の光学式鋼板
表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から光学式鋼板表面検査装置は種々考
案されており、その中でも例えば特開昭５６−１６０６
４５号公報に見られるように、疵の種類毎に照明の方向
を違えて検査を行う方法が公開されている。また、特開
昭６２−３８３４８号公報に見られるように照明光の波
長帯を違え、複数照明撮影系の正反射画像，乱反射画像
を同一地点で撮影する光学的表面疵検査方法が公開され
ている。特開平５−１８８００６号公報には、１台のカ
ラーカメラのＲＧＢ信号と３種類の照明による検査装置
が公開されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記、特開昭６２−３
８３４８号公報のように照明光の波長帯を違え正反射画
像，乱反射画像を撮影し表面疵を検出しようとすると、
通常行われている白色光源と色フィルタによる組み合わ
せでは照明斑ができて、正反射画像，乱反射画像ともに
シェーディングが発生し画像中央と端部で輝度に大きな
差を生じる。このため色むらのような表面の色が変化す
る疵は、シェーディングとの見分けがつきにくくなり過
検出や見逃しが問題となっていた。

【０００４】また、画像処理によりシェーディングを補
正した場合、バイアスの印加，輝度変調や処理の複雑化
による処理時間の増大があり、本来撮影装置の持ってい
る輝度分解能を下げ、微小な疵や僅かな汚れ等の検出能
力を劣化させるといった問題がある。

【０００５】また、製品の高品質化，厳格化に伴い、従
来からあった光学式疵検査装置では検出できなかった微
小で有害な疵の検出が要求されるようになっており、検
査装置の高性能化が要求されている。

【０００６】特開平５−１８８００６号公報のように１
台のカラーカメラのＲＧＢ信号と３種類の照明による検
査装置では、撮影方向は常に１方向のみであり乱反射光
が特定方向にのみ集中する疵の検出は難しい。

【０００７】従来の光学式疵検査装置、例えば鋼板の搬
送方向と同一方向の照明で正反射画像，乱反射画像撮影
により微小な疵を検出しようとすると、正反射画像では
健全部からの正反射光が直接撮像装置に入射するため、
微小疵表面でおこるわずかな乱反射の違いや反射率の角
度依存性の違いでおこる輝度変化が分解抽出できなくな
る。

【０００８】照明の射出方向が搬送方向に対し直角，低
俯角である場合には、鋼板幅方向に対して均一な照明を
実現する事が難しいため、乱反射画像での微小疵顕在化
による疵検査は実現されていなかった。

【０００９】照明装置と撮影装置を正対させ乱反射画像
を撮影する場合においても、検出すべき疵表面の凹凸周
期が、鋼板表面のダル，スクラッチのような微小な凹凸
周期に近いと、健常部での乱反射光の撮影装置への入射
光量と疵部の輝度変化の分別を空間フィルタで行う事は
難しい。疵の種類によっては、特定の入射方向，特定の
反射方向のみに顕在化できる疵もあり、１種類または２
種類の照明撮影系のみでは、微小疵の検出と疵種，等級
の判定は難しくなっている。

【００１０】様々な微小疵の検出と種類，等級を識別す
るために、照明と撮影の角度，方向を変えた照明撮影系
を何種類もライン上に並べると、検査装置自体が大がか
りなものとなり設置場所，設置方法に大きな制約を受け
ることとなる。また、検出した疵の位置を指定する場合
にも、鋼板のトラッキング装置が必要となり検査装置自
体も複雑，高価となるといった問題点があった。

【００１１】疵種，等級の判定についても、疵の形状，
面積，重心等の情報からだけでは詳細な疵種類，等級を
判定する事が難しく、疵の見逃し，過検出，誤検出の要
因となっていた。

【００１２】本発明は、鋼板の微小疵の種類，等級を精
度良く検査，判定することを第１の目的とし、安価でコ
ンパクトな鋼板表面検査装置を提供することを第２の目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明装置は、照明装置
および撮影装置を１組とする複数の照明撮影系，画像処
理装置および疵判定装置より構成され、各照明撮影系を
構成する照明装置および撮影装置は特定の波長帯の光を
選択し照明，撮影する機能をもち少なくとも以下に示す
第１，第２および第３の照明撮影系の構成により、同一
地点を同時に複数照明撮影系で検査できる構成とする。
疵判定装置は、画像信号から疵の種類，等級に対応する
縦横比，形状，面積，正負，度強度と各照明撮影系特有
に現れる各種疵の特徴データを含んだ特徴テーブルとそ
れぞれ撮影した疵画像の特徴抽出結果との比較により疵
種類，等級を決定する。

【００１４】本発明の好ましい実施例では、第１の照明
撮影系は正反射画像撮影系であり、その照明装置，撮影
装置の俯角は３０度以上７０度以下の角度をなし照明方
向，撮影方向は鋼板の搬送方向と同一である。照明光は
微小レンズを多数アレイ状に配置したレンティキュラー
レンズシートと第１の特定波長帯のみを透過するフィル
タを透過させる面光源であり撮影装置は第１の特定波長
帯を撮影する。

【００１５】本発明の好ましい実施例では、第２の照明
撮影系は乱反射画像撮影系であって、その照明装置は第
２の特定波長帯のみを照明する光源であり、射出方向
は、４０度以下の俯角をなし、鋼板の搬送方向とは鋼板
面内で直角をなす。撮影装置は、第２の特定波長帯のみ
を撮影し、撮影方向は、鋼板の搬送方向と平行で４０度
以下、１５度以上の俯角をなす。この撮影装置は、大口
径レンズを鋼板，撮影手段間に挿入し焦点部分にピンホ
ールを配置し撮影するテレセントリック光学撮影系であ
る。

【００１６】本発明の好ましい実施例では、第３の照明
撮影系は乱反射画像撮影系であってその照明装置は、ロ
ッドレンズ長手を鋼板を横断させるように配置し、断面
より第３の特定波長帯の光を入射させ側方方向に射出す
る棒状発光源であり射出方向は４０度以下の俯角をな
す。撮影装置は、第３の特定波長帯の像と第２の特定波
長帯の像を撮影し撮影角度は７０度以上の俯角をなす。

【００１７】

【作用および実施例】以下実施例である図１，図２，図
３および図４を参照しながら作用を説明する。 図１で
は全体の照明撮影系の構成と画像処理装置および疵判定
装置の接続状況を示している。１は被検査材である鋼板
であり図中では水平方向に搬送している。 図２に、図
１の中から第１の照明撮影系のみを摘出して示す。第１
の照明撮影系では赤の波長帯の光を使用している。図３
に、図１の中から第２の照明撮影系のみを摘出して示
す。第２の照明撮影系では緑の波長帯の光を使用してい
る。図４に、図１の中から第３の照明撮影系のみを摘出
して示す。第３の照明撮影系では青の波長帯の光を使用
している。

【００１８】これら第１〜第３の照明撮影系で同一検査
面の同時検査を実現しているが、赤，青，緑，近赤外の
組み合わせであれば、各色をどの照明撮影系に適用して
も良い。各照明撮影系の撮影装置４（第３撮影装置），
６（第１撮影装置）および７（第２撮影装置）で撮影し
た画像は、各々画像処理装置１０に送られ、画像処理結
果は疵種判定装置１１に送られ、装置１１で疵種が判定
される。以降、各照明撮影系，画像処理装置１０，疵判
定装置１１の作用を詳しく説明していく。

【００１９】第１の照明撮影系 図２は、第１の照明撮影系であり正反射画像を撮影す
る。照明装置２，撮影装置６の設定俯角は、３０度以上
７０度以下の角度であり、好ましくは、６０度から４０
度の間にあり、照明装置２，撮影装置６は正対させ、照
明方向および撮影方向は、鋼板の搬送方向と平行に設定
している。本実施例では、俯角は４０度に設定してい
る。照明光は、微小レンズを多数アレイ状に配置したレ
ンティキュラーレンズシート３と第１特定波長帯（赤）
のみを透過するフィルタ１２を透過し鋼板表面を照明し
ている。本実施例では赤を透過させるフィルタを使用し
ている。レンティキュラーレンズシート３は、微小レン
ズ各々が屈折により照明光を透過方向に拡散するため、
シート表面ではレンズ径と等価の点拡散光源の集合とみ
なされ、検査対象の面では照明斑のない理想的な照明を
得る事ができる。

【００２０】照明の俯角を３０度以下７０度以上とする
と、フィルタで照明撮影系の干渉を抑えているといえど
も他の照明撮影系（後述）との干渉が少なからずあり、
またスペースの幾何的な制約から実現は難しい。干渉を
避けるために例えば照明装置２と後に述べる第３の光学
系を構成している照明装置５の俯角は、疵検査感度を保
持できる範囲内でできるだけはなす事が好ましい。ま
た、この照明撮影系（２，６）では、照明の俯角が３０
度以下であると微小疵部の散乱光による輝度変調が、健
全部での散乱，反射光にたいし微弱なものとなり、疵の
検出精度は低下する。

【００２１】撮影装置６は、幅900mmの鋼板幅にたいし2
048画素のラインセンサカメラを使用し、２０ＭＨｚビ
デオレートで撮影を行っているため、十分な画像分解能
と検査速度が実現できている。さらにレンズ部分には、
照明装置２に取り付けたフィルタ１２と同じ波長域
（赤）を透過するフィルタをとりつけ他の照明光の干渉
を防いでいる。

【００２２】撮影装置６の俯角は、照明装置２の設定俯
角に対して±１０度以内の精度に抑えている。±１０度
以上の俯角になると、照明光が正反射光でなくなり第１
の照明撮影系（２，６）の特徴が失われ、装置全体とし
て疵画像情報量が減少し検出性能と疵種，等級判定精度
が低下する。

【００２３】第２の照明撮影系 図３は、第２の照明撮影系であり乱反射画像を撮影す
る。照明装置９の設定俯角は４０度以下であり、好まし
くは３０度から１０度の間にあり、照明方向は鋼板１の
搬送方向と鋼板面内で直角方向に設定している。本実施
例では２０度に設定している。撮影装置７の設定俯角
は、４０度以下１５度以上であり、好ましくは３０度か
ら１５度の間にあり、撮影方向は鋼板の搬送方向と同一
に設定している。本実施例では３０度に設定している。
照明装置９の光源は、スポット光源を使用し照明光に指
向性をもたせ第２特定波長帯（緑）のみを透過するフィ
ルタ１３を装着している。本実施例では緑を透過させる
フィルタを使用している。

【００２４】指向性をもった照明を行い疵部での乱反射
光を側方から撮影することにより、疵部での乱反射光の
みを撮影装置７で受けることが可能となり、疵部での乱
反射光と正常部での正反射光を明瞭に分離できる。さら
に大口径レンズ８を、鋼板１と撮影装置７間に挿入し、
焦点部分にピンホール１４を配置し検査部の結像に寄与
する以外の光を除去するテレセントリック撮像系を構成
して、コントラストの明瞭な疵画像を得るようにしてい
る。

【００２５】さらに、疵顕在効果を高め、照明装置のシ
ェーディングを減少させるために、照明装置９をもう１
台同一設置条件（フィルタ，俯角）で鋼板１をはさんで
反対側に設置することも可能である。

【００２６】照明装置９の俯角を４０度以上とすると、
フィルタで照明光の干渉を抑えているといえども他の照
明光との干渉が少なからずあり、またスペースの幾何的
な制約から実現は難しい。さらに微小疵部の散乱光によ
る輝度変調が、健全部での散乱，反射光にたいし微弱な
ものとなり照明撮影系固有に顕在化可能な疵の顕在化効
果は低下する。

【００２７】撮影装置７は、幅900mmの鋼板幅にたいし2
048画素のラインセンサカメラを使用し２０ＭＨｚビデ
オレートで撮影を行っているため、十分な画像分解能と
検査速度が実現できている。さらにレンズ部分には照明
装置９に取り付けたフィルタ１２と同じ波長域（緑）を
透過するフィルタをとりつけ他の照明装置の干渉を防い
でいる。

【００２８】撮影装置７の俯角は４０度以下に抑えてい
る。４０度以上の俯角になると第２の照明撮影系（７，
９）の特徴が失われ、第３の照明撮影系（後述）の画像
と似通った画像となり、装置全体として疵画像情報量が
減少し、疵種，等級判定精度が低下する。１５度以下の
俯角になると装置の構成上、超低角度の撮影となりレン
ズに許容される焦点深度能力の限界を超え、撮影画像の
ほとんどがデフォーカスの状態になり明瞭な画像は得ら
れなくなる。

【００２９】第３の照明撮影系 図４は、第３の照明撮影系であり乱反射画像を撮影す
る。照明装置５の設定俯角は４０度以下で、好ましくは
３０度から２０度の間にあり、照明方向は鋼板１の搬送
方向と同じに設定している。本実施例では２０度に設定
している。撮影装置４の設定俯角は７０度以上であり好
ましくは８０度から９０度の間にある。本実施例では８
５度に設定している。照明装置５の光源は第３特定波長
帯（青）のみを透過するロッドレンズ断面から光を入射
しロッドレンズ側方に張り付けた散乱帯の対角より射出
する照明を使用している。

【００３０】指向性をもった照明装置５で疵部の乱反射
光を側方から撮影することにより乱反射光のみを撮影装
置４で受けることが可能となり疵部での乱反射光と正常
部での正反射光を明瞭に分離できコントラストの明瞭な
疵画像を得ることができる。照明装置５の俯角を４０度
以上とするとフィルタ（青透過）で照明撮影系の干渉を
抑えているといえども他の照明撮影系との干渉が少なか
らずあり、またスペースの幾何的な制約から実現は難し
い。さらに微小疵部の散乱光による輝度変調が健全部で
の散乱，反射光にたいし微弱なものとなり照明撮影系固
有に顕在化可能な疵の顕在化効果は低下する。

【００３１】撮影装置７は幅900mmの鋼板幅にたいし204
8画素のラインセンサカメラを使用し２０ＭＨｚビデオ
レートで撮影を行っているため十分な画像分解能と検査
速度が実現できている。

【００３２】撮影装置４の俯角は７０度〜９０度以内に
抑えている。これ以下の俯角になると第３の照明撮影系
の特徴が失われ第２の照明撮影系の画像と似通った画像
となり装置全体として疵画像情報量が減少し疵種，等級
判定精度が低下する。

【００３３】以上、３種類の照明撮影系で撮影されたガ
ウジ疵画像の例を図５に示す。図中、圧延方向は上下で
ある。各画像の中心ライン（１ライン）の断面輝度分布
を各画面下に示す。

【００３４】第３および第２の照明撮影系で撮影された
疵画像は地合いに比べ明るく撮影されている。第１の照
明撮影系で撮影された疵画像は暗く撮影されている。こ
れらの画像信号は、それぞれ画像処理装置１０に送られ
る。画像処理装置１０では、各画像信号（赤系，緑系，
青系）に対して、ローパスフィルタ，フローティングハ
イパスフィルタの処理を行い、５水準の閾値で多値化と
ラベリング処理を行い、閾値に関して疵信号の正負輝度
判定，面積計算，縦横比計算を行う。また、画像処理
は、画像処理装置の容量，速度に合わせてさらに複雑化
し、信号レベルの増幅，雑音消去を行う機能を追加した
り、コイル替え（鋼板１の変更）にともなう地合いノイ
ズレベルの変化に対応したＡＧＣ機能を持たせる事も可
能である。また、画像処理を簡素化し検査速度の高速化
や処理装置の廉価化を図る事も可能である。

【００３５】疵判定装置１１では、予め各種類，等級毎
に各照明系で出力されるデータを表として保存してい
る。例として表１に疵判定装置で使用している各疵の判
定に使用するテーブルの一部を示す。実際にはテーブル
の疵種は発生疵全種を網羅しており、特徴項目も形状，
面積，重心等があり、また、任意に新しい特徴量項目を
追加する事もできる。表中＋＋記号は５水準化した場合
の最も輝度の高いものであり、順次＋、０、−、−−の
順番である。＋記号は、疵信号が画面全体の輝度平均値
よりも高い場合であり、−記号は疵信号が画面全体の輝
度平均値よりも低く出る場合であり、０は疵信号と画面
全体の輝度平均値がほぼ同じレベルであることを示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】疵判定装置１１では、画像処理装置１０か
ら送られてくる照明撮影系での輝度レベル，面積，縦横
比と、表１との比較を行い、各項目に対して画像処理結
果と表データ結果が一致した数を点数化して合計し、最
も点数の高い疵種，等級を疵判定結果として出力してい
る。図５の例では、疵部は第１の照明系では明るく、第
２，第３の撮影照明系では暗く撮影され、縦，横の比は
５：１以下であるので、他の特徴量とも合わせて表１中
では、ガウジ疵等級４０番と最も良く一致する。このた
め疵判定装置１１では、この疵はガウジ疵，等級４０
番、と判定し出力する。この結果は検査員との判定結果
とも良く一致し、正反射画像と１種類の乱反射画像で疵
を検査する従来の疵検査装置に比べ、疵種，等級とも２
０％以上一致率が向上した。

【００３８】この判定に用いる表は常に書換を可能にし
検査精度を高める事も可能である。この様に本装置では
各撮影照明系に特有に反応する疵画像を表データとして
持っている事により、従来よりも高精度に疵種，等級判
定が可能となるばかりでなく、従来法では顕在化が困難
だった疵も多照明撮影系で検査することにより顕在化が
可能となり、検査性能，精度は飛躍的に増加し、より人
間の判断に近い検査が実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上、本発明装置ではレンティキュラー
レンズシートによる拡散面光源での照明，幅方向平行光
照明とテレセントリック撮影系の採用により、今までの
光学式疵検査装置にあった広域照明でのシェーディング
および疵信号の劣化を最小限に抑える事が出来、装置と
して微小疵の検出精度が向上する。さらに、多照明撮影
系での同一地点，同時検査が可能となり、装置の小型
化，廉価化が図れ、いままでスペース，価格等の制約に
より設置が難しかった場所に設置が可能になる。また、
複数照明撮影系の撮影による画像情報の増加により、今
まで検出が難しかった微小疵や特定照明撮影系でのみ顕
在化が可能であった疵の検出，疵種，、等級の判別精度
が向上し、人間の目視により行っていた微小疵の検査が
自動的に行えるようになり、検査員負荷の軽減や検査業
務の省力化，検査の見落としが無くなり、高度な品質保
証や生産性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概要を示す斜視図であ
る。

【図２】 図１に示す第１の照明撮影系のみを摘出して
示す斜視図である。

【図３】 図１に示す第２の照明撮影系のみを摘出して
示す斜視図である。

【図４】 図１に示す第３の照明撮影系のみを摘出して
示す斜視図である。

【図５】 第１，第２および第３の照明撮影系で撮影し
たガウジ疵（等級４０番）の画像を示したものであり、
各画像中心ライン（１ライン）の断面輝度分布を各画面
下に示す。

【符号の説明】

１：検査鋼板 ２：第１の照明撮影系を構成する照明装置（棒状光源） ３：レンチキュラーレンズシート ４：第３の照明撮影系を構成する撮影装置（ラインセン
サカメラ） ５：第３の照明撮影系を構成するロッドレンズ＋照明 ６：第１の照明撮影系を構成する撮影装置（ラインセン
サカメラ） ７：第２の照明撮影系を構成する撮影装置（ラインセン
サカメラ） ８：大口径レンズ ９：第２の照明撮影系を構成する照明装置 １０：画像処理装置 １１：疵判定装置 １２：色フィルタ １３：フィルター １４：ピンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−113639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−84686（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−238207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−38348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−255647（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/892 G01B 11/30

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の表面を検査する光学式鋼板表面検
   査装置で照明装置および撮影装置を１組とする複数組の
   照明撮影系，画像処理装置および疵判定装置より構成さ
   れ、各照明撮影系を構成する照明装置は、特定の波長帯
   の光を選択，照明する機能をもちそれぞれ異なる角度，
   方向から鋼板表面を照明し、撮影装置は、特定の波長帯
   の光を選択して鋼板表面の画像を撮影し、同一検査面を
   複数照明撮影系で同時に検査する光学式鋼板表面検査装
   置において、 照明撮影系は、鋼板搬送方向と平行に照明して正反射画
   像を撮影する第１の照明撮影系，鋼板の搬送方向とは鋼
   板面内で直角をなす方向に照明し乱反射画像を撮影する
   第２の照明撮影系および鋼板搬送方向と平行に照明し鋼
   板搬送方向と平行方向に乱反射画像を撮影する第３の照
   明撮影系を含む、３つ以上の照明撮影系で構成され、疵
   判定装置は処理画像から各照明撮影系特有に現れる各種
   疵の処理画像の特徴抽出データである縦横比，形状，面
   積，正負，強度データと事前に各疵種，等級に対応する
   縦横比，形状，面積，正負，強度の特徴テーブルの比較
   により疵種類，等級を決定する疵判定装置である事を特
   徴とする光学式鋼板表面検査装置。
2. 【請求項２】 第１の照明撮影系は正反射画像撮影系で
   あり、その照明装置，撮影装置の俯角は３０度以上７０
   度以下の範囲にあり、照明装置，撮影装置は正対し同一
   俯角に設定され、照明方向，撮影方向は鋼板の搬送方向
   と平行である照明撮影系であって、照明装置は微小レン
   ズを多数アレイ状に配置したレンティキュラーレンズシ
   ートと第１の特定波長帯のみを透過するフィルタを透過
   させる面光源を含み、撮影装置は第１の特定波長帯を撮
   影する、請求項１記載の光学式鋼板表面検査装置。
3. 【請求項３】 第２の照明撮影系は乱反射画像撮影系で
   あり、その照明装置は第２の特定波長帯のみを射出する
   光源を含み照明光の射出方向は４０度以下の俯角をなし
   かつ鋼板面上で鋼板の搬送方向とは鋼板面内で直角をな
   す方向に照明する照明撮影系であり、撮影装置は、第２
   の特定波長帯のみを撮影し撮影方向は鋼板の搬送方向と
   平行で４０度以下１５度以上の俯角をなし、かつ大口径
   レンズを鋼板，撮影装置間に挿入し焦点部分にピンホー
   ルを配置しそれを通して撮影するテレセントリック光学
   撮影系である、請求項１又は請求項２記載の光学式鋼板
   表面検査装置。
4. 【請求項４】 第３の照明撮影系は乱反射画像撮影系で
   あり、その照明装置はロッドレンズを鋼板幅方向に横断
   させるように配置し断面より第３の特定波長帯の光を入
   射させ側方方向に射出する棒状発光源を含み射出方向は
   ４０度以下の俯角をなし、撮影装置は第３の特定波長帯
   の像と第２の特定波長帯の像を撮影し撮影角度は７０度
   以上の俯角をなす、請求項３記載の光学式鋼板表面検査
   装置。