JP3423688B2 - 移動表面の自動的な検査のための方法及び装置 - Google Patents

移動表面の自動的な検査のための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、移動表面の自動的な検査のため
の方法及び装置、特に、スチール片、木材、革やタイル
の検査などに適用される移動表面の自動的な検査のため
の方法及び装置に関するものである。さらにより詳細に
は、少なくとも３つの異なる照射／観察経路を使用する
移動表面の自動的な検査のための方法及び装置に関する
ものである。
【０００２】上述のスチール片、木材、革やタイルのよ
うな製品は、一般に、連続的な工程において高速で製造
され、それらは移動中に検査されなければならない。自
動的に検出及び分類される必要がある欠陥は、例えば検
査下における表面の反射性や色、光沢、きめ、３次元外
形などについての表面内の異常である。
【０００３】従来技術では、自動的な表面検査のための
システムは十分に確立されており、スチール、タイル又
は木材の検査などの産業上の用途に使用されている。適
用されるカメラは、単色又はカラーのライン走査カメラ
である。照射のために、螢光ランプ、ハロゲンランプ又
は光ファイバー光源が一般に使用されている。検出及び
分類される欠陥は、用途によって定義される例えばすり
傷やくぼみ、節などである。一般に、これらの欠陥は、
例えば検査下における表面の反射性、光沢、色、きめ又
は３次元外形についての偏差など、種々の方法で現われ
る。
【０００４】そのシステム構造において重大な部分は、
カメラ及び光源システムの選択を含んで、画像を取得す
るための装置を規定することと、それらの構成部分の幾
何学的関係を決定することである。その目的は、３次元
欠陥を含む全ての欠陥を自動的に検出し区別するための
必要な情報を含む画像を表面から作り上げることであ
る。多くの場合、その結果は失望させるものである。そ
の理由は単に、単眼の画像は、表面の３次元外形及び光
沢に関して、信頼でき、かつあいまいでない情報を含ま
ないことである。この問題を克服するために、表面を種
々の視野条件下で同時に検査するマルチ−カメラ装備が
幾つかの用途で使用されている。そのような装備では、
一般に、同じ対象についての明視野画像と暗視野画像を
得るために、２つの単色カメラと１つの光源が使用され
ている。
【０００５】これらの装備は、多数の欠点を備えてい
る。すなわち、２つのライン走査カメラの位置合わせが
困難なことと、これらのシステムのための機械的構造が
大型になることである。
【０００６】R.J.Woodhamによる論文、”複数の画像か
ら表面の方位を決定するための測光方法”、光学工学１
９巻、１９１、１３９ページから１４４ページ、１９８
０年において、測光実体鏡技術が記述されている。この
技術の原理は、同じカメラを用いて同じ対象から複数の
画像を得ることと、見る形状を一定に維持しながら連続
画像間で照射方向を変えることである。これは、各画像
位置での検査された対象の各表面要素について、表面の
方位を決定するための、すなわち３次元情報を収集する
ための十分な情報を提供する。
【０００７】その技術は、両眼実体鏡における変位した
特徴点の相対位置ではなく、連続視野中の単一画素位置
で記録された放射輝度値を用いるために測光実体鏡と呼
ばれている。この技術においては見る形状は変わらない
ので、取り込まれた一組の画像中の画素間の対応関係は
前もって知られている。
【０００８】測光実体鏡法は、検査対象が静止している
こと、ランプの切替え及び画像の取得に時間がかかるこ
と、並びに表面の反射率分布が既知であることを必要と
する。したがって、その方法は、移動物体の検査にも反
射性が未知の表面の検査にも適用することができない。
【０００９】DE 195 11 534 A1は、測光実体鏡の着想に
従って、自動表面検査のための用途で、平坦表面中のく
ぼみや段差のような３次元欠陥を検出するための方法及
び装置に関するものである。検査中の表面には、暗視野
条件下で、異なる方向から少なくとも２つのランプを用
いて同時に照射され、そこでのランプからの光は異なる
色をもつ。カラーライン走査カメラは画像の取得に使用
され、３次元欠陥は測定されたカラー値を分析すること
によって検出される。
【００１０】この方法は、対称的暗視野照射が使用され
るので、表面の光沢や反射性ではなく３次元欠陥につい
ての情報をもたらす。したがって、異種欠陥を識別する
ための能力には限界がある。さらに、欠陥検出は色選別
機によってなされる。この方法を使用すると、検査され
た表面の外観変化又は照明の変化に適応することができ
ない。実際の用途において、欠陥検出の感度に限界があ
る。
【００１１】EP 0 764 845 A2は、DE 195 11 534 A1で
述べられたものと同じ画像取得のための装置を記述して
いるが、３次元欠陥の検出のためのこの方法は、表面中
の段差の縁で観察することのできる影にのみ基づいてい
る。
【００１２】M.Mageeらによる論文、”鏡面拡散二重ス
ペクトル光源を用いた金属表面中の欠陥の確認”、ＳＰ
ＩＥ、１８２５巻、「知的ロボットとコンピュータの未
来像ＸＩ」、４５５ページから４６８ページ、１９９２
年においては、金属表面中の欠陥の確認の方法が記述さ
れている。この方法の目的は、静止している鋳込金属部
分の自動表面検査中に、すり傷に対するコントラスト及
び検出速度を高めることである。検査中の対象物は、種
々の色の光で照射され、とても狭い入射角度を用いた暗
視野のための１つの経路と、明視野のための１つの経路
がある。これを用いると、狭い暗視野からの光がすり傷
の鋭い縁によって散乱されるから、すり傷は明視野では
暗く、暗視野では明るく見えるという効果がある。暗視
野照射のための第２の経路がなく、そしてそのために光
沢と反射性を変えて表面上の表面要素の勾配を評価する
ことができない。
【００１３】この従来技術から始めて、本発明の目的
は、より少ない誤警報率で高い信頼度をもって、表面の
検査を可能にする、表面の自動的な検査のための性能を
高めた方法及び装置を提供することである。
【００１４】この目的は、請求項１による方法及び請求
項１２による装置によって達成される。本発明は、少な
くとも３つの異なる照射／観察経路を使用する、移動表
面の自動的な検査のための方法であって、 ａ）第１の信号を取得するために、前記少なくとも３つ
の異なる照射／観察経路の内の第１の経路によって第１
の観察条件下で検査される前記表面の表面要素を観察す
る工程、 ｂ）第２及び第３の信号を取得するために、前記少なく
とも３つの異なる照射／観察経路の内の第２及び第３の
経路によって第２の観察条件下で前記表面要素を観察す
る工程、並びに ｃ）第１、第２及び第３の信号から前記表面要素の物理
的特性を導く工程、を備えている方法を提供する。
【００１５】本発明は、第１の信号を取得するために、
第１の観察条件下で検査される前記表面の表面要素を観
察するための第１の照射／観察経路、第２の信号を取得
するために、第２の観察条件下で前記表面要素を観察す
るための第２の照射／観察経路、第３の信号を取得する
ために、前記第２の観察条件下で前記表面要素を観察す
るための第３の照射／観察経路、並びに前記第１、第２
及び第３の信号から前記表面要素の物理的特性を導くた
めの手段とを備えている移動表面の自動的な検査のため
の装置を提供する。
【００１６】本発明は、表面要素の反射性や光沢、勾配
のような表面の物理的特性についての情報を個々に引き
出して処理することを可能にする自動表面検査のための
方法及び装置を提供する。その長所は、きめのある表面
においてさえも、高い信頼性をもって特に３次元欠陥を
検出し分類できることにある。用途は、連続的な工程に
よって高速に製造され、移動中に検査されなければなら
ない材料、例えばスチール、革、木材、押出し成形され
た外形、その他の材料の検査である。
【００１７】本発明は測光実体鏡の着想に基づくもので
ある。検査された表面の反射性、色、光沢及び外形につ
いての情報は、例えばカラーライン走査カメラと、異な
るスペクトル特性値をもつ少なくとも３つの空間的に分
けられた光源を備えた装置によって捉えられる。画像取
得の結果は登録された画像、例えば基本的に照射の経路
に対応したＲ，Ｇ，Ｂ画像である。これらの画像は、各
表面要素の物理的特性の評価、表面異常の検出、特徴の
抽出、及び分類を含む幾つかの工程で処理される。
【００１８】本発明の好ましい態様によれば、第１の照
射／観察経路は光感受センサー装置と第１の光源によっ
て構成され、第２の照射／観察経路は上と同一の光感受
センサー装置と第２の光源によって構成され、第３の照
射／観察経路は上と同一の光感受センサー装置と第３の
光源によって構成される。
【００１９】本発明の他の態様によれば、第１の照射／
観察経路は第１の光感受センサー装置と光源によって構
成され、第２の照射／観察経路は第２の光感受センサー
装置と上と同一の光源によって構成され、第３の照射／
観察経路は第３の光感受センサー装置と上と同一の光源
によって構成される。
【００２０】本発明のさらに他の態様によれば、移動表
面からの反射性、光沢及び勾配についての情報は、検査
中の表面要素から個々に抽出され、そしてこの情報に基
づいて、表面は、高い信頼度をもって、より少ない誤警
報率で検査される。特に、表面の外観において、３次元
欠陥と許容変動との区別が可能である。
【００２１】本発明のさらに好ましい態様は従属請求項
で明らかにされる。以下に、本発明方法及び本発明装置
の好ましい実施例が添付図面を参照して詳細に説明され
る。
【００２２】図１に関して、表面の自動的な検査のため
の本発明方法及び本発明装置の基礎となる全体構想を述
べる。測定工程Ｓ１００で、検査中の移動表面の画像が
取得される。図１中の工程Ｓ１００に概略的に示される
装置は、後で図３を参照して述べる。工程Ｓ１０２にお
いて、検査された表面要素の物理的特性が取得画像を基
にして評価される。工程Ｓ１０４において、表面の物理
的特性中の異常が検出される。工程Ｓ１０６において明
確な特徴が抽出され、工程Ｓ１０８において検出領域が
分類される。最後に、工程Ｓ１１０において、検査され
た表面が容認できるか否か、すなわち物理的特性に関し
て予め定められた要求を満たすか否か、又は表面が欠陥
を示すか否かが決定される。
【００２３】本発明によれば、工程Ｓ１００で取得され
る画像は、工程Ｓ１００と工程Ｓ１０２の間に矢印１０
０ａ，１００ｂ，１００ｃによって示されている３つの
異なる画像から形成される。３つの画像は３つの映像信
号によって表され、そこでは、第１の画像を表す第１の
信号１００ａは、第１の観察条件下で、少なくとも３つ
の異なる照射／観察経路の内の第１の経路によって被検
査表面を観察することによって得られる。信号線１００
ｂ，１００ｃ上の第２及び第３の信号は、第２の観察条
件下で、少なくとも３つの異なる照射／観察経路の内の
第２及び第３の経路によって表面を観察することによっ
てそれぞれ得られる。そのようにして得られた第１、第
２及び第３の信号に基づいて、表面要素の物理的特性が
工程Ｓ１０２で導かれる。
【００２４】本発明の好ましい実施例によれば、検査さ
れた表面の反射性、色、光沢及び外形についての情報
は、上で概説された測光実体鏡の着想に従って、カラー
ライン走査カメラと、異なるスペクトル特性値をもち３
つの空間的に分けられた光源とを備えた装置によって捉
えられる。工程Ｓ１００における画像取得の結果は、こ
の実施例中では、基本的に照射の３経路に対応する３つ
の登録画像（Ｒ，Ｇ，Ｂ）である。上述の工程におい
て、画像は次のように処理される。
【００２５】工程Ｓ１０２において、各表面要素につい
て１又は複数の物理的特性が評価され、その結果は、ブ
ロックＳ１０２、ブロックＳ１０４間の４つの矢印で示
されるように、表面要素の反射性、色、光沢及び勾配を
表す物理的特性画像である。これらの画像は、原画像と
同じ空間解像度をもっている。
【００２６】工程Ｓ１０４において異常が検出される。
特性画像中の局所的な異常は、原画像と同じ空間解像度
で検出され、例えば表面の浅い波打ちや表面粗さによる
領域の異常は、表面要素の勾配の移動平均又は移動標準
偏差を計算することによって検出され、その後、統計的
な数値となってしきい値と比較される。ステップＳ１０
４の出力は、ステップＳ１０４とステップＳ１０６を接
続する複数の矢印によって示されるように、複数の二値
画像である。
【００２７】工程Ｓ１０６において、工程Ｓ１０４で生
成された二値画像から特徴が抽出される。二値画像中の
塊の領域や形状などのような、単純又は複雑な幾何学的
特徴が計算される。さらに、隣接関係、例えば工程Ｓ１
０４から受け取った複数の二値画像の異なる層内での塊
の堆積や、塊の重なりなどを考慮することができる。工
程Ｓ１０８において分類が実行され、そして、検出画像
の分割された領域が、抽出された特徴によって分類され
る。
【００２８】本発明装置及び本発明方法の好ましい実施
例に先立って、図２に関して、表面の反射性、光沢、及
び勾配のそれぞれによって、光がどのように散乱するか
を説明する。
【００２９】好ましい実施例によれば、画像取得のため
に使用される本発明による装置は、検査中の表面要素の
反射性、光沢、色及び勾配についての情報を集めること
を意図したものである。以下に述べる装置及び方法は、
検査された表面に対して直角に入射する光束によって表
面要素が照射されたとすれば、光がその表面要素からど
のように散乱されるかを示す図２に示されている検討に
基づくものである。
【００３０】図２ａには、表面Ｓの反射性に関する散乱
特性が示されている。図２ａにおいて、光束２００は表
面Ｓに対して直角に入射し、光束２０２は表面Ｓから再
放射される。図２ａからわかるように、反射光の丸い突
出部分を示す線２０４が再放射光２０２の周りに描かれ
ている。図２ａからわかるように、表面Ｓが低い反射性
の場合（図２ａの左側）、反射光分布の低い体積Ｖ1を
示す小さい丸い突出部分２０４によって示されているよ
うに、再放射光のエネルギーは低い。表面Ｓが高い反射
性の場合、大きい丸い突出部分２０４によって示されて
いるように、再放射光のエネルギーは高く、すなわち反
射光分布の体積Ｖ2は高い。図２ａからわかるように、
光分布の形状、すなわち丸い突出部分２０４は同じであ
る。
【００３１】図２ｂに関して、表面Ｓの異なる光沢に対
する再放射光の光分布が示されている。再び光束２００
が表面Ｓに対して直角に入射している。表面Ｓが低い光
沢の場合（図２ｂの左側）、光分布は丸い突出部分２０
４によって示されているように、幅広である。表面Ｓの
高い光沢（図２ｂ右側）に対しては、再び丸い突出部分
２０４によって示される光分布は幅狭である。この例で
は、体積Ｖ1とＶ2によって示されている反射光分布は、
表面Ｓが低い光沢の場合と高い光沢の表面Ｓの場合で同
じであると仮定されている。
【００３２】図２ｃ中には、表面Ｓに勾配がある場合の
反射光分布が示されている。再び光束２００が表面Ｓに
対して直角に入射し、反射光分布が丸い突出部分２０４
によって再び示され、反射光の量が体積Ｖ1とＶ2によっ
て再び示されている。水平表面要素の場合、光分布２０
４は表面の垂線に関して対称であるし、もし表面要素Ｓ
が勾配２０６をもっているなら、光分布２０４は斜めに
なる。体積Ｖ1とＶ2は両方の場合で同じである。
【００３３】丸い突出部分２０４の異なる形状及び再放
射光分布の体積Ｖ1，Ｖ2は、光照射された表面要素を幾
つかの光感受センサーを用いて異なる方向から同時に観
察することによって区別することができる。仮に、光束
２００で表面Ｓを照射するために図２中で使用される光
源をカメラのような１つの光感受センサーに置き換え、
及びセンサーを光源に置き換えられるならば、同じこと
がいえるだろう。
【００３４】上述の置換によって達成される画像取得の
ための装置は図３でより詳細に記述する。図３の装置
は、本発明の１つの好ましい態様であって、参考符号３
００によって示されている。装置３００はカラーライン
走査カメラであるカメラＣを備えている。カメラＣは、
取得画像を表す信号を発生するために、レンズ３０４と
処理部分３０６を備えている。部分３０６は、３つの出
力Ｒ，Ｇ，Ｂをもち、そこではそれらの信号が赤色画像
（Ｒ）、緑色画像（Ｇ）と青色画像（Ｂ）を表してい
る。カメラＣは、表面Ｓの垂線３０８がカメラＣの観察
軸３１０と一致するように、被検査表面Ｓの上方に配置
されている。
【００３５】さらに、異なるスペクトル特性値の光束３
１２、３１４及び３１６を照射する３つの光源Ｌ１、Ｌ
２及びＬ３が備えられている。それぞれの光源からの光
は、表面上の検査されたラインから角度γを見られる。
第１の光源Ｌ１からの光束３１２は、鏡Ｍを介して、表
面Ｓに直角に入射するように表面Ｓに向けられている。
光源Ｌ２及びＬ３は、光源から発生した各光束３１４及
び３１６が表面Ｓの垂線３０８との間に角度βをなすよ
うに配置されている。
【００３６】光源Ｌ１は、光束分割鏡とすることのでき
る鏡Ｍによって、明視野条件の下で表面Ｓを照射してい
る。光源Ｌ２及びＬ３は対称的な暗視野条件の下で表面
Ｓを照射する。明視野条件とは、例えば光源Ｌ１によっ
て発生する光が鏡のような表面ＳからカメラＣのレンズ
３０４に向かって反射される条件である。暗視野条件と
は、表面に欠陥がない場合、例えば光源Ｌ２によって照
射される光が鏡のような表面からカメラＣのレンズ３０
４に向かって反射されない条件である。角度β及びγ
は、用途の要求に応じて、測定の感度と耐久性を最適化
するために選択することができる。例えば光沢がある表
面の場合、βは小さくしなければならない。
【００３７】たいていの用途で、画像取得のために、光
束分割鏡Ｍを設けず、非対称の配置を使用することは可
能であろう。このような配置は図４で本発明装置の他の
実施例として示される。
【００３８】図４で、図３に関してすでに記述されたの
と同じ構成部分には同じ参考符号が使用される。図４に
示す装置と図３に示す装置の相違は、カメラＣの観察軸
３１０及び光源Ｌ１から発生した光束３１２が表面Ｓに
対する垂線３０８と一致していないことである。光源Ｌ
１の光束３１２と垂線３０８だけでなく、観察軸３１０
と垂線３０８も角度αをなす。
【００３９】本発明方法及び本発明装置の上記の説明に
関して、図３及び図４の実施例の記述から、これらの実
施例では、３つの異なる照射／観察経路が使用され、そ
こでは第１の照射／観察経路は図３及び図４によればカ
メラＣである光感受センサー装置と第１の光源Ｌ１によ
って構成され、カメラＣは表面要素Ｓから再放射された
光である第１の光束３１２の光を受光するということが
明らかになる。第２の照射／観察経路は光感受センサー
装置Ｃと第２の光源Ｌ２によって構成され、光感受セン
サー装置又はカメラＣは表面要素Ｓから再放射された光
である第２の光束３１４を受光する。第３の照射／観察
経路は光感受センサー装置又はカメラＣと第３の光源Ｌ
３によって構成され、カメラＣは第３の光束３１６の一
部の光である光表面要素Ｓから再放射された光を受光す
る。図３及び図４を参照して記述された実施例におい
て、３つの光束３１２、３１４及び３１６の全ては異な
る特性をもち、さらに、具体的な実施例によれば、異な
るスペクトル特性値、すなわち異なる色をもつ。
【００４０】図３及び図４に関して記述された実施例に
おいて、暗視野条件下で動作している第２の光源Ｌ２及
び第３の光源Ｌ３は、表面Ｓに対する垂線３０８に関し
て又は第１の光源Ｌ１から放射された第１の光束３１２
に関して対称的に配置されている。しかしながら、光源
Ｌ２及びＬ３を非対称に配置できることがわかる。第１
の光源Ｌ１の位置に関して、第１の光源Ｌ１の位置は、
明視野条件を乱すことなく、図４に示す厳密な反射方向
から多少はずれてもよいことがわかる。記述した実施例
にさらに付け加えると、第２及び第３の光源は、表面Ｓ
に対する垂線３０８に関して、又は第１の光源Ｌ１から
放射される光束３１２に関して、対称的に配置すること
ができる。
【００４１】しかしながら、本発明の基礎となっている
上述の原理は、照射の３つの経路とカメラの３つのカラ
ー経路、又はより概括的にいうと、３つの照射／観察経
路のみに限定されるものではなく、照射及び観察のＮ経
路に広げることができる。
【００４２】光源Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は単に着色された
螢光灯でもよい。それらはまたカラーフィルターを備え
たハロゲンランプの並びとすることができるし、又はそ
れらは平行化光ファイバーを使用して構成することもで
きる。後者を実現すると、表面Ｓの検査ラインを非常に
明るく均一に照射できる利点をもち、このことは、高速
の用途では必要である。というのは、特に測光立体鏡で
使用される暗視野照射は多くの光を必要とするからであ
る。前述の螢光ランプの他に、いかなる白熱ランプ、気
体放電ランプ（有色又は広範囲スペクトル）、ＬＥＤ及
びレーザーも表面を照射するために使用できる。
【００４３】図３及び図４に示されるような画像取得の
ための装置において、３つの特性角度α、β及びγは、
上述した照射のための関係のいずれにおいても独立して
選択することができる。角度γは、光沢のある欠陥を検
出するためには慎重に選択しなければならない。螢光管
を使用する時、この角度はランプと検査された表面の間
の距離を変えること、ランプの後に鏡を加えること、又
はさらに螢光管を加えることによって決定することがで
きる。
【００４４】使用された光源は点光源ではなく、幾分広
がりをもったものである。図３において、表面の移動方
向に対して直角方向に延びる螢光管が使用されていると
する。表面の移動方向においては、広がりは管の直径に
よって規定される。表面上の観察線から管までの距離と
管の直径に基づいて、光によって表面が照射される角度
γ（ガンマ）が決定される。図５に示されるように、角
度γは変更できることが好ましい。螢光管の場合、この
変更は、管と表面との間の距離を変えることによって、
部分的に管を覆うことによって、又は、図５に示される
ように、並列に複数の管を配列することによって、達成
することができる。平行化ファイバー線光学系を使用す
れば、対応する測定をすることができる。
【００４５】図５に関して、暗視野条件の下の照射がよ
り詳細に説明される。図５ａにおいて、光束５０２を放
射する光源５００は、矢印５０４によって示される方向
に移動させられる表面を照射するために使用される。入
射光束５０２は、表面Ｓの欠陥部分５０６で反射され、
反射光エネルギーの分布は丸い突出部分５０８によって
示されている。カメラＣは、観察軸３１０が表面Ｓに対
する垂線３０８と一致するような条件で表面Ｓの上方に
配置されている。
【００４６】図５ｂに同様の配置が示され、そこでは光
源５００は、光束５０２ａ、５０２ｂ及び５０２ｃを放
射する３つの光源５００ａ、５００ｂ及び５００Ｃに置
き換えられており、その結果、丸い突出部分５０８ａ、
５０８ｂ及び５０８ｃによって示されるような反射エネ
ルギーの分布になる。光源５００ａ、５００ｂ及び５０
０ｃは、複数の光ファイバーによって構成されている。
図５ａと図５ｂの比較から、図５ｂの配置の長所は、照
射の光強度を高めることと、光沢のある欠陥からの反射
に対する検出確率を高めることにあるので、図５ｂに示
されるような複数の光ファイバーを用いた広角度暗視野
照射を選ぶべきであることが明らかになる。
【００４７】多くの照射器の空間角度の差が比較的小さ
く保たれる場合には、１つの照射器／色を使用する代わ
りに、同じ色の多くの照射器を使用できることに注目す
べきである。これは、幾つかの材料について、より良好
な欠陥コントラストをもたらしさえする。
【００４８】図３及び図４に関して記述されているよう
な画像取得のための装置を用いると、検査中の表面内の
傾斜した表面要素又は段差は、表面垂線３０８が表面移
動の方向３０２を向いた成分をもっている場合だけ検出
されるであろう。移動の方向３０２に平行に向いた階段
は検出することができない。このことは、このような装
置を、押出し成形された輪郭のような、輪郭のつけられ
た材料の検査においてさえもよく適したものとするが、
下降ウエブ配向した３次元欠陥が生じ、それを検出しな
ければならないような用途には、その装置は適さない。
そのような用途においては、暗視野照射器からの入射光
は、平行よりむしろ、移動方向に交差した方向に向けら
れるべきである。その種の照射は、続いて図６に関して
より詳細に説明する側面照射によって実現することがで
きる。
【００４９】装置６００は表面Ｓの上方に配置されたカ
メラＣを備え、表面Ｓの移動方向は図６の紙面から外を
向いているものとする。図３及び図４に関して記述した
実施例で使用される光源Ｌ１からＬ３の代わりに、装置
６００は３つの標準ファイバー照射器Ｆ１、Ｆ２及びＦ
３を備えている。図６で、カメラＣの観察視野は、２つ
の破線６０２及び６０４によって示されるように限定さ
れている。図６からわかるように、破線６０６及び６０
８によって示されるファイバー照射器Ｆ１の照射範囲
は、ファイバー照射器Ｆ１が明視野条件下で動作するよ
うに、表面Ｓによって反射された第１の照射器Ｆ１から
の光がカメラＣに向けられるようなものである。ファイ
バー照射器Ｆ２は、破線６１０によって示されるように
限定されて光を放射する範囲をもっており、照射器Ｆ３
は、破線６１２によって示されるように限定されて表面
Ｓを照射する範囲をもっている。照射器Ｆ２及びＦ３
は、暗視野条件下、すなわち、欠陥がない表面の場合に
は、反射面Ｓによって反射される照射器Ｆ２及びＦ３か
らの光がカメラＣのレンズ３０４に向けられない条件下
で動作する。照射器Ｆ２及びＦ３の照射の指示範囲は、
必要とする照射角度の下で、傾斜した位置に照射器Ｆ２
及びＦ３を配置することによって達成される。
【００５０】照射器Ｆ１はカメラＣと一直線にしてもよ
い。基本的には、明視野照射器Ｆ１は、光源又はランプ
Ｌ１が図４で配置されているのと同様に配置される。フ
ァイバー照射器Ｆ１、Ｆ２及びＦ３の代わりに、カラー
フィルターを備えたハロゲンランプのような照射器を使
用することができる。
【００５１】この構成は、表面の高さの変化や振動に対
して敏感ではないが、傾いた照射プロファイルに対して
は難点がある。表面の反射性によっては、この構成は問
題となることもあるし、ならないこともある。もし表面
が非常な鏡面でなければ、不均一な照射は、照射範囲の
境界において多くのダイナミックレンジを失うことな
く、それから生じる画像信号の適切な補正によって補償
することができる。
【００５２】図７に関して、側面照射の好ましい実施例
を説明する。図７で、図３及び図４に関してすでに説明
した構成部分は同じ参照符号を用いて示し、さらなる説
明は省略する。検査中の表面Ｓを照射するために、光フ
ァイバー７００が使用されている。光ファイバーは適当
な導波管を介して光源（図示されていない）に接続され
ている。光ファイバー７００は、図７ｂからわかるよう
に、異なる照射角度の下で光を放射する。第１の複数の
光束７０４と第２の複数の光束７０６が表面Ｓの暗視野
照射を達成するために使用されている。図７ｂから明確
になるように、光線又は光束７０４及び７０６は、欠陥
のない反射面Ｓによって反射されるとき、カメラＣのレ
ンズ３０４に向けられていない。複数の光束７０８は、
表面Ｓに直角に向けられ、そして光束７０８からの光が
カメラＣのレンズに向かってまっすぐに反射されるの
で、表面Ｓの明視野照射を与える。図７ａにおいて、放
射された光束は側面図で示され、参照符号７１０によっ
て示されている。レンズ７１２などによって、光束は平
行にされている。
【００５３】図８に関して、光ファイバー７００の内部
の構造がより詳細に説明されている。光ファイバー７０
０は第１の被覆層８０２及び第２の被覆層８０４を備
え、それらの間に３つのファイバー層８０６、８０８及
び８１０が挟まれている。ファイバー層８０８は、残り
のファイバー層８０６及び８１０と同様に、１束のファ
イバーを形成するために、矢印８０８ｂによって示され
るような方向に向けられた複数の単芯ファイバー８０８
ａを備えている。ファイバー層８０６も、矢印８０６ｂ
で示されるように、層８０８のファイバー８０８ａの配
列と比較すると傾斜した位置に配列された複数のファイ
バー８０６ａを備えている。同様に、ファイバー層８１
０は、矢印８１０ｂで示されるように、層８０８のファ
イバー８０８ａの配列に関して傾斜し、しかし層８０６
のファイバー８０６ｂとは異なる方向に傾斜した複数の
ファイバー８１０ａを備えている。これを実現すること
によって、照射の異なる角度が１個のファイバー照射器
具の内部に形成される。これは、図８に示すように、フ
ァイバー７００を幾つかの層８０６から８１０に分割す
ることによって達成され、そこでは、各層８０６から８
１０のそれぞれは、照射のために必要とされる経路の１
つに対応している。照射の異なる角度は、スネルの法則
を考慮に入れる時、それぞれの層８０６及び８１０のフ
ァイバー８０６ａ及び８１０ａを必要とされる照射角度
に対応する角度に傾けることによって達成される。照射
の角度毎に２以上の層を使用できることがわかる。挟ま
れた光ファイバーの層を使用する上記の実施例の代わり
に、明視野条件下での照射のためにまっすぐなファイバ
ーをもつ１つのファイバー層を備えた装置と、暗視野照
射のための傾斜したファイバーをもつ一体化された１対
のファイバー層とを使用することも可能である。さら
に、明視野条件下及び暗視野条件下での表面を照射する
ための３つの別々のファイバー層を使用してもよい。３
つの異なる表面照射を備えた上述の装置の他に、例えば
ファイバー層のサンドウィッチ構造を２又はそれ以上使
用した装置は、３方向より多くの表面照射を可能にす
る。
【００５４】異なる傾きのファイバー層を別々の照射器
に設けることができることがわかる。すなわち、３又は
それ以上のファイバー層を備えた１つの照射器を使用す
る代わりに、それぞれが適当な角度に傾斜されたファイ
バーを備えて、１つ又はそれ以上のファイバー層を備え
た３つの別々の照射器を使用することができる。したが
って、それぞれがそれ自体の内部構造、すなわちそれ自
体の傾斜角度と必要とされるだけの多くのファイバー層
を備えている３つのまったく別々の照射器を使用するこ
とができる。例えば、第１の照射器はまっすぐなファイ
バーのみを備え、かつ１つの層のみを備え、第２の照射
器は「左」に３０度傾斜したファイバーを備え、かつ１
つの層のみを備え、第３の照射器は「右」に３０度傾斜
したファイバーを備え、かつ、例えば２つの層を備える
ことができるかも知れない。一般に、傾斜ファイバー照
射器は１つ又はそれ以上の照射方向を作り出すことがで
き、照射方向毎に１つ又はそれ以上のファイバー層を備
えることができる。
【００５５】図８に示される装置は以下の利点をもって
いる。カメラと照射器の両方を表面の垂線に非常に近い
角度に配置することができること。この場合、観察面と
照射面はほとんど一致し、それ故に装置は、検査中の表
面の高さ変動及び振動に敏感ではないこと。異なる色の
光成分、例えば赤、緑及び青は、自動的に重なり、位置
ずれの問題は発生しないことであろう。図８に示される
構造は非常に小型で、１つのファイバー線と１つの円柱
レンズ（図７ａ参照）のみから成り立つこと。
【００５６】以下に、光ファイバーによる照射のための
電源供給を詳細に検討する。測光立体鏡法で使用される
暗視野照射は一般に多くの光を必要とする。目下の解決
法では、暗視野照射のために、高周波又は直流電力のハ
ロゲンランプをよく利用する。これらの解決法は高価で
はないが、ハロゲンランプのスペクトルは可視光領域、
特に緑領域及び青領域で比較的弱く、近赤外線領域及び
赤外線領域でずっと強力である。
【００５７】高速の結像においては、標準的な交流電力
のハロゲン化金属ランプは、ｌ００Ｈｚ変調として知ら
れている、画像中の水平方向の縞模様を引き起こすの
で、スペクトル的に優れたハロゲン化金属ランプは一般
に使用されない。この変調は、ハロゲン化金属ランプが
供給電圧の相の間で実際に暗くなるという事実に起因し
ている。ハロゲン化金属ランプのための高周波及び直流
電源の供給は非常に高価で、一般に、１００ワットより
高電圧の電力での短時間放電ランプのために利用するこ
とさえできない。
【００５８】図９に関して、ハロゲン化金属ランプを使
用した新しい取組みが説明されている。図９では、ラン
プ装置９００及び制御装置９０２が示されている。ラン
プ装置９００は、制御装置９０２のそれぞれの制御部９
０２ａ、９０２ｂ及び９０２ｃによって制御される第
１、第２及び第３のハロゲン化金属ランプＬ１、Ｌ２及
びＬ３を備えている。制御部９０２ａから９０２ｃは、
線９０４ａ、９０４ｂ及び９０４ｃを介して電力を受け
る。それぞれの制御部９０２ａ〜９０２ｃに供給される
電源は位相が異なっている。ランプ装置出力を異なる色
のファイバー束９０８ａ、９０８ｂ及び９０８ｃに供給
するために、それぞれのランプＬ１、Ｌ２及びＬ３に
は、ランプＬ１、Ｌ２及びＬ３から放射された光をそれ
ぞれに結びつくフィルター素子Ｆ１１、Ｆ１２及びＦ１
３へ集光するための楕円反射鏡又は集光レンズのいずれ
かが備えられている。赤外線光要素を遮断してファイバ
ー束を余分な加熱から守るために、赤外線フィルター９
０６ａ、９０６ｂ及び９０６ｃを適宜使用することがで
きる。
【００５９】制御装置９０２は、ライン９０４ａ、９０
４ｂ及び９０４ｃを介して供給される三位相の交流電源
によって、ハロゲン化金属ランプＬ１からＬ３を制御す
る。ランプは、ファイバー束９０８ａ、９０８ｂ及び９
０８ｃを備えたファイバー線に接続されており、そのフ
ァイバー線は均等化されたファイバー構造をもってい
る。ランプは、これらのランプのそれぞれが他のランプ
に対して１２０°ずつ位相をずらして点灯する３つのラ
ンプの集りとしてファイバー線に接続されている。もし
各ファイバー束中のファイバーがファイバー線中で適切
に均等化されているならば、結果として生じる照射出力
はいつでもゼロではなく、このことは画像中のリップル
量の低減をもたらす。残るリップルは、よく知られてい
るアナログ又はデジタル信号処理の方法によって画像か
ら容易に取り除くことができる。図９に示す装置は、限
られた、かつ高価な付属品を使用せずに効率的なハロゲ
ン化金属ランプを使用できるという利点を有する。
【００６０】図９に示される構成で、異なる色の光成分
はフィルターＦ１１、Ｆ１２及びＦ１３によって作ら
れ、別々のランプＬ１、Ｌ２及びＬ３が各色のために使
用されている。しかしながら、このような装置は、スペ
クトルの狭い範囲のみがフィルターを帯域通過されてフ
ァイバー線に送り込まれるので、多くの照射電力を浪費
する。ランプ装置９００に示す装置の代わり、好ましい
選択は、図１０に関して述べるような装置を使用するこ
とである。上述のハロゲン化金属ランプについてさらに
付け加えると、如何なる直流駆動ランプも使用できる。
【００６１】図１０に関して、３つの色を作り出すため
に１つのランプのみを使用する装置が示されている。ラ
ンプ（図示しない）からの光束１０００は、矢印１００
４で示されるように赤色光と緑色光のみ透過させ、矢印
１００６で示されるように青色の光を反射する青色反射
フィルター１００２に向けられている。そして、青色光
は再び青色フィルター１００８によって濾光され、青色
光が第１の出力１０１０に出力される。赤色及び緑色の
光束は、矢印１０１４で示されるように緑色光を透過さ
せ、矢印１０１６で示されるように赤色光を反射する赤
色反射フィルター１０１２に向けられている。透過した
緑色光は緑色フィルター１０１８を通過し、緑色光の光
束が第２の出力１０２０に出力される。フィルター１０
１２によって反射された赤色光は赤色フィルター１０２
２に向けられ、赤色光の光束が第３の出力１０２４に出
力される。図１０からわかるように、すべての色成分は
１つのランプから作り出され、この場合、ランプの数
を、原則として３分の１に減少させることができる。も
し適切なダイクロイックフィルターが使用されるなら、
付加的な色フィルター１００８、１０１８及び１０２２
は必要でない。
【００６２】図１１に関して、本発明による検査中にお
ける表面要素の物理的特性の評価を次に説明する。図１
１は、図１に関して説明されたような第１の３つの工程
Ｓ１００、Ｓ１０２及びＳ１０４のブロック図を示す。
カメラＣによって取得される信号は、説明された実施例
では、赤色画像（Ｒ）、緑色画像（Ｇ）及び青色画像
（Ｂ）を表す信号である。３つの画像は経路分離が実行
されるブロック１１００に入力される。図１１の説明の
ために、表面の明視野照射が赤色画像になり、暗視野照
射は左側経路（図３では光源Ｌ２）では緑色画像にな
り、右側経路（図３での光源Ｌ３）では青色画像になる
と仮定する。ブロック１１００は、照射の３つの経路の
影響を代表する３つの別々の信号を出力する。信号
ＸＲ、ＸＧ及びＸＢは、信号中の偏差を平均からの差で
はなくコントラストとして表現するためのそれぞれのブ
ロック１１０８、１１１０、１１１２に入力されている
だけでなく、それぞれのフィルター１１０２、１１０４
及び１１０６にも入力されている。ブロック１１０８、
１１１０及び１１１２で実行される計算は、ブロック１
１００から受け取った信号と、ブロック１１００からの
出力される信号の平均信号値を出力するそれぞれのフィ
ルター１１０２、１１０４及び１１０６から受け取った
信号とに基づいてなされる。ブロック１１０８は明視野
を代表する信号を出力し、ブロック１１１０は左側経路
暗視野を代表する信号を出力し、ブロック１１１２は右
側経路暗視野を代表する信号を出力する。これらの信号
はブロック１１１４、１１１６及び１１１８に入力され
る。ブロック１１１４は、明視野から左側経路用暗視野
と右側経路用暗視野とを差し引き、検査された表面要素
の光沢を代表する信号を出力する。ブロック１１１６は
左側経路暗視野と右側経路暗視野の間の差を形成し、検
査中の表面の勾配を代表する信号を出力する。ブロック
１１１８は、明視野と２つの暗視野を合計し、検査中の
表面の反射性を代表する信号を出力する。光沢、勾配及
び反射性を示す信号は、特定の統計処理に基づき、かつ
受け取った信号を二値化することによって異常を検出す
るブロック１１２０に入力される。ブロック１１２０
は、図１に関して説明されたその後の処理、すなわち、
特徴抽出、分類及び判断のための信号をさらに出力す
る。カメラからの信号Ｒ、Ｇ及びＢはまた、ブロック１
１２０によって出力される検出画像のその後の処理にも
使用される、表面の不適当着色領域を示す信号を出力す
る色選別器１１２２に入力される。
【００６３】上記の図１１の説明から明確になるよう
に、第１の目的は検査中の表面要素の物理的特性をカメ
ラＣの画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から評価することであ
る。一般に、カラーライン走査カメラＣの３つの経路
Ｒ，Ｇ，Ｂのスペクトル分布は若干の重複を示し、及び
／又は光源のスペクトル分布はカメラＣのカラー経路に
完全には適合しない。結果として、照射の３つの経路間
には、欠陥のない表面で混信を測定し、ブロック１１０
０で経路Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対して他の２つの経路か
らそれぞれの混信部分を差し引くことによって除去する
ことのできる幾らかの混信が存在する。
【００６４】ほとんどの用途では、検査中の表面要素の
反射性又は勾配に対して絶対値を測定することは必要で
はない。その代わり、表面の平均的な外観からの局所的
な偏差は検出しなければならない。このことは経路分離
１１００の後に続く調整フィルター１１０２、１１０４
及び１１０６の段階によって達成される。用途の要請に
よっては、それらのフィルターは、例えば低域フィルタ
ー又は移動平均フィルターとすることができる。ブロッ
ク１１０８、１１１０及び１１１２で各経路の を計算することによって、偏差は平均からの差ではな
く、コントラストとして表される。その長所は、結果が
照射の絶対値又はカメラＣの感度に影響されないことで
ある。さらに、３つの経路は、例えば照射の３つの経路
の均衡の変化にかかわらず、同じ尺度にされており、こ
のことはその後に続く処理工程にとって重要である。
【００６５】信号処理の上記の段階の結果は、３つの経
路、すなわち、明視野、左側暗視野及び右側暗視野のた
めの平均外観からの偏差を代表する尺度調整された画像
である。これらの画像から、検査中の表面要素の反射
性、光沢及び勾配がブロック１１１４、１１１６及び１
１１８によって以下のように評価される。
【００６６】反射性は３つの経路すべての合計、すなわ
ち全反射光エネルギーであり、光沢は、明視野から暗視
野の合計を差し引いたものであり、反射光の狭い分布で
は強い光沢、光の広い分布では弱い光沢（図２参照）を
もたらし、そして、勾配は左側暗視野と右側暗視野との
間の差異を求めること、すなわち暗視野の均衡又は再放
射光分布の対称性を調べることにより決定される。
【００６７】色選別器の出力画像とともに、これらの３
つの画像は原画像と同じ空間分解能をもつ明瞭な式の形
で表面の物理的特性に関する情報をもっている。図１２
は表面中の勾配を表す画像の出現例を示す。図１２に関
して、表面上の勾配及び他の３次元欠陥を示す結果画像
だけでなく、左側暗視野画像及び右側暗視野画像も示さ
れている。
【００６８】図１２ａは左側暗視野の画像を示す。見る
ことができるように、表面Ｓはその上にいくつかのスポ
ット１２００をもっており、それは例えばオイルスポッ
トである。図１２ｂは実質的に同一である右側暗視野の
画像を示す。図１２ｃは、図１１に関して説明された方
法が適用された後の結果画像を示す。図１２ｃ中に見る
ことができるのは、オイルスポットが抑制されて存在し
ない表面であり、そして表面の３次元構造が詳細に示さ
れているということである。図１２ｃ中に示されている
画像はブロック１１１６の出力であり、レリーフ画像と
呼ばれている。
【００６９】検査された表面中の異常、すなわち欠陥候
補は、反射性、光沢、勾配又は色を表す画像を単に二値
化するだけで検出することができる（図１１中のブロッ
ク１１２０参照）。欠陥の幾つかの等級においては、こ
のことは、例えば表面上の波打ちや浅い勾配領域に対す
る欠陥検出、又は表面粗さの評価に対しては適切な方法
ではないだろう。その種の欠陥に対しては、欠陥の注視
されている等級の特有の特徴に合う統計的測定を適用す
ることが有利である。例えば、浅い勾配の領域の検出に
対しては、ブロック１１１６によって形成される勾配画
像の平均値が移動窓内で計算され、又は表面粗さの評価
に対しては、移動窓内でブロック１１１６によって形成
される勾配画像の標準偏差が計算される。移動窓の大き
さは、欠陥の注視されている等級の大きさに合わされ
る。それぞれの画素について、統計的測定の結果がしき
い値と比較される。
【００７０】この信号処理のこの段階の結果は、検査さ
れた表面の局所的又は領域的な異常についての凝縮され
た情報をもつ検出画像であり、物理的特性の反射性、光
沢、勾配及び色と関連している。この情報を高い信頼
性、高速度、及び高い空間分解能をもって抽出できるこ
とは本発明の利点である。
【００７１】以下に、本発明方法と本発明装置のスチー
ル製造への適用を記述する。オペレーターによって行な
われる目視検査を置き換え助けるために、自動的な光学
的検査がスチール及び他の金属（アルミニウム、銅）の
圧延機に使用される。伸ばされて平坦になった金属片の
典型的な特性値は大きいばらつきをもっている。 ・幅・・・・・・・・１００ｍｍ − ２５００ｍｍ、 ・厚さ・・・・・・・０．１ｍｍ − ２５ｍｍ、及び ・処理ライン速度・・・５ｍ／分 − １５００ｍ／
分。
【００７２】金属片は、廃物の生成を抑えるために、製
造中の幾つかの処理段階で検査される必要がある。 ・熱間圧延（Ｔ：５００℃ − １０００℃）、 ・酸洗い及び焼きなまし処理（Ｔ＜１００℃）、 ・冷間圧延（Ｔ＜５０℃）、 ・被覆（亜鉛メッキ、錫メッキ、塗装、Ｔ＜１００
℃）、 ・切断及び分断、及び ・顧客への引渡し前の最終検査、特殊な検査ラインがよ
く使用される。
【００７３】金属片の品質にとって重大な種々の視覚的
表面欠陥が多数ある。 ・金属の内部構造の不純物と弱点によって起こり、圧延
処理の間に目に見えるようになった冶金の欠陥（例えば
裂片やスケールスラグ、貫通穴）、 ・繰り返される圧延マークやくぼみ、すり傷、不均一な
被覆のような圧延処理によって起こる欠陥、及び ・機械的取扱いによって起こる欠陥。
【００７４】欠陥の長さと幅は０．１ｍｍから数ｍまで
変動しうる。多くの欠陥は圧延方向で細長く、そのため
一般には欠陥の長さはその幅より大きい。しばしば重大
な欠陥は、平らではなく、壊れた表面又は局所的なへこ
みのために３次元形状をもつ。欠陥の深さは何十μｍか
ら貫通穴まで変動する。
【００７５】欠陥のない金属片の視覚的外観はめったに
均質ではない。一般に、表面上には、容易に真の欠陥と
混同されうる汚損縞、オイルスポット、均等でない反射
率及びきめがある。しばしば人間の検査者は、欠陥が重
大な３次元特徴をもっているかどうか見つけだすため
に、金属片を止めて、手で表面に触れなければならな
い。より速いライン速度においては、人間の外観検査は
まったく当てにならず、１００％の検査は保証できな
い。
【００７６】比較的薄い金属片を使用し高い品質を目標
としている自動車工業のような過重要求する顧客よっ
て、金属片の品質を改善さぜるを得なくさせられる傾向
は絶えず増加している。
【００７７】金属片製造で自動的な光学式検査を適用す
ることは非常に困難であった。市場にはレーザー走査又
はＣＣＤライン走査カメラを使用する幾らかの装置はあ
るが、真の前進は達成されていない。それらの装置は異
なる方向から表面を見るた目に数台のカメラ（又は検出
器）を備えていることが多いが、欠陥の３次元形状を分
析する能力は非常に限られたものである。基本的に、現
在の２次元技術に基づいた装置は、欠陥を検出すること
はできるが、真の欠陥と重要でない”偽の欠陥”とを区
別するのに十分なほどにはよくはない。複雑な画像処理
とパターン認識方法は、基本的な測定における欠点を補
償するための欠陥分析及び分類に使用されている。すべ
ての欠陥の種類はそれ自体のパラメータを必要とし、自
動的な検査装置を訓練するためには、労力と、時間のか
かる”教育”期間を必要とする。最もよい場合でさえ、
満足な結果に到着するためには、長い時間がかかり、大
変な努力を必要とする。結論として、金属圧延機の大部
分は現在の表面検査工学を適用する資質をもっていな
い。
【００７８】本発明は、自動的に重大な欠陥を識別する
ために、よりいっそう実行可能な基礎を生む測定信号の
品質をはっきりと改善するものである。欠陥の３次元特
徴を直接測定する可能性は、現在の技術では主要な障害
があるシステムの立ち上げ期間を劇的に短くするであろ
う。同時に、小さい欠陥の検出性能は、より良好な測定
によって改善される。
【００７９】上述の好ましい実施例では、表面は異なる
色の光によって照射された。しかし、本発明は使用した
光束のこれらの特徴に限定されるものではない。異なる
色の光の代わりに、異なる分極をもつ光を使用すること
ができる。本発明の上述の好ましい実施例は、１つだけ
のカラーライン走査カメラと照射の複数の経路を使用
し、信号取得及び処理は測光立体鏡の原理に基づいてい
る。
【００８０】他の実施例（図示しない）において、図３
及び図４に示した装置の代わりに、１つの照射源と、そ
れぞれが１ずつの信号を出力するカメラのような複数の
センサー装置を使用することができる。この場合、第１
の照射／観察経路は、第１の光感受センサー装置と光源
によって構成され、そこでは第１の光感受センサー装置
が表面要素から再放射された第１の特性値の光を受け、
第１の光源が表面要素を照射する。第２の照射／観察経
路は、第２の光感受センサー装置と光源によって構成さ
れ、そこでは、第２の光感受センサー装置は表面要素か
ら再放射された第２の特性値の光を受ける。第３の照射
／観察経路は、この実施例では、第３の光感受センサー
装置と光源によって構成され、そこでは、第３の光感受
センサー装置は表面要素から再放射された第３の特性値
の光を受ける。言い換えれば、この実施例は１つだけの
光源と、表面からの異なる特性値の再放射光を受ける３
つの光感受センサー装置を使用する。第１、第２及び第
３の光感受センサー装置は空間的に相互に分離されてい
る。 ［図面の簡単な説明］
【図１】 図１は本発明の方法及び装置の基礎となる全
体構想を示す。
【図２】 図２ａから図２ｃは、表面の反射性、光沢及
び勾配のそれぞれによって、光が表面からどのように散
乱するかを説明する。
【図３】 図３は本発明装置の第１の実施例を示す。
【図４】 図４は本発明装置の第２の実施例を示す。
【図５】 図５ａ及び図５ｂは、暗視野条件下での鏡の
ような表面において、３次元欠陥の検出のための照射角
度が及ぼす影響を説明する。
【図６】 図６は、表面内の３次元欠陥を検出するため
の、表面の移動方向に対して直角に向けられた光源の配
置を示す。
【図７】 図７ａは一体化された光ファイバーを備えた
本発明装置の好ましい実施例を示す。図７ｂは図７ａの
装置の側面図を示す。
【図８】 図８は検査中の表面要素を照射するための光
ファイバーの一例を示す。
【図９】 図９は光ファイバーとランプの配置を示す。
【図１０】 図１０は１つの光源から種々の色の光束を
導くための配置を示す。
【図１１】 図１１は取得された信号に基づいて異常を
検出するための信号処理鎖を説明する。
【図１２】 図１２ａは第１の暗視野経路から取得した
写真画像を示す。図１２ｂは第２の暗視野経路から取得
した写真画像を示す。図１２ｃは、図１１で説明された
工程の適用によって図１２ａ及び図１２ｂに示す画像か
ら取得した表面の３次元欠陥を示す写真画像を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモ・ピイロネン フィンランド フィン−90540 アウル カンヌスクヤ １ エー１ (72)発明者 アリ・ヘルケネン フィンランド フィン−90550 アウル ラナティ 16−18 ビー６ (72)発明者 マルッティ・カルッピネン フィンランド フィン−90650 アウル ハイエスティ 16 (56)参考文献 特開 昭63−176825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−23004（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129844（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74727（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−58731（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332739（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105045（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−216407（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−141604（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187437（ＪＰ，Ａ) 独国特許出願公開19511534（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＷＰＩ／Ｌ ＥＰＡＴ ＰＡＴＯＬＩＳ

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも３つの異なる照射／観察経路を
    使用する、移動表面の自動的検査のための方法におい
    て、 ａ）第１の信号（Ｒ）を得るために、検査される前記表
    面（Ｓ）を第１の光源（Ｌ１）からの第１の光束（３１
    ２）によって明視野条件下で照射し、前記表面（Ｓ）か
    ら再放射された第１の光束の光を光感受センサー装置
    （Ｃ）によって受ける工程、 ｂ）第２の信号（Ｇ）及び第３の信号（Ｂ）を得るため
    に、前記表面（Ｓ）を第２及び第３の光源（Ｌ２，Ｌ
    ３）からの第２の光束（３１４）及び第３の光束（３１
    ６）によって暗視野条件下でそれぞれ照射し、前記第
    １、第２及び第３の光束（３１２、３１４，３１６）は
    異なるスペクトル特性値をもっており、及び前記表面
    （Ｓ）から再放射された第２の光束の光と第３の光束の
    光をそれぞれ前記光感受センサー装置（Ｃ）によって受
    ける工程、並びに ｃ）前記第１、第２及び第３の信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から
    前記表面（Ｓ）の反射性、光沢及び勾配の物理的特性の
    内の少なくとも２つを導き、前記表面（Ｓ）の反射性に
    ついての情報は第１、第２及び第３の信号の合計から導
    かれ、前記表面（Ｓ）の光沢についての情報は第１の信
    号から第２及び第３の信号の合計を差し引いて導かれ、
    前記表面（Ｓ）の勾配についての情報は第２及び第３の
    信号の差異から導かれる工程、 を備えている方法。
  2. 【請求項２】前記第２及び第３の光束（３１４，３１
    ６）による前記表面（Ｓ）の前記照射は、前記表面
    （Ｓ）を照射している第１の光束（３１２）、前記表面
    （Ｓ）の垂線（３０８）、又は観察方向（３１０）に関
    して対称的である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記表面（Ｓ）の反射性、光沢及び勾配に
    ついての情報を導くのに先立って以下の工程を備えてい
    る請求項１又は２に記載の方法。第１、第２及び第３の
    信号を濾光すること、及びそれらの信号を同じ尺度にす
    るために、各信号に対して規格化された差異を計算する
    こと。
  4. 【請求項４】導かれた物理的特性について表面（Ｓ）の
    異常を検出する工程を含む請求項１から３のいずれかに
    記載の方法。
  5. 【請求項５】前記検出の工程は以下の工程を含む請求項
    ４に記載の方法。 導かれた物理的特性から統計的特徴を計算すること、及
    び 導かれた物理的特性をしきい値と比較すること。
  6. 【請求項６】少なくとも３つの異なる照射／観察経路を
    使用する、移動表面の自動的な検査のための方法におい
    て、 ａ）光源からの光束によって前記表面を照射する工程、 ｂ）第１の信号を取得するために、明視野条件下で、第
    １の光センサー感受装置によって、前記表面から再放射
    された第１のスペクトル特性値の光を受ける工程、 ｃ）第２及び第３の信号を取得するために、暗視野条件
    下で、第２及び第３の光センサー感受装置によって、前
    記表面からそれぞれ再放射された第２及び第３のスペク
    トル特性値の光を受ける工程であって、これら第１、第
    ２及び第３のスペクトル特性値は互いに異なっており、
    かつ前記第１、第２及び第３の光センサー感受装置は互
    いに空間的に離れている工程、並びに ｄ）前記第１、第２及び第３の信号から前記表面（Ｓ）
    の反射性、光沢及び勾配の物理的特性の内の少なくとも
    ２つを導き、前記表面（Ｓ）の反射性についての情報は
    第１、第２及び第３の信号の合計から導かれ、前記表面
    （Ｓ）の光沢についての情報は第１の信号から第２及び
    第３の信号の合計を差し引いて導かれ、前記表面（Ｓ）
    の勾配についての情報は第２及び第３の信号の差異から
    導かれる工程、を備えている方法。
  7. 【請求項７】明視野条件下で第１のスペクトル特性値の
    光で表面（Ｓ）を照射する第１の光源（Ｌ１）、 第１の信号（Ｒ）を得るために前記第１のスペクトル特
    性値の再放射光を受ける光感受センサー装置（Ｃ）、 暗視野条件下で第２のスペクトル特性値の光で前記表面
    （Ｓ）を照射し、前記第２のスペクトル特性値は前記第
    １のスペクトル特性値とは異なっており、前記光感受セ
    ンサー装置（Ｃ）が第２の信号（Ｇ）を得るために前記
    第２のスペクトル特性値の再放射光を受ける第２の光源
    （Ｌ２）、 暗視野条件下で第３のスペクトル特性値の光で前記表面
    （Ｓ）を照射し、前記第３のスペクトル特性値は前記第
    １及び第２のスペクトル特性値とは異なっており、前記
    光感受センサー装置（Ｃ）が第３の信号（Ｂ）を得るた
    めに前記第３のスペクトル特性値の再放射光を受ける第
    ３の光源（Ｌ３）、並びに 前記第１、第２及び第３の信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から前記
    表面（Ｓ）の反射性、光沢及び勾配の物理的特性の内の
    少なくとも２つを導くための手段を備え、前記導くため
    の手段は、 前記表面（Ｓ）の反射性を表す信号を与えるために、前
    記第１、第２及び第３の信号を合計するための手段（１
    １１８）、 前記表面（Ｓ）の光沢を表す信号を与えるために、前記
    第１の信号と、前記第２及び第３の信号の合計との差を
    作るための手段（１１１４）、及び 前記表面（Ｓ）の勾配を表す信号を与えるために、前記
    第２及び第３の信号間の差を作るための手段（１１１
    ６）を備えている移動表面の自動的な検査のための装
    置。
  8. 【請求項８】前記第２及び第３の光源（Ｌ２，Ｌ３）
    は、前記第１の光源（Ｌ１）の光束（３１２）、前記表
    面（Ｓ）の垂線（３０８）、又は観察方向（３１０）関
    して対称的に配置されている請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】物理的特性を導くための前記手段は、導か
    れた物理的特性に基づいて前記表面（Ｓ）の異常を検出
    するための手段（１１２０）を備えている請求項７又は
    ８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記第１、第２及び第３の光源は、１又
    は複数の光ファイバー手段によって構成され、各光ファ
    イバー手段は少なくとも１つのファイバー層をもち、前
    記光ファイバー手段及びその光ファイバー手段のファイ
    バー層は、前記第１、第２及び第３の光源の光が予め定
    められた照射角度で前記表面を照射するように配置され
    ている請求項７から９のいずれかに記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記第１、第２及び第３の光源は、光フ
    ァイバー手段（７００）によって構成され、前記光ファ
    イバー手段は少なくとも３つの層（８０６，８０８，８
    １０）を備え、第１の層（８０６）は前記第１のスペク
    トル特性値の光を供給し、第２の層（８０８）は前記第
    ２のスペクトル特性値の光を供給し、第３の層（８１
    ０）は前記第３のスペクトル特性値の光を供給し、前記
    第１及び第３の層（８０６，８１０）は、前記第１及び
    第３のスペクトル特性値の光が予め定められた照射角度
    で前記表面を照射するように、第２の層（８０８）に関
    して傾斜させられている請求項７から９のいずれかに記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】前記第１、第２及び第３の光源は第１及
    び第２の光ファイバー手段によって形成され、前記第１
    の光ファイバー手段は第１のスペクトル特性値の光を供
    給する少なくとも１つの層を備え、前記第２の光ファイ
    バー手段は第２のスペクトル特性値及び第３のスペクト
    ル特性値の光を供給する少なくとも２つの層を備え、前
    記第２及び第３のスペクトル特性値の光を供給する前記
    第２の光ファイバー手段の前記ファイバー層は、前記第
    ２及び第３のスペクトル特性値の光が予め定められた照
    射角度で前記表面を照射するように、前記第１の光ファ
    イバー手段の前記層に関して傾斜させられている請求項
    ７から９のいずれかに記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記第１、第２及び第３の光源は、均等
    化されたファイバー線（９０８ａ，９０８ｂ，９０８
    ｃ）に３つのランプの集り（９００）で接続された交流
    駆動ランプを備え、それぞれのランプは残りの２つのラ
    ンプに対して位相を１２０°ずらして動作するように制
    御される請求項７から９のいずれかに記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記交流駆動ランプはハロゲン化金属ラ
    ンプである請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記第１、第２及び第３の光源は１つの
    ランプによって構成され、前記ランプは異なるスペクト
    ル特性値をもつ少なくとも３つの異なる光束（１０１
    ０，１０２０，１０２４）を得るために、ビームスプリ
    ッター手段（１００２，１０１２）を備えている請求項
    ７から９のいずれかに記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記ビームスプリッター手段（１００
    ２，１０１２）は、異なるスペクトル特性値のためのダ
    イクロイックミラー及びフィルターを備えている請求項
    １５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】移動表面の自動的な検査のための装置に
    おいて、 前記表面を照射するための光源、 第１の信号を得るために、明視野条件下で前記表面から
    再放射された第１のスペクトル特性値の光を受ける第１
    の光感受センサー装置、 第２の信号を得るために、暗視野条件下で前記表面から
    再放射された第２のスペクトル特性値の光を受け、前記
    第２のスペクトル特性値は前記第１のスペクトル特性値
    とは異なっている第２の光感受センサー装置、 第３の信号を得るために、暗視野条件下で前記表面から
    再放射された第３のスペクトル特性値の光を受け、前記
    第３のスペクトル特性値は前記第１及び第２のスペクト
    ル特性値とは異なっており、前記第１、第２及び第３の
    光感受センサー装置は相互に空間的に離れている第３の
    光感受センサー装置、並びに 前記第１、第２及び第３の信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から前記
    表面（Ｓ）の反射性、光沢及び勾配の物理的特性の内の
    少なくとも２つを導くための手段を備え、前記導くため
    の手段は、 前記表面（Ｓ）の反射性を表す信号を与えるために、前
    記第１、第２及び第３の信号を合計するための手段（１
    １１８）、 前記表面（Ｓ）の光沢を表す信号を与えるために、前記
    第１の信号と、前記第２及び第３の信号の合計との差を
    作るための手段（１１１４）、及び 前記表面（Ｓ）の勾配を表す信号を与えるために、前記
    第２及び第３の信号間の差を作るための手段（１１１
    ６）を備えている移動表面の自動的な検査のための装
    置。
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