JP3531002B2

JP3531002B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP3531002B2
Application number: JP2000045337A
Authority: JP
Inventors: 努河村; 満昭上杉; 貴彦大重; 寛幸杉浦
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001235424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄鋼板表面
等の被検査面に光を照射して被検査面の表面疵を光学的
に検出する表面検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄鋼板表面等の被検査面に光を照射して
この被検査面からの反射光を解析することによって、被
検査面に存在する表面疵を光学的に検出する表面疵検査
は従来から種々の手法が提唱され実施されている。

【０００３】例えば、被検査体表面に対して光を入射
し、被検査表面からの正反射光及び拡散反射光をカメラ
で検出する金属物体の表面探傷方法が特開昭５８−２０
４３５３号公報に提案されている。この表面探傷方法に
おいては、被検査体表面に対し３５度〜７５度の角度で
光を入射し、被検査体表面からの反射を、正反射方向又
は正反射方向から２０度以内の角度に設定した２台のカ
メラで受光する。この２台のカメラの受光信号を比較し
て例えば両者の論理和を取る。そして、２台のカメラが
同時に異常値を検出した場合のみ該当異常値を疵と見な
すことにより、ノイズに影響されない表面探傷方法を実
現している。

【０００４】また、被検査体からの後方散乱光を受光す
ることによる被検査体表面の疵検査方法が特開昭６０−
２２８９４３号公報に提案されている。この疵検査方法
においては、ステンレス鋼板に対して大きな入射角で光
を入射し、入射側へ戻る反射光、すなわち後方散乱光を
検出することにより、ステンレス鋼板表面のヘゲ疵を検
出している。

【０００５】さらに、複数の後方散乱反射光を検出する
ことによる平鋼熱間探傷装置が特開平８−１７８８６７
号公報に提案されている。この平鋼熱間探傷装置は熱間
圧延された平鋼上の掻疵を検出する。この探傷装置にお
いては、掻疵の疵斜面角度は１０度〜４０度であり、こ
の範囲の疵斜面からの正反射光をすべてカバーできるよ
うに後方散乱反射方向に複数台のカメラが配設されてい
る。

【０００６】また、偏光を利用した表面の測定装置が特
開昭５７−１６６５３３号公報及び特開平９−１６６５
５２号公報に提案されている。特開昭５７−１６６５３
３号公報に提案された測定装置においては、測定対象に
４５度方向の偏光を入射し偏光カメラで反射光を受光し
ている。偏光カメラにおいては、反射光をカメラ内部の
ビームスプリッタを用いて３つに分岐し、それぞれ異な
る方位角の偏光フィルタを通して受光する。そして、偏
光カメラからの３本の信号をカラーＴＶシステムと同様
の信号処理によりモニタに表示し、偏光状態を可視化す
る技術が開示している。この技術はエリプソメトリの技
術を利用しており、光源は平行光であることが望まし
く、例えばレーザ光が用いられている。

【０００７】また、特開平９−１６６５５２号公報に提
案された表面検査装置においては、特開昭５７−１６６
５３３号公報に記載の技術と同様にエリプソメトリを利
用して鋼板表面の疵を検査している。

【０００８】さらに、特開平９−１７８６６９号公報に
提案された測定装置では、３方向の異なる角度の偏光を
受光し、３偏光成分の正常部に対する変化極性と変化量
のパターン、具体的には疵の信号ピーク値の極性と変化
量から疵種等級を判定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各公開公報に提案された各測定技術は、いずれも顕著
な凸凹性をもつ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存
在することを目的としたものであり、顕著な凸凹性を持
たない模様状ヘゲ欠陥等に対しては全ての疵を確実に捕
捉することが困難であった。

【００１０】例えば、特開昭５８−２０４３５３号公報
に記載の探傷装置においては、正反射と散乱反射光を受
光する２台のカメラを有しているが、その目的は２つの
カメラにおける検出信号の論理和によるノイズの影響除
去である。したがって顕著な凸凹性を有する疵、すなわ
ち表面に割れや抉れやめくれ上がりを生じているような
疵に対しては両方のカメラで疵の信号が捉えられるので
適用可能である。しかし、いずれか一方のカメラでしか
疵の信号を捉えられないような顕著な凸凹性を持たない
模様状ヘゲ欠陥のような疵の場合は、その疵をすべて検
出することはできない。

【００１１】また、特開昭６０−２２８９４３号公報の
表面状態欠陥方法は、表面粗さの小さいステンレス鋼板
上に顕在化した持ち上がったヘゲ疵を対象としている。
したがって、顕在化していない持ち上がった部分のない
疵や、疵の存在しない部分も入射側へ戻る光を反射する
ような表面の粗い鋼板に適用することはできない。

【００１２】特開平８−１７８８６７号公報の平鋼熱間
探傷装置は、掻き傷を対象にしており、疵斜面での正反
射光を捕らえることに基づいているため、顕著な凸凹性
を持たない模様状ヘゲのような疵の場合には後方散乱で
は捉えられないものも存在し、検出漏れを生ずる問題が
あった。また、一度カメラを設置し、どの角度の反射成
分が受光するかが決定されると、容易にカメラ位置を変
更できない問題もあった。

【００１３】さらに、特開昭５７−１６６５３３号公報
の測定装置や特開平９−１６６５５２号公報の表面検査
装置は、エリプソメトリの技術を用いており、薄い透明
な膜の厚さと屈折率や物性値のむらを検出することはで
きる。しかしながら、例えば表面処理鋼板のように、も
ともと疵部が母材部と異なる物性値を有していたとして
も、その上から同一の物性値を有するものに覆われたよ
うな対象に対しては有効性が低下してしまう問題があっ
た。

【００１４】また、エリプソメトリでは同一点からの反
射光を各ＣＣＤの対応する画素で受光し、画素毎にエリ
プソパラメータを計算する必要がある。そのため特開昭
５７−１６６５３３号公報においては反射光をビームス
プリッタにより３分岐して３つのＣＣＤにより検出して
おり、光量が低下したり、ＣＣＤ間の画素合わせが困難
であるという問題があった。

【００１５】また、特開平７−２８６３３号公報では、
３台のカメラを鋼板進行方向に並べたり、縦または横に
並べたり、３台のカメラの傾きを変えたりして同一領域
を見るようにしている。しかし、鋼板の速度が変化した
ときの処理が複雑であるという問題があった。また、各
カメラの角度が異なるため光学条件が同一にならないた
めに画素合わせが困難である問題があった。

【００１６】さらに、特開昭５８−２０４３５３号公報
や特開平８−１７８８６７号公報では複数台のカメラの
光軸が共通でなく出射角が異なるため、得られる２つの
画像の対応する画素の視野サイズが異なるほか、被検査
面のバタツキや対象の厚さ変動による距離変化があると
視野に位置ズレを生じるという問題点があった。特に特
開平５８−２０４３５３号公報では２つのカメラで同じ
視野に対する論理和をとることが要求されるため問題は
大きかった。

【００１７】さらに、特開平９−１７８６６９号公報で
は、異なる複数の偏光角の光強度分布の変化極性と変化
量、具体的にはピーク値の極性と変化量のパターンのみ
で疵種等級判定をするものである。これは疵の一部分の
濃度値であるピーク値から算出した特徴値であり、人間
の目視判定では疵の全体的な、あるいは平均的な濃度情
報や、幅や長さなどの形状情報を含めた判定をしていな
いため、目視判定との一致率が低いという問題があっ
た。

【００１８】製品の品質検査ラインに組み込まれる表面
検査装置においては、製造製品に対する品質保証の観点
から、疵の検出漏れがないことが絶対条件である。しか
しながら、表面処理鋼板等まで検査対象とした表面疵検
査装置は実用化されていなかった。

【００１９】この発明はかかる事情に鑑みてなされなか
ったものであり、被検査面からの反射光に含まれる鏡面
反射成分と鏡面拡散反射成分とを区別して検出すること
によって被検査面における表面の割れや抉れやめくれ上
がりのような顕著な凸凹性を持たない模様状ヘゲ欠陥を
確実に検出でき、高い欠陥検出精度を発揮でき、製品の
品質保証ラインにも十分組み込むことができる表面疵検
査装置を提供することを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る表面検査
装置は、投光部と受光部と信号処理部と疵種判定部を有
し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なく
とも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光
学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像
信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力され
た画像信号について、正常部が全階調の中心輝度になる
ように正規化し、正規化された光強度信号のそれぞれに
ついて、正常部を示す全階調の中心レベルを基準にし
て、正極性と負極性に対してあらかじめ定められた閾値
を超える領域を疵候補領域として抽出し、抽出された疵
候補領域の幅と長さと、複数の受光光学系についての疵
部の濃度ピーク値並びに抽出された正極性と負極性にお
ける疵候補領域内における閾値を超える信号の積分値で
ある濃度積算値の極性の組み合わせパターンを特徴量と
して検出し、疵種判定部は検出された疵の幅と長さと、
濃度ピーク値並びに濃度積算値の極性の組み合わせパタ
ーンから疵の種類を判定することを特徴とする。

【００２１】この発明に係る第２の表面検査装置は、投
光部と受光部と信号処理部と疵種判定部を有し、投光部
は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向
の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系を有
し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号に変
換し、信号処理部は各受光光学系から出力された画像信
号について、正常部が全階調の中心輝度になるように正
規化し、正規化された光強度信号のそれぞれについて、
正常部を示す全階調の中心レベルを基準にして、正極性
と負極性に対してあらかじめ定められた閾値を超える領
域を疵候補領域として抽出し、抽出された疵候補領域の
幅と長さと、複数の受光光学系についての疵部の濃度ピ
ーク値と抽出された正極性と負極性における疵候補領域
内における閾値を超える信号の積分値である濃度積算値
の極性の組み合わせパターン並びに各受光光学系間にお
ける濃度積算値の相対比を特徴量として検出し、疵種判
定部は検出された疵の幅と長さと、濃度ピーク値と濃度
積算値の極性の組み合わせパターン並びに相対比から疵
の種類を判定することを特徴とする。

【００２２】上記特徴量として検出された疵の濃度ピー
ク値及び濃度絶対値の積算値から疵の等級を判定すると
良い。

【００２３】また、特徴量として検出された疵の濃度ピ
ーク値と、濃度絶対値の積算値及び正極性信号の面積比
率から疵の等級を判定することが望ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の表面疵検査装置が
検査対象とする鋼板表面の光学的反射の形態を鋼板表面
のミクロな凹凸形状と関連づけて説明する。例えば、検
査対象が合金化亜鉛メッキ鋼板の場合においては、図１
（ａ）に示すように、下地の冷延鋼板は溶融亜鉛メッキ
されたのち合金化炉を通過する。この間に下地鋼板１の
鉄元素がメッキ層２の亜鉛中に拡散し、通常、図１
（ｃ）に示すように合金の柱状結晶３を形成する。この
メッキされた鋼板４は次にロール５ａ，５ｂで調質圧延
される。すると、図１（ｄ）に示すように、柱状結晶３
における特に突出した箇所がロール５ａ，５ｂで平坦に
つぶされ、それ以外の箇所は元の柱結晶３の形状を維持
したままとなる。この調質圧延のロール５ａ，５ｂにて
平坦につぶされた部分をテンパ部６と呼び、それ以外の
調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接しない元の凹凸形状
を残した部分を非テンパ部７と称する。

【００２５】図２は、このようなテンパ部６と非テンパ
部７とを有する鋼板４の表面でどのような光学的反射が
生じるかをモデル化した断面模式図である。この鋼板４
の表面（被検査面）はミクロ的に見ると種々の方向を向
いた無数の微小面素１３で構成されている。調質圧延の
ロール５ａ，５ｂによりつぶされたテンパ部６に入射し
た入射光８は、鋼板４の正反射方向に鏡面的に反射して
鏡面反射光９となる。一方、調質圧延ロール５ａ，５ｂ
が当接しない元の柱状結晶３の構造を残す非テンパ部７
に入射した入射光８は、ミクロに見れば柱状結晶３の各
表面の微小面素一つ一つにより鏡面的に反射されるが、
反射の方向は鋼板４の正反射方向とは必ずしも一致しな
い鏡面拡散反射光１０となる。したがって、鋼板４の表
面におけるテンパ部６及び非テンパ部７の各反射光の角
度分布は、マクロに見ればそれぞれ図３（ａ），図３
（ｂ）のようになる。すなわち、テンパ部６では鋼板正
反射方向に鋭い鏡面性の反射が発生し、非テンパ部７で
は柱状結晶３の表面の微小面素の角度分布に対応した広
がりを持った反射光となる。前述したように、テンパ部
６の反射光を鏡面反射光９と称し、非テンパ部７の反射
光を鏡面拡散反射光１０と称する。そして、テンパ部６
と非テンパ部７はマクロ的には混在しているので、カメ
ラ等の光学測定器で観察される反射光の角度分布は、図
３（ｃ）に示すように、鏡面反射光９及び鏡面拡散反射
光１０の角度分布をテンパ部６と非テンパ部７とのそれ
ぞれの面積率に応じて加算したものとなる。

【００２６】以上、テンパ部６と非テンパ部７とを合金
化亜鉛メッキ鋼板を例にして説明したが、調質圧延によ
り平坦部が生じる他の鋼板にも一般に成り立つ。

【００２７】次に、本発明の検出対象となる顕著な凹凸
性を持たない模様状ヘゲ欠陥と呼ばれる欠陥の光学反射
特性について説明する。図４に示すように、合金化溶融
亜鉛メッキ鋼板に見られるヘゲ欠陥（ヘゲ部）１１は、
メッキ加工前の冷延鋼板原板にヘゲ欠陥が存在し、その
上にメッキ層２が乗り、さらに下地鋼板１の鉄元素の拡
散によりるヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。

【００２８】一般に、ヘゲ部１１は鋼板４の正常部分を
示す母材１２と比較して、例えばメッキ厚に違いが生じ
たり、合金化の程度に違いが生じる。その結果、例え
ば、ヘゲ部１１のメッキ厚が厚く母材１２に対し凸の場
合には、調質圧延が印加されることによりテンパ部６の
面積が非テンパ部７に比べて多くなる。逆に、ヘゲ部１
１のメッキ厚が薄く母材１２に比べ凹の場合には、ヘゲ
部１１は調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接せず、非テ
ンパ部７が大半を占める。また、ヘゲ部１１の合金化が
浅い場合には微小面素の角度分布は鋼板方線方向に強
く、拡散性は小さくなる。

【００２９】次に、このようなヘゲ部１１と母材部１２
の表面性状の相違により、模様状ヘゲ欠陥がどのように
見えるかを説明する。上述したモデルに基づきヘゲ部１
１と母材部１２の違いについて分類すると一般に次の３
種類に分けられる。

【００３０】（ａ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率及び非テンパ部７の微小面素の角度分布が、母材部
１２におけるテンパ部６の面積率及び非テンパ部７の微
小面素の角度分布と異なる（図６（ａ）、図５
（ａ））。

【００３１】（ｂ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率と異なる
が、ヘゲ部１１の非テンパ部７の微小面素の角度分布は
母材部１２における非テンパ部７の微小面素の角度分布
と変わらない（図６（ｂ）、図５（ｂ））。

【００３２】（ｃ）ヘゲ部１１における非テンパ部７の
微小面素の角度分布は母材部１２の非テンパ部７の微小
面素の角度分布と異なるが、ヘゲ部１１におけるテンパ
部６の面積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率
と変わらない（図６（ｃ）、図５（ｃ））。

【００３３】図７に示すように、入射光８が当接する微
小面素１３の法線方向の鋼板４の鋼板法線方向に対する
傾斜角度を微小面素１３の法線角度ξとし、この法線角
度ξとテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）との関係を、上述し
た（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの場合について、図６
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。

【００３４】このテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小
面素１３の角度分布の違いが、図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すような反射光量の角度分布の違いとして観
察される。図中実線で示す角度分布がヘゲ部１１に対応
するヘゲ部角度分布１１ａであり、点線で示す角度分布
が母材部１２に対応する母材部角度分布１２ａである。

【００３５】すなわち、図５（ａ）はヘゲ部角度分布１
１ａと母材部角度分布１２ａとの間において、鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分とが共に差が存在する場合を示
し、図５（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合
を示し、図５（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在
する場合を示す。そして、ヘゲ部角度分布１１ａと母材
部角度分布１２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に相
違がある場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、
その差は正反射方向から観察される。具体的には、正反
射方向からヘゲ部１１の反射光を測定した場合と母材部
１２の反射光を測定した場合に、ヘゲ部１１のテンパ部
６の面積率Ｓ（ξ）が母材部１２のテンパ部６の面積率
Ｓ（ξ）より大きい場合にはヘゲ部１１は母材部１２に
比較して相対的に明るく見える。逆に、ヘゲ部１１のテ
ンパ率６が母材部１２より小さいときにはヘゲ部１１は
母材部１２に比較して相対的に暗く観察される。

【００３６】ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１
２ａでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に違いがない場合に
は図５（ｃ）に示すように、正反射方向からの単なる受
光強度の差を観察するのみではヘゲ部１１の存在を観察
できない。しかし、鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分
布）に違いがあるときには図５（ｃ）に示すように正反
射方向以外の拡散方向から欠陥が観察される。

【００３７】例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の
拡散性（角度分布）が小さいときには、一般に正反射方
向に比較的近い拡散方向からヘゲ部１１は明るく観察さ
れ、正反射方向から離れるに従い明るさは小さくなり、
ある角度で観察不能となる。さらに正反射方向から遠ざ
かると今度はヘゲ部１１は暗く観察される。

【００３８】このようなヘゲ部１１を母材部１２と確実
に区別して検出するためには、図６において、どういう
角度（法線角度ξ）の微小面素１３からの反射光を抽出
するのかを検討することが必要である。例えば、図５
（ａ），（ｂ）の例のように、正反射方向でヘゲ部１１
と母材部１２の違いを検出するということは、図６で示
される微小面素１３の角度分布のうち微小面素１３の法
線角度ξ＝０について抽出し、ヘゲ部１１と母材部１２
との違いを検出していることになる。

【００３９】ここで、微小面素１３の法線角度ξ＝０の
反射光を抽出するということを数学的に表現すると、図
６の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図８（ａ）に
示すデルタ関数δ（ξ）で表される抽出特性を示す関数
（以後、この関数を重み関数Ι（ξ）と呼ぶ）を乗じて
積分することに相当する。

【００４０】また、例えば、入射角６０度において、正
反射方向から２０度ずれた４０度の角度位置で反射光を
測定することは、図８（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ
＋１０）なる重み関数Ι（ξ）を用いて計算することに
相当する。

【００４１】なお、図７に示すように、反射角度θ度と
微小面素１３の法線角度ξと入射光８の入射角度θとの
関係は簡単な幾何学的考察によって（１）式で求まる。 θ度＝−θ＋２ξ （１）すなわち、どういう角度（法線角度ξ）の微小面素１３
からの反射光を抽出するかということは、どのような重
み関数Ι（ξ）を設計するかということに相当すること
が理解できる。

【００４２】このような観点から、図６（ａ），
（ｂ），（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部
１２と弁別して検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考え
ると、図８（ａ），（ｂ）に示すデルタ関数δ（ξ），
δ（ξ＋１０）も有効な重み関数Ｉ（ξ）の一つであ
る。なお、重み関数Ι（ξ）は、必ずしも図８に示した
特定の法線角度のみを抽出する幅が無限小のデルタ関数
δ（ξ）である必要はなく、ある程度の信号幅を有する
ことも可能である。

【００４３】しかしながら、このような弁別手法におい
ては、２つの光学系の視野を同一にすることはできな
い。また、拡散反射光を測定するために一旦カメラを設
置すると、その重み関数Ι（ξ）を変更することは、カ
メラの設置位置を変更することが必要であるから容易で
はない。

【００４４】前者の課題に対しては同一光軸上の測定が
必要ある。すなわち、拡散反射光を捉えるのでなく、鋼
板４の正反射方向からの測定のみで鏡面反射成分と鏡面
拡散反射成分との両成分を捉えることが望ましい。そし
て、後者の課題に対しては、重み関数Ι（ξ）をある程
度自由度を持って設定できることが望ましい。

【００４５】そこで、本発明においては、まず光源とし
て、レーザのような平行光源ではなく拡散特性を持つ線
状の光源、すなわち線状拡散光源を用いている。また、
鋼板４の正反射方向から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分とを分離して抽出する必要があるので偏光を用いてい
る。この線状拡散光源の効果を説明するために、図９
（ａ），（ｂ）に示すように線状拡散光源１４を鋼板４
の表面に平行に配置し、光源に垂直な面内にあり、入射
角が出射角と一致する方向である鋼板正反射方向から鋼
板４上の一点を観察したときの反射特性を考える。

【００４６】図９（ａ）に示すように、線状拡散光源１
４の中央部から照射された入射光８の場合、テンパ部６
に入射した入射光８は鏡面的に反射されて、鋼板正反射
方向で全て捉えられる。一方、非テンパ部７に入射した
光は鏡面拡散的に反射され、たまたま鋼板法線方向と同
一方向を向いている微小面素１３により反射された分の
みが捉えられる。このような方向を向いている微小面素
１３は非常に少ないので、鋼板正反射方向に配設された
受光カメラで捉えられる反射光のうちではテンパ部６か
らの鏡面反射光が支配的である。

【００４７】これに対し、図９（ｂ）に示すように、線
状拡散光源１４の中央部位外の位置から照射された入射
光８の場合には、テンパ部６に入射した光は鏡面反射し
て鋼板正反射方向とは異なる方向へ反射する。そのた
め、鏡面反射した光は鋼板正反射方向では捉えることが
できない。一方、非テンパ部７に入射した光は鏡面拡散
的に反射され、そのうち鋼板正反射方向に反射された分
が受光カメラで捉えられる。したがって、鋼板正反射方
向に配設された受光カメラで捉えられる反射光は全て非
テンパ部７で反射した鏡面拡散反射光である。

【００４８】以上２つの場合を併せると、線上拡散光源
１４の長尺方向全体から照射される全ての入射光８のう
ち鋼板正反射方向からの観察で捉えられるのは、テンパ
部６からの鏡面反射光と非テンパ部７からの鏡面拡散反
射光との和である。

【００４９】次に、鋼板４の正反射方向から線状拡散光
源１４を使用して観察した場合に、偏光特性がどう変化
するかについて説明する。一般に、鏡面状の金属表面で
の反射においては、電界の方向が入射面に平行な光（ｐ
偏光）あるいは入射面に直角な光（ｓ偏光）において
は、反射によっても偏光特性は保存される。すなわち、
ｐ偏光のまま又はｓ偏光のまま出射する。また、ｐ偏光
成分とｓ偏光成分とを同時に持つ任意の偏光角を有した
直線偏光が反射されると、ｐ、ｓ偏光の反射率非ｔａｎ
Ψ及び位相差△に応じた楕円偏光となって出射する。

【００５０】合金化亜鉛メッキ鋼板に線状拡散光源１４
から光が照射される場合を図１０（ａ），（ｂ）を用い
て説明する。図１０（ａ）に示すように、線状拡散光源
１４の中央部から出射した光は鋼板４のテンパ部６で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。これに関して
は上記一般の鏡面状の金属表面での反射がそのまま成立
する。

【００５１】一方、図１０（ｂ）に示すように、線状拡
散光源１４の中央部位外の位置から出射した光は、鋼板
４の非テンパ部７の結晶表面の傾いた微小面素１３で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。この場合、鋼
板４の入射面に平行なｐ偏光の光を入射したとしても実
際に反射する傾いた微小面素１３に対して考えた場合に
は入射面は微小面素１３に対して平行ではなく、ｐ，ｓ
両偏光成分を持つ直線偏光であるため、楕円偏光となっ
て出射する。線状拡散光源１４からｓ偏光を入射した場
合も同様である。

【００５２】また、線状拡散光源１４からｐ，ｓ両偏光
成分を持つ任意の偏光角αの直線偏光が鋼板４に入射し
た場合、線状拡散光源１４の中央部以外の位置から傾い
た微小面素１３に入射した光は偏光角αが傾いて作用す
るため、鋼板正反射方向に出射する楕円偏光の形状は、
線上拡散光源１４の中央部から入射してテンパ部６で鏡
面反射した光とは異なる。

【００５３】以下、ｐ，ｓ両性分を持つ直線偏光を線状
拡散光源１４から鋼板４に入射する場合について詳細に
検証する。まず、図１１に示すように、線状拡散光源１
４からの入射光８を方位角（偏光角）αを有する偏光板
１５で直線偏光にした後、水平に配置された鋼板４に入
射させ、その正反射光を受光カメラ１６で受光する、前
述したように、線状拡散光源１４上のＣ点から出射され
た入射光８については、鋼板４におけるテンパ部６によ
り鏡面反射された成分、及び、非テンパ部７におけるた
またま法線が鋼板４の鉛直方向を向いた法線角度ξ＝０
の微小面素１３から鏡面拡散反射された成分が鋼板４上
の０点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与して
いる。

【００５４】一方、図１２に示すように、線状拡散光源
１４上の鋼板４のＯ点から見て角度φだけずれた点Ａか
らの入射光８については、鏡面反射成分は受光カメラ１
６方向とは異なる方向に反射されるため、前述した法線
角度ξの微小面素１３による鏡面拡散反射成分のみが寄
与する。

【００５５】ここで、入射光８の入射方向を示す角度φ
と微小面素１３の法線角度ξとの関係は、入射光８の鋼
板４に対する入射角度θを用いて、間簡単な幾何学的考
察により、（２）式で与えられる。

【００５６】

【数１】

【００５７】次に、このようにして反射された光の偏光
状態について考える。Ｃ点から出射された入射光８が、
方位角（偏光角）αの偏光板１５を通り、鋼板４上のＯ
点にて鏡面反射された後の偏光状態Ｅｃは、偏光光学で
一般に用いられるジョーンズ行列を用いて、Ｅｃ＝Ｔ・Ｅｉｎ（３）と表される。但し、Ｅｉｎは偏光板１５の方位角（偏光
角）αの直角偏光ベクトルを示し、Ｔは鋼板４の反射特
性行列を示す。そして、直線偏光ベクトルＥｉｎと反射
特性行列Ｔは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比をｔａｎΨ、
ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差を△、ｓ偏光の振幅反射率
をｒｓとすると、それぞれ（４），（５）式で与えられ
る。

【００５８】

【数２】

【００５９】同様に、線状拡散光源１４上のＡ点から出
射した入射光８が法線角度ξの微小画素１３で受光カメ
ラ１６の方向に反射された光の偏光状態Ｅａは入射面が
偏光板１５及び受光カメラ１６の検光子と直交している
とすると（６）式で与えられる。（６）式においてＲは
回転行列であり、（７）式で与えられる。

【００６０】

【数３】

【００６１】（３）式は、（６）式において微小面素１
３の法線角度ξ＝０とした特別の場合であり、鏡面反射
成分についても鏡面拡散反射成分についても（６）式を
用いて統一的に考えることができる。（６）式を計算
し、法線角度ξの微小面素１３からの反射光の楕円偏光
状態を図示すると、図１３に示すようになる。ここで入
射偏光の方位角（偏光角）αは４５度、入射角θは６０
度、鋼板４の反射特性としてｐ，ｓ偏光の振幅反射率比
の逆正接Ψ＝２８度、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差△＝
１２０度とした、図１３より、法線角度ξ＝０すなわち
鏡面反射の場合の楕円に対して法線角度ξの値が変化す
るに従って、楕円が傾いていくのが理解できる。したが
って、例えば受光カメラ１６の前に検光子１７を挿入
し、その検光角βを設定することによって、どの法線角
度ξの微小面素１３からの反射光をより多く抽出するか
を選択することができる。

【００６２】このことを定量化するために、図１２に示
すように、（３）式で表される偏光状態Ｅａの反射光に
対して検光角βの検光子１７を挿入した後における偏光
状態Ｅｏを求めると（８）式となる。

【００６３】

【数４】

【００６４】（８）式においてＡは検光子１７を表す行
列であり、（９）式で表される。

【００６５】

【数５】

【００６６】次に、この（８）式から受光カメラ１６で
検出する法線角度ξの微小面素１３からの反射光の光強
度を求める。前述したように、該当微小面素１３の面積
率をＳ（ξ）とすると、下記（１０）式が成立する。

【００６７】

【数６】

【００６８】上式におけるΙ（ξ，β）は、前述したよ
うに、法線角度ξの微小面素１３からの反射光をどの程
度抽出できるかを示す重み関数であり、光学系及び被検
体の偏光特性に依存する。そして、それに鋼板４の反射
率ｒｓ²と入射光光量Ｅｐ²と面積率Ｓ（ξ）を乗じたも
のが検出される光強度になる。

【００６９】表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材
質が均一な対象を考える場合は反射率ｒｓ²の値は一定
と考えられる。また、入射光光量Ｅｐ²は入射光量が光
源の位置によらず均一ならば同じく一定の値としてよ
い。したがって受光カメラ１６が検出する光強度を求め
るには、法線角度ξの微小面素１３の面積率Ｓ（ξ）と
重み関数Ι（ξ，β）とを考えればよい。

【００７０】ここで、重み関数Ι（ξ，β）について考
える。法線角度ξの微小面素１３からの寄与が最も大き
くなるような検光子１７の検光角βｏを選定しようとし
た場合、その候補は次の（１１）式をβについて解くこ
とによって与えられる。

【００７１】

【数７】

【００７２】（１１）式により、法線角度ξ＝０、すな
わち鏡面反射成分の寄与が最も大きくなるような検光角
βを求めると、検光角βは約−４５度である。但し、こ
こでも、鋼板４の反射特性として前述した反射率比の逆
正接Ψ＝２８度、位相差△＝１２０度を採用し、線状拡
散光源１４からの入射光８に対する偏光板１５の方位角
（偏光角）α＝４５度を採用した。

【００７３】図１４に、検光子１７の検光角βが−４５
度の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数
Ι（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのた
めに重み関数Ι（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格
化してある。図１４の特性から、法線角度ξ＝０度、す
なわち鏡面反射成分が最も支配的で、逆に法線角度ξ＝
±３５度付近の微小面素１３からの鏡面拡散反射光が最
も抽出されないことが理解できる。

【００７４】また、法線角度ξ＝±３５°の反射光を最
もよく抽出するような検光子１７の検光角βを（１０）
式と（１１）式より求めると、およそβ＝４５度であ
る。検光子１７の検光角β＝４５度に対する微小面素１
３の法線角度ξと重み関数Ι（ξ，４５）の関係を図１
５に示す。ここで、図１５の重み関数Ι（ξ，β）の特
性が左右対称でないのは、入射面（微小面素１３に対す
る入射光８と反射光により張られる平面）を基準に考え
ると、微小面素１３の法線角度ξが正の場合、見かけ上
入射光８の偏光の方位角（偏光角）αが小さくなる（ｐ
偏光に近づく）ことと、鋼板４のｐ偏光反射率がｓ偏光
反射率より小さいことによる。

【００７５】また、検光子１７の検光角β＝−４５度と
４５度の中間の特性となるβ＝０度及び９０度について
も計算した重み関数Ι（ξ，０），Ι（ξ，β）も図１
５に示した。Ι（ξ，０）は−５０度付近にピークがあ
るが、測定対象の面積率によりξ＝１５度付近の影響が
最も大きい場合が多い。（１０）式で示したように、法
線角度ξの微小面素１３からの反射光強度は、重み関数
Ι（ξ，β）と面積率Ｓ（ξ）の積により与えられるか
ら、最終的に受光カメラ１６で受光する光強度は［Ｓ
（ξ）・Ι（ξ，β）］を法線角度ξについて積分した
ものになる。例えば、図１６に示すような反射特性を有
する鋼板４からの反射光を、検光角βが−４５度の検光
子１７を通して受光した場合、図１６で示される面積率
Ｓ（ξ）を図１４に示す重み関数Ι（ξ，β）で示され
る重みをつけて積分したものが実際に受光した光強度と
なる。

【００７６】そこで、鋼板４の表面に、図５（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示されるような特性のヘゲ部１１が存
在した場合を考える。その場合の各面積率Ｓ（ξ）は、
それぞれ図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになってい
る。

【００７７】まず図５（ｂ），図６（ｂ）のように鏡面
反射成分のみに違いがある場合を考える。このような疵
を検光角β＝−４５度の検光子１７を通して受光したと
きの光強度は、図６（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図１
４で表される重み関数Ｉ（ξ，β）をかけて積分したも
のに相当するから、母材部１２とヘゲ部１１との反射光
量の違いを検出することができる。

【００７８】また同一疵を検光角β＝４５度の検光子１
７を通して受光したときの光強度については、図６
（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないた
め、図１５の検光角β＝４５度の重み関数Ι（ξ，β）
をかけて積分することを考えると明らかなように、母材
部１２とヘゲ部１１との違いを検出することができな
い。

【００７９】また、図５（ｃ），図６（ｃ）のように鏡
面拡散反射成分のみに違いがある場合には、逆に検光角
β＝−４５度の検光子１７を通したのでは検出できず、
検光角β＝４５度の度検光子１７を通したときに検出で
きる。但し、母材部１２とヘゲ部１１の鏡面拡散反射成
分の違いがなくなっている法線角度ξは、図６（ｃ）で
は法線角度ξ＝±２０度付近であったが、もし、その角
度がたまたま±３０数度付近となる疵があると、検光角
β＝４５度の検光子１７を通しても検出できなくなる。
その場合は、別の重み関数例えばΙ（ξ，９０）となる
ような検光角β（例えば９０°）の検光子１７をもう一
つ別に用意し、３番目の受光カメラ１６で受光するよう
にすればよい。

【００８０】一般に、鋼板４の表面の母材部１２及びヘ
ゲ部１１の反射特性は図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のい
ずれかであるので、ヘゲ部１１の見落しをなくすために
は、３つの異なる検光角βの検光子１７を用い、対応す
る３つの法線角度ξの微小面素１３からの反射光を抽出
して受光するようにすることが必要である。また、図５
（ａ），図６（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反
射成分ともの違いがある場合には、基本的には、例えば
−４５度と＋４５度のいずれの検光子１７を通した反射
光でも母材部１２とヘゲ部１１との違いを検出できる。
したがって、本発明では線状拡散光源１４を用い、第１
の受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反
射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散反射成分に
比較して鏡面反射成分をより多く抽出し受光し、第２の
受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射成分に比較し
て鏡面拡散反射成分をより多く抽出している。

【００８１】そこで、例えば被検査面からの正反射光の
みを受光する第１、第２の受光手段にてでも、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す鋼板４の表面の各反射特
性におけるヘゲ部１１の存在を母材部１２との比較にお
いて確実に検出できる。

【００８２】このような光学系により、正反射方向から
の共通な光軸での測定であるため、鋼板距離変動や速度
変化に影響されることなく、鏡面反射・鏡面拡散反射そ
れぞれに対応した２つの信号を得ることが可能になり、
顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれを生じ
ることなく検出可能な表面疵検査装置を実現できる。

【００８３】そこで、この発明においては被検査面に対
して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射す
るように投光部を配置し、被検査面からの反射光を受光
する受光部を所定の位置に配置する。受光部はレンズの
前に検光角がそれぞれ、例えば０°，４５°，−４５°
に設定された検光子を有する３台のリニアアレイカメラ
からなる受光カメラで構成されている。そして各受光カ
メラの各画素が同一視野サイズで一対一に対応するよう
に、各光軸は互いに平行に維持されている。

【００８４】信号処理部は各リニアアレイカメラからの
出力信号について、１ライン長さを一定にする鋼板の速
度変動に対する追従処理と鋼板有効領域を決定するため
のエッジ検出処理と幅方向の輝度ムラの補正処理を行
い、正常部が全階調の中心輝度になるように正規化し、
正常部に対する相対的な変化を示す光強度信号に変換す
る。この正規化された偏光の光強度信号のそれぞれにつ
いて、正常部を示す全階調の中心レベルを基準にして、
あらかじめ定められた閾値を超える領域を疵候補領域と
して抽出し、抽出された疵候補領域の幅と、長さと、領
域内における閾値を超える信号の積分値である濃度積算
値と、各受光カメラ間の濃度積算値の相対比率と、濃度
積算値の正常部に対する極性の組み合わせパターンと、
信号の絶対値の最大値である濃度ピーク値、信号の絶対
値の積分値である絶対濃度積算値、疵器に対する正極性
領域の画素比率である正極性面積比の特徴量を検出す
る。疵種判定部では幅、長さ、疵ピーク値、濃度積算値
の極性組み合わせパターン、濃度積算値の相対比率の特
徴量から疵の種類を判定する。

【００８５】また、等級判定部では絶対濃度積算値と信
号ピーク及び正極性面積比から疵の等級を判定する。

【００８６】

【実施例】図１７はこの発明の一実施例の表面疵検査装
置の概略構成を示す配置図、図１８はこの表面疵検査装
置を被検査体としての鋼板４の搬送方向にそって切断し
た断面図である。図の矢印方向に搬送されている鋼板４
の搬送路の上方位置には１台の線状拡散光源１４が帯状
の鋼板４の幅方向の全幅にわたり配設されている。この
線状拡散光源１４は表面疵検査装置全体を覆う遮光ケー
ス２１の内側に固定され、拡散反射塗料を塗布した透明
光導棒の両端から内部へメタルハライド光源の光を投光
することによって幅方向に一様の光を出射する。この線
状拡散光源１４としては蛍光灯を使用したり、光ファイ
バーの出射端を直線上に整列させたファイバー光源を使
用しても良い。光ファイバー束を使用した場合は、各光
ファイバーからの出射光は光ファイバーの開口数ＮＡに
対応して十分な広がり角を持ち、これを整列させたファ
イバー光源は実質的に線状光源になる。

【００８７】線状拡散光源１４の幅方向の各位置から出
射された光８はシリンドリカルレンズ２２と、方位角
（偏光角）αは４５度になるように配置された偏光板１
５を介して走行状態の鋼板４の全幅に対して例えば６０
°の入射角θで入射する。鋼板４で反射した反射光２３
は鋼板４からの正反射方向に配置されたミラー２４へ入
射する。ミラー２４で反射された反射光２３は遮光ケー
ス２１内の上部位置に固定された各受光カメラユニット
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに入射する。各受光カ
メラユニット２５ａ〜２５ｄは線状拡散光源１４と平行
で、かつ鋼板４の幅方向に等間隔に配置されている。各
受光カメラユニット２５ａ〜２５ｄの各受光信号は例え
ばこの表面疵検査装置の操作盤内に配設された判断処理
部としての信号処理部３０へ送出される。

【００８８】鋼板４の幅方向に等間隔に配設された各受
光カメラユニット２５ａ〜２５ｄ内には、図１９に示す
ように、３台のリニアアレイカメラからなる受光カメラ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃが組み込まれている。各受光カ
メラユニット１５ａ〜２５ｄ内の各受光カメラ１６ａ〜
１６ｃ単体の受光範囲Ａは、両側に隣接する他のカメラ
ユニット２５ａ〜２５ｄ内の対応する受光カメラ１６ａ
〜１６ｃの受光範囲Ａと一部重複するように配置されて
いる。すなわち、鋼板４上の軸方向の任意の位置からの
反射光は、それぞれ少なくとも受光カメラユニット２５
ａ〜２５ｄ内の３種類の受光カメラ１６ａ〜１６ｃで受
光される。そして３種類（３個）の受光カメラ１６ａ〜
１６ｃのうち２種類（２個）の受光カメラ又は１種類
（１個）の受光カメラでしか反射光を受光できない例え
ば鋼板４の両側のエッジ外側等の位置は無効領域として
いる。そして、鋼板４の全幅が有効領域に入るように各
受光カメラユニット２５ａ〜２５ｄの幅方向位置と鋼板
４までの距離とレンズの焦点距離等が設定されている。

【００８９】このようにミラー２４で鋼板４からの反射
光２３を反射させて各受光カメラユニット２５ａ〜２５
ｄに入射することにより、装置をコンパクトにすること
ができる。また、図１９に示すように、ミラー２４と鋼
板４の間隔を適当に定めておくと、ミラー２４上に各受
光カメラユニット２５ａ〜２５ｄの視野から外れる領域
Ｂが生じる。この視野から外れる領域Ｂでミラー２４を
分割して構成することができ、ミラー２４の製造費を低
く抑えることができる。

【００９０】各受光カメラユニット２５ａ〜２５ｄに組
み込まれた３個の各受光カメラ１６ａ〜１６ｃのレンズ
の前面には、図２０に示すように、検光角βがそれぞれ
−４５度と４５度と０度に設定された検光子１７ａ，１
７ｂ，１７ｃが取り付けられている。この各受光カメラ
ユニット２５ａ〜２５ｄの各受光カメラ１６ａ〜１６ｃ
で鋼板４から反射光２３を受光し、各受光カメラ１６ａ
〜１６ｃ毎の受光範囲Ａ分の各画素毎の光強度はそれぞ
れ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて信号処理部３０へ
送られる。各受光カメラユニット２５ａ〜２５ｄの検光
子１７の検光角βが同一値に設定された各受光カメラ１
６ａ〜１６ｃ毎の受光範囲Ａは、図１９に示すように、
鋼板４の幅方向で一部重複して隙間無く配置されている
ため、各受光カメラユニット２５ａ〜２５ｄの検光角β
＝−４５度の検光子１７ａを有する受光カメラ１６ａか
ら出力される各光強度信号を合成すると、鋼板４の全幅
に相当する幅方向の一つの光強度信号ａになる。同様
に、各カメラユニット２５ａ〜２５ｄにおける検光角β
＝４５度の検光子１７ｂを有する各受光カメラ１６ｂか
ら出力される各光強度信号を合成すると、鋼板４の全幅
に相当する幅方向の一つの光強度信号ｂになる。また、
各カメラユニット２５ａ〜２５ｄにおける検光角β＝０
度の検光子１７ｃを有する各受光カメラ１６ｃから出力
される各光強度信号を合成すると、鋼板４の全幅に相当
する幅方向の一つの光強度信号ｃになる。この鋼板４の
全幅にわたって信号合成された各光強度信号ａ，ｂ，ｃ
が信号処理部３０に送られる。

【００９１】信号処理部３０に送られた光強度信号ａ，
ｂ，ｃは、図２１のブロック図に示すように、それぞれ
平均値間引き部３１ａ〜３１ｃに入力する。平均値間引
き部３１ａ〜３１ｃはスキャン周期毎に入力される光強
度信号ａ，ｂ，ｃを平均し、鋼板４の幅方向の１ライン
分の信号を出力する。このような間引き処理を行うこと
により、鋼板４の搬送速度が変化しても信号処理におけ
る１ライン鋼板移動方向の分解能を一定にすることがで
きる。また、スキャン周期毎の光強度信号ａ，ｂ，ｃを
平均しているから、信号処理における１ラインの鋼板移
動方向の分解能が受光カメラ１６ａ〜１６ｃの鋼板移動
方向の視野サイズよりも十分大きい場合にも、細かく測
定した平均値を用いることができるので、欠陥等の見落
としをなくすことができる。

【００９２】平均値間引き部３１ａ〜３１ｃで処理され
た光強度信号ａ，ｂ，ｃは前処理部３２ａ〜３２ｃへ送
られる。前処理部３２ａ〜３２ｃは送られた信号の幅方
向、すなわち１ラインの信号の輝度ムラを補正する。こ
こでいう輝度ムラには光学系に起因する輝度ムラも鋼板
４の反射率に起因する輝度ムラも含まれる。この輝度ム
ラ補正により正常部を信号の全階調の中心レベルとし、
光強度信号ａ，ｂ，ｃの各画素のデータを正常部を基準
にした変化分の信号に変換する。また、前処理部３２ａ
〜３２ｃは鋼板４の両側のエッジ位置も検出し、エッジ
における急激な光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を疵と誤認
識することを防ぐ処理も行なう。前処理部３２ａ〜３２
ｃで処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは２値化処理部
３３ａ〜３３ｃへ送られる。２値化処理部３３ａ〜３３
ｃは各光強度信号ａ，ｂ，ｃに含まれる各画素のデータ
を正常部を示す全階調の中心レベルを基準にして、正極
性と負極性に対してあらかじめ定められた閾値を超える
領域を疵候補領域として抽出して特徴量算出部３４ａ〜
３４ｃへ送る。特徴量算出部３４ａ〜３４ｃは、それぞ
れに対応する正常部からの変化信号に正規化された偏光
の強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３について、抽出された領域
の開始と終了のアドレスと、疵の幅と長さと面積と、抽
出された領域における閾値を超える信号の積分値である
濃度積算値と、抽出された領域における閾値を超える信
号の絶対値の最大値である濃度ピーク値と、抽出された
領域における閾値を超える信号の絶対値の積分値である
絶対濃度積算値及び疵面積に対する正極性領域の画素比
率である正極性面積比等の特徴量を求める。そして疵候
補の特徴量としての疵アドレスと、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３
と、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ
２，ＩＳ３と、濃度ピーク値ｐ１，ｐ２，ｐ３と、絶対
濃度積算値ＩＳＡ１，ＩＳＡ２，ＩＳＡ３及び正極性面
積比Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を特徴量統合部３８に送る。ここ
で濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３は（１２）式か
ら、絶対濃度積算値ＩＳＡ１，ＩＳＡ２，ＩＳＡ３は
（１３）式から求められる。

【００９３】

【数８】

【００９４】特徴量統合部３５は特徴量算出部３４ａ〜
３４ｃから送られた特徴量から、幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の
最大値Ｗと、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３の最大値Ｌと、濃度
ピーク値ｐ１，ｐ２，ｐ３の最大値ｐと、絶対最大値Ｉ
Ｓ１，ＩＳ２，ＩＳ３の最大値ＩＳと、濃度積算値の相
対率ＩＳ２／ＩＳ１，ＩＳ２／ＩＳ３や濃度積算値の正
常部に対する極性の組み合わせパターン(以下、極性パ
ターンという)Ｋｐ＝（ＩＳ１極性，ＩＳ２極性，ＩＳ
３極性）等を算出して疵総合判定部３６へ送る。疵総合
判定部３６は、疵候補の濃度積算値の極性パターンＫｐ
と、幅の最大値Ｗと、長さの最大値Ｌ及び濃度ピーク値
の最大値ｐの特徴量の値をあらかじめ実験により求めら
れた各疵種に対応する値と比較して疵と疑似模様との弁
別と疵の種類を分別する。このとき、まず濃度積算値の
極性パターンＫｐを用い欠陥の種類あるいは表面ムラ等
の無害欠陥であるかを分類する。そして欠陥と判定した
場合には、形状の特徴量である幅と長さの関係がどのよ
うになっているかにより、点状欠陥か線状欠陥か帯状欠
陥かあるいは面状欠陥かを分類する。この疵種を分類す
るときに濃度積算値の極性パターンＫｐを使うのは、目
視における判定の際はピーク値のような疵の部分的な濃
度の極性でなく、マクロ的に疵を見た疵全体、あるいは
平均的な濃度の極性による判断をしており、この目視に
よる判定に近い形で判断するためである。また、目視に
よる判定では形状情報すなわち疵と長さの関係での疵種
分類も行うことから、疵種判定には疵の幅と長さでの分
類をする。さらに形状情報として、例えば線状欠陥とさ
れる同一形態の欠陥であっても、信号レベルの高い疵と
低い疵、すなわち目視ではコントラストの強弱の違いか
ら異なる疵種との判定をすることから、濃度ピーク値ｐ
を利用して分類を行う。

【００９５】例えば、検出すべき有害欠陥の濃度積算値
の極性パターンＫｐと濃度ピーク値をｐを表１に示す。

【００９６】

【表１】

【００９７】表１に示すように、有害欠陥の場合は、偏
光の３チャンネル全てについて疵信号が出力されること
から、濃度積算値の極性パターンＫｐは（−、−、−）
と（＋、＋、＋）を示し、無害欠陥である表面ムラは偏
光の３チャンネルのうち１チャンネルのみ疵信号が出力
される。濃度積算値の極性パターンＫｐは（０、−、
０）,（０、＋、０）,（０、０、＋）,（０、０、−）
であり、濃度積算値の極性パターンＫｐが異なり、有害
欠陥と無害欠陥を分類することができる。

【００９８】また、形状は幅と長さの相対関係から、点
状欠陥の小ヘゲと異物付着と、鍍金性欠陥と、線状欠陥
の線ヘゲ，線状マーク、帯状欠陥の帯ヘゲ，線状マーク
及び面状欠陥のヘゲに分類することができる。ここで、
溶融亜鉛鍍金鋼板の欠陥を収集して形状により疵種を分
類した結果を図２２に示す。この形状による疵種の分類
では、線状欠陥の線ヘゲと線状マークは同一形態である
が、表１に示すように濃度ピーク値ｐの違いがあること
から分別することができる。点状欠陥の汚れや鍍金欠陥
も同様に濃度ピーク値ｐにより分別することができる。

【００９９】また、冷延鋼板の場合には、さらに濃度積
算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３の相対比であるＩＳ２／Ｉ
Ｓ１とＩＳ２／ＩＳ３を使って重大欠陥のヘゲ疵に外観
が似ているステイン状欠陥との分類を行う。ステイン状
欠陥は軽度の欠陥部に付着した水が酸化したものであ
り、濃度は濃いが凸凹がほとんどないために有害度が低
い疵である。そこで、ステイン状欠陥とヘゲ部につい
て、濃度積算値の相対比ＩＳ２／ＩＳ１，ＩＳ２／ＩＳ
３について１００点以上の疵を収集して測定した結果を
図２３と図２４に示す。図２３は相対比ＩＳ２／ＩＳ１
とＩＳ２／ＩＳ３との関係を示し、（ａ）はヘゲ疵の場
合、（ｂ）はステイン状欠陥の場合を示す。図２４は比
ＩＳ２／ＩＳの分布特性を示し、（ａ）はヘゲ疵の場
合、（ｂ）はステイン状欠陥の場合を示す。図に示すよ
うに、表面が酸化し膜状となっているステイン状欠陥は
濃度積算値ＩＳ２が濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ３に比べて
小さい特性を示し、比ＩＳ２／ＩＳも１／４以下にな
る。これに対してヘゲ疵の場合は濃度積算値ＩＳ２が濃
度積算値ＩＳ１，ＩＳ３に対して大きく変化し、比ＩＳ
２／ＩＳも大きくなる。したがって、ヘゲ欠陥と判定さ
れた疵候補のなかで、最大濃度積算値ＩＳに対する濃度
積算値ＩＳ２の比ＩＳ２／ＩＳが１／４以下となってい
るものはステイン状欠陥と判定する。また、ステイン状
欠陥以外にも鋼板４の表面に膜状となっている油付着や
シミのような汚れと呼ばれる欠陥も同様にＩＳ１、ＩＳ
２、ＩＳ３の比を使って分類することができる。

【０１００】疵種が決定した後、最大絶対濃度積算値Ｉ
Ｓ、最大濃度ピーク値ｐ、正極性面積比Ｐ１，Ｐ２、Ｐ
３の特徴量の値をあらかじめ定めた値と比較して、疵の
等級を判定する。ここで濃度積算値に絶対濃度積算値を
使用するのは、疵領域に正極性と負極性が混在する場合
に、正極性と負極性の濃度を単純に積算すると濃度積算
値が小さくなり、正確な等級判定ができないためであ
る。また、目視による等級判定は、絶対濃度積算値が小
さくとも疵領域内の一部でも濃度が濃い場合は等級が重
くなる。この目視判定と一致させるためには、絶対濃度
積算値のみでは厳密な等級判定ができないため、濃度ピ
ーク値も加えて絶対濃度積算値ＩＳと最大濃度ピーク値
ｐの２つの特徴量についてそれぞれ実際の等級に応じた
閾値を設定することにより、目視判定結果に近い等級に
分類することができる。

【０１０１】さらに、疵部がめくれあがって非常に重度
のＥ等級の欠陥では、それより軽度のＡ〜Ｄ等級欠陥と
異なり、疵部に鏡面性の領域と拡散性の領域が存在す
る。この欠陥の濃度特徴量としては、正常部に対して鏡
面性領域は明るいため正極性信号として検出され、拡散
領域は暗いため負極性信号と検出され、正極性と負極製
の濃度部分が混在する。したがって、絶対濃度積算値Ｉ
Ｓと濃度ピーク値ｐによる判定では分類できないため、
疵部の全面積に対する正極性領域の面積比率により疵の
等級を判定し、等級Ａ〜Ｄと等級Ｅとを分類する。この
ようにして疵の検出精度を高めることができる。

【０１０２】なお、上記実施例では疵の等級を複数の受
光光学系における絶対濃度積算値の最大値と濃度ピーク
値の最大値を使って判定したが、絶対濃度積算値と濃度
ピーク値の最大値に限らず、平均値や加算値等で判定し
ても良い。

【０１０３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
面に対して一定入射角で偏光を入射しその反射光の異な
る角度の偏光の光強度を検出し、疵候補領域における疵
の幅と長さ及び異なる角度の偏光についての疵部の濃度
ピーク値並びに正常部を基準にした濃度積算値の極性の
組み合わせパターンを特徴量として検出して疵の種類を
判定したり、疵候補領域における疵の幅と長さ及び異な
る角度の偏光についての疵部の信号最大値と信号の積分
値と各受光光学系の間での信号積分値の相対比と正常部
に対する信号の積分値の極性の組み合わせパターンと信
号絶対値の積分値並びに正極性信号の面積比率を特徴量
として検出して疵の種類を判定することにより、散乱光
や回折では弁別できなかった表面疵を精度良く弁別する
ことができる。

【０１０４】また、疵の種類を判定してから、濃度ピー
ク値と濃度絶対値の積算値から疵の等級を判定したり、
濃度ピーク値と濃度絶対値の積算値及び正極性信号の面
積比率から疵の等級を判定することにより、目視判定に
近い判定をすることができ、疵の検出精度を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板表面のミクロな凸凹形状を示す説明図であ
る。

【図２】鋼板表面の光学的反射を示す断面模式図であ
る。

【図３】鋼板表面の反射光の角度分布を示す説明図であ
る。

【図４】ヘゲ欠陥を示す説明図である。

【図５】鋼板表面の反射光量の角度分布の違いを示す説
明図である。

【図６】法線角度をテンパ部の面積率との関係を示す説
明図である。

【図７】微小面素の法線角度を示す説明図である。

【図８】重み関数を示す説明図である。

【図９】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反射
特性を示す説明図である。

【図１０】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反
射を示す説明図である。

【図１１】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す説明図である。

【図１２】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す他の説明図である。

【図１３】微小面素からの反射光の楕円偏光状態を示す
説明図である。

【図１４】微小面素の法線角度と重み関数を示す説明図
である。

【図１５】微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す
他の説明図である。

【図１６】鋼板の反射特性を示す説明図である。

【図１７】この発明の実施例の表面検査装置の概略構成
図である。

【図１８】上記表面疵検査装置の断面図である。

【図１９】各カメラユニットの鋼板の幅方向に対する配
列を示す配置図である。

【図２０】カメラユニットに組み込まれた受光カメラの
配置図である。

【図２１】信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図２２】特徴量の幅と長さによる疵種分類を示す疵種
分布特性図である。

【図２３】ヘゲとステイン欠陥のＩＳ２／ＩＳ１，ＩＳ
２／ＩＳ３の相関を示す比較図である。

【図２４】ヘゲとステイン欠陥のＩＳ２／ＩＳの相関を
示す比較図である。

【符号の説明】

４；鋼板、１５；偏光板、１６；受光カメラ。１７；検
光子、２１；遮光ケース、２２；シリンドリカルレン
ズ、２４；ミラー、２５；受光カメラユニット、３０；
信号処理部、３１；平均値間引き部、３３；前処理部、
３３；２値化処理部、３４；特徴量算出部、３５；特徴
量統合部、３６；疵総合判定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉浦寛幸東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平９−166552（ＪＰ，Ａ) 特開平９−178669（ＪＰ，Ａ) 特開平９−178666（ＪＰ，Ａ) 特開2000−65751（ＪＰ，Ａ) 特開2000−65754（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 ＰＡＴＯＬＩＳ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】投光部と受光部と信号処理部と疵種判定
部を有し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は
少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の
受光光学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出し
て画像信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出
力された画像信号について、正常部が全階調の中心輝度
になるように正規化し、正規化された光強度信号のそれ
ぞれについて、正常部を示す全階調の中心レベルを基準
にして、正極性と負極性に対してあらかじめ定められた
閾値を超える領域を疵候補領域として抽出し、抽出され
た疵候補領域の幅と長さと、複数の受光光学系について
の疵部の濃度ピーク値並びに抽出された正極性と負極性
における疵候補領域内における閾値を超える信号の積分
値である濃度積算値の極性の組み合わせパターンを特徴
量として検出し、疵種判定部は検出された疵の幅と長さ
と、濃度ピーク値並びに濃度積算値の極性の組み合わせ
パターンから疵の種類を判定することを特徴とする表面
検査装置。
【請求項２】投光部と受光部と信号処理部と疵種判定
部を有し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は
少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の
受光光学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出し
て画像信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出
力された画像信号について、正常部が全階調の中心輝度
になるように正規化し、正規化された光強度信号のそれ
ぞれについて、正常部を示す全階調の中心レベルを基準
にして、正極性と負極性に対してあらかじめ定められた
閾値を超える領域を疵候補領域として抽出し、抽出され
た疵候補領域の幅と長さと、複数の受光光学系について
の疵部の濃度ピーク値と抽出された正極性と負極性にお
ける疵候補領域内における閾値を超える信号の積分値で
ある濃度積算値の極性の組み合わせパターン並びに各受
光光学系間における濃度積算値の相対比を特徴量として
検出し、疵種判定部は検出された疵の幅と長さと、濃度
ピーク値と濃度積算値の極性の組み合わせパターン並び
に相対比から疵の種類を判定することを特徴とする表面
検査装置。
【請求項３】特徴量として検出された疵の濃度ピーク
値と濃度絶対値の積算値から疵の等級を判定する請求項
１又は２記載の表面検査装置。
【請求項４】特徴量として検出された疵の濃度ピーク
値と、濃度絶対値の積算値及び正極性信号の面積比率か
ら疵の等級を判定する請求項１又は２記載の表面検査装
置。