JP3882302B2 - 表面疵検査装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【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この被検査面の表面疵を光学的に検出する表面疵検査装置及び表面疵検査方法に関する。
【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、被検体表面に対して光を入射し、被検体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58-204353 号公報に提案されている。この表面探傷方法においては、被検体表面に対し３５°〜７５°の角度で光を入射し、被検体表面からの反射光を、正反射方向と入射方向又は正反射方向から２０°以内の角度方向に設置した２台のカメラで受光する。そして、２台のカメラの受光信号を比較し、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傷とみなすことにより、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、被検体からの後方散乱光を受光することによる被検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。そして、この探傷装置においては、掻疵の疵斜面角度は１０°〜４０°であり、この範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるように後方拡散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9-166552号公報に提案されている。
特開昭57-166533 号公報に提案された測定装置においては、測定対象に４５°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57-166533 号公報記載技術と同様に、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】
【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、いずれも顕著な凹凸性を持つ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著な凹凸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。
【０００９】
例えば、特開昭58-204353 号公報の探傷方法においては、正反射光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。したがつて、顕著な凹凸性を有する疵、すなわち表面に割れ・抉れ・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捕らえられないような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥のような疵の場合は、その疵を全て検出することはできない。
【００１０】
また、特開昭60-228943 号公報の表面状態検査方法は、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。
【００１１】
特開平8-178867号公報の平鋼熱間探傷装置は、掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反射光を捉えることに基づいているため、顕著な凹凸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反射光では捉えられないものも存在し、検出もれを生ずる問題点があった。また、一度カメラを設置し、どの角度の反射成分を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。
【００１２】
さらに、特開昭57-166533 号公報の測定装置及び特開平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、「薄い透明な層の厚さ及び屈折率」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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。そのため、画素合わせが困難である問題があった。
【００１５】
製品の品質検査ラインに組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、疵の検出も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。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、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拡散反射光成分とを区別して検出することよって、被検査面における表面の割れ・抉れ・めくれ上がりのような顕著な凹凸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、製品の品質検査ラインにも十分組込ことができる表面疵検査装置及び表面疵検査方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために本発明の表面疵検査装置は、被検査面に対して平行に配置され、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を被検査面に入射する線状拡散光源と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光手段と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光手段と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、正反射方向以外の方向に配置され、被検査面の正反射方向以外の方向から該被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光手段と、第１の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第２の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第３の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光手段毎に抽出した各疵候補点から被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部とを備えたものである。
【００１９】
また、別の発明は、上述した発明の表面疵検査装置において、第１の受光手段は、正反射光の光路上に配置された第１のカメラを備えている。また、第２の受光手段は、前記正反射光の光路上に配置されかつ前記第１のカメラと平行に配置された第２のカメラを備えている。
【００２０】
さらに、本発明の表面疵検査方法においては、被検査面に対して平行に配置された線状拡散光源から、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を被検査面に入射するステップと、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光ステップと、受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光ステップと、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内で、かつ正反射方向以外の方向から、被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光ステップと、第１の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第２の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第３の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光ステップ毎に抽出した各疵候補点から被検査面の表面疵の有無を判定する判定ステップとを備えている。
【００２１】
次に、上述した発明の動作原理を図面を用いて説明する。
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。
【００２２】
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５（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５（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５（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状結晶３の形状を維持したままとなる。
【００２３】
そして、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バ部７と称する。
【００２４】
図６は、このようなテンパ部６と非テンバ部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。
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、調質圧延のロール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ー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。
【００２５】
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７（ａ）、図７（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。
【００２６】
そして、実際には、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７（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。
【００２７】
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立つ。
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。
【００２８】
図８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（ヘゲ部１１）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るヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。
【００２９】
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１１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。
【００３０】
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１１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。
【００３１】
(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１０（ａ），図９（ａ））。
【００３２】
(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１０（ｂ），図９（ｂ））。
【００３３】
(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における非テンパ部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１０（ｃ），図９（ｃ））。
【００３４】
図１１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１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００３５】
このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小面素１３の角度分布の違いが、図９（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、図中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。
【００３６】
すなわち、図９（ａ）はヘゲ部角度分布１１ａ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９（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合を示し、図９（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在する場合を示す。
【００３７】
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９（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。
【００３８】
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）に違いがない場合には図９（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９（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。
【００３９】
例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分布）が小さい時には、一般に正反射方向に比較的近い拡散方向からはヘゲ部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。
【００４０】
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１０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、先の図９（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１０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。
【００４１】
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１０の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１２（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Ｉ（ξ）と呼ぶ）を乗じて積分することに相当する。
【００４２】
また、例えば、入射角６０°において、正反射方向から２０°ずれた４０°の角度位置で反射光を測定することは、図１２（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ＋１０）なる重み関数Ｉ（ξ）を用いて計算することに相当する。
【００４３】
なお、図１１に示すように、反射角度θ´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´＝−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Ｉ（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。
【００４４】
このような観点から、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部１２と弁別し検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考えると、図１２ （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。
【００４５】
なお、重み関数Ｉ（ξ）は、必ずしも図１２に示した特定の法線角度のみ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。
【００４６】
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Ｉ（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。
【００４７】
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が捉えられることが望ましい。そして、後者の課題に対しては、重み関数Ｉ（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。
【００４８】
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もつ線状の光源、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。
【００４９】
この線状拡散光源の効果を説明するために、図１３（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。
【００５０】
図１３（ａ）に示すように、線状拡散光源１４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、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。
【００５１】
これに対し、図１３（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００５２】
以上２つの場合を併せると、線状拡散光源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。
【００５３】
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偏光の反射率比 tanΨ及び位相差Δに応じた楕円偏光となって出射する。
【００５４】
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１４ （ａ）（ｂ）を用いて説明する。
図１４（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。
【００５５】
一方、図１４（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００５６】
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、線状拡散光源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。
【００５７】
以下、ｐ，ｓ両成分をも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１５に示すように、線状拡散光源１４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Ｏ点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与している。
【００５８】
一方、図１６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１６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。
【００５９】
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、簡単な幾何学的考察により、(2) 式で与えられる。
【００６０】
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。
【００６１】
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Ｅ C 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、
Ｅ C ＝Ｔ・Ｅin …(3)
と表される。但し、Ｅinは偏光板１５の方位角（偏光角）αの直線偏光ベクト
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Ｅ
in及び反射特性行列Ｔはそれぞれ(4) (5) 式で与えられる。
【００６２】
【数１】
但し、 tanΨ：ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比
Δ：ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差
ｒS ：ｓ偏光の振幅反射率
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の微小面素１３で受光器１６方向に反射された光の偏光状態Ｅ A 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れば(6) 式で与えられる。
Ｅ A ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(6)
但し、Ｒは回転行列であり、(7) 式で与えられる。
【００６３】
【数２】
【００６４】
(3) 式は、(6) 式において微小面素１３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１７に示すようになる。
【００６５】
但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）αは４５°、入射角θは６０°、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゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜とした。図１７より、法線角度ξ＝Ｏ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。
【００６６】
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。
【００６７】
このことを定量化するために、図１６に示すように、(3) 式で表される偏光状態Ｅ A 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Ｅ 0 を求めると、(8) 式となる。
【００６８】
但し、Ａは検光子１７を表す行列であり、(9) 式で示される。
【００６９】
【数３】
【００７０】
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。
【００７１】
上式におけるＩ（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ｒS 2 、入射光光量ＥP 2 、面積率Ｓ（ξ）を乗じたものが検出される光強度になる。
【００７２】
表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材質が均−な対象を考える場合は反射率ｒS 2 の値は一定と考えられる。また、入射光光量ＥP 2 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。
【００７３】
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Ｉ（ξ，β）とを考えればよい。
ここで、重み関数Ｉ（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β0 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。
【００７４】
【数４】
【００７５】
(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°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°、位相差Δ＝１２０°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°を採用した。
【００７６】
図１８に、検光子１７の検光角βが−４５°の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのために重み関数Ｉ（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格化してある。
【００７７】
図１８の特性から、法線角度ξ＝０°、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°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。
【００７８】
また、逆に法線角度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)式及び(11)式より求めると、およそβ＝４５°である。検光子１７の検光角β＝４５°に対する微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４５）の関係を図１９に示す。
【００７９】
なお、図１９の重み関数Ｉ（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。
【００８０】
また、検光子１７の検光角β＝−４５°とβ＝４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても計算した重み関数Ｉ（ξ，９０）も図１９に示した。
(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Ｉ（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）・Ｉ（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２０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°の検光子１７を通して受光した場合、図２０で示される面積率Ｓ（ξ）を図１８に示す重み関数Ｉ（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。
【００８１】
そこで、鋼板４の表面に、図９（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１０（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになっている。
【００８２】
まず、図９（ｂ）、図１０（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°の検光子１７を通して受光したときの光強度は、図１０（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図１８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。
【００８３】
また、同一疵を検光角β＝４５°の度検光子１７を通して受光したときの光強度については、図１０（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないため、図１９の検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（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。
【００８４】
また、図９（ｃ）、図１０（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°の検光子１７を通したのでは検出できず、検光角β＝４５°の度検光子１７を通したときに検出できる。
【００８５】
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１０（ｃ）では法線角度ξ＝±２０°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°の検光子１７を通しても検出できなくなる。
【００８６】
その場合は、別の重み関数（例えばＩ（ξ，９０））となるような検光角β （例えば９０゜）の検光子１７をもうーつ別に用意し、３番目の受光カメラで受光することが考えられる。
【００８７】
しかし、図１９の各重み関数Ｉ（ξ，β）の特性で示すように、検光子１７の検光角βが９０°の重み関数Ｉ（ξ，９０）は、検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（ξ，４５）や、検光角β＝−４５°の重み関数Ｉ（ξ，−４５）との重なりが小さくなく、完全に独立した情報は得られない場合もある。
【００８８】
その場合は、３番目の受光カメラを鋼板４の鏡面反射方向とは異なる一般の拡散反射方向に設置すればよい。そして、検光子１７の検光角β＝９０°と同じ位置にピークが存在するデルタ関数状の重み関数Ｉ（ξ）を実現するには、図１１からも理解できるように、入射光８の入射角θ＝６０°の場合、正反射光から３５°程度ずらした位置、すなわち２５°方向の拡散位置に３番目の受光カメラを設置すればよい。
【００８９】
一般に、鋼板４の表面の母材部１２とヘゲ部１１の反射特性は図９（ａ）、 （ｂ）、（ｃ）のいずれかであるので、ヘゲ部１１の見落としをなくするためには、３つの異なる重み関数Ｉ（ξ）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。
【００９０】
なお、図９（ａ）、図１０（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場合には、基本的には、例えば−４５°と＋４５°とのいずれの検光子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。
【００９１】
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、第３の受光手段で被検査面からの拡散反射光を検出している。
【００９２】
よって、図９（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。
このような光学系により、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３つの信号を正反射光を受光するカメラの検光子の方位角を設定することにより、ある程度の柔軟性をもつて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及び表面疵検査方法が実現する。
【００９３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態の表面疵検査方法が採用された表面疵検査装置の側面図であり、図１（ｂ）は同表面疵検査装置の上面図である。
【００９４】
この実施形態の表面疵検査装置は製鉄工場における合金化亜鉛メッキ鋼板の品質検査ラインに設置されている。図中矢印方向に搬送状態の鋼板２１の搬送路の上方位置に、この帯状の鋼板２１の幅方向に線状拡散光源２２が配設されている。この線状拡散光源２２は、一部に拡散反射塗料を塗布した透明導光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、幅方向に一様の出射光を得る。
【００９５】
線状拡散光源２２の各位置から出射された鋼板２１に対する入射光２３は、シリンドリカルレンズ２４と偏光板２５を介して走行状態の鋼板２１の全幅に対して例えば６０°の入射角θで照射する。偏光板２５の方位角（偏光角）αは４５°に設定されている。
【００９６】
鋼板２１で反射された反射光２６は鋼板正反射方向、すなわち鋼板２１の法線方向に対して６０°方向に配置された第１の受光カメラ２７ａ及び第２の受光カメラ２７ｂに入射する。また、鋼板２１の法線方向に対して２５°の受光角度方向に第３の受光カメラ２８が配設されている。この第３の受光カメラ２８は、鋼板２１で種々の方向に拡散反射された拡散反射光のうち、２５°方向の拡散反射光を入射する。
【００９７】
この第１，第２，第３の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８は各光軸が鋼板２１の幅方向に設定されたリニアアレイカメラで構成されている。そして、３台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の視野のずれは、信号処理部４０において補正している。このように各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の光軸が平行に維持されていると、この３台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の各画素は鋼板２１の幅方向については同一視野サイズで一対一に対応する。このように、リニアアレイカメラを採用することによって、光量のロスがなくなり、効率的な測定が可能となる。
【００９８】
第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂのレンズの前面には、検光角βがそれぞれ−４５°、４５°に設定された第１、第２の検光子２９ａ，２９ｂが取付けられている。なお、第３の受光カメラ２８の前面には検光子は取付けられていなくて、第３の受光カメラ２８は直接鋼板２１からの拡散反射光を受光する。
【００９９】
ここで、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８として、リニアアレイカメラの代りに２次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。さらに、単一光検出素子とガルヴァノミラーやポリゴンミラーを組合わせた走査型の光検出器を使用することも可能である。
【０１００】
また、線状拡散光源２２として、蛍光灯を使用することもできる。また、バンドルファイバの出射端を直線上に整列させたファイバ光源を使用することもできる。各ファイバからの出射光は、ファイバのＮ／Ａに対応して充分な広がり角を持つため、これを整列させたファイバ光源は実質的に線状拡散光源となるためである。
【０１０１】
各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８で受光された反射光２６及び拡散反射光における鋼板２１の幅方向の１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処理部４０へ送信される。
【０１０２】
図２は信号処理部４０の概略構成を示すブロック図である。
−４５°の検光子２９ａが組込まれた第１の受光カメラ２７ａ、＋４５°の検光子２９ｂが組込まれた第２の受光カメラ２７ｂ、及び検光子が組込まれていない受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８から入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれ平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃへ入力される。
【０１０３】
各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８のスキャン周期毎に各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８から入力される各光強度信号ａ，ｂ，ｃを平均し、鋼板２１が信号処理における長手方向分解能に相当する距離を移動した場合に、１ライン分の信号を出力する。
【０１０４】
このような間引き処理を行うことにより、鋼板２１の搬送速度が変化しても信号処理における１ラインの鋼板移動方向の分解能を一定にすることができる。また、スキャン周期毎の各光強度信号ａ，ｂ，ｃを平均しているので、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２７ａ，２７ｂ，２８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、間を細かく測定した平均値を用いることができるので、見落としをなくすことができる。
【０１０５】
各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃで信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃへ入力される。
各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｂは、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、光学系に起因するムラも鋼板２１の反射率に起因するムラも含まれる。また、各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、鋼板２１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実施する。各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃで信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃへ入力される。
【０１０６】
各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、各光強度信号ａ，ｂ，ｃに含まれる各画素のデータを予め決められたしきい値と比較し、疵候補点を抽出して、次の特徴量算出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃへ送出する。
【０１０７】
特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、一続きとなっている疵候補点をーつの疵候補領域と判定し、例えばスタートアドレス、エンドアドレスなどの位置特徴量や、ピーク値などの濃度特徴量などを算出する。
【０１０８】
鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５では、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８に対応する各特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより算出された特徴量に基づいて、疵の種類、程度を判定する。
【０１０９】
そして、疵総合判定部３６では、鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５での判定結果及び特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最終的な疵種及びその程度を判定する。
【０１１０】
また、この総合判定部３６では、各特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃからの位置特徴量を基に、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８における視野ずれの補正も行う。このように、特徴量単位で受光カメラ２９ａ〜２９ｃ相互間の視野ずれの補正を行うので、受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８相互間の視野を画素単位で調整しておく必要はない。
【０１１１】
【実施例】
図１に示す実施形態の表面疵検査装置を用いた合金化亜鉛鍍金鋼板の表面疵の測定結果を図３，図４に示し、その測定結果に基づく判定結果を表１に示す。
測定した各疵は、図９（ｂ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）がヘゲ部１１で母材部１２より大きいが、非テンパ部７の拡散性は変わらない疵と、図９（ｃ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）にはヘゲ部１１と母材部１２間に大きな差はないが、拡散性に差がある疵とである。
【０１１２】
さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有した疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表面疵の測定を実施した。
【０１１３】
そして、鋼板２１の幅方向の中央部に図９（ｂ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１１４】
図示するように、−４５°に検光角βが設定された第１の受光カメラ２７ａの光強度信号ａに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、４５°に検光角βが設定された第２の受光カメラ２７ｂの光強度信号ｂには疵 （ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１１５】
また、鋼板２１の幅方向の中央部に図９（ｃ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示す。
【０１１６】
図示するように、４５°に検光角βが設定された第２の受光カメラ２７ｂの光強度信号ｂに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４５°に検光角βが設定された第１の受光カメラ２７ａの光強度信号ａには疵 （ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１１７】
さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有した疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表面疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１１８】
図示するように、受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８の光強度信号ｃに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４５°、４５°に検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂの各光強度信号ａ，ｂには疵（ヘゲ部１１）に対応する顕著なピーク波形は発生しない。
【０１１９】
【表１】
【０１２０】
なお、比較のため、従来技術で、入射角６０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向から２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測定した結果も同時に記載した。
【０１２１】
従来技術では、２つの受光角で受光しノイズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵については、２つの受光角を同時に検出することは不可能である。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない疵も存在する。
【０１２２】
それに対し、本発明の実施形態では、３つの異なる受光角に対応する反射光成分を、検光角βが異なる値に設定された２つの検光子２９ａ，２９ｂを用い、かつ受光角を鏡面反射方向とは異なる値に設定しているから、第１，第２，第３の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８のうちのいずれかでヘゲ部１１を母材部１２に対して区別して検出することが可能である。
また、検出する必要がある疵の反射特性に合わせて、検光角βを最適値に設定することも容易である。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表面疵検査装置及び表面疵検査方法においては、被検査面での正反射光が鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とからなるという知見に基づいて、それぞれの成分を区別して抽出して検出している。具体的には、線状拡散光源を使用し、ｐ偏光，ｓ偏光を共に有する偏光を被検査面に入射し、鋼板正反射方向から、検光角を適当に設定することにより、鏡面反射成分をより多く含む成分と鏡面拡散反射成分をより多く含む成分とを抽出し、さらに、拡散方向からも上記２成分とは異なる拡散反射成分を検出する構成を採用した。
【０１２４】
この構成及び方法により鏡面反射成分からのみでは観察できない疵も検出可能となり、従来検出できなかった顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれすることなく検出することが可能になった。
【０１２５】
また、正反射光を受光するカメラの検光子の検光角を調整することにより、どの角度の鏡面拡散反射成分を抽出するかをある程度選択できるようになった。
さらに、品質保証の観点からは、表面疵検査装置は未検出がないことが絶対条件である。そこで、本発明により初めて表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のない表面疵検査装置が実現できたので、従来までは検査員による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化できるようになった点で産業上の利用効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の表面疵検査装置の概略構成を示す側面図及び上面図
【図２】 同表面疵検査装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図
【図３】 同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図４】 同じく同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図５】 同表面疵検査装置の検査対象となる合金亜鉛メッキ鋼板の製造方法及び詳細断面構造を示す図
【図６】 検査対象の鋼板におけるテンパ部と非テンパ部における入射光と反射光との関係を示す断面模式図
【図７】 同テンパ部と非テンパ部とにおける反射光の角度分布図
【図８】 鋼板に存在するヘゲ部の生成過程を説明するための図
【図９】 ヘゲ部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分と、母材部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分との関係を示す図
【図１０】 鋼板の照射部における微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【図１１】 鋼板に対する入射光の入射角と微小面素の法線角度との関係を示す図
【図１２】 微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図１３】 線状拡散光源の各位置からの各入射光と鋼板上の入射位置との関係を示す図
【図１４】 線状拡散光源の各入射光が偏光されていた場合における反射光の偏光状態を示す図
【図１５】 線状拡散光源の中央部からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１６】 線状拡散光源の中央部以外の位置からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１７】 微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状態との関係を示す図
【図１８】 反射光の光路に検光子を挿入した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図１９】 検光子の検光角を変更した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図２０】 微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【符号の説明】
４、２１…鋼板
６…テンパ部
７…非テンパ部
８，２３…入射光
９…鏡面反射光
１０…鏡面拡散反射光
１１…ヘゲ部
１２…母財部
１４，２２…線状拡散光源
１５，２５…偏光板
１６…受光カメラ
１７，２９ａ，２９ｂ…検光子
２４…シリンドリカルレンズ
２６…反射光
２７ａ…第１の受光カメラ
２７ｂ…第２の受光カメラ
２８…第３の受光カメラ
４０…信号処理部
【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この被検査面の表面疵を光学的に検出する表面疵検査装置及び表面疵検査方法に関する。
【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、被検体表面に対して光を入射し、被検体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58-204353 号公報に提案されている。この表面探傷方法においては、被検体表面に対し３５°〜７５°の角度で光を入射し、被検体表面からの反射光を、正反射方向と入射方向又は正反射方向から２０°以内の角度方向に設置した２台のカメラで受光する。そして、２台のカメラの受光信号を比較し、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傷とみなすことにより、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、被検体からの後方散乱光を受光することによる被検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。そして、この探傷装置においては、掻疵の疵斜面角度は１０°〜４０°であり、この範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるように後方拡散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9-166552号公報に提案されている。
特開昭57-166533 号公報に提案された測定装置においては、測定対象に４５°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57-166533 号公報記載技術と同様に、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】
【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、いずれも顕著な凹凸性を持つ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著な凹凸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。
【０００９】
例えば、特開昭58-204353 号公報の探傷方法においては、正反射光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。したがつて、顕著な凹凸性を有する疵、すなわち表面に割れ・抉れ・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捕らえられないような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥のような疵の場合は、その疵を全て検出することはできない。
【００１０】
また、特開昭60-228943 号公報の表面状態検査方法は、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。
【００１１】
特開平8-178867号公報の平鋼熱間探傷装置は、掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反射光を捉えることに基づいているため、顕著な凹凸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反射光では捉えられないものも存在し、検出もれを生ずる問題点があった。また、一度カメラを設置し、どの角度の反射成分を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。
【００１２】
さらに、特開昭57-166533 号公報の測定装置及び特開平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、「薄い透明な層の厚さ及び屈折率」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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。そのため、画素合わせが困難である問題があった。
【００１５】
製品の品質検査ラインに組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、疵の検出も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。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、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拡散反射光成分とを区別して検出することよって、被検査面における表面の割れ・抉れ・めくれ上がりのような顕著な凹凸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、製品の品質検査ラインにも十分組込ことができる表面疵検査装置及び表面疵検査方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために本発明の表面疵検査装置は、被検査面に対して平行に配置され、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を被検査面に入射する線状拡散光源と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光手段と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光手段と、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内にあり、正反射方向以外の方向に配置され、被検査面の正反射方向以外の方向から該被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光手段と、第１の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第２の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第３の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光手段毎に抽出した各疵候補点から被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部とを備えたものである。
【００１９】
また、別の発明は、上述した発明の表面疵検査装置において、第１の受光手段は、正反射光の光路上に配置された第１のカメラを備えている。また、第２の受光手段は、前記正反射光の光路上に配置されかつ前記第１のカメラと平行に配置された第２のカメラを備えている。
【００２０】
さらに、本発明の表面疵検査方法においては、被検査面に対して平行に配置された線状拡散光源から、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を被検査面に入射するステップと、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光ステップと、受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光ステップと、受光光軸が線状拡散光源に垂直な面内で、かつ正反射方向以外の方向から、被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光ステップと、第１の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第２の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、第３の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光ステップ毎に抽出した各疵候補点から被検査面の表面疵の有無を判定する判定ステップとを備えている。
【００２１】
次に、上述した発明の動作原理を図面を用いて説明する。
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。
【００２２】
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５（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５（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５（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状結晶３の形状を維持したままとなる。
【００２３】
そして、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バ部７と称する。
【００２４】
図６は、このようなテンパ部６と非テンバ部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。
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、調質圧延のロール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ー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。
【００２５】
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７（ａ）、図７（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。
【００２６】
そして、実際には、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７（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。
【００２７】
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立つ。
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。
【００２８】
図８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（ヘゲ部１１）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るヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。
【００２９】
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１１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。
【００３０】
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１１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。
【００３１】
(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１０（ａ），図９（ａ））。
【００３２】
(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１０（ｂ），図９（ｂ））。
【００３３】
(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における非テンパ部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１０（ｃ），図９（ｃ））。
【００３４】
図１１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１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００３５】
このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小面素１３の角度分布の違いが、図９（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、図中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。
【００３６】
すなわち、図９（ａ）はヘゲ部角度分布１１ａ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９（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合を示し、図９（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在する場合を示す。
【００３７】
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９（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。
【００３８】
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）に違いがない場合には図９（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９（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。
【００３９】
例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分布）が小さい時には、一般に正反射方向に比較的近い拡散方向からはヘゲ部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。
【００４０】
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１０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、先の図９（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１０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。
【００４１】
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１０の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１２（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Ｉ（ξ）と呼ぶ）を乗じて積分することに相当する。
【００４２】
また、例えば、入射角６０°において、正反射方向から２０°ずれた４０°の角度位置で反射光を測定することは、図１２（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ＋１０）なる重み関数Ｉ（ξ）を用いて計算することに相当する。
【００４３】
なお、図１１に示すように、反射角度θ´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´＝−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Ｉ（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。
【００４４】
このような観点から、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部１２と弁別し検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考えると、図１２ （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。
【００４５】
なお、重み関数Ｉ（ξ）は、必ずしも図１２に示した特定の法線角度のみ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。
【００４６】
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Ｉ（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。
【００４７】
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が捉えられることが望ましい。そして、後者の課題に対しては、重み関数Ｉ（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。
【００４８】
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もつ線状の光源、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。
【００４９】
この線状拡散光源の効果を説明するために、図１３（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。
【００５０】
図１３（ａ）に示すように、線状拡散光源１４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、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。
【００５１】
これに対し、図１３（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００５２】
以上２つの場合を併せると、線状拡散光源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。
【００５３】
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偏光の反射率比 tanΨ及び位相差Δに応じた楕円偏光となって出射する。
【００５４】
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１４ （ａ）（ｂ）を用いて説明する。
図１４（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。
【００５５】
一方、図１４（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００５６】
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、線状拡散光源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。
【００５７】
以下、ｐ，ｓ両成分をも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１５に示すように、線状拡散光源１４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Ｏ点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与している。
【００５８】
一方、図１６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１６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。
【００５９】
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、簡単な幾何学的考察により、(2) 式で与えられる。
【００６０】
【００６１】
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Ｅ C 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、
Ｅ C ＝Ｔ・Ｅin …(3)
と表される。但し、Ｅinは偏光板１５の方位角（偏光角）αの直線偏光ベクト
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Ｅ
in及び反射特性行列Ｔはそれぞれ(4) (5) 式で与えられる。
【００６２】
【数１】
Δ：ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差
ｒS ：ｓ偏光の振幅反射率
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の微小面素１３で受光器１６方向に反射された光の偏光状態Ｅ A 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れば(6) 式で与えられる。
Ｅ A ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(6)
但し、Ｒは回転行列であり、(7) 式で与えられる。
【００６３】
【数２】
(3) 式は、(6) 式において微小面素１３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１７に示すようになる。
【００６５】
但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）αは４５°、入射角θは６０°、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゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜とした。図１７より、法線角度ξ＝Ｏ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。
【００６６】
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。
【００６７】
このことを定量化するために、図１６に示すように、(3) 式で表される偏光状態Ｅ A 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Ｅ 0 を求めると、(8) 式となる。
【００６８】
【００６９】
【数３】
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。
【００７１】
【００７２】
表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材質が均−な対象を考える場合は反射率ｒS 2 の値は一定と考えられる。また、入射光光量ＥP 2 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。
【００７３】
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Ｉ（ξ，β）とを考えればよい。
ここで、重み関数Ｉ（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β0 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。
【００７４】
【数４】
(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°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°、位相差Δ＝１２０°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°を採用した。
【００７６】
図１８に、検光子１７の検光角βが−４５°の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのために重み関数Ｉ（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格化してある。
【００７７】
図１８の特性から、法線角度ξ＝０°、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°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。
【００７８】
また、逆に法線角度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)式及び(11)式より求めると、およそβ＝４５°である。検光子１７の検光角β＝４５°に対する微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４５）の関係を図１９に示す。
【００７９】
なお、図１９の重み関数Ｉ（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。
【００８０】
また、検光子１７の検光角β＝−４５°とβ＝４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても計算した重み関数Ｉ（ξ，９０）も図１９に示した。
(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Ｉ（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）・Ｉ（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２０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°の検光子１７を通して受光した場合、図２０で示される面積率Ｓ（ξ）を図１８に示す重み関数Ｉ（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。
【００８１】
そこで、鋼板４の表面に、図９（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１０（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになっている。
【００８２】
まず、図９（ｂ）、図１０（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°の検光子１７を通して受光したときの光強度は、図１０（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図１８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。
【００８３】
また、同一疵を検光角β＝４５°の度検光子１７を通して受光したときの光強度については、図１０（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないため、図１９の検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（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。
【００８４】
また、図９（ｃ）、図１０（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°の検光子１７を通したのでは検出できず、検光角β＝４５°の度検光子１７を通したときに検出できる。
【００８５】
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１０（ｃ）では法線角度ξ＝±２０°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°の検光子１７を通しても検出できなくなる。
【００８６】
その場合は、別の重み関数（例えばＩ（ξ，９０））となるような検光角β （例えば９０゜）の検光子１７をもうーつ別に用意し、３番目の受光カメラで受光することが考えられる。
【００８７】
しかし、図１９の各重み関数Ｉ（ξ，β）の特性で示すように、検光子１７の検光角βが９０°の重み関数Ｉ（ξ，９０）は、検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（ξ，４５）や、検光角β＝−４５°の重み関数Ｉ（ξ，−４５）との重なりが小さくなく、完全に独立した情報は得られない場合もある。
【００８８】
その場合は、３番目の受光カメラを鋼板４の鏡面反射方向とは異なる一般の拡散反射方向に設置すればよい。そして、検光子１７の検光角β＝９０°と同じ位置にピークが存在するデルタ関数状の重み関数Ｉ（ξ）を実現するには、図１１からも理解できるように、入射光８の入射角θ＝６０°の場合、正反射光から３５°程度ずらした位置、すなわち２５°方向の拡散位置に３番目の受光カメラを設置すればよい。
【００８９】
一般に、鋼板４の表面の母材部１２とヘゲ部１１の反射特性は図９（ａ）、 （ｂ）、（ｃ）のいずれかであるので、ヘゲ部１１の見落としをなくするためには、３つの異なる重み関数Ｉ（ξ）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。
【００９０】
なお、図９（ａ）、図１０（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場合には、基本的には、例えば−４５°と＋４５°とのいずれの検光子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。
【００９１】
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、第３の受光手段で被検査面からの拡散反射光を検出している。
【００９２】
よって、図９（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。
このような光学系により、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３つの信号を正反射光を受光するカメラの検光子の方位角を設定することにより、ある程度の柔軟性をもつて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及び表面疵検査方法が実現する。
【００９３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態の表面疵検査方法が採用された表面疵検査装置の側面図であり、図１（ｂ）は同表面疵検査装置の上面図である。
【００９４】
この実施形態の表面疵検査装置は製鉄工場における合金化亜鉛メッキ鋼板の品質検査ラインに設置されている。図中矢印方向に搬送状態の鋼板２１の搬送路の上方位置に、この帯状の鋼板２１の幅方向に線状拡散光源２２が配設されている。この線状拡散光源２２は、一部に拡散反射塗料を塗布した透明導光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、幅方向に一様の出射光を得る。
【００９５】
線状拡散光源２２の各位置から出射された鋼板２１に対する入射光２３は、シリンドリカルレンズ２４と偏光板２５を介して走行状態の鋼板２１の全幅に対して例えば６０°の入射角θで照射する。偏光板２５の方位角（偏光角）αは４５°に設定されている。
【００９６】
鋼板２１で反射された反射光２６は鋼板正反射方向、すなわち鋼板２１の法線方向に対して６０°方向に配置された第１の受光カメラ２７ａ及び第２の受光カメラ２７ｂに入射する。また、鋼板２１の法線方向に対して２５°の受光角度方向に第３の受光カメラ２８が配設されている。この第３の受光カメラ２８は、鋼板２１で種々の方向に拡散反射された拡散反射光のうち、２５°方向の拡散反射光を入射する。
【００９７】
この第１，第２，第３の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８は各光軸が鋼板２１の幅方向に設定されたリニアアレイカメラで構成されている。そして、３台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の視野のずれは、信号処理部４０において補正している。このように各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の光軸が平行に維持されていると、この３台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の各画素は鋼板２１の幅方向については同一視野サイズで一対一に対応する。このように、リニアアレイカメラを採用することによって、光量のロスがなくなり、効率的な測定が可能となる。
【００９８】
第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂのレンズの前面には、検光角βがそれぞれ−４５°、４５°に設定された第１、第２の検光子２９ａ，２９ｂが取付けられている。なお、第３の受光カメラ２８の前面には検光子は取付けられていなくて、第３の受光カメラ２８は直接鋼板２１からの拡散反射光を受光する。
【００９９】
ここで、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８として、リニアアレイカメラの代りに２次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。さらに、単一光検出素子とガルヴァノミラーやポリゴンミラーを組合わせた走査型の光検出器を使用することも可能である。
【０１００】
また、線状拡散光源２２として、蛍光灯を使用することもできる。また、バンドルファイバの出射端を直線上に整列させたファイバ光源を使用することもできる。各ファイバからの出射光は、ファイバのＮ／Ａに対応して充分な広がり角を持つため、これを整列させたファイバ光源は実質的に線状拡散光源となるためである。
【０１０１】
各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８で受光された反射光２６及び拡散反射光における鋼板２１の幅方向の１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処理部４０へ送信される。
【０１０２】
図２は信号処理部４０の概略構成を示すブロック図である。
−４５°の検光子２９ａが組込まれた第１の受光カメラ２７ａ、＋４５°の検光子２９ｂが組込まれた第２の受光カメラ２７ｂ、及び検光子が組込まれていない受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８から入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれ平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃへ入力される。
【０１０３】
各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８のスキャン周期毎に各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８から入力される各光強度信号ａ，ｂ，ｃを平均し、鋼板２１が信号処理における長手方向分解能に相当する距離を移動した場合に、１ライン分の信号を出力する。
【０１０４】
このような間引き処理を行うことにより、鋼板２１の搬送速度が変化しても信号処理における１ラインの鋼板移動方向の分解能を一定にすることができる。また、スキャン周期毎の各光強度信号ａ，ｂ，ｃを平均しているので、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２７ａ，２７ｂ，２８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、間を細かく測定した平均値を用いることができるので、見落としをなくすことができる。
【０１０５】
各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃで信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃへ入力される。
各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｂは、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、光学系に起因するムラも鋼板２１の反射率に起因するムラも含まれる。また、各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、鋼板２１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実施する。各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃで信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃへ入力される。
【０１０６】
各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、各光強度信号ａ，ｂ，ｃに含まれる各画素のデータを予め決められたしきい値と比較し、疵候補点を抽出して、次の特徴量算出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃへ送出する。
【０１０７】
特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、一続きとなっている疵候補点をーつの疵候補領域と判定し、例えばスタートアドレス、エンドアドレスなどの位置特徴量や、ピーク値などの濃度特徴量などを算出する。
【０１０８】
鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５では、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８に対応する各特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより算出された特徴量に基づいて、疵の種類、程度を判定する。
【０１０９】
そして、疵総合判定部３６では、鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５での判定結果及び特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最終的な疵種及びその程度を判定する。
【０１１０】
また、この総合判定部３６では、各特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃからの位置特徴量を基に、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８における視野ずれの補正も行う。このように、特徴量単位で受光カメラ２９ａ〜２９ｃ相互間の視野ずれの補正を行うので、受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８相互間の視野を画素単位で調整しておく必要はない。
【０１１１】
【実施例】
図１に示す実施形態の表面疵検査装置を用いた合金化亜鉛鍍金鋼板の表面疵の測定結果を図３，図４に示し、その測定結果に基づく判定結果を表１に示す。
測定した各疵は、図９（ｂ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）がヘゲ部１１で母材部１２より大きいが、非テンパ部７の拡散性は変わらない疵と、図９（ｃ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）にはヘゲ部１１と母材部１２間に大きな差はないが、拡散性に差がある疵とである。
【０１１２】
さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有した疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表面疵の測定を実施した。
【０１１３】
そして、鋼板２１の幅方向の中央部に図９（ｂ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１１４】
図示するように、−４５°に検光角βが設定された第１の受光カメラ２７ａの光強度信号ａに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、４５°に検光角βが設定された第２の受光カメラ２７ｂの光強度信号ｂには疵 （ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１１５】
また、鋼板２１の幅方向の中央部に図９（ｃ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示す。
【０１１６】
図示するように、４５°に検光角βが設定された第２の受光カメラ２７ｂの光強度信号ｂに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４５°に検光角βが設定された第１の受光カメラ２７ａの光強度信号ａには疵 （ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１１７】
さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有した疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表面疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１１８】
図示するように、受光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８の光強度信号ｃに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４５°、４５°に検光角βが設定された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂの各光強度信号ａ，ｂには疵（ヘゲ部１１）に対応する顕著なピーク波形は発生しない。
【０１１９】
【表１】
なお、比較のため、従来技術で、入射角６０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向から２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測定した結果も同時に記載した。
【０１２１】
従来技術では、２つの受光角で受光しノイズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵については、２つの受光角を同時に検出することは不可能である。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない疵も存在する。
【０１２２】
それに対し、本発明の実施形態では、３つの異なる受光角に対応する反射光成分を、検光角βが異なる値に設定された２つの検光子２９ａ，２９ｂを用い、かつ受光角を鏡面反射方向とは異なる値に設定しているから、第１，第２，第３の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８のうちのいずれかでヘゲ部１１を母材部１２に対して区別して検出することが可能である。
また、検出する必要がある疵の反射特性に合わせて、検光角βを最適値に設定することも容易である。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の表面疵検査装置及び表面疵検査方法においては、被検査面での正反射光が鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とからなるという知見に基づいて、それぞれの成分を区別して抽出して検出している。具体的には、線状拡散光源を使用し、ｐ偏光，ｓ偏光を共に有する偏光を被検査面に入射し、鋼板正反射方向から、検光角を適当に設定することにより、鏡面反射成分をより多く含む成分と鏡面拡散反射成分をより多く含む成分とを抽出し、さらに、拡散方向からも上記２成分とは異なる拡散反射成分を検出する構成を採用した。
【０１２４】
この構成及び方法により鏡面反射成分からのみでは観察できない疵も検出可能となり、従来検出できなかった顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれすることなく検出することが可能になった。
【０１２５】
また、正反射光を受光するカメラの検光子の検光角を調整することにより、どの角度の鏡面拡散反射成分を抽出するかをある程度選択できるようになった。
さらに、品質保証の観点からは、表面疵検査装置は未検出がないことが絶対条件である。そこで、本発明により初めて表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のない表面疵検査装置が実現できたので、従来までは検査員による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化できるようになった点で産業上の利用効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の表面疵検査装置の概略構成を示す側面図及び上面図
【図２】 同表面疵検査装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図
【図３】 同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図４】 同じく同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図５】 同表面疵検査装置の検査対象となる合金亜鉛メッキ鋼板の製造方法及び詳細断面構造を示す図
【図６】 検査対象の鋼板におけるテンパ部と非テンパ部における入射光と反射光との関係を示す断面模式図
【図７】 同テンパ部と非テンパ部とにおける反射光の角度分布図
【図８】 鋼板に存在するヘゲ部の生成過程を説明するための図
【図９】 ヘゲ部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分と、母材部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分との関係を示す図
【図１０】 鋼板の照射部における微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【図１１】 鋼板に対する入射光の入射角と微小面素の法線角度との関係を示す図
【図１２】 微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図１３】 線状拡散光源の各位置からの各入射光と鋼板上の入射位置との関係を示す図
【図１４】 線状拡散光源の各入射光が偏光されていた場合における反射光の偏光状態を示す図
【図１５】 線状拡散光源の中央部からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１６】 線状拡散光源の中央部以外の位置からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１７】 微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状態との関係を示す図
【図１８】 反射光の光路に検光子を挿入した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図１９】 検光子の検光角を変更した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図２０】 微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【符号の説明】
４、２１…鋼板
６…テンパ部
７…非テンパ部
８，２３…入射光
９…鏡面反射光
１０…鏡面拡散反射光
１１…ヘゲ部
１２…母財部
１４，２２…線状拡散光源
１５，２５…偏光板
１６…受光カメラ
１７，２９ａ，２９ｂ…検光子
２４…シリンドリカルレンズ
２６…反射光
２７ａ…第１の受光カメラ
２７ｂ…第２の受光カメラ
２８…第３の受光カメラ
４０…信号処理部
Claims (3)
- 被検査面に対して平行に配置され、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を前記被検査面に入射する線状拡散光源と、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、前記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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光手段と、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内にあり、入射角と出射角が一致する正反射方向に配置され、前記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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光手段と、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内にあり、前記正反射方向以外の方向に配置され、前記被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光手段と、
前記第１の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、前記第２の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、前記第３の受光手段で受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光手段毎に抽出した各疵候補点から前記被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部と
を備えた表面疵検査装置。 - 前記第１の受光手段は、前記正反射光の光路上に配置された第１のカメラを備え、
前記第２の受光手段は、前記正反射光の光路上に配置されかつ前記第１のカメラと平行に配置された第２のカメラを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の表面疵検査装置。 - 被検査面に対して平行に配置された線状拡散光源から、該被検査面に対する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を前記被検査面に入射するステップと、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、前記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する方位角の検光子を透過させて受光する第１の受光ステップと、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内で、かつ入射角と出射角が一致する正反射方向から、前記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する方位角の検光子を透過させて受光する第２の受光ステップと、
受光光軸が前記線状拡散光源に垂直な面内で、かつ前記正反射方向以外の方向から、前記被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光ステップと、
前記第１の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、前記第２の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、前記第３の受光ステップで受光された光強度信号から疵候補点を抽出し、これら第１、第２、第３の各受光ステップ毎に抽出した各疵候補点から前記被検査面の表面疵の有無を判定する判定ステップと
を備えた表面疵検査方法。
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