JP4534507B2 - 表面凹凸の測定・評価方法およびシステム、表面凹凸評価装置並びに表面凹凸の測定・評価方法のプログラム - Google Patents

Description

本発明は、例えばステンレス等の板製造過程またはその板加工過程に生ずる皺状の表面欠陥の程度を測定・評価する表面凹凸の測定・評価方法および装置に関するものである。

ステンレス鋼板は、耐候性、耐腐食性や表面の美観に優れていることなどから種々の製品に利用されている。特に食器や厨房機器等の用途に利用される際には表面品質、すなわち光沢や白色度に優れ、かつそれらがステンレス鋼板表面内で均一なことが要求される。また、先述の食器や厨房機器等はもとより、その他の用途に供されるものでも、プレス成形その他の加工が施されるものが少なくないため、それに耐え得る、すなわち、穴が空いたり割れたりしない、優れた加工性も同時に要求される。このような優れた加工性を得るには、伸びをはじめとする優れた機械的性質が付与される必要がある。そこで、ステンレス鋼板を製造する工程として、所定範囲の成分に調整された鋼塊に所定圧下率の熱間圧延、冷間圧延が施されたのち、焼鈍などの熱処理が施され、あるいはさらに所定伸び率の調質圧延が施されるなどの処理がなされるが、処理の条件を適正化することで加工性の向上が図られている。

ところで、鋼塊製造時には結晶が主にその厚さ方向に成長していくが、圧延されるとその厚さ方向に成長した結晶は、ステンレス鋼板の長さ方向（圧延方向）に倒れ、長く伸ばされる。圧延時に圧延方向に長く伸ばされることにより受ける引張の力や、熱処理に伴って生ずる熱応力の影響により、ステンレス鋼板の表面には凹凸状の皺が発生する場合がある。これは、鋼塊製造時に結晶が厚さ方向に成長する速度は、場所により違いがあるが、引張の力や、熱応力が作用したときの単位伸び率当たりの幅方向絞り率にも違いが生じるため、その影響が凹凸状の起伏、すなわち皺となって現れるのである。このような板製造段階で発生する皺を、通常、ローピングと称する。また、材料特性を把握するための引張試験等の材料試験段階やプレス加工等の加工段階で発生する、より顕著な皺を、通常、リジングと称している。

ＳＵＳ（Sutainless Use Steel：ステンレス鋼 ）４３０をはじめとするフェライト系ステンレスで、このローピングは顕著に発生する。ＳＵＳ３０４をはじめとするオーステナイト系ステンレスでも、比較的軽微ではあるが発生することがある。マルテンサイト系ステンレスも同様である。ローピングやリジング（以下、ローピングなどという）は、製品の表面品質を著しく損なうことになるので、熱処理条件や成分の適正化によりそれらの抑制が図られている。

一方、ローピングなどによる皺の発生の程度を定量的に測定し、把握することで表面品質を評価することも品質管理をする上で重要である。現状のローピングなどの測定・評価方法としては、観察者が目視検査を行い、別途同様に目視検査により得られた評点付けされた限界サンプル見本との比較により、表面に発生している皺の明瞭さ（凹凸深さや皺の鮮明さの程度など）を、評点として表す目視評価方法が用いられている（この方法では複数評価者による合意により評点を決める場合や評点の平均値で判定する場合もある）。さらに、より定量的な試験方法として、１次元表面粗さ測定による最大粗さや最大うねりの測定値で代替する方法なども試みられている。ローピングの測定・評価については、ステンレス鋼板の生産ラインにて鋼板が走行中に行うのが通常であるが、ラインを一時停止して目視観察を行って評価などをする場合や板製造後に切り出したサンプルに基づいて評価などをするケースもある。

また、ステンレス鋼板の表面性状を定量測定・評価する指標として鏡面光沢度や白色度などが品質管理に利用されてきた。例えば、白色光の正反射方向の最大光強度や、最大光強度を示す正反射方向に対して一定角度内に位置する拡散反射光強度の測定値から、光沢度や白色度を測定する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、圧延方向（長さ方向）に沿って光を照射し、その反射光の強度に基づく写像性測定値を得るとともに、白色度または圧延方向（長さ方向）に対して直角な方向に沿った鏡面光沢測定値を得て、写像性測定値と白色度との組み合わせ、および写像性測定値と鏡面光沢測定値との組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに基づき、クロム系ステンレス鋼板の表面性状を判定する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平４−７２５５１号公報 特許第３２３９７９３号

しかしながら、これらの方法のうち目視評価方法は定量的でない、再現性が十分でない、個人差が大きい等の問題がある。一方、サンプルを切り出しての目視判定や１次元表面粗さ測定は測定に時間がかかり、作業負荷が大きいことなどの問題があるため、さらには、そのことに起因してサンプルの測定数を増やすことが難しいため、品質管理に向かないという問題もあった。

また、前述した特許文献１および特許文献２に記載されている方法は、いずれも白色光の正反射光強度や、拡散反射光強度の測定により、ステンレス鋼板全面的に見て光沢が良い、悪いとか、ステンレス鋼板全面的に見て白っぽい、黒っぽいということの判定は可能であるが、ローピングなどを対象とするものではなく、いずれも凹凸状の皺の程度の大小を測定・評価できるような方法ではない、という問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するべくなされたもので、簡単な光学系と処理ロジックにより、人間の感性に頼ることなく、定量的かつ再現性の良いローピングなどの程度の測定・評価が可能となる方法、システム、装置及びプログラムを提供するもので、特にクロム系（フェライト系）のステンレス鋼板をはじめとする板、加工品等のローピングなどの程度の測定を行えるようにすることを課題としている。

本発明に係る表面凹凸の測定・評価方法は、圧延された測定対象の表面に所定の入射角で光を照射する工程と、入射角に略等しい反射角に対応させた角度上で表面から反射される光を受光し、反射光を光の強度の分布のデータに変換する工程と、データに基づいて、表面の光の強度変化を指標として算出する工程とを有するものである。

そして、測定対象の面上において圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で測定対象の表面に光を照射する。つまり、測定対象の表面上から表面と垂直な方向をみた場合に仰角の方向からの照射となる。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価方法において、指標を算出する工程は、光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正し、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出し、算出した差のデータのばらつきを算出し、圧延方向に対し、算出したばらつきを積算又は平均して指標を算出する。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価方法は、差の算出を、圧延方向と直交する方向に対して２回行う。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価方法は、入射角を６０゜以上９０゜未満とする。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価システムは、圧延された測定対象の表面に、圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で光を照射する光学装置と、入射角に略等しい反射角に対応した角度上で表面から反射される光を受光し、反射光を光の強度の分布を表す画像データに変換する撮像装置と、画像データに基づいて、光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正し、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出し、算出した差のデータのばらつきを算出し、圧延方向に対し、算出したばらつきを積算又は平均して、表面の光の強度変化を指標として算出する演算装置とを備えたものである。

そして、光学装置は、測定対象の面上において圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で測定対象の表面に光を照射する。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価システムは、入射角を６０゜以上９０゜未満とする。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価システムは、撮像装置に測定対象表面から所定の焦点ずれを起こして反射光を受光させる。

また、本発明に係る表面凹凸の測定・評価システムは、ステンレス鋼板を測定対象とする。

また、本発明に係る表面凹凸評価装置は、圧延された測定対象の面上において圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で照射した光を、入射角に略等しい角度上で受光して得られた光の強度の分布を表す画像データに基づいて、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出する差分算出手段と、差分算出手段が算出した差分データのばらつきを算出するばらつき算出手段と、圧延方向に対し、算出したばらつきを積算又は平均して指標を算出する指標算出手段とを備えたものである。

また、本発明に係る表面凹凸評価装置は、画像データに対し、光の照射ムラに起因する光の強度の変動を補正し、差分算出手段に、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出させるシェーディング補正手段をさらに備えたものである。

また、本発明に係る表面凹凸評価装置は、差分算出手段は、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差の算出を、圧延方向と直交する方向に対して２回行う。

また、本発明に係る表面凹凸評価方法のプログラムは、圧延された測定対象の面上において圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で照射した光を、入射角に略等しい角度上で受光して得られた光の強度の分布を表すデータに基づいて、光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正する工程と、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出する工程と、算出した差のデータのばらつきを算出する工程と、圧延方向に対し、算出したばらつきを積算又は平均して指標を算出する工程とをコンピュータに行わせるものである。

また、本発明に係る表面凹凸評価方法のプログラムは、圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差の算出を、圧延方向と直交する方向に対して２回行わせるものである。

本発明によれば、簡単な光学系システムによる測定を行い、簡単な処理ロジックにより得られた測定結果のデータを加工して、評価することができるので、人間の感性に頼ることなく、定量的かつ再現性の良い表面の凹凸の測定・評価ができるようになる。それにより、例えば、ステンレスの鋼板に発生するローピングなどを測定・評価でき、その程度について品質管理ができ、製品の品質安定化、製造条件の最適化に寄与する。

また、本発明では測定対象の面上において圧延方向と直交する方向からの入射角で光を照射するので、圧延に伸びて発生するローピング、リジング等の表面の凹凸の明暗を顕著に現すことができる。

そして、本発明では、光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正し、所定距離分離れた光の強度の差を、圧延方向と直交する方向に対して算出していき、算出結果に基づいてばらつきを算出し、圧延方向に対し、算出したばらつきを積算又は平均して指標を算出するようにしたので、凹凸を光の強度のばらつきとしてとらえた上で、表面凹凸の程度を指標を算出することで、客観的な評価を行うことができる。そして、その際、光の照射むらに起因する光の強度の変動の成分を除去する補正を行うようにしたので、より精度の高い評価を行うことができる。

また、その際、差の算出を圧延方向と直交する方向に対して２回行うようにしたので、光の強度の変化率に基づいた指標算出を行うことができる。

そして、測定対象表面に照射する入射角を６０゜以上９０゜未満としたので、表面の凹凸の明暗を顕著に現すことができる。さらに、撮像の際に、一定の焦点ずれを起こさせて撮像するようにしたので、ローピングなどの凹凸によって生じる明暗を強調して現すことができる。

そして、本発明はステンレス鋼板を測定対象としているので、ステンレス鋼板に発生するローピング、リジング等による表面凹凸の程度を評価し、管理することで、鋼板又はその鋼板を加工した製品の品質管理を安定して行うことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態に係る表面凹凸測定システムの概略を表す図である。以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）に示すように、白色光を発する光源２が、測定対象となっているステンレス鋼板からなるサンプル１面を含む平面において、圧延方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）から入射角α（サンプル１面上からサンプル１面と垂直（鉛直）をなす方向をみた場合に仰角αの方向となる）の光を照射する。つまり、圧延方向と直交するサンプル１の断面を含む平面上から光を照射することになる。そして、その入射角に対する反射角α（サンプル１面上からサンプル１面と垂直な方向をみた場合に仰角αに対して、仰角−αの方向となる）に対応する角度上に、光を受光する撮像素子を備えた２次元撮像装置３を用いて撮像する。ここで２次元撮像装置３では拡大などを行って撮像してもよい。ここで、圧延方向（ローピングが伸びる方向）と直交する方向から光を照射すると、ローピングなどの凹凸による明暗が最もよく現れるし、また、後述するように、得られた測定結果に対してローピングなどの評価を行う場合の整合性をとれるので、圧延方向と直交する方向に光源２を配置しているが、ローピングなどの凹凸による明暗を現すことができ、整合性をとることができるのであれば、特にこの方向に限定するものではない。

光源２は、前述したようにサンプル１表面に対して入射角がαとなる光を照射する。ここで、このαは略６０°以上が望ましい。略とは、厳密には６０゜からはずれたとしても適用することができる、という意味である。つまり、本発明の目的を達することができるのであれば厳密にその下限が６０゜であることを要しない。ここで、そのような意味を含め、角度としては６０°から９０°の範囲で適用できるが、例えば光源２、レンズ４、スリット５などで構成される光学機器、また後述する２次元撮像装置３のような容積を有する装置を配置する制約から考えると６０°から７５°の範囲が好ましい。また、光源２としては、図１（ａ）に示すように、光源２から発せられる白色光をレンズ４を通して平行光としたものを用いるなどしてもよい。さらに図１（ｂ）に示すように、白色光源２から発せられる光を一定形状のスリット５を通した光を用いるなどしてもよい。もちろん、レンズ４、スリット５を両方用いてもよい。このような処理を行うことで、光源２から発する光が広がりを有していても適用することができる。白色光を発する光源としてはメタルハライド照明またはハロゲン照明を用いることが望ましい。

２次元撮像装置３としては標準レンズを装着した、いわゆるＣＣＤ（撮像素子）カメラなどが好適である。２次元撮像装置３は、サンプル１表面に照射した光源２からの光の入射角に対応させ、略等しい反射角方向から撮像する（反射光を受光する）ように配置する。略とは厳密な意味で反射角からはずれたとしても、適用することができるという意味である。つまり、本発明の目的を達することができるのであれば厳密に反射角上に配置することを要しない。本来はαをなす角の方向に配置することが最も好ましいが、その配置からは外れたとしても、外れる範囲βはαから０〜５°（±５゜）の範囲に収めるのが好ましい。できればαから０〜２°（±２゜）の範囲に収めるのがさらに好ましい。また、撮像に際しては、焦点位置から一定の距離だけずらした上で撮像することが好ましい。これは、微細な表面凹凸に起因する画像の細かい明暗変動を、空間的にフィルタリング処理することと同じことであり、これによりローピングなどによって生じる明暗を強調することができるからである。焦点位置からのずれの量は、撮像する画像の拡大率に応じて選定することができる。

図２は本実施の形態における測定・評価の手順を表す図である。次に図１の測定システムにより得られた２次元画像のデータに基づいて、鋼板表面を評価する方法について説明する。図１に表したシステムにより、光源２からサンプル１に平行な白色光を照射する。一方、２次元撮像装置３では、前述した位置からサンプル１を撮像し、各撮像素子が受光した光（輝度）を２次元画像のデジタルデータとして変換する（図２：ステップＳ１）。

図３は撮像される２次元画像を表す図である。以下、２次元撮像装置３で撮像した画像の縦方向がローピングなどが伸びている方向（圧延方向）と一致するようにサンプル１と２次元撮像装置３とを配置した場合を例に説明する。図３（ａ）は実際に２次元撮像装置３により撮像した２次元画像の一例である。図３（ａ）中、縦方向に伸びているのがローピングなどである。本実施の形態では、ローピングなどが伸びている方向すなわち図３（ａ）中の縦方向をＹ方向とし、それと直交する方向をＸ方向（Ｘ方向上に光源２および２次元撮像装置３が配置されている）とする。ここで、この例においては２次元撮像装置３が撮像した画像の画素数は５１２（Ｘ方向）×４８２（Ｙ方向）である。一部を拡大した様子を図３（ｂ）に模式的に示すが、図３（ｂ）では、一つの画素のＸ方向の長さが０．０５ｍｍとなるように拡大率が調整されている。

また、Ｙ方向のある座標ｊに位置するＸ方向に伸びる走査ラインを、Ｙ_j 番目のライン（１≦Ｙ_j ≦４８２、Ｙ_j ：整数）と呼ぶことにする。ここで、輝度（受光した光の強さ）をＺとすると、Ｘのｉ番目の画素：Ｘ_i とＹ_j 番目のラインでの輝度Ｚは、Ｚ（Ｘ_i ，Ｙ_j ）と表すことができ、サンプル１に対してある仰角をなす方向から照射された光がサンプル１の表面で反射する光の強さの２次元的な分布をとらえることができる。ここで、１≦Ｘ_i ≦５１２、Ｘ_i ：整数である。

図４はＹ_j 番目のラインにおける分布を表す図である。図４（ａ）はＹ_j 番目のラインでのＺの輝度分布（受光した光の強度の分布）を示している。光源２から発せられる光の強度が厳密な意味で一様であれば、サンプル１の表面がローピングなどの全くない平坦な状態の下では、Ｚは一様になるはずである。ただ、実際には、光の照射または受光はサンプル１面に対して垂直方向ではないので、光源２の光の強さのムラ（斑（シェーディングとも呼ぶ）：２次元撮像装置３が受光する光の強さのムラともなる）が生じ、そのムラに起因して、図４（ａ）のように、左肩（光源２から遠い方）が下がってしまう。この場合、Ｙ_j 番目のラインでの輝度Ｚは、ローピングなどによるＸ方向の変動（変化）よりも巨視的な範囲にて、Ｘ方向に対する増減が発生してしまうことがある。

このような巨視的な範囲でのＺの増減の成分（シェーディング）を除去しておいた方がＺについて妥当な値が得られる。そのため、特定のカットオフ周波数を規定して、ローパスフィルタによるフィルタリング処理を行うことで、巨視的なＺの増減の成分を抽出し、元の分布からその成分を除去して補正する（図２：ステップＳ２）。この処理をシェーディング補正処理と呼ぶ。Ｚ（Ｘ_i ，Ｙ_j ）をシェーディング補正処理した後の画素ごとの輝度をＺ１（Ｘ_i ，Ｙ_j ）とする。Ｙ_j ラインでのＺ１の値を図４（ｂ）に示す。ここで、シェーディング補正処理を施す方がよい評価が期待できるが、サンプル１の大きさ、後の演算処理で行われる、所定距離分離れた２点（２画素）間の光の強度の差を算出する場合に設定する２点間の距離等によっては、巨視的なＺの増減が無視できることもある。このような場合には必ずしもシェーディング補正処理を行わなくてもよいので処理時間の短縮が期待できる。

次に、上述のようにして測定したＸ方向の輝度の変動のデータを用いて、ローピングなどの程度を表すための、本発明における好ましい演算処理の方法について説明する。まず、Ｙ_j が同じでＸ座標の異なるＺ１（Ｘ_i ，Ｙ_j ）同士で、例えば差をとる演算処理（つまり、微分処理）を施す（図２：ステップＳ３）。この場合、実際にはＸ_i とＸ_i+p でのＺの値の差を計算することになる。つまり、サンプル１上の所定距離離れている２点間（Ｘ_i とＸ_i+p とで表される）の光の強度の変化を微分処理して算出することになる。ここでｐの値としては例えば２または４、あるいはその他の値にすることができる。差をとった後の値をＺ２（Ｘ_i ，Ｙ_j ）とすると、次式（１）のように表せる。
Ｚ２（Ｘ_i ，Ｙ_j ）＝Ｚ１（Ｘ_i+p ，Ｙ_j ）−Ｚ１（Ｘ_i ，Ｙ_j ） …（１）
（１）式に基づいて算出したＹ_j ラインでのＺ２の値を図４（ｃ）に示す。

さらにＹ_j が同じでＸ座標の異なるＺ２（Ｘ_i ，Ｙ_j ）同士で、差をとる演算処理を施す（図２：ステップＳ４）。実際にはＸ_i とＸ_i+q でのＺ２の値の差を計算することになる。つまり、光の強度の変化率を微分処理して算出することになる。ｑの値としては例えば２または４、あるいはその他の値にすることができる。前述したｐと同じでもよい。差をとった後の値をＺ３（Ｘ_i ，Ｙ_j ）とすると、次式（２）のように表せる。
Ｚ３（Ｘ_i ，Ｙ_j ）＝Ｚ２（Ｘ_i+q ，Ｙ_j ）−Ｚ２（Ｘ_i ，Ｙ_j ） …（２）
（２）式に基づいて算出したＹ_j ラインでのＺ３の値を図４（ｄ）に示す。ここで、Ｘ_i ≦５１２であるので、例えば、ｉ＝５１１等の画素では、Ｚ２およびＺ３を算出することができない。そのように差を算出できない部分については除去することになる。

そして、例えば、Ｙ_j ラインにおいて算出されたＺ３の値について標準偏差σ_j を算出する（図２：ステップＳ５）。この標準偏差σ_j を以ってＹ_j ラインでの輝度Ｚの変動の大きさを表す指標とする。同様にＹ方向の全てのラインについてσ_j の値を算出する（図２：ステップＳ６）。そして、それらの平均値を指標σとする（図２：ステップＳ７）。すなわち、σ＝Σσ_j ÷４８２（１≦ｊ≦４８２）である。以上のような一連の処理を施すことで、サンプル１の表面を２次元的に撮像した画像内における、ローピングなどに起因する明暗の変動の大小程度に応じた指標σを算出する。

ここで、上記の説明では、Ｚ１（Ｘ_i ，Ｙ_j ）またはＺ２（Ｘ_i ，Ｙ_j ）同士の差を算出する演算処理の方法について説明したが、本発明はこれに限るものではない。その他の方法を用いてもローピングなどの程度を表す指標が算出できるのであれば、その方法は問わない。指標σの算出は、要するに、輝度（受光した光の強度）のＸ方向の変動を表せる方法であればいかなる方法をとってもよい。さらに上記の差分による指標σの算出についても、σそのものを指標とするのではなく、σの２倍、σの３倍を指標としてもよいし、Ｙ方向の全てのラインのσ_j の積算値を指標σとしてもよい。また、指標σは、分散の平方根である標準偏差σ_j に基づいて算出されたものであるが、標準偏差の代わりに分散でもよい。また、その他輝度（受光した光の強度）のばらつき（データの散らばり度合）を表す値に基づいて算出するようにしてもよい。さらに、指標σは平均による値であるが、単純に積算した値をσとしてもよい。つまり、Ｘ方向の変動を表すことができるのであれば、その他の値を指標とすることができる。

また、ｉ，ｊの範囲については、必ずしも全画素を対象としなければならないわけではなく、例えば、２０≦Ｘ_i ≦４８０，１００≦Ｙ_j ≦４００などのように撮像した画像内の一部、例えば、撮像した画像の中心付近の画素のみを演算処理の対象にすることもできる。このような場合、例えば、ローピングなどが最も強調されて発生する部分のみを演算処理の対象とすることができるので算出される指標σがローピングなどの程度をより実態的に表すことができる。

図５は指標σと目視評価との関係を表す図である。図５はローピングなどの程度が異なるサンプル１について、上記の算出方法によって算出したそれぞれの指標σ（縦軸）と、予め複数の人が目視判定した結果を持ち寄って協議した結果、得られたそれぞれの目視評価値（横軸）とを表している。図５によれば、指標σと目視評価の値との間では相関関係が高く、この図は指標σによってローピングなどの程度を目視による評価と同様に評価できることが確認されたことを表していることになる。そこで、例えば、指標σの値に基づいて、鋼板等の表面のローピングなどの評価判断を行う（図２：ステップＳ８）。

ここで、サンプル１の測定場所を変えて撮像した画像に基づいて算出した指標を平均した値を指標σとすることもできる。さらにサンプル１を１８０°反転し、先に測定した面の裏面を撮像した画像に基づいて指標を算出し、サンプル１の両面の指標を平均した値を用いて１つのサンプル１のローピングなどの程度を表す指標σとすることも可能である。

図６は指標σを目視評価に置き換えた場合の目視評価との関係を表す図である。図６は、図５に示した相関関係から近似直線を算出し、その直線を検量線として、その直線上の値から外れる分について標準偏差を算出し、それをσの値として置き換えて得られた関係をグラフ化したものである。本方法を用いることで、目視評価値の最小分解レベルである０．２５の差以内で評価値の推定ができることが確認された。例えば、従来ような方法を用いた場合には、いくつかの同じサンプルのセットを複数の観察者が別々に評価した結果、最大で１．０も目視評価値がばらつきが生じることがあった。指標σを利用した評価方法は、高い分解能で再現性良くローピングなどの程度を測定・評価できるので、定量的な測定・評価に利用できる。

また、ステンレス鋼板の生産ラインに本発明の装置を設置し、例えばストロボ発光する光源２を利用し、２次元撮像装置３側ではストロボ発光に応じて静止画像として撮像し、上記と同様の演算処理を施すことで、走行するステンレス鋼板に対し、ローピングなどの程度を測定・評価などをすることも可能である。

ここで、上記のように鋼板表面の測定・評価する場合、より実際的な面を考慮すると、、信頼性を向上させるには、光源２から発せられる光の強さが変化したような場合でも、演算結果である指標σが一定していることが必要がある。そのため、例えば、標準鋼板として表面に人工的に皺を付与した疑似サンプルを作成し、その疑似サンプルにおいて光の強さの変化とσの値の変化の関係をあらかじめ把握しておき、実際の測定・評価においては、光源２の強さを計測した上で、指標σの値を補正するようにすればよい。

以上のように、本実施の形態によれば、サンプル１面上において圧延方向と直交する方向から入射角αで光を照射し、反射角に対応する角度上に配置した２次元撮像装置３が撮像して得られた画像データに基づいて、光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正し、Ｙ_j ラインについて、所定距離分離れた光の強度の差を２回算出し、その算出結果に基づいてばらつきを表す標準偏差σ_j を算出し、その値を平均した指標σによる評価、判断を行うようにしたので、簡単な光学系システムによる測定を行い、簡単な処理ロジックにより、人間の感性に頼ることなく、客観的、定量的かつ再現性の良い表面の凹凸の測定・評価ができるようになる。それにより、例えば、ステンレスの鋼板に発生するローピングなどを測定・評価でき、その程度について品質管理ができ、製品の品質安定化、製造条件の最適化に寄与する。また、光源２による入射角を６０゜以上９０゜未満とし、２次元撮像装置３が撮像の際に、一定の焦点ずれを起こさせて撮像するようにしたので、ローピングなどの凹凸によって生じる明暗を強調して現すことができる。ここで、適度な回数でより正確な評価を行うために光の強度の差を２回算出しているが１回又は３回以上行うことも考えられる。

図７は、本発明を具体的に実現するための表面凹凸測定・評価システム構成例を表す図である。本実施例では、メタルハライドファイバ光源１２を用い、ステンレス鋼板から切り出したサンプル片１１（以下サンプル１１という）の表面にスリット１３とレンズ１４を通した光を入射角６０で照射する。そして、サンプル表面１に対して反射角６０°の方向上にレンズを装着したＣＣＤカメラ１５を配置し、拡大撮像する。ここで、ＣＣＤカメラ１５の走査方向（図中にＸ方向軸として表示）とサンプルの圧延方向（図中にＹ方向軸として表示）とが垂直に交差する関係となるように、サンプル１１とＣＣＤカメラ１５とを配置している。なお、光源としては、先述のメタルハライド光源１２のほかに、ハロゲン光源、蛍光灯等も用いることができる。

ＣＣＤカメラ１５の撮像により得られた画像に関するデータは、画像ボード１６に記憶される。演算装置１７は、画像ボード１６に記憶された、画像を構成する各画素のデータなどに基づいて、上述の実施の形態で説明した手順にしたがって指標σを算出する。さらに、演算装置１７は、算出した指標σに基づいてローピングなどの程度を評価する。演算装置１７は、表示手段、印刷手段などの出力装置１８に評価結果を出力させ、管理者等に示す。

ここで、演算装置１７は、例えばＣＰＵ（Central Prosessing Unit ）を中心とする演算制御手段（コンピュータ）で構成され、各部の処理手順はあらかじめプログラム化されることになる（ソフトウェアで構成される）。そして、演算制御手段が、そのプログラムを実行し、そのプログラムに基づく処理を行い、上述したシェーディング補正処理、差の算出処理、ばらつきの算出処理、指標σの算出処理の各処理を実現することになる。ここでは、演算装置１７が各処理をすべて行っているが、例えば、各処理又は２以上の処理を行う実行手段を、それぞれ独立したハードウェア（ファームウェアを含む））として構成することもできる。

ここで、本システムを鋼板の製造ラインに設置し、サンプル片１１ではなく、走行する鋼板を撮像し、測定・評価を行うことも可能である。その際、鋼板を撮像することによって得られる画像データは、走行する鋼板表面を撮像した静止画像を利用することもできるし、撮像した動画の１フレームの画像を利用することもできる。また、走行時の鋼板の振動や動きに起因する画像のぶれを極力無くすことが望ましい。ただ、本測定・評価方法を用いれば、多少のぶれが生じたとしても、演算装置１７において、ローピングなどを鮮明に表すための画像処理演算を行えば、処理後の画像のデータに基づいて指標σの値を算出し、ローピングなどの程度をオンラインで評価することも可能になる。従って、以上のような装置構成では、サンプル片１１を切り出さなくても、走行中の鋼板に対する測定・評価を高精度で行えるので、より効率的にステンレス鋼板の表面品質を評価することができ、好都合である。

また、本実施例におけるサンプル片１１はステンレス鋼を材料とする鋼板であったが、他の材料の鋼板についても本システムを適用することができる。また、鋼だけでなく、他の材料にも適用することができる。また、板だけでなく、加工品等の測定・評価にも適用することができる。特に加工品の平らな部分に有効である。

また、本実施例では、ＣＣＤカメラ１５が撮像した画像に関するデータを画像ボード１６などの記憶手段に記憶している。したがって、ローピングなどの程度（表面品質）の評価とを必ずしも測定とともにリアルタイムで行う必要がない。また、撮像した画像に関するデータを例えば記録メディアなどに記憶し、評価系の装置（例えば演算装置１７、出力装置１８）に入力し、処理させることができるのであれば、必ずしも、測定系の装置と評価系の装置とを例えば同じ敷地内に配置しておかなくてもよい。

本発明の実施の形態に係る鋼板測定システムの概略を表す図である。 本実施の形態における鋼板測定・評価の手順を表す図である。 撮像される２次元画像を表す図である。 Ｙ_j 番目のラインにおける分布を表す図である。 指標σと目視評価との関係を表す図である。 指標σを目視評価に置き換えた場合の目視評価との関係を表す図である。 本発明を実現する鋼板測定・評価システム構成例を表す図である。

符号の説明

１…サンプル
２…光源
３…２次元撮像装置
４…レンズ
５…スリット
１１…ステンレス鋼板のサンプル片
１２…メタルハライド光源
１３…スリット
１４…レンズ
１５…ＣＣＤカメラ
１６…画像ボード
１７…演算装置
１８…出力装置

Claims (12)

1. 圧延された測定対象の表面に、圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で光を照射する工程と、
   前記入射角に略等しい反射角に対応させた角度上で前記表面から反射される光を受光し、前記反射光を光の強度の分布のデータに変換する工程と、
   前記データに基づいて、前記光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正する工程と、
   前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出する工程と、
   前記算出した差のデータのばらつきを算出する工程と、
   前記圧延方向に対し、算出した前記ばらつきを積算又は平均して指標を算出する工程と
   を有することを特徴とする表面凹凸の測定・評価方法。
2. 前記差の算出を、前記圧延方向と直交する方向に対して２回行うことを特徴とする請求項１記載の表面凹凸の測定・評価方法。
3. 前記入射角を６０゜以上９０゜未満とすることを特徴とする請求項１記載の表面凹凸の測定・評価方法。
4. 圧延された測定対象の表面に、圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で光を照射する光学装置と、
   前記入射角に略等しい反射角に対応した角度上で前記表面から反射される光を受光し、前記反射光を光の強度の分布を表す画像データに変換する撮像装置と、
   前記画像データに基づいて、前記光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正し、前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出し、前記算出した差のデータのばらつきを算出し、前記圧延方向に対し、算出した前記ばらつきを積算又は平均して、前記表面の前記光の強度変化を指標として算出する演算装置と
   を備えたことを特徴とする表面凹凸の測定・評価システム。
5. 前記入射角を６０゜以上９０゜未満とすることを特徴とする請求項４記載の表面凹凸の測定・評価システム。
6. 前記撮像装置に前記測定対象表面から所定の焦点ずれを起こして反射光を受光させることを特徴とする請求項４記載の表面凹凸の測定・評価システム。
7. ステンレス鋼板を前記測定対象とすることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の表面凹凸の測定・評価システム。
8. 圧延された測定対象の面上において、前記圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で照射した光を、入射角に略等しい角度上で受光して得られた光の強度の分布を表す画像データに基づいて、前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出する差分算出手段と、
   該差分算出手段が算出した差分データのばらつきを算出するばらつき算出手段と、
   前記圧延方向に対し、算出した前記ばらつきを積算又は平均して指標を算出する指標算出手段と
   を備えたことを特徴とする表面凹凸評価装置。
9. 前記画像データに対し、前記光の照射ムラに起因する光の強度の変動を補正した後、差分算出手段に、前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出させるシェーディング補正手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の表面凹凸評価装置。
10. 前記差分算出手段は、前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差の算出を、前記圧延方向と直交する方向に対して２回行うことを特徴とする請求項８又は９記載の表面凹凸評価装置。
11. 圧延された測定対象の面上において前記圧延方向と直交する方向から、所定の入射角で照射した光を、前記入射角に略等しい角度上で受光して得られた光の強度の分布を表すデータに基づいて、前記光の照射むらに起因する光の強度の変動を補正する工程と、
    前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差を算出する工程と、
    前記算出した差のデータのばらつきを算出する工程と、
    前記圧延方向に対し、算出した前記ばらつきを積算又は平均して指標を算出する工程と
    をコンピュータに行わせることを特徴とする表面凹凸の評価方法のプログラム。
12. 前記圧延方向と直交する方向に所定距離離れた位置同士の光の強度の差の算出を、前記圧延方向と直交する方向に対して２回行わせることを特徴とする請求項１１記載の表面凹凸の評価方法のプログラム。

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