JP5104004B2 - Surface defect inspection apparatus and surface defect inspection method - Google Patents
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本発明は、例えば、薄鋼板表面などの被検査面に光を照射してその検査面の表面欠陥（凹凸状欠陥や模様状欠陥）を光学的に検出するための表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法に関するものである。 The present invention provides, for example, a surface defect inspection apparatus and a surface defect for optically detecting a surface defect (an uneven defect or a pattern defect) on a surface to be inspected such as a surface of a thin steel plate by irradiating light. It relates to the inspection method.
従来、自動車用外板鋼板などの極めて高い品質精度が要求される鋼板を出荷するに際しては、その表面の凹凸欠陥や模様状欠陥などを検出すべく厳格な表面欠陥検査が行われている。
この鋼板表面の欠陥検査方法としては、検査員による目視検査の他、製造ラインを流れる鋼板にレーザ光を照射してその反射パターンで表面欠陥を検出する方法が主流であったが、目視検査方法では見落としや検査員による技量の差が大きく、また、レーザ光を用いる方法では大きな凹凸状欠陥はほぼ１００％検出できるものの表面が平滑な模様状欠陥や微小な凹凸状欠陥には対応できないといった欠点がある。
Conventionally, when a steel sheet that requires extremely high quality accuracy, such as an automobile outer sheet steel, is shipped, a strict surface defect inspection is carried out to detect surface irregularities and pattern defects.
As a method for inspecting defects on the surface of the steel sheet, in addition to visual inspection by an inspector, a method for detecting surface defects with the reflection pattern by irradiating the steel sheet flowing through the production line with laser light was the mainstream. However, there is a large difference in oversight and skill by the inspector, and the method using laser light can detect almost 100% of large irregularities, but it cannot cope with pattern defects with a smooth surface or minute irregularities. There is.
そのため、最近ではこれらの検査方法に代わって、偏光を利用したいわゆる偏光式表面欠陥検査方法や光の乱反射を利用したいわゆる乱反射式表面欠陥検査方法が主流となってきている。
この偏光式表面欠陥検査方法は、例えば以下の特許文献１や２などに示すように、入射光に対して正反射位置３つの偏光カメラを設置し、これら３つの偏光カメラによって偏光角をそれぞれ異ならしめて受光するようにしたものであり、模様状欠陥に光を入射した場合の反射率の違いにより、偏光角に散乱された光を３つの偏光カメラで受光することで特に模様状欠陥に対して精度良く識別することが可能となっている。
Therefore, in recent years, instead of these inspection methods, a so-called polarization type surface defect inspection method using polarized light and a so-called diffuse reflection type surface defect inspection method using diffused reflection of light have become mainstream.
In this polarization type surface defect inspection method, for example, as shown in the following
一方、乱反射式表面検査方法は、例えば以下の特許文献３などに示すように、光の正反射位置と乱反射位置とにそれぞれ受光カメラを設置し、それぞれの正反射光と乱反射光のカメラ信号を比較し、例えばお互いの論理和をとるなどによって特に凹凸状欠陥に対して精度良く識別することが可能となっている。
ところで、前者の偏光式表面欠陥検査方法（装置）では、模様状の欠陥や大きな凹凸欠陥は容易に識別できるが、小さな凹凸欠陥は識別し難いといった欠点がある。
一方、前述した第２の方法（装置）では、これとは反対に、凹凸欠陥や大きな模様状欠陥の識別には優れているが、小さな模様状欠陥は識別し難いといった欠点がある。
すなわち、従来の方法（装置）では、小さな凹凸欠陥や模様状欠陥を同時に検出することは殆ど不可能であり、これらの微小な表面欠陥を検出するためには、これら２種類の装置を製造ライン方向にリニアに並べて段階的に検査するしか方法がなく、その分検査に要する手間やコストが高くなるといった問題点がある。
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その主な目的は、小さな凹凸欠陥や模様状欠陥を精度良くかつほぼ同時に検出することができる新規な表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供するものである。
By the way, in the former polarization type surface defect inspection method (apparatus), a pattern-like defect and a large irregularity defect can be easily identified, but a small irregularity defect is difficult to identify.
On the other hand, the second method (apparatus) described above, on the other hand, is excellent in identifying uneven defects and large pattern defects, but has a drawback that it is difficult to identify small pattern defects.
That is, with the conventional method (apparatus), it is almost impossible to detect small irregularities and pattern defects at the same time. In order to detect these minute surface defects, these two types of apparatuses are manufactured on the production line. There is only a method of inspecting step by step in a linear arrangement in the direction, and there is a problem that labor and cost required for the inspection increase accordingly.
Therefore, the present invention has been devised to effectively solve such problems, and its main purpose is a novel that can detect small irregularities and pattern defects accurately and almost simultaneously. A surface defect inspection apparatus and a surface defect inspection method are provided.
前記課題を解決するために請求項１の発明は、
被検査面に直線偏光を入射する直線偏光光源と、前記被検査面からの反射光を第１の検光角で受光する、レンズの前に前記第１の検光角に設定された検光子を有する第１の受光カメラ、前記被検査面からの反射光を第２の検光角で受光する、レンズの前に前記第２の検光角に設定された検光子を有する第２の受光カメラ、及び前記被検査面からの反射光を第３の検光角で受光する、レンズの前に前記第３の検光角に設定された検光子を有する第３の受光カメラとを有する表面欠陥検査装置であって、前記第１の受光カメラと第２の受光カメラを前記被検査面からの正反射光路上に配置すると共に、前記第３の受光カメラを正反射光路上から所定角度ずらして配置し、前記正反射光路上に配置される前記第１の受光カメラの前記第１の検光角は前記正反射光方向に対して３５°〜６０°、前記正反射光路上に配置される前記第２の受光カメラの前記第２の検光角は前記正反射光方向に対して−５°〜５°となっていると共に、前記第３の受光カメラの前記第３の検光角は、前記正反射方向に対して−３０°〜−５０°になっていることを特徴とする表面欠陥検査装置である。
すなわち、本発明装置は前述したような従来の偏光式表面欠陥検査装置を構成する３つの受光カメラのうちの１つの受光カメラ（第３の受光カメラ）の位置を正反射光路上から所定角度ずらして配置したものであり、これによって後に実証するように従来の偏光式表面欠陥検査装置では識別が困難であった小さな凹凸欠陥についても高精度に識別することができる。
ここで、第１の受光カメラの第１の検光角は、正反射光方向に対して３５°〜６０°であれば良いが、好ましくは約４０°である。また、同様に第２の受光カメラの第２の検光角は、前記正反射光方向に対して−５°〜５°であれば良いが、好ましくは約０°である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
A linearly polarized light source that makes linearly polarized light incident on the surface to be inspected, and an analyzer that receives the reflected light from the surface to be inspected at a first detection angle and is set at the first detection angle before the lens. A second light receiving camera having an analyzer set at the second detection angle in front of the lens, receiving the reflected light from the surface to be inspected at a second detection angle. A surface having a camera and a third light receiving camera that receives reflected light from the surface to be inspected at a third detection angle and has an analyzer set at the third detection angle in front of the lens. the defect inspection apparatus, prior Symbol predetermined angle with, the third light receiving camera from specular reflected light path of the first light receiving camera and the second light receiving camera placed specularly reflected light path from the surface to be inspected staggered disposed, said first detection optical angle of the first light receiving camera disposed in the specular reflected light path is The second detection angle of the second light receiving camera arranged on the specular reflection light path is −35 ° to the specular reflection light direction. Surface defect inspection characterized in that the third light detection camera has a third light detection angle of −30 ° to −50 ° with respect to the regular reflection direction. Device.
That is, the apparatus of the present invention shifts the position of one light receiving camera (third light receiving camera) of the three light receiving cameras constituting the conventional polarization type surface defect inspection apparatus as described above by a predetermined angle from the regular reflection optical path. Thus, as will be demonstrated later, it is possible to identify with high accuracy even small irregularities that have been difficult to identify with a conventional polarizing surface defect inspection apparatus.
Here, the first light detection angle of the first light receiving camera may be 35 ° to 60 ° with respect to the direction of specular reflection light, but is preferably about 40 °. Similarly, the second light detection angle of the second light receiving camera may be −5 ° to 5 ° with respect to the specularly reflected light direction, but is preferably about 0 °.
また、請求項２の発明は、
請求項１に記載の表面欠陥検査装置において、前記正反射光の反射角度は、前記被検査面に対して４５°〜６５°になっていると共に、前記第３の受光カメラは、前記被検査面に対して４５°〜５５°の角度で設置されていることを特徴とする表面欠陥検査装置である。ここで、前記正反射光の反射角度は、前記被検査面に対して４５°〜６５°が望ましいが、より好ましくは６０°である。
The invention of
2. The surface defect inspection apparatus according to
一方、請求項３の発明は、
直線偏光を被検査面に入射し、前記被検査面からの反射光を第１〜第３の３つの受光カメラを用いてそれぞれ第１の検光角、第２の検光角、及び第３の検光角で受光して前記被検査面上の欠陥を検査するようにした表面欠陥検査方法であって、前記第１の受光カメラが、レンズの前に前記第１の検光角に設定された検光子を有し、前記第２のカメラが、レンズの前に前記第２の検光角に設定された検光子を有し、前記第３の受光カメラが、レンズの前に前記第３の検光角に設定された検光子を有する表面欠陥検査方法において、前記第１の受光カメラと前記第２の受光カメラを前記被検査面から正反射光路上に配置すると共に、前記第３の受光カメラを正反射光路上から所定角度ずらして配置し、前記正反射光路上に配置される前記第１の受光カメラの前記第１の検光角は前記正反射光方向に対して３５°〜６０°、前記正反射光路上に配置される前記第２の受光カメラの前記第２の検光角は前記正反射光方向に対して−５°〜５°となっていると共に、前記第３の受光カメラの前記第３の検光角は、前記正反射方向に対して−３０°〜−５０°になっており、その後、前記直線偏光光源から被検査面に直線偏光を入射し、前記被検査面からの反射光をこれら第１〜第３の３つの受光カメラで同時に受光して前記被検査面上の欠陥を監査するようにしたことを特徴とする表面欠陥検査方法である。
これによって、前記請求項１の発明と同様に、従来の偏光式表面欠陥検査装置が得意とする模様状欠陥を精度良く検出できることは勿論、識別が困難であった小さな凹凸欠陥についても高精度に識別することができる。
On the other hand, the invention of
The linearly polarized light is incident on the surface to be inspected, and the reflected light from the surface to be inspected is first, second, and third using the first to third light receiving cameras, respectively . A surface defect inspection method in which a defect on the surface to be inspected is received by detecting at a detection angle of the first , wherein the first light receiving camera is set at the first detection angle before a lens. The second camera has an analyzer set at the second analysis angle in front of the lens, and the third light-receiving camera has the first camera in front of the lens. in the surface defect inspection method with 3 set analyzer to test light angle, with the the previous SL first light receiving camera the second light receiving camera placed in the specular reflected light path from the surface to be inspected, the first 3 by shifting a predetermined angle light receiving camera from specular reflected light path is disposed, said first receiving disposed on the specularly reflected light path The first detection angle of the camera is 35 ° to 60 ° with respect to the specular reflection light direction, and the second detection angle of the second light receiving camera disposed on the specular reflection light path is the positive reflection angle. The third light detection camera has a third light detection angle of −30 ° to −50 ° with respect to the regular reflection direction. and, after that, the incident linearly polarized light from the linearly polarized light source to the surface to be inspected, the surface to be inspected by receiving simultaneously in these first to third three light receiving camera reflected light from the surface to be inspected A surface defect inspection method characterized by auditing the above defects.
As a result, as in the first aspect of the present invention, it is possible to accurately detect pattern defects that the conventional polarizing surface defect inspection apparatus is good at, and to accurately detect small uneven defects that are difficult to identify. Can be identified.
また、請求項４の発明は、
請求項３に記載の表面欠陥検査方法であって、
前記第１〜第３の受光カメラの前にそれぞれの受光量を調節するフィルターを設けると共に、当該フィルターの透過率と前記直線偏光光源とを前記被検査面の種別ごとに調節して前記被検査面の種別ごとに異なる前記第１〜第３の受光カメラの受光輝度を平滑化することを特徴とする表面欠陥検査方法である。
これによって、前記被検査面の種別に拘わらず、その被検査面の小さな凹凸欠陥についても高精度に識別することができる。
The invention of
The surface defect inspection method according to
A filter for adjusting the amount of received light is provided in front of the first to third light receiving cameras, and the transmittance of the filter and the linearly polarized light source are adjusted for each type of the surface to be inspected. It is a surface defect inspection method characterized by smoothing the light-receiving luminance of the first to third light-receiving cameras different for each type of surface.
As a result, regardless of the type of the surface to be inspected, small irregularities on the surface to be inspected can be identified with high accuracy.
次に、このような本発明の表面欠陥検出の原理を図面を用いて詳細に説明する。
先ず、本発明の表面欠陥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付けて説明する。
例えば、検査対象が合金化亜鉛めっき鋼板の場合においては、図１０（ａ）に示すように下地の冷延鋼板は、溶融亜鉛めっきされた後、合金化炉を通過する。この間に下地鋼板１の鉄元素がめっき層２の亜鉛中に拡散し、通常図１０（ｃ）に示すように合金の柱状結晶３を形成する。このめっきされた鋼板４は次にロール５ａ、５ｂで調質圧延される。すると、図１０（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で平坦に潰され、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。
そして、この調質圧延のロール５ａ、５ｂにて平坦に潰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。
Next, the principle of surface defect detection according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the form of optical reflection on the surface of the steel sheet to be inspected by the surface defect inspection apparatus of the present invention will be described in relation to the micro uneven shape on the surface of the steel sheet.
For example, when the inspection object is an alloyed galvanized steel sheet, the underlying cold-rolled steel sheet passes through an alloying furnace after being hot-dip galvanized as shown in FIG. During this time, the iron element of the
And the part crushed flat by this
図１１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ず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により押し潰されたテンパ部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正反射光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一つにより鏡面的に反射されるが、反射方向は鋼板４の正反射方向とは必ずしも一致しない拡散反射光１０となる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view modeling what kind of optical reflection occurs on the surface of the
On the other hand, the incident light 8 incident on the non-tempered
従って、鋼板４の表面におけるテンパ部６および非テンパ部７の各反射光の角度分布はマクロに見ればそれぞれ図１２（ａ）、（ｂ）のようになる。すなわち、テンパ部６では鋭い鏡面性の正反射が発生し、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もった拡散反射光となる。なお、本発明においては、このテンパ部６の反射光を正反射光９と称し、非テンパ部７の反射光を拡散反射光１０と称する。
Accordingly, the angle distribution of the reflected light of the
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１２（ｃ）に示すように正反射光９および拡散反射光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。以上、テンパ部６と非テンパ部７とを合金化亜鉛めっき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する。
Actually, the
次に、本発明で検出可能である顕著な凹凸形状をもたない模様状ヘゲ欠陥などと呼ばれる模様状欠陥の光学反射特性について説明する。
図１３に示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に見られるヘゲ欠陥（ヘゲ部１１）は、めっき加工前の冷延鋼板原板にヘゲ欠陥（ヘゲ部１１）が存在し、その上にめっき層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。
Next, the optical reflection characteristics of a pattern defect called a pattern hege defect that does not have a remarkable uneven shape that can be detected by the present invention will be described.
As shown in FIG. 13, the hege defect (hege portion 11) seen in the alloyed hot-dip galvanized steel sheet is present in the cold-rolled steel sheet before plating, The
一般にヘゲ部１１は、鋼板４の正常部分を示す母材１２と比較して例えばめっき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のめっき厚が厚く母材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のめっき厚が薄く母材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法線方向に強く、拡散性は小さくなる。
In general, the shaving
次に、このようなヘゲ部１１と母材部１２の表面正常の違いにより、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（ａ〜ｃ）に分けられる。
（ａ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面積率および非テンパ部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の面積率および非テンパ部７の微小面素の角度分布と異なる（図１５（ａ）、図１４（ａ））。
Next, it will be described how the pattern-like shave defect looks due to the difference in normal surface between the
Based on the model described above, the difference between the shaving
(A) The area ratio of the
（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１５（ｂ）、図１４（ｂ））。
（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１５（ｃ）、図１４（ｃ））。
(B) Although the area ratio of the
(C) Although the angular distribution of the minute surface element of the
図１６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（クスィー、クサイ）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）〜（ｃ）の３つの場合について、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）および微小面素１３の角度分布の違いが、図１４（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。
As shown in FIG. 16, the inclination angle of the normal direction of the
The difference in the area ratio S (ξ) of the tempered
すなわち、図１４（ａ）は、ヘゲ部角度分布１１ａと、母材部角度分布１２ｅとの間において、正反射成分と拡散反射成分とが共に差が存在する場合を示し、図１４（ｂ）は、正反射成分のみに差が存在する場合を示し、図１４（ｃ）は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１４（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のテンパ部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。
That is, FIG. 14A shows a case where there is a difference between the specular reflection component and the diffuse reflection component between the bevel
When there is a difference in the area ratio S (ξ) of the
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１４（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、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１４（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。
When there is no difference in the area ratio S (ξ) of the
例えば、ヘゲ部１１の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はヘゲ部１１は明るく観察され、正反射方向から離れるにしたがって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。
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１５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１４（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１５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。
For example, when the diffusivity (angle distribution) of the diffuse reflection component of the shaving
In order to reliably detect such a shaved
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１５の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１７（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。
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１７（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。
Here, when expressing that the reflected light with the normal angle ξ = 0 of the
Further, for example, when the reflected light is measured at an angular position of 40 ° shifted by 20 ° from the regular reflection direction at an incident angle of 60 °, the weighting function I represented by the delta function δ (ξ + 10) as shown in FIG. This corresponds to calculation using (ξ).
なお、図１６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以下の式（１）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。
As shown in FIG. 16, the relationship between the reflection angle θ ′, the normal angle ξ of the
θ ′ = − θ + 2ξ (1)
That is, it can be understood that what kind of angle (normal angle ξ) the reflected light from the
このような観点から、図１５（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１７（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Ｉ（ξ）は、必ずしも図１７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。
From this point of view, a weight function I (ξ) for discriminating and detecting each
Note that the weighting function I (ξ) does not necessarily need to be a delta function δ (ξ) with an infinitesimal width for extracting only the specific normal angle shown in FIG. 17, and may have a certain signal width. Is possible.
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。
前者の課題に対しては同一光軸上の測定の必要がある。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正反射成分と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もって設定できることが望ましい。
However, in such a discrimination method, the fields of view of the two optical systems cannot be made the same. Also, once a camera is installed to measure diffusely reflected light, it is not easy to change its weight function I (ξ) because it is necessary to change the installation position of the camera.
For the former problem, measurement on the same optical axis is necessary. That is, it is desirable that both the regular reflection component and the diffuse reflection component are captured only by measurement from the regular reflection direction of the
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の正反射方向から正反射成分と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（直線偏光光源）の効果を説明するために、図１８（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。
Therefore, in the present invention, a linear light source having diffusion characteristics, that is, a linear diffused light source is used as a light source instead of a parallel light source such as a laser. Further, polarized light is used because it is necessary to separate and extract the regular reflection component and the diffuse reflection component from the regular reflection direction of the
In order to explain the effect of this linear diffused light source (linearly polarized light source), as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b), the linear diffused
図１８（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からの正反射光が支配的である。
As shown in FIG. 18 (a), in the case of the
これに対し、図１８（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。従って、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で反射した拡散反射光である。
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からの正反射光と非テンパ部７からの拡散反射光との和である。
On the other hand, as shown in FIG. 18B, in the case of the
Combining the above two cases, the specularly reflected light from the
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、または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も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および位相差Δに応じた楕円偏光となって出射する。
Next, how the polarization characteristics change when observed from the regular reflection direction of the
In general, in the case of reflection on a mirror-like metal surface, the polarization characteristics are preserved even by reflection when the direction of the electric field is light parallel to the incident surface (P-polarized light) or light perpendicular to the incident surface (S-polarized light). . That is, the light is output as P-polarized light or S-polarized light. Further, when linearly polarized light having an arbitrary polarization angle having both P-polarized light component and S-polarized light component is reflected, it becomes an elliptically polarized light according to the reflectance ratio tanΨ and phase difference Δ of P and S-polarized light. To do.
合金化亜鉛めっき鋼板に線状拡散光源１４から光が照射される場合を図１９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図１９（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。
一方、図１９（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両偏光成分をも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。
A case where the alloyed galvanized steel sheet is irradiated with light from the linear
As shown in FIG. 19A, the light emitted from the central portion of the linear diffused
On the other hand, as shown in FIG. 19B, the light emitted from a position other than the central portion of the linear diffused
また、線状拡散光源１４からＰ、Ｓ両偏光成分をもつ任意の偏光角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。
以下、Ｐ，Ｓ両偏光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。
Further, when linearly polarized light having an arbitrary polarization angle α having both P and S polarization components is incident on the
Hereinafter, a case where linearly polarized light having both P and S polarization components is incident on the
まず、図２０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、および、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。
First, as shown in FIG. 20, the incident light 8 from the linear diffused
一方、図２１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による拡散反射成分のみが寄与する。
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、以下の式（２） 式で与えられる。
cosξ＝［２・ cosθ・ cos2（φ／２）］
／［s in2 φ＋４・｛ cos2 θ・ cos4 （φ／４）
＋sin2 θ・ sin4 （φ／２）｝］1/2 …（２）
On the other hand, as shown in FIG. 21, the specular reflection component of the incident light 8 from the point A shifted from the point O of the
Here, the relationship between the angle φ indicating the incident direction of the
cosξ = [2 · cosθ · cos 2 (φ / 2)]
/ [S in 2 φ + 4 ・ {cos 2 θ ・ cos 4 (φ / 4)
+ Sin 2 θ · sin 4 (φ / 2)}] 1/2 (2)
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Ｅinおよび反射特性行列Ｔはそれぞれ以下の式（４）、（５）で与えられる。
Next, the polarization state of the light reflected in this way will be considered.
The polarization state E C after the
E C = T · E in (3)
It is expressed.
However, E in represents the linear polarization vector of the azimuth angle (polarization angle)
The linearly polarized light vector Ein and the reflection characteristic matrix T are given by the following equations (4) and (5), respectively.
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ＥA は、入射面が偏光板１５および受光カメラ１６の検光子と直交しているとすれば以下の式（６）で与えられる。
ＥA ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …（６）
但し、Ｒは回転行列であり、以下の式（７）で与えられる。
However, tan ψ: Amplitude reflectance ratio of P and S-polarized light Δ: Phase difference of reflectance of P and S-polarized light r S : Amplitude reflectance of S-polarized light Similarly, incident light emitted from point A on the linear diffused
E A = R (ξ) · T · R (−ξ) · E in (6)
However, R is a rotation matrix and is given by the following equation (7).
前述した式（３）は、式（６）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、正反射成分についても散反射成分についても式（６）を用いて統一的に考えることができる。式（６）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２２に示すようになる。
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。
Equation (3) described above is a special case where the normal angle ξ = 0 of the
Here, the azimuth angle (polarization angle) α of the incident polarized light is 45 °, the incident angle θ is 60 °, the reflection characteristic of the
図２２より、法線角度ξ＝０、すなわち正反射の場合の楕円に対して法線角度ξの値が変化するにしたがって、楕円が傾いていくのが理解できる。
従って、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。
このことを定量化するために、図２１に示すように、式（３）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Ｅ0 を求めると、以下の式（８）となる。
Ｅ0 ＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・ＥA
＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …（８）
但し、Ａは検光子１７を表す行列であり、以下の式（９）で示される。
From FIG. 22, it can be understood that the ellipse tilts as the normal angle ξ = 0, that is, the value of the normal angle ξ changes with respect to the ellipse in the case of regular reflection.
Therefore, for example, by inserting the
To quantify this, as shown in FIG. 21, the polarization state E in after insertion of the
E 0 = R (β) · A · R (−β) · E A
= R (β) · A · R (−β) · R (ξ) · T · R (−ξ) · E in (8)
However, A is a matrix representing the
次に、この式（８）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、以下の式（１０）が成立する。
Ｓ（ξ）・｜Ｅ0 ｜2 ＝ｒS 2 ＥP 2 ・Ｓ（ξ）・Ｉ（ξ，β）
Ｉ（ξ，β）＝ tan2 Ψ・cos2 （ξ−α）・cos2 （ξ−β）
＋２・tanΨ・cosΔ・cos（ξ−α）・sin（ξ−α）
×cos（ξ−β）・sin（ξ−β）
＋sin2 （ξ−α）・sin2 （β−ξ）…（１０）
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、光学系およ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。
Next, the light intensity of the reflected light from the
As described above, when the area ratio of the corresponding
S (ξ) · | E 0 | 2 = r S 2 E P 2 · S (ξ) · I (ξ, β)
I (ξ, β) = tan 2 Ψ ・ cos 2 (ξ−α) ・ cos 2 (ξ−β)
＋2 ・ tanΨ ・ cosΔ ・ cos (ξ−α) ・ sin (ξ−α)
× cos (ξ−β) ・ sin (ξ−β)
+ Sin 2 (ξ−α) · sin 2 (β−ξ) (10)
As described above, I (ξ, β) in the above equation is a weighting function indicating how much the reflected light from the
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。
従って、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）とを考えれば良い。
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、その候補は次の式（１１）をβについて解くことによって与えられる。
When considering an object whose surface material is uniform, such as a surface-treated steel plate, the value of the reflectance r S 2 is considered to be constant. Further, the incident light amount E P 2 may be a constant value if the incident light amount is uniform regardless of the position of the light source.
Therefore, in order to obtain the light intensity detected by the
Here, the weight function I (ξ, β) is considered. When trying to select the analysis angle β 0 of the
この式（１１）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＝４０°を採用した。
According to this equation (11), when the normal angle ξ = 0, that is, the detection angle β that maximizes the contribution of the specular reflection component, the detection angle β is about −45 °. However, also here, the reflection factor of the
図２３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。
図２３の特性から、法線角度ξ＝０°、すなわち正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。
また、逆に法線角度ξ＝±３５°の反射光を最も良く抽出するような検光子１７の検光角βを式（１０）および式（１１）より求めると、およそβ＝４０°である。
検光子１７の検光角β＝４０°に対する微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４０）の関係を図２４に示す。
FIG. 23 shows the relationship between the normal angle ξ of the
From the characteristics of FIG. 23, the normal angle ξ = 0 °, that is, the specular reflection component is the most dominant, and conversely, the specular diffuse reflected light from the
Conversely, when the detection angle β of the
FIG. 24 shows the relationship between the normal angle ξ of the
なお、図２４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。
また、検光子１７の検光角β＝−４５°と４０°の中間の特性となるβ＝０°についても計算した重み関数Ｉ（ξ，０）も図２４に示した。
Note that the characteristic of the weight function I (ξ, β) in FIG. 24 is not symmetrical. Considering the incident surface (the plane stretched by the
FIG. 24 also shows the weighting function I (ξ, 0) calculated for β = 0 °, which is an intermediate characteristic between the analysis angle β = −45 ° and 40 ° of the
式（１０）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２５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２５で示される面積率Ｓ（ξ）を図２３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。
As shown in the equation (10), the intensity of the reflected light from the
そこで、鋼板４の表面に、図１４（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１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようになっている。
まず、図１４（ｂ）、図１５（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。このような欠陥を検光角β＝−４５°の検光子１７を通して受光したときの光強度は、図１５（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図２３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。
Therefore, a case is considered in which the shaving
First, let us consider a case where there is a difference only in the specular reflection component as shown in FIGS. 14B and 15B. The light intensity when such a defect is received through the
また、同一欠陥を検光角β＝４５°の検光子１７を通して受光したときの光強度については、図１５（ｂ）に示すように、拡散反射成分に違いがないため、図２４の検光角β＝４０°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。
また、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）のように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＝４０°の度検光子１７を通したときに検出できる。
Further, with respect to the light intensity when the same defect is received through the
14C and 15C, when only the diffuse reflection component is different, it can be detected by passing through the
但し、母材部１２とヘゲ部１１の拡散反射成分の違いがなくなっている法線角度ξは、図１５（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°付近となる欠陥があると、検光角β＝４０°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Ｉ（ξ，９０））となるような検光角β（例えば０゜）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良い。
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１４（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。
However, the normal angle ξ at which the difference between the diffuse reflection components of the
In that case, another
In general, the reflection characteristics of the
また、図１４（ａ）、図１５（ａ）のように正反射成分、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＋４０°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。
そして、本発明は前述したように、この−４５°の検光子１７を有する受光カメラ１６（偏光カメラ）を正反射光路（６０°）から所定角度（５５°〜４５°）ずらして配置して乱反射光を受光するようにしたものであり、このような検出原理によって微小な模様状欠陥のみならず微小な凹凸状欠陥も精度良く検出することができる。
When there is a difference in both the regular reflection component and the diffuse reflection component as shown in FIGS. 14A and 15A, basically, for example, the
In the present invention, as described above, the light receiving camera 16 (polarization camera) having the −45 °
本発明によれば、従来の偏光式表面欠陥検査装置を構成する３つの受光カメラのうちの１つの受光カメラの位置を正反射光路上から所定角度ずらして配置したため、従来の偏光式表面欠陥検査装置では識別が困難であった小さな凹凸欠陥についても高精度に識別することができる。
この結果、本発明装置のみによって小さな凹凸欠陥や模様状欠陥を精度良く同時に検出できるため、従来のように２種類の装置を製造ライン方向にリニアに並べて段階的に検査するような方法に比較して、検査に要する手間やコストを省くことができる。
According to the present invention, since the position of one of the three light receiving cameras constituting the conventional polarization type surface defect inspection apparatus is shifted from the regular reflection optical path by a predetermined angle, the conventional polarization type surface defect inspection is performed. Even small uneven defects, which are difficult to identify with the apparatus, can be identified with high accuracy.
As a result, small uneven defects and pattern defects can be detected simultaneously with high accuracy only by the apparatus of the present invention, so that it is compared with the conventional method in which two types of apparatuses are linearly arranged in the production line direction and inspected step by step. Thus, labor and cost required for inspection can be saved.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１（ａ）は本発明に係る表面欠陥検査装置１００の実施の一形態を示す側面図であり、図１（ｂ）は同表面欠陥検査装置１００を示す平面図、図２は同表面欠陥検査装置１００の光学系のおおまかな配置関係を分かりやすく示す斜視図である。
図示するようにこの表面欠陥検査装置１００は、亜鉛系めっき鋼板の品質検査ライン上に設置された例であり、図中矢印方向に搬送される帯状の鋼板２１の搬送路の上方位置にその幅方向に沿って配設される線状拡散光源２２と、この線状拡散光源２２から鋼板２１表面に照射された線状の反射光を受光する受光部２７と、その受光部２７からの信号を処理する信号処理部４０とを主に備えた構成となっている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1A is a side view showing an embodiment of a surface
As shown in the figure, this surface
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ようになっている。そして、この線状拡散光源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で照射するようになっており、この鋼板２１で反射された反射光２６は、鋼板正反射方向に配置された受光部２７に入射するようになっている。なお、偏光板２５の方位角（偏光角）αは、例えば４５°に設定されている。
この受光部２７は、レンズの前に検光角βが４０°、０°、−４５°に設定された検光子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ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２９ａ（第１の受光カメラ），２９ｂ（第２の受光カメラ），２９ｃ（第３の受光カメラ）から構成されている。
The linear diffused
The light-receiving
そして、これら各受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃのうち、検光角βが４０°および０°に設定された検光子２８ａ，２８ｂをそれぞれ有する受光カメラ２９ａ，２９ｂの２台は、正反射光路（反射角θ）上であってそれぞれの各光軸は互いに平行に維持されているのに対し、検光角βが−４５°に設定された検光子２９ｃを有する受光カメラ２９ｃは、鋼板２１の表面（照射面）に対して約５０°の反射角θで設置されている。なお、３台の受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃの視野のずれは、信号処理部４０において補正している。また、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、ビームスプリッタを用いる場合に比べて、光量のロスがなくなり、効率的な測定が可能となる。
ここで、受光部２７を構成する受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃとしては具体的には特に限定されるものではないが、前述したリニアアレイカメラの代りに２次元ＣＣＤカメラや、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み合わせた走査型の光検出器などを使用することも可能である。
Of these light-receiving
Here, the
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もつため、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。
そして、このようにして各受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃで受光された反射光２６における鋼板２１の幅方向の１ライン分の各画素ごとの光強度は、それぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて図３に示すような信号処理部４０へ送信されるようになっている。
In addition, a fluorescent lamp can be used as the linear diffused
Then, the light intensity for each pixel for one line in the width direction of the
図３は、この信号処理部４０の概略構成を示すブロック図である。
４０°の検光子２８ａが組込まれた第１のカメラとしての受光カメラ２９ａ、０°の検光子２８ｂが組込まれた第２のカメラとしての受光カメラ２９ｂ、−４５°検光子２８ｃが組込まれた第３のカメラとしての受光カメラ２９ｃ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。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the
A
各平均値間引き部３０ａ〜３０ｃは、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃのスキャン周期ごとに各受光カメラ２９ａ〜２９ｃから入力される各光強度信号ａ〜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。
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、スキャン周期ごとの各光強度信号ａ〜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２９ａ〜２９ｃの鋼板移動方向の視野サイズよりも充分大きい場合にも、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。
Each of the average
By performing such a thinning process, the resolution in the moving direction of one line of the steel plate in the signal processing can be made constant even if the conveying speed of the
各平均値間引き部３０ａ〜３０ｃで信号処理された各光強度信号ａ〜ｃは、次の各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃへ入力される。各前処理部３１ａ〜３１ｃ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〜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〜ｃの変化を表面欠陥と誤認識することを防ぐ処理も実施する。各前処理部３１ａ〜３１ｃで信号処理された各光強度信号ａ〜ｃは次の各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃへ入力される。
The light intensity signals a to c subjected to the signal processing by the average
各２値化処理部３２ａ〜３２ｃは、各光強度信号ａ〜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、表面欠陥候補点を抽出して、次の特徴量算出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃへ送出する。
特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃは、一続きとなっている表面欠陥候補点を１つの表面欠陥候補領域と判定し、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。
正反射性欠陥判定部３４および拡散反射性欠陥判定部３５では、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃに対応する各特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃにより算出された特徴量に基づいて、欠陥の種類、およびその程度を判定する。
Each of the
The feature
In the regular reflection
そして、欠陥総合判定部３６では、正反射性欠陥判定部３４および拡散反射性欠陥判定部３５での判定結果および特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最終的な欠陥の種別およびその程度を判定する。
また、この総合判定部３６では、各特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃからの位置特徴量を基に、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃ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２９ａ〜２９ｃ相互間の視野を画素単位で調整しておく必要はない。
Then, in the defect
In addition, the
そして、このような構成をした本発明の表面欠陥検査装置１００を用いた亜鉛系めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっきＧＡ１、ＧＡ２）、溶融亜鉛めっきＧＩ１，ＧＩ２）の表面欠陥の識別を行ったところ、例えば、ヘゲ、不めっき、スプラッシュ、アッシュ、デンツ、焼けムラ、擦り傷、白筋状スケール、筋模様などの顕著な凹凸欠陥や模様状欠陥については正確に識別できたことは、勿論、従来の偏光式表面欠陥装置では検出することができなかった、白筋状スケール（Ｂ級）などの微小凹凸欠陥についてもはっきりと識別することができた。
And when the surface defect of the galvanized steel plate (alloyed hot dip galvanized GA1, GA2), hot dip galvanized GI1, GI2) was identified using the surface
次に、このような構成をした本発明の表面欠陥検査装置１００のカメラ位置や検出条件の選定などについて主に図４〜図９の図面を参照しながら説明する。
先ず、前述した３つの受光カメラ２９ａ（以後、これを「偏光４０°カメラ」と称す）、受光カメラ２９ｂ（以後、これを「偏光０°カメラ」と称す）、受光カメラ２９ｃ（以後、これを「偏光−４５°カメラ」と称す）のうち、いずれのカメラ位置を正反射光路上である正反射位置から乱反射位置にずらすかを決定するに際し、それぞれのカメラを実際に正反射位置から乱反射位置にずらしたときの感度余裕度（ａ．ｕ．）を調べた。
Next, selection of the camera position, detection conditions, etc. of the surface
First, the above-described three
図４は、４種類の自動車外板用亜鉛系めっき鋼板（ＧＡ１（低粗度）、ＧＡ２（低粗度）、ＧＩ１（中粗度）、ＧＩ２（低粗度））についてのそれぞれの偏光４０°カメラ、偏光０°カメラ、偏光−４５°カメラの感度余裕度（ａ．ｕ．）を示したものである。
図示するように、いずれのケース（鋼板種）においても、偏光４０°カメラの感度余裕度（ａ．ｕ．）が最も低く、偏光−４５°カメラの感度余裕度（ａ．ｕ．）が最も高い関係であることが分かった。
従って、本発明においては、正反射位置から乱反射位置に移動するカメラとして感度余裕度（ａ．ｕ．）が最も高い偏光−４５°カメラ（受光カメラ２９ｃ）を選定した。
FIG. 4 shows polarized
As shown in the figure, in any case (steel plate type), the sensitivity margin (au) of the
Therefore, in the present invention, the polarization-45 ° camera (
次に、この正反射位置から乱反射位置に移動する偏光−４５°カメラの角度を決定するに際して、その感度余裕度（ａ．ｕ．）が最も高くなる角度を調べた。
図５および図６は、それぞれこの偏光−４５°カメラを正反射角度である６０°から乱反射角度である４５°および５０°に変化させたときの感度余裕度（ａ．ｕ．）を示したものである。
Next, when determining the angle of the polarized -45 ° camera that moves from the regular reflection position to the irregular reflection position, the angle at which the sensitivity margin (au) becomes the highest was examined.
5 and 6 show sensitivity margins (au) when the polarization-45 ° camera is changed from the specular reflection angle of 60 ° to the irregular reflection angles of 45 ° and 50 °, respectively. Is.
図５に示すように、この偏光−４５°カメラを正反射角度である６０°から乱反射角度である４５°に移動した場合では、いずれのケース（鋼板種）においても優れた感度余裕度を示したものの、いずれもそのカメラの感度限界に達しなかったが、図６に示すようにこの偏光−４５°カメラを正反射角度である６０°から乱反射角度である５０°に移動した場合では、いずれのケース（鋼板種）においてもそのカメラの感度限界を超えることが分かり、優れた感度余裕度（ａ．ｕ．）を発揮することが分かった。
また、特に図示していないが、この偏光−４５°カメラの角度をさらに移動した場合、約５５°を超えると急激にその感度余裕度（ａ．ｕ．）が減少することが分かった。
As shown in FIG. 5, when this polarization-45 ° camera is moved from the regular reflection angle of 60 ° to the diffuse reflection angle of 45 °, an excellent sensitivity margin is exhibited in any case (steel plate type). However, none of them reached the sensitivity limit of the camera. However, as shown in FIG. 6, when the polarized-45 ° camera was moved from the regular reflection angle of 60 ° to the diffuse reflection angle of 50 °, In this case (steel plate type), it was found that the sensitivity limit of the camera was exceeded and an excellent sensitivity margin (au) was demonstrated.
Although not specifically shown, it has been found that when the angle of the polarized-45 ° camera is further moved, the sensitivity margin (au) rapidly decreases when the angle exceeds about 55 °.
従って、本発明においては、この乱反射位置に設置する偏光−４５°カメラの設置角度として鋼板表面（反射面）に対して約４５°〜５５°の範囲に設置する必要があり、より望ましくは鋼板表面（反射面）に対して約５０°の角度にこの偏光−４５°カメラを設置すればより確実に欠陥を識別することができる。
また、このようにして正反射光および拡散反射光を受光するに際しては、各鋼板種ごとに異なる受光輝度（ａ．ｕ．）をフィルターや光量の調節などによって平滑化することが望ましい。
Therefore, in the present invention, it is necessary to install the polarized-45 ° camera installed at the irregular reflection position in the range of about 45 ° to 55 ° with respect to the steel plate surface (reflecting surface), and more preferably the steel plate. If this polarization-45 ° camera is installed at an angle of about 50 ° with respect to the surface (reflection surface), defects can be identified more reliably.
In addition, when receiving regular reflection light and diffuse reflection light in this way, it is desirable to smooth the light reception luminance (au) that differs for each steel sheet type by adjusting the filter or the amount of light.
図７は、光源の光量値を「７」にしたときの、各カメラの受光輝度を示したものである。図からも分かるように、ＧＡ１低粗度鋼およびＧＡ２低粗度鋼の場合は、いずれのカメラにおいてもその受光輝度（ａ．ｕ．）は、「５０」以下であって欠陥検出限界最大輝度である「２５０」に遙かに満たない状態であるが、ＧＩ２低粗度鋼の場合は、いずれのカメラにおいてもその受光輝度（ａ．ｕ．）は、「５０」を超えることが分かる。しかも、ＧＩ２低粗度鋼の場合、特に正反射光路上に位置する偏光０°カメラの受光輝度（ａ．ｕ．）は突出しており、欠陥検出限界最大輝度に達するほどの高い輝度を発揮した。
従って、本発明装置１００によって実際に欠陥検出を行うにあたっては、このように各鋼種ごとに異なる受光輝度を考慮し、その受光輝度ができるだけ平滑化するように、光源の光量を調節したり、透過率の異なるフィルターを選定して設置するなどしてから測定することが望ましい。
FIG. 7 shows the received light luminance of each camera when the light amount value of the light source is “7”. As can be seen from the figure, in the case of GA1 low roughness steel and GA2 low roughness steel, the received light intensity (au) of any camera is "50" or less and the defect detection limit maximum brightness. However, in the case of GI2 low-roughness steel, the light receiving luminance (au) of each camera exceeds “50”. Moreover, in the case of GI2 low-roughness steel, the light receiving luminance (au) of the
Therefore, when actually detecting defects using the
図８は、このように鋼種ごとに異なる受光輝度を平滑化するための光源の光量値とフィルター透過率との組み合わせの一例を示したものである。
すなわち、ＧＡ１低粗度鋼およびＧＡ２低粗度鋼の場合は、図７に示したようにいずれのカメラもその受光輝度（ａ．ｕ．）が低いことから、その光源の光量値を標準値である「７」からそれぞれ「９．１」、「７．８」に上昇させると共に、各カメラごとに異なる受光輝度（ａ．ｕ．）の最大値の差を小さくすべく、フィルターの透過率を、受光輝度（ａ．ｕ．）が最も低い偏光４０°カメラでは１００％とするのに対し、他のカメラではそれぞれ４４％、７９％とする。
FIG. 8 shows an example of a combination of the light amount value of the light source and the filter transmittance for smoothing the light receiving luminance that differs for each steel type.
That is, in the case of GA1 low roughness steel and GA2 low roughness steel, as shown in FIG. 7, since the received light intensity (au) of each camera is low, the light intensity value of the light source is set to the standard value. In order to reduce the difference in the maximum value of the received light luminance (au) that is different for each camera, the transmittance of the filter is increased from “7” to “9.1” and “7.8”, respectively. Is set to 100% for a polarized light 40 ° camera with the lowest received luminance (au), whereas it is set to 44% and 79% for other cameras, respectively.
一方、これらＧＡ１低粗度鋼およびＧＡ２低粗度鋼に比べて受光輝度（ａ．ｕ．）が高いＧＩ２低粗度鋼の場合は、その光源の光量値を標準値である「７」からそれぞれ「６．４」に下げると共に、各カメラごとに異なる受光輝度（ａ．ｕ．）の最大値の差を小さくするべく、フィルターの透過率を、受光輝度（ａ．ｕ．）が最も高い偏光０°カメラでは、１４％とし、他のカメラではそれぞれ６５％、３３％などとする。
これによって、図９に示すように、受光輝度が鋼種やカメラの位置に拘わらず上昇し、かつその最大値が平滑化されるため、より高い精度で確実に鋼板表面の欠陥を識別することが可能となる。
On the other hand, in the case of GI2 low roughness steel having a higher light receiving luminance (au) than these GA1 low roughness steel and GA2 low roughness steel, the light intensity value of the light source is changed from the standard value “7”. In order to reduce the maximum value of the received light luminance (au) that is different for each camera while reducing the value to “6.4”, the transmittance of the filter is highest for the received light luminance (au). For a camera with 0 ° polarization, it is 14%, and for other cameras it is 65%, 33%, etc.
As a result, as shown in FIG. 9, the received light brightness increases regardless of the steel type and the position of the camera, and the maximum value is smoothed, so that defects on the surface of the steel sheet can be reliably identified with higher accuracy. It becomes possible.
１００…表面欠陥検査装置
４、２１…鋼板
６…テンパ部
７…非テンパ部
８，２３…入射光
９…正反射光
１０…拡散反射光
１１…ヘゲ部
１２…母材部
１４，２２…線状拡散光源
１５，２５…偏光板
１６…受光カメラ
１７，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…検光子
２４…シリンドリカルレンズ
２７…受光部
２９ａ…第１の受光カメラ（偏光４０°カメラ）
２９ｂ…第２の受光カメラ（偏光０°カメラ）
２９ｃ…第３の受光カメラ（偏光−４５°カメラ）
４０…信号処理部
DESCRIPTION OF
29b ... 2nd light-receiving camera (
29c ... Third light receiving camera (polarized light -45 ° camera)
40: Signal processor
Claims (4)
前記第１の受光カメラと第２の受光カメラを前記被検査面からの正反射光路上に配置すると共に、前記第３の受光カメラを正反射光路上から所定角度ずらして配置し、
前記正反射光路上に配置される前記第１の受光カメラの前記第１の検光角は前記正反射光方向に対して３５°〜６０°、前記正反射光路上に配置される前記第２の受光カメラの前記第２の検光角は前記正反射光方向に対して−５°〜５°となっていると共に、
前記第３の受光カメラの前記第３の検光角は、前記正反射方向に対して−３０°〜−５０°になっていることを特徴とする表面欠陥検査装置。 A linearly polarized light source that makes linearly polarized light incident on the surface to be inspected, and an analyzer that receives the reflected light from the surface to be inspected at a first detection angle and is set at the first detection angle before the lens. A second light receiving camera having an analyzer set at the second detection angle in front of the lens, receiving the reflected light from the surface to be inspected at a second detection angle. A surface having a camera and a third light receiving camera that receives reflected light from the surface to be inspected at a third detection angle and has an analyzer set at the third detection angle in front of the lens. A defect inspection device,
With the previous SL first light receiving camera and the second light receiving camera placed specularly reflected light path from the surface to be inspected, and staggered said third predetermined angle light receiving camera from the specular reflection light path of,
The first detection angle of the first light-receiving camera disposed on the regular reflection optical path is 35 ° to 60 ° with respect to the regular reflection light direction, and the second detection angle is disposed on the regular reflection optical path. The second light detection angle of the light receiving camera is -5 ° to 5 ° with respect to the specularly reflected light direction,
3. The surface defect inspection apparatus according to claim 3, wherein the third light detection angle of the third light receiving camera is −30 ° to −50 ° with respect to the regular reflection direction .
前記正反射光の反射角度は、前記被検査面に対して４５°〜６５°になっていると共に、前記第３の受光カメラは、前記被検査面に対して４５°〜５５°の角度で設置されていることを特徴とする表面欠陥検査装置。 In the surface defect inspection apparatus according to claim 1 ,
The reflection angle of the regular reflection light is 45 ° to 65 ° with respect to the surface to be inspected, and the third light receiving camera is at an angle of 45 ° to 55 ° with respect to the surface to be inspected. A surface defect inspection apparatus characterized by being installed.
前記第１の受光カメラと前記第２の受光カメラを前記被検査面から正反射光路上に配置すると共に、前記第３の受光カメラを正反射光路上から所定角度ずらして配置し、
前記正反射光路上に配置される前記第１の受光カメラの前記第１の検光角は前記正反射光方向に対して３５°〜６０°、前記正反射光路上に配置される前記第２の受光カメラの前記第２の検光角は前記正反射光方向に対して−５°〜５°となっていると共に、
前記第３の受光カメラの前記第３の検光角は、前記正反射方向に対して−３０°〜−５０°になっており、
その後、前記直線偏光光源から被検査面に直線偏光を入射し、前記被検査面からの反射光をこれら第１〜第３の３つの受光カメラで同時に受光して前記被検査面上の欠陥を監査するようにしたことを特徴とする表面欠陥検査方法。 The linearly polarized light is incident on the surface to be inspected, and the reflected light from the surface to be inspected is first, second, and third using the first to third light receiving cameras, respectively . A surface defect inspection method in which a defect on the surface to be inspected is received by detecting at a detection angle of the first , wherein the first light receiving camera is set at the first detection angle before a lens. The second camera has an analyzer set at the second analysis angle in front of the lens, and the third light-receiving camera has the first camera in front of the lens. In a surface defect inspection method having an analyzer set to an analysis angle of 3,
With the previous SL first light receiving camera and the second light receiving camera placed in the specular reflected light path from the surface to be inspected, and staggered said third predetermined angle light receiving camera from the specular reflection light path of,
The first detection angle of the first light-receiving camera disposed on the regular reflection optical path is 35 ° to 60 ° with respect to the regular reflection light direction, and the second detection angle is disposed on the regular reflection optical path. The second light detection angle of the light receiving camera is -5 ° to 5 ° with respect to the specularly reflected light direction,
The third light detection angle of the third light receiving camera is −30 ° to −50 ° with respect to the regular reflection direction,
After that, the incident linearly polarized light from the linearly polarized light source to the surface to be inspected, defects on the surface to be inspected at the same time received by these first to third three light receiving camera reflected light from the surface to be inspected A method for inspecting surface defects characterized by auditing
前記第１〜第３の受光カメラの前にそれぞれの受光量を調節するフィルターを設けると共に、当該フィルターの透過率と前記直線偏光光源とを前記被検査面の種別ごとに調節して前記被検査面の種別ごとに異なる前記第１〜第３の受光カメラの受光輝度を平滑化することを特徴とする表面欠陥検査方法。 The surface defect inspection method according to claim 3 ,
A filter for adjusting the amount of received light is provided in front of the first to third light receiving cameras, and the transmittance of the filter and the linearly polarized light source are adjusted for each type of the surface to be inspected. A surface defect inspection method characterized by smoothing the light-receiving luminance of the first to third light-receiving cameras different for each type of surface.
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