JP5589888B2 - 表面検査装置の評価装置及び表面検査装置の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板などの検査対象物の表面に存在する微小欠陥を検査する表面検査装置の検査性能を評価する評価装置及び評価方法に関する。

従来、鋼板表面に存在する微小欠陥を検出する表面検査装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、リング照明と、該リング照明の中央開口部を通して鋼板表面を撮像するエリアカメラとを用いて、鋼板表面のスケール残り等の微小欠陥を検査するものである。
図８は、リング照明とエリアカメラを使用した一般的な表面検査装置の概要を示す図である。この図８に示すように、表面検査装置１００は、鋼板１の検査面に平行に配置したリング照明１０１と、リング照明１０１の光源１０２と、リング照明１０１の中央開口部を通して鋼板表面を撮像する高解像度のＣＣＤカメラ１０３と、ＣＣＤカメラ１０３で撮像した鋼板表面画像について一連の画像処理を行った後、２値化閾値を用いて微小欠陥を検出する画像処理装置１０４とを備える。

ここでは、検出対象をφ０．１ｍｍ〜φ０．５ｍｍの微小点状欠陥とし、ＣＣＤカメラ１０３の分解能を０．０３ｍｍとしている。また、高分解能とするためにはカメラ視野を狭くする必要があるため、ＣＣＤカメラ１０３と鋼板１０１の検査面までの距離を２００ｍｍ、リング照明の光出射部１０２と鋼板１０１の検査面までの距離を８０ｍｍと短くし、カメラ視野領域を４０ｍｍ（ｗ）×３０ｍｍ（ｌ）としている。

ところで、通常、表面検査装置の検査性能は、照明部や撮像部の汚れや劣化により設置当初と比べて低下していく。このような性能異常は、経年的に悪化する傾向があり、短時間で気付きにくいケースが多い。よって、定期的に装置が正常であるか否かを確認する点検作業を実施し、必要に応じて装置の校正を行うことが望ましい。また、この校正処置は、１回／１日のように短周期で実施することが理想だが、製造ライン直近に設置する表面検査装置では、一般的にライン停止時に実施するしかなく、短周期での校正が困難であった。

そこで、製造ラインの操業中に操業停止することなく、表面検査装置の校正を実施する方法として、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、鋼板の表面に光を照射し、その表面からの反射光を受光器で検出し、受光信号の強度に基づいて鋼板の表面を検査する表面検査装置の光学系を校正するものである。ここでは、鋼板に該鋼板を貫通するφ１０ｍｍの開口部を設け、この開口における反射光強度の大きさに基づいて表面検査装置の光学系の校正を行っている。

特開２０１０−２１０３２２号公報 特開平１１−１３２９６７号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の表面検査装置の校正方法にあっては、その都度形成される校正用の開口部を用いて表面検査装置の校正を行う。したがって、開口部のサイズが常に一定でない可能性があり、校正の信頼性が低い。また、カメラ１台で表面検査を行う表面検査装置であれば開口部は１つでよいが、複数台のカメラを用いた装置の場合、各カメラ視野領域に開口部を形成しなければならない。

さらに、開口部サイズがφ１０ｍｍであるため、φ１．０ｍｍ程度の微小欠陥を検査目標とする場合には、校正時の検査サイズが検査目標に対し１０倍と大きく、検査性能の確認が不十分である。検査性能の確認を十分に行うためには、検査目標である欠陥サイズに対応させて微小な開口部を形成する必要があるが、φ１．０ｍｍ程度の開口部をその都度精度良く形成するのは困難である。
そこで、本発明は、微小な表面欠陥を検査する表面検査装置に対して適切な校正を行うべく、信頼性の高い性能評価を行うことができる表面検査装置の評価装置及び表面検査装置の評価方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る表面検査装置の評価装置は、検査対象物を所定の検査距離を隔てて照射する照明装置と、前記照明装置で照射した前記検査対象物の表面画像を撮像するカメラと、前記カメラで撮像した前記検査対象物の表面画像に対して所定の画像処理を行って、前記検査対象物の微小表面欠陥を検査する画像処理装置と、を備える表面検査装置の評価装置において、前記照明装置及び前記カメラを、前記微小表面欠陥の検査時における相対位置関係を保ったまま前記検査対象物の表面に直交する方向に前記検査距離以上移動し、前記検査対象物から離反させる移動手段と、前記カメラの視野内で、且つ前記移動手段で移動した後の前記照明装置との距離が前記検査距離となる位置に、前記微小表面欠陥と同等の大きさを有する校正用表面欠陥が形成された校正板を配置する校正板配置手段と、前記カメラで、前記校正板配置手段によって配置された前記校正板の表面画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した前記校正板の表面画像に対して前記画像処理装置における前記画像処理と同一処理を行って、前記校正用表面欠陥を検査することで、前記表面検査装置の性能を評価する評価手段と、を備えることを特徴としている。

このように、予め用意した校正板を用いて表面検査装置の性能評価を行うので、常に評価に用いる校正用表面欠陥のサイズを一定とすることができ、表面検査装置の評価・校正の安定性を向上させることができる。また、校正板に形成する校正用表面欠陥を検査対象である微小表面欠陥と同等サイズとするので、表面検査装置の評価・校正の信頼性を向上させることができる。さらに、性能評価に際し、校正板を検査時と同条件で校正用表面欠陥の検査を行える位置に移動する構成とするので、複数台のカメラを用いる表面検査装置の場合には、各カメラの視野内に校正板を移動することで対応可能である。

また、上記において、前記校正板には、大きさが異なる複数の前記校正用表面欠陥が形成されており、前記評価手段は、前記校正板の表面画像において、前記校正用表面欠陥に対応する欠陥画像領域を個別に包含する複数の評価領域を設定し、当該評価領域について、それぞれ前記校正用表面欠陥の検査を行うことを特徴としている。
このように、校正用表面欠陥の大きさ毎に評価領域を設定し、その評価領域毎に校正用表面欠陥の検査を行うことで表面検査装置の性能評価を行う。したがって、所定サイズの欠陥までは検査可能だが、当該所定サイズよりも小さい欠陥は検査不可能であるなど、表面検査装置の劣化度合いを把握することができる。

さらに、上記において、前記校正板には、同一サイズの前記校正用表面欠陥が複数形成されており、前記評価手段は、同一サイズの前記校正用表面欠陥に対応する欠陥画像領域を包含する複数の評価領域を１つの評価領域としてグルーピングすることを特徴としている。
このように、同一サイズの複数の校正用表面欠陥をグルーピングして評価領域を設定し検査を行うので、微小な校正用表面欠陥１つのみを用いる場合と比較して、評価精度を向上させることができる。

また、上記において、前記評価手段は、前記校正板の表面画像を２値化処理した２値化画像における黒色画素部分を前記校正用表面欠陥として検出するものであって、前記校正板の表面画像の平均輝度及び黒色画素数がそれぞれの許容範囲内であるか否かに応じて、前記表面検査装置の性能良否を判定することを特徴としている。
このように、表面検査装置の評価指標として平均輝度を用いるので、例えば平均輝度が許容下限値以下である場合には、照明装置の汚れや劣化により照明装置の光量が低下しているか、カメラの汚れによりカメラの受光量が低下していると判断することができる。また、表面検査装置の評価指標として黒色画素数を用いるので、例えば黒色画素数が許容上限値以上である場合には、カメラの汚れや劣化が発生していると判断することができる。したがって、適切に表面検査装置の性能評価を行うことができる。

さらにまた、上記において、前記照明装置は、前記検査対象物の表面と平行に配置したリング状の光出射部を有するリング照明により構成され、前記カメラは、前記リング照明の中心線上に配置され、前記リング照明の中央開口部から前記検査対象物を撮像することを特徴としている。
このように、照明装置としてリング照明を用い、検査対象物の表面をムラなく照射して微小表面欠陥を検査する表面検査装置を対象として、当該表面検査装置の性能評価を適切に行うことができる。

また、上記において、前記照明装置は、前記光出射部と前記検査対象物との間に、前記光出射部と同心円状で且つ前記光出射部よりも径の小さい光学的な開口部を有する遮光板を備えることを特徴としている。
このように、照明装置として遮光板を備えるリング照明を用い、検査対象物に直接光が照射されないようにすることで微小表面欠陥を精度良く検査する表面検査装置を対象として、当該表面検査装置の性能評価を適切に行うことができる。

さらに、本発明に係る表面検査装置の評価方法は、検査対象物を所定の検査距離を隔てて照射する照明装置と、前記照明装置で照射した前記検査対象物の表面画像を撮像するカメラと、前記カメラで撮像した前記検査対象物の表面画像に対して所定の画像処理を行って、前記検査対象物の微小表面欠陥を検査する画像処理装置と、を備える表面検査装置の評価方法において、前記照明装置及び前記カメラを、前記微小表面欠陥の検査時における相対位置関係を保ったまま前記検査対象物の表面に直交する方向に前記検査距離以上移動し、前記検査対象物から離反させた後、前記カメラの視野内で、且つ前記照明装置との距離が前記検査距離となる位置に、前記微小表面欠陥と同等の大きさを有する校正用表面欠陥が形成された校正板を配置し、前記カメラで、当該校正板の表面画像を撮像し、撮像した前記校正板の表面画像に対して前記画像処理装置における前記画像処理と同一処理を行って、前記校正用表面欠陥を検査することで、前記表面検査装置の性能を評価することを特徴としている。
これにより、微小な表面欠陥を検査する表面検査装置に対して安定性及び信頼性の高い性能評価を行うことができる。

本発明によれば、検査対象物の微小表面欠陥を検査する表面検査装置に対して適切な校正を行うべく、安定性及び信頼性の高い性能評価を行うことができる。

検査時における表面検査装置の評価装置の構成を示す図である。 リング照明の構成を示す図である。 校正板の構成を示す側面図である。 校正時における表面検査装置の評価装置の構成を示す図である。 校正装置で実行する校正処理手順を示すフローチャートである。 校正板を用いた評価方法を説明する図である。 評価結果表示画面と良否判定内容の一例を示す図である。 リング照明とエリアカメラを使用した一般的な表面検査装置の概要を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（構成）
図１は、本実施形態における表面検査装置とその評価装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図中、符号１は製造ライン上を搬送中の鋼板（検査対象物）であり、符号１０は鋼板１の表面（検査面）１ａに存在するスケール残り等の微小表面欠陥を検査する表面検査装置である。この図１は、表面検査装置１０による検査面１ａの検査時における状態を示している。
表面検査装置１０は、リング照明１１と、光源１２と、カメラ１３と、カメラケース１４と、画像処理装置１５とを備える。リング照明１１は、鋼板１の検査面１ａに平行に配置されて検査面１ａを照射するものであり、光源１２と連結されている。光源１２としては、キセノンストロボ装置等が好適である。

また、カメラ１３は、リング照明１１と同一軸上に配置され、リング照明１１の中央開口部を通して検査面１ａの表面を撮像する高解像度のＣＣＤカメラである。本実施形態ではφ０．１ｍｍ〜φ１．０ｍｍの微小欠陥を検査対象とするものとし、カメラ１３の空間分解能は、少なくとも０．１ｍｍ以下、望ましくは０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とする。さらに、高分解能とするためには、カメラ視野を例えば４０ｍｍ（ｗ）×３０ｍｍ（ｌ）と狭くする必要があるため、ここでは、検査面１ａからリング照明１１までの前後方向距離（図１（ａ）の左右方向の距離）Ｄ１を８０ｍｍ、検査面１ａからカメラ１３までの前後方向距離Ｄ２を２００ｍｍと短く設定する。
光源１２及びカメラ１３は、画像処理装置１５から出力される画像撮像指令を受けて検査面１ａを同期撮像するように構成されている。カメラ１３で撮像した検査面１ａの表面画像は、画像処理装置１５に入力される。

次に、リング照明１１の構成について、図２をもとに具体的に説明する。
図２（ａ）に示すように、リング照明１１はリング状に配した光出射部１１ａを備える。光出射部１１ａは、ＬＥＤをリング状に配置したり、光源１２に連結した光ファイバー束をリング状に分配したりして構成する。この光出射部１１ａは、検査面１ａまでの作動距離が短くても照射光がラップするように、内向きに所定角度だけ傾けて配置されている。
鋼板表面の微細凹凸などに起因する画像ノイズの発生を抑制するために、リング照明１１によって鋼板１の検査面１ａをできるだけ均一に照射する必要がある。したがって、リング照明１１としては集光性の低い拡散照明を適用する。これは、光出射部１１ａの前面に光拡散板を設置することで実現することができる。

また、リング照明１１の配置の指標となる角度αは、概略１７°以上３４°以下とする。ここで、角度αは、光出射部１１ａの半径をＲ、光出射部１１ａと鋼板１の検査面１ａとの距離をＤとしたとき、ｔａｎα＝Ｒ／Ｄとなる角度である。このように、角度αが１７°以上３４°以下となるようにリング照明１１を配置することで、過剰検出を抑止して微小な表面欠陥の検出ＳＮ比を向上させることができる。

また、リング照明１１として、図２（ｂ）に示すように、光出射部１１ａと鋼板１との間に遮光板１１ｂを設けたものを適用することもできる。この遮光板１１ｂは、光出射部１１ａと同心円状で、且つ光出射部１１ａよりも径の小さい光学的なリング状の開口部を有するものである。遮光板１１ｂとしては、光学的に不透明なものであれば材質を問わないが、例えば、表面を黒アルマイト処理したアルミ材などを用いることができる。なお、照明光の透過率が十分小さいものであれば、完全な遮光板でなくても使用可能である。

このような構成により、検査面１ａには、明るいリング状の照光部１１ｃの内側に暗い遮光部１１ｄが形成される。このとき、カメラ視野領域全体が遮光部１１ｄに入るように、遮光部１１ｄの大きさを設定する。これにより、リング照明１１からの直接的な反射光はカメラ１３に入らない。つまり、回折光が、後方拡散反射してカメラ１３に入ることになる。この後方拡散反射光は、検査面１ａの微細な角度変化があっても反射強度が略一定であるため、明暗点の輝度パターンが生じなくなり、微小な表面欠陥の検査をより精度良く行うことができる。

図１に戻って、画像処理装置１５は、図示しないＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータ等によって構成され、カメラ１３から取得した検査面１ａの表面画像に基づいて、検査面１ａの微小表面欠陥を検査する表面検査処理を実行する。この表面検査処理では、先ず、取得した表面画像に対してシェーディング補正などの前処理を施した後、２値化処理を行い、予め実験などにより設定した閾値レベルを下回る部分を抽出し、これを表面欠陥に対応する黒点画素（黒色画素）であると判定する。これは、欠陥部分は健全部分より暗く撮影されることを利用したものである。

また、カメラケース１４内において、リング照明１１及びカメラ１３は設置ベース２１上に固定されており、設置ベース２１は駆動ステージ２２上を前後方向（図１（ｂ）の左右方向）にスライド移動可能に構成されている。なお、以下の説明では、図１（ａ）及び（ｂ）の左方向を前方向、右方向を後方向とする。
さらに、駆動ステージ２１の前方側で、且つ検査時におけるリング照明１１の配置位置近傍には、駆動ステージ２１の左右方向（図１（ｂ）の紙面直交方向）に延在する駆動ステージ２３が配置されている。駆動ステージ２３の一部は、カメラケース１４の前方側側部に連結された収納箱２４内に配置されているものとする。駆動ステージ２３上には、当該駆動ステージ２３上をスライド移動可能な設置ベース２５が設置されており、検査時には、この設置ベース２５はカメラ視野領域外となる収納箱２４内に収納されている。設置ベース２５上には校正板４０が固定されている。

図３は、校正板４０の構成を示す側面図（カメラ１３側側面図）である。
校正板４０は、検査対象物である鋼板１と同一製品を所定のサイズ（ここでは、５０ｍｍ×５０ｍｍ）に加工し、その表面に複数の穴４１を形成した構成とする。穴４１は、検査目標とした欠陥サイズに合わせた大きさとする。本実施形態では、検査目標をφ０．１ｍｍ〜φ０．５ｍｍとしているので、穴４１は同サイズの穴（例えば、φ０．５ｍｍ）とその周辺サイズの穴とする。

具体的には、横一列に同一サイズの穴４１を複数（ここでは、５個）形成すると共に、異なるサイズの穴４１を縦に複数行（ここでは、５行）形成する。この例では、穴４１のサイズを上から下に徐々に小さくしており、各サイズは上から順にφ０．９ｍｍ、φ０．７ｍｍ、φ０．５ｍｍ、φ０．３ｍｍ、φ０．１ｍｍとしている。
なお、ここでは校正板４０に校正用の穴４１を形成する場合について説明したが、穴４１の代わりに、金属メッキ等で同等の黒点を描写するようにしてもよい。

図１において、設置ベース２１及び２５の移動は、校正装置３０が、例えばモータ等で構成されるアクチュエータ３１を駆動制御することで実現する。校正装置３０は、作業者が図示しない校正ボタン等を押下することで表面検査装置１０の校正処理を実行開始するものであり、校正処理を行うに際し、アクチュエータ３１を駆動制御して駆動ステージ２２及び２３上の設置ベース２１及び２５を、図１に示す検査時の配置状態から図４に示す校正時の配置状態へ移動する。

校正装置３０は、先ず設置ベース２１を図１に示す検査時の配置状態に対して後方にＤ１＝８０ｍｍ移動することで、リング照明１１及びカメラ１３を、検査時における相対位置関係を保ったまま検査面１ａから離反させ、図４に示す校正時の配置状態とする。このとき、設置ベース２１が駆動ステージ２３から離反するため、校正装置３０は、ここに設置ベース２５を移動する。つまり、校正時においては、図４に示すように、校正板４０の中心位置がカメラ１３の中心軸に一致するように校正板４０が配置される。この状態では、校正板４０の検査面からリング照明１１までの前後方向距離が、検査時における鋼板１の検査面１ａからリング照明１１までの前後方向距離と同じＤ１＝８０ｍｍとなる。これにより、検査時と同条件でカメラ１３による校正板４０の撮像が可能となる。

ここで、設置ベース２１の移動量は、駆動ステージ２２の後方側に配置された位置検出センサ３２によって検出する。位置検出センサ３２は、校正時に設置ベース２１の後端部が到達する位置に設置されており、校正装置３０は、位置検出センサ３２から設置ベース２１の後端部を検出したこと示す検出信号を入力することで、設置ベース２１が校正時の位置に到達したことを検知する。なお、特に図示しないが、設置ベース２５の移動量の検出に関しても同様である。
そして、校正装置３０は、この校正時の配置状態において、光源１２及びカメラ１３に対して校正板４０の画像撮像指令を出力し、これによって得られた校正板４０の表面画像に基づいて表面検査装置１０の検査性能を評価し、その結果をモニタ３３に表示する。作業者は、モニタ３３に表示された評価結果をもとに、必要に応じて校正を行う。

以下、表面検査装置１０の校正処理について具体的に説明する。
図５は、校正装置３０で実行する校正処理手順を示すフローチャートである。この校正処理は、上述したように、検査時に作業者が校正ボタン等を押下することで実行開始する。
先ずステップＳ１で、校正装置３０は、リング照明１１及びカメラ１３を校正位置へ移動し、ステップＳ２に移行する。即ち、校正装置３０は、アクチュエータ３１を駆動制御し、設置ベース２１を図１に示す検査位置から図４に示す校正位置まで後退させる。

ステップＳ２では、校正装置３０は、校正板４０を校正位置へ移動し、ステップＳ３に移行する。即ち、校正装置３０は、アクチュエータ３１を駆動制御し、設置ベース２５を図１に示す検査位置から図４に示す校正位置へ移動させる。
ステップＳ３では、校正装置３０は、光源１２及びカメラ１３に対して画像撮像指令を出力する。これにより、ストロボ発光されて校正板４０の表面画像が撮像される。

次にステップＳ４では、校正装置３０は、前記ステップＳ３でカメラ１３が撮像した校正板４０の表面画像を取得し、これをメモリに記憶してステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、校正装置３０は、前記ステップＳ４でメモリに記憶した校正板４０の表面画像に対して、検査時における検査面１ａの表面画像に対する画像処理と同一の画像処理を行う。このとき、校正板４０の表面画像を複数の評価領域に分割し、その評価領域毎に画像処理を行う。ここで、評価領域は、穴４１を個別に包含する領域（例えば、矩形領域）とし、同一サイズの穴４１を包含する複数の評価領域については１つの評価領域にグルーピングするものとする。

すなわち、図３に示す校正板４０の場合、図６に示すように、校正板４０の表面画像内で、横一列に形成された同一サイズの５つの穴４１とその周辺領域とで構成される矩形領域を、上記評価領域とする。この評価領域は、穴４１の大きさ毎に設定するため、この例では評価領域として５つの範囲（範囲１〜範囲５）が設定される。そして、範囲１〜範囲５のそれぞれに対して一連の画像処理を実行し、各範囲の平均輝度［ｃｄ／ｍ²］と黒点画素数［個］とを算出する。算出した平均輝度及び黒点画素数は、メモリに記憶する。

次にステップＳ６では、校正装置３０は、校正板４０の表面画像を所定枚数（例えば、１０枚）撮像し、取得したか否かを判定する。そして、所定枚数取得していない場合には前記ステップＳ３に移行し、所定枚数取得している場合にはステップＳ７に移行する。
ステップＳ７では、校正装置３０は、上記所定枚数の校正板４０の表面画像に基づいてそれぞれ算出した平均輝度及び黒点画素数について、それぞれ平均値を算出し、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、校正装置３０は、前記ステップＳ７で算出した平均輝度及び黒点画素数の数値と、予め設定した所定の管理値とを比較して、表面検査装置１０の検査性能の良否判定を行う。上記管理値としては、各数値の許容上下限値、前回校正時の数値との許容差異（前回との差異）、及び１ヶ月前の校正時の数値との許容差異（１ヶ月前との差異）を用い、以下の３つの条件をすべて満足するとき、良否結果を「良」とする。
［１］許容下限値＜数値＜許容上限値
［２］前回校正時の数値に対して差異が±Ｘ％以内（例えば、±１．０％以内）
［３］１ヶ月前の校正時の数値に対して差異が±Ｙ％以内（例えば、±２．０％以内）
この良否判定は、各範囲１〜５に対してそれぞれ行う。

次にステップＳ９では、校正装置３０は、前記ステップＳ８で行った良否判定結果をモニタ３３に表示する。良否判定結果画面の例を図７に示す。図７は、各範囲１〜５における各管理値（許容下限、許容上限、前回との差異、１ヶ月前との差異）と良否判定結果（合否）とを表示した例を示している。なお、良否判定結果画面としては、少なくとも各範囲１〜５の良否判定結果（合否）が表示されていればよく、図７に示す表示形式に限定されない。

作業者は、モニタ３３に表示された良否判定結果に基づいて、表面検査装置１０の校正処置を行う。具体的には、平均輝度に基づいて良否結果が「否」であると判定された場合、その原因として光源１２のランプやリング照明１１の劣化、カメラ１３や照明部の汚れ等が考えられるため、校正処置として、光源１２のランプやリング照明１１、カメラ１３の交換や清掃作業を行う。一方、黒点画素数に基づいて良否結果が「否」であると判定された場合、その原因としてカメラ１３のレンズ汚れた画素劣化が考えられるため、校正処置としてレンズ面の清掃やカメラ１３の交換作業を行う。

次にステップＳ１０では、校正装置３０は、校正板４０を検査位置へ移動し、ステップＳ１１に移行する。即ち、校正装置３０は、アクチュエータ３１を駆動制御し、設置ベース２５を図４に示す校正位置から図１に示す検査位置へ移動させる。
ステップＳ１１では、校正装置３０は、リング照明１１及びカメラ１３を検査位置へ移動し、校正処理を終了する。即ち、校正装置３０は、アクチュエータ３１を駆動制御し、設置ベース２１を図４に示す校正位置から図１に示す検査位置まで前進させる。これにより、鋼板１の検査面１ａの表面検査が開始可能な状態に復帰する。
なお、図５において、ステップＳ１が移動手段に対応し、ステップＳ２が校正板配置手段に対応し、ステップＳ３が撮像手段に対応し、ステップＳ５〜Ｓ８が評価手段に対応している。

（動作）
次に、本実施形態の動作について説明する。
表面検査装置１０は、通常検査時には、図１に示すように、検査面１ａからリング照明１１までの前後方向距離Ｄ１が８０ｍｍとなるように配置されており、この状態で、鋼板１の検査面１ａに存在する微小欠陥を検査する。画像処理装置１５が光源１２及びカメラ１３に対して画像撮像指令を出力すると、カメラ１３で製造ラインを搬送中の鋼板１の検査面１ａを撮像し、撮像された検査面１ａの表面画像が画像処理装置１５に入力される。このとき、画像処理装置１５は、カメラ１３から取得した表面画像に対して一連の画像処理を行った後、２値化閾値を用いて黒点として写る微小表面欠陥を抽出する。
本実施形態では、表面検査装置１０の照明部として図２に示す構成のリング照明１１を用い、撮像部として空間分解能が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の高解像度のカメラ１３を用いている。したがって、φ０．１ｍｍ〜φ１．０ｍｍ程度の微小点状の欠陥を精度良く検査することができる。

そして、例えば、検査対象でない鋼板１が搬送されているときなどの任意のタイミングで、作業者が表面検査装置１０の校正処理を行うべく校正ボタンを押下すると、校正装置３０が校正処理を実行開始する。先ず、校正装置３０は、設置ベース２１を図１に示す検査位置からＤ１＝８０ｍｍ後退させ、図４に示す校正位置に移動する（図５のステップＳ１）。すると、検査時において駆動ステージ２３上に載置されていた設置ベース２１が、駆動ステージ２３上から離反するので、校正装置３０は、この位置に設置ベース２５を移動する（ステップＳ２）。これにより、図４に示すように校正板４０は、カメラ１３の中心軸上で、且つ校正位置に移動された後のリング照明１１と鋼板１との間におけるリング照明１１からの前後方向距離がＤ１＝８０ｍｍとなる位置に配置される。

このように、製造ラインの操業中に操業停止することなく、表面検査装置１０の校正処理を開始することができる。また、校正処理を開始するタイミングは、作業者が任意に決定することができる。また、検査位置と校正位置との２ポジション間におけるリング照明１１、カメラ１３及び校正板４０の移動は、アクチュエータ３１による完全自動化となっているため、短い作業時間で高精度な配置作業を行うことができる。

したがって、製造ライン停止時に表面検査装置の校正処理を実施するシステムや、校正処理に際し、人手を介して校正板を校正用の位置に配置するシステムの場合には、時間制約や人手不足などにより、例えば１回／１ヶ月程度のスパンでしか表面検査装置１０の性能要否を確認することができなかったのに対し、本実施形態では、１回／１日程度の短スパンで表面検査装置１０の性能良否を確認することができる。そのため、照明部の汚れやランプ劣化等による光量低下やカメラ汚れによる受光量低下、カメラ劣化等の装置異常を早期に発見することができる。
さらに、校正処理に用いる校正板４０は、表面検査装置１０による検査時には当該検査に影響を与えないようにカメラ視野領域外の収納箱２４内に収納しておき、校正時にカメラ視野領域内に自動的に移動する。したがって、毎回同じ校正板４０を決められた校正位置に配置して校正処理を行うことができる。

ところで、従来、鋼板の表面処理ラインにおいて、鋼板の製品歩留まりに影響がない領域に校正用の開口を設け、この開口における反射光強度の大きさに基づいて表面検査装置の光学系の校正を行うものがある。しかしながら、この場合、開口の大きさが校正の度に異なる可能性があり、校正の安定性が低い。また、鋼板の蛇行や開口部の位置ずれ等により、校正時に開口部が狭いカメラ視野領域内を通らず、校正ができない場合がある。さらに、複数台のカメラを有する表面検査装置の校正を行う場合、各カメラ視野領域を開口部が通るように、開口部が複数必要となる。

これに対して、本実施形態では、上述したように毎回同じ校正板４０を決められた校正位置に配置して校正処理を行うことができるので、校正の安定性を向上させることができる。また、複数台のカメラを有する表面検査装置の場合であっても、各カメラ視野領域内に校正板４０を移動するだけで対応可能である。
図４に示す校正時の配置状態において、校正装置３０が光源１２及びカメラ１３に対して画像撮像指令を出力すると（ステップＳ３）、カメラ１３で撮像された校正板４０の表面画像が校正装置３０に入力され（ステップＳ４）、校正装置３０はこの表面画像に対して検査時と同一の一連の画像処理を行う。このとき、校正板４０の表面画像を図６に示すように５つの範囲に分割し、その範囲毎に表面検査装置１０の評価指標として用いる平均輝度及び黒点画素数を算出する（ステップＳ５）。

そして、校正板４０の表面画像を１０枚撮像し、これら１０枚の校正板４０の表面画像に基づいてそれぞれ評価指標を算出すると（ステップＳ６でＹｅｓ）、各評価指標の平均値を算出し、これらを最終的な表面検査装置１０の評価指標とする（ステップＳ７）。このように、複数枚の平均値を用いるので、ストロボのショートにムラがある場合でも、信頼性の高い評価指標を得ることができる。

表面検査装置１０の評価に際しては、平均輝度及び黒点画素数の数値について、それぞれ許容範囲内にあるか否かを判定する。表面検査装置１０に装置異常が発生していない場合、図６の各範囲１〜５の平均輝度及び黒点画素数は、それぞれ許容範囲内にあり、上述した条件［１］〜［３］を満足する。そのため、各範囲１〜５はそれぞれ「良」と判定され（ステップＳ８）、これがモニタ３３に表示される（ステップＳ９）。

一方、装置異常として例えばリング照明１１の汚れが発生している場合には、照射光量が正常時に比して低下するため、各範囲１〜５の平均輝度の数値が低くなる。そして、この数値が許容下限値以下となると、良否判定結果が「否」と判定され、これがモニタ３３に表示される。したがって、作業者はモニタ３３を確認することで、リング照明１１に汚れが発生していることを認識することができる。これにより、作業者は、表面検査装置１０の校正処置としてリング照明１１の清掃などの適切な対処を行うことができる。

また、装置異常として例えばカメラ１３の劣化が発生している場合には、各範囲１〜５の黒点画素数が増加する。そして、この数値が許容下限値以下となると、良否判定結果が「否」と判定され、これがモニタ３３に表示されることで、作業者はカメラ１３が劣化していること認識することができる。したがって、作業者は、表面検査装置１０の校正処置としてカメラ１３の交換などの適切な対処を行うことができる。

本実施形態では、校正板４０の表面画像を５つの範囲に分割し、各範囲でそれぞれ評価指標を算出して表面検査装置１０を評価する。その際、各範囲にはそれぞれ同一サイズの穴４１のみが包含されるようにする。そのため、例えば、範囲１における黒点画素数が許容下限値以下であり、範囲２〜５における黒点画素数が許容範囲内である場合には、φ０．３ｍｍ以上の穴４１については適切に検査可能であり、φ０．１ｍｍの穴４１のみが検査不能な状態であると判断することができる。このように、表面検査装置１０の検査可能範囲（若しくは劣化度合い）を適切に認識することができる。

したがって、例えば検査対象の鋼板１が高レベルな検査を必要とせず、表面検査装置１０がφ０．３ｍｍの微小欠陥まで検査可能であれば問題ない場合には、上記のように範囲１で良否結果が「否」でも、範囲２〜５で良否結果が「良」であれば、そのまま校正処置を行わずに鋼板１の表面検査を継続し、検査対象の鋼板１が高レベルな検査を必要とする場合には、範囲１〜範囲５の何れか１つでも良否結果が「否」であれば速やかに校正処置を行うなど、作業者は要求レベルに応じた対応を行うことができる。

そして、校正板４０を用いた表面検査装置１０の校正処理が終了すると、校正装置３０は、設置ベース２５を、図４に示す校正位置から図１に示す検査位置に移動する（ステップＳ１０）。その後、校正装置３０は、設置ベース２１を図４に示す校正位置からＤ１＝８０ｍｍ前進させ、図１に示す検査位置に移動する（ステップＳ１１）。これにより、表面検査装置１０による鋼板１の検査面１ａの表面検査が再開可能となる。

（効果）
このように、上記実施形態では、製造ラインを停止することなく任意のタイミングで、鋼板の微小表面欠陥を検査する表面検査装置の性能評価及び校正を行うことができる。したがって、例えば１回／１日程度の短スパンで定期的に表面検査装置の良否判定を行うことができ、装置異常の早期発見が可能となる。そのため、品質保証体制のレベルアップを実現することができる。

また、予め用意した校正板を用い、検査時と同条件で校正板の表面検査を行えるように、リング照明、カメラ及び校正板を自動的に校正位置に配置する。したがって、毎回同じ校正板を決められた校正位置に精度良く配置して校正処理を行うことができ、評価・校正の安定性を向上させることができる。また、校正時における一連の作業を自動化することができるので、カメラの前面に校正板を配置するといった作業を人が実施する場合と比較して、作業時間を大幅に短縮することができる。さらに、校正板に形成する校正用表面欠陥を検査対象である微小表面欠陥と同等サイズとするので、表面検査装置の評価・校正の信頼性を向上させることができる。

さらに、表面検査装置の性能評価を行う指標として、校正板の表面画像の平均輝度及び黒点画素数を用いるので、これらの数値が許容範囲内にあるか否かを判定することで、表面検査装置の装置異常として、照明の汚れやランプの劣化による光量低下、カメラの汚れによる受光量低下、カメラの劣化等の現象を発見することができる。
また、このとき、校正板の表面画像において、校正用表面欠陥の大きさ毎に評価領域を設定し、その評価領域毎に表面検査装置の性能評価を行うので、所定サイズの欠陥までは検査可能だが、当該所定サイズよりも小さい欠陥は検査不可能であるなど、表面検査装置の劣化度合いを把握することができる。

（応用例）
なお、上記実施形態においては、照明装置としてリング照明１１を用いる場合について説明したが、例えば検査面の両側からスポット照明を対称的に照射するようにした表面検査装置を用いることもできる。
また、上記実施形態においては、鋼板の表面に存在する微小欠陥を検査する表面検査装置１０の評価装置に本発明を適用する場合について説明したが、検査対象物は鋼板に限定されない。

１…鋼板（検査対象物）、１ａ…検査面、１０…表面検査装置、１１…リング照明（照明装置）、１１ａ…光出射部、１１ｂ…遮光板、１２…光源、１３…カメラ、１４…カメラケース、１５…画像処理装置、２１…設置ベース、２２…駆動ステージ、２３…駆動ステージ、２４…収納箱、２５…設置ベース、３０…校正装置、３１…アクチュエータ、３２…位置検出センサ、３３…モニタ、４０…校正板、４１…穴（校正用表面欠陥）

Claims (5)

1. 検査対象物を所定の検査距離を隔てて照射する照明装置と、前記照明装置で照射した前記検査対象物の表面画像を撮像するカメラと、前記カメラで撮像した前記検査対象物の表面画像に対して所定の画像処理を行って、前記検査対象物の微少表面欠陥を検査する画像処理装置と、を備える表面検査装置の評価装置において、
   前記照明装置は、前記検査対象物の表面と平行に配置したリング状の光出射部を有するリング照明により構成されると共に、前記光出射部と前記検査対象物との間に、前記光出射部と同心円状で且つ前記光出射部よりも径の小さい光学的な開口部を有する遮光板を備え、
   前記カメラは、前記リング照明の中心線上に配置され、前記リング照明の中央開口部から前記検査対象物を撮像し、
   前記照明装置及び前記カメラを、前記微少表面欠陥の検査時における相対位置関係を保ったまま前記検査対象物の表面に直交する方向に前記検査距離以上移動し、前記検査対象物から離反させる移動手段と、
   前記カメラの視野内で、且つ前記移動手段で移動した後の前記照明装置との距離が前記検査距離となる位置に、前記微少表面欠陥と同等の大きさを有する校正用表面欠陥が形成された校正板を配置する校正板配置手段と、
   前記カメラで、前記校正板配置手段によって配置された前記校正板の表面画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像した前記校正板の表面画像に対して前記画像処理装置における前記画像処理と同一処理を行って、前記校正用表面欠陥を検査することで、前記表面検査装置の性能を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置の評価装置。
2. 前記校正板には、大きさが異なる複数の前記校正用表面欠陥が形成されており、
   前記評価手段は、前記校正板の表面画像において、前記校正用表面欠陥に対応する欠陥画像領域を個別に包含する複数の評価領域を設定し、当該評価領域について、それぞれ前記校正用表面欠陥の検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置の評価装置。
3. 前記校正板には、同一サイズの前記校正用表面欠陥が複数形成されており、
   前記評価手段は、同一サイズの前記校正用表面欠陥に対応する欠陥画像領域を包含する複数の評価領域を１つの評価領域としてグルーピングすることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置の評価装置。
4. 前記評価手段は、前記校正板の表面画像を２値化処理した２値化画像における黒色画素部分を前記校正用表面欠陥として検出するものであって、前記校正板の表面画像の平均輝度及び黒色画素数がそれぞれの許容範囲内であるか否かに応じて、前記表面検査装置の性能良否を判定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の表面検査装置の評価装置。
5. 検査対象物を所定の検査距離を隔てて照射する照明装置と、前記照明装置で照射した前記検査対象物の表面画像を撮像するカメラと、前記カメラで撮像した前記検査対象物の表面画像に対して所定の画像処理を行って、前記検査対象物の微少表面欠陥を検査する画像処理装置と、を備える表面検査装置の評価方法において、
   前記照明装置は、前記検査対象物の表面と平行に配置したリング状の光出射部を有するリング照明により構成されると共に、前記光出射部と前記検査対象物との間に、前記光出射部と同心円状で且つ前記光出射部よりも径の小さい光学的な開口部を有する遮光板を備え、
   前記カメラは、前記リング照明の中心線上に配置され、前記リング照明の中央開口部から前記検査対象物を撮像し、
   前記照明装置及び前記カメラを、前記微少表面欠陥の検査時における相対位置関係を保ったまま前記検査対象物の表面に直交する方向に前記検査距離以上移動し、前記検査対象物から離反させた後、前記カメラの視野内で、且つ前記照明装置との距離が前記検査距離となる位置に、前記微少表面欠陥と同等の大きさを有する校正用表面欠陥が形成された校正板を配置し、
   前記カメラで、当該校正板の表面画像を撮像し、撮像した前記校正板の表面画像に対して前記画像処理装置における前記画像処理と同一処理を行って、前記校正用表面欠陥を検査することで、前記表面検査装置の性能を評価することを特徴とする表面検査装置の評価方法。

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