JP5655610B2

JP5655610B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP5655610B2
Application number: JP2011027868A
Authority: JP
Inventors: 眞奥野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012167965A

Description

本発明は、長手方向に搬送される長尺状の被検査材の表面の欠陥、例えば、酸洗鋼板の表面に発生するスケール残りを検査する表面検査装置に関する。

酸洗鋼板の製造ラインは、硫酸などの強酸浴中に鋼板を通過させて表面スケールを除去するラインであるが、酸洗工程における鋼板の搬送速度が速すぎたり、あるいは、鋼板表面にいわゆる「肌荒れ」が生じて、この肌荒れの凹部にスケールが喰いこんだりして、表面にスケールが残ることが稀にある。このようなスケール残り欠陥は、直径０．０５〜０．１ｍｍ程度の微小な点状欠陥が密集して形成されたものであり、目視では認識が困難である。このため、スケール残りの発生を検査装置によって自動的に検査することは酸洗鋼板の表面品質上、極めて重要である。

酸洗鋼板の製造ラインのような長尺状の被検査材の搬送ラインにおける表面欠陥検査装置としては、線状照明とラインセンサカメラで構成する装置が多数使用されている（例えば、特許文献１参照）。これは、被検査材の表面にその搬送方向と直交する幅方向と平行に線状の照明を当て、被検査材表面の照明が照射された領域を幅方向に並べて配置された複数台のラインセンサカメラで撮像し、得られたカメラ出力信号を被検査材の幅方向に連結し、画像処理によって表面欠陥部分を抽出するというものである。

しかしながら、酸洗鋼板の製造ラインでスケール残りを検査する場合、特許文献１のような従来法では、次のような問題点がある。まず、高速な酸洗鋼板の製造ラインで上述のような微小点状欠陥を検出する場合、ラインセンサカメラでは搬送方向の分解能を十分細かくできないため十分な検査性能が得られない。例えば、φ０．０５ｍｍの点状欠陥を検出するには、カメラ分解能を欠陥サイズの半分である０．０２５ｍｍ以下にする必要があるが、通常使用されている４０９６素子でビデオレート４０ＭＨｚのラインセンサカメラでは、搬送速度２ｍ／ｓの酸洗ラインでの搬送方向のカメラ分解能は約０．２ｍｍとなり、分解能不足となる。

また、特許文献１のように、鋼板の片側から照明を当て、その反射光をカメラで受光する方式では、酸洗鋼板のように表面性状の不均一な材料に対しては、地合ノイズが大きく十分なＳ／Ｎで欠陥を検出できないという問題がある。

これらの問題を解決する装置として、リング拡散照明と高解像度エリアセンサカメラとで構成された検査装置が特許文献２により開示されている。この検査装置は、リング拡散照明と高解像度エリアセンサカメラとを一体化してセンサヘッドに収納し、１個ないしは複数個のセンサヘッドを鋼板の幅方向にトラバースさせながら鋼板表面を撮像するようにしたものである。これによれば、リング拡散照明を用いることにより、酸洗鋼板の微細表面凹凸による照射光の光陰が、全方位的に対称的な照明により相殺され、地合ノイズを抑制できるものである。また、分解能０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の高解像度エリアセンサカメラを用いることによって、０．１ｍｍ以下の微小なスケール残りが検出可能となる。さらに、カメラを幅方向にトラバースさせることによって、カメラ台数の削減による低廉化を図ることができる。

特開平５−３２２７９４号公報特開２０１０−２１０３２２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の装置の場合、リング拡散照明は相当な大きさと重量を有するため、これを収納するセンサヘッドが大型化し、狭い設置スペースに入りきらないことがある。また、幅方向に複数のセンサヘッドを設けることは、隣接するセンサヘッドが物理的に干渉するため困難な場合がある。さらに、リング拡散照明の輝度には個体差があり、光源ランプの劣化寿命にも個体差がある。このため、複数のセンサヘッドを設ける場合、センサヘッド間の照明輝度を一定に保つのが困難である。この結果、幅方向の照明輝度に差異が生じて欠陥検出感度がばらつき、全幅に亘って均一な検査を行うことができない。また、照明ムラを抑えるために、リング拡散照明の中心軸とカメラ視野の中心とを０．５ｍｍ程度の精度で正確に合致させる必要があるが、この作業は煩雑であり、かつ、位置調整用の機構を装備する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便かつ安価な装置構成で、搬送方向に直交する幅方向の全幅に亘って均一な検査を行うことができる表面検査装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表面検査装置は、長手方向に搬送される長尺状の被検査材の表面に対して、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、該被検査材表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするように照射する固定配置された２台のライン状拡散照明と、前記被検査材表面上で照射光がラップする領域を撮像する１台以上のエリアセンサカメラと、該エリアセンサカメラを前記被検査材の全幅をカバーするように幅方向に往復移動させるカメラ移動手段と、前記エリアセンサカメラの出力信号を画像処理して前記被検査材の表面の欠陥を抽出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。また、本発明にかかる表面検査装置は、上記発明において、前記２台のライン状拡散照明が照射する拡散光は、遮光部によって回折された回折光であることを特徴とする。

また、本発明にかかる表面検査装置は、上記発明において、前記ライン状拡散照明が、ストロボ光源を用いたものであり、前記２台のライン状拡散照明の発光タイミングと前記１台以上のエリアセンサカメラの撮像タイミングとを全て同期させる制御手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる表面検査装置は、上記発明において、前記被検査材が酸洗鋼板であり、抽出する欠陥対象がスケール残りであることを特徴とする。

本発明によれば、簡便かつ安価な装置構成で、搬送方向に直交する幅方向の全幅に亘って均一な検査を行うことができる表面検査装置を提供することができる。

すなわち、本発明によれば、２台のライン状拡散照明を用いて、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、該被検査材表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするよう照射するようにしたので、例えば酸洗鋼板のような表面性状が不均一な被検査材に対しても、地合ノイズを抑制した検査が可能となる。また、１台以上のエリアセンサカメラを幅方向に移動させながら検査するようにしたので、少ないカメラ台数で高分解能な検査を実現でき、この結果、検査装置の保守が容易となり、装置価格を廉価に抑えることができる。さらに、ライン状拡散照明を固定設置し、エリアセンサカメラのみを移動させるようにしたので、幅方向の照明ムラを抑止でき、全幅に亘って均一な検査を行うことができる上に、カメラ収納ケースの小型・軽量化およびカメラ移動機構の小トルク化・低廉化を実現でき、この結果、装置全体の構成を簡便で安価なものとすることができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる表面検査装置の構成を示す概略平面図である。図２は、図１の概略正面図である。図３は、本実施の形態にかかる表面検査装置の制御系の構成を示す概略ブロック図である。図４は、変形例を示す概略正面図である。

以下に、本発明にかかる表面検査装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる表面検査装置の構成を示す概略平面図であり、図２は、図１の概略正面図であり、図３は、本実施の形態にかかる表面検査装置の制御系の構成を示す概略ブロック図である。本実施の形態は、製造ラインで長手方向に搬送される被検査材が酸洗鋼板であり、抽出する欠陥対象がスケール残りである表面検査装置に本発明を適用したものである。

本実施の形態は、概略的に、酸洗鋼板１の表面を照明する２台のライン状拡散照明２、３と、酸洗鋼板１の表面を撮像する１台以上、図示例では１台のエリアセンサカメラ４と、このエリアセンサカメラ４を酸洗鋼板１の幅方向に移動させるカメラ移動手段５と、これらライン状拡散照明２、３、エリアセンサカメラ４およびカメラ移動手段５の動作を制御する制御手段６と、エリアセンサカメラ４の出力信号を画像処理して酸洗鋼板１の表面の欠陥を抽出する画像処理手段７と、を備える。

２台のライン状拡散照明２、３は、酸洗鋼板１の全幅以上の長さを有して、その全長に亘ってほぼ均一な輝度分布を有するライン状のものであって、酸洗鋼板１の表面に対して、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、酸洗鋼板１表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするラップ領域Ｅ_Ｌを形成するよう照射するように、搬送方向に離間させて平行に固定配置されている。ライン状拡散照明２、３の光源としては、ハロゲン光源、メタルハライド光源、ＬＥＤ等を用いることができるが、移動する酸洗鋼板１をブレなく撮像するためには、キセノン・ストロボ光源やストロボＬＥＤ光源などのストロボ光源を用いることが好ましい。ライン状拡散照明２、３と光源とは複数本の光ファイバ等により連結されていてもよく、この場合、１つの光源を共用するようにしてもよい。

エリアセンサカメラ４は、酸洗鋼板１表面上で２台のライン状拡散照明２、３による照射光がラップするラップ領域Ｅ_Ｌを撮像するように撮像位置が設定されている。これにより、エリアセンサカメラ４からみれば、２台のライン状拡散照明２、３は、酸洗鋼板１の搬送方向においてカメラ視野両側から対称的に照射光を照射するように配置されている。エリアセンサカメラ４は、検査対象とする欠陥の最小サイズの半分以下の分解能を有する高精細なカメラが用いられる。検査対象の欠陥サイズが例えば０．０５ｍｍと微小な場合でも、０．０２５ｍｍ以下の高分解能のエリアセンサカメラ４を用いることによって検査が可能となる。

カメラ移動手段５は、１台以上のエリアセンサカメラ４を、酸洗鋼板１の幅方向に往復移動させるもので、リニアステージなどが用いられる。ここで、移動ストロークは、何れかのカメラで酸洗鋼板１の全幅を隈なくカバーして撮像できるように設計される。例えば、板幅１８００ｍｍの酸洗鋼板１を、３台のエリアセンサカメラ４で撮像・検査する場合、６００ｍｍ間隔で幅方向に配置した３台のエリアセンサカメラ４を幅方向に同時に６００ｍｍ移動させるように設計される。

制御手段６は、装置全体の動作を制御するものであり、制御用パソコン等が用いられるが、特に、ストロボ光源を用いた２台のライン状拡散照明２、３の発光タイミングと１台以上のエリアセンサカメラ４の撮像タイミングとが全て同期するよう、ライン状拡散照明２、３、エリアセンサカメラ４およびカメラ移動手段５の動作に関して同期制御を行う。

画像処理手段７は、エリアセンサカメラ４の出力信号を画像処理して酸洗鋼板１の表面の欠陥、すなわちスケール残りを抽出する。画像処理としては、シェーディング補正、２値化あるいは多値化、閾値処理に基づいた欠陥判定などの周知の処理を用いることができる。例えば、エリアセンサカメラ４の出力信号を２値化あるいは多値化し、予め実験などで欠陥サンプルを用いて決定された閾値レベルを下回る部分を抽出し、この抽出された箇所をスケール残りと判定するように構成することができる。これは、スケール残りは鋼板表面に光反射率の低い酸化スケールが付着したものであるので、健全部分より暗く撮像されることを利用したものである。

このような構成によれば、２台のライン状拡散照明２、３による照射光をカメラ視野両側から対称的に照射するようにしたので、例えば表面粗度の大きい酸洗鋼板１上の微小スケール残りを検査するような場合でも、地合ノイズの過剰検出を抑止して安定した欠陥検査が可能となる。これは、酸洗鋼板１表面の微細凹凸形状からの反射光強度が互いに打ち消されるためである。また、ライン状拡散照明２、３として集光性の低い拡散照明を用いるのは、酸洗鋼板１の厚さやパスラインが変動してもラップ領域Ｅ_Ｌが所定長さ以上となるようにするためと、直接光照射による地合ノイズの顕在化を防止するためと、表面をできるだけ均一に照明して輝度ムラを抑制するためである。このような拡散照明は、ライン状拡散照明２、３の出射部前面に光拡散板を設置する等により実現できる。

また、高分解能のエリアセンサカメラ４を用いると、カメラ視野が狭くなるため、大量のカメラが必要となり高価かつ保守性が悪くなるが、１台以上の少数のカメラを酸洗鋼板１の幅方向に移動させながら検査することで、カメラ台数の大幅な削減が可能となる。この結果、検査装置の保守が容易となり、装置価格を廉価に抑えることができる。

ここで、１台以上のエリアセンサカメラ４を幅方向に移動させて画像を撮像することにより、搬送される酸洗鋼板１の表面をカメラ毎にジグザグ状に検査することになる。一般の表面検査装置では、このようにカメラを移動させて検査すると非検査領域が生じて欠陥の見逃しが懸念されるため、幅方向に多数のカメラを並べて固定配置する装置構成をとるのが通例である。しかしながら、スケール残りは、鋼板表面上において、搬送方向に一定長さ連続的に発生するという特性を有する。このため、ジグザグ状に検査しても見逃しを生ずることはなく、上記のようにカメラ台数を減らすことにより、装置全体の低価格化を図ることが可能となる。カメラ台数は、スケール残りの連続発生長さと鋼板の搬送速度に応じて、１台あるいは数台を用いるようにすればよい。

さらに、２台のライン状拡散照明２、３を固定設置し、エリアセンサカメラ４のみを移動させるようにしたので、幅方向の照明ムラを抑止でき、全幅に亘って均一な検査を行うことができる。また、カメラ収納ケースの小型・軽量化およびカメラ移動機構の小トルク化・低廉化を実現することができ、この結果、装置全体の構成を簡便で安価なものとすることができる。

また、高速で搬送される酸洗鋼板１を検査する場合、画像のブレが問題となるが、２台のライン状拡散照明２、３の光源としてストロボ光源を用い、制御手段６で２台のライン状拡散照明２、３の発光タイミングと１台以上のエリアセンサカメラ４の撮像タイミングとの同期をとることにより、解消することができる。

以下、本実施の形態を酸洗鋼板１のスケール残り検査に適用した実施例１について説明する。２台のライン状拡散照明２、３としてストロボＬＥＤ光源、エリアセンサカメラ４として１３９２×１０４０画素のモノクロＣＣＤカメラを２台、カメラ移動手段５としてリニアステージを用いた。約φ０．１ｍｍのスケール残りを検出するため、カメラの分解能は０．０３ｍｍに設定した。２台のライン状拡散照明２、３の発光タイミングと２台のエリアセンサカメラ４の撮像タイミングは、制御用パソコンに搭載された画像処理ボードとデジタルＩ／Ｏボードとを用いて同期させるようにした。このような構成により、幅方向の全幅に亘って均一な検査条件で、φ０．１ｍｍのスケール残り欠陥を検出率９９％で安定して検出できることが確認されたものである。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、２台のライン状拡散照明２、３は、遮光板の回折による拡散を利用したものであってもよい。図４は、この変形例を示す概略正面図である。２台のライン状拡散照明２、３は、酸洗鋼板１の全幅以上の長さを有して内向きにある角度だけ傾けて平行に配置された光出射部２ａ，３ａと、光出射部２ａ，３ａと同等の長さを有し、これらの光出射部２ａ，３ａと酸洗鋼板１との間であって光出射部２ａ，３ａの直下に配置された遮光板２ｂ、３ｂとからなる。光出射部２ａ，３ａとしては、多数のＬＥＤを直線状に配置したり、光源に連結された光ファイバ束を直線状に分配したりすればよい。遮光板２ｂ、３ｂは、光出射部２ａ，３ａと平行で、光出射部２ａ，３ａよりも若干内側寄り（エリアセンサカメラ４の光軸寄り）に突出する位置に配置される。このような遮光板２ｂ、３ｂ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、照明光に対する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。

このような変形例のライン状拡散照明２、３によれば、酸洗鋼板１の表面には、明るい線状の照光部１１ａ、１１ｂの内側に暗い遮光部１２が形成される。この遮光部１２は、光出射部２ａ，３ａによる照明光が遮光板２ｂ、３ｂにより搬送方向に回折されて拡散光となって照明される照明領域であり、全幅に亘って帯状に形成されることになる。

このような変形例のライン状拡散照明２、３によれば、照光部１１による直接的な反射光はエリアセンサカメラ４に入らず、遮光部１２に向かう例えば回折光２ｃが、後方拡散反射してエリアセンサカメラ４に入ることになる。よって、遮光板２ｂ、３ｂの回折による拡散光を利用した本変形例によれば、エリアセンサカメラ４に鋼板からの正反射光成分が入らなくなるので、鋼板表面の微細凹凸形状に起因する地合ノイズが抑止された撮像が可能になる。

また、本実施の形態では、酸洗鋼板１上のスケール残りという微小欠陥の検査に適用した例で説明したが、このような適用例に限られない。例えば、冷延鋼板や表面処理鋼板などの他の鋼板、あるいはアルミニウムなどの非鉄金属や紙、フィルム、プラスチックなどを被検査材とする製造ラインにも適用することができる。また、スリ疵や周期性疵など、搬送方向に連続的に発生する特性をもつ他の表面欠陥の検査にも適用することができる。

１酸洗鋼板
２、３ライン状拡散照明
４エリアセンサカメラ
５カメラ移動手段
６制御手段
７画像処理手段
Ｅ_Ｌラップ領域

Claims

長手方向に搬送される長尺状の被検査材の表面に対して、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、該被検査材表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするように照射する固定配置された２台のライン状拡散照明と、
前記被検査材表面上で照射光がラップする領域を撮像する１台以上のエリアセンサカメラと、
該エリアセンサカメラを前記被検査材の全幅をカバーするように幅方向に往復移動させるカメラ移動手段と、
前記エリアセンサカメラの出力信号を画像処理して前記被検査材の表面の欠陥を抽出する画像処理手段と、
を備え、
前記２台のライン状拡散照明が照射する拡散光は、遮光部によって回折された回折光であることを特徴とする表面検査装置。
前記ライン状拡散照明が、ストロボ光源を用いたものであり、
前記２台のライン状拡散照明の発光タイミングと前記１台以上のエリアセンサカメラの撮像タイミングとを全て同期させる制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記被検査材が酸洗鋼板であり、抽出する欠陥対象がスケール残りであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。