JP6515348B2 - 表面検査装置用校正板及び表面検査装置の校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面検査装置の照明手段や撮像手段を校正するために用いられる表面検査装置用校正板及び表面検査装置の校正方法に関する。

従来、鋼板の製造ラインでは、鋼板表面の疵、汚れ等の欠陥を検出するために、２次元ＣＣＤカメラを用いた表面検査装置が用いられている。

表面検査装置は、照明手段によって鋼板表面に光を照射しながら鋼板表面をカメラ（撮像手段）により撮影し、撮影画像を画像処理手段によって解析し、鋼板表面における反射光又は拡散光の光量を輝度により評価することで、鋼板表面の欠陥を検出する。鋼板表面の欠陥部分は他の欠陥のない表面に比べて、反射光による輝度が小さい又は大きい（拡散光による輝度が大きい又は小さい）状態となる。画像処理手段は、撮影画像内における少なくとも一部の輝度が、予め定めたしきい値（基準の輝度）から外れた場合に、表面の欠陥として検出する。

このように、表面検査装置は鋼板表面における光の動態をもとに欠陥を検出する手段であり、照明手段やカメラ等の設定条件の誤差や、画像処理手段における解析プロセス（具体的には、しきい値の設定方法等）の違い等によって、表面欠陥の検出精度が変わる。表面検査装置による検査結果に対する信頼性を維持するためには、適正な（健全な）条件で検査が行われていることを定期的に確認し、健全な条件で検査が行われるように各種条件を校正する必要がある。

このような表面検査装置の校正方法を開示した文献として、以下の特許文献１及び２が挙げられる。

特許文献１に記載の発明では、地合サンプル板と欠陥サンプル板とを順に通板し、通板時のデータを用いて適切なしきい値を設定し、表面欠陥の正確な検出を行う。

また、特許文献２に記載の発明では、サンプル板と塗装板とを順に通板し、サンプル板の通板時におけるデータと塗装板の通板時におけるデータとを比較することで、照明の照度むらによる影響をなくして表面欠陥の正確な検出を行う。

特開２０１３−２０５３７７号公報 特開平６−３１７５４０号公報

上記のように、特許文献１及び２の発明はいずれも、被測定板とサンプル材とを通板した際のデータに基づき、各種の誤差を補正するように、画像処理手段における解析プロセスを適正化することに主眼を置いた発明である。このような方法は、ある特定の種類の被測定板における表面欠陥の検出精度を高めることには寄与するものの、被測定板の種類に関わらず一般的な検出精度を高めることにはつながらず、効果が限定的である。例えば、一旦、画像処理手段における解析プロセスの適正化を行ったとしても、別の種類の被測定板を検査する際には、改めてこの被測定板に対応するサンプル材を通板して解析プロセスを適正化し直す必要がある。

また、一般的な検出精度を向上させるためには、画像処理手段における解析プロセスの適正化よりも、照明手段や撮像手段の各種条件の校正を行うことが有効である。前記各種条件の一例として、照明手段の光度や取付角度、及び撮像手段の取付角度や撮影条件等が挙げられる。

しかし、従来の技術はいずれも、画像処理手段における解析プロセスの適正化に主眼を置いており、照明手段や撮像手段の校正を迅速かつ的確に行うための技術は知られていない。

特に、従来は、照明手段や撮像手段の各種条件のいずれに問題があるのかを個別かつ網羅的に特定する方法は知られていない。例えば、従来の方法ではサンプル板を通板した際に、画像処理手段における解析プロセス以外の、照明手段や撮像手段の各種条件に問題があることが疑われたとしても、これら各種条件のいずれに問題があるのかを速やかに特定することは難しい。そこで、これら各種条件を一つずつ順番に校正し、校正の結果を確認することにすると、原因の特定と解消には膨大な時間がかかってしまう。

本発明は上記の問題点に鑑みて完成されたものであり、迅速に照明手段及び撮像手段における誤差をそれぞれ区別しつつ網羅的に検知し、これら誤差の校正に資する表面検査装置用校正板、及びこの表面検査装置用校正板を用いて行う表面検査装置の校正方法を提供することを課題とする。

本発明の手段は、次の通りである。
［１］照明手段、拡散反射カメラと正反射カメラとを備えた撮像手段、及び画像処理手段を有する表面検査装置の校正に用いられる表面検査装置用校正板であって、前記照明手段の取付角度及び前記撮像手段の取付角度の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる角度校正区画と、前記照明手段の光度及び前記撮像手段の撮影条件の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる明暗校正区画と、を有し、前記角度校正区画は、前記照明手段及び前記拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる拡散反射カメラ用角度校正区画と、前記照明手段及び前記正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる正反射カメラ用角度校正区画とを有し、前記明暗校正区画は、既知の反射率を備えた正反射カメラ用明暗校正区画と、既知の表面粗さを備えた拡散反射カメラ用明暗校正区画とを有する表面検査装置用校正板。
［２］前記拡散反射カメラ用角度校正区画と前記正反射カメラ用角度校正区画とは、それぞれ、ピーク角度、ピーク角度よりも大きい角度、及びピーク角度よりも小さい角度を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する［１］に記載の表面検査装置用校正板。
［３］前記拡散反射カメラ用角度校正区画と前記正反射カメラ用角度校正区画とは、それぞれ、（ピーク角度）、（ピーク角度−許容誤差角度）、及び（ピーク角度＋許容誤差角度）を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する［２］に記載の表面検査装置用校正板。
［４］前記正反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる反射率を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる表面粗さを備えた区画を有する［１］から［３］までのいずれか一つに記載の表面検査装置用校正板。
［５］前記角度校正区画が通板方向の先端側に設けられ、前記明暗校正区画が通板方向の後端側に設けられる［１］から［４］までのいずれか一つに記載の表面検査装置用校正板。
［６］表面検査装置用校正板を用いて行う、照明手段、拡散反射カメラと正反射カメラとを備えた撮像手段、及び画像処理手段を有する表面検査装置の校正方法であって、前記表面検査装置用校正板における角度校正区画を撮像手段により撮影し、前記角度校正区画の一部である拡散反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段及び前記拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、前記角度校正区画の一部である正反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段及び正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、表面検査装置用校正板における明暗校正区画を撮像手段により撮影し、明暗校正区画の一部であって既知の表面粗さを備えた拡散反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段の光度及び前記拡散反射カメラの撮影条件の少なくともいずれか一方を調節し、前記明暗校正区画の一部であって既知の反射率を備えた正反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段の光度及び前記正反射カメラの撮影条件の少なくともいずれか一方を調節する表面検査装置の校正方法。
［７］前記拡散反射カメラ用角度校正区画及び前記正反射カメラ用角度校正区画は、それぞれピーク角度、ピーク角度よりも大きい角度、及びピーク角度よりも小さい角度を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用角度校正区画において、前記ピーク角度を備えたいずれかの区画の輝度が、前記ピーク角度よりも大きい角度及び前記ピーク角度よりも小さい角度を備えたいずれかの区画の輝度よりも小さい場合に、照明手段及び拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、前記正反射カメラ用角度校正区画において、前記ピーク角度を備えたいずれかの区画の輝度が、前記ピーク角度よりも大きい角度及び前記ピーク角度よりも小さい角度を備えたいずれかの区画の輝度よりも小さい場合に、照明手段及び正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節する［６］に記載の表面検査装置の校正方法。
［８］前記拡散反射カメラ用角度校正区画及び前記正反射カメラ用角度校正区画は、それぞれ（ピーク角度）、（ピーク角度−許容誤差角度）、及び（ピーク角度＋許容誤差角度）を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する［７］に記載の表面検査装置の校正方法。
［９］前記正反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる反射率を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる表面粗さを備えた区画を有し、少なくともいずれか１つの正反射カメラ用明暗校正区画において、輝度の測定値が閾値を超える場合に、前記照明手段の光度及び前記正反射カメラの撮影条件の少なくとも一方を調節し、少なくともいずれか１つの拡散反射カメラ用明暗校正区画において、輝度の測定値が閾値を超える場合に、前記照明手段の光度及び前記拡散反射カメラの撮影条件の少なくとも一方を調節する［６］から［８］までのいずれか一つに記載の表面検査装置の校正方法。
［１０］照明手段及び撮像手段の取付角度の調節を行った後に、照明手段の光度及び撮像手段の撮影条件の調節を行う［６］から［９］までのいずれか一つに記載の表面検査装置の校正方法。

本発明によって、表面検査装置の照明手段及び撮像手段における各種の誤差を、それぞれ区別しつつ網羅的に検知し、校正することができる。

図１は、表面検査装置の一例を示す説明図である。 図２は、校正板の表面における区画の配置の一例を示す平面図である。 図３は、理想状態における照明手段、正反射カメラ、及び校正板の区画１を示す説明図である。 図４は、理想状態における照明手段、正反射カメラ、及び校正板の区画１〜３を示す説明図である。 図５は、校正板における正反射カメラ用明暗校正区画の傾斜角度と正反射カメラに入射する反射光の輝度との関係を示すグラフである。 図６は、模擬欠陥材の一例を示す平面図、及び模擬欠陥部の拡大図である。

以下、図面を用いて本発明について具体的に説明する。

まず、図１を用いて、表面検査装置の構成について説明する。

表面検査装置１は、照明手段２、拡散反射カメラ３ａ、正反射カメラ３ｂ、及び画像処理手段４、板駆動手段５を有する。拡散反射カメラ３ａと正反射カメラ３ｂとを総称して撮像手段３と称する。

鋼板６は、板駆動手段５によって、照明手段２及び撮像手段３の下部へと通板される。この際に、照明手段２によって照明を鋼板６の表面に照射し、撮像手段３（拡散反射カメラ３ａ及び正反射カメラ３ｂ）によって鋼板６の表面を撮影する。拡散反射カメラ３ａは鋼板６の表面で拡散した拡散光を捉え、正反射カメラ３ｂは鋼板６の表面で正反射した反射光を捉える。尚、拡散反射カメラ３ａと正反射カメラ３ｂとの通板方向における配置は、図１の例に限定されるものではない。

拡散反射カメラ３ａの取付角度θ_４（鉛直線Ｙとカメラの軸線とがなす角度）、正反射カメラ３ｂの取付角度θ_１は、それぞれ、輝度の測定に十分な量の拡散光又は反射光が入射し、かつ十分なＳ／Ｎ比を確保できるように、適宜調節される。また、照明手段２の取付角度θ_２（鉛直線Ｙと照明手段の照射方向とがなす角度）を調節することによって、拡散反射カメラ３ａ、正反射カメラ３ｂへの光の入射量を調節することもできる。尚、拡散反射カメラ３ａ、正反射カメラ３ｂとしては一次元ＣＣＤカメラを使用することもできるし、二次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。

撮像手段３によって得られた撮影画像は、画像処理手段４にて解析される。具体的に、画像処理手段４では、撮影画像をグレー値に変換した後、０から２５５までの２５６階調の輝度に換算し、輝度の値に応じて塗り分けした二次元画像を取得する。拡散反射カメラ３ａでの撮影画像を解析することで撮影画像中の拡散光の強度が分かり、正反射カメラ３ｂでの撮影画像を解析することで撮影画像中の反射光の強度が分かる。

鋼板６の表面に著しい疵や汚れ等の欠陥が形成されると、この部分では反射光による輝度が小さい又は大きい（拡散光による輝度が大きい又は小さい）状態として、画像処理手段４にて表面欠陥として検出される。

板駆動装置５からは、鋼板６の移動信号が画像処理手段４へと送られる。画像処理手段４は、この移動信号を元に表面欠陥の発生した鋼板６の位置を特定する。

表面検査装置１を稼動していると、徐々に計器に誤差が生じるようになる。これらの誤差が過大となると、異常のない鋼板を異常ありと判定する、又は異常のある鋼板を異常なしと判定して流出させてしまい、検査結果の信頼性が落ちる。そこで、定期的に表面検査装置１を校正する必要がある。

前記誤差の原因として、照明手段２、撮像手段３の取付角度が挙げられる。これらの角度は通板時の振動等によって、徐々にずれてしまう。また、前記誤差の他の原因として、照明の劣化等によって照明手段２の光量が不十分となってしまうことが挙げられる。角度がずれてしまったり光量が不十分であったりすると、撮影画像の正確な輝度の算出がなされず、表面欠陥の検出も正確に行えなくなる。

そこで、定期的に表面検査装置１におけるこれらの誤差を把握し、誤差が生じている場合には各種条件を校正して装置を健全化する必要がある。これらの誤差の把握及び校正完了の確認を行う際に、本発明の表面検査装置用校正板（単に「校正板」と称することもある。）が用いられる。

図２には、本発明の校正板の一例の平面図を示す。校正板１１は、図面の左から右に向かって通板され、撮像手段による撮影及び画像処理手段による解析が行われる。

校正板１１の表面には、複数の区画が格子状に配置される。区画１〜６が角度校正区画１１ａであり、区画７〜１２が明暗校正区画１１ｂである。

区画１〜６は、それぞれ通板方向に対して傾斜した板面を有する。区画１〜３は正反射光を対象とした区画（正反射カメラ用角度校正区画）であり、区画４〜６は拡散反射光を対象とした区画（拡散反射カメラ用角度校正区画）である。

図３には、校正板の区画１を板幅方向から見た際の模式図を示す。区画１の傾斜角度θ_３は、照明手段の取付角度がθ_２で、正反射カメラの取付角度がθ_１である状態下で、板表面から正反射カメラへと入射する反射光の強度が最大となるように、設定されている。このように、照明手段の取付角度がθ_２で正反射カメラの取付角度がθ_１である状態は、実際の通板処理に入る前に予め設定した誤差のない初期状態のことであり、理想状態ともいう。この初期状態では、照明手段２による光の照射方向と区画１の法線Ａの間の角度と、正反射カメラ３ｂの軸線方向と法線Ａの間の角度とが等しくなる。尚、図３の例では、区画１は検査対象測定面（水平線Ｘ）に対して、図面の右方向（通板方向の出側）へ下るように傾斜しているが、初期状態における照明手段の取付角度、カメラの取付角度等によっては、区画１（ピーク角度の区画）が水平となることもあるし、区画１が上向きの傾斜をなすこともある。傾斜角度（θ_３）は、区画１の表面と水平線との間でなす角度をいう。理論上、θ_３＝{θ_１−（θ_１＋θ_２）／２}と求められる。

次に、図４を用いて、区画１〜３について説明する。図中の実線で示すのが区画１であり、点線のうちより水平線に近いのが区画２であり、点線のうちより鉛直線に近いのが区画３である。区画２及び３は、区画１（傾斜角度がピーク角度となる区画）に比べて僅かに傾斜角度が小さい又は大きい区画である。区画２の傾斜角度は（ピーク角度−許容誤差角度）であり、区画３の傾斜角度は（ピーク角度＋許容誤差角度）である。許容誤差角度とは、検出に十分なＳ／Ｎ比が確保でき、カメラの検出性能が保証できる範囲の角度のことをいう。許容誤差角度は、角度の異なる複数のサンプル板を通板してＳ／Ｎ比を確認するサンプルテストにより、設定することができる。許容誤差角度は、条件が厳しいラインでは０．５°程度とし、条件の厳しくないラインでは５°程度とすることができる。つまり、許容誤差角度の好適例としては、０．５°以上５°以下を挙げることができる。

図５には、鋼板の傾斜角度を様々に変えて正反射カメラにて鋼板表面を撮影した際の、傾斜角度と輝度との関係を示す。傾斜角度がθ_３（ピーク角度）の場合に、輝度が最大となる。傾斜角度がθ_３からずれると、正規分布状に輝度は小さくなる。よって、θ_３から傾斜角度が増えても減っても輝度は低くなり、θ_３からの角度のずれが同程度であると、輝度の減衰の度合いも同程度となる。

図４の例で、照明手段及び正反射カメラの取付角度が初期状態（それぞれθ_２及びθ_１）のままであると、傾斜角度がθ_３である区画１の部分が最も輝度が高くなり、他の区画２及び３は、区画１よりも同程度だけ輝度が低くなる。逆に、校正板を用いた測定結果がこのようにならない場合、つまり区画１の輝度が最も高くならない場合や、区画２と３との輝度が同程度でない等の場合には、照明手段及び／又は正反射カメラの取付角度にずれが生じていると判断することができる。

図示していないが、拡散反射カメラ３ａについても、鋼板の傾斜角度と輝度との関係は図４のような正規分布となり、ピーク角度を中心に略左右対称の形状となる。拡散反射カメラ３ａにおけるピーク角度も、正反射カメラ３ｂにおけるピーク角度と同様、初期状態における照明手段の取付角度と拡散反射カメラの取付角度の条件下で、拡散反射カメラ３ａに入射する拡散光の量が最大となる板面の傾斜角度をいう。また、拡散反射カメラ３ａにおける許容誤差角度も同様に、十分なＳ／Ｎ比を確保できる角度のことをいい、サンプルテストにより求めることができる。例えば、図２に示す区画４は、照明手段及び拡散反射カメラの取付角度が初期状態の下で、拡散光の強度がピークとなる傾斜角度（ピーク角度）にて設けられており、区画５、６の傾斜角度は、それぞれピーク角度よりも許容誤差角度分だけ減少又は増加させた角度である。校正板１１を拡散反射カメラ３ａにて撮影した際に、区画４の輝度が最も高くかつ区画５の輝度と区画６の輝度とが同程度であれば、照明手段２及び拡散反射カメラ３ａの角度は健全であると判定されるが、そうでなければいずれかの角度が健全でないと判定することができる。

校正板１１上における区画１〜６の配置としては、同程度の輝度を呈する区画を隣接させないことが好ましい。図２の例では、正反射カメラ用の区画１〜３は隣接しては設けず、これらの区画の間には必ず拡散反射カメラ用の区画４〜６のいずれかを挟んでいる。区画１〜３の間（及び区画４〜６の間）では、それぞれ僅かな大きさの許容誤差角度分しか傾斜角度が異ならず、撮影画像中では同程度の輝度を呈することになるので、隣接して設けると視野中で十分に区別できないことがある。正反射カメラ用の区画の間に拡散反射カメラ用の区画を挟む（及び拡散反射カメラ用の区画の間に正反射カメラ用の区画を挟む）ことにより、視野中で明確に区画を区別しやすくなる。

尚、角度校正区画１１ａ全体の大きさは、拡散反射カメラ３ａ及び正反射カメラ３ｂにおいて、実際に通板時の検査で用いる視野（対象視野）の全体を占める大きさ以上であればよい。この場合、カメラの倍率等に応じて角度校正区画１１ａの大きさを適宜変更することができる。角度校正区画１１ａの大きさを上記のようにすることで、実際の測定時におけるカメラの視野内での、取付角度による誤差を排除することができる。

尚、区画１つ分の大きさは、容易に加工ができる程度の大きさであり、かつ撮影時のカメラの対象視野内にすべての種類の区画（図２の角度校正区画１１ａの例では６種類の区画）が入るように調節すればよく、一例として２０〜３０ｍｍ四角であればよい。尚、一次元カメラを用いる場合は、測定時の視野内で、任意の通板方向位置において、校正板の幅方向にすべての種類の区画が含まれるようにすればよい。また、限られた表面積中になるべく多くの区画を設けるという観点からは、区画の平面形状は矩形であることが望まれるが、その他の形状であってもよい。

校正板１１には、実際に通板を予定している被測定板と同じ材質を用いることが好ましい。被測定板と同じ材質を用いることで、実際の検査時における誤差を小さくすることができる。尚、区画１〜６は、それぞれの区画の角度については加工しているが、表面の反射率や表面粗さ等についての加工は特に行う必要はない。区画１〜６は、傾斜した部材を校正板の表面に接着させる方法や、校正板の表面を切削加工する方法等により形成できる。

正反射カメラ用角度校正区画（図２では区画１〜３）、及び拡散反射カメラ用角度校正区画（図２では区画４〜６）は、ピーク角度、ピーク角度よりも大きい角度、及びピーク角度よりも小さい角度を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有することが好ましい。ピーク角度の区画の輝度と、その他の角度の区画の輝度とを比較することによって、取付角度の異常を検知することができる。また、検出結果の信頼性を高めるという観点からは、前記ピーク角度よりも大きい角度を（ピーク角度＋許容誤差角度）とし、前記ピーク角度よりも小さい角度を（ピーク角度−許容誤差角度）とすることがより好ましい。

図２の校正板１１は、区画１〜６の後方に区画７〜１２からなる明暗校正区画１１ｂを備える。明暗校正区画１１ｂを用いて、照明手段の光度及び撮像手段３の撮影条件（レンズの絞り及びシャッター速度）が校正される。区画７〜９が正反射カメラを対象とした区画（正反射カメラ用明暗校正区画）であり、区画１０〜１２が拡散反射カメラを対象とした区画（拡散反射カメラ用明暗校正区画）である。

区画７〜９は、それぞれ異なる反射率を備えた板面である。表面の反射率が変わると、反射光の光量が変わり、正反射カメラで検知される輝度の大きさが変わる。板面の反射率を変えるためには、板面を研磨して表面粗さを変える、板表面に表面処理剤を塗布して表面の光沢を上げる、等の方法がある。尚、区画７が中程度の反射率を備えた区画であり、区画８は区画７よりも高い反射率を備えた区画であり、区画９は区画７よりも低い反射率を備えた区画である。区画７〜９は、それぞれの区画の反射率が既知であり、理想状態の照明手段の取付角度及び光度や、正反射カメラの取付角度及び撮影条件の下で、正反射カメラを用いて測定されるべき輝度の値（理想値）も既知である。

区画１０〜１２には、それぞれ表面粗さを変えた板面を配置する。区画１０が中程度の表面粗さを備えた区画であり、区画１１は区画１０よりも高い表面粗さを備えた区画であり、区画１２は区画１０よりも低い表面粗さを備えた区画である。表面粗さが変わると、拡散反射光の光量が変わり、拡散反射カメラで検知される輝度の大きさが変わる。表面粗さを変えるには、それぞれの区画の表面にショットブラスト加工等を行えばよい。区画１０〜１２についても、理想状態の下で、拡散反射カメラを用いて測定されるべき輝度の値（理想値）が既知である。

区画７〜１２についても同程度の輝度の区画同士は隣接して設けないことが好ましい。例えば、区画７〜９は隣接させず、これらの区画の間に、区画１０〜１２のいずれかを挟むようにすることが好ましい。

区画７〜１２は、傾斜角度を設けず、それぞれの区画の表面は水平面と平行にすればよい。

また、中程度の反射率を有する区画７、中程度の表面粗さを有する区画１０は、通板を予定している被測定板と同程度の反射率又は表面粗さとすることにより、実際の検査時に輝度の誤差が生じないかを確実にチェックできる。

正反射カメラ用明暗校正区画（図２では区画７〜９）、及び拡散反射カメラ用明暗校正区画（図２では区画１０〜１２）の数は特に制限されず、例えば１種類ずつであってもよい。但し、測定結果の信頼性を高めるためには比較用の異なる反射率又は表面粗さを備えた区画がある方がよく、それぞれ２種類以上の異なる反射率又は表面粗さを有する区画を備えていることが好ましい。

本発明の校正板１１では、１枚の板の通板方向の先端側に角度校正区画（区画１〜６）が設けられ、通板方向の後端側に明暗校正区画（区画７〜１２）が設けられる。このような配置にすると、複数の校正板を交換したり、校正板の通板方向を途中で逆向きにしたりすることなく、簡便に角度校正と明暗校正とをこの順に行うことができる。

次に、本発明の校正板１１を用いて行う表面検査装置１の校正方法について説明する。

まず、校正板１１を板駆動装置５によって移動させながら、正反射カメラ３ｂ及び拡散反射カメラ３ａの両方によって校正板１１の表面を撮影する。

拡散反射カメラ３ａによって得られた撮影画像内で、区画４〜６の輝度の比較を行う。区画４の輝度が最も高く、かつ区画５及び６の輝度が区画４の輝度に比べて低い場合には、照明手段２及び拡散反射カメラ３ａの角度は正常であると判定される。一方で、区画４の輝度が区画５又は６のいずれかの輝度よりも低い場合には、角度が異常な状態であると判定され、照明手段２及び拡散反射カメラ３ａの取付角度の少なくともいずれか一方を調節し、これらの角度を校正する必要がある。

また、正反射カメラ３ｂの視野内で、区画１〜３の輝度比較を行う。区画１の輝度が最も高く、区画２及び３の輝度が区画１の輝度に比べて低い場合には、照明手段２及び正反射カメラ３ｂの角度は正常であると判定される。一方で、区画１の輝度が区画２又は３のいずれかの輝度よりも低い場合には、角度が異常な状態であると判定され、照明手段２及び正反射カメラ３ｂの取付角度の少なくともいずれか一方を調節する必要がある。

ここで、視野内に区画１〜３がそれぞれ複数存在する場合、いずれか一つ以上の区画２又は３の輝度が、最も輝度の小さい区画１の輝度よりも大きい場合には、角度異常と判定する。同様に、視野内に区画４〜６がそれぞれ複数存在する場合、いずれか一つ以上の区画５又は６の輝度が、最も輝度の小さい区画４の輝度よりも大きい場合には、角度異常と判定する。

また、図示していないが、正反射カメラ３ｂ及び拡散反射カメラ３ａは、板幅方向に複数設けられることがある。この場合、複数のカメラで角度異常と判定された場合には照明手段の角度を調節し、いずれか一つのカメラでのみ角度異常と判定された場合には、異常が出たカメラの角度を調節することが有効である。

尚、拡散光の光量と反射光の光量との間には負の相関関係があるので、区画４〜６の輝度を正反射カメラ３ｂの撮影画像により分析しても同様に、角度の校正を行うことができる。また、両方のカメラの撮影画像を用いて同じ区画を分析すると、より正確な校正が行える。

上述のように、照明手段２及び／又はいずれかのカメラに異常があると判定された場合、これらの角度調節を行う。角度の調節を行った後に、再度、撮像手段３及び画像処理手段４を用いて輝度の確認を行い、異常なしと判定されるまで角度調節及び輝度の確認を繰り返し試す。最終的に異常なしとなったことを確認することで、照明手段２、拡散反射カメラ３ａ、及び正反射カメラ３ｂの角度の校正が完了する。尚、角度の調節中は、板駆動手段５を止めて、カメラの視野内に区画１〜６が留まるようにすることが好ましい。

照明手段２及び撮像手段３の角度の校正が完了した後、区画７〜１２の撮影画像を用いて、照明手段２の光度及びカメラの撮影条件を調節する。尚、光度とは、照明手段２から板に向かって放射される光の量のことをいう。

まず、拡散反射カメラ３ａの撮影画像から、区画１０〜１２に対応する箇所の輝度を抽出する。区画１０〜１２は、既知の表面粗さを有しており、照明手段２及び撮像手段３の取付角度が理想状態（初期状態）の下で、拡散反射カメラ３ａの視野内で測定されるべき輝度の大きさ（理想値）が既知の状態にある。次に、各区画における実際の輝度の測定値が、理想値に対して閾値（例えば、測定値が理想値の±１０％の範囲）以内にあるかどうかを確認する。拡散反射カメラ３ａの視野内における区画１０〜１２の測定値が全て閾値内にあれば、照明手段２の光度及び拡散反射カメラ３ａの明暗設定は健全であると判定される。一方で、複数の区画の測定値のうちいずれか一つでも理想値の閾値を超える場合、照明手段２の光度及び／又は拡散反射カメラ３ａの撮影条件が不適切であるため、校正を行う必要がある。具体的に、測定値が理想値よりもプラス側（測定値＞理想値）で閾値を超える場合には、照明手段２の光度を落とす（照明を暗くする）、拡散反射カメラ３ａのレンズをより絞る（絞り値を上げる）、及び拡散反射カメラ３ａのシャッター速度を上げることのいずれか一つ以上が有効である。一方で、測定値が理想値よりもマイナス側（測定値＜理想値）で閾値を超える場合には、照明手段２の光度を上げる、又は拡散反射カメラ３ａのレンズをより開く（絞り値を下げる）、及び拡散反射カメラ３ａのシャッター速度を落とすことのいずれか一つ以上が有効である。

次に、正反射カメラ３ｂの撮影画像中から、区画７〜９に対応する箇所の輝度を抽出する。区画７〜９は既知の反射率を有しており、理想状態の角度で設置された正反射カメラ３ｂの視野内で区画７〜９がどれくらいの大きさの輝度で観察されるか、その理想値が既知の状態にある。拡散反射カメラ３ａの場合と同様、実際の輝度の観察値が、理想値の閾値（例えば、測定値が理想値の±１０％の範囲）以内にあるかどうかを確認し、範囲外にある場合は、照明手段２の光度、正反射カメラ３ｂの絞り、シャッター速度等を調節する。

上記のように、いずれかのカメラの視野内で輝度の異常値があった場合、照明手段２や撮像手段３の調節を行った後、再び、撮像手段３で撮像して輝度の確認を行う。輝度の異常値がなくなるまで、これらの調節及び確認作業を繰り返し行う。最終的に異常なしとなったことを確認することで、照明手段２の光度及び撮像手段３の撮影条件が校正されたことになる。

正反射カメラ用明暗校正区画及び拡散反射カメラ用明暗校正区画は、それぞれ１種類ずつあれば明暗の構成を行うことができるが、より正確な構成を行うためにはそれぞれ２種類以上あった方が好ましく、３種類以上あることがさらに好ましい。

尚、照明手段や撮像手段の取付角度を変化させると撮像手段で測定される輝度も変わるので、角度調整を行った後に、明暗調整を行うことが好ましい。

上記で説明した表面検査装置１の校正方法は、特に角度や明暗等についての誤差の生じ易い、設備を停止した後の運転再開時に行うことが好ましい。また、前記校正方法は、例えば１〜２ヶ月に１回程度の頻度で行えばよい。

尚、校正を終えた表面検査装置は、実際に鋼板を通板する前に、模擬欠陥材を通板して校正が完了しているか否かを確認することが好ましい。模擬欠陥材は、被測定板の表面に模擬的に欠陥部を人工的に設けた板材であり、実際に表面検査装置が欠陥部を表面欠陥として検出するかどうかを確認するために用いられる。

図６には、模擬欠陥材２１の平面図を示す。模擬欠陥材２１は、その表面に模擬欠陥部２１ａを有する。模擬欠陥部２１ａは、鋼板の表面に人工的に汚れや疵等をつけた箇所であり、表面検査装置において表面欠陥と認識されるべき程度の大きさ、汚れ、疵等を呈する。模擬欠陥材２１の表面について、表面検査装置１を用いて撮影し、撮影画像を実際の検査時と同じ条件で解析する。撮影画像中において模擬欠陥部２１ａを表面欠陥と認識できた場合には、校正は完了したと判断して実際に通板を行うことができる。一方で、模擬欠陥部２１ａを表面欠陥として検出できなかった場合や、模擬欠陥部２１ａ以外を表面欠陥として検出してしまった場合には、もう一度校正板１１を用いて校正作業を行うことが好ましい。このように、模擬欠陥材２１を用いて校正作業が完了しているか否かの最終確認を行うことで、通板時における検査の誤差をより確実に減らすことができる。

模擬欠陥材２１の表面には、大きさ、程度等を変えて、複数の模擬欠陥部２１ａを設けてもよい。また、表面検査装置において表面欠陥と検出されるべきでない非欠陥部と、されるべき欠陥部との境界線付近の欠陥をいくつか設け、表面検査装置において実際に表面欠陥と検出されるべき箇所とそうでない箇所との識別が可能か否かを確かめることも有効である。

１ 表面検査装置
２ 照明手段
３ 撮像手段
３ａ 拡散反射カメラ
３ｂ 正反射カメラ
４ 画像処理手段
５ 板駆動装置
６ 鋼板
１１ 表面検査装置用校正板
１１ａ 角度校正区画
１１ｂ 明暗校正区画
２１ 模擬欠陥材
２１ａ 模擬欠陥部

Claims (10)

1. 照明手段、拡散反射カメラと正反射カメラとを備えた撮像手段、及び画像処理手段を有する表面検査装置の校正に用いられる表面検査装置用校正板であって、
   前記照明手段の取付角度及び前記撮像手段の取付角度の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる角度校正区画と、前記照明手段の光度及び前記撮像手段の撮影条件の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる明暗校正区画と、を有し、
   前記角度校正区画は、前記照明手段及び前記拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる拡散反射カメラ用角度校正区画と、前記照明手段及び前記正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる正反射カメラ用角度校正区画とを有し、
   前記明暗校正区画は、既知の反射率を備えた正反射カメラ用明暗校正区画と、既知の表面粗さを備えた拡散反射カメラ用明暗校正区画とを有し、
   前記拡散反射カメラ用角度校正区画と前記正反射カメラ用角度校正区画とは、それぞれ、ピーク角度、ピーク角度よりも大きい角度、及びピーク角度よりも小さい角度を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する表面検査装置用校正板。
2. 前記拡散反射カメラ用角度校正区画と前記正反射カメラ用角度校正区画とは、それぞれ、（ピーク角度）、（ピーク角度−許容誤差角度）、及び（ピーク角度＋許容誤差角度）を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する請求項１に記載の表面検査装置用校正板。
3. 前記正反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる反射率を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる表面粗さを備えた区画を有する請求項１または２に記載の表面検査装置用校正板。
4. 照明手段、拡散反射カメラと正反射カメラとを備えた撮像手段、及び画像処理手段を有する表面検査装置の校正に用いられる表面検査装置用校正板であって、
   前記照明手段の取付角度及び前記撮像手段の取付角度の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる角度校正区画と、前記照明手段の光度及び前記撮像手段の撮影条件の少なくともいずれか一方を調節するために用いられる明暗校正区画と、を有し、
   前記角度校正区画は、前記照明手段及び前記拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる拡散反射カメラ用角度校正区画と、前記照明手段及び前記正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節するために用いられる正反射カメラ用角度校正区画とを有し、
   前記明暗校正区画は、既知の反射率を備えた正反射カメラ用明暗校正区画と、既知の表面粗さを備えた拡散反射カメラ用明暗校正区画とを有し、
   前記正反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる反射率を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる表面粗さを備えた区画を有する表面検査装置用校正板。
5. 前記表面検査装置で表面検査される板が通板する方向と同じ方向に通板させる表面検査装置用校正板であり、前記角度校正区画が通板方向の先端側に設けられ、前記明暗校正区画が通板方向の後端側に設けられる請求項１から４までのいずれか一項に記載の表面検査装置用校正板。
6. 表面検査装置用校正板を用いて行う、照明手段、拡散反射カメラと正反射カメラとを備えた撮像手段、及び画像処理手段を有する表面検査装置の校正方法であって、
   前記表面検査装置用校正板における角度校正区画を撮像手段により撮影し、前記角度校正区画の一部である拡散反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段及び前記拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、前記角度校正区画の一部である正反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段及び正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、
   前記表面検査装置用校正板における明暗校正区画を撮像手段により撮影し、明暗校正区画の一部であって既知の表面粗さを備えた拡散反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段の光度及び前記拡散反射カメラの撮影条件の少なくともいずれか一方を調節し、前記明暗校正区画の一部であって既知の反射率を備えた正反射カメラ用角度校正区画の輝度に応じて前記照明手段の光度及び前記正反射カメラの撮影条件の少なくともいずれか一方を調節する表面検査装置の校正方法。
7. 前記拡散反射カメラ用角度校正区画及び前記正反射カメラ用角度校正区画は、それぞれピーク角度、ピーク角度よりも大きい角度、及びピーク角度よりも小さい角度を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有し、
   前記拡散反射カメラ用角度校正区画において、前記ピーク角度を備えたいずれかの区画の輝度が、前記ピーク角度よりも大きい角度及び前記ピーク角度よりも小さい角度を備えたいずれかの区画の輝度よりも小さい場合に、照明手段及び拡散反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節し、
   前記正反射カメラ用角度校正区画において、前記ピーク角度を備えたいずれかの区画の輝度が、前記ピーク角度よりも大きい角度及び前記ピーク角度よりも小さい角度を備えたいずれかの区画の輝度よりも小さい場合に、照明手段及び正反射カメラの少なくともいずれか一方の取付角度を調節する請求項６に記載の表面検査装置の校正方法。
8. 前記拡散反射カメラ用角度校正区画及び前記正反射カメラ用角度校正区画は、それぞれ（ピーク角度）、（ピーク角度−許容誤差角度）、及び（ピーク角度＋許容誤差角度）を含む少なくとも３種類以上の異なる傾斜角度を備えた区画を有する請求項７に記載の表面検査装置の校正方法。
9. 前記正反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる反射率を備えた区画を有し、前記拡散反射カメラ用明暗校正区画は２種類以上の異なる表面粗さを備えた区画を有し、
   少なくともいずれか１つの正反射カメラ用明暗校正区画において、輝度の測定値が閾値を超える場合に、前記照明手段の光度及び前記正反射カメラの撮影条件の少なくとも一方を調節し、
   少なくともいずれか１つの拡散反射カメラ用明暗校正区画において、輝度の測定値が閾値を超える場合に、前記照明手段の光度及び前記拡散反射カメラの撮影条件の少なくとも一方を調節する請求項６から８までのいずれか一項に記載の表面検査装置の校正方法。
10. 照明手段及び撮像手段の取付角度の調節を行った後に、照明手段の光度及び撮像手段の撮影条件の調節を行う請求項６から９までのいずれか一項に記載の表面検査装置の校正方法。

Images