JP6597981B2 - 表面検査装置の異常判定方法とその表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に走行する金属帯の表面に光を照射し、金属帯表面から反射した光を受光して連続的に金属帯表面を検査する表面検査装置の異常有無を判定する方法と、その表面検査装置に関するものである。

連続的に走行する鋼板（鋼帯）等の金属帯の表面に光を照射し、該金属帯の表面から反射した光を受光して連続的に金属帯表面を検査する表面検査装置においては、検査精度を常に高く維持するためには、検査に使用する投光器や受光器（カメラ）といった個々の検査機器の性能を正常に維持・管理するだけでなく、上記投光器や受光器等の位置関係についても常に正常に維持・管理する必要がある。

表面検査装置の健全性を確認する方法としては、従来、ライン停止時に、ライン内で、あるいは、装置をライン外に引き出し、校正板等の治具を用いて、異常の有無を判定する方法が一般的である。一方、ライン操業中に確認する方法としては、例えば、レーザーポインタ等を用いて金属帯表面に図形を描写し、その図形を撮像することによって、表面検査装置の健全性を確認する方法が特許文献１に提案されている。

特開２００７−３３３７３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、レーザーポインタが照射されている時間帯は金属帯表面を検査することができないため、結局、ラインを一時的に停止して実施する必要がある上、レーザーポインタの照射角度がずれている等の異常があるときには、表面検査装置の健全性の確認が困難となる。

本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、走行する金属帯の表面に光を照射し、該金属帯の表面から反射した光を受光して連続的に金属帯表面を検査する表面検査装置の健全性、すなわち異常の有無を、金属帯の表面検査と同時並行して、個々の検査機器のみならず位置関係を含めた光学系についても判定することができる表面検査装置の異常判定方法を提案するとともに、その表面検査装置を提供することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、表面検査装置に、１つの投光器から金属帯表面に光を照射し、該金属帯表面から種々の方向に反射した光を、受光角が異なるすなわち光学系が異なる複数の受光器で受光し、上記複数の受光器で受光した光の強度を監視することによって、表面検査装置の投光器や受光器等の個々の検査機器の異常のみならず、投光器や受光器の位置関係（光学系）の異常をも容易に検出できることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、連続的に走行する金属帯の表面に光を照射する１つの投光器と、上記照射した光が金属帯表面から反射した光を異なる受光角で受光する複数の受光器で金属帯表面を検査する表面検査装置の異常判定方法において、上記投光器の出力と上記複数の受光器で受光した反射光の受光強度との関係、ならびに、上記複数の受光器間の受光強度比を監視することによって、金属帯表面の検査と並行して、表面検査装置の異常の有無を判定することを特徴とする表面検査装置の異常判定方法を提案する。

本発明の上記表面検査装置の異常判定方法に用いる上記複数の受光器は、正反射した反射光を受光する１つの受光器と、乱反射した反射光を受光する１以上の受光器からなることを特徴とする。

また、本発明の上記表面検査装置の異常判定方法は、金属帯の表面状態に応じて、異常判定の閾値を変えることを特徴とする。

また、本発明は、連続的に走行する金属帯の表面に光を照射する１つの投光器と、上記照射した光が金属帯表面から反射した光を異なる受光角で受光する複数の受光器で受光・撮像して金属帯表面を検査する表面検査装置において、上記受光器で撮像した画像を二値化・ラベリングする画像処理装置と、上記画像処理装置の結果に基づいて金属帯表面の欠陥有無を判定する欠陥判定装置と、上記投光器の出力を制御する投光器制御装置および投光器電源装置と、上記画像処理装置および投光器制御装置からの信号に基づいて、上記投光器の出力と複数の受光器の受光強度との関係、ならびに、上記各受光器間の受光強度比を監視する機器・光学系異常判定装置とを有することにより、金属帯表面の検査と並行して、表面検査装置の異常の有無を判定することを特徴とする表面検査装置である。

本発明によれば、１つの投光器より金属帯表面に照射され、該金属帯表面で反射した光を受光する複数の光学系の受光器を有する金属帯の表面検査装置において、上記投光器の出力と上記複数の受光器で受光する反射光の受光強度との関係、ならびに、上記複数の受光器間の受光強度比を監視することで、金属帯の表面検査と同時並行して、表面検査装置における投光器や受光器の異常のみならず、投光器や受光器の位置関係の異常をも容易に検出することが可能となる。したがって、本発明によれば、生産性の向上や検査精度の向上、ひいては、製品品質の向上に大いに寄与する。

本発明の表面検査装置の構成例を示す図である。 本発明の表面検査装置の概要を説明する図である。 図２の表面検査装置において投光器に異常がある場合を説明する図である。 図２の表面検査装置において受光器３Ａに異常がある場合を説明する図である。 図２の表面検査装置において受光器３Ａの設定に異常がある場合を説明する図である。 図２の表面検査装置において金属帯の走行状態に異常がある場合を説明する図である。 金属帯の表面状態の変化が、受光器３Ａ，３Ｂで測定する反射光の受光強度に及ぼす影響を説明する図である。

図１は、本発明の表面検査装置の構成を示した一例図である。
図１の表面検査装置は、連続して走行する金属帯１の表面に投光器２から光を照射し、該金属帯表面から反射した光を受光器３で受光し、その受光強度（輝度）から得られる画像を解析することによって金属帯表面の表面欠陥等の検査を行う設備であり、該受光器３で撮像した画像は、画像処理装置４にて二値化・ラベリング処理し、欠陥判定装置５で表面欠陥等の有無と欠陥の種別を判定する構成となっている。なお、投光器２の出力制御は、投光器制御装置７および投光器電源装置８にてなされる。

ここで、上記図１の表面検査装置の特徴は、１つの投光器２から金属帯表面に照射され、該金属帯表面から反射した光を受光する受光器として、異なる受光角で受光する（光学系が異なる）複数の受光器を有する、例えば、２つの受光器の場合、１つは正反射（鏡面反射）した光を受光する受光器３Ａ、残りの１つは乱反射（拡散反射）した光を受光する受光器３Ｂの２つの光学系を有しているということである。

上記構成とすることにより、表面検査機器異常判定装置６において、画像処理装置４および投光器制御装置７からの信号をもとに、投光器２の出力と受光器３Ａ、３Ｂが受光した光の強度（輝度）との比、および、各受光器３Ａ、３Ｂが受光した光の強度（輝度）の比を監視することによって、金属帯の表面検査と並行して、表面検査装置の健全性を診断することができる。なお、上記受光器３で受光した反射光の受光強度は、金属帯の板幅方向の特定位置における測定値ではなく、全板幅の測定値の平均値を用いるのが好ましい。

以下、その原理について具体的に説明する。
図１に示すように、金属帯が水平方向に搬送されているとき、１つの光源（投光器２）から金属帯表面に照射され、該金属帯表面から種々の方向に反射された光のうち、正反射された光を受光する受光器３Ａを有する正反射光学系（投光角＝受光角）と、金属帯表面から乱反射された光を受光する受光器３Ｂを有する乱反射光学系（投光角≠受光角）と２つ光学系を有する表面検査装置を考える。

投光器２から照射された光は、金属帯の表面によって種々の方向に乱反射されるが、その反射光の強度は、図２（ａ）に示したように、投光角＝受光角である正反射の方向が最も強く、正反射の方向からずれた方向は弱くなる、すなわち、図に示した受光器３Ａで受光した光の強度（輝度）が最も強く、受光器３Ｂで受光した光の強度（輝度）は受光器３Ａで受光した光の強度より弱くなる。そして、上記受光器３Ａと受光器３Ｂが受ける光の強度は、投光器から照射される光の強度、すなわち、投光器の出力に比例するとともに、上記受光器３Ａと受光器３Ｂが受ける光の強度比（輝度比）は、投光器の出力によらず一定であり、図２（ｂ）のような関係を示すと考えられる。

ここで、上記図２を正常の状態とし、投光器に異常がある場合を考える。例えば、投光器２が劣化し、投光器から照射される光の強度が低下した場合には、図３（ａ）に示したように、金属帯表面から反射される正反射光および乱反射光の強度は同時に低下するが、その低下する比率は、正反射光と乱反射光で同じである。したがって、このような場合には、受光器３Ａおよび受光器３Ｂが受光する光の強度は、図３（ｂ）に示したように、図２（ｂ）の状態から投光器の出力を低下させたときと同じ変化挙動を示すが、受光器３Ａと受光器３Ｂが受光している光の強度比に変化はないと考えられる。したがって、このような状況が確認された場合には、投光器２に何らかの異常があると判断できる。

次に、受光器３Ａの感度が低下する異常がある場合（図４（ａ））について考える。この場合には、受光器３Ｂは正常であるので、図４（ｂ）に示したように、受光器３Ｂが受光している乱反射光の強度は、図２（ｂ）と同じ値であり、受光器３Ａが受光している正反射光の強度のみが低下する。従って、受光器３Ａと受光器３Ｂが受光している光の強度比（受光器３Ａの受光強度／受光器３Ｂの受光強度）は、正常時（図２（ｂ））よりも小さくなる。なお、このような現象は、受光器３Ａの感度が低下した場合の他、図５に示したように、受光器３Ａの受光角度が正反射方向からずれている場合などでも生じる。したがって、このような状況が確認された場合には、受光器３Ａに何らかの異常があると判断できる。

なお、受光器３Ｂに異常がある場合については、図示しないが、受光器３Ａは正常であるので、受光器３Ａが受光している正反射光の強度は、図２（ｂ）と同じであり、受光器３Ｂが受光している正反射光の強度のみが低下する。従って、受光器３Ａと受光器３Ｂが受光している光の受光強度比（受光器３Ａの受光強度／受光器３Ｂの受光強度）は、正常時（図２（ｂ））から変化する。このような状況は、受光器３Ｂの感度が低下した場合、受光器３Ｂの受光角度が当初の設定位置からずれた場合が考えられ、前者の場合、上記受光強度比は大きくなるが、後者の場合は大きくなるときと小さくなるときの両方が起こり得る。

次に、表面検査装置の異常ではないが、金属帯が蛇行等してパスラインが変化したり、金属帯にばたつき等が発生したりする走行状態（搬送状態）の異常が発生した場合について説明する（図６参照）。この場合には、投光器２から照射した光が反射される方向自体が変化するため、正反射方向、乱反射方向の反射光の強度はともに変化する。そのため、受光器３Ａおよび受光器３Ｂが受光する光の強度は、同時に変動を起こすので、図３〜図５に示した上記表面検査装置の異常とは容易に判別することができる。

上記したように、表面検査装置に、１つの投光器から金属帯表面に光を照射し、該金属帯表面から反射した光を、受光角が異なる複数の光学系の受光器で受光し、上記複数の受光器で受光した光の受光強度の変化を監視することで、金属帯表面の欠陥検査を行いつつ、表面検査装置における投光器や受光器の異常や、投光器や受光器の位置関係の異常、金属帯の走行状態の異常をも検出することができる。

なお、本発明の表面検査装置に設けられた受光器は、２以上であることが必要であり、そのうちの１つは正反射した光を受光する受光器であり、他は乱反射した光を受光する受光器とするのが好ましい。また、乱反射した光を受光する受光器は少なくとも１は必要であるが、２以上としてもよい。

ここで、上記表面検査装置において、検査装置の異常有無を判定するためには、表面検査装置における投光器の出力と、該投光器から金属帯表面に照射され、該金属帯表面から反射された正反射光の受光強度および乱反射光の受光強度との関係、ならびに、投光器の出力を一定としたときの該金属帯表面から反射された正反射光の受光強度と乱反射光の受光強度の比を予め測定しておき、その測定結果に対して所定の閾値を設定し、その閾値の範囲内であれば表面検査装置は正常、その閾値から外れた場合は、表面検査装置に異常有りと判定するようにするのが好ましい。

また、上記閾値の設定において重要なことは、投光器から照射した光が金属帯表面から反射されるときの反射光の強度や散乱方向は、金属帯の表面性状によって大きく変化するということである。
例えば、図７に示したように、金属帯の表面粗さが小さく、鏡面状態に近い場合には、金属帯表面から正反射される光の強度は、乱反射される光の強度と比較し、突出して高くなる、すなわち、（正反射される光の受光強度／乱反射される光の受光強度）は大きな値を示すが、金属帯の表面粗さが粗い場合には、金属帯表面に照射された光が乱反射される比率が高まるため、（正反射される光の受光強度／乱反射される光の受光強度）は小さな値を示す。

したがって、前述した投光器の出力と受光角が異なる複数の受光器の受光強度との関係、ならびに、各受光器間の受光強度比については、ダルやブライト等の金属帯の表面仕上げ状態の違いや表面粗さ等の表面性状の違いごとに測定し、そのそれぞれに対して異常判定の閾値を設定しておくのが好ましい。

また、本発明の表面検査装置の異常判定方法では、金属帯表面の欠陥検査と並行して、表面検査装置の異常有無の判定を常時、行うことができる。しかし、常時である必要は必ずしもなく、例えば、１ｍｍ程度の大きさの欠陥の検出をターゲットとしている表面検査装置の場合、金属帯の走行方向長さが１０ｍｍ毎に判定すれば十分である。

本発明の技術は、金属帯の表面検査装置の異常判定のみならず、金属帯やその他の物質の表面粗さ測定や表面検査にも適用することができる。

１：金属帯
２：投光器
３：受光器
３Ａ：正反射される光を受光する受光器
３Ｂ：乱反射される光を受光する受光器
４：画像処理装置
５：欠陥判定装置
６：表面検査機器異常判定装置
７：投光器制御装置
８：投光器電源装置

Claims (4)

1. 連続的に走行する金属帯の表面に光を照射する１つの投光器と、上記照射した光が金属帯表面から反射した光を異なる受光角で受光する複数の受光器で金属帯表面を検査する表面検査装置の異常判定方法において、
   上記投光器の出力と上記複数の受光器で受光した反射光の受光強度との関係、ならびに、上記複数の受光器間の受光強度比を監視することによって、金属帯表面の検査と並行して、表面検査装置の異常の有無を判定することを特徴とする表面検査装置の異常判定方法。
2. 上記複数の受光器は、正反射した反射光を受光する１つの受光器と、乱反射した反射光を受光する１以上の受光器からなることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置の異常判定方法。
3. 金属帯の表面状態に応じて、異常判定の閾値を変え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の異常判定方法。
4. 連続的に走行する金属帯の表面に光を照射する１つの投光器と、上記照射した光が金属帯表面から反射した光を異なる受光角で受光する複数の受光器で受光・撮像して金属帯表面を検査する表面検査装置において、
   上記受光器で撮像した画像を二値化・ラベリングする画像処理装置と、
   上記画像処理装置の結果に基づいて金属帯表面の欠陥有無を判定する欠陥判定装置と、
   上記投光器の出力を制御する投光器制御装置および投光器電源装置と、
   上記画像処理装置および投光器制御装置からの信号に基づいて、上記投光器の出力と複数の受光器の受光強度との関係、ならびに、上記各受光器間の受光強度比を監視する機器・光学系異常判定装置とを有することにより、
   金属帯表面の検査と並行して、表面検査装置の異常の有無を判定することを特徴とする表面検査装置。