JP6627689B2 - 金属帯の表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯（例えば、鍍金鋼帯）における表面欠陥の有無を検査する金属帯の表面検査方法に関するものである。

通常、金属帯（例えば、鍍金鋼帯）の表面欠陥の有無を検査する際には、照明装置とリニアアレイカメラ（以下、単に「カメラ」ともいう）とを備えた金属帯表面検査装置（以下、単に「表面検査装置」ともいう）が用いられており、照明装置から被検査材（金属帯）の表面の幅方向（被検査材平面内で被検査材進行方向と直角の方向）に平行な帯状の光線を照射し、帯状の光線が照射された被検査材の表面をリニアアレイカメラ（以下、単に「カメラ」ともいう）で長手方向（被検査材進行方向）に所定のピッチで撮像することによって、被検査材の表面を検査している（特許文献１等参照）。

例えば、図１に示すように、被検査材１が２個のサポートロール５および６で支持された水平パスラインにおいて、照明装置１２から被検査材１の表面の幅方向に平行な帯状の光線を照射し、帯状の光線が照射された被検査材１の表面をリニアアレイカメラ１２で長手方向に所定のピッチで撮像するようにしている。

なお、被検査材１の表面検査する際に被検査材１の上下の変動（パスライン変動）がないことが望ましいことから、図２に示すように、被検査材１がロール７に巻き付く位置を検査位置にして、照明装置１１で照射された被検査材１をリニアアレイカメラ１２で撮像することも行われている。

図３は、表面検査装置における表面欠陥の検出原理を説明する図である。図３（ａ）は、表面欠陥２がない場合、図３（ｂ）は表面欠陥２がある場合の検出の様子をそれぞれ表し、上側は側面図、下側は上面図をそれぞれ表している。

リニアアレイカメラ１２は、照明装置１１の平行光線に対する被検査材１表面からの反射光をＣＣＤ素子で受光し、その受光量を測定する。その際に、図３（ａ）のように表面欠陥２がない正常部（正常な地合部、正常な地肌面）の場合には、所定量の反射光を受光できるのに対して、図３（ｂ）のように表面欠陥２がある場合には、表面欠陥２で反射光が散乱するため、ＣＣＤ素子の受光量が所定量より少なくなって正常部より暗い画像になる個所が生じたり、逆に、ＣＣＤ素子の受光量が所定量より多くなって正常部より明るい画像になる個所が生じたりする。このように、表面欠陥２の有無により、反射光の受光量に差異が生じることから、反射光の受光量を測定することによって、表面欠陥２の有無を検査している。

具体的には、表面検査装置の演算部（図示せず）では、リニアアレイカメラ１２で測定した受光量を、例えば、０から２５５段階のグレイ値に変換してから内部処理する。

図４は、リニアアレイカメラの生波形の内部処理例を示す図である。当該生波形では、レンズ収差のためカメラ視野中心と両端では、図に示すように入光量が異なっている。このため、多くの場合はレンズ収差に対する補正をかける。そして、この補正後の波形に基づいて、表面欠陥の有無を判断する処理を行う。

自動で表面欠陥を検出する表面検査装置においては、正常な金属帯表面の波形の変動を考慮して、下限の検査しきい値（下限しきい値）と上限の検査しきい値（上限しきい値）を設定し、グレイ値が下限しきい値を下回った波形部や、グレイ値が上限しきい値を上回った波形部を表面欠陥と認識させる手法が採用されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１１２８４６号公報

上述したような金属帯の表面検査方法においては、検査パラメータに従って自動で検査を実施するが、その際に、検査パラメータの中でも、検査しきい値（上限しきい値、下限しきい値）の設定が特に重要であり、検査しきい値によって表面欠陥の検出精度が変化する。

従来、表面検査装置における検査しきい値の設定は、リアルタイムで変化するリニアアレイカメラの波形を見ながら、金属帯の正常な地肌面のリニアアレイカメラの波形の振幅から、その正常な地肌面の振幅のピークを越える振幅をリニアアレイカメラの波形振幅のしきい値（検査しきい値）として設定していたが、下記のような問題があった。

すなわち、従来のように、リニアアレイカメラ波形を見ながら検査しきい値を設定する方法では、検査しきい値を設定するのに時間が掛かる。

これに対して、多品種または短尺の金属帯を製造するライン、特に表面の性状が異なる金属帯を製造するライン（例えば、鍍金鋼帯の製造ライン）では、当然、少量の品種または短尺の金属帯の製造時間は短いため、検査しきい値の調整を実施しようとしても、該当する金属帯の通板時間は短くて、少量また短尺であるがゆえに同一製造条件のＮ増し（データ数Ｎの増加）も困難である。

したがって、多品種や短尺の金属帯を製造するラインでは、適切な検査しきい値の設定ができず、同一品種情報で別コイルを検査した時に、検査しきい値が厳し過ぎて、表面欠陥でないものを表面欠陥と判定してしまう過検出になったり、検査しきい値が甘くなって、表面欠陥を見逃してしまったりすることがあった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、多品種や短尺の金属帯を製造するライン、特に表面の性状が大きく異なる金属帯を製造するライン（例えば、鍍金鋼帯の製造ライン）においても、効率的に適切な検査しきい値を設定して、金属帯の表面欠陥の有無を精度良く安定して検査することができる金属帯の表面検査方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］金属帯の表面検査装置を用いて金属帯の表面検査を行う表面検査方法であって、
前記金属帯の幅方向に平行な光線を照射し、前記金属帯の幅方向全体をリニアアレイカメラにより長手方向に所定のピッチで撮像し検査画像とするステップと、
前記所定のピッチで撮像した検査画像を自動的に収集し、前記検査画像をグレイ画像として当該画像ごとのグレイ値を求めるステップと、
前記金属帯ごとに、前記グレイ値の平均値、標準偏差を算出し記憶するステップと、
複数の金属帯についてグレイ値を求めて、前記グレイ値の標準偏差について、所定範囲の区分にまとめて、当該標準偏差の所定範囲の区分ごとに検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を設定するステップと、
通板する金属帯ごとに、前記設定した検査しきい値に基づいて、前記リニアアレイカメラにより金属帯の表面を検査し、自動で欠陥を検出するステップと
を備えることを特徴とする金属帯の表面検査方法。

［２］前記金属帯ごとに、前記グレイ値の平均値、標準偏差を算出して、これらの値を前記金属帯の品種およびサイズとともに記憶するステップと、
前記設定した検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を前記金属帯の品種およびサイズに対応させるステップと、
通板する金属帯について、品種およびサイズごとに前記設定した検査しきい値に基づいて、前記リニアアレイカメラにより金属帯の表面を検査し、自動で欠陥を検出するステップと
を備えることを特徴とする前記［１］に記載の金属帯の表面検査方法。

［３］通板する金属帯について、前記リニアアレイカメラにより前記金属帯全長にわたる表面を検査して検査画像を一旦記憶し、当該検査画像のグレイ値から前記金属帯の標準偏差を算出し、当該標準偏差から前記検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を決定し、前記一旦記憶した金属帯の検査画像から、自動で欠陥を検出するステップと
を備えることを特徴とする前記［１］に記載の金属帯の表面検査方法。

［４］金属帯が鍍金鋼帯であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の金属帯の表面検査方法。

本発明においては、多品種や短尺の金属帯を製造するライン、特に表面の性状が大きく異なる金属帯を製造するライン（例えば、鍍金鋼帯の製造ライン）においても、効率的に適切な検査しきい値を設定して、金属帯の表面欠陥の有無を精度良く安定して検査することができる。

金属帯の表面検査装置の一例を示す図である。 金属帯の表面検査装置の他の例を示す図である。 金属帯の表面検査装置における表面欠陥の検出原理を示す図である。 金属帯の表面検査装置における内部処理と検査しきい値を示す図である。

本発明の実施形態（実施形態１、実施形態２）を以下に述べる。なお、ここでは、図１、図２に示した金属帯表面検査装置を用いて、図３、図４に示した検査原理と内部処理によって、金属帯（被検査材）の表面検査を行うことを念頭に置いている。

［実施形態１］
本発明の実施形態１においては、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ６）のステップで金属帯の表面検査を行う。本実施形態１は、金属帯通板ラインにて表面欠陥を検出し、その場で検出した金属帯の欠陥部に自動マーキングまたはオペレータがマーキングしたり、欠陥部を除去する場合に好都合な例である。

（Ｓ１）金属帯の幅方向に平行な光線を照射し、前記金属帯の幅方向全体をリニアアレイカメラにより長手方向に所定のピッチで撮像し検査画像とするステップ。なお、前記所定のピッチについては、的確に表面欠陥を検出できるように、表面欠陥の大きさ等を考慮して、予め定めておく。

（Ｓ２）前記所定のピッチで撮像した検査画像を自動的に収集し、前記検査画像をグレイ画像として当該画像ごとのグレイ値を求めるステップ。

（Ｓ３）前記金属帯ごとに、前記グレイ値の平均値、標準偏差を算出して、これらの値を前記金属帯の品種およびサイズとともに記憶するステップ。

（Ｓ４）複数の金属帯についてグレイ値を求めて、前記グレイ値の標準偏差について所定範囲の区分にまとめて、当該標準偏差の所定範囲の区分ごとに検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を設定するステップ。なお、前記所定範囲の区分については、後述の例のように予め定めておく。

（Ｓ５）前記設定した検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を前記金属帯の品種およびサイズごとに対応させるステップ。

（Ｓ６）通板する金属帯について、品種およびサイズごとに前記設定した検査しきい値に基づいて、前記リニアアレイカメラにより金属帯の表面を検査し、自動で欠陥を検出するステップ。

ここで、上記の（Ｓ４）について、詳しく説明する。

すなわち、上記（Ｓ４）においては、複数の金属帯について、金属帯ごとのグレイ値分布の標準偏差を求めて、その値が近似する所定範囲の区分ごとに整理し、所定範囲の区分ごとに金属帯の品種およびサイズと対応させてまとめる。

そして、当該所定範囲の区分ごとに検査しきい値（上限しきい値、下限しきい値）を決定する。

検査しきい値の決定方法は、例えば、グレイ値の標準偏差の他に、最大値、最小値を考慮して検査者が決定してもよいし、以下のようにグレイ値の平均値を利用して標準偏差を考慮して決定してもよい。
・軽欠陥まで検出対象とする検査条件の場合
上限しきい値＝平均値＋α１、下限しきい値＝平均値−α２
・重欠陥のみを検出対象とする検査条件の場合
上限しきい値＝平均値＋β１、下限しきい値＝平均値−β２

［実施形態２］
本発明の実施形態２においては、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ４）、（Ｓ７）の手順で金属帯の表面検査を行う。本実施形態２は、該当する金属帯通板ラインにて表面欠陥を検出し、後工程において、金属帯の欠陥部の位置を精度よく同定して、欠陥を除去する場合に好都合な例である。

（Ｓ１）から（Ｓ４）までの工程は、上述と同様であり、（Ｓ５）がなく、（Ｓ６）の代わりに以下のステップとなる。

（Ｓ７）通板する金属帯について、前記リニアアレイカメラにより前記金属帯全長にわたる表面を検査して検査画像を一旦記憶し、当該検査画像のグレイ値から当該通板する金属帯の標準偏差を算出し、当該標準偏差により（Ｓ４）で求めた前記検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）から選択して、当該金属帯の検査しきい値を決定し、前記の一旦記憶した金属帯の検査画像から、自動で欠陥を検出するステップ。

なお、上記の（Ｓ４）の検査しきい値（上限しきい値、下限しきい値）の決定方法は、実施形態１と同様に、例えば、グレイ値の標準偏差の他に最大値、最小値を考慮して検査者が決定してもよいし、グレイ値の平均値を利用して標準偏差を考慮して決定してもよい。

実施例として、金属帯に鍍金鋼帯を用いた例を以下に示す。

鍍金鋼帯を用いた理由は、鍍金鋼帯の表面は光沢度が変化しやすくて、表面の光沢度が変われば、光の反射光量が変わり、カメラの受光量が変化し、定常部（正常部）のカメラ波形の振幅が変わるためである。

従来の表面検査の例として、検査面の光沢度が高い鏡面状の鋼帯について、グレイ値を用いて検査すると、定常部（正常地肌面）のグレイ値の波形振幅が小さく検出されたため、この検査面を基準として検査しきい値を設定した。次いで、検査面の光沢度が低い鋼帯を検査すると、正常部地肌面のグレイ値の波形振幅が検査しきい値より大きくなり、ほぼ全面が検査しきい値の範囲外となって、表面欠陥が全面にわたり検出された状態と判定され、明らかに誤検出であった。

本発明例では、予め複数の鍍金鋼帯を通板させて、所定ピッチごとに鍍金鋼帯表面のグレイ値を測定して当該グレイ値のデータを上位計算機に入力させ、上位計算機にて鋼帯ごとのグレイ値の平均値と標準偏差を求めて、鍍金鋼帯の品種およびサイズとともに記憶させておいた。

次いで、検査対象となる鍍金鋼帯を通板する際、上位計算機に検査対象（被検査材）の品種およびサイズの情報を入力すると、上位計算機にて当該情報を検査条件選択テーブルと照合し、検査に用いるグレイ値の標準偏差（検査しきい値）を決定する。

ここで、検査条件選択テーブルの一例を表１に示し、検査条件選択テーブルに基づく検査しきい値の設定の一例を表２に示す。

本発明例では、上記の結果、鍍金鋼帯の製造ラインにおいて、適切な検査しきい値を設定できて、金属帯の表面欠陥の有無を精度良く安定して検査することができた。

このようにして、本発明例では、多品種や短尺の金属帯を製造するライン、特に表面の性状が大きく変化する金属帯を製造するラインにおいて、効率的に適切な検査しきい値を設定して、金属帯の表面欠陥の有無を精度良く検査することができた。

１ 被検査材（金属帯）
２ 表面欠陥
５ サポートロール
６ サポートロール
７ ロール
１１ 照明装置
１２ リニアアレイカメラ

Claims (2)

1. 金属帯の表面検査装置を用いて金属帯の表面検査を行う表面検査方法であって、
   前記金属帯の幅方向に平行な光線を照射し、前記金属帯表面の幅方向全体をリニアアレイカメラにより長手方向に所定のピッチで撮像し検査画像とするステップと、
   前記金属帯表面を前記所定のピッチで撮像した検査画像を自動的に収集し、
   前記所定のピッチで撮像した各々の検査画像をグレイ画像として、当該所定のピッチで撮像した各々のグレイ画像ごとにグレイ値を求めるステップと、
   予め、複数の金属帯を品種およびサイズごとに分類し、前記分類した複数の金属帯を検査し、分類した金属帯ごとにグレイ値の平均値、標準偏差を算出して、これらの値を金属帯の品種およびサイズの分類に合わせて記憶するステップと、
   予め、金属帯の品種及びサイズの分類ごとに、複数の金属帯を検査し、金属帯の品種及びサイズの分類の中で、金属帯ごとに算出したグレイ値の標準偏差を所定範囲ごとに区分し、当該所定範囲の区分ごとに検査画像のグレイ値の波形振幅しきい値（検査しきい値）を設定するステップと、
   検査対象となる金属帯を通板して、品種およびサイズとさらに標準偏差を区分した所定範囲に基づく前記設定した検査しきい値に基づいて、前記リニアアレイカメラにより当該検査対象となる金属帯の表面を検査し、自動で欠陥を検出するステップと
   を備えることを特徴とする金属帯の表面検査方法。
2. 金属帯が鍍金鋼帯であることを特徴とする請求項１に記載の金属帯の表面検査方法。

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