JP6863350B2 - 金属帯表面の検査方法および金属帯表面の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯表面の検査方法および金属帯表面の検査装置に関する。本発明は、より詳細には、連続製造設備によって製造される金属帯表面の検査方法および検査装置に関する。

従来の金属帯の生産ラインに設置される金属帯表面の検査装置に於いては、一つの光源によって検査箇所を照射し、単体或いは複数のカメラによって撮像を行う方法での検査が行われている。（例えば、特許文献１参照。）

特開平５−１８８０１０号公報

金属帯の生産ラインに設置される金属帯表面の検査装置（以下、表面検査装置ともいう。）に於いては、一つの光源によって検査箇所を照射し、それに対して単体或いは複数のカメラによって撮像を行う構成が一般的である。

表面検査装置によって、金属帯表面の多様な欠陥に対応をする場合、特に凹凸性を持つ欠陥以外の模様状欠陥や汚れ欠陥を抽出したい場合は、光源からの入射角度とは対称でない角度にカメラを配置した乱反射光学系にカメラを配置する。

しかし、この時、光源として、指向性の高い光（直進光）を照射する光源（直進光源）を使用した場合、一定の入射角度に応じて金属帯表面の凹凸に反応した影や反射ムラが生じる為、乱反射光学系に配置したカメラもその角度によっては前記凹凸の影響を受けてしまい、種々の形態からなる検出欠陥の判別が困難になり悪影響を及ぼすという問題があった。

一方、光源として拡散光を照射する光源（拡散光源）を用いた場合は、模様状欠陥や汚れ欠陥に関する問題は解決されるものの、逆に凹凸性をどの角度の撮像でも認識できなくなる為、凹凸性欠陥を検出する正反射位置のカメラが機能しなくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単独光源で、直進光と拡散光を利用した金属帯表面の欠陥検出を可能とする金属帯表面の検査方法および金属帯表面の検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決する為に、蛍光体の持つ発光特性を利用したものである。蛍光体は入射光を吸収して励起され、余剰エネルギーを入射光より長波長の光として放出する蛍光現象を持つ物質である。この時放出される蛍光は、方向性を持たず拡散するという特徴がある。そこで、指向性の高い入射光をこの蛍光体を含んだ蛍光部材を透過させることで、そのまま前記蛍光部材を透過し直進する入射光（直進光）と蛍光現象によって発生した蛍光（拡散光）の二種類を発生させることができる。この二種類の光を各カメラ側で分割して撮像することによって、各カメラによって直進光と拡散光を見分け、直進光を利用した金属帯表面の欠陥検出と、拡散光を利用した金属帯表面の欠陥検出を同時に実施することができる。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］金属帯表面の検査方法であって、
金属帯表面に、金属帯の幅方向に均一で、指向性の高い入射光を照射するとともに、
前記入射光の光路上に、前記入射光に反応して前記入射光より長波長の蛍光を発する蛍光体を含む蛍光部材を配置し、
前記蛍光部材を透過した入射光が前記金属帯表面で正反射した正反射光と、前記蛍光が前記金属帯表面で乱反射した乱反射光とをそれぞれ撮像する、金属帯表面の検査方法。
［２］金属帯表面の検査装置であって、
金属帯表面に入射光を照射する光源であって、金属帯の幅方向に均一で、指向性の高い入射光を照射する光源と、
前記入射光の光路上に配置され、前記入射光に反応して前記入射光より長波長の蛍光を発する蛍光体を含む蛍光部材と、
前記蛍光部材を透過した入射光が前記金属帯表面で正反射した正反射光を撮像するカメラと、
前記蛍光が前記金属帯表面で乱反射した乱反射光を撮像するカメラと、
を備える、金属帯表面の検査装置。

本発明によれば、単独光源で、直進光と拡散光を利用した金属帯表面の欠陥検出を同時に実施することができる。
本発明は、入射光（短波長光）を吸収して励起され、余剰エネルギーを長波長光として放出する蛍光現象を持つ蛍光体を利用することで、直進光と拡散光を同時に運用するようにしたので、凹凸性欠陥を主な検出対象とする正反射カメラと模様状欠陥や汚れ欠陥を検出対象とする乱反射カメラを同時に、かつ、有効に運用できるようになった。

図１は、本発明の実施形態にかかる金属帯表面の検査装置の構成を説明する模式図（側面図）である。 図２は、本発明の金属帯表面の検査装置により撮像された撮像図の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる金属帯表面の検査装置の構成を説明する模式図（側面図）である。

図１に示す金属帯表面の検査装置１（以下、表面検査装置１ともいう）は、検査対象である金属帯Ｓ表面に入射光Ｌ１を照射する光源１０と、前記光源１０から照射された入射光Ｌ１に反応して前記入射光Ｌ１より長波長の蛍光Ｌ２を発する蛍光体を含む蛍光部材１２と、前記蛍光部材１２を透過した入射光Ｌ１が金属帯Ｓ表面で正反射した正反射光Ｌ３を撮像する正反射カメラ１４と、前記蛍光Ｌ２が金属帯Ｓ表面で乱反射した乱反射光Ｌ４を撮像する乱反射カメラ１５と、を備える。

光源１０は、金属帯Ｓ表面に対して指向性の高い入射光（直進光）を照射する。このような光源１０としては、例えば、ＬＥＤ、レーザ光源等が挙げられる。

光源１０は、直進光を照射する素子、例えばＬＥＤがライン状に並んで構成されている。これにより、金属帯Ｓの幅方向に均一で、指向性の高い入射光を照射可能とされている。

光源１０から照射される入射光Ｌ１は、蛍光部材１２に含まれる蛍光体を励起させるため、短波長であることが望ましい。入射光Ｌ１の波長としては、３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が好ましい。入射光Ｌ１の波長が３００ｎｍ未満であると、金属帯Ｓの表面欠陥よりも、金属帯Ｓの表面粗さに対応するようになり、金属帯Ｓの表面粗さを検出してしまう傾向が現われる。一方、入射光Ｌ１の波長が５００ｎｍ超であると、蛍光Ｌ２を含む波長と重なる範囲が大きくなり、これらの反射光Ｌ３、Ｌ４を分割利用するためには、例えば後述のカラーフィルタとして、透過光の波長域の狭いカラーフィルタを用いる必要が生じ、正反射カメラ１４、乱反射カメラ１５で検知する光量が低下する傾向となる。

入射光Ｌ１の色相としては、紫（４００ｎｍ〜４３５ｎｍ）、青（４３５ｎｍ〜４８０ｎｍ）、緑青（４８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）、青緑（４９０ｎｍ〜５００ｎｍ）が好ましく、青（４３５ｎｍ〜４８０ｎｍ）がより好ましい。

蛍光部材１２は、入射光Ｌ１の光路上で、かつ、光源１０と金属帯Ｓの間に配置されている。蛍光部材１２は、金属帯Ｓの近傍に配置されることが好ましい。

蛍光部材１２は、蛍光体を含む。前記蛍光体としては、特に限定されず、入射光Ｌ１に反応して、入射光Ｌ１より長波長の蛍光を発する材料を用いることができる。かかる蛍光体としては、例えば、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体等が挙げられる。好ましくは、黄色蛍光体である。特に、光源１０として青色ＬＥＤ等の青色光源を用い、蛍光体として黄色蛍光体を用いる態様が好ましい。

また、蛍光部材１２としては、特に限定されないが、光を透過する板、フィルム、シート等の基材に上記蛍光体を塗布したものや、前記基材中に上記蛍光体を分散したもの等が挙げられる。前記基材は、特に限定されないが、ガラス、樹脂（プラスチック）等の透明基材が挙げられる。蛍光部材１２としては、上記蛍光体を含む蛍光板が好ましい。

正反射カメラ１４は、蛍光部材１２を透過した入射光Ｌ１が、金属帯Ｓで正反射した正反射光Ｌ３を撮像可能な位置に配置される。正反射カメラ１４の前方には、入射光Ｌ１（正反射光Ｌ３）に対応する波長域の光を透過し、前記波長域外の光の透過を制御するカラーフィルタ１６が設置されている。

また、乱反射カメラ１５は、蛍光体により発せられた蛍光Ｌ２が、金属帯Ｓで乱反射した乱反射光Ｌ４を撮像可能な位置に配置される。乱反射カメラ１５の前方には、蛍光Ｌ２（乱反射光Ｌ４）に対応する波長域の光を透過し、前記波長域外の光の透過を制御するカラーフィルタ１７が設置されている。

次に、表面検査装置１による金属帯Ｓ表面の検査方法について説明する。図１は、表面検査装置１を金属帯の連続通板設備に設置し、走行する金属帯Ｓの表面欠陥を検出する例を示している。

図１中、金属帯Ｓは、その進行方向がロールＲ１、ロールＲ２により変向されながら矢印の方向に走行する。表面検査装置１は、ロールＲ１の上方に設置されており、ロールＲ１上を走行する金属帯Ｓの表面欠陥を検出する。

光源１０は、ロールＲ１上を走行する金属帯Ｓの表面に対し入射光Ｌ１を照射する。この際、入射光Ｌ１は、入射光Ｌ１の光路上に配置された蛍光部材１２に含まれる蛍光体を励起し、拡散光である蛍光Ｌ２を生じさせる。

蛍光部材１２を透過した入射光Ｌ１は、金属帯Ｓの表面で正反射され、正反射光Ｌ３を生じる。正反射光Ｌ３は、これを検知可能な位置に配置された正反射カメラ１４により検知され、入射光Ｌ１（直進光）による金属帯Ｓ表面の撮像が得られる。これにより、正反射カメラ１４では、直進光が得意とする凹凸性欠陥の検出を精度よく実施できる。

また、蛍光体により発せられた蛍光Ｌ２は、金属帯Ｓの表面で乱反射され、乱反射光Ｌ４を生じる。乱反射光Ｌ４は、これを検知可能な位置に配置された乱反射カメラ１５により検知され、蛍光Ｌ２（拡散光）による金属帯Ｓ表面の撮像が得られる。これにより、乱反射カメラ１５では、拡散光が得意とする模様状欠陥や汚れ欠陥の検出を精度よく実施できる。

以上、説明したとおり、本発明によれば、単独光源で、直進光と拡散光を利用した金属帯表面の欠陥検出を同時に実施することができる。本発明は、入射光を吸収して励起され、余剰エネルギーを長波長光として放出する蛍光現象を持つ蛍光体を利用することで、単独光源による直進光と、蛍光現象による拡散光を、同時に運用するようにしたので、凹凸性欠陥を主な検出対象とする正反射カメラと模様状欠陥や汚れ欠陥を検出対象とする乱反射カメラを同時に、かつ、有効に運用できる。

以下、実施例に基づき、本発明について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

金属帯の連続通板設備に、上述の実施形態の構成を備える表面検査装置１を、上述の実施形態と同様に設置した。本実施例では、表面検査装置１の光源１０として、青色ＬＥＤがライン上に配置され、金属帯Ｓの幅方向に均一で、指向性の高い青色光を照射する光源を用い、蛍光部材１２として、黄色蛍光体が塗布された蛍光板を用いた。また、正反射カメラ１４、乱反射カメラ１５として、それぞれカラーフィルターを備えたモノクロラインスキャンカメラを用いた。

図２は、本実施例の表面検査装置により撮像された撮像図の一例を示す模式図である。図２中の撮像図中央の青白色領域（正反射領域）は、入射光Ｌ１の正反射光Ｌ３を正反射カメラ１４で撮像した撮像図である。また、前記正反射領域上下の黄色領域（乱反射領域）は、蛍光Ｌ２の乱反射光Ｌ４を乱反射カメラ１５で撮像した撮像図である。なお、黒色の領域は、金属帯Ｓからの反射光が生じない領域か、前記反射光がカラーフィルタ１６、１７によりカットされた領域である。なお、図２では、正反射カメラ１４で撮像した撮像図と乱反射カメラ１５で撮像した撮像図を合成して１つの画像として表示しているが、それぞれの撮像図を別個の画像として表示しても構わない。

本実施例の表面検査装置により金属帯Ｓの表面欠陥を検出した結果、図２に示す正反射領域では、金属帯Ｓの表面に存在する凹凸性欠陥を検出できた。さらに、図２に示す乱反射領域では、模様状欠陥、汚れ欠陥を、従来の表面検査装置と比較してより鮮明に検出できた。なお、従来の表面検査装置としては、光源１０として白色ＬＥＤを用い、蛍光部材１２およびカラーフィルタ１６、１７を配置しないこと以外は、上記表面検査装置１と同様の構成を有する表面検査装置を用いた。

本実施例に示されるとおり、本発明の表面検査装置によれば、撮像対象である金属帯Ｓ表面の近傍に蛍光板を設置し、指向性の高い入射光（短波長光）をこの蛍光体を含んだ蛍光板を透過させることで、そのまま透過し直進する入射光（短波長光）と蛍光現象によって発生し拡散する拡散光（長波長光）の二種類の光を発生させ、各カメラ側で分割して撮像することによって、各カメラによって直進光と拡散光を見分け同時運用するようにしたから、直進光が得意とする凹凸性欠陥の検出と、拡散光が得意とする模様状欠陥や汚れ欠陥の検出を同時に実施することができるようになった。なお、本実施例では、入射光を青色光、蛍光体によって生じる蛍光を黄色光としたが、カメラが取り扱うことができ、入射光と蛍光の波長域の重複しない若しくは重複の少ない色同士であれば使用可能である。

１ 金属帯表面の検査装置
１０ 光源
１２ 蛍光部材
１４ 正反射カメラ
１５ 乱反射カメラ
１６、１７ カラーフィルタ
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ 蛍光
Ｌ３ 正反射光
Ｌ４ 乱反射光
Ｒ１、Ｒ２ ロール
Ｓ 金属帯

Claims (2)

1. 金属帯表面の検査方法であって、
   金属帯表面に、金属帯の幅方向に均一で、指向性の高い入射光を照射するとともに、
   前記入射光の光路上に、前記入射光に反応して前記入射光より長波長の蛍光を発する蛍光体を含む蛍光部材を配置し、
   前記蛍光部材を透過した入射光が前記金属帯表面で正反射した正反射光と、前記蛍光が前記金属帯表面で乱反射した乱反射光とをそれぞれ撮像する、金属帯表面の検査方法。
2. 金属帯表面の検査装置であって、
   金属帯表面に入射光を照射する光源であって、金属帯の幅方向に均一で、指向性の高い入射光を照射する光源と、
   前記入射光の光路上に配置され、前記入射光に反応して前記入射光より長波長の蛍光を発する蛍光体を含む蛍光部材と、
   前記蛍光部材を透過した入射光が前記金属帯表面で正反射した正反射光を撮像するカメラと、
   前記蛍光が前記金属帯表面で乱反射した乱反射光を撮像するカメラと、
   を備える、金属帯表面の検査装置。

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