JPH01152345A - 欠陥検出受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被検材例えば鋼板、鋼片等の表面欠陥並びに大
系欠陥を光学的手段で検出する検出受光装置に関する。

（従来の技術） 従来光学的手段による表面疵検出装置は光源より発生し
た光、例えばレーザー発生されたレーザー光を回転ミラ
ーで反射し、走行する被検材例えば鋼板表面を巾方向に
走査し、鋼板表面走査点より反射光を得、この反射光を
幅の広い光電変換器で直接受けるか、あるいは集光用の
レンズ等にて集光して、−点に集光して光電変換器で電
気信号に変換し、その電気信号の変化よシ、鋼板表面の
欠陥を検出するように構成されている。

直接受光型の広幅光電変換器としては、例えば特開昭５
４−１１８８９１号公報に示されるようなアレイ状の光
電変換素子を主反射光をはさんで、被検材の幅方向に２
列に設けたものがある。

これは主反射光を間にはさんで光電変換素子を配置して
いるので、疵等の欠陥により生じた回折パターンに相当
する光が検出され、検出謂度を確保するという作用効果
があるが、他方では光電変換素子を２列にわたって設け
なければならず、装置的に複雑化の恐れがある。

また、広幅光電変換器として、例えば２００量程度の長
さの細長いホトダイオードや、２０ｍｍ程度の長さのオ
ートダイオードをすき間なく並べて、７００喘程度の幅
広い受光器を構成したものもある。

ところで、近年例えば鋼板等の製造においては、その製
造ライン速度はますます高速化されている。

また、需要家の品質に対する要求も、厳格化の一途をた
どり、表面欠陥についても、ますます小さなもの、軽微
なものを検出するニーズが出てきている。

軽微な欠陥を検出するためには、走査光点の寸法を小さ
くする必要があるが、小さな光点で、高速走行する検査
材を全面的に探傷するためＫは、走査速度を上げる必要
があり、ますます、受光器の応答周波数帯域をあげる必
要がある。

このためもはや、従来の細長いホトダイオードでは、そ
の長さ方向の検出能力が一様でないから、欠陥検出を精
度よく行うことが困難である。小型のホトダイオードを
多数個配置した場合には、この検出信号を高帯域増巾器
で増巾したのち加算するか、集光型で光電子増倍管を使
うかしかなく、いずれも非常に高価なものになる。

一方例えば、特開昭６０−２１４３９号公報のような集
光型がある。集光型の場合は、光電子増倍管がもっばら
使用される。これはホトダイオード等に剪べて光電子増
倍管のほうが、感度、周波数帯域ともに一桁以上すぐれ
ているためである。

しかしながら集光方式の場合は、レンズや放物面鏡を使
って集光するため、２〜３の欠点が出てくる。すなわち
走行する被検材は上下に振動しており、また耳波や中伸
びという形状欠陥を有し、これにより、走査光点の反射
光は、上下方向の平行移動及び反射方向の変化を生じ、
これが検出器への入射光量の変化と、検出感度の変化を
引き起こすことになる。

一般に上下振動についてはサポートロールをもうけたり
、ロール上にて検査することによって軽減できるが、形
状の影響については、ローテンションラインにおいては
避けがたい。

（発明が解決しようとする問題点） この影響を小さくするためには、光点と受光器のなす立
体角を大きくすればよいが、凸凹を有する欠陥の検出感
度が低くなる矛盾があシ、対象によって若干変わるもの
の、例えば、特開昭５８−２０４３５０号公報に示され
ているように、１０〜２０°に狭い方の立体角を設定す
る必要がある。

また光電子増倍管の受光面積にも限界があり、最大直径
１５０ｍｍφ程度である。このことが検出装置の受光器
の寸法を制約することになる。

集光するためには、被検材とレンズ、レンズと受光器の
距離をそれぞれ焦点距離に設定するのが一般的であるが
、レンズの開口数Ｆを余り小さくできず０．５程度が限
界である。従って工業的には、レンズの径３００ＩＩＩ
Ｉ１１、焦点路＠　１５０　ｒｔｍ程度が限界であり、
１台の受光器当りの検査中はせいぜい２５０ｍ程度に制
限される。

このようなことから、広幅の被検材を探傷する場合には
、上下面で、多数の受光器（検出器）を設置する必要が
あり、コスト高となる。

本発明は係かる実情に鑑みてなされたものであり、欠陥
検出においては、走査した反射光を受光する受光器の能
力を高めること、および高感度で広幅にわたって受光機
能を奏することが、検出精度を高め、かつ低価格化でき
るとの知見に基づいて発明された。

本発明は被検材の欠陥の検出が高い精度ででき、あわせ
て受光器の検出受光幅を広げ得て、１チャンネル当りの
検査幅を広くでき、低価格化される欠陥検出受光装置を
目的とする。

（問題点を解決するための手段） その要旨は円柱光導体の一端に受光素子を有し、円周面
より入射する光を内面の多重反射にて端まで導き光電変
換する受光器に於いて、受光面側に入射光を円柱軸方向
にのみ回折散乱する透過光回析散乱板を配置し、円柱導
体を介しその反対の面に円柱光導体の透過光を、軸方向
にのみ回折散乱する反射回折散乱板を配置することによ
って、受光素子に到達する光量を飛躍的に増加させるこ
とを特徴とする欠陥検出受光装置にある。

以下、本発明について一実抱例に基づき図面を参照して
説明する。

第１図は、本発明の受光器を含む表面疵検査装置の全体
構成を示したものである。

１は被検材例えば鋼板であり、矢印Ａの方向に高速で走
行している。２はレーザー光源セあり、３はレーザー光
点の形状を鋼板面においてライン方向に、例えば１〜５
１１１１１１、巾方向０．３〜ＩＩＩＩＩＩ＋程度に成
形するだめのレンズやシリンドルカルレンズよりなる光
学系である。

４は折返しミラーであり、５はレーザー光を走査するた
めの回転多面鏡である。６はレーザー光が扇状に走査さ
れている様子を示している。

鋼板１に照射されたレーザ光は、表面の仕上げ状態によ
り色々な反射のされ方をする。ブライト仕上げのブリキ
板等の場合は、はぼ鏡面に近く殆んど散乱されずにほと
んどが正反射する。一方電磁鋼板等の無機被膜を有する
鋼板においては、乱反射が優勢となり、また光の吸収も
大きくなる。

７は透過光回折散乱板であり、透明アクリル板、合成樹
脂板などの透明体で製作され、円柱光導体８の前面に設
けられており、その板面には円柱光導体８の軸方向と直
交する向きに、線状痕７−１が設けられている。

この線状疵フー１は極微小、例えば光の波長もしくはそ
れより若干大きいか小さい程度の深さであることが好ま
しく、サンドペーパー、ブラシ、レーザー等で形成され
る。９は反射回折散乱板であり、前記円柱光導体８の後
面に設けられており、その板面には円柱光導体８の軸方
向と直交する向きに、極微小な１０は受光素子であり、
線状痕９−１が設けられている。

例えば光電変換素子または光電子増倍管で、前記円柱光
導体８の一端に設けられている。１１は円柱光導体８の
他端に設けられた反射攻である。

ところで被検材１に照射され、被検材面例えば鋼板面で
反射した光は、透過光回折散乱板７に入射し、円柱光導
体８の軸を通る平面上に均一に散乱する。

円柱光導体８に入射した光は、一部はそのまま透過し、
他は内面で多重反射しながら光電子増倍管１０に到達し
検出される。

透過した光は、反射光回折散乱板９により、同じく円柱
光導体８の軸を通る平面上に均一に散乱反射され、再び
円柱光導体８に入射することになる。

反射板１１例えば全反射ミラーの方向へ伝播した光は、
反射されて光電子増倍管１０の方向に向かうので、光電
子増倍管１０からの距離が離れるに従って、大きくなる
減衰を補償する働きがある。

このように透過光回折散乱板７と、反射光回折散乱板９
を円柱光導体８の前面と後面に設けているので、被検材
面で反射した光は、円柱光導体８に極めて高率で入射さ
れ、検出精度が高く、かつ円柱光導体８の受光幅も広く
なるという特有の作用効果がある。

この作用について、第２図を参照して透過光回析散乱板
７を一例として述べる。

透過光回折散乱板７には、円柱光導体８の軸方向と直交
方向に線状痕７−１が設けられているので、該透過光回
折散乱板フに光が入射すると、その光は線状疵フー１の
直角方向にのみ扇状１２に散乱される。

これを半透明のスクリーン１３にわかり易いように写し
だすと、透過光回折散乱板７を透過回折した散乱パター
ン１４は直線状となる。

散乱パターン１４は、中心部が入射光１５に近いため、
密度が高く明かるいが、−様になだらかに減衰する。

このように線状痕７−１と直角方向、つまり円柱光導体
８の軸方向にのみ散乱させるため、全方向に散乱させる
のに較べて、感度の低下がなく、また巾方向の一様性が
向上する。

本発明の欠陥検出受光装置で検出した後の信号処理は公
知の装置が用いられる。例えば１６はアナログ処理回路
であり、光電子増倍管１０からの微小電圧を増巾したり
、フィルターリング処理をする機能を有する。

１７はディジタル処理回路であり、アナログ電圧信号を
Ａ７′Ｄ変換後画素毎のピーク値を求め、フレームメモ
リーに記憶して、２次元化し、画像処理を行って特徴パ
ラメータを算出する。

１８は計算機であり、得られた特徴パラメータをもとに
、疵形態や疵種、疵グレードを求るとともに、表示や記
録を行なわせる信号処理装置が用いられる。

（発明の効果） 本発明による欠陥検出受光装置では受光機能がすぐれ、
従来の円柱光導体にくらべて３倍以上となり、また装置
−台あたりの検査幅が極めて広くなり、従来のものにく
らべ５倍以上となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は本発
明の一実施例の作用の説明図である。 １；鋼板　　　　　　　２；レーザー光源７；透過光回
折散乱板　８；円柱光導体９；反射光回折散乱板　１０
；光電子増倍管代理人　弁理士　　茶野木　立　夫 第１図 第２図 手続補正書（自発） 昭和６３年６月６日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円柱光導体の一端に受光素子を設け、円周面より
   入射する光を内面の多重反射にて端まで導き光電変換す
   る受光器において、円柱光導体の前面に、該光導体軸方
   向と直交する向きに線状痕をつけた透過光回折散乱板を
   設け、円柱光導体の後面に、光導体軸方向と直交する向
   きに線状痕をつけた反射光回折散乱板を設けたことを特
   徴とする欠陥検出受光装置。
2. （２）円柱光導体の他端に反射板を設けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の欠陥検出受光装置