JPH0472551A - 金属板の表面性状測定方法及びその装置 - 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Ｊ 本発明は、金属表面の表面性状測定方法及びその装置に
関し、特に、ステンレス鋼板の鏡面光沢度、白色度及び
等級をオンラインにて精度よく測定及び判別する技術に
関する。

〔従来の技術ｌ ステンレス鋼板は、特にその表面の美観性が重要な品質
管理項目であり、商取引の仕様として、例えば鏡面光沢
度あるいは白色度等の定量化された値を用いたり、ある
いはその光沢感、白つぼさ、像の写り等を視感的に判断
し、等縁付け（目視等級）した等級等が用いられている
。

また、鋼板を製造するラインでは、ラインスピードの高
速化、プロセスの連続化が進んでおり、それゆえ、これ
らの品質管理項目である鏡面光沢度、白色度あるいは目
視等級をオンラインで自動的に精度よくθり定あるいは
判定する方法及び装置の開発が強く望まれている。

（鏡面光沢度・白色度ｉ＋＋定） ステンレス鋼板の鏡面光沢度を測定する方法については
、Ｊ　Ｉ　５Ｚ−８７４１に規定されている、一定角度
で投射した白色光束の正反射強度を測定する［鏡面光沢
度測定方法」があり、机上検査方法として一般的に用い
られている。また、この方法に基づく光沢度測定装置を
オンライン測定に適用する試みがなされている。　（例
えば１株式％式％） また、白色度測定方法としては、鏡面性の高い表面の測
定用に積分球を用いた潤色装置が用いられている。また
、オンラインにて白色度を測定する方法として、特開昭
５９−５７１２３号公報には移動物体表面の測色装置に
関する装置が提案されている。

（目視等級判定） 目視等級を判定する方法として、前記鏡面光沢度から判
定する方法、あるいは前記白色度から判定する方法、あ
るいは、目視等級の判定のみに注目した方法等がある。

目視等級の判定のみに注目した方法としては、一定角度
で投射した白色光の正反射強度と拡散反射強度の比を用
いる対比光沢度による方法、及び、表面に他の物体を写
し、その反射像のぼけを肉眼で見る鮮映光沢度による方
法等がある。

また、特開昭６１−１３０８５８号公報には、波長えｌ
、波長ん２の波長をそれぞれもつ２つの光束を入射角θ
ｌ、θ２で投射し、各々の正反射強度及び全反射強度を
測定し、予め定められた正反射強度と全反射強度の比の
１判定間数を用いた２次元座標の光沢度群により、目視
等級を判定する方法が提案されている。

さらに、最近ではオフラインにて目視等級の判定を行う
方法として、鏡面光沢度と白色度を２次元座標に配置し
、分別する方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ （鏡面光沢度・白色度測定） しかしながら、Ｊ　Ｉ　５Ｚ−８７４１に基づくオンラ
イン鏡面光沢度測定装置では、オフライン装置をそのま
まオンライン測定に適用したものであるため、トレーサ
ビリティの観点からは最も好ましいが、非常に小さいス
リットを光源部と受光部に内蔵しているため、鋼板走行
時の微妙な振動、形状不良等により測定誤差が大きくな
るという欠点がある。

白色度測定に関しては、積分球を用いた測色装置は装置
を対象物に接触させる必要があり、対象物が連続的に走
行するオンライン装置としては不適当である。

また、特開昭５９−５７１２３号公報の測色装置は、一
定角度で照射した光の試料からの反射光を例えばＯｏで
検出するものであるため、ステンレス鋼板のような鏡面
性の高い試料に対しては、散乱光が少ないために測定で
きないという問題力５ある。

また、これら鏡面光沢度を測定する方法、白色度を測定
する方法は何れもそれぞれの項目を測定するのみであり
１品質管理上必要な鏡面光沢度、白色度を同時に測定す
ることはできないという問題がある。

（目視等級判定） （ａ）しかしながら、前記鏡面光沢度により目視等級を
判定するものは、工業的に用いられるが、ステンレス鋼
板のような光沢度の高い鏡面的対象では、第２図に示さ
れるように実際の目視等級と一致しないという欠点を有
する。第２図は目視等級Ａ−Ｈを横軸にとり光沢度Ｇｓ
を縦軸にとって表示したものである。また、この方法に
基づくオンライン鏡面光沢度測定装置では、非常に小さ
いスリットを光源部と受光部に内蔵しているため、鋼板
走行時の微妙な振動、形状不良等により測定誤差が大き
くなるという欠点がある。

ｒｂ）また、前記対比光沢度による方法は、色の異なる
対象に対しても視感に近い光沢感を与えるという特徴を
有するが、この方法もまた。鏡面に近い対象については
判定精度が低くなるという欠点を有している。

（ｃ）また、前記鮮映光沢度による方法は、定量的な表
示が得られないという問題点を有している。

（ｄ）特開昭６１−１３０８５８号公報に提示された方
法は、判別関数を用いて判定するという上述の方法の欠
点を解消する方法として提案されている５この方法によ
れば、目視等級の判定を定量的に行なえるという特徴を
有するが、視感による光沢の差が非常に小さい目視等級
間では、十分な判定が困難となり目視等級の境界線付近
において判定結果が混在するという欠点があり、また、
明細書に２載された方法を実現するには２方自から２波
長の光を投射する必要があり、同時に２波長の発振が可
能なレーザとなると、大型の、例えば水冷のアルゴンレ
ーザなとのレーザ光源を使用することが不可欠であり、
装置が大型化することが避けられない６ （ｅ）白色度による判定方法では、非常に鏡面性の高い
ステンレス鋼板のような対象では、第３図に示されるよ
うに目視等級と一致しないという欠点を有する。第３図
は目視等級と白色度のグラフである。

（ｆ）また、広く用いられている積分球を用いた測色装
置では、装置を対象表面に接触させることが不可欠であ
りオンライン装置としては使用できない。

（ｇ）また、特開昭５９−５７１２３号公報に示される
オンライン測色装置では、これは、一定角度で投射した
光の表面からの散乱光を例えばＯ。

の方向から検出するものであるため、ステンレス鋼板の
ような鏡面性の高い表面に対しては散乱光が少ないため
に測定できないという欠点がある。

１）これらの光沢度あるいは白色度をそれぞれ単独に評
価して目視等級と関係づける判定方法に対し、鏡面光沢
度と白色度を２次元座標に配置し分別する方法は、第４
図に示されるように分別が可能である。しかしながら、
上述した通り、鏡面光沢度、白色度とも、高い精度でオ
ンラインにて測定する方法が存在しないため、これまで
オフラインにおける判定方法としてしか用いることがで
きない。

（ｉ）また、従来の判定方法では、仮に初期的にあるい
は一つの鋼種について精度のよい判定領域が得られたと
しても、製造条件の変更、鋼種の増大等により、等級判
定の境界領域が変イヒし、その度ごとに非常に多くのデ
ータを採取し新たな判定領域を決定する必要があり、こ
の作業はオンラインにおいては、非常に負担の大きな作
業となる、それゆえ、高い精度を持つ判定領域を決定す
るに十分なデータを採取することは困難であり、結局精
度的に不モ分な判定領域の設定となってしまうことにな
る。

（発明の目的） 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、ステンレス鋼板の表面の品質項目である鏡面光沢
度、白色度を同時に測定すると同時に、目視検査員が判
断材料にしていると考えられる２つ又は３つの定量的情
報を測定し、目視等級の判定を光沢度と白色度の２次元
座標に配置することにより行う判定方法をオンラインに
て精度よく実現する方法及び装置、あるいは３つの情報
に目視検査員の判定結果に基づく信号の重み付けを自己
組織的に行うことにより、オンラインにて精度の高い、
かつ、オンラインにで容易に判定レベルの設定可能な等
級判定を実現する方法及び装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明考は、ステンレス鋼板の鏡面光沢度や白色度の異
なる多数のサンプルを用いて光の反射特性を調査した。

その際に、照明光源の種類や波長え、反射角、照射面積
、反射光の分散角などの条件を変化させて測定した。

その結果、次のような構成に関する知見が得られ、鏡面
光沢度の測定方法、白色度の測定方法についで、従来か
らの問題を解決することができたのである。

（１）白色光を平行光にして一定のビーム径としで、特
定の入射角で鋼板に昭射し、その反射光をアレイ型光検
出素子列で受光する。

（２）光検出素子列には、特定の波長のみを透過する干
渉フィルタなどの波長分離素子を装着しであき、その波
長での鋼板反射光の２次元的分散状態を測定する。

（３）光源光強度モニタのための上記と同一の波長での
Ｆ＠射光の一部の光強度をθ１１定する。

（４）反射光の分散状態のうち、正反射方向の最大光強
度と、一定角度内に位置する拡散反射光強度と、モニタ
した光源光強度の３つの値から予め求められたある演算
式にしたがって、鋼板の鏡面光沢度、白色度を求める。

これらの構成により、求められる光１尺度、白色度は従
来から使用されている重版のオフライン用測定装置によ
り得られる値と高精度で一致することが確認された。

測定対象物としては、ステンレス鋼販表面の測定に適し
ており、上記レーザ光と白色光としては８５０ｎｍ以下
の波長を持つレーザ光源と、特定波長の白色光源を用い
ることが好ましい。

次に、ステンレス鋼板の目視等級を決定する場合、目視
検査員は、 ■非常に高い鏡面性を持つ表面では正反射方向からの煎
射光に対する反射光の強さによってその等級を決定して
いる と考えられており、また。

■低い鏡面性の表面では、表面の白つぼさ、あるいは量
り具合によってその等級を決定している と考えられており、さらに。

■表面のうねり、あるいは粗さのような情報を加味して
その等級を決定している と考えられている。

即ちこれらの情報を定量的な決定因子とすれば目視検査
員の等級判定を定量的に行なうことができる。

本発明は、物体表面の光反射特性により、その鏡面光沢
度、白色度を決定し、視感に基づく目視等級を分類１判
定するにあたり、 （ａ）非干渉性の白色光源を用いて、 ｉ　その正反射方向の最大光強度Ｉｓを検出することに
より、その最大光強度Ｉｓを鏡面光沢度とし、 ｉｌ　　その拡散反射強度Ｉｄを検出することにより、
その拡散反射強度Ｉｄを白色度とする、 さらに、 （ｂ）被測定表面プロフィルの高さ分布の分散σが次式
の関係 （４πσ／えｃｏｓθ）２≧４−（１）を満足するよう
にレーザ光源の波長え、入射角θを設定して、波長えの
光束を入射角θで投射し。

その正反射方向の最大光強度ｉｐを検出することにより
、その最大光強度ｒｐを表面粗さ情報とする。

このように設定しておき、目視等級を決定する定量的方
法として、白色光の正反射方向の最大光強度に対して一
定角度内に位置する拡散反射強度Ｉｄと、レーザ光の正
反射方向の最大光強度Ｉｐを２次元座標に配置し、各等
級を集合体として分離１判別し、ステンレス鋼板の等級
の判定を可能とするものである。

しかし、一方、目視検査という感応検査のために、固定
化された境界領域の設定では、目視等級の境界付近にお
いては１判定結果か混在することが避けられない、また
、仮に初期的に精度のよい判定領域が得られたとしても
、対象とする鋼板の製造プロセスは、しばしば改良、変
更されることが多く、そのことにより目視等級の判定領
域も変更されることがある。また、対象とするステンレ
ス鋼板では次々とニーズに適した新しい鋼種が開発され
ており、この新鋼種における判定領域の変更も必要であ
る。これらの目視等級の判定領域の変更は、実験室での
作業は比較的容易であるが。

装置を実操業ラインに設置した後は、オンラインにて行
う必要があり、非電に多大に労力を必要とし、領域決定
のためのサンプルの数も制限せざるを得ないことになる
。

本発明はまた。目視検査員が目視等級を決定していると
考えられる、表面粗さ情報、鏡面光沢度情報、白色度情
報を検出し、この３つの情報に対して目視判定結果によ
り、それぞれの入力信・号及びそれに対し所望する出力
信号の呈示を行ない、自己組織的に領域判定を決定する
回路を形成させることにより、高い精度を持つ判定方法
及びその装置について完成したものである。即ち。

（ｃ）上記３つの情報（Ｉｓ、Ｉｄ、Ｉｐ）に対し、目
視判定結果により作成した入力信号と所望する出力信号
の対の集合を呈示することにより。

自己組織的に判定領域を決定する回路を用いて。

任意の被測定物の目視等級を分別するようにして、前記
目的を達成したものである。また、ノード間の結合の強
さを変えて出力信号のパターンを識別し、ステンレス鋼
板の目視等級を判定するものである。

従って本発明は、次の方法及び技術手段を採った。すな
わち、 （方法発明） レーザ光及び白色光を金属表面の同一部位に投射し、当
該表面からのレーザ光の正反射方向の最大光強度と、白
色光の正反射方向の最大光強度、及び白色光の正反射方
向の最大強度に対して一定角度内に位置する拡散反射光
強度とを同時に測定することを特徴とする金属板の表面
性状測定方法である。

測定対象物としてはステンレス鋼板表面の測定に適しで
いる。

８５０ｎｍ以下の波長を持つレーザ光と特定波長の白色
光を用いることが好ましい。

測定された白色光の正反射方向の最大光強度から対象表
面の鏡面光沢度を、白色光の正反射方向の最大強度に対
して一定角度内に位置する拡散反射光強度から対象表面
の白色度をそれぞれ測定するようにしてもよい。

また、測定されたレーザ光の正反射方向の最大光強度と
、白色光の拡散反射強度の、それぞれの光強度を２次元
座標に配置し、各等級を集合体として分離判別し、ステ
ンレス鋼板の等級を判別するようにしてもよい。

８５０ｎｍ以下の波長を持つレーザ光と特定波長の白色
光を用いで測定された光反射特性により、ステンレス鋼
板の目視等級を判別し、表示演算するようにしてもよい
。

さらに、ノード間の結合の強さを変えることにより任意
の入力信号に対し選択的な出力信号を出力するように自
己組織化されるネットワークを予め準備しておき、レー
ザ光の正反射方向の最大光強度と白色光の正反射方向の
最大強度とその最大強度に対して一定角度内に位置する
拡散反射光強度の、それぞれの光強度を前記ネットワー
クに人力して入力信号のパターンを識別し、該識別によ
り金属板の等級を判別するようにしてもよい。

（装置発明） 次に本発明法を実施するための本発明の装置は■単色レ
ーザ光源と、 ■平行で一定のビーム径で光を明射するための光学系を
設けた白色光源と、 ■それぞれの光強度をモニタするためのビームスプリッ
タ−及び特定の波長域のみを透過する干渉フィルタ付き
光検出器と、 ■当該鋼板からの単色レーザ光の正反射方向の最大光強
度を測定する、レーザ波長域のみを透過する干渉フィル
タ付フォトダイアオ〜ドアレイと、 ■白色光の正反射方向の最大光強度と、その最大光強度
に対する一定角度内に位置する拡散反射光強度を測定す
る、特定波長域のみを透過する干渉フィルタ付フォトダ
イアオードアレイと、 ■測定されたそれぞれの光強度に光源強度の補正演算処
理を行なうアナログ処理回路と、■それぞれの光強度信
号を処理するデジタル信号処理回路と、 ■演算処理を行うマイクロコンピュータと、を備えたこ
とを特徴とするステンレス鋼板の表面性状測定装置であ
る。

マイクロコンピュータは、測定された白色光の正反射方
向の最大光強度から対象表面の鏡面光沢度を、白色光の
正反射方向の最大強度に対して定角度内に位置する拡散
反射光強度から対象表面の白色度をそれぞれ演算するマ
イクロコンピュタである。

またマイクロコンピュータは、測定されたレーザ光の正
反射方向の最大光強度と、白色光の拡散反射強度の、そ
れぞれの光強度を２次元座標に配置し、各等級を集合体
として分＆ｉ１判別し、予め入力されでいる等級判別領
域により当該鋼板の等級を判別するための演算処理を行
なうマイクロコンピュータであってもよい。

さらに、マイクロコンピュータはノード間の結合の強さ
を変えることにより任意の入力信号に対し選択的な出力
信号を出力するように自己組織化されるネットワークを
予めｆｆｉ備しておき、レーザ光の正反射方向の最大光
強度と白色光の正反射方向の最大強度とその最大強度に
対して一定角度内に位置する拡散反射光強度の、それぞ
れの光強度を前記ネットワークに入力して入力信号のバ
タンを識別し、該識別により金属板の等級を判別するた
めの演算処理を行なうマイクロコンピユータであっても
よい。

［作用１ 鏡面光沢度は、定量的には既に述べた鏡面光沢計によっ
てオフラインにおいては測定することが可能であるが、
この鏡面光沢度を決定する因子は、ステンレス鋼板にお
いては、対象表面の微細な凸凹による光の反射特性であ
る。このとき照射される光は、反射時に回折現象を伴う
ようなレーザ光のような干渉性をもつ光ではなく、蛍光
燈あるいはハロゲンランプのような非干渉性の光が用い
られる。

鏡面光沢度をオンラインにて測定する方法としで、適当
な角度から非干渉性の光を入射し、その正反射方向の光
強度を測定することにより鏡面光沢度との相関がとれる
ことは容易に推測することができる。しかしながら、オ
ンラインにて測定する場合には、対象表面の距離変動、
傾き変動、検出器の感度、外乱光の影響など、オンライ
ン装置としての対処が必要である。

本発明者等は、金属表面の表面性状を表現する鏡面光沢
度の異なる多数のサンプルを用いて光の反射特性を、照
明光源の種類や波長え、入射角、照射面積、検出器の種
類などの条件を変化させて測定し、前記知見を得て成さ
れたものである。

本方法によれば、表面からの反射光の最大強度をｆｆ１
１１定すればよく、オフライン鏡面光沢度測定装置のよ
うに微小なスリットなどが不必要となり、走行中の鋼板
の振動、形状不良などによる誤差を生しない装置を構成
することが可能である。

白色度、いわゆる白っぽさは、基準となる白色のＦｌ板
からの色彩偏差を示す指数であり１色彩測定のために一
般的に用いられる、分光反射率による測色計あるいは干
渉フィルタによる３φＩ１ｍ値直読方式による測色計に
よって求められる色彩値から計算される。

この白色度の計算式は散多くの式が発表されているが、
鋼板関係の色彩測定では次式によって示されるハンタ一
方式による白色度Ｗがよく用いられている。

Ｗ＝１００　　　（（１００−Ｌ）　　２＋ａ２＋　ｂ
２１　１／２　　　　　　　　　　　　・・・　（２）
上記（２）において、Ｌは明るさを示す明度指数、ａ、
ｂは、色彩を示す指数で色度図上の２軸を形成する。よ
って、−射的には、白色度Ｗは測色計を用いて得られる
り、ａ、ｂ値により（２）式を用いて計算する必要があ
る。

本発明では、ステンレス鋼板の表面反射光のスペクトル
特性、白色度を測定する積分球方式の測色装置の構造を
詳細に検討した結果、ステンレス鋼板の白色度は白色光
の表面からの拡散反射光強度によって定量化が可能であ
るという知見を得、オンライン白色度７Ｉ測定を現実に
している。

白色度を測定する測色装置は、積分球を用いて反射拡散
光を光検出器に導き、その分光反射率を測定し、その分
光反射率より色彩値り、ａ、ｂを演算し、白色度を求め
る構造になっている。あるいは、干渉フィルタを用いて
色彩指数である３東１１激値Ｘ、Ｙ、Ｚを測定する刺激
値直読方式とよばれる測色装置もある。上記白色度測定
装置では、投射光の正反射方向の反射光はトラップされ
ており、色彩を求める受光部には表面からの拡散光のみ
が受光される構造となっている。

第４図はこの構造において求められたステンレス鋼板の
５個の異なる対象表面の、標準化された白色板を基準と
した時の分光反射率を示したものである。第４図から知
られるように、ステンレス鋼板分光反射率は基準となる
白色板に対し、異なる対象表面においても同圧三のスペ
クトルを持つことから１色彩指ａａ、ｂは殆ど同し値を
とり、白色度の計算にはａ、ｂの値を劣情する必要はな
（、その結果、求められる白色度の差は受光部に入光す
る光の量の差、すなわち、表面からの拡散反射強度の差
によって決定される。

全拡散反射光を受光するには、積分球のような集光装置
が最適であるが、積分球は対象面に接触させる必要があ
り、オンライン装置では適用が困難である。そこで、拡
散反射成分として、反射角の特定角度内に位置する拡散
光を２次元的に積分して代用することを考えた。すなわ
ち、前述した鏡面光沢度の測定方法と同一の構成で、第
５図に示すように、投射角θ０で光を入射したとき、反
射角θとして、 θ＝（θ０＋θＩ）〜（θ０＋０２）及びθ＝（θ０−
０１）〜（θ０−０２）・・−（３）で拡散反射強度Ｉ
ｄを測定し、このＩｄを白色度とする。以上の測定原理
により、金属表面の表面性状の定量的情報である鏡面光
沢度、及び白色度をオンラインにて測定することが可能
である。

次に、本発明は、検査員が目視等級を決定している因子
を詳細に検討した結果、鏡面性の高い表面では表面から
の反射光強度を、鏡面性の低い表面では表面の白っぽさ
により判断していることに基づき、さらに、それらの情
報に、表面のうねり、粗さといった情報を光の反射光の
情報により加味判断し、その３情報の相対的な度合いに
より決定しているものと推定されたことに着目して成さ
れたものである。

表面粗さの情報は、概括的には、表面プロフィルの高さ
分布の分散Ｃと、自己相関距離Ｔ（自己相関関数がｌ　
／　ｅとなる距離）で表現することができ、これらの量
と光反射強度分布には、例えば、１９６３年にパーガモ
ンプレス（ＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓ）より発行され
たビー・ベックマン及び工−スピチノ著［粗面からの電
磁波散乱Ｊ　　（ＰＢｅｃｋｍａｎｎとＡ、　　５ｐｉ
ｚｚｉｃｈｉｎｏ　：　　−Ｔｈｅ　　Ｓｃａｔｔｅｒ
ｉｎｇ　　ｏｆＥＬｅｃｔｒｏ＋ｍａｇｎｅｔｉｃ　１
ｅａｖｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｒｏｕｇｈ　５ｕｒｆａｃｅｓ
−に示されるごとく一定の関係がある６更に［鉄と鋼、
７０巻（１９８４）Ｊの１０９５頁以降に掲載された。

浅野有一部らによる。これらの関係の詳細な検討に従え
ば、前出（１）式の範囲を満たすことにより正反射強度
Ｉｐは、粗度パラメータ０及びＴと次式の関係にある。

Ｉｐ＝ｆ（σ、Ｔ）　　　−・・（４）但し、入射光強
度を単位強度、全反射率を１としている。

この（４）式によって、粗度パラメータＯ及びＴの情報
は、正反射強度Ｉｐに確実に含まれている。

本発明者等は、検査員の目視等級と一致する判別方法に
ついて、これら３情報について多数のサンプルを用いて
詳細に検討した。

ステンレス鋼板の等級判別のように、複数の情報から各
等級を集合対として分離、判別する方法として、その複
数の情報を２次元座標に配置する方法が一般的に用いら
れる。しかしながら、２次元座標に配置する判別方法で
は、配置する２情報に相関がある場合には判別のための
情報として不適当である。

本発明者等は、検査員の目視等級と一致する判別方法に
ついて、これら３情報について多数のサンプルを用いて
詳細に検討した。

（１）−射的に鏡面光沢度と白色度とは逆相関の関係に
あり、この２情報を２次元座標に配置した場合には、高
い分離、判別能は期待できない。

（２）粗度情報と鏡面光沢度は、この２情報に。

低い鏡面性の表面では一定の相関があり、同様に、この
２情報を２次元座標に配置した場合には、高い分離、判
別能は期待できない。

（３）粗度情報であるレーザの正反射方向の最大光強度
と、白色度情報である白色光の正反射方向の最大強度か
ら一定角度内の拡散反射光とを、２次元座標に配置した
場合には、高い精度をもつ分離、判別が可能である。

との知見を得た。

第６図に目視等級のパランク（高鏡面性表面）からＨラ
ンク（低鏡面性表面）のステンレス鋼板の、本発明によ
るレーザの正反射強度１ｐと白色光源の拡散反射強度Ｉ
ｄを２次元座標に配置した結果を示す。第６図中に目視
等級等を分別するための境界線を示した。

第６図に示されるように、この２次元配置と境界線によ
って目視等級のＡランクがらＨランクの分別が可能であ
ることが示される。この例では。

レーザの波長は４８８ｎｍ、入射角はＩＯ”、白色光源
の単色化波長は４０４ｎｍ、入射角は３０°である。ま
た、拡散反射強度Ｉｄをもとめる拡散角度は、θ０、θ
１はそれぞれθ０＝３°、θ１：ピとした。従って、第
６図中の拡散反射強度Ｉｄはピーク反射角に対して±３
°と±１°の分散を差し引いた空間を積分した拡散反射
強度（１ヵ３−Ｉ±１）を示している。

なお、これら実験中の光源の強度変動は補正しである。

検出には素子列を使用しているので、板の傾きなどに起
因して反射光のピーク位置がずれても、常に最大強度を
求めて、正反射方向の最大強度とすることができ、その
角度に対して一定角度内に位置する拡散反射強度の演算
を行えばよい。従って、オンライン１リリ定時に予想さ
れる板の振動、形状変動に起因する測定誤差は、信号の
取り込み速度、演算速度、平均化処理の条件を最適に選
ぶことにより低減することが可能となる。

さらに、本発明は、上記表面粗さ情報と白色度情報に加
えて鏡面光沢度情報をオンラインにて検出し、この３情
報を用いて、さらに精度の高い等級判別方法を確立した
。

第７図に等級判定を行うための信号パターン識別回路を
示す。この回路は、第８図のようなノドがそれぞれの強
さの異なる結合により結合し、階層的なネットワーク構
造をとっている。各ノドは他のノードあるいは外部から
の入力を受取り１次のノードあるいは外部へ出力する。

ノードにおける入出力関係は、他のノードあるいは外部
からの入力Ｘｉに各人力に対応した結合体＠Ｗｉを乗し
たものの和ΣＷｉＸｉと、そのノードが独自に持つしき
い値りに応じてＯから１までの出力を出すような特性を
持つ関数、例えば、ｆ（ΣＷｉＸｉ　　ｈ）： ｆ　（ｘ）＝１／　（１＋ｅｘｐ　（−ｘ））を用いる
。

このネットワークにおいて、結合の重みＷｉとしきい値
りは、予め入力信号とそれに対する所望の出力信号の対
の集合を呈示することにより決定する。これは、入力信
号を人力した時に得られる出力値と所望の出力信号の間
の誤差をなくすように最急降下法などの非線形最適化の
手法を適用することにより行なうことができる。

このようにして、最適な結合の重みＷｉとしきい値りが
設定されると、（Ｉｐ、Ｉｓ、Ｉｄ）の入力対に対し、
該当する等級に対応する最終段のノードの出力が最大に
なることにより、等級判別を行うことができる。このよ
うな信号パターンの識別回路では、未呈示の入力信号に
対しても連想機能を持ち、高精度の識別を行うことがで
きる。

次に、製造条件の変更あるいは新しい鋼種により、オン
ラインにて識別回路を変更する方法について説明する。

本発明における識別回路による目視等級の判定は、上述
したネットワークの各ノード間の結合の重み、各ノード
のしきい値及び入力信号を変数とした出力関数の演算に
よって行われる。このネットワーク回路では、装置によ
り測定される３情報と目視検査員による判定結果を与え
れば、自己組織的に重みとしきい値を決定する構造とな
っている。すなわち、いわゆる学習を行う。

よって、目視検査員は、オンラインにて目視判定結果を
教師信号として装置に与えることのみにより、判定条件
の変更が可能であり、大量のサンプル測定とその結果の
解析を必要としない。

［実施例］ 第１図に本発明による金属板の表面性状測定装置の実施
例を示す。

測定対象であるステンレス鋼板１に水銀ランプ２からの
光を光学系３を通すことによりビーム径１０ｍｍφの平
行光線４にして照射する。反射光４ａは水銀ランプ２の
波長に応した干渉フィルタ５を装着したフォトダイオー
ドアレイ６で検出され、その信号はプリアンプ、マルチ
プレクサ、メインアンプ等を内蔵したアナログ処理回路
７を経てマイクロコンピュータ８に取り込まれる。また
、フォトダイオードアレイ６は、その素子列の中心が水
銀ランプ２の入射角に対して正反射方向となるように設
けられている。

また、空冷のＡｒレーザ光源９の照射レーザ光ｌＯは、
ステンレス鋼板ｌに岡射される水銀ランプ２の開封光４
と同じ位置に、水銀ランプ２の解射光４の入射角とは異
なる角度から開封する。このレーザ光１０の反射光１．
０　ａは、水銀ランプの場合と同様にレーザ光の波長に
応した干渉フィルタ５ａを装着したフォトダイオードア
レイ６ａによってホ１１足され、同様なアナログ処理回
路７ａを経て、マイクロコンピュータ８に取り込まれる
。

次にマイクロコンピュータ８では、まず、鏡面光２尺度
としで、フォトダイオードアレイ６ａ力）らの信号を基
にピーク反射強度Ｉｐが算出される。

さらに、白色度として、フォトダイオードアレイ６から
の信号を基に、拡散反射強度１ｄが算出される。この算
出された最大反射光強度、拡散反射強度は、予め得られ
ている６０°鏡面光沢度Ｇ５６０°や白色度Ｗ値などと
の相関関係をもとに各試料の６０°鏡面光沢度Ｇ５６０
°及び白色度Ｗ値を算出する。

光源光の強度は、測定する反射光の波長と同一の波長で
検出するために、ビームスプリッタ１１、ｌｌａと干渉
フィルタ付き光検出器１２．１２ａにより光源光の光の
一部を分岐して測定し、マイクロコンピュータ８により
光源強度の補正を行う。

光源の入射角、反射角、拡散強度の演算角度としては、
水銀ランプ２の人ｉｔ角は、ステンレス鋼板表面１に対
し、３０°、その反射角は３０゜拡散反射角としては反
射角３１°〜３３゜２７°〜２９°の２つの領域の合計
とする。また、レーザ９の入射角は、ステンレス鋼板に
対し１０’、その反射角は１０°である。

フォトタイオードアレイ６の干渉フィルタ及び光検出器
１２の干渉フィルタの透過波長は４０４ｎｍであり、フ
ォトダイオードアレイ６ａの干渉フィルタ及び光検出器
！２ａの干渉フィルタの透過波長は４８８ｎｍである。

フォトダイオードアレイ６．６ａとしでＣま、４０素子
のものを用いてｌ素子０．２５度の分解能になるように
設計し、反射光は±５°の範囲の分散を一度に検出可能
となる。

以上の実施例で測定した鏡面光沢度及び白色度を市暇の
オフライン測定装置で得られた値と比較した場合、６０
°鏡面光沢度Ｇ５６０°で１００〜ｌ　０００の範囲で
±５％、白色度Ｗて５〜５０の範囲で±５％の精度が得
られた。

また、オンラインにて目視検査員の目視等級の判定等級
と、本発明による、レーザ光の正反射方向の最大強度と
、白色光の拡散強度を２次元座標に配置した場合の判定
等級を比較したところ９０％以上の高い一致率が得られ
た。

さらに１本発明によるレーザ光の正反射方向の最大強度
と、白色光源の正反射方向の最大強度と、拡散強度との
３情報による判定等級を比較したところ、同様に９０％
以上の高い一致率が得られた。

本実施例の伯の実施例として、例えば水銀ランプの代わ
りにハロゲン光のような白色光を用いることも可能であ
る。

［発明の効果］ 以上説明した通り１本発明によれば、製造上。

表面性状としての品質であるステンレス鋼板などの鏡面
光沢度及び白色度を走行中に鋼板全長にわたってオンラ
インで測定でき、さらに商取引上重要な品質である目視
等級の判定が可能となり、製品の品質管理、ラインの操
業管理に役立てることができるという優れた効果が得ら
れると共に、従来は目視検査という感応的検査であった
目視等級判定の定量的判定が可能となった。さらに、目
視検査員のオンライン作業からの解放、省力化という効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置のプロ・ンク図、第２図は
鏡面光沢度による目視等級判定のグラフ。 第３図は白色度による目視等級判定のグラフ、第４図は
ステンレス鋼板の表面の分光反射率のグラフ、第５図は
本発明に係わる白色度測定のための拡散反射測定条件を
示す説明図、第６図は本発明によるレーザ光の正反射方
向の最大光強度と水銀ランプの拡散反射強度の２次元配
置による等級判定結果を示すグラフ、第７図は本発明に
係わる等級判定を行うための信号パターン識別回路の原
理図、第８図は本発明に係わる信号パターン識別回路の
ネットワーク構造の説明図である。 Ｉ−・・ステンレス鋼板　２・・−水銀ランプ３・・−
光学系　　　　　４−・・水銀ランプの照射光４８−・
・水銀ランプの反射光 ５．５ａ・・−干渉フィルタ ロ、６ａ・・−フォトダイオードアレイ７．７ａ・・・
アナログ処理回路 ８−・・マイクロコンピュータ ９・・・レーザ光源 １０−−・照射レーザ光 １０ａ・・−反射レーザ光 １１、ｌｌａ・・−ビームスプリッタ １２．１２ａ・・・干渉フィルタ付き光検出器１３・・
−判定回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　レーザ光及び白色光を金属表面の同一部位に投射し
   、当該表面からのレーザ光の正反射方向の最大光強度と
   、白色光の正反射方向の最大光強度、及び白色光の正反
   射方向の最大強度に対して一定角度内に位置する拡散反
   射光強度とを同時に測定することを特徴とする金属板の
   表面性状測定方法。 ２　測定対象物がステンレス鋼板表面である請求項１記
   載の金属板の表面性状測定方法。３　８５０ｎｍ以下の
   波長を持つレーザ光と特定波長の白色光を用いる請求項
   １記載の金属板の表面性状測定方法。 ４　測定された白色光の正反射方向の最大光強度から対
   象表面の鏡面光沢度を、白色光の正反射方向の最大強度
   に対して一定角度内に位置する拡散反射光強度から対象
   表面の白色度を、それぞれ測定する請求項１記載の金属
   板の表面性状測定方法。 ５　測定されたレーザ光の正反射方向の最大光強度と、
   白色光の拡散反射強度の、それぞれの光強度を２次元座
   標に配置し、各等級を集合体として分離判別し、ステン
   レス鋼板の等級を判別する請求項１記載の金属板の表面
   性状測定方法。 ６　８５０ｎｍ以下の波長を持つレーザ光と特定波長の
   白色光を用いて測定された光反射特性により、ステンレ
   ス鋼板の目視等級を判別し、表示演算することを特徴と
   する請求項５記載の金属板の表面性状測定方法。 ７　ノード間の結合の強さを変えることにより任意の入
   力信号に対し選択的な出力信号を出力するように自己組
   織化されるネットワークを予め準備しておき、レーザ光
   の正反射方向の最大光強度と白色光の正反射方向の最大
   強度とその最大強度に対して一定角度内に位置する拡散
   反射光強度の、それぞれの光強度を前記ネットワークに
   入力して入力信号のパターンを識別し、該識別により金
   属板の等級を判別する請求項１記載の金属板の表面性状
   測定方法。 ８　単色レーザ光源と、平行で一定のビーム径で光を照
   射するための光学系を設けた白色光源と、それぞれの光
   源強度をモニタするためのビームスプリッタ及び特定の
   波長域のみを透過する干渉フィルタ付き光検出器と、当
   該鋼板からの単色レーザ光の正反射方向の最大光強度を
   測定するためのレーザの波長域のみを透過する干渉フィ
   ルタ付きフォトダイオードアレイと、白色光の正反射方
   向の最大光強度とその最大光強度に対しての一定角度に
   位置する拡散反射光強度とを測定するための特定の波長
   域のみを透過する干渉フィルタ付きフォトダイオードア
   レイと、測定されたそれぞれの光強度に光源強度の補正
   演算処理を行うアナログ処理回路と、それぞれの光強度
   信号を処理するデジタル信号処理回路と、演算処理を行
   うマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とする
   金属板の表面性状測定装置。 ９　該マイクロコンピュータが、測定された白色光の正
   反射方向の最大光強度から対象表面の鏡面光沢度を、白
   色光の正反射方向の最大強度に対して一定角度内に位置
   する拡散反射光強度から対象表面の白色度をそれぞれ演
   算処理する請求項８記載の金属板の表面性状測定装置。 １０　該マイクロコンピュータが、測定されたレーザ光
   の正反射方向の最大光強度と、白色光の拡散反射強度の
   、それぞれの光強度を２次元座標に配置し、各等級を集
   合体として分離判別し、予め入力されている等級判別領
   域により当該鋼板の等級判別のための演算処理を行なう
   請求項８記載の金属板の表面性状測定装置。 １１　該マイクロコンピュータが、ノード間の結合の強
   さを変えることにより任意の入力信号に対し選択的な出
   力信号を出力するように自己組織化されるネットワーク
   を予め準備しておき、レーザ光の正反射方向の最大光強
   度と白色光の正反射方向の最大強度とその最大強度に対
   して一定角度内に位置する拡散反射光強度の、それぞれ
   の光強度を前記ネットワークに入力して入力信号のパタ
   ーンを識別し、該識別により金属板の等級を判別するた
   めの演算処理を行なう請求項８記載の金属板の表面性状
   測定装置。