JPH08271442A - 表面欠陥検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、紙、鋼板、アルミ板などの走行する
帯状の被検査物の表面に生ずる欠陥を光学的に検出する
表面欠陥検出方法及びその装置に関し、被検査物に高さ
変動がある場合でも、表面欠陥を正確に検出し、またそ
の種類を正確に判定する。 【構成】走行方向の相対的な位置ずれが被検査物の高さ
変動量に基づいて補正された、各受光角度毎の位置補正
撮像データを得、その位置補正撮像データに基づいて被
検査物表面の欠陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙、鋼板、アルミ板な
どの走行する帯状の被検査物の表面に生ずる欠陥を光学
的に検出する表面欠陥検出方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙、鋼板、アルミ板などの被検査物の表
面に生ずる欠陥には、種々の形態のものがあり、これら
の欠陥を検出し、形態、受光量の変化等から欠陥の種類
を判別することにより、表面品質の管理や欠陥の発生防
止に役立てている。従来より、表面欠陥検出方法とし
て、走行する被検査物の表面に光を照射し、被検査物か
らの反射光を一次元撮像器により撮像し、その光量変化
から表面欠陥を検出する方法が知られている。また、被
検査物からの反射光を複数の撮像器により異なる受光角
で撮像し、これらの撮像データを処理して欠陥を判別す
る方法も知られている。

【０００３】図３は、表面欠陥検査装置の概略構成を示
す模式図であり、この表面欠陥検査装置は、走行する被
検査物１の表面に光を照射する照光手段２と、被検査物
表面を正反射方向から撮像する第１の一次元撮像器３
と、被検査物表面を乱反射方向から撮像する第２の一次
元撮像器４と、これら２つの一次元撮像器３，４からの
撮像信号を処理する信号処理手段５とから構成されてい
る。

【０００４】この表面欠陥検査装置を用い、例えば、第
１の一次元撮像器３からの撮像信号を処理して、正反射
方向に受光量変化を生ずるような模様状の表面欠陥を検
出し、第２の一次元撮像器４からの撮像信号を処理し
て、乱反射方向に受光量変化を生ずるような凹凸状の表
面欠陥を検出することにより、異なる２種類の表面欠陥
を同時に検出し、判別することができる。ここで一次元
撮像器とは、光電素子を１列状に並べて線状領域の反射
光を撮像するものであり、一次元ＣＣＤカメラが好まし
く用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すように複数
台の一次元撮像器を用いて表面欠陥の検査を行う場合に
は、すべての一次元撮像器が被検査物表面上の同一位置
を検査することが肝要である。この理由については後述
する。ところで、被検査物の厚さは必ずしも一定ではな
く、また被検査物が走行中にばたつきを生じて走行方向
に垂直な方向に上下動を発生することもある。この被検
査物の厚さ変化あるいはばたつき（高さ変動）により、
被検査物表面と表面欠陥検査装置の光学系との距離が図
４に示すように変化するものとする。この距離変化量を
被検査物表面の高さ変動量Δｄと呼ぶことにする。

【０００６】被検査物表面に高さ変動が生じた場合、図
４に示すように、複数台の一次元撮像器による被検査物
表面上の視野（検査位置）が、被検査物の走行方向に距
離δだけずれることになる。このように複数台の一次元
撮像器間で被検査物表面における視野のずれが生じる
と、以下に説明するように、欠陥の誤検出あるいは欠陥
種類の誤判定を招くおそれがあるという問題がある。

【０００７】図５は、図３に示した従来の２台の一次元
撮像器を用いた表面欠陥検査装置における、各一次元撮
像器による撮像データに基づいて検出された欠陥を示す
各画像、およびそれらの画像を組合せた表面欠陥検出装
置出力を模式的に示した図である。図５（ａ）は検査位
置ずれ量δ（図４参照）がない（δ＝０）場合、図５
（ｂ），（ｃ）は検査位置ずれ量δがある（δ≠０）場
合を示す。

【０００８】図５（ｂ）は検査位置ずれ量δが比較的小
さい場合であるが、この場合であっても表面欠陥検査装
置出力は、それぞれの欠陥の検出位置が走行方向（Ｘ方
向）にずれて重なるために欠陥の長さを実際よりも大き
く評価してしまっている。この欠陥長さの誤評価は、欠
陥種類の誤判定を招く恐れがある。また、図５（ｃ）は
δが比較的大きい場合であり、この例では被検査物上の
１つの欠陥をあたかも２つの欠陥のように誤検出するお
それがある。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決し、
被検査物の高さ変動がある場合でも、表面欠陥を正確に
検出し、またその種類を正確に判定することのできる表
面欠陥検出方法およびその方法を実現するための装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表面欠陥検出方法は、走行する被検査物の走行方向
に交わる幅方向の一次元画像を、複数の一次元撮像器に
より、複数の受光角度から繰り返し撮像して各受光角度
毎の撮像データを得、該撮像データに基づいて、被検査
物表面の欠陥を検出する表面欠陥検出方法において、被
検査物表面の高さ変動量に基づいて走行方向の相対的な
位置ずれが補正された、各受光角度毎の位置補正撮像デ
ータを得、該位置補正撮像データに基づいて、被検査物
表面の欠陥を検出することを特徴とする。

【００１１】ここで、上記本発明の表面欠陥検出方法に
おいて、上記位置補正撮像データを得るにあたっては、
被検査物の高さ変動量に基づいて、複数の一次元撮像器
による撮像開始のタイミングを相対的にずらすことによ
り、位置補正撮像データを得てもよく、あるいは、被検
査物の高さ変動量に基づいて、複数の一次元撮像器によ
る撮像により得られた撮像データを補正することによ
り、上記位置補正撮像データを得てもよい。

【００１２】また、本発明の表面欠陥検出方法は、高さ
変動量を取得する方法について限定されるものではな
く、例えばその高さ変動量が被検査物の厚さ等によりあ
らかじめデータとしてわかっている場合はそのデータを
受け取るだけであってもよい。ただし、走行方向上流側
で被検査物の高さ変動量を測定し、この測定された高さ
変動量に基づいて位置補正撮像データを得ることが好ま
しい。

【００１３】また、上記本発明の表面欠陥検出方法の実
施に用いられる本発明の表面欠陥検出装置は、走行する
被検査物の走行方向に交わる幅方向の一次元画像を、複
数の受光角度から繰り返し撮像する複数の一次元撮像器
と、被検査物表面の高さ変動量を入力する高さ変動量入
力手段と、高さ変動量に基づいて走行方向の相対的な位
置ずれが補正された、各受光角度毎の位置補正撮像デー
タを得る位置補正画像データ生成手段と、位置補正撮像
データに基づいて、被検査物表面の欠陥を検出する表面
欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】ここで、高さ変動量入力手段は、入力の相
手先、すなわち高さ変動量の出力先を限定するものでは
なく、例えばホストのコンピュータから入力してもよ
く、あるいは高さ変動量を測定する測定器を備え、その
測定器の出力を入力してもよい。

【００１５】

【作用】本発明は、被検査物の高さ変動量に基づいて走
行方向の相対的な位置ずれが補正された、各受光角度毎
の位置補正撮像データを得、その位置補正撮像データに
基づいて被検査物表面の欠陥を検出するものであるた
め、欠陥の寸法や個数が誤判定や誤検出されることな
く、被検査物表面の欠陥を高精度に検出することができ
る。

【００１６】ここで、位置補正撮像データを得るにあた
って、被検査物の高さ変動量に基づいて、複数の一次元
撮像器による撮像開始のタイミングを相対的にずらすこ
とにより位置撮像データを得ることとすると、撮像と同
時に位置補正が行われ、高速な画像処理が可能となる。
ただし、高さ変動量に応じて撮像開始のタイミングを種
々に変更するための制御回路を付加する必要を生じる。

【００１７】一方、位置補正撮像データを得るにあたっ
て、被検査物の高さ変動量に基づいて、複数の一次元撮
像器による撮像により得られた撮像データを補正するこ
とにより位置補正撮像データを得ることとすると、撮像
後に位置補正の演算を行う必要から画像処理に若干時間
がかかることとなるが、その補正のための特別なハード
ウェアは不要であり、コスト上有利である。

【００１８】本発明は、このように、位置補正撮像デー
タを得る具体的な手法の如何を問うものではなく、各手
法の得失を考慮して任意の手法を採用することができ
る。また、本発明は、上述したように、高さ変動量を得
る方法についても限定されるものではないが、走行方向
上流側で被検査物の高さ変動量を測定し、この測定され
た高さ変動量に基づいて位置補正データを得ることする
と、高さ変動量のデータがあらかじめ存在しない場合、
あるいは不正確な場合や、被検査体にばたつきが生じる
場合であっても、走行方向の位置が正確に補正された位
置補正撮像データを得ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の一実施例を示す表面欠陥検出装置の模式
図である。照光手段２によって、走行する被検査物１の
幅方向（走行方向に垂直な方向）に光を照射するととも
に、被検査物１の表面からの反射光を、異なる受光角度
位置に設置した２台の一次元撮像器３，４で撮像する。
一方、被検査物１の厚さ変化あるいはばたつき等に起因
する被検査物表面の高さ変動（図１における被検査物１
の上面の上下方向変動）を高さ変動検出器６で検出す
る。高さ変動検出器６としては、渦流式、超音波式、あ
るいはレーザ式の変位計などが好適である。

【００２０】２台の一次元撮像器３，４による撮像デー
タ、および高さ変動検出器６の測定結果は信号処理手段
５に送られる。信号処理手段５は、順次得られる一次元
の撮像データを時系列的につなぎ合わせて被検査物表面
の２次元の撮像データを得、この画像内の受光量変化を
所定のしきい値処理により抽出して表面欠陥を検出す
る。なお被検査物１の走行速度が一定でない場合は、被
検査物の走行速度を検出する手段を別途設けて、走行速
度変化に同期させて一次元撮像データをつなぎ合わせる
ようにする。信号処理手段５は、このような表面欠陥検
出処理を２つの一次元撮像器３，４に対してそれぞれ独
立に行った後、これら２つの表面欠陥データを組合せ
て、その欠陥の形状、受光量、あるいは検出に寄与した
一次元撮像器３，４の別などにより、表面欠陥の種類を
判定する。この過程において、高さ変動検出器６により
被検査物の高さ変動が検出された場合、その高さ変動量
Δｄに基づいて、走行方向の位置ずれ（図４参照）が補
正される。

【００２１】２台の一次元撮像器３，４の視野の走行方
向のずれ量δは、第１および第２の一次元撮像器３，４
の受光角度をそれぞれθ，φ、被検査物の高さ変動量を
Δｄとすると、図４から幾何学的な計算により、 δ ＝ Δｄ × （ｔａｎφ−ｔａｎθ） ……（１） と求められる。この計算は信号処理手段５によって行わ
れる。

【００２２】具体的には、一次元撮像器の被検査物長手
方向の走査速度をｆ［ｌｉｎｅ／ｓｅｃ］、被検査物１
の走行速度をＶ［ｍ／ｓｅｃ］とすると、第２の撮像器
による撮像データを走行方向にｆ・（δ／Ｖ）［ｌｉｎ
ｅ］だけ遅らせてやればよい（δの単位は［ｍ］とす
る）。この位置ずれを補正する手法として、２台の一次
元撮像器による撮像により得られた撮像データをずらす
代わりに、２台の一次元撮像器による撮像開始のタイミ
ングをずらしてもよい。

【００２３】すなわち、図４からわかるように、被検査
物１の高さ変動量Δｄが正（上方に変動）のときは、第
２の一次元撮像器４の方が第１の一次元撮像器３よりも
被検査物の走行方向の下流側を撮像することになるの
で、第２の一次元撮像器４による撮像開始のタイミング
を、第１の一次元撮像器３による撮像開始のタイミング
よりも、被検査物１が距離δ走行する時間δ／Ｖだけ遅
らせる。こうすることにより２台の一次元撮像器３，４
で被検査体表面の同一領域を撮像することができる。

【００２４】図２は、本発明の表面欠陥検出装置の、さ
らに具体的な実施例を示す模式図である。本実施例で
は、白色光源１２から、走行する鋼板１１の板幅方向に
線状の白色光を入射角１０°で照射し、その反射光を受
光角１０°および受光角４５°の２つの一次元ＣＣＤカ
メラ１３，１４でそれぞれ撮像する。また光源１２の上
流側にはレーザ式変位計１６を板幅方向中央位置に設置
し、鋼板１１の表面の高さ変動を非接触で検出する。さ
らに鋼板１の走行とともに回転する支持ロール１７に走
行速度検出器１８を設ける。２台のＣＣＤカメラ１３，
１４の各出力、レーザ式変位計１６の出力、および走行
速度検出器１８の出力は全てコンピュータ１５に送ら
れ、そのコンピュータ１５で高速に信号処理が行われ
る。この処理では、検出された走行速度Ｖに同期してＣ
ＣＤカメラ１３，１４の各出力を取り込み、レーザ変位
計出力Δｄを用いて上記（１）式の計算を行い、２台の
ＣＣＤカメラ１３，１４の出力を距離δ分だけ、すなわ
ち時間（δ／Ｖ）分だけずらせて組合せることにより、
ＣＣＤカメラ間の視野ずれを補正している。

【００２５】本実施例は、鋼板１１の高さ変動が約±５
ｍｍである製造ラインに設置した例であり、ＣＣＤカメ
ラ１３，１４の受光角が図２に示す角度のとき、５ｍｍ
の高さ変動により、カメラ間の視野ずれ量δは４．１２
ｍｍとなる。ＣＣＤカメラ１３，１４の走行方向の走査
周波数１０ＫＨｚ，鋼板１１の走行速度３００ｍ／ｍｉ
ｎ，鋼板１１の幅１３５０ｍｍ，鋼板１１の長さ約５０
０ｍの条件にて本実施例を用いて表面欠陥の検出・判定
を行った結果、正答率は９２％となり、一方、レーザ変
位計出力を用いずカメラ視野ずれを補正しない従来方法
時の場合は、上記と同一条件のときに正答率は７５％で
あった。このように、本発明により、大幅な性能向上を
図ることができた。

【００２６】なお上記の実施例では、鋼板の高さ変動を
非接触レーザ式変位計１６で測定したが、被検査物のば
たつきが小さく、被検査物の厚さが別手段により既知で
ある場合には、このような変位計を設けず、厚さ情報を
コンピュータに取り込むことにより視野ずれを補正する
ようにしても差し支えない。また、以上の実施例では２
台の一次元撮像器を用いたが、使用する一次元撮像器は
３台以上であっても構わない。この場合、それぞれの一
次元撮像器に対して、（１）式で求める視野ずれ量を補
正する必要がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検査物の厚さおよび一次元撮像器に接近・離反する方
向の高さ変動が生じる場合であっても、表面欠陥を正確
に検出し、欠陥の種類を正確に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す表面欠陥検出装置の模
式図である。

【図２】本発明の表面欠陥検出装置の、さらに具体的な
実施例を示す模式図である。

【図３】従来の表面欠陥検出装置の構成を示す模式図で
ある。

【図４】高さ変動による視野ずれの説明図である。

【図５】従来の表面欠陥検出装置における問題点の説明
図である。

【符号の説明】 １ 被検査物 ２ 照光手段 ３，４ 一次元撮像器 ５ 信号処理手段 ６ 高さ変動検出器 １１ 鋼板 １２ 白色光源 １３，１４ ＣＣＤカメラ １５ コンピュータ １６ レーザ式変位計 １７ 支持ロール １８ 走行速度検出器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行する被検査物の走行方向に交わる幅
   方向の一次元画像を、複数の一次元撮像器により、複数
   の受光角度から繰り返し撮像して各受光角度毎の撮像デ
   ータを得、該撮像データに基づいて、被検査物表面の欠
   陥を検出する表面欠陥検出方法において、 被検査物表面の高さ変動量に基づいて走行方向の相対的
   な位置ずれが補正された、各受光角度毎の位置補正撮像
   データを得、 該位置補正撮像データに基づいて、被検査物表面の欠陥
   を検出することを特徴とする表面欠陥検出方法。
2. 【請求項２】 被検査物の高さ変動量に基づいて、前記
   複数の一次元撮像器による撮像開始のタイミングを相対
   的にずらすことにより、前記位置補正撮像データを得る
   ことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検出方法。
3. 【請求項３】 被検査物の高さ変動量に基づいて、前記
   複数の一次元撮像器による撮像により得られた撮像デー
   タを補正することにより、前記位置補正撮像データを得
   ることを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検出方法。
4. 【請求項４】 走行方向上流側で被検査物の高さ変動量
   を測定し、この測定された高さ変動量に基づいて前記位
   置補正撮像データを得ることを特徴とする請求項１から
   ３のうちいずれか１項記載の表面欠陥検出方法。
5. 【請求項５】 走行する被検査物の走行方向に交わる幅
   方向の一次元画像を、複数の受光角度から繰り返し撮像
   する複数の一次元撮像器と、 被検査物表面の高さ変動量を入力する高さ変動量入力手
   段と、 前記高さ変動量に基づいて走行方向の相対的な位置ずれ
   が補正された、各受光角度毎の位置補正撮像データを得
   る位置補正画像データ生成手段と、 前記位置補正撮像データに基づいて、被検査物表面の欠
   陥を検出する表面欠陥検出手段とを備えたことを特徴と
   する表面欠陥検出装置。