JPH09145636A - 表面欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面研削処理の行われた被検査材表面の凹凸性
欠陥を的確に検出する表面欠陥検出方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】表面研削処理の行われた被検査材１０表面
が二次元的に複数の領域に分割されて成る各領域に、該
各領域内の研削された部分の面積割合に対応する各評価
値を対応づけ、これら各評価値から成る二次元画像２３
をしきい値処理することにより被検査材表面の凹凸性欠
陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板、アルミ板な
どの表面に発生する表面欠陥を検出する表面欠陥検出方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板、アルミ板などの製造工程におい
て、その品質管理あるいは品質保証を推進するために、
これらの表面に発生する表面欠陥を検出することが重要
な課題となっている。例えば、冷延鋼板がさまざまな工
程を経て最終的に冷延コイルという形で出荷されるまで
の一連の製造プロセスの中で、自動検査装置による表面
欠陥検出、あるいはオペレータによる目視検査が行わ
れ、製品の表面性状は厳重に管理されている。

【０００３】冷延鋼板の表面欠陥の一つに、鋼板表面の
わずかな凹凸不良によって発生する凹凸性欠陥がある
が、この凹凸性欠陥には、人間の目視検査では検出が困
難なものが多いため、砥石を用いて鋼板の一部分を表面
研削処理し、欠陥を浮かび上がらせた後に目視検査を行
う、いわゆる砥石掛け検査によって欠陥検出が行われる
のが普通である。

【０００４】冷延鋼板表面の凹凸性欠陥は、製造プロセ
スにおいて、ロール表面に微小な異物が付着したり、あ
るいはロール自体にわずかな凹凸性の変形が発生したり
した結果、これら異物やロール自体の変形が鋼板表面に
転写されて発生することが多い。そのため、ロール円周
に相当するピッチで連続的あるいは周期的に欠陥が発生
するため、製品全体が不良品となることがしばしば起き
る。特に、連続工程において欠陥が発生した場合は、欠
陥が発見されアクションがとられるまで不良品の製造が
いつまでも続けられる。

【０００５】冷延鋼板にこのような凹凸性欠陥が存在し
ていると、例えば、自動車外板用の冷延鋼板をプレス成
型する時に、欠陥部が欠陥のない健全部より強い力で擦
られたり、あるいは強く引き伸ばされたりするため、プ
レス成形後の成形品の表面粗さが、欠陥部と健全部とで
僅かな差異を生じ、塗装後の鋼板表面に欠陥として現れ
ることがある。

【０００６】そのため、表面性状に対する要求の厳しい
冷延鋼板については、製造プロセスにおいて、軽度な表
面欠陥でも見逃すことのないように管理が行われ、製品
の出荷に際しては厳重な検査が行われるのが通例であ
る。このような事情から検出精度の向上と省力化を目指
して、表面欠陥検出の自動化に関する研究が鋭意進めら
れている。例えば、文献「表面検査装置：材料とプロセ
ス、１９９０，Ｎｏ．５，ｖｏｌ．３， ｐ１３３０−
１３３３」には、被検査材の表面をレーザ光で走査し、
被検査材表面からの回折反射光を空間マスクを通して受
光し、受光した信号を信号処理することにより表面欠陥
を検出する表面検査装置が開示されている。この表面検
査装置では、被検査材表面の健全部と欠陥部では反射光
の回折パターンに差があるという原理を利用して表面欠
陥が検出される。

【０００７】また、特開平７−２１８４５１号公報に
は、照明装置と撮像装置を１組とする少なくとも３組の
照明撮像系を備え、これら各照明撮像系により被検査材
表面の同一地点をそれぞれ特定の波長帯の光を選択して
照明し、撮像した画像を画像処理装置で解折することに
より欠陥を検出する欠陥検出装置が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献に記載された表面検査装置や上記公報に開示された欠
陥検出装置を用いて表面研削処理された被検査材の凹凸
性欠陥を検出しようとしても、欠陥部及び健全部からの
反射光の回折パターンの差が、表面研削処理によってど
のように変化するのかが明確でないため、欠陥部と健全
部とを明確に判別する定量的な評価値がなく、表面の研
削状態によって、同一欠陥でも検出できたり検出できな
かったりする場合があり、しかも、このような状況をど
のように改善すればよいのか全く手掛かりがつかめない
現状にある。

【０００９】また、人間の目視検査による欠陥検出にお
いては、欠陥の鮮明さや、輝きの程度などを加味して欠
陥の等級判定が行われているが、上記従来技術による装
置では、等級判定の基準となる評価値が定まらないた
め、凹凸性欠陥を定量的に判定できず、目視検査による
欠陥等級判定と高い精度で一致させることが難しい。本
発明は、上記の事情に鑑み、表面研削処理の行われた被
検査材表面の凹凸性欠陥を的確に検出する表面欠陥検出
方法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】上記の目的を達成する本
発明の表面欠陥検出方法は、表面研削処理の行われた被
検査材表面が二次元的に複数の領域に分割されて成る各
領域に、これら各領域内の研削された部分の面積割合に
対応する各評価値を対応づけ、これら各評価値から成る
二次元画像をしきい値処理することにより被検査材表面
の凹凸性欠陥を検出することを特徴とする。

【００１１】ここで、上記面積割合が所定の第１のしき
い値よりも大きいことを表す評価値を持つ領域を凸欠
陥、上記面積割合が所定の第２のしきい値よりも小さい
ことを表す評価値を持つ領域を凹欠陥として検出するよ
うにしてもい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。ところで、砥石掛けによって凹凸性欠陥が検
出され易くなる理由は、砥石を用いて冷延鋼板を表面研
削処理することにより、凸部は、砥石により研削された
部分が砥石掛けの方向に平行に揃った筋として残り、凹
部には砥石が触れないので凹部自体には凸部のような平
行に揃った筋は形成されないが、凹部の周りには平行に
揃った筋が残る。これらの研削された部分に残る平行に
揃った筋の部分と、研削されなかった部分とは光沢の差
が大きいため、人間の目視による判別がし易くなるから
である。

【００１３】砥石により研削された部分の大きさは、大
きいものでも幅約５０μｍ、深さは約５μｍ程度である
から、目視検査では研削された部分１つ１つが検出され
ているわけではなく、砥石による研削された部分の密度
の差によって生じる光沢感によって欠陥が検出される。
そこで、表面研削処理の行われた被検査材表面におい
て、複数の領域に分割されて成る各領域に、これら各領
域内の研削された部分部分の面積割合に対応する各評価
値を対応ずけ、これら各評価値をしきい値処理すること
により被検査材表面の凹凸性欠陥を定量的に検出するこ
とができる。

【００１４】ところで、欠陥が存在しない健全部であっ
ても完全に均一に研削されるわけではなく、研削処理後
の表面には若干の研削むらが残る。この原因としては、
被検査材の表面には凹凸性欠陥よりも大きな周期を有す
るうねりの成分が含まれていること、研削処理の過程で
砥石の端部に押圧力が集中しやすく被検査材が砥石端部
で強目に研削される傾向があること、砥石の砥粒の大き
さにばらつきがあること、研削処理装置の幅方向の研削
ストロークが被検査材の全幅より短い場合、研削操作が
幅方向に何回かに区切られて研削されるため被検査材上
に重複して研削される個所が生じること、などが考えら
れる。

【００１５】そのため、人間が欠陥を見つける時には、
欠陥部と健全部との相対的な光沢の差を検出しながら、
しかも、その欠陥の大きさや形状を推定しつつ研削むら
と欠陥とを判別しながら検出が行われる。そこで、本発
明の表面欠陥検出方法では、軽度な欠陥も検出すること
ができ、それを研削むらと識別できるようにするため、
人間の目視による認識と同じような画像情報処理を行う
ことにより凹凸性欠陥を検出する。即ち、二次元的に複
数の領域に分割されて成る各領域に、その領域内の研削
された部分の面積割合に対応する各評価値を対応づけ、
これら各評価値から成る二次元画像をしきい値処理する
ことにより被検査材表面の凹凸性欠陥を検出する。

【００１６】本実施形態では、上記の二次元画像の各領
域について、研削された部分の面積割合に対応する評価
値として各領域の反射光強度を選び、上記の二次元画像
の各領域のうち、反射光強度が大きい領域は砥石により
研削された部分が多く残っていることを表わしているか
らその領域は凸欠陥に対応するものであると判定し、反
対に、反射光強度が小さい領域は砥石により研削された
部分が少ないことを表わしているからその領域は凹欠陥
に対応するものであると判定し、反射光強度が両者の中
間の大きさである領域は健全部に対応するものであると
判定する。従って、予め、凸欠陥及び凹欠陥についての
それぞれの弁別しきい値を設定しておけば、凸欠陥、凹
欠陥、及び健全部を別々に検出することができる。

【００１７】図１は、本発明の表面欠陥検出方法の一実
施形態を示す概要図である。図１には、冷延鋼板の製造
ライン上で表面欠陥を検出するための表面欠陥検出装置
１００の概要が示されている。表面欠陥検出装置１００
には、製造ライン上を矢印Ａ方向に走行する冷延鋼板１
０にＨｅ−Ｎｅ（ヘリウム−ネオン）レーザを発するレ
ーザ光源１１と、レーザ光源１１から発せられたレーザ
光１２を冷延鋼板１０の幅方向に走査する回転ミラー１
３と、回転ミラー１３で走査されたレーザ光の冷延鋼板
１０への投射方向が冷延鋼板１０の走行方向Ａとなす角
が一定となるように、冷延鋼板１０表面にレーザ光を投
射する投光レンズ１４と、冷延鋼板１０からの反射光を
集光する集光レンズ１５と、集光された反射光のうち特
定の反射角度の光だけを通過させる光学フィルタ１６
と、光学フィルタ１６を通過した反射光強度を検出して
電気信号として出力する光検出素子１７とが備えられて
いる。

【００１８】さらに、表面欠陥検出装置１００には、ク
ロック信号を出力するクロック回路２１と、クロック回
路２１からのクロック信号に基づき、光検出素子１７か
ら出力された電気信号を所定のピッチで分割しながらデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変
換器１８と、回転ミラー１３によるレーザ光１２の幅方
向への走査の開始と同期したトリガ信号を発生するトリ
ガ回路２０と、トリガ回路２０からのトリガ信号に基づ
いてデジタル信号を記録する画像メモリ１９と、画像メ
モリ１９に記録されたデジタル信号を画像処理して表面
欠陥を検出する画像処理回路２２とが備えられている。

【００１９】このようにして、光検出素子１７から出力
された電気信号が所定のピッチで分割されてデジタル信
号に変換されることにより、Ａ方向に走行する冷延鋼板
１０の表面からの反射光強度が、所定の大きさの各領域
毎のデジタル信号に変換され、これら各領域毎のデジタ
ル信号が、トリガ回路２０からのトリガ信号に基づき二
次元画像２３となって画像メモリ１９に記録される。

【００２０】本実施形態では、冷延鋼板１０の走行速度
は３０ｍｐｍであり、１２面体の回転ミラー１３を１
０，０００ｒｐｍで回転し、冷延鋼板１０の幅方向２５
０ｍｍを走査し、クロック周期は２ＭＨｚで一定として
おり、冷延鋼板１０の上記各領域の大きさは０．２５ｍ
ｍ×０．２５ｍｍである。図１に示した二次元画像２３
には、各領域毎の反射光強度が白色、灰色、黒色の３段
階に塗り分けて示されており、白色が凸欠陥部、灰色が
健全部、黒色が凹欠陥部をそれぞれ表している。

【００２１】次に、光検出素子１７の前に備えられた光
学フィルタ１６について説明する。図２は、本実施形態
に用いられた光学フィルタの平面図である。図２に示す
ように、光学フィルタ１６には、光学フィルタ１６の中
心線に沿った幅方向の中心寄り約３分の１を残して、両
端部約３分の１にそれぞれ切り欠き部１６ａ，１６ｂが
形成されている。このような光学フィルタ１６を光検出
素子１７（図１参照）の前面に備えることにより、集光
レンズ１５で集光された反射光のうち特定の反射角度の
光だけが光学フィルタ１６を通過して光検出素子１７に
到達する。

【００２２】このような光学フィルタ１６が光検出素子
１７の前面に備えられているのは、以下の理由による。
図３は、研削処理された冷延鋼板表面の凸欠陥部、健全
部、及び凹欠陥部に照射されたレーザ光の反射光分布を
それぞれ示す図である。冷延鋼板表面に砥石により研削
された部分が存在すると、冷延鋼板表面から反射された
レーザ光は特定の方向に偏って散乱する。冷延鋼板表面
に占める研削された部分の面積割合が大きいほど、反射
光分布の偏りは強く現れる。従って、研削された部分の
面積割合が大きい凸欠陥の場合の反射光分布の偏りは健
全部及び凹欠陥部より大きく、凹欠陥部の場合の反射光
分布の偏りは最も小さい。

【００２３】図３（ａ）には、凸欠陥部からの反射光分
布が示されているが、図３（ｂ）に示す健全部からの反
射光分布に比べて、横方向に大きく拡がっている。それ
に対し、図３（ｃ）に示すように、研削された部分が少
ない凹欠陥部からの反射光分布では横方向への拡がりが
小さい。図３（ｂ）に示された健全部からの反射光分布
は、凸欠陥部と凹欠陥部との中間的な分布形状を示して
いる。

【００２４】そこで、上記の光学フィルタ１６（図２参
照）を通過した後の光を光検出素子１７で検出すること
により、凸欠陥部からは強い反射光強度に相当する電気
信号が得られ、凹欠陥部からは弱い反射光強度に相当す
る電気信号が得られ、また、健全部からは前二者の中間
的な反射光強度に相当する電気信号が得られる。図４
は、砥石により研削された部分の面積割合と、本実施形
態において測定された反射光強度の関係を示すグラフで
ある。

【００２５】砥石により研削された部分の面積割合は次
のようにして測定される。砥石によって研削処理された
冷延鋼板の表面を顕微鏡で撮影し、次に、その顕微鏡写
真の砥石により研削された部分を人手で着色し、次に、
それをコンピュータを用いた画像処理により着色部を抽
出し、次に、着色部の面積割合を計算する。面積割合
は、欠陥のほぼ中央付近の縦３．３ｍｍ×横２．５ｍｍ
の大きさの領域について測定される。着色された部分と
着色されなかった部分とは画像処理によって容易に識別
できるために、面積割合計算を高速、かつ高精度で行う
ことができる。

【００２６】なお、本実施形態では、顕微鏡写真を撮影
した後、画像処理を行っているが、顕微鏡にカメラを取
り付け、カメラで撮影した画像信号を直接、コンピュー
タに入力し、画像処理過程で砥石により研削された部分
と砥石により研削されなかった部分とを識別するように
してもよい。図５は、砥石により研削された部分の面積
割合を求めるために用いた上記顕微鏡写真をスケッチし
た模式図の一例である。

【００２７】図５のうち、縦線の施された部分が砥石に
より研削された部分２４であり、白抜きの部分が砥石に
より研削されなかった部分２５である。このような砥石
により研削された部分と砥石により研削されなかった部
分とから成るパターンのうちの対象とする測定領域内の
砥石により研削された部分の面積が測定され、その面積
が測定領域の面積で除算されて砥石により研削された部
分の面積割合が求められる。

【００２８】図４に戻って説明を続ける。図４の横軸は
上記の、砥石により研削された部分の面積割合であり、
縦軸は本実施形態の光学フィルタ１６（図２参照）を用
いて測定された反射光強度である。図４に示すように、
これら両者の間には高度の相関が認められる。従って、
目視検査による凹凸性欠陥の検出の代わりに、光学フィ
ルタ１６を通過した反射光強度を測定することにより、
凹凸性欠陥を的確に検出することができる。

【００２９】さらに、画像メモリ１９（図１参照）に記
憶された二次元画像２３を画像処理することにより、凸
欠陥と凹欠陥とをそれぞれ的確に検出することができ
る。図６は、二次元画像２３を画像処理して凸欠陥と凹
欠陥とを検出する手順を示す流れ図である。先ず、二次
元画像２３に含まれている微小ノイズを除去するため
に、各領域の反射光強度を所定の周波数帯域で平滑化す
るスムージング処理が行われ（ステップＳ１）、次に、
各領域毎の反射光強度が第１のしきい値により二値化処
理され、第１のしきい値を超える大きい反射光強度を有
する領域は凸欠陥として検出され（ステップＳ２）、ス
テップＳ４に進む。一方、ステップＳ２で第１のしきい
値を超えなかった領域はステップＳ３においてその反射
光強度が第２のしきい値により二値化処理され、第２の
しきい値に満たない小さい反射光強度を有する領域は凹
欠陥として検出され、ステップＳ４に進む。

【００３０】ステップＳ４では、検出された凸欠陥及び
凹欠陥について、平均反射光強度、欠陥面積、反射光強
度の和、欠陥発生位置、欠陥発生周期などの特徴量が求
められ、求められた特徴量が、検出すべき凸欠陥及び凹
欠陥の特徴量と合致しないデータはノイズとして除去さ
れ（ステップＳ５）、次に、欠陥種類の判定、有害欠陥
か無害欠陥かの判定、及び欠陥等級の判定などが行われ
（ステップＳ６）、それらの判定結果は図示しない出力
装置によって上位プロセス計算機に伝送される（ステッ
プＳ７）。

【００３１】図７は、凸欠陥及び凹欠陥の二次元画像、
並びに第１のしきい値による凸欠陥の検出結果及び第２
のしきい値による凹欠陥の検出結果を示す図である。図
７（ａ）は凸欠陥の二次元画像である。図７（ａ）の中
央部に密集した黒い微細な点一つ一つがそれぞれの領域
を表しており、このように反射光強度が大きい領域が密
集した部分が第１のしきい値と比較されて凸欠陥と判定
される。図７（ｃ）は、図７（ａ）の二次元画像が第１
のしきい値と比較された結果、凸欠陥として検出された
検出結果を示している。

【００３２】一方、図７（ｂ）は凹欠陥の二次元画像で
ある。図７（ｂ）の中央部には白い領域が密集してお
り、このように反射光強度が小さい領域が密集した部分
が第２のしきい値と比較されて凹欠陥と判定される。図
７は（ｄ）は、図７（ｂ）の二次元画像が第２のしきい
値と比較された結果、凹欠陥として検出された検出結果
を示している。

【００３３】なお、本実施形態では、各領域内の研削さ
れた部分の面積割合に対応する評価値として、被検査材
から反射された反射光の強度が用いられているが、評価
値は反射光強度に限定されるものではなく、例えば、被
検査材表面の各領域内の研削された部分の面積割合を直
接測定して評価値としてもよい。また、本実施形態で
は、ライン上を走行する冷延鋼板に本発明を適用した例
について説明したが、本発明の対象となる被検査材は冷
延鋼板のみに限定されるものではなく、例えば、その他
の鋼板やアルミ板についても適用できる。また、ライン
上を走行する被検査材のみでなく、静止している被検査
材についても適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面欠陥
検出方法によれば、表面研削処理の行われた被検査材表
面が二次元的に複数の領域に分割されて成る各領域に、
該各領域内の研削された部分の面積割合に対応する各評
価値を対応づけ、これら各評価値から成る二次元画像を
しきい値処理して被検査材表面の凹凸性欠陥を検出する
ようにしたので、表面欠陥の検出能が向上し、表面研削
処理された被検査材表面の欠陥部と健全部との表面性状
の差異を明確に検出することができる。そのため、軽度
な表面欠陥についても、砥石掛けによる研削むらと混同
することなく、的確に検出することができる。

【００３５】また、人間による目視検査と同様、砥石に
より研削された部分の面積割合に対応する評価値から成
る二次元画像情報を得ることができるので、この情報を
基に、高精度で欠陥種類の判定、欠陥等級の判定を行う
ことができ、過検出を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面欠陥検出方法の一実施形態を示す
概要図である。

【図２】本実施形態に用いられた光学フィルタの平面図
である。

【図３】研削処理された冷延鋼板表面の凸欠陥部、健全
部、及び凹欠陥部に照射されたレーザ光の反射光分布を
それぞれ示す図である。

【図４】砥石により研削された部分の面積割合と、本実
施形態において測定された反射光強度の関係を示すグラ
フである。

【図５】砥石により研削された部分の面積割合を求める
ために用いた顕微鏡写真をスケッチした模式図の一例で
ある。

【図６】二次元画像２３を画像処理して凸欠陥と凹欠陥
とを検出する手順を示す流れ図である。

【図７】凸欠陥及び凹欠陥の二次元画像、並びに第１の
しきい値による凸欠陥の検出結果及び第２のしきい値に
よる凹欠陥の検出結果を示す図である。

【符号の説明】

１０ 冷延鋼板 １１ レーザ光源 １２ レーザ光 １３ 回転ミラー １４ 投光レンズ １５ 集光レンズ １６ 光学フィルタ １６ａ，１６ｂ 切り欠き部 １７ 光検出素子 １８ Ａ／Ｄ変換器 １９ 画像メモリ ２０ トリガ回路 ２１ クロック回路 ２２ 画像処理回路 ２３ 二次元画像 ２４ 砥石により研削された部分 ２５ 砥石により研削されなかった部分 １００ 表面欠陥検出装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面研削処理の行われた被検査材表面が
   二次元的に複数の領域に分割されて成る各領域に、該各
   領域内の研削された部分の面積割合に対応する各評価値
   を対応づけ、 これら各評価値から成る二次元画像をしきい値処理する
   ことにより被検査材表面の凹凸性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】 前記面積割合が所定の第１のしきい値よ
   りも大きいことを表す評価値を持つ領域を凸欠陥、前記
   面積割合が所定の第２のしきい値よりも小さいことを表
   す評価値を持つ領域を凹欠陥として検出することを特徴
   とする請求項１記載の表面欠陥検出方法。