JPH09159621A

JPH09159621A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09159621A
Application number: JP7344397A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Oshige; 貴彦大重; Yuji Matoba; 有治的場; Akira Kazama; 彰風間; Tsutomu Kawamura; 努河村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】シ−ト状製品の表面にある油むら等の模様状疵
をオンラインで連続的に検出して、その種別や程度を正
確に弁別することは困難であった。【解決手段】光学系１の投光部２の位置を、無塗油の鋼
板６を検査するときには、鋼板６に対する偏光の入射角
が60度から80度の間になるように設定し、塗油材の鋼板
６を検査するときには入射角が55度から65度の間になる
ように設定する。この入射角に対応させて受光部３の位
置を可変して、最も信号レベルの高い状態で鋼板６の表
面を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば薄鋼板等
の表面疵を光学的に検出する表面検査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する
装置としては、レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化
を利用して疵を検出する方法が多く用いられている。こ
の方法は鋼板の表面に明らかな凹凸を形成している疵を
検出する場合には有効な方法である。

【０００３】一方、鋼板等の疵には、物性値のむら，ミ
クロな粗さのむら，薄い酸化膜等の局所的な存在あるい
はコ−ティング膜の厚さむらといった模様状疵といわれ
るものがある。このような模様状疵は表面の凹凸がない
ため、レ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が
困難である。例えば正常部で100Å程度の酸化膜が付い
ている冷延鋼板や鍍金鋼板，表面処理鋼板等の鋼板表面
に、局所的に400Å程度の酸化膜が厚く付いている異常
部がある場合、このような異常部の領域は表面処理工程
において塗装不良が生じるため、疵として検出して除去
したい要請がある。しかしながら、異常部と正常部の酸
化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてしまい、光の散
乱や回折を利用した方法では全く検出が不可能である。
このような表面疵は製品の品質に大いに影響するため、
これを検出できる新たな表面疵検査技術が切望されてい
た。

【０００４】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否かによって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。

【０００５】また、疵検査方法ではないが、偏光を用い
た膜厚あるいは物性値の測定方法が例えば特開昭62−29
3104号公報や特開平４−58138号公報等に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された測定方法は、試
料から反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通
して受光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置の
偏光パラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのうち入
射面方向の成分であるｐ偏光と入射面に垂直方向の成分
であるｓ偏光との振幅反射率比tanΨと位相差Δを演算
して、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さあるいは
物性値を精度良く測定する方法である。特開平４−5813
8号公報に示された測定方法は、試料から反射した偏光
を１／４波長板からなる移相子と検光子とを介してイメ
−ジセンサに導くときに、移相子の透過軸の位置を所定
角度変え、各角度毎に検光子を回転させてイメ−ジセン
サの画素毎に偏光パラメ−タを求めて、ノイズの影響を
受けずに複屈折分布を精度良く測定する方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭52−138183号公
報や特開昭58−204356号公報に示された検査方法は、偏
光を用いて正常部と異常部とを弁別しているが、厳密な
偏光パラメ−タである振幅反射率比tanΨと位相差Δを
判定することなしに疵を検出するようにしている。鋼板
等の表面の疵部は光学的物性が正常部と異なった部分で
あることが多く、このような部分は複素屈折率が正常部
と異なっているといえる。このような疵部を検出しよう
とした場合、偏光パラメ−タの振幅反射率比tanΨと位
相差Δの両方を測定することが必要であり、偏光パラメ
−タの変化の一部だけを測定していると検出できる疵は
限られてしまう。

【０００７】これに対して特開昭62−293104号公報や特
開平４−58138号公報に示された測定方法は、偏光パラ
メ−タの振幅反射率比tanΨと位相差Δを使用している
から、複素屈折率の異なる異常部を検出できる可能性が
ある。しかしながら、これらの方法は検査手法としては
非常に敏感であり、他の種類の疵や汚れ，油むら，スケ
−ルなどから相対的に微弱な検出強度した与えない模様
状の表面疵の情報のみを弁別して検出することは困難で
あった。特に、表面に油膜が塗布されて製造ライン上を
移動する鋼板を検査する場合には、その油膜と本来検出
すべき表面疵の両方を含んだ偏光パラメ−タを検出して
しまい、表面疵の情報だけを弁別して検出することはで
きなかった。このため、特に防錆のために表面に油膜が
塗布されていることが多い冷延鋼板等の通常の鋼板の表
面疵の検出に使える可能性がないと考えられており、鋼
板の模様状疵を光学的手段で検出すること、さらに表面
疵の種類や等級までを判定することは不可能とされてい
た。

【０００８】また、この方法は膜厚あるいは物性値を測
定する方法であり、そのためには偏光パラメ−タの振幅
反射率比tanΨと位相差Δを測定すれば十分であった、
しかしながら、これらのパラメ−タは必ずしも人の目で
見た状態と一致するものではなく、人が疵と認識できて
も偏光パラメ−タが変化しない疵については検出するこ
とが困難である。

【０００９】さらに、特開平４−58138号公報に示され
た方法は、薄膜評価等に使用されている偏光パラメ−タ
の検出を２次元に拡大したものであり、この場合は各画
素毎に複屈折率が求められるため、明確に定量化された
複屈折率により正常部と異常部を弁別することができ
る。しかしながら、移相子と検光子を機械的に回転させ
て測定しているため、被検査体の各位置における複屈折
率を測定するためには、少なくとも１回の測定中は被検
査体を停止させている必要があった。このため、例えば
鋼板等のように連続的に製造されて送られるシ−ト状製
品の表面をオンラインで連続的に検査することは不可能
であった。

【００１０】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、シ−ト状製品の表面にある模様状疵
もオンラインで連続的に検出して、その種別や程度を正
確に弁別することができる表面検査装置を得ることを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る表面検査
装置は、投光部と受光部と入射角可変部と受光角可変部
及び信号処理部とを有し、投光部は被検査面の幅方向全
体にわたり偏光光束を入射し、受光部は被検査面からの
反射光から異なる３つの偏光成分を抽出して画像信号に
変換し、入射角可変部は被検査面の幅方向の検査ライン
を中心にして投光部を回動して被検査面に入射する偏光
光束の入射角を可変し、受光角可変部は被検査面の幅方
向の検査ラインを中心にして受光部を回動して被検査面
で反射した光の受光角を可変し、信号処理部は上記画像
信号からエリプソパラメ−タと表面反射強度を算出し、
疵候補領域内におけるエリプソパラメ−タと表面反射強
度の正常部に対する大小を示す極性を算出し、算出した
エリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せによ
る疵特徴量を演算し、演算した疵特徴量から表面疵の種
類を判定することを特徴とする。

【００１２】上記入射角可変部は被検査面の状態を示す
情報により被検査面に入射する偏光光束の入射角を変更
し、受光角可変部は変更した入射角に応じて受光角を可
変することが望ましい。

【００１３】また、被検査面が無塗油状態のときに被検
査面に入射する偏光の入射角が60度から80度の範囲にな
るように投光部の位置を設定し、被検査面が塗油状態の
ときに入射角が55度から65度の範囲になるように投光部
の位置を設定すると良い。

【００１４】さらに、無塗油の被検査面だけ検査すると
きは、被検査面に入射する偏光の入射角が60度から80度
の範囲になるように投光部の位置を固定しても良い。

【００１５】また、投光部の位置を被検査面に入射する
偏光の入射角が55度から65度の範囲になるように固定し
ても良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】この発明においては、光学系と信
号処理部を有する。光学系を投光部と受光部と入射角可
変部及び受光角可変部で構成する。投光部は被検査体例
えば鋼板表面の幅方向全体にわたり所定入射角で偏光を
入射するものであり、光源と光源の前面に設けられた偏
光子とを有する。受光部は鋼板表面からの反射光を受光
して電気信号に変換するものであり、ビ−ムスプリッタ
と３個の検光子と３個のリニアアレイセンサとを有する
３板式偏光リニアアレイカメラで構成されている。ビ−
ムスプリッタは３個のプリズムからなり、鋼板からの反
射光を同じ光量の３本のビ−ムに分離する。３個の検光
子はそれぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が鋼板の入
射面となす角が、例えば「０」，「π／４」，「−π／
４」になるように配置され、３個のリニアアレイセンサ
は各検光子を通った偏光を入射して、偏光の強度分布を
示す画像信号に変換し信号処理部に送る。

【００１７】入射角可変部は投光部を回動して鋼板表面
に入射する光の入射角を可変するものであり、固定歯車
とガイドレ−ルと保持ベ−スと駆動歯車及び入射角可変
モ−タとを有する。固定歯車はほぼ半円形の歯車からな
り、中心が鋼板表面と一致するように固定されている。
ガイドレ−ルは固定歯車と同心の半円弧状に形成され、
固定歯車の外側に一定間隔をおいて固定されている。保
持ベ−スにはガイドレ−ルと係合するガイド部と、固定
歯車と噛み合う駆動歯車と及び駆動歯車を駆動する入射
角可変モ−タとを有し、投光部の光源と偏光子が搭載さ
れている。受光角可変部は保持ベ−スと駆動歯車及び受
光角可変モ−タとを有する。保持ベ−スには上記ガイド
レ−ルと係合するガイド部と固定歯車と噛み合う駆動歯
車と、駆動歯車を駆動する受光角可変モ−タとを有し、
受光部の３板式偏光リニアアレイカメラが搭載されてい
る。そして、鋼板の表面の状態を検査するときに、鋼板
の品種や塗油の有無を示す情報により入力角可変部に設
けた入力角可変モ−タにより駆動歯車を回転させて保持
ベ−スを固定歯車とガイドレ−ルに沿って回動して投光
部を鋼板の表面状態に応じた入射角に対応する位置に設
定する。すなわち、無塗油材を検査するときには、入射
角を60度から80度の間に設定し、塗油材を検査するとき
には入射角を55度から65度の間に設定する。そしてこの
入射角に対応させて受光角可変部の受光角可変モ−タを
回転駆動して３線式偏光リニアカメラを搭載した保持ベ
−スを回動して、３線式偏光リニアカメラを所定の受光
角の位置に合わせる。このようにして鋼板表面に塗油が
有るか否に応じて入射角を可変することにより、最も信
号レベルの高い状態で鋼板の表面を検査する。

【００１８】信号処理部は３個のリニアアレイセンサか
ら入力された偏光画像の光強度からエリプソパラメ−タ
tanΨ，cosΔと表面反射強度Ｉ₀を算出し、tanΨ画像と
cosΔ画像及びＩ₀画像を形成する。この３組のtanΨ画
像とcosΔ画像及びＩ₀画像の濃度レベルとあらかじめ定
められた基準濃度レベルとを比較して、tanΨ画像とcos
Δ画像及びＩ₀画像の濃度レベルが基準濃度レベルの範
囲外となる領域を疵候補領域として抽出する。この抽出
した疵候補領域内の各画素におけるエリプソパラメ−タ
tanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀を抽出して最大値又
は平均値の正常部に対する大小を示す極性を算出し、算
出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合
せによる疵特徴量を演算する。そして算出したエリプソ
パラメ−タtanΨとcosΔと表面反射強度Ｉ₀の極性の組
合せによる疵特徴量から表面疵の種類を判定する。

【００１９】このように被検査面の表面特性により敏感
に変化するエリプソパラメ−タtanΨとcosΔを検出し
て、疵の有無を判別するから、散乱光や回折で検出でき
なかった表面の物性変化も検出できる。また疵候補領域
を特定してエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反射
強度Ｉ₀の極性の組合せから疵の種類を判別するから、
簡単に疵の種類を判別することができるとともに疵の検
出精度を高める。

【００２０】また疵の種類を判別するときに疵候補領域
内におけるエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反射
強度Ｉ₀の極性変化の組合せと疵部の測定光強度の極性
変化により疵を判別することにより、より詳細に疵の種
類と等級を判別できる。

【００２１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の光学系を示す配
置図である。図に示すように、光学系１は投光部２と受
光部３と入射角可変部４及び受光角可変部５を有する。
投光部２は被検査体例えば鋼板６の表面に偏光を入射す
るものであり、光源７と光源７の前面に設けられた偏光
子８とを有する。光源７は鋼板６の幅方向に伸びた棒状
発光装置からなり、鋼板６の幅方向全体に一様な強度分
布を有する光を照射する。偏光子８は例えば偏光板又は
偏光フィルタからなり、図２の配置説明図に示すよう
に、透過軸Ｐが鋼板６の入射面となす角α₁がπ／４に
なるように配置されている。受光部３は例えば３板式偏
光リニアアレイカメラ９からなる。３板式偏光リニアア
レイカメラ９は、図３の構成図に示すように、ビ−ムス
プリッタ１０と３個の検光子１１ａ，１１ｂ，１１ｃと
３個のリニアアレイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとを
有する。ビ−ムスプリッタ１０は３個のプリズムからな
り、入射面に誘電体多層膜を蒸着した半透過性を有する
反射面が２面設けられ、鋼板６からの反射光を入射する
第１の反射面１０ａは透過率と反射率が約２対１の割合
になっており、第１の反射面１０ａを透過した光を入射
する第２の反射面１０ｂは透過率と反射率が１対１の割
合になっており、鋼板６からの反射光を同じ光量の３本
のビ−ムに分離する。また、ビ−ムスプリッタ１０の入
射面から分離した３本のビ−ムの出射面までの光路長は
同じにしてある。検光子１１ａは第２の反射面１０ｂの
透過光の光路に設けられ、図２に示すように、方位角す
なわち透過軸が鋼板６の入射面となす角α₂が０度にな
るように配置され、検光子１１ｂは第２の反射面１０ｂ
の反射光の光路に設けられ、方位角α₂がπ/４度になる
ように配置され、検光子１１ｃは第１の反射面１０ａの
反射光の光路に設けられ、方位角α₂が−π/４になるよ
うに配置されている。リニアアレイセンサ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検
光子１１ａ，１１ｂ，１１ｃの後段に配置されている。
また、ビ−ムスプリッタ１０と検光子１１ａ，１１ｂ，
１１ｃの間にはビ−ムスプリッタ１０内の多重反射光や
不必要な散乱光をカットするスリット１３ａ，１３ｂ，
１３ｃが設けられ、ビ−ムスプリッタ１０の前段にはレ
ンズ群１４が設けられている。また、リニアアレイセン
サ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは同じ光強度の光が入射した
ときに同じ信号を出力するように利得が調整してある。

【００２２】入射角可変部４は、図１と図１のＡ−Ａ断
面図である図４に示すように、固定歯車１５とガイドレ
−ル１６と保持ベ−ス１７と駆動歯車１８及び入射角可
変モ−タ１９とを有する。固定歯車１５はほぼ半円形の
歯車からなり、円弧側が上側になり、中心が鋼板６の幅
方向の検査ライン２０と一致するように鋼板６の搬送路
の側面に設けられた支持ブロック２１に固定されてい
る。ガイドレ−ル１６は固定歯車１５と同心の半円弧状
に形成され、固定歯車１５の外側に一定間隔をおいて固
定されている。保持ベ−ス１７にはガイドレ−ル１６と
係合するすべり案内やころがり案内を有するガイド部２
２と、固定歯車１５と噛み合う駆動歯車１８と、駆動歯
車１８を駆動する入射角可変モ−タ１９とを有し、投光
部２の光源７と偏光子８が搭載されている。受光角可変
部５は保持ベ−ス２３と駆動歯車２４及び受光角可変モ
−タ２５とを有する。保持ベ−ス２３にはガイドレ−ル
１６と係合するガイド部２６と固定歯車１５と噛み合う
駆動歯車２４と、駆動歯車２４を駆動する受光角可変モ
−タ２５とを有し、受光部３の３板式偏光リニアアレイ
カメラ９が搭載されている。なお、光源７を長くして３
板式偏光リニアアレイカメラ９を多数設置して検査する
幅を広げる場合には、図４に示すように光源７や３板式
偏光リニアアレイカメラ９を片持ちで支持せずに、ガイ
ドレ−ル１６と保持ベ−ス１７，２３を鋼板６の幅方向
の両側に設ければ良い。

【００２３】３板式偏光リニアアレイカメラ９のリニア
アレイセンサ１２ａ〜１２ｃは、図５のブロック図に示
すように、信号処理部３０に接続されている。信号処理
部３０は前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃとフレ−ムメ
モリ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとパラメ−タ演算部３３，
メモリ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，エッジ検出部３５，輝
度むら補正部３６，２値化処理部３７，メモリ３８ａ，
３８ｂ，３８ｃ，オア処理部３９，２値メモリ４０，疵
候補領域抽出部４１，特徴量演算部４２及び疵判定部４
３を有する。

【００２４】前処理部３１ａ〜３１ｃはリニアアレイセ
ンサ１２ａ〜１２ｃから出力された反射光の光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号を加算平均するとともに
鋼板６の移動量を検出して、鋼板６が信号処理における
１ラインの長さだけ移動したら、加算平均した信号を１
ラインのデ−タとしてフレ−ムメモリ３２ａ〜３２ｃに
送り、ライン速度が変わっても信号処理における１ライ
ンの長さを一定とする。フレ−ムメモリ３２ａ〜３２ｃ
は、例えば横1024画素×縦200ラインで構成され、1024
画素の１ラインデ−タを同一タイミングでサンプリング
して、200ラインに達するまで順次格納して２次元の偏
光画像を形成する。パラメ−タ演算部３３はフレ−ムメ
モリ３２ａ〜３２ｃに格納された偏光画像の各画素の光
強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号からエリプソパラメ
−タすなわち振幅反射率比tanΨと位相差Δを示すcosΔ
と鋼板６の反射光の表面反射強度Ｉ₀を演算して、メモ
リ３４ａ，３４ｂ，３４ｃにそれぞれtanΨ画像デ−タ
とcosΔ画像デ−タ及びＩ₀画像デ−タとして格納する。
エッジ検出部３５はtanΨ画像とcosΔ画像及びＩ₀画像
における鋼板６のエッジ部を検出する。輝度むら補正部
３６は光源７の強度むらや鋼板反射率むらによる幅方向
の強度むらと、それに伴う感度むらを補正する。２値化
処理部３７はtanΨ画像とΔ画像及びＩ₀画像を２値化し
て、それぞれメモリ３８ａ，３８ｂ，３８ｃに格納す
る。オア処理部３９はメモリ３８ａ，３８ｂ，３８ｃに
格納されたtanΨ，Δ，Ｉ₀の２値画像の各画素をオア処
理して２値メモリ４０に格納する。疵候補領域抽出部４
１は２値メモリ４０に格納された２値画像の各画素の濃
度から疵候補領域の位置を特定する。特徴量演算部４２
は疵候補領域におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀を抽出して絶対値
が最大となる値、すなわちピ−ク値又は平均値を演算し
特徴量を明らかにする。疵判定部４３は疵候補領域にお
けるtanΨ，Δ，Ｉ₀の最大値又は平均値が正常部よりプ
ラス領域かマイナス領域かを示す極性とから疵の種類を
判定する。

【００２５】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、３個のリニアアレイセンサ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃで検出した光強度から振幅反射率比
tanΨとcosΔと鋼板６の反射光の表面反射強度Ｉ₀を演
算する原理を説明する。

【００２６】図２に示すように偏光子８の透過軸Ｐと検
光子１１の透過軸Ａが鋼板６の入射面となす角をα₁，
α₂とすると、任意の入射角θで鋼板６に入射して反射
したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子１１を通って合成
されたときの光強度Ｉ(α₁，α₂)は、ｐ成分とｓ成分の
振幅反射率をｒ_p，ｒ_sとすると次式で表せる。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここでα₁＝π／４にしたとき、α₂＝０の
検光子１１ａを通った光強度Ｉ₁は、Ｉ₁＝Ｉ₀ρ²とな
り、α₂＝π／４の検光子１１ｂを通った光強度Ｉ₂は、
Ｉ₂＝Ｉ₀(１＋ρ²＋２ρcosΔ）／２、α₂＝−π／４の
検光子１１ｃを通った光強度Ｉ₃は、Ｉ₃＝Ｉ₀(１＋ρ²
−２ρcosΔ）／２となる。この光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃か
らtanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀は次式で得られ
る。

【００２９】

【数２】

【００３０】但し、光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃はカメラのア
ンプゲインなどの選び方によって定数倍される場合もあ
る。

【００３１】上記表面検査装置で鋼板６の表面を検査す
るため投光部２から出射されて移動している鋼板６の表
面で反射した偏光はビ−ムスプリッタ１０で分離され、
検光子１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通ってリニアアレイセ
ンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに入射する。このリニアア
レイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃで反射光の光強度を
検出するときに、リニアアレイセンサ１２ａの前面には
α₂＝０の検光子１１ａが設けられているから、リニア
アレイセンサ１２ａは前記光強度Ｉ₁を検出し、リニア
アレイセンサ１２ｂの前面にはα₂＝π／４の検光子１
１ｂが設けられているから、リニアアレイセンサ１２ｂ
は前記光強度Ｉ₂を検出し、リニアアレイセンサ１２ｃ
の前面にはα₂＝−π／４の検光子１１ｃが設けられて
いるから、リニアアレイセンサ１２ｃは前記光強度Ｉ₃
を検出する。リニアアレイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２
ｃで検出した光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号がそ
れぞれ前処理部３１ａ〜３１ｂで長手方向の分解能が一
定にされてフレ−ムメモリ３２ａ〜３２ｃに展開され、
図６の画像説明図の（ａ）に示すように、Ｉ₁偏光画像
４４ａとＩ₂偏光画像４４ｂとＩ₃偏光画像４４ｃを形成
する。ここでリニアアレイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２
ｃは光学的に位置，角度を調整して同じ視野となってお
り、同じタイミングで検出した光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃は
鋼板６の同一位置で反射した光の光強度になっている。
なお、リニアアレイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃで同
一位置の反射光を同じタイミングで検出できない場合
は、リニアアレイセンサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力
端に遅延回路等を設けて、検出位置とタイミングを合わ
せるようにしても良い。

【００３２】パラメ−タ演算部３３はフレ−ムメモリ３
２ａ〜３２ｃに格納された偏光画像４４ａ〜４４ｃの各
画素の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号からエリプ
ソパラメ−タすなわち振幅反射率比tanΨと位相差Δを
示すcosΔと鋼板６の反射光の表面反射強度Ｉ₀を演算し
て、メモリ３４ａ〜３４ｃにtanΨ画像デ−タとcosΔ画
像デ−タ及びＩ₀画像デ−タとして格納する。エッジ検
出部３５はメモリ３４ａ〜３４ｃに展開されたtanΨ画
像，cosΔ画像，Ｉ₀画像の鋼板６の領域では、図７に示
すように、信号レベルが高く、鋼板６ではない背景領域
では信号レベルが小さくなることから信号レベルが急激
に変わっている点を鋼板６のエッジ部として特定し、信
号処理領域を定める。この信号処理領域におけるtan
Ψ，cosΔ，Ｉ₀の１ラインの信号強度は、例えば図８
（ａ）に示すように、幅方向に大きなむらがある。そこ
で輝度むら補正部３６は１ラインの信号を幅方向に基準
点を中心に左右の数10点で移動平均して、図８（ｂ）に
示すように、移動平均した信号tanΨｍ，cosΔｍ，Ｉ₀
ｍを作成する。そして、図８（ｃ）に示すように、移動
平均前の信号tanΨ，cosΔ，Ｉ₀と移動平均した信号tan
Ψｍ，cosΔｍ，Ｉ₀ｍ及び地肌である正常部を示す基準
レベルＣから次式により各画素毎の補正信号tanΨｃ，c
osΔｃ，Ｉ₀ｃを算出する。なお、次式においてＡは定
数である。

【００３３】

【数３】

【００３４】この輝度むら補正した信号において、図８
（ｃ）に示すように、鋼板６の地肌である正常部に対し
て明るく見える疵４６ａの信号レベルは正常部４７の基
準レベルＣより高く、正常部に対して暗く見える疵４６
ｂの信号レベルは基準レベルＣより低くなる。この補正
された画像を２値化処理部３７で２値化して、tanΨ
ｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの２値化画像をぞれぞれメモリ３８
ａ〜３８ｃに格納する。この２値化するときの２値化レ
ベルは鋼板６の表面粗さや表面の塗油状態に応じて定め
られているが、測定したデ−タのピ−ク値やバラツキ等
から自動的に求めてノイズレベルに設定しても良い。ま
た、疵は種類によって正常部のレベルに対して高いレベ
ルになる場合と低いレベルになる場合があるため、図９
に示すように正常レベルに対してプラス，マイナス両方
の２値化レベル４８ａ，４８ｂを設定して２値化し、信
号レベルがプラスの２値化レベル４８ａとマイナスの２
値化レベル４８ｂ以外の範囲を白、２値化レベル４８
ａ，４８ｂの範囲内を黒として正常部とする。

【００３５】この２値化画像はtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀
ｃの３画像があり、例えば図６（ｂ）に示すように、疵
４６ａ，４６ｂが３画像に共通して異常値として検出さ
れるとは限らない。そこでオア処理部３９はメモリ３８
ａ〜３８ｃに格納されたtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの２
値画像を各画素毎にオア処理して、図６（ｃ）に示すオ
ア処理画像４９を２値メモリ４０に格納する。疵候補領
域抽出部４１は２値メモリ４０に格納されたオア処理画
像４９の疵部４６ａ，４６ｂを示す白い部分の位置を求
め、図６（ｄ）に示すように、白い部分に外接する長方
形の領域を疵候補領域５０ａ，５０ｂとして抽出し、疵
候補領域５０ａ，５０ｂの２点例えば右上のＰ₁，Ｐ₃点
と左下のＰ₂，Ｐ₄点の座標から疵候補領域５０ａ，５０
ｂを特定して特徴量演算部４２に送る。特徴量演算部４
２は疵候補領域５０ａ，５０ｂにおける各画素のtanΨ
ｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃのピ−ク値又は平均値を求め、疵候
補領域５０ａ，５０ｂにおけるtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀
ｃのピ−ク値又は平均値が正常部の基準レベルよりプラ
ス領域かマイナス領域かを示す極性を求め、極性パタ−
ン等の疵特徴量Ｅｐｐを例えば、Ｅｐｐ＝９Δｐ＋３Ψ
ｐ＋Ｉｐで演算する。ここでΨｐはtanΨｃの極性、Δ
ｐはcosΔｃの極性、ＩｐはＩ₀ｃの極性を示し、例えば
プラス極性のときは「２」、正常部と同じときは
「１」、マイナス極性のときは「０」と数値化して表
す。

【００３６】また、疵特徴量Ｅｐｐと同様に、疵候補領
域５０ａ，５０ｂにおける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のピ
−ク値又は平均値を求め、疵候補領域５０ａ，５０ｂに
おける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のピ−ク値又は平均値は
正常部の基準レベルよりプラス領域かマイナス領域かを
示す極性を求め、極性パタ−ンの疵特徴量Ｉｐｐを例え
ばＩｐｐ＝９Ｉ１ｐ＋３Ｉ２ｐ＋Ｉ３ｐで演算する。こ
こでＩ１ｐはＩ１の極性、Ｉ２ｐはＩ２の極性、Ｉ３ｐ
はＩ３の極性を示し、例えばプラス極性のときは
「２」、正常部と同じときは「１」、マイナス極性のと
きは「０」と数値化して表す。さらに、特徴量演算部４
２は疵候補領域抽出部４１で算出した疵候補領域の座標
から疵の長さと幅を求める。

【００３７】疵判定部４３は送られた疵候補領域５０
ａ，５０ｂの疵特徴量Ｅｐｐを使って疵の種類を判定す
る。例えば冷延鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，
Ｖ，Ｗ、Ｘに対するtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性変
化を調べた結果と疵特徴量Ｅｐｐは図１０に示すように
なり、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ
に対するtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性変化を調べた
結果と疵特徴量Ｅｐｐは図１１に示すようになった。そ
こで疵判定部４３はこの各疵種の疵特徴量Ｅｐｐと特徴
量演算部４２で算出した疵特徴量Ｅｐｐから疵種を判別
する。すなわち、tanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性の１
又は２つの組合せでは、図１０，図１１に示すように疵
種を判別することはできないが、tanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ
₀ｃの３つの極性を組み合わせることにより疵種を明確
に区分けすることができる。そこで例えば冷延鋼板の場
合には、疵特徴量Ｅｐｐが「０」のときは疵種Ｔと判定
し、疵特徴量Ｅｐｐが「１」のときは疵種Ｖと判定し、
疵特徴量Ｅｐｐが「12」のときは疵種Ｗと判定し、疵特
徴量Ｅｐｐが「18」のときは疵種Ｓか疵種Ｘと判定し、
疵特徴量Ｅｐｐが「24」のときは疵種Ｕと判定する。

【００３８】ここで、図１０における疵種Ｖ，Ｗ及び図
１１における疵種Ｚ，Ｗは油むらであり、通常は無害な
疵である。このように疵特徴量Ｅｐｐを用いることによ
り、油のむらが存在する鋼板６を検査する場合において
も、油むらと他の疵を弁別することができる。

【００３９】上記のように冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘの
ように疵特徴量Ｅｐｐだけでは区分できない場合もあ
る。このような場合には、さらに疵候補領域５０ａ，５
０ｂの疵特徴量Ｉｐｐも使う。冷延鋼板における異なる
疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに対するＩ１，Ｉ２，Ｉ３
の極性変化を調べた結果と疵特徴量Ｉｐｐは図１２に示
すようになり、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，
Ｙ，Ｚ，Ｗに対するＩ１，Ｉ２，Ｉ３の極性変化を調べ
た結果と疵特徴量Ｉｐｐは図１３に示すようになった。
冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘについては疵特徴量Ｅｐｐが
同じであるため区分ができなかったが、疵特徴量Ｉｐｐ
が異なるので、疵特徴量Ｉｐｐにより明確に区分するこ
とができる。また、疵の等級はtanΨ，cosΔ，Ｉ₀のピ
−ク値や平均値、疵の長さ、幅も使い判定する。

【００４０】なお、上記は偏光画像から直ちにtanΨ，c
osΔ，Ｉ₀を演算した場合について説明したが、Ｉ₁，Ｉ
₂，Ｉ₃の偏光画像から疵候補領域を検出してから疵候補
領域内だけtanΨ，cosΔ，Ｉ₀を演算したり、Ｉ₁，
Ｉ₂，Ｉ₃の偏光画像から検出した疵候補領域内の測定光
強度の代表値例えばピ−ク値や平均値からtanΨ，cos
Δ，Ｉ₀を演算するようにして疵特徴量Ｅｐｐを求めて
も良い。

【００４１】このようにして投光部２から出射して鋼板
６の表面で反射した偏光をリニアアレイセンサ１２ａ〜
１２ｃで検出しているとき、鋼板６あるいは鋼板６に塗
布した油は入射した光の一部を吸収するため、入射角に
よりｓ偏光とｐ偏光の振幅反射率と位相が変化する。そ
こで上記表面検査装置で冷延鋼板の無塗油材と塗油材に
ついて入射角度を変えながら輝度むら補正後に信号レベ
ルの関係を調べた結果を図１４，図１５に示す。図１
４，図１５において、白丸印はα₂＝０の検光子１１ａ
を通して検出した信号レベルを示し、黒角印はα₂＝π
／４の検光子１１ｂを通して検出した信号レベル、白角
印はα₂＝−π／４の検光子１１ｃを通して検出した信
号レベルを示す。また、図１４は無塗油材の場合、図１
５は塗油材の場合を示す。図１４に示すように、無塗油
材の場合は入射角が大きい方が信号レベルが大きく、特
にα₂＝π／４の偏光成分の信号レベルは入射角が50度
を超えると急激に高くなる。また、図１５に示すよう
に、塗油材の場合、π／４の偏光成分の信号レベルは無
塗油材の場合と同様に変化するが、α₂＝０とα₂＝−π
／４の偏光成分の信号レベルは、入射角が60度を超すと
次第に小さくなっていく傾向がある。したがって、無塗
油材を検査するときには、入射角をなるべく大きくする
ことが望ましい。しかしながら入射角をあまり大きくす
ると鋼板６のパスラインの変動の影響を受けやすい。そ
こで無塗油材を検査するときには入射角を例えば60度か
ら80度の間に設定すると良い。また、塗油材を検査する
ときには、無塗油材を検査するときのように入射角を大
きくすると、油の表面反射により相対的な信号レベルの
低下が生じるから、入射角を55度から65度の間に設定す
ると良い。なお、亜鉛鍍金鋼板等について調べた結果も
同様な傾向が見られた。

【００４２】そこで、鋼板６の表面の状態を検査すると
きに、例えば鋼板６の製造ラインを制御するプロセスコ
ンピュ−タからの品種や塗油の有無を示す情報を表面検
査装置で受け取り、この情報により光学系１の入力角可
変部４に設けた入力角可変モ−タ１９を回転制御して駆
動歯車１８を回転させて保持ベ−ス１７を固定歯車１５
とガイドレ−ル１６に沿って回動して投光部２を鋼板の
表面状態に応じた入射角に対応する位置に設定する。す
なわち、無塗油材を検査するときには、入射角を60度か
ら80度の間に設定し、塗油材を検査するときには入射角
を55度から65度の間に設定する。そして投光部２の位置
に対応させて受光角可変部５の受光角可変モ−タ２５を
回転駆動して３線式偏光リニアカメラ９を搭載した保持
ベ−ス２３を回動して、３線式偏光リニアカメラ９を所
定の受光角の位置に合わせる。このようにして鋼板６の
表面に塗油が有るか否に応じて入射角を可変することに
より、最も信号レベルの高い状態で鋼板６の表面を検査
することができ、安定した検査を行うことができる。

【００４３】なお、上記実施例は１台の表面検査装置で
無塗油材と塗油材の両方を検査する場合について説明し
たが、無塗油材又は塗油材にいずれか一方を検査する場
合には、投光部２を無塗油材又は塗油材に応じて入射角
が60度から80度の間又は55度から65度の間になるように
固定し、それに応じて３線式偏光リニアカメラ９の位置
を定めて固定して設定すると、入射角可変部４や受光角
可変部５を省略することができる。また、無塗油材を検
査するときに信号レベルは若干低下するが、投光部２の
位置を入射角が55度から65度の間になるように設定する
と、１台の表面検査装置で無塗油材と塗油材の両方を検
査することができる。

【００４４】また、上記実施例は入射角可変部４や受光
角可変部５を固定歯車１５とガイドレ−ル及び固定歯車
１５に係合する駆動歯車１８，２４等で構成し、投光部
２と受光部３を回動して入射角と受光角を可変する場合
について説明したが、投光部２と鋼板６の間及び鋼板６
と受光部３との間にそれぞれ反射鏡を設け、各反射鏡の
投光部２と投光部３に対する位置と取付角度を可変し
て、入射角と受光角を可変するようにしても良い。

【００４５】また、上記実施例は受光部３として３線式
偏光リニアカメラ９を使用した場合について説明した
が、図１６に示すように、ビ−ムスプリッタ５１ａ，５
１ｂ，５１ｃと、例えばＣＣＤからなるリニアアレイカ
メラ５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、リニアアレイカメラ５
２ａ〜５２ｃの受光面の前面に設けられた検光子５３
ａ，５３ｂ，５３ｃで受光部３を構成しても良い。

【００４６】また、上記実施例は光源７からの光を偏光
子８に直接入射した場合について説明したが、光源７か
らの光を光ファイバ束とレンズ群を通して偏光子８に入
射しても良い。

【００４７】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
材の表面の状態を検査するときに、被検査材表面の状態
に応じて被検査材表面に入射する偏光の入射角を可変
し、可変した入射角に応じて受光部で受光する偏光の受
光角を変えるようにしたから、被検査材表面の状態に応
じて任意に入射角を可変することができ、最適な入射角
で被検査材表面に偏光を入射させることができ、被検査
材の状態を精度良く検出することができる。

【００４８】また、無塗油材を検査するときには、入射
角を60度から80度の間に設定し、塗油材を検査するとき
には入射角を55度から65度の間に設定し、この入射角に
対応させて受光部を所定の受光角の位置に合わせように
したから、最も信号レベルの高い状態で被検査材の表面
を検査することができ、疵等をより安定して検出するこ
とができる。

【００４９】また、異なる３種類の偏光画像から疵候補
領域を抽出し、疵候補領域の各画素におけるエリプソパ
ラメ−タtanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀のピ−ク値
又は平均値の正常部に対する大小を示す極性を算出し、
算出したエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反射強
度Ｉ₀の極性変化の組合せを示す疵特徴量から疵の種類
を判定するようにしたから、散乱光や回折では検出でき
なかった表面の物性変化をも検出することができ、疵の
検出精度を高めることができる。

【００５０】また、疵の種類を判別するときに疵候補領
域内におけるエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反
射強度Ｉ₀の極性変化の組合せに加えて疵部の３種類の
測定光強度の極性変化の組合せにより疵を判別するか
ら、より詳細に疵の種類と等級を判別することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の光学系を示す配置図であ
る。

【図２】上記実施例の配置を示す説明図である。

【図３】上記実施例の３板式偏光リニアカメラの構成図
である。

【図４】図１に示す光学系のＡ−Ａ断面図である。

【図５】上記実施例の信号処理部を示すブロック図であ
る。

【図６】上記実施例の動作を示す画像説明図である。

【図７】エッジ検出動作を示す信号強度分布図である。

【図８】輝度むら補正動作を示す説明図である。

【図９】２値化レベルを示す濃度特性図である。

【図１０】冷延鋼板における疵種の極性特性図である。

【図１１】鍍金鋼板における疵種の極性特性図である。

【図１２】冷延鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図１３】鍍金鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図１４】冷延鋼板の無塗油材についての入射角度と信
号レベルの変化特性図である。

【図１５】冷延鋼板の塗油材についての入射角度と信号
レベルの変化特性図である。

【図１６】他の光学系の受光部を示す構成図である。

【符号の説明】

１光学系２投光部３受光部４入射角可変部５受光角可変部６鋼板７光源８偏光子９３板式偏光リニアカメラ１０ビ−ムスプリッタ１１検光子１２リニアアレイセンサ３０信号処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河村努東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光部と受光部と入射角可変部と受光角
可変部及び信号処理部とを有し、投光部は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射
し、受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
分を抽出して画像信号に変換し、入射角可変部は被検査面の幅方向の検査ラインを中心に
して投光部を回動して被検査面に入射する偏光光束の入
射角を可変し、受光角可変部は被検査面の幅方向の検査ラインを中心に
して受光部を回動して被検査面で反射した光の受光角を
可変し、信号処理部は上記画像信号からエリプソパラメ−タと表
面反射強度を算出し、疵候補領域内におけるエリプソパ
ラメ−タと表面反射強度の正常部に対する大小を示す極
性を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強
度の極性の組合せによる疵特徴量を演算し、演算した疵
特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする表
面検査装置。
【請求項２】上記入射角可変部は被検査面の状態を示
す情報により被検査面に入射する偏光光束の入射角を変
更し、受光角可変部は変更した入射角に応じて受光角を
可変する請求項１記載の表面検査装置。
【請求項３】投光部と受光部及び信号処理部とを有
し、投光部は被検査面が無塗油の状態のときに入射角を60度
から80度の範囲に設定し、被検査面が塗油の状態のとき
に入射角を55度から65度の範囲に設定して被検査面の幅
方向全体にわたり偏光光束を入射し、受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
分を抽出して画像信号に変換し、信号処理部は上記画像信号からエリプソパラメ−タと表
面反射強度を算出し、疵候補領域内におけるエリプソパ
ラメ−タと表面反射強度の正常部に対する大小を示す極
性を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強
度の極性の組合せによる疵特徴量を演算し、演算した疵
特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする表
面検査装置。
【請求項４】投光部と受光部及び信号処理部とを有
し、投光部は被検査面に対する入射角を60度から80度の範囲
に設定した偏光光束を被検査面の幅方向全体にわたり入
射し、受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
分を抽出して画像信号に変換し、信号処理部は上記画像信号からエリプソパラメ−タと表
面反射強度を算出し、疵候補領域内におけるエリプソパ
ラメ−タと表面反射強度の正常部に対する大小を示す極
性を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強
度の極性の組合せによる疵特徴量を演算し、演算した疵
特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする表
面検査装置。
【請求項５】投光部と受光部及び信号処理部とを有
し、投光部は被検査面に対する入射角を55度から65度の範囲
の範囲に設定した偏光光束を被検査面の幅方向全体にわ
たり入射し、受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
分を抽出して画像信号に変換し、信号処理部は上記画像信号からエリプソパラメ−タと表
面反射強度を算出し、疵候補領域内におけるエリプソパ
ラメ−タと表面反射強度の正常部に対する大小を示す極
性を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強
度の極性の組合せによる疵特徴量を演算し、演算した疵
特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする表
面検査装置。