JPH09166551A

JPH09166551A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09166551A
Application number: JP8284579A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kawamura; 努河村; Yuji Matoba; 有治的場; Akira Kazama; 彰風間; Takahiko Oshige; 貴彦大重
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高速で移動する鋼板の油のしみや酸化膜のむ
ら，異物の付着をオンライン判別することは困難であっ
た。【解決手段】３組のリニアアレイセンサ１０ａ〜１０ｃ
から入力された鋼板４表面の偏光画像の濃度レベルと基
準濃度レベルとを信号処理部１３で比較して、測定した
偏光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。抽出した疵候補領域
内における測定光強度から被検査面の疵を判定するエリ
プソパラメ−タと表面反射強度を算出し、演算処理する
画素の領域を限定して、偏光画像の全画素について演算
する場合と比べて演算処理時間を大幅に短縮する。

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、表面の凹凸はな
く、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。

【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
高いか否可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。また、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62−293104号公報に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された検査方法は、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
エリプソパラメ−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。

【０００５】

【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
エリプソパラメ−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。このような場合、エリプ
ソパラメ−タの振幅反射率比tanΨと位相差Δの両方を
考慮しないと、エリプソパラメ−タの変化の一部しか捕
らえることができず、例えば検査結果として異常部が検
出できたとしても、それが油のしみか、酸化膜のむら
か、又は何らかしらの異常な付着物が付着したのである
か等を弁別することができず、異常部の種別と程度を判
定することは困難であった。

【０００６】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tanΨと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報に示されている装置を鋼板の幅方向に多数並べた
り、幅方向に高速に移動可能な機構を持った手段によっ
て１台の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走
査が可能になったとしても、信号処理部は全測定点につ
いて偏光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率
比tanΨと位相差Δを演算子、画像処理装置などを用い
て疵種と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方
向１ラインで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけら
ばならず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア
演算で行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、
例えば毎分数100ｍの速度で通過する鋼板等のシ−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。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算
処理装置が必要となり、装置が高価になってしまう。

【０００７】また、こ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、その油膜むらと本来検出
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、この方法は元々膜厚あるいは物性値
を測定する方法であり、そのためにはエリプソパラメ−
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
識できてもエリプソパラメ−タは変化しない疵について
は検出することができない。

【０００９】また、エリプソパラメ−タの演算を行う
と、疵部でのＳ／Ｎが撮像装置で捕らえた偏光画像のう
ちＳ／Ｎが最大のものと比べると低下してしまう場合も
あり、疵を見逃す危険性があった。

【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、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の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、投光部と検出部と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、検
出部は被検査面からの反射光を３本のビ−ムに分離する
ビ−ムスプリッタと、分離された３本のビ−ムの光路に
それぞれ設けられ、それぞれ異なる方位角を有する検光
子と、各検光子を透過した光を受光するリニアアレイセ
ンサとを有し、被検査面からの反射光を入射し画像信号
に変換し、信号処理部は疵候補領域抽出部とパラメ−タ
演算部と判定部とを有し、疵候補領域抽出部は３組のリ
ニアアレイセンサから入力された偏光画像の濃度レベル
と基準濃度レベルとを比較して、測定した偏光画像の濃
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
領域として抽出し、パラメ−タ演算部は抽出した疵候補
領域内における測定光強度からエリプソパラメ−タと表
面反射強度を算出し、判定部は算出したエリプソパラメ
−タと表面反射強度の特性とあらかじめ定められた表面
疵の特性とを比較し、表面疵の等級と種類を判定するこ
とを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明においては、表面検査装
置を投光部と受光部及び信号処理部で構成する。投光部
は被検査面の幅方向全体にわたり一定入射角で光束を入
射するように光源が配置され、光源と被検査面の入射面
との間に偏光板が設けられている。受光部は３組のリニ
アアレイセンサと、各リニアアレイセンサの受光面の前
面に設けられた検光子とで構成し、３組の検光子はそれ
ぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が被検査面の入射面
となす角が、例えば「０」，「π/４」，「−π/４」に
なるように配置され、３組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
を信号処理部に出力する。

【００１３】信号処理部には疵候補領域抽出部とパラメ
−タ演算部と判定部とが設けられている。疵候補領域抽
出部には、被検査面の正常状態を示す基準濃度レベルが
あらかじめ格納されているか、もしくは測定したデ−タ
のピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めるようになっ
ている。そして３組のリニアアレイセンサから入力され
た偏光画像の濃度レベルと基準濃度レベルとを比較し
て、測定した偏光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における測定光強度からパラメ−タ
演算部でエリプソパラメ−タtanΨ，cosΔと表面反射強
度を算出することにより、演算処理する画素の領域を限
定して演算処理時間を短縮する。さらにパラメ−タ演算
部で演算する前に疵候補領域を特定することにより、疵
部の信号レベルが低下することを防ぎ、疵の検出精度を
高める。判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面反
射強度の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性とを
比較して異常の程度を判定する。

【００１４】

【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と反
射光検出部３を有する。投光部２は被検査体例えば鋼板
４の幅方向全体に一定の入射角で偏光を入射するもので
あり、光源５と、光源５の前面に設けられた光ファイバ
束６と、光ファイバ束６の先端部に設けられたレンズ群
７と、レンズ群７の前面に設けられた偏光子８とを有す
る。なお、投光部２は光源５として鋼板４の幅方向に伸
びた棒状の光源を使用して光ファイバ束６とレンズ群７
を省略するようにしても良い。偏光子８は偏光板もしく
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４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。反射光検出部３は鋼板４か
ら反射角θの正反射光を受光するものであり、ビ−ムス
プリッタ９ａ，９ｂと、例えばＣＣＤからなるリニアア
レイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、リニアアレイカ
メラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの受光面の前面に設けられ
た検光子１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを有する撮像装置１
２が鋼板４の幅方向に連設されている。検光子１１ａ，
１１ｂ，１１ｃは例えば偏光板もしくは偏光フィルタか
らなり、図２に示すように、検光子１１の透過軸が鋼板
４の入射面となす角α₂は検光子１１ａがα₂＝０、検光
子１１ｂがα₂＝π/４、検光子１１ｃがα₂＝−π/４に
なるように配置されている。

【００１５】反射光検出部３のリニアアレイカメラ１０
ａ，１０ｂ，１０ｃは、図３のブロック図に示すよう
に、信号処理部１３に接続されている。信号処理部１３
は多値フレ−ムメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと２値化
処理部１５，２値メモリ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，オア
処理部１７，２値メモリ１８，疵候補領域抽出部１９，
パラメ−タ演算部２０，tanΨ記憶部２１ａとcosΔ記憶
部２１ｂとＩ₀記憶部２１ｃ及び判定部２２を有する。
多値フレ−ムメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃにはそれぞ
れリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃから出力
された反射光の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号が
各画素毎に展開されて偏光画像を形成する。２値化処理
部１５は多値フレ−ムメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに
格納された偏光画像を２値化して、それぞれ２値メモリ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃに格納する。オア処理部１７は
２値メモリ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに格納された２値画
像の各画素をオア処理して２値メモリ１８に格納する。
疵候補領域抽出部１９は２値メモリ１８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。パラメ−タ演算部２０は疵候補領域として特定され
た位置の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号から各画
素におけるエリプソパラメ−タすなわち振幅反射率比ta
nΨと位相差Δを示すcosΔと、鋼板４の反射光の表面反
射強度Ｉ₀を演算し、tanΨ記憶部２１ａとcosΔ記憶部
２１ｂとＩ₀記憶部２１ｃに格納する。判定部２２には
あらかじめ求めておいた鋼板４の表面の特性、すなわち
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−ティング膜厚の厚さむらといっ
た模様状疵や凹凸状疵に応じたtanΨとcosΔ及び表面反
射強度Ｉ₀の各種特性が記憶してあり、tanΨ記憶部２１
ａとcosΔ記憶部２１ｂとＩ₀記憶部２１ｃに記憶された
tanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀とあらかじめ記憶さ
れた特性とを各画素毎に比較し、鋼板４の表面の模様状
疵や凹凸状疵の有無とその種別と程度を判定して出力す
る。

【００１６】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、まず、３個のリニアアレイカメ
ラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃで検出した光強度から振幅反
射率比tanΨとcosΔと鋼板４の反射光の表面反射強度Ｉ
₀を演算する原理を説明する。

【００１７】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４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４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。

【００１８】

【数１】

【００１９】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。

【００２０】

【数２】

【００２１】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。

【００２２】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部２から出射されて一定速度で移
動している鋼板４の表面で反射した偏光はビ−ムスプリ
ッタ９ａ，９ｂで分離され、検光子１１ａ，１１ｂ，１
１ｃを通ってリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０
ｃに入射する。このリニアアレイカメラ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃで反射光の光強度を検出するときに、リニア
アレイカメラ１０ａの前面にはα₂＝０の検光子１１ａ
が設けられているから、リニアアレイカメラ１０ａは前
記光強度Ｉ₁を検出し、リニアアレイカメラ１０ｂの前
面にはα₂＝π／４の検光子１１ｂが設けられているか
ら、リニアアレイカメラ１０ｂは前記光強度Ｉ₂を検出
し、リニアアレイカメラ１０ｃ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
カメラ１０ｃは前記光強度Ｉ₃を検出する。リニアアレ
イカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃで検出した光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号がそれぞれ多値フレ−ム
メモリ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに展開され、図４の画像
説明図の（ａ）に示すように、Ｉ₁偏光画像２４ａとＩ₂
偏光画像２４ｂとＩ₃偏光画像２４ｃを形成する。ここ
でリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ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４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
アアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ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
レイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ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。

【００２３】多値フレ−ムメモリ１２ａ，１２ｂ，１２
ｃは、例えば横1024画素×縦200ラインからなり、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、このサンプリングが200ラインに達するまで順次格
納し、Ｉ₁偏光画像２４ａとＩ₂偏光画像２４ｂとＩ₃偏
光画像２４ｃを形成する。２値化処理部２５は鋼板４の
表面粗さや表面の塗油状態に応じてあらかじめ定められ
ている２値化レベルによりＩ₁偏光画像２４ａとＩ₂偏光
画像２４ｂとＩ₃偏光画像２４ｃを図４（ｂ）に示すよ
うに２値化し、２値化画像２５ａ，２５ｂ，２５ｃをそ
れぞれ２値化メモリ１８ａ，１８ｂ，１８ｃに格納す
る。この２値化するときの２値化レベルは鋼板４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５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２６
ａ，２６ｂを設定して２値化し、図４（ｂ）に示すよう
に、例えば疵部２７ａ，２７ｂを白、正常部２８を黒と
する。

【００２４】この２値化画像２５ａ，２５ｂ，２５ｃは
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の３画像があり、図４（ｂ）に示すよう
に、疵２７ａ，２７ｂ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ため、オア処理部１７で、図４
（ｃ）に示すように、Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の２値画像を各画
素毎にオア処理して、オア処理画像２９を２値メモリ１
８に格納する。疵候補領域抽出部１９は２値メモリ１８
に格納されたオア処理画像２９の疵部２７ａ，２７ｂを
示す白い部分の位置を求め、図４（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３０ａ，
３０ｂとして抽出し、疵候補領域３０ａ，３０ｂ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３０ａ，３０ｂを特定し、パラメ−タ演算部
２０に送る。パラメ−タ演算部２０は送られた疵候補領
域３０ａ，３０ｂの各画素に対応する光強度Ｉ₁，Ｉ₂，
Ｉ₃を多値フレ−ムメモリ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを読
み出し、各画素毎にエリプソパラメ−タである振幅反射
率比tanΨと位相cosΔと鋼板４の反射光の表面反射強度
Ｉ₀を演算し、演算した結果をtanΨ記憶部２１ａとcos
Δ記憶部２１ｂ及びＩ₀記憶部２１ｃに逐次格納する。
このように疵候補領域３０ａ，３０ｂの各画素について
だけエリプソパラメ−タ等を演算するから画像全体の領
域について演算する場合と比べて演算時間を大幅に短縮
することができる。また、従来のエリプソパラメ−タに
加えて反射光の表面反射強度Ｉ₀できるようになったの
で、検出可能な疵種と等級も多くなっている。

【００２５】判定部２２はtanΨ記憶部２１ａとcosΔ記
憶部２１ｂ及びＩ₀記憶部２１ｃに格納されたtanΨとco
sΔと表面反射強度Ｉ₀とを各画素毎にあらかじめ求めて
おいた鋼板４の表面の特性と比較し、どのパラメ−タが
変化しているかの組合わせにより、疵の種類と等級を判
定して不図示の表示手段や記録手段に出力する。なお、
油むらは偏光画像では濃度レベルが高く疵として抽出さ
れるが、tanΨとcosΔと表面反射強度Ｉ₀の組合せによ
り表面疵に相当しない場合には疵として判定されないよ
うにしている。

【００２６】この判定部２２で疵の種類と等級を判定す
るときの動作を詳細に説明する。判定部２２は疵候補領
域３０ａ，３０ｂにおける各画素のtanΨ，cosΔ，Ｉ₀
のピ−ク値又は平均値を求め、疵候補領域３０ａ，３０
ｂにおけるtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃ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−ンなどの疵特微量Ｅ
ｐｐを例えば、Ｅｐｐ＝９Δｐ＋３Ψｐ＋Ｉｐで演算す
る。ここでΨｐはtanΨｃの極性、Δｐ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。

【００２７】また、疵特微量Ｅｐｐと同様に、疵候補領
域３０ａ，３０ｂ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３０ａ，３０ｂに
おける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３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−ンの疵特微量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、判定部２２は疵
候補領域抽出部１９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。

【００２８】また、判定部２２は送られた疵候補領域３
０ａ，３０ｂの疵特微量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微量Ｅｐｐは図６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
果と疵特微量Ｅｐｐは図７に示すようになった。そこで
判定部２２はこの各疵種の疵特微量Ｅｐｐと疵特微量Ｅ
ｐｐから疵種を判別する。すなわち、tanΨｃ，tanΔ
ｃ，Ｉ₀ｃの極性の１又は２つの組合せでは、図６，図
７に示すように疵種を判別することはできないが、tan
Ψｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃ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、疵特微量Ｅｐｐが「０」のと
きは疵種Ｔと判定し、疵特微量Ｅｐｐが「１」のときは
疵種Ｖと判定し、疵特微量Ｅｐｐが「12」のときは疵種
Ｗと判定し、疵特微量Ｅｐｐが「18」のときは疵種Ｓか
疵種Ｘと判定し、疵特微量Ｅｐｐが「24」のときは疵種
Ｕと判定する。

【００２９】ここで、図６における疵種Ｖ，Ｗ及び図７
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。このように疵特微量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。

【００３０】上記のように冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘの
ように疵特微量Ｅｐｐだけでは区分けできない場合もあ
る。このような場合には、さらに疵候補領域３０ａ，３
０ｂの疵特微量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微量Ｉｐｐは図８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
果と疵特微量Ｉｐｐは図９に示すようになった。冷延鋼
板の疵種Ｓと疵種Ｘについては疵特微量Ｅｐｐが同じで
あるため区分けできなかったが、疵特微量Ｉｐｐが異な
るので、疵特微量Ｉｐｐにより明確に区分けすることが
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。

【００３１】また、判定部２２から疵の種類と等級を出
力するとともに、疵候補領域抽出部１９で抽出した疵候
補領域３０ａ，３０ｂの座標を特定して出力することに
より、疵の大きさも検出することができ、疵を正確に判
定することができる。

【００３２】このように鋼板４の表面疵を検出する場
合、通常、鋼板４の表面疵は、幅が５mm、長さが200mm
以下の大きさであり、発生頻度は長手方向の数10ｍに１
回程度である。したがって上記のように多値フレ−ムメ
モリ１４ａ〜１４ｃのサイズを例えば横1024画素×縦20
0ラインに構成すると、１画素分解能を横0.5mm×縦５mm
とすると、多値フレ−ムメモリ１４ａ〜１４ｃのサイズ
は鋼板４の幅500mm、長さ1.0ｍに相当するため、１画像
中の表面疵の画素数は横10画素×縦40画素程度であり、
エリプソパラメ−タ等を演算する演算時間は画像の全画
素分を演算する場合と比べて１／500以下になる。した
がって特殊な演算装置を使用しなくても演算時間が数10
msecの時間ですみ、例えば毎分数100ｍ移動する鋼板４
の場合であっても、200ラインの画像ができる時間が数1
00msecであることから、移動している鋼板４の疵をオン
ラインで確実に検出することができる。

【００３３】なお、上記実施例は光学系１の反射光検出
部３に３組のリニアアレイカメラ１０ａ〜１０ｃを設け
た場合について説明したが、図１０に示すように、反射
光検出部３に３板式偏光リニアアレイカメラ３１を使用
しても良い。図１０に示す光学系１は投光部２と３板式
偏光リニアアレイカメラ３を有する。投光部２は被検査
体例えば鋼板４の表面に一定の入射角で偏光を入射する
ものであり、光源５と光源５の前面に設けられた偏光子
８とを有する。光源５は鋼板４の幅方向に伸びた棒状発
光装置からなり、鋼板４の幅方向全体に一定間隔で光を
照射する。また、場合によっては光源５と偏光子８の間
にシリンドリカルレンズを設けて、光源５からの光を鋼
板４の表面に集光しても良い。偏光子８は例えば１／４
波長板からなり、図１１の配置説明図に示すように、透
過軸Ｐが鋼板４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。３板式偏光リニアアレイカメラ３
１は、図１２の構成図に示すように、ビ−ムスプリッタ
３２と３個の検光子３３ａ，３３ｂ，３３ｃと３個のリ
ニアアレイセンサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃとを有する。
ビ−ムスプリッタ３２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４からの反射光を入射する第１の反
射面３２ａは透過率と反射率が３対１の割合になってお
り、第１の反射面３２ａを透過した光を入射する第２の
反射面３２ｂは透過率と反射率が１対１の割合になって
おり、鋼板４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３２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３３ａは第２の反射面３２ｂの透過光の光
路に設けられ、図１１に示すように、方位角すなわち透
過軸が鋼板４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３３ｂは第２の反射面３２ｂ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３３ｃは第１の反射面３２ａ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３４ａ，３４ｂ，３４
ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子３３
ａ，３３ｂ，３３ｃの後段に配置されている。また、ビ
−ムスプリッタ３２と検光子３３ａ，３３ｂ，３３ｃの
間にはビ−ムスプリッタ３２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３５ａ，３５ｂ，３５ｃが
設けられ、ビ−ムスプリッタ３２の前段にはレンズ群３
６が設けられている。また、リニアアレイセンサ３４
ａ，３４ｂ，３４ｃ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。

【００３４】このように入射した光を分離した３本のビ
−ムの光路に検光子３３ａ〜３３ｃとリニアアレイセン
サ３４ａ〜３４ｃが一体化して設けられているから、リ
ニアアレイセンサ３４ａ〜３４ｃ等を鋼板４の搬送路近
傍に設置して鋼板４からの反射光を検出するときに、リ
ニアアレイセンサ３４ａ〜３４ｃ等の位置調整を必要と
しないとともに、鋼板４の同じ位置からの反射光を同じ
タイミングで検出することができる。また、３板式偏光
リニアアレイカメラ３１内に３組のリニアアレイセンサ
３４ａ〜３４ｃがまとまって収納されて小型化している
から、３板式偏光リニアアレイカメラ３１を鋼板４の反
射光の光路に簡単に配置することができるとともに、配
置位置を任意に選択することができ、光学系１の配置の
自由度を向上することができる。

【００３５】なお、上記実施例は１次元のリニアアレイ
カメラで幅方向の偏光画像を検出する場合について説明
したが、２次元のカメラを用いて、幅方向とそれに直交
する方向の２次元画像を検出するようにしても良い。

【００３６】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、３組の
リニアアレイセンサから入力された被検査面の偏光画像
の濃度レベルと基準濃度レベルとを比較して、測定した
偏光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し、抽出した疵候補領域内
における測定光強度から被検査面の疵を判定するエリプ
ソパラメ−タと表面反射強度を算出するようにして、演
算処理する画素の領域を限定するから、偏光画像の全画
素について演算する場合と比べて演算処理時間を大幅に
短縮することができる。したがって光束で移動している
鋼板等のシ−ト状材料の表面疵をオンラインで精度良く
検出することができる。

【００３７】さらに、装置全体の処理能力が少なくてす
むから、装置全体を簡略化することができ、装置のコス
トダウンを図ることができる。

【００３８】また、エリプソパラメ−タ画像に比べて疵
部のＳ／Ｎが高い偏光画像で疵位置を検出するから、疵
を確実に捕らえて見逃しを減らすことができる。

【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】上記実施例の信号処理部を示すブロック図であ
る。

【図４】上記実施例の動作を示す画像説明図である。

【図５】２値化レベルを示す濃度特性図である。

【図６】冷延鋼板における疵種の極性特性図である。

【図７】鍍金鋼板における疵種の極性特性図である。

【図８】冷延鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図９】鍍金鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図１０】第２の実施例の光学系を示す配置図である。

【図１１】第２の実施例の光学系の動作を示す配置説明
図である。

【図１２】第２の実施例の３板式偏光リニアアレイカメ
ラの構成図である。

【符号の説明】

１光学系２投光部３反射光検出部４鋼板８偏光子９ビ−ムスプリッタ１０リニアアレイカメラ１１検光子１３信号処理部１４多値メモリ１５２値化処理部１６２値メモリ１７オア処理部１８２値メモリ１９疵候補領域抽出部２０パラメ−タ演算部２１ａ tanΨ記憶部２１ｂ cosΔ記憶部２１ｃＩ₀記憶部２２判定部３１３板式偏光リニアアレイカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大重貴彦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】投光部と検出部と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、検出部は被検査面からの反射光を３本のビ−ムに分離す
るビ−ムスプリッタと、分離された３本のビ−ムの光路
にそれぞれ設けられ、それぞれ異なる方位角を有する検
光子と、各検光子を透過した光を受光するリニアアレイ
センサとを有し、被検査面からの反射光を入射し画像信
号に変換し、信号処理部は疵候補領域抽出部とパラメ−タ演算部と判
定部とを有し、疵候補領域抽出部は３組のリニアアレイ
センサから入力された偏光画像の濃度レベルと基準濃度
レベルとを比較して、測定した偏光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
抽出し、パラメ−タ演算部は抽出した疵候補領域内にお
ける測定光強度からエリプソパラメ−タと表面反射強度
を算出し、判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面
反射強度の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性と
を比較し、表面疵の等級と種類を判定することを特徴と
する表面検査装置。