JPH09178666A

JPH09178666A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09178666A
Application number: JP29789496A
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: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】高速で移動している鋼板表面の疵の種類と等級
を精度良く検出することは困難であった。【解決手段】鋼板４表面からの反射光をビ−ムスプリッ
タ７ａ〜７ｃで分割して異なる３種類の偏光をリニアア
レイカメラ８ａ〜８ｃで測定する。ビ−ムスプリッタ７
ａ〜７ｃは表面にスリット７２を有するオプティカルフ
ラット７１で構成し、反射光に多重反射光が含まれるこ
とを防ぐ。信号処理部１０は測定した偏光画像信号を処
理し、被検査面の表面反射光のエリプソパラメ−タであ
る振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀を演
算し、演算した振幅反射率比tanΨと位相差及び反射光
強度Ｉ₀から被検査面の表面疵の種類と等級を判定す
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、例えば特開平１−8823
8号公報等に開示されている。この方法は、レ−ザ発振
器から出射したレ−ザ光をポリゴンミラ−と放物面鏡で
走査して鋼板に入射し、その反射光の散乱パタ−ンを３
個の光電変換器で検出して疵の有無を検査する方法であ
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−ティング膜厚の厚さむらと
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、上記のように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57−
166533号公報，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。特開昭57−166533号公報に示
されたエリプソメ−タはカラ−テレビジョンカメラの３
色フィルタを、透過方向がそれぞれ60度異なった偏光子
に置き換えて偏光状態を測定するようにしたものであ
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、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。

【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
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。

【０００７】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
公報に示された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すると装置全体の構造が複雑になっ
て高価になるとともに設置スペ−スが大きくなり、設置
の自由度が小さくなってしまう。

【０００８】また、特開昭57−166533号公報や特開昭62
−293104号公報等に示された装置では被検査面からの反
射光を３個のビ−ムスプリッタにより３本のビ−ムに分
割しているが、特開昭57−166533号公報に示された装置
で用いている通常の薄いビ−ムスプリッタは裏面からの
多重反射が避けられず、表面反射光に裏面からの多重反
射光が混在している。この多重反射により分割された各
反射光には異なる位相差の光が混在し、精密測定におい
てはエリプソパラメ−タへの影響が無視できなくなる。
これに対して特開昭62−293104号公報に示された装置で
は、裏面からの多重反射を防止して精密測定を行うため
にビ−ムスプリッタとして使用しているオプティカルフ
ラットの厚さを十分に厚くしているが、厚くて内部欠陥
のないオプティカルフラットはかなり高価なものになっ
てしまう。また、仮に特開昭62−293104号公報に示され
た装置の光電変換器をテレビカメラに置き換えて鋼板等
の表面全体の検査を行おうとすると、さらに大きく厚い
オプティカルフラットが必要になる。

【０００９】また、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。

【００１０】また、特開昭57−166533号公報等において
は、異なる３種類の偏光画像からエリプソパラメ−タを
演算することは記載されているが、画素毎にビ−ムスプ
リッタの影響が異なるため、精密測定のためにはエリプ
ソパラメ−タを演算するときの定数は画素毎に異なる値
を用いる必要がある。このため演算処理は容易でなく、
多くの時間を要してしまい、また画素毎に定数を決定す
る際の誤差が大きくなってしまう。

【００１１】この発明はかかる短所を解消するためにな
されたものであり、高速で移動しているシ−ト状製品の
表面の異常部を簡単な構造で精度良く検出することがで
きる表面検査装置を得ることを目的とするものである。

【００１２】

【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を入射し画像信号に変換す
るものであり、被検査面からの反射光を３本のビ−ムに
分割するビ−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
アレイカメラを有し、ビ−ムスプリッタは被検査面から
の反射光を入射して反射光と透過光に分割する第１のオ
プティカルフラットと、第１のオプティカルフラットか
らの透過光を入射して反射光と透過光に分割する第２の
オプティカルフラットと、第１のオプティカルフラット
からの反射光を入射して反射光と透過光に分割する第３
のオプティカルフラットと、各オプティカルフラットに
設けられ、表面反射光だけを出射し、裏面からの反射光
を遮光する遮光手段とを有し、信号処理部は受光部の各
リニアアレイカメラからの偏光画像信号を処理し、被検
査面の反射光のエリプソパラメ−タである振幅反射率比
tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀を演算し、演算した
振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀から被
検査面の表面疵の種類と等級を判定することを特徴とす
る。

【００１３】上記遮光手段として各オプティカルフラッ
トの表面に設けられたスリットを使用し、オプティカル
フラットの厚さと偏光光束の入射角に応じてスリットの
開口幅を制限することが望ましい。

【００１４】また、上記信号処理部は異なる３種類の偏
光画像の対応する画素の光強度からエリプソパラメ−タ
である振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀
を演算し、演算した振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び
反射光強度Ｉ₀をシェ−ディング補正した後に信号レベ
ルを評価して被検査面の表面疵の種類と等級を判定する
と良い。

【００１５】

【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
との間に偏光子が設けられ、被検査面に一定偏光角の偏
光を入射する。受光部はビ−ムスプリッタとそれぞれ異
なる方位角を有する３組の検光子と３組のリニアアレイ
カメラとで構成する。ビ−ムスプリッタは被検査面の反
射光を入射し３本のビ−ムに分割するものであり、３個
のオプティカルフラットと遮光手段とからなる。遮光手
段は例えば各オプティカルフラットの表面に設けられた
スリットからなり、スリットの開口幅をオプティカルフ
ラットの厚さと偏光光束の入射角に応じて限定し、各オ
プティカルフラットの表面から表面反射光だけを出射
し、裏面からの反射光を遮光して、オプティカルフラッ
トからの反射光に多重反射光が含まれることを防ぐ。

【００１６】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組のリニアアレイカメラ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。

【００１７】信号処理部は受光部の各リニアアレイカメ
ラからの偏光画像信号を処理し、被検査面の表面反射光
のエリプソパラメ−タである振幅反射率比tanΨと位相
差Δ及び反射光強度Ｉ₀を演算し、演算した振幅反射率
比tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀から被検査面の表
面疵の種類と等級を判定する。この疵の種類と等級を判
定するときに、異なる３種類の偏光画像の対応する画素
の光強度からエリプソパラメ−タと反射光強度Ｉ₀を演
算し、演算したエリプソパラメ−タと反射光強度Ｉ₀を
シェ−ディング補正して全ての画素で同じ感度にしてか
ら信号レベルを評価して被検査面の疵の種類と等級を判
定する。

【００１８】

【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偏光子６とを有す
る。光源５は鋼板４の幅方向に伸びた棒状の発光源から
なり、鋼板４の幅方向全体に一定ビ−ム幅の光を入射さ
せる。偏光子６は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、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。受光部
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７ａ，７ｂ，７ｃと、例えばＣＣ
Ｄからなるリニアアレイカメラ８ａ，８ｂ，８ｃと、リ
ニアアレイカメラ８ａ〜８ｃの受光面の前面に設けられ
た検光子９ａ，９ｂ，９ｃとを有する。ビ−ムスプリッ
タ７ａ〜７ｃは、図３に示すように、厚さＤのオプティ
カルフラット７１と開口幅ｄのスリット７２を有する。
そして投光部２から鋼板４に入射する偏光光束の入射角
をθ₁としたとき、スリット７２の開口幅ｄを入射角θ₁
とオプティカルフラット７１の厚さから、次式で示すよ
うに制限し、かつスリット７２の開口端を入射角θ₁に
応じて面取りして、オプティカルフラット７１の表面か
らは表面反射光だけを出射し、裏面からの反射光を遮光
するようにして、オプティカルフラット７１からの反射
光に多重反射光が含まれることを防ぐ。

【００１９】

【数１】

【００２０】このようにしてオプティカルフラット７１
の入射面に設けるスリット７２は、例えば図４に示すよ
うに、オプティカルフラット７１を保持するホルダ７３
を利用すると簡単に取り付けることができる。

【００２１】検光子９ａ，９ｂ，９ｃは例えば偏光板若
しくは偏光フィルタからなり、図２に示すように、検光
子９の透過軸が鋼板４の入射面となす角α₂は検光子９
ａがα₂＝０、検光子９ｂがα₂＝π/４、検光子９ｃが
α₂＝−π/４になるように配置されている。リニアアレ
イカメラ８ａ〜８ｃは鋼板４からの反射光の光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号を一定周期で１ライン信
号として出力する。

【００２２】信号処置部１０は、図５に示すように、フ
レ−ムメモリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとパラメ−タ演算
部１２，シェ−ディング補正部１３，フレ−ムメモリ１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ，２値化処理部１５，２値化メモ
リ１６，特徴量演算部１７及び疵判定部１８を有する。

【００２３】フレ−ムメモリ１１ａ〜１１ｃは、例えば
横1024画素×縦200ラインで構成され、リニアアレイカ
メラ１０ａ〜１０ｃから出力された反射光の光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号の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１２はフレ−ムメモリ１１ａ〜１
１ｃ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各画素毎にエリプソパラメ−タ
すなわち振幅反射率比tanΨと位相差Δと鋼板４の反射
光の表面反射強度Ｉ₀を演算する。

【００２４】シェ−ディング補正部１３は演算したエリ
プソパラメ−タtanΨとΔと表面反射強度Ｉ₀の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
均して信号tanΨｍ，Δｍ，Ｉ₀ｍを作成する。そして、
移動平均前の信号tanΨ，Δ，Ｉ₀と移動平均した信号ta
nΨｍ，Δｍ，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，cos
Δｃ，Ｉ₀ｃを算出してフレ−ムメモリ１４ａ〜１４ｃ
に順次格納してtanΨとΔとＩ₀の２次元画像を形成す
る。なお、次式においてＡは定数である。

【００２５】

【数２】

【００２６】この輝度むら補正した信号を２値化処理部
１５で２値化した後オア処理を行って２値化メモリ１６
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、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値化レベルとマイナス
の２値化レベルの範囲外を疵候補領域とする。

【００２７】特徴量演算部１７は正常部以外の疵候補領
域におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀を抽出して最大値又は平均値
などを演算し濃度の特徴量を算出する。また、同時に長
さ，幅などの形状の特徴量も算出する。疵判定部１８は
疵候補領域におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀の特徴量が正常部よ
りプラス領域かマイナス領域かを示す極性と変化量と形
状の特徴量を用いて疵種と等級を判定する。

【００２８】上記のように構成された表面検査装置にお
いて、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７ａ〜
７ｃで分離され、検光子９ａ〜９ｃを通ってリニアアレ
イカメラ８ａ〜８ｃに入射する。このビ−ムスプリッタ
７ａ〜７ｃで反射光を３本のビ−ムに分離するときに、
ビ−ムスプリッタ７ａ〜７ｃは、図３に示すように、厚
さＤのオプティカルフラット７１と開口幅ｄのスリット
７２とを有し、スリット７２の開口幅ｄを入射角θ₁と
オプティカルフラット７１の厚さから一定の大きさ以下
に限定しているから、通常の薄いオプティカルフラット
７１を使用しても、オプティカルフラット７１の表面か
らは表面反射光だけを出射し、裏面からの反射光を遮光
して、オプティカルフラット７１からの反射光に多重反
射光が含まれることを防ぐことができる。したがって各
リニアアレイカメラ８ａ〜８ｃで受光する偏光に位相差
が異なる偏光が混在することを防ぐことができる。

【００２９】また、リニアアレイカメラ８ａ〜８ｃ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８
ａの前面にはα₂＝０の検光子９ａが設けられているか
ら、リニアアレイカメラ８ａは光強度Ｉ₁を検出し、リ
ニアアレイカメラ８ｂの前面にはα₂＝π／４の検光子
９ｂが設けられているから、リニアアレイカメラ９ｂは
光強度Ｉ₂を検出し、リニアアレイカメラ８ｃの前面に
はα₂＝−π／４の検光子９ｃが設けられているから、
リニアアレイカメラ８ｃは光強度Ｉ₃を検出する。この
リニアアレイカメラ８ａ〜８ｃで検出する光強度Ｉ₁，
Ｉ₂，Ｉ₃は次に示すようになる。

【００３０】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。

【００３１】

【数３】

【００３２】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。但し、光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ ₃
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。

【００３３】リニアアレイカメラ８ａ〜８ｃ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
されてフレ−ムメモリ１１ａ〜１１ｃに展開される。こ
こでリニアアレイカメラ８ａ〜８ｃ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８ａ〜８ｃ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８ａ〜８ｃ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。

【００３４】パラメ−タ演算部１２はフレ−ムメモリ１
１ａ〜１１ｃに格納された偏光画像の各画素の光強度Ｉ
₁，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と鋼板４の反射光
の表面反射強度Ｉ₀を演算する。ここでリニアアレイカ
メラ８ａ〜８ｃの番号をｊ（ｊ＝１，２，３）とすると
ｊ番目のリニアアレイカメラのｋ番目の画素が出力する
光強度Ｉjkはジョ−ンズマトリックスを用いると次式で
表される。

【００３５】

【数４】

【００３６】上記Ｉjkを示す式において、最初の３つの
行列は方位角αjの検光子を表すものであり、４番目の
振幅σjk，位相φjkを含む行列はビ−ムスプリッタ部に
おける偏光の変化を示し、５番目の振幅反射率比tanΨk
と位相差Δkを含む行列は測定対象となる偏光の変化を
表し、６番目の方位角θを含む行列は入射偏光を表す。
上記式を計算すると、光強度Ｉjkは次式で表される。

【００３７】

【数５】

【００３８】この式から振幅反射率比tanΨkと位相差Δ
kを求めるが、Δkはcos(Δk−φjk)の形になっているの
で、j＝１のリニアアレイカメラに入射する偏光を方位
角αjを０度又は90度とし、j＝２，３については反射回
数や透過回数，角度を等しくなるようにしてビ−ムスプ
リッタ部の影響を等しくし、σ₂k＝σ₃k，φ₂k＝φ₃kと
なるようにする。そして鋼板４に入射する偏光の方位角
θをπ／４とし、j＝１のリニアアレイカメラに入射す
る偏光を方位角αjを０度にすると、ｊ＝１，２，３の
リニアアレイアメラのｋ番目の画素の光強度Ｉ_1k，
Ｉ_2k，Ｉ_3kは次式で表せる。

【００３９】

【数６】

【００４０】この式を解くとｋ番目の画素のエリプソパ
ラメ−タtanΨkとcos(Δk−φ_2k）及び光強度Ｉ_0kは次
式で得られる。

【００４１】

【数７】

【００４２】ここで簡単のためにα₂＝−α₃≠０とする
と、上記式は次式のようになる。

【００４３】

【数８】

【００４４】但し、光強度Ｉ_1k，Ｉ_2k，Ｉ_3k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。

【００４５】パラメ−タ演算部１２は上記式に基づいて
各画素のエリプソパラメ−タtanΨkとΔk及び光強度Ｉ
_0kを演算する。ここでσ_2k，φ_2kは各画素毎に異なる値
を持つから補正する必要がある。まず、パラメ−タ演算
部１２は各画素毎のtanΨkとΔk及び光強度Ｉ_0kをあら
かじめ定めておいたσ_2k，φ_2kの代表値を用いて演算す
る。その後、２種類のシェ−ディング補正を行う。すな
わちtanΨkとＩ_0kに対する補正としては、演算した画素
毎のデ−タをＤk(k＝１〜ｎ）とし、このデ−タＤkの移
動平均を取ったデ−タＤavekを用いて、〔α(Ｄk−Ｄav
ek）／Ｄavek〕＋δで補正した値を新しいデ−タとす
る。なお、αは適当な倍率、δはオフセットである。ま
た、Δkに対しては演算した画素毎のデ−タをＤkと移動
平均デ−タＤavekから、β・（Ｄk−Ｄavek）＋γで補
正する。なお、βは倍率、γはオフセットレベルを変え
る変数である。このように補正することによりσ_2k，φ
_2kの影響を除いて、全ての画素における感度を同じにす
ることができる。図６，図７はtanΨのデ−タをシェ−
ディング補正したときの画像の輝度変化を示し、（ａ）
は補正前のデ−タの変化、（ｂ）は移動平均したデ−タ
の変化、（ｃ）は補正誤のデ−タの変化を示し、図６は
疵が中心部にある場合、図７は同じ程度の疵が端部にあ
る場合を示す。図に示すように補正前の疵の信号レベル
は中央部の疵より端部の疵が小さく現れるが、補正する
ことにより同じ程度の疵は中央部と端部で同じ程度のレ
ベルに表すことができる。

【００４６】なお、上記においてΔkについてはarccos
(Δk−φ_2k)を計算したのちtanΨkとＩ_0kとは異なるシ
ェ−ディング補正を行ったが、実際問題としてφ_2kは小
さな値で、しかも画素間の違いは小さいので、φ_2kが対
象の疵によるΔkの変化に比べて十分小さい場合にはcos
(Δk−φ_2k)の形のままでtanΨkとＩ_0kと同様なシェ−
ディング補正を行っても問題がない場合もある。その場
合は処理装置を若干簡略化できる。

【００４７】２値化処理部１５はシェ−ディング補正し
たtanΨ画像とΔ画像及びＩ₀画像を鋼板４の地肌である
正常部を基準として２値化してそれぞれ２値化メモリ１
６に格納する。特徴量演算部１７は正常部以外の疵候補
領域におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀を抽出して最大値又は平均
値を演算し特徴量を算出する。また同時に長さ，幅など
の形状の特徴量も算出する。疵判定部１８は疵候補領域
におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀の特徴量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変化量と形状の特徴量
から疵種と等級を判定する。

【００４８】すなわち、例えば冷延鋼板における異なる
疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗに対するtanΨ，Δ，Ｉ₀の極性
変化を調べた結果は図８に示すようになった。そこで疵
判定部１８は疵候補領域におけるtanΨ，Δ，Ｉ₀の極性
と図８とを比較して疵種を判別する。すなわち、tan
Ψ，Δ，Ｉ₀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。また、tanΨ，
Δ，Ｉ₀の極性の組合せで疵種を分類できない場合は、
形状の特徴量や光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の極性を用いて分
類する。ここで図８に示す疵種Ｖ，Ｗは油むらであり、
通常は無害な疵である。このように極性パタ−ンを用い
ることにより、油むらが存在する鋼板４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。

【００４９】なお、上記実施例は、方位角０度の偏光を
リニアアレイカメラ８ａで検出した場合について説明し
たが、リニアアレイカメラ８ａで方位角90度の偏光を検
出しても上記実施例と同様に疵種と疵の等級を精度良く
判定することができる。この場合は、パラメ−タ演算部
１２で各画素毎のエリプソパラメ−タtanΨ，cosΔ及び
表面反射強度I₀を演算するときに下記式により演算すれ
ば良い。

【００５０】

【数９】

【００５１】また、上記実施例はエリプソパラメ−タ等
を演算してからシェ−ディング補正をした場合について
説明したが、σ_2k，φ_2kの画素による違いがエリプソパ
ラメ−タの疵の有無による変化に対して十分に小さな疵
に対してはシェ−ディング補正してから相対的なエリプ
ソパラメ−タ等を演算しても良い。

【００５２】また、上記実施例はオプティカルフラット
７１とスリット７２とを使用してオプティカルフラット
７１の表面からは表面反射光だけを出射し、裏面からの
反射光を遮光して多重反射光が含まれることを防ぐよう
にした場合について説明したが、図９に示すように、鋼
板４からの反射光のビ−ム幅と同じか小さな幅の入射幅
を有するオプティカルフラット７１ａの両側面に反射防
止膜７４をコ−ティングしたり、両側面をすりガラス面
にしても多重反射を防止することができる。

【００５３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
面の反射光を入射し３本のビ−ムに分割するビ−ムスプ
リッタを３個のオプティカルフラットと遮光手段とで構
成し、分離した光に多重反射光が含まれないようにした
から、均質な偏光を検出することができる。

【００５４】このビ−ムスプリッタと遮光手段をオプテ
ィカルフラットとオプティカルフラットの表面に設けら
たスリットで構成し、スリットの開口幅をオプティカル
フラットの厚さと偏光光束の入射角に応じて限定するこ
とにより、簡単に多重反射光が生じることを防止するこ
とができる。

【００５５】また、多重反射光が含まれない偏光の光強
度からエリプソパラメ−タtanΨ，位相差Δ及び反射光
強度Ｉ₀を演算するから、エリプソパラメ−タを被検査
面の物性の変化に応じて正確に演算することができ、被
検査面の疵を精度良く検出することができる。

【００５６】さらに、この疵の有無を判定するときに、
異なる３種類の偏光画像の対応する画素の光強度からエ
リプソパラメ−タと反射光強度Ｉ₀を演算し、演算した
エリプソパラメ−タと反射光強度Ｉ₀をシェ−ディング
補正して全ての画素で同じ感度にしてから信号レベルを
評価して被検査面の疵の種類や等級を判定するから、疵
の検出精度を高めることができる。

【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】上記実施例のビ−ムスプリッタを示す断面図で
ある。

【図４】ビ−ムスプリッタの構成を示す斜視図である。

【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】上記実施例のシェ−ディング補正動作を示す説
明図である。

【図７】他の画像デ−タのシェ−ディング補正動作を示
す説明図である。

【図８】冷延鋼板における疵種の極性特性図である。

【図９】他のビ−ムスプリッタを示す断面図である。

【符号の説明】

１光学系２投光部３受光部４鋼板５光源６偏光子７ビ−ムスプリッタ８リニアアレイカメラ９検光子１０信号処理部１１フレ−ムメモリ１２パラメ−タ演算部１３シェ−ディング補正部１７特徴量演算部２８疵判定部

───────────────────────────────────────────────────── 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を入射し画像信号に変換
するものであり、被検査面からの反射光を３本のビ−ム
に分割するビ−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
アアレイカメラを有し、ビ−ムスプリッタは被検査面か
らの反射光を入射して反射光と透過光に分割する第１の
オプティカルフラットと、第１のオプティカルフラット
からの透過光を入射して反射光と透過光に分割する第２
のオプティカルフラットと、第１のオプティカルフラッ
トからの反射光を入射して反射光と透過光に分割する第
３のオプティカルフラットと、各オプティカルフラット
に設けられ、表面反射光だけを出射し、裏面からの反射
光を遮光する遮光手段とを有し、信号処理部は受光部の各リニアアレイカメラからの偏光
画像信号を処理し、被検査面の反射光のエリプソパラメ
−タである振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射光強
度Ｉ₀を演算し、演算した振幅反射率比tanΨと位相差Δ
及び反射光強度Ｉ₀から被検査面の表面疵の種類と等級
を判定することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】上記遮光手段が各オプティカルフラット
の表面に設けられたスリットであり、オプティカルフラ
ットの厚さと偏光光束の入射角に応じてスリットの開口
幅を制限した請求項１記載の表面検査装置。
【請求項３】上記信号処理部は異なる３種類の偏光画
像の対応する画素の光強度からエリプソパラメ−タであ
る振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射光強度Ｉ₀を演
算し、演算した振幅反射率比tanΨと位相差Δ及び反射
光強度Ｉ₀をシェ−ディング補正した後に信号レベルを
評価して被検査面の表面疵の種類と等級を判定する請求
項１又は２記載の表面検査装置。