JPH0979994A - 金属板の表面性状評価方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属板表面の酸洗による光反射特性を定量的に
評価する金属板の表面性状評価方法およびその装置を提
供する。 【解決手段】レーザ走査顕微鏡１で鋼板表面２を撮像
し、その鋼板表面２の画像群を画像記録装置３で記録
し、各演算器４，５，６，７で、それぞれ、最大画像濃
度の抽出，３次元凹凸形状データの演算，設定された傾
斜角度以内の画素抽出，平均画像濃度の計算を行ない、
鋼板表面２の表面性状を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前工程において表
面に酸化スケール層が形成された金属板の酸化スケール
層を酸洗工程で除去することにより製造される金属板の
表面性状を評価する金属板の表面性状評価方法およびそ
の装置に関し、特に表面光沢感が重視されるステンレス
鋼板、あるいは表面の白っぽさが重視される熱延酸洗鋼
板等の金属板の表面性状評価方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般鋼材として使用される熱延酸洗鋼板
は、熱延工程において形成されたスケール層が酸洗工程
において除去されるが、製品の表面状態としては、酸洗
後の表面の白っぽさの度合いやその一様性が重視され
る。また、ステンレス鋼板では、焼鈍工程においてスケ
ール層が形成され、酸洗工程において、前述した熱延酸
洗鋼板と同様にスケール層が除去されるが、表面状態と
しては高い光沢感があるほど評価が高い。

【０００３】これらの表面状態の視感的評価は、その表
面の光学的特性に起因し、特に同一鋼種であれば、その
表面の凹凸形状により決定される光反射特性に依存する
ものと考えてよい。酸洗工程においては、鋼板表面は酸
によってスケール層が除去されると共に、鋼板の下地そ
のものも酸によって侵食され、微細な凹凸形状が形成さ
れる。この微細な凹凸形状は、表面の光反射特性に影響
を与え、上述した表面の視感的評価に影響する。

【０００４】それゆえ、所定の表面の光学的特性を得る
ためには、微細な凹凸形状を形成する酸洗条件と表面の
光学的特性を関係づけ、測定する方法を確立することが
非常に重要となる。しかしながら、圧延によって製造さ
れる鋼板では、数μｍオーダの比較的粗い凹凸形状が圧
延時に形成されており、酸洗による微細な凹凸形状はそ
の比較的粗い凹凸形状に重畳されて形成されている。そ
のために、表面の光学的特性を測定する場合、この比較
的粗い凹凸形状による光反射特性と酸洗による微細な凹
凸形状による光反射特性を分離して測定することが必要
となるが、従来、このような光反射特性を分離して測定
する方法は提案されていない。

【０００５】表面の光反射特性を測定する方法として、
例えば、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ−８７４１に規定され
た鏡面光沢度計を用いて鏡面光沢度を測定する方法、あ
るいはＪＩＳ Ｚ−８７２２に規定された物体色の測定
方法を用いて白色度を測定する方法がある。これらの方
法では、表面の凹凸形状に比較して十分に大きな径の光
を表面に照射し、その光反射強度を所定の光学系を通し
て測定することができる。

【０００６】また、微細な面積の光反射状態を測定する
方法として、光学顕微鏡を用いて表面を撮像し、その画
像の明るさから光反射状態による情報を測定する方法が
考えられる。また、酸洗後の微細な凹凸形状を直接的に
測定する方法として、電子顕微鏡を用いて、その表面状
態を観察することにより、酸洗による表面状態への影響
を調べる方法が行われている。この方法では、従来一般
的に用いられる触針型の表面粗さ計に比べ、波長オーダ
の表面の凹凸形状を観察することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た鏡面光沢度を測定する方法、あるいは白色度を測定す
る方法では、全体的な表面の光反射状態を測定すること
は可能であるが、上述したそれぞれの凹凸形状による光
反射特性を測定することはできないという問題がある。

【０００８】また、光学顕微鏡を用いて表面を撮像し、
その画像濃度から光反射情報を測定する方法では、顕微
鏡を用いた光学系のため撮像面の被写界深度が非常に浅
く、その結果焦点の合う測定面は非常に少なく、精度の
高い測定結果が得られないという問題がある。また、同
時に、表面の凹凸形状によるわずかな傾斜角度によって
も画像濃度が変化し、画像濃度の変化が撮像部分のわず
かな傾斜によるものか、微細な凹凸形状の変化によるも
のか必ずしも判断がつかないという問題がある。

【０００９】また、電子顕微鏡を用いて表面の凹凸形状
を観察する方法では、表面の微細な凹凸形状の状態を定
性的に観察できるが、定量的な測定結果を得ることがで
きず、微細な凹凸形状と表面の光反射特性との関係を直
接的に求めることができないという問題がある。その結
果、酸洗条件と酸洗による表面の光反射特性への影響を
定量的に測定することができず、操業条件の最適化、操
業状態の管理を十分に行うことができないという問題が
あった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑み、金属板表面の
酸洗による光反射特性を定量的に評価する金属板の表面
性状評価方法およびその装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の金属板の表面性状評価方法は、表面に酸化膜層が生
成された金属板のその酸化膜層を酸によって除去する酸
洗工程を経て製造される金属板の表面性状を評価する金
属板の表面性状評価方法において、共焦点型の顕微鏡を
上下方向にステップ状に移動させて、移動量を測定する
と共に対象表面の画像を撮像することにより複数の画像
を記録し、それら複数の画像に跨る、対応する各画素毎
に、最も明るく撮像された最大画像濃度と、その最大画
像濃度が得られたときの前記顕微鏡の上下方向の位置を
求め、その顕微鏡の上下方向の位置を、各画素に対応す
る金属表面の高さ情報としたときにその高さ情報から求
められる、隣接する画素の傾斜角度を計算し、その傾斜
角度からあらかじめ設定された角度以内の画素のみを抽
出し、その抽出された画素の最大画像濃度値の平均的な
値を計算し、その平均的な値に基づいて金属板の表面性
状を評価することを特徴とする。

【００１２】また、上記目的を達成する本発明の金属板
の表面性状評価装置は、表面に酸化膜層が生成された金
属板の酸化膜層を酸によって除去する酸洗工程を経て製
造される金属板表面の性状を評価する金属板の表面性状
評価装置において、 （１）金属板表面の画像を撮像する共焦点型の顕微鏡 （２）その金属表面に対し、顕微鏡を上下方向に移動さ
せる昇降機構 （３）顕微鏡の上下方向の移動量を測定する測定器 （４）顕微鏡の上下方向各位置において上記金属板表面
の画像を取り込むことにより複数の画像を記録する画像
記録装置 （５）その複数の画像から顕微鏡の撮像器の各画素毎
に、最も明るく撮像された最大画像濃度を抽出する第１
の演算器 （６）その最大画像濃度が得られる、顕微鏡の上下方向
の位置を、各画素に対応する金属表面の高さ情報とし表
面の３次元凹凸形状を演算する第２の演算器 （７）その３次元凹凸形状から隣接する画素の傾斜角度
を求め、あらかじめ設定された傾斜角度以内にある画素
を抽出する第３の演算器 （８）その抽出された画素の最大画像濃度の平均的な値
を計算する第４の演算器を備えたことを特徴とする。

【００１３】一般に、微小領域の微細な凹凸形状による
光反射特性は、光学顕微鏡を用いてその画像濃度から解
析することは、定量的な測定方法として適用が可能であ
る。しかしながら、汎用的な光学顕微鏡では、前述した
ように浅い被写界深度、傾斜の影響が除外できないこと
などにより十分な定量的測定が困難であった。本発明
は、光学顕微鏡による表面の撮像画像の画像濃度から表
面の微細凹凸形状を定量的に測定する方法において、非
常に高い空間的分解能をもつ共焦点型の光学顕微鏡を用
いて対象表面を撮像し、その撮像画像から光学的反射特
性に影響を与える傾斜角度をもつ画素については画像濃
度の演算から除外し、傾斜影響のない画素の画像濃度の
みを積算することにより微細な凹凸形状による光反射特
性を定量的に測定することを可能にしたものである。

【００１４】具体的には、共焦点型の光学顕微鏡とし
て、光源にレーザ光を用いた市販されているレーザ走査
顕微鏡と呼ばれる共焦点型顕微鏡が利用できる。レーザ
光を用いた共焦点型顕微鏡では、その光学系から非常に
高い空間的分解能をもつと同時に、顕微鏡を対象物に対
し上下方向にステップ状に走査し、撮像された画像の各
画素の最も明るく撮像された画像濃度を最大画像濃度と
して抽出し、画像濃度が最大となる点をその画素に対応
する金属表面の高さ情報とすることにより表面の微細な
凹凸形状の測定が可能である。

【００１５】本発明によれば、まず、共焦点型顕微鏡を
上下方向にステップ状に走査した時に撮像される画像群
から対応する各画素の最大画像濃度を抽出し、その上下
方向の位置を各画素に対応する金属表面の高さ情報とし
て表面の微細な３次元凹凸形状を測定する。次に、画像
濃度が表面の傾斜角度による影響を無視できない画素を
除外するために、隣接し合う各画素の傾斜角度を求め、
あらかじめ設定された傾斜角以内の画素のみについて、
最大画像濃度を抽出する。この傾斜角度の設定について
は、測定面をわずかに傾け、その画像濃度分布が変化し
ない角度を実験的に求め決定することができる。

【００１６】次に、その抽出された画素の最大画像濃度
値を全て積算し、その積算値を抽出された画素数で除算
した平均画像濃度を計算し、表面の平均画像濃度を求め
ることにより表面の光学的特性を求め、表面の微細凹凸
形状に基づく表面性状を評価する。本発明は、共焦点型
の顕微鏡を対象面に対し上下方向に移動させる構成とな
っており、サンプル切り出しによるオフラインでの測定
および連続的に生産される鋼板を一時停止させてのイン
ラインでの測定のいずれもが可能である。

【００１７】

【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。図１は、本発明の一実施形態の金属板の表面
性状評価装置を示した図である。図１に示すレーザ走査
顕微鏡１は、昇降機構および上下方向の移動量測定器が
付属した共焦点型のレーザ走査顕微鏡である。なお、図
において、昇降機構および上下方向の移動量測定器の表
示は省略している。鋼板表面２は測定用の対象表面であ
る。画像記録装置３は、レーザ走査顕微鏡１を上下方向
にステップ状に移動させた時の画像を取り込み、その画
像群を記録する。演算器４は、画像群から対応する各画
素毎に、最も明るく撮像された画像濃度を最大画像濃度
として抽出する。演算器５は、最大画像濃度が得られる
顕微鏡の上下方向の位置を、各画素に対応する鋼板表面
２の高さ情報とし、その鋼板表面２の３次元凹凸形状デ
ータを演算する。演算器６は、３次元凹凸形状データか
ら隣接する画素の傾斜角度を求め、あらかじめ設定され
た傾斜角度以内にある画素を抽出する。演算器７は、抽
出された画素の最大画像濃度値を全て積算し、その積算
値を抽出された画素数で除算した表面の平均画像濃度を
計算する。

【００１８】図１において、レーザ走査顕微鏡１により
鋼板表面２の画像はステップ状に撮像され、その上下方
向の移動量と共に画像記録装置３に記録される。演算器
４では、記録された画像群から対応する各画素に最も明
るく撮像された画像濃度を最大画像濃度として抽出する
と共に、その上下方向の位置を抽出する。演算器５で
は、この最大画像濃度が得られるレーザ走査顕微鏡１の
上下方向の位置を、各画素に対応する鋼板表面２の高さ
情報として表面の３次元凹凸形状データを計算する。演
算器６では、演算器５により計算された鋼板表面２の３
次元凹凸形状データから、隣接する画素の傾斜角度を求
め、あらかじめ設定された傾斜角度以内にある画素を抽
出し、それら最大画像濃度を抽出する。演算器７では演
算器６により抽出された画素の最大画像度値を積算し、
その積算値を抽出された画素数で除算し、表面の平均画
像濃度を計算する。

【００１９】次に、本実施形態の測定条件、結果につい
て説明する。本実施形態においては、レーザ走査顕微鏡
１の撮像器の画素の分解能は０．２μｍであり、その撮
像器の全画素数は、５１２×５１２画素である。またレ
ーザ走査顕微鏡１の上下方向のステップ移動量は０．０
１μｍであり、ステップ移動毎に、表面画像が撮像され
る。

【００２０】ここで、演算器５において、傾斜角度の画
像濃度への影響を無視できない画素を平均画像濃度の計
算から除外するために、設定する設定傾斜角度をあらか
じめ求める必要がある。図２は、設定傾斜角度を求める
ための、鋼板表面の傾斜角度と画像濃度の変化の関係を
示したグラフである。

【００２１】図２に示すグラフは、図１に示す金属板の
表面性状評価装置を用いて求めた、鋼板表面２をわずか
に傾けた場合の画像濃度の変化を示したものである。図
２において、斜線の範囲８は画像濃度の変化がない傾斜
角度領域を示す。図２より、傾斜角度が斜線の範囲８以
内の範囲では鋼板表面２をわずかに傾けた場合でも画像
濃度はほとんど変化せず、即ち画像濃度から求められる
光反射特性は傾斜角度の影響を受けず、画素内の表面の
微小領域の光反射特性のみを反映することになる。この
斜線の範囲８の傾斜角度値を設定傾斜角度とする。本実
施形態では、斜線の範囲８の傾斜角度値は０．８°であ
る。

【００２２】図３は、撮像された画素の最大画像濃度の
うち、傾斜角度が０．８°以内にある画素の画像濃度の
ヒストグラムの一例を示したものである。本実施形態で
は、図３のヒストグラムの画像濃度を積算し、その画素
数で除算した平均画像濃度を鋼板表面２の微小領域の表
面性状の特徴量として評価する。次に、図１に示す金属
板の表面性状評価装置を用いて、対象とする酸洗後の鋼
板表面２の性状を評価した例を説明する。

【００２３】図４は、演算器７により計算された鋼板表
面の平均画像濃度の計算結果と酸洗条件の一つである酸
洗浴温度の関係を示したグラフである。図４に示すグラ
フでは、酸洗浴温度が高くなると、計算される平均画像
濃度が小さくなる。この結果から、酸洗浴温度が高い条
件では、鋼板表面２の、酸洗による微細凹凸形状への影
響が大きくなり、鋼板表面２における光反射の拡散が大
きくなることが容易に推定される。

【００２４】図５は、計算機７により計算された鋼板表
面の平均画像濃度の計算結果と酸洗条件の他の一つであ
る酸洗時間の関係を示したグラフである。図５に示すグ
ラフでは、酸洗時間が長くなると、計算される平均画像
濃度が小さくなる。この結果から、酸洗時間が長い条件
では、鋼板表面２の、酸洗による微細凹凸形状への影響
が大きくなり、鋼板表面２における光反射の拡散が大き
くなることが容易に推定される。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来定量的評価が困難であった酸洗工程により形成され
る微細な凹凸形状に基づく金属板の表面性状の評価が、
容易にできるようになり、その結果、酸洗工程後の製品
品質の保証が可能となった。また、酸洗条件が製品品質
に及ぼす影響の定量的な測定が可能となることにより、
製品歩留りの大幅な向上、酸洗コストの削減が可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の金属板の表面性状評価装
置を示した図である。

【図２】画像濃度計算の設定傾斜角度を求めるための、
鋼板表面の傾斜角度と画像濃度の変化の関係を示したグ
ラフである。

【図３】撮像された画素の最大画像濃度のうち、傾斜角
度が０．８°以内にある画素の画像濃度のヒストグラム
の一例を示したものである。

【図４】演算器７により計算された鋼板表面の平均画像
濃度の計算結果と酸洗条件の一つである酸洗浴温度の関
係を示したグラフである。

【図５】計算機７により計算された鋼板表面の平均画像
濃度の計算結果と酸洗条件の他の一つである酸洗時間の
関係を示したグラフである。

【符号の説明】

１ レーザ走査顕微鏡 ２ 鋼板表面 ３ 画像記録装置 ４，５，６，７ 演算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に酸化膜層が生成された金属板の該
   酸化膜層を酸によって除去する酸洗工程を経て製造され
   る金属板の表面性状を評価する金属板の表面性状評価方
   法において、 共焦点型の顕微鏡を上下方向にステップ状に移動させ
   て、移動量を測定すると共に対象表面の画像を撮像する
   ことにより複数の画像を記録し、それら複数の画像に跨
   る、対応する各画素毎に、最も明るく撮像された最大画
   像濃度と、該最大画像濃度が得られたときの前記顕微鏡
   の上下方向の位置を求め、 該顕微鏡の上下方向の位置を、各画素に対応する金属表
   面の高さ情報としたときに該高さ情報から求められる、
   隣接する画素の傾斜角度を計算し、 該傾斜角度からあらかじめ設定された角度以内の画素の
   みを抽出し、 該抽出された画素の最大画像濃度値の平均的な値を計算
   し、 該平均的な値に基づいて金属板の表面性状を評価するこ
   とを特徴とする金属板の表面性状評価方法。
2. 【請求項２】 表面に酸化膜層が生成された金属板の酸
   化膜層を酸によって除去する酸洗工程を経て製造される
   金属板表面の性状を評価する金属板の表面性状評価装置
   において、 金属板表面の画像を撮像する共焦点型の顕微鏡と、 該金属表面に対し、該顕微鏡を上下方向に移動させる昇
   降機構と、 該顕微鏡の上下方向の移動量を測定する測定器と、 該顕微鏡の上下方向各位置において前記金属板表面の画
   像を取り込むことにより複数の画像を記録する画像記録
   装置と、 該複数の画像から該顕微鏡の撮像器の各画素毎に、最も
   明るく撮像された最大画像濃度を抽出する第１の演算器
   と、 該最大画像濃度が得られる、顕微鏡の上下方向の位置
   を、各画素に対応する金属表面の高さ情報とし表面の３
   次元凹凸形状を演算する第２の演算器と、 該３次元凹凸形状から隣接する画素の傾斜角度を求め、
   あらかじめ設定された傾斜角度以内にある画素を抽出す
   る第３の演算器と、 その抽出された画素の最大画像濃度の平均的な値を計算
   する第４の演算器とを備えたことを特徴とする金属板の
   表面性状評価装置。