JPS597937B2 - 光学表面検査方法ならびに装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は丸鋼、鋼管等、軸に直交する断面の外周が円
形となつた被倹査材の表面疵を光学的に検査する光学表
面検査方法ならびに装置に関する。

鋼板やステンレススチール板等のシート状物体は面積が
広い等の理由もあつて目視による全面倹査が困難である
ため、従来より、その光学的自動検査法が実用化され採
用されている。これに対し、丸鋼、鋼管等の円形長尺材
は目視検査が容易であつたため、上記シート状物体の分
野に比べて表面光学検査の自動化が遅れていた。Ｌ力・
し、目視検査による人的誤差、検査洩れの発生等を考慮
すれば、この分野に｝いても、その表面光学倹査の自動
化が要望されることに変りはない。さらに、近年原子炉
用材料に代表される高品質の円形長尺材の倹査に訃いて
は、光学的自動表面検査の実施は必要条件とされている
。円形長尺材の分野で従来より実施されている光学表面
検査方法は、第１図に示すように、被検査材１をその軸
方向にスバィラル送りしつつ、照射点の移動しない固定
光束２を光源３から被検査材１表面に照射することによ
つて、被検査材１の上記軸方向スバイラル移動に基き、
被倹査材１表面上１１Ｃ｝いて固定光束２を相対的に移
動走査させて、その反射光４を光電変換器５で受光させ
、被倹査材１の表面に、軸方向に長い疵すなわち軸力向
疵６、周方向に長い疵すなわち周方向疵７または点状の
疵すなわちピツト疵８の三種の代表的疵その他の疵が存
在したときに、上記光束２がこれらの疵上を相対的走査
したときの受光量変化を上記光電変換器５の出力信号の
変化に基き検出して、上記各種の疵６，７，８等の存在
を倹知するようにするものである。

しかしながら、上記光学表面倹査方法の検出精度を、同
一深さの軸方向疵６と周方向疵７の場合を例にとつて考
察してみると、固定光束２は被検査材１の側からみれば
軸方向疵６に対してはほぼ直交する状態でこれを横切る
のに対して、周方向疵７ＶＣ対しては平行に近い状態で
これを斜めに横切るため、疵部表面に対する光束２の照
射角度が両者で異つてくる。

したがつて、光束２が疵６，７上を相対的走査したとき
の光電変換器５の出力信号変化は、軸方向疵６の場合の
方力凋方向疵７の場合よりも大きくなり、その結果、検
出精度は疵の種類によつて異なつてくるという問題があ
る。ピツト疵８の場合は、この場合の疵部表面に対する
光束２の照射角度が軸方向疵６にほぼ等しくなるためそ
の検出精度はやはり周力向疵７の場合よりも高くなる。
他方、丸鋼、鋼管等の品質はその表面疵の種類、大きさ
または個数によつて区別されるのであるが、上記従来の
光学表面検査方法では、例えば送リピツチ０．５７Ｆ！
７７！のとき０．５ｍｍφのピツト疵８が軸方向ＦｌＣ
２Ｏ個並んでいるものと、長さ１０ｍ１Ｌの軸方向疵６
一個との区別ができないため、これらの表面疵を改めて
目視検査しなければならないという問題もある。

この発明はこれらの問題を一挙に解決するために工夫さ
れたものであつて丸鋼、鋼管等軸に直交する断面の外周
が円形となつている被検査材をその軸方向にスバイラル
送りしつつ、その表面に照射点の移動しない固定光束な
らびに上記被検査材の軸方向スバィラル移動に基くこの
固定光束の相対的移動力向すなわち相対的走査方向と交
差ｔる方向に照射点の移動する移動光束を各照射して、
それぞれの反射光を二つの光電変換器によつて別個に受
光させ、上記両光束が上記被検査材表面の同一疵上を走
査したときの上記両光電変換器の各出力信号変化の大小
、個数を検出して、その結果に基き、上記疵の形状、大
きさを判定することを要旨とする光学表面検査方法なら
びにこの方法の実施に使用する光学倹査装置を提供する
ものである。

以下この発明をその実施例を示す図面に基いて詳細に説
明する。

第２図｝よび第３図はこの発明に係る光学倹査方法の実
施に用いる光学検査装置の検査部を示している。

この検査部は軸方向にスバィラル送りされる被検査材１
表面に固定光束１１を照射して表面疵の倹査を行う第一
の倹査部と、上記固定光束１１の相対的走査力向と交差
する力同に移動する移動光束２４を照射して表面疵の倹
査を行う第二の検査部とからなる。第一の倹査部は被倹
査材１の移動路上方からその表面の一点に向けて固定光
束１１を照射するレーザ光束照射用光源１２と、被倹査
材１の軸方向へのスパイラル移動によつてこの被検査材
１表面上を相対的走査する固定光束１１の被検査材１表
面からの反射光１３を受光する光電子倍増管やフオトセ
ル等の光電変換器１４とによつて構成されている。他方
、第二の検査部は、上記第一の倹査部の光源１２とは別
個のレーザ光束照射用光源２１と、この光源２１から照
射される光束２３を、被倹査材１表面上を上記固定光束
１１の相対的走査方向（被検査材１の周方向とほぼ一致
する）とほぼ直交する方向に走査させ得るように上記被
倹査材１の移動路上方ＶＣ｝いて、・支軸２２ａを中心
として高速で振動する振動ミラー２２と、この振動ミラ
ー２２の上記作用によつて被倹査材１表面上を走査する
移動光束２４の上記被検査材１表面からの反射光２５を
受光する光電子倍増管やフオトセル等の光電変換器２６
とによつて構成されている。この発明にかかる光学検査
方法は、上記のごとく、走査方向の交差する二つの倹査
部を用いて行われるため、軸方向疵６に関しては第一の
検査部からは大きな出力信号が、また、第二の倹査部か
らは小さな出力信号がそれぞれ得られるのに対し、周方
向疵７ＶＣ関しては逆に第一の検査部からは小さな出力
信号が、また、第二の倹査部からは大きな出力信号がそ
れぞれ得られる。

さらにピツト疵８に関しては両検査部のいずれからも大
きな出力信号が得られる。したがつて、この発明Ｖｃ｝
いては両倹査部から得られる出力信号の大小を知ること
によつて表面疵の形状を識別することができるのである
。さらに、この発明に｝いては、上記出力信号の個数を
計数することによつて表面疵の大きさ、個数をも知るこ
とができる。この発明ＶＣ｝ける二つの検査部の走査方
向の交差態様は上記実施例のごとき直交交差に限られる
ものではない。

この発明ＶＣ．｝いては、第二の検査部の光束照射用光
源として第一の倹査部の光源を利用することも可能であ
る。

第４図はその実施例を示している。第一の検査部が光束
照射用光源１２と、被倹査材１表面からの反射光１３を
受光する光電変換器１４とによつて構成されている点は
上記と同じである。しかし、この装置では光源１２から
照射される固定光束１１の途中径路にハーフミラー２７
が設置されていて、光束１１の一部はこのハーフミラー
２７ＶＣよつて、支軸２２ａを中心として振動する振動
ミラー２２に向けて反射され、第二の倹査部の光源光束
２８となつている。この光束２８は振動ミラー２２の作
用によつて、第一の倹査部の相対的走査方向と直交する
方向に走査する移動光束２４となり、その反射光２５は
光電変換器２６に受光される。この発明に訃いては、光
束走査器として、上記振動ミラーに代えて回転多面鏡や
プリズム等を用いることもある。

この発明に卦いて、両倹査部の各光電変換器が出力する
信号に基づく表面疵の形状、寸法、個数の判定は、例え
ば、次に述べるごとき電気的判定回路によつて自動的に
行われる。

すなわち、第５図に示すように、両光電変換器１４，２
６からの出力信号はそれぞれ微分回路３１，４１に人力
され、ここで微分されるため、微分回路３１，４１力・
らの出力信号は両光電変換器１４，２６からの出力信号
の変化量に対応する。両光電変換器１４、２６からの各
出力信号中には、被検査材１の上下動等振動や表面粗度
変化に起因して生じる低周波成分が含まれているが、上
記微分回路３１，４１はこれらの低周波成分を除去する
こともできる。表面疵が軸力向疵６である場合、固定光
束１１を用いる第一の検査部側の微分回路３１からは、
第６図（ａ）の最下段に図示するごとき波形の信号３１
１が出力される。この出力信号３１１のピークは固定光
束１１が疵６上を相対的走査したときに現われる。ピー
ク間の距離Ｔ，は被倹査材１の回転周期を表わす。他方
、移動光束２４を用いる第二の検査部側の微分回路４１
からは、第６図（５）の第二段に図示するごとき波形の
信号４１１が出力される。この出力信号４１１のピーク
は移動光束２４が疵６上を走査したときに現われる。図
示の如く、軸方向疵６に訃いては、固定光束１１側の微
分回路３１から出力される疵信号（出力信号３１１のピ
ーク部）は移動光束２４側の微分回路４１から出力され
る疵信号（出力信号４１１のピーク部）よりも大きい。
そこで、両微分回路３１，４１からの各出力信号は比較
回路３２，４２にそれぞれ入力され、ここで、第６図（
ａ）に｝いて数字３２１，４２１で示す同一大きさの設
定レベル値とそれぞれ比較される。比較回路３２，４２
は、微分回路３１，４２からの各出力信号が、上記出力
信号３１１のピーク部のごとく、これらの設定レベル値
３２１，４２１よりも大きい場合にのみ、疵信号として
、第６図（ｂ）に数字３２２で示すごときパルスを出力
する。したがつて、軸方向疵６ｆ１Ｃ｝いては比較回路
３２側からのみパルス３２２が出力されるのに対し、第
７図（ａ）に示すごとく、移動光束２４側の微分回路４
１からの出力信号４１１に含まれる疵信号が固定光束１
１側の微分回路３１からの出力信号３１１に含まれる疵
信号よりも大きくなる周方向疵７に｝いては、各出力信
号３１１，４１１が両比較回路３２，４２Ｖｃ訃いて同
一大きさの設定レベル値３２１，４２１とそれぞれ比較
される結果、比較回路４２側からのみ疵信号として第７
図（ｂ）に示すごときパルス４２２が出力されることに
なり、また、第８図（ａ）に示すごとく、固定光束１１
側の微分回路３１からの出力信号３１１に含まれる疵信
号も移動光束２４側の微分回路４１からの出力信号４１
１に含まれる疵信号もともに大きくなるピツト疵８に訃
いては、各出力信号３１１，４１１はいずれも、両比較
回路３２，４２に｝いてそれぞれと比較されるべき設定
レベル値３２１，４２１よりも大きいので、両比較回路
３２，４２からは第８図（ｂ）に示すごとく疵信号とし
てパルス３２２，４２２がともに出力される。軸方向疵
６の場合、被検査材１がこの疵６の軸方向長さ相当分だ
け軸方向に移動し終るまで、比較回路３２からは疵信号
３２２が繰返し出力されるので、第５図に示す演算回路
３３は１個の疵６について比較回路３２から出力される
パルス数をカウントして、その合計値に１パルス当りの
被検査材１の軸方向移動長さを乗することによつて、こ
の軸方向疵６の長さを算出し、その結果は表示器６１Ｖ
Ｃ出力表示される。

他方、周方向疵７の場合には、被倹査材１の一回転周期
ｔ１内に比較回路４２から繰返し出力されるパルス４２
２の合計数に基いてこの疵７の長さを算出することがで
きるので、第５図に示す演算回路４３は一回転周期Ｔ，
内に比較回路４２から出力されるパルス数をカウントし
て、その合計値に１パルス当りの被検査材１の回転距離
を乗することによつてこの周方向疵７の長さを算出し、
その結果は表示器６１に出力表示される。第７図（ａ）
中Ｔ２は振動ミラー２２の周期を表わす。第５図に示す
ように、両比較回路３２，４２の各出力信号は論理積回
路５１ＶＣも入力されるようになつている。

な訃、この場合、固定光束１１が相対的走査したピツト
疵８が移動光束２４１ｆＣよつて走査されるまでには、
第８図（ａ）Ｖｃ示す出力信号３１１のピークと出力信
号４１１のピークとの間の距離Ｔ３ｖｃよつて表わされ
る時間遅れがあるので、比較回路３２からの出力信号は
、遅延回路を介する等することにより、比較回路４２か
らの出力信号と同期するようにして論理積回路５１１１
Ｃ入力されることは言うまでもない。第８図（ｃ）はこ
の同期パルス３２３を示している。両比較回路３２，４
２からの同期パルス３２３，４２２が論理積回路５１に
入力されると、この論理積回路５１は第８図（４）ＶＣ
示すごときパルス５１１を出力する。このパルス数は被
倹査材１の表面に存在するピツト疵８の個数に対応する
ので、第５図に示すように論理積回路５１からの出力信
号は加算器５２に入力されここでカウントされて、その
結果は表示器６１ＶＣ出力表示される。この発明にかか
る光学表面倹査方法によれば上述のごとくにして、丸鋼
、鋼管のごとき円形長尺材表面の疵の形状、寸法、個数
をいずれも自動的に容易かつ迅速、しかも正確に倹知し
得るものであり、また、この発明にかかる光学表面倹査
装置を用いることにより上記この発明の倹査方法の実施
が容易となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従米の光学表面倹査力法の実施状況を示す斜面
図、第２図はこの発明にかかる光学表面検査装置を用い
てこの発明にかかる光学表面倹査方法を実施している伏
況を示す斜面図、第３図は同上の正面図、第４図はこの
発明にかかる他の光学表面倹査装置を用いてこの発明に
かかる光学表面検査方法を実施している状況を示す正面
図、第５図はこの発明にかかる光学表面倹査装置の光電
変換器から後段の部分を示すプロツク線図、第６図（ａ
）は軸方向疵を倹知した場合！ＩＣ訃ける、第一の倹査
部後段ならびに第二の倹査部後段の各微分回路からの出
力信号とこれらが比較されるべき設定レベル値とをそれ
ぞれ示す説明図、第６図（ｂ）は同上の場合Ｖｃ｝ける
第一の検査部後段の比較回路からの出力信号を示す説明
図、第７図（ａ）は周方向疵を倹知した場合に｝ける、
両倹査部後段の各微分回路からの出力信号とこれらが比
較されるべき設定レペル値とをそれぞれ示す説明図、第
７図（ｂ）は同上の場合に訃ける第二の倹査部後段の比
較回路からの出力信号を示す説明図、第８図（ａ）はピ
ツト疵を検知した場合Ｖｃ｝ける、両検査部後段の各微
分回路からの出力信号とこれらが比較されるべき設定レ
ベル値とをそれぞれ示す説明図、第８図（ｂ）は同上の
場合に｝ける両倹査部後段の両比較回路からの出力信号
を示す説明図、第８図（ｃ）は第二の検査部後段の比較
回路からの出力信号に同期させた、第一の検査部後段の
比較回路からの出力信号を示す説明図、第８図（ｄ）は
両倹査部後段の論理積回路からの出力信号を示す説明図
である。 １・・・・・・被倹査材、１１・・・・・・固定光束、
１２・・・・・・光束照射用光源、１３・・・・・・反
射光、１４・・・・・・光電変換器、２１・・・・・・
光束照射用光源、２２・・・・・・振動ミラー、２２ａ
・・・・・・支軸、２３・・・・・・光束、２４・・・
・・・移動光束、２５・・・・・・反射光、２６・・・
・・・光電変換器、２７・・・・・・ハーフミラー、２
８・・・・・・光束、３１，４１・・・・・・微分回路
、３２，４２・・・・・・比較回路、３３，４３・・・
・・・演算回路、５１・・・・・・論理積回路５２・・
・・・・加算器、６１・・・・・・表示器、３１１，４
１１・・・・・・微分回路からの出力信号、３２１，４
２１・・・・・・設定レベル値、３２２，４２２・・・
・・・比較回路からの出力信号、３２３・・・・・・同
期パルス、５１１・・・・・・論理積回路からの出力信
号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 丸鋼、鋼管等軸に直交する断面の外周が円形となつ
   ている被検査材をその軸方向にスパイラル送りしつつ、
   その表面に、照射点の移動しない固定光束ならびに上記
   被検査材の軸方向スパイラル移動に基くこの固定光束の
   相対的移動方向すなわち相対的走査方向と交差する方向
   に照射点の移動する移動光束を各照射して、それぞれの
   反射光を二つの光電変換器によつて別個に受光させ、上
   記両光束が上記被検査材表面の同一疵上を走査したとき
   の上記両光電変換器の各出力信号変化の大小、個数を検
   出して、その結果に基づき上記疵の形状、大きさ、個数
   を判定する光学表面検査方法。 ２ 軸方向にスパイラル送りされる被検査材表面の一点
   に固定光束を照射する光束照射用光源と、上記被検査材
   の軸方向スパイラル移動に基きこの被検査材表面上を相
   対的に移動走査する上記固定光束の上記被検査材表面か
   らの反射光を受光する第一の光電変換器とからなる第一
   の検査部と、上記第一の検査部の光束照射用光源を利用
   するかまたはこれと別個に設けられた光束照射用光源と
   、この光源から照射された光束を、上記被検査材表面上
   において上記固定光束の相対的走査方向と交差する方向
   に走査させる振動ミラー等の光束走査器と、この光束走
   査器の作用によつて上記被検査材表面上を走査する移動
   光束の上記被検査材表面からの反射光を受光する第二の
   光電変換器とからなる第二の検査部との両検査部を備え
   てなることを特徴とする光学表面検査装置。 ３ 軸方向にスパイラル送りされる被検査材表面の一点
   に固定光束を照射する光束照射用光源と、上記被検査材
   の軸方向スパイラル移動に基きこの被検査材表面上を相
   対的に移動走査する上記固定光束の上記被検査材表面か
   らの反射光を受光する第一の光電変換器とからなる第一
   の検査部と、上記第一の検査部の光束照射用光源を利用
   するかまたはこれと別個に設けられた光束照射用光源と
   、この光源から照射される光束を、上記被検査材表面上
   において上記固定光束の相対的走査方向と交差する方向
   に走査させる振動ミラー等の光束走査器と、この光束走
   査器の作用によつて上記被検査材表面上を走査する移動
   光束の上記被検査材表面からの反射光を受光する第二の
   光電変換器とからなる第二の検査部との両検査部を備え
   るとともに、さらに、上記両検査部の各光電変換器から
   出力される信号の変化量を検出する二つの微分回路と、
   これら二つの微分回路からの各出力をそれぞれの入力信
   号とし、この入力信号を設定レベル値と比較してこれよ
   りも大きい場合にのみ疵信号としてパルスを出力する二
   つの比較回路と、これら二つの比較回路から発せられる
   パルス数に基いて上記被検査材表面の疵の、各対応する
   走査方向に沿う長さを算出する二つの演算回路と、上記
   二つの比較回路からの出力を入力信号とする論理積回路
   と、この論理積回路から発せられるパルス数をカウント
   する加算器と、上記二つの演算回路と上記加算器との各
   出力を表示する表示器とをも備えてなることを特徴とす
   る光学表面検査装置。