JPS60230007A - 表面欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野） 本発明は、表面欠陥検出装置に係り、特に、鋳造直後の
連鋳スラブ等、高温状態にある鋼材の表面欠陥検出や、
モアレ法による金属板の表面形状測定の際に用いるのに
好適な、被検体表面に外部から光を役割し、被検体から
の反射光を解析・処理して、被検体の表面欠陥を自動検
出するようにした表面欠陥検出装置の改良に関する。 ［従来の技術］ 乳餌ん久油罎掻１１．−由吠灼申ｌ々ｂ＊＊）＊ｃｍ検
査員が欠陥部を目視判別するようにした表面欠陥検出装
置が従来から知られている。 このような表面欠陥検出装置においては、投光系と受光
系が一体イｅされた装置の方が設備配置場所の縮小化、
操作性の単純化等の点で有利である。 又、光源としては、超高圧水限灯のような連続スペクト
ル分布を持った自然放射光を利用するよりも、レーザ光
のような誘導放出（放＠）光を利用した方が利点が大き
い。これは、レーザ光がパワーの集光性が極めて良好で
距離による減衰が小さく、しかも、波長が揃っているの
で、干渉フィルタを用いて効宋的に自然光や被検体から
の自発光成分等の背景ノイズをカットすることができる
からである。 しかしながら、レーザ光を利用した場合、その光源部は
、電源と発振器とから構成されており、両者を５ｍ以上
分離する口とは困難である。従って従来は、投光系と受
光系を一体構造化するに際して、電源と発振器も含める
必要があり、極めて大型且つ大重量のものとなっていた
。このような装置は、高価となるだけでなく、適用が望
まれている検査ラインは、既設、新設を問わず、できる
だけ短い方が望ましいため、適用できる検査場所も極め
て制限されるという問題があったわ又、高温物体を被検
体とした場合、被検体の自発光エネルギは、赤外及び可
視の長波長側に強いエネルギ成分を持つので、反射光を
受光して、欠陥信号を得る場合には、なるべく自然光成
分の少ない短波長の光（例えば６’ＯＯｎｍ以下の波長
の光）が必要であった。 こうした問題を解消するために、出願人は、先に出力０
．１Ｗ以上の短波長レーザ光（波長６００ｎｍ以下の例
えばアルゴン・レーザ光）を光源とし、集光レンズ系を
介して光ファイバに入力せしめ、この光を長距離伝送し
た後、投光レンズ系にて被検体表面に照射して、その反
射光を解析し、表面欠陥の検出を行う技術を開示したく
例えば、特願昭５７−２３３５９６＞。 この手法によれば、光源部と投光レンズ系とを分離する
ことができ、従って、被検体近傍に配置される投・受光
系を大幅に小型化することが可能となり、実用上大きな
効果を発揮している。 【発明が解決しようとする問題点】 しかしながら、レーザ装置は高価であり、設置する際に
種々の制約がある等特有の欠点も多く存在する。又、入
力電力と光エネルギの交換効率が悪いため、省エネルギ
の立場から見ると必ずしも好ましい発光光源ではない。 一方、被検体からの反射光量変化から欠陥検出を行う検
査法に要求される光の特性は、自発光と区別して反射光
のみを有効に受光するために、装備する干渉フィルタの
効果を大きくする必要上、単一ピーク波長を有し、且つ
、スペクトル半価幅が小さいことが主なものである。こ
の観点から考えると、レーザの持つ有利点、即ち空間的
、時間的にコヒーレントな特徴は、実用上ではほとんど
活用されていないことになる。 本発明は、レーザ光の利用をＦＪ！！すると共に、前記
先願技術を更に改良すべくなされたものであって、光源
と投光手段との距離を十分とることができ、従って、装
置の小型化、コストダウン、及び保守の容易化が実現で
き、且つ、検出精度が高く、しかも、エネルギロスが少
ない表面欠陥検出Ｉｌｌを提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、被検体の表面に、外部から光を照射し、被検
体からの反射光を解析・処理して被検体の表面欠陥を検
出するようにした表面欠陥検出装置において、電気エネ
ルギを光エネルギに直接変換する素子を用いた光源部と
、前記光源部から“の出力光を入力光学系を介して伝送
するための導光体と、該導光体により伝送された出力光
を被検体表面上に投光するための投光レンズ系と、被検
体上の投光部からの反射光を受光するための受光系と、
！！！受光系で得られた信号を伝送する信号伝送手段と
、該信号伝送手段により伝送された信号に号処理部と、
を備えることにより上記目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記信号処理部に、前記信号
伝送手段により伝送された信号に基づいて被検体表面の
欠陥を解析させると共に、該信号のレベルを設定レベル
と比較し、その偏差を前記光源部にフィードバック処理
させることにより、バックグラウンドレベルを一定に保
持させるようにし、被検体上での時間的・位置的光間を
常に一定に保つようにしたものである。 １作用１ 本発明においては、光源として、この種の装置に使う光
の特性として望ましい光を提供する素子（例えば発光ダ
イオード）を用いるようにしたため、上記利点を損うこ
となく、より安価、且°つ高精度な測定を行うことがで
きる。 即ち、発光ダイオードから提供される光は、単一のピー
ク発光波長を有し、且つ、スペクトル半価幅が極めて小
さいというこの種の装置に利用する光として好ましい特
性を備える。例えば、ガリウム・ヒ素（Ｇａ　、　Ａｓ
　）の高光度発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ピーク波長
が５６５ｎｍであり、スペクトル半価幅は４Ｑｎｍであ
る。これらの数値は、投射光のみを鋼板の自発光成分と
区別して取出すのに有効な値である。しかも、消費−力
が極めて小さく、素子寸法も１０ｍφ前後あるいはそれ
以下と極めて小型である。又、複数個を電気的に接続す
るだけで容易に出力増強が可能である。 従って、高温被検体の表面探傷を目的とした本発明では
、例えばピーク波長が６０ＯｎＩＩｌ以下のＬＥＤを１
個、あるいは必要に応じて同様のものを複数個用いて容
易に総合出力１Ｗ以上の光源とすることが可能という点
において、極めて良好な光源と言えるものである。一方
、一般に発光ダイオードは周囲温度によって発光特性が
変わるが、本装置では、投光系と光源とが分離されてい
るため、光源部の環境を常に良好に維持することが容易
である。　！ 又、発光ダイオードの出力光は、３次元位置微調整機能
を持つステージに装備された集光レンズ系にて例えば光
ファイバのコア中心部に集光されるが、使用される光フ
ァイバは、１Ｗ以上のエネルギ伝送容量を持ち、その長
さが１０ＣＨ＋＋の場合、減衰率が−３ｄＢ以内の高い
伝送効率を有するため、エネルギロスが少ない。又、２
００℃以下の雰囲気中で使用可能なため、波長が６００
　ｎｍ以下の光に対して高い分光透過能を有する。 一方、光源部と投光レンズ系を導光体で結合することに
より、投光レンズ系と光源部を分離配置することが可能
となる。従って、光源部と切り離されて小型化された投
光レンズ系と、該投光レンズ系と一体化された受光系を
、大幅に小型化することができ、被検体近傍における検
査に必要な場所が小さくなるため、適用分野も大幅に拡
大される。　” 従って、前記先行技術の利点をそのまま維持しつつ、よ
り安価で、且つ高精度な測定が可能である。

【実施例】

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。 この実施例は、第１図に示すように、被検体１０の表面
に外部から光を照射し、被検体１０からの反射光を解析
・処理して、被検体の表面欠陥Ｎを検出するようにした
表面欠陥検出装置において、’Ｉ′１ｉＡ１２Ａからメ
タルケーブル１４を介して伝送される電気エネ・ルギを
光エネルギに直接変換する発光ダイオードを用い、被検
体１０から隔離して配置され、所定の冷却雰囲気中に置
かれた光源部１２と、前記光源部１２からの出力光を複
数のレンズ系の組み合わせで構成された入力光学系１６
を介して伝送するための、例えば１０１以上の長さの光
ファイバ１８からなる導光体と、該光ファイバ１８によ
り伝送された光を、所望の面積、形状として被検体１０
の表面上に投光するための、被検体１０の近傍に配置さ
れる保護ケース２６内に収納された、例えば複数のレン
ズ系から構成されている・投光レンズ系２２と、被検体
１０上の投光部１０Ａからの反射光を受光するための、
前記投光レンズ系２２と共に前記保護ケース２０内に収
納された受光カメラ２４と、該受光カメラ２４で得られ
た電気信号を伝送するための信号ケーブル２６と、該信
号ケーブル２６により伝送された電気信号を処理しで、
欠陥信号から欠陥の大きさや被検体１０上の欠陥の位置
等を自動判別し、出力する信号処理部２８と、反射光バ
ックグランドレベルを常に一定にすべく、前記信号処理
部２８に入力される電気信号の一部を光源部１２の電源
１２Ａへフィードバックするための信号ケーブル３０と
から主に構成されている。 前記信号ケーブル２６は、従来利用きれていたメタルケ
ーブルでもよいが、外乱、電気雑音の影響が大きい場合
は、受光素子で電気信号に変換された直後に、再びＰＩ
Ｎダイオードなどで電気変換を行い、光ファイバ・ケー
ブルで受光信号を伝送すると効果的である。なお、設置
条件が良好な場合では、イメージ・ガイド等で直接受光
信号を光のまま伝送してもよい。 １　次に作用を説明する。 電源１２Ａによって設定・供給された所定の電気エネル
ギは、第２図に示される如く、メタルケーブル１４を介
して光源部（＝発光ダイオード）１２によって光エネル
ギに変換される。 該光源部１２は、高温雰囲気中に置がざるを得ない投光
系と分離されているため、容易に冷却雰囲気中に置いて
おくことが可能である。そのため発光特性の安定化が容
易である。 光源部１２で発光された光エネルギは入力光学系１６を
介して、光フアイバ１８中に入れられた後、該光フアイ
バ１８内を長距離（１０数ｍ〜１００Ｉｌｌ）伝送され
、投光レンズ系２２を介して被検体１０上に所望の面積
、形状として投射される。 被検体１０からの反射光は受光カメラ２４によって受光
され、電気信号として信号ケーブル２６を介して信号処
理部２８に入力される。 信号処理部２８では、該信号ケーブル２６にょ゛り伝送
された電気信号を演算部２８Ｂにおいて処理して、欠陥
信号から欠陥の大きさや被検体、１゜上の欠陥の位置等
を自動判別する。又、演算部２１８Ｂの航段に置かれた
比較部２８Ａにおいて、該ｆ８号処理部２８に入力され
る電気信号の一部を設定レベルと比較し、その偏差を信
号ケーブル３０を介して前記光源部１２の電源１２Ａへ
フィードバックし、光源部１２で発光された光が被検体
１０上で時間的・位置的に常に一定となるように保たれ
る。 次に前記表面欠陥検出装置を、連続鋳造により製造され
た高温スラブのオンライン対象に適用した試験例につい
て説明する。本試躾は、第３図に示す如く、前記表面欠
陥検出装置の一体化された投・受光部を連続鋳造により
製造された高温スラブ１０のトーチ切断前の位置に配置
して行った。 前記光源部１２として投光系出力端での総合出力が１Ｗ
以上のガリウム・ヒ素発光ダイオードを用いた。この発
光ダイオードは、中心波長が５６５ｎｍであり、半価幅
は４０ｎｍの光を放射する。 検査場所が高温雰囲気であるために、前記光源部１２と
投光レンズ系２２とを、耐熱被覆を施して受熱温度を２
００’Ｃ以下とした、長さ約１００ｍの光ファイバ１８
で接続した。この程度の距離では、光ファイバ１８の減
衰量は３ｄＢ以下であり、光源出力の７０％以上のパワ
ーが投光レンズ系２２の出力として得られる。 更に、前記投光レンズ系２２は、シリンドリ力ルレンス
を採用し、点状光源を扇状に拡張して高温スラブ１０の
表面に、帯状光源として投射した。 投射光の中心と高温スラブ１０の観察面光線とのなづ角
θは５０°以下とした。 又、前記保護ケース２０の寸法は、５００Ｘ５００Ｘ５
００鰭以下であり、重量は冷却用循環水のｆｉｌｌを含
めて５０ｋｇ以下である。このように、投・受光部が小
型、軽錆であるため、狭い場所でも十分利用できた。 ところで、この試験での主たる検出対象は縦割れである
。この種の欠陥を高精度で検出するために、投光レンズ
系２２からの光を被検体表面上で長手方向約５龍、幅方
向的５００　＋ｌ＋１の帯状に拡張して照射した。この
照射野を１０２１１の素子を持つ受光カメラたるリニヤ
イメージセンサ２４で走査すると、欠陥の被検体幅方向
の幾何学的分解能は約０．５鴎となる。 高温スラブ１０の走行速度との関連で十分な重複走査が
行えるような周波数で、センサの受光信号を読取ると、
高いＳ　、／′Ｎ比の欠陥信号が得られた。なお、高温
スラブ１０からの自然光線分をカットし、投射光の効果
をより有効に得るために、受光カメラ２４の前面には、
コールドフィルタや投射光の波長に最適な、例えば中心
波長が５６５ｎｍで半価幅４Ｑｎｍの透過能を持つ干渉
フィルタ等を装着した。 ところで、シリンドリカルレンズで投射光を拡張する場
合、光景が幅方向で一様にならない場合が多い。又、発
光ダイオードの光量が経時的に変化、する場合も生じる
。このような視野幅方向の光量や走査線毎の光量の変化
を補正し、一定レベルのバックグランドを持つ受光信号
を得るために、受光された電気信号を電源１２Ａにフィ
ードバックし、光源部（発光ダイオード）１２の成剤光
量を変化させて投射光の安定化を図った。即ち、前述し
た如く、信号処理部２８の演算部２８Ｂの前段の比較部
２８Ａにおいて、予め設定した基準値と入力信号値とを
常時比較し、その偏差信号随を光源部１２の１ｔｉ１２
Ａにフィードバックし、被検体１０上の光量側−を行い
、時間的・位置的に一定となるようにしたものである。 この結果得られた欠陥波形の−を第４図に示す。 （Ａ）は光量制御を行わなかった場合の波形であり、（
Ｂ）は光量制御を行った場合の波形である。 図から明らかな如く欠陥信号をより精度よく検出してい
ることがＷ！認できる。 又、アルゴン（ガス）レーザ等と異なり、発光ダイオー
ドの発光スペクトルは唯一であ□す、しかも、光源にレ
ーザを用いたものに比較して小容量の電源ｉ用意するだ
けで使用可能であり消費電力も少ないことが確認できた
。 なお、発光ダイオードから発光された光は、空間的な指
向性もよ爾ので、光ファイバ１８を利用しないで、直接
投光レンズ系へ光源部を配置することも不可能ではない
が、複数の発光ダイオードを用いて必要な光景を確保す
る場合、光学系が複　；数になり、製造ラインに直接配
置することが困難　、になる。又、この種の発光ダイオ
ードは発光光度が周囲温度上昇と共に著しく低下するた
め、環境の異なった場所で素子を冷却して使用した方が
より安定した測定を行うことができる。従って、この観
点から見ても、光源部と投光部とを分離し、両者を光フ
ァイバで連結するこ仁は意義があるものである。 なお、本発明の利用分野は、前記実施例に限定されず、
厚板、熱圧延、冷圧延等各種鋼板の表面性状検査や、他
の製造分野、例えば製紙や他の金属工業分野へ有効に活
用し得るのはいうまでもない。 （発明の効果１ 以上説明してきた如く、本発明によれば、光源として電
気エネルギを光エネルギに直接変換する素子を用いたた
め、装置の小型イ１、コストダウン、及び保守の容易化
が実現でき、検出精度が高く、且つエネルギのロスが少
ないという優れた効果が得られる。又、光源と投光レン
ズ系との距離を十分とるこ仁ができ、光源を常に良好な
雰囲気に保つておくことが容易にできるという効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る表面欠陥検出装置の実施例を示
す概略斜視図、 第２図は、前記実施例で用いられている、受光光量を１
定にするためのフィードバック系のブロック線図、 第３図は、前記実施例装置を用いて高温スラブの表面欠
陥検出の試験を行った時の概略斜視図、第４図（Ａ）、
−（Ｂ）は、それぞれ光量を一定にするためのフィード
バック制御を行わなかった場合と、行った場合とで、得
られた波形例を示す線図である。 １０・・・被検体（高温スラブ）、 １２・・・光源部（発光ダイオード）、１２Ａ・・・電
源、 １６・・・入力光学系、 １８・・・導光体（光ファイバ）、 ２２・・・投光レンズ系、 ２４・・・受光カメラ、 ２６．１３０・・・信号ケーブル、 ２８・・・信号処理部。 代理人　高　矢　論 くほか１名） 菅 第１図 第２図 Ｚ５１ｊ　＜ｌｊ　どｂハ　とｂ　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体の表面に、外部から光を照射し、被検体か
   らの反射光を解析・処理して被検体の表面欠陥を検出す
   るようにした表面欠陥検出装置において、 電気エネルギを光エネルギに直接変換する素子を用いた
   光源部と、 前記光源部からの出力光を入力光学系を介して伝送する
   ための導光体と、 該導光体により伝送され゛た出力光を被検体表面上に投
   光するための投光レンズ系と、 被検体上の投光部からの反射光を受光するための受光系
   と、 該受光系で得られた信号を伝送する信号伝送手段と、 該信号伝送手段により伝送された信号に基づい部と、 を備えたことを特徴とする表面欠陥検出装置。
2. （２）前記信号処理部は、前記信号伝送手段により伝送
   された信号に基づいて被検体表面の欠陥を解析すると共
   に、該信号のレベルを設定レベルと比較し、その停差を
   前記光源部にフィードバックして、バックグラウンドレ
   ベルを一定に保持するものである特許請求の範囲第１項
   記載の表面欠陥検出装置。