KR101343277B1

KR101343277B1 - 표면 검사 장치

Info

Publication number: KR101343277B1
Application number: KR1020127023429A
Authority: KR
Inventors: 마코토 오쿠노; 히데키 다카다; 사이이치 무라타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2013-12-18
Also published as: JP4873100B2; WO2011111528A1; CN102792155A; KR20120115580A; CN102792155B; JP2011209274A

Abstract

링형상의 광출사부(3A)와, 광출사부(3A)와 강판(2)의 사이에, 광출사부(3A)와 동심원형상이고 또한 광출사부(3A)의 내경보다 직경이 작은 광학적인 개구부를 갖는 차광판(3B)을 가진 링 조명 장치(3)와, 차광판(3B)의 개구부의 중심선 C상에 배치되고, 해당 개구부를 통해 강판(2)의 표면을 촬상하는 촬상부(4)를 구비하고, 촬상부(4)가 촬상하는 강판(2) 표면상의 촬상 영역 A에는 광출사부(3A)로부터 조사된 광 중 차광판(3B)의 개구부 가장자리부에서 회절된 광만이 조사되고, 광출사부(3A)와 강판(2) 표면 사이의 거리 H는 촬상 영역 A내의 평균 휘도 레벨이 소정 레벨 이상이고 또한 촬상 영역 A내의 휘도 레벨차가 소정 범위내로 되도록 설정된다. 이것에 의해, 미소 점형상 결함의 검출을 정밀도 좋게 실행할 수 있다.

Description

표면 검사 장치{SURFACE INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 검사 대상물의 표면 결함을 검사하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 강판 등의 표면에 발생하는 미소 점형상 결함을 검사하는데 적합한 표면 검사 장치에 관한 것이다.

종래부터, 검사 대상물의 표면을 검사 혹은 관측할 때에 이용하는 조명으로서, 검사 대상물 표면을 균일하게 조사하기 위해, 링 조명이 널리 이용되고 있다. 그러나, 링 조명을 이용하여 검사 대상물을 조사하면, 특히 대상물 표면의 경면성이 높은 경우에는 링 조명의 광출사부가 대상물 표면에 비쳐 휘도의 불균일이 생기고, 미소 점형상 결함이 잘 보이지 않게 된다고 하는 문제가 있었다.

이 대책으로서 예를 들면, 특허문헌 1에는 링 조명에 있어서의 광조사부와 검사 대상물의 사이에, 광확산판을 삽입하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 광출사부로부터 출사되는 광을 원주 외측을 향하여 소정의 각도를 붙여 배치하고, 내면을 확산 반사면으로 한 확산 반사 후드를 링 조명 단면부에 설치하는 기술이 개시되어 있다.

구체적으로는 도 18에 나타내는 바와 같은 링 조명 장치(100)가 있다. 이 링 조명 장치(100)에서는 헐레이션(halation)을 회피하는 동시에 휘도의 불균일의 발생을 억제하기 위해, 광출사부(101)의 앞쪽에 광확산판(102)을 배치하고, 광출사부(101)로부터 나온 광을 확산시켜 검사 대상물(103) 표면에 조사시키고 있었다. 광출사부(101)로부터 나온 광은 확산판(102)에서 확산되어 검사 대상물(103)에 조사되고, 그 반사광(101a,101b, 101c,…)이 렌즈(104)를 통과하여 에리어 센서 카메라(105)에 결상되도록 되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2007-57421호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성6-235821호 특허문헌 3: 일본국 특허공보 제3585214호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 제2007-3243호

그러나, 도 18에 나타낸 광확산판(102)을 구비한 종래의 링 조명 장치(100)를 이용하면, 금속과 같은 미세한 요철 구조를 갖는 표면에서는 명암점의 휘도 패턴이 발생해 버리고, 이것이 생성 노이즈(formation noise)로 되어 결함 검출의 SN비를 저하시키는 요인으로 된다. 그 이유는 이 반사광 중에는 정반사광(101a)이나, 전방 확산 반사광(101b), 및 후방 확산 반사광(101c) 등이 포함되기 때문이다. 도 19는 강판과 같은 조면(거친 면)(103)에 광(201)을 입사했을 때의 광반사 강도 분포(203)를 모식적으로 나타낸 도면이다. 광반사 강도는 정반사 방향(202)에서 최대가 된다. 도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 정반사광(101a)나 정반사 근방의 반사광은 약간의 각도 변동에 따라 반사 강도가 크게 변동하기 때문에, 검사 대상물(103)이 금속과 같은 미세한 요철 구조를 갖는 표면에서는 명암점의 휘도 패턴이 발생해 버리고, 이것이 생성 노이즈로 되어 결함 검출의 SN비를 저하시키는 요인으로 된다. 따라서, 확산되어 조사되는 광의 일부가 정반사광 성분으로 되어 에리어 센서 카메라(105)에 들어가고, 강판 표면의 미세한 요철에 기인하는 생성 노이즈 강도가 높아지고, 이 생성 노이즈내에 미소 점형상 결함이 묻혀, 생성 노이즈와 미소 점형상 결함의 분리가 곤란하게 된다.

즉, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 헐레이션을 억제하는 효과는 있지만, 검사 대상물의 표면 상태 혹은 검사 대상물의 재질에 따라서는 미소 점형상 결함이 없는 경우에도, 생성 노이즈에 따라 미소 점형상 결함이 있다고 하는 오검출을 발생시켜 버리는 경우가 있었다.

본 발명은 상기의 문제를 감안해서 이루어진 것으로서, 미소 점형상 결함을 정밀도 좋게 검사할 수 있는 표면 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하고, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 링형상의 광출사부와, 해당 광출사부와 검사 대상물의 사이에, 해당 광출사부와 동심원형상이고 또한 해당 광출사부의 내경보다 직경이 작은 광학적인 개구부를 갖는 차광판을 가진 링 조명 장치와, 상기 차광판의 개구부의 중심선상에 배치되고, 해당 개구부를 통해 상기 검사 대상물의 표면을 촬상하는 촬상부를 구비하고, 상기 촬상부가 촬상하는 상기 검사 대상물 표면상의 촬상 영역에는 상기 광출사부로부터 조사된 광 중 상기 차광판의 개구부 가장자리부에서 회절된 광만이 조사되고, 상기 광출사부와 상기 검사 대상물 표면 사이의 거리는 상기 대상물 표면상의 촬상 영역내의 평균 휘도 레벨이 소정 레벨 이상이고, 또한 해당 촬상 영역내의 휘도 레벨차가 소정 범위내로 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 검사 대상물은 긴쪽 방향을 따라 반송(搬送)되는 띠형상 재료이고, 상기 띠형상 재료 고유하게 설정된 연속성 결함의 연속 발생 길이의 최저 길이 이하의 일정 길이를 갖는 구간이 반송되는 동안에, 상기 링 조명 장치 및 상기 촬상부를, 상기 띠형상 재료의 전체 폭을 적어도 1왕복시키고, 또한 상기 일정 길이를 갖는 구간이 반송될 때마다 동일한 동작을 반복하는 트래버스부를 구비하고, 상기 띠형상 재료 표면에 발생하는 연속성 결함을 검사하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 띠형상 재료의 반송 거리를 검출하는 반송 거리 검출부와, 상기 반송 거리 검출부에서 검출한 반송 거리 정보에 의거한 상기 트래버스부의 왕복 동작과, 상기 촬상부가 상기 띠형상 재료를 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상하도록 촬상 타이밍을 제어하는 촬상 타이밍 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 띠형상 재료의 긴쪽 방향을 따라 서로 평행을 이루도록 서로 인접하고 또한 상기 촬상부의 폭 방향 시야와 대략 동일한 길이의 폭을 갖는, 복수의 가늘고 긴 트랙 영역을 설정한 경우에, 상기 촬상부는 각각의 상기 트랙 영역에 속하는 서로 인접하는 부분 영역 또는 상기 긴쪽 방향으로 서로 이간된 상기 부분 영역을 촬상하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 촬상부에서 촬상한 각 화상내에 있어서의 결함 유해도를 수치 데이터로서 추출하는 화상 처리부와, 상기 화상 처리부에서 추출된 상기 각 화상의 결함 수치 데이터와 그 촬상 위치에 의거하여 띠형상 재료 표면의 2차원 결함 발생 상황을 산출하는 결함 분포 산출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 결함 분포 산출부에서 산출된 결함 분포 상황을 상기 띠형상 재료 표면의 2차원 전개도상에 표시하는 결함 맵 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 결함 맵 표시부는 상기 띠형상 재료 표면을 직사각형의 메시로 분할하고, 각 메시의 결함 유해도를 표시 색 혹은 표시 마크를 변경하여 표시하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 검사 대상물은 강판이고, 강판상의 촬상 영역내의 미소 점형상 결함을 검사하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관한 표면 검사 장치는 상기의 발명에 있어서, 상기 띠형상 재료는 산세 강판이고, 상기 연속성 결함은 스케일 잔여물인 것을 특징으로 한다.

[발명의 효과]

본 발명에 따르면, 링형상의 광출사부와, 해당 광출사부와 검출 대상물의 사이에, 해당 광출사부와 동심원형상이고 또한 해당 광출사부의 내경보다 직경이 작은 광학적인 개구부를 갖는 차광판을 가진 링 조명 장치와, 상기 차광판의 개구부의 중심선상에 배치되고, 해당 개구부를 통해 상기 검사 대상물의 표면을 촬상하는 촬상부를 구비하고, 상기 촬상부가 촬상하는 상기 검사 대상물 표면상의 촬상 영역에는 상기 광출사부로부터 조사된 광 중 상기 차광판의 개구부 가장자리부에서 회절된 광만이 조사되고, 상기 광출사부와 상기 검사 대상물 표면 사이의 거리는 상기 검사 대상물 표면상의 촬상 영역내의 평균 휘도 레벨이 소정 레벨 이상이고, 또한 검사 촬상 영역내의 휘도 레벨차가 소정 범위내로 되도록 설정되기 때문에, 촬상 영역내의 휘도가 평탄화되고 또한 생성 노이즈가 억제되며, 미소 점형상 결함을 정밀도 좋게 검사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1인 표면 검사 장치의 개요 구성을 나타내는 단면 모식도,
도 2는 검사 대상물인 강판 표면의 조명광의 분포와 촬상부에 의한 촬상 영역을 설명하는 설명도,
도 3은 링 조명 장치의 기하학적 배치를 설명하는 설명도,
도 4는 강판의 표면과 광출사부의 거리를 설명하는 설명도,
도 5는 강판의 표면과 광출사부의 거리에 의한, 촬상 영역내의 휘도 분포의 변화를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치의 일예를 나타내는 블록도,
도 8은 본 발명의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치에 있어서의 트래버스부와 띠형상 강판의 관계를 나타내며, 트래버스 방향에서 띠형상 강판을 절단한 상태를 나타내는 단면도,
도 9는 띠형상 강판의 표면에 발생하는 연속성 결함의 발생 형태의 일예를 나타내는 평면도,
도 10은 반송 속도가 저속으로 변화한 영역에서 띠형상 강판 표면의 검사 빈도가 증가하는 상황을 설명하는 평면도,
도 11은 띠형상 강판이 소정 거리 ΔL만큼 이동하는 동안에 촬상부의 폭 방향 이동을 완료시키는 경우를 나타내고, 반송 속도가 저속으로 변화된 영역에서 띠형상 강판 표면의 검사 빈도가 증가하지 않는 것을 설명하는 띠형상 강판의 평면도,
도 12는 도 11의 파선 부분 및 그 근방을 확대하여, 촬상 영역을 나타낸 띠형상 강판의 평면도,
도 13은 띠형상 강판이 소정 거리 ΔL만큼 이동하는 동안에, 촬상부를 폭 방향으로 이동시키면서 촬상을 실행하고, 또한 폭 방향으로 촬상하지 않고 복귀시키는 실시형태를 나타내는 평면도,
도 14는 강판이 소정 거리 ΔL만큼 이동하는 동안에, 촬상부를 폭 방향으로 이동시키면서 촬상을 실행하고, 또한 폭 방향으로 촬상하지 않고 복귀시키는 실시형태에 있어서 각 트랙 영역내를 촬상하는 촬상 영역끼리가 연속되지 않는 예를 나타내는 평면도,
도 15는 본 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치에 의해서 산출한 결함의 발생 분포 상황을 2차원 맵상에 표시한 예를 나타내는 평면도,
도 16은 본 발명의 실시예에서 이용한 트래버스부의 예이며, 2개의 검출 헤드를 폭 방향으로 소정 거리 간격을 두고 설치한 예의 트래버스 방향에서 띠형상 강판을 절단한 상태를 나타내는 단면도,
도 17은 본 발명의 실시예에 의해서 산출한 결함 파라미터의 크기에 따라 3단계로 나누어 결함 맵의 메시의 농담을 변경하여 표시한 예를 나타내는 도면,
도 18은 종래의 광확산판을 구비한 링 조명을 사용한 경우의 설명도,
도 19는 강판과 같은 조면에 있어서의 광반사 강도 분포 패턴을 나타내는 설명도이며, 정반사광이나 정반사 근방의 반사광이 약간의 각도 변동에 따라 반사 강도가 크게 변동되는 것을 나타내는 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태인 표면 검사 장치에 대해 설명한다.

(실시형태 1)

이 실시형태 1에서는 회절광의 발생 메커니즘을 이용하여 검사 대상물 표면의 미소 점형상 결함을 고정밀도로 검사할 수 있도록 하고 있다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1인 표면 검사 장치(1)의 개요 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 또, 도 2는 검사 대상물인 강판(2)의 표면상의 조명광의 분포와 촬상부(4)에 의한 촬상 영역 A를 설명하는 설명도이다. 또한, 도 3은 링 조명 장치의 기하학적 배치를 설명하는 설명도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 표면 검사 장치(1)는 링 조명 장치(3)와 촬상부(4)와 화상 처리 장치(5)를 갖는다. 화상 처리 장치(5)는 촬상부(4)에 접속된다. 링 조명 장치(3)는 링형상의 광출사부(3A)와 차광판(3B)을 구비한다. 또, 촬상부(4)는 에리어 센서 카메라(4A)와 렌즈(4B)를 구비한다. 또한, 차광판(3B)은 광출사부(3A)와 강판(2)의 사이에 배치된다. 이 광출사부(3A)와 차광판(3B)은 일체 구성된 링 조명 장치(3)로 구성해도 좋다. 또한, 링 조명 장치(3)와 촬상부(4)는 일체 구성되어도 좋다.

촬상부(4)는 그 광축 C4가 광출사부(3A)의 개구부의 중심축과 일치하도록, 광출사부(3A)의 위쪽에 배치되어 있다. 또, 촬상부(4)의 에리어 센서 카메라(4A)는 강판(2)의 표면에서 반사된 회절광의 반사광을 렌즈(4B)에서 결상하도록 설정되어 있다.

차광판(3B)은 광출사부(3A)의 개구부의 내경 치수보다 작은 직경 치수의, 원형상의 광학적인 개구부를 갖는다. 차광판(3B)의 개구부와 링형상의 광출사부(3A)는 동심원형상이며, 동일한 중심축 C를 갖는다. 또, 중심축 C는 촬상부(4)의 광축 C4와 일치한다. 이 차광판(3B)의 재질로서는 광학적으로 불투명한 것이면 종류를 불문하지만, 예를 들면 표면을 흑 알루마이트 처리한 알루미늄재 등을 이용할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 광출사부(3A)로부터 나온 조명광은 소정의 확산각을 갖고 강판(2) 표면을 향해 조사되지만, 그 일부가 차광판(3B)에 의해서 차단된다. 차광판(3B)의 설치 조건으로서는 광출사부(3A)로부터 나온 확산을 가진 광이, 강판(2)의 표면상의 촬상 영역 A내에 직접 조사되지 않도록 한다. 그리고, 차광판(3B)의 내측 가장자리부에서 회절된 광이 촬상 영역 A에 조사되도록 한다.

즉, 도 3에 있어서, 다음 식을 만족시키도록 배치한다.

H·tanθ-R＞r

여기서, R은 광출사부(3A)의 중심축 C에서 광출사부(3A)의 광출사 위치까지의 거리이다. 또, r은 광출사부(3A)의 중심축 C에서 촬상 영역 A의 가장자리부까지의 거리이다. H는 광출사부(3A)의 광출사 위치에서 강판(2)의 표면까지의 거리를 나타낸다. θ는 차광판(3B)에 의해서 차단된 직접광의 광로 방향과 중심축 C가 이루는 각이다.

다음에, 링 조명 및 차광판(3B)을 이용하는 이유에 대해 기술한다. 조명으로서 링형상의 조명을 이용하는 것은 강판(2)의 표면을 전체 방위로부터 대칭적으로 조사하는 것에 의해서, 강판(2) 표면의 미세한 요철에 기인하는 음영을 상쇄하기 위함이다. 특히, 산세 강판과 같은 표면 성상이 나쁜 검사 대상물 표면에서 미소한 결함을 검사하는 경우, 생성 노이즈를 억제하는 효과가 있다. 또, 차광판(3B)을 설치하는 것은 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 링 조명 장치(3)로부터 출사되는 직접광의 일부에 포함되는 정반사광 성분이, 강판(2) 표면상의 촬상 영역 A내에 들어오지 않도록 하기 위함이다. 즉, 차광판(3B)에 차단되지 않고 강판(2) 표면에 조사되는 직접광 조사 영역 B(도 2의 빗금부)에는 정반사 성분이 포함되지만, 촬상 영역 A를 직접광 조사 영역 B의 내측이 되도록 설정하는 것에 의해, 촬상 영역 A내에는 차광판(3B)에서의 회절광만이 조사된다.

그 결과, 차광판(3B)을 설치한 링 조명 장치(3)를 이용하면, 촬상부(4)는 촬상 영역 A를 촬상하며, 촬상부(4)가 수광하는 것은 차광판(3B)에서 차단된 부분에 생기는 회절광으로부터의 반사광만으로 되어, 정반사광이 촬상부(4)에 결상되지 않게 된다. 따라서, 강판(2)과 같은 표면 성상이 나쁜 조면에서도, 생성 노이즈를 억제하여 미소 점형상 결함을 고 SN비로 검출할 수 있게 된다.

여기서, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 촬상부(4)의 광축 C4를 중심으로 하는 촬상 영역 A내의 휘도 분포는 광출사부(3A)에서 검사 대상물(2)의 표면까지의 거리 H에 따라 변화한다. 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 거리 H가 적정한 소정값 Dth보다 작은 경우, 촬상 영역 A의 주변에 광출사부(3A)로부터의 직접광이 비치고, 이 주변 부분의 휘도가 극히 높아진다. 한편, 광축 C4 근방의 휘도는 낮아진다. 그 결과, 촬상 영역 A내의 휘도차가 커져, 휘도가 불균일하게 되고, 정밀도가 높은 결함 검사를 실행할 수 없다.

한편, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 거리 H가 적정한 소정값 Dth보다 큰 경우, 촬상 영역 A내의 휘도는 균일하게 되지만, 촬상 영역 A내에의 회절광의 강도가 약해지고, 촬상 영역 A내의 평균 휘도 레벨이 낮아진다. 그 결과, 특히, 고광택의 강판 표면 등을 검사하는 경우, 극히 고휘도의 조명이 필요하게 되며, 검사 장치의 도입 코스트 및 러닝 코스트가 모두 고가로 된다.

그래서, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 거리 H를 적정한 소정값 Dth로 하는 것에 의해서, 휘도를 높게 유지하면서 평탄한 휘도 분포를 얻을 수 있고, 정밀도가 높은 표면 검사를 실행할 수 있다. 여기서, 적정한 소정값 Dth는 링 조명 장치(3)의 치수나 출사 지향성, 더 나아가서는 검사 대상물 표면의 광반사 특성에 따라 변화하기 때문에, 검사 대상물에 따라 미리 소정값 Dth를 결정해 두는 것이 바람직하다. 또, 소정값 Dth는 촬상 영역 A내의 평균 휘도 레벨이 소정 레벨 이상이고 또한 촬상 영역 A내의 휘도 레벨차가 소정 범위내, 예를 들면 ±10% 이내가 될 때의 값으로서 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 화상 처리 장치(5)에서의 처리 내용은 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 쉐이딩 보정 등의 전처리 후에, 2진화 혹은 다진화 처리에 의해 소정 임계값 레벨을 넘는 화소를 추출하고, 화소 연결 처리, 고립점 제거, 라벨링 처리 후, 화상 특징량을 계산하여 결함을 추출·판정하면 좋다.

여기서, 상술한 소정값 Dth는 화상 처리 장치(5)의 화상 처리 결과에 따라 자동 설정할 수 있도록 해도 좋다. 즉, 중심축 C를 따르는 방향으로 링 조명 장치(3)를 이동시킬 수 있는 구동부와, 화상 처리 장치(5)의 화상 처리 결과에 따라, 거리 H가 소정값 Dth로 되도록 구동부에 대한 구동 제어를 실행하는 제어부를 구비하도록 해도 좋다. 이것에 의해서, 광출사부(3A)와 검사 대상물(2) 사이의 거리 H를, 적정한 소정값 Dth로 용이하고 또한 정밀도 좋게 설정할 수 있다.

또, 라인 반송되는 띠형상 재료의 강판(2)을 검사 대상물로 하는 경우, 광출사부(3A)의 광원으로서는 띠형상의 강판(2)을 흔들림 없이 촬상하기 위해, 크세논·스트로보 광원 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 광출사부(3A)로서는 LED를 도넛형상으로 배치한 것, 또는 조명 광원에 연결한 광파이버 다발을 도넛형상으로 분배해서 구성한 것 등을 이용할 수 있다.

이 실시형태 1에서는 촬상 영역 A에, 광출사부(3A)로부터 조사된 광 중 차광판(3B)의 개구부 가장자리부에서 회절한 광만이 조사되고, 또한 광출사부(3A)와 검사 대상물 표면 사이의 거리 H는 촬상 영역 A내의 평균 휘도 레벨이 소정 휘도 레벨 이상이고 또한 촬상 영역 A내의 휘도 레벨차가 소정 범위내, 예를 들면 ±10%이내로 되도록 해서 휘도 분포를 평탄화하고 있으므로, 촬상 영역 A내에서 휘도의 불균일이 없어지고, 미소 점형상 결함을 고정밀도로 검사할 수 있다.

(실시형태 2)

이 실시형태에서는 상술한 링 조명 장치(3) 및 촬상부(4)를 이용하여, 라인 반송되는 띠형상의 강판(띠형상 강판)(2) 표면상의 반송 방향으로 연속적으로 발생하는 미소 결함을 간이한 구성으로 검사하는 표면 검사 장치에 대해 설명한다.

그런데, 반송 라인에서 반송되는 띠형상 강판(2a)의 표면에 발생하는 연속성 결함을 검사하는 예로서는 예를 들면, 산세한 강판의 표면에 발생하는 스케일 잔여 결함을 검사하는 공정이 있다. 산세를 실행하는 라인에서는 황산 등의 강산을 넣은 액조 중에 띠형상 강판(2a)을 통과시켜 표면의 스케일(FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 등)을 제거하고 있다. 이 라인에서는 강판의 반송 속도가 너무 빠른 경우, 또는 강판 표면에 소위 스킨 거칠기(skin roughness)가 생기고, 이 스킨 거칠기 부분에 스케일이 잠식되거나 하는 경우에 표면에 스케일이 남는 경우가 드물게 있다.

이러한 스케일 잔여 결함은 직경 0.05∼0.3㎜ 정도의 미소 점형상 결함이 밀집해서 형성되는 것이며, 띠형상 강판(2a)의 반송 중에 육안으로 인식하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 스케일 잔여물의 발생을 표면 검사 장치에 의해서 자동 검사하는 것은 산세 강판의 표면 품질 보증상, 극히 중요하다.

스케일 잔여 결함의 발생 형태의 특징으로서, 동일 폭 방향 위치에, 강판의 반송 방향을 따라 소정 길이 이상 연속적으로 발생한다는 경우가 있다. 또, 스케일 잔여 결함에 한정되지 않고, 띠형상 재료의 표면에 발생하는 연속성 결함은 그 제조 라인 고유의 연속 발생 길이의 범위를 경험적으로 알고 있는 경우가 많다. 본 실시형태 2에서는 이러한 연속성 결함의 검사에 바람직한 검사 장치에 관한 것이다.

종래의 산세 강판의 제조 라인에 있어서의 표면 검사 장치로서는 강판의 폭 방향(반송 방향과 직교하는 방향)을 따라 선형상 조명이 배치되고, 강판에 대향하는 위치에 강판의 폭 방향을 따라 전체 폭을 빠짐없이 검사할 수 있도록, 수대 내지 수십대의 라인 센서 카메라를 강판의 전체 폭에 걸쳐 설치한 장치가 잘 알려져 있다. 이 표면 검사 장치에서는 각각의 라인 센서 카메라에서 얻어진 카메라 출력 신호를 강판의 반송 방향에 연결하고, 화상 처리에 의해서 표면 결함 부분을 추출하고 있다.

그러나, 고속으로 반송되는 산세 강판 표면상에 발생하는 상기와 같은 미소 점형상 결함을 검사하는 경우, 라인 센서 카메라를 이용한 표면 검사 장치에서는 반송 방향의 카메라 분해능이 부족하여, 충분한 결함 검사 성능이 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 직경 0.05㎜의 점형상 결함을 검출하기 위해서는 카메라 분해능을 대략 0.025㎜이하로 할 필요가 있다. 그러나, 통상 사용되는 4096 소자를 이용한 비디오 레이트 40㎒의 라인 센서 카메라에서는 반송 속도 2m/초의 산세 라인에서의 반송 방향의 카메라 분해능은 약 0.2㎜에 불과하여, 필요 분해능에 약 1자리수나 부족하다.

한편, 반송 방향의 카메라 분해능을 향상시키는 수단으로서는 스트로보 조명 등을 이용하여, 고정밀의 에리어 센서 카메라에 의해서 강판 표면을 정지화상으로서 촬상하는 장치가 고려된다. 그러나, 이러한 스트로보 조명을 이용한 장치를 반송하는 띠형상 재료의 검사에 적용하는 경우, 반송 방향의 촬상 타이밍을 어떻게 제어할지가 문제로 된다. 예를 들면, 특허문헌 3에는 검사 대상을 일정 속도로 반송하고, 등시간 간격으로 카메라 촬상을 실행하는 것에 의해, 카메라의 촬상 시야가 검사 대상 표면의 반송 방향에서 일정하게 되도록 한 표면 검사 장치가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 4에는 등시간 간격으로 카메라 촬상을 실행하는 동시에, 검사 대상의 반송 거리를 상시 계측하여, 각 화상의 촬상 타이밍간에 이동한 반송 거리를 구하는 동시에, 각 화상내에서 이 반송 거리에 대응한 일부분만을 유효 영역으로 하고, 이 영역만의 화상 처리를 실행하도록 한 표면 검사 장치가 개시되어 있다.

상기의 특허문헌 3에 개시된 검사 장치는 산세 강판 제조 라인과 같이 반송 속도가 끊임없이 변동하는 라인에는 적용할 수 없는 것이다. 또, 특허문헌 4에 개시된 장치에서는 각 화상내에서 반송 속도에 따라 화상 처리하는 범위를 변화시키기 때문에, 화상 처리가 복잡하게 되어 처리 시간이 길어지고, 고속 반송 라인에서 실시간의 처리가 곤란하다. 또, 특허문헌 3, 4에 개시된 장치를 포함하는 종래의 검사 장치에서 스케일 잔여 결함을 검사하는 경우의 과제로서는 이하의 (1) 및 (2)에 설명하는 바와 같은 것이 있다.

(1) 띠형상 재료의 폭 방향의 카메라 분해능을 미세한 점형상 결함 사이즈의 절반 이하로 할 필요가 있기 때문에, 폭 방향으로 다수의 카메라를 설치하지 않으면 안 되고, 검사 장치가 매우 고가로 되며, 또 카메라의 조정이나 보수에 다대한 노력을 요한다.

(2) 미소한 점형상 결함이 군생해서 형성되는 스케일 잔여 결함의 경우, 개개의 점형상 결함의 치수, 휘도, 형상 등의 특징량을 하나하나 상세하게 계산해서 처리하면, 화상 처리에 막대한 부하가 걸려, 실시간의 처리가 곤란하게 된다.

그래서, 이 실시형태 2에서는 미소 점형상 결함을 정밀도 좋게 검사할 수 있고, 미소 점형상 결함이 군생해서 형성되는 스케일 잔여 결함과 같은 검사 대상에서도, 반송 방향으로 연속적으로 발생한다고 하는 특징을 이용하여, 간이한 구성이고 또한 실시간으로 처리 가능한 표면 검사 장치를 얻도록 하고 있다.

도 6은 본 발명의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 또, 도 7은 이 표면 검사 장치의 일예를 나타내는 블록도이다. 이 실시형태 2는 산세 강판의 제조 라인에서 반송되는 띠형상 강판(2a)에 대한 표면 검사 장치로서 설명한다.

[표면 검사 장치의 개략 구성］

도 6에 나타내는 바와 같이, 표면 검사 장치(11)는 반송되는 띠형상 강판(2a)의 표면을, 실시형태 1에서 설명한, 차광판을 장비한 링 조명 장치(3) 및 촬상부(4)에 의해서 촬상한다. 링 조명 장치(3) 및 촬상부(4)는 검출 헤드(1a) 중에 고정시켜 배치되어 있다. 또, 표면 검사 장치(11)는 이 검출 헤드(1a)를 띠형상 강판(2a)의 폭 방향으로 이동시키는 트래버스부(6)와, 화상 처리부(7)와, 반송 거리 검출부(8)와, 촬상 타이밍 제어부(9)와, 결함 분포 산출부(10)와, 결함 맵 표시부(12)를 구비한다.

［검출 헤드］

검출 헤드(1a)는 실시형태 1에 나타낸 링 조명 장치(3)와 촬상부(4)를 탑재하는 것이다. 또한, 촬상부(4)는 고정밀의 에리어 센서 카메라를 이용하는 것에 의해, 산세 강판의 스케일 잔여 검사와 같이, 고속 반송 라인에 있어서도 미소 점형상 결함을 검출하는 것이 가능해진다. 촬상부(4)는 검사 대상으로 하는 결함의 최소 사이즈의 대략 절반 이하의 분해능을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이 촬상부(4)는 띠형상 강판(2a)에 있어서의 강판 고유하게 설정된 연속성 결함의 연속 발생 길이의 최저 길이 이하의 일정 길이를 갖는 구간이 반송되는 동안에, 띠형상 강판(2a)의 전체 폭을 적어도 1왕복하는 동시에, 그 사이에 띠형상 강판(2a)을 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상하도록 설정되어 있다.

[트래버스부］

도 8에 나타내는 바와 같이, 트래버스부(6)는 검출 헤드(1a)에 설치된 링 조명 장치(3) 및 촬상부(4)를 띠형상 강판(2a)의 폭 방향(트래버스 방향) Y를 따라 왕복 이동시키는 기능을 갖는다. 구체적으로는 트래버스부(6)는 띠형상 강판(2a)을 반송하는 라인을 폭 방향 Y에 걸치도록 가설된 가이드 레일(61)과, 이 가이드 레일(61)을 주행하는 검출 헤드(1a)를 띠형상 강판(2a)의 폭 방향 Y로 왕복 구동시키는 유압 실린더(62)를 구비해서 구성되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 트래버스부(6)에서는 촬상 타이밍 제어부(9)로부터의 제어 신호에 의해 구동을 실행한다. 그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 트래버스부(6)는 촬상부(4)의 광축(파선으로 나타냄)이 띠형상 강판(2a)을 완전히 횡단하도록, 띠형상 강판(2a)의 폭 치수 w보다 긴 검사 범위 치수 W의 스트로크로 검출 헤드(1a)를 왕복 구동하도록 되어 있다. 또한, 이 검사 범위 치수 W는 라인 반송되는 띠형상 강판(2a)의 사행값(meandering margin)도 포함하는 것이 바람직하다.

이 트래버스부(6)는 띠형상 강판(2a)에 고유하게 설정된 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d(도 9 참조) 이하의 일정 길이를 갖는 구간이 반송되는 동안에, 검출 헤드(1a)를, 스트로크 W분만큼 1왕복시키고, 또한 일정 길이를 갖는 구간이 반송될 때마다 동일한 동작을 반복하도록 설정되어 있다.

［반송 거리 검출부］

반송 거리 검출부(8)는 띠형상 강판(2a)의 반송 거리를 검지하는 것이며, 띠형상 강판(2a)의 반송 거리 정보를 촬상 타이밍 제어부(9)에 출력한다. 반송 거리 검출부(8)로서는 공지의 로터리 엔코더 등을 이용할 수 있다.

［촬상 타이밍 제어부］

도 7에 나타내는 바와 같이, 촬상 타이밍 제어부(9)는 반송 방향 촬상 타이밍 제어부(91)와, 폭 방향 촬상 타이밍 제어부(92)와, 촬상 위치 기억부(93)를 구비하고 있다.

촬상 타이밍 제어부(9) 전체로서는 반송 거리 검출부(8)로부터 띠형상 강판(2a)의 반송 거리 정보가 반송 방향 촬상 타이밍 제어부(91)에 입력되고, 또 트래버스부(6)로부터 촬상부(4)의 폭 방향 위치 정보가 폭 방향 촬상 타이밍 제어부(92)에 각각 입력된다. 이 촬상 타이밍 제어부(9)는 이들 입력과 동기해서, 반송 거리 및 트래버스(폭 방향 Y의 횡단) 거리와 동기한 촬상 트리거 신호를 촬상부(4)에 출력한다. 이 상세에 대해서는 후술한다. 또, 촬상 위치 기억부(93)는 각 화상의 띠형상 강판(2a)상에서의 촬상 위치를 기억하고, 결함 분포 산출부(10)에 출력한다.

[화상 처리부］

도 7에 나타내는 바와 같이, 화상 처리부(7)는 촬상부(4)로부터 화상 데이터가 입력되는 화상 입력부(71)와, 화상 데이터 기억부(72)와, 결함 추출부(73)와, 결함 파라미터 산출부(74)를 구비하고 있다.

구체적으로는 화상 처리부(7)에서는 촬상부(4)로부터 촬상 화상 데이터가 화상 입력부(71)에 입력된다. 화상 입력부(71)에 입력된 촬상 화상 데이터는 화상 데이터 기억부(72)에 기억된다. 결함 추출부(73)에서는 화상 데이터 기억부(72)에 기억된 촬상 화상 데이터의 화상내로부터 결함을 추출하고, 결함 파라미터 산출부(74)에서 결함 유해도를 반영한 결함 파라미터를 산출하여, 결함 분포 산출부(10)에 출력한다.

여기서, 결함의 추출은 주지의 방법, 즉 예를 들면 쉐이딩 보정 등의 전처리를 실행한 후, 소정의 임계값을 넘는 화소를 결함부로서 추출하는 방법 등을 이용할 수 있다. 결함 파라미터의 산출은 각 화상마다 결함의 유해도를 수치 데이터로서 나타내기 위한 것이다. 이 수치 데이터로서는 예를 들면, 화상내의 평균 휘도, 임계값을 넘은 화소수, 혹은 임계값을 넘은 화소를 화상 휘도로 가중한 화소수 등 중에서, 결함의 유해도와 상관이 높은 것을 선택하도록 한다. 또한, 실시간으로 또는 사후에 화상을 확인할 수 있도록, 화상 처리 수단(7)에는 화상 데이터 기억부(72)를 설치하고, 촬상한 전체 화상, 혹은 그 중의 결함이 있는 화상을 기억할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이 실시형태 2에서는 개개의 결함이 아닌, 각 화상에 대해 그 유해도를 수치 파라미터로서 평가하도록 한 것에 의해, 특히 스케일 잔여물과 같이 미소한 점형상 결함이 군생해서 형성되는 연속성 결함의 유해도의 평가에는 극히 유효하다. 또, 스케일 잔여물과 같은 연속성 결함에 대해, 종래 장치와 같이 개개의 점형상 결함의 특징량을 평가하고자 하면, 화상 처리부에 방대한 부하가 걸려 검사 장치를 안정하게 가동할 수 없게 된다. 또, 스케일 잔여물에서는 미소한 점형상 결함의 발생 밀집도가 높을수록 유해도가 증가하기 때문에, 개개의 결함에 대해 평가하는 것보다도, 화상 전체에 대해 평가하도록 하는 쪽이 적확한 결함 유해도의 평가가 가능하게 된다.

［결함 분포 산출부］

도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 결함 분포 산출부(10)에는 채취한 각 화상에 대해, 결함 유해도를 나타내는 결함 파라미터를 화상 처리부(7)로부터, 또 화상을 채취한 강판(2)상의 반송 방향 X 및 폭 방향 Y위치를 촬상 타이밍 제어부(9)로부터 각각 입력받는다. 결함 분포 산출부(10)는 이들 정보로부터, 띠형상 강판(2a) 표면의 2차원 결함 발생 상황을 산출한다.

[결함 맵 표시부］

결함 맵 표시부(12)는 결함 분포 산출부(10)에서 산출된 결함 분포 상황을, 띠형상 강판(2a) 표면의 2차원 전개도상에 표시한다.

［촬상부의 촬상 타이밍］

다음에, 촬상부(4)의 촬상 타이밍에 대해 설명한다. 스케일 잔여물 등의 연속성 결함 D는 (1) 폭 방향의 발생 위치는 국소적으로 되는 경우나 전체 폭에 걸치는 경우가 있는 것, (2) 도 9에 나타내는 바와 같이, 반송 방향의 발생 위치는 띠형상 강판(2a)의 반송 방향으로 소정 길이 d이상, 즉 띠형상 강판(2a) 고유하게 설정된 연속성 결함의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 이상, 연속적으로 발생한다고 하는 특성을 갖는다.

본 발명은 이 지견에 의거하여, 연속성 결함 D의 최저 길이 d이하의 피치로, 띠형상 강판(2a) 표면의 실질적으로 전체 폭 방향을 빈틈없이 검사하면, 반송 방향에서 검사가 중단되어도, 실질상, 띠형상 강판(2a)의 전체 길이 전체 폭에 걸쳐 스케일 잔여(연속성 결함 D)의 검사를 할 수 있는 것에 착안하였다. 또한, 본 발명은 촬상부(4)를 폭 방향으로 횡단(트래버스)하는 장치 구성으로 한 것에 의해서, 카메라의 대수의 삭감을 도모한 것이다.

즉, 띠형상 강판(2a)에 있어서의 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d이하의 일정 길이를 갖는 구간이 반송되는 동안에, 촬상부(4)를, 일정 길이를 갖는 구간내에서 촬상된 부분 영역 전체가, 실질적으로 띠형상 강판(2a)의 전체 폭에 걸쳐, 일정 길이를 갖는 구간끼리는 상대적으로 촬상 위치가 일정 길이의 피치로 대응하도록 한다.

또한, 예를 들면 촬상부(4)를 일정 속도로 폭 방향으로 횡단시켜 검사하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 반송 속도가 저속으로 변화된 영역(반송 속도 저하 부분 E)에서, 반송 방향 X의 검사 빈도가 증가한다. 그 결과, 이 저속 부분에서는 필요이상으로 과잉의 화상 채취를 실행하게 되고, 검사 장치에 불필요한 부하를 걸어 화상 메모리를 낭비하게 된다. 또, 반송 방향 X의 검사 빈도가 반송 속도에 따라 변화하므로, 강판(2) 전체의 스케일 잔여물 발생 분포를 반송 방향 X에서 균일하게 평가하는 것이 곤란해진다.

또한, 조업의 이상 등에 의해서, 띠형상 강판(2a)의 반송 속도가 극히 느려지거나, 띠형상 강판(2a)이 일시적으로 정지한 경우, 띠형상 강판(2a) 표면의 동일 개소를 중복해서 검사하게 되고, 동일한 결함을 중복해서 카운트하는 불합리가 발생한다.

그래서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 띠형상 강판(2a)이 소정 거리 ΔL만큼 이동할 때마다 촬상부(4)의 폭 방향의 횡단을 개시하고, 띠형상 강판(2a) 전체 폭을 1회만 검사하도록 하였다. 그 결과, 반송 속도가 저속으로 되거나, 정지한 경우에도, 반송 방향의 검사 빈도를 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 11에 나타내는 예에서는 촬상부(4)를 띠형상 강판(2a)의 폭 방향의 한쪽측에서 다른쪽측으로 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상하도록 이동시키고, 또한 폭 방향의 다른쪽측에서 한쪽측으로 촬상하도록 이동시켜 한쪽측으로 복귀하는 왕복 동작을, 연속성 결함 D의 최저 길이 d의 반송 길이의 사이에 3회 실행하도록 한 예이다.

이 실시형태 2에서는 띠형상 강판(2a)의 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d 이하의 일정 길이 반송되는 동안에, 촬상부(4)를, 띠형상 강판(2a)을 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상하도록 이동시키고, 적어도 1왕복시키면 좋다. 이러한 동작을 반복함으로써, 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d이하의 반송 피치로 검사가 실행되기 때문에, 최저 길이 d이상의 연속성 결함 D는 실질적으로 전체 폭의 검사에 의해 어느 하나의 촬상 영역에서 확실하게 검출할 수 있도록 되어 있다.

도 12는 도 11의 파선 부분을 확대한 것이다. 도면 중의 사각은 촬상부(4)의 촬상 영역(부분 영역) A를 나타내고 있다. 촬상 타이밍 제어부(9)는 반송 거리 검출부(8)로부터 띠형상 강판(2a)이 거리 ΔL만큼 반송될 때마다 신호를 수신하고, 트래버스부(6)에 촬상부(4)의 트래버스의 개시 신호를 출력한다. 트래버스부(6)는 이 신호를 받으면, 촬상부(4)의 폭 방향 Y 트래버스를 개시하는 동시에, 소정 거리 ΔW만큼 트래버스할 때마다, 촬상부(4)에 촬상 개시 신호를 출력한다. 또한, 도 12에 나타내는 t1∼tN은 띠형상 강판(2a)의 반송 방향 X를 따라 서로 평행을 이루도록 서로 인접하고, 또한 촬상부(4)의 폭 방향 시야와 대략 동일한 길이의 폭 ΔW를 갖는 복수의 가늘고 긴 트랙 영역을 편의적으로 설정하고 있다. 도 12에 나타내는 예에서는 이들 트랙 영역 t1∼tN내의 부분 영역 A는 서로 폭 방향으로 연속되어 있다.

그리고, 트래버스부(6)는 촬상부(4)에 의한 화상 채취가 띠형상 강판(2a) 전체 폭을 다 촬상하면, 트래버스를 정지하고, 촬상 타이밍 제어부(9)로부터 다음의 트래버스 개시 신호가 올 때까지 대기한다. 이 동안에 촬상부(4)는 띠형상 강판(2a)의 전체 폭에 걸치는 화상 G11, G12, …, G1N을 채취한다. 트래버스부(6)는 다음의 트래버스 개시 신호가 오면, 재차 트래버스를 개시하고, 트래버스 거리에 따라 촬상부(4)에 촬상 개시 신호를 출력한다. 그 결과, 촬상부(4)는 화상 G2N, G2N-1, …, G21을 채취한다.

이상, 촬상부(4)에서 트래버스의 왕로 및 복로에 각 1회 전체 폭을 검사하는 경우를 설명했지만, 도 13에 나타내는 바와 같이, 왕로에서 검사한 후, 복로의 트래버스 중에는 비검사(비촬상)로 하는 바와 같은 구성으로 해도 좋다. 또한, 트래버스 속도를 대략 일정으로 간주할 수 있는 경우에는 폭 방향으로 거리 Δw만큼 횡단하는 시간에 상당하는 시간 간격으로, 촬상부(4)를 연속 촬상하도록 하여, 각 화상 채취의 촬상 개시 신호를 생략하도록 해도 좋다.

트래버스 속도의 상한값은 폭 방향으로 검사 누락이 생기지 않는 바와 같은 속도가 되지만, 이것은 촬상부(4)의 폭 방향 시야 길이와 촬상부(4)의 최대 허용 반복 촬상 레이트에 따라 결정된다. 또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 부분 영역 A가 폭 방향에서 인접하는 트랙 영역과 약간 중첩되는 것이 바람직하다. 또, 트래버스 속도의 하한값은 트래버스의 스트로크와 최대 반송 속도, 및 검사 대상으로 하는 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최소 길이 d에 따라 결정된다. 즉, 예를 들면 도 11의 경우에는 3왕복의 동작을 촬상부(4)가 실행하고, 6·ΔL≤d로 되도록 설정되어 있다. 또, 도 13에 나타낸 바와 같은 스트로크를 실행하는 경우에는 ΔL≤d로 되도록 설정해도 좋다. 환언하면, 띠형상 강판(2a)이, 띠형상 강판(2a)에 고유하게 설정된 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d보다 짧은 거리 반송되는 동안에, 촬상부(4)를 적어도 1회, 띠형상 강판(2a)의 전체 폭에 걸쳐 이동하도록 설정하면 좋다.

또한, 도 12 및 도 13에 나타낸 예에서는 부분 영역 A가 연속되는 예이지만, 도 14에 나타내는 바와 같이, 서로 인접하는 트랙 영역 t끼리의 부분 영역 A가 반송 방향(긴쪽 방향)으로 연속되어 있지 않아도 좋다. 이 경우에도, 인접하는 각각의 트랙 영역 t내에 1회는 부분 영역 A가 위치하기 때문에, 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상을 실행할 수 있고, 연속성 결함 D를 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 도 14에 나타내는 ΔLt는 촬상부(4)가 띠형상 강판(2a)의 한쪽측에서 다른쪽측으로 횡단하는 동안에 띠형상 강판(2a)이 진행하는 거리이며, ΔLr은 촬상부(4)가 다른쪽측에서 한쪽측으로 복귀할 때까지 띠형상 강판(2a)이 진행하는 거리이다. 이 ΔLt와 ΔLr을 더한 ΔL을 연속성 결함 D의 최저 길이 d이하의 길이로 설정하면 좋다.

또한, 트래버스의 스트로크 길이는 쓸데없는 화상 채취를 삭감하기 때문에, 검사 대상으로 되는 띠형상 강판(2a)의 판 폭 변화에 따라 가변으로 할 수 있지만, 간이적으로는 띠형상 강판(2a)의 판 폭에 관계없이 일정 길이로 해도 좋다. 이 경우, 스트로크 길이는 상정되는 띠형상 강판(2a)의 판 폭의 최대값에 사행값을 더한 길이로 한다.

상기와 같이 촬상 타이밍을 제어하는 것에 의해서, 화상 처리부(7)는 각 화상에 대해 동일한 루틴 처리를 실시하면 좋으므로, 화상 처리가 단순하게 되고, 고속 반송 라인에 있어서도 검사 시스템에 과대한 부하가 걸리지 않기 때문에, 안정된 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있게 된다.

[결함 분포 산출과 결함 맵의 구체예］

다음에, 결함 분포 산출과 결함 맵 표시의 구체예에 대해 설명한다. 결함 분포 산출부(10)는 도 12에 나타내는 화상 G11, G12,…, G1N；G2N, G2N-1,…, G21；G31, G32,…, G3N；…의 각각에 대해, 1개의 결함 파라미터를 산출하여 할당한다. 그 결과, 띠형상 강판(2a) 표면상의 폭 방향 Y 및 반송 방향 X의 결함 발생 분포가, 결함 파라미터의 수치의 대소로서 정량적으로 파악 가능하게 된다. 결함 맵 표시부(12)는 이 발생 분포 상황을 도 15에 나타내는 표시예와 같이, 2차원 맵상에 표시한다.

도 15의 표시예에서는 실제로는 띠형상 강판(2a) 표면상을 지그재그 주사해서 얻어진 화상의 좌표 위치를 보기 쉽도록 바둑판형상으로 표시하고 있다. 제일 좌측의 열은 화상 G1i(i=1, 2,…N)의, 또 2번째의 열은 화상 G2i(i=1, 2,…N)의 결함 정보를 나타내고 있으며, 검게 칠한 메시는 결함 파라미터가 소정의 임계값 Th1보다 큰 것, 사선을 그은 메시는 결함 파라미터가 소정의 임계값 Th2(Th2＜Th1)보다 크고, Th1보다 작은 것을 나타내고 있다.

이와 같이 띠형상 강판(2a)의 표면을 직사각형의 메시로 구획하고, 각 메시의 색이나 패턴을 결함 파라미터의 범위에 따라 구분하여 칠하는 것에 의해, 연속성 결함 D의 발생 분포를 일목요연하게 파악할 수 있게 된다. 맵의 표시에 있어서는 그레이 스케일의 농담이나,컬러의 색으로 구분하여 칠하거나, 또는 표시 마크에 의해서 나타내도록 해도 좋다. 표시 마크로 나타내는 경우에는 예를 들면, 매우 유해한 메시를 「×」, 중간 정도로 유해한 메시를 「△」, 경도로 유해한 메시를 「○」, 무해한 메시는 공란으로 하는 등의 표기를 실행하면 좋다.

상기한 메시의 치수는 반드시 화상의 사이즈(카메라 시야의 사이즈)에 일치시킬 필요는 없으며, 예를 들면, 반송 방향 2화상분과 폭 방향 3화상분을 함께 해서 1개의 메시에 할당하도록 해도 좋다. 이 경우, 도 15의 메시 사이즈는 ΔX=2ΔL, ΔY=3ΔW로 된다. 복수의 화상을 1개의 메시로 할당하는 처리는 결함 분포 산출부(10)에 의해서 실행한다. 이 경우, 예를 들면, 해당하는 복수 화상의 결함 파라미터의 평균값 혹은 최대값 등을 메시의 결함 유해도로서 산출하도록 한다.

이상, 본 발명의 실시형태 2에 대해 설명했지만, 이 실시형태 2에 의하면, 반송 거리 검출부(8)에 의해 검출한 반송 거리 정보 및 촬상부(4)의 폭 방향 위치 정보에 의거하여 촬상부(4)가 띠형상 강판(2a)에 대해 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 부분 영역을 촬상하도록 촬상 타이밍을 제어하도록 했기 때문에, 반송 속도가 변화해도 띠형상 강판(2a) 표면을 일정한 거리 간격으로 검사할 수 있고, 반송 방향으로 연속 발생하는 연속성 결함 D를 빠짐없이 검사하는 것이 가능하다. 이 때, 복잡한 화상 처리가 불필요한 동시에, 과분한 영역을 촬상할 필요가 없기 때문에, 화상 처리에 부하가 걸리지 않고, 고속 반송 라인에 있어서도 실시간으로 신뢰성이 높은 검사를 실행할 수 있게 된다.

또, 이 실시형태 2에서는 트래버스부(6)에서 고정밀의 촬상부(4)를 띠형상 강판(2a)의 폭 방향 Y로 이동시키는 것에 의해, 사용 카메라 대수를 삭감할 수 있다. 상기의 실시형태 2에서는 촬상부(4)를 1대로 할 수 있다.

또, 상기의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치(11)에 의하면, 개개의 결함이 아니라, 각 촬상 화상으로부터 추출한 수치 파라미터에 의해서 결함의 유해도를 판정하도록 했으므로, 미소 결함이 군생해서 형성되는 바와 같은 연속성 결함을 검사하는 경우, 화상 처리의 부하가 적어도 좋아, 고속이고 안정된 화상 처리가 가능하게 된다.

또한, 상기의 실시형태 2에 관한 표면 검사 장치(11)에 의하면, 차광부(3B)에 의해서 생성되는 회절광의, 띠형상 강판(2a)의 촬상 영역내에서의 반사광이 촬상부(4)에 입사하도록 설정된 링 조명 장치(3)를 구비하는 것에 의해, 검사 대상물 표면으로부터의 명암점의 휘도 패턴의 발생을 방지할 수 있고, 생성 노이즈를 억제하여 미소 점형상 결함을 정밀도 좋게 검사할 수 있다. 또한, 검사 대상에 따라서는 검출 헤드(1a)는 실시형태 1에 나타낸 회절광을 이용하는 것에 한정되지 않고, 통상의 확산 조명광을 조사하는 것으로 할 수도 있다.

또한, 링 조명 장치(3)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 촬상부(4)와 일체화시켜 횡단하기 때문에, 경량의 소형 조명을 이용하는 것이 바람직하다.

(그 밖의 실시형태)

이상, 본 발명의 실시형태 1, 2에 대해 설명했지만, 상기의 실시형태의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것인 것으로 이해해서는 안 된다. 이 개시로부터 당업자에게는 각종 대체 실시형태, 실시예 및 운용 기술이 명백하게 될 것이다.

예를 들면, 상기의 실시형태에서는 본 발명을 산세 강판의 스케일 잔여 결함의 검사에 적용하는 경우에 대해 설명했지만, 본 발명의 검사 대상은 이것에 한정되는 것은 아니고, 냉연 강판이나 표면 처리 강판 등의 다른 강판, 혹은 알루미늄 등의 비철금속이나 종이, 필름, 플라스틱 등의 제조 라인에도 적용할 수 있다. 또, 스크래치 손상이나 주기성 손상 등, 반송 방향에 연속적으로 발생하는 특성을 갖는 다른 표면 결함의 검사에도 적용할 수 있다.

또, 상기의 실시형태에서는 띠형상 강판(2a)에 있어서의, 연속성 결함 D의 연속 발생 길이 DL의 최저 길이 d 이하의 일정 길이를 갖는 구간이, 반송되는 동안에, 촬상부(4)가 폭 방향의 한쪽측에서 다른쪽측으로 또는 다른쪽측에서 한쪽측으로 트래버스할 때에 촬상을 연속적으로 실행하는 구성으로 했지만, 예를 들면 왕로에서 폭 방향의 절반을 촬상하고, 복로에서 다른 절반을 촬상하여, 촬상된 부분 영역 전체에서 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상되어 있으면 좋다.

또, 상기의 실시형태에서는 링 조명 장치(3)의 광원으로서 크세논·스트로보 광원 등을 이용했지만, 이 그 밖에, 광출사부(3A)로서 LED를 이용해도 좋다.

또한, 상기의 실시형태에서는 트래버스부(6)가 가이드 레일(61)과 유압 실린더(62)를 구비하고, 유압 실린더로 검출 헤드(1a)를 폭 방향으로 구동하도록 했지만, 실질적으로 촬상부(4) 및 링 조명 장치(3)를 동기해서 폭 방향으로 이동시키는 구성이면, 이것에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

이하, 본 발명을 산세 강판의 스케일 잔여 검사에 적용한 실시예에 대해 설명한다. 이 실시예에서는 분해능 0.03㎜의 에리어 센서 카메라(4)와 링 조명 장치(3)를 검출 헤드(1a)에 고정시키고, 도 16에 나타내는 바와 같이, 2개의 검출 헤드(1a)를 폭 방향 840㎜의 간격을 두고 설치한 장치를 이용하였다. 가이드 레일(61)에 의해, 2개의 검출 헤드(1a)를 동시에 폭 방향으로 840㎜ 횡단하도록 하였다. 이것에 의해, 최대 판폭 1600㎜의 산세 강판인 띠형상 강판(2a)의 전체 폭을 검사할 수 있도록 하였다. 링 조명 장치(3)의 광출사부(도시 생략)의 앞면에는 광출사부보다 약간 직경이 작은 개구부를 갖는 링형상의 차광판(도시 생략)을 설치하였다. 도 3에 나타낸 기하학적인 배치 조건으로서는 R=38㎜, r=21㎜, H=100㎜, θ=35°이다.

반송 거리 검출부(8)로서는 로터리 엔코더를 이용하였다. 화상 처리부(7), 결함 분포 산출부(10), 촬상 타이밍 제어부(9)는 모두, 화상 캡쳐 보드, 디지털 입출력 보드, 엔코더 보드를 탑재한 퍼스널 컴퓨터에 의해 실행하였다. 결함 맵 표시부(12)로서는 대형 액정 모니터를 이용하였다.

띠형상 강판(2a)이 10m 반송될 때마다, 촬상부(4)를 1회 횡단하도록 하였다. 이것은 스케일 잔여 결함 D가 반송 방향으로 30m 이상 연속해서 발생하는 지견에 의거하고 있다.

검사 결과는 결함 파라미터의 크기에 따라 3단계로 나누어 결함 맵의 메시의 농담을 변경하여 표시하도록 하였다. 본 실시예에 의한 검사 결과예를 도 17에 나타낸다. 도 17에 의해, 반송 방향 X 및 폭 방향 Y의 스케일 잔여물의 발생 분포를 명료하게 알 수 있는 것이 확인되었다.

이와 같이, 띠형상 강판(2a) 표면의 2차원 맵 상에 수치 파라미터에 대응한 색 혹은 마크로 표시하도록 했으므로, 재료 표면의 결함 발생 분포를 한눈에 정량적으로 파악할 수 있게 되고, 결함 발생시의 대처를 신속하고 또한 적확하게 실행할 수 있게 된다.

1, 11 ; 표면 검사 장치 　1a; 검출 헤드
2; 강판 　2a; 띠형상 강판
3; 링 조명 장치 　3A; 광출사부
3B; 차광판 　4; 촬상부
4A; 에리어 센서 카메라 　4B; 렌즈
6; 트래버스부 　7; 화상 처리부
8; 반송 거리 검출부 　9; 촬상 타이밍 제어부
10; 결함 분포 산출부 　12; 결함 맵 표시부
61; 가이드 레일 　62; 유압 실린더
71; 화상 입력부 　72; 화상 데이터 기억부
73; 결함 추출부 　74; 결함 파라미터 산출부
91; 반송 방향 촬상 타이밍 제어부　
92; 폭 방향 촬상 타이밍 제어부
93; 촬상 위치 기억부
A; 촬상 영역(부분 영역)
B; 직접광 조사 영역
C; 링 조명 장치의 중심축
C4; 촬상부의 광축
D; 연속성 결함
H; 거리

Claims

링형상의 광출사부와, 해당 광출사부와 검사 대상물의 사이에, 해당 광출사부와 동심원형상이고 또한 해당 광출사부의 내경보다 직경이 작은 광학적인 개구부를 갖는 차광판을 가진 링 조명 장치와,
상기 차광판의 개구부의 중심선상에 배치되고, 해당 개구부를 통해 상기 검사 대상물의 표면을 촬상하는 촬상부를 구비하고,
상기 촬상부가 촬상하는 상기 검사 대상물 표면상의 촬상 영역에는 상기 광출사부로부터 조사된 광 중 상기 차광판의 개구부 가장자리부에서 회절된 광만이 조사되고, 상기 광출사부와 상기 검사 대상물 표면 사이의 거리는 상기 대상물 표면상의 촬상 영역내의 평균 휘도 레벨이 소정 레벨 이상이고, 또한 해당 촬상 영역내의 휘도 레벨차가 소정 범위내로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 검사 대상물은 긴쪽 방향을 따라 반송되는 띠형상 재료이고,
상기 띠형상 재료 고유하게 설정된 연속성 결함의 연속 발생 길이의 최저 길이 이하의 일정 길이를 갖는 구간이 반송되는 동안에, 상기 링 조명 장치 및 상기 촬상부를, 상기 띠형상 재료의 전체 폭을 적어도 1왕복시키고, 또한 상기 일정 길이를 갖는 구간이 반송될 때마다 동일한 동작을 반복하는 트래버스부를 구비하고,
상기 띠형상 재료 표면에 발생하는 연속성 결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 띠형상 재료의 반송 거리를 검출하는 반송 거리 검출부와,
상기 반송 거리 검출부에서 검출한 반송 거리 정보에 의거한 상기 트래버스부의 왕복 동작과, 상기 촬상부가 상기 띠형상 재료를 실질적으로 전체 폭에 걸쳐 촬상하도록 촬상 타이밍을 제어하는 촬상 타이밍 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
상기 띠형상 재료의 긴쪽 방향을 따라 서로 평행을 이루도록 서로 인접하고 또한 상기 촬상부의 폭 방향 시야와 대략 동일한 길이의 폭을 갖는, 복수의 가늘고 긴 트랙 영역을 설정한 경우에, 상기 촬상부는 각각의 상기 트랙 영역에 속하는 서로 인접하는 부분 영역 또는 상기 긴쪽 방향으로 서로 이간된 상기 부분 영역을 촬상하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 촬상부에서 촬상한 각 화상내에 있어서의 결함 유해도를 수치 데이터로서 추출하는 화상 처리부와,
상기 화상 처리부에서 추출된 상기 각 화상의 결함 수치 데이터와 그 촬상 위치에 의거하여 띠형상 재료 표면의 2차원 결함 발생 상황을 산출하는 결함 분포 산출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 결함 분포 산출부에서 산출된 결함 분포 상황을 상기 띠형상 재료 표면의 2차원 전개도상에 표시하는 결함 맵 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 결함 맵 표시부는 상기 띠형상 재료 표면을 직사각형의 메시로 분할하고, 각 메시의 결함 유해도를 표시 색 혹은 표시 마크를 변경하여 표시하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 검사 대상물은 강판이고, 해당 강판상의 촬상 영역내의 미소 점형상 결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 띠형상 재료는 산세 강판이고, 상기 연속성 결함은 스케일 잔여물인 것을 특징으로 하는 표면 검사 장치.