(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に用いられる照度安定機構において、
ランプと該ランプの光を検査対象側に反射させる反射板とをそれぞれに有して自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るい複数の投光器と、該複数の投光器から投光されて前記検査対象の表面で反射した反射光を受光するように配置されるとともに、一次元ＣＣＤカメラであって自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいＣＣＤを有する複数の受光器と、該複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器とを備える照度安定機構であって、
前記複数の投光器は、一の方向に沿って相互に離間して前記複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記一の方向とは直交する方向から見て前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置され、自身中央が自身周囲よりも明るい前記投光器の投光特性と、自身中央が自身周囲よりも明るい前記一次元ＣＣＤカメラの受光特性とが相補的にはたらくようにして、光量のムラを照度安定機構全体として抑制させることを特徴とする表面欠陥検査装置の照度安定機構。
【請求項２】
前記複数の投光器と前記複数の受光器との光路間に、前記投光器からの光を散乱させる散乱板を有し、前記投光器の中心に対向する位置に配置された遮光板を投光方向に対して傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置の照度安定機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄鋼板や厚鋼板などの金属板の製造、あるいは紙やロール等の製造に際し、これら金属板、紙、ロール等の検査対象の表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に好適に用いることのできる表面欠陥検査装置の照度安定機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象の表面の傷を、光学式の表面欠陥検査装置を用いて画像処理によって検査する場合に、その照明は均一な照明が好ましい。均一な照明を得るための照度安定機構としては、例えば光ファイバ方式によるものがある。
図５に例示するように、この照度安定機構１０１は、必要な台数の光源部１０２を有し、各光源部１０２内には、反射板１０４およびランプ１０３が設けられている。そして、このランプ１０３からの光をレンズ１０５で集光し、その集光された光を複数の光ファイバ１０６の束の一端面に均等に入光するようになっている。複数の光ファイバ１０６は、その他端が配光部１０７に接続されており、この配光部１０７では、各々の光ファイバ１０６が照射面近傍で均一に分散するように照明の必要な部分に配置されている。
【０００３】
なお、この照度安定機構１０１では、光ファイバ１０６のバラツキや入光時のバラツキを少なくするために、光ファイバ１０６を細くして多数の光ファイバで均一化を図るとともに、光ファイバ１０６の出口でのバラツキを均一化するために、配光部１０７に棒状レンズ１０８を設けることで更に均一化しており、光ファイバ１０６の光路での減光がほぼ同じならば均一な照明が得られるようになっている。
【０００４】
ここで、従来、金属板等の、帯状の検査対象表面の傷を画像処理によって検査する場合、図６に示すように、光学式の表面欠陥検査装置は、受光器として一次元のＣＣＤカメラ１０を用いている。そして、図７に図６でのＸ矢視を示すように、帯状の金属板のように検査対象Ｋが長尺である場合、ＣＣＤカメラ１０を複数台（符号Ａ，Ｂ）配置するとともに、これらＣＣＤカメラ１０のスキャン方向に対して、上記照度安定機構１０１の配光部１０７を配置することで均一な照明を得ている。そして、検査対象Ｋの表面を均一に照明しつつ、複数台のＣＣＤカメラ１０のスキャン方向に対して９０度の角度で検査対象Ｋを移動させ、連続して検査対象Ｋの表面の傷等の検査を行っている。
【０００５】
ここで、図８に、上記図５〜図７に示す照度安定機構１０１を用いた場合の、複数台の一次元ＣＣＤカメラ１０の受光強度（ゲイン）を示す。
同図（ａ）に示すように、上述した光ファイバ方式の照明は、二台のカメラ１０（符号Ａ，Ｂ）のＣＣＤのスキャン方向に照明が一様になるように配光される。しかし、通常、一次元ＣＣＤカメラのＣＣＤは、自身中央の受光特性が自身周囲の受光特性よりも明るい。そのため、この一様な配光の反射を二台の一次元ＣＣＤカメラ１０で受光した場合、同図（ｂ）に示すように、ＣＣＤの中央部と周辺部とで異なる受光光量強度として受光されることになる。そのため、従来から、この種の表面欠陥検査装置に用いる照度安定機構はゲイン調整器（不図示）を備えており、このゲイン調整器によって、各一次元ＣＣＤカメラ１０で受光した光を電気信号に変え、同図（ｃ）に示すように、個々のポイントでゲインを正規化により調整して同じ出力になるように補正を行っている。なお、カメラ１０のエッジ部分は異常値となるので消去する（検査を行わない）。
【０００６】
そして、この種の光学式の表面欠陥検査装置では、例えば上記ゲイン調整器で正規化された状態の受光光量強度を基準となる受光光量強度としてこれを監視する。傷部分（不良部）が通過したときは、基準となる受光光量強度に対して、傷部分が反射異常を起こす。そのため、この傷部分では出力が一様とはならない。したがって、一様な出力に補正した上記基準となる受光光量強度の上下に閾値を設けておいて、これら閾値を越えるものを異常（傷あり）として検出することができる（例えば特許文献１ないし３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２０４３５６号公報
【特許文献２】特開昭５８−２０４３５５号公報
【特許文献３】特開昭５８−２１６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、この種の光学式の表面欠陥検査装置では、良質な画像を得る上で、あるいは高速で表面欠陥の検査を行う上では、相当な明るさが必要となる。そのため、上記光ファイバ方式の照度安定機構では、検査対象の背面や側面の光を、光ファイバやレンズ等の機器を利用して検査対象前面に集光させ、明るさを確保しつつ均一な照明が検査対象にあたるようにしていた。
【０００９】
しかし、このような集光用の機器は、検査対象の近傍に設置する必要がある。また、均一な配光を行う目的で上述したような光ファイバやレンズ等の集光用の機器を用いていたのでは、必要な明るさを得つつ、投光器と検査対象の距離を離すことができない。例えば、上記例示した照度安定機構１０１では、図６に示すように、検査対象ＫとＣＣＤカメラ１０との距離ｂについては確保できても（例えば７００〜２０００ｍｍ）、検査対象Ｋと配光部１０７との距離ａについては十分に離すことが難しかった（例えば１００〜２００ｍｍ）。そのため、上記例示した照度安定機構１０１では、集光用の機器が設置構成（設計）の障害となっていた。
【００１０】
これに対し、強力な光源を得るために、光ファイバ方式の照明でなく、ランプと簡単な反射鏡等とを備える複数の投光器を、ＣＣＤのスキャン方向に沿って並べ、これら複数の投光器と検査対象との距離を十分確保する構成も考えられる。しかし、このような複数の投光器であると、受光器側に対する複数の投光器からの配光が一様とはならない。そのため、投光器と検査対象の距離を離しつつ強力な光源を得ることはできるものの、光量にムラが生じてしまう。
【００１１】
ここで、この光量ムラは、例えば上記ゲイン調整器で補正し得るものの、補正の程度が光ファイバ方式の照明の例に比べて大きいため、ゲインを上げている部分において、上げたゲインに相当するＳ／Ｎ比の劣化も大きくなる。つまり、ゲインを大きくすると周囲の外来ノイズやＣＣＤカメラ固有のノイズを大きくしてしまうことがあり、検査対象の傷のない部分においてもノイズによる閾値越え信号が発生して誤動作（誤検出）するおそれが増す。
【００１２】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、強力な光源を得つつも、投光器に対する検査対象の距離を十分確保し且つ光量のムラを抑制し得る照度安定機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、検査対象の表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に用いられる照度安定機構において、ランプと該ランプの光を検査対象側に反射させる反射板とをそれぞれに有して自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るい複数の投光器と、該複数の投光器から投光されて前記検査対象の表面で反射した反射光を受光するように配置されるとともに、一次元ＣＣＤカメラであって自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいＣＣＤを有する複数の受光器と、該複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器とを備える照度安定機構であって、前記複数の投光器は、一の方向に沿って相互に離間して前記複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記一の方向とは直交する方向から見て前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置され、自身中央が自身周囲よりも明るい前記投光器の投光特性と、自身中央が自身周囲よりも明るい前記一次元ＣＣＤカメラの受光特性とが相補的にはたらくようにして、光量のムラを照度安定機構全体として抑制させることを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る照度安定機構によれば、光ファイバやレンズ等の機器を用いるものでなく、複数の投光器を備える構成なので、投光器に対する検査対象の距離を十分確保しつつ強力な光源を得ることができる。
そして、これら複数の投光器は、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいものであり、これに対し、複数の受光器は、自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいＣＣＤを有するものであり、さらに、複数の投光器が、複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置されているので、複数の投光器からの配光が一様ではない場合であっても、複数の受光器に対する複数の投光器の配置により、投光器の投光特性とＣＣＤの受光特性との互い違いの配置の組み合わせによって光量のムラが補完される。そのため、光量のムラを抑制することができる。
【００１５】
そして、ゲイン調整器は、この光量のムラが抑制された複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するから、補正の程度が少なくなり、周囲の外来ノイズやＣＣＤカメラ固有のノイズの影響を受けにくくなる。したがって、本発明に係る照度安定機構を用いた表面欠陥検査装置によれば、良質な画像を得る上で、あるいは高速での検査を行う上で好適である。
【００１６】
ここで、本発明に係る照度安定機構において、例えば、前記複数の投光器と前記複数の受光器との光路間に、前記投光器からの光を散乱させる散乱板を有し、前記投光器の中心に対向する位置に配置された遮光板を投光方向に対して傾斜させる構成とすれば、光量のムラを抑制する上でより好適である。
【発明の効果】
【００１７】
上述のように、本発明に係る照度安定機構によれば、強力な光源を得つつも、投光器に対する検査対象の距離を十分確保し且つ光量のムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の照度安定機構を示す模式図である。
【図２】本発明の照度安定機構を示す模式図（図１でのＸ矢視）であり、同図では複数の投光器による配光量の強度のイメージを合わせて図示している。
【図３】本発明の照度安定機構での受光強度（ゲイン）を説明する図であり、同図（ａ）は配光量強度の図、（ｂ）は受光光量強度の図、（ｃ）はゲイン調整のイメージを示す図である。
【図４】本発明の照度安定機構の変形例を説明する図であり、同図（ａ）は変形例の照度安定機構を示す模式図、（ｂ）は検査波形のゲイン調整のイメージを示す図である。
【図５】従来の光ファイバ式光源を模式的に示す斜視図である。
【図６】従来の照度安定機構を示す模式図である。
【図７】従来の照度安定機構を示す模式図（図６でのＸ矢視）である。
【図８】従来の照度安定機構での受光強度（ゲイン）を説明する図であり、同図（ａ）は配光量強度の図、（ｂ）は受光光量強度の図、（ｃ）は検査波形のゲイン調整のイメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に、本発明に係る表面欠陥検査装置の照度安定機構の模式図を示す。
この照度安定機構１は、検査対象ｋの表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に用いられた例であり、同図に示すように、投光器２と、一次元ＣＣＤカメラ１０とを備えている。
【００２０】
投光器２は、図２に示すように、複数（この例では３台）配置されており、各投光器２は、ランプ３と、このランプ３の光を検査対象Ｋ側に反射させる反射板４とを有する。ここで、この投光器２は、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいものである。
一次元ＣＣＤカメラ１０は、図１に示すように、上記複数の投光器２から投光されて検査対象Ｋの表面で反射した反射光を受光する受光器として配置されている。そして、図２に示すように、この一次元ＣＣＤカメラ１０も複数（この例では２台）配置されている。この一次元ＣＣＤカメラ１０は、自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいＣＣＤを有するものである。この一次元ＣＣＤカメラ１０のＣＣＤを通して取得された配光量の強度は、不図示のゲイン調整器に送られる。そして、ゲイン調整器では、複数配置されている一次元ＣＣＤカメラ１０のゲインを正規化によって均一化するようになっている。
【００２１】
ここで、図２に示すように、本実施形態の照度安定機構１では、複数の投光器２は、検査対象Ｋの幅方向を一の方向とし、この一の方向に沿って離間して（相互に距離Ｌ１を隔てて）２台の一次元ＣＣＤカメラ１０の台数よりも一台多い３台の投光器２が配設されている。さらに、複数の投光器２は、図２に示すように（図１のＸ矢視方向で）、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０と互い違いに且つ隣り合うＣＣＤカメラ１０同士の中間位置（離間距離Ｌ２の１／２）に投光器２の中央位置を合わせて配置されている。
【００２２】
次に、この照度安定機構の作用・効果について説明する。
この照度安定機構１は、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０と、２台のＣＣＤカメラ１０のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器と、３台の投光器２とを備えるので、３台の投光器２に対する検査対象Ｋの距離を十分確保しつつ強力な光源を得ることができる。具体的には、図１に示すように、検査対象ＫとＣＣＤカメラ１０との距離ｂ（例えば７００〜２０００ｍｍ）を従来同様に確保し、さらに、検査対象Ｋと投光器２との距離ａについても、例えば１０００〜５０００ｍｍ程度まで十分に離すことが可能となった。
【００２３】
そして、これら３台の投光器２は、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０の台数よりも一台多く配設されるとともに、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０と互い違いに且つ隣り合うカメラ１０同士の中間位置に投光器２の中央位置を合わせて配置されているので、この配置により、光量のムラを照度安定機構１全体として抑制することもできる。
すなわち、図３（ａ）に示すように、上述した３台の投光器２の照明では、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいため、カメラ１０のＣＣＤのスキャン方向に照明が３つの「山」になるように配光される。一方、２台のカメラ１０のＣＣＤは、自身中央の受光特性が自身周囲の受光特性よりも明るい。そのため、この一様な配光の反射を、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０で受光した場合、同図（ｂ）に示すように、中央部と周辺部とで異なる受光光量強度が、投光器２の照明に対して相補的にはたらくのである。
【００２４】
つまり、上記３つの「山」の高い部分（周囲よりも明るい部分）がＣＣＤ周囲の受光特性により緩和される一方、「山」と「山」との間の「谷」の部分（周囲よりも暗い部分）もＣＣＤ中央の受光特性により補われるため、その結果、２台の一次元ＣＣＤカメラ１０全体として「ならされた」受光光量として受光されることになる。そのため、同図（ｃ）に示すように、この「ならされた」光を、ゲイン調整器によって電気信号に変え、個々のポイントでゲインを正規化により調整して同じ出力になるように補正を行うことがわずかな調整により可能となる。なお、カメラ１０のエッジ部分は異常値となるので消去する（検査を行わない）。
【００２５】
これにより、本実施形態の照度安定機構１によれば、ゲインの調整が微調整で済むため、周囲の外来ノイズやＣＣＤカメラ固有のノイズの影響が緩和される。したがって、この照度安定機構１を備える表面欠陥検査装置によれば、良質な画像を得つつ高速での検査を行うことができる。そして、検査対象表面の傷のない部分において、ノイズによる閾値越え信号が発生して誤動作（誤検出）するような問題もない。
【００２６】
以上説明したように、この照度安定機構１によれば、強力な光源を得るとともに、光量のムラを抑制しつつも、投光器２に対する検査対象Ｋの距離を十分確保することができる。特に、光学式の表面欠陥検査装置の投光器を離した装置において、微小な傷を検査する場合に有利になる。
なお、本発明に係る表面欠陥検査装置の照度安定機構は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
【００２７】
例えば、上記複数の投光器２を互い違いにした配置によってもなお光量の差があり、検査対象Ｋの幅方向にゲインが凹凸するようなことがあれば、図４に示すような、複数の遮光板（ないし散乱板）６を用いる構成とすれば、光量のムラを抑制する上でより好適である。
同図の例では、複数の遮光板６のうち、中央の投光器２の中心に対向する位置に配置された一の遮光板６ａを、投光方向に対して傾斜させており、これにより、３つの「山」のうち、中央の「山」の頂上部分（同図での符号Ｙ部分）を低く（暗く）するようにしている。つまり、このような複数の遮光板６を、複数の投光器２と複数の一次元ＣＣＤカメラ１０との間に適宜配置し、状況に応じて個別に調整すれば、ゲイン調整器でのゲインの均一化の前に、物理的（光学的）に光量を均一化することが可能となり、ゲインの凹凸を一層確実に防止することができる。この結果、ゲイン調整器でのゲインの均一化の前における、ＣＣＤのゲインのバラツキを可及的に少なくでき、ゲイン調整器でのゲイン補正によるノイズの低下を図ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    照度安定機構
２    投光器
３    ランプ
４    反射板
６    遮光板
１０    ＣＣＤカメラ
１１    レンズ
Ｋ    検査対象
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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