(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体を製造するプロセスで用いられ、前記被検査体の表面に発生する欠陥をセンサを用いて光学的に検査する表面検査装置であって、
前記センサの出力と製造条件に対応するデータとに基づいて、欠陥の有無を検出する検出装置と、
複数の模擬信号が記録されたデジタル方式の記録装置と、
前記記録装置に記録された模擬信号を再生して出力する再生装置と
を具備し、
前記再生装置から出力された模擬信号を、前記検出装置における前記センサからのデータ、及び製造条件に対応するデータに代えて入力することにより、製造時と同様な検査状況を含む任意の検査状況を創成する
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
被検査体を製造するプロセスで用いられ、前記被検査体の表面に発生する欠陥をセンサを用いて検査する表面検査装置であって、
前記センサの出力と製造条件に対応するデータとに基づいて、欠陥の有無を検出する検出装置と、
前記センサから出力される少なくとも一部の検出データ、製造条件に対応するデータ、または模擬信号を記録するデジタル方式の記録装置と、
前記記録装置に記録されたデータまたは模擬信号を再生して出力する再生装置と
を具備し、
前記再生装置で再生したデータまたは模擬信号と、前記センサから出力される少なくとも一部の検出データまたは前記製造条件に対応するデータとを混合して、前記検出装置における前記センサからのデータ、及び製造条件に対応するデータに代えて入力することにより、製造時と同様な検査状況を含む任意の検査状況を創成する
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
前記被検査体は、鋼板、条鋼、または鋼管である
ことを特徴とする請求項１または２記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面検査装置に関するもので、特に鉄鋼、銅、アルミニウム等の金属の熱間、冷間製造プロセスにおける表面検査技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼、銅、アルミニウムなどの製造プロセスにおいては、材料自身の内部にある不純物の偏析や、圧延加工中に生じる疵等が原因で、製品表面に欠陥が現れる。これらの欠陥には様々な種類があり、特に重大な欠陥の存在は、製品の信頼性に大きな影響を及ぼすため、確実に検出しなければならない。
【０００３】
従来の鉄鋼、銅、アルミニウム等の表面に生じた欠陥の検出は、検査員が目視により行っていた。しかし、この方法は検査員に大きな負担をかけると同時に、製造ラインの高速化の妨げとなっていた。
【０００４】
そのため、最近ではレーザやＣＣＤカメラを用いた光学的方法により、表面を自動的に検査する表面検査装置が普及してきており、こうした装置を用いて欠陥を検出する技術が数多く提案されている。ただし、表面検査装置は、温度、質量、膜厚といった絶対量の計測装置とは異なり絶対基準が無いことから、装置の所望の性能を発揮させるためには、多くの欠陥種と程度について目視との整合をとり、表面検査装置の検査基準の調整を行う必要がある。すなわち、検査基準が高すぎると過剰な検出を行うことになり、逆に低すぎると十分な検出が出来ず、装置の信頼性を得ることが出来ない。このため、適正な感度と弁別能力の調整が表面検査装置の実用化のための鍵となっている。
【０００５】
一般に表面検査装置の調整は、次のような手順により行われる。
【０００６】
（１）製品の欠陥部分を切り出したサンプルを用いて、表面検査装置の感度及び弁別ルールを調整する。
【０００７】
（２）有る程度の調整が済んだ段階で実際の操業に試用する。
【０００８】
（３）表面検査装置による検査と目視検査とを同時に行い、装置の性能を見極める。
【０００９】
（４）または、試用で検査した製品を再度ゆっくりと目視検査して、表面検査装置による検査結果と照合する。
【００１０】
しかし、上記（１）のような、製品から切り出したサンプルによる試験では、その表面が酸化したり、塗油膜の状態が時間と共に変化し易いなどの性質から、表面検査装置の感度及び弁別ルールを完全に確立するのは困難であり、有る程度の調整までで妥協せざるを得ない。そこで次に上記（２）のように、実際の操業に試用して、プロセス下で検査の試験を行うことになる。しかし、鋼板製造プロセスは通常ライン化され、連続的で途切れがないため、上記（３）のような、製品を目視検査しながらの照合では、製品を停止または減速させる必要がある。そのため、このような目視検査は操業を阻害する原因となる。一方、上記（４）のように操業を阻害しないよう、製造ライン内では表面検査装置による検査のみを行い、後で製造した製品を別な場所で展開して目視検査を行い照合する方法も行われているが、時間的にも人的にも多くの手間を要する。更に、鋼板表面に出現する欠陥は多種多様であり、上記何れの方法においても表面検査装置の調整を完了するには非常に多くの試験運転が必要である。その結果、多くの表面検査装置は十分な調整が行われずに、検査員の単なる補助としてのみ機能していることが多い。
【００１１】
例えば特開平５−３２２７９１号にその例が記載されている。この提案による表面検査装置の構成図を図５に示す。図示するように表面検査装置は、表面及び裏面検査部１００ａ、１００ｂ、表面及び裏面オペレータ支援部２００ａ、２００ｂ、制御部３００、及び監視部４００から構成されている。上記表面及び裏面検査部１００ａ、１００ｂは、金属などの被検査物５００が連続走行する検査工程ラインの上流に設けられており、被検査物５００の走行方向に対して並列する６台のイメージセンサ（図示省略）によりそれぞれ構成されている。
【００１２】
また、上記表面及び裏面オペレータ支援部２００ａ、２００ｂは、オペレータが欠陥の目視検査を行う検査工程ラインの下流に設けられており、データを編集する支援部コントローラ２１０ａ、２１０ｂ、オペレータに対してデータを表示するＣＲＴ２２０ａ、２２０ｂ、及びオペレータの入力操作により欠陥の目視検査結果を目視データとして出力するタッチパネル２３０ａ、２３０ｂから構成されている。
【００１３】
更に、上記制御部３００は、表面及び裏面検査部１００ａ、１００ｂからの検出信号に基いて欠陥の検出データを作成する表面及び裏面検出部３１０ａ、３１０ｂ、表面及び裏面検出部３１０ａ、３１０ｂにより作成された検出データを欠陥の長さに基づいて判別する長さ判別部３２０ａ、３２０ｂ、長さ判別部３２０ａ、３２０ｂから出力される検出データをロギングする検出コントロール部３３０、及びタッチパネル２３０ａ、２３０ｂから出力される目視データをロギングする入力コントロール部３４０から構成されている。
【００１４】
そして、上記監視部４００は、検出データと目視データとを比較すると共に、被検査物５００の材質、寸法等を示す製品データを管理する監視部コントローラ４１０、検出データと目視データとの比較結果、及び製品データを表示または印字するＣＲＴ４３０、検査表印字部４２０、及び監視員の入力操作により製品データを出力するキーボード４４０から構成されている。
【００１５】
なお、上記支援部コントローラ２１０ａ、２１０ｂ、検出コントロール部３３０、入力コントロール部３４０、及び監視部コントローラ４１０は互いにＬＡＮケーブル６００で接続されている。
【００１６】
次に上記表面検査装置の動作について説明する。まず表面及び裏面検査部１００ａ、１００ｂの１台のイメージセンサが１回のスキャンで欠陥による光の反射吸収量の変動を検出し、表面及び裏面検出部３１０ａ、３１０ｂへそれぞれ出力する。そして表面及び裏面検出部３１０ａ、３１０ｂは光の反射吸収量と幅方向の大きさを示す検出データを作成し、この検出データを長さ判別部３２０ａ、３２０ｂへ出力する。長さ判別部３２０ａ、３２０ｂでは所定の数の検出データから欠陥の長さを判別し、この長さの情報を含んだ検出データを作成する。この検出データには欠陥の状態に加えて、欠陥を検出したイメージセンサの設置位置と欠陥の存在する距離地点の情報が含まれている。この検出データを受ける検出コントロール部３３０は、長さ判別部３２０ａ、３２０ｂにより作成された検出データの距離地点の情報を補正して支援部コントローラ２１０ａ、２１０ｂに出力する。支援部コントローラ２１０ａ、２１０ｂは受けた検出データを編集し、ＣＲＴ２２０ａ、２２０ｂがオペレータの目視検査の参考情報として検出データを表示する。入力コントロール部３４０は、タッチパネル２３０ａ、２３０ｂから出力された目視データに含まれる距離地点の情報を補正すると共に、この目視データをロギングする。ここで、この目視データとは、オペレータにより判断された目視検査結果であり、種類と大きさに分類した欠陥の状態、イメージセンサ設置位置に対応した欠陥の存在位置、及び欠陥の距離地点の情報が含まれている。そして、監視部コントローラ４１０は、優先順位によって検出データと目視データとを比較し、その比較結果を出力する。
【００１７】
上記構成及び動作によれば、表面及び裏面検査部１００ａ、１００ｂからの検査データ及び欠陥部の画像を、オペレータ支援部２００ａ、２００ｂでオペレータに提示し、オペレータは自分自身の目視検査結果をも判断要素としながら、欠陥判定結果をタッチパネル２３０ａ、２３０ｂより入力して、監視部４００が最終的な検査結果を作成する。そのため、オペレータの目視検査の負担を軽減でき、また検出データと目視データとの相関性が認識できる。しかしこの方法は、自動検査と目視検査との照合方法の１つを示唆するものではあるが、あくまで十分な調整が完成しない場合の検査装置の不完全な性能を補完する運用方法であり、完全な自動検査を実施するものではない。そのため、前に述べたように自動検査を実現するためには非常に多くの欠陥について、装置の検査結果と目視結果との照合が必要であり、かつ装置側では繰り返し試験を行い、性能評価及び調整を行う必要がある。しかし、その性能評価と調整には以下のような問題点が存在する。
【００１８】
（１）検査装置の出力は、センサからの原信号の内欠陥または欠陥の候補として抽出された部分を何らかの方法で加工した結果であり、原信号は二度と再現されない。このため目視検査との照合をする段階で不整合が生じても、信号を加工したどの段階に問題があったかを特定できない。場合によってはセンサの原信号自体に問題があったかもしれないが、追求不可能である。
【００１９】
（２）目視では検出されたが、検査装置では未検出の欠陥があって、その原因を突き止めようとした場合、従来の方法では検査装置側には何も手がかりが残らないので、未検出の原因を特定できない。
【００２０】
（３）一度通過した製品を複数回同じ状態で検査装置の設置された製造ライン内を通過させることはほとんど不可能であり、そのため特に発生頻度の低い欠陥に対する検査装置の調整は非常に困難である。
【００２１】
（４）数多くの欠陥種、程度について、実際の欠陥の十分なサンプル数を採取するには非常に多くの手間がかかる。
【００２２】
（５）目視検査、欠陥サンプルの切り出しなどに多くの人員を要する。
【００２３】
（６）製造しながら目視検査を行うには、製造ラインを減速または停止させる必要がある場合があり、生産性を阻害する。
【００２４】
上記問題点を解決するには、従来は十分な手間をかけて非常に多くの製品による多くの確認作業を実施する以外に方法がなかった。しかしながら、例えば鋼板の冷間圧延プロセスにおいては、少なくとも２０種類の欠陥が存在し、かつ各々の欠陥はその程度により５段階程度のグレードに分類される。すなわち、検査装置には２０×５＝１００程度の弁別能力が要求される。また、欠陥種とグレードの弁別の信頼性を向上させるためには、例えば各欠陥種とグレード毎に１００個程度のサンプルが必要となる。加えて製品の品種毎に性能確認が必要なため、３品種を製造しているのであれば、装置の調整に必要な欠陥サンプル数は１００×１００×３＝３００００個に達する。
【００２５】
現在の製造技術では、例えば自動車の外板用の冷延鋼板を製造する場合、１０００ｍ乃至２０００ｍの製品１本につき高々１０個程度の欠陥が発生するのみである。そのため、検査装置の調整を十分にするための統計的母集団を得るためには３０００本以上の製品について、装置による試験的検査及び目視による確認作業を行わなくてはならない。加えて、欠陥部分のみならず、実際は欠陥のようでありながら欠陥ではない部分が、欠陥の数倍以上存在している場合もある。検査装置はこれらについて、欠陥ではないという判別をする必要があるので、こうした部位のサンプルについての検査及び目視確認も必要である。
【００２６】
以上の作業は膨大であり、サンプルの母集団が得られない場合は結局前述のような不十分な運用をせざるを得ない。あるいは検査装置が信頼性の高い結果を出力しはじめるのに長い時間がかかることになる。
【００２７】
更に、検査装置が製造プロセスに設置されてから調整するためには、有る程度生産性を犠牲にしての調整作業が必要となる場合が多く、生産を優先すれば、検査装置の調整には長い時間を要することとなる。
【００２８】
そして、上記検査装置を自動化するための調整方法を効率化する方法についての提案はこれまでなされていなかった。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の表面検査装置において、自動検査を実現するためには、非常に多くの製品についての検査装置と目視による検査結果とを照合して、検査装置を調整する必要があった。しかしながら、調整のために必要なサンプル数は膨大であり、製品の生産性を犠牲にするという問題があった。
【００３０】
また、完全な自動検査を実現するために十分な調整を行うのは事実上困難であり、表面検査装置は目視検査を行う検査員の補助的役割を果たすにすぎず、その性能を十分に発揮できないという問題があった。
【００３１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、調整作業を効率化し、短時間で高信頼性の自動検査を実現できる表面検査装置を提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載した表面検査装置は、被検査体を製造するプロセスで用いられ、前記被検査体の表面に発生する欠陥をセンサを用いて光学的に検査する表面検査装置であって、前記センサの出力と製造条件に対応するデータとに基づいて、欠陥の有無を検出する検出装置と、複数の模擬信号が記録されたデジタル方式の記録装置と、前記記録装置に記録された模擬信号を再生して出力する再生装置とを具備し、前記再生装置から出力された模擬信号を、前記検出装置における前記センサからのデータ、及び製造条件に対応するデータに代えて入力することにより、製造時と同様な検査状況を含む任意の検査状況を創成することを特徴としている。
【００３４】
更に、この発明の請求項２に記載した表面検査装置は、被検査体を製造するプロセスで用いられ、前記被検査体の表面に発生する欠陥をセンサを用いて検査する表面検査装置であって、前記センサの出力と製造条件に対応するデータとに基づいて、欠陥の有無を検出する検出装置と、前記センサから出力される少なくとも一部の検出データ、製造条件に対応するデータ、または模擬信号を記録するデジタル方式の記録装置と、前記記録装置に記録されたデータまたは模擬信号を再生して出力する再生装置とを具備し、前記再生装置で再生したデータまたは模擬信号と、前記センサから出力される少なくとも一部の検出データまたは前記製造条件に対応するデータとを混合して、前記検出装置における前記センサからのデータ、及び製造条件に対応するデータに代えて入力することにより、製造時と同様な検査状況を含む任意の検査状況を創成することを特徴としている。
【００３５】
請求項３に記載したように、請求項１または２記載の表面検査装置において、前記被検査体は、鋼板、条鋼、または鋼管であることを特徴としている。
【００３７】
請求項１のような表面検査装置によれば、記録装置にセンサの出力及び製造条件に対応する模擬信号を記録し、この記録されたデータを再生装置により再生することで、検出装置において新たな検査状況を創成している。そのため、実際に欠陥の発生を待たずに、様々な欠陥種についての欠陥検出のシミュレーションを行うことが出来る。そのため、表面検査装置の評価及び調整を効率よく行うことが出来、表面検査装置の高信頼性の自動検査を行うための調整期間を大幅に短縮できる。
【００３８】
請求項２のような表面検査装置によれば、記録装置にセンサの出力及び製造条件に対応する模擬信号を記録し、この記録されたデータを再生装置により再生し、かつ実際に測定した信号とを混合することで、検出装置において新たな検査状況を創成している。そのため、請求項２と同様に実際に欠陥の発生を待たずに、様々な欠陥種についての欠陥検出のシミュレーションを行うことが出来る。更に実際の製造装置の動作と疑似欠陥とを組み合わせることで、装置全体の調整を効率化できるため、表面検査装置の高信頼性の自動検査を行うための調整期間を大幅に短縮できる。
【００３９】
請求項３のように、この発明は、鋼板、条鋼、または鋼管の製造プロセスに適用できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００４１】
この発明の一実施形態に係る表面検査装置について図１を用いて説明する。図１は鋼板の表面検査装置の概略図である。図示するように、表面検査装置は大きく４つの部位に大別でき、それらは、鋼板表面を観測するセンサ部２０、センサ部２０における観測結果とその観測条件に基づいて鋼板表面の欠陥を検出する検出部３０、前記観測結果及び観測条件を記録し、任意に再生可能な記録／再生部４０、記録／再生部４０が再生する観測結果及び観測条件に基づいて鋼板表面を再度検査する予備検出部５０である。
【００４２】
欠陥を検出すべき鋼板１０は、ロール１１上に戴置、搬送されており、このロール１１には鋼板１０の搬送距離を測定するためのパルスジェネレータ１２が設けられている。また、鋼板製造時に様々な処理を行うための製造装置側コンピュータ１３が設けられている。
【００４３】
センサ部２０は、鋼板１０の表面に光を照射する光源２１と、光源２１によって照らされた鋼板１０上の検査線１４の位置を観測するセンサ２２とを備えている。光源２１は例えば光ファイバを櫛状に並べた投光器であり、センサ２２はラインセンサカメラである。
【００４４】
検出部３０は、光源２１が出力する光量信号６０、パルスジェネレータが出力するパルスジェネレータ信号６１及び製造装置コンピュータが出力する製造信号６２等の様々な外部信号を受ける外部信号入力装置３１、この外部信号入力装置３１を経て入力される外部信号及びセンサ部２０が出力するセンサ信号６３から、鋼板１０表面の欠陥を検出する検出装置３２、検出装置３２による検出結果を表示する表示装置３３とを備えている。
【００４５】
また記録／再生部４０は、光源２１が出力する光量信号６０、パルスジェネレータが出力するパルスジェネレータ信号６１、製造装置コンピュータが出力する製造信号６２等の様々な外部信号及びセンサ部２０が出力するセンサ信号６３をデジタル信号へ変換する入力信号変換器４１、これらの信号を記録、再生する記録／再生装置４２、記録／再生装置４２を制御する制御装置４３、記録／再生装置４２が再生するデジタル信号を原信号の形に変換して出力する出力信号変換器４４、擬似的な外部信号及びセンサ信号を生成するための編集用コンピュータ４５とを備えている。なお、記録／再生装置４２は例えば複数のチャネルを有したデジタル記録装置である。
【００４６】
更に予備検出部５０は、記録／再生部４０の出力信号変換器４４が出力する原信号の内、再生光量信号６０’、再生パルスジェネレータ信号６１’、再生製造信号６２’等の再生外部信号を受ける予備外部信号入力装置５１、この予備外部信号入力装置５１を経て入力される再生外部信号、及び出力信号変換器４３が出力する再生センサ信号６３’から鋼板表面の欠陥を再度検出する、または検出部３０の検出結果を確認する予備検出装置５２、予備検出装置５２による検出結果を表示する予備表示装置５３とを備えている。
【００４７】
次に上記構成の表面検査装置の動作について説明する。
【００４８】
まず、鋼板１０がロール１１上に戴置、搬送される。センサ部２０の光源２１は鋼板１０の検査線１４に光を照射し、その位置をセンサ２２が観測する。このセンサ２２で得られたセンサ信号６３は、検出部３０の検出装置３２へ送られる。また、光源２１の光量レベルを示す光量信号６０、鋼板１０の搬送距離を知るためのパルスジェネレータ信号６１、及び鋼板製造に必要な製造装置側コンピュータ１３からの製造信号６２等の外部信号が、検出部３０の外部信号入力装置３１を介して検出装置３２へ送られる。検出装置３２ではこれらの信号から、鋼板１０の欠陥の検出処理が行われる。
【００４９】
同時に、センサ信号６３、及び光量信号６０、パルスジェネレータ信号６１、製造信号６２等の外部信号は記録／再生部４０へも送られる。これらの信号はまず入力信号変換器４１へ入力される。入力信号変換器４１は、例えばセンサ信号６３はアナログ信号、パルスジェネレータ信号６１はデジタル信号、光量信号６０はリレー接点信号といったようにそれぞれ異なる仕様の信号を、全てデジタル信号に変換する。こうしてデジタル信号化された各信号は記録／再生装置４２に記録される。このように、実際の検査において検出部３０の検出装置３２に入力される全ての信号が、記録／再生装置４２に所定の時間分記録される。
【００５０】
記録の終了後、記録／再生装置４２は記録を再生して予備検出部５０へ送出する。記録／再生装置４２が再生した各デジタル信号は、まず出力信号変換器４４で各々の原信号と同様の仕様の信号に変換される。それらの信号は、実際の検査の際と同様に、再生光量信号６０’、再生パルスジェネレータ信号６１’、及び再生製造信号６２’は予備外部信号入力装置５１を介して予備検出装置５２へ入力され、再生センサ信号６３’は直接予備検査装置５２へ入力される。予備検出装置５２では、これらの信号に基づいて当該信号に相当する鋼板の欠陥検査を行う。
【００５１】
上記表面検査装置における記録／再生装置４２を制御装置４３で操作することで、以下の作業が可能となる。
【００５２】
（１）任意の検査箇所の記録データを再生することで、当該検査状態の再現が可能であり、予備表示装置で欠陥部分の画像を目視しながら、検出部の検出装置の検査結果とを照合する。
【００５３】
（２）予備検査装置内では例えばセンサ信号を２値化するなどの処理が行われるが、２値化のしきい値を変えるなど、検出条件を自由に変えて、繰り返し再現試験をする。
【００５４】
（３）編集用コンピュータ４５を用いて、記録されたセンサ信号を加工するか、または新たに作成して、仮想的な欠陥信号を再生することで、実際にはサンプルを集め難い欠陥に対する検出シミュレートをおこなう。
【００５５】
（４）編集用コンピュータ４５を用いて、記録された外部信号を加工するか、または新たに作成して、様々な検査状況のシミュレートを行う。
【００５６】
上記のような装置及び方法によれば、実際の鋼板１０の表面の欠陥検出処理に必要な全ての信号を、記録／再生装置４２にて記録している。そしてその記録を再生して予備検出装置５２へ出力している。そのため、（１）、（２）に記載したように、検査装置本体とは無関係に予備検出装置５２を用いて、表面検査装置の性能の評価と調整を進めることが出来る。また、現在の調整で、表面検査装置が見過ごした欠陥があっても、原信号を再生することで再調整が可能となる。更に、製造を阻害することなく欠陥サンプルの信号を次々に収集可能であり、加えて、（３）、（４）に記載したように、疑似信号を用いて実際には発生し難い欠陥に対するシミュレーションを行うことで、実際の欠陥の発生を待つことなく調整を進められる。また、所望の製造条件におけるシミュレーションを行うことで、製造装置全体を実際にその条件に変更することを必要としない。そして、予備検出部５０で得られた調整の結果は、例えば図示しないネットワークを通じて、直ちに実際の検出部の設定に反映させることが可能である。よって、従来は膨大な手間と時間を要した表面検査装置の性能評価と調整の大幅な効率化を図ることが出来、時間の短縮を図ることが出来る。
【００５７】
次に、上記実施形態に係る表面検査装置の第１の応用例として、図１の表面検査装置を、鋼板の途切れることのない冷間圧延プロセスに適用場合について説明する。
【００５８】
すなわち、図示しないランプの光をバンドルファイバーに入射し、ファイバーを鋼板１０の幅方向に並べた構造の光源２１によって、シート状に鋼板１０の表面の検査線１４を照らす。センサ２２には４０９６画素子のラインセンサカメラを用いている。このセンサ２２の出力は検査線１４の１次元イメージをアナログ信号として、検出部３０の検出装置３２へ送られる。また、パルスジェネレータ１２から送られるパルスジェネレータ信号６１等の種々の外部信号は、外部信号入力装置３１を介して検出装置３２へ入力される。そして、検出装置３２はこれらの信号から画像を構成し、現段階における感度及び欠陥の弁別ルールに基づいて、鋼板１０の欠陥を検出する。オペレータは当該検出結果を表示装置３３により知ることが出来る。
【００５９】
しかし、現段階における表面検出装置の感度及び弁別ルールは未完成であるため、当該検出結果が適当か否かを確認する必要がある。一方で、冷間圧延プロセスでは、製造ラインにおいて製品が途切れることがない。そのため、検出結果の確認のために検出装置３２の検出動作を停止させることは、鋼板１０の品質検査に重大な影響を及ぼす。そのため、出来るだけ製造に影響を及ぼさないように検査装置の調整を進めて、より信頼性を上げなければならない。
【００６０】
そこで、鋼板１０の製造装置及び検出部３０により行われている、現在製造中の鋼板についての欠陥検出処理とは無関係に、記録／再生部４０及び予備検出装置５０を用いて本表面検査装置の評価及び調整を行う。
【００６１】
センサ信号６３及び種々の外部信号は、検出部３０のみならず、当該信号をデジタル信号に変換する記録／再生部４０の入力信号変換器４１を介して、記録／再生装置４２に記録される。ここで、例えば鋼板１０の幅は最大２０００ｍｍ、搬送速度は毎分０乃至２００ｍである。流れ方向分解能は２ｍｍであり、センサ２２の輝度分解能は２５６階調である。従って、１０００ｍｍあたり２Ｍｂｙｔｅｓ（＝４０９６画素×５００ライン×１ｂｙｔｅ）、１０００ｍの製品につき２Ｇｂｙｔｅｓのセンサ信号６３が記録／再生装置４２に記録される。記録／再生装置４２は他に、パルスジェネレータ１２等からの外部信号も同期的にデジタル記録する。
【００６２】
そして、記録／再生装置４２に記録された信号を、出力信号変換器４４を介して予備検出部５０へ出力する。オペレータは、これらの信号に基づいて予備検出装置５２が構成した鋼板１０の表面の画像を予備表示装置５３により見ることが出来る。そして、検出装置３２の検出結果が適当であったかどうかを確認出来る。更に、予備検出装置５２の感度及び弁別ルールを様々に変えて欠陥検出のシミュレーションを行うことで、表面検査装置の調整を行う。また、記録／再生装置４２には、実際のセンサ信号６３及び種々の外部信号だけでなく、編集用コンピュータ４５により作成された、擬似的な欠陥を表す欠陥信号を制御装置４３を介して記録出来る。そのため、発生頻度の少ない欠陥種については、この疑似欠陥信号を用いたシミュレーションを行うことで、欠陥検出のための弁別ルールを容易に確立出来る。この予備検出部５０による調整は、鋼板１０の製造プロセス及び検出部３０とは無関係に行われている。すなわち、予備検出部５０による調整が行われている間も、鋼板１０の製造は行われており、該鋼板１０の表面の欠陥検出も検出部３０によって行われており、上記調整により鋼板１０の製造が妨げられることはない。
【００６３】
以上のような表面検査装置の調整方法を、同様な検査装置を従来の方法で調整した場合と比較して、表１に示すような調整作業の効率化効果が得られた。
【００６４】
【表１】
0003675334.tif 000002
【００６５】
表１は、表１右端の検出率を得るために要した各種の手間をまとめたものである。例えば、従来方法で欠陥の検出率７０％を得るためには、総調整期間に１０ヶ月を要した。一方、本実施形態による装置と方法では、検査装置による自動検査実用化の目安である検出率９５％を得た上で、総調整期間は２ヶ月で済んだ。調整期間の短縮に成功した要因は、表１の「コイル数」、「実欠陥数」、及び「疑似欠陥数」の相違である。従来方法では実欠陥サンプルの収集にも手間がかかるが、それ以上に試験にも手間がかかる。なぜなら試験は製造を停止してセンサ２２の下部にサンプルをおいて実施する必要があるからである。センサ２２を製造ラインの横に引き出せるような工夫をしてある場合でも、手間は同様である。疑似欠陥による試験も、例えば鋼板１０にヤスリで欠陥らしく加工した疑似欠陥サンプルを数多く用意する必要がある。一方で本発明の装置と方法では、実欠陥の信号と、例えばそれらをパソコンの一般的な画像編集用のソフトウェアにて加工した疑似欠陥信号とを用いて繰り返し試験することで、従来方法より大幅に少ない手間で、かつ短時間に調整を進めることが出来る。
【００６６】
表１における疑似欠陥数の差は、製造で発生が予想される欠陥に対する検査装置の信頼性評価に大きく影響し、結果として本発明による方法では高い検出率を得ることが出来る。
【００６７】
また、欠陥のあった製品を再度通過させて検査装置の性能を確認する作業や、目視のために製造プロセスを減速するなどの製造阻害も激減させることが出来た。加えて、顧客の使用段階において、過去の調整状態で見逃した欠陥があったことが判明しても、該当記録を再生して、最適な検査条件に再設定することが出来、以降の欠陥流出をくい止めることが出来る。このような状況には、従来方法では全く対応不可能であった。これは、欠陥検出に必要な信号の全てを記録／再生装置４２に記録し、この記録を再生することで、予備表示装置５３に当該信号に相当する鋼板１０の表面の画像を得ることが出来、あたかも過去に検出を行った鋼板を再度通過させているのと同様の状況を再現できるからである。
【００６８】
次に、表面検査装置の第２の応用例として、熱間圧延プロセスに適用した場合について、図２を用いて説明する。
【００６９】
図２は鋼板の熱間圧延プロセスにおける表面検査装置の概念図である。熱間圧延プロセスは、冷間圧延プロセスと異なり、一般に数百ｍ乃至数ｋｍ毎に製品が途切れて圧延される。このようなプロセスでは、鋼板が通過していない時間は表面検査装置は稼働していない。そこで、表面検査装置の調整にそれ自身を用いている。そのため、熱間圧延プロセスにおける表面検査装置の構成は、図２に示すように、第１の応用例で説明した冷間圧延プロセスで用いた予備検出部５０を必要としない。その他の構成は第１の応用例と同様であるため、説明を省略する。
【００７０】
表面検査装置は、鋼板１０の通過中はセンサ信号６３及びパルスジェネレータ信号６１等の外部信号を受けて、検出装置３２で鋼板１０の表面の欠陥検出を行うと同時に、当該信号を記録／再生装置４２に記録する。
【００７１】
次に、一製品が通過し、鋼板１０が途切れている間の様子を図３に示す。鋼板１０のない時間は、センサ信号６３及び外部信号は検出部３０及び記録／再生部４０へは入力されない。そのかわり、鋼板１０が通過している際に記録された記録／再生装置４２からの各々の再生信号、または編集用コンピュータ４５で作成した疑似欠陥信号等が検出部３０へ入力される。そしてオペレータは検出部３０において、第１の応用例で説明したように、欠陥検出の確認及び調整を進める。
【００７２】
熱間圧延プロセスでは、図示しない鋼板の巻き取り装置付近に目視検査場所があり、例えば圧延ロールの異常が鋼板に転写して発生する周期性の欠陥についての情報等が、当該鋼板の通過後数分以内に得られる。もし検出装置３２がその欠陥を検出していなかったり、あるいは過剰なグレードで検出していた場合、至近の鋼板のない時間に当該鋼板の記録を再生して確認作業を行う。こうして熱間圧延プロセスでも検査装置の性能評価と調整を効率的に行うことが出来る。
【００７３】
鋼板の熱間圧延プロセスでは、スケールと呼ばれる酸化物の層が鋼板の表面に急速に成長するため、圧延プロセス直後に検査した結果と、鋼板が冷えてスケールが成長しきった状態での目視検査の結果とでは整合が取りにくい。すなわち、冷えて表面の状態がプロセス中とは大きく異なった切り出しサンプルによる調整はほとんど意味がないので、検査時の信号を再生可能な本システムは有効性が特に高いということができる。また、品種毎に専用化が進んでいる冷間と異なり、材料の品種や厚みが多様であり、検査条件も多様となる。また、鋼板の表面温度なども検査条件の重要な項目であるので、本発明の装置構成にて、温度条件に依存した２値化しきい値のシミュレート等が可能となり、調整作業が効率化出来る。
【００７４】
次に、表面検査装置の第３の応用例を図４を用いて説明する。図４は、実際の製造装置からの信号と、記録／再生装置からの信号とを混合して使用しているものである。
【００７５】
製造装置からの信号には、何らかの通信回線を通じての鋼板製造番号、ロールの回転数を拾うパルスジェネレータ信号、鋼板と次の鋼板とを接合している溶接点部分のトラッキング信号、切断機からの信号などがあり、多種多様である。本発明の装置では、疑似欠陥信号に限らず、製造装置からのこうした信号に対するシミュレーションも可能であるが、検査装置の動作検証には、製造装置からの信号は実信号を取り入れたほうが手間が省ける場合が多い。
【００７６】
図４はその応用例であり、鋼板製造の最終工程に近い、鋼板切断装置付近に表面検査装置を設置しており、図示するように、鋼板１０の切断機１５の手前の位置に、表面検査装置のセンサ部２０が設けられている。装置の仕様は第２の応用例に示したものとほぼ同様であるが、２台のセンサ２２、２２’を用いて板幅方向の分解能を向上させている。センサ２２、２２’は、例えば４０９６画素のラインセンサカメラである。この２台のセンサ２２、２２’の出力のうち、センサ２２からのセンサ信号６３は鋼板１０の表面の実欠陥データとして検出部３０の検出装置３２へ入力される。しかし、もう一方のセンサ２２’から出力されるセンサ信号６５は、外部信号入力装置３１を介して検出装置３２へ入力される。すなわち、センサ２２’のセンサ信号６５は鋼板１０の実欠陥データとしては使用せず、外部信号として使用する。検出装置３２へはセンサ２２から鋼板１０の検査線１４における半分のデータ量しか入力されないため、残りの半分のデータとしては、記録／再生部４０からの疑似欠陥信号６３’が入力される。上記のように、一方のセンサ信号６３のみを実欠陥データとして検出装置３２へ入力し、他方のセンサ信号６５を外部信号として扱う理由は、カメラは鋼板１０の表面の平均明るさをも検知し、図示しない回線にて表面検査装置が光源２１の明るさの制御を行っており、この機能を実際に動作させるためである。
【００７７】
また、製造装置からの信号には、パルスジェネレータ信号６１、切断機信号６４、及び製造装置側コンピュータからの製造番号や検査条件の設定値などの信号６２がある。これら外部信号は製造条件などによって様々にタイミングと順序が変わるので、表面検査装置全体の調整には早い段階で図の如く実際の信号を取り入れた方が不具合の発見と修正がより早く行える。
【００７８】
特に、鋼板の切断機１５付近では、鋼板の不要部分のカット長さが製品ごとに変動するため、製品と次の製品との区切りについての取り扱いが複雑である。表面検査の結果をカット前後のどちらの製品に組み込むのか、あるいは欠陥部分のみをカットしてしまうのかによって、検査装置が最終的に出力する欠陥情報を変えねばならないからである。更に、欠陥が大きく、カット前後の両製品にまたがってしまう場合は、表面検査装置が鋼板の搬送速度を減速させる信号を出力したり、欠陥検出結果を鋼板のカット分だけ削除したりといった複雑な処理が必要であり、欠陥検出結果の取り扱いも難しい。
【００７９】
このように、製造装置と直結した、全体としての動作確認は、実際の欠陥を待っていてもなかなか実施できない。そこで２台のセンサからのセンサ信号のうちの１つについては記録／再生装置からの疑似欠陥信号に置き換え、切断機付近での動作確認を実施することで、実際の欠陥発生を待つことなく短期間で動作の確認と不具合の修正を完了出来る。
【００８０】
上記のように、表面検査装置に記録／再生部を設け、この記録／再生部に過去の観測データまたは疑似データを記録させ、該データを再生することにより、過去、または擬似的な観測状況を再生、または創成することができる。この観測状況を用いて欠陥検出のための表面検査装置の感度及び弁別ルールの調整を行うことで、自動検査のための調整作業を効率化でき、短時間で自動検査を実現できる。
【００８１】
なお、本実施形態においては、センサ信号と検査装置に必要な他の外部信号とを記録／再生する装置を有し、記録した信号を任意に再生可能であることが重要であり、センサ部３０にはどの様な構成を用いても良い。しかしながら、記録／再生装置４２は任意データの再生、加工、新たな記録という作業を効率的に行うため、デジタル方式であることが必須である。更に、装置構成においては、予備検出部５０に全く別な検査装置を用意しても良い。このような構成では、例えば既存の検査装置を生かしたまま、新規に開発を進めている装置の性能確認も容易である。もちろん、記録／再生装置と媒体を別途用意すれば、予備検出部が現在の検査装置と直結している必要はなく、全く別な場所で記録を再生し、調整を行っても良い。また、本実施形態にでは鋼板の製造プロセスを例に挙げて説明したが、鋼板に限らず条鋼、鋼管などの製造プロセスにも適用できるのは言うまでもなく、勿論、金属材料の製造プロセスにのみ限定されるものでもなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが出来る。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高信頼性の自動検査を実現するための調整作業を効率化し、短時間で確実に作動できる表面検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態及びその第１の応用例に係る表面検査装置について説明するためのもので、表面検査装置の概念図。
【図２】この発明の一実施形態の第２の応用例に係る表面検査装置について説明するためのもので、熱間圧延プロセスにおいて、鋼板通過中の表面検査装置の概念図。
【図３】この発明の一実施形態の第２の応用例に係る表面検査装置について説明するためのもので、熱間圧延プロセスにおいて、鋼板非通過中の表面検査装置の概念図。
【図４】この発明の一実施形態の第３の応用例に係る表面検査装置について説明するためのもので、鋼板切断機付近の表面検査装置の概念図。
【図５】従来の表面検査装置について説明するためのもので、表面検査装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
１０…鋼板
１１…ローラ
１２…パルスジェネレータ
１３…製造装置側コンピュータ
１４…検査線
１５…切断機
２０…センサ部
２１…光源
２２、２２’…センサ
３０…検出部
３１…外部信号入力装置
３２…検出装置
３３…表示装置
４０…記録／再生部
４１…入力信号変換器
４２…記録／再生装置
４３…制御装置
４４…出力信号変換器
４５…編集用コンピュータ
５０…予備検出部
５１…予備外部信号入力装置
５２…予備検出装置
５３…予備表示装置
６０、６０’…光量信号
６１、６１’…パルスジェネレータ信号
６２、６２’…製造信号
６３、６３’、６５…センサ信号
６４…切断機信号
１００ａ、１００ｂ…検査部
２００ａ、２００ｂ…オペレータ支援部
２１０ａ、２１０ｂ…支援部コントローラ
２２０ａ、２２０ｂ、４３０…ＣＲＴ
２３０ａ、２３０ｂ…タッチパネル
３００…制御部
３１０ａ、３１０ｂ…検出部
３２０ａ、３２０ｂ…長さ判別部
３３０…検出コントロール部
３４０…入力コントロール部
４００…監視部
４１０…監視部コントローラ
４２０…検査表印字部
４４０…キーボード
５００…被検査物
６００…ＬＡＮケーブル
【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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