(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、
該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部と、
前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する信号処理部とを有する疵検査手段と、
金属帯表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを行うマーキング手段とを備えていることを特徴とする金属帯の表面疵マーキング装置。
【請求項２】
金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、
該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部と、
前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する信号処理部とを有する疵検査手段と、
表面疵の位置をトラッキングするトラッキング手段と、
金属帯表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを行うマーキング手段と
を備えていることを特徴とする金属帯の表面疵マーキング装置。
【請求項３】
金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する検査工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すマーキング工程とを有することを特徴とするマーキング付き金属帯の製造方法。
【請求項４】
金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する検査工程と、
表面疵の位置をトラッキングするトラッキング工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すマーキング工程とを有することを特徴とするマーキング付き金属帯の製造方法。
【請求項５】
マーキング工程においては、表面疵の位置にその表面疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すことを特徴とする請求項３または４に記載のマーキング付き金属帯の製造方法。
【請求項６】
マーキング工程においては、金属帯の幅方向に対して一定の位置にその表面疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載のマーキング付き金属帯の製造方法。
【請求項７】
金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出して、前記反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施す工程と、
このマーキングを施された金属帯を巻き取ってコイルとする工程と、
このコイルを巻き戻してマーキングを検出してそのマーキングが示す情報に基づき金属帯の所定の範囲を指定する工程と、
この指定された範囲を回避または除去した金属帯の残りの部分について所定の加工を行う工程と、を有することを特徴とする金属帯の加工方法。
【請求項８】
前記金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部とを有する表面疵検査手段を含む複数の表面疵検査手段と、それらの金属帯表面の検査結果を総合的に判定し、金属帯表面の疵の種類や程度に加えて、疵や汚れ等の寸法・形状あるいは照射光の反射率等に基づく表面検査結果あるいは種々の表面性状に関するマーキング情報を作成するマーキング情報作成手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の表面疵マーキング装置。
【請求項９】
前記金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の検査を行う表面疵の検査方法を含む複数の表面疵検査方法による検査結果を総合的に判定し、金属帯表面の疵の種類や程度に加えて、疵や汚れ等の寸法・形状あるいは照射光の反射率等に基づく表面検査結果あるいは種々の表面性状に関するマーキング情報を作成するマーキング情報作成工程を備えたことを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載のマーキング付き金属帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば薄鋼板等の金属帯の表面疵を光学的に検出しその位置にマーキングする表面疵マーキング装置、およびマーキング付き金属帯の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外部から光を入射し、正反射光及び拡散反射光をカメラでとらえることによる金属物体の表面探傷方法として、特開昭58-204353 号公報記載の技術がある。本技術は、被検体表面に対し35〜75度の角度で光を入射し、反射光を、正反射方向と、入射方向あるいは正反射方向から20度以内の角度方向に設置した2 台のカメラで受光している。そして、2 台のカメラの信号を比較し、例えばお互いの論理和を取る、すなわち、2 台とも検出した場合のみ傷とみなすことにより、ノイズに影響されない検査方法を実現している。
【０００３】
また、被検体からの後方散乱光を受光することによる被検体表面の疵検査方法として、特開昭60-228943 号公報記載の技術がある。本技術は、ステンレス鋼板に大きな入射角で光を入射し、入射側へ戻る反射光を検出することにより、ステンレス鋼板表面のヘゲ疵を検出しようとするものである。
【０００４】
複数の後方散乱反射光を検出することによる探傷装置として、特開平8-178867号公報記載の技術がある。これは熱間圧延された平鋼上の掻疵を検出しようとするものである。本明細書によれば、掻疵の疵斜面角度は10〜40度であり、この範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるように後方拡散反射方向に複数台のカメラを用意している。
【０００５】
また、偏光を利用した表面検査装置として、特開昭57-166533 号公報記載の技術は、測定対象に45度方向の偏光を入射し、提案された偏光カメラで受光している。偏光カメラは、反射光をカメラ内部のビームスプリッタを用いて3 つに分岐し、それぞれ異なる方位角の偏光フィルタを通して受光するようになっている。偏光カメラからの3 本の信号を、カラーTVシステムと同様の信号処理により、モニタに表示し、偏光状態を可視化する技術を開示している。この技術はエリプソメトリの技術を利用しており、光源は平行光であることが望ましく、実施例ではレーザ光が用いられている。
【０００６】
また、特開平9-166552号公報では同様に、エリプソメトリを利用した鋼板表面の疵検査装置を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術はいずれも顕著な凹凸性を持つ疵を検出するか、酸化膜等異物が存在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵等に対しては全ての疵を確実に捉えることはできなかった。
【０００８】
例えば、特開昭58-204353 号公報記載の技術では、正反射光と散乱反射光を受光する2 台のカメラを有しているが、その目的は2 つのカメラの信号の論理和によるノイズの影響除去であり、顕著な凹凸性を有する疵、すなわち表面に割れ・抉れ・めくれ上がりを生じているような疵に対しては両方のカメラで疵の信号が捉えられるので適用可能であるが、どちらか一方のカメラでしか疵の信号を捕らえられないような顕著な凹凸性を持たない、模様状ヘゲ疵のような疵の場合は、その疵を全て検出することはできない。
【０００９】
特開昭60-228943 号公報記載の技術では、表面粗さの小さいステンレス鋼板上に顕在化した、持ち上がったヘゲ疵を対象としており、顕在化していない、持ち上がった部分のない疵や、疵の存在しない部分も入射側へ戻る光を反射するような表面の粗い鋼板に適用することはできない。  特開平8-178867号公報記載の技術では掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反射光を捉えることに基づいているため、顕著な凹凸性を持たない、模様状ヘゲのような疵の場合には後方散乱反射光では捉えられないものも存在し、未検出を生ずるという問題点があった。
【００１０】
また、一度カメラを設置し、どの角度の反射成分を受光するかが決定されると、容易に変更できないという問題もあった。
【００１１】
特開昭57-166533 号公報記載の技術は、エリプソメトリの技術を用いており、「薄い透明な層の厚さ及び屈折率」や「物性値のむら」を検出することはできる。しかしながら、例えば表面処理鋼板のように、もともと疵部が母材部と異なる物性値を有していたとしても、その上から同一の物性値を有するものに覆われたような対象に対しては、有効性が低下してしまうという問題があった。
【００１２】
また、エリプソメトリでは、同一点からの反射光を各CCD の対応する画素で受光し、画素ごとにエリプソパラメータを計算する必要があった。そのため、特開昭57-166533 号公報記載の技術では反射光をビームスプリッタにより3 分岐して3 つのCCD により検出しており、光量が低下したり、CCD 間の画素合わせが困難であるという問題があった。
【００１３】
また、特開平9-166552号公報の実施例では、3 台のカメラを鋼板進行方向に並べたり（明細書図６）、縦または横に並べた3 台のカメラの傾きを変えて同一領域を見る（同図７、同図８）ようにしているが、明細書図６の場合は、鋼板の速度が変化したときの処理が複雑であるという問題があった。また、明細書図７、明細書図８では、各カメラの角度が異なるため光学条件が同一にならない、やはり画素合わせが困難であるといった問題があった。
【００１４】
さらに、特開昭58-204353 号公報記載の技術や特開平8-178867号公報記載の技術では複数台のカメラの光軸が共通ではなく出射角が異なるため、得られる２つの画像の対応する画素の視野サイズが異なるほか、被検査面のバタツキや対象の厚さ変動による距離変化があると視野に位置ズレを生じるという問題があった。特に特開昭58-204353 号公報記載の技術では２つのカメラで同じ視野に対する論理和をとることが要求されるため問題は大きかった。
【００１５】
品質保証の観点からは、こういった表面検査装置は未検出がないことが絶対条件であり、検査対象として表面処理鋼板等まで広く適用可能なものとしては従来実用に耐えうる表面疵検査装置は実現できていなかった。
【００１６】
さらに、表面疵の検査結果については、一般に金属帯全体として良好か不良かの判定がされるだけであり、軽微な疵についてはユーザ側で知ることはできなかった。仮に、それらの表面疵についての情報をユーザ側に知らせるとしても、ミルシート等に記載する等の方法以外に適切な方法がなかったと言える。
【００１７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、表面の割れ・抉れ・めくれ上がりのような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を、未検出となることなく検出し、簡単な手段でその情報をユーザ側に知らせることが可能な表面疵マーキング装置ならびにマーキング付き金属帯およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。
【００１９】
第１の発明は、金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部と、
前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する信号処理部とを有する疵検査手段と、
金属帯表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを行うマーキング手段と
を備えていることを特徴とする金属帯の表面疵マーキング装置である。
また、第２の発明は、金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部と、
前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する信号処理部とを有する疵検査手段と、
表面疵の位置をトラッキングするトラッキング手段と、
金属帯表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを行うマーキング手段と
を備えていることを特徴とする金属帯の表面疵マーキング装置である。
【００２０】
第１および２の発明の装置は、まず、疵検査手段の受光部で、金属帯の表面からの反射光の鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分を抽出し、その結果から光学的性状を解析する。次いで、疵検査手段の信号処理部で、得られた光学的性状から、金属帯の表面について、正常部と異常部、即ち表面疵を判別する。表面疵と判定された部分には、マーキング手段により印字・刻印・穿孔等の所定の方法でマーキングを行う。さらに、第２の発明の装置では、マーキングの位置については、表面疵の位置あるいはその近傍を、トラッキング手段等によりトラッキングすることにより決定できる。
【００２１】
次に、本発明の表面疵検査装置が検査の対象とする鋼板表面の光学的反射の形態について、鋼板表面のミクロな凹凸形状と関連づけて説明する。一般に鋼板表面のミクロ凹凸形状は調質圧延（テンパ）により、もともと起伏の高い点がロールにより強く圧延され平坦度がよくなり、それ以外の点は調質圧延のロールがあたらずに元の凹凸形状を残したままとなっている。
【００２２】
例えば、合金化亜鉛メッキ鋼板の場合には下地の冷延鋼板１は図１２（ａ）に示すように溶融亜鉛メッキされたのち、合金化炉を通過する。この間に下地鋼板の鉄元素がメッキ層の亜鉛中に拡散し、通常、図１２（ｃ）に示すように柱状等の合金結晶３を形成する。この鋼板が次に図１２（ｂ）に示すように調質圧延されると図１２（ｄ）に示すように柱状結晶３の特に突出した箇所が平坦に潰され（テンパ部６）、それ以外の箇所（非テンパ部７）は元の柱状の結晶形状を残したままとなる。
【００２３】
このような鋼板表面でどのような光学的反射が起こるかをモデル化したのが図１３である。調質圧延により潰された箇所（テンパ部６）に入射した光８は、鋼板正反射方向に鏡面的に反射する。一方、調質圧延により潰されずに元の柱状結晶構造を残す箇所（非テンパ部７）に入射した光は、ミクロに見れば柱状結晶表面の微小面素の一つ一つにより鏡面的に反射されるが、反射の方向は鋼板の正反射方向とは必ずしも一致しない。
【００２４】
従って、テンパ部、非テンパ部の反射光の角度分布は、マクロに見ればそれぞれ図１４（ａ）、（ｂ）のようになる。すなわち、（ａ）テンパ部６では鋼板正反射方向に鋭い分布を持つ鏡面性の反射９が起こり、（ｂ）非テンパ部７では、柱状結晶表面の微小面素の角度分布に対応した広がりを持った反射１０となる。以降、前者を鏡面反射、後者を鏡面拡散反射と呼ぶ。実際に観察される反射の角度分布は、図１４（ｃ）に示すように鏡面反射・鏡面拡散反射の角度分布をテンパ部・非テンパ部それぞれの面積率に応じて加算したものとなる。
【００２５】
以上は合金化亜鉛メッキ鋼板を例に説明したが、調質圧延により平坦部が生じる他の鋼板にも一般に成り立つ。
【００２６】
次に本発明の検出対象となる、顕著な凹凸性を持たない、模様状ヘゲ疵と呼ばれる疵の光学反射特性について説明する。例えば、図１５に示すように、合金化溶融亜鉛鍍金鋼板４に見られるヘゲ疵１１は、鍍金前の冷延鋼板原板１にヘゲ疵１１が存在し、その上に鍍金層２が乗り、さらに下地の鉄の拡散による合金化が進行したものである。
【００２７】
一般にヘゲ部は母材と比べ、例えば鍍金厚に違いがあったり、合金化の程度に違いがあったりする。その結果として、例えばヘゲ部鍍金厚が厚く母材に対し凸の場合には調質圧延を掛けられることによりテンパ部の面積が非テンパ部に比べて多くなる。逆にヘゲ部が母材に比べ凹の場合にはヘゲ部は調質圧延ロールがあたらず、非テンパ部が大半を占める。また、ヘゲ部合金化が浅い場合には微小面素の角度分布は鋼板方線方向に強く、拡散性は小さくなる。
【００２８】
このようなヘゲ部と母材部の表面性状の違いにより、模様状ヘゲ疵がどのように見えるかを説明する。上述した調質圧延における鍍金表面の変形モデルに基づき、ヘゲ部と母材部の違いについて分類すると、図１７に示すように次の３種類に分けられる。
【００２９】
（ａ）：ヘゲ部（実線）におけるテンパ部の面積率及び非テンパ部の微小面素の角度分布が、母材部（破線）と異なる。ここで、テンパ部は法線角度ξ＝０に対応し、図ではピークを示している。このピーク高さ（面積率）がヘゲ部と母材部で異なっている。また、非テンパ部はそれ以外の部分（スロープ）に対応し、図ではヘゲ部と母材部の面積率の分布が異なっている。このスロープの部分は非テンパ部の微小面素の角度分布を反映している。
【００３０】
（ｂ）：テンパ部の面積率はヘゲ部と母材部で異なるが、非テンパ部の微小面素の角度分布は変わらない。図ではヘゲ部と母材部でピーク高さが異なっているが、スロープの形状は一致している。
【００３１】
（ｃ）：非テンパ部の微小面素の角度分布はヘゲ部と母材部で異なるが、テンパ部の面積率は変わらない。図ではヘゲ部と母材部でピーク高さは一致しているが、スロープの形状は異なっている。
【００３２】
このようなテンパ部面積率及び微小面素の角度分布の違いが、図１６に示すような反射光量の角度分布の違いとして観察される。
【００３３】
テンパ部面積率に違いがある場合（上記ａ，ｂの場合）には図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、反射光量の角度分布はヘゲ部１１ａと母材部１２ａのようになる。その差は角度分布がピークとなる方向、即ち正反射方向から観察される。ヘゲ部のテンパ部面積率が母材部より大きい場合（図１６ａ，ｂ，図１７ａ，ｂに該当）には正反射方向からはヘゲは明るく見え、逆にヘゲ部のテンパ率が母材部より小さいときには正反射方向からは暗く観察される。
【００３４】
テンパ部面積率に違いがない場合（上記( ｃ) の場合）には、鋼板正反射方向からの観察ではヘゲを見ることはできない。それでも、鏡面拡散反射成分の拡散性に違いがあるときには図１６（ｃ）に示すように角度分布のピークから外れた拡散方向から疵が観察される。例えば、鏡面拡散反射成分の拡散性が小さい時には、一般に正反射に比較的近い拡散方向からはヘゲは明るく観察され、正反射方向から離れるに従い明るさは小さくなり、ある角度でヘゲ部と母材部の差がなくなりその前後の角度で観察不能となる。さらに正反射から遠ざかると今度はヘゲは暗く観察される。
【００３５】
このような模様状ヘゲ疵を母材部と弁別し、検出するためには、図１７において、どういう角度の微小面素からの反射光を抽出するのかを検討することが必要である。例えば、先の図１６（ａ）、（ｂ）の例のように、正反射方向でヘゲ部と母材部の違いを検出するということは、図１７で示される微小面素の角度分布のうちξ＝０について抽出し、ヘゲ部と母材部の違いを検出していることになる。
【００３６】
ここで、ξ＝０について抽出するということを数学的に表現すると、図１７の関数Ｓ( ξ) それぞれに、図１９（ａ）に示すデルタ関数δ( ξ) で表される抽出特性を表す関数（以後重み関数と呼ぶ）を乗じて積分することに相当する。また、例えば、入射角６０において、正反射から２０度ずれた４０度の位置で測定するというのは、法線角度ξが１０度ずれた面（微小面素）による反射を検出することになる。これは、図１９（ｂ）のようなδ( ξ＋１０) なる重み関数を用いていることに相当する。なお、反射角と微小面素の法線角度ξの関係は図１８から計算される。
【００３７】
このように考えると、どういう角度の微小面素からの反射光を抽出するかということは、どのような重み関数を設計するかということに相当することがわかる。重み関数は、必ずしもデルタ関数である必要はなく、ある程度の幅を持っていてもかまわない。
【００３８】
このような観点から、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で表されるような面積率分布を有するヘゲ疵を母材部と弁別し、検出するための重み関数を考えると、図１９に示すδ関数δ( ξ) もその一例ではある。ただし、これでは、異なる受光角度にカメラを設置するため２つの光学系の視野サイズを同一にすることはできない。また、拡散反射光を測定するために一旦カメラを設置すると、その重み関数を変更することは、カメラの設置位置を変更することが必要であるから、容易ではない。
【００３９】
前者の課題に対しては同一光軸上の測定が必要である。そこで、拡散反射光を捉えるのでなく、鋼板正反射方向からの測定で鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分の両成分が捉えられることが望ましい。そして、後者に対しては、重み関数がカメラの設置位置の変更に対してある程度自由度を持って設定できることが望ましい。
【００４０】
このような目的で、この発明では、まず光源として、レーザのような平行光源ではなく、拡散特性をもつ線状の光源を用いている。また、鋼板正反射方向から鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分を、偏光を用いることにより分離して抽出している。
【００４１】
この線状拡散光源の作用と効果を説明するために、図２０に示すように、まず、線状の拡散光源１４を鋼板４に平行に配置し、光源に垂直な面内にあり、入射角が出射角と一致する方向（以降、鋼板正反射方向と呼ぶ）から鋼板４上の一点を観察したときの反射特性を考える。
【００４２】
今、図２０（ａ）に示すように、線状光源１４の中央部から照射された光の場合、テンパ部に入射した光は鏡面的に反射され、鋼板正反射方向で全て捉えられる。一方、非テンパ部に入射した光は鏡面拡散的に反射され、たまたま鋼板法線方向と同一方向を向いている微小面素により反射された分のみが捉えられる。このような微小面素は確率的に非常に少ないので、鋼板正反射方向で捉えられる反射光のうちではテンパ部からの鏡面反射が支配的となる。
【００４３】
これに対し、図２０（ｂ）に示すように、線状光源の中央部以外から照射された光の場合には、テンパ部に入射した光は鏡面反射して鋼板正反射方向とは異なる方向へ反射し、鋼板正反射方向では捉えることができない。一方、非テンパ部に入射した光は鏡面拡散的に反射され、そのうち鋼板正反射方向に反射された分が捉えられる。従って、鋼板正反射方向で捉えられる反射光は全て非テンパ部で反射した鏡面拡散反射光となる。
【００４４】
以上２つの場合を併せると、線状光源全体から照射される光で鋼板正反射方向からの観察で捉えられるのは、テンパ部からの鏡面反射光と、非テンパ部からの鏡面拡散反射光の和となる。
【００４５】
次に、このように線状光源を使用して正反射方向から被検査面を観察した場合に、偏光特性がどう変化するかについて説明する。
【００４６】
一般に、鏡面状の金属表面での反射においては、電界の方向が入射面に平行な光（ｐ偏光）あるいは入射面に直角な光（ｓ偏光）に関しては、反射により偏光特性は保存され、ｐ偏光のまま、あるいはｓ偏光のまま出射する。また、ｐ偏光成分とｓ偏光成分を同時に持つ任意の直線偏光は、ｐ、ｓ偏光の反射率比および位相差に応じた楕円偏光となって出射する。
【００４７】
以下、合金化亜鉛鍍金鋼板に線状拡散光源から光が照射される場合について考える。図２１（ａ）に示すように、線状光源１４中央部から出射した光は、鋼板４のテンパ部で鏡面反射し鋼板正反射方向で観察される。これに関しては上記一般の鏡面状の金属表面での反射がそのまま成立し、ｐ偏光はｐ偏光のまま出射する。
【００４８】
一方、線状光源の中央部以外の箇所から出射した光には、図２１（ｂ）に示すように非テンパ部の結晶表面の傾いた微小面素で鏡面反射し、鋼板正反射方向で観察されるものがある。この際、鋼板の入射面に平行なｐ偏光の光を入射したとしても、実際に反射する傾いた微小面素に対しては、その入射面と平行ではないため、ｐ、ｓ両偏光成分を持つ直線偏光となる。その結果、この入射光は、微小面素からは楕円偏光となって出射する。ここで、ｐ偏光の代わりにｓ偏光を入射した場合も同様である。
【００４９】
また、ｐ、ｓ両偏光成分を持つ任意の偏光角の直線偏光に関しては、上記理由と同一の理由で傾いた微小面素に対しては、入射面を基準にすると偏光角が傾いて作用するため、鋼板正反射方向に出射する楕円偏光の形状は、線状光源中央から入射しテンパ部で鏡面反射した光とは異なる。
【００５０】
以下で、ｐ、ｓ両成分をもつ直線偏光を入射する場合について、もう少し具体的に説明する。
【００５１】
まず、図２２に示すように、線状拡散光源１４からの光８を方位角αの偏光板１５で直線偏光にした後、水平に置かれた鋼板４に入射し、その正反射光を光検出器１６で受光することを考える。
【００５２】
前述したように、光源上の点Ｃから出射された光８については、テンパ部により鏡面反射された成分、及び、非テンパ部でたまたま法線が鉛直方向を向いた微小面素からの鏡面拡散反射された成分が、鋼板上の点Ｏ（およびその結果周辺の領域１３）から光検出器１６の方向へ反射する光に寄与している。
【００５３】
それに対し、図２３に示すように、点Ｏから見て角度φだけずれた点Ａからの光８については、鏡面反射成分は光検出器１６とは異なる方向に反射されるため、法線角度ξ（鉛直方向に対する法線の角度がξ）の微小面素による鏡面拡散反射成分のみが寄与する。ここで、φとξの関係は、簡単な幾何学的考察により、次式で与えられる。
cos ξ＝ 2cos θ・ cos 2 ( φ/2) ／［sin 2 φ+4・ ｛cos 2 θ・ cos 4 ( φ/2)+sin 2 θ・ sin 4 ( φ/2) ｝］1/2     （１）
ただし、θは鋼板への入射角である。
【００５４】
次に、このようにして反射された光の偏光状態について考える。図２２で、点Ｃから出射された光８が、方位角αの偏光板１５を通り、点Ｏにて鏡面反射された後の偏光状態は、偏光光学で一般に用いられるジョーンズ行列を用いて、
Ｅc  =  Ｔ・ Ｅin          （２）
と表される。ただし、Ｅinは方位角αの直線偏光ベクトル（列ベクトル）、  Ｔは鋼板の反射特性行列を表す。それぞれの成分は、次のようになる。
Ｅin＝ Ep ・t (cosα，sin α) Ｔ＝r s  (Ｔmn) ；  Ｔ11＝tan Ψ・ exp(j Δ) ，Ｔ22＝１，Ｔ12＝Ｔ21＝０
【００５５】
ここで、t ( ) は列ベクトル、tan Ψはｐ・ｓ偏光の振幅反射率比、Δはｐ・ｓ偏光の反射率により生じる位相差、r s はｓ偏光反射率を表す。なお、これらの行列表現は数１のようになる。
【数１】
0003687441.tif 000002
【００５６】
同様に、図２３で、点Ａから出射した光８が、法線角度ξの微小面素で光検出器１６の方向に反射された光の偏光状態は、入射面が偏光板１５及び検光子１７と直交しているとすれば、
ＥA   ＝Ｒ( ξ)・Ｔ・ Ｒ(-ξ)・Ｅin      （３）
ただし、Ｒは角度ξの２次元の回転行列であり、その成分Ｒmnは次のようになる。
Ｒ11= Ｒ22= cos ξ，Ｒ12=-Ｒ21=-sin ξ
【００５７】
なお、Ｒ (ξ) の行列表現は数２のようになる。
【００５８】
【数２】
0003687441.tif 000003
【００５９】
式（２）  は、式（３）  においてξ＝０とおいた特別の場合であり、鏡面反射成分についても鏡面拡散反射成分についても（式３）  を用いて統一的に考えることができる。
【００６０】
式（３）を計算し、法線角度ξの微小面素からの反射光の楕円偏光状態を図示すると、図２４  のようになる。ただし、ここで入射偏光の方位角αは４５度、入射角θは60度、鋼板の反射特性としてΨ＝28°、Δ＝120 °とした。図より、ξ＝０すなわち鏡面反射の場合の楕円に対し、ξの値が変化するに従って、楕円が傾いていくのがわかる。従って、例えば光検出器の前に検光子を挿入し、その検光角を設定することによって、どの法線角度の微小面素からの反射光をより多く抽出するかを選択することができる。
【００６１】
このことを定量化するために、式（３）で表される偏光状態の反射光に検光角βの検光子を挿入した後の偏光状態ＥD を求めると、
0003687441.tif 000004
となる。ただし、Ａ= （Ａmn）は検光子を表す行列であり、Ａ11= １、他の成
分は０である。なお、Ａの行列表現は数３のようになる。
【００６２】
【数３】
0003687441.tif 000005
【００６３】
である。式（４）から、光検出器１６（図２３）で検出する法線角度ξの微小面素からの反射光の光強度Ｌを計算すると、その微小面素の面積率をＳ( ξ) として、
0003687441.tif 000006
となる。ここで、Ｉ( ξ, β) は前述したように、法線角度ξの微小面素からの反射光をどの程度抽出できるかを表す重み関数で、光学系及び被検体の偏光特性に依存する。そして、それに鋼板の反射率r s 2 、入射光光量Ep2 、面積率Ｓ( ξ) を乗じたものが検出される光強度になる。表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材質が均一な対象を考える場合はr s 2 の値は一定と考えられる。また、Ep2 は入射光量が光源の位置によらず均一ならば同じく一定の値としてよい。従って、光検出器が検出する光強度を求めるには、法線角度ξの微小面素の面積率Ｓ( ξ) と抽出特性Ｉ( ξ, β) を考えればよい。
【００６４】
ここでまず、抽出特性Ｉ( ξ, β) について考える。法線角度ξ0 の微小面素からの寄与が最も大きくなるような検光角β0 を選定しようとした場合、その候補は次の式をβについて解くことによって与えられる。
［∂Ｉ( ξ, β) ／∂ξ］ξ= ξ0   ＝０          （６）
【００６５】
この式の通常の数式表現を数４に示す。
【００６６】
【数４】
0003687441.tif 000007
【００６７】
上式（６）により、ξ＝０すなわち鏡面反射成分の寄与が最も大きくなるような検光角を求めると、βはおよそ−４５度となる。ただし、ここでも、鋼板の反射特性としてΨ＝２８°、Δ＝１２０°、偏光子の方位角α＝４５°とした。図２５に、検光角βが−４５度の場合、微小面素の法線が鉛直方向に対してなす角ξと抽出特性、即ち重み関数Ｉ( ξ，−４５）の関係を示す。ただし、見やすさのために最大値を１に規格化してある。
【００６８】
この図２５より、ξ＝０すなわち鏡面反射成分が最も支配的で（抽出されやすく）、逆に法線角度ξ＝±３５度付近の微小面素からの鏡面拡散反射光が最も抽出されないことがわかる。また、逆にξ＝±３５度の反射光を最もよく抽出するような検光角βを式（５）（６）より求めると、およそβ＝４５度となる。検光角β＝４５度に対する法線角度ξと抽出特性Ｉ( ξ，４５）の関係を図２６に載せた。ここで、β＝４５度の曲線が左右対称でないのは、入射面（微小面素に対する入射光と反射光により張られる平面）を基準に考えると、ξが正の場合、見かけ上入射偏光の方位角αが小さくなる（ｐ偏光に近づく）ことと、鋼板のｐ偏光反射率がｓ偏光反射率より小さいことによる。また、β＝−４５°と４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても同図に載せた。
【００６９】
式（５）で示したように、法線角度ξの微小面素からの反射光強度Ｌは、抽出特性（重み関数）Ｉ( ξ, β) と面積率Ｓ( ξ) の積により与えられるから、最終的に光検出器１６で受光する光強度はＳ( ξ) ・Ｉ( ξ, β) をξについて積分したものになる。例えば、図２７に示すような反射特性を有する鋼板からの反射光を、検光角βが−４５度の検光子を通して受光した場合、図２７で示される面積率Ｓ( ξ) を図２５のような抽出特性Ｉ( ξ, β) の重みをつけて積分したものが、受光光量となる。
【００７０】
鋼板表面に、図１６に示されるような特性の模様状ヘゲ疵があった場合を考える。その場合の面積率Ｓ( ξ) は、それぞれ図１７  （ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようになっている。
【００７１】
まず、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）のように鏡面反射成分のみに違いがある場合を考える。このような疵を検光角β＝−４５度の検光子を通して受光したときの光強度は、図１７（ｂ）を図２５  で表される重み関数Ｉ( ξ, β) をかけて積分したものに相当するから、母材部とヘゲ部の反射光量の違いを検出することができる。また、検光角β＝４５度については、図１７  （ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがなく、違いがあるのはξ＝０゜付近のみのため、図２６に示したβ＝４５゜の重み関数Ｉ( ξ, β) がξ＝０゜付近で低い値であることを考えると、その積はξの全領域で低い値となり、積分により違いが打ち消されることになる。従って、母材部とヘゲ部の違いを検出することができない。
【００７２】
また、図１６（ｃ）、図１７（ｃ）のように鏡面拡散反射成分のみに違いがある場合には、逆に、−４５度の検光子を通したのでは検出できない。この場合は、ξ＝０゜より離れたところで重み関数Ｉ( ξ, β) が高い値を示す４５度の検光子を通すことにより、検出できる。
【００７３】
ところで、母材部とヘゲ部の鏡面拡散反射成分の違いがなくなっている法線角度ξは、図１７  （ｃ）ではξ＝±２０度付近であったが、もし、その法線角度ξがたまたま±３０数度付近となる疵があると、４５度の検光子を通しても検出できなくなる。その場合は、別の抽出特性となるような検光角（例えばβ＝９０°）の検光子をもう一つ別に用意し、３つめの光検出器で受光するようにすればよい。
【００７４】
一般に、鋼板表面の母材部とヘゲ部の反射特性は図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれかであることがほとんどであるから、いずれか２つの光学条件（この例では検光角）を用いることにより、大部分の場合、検出ができる。但し、上述のような特別の場合、見落としをなくすためには、３つの異なる検光角の検光子を用い、対応する３つの法線角度の微小面素からの反射光を抽出して受光するようにすることが望ましい。
【００７５】
なお、図１６（ａ）、図１７  （ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場合には、基本的には、１つの検光子を通した反射光だけでも、母材部とヘゲ部の違いを検出できる。
【００７６】
本発明では線状拡散光源の全面に入射偏光板を配置し、その偏光の方位角はｐ偏光、ｓ偏光をともに含む角度にする。そして、正反射光のうち、鏡面反射成分をより透過する偏光角の偏光子を通して撮影するカメラと、鏡面拡散反射成分をより透過する偏光角の偏光子を通して撮影するカメラを使用する。
【００７７】
このような光学系により、正反射方向からの共通な光軸での測定であるため、鋼板距離変動や速度変化に影響されることなく、鏡面反射・鏡面拡散反射それぞれに対応した２つの信号を得ることが可能になり、顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を未検出を生じることなく検出可能な表面疵検査装置が実現する。そして、どの角度の鏡面拡散反射成分を検出するかは、検光角を設定することにより容易に変更可能となる。
【００７８】
また、このように鏡面反射と鏡面拡散反射の強度あるいは比率を測定することにより、上記模様状ヘゲ疵以外でも、鏡面反射あるいは鏡面拡散反射に影響を及ぼす表面性状の変化を検出できる。例えば、ダル仕上げやヘアライン仕上げ等の金属帯の表面仕上げについても、微小な反射面の分布に変化があれば、原理的には検出可能であり、これらの表面性状の検査への適用も期待できる。
【００７９】
なお、表面疵の検出および判定には、この発明の装置とともに、公知の方法および手段を併用してもよいことは言うまでもない。これについては、詳細を後述する。
【００８０】
このようにして、表面疵が有ると判定された被検査面については、その位置がトラッキング手段によりトラッキングされる。トラッキングは、金属帯の搬送速度から表面疵の位置がマーキング手段に到達する時刻を算出することにより実施できる。マーキング手段は、トラッキング手段からのマーキング指示に基づき、金属帯表面にマーキングを行う。
【００８１】
マーキングは、目的や用途に応じて種々の方法で行うことができる。これは、次の工程で検出しやすいマーキング方法であれば何でもよく、例えば、インクや塗料による印字、打刻機等による刻印、穿孔機による穿孔、グラインダ等による表面粗度の改変、あるいは金属帯が強磁性体の場合は磁気的マーキング等の所定の方法で行う。
【００８２】
また、マーキングの位置は、表面疵の位置に一致させてもよいが、幅方向で一致させずに長手方向のみ位置を一致させてもよい。例えば、プレスライン等に材料として自動装入する場合は、マーキングの位置をむしろ幅方向に対して一定の位置とした方が、マーキングを検出しやすい場合もある。
【００８３】
第３の発明は、金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する検査工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すマーキング工程とを有することを特徴とするマーキング付き金属帯の製造方法である。
第４の発明は、金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する検査工程と、
表面疵の位置をトラッキングするトラッキング工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すマーキング工程とを有することを特徴とするマーキング付き金属帯の製造方法である。
第５の発明は、マーキング工程においては、表面疵の位置にその表面疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すことを特徴とする請求項３または４に記載のマーキング付き金属帯の製造方法である。
第６の発明は、マーキング工程においては、金属帯の幅方向に対して一定の位置にその表面疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施すことを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載のマーキング付き金属帯の製造方法である。
【００８４】
第３乃至６の発明により、前述の表面疵判定方法により表面疵が有ると判定された箇所には、金属帯表面にマーキングが施される。このように表面疵の存在を示すマーキングが施されているので、その後の工程、あるいは需要家において、表面疵の部分を取り除くことが可能となり、製品に紛れ込むことを防止できる。また、この製造方法により、金属帯の製造後、表面疵の部分を取り除くためのコイル分割等の作業を大幅に簡略化あるいは省略できるので、生産効率が向上する。
【００８５】
第７の発明は、金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出して、前記反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する工程と、
金属帯の表面にその疵の種類や程度に関する情報を示すマーキングを施す工程と、
このマーキングを施された金属帯を巻き取ってコイルとする工程と、
このコイルを巻き戻してマーキングを検出してそのマーキングが示す情報に基づき金属帯の所定の範囲を指定する工程と、
この指定された範囲を回避または除去した金属帯の残りの部分について所定の加工を行う工程と、を有することを特徴とする金属帯の加工方法である。
【００８６】
この発明は、第３の発明と同様に金属帯表面にマーキングを施した後、金属帯をコイル状に巻き取る。巻き取ったコイルは、工場等に運搬して薄板の成形加工を行う。成形加工の際は、事前にコイルを巻き戻して、目視あるいは簡単な検出器等によりマーキングを検出する。マーキングが検出された場合、その示す情報から金属帯における疵を含む不良部分を回避または除去する。
【００８７】
ここで、不良部分の範囲は、例えば、疵の位置に一致させてマーキングが施されている場合は、マーキングが施された部分であり、マーキングが疵の種類や程度等の情報を有する場合は、その成形加工で不良となる疵の種類や程度に基づき決定する。また、金属帯の所定の範囲を回避または除去するというのは、金属帯の不良部分を切断して除去し、あるいは、加工の工程への金属帯の送り量（フィード）を調節して金属帯の不良部分を通過（パス）させる等、不良部分が加工されないように加工の工程への金属帯の供給を制御することである。
【００９２】
第８の発明は、前記金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出するように、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とからなる複数の受光部とを有する表面疵検査手段を含む複数の表面疵検査手段と、それらの金属帯表面の検査結果を総合的に判定し、金属帯表面の疵の種類や程度に加えて、疵や汚れ等の寸法・形状あるいは照射光の反射率等に基づく表面検査結果あるいは種々の表面性状に関するマーキング情報を作成するマーキング情報作成手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯の表面疵マーキング装置である。
【００９３】
この発明は、第１または２の発明における受光部と信号処理部とを有する表面疵検査手段に加えて、疵や汚れ等の寸法・形状あるいは照射光の反射率等を検出して、疵や汚れ等の表面性状の異常を検査する通常の表面検査手段を組み合わせて、表面疵その他の異常部の種類や程度を分類する。これにより、鏡面拡散反射の異常を含む種々の表面性状の異常について、総合的な判定を行い、それら異常部に関する情報をマーキングすることが可能となる。
【００９４】
第９の発明は、前記金属帯の被検査面に線状拡散光源からの光を、偏光板を透過させ、ｐ偏光およびｓ偏光ともに含んだ直線偏光として照射し、前記被検査面の正反射方向に反射した反射光から、鏡面反射成分をより透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面反射成分をより多く含む成分を受光する受光部と、該受光部と同一光軸上に配置された、非テンパ部の微小面素のうち、テンパ部の法線方向に対する前記微小面素の法線方向がなす角度により定義される法線角度が、所定の角度となる微小面素からの鏡面拡散反射成分をより多く透過する偏光角に設定された偏光子を通して鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を受光する受光部とによって鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とを抽出し、前記抽出した反射光の鏡面反射成分と多数の微小鏡面反射面による鏡面拡散反射成分の組合せに基づき被検査面の検査を行う表面疵の検査方法を含む複数の表面疵検査方法による検査結果を総合的に判定し、金属帯表面の疵の種類や程度に加えて、疵や汚れ等の寸法・形状あるいは照射光の反射率等に基づく表面検査結果あるいは種々の表面性状に関するマーキング情報を作成するマーキング情報作成工程を備えたことを特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載のマーキング付き金属帯の製造方法である。
【００９５】
この発明は、第３ないし６の発明における表面疵の検査方法に加えて、通常の表面検査方法を組み合わせて、表面疵の種類や程度を分類する。ここで通常の表面疵検査方法とは、例えば、疵の寸法・形状あるいは照射光の反射率等を検出して疵や汚れ等の表面性状の異常を検査する表面検査方法である。このように、鏡面拡散反射の異常を含む種々の表面性状の異常について総合的な判定を行い、それらの異常部に関する情報をマーキングする。
【０１００】
以上の発明により、鏡面拡散反射の異常を含む種々の表面疵あるいは表面性状の異常部について、その情報を示すマーキングが金属帯の表面に施されているので、後工程あるいは需要家において、表面疵の種類や程度を知ることが可能となり、種々の用途、使用目的に対応することができる。
【０１０１】
また、このように、金属帯の表面にマーキングを施すことにより、表面疵等の部分を切断除去せずに金属帯を巻き取ることができるので、切断除去によりコイルの個数が増加するのを防止することができる。このように、コイルの個数が増加しないので、コイルのハンドリングにおいては、巻き取りの手間の増加が防止される。さらに、コイルの運搬、巻き戻し、および加工においても、コイルの処理個数が増加しないのでハンドリングの手間が軽減される。
【０１０２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態の１例を示すブロック図である。表面疵の検出装置４１は、金属帯４の被検査面からの反射光を互いに異なる２種以上の光学条件で抽出し、信号処理部３０で、これら反射成分の組合せに基づき被検査面の表面疵の有無を判定する。
【０１０３】
トラッキング手段４３は、表面疵の位置がマーキング手段に到達する時刻を算出する。これは、搬送ロール４５に取り付けられた回転計４６で測定された回転速度に基づき、板長算出手段４７により表面疵の位置を板長に換算し、マーキング手段４４に到達するのに要する時間に換算して得られる。トラッキング手段４３は、その時刻になると、マーキング手段４４にマーキングを指示する信号を発信する。マーキング手段４４は、金属帯表面に印字・穿孔等その位置を示すマーキングを行う。
【０１０４】
マーキングされた金属帯の例を図２に示す。この例では、マーキング４９の位置を、長手方向では表面疵１１の位置に一致させており、幅方向ではエッジから一定の位置としている。これにより、プレスライン等で使用する場合、表面疵１１の位置によらず、エッジから一定の位置でマーキング４９を検出することができ、表面疵１１のある部分のリジェクト等の処置をとることが可能となり、不良品の製造を防止することができる。
【０１０５】
表面疵の検出装置４１については、図３および図４にその１例を示す。線状拡散光源２２として一部に拡散反射塗料を塗布した透明導光棒を使用し、その両端からメタルハライド光源の光を入射する。光源２２の導光棒から拡散的に出射した光は、シリンドリカルレンズ２５と４５°偏光の偏光板２６を透過した後、６０゜の入射角で鋼板２１の全幅に一直線上に集光されて入射する。反射光２７は鋼板正反射方向に配置されたミラー２８でさらに反射され、受光部を構成するカメラユニット２９ａ〜ｄに入射する。
【０１０６】
これらのカメラユニット２９ａ〜ｄは、図５に示すように板幅方向に配置されている。なお、このようにミラー２８を用いることにより、装置をコンパクトにすることができる。また、ミラー２８を鋼板２１から適当に離して設置すると、図５のようにミラー２８上に全カメラの視野から外れる領域（全カメラ視野外）が生じ、そこでミラーを分割して構成することができる。このようにミラーを分割することにより製作費を低く抑えることができる。
【０１０７】
受光部のカメラユニット２９ａ〜ｄは、図６に示すように、レンズの前に検光角−４５°、４５°、９０°の検光子３３ａ〜ｃをもつ３台のリニアアレイカメラ３２ａ〜ｃから構成され、その光軸は平行に保たれている。３台のカメラの視野のずれは、信号処理部３０で補正している。このように光軸が平行に保たれていると、３台のカメラ３２ａ〜ｃの各画素は同一視野サイズで一対一に対応する。また、ビームスプリッタを用いて１つの反射光を分割するのに比べて、光量のロスがなくなり、効率的な測定が可能となる。
【０１０８】
各カメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の各受光カメラ３２ａ〜３２ｃ単体の受光範囲Ａは、前掲の図５に示すように、両側に隣接する他のカメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の対応する受光カメラ３２ａ〜３２ｃの受光範囲Ａと一部重複するように配置されている。言い換えれば，鋼板２１上の幅方向の任意の位置からの反射光は、それぞれ少なくとも１つのカメラユニット２９ａ〜２９ｄ内の３種類の受光カメラ３２ａ〜３２ｃで受光される．
ここで、受光部において、リニアアレイカメラの替わりに２次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。また、投光部において、線状拡散光源２２として、蛍光灯を使用することもできる。また、バンドルファイバの出射端を直線上に整列させたファイバ光源を使用することもできる。各ファイバからの出射光はファイバのN/A に対応して充分な広がり角を持つため、これを整列させたファイバ光源は実質的に拡散光源となるためである。
【０１０９】
ここで、複数のカメラの配置について、図５を用いてその詳細を説明する。各カメラユニット２９ａ〜２９ｄは、一定間隔で複数ユニットが配置されている。一つのカメラユニット２９ａ〜２９ｄは，異なる条件（-45 ，45，90度偏光）で受光する３つのカメラ３２ａ〜３２ｃから構成される。それぞれのカメラは，一定間隔離ごとに並べて平行に設置されている。従って、それぞれの視野も、カメラ間隔と同じだけずれることになる。
【０１１０】
各カメラユニット内のカメラの並び順序は同一である。例えば向かって左から45度，90度，-45 度の順とする。測定範囲（有効領域）は、例えば、光学条件が３条件で観察されている範囲とし、１条件のみ、あるいは２条件のみでしか観察されていない領域（両端部の領域）は無効とし、使用しない。カメラ間隔およびユニット間隔は、鋼板最大幅が測定範囲（有効領域）に入るような寸法として決定する。
【０１１１】
各ユニットの３台のカメラは同一視野にするための調整は行わず、各カメラで疵候補領域を決定した後、その疵候補領域単位で、各カメラの対応をとる。前述のように、各カメラのそれぞれの視野は、ずれているので、ある疵候補領域を視野に納めるカメラが３台揃わない（光学条件が３条件揃わない）場合もある。その場合は、隣のユニットのカメラの結果を用いて光学条件を３条件に揃える。この考え方は、３偏光を受光する場合に限らず、検査体全幅を複数視野に分割し、任意の２条件以上で観察する場合に適用可能である。
【０１１２】
これらの複数の受光部と信号処理部とをまとめて、疵検査手段と呼ぶことにすると、図１に示した表面疵マーキング装置は、図７に示すようになる。疵検査手段４０は、受光部３２ａ〜３２ｃ（図５と図６のカメラに相当）と信号処理部３０を有している。信号処理部３０は、異なる光学条件で抽出された反射光の強度に基づき、信号処理により前述の拡散鏡面反射成分を検出し、異常部の有無の判定を行う。その後は図１と同様、トラッキング手段４３および板長算出手段４７により表面疵の位置を算出し、マーキング手段４４で異常部の位置にマーキングを行う。
【０１１３】
信号処理部分については、図８に１例をブロック図で示す。受光カメラ３２ａ〜ｃからの光強度信号ａ〜ｃは、平均値間引き部３４ａ〜ｃに入力され、平均値が算出される。次いで、被検査体の長手方向の所定距離の移動に伴い入力されるパルス信号により、幅方向の１ライン分の信号として出力される。この間引き処理により、長手方向の分解能を一定とする。また、平均値の算出頻度を、被検査体の長手方向の移動距離が受光カメラ３２ａ〜ｃの視野よりも大きくならないようにすれば、見落としをなくすことができる。
【０１１４】
次いで、前処理部３５ａ〜ｃでは、信号について輝度ムラを補正する。ここで、輝度ムラには、光学系に起因するもの、被検査体の反射率に起因するもの等を含む。また、前処理部３５ａ〜ｃでは、金属帯のエッジの位置を検出し、エッジ部における急激な信号変化を疵と誤認識しないための処理を行う。
【０１１５】
前処理済みの信号は、２値化処理部３６ａ〜ｃに入力され、予め設定されているしきい値との比較により、疵候補点が抽出される。抽出された疵候補点は、特徴量演算部３７ａ〜ｃに入力され、疵判定のための信号処理が行われる。ここでは、疵候補点が一続きとなっている場合は１つの疵候補領域として、例えば、スタートアドレス、エンドアドレス等の位置特徴量や、そのピーク値その他の濃度特徴量などを算出する。
【０１１６】
算出されたこれらの特徴量については、元の信号ａ〜ｃの光学条件（検光角β）により、鏡面性疵判定部３８ａかあるいは鏡面拡散性疵判定部３８ｂに入力される。特徴量演算部３７ａの出力は、元の信号ａの光学条件が−４５度検光（β＝−４５゜）である。そこで、この場合は鏡面性疵判定部３８ａに入力され、前述のように鏡面反射成分による母材部とヘゲ部の反射光量の違いが検出される。一方、特徴量演算部３７ｂ，ｃの出力は、元の信号ｂ，ｃの光学条件が４５度，９０度検光（β＝４５゜９０゜）であり、鏡面拡散反射成分のみに違いがある。そこで、鏡面拡散性疵判定部３８ｂに入力され鏡面拡散反射成分による疵判定が行われる。
【０１１７】
最後に、疵総合判定部３９では、鏡面性疵判定部３８ａおよび鏡面拡散性疵判定部３８ｂの出力に基づき、金属帯の被検査面については最終的な疵種およびその程度を判定する。また、その際、各カメラ３２ａ〜ｄ間およびカメラユニット２９ａ〜２９ｄ間の視野の重複（図５）を考慮し、隣のカメラユニットのカメラからの信号に基づく疵判定結果を適宜利用することが望ましい。
【０１１８】
このような鏡面拡散反射成分の異常を検出して疵判定を行う表面疵検査手段と、その他の方式による表面疵検査手段を組み合わせた例を、図９に示す。ここで、表面疵検査手段４０ａは、図７に示した物と同じであり、複数の受光部３２ａ〜ｃで反射光を異なる光学条件で抽出し、信号処理部３０で鏡面拡散反射成分の異常を検出して疵判定を行う。
【０１１９】
その他の方式の表面検査手段４０ｂとしては、通常の表面疵検査手段、即ち疵の寸法・形状から表面疵を検出して判定する方式の装置、あるいは照射光の反射率等から表面の汚れや付着物を検出する方式の装置を用いることができる。表面検査手段４０ｂでは、通常の表面疵や表面性状の異常について、その種類や程度を分類する。マーキング情報作成手段４２では、検査手段４０ａ，４０ｂの検査結果に基づき、鏡面拡散反射の異常を含む種々の表面疵や表面性状の異常について、総合的な分類やランク付けを行い、マーキングのための情報を作成する。
【０１２０】
その後は図１と同様、トラッキング手段４３および板長算出手段４７により表面疵の位置を算出する。マーキング手段４４では、マーキング情報に基づき、異常部の位置にマーキングを行うが、その際、表面疵の種類や程度に関する情報を示すことが望ましい。これは、マーキングの模様・形状・帯の幅等、検出可能な形態であればよい。また、バーコードあるいはＯＣＲ（光学式文字読取り）を併用すれば、さらに詳細な情報をマーキングすることが可能となる。
【０１２１】
このように、金属帯の表面にマーキングを施すことにより、コイルの個数の増加が抑制されるため、コイルの巻き取り、コイルの運搬、および巻き戻し等のハンドリングにおいても、作業の効率が向上する。また、金属帯の加工においても、金属帯が疵の部分で途切れることなく連続して供給されるので、作業の効率化が期待できる。
【０１２２】
【実施例】
図３の実施形態による合金化亜鉛鍍金鋼板の測定結果を、図１０、１１に示す。図１０は、前述の図１７（ｂ）に、図１１は図１７（ｃ）に対応しており、測定した疵は、図１０に示されるような、テンパ部面積率がヘゲ部では母材部より大きいが、非テンパ部の拡散性は変わらないもの（図１７ｂ）と、図１１に示されるような、テンパ部面積率には差はないが、拡散性に差がある疵（図１７ｃ）である。図１１のタイプの疵については、一般に拡散反射方向に検出不能となる角度が存在するが、その角度が異なる２種類の疵について測定を行った。なお、比較のため、従来技術で、入射角６０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向から２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測定した結果も同図に載せた。以上の結果を、表１にまとめて示す。
【０１２３】
【表１】
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【０１２４】
従来技術では、２つの受光角で受光しノイズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵については、２つの受光角同時に検出することは不可能である。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない疵も存在する。
【０１２５】
それに対し、本願実施例では、３つの異なる受光角に対応する反射光成分を、検光子を用いることにより正反射方向から抽出しているから、いずれかのリニアアレイカメラで検出することが可能である。また、検出する必要がある疵の反射特性に合わせて、検光角の最適に設定することも容易である。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、鋼板表面での反射が鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とから成るという知見をもとに、それぞれの成分を抽出して捉える方法として、線状拡散光源を使用し、ｐ偏光およびｓ偏光をともに有する偏光を被検査面に入射し、鋼板正反射方向から、検光角を適当に設定することにより、鏡面反射成分をより多く含む成分と、鏡面拡散反射成分をより多く含む成分を抽出する方法を採用した。
【０１２７】
この方法により鏡面反射成分からは疵が観察できない疵も検出可能となり、従来検出できなかった顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を未検出することなく検出することが可能になった。また、鋼板正反射方向からの同一光軸上の測定で両成分が捉えられるため、鋼板距離変動や速度変化の影響を受けない測定が実現した。また、検光角を設定することにより、どの角度の鏡面拡散反射成分を抽出するかを選択できるようになった。
【０１２８】
品質保証の観点からは、こういった表面検査装置は未検出がないことが絶対条件である。本発明により初めて表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のない表面疵検査装置を用いた表面疵マーキング装置とマーキング付き金属帯の製造が実現できるので、従来検査員による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化できるとともに、簡単な手段でその情報を後工程やユーザ側に知らせることが可能となり、その産業上の利用効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の装置の１例を示すブロック図。
【図２】  本発明の金属帯の１例を示す平面図。
【図３】  本発明の装置の表面疵検査装置の概略構成の１例を示す模式図。
【図４】  同表面疵検査装置の断面模式図。
【図５】  同表面疵検査装置に組込まれたカメラユニットの金属帯幅方向の配列を示す図。
【図６】  １つのカメラユニットに組込まれたカメラの配置を示す図。
【図７】  本発明の装置の別の１例を示すブロック図。
【図８】  本発明の装置の信号処理部の１例を示すブロック図。
【図９】  本発明の装置のさらに別の１例を示すブロック図。
【図１０】  本発明の装置で測定された光強度信号の１例を示す図。
【図１１】  本発明の装置で測定された光強度信号の別の１例を示す図。
【図１２】  合金亜鉛メッキ鋼板の製造方法およびその詳細断面を示す図。
【図１３】  調質圧延後の金属帯表面のテンパ部と非テンパ部における入射光と反射光の関係を示す断面模式図。
【図１４】  同テンパ部と非テンパ部における反射光の角度分布図。
【図１５】  合金亜鉛メッキ鋼板におけるヘゲ部の生成過程を説明するための断面図。
【図１６】  ヘゲ部と母材部における鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分の角度分布図。
【図１７】  被検査面のヘゲ部と母材部における微小面素の法線角度と面積率の関係を示す図。
【図１８】  被検査面の微小面素における入射光と反射光等の角度の関係を示す図。
【図１９】  微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す図。
【図２０】  線状拡散光源の各位置からの各入射光と被検査面の入射位置の関係を示す図。
【図２１】  線状拡散光源の各入射光が偏光されている場合の微小面素からの反射光の偏光状態を示す図。
【図２２】  線状拡散光源の中央部からの入射光が偏光されている場合の微小面素からの反射光を示す図。
【図２３】  線状拡散光源の中央部以外の部分からの入射光が偏光されている場合の微小面素からの反射光を示す図。
【図２４】  微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状態の関係を示す図。
【図２５】  微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す図（検光角:-45゜）。
【図２６】  種々の検光角における微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す図。
【図２７】  被検査面の微小面素の法線角度と面積率の関係を示す図。
【符号の説明】
４  金属帯
６  テンパ部
７  非テンパ部
８、２４  入射光
１０  鏡面拡散反射光
１１  異常部（ヘゲ部）
１２  母材部
１４、２２  線状拡散光源
１５、２６  偏光板
１６、３２ａ〜ｃ  受光カメラ
１７、３３ａ〜ｄ  検光子
２１  鋼板
２３  遮光ケース
２４  入射光
２５  シリンドリカルレンズ
２６  ４５°偏光の偏光板２６
２７  反射光
２８  ミラー
２９ａ〜ｄ  カメラユニット
３０  信号処理部
４０ａ  表面疵検査手段
４０ｂ  表面検査手段
４１  表面疵検出装置
４３  トラッキング手段
４４  マーキング手段
４５  搬送ロール
４６  回転計
４７  板長算出手段
４９  マーキング
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003687441.tif 000019
【図１２】
0003687441.tif 000020
【図１３】
0003687441.tif 000021
【図１４】
0003687441.tif 000022
【図１５】
0003687441.tif 000023
【図１６】
0003687441.tif 000024
【図１７】
0003687441.tif 000025
【図１８】
0003687441.tif 000026
【図１９】
0003687441.tif 000027
【図２０】
0003687441.tif 000028
【図２１】
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【図２２】
0003687441.tif 000030
【図２３】
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【図２４】
0003687441.tif 000032
【図２５】
0003687441.tif 000033
【図２６】
0003687441.tif 000034
【図２７】
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