(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と受光部と信号処理部とを有し、
前記投光部は被検査面に偏光を入射し、
前記受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号に変換し、
前記信号処理部は各受光光学系から出力された画像信号から疵候補領域を抽出し、
鍍金鋼板に生じる線状重度欠陥と軽度疑似欠陥を、あらかじめ設定された疵候補領域の輝度ピーク値に関する閾値により判別する疵種の一次判定を行い、
前記一次判定で線状重度欠陥と軽度疑似欠陥との判断が曖昧になる疵候補領域については、疵候補領域の発生形態を考慮して疵種の二次判定を行い、
前記一次判定と二次判定で線状重度欠陥及び軽度疑似欠陥と判定されたデータに基づいて、コイル毎の線状重度欠陥輝度ピーク値及び軽度疑似欠陥輝度ピーク値の発生数の統計データから線状重度欠陥と軽度疑似欠陥を判別する一次判定の閾値を再度設定して、軽度疑似欠陥と判定された疵候補領域について疵種の一次判定と二次判定を再度行って疵判定を行うことを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば亜鉛鍍金鋼板等の表面疵を光学的に検出する表面検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば亜鉛鍍金鋼板の表面は種々の原因により表面に線状の濃淡模様が発生する。この原因としては鋼板の原板に線状疵があった場合やＴｉやＳｉ等の添加物の表面への析出による場合、あるいはメッキ浴中での異物の接触による結晶成長に差がでる場合、又は加工プロセス中のロールにわずかな疵が付き、これが鋼板に転写された場合等がある。これらの原因により表面に発生する線状の濃淡模様は、メッキの合金化度の差や鍍金厚の差による表面のつぶれ、メッキ結晶部のクレータと呼ばれる低反射率部の生成割合により生じている。光学式の表面検査装置は、これら表面の濃淡を信号としてとらえ、一定信号レベル以上の濃淡について、長さと幅と濃度等の特徴量から疵と認識して種類と等級を判定している。
【０００３】
このようにカメラ等の撮像装置や検出器でとらえられた一定信号レベル以上の濃淡について、長さと幅と濃度等の特徴量から疵と認識して種類と等級を判断しているが、形状と特徴量の似ている疑似欠陥と欠陥の判断は難しい。この検出率をあげるために疵が連続的に同じ板幅位置に発生している場合には、個々の判断が線状欠陥であるヘゲ疵という判断を行っていたとしてもすり疵と判断するといった疵の発生形態から似通った形状の疵の判断を行うマクロ処理等が特開平２−９００４６号公報や特開平４−１１０７５８号公報に示されている。例えば特開平２−９００４６号公報に示された表面検査装置では、疵の位置が鋼板の中央部にあるかエッジ部にあるかを判定し、判定した結果とあらかじめ等級分けされているデータと比較して疵の評価を行っている。この処理毎に必要なデータをキー入力手段で入力している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
疵の発生形態としては、特に板幅のエッジ部ではミルの圧加不足やメッキ付着量の差やメッキの焼きむら等が原因となり、ヘゲ疵やヘゲと同様な形態であるが程度の軽い疑似欠陥である線状マークが発生しやすい。このため、従来は板幅のエッジに関しては、板の中心よりも疵判断の閾値を高くして線状マークを検出しないようにし、エッジ部の疵の判断は人間の目視に頼っていた。また、このような場所で前記マクロ処理等を行うと重大欠陥が含まれていたとしても軽い線状マーク等の軽度欠陥と判断され見逃しに繋がるという問題点があった。また、重度欠陥を軽度欠陥と判断することは不良率が上がることになり、正確な不良率を管理する上で問題であった。
【０００５】
この発明はかかる短所を改善し、簡単な構成で重大な疵の見逃しを抑制することができる表面検査装置を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る表面検査装置は、投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数の受光光学系を有し、被検査面で反射した反射光を検出して画像信号に変換し、信号処理部は各受光光学系から出力された画像信号から疵候補領域を抽出し、鍍金鋼板に生じる線状重度欠陥と軽度疑似欠陥を、あらかじめ設定された疵候補領域の輝度ピーク値に関する閾値により判別する疵種の一次判定を行い、一次判定で線状重度欠陥と軽度疑似欠陥との判断が曖昧になる疵候補領域については、疵候補領域の発生形態を考慮して疵種の二次判定を行い、一次判定と二次判定で線状重度欠陥及び軽度疑似欠陥と判定されたデータに基づいて、コイル毎の線状重度欠陥輝度ピーク値及び軽度疑似欠陥輝度ピーク値の発生数の統計データから線状重度欠陥と軽度疑似欠陥を判別する一次判定の閾値を再度設定して、軽度疑似欠陥と判定された疵候補領域について疵種の一次判定と二次判定を再度行って疵判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の表面検査装置は、被検査面に対して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射するように投光部を配置し、被検査面からの反射光を受光する受光部を所定の位置に配置する。受光部は入射した光を例えば３本のビームに分離するビームスプリッタと、分離した３本のビームを別々に入射して画像信号を出力する例えばＣＣＤセンサを有する３組のリニアアレイカメラと、ビームスプリッタと各リニアアレイカメラの間に設けられ、非検査面からの反射光を異なる振動面の偏光にする検光子とが設けられている。３個の検光子はそれぞれ異なる方位角、すなわち透過軸が被検査面の入射面となす角が、例えば、０，π／４，−π／４になるように配置されている。
【００１０】
信号処理部は各リニアアレイカメラからの出力画像信号をシェーディング補正して正常部が全階調の中心濃度になるように正規化して平坦化し、正常部に対する相対的な変化を示す光強度信号に変換し、変換した３種類の光強度信号から疵候補領域を抽出し、抽出した疵候補領域の長さと幅と面積や各光強度信号の正常部からの変化量を積分した積分量と輝度ピーク値等の特徴量を演算する。この演算した各疵候補領域の特徴量とあらかじめ記憶した基準パターンとを比較して疵種を一次判定する。この疵種を一次判定するときに、疵候補領域によっては長さや幅の形態等の特徴量が、疵である線ヘゲと疑似欠陥である線状マークのように似通っていて判断しにくい疑似模様がある。この線ヘゲと線状マークの濃淡の輝度ピーク値と疵発生度数の分布特性を比較すると、線状マークの輝度ピーク値は線ヘゲの輝度ピーク値とある輝度ピーク値で分けることができる。そこで線ヘゲと線状マークを判別するために輝度ピーク値を使って一次判定する。しかし線ヘゲと線状マークの輝度ピーク値は境界領域で重なり、誤判断する曖昧な領域がある。そこで一次判定で線ヘゲと線状マークの判断しにくい疑似模様の曖昧領域にある疵候補領域は発生形態を考慮して二次判定して線ヘゲと線状マークを判別する。
【００１１】
さらに、測定したコイル毎の疑似欠陥輝度ピーク値の統計データから疑似欠陥判断の閾値を再設定して誤判断する曖昧な領域を再度判断して判定した疵種を見直して正確な疑似欠陥の判断を行う。
【００１２】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例の光学系を示す配置図である。図に示すように光学系１は投光部２と３板式偏光リニアアレイカメラ３を有する。投光部２は被検査体例えば鋼板４の表面に一定の入射角で偏光を入射するものであり、光源５と光源５の前面に設けられた偏光子６とを有する。光源５は鋼板４の幅方向に伸びた棒状発光装置からなり、鋼板４の幅方向全体に一様な強度分布を有する光を照射する。偏光子６は例えば偏光板又は偏光フィルタからなり、図２の配置説明図に示すように、透過軸Ｐが鋼板４の入射面となす角α1 がπ／４になるように配置されている。３板式偏光リニアアレイカメラ３は、図３の構成図に示すようにビームスプリッタ７と３個の検光子８ａ，８ｂ，８ｃと３個のリニアアレイセンサ９ａ，９ｂ，９ｃとを有する。ビームスプリッタ７は３個のプリズムからなり、入射面に誘電体多層膜を蒸着した半透過性を有する反射面が２面設けられ、鋼板４からの反射光を入射する第１の反射面７ａは透過率と反射率が約２対１の割合になっており、第１の反射面７ａを透過した光を入射する第２の反射面７ｂは透過率と反射率が１対１の割合になっており、鋼板４からの反射光を同じ光量の３本のビームに分離する。また、ビームスプリッタ７の入射面から分離した３本のビームの出射面までの光路長は同じにしてある。検光子８ａは第２の反射面７ｂの透過光の光路に設けられ、図２に示すように、方位角すなわち透過軸が鋼板４の入射面となす角α2 が０度になるように配置され、検光子８ｂは第２の反射面７ｂの反射光の光路に設けられ、方位角α2 がπ／４になるように配置され、検光子８ｃは第１の反射面７ａの反射光の光路に設けられ、方位角α2 が−π／４になるように配置されている。リニアアレイセンサ９ａ，９ｂ，９ｃは、例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子８ａ，８ｂ，８ｃの後段に配置されている。また、ビームスプリッタ７と検光子８ａ，８ｂ，８ｃの間にはビームスプリッタ７内の多重反射光や不必要な散乱光をカットするスリット１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設けられ、ビームスプリッタ７の前段にはレンズ群１１が設けられている。また、リニアアレイセンサ９ａ，９ｂ，９ｃは同じ光強度の光が入射したときに同じ信号を出力するように利得が調整してある。
【００１３】
この入射した光を分離した３本のビームの光路に検光子８ａ〜８ｃとリニアアレイセンサ９ａ〜９ｃが一体化して設けられているから、リニアアレイセンサ９ａ〜９ｃ等を鋼板４の搬送路近傍に配置して鋼板４からの反射光を検出するときに、リニアアレイセンサ９ａ〜９ｃ等の位置調整を必要としないとともに鋼板４の同じ位置からの反射光を同じタイミングで検出することができる。また、３板式偏光リニアアレイカメラ３内に３組のリニアアレイセンサ９ａ〜９ｃがまとまって収納されて小型化しているから、３板式偏光リニアアレイカメラ３を鋼板４の反射光の光路に簡単に配置することができるとともに配置位置を任意に選択することができ、光学系１の配置の自由度を向上することができる。
【００１４】
３板式偏光リニアアレイカメラ３のリニアアレイセンサ９ａ〜９ｃは、図４のブロック図に示すように、信号処理部１２に接続されている。信号処理部１２は信号前処理部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと疵パラメータ演算部１５とパターン記憶部１６と一次判定パターン記憶部１７と疵種判定部１８と疵発生位置記憶部１９と保留疵パラメータ記憶部２０と発生形態疵種判定部２１と等級パターン記憶部２２と疵等級判定部２３及び出力部２４を有する。信号前処理部１３ａ〜１３ｃはリニアアレイセンサ９ａ〜９ｃから出力された偏光の光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅方向の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行ってから、例えば図５の疵信号分布図に示すように、正常部の信号を基準レベルとして、正常部の信号が２５５階調の中心濃度である１２８階調になるように正規化して、正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をそれぞれメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに格納する。疵パラメータ演算部１５はメモリ１４ａ〜１４ｃに格納された光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を疵候補領域を抽出するためにあらかじめ１２８階調を基準に正負に設定してある２値化レベルで２値化して疵候補領域を抽出し、抽出した疵候補領域の長さと幅と面積や光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の正常部からの変化量を積分した積分量と輝度ピーク値等の特徴量を明らかにしてパターン記憶部１６に格納する。一次判定パターン記憶部１７には複数の疵種に対応する特徴量が実験で定められて基準パターンとして格納されている。疵種判定部１８はパターン記憶部１６に格納された各疵候補領域の特徴量と一次判定パターン記憶部１７に記憶した基準パターンとを比較して疵種を判定する。疵発生位置記憶部１９は各疵候補領域の位置を記憶する。保留疵パラメータ記憶部２０は疵種判定部１８の判定結果が曖昧となった疵候補領域の疵特徴量と判定した疵種を保留疵パラメータとして記憶する。発生形態疵種判定部２１は各疵候補領域の位置と保留疵パラメータから疵種判定部１８の判定結果が曖昧となった疵候補領域の疵種を判定する。等級パターン記憶部２２には各疵種毎に疵特徴量に対する疵の等級を示す等級パターンがあらかじめ格納してある。疵等級判定部２３は各疵候補領域の疵種と疵特徴量と等級パターン記憶部２２に格納してある等級パターンから各疵の等級を判定する。出力部２４は判定した疵種と疵の等級を表示装置や記録装置に出力する。
【００１５】
上記のように構成された表面検査装置で鋼板４の表面を検査するときの疵種と疵の等級を判定処理する動作を図６のフローチャートを参照して説明する。信号処理部１２の信号前処理部１３ａ〜１３ｃはリニアアレイセンサ９ａ〜９ｃから出力された偏光の光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅方向の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行ってから、正常部の信号を基準レベルとして、正常部の信号が255階調の中心濃度である１２８階調になるように正規化して、正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をそれぞれメモリ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに格納する。疵パラメータ演算部１５はメモリ１４ａ〜１４ｃに格納された光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３により疵候補領域を抽出し（ステップＳ１）、抽出した疵候補領域の長さと幅と面積や光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の正常部からの変化量を積分した積分量と輝度ピーク値等の特徴量を演算してパターン記憶部１６に格納する（ステップＳ２）。疵種判定部１８はパターン記憶部１６に格納された各疵候補領域の特徴量と一次判定パターン記憶部１７に記憶した基準パターンとを比較して疵種を一次判定する（ステップＳ３）。この疵種を一次判定するときに、疵候補領域によっては長さや幅の形態等の特徴量が、例えば、疵である線ヘゲと疑似欠陥である線状マークのように似通っていて判断しにくい疑似模様がある。線ヘゲと線状マークはどちらも幅が狭く細長い形態をしていて、人間が見ても瞬間的には判断しにくい対象であるが、この線ヘゲと線状マークを判別するためには濃淡の輝度ピーク値を使うと有効であるということが判った。例えば図７の輝度ピーク値と疵発生度数の分布特性図に示すように、線状マーク３１と線ヘゲ３２の輝度ピーク値を比較すると、線状マーク３１と線ヘゲ３２を閾値Ｔｈで分けることができる。しかし線状マーク３１と線ヘゲ３２の輝度ピーク値の境界部分では、線状マーク３１と線ヘゲ３２の判断を誤判断する曖昧な領域Ｃがある。そこで疵種判定部１８は一次判定で疵である線ヘゲと疑似欠陥である線状マークのように判断しにくい疑似模様の輝度ピーク値があらかじめ定めた閾値Ｔｈ１より小さい領域Ａにある疵候補領域を線状マーク３１と判断し、輝度ピーク値があらかじめ定めた閾値Ｔｈ２より大きい領域Ｂにある疵候補領域を線ヘゲ３２と判断する。また、輝度ピーク値が閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２の間の領域Ｃにある疵候補領域を曖昧領域にある判断し、疵種の判断を保留して、その特徴量等を保留パラメータ記憶部２０に格納し、各疵候補領域の疵種と発生位置を疵発生位置記憶部１９に格納する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）。発生形態疵種判定部２１は疵発生位置記憶部１９と保留パラメータ記憶部２０に格納された疵の発生位置と特徴量等から疵の発生形態を考慮して疵種の二次判定を行う（ステップＳ７）。疵の発生形態として線状マーク３１は、図８（ａ）に示すように鋼板４の長手方向に比較的連続してほぼ同一幅個所に発生する傾向がある。また、線ヘゲ３２は、図８（ｂ）に示すように、鋼板４の長手方向に散発的に出る傾向がある。そこで、疵種の判断を保留した疵候補領域の発生形態を考慮して線状マーク３１と線ヘゲ３２を判別する。この疵種の判断を保留した疵候補領域の発生形態を調べるため、曖昧領域にある疵候補領域の前後数１０ｍ〜数１００ｍについて、判断した疵種と疵の板幅方向の位置情報のデータを使用し、疵種の判断を保留した疵候補領域が線ヘゲ３２か線状マーク３１かを判別する。疵等級判定部２３は各疵候補領域の疵種と疵特徴量と等級パターン記憶部２２に格納してある等級パターンから各疵の等級を判定し、出力部２４は判定した疵種と疵の等級を表示装置や記録装置に出力する（ステップＳ８）。
【００１６】
このように疵種の判断が曖昧になった疵候補領域について二次判定のマクロ処理を行うことにより、線ヘゲ３２と線状マーク３１の誤判断を抑えることができる。また、一次判定で輝度ピーク値が曖昧でない部分のレベルを持つ疵候補領域について疵の判断を行うから、重大疵の見逃しを防止し鋼板４への正確なマーキングや正確な疵展開表の作成を可能にすることができる。
【００１７】
上記実施例はあらかじめ定めた閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２により疵候補領域が曖昧領域にあるか否を判断した場合について説明したが、図９のブロック図に示すように、判定結果記憶部２５に疵種判定部２３と発生形態疵種判定部２１から出力する疵種と特徴量を格納し、測定したコイル毎の疑似欠陥判定輝度ピーク値の発生数統計データから疑似欠陥輝度曲線演算部２６で、図７に示すような疑似欠陥輝度ピーク値の推定曲線を求め、疑似欠陥判断の曖昧領域Ｃを定める閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２を線ヘゲ３２の推定曲線と線状マーク３１の推定曲線の度数が「０」になる位置までずらして再設定し、疵再判定部２７で誤判断する曖昧な領域Ｃを再度判断して線ヘゲ３２と線状マーク３１を再度判別するようにしても良い。このようにコイル毎の疑似欠陥判定輝度ピーク値の発生数統計データから線ヘゲ３２と線状マーク３１を再度判別することにより、より正確な疑似欠陥の判断を行うことができる。
【００１８】
亜鉛鍍金鋼板使用して上記のように疵種の判断が曖昧になった疵候補領域について疵種と疵の板幅方向の位置情報のデータを使用して二次判定した場合と、疑似欠陥判断の曖昧領域Ｃを定める閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２をコイル毎の疑似欠陥判定輝度ピーク値の発生数統計データから再設定して再度判別した場合と目視検査の結果を図１０に示す。図１０において、「処理なし」は撮像装置でとらえられた一定信号レベル以上の濃淡について、長さと幅と濃度等の特徴量から疵と認識して種類と等級を判断した場合を示す。図１０に示すように、「処理なし」の場合は、メッキによる濃淡を欠陥として多数検出したが、二次判定した場合にはメッキによる濃淡を欠陥とし検出することを大幅に低減することができた。さらに、コイル毎の疑似欠陥判定輝度ピーク値の発生数統計データから再設定して再度判別した場合には目視検査の結果と同等の検出精度を得ることができた。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、長さや幅の形態等の特徴量が似通っていて判断しにくい疑似模様の輝度ピーク値を使って一次判定したのち、輝度ピーク値が重なって誤判断する曖昧な領域にある疵候補領域は発生形態を考慮して二次判定して線種を判別するようにしたから、疵と疑似欠陥を正確に判別することができる。
【００２０】
また、コイル毎の疑似欠陥判定輝度ピーク値の発生数統計データから疵と疑似欠陥を再度判別することにより、目視検査と同等に精度良くより疵と疑似欠陥を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の光学系を示す配置図である。
【図２】光学系の動作を示す配置説明図である。
【図３】３板式偏光リニアアレイカメラの構成図である。
【図４】信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】疵信号を示す光強度分布図である。
【図６】上記実施例の動作を示すフローチャートである。
【図７】輝度ピーク値と疵発生度数の分布特性図である。
【図８】線状マークと線ヘゲの発生位置を示す説明図である。
【図９】他の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０】疵種の判定結果の具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
１      光学系
２      投光部
３      ３板式偏光リニアアレイカメラ
４      鋼板
５      光源
６      偏光子
７      ビームスプリッタ
８      検光子
９      リニアアレイセンサ
１２    信号処理部
１３    信号前処理部
１４    メモリ
１５    疵パラメータ演算部
１６    パターン記憶部
１７    一次判定パターン記憶部
１８    疵種判定部
１９    疵発生位置記憶部
２０    保留疵パラメータ記憶部
２１    発生形態疵種判定部
２２    等級パターン記憶部
２３    疵等級判定部
２４    出力部
２５    判定結果記憶部
２６    疑似欠陥輝度曲線演算部
２７    疵再判定部
【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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