(57)【要約】【課題】充分な精度で欠陥の有無やその種類を判定することができる。【解決手段】レーザ光Ｌを丸棒材Ｒの表面に向けて照射するレーザマーカ１と、丸棒材Ｒで反射された反射光Ｌ1,Ｌ2を入射させるスクリーン２と、反射光Ｌ1,Ｌ2によってスクリーン２上に生成された画像を撮影するＣＣＤカメラ３と、撮影された画像中の正反射光Ｌ1による輝線の面積と散乱反射光Ｌ2による輝点を生じている部分の平均輝度とから被験材表面の欠陥の有無や種類を判定する判定回路４とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査光を被験材の表面に向けて照射する光照射手段と、被験材で反射された反射光を入射させるスクリーンと、反射光によってスクリーン上に生成された画像を撮影する撮影手段と、撮影された画像中の正反射光による部分の輝度分布と散乱反射光による部分の輝度分布とから被験材表面の欠陥の有無や種類を判定する判定手段とを備える表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記被験材は棒材であり、前記光照射手段は、棒材に対してこれと交差するようにライン状のレーザ光を照射するものである請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
検査光を被験材の表面に向けて照射し、被験材で反射された反射光をスクリーンに入射させて、反射光によってスクリーン上に生成された画像を撮影し、撮影された画像中の正反射光部分の輝度分布と散乱反射光部分の輝度分布とから被験材表面の欠陥の有無や種類を判定することを特徴とする表面欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面欠陥判定の装置と方法に関し、特に、検査光を照射して被験材表面の欠陥の有無や種類を判定する表面欠陥判定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には線条表面検査装置が示されており、当該装置では、被験材たる線条の表面に検査光を照射し、上記表面で反射された反射光を受光素子で受光して受光量の変動より線条表面の欠陥を検出している。この場合、線条の横振動による誤検知を防止するために、線条を挟んで対称位置に一対の受光素子を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５６４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の装置では、反射光を直接受光素子に入射させて受光量の変化を検出しているため、受光レンズや素子サイズで決まる比較的狭い測定エリアの平均的な受光量しか検出できず、微小領域での光量変化や全体の反射光パターンを検出することができないことから、検出できる欠陥の種類や検出精度が未だ充分でないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、充分な精度で欠陥の有無やその種類を判定することができる表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本第１発明の表面欠陥検査装置では、検査光（Ｌ）を被験材（Ｒ）の表面に向けて照射する光照射手段（１）と、被験材（Ｒ）で反射された反射光（Ｌ1,Ｌ2）を入射させるスクリーン（２）と、反射光（Ｌ1,Ｌ2）によってスクリーン（２）上に生成された画像を撮影する撮影手段（３）と、撮影された画像中の正反射光（Ｌ1）による部分の輝度分布と散乱反射光（Ｌ2）による部分の輝度分布とから被験材表面の欠陥の有無や種類を判定する判定手段（４）とを備える。ここで、正反射光による部分の輝度分布の一例は輝線の面積であり、散乱反射光による部分の輝度分布の一例は平均輝度である。
【０００７】
本第１発明において、正反射光と散乱反射光によりそれぞれスクリーン上に生成される画像の輝度分布は、正常品と欠陥品、あるいは各欠陥の種類によって異なるものとなるから、上記輝度分布の組み合わせを指標として正常品と欠陥品、あるいは各欠陥の種類を十分な精度で判定することができる。
【０００８】
本第２発明では、前記被験材は棒材であり、前記光照射手段は、棒材に対してこれと交差するようにライン状のレーザ光を照射するものである。本第２発明によれば、棒材が正常か否か、どのような種類の欠陥があるのかを確実に判定することができる。
【０００９】
本第３発明の表面欠陥検査方法では、検査光を被験材の表面に向けて照射し、被験材で反射された反射光をスクリーンに入射させて、反射光によってスクリーン上に生成された画像を撮影し、撮影された画像中の正反射光部分の輝度分布と散乱反射光部分の輝度分布とから被験材表面の欠陥の有無や種類を判定することを特徴とする。
【００１０】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、充分な検出精度で欠陥の有無やその種類を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を示し、装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】撮影画像の一例を示す正面図である。
【図３】撮影画像の一例を示す正面図である。
【図４】処理画像の一例を示す正面図である。
【図５】輝線の面積変化を示すグラフである。
【図６】解析エリアの平均輝度変化を示すグラフである。
【図７】輝線面積と平均輝度の値で各撮影フレームをプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１４】
図１には本発明装置の構成を示す。図１において、被験材たる丸棒鋼Ｒは一定速度で図の矢印方向へ移動しており、丸棒鋼Ｒの側面（図では上側面）に対向して光照射手段としてのレーザマーカ１が位置している。レーザマーカ１からは丸棒鋼Ｒの上側面に対してこれにほぼ直交する方向（紙面垂直方向）へ延びる検査光としてのラインレーザ光Ｌが照射されている。
【００１５】
レーザマーカ１から丸棒鋼Ｒの長手方向へ離れた位置には乳白色のスクリーン２が配置されており、丸棒鋼Ｒの上側面でレーザ光Ｌの入射角と同一の出射角で反射される正反射光Ｌ1と、上記上側面で散乱反射された散乱反射光Ｌ2が上記スクリーン２に入射してここに画像を生成する。
【００１６】
上記スクリーン２に向けてレーザマーカ１と同じ側に撮影手段としてのＣＣＤカメラ３が配置されており、スクリーン２上に生成された画像が、動画モードの上記ＣＣＤカメラ３で撮影される。この場合のＣＣＤカメラ３の視野は、スクリーン２上に生成された画像全体が撮影できるように、丸棒鋼Ｒの振動等による画像の位置のずれも考慮して、スクリーン２とカメラ３の位置、およびカメラレンズの焦点距離を調整して決定される。なお、場合によっては、画像の一部分を高分解能で撮影できるように調整しても良い。連続したフレームとして撮影された画像データは、ＣＣＤカメラ３に接続された判定手段としての判定回路４に送られて、ここで、後述する処理がなされて表面欠陥の有無やその種類が判定される。
【００１７】
ここで、レーザマーカ１、スクリーン２、ＣＣＤカメラ３および判定回路４は図略の筐体内に一体に収納されて表面欠陥検査装置を構成している。なお、ＣＣＤカメラ３は図１の鎖線で示すように、スクリーン２の背後に設けて、スクリーン２上に生成された画像を背後から撮影するようにしても良い。
【００１８】
図２、図３には、スクリーン２上に生成される画像の一例を示す。図２（１）は欠陥の無い正常な丸棒鋼（正常品）の場合を示し、正反射光Ｌ1によって、丸棒鋼Ｒの外周に倣った円弧状に湾曲する輝度の高い輝線ｍが生じている。一方、丸棒鋼Ｒの表面にラセンキズ欠陥が生じていると図２（２）に示すように、上記輝線ｍとともにその周囲に散乱反射光Ｌ2による輝点ｎが多数生じる。
【００１９】
さらにダイヤ目欠陥の場合は、図２（３）に示すように、正反射光Ｌ1による輝線ｍがほとんど生じず、散乱反射光Ｌ2による多数の輝点ｎのみになる。さらに粗引き欠陥の場合には図３（１）に示すように、輝線ｍも輝点ｎも殆ど生じない。母材残り欠陥の場合には、母材の残っている部分で反射光が生じないため、図３（２）に示すように輝線ｍが部分的に消失する。
【００２０】
判定回路４では例えば図４（１）に示す原画像に対して二値化処理を行って、図４（２）に示す二値化画像を得る。そして、二値化画像中に所定の大きさ（例えば４０画素×４０画素）の解析エリアＸを設定して、当該エリアＸ内の輝線ｍの面積を算出する。また、判定回路４は原画像と二値化画像の差分画像を得て（図４（３））、輝線ｍを除いた上記エリアＸ内に存在する輝点ｎによる平均輝度を算出する。
【００２１】
図５には、丸棒鋼Ｒの長手方向へ連続する各撮影フレーム毎の画像データ中の、上記解析エリアＸ内の輝線ｍの面積変化を示す。図５より明らかなように、正常品やラセンキズ欠陥のある丸棒鋼Ｒでは輝線ｍが明瞭なためその面積値は大きい。これに対して、ダイヤ目欠陥のある丸棒鋼Ｒでは輝線ｍが不明確であり、粗引き欠陥のある丸棒鋼Ｒでは輝線ｍが無いためその面積値は小さい。母材残り欠陥のある丸棒鋼Ｒの場合は輝線ｍが途切れるためにその面積値が変動する。
【００２２】
図６には、連続する上記各フレームにおける解析エリアＸ内の平均輝度の変化を示す。図６より明らかなように、正常品では散乱しないために輝点ｎが少なく、平均輝度値は小さい。ラセンキズ欠陥品ないしダイヤ目欠陥品の場合は散乱して多くの輝点ｎを生じるために平均輝度値は大きい。粗引き欠陥品では輝点を生じないために平均輝度値が小さい。母材残り欠陥品では輝点の数が大きく変化するために平均輝度値が変動する。
【００２３】
図７は横軸に輝線ｍの面積を、縦軸に平均輝度をそれぞれとって、上記各撮影フレームの解析エリアＸ内の該当値をプロットしたグラフである。これによると、正常品と、欠陥品とではグラフ上における各フレームの上記該当値の存在領域が異なっており、さらに欠陥の種類によっても各撮影フレームの上記該当値の存在領域は異なっている。ここで、図７中、領域Ａは正常品、領域Ｂはラセンキズ欠陥品、領域Ｃはダイヤ目欠陥品、領域Ｄは粗引き欠陥品、領域Ｅは母材残り欠陥品である。
【００２４】
表１には図７の結果に基づく正常品と各欠陥品の判定基準を示し、輝線面積が相対的に大きくかつ平均輝度が相対的に小さいものが正常品、輝線面積が相対的に大きくかつ平均輝度も相対的に大きいものがラセンキズ欠陥品である。さらに、輝線面積が相対的に小さくかつ平均輝度が相対的に大きいものがダイヤ目欠陥品、輝線面積が相対的に小さくかつ平均輝度も相対的に小さいものが粗引き欠陥品である。また、輝線面積および平均輝度がいずれも相対的に大小変化するものが母材残り欠陥品である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
このようにして、輝線の面積と平均輝度の大小の組み合わせによって、正常品と欠陥品の識別が可能になるとともに、各欠陥品の欠陥の種類も識別することができる。なお、上記実施形態では被験材として丸棒材を使用したが、これに限られるものではない。また、上記実施形態では、輝線の面積と、分布する輝点の平均輝度を判定の基準としたが、これ以外の基準を使用することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１…レーザマーカ（光照射手段）、２…スクリーン、３…ＣＣＤカメラ（撮影手段）、４…判定回路（判定手段）、Ｌ…レーザ光、Ｌ1…正反射光、Ｌ2…散乱反射光。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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