(57)【要約】      （修正有）【課題】鏡面に近い表面性状を有する被測定物に存在する微細な凹凸欠陥を精度良く検出する表面凹凸検査装置を提供する。【解決手段】表面凹凸検査装置１は、水平方向に移動する被測定物Ｗの被測定面に対して斜め上方からライン光Ｌを照射する照射部２と、被測定面で反射するライン光Ｌのうち正反射するライン光Ｌの反射光Ｒだけを撮像する撮像部４と、撮像部４で撮像された反射光Ｒに基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部５と、を備えた表面凹凸検査装置１であって、照射部２には、照射されるライン光Ｌのライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる光量調整フィルム３が設けられており、検出部５は、反射光Ｒの輝度から反射光Ｒが発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度θに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出する。【選択図】図１
2014052339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射する照射部と、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部と、を備えた表面凹凸検査装置であって、
前記照射部には、照射されるライン光のライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる光量調整フィルムが設けられており、
前記検出部は、反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成とされていること特徴とする表面凹凸検査装置。
【請求項２】
反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求めるに際しては、式（１）を用いることを特徴とする請求項１に記載の表面凹凸検査装置。
【数１】
2014052339.tif 000008
但し、Ｂは輝度、θは表面角度、ａ、ｂは定数。
【請求項３】
前記表面角度が既知な２箇所以上の被測定面に対して、この被測定面で反射した反射光の輝度を実測し、実測した２組以上のデータを用いて、式（１）の定数ａ、ｂを求めることを特徴とする請求項２に記載の表面凹凸検査装置。
【請求項４】
前記照射部は、長手方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの三原色が並んだライン光を照射するものとされ、
前記撮像部は、前記反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像する構成とされており、
前記検出部は、撮像部でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光の輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面凹凸検査装置。
【請求項５】
水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射して、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像し、撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する表面凹凸検査方法であって、
照射されるライン光は、ライン直交方向に沿った光量が連続的に減少するような光とされていて、
前記反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出することを特徴とする表面凹凸検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ圧延板などの鏡面状の平面を有する被検査材の表面欠陥を検査する表面凹凸検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミなどの金属材料を圧延設備を用いて圧延加工すると、圧延加工された圧延板の表面にスジ状の凹凸（圧延目）が残ることがある。このようなスジ状の凹凸が残った圧延材を光学的な検査装置を用いて検査しようとすると、スジ状の凹凸で乱反射した反射光が検査装置でバックグラウンドとして検知されてしまい、本当に検知したいスリ疵や不良凹凸といった欠陥からの反射光が隠れて、欠陥の検出ができなくなることがある。そのため、スジ状の凹凸が特に目立ちやすいアルミなどの圧延材に関しては、検査機を用いた自動検査に全面的に依存することができず、未だに熟練した検査員による目視検査に依存しているのが現状である。
【０００３】
しかし、このような目視検査は検査員によって判断基準が異なるため、目視検査による検査結果は、属人性を有するばかりか、再現性にも乏しいものとなる。また、人の検査処理能力は検査機ほど高いものではなく、検査処理能力には自ずと上限があるため、目視検査を採用すると検査に長大な時間がかかってしまうといった問題も抱えている。
これに対し、高速カメラを利用した光学的な自動表面検査装置が、近年開発されてきている。その一つとして特許文献１や特許文献２に示すようなレーザスリット光を用いた光切断法により表面凹凸を検査する表面凹凸検査装置が挙げられる。これらの表面凹凸検査装置は、レーザの照射角度とカメラの設置角度を調整すると表面凹凸形状に応じた画像が得られ、その画像から凹凸形状を求めることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３４８２１１号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の表面凹凸検査装置では、被検査材にアルミの圧延材を用いた場合に、アルミの圧延材では反射光は正反射方向のみにしか出ないので、被検査材の角度やカメラの設置方向が正反射方向から少しでもずれると、光切断線の像はほとんど得られず、表面に形成された微細な凹凸欠陥を検査できなくなるという問題がある。
また、光切断線を用いた検査では、分解能の点で検査精度が十分ではなく、切断線の像が得られるまで照射光強度を強くしても、アルミ圧延板の凹凸欠陥を精度良く検出することはできない。例えば、板幅が１０００ｍｍ以上もあるアルミ圧延板に形成された光切断線を、例えば、ラインＣＣＤカメラで撮像した場合、現状、ラインＣＣＤカメラの画素数は、１０００〜５０００画素程度であって検出できる凹凸の高低差は１ｍｍ程度が限界となる。これは、品質管理上で問題となる１０μｍレベルの凹凸欠陥を検査するには極めて不十分である。
【０００６】
さらに、特許文献２の技術は、照射光の仰角や方位角を予め設定しておいて、欠陥部分からの散乱光のみを撮影することで、表面の欠陥を検査するものである。この特許文献２の方式では、欠陥部分と欠陥のない部分の境目のエッジで照射光が散乱し、散乱した散乱光を撮影することで、欠陥を検出する。あるいは、欠陥に形成される高低差の大きな傾斜面で反射した反射光により欠陥を検出すると考えられる。
【０００７】
しかし、上述した微細な凹凸欠陥にこのような照射光を照射しても微小な表面角度変化に対応した輝度変化が得られず、この欠陥を検出できるほどの散乱光を得られないという問題がある。
本発明は、上記問題点を鑑みて為されたものであり、鏡面に近い表面性状を有する被測定物に存在する微細な凹凸欠陥を精度良く検出することができる表面凹凸検査装置及び表面凹凸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】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る表面凹凸検査装置は、水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射する照射部と、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部と、を備えた表面凹凸検査装置であって、前記照射部には、照射されるライン光のライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる光量調整フィルムが設けられており、前記検出部は、反射光の輝度Ｂから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θを求め、求められた表面角度θに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成とされていること特徴とするものである。
【０００９】
なお、好ましくは、反射光の輝度Ｂから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θを求めるに際しては、式（１）を用いるとよい。
【００１０】
【数１】
2014052339.tif 000003
但し、a、b は定数。
【００１１】
なお、好ましくは、前記表面角度が既知な２箇所以上の被測定面に対して、この被測定面で反射した反射光の輝度を実測し、実測した２組以上のデータを用いて、式（１）の定数ａ、ｂを求めるとよい。
なお、好ましくは、前記照射部は、長手方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの三原色が並んだライン光を照射するものとされ、前記撮像部は、前記反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像する構成とされており、前記検出部は、撮像部でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光の輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されているとよい。
【００１２】
本発明に係る表面凹凸検査方法は、水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射して、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像し、撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する表面凹凸検査方法であって、照射されるライン光は、ライン直交方向に沿った光量が連続的に減少するような光とされていて、前記反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る表面凹凸検査装置及び表面凹凸検査方法によれば、鏡面に近い表面性状を有する被測定物に存在する微細な凹凸欠陥を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の検査装置の斜視図である。
【図２】光量調整フィルムの一例を示す図である。
【図３】第１実施形態の検査装置で測定した反射光画像、輝度、表面角度を示した図である。
【図４】表面角度に対する輝度の変化を光量調整フィルムの有無で比較した図である。
【図５】表面凹凸検査方法を示すフローチャートである。
【図６】実施例の結果を示す図である。
【図７】本発明を導出するために用いた実験装置の斜視図である。
【図８】図７の実験装置で測定した反射光画像、輝度、表面角度を示した図である。
【図９】（ａ）は第２実施形態の光量調整フィルムを示す図であり、（ｂ）は光量調整フィルムの短尺方向に沿ったＲＧＢ成分の変化を示す図であり、（ｃ）は第２実施形態の変形例の光量調整フィルムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る表面凹凸検査装置１の実施形態を、図を基に説明する。
本発明に係る表面凹凸検査装置１（以降、単に「検査装置１」ということがある）は、
アルミ圧延材のように平滑度の高く鏡面となっている金属の表面に対して、この表面に形成された微細な凹凸を検査する検査技術に関するものである。
【００１６】
具体的には、本発明の検査装置１は、例えば１０００ｍｍを超えるような広幅のアルミ圧延板に形成される微細な欠陥（凹凸のギャップが１０μｍ程度と小さい欠陥）を検査するものである。このような微細な欠陥（以降、凹凸欠陥という）は、従来の検査技術では熟練した作業員による目視検査にて検知できていたが、本発明の検査装置１では係る微細な凹凸欠陥で生じる角度変化を欠陥で反射した反射光の輝度変化で捉えるものとなっている。
【００１７】
まず、本発明の検査装置１の詳細を説明する前に、本発明者らが本発明の検査装置１に想到するに至った考え方を、実験結果やその考察を用いて説明をする。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、アルミの圧延板を被測定物Ｗとして表面検査を行った実験に用いた実験装置１０１を示すものである。
この実験装置１０１は、水平方向に反射面を向けると共に傾斜角度が可変とされたミラー１０２（アルミ板を想定）と、このミラー１０２に対してライン光Ｌを照射するＬＥＤ照射部１０３と、ミラー１０２で正反射したライン光Ｌを撮像するカメラ１０４（撮像部）とを備えており、ミラー１０２の傾斜角度を変えた際にカメラ１０４で反射光画像を撮像する構成とされている。ＬＥＤ照射部１０３はミラー１０２の斜め上方（図７（ａ）の場合であれば右上方）からライン光Ｌを照射可能なものであり、このＬＥＤ照射部１０３から照射されるライン光Ｌは照射方向と直交する幅方向（図７（ｂ）に示す平面視で上下方向）に沿って伸びるライン状とされている。さらに、カメラ１０４は、ＬＥＤ照射部１０３からミラー１０２に入射したライン光Ｌに対して、このライン光Ｌが正反射した反射光Ｒを撮影できる位置（ライン光Ｌと反射光Ｒとがミラー１０２の法線に対して線対称関係にある位置）に設置されている。
【００１８】
図７に示すような実験装置１０１において、ミラー１０２の傾斜角度を−０．２５度にした場合に撮像された反射光画像と、ミラー１０２の傾斜角度を＋０．５度にした場合に撮像された反射光画像とを図８（ａ）に示す。
図８（ａ）に示すように、傾斜角度が−０．２５度であるミラー１０２に反射させた反射光画像では、傾斜角度が＋０．５度のときの反射光画像より、反射光Ｒを示す輝線の位置がＸ位置の大きい側（Ｘ位置のピクセルが大きい側）にずれており、ミラー１０２の傾斜角度が異なると反射光画像上での輝線の位置も変化することが分かる。
【００１９】
この図８（ａ）の反射光画像において、画像を横切る方向、言い換えればライン光Ｌのラインと直交する方向に沿って基準線Ｐを設定し、基準線Ｐに沿って計測される輝線の輝度を計測し、計測した輝度を基準線Ｐ上の位置（Ｘ位置）に対してプロットすると、図８（ｂ）のようになる。図８（ｂ）に示すように、傾斜角度を−０．２５度にした場合の輝度の変化、及び傾斜角度を＋０．５度にした場合の輝度は、Ｘ位置が２９０〜３３０付近や３１５〜３５５付近で輝度が急激に大きくなる変化傾向を示している。例えば、傾斜角度を−０．２５度にした場合の輝度を例にとれば、Ｘ位置が２９０付近で輝度が２０→２２０と急激に大きくなり、Ｘ位置が２９０〜３３０では輝度は２２０と同じ値を維持し、Ｘ位置が３３０を超えると再び２２０→２０と急激に小さくなるような変化を示していて、変化曲線の形状は両傾斜角度とも上方に向かって矩形状に張り出したような台形状の曲線形状となっている。
【００２０】
つまり、図８（ｂ）から明らかなように、傾斜角度が＋０．５度のときの輝度の変化曲線を、Ｘ位置が大きくなる方向に＋２５ピクセルの幅だけ水平に移動させたものが、−０．２５度のときの輝度の変化曲線となっている。
ここで、反射光画像上で両傾斜角度の変化曲線同士が交わる位置辺り、例えば、Ｘが３２０ピクセルとなる位置に着目して、ミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係をまとめると、図８（ｃ）のようになる。
【００２１】
図８（ｃ）に示すように、Ｘが３２０ピクセルとなる位置では、ミラー１０２の傾斜角度が−０．７度〜−０．４度までは輝度は小さいままであるが、傾斜角度が−０．４度を超えると輝度は増加し始め、傾斜角度が−０．３度〜−０．１度までの０．２度という短
い間に輝度が急峻に増加する。そして、傾斜角度が−０．１度を超えた付近から輝度の増加は鈍くなり、傾斜角度が＋０．１度以上では輝度は再び一定のまま推移する。
【００２２】
上述したミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係は非常に重要な事実を含んでいる。
すなわち、ミラー１０２の傾斜角度を変化させつつカメラ１０４で反射光画像を撮像しておけば、ミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係を予め求めることができ、この関係を用いて逆算すればカメラ１０４で撮影された輝度から傾斜角度が未知な面の傾斜角度、言い換えれば被測定物Ｗの測定面の表面角度を検出することができるのである。
【００２３】
この輝度に基づく表面角度の計測では、画像処理の分解能によらず微細な凹凸欠陥の表面角度や深さが高精度に求められる。ただ、図７に示すような装置構成のまま、輝度から表面角度を逆算しようとすると、図８（ｃ）のグラフでは逆算できる輝度の範囲に比べて表面角度の範囲が狭いため、凹凸欠陥を精度良く検出することが困難になる。
そこで、本発明の第１実施形態の表面凹凸検査装置１では、この照射部２から照射されるライン光Ｌの光量を被測定物Ｗの移動方向に沿って徐々に減光する光量調整フィルム３を設けているのである。
【００２４】
言い換えれば、表面凹凸検査装置１は、水平方向に移動する被測定物Ｗの被測定面に対して斜め上方からライン光Ｌを照射する照射部２と、被測定面で反射するライン光Ｌのうち正反射するライン光Ｌの反射光Ｒだけを撮像する撮像部４と、この撮像部４で撮像された反射光Ｒに基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部５と、を設けた上で、この照射部４を被測定面に対して、被測定物Ｗの移動方向とは直交する向きに沿って直線状に形成されたライン光Ｌを照射する構成し、更には、照射部２の前面に上述した光量調整フィルム３を設けたものとなっている。
【００２５】
次に、図１を用いて、表面凹凸検査装置１を構成する照射部２、カメラ４、検出部５及び光量調整フィルム３について、詳しく説明する。
図１に示すように、照射部２は、水平方向に移動する被測定物Ｗの被測定面に対して、被測定物Ｗの移動方向とは直交する方向（照射方向とは直交する幅方向）に直線状に伸びるライン光Ｌを照射可能な光源である。この照射部２には、図示はしないが、複数のＬＥＤをライン状に並べた発光器が採用されている。この照射部２には、スポット状のレーザ光を発射するレーザ投光器と、このレーザ投光器から投光されたスポット光を集光してライン状のレーザ光へ変化させるシリンドリカルレンズからなる照射構造体を採用することもできる。また、照射部２は長棒状の蛍光灯などで形成されていても良い。
【００２６】
図２に示すように、光量調整フィルム３は、照射部２から被測定物Ｗに照射されるライン光Ｌを位置に応じて漸化的に減光して、表面角度に対する輝度の変化率を小さくするものである。光量調整フィルム３は、被測定物Ｗ側を向く照射部２の表面に対して、この表面に貼り付けられるか、この表面から一定の距離をあけて配備されており、照射部２から照射されるライン光Ｌをライン直交方向に沿って減光できる（ライン光Ｌのライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる）ようになっている。光量調整フィルム３は、ライン方向と垂直になる方向に沿って濃度が「徐々に濃くなる」、「薄くなる」、あるいは、「徐々に濃くなった上で徐々に薄くなる」ように透明度が調整されている。具体的には、光量調整フィルム３としては、被測定物Ｗの移動方向に沿って徐々に透明度が変化するグラデーションパターンを備えた光透過性のフィルムを用いることができる。
【００２７】
前述した如く、照射部２は、被測定物Ｗの移動方向とは直交する方向にライン光Ｌを照射しているため、ライン光Ｌは、被測定物Ｗの移動方向に沿って輝度が変化する光となっている。
図１に示すように、被測定物Ｗは、アルミ、ステンレス、高輝度鋼板などの圧延材、シリコン基板やガラス基板などの材料で形成されており、研磨や塑性加工により鏡面状に光（入射光）を反射可能な被測定面を有している。このような被測定面は、入射したライン光Ｌを正反射可能とされており、正反射したライン光Ｌが反射光Ｒとしてカメラ４に入射するようになっている。なお、図例の被測定物Ｗはアルミの圧延材であり、被測定面はアルミの圧延面とされている。
【００２８】
撮像部（カメラ４）は、ＣＣＤカメラ（エリアカメラ）で構成され、被測定物Ｗの被測
定面で正反射したライン光Ｌの反射光Ｒが撮像画面のほぼ中央に映り込むように、幅方向及び長手方向に十分な長さを備えた広い範囲を撮像可能とされている。また、カメラ４は、被測定面に対して照射部２とは反対の位置（ライン光Ｌと反射光Ｒとが被測定面の法線Ｓに対して線対称関係にある位置）に設けられており、被測定面で正反射した反射光Ｒを撮影可能となっている。このカメラ４で撮像された反射光画像は、検出部５に送られる。
【００２９】
検出部５は、パーソナルコンピュータ等で構成されており、カメラ４で撮像された反射光画像に基づいて被測定面の表面状態（表面凹凸状態）を検出している。具体的には、この検出部５では反射光画像に基づいて被測定面の表面角度を算出し、算出された表面角度を積算することにより被測定面の凹凸状態（表面粗さ）を評価できるようになっている。
例えば、図８の場合と同様に、傾斜角度を−０．２５度としたミラー１０２の反射光画像と、傾斜角度を＋０．５度としたミラー１０２の反射光画像とを、上述した光量調整フィルム３を有する表面凹凸検査装置１のカメラ４で撮像すると、図３（ａ）に示すような反射光画像が得られる。
【００３０】
この図３（ａ）でも、図８（ａ）と同様に、それぞれの反射光画像上に輝線が確認される。そして、この輝線の位置は、傾斜角度が−０．２５度の位置の方が、傾斜角度が＋０．５度の位置より、Ｘ位置の大きい側にずれている。それゆえ、この図３（ａ）で観察される反射光画像における輝度の変化を基準線Ｐに沿って測定し、測定した輝度をＸ位置に対してプロットすると、図３（ｂ）のようになる。
【００３１】
図３（ｂ）に示される輝度の変化曲線は、図８（ｂ）のときのような台形状ではなく、上方に向かって突出した三角形状となっている。つまり、図３（ｂ）においては、Ｘ位置に対する輝度の変化は図８（ｂ）の場合ほど急峻ではなく、Ｘ位置が大きくなるに連れて輝度は緩やかに変化する。
ここで、図８の場合と同様に、図３（ｂ）において、例えば、Ｘが３２０ピクセルとなる位置に着目して、−０．７〜＋０．５までの範囲でミラー１０２の傾斜角度を変化させた場合の輝度の変化をミラー１０２の傾斜角度に対してまとめると、図３（ｃ）のようになる。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように、光量調整フィルム３を設けた検査装置１を用いて、表面角度に対する輝度の変化を求めると、図８（ｃ）と同様に表面角度の増加に対応して輝度が徐々に増加する変化曲線があらわれるが、その変化の仕方はより緩やかとなっている。
つまり、図４を見れば明らかなように、光量調整フィルム３を有さない検査装置（実験装置１０１）を用いた場合には、図中に正方形のマークで示すように、傾斜角度が−０．３度〜−０．１度までの０．２度という短い間に輝度が急峻に増加する。しかし、光量調整フィルム３を有する検査装置１を用いた場合には、図中に菱形のマークで示すように、ミラー１０２の傾斜角度が−０．３度〜＋０．２度までの０．５度という広い角度範囲に亘って輝度が緩やかに且つ直線的に変化している。このことから、光量調整フィルム３を設けることで、輝度が同じ変化幅であっても、表面角度の測定レンジを拡大できることが分かる。
【００３３】
例えば、光量調整フィルム３を備えた検査装置（本実施形態の検査装置１）の場合、上述したこの０．５度の角度範囲に対しては、輝度Ｂと表面角度θとの間に、次の式（１）のような関係（線形式）が成立する。
【００３４】
【数２】
2014052339.tif 000004
但し、a、b は定数。
【００３５】
この式（１）に対しては、表面角度が既知な２箇所以上の被測定面に対して、この被測定面で反射した反射光Ｒの輝度を実測し、実測した２組以上のデータを用いれば、定数ａ、ｂを求めることができる。それゆえ、上述した図４の実験データから、線形一次回帰曲線を求めることで、式（１'）を導出することができる。
【００３６】
【数３】
2014052339.tif 000005
【００３７】
この式（１'）は、輝度Ｂを被測定面の表面角度θで示したものであるから、式（２）のように表面角度θを輝度Ｂで示すこともできる。
【００３８】
【数４】
2014052339.tif 000006
【００３９】
上述した式（２）において「０．００２８７」として示される傾きや「−０．３５３」として示される切片は、光量調整フィルム３の濃淡の付け方や配置でさまざまな値に変化する。しかし、所定の光量調整フィルム３を用い、この光量調整フィルム３に対応する式（２）より導かれる表面角度θを用いれば、同じ測定条件において被測定面の表面状態（凹凸状態）を表面角度という観点で相対的に比較したり判断したりすることができる。
【００４０】
また、式（２）より導かれる表面角度θと移動方向に沿った測定間隔Δｘを用いれば、式（３）により被測定面の高さを求めることもでき、この高さを用いて同じ測定条件において被測定面の表面状態（凹凸状態）を相対的に比較・判断することができるようになる。
【００４１】
【数５】
2014052339.tif 000007
【００４２】
上述した光量調整フィルム３を設けることで、被測定面の表面角度θに対する輝度Ｂの変化を小さくすることができ、カメラ４で撮像された輝度Ｂに基づいて被測定面の表面角度θをより広いレンジに亘って且つ高精度に（高分解能で）測定することができる。
また、検出部５では、上述のようにして算出された表面角度θを式（３）のように積分することにより、被測定面の高さ（表面の凹凸状態）を算出することができ、算出された被測定面の高さを用いて被測定面の表面状態（凹凸状態）を相対的に比較・判断することができる。
【００４３】
次に、図５を用いて、検出部５で行われる信号処理、言い換えれば本発明の表面凹凸検査方法について説明する。
図５に示すように、被測定物Ｗの表面状態を計測する際には、まず被測定物Ｗ（図例では、アルミ板）を水平方向に沿って移動させる、言い換えれば、圧延搬送中のアルミ板の表面を検査することにする（Ｓ１）。そして、照射部２から被測定物Ｗの被測定面に対してライン光Ｌを照射し、カメラ４を用いて被測定物Ｗの被測定面から反射する反射光Ｒを連続的に撮像する（Ｓ２）。なお、この撮像は、被測定物Ｗの測定が終了するまで継続して行われる。
【００４４】
例えば、カメラ４から検出部５に取り込まれる反射光画像の撮像データのうち、ｉ番目（ｉフレーム目）の反射光画像が撮像され（Ｓ３）、このｉ番目の反射光画像について画像処理を行う。
ｉ番目の反射光画像に関し、明部抽出処理やラベリング処理などを行い、撮像された反射光、すなわち撮像画像中の輝線（座標（ｘ１，０）〜（ｘ１，ｙ））を抽出する。その後、この輝線上の存在する１つの画素（（座標（ｘ１，ｎ））の輝度データに関して、処理を進める。
【００４５】
まず、ｎ＝０とした上で、画素（ｘ１、ｎ）の輝度を取得し（Ｓ４）、取得した輝度を予め作成しておいた「輝度Ｂと表面角度θとの関係を示すグラフ（図４）」に基づいて画素（ｘ１、ｎ）に対応する部分の表面角度θを算出する。その上で、得られた表面角度θを積算することで被測定面の高さを求める（Ｓ５）。次に、求めた被測定面の高さを用いて、これらの値が予め決められた閾値を超えるか否かで表面凹凸状態の良否を判定する（Ｓ６）。
【００４６】
以上の処理（Ｓ４〜Ｓ６）を、輝線の全ての画素について行うことで、１ライン上での表面凹凸状態の良否判定を行う（Ｓ７）。
また、このようなＳ１〜Ｓ７の操作はｉ番目の反射光画像についてだけでなく、連続的に撮像された全ての反射光画像（全てのフレーム画像）に対して行われる。つまり、ｉ番目（ｉフレーム目）の反射光画像についてＳ１〜Ｓ７の操作を行った後は、ｉ＋１番目（ｉ＋１フレーム目）の反射光画像について行うといったように、連続的に撮像された全ての反射光画像に対して行うことで、被測定物Ｗの被測定面の表面凹凸状態の変化を経時的に評価することができる（Ｓ８）。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の検査装置１を説明する。
【００４７】
第２実施形態の検査装置１は、照射部２が長手方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの三原色が並んで構成されたライン光Ｌを照射するものとされ、撮像部２が反射光Ｒを赤色、緑色、青色の３色の成分に分けて撮像する構成とされており、検出部５が撮像部２でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光Ｒの輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから反射光Ｒが発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されたものである。
【００４８】
具体的には、第２実施形態の検査装置１に設けられる照射部２には、ラインの一端側（長尺方向に沿った一端側）が赤色（原色Ｒ）、中央側が緑色（原色Ｇ）、他端側が青色（原色Ｂ）と３色に色分けされたものを用いても良いし、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色を有する発光ダイオードを予め定められた順番で複数回に亘って繰り返し並べたものであっても良い。さらには、照射部２の表面に三原色に塗り分けられたフィルム（光量調整フィルム３）を設けたものでも良い。この三原色に塗り分けられたフィルムとしては、例えば、図９（ａ）に示すようにフィルムの短尺方向（図中の上下方向）に沿って紫（Ｐ）→青（Ｂ）→緑（Ｇ）→黄（Ｙ）→赤（Ｒ）の順に色が変化するフィルムを用いることができる。このようなフィルムを用いれば、図９（ｂ）に示すように短尺方向に沿った位置が変化するにつれて、フィルムを透過した光のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分が互いに１２０°ごとの位相差をもった正弦曲線に従って変化するようになる。
【００４９】
また、上述した撮像部（カメラ４）は、例えば、一般的なカラーＣＣＤカメラを用いることができ、反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像し出力する構成とされている。さらに、検出部５は、第１実施形態で説明した検出部５を３原色に合わせて３つ備えたものとなっている。
このような第２実施形態の検査装置１を用いれば、１つの反射光画像の表面状態をＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて検出することが可能となり、一度のスキャンにより、単色のライン光Ｌを用いた検査を３回同時に行う処理を実現可能となる。それ故、行ったことに相当する。一度に検出できる表面状態の情報量が３倍程度にまで増加し、表面状態の検出精度が飛躍的に向上する。
【００５０】
また、図９（ａ）に示すようなフィルムを用いて、上述のようにＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて検出する場合には、位置に合わせて３成分のうち最も輝度が大きく変化している成分を用いることが可能となり、輝度の変化が大きいが故に表面状態の検出精度をより高めることが可能となる。
例えば、図９（ｂ）において、図中に「Ａ」で示される位置で光を検出する場合、Ｒ成分を採用して表面状態を検出しようとすると、「Ａ」の位置ではＲ成分の輝度の変化はあまり大きくないので、このような輝度から表面状態を検出しようとすると検出精度がどうしても低くなる。しかし、Ｒ成分以外のＧ成分やＢ成分を採用とすると、両成分とも「Ａ」の位置での輝度の変化を大きくとれるので、表面状態の検出精度を高くすることが可能となる。
【００５１】
さらに、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて表面状態を検出する方法、言い換えればカラーフィルムを用いる方法を、上述した白黒のフィルムを用いる方法と組み合わせることもできる。例えば、図９（ｃ）に示すように、フィルムを長尺方向（図９（ｃ）の左右方向）に沿って複数の領域に分ける。その上で、それぞれの領域内で短尺方向（図９（ｃ）の上下方向）に沿って紫（Ｐ）→青（Ｂ）→緑（Ｇ）→黄（Ｙ）→赤（Ｒ）の順に「色（色彩）」を変化させると共に、長尺方向に沿って暗→明→暗の順に「明るさ（明度
）」を変化させる。このように互いに直交する方向に沿って濃淡変化と色彩変化とを設ければ、１枚のフィルムを用いて、被測定物Ｗの移動方向に沿った表面状態を検出できるだけでなく、移動方向と垂直な方向に沿った表面状態をも検出できるようになり、被測定物Ｗの表面状態をより微細な領域ごとに精度良く検出できるようになる。
【実施例】
【００５２】
次に、図６に示す実施例を用いて、本発明の検査装置１の作用効果をさらに詳しく説明する。
図６（ａ）は、アルミの圧延材からなる被測定物Ｗの被測定面にＬＥＤを用いた照射部２から照射されたライン光Ｌの反射光Ｒを、カメラ４で撮像したものである。なお、この被測定面には、移動方向に進むにつれて急激に落ちる段差が凹凸欠陥として存在する。
【００５３】
また、図６（ａ）の図中に点線で示された部分は、検出用の領域を示している。この検出用の領域を固定としたまま、この領域内の反射光画像を一定時間毎に連続して撮像した。例として、撮像開始から３０フレーム目、３５フレーム目、４０フレーム目、４５フレーム目、５０フレーム目の画像を図６（ｂ）に示す。
図６（ｂ）を見ると、３０フレーム目から５０フレーム目というようにフレームの撮像が進むにつれて、輝線の位置が反射光画像上でＸ位置が大きい側（図の右側）に変化し、被測定面の凹凸欠陥が設けられた位置に輝線が差し掛かると、反射光から算出される表面角度θが変化して輝線の位置が画像上で変化していることがわかる。
【００５４】
図６（ｂ）に例として示される５つの領域画像に対して、図６（ａ）中に一点鎖線で示す基準線Ｐに沿って輝度を計測し、グラフ化したものを図６（ｃ）に示す。
次に、図６（ｃ）において、反射光画像上の所定のＸ位置（例えば、Ｘ＝３４５など）で観察される輝度を抽出することで、図６（ｄ）のような輝度変化を得ることが可能となる。
【００５５】
図６（ｄ）は、横軸が撮像フレーム数であり、撮像時刻と一対一に対応するものである。被測定物Ｗであるアルミ板は所定の速度で搬送されているため、図６（ｄ）の横軸は、ライン光Ｌが照射されている被測定物Ｗ上の位置と考えることもできる。図６（ｄ）の縦軸は、そのときの反射光Ｒの輝度値である。図６（ｄ）には、図６（ｃ）におけるＸ位置が３４２ピクセル、３４３ピクセル、３４４ピクセル、３４５ピクセルにあるときの輝度データがプロットされている。
【００５６】
この図６（ｃ）の輝度データに、式（２）を適用することで、図６（ｅ）の四角マークでプロットされた表面の傾き角度θの遷移曲線を得ることができる。この表面の傾き角度θの遷移曲線に対して、式（３）を適用することで、菱形マークでプロットされた表面の凹凸高さ変化の遷移曲線を得ることができる。式（３）で得られる凹凸高さ変化は、相対変化値である。式（３）で得られる凹凸高さ変化を基に、被測定物Ｗの表面の「そり」あるいは「うねり」のような凹凸欠陥を高精度に検出できることがわかる。
【００５７】
以上述べたように、本発明の表面凹凸検査装置によれば、広幅の被検査物上に形成された微細な凹凸欠陥を圧延目と見分けて検出することができるようになる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１  検査装置（表面凹凸検査装置）
２  照射部
３  光量調整フィルム
４  撮像部
５  検出部
Ｗ  被測定物
Ｌ  ライン光
Ｒ  反射光
Ｐ  基準線
Ｂ  輝度
θ  表面角度
ｈ  高さ
１０１  実験装置
１０２  ミラー
１０３  ＬＥＤ照射部
１０４  カメラ
【図５】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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