(57)【要約】【課題】  金属板の表面全体において鮮明な撮像画像を得ることが可能な表面検査装置を提供する。【解決手段】  撮像手段２の撮像方向を変更し、その変更量を示す撮像方向変更量信号Ｓ１を撮像方向変更手段４及び演算手段１４へ送信するコントローラ１２と、撮像方向変更量信号Ｓ１に基づいて撮像手段２の撮像方向を変更する撮像方向変更手段４と、撮像方向変更量信号Ｓ１に基づいて、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となる光源６の位置及び光の照射方向の変更量を演算し、光源位置変更量信号Ｓ２を駆動部１８へ送信するとともに照射方向変更量信号Ｓ３を照射方向変更手段１０へ送信する演算手段１４と、光源位置変更量信号Ｓ２に基づいて光源６の位置を変更する駆動部１８と、照射方向変更量信号Ｓ３に基づいて光源６による光の照射方向を変更する照射方向変更手段１０とを備える。【選択図】    図１
2006258649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から光を金属板の表面に照射しながら撮像手段によって前記金属板の表面を撮像し、その撮像した撮像画像に基づいて前記金属板の表面を検査する表面検査装置において、
前記撮像手段の撮像方向を変更する撮像方向変更手段と、前記光源を移動する光源位置変更手段と、前記光の照射方向を変更する照射方向変更手段と、前記撮像方向が変更され撮像方向の前記金属板の表面に対する撮像点が変更されたときに変更後の撮像点に対して前記光の金属板の表面に対する照射方向が変更後の撮像方向と正反射方向となる前記光源の位置及び照射方向を演算する演算手段と、前記演算手段が演算した前記位置及び照射方向となるように前記光源位置変更手段によって光源を移動させるとともに前記照射方向変更手段によって前記光の照射方向を変更させる光源制御手段と、を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記金属板は連続的に搬送され、
前記撮像方向変更手段によって前記撮像手段の撮像方向が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向とし、前記光源位置変更手段によって前記光源の位置が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向とし、前記照射方向変更手段によって前記光の照射方向が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向としたことを特徴とする請求項１に記載した表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板の表面を撮像し、その撮像した撮像画像に基づいて金属板の表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板の表面に生じた疵等の欠陥を検出、検査する装置の一つとして、例えば、特許文献１に記載されているような、光学式による表面検査装置がある。
この表面検査装置は、図２に示すように、撮像手段２と、撮像方向変更手段（図示せず）と、複数台の光源６ｂ〜６ｅと、検出手段（図示せず）とを備えている。
【０００３】
撮像手段２は、表面検査装置１に一台のみ備えられ、金属板Ｍの上方において、金属板Ｍの幅方向中心に配置されており、撮像した撮像画像を検出手段に送信する。また、撮像手段２は位置が固定され、撮像方向変更手段によって、その撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿った方向（図中に双方向矢印で示す方向）に変更可能となっており、金属板Ｍの表面を幅方向全体に渡って撮像可能としている。複数台の光源６ｂ〜６ｅは金属板Ｍの上方に固定され、光源６ｂ，６ｃと光源６ｄ，６ｅとは、撮像手段２を中心として金属板Ｍの幅方向に沿って対称に配置されている。また、各光源６ｂ〜６ｅの位置及び光の照射方向は金属板Ｍの表面に向けて固定されている。なお、図中では、撮像手段２の撮像方向の中心軸及び各光源６ｂ〜６ｅによる光の照射方向の中心軸を、それぞれ実線の矢印で示し、各光源６ｂ〜６ｅによる光の照射範囲をそれぞれ点線で示している。検出手段は、撮像手段２から受信した撮像画像に基づいて、例えば、金属板Ｍの表面に欠陥がある場合、その欠陥部分は正常部分と光の反射量が異なるために、撮像画像には欠陥箇所特有の明暗差が生じることを利用して、金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検出する。
【０００４】
このような構成の表面検査装置１では、金属板Ｍの表面全体を漏れ無く検査するために、連続的に搬送される金属板Ｍの表面に対し、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿って変更しながら、金属板Ｍの表面を撮像する。そして、撮像した撮像画像に基づいて、金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検出する。
【特許文献１】特開平７−２１８４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した表面検査装置１では、各光源６ｂ〜６ｅの位置及び光の照射方向が固定されているため、撮像手段２の撮像方向が変更されても、各光源６ｂ〜６ｅの位置及び光の照射方向は一定である。このため、鮮明な撮像画像を得られる範囲が限定され、金属板Ｍの表面に生じた欠陥の検出能力が撮像箇所によって異なるため、検査能力が低下してしまう。
本発明は、前記のような問題点に着目してなされたもので、撮像手段の撮像方向の変更に応じて光源の位置及び光の照射方向を変更することにより、金属板の表面全体において鮮明な撮像画像を得ることが可能な表面検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、光源から光を金属板の表面に照射しながら撮像手段によって前記金属板の表面を撮像し、その撮像した撮像画像に基づいて前記金属板の表面を検査する表面検査装置において、
前記撮像手段の撮像方向を変更する撮像方向変更手段と、前記光源を移動する光源位置変更手段と、前記光の照射方向を変更する照射方向変更手段と、前記撮像方向が変更され撮像方向の前記金属板の表面に対する撮像点が変更されたときに変更後の撮像点に対して前記光の金属板の表面に対する照射方向が変更後の撮像方向と正反射方向となる前記光源の位置及び照射方向を演算する演算手段と、前記演算手段が演算した前記位置及び照射方向となるように前記光源位置変更手段によって光源を移動させるとともに前記照射方向変更手段によって前記光の照射方向を変更させる光源制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明によると、撮像手段の撮像方向が変更されると、その変更量に応じて、光の照射方向が撮像手段の撮像方向に対する正反射方向となるように、光源の位置及び光の照射方向が変更されるため、金属板の表面全体において鮮明な撮像画像を得ることが可能となる。
【０００７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記金属板は連続的に搬送され、
前記撮像方向変更手段によって前記撮像手段の撮像方向が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向とし、前記光源位置変更手段によって前記光源の位置が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向とし、前記照射方向変更手段によって前記光の照射方向が変更される方向を前記金属板の幅方向に沿った方向としたことを特徴とするものである。
本発明によると、撮像手段の撮像方向が金属板の幅方向に沿った方向に変更されると、その変更量に応じて、光の照射方向が撮像手段の撮像方向に対する正反射方向となるように、光源が金属板の幅方向に沿った方向へ移動され、且つ光の照射方向が金属板の幅方向に沿った方向に変更されるため、金属板の表面全体において鮮明な撮像画像を得ることが可能となる。
【０００８】
ここで、図３から図６を参照して、金属板の表面に対する撮像手段及び光源の配置関係と撮像画像の鮮明度との関係について詳述する。
図３は、図２に示した従来の表面検査装置１における、金属板Ｍの表面に対する撮像手段２及び光源６ｂの配置関係を示すものである。図中に示すように、この表面検査装置１では、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿って変更しながら、金属板Ｍの表面を検査する。このとき、撮像手段２の撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点Ｐに立てた法線となす角度（以下、撮像入射角θｃと示す）と、光源６ｂによる光の照射方向の撮像点Ｐに立てた法線となす角度（以下、照射入射角θｉと示す）とが同一である場合、すなわち、光源６ｂによる光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となる場合に、鮮明な撮像画像を得ることが可能となる。なお、図中では、撮像手段２の撮像方向の中心軸及び光源６ｂによる光の照射方向の中心軸を実線の矢印で示し、光源６ｂによる光の照射範囲を点線で示している。
【０００９】
図４に、図３に示した表面検査装置１を用いて、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿って変更しながら、欠陥サンプル板の表面を撮像した撮像画像を示す。ここで、欠陥サンプル板とは、その表面に所定の欠陥が設けられている金属板であり、図中では、５０ｍｍ幅の欠陥サンプル板が、金属板Ｍの幅方向中心の位置から金属板Ｍの幅方向に沿って６枚並べられたものを示している。なお、所定の欠陥とは、距離１５０ｍｍの欠陥サンプル板中央付近に顕著に認められる、逆Ｓ字状の明色の線（帯）のことである。図中に示されているように、撮像手段２の撮像範囲の中心が、欠陥サンプル板の幅方向中心の位置（図３に示す０ｍｍの位置）及び幅方向中心から３００ｍｍの位置（図３に示す３００ｍｍの位置）においては、撮像入射角θｃと照射入射角θｉとの差が大きく、光源６ｂによる光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向から離れているため、撮像画像は不鮮明なものとなっている。しかし、欠陥サンプル板の位置を１５０ｍｍとし、撮像手段２の撮像方向を、欠陥サンプル板の幅方向中心から１５０ｍｍの方向へ変更すると、撮像入射角θｃと照射入射角θｉとが近似となり、光源６ｂによる光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向に近づくため、撮像画像が鮮明なものとなる。
【００１０】
また、図３に示した表面検査装置１を用いて、図５に示す欠陥サンプル板に対して表面の欠陥を検出し、その検出結果をＳ／Ｎ比によって表したものを図６（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、図５に示す欠陥サンプル板の表面には、図中に線Ａで示す位置に所定の欠陥が設けられており、図６（ａ）〜（ｄ）は、所定の欠陥と略直交する撮像画像断面の切出しライン（図中に破線Ｂで示す）に対する検出結果をＳ／Ｎ比によって表している。また、図５に示す欠陥サンプル板は、図４に示したものと同一の欠陥サンプル板であるが、所定の欠陥そのものの位置は暗色に着色して明示している。また、図６（ａ）〜（ｄ）は、撮像手段２による撮像範囲の中心が、（ａ）は金属板Ｍの幅方向中心の位置（０ｍｍの位置）、（ｂ）は金属板Ｍの幅方向中心から５０ｍｍの位置、（ｃ）は金属板Ｍの幅方向中心から１００ｍｍの位置、（ｄ）は金属板Ｍの幅方向中心から１５０ｍｍの位置となっている。また、各図の縦軸は２５６段階の階調を有するグレイ値を示し、横軸は切出しラインに割り当てられた画素の番号を示しており、各図中の矢印は欠陥箇所を示している。図６（ａ）に示されているように、撮像範囲の中心が金属板Ｍの幅方向中心の位置（０ｍｍの位置）では、光源６ｂによる光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向から離れているため、欠陥箇所のグレイ値が小さく、欠陥の検出が困難である。しかし、図６（ｄ）に示されているように、撮像範囲の中心が金属板Ｍの幅方向中心から１５０ｍｍの位置では、光源６ｂによる光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向に近づくため、欠陥箇所のグレイ値が大きく、欠陥の検出が容易となっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像手段の撮像方向の変更に応じて、光の照射方向が撮像手段の撮像方向に対する正反射方向となるため、金属板の表面全体において鮮明な撮像画像を得ることが可能となり、金属板の表面に生じた欠陥の検出能力が安定して検査能力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１を参照して本発明の実施形態の構成を説明する。なお、図２及び図３と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図１に示すように、本実施形態の表面検査装置１は、エリア式ＣＣＤカメラと、撮像方向変更手段４と、光源６と、光源位置変更手段８と、照射方向変更手段１０と、コントローラ１２と、演算手段１４と、検出手段（図示せず）とを備えている。
【００１３】
ＣＣＤカメラは、一台のみ備えられており、金属板Ｍの上方において、金属板Ｍの幅方向中心に配置されており、金属板Ｍの表面で反射された光を受光することにより金属板Ｍの表面を撮像し、この撮像した撮像画像を検出手段に送信する。なお、本実施形態ではＣＣＤカメラによって撮像手段２が構成されており、以下の説明ではＣＣＤカメラを撮像手段２として示す。撮像手段２は位置が固定され、合焦機能及びズーム機能を有しており、撮像手段２と金属板Ｍの表面との距離が変化しても、撮像画像の鮮明度が変化することはない。なお、図中では、撮像手段２の撮像方向の中心軸を実線の矢印で示し、撮像手段２の撮像入射角をθｃ１で示している。また、撮像手段２の撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点をＰ１で示している。
【００１４】
撮像方向変更手段４は、後述する撮像方向変更量信号Ｓ１を受信すると、この撮像方向変更量信号Ｓ１に基づいて撮像手段２の撮像方向を変更する。なお、図中では、撮像方向を変更した後の撮像手段２を撮像手段２ａとして破線で示しており、撮像手段２ａの撮像方向の中心軸を破線の矢印で示している。また、撮像手段２ａの撮像入射角をθｃ２、撮像手段２ａの撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点をＰ２と示している。
【００１５】
光源６は、例えば、可視光を照射可能なライトによって構成されている。また、光源６は、金属板Ｍの上方において、撮像手段２を中心として金属板Ｍの幅方向に沿って配置されており、共に光の照射方向が金属板Ｍの表面に向けられている。なお、図中では、光源６による光の照射方向の中心軸を実線の矢印で示し、光源６による光の照射入射角をθｉ１で示している。
【００１６】
光源位置変更手段８は、金属板Ｍの上方に、金属板Ｍの幅方向に沿って設けられているレール１６と、レール１６に移動可能に取り付けされている駆動部１８とから構成されている。駆動部１８は、照射方向変更手段１０と連結されており、後述する光源位置変更量信号Ｓ２を受信すると、演算手段１４が演算した光源６の位置の変更量に基づいてレール１６に沿って移動し、照射方向変更手段１０の位置を変更する。照射方向変更手段１０は、光源６と連結されており、後述する照射方向変更量信号Ｓ３を受信すると、演算手段１４が演算した光の照射方向の変更量に基づいて、光源６による光の照射方向を変更する。なお、図中では、位置及び照射方向の変更が行われた後の光源６を光源６ａとして破線で示しており、光源６ａによる光の照射方向の中心軸を破線の矢印で示し、光源６ａによる光の照射入射角をθｉ２と示している。
【００１７】
コントローラ１２は、撮像手段２が連続的に搬送される金属板Ｍの表面全体を漏れ無く撮像するように、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿った方向に変更する。また、コントローラ１２は、撮像手段２の撮像方向を変更すると、その変更量を示す撮像方向変更量信号Ｓ１を、撮像方向変更手段４及び演算手段１４に送信する。
演算手段１４は、撮像方向変更量信号Ｓ１を受信すると、光源６ａによる光の照射方向が撮像手段２ａの撮像方向に対する正反射方向となるように、光源６の位置及び光の照射方向の変更量を演算する。また、演算手段１４は、光源位置変更手段８及び照射方向変更手段１０の光源制御手段としての機能を有しており、光源６の位置及び光の照射方向の変更量を演算すると、光源６の位置の変更量を示す光源位置変更量信号Ｓ２を駆動部１８へ送信し、光の照射方向の変更量を示す照射方向変更量信号Ｓ３を照射方向変更手段１０へ送信する。
検出手段は、撮像手段２が撮像した撮像画像を受信すると、この撮像画像に基づいて金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検出する。
【００１８】
次に、本実施形態の作用・効果等を説明する。
本実施形態の表面検査装置１を用いて、連続的に搬送される金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検査する際は、光源６から金属板Ｍの表面へ光を照射し、金属板Ｍの表面で反射された光を撮像手段２によって受光することにより、金属板Ｍの表面を撮像する。そして、撮像手段２が撮像した撮像画像を検出手段に送信し、検出手段によって金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検出する。このとき、連続的に搬送される金属板Ｍに対し、金属板Ｍの表面の幅方向全体を漏れ無く検査するために、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿って変更しながら、金属板Ｍの表面を幅方向全体に渡って撮像する。
また、撮像手段２の撮像方向の変更に応じて光源６の位置及び光の照射方向を変更し、光源６による光の照射方向を撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向とすることにより、鮮明な撮像画像を得ている。
【００１９】
以下、撮像手段２の撮像方向の変更に応じた光源６の位置及び光の照射方向の変更について、図１を参照して詳述する。
図１に示すように、撮像手段２の撮像方向を変更する前は、撮像手段２の撮像入射角θｃ１と光源６による光の照射入射角θｉ１は同一であり、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となっている。このため、撮像手段２が撮像する撮像画像は鮮明なものとなっている。
そして、撮像手段２の撮像方向が変更されると、この変更量を示す撮像方向変更量信号Ｓ１が、コントローラ１２から撮像方向変更手段４及び演算手段１４に送信される。
【００２０】
撮像方向変更量信号Ｓ１を受信した撮像方向変更手段４は、撮像方向変更量信号Ｓ１に基づいて、撮像手段２の撮像方向を金属板Ｍの幅方向に沿った方向に変更する。このとき、撮像手段２の撮像方向は、撮像手段２ａの撮像方向へと変更され、撮像手段２の撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点Ｐ１は、撮像手段２ａの撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点Ｐ２へ変更される。
【００２１】
撮像方向変更量信号Ｓ１を受信した演算手段１４は、光源６による光の照射方向が撮像手段２ａの撮像方向に対する正反射方向となるように、光源６の位置及び光の照射方向の変更量を演算する。そして、光源位置変更量信号Ｓ２を駆動部１８へ送信するとともに、照射方向変更量信号Ｓ３を照射方向変更手段１０へ送信する。
光源位置変更量信号Ｓ２を受信した駆動部１８は、演算手段１４が演算した光源６の位置の変更量に基づいてレール１６に沿って移動し、光源６の位置を光源６ａの位置へ変更する。照射方向変更量信号Ｓ３を受信した照射方向変更手段１０は、演算手段１４が演算した光の照射方向の変更量に基づいて、光源６による光の照射方向を光源６ａによる光の照射方向へ変更する。
【００２２】
光源６の位置及び照射方向が光源６ａの位置及び照射方向へ変更されると、撮像手段２ａの撮像入射角θｃ２と光源６ａによる光の照射入射角θｉ２とが同一となり、光源６ａによる光の照射方向が撮像手段２ａの撮像方向に対する正反射方向となる。すなわち、撮像手段２ａの撮像方向の金属板Ｍの表面に対する撮像点Ｐ２に対して、光源６ａによる金属板Ｍの表面に対する光の照射方向が、撮像手段２ａの撮像方向と正反射方向となる。このため、撮像手段２ａが撮像する撮像画像は鮮明なものとなる。
【００２３】
なお、金属板Ｍの表面の幅方向中心を撮像する際は、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する略正反射方向となるように、光源６の位置及び光の照射角度を変更する。
したがって、本実施形態の表面検査装置１によれば、撮像手段２の撮像方向の変更に応じて光源６の位置及び照射方向が変更され、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となる。このため、光源６による光の照射方向は、金属板Ｍの表面全体で撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となるため、撮像手段２が撮像する撮像画像は金属板Ｍの表面全体において鮮明なものとなり、金属板Ｍの表面に生じた欠陥の検出能力が安定して検査精度が向上する。
【００２４】
また、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となる範囲が拡大されるため、疵の大きさや深さ等、欠陥の度合いに関係無く、金属板Ｍの表面に生じた欠陥を検出することが可能となり、検出能力が安定して検査精度が向上する。
さらに、本実施形態の表面検査装置１では、光源６は二台備えられていれば、多数の光源６を必要とせずに、金属板の表面全体において、さらに鮮明な撮像画像を得ることが可能となるため、設備コストの低減が可能となる。
【００２５】
なお、本実施形態の表面検査装置１では、撮像手段２の撮像方向を、金属板Ｍの幅方向に沿った方向としたが、これに限定されるものではなく、金属板Ｍの表面に対して自由な方向に変更可能としてもよい。この場合、例えば、光源位置変更手段８及び照射方向変更手段１０として、動作の自由度が高いマニピュレータ等を用い、光源６の移動と光の照射方向の変更とを自由に行ってもよい。すなわち、光源６による光の照射方向が撮像手段２の撮像方向に対する正反射方向となればよい。また、二台の光源６を、金属板Ｍの搬送方向に沿って配置してもよい。
【００２６】
また、光源６から照射される光を可視光とし、撮像手段２をＣＣＤカメラによって構成したが、例えば、光源６から照射される光を赤外線とし、撮像手段２を赤外線カメラによって構成してもよい。
さらに、光源６による光の照射範囲及び撮像手段２の撮像範囲が広い場合など、光源６による光の照射方向と撮像手段２の撮像方向が略正反射方向であっても、鮮明な撮像画像を得ることが可能な場合は、照射方向変更手段１０を備えない構成としてもよい。この場合、演算手段１４は、撮像手段２の撮像方向の変更に応じて、光源６による光の照射方向と撮像手段２の撮像方向が少なくとも略正反射方向となるように、光源６の位置の変更量を演算し、光源位置変更手段８に光源位置変更量信号Ｓ２を送信する。
また、本実施形態の表面検査装置１では、撮像手段２の撮像した撮像画像を検出手段に送信したが、撮像手段２の撮像した撮像画像をモニタ等の表示手段に表示する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の表面検査装置を示す説明図である。
【図２】従来の表面検査装置を示す説明図である。
【図３】金属板の表面に対する撮像手段及び光源の配置関係を示す説明図である。
【図４】欠陥サンプル板の撮像画像を示す図である。
【図５】欠陥サンプル板を示す図である。
【図６】欠陥の検出結果をＳ／Ｎ比によって表したグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１    表面検査装置
２    撮像手段
４    撮像方向変更手段
６    光源
８    光源位置変更手段
１０  照射方向変更手段
１２  コントローラ
１４  演算手段
１６  レール
１８  駆動部
Ｍ    金属板
Ｓ１  撮像方向変更量信号
Ｓ２  光源位置変更量信号
Ｓ３  照射方向変更量信号
Ｐ    撮像点
θｃ  撮像手段の撮像入射角
θｉ  光の照射入射角
【図１】
2006258649.tif 000003
【図２】
2006258649.tif 000004
【図３】
2006258649.tif 000005
【図６】
2006258649.tif 000006
【図４】
2006258649.tif 000007
【図５】
2006258649.tif 000008