(57)【要約】【課題】被検査材の表面に形成された疵を高い確度で検出する。【解決手段】被検査材２００の表面を加熱する加熱器１０４と、被検査材２００の表面の温度分布を撮像する赤外線カメラ１０２と、被検査材２００の撮像部位を周囲の機材からの輻射光を遮断し、加熱器１０４によって加熱された被検査材２００の温度よりも低温に維持された低温遮断手段１０８と、赤外線カメラ１０２で撮像された被検査材２００の温度分布に基づいて被検査材２００の表面の疵を検出する演算部１０６と、を備える表面検査装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材の表面を加熱する加熱手段と、
前記被検査材の表面の温度分布を撮像する撮像手段と、
前記被検査材の撮像部位を周囲の機材からの輻射光を遮断し、前記加熱手段によって加
熱された前記被検査材の温度よりも低温に維持された低温遮断手段と、
前記撮像手段で撮像された前記被検査材の温度分布に基づいて前記被検査材の表面の疵
を検出する疵検出手段と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面検査装置であって、
前記低温遮断手段は、遮断材と、前記加熱手段によって加熱された前記被検査材の温度
よりも低温に前記遮断材を冷却する冷却手段と、を含むことを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面検査装置であって、
前記遮断材は、表面が黒体色とされていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面検査装置であって、
前記加熱手段によって加熱された前記被検査材の温度よりも低温に前記撮像手段の少な
くとも一部又は前記周囲の機材の少なくとも一部を冷却する機材冷却手段をさらに備える
ことを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延された鋼板の表面には疵が生じることがあり、このような疵を高い確度で検出でき
る表面検査装置が必要とされている。例えば、鋳造時に溶鋼中に含まれていた不純物が表
面近くに残り、圧延過程で表面に現れたかさぶたのようになったヘゲ疵、ヘゲ疵から鋼片
等が剥がれ落ちた疵、圧延時に鋼板の走行方向に形成されるかき疵、異物を噛み込んだと
きにできる噛み込み疵等の様々な種類の疵が生ずるおそれがあり、これらの疵を確実に検
出できる技術が必要である。
【０００３】
疵を有する材料の表面に現れる疵による温度変化（放射率変化による見かけの温度変化
も含む）を赤外線サーモグラフィで検出することにより、疵を検出・計測する赤外線サー
モグラフィ法が広く知られている。赤外線サーモグラフィ法には、材料に積極的に熱負荷
を与えるアクティブ法と積極的に熱負荷を与えないパッシブ法とがある。
【０００４】
アクティブ法では、材料を加熱する前に赤外線サーモグラフィで温度分布を計測してお
き、加熱後、赤外線サーモグラフィで温度分布を再度計測して温度変化のある部分を疵と
して検出する。この方法は、鋼板、平鋼等の鋼材表面の検査にも適用されている。また、
走行する鋼板の表面を第１の赤外線カメラで撮像すると共に、誘導加熱装置で鋼板の表面
を加熱した後、第２の赤外線カメラで撮像し、撮像された２つの画像の差をとることによ
って温度ムラの影響を除いて欠陥を検出する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
また、加熱器により被検査体を加熱し、加熱後の表面温度分布を赤外線カメラで撮像し
、温度分布画像から温度ムラを算出して差分し、差分後の温度画像から表面の疵を検出す
る技術が開示されている（特許文献２）。また、加熱直後に鋼板の表面温度画像を取得し
、表面からの放射率の変化量を算出して、その変化量から欠陥の有無を検出する技術が開
示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−９４６６０号公報
【特許文献２】特開２０１７−６２１８１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の疵検出処理では、表面性状の影響を受け易く、高温部が疵として誤検
出されるおそれがあった。また、温度ムラを差分したとしても、誤検出の可能性を大きく
低減させることはできていなかった。
【０００８】
また、被検査体の表面温度の画像データを取得する際に加熱装置により放射される熱が
被検査体の表面で反射されて赤外線カメラに入射しないように、被検査体と赤外線カメラ
との間に熱遮断部材を配置して加熱装置の熱放射を遮断する構成が開示されている。しか
しながら、当該構成では、熱遮断部材自体が加熱されて徐々に高温になり、熱輻射が大き
くなり、これが被検査体の擦れ痕や肌あれ部等で反射されて周囲よりも温度が高い部分と
して検出され、疵の誤検出に繋がることがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、鋼板等の被検査体に生ずる様々な疵をより確実に検出できる表面検
査装置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】
【００１０】
本発明の１つの態様は、被検査材の表面を加熱する加熱手段と、前記被検査材の表面の
温度分布を撮像する撮像手段と、前記被検査材の撮像部位を周囲の機材からの輻射光を遮
断し、前記加熱手段によって加熱された前記被検査材の温度よりも低温に維持された低温
遮断手段と、前記撮像手段で撮像された前記被検査材の温度分布に基づいて前記被検査材
の表面の疵を検出する疵検出手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置である。
【００１１】
ここで、前記低温遮断手段は、遮断材と、前記加熱手段によって加熱された前記被検査
材の温度よりも低温に前記遮断材を冷却する冷却手段と、を含むことが好適である。
【００１２】
また、前記遮断材は、表面が黒体色とされていることが好適である。
【００１３】
また、前記加熱手段によって加熱された前記被検査材の温度よりも低温に前記撮像手段
の少なくとも一部又は前記周囲の機材の少なくとも一部を冷却する機材冷却手段をさらに
備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋼板等の被検査体に生ずる様々な疵をより確実に検出できる表面検査
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における表面検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における表面検査装置の配置例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における表面疵検査処理を示すフローチャートである。
【図４】実施例１において温度画像を用いて疵検出処理を行った例を示す図である。
【図５】比較例１において温度画像を用いて疵検出処理を行った例を示す図である。
【図６】比較例２において温度画像を用いて疵検出処理を行った例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における表面検査装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における表面検査装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における表面検査装置１００は、図１に示すように、赤外線カメラ
（撮像手段）１０２、加熱器（加熱手段）１０４、演算部１０６及び低温遮断手段１０８
を含んで構成される。表面検査装置１００は、被検査材２００の表面の温度分布を温度画
像として撮像し、当該温度画像に基づいて被検査材２００の表面に存在する疵を検出する
。
【００１７】
本実施の形態では、被検査材２００として圧延工程にある鋼板を例に説明するが、本発
明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、被検査材２００の表面から放射される光
を撮像した画像から疵を検出できるものであればよい。
【００１８】
赤外線カメラ１０２は、被検査材２００の表面から赤外線を受けて、当該表面の温度分
布を示す温度画像を撮像して演算部１０６へ出力する。赤外線カメラ１０２は、赤外線検
出素子等を含んで構成される。温度画像の解像度及びダイナミックレンジは、温度画像に
おいて検出対象とする疵が検出可能な程度に設定することが好適である。また、小さな疵
を検出するためには、より高速及び高精度な赤外線カメラ１０２を使用することが好適で
ある。
【００１９】
加熱器１０４は、ヒータ１０、流量調整器１２及び温調器１４を含んで構成される。ヒ
ータ１０は、流量調整器１２によって流量調整された流体を加熱して被検査材２００の表
面に吹き付ける。加熱前の流体としては、例えば、空気、窒素等の気体とすればよい。温
調器１４は、ヒータ１０による流体の加熱温度を調整する。加熱温度は、被検査材２００
によって適宜適切な温度とすればよい。
【００２０】
加熱器１０４を用いることにより、被検査材２００の材料を問わず、被検査材２００を
迅速に加熱することができる。また、誘導加熱装置のような大掛かりで高価な装置を用い
ることなく小型で安価な構成によって被検査材２００を加熱することができる。
【００２１】
演算部１０６は、赤外線カメラ１０２から入力された温度画像を処理して、当該温度画
像から被検査材２００の表面に存在する疵を検出する処理を行う。演算部１０６は、一般
的なコンピュータにおいて疵検査プログラムを実行することによって背景温度画像算出手
段２０、温度差画像算出手段２２及び疵検出手段２４として機能する。
【００２２】
低温遮断手段１０８は、高温部からの輻射光（熱輻射）を遮断するための手段である。
本実施の形態では、低温遮断手段１０８は、高温部からの輻射光を遮断するために低温に
保持された部材を含む。ここで、低温とは、加熱器１０４により加熱された被検査材２０
０の温度よりも低い温度を意味する。具体的には、低温遮断手段１０８は、２０℃以下、
より好ましくは１０℃以下、さらに好ましくは５℃以下に維持された部材を含むことが好
適である。
【００２３】
本実施の形態では、低温遮断手段１０８は、低温に維持された板状部材で構成される。
低温遮断手段１０８は、図２に示すように、赤外線カメラ１０２及びヒータ１０を挟んで
被検査材２００に対向する位置に配置される。すなわち、低温遮断手段１０８は、赤外線
カメラ１０２及びヒータ１０以外の周囲に配置されている機材から被検査材２００の撮像
部位への輻射光を遮断する位置に配置される。
【００２４】
このとき、低温遮断手段１０８として、金属板、例えばアルミ板等の遮断材を用いるこ
とができる。例えば、遮断材を空冷方式又は水冷方式の冷却手段を用いて冷却することで
所望の低温に維持することができる。
【００２５】
また、低温遮断手段１０８の遮断材の表面は黒色（黒体色）とすることにより輻射光の
反射を低減することができる。例えば、低温遮断手段１０８の遮断材の表面を黒体塗装し
たり、低温遮断手段１０８の表面に黒体テープを貼ったりすることが好適である。
【００２６】
これにより、周囲の高温の機材からの輻射光が被検査材２００の表面で反射して高温部
として検出され、疵として誤検出されることを防止することができる。
【００２７】
以下、図３のフローチャートを参照して、演算部１０６における処理を説明する。ステ
ップＳ１０において、赤外線カメラ１０２によって被検査材２００の表面を撮像して温度
画像が取り込まれたものとして以下説明する。
【００２８】
背景温度画像算出手段２０は、以下に示す処理によって、赤外線カメラ１０２から入力
された温度画像から被検査材２００の表面の温度ムラを示す背景温度画像を算出する。
【００２９】
ステップＳ１２では、背景温度画像算出手段２０において、温度画像から鋼板温度画像
を抽出する。すなわち、温度画像に写り込んだ被検査材２００の高温部を鋼板温度画像と
して抽出する。まず、温度画像の中央部の領域に対して縦方向（被検査材２００の移動方
向に沿った方向）の各画素の輝度値を積算し、幅方向（被検査材２００の移動方向に直交
する方向）に沿った輝度積算値プロファイルを算出する。輝度積算値プロファイルのうち
積算値が大きい画素範囲を抽出し、当該範囲を温度画像から切り出して高温部の鋼板温度
画像とする。
【００３０】
ステップＳ１４では、背景温度画像算出手段２０は、温度画像から抽出された鋼板温度
画像内の各画素の輝度値を平滑化することによって温度ムラを示す背景温度画像を算出す
る。例えば、背景温度画像算出手段２０は、鋼板温度画像に対して明部を収縮させる処理
を施した後、明部を膨張させる処理を施すことによって背景温度画像を算出することが好
適である。このとき、収縮処理を複数回施した後、膨張処理を同じ回数施すことがより好
適である。
【００３１】
収縮処理により疵の部分が収縮されて領域が消滅する。一方、面積が大きい背景の明る
い領域は小さくなる。次に、膨張処理を行うと背景の明るい領域が元の大きさに戻るが疵
の部分は消滅しているので元に戻らない。収縮・膨張の回数は、このように疵を画像内か
ら消せる回数として決められるが、同じ疵であっても赤外線カメラ１０２の視野等により
画像上の大きさが変化するので、撮像条件に応じて収縮・膨張の回数を設定することが好
適である。
【００３２】
ステップＳ１６では、温度差画像算出手段２２は、赤外線カメラ１０２から入力された
温度画像と背景温度画像算出手段２０において算出された背景温度画像との差分をとった
温度差画像を算出する。温度差画像算出手段２２は、温度画像の各画素の輝度値からそれ
に対応する背景温度画像の各画素の輝度値を減算した値を各画素の画素値とした温度差画
像を生成する。
【００３３】
ステップＳ１８では、疵検出手段２４は、温度差画像に基づいて被検査材２００の表面
に存在する疵を検出する。疵検出手段２４は、まず温度差画像を所定の閾値によって２値
化する。次に、疵検出手段２４は、２値化された温度差画像に対してオープニング（Ｏｐ
ｅｎｉｎｇ）処理を施して２値化された領域のうち小さい領域をノイズとして除去する。
疵検出手段２４は、オープニング処理された温度差画像を粒子解析して、所定の面積以上
の領域を疵として検出する。
【００３４】
なお、２値化後の粒子（疵と推測される領域）の長さや形状等の特徴量から疵を検出す
るようにしてもよい。これにより、疵の検出精度を高めることができる。また、２値化処
理の前に、温度差画像にメディアンフィルタ等のフィルタを作用させて斑点状のノイズを
除去することも疵の検出の精度を高めるために有効である。
【００３５】
また、被検査材２００の搬送速度に対して赤外線カメラ１０２の撮像速度が遅い場合、
被検査材２００の搬送方向に沿って温度画像にボケが生じることがある。そこで、背景温
度画像を算出する際の収縮・膨張処理のマスクサイズを縦と横とで変えてもよい。また、
搬送速度と撮像周期との関係に応じてマスクサイズの縦横比を適切に選択するようにして
もよい。
【００３６】
また、背景温度画像算出手段２０では、鋼板温度画像に対してローパスフィルタを作用
させることによって背景温度画像を算出してもよい。被検査材２００の搬送方向に沿って
ボケが生ずる場合には縦方向（搬送方向）に沿ったフィルタの周波数を低くするとよい。
【００３７】
＜実施例１＞
実施例１では、赤外線カメラ１０２及び加熱器１０４を挟んで被検査材２００の撮像領
域に対向する位置に低温遮断手段１０８として５．７℃に冷却した黒色アルミ板を配置し
た。このとき、加熱器１０４による加熱後の被検査材２００の表面温度は平均で３３．４
℃程度であった。
【００３８】
図４は、実施例１において赤外線カメラ１０２で撮像された温度分布画像（図４（ａ）
）と、被検査材２００の移動方向に直角な方向に沿った温度プロファイル（図４（ｂ））
を示す。図４に示されているように、実施例１の構成では、被検査材２００のヘゲ疵は検
出されたが、肌あれ部等が疵として誤検出されなかった。
【００３９】
＜比較例１＞
比較例１では、低温遮断手段１０８を配置しなかった。このとき、加熱器１０４による
加熱後の被検査材２００の表面温度は平均で３３．７℃程度であった。
【００４０】
図５は、比較例１において赤外線カメラ１０２で撮像された温度分布画像（図５（ａ）
）と、被検査材２００の移動方向に直角な方向に沿った温度プロファイル（図５（ｂ））
を示す。図５に示されているように、比較例１の構成では、被検査材２００のヘゲ疵と共
に、肌あれ部等が疵として誤検出された。
【００４１】
＜比較例２＞
比較例２では、赤外線カメラ１０２及び加熱器１０４を挟んで被検査材２００の撮像領
域に対向する位置に低温遮断手段１０８として２６．７℃の黒色アルミ板を配置した。こ
のとき、加熱器１０４による加熱後の被検査材２００の表面温度は平均で３３．０℃程度
であった。
【００４２】
図６は、比較例２において赤外線カメラ１０２で撮像された温度分布画像（図６（ａ）
）と、被検査材２００の移動方向に直角な方向に沿った温度プロファイル（図６（ｂ））
を示す。図６に示されているように、比較例２の構成では、被検査材２００のヘゲ疵と共
に、肌あれ部等が疵として誤検出された。
【００４３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における表面検査装置３００は、図７に示すように、表面検査装置１
００の構成に加えて、さらに被検査材２００の撮像領域の周囲に第２の低温遮断手段１１
０（１１０ａ，１１０ｂ）を備える。すなわち、第２の低温遮断手段１１０（１１０ａ，
１１０ｂ）は、赤外線カメラ１０２及びヒータ１０並びにこれらの支持治具等から被検査
材２００の撮像部位への輻射光を遮断する位置に配置される。
【００４４】
図７の例では、ヒータ１０と赤外線カメラ１０２との間に第２の低温遮断手段１１０ａ
が設けられている。また、赤外線カメラ１０２と被検査材２００の撮像領域との間に第２
の低温遮断手段１１０ｂが設けられている。ここで、第２の低温遮断手段１１０ｂは、赤
外線カメラ１０２による撮像が妨げられないような形状とすることが好適である。例えば
、図７に示すように、赤外線カメラ１０２のレンズ部分を覆わないように開口部を設ける
ことが好適である。
【００４５】
第２の低温遮断手段１１０は、金属板、例えばアルミ板等することができる。例えば、
金属板を空冷方式又は水冷方式で冷却することで所望の低温に維持することができる。ま
た、第２の低温遮断手段１１０の表面は黒色とすることにより輻射光の反射を低減するこ
とができる。例えば、第２の低温遮断手段１１０の表面を黒体塗装したり、第２の低温遮
断手段１１０の表面に黒体テープを貼ったりすることが好適である。
【００４６】
これにより、赤外線カメラ１０２及びヒータ１０並びにこれらの支持治具等からの輻射
光が被検査材２００の表面で反射して高温部として検出され、疵として誤検出されること
を防止することができる。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態における表面検査装置４００は、図８に示すように、機材冷却手段１
１２を備える。機材冷却手段１１２は、赤外線カメラ１０２やその支持治具に設けられ、
これらを冷却する手段を含んでいる。例えば、機材冷却手段１１２は、赤外線カメラ１０
２やその支持治具１０２ａに取り付けられる水冷手段とすることができる。
【００４８】
機材冷却手段１１２を設けることによって、赤外線カメラ１０２及び支持治具等からの
輻射光自体を低減することができ、被検査材２００の表面で輻射光が反射して高温部とし
て検出され、疵として誤検出されることを防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ヒータ、１２  流量調整器、１４  温調器、２０  背景温度画像算出手段、２２
温度差画像算出手段、２４  疵検出手段、１００  表面検査装置、１０２  赤外線カメ
ラ、１０４  加熱器、１０６  演算部、１０８  低温遮断手段、１１０（１１０ａ，１１
０ｂ）  第２低温遮断手段、１１２  機材冷却手段、２００  被検査材、３００  表面検
査装置、４００  表面検査装置。
【図１】
2019124469.tif 000003
【図２】
2019124469.tif 000004
【図３】
2019124469.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019124469.tif 000007
【図６】
2019124469.tif 000008
【図７】
2019124469.tif 000009
【図８】
2019124469.tif 000010