(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面上に被膜を有する鋼板に電子ビームを照射した際に発生し得る被膜の損傷を検知する被膜損傷検知方法であって、
前記電子ビームを照射している際に前記電子ビームが照射されている領域を含む前記鋼板の表面の画像を撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップにおいて撮影された画像から前記電子ビームが照射されている領域内の各位置における輝度を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された輝度が所定の閾値以上である位置において前記被膜の損傷が発生していると判定する判定ステップと、
を含み、
前記被膜は、フォルステライト被膜であり、前記画像は、700nm以上の波長を有する光を受光して撮影されることを特徴とする被膜損傷検知方法。
【請求項２】
前記電子ビームは、前記鋼板の表面上で収束された電子ビームを走査することによって照射され、前記画像は、収束された電子ビームの走査に同期して走査毎に撮影されることを特徴とする請求項１に記載の被膜損傷検知方法。
【請求項３】
前記算出ステップは、前記画像中の前記電子ビームの走査線上の各位置において、前記走査線と直交する方向における最大の輝度を該位置における輝度として算出するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の被膜損傷検知方法。
【請求項４】
前記閾値は、前記電子ビームの照射位置毎に複数設定されることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の被膜損傷検知方法。
【請求項５】
表面上に被膜を有する鋼板に電子ビームを照射した際に発生し得る被膜の損傷を検知する被膜損傷検知装置であって、
前記電子ビームを照射している際に前記電子ビームが照射されている領域を含む前記鋼板の表面の画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された画像から前記電子ビームが照射されている領域内の各位置における輝度を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された輝度が所定の閾値以上である位置において前記被膜の損傷が発生していると判定する判定手段と、
を備え、
前記被膜は、フォルステライト被膜であり、前記画像は、700nm以上の波長を有する光を受光して撮影されることを特徴とする被膜損傷検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面上に被膜を有する鋼板に電子ビームを照射した際に発生し得る被膜の損傷を検知する被膜損傷検知方法及び被膜損傷検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子ビームを照射することによって電磁鋼板に熱歪みを付与することにより電磁鋼板の鉄損を低減する技術（例えば特許文献１参照）が知られている。この技術では、電子ビームは電磁鋼板の表面からやや内部に浸透した位置で熱エネルギーに変換され、熱エネルギーによって電磁鋼板に熱歪みが付与される。
【０００３】
一般に、電磁鋼板の表面にはその絶縁性を確保するために被膜が形成されている。このような電磁鋼板に電子ビームを照射する際、電子ビームの照射強度が強すぎたり、電子ビームの照射強度が適切であっても被膜の強度や密着性が弱かったりすると、電子ビームから付与された熱エネルギーによって電磁鋼板が局所的に膨張・収縮することにより、被膜が損傷することがある。
【０００４】
電子ビームによって被膜が損傷した場合、電磁鋼板の絶縁性が低下したり、母材がむき出しになることによって錆が発生したりする。このため、一般に、電子ビームの照射後には被膜の損傷の有無を検査する必要がある。被膜の損傷の有無を検査する方法としては、目視検査や電磁鋼板の表面画像を撮影して画像処理により検査する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１１８０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、目視検査によって電磁鋼板の表面全体について被膜の損傷の有無を検査することは非効率的であり、また被膜の損傷を目視検査によって精度高く検知するためには熟練度を要する。一方、電磁鋼板の表面画像を撮影して画像処理により被膜の損傷の有無を検査する方法は自動化できるので、電磁鋼板の表面全体について被膜の損傷の有無を効率よく検査できる。ところが、ビーム径が収束された電子ビームを照射することにより生じる被膜の損傷は非常に小さな点状痕であり、その大きさは100μmよりも小さいことが多い。このため、画像処理により被膜の損傷の有無を検査する方法では、画像中で点状痕とノイズ（鋼板の模様）とを区別し、被膜の損傷を精度高く検知することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熟練度を要することなく被膜の損傷を精度高く検知可能な被膜損傷検知方法及び被膜損傷検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、表面上に被膜を有する鋼板に電子ビームを照射した際に発生し得る被膜の損傷を検知する被膜損傷検知方法であって、前記電子ビームを照射している際に前記電子ビームが照射されている領域を含む前記鋼板の表面の画像を撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにおいて撮影された画像から前記電子ビームが照射されている領域内の各位置における輝度を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された輝度が所定の閾値以上である位置において前記被膜の損傷が発生していると判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、上記発明において、前記電子ビームは、前記鋼板の表面上で収束された電子ビームを走査することによって照射され、前記画像は、収束された電子ビームの走査に同期して走査毎に撮影されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、上記発明において、前記算出ステップは、前記画像中の前記電子ビームの走査線上の各位置において、前記走査線と直交する方向における最大の輝度を該位置における輝度として算出するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、上記発明において、前記閾値は、前記電子ビームの照射位置毎に複数設定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、上記発明において、前記被膜は、フォルステライト被膜であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る被膜損傷検知方法は、上記発明において、前記画像は、700nm以上の波長を有する光を受光して撮影されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る被膜損傷検知装置は、表面上に被膜を有する鋼板に電子ビームを照射した際に発生し得る被膜の損傷を検知する被膜損傷検知装置であって、前記電子ビームを照射している際に前記電子ビームが照射されている領域を含む前記鋼板の表面の画像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された画像から前記電子ビームが照射されている領域内の各位置における輝度を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された輝度が所定の閾値以上である位置において前記被膜の損傷が発生していると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る被膜損傷検知方法及び被膜損傷検知装置によれば、熟練度を要することなく被膜の損傷を精度高く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、電子ビームの照射強度の変化に伴う電磁鋼板の発光スペクトルの変化を示す図である。
【図２】図２は、電子ビームの照射強度の変化に伴う電磁鋼板の表面性状の変化を示す光学顕微鏡画像図である。
【図３】図３は、電子ビームの照射領域の撮影画像及び光学顕微鏡画像を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す領域（i）の光学顕微鏡画像を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置を備える電子ビーム照射装置の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、画像処理装置による被膜損傷検知処理の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔本発明の概念〕
本発明の発明者らは、表面上にフォルステライト被膜を有する電磁鋼板について、電子ビームの照射強度の変化に伴う発光スペクトルの変化を評価した。図１は、電子ビームの照射強度の変化に伴う電磁鋼板の発光スペクトルの変化を示す図である。図１に示すように、電子ビームの各照射強度（ビーム電流）において、波長４００〜５００ｎｍの波長領域及び波長６００〜７００ｎｍの波長領域の２つの波長領域に特徴的なピークを有する発光スペクトルが観測された。これらは参考文献（国際公開第２０１４／１５７７１３号）に開示されているようにカソードルミネッセンスに起因する発光スペクトルである。
【００１８】
一方、電子ビームの照射強度の増加に伴い波長７００ｎｍ以上の近赤外領域にピークを有する発光スペクトルが出現することが確認された。波長７００ｎｍ以上の近赤外領域にカソードルミネッセンスに起因する発光スペクトルが出現するとの記載は上記参考文献にはない。そこで、本発明の発明者らは、各電子ビームの照射強度について電子ビーム照射後の電磁鋼板の表面状態を顕微鏡により観察した。
【００１９】
図２は、電子ビームの照射強度の変化に伴う電磁鋼板の表面性状の変化を示す光学顕微鏡画像図である。図２に示すように、電子ビームのビーム電流が２０ｍＡより大きくなると、被膜に損傷領域（光学顕微鏡画像（暗視野像）中の白い領域）が出現し、電子ビームのビーム電流の増加に伴い被膜の損傷領域が大きくなっている。以上のことから、本発明の発明者らは、図１に示す波長７００ｎｍ以上の近赤外領域にピークを有する発光スペクトルは、カソードルミネッセンスに起因する発光スペクトルではなく、被膜の損傷に起因する発光スペクトルであると考えた。
【００２０】
そして、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、表面上に被膜を有する鋼板に対して電子ビームを表面上で走査するように照射し、電子ビームの照射領域の画像を電子ビームの走査に同期して撮影し、撮影された画像に基づいて波長７００ｎｍ以上の近赤外領域にピークを有する発光スペクトルの強度を評価することにより、熟練度を要することなく被膜の損傷を精度高く検知できるという本発明の技術思想を想到するに至った。
【００２１】
本発明の具体例を図３，図４に示す。図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、電子ビームの照射領域の撮影画像及び光学顕微鏡画像（暗視野）を示す図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、電子ビームの照射に伴って発生した線状の蛍光とこの蛍光に混じって蛍光よりも輝度が強い点状の発光領域（i）〜（iv）とが発生している。そこで、この輝度が高い領域の表面性状を光学顕微鏡により観察した。図４は、領域（i）の光学顕微鏡画像を示す図である。図４に示すように、領域（i）には被膜の損傷領域Ｒ１，Ｒ２があることが確認された。以上のことから、本発明によれば、熟練度を要することなく被膜の損傷を精度高く検知できることが確認された。
【００２２】
以下、図５，図６を参照して、上記の本発明の技術思想に基づいて想到された、本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置の構成及びその動作について説明する。
【００２３】
〔電子ビーム照射装置の構成〕
図５は、本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置を備える電子ビーム照射装置の構成を示す模式図である。図５に示すように、本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置を備える電子ビーム照射装置１は、電子を放出するフィラメント２ａ、フィラメント２ａから放出された電子を制御するグリッド２ｂ、及びフィラメント２ａから放出された電子を加速するための陽極２ｃを有する電子銃２と、電磁レンズ（集束コイル）３と、偏向コイル４と、撮像装置５、ビーム制御装置６と、画像処理装置７と、表示装置８と、を備えている。本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置は、撮像装置５、画像処理装置７、及び表示装置８によって構成されている。
【００２４】
この電子ビーム照射装置１では、電子銃２から射出された電子ビームは、ビーム制御装置６によって電流制御された電磁レンズ３及び偏向コイル４の作用によって焦点距離及び偏向角が制御され、鋼板Ｓの表面上の所定範囲を走査する。なお、電子ビーム照射時は、電子ビーム照射装置１の内部は真空雰囲気に保たれている。
【００２５】
ビーム制御装置６は、電磁レンズ３及び偏向コイル４に出力する制御電流のパターンを保持している。この制御電流のパターンは、電子ビームの偏向角又は走査位置に応じて電磁レンズ３及び偏向コイル４の制御電流を定めたものであり、最終的に電子ビームの走査中においてどの照射方向（照射位置）においても常に電子ビームの焦点位置が鋼板Ｓの表面上に合うように電磁レンズ３及び偏向コイル４の制御電流が調整される。
【００２６】
撮像装置５は、観察窓を介する形で電子ビーム照射装置１の外部又は耐真空構造を有する形で電子ビーム照射装置１の内部に設けられ、鋼板Ｓの表面上の電子ビームの走査範囲全体（又は一部）が撮像視野内に入るように設置されている。撮像装置５は、ビーム制御装置６から電子ビームの１回の走査を示す同期信号（走査中にオンとなるパルス信号又は走査開始タイミングを示すパルス信号等）を取得し、電子ビームの１回の走査毎、且つ、走査中に露光を行い、鋼板Ｓの表面の画像を撮影する。
【００２７】
画像処理装置７は、撮像装置５によって撮影された鋼板Ｓの表面の画像を取得し、取得した鋼板Ｓの表面の画像から鋼板Ｓの電子ビーム照射面上の各照射位置（又は電子ビームの各偏向方向）での発光輝度分布を抽出し、抽出された発光輝度分布に基づいて鋼板Ｓの表面上に形成された被膜の損傷を検知する（被膜損傷検知処理）。ここで、図６を参照して、画像処理装置７による被膜損傷検知処理について詳しく説明する。
【００２８】
図６（ａ）は電子ビームの走査と同期して撮像装置５によって撮影された画像である。図中Ｘ方向に電子ビームが走査されることによって、電子ビームの照射に伴って発生した線状の蛍光と同蛍光に混じって被膜の損傷に伴って発生した蛍光よりも強い点状の発光とが映っている。なお、図６（ａ）に示す撮影画像は、表面上にフォルステライト被膜を有する電磁鋼板の撮影画像であり、撮像装置５にロングパスフィルタを取り付けて概ね６５０〜１０００ｎｍの波長帯域の光を撮影することによって、電子ビームの照射に伴って発生するカソードルルミネッセンスの影響を軽減したものである。
【００２９】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す撮影画像のＸ方向の各位置におけるＹ方向の最大輝度Ｈｍ（Ｘ）を示すグラフである。図６（ｂ）に示すように、Ｘ方向に直交するＹ方向の最大輝度Ｈｍ（Ｘ）に対してある閾値曲線Ｈｔｈｒ（Ｘ）を設定し、Ｈｍ（Ｘ）≧Ｈｔｈｒ（Ｘ）の時は値が１、Ｈｍ（Ｘ）＜Ｈｔｈｒ（Ｘ）の時は値が０となる評価値Ｈｂ（Ｘ）を定義する。なお、閾値曲線Ｈｔｈｒ（Ｘ）は、例えば被膜損傷が起きない程度の照射強度の電子ビームを繰返し照射した時の複数の撮影画像の各位置Ｘでの最大輝度Ｈｍ（Ｘ）の平均値Ｈｍａ（Ｘ）と標準偏差Ｈｍｓ（Ｘ）を求め、以下に示す数式（１）を用いて設定される値である。図６（ｃ）は、評価値Ｈｂ（Ｘ）のグラフである。上記のように評価値Ｈｂ（Ｘ）を定義することにより、評価値Ｈｂ（Ｘ）の値が１になる位置Ｘで被膜の損傷が発生したと判定できる。
【００３０】
【数１】
0006260570.tif 000002
ここで、Ｋは正の定数である。
【００３１】
表示装置８は、撮像装置５が撮影した画像、画像処理装置７の被膜損傷検知結果等の各種情報を表示する。オペレータは、表示装置８に表示された被膜損傷検知結果に基づいて被膜が損傷した鋼板と被膜が損傷していない鋼板とを分別して電磁鋼板を製造する。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である被膜損傷検知装置は、電子ビームを照射している際に電子ビームが照射されている領域を含む鋼板Ｓの表面の画像を撮影し、撮影された画像から電子ビームが照射されている領域内の各位置における輝度を算出し、算出された輝度が所定の閾値以上である位置において被膜の損傷が発生していると判定するので、熟練度を要することなく被膜の損傷を精度高く検知できる。
【００３３】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１  電子ビーム照射装置
２  電子銃
３  電磁レンズ
４  変更コイル
５  撮像装置
６  ビーム制御装置
７  画像処理装置
８  表示装置
Ｓ  鋼板
【図１】
0006260570.tif 000003
【図２】
0006260570.tif 000004
【図３】
0006260570.tif 000005
【図４】
0006260570.tif 000006
【図５】
0006260570.tif 000007
【図６】
0006260570.tif 000008