(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で種々の欠陥を検出することができる。【解決手段】光学式金属板表面検査装置は、平行光を照射する光源１と、光源１から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板２００の幅方向に成分を有するように金属板２００の表面に照射する光分岐部２と、光分岐部２から照射され、金属板２００の表面で反射された光をカメラ３で受光（撮像）し、その受光結果（撮像画像）に基づいて、金属板２００の表面の欠陥を検出する図示しない画像処理装置とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を照射する光源と、
前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板の幅方向に成分を有するように前記金属板表面に照射する光学素子と、
前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備えることを特徴とする光学式金属板表面検査装置。
【請求項２】
前記光源に対して前記光学素子が所定位置に配置されるように位置決め部が形成されており、前記光学素子は、前記位置決め部に着脱自在とされていることを特徴とする請求項１記載の光学式金属板表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて金属板表面に存在する欠陥の検査を行う光学式金属板表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板表面の欠陥或いは疵を検出、検査する方法或いは装置は多種あり、その一つに光学式金属板表面検査装置がある。
光学式金属板表面検査装置では、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて、金属板表面の欠陥或いは疵を検査している。例えば、装置構成は、金属板表面に向けて平行光線を照射する光源装置と、金属板表面で反射されたその光源装置からの光を受光して、金属板表面を撮像する撮像装置と、その撮像装置の撮像画像に基づいて、例えば撮像画像の明暗に基づいて、金属板表面の欠陥等を検出する検出装置とからなる。つまり、金属板表面上に欠陥等があれば、その光の反射量が正常部と異なる結果、撮像画像中に欠陥特有の明暗差が生じることを利用して、欠陥等を検出するように構成されている。例えば、従来の装置として、金属板の一種である鋼板に用いる特許文献１、２に開示されている装置がある。
【０００３】
このような光学式金属板表面検査装置では、光源から照射され、金属板表面で反射された光を撮像装置で撮像する方式を採用しているので、光源及び撮像装置の配置が重要になる。ここで、図６及び図７には一般的な光学式金属板表面検査装置の構成を示す。なお、図６は、側方からみた装置構成であり、図７は、上方からみた装置構成である。
この図６及び図７に示すように、金属板２００の流れ方向に光源１０１と撮像装置（カメラ）１０２とを並べて配置して、光源１０１から照射して、金属板２００の表面で反射された光を撮像装置１０２で撮像する方式、すなわち光源１０１からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置１０２を配置する方式が一般的な方式である。
【０００４】
なお、図７中、一点鎖線で示す領域Ａは、撮像装置１０２の視野範囲又は撮像範囲を示し、同図中、二点鎖線で示す領域Ｂは、光源１０１による金属板２００の表面上の照射範囲を示す。
このような方式を採用した場合の欠陥或いは疵の検出原理を図８及び図９を用いて説明する。ここで、図８は、金属板２００の表面に欠陥或いは疵（以下、欠陥と総称する。）がない場合の検出の様子を示し、図９は、金属板２００の表面に欠陥２０１がある場合の検出の様子を示す。なお、両図ともに、図中（Ａ）は、側方からみた様子を示し、図中（Ｂ）は、上方からみた様子を示す。
【０００５】
図８に示すように、金属板２００の表面に欠陥がない場合には、光源１０１からの入射光のほとんどが金属板２００の表面で正反射されて、撮像装置１０２に入射される。しかし、図９に示すように、金属板２００の表面に明確な着色のある欠陥２０１がある場合には、光源１０１からの入射光が当該欠陥２０１で乱反射されて、拡散されるようになり、撮像装置１０２では当該欠陥２０１からの受光量が少なくなる。この結果、撮像画像において明暗差が発生し、その撮像画像中の暗部を金属板２００の表面に存在する欠陥として検出できる。
【特許文献１】特開平７−２１８４５１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光源からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置を配置している場合、あらゆる形態の欠陥を検出することはできない。
例えば図１０に示すように、流れ方向の欠陥である、金属板２００の表面の凹凸状の欠陥（線状欠陥等）２０１に対しては、明暗差が明確になるので当該欠陥を問題なく検出できる。しかし、金属板２００の表面に明確な凹凸がなく、また、明確な着色もない模様状欠陥２０１に対しては、明暗差が少なくなることから、その検出が困難になる。
【０００７】
このような問題を故善すべく、前記特許文献１に記載の光学式金属板表面検査装置は、照明装置及び撮像装置からなる照明撮像系を複数備えることで、多様な欠陥の検出を可能にしている。しかし、照明撮像系を複数備えれば、装置が複雑な構成になってしまい、取り扱いが面倒になる。
また、前記特許文献２に記載の金属板の疵検査装置は、光源及びカメラを金属板の流れ方向に対して流れ方向の欠陥の検出に有利な角度をもって配置している。例えば、流れ方向に溝状の傷があった場合は、流れ方向に垂直な成分をもつ方向から光源を溝の壁面に照射して明度差の大きい陰影として検出が容易なのである。
【０００８】
このような配置により、前記図６乃至図１０に示すように金属板の流れ方向に平行に光源及び撮像装置を配置した場合に検出できない欠陥を検出できるようになる。しかし、この前記特許文献２に記載の金属板の疵検査装置は、明確な凹凸が陰影を形成できる欠陥の検出には有効であるが、前記したような明確な凹凸もなく、明確な着色の無い欠陥は検出できない。このような検出の容易でない欠陥に対しても、検出に適切な光源の照射方向とカメラによる検出方向を実験により決定することで様々な態様の欠陥を検出することができる。しかし、欠陥の態様ごとに、光源やカメラの配置を変更すれば、その設置の際の光源やカメラの位置決め、すなわち、光源からの照射方向に対して正反射方向にカメラがくるように再調整をする必要がある。例えば、図１１に示すように、光源１０１の配置を変更することも考えられるが、配置を変更した場合には、光源１０１やカメラ１０２を再調整する必要がある。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な装置構成で種々の欠陥を検出することができる光学式金属板表面検査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の光学式金属板表面検査装置は、平行光を照射する光源と、前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板の幅方向に成分を有するように前記金属板表面に照射する光学素子と、前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の光学式金属板表面検査装置は、請求項１記載の光学式金属板表面検査装置において、前記光源に対して前記光学素子が所定位置に配置されるように位置決め部が形成されており、前記光学素子が、位置決め部に着脱自在とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、光源からの光を金属板表面に正反射の向きに照射して検出できなかった欠陥を検出できる。また、光学素子だけでこれを実現しているので、簡単な構成で種々の欠陥の検出を実現できる。
また、請求項２記載の発明によれば、位置決め部に光学素子を取り付けるだけで、簡単な構成で種々の欠陥を検出することができる。例えば、前記幅方向の角度が異なるような種々の光学素子を用意し、これらを位置決め部に順繰りに装着していくだけで、種々の欠陥を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置である。
図１及び図２は、金属板２００の上方に配置した光学式金属板表面検査装置の構成を示す。図１は、側方からみた図であり、図２は、上方からみた図である。
図１及び図２に示すように、光学式金属板表面検査装置は、光源（照明装置）１、光分岐部２及びカメラ３を備えており、光源１、カメラ３が、金属板２００から所定の高さをもって配置されている。そして、金属板２００の流れ方向（搬送方向）において、上流側に光源１、下流側にカメラ３が配置されている。そして、図１に示すように、光源１、カメラ３はともに、金属板２００に対して同じ仰角αにして配置されており、光源１から金属板２００に向けて照射される照射光の光路上、本実施形態では、光源１側近傍に、光分岐部２が配置されている。ここで、仰角αは例えば２０°である。
【００１２】
光源１は、長い棒状体であり、金属板２００の幅方向に平行に配置されている。この光源１は、平行光を照射する光源であり、その照射光が金属板２００の流れ方向に平行になるように配置されている。この光源１から照射された光（平行光）は、光源１のカメラ３側に近接して配置されている光分岐部２に入射される。
光分岐部２は、光源１に沿うような形状をなし、すなわち光源１からの照射光が入射されるのに足りる形状をなす。図３は、その光分岐部２を上方からみた図である。
【００１３】
この図３に示すように、光分岐部２は、複数の光屈折素子２１，２２，２３,・・・，２ｎ−１，２ｎが一体とされて構成されている。各光屈折素子２１〜２ｎは、入射光を分岐させて、当該入射光の光軸に対して所定角度βで照射する光学素子である。図３中、一点鎖線は光源１から照射される平行光の光軸方向を示す。
この実施形態では、各光分岐素子２１〜２ｎは、入射光を金属板２００の幅方向に成分を有するように分岐させており、前記所定角度βを例えば５°〜２０°にして照射している。図２及び図３中、点線の矢印は、このような複数の光屈折素子２１〜２ｎにより構成される光分岐部２からの照射光を模式的に示す。図２に示すように、光分岐部２は、各光屈折素子２１〜２ｎから金属板２００の幅方向に成分を有するように分岐させた光を照射する。
【００１４】
また、この光分岐部２は、光学式表面検査装置に対して着脱容易とされて取り付けられている。例えば、光分岐部２は、光源１に直接或いは光源１の図示しない取り付け部に対して着脱自在とされている。また、光源１或いは光源１の図示しない取り付け部に位置決め部があり、この位置決め部を基準に光分岐部２が取り付けられるようになっている。これにより、位置決め部を基準にして光分岐部２を取り付けるだけで、金属板２００の流れ方向に所定角度βをなす照射光を当該光分岐部２から照射させることができる。
【００１５】
この光分岐部２から照射された光は、金属板２００の表面に入射されて、カメラ３に向けて反射される。ここで、金属板２００の表面に欠陥或いは疵、具体的には凹凸状欠陥（例えば線状疵）や模様状欠陥（以下、欠陥と総称する。）がある場合には、この欠陥で入射光は反射される。このように金属板２００の表面の欠陥又は欠陥のない部位で反射された光は、カメラ３に入射される。
カメラ３は、例えばラインスキャンにより撮像を行うＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、金属板２００の表面で反射された反射光を受光する。そして、カメラ３で撮像した撮像画像を光学式金属板表面検査装置の備える画像処理装置で処理する。
【００１６】
図４は、画像処理装置１０の構成例を示す。
画像処理装置１０では、カメラ３の撮像画像を画像処理部１１で画像処理し、画像処理部１１で画像処理した結果に基づいて、判定部１２が金属板２００の欠陥の有無を判定し、判定部１２の判定結果をモニタ等の結果出力部１３から出力する。
以上のように光学式金属板表面検査装置が構成されている。
次に光学式金属板表面検査装置によって実現される欠陥のうち、特に着色の少ない従来検出の容易でなかった欠陥の検出を説明する。
図５中（Ａ）は、光分岐部２を備えていない従来の光学式金属板表面検査装置により欠陥を検出する様子を示し、図５中（Ｂ）は、光分岐部２を備えた本発明を適用した光学式金属板表面検査装置により欠陥を検出する様子を示す。
【００１７】
図５中（Ａ）に示す従来の光学式金属板表面検査装置は、例えば本発明を適用した光学式金属板表面検査装置と同様、光源１が長い棒状体であり、金属板２００の幅方向に平行に配置され、かつ平行光を照射する光源である。
この従来の光学式金属板表面検査装置を用いた場合、図５中（Ａ）に示すように、金属板２００の表面に欠陥２０１がある場合に、光源１からの照射光が当該欠陥２０１に入射されても、欠陥２０１の状態によりカメラ３に向けて反射されない場合がある。この場合、カメラ３では、欠陥２０１を明確に撮像することができなく、これにより、従来の光学式金属板表面検査装置は、欠陥２０１を検出することができない。
【００１８】
一方、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置を用いた場合、図５中（Ｂ）に示すように、光源１からの照射光を光分岐部２で分岐させて、欠陥２０１に入射させることで、前記図５中（Ａ）と同一の欠陥２０１から反射光をカメラ３に入射させることができるようになる。これにより、カメラ３では、欠陥２０１を確実に撮像することができ、光学式金属板表面検査装置は、その撮像画像に基づいて金属板２００の表面に存在する欠陥２０１を検出することができる。
【００１９】
図５（Ｂ）に示す本発明の実施態様は、ある所定の角度βを用いて検出ができる欠陥の検出にのみ有効である。品質管理の行き届いた製造設備においては、一定期間に発生する或いは管理対象とする欠陥の種類は一種であることが多く、例えば生産設備のメンテナンス直後の潤滑油の付着などであるが、ある一定の角度βを用いて検出ができれば十分なのである。仮に欠陥の態様が変化したとすれば、従来は照射撮像系の大掛かりな再調整が必要であったが、本発明では光分岐部を着脱自在な位置決め部を光源に形成しておけば足りるのである。
なお、カメラの視野と金属板の幅に応じて適切なカメラの台数を決める必要があるが、図５（Ｂ）では１台のカメラのみを示している。
【００２０】
次に効果を説明する。
前述したように、光源１からの照射光を光分岐部２で分岐させて、金属板２００の表面に入射させている。これにより、従来の装置構成で検出できなかった金属板表面の欠陥、すなわち光源からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置を配置している場合に検出できなかった金属板表面の欠陥を検出できるようになる。
また、前述したように、光分岐部２を光学素子で構成し、かつ装置に対して着脱自在にしている。これにより、光分岐部２の着脱を容易としており、例えば前記所定角度βの異なる光分岐部２の装着が簡単にできるようになる。よって、前記所定角度βが異なるような種々の光分岐部２を用意し、これら光分岐部２を順繰りに装着していくだけで、光源１やカメラ３の配置を変更することなく、種々の欠陥を検出できるようになる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施形態では、金属板２００の流れ方向（搬送方向）に光源１、光分岐部２及びカメラ３を配置している。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、光源１、光分岐部２及びカメラ３を金属板２００の流れ方向（搬送方向）に対して角度をもって配置してもよい。
【００２２】
なお、前述の実施形態の説明において、光分岐部２は、光源から照射された平行光を分岐させるとともに、当該分岐させた光を平行光の光軸に対して金属板の幅方向で角度をつけて金属板表面に照射する光学素子を実現しており、カメラ３及び画像処理装置１０は、光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、金属板表面の欠陥を検出する欠陥検出手段を実現している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の光学式金属板表面検査装置の構成を示す側面図である。
【図２】前記光学式金属板表面検査装置の構成を示す平面図である。
【図３】前記光学式金属板表面検査装置の光分岐部の構成を示す平面図である。
【図４】前記光学式金属板表面検査装置の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】前記光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出の説明に用いた図である。
【図６】従来の光学式金属板（鋼板）表面検査装置の構成を示す側面図である。
【図７】前記従来の光学式金属板（鋼板）表面検査装置の構成を示す平面図である。
【図８】光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した図である。
【図９】光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した他の図である。
【図１０】従来の光学式金属板（鋼板）表面検査装置が、ある欠陥（凹凸状欠陥、線状欠陥）を検出する場合の説明に使用した図である。
【図１１】従来の光学式金属板表面検査装置が、ある欠陥（模様状欠陥）を検出する場合の説明に使用した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  光源
２  光分岐部（光学素子）
２１，２２，２３,・・・，２ｎ−１，２ｎ  光屈折素子
３  カメラ（欠陥検出手段）
１０  画像処理装置（欠陥検出手段）
【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５】
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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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【図１０】
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【図１１】
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