(57)【要約】【課題】  圧延帯鋼のように非鏡面の表面を有する被検査体について、表面の微小凹凸の有無を自動的に検査する方法及び装置を安価に提供する。【解決手段】  被検査体表面２の微少凹凸１５の有無を検査する方法であって、線状の形状を有する赤外線発光源３を被検査体１付近に配置し、被検査体表面２に映る赤外線発光源の像１０を赤外線撮像装置５で撮像し、該撮像した赤外線発光源の像１０の形状に基づいて被検査体表面の微少凹凸１５の有無を検査することを特徴とする表面凹凸の検査方法及び検査装置である。線状の形状を有する赤外線発光源３は、直線状に伸張した複数の電熱線である。撮像した赤外線発光源の像の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体表面の微少凹凸の有無を検査する方法であって、線状の形状を有する赤外線発光源を被検査体付近に配置し、被検査体表面に映る赤外線発光源の像を赤外線撮像装置で撮像し、該撮像した赤外線発光源の像の形状に基づいて被検査体表面の微少凹凸の有無を検査することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
【請求項２】
前記線状の形状を有する赤外線発光源は、直線状に伸張した複数の電熱線であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状の検査方法。
【請求項３】
前記線状の形状を有する赤外線発光源の発光表面は、前記赤外線撮像装置の検出波長における放射率が０．５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項４】
前記撮像した赤外線発光源の像の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項５】
前記撮像した赤外線発光源の像の映像信号について直線状の赤外線発光源の伸張方向に微分フィルタリングを施し、その後２値化処理を行い、像が消滅した部分は健全部と判定し、像が消滅しなかった部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする請求項４に記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項６】
被検査体表面に映る赤外線発光源の像と被検査体表面の微小凹凸部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するよう、前記赤外線撮像装置のレンズ有効口径と被写体側焦点位置を調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項７】
前記赤外線撮像装置が、検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項８】
被検査体は、非鏡面の表面を有する鋼板であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
【請求項９】
被検査体表面の微少凹凸の有無を検査する装置であって、被検査体付近に配置し線状の形状を有する赤外線発光源と、被検査体表面に映る赤外線発光源の像を撮像することのできる位置に配置した赤外線撮像装置と、該赤外線撮像装置で撮像した赤外線発光源の像の形状に基づいて被検査体表面の微少凹凸の有無を判定する判定装置とを有することを特徴とする表面凹凸の検査装置。
【請求項１０】
前記線状の形状を有する赤外線発光源は、直線状に伸張した複数の電熱線であることを特徴とする請求項９に記載の表面形状の検査装置。
【請求項１１】
前記線状の形状を有する赤外線発光源の発光表面は、前記赤外線撮像装置の検出波長における放射率が０．５以上であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の表面凹凸の検査装置。
【請求項１２】
前記判定装置は、前記撮像した赤外線発光源の像の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
【請求項１３】
前記赤外線撮像装置のレンズ有効口径は、赤外線撮像装置の被写体側焦点位置を調整することにより、被検査体表面に映る赤外線発光源の像と被検査体表面の微小凹凸部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するよう調整可能な口径であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
【請求項１４】
前記赤外線撮像装置が、検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
【請求項１５】
前記被検査体は非鏡面の表面を有する帯鋼であり、帯鋼の通板ラインに配置されることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば非鏡面の表面を有する鋼板等の被検査体表面の微少凹凸有無を検査する検査方法及び検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄鋼板の製造プロセス、例えば冷延帯鋼の製造プロセスにおいて、製造ラインのロールに異物が付着していると、この異物に起因して帯鋼にロール疵が形成され、また、圧延ロールが微少振動を起こすと、鋼板表面に微細な横縞（チャタマーク）が形成される。これら帯鋼表面に形成される表面形状不良を、ここでは総称して微少凹凸と呼ぶ。ロール疵の原因となる異物がロールに付着したり、あるいはロール振動に起因するチャタマークが一旦発生すると、ロールを交換したりプロセスを改善したりするまで帯鋼表面に欠陥が連続して発生するので、早期に発見して対策を講じることが重要である。
【０００３】
このような疵を見つけるため、帯鋼の通板ラインにおいては、通板中に帯鋼の長手方向不連続に配置した検査部位において帯鋼の走行を一度停止あるいは低速通板とし、検査員が砥石がけを行った後に目視検査をしている。砥石がけを行うと、凹部に比べて凸部がより一層研磨されて鏡面に近づくのに対し、凹部が元の粗面のまま残るので、微少凹凸発生部が明瞭になり、目視で確認可能となる。
【０００４】
砥石がけのために帯鋼の走行を停止あるいは低速通板としている最中においても、検査箇所前後に設けたループカー等の機能に基づいて帯鋼通板ラインの他の部分では帯鋼の走行を継続する。ループカーの能力は有限であるため、砥石がけのために帯鋼を停止する時間は限られ、かつ前回の砥石がけ検査部位から今回の砥石がけ検査部位まで鋼帯を長い距離にわたって無検査で走行させる必要がある。今回の砥石がけ検査でロール疵が発見されると、前回砥石がけ箇所までロール疵発生の可能性があるので、大きな歩留りロスを生じることとなる。
【０００５】
被検査面に平行光を照射し、被検査面から反射した反射光をスクリーンに投影し、被検査面の凹凸部からの反射光がスクリーンにおいて像のパターンとして現れるいわゆる魔鏡現象を適用した検査方法が知られている。従来、魔鏡現象を適用して凹凸評価ができるのは、照射光をミラー反射することのできる鏡面表面のみであった。これに対し、帯鋼通板ラインにおいて、帯鋼の表面は非鏡面の粗面であるため、鏡面表面を対象とした凹凸検査方法は採用することができない。特許文献１においては、上記魔鏡現象を適用した検査方法において、入射光の角度を規定することによって、あるいは入射光として赤外域の波長を選定することにより、被検査面が粗面であっても鏡面反射を可能にし、粗面の微少凹凸性疵が検出できるとしている。具体的には、光源としてパルス発振のＣＯ2レーザを用い、スクリーンに照射される像を撮像する２次元カメラとしてサーモカメラを用いる例が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９８１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の方法のうち、入射光の角度を規定する方法については、角度を８７°とし、入射光と鋼板とのなす角度を極めて鋭角にすることによって検査を成立させている。これでは、鋼板が振動したり形状が平坦でない場合、正反射方向がわずかに変化するだけで、反射光がスクリーンから外れてしまうことが懸念される。
【０００８】
特許文献１に記載の方法のうち、入射光として赤外域の波長を選定する方法については、光源としてＣＯ2レーザを用いている。魔鏡現象を適用する場合には、入射光として平行光あるいは点光源からの集束光を用いる必要があり、赤外域の波長でこのような光を得るためにはＣＯ2レーザを用いことが必要である。一方、ＣＯ2レーザは高価な装置であり、検査設備全体が大がかりと成らざるを得ない。また、魔鏡現象を適用する場合には、被検査面で反射した反射光をスクリーンに結像する必要があり、被検査面と同じ大きさあるいはそれよりも大きいスクリーンを準備し、このスクリーンに結像した像を間接的に撮像装置で撮像した上で画像処理を行うことが必要である。スクリーン全面の赤外光学特性が均一であることが求められるので、汚れ付着防止等の対策や管理が欠かせない。反射光をレンズで集光した上で、サイズの小さい２次元の撮像素子自体をスクリーンとして撮像素子上に直接結像させることも可能であるが、集光レンズとして被検査面と同等以上の大きさを有する赤外域レンズを準備する必要があり、光学的に製作できる赤外レンズサイズの制約から、検査視野は小さくなる。
【０００９】
以上のような理由により、非鏡面の表面を有する鋼板の微小凹凸検査について特許文献１に記載のような魔鏡現象を適用する検査方法には、技術的な課題が残る。
【００１０】
本発明は、圧延帯鋼のように非鏡面の表面を有する被検査体について、表面の微小凹凸の有無を自動的に検査する方法及び装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）被検査体表面２の微少凹凸１５の有無を検査する方法であって、線状の形状を有する赤外線発光源３を被検査体１付近に配置し、被検査体表面２に映る赤外線発光源の像１０を赤外線撮像装置５で撮像し、該撮像した赤外線発光源の像１０の形状に基づいて被検査体表面の微少凹凸１５の有無を検査することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
（２）線状の形状を有する赤外線発光源３は、直線状に伸張した複数の電熱線であることを特徴とする上記（１）に記載の表面形状の検査方法。
（３）線状の形状を有する赤外線発光源３の発光表面は、赤外線撮像装置５の検出波長における放射率が０．５以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の表面凹凸の検査方法。
（４）前記撮像した赤外線発光源の像の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
（５）前記撮像した赤外線発光源の像の映像信号について直線状の赤外線発光源の伸張方向に微分フィルタリングを施し、その後２値化処理を行い、像が消滅した部分は健全部と判定し、像が消滅しなかった部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする上記（４）に記載の表面凹凸の検査方法。
（６）被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するよう、赤外線撮像装置５のレンズ有効口径と被写体側焦点位置を調整することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
（７）赤外線撮像装置３が、検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラであることを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
（８）被検査体１は、非鏡面の表面を有する鋼板であることを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の表面凹凸の検査方法。
【００１２】
（９）被検査体表面２の微少凹凸１５の有無を検査する装置であって、被検査体付近に配置し線状の形状を有する赤外線発光源３と、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０を撮像することのできる位置に配置した赤外線撮像装置５と、赤外線撮像装置５で撮像した赤外線発光源の像１０の形状に基づいて被検査体表面２の微少凹凸１５の有無を判定する判定装置６とを有することを特徴とする表面凹凸の検査装置。
（１０）線状の形状を有する赤外線発光源３は、直線状に伸張した複数の電熱線であることを特徴とする上記（９）に記載の表面形状の検査装置。
（１１）線状の形状を有する赤外線発光源３の発光表面は、赤外線撮像装置５の検出波長における放射率が０．５以上であることを特徴とする上記（９）又は（１０）に記載の表面凹凸の検査装置。
（１２）判定装置６は、撮像した赤外線発光源の像１０の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定することを特徴とする上記（９）乃至（１１）のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
（１３）赤外線撮像装置５のレンズ有効口径は、赤外線撮像装置５の被写体側焦点位置を調整することにより、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するよう調整可能な口径であることを特徴とする上記（９）乃至（１２）のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
（１４）赤外線撮像装置３が、検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラであることを特徴とする上記（９）乃至（１３）のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
（１５）被検査体１は非鏡面の表面を有する帯鋼であり、帯鋼の通板ラインに配置されることを特徴とする上記（９）乃至（１４）のいずれかに記載の表面凹凸の検査装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、被検査体表面が粗さを有する場合であっても、被検査体表面の微小凹凸の有無を光学的に検査することができ、かつ検査装置を安価に構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
溶融亜鉛メッキ鋼板、熱間圧延後にスケール除去を行った鋼板等の表面は、人の見た目には粗面である。このような鋼板の表面において可視光域の波長を有する光を反射させると、反射光は粗面において散乱してしまい、鏡面反射とすることができない。光の波長が被検査面の粗さよりも短いためである。一方、光の波長をλ（μｍ）、被検査面の粗さをＲ（μｍ）、被検査面に対する光の入射角度をθとすると、Ｒｃｏｓθ／λの値を小さくするほど鏡面性が増すことが知られている。
【００１５】
本発明においては、光源として赤外線発光源を用いる。赤外線を発光源として用いれば、被検査体表面の粗さ（１〜２μｍ）において鏡面反射条件を実現することができ、被検査面で反射する光を鏡面反射とすることが可能となるからである。使用する赤外線の波長としては、３μｍ程度以上とすればよい。赤外線発光源として高温の発熱体を用いる場合には、当該発熱体の温度を１００℃以上とすれば、目標とする波長領域の赤外線を発生させることができる。
【００１６】
本発明においては、図１〜３に示すように、線状の形状を有する赤外線発光源３を被検査体１付近に配置する。線状の形状を有するとは、棒状あるいは好ましくは直線状であり、細い直線状であると最も好ましい。赤外線発光源３から被検査体表面に照射される赤外線は拡散光とする。拡散光であるとは、光源から発する光が一定の方向のみに集束せず、拡散あるいは散乱している意味である。光源から３６０°全周に拡散して発光する必要はないが、少なくとも被検査面表面２に向けて発光し、当該発光光は拡散光である。
【００１７】
図１の場合を例にとって説明する。被検査体表面２には、図１（ｂ）に示すように微小凹凸１５が存在する。図１（ａ）に示すように、赤外線発光源３は直線状の形状を有し、被検査体表面２に平行に配置されている。赤外線発光源３から被検査体表面２に照射された赤外線は、被検査体表面２において鏡面反射する。当該反射光の通過位置に赤外線撮像装置５を配置して被検査面表面２を観察すると、被検査面表面には図１（ｃ）に示すように赤外線発光源の像１０が映って観察される。それは、被検査体表面２の位置に鏡を配置したときに、可視光で見ることのできる赤外線発光源の像が鏡に映って観察できるのと同様である。図１（ａ）には、赤外線発光源３から赤外線撮像装置５に至る光路１２の一部が記載されている。被検査体表面２で反射して赤外線撮像装置５に至る光路１２は、あたかも虚像１１からの直線光路で赤外線撮像装置５に入射するように形成される。
【００１８】
本発明においては、線状の形状を有する赤外線発光源３から照射される赤外線が拡散光でよく、発光源からの光を平行光あるいは集束光に集光する必要はない。
【００１９】
被検査体表面２が平面である場合、直線状の形状を有する発光源の像１０は、被検査体表面２に同じく直線状の形状として映り、そのままの姿で撮像装置５によって撮像される。これに対し、図１に示すように被検査体表面２の当該発光源の像が映る位置に微小凹凸１５が存在する場合には、この微小凹凸１５によって光の反射方向が乱されるため、微小凹凸の位置において像の形状も乱れ、図１（ｃ）に示すように直線形状からずれた形状で観察されることとなる。具体的には、細線状の発光源の像１０が微小凹凸１５の位置において広がったり（図３（ａ））、当該位置において一方の側に曲がって見えたり（図３（ｂ））、あるいは当該位置において像が消滅したり（図３（ｃ））する。従って、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０を赤外線撮像装置５によって撮像し、その形状を観察することにより、被検査体表面の微小凹凸１５の有無を検査できることとなる。
【００２０】
微小凹凸１５の位置における赤外線発光源の像１０の歪みは、微小凹凸部の傾斜が大きくなるほど大きくなる。また、微小凹凸部の傾斜が同じであれば、被検査体表面２と赤外線撮像装置５との距離が遠くなるほど大きくなる。従って、赤外線撮像装置５の位置を被検査体表面２から遠ざけることにより、よりわずかな微小凹凸を観察することが可能になる。例えば、微小凹凸部の表面傾斜が１ｍｍ当たり５μｍであり、被検査体表面から撮像装置までの距離を６００ｍｍとした場合、被検査体表面に映る赤外線発光源の像は微小凹凸部において約６ｍｍ歪むこととなる。
【００２１】
被検査体表面２付近における線状の形状を有する赤外線発光源３の配置位置としては、図１（ａ）（ｃ）に示すように赤外線発光源３を被検査体表面２に対して平行に配置することとしても、あるいは図２（ａ）（ｂ）に示すように赤外線発光源３を被検査体表面２の垂直面上に配置することとしてもよい。
【００２２】
魔鏡現象を利用する従来の微小凹凸検出方法においては、光源として平行光または集束光を用い、被検査体表面で反射する光を一度スクリーンに結像させ、その結像した像を間接的に撮像装置で撮像して観察することが必要であった。本発明においては、スクリーンに像を結像させることなく、被検査体表面に映る像を直接撮像装置によって撮像することが可能であり、そのため装置構成がシンプルになり小型化できる。さらに、スクリーンを常に光学的に清浄に保つ維持管理が不要になることも工業的には大きなメリットである。
【００２３】
被検査体表面２の微小凹凸のうち、検出できるのは線状の赤外線発光源の像１０が映っている線状の領域に存在する凹凸のみである。本発明においては、図２（ｃ）に示すように線状の形状を有する赤外線発光源３を多数並列に並べることにより、図２（ｄ）に示すように被検査体表面２の広い領域において赤外線発光源の像１０が映ることとなり、当該広い領域のいずれかに存在する微小凹凸１５を検出することが可能になる。隣り合う赤外線発光源３の間隔を、被検査体表面における微小凹凸１５の大きさと同等あるいはそれ以下の広さとすれば、検査対称面に存在する微小凹凸１５をもれなく検出することが可能となる。検査対象の微小凹凸１５が鋼板表面の押し疵である場合には、隣り合う赤外線発光源３の間隔を数ｍｍ程度とすることにより、適切な検査を行うことが可能である。多数の赤外線発光源３を並列に並べるに際し、個々の赤外線発光源３の配置方向としては、図２（ｃ）に示すように被検査体表面２の垂直面上に配置することとしても良く、あるいは被検査体表面２に平行に配置することとしても良い。
【００２４】
本発明の線状の形状を有する赤外線発光源として直線状に伸張した複数の電熱線を用いると好ましい。電熱線、例えばニクロム線を直線状に伸張し、この電熱線に図１（ａ）に示すように配線２１によって電源２０を接続し、電流を流すことにより発熱させ、線状の形状を有する赤外線発光源３として機能させることができる。この電熱線を多数並列に並べ、各電熱線に電流を流すことによって発熱させれば、被検査体表面の２次元の広い範囲を同時に観察して微小凹凸の有無を検査することが可能になる。電熱線径は１ｍｍ以下の細線とすることができ、微小凹凸における像の歪み量は前述の通り１ｍｍより大きな歪みとすることができるので、直線状に伸張した電熱線を赤外線発光源として使用することにより、被検査体表面の微小凹凸を精度良く検出することが可能となる。
【００２５】
赤外線発光源３として電熱線のような発熱体を用いる場合、赤外線の放射輝度は発光源表面の放射率の影響を受け、放射率が高いほど赤外線の放射輝度が高くなる。ニクロム線のような金属線を赤外線発光源３とする場合、赤外線の波長おける金属線表面の放射率は通常０．２程度の低い値である。これに対し、金属線の表面に酸化皮膜を形成したり、あるいは耐熱黒色塗料を塗布したり、化学処理を行うことにより、赤外線の波長における表面の放射率を高めることができる。赤外線発光源３の発光表面の放射率を０．５以上とすれば、発光源の温度が低い温度であっても微小凹凸を検査するに十分な赤外線を放射することが可能になるので、赤外線発光源の耐熱構造が簡易になり、また消費電力が小さくなり好ましい。赤外線発光源３の発光表面の放射率を０．７以上とするとより好ましい。放射率を０．９以上とするとさらに好ましい。即ち、電熱線の表面を酸化処理等で黒化処理することにより、赤外線をより効率的に発生させることができる。ここで黒化処理とは、赤外線の領域で放射率を増大させる処理を意味し、必ずしも可視光領域で黒い色にする必要はないのはいうまでもない。
【００２６】
赤外線発光源３の赤外線放射強度に及ぼす発光表面放射率の影響度合は、赤外線撮像装置５の検出波長によっても変化する。赤外線撮像装置には、検出波長３〜５μｍ帯と８〜１２μｍ帯のものがある。図８は、温度と放射率で放射輝度がどのように変化するのかを、波長１０μｍと４μｍとにおいてプランクの放射理論式で計算した結果である。検出波長が３〜５μｍの場合、図８（ｂ）に示すように、この波長帯域では放射輝度が発光源温度の上昇とともに急峻に立ち上がる。そのため、温度２００℃、放射率０．６以上の場合と同じ放射輝度を放射率０．２で得るには、発光源温度を数十℃程度上昇させれば足りる。一方、検出波長が８〜１２μｍの場合、図８（ａ）に示すように、この波長帯域では発光源温度を上昇させたときの放射輝度の上昇はゆるやかである。従って、温度２００℃、放射率０．６以上の場合と同じ放射輝度を放射率０．２で得るには、発光源温度を５００℃程度まで上げなければならない。即ち、赤外線発光源３の発光表面放射率を０．５以上とすることによる効果は、検出波長が８μｍ以上の赤外線撮像装置５を用いるときに特に顕著となる。
【００２７】
本発明の線状の形状を有する赤外線発光源３としては、図４に示すように、表面に線状のスリット２６を形成した遮光板２５と、その背後に配置した面状の赤外線発光源２７との組み合わせとしても良い。面状の赤外線発光源２７としては、面全体から赤外線を発光する平面発熱体を用いることができる。面状の赤外線発光源２７から発せられる赤外線は集束光ではないので、スリット２６を通過した赤外線も集束光ではなく、拡散する。その点で、スリットを用いるとはいってもいわゆるスリット光とは異なる。遮光板２５を水冷あるいは空冷構造とすれば、たとえ面状の赤外線発光源２７から熱を受けても、遮光板２５それ自体が昇温して赤外線を発することを防止することができる。
【００２８】
撮像した赤外線発光源の像の形状から微少凹凸の発生部を判定する手段としては、赤外線発光源の像の形状が非直線となった被検査体表面部分を微少凹凸発生部と判定すると良い。微小凹凸１５発生部において反射した光に基づく像は、図５（ａ）に示す通り、広がったり、あるいは一方の側に曲がったり、さらには消滅する場合もある。従って、像の形状が非直線となった部分を微小凹凸発生部と判断することが可能となる。
【００２９】
微小凹凸１５発生部を判定するための画像処理方法としては、撮像した赤外線発光源の像１０の映像信号について直線状の赤外線発光源の伸張方向に微分フィルタリングを施し、その後２値化処理を行い、像が消滅した部分は健全部と判定し、像が消滅しなかった部分を微少凹凸発生部と判定することができる。ここで、直線状の赤外線発光源の伸張方向とは、線状の形状を有する赤外線発光源の長手方向である。図５（ａ）に示す赤外線発光源の像１０について、当該方向に微分フィルタリングを施すと、健全部である直線部については当該方向の輝度変化がないので、微分係数がゼロになるので像が消滅する。一方、微小凹凸発生部で線が歪んだ部位ついては微分係数がたつので、図５（ｂ）に示すように像が残る。その後さらに２値化処理を行えば、微小凹凸発生部のみの像を残すことができる。従って、像が消滅した部分は健全部と判定し、像が消滅しなかった部分を微少凹凸発生部と判定することができる。
【００３０】
本発明の赤外線撮像装置５としては、２次元の赤外カメラを用いることができる。
【００３１】
赤外カメラを用いた赤外線撮像に際しては、ピント合わせのために被写体側の焦点位置調整を行う。ここで被写体側の焦点位置とは、その被写体側の焦点位置から発した光が、赤外線撮像装置５の撮像素子部分でちょうど結像するような位置をいう。赤外線撮像装置５のレンズ位置と撮像素子位置との距離を調整することにより、被写体側の焦点位置を調整することができる。
【００３２】
本発明の赤外カメラを用いた赤外線撮像に際しては、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０にピントが合うように被写体側の焦点位置を調整することは当然である。さらに、被検査体表面の微小凹凸有無を明確に検査するためには、被検査体表面の微小凹凸１５部位においてもピントが合うように被写体側の焦点位置を調整することとすると好ましい。被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するように被写体側の焦点位置を調整することにより、微小凹凸を明瞭に識別することが可能になる。被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の両方にピントが合っていないと、両者が一対一に対応しなくなり、微小凹凸を明瞭に検出することができないからである。例えば、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０にのみピントが合っている場合には、被検査体表面の微小凹凸の位置では像がぼやけたのと同じ状態であるので、被検査体表面に映る赤外線発光源の像の変形が明瞭には起こらないのである。
【００３３】
被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するとは、言葉を換えれば、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方が赤外線撮像装置５の焦点深度（被写界深度ともいう。）の範囲内に入るということである。
【００３４】
本発明においてピントが合致するとは、被検査体表面の微小凹凸有無を検出することができる程度にピントが合致していることを意味する。被検査体表面の微小凹凸１５部位において、検出対象としての最小の微小凹凸１５の大きさｄ0に応じて定まる一定の程度の距離ｄだけ離れた２点（Ｐ1、Ｐ2）を想定し、その２点と赤外線撮像装置とがなす角度をθとしたとき、角度θだけ離れた２点を分離して識別できる程度にピントが合っていればよい。ｄ0が小さくなるほどｄが小さくなる関係を有している。赤外線発光源の像１０のピント合致、微小凹凸１５部位でのピント合致の双方とも、θの値としては同じ値を用いる。
【００３５】
撮像装置レンズＬによって奥行きのある３次元物体を撮影する場合において、ある距離の物体にピントを合わせてもその前後にある物体についてはピント外れとなり像が劣化する。この劣化の程度が少なくて許容される物体距離の範囲を焦点深度と呼んでいる。そのおよその値は次のように幾何光学的に求めることができる。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、焦点距離ｆ、開口Ｄの撮像装置レンズＬが、ｓの距離にある物点Ｏに対してピント合わせされ、レンズから距離ｓ'にあるスクリーンに像点Ｏ'を結像しているとする。物点Ｏの前後の物点がピント外れのためつくる錯乱円の許容量を決めその直径をδで表すことにし、図７（ａ）の如く、レンズＬよりｓ1の距離にある後方物点Ｏ1、およびｓ2の距離にある前方物点Ｏ2がスクリーン面においてちょうど許容量δの錯乱円を作ったとする。このとき像点Ｏ'、Ｏ1'、Ｏ2'の像距離は簡単な幾何的関係より、
ｓ1'=(Ｄ・ｓ')/(Ｄ＋δ)
ｓ2'=(Ｄ・ｓ')/(Ｄ−δ)
となる。
【００３７】
ｓ'、ｓ1'、ｓ2'をレンズの近軸公式によりそれぞれの物体距離に変換し、このレンズのＦ値（＝ｆ／Ｄ）を代入すると、
ｓ1＝(ｓ・ｆ2)/(ｆ2＋δＦ(ｓ＋ｆ))≒(ｓ・ｆ2)/(ｆ2＋δＦｓ)
ｓ2＝(ｓ・ｆ2)/(ｆ2−δＦ(ｓ＋ｆ))≒(ｓ・ｆ2)/(ｆ2−δＦｓ)
を得る。上式の近似は、物体距離ｓが焦点距離ｆに比て大きい場合に適用される。このときＯ1からＯまでの距離ｓb、ＯからＯ2までの距離ｓfを求めると、
ｓb＝ｓ−ｓ1＝(δＦｓ2)/(ｆ2＋δＦｓ)    （１）
ｓf＝ｓ2−ｓ＝(δＦｓ2)/(ｆ2−δＦｓ)    （２）
で与えられ、ｓbを後方物体深度、ｓfを前方物体深度と呼んでいる。
【００３８】
図７（ｂ）に基づいて前述のｄ、θとδとの関係について検討する。微小凹凸１５部位とレンズＬとの距離をｓとすると、ｄ≒ｓ・ｓｉｎθとなる。また、角度θだけ離れた２点を分離して識別できる程度にピントが合っているとは、角度θだけ離れた２点がスクリーンにおいて距離δ離れた位置に結像することを意味する。レンズとスクリーンとの距離をｓ'としているので、δ≒ｓ'・ｓｉｎθとなる。結局、
δ＝ｄ・ｓ'／ｓ≒ｄｆ／ｓ    （３）
と記述することができる。
【００３９】
本発明においては、図７（ｃ）に示すように被検査体表面の微小凹凸１５部位から赤外線発光源３までの距離をｌとすると、
ｌ≦ｓb＋ｓf    （４）
となるように設計することができれば、微小凹凸１５部位と赤外線発光源の像１０の双方が焦点深度内に入るように被写体側焦点位置を調整することが可能になる。このとき、赤外線撮像装置５から距離ｓにある被写体側焦点位置は微小凹凸１５部位と赤外線発光源の像１０の中間に位置することとなる。
【００４０】
（１）（２）式より、レンズのＦ値（＝ｆ／Ｄ）が大きいほどｓb＋ｓfの値（焦点深度）も大きくなることがわかる。従って、検出すべき微小凹凸の最小の大きさｄ0が定まったのならば、これからまずｄを定め、（３）式に基づいてδを定め、（１）（２）式に基づいて（４）式を満足するようにレンズのＦ値を選定する。さらに、微小凹凸１５部位と赤外線発光源の像１０の双方が焦点深度内に入るように焦点位置を調整することにより、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントを合致させることができる。
【００４１】
赤外線撮像装置５のレンズのＦ値を上記のように定めるに際しては、レンズ選択時においてレンズの口径が上記Ｆ値を満足する口径を有するものを選択することとしても良い。あるいは、レンズの口径としては上記Ｆ値よりも小さなＦ値を有する口径の大きなレンズを選択し、レンズ内に配設された絞りを調整することにより、レンズの有効口径が上記Ｆ値を満足するように調整することとしても良い。
【００４２】
焦点深度を拡げるためにレンズの有効口径を小さくすると、必然的に集光量が減少することとなる。少ない集光量で赤外線撮像装置５に良好な像を結像させるためには、撮像素子として感度の高い素子を用いる必要が生じるときがある。必要な感度の撮像素子を選択することにより、小さな有効口径のレンズを用いた場合において良好な像を得ることができる。
【００４３】
検出対象としての最小の微小凹凸の大きさｄ0と２点間の距離ｄとの関係については、経験的にはｄ≒１／２・ｄ0程度である。
【００４４】
赤外カメラには、検出波長３〜５μｍ帯と８〜１２μｍ帯のものがある。これら以外の波長帯域では、大気中の炭酸ガスや水蒸気の吸収があり、一般に赤外線観察に適していない。本発明においては検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラが最も適している。当該赤外カメラは、ＩｎＳｂ素子やＰｔＳｉ素子を用いた冷却型の赤外カメラに比較して安価であり、耐用性も優れている。従って、検査装置を安価に提供することが可能になる。また、マイクロボロメータ素子カメラは画素数として３２０×２４０を実現することができ、十分に高解像度の画像を撮像することができる。
【００４５】
前述のとおり、検出波長８〜１２μｍの赤外線カメラを用いる場合であって、赤外線発光源として発熱体を用いる場合、赤外線発光源の発光表面放射率を０．５以上とすると特に好ましい。発光表面放射率を０．５以上とすることにより、赤外線発光源の温度を低い温度としても当該波長領域における十分な赤外線放射輝度を得ることができるからである。
【００４６】
帯鋼の通板ラインにおいて帯鋼表面の微小凹凸有無を検査するに際しては、帯鋼の通板速度を低下させずに検査が可能であれば好ましい。一方、上記マイクロボロメータ素子の赤外カメラには高速シャッターが配備されていないので、通板速度が速すぎると撮像した画像にぶれが生じ、正確な検査ができなくなる。これに対し、微小凹凸検査時に鋼板が検査部を通過する速度を３０ｍ／分程度とすれば、マイクロボロメータ素子の赤外カメラを用いても十分に精度の良い検査を行うことができる。この程度の速度で検査を行うことができれば、帯鋼の同一長さ領域について検査を行うに当たり、従来の砥石がけ検査に比較して１／３程度の時間で検査を完了することができ、そのため検査インターバルを従来の１／３程度に狭めることが可能になる。検査インターバルが短いほど、押し疵が発見されたときに格落ちさせるべき帯鋼の長さを短くすることができるので、歩留向上にはたす役割が大きい。
【００４７】
帯鋼の通板ラインにおいて帯鋼表面を被検査体表面２として微小凹凸有無を検査するにあたり、帯鋼の全幅について微小凹凸有無を検査することが必要である。帯鋼の幅は最大２０００ｍｍを超えることもあるが、赤外線発光源の有効幅としてこの帯鋼の全幅をカバーするものを用いることができ、その場合には赤外線撮像装置を１台のみ用いてその１台で同時に全幅を観察することができる。あるいは、図６に示すように、赤外線撮像装置（３ａ〜３ｃ）を帯鋼の幅方向に複数台配置し、幅方向の領域を各撮像装置で分担して撮像することとしても良い。１台の撮像装置が担当する帯鋼の幅を狭くすれば、撮像の解像度を上げることができ、微小凹凸の検出分解能を高めることができる。
【００４８】
撮像装置を帯鋼の幅方向に往復移動させつつ撮像を行うこととすれば、少ない撮像装置台数において、解像度の高い撮像を行うことが可能になる。この場合には、赤外線発光源の有効幅として１台の撮像装置の撮像範囲をカバーする幅のものを準備し、撮像装置の移動とともに赤外線発光源を移動させることとしても良い。
【００４９】
線状の赤外線発光源の向きとしては、帯鋼に映る赤外線発光源像の線状形状の方向を帯鋼の長手方向に垂直な面上としても、あるいは帯鋼の幅方向としてもいずれでも良い。
【００５０】
赤外線撮像装置の撮像データに基づいて微小凹凸の有無及びその発生位置を判定する判定装置６としては、パーソナルコンピュータなどの演算処理装置を用いることができる。判定結果に基づいて、微小凹凸の発生位置を被検査体表面の位置と対応させる。帯鋼の通板ラインにおける検査であれば、帯鋼の長手方向及び幅方向の位置と対応させる。こられのデータ処理は、検査装置が有する演算処理装置で行うこととしてもよく、あるいは検査装置が有する演算処理装置から帯鋼の通板装置が有する演算処理装置にデータを転送し、通板装置の演算処理装置において帯鋼の位置と微小凹凸の位置を対応させることとしても良い。
【００５１】
微小凹凸が帯鋼の長手方向に周期的に繰り返し発生し、帯鋼幅方向に発生位置が同一であれば、ロールに起因する押し疵と判定することができる。通板装置の各ロールのロール円周と押し疵の発生間隔とを比較し、押し疵の発生間隔と等しい円周を有するロールに押し疵の原因が存在すると判定することができる。通板装置の演算処理装置においては、これらの判定結果を上位のコンピュータに転送し、あるいはプリンタ、ディスプレイ、音声発生装置などの出力装置に出力することができる。
【実施例】
【００５２】
帯鋼の通板ラインにおける押し疵検査のために、本発明を適用した。帯鋼の幅は１６００ｍｍ、通常位置における通板速度は１５０ｍ／分である。帯鋼表面の粗さはＲａ＝０．７μｍ、Ｒｚ＝７μｍ程度である。帯鋼表面が被検査体表面２となる。
【００５３】
本発明の赤外線発光源３として、直径０．５ｍｍのニクロム線を数ｍｍ間隔で並列にかつ直線状に伸張したものを用いた。ニクロム線の表面を黒化処理して赤外線の発生効率を高めた。具体的には、ニクロム線を大気中で高温に加熱して表面を酸化させ、赤外線領域における放射率を０．６程度とした。各ニクロム線に同一の電流を流し、ニクロム線の表面温度を２００℃程度とした。この程度の温度であれば、周囲からの外乱放射が影響せず、粗さを有する帯鋼表面で鏡面反射することのできる赤外線を発光することができる。赤外線発光源３を図６に示すように配置した。
【００５４】
赤外線撮像装置５として検出波長８〜１２μｍ帯のマイクロボロメータ素子の非冷却型赤外カメラを用い、図６に示すように赤外カメラを帯鋼の走行方向２２と直角に４台配置し、各カメラで幅方向の検査部位を分担することとした。赤外カメラの配置位置及び撮像方向としては、上記赤外線発光源から発せられる光が帯鋼表面で反射し、帯鋼表面に映る赤外線発光源の像を撮像できる位置及び方向に配置した。帯鋼表面の像が映る位置から撮像装置までの距離は概略６００ｍｍとした。
【００５５】
赤外カメラの絞りを調整することによってレンズのＦ値を調整し、被検査体表面に映る赤外線発光源の像１０と被検査体表面の微小凹凸１５部位の双方で赤外線撮像画像のピントが合致するように焦点深度を調整した。赤外線発光源３と鋼帯表面との間隔は５００ｍｍであり、レンズのＦ値が４となるようにレンズ絞りを調整した結果、大きさ３ｍｍの微小凹凸の有無を正確に判定することが可能になった。
【００５６】
赤外線撮像装置５によって赤外線発光源の像１０を撮像し、データを判定装置６である検査装置の演算処理装置に転送し、演算処理装置において撮像した赤外線発光源の像１０の映像信号について縦方向微分フィルタリングを施し、その後２値化処理を行い、像が消滅した部分は健全部と判定し、像が消滅しなかった部分を微少凹凸発生部と判定することとした。
【００５７】
検査実施にあたっては、検査部を通過する帯鋼の通板速度を２０ｍ／分とした。検査部以外を通板する帯鋼の速度は定常速度のままであり、速度差はループカーによって調整した。その結果、帯鋼表面に押し疵が発生している部位については、確実に微小凹凸発生部として判定がくだされ、判定結果は通板装置の演算処理装置に転送され、帯鋼の長手方向及び幅方向の部位と押し疵発生部を対応させることができた。
【００５８】
検査装置の演算処理装置にはプリンタ、表示モニタ、ボイスガイダンス装置が接続され、オペレータの要求に応じて検査結果を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の検査方法を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）被検査体断面、（ｃ）は被検査体表面に映る像を示す図である。
【図２】本発明の検査方法を示す図であり、（ａ）（ｃ）は全体斜視図、（ｂ）（ｄ）はそれぞれ被検査体表面に映る像を示す図である。
【図３】微小凹凸を有する被検査体表面に映る像を示す図である。
【図４】本発明の赤外線発光源の１実施形態を示す図である。
【図５】微小凹凸を有する被検査体表面に映る像の画像処理状況を示す図であり、（ａ）は画像処理前、（ｂ）は画像処理後の状況を示す。
【図６】本発明の検査方法を示す全体斜視図である。
【図７】焦点深度を幾何光学的に説明する概念図である。
【図８】赤外線発光源の温度、放射率と赤外線の放射輝度との関係を示す図であり、（ａ）は波長１０μｍ、（ｂ）は波長４μｍの場合を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  被検査体
２  被検査体表面
３  赤外線発光源
５  赤外線撮像装置
６  判定装置
１０  赤外線発光源の像
１１  虚像
１２  光路
１３  データ処理後の像
１５  微小凹凸
２０  電源
２１  配線
２２  走行方向
２５  遮光板
２６  スリット
２７  面状の赤外線発光源
Ｌ  レンズ
δ  錯乱円の直径
ｄ  ２点間の距離
【図１】
2005134362.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005134362.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005134362.tif 000008
【図７】
2005134362.tif 000009
【図８】
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