(57)【要約】【課題】錫鍍金鋼板、ステンレス鋼板のように鏡面性の高い条件においてもリフトオフ変動に強い、表面検査装置を提供することを課題とする。【解決手段】鋼板の表面に光源から可視域の波長の拡散光を照射し、その反射光を撮影して前記鋼板の表面の疵を検査する表面検査装置において、前記鋼板の長手方向に平行特性をもち、かつ、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に拡散特性を有する光を形成し、前記鋼板に照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の表面に光源から可視域の波長の拡散光を照射し、その反射光を撮影して前記鋼板の表面の疵を検査する表面検査装置において、
前記鋼板の長手方向に平行特性をもち、かつ、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に拡散特性を有する光を形成し、前記鋼板に照射す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において、
前記鋼板の幅方向に凸レンズの作用を持ち、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないシリンドリカルレンズと、
光の入射面上で反射光の進行方向と垂直な方向に凸レンズの作用を持ち、鋼板の幅方向にレンズ作用を持たない、他のシリンドリカルレンズと、
前記反射光を投影する半透明のスクリーンと、
該スクリーンの背面から結像した像を撮影する２次元カメラと、
撮像された画像の画像処理により疵の判別を行う信号処理装置とを、
具備することを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記鋼板の幅方向に凸レンズの作用を持ち、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないシリンドリカルレンズと、
該シリンドリカルレンズからの前記反射光を撮影するリニアアレイカメラと、
撮像された画像の画像処理により疵の判別を行う信号処理装置とを、
具備することを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の表面検査装置において、
前記光源の有効幅を、パスライン変動距離に基づいて決め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、鋼板の疵検査装置に関し、特に、薄鋼板の表面の各種の疵の検査を光学的に画像撮影により行う、表面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での処理工程では、ロール疵など凹凸性の疵、色調変化等の疵が発生することがある。これらの疵は外観上大きな問題となるため、このような疵がある薄鋼板を出荷しないようにすることは品質管理上重要な問題である。
【０００３】
このような疵の検査は、鋼板を高速で搬送したまま非接触で行うことが要求され、かつ、色調や凹凸の僅かな違いをも検出できることが要求される。
【０００４】
従来、鋼板等の表面疵検査としては、さまざまな形状の疵を誤検知なく検出するため、例えば、特許文献１に見られるように、疵の種類毎に複数の照明、カメラの組みを配置することが多い。このような照明、カメラの組み合わせ方法としては、正反射光学系と拡散反射光学系の２系統の光学系が知られている。正反射光学系は表面の凹凸状の疵検出で有効であり、拡散反射光学系は鋼板表面の有色異物、汚れ欠陥検出で有効であることが知られている。
【０００５】
前述したように、凹凸性の疵、色調変化などのさまざまな疵を検出する必要がある薄鋼板の表面疵検査装置としては、正反射と拡散反射の２系統ないしはそれ以上の系統の組み合わせで行われることが知られている。
【０００６】
正反射光学系は、光源(照明)とカメラを鋼板に対して対称の角度となる正反射位置に配置する。この光学系は、鋼板の健全部からの反射は正反射してカメラに入光するが、疵が存在すると、凹凸により正反射光がカメラから外れた位置に変化するためカメラの出力が下がり疵を検知するものである。
【０００７】
また、拡散光学系は、鋼板を目視で見たときと同じような画像が得られることが知られている。そのため、凹凸が少ない表面の色調の違い、粗さの違い、などに起因する疵の検出に効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２１８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された検査技術では、次のような問題がある。すなわち、凹凸性の疵を検出するためには正反射光学系を用いるが、測定対象の鏡面性が高い場合には光学系のわずかなずれによっても正反射から外れ、凹凸性の疵と同様に光量の低下が起こってしまう。そのため、測定対象の振動、検出装置の振動、測定対象の形状変化などによって光学系から測定対象までの距離であるリフトオフが変動した際に、疵があると誤検知するという問題である。
【００１０】
測定対象の鏡面性の指標としては、次のパラメータgが知られている。
【００１１】
Beckmann著The scattering of electromagnetic waves from rough surface （Pergamon Press, 1963）によると、凹凸量の分布が正規分布となるモデルを仮定した場合、下記（１）式で求められるパラメータｇが小さいほど鏡面性が高いといえる。
g = {2πσ(cosθ1 +cosθ2 )/λ}２ …（１）
【００１２】
ここで、σは凹凸量の正規分布の標準偏差、λは照射光の波長、θ1 は入射角、θ2 は出射角である。（１）式において、σ、λ、θ1 、θ2 のそれぞれの値にかかわらず、gの値が等しければ鏡面性の程度は同等である。
【００１３】
なお、正反射光を受光することを考え、入射角θ1 及び出射角θ2 がともに等しく、その値をθとすると、（１）式は、（２）式となる。
g = {4πσcosθ/λ}２…（２）
【００１４】
（２）式で求められるgの値は、例えば、表面粗さ0.5μm、入射角60度、波長0.5μmの鏡面とすると、約40となる。錫鍍金鋼板、ステンレス鋼板のように鏡面性の高いものでは、前記gが40以下となる。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、錫鍍金鋼板、ステンレス鋼板のように鏡面性の高い条件においてもリフトオフ変動に強い、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】
【００１６】
上記課題は、以下の発明によって解決できる。
【００１７】
［１］  鋼板の表面に光源から可視域の波長の拡散光を照射し、その反射光を撮影して前記鋼板の表面の疵を検査する表面検査装置において、
前記鋼板の長手方向に平行特性をもち、かつ、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に拡散特性を有する光を形成し、前記鋼板に照射することを特徴とする表面検査装置。
【００１８】
［２］  上記［１］に記載の表面検査装置において、
前記鋼板の幅方向に凸レンズの作用を持ち、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないシリンドリカルレンズと、
光の入射面上で反射光の進行方向と垂直な方向に凸レンズの作用を持ち、鋼板の幅方向にレンズ作用を持たない、他のシリンドリカルレンズと、
前記反射光を投影する半透明のスクリーンと、
該スクリーンの背面から結像した像を撮影する２次元カメラと、
撮像された画像の画像処理により疵の判別を行う信号処理装置とを、
具備することを特徴とする表面検査装置。
【００１９】
［３］  上記［１］に記載の表面検査装置において、
前記鋼板の幅方向に凸レンズの作用を持ち、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないシリンドリカルレンズと、
該シリンドリカルレンズからの前記反射光を撮影するリニアアレイカメラと、
撮像された画像の画像処理により疵の判別を行う信号処理装置とを、
具備することを特徴とする表面検査装置。
【００２０】
［４］  上記［１］ないし［３］のいずれかに記載の表面検査装置において、
前記光源の有効幅を、パスライン変動距離に基づいて決めることを特徴とする表面検査装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鋼板の長手方向に平行特性をもち、かつ、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に拡散特性を有する光を形成することで、錫鍍金鋼板、ステンレス鋼板のように鏡面性の高い対象においてもリフトオフ変動に強い、表面検査装置を提供することが可能になる。 
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る表面検査装置の装置構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る表面検査装置の他の装置構成例を示す図である。
【図３】本発明におけるパスライン変動の影響を説明する模式図である。
【図４】図３をより詳しく説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面および数式を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。まず、図１は、本発明に係る表面検査装置の装置構成例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図をそれぞれ表す。図中、１は鋼板、２は検出ヘッド、３は光源、４および５はシリンドリカルレンズ、６はスクリーン、７は２次元カメラ、そして８は信号処理装置をそれぞれ表す。
【００２４】
パスライン上に張力をかけて搬送されている鋼板１の表面に近接して、検出ヘッド２が設置されている。検出ヘッド２中には、光源３が設けられ、鋼板１の表面に、可視域の波長の拡散光を照射している。なお、図１（ｂ）では、検出ヘッド２の表示を省略している。
【００２５】
光源３は、図示しないランプと光ファイバで形成されている。ランプからの光を光ファイバへ一旦集光する。このとき光ファイバの他端からの光は拡散特性を持つことが知られている。そこで、鋼板の幅方向に凸レンズの作用を持ち、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないシリンドリカルレンズ４を用いて、鋼板１の長手方向に平行特性をもち、かつ、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に拡散特性（非平行でランダム）を有する光を形成し、鋼板１に照射する。
【００２６】
鋼板１の表面で反射された光は、光の入射面上で反射光の進行方向と垂直な方向に凸レンズの作用を持ち、鋼板の幅方向にレンズ作用を持たない他のシリンドリカルレンズ５を用いて、半透明のスクリーン６上に像を結ぶ。このようにシリンドリカルレンズ５により結像することで、反射光の進行方向と垂直な方向の成分のみをスクリーン上に結像することが可能となる。
【００２７】
結像した像をスクリーン６の背面から２次元カメラ（ＣＣＤカメラ等）７で撮影し、信号処理装置８で画像処理を行うことにより凹凸性疵を検出する。鋼板表面からの反射光は正反射光となるが、凹凸性疵があると、その部分からの正反射光が大きく変化してスクリーン６に写るので、疵の存在を検出することができる。撮像された画像は、信号処理装置８で２値化処理等、周知の手法による画像処理により疵の判別を行う。
【００２８】
上述のように、鋼板の長手方向に平行な光源を用いることで、凹凸性欠陥による正反射光の光量低下により欠陥を検知することが可能になる。そして、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向に非平行でランダムな光、ひいては拡散光を用いることで、鋼板のパスライン変動等によるリフトオフ変動に強い光学系が構築可能となる。
【００２９】
また、図２は、本発明に係る表面検査装置の他の装置構成例を示す図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図をそれぞれ表す。図中、９はリニアアレイカメラを表し、その他の符号は図１と同じである。
【００３０】
リニアアレイカメラ９は、鋼板１に対して光源３の対称の位置に配置されており、鋼板１からの正反射光が入射する。リニアアレイカメラ９のレンズは、鋼板１上の光源３からの光が照射されている範囲が、リニアアレイカメラ９の素子に結像するように調整されている。鋼板１からの反射光は、リニアアレイカメラ９の素子上に結像される。
【００３１】
鋼板１からの反射光は、上述したように光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向には拡散特性を有しているが、測定対象である鋼板の鏡面性が高いため、反射光は正反射成分が支配的となっている。このため鋼板表面に凹凸性欠陥があると正反射光の変化として欠陥を検知することができる。
【００３２】
図３は、本発明におけるパスライン変動の影響を説明する模式図である。
図３は、図２（ａ）の装置構成例（側面図）に基づいたものであり、光源３からの光は、鋼板１の表面で正反射しリニアアレイカメラ９に入光する。なお、図３および後述する図４では、図２（ａ）における光源３からの光を受けるシリンドリカルレンズ４は、光の入射面上で光の進行方向と垂直な方向にレンズ作用を持たないため、図を分りやすくすることから、図中からは割愛している。
【００３３】
鋼板１のパスライン変動前における光の入射角（=反射角）αが、鋼板１のパスライン変動により、光の入射角（=反射角）がβに変化している様子を示している。なお、以下の説明は、図１の装置構成例（シリンドリカルレンズ５、スクリーン６、２次元カメラ７）でも同様である。
【００３４】
光源３からの光は、はさまざまな角度の光を持つ拡散光であるため、光源３が十分な幅を持っていれば光源からの拡散光が鋼板1で正反射してカメラに入光することが見てとれる。
【００３５】
図４は、図３をより詳しく説明する図である。
【００３６】
先ず、図中の符号について説明すると、光源３から鋼板１の反射点１０までの水平距離x、垂直距離y、リニアアレイカメラ９から鋼板１の反射点１０までの水平距離X、垂直距離Y、光の入射角（=反射角）をαとしている。また、光源３の有効幅の半分をeとし、図のaおよびbを、有効幅の半分eの水平、垂直成分のそれぞれの長さとする。ここで、光源３の有効幅とは、図４で示すように鋼板１に光を照射できる光源３の幅（２e）であり、鋼板１の幅、長さの取り方とは逆としている。
【００３７】
必要な光源３の有効幅については、以下の式で求めることができる。鋼板１がパスライン変動によりdの距離変動がある場合、反射点が１１へと変化する。反射点１０とパスライン変動後の反射点１１の水平方向の距離をcとする。また、パスライン変動後の光の入射角をβとする。
【００３８】
このとき、以下の（３）式の三角形の相似関係がある。
【００３９】
【数３】
2017053735.tif 000003
【００４０】
（３）式を変形すると、（４）式となり、これをeについて解くと（５）式となる。
【００４１】
【数４】
2017053735.tif 000004
【００４２】
【数５】
2017053735.tif 000005
【００４３】
（５）式は、光源の有効幅の半分eと、光学系の配置やパスライン変動などとの関係を表すものである。光源の有効幅の半分eが、予測されるパスライン変動dなどから（５）式の右辺で計算される値より大きければ、光源からの正反射光がカメラへ確実に入光することができる。
【００４４】
このように、パスライン変動によるリフト変動があったとしても、（５）式で計算される値の2倍以上の光源の有効幅をとっていれば、凹凸性疵を検出することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    鋼板
２    検出ヘッド
３    光源
４    シリンドリカルレンズ
５    シリンドリカルレンズ
６    スクリーン
７    ２次元カメラ
８    信号処理装置
９    リニアアレイカメラ
【図１】
2017053735.tif 000006
【図２】
2017053735.tif 000007
【図３】
2017053735.tif 000008
【図４】
2017053735.tif 000009