JPH09178668A

JPH09178668A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09178668A
Application number: JP29789696A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kawamura; 努河村; Yuji Matoba; 有治的場; Akira Kazama; 彰風間; Takahiko Oshige; 貴彦大重
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼板表面にある模様状疵や凹凸状の疵をオンラ
インで連続的に検出して、その種別や程度を弁別するこ
とは困難であった。【解決手段】３組のリニアアレイセンサ１０ａ〜１０ｃ
で鋼板４からの反射光の異なる偏光を測定する。信号処
理部１３は測定した偏光画像から疵候補領域を抽出す
る。抽出した疵候補領域内における平均光強度から疵候
補領域のエリプソパラメ−タtanΨ，cosΔの代表値と表
面反射強度の代表値を算出し、算出したエリプソパラメ
−タと表面反射強度が正常部よりプラス領域かマイナス
領域かを示す極性と変化量及び疵の形状の特徴量から疵
の種類と等級を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば薄鋼板等
の表面疵を光学的に検出する表面検査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば鋼板の表面疵を光学的に検出する
装置としては、レ−ザ光の散乱又は回折パタ−ンの変化
を利用して疵を検出する方法が多く用いられている。こ
の方法は鋼板の表面に明らかな凹凸を形成している疵を
検出する場合には有効な方法である。

【０００３】一方、鋼板等の疵には、表面の凹凸はな
く、物性値のむら，ミクロな粗さのむら，薄い酸化膜等
の局所的な存在あるいはコ−ティング膜の厚さむらとい
った模様状疵といわれるものがある。このような模様状
疵はレ−ザ光の散乱や回折パタ−ンの変化では検出が困
難である。例えば正常部で100Å程度の酸化膜が付いて
いる鋼板表面に、局所的に400Å程度の酸化膜が厚く付
いている異常部がある場合、このような異常部の領域は
表面処理工程において塗装不良が生じるため、疵として
検出して除去したい要請がある。しかしながら、異常部
と正常部の酸化膜厚の差は鋼板表面の粗さに埋もれてし
まい、光の散乱や回折を利用した方法では全く検出が不
可能である。

【０００４】このように光の散乱や回折を利用した方法
では検出できない疵を検出するために、偏光を用いた疵
検査方法が例えば特開昭52−138183号公報や特開昭58−
204356号公報等に開示されている。特開昭52−138183号
公報に示された検査方法は被検査体の表面から反射した
Ｐ偏光とＳ偏光の比があらかじめ定めた比較レベルより
高いか否可によって欠陥の有無を検知するものである。
また、特開昭58−204356号公報に示された検出方法は被
検査体の表面に特定角度の入射角で光を照射して、表面
欠陥を検出するときのＳ／Ｎ比を向上するようにしたも
のである。また、偏光を用いた膜厚あるいは物性値の測
定方法が例えば特開昭62−293104号公報に開示されてい
る。特開昭62−293104号公報に示された検査方法は、試
料から反射した偏光を方位角の異なる３個の検光子を通
して受光し、異なる３種類の偏光の光強度から各位置の
エリプソパラメ−タすなわち反射光の電気ベクトルのう
ち入射面方向の成分であるＰ偏光と入射面に垂直方向の
成分であるＳ偏光との振幅反射率比tanΨと位相差Δを
演算して、被検査面上の酸化膜やコ−ティング厚さある
いは物性値を精度良く測定する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭52−138183号公
報や特開昭58−204356号公報に示された検査方法は、偏
光を用いて正常部と異常部とを弁別しているが、厳密な
エリプソパラメ−タである振幅反射率比tanΨと位相差
Δを判定することなしに疵を検出するようにしている。
鋼板等の表面の疵部は光学的物性が正常部と異なった部
分であることが多く、このような部分は複素屈折率が正
常部と異なっているといえる。このような場合、エリプ
ソパラメ−タの振幅反射率比tanΨと位相差Δの両方を
考慮しないと、エリプソパラメ−タの変化の一部しか捕
らえることができず、例えば検査結果として異常部が検
出できたとしても、それが油のしみか、酸化膜のむら
か、又は何らかしらの異常な付着物が付着したのである
か等を弁別することができず、異常部の種別と程度を判
定することは困難であった。

【０００６】これに対して特開昭62−293104号公報に示
された検査方法は、エリプソパラメ−タの振幅反射率比
tanΨと位相差Δを使用しているから、油のしみや酸化
膜のむら，異物の付着を弁別できる可能性がある。しか
しながら、この方法は基本的に点測定であり、鋼板等の
表面全体の検査に適さない。仮に、特開昭62−293104号
公報に示されて装置を鋼板の幅方向に多数並べたり、幅
方向に高速に移動可能な機構を持った手段によって１台
の装置を走査したり、何らかの工夫により全面走査が可
能になったとしても、信号処理部は全測定点について偏
光強度信号からエリプソパラメ−タの振幅反射率比tan
Ψと位相差Δを演算し、画像処理装置などを用いて疵種
と疵の等級を判定する必要がある。しかし、幅方向１ラ
インで1000点以上の偏光強度信号を処理しなけらばなら
ず、特にエリプソパラメ−タ演算はソフトウェア演算で
行った場合、約数10秒の演算時間がかかるため、例えば
毎分数100ｍの速度で通過する鋼板等のシ−ト状製品の
表面をオンラインで連続的に検査することは不可能であ
った。このために専用の偏光パラメ−タ等の演算処理装
置が必要となり、装置が高価になってしまう。

【０００７】しかしながら、この方法は検査手法として
は非常に敏感であり、他の種類の疵や汚れ，油むら，ス
ケ−ルなどから相対的に微弱な検出強度した与えない模
様状の表面疵の情報のみを弁別して検出することは困難
であった。特に、表面に油膜が塗布されて製造ライン上
を移動する鋼板を検査する場合には、その油膜むらと本
来検出すべき表面疵の両方を含んだ偏光パラメ−タを検
出してしまい、表面疵の情報だけを弁別して検出するこ
とはできなかった。このため、特に防錆のために表面に
油膜が塗布されていることが多い冷延鋼板等の通常の鋼
板の表面疵の検出に使える可能性がないと考えられてお
り、鋼板の模様状疵を光学的手段で検出することや表面
疵の種類や等級までを判定することは不可能とされてい
た。

【０００８】また、この方法は膜厚あるいは物性値を測
定する方法であり、そのためにはエリプソパラメ−タの
振幅反射率比tanΨと位相差Δを測定すれば十分であっ
た。しかしながら、これらのパラメ−タは必ずしも人の
目で見た状態と一致するものではなく、人が疵と認識で
きてもエリプソパラメ−タは変化しない疵については検
出することができない。

【０００９】また、エリプソパラメ−タの演算を行う
と、疵部でのＳ／Ｎが撮像装置で捕らえた偏光画像のう
ちＳ／Ｎが最大のものと比べると低下してしまう場合も
あり、疵を見逃す危険性があった。

【００１０】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、簡単な構成でシ−ト状製品の表面に
ある模様状疵や凹凸状の疵をオンラインで連続的に検出
して、その種別や程度を正確に弁別することができる表
面検査装置を得ることを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る表面検査
装置は、投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部
は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射し、受
光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成分
を抽出して画像信号に変換し、信号処理部は疵候補領域
抽出部と特徴量演算部とパラメ−タ演算部及び疵判定部
とを有し、疵候補領域抽出部は上記３種類の偏光画像の
濃度レベルと基準濃度レベルとを比較して、測定した偏
光画像の濃度レベルが地肌レベルに相当する基準濃度レ
ベルの範囲外となる領域を疵候補領域として抽出し、特
徴量演算部は抽出した疵候補領域内における測定光強度
の平均値を算出し、パラメ−タ演算部は算出した平均光
強度からエリプソパラメ−タと表面反射強度を算出し、
疵判定部は算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度
の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性とを比較し
て表面疵の種類と等級を判定することを特徴とする。

【００１２】上記特徴量演算部は抽出した疵候補領域内
における測定光強度の平均値を算出するとともに疵の形
状，濃度の特徴量を算出し、疵判定部はパラメ−タ演算
部で算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の特性
とあらかじめ定められた表面疵の特性との比較結果及び
疵の形状，濃度の特徴量から表面疵の種類と等級を判定
することが望ましい。

【００１３】また、上記受光部は被検査面からの反射光
を３本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離さ
れた３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ
異なる方位角を有する検光子と、各検光子を透過した光
を受光するリニアアレイセンサとを有すると良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明においては、表面検査装
置を投光部と受光部及び信号処理部で構成する。投光部
は被検査面の幅方向全体にわたり一定入射角で光束を入
射するように光源が配置され、光源と被検査面の入射面
との間に偏光子が設けられ、被検査面に一定偏光角の偏
光を入射する。受光部は３組のリニアアレイセンサと、
各リニアアレイセンサの受光面の前面に設けられた検光
子とで構成し、３組の検光子はそれぞれ異なる方位角、
すなわち透過軸が被検査面の入射面となす角が、例えば
「０」，「π/４」，「−π/４」になるように配置さ
れ、３組のリニアアレイセンサは各検光子を通った偏光
を入射して偏光の強度分布を示す画像を信号処理部に出
力する。

【００１５】信号処理部には疵候補領域抽出部と特徴量
演算部とパラメ−タ演算部及び疵判定部とが設けられて
いる。疵候補領域抽出部には、被検査面の正常状態を示
す基準濃度レベルがあらかじめ格納されているか、もし
くは測定したデ−タのピ−ク値やバラツキ等から自動的
に求めるようになっている。そして３組のリニアアレイ
センサから入力された偏光画像の濃度レベルと基準濃度
レベルとを比較して、測定した偏光画像の濃度レベルが
基準濃度レベルの範囲外となる領域を疵候補領域として
抽出する。この抽出した疵候補領域内における測定光強
度を特徴量演算部で抽出して平均して疵候補領域の平均
光強度を算出するとともに、疵の座標から長さ，幅，面
積等の形状の特徴量と光強度ピ−ク値，平均光強度等の
濃度の特徴量を算出する。パラメ−タ演算部はこの平均
光強度から疵候補領域のエリプソパラメ−タtanΨ，cos
Δの代表値と表面反射強度の代表値を算出することによ
り、演算処理するデ−タ数を減少して演算処理時間を短
縮する。さらにパラメ−タ演算部で演算する前に疵候補
領域を特定することにより、疵部の信号レベルが低下す
ることを防ぎ、疵の検出精度を高める。疵判定部は算出
したエリプソパラメ−タと表面反射強度が正常部よりプ
ラス領域かマイナス領域かを示す極性と変化量及び疵の
形状の特徴量から異常の程度を判定する。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の光学系を示す配
置図である。図に示すように、光学系１は投光部２と受
光部３を有する。投光部２は被検査体例えば鋼板４の幅
方向全体に一定の入射角で偏光を入射するものであり、
光源５と、光源５の前面に設けられた光ファイバ束６
と、光ファイバ束６の先端部に設けられたレンズ群７
と、レンズ群７の前面に設けられた偏光子８とを有す
る。なお、投光部２は光源５として鋼板４の幅方向に伸
びた棒状の光源を使用して光ファイバ束６とレンズ群７
を省略するようにしても良い。偏光子８は偏光板もしく
は偏光フィルタからなり、図２に示すように、透過軸Ｐ
が鋼板４の入射面となす角α₁がπ／４になるように配
置されている。受光部３は鋼板４から反射角θの正反射
光を受光するものであり、ビ−ムスプリッタ９ａ，９ｂ
と、例えばＣＣＤからなるリニアアレイカメラ１０ａ，
１０ｂ，１０ｃと、リニアアレイカメラ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの受光面の前面に設けられた検光子１１ａ，
１１ｂ，１１ｃとを有する撮像装置１２が鋼板４の幅方
向に連設されている。検光子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは
例えば偏光板若しくは偏光フィルタからなり、図２に示
すように、検光子１１の透過軸が鋼板４の入射面となす
角α₂は検光子１１ａがα₂＝０、検光子１１ｂがα₂＝
π/４、検光子１１ｃがα₂＝−π/４になるように配置
されている。リニアアレイカメラ１０ａ〜１０ｃは鋼板
４からの反射光の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号
を一定周期で１ライン信号として出力する。

【００１７】受光部３のリニアアレイカメラ１０ａ，１
０ｂ，１０ｃは、図３のブロック図に示すように、信号
処理部１３に接続されている。信号処理部１３は前処理
部１４ａ，１４ｂ，１４ｃとフレ−ムメモリ１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ，エッジ検出部１６，輝度むら補正部１
７，２値化処理部１８，メモリ１９ａ，１９ｂ，１９
ｃ，オア処理部２０，２値メモリ２１，疵候補領域抽出
部２２，特徴量演算部２３，パラメ−タ演算部２４及び
疵判定部２５を有する。

【００１８】前処理部１４ａ〜１４ｃはリニアアレイカ
メラ１０ａ〜１０ｃから出力された反射光の光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号を加算平均するとともに
鋼板４のラインの移動量を検出して、鋼板４が信号処理
における１ラインの長さだけ移動したら、加算平均した
信号を１ラインのデ−タとしてフレ−ムメモリ１５ａ〜
１５ｃに送り、鋼板４の速度が変わっても信号処理にお
ける１ラインの鋼板移動方向の分解能を一定にする。フ
レ−ムメモリ１５ａ〜１５ｃは、例えば横1024画素×縦
200ラインで構成され、1024画素の１ラインデ−タを同
一タイミングでサンプリングして、200ラインに達する
まで順次格納し、２次元の偏光画像を形成する。エッジ
検出部１６は鋼板のエッジ部を検出する。輝度むら補正
部１７は光源５の強度むらや鋼板反射率むらによる幅方
向の強度むらと、それに伴う感度むらを補正する。２値
化処理部１８は偏光画像を２値化して、それぞれメモリ
１９ａ〜１９ｃに格納する。オア処理部２０はメモリ１
９ａ〜１９ｃに格納された２値画像の各画素をオア処理
して２値メモリ２１に格納する。疵候補領域抽出部２２
は２値メモリ２１に格納された２値画像の各画素の濃度
から疵候補領域の位置を特定する。特徴量演算部２３は
疵候補領域における測定光強度を抽出して平均して疵候
補領域の平均光強度を算出するとともに、疵の長さ，
幅，面積等の形状の特徴量と光強度ピ−ク値，平均光強
度等の濃度の特徴量を算出する。パラメ−タ演算部２４
は疵候補領域の画素の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の平均光強
度から疵候補領域のエリプソパラメ−タすなわち振幅反
射率比tanΨと位相差Δを示すcosΔと、鋼板４の反射光
の表面反射強度Ｉ₀を演算する。疵判定部２５は算出し
たエリプソパラメ−タと表面反射強度の特性の正常部よ
りプラス領域かマイナス領域かを示す極性と変化量及び
疵の長さ，幅，面積等の形状の特徴量と光強度ピ−ク
値，平均光強度等の濃度の特徴量から異常の程度を判定
する。

【００１９】上記のように構成された表面検査装置の動
作を説明するに当たり、３個のリニアアレイカメラ１０
ａ，１０ｂ，１０ｃで検出した光強度から振幅反射率比
tanΨとcosΔと鋼板４の反射光の表面反射強度Ｉ₀を演
算する原理を説明する。

【００２０】図２に示すように偏光子８の透過軸Ｐと検
光子１１の透過軸Ａが鋼板４の入射面となす角をα₁，
α₂とすると、任意の入射角θで鋼板４に入射して反射
したｐ偏光成分とｓ偏光成分が検光子１１を通って合成
されたときの光強度Ｉ(α₁，α₂)は、ｐ成分とｓ成分の
振幅反射率をｒ_p，ｒ_sとすると次式で表せる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここでα₁＝π／４にしたとき、α₂＝０の
検光子１１ａを通った光強度Ｉ₁は、Ｉ₁＝Ｉ₀ρ²とな
り、α₂＝π／４の検光子１１ｂを通った光強度Ｉ₂は、
Ｉ₂＝Ｉ₀(１＋ρ²＋２ρcosΔ）／２、α₂＝−π／４の
検光子１１ｃを通った光強度Ｉ₃は、Ｉ₃＝Ｉ₀(１＋ρ²
−２ρcosΔ）／２となる。この光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃か
らtanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀は次式で得られ
る。

【００２３】

【数２】

【００２４】但し、光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃はカメラのア
ンプゲインなどの選び方によって定数倍される場合もあ
る。

【００２５】次に、上記原理を使用した表面検査装置の
動作を説明する。投光部２から出射されて一定速度で移
動している鋼板４の表面で反射した偏光はビ−ムスプリ
ッタ９ａ，９ｂで分離され、検光子１１ａ，１１ｂ，１
１ｃを通ってリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０
ｃに入射する。このリニアアレイカメラ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃで反射光の光強度を検出するときに、リニア
アレイカメラ１０ａの前面にはα₂＝０の検光子１１ａ
が設けられているから、リニアアレイカメラ１０ａは前
記光強度Ｉ₁を検出し、リニアアレイカメラ１０ｂの前
面にはα₂＝π／４の検光子１１ｂが設けられているか
ら、リニアアレイカメラ１０ｂは前記光強度Ｉ₂を検出
し、リニアアレイカメラ１０ｃの前面にはα₂＝−π／
４の検光子１１ｃが設けられているから、リニアアレイ
カメラ１０ｃは前記光強度Ｉ₃を検出する。リニアアレ
イカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃで検出した光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号がそれぞれ前処理部１４
ａ〜１４ｂで前処理がされてフレ−ムメモリ１５ａ〜１
５ｃに展開され、図４の画像説明図の（ａ）に示すよう
に、Ｉ₁偏光画像２６ａとＩ₂偏光画像２６ｂとＩ₃偏光
画像２６ｃを形成する。ここでリニアアレイカメラ１０
ａ，１０ｂ，１０ｃは光学的に位置，角度を調整して同
じ視野となっており、同じタイミングで検出した光強度
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃は鋼板４の同一位置で反射した光の光強
度になっている。なお、リニアアレイカメラ１０ａ，１
０ｂ，１０ｃで同一位置の反射光を同じタイミングで検
出できない場合は、リニアアレイカメラ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの出力端に遅延回路等を設けて、検出位置と
タイミングを合わせるようにしても良い。

【００２６】エッジ検出部１６はフレ−ムメモリ１５ａ
〜１５ｃに展開された画像の鋼板４の領域では信号レベ
ルが高く、鋼板４ではない背景領域では信号レベルが小
さくなることから信号レベルが急激に変わっている点を
鋼板４のエッジ部として特定し、信号処理領域を定め
る。輝度むら補正部１７は１ラインの信号を幅方向に基
準点を中心に左右の数10点で移動平均して補正し、補正
前の信号を移動平均化された信号の同じ画素の信号で除
算し、地肌である正常部を示す基準レベルを加算して輝
度むら補正する。この輝度むら補正した信号において、
鋼板４の地肌である正常部に対して明るく見える疵の信
号レベルは基準レベルより高く、正常部に対して暗く見
える疵の信号レベルは基準レベルより低くなる。この補
正された画像を２値化処理部２５で２値化して、図４
（ｂ）に示すような２値化画像２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
をぞれぞれメモリ１９ａ〜１９ｃに格納する。この２値
化するときの２値化レベルは鋼板４の表面粗さや表面の
塗油状態に応じて定められているが、測定したデ−タの
ピ−ク値やバラツキ等から自動的に求めてノイズレベル
に設定しても良い。また、疵は種類によって正常部のレ
ベルに対して高いレベルになる場合と低いレベルになる
場合があるため、図５に示すように正常レベルに対して
プラス，マイナス両方の２値化レベル２８ａ，２８ｂを
設定して２値化し、図４（ｂ）に示すように、例えば疵
部２９ａ，２９ｂを白、正常部３０を黒とする。

【００２７】この２値化画像２７ａ〜２７ｃはＩ₁，
Ｉ₂，Ｉ₃の３画像があり、図４（ｂ）に示すように、疵
２９ａ，２９ｂが３画像に共通して異常値として検出さ
れるとは限らないため、オア処理部２０で、図４（ｃ）
に示すように、Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の２値画像を各画素毎に
オア処理して、オア処理画像３１を２値メモリ２１に格
納する。疵候補領域抽出部２２は２値メモリ２１に格納
されたオア処理画像３１の疵部２９ａ，２９ｂを示す白
い部分の位置を求め、図４（ｄ）に示すように、白い部
分に外接する長方形の領域を疵候補領域３２ａ，３２ｂ
として抽出し、疵候補領域３２ａ，３２ｂの２点例えば
右上のＰ₁，Ｐ₃点と左下のＰ₂，Ｐ₄点の座標から疵候補
領域３２ａ，３２ｂを特定して特徴量演算部２３に送
る。特徴量演算部２３は疵候補領域３２ａ，３２ｂにお
ける各画素の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を抽出して平均し、
疵候補領域３２ａ，３２ｂの各平均光強度を算出すると
ともに、疵の長さ，幅，面積等の形状の特徴量と光強度
ピ−ク値，平均光強度等の濃度の特徴量を算出する。パ
ラメ−タ演算部２０は送られた疵候補領域３０ａ，３０
ｂの各平均光強度からエリプソパラメ−タである振幅反
射率比tanΨと位相cosΔと鋼板４の反射光の表面反射強
度Ｉ₀を演算し疵判定部２５に送る。

【００２８】疵判定部２５は送られた疵候補領域３０
ａ，３０ｂの振幅反射率比tanΨと位相cosΔと鋼板４の
反射光の表面反射強度Ｉ₀の各レベルを正常部の基準レ
ベルと比較し、プラス領域かマイナス領域かを示す極性
と変化量から疵の種類を判定する。例えば冷延鋼板にお
ける異なる疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗに対するtanΨとcos
ΔとＩ₀の極性変化を調べた結果は図６に示すようにな
り、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，Ｙ，Ｖ，Ｗに
対するtanΨとcosΔとＩ₀の極性変化を調べた結果は図
７に示すようになった。そこで疵判定部２５はこの各疵
種のtanΨとcosΔとＩ₀の極性変化の特性と疵候補領域
３０ａ，３０ｂのtanΨとcosΔとＩ₀の組合せから疵の
疵種を判別することができる。このようにエリプソパラ
メ−タに加えて反射光の表面反射強度Ｉ₀も演算するか
ら検出可能な疵種を細分化することができる。

【００２９】この疵種は、例えば同じ疵種Ｓであって
も、検査員が目視判定する場合にはさらに疵の長さと幅
で詳細に分類する。そこで疵判定部２５は上記のように
疵候補領域３０ａ，３０ｂのtanΨとcosΔとＩ₀の組合
せから疵の疵種を判別するとともに、疵候補領域抽出部
２２で明らかにした疵の長さと幅で判別した疵種をさら
に詳細に区分する。疵の等級はエリプソパラメ−タや表
面反射強度の値だけで判定する以外に形状の特徴量や濃
度の特徴量も使い判定する。このようにして疵種と等級
を判定した結果、冷延鋼板では疵種の一致率が100％、
等級の一致率が90％程度であり、鍍金鋼板では疵種の一
致率が100％、等級の一致率が95％程度であった。

【００３０】このように疵候補領域３０ａ，３０ｂの各
平均光強度からtanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀を演
算するから、画像全体の領域について演算する場合と比
べてパラメ−タ演算時間を大幅に短縮することができ
る。すなわち、例えば1024画素×200ラインの各画素の
エリプソパラメ−タを全て演算していると汎用画像処理
装置で演算した場合に約数10秒かかる。これに対して疵
候補領域３０ａ，３０ｂの平均光強度から疵候補領域の
エリプソパラメ−タの代表値と表面反射強度の代表値を
求めることで、演算するデ−タ数が各疵候補領域で１個
ずつになるから、パラメ−タ演算時間は0.1msec程度の
短時間で済む。例えば100m／分で移動する鋼板４の偏光
画像を１画面形成する時間は数100msecであることか
ら、高価な特別の装置を使用せずにオンラインで疵種と
等級を検出することができる。

【００３１】また、偏光画像について疵候補領域３０
ａ，３０ｂを抽出しているから、偏光画像の全画素から
tanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀を算出してエリプソ
パラメ−タ画像と表面反射強度画像について疵候補領域
を抽出する場合と比べて疵部の抽出を確実に行うことが
でき、見逃しや過検出を減らすことができる。例えば偏
光画像における疵部のＳ／Ｎと偏光画像の全画素からta
nΨ画像とcosΔ画像及び表面反射強度Ｉ₀画像を算出し
たときの疵部のＳ／Ｎの評価を図８，図９に示す。図８
は無塗油状態を示し、図９は塗油状態を示す。いずれの
場合も偏光画像での疵部のＳ／Ｎのほうが高く、疵の検
出を確実に行うことができた。

【００３２】また、上記実施例は光強度の平均値でエリ
プソパラメ−タと表面反射強度を演算したが、光ピ−ク
値など他の濃度の特徴量を用いても良い。

【００３３】また、上記実施例は鋼板４からの反射光か
ら異なる３つの偏光成分を抽出するためにビ−ムスプリ
ッタ９ａ，９ｂを用いた場合について説明したが、図１
０に示すように鋼板４の移動方向に距離Ｌ毎にずれた位
置を検出するリニアアレイカメラ１０ａ〜１０ｃを用
い、設置位置のずれを考慮してメモリ上から偏光画像を
読み出してエリプソパラメ−タと表面反射強度を演算す
るようにしても良い。

【００３４】なお、上記実施例は受光部３にリニアアレ
イカメラ１０ａ〜１０ｃを使用した場合について説明し
たが、２次元カメラを使用しても良い。

【００３５】また、上記実施例は光学系１の受光部３に
３組のリニアアレイカメラ１０ａ〜１０ｃを設けた場合
について説明したが、図１１に示すように、受光部３に
３板式偏光リニアアレイカメラ３１を使用しても良い。
図１１に示す光学系１は投光部２と３板式偏光リニアア
レイカメラ３１を有する。投光部２は被検査体例えば鋼
板４の表面に一定の入射角で偏光を入射するものであ
り、光源５と光源５の前面に設けられた偏光子８とを有
する。光源５は鋼板４の幅方向に伸びた棒状発光装置か
らなり、鋼板４の幅方向全体に一定間隔で光を照射す
る。また、場合によっては光源５と偏光子８の間にシリ
ンドリカルレンズを設けて、光源５からの光を鋼板４の
表面に集光しても良い。偏光子８は例えば１／４波長板
からなり、図１２の配置説明図に示すように、透過軸Ｐ
が鋼板４の入射面となす角α₁がπ／４になるように配
置されている。３板式偏光リニアアレイカメラ３１は、
図１３の構成図に示すように、ビ−ムスプリッタ３２と
３個の検光子３３ａ，３３ｂ，３３ｃと３個のリニアア
レイセンサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃとを有する。ビ−ム
スプリッタ３２は３個のプリズムからなり、入射面に誘
電体多層膜を蒸着した半透過性を有する反射面が２面設
けられ、鋼板４からの反射光を入射する第１の反射面３
２ａは透過率と反射率が２対１の割合になっており、第
１の反射面３２ａを透過した光を入射する第２の反射面
３２ｂは透過率と反射率が１対１の割合になっており、
鋼板４からの反射光を同じ光量の３本のビ−ムに分離す
る。また、ビ−ムスプリッタ３２の入射面から分離した
３本のビ−ムの出射面までの光路長は同じにしてある。
検光子３３ａは第２の反射面３２ｂの透過光の光路に設
けられ、図１２に示すように、方位角すなわち透過軸が
鋼板４の入射面となす角α₂が０度になるように配置さ
れ、検光子３３ｂは第２の反射面３２ｂの反射光の光路
に設けられ、方位角α₂がπ/４度になるように配置さ
れ、検光子３３ｃは第１の反射面３２ａの反射光の光路
に設けられ、方位角α₂が−π/４になるように配置され
ている。リニアアレイセンサ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは
例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子３３ａ，
３３ｂ，３３ｃの後段に配置されている。また、ビ−ム
スプリッタ３２と検光子３３ａ，３３ｂ，３３ｃの間に
はビ−ムスプリッタ３２内の多重反射光や不必要な散乱
光をカットするスリット３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設け
られ、ビ−ムスプリッタ３２の前段にはレンズ群３６が
設けられている。また、リニアアレイセンサ３４ａ，３
４ｂ，３４ｃは同じ光強度の光が入射したときに同じ信
号を出力するように利得が調整してある。

【００３６】このように入射した光を分離した３本のビ
−ムの光路に検光子３３ａ〜３３ｃとリニアアレイセン
サ３４ａ〜３４ｃが一体化して設けられているから、リ
ニアアレイセンサ３４ａ〜３４ｃ等を鋼板４の搬送路近
傍に設置して鋼板４からの反射光を検出するときに、リ
ニアアレイセンサ３４ａ〜３４ｃ等の位置調整を必要と
しないとともに、鋼板４の同じ位置からの反射光を同じ
タイミングで検出することができる。また、３板式偏光
リニアアレイカメラ３１内に３組のリニアアレイセンサ
３４ａ〜３４ｃがまとまって収納されて小型化している
から、３板式偏光リニアアレイカメラ３１を鋼板４の反
射光の光路に簡単に配置することができるとともに、配
置位置を任意に選択することができ、光学系１の配置の
自由度を向上することができる。

【００３７】また、上記実施例は受光部３が鋼板４から
の正反射光を受光するように配置されている場合につい
て説明したが、検出する疵種によっては鋼板４からの散
乱反射光を受光するようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、偏光画
像から疵候補領域を抽出し、疵候補領域の光強度の平均
値でエリプソパラメ−タtanΨとcosΔ及び表面反射強度
Ｉ₀を疵候補領域の代表値として演算するようにしたか
ら、画像の全画素について演算する場合と比べてパラメ
−タ演算時間を大幅に短縮することができ、高速で移動
しているシ−ト状製品の表面異常部を高価な特別の装置
を使用せずにオンラインで確実に検出することができ
る。

【００３９】また、エリプソパラメ−タtanΨとcosΔ及
び表面反射強度Ｉ₀で疵種を判別するとともに、判別し
た疵種を疵の長さと幅等の形状でさらに詳細に区分けす
るから、より確実に疵の判定を行うことができる。

【００４０】さらに、偏光画像から疵候補領域を抽出す
るから、疵の見逃しを減らして安定して疵を検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の光学系を示す配置図であ
る。

【図２】上記実施例の配置を示す説明図である。

【図３】上記実施例の信号処理部を示すブロック図であ
る。

【図４】上記実施例の動作を示す画像説明図である。

【図５】２値化レベルを示す濃度特性図である。

【図６】冷延鋼板における疵種の極性特性図である。

【図７】鍍金鋼板における疵種の極性特性図である。

【図８】無塗油状態における疵部のＳ／Ｎの評価特性図
である。

【図９】塗油状態における疵部のＳ／Ｎの評価特性図で
ある。

【図１０】他の光学系を示す配置図である。

【図１１】第３の光学系を示す配置図である。

【図１２】第３の光学系の動作を示す配置説明図であ
る。

【図１３】第３の光学系の３板式偏光リニアカメラの構
成図である。

【符号の説明】

１光学系２投光部３受光部４鋼板８偏光子９ビ−ムスプリッタ１０リニアアレイカメラ１１検光子１３信号処理部１４前処理部１５フレ−ムメモリ１６エッジ検出部１７輝度むら補正部１８２値化処理部１９メモリ２０オア処理部２１２値メモリ２２疵候補領域抽出部２３特徴量演算部２４パラメ−タ演算部２５疵判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大重貴彦東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面の幅方向全体にわたり偏光光束を入射
し、受光部は被検査面からの反射光から異なる３つの偏光成
分を抽出して画像信号に変換し、信号処理部は疵候補領域抽出部と特徴量演算部とパラメ
−タ演算部及び疵判定部とを有し、疵候補領域抽出部は
上記３種類の偏光画像の濃度レベルと基準濃度レベルと
を比較して、測定した偏光画像の濃度レベルが地肌レベ
ルに相当する基準濃度レベルの範囲外となる領域を疵候
補領域として抽出し、特徴量演算部は抽出した疵候補領
域内における測定光強度の平均値を算出し、パラメ−タ
演算部は算出した平均光強度からエリプソパラメ−タと
表面反射強度を算出し、疵判定部は算出したエリプソパ
ラメ−タと表面反射強度の特性とあらかじめ定められた
表面疵の特性とを比較して表面疵の種類と等級を判定す
ることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】上記特徴量演算部は抽出した疵候補領域
内における測定光強度の平均値を算出するとともに疵の
形状，濃度の特徴量を明らかにし、疵判定部はパラメ−
タ演算部で算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度
の特性とあらかじめ定められた表面疵の特性との比較結
果及び疵の形状，濃度の特徴量から表面疵の種類を判定
する請求項１記載の表面検査装置。
【請求項３】上記受光部は被検査面からの反射光を３
本のビ−ムに分離するビ−ムスプリッタと、分離された
３本のビ−ムの光路にそれぞれ設けられ、それぞれ異な
る方位角を有する検光子と、各検光子を透過した光を受
光するリニアアレイセンサとを有する請求項１又は２記
載の表面検査装置。