JP2017161266A - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数検出演算を用いて周波数情報を取得し、その周波数情報から螺旋状等の棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があること判断することで、より正確に連続する周期的な表面欠陥を検出することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することにある。【解決手段】反射レーザ光の受光量のデータに基づいて表面欠陥を検出する表面欠陥検出手段を備え、表面欠陥検出手段が、棒材の軸方向に沿って連続して取得した反射レーザ光の受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、周波数情報から棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があることを検出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、棒材の表面の疵や汚れによる表面欠陥を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。

従来より、圧延等により製造された長尺の鋼材等の丸棒の外周面の疵や汚れ等の表面欠陥の検査が行われている。この表面検査装置としては、例えば、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１の丸棒検査装置では、丸棒の軸の方向から、軸から所定の仰角を有して丸棒の外周面の検査点にレーザ光を照射するレーザ光源と、丸棒の検査点で反射した反射レーザ光を受光する受光センサとを備え、反射レーザ光を受光センサで受光し、受光した光の状態から外周面を検査するものである。

特開２０１２−１１２６５４号公報

しかしながら、従来の丸棒検査装置では、受光した光量が周期的に波を打つような波形を示した場合、螺旋傷の螺旋周期により光量が変動したものと推定して、螺旋傷であろうと判断しているが、螺旋状ではないにも関わらずたまたま連続して傷が検知されたに過ぎない可能性もあり、周期的に軸方向に連続する螺旋傷に代表される周期的な表面欠陥を確定的に検出することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、周波数検出演算を用いて周波数情報を取得し、その周波数情報から螺旋状等の棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があること判断することで、より正確に連続する周期的な表面欠陥を検出することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することにある。

請求項１記載の表面検査装置は、反射レーザ光の受光量のデータに基づいて表面欠陥を検出する表面欠陥検出手段を備え、表面欠陥検出手段が、棒材の軸方向に沿って連続して取得した反射レーザ光の受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、周波数情報から棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があることを検出することを特徴とする。

請求項２記載の表面検査装置は、周波数検出演算が、フーリエ変換であることを特徴とする。

請求項３記載の表面検査装置は、表面欠陥検出手段が、周波数情報の値の上限が、（棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の１１０％）／（予想される周期的な表面欠陥のピッチ）で、周波数情報の値の下限が、（棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の９０％）／（予想される周期的な表面欠陥のピッチ）の場合、表面欠陥があると判断することを特徴とする。

請求項４記載の表面検査装置は、表面欠陥検出手段が、反射レーザ光の受光量のデータ内に、所定の変化率を上回る変化率の値のデータの個数を算出し、個数が所定以下の場合、周波数情報にかかわらず、棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥がないものとして判断することを特徴とする。

請求項５記載の表面検査装置は、表面欠陥検出手段が、最初に、反射レーザ光の受光量のデータに移動平均を行って、受光量のデータとすることを特徴とする。

請求項６記載の表面検査方法は、棒材の軸方向に沿って連続して取得した反射レーザ光の受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、周波数情報から棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があることを検出することを特徴とする。

請求項７記載の表面検査方法は、周波数検出演算が、フーリエ変換であることを特徴とする。

請求項８記載の表面検査方法は、表面欠陥検出手段が、周波数情報の値の上限が、（棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の１１０％）／（予想される周期的な表面欠陥のピッチ）で、周波数情報の値の下限が、（棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の９０％）／（予想される周期的な表面欠陥のピッチ）の場合、表面欠陥があると判断することを特徴とする。

請求項９記載の表面検査方法は、反射レーザ光の受光量のデータ内に、所定の変化率を上回る変化率の値のデータの個数を算出し、個数が所定以下の場合、周波数情報にかかわらず、棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥がないものとして判断することを特徴とする。

請求項１０記載の表面検査方法は、最初に、反射レーザ光の受光量のデータに移動平均を行って、受光量のデータとすることを特徴とする。

本願発明によれば、周波数検出演算を用いて周波数情報を取得し、その周波数情報から螺旋状等の棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があること判断することで、より正確に連続する周期的な表面欠陥を検出することができる。

本発明に係る表面検査装置の構造の一例を示す説明図である。 同表面検査装置の動作を説明する説明図である。 同表面検査装置の受光センサの波形（螺旋傷）を示すグラフである。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る表面検査装置の構造の一例を示す説明図である。図２は、同表面検査装置の動作を説明する説明図である。図３は、同表面検査装置の受光センサの波形（螺旋傷）を示すグラフである。

図における表面検査装置１は、パイプ形状を含む角棒や丸棒Ｗ等の棒材の外周面の疵や汚れ等の表面欠陥を検査し、疵や汚れ等の表面欠陥の有無を判断するための装置である。表面検査装置１は、例えば丸棒Ｗの外周面に向かってレーザ光Ｌを照射するレーザ光源１０、レーザ光源１０のレーザ光Ｌが丸棒Ｗの外周面の検査点Ｐで反射した反射レーザ光Ｃを受光する受光センサ２０を備えている。尚、本実施の形態で、検査する棒材としては丸棒Ｗで説明するが、棒材であれば必ずしも丸棒Ｗである必要はない。

レーザ光源１０は、電源１２から電力の供給を受けてレーザ光Ｌを発射するもので、波長が３００ｎｍ〜７００ｎｍで、より具体的には、赤色レーザ（中心波長：赤色（６５０ｎｍ））、緑色レーザ（中心波長：緑色（５３２ｎｍ））、バイオレットレーザ（中心波長：青紫（４０５ｎｍ））、青色レーザ（中心波長：青色（３７５ｎｍ））等である。レーザ光源１０は、丸棒Ｗの軸の方向から、軸から所定の仰角θａを有して丸棒Ｗの外周面の検査点Ｐにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌの丸棒Ｗの軸となす仰角θａは、５度〜４５度である。仰角θａは、丸棒Ｗの材質・太さや外周面の状況、検出したい傷の種類や大きさにより適宜定めるようにする。尚、検査可能な丸棒Ｗは、レーザ光Ｌが反射可能な材質で、太さは直径数μｍの物から検査可能である。

受光センサ２０は、丸棒Ｗの検査点Ｐで反射した反射レーザ光Ｃを受光するもので、例えば、受光した光量を出力するフォトダイオードである。受光センサ２０は、反射レーザ光Ｃを最も正確に受光できる位置、すなわち、レーザ光源１０と同じ丸棒Ｗに対する周方向の位置で、且つ、丸棒Ｗの軸とレーザ光Ｌとの仰角θａと同じ角度の仰角θａ’で検査点Ｐに向かっている。受光センサ２０は、データ解析部２２に接続されている。

データ解析部２２は、受光センサ２０の受光量の値から、丸棒Ｗの検査点Ｐに疵や汚れ等の表面欠陥がないかどうかの判断を行う表面欠陥検出手段であり、例えばコンピュータのソフトウェアで実現したり、また、ハードウェアだけ、さらには、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより、実現させることも可能である。

次に、表面検査装置１の動作を説明する。まず、丸棒Ｗの正常な検査点Ｐにレーザ光Ｌを照射し、その反射レーザ光Ｃが受光センサ２０に投影される受光影Ｂは、図２に示すように、丸棒Ｗの外周面の湾曲に沿ったリング状に強い光量を有したものになる。尚、丸棒Ｗの外周面は、完璧な平滑面ではないことから、若干、反射レーザ光Ｃが発散した点状に弱い光量の部分も生じる。このようにレーザ光Ｌを丸棒Ｗの検査点Ｐに照射し、その反射レーザ光Ｃを受光センサ２０で受光してデータ解析部２２で解析し、検査点Ｐに疵や汚れ等の表面欠陥がないかどうかの判断を行う。

まず、正常な検査点Ｐでは、図２に示す受光影Ｂになり、受光センサ２０及び仰角θａ’の受光素子では、所定の強い受光量が安定して（所定以下の変動幅で）検出される。一方、例えば、検査点Ｐに螺旋傷がある場合、図３のグラフのように、螺旋傷のある位置で、周期的に大きな受光量の落ち込みが生じる。この受光量の落ち込みは、螺旋傷によりレーザ光Ｌが検査点Ｐで外周方向に反射できず、反射レーザ光Ｃの光量が著しく落ちたことによるもので、受光量が連続して周期的に波を打つような波形になる。

データ解析部２２では、丸棒Ｗの軸方向に沿って連続して取得した反射レーザ光Ｃの受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、周波数情報から丸棒Ｗの表面に螺旋状の表面欠陥があることを検出するようにする。周波数検出演算としては、例えばフーリエ変換であり、他の演算方法でも良いが、一般にフーリエ変換は高速で演算が可能で好ましい。このように、フーリエ変換に代表される周波数検出演算を用いて周波数情報を取得し、その周波数情報から螺旋状等の棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があること判断することで、より正確に螺旋状等の連続する周期的な表面欠陥を検出することができる。

尚、実際の丸棒Ｗの製造段階で、丸棒Ｗ自体が所定の速度で回転しながら長手方向（軸方向）に移動しながら加工されるので、棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥の一例である螺旋傷が生じる場合には、予め螺旋傷の周期を予想することが可能である。このため、データ解析部２２では、周波数情報の値の上限が、（丸棒Ｗの軸方向に沿って取得する取得速度の１１０％）／（予想される螺旋状の表面欠陥のピッチ）で、周波数情報の値の下限が、（丸棒の軸方向に沿って取得する取得速度の９０％）／（予想される螺旋状の表面欠陥のピッチ）の場合、表面欠陥があると判断することが可能である。これにより、丸棒Ｗの製造工程と整合性が取れ、より正確に螺旋状等の連続する周期的な表面欠陥を検出することができる。

また、上述の丸棒Ｗの製造工程を考慮すると、若干の螺旋状の表面欠陥を許容できる場合もあり、そのような場合、データ解析部２２で、反射レーザ光の受光量のデータ内に、所定の変化率を上回る変化率の値のデータの個数を算出し、個数が所定以下の場合、周波数情報にかかわらず、螺旋状の表面欠陥がないものとして判断することも可能である。

さらに、計測中の丸棒Ｗの振動や他のノイズ等の影響を抑えるために、データ解析部２２で、フーリエ変換等を掛ける前に、最初に、反射レーザ光の受光量のデータに移動平均を行って、受光量のデータとすることも可能である。

以上のように、本発明によれば、周波数検出演算を用いて周波数情報を取得し、その周波数情報から螺旋状等の棒材の表面に軸方向に連続する周期的な表面欠陥があること判断することで、より正確に連続する周期的な表面欠陥を検出することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することができる。

１・・・・表面検査装置
１０・・・レーザ光源
１２・・・電源
２０・・・受光センサ
２２・・・データ解析部

Claims (10)

1. パイプ形状を含む棒材の軸の方向から、該軸から所定の仰角を有して該棒材の表面にレーザ光を照射し、該棒材の表面で反射した反射レーザ光を受光することにより該棒材の表面の疵や汚れによる表面欠陥を検査する表面検査装置において、
   該反射レーザ光の受光量のデータに基づいて該表面欠陥を検出する表面欠陥検出手段を備え、
   該表面欠陥検出手段が、該棒材の軸方向に沿って連続して取得した該反射レーザ光の受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、該周波数情報から該棒材の表面に該軸方向に連続する周期的な該表面欠陥があることを検出することを特徴とする表面検査装置。
2. 前記周波数検出演算が、フーリエ変換であることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
3. 前記表面欠陥検出手段が、
   前記周波数情報の値の上限が、（前記棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の１１０％）／（予想される前記周期的な表面欠陥のピッチ）で、
   該周波数情報の値の下限が、（前記棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の９０％）／（予想される該周期的な表面欠陥のピッチ）
   の場合、前記表面欠陥があると判断することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面検査装置。
4. 前記表面欠陥検出手段が、
   前記反射レーザ光の受光量のデータ内に、所定の変化率を上回る変化率の値のデータの個数を算出し、
   該個数が所定以下の場合、前記周波数情報にかかわらず、前記棒材の表面に前記軸方向に連続する周期的な表面欠陥がないものとして判断することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表面検査装置。
5. 前記表面欠陥検出手段が、
   最初に、前記反射レーザ光の受光量のデータに移動平均を行って、該受光量のデータとすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の表面検査装置。
6. パイプ形状を含む棒材の軸の方向から、該軸から所定の仰角を有して該棒材の表面にレーザ光を照射し、該棒材の表面で反射した反射レーザ光を受光することにより該棒材の表面の疵や汚れによる表面欠陥を検査する表面検査方法において、
   該棒材の軸方向に沿って連続して取得した該反射レーザ光の受光量のデータに対して周波数検出演算を行って周波数情報を取得し、該周波数情報から該棒材の表面に該軸方向に連続する周期的な該表面欠陥があることを検出することを特徴とする表面検査方法。
7. 前記周波数検出演算が、フーリエ変換であることを特徴とする請求項６記載の表面検査方法。
8. 前記表面欠陥検出手段が、
   前記周波数情報の値の上限が、（前記棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の１１０％）／（予想される前記周期的な表面欠陥のピッチ）で、
   該周波数情報の値の下限が、（前記棒材の軸方向に沿って取得する取得速度の９０％）／（予想される該周期的な表面欠陥のピッチ）
   の場合、前記表面欠陥があると判断することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の表面検査方法。
9. 前記反射レーザ光の受光量のデータ内に、所定の変化率を上回る変化率の値のデータの個数を算出し、
   該個数が所定以下の場合、前記周波数情報にかかわらず、前記棒材の表面に前記軸方向に連続する周期的な表面欠陥がないものとして判断することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の表面検査方法。
10. 最初に、前記反射レーザ光の受光量のデータに移動平均を行って、該受光量のデータとすることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の表面検査方法。