JPH09178667A

JPH09178667A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09178667A
Application number: JP8297895A
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】移動している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することは困難であっ
た。【解決手段】３組のリナアアレイセンサ１０ａ〜１０ｃ
から入力した鋼板４表面の偏光画像の疵候補領域内にお
けるエリプソパラメ−タと表面反射強度の正常部に対す
る大小を示す極性を信号処理部１３で算出し、算出した
エリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せによ
る疵特徴量から表面疵の種類を判定する。

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
高いか否か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
公報に示されている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tanΨ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】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。

【００１０】

【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、信号処理部はパラメ−タ
演算部と特徴量演算部及び疵判定部とを有し、パラメ−
タ演算部は上記画像信号からエリプソパラメ−タと表面
反射強度を算出し、特徴量演算部は疵候補領域内におけ
るエリプソパラメ−タと表面反射強度の正常部に対する
大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ−タ
と表面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量を演算
し、疵判定部は演算した疵特徴量から表面疵の種類を判
定することを特徴とする。

【００１１】上記特徴量演算部は疵候補領域内における
エリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せによ
る疵特徴量を演算するとともに疵候補領域内における異
なる偏光画像の光強度の極性の組合せによる疵特徴量を
演算し、疵判定部は演算したエリプソパラメ−タと表面
反射強度の極性の組合せによる疵特徴量と光強度による
疵特徴量から表面疵の種類を判定することが望ましい。

【００１２】さらに、上記信号処理部はパラメ−タ演算
部と特徴量演算部と疵判定部とともに疵候補領域抽出部
を有し、疵候補領域抽出部で上記エリプソパラメ−タと
表面反射強度の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
て抽出すると良い。

【００１３】また、この発明に係る他の表面検査装置
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
部とパラメ−タ演算部と特徴量演算部及び疵判定部を有
し、疵候補領域抽出部は上記３つの偏光成分の画像信号
の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、パ
ラメ−タ演算部は疵候補領域内で画像信号からエリプソ
パラメ−タと表面反射強度を算出し、特徴量演算部は算
出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の正常部に対
する大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ
−タと表面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量を演
算し、疵判定部は演算した疵特徴量から表面疵の種類を
判定することを特徴とする。

【００１４】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。

【００１５】

【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。

【００１６】信号処理部にはパラメ−タ演算部と疵候補
領域抽出部と特徴量演算部及び疵判定部とが設けられて
いる。パラメ−タ演算部は３組のリニアアレイセンサか
ら入力された偏光画像の光強度からエリプソパラメ−タ
tanΨ，cosΔと表面反射強度Ｉ₀を算出し、tanΨ画像と
cosΔ画像及びＩ₀画像を形成する。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tanΨ画像とcosΔ画像及びＩ₀画像の
濃度レベルと基準濃度レベルとを比較して、tanΨ画像
とcosΔ画像及びＩ₀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の各画素におけるエリプソパラメ
−タtanΨとcosΔ及び表面反射強度Ｉ₀を特徴量演算部
で抽出して最大値又は平均値の正常部に対する大小を示
す極性を算出し、算出したエリプソパラメ−タと表面反
射強度の極性の組合せによる疵特徴量を演算する。疵判
定部は算出したエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面
反射強度Ｉ₀の極性の組合せによる疵特徴量から表面疵
の種類を判定する。

【００１７】このように被検査面の表面特性により敏感
に変化するエリプソパラメ−タtanΨとcosΔを検出し
て、疵の有無を判別するから、散乱光や回折で検出でき
なかった表面の物性変化をも検出できる。また疵候補領
域を特定してエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反
射強度Ｉ₀の極性の組合せから疵の種類を判別するから
簡単に疵の種類を判別することができるとともに疵の検
出精度を高める。

【００１８】また疵の種類を判別するときに疵候補領域
内におけるエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反射
強度Ｉ₀の極性変化の組合せと疵部の測定光強度の極性
変化により疵を判別することにより、より詳細に疵の種
類と等級を判別できる。

【００１９】

【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。

【００２０】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とパラメ−タ演算部１６，メモリ１７ａ，
１７ｂ，１７ｃ，エッジ検出部１８，輝度むら補正部１
９，２値化処理部２０，メモリ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，オア処理部２２，２値メモリ２３，疵候補領域抽出
部２４，特徴量演算部２５及び疵判定部２６を有する。

【００２１】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、ライン速度が変わっても信号処理におけ
る１ラインの長さを一定とする。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て２
次元の偏光画像を形成する。パラメ−タ演算部１６はフ
レ−ムメモリ１５ａ〜１５ｃに格納された偏光画像の各
画素の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号からエリプ
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を演算し
て、メモリ１７ａ，１７ｂ，１７ｃにそれぞれtanΨ画
像デ−タとcosΔ画像デ−タ及びＩ₀画像デ−タとして格
納する。エッジ検出部１８はtanΨ画像とcosΔ画像及び
Ｉ₀画像における鋼板４のエッジ部を検出する。輝度む
ら補正部１９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２０はtanΨ画像とcosΔ画像及びＩ₀
画像を２値化して、それぞれメモリ２１ａ，２１ｂ，２
１ｃに格納する。オア処理部２２はメモリ２１ａ，２１
ｂ，２１ｃに格納されたtanΨ，cosΔ，Ｉ₀の２値画像
の各画素をオア処理して２値メモリ２３に格納する。疵
候補領域抽出部２４は２値メモリ２３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２５は疵候補領域におけるtanΨ，cosΔ，
Ｉ₀を抽出して絶対値が最大となる値、すなわちピ−ク
値又は平均値を演算し特徴量を明らかにする。疵判定部
２６は疵候補領域におけるtanΨ，cosΔ，Ｉ₀のピ−ク
値又は平均値が正常部よりプラス領域かマイナス領域か
を示す極性から異常の程度を判定する。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】

【数１】

【００２５】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。

【００２６】

【数２】

【００２７】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。

【００２８】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，１１ｃを通っ
てリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃに入射す
る。このリニアアレイカメラ１０ａ，１０ｂ，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１
１ｃ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１０
ａ，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１４ａ〜１４ｂで前処
理がされてフレ−ムメモリ１５ａ〜１５ｃ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１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ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，１０ｂ，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，１０ｂ，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。

【００２９】パラメ−タ演算部１６はフレ−ムメモリ１
５ａ〜１５ｃに格納された偏光画像３１ａ〜３１ｃの各
画素の光強度Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃を示す画像信号からエリプ
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を演算し
て、メモリ１７ａ〜１７ｃにtanΨ画像デ−タとcosΔ画
像デ−タ及びＩ₀画像デ−タとして格納する。エッジ検
出部１８はメモリ１７ａ〜１７ｃに展開されたtanΨ画
像，cosΔ画像，Ｉ₀画像の鋼板４の領域では、図５に示
すように、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て信
号処理領域を定める。この信号処理領域におけるtan
Ψ，cosΔ，Ｉ₀の１ラインの信号強度は、例えば図６
（ａ）に示すように、幅方向に大きなむらがある。そこ
で輝度むら補正部１９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、図６（ｂ）に
示すように、移動平均した信号tanΨｍ，cosΔｍ，Ｉ₀
ｍを作成する。そして、図６（ｃ）に示すように、移動
平均前の信号tanΨ，cosΔ，Ｉ₀と移動平均した信号tan
Ψｍ，cosΔｍ，Ｉ₀ｍ及び地肌である正常部を示す基準
レベルＣから次式により各画素毎の補正信号tanΨｃ，c
osΔｃ，Ｉ₀ｃを算出する。なお、次式においてＡは定
数である。

【００３０】

【数３】

【００３１】この輝度むら補正した信号において、図６
（ｃ）に示すように、鋼板４の地肌である正常部に対し
て明るく見える疵３３ａの信号レベルは正常部３４の基
準レベルＣより高く、正常部に対して暗く見える疵３３
ｂの信号レベルは基準レベルＣより低くなる。この補正
された画像を２値化処理部２０で２値化して、tanΨ
ｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの２値化画像をぞれぞれメモリ２１
ａ〜２１ｃ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７
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３５ａ，３５ｂを設定して２値化し、信
号レベルがプラスの２値化レベル３５ａとマイナスの２
値化レベル３５ｂ以外の範囲を白、２値化レベル３５
ａ，３５ｂの範囲内を黒として正常部とする。

【００３２】この２値化画像はtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀
ｃの３画像があり、例えば図４（ｂ）に示すように、疵
３３ａ，３３ｂ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。そこでオア処理部２２はメモリ２１
に格納されたtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの２値画像を各
画素毎にオア処理して、オア処理画像３６を２値メモリ
２３に格納する。疵候補領域抽出部２４は２値メモリ２
３に格納されたオア処理画像３６の疵部３３ａ，３３ｂ
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３７
ａ，３７ｂとして抽出し、疵候補領域３７ａ，３７ｂ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３７ａ，３７ｂを特定して特徴量演算部
２５に送る。特徴量演算部２５は疵候補領域３７ａ，３
７ｂにおける各画素のtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃのピ−
ク値又は平均値を求め、疵候補領域３７ａ，３７ｂにお
けるtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃのピ−ク値又は平均値が
正常部の基準レベルよりプラス領域かマイナス領域かを
示す極性を求め、極性パタ−ン等の疵特徴量Ｅｐｐを例
えば、Ｅｐｐ＝９Δｐ＋３Ψｐ＋Ｉｐで演算する。ここ
でΨｐはtanΨｃの極性、ΔｐはcosΔｃの極性、Ｉｐは
Ｉ₀ｃの極性を示し、例えばプラス極性のときは
「２」、正常部と同じときは「１」、マイナス極性のと
きは「０」と数値化して表す。

【００３３】また、疵特微量Ｅｐｐと同様に、疵候補領
域３７ａ，３７ｂにおける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のピ
−ク値又は平均値を求め、疵候補領域３７ａ，３７ｂに
おける各画素Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のピ−ク値又は平均値が
正常部の基準レベルよりプラス領域かマイナス領域かを
示す極性を求め、極性パタ−ンの疵特微量Ｉｐｐを例え
ばＩｐｐ＝９Ｉ１ｐ＋３Ｉ２ｐ＋Ｉ３ｐで演算する。こ
こでＩ１ｐはＩ１の極性、Ｉ２ｐはＩ２の極性、Ｉ３ｐ
はＩ３の極性を示し、例えばプラス極性のときは
「２」、正常部と同じときは「１」、マイナス極性のと
きは「０」と数値化して表す。さらに、特徴量演算部２
５は疵候補領域抽出部２４で算出した疵候補領域の座標
から疵の長さと幅を求める。

【００３４】疵判定部２６は送られた疵候補領域３７
ａ，３７ｂの疵特徴量Ｅｐｐを使って疵の種類を判定す
る。例えば冷延鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，
Ｖ，Ｗ，Ｘに対するtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性変
化を調べた結果と疵特徴量Ｅｐｐは図８に示すようにな
り、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗに
対するtanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性変化を調べた結
果と疵特徴量Ｅｐｐは図９に示すようになった。そこで
疵判定部２６はこの各疵種の疵特徴量Ｅｐｐと特徴量演
算部２５で算出した疵特徴量Ｅｐｐから疵種を判別す
る。すなわち、tanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの極性の１又
は２つの組合せでは、図８，図９に示すように疵種を判
別することはできないが、tanΨｃ，cosΔｃ，Ｉ₀ｃの
３つの極性を組み合わせることにより疵種を明確に区分
けすることができる。そこで例えば冷延鋼板の場合に
は、疵特徴量Ｅｐｐが「０」のときは疵種Ｔと判定し、
疵特徴量Ｅｐｐが「１」のときは疵種Ｖと判定し、疵特
徴量Ｅｐｐが「12」のときは疵種Ｗと判定し、疵特徴量
Ｅｐｐが「18」のときは疵種Ｓか疵種Ｘと判定し、疵特
徴量Ｅｐｐが「24」のときは疵種Ｕと判定する。

【００３５】上記のように冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘの
ように疵特微量Ｅｐｐだけでは区分できない場合もあ
る。このような場合には、さらに疵候補領域３７ａ，３
７ｂの疵特微量Ｉｐｐも使う。冷延鋼板における異なる
疵種Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘに対するＩ１，Ｉ２，Ｉ３
の極性変化を調べた結果と疵特微量Ｉｐｐは図１０に示
すようになり、鍍金鋼板における異なる疵種Ｓ，Ｘ，
Ｙ，Ｚ，Ｗに対するＩ１，Ｉ２，Ｉ３の極性変化を調べ
た結果と疵特微量Ｉｐｐは図１１に示すようになった。
冷延鋼板の疵種Ｓと疵種Ｘについては疵特微量Ｅｐｐが
同じであるため区分ができなかったが、疵特微量Ｉｐｐ
が異なるので、疵特微量Ｉｐｐにより明確に区分するこ
とができる。また、疵の等級はtanΨ，cosΔ，Ｉ₀のピ
−ク値や平均値、疵の長さ、幅も使い判定する。

【００３６】なお、上記実施例は偏光画像から直ちにta
nΨ，cosΔ，Ｉ₀を演算した場合について説明したが、
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の偏光画像から疵候補領域を検出してか
ら疵候補領域内だけtanΨ，cosΔ，Ｉ₀を演算したり、
Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ₃の偏光画像から検出した疵候補領域内の
測定光強度の代表値例えばピ−ク値や平均値からtan
Ψ，cosΔ，Ｉ₀を演算するようにしても良い。

【００３７】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
２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。

【００３８】なお、上記実施例は受光部３に１次元のリ
ニアアレイカメラ１０ａ〜１０ｃを使用して鋼板４から
の反射光を検出した場合について説明したが、２次元カ
メラを使用して鋼板４からの反射光を検出しても良い。

【００３９】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１３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１３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１４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１５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１４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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、異なる
３種類の偏光画像から疵候補領域を抽出し、疵候補領域
の各画素におけるエリプソパラメ−タtanΨとcosΔ及び
表面反射強度Ｉ₀のピ−ク値又は平均値の正常部に対す
る大小を示す極性を算出し、算出したエリプソパラメ−
タtanΨとcosΔと表面反射強度Ｉ₀の極性変化の組合せ
を示す疵特徴量から疵の種類を判定するようにしたか
ら、散乱光や回折では検出できなかった表面の物性変化
をも検出することができ、疵の検出精度を高めることが
できる。

【００４３】また、疵の種類を判別するときに疵候補領
域内におけるエリプソパラメ−タtanΨとcosΔと表面反
射強度Ｉ₀の極性変化の組合せに加えて疵部の３種類の
測定光強度の極性変化の組合せによる疵を判別すること
により、より詳細に疵の種類と等級を判別することがで
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】エッジ検出動作を示す信号強度分布図である。

【図６】輝度むら補正動作を示す説明図である。

【図７】２値化レベルを示す濃度特性図である。

【図８】冷延鋼板における疵種の極性特性図である。

【図９】鍍金鋼板における疵種の極性特性図である。

【図１０】冷延鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図１１】鍍金鋼板における疵種の他の極性特性図であ
る。

【図１２】他の光学系を示す配置図である。

【図１３】第３の光学系を示す配置図である。

【図１４】第３の光学系の動作を示す配置説明図であ
る。

【図１５】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パラメ−タ演算部１８エッジ検出部１９輝度むら補正部２０２値化処理部２２オア処理部２４疵候補領域抽出部２５特徴量演算部２６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、信号処理部はパラメ−タ演算部と特徴量演算部及び疵判
定部とを有し、パラメ−タ演算部は上記画像信号からエ
リプソパラメ−タと表面反射強度を算出し、特徴量演算
部は疵候補領域内におけるエリプソパラメ−タと表面反
射強度の正常部に対する大小を示す極性を算出し、算出
したエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せ
による疵特徴量を演算し、疵判定部は演算した疵特徴量
から表面疵の種類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疵候補領域内におけ
るエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性の組合せに
よる疵特徴量を演算するとともに疵候補領域内における
異なる偏光画像の光強度の極性の組合せによる疵特徴量
を演算し、疵判定部は演算したエリプソパラメ−タと表
面反射強度の極性の組合せによる疵特徴量と光強度によ
る疵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】上記信号処理部はパラメ−タ演算部と特
徴量演算部と疵判定部とともに疵候補領域抽出部を有
し、疵候補領域抽出部は上記エリプソパラメ−タと表面反射
強度の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す
る請求項１又は２記載の表面検査装置。
【請求項４】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パラメ−タ演算部と特
徴量演算部及び疵判定部を有し、疵候補領域抽出部は上
記３つの偏光成分の画像信号の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、パラメ−タ演算部は疵候補領
域内で画像信号からエリプソパラメ−タと表面反射強度
を算出し、特徴量演算部は算出したエリプソパラメ−タ
と表面反射強度の正常部に対する大小を示す極性を算出
し、算出したエリプソパラメ−タと表面反射強度の極性
の組合せによる疵特徴量を演算し、疵判定部は演算した
疵特徴量から表面疵の種類を判定することを特徴とする
表面検査装置。
【請求項５】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１，２，３
又は４記載の表面検査装置。