JPH0989800A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検査物健全部における信号強度変化を抑制
し、かつ、高い欠陥検出性能を有する表面欠陥検査装置
を提供する。 【解決手段】被検査物１１の表面に投光器１２で光を照
射し、その正反射光１３を、被検査物１１表面粗さに対
応する凹凸の平均間隔より大きな寸法のものしか検出で
きない低い空間分解能を有する第１の受光器１４で受光
し、また乱反射光１５は、検査対象とする表面欠陥の寸
法より小さな寸法のものも検出できる高い空間分解能を
有する第２の受光器１６で受光し、信号処理器１７で処
理して表示器１８に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板、アルミ板、
紙などの物体の表面に生ずる欠陥を光学的に検出する表
面欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板、アルミ板、紙等の製造工程におい
ては、その表面品質を管理あるいは保証するために、こ
れらの表面に発生する種々の欠陥（以下、表面欠陥とい
う）を検出することが重要であり、従来より、光学的手
法を用いた表面欠陥検査装置が実用化されている。

【０００３】図４は、光学的手法を用いた従来の表面欠
陥検査装置の装置構成の一例を示す模式図である。被検
査物４１の表面欠陥を検査するには、被検査物４１の表
面に投光器４２で光を照射し、被検査物４１の表面で反
射した光を受光器４３で受光する。ここで、被検査物４
１の表面に欠陥が発生している場合は、受光器４３の受
光信号強度が変化する。受光器４３からの、このような
受光信号を信号処理器４４に取り込み処理することによ
り被検査物４１の表面欠陥の検査を行なう。

【０００４】また、近年では、被検査物表面からの反射
光のうちの正反射光を受光する第１の受光器と、その被
検査物表面からの反射光のうちの乱反射光を受光する第
２の受光器とを備えた表面欠陥検査装置も実用化されて
いる。この装置構成を用いて、正反射光と乱反射光との
双方の強度変化を検出することにより、上述の例に比
べ、表面欠陥に関するより多様な情報を採取することが
でき、特に多種多様な表面欠陥を生じる被検査物の検査
に好適である。このような装置構成の１例として、特開
平６−３０８０５１号公報に鋼板の表面欠陥検査方法が
提案されている。

【０００５】図５は、特開平６−３０８０５１号公報に
提案された鋼板の表面欠陥検査方法を実施するための表
面欠陥検出装置の模式図である。図示しないレーザ発振
器からのレーザ光を、ロータリミラー５２を経由して反
射ミラー５３に向けて反射し、反射ミラー５３でそのレ
ーザ光を反射することにより、鋼板５１の表面にレーザ
光を照射する。照射されたレーザ光は鋼板５１の表面で
反射する。反射されたレーザ光のうちの正反射のレーザ
光を第１の受光器５４で受光し、これにより鋼板５１表
面の、高周波帯域，低周波帯域の疵信号を得、また反射
されたレーザ光のうちの乱反射のレーザ光を第２の受光
器５５で受光し、これにより鋼板５１表面の、高周波帯
域，低周波帯域の疵信号を得、これら４種類の信号を信
号処理部５６で処理することにより鋼板５１の表面欠陥
を検出している。

【０００６】また、別の例として、特開平７−５５７２
３号公報に表面検査方法及びその実施に使用する装置が
提案されている。この公報によれば、搬送される被検査
材を走査したレーザ光の正反射成分，散乱成分を、第１
の受光器（正反射成分受光部），第２の受光器（散乱成
分受光部）からなる光学センサで受光し、フィルタを通
した後、２値化した信号の、被検査材表面の異なる２方
向の分布から特徴量を算出し、算出された特徴量に基づ
いて被検査材の表面欠陥判定を行なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】鋼材、アルミ材などの
表面品質に対する要求は、近年ますます厳しくなってき
ており、検出すべき表面欠陥の寸法も小さくなってきて
いる。一般に、小さい寸法の表面欠陥を検出するために
は、表面欠陥検査装置の受光器の空間検出分解能を、検
出すべき表面欠陥寸法と同程度以下に高める必要があ
る。例えば、直径０．３ｍｍの円状の表面欠陥を検出す
るには、受光器の空間分解能は０．３ｍｍよりも高い必
要がある。

【０００８】図６は、従来の表面欠陥検査装置における
第１の受光器の、空間分解能と被検査物の受光信号強度
との関係を示す特性図である。従来の表面欠陥検査装置
では、受光器の空間分解能を向上させる（空間分解能を
高める）と、図６に示すように、被検査物表面の欠陥の
ない領域（以下、健全部という）における受光信号強度
のばらつきが大きくなり、このため健全部と欠陥部の相
対的受光信号強度差が小さくなるという問題がある。す
なわち、欠陥部と健全部における受光信号のＳ／Ｎが低
下し、欠陥部を健全部から分離・抽出するのが困難にな
るという問題がある。このような健全部における受光信
号強度変化を低減するため光学フィルタを受光器前段に
設置する方法も試みられているが、この場合、このフィ
ルターによって欠陥信号の情報の多くも失われ、欠陥検
出性能が低下するという問題があった。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、被検査物健全
部における信号強度変化を抑制し、かつ、高い欠陥検出
性能を有する表面欠陥検査装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表面欠陥検査装置は、被検査物の表面に光を照射す
る投光器と、その表面からの反射光を受光する受光器
と、その受光器の受光信号の強度変化に基づいて上記被
検査物表面に発生する欠陥を検出する信号処理器によっ
て構成される被検査物の表面欠陥検査装置において、被
検査物表面粗さに対応する凹凸の平均間隔より大きな間
隔を有する２点のみ識別し得る空間分解能を有し、被検
査物からの正反射光を受光する第１の受光器と、検査対
象とする表面欠陥の寸法より小さい間隔を有する２点を
識別し得る空間分解能を有し、被検査物からの乱反射光
を受光する第２の受光器とを備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明者らは、受光器の空間分解能と被検
査物表面の健全部における信号強度変化の関係を鋭意研
究したところ、受光器の空間分解能を向上させていく
（空間分解能を高めていく）と、受光信号は被検査物健
全部の粗度あるいは微視的な表面傾斜分布に対して敏感
になり、このため健全部における受光信号強度変化が大
きくなることを見い出した。この結果、欠陥部と健全部
の受光信号強度比（Ｓ／Ｎ）が低下し、健全部を欠陥部
として誤って検出する場合があり、表面欠陥検査装置の
信頼性が低下する等の問題が生じていたことが確認され
た。

【００１２】本発明者らは、さらに研究を進めたとこ
ろ、被検査物健全部の粗度あるいは微視的な表面傾斜分
布に起因する受光信号の強度変化は、正反射光では大き
いが、乱反射光では小さいこと、また寸法の小さな表面
欠陥で有害となるものは欠陥部の表面凹凸が比較的大き
いため乱反射光用受光器で検出できること、さらに表面
凹凸の小さい模様性の表面欠陥は、乱反射光用受光器で
は検出できず正反射光用受光器でしか検出できないこと
を見い出した。

【００１３】本発明は以上の知見に基づくものであり、
寸法の小さな表面欠陥を検出するため乱反射光用受光器
の空間分解能を高めると共に、被検査物健全部における
受光信号強度変化の影響を抑制するため、正反射光用受
光器の空間検出分解能を被検査物表面凹凸の平均間隔に
対して相対的に低下させたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の表面欠陥検査装置の一実
施形態の構成を示す模式図である。図１に示す第１の受
光器１４は、被検査物１１の健全部の粗度あるいは微視
的な表面傾斜分布に起因する受光信号の強度変化の影響
を抑制するため、空間分解能を高くしすぎないように選
定された受光器である。また第２の受光器１６は、その
空間分解能が検出すべき表面欠陥の寸法の同等以下にな
るようにされた受光器である。被検査物１１の表面欠陥
の検査を行なうには、被検査物１１の表面に投光器１２
で光を照射し、その表面からの正反射光１３を第１の受
光器１４で受光する。また、被検査物１１の表面からの
乱反射光１５を第２の受光器１６で受光する。さらに第
１の受光器１４，第２の受光器１６からの受光信号を信
号処理器１７に入力し、信号処理器１７でこれら受光信
号の強度変化に基づいて処理し、その処理結果を表示器
１８に表示することにより、被検査物１１の表面欠陥の
検査を行なう。

【００１５】図２は、図１に示す第１の受光器の、空間
分解能と被検査物の受光信号強度との関係を示す特性
図、図３は、被検査物の表面凹凸の平均間隔を示す説明
図である。図２には、第１の受光器１４の空間分解能δ
と、第１の受光器１４の被検査物１１健全部の受光信号
強度の大きさとの関係を調査した結果が示されており、
空間分解能δを高めていくと被検査物１１健全部の表面
粗さの影響を受け、受光信号強度のばらつきが大きくな
る。図２より、欠陥部の受光信号と健全部の受光信号を
分離するためには、δ＞λとすることが必要である。こ
こでλは、図３に示す被検査物１１の表面凹凸の平均間
隔を表わす。さらに、欠陥部を健全部から分離・抽出す
るための十分なＳ／Ｎ（Ｓ／Ｎ＞２．０）を得るために
は、図２に示すように、δ＞８λとするのが望ましい。

【００１６】なお、第２の受光器１６に関しては、δ＜
λとしても健全部からの受光信号強度が大きくばらつく
ことがない。また、第１の受光器１４は、第２の受光器
１６では検出できない表面欠陥、例えば模様性の表面欠
陥を検出するために必要不可欠である。以上述べたよう
に、寸法の小さな表面欠陥は空間分解能の高い乱反射光
用の第２の受光器１６で、また寸法の比較的大きい模様
性の表面欠陥は、正反射光用の第１の受光器１４で、そ
れぞれ検出することができる。さらに、正反射光用の第
１の受光器１４の空間分解能を被検査物１１表面凹凸の
平均間隔よりも広い間隔を有する２点のみ識別し得るよ
うに設定することにより、被検査物１１健全部における
受光信号強度の変化の影響を受けることなく、高いＳ／
Ｎと高い空間分解能を兼備した表面欠陥検査装置が実現
する。

【００１７】

【実施例】以下、図１に示す表面欠陥検査装置の一実施
例について説明する。本実施例では、被検査物１１とし
て鋼板，第１の受信器１４として第１のＣＣＤラインセ
ンサ，第２の受信器１６として第２のＣＣＤラインセン
サを用いた。また投光器１２として線状の白色光源を用
いた。

【００１８】検査対象の鋼板の健全部の表面凹凸の平均
間隔は、約０．１ｍｍであり、またこの鋼板は、代表的
な表面欠陥である、幅約０．１ｍｍで凹凸のある線状欠
陥と、３０ｍｍ×５０ｍｍ程度の寸法の凹凸のない面状
欠陥とを有している。また第１のＣＣＤラインセンサ
は、受光角１０°、板幅方向の空間分解能が０．２ｍｍ
のＣＣＤラインセンサであり、第２のＣＣＤラインセン
サは、受光角２５°、板幅方向の空間分解能が０．１ｍ
ｍのＣＣＤラインセンサである。本実施例では、速度２
００ｍ／分で走行する鋼板の板幅方向に線状の白色光源
を入射角１０°で照射し、その鋼板で反射された反射光
のうちの正反射光を第１のＣＣＤラインセンサで受光
し、乱反射光を第２のＣＣＤラインセンサで受光した。
第１，第２のＣＣＤラインセンサで受光した受光信号
は、信号処理器１７に取り込まれ、信号処理器１７の、
各受光信号毎に設けられた所定の弁別しきい値で２値化
処理を行い、欠陥部を健全部から分離・抽出した。また
表示器１８で欠陥の発生位置、寸法などを表示した。こ
のようにして、鋼板の線状欠陥を第２のＣＣＤラインセ
ンサで、また鋼板の面状欠陥を第１のＣＣＤラインセン
サでそれぞれ検出できることが確認された。また、鋼板
表面の健全部の粗度や微視的な表面傾斜分布に起因する
受光信号の強度変化の影響は見られなかった。本実施例
の装置の検査性能と対比するため、同じ鋼板を用いて、
従来の装置構成、すなわち正反射光用の第１の受光器の
空間分解能と乱反射用の第２の受光器の空間分解能とが
等しい装置を用いて検査実験を行った。まず第１，第２
の受光器として、板幅方向の空間分解能がともに０．２
ｍｍの受光器を用いて実験を行ったところ、面状欠陥は
第１の受光器で検出されたが、線状欠陥はどちらの受光
器でも検出できなかった。次に、第１，第２の受光器と
して、板幅方向の空間分解能がともに０．１ｍｍの受光
器を用いて実験を行ったところ、線状欠陥は双方の受光
器で検出された。しかし面状欠陥は、第２の受光器では
全く検出できず、第１の受光器では鋼板健全部からの受
光信号強度とほぼ同程度の強度を有したため（Ｓ／Ｎ＝
１．１５）、面状欠陥と健全部との分離が不可能であっ
た。

【００１９】本実施例では、投光器として線状の白色光
源、受光器としてＣＣＤラインセンサを用いたが、投光
器としてレーザ光など、受光器として他の光電素子を用
いても何ら差し支えない。また、投光器及び受光器の入
射角、受光角も上記の値に限定されないことは勿論であ
る。また、受光器の空間分解能は、検査対象に応じて適
当な値に設定するべきであり、上記の値に限定されるも
のではない。さらに、本実施例では鋼板を対象にした例
を示したが、本発明による表面欠陥検査装置はアルミ
板、紙等の材料の検査にも有効である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面欠陥
検査装置は、被検査物の表面からの正反射光を受光する
第１の受光器と、乱反射光を受光する第２の受光器とを
備え、第２の受光器の空間分解能を検査対象となる最小
の表面欠陥の寸法以下のものが検出できるように高め、
第１の受光器の空間分解能を被検査物の表面凹凸の平均
間隔よりも大きなものしか検出できないように低めたの
で、寸法の小さな表面欠陥を検出でき、かつ被検査物表
面健全部における受光信号の強度変化の影響を受けな
い、高分解能かつ高Ｓ／Ｎの表面欠陥検査が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面欠陥検査装置の一実施形態の構成
を示す模式図である。

【図２】図１に示す第１の受光器の、空間分解能と被検
査物の受光信号強度との関係を示す特性図である。

【図３】被検査物の表面凹凸の平均間隔を示す説明図で
ある。

【図４】光学的手法を用いた従来の表面欠陥検査装置の
装置構成の一例を示す模式図である。

【図５】特開平６−３０８０５１号公報に提案された鋼
板の表面欠陥検査方法を実施するための表面欠陥検出装
置の模式図である。

【図６】従来の表面欠陥検査装置における第１の受光器
の、空間分解能と被検査物の受光信号強度との関係を示
す特性図である。

【符号の説明】

１１ 被検査物 １２ 投光器 １３ 正反射光 １４ 第１の受光器 １５ 乱反射光 １６ 第２の受光器 １７ 信号処理器 １８ 表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物の表面に光を照射する投光器
   と、該表面からの反射光を受光する受光器と、該受光器
   の受光信号の強度変化に基づいて前記被検査物表面に発
   生する欠陥を検出する信号処理器によって構成される被
   検査物の表面欠陥検査装置において、 被検査物表面粗さに対応する凹凸の平均間隔より大きな
   間隔を有する２点のみ識別し得る空間分解能を有し、被
   検査物からの正反射光を受光する第１の受光器と、 検査対象とする表面欠陥の寸法より小さい間隔を有する
   ２点を識別し得る空間分解能を有し、被検査物からの乱
   反射光を受光する第２の受光器とを備えたことを特徴と
   する表面欠陥検査装置。