JP2012167965A - Surface inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長手方向に搬送される長尺状の被検査材の表面の欠陥、例えば、酸洗鋼板の表面に発生するスケール残りを検査する表面検査装置に関する。 The present invention relates to a surface inspection apparatus for inspecting defects on the surface of a long object to be inspected conveyed in the longitudinal direction, for example, a scale residue generated on the surface of a pickled steel sheet.
酸洗鋼板の製造ラインは、硫酸などの強酸浴中に鋼板を通過させて表面スケールを除去するラインであるが、酸洗工程における鋼板の搬送速度が速すぎたり、あるいは、鋼板表面にいわゆる「肌荒れ」が生じて、この肌荒れの凹部にスケールが喰いこんだりして、表面にスケールが残ることが稀にある。このようなスケール残り欠陥は、直径0.05〜0.1mm程度の微小な点状欠陥が密集して形成されたものであり、目視では認識が困難である。このため、スケール残りの発生を検査装置によって自動的に検査することは酸洗鋼板の表面品質上、極めて重要である。 The pickling steel plate production line is a line that removes the surface scale by passing the steel plate in a strong acid bath such as sulfuric acid, but the steel plate conveying speed in the pickling process is too fast, or the surface of the steel plate is so-called “ In rare cases, a “skin roughness” occurs, and the scale bites into the recesses of the rough skin, leaving the scale on the surface. Such scale remaining defects are formed by densely forming minute point defects having a diameter of about 0.05 to 0.1 mm, and are difficult to recognize visually. For this reason, it is extremely important for the surface quality of the pickled steel sheet to automatically inspect the occurrence of the remaining scale with an inspection device.
酸洗鋼板の製造ラインのような長尺状の被検査材の搬送ラインにおける表面欠陥検査装置としては、線状照明とラインセンサカメラで構成する装置が多数使用されている(例えば、特許文献1参照)。これは、被検査材の表面にその搬送方向と直交する幅方向と平行に線状の照明を当て、被検査材表面の照明が照射された領域を幅方向に並べて配置された複数台のラインセンサカメラで撮像し、得られたカメラ出力信号を被検査材の幅方向に連結し、画像処理によって表面欠陥部分を抽出するというものである。 As a surface defect inspection apparatus in a conveyance line for a long inspection object such as a production line for pickled steel sheets, many apparatuses composed of linear illumination and a line sensor camera are used (for example, Patent Document 1). reference). This is because the surface of the material to be inspected is irradiated with linear illumination in parallel with the width direction orthogonal to the conveying direction, and a plurality of lines arranged by arranging the areas irradiated with the illumination on the surface of the material to be inspected in the width direction. The image is picked up by a sensor camera, the obtained camera output signal is connected in the width direction of the material to be inspected, and the surface defect portion is extracted by image processing.
しかしながら、酸洗鋼板の製造ラインでスケール残りを検査する場合、特許文献1のような従来法では、次のような問題点がある。まず、高速な酸洗鋼板の製造ラインで上述のような微小点状欠陥を検出する場合、ラインセンサカメラでは搬送方向の分解能を十分細かくできないため十分な検査性能が得られない。例えば、φ0.05mmの点状欠陥を検出するには、カメラ分解能を欠陥サイズの半分である0.025mm以下にする必要があるが、通常使用されている4096素子でビデオレート40MHzのラインセンサカメラでは、搬送速度2m/sの酸洗ラインでの搬送方向のカメラ分解能は約0.2mmとなり、分解能不足となる。
However, when the scale residue is inspected on the production line of the pickled steel sheet, the conventional method as in
また、特許文献1のように、鋼板の片側から照明を当て、その反射光をカメラで受光する方式では、酸洗鋼板のように表面性状の不均一な材料に対しては、地合ノイズが大きく十分なS/Nで欠陥を検出できないという問題がある。
In addition, as in
これらの問題を解決する装置として、リング拡散照明と高解像度エリアセンサカメラとで構成された検査装置が特許文献2により開示されている。この検査装置は、リング拡散照明と高解像度エリアセンサカメラとを一体化してセンサヘッドに収納し、1個ないしは複数個のセンサヘッドを鋼板の幅方向にトラバースさせながら鋼板表面を撮像するようにしたものである。これによれば、リング拡散照明を用いることにより、酸洗鋼板の微細表面凹凸による照射光の光陰が、全方位的に対称的な照明により相殺され、地合ノイズを抑制できるものである。また、分解能0.03mm以上0.1mm以下の高解像度エリアセンサカメラを用いることによって、0.1mm以下の微小なスケール残りが検出可能となる。さらに、カメラを幅方向にトラバースさせることによって、カメラ台数の削減による低廉化を図ることができる。
As an apparatus that solves these problems,
しかしながら、特許文献2に記載の装置の場合、リング拡散照明は相当な大きさと重量を有するため、これを収納するセンサヘッドが大型化し、狭い設置スペースに入りきらないことがある。また、幅方向に複数のセンサヘッドを設けることは、隣接するセンサヘッドが物理的に干渉するため困難な場合がある。さらに、リング拡散照明の輝度には個体差があり、光源ランプの劣化寿命にも個体差がある。このため、複数のセンサヘッドを設ける場合、センサヘッド間の照明輝度を一定に保つのが困難である。この結果、幅方向の照明輝度に差異が生じて欠陥検出感度がばらつき、全幅に亘って均一な検査を行うことができない。また、照明ムラを抑えるために、リング拡散照明の中心軸とカメラ視野の中心とを0.5mm程度の精度で正確に合致させる必要があるが、この作業は煩雑であり、かつ、位置調整用の機構を装備する必要がある。
However, in the case of the apparatus described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便かつ安価な装置構成で、搬送方向に直交する幅方向の全幅に亘って均一な検査を行うことができる表面検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a surface inspection apparatus capable of performing a uniform inspection over the entire width in the width direction orthogonal to the conveyance direction with a simple and inexpensive apparatus configuration. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表面検査装置は、長手方向に搬送される長尺状の被検査材の表面に対して、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、該被検査材表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするように照射する2台のライン状拡散照明と、前記被検査材表面上で照射光がラップする領域を撮像する1台以上のエリアセンサカメラと、該エリアセンサカメラを前記被検査材の全幅をカバーするように幅方向に往復移動させるカメラ移動手段と、前記エリアセンサカメラの出力信号を画像処理して前記被検査材の表面の欠陥を抽出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the surface inspection apparatus according to the present invention is configured such that the irradiation light is orthogonal to the transport direction with respect to the surface of the long inspected material transported in the longitudinal direction. Two line-shaped diffused illuminations that irradiate in a line shape parallel to the width direction and wrap in the transport direction over the entire width on the surface of the inspection material, and on the surface of the inspection material One or more area sensor cameras for imaging a region where the irradiation light wraps; camera moving means for reciprocating the area sensor cameras in the width direction so as to cover the entire width of the material to be inspected; And image processing means for extracting defects on the surface of the material to be inspected by subjecting the output signal to image processing.
また、本発明にかかる表面検査装置は、上記発明において、前記ライン状拡散照明が、ストロボ光源を用いたものであり、前記2台のライン状拡散照明の発光タイミングと前記1台以上のエリアセンサカメラの撮像タイミングとを全て同期させる制御手段をさらに備えることを特徴とする。 The surface inspection apparatus according to the present invention is the surface inspection apparatus according to the above invention, wherein the line-shaped diffused illumination uses a strobe light source, and the light emission timings of the two line-shaped diffused lights and the one or more area sensors. It is further characterized by further comprising a control means for synchronizing all the imaging timings of the camera.
また、本発明にかかる表面検査装置は、上記発明において、前記被検査材が酸洗鋼板であり、抽出する欠陥対象がスケール残りであることを特徴とする。 Moreover, the surface inspection apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the material to be inspected is a pickled steel plate, and a defect to be extracted is a scale residue.
本発明によれば、簡便かつ安価な装置構成で、搬送方向に直交する幅方向の全幅に亘って均一な検査を行うことができる表面検査装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface inspection apparatus which can perform a uniform inspection over the full width of the width direction orthogonal to a conveyance direction with a simple and cheap apparatus structure can be provided.
すなわち、本発明によれば、2台のライン状拡散照明を用いて、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、該被検査材表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするよう照射するようにしたので、例えば酸洗鋼板のような表面性状が不均一な被検査材に対しても、地合ノイズを抑制した検査が可能となる。また、1台以上のエリアセンサカメラを幅方向に移動させながら検査するようにしたので、少ないカメラ台数で高分解能な検査を実現でき、この結果、検査装置の保守が容易となり、装置価格を廉価に抑えることができる。さらに、ライン状拡散照明を固定設置し、エリアセンサカメラのみを移動させるようにしたので、幅方向の照明ムラを抑止でき、全幅に亘って均一な検査を行うことができる上に、カメラ収納ケースの小型・軽量化およびカメラ移動機構の小トルク化・低廉化を実現でき、この結果、装置全体の構成を簡便で安価なものとすることができる。 That is, according to the present invention, using two line-shaped diffuse illumination, the irradiation light is in a line shape parallel to the width direction orthogonal to the transport direction, and covers the entire width on the surface of the material to be inspected. Since the irradiation is performed so as to wrap each other in the conveying direction, it is possible to perform inspection with suppressed formation noise even for a material to be inspected such as a pickled steel sheet having non-uniform surface properties. In addition, since one or more area sensor cameras are inspected while moving in the width direction, high-resolution inspection can be realized with a small number of cameras. As a result, maintenance of the inspection equipment becomes easy and the equipment price is low. Can be suppressed. Furthermore, since the line-shaped diffused illumination is fixedly installed and only the area sensor camera is moved, uneven illumination in the width direction can be suppressed, uniform inspection can be performed over the entire width, and the camera storage case Thus, it is possible to reduce the size and weight of the camera and to reduce the torque and cost of the camera moving mechanism. As a result, the configuration of the entire apparatus can be simplified and inexpensive.
以下に、本発明にかかる表面検査装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかる表面検査装置の構成を示す概略平面図であり、図2は、図1の概略正面図であり、図3は、本実施の形態にかかる表面検査装置の制御系の構成を示す概略ブロック図である。本実施の形態は、製造ラインで長手方向に搬送される被検査材が酸洗鋼板であり、抽出する欠陥対象がスケール残りである表面検査装置に本発明を適用したものである。 Embodiments of a surface inspection apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a surface inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic front view of FIG. 1, and FIG. 3 is a surface inspection according to the present embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the control system of an apparatus. In the present embodiment, the present invention is applied to a surface inspection apparatus in which a material to be inspected conveyed in a longitudinal direction on a production line is a pickled steel plate, and a defect to be extracted is a scale residue.
本実施の形態は、概略的に、酸洗鋼板1の表面を照明する2台のライン状拡散照明2、3と、酸洗鋼板1の表面を撮像する1台以上、図示例では1台のエリアセンサカメラ4と、このエリアセンサカメラ4を酸洗鋼板1の幅方向に移動させるカメラ移動手段5と、これらライン状拡散照明2、3、エリアセンサカメラ4およびカメラ移動手段5の動作を制御する制御手段6と、エリアセンサカメラ4の出力信号を画像処理して酸洗鋼板1の表面の欠陥を抽出する画像処理手段7と、を備える。
In the present embodiment, roughly, two line-shaped diffused
2台のライン状拡散照明2、3は、酸洗鋼板1の全幅以上の長さを有して、その全長に亘ってほぼ均一な輝度分布を有するライン状のものであって、酸洗鋼板1の表面に対して、照射光が搬送方向と直交する幅方向に平行なライン状であって、かつ、酸洗鋼板1表面上で全幅に亘って搬送方向に互いにラップするラップ領域ELを形成するよう照射するように、搬送方向に離間させて平行に固定配置されている。ライン状拡散照明2、3の光源としては、ハロゲン光源、メタルハライド光源、LED等を用いることができるが、移動する酸洗鋼板1をブレなく撮像するためには、キセノン・ストロボ光源やストロボLED光源などのストロボ光源を用いることが好ましい。ライン状拡散照明2、3と光源とは複数本の光ファイバ等により連結されていてもよく、この場合、1つの光源を共用するようにしてもよい。
The two line-shaped diffused
エリアセンサカメラ4は、酸洗鋼板1表面上で2台のライン状拡散照明2、3による照射光がラップするラップ領域ELを撮像するように撮像位置が設定されている。これにより、エリアセンサカメラ4からみれば、2台のライン状拡散照明2、3は、酸洗鋼板1の搬送方向においてカメラ視野両側から対称的に照射光を照射するように配置されている。エリアセンサカメラ4は、検査対象とする欠陥の最小サイズの半分以下の分解能を有する高精細なカメラが用いられる。検査対象の欠陥サイズが例えば0.05mmと微小な場合でも、0.025mm以下の高分解能のエリアセンサカメラ4を用いることによって検査が可能となる。
The
カメラ移動手段5は、1台以上のエリアセンサカメラ4を、酸洗鋼板1の幅方向に往復移動させるもので、リニアステージなどが用いられる。ここで、移動ストロークは、何れかのカメラで酸洗鋼板1の全幅を隈なくカバーして撮像できるように設計される。例えば、板幅1800mmの酸洗鋼板1を、3台のエリアセンサカメラ4で撮像・検査する場合、600mm間隔で幅方向に配置した3台のエリアセンサカメラ4を幅方向に同時に600mm移動させるように設計される。
The camera moving means 5 moves one or more
制御手段6は、装置全体の動作を制御するものであり、制御用パソコン等が用いられるが、特に、ストロボ光源を用いた2台のライン状拡散照明2、3の発光タイミングと1台以上のエリアセンサカメラ4の撮像タイミングとが全て同期するよう、ライン状拡散照明2、3、エリアセンサカメラ4およびカメラ移動手段5の動作に関して同期制御を行う。
The control means 6 controls the operation of the entire apparatus, and a control personal computer or the like is used. In particular, the light emission timings of the two line-shaped diffuse
画像処理手段7は、エリアセンサカメラ4の出力信号を画像処理して酸洗鋼板1の表面の欠陥、すなわちスケール残りを抽出する。画像処理としては、シェーディング補正、2値化あるいは多値化、閾値処理に基づいた欠陥判定などの周知の処理を用いることができる。例えば、エリアセンサカメラ4の出力信号を2値化あるいは多値化し、予め実験などで欠陥サンプルを用いて決定された閾値レベルを下回る部分を抽出し、この抽出された箇所をスケール残りと判定するように構成することができる。これは、スケール残りは鋼板表面に光反射率の低い酸化スケールが付着したものであるので、健全部分より暗く撮像されることを利用したものである。
The image processing means 7 performs image processing on the output signal of the
このような構成によれば、2台のライン状拡散照明2、3による照射光をカメラ視野両側から対称的に照射するようにしたので、例えば表面粗度の大きい酸洗鋼板1上の微小スケール残りを検査するような場合でも、地合ノイズの過剰検出を抑止して安定した欠陥検査が可能となる。これは、酸洗鋼板1表面の微細凹凸形状からの反射光強度が互いに打ち消されるためである。また、ライン状拡散照明2、3として集光性の低い拡散照明を用いるのは、酸洗鋼板1の厚さやパスラインが変動してもラップ領域ELが所定長さ以上となるようにするためと、直接光照射による地合ノイズの顕在化を防止するためと、表面をできるだけ均一に照明して輝度ムラを抑制するためである。このような拡散照明は、ライン状拡散照明2、3の出射部前面に光拡散板を設置する等により実現できる。
According to such a configuration, the irradiation light from the two line-shaped diffuse
また、高分解能のエリアセンサカメラ4を用いると、カメラ視野が狭くなるため、大量のカメラが必要となり高価かつ保守性が悪くなるが、1台以上の少数のカメラを酸洗鋼板1の幅方向に移動させながら検査することで、カメラ台数の大幅な削減が可能となる。この結果、検査装置の保守が容易となり、装置価格を廉価に抑えることができる。
In addition, when the high-resolution
ここで、1台以上のエリアセンサカメラ4を幅方向に移動させて画像を撮像することにより、搬送される酸洗鋼板1の表面をカメラ毎にジグザグ状に検査することになる。一般の表面検査装置では、このようにカメラを移動させて検査すると非検査領域が生じて欠陥の見逃しが懸念されるため、幅方向に多数のカメラを並べて固定配置する装置構成をとるのが通例である。しかしながら、スケール残りは、鋼板表面上において、搬送方向に一定長さ連続的に発生するという特性を有する。このため、ジグザグ状に検査しても見逃しを生ずることはなく、上記のようにカメラ台数を減らすことにより、装置全体の低価格化を図ることが可能となる。カメラ台数は、スケール残りの連続発生長さと鋼板の搬送速度に応じて、1台あるいは数台を用いるようにすればよい。
Here, by moving one or more
さらに、2台のライン状拡散照明2、3を固定設置し、エリアセンサカメラ4のみを移動させるようにしたので、幅方向の照明ムラを抑止でき、全幅に亘って均一な検査を行うことができる。また、カメラ収納ケースの小型・軽量化およびカメラ移動機構の小トルク化・低廉化を実現することができ、この結果、装置全体の構成を簡便で安価なものとすることができる。
Furthermore, since the two line-shaped diffuse
また、高速で搬送される酸洗鋼板1を検査する場合、画像のブレが問題となるが、2台のライン状拡散照明2、3の光源としてストロボ光源を用い、制御手段6で2台のライン状拡散照明2、3の発光タイミングと1台以上のエリアセンサカメラ4の撮像タイミングとの同期をとることにより、解消することができる。
Further, when inspecting the
以下、本実施の形態を酸洗鋼板1のスケール残り検査に適用した実施例1について説明する。2台のライン状拡散照明2、3としてストロボLED光源、エリアセンサカメラ4として1392×1040画素のモノクロCCDカメラを2台、カメラ移動手段5としてリニアステージを用いた。約φ0.1mmのスケール残りを検出するため、カメラの分解能は0.03mmに設定した。2台のライン状拡散照明2、3の発光タイミングと2台のエリアセンサカメラ4の撮像タイミングは、制御用パソコンに搭載された画像処理ボードとデジタルI/Oボードとを用いて同期させるようにした。このような構成により、幅方向の全幅に亘って均一な検査条件で、φ0.1mmのスケール残り欠陥を検出率99%で安定して検出できることが確認されたものである。
Hereinafter, Example 1 in which the present embodiment is applied to the remaining scale inspection of the
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、2台のライン状拡散照明2、3は、遮光板の回折による拡散を利用したものであってもよい。図4は、この変形例を示す概略正面図である。2台のライン状拡散照明2、3は、酸洗鋼板1の全幅以上の長さを有して内向きにある角度だけ傾けて平行に配置された光出射部2a,3aと、光出射部2a,3aと同等の長さを有し、これらの光出射部2a,3aと酸洗鋼板1との間であって光出射部2a,3aの直下に配置された遮光板2b、3bとからなる。光出射部2a,3aとしては、多数のLEDを直線状に配置したり、光源に連結された光ファイバ束を直線状に分配したりすればよい。遮光板2b、3bは、光出射部2a,3aと平行で、光出射部2a,3aよりも若干内側寄り(エリアセンサカメラ4の光軸寄り)に突出する位置に配置される。このような遮光板2b、3bとしては、光学的に不透明なものであれば材質を問わないが、例えば表面を黒アルマイト処理したアルミ材などを用いることができる。なお、照明光に対する透過率が十分小さいものであれば、完全な遮光板でなくても使用可能である。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the two line-shaped diffused
このような変形例のライン状拡散照明2、3によれば、酸洗鋼板1の表面には、明るい線状の照光部11a、11bの内側に暗い遮光部12が形成される。この遮光部12は、光出射部2a,3aによる照明光が遮光板2b、3bにより搬送方向に回折されて拡散光となって照明される照明領域であり、全幅に亘って帯状に形成されることになる。
According to the line-shaped diffused
このような変形例のライン状拡散照明2、3によれば、照光部11による直接的な反射光はエリアセンサカメラ4に入らず、遮光部12に向かう例えば回折光2cが、後方拡散反射してエリアセンサカメラ4に入ることになる。よって、遮光板2b、3bの回折による拡散光を利用した本変形例によれば、エリアセンサカメラ4に鋼板からの正反射光成分が入らなくなるので、鋼板表面の微細凹凸形状に起因する地合ノイズが抑止された撮像が可能になる。
According to the line-shaped diffused
また、本実施の形態では、酸洗鋼板1上のスケール残りという微小欠陥の検査に適用した例で説明したが、このような適用例に限られない。例えば、冷延鋼板や表面処理鋼板などの他の鋼板、あるいはアルミニウムなどの非鉄金属や紙、フィルム、プラスチックなどを被検査材とする製造ラインにも適用することができる。また、スリ疵や周期性疵など、搬送方向に連続的に発生する特性をもつ他の表面欠陥の検査にも適用することができる。
Moreover, although this Embodiment demonstrated by the example applied to the test | inspection of the minute defect called the scale remaining on the pickled
1 酸洗鋼板
2、3 ライン状拡散照明
4 エリアセンサカメラ
5 カメラ移動手段
6 制御手段
7 画像処理手段
EL ラップ領域
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記被検査材表面上で照射光がラップする領域を撮像する1台以上のエリアセンサカメラと、
該エリアセンサカメラを前記被検査材の全幅をカバーするように幅方向に往復移動させるカメラ移動手段と、
前記エリアセンサカメラの出力信号を画像処理して前記被検査材の表面の欠陥を抽出する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。 With respect to the surface of the long inspected material conveyed in the longitudinal direction, the irradiation light has a line shape parallel to the width direction orthogonal to the conveying direction, and covers the entire width on the surface of the inspected material. And two line-shaped diffused illuminations that irradiate each other in the conveying direction,
One or more area sensor cameras for imaging a region where irradiation light wraps on the surface of the material to be inspected;
Camera moving means for reciprocating the area sensor camera in the width direction so as to cover the entire width of the material to be inspected;
Image processing means for image processing the output signal of the area sensor camera and extracting defects on the surface of the inspection object;
A surface inspection apparatus comprising:
前記2台のライン状拡散照明の発光タイミングと前記1台以上のエリアセンサカメラの撮像タイミングとを全て同期させる制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の表面検査装置。 The line-shaped diffuse illumination uses a strobe light source,
The surface inspection apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that synchronizes all the light emission timings of the two line-shaped diffuse illuminations and the imaging timings of the one or more area sensor cameras.
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