JP2014052339A - Surface irregularity inspection device and surface irregularity inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミ圧延板などの鏡面状の平面を有する被検査材の表面欠陥を検査する表面凹凸検査技術に関する。 The present invention relates to a surface unevenness inspection technique for inspecting a surface defect of a material to be inspected having a mirror-like flat surface such as a rolled aluminum plate.
アルミなどの金属材料を圧延設備を用いて圧延加工すると、圧延加工された圧延板の表面にスジ状の凹凸（圧延目）が残ることがある。このようなスジ状の凹凸が残った圧延材を光学的な検査装置を用いて検査しようとすると、スジ状の凹凸で乱反射した反射光が検査装置でバックグラウンドとして検知されてしまい、本当に検知したいスリ疵や不良凹凸といった欠陥からの反射光が隠れて、欠陥の検出ができなくなることがある。そのため、スジ状の凹凸が特に目立ちやすいアルミなどの圧延材に関しては、検査機を用いた自動検査に全面的に依存することができず、未だに熟練した検査員による目視検査に依存しているのが現状である。 When a metal material such as aluminum is rolled using a rolling facility, streaky irregularities (rolling marks) may remain on the surface of the rolled sheet. If you try to inspect the rolled material with such streak-like irregularities using an optical inspection device, the reflected light irregularly reflected by the streak-like irregularities will be detected as the background by the inspection device, and you really want to detect it. Reflected light from defects such as threads and defective irregularities may be hidden, making it impossible to detect defects. For this reason, it is not possible to rely entirely on automatic inspection using an inspection machine for rolled materials such as aluminum, where streaky irregularities are particularly conspicuous, and still rely on visual inspection by skilled inspectors. Is the current situation.
しかし、このような目視検査は検査員によって判断基準が異なるため、目視検査による検査結果は、属人性を有するばかりか、再現性にも乏しいものとなる。また、人の検査処理能力は検査機ほど高いものではなく、検査処理能力には自ずと上限があるため、目視検査を採用すると検査に長大な時間がかかってしまうといった問題も抱えている。
これに対し、高速カメラを利用した光学的な自動表面検査装置が、近年開発されてきている。その一つとして特許文献１や特許文献２に示すようなレーザスリット光を用いた光切断法により表面凹凸を検査する表面凹凸検査装置が挙げられる。これらの表面凹凸検査装置は、レーザの照射角度とカメラの設置角度を調整すると表面凹凸形状に応じた画像が得られ、その画像から凹凸形状を求めることができるとされている。
However, since such a visual inspection has different judgment criteria depending on the inspector, the inspection result by the visual inspection has not only a personality but also a poor reproducibility. Further, human inspection processing capability is not as high as that of an inspection machine, and the inspection processing capability naturally has an upper limit. Therefore, when visual inspection is adopted, it takes a long time for inspection.
On the other hand, an optical automatic surface inspection apparatus using a high-speed camera has been developed in recent years. As one of them, there is a surface unevenness inspection apparatus for inspecting surface unevenness by a light cutting method using laser slit light as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2. These surface unevenness inspection apparatuses are said to be capable of obtaining an image corresponding to the surface unevenness shape by adjusting the laser irradiation angle and the camera installation angle, and obtaining the unevenness shape from the image.
ところで、特許文献１の表面凹凸検査装置では、被検査材にアルミの圧延材を用いた場合に、アルミの圧延材では反射光は正反射方向のみにしか出ないので、被検査材の角度やカメラの設置方向が正反射方向から少しでもずれると、光切断線の像はほとんど得られず、表面に形成された微細な凹凸欠陥を検査できなくなるという問題がある。
また、光切断線を用いた検査では、分解能の点で検査精度が十分ではなく、切断線の像が得られるまで照射光強度を強くしても、アルミ圧延板の凹凸欠陥を精度良く検出することはできない。例えば、板幅が１０００ｍｍ以上もあるアルミ圧延板に形成された光切断線を、例えば、ラインＣＣＤカメラで撮像した場合、現状、ラインＣＣＤカメラの画素数は、１０００〜５０００画素程度であって検出できる凹凸の高低差は１ｍｍ程度が限界となる。これは、品質管理上で問題となる１０μｍレベルの凹凸欠陥を検査するには極めて不十分である。
By the way, in the surface unevenness inspection apparatus of Patent Document 1, when an aluminum rolled material is used as the material to be inspected, the reflected light is emitted only in the regular reflection direction in the aluminum rolled material. If the installation direction of the camera is slightly deviated from the regular reflection direction, an image of a light section line is hardly obtained, and there is a problem that a fine uneven defect formed on the surface cannot be inspected.
In addition, in the inspection using the optical cutting line, the inspection accuracy is not sufficient in terms of resolution, and even if the irradiation light intensity is increased until an image of the cutting line is obtained, the concave and convex defects of the aluminum rolled plate can be detected accurately. It is not possible. For example, when a light cutting line formed on an aluminum rolled plate having a plate width of 1000 mm or more is imaged by, for example, a line CCD camera, the number of pixels of the line CCD camera is currently about 1000 to 5000 pixels and detected. The height difference of the unevenness that can be made is limited to about 1 mm. This is extremely inadequate for inspecting a 10 μm level irregularity defect which is a problem in quality control.
さらに、特許文献２の技術は、照射光の仰角や方位角を予め設定しておいて、欠陥部分からの散乱光のみを撮影することで、表面の欠陥を検査するものである。この特許文献２の方式では、欠陥部分と欠陥のない部分の境目のエッジで照射光が散乱し、散乱した散乱光を撮影することで、欠陥を検出する。あるいは、欠陥に形成される高低差の大きな傾斜面で反射した反射光により欠陥を検出すると考えられる。 Furthermore, the technique of Patent Document 2 is to inspect defects on the surface by setting the elevation angle and azimuth angle of irradiation light in advance and photographing only scattered light from the defect portion. In the method of Patent Document 2, irradiation light is scattered at the edge of a boundary between a defective portion and a portion without a defect, and a defect is detected by photographing the scattered light. Or it is thought that a defect is detected by the reflected light reflected by the inclined surface with a large height difference formed in a defect.
しかし、上述した微細な凹凸欠陥にこのような照射光を照射しても微小な表面角度変化に対応した輝度変化が得られず、この欠陥を検出できるほどの散乱光を得られないという問題がある。
本発明は、上記問題点を鑑みて為されたものであり、鏡面に近い表面性状を有する被測定物に存在する微細な凹凸欠陥を精度良く検出することができる表面凹凸検査装置及び表面凹凸検査方法を提供することを目的とする。
However, there is a problem that even if the above-described minute unevenness defect is irradiated with such irradiation light, a luminance change corresponding to a minute surface angle change cannot be obtained, and scattered light sufficient to detect this defect cannot be obtained. is there.
The present invention has been made in view of the above problems, and has a surface unevenness inspection apparatus and surface unevenness inspection that can accurately detect fine unevenness defects present in an object having surface properties close to a mirror surface. It aims to provide a method.
上述の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る表面凹凸検査装置は、水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射する照射部と、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部と、を備えた表面凹凸検査装置であって、前記照射部には、照射されるライン光のライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる光量調整フィルムが設けられており、前記検出部は、反射光の輝度Ｂから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θを求め、求められた表面角度θに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成とされていること特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the surface unevenness inspection apparatus according to the present invention includes an irradiation unit that irradiates line light obliquely from above to a measurement surface of a measurement object that moves in a horizontal direction, and line light reflected by the measurement surface. A surface unevenness inspection apparatus comprising: an image capturing unit that captures only reflected light of specularly reflected line light; and a detection unit that detects unevenness of a surface to be measured based on reflected light captured by the image capturing unit. The irradiation unit is provided with a light amount adjustment film for continuously reducing the light amount along the line orthogonal direction of the irradiated line light, and the detection unit receives the reflected light from the luminance B of the reflected light. The surface angle θ of the emitted measurement surface is obtained, and the uneven state of the measurement surface is detected based on the obtained surface angle θ.
なお、好ましくは、反射光の輝度Ｂから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θを求めるに際しては、式（１）を用いるとよい。 Preferably, when obtaining the surface angle θ of the surface to be measured from which the reflected light is emitted from the luminance B of the reflected light, the equation (1) may be used.
なお、好ましくは、前記表面角度が既知な２箇所以上の被測定面に対して、この被測定面で反射した反射光の輝度を実測し、実測した２組以上のデータを用いて、式（１）の定数ａ、ｂを求めるとよい。
なお、好ましくは、前記照射部は、長手方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの三原色が並んだライン光を照射するものとされ、前記撮像部は、前記反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像する構成とされており、前記検出部は、撮像部でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光の輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されているとよい。
Preferably, the brightness of the reflected light reflected from the surface to be measured is measured for two or more surfaces to be measured whose surface angles are known, and the formula ( The constants a and b in 1) may be obtained.
Preferably, the irradiation unit emits line light in which three primary colors of R, G, and B are arranged along the longitudinal direction, and the imaging unit applies the reflected light to R, G, and B 3 The detection unit is configured to divide images into color components, and the detection unit uses the luminances R R , B G , and B B of the reflected light that are captured by the imaging unit to divide into R components, G components, and B components. The surface angles θ R , θ G , and θ B of the surface to be measured from which the reflected light is emitted are obtained, and the uneven state of the surface to be measured is detected based on the obtained surface angles θ R , θ G , and θ B. It is good to be configured.
本発明に係る表面凹凸検査方法は、水平方向に移動する被測定物の被測定面に対して斜め上方からライン光を照射して、前記被測定面で反射するライン光のうち正反射するライン光の反射光だけを撮像し、撮像された反射光に基づいて被測定面の凹凸を検出する表面凹凸検査方法であって、照射されるライン光は、ライン直交方向に沿った光量が連続的に減少するような光とされていて、前記反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出することを特徴とする。 The surface unevenness inspection method according to the present invention irradiates line light obliquely from above to the surface to be measured of a measurement object moving in the horizontal direction, and regularly reflects the line light reflected from the surface to be measured. This is a surface unevenness inspection method that captures only the reflected light of a light and detects the unevenness of the surface to be measured based on the reflected light that has been imaged. The irradiated line light has a continuous light quantity along the line orthogonal direction. The surface angle of the measured surface from which the reflected light is emitted is obtained from the brightness of the reflected light, and the uneven state of the measured surface is detected based on the obtained surface angle. It is characterized by doing.
本発明に係る表面凹凸検査装置及び表面凹凸検査方法によれば、鏡面に近い表面性状を有する被測定物に存在する微細な凹凸欠陥を精度良く検出することができる。 According to the surface unevenness inspection apparatus and the surface unevenness inspection method according to the present invention, it is possible to accurately detect minute unevenness defects present in an object to be measured having a surface property close to a mirror surface.
［第１実施形態］
以下、本発明に係る表面凹凸検査装置１の実施形態を、図を基に説明する。
本発明に係る表面凹凸検査装置１（以降、単に「検査装置１」ということがある）は、
アルミ圧延材のように平滑度の高く鏡面となっている金属の表面に対して、この表面に形成された微細な凹凸を検査する検査技術に関するものである。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of a surface unevenness inspection apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The surface unevenness inspection apparatus 1 according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “inspection apparatus 1”)
The present invention relates to an inspection technique for inspecting fine unevenness formed on a surface of a metal having a high smoothness and a mirror surface like a rolled aluminum material.
具体的には、本発明の検査装置１は、例えば１０００ｍｍを超えるような広幅のアルミ圧延板に形成される微細な欠陥（凹凸のギャップが１０μｍ程度と小さい欠陥）を検査するものである。このような微細な欠陥（以降、凹凸欠陥という）は、従来の検査技術では熟練した作業員による目視検査にて検知できていたが、本発明の検査装置１では係る微細な凹凸欠陥で生じる角度変化を欠陥で反射した反射光の輝度変化で捉えるものとなっている。 Specifically, the inspection apparatus 1 of the present invention inspects fine defects (defects with a small asperity gap of about 10 μm) formed on a wide rolled aluminum sheet having a width exceeding 1000 mm, for example. Such a fine defect (hereinafter referred to as a concavo-convex defect) could be detected by a visual inspection by a skilled worker in the conventional inspection technique, but in the inspection apparatus 1 of the present invention, an angle generated by the fine concavo-convex defect. The change is captured by the luminance change of the reflected light reflected by the defect.
まず、本発明の検査装置１の詳細を説明する前に、本発明者らが本発明の検査装置１に想到するに至った考え方を、実験結果やその考察を用いて説明をする。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、アルミの圧延板を被測定物Ｗとして表面検査を行った実験に用いた実験装置１０１を示すものである。
この実験装置１０１は、水平方向に反射面を向けると共に傾斜角度が可変とされたミラー１０２（アルミ板を想定）と、このミラー１０２に対してライン光Ｌを照射するＬＥＤ照射部１０３と、ミラー１０２で正反射したライン光Ｌを撮像するカメラ１０４（撮像部）とを備えており、ミラー１０２の傾斜角度を変えた際にカメラ１０４で反射光画像を撮像する構成とされている。ＬＥＤ照射部１０３はミラー１０２の斜め上方（図７（ａ）の場合であれば右上方）からライン光Ｌを照射可能なものであり、このＬＥＤ照射部１０３から照射されるライン光Ｌは照射方向と直交する幅方向（図７（ｂ）に示す平面視で上下方向）に沿って伸びるライン状とされている。さらに、カメラ１０４は、ＬＥＤ照射部１０３からミラー１０２に入射したライン光Ｌに対して、このライン光Ｌが正反射した反射光Ｒを撮影できる位置（ライン光Ｌと反射光Ｒとがミラー１０２の法線に対して線対称関係にある位置）に設置されている。
First, before explaining the details of the inspection apparatus 1 of the present invention, the idea that the inventors have come up with the inspection apparatus 1 of the present invention will be described using experimental results and consideration thereof.
FIGS. 7A and 7B show an experimental apparatus 101 used in an experiment in which surface inspection was performed using an aluminum rolled plate as an object W to be measured.
This experimental apparatus 101 includes a mirror 102 (assuming an aluminum plate) in which a reflecting surface is directed in a horizontal direction and an inclination angle is variable, an LED irradiation unit 103 that irradiates the mirror 102 with line light L, a mirror And a camera 104 (imaging unit) that captures the line light L regularly reflected by the camera 102, and the camera 104 captures a reflected light image when the tilt angle of the mirror 102 is changed. The LED irradiation unit 103 can irradiate the line light L from obliquely above the mirror 102 (upper right in the case of FIG. 7A), and the line light L irradiated from the LED irradiation unit 103 is irradiated. It is made into the line shape extended along the width direction (up-down direction in the planar view shown in FIG.7 (b)) orthogonal to a direction. Further, the camera 104 can shoot the reflected light R obtained by regular reflection of the line light L from the LED irradiation unit 103 to the mirror 102 (the line light L and the reflected light R are mirrors 102). It is installed at a position symmetrical to the normal line).
図７に示すような実験装置１０１において、ミラー１０２の傾斜角度を−０．２５度にした場合に撮像された反射光画像と、ミラー１０２の傾斜角度を＋０．５度にした場合に撮像された反射光画像とを図８（ａ）に示す。
図８（ａ）に示すように、傾斜角度が−０．２５度であるミラー１０２に反射させた反射光画像では、傾斜角度が＋０．５度のときの反射光画像より、反射光Ｒを示す輝線の位置がＸ位置の大きい側（Ｘ位置のピクセルが大きい側）にずれており、ミラー１０２の傾斜角度が異なると反射光画像上での輝線の位置も変化することが分かる。
In the experimental apparatus 101 as shown in FIG. 7, the reflected light image captured when the tilt angle of the mirror 102 is −0.25 degrees and the reflected light image captured when the tilt angle of the mirror 102 is +0.5 degrees. The reflected light image is shown in FIG.
As shown in FIG. 8A, in the reflected light image reflected by the mirror 102 having the inclination angle of −0.25 degrees, the reflected light R is reflected from the reflected light image when the inclination angle is +0.5 degrees. It can be seen that the position of the bright line shown is shifted to the side with the larger X position (the side with the larger pixel at the X position), and the position of the bright line on the reflected light image changes when the tilt angle of the mirror 102 is different.
この図８（ａ）の反射光画像において、画像を横切る方向、言い換えればライン光Ｌのラインと直交する方向に沿って基準線Ｐを設定し、基準線Ｐに沿って計測される輝線の輝度を計測し、計測した輝度を基準線Ｐ上の位置（Ｘ位置）に対してプロットすると、図８（ｂ）のようになる。図８（ｂ）に示すように、傾斜角度を−０．２５度にした場合の輝度の変化、及び傾斜角度を＋０．５度にした場合の輝度は、Ｘ位置が２９０〜３３０付近や３１５〜３５５付近で輝度が急激に大きくなる変化傾向を示している。例えば、傾斜角度を−０．２５度にした場合の輝度を例にとれば、Ｘ位置が２９０付近で輝度が２０→２２０と急激に大きくなり、Ｘ位置が２９０〜３３０では輝度は２２０と同じ値を維持し、Ｘ位置が３３０を超えると再び２２０→２０と急激に小さくなるような変化を示していて、変化曲線の形状は両傾斜角度とも上方に向かって矩形状に張り出したような台形状の曲線形状となっている。 In the reflected light image of FIG. 8A, the reference line P is set along the direction across the image, in other words, the direction orthogonal to the line of the line light L, and the brightness of the bright line measured along the reference line P is set. When the measured luminance is plotted with respect to the position (X position) on the reference line P, the result is as shown in FIG. As shown in FIG. 8B, the change in luminance when the inclination angle is -0.25 degrees, and the luminance when the inclination angle is +0.5 degrees are about 290 to 330 or 315 in the X position. In the vicinity of ˜355, the luminance tends to increase rapidly. For example, if the brightness when the tilt angle is −0.25 degrees is taken as an example, the brightness rapidly increases from 20 to 220 at the X position near 290, and the brightness is the same as 220 at the X position of 290 to 330. The value is maintained, and when the X position exceeds 330, it shows a change that rapidly decreases again from 220 to 20, and the shape of the change curve is a table that protrudes upward in a rectangular shape at both inclination angles. It has a curved shape.
つまり、図８（ｂ）から明らかなように、傾斜角度が＋０．５度のときの輝度の変化曲線を、Ｘ位置が大きくなる方向に＋２５ピクセルの幅だけ水平に移動させたものが、−０．２５度のときの輝度の変化曲線となっている。
ここで、反射光画像上で両傾斜角度の変化曲線同士が交わる位置辺り、例えば、Ｘが３２０ピクセルとなる位置に着目して、ミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係をまとめると、図８（ｃ）のようになる。
That is, as is clear from FIG. 8B, the luminance change curve when the inclination angle is +0.5 degrees is horizontally moved by a width of +25 pixels in the direction in which the X position increases. It is a luminance change curve at 0.25 degrees.
Here, focusing on the position where the change curves of both tilt angles intersect on the reflected light image, for example, the position where X is 320 pixels, the relationship between the tilt angle of the mirror 102 and the brightness is summarized as shown in FIG. As shown in (c).
図８（ｃ）に示すように、Ｘが３２０ピクセルとなる位置では、ミラー１０２の傾斜角度が−０．７度〜−０．４度までは輝度は小さいままであるが、傾斜角度が−０．４度を超えると輝度は増加し始め、傾斜角度が−０．３度〜−０．１度までの０．２度という短
い間に輝度が急峻に増加する。そして、傾斜角度が−０．１度を超えた付近から輝度の増加は鈍くなり、傾斜角度が＋０．１度以上では輝度は再び一定のまま推移する。
As shown in FIG. 8C, at the position where X is 320 pixels, the luminance remains small until the tilt angle of the mirror 102 is −0.7 degrees to −0.4 degrees, but the tilt angle is − When the angle exceeds 0.4 degrees, the luminance starts to increase, and the luminance sharply increases while the inclination angle is as short as 0.2 degrees from -0.3 degrees to -0.1 degrees. Then, the increase in luminance becomes dull from the vicinity where the inclination angle exceeds −0.1 degrees, and the luminance remains constant again when the inclination angle is +0.1 degrees or more.
上述したミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係は非常に重要な事実を含んでいる。
すなわち、ミラー１０２の傾斜角度を変化させつつカメラ１０４で反射光画像を撮像しておけば、ミラー１０２の傾斜角度と輝度との関係を予め求めることができ、この関係を用いて逆算すればカメラ１０４で撮影された輝度から傾斜角度が未知な面の傾斜角度、言い換えれば被測定物Ｗの測定面の表面角度を検出することができるのである。
The above-described relationship between the tilt angle of the mirror 102 and the brightness includes a very important fact.
In other words, if the reflected light image is captured by the camera 104 while changing the tilt angle of the mirror 102, the relationship between the tilt angle of the mirror 102 and the brightness can be obtained in advance, and the camera can be calculated back using this relationship. It is possible to detect the tilt angle of the surface whose tilt angle is unknown from the brightness photographed at 104, in other words, the surface angle of the measurement surface of the object W to be measured.
この輝度に基づく表面角度の計測では、画像処理の分解能によらず微細な凹凸欠陥の表面角度や深さが高精度に求められる。ただ、図７に示すような装置構成のまま、輝度から表面角度を逆算しようとすると、図８（ｃ）のグラフでは逆算できる輝度の範囲に比べて表面角度の範囲が狭いため、凹凸欠陥を精度良く検出することが困難になる。
そこで、本発明の第１実施形態の表面凹凸検査装置１では、この照射部２から照射されるライン光Ｌの光量を被測定物Ｗの移動方向に沿って徐々に減光する光量調整フィルム３を設けているのである。
In the measurement of the surface angle based on this luminance, the surface angle and depth of fine irregularities are required with high accuracy regardless of the resolution of image processing. However, if the surface angle is to be calculated backward from the luminance with the apparatus configuration shown in FIG. 7, the surface angle range is narrower than the luminance range that can be calculated backward in the graph of FIG. It becomes difficult to detect with high accuracy.
Therefore, in the surface unevenness inspection apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, the light amount adjustment film 3 that gradually reduces the light amount of the line light L irradiated from the irradiation unit 2 along the moving direction of the object W to be measured. Is provided.
言い換えれば、表面凹凸検査装置１は、水平方向に移動する被測定物Ｗの被測定面に対して斜め上方からライン光Ｌを照射する照射部２と、被測定面で反射するライン光Ｌのうち正反射するライン光Ｌの反射光Ｒだけを撮像する撮像部４と、この撮像部４で撮像された反射光Ｒに基づいて被測定面の凹凸を検出する検出部５と、を設けた上で、この照射部４を被測定面に対して、被測定物Ｗの移動方向とは直交する向きに沿って直線状に形成されたライン光Ｌを照射する構成し、更には、照射部２の前面に上述した光量調整フィルム３を設けたものとなっている。 In other words, the surface unevenness inspection apparatus 1 includes the irradiation unit 2 that irradiates the line light L obliquely from above and the line light L reflected from the measurement surface with respect to the measurement surface of the object W that moves in the horizontal direction. Among them, an imaging unit 4 that captures only the reflected light R of the line light L that is regularly reflected, and a detection unit 5 that detects unevenness of the surface to be measured based on the reflected light R captured by the imaging unit 4 are provided. The irradiation unit 4 is configured to irradiate the line to be measured with the line light L formed in a straight line along the direction orthogonal to the moving direction of the object W to be measured. 2 is provided with the light amount adjusting film 3 described above.
次に、図１を用いて、表面凹凸検査装置１を構成する照射部２、カメラ４、検出部５及び光量調整フィルム３について、詳しく説明する。
図１に示すように、照射部２は、水平方向に移動する被測定物Ｗの被測定面に対して、被測定物Ｗの移動方向とは直交する方向（照射方向とは直交する幅方向）に直線状に伸びるライン光Ｌを照射可能な光源である。この照射部２には、図示はしないが、複数のＬＥＤをライン状に並べた発光器が採用されている。この照射部２には、スポット状のレーザ光を発射するレーザ投光器と、このレーザ投光器から投光されたスポット光を集光してライン状のレーザ光へ変化させるシリンドリカルレンズからなる照射構造体を採用することもできる。また、照射部２は長棒状の蛍光灯などで形成されていても良い。
Next, the irradiation part 2, the camera 4, the detection part 5, and the light quantity adjustment film 3 which comprise the surface unevenness | corrugation inspection apparatus 1 are demonstrated in detail using FIG.
As shown in FIG. 1, the irradiating unit 2 has a direction perpendicular to the moving direction of the measured object W with respect to the measured surface of the measured object W moving in the horizontal direction (a width direction orthogonal to the irradiated direction). ) Is a light source capable of irradiating linearly extending line light L. Although not shown, the irradiator 2 employs a light emitter in which a plurality of LEDs are arranged in a line. The irradiation unit 2 includes a laser projector that emits a spot-shaped laser beam, and an irradiation structure that includes a cylindrical lens that collects the spot light projected from the laser projector and changes it into a line-shaped laser beam. It can also be adopted. Moreover, the irradiation part 2 may be formed with the long rod-like fluorescent lamp.
図２に示すように、光量調整フィルム３は、照射部２から被測定物Ｗに照射されるライン光Ｌを位置に応じて漸化的に減光して、表面角度に対する輝度の変化率を小さくするものである。光量調整フィルム３は、被測定物Ｗ側を向く照射部２の表面に対して、この表面に貼り付けられるか、この表面から一定の距離をあけて配備されており、照射部２から照射されるライン光Ｌをライン直交方向に沿って減光できる（ライン光Ｌのライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる）ようになっている。光量調整フィルム３は、ライン方向と垂直になる方向に沿って濃度が「徐々に濃くなる」、「薄くなる」、あるいは、「徐々に濃くなった上で徐々に薄くなる」ように透明度が調整されている。具体的には、光量調整フィルム３としては、被測定物Ｗの移動方向に沿って徐々に透明度が変化するグラデーションパターンを備えた光透過性のフィルムを用いることができる。 As shown in FIG. 2, the light amount adjustment film 3 gradually reduces the line light L irradiated from the irradiation unit 2 to the object W to be measured according to the position, so that the change rate of the luminance with respect to the surface angle is changed. It is to make it smaller. The light amount adjustment film 3 is attached to the surface of the irradiation unit 2 facing the object to be measured W or is disposed at a certain distance from the surface, and is irradiated from the irradiation unit 2. The line light L can be reduced along the line orthogonal direction (the amount of light along the line orthogonal direction of the line light L is continuously reduced). The light intensity adjustment film 3 has a transparency adjusted so that the density is “gradually darker”, “thinner”, or “gradually darker and then lighter” along the direction perpendicular to the line direction. Has been. Specifically, as the light amount adjusting film 3, a light transmissive film having a gradation pattern in which the transparency gradually changes along the moving direction of the measurement object W can be used.
前述した如く、照射部２は、被測定物Ｗの移動方向とは直交する方向にライン光Ｌを照射しているため、ライン光Ｌは、被測定物Ｗの移動方向に沿って輝度が変化する光となっている。
図１に示すように、被測定物Ｗは、アルミ、ステンレス、高輝度鋼板などの圧延材、シリコン基板やガラス基板などの材料で形成されており、研磨や塑性加工により鏡面状に光（入射光）を反射可能な被測定面を有している。このような被測定面は、入射したライン光Ｌを正反射可能とされており、正反射したライン光Ｌが反射光Ｒとしてカメラ４に入射するようになっている。なお、図例の被測定物Ｗはアルミの圧延材であり、被測定面はアルミの圧延面とされている。
As described above, since the irradiation unit 2 irradiates the line light L in a direction orthogonal to the moving direction of the object to be measured W, the luminance of the line light L changes along the moving direction of the object to be measured W. It has become a light to do.
As shown in FIG. 1, the object W to be measured is made of a rolled material such as aluminum, stainless steel, a high-luminance steel plate, a material such as a silicon substrate or a glass substrate, and light (incident on the mirror surface) by polishing or plastic working. A surface to be measured capable of reflecting light). Such a surface to be measured is capable of specularly reflecting the incident line light L, and the specularly reflected line light L is incident on the camera 4 as reflected light R. In addition, the to-be-measured object W of the example is a rolled aluminum material, and the measured surface is an aluminum rolled surface.
撮像部（カメラ４）は、ＣＣＤカメラ（エリアカメラ）で構成され、被測定物Ｗの被測
定面で正反射したライン光Ｌの反射光Ｒが撮像画面のほぼ中央に映り込むように、幅方向及び長手方向に十分な長さを備えた広い範囲を撮像可能とされている。また、カメラ４は、被測定面に対して照射部２とは反対の位置（ライン光Ｌと反射光Ｒとが被測定面の法線Ｓに対して線対称関係にある位置）に設けられており、被測定面で正反射した反射光Ｒを撮影可能となっている。このカメラ４で撮像された反射光画像は、検出部５に送られる。
The imaging unit (camera 4) is composed of a CCD camera (area camera), and has a width so that the reflected light R of the line light L regularly reflected by the surface to be measured of the object W to be measured is reflected in the approximate center of the imaging screen. A wide range having a sufficient length in the direction and the longitudinal direction can be imaged. Further, the camera 4 is provided at a position opposite to the irradiation unit 2 with respect to the measurement surface (a position where the line light L and the reflected light R are in line symmetry with respect to the normal S of the measurement surface). Thus, the reflected light R specularly reflected by the surface to be measured can be photographed. The reflected light image captured by the camera 4 is sent to the detection unit 5.
検出部５は、パーソナルコンピュータ等で構成されており、カメラ４で撮像された反射光画像に基づいて被測定面の表面状態（表面凹凸状態）を検出している。具体的には、この検出部５では反射光画像に基づいて被測定面の表面角度を算出し、算出された表面角度を積算することにより被測定面の凹凸状態（表面粗さ）を評価できるようになっている。
例えば、図８の場合と同様に、傾斜角度を−０．２５度としたミラー１０２の反射光画像と、傾斜角度を＋０．５度としたミラー１０２の反射光画像とを、上述した光量調整フィルム３を有する表面凹凸検査装置１のカメラ４で撮像すると、図３（ａ）に示すような反射光画像が得られる。
The detection unit 5 is configured by a personal computer or the like, and detects the surface state (surface irregularity state) of the surface to be measured based on the reflected light image captured by the camera 4. Specifically, the detection unit 5 can calculate the surface angle of the surface to be measured based on the reflected light image, and integrate the calculated surface angles to evaluate the uneven state (surface roughness) of the surface to be measured. It is like that.
For example, as in the case of FIG. 8, the light amount adjustment described above is performed on the reflected light image of the mirror 102 with the inclination angle of −0.25 degrees and the reflected light image of the mirror 102 with the inclination angle of +0.5 degrees. When an image is taken by the camera 4 of the surface unevenness inspection apparatus 1 having the film 3, a reflected light image as shown in FIG.
この図３（ａ）でも、図８（ａ）と同様に、それぞれの反射光画像上に輝線が確認される。そして、この輝線の位置は、傾斜角度が−０．２５度の位置の方が、傾斜角度が＋０．５度の位置より、Ｘ位置の大きい側にずれている。それゆえ、この図３（ａ）で観察される反射光画像における輝度の変化を基準線Ｐに沿って測定し、測定した輝度をＸ位置に対してプロットすると、図３（ｂ）のようになる。 In FIG. 3A as well, bright lines are confirmed on the respective reflected light images as in FIG. 8A. The position of the bright line is shifted to the larger X position at the position where the inclination angle is −0.25 degrees than the position where the inclination angle is +0.5 degrees. Therefore, when the change in luminance in the reflected light image observed in FIG. 3A is measured along the reference line P and the measured luminance is plotted against the X position, as shown in FIG. Become.
図３（ｂ）に示される輝度の変化曲線は、図８（ｂ）のときのような台形状ではなく、上方に向かって突出した三角形状となっている。つまり、図３（ｂ）においては、Ｘ位置に対する輝度の変化は図８（ｂ）の場合ほど急峻ではなく、Ｘ位置が大きくなるに連れて輝度は緩やかに変化する。
ここで、図８の場合と同様に、図３（ｂ）において、例えば、Ｘが３２０ピクセルとなる位置に着目して、−０．７〜＋０．５までの範囲でミラー１０２の傾斜角度を変化させた場合の輝度の変化をミラー１０２の傾斜角度に対してまとめると、図３（ｃ）のようになる。
The luminance change curve shown in FIG. 3B is not a trapezoidal shape as in FIG. 8B but a triangular shape protruding upward. That is, in FIG. 3B, the change in luminance with respect to the X position is not as steep as in FIG. 8B, and the luminance changes gradually as the X position increases.
Here, as in FIG. 8, in FIG. 3B, focusing on the position where X is 320 pixels, for example, the tilt angle of the mirror 102 is set in the range of −0.7 to +0.5. FIG. 3C shows a summary of the change in luminance when the change is made with respect to the tilt angle of the mirror 102.
図３（ｃ）に示すように、光量調整フィルム３を設けた検査装置１を用いて、表面角度に対する輝度の変化を求めると、図８（ｃ）と同様に表面角度の増加に対応して輝度が徐々に増加する変化曲線があらわれるが、その変化の仕方はより緩やかとなっている。
つまり、図４を見れば明らかなように、光量調整フィルム３を有さない検査装置（実験装置１０１）を用いた場合には、図中に正方形のマークで示すように、傾斜角度が−０．３度〜−０．１度までの０．２度という短い間に輝度が急峻に増加する。しかし、光量調整フィルム３を有する検査装置１を用いた場合には、図中に菱形のマークで示すように、ミラー１０２の傾斜角度が−０．３度〜＋０．２度までの０．５度という広い角度範囲に亘って輝度が緩やかに且つ直線的に変化している。このことから、光量調整フィルム３を設けることで、輝度が同じ変化幅であっても、表面角度の測定レンジを拡大できることが分かる。
As shown in FIG. 3 (c), when the change in luminance with respect to the surface angle is obtained using the inspection apparatus 1 provided with the light amount adjustment film 3, the increase in the surface angle is handled in the same manner as in FIG. 8 (c). A change curve in which the luminance gradually increases appears, but the manner of change is more gradual.
That is, as apparent from FIG. 4, when an inspection apparatus (experiment apparatus 101) that does not have the light amount adjustment film 3 is used, the inclination angle is −0 as indicated by a square mark in the figure. The brightness increases sharply in a short time of 0.2 degrees from .3 degrees to -0.1 degrees. However, when the inspection apparatus 1 having the light amount adjustment film 3 is used, as shown by a diamond mark in the drawing, the mirror 102 has an inclination angle of 0.5 to −0.3 degrees to +0.2 degrees. The luminance changes slowly and linearly over a wide angle range of degrees. From this, it can be seen that the measurement range of the surface angle can be expanded by providing the light amount adjustment film 3 even if the luminance has the same change width.
例えば、光量調整フィルム３を備えた検査装置（本実施形態の検査装置１）の場合、上述したこの０．５度の角度範囲に対しては、輝度Ｂと表面角度θとの間に、次の式（１）のような関係（線形式）が成立する。 For example, in the case of the inspection apparatus (inspection apparatus 1 of the present embodiment) provided with the light amount adjustment film 3, for the angle range of 0.5 degrees described above, the following is made between the luminance B and the surface angle θ. The relationship (linear form) as shown in Equation (1) is established.
この式（１）に対しては、表面角度が既知な２箇所以上の被測定面に対して、この被測定面で反射した反射光Ｒの輝度を実測し、実測した２組以上のデータを用いれば、定数ａ、ｂを求めることができる。それゆえ、上述した図４の実験データから、線形一次回帰曲線を求めることで、式（１'）を導出することができる。 For this equation (1), the brightness of the reflected light R reflected by the measured surface is measured for two or more measured surfaces with known surface angles, and two or more sets of measured data are obtained. If used, the constants a and b can be obtained. Therefore, the equation (1 ′) can be derived by obtaining a linear linear regression curve from the experimental data of FIG. 4 described above.
この式（１'）は、輝度Ｂを被測定面の表面角度θで示したものであるから、式（２）のように表面角度θを輝度Ｂで示すこともできる。 Since this equation (1 ′) represents the luminance B by the surface angle θ of the surface to be measured, the surface angle θ can also be represented by the luminance B as in equation (2).
上述した式（２）において「０．００２８７」として示される傾きや「−０．３５３」として示される切片は、光量調整フィルム３の濃淡の付け方や配置でさまざまな値に変化する。しかし、所定の光量調整フィルム３を用い、この光量調整フィルム３に対応する式（２）より導かれる表面角度θを用いれば、同じ測定条件において被測定面の表面状態（凹凸状態）を表面角度という観点で相対的に比較したり判断したりすることができる。 The slope shown as “0.00287” and the intercept shown as “−0.353” in Equation (2) described above change to various values depending on how the light amount adjustment film 3 is shaded and arranged. However, if a predetermined light amount adjustment film 3 is used and the surface angle θ derived from the equation (2) corresponding to the light amount adjustment film 3 is used, the surface state (unevenness state) of the surface to be measured can be changed to the surface angle under the same measurement conditions. It is possible to make a relative comparison and judgment from the viewpoint.
また、式（２）より導かれる表面角度θと移動方向に沿った測定間隔Δｘを用いれば、式（３）により被測定面の高さを求めることもでき、この高さを用いて同じ測定条件において被測定面の表面状態（凹凸状態）を相対的に比較・判断することができるようになる。 If the surface angle θ derived from the equation (2) and the measurement interval Δx along the moving direction are used, the height of the surface to be measured can be obtained by the equation (3), and the same measurement is performed using this height. The surface state (unevenness state) of the surface to be measured can be relatively compared and determined under the conditions.
上述した光量調整フィルム３を設けることで、被測定面の表面角度θに対する輝度Ｂの変化を小さくすることができ、カメラ４で撮像された輝度Ｂに基づいて被測定面の表面角度θをより広いレンジに亘って且つ高精度に（高分解能で）測定することができる。
また、検出部５では、上述のようにして算出された表面角度θを式（３）のように積分することにより、被測定面の高さ（表面の凹凸状態）を算出することができ、算出された被測定面の高さを用いて被測定面の表面状態（凹凸状態）を相対的に比較・判断することができる。
By providing the light amount adjusting film 3 described above, the change in the luminance B with respect to the surface angle θ of the surface to be measured can be reduced, and the surface angle θ of the surface to be measured can be further increased based on the luminance B imaged by the camera 4. Measurements can be made over a wide range and with high accuracy (with high resolution).
Further, the detection unit 5 can calculate the height of the surface to be measured (surface unevenness state) by integrating the surface angle θ calculated as described above as shown in Equation (3). Using the calculated height of the measured surface, the surface state (unevenness state) of the measured surface can be relatively compared and determined.
次に、図５を用いて、検出部５で行われる信号処理、言い換えれば本発明の表面凹凸検査方法について説明する。
図５に示すように、被測定物Ｗの表面状態を計測する際には、まず被測定物Ｗ（図例では、アルミ板）を水平方向に沿って移動させる、言い換えれば、圧延搬送中のアルミ板の表面を検査することにする（Ｓ１）。そして、照射部２から被測定物Ｗの被測定面に対してライン光Ｌを照射し、カメラ４を用いて被測定物Ｗの被測定面から反射する反射光Ｒを連続的に撮像する（Ｓ２）。なお、この撮像は、被測定物Ｗの測定が終了するまで継続して行われる。
Next, the signal processing performed in the detection unit 5, in other words, the surface unevenness inspection method of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, when measuring the surface state of the workpiece W, first, the workpiece W (in the example shown, an aluminum plate) is moved along the horizontal direction, in other words, during rolling conveyance. The surface of the aluminum plate is inspected (S1). Then, the line light L is irradiated from the irradiation unit 2 to the surface to be measured of the object W to be measured, and the reflected light R reflected from the surface to be measured of the object W to be measured is continuously imaged using the camera 4 ( S2). This imaging is continuously performed until the measurement of the workpiece W is completed.
例えば、カメラ４から検出部５に取り込まれる反射光画像の撮像データのうち、ｉ番目（ｉフレーム目）の反射光画像が撮像され（Ｓ３）、このｉ番目の反射光画像について画像処理を行う。
ｉ番目の反射光画像に関し、明部抽出処理やラベリング処理などを行い、撮像された反射光、すなわち撮像画像中の輝線（座標（ｘ１，０）〜（ｘ１，ｙ））を抽出する。その後、この輝線上の存在する１つの画素（（座標（ｘ１，ｎ））の輝度データに関して、処理を進める。
For example, among the imaging data of the reflected light image captured from the camera 4 to the detection unit 5, an i-th (i-th frame) reflected light image is captured (S3), and image processing is performed on the i-th reflected light image. .
With respect to the i-th reflected light image, a bright part extraction process, a labeling process, and the like are performed, and the captured reflected light, that is, the bright lines (coordinates (x1, 0) to (x1, y)) in the captured image are extracted. Thereafter, the process proceeds with respect to the luminance data of one pixel ((coordinate (x1, n)) existing on the bright line.
まず、ｎ＝０とした上で、画素（ｘ１、ｎ）の輝度を取得し（Ｓ４）、取得した輝度を予め作成しておいた「輝度Ｂと表面角度θとの関係を示すグラフ（図４）」に基づいて画素（ｘ１、ｎ）に対応する部分の表面角度θを算出する。その上で、得られた表面角度θを積算することで被測定面の高さを求める（Ｓ５）。次に、求めた被測定面の高さを用いて、これらの値が予め決められた閾値を超えるか否かで表面凹凸状態の良否を判定する（Ｓ６）。 First, after setting n = 0, the luminance of the pixel (x1, n) is acquired (S4), and the acquired luminance is created in advance as a graph showing the relationship between the luminance B and the surface angle θ (FIG. 4) ”, the surface angle θ of the portion corresponding to the pixel (x1, n) is calculated. Then, the height of the measured surface is obtained by integrating the obtained surface angle θ (S5). Next, using the obtained height of the surface to be measured, the quality of the surface irregularity state is determined based on whether or not these values exceed a predetermined threshold (S6).
以上の処理（Ｓ４〜Ｓ６）を、輝線の全ての画素について行うことで、１ライン上での表面凹凸状態の良否判定を行う（Ｓ７）。
また、このようなＳ１〜Ｓ７の操作はｉ番目の反射光画像についてだけでなく、連続的に撮像された全ての反射光画像（全てのフレーム画像）に対して行われる。つまり、ｉ番目（ｉフレーム目）の反射光画像についてＳ１〜Ｓ７の操作を行った後は、ｉ＋１番目（ｉ＋１フレーム目）の反射光画像について行うといったように、連続的に撮像された全ての反射光画像に対して行うことで、被測定物Ｗの被測定面の表面凹凸状態の変化を経時的に評価することができる（Ｓ８）。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の検査装置１を説明する。
By performing the above processing (S4 to S6) for all the pixels of the bright line, it is determined whether the surface unevenness state on one line is good or bad (S7).
Further, such operations of S1 to S7 are performed not only on the i-th reflected light image but also on all reflected light images (all frame images) that are continuously captured. In other words, after the operations of S1 to S7 are performed on the i-th (i-th frame) reflected light image, all the consecutively captured images are performed, such as the i + 1-th (i + 1-th frame) reflected light image. By performing the process on the reflected light image, it is possible to evaluate the change of the surface unevenness state of the surface to be measured of the object W to be measured over time (S8).
[Second Embodiment]
Next, the inspection apparatus 1 of 2nd Embodiment is demonstrated.
第２実施形態の検査装置１は、照射部２が長手方向に沿ってＲ、Ｇ、Ｂの三原色が並んで構成されたライン光Ｌを照射するものとされ、撮像部２が反射光Ｒを赤色、緑色、青色の３色の成分に分けて撮像する構成とされており、検出部５が撮像部２でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光Ｒの輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから反射光Ｒが発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されたものである。 In the inspection apparatus 1 according to the second embodiment, the irradiation unit 2 irradiates the line light L formed by arranging the three primary colors R, G, and B along the longitudinal direction, and the imaging unit 2 emits the reflected light R. red, green, and is configured to image divided into components of blue three colors, R component detection unit 5 by the imaging unit 2, G-component, the luminance B R of the reflected light R is captured is divided into component B , B G , B B , surface angles θ R , θ G , θ B of the measured surfaces from which the reflected light R is emitted are obtained, and based on the obtained surface angles θ R , θ G , θ B It is configured to detect the uneven state of the surface.
具体的には、第２実施形態の検査装置１に設けられる照射部２には、ラインの一端側（長尺方向に沿った一端側）が赤色（原色Ｒ）、中央側が緑色（原色Ｇ）、他端側が青色（原色Ｂ）と３色に色分けされたものを用いても良いし、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色を有する発光ダイオードを予め定められた順番で複数回に亘って繰り返し並べたものであっても良い。さらには、照射部２の表面に三原色に塗り分けられたフィルム（光量調整フィルム３）を設けたものでも良い。この三原色に塗り分けられたフィルムとしては、例えば、図９（ａ）に示すようにフィルムの短尺方向（図中の上下方向）に沿って紫（Ｐ）→青（Ｂ）→緑（Ｇ）→黄（Ｙ）→赤（Ｒ）の順に色が変化するフィルムを用いることができる。このようなフィルムを用いれば、図９（ｂ）に示すように短尺方向に沿った位置が変化するにつれて、フィルムを透過した光のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分が互いに１２０°ごとの位相差をもった正弦曲線に従って変化するようになる。 Specifically, in the irradiation unit 2 provided in the inspection apparatus 1 of the second embodiment, one end side (one end side along the longitudinal direction) of the line is red (primary color R), and the center side is green (primary color G). The other end side may be blue (primary color B) and three colors, or light emitting diodes having the three primary colors R, G, and B may be repeatedly arranged in a predetermined order several times. It may be a thing. Furthermore, what provided the film (light quantity adjustment film 3) separately coated by the three primary colors on the surface of the irradiation part 2 may be used. For example, as shown in FIG. 9A, purple (P) → blue (B) → green (G) along the short direction of the film (vertical direction in the drawing) as shown in FIG. A film whose color changes in the order of yellow (Y) → red (R) can be used. If such a film is used, as the position along the short direction changes as shown in FIG. 9B, the R component, G component, and B component of the light transmitted through the film differ from each other by 120 °. It changes according to a sine curve with.
また、上述した撮像部（カメラ４）は、例えば、一般的なカラーＣＣＤカメラを用いることができ、反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像し出力する構成とされている。さらに、検出部５は、第１実施形態で説明した検出部５を３原色に合わせて３つ備えたものとなっている。
このような第２実施形態の検査装置１を用いれば、１つの反射光画像の表面状態をＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて検出することが可能となり、一度のスキャンにより、単色のライン光Ｌを用いた検査を３回同時に行う処理を実現可能となる。それ故、行ったことに相当する。一度に検出できる表面状態の情報量が３倍程度にまで増加し、表面状態の検出精度が飛躍的に向上する。
Further, for example, a general color CCD camera can be used as the image pickup unit (camera 4) described above, and the reflected light is divided into three color components of R, G, and B to be picked up and output. Yes. Furthermore, the detection unit 5 includes three detection units 5 described in the first embodiment in accordance with the three primary colors.
By using such an inspection apparatus 1 of the second embodiment, it is possible to detect the surface state of one reflected light image by dividing it into three components of an R component, a G component, and a B component. It is possible to realize a process in which the inspection using the monochromatic line light L is simultaneously performed three times. Therefore, it corresponds to what has been done. The amount of information on the surface state that can be detected at a time increases to about three times, and the detection accuracy of the surface state is greatly improved.
また、図９（ａ）に示すようなフィルムを用いて、上述のようにＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて検出する場合には、位置に合わせて３成分のうち最も輝度が大きく変化している成分を用いることが可能となり、輝度の変化が大きいが故に表面状態の検出精度をより高めることが可能となる。
例えば、図９（ｂ）において、図中に「Ａ」で示される位置で光を検出する場合、Ｒ成分を採用して表面状態を検出しようとすると、「Ａ」の位置ではＲ成分の輝度の変化はあまり大きくないので、このような輝度から表面状態を検出しようとすると検出精度がどうしても低くなる。しかし、Ｒ成分以外のＧ成分やＢ成分を採用とすると、両成分とも「Ａ」の位置での輝度の変化を大きくとれるので、表面状態の検出精度を高くすることが可能となる。
In addition, when the film as shown in FIG. 9A is used to detect the three components of the R component, the G component, and the B component as described above, the luminance is the highest among the three components according to the position. It is possible to use a component that greatly changes, and it is possible to further improve the detection accuracy of the surface state because the change in luminance is large.
For example, in FIG. 9B, when light is detected at a position indicated by “A” in the drawing, the luminance of the R component is detected at the position “A” when the surface state is detected using the R component. Is not so large, the detection accuracy is inevitably lowered when the surface state is detected from such brightness. However, if the G component and the B component other than the R component are adopted, the change in luminance at the position “A” can be greatly taken for both components, so that the surface state detection accuracy can be increased.
さらに、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の３成分に分けて表面状態を検出する方法、言い換えればカラーフィルムを用いる方法を、上述した白黒のフィルムを用いる方法と組み合わせることもできる。例えば、図９（ｃ）に示すように、フィルムを長尺方向（図９（ｃ）の左右方向）に沿って複数の領域に分ける。その上で、それぞれの領域内で短尺方向（図９（ｃ）の上下方向）に沿って紫（Ｐ）→青（Ｂ）→緑（Ｇ）→黄（Ｙ）→赤（Ｒ）の順に「色（色彩）」を変化させると共に、長尺方向に沿って暗→明→暗の順に「明るさ（明度
）」を変化させる。このように互いに直交する方向に沿って濃淡変化と色彩変化とを設ければ、１枚のフィルムを用いて、被測定物Ｗの移動方向に沿った表面状態を検出できるだけでなく、移動方向と垂直な方向に沿った表面状態をも検出できるようになり、被測定物Ｗの表面状態をより微細な領域ごとに精度良く検出できるようになる。
Furthermore, the method of detecting the surface state by dividing into three components of R component, G component, and B component, in other words, the method using a color film can be combined with the above-described method using a black and white film. For example, as shown in FIG. 9C, the film is divided into a plurality of regions along the longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 9C). Then, purple (P)-> blue (B)-> green (G)-> yellow (Y)-> red (R) along the short direction (vertical direction in Fig. 9 (c)) within each region. “Color (color)” is changed, and “brightness (lightness)” is changed in the order of dark → light → dark along the long direction. In this way, if a change in shade and a change in color are provided along the directions orthogonal to each other, not only the surface state along the moving direction of the object W can be detected using a single film, but also the moving direction and The surface state along the vertical direction can also be detected, and the surface state of the workpiece W can be accurately detected for each finer region.
次に、図６に示す実施例を用いて、本発明の検査装置１の作用効果をさらに詳しく説明する。
図６（ａ）は、アルミの圧延材からなる被測定物Ｗの被測定面にＬＥＤを用いた照射部２から照射されたライン光Ｌの反射光Ｒを、カメラ４で撮像したものである。なお、この被測定面には、移動方向に進むにつれて急激に落ちる段差が凹凸欠陥として存在する。
Next, the function and effect of the inspection apparatus 1 of the present invention will be described in more detail using the embodiment shown in FIG.
FIG. 6A shows an image of the reflected light R of the line light L irradiated from the irradiation unit 2 using an LED on the surface to be measured W of a workpiece W made of a rolled aluminum material. . Note that the surface to be measured has a step difference that rapidly decreases as it moves in the moving direction as an uneven defect.
また、図６（ａ）の図中に点線で示された部分は、検出用の領域を示している。この検出用の領域を固定としたまま、この領域内の反射光画像を一定時間毎に連続して撮像した。例として、撮像開始から３０フレーム目、３５フレーム目、４０フレーム目、４５フレーム目、５０フレーム目の画像を図６（ｂ）に示す。
図６（ｂ）を見ると、３０フレーム目から５０フレーム目というようにフレームの撮像が進むにつれて、輝線の位置が反射光画像上でＸ位置が大きい側（図の右側）に変化し、被測定面の凹凸欠陥が設けられた位置に輝線が差し掛かると、反射光から算出される表面角度θが変化して輝線の位置が画像上で変化していることがわかる。
Moreover, the part shown with the dotted line in the figure of Fig.6 (a) has shown the area | region for a detection. While the detection area was fixed, the reflected light images in this area were taken continuously at regular intervals. As an example, FIG. 6B shows images of the 30th, 35th, 40th, 45th, and 50th frames from the start of imaging.
As shown in FIG. 6B, as the imaging of the frame proceeds from the 30th frame to the 50th frame, the position of the bright line changes to the side with the larger X position on the reflected light image (the right side in the figure). It can be seen that when the bright line reaches a position where the unevenness of the measurement surface is provided, the surface angle θ calculated from the reflected light changes and the position of the bright line changes on the image.
図６（ｂ）に例として示される５つの領域画像に対して、図６（ａ）中に一点鎖線で示す基準線Ｐに沿って輝度を計測し、グラフ化したものを図６（ｃ）に示す。
次に、図６（ｃ）において、反射光画像上の所定のＸ位置（例えば、Ｘ＝３４５など）で観察される輝度を抽出することで、図６（ｄ）のような輝度変化を得ることが可能となる。
For the five region images shown as an example in FIG. 6B, the luminance is measured along the reference line P indicated by the alternate long and short dash line in FIG. Shown in
Next, in FIG. 6C, the luminance change as shown in FIG. 6D is obtained by extracting the luminance observed at a predetermined X position (for example, X = 345) on the reflected light image. It becomes possible.
図６（ｄ）は、横軸が撮像フレーム数であり、撮像時刻と一対一に対応するものである。被測定物Ｗであるアルミ板は所定の速度で搬送されているため、図６（ｄ）の横軸は、ライン光Ｌが照射されている被測定物Ｗ上の位置と考えることもできる。図６（ｄ）の縦軸は、そのときの反射光Ｒの輝度値である。図６（ｄ）には、図６（ｃ）におけるＸ位置が３４２ピクセル、３４３ピクセル、３４４ピクセル、３４５ピクセルにあるときの輝度データがプロットされている。 In FIG. 6D, the horizontal axis represents the number of imaging frames, and corresponds to the imaging time one-on-one. Since the aluminum plate as the object to be measured W is conveyed at a predetermined speed, the horizontal axis in FIG. 6D can also be considered as the position on the object to be measured W irradiated with the line light L. The vertical axis in FIG. 6D is the luminance value of the reflected light R at that time. FIG. 6D plots luminance data when the X position in FIG. 6C is at 342 pixels, 343 pixels, 344 pixels, and 345 pixels.
この図６（ｃ）の輝度データに、式（２）を適用することで、図６（ｅ）の四角マークでプロットされた表面の傾き角度θの遷移曲線を得ることができる。この表面の傾き角度θの遷移曲線に対して、式（３）を適用することで、菱形マークでプロットされた表面の凹凸高さ変化の遷移曲線を得ることができる。式（３）で得られる凹凸高さ変化は、相対変化値である。式（３）で得られる凹凸高さ変化を基に、被測定物Ｗの表面の「そり」あるいは「うねり」のような凹凸欠陥を高精度に検出できることがわかる。 By applying Equation (2) to the luminance data of FIG. 6C, a transition curve of the surface inclination angle θ plotted with the square marks in FIG. 6E can be obtained. By applying Equation (3) to the transition curve of the surface inclination angle θ, it is possible to obtain a transition curve of the surface irregularity height change plotted with rhombus marks. The uneven height change obtained by Expression (3) is a relative change value. It can be seen that uneven defects such as “sledge” or “swell” on the surface of the workpiece W can be detected with high accuracy based on the uneven height change obtained by the equation (3).
以上述べたように、本発明の表面凹凸検査装置によれば、広幅の被検査物上に形成された微細な凹凸欠陥を圧延目と見分けて検出することができるようになる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
As described above, according to the surface unevenness inspection apparatus of the present invention, it becomes possible to detect fine unevenness defects formed on a wide inspection object by distinguishing them from rolling marks.
By the way, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 検査装置（表面凹凸検査装置）
２ 照射部
３ 光量調整フィルム
４ 撮像部
５ 検出部
Ｗ 被測定物
Ｌ ライン光
Ｒ 反射光
Ｐ 基準線
Ｂ 輝度
θ 表面角度
ｈ 高さ
１０１ 実験装置
１０２ ミラー
１０３ ＬＥＤ照射部
１０４ カメラ
1 Inspection device (surface irregularity inspection device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Irradiation part 3 Light quantity adjustment film 4 Imaging part 5 Detection part W Measured object L Line light R Reflected light P Reference line B Luminance θ Surface angle h Height 101 Experimental apparatus 102 Mirror 103 LED irradiation part 104 Camera
Claims (5)
前記照射部には、照射されるライン光のライン直交方向に沿った光量を連続的に減少させる光量調整フィルムが設けられており、
前記検出部は、反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成とされていること特徴とする表面凹凸検査装置。 An irradiation unit that irradiates line light obliquely from above to the measurement surface of the object to be measured that moves in the horizontal direction, and only the reflected light of the line light that is regularly reflected out of the line light reflected by the measurement surface is imaged. A surface unevenness inspection apparatus comprising: an imaging unit; and a detection unit that detects unevenness of a surface to be measured based on reflected light imaged by the imaging unit,
The irradiation unit is provided with a light amount adjustment film that continuously reduces the light amount along the line orthogonal direction of the irradiated line light,
The detection unit is configured to obtain a surface angle of the surface to be measured from which the reflected light is emitted from the brightness of the reflected light, and detect an uneven state of the surface to be measured based on the obtained surface angle. An apparatus for inspecting surface irregularities characterized by comprising:
前記撮像部は、前記反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の成分に分けて撮像する構成とされており、
前記検出部は、撮像部でＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に分けて撮像された反射光の輝度ＢＲ，ＢＧ，ＢＢから当該反射光が発せられた被測定面の表面角度θＲ，θＧ，θＢを求め、求められた表面角度θＲ，θＧ，θＢに基づいて、被測定面の凹凸状態を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面凹凸検査装置。 The irradiation unit irradiates line light in which three primary colors of R, G, and B are arranged along the longitudinal direction;
The imaging unit is configured to divide the reflected light into three color components of R, G, and B and to capture the image,
The detection unit is configured to detect the surface angle θ R of the surface to be measured from which the reflected light is emitted from the luminances B R , B G , and B B of the reflected light imaged by the imaging unit separately for the R component, G component, and B component , Θ G , θ B are obtained, and the uneven state of the surface to be measured is detected based on the obtained surface angles θ R , θ G , θ B. 4. The surface unevenness inspection apparatus according to any one of 3 above.
照射されるライン光は、ライン直交方向に沿った光量が連続的に減少するような光とされていて、
前記反射光の輝度から当該反射光が発せられた被測定面の表面角度を求め、求められた表面角度に基づいて、被測定面の凹凸状態を検出することを特徴とする表面凹凸検査方法。 By irradiating the surface to be measured of the object to be measured moving in the horizontal direction obliquely from above, only the reflected light of the regularly reflected line light out of the line light reflected by the surface to be measured is imaged. A surface unevenness inspection method for detecting unevenness of a surface to be measured based on reflected light,
The irradiated line light is such that the light quantity along the line orthogonal direction decreases continuously,
A surface unevenness inspection method, wherein a surface angle of a surface to be measured from which the reflected light is emitted is obtained from the brightness of the reflected light, and an uneven state of the surface to be measured is detected based on the obtained surface angle.
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