JP3446008B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄鋼板表面
等の非検査面に光を照射して被検査面の表面疵を光学的
に検出する表面疵検査装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】薄鋼板表面等の被検査面に光を照射して
この被検査面からの反射光を解析することによって、被
検査面に存在する表面疵を光学的に検出する表面疵検査
は従来からの種々の手法が提唱され実施されている。 【０００３】例えば、被検体表面に対して光を入射し、
被検体表面からの正反射光及び拡散反射光をカメラで検
出する金属物体の表面探傷方法が特開昭５８−２０４３
５３号公報に提案されている。この表面探傷方法におい
ては、被検体表面に対し３５度〜７５度の角度で光を入
射し、被検体表面からの反射光を、正反射方向と入射方
向又は正反射方向から２０度以内の角度方向に設置した
２台のカメラで受光する。この２台のカメラの受光信号
を比較し、例えば両者の論理和を取る。そして、２台の
カメラが同時に異常値を検出した場合のみ該当異常値を
傷とみなすことにより、ノイズに影響されない表面探傷
方法を実現している。 【０００４】また、被検体からの後方散乱光を受光する
ことによる被検体表面の疵検査方法が特開昭６０−２２
８９４３号公報に提案されている。この疵検査方法にお
いては、ステンレス鋼板に対して大きな入射角で光を入
射し、入射側へ戻る反射光すなわち後方散乱光を検出す
ることにより、ステンレス鋼板表面のヘゲ疵を検出して
いる。 【０００５】さらに、複数の後方散乱反射光を検出する
ことによる平鋼熱間探傷装置が特開平８−１７８８６７
号公報に提案されている。この平鋼熱間探傷装置は熱間
圧延された平鋼上の掻疵を検出する。この探傷装置にお
いては、掻疵の疵斜面角度は１０度〜４０度であり、こ
の範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるよう
に後方拡散反射方向に複数台のカメラが配設されてい
る。 【０００６】また、偏光を利用した表面の測定装置が特
開昭５７−１６６５３３号公報及び特開平９−１６６５
５２号公報に提案されている。特開昭５７−１６６５３
３号公報に提案された測定装置においては、測定対象に
４５度方向の偏向を入射し偏光カメラで反射光を受光し
ている。偏光カメラにおいては、反射光をカメラ内部の
ビームスプリッタを用いて３つに分岐し、それぞれ異な
る方位角の偏光フィルタを通して受光する。そして、偏
光カメラから３本の信号をカラーＴＶシステムと同様の
信号処理によりモニタに表示し、偏光状態を可視化する
技術が開示している。この技術はエリプソメトリの技術
を利用しており、光源は平行光であることが望ましく、
例えばレーザ光が用いられている。 【０００７】また、特開平９−１６６５５２号公報に提
案された表面検査装置においては、特開昭５７−１６６
５３３号公報に記載の技術と同様に、エリプソメトリを
利用して鋼板表面の疵を検査している。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各公開公報に提案された各測定技術は、いずれも顕著
な凹凸性を持つ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存
在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著
な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥等に対しては全ての
疵を確実に捕捉することが困難であった。 【０００９】例えば、特開昭５８−２０４３５３号公報
に記載の探傷方法においては、正反射光と散乱反射光を
受光する２台のカメラを有しているが、その目的は２つ
のカメラにおける検出信号の論理和によるノイズの影響
除去である。したがって、顕著な凹凸性を有する疵、す
なわち表面に割れや抉れやめくれ上がりを生じているよ
うな疵に対しては両方のカメラで疵の信号が捉えられる
ので適用可能である。しかし、いずれか一方のカメラで
しか疵の信号を捕らえられないような顕著な凹凸性を持
たない模様状ヘゲ欠陥のような疵の場合は、その疵を全
て検出することはできない。 【００１０】また、特開昭６０−２２８９４３号公報の
表面状態検査方法は、表面粗さの小さいステンレス鋼板
状に顕在化した持ち上がったヘゲ疵を対象としている。
したがって、顕在化していない持ち上がった部分のない
疵や、疵の存在しない部分も入射側へ戻る光を反射する
ような表面の粗い鋼板に適用することはできない。 【００１１】特開平８−１７８８６７号公報の平鋼熱間
探傷装置は、掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反
射光を捉えることに基づいているため、顕著な凹凸性を
持たない模様状ヘゲのような疵の場合には後方散乱反射
光では捉えられないものも存在し、検出もれを生ずる問
題点があった。また、一度カメラを設置し、どの角度の
反射成分を受光するかが決定されると、容易にカメラ位
置を変更できない問題もあった。 【００１２】さらに、特開昭５７−１６６５３３号公報
の測定装置や特開平９−１６６５５２号公報の表面検査
装置は、エリプソメトリの技術を用いており、薄い透明
な層の厚さ及び屈折率や物性値のむらを検出することは
できる。しかしながら、例えば表面処理鋼板のように、
もともと疵部が母材部と異なる物性値を有していたとし
ても、その上から同一の物性値を有するものに覆われた
ような対象に対しては、有効性が低下してしまう問題が
あった。 【００１３】また、エリプソメトリでは同一点からの反
射光を各ＣＣＤの対応する画素で受光し、画素毎にエリ
プソパラメータを計算する必要がある。そのため特開昭
５７−１６６５３３号公報においては反射光をビームス
プリッタにより３分岐して３つのＣＣＤにより検出して
おり、光量が低下したり、ＣＣＤ間の画素合わせが困難
であるという問題があった。 【００１４】また、特開平７−２８６３３号公報では、
３台のカメラを鋼板進行方向に並べたり、縦または横に
並べたり、３台のカメラの傾きを変えたりして、同一領
域を見るようにしている。しかし、鋼板の速度が変化し
たときの処理が複雑である問題があった。また、各カメ
ラの角度が異なるため光学条件が同一にならない。その
ため、画素合わせが困難である問題があった。 【００１５】さらに、特開昭５８−２０４３５３号公報
や特開平８−１７８８６７号公報では複数台のカメラの
光軸が共通ではなく出射角が異なるため、得られる２つ
の画像の対応する画素の視野サイズが異なるほか、被検
査面のバタツキや対象の厚さ変動による距離変化がある
と視野に位置ずれを生じるという問題があった。特に特
開昭５８−２０４３５３号公報では２つのカメラで同じ
視野に対する論理和をとることが要求されるため問題は
大きかった。 【００１６】また、模様状ヘゲ欠陥やステイン状ヘゲ欠
陥等を有効に弁別する方法はなかった。特にステイン状
ヘゲ欠陥は疵の程度は低くても信号が大きいため課題評
価してしまうことがあった。 【００１７】製品の品質検査ラインに組み込まれる表面
検査装置においては、製造製品に対する品質保証の観点
から、疵の検出もれがないことが絶対条件である。しか
しながら、表面処理鋼板等まで検査対象とした表面疵検
査装置は実用化されていなかった。 【００１８】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、被検査面からの反射光に含まれる鏡面
反射成分と鏡面拡散反射成分とを区別して検出すること
によって被検査面における表面の割れや捩れやめくれ上
がりのような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥を
確実に検出でき、高い欠陥検出精度を発揮でき、製品の
品質検査ラインにも十分組み込む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ものである。 【００１９】 【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
は偏光角が被検査面の入射面に対して４５度である偏光
を被検査面に入射し、受光部は偏光角が被検査面の入射
面に対して０度，４５度，−４５度である偏光を受光す
る３つの受光光学系を有し、被検査面で反射した反射光
を検出して画像信号に変更し、信号処理部は各受光光学
系から出力された画像信号から被検査面の地肌信号が基
準となるように規格化し、基準値に対する変化量から疵
候補領域を抽出し、抽出した疵候補領域内における各受
光光学系からの信号強度変化量を積分し、３つの受光光
学系の信号強度変化の積分量の最大値に対する偏光角度
４５度の受光光学系の信号強度積分量の比が１／４未満
となる欠陥を冷延鋼板に発生するステイン状欠陥と判定
し、３つの受光光学系の信号強度変化の積分量の最大値
に対する偏光角度４５度の受光光学系の信号強度積分量
の比が１／４以上となる欠陥をヘゲ疵と判定し、判定し
た疵種の等級を決定することを特徴とする。 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【発明の実施の形態】まず、本発明の表面疵検査装置が
検査対象とする鋼板表面の光学的反射の形態を鋼板表面
のミクロな凹凸形状と関連づけて説明する。例えば、検
査対象が合金化亜鉛メッキ鋼板の場合においては、図１
（ａ）に示すように、下地の冷延鋼板は溶融亜鉛メッキ
されたのち合金化炉を通過する。この間に下地鋼板１の
鉄元素がメッキ層２の亜鉛中に拡散し、通常、図１
（ｃ）に示すように合金の柱状結晶３を形成する。この
メッキされた鋼板４は次にロール５ａ，５ｂで調質圧延
される。すると、図１（ｄ）に示すように、柱状結晶３
における特に突出した箇所がロール５ａ，５ｂで平坦に
つぶされ、それ以外の箇所は元の柱結晶３の形状を維持
したままとなる。この調質圧延のロール５ａ，５ｂにて
平坦につぶされた部分をテンパ部６と呼び、それ以外の
調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接しない元の凹凸形状
を残した部分を非テンパ部７と称する。 【００２３】図２は、このようなテンパ部６と非テンパ
部７とを有する鋼板４の表面でどのような光学的反射が
生じるかをモデル化した断面模式図である。鋼板４の表
面はミクロ的に見ると種々の方向を向いた無数の微小面
素１３で構成されている。調質圧延のロール５ａ，５ｂ
によりつぶされたテンパ部６に入射した入射光８は、鋼
板４の正反射方向に鏡面的に反射して鏡面反射光９とな
る。一方、調質圧延ロール５ａ，５ｂが当接しない元の
柱状結晶３の構造を残す非テンパ部７に入射した入射光
８は、ミクロに見れば柱状結晶３の各表面の微小面素一
つ一つにより鏡面的に反射されるが、反射の方向は鋼板
４の正反射方向とは必ずしも一致しない鏡面拡散反射光
１０となる。したがって、鋼板４の表面におけるテンパ
部６及び非テンパ部７の各反射光の角度分布は、マクロ
に見ればそれぞれ図３（ａ），図３（ｂ）のようにな
る。すなわち、テンパ部６では鋼板正反射方向に鋭い鏡
面性の反射が発生し、非テンパ部７では柱状結晶３の表
面の微小面素の角度分布に対応した広がりを持った反射
光となる。前述したように、テンパ部６の反射光を鏡面
反射光９と称し、非テンパ部７の反射光を鏡面拡散反射
光１０と称する。そして、テンパ部６と非テンパ部７は
マクロ的には混在しているので、カメラ等の光学測定器
で観察される反射光の角度分布は、図３（ｃ）に示すよ
うに、鏡面反射光９及び鏡面拡散反射光１０の角度分布
をテンパ部６と非テンパ部７とのそれぞれの面積率に応
じて加算したものとなる。 【００２４】以上、テンパ部６と非テンパ部７を合金化
亜鉛メッキ鋼板を例に説明したが、調質圧延により平坦
部が生じる他の鋼板にも一般に成り立つ。 【００２５】次に、本発明の検出対象となる顕著な凹凸
性を持たない模様状ヘゲ欠陥と呼ばれる欠陥の光学反射
特性について説明する。図４に示すように、合金化溶融
亜鉛メッキ鋼板に見られるヘゲ欠陥（ヘゲ部）１１は、
メッキ加工前の冷延鋼板原板にヘゲ欠陥が存在し、その
上にメッキ層２が乗り、さらに下地鋼板１の鉄元素の拡
散によりるヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。 【００２６】一般に、ヘゲ部１１は鋼板４の正常部分を
示す母材１２と比較して、例えばメッキ厚に違いが生じ
たり、合金化の程度に違いが生じる。その結果、例え
ば、ヘゲ部１１のメッキ厚が厚く母材１２に対し凸の場
合には、調質圧延が印加されることによりテンパ部６の
面積が非テンパ部７に比べて多くなる。逆に、ヘゲ部１
１のメッキ厚が薄く母材１２に比べ凹の場合には、ヘゲ
部１１は調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接せず、非テ
ンパ部７が大半を占める。また、ヘゲ部１１の合金化が
浅い場合には微小面素の角度分布は鋼板方線方向に強
く、拡散性は小さくなる。 【００２７】次に、このようなヘゲ部１１と母材部１２
の表面性状の相違により、模様状ヘゲ欠陥がどのように
見えるかを説明する。上述したモデルに基づきヘゲ部１
１と母材部１２の違いについて分類すると一般に次の３
種類に分けられる。 【００２８】（ａ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率及び非テンパ部７の微小面素の角度分布が、母材部
１２におけるテンパ部６の面積率及び非テンパ部７の微
小面素の角度分布と異なる（図６（ａ）、図５
（ａ））。 【００２９】（ｂ）ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率と異なる
が、ヘゲ部１１における非テンパ部７の微小面素の角度
分布は母材部１２における非テンパ部７の微小面素の角
度分布と変わらない（図６（ｂ）、図５（ｂ））。 【００３０】（ｃ）ヘゲ部１１における非テンパ部７の
微小面素の角度分布は母材部１２の非テンパ部７の微小
面素の角度分布と異なるが、ヘゲ部１１におけるテンパ
部６の面積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率
と変わらない（図６（ｃ）、図５（ｃ））。 【００３１】図７に示すように、入射光８が当接する微
小面素１３の法線方向の鋼板４の鋼板法線方向に対する
傾斜角度を微小面素１３の法線角度ξとし、この法線角
度ξとテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）との関係を、上述し
た（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの場合について、図６
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。 【００３２】このテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小
面素１３の角度分布の違いが、図５（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示すような反射光量の角度分布の違いとして観
察される。図中実線で示す角度分布がヘゲ部１１に対応
するヘゲ部角度分布１１ａであり、点線で示す角度分布
が母材部１２に対応する母材部角度分布１２ａである。 【００３３】すなわち、図５（ａ）はヘゲ部角度分布１
１ａと母材部角度分布１２ａとの間において、鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分とが共に差が存在する場合を示
し、図５（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合
を示し、図５（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在
する場合を示す。そして、ヘゲ部角度分布１１ａと母材
部角度分布１２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に相
違がある場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、
その差は正反射方向から観察される。具体的には、正反
射方向からヘゲ部１１の反射光を測定した場合と母材部
１２の反射光を測定した場合に、ヘゲ部１１のテンパ部
６の面積率Ｓ（ξ）が母材部１２のテンパ部６の面積率
Ｓ（ξ）より大きい場合にはヘゲ部１１は母材部１２に
比較して相対的に明るく見える。逆に、ヘゲ部１１のテ
ンパ率６が母材部１２より小さいときにはヘゲ部１１は
母材部１２に比較して相対的に暗く観察される。 【００３４】ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１
２ａとではテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に違いがない場
合には図５（ｃ）に示すように、正反射方向からの単な
る受光強度の差を観察するのみではヘゲ部１１の存在を
観察できない。しかし、鏡面拡散反射成分の拡散性（角
度分布）に違いがあるときには図５（ｃ）に示すように
正反射方向以外の拡散方向から欠陥が観察される。 【００３５】ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の拡散性
（角度分布）が小さいときには、一般に正反射方向に比
較的近い拡散方向からはヘゲ部１１は明るく観察され、
正反射方向から離れるに従い明るさは小さくなり、ある
角度で観察不能となる。さらに正反射方向から遠ざかる
と今度はヘゲ部１１は暗く観察される。 【００３６】このようなヘゲ部１１を母材部１２と確実
に区別して検出するためには、図６において、どういう
角度（法線角度ξ）の微小面素１３からの反射光を抽出
するのかを検討することが必要である。例えば、図５
（ａ），（ｂ）の例のように、正反射方向でヘゲ部１１
と母材部１２の違いを検出するということは、図６で示
される微小面素１３の角度分布のうち微小面素１３の法
線角度ξ＝０について抽出し、ヘゲ部１１と母材部１２
との違いを検出していることになる。 【００３７】ここで、微小面素１３の法線角度ξ＝０の
反射光を抽出するということを数学的に表現すると、図
６の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図８（ａ）に
示すデルタ関数δ（ξ）で表される抽出特性を示す関数
（以後この関数を重み関数Ι（ξ）と呼ぶ）を乗じて積
分することに相当する。 【００３８】また、例えば、入射角６０度において、正
反射方向から２０度ずれた４０度の角度位置で反射光を
測定することは、図８（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ
＋１０）なる重み関数Ι（ξ）を用いて計算することに
相当する。 【００３９】なお、図７に示すように、反射角度θ度と
微小面素１３の法線角度ξと入射光８の入射角度θとの
関係は簡単な幾何学的考察によって（１）式で求まる。 θ度＝−θ＋２ξ （１） すなわち、どういう角度（法線角度ξ）の微小面素１３
からの反射光を抽出するかということは、どのような重
み関数Ι（ξ）を設計するかということに相当すること
が理解できる。 【００４０】このような観点から、図６（ａ），
（ｂ），（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部
１２と弁別して検出するための重み関数Ι（ξ）を考え
ると、図８（ａ），（ｂ）に示すデルタ関数δ（ξ），
δ（ξ＋１０）も有効な重み関数Ｉ（ξ）の一つであ
る。なお、重み関数Ι（ξ）は、必ずしも図８に示した
特定の法線角度のみを抽出する幅が無限小のデルタ関数
δ（ξ）である必要はなく、ある程度の信号幅を有する
ことも可能である。 【００４１】しかしながら、このような弁別手法におい
ては、２つの光学系の視野を同一にすることはできな
い。また、拡散反射光を測定するために一旦カメラを設
置すると、その重み関数Ι（ξ）を変更することは、カ
メラの設置位置を変更することが必要であるから容易で
はない。 【００４２】前者の課題に対しては同一光軸上の測定が
必要ある。すなわち、拡散反射光を捉えるのでなく、鋼
板４の正反射方向からの測定のみで鏡面反射成分と鏡面
拡散反射成分との両成分を捉えることが望ましい。そし
て、後者の課題に対しては、重み関数Ι（ξ）をある程
度自由度を持って設定できることが望ましい。 【００４３】そこで、本発明においては、まず光源とし
て、レーザのような平行光源ではなく拡散特性を持つ線
状の光源、すなわち線状拡散光源を用いている。また、
鋼板４の正反射方向から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分とを分離して抽出する必要があるので偏光を用いてい
る。この線状拡散光源の効果を説明するために、図９
（ａ），（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４を鋼板
４の表面に平行に配置し、光源に垂直な面内にあり、入
射角が出射角と一致する方向である鋼板正反射方向から
鋼板４上の一点を観察したときの反射特性を考える。 【００４４】図９（ａ）に示すように、線状拡散光源１
４の中央部から照射された入射光８の場合、テンパ部６
に入射した入射光８は鏡面的に反射され、鋼板正反射方
向で全て捉えられる。一方、非テンパ部７に入射した光
は鏡面拡散的に反射され、たまたま鋼板法線方向と同一
方向を向いている微小面素１３により反射された分のみ
が捉えられる。このような方向を向いている微小面素１
３は非常に少ないので、鋼板正反射方向に配設された受
光カメラで捉えられる反射光のうちではテンパ部６から
の鏡面反射光が支配的である。 【００４５】これに対し、図９（ｂ）に示すように、線
状拡散光源１４の中央部位外の位置から照射された入射
光８の場合には、テンパ部６に入射した光は鏡面反射し
て鋼板正反射方向とは異なる方向へ反射する。そのた
め、鏡面反射した光は鋼板正反射方向では捉えることが
できない。一方、非テンパ部７に入射した光は鏡面拡散
的に反射され、そのうち鋼板正反射方向に反射された分
が受光カメラで捉えられる。したがって、鋼板正反射方
向に配設された受光カメラで捉えられる反射光は全て非
テンパ部７で反射した鏡面拡散反射光である。 【００４６】以上２つの場合を併せると、線上拡散光源
１４の長尺方向全体から照射される全ての入射光８のう
ち鋼板正反射方向からの観察で捉えられるのは、テンパ
部６からの鏡面反射光と非テンパ部７からの鏡面拡散反
射光との和である。 【００４７】次に、鋼板４の正反射方向から線状拡散光
源１４を使用して観察した場合に、偏光特性がどう変化
するかについて説明する。一般に、鏡面状の金属表面で
の反射においては、電界の方向が入射面に平行な光（ｐ
偏光）あるいは入射面に直角な光（ｓ偏光）において
は、反射によっても偏光特性は保存される。すなわち、
ｐ偏光のまま又はｓ偏光のまま出射する。また、ｐ偏光
成分とｓ偏光成分とを同時に持つ任意の偏光角を有した
直線偏光が反射されると、ｐ、ｓ偏光の反射率非ｔａｎ
Ψ及び位相差△に応じた楕円偏光となって出射する。 【００４８】合金化亜鉛メッキ鋼板に線状拡散光源１４
から光が照射される場合を図１０（ａ），（ｂ）を用い
て説明する。図１０（ａ）に示すように、線状拡散光源
１４の中央部から出射した光は鋼板４のテンパ部６で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。これに関して
は上記一般の鏡面状の金属表面での反射がそのまま成立
する。 【００４９】一方、図１０（ｂ）に示すように、線状拡
散光源１４の中央部位外の位置から出射した光は、鋼板
４の非テンパ部７の結晶表面の傾いた微小面素１３で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。この場合、鋼
板４の入射面に平行なｐ偏光の光を入射したとしても実
際に反射する傾いた微小面素１３に対して考えた場合に
は入射面は微小面素１３に対して平行ではなく、ｐ，ｓ
両偏光成分を持つ直線偏光であるため、楕円偏光となっ
て出射する。線状拡散光源１４からｓ偏光を入射した場
合も同様である。 【００５０】また、線状拡散光源１４からｐ，ｓ両偏光
成分を持つ任意の偏光角αの直線偏光が鋼板４に入射し
た場合、線状拡散光源１４の中央部以外の位置から傾い
た微小面素１３に入射した光は偏光角αが傾いて作用す
るため、鋼板正反射方向に出射する楕円偏光の形状は、
線上拡散光源１４の中央部から入射してテンパ部６で鏡
面反射した光とは異なる。 【００５１】以下、ｐ，ｓ両性分を持つ直線偏光を線状
拡散光源１４から鋼板４に入射する場合について詳細に
検証する。まず、図１１に示すように、線状拡散光源１
４からの入射光８を方位角（偏光角）αを有する偏光板
１５で直線偏光にした後、水平に配置された鋼板４に入
射させ、その正反射光を受光カメラ１６で受光する、前
述したように、線状拡散光源１４上のＣ点から出射され
た入射光８については、鋼板４におけるテンパ部６によ
り鏡面反射された成分、及び、非テンパ部７におけるた
またま法線が鋼板４の鉛直方向を向いた法線角度ξ＝０
の微小面素１３から鏡面拡散反射された成分が鋼板４上
の０点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与して
いる。 【００５２】一方、図１２に示すように、線状拡散光源
１４上の鋼板４のＯ点から見て角度φだけずれた点Ａか
らの入射光８については、鏡面反射成分は受光カメラ１
６方向とは異なる方向に反射されるため、前述した法線
角度ξの微小面素１３による鏡面拡散反射成分のみが寄
与する。 【００５３】ここで、入射光８の入射方向を示す角度φ
と微小面素１３の法線角度ξとの関係は、入射光８の鋼
板４に対する入射角度θを用いて、間簡単な幾何学的考
察により、（２）式で与えられる。 【００５４】 【数１】 【００５５】次に、このようにして反射された光の偏光
状態について考える。Ｃ点から出射された入射光８が、
方位角（偏光角）αの偏光板１５を通り、鋼板４上のＯ
点にて鏡面反射された後の偏光状態Ｅｃは、偏光光学で
一般に用いられるジョーンズ行列を用いて、 Ｅｃ＝Ｔ・Ｅｉｎ （３） と表される。但し、Ｅｉｎは偏光板１５の方位角（偏光
角）αの直角偏光ベクトルを示し、Ｔは鋼板４の反射特
性行列を示す。そして直線偏光ベクトルＥｉｎ及び反射
特性行列Ｔは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比をｔａｎΨ、
ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差を△、ｓ偏光の振幅反射率
をｒｓとすると、それぞれ（４），（５）式で与えられ
る。 【００５６】 【数２】 【００５７】同様に、線状拡散光源１４上のＡ点から出
射した入射光８が、法線角度ξの微小画素１３で受光器
１６方向に反射された光の偏光状態Ｅａは、入射面が偏
光板１５及び受光カメラ１６の検光子と直交していると
すると（６）式で与えられる。（６）式においてＲは回
転行列であり、（７）式で与えられる。 【００５８】 【数３】 【００５９】（３）式は、（６）式において微小面素１
３の法線角度ξ＝０とした特別の場合であり、鏡面反射
成分についても鏡面拡散反射成分についても（６）式を
用いて統一的に考えることができる。（６）式を計算
し、法線角度ξの微小面素１３からの反射光の楕円偏光
状態を図示すると、図１３に示すようになる。ここで入
射偏光の方位角（偏光角）αは４５度、入射角θは６０
度、鋼板４の反射特性としてｐ，ｓ偏光の振幅反射率比
の逆正接Ψ＝２８度、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差△＝
１２０度とした、図１３より、法線角度ξ＝０すなわち
鏡面反射の場合の楕円に対して法線角度ξの値が変化す
るに従って、楕円が傾いていくのが理解できる。したが
って、例えば受光カメラ１６の前に検光子１７を挿入
し、その検光角βを設定することによって、どの法線角
度ξの微小面素１３からの反射光をより多く抽出するか
を選択することができる。 【００６０】このことを定量化するために、図１２に示
すように、（３）式で表される偏光状態Ｅａの反射光に
対して検光角βの検光子１７を挿入した後における偏光
状態Ｅｏを求めると（８）式となる。 【００６１】 【数４】 【００６２】（８）式においてＡは検光子１７を表す行
列であり、（９）式で表される。 【００６３】 【数５】 【００６４】次に、この（８）式から受光カメラ１６で
検出する法線角度ξの微小面素１３からの反射光の光強
度を求める。前述したように、該当微小面素１３の面積
率をＳ（ξ）とすると、下記（１０）式が成立する。 【００６５】 【数６】 【００６６】上式におけるΙ（ξ，β）は、前述したよ
うに、法線角度ξの微小面素１３からの反射光をどの程
度抽出できるかを示す重み関数であり、光学系及び被検
体の偏光特性に依存する。そして、それに鋼板４の反射
率ｒｓ² と入射光光量Ｅｐ²と面積率Ｓ（ξ）を乗じた
ものが検出される光強度になる。 【００６７】表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材
質が均一な対象を考える場合は反射率ｒｓ² の値は一定
と考えられる。また、入射光光量Ｅｐ² は入射光量が光
源の位置によらず均一ならば同じく一定の値としてよ
い。したがって、受光カメラ１６が検出する光強度を求
めるには、法線角度ξの微小面素１３の面積率Ｓ（ξ）
と重み関数Ι（ξ，β）とを考えればよい。 【００６８】ここで、重み関数Ι（ξ，β）について考
える。法線角度ξの微小面素１３からの寄与が最も大き
くなるような検光子１７の検光角βｏを選定しようとし
た場合、その候補は次の（１１）式をβについて解くこ
とによって与えられる。 【００６９】 【数７】 【００７０】（１１）式により、法線角度ξ＝０、すな
わち鏡面反射成分の寄与が最も大きくなるような検光角
βを求めると、検光角βは約−４５度である。但し、こ
こでも、鋼板４の反射特性として前述した反射率比の逆
正接Ψ＝２８度、位相差△＝１２０度を採用し、線状拡
散光源１４からの入射光８に対する偏光板１５の方位角
（偏光角）α＝４５度を採用した。 【００７１】図１４に、検光子１７の検光角βが−４５
度の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数
Ι（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのた
めに重み関数Ι（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格
化してある。図１４の特性から、法線角度ξ＝０度、す
なわち鏡面反射成分が最も支配的で、逆に法線角度ξ＝
±３５度付近の微小面素１３からの鏡面拡散反射光が最
も抽出されないことが理解できる。 【００７２】また、逆に法線角度ξ＝±３５°の反射光
を最もよく抽出するような検光子１７の検光角βを（１
０）式及び（１１）式より求めると、およそβ＝４５度
である。。検光子１７の検光角β＝４５度に対する微小
面素１３の法線角度ξと重み関数Ι（ξ，４５）の関係
を図１５に示す。ここで、図１５の重み関数Ｉ（ξ，
β）の特性が左右対称でないのは、入射面（微小面素１
３に対する入射光８と反射光により張られる平面）を基
準に考えると、微小面素１３の法線角度ξが正の場合、
見かけ上入射光８の偏光の方位角（偏光角）αが小さく
なる（ｐ偏光に近づく）ことと、鋼板４のｐ偏光反射率
がｓ偏光反射率より小さいことによる。 【００７３】また、検光子１７の検光角β＝−４５度と
４５度の中間の特性となるβ＝０度及び９０度について
も計算した重み関数Ι（ξ，０），Ι（ξ，β）も図１
５に示した。Ι（ξ，０）は−５０度付近にピークがあ
るが、測定対象の面積率によりξ＝１５度付近の影響が
最も大きい場合が多い。（１０）式で示したように、法
線角度ξの微小面素１３からの反射光強度は、重み関数
Ｉ（ξ，β）と面積率Ｓ（ξ）の積で与えられるから、
最終的に受光カメラ１６で受光する光強度は［Ｓ（ξ）
・Ι（ξ，β）］を法線角度ξについて積分したものに
なる。例えば、図１６に示すような反射特性を有する鋼
板４からの反射光を、検光角βが−４５度の検光子１７
を通して受光した場合、図１６で示される面積率Ｓ
（ξ）を図１４に示す重み関数Ι（ξ，β）で示される
重みをつけて積分したものが実際に受光した光強度とな
る。 【００７４】そこで、鋼板４の表面に、図５（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示されるような特性のヘゲ部１１が存
在した場合を考える。その場合の各面積率Ｓ（ξ）は、
それぞれ図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになってい
る。 【００７５】まず、図５（ｂ），図６（ｂ）のように鏡
面反射成分のみに違いがある場合を考える。このような
疵を検光角β＝−４５度の検光子１７を通して受光した
ときの光強度は、図６（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に対
して図１４で表される重み関数Ι（ξ，β）をかけて積
分したものに相当するから、母材部１２とヘゲ部１１と
の反射光量の違いを検出することができる。 【００７６】また、同一疵を検光角β＝４５度の検光子
１７を通して受光したときの光強度については、図６
（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないた
め、図１５の検光角β＝４５度の重み関数Ι（ξ，β）
をかけて積分することを考えると、母材部１２とヘゲ部
１１との違いを検出することができない。 【００７７】また、図５（ｃ），図６（ｃ）のように鏡
面拡散反射成分のみに違いがある場合には、逆に、検光
角β＝−４５度の検光子１７を通したのでは検出でき
ず、検光角β＝４５度の度検光子１７を通したときに検
出できる。ただし、母材部１２とヘゲ部１１の鏡面拡散
反射成分の違いがなくなっている法線角度ξは、図６
（ｃ）では法線角度ξ＝±２０度付近であったが、も
し、その角度がたまたま±３０数度付近となる疵がある
と、検光角β＝４５度の検光子１７を通しても検出でき
なくなる。その場合は、別の重み関数例えばΙ（ξ，９
０）となるような検光角β（例えば９０°）の検光子１
７をもう一つ別に用意し、３番目の受光カメラ１６で受
光するようにすればよい。 【００７８】一般に、鋼板４の表面の母材部１２とヘゲ
部１１の反射特性は、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のい
ずれかであるので、ヘゲ部１１の見落としをなくするた
めには３つの異なる検光角βの検光子１７を用い、対応
する３つの法線角度ξの微小面素１３からの反射光を抽
出して受光するようにすることが必要である。また、図
５（ａ），図６（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散
反射成分ともの違いがある場合には、基本的には、例え
ば−４５度と＋４５度のいずれの検光子１７を通した反
射光でも母材部１２とヘゲ部１１との違いを検出でき
る。したがって、本発明では線状拡散光源１４を用い、
第１の受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡
面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散反射成
分に比較して鏡面反射成分をより多く抽出し受光し、第
２の受光手段で被検査面からの正反射光に含まれる鏡面
反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射成分に比
較して鏡面拡散反射成分をより多く抽出している。 【００７９】そこで、例えば被検査面からの正反射光の
みを受光する第１、第２の受光手段にてでも、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す鋼板４の表面の各反射特
性におけるヘゲ部１１の存在を母材部１２との比較にお
いて確実に検出できる。 【００８０】このような光学系により正反射方向からの
共通な光軸での測定であるため、鋼板距離変動や速度変
化に影響されることなく、鏡面反射・鏡面拡散反射それ
ぞれに対応した２つの信号を得ることが可能になり、顕
著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれを生じる
ことなく検出可能な表面疵検査装置を実現できる。 【００８１】また、各偏光角度ごとに抽出特性を表す重
み関数が異なるため、面積率の法線角度分布の異なる欠
陥どうしを弁別することができる。特にステイン状欠陥
は、何らかの物質が法線角度の小さい微小面素に付着し
ており、法線角度が大きい微小面素の面積率は正常部と
比べて違いがほとんどないと考えられるから、４５度の
偏光を受光した場合、欠陥部と正常部の違いが小さくな
る傾向がある。したがって、この偏光角度に注目するこ
とによりステイン状欠陥を弁別することが可能である。 【００８２】そこで、この発明においては、被検査面に
対して一定入射角で被検査面の幅方向全体に偏光を入射
するように投光部を配置し、被検査面からの反射光を受
光する受光部を所定の位置に配置する。受光部は入射し
た光を例えば３本のビームに分離するビームスプリッタ
と、分離した３本のビームを別々に入射して画像信号を
出力する例えばＣＣＤセンサを有する３組のリニアアレ
イセンサと、ビームスプリッタと各リニアアレイセンサ
の間に設けられ被検査面からの反射光を異なる振動面の
偏光にする検光子とが設けられている。３個の検光子は
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度，４５度，−４５度になる
ように配置されている。 【００８３】信号処理部は各リニアアレイセンサからの
出力画像信号をシェーディング補正して正常部が全階調
の中心濃度になるように正規化して平坦化し、正常部に
対する相対的な変化を示す画像信号に変換する。この正
常部に対して正常状態を表す濃度レベルより大きな変化
を示す疵候補領域を抽出し、抽出した疵候補領域内にお
いて３種類の画像信号から長さと幅と面積と濃度ピーク
値や濃度の積分値等の特徴量を算出する。算出された特
徴量のうち積分した３種類の画像信号積分量の相対的な
比から疵の種類を判定する。また、濃度ピーク値や積分
値をあらかじめ定められた等級に対応する値と比較して
疵の等級を判定する。 【００８４】 【実施例】図１７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２１は投光部２
２と３板式偏光リニアアレイカメラ２３を有する。投光
部２２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２４と光源２４の前
面に設けられた偏光子２５とを有する。光源２４は鋼板
４の幅方向に伸びた棒状発光光源及びシリンドリカルレ
ンズからなり、鋼板４の幅方向全体に一様な強度分布を
有する光を照射する。偏光子２５は例えば偏光板又は偏
光フィルタからなり、図１８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αが４５度にな
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２３は、図１８の構成図に示すように、ビームスプリ
ッタ２６と３個の検光子２７ａ，２７ｂ，２７ｃと３個
のリニアアレイセンサ２８ａ，２８ｂ，２８ｃとを有す
る。ビームスプリッタ２６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２６ａは透過率と反射率が約２対１の割合にな
っており、第１の反射面２６ａを透過した光を入射する
第２の反射面２６ｂ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
ームに分離する。また、ビームスプリッタ２６の入射面
から分離した３本のビームの出射面までの光路長は同じ
にしてある。検光子２５ａは第２の反射面２６ｂの透過
光の光路に設けられ、図１８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βが０度になるよ
うに配置され、検光子２７ｂは第２の反射面２６ｂの反
射光の光路に設けられ、方位角βが４５度になるように
配置され、検光子２７ｃは第１の反射面２６ａの反射光
の光路に設けられ、方位角βが−４５度になるように配
置されている。リニアアレイセンサ２８ａ，２８ｂ，２
８ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子２
７ａ，２７ｂ，２７ｃの後段に配置されている。また、
ビームスプリッタ２６と検光子２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
の間にはビームスプリッタ２６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２９ａ，２９ｂ，２９ｃ
が設けられ、ビームスプリッタ２６の前段にはレンズ群
３０が設けられている。また、リニアアレイセンサ２８
ａ，２８ｂ，２８ｃ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。 【００８５】このように入射した光を分離した３本のビ
ームの光路に検光子２７ａ〜２７ｃとリニアアレイセン
サ２８ａ〜２８ｃが一体化して設けられているから、リ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ等を鋼板４の搬送路近
傍に配置して鋼板４からの反射光を検出するときに、リ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ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２３内に３組のリニアアレイセンサ２
８ａ〜２８ｃ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２３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。 【００８６】３板式偏光リニアアレイカメラ２３のリニ
アアレイセンサ２８ａ〜２８ｃは、図２０のブロック図
に示すように信号処理部３１に接続されている。信号処
理部３１は信号前処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃとエッ
ジ検出部３３と輝度むら補正部３４とフレームメモリ３
５ａ，３５ｂ，３５ｃと２値化処理部３６と２値メモリ
３７ａ，３７ｂ，３７ｃとオア処理部３８と２値メモリ
３９と疵候補領域抽出部４０と特徴量演算部４１及び疵
判定部４２を有する。信号前処理部３２ａ〜３２ｃはリ
ニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃ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
ると共に鋼板４のラインの移動量を検出し、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ラインのデータとしてエッジ検出部３３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。エッジ検出部３３はＩ１画像と
Ｉ２画像とＩ３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３４は光源２４の強度むらや鋼板反
射率むらによるＩ１画像，Ｉ２画像，Ｉ３画像の幅方向
の強度むらとそれに伴う感度むらを補正してフレームメ
モリ３５ａ〜３５ｃに格納する。フレームメモリ３５ａ
〜３５ｃは、例えば横１０２４画素×縦２００ラインで
構成され、１０２４画素の１ラインデータをフレームメ
モリ３５ａ〜３５ｃ間で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
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３偏光画像を形成する。２値化処理部３
６はフレームメモリ３５ａ〜３５ｃに格納されたＩ１，
Ｉ２，Ｉ３偏光画像を２値化して２値メモリ３７ａ〜３
７ｃに格納する。オア処理部３８は２値メモリ３７ａ〜
３７ｃに格納されたＩ１，Ｉ２，Ｉ３の２値画像をオア
処理して２値メモリ３９に格納する。疵候補領域抽出部
４０は２値メモリ３９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４
１は抽出された疵候補領域内において光強度Ｉ１，Ｉ
２，Ｉ３の正常部からの変化量を積分して濃度積算値Ｉ
Ｓ１，ＩＳ２，ＩＳ３を演算し特徴量を明らかにする。
疵判定部４２は疵候補領域における光強度Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ３の濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３の相対的な比
から疵の種類を判定する。また、疵判定部４２は濃度積
算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３のの最大値を求め、あらか
じめ定めたパターンと比較し疵の等級を判定し、判定し
た疵種と疵の等級を不図示の表示装置や記録装置に出力
する。 【００８７】次に上記のように構成された表面検査装置
で鋼板４の表面を検査する時の動作を説明する。投光部
２２から出射されて一定速度で移動している鋼板４の表
面で反射した偏光を３板式偏光リニアアレイカメラ２３
で受光する。３板式偏光リニアアレイカメラ２３に入射
した鋼板４の反射光はビームスプリッタ２６で分離され
検光子２７ａ，２７ｂ，２７ｃを通ってリニアアレイセ
ンサ２８ａ〜２８ｃに入射する。このリニアアレイセン
サ２８ａ〜２８ｃで反射光の光強度を検出するときに、
リニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃの前面に異なる方位
角の検光子２７ａ〜２７ｃが設けられているから、リニ
アアレイセンサ２８ａ〜２８ｃは異なる偏光の光強度Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３を検出し信号処理部３１に送る。 【００８８】信号処理部３１に送られた各偏光の画像信
号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、それぞれ信号前処理部３２ａ〜
３２ｃで鋼板の移動速度が変化しても信号処理における
１ライン長さを一定としてエッジ検出部３３に送られ
る。エッジ検出部３３に送られた画像信号Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ３は、図２１に示すように、鋼板４の領域では信号レ
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Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の１
ラインの信号強度は、例えば図２１（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３４
は１ラインの信号を幅方向に基準点を中心に左右の数１
０点で移動平均して、図２１（ｂ）に示すように、移動
平均した信号Ｉ１ｍ，Ｉ２ｍ，Ｉ３ｍを作成する。そし
て、図２１（ｃ）に示すように、移動平均前の信号Ｉ
１，Ｉ２，Ｉ３と移動平均した信号Ｉ１ｍ，Ｉ２ｍ，Ｉ
３ｍ及び地肌である正常部５２を示す基準レベルＣから
（１２）式により各画素毎の補正信号Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃ，
Ｉ３ｃを算出し、フレームメモリ３５ａ〜３５ｃに格納
する。なお、（１２）式においてはＡは定数である。 【００８９】 【数８】 【００９０】この輝度むら補正した信号Ｉ１ｃ，Ｉ２
ｃ，Ｉ３ｃにおいて、図２２（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５１ａの
信号レベルは正常部５２の基準レベルＣより高く、正常
部に対して暗く見える疵５１ｂの信号レベルは基準レベ
ルにＣより低くなる。この補正された信号Ｉ１ｃ，Ｉ２
ｃ，Ｉ３ｃを２値化処理部３６で２値化してＩ１ｃ，Ｉ
２ｃ，Ｉ３ｃの２値化画像をそれぞれ２値メモリ３７ａ
〜３７ｃ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、測定したデータのピー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５２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あるため、図２３
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５３ａ，５３ｂ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５３ａとマイナスの
２値化レベル５３ｂ以外の範囲を「１」、２値化レベル
５３ａ，５３ｂの範囲を「０」として正常部とする。 【００９１】２値化画像はＩ１ｃ，Ｉ２ｃ，Ｉ３ｃの３
画像があり、例えば図２４（ａ）に示すように、疵５１
ａ，５１ｂ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３８は２値メモリ３７
ａ〜３７ｃに格納されたＩ１ｃ，Ｉ２ｃ，Ｉ３ｃの２値
画像を、図２４（ｂ）に示すように、各画素毎にオア処
理して、オア処理画像５４を２値メモリ３９に格納す
る。疵候補領域抽出部４０は２値メモリ３９に格納され
たオア処理画像５４の疵部５１ａ，５１ｂに示す値
「１」の白い部分の位置を求め、図２４（ｃ）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５
５ａ，５５ｂとして抽出し、抽出した疵候補領域５５
ａ，５５ｂの２点例えば右上のＰ１，Ｐ３点と左下のＰ
２，Ｐ４点の座標から疵候補領域５５ａ，５５ｂを特定
して特徴量演算部４１に送る。特徴量演算部４１は、疵
候補領域５５ａ，５５ｂにおける各画素毎の補正信号Ｉ
１ｃ，Ｉ２ｃ，Ｉ３ｃを積分し、（１３）式より濃度積
算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３を求める。 【００９２】 【数９】 【００９３】また特徴量演算部４１は２次特徴量として
濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３の相対的な比ＩＳ２
／ＩＳ１，ＩＳ２／ＩＳ３と、濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ
２，ＩＳ３のなかの最大値である最大濃度積算値ＩＳ及
び最大濃度積算値ＩＳに対する濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ
２，ＩＳ３の比ＩＳ１／ＩＳ，ＩＳ２／ＩＳ，ＩＳ３／
ＩＳを求め、さらに、疵候補領域抽出部４０で特定した
疵候補領域５５ａ，５５ｂの座標から疵の長さと幅と面
積及び信号ピーク値も求め、疵判定部４２に送る。 【００９４】疵判定部４２は、送られた疵候補領域５５
ａ，５５ｂの疵特徴量ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３，ＩＳの
相対的な比率の数値パターンと複数の疵種についてあら
かじめ実験により求められた疵特徴量の数値パターンと
を比較し、一致するものを選択して疵の種類を決定す
る。例えば、冷延鋼板で軽度の欠陥部に付着した水がさ
びて長手方向にのび、重大欠陥であるヘゲ疵に似た外観
をしたステイン状欠陥が発生することがある。ステイン
状欠陥は人が見るとヘゲ疵と同様に地肌に対して暗く見
え、濃度も濃く検出しやすいが、凹凸がほとんどないた
め、ヘゲ疵に比べ有害度は低い。したがって、ヘゲ疵と
認識して等級判定をすると、過大評価になるため、ヘゲ
疵と弁別する必要がある。そこで、ステイン状欠陥とヘ
ゲ疵について、濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３の相
対的な比ＩＳ２／ＩＳ１とＩＳ２／ＩＳ３との関係と、
最大濃度積算値ＩＳに対する濃度積算値ＩＳ２の比ＩＳ
２／ＩＳについて100点以上の疵を収集して測定したと
ころ、それぞれ図２５，図２６に示すように結果であっ
た。図２５は比ＩＳ２／ＩＳ１とＩＳ２／ＩＳ３の関係
を示し、（ａ）はヘゲ疵の場合、（ｂ）はステイン状欠
陥の場合を示す。また、図２６は比ＩＳ２／ＩＳの分布
特性を示し、（ａ）はヘゲ疵の場合、（ｂ）はステイン
状欠陥の場合を示す。図に示すように、表面がさびて膜
状となっているステイン状欠陥は濃度積算値ＩＳ２が濃
度積算値ＩＳ１，ＩＳ３に比べて小さい特性を示し、比
ＩＳ２／ＩＳも１／４以下になる。これに対してヘゲ疵
の場合は濃度積算値ＩＳ２が濃度積算値ＩＳ１，ＩＳ３
に対して大きく変化し、比ＩＳ２／ＩＳも大きくなる。
したがって、疵判定部４２では最大濃度積算値ＩＳに対
する濃度積算値ＩＳ２の比ＩＳ２／ＩＳが１／４の疵候
補領域をステイン状欠陥と判定し、それ以上をヘゲ疵と
判定する。このようにしてヘゲ疵とステイン状欠陥を弁
別することができる。また、ステイン状欠陥以外にも鋼
板４表面に膜状となっている油のシミのような汚れと呼
ばれる欠陥も同様にしてＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３の比を
使ってヘゲ疵と弁別することができる。 【００９５】疵判定部４２は疵の種類を判定したのち疵
の等級を判定する。疵の等級は最大濃度積算値ＩＳや信
号ピーク値等の特徴量が、あらかじめ疵種別に定められ
た等級に対応する値となっているかを判断して決定す
る。例えばヘゲ疵とステイン状欠陥の目視等級と最大濃
度積算値ＩＳとの関係を調べた結果、図２７に示す分布
を示した。図２７において（ａ）はヘゲ疵の場合、
（ｂ）はステイン状欠陥の場合を示し、等級Ｂより等級
Ｄが重欠陥である。図に示すように、同じ等級ではステ
イン状欠陥の方が最大濃度積算値ＩＳが大きくなってい
る。例えば、等級判定を最大濃度積算値ｌＳで決定する
場合、ステイン状欠陥をヘゲ疵と弁別できなければステ
イン状欠陥の等級判定は過大評価となってしまうが、ヘ
ゲ疵とステイン状欠陥を確実に弁別できるので、等級判
定の閾値レベルをヘゲ疵とステイン状欠陥で異なるよう
に設定値できるので、過大評価を減らすことができる。
図２８には目視検査の等級と、ステイン状欠陥をヘゲ疵
と弁別しない場合と、比ＩＳ２／ＩＳ＜１／４でステイ
ン状欠陥とヘゲ疵を弁別した場合の等級判定疵数の結果
の具体例を示す。図２８において（ａ）はステイン状欠
陥をヘゲ疵と弁別しない場合、（ｂ）は比ＩＳ２／ＩＳ
＜１／４でステイン状欠陥とヘゲ疵を弁別した場合の等
級判定結果を示す。図に示すように、比ＩＳ２／ＩＳ＜
１／４でステイン状欠陥とヘゲ疵を弁別してから疵の等
級を判定した場合には目視検査の場合と同等の等級判定
結果を得ることができた。 【００９６】また、図２９（ａ）の側面図と（ｂ）の上
面図に示す光学系１ａを使用しても良い。この光学系１
ａの受光部６１は、レンズの前に検光角βがそれぞれ−
４５度，４５度，０度に設定された検光子６２ａ，６２
ｂ，６２ｃを有する３台のリニアアレイカメラ６３ａ，
６３ｂ，６３ｃから構成されている。そして各リニアア
レイカメラ６３ａ〜６３ｃの各光軸は互いに平行に維持
されている。また、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３
ｃの視野のずれは信号処理部３１で補正している。信号
処理部３１は、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃか
らの信号毎に２値化，疵候補領域抽出，特徴量演算まで
を行い、各疵候補領域の代表座標を比較することによ
り、各リニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃの疵候補領域
の対応付けを行っている。 【００９７】この実施例においても、前記実施例と同様
な結果を得ることができる。また、このように各リニア
アレイカメラ６３ａ〜６３ｃの光軸が互いに平行に維持
されていると、３台のリニアアレイカメラ６３ａ〜６３
ｃの光学条件は全く同一となり、各画素も同一サイズと
なる。また、３台のリニアアレイカメラ６３ａ〜６３ｃ
を配置しているので、ビームスプリッタを用いるのに比
べて光量の損失がなくなり、より効率良く測定すること
ができる。また、このような信号処理を行うことによ
り、各ＣＣＤ間の画素毎の位置合わせを省略することも
可能である。 【００９８】 【発明の効果】この発明は以上説明したように、被検査
面に一定入射角で偏光を入射し、その反射光の異なる複
数の偏光の光強度分布を検出し、複数の偏光の光強度分
布から疵候補領域を抽出し、疵候補領域における正常部
に対する疵部の異なる複数の偏光の光強度信号の積分量
を算出し、算出した積分量の比を示す特徴量から疵の種
類を判定するようにしたから、散乱光や回折では弁別で
きなかった表面疵を弁別することができる。また、疵の
種類を判定してから疵の等級を判定するから、疵の検出
精度を高めることができる。 【００９９】また、疵の等級を判定するときに、各受光
光学系から出力された画像信号から目視相当の光量変化
を演算し、演算した光量変化とあらかじめ定めたパター
ンと比較し疵の等級を判定するから、疵の等級を精度良
く判定することができる。 【０１００】さらに、冷延鋼板に発生するステイン状欠
陥とヘゲ疵を判別するときに、３つの受光光学系の信号
強度積分量の最大値に対する偏光角度４５度の受光光学
系の信号強度積分量の比が１／４未満となる欠陥をステ
イン状欠陥と判定し、３つの受光光学系の信号強度積分
量の最大値に対する偏光角度４５度の受光光学系の信号
強度積分量の比が１／４以上となる欠陥をヘゲ疵と判定
するから、判別しにくいしステイン状欠陥とヘゲ疵を正
確に判別することができる。したがって疵の等級を目視
検査の場合と同等に判定することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】鋼板表面のミクロな凹凸形状を示す説明図であ
る。 【図２】鋼板表面の光学的反射を示す断面模式図であ
る。 【図３】鋼板表面の反射光の角度分布を示す説明図であ
る。 【図４】ヘゲ欠陥を示す説明図である。 【図５】鋼板表面の反射光量の角度分布の違いを示す説
明図である。 【図６】法線角度をテンパ部の面積率との関係を示す説
明図である。 【図７】微小面素の法線角度を示す説明図である。 【図８】重み関数を示す説明図である。 【図９】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反射
特性を示す説明図である。 【図１０】線状拡散光源からの光の鋼板表面における反
射を示す説明図である。 【図１１】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す説明図である。 【図１２】直線偏光を鋼板表面に入射したときの反射光
を示す他の説明図である。 【図１３】微小面素からの反射光の楕円偏光状態を示す
説明図である。 【図１４】微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す
説明図である。 【図１５】微小面素の法線角度と重み関数の関係を示す
他の説明図である。 【図１６】鋼板の反射特性を示す説明図である。 【図１７】この発明の実施例の光学系を示す配置図であ
る。 【図１８】光学系の動作を示す配置説明図である。 【図１９】３板式偏光リニアアレイカメラの構成図であ
る。 【図２０】信号処理部の構成を示すブロック図である。 【図２１】エッジ検出動作を示す信号強度分布図であ
る。 【図２２】輝度むら補正動作を示す説明図である。 【図２３】２値化レベルを示す濃度特性図である。 【図２４】疵候補領域の検出動作を示す画像図である。 【図２５】疵の比ＩＳ２／ＩＳ１とＩＳ２／ＩＳ３の関
係を示す分布特性図である。 【図２６】疵の比ＩＳ２／ＩＳに対する分布特性図であ
る。 【図２７】ヘゲ疵とステイン状欠陥の目視等級と最大濃
度積算値ＩＳとの関係を示す分布図である。 【図２８】疵の等級の判定結果の具体例を示す説明図で
ある。 【図２９】他の実施例の光学系を示し、（ａ）は側面
図、（ｂ）は上面図である。 【符号の説明】 ４ 鋼板 ２１ 光学系 ２２ 投光部 ２３ ３板式偏光リニアアレイカメラ ２４ 光源 ２５ 偏光子 ２６ ビームスプリッタ ２７ 検光子 ２８ リニアアレイセンサ ３１ 信号処理部 ３２ 前処理部 ３３ エッジ検出部 ３４ 輝度むら補正部 ３５ フレームメモリ ３６ ２値化処理部 ３７ ２値メモリ ３８ オア処理部 ３９ ２値メモリ ４０ 疵候補領域抽出部 ４１ 特徴量演算部 ４２ 疵判定部

フロントページの続き (72)発明者 猪股 雅一 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 (72)発明者 吉川 省二 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 (72)発明者 山田 善郎 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 (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 (72)発明者 杉浦 寛幸 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 (56)参考文献 特開 平９−178669（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−178668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958

Claims (1)

1. (57)【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、
   投光部は偏光角が被検査面の入射面に対して４５度であ
   る偏光を被検査面に入射し、受光部は偏光角が被検査面
   の入射面に対して０度，４５度，−４５度である偏光を
   受光する３つの受光光学系を有し、被検査面で反射した
   反射光を検出して画像信号に変更し、信号処理部は各受
   光光学系から出力された画像信号から被検査面の地肌信
   号が基準となるように規格化し、基準値に対する変化量
   から疵候補領域を抽出し、抽出した疵候補領域内におけ
   る各受光光学系からの信号強度変化量を積分し、３つの
   受光光学系の信号強度変化の積分量の最大値に対する偏
   光角度４５度の受光光学系の信号強度積分量の比が１／
   ４未満となる欠陥を冷延鋼板に発生するステイン状欠陥
   と判定し、３つの受光光学系の信号強度変化の積分量の
   最大値に対する偏光角度４５度の受光光学系の信号強度
   積分量の比が１／４以上となる欠陥をヘゲ疵と判定し、
   判定した疵種の等級を決定することを特徴とする冷延鋼
   板の表面検査装置。