JP3716650B2 - 表面疵検査装置 - Google Patents

Description

【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被検査面に光を照射してこの被検査面の表面疵等を光学的に検出する表面検査装置に関する。
【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つて、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種々の手法が提唱され実施されている。
【０００３】
例えば、被検査体表面に対して光を入射し、被検査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５８−２０４３５３号公報に提案されている。この表面探傷方法においては、被検査体表面に対して３５゜〜７５゜の角度で光を入射し、被検査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°以内の角度方向に設置した２台のカメラで受光する。そして、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疵と見なすことにより、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、被検査体からの後方散乱光を受光することによる被検査体表面の疵検査方法が特開昭６０−２２８９４３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先を検出することによる平鋼熱間探傷装置が特開平８ー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き疵を検出する。そして、この探傷装置においては、掻き疵の疵斜面角度は１０゜〜４０゜であり、この範囲の疵斜面からの正反射光をすべてカバーできるように後方散乱反射方向に複数台のカメラが配設されている。
【０００６】
また、偏先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９−１６６５５２号公報に提案されている。
【０００７】
特開昭５７−１６６５３３号公報に提案された測定装置においては、測定対象に４５゜方向の偏光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、偏光カメラからの３本の信号を、カラ−Ｔ５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。
【０００８】
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５７−１６６５３３号公報の記載技術と同様にエリブソメトリを利用して鋼板表面の疵を検査している。
【０００９】
【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もつ疵を検出するか、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すべての疵を確実に捕捉することは困難であった。
【００１０】
例えば、特開昭５８−２０４３５３号公報の探傷装置においては、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、めくれ上がりを生じないような疵に対しては両方のカメラで疵の信号が捕えられるので適用可能である。
【００１１】
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、その疵をすべて検出することはできない。
【００１２】
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上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。
【００１３】
特開平８−１７８８６７号公報の平鋼熱間探傷装置は、主に掻き傷を対象にしており、疵斜面での正反射光を捕ら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疵のような疵の場合には後方散乱では捕らえられないものも存在し、検出漏れを生ずる問題があった。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。
【００１４】
さらに、特開昭５７−１６６５３３号公報の測定装置及び特開平９−１６６５５２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、「簿い透明な膜の厚さ及び屈折率」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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、特開平７−２８６３３号公報では、３台のカメラを鋼板の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。そのために、画素合わせが困難である問題があった。
【００１７】
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ズレ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取ることが要求されるため問題は大きかった。
【００１８】
また、偏光を利用した特開昭５７−１６６５３３号公報や特開平９−１６６５５２公報では、鋼板の製造条件の変更や鋼板品種が変わった場合、各方位角に設定されたカメラでは受光光量が大きく変化するため、最適な受光光量を得ることができず、Ｓ／Ｎ比の良い信号が得られない問題があった。
【００１９】
すなわち、鋼板の製造条件の変更や鋼板品種が異なると、被検査対象表面の母材部の物性値が異なるため、被検査面の偏光に対する反射特性が変わり、受光する偏光成分強度比が変わる。このため、異なる方位角成分の偏光強度を受光するように設定されたカメラでは、ある条件の鋼板表面では、最適な光量に設定しておいても、異なる条件の鋼板表面になった時は、光量が低くなつたり、飽和したりすることがあり、正常な検査ができなかった。
【００２０】
製品の品質検査ラインに組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、疵の検出漏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。
【００２１】
本発明は、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し、かつ各成分の光量を所定値に制御することによって、被検査面における表面の割れ、扶れ、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、製品の品質保証ラインにも十分組込むことができる表面疵検査装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の表面疵検査装置においては、被検査面に対してこの被検査面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を入射する線状拡散光源と、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リ多く抽出する方位角の検光子を有する第１の受光手段と、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リ多く抽出する方位角の検光子を有する第２の受光手段と、第１及び第２の受光手段で受光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分に基づいて被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部とを備えている、
さらに、第１及び第２の受光手段に対して、入射光の受光時間を調整することによって、この第１及び第２の受光手段に入射される各光量を所定値に制御するための電子シャッターをそれぞれ備えている。
【００２３】
また別の発明の表面疵検査装置においては、上記発明の表面疵検査装置に対して、さらに、各受光手段にて受光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分の各受光光量を検出し、この検出された各受光光量がそれぞれ所定値に一致するように各受光手段に備えられた各電子シャッターの入射光の受光時間を自動制御するシャッター制御部を備えている。
【００２４】
次に、上述した発明の動作原理を図面を用いて説明する。
【００２５】
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。
【００２６】
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７（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７（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７（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状結晶３の形状を維持したままとなる。
【００２７】
そして、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。
【００２８】
図８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。
【００２９】
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、調質圧延のロール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ー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。
【００３０】
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９（ａ）、図９（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。
【００３１】
そして、実際には、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９（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。
【００３２】
以上、テンパ部６と非テンパ部７と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立つ。
【００３３】
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。
【００３４】
図１０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（ヘゲ部１１）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るヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。
【００３５】
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１１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。
【００３６】
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。
【００３７】
上述したモデルに基づきヘゲ部１１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。
【００３８】
(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１２（ａ），図１１（ａ））。
【００３９】
(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１２（ｂ），図１１（ｂ））。
【００４０】
(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における非テンパ部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１２（ｃ），図１１（ｃ））。
【００４１】
図１３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１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００４２】
このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及び微小面素１３の角度分布の違いが、図１１（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、図中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。
【００４３】
すなわち、図１１（ａ）はヘゲ部角度分布１１ａ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１１（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合を示し、図１１（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在する場合を示す。
【００４４】
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１１（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。
【００４５】
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）に違いがない場合には図１１（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１１（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。
【００４６】
例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分布）が小さい時には、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。
【００４７】
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１２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、先の図１１（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１２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。
【００４８】
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１２の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１４（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Ｉ（ξ）と呼ぶ）を乗じて積分することに相当する。
【００４９】
また、例えば、入射角６０°において、正反射方向から２０°ずれた４０°の角度位置で反射光を測定することは、図１４（ｂ）のようなデルタ関数δ（ξ＋１０）なる重み関数Ｉ（ξ）を用いて計算することに相当する。
【００５０】
なお、図１３に示すように、反射角度θ´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。
【００５１】
θ´＝−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Ｉ（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。
【００５２】
このような観点から、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部１２と弁別し検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考えると、図１４（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。
【００５３】
なお、重み関数Ｉ（ξ）は、必ずしも図１４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。
【００５４】
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Ｉ（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。
【００５５】
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が捉えられることが望ましい。そして、後者の課題に対しては、重み関数Ｉ（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。
【００５６】
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もつ線状の光源、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。
【００５７】
この線状拡散光源の効果を説明するために、図１５（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。
【００５８】
図１５（ａ）に示すように、線状拡散光源１４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１３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。
【００５９】
これに対し、図１５（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００６０】
以上２つの場合を併せると、線状拡散光源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。
【００６１】
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。
【００６２】
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偏光の反射率比 tanΨ及び位相差Δに応じた楕円偏光となって出射する。
【００６３】
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１６（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００６４】
図１６（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。
【００６５】
一方、図１６（ｂ）に示すように、線状拡散光源１４の中央部以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。
【００６６】
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、線状拡散光源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。
【００６７】
以下、ｐ，ｓ両成分をも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。
【００６８】
まず、図１７に示すように、線状拡散光源１４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Ｏ点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与している。
【００６９】
一方、図１８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１６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。
【００７０】
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、簡単な幾何学的考察により、(2) 式で与えられる。
【００７１】

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。
【００７２】
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Ｅ _C 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、
Ｅ _C ＝Ｔ・Ｅin …(3)
と表される。但し、Ｅinは偏光板１５の方位角（偏光角）αの直線偏光ベクト
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Ｅ
in及び反射特性行列Ｔはそれぞれ(4) (5) 式で与えられる。
【００７３】
【数１】

【００７４】
但し、 tanΨ：ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比
Δ：ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差
ｒ_S ：ｓ偏光の振幅反射率
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の微小面素１３で受光器１６方向に反射された光の偏光状態Ｅ _A 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れば(6) 式で与えられる。
【００７５】
Ｅ _A ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(6)
但し、Ｒは回転行列であり、(7) 式で与えられる。
【００７６】
【数２】

【００７７】
(3) 式は、(6) 式において微小面素１３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１９に示すようになる。
【００７８】
但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）αは４５°、入射角θは６０°、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゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜とした。図１９より、法線角度ξ＝Ｏ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。
【００７９】
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。
【００８０】
このことを定量化するために、図１８に示すように、(3) 式で表される偏光状態Ｅ _A 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
Ｅ ₀ を求めると、(8) 式となる。
【００８１】

但し、Ａは検光子１７を表す行列であり、(9) 式で示される。
【００８２】
【数３】

【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】

上式におけるＩ（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ｒ_S ² 、入射光光量Ｅ_P ² 、面積率Ｓ（ξ）を乗じたものが検出される光強度になる。
【００８６】
表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材質が均−な対象を考える場合は反射率ｒ_S ² の値は一定と考えられる。また、入射光光量Ｅ_P ² 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。
【００８７】
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Ｉ（ξ，β）とを考えればよい。
【００８８】
ここで、重み関数Ｉ（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β₀ 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。
【００８９】
【数４】

【００９０】
(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°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°、位相差Δ＝１２０°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°を採用した。
【００９１】
図２０に、検光子１７の検光角βが−４５°の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのために重み関数Ｉ（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格化してある。
【００９２】
図２０の特性から、法線角度ξ＝０°、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°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。
【００９３】
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(10)式及び(11)式より求めると、およそβ＝４５°である。検光子１７の検光角β＝４５°に対する微小面素１３の法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４５）の関係を図２１に示す。
【００９４】
なお、図２１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１３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。
【００９５】
また、検光子１７の検光角β＝−４５°と４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても計算した重み関数Ｉ（ξ，９０）も図２１に示した。
【００９６】
(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）の積により与えられるから、最終的に受光カメラ１６で受光する光強度は［Ｓ（ξ）・Ｉ（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２２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°の検光子１７を通して受光した場合、図２２で示される面積率Ｓ（ξ）を図２０に示す重み関数Ｉ（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。
【００９７】
そこで、鋼板４の表面に、図１１（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１２（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになっている。
【００９８】
まず、図１１（ｂ）、図１２（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°の検光子１７を通して受光したときの光強度は、図１２（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）に図２０で表される重み関数Ｉ（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。
【００９９】
また、同一疵を検光角β＝４５°の度検光子１７を通して受光したときの光強度については、図１２（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがないため、図２１の検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（ξ，β）をかけて積分することを考えると明らかなように、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。
【０１００】
また、図１１（ｃ）、図１２（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°の検光子１７を通したのでは検出できず、検光角β＝４５°の検光子１７を通したときに検出できる。
【０１０１】
但し、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１２（ｃ）では法線角度ξ＝±２０°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°の検光子１７を通しても検出できなくなる。
【０１０２】
その場合は、別の重み関数（例えばＩ（ξ，９０））となるような検光角β（例えば９０゜）の検光子１７をもうーつ別に用意し、３番目の受光カメラ１６で受光するようにすればよい。
【０１０３】
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１１（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。
【０１０４】
また、図１１（ａ）、図１２（ａ）のように鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場合には、基本的には、例えば−４５°と＋４５°とのいずれの検光子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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
よって、たとえ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１１（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。
【０１０７】
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及び表面疵検査方法が実現する。
【０１０８】
また、鋼板の製造条件の変更や鋼板品種が変わった場合、被検査対象表面の母材部の物性値が異なるため、被検査面の偏光に対する反射特性が変わり、受光する偏光成分強度比が変わる。
【０１０９】
たとえば、合金化亜鉛メッキ鋼板の異なる品種Ａ、Ｂの偏光反射特性は、鋼板の品種Ａでは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比の逆正接Ψ＝２８゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜である。一方、鋼板の品種Ｂでは、ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比の逆正接Ψ＝２８゜、ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝８０゜である。そして、(10)式に２品種の偏光反射特性値を代入し、前述した模様状ヘゲ疵を検出可能とする検光角９０゜、４５゜、−４５゜における重み関数を算出し、表１に示す。
【０１１０】
【表１】

【０１１１】
母材部は、調質圧延にて平坦につぶされたテンパ部７であるので、(10)式でξ＝０として、算出された重み関数の値を各検光角の受光光量の相対値とみなすことが可能である。但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）αは４５゜、入射角θは６０゜とした。
【０１１２】
鋼板の品種Ａ、Ｂそれぞれ３つの各検光角では受光光量が異なるために、３検光角全てについて、Ｓ／Ｎ比が良くなる最適な光量を得ることは困難である。
【０１１３】
さらに、鋼板の品種Ａ、Ｂで比較すると、検光角９０゜では、受光光量に変化はないが、４５゜、−４５゜で２倍程度の受光光量の変化が生ずる。したがって、品種Ａと品種Ｂとを同一の光学条件で測定すると、検光角４５゜、−４５゜については、両品種でＳ／Ｎ比がよくなる信号を得ることができず、どちらかの品種で光量が低すぎる、あるいは飽和光量に達してしまう問題が発生する。
【０１１４】
よつて、本発明では、各受光手段に対して、入射光の受光時間を調整する電子シャッターを備えている。したがって、たとえ、被検査体の品種が変化したり、製造条件が変化して表面偏光反射特性が大きく変化したとしても、模様状ヘゲ疵を検出もれを生ずることなく検出可能な表面疵検査装置を実現する。
【０１１５】
【発明の実施の形熊】
以下に本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【０１１６】
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係わる表面疵検査装置の側面図であり、図１（ｂ）は同表面疵検査装置の上面図である。
【０１１７】
この実施形態の表面疵検査装置は製鉄工場における合金化亜鉛メッキ鋼板の品質検査ラインに設置されている。図中矢印方向に搬送状態の鋼板２１の搬送路の上方位置に、この帯状の鋼板２１の幅方向に線状拡散光源２２が配設されている。この線状拡散先源２２は、ー部に拡散反射塗料を塗布した透明導光棒の両端から内部ヘメタルハライド光源の光を投光することによって、鋼板２１の幅方向に一様の出射光を得る。
【０１１８】
線状拡散光源２２の各位置から出射された鋼板２１に対する入射光２３は、シリンドリカルレンズ２４と偏光板２５を介して走行状態の鋼板２１の全幅に対して例えば６０゜の入射角θで照射される。偏光板２５の方位角（偏光角）αは４５゜に設定されている。
【０１１９】
鋼板２１で反射された反射光２６は鋼板の正反射方向に配置された受光部２７に入射する。この受光部２７は、レンズの前に検光角βがそれぞれ−４５゜、４５゜、９０゜に設定された検光子２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有する３台のリニアアレイカメラからなる受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃから構成されている。
【０１２０】
各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃで受光された反射光２６における鋼板２１における幅方向の１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処理部４０へ送信される。さらに、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃから出力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは、シャッター制御部５０へ入力される。
【０１２１】
そして、この実施形態の表面疵検査装置においては、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ内には、入射光の受光時間を調整するための電子シャッターの機能が組込まれている。そして、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃにおける各電子シャッターの入射光の受光時間を示す開放時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃはシャッター制御部５０にて自動制御される。
【０１２２】
このシャッター制御部５０は、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃに組込まれた各電子シャッターの各開放時間Ｔａ〜Ｔｃを調整することによって、被検査面である鋼板２１の表面の反射光量に対応して、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃで受光する反射光２６の光量を十分確保するとともに、光量が飽和しない最適なレベルに制御することが可能である。
【０１２３】
図２はシャッター制御部５０の概略構成を示すブロック図である。
【０１２４】
一４５゜の検光子２８ａが組込まれた第１のカメラとしての受光カメラ２９ａ、＋４５゜の検光子２８ｂが組込まれた第２のカメラとしての受光カメラ２９ｂ、＋９０゜の検光子２８ｃが組込まれた受光カメラ２９ｃから入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれ信号入力部５１ａ、５１ｂ、５１ｃへ入力されたのち、各信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃへ転送される。
【０１２５】
各信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃからの各光強度信号ａ、ｂ、ｃの信号レベルを検出して、次の各シャッター時間設定部５３ａ、５３ｂ、５３ｃへ転送する。各シャッター時間設定部５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、各光強度信号ａ、ｂ、ｃの信号レベルから、各電子シヤツターの開放時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを決定し、各シャッタータイミング信号発生部５４ａ、５４ｂ、５４ｃに設定する。
【０１２６】
また、カメラ同期信号発生器５５は、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ及び各シャッタータイミング信号発生部５４ａ、５４ｂ、５４ｃに対して、１ライン分の走査時間Ｔｓに相当する一定周期の走査同期信号ｇを印加する。
【０１２７】
そして、各シャッタータイミング信号発生部５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、(12)式に示すように、一つの走査同期信号ｇの入力時刻から、１ライン分の走査時間（周期）Ｔｓから設定された各開放時間（シャッター時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを減じた時間だけ経過したタイミングｔａ、ｔｂ、ｔｃで、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃへシャッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを送出する。
【０１２８】
ｔａ＝Ｔｓ―Ｔａ
ｔｂ＝Ｔｓ―Ｔｂ
ｔｃ＝Ｔｓ―Ｔｃ …(12)
ここで、リニアアレイカメラとしての各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃにおける各受光光量は、受光カメラが鋼板２１の表面を走査するときに、反射光量の最も暗い表面をもつ被検査対象に対しても、十分な値が得られる必要がある。このため、各電子シャッターの開放時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの最大値は１ライン分の走査時間（周期）Ｔｓとし、各値Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃはこの最大の走査時間（周期）Ｔｓに対して設定されている。
【０１２９】
各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃにおいては、図３のタイミング図に示すように、シャッタータイミング信号発生器５４ａ、５４ｂ、５４ｃからシャッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが入力されると、走査同期信号ｇの入力時刻から現在時刻までに受光センサに蓄積されている電荷Ｑを破棄する。そして、今回のシャッタータイミング信号Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの入力時刻から次の走査同期信号ｇの入力時刻までに受光センサに蓄積された電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを該当受光カメラの光強度信号ａ、ｂ、ｃとして出力する。
【０１３０】
なお、図３においては、説明を簡単にするために、一つの受光カメラ２９ａからの光強度信号ａについてのタイミング図のみを記載したが、他の光強度信号ｂ、ｃについてもほぼ同様のタイミング図となる。
【０１３１】
このような構成のシャッター制御部５０において、信号レベル検出部５２ａ、５２ｂ、５２ｃで検出された各光強度信号ａ。ｂ。ｃの信号レベルが飽和レベルになっている場合は、現在設定されているシャッター時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを短くして受光光量を低下させる。逆に、Ｓ／Ｎ比が劣化するほど光量が低い場合には、シャッター時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを長くして受光光量を増加させる。
【０１３２】
これにより、たとえ被検査面としての鋼板２１の表面からの反射光の偏光成分強度比が変わっても、常に３台の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃ相互間の受光先畳比率を同等にし、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃを最適な受光先量にすることができる。
【０１３３】
また、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各光軸は互いに平行に維持されている。また、３台の受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ相互間における視野のズレは、信号処理部４０において補正している。
【０１３４】
このように各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの光軸が平行に維持されていると、３台の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各画素は同一視野サイズで一対一に対応する。このようにリニアアレイカメラを採用することによつて、ビームスプリッタを用いるのに比べて、光量のロスがなぐなり、効率的な測定が可能となる。
【０１３５】
ここで、受光部２７において、リニアアレイカメラの代わりに２次元ＣＣＤカメラを使用することもできる。さらに、単一光検出素子とガルバノミラーやポリゴンミラーを組合わせた走査型の光検出器を使用することも可能である。
【０１３６】
また、線状拡散光源２２として、蛍光灯を使用することもできる。また、バンドルファイバの出射端を直線上に整列させたファイバー光源を使用することもできる。各ファイバーからの出射光は、ファイバーのＮ／Ａに対応して十分な広がり角を持つため、これを整列させたフアイバー光源は実質的に線状拡散光源となるためである。
【０１３７】
前述したように、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃで受光された反射光２６における鋼板２１の幅方向における１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処理部４０へ送信される。
【０１３８】
図４は信号処理部４０の概略構成を示すブロック図である。
【０１３９】
前述と同様に、一４５゜の検光子２８ａが組込まれた第１のカメラとしての受光カメラ２９ａ、＋４５゜の検先子２８ｂが組込まれた第２のカメラとしての受光カメラ２９ｂ、＋９０゜の検光子２８ｃが組込まれた受光カメラ２９ｃから入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞれ平均値間引き部３０ａ，３０ｂ、３０ｃへ入力される。
【０１４０】
各平均値間引き部３０ａ〜３０ｃは、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃのスキャン周期毎に各受光カメラ２９ａ〜２９ｃから入力される各光強度信号ａ、ｂ、ｃを加算平均し、鋼板２１が信号処理における長手方向分解能に相当する距離を移動した場合に、１ライン分の信号を出力する。
【０１４１】
このような間引き処理を行うことにより、鋼板２１の搬送速度が変化しても信号処理における１ラインの鋼板移動方向の分解能を一定にすることができる。また、走査（スキャン）周期毎の各光強度信号ａ、ｂ、ｃを平均しているので、信号処理における１ラインの鋼板移動方向の分解能が受光カメラ２９ａ〜２９ｃの鋼板移動方向の視野サイズよりも十分大きい場合にも、間を細かく測定した信号の平均値を用いることができるので、見落としをなくすことができる。
【０１４２】
各平均間引き部３０ａ〜３０ｃで信号処理された各光強度信号ａ、ｂ、ｃは次の各前処理部３１ａ〜３１ｃへ入力される。
【０１４３】
各前処理部３１ａ〜３１ｃは、１ラインの信号の輝度むらを捕正する。ここでいう輝度むらには、光学系に起因するムラも鋼板２１の反射率に起因するムラも含まれる。また、各前処理部３１ａ〜３１ｃは、鋼板２１の両側のエッジ位置も検出し、エッジにおける急峻な光強度信号ａ、ｂ、ｃの変化を疵と誤認識することを防ぐ処理を実施する。各前処理部３Ｉａ〜３１ｃで信号処理された各光強度信号ａ、ｂ、ｃは次の各２値化処理部３２ａ〜３２ｃヘ入力される。
【０１４４】
各２値化処理部３２ａ〜３２ｃは、各光強度信号ａ、ｂ、ｃに含まれる各画素のデ一夕を予め決められたしきい値と比較し、疵候補点を抽出して、次の特徴量算出部３３ａ〜３３ｃヘ送出する。
【０１４５】
特微量抽出部３３ａ〜３３ｃは、一続きとなっている疵候捕点をーつの疵候捕領域と判定し、例えばスタートアドレス、エンドアドレスなどの位置特徴量や、ピーク値など濃度特徴量を算出する。
【０１４６】
鏡面性疵判定部３４及ひ鏡面拡散性疵判定部３５では、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃに対応する各特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃにより算出された特徴量に基づいて、疵の種類、程度を判定する。
【０１４７】
そして、疵総合判定部３６では、鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５での判定結果及び特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最終的な疵種及びその程度を判定する。
【０１４８】
また、この総合判定部３６では、各特徴量抽出部３３ａ〜３３ｃからの位置特徴量を基に、各受光カメラ２９ａ〜２９ｃにおける視野ズレの補正も行う。このように、特徴量単位で受光カメラ２９ａ〜２９ｃ相豆間の視野ズレの補正を行うので、受光カメラ２９ａ〜２９ｃ相互間の視野を画素単位で調整しておく必要はない。
【０１４９】
【実施例】
図１に示す実施形態の表面疵検査装置を用いた合金化亜鉛メッキ鋼板の表面疵の測定結果を図５，図６に示し、その測定結果に基づく判定結果を表２に示す。
【０１５０】
測定した各疵は、図１１（ｂ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）がヘゲ部１１で母材部１２より大きいが、非テンパ部７の拡散性は変わらない疵と、図１１（ｃ）に示すテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）にはヘゲ部１１と母材部１２間に大きな差はないが、拡散性に差がある疵である。
【０１５１】
そして、鋼板２１の幅方向の中央部に図１１（ｂ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°及び９０°に各検光子２８ａ，２８ｂ，２８ｃの検光角βが設定された各受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃで鋼板２１を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ〜ｃの変化を図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１５２】
図示するように、−４５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ａの光強度信号ａに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、４５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ｂの光強度信号ｂには疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１５３】
また、鋼板２１の幅方向の中央部に図１１（ｃ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４５°、４５°及び９０°に各検光子２８ａ，２８ｂ，２８ｃの検光角βが設定された各受光カメラ２９ａ，２９ｂ，２９ｃで鋼板２１を幅方向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ〜ｃの変化を図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【０１５４】
図示するように、４５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ｂの光強度信号ｂに疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−４５°に検光角βが設定された受光カメラ２９ａの光強度信号ａには疵（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形は発生しない。
【０１５５】
【表２】

【０１５６】
図１１（ｃ）のタイプの疵については、図示するように、一般に拡散反射方向に検出不能となる角度が存在するが、その角度が異なる２種類の疵について測定を行った。
【０１５７】
なお、比較のため、従来技術で、入射角６０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向から２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測定した結果も同時に記載した。
【０１５８】
従来技術では、２つの受光角で受光しノイズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵については、２つの受光角を同時に検出することは不可能である。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない疵も存在する。
【０１５９】
それに対し、本発明の実施形態では、３つの異なる受光角に対応する反射光成分を、検光子２８ａ，２８ｂ，２８ｃを用いることにより正反射方向から抽出しているから、いずれかの受光カメラ２９ａ〜２９ｃで検出することが可能である。また、検出する必要がある疵の反射特性に合わせて、検光角βを最適値に設定することも容易である。
【０１６０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【０１６１】
図１に示す実施形態装置においては、３台の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃを用いたが、−４５°の検光子２８ａを有する受光カメラ２９ａと、＋４５°の検光子２８ｂを有する受光カメラ２９ｂとの２台の受光カメラのみであっても、鋼板表面からの正反射光の光軸方向からヘゲ部１１の存在を母材部１２と区別して十分検出できる。
【０１６２】
表３に、鋼板２１における表１に示した偏光反射特性を有する品種Ａに対応した検光角９０゜、４５゜、−４５゜の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各電子シャッターの各シャッター時間（開放時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃと、鋼板２１における品種Ｂに対応した検光角９０゜、４５゜、−４５゜の受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各シャッター時間（開放時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃとの対応を示す。
【０１６３】
【表３】

【０１６４】
なお、表３の各シャッター時間（開放時間）は、品種Ａの検光角４５゜を１としたときの、他の検光角のシャッター時間（開放時間）の比率を示したものであり、シャッター時間の絶対値は光源光量、鋼板の反射率、走査（スキャン）周期の関係から定まる。
【０１６５】
このように、鋼板２１の品種Ａ，Ｂが変更になり、それに伴って鋼板３１の表面の偏光反射特性が変化するのに応じて、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃに組込まれた電子シャッターのシャッター時間（開放時間）Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが自動的に例えば表３に示す値に変化する。よって、各受光カメラ２９ａ、２９ｂ、２９ｃにおける受光光量は常に最適値に制御される。
【０１６６】
なお、図１に示す実施形態装置においては、３台の受光カメラ２９ａ〜２９ｃに電子シャッターを備えたが、品種Ａ，Ｂが変更になっても、反射光量が変わらない検光角に設定された受光カメラがある場合には、反射光量が変化する検光角、ここでは検光角４５゜と−４５゜の受光カメラのみに電子シャッターを組込み、検光角９０゜の受光カメラには固定値の光量減少フィルターを用いて光量調整をする構成としても、各検光角の受光カメラの受光光量を同等にすることが可能である。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面疵検査装置においては、被検査面での正反射光が鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とからなるという知見に基づいて、それぞれの成分を区別して抽出して検出している。具体的には、線状拡散光源を使用し、ｐ偏光、ｓ偏光を共に有する偏光を被検査面に入射し、鋼板の正反射方向から、検光角を適当に設定することにより、鏡面反射成分をより多く含む成分と鏡面拡散反射成分をより多く含む成分とを抽出する構成とし、さらに、正反射光の各成分の強度を受光する各受光カメラに受光光量を調整する電子シャッターを組込んでいる。
【０１６８】
この構成により、鏡面反射成分からのみでは観察できない疵も検出可能となり、従来検出できなかった顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出漏れすることなく検出することが可能となった。
【０１６９】
また、鋼板正反射方向からの同一光軸上での測定で両成分が捕らえられるため、鋼板距離変動や速度変化の影響を受けない測定が実現した。また、検光子の検光角を調整することにより、どの角度の鏡面拡散反射成分を抽出するかを選択できるようになった。
【０１７０】
さらに、被検査面の偏光反射特性の変化に応じて、各受光カメラに組込まれた電子シャッターの開放時間を自動的に調整して、各受光手段の受光光量を一定に保つことができるため、被検査対象の種類や製造条件が変更し、正反射光の鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分の強度比が変化した場合についても、各成分の受光手段の受光光量をＳ／Ｎ比の良いレベルに調整し、安定した表面疵検査結果が得られるようになった。
【０１７１】
さらに、品質保証の観点からは、表面疵検査装置は未検出がないことが絶対条件である。そこで、本発明により表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のない表面検査装置が実現できたので、従来までは検査員による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化できるようになった点で産業上の利用効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係わる表面疵検査装置の概略構成を示す側面図及び上面図
【図２】 同表面疵検査装置におけるシャッター制御部の概略構成を示ブロック図
【図３】 同表面疵検査装置における受光カメラにおけるシャッタータイミングを示す図
【図４】 同表面疵検査装置における信号処理部の概略構成を示すブロック図
【図５】 同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図６】 同じく同表面疵検査装置で測定された光強度信号波形図
【図７】 同表面疵検査装置の検査対象となる合金化亜鉛メッキ鋼板の製造方法及び詳細断面構造を示す図
【図８】 検査対象の鋼板におけるテンパ部と非テンパ部における入射光と反射光との関係を示す断面模式図
【図９】 同テンパ部と非テンパ部とにおける反射光の角度分布図
【図１０】 鋼板に存在するヘゲ部の生成過程を説明するための図
【図１１】 ヘゲ部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分と、母材部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分との関係を示す図
【図１２】 鋼板の照射部における微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【図１３】 鋼板に対する入射光の入射角と微小面素の法線角度との関係を示す図
【図１４】 微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図１５】 線状拡散光源の各位置からの各入射光と鋼板上の入射位置との関係を示す図
【図１６】 線状拡散光源の各入射光が偏光されていた場合における反射光の偏光状態を示す図
【図１７】 線状拡散光源の中央部からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１８】 線状拡散光源の中央部以外の位置からの各入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反射光を示す図
【図１９】 微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状態との関係を示す図
【図２０】 反射光の光路に検光子を挿入した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図２１】 検光子の検光角を変更した場合における微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図
【図２２】 微小面素の法線角度と面積率との関係を示す図
【符号の説明】
４、２１…鋼板
６…テンパ部
７…非テンパ部
８，２３…入射光
９…鏡面反射光
１０…鏡面拡散反射光
１１…ヘゲ部
１２…母材部
１４，２２…線状拡散光源
１５，２５…偏光板
１６，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…受光カメラ
１７，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…検光子
２４…シリンドリカルレンズ
２６…反射光
２７…受光部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…平均値間引部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…前処理部
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…２値化処理部
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…特徴量判定部
３４…鏡面性疵判定部
３５…鏡面拡散性疵判定部
３６…疵総合判定部
４０…信号処理部
５０…シャッター制御部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…信号入力部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…信号レベル検出部
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…シャッター時間設定部
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…シャッタータイミング発生部
５５…カメラ同期信号発生部

Claims (2)

1. 被検査面に対してこの被検査面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成分を有する偏光を入射する線状拡散光源と、
   前記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リ多く抽出する方位角の検光子を有する第１の受光手段と、
   前記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リ多く抽出する方位角の検光子を有する第２の受光手段と、
   前記第１及び第２の受光手段で受光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分に基づいて前記被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部と
   を備えた表面疵検査装置であつて、
   前記第１及び第２の受光手段に対して、入射光の受光時間を調整することによって、この第１及び第２の受光手段に入射される各光量を所定値に制御するための電子シャッターをそれぞれ備えたことを特徴とする表面疵検査装置。
2. 前記各受光手段にて受光された鏡面反射成分及び鏡面拡散反射成分の各受光光量を検出し、この検出された各受光光量がそれぞれ前記所定値に一致するように前記各受光手段に備えられた各電子シャッターの入射光の受光時間を自動制御するシャッター制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の表面疵検査装置。

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