JP3826578B2

JP3826578B2 - Surface inspection device

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Publication number: JP3826578B2
Application number: JP23873998A
Authority: JP
Inventors: 有治的場; 努河村; 寛幸杉浦; 満昭上杉; 省二吉川; 雅一猪股; 善郎山田; 貴彦大重; 一田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP2000065756A

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５８−２０４３５３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６０−２２８９４３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９−１６６５５２号公報に提案されている。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５７−１６６５３３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】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数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換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあらかじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、各受光光学系から出力された光強度分布から、疵部において閾値を上回る光強度変化量の積分値を各受光光学系毎に算出し、各受光光学系毎に算出された積分値のなかから最大値を選択し、選択した値と判定した疵種により疵の等級を判定することを特徴とする。
【００１９】
第２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、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数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換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあらかじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、各受光光学系から出力された光強度分布から、前記光強度変化量の前記基準値を０としたときの光強度変化のピーク値の絶対値と、閾値を上回る光強度変化量の積分値とを各受光光学系毎に算出し、各受光光学系毎に算出されたピーク値と積分値のなかから最大値をそれぞれ選択し、選択した値と判定した疵種により疵の等級を判定することを特徴とする。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。この鋼板４の表面（被検査面）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。
【００２２】
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して説明したが、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（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））。
【００２７】
（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の非テンパ部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））。
【００２８】
（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））。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
すなわち、図５（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。
【００３２】
ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１２ａでテンパ部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。
【００３３】
例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の拡散性（角度分布）が小さいときには、一般に正反射方向に比較的近い拡散方向からヘゲ部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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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Ｉ（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図９（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て、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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ｔａｎΨ及び位相差△に応じた楕円偏光となって出射する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【数１】

【００５３】
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と反射特性行列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。
【００５４】
【数２】

【００５５】
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の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。
【００５６】
【数３】

【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
【数４】

【００６０】
（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。
【００６１】
【数５】

【００６２】
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。
【００６３】
【数６】

【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数７】

【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
また、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）式と（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Ι（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。
【００７１】
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１５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Ι（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）・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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）に図１４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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。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，９０）となるような検光角β（例えば９０°）の検光子１７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。
【００７６】
一般に、鋼板４の表面の母材部１２及びヘゲ部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の見落しをなくすためには、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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組のリニアアレイカメラと、ビームスプリッタと各リニアアレイカメラの間に設けられ、非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。
【００８０】
信号処理部は各リニアアレイカメラ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光強度信号に変換する。この正常部に対する相対的な変化を示す３種類の光強度信号の分布の変化極性と変化量とをそれぞれあらかじめ定めたパターンと比較して偏光の変化を検出する。この３種類の光強度信号の正常部に対する変化極性と変化量の大小から表面の物性が母材と異なる疵の疵種を判定する。
【００８１】
また、信号処理部は上記処理とともに各受光光学系から出力された光強度分布から光量変化の画素の絶対値のピーク値と基準値を上回る光量の絶対値の積分値を演算し、各受光光学系のピーク値と光量積分値の最大値から疵種毎にあらかじめ定めたパターンと比較し、例えば凹凸状の疵のように正常部と表面幾何学形状が異なる疵の等級を判定する。
【００８２】
【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２２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，２８ｃは例えばＣＣＤセンサからなり、それぞれ検光子２７ａ，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２８ａ，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。
【００８３】
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２８ａ〜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。
【００８４】
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とメモリ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと疵パラメータ演算部３４とパターン記憶部３５と光量記憶部３６と基準パターン記憶部３７と疵種判定部３８と等級パターン記憶部３９と疵等級判定部４０及び出力部４１を有する。信号前処理部３２ａ〜３２ｃはリニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃから出力された偏光の光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅方向等の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行ってから正常部の信号を基準レベルとして、正常部の信号が２５５階調の中心濃度である１２８階調になるように正規化して、正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をそれぞれメモリ３３ａ〜３３ｃに格納する。疵パラメータ演算部３４は、メモリ３３ａ〜３３ｃに格納された光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の分布に表れた疵部の各点を正常部の値である１２８階調を基準にして予め定められた閾値を越える変化点について、変化点の最初の幅方向アドレスＡ１ｓ１，Ａ２ｓ１，Ａ３ｓ１と変化点の最後の幅方向アドレスＡ１ｅ１，Ａ２ｅ１，Ａ３ｓ１を求め、最初の幅方向アドレスＡ１ｓ１，Ａ２ｓ１，Ａ３ｓ１のうちで最初のアドレスをＡｓ１、最後の幅方向アドレスＡ１ｅ１，Ａ２ｅ１，Ａ３ｓ１の最後のアドレスをＡｅ１とする。その後、最初のアドレスＡｓ１と最後のアドレスＡｅ１の間にある信号について閾値を越える各点について基準値「１２８」を「０」としたときの濃度積算値Ｉ１ｓ１，Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１と疵ピーク値Ｉ１ｐ１，Ｉ２ｐ１，Ｉ３ｐ１を求める。疵パラメータ演算部３４は繰り返してスキャンしているリニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃの次回の出力についても同様の演算を行い、次回の変化点の幅方向アドレスＡｓ２、Ａｅ２が前回の変化点の幅方向アドレスＡｓ１、Ａｅ１と重なるアドレスがあった場合、前回の濃度積算値Ｉ１ｓ１，Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１に今回の濃度積算値Ｉ１ｓ２，Ｉ２ｓ２，Ｉ３ｓ２を加算し、連結濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，ｌｓ３を求める。また、前回の疵ピーク値Ｉ１ｐ１，Ｉ２ｐ１，Ｉ３ｐ１を上回る疵ピーク値があった場合、前回の疵ピーク値を更新し、新たな疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２ｐ，Ｉ３ｐとする。これをライン出力ごとに疵信号の幅方向アドレスが重なることがなくなるまで繰り返し、重なる幅方向アドレスがなくなったとき、疵パラメータ演算部３４は一つの疵の測定が完了したものとみなし、これまでに求めた連結濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３と疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２ｐ，Ｉ３ｐより極性パターンＩｐｐと変化量を示す値パターンＶｐｐを算出するとともに疵部の等級を判定をするための最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを演算し、パターン記憶部３５と光量記憶部３６に各特徴量を出力する。パターン記憶部３５は算出された極性パターンＩｐｐと値パターンＶｐｐを記憶し、光量記憶部３６は算出された最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを記憶する。基準パターン記憶部３７には各種極性パターンと値パターン及びこれらに対応する疵種があらかじめ格納されている。疵種判定部３８はパターン記憶部３５に記憶された極性パターンＩｐｐと値パターンＶｐｐとを基準パターン記憶部３７に記憶された各種極性パターンと値パターンと比較して疵種を判定する。等級パターン記憶部３９には各疵種毎に最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋに対する疵の等級を示す等級基準パターンがあらかじめ格納してある。疵等級判定部４０は光量記憶部３６に記憶した最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋと疵種判定部３８で判定した疵種を等級パターン記憶部３９に記憶してある等級基準パターンと比較して疵の等級を判定する。出力部４１は疵等級判定部４０から出力される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。
【００８５】
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。一定速度で移動している鋼板４に投光部２２から出射されて鋼板４の表面で反射した偏光は３板式偏光リニアアレイカメラ２３で受光される。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〜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βの検光子２７ａ〜２８ｃ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Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を検出して信号処理部３１に送る。信号処理部３１の信号前処理部３２ａ〜３２ｃはリニアアレイセンサ２８ａ〜２８ｃから出力された偏光の光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の幅方向等の感度むら等を補正するシェーディング補正等を行ってから、例えば図２１の疵信号分布図に示すように、正常部の信号が１２８階調になるように正規化し、正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をそれぞれメモリ３３ａ〜メモリ３３ｃに格納する。図２１において、（ａ）は光強度信号Ｉ１の分布を示し、（ｂ）は光強度信号Ｉ２の分布、（ｃ）は光強度信号Ｉ３の分布を示し、（Ａ）は１ライン目、（Ｂ）は２ライン目、（Ｃ）は３ライン目の光強度信号の分布を示す。疵パラメータ演算部３４はメモリ３３ａ〜３３ｃに格納された光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の分布に表れた疵部の各点を正常値である１２８階調を基準として予め定められた閾値例えば±８階調を越える変化点より、変化点の最初と最後の幅方向アドレスＡｓ１，Ａｅ１を求め、基準値「１２８」を「０」としたときの最大濃度積算値の極性パターンＩｐｐと変化量を示す値パターンＶｐｐを算出する。図２１（Ａ）に示す例では正規化した光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の疵部の幅方向アドレスはＡ１ｓ１＝２６、Ａ１ｅ１＝３１、Ａ２ｓ１＝２８、Ａ２ｅ１＝３１、Ａ３ｓ１＝２４、Ａ３ｅ１＝２９であるため、光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の疵部をまとめてオア処理して、疵部の最初のアドレスＡｓ１＝２４とし、最後のアドレスＡｅ１＝３１とする。正常値１２８階調を「０」としたときの光強度信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の積分値Ｉ１ｓ１，Ｉ２ｓ１，Ｉ３ｓ１は（１０２，５０，９８）となり、疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２ｐ，Ｉ３ｐは（２２，１５，２１）となる。図２１の（Ｂ）に示す次ラインの出力における疵部のアドレスは、Ａ１ｓ２＝２６、Ａ１ｅ２＝３１、Ａ２ｓ２＝２８、Ａ２ｅ２＝２９、Ａ３ｓ２＝２５、Ａ３ｅ２＝２９で、疵部の最初のアドレスＡｓ２＝２５、最後のアドレスＡｅ２＝３１となり、光強度信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の積分値Ｉ１ｓ２，Ｉ２ｓ２，Ｉ３ｓ２は（７１，３９，５９）となる。疵部のアドレスは前ラインと重なるため同一疵と見なされ、濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３は（１７３，８９，１５７）となり、疵ピーク値Ｉ１ｐ，Ｉ２ｐ，ｌ３ｐは（２２，１７，２１）となる。図２１の（Ｃ）に示す次ラインの出力では前ラインと重なる疵アドレスはないため、疵パラメータ演算部３５は疵が終わったものとみなし、１ライン目と２ライン目の結果から疵パラメータ極性パターンＩｐｐと変化量を示す値パターンＶｐｐを演算する。このとき濃度積算値は全てプラスであるから、極性パターンＩｐｐを（＋，＋，＋）として、光強度信号Ｉ１を基準に濃度積算値（Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３）＝（１７３，８９，１５７）を規格化した値パターンＶｐｐは（１．０，０．５１，０．９１）、最大濃度積算値ＩｓＭａｘは「１７３」、疵ピーク値Ｉｐｅａｋは「２２」となり、算出した極性パターンIｐｐ＝（＋，＋，＋）と値パターンＶｐｐ＝（１．０，０．５１，０．９１）をパターン記憶部３５に格納する。また、疵パラメータ演算部３４は最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝１７３と最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝２２を光記憶部３６に記憶させる。
【００８６】
基準パターン記憶部３７には疵の程度に応じて複数の疵種に対応する極性パターンと値パターンが実験で定められて、例えば図２２に示すように、基準パターンとして格納してある。図２２において、疵種Ａ〜疵種Ｌは例えば有害度が低い疵から有害度が高い疵の順に疵種を示し、疵種Ａ〜疵種Ｌに対応する極性パターンと値パターンの基準値を示す。また、等級パターン記憶部３９には疵種Ａ〜疵種Ｌに応じて最大濃度積算値と最大疵ピーク値と疵の等級を示す相関をあらかじめ調べて、図２３に示すように等級判定基準値が格納してある。疵種判定部３８はパターン記憶部３５に記憶された極性パターンと値パターン例えば図２１に示す例の場合、極性パターンＩｐｐ＝（＋，＋，＋）と値パターン＝（１．０，０．５１，０．９１）と、図２２に示す基準パターン記憶部３７に記憶された基準パターンとを比較して疵種を判定する。例えば図２１に示す場合には疵種Ａと判定する。
【００８７】
一方、疵等級判定部４０は光量記憶部３６に記憶した最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ及び疵種判定部３８で判定した疵種とを等級パターン記憶部３９に疵種Ａ〜疵種Ｌに応じて記憶してある最大濃度積算値とピーク値と比較して疵の等級を判定する。例えば図２３に示すように疵種Ａで最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝１５０、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝１０の場合には疵の等級を「軽」と判定し、最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝１５０、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝２０の場合には疵の等級を「中」と判定する。疵種Ａで最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝１２００、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝３５の場合には疵の等級を「重」と判定するが、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝２０を越えない場合は、疵の等級を「中」と判定する。最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝３０００であれば最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋに関係なく疵の等級を「重」と判定する。疵種Ｃで最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝７００、最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋ＝１５の場合には疵の等級を「軽」と判定する。疵種Ｃで最大濃度積算値ＩｓＭａｘ＝４００のときは等級判定により有害な疵とは判定されない。このように最大濃度積算値ＩｓＭａｘと最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋと疵種により疵の等級を判定するから、鋼板４の表面に生じた凹凸のない模様状疵だけでなく凹凸状の疵の程度を精度よく判別することができる。疵等級判定部４０は疵種判定部３８で判定した疵種と判別した疵の等級を出力部４１に送る。出力部４１は疵等級判定部４０から出力される疵種と疵の等級を表示装置や記録装置に出力する。
【００８８】
この疵の等級判定を行う疵特徴量として最大濃度積算値ＩｓＭａｘと各チャンネルにおける濃度積算値Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３と濃度積算値の和ΣＩｊを使用し、等級判定の閾値を最適化したときの等級判定疵数の結果と目視判定疵数の結果を図２４に示す。図２４に示すように、最大濃度積算値ＩｓＭａｘを使用したときに目視判定による軽欠陥と中欠陥及び重欠陥で一致した数の合計が最大であり最もよく一致した。また、ＩｓＭａｘ，ＩＳ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３及びΣＩｊのそれぞれの判定に、さらに最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを考慮したときの等級判定疵数の結果と目視判定疵数の結果を図２５に示す。図２５に示すように最大疵ピーク値Ｉｐｅａｋを考慮することにより、目視判定との一致率は更に向上することが確認できた。
【００８９】
また、図２６（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１ａ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，６２ｂ，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〜６３ｃ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。
【００９０】
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〜６３ｃ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。
【００９１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、被検査面に対して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、検出した強度分布を正規化し、正常部に対する疵部の異なる偏光の光強度信号の変化極性と変化量とを算出し、算出した変化極性と変化量とをそれぞれあらかじめ定めたパターンと比較して疵種を判定するようにしたから、簡単な処理で疵種を迅速に判定することができる。
【００９２】
また、各受光光学系から出力された光強度分布から光量変化の積分値及びピーク値の最大値を選択し、選択した最大濃度積算値と最大疵ピーク値及び疵種から疵の等級を判定するから、凹凸のない模様状疵だけでなく凹凸状の疵の程度を簡単な処理で精度良く判別することができる。
【００９３】
さらに、簡単な処理で迅速に疵種と疵の等級を判定するから、装置自体の構成を簡略化することができるとともに、高速で移動しているシ−ト状製品の表面にある異常部をオンラインで精度良く検出することができる。
【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】疵信号を示す光強度分布図である。
【図２２】疵種と極性パターンと値パターンの相関を示す基準パターン図である。
【図２３】疵種と疵特徴量と等級の相関を示す基準パターン図である。
【図２４】最大疵ピーク値を考慮せずに濃度積算値による疵の等級判定疵数の結果を示す比較図である。
【図２５】最大疵ピーク値を考慮した疵の等級判定疵数の結果を示す比較図である。
【図２６】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
２３３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メモリ
２４疵パラメータ演算部
３５パターン記憶部
３６光量記憶部
３７基準パターン記憶部
３８疵種判定部
３９等級パターン記憶部
４０疵等級判定部
４１出力部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface defect inspection apparatus that optically detects surface defects on a surface to be inspected by irradiating light to a non-inspection surface such as a surface of a thin steel plate.
[0002]
[Prior art]
Surface flaw inspection that optically detects surface flaws existing on the surface to be inspected by irradiating light to the surface to be inspected such as the surface of a thin steel plate and analyzing the reflected light from the surface to be inspected has various conventional Is proposed and implemented.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-204353 proposes a surface flaw detection method for a metal object in which light is incident on a subject surface and specular reflection light and diffuse reflection light from the subject surface are detected by a camera. . In this surface flaw detection method, light is incident on the surface of the subject at an angle of 35 to 75 degrees, and the reflected light from the surface of the subject is reflected at an angle within 20 degrees from the regular reflection direction and the incident direction or the regular reflection direction. Light is received by two cameras installed in the direction. The received light signals of these two cameras are compared and, for example, the logical sum of them is obtained. Only when two cameras detect an abnormal value at the same time, the corresponding abnormal value is regarded as a scratch, thereby realizing a surface flaw detection method that is not affected by noise.
[0004]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 60-228943 proposes a method for inspecting the surface of a subject by receiving backscattered light from the subject. In this wrinkle inspection method, light is incident on the stainless steel plate at a large incident angle, and reflected light returning to the incident side, that is, backscattered light, is detected, thereby detecting the baldness on the surface of the stainless steel plate.
[0005]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-178867 proposes a flat steel hot flaw detector by detecting a plurality of backscattered reflected lights. This flat steel hot flaw detector detects pruritus on a hot rolled flat bar. In this flaw detector, the heel slope angle of the pruritus is 10 to 40 degrees, and a plurality of cameras are arranged in the backward diffuse reflection direction so as to cover all the regular reflection light from the heel slope in this range. ing.
[0006]
Also, surface measuring devices using polarized light have been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-166533 and 9-166552. In the measuring apparatus proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-166533, a 45-degree direction deflection is incident on a measurement object, and reflected light is received by a polarization camera. In a polarization camera, reflected light is split into three using a beam splitter inside the camera, and is received through polarization filters having different azimuth angles. And the technique which displays three signals from a polarization camera on a monitor by the signal processing similar to a color TV system, and visualizes a polarization state is disclosed. This technology uses ellipsometry technology, and the light source is preferably parallel light, for example, laser light is used.
[0007]
Further, in the surface inspection apparatus proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-166552, the surface of the steel sheet is inspected using ellipsometry in the same manner as the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 57-166533. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of the measurement techniques proposed in each of the above publications is intended to detect wrinkles having remarkable unevenness, or to detect wrinkles in which foreign matters such as oxide films are present. It has been difficult to reliably capture all wrinkles with respect to a pattern-like bald defect or the like having no remarkable unevenness.
[0009]
For example, the flaw detection method described in Japanese Patent Laid-Open No. 58-204353 has two cameras that receive specularly reflected light and scattered reflected light. The purpose of the flaw detection method is to detect the logic of detection signals in the two cameras. It is removal of the influence of noise by sum. Therefore, the wrinkle signal can be captured by both cameras for wrinkles having remarkable unevenness, that is, wrinkles that are cracked, wrinkled, or turned up. However, in the case of a wrinkle such as a pattern-like bald defect that has no remarkable unevenness that can only be captured by either camera, it is not possible to detect all the wrinkles.
[0010]
In addition, the surface condition inspection method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-228943 is directed to a raised bald ridge that has been manifested as a stainless steel plate having a small surface roughness. Therefore, the present invention cannot be applied to a steel plate having a rough surface that reflects the light that returns to the incident side even if there is no raised part that has not been revealed or in which no part exists.
[0011]
The flat steel hot flaw detector disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-178867 is intended for scraping flaws and is based on capturing specularly reflected light on the scissors slope. In the case of moths such as moths, there are some that cannot be captured by the backscattered reflected light, and there has been a problem of leaking detection. Further, once the camera is installed and it is determined which angle of reflection component is received, there is a problem that the camera position cannot be easily changed.
[0012]
Furthermore, the measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-166533 and the surface inspection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-166552 use ellipsometry technology, and the thickness and refractive index of the thin transparent layer and the unevenness of the physical property values Can be detected. However, even if the collar part originally had a physical property value different from that of the base material part, such as a surface-treated steel sheet, for an object covered with the same physical property value from above There was a problem that the effectiveness was reduced.
[0013]
In ellipsometry, it is necessary to receive reflected light from the same point at the corresponding pixel of each CCD and calculate the ellipsometric parameters for each pixel. For this reason, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-166533, the reflected light is split into three by a beam splitter and detected by three CCDs, and there is a problem that the amount of light is reduced and it is difficult to align pixels between CCDs. .
[0014]
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-28633, three cameras are arranged in the steel plate traveling direction, vertically or horizontally, or the inclination of the three cameras is changed so that the same area is viewed. . However, there is a problem that the processing when the speed of the steel plate is changed is complicated. In addition, the optical conditions are not the same because the angles of the cameras are different. Therefore, there is a problem that pixel alignment is difficult.
[0015]
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-204353 and 8-178867, the optical axes of a plurality of cameras are not common and the emission angles are different, so that the field sizes of the corresponding pixels of the two obtained images are different. In addition, there is a problem that the visual field is displaced when there is a variation in the distance due to the flickering of the surface to be inspected or the thickness of the object. In particular, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-204353 has a serious problem because two cameras are required to perform a logical sum for the same field of view.
[0016]
In a surface inspection apparatus incorporated in a product quality inspection line, it is an absolute condition that no defects are detected from the viewpoint of quality assurance for manufactured products. However, the surface flaw inspection apparatus that has been inspected for surface-treated steel sheets and the like has not been put to practical use.
[0017]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the surface cracks on the surface to be inspected by distinguishing and detecting the specular reflection component and the specular diffuse reflection component included in the reflected light from the surface to be inspected. A surface inspection device that can reliably detect pattern-like hege defects such as twists and twists and turns, can exhibit high defect detection accuracy, and can be fully incorporated into product quality inspection lines It is intended to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The surface inspection apparatus according to the present invention includes a light projecting unit, a light receiving unit, and a signal processing unit, the light projecting unit makes polarized light incident on the surface to be inspected, and the light receiving unit receives polarized light at different angles in at least three directions. A plurality of light receiving optical systems that detect the reflected light reflected from the surface to be inspected and convert it into an image signal, and the signal processing unit converts the light intensity distribution output from each light receiving optical system to normal on the surface of the surface to be inspected. Standardized so that the light intensity of the part becomes a predetermined reference value, and 疵 is extracted from the amount of change in light intensity, and the normalized change polarity of the light intensity in the 疵 region and integration of the amount of change in light intensity exceeding the threshold Light intensity distribution output from each light receiving optical system by comparing the value with a predetermined pattern to determine the species From The integrated value of the light intensity change amount exceeding the threshold value in the buttock Calculate for each light receiving optical system, select the maximum value from the integral values calculated for each light receiving optical system, It is characterized by determining the grade of cocoon.
[0019]
A surface inspection apparatus according to a second aspect of the invention has a light projecting unit, a light receiving unit, and a signal processing unit, the light projecting unit makes polarized light incident on the surface to be inspected, and the light receiving unit is polarized light having at least three different angles. A plurality of light receiving optical systems for receiving light, detecting reflected light reflected by the surface to be inspected and converting it into an image signal, and the signal processing unit converts the light intensity distribution output from each light receiving optical system to the surface to be inspected. Normalize the light intensity of the normal part of the skin to a predetermined reference value, extract wrinkles from the light intensity change amount, and change the light intensity change amount that exceeds the normalized change polarity and threshold of light intensity in the wrinkle region The light intensity distribution output from each light receiving optical system by comparing the integral value of From the absolute value of the peak value of the light intensity change when the reference value of the light intensity change amount is 0, Integral value of the change in light intensity exceeding the threshold For each light receiving optical system, select the maximum value from the calculated peak value and integral value for each light receiving optical system, and select the It is characterized by determining the grade of cocoon.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the form of optical reflection on the surface of the steel sheet to be inspected by the surface defect inspection apparatus of the present invention will be described in relation to the micro uneven shape on the surface of the steel sheet. For example, when the object to be inspected is an alloyed galvanized steel sheet, as shown in FIG. 1 (a), the underlying cold-rolled steel sheet passes through an alloying furnace after being hot-dip galvanized. During this time, the iron element of the underlying steel plate 1 diffuses into the zinc of the plating layer 2 and usually forms columnar crystals 3 of the alloy as shown in FIG. The plated steel plate 4 is then temper rolled with rolls 5a and 5b. Then, as shown in FIG. 1 (d), particularly protruding portions in the columnar crystal 3 are flattened by the rolls 5 a and 5 b, and other portions remain in the original shape of the column crystal 3. The portion flattened by the temper rolling rolls 5a and 5b is referred to as a tempered portion 6, and the other tempered rolling portions 5a and 5b other than the original concavo-convex shape are left non-tempered. This will be referred to as part 7.
[0021]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view modeling what kind of optical reflection occurs on the surface of the steel plate 4 having such a temper portion 6 and a non-temper portion 7. The surface (surface to be inspected) of the steel plate 4 is composed of innumerable minute surface elements 13 facing various directions when viewed microscopically. Incident light 8 incident on the tempered portion 6 crushed by the temper rolling rolls 5 a and 5 b is specularly reflected in the regular reflection direction of the steel plate 4 to become specular reflection light 9. On the other hand, the incident light 8 incident on the non-tempered portion 7 that leaves the original structure of the columnar crystal 3 with which the temper rolling rolls 5a and 5b do not abut is one minute surface element on each surface of the columnar crystal 3 when viewed microscopically. Although it is reflected in a specular manner by one, the reflection direction is a specular diffuse reflection light 10 that does not necessarily coincide with the regular reflection direction of the steel plate 4. Therefore, the angle distribution of each reflected light of the temper portion 6 and the non-temper portion 7 on the surface of the steel plate 4 is as shown in FIG. 3A and FIG. That is, sharp mirror surface reflection occurs in the tempered portion 6 in the regular reflection direction of the steel sheet, and the non-tempered portion 7 becomes reflected light having a spread corresponding to the angular distribution of the minute surface elements on the surface of the columnar crystal 3. As described above, the reflected light from the temper portion 6 is referred to as specular reflected light 9, and the reflected light from the non-tempered portion 7 is referred to as specular diffuse reflected light 10. Since the temper portion 6 and the non-temper portion 7 are macroscopically mixed, the angular distribution of the reflected light observed with an optical measuring instrument such as a camera is specularly reflected as shown in FIG. The angular distributions of the light 9 and the specular diffuse reflection light 10 are added according to the respective area ratios of the temper portion 6 and the non-temper portion 7.
[0022]
As described above, the tempered portion 6 and the non-tempered portion 7 have been described by taking the alloyed galvanized steel plate as an example. However, the tempered portion 6 and the non-tempered portion 7 generally hold for other steel plates in which a flat portion is generated by temper rolling.
[0023]
Next, the optical reflection characteristics of a defect called a pattern-like hege defect that does not have remarkable unevenness, which is a detection target of the present invention, will be described. As shown in FIG. 4, the shave defect (shave part) 11 found in the alloyed hot dip galvanized steel sheet has a shave defect in the cold-rolled steel sheet before plating, and the plating layer 2 is formed thereon. In addition, alloying of hege defects due to diffusion of iron elements in the underlying steel sheet 1 has progressed.
[0024]
Generally, compared with the base material 12 which shows the normal part of the steel plate 4, the shaving part 11 produces a difference in plating thickness, for example, or a difference in the degree of alloying. As a result, for example, when the plating thickness of the shaving portion 11 is thick and convex with respect to the base material 12, temper rolling is applied so that the area of the temper portion 6 is larger than that of the non-temper portion 7. On the other hand, when the plating thickness of the shaving portion 11 is thin and concave compared to the base material 12, the tempering roll 5a, 5b does not come into contact with the shaving portion 11, and the non-tempered portion 7 occupies the majority. . Further, when the alloying of the shaving portion 11 is shallow, the angle distribution of the micro surface elements is strong in the direction of the steel plate direction, and the diffusibility is small.
[0025]
Next, it will be described how the pattern-like shaving defect looks due to the difference in surface properties between the shaving portion 11 and the base material portion 12. If the difference between the shaving portion 11 and the base material portion 12 is classified based on the above-described model, it is generally divided into the following three types.
[0026]
(A) The area ratio of the tempered portion 6 in the shaving portion 11 and the angle distribution of the minute surface elements of the non-tempered portion 7 are the area ratio of the tempered portion 6 in the base material portion 12 and the angle of the minute surface elements of the non-tempered portion 7. Different from the distribution (FIG. 6A, FIG. 5A).
[0027]
(B) Although the area ratio of the temper portion 6 in the spatula portion 11 is different from the area ratio of the temper portion 6 in the base material portion 12, the angle distribution of the minute surface elements of the non-temper portion 7 in the spatula portion 11 is the base material portion. 12 is the same as the angular distribution of the minute surface elements of the non-tempered portion 7 (FIG. 6B, FIG. 5B).
[0028]
(C) Although the angular distribution of the minute surface element of the non-tempered portion 7 in the shaving portion 11 is different from the angular distribution of the minute surface element of the non-tempered portion 7 of the base material portion 12, the area of the tempered portion 6 in the shaving portion 11 The rate is not different from the area rate of the temper portion 6 in the base material portion 12 (FIGS. 6C and 5C).
[0029]
As shown in FIG. 7, the inclination angle of the normal direction of the fine surface element 13 with which the incident light 8 abuts with respect to the normal direction of the steel sheet 4 is defined as the normal angle ξ of the fine surface element 13. FIGS. 6A, 6B, and 6C show the relationship with the area ratio S (ξ) of the temper portion 6 for the three cases (a), (b), and (c) described above.
[0030]
The difference in the area ratio S (ξ) of the temper portion 6 and the angular distribution of the minute surface element 13 is observed as the difference in the angular distribution of the reflected light amount as shown in FIGS. 5 (a), (b), and (c). The In the drawing, the angle distribution indicated by the solid line is the beveled portion angle distribution 11 a corresponding to the beveled portion 11, and the angle distribution indicated by the dotted line is the base material portion angle distribution 12 a corresponding to the base material portion 12.
[0031]
That is, FIG. 5A shows a case where there is a difference between the specular reflection component and the specular diffuse reflection component between the bevel portion angle distribution 11a and the base material portion angle distribution 12a, and FIG. Shows a case where a difference exists only in the specular reflection component, and FIG. 5C shows a case where a difference exists only in the specular diffuse reflection component. When there is a difference in the area ratio S (ξ) of the temper portion 6 between the bevel portion angle distribution 11a and the base material portion angle distribution 12a, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), The difference is observed from the specular direction. Specifically, the area ratio S (ξ) of the tempered portion 6 of the ledge 11 is measured when the reflected light of the ledge 11 is measured from the regular reflection direction and when the reflected light of the base material 12 is measured. When the area ratio S (ξ) of the temper portion 6 of the base material portion 12 is larger than that of the base material portion 12, the bald portion 11 looks relatively bright. On the contrary, when the temper ratio 6 of the shaving portion 11 is smaller than the base material portion 12, the shaving portion 11 is observed relatively darker than the base material portion 12.
[0032]
When there is no difference in the area ratio S (ξ) of the temper portion 6 between the bevel portion angle distribution 11a and the base material portion angle distribution 12a, as shown in FIG. The presence of the bald portion 11 cannot be observed only by observing the difference. However, when there is a difference in the diffusivity (angle distribution) of the specular diffuse reflection component, a defect is observed from a diffusion direction other than the regular reflection direction as shown in FIG.
[0033]
For example, when the diffusivity (angle distribution) of the specular diffuse reflection component of the bald portion 11 is small, the bald portion 11 is generally observed brightly from the diffusion direction relatively close to the regular reflection direction, and the brightness increases as the distance from the regular reflection direction increases. Becomes smaller and becomes unobservable at a certain angle. Further, when moving away from the regular reflection direction, the bevel 11 is observed darkly.
[0034]
In order to reliably detect such a shaved part 11 from the base material part 12, in FIG. 6, the angle (normal angle ξ) of the reflected light from the micro-surface element 13 is extracted. It is necessary to. For example, as in the example of FIGS. 5A and 5B, detecting the difference between the beveled portion 11 and the base material portion 12 in the regular reflection direction means that the angle of the minute surface element 13 shown in FIG. The normal angle ξ = 0 of the minute surface element 13 is extracted from the distribution, and the difference between the bald portion 11 and the base material portion 12 is detected.
[0035]
Here, when mathematically expressing that the reflected light with the normal angle ξ = 0 of the minute surface element 13 is extracted, the characteristic (area ratio S (ξ)) of FIG. 6 is shown in FIG. 8A. This corresponds to integration by multiplying a function indicating the extraction characteristic represented by the delta function δ (ξ) shown (hereinafter, this function is referred to as a weighting function Ι (ξ)).
[0036]
Further, for example, when the reflected light is measured at an angular position of 40 degrees shifted by 20 degrees from the regular reflection direction at an incident angle of 60 degrees, the weighting function なる as a delta function δ (ξ + 10) as shown in FIG. This corresponds to calculation using (ξ).
[0037]
As shown in FIG. 7, the relationship between the reflection angle θ degree, the normal angle ξ of the microscopic surface element 13, and the incident angle θ of the incident light 8 can be obtained by Equation (1) by simple geometric consideration.
θ degree = −θ + 2ξ (1)
That is, it can be understood that what kind of angle (normal angle ξ) the reflected light from the minute surface element 13 is extracted corresponds to what weight function Ι (ξ) is designed.
[0038]
From this point of view, a weight function I (ξ) for detecting each bald part 11 as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C from the base material part 12 is considered. The delta functions δ (ξ) and δ (ξ + 10) shown in FIGS. 8A and 8B are also effective weight functions I (ξ). Note that the weighting function Ι (ξ) does not necessarily need to be a delta function δ (ξ) with an infinitesimal width for extracting only the specific normal angle shown in FIG. 8, and may have a certain signal width. Is possible.
[0039]
However, in such a discrimination method, the fields of view of the two optical systems cannot be made the same. Also, once a camera is installed to measure diffusely reflected light, it is not easy to change its weight function Ι (ξ) because it is necessary to change the installation position of the camera.
[0040]
For the former problem, measurement on the same optical axis is required. That is, it is desirable to capture both the specular reflection component and the specular diffuse reflection component only by measurement from the regular reflection direction of the steel plate 4 instead of capturing diffuse reflection light. For the latter problem, it is desirable that the weight function Ι (ξ) can be set with a certain degree of freedom.
[0041]
Therefore, in the present invention, a linear light source having diffusion characteristics, that is, a linear diffused light source is used as a light source instead of a parallel light source such as a laser. Further, since it is necessary to separate and extract the specular reflection component and the specular diffuse reflection component from the regular reflection direction of the steel plate 4, polarized light is used. In order to explain the effect of this linear diffused light source, as shown in FIGS. 9A and 9B, the linear diffused light source 14 is arranged in parallel to the surface of the steel plate 4 and is in a plane perpendicular to the light source. Consider the reflection characteristics when one point on the steel plate 4 is observed from the regular reflection direction of the steel plate, which is the direction in which the incident angle coincides with the output angle.
[0042]
As shown in FIG. 9 (a), in the case of the incident light 8 irradiated from the central part of the linear diffused light source 14, the incident light 8 incident on the temper part 6 is specularly reflected, and in the regular reflection direction of the steel sheet. Everything is caught. On the other hand, the light incident on the non-tempered portion 7 is reflected in a specularly diffuse manner, and only the portion reflected by the minute surface element 13 that happens to be in the same direction as the normal direction of the steel plate is captured. Since there are very few micro-surface elements 13 facing in such a direction, the specular reflected light from the temper portion 6 is dominant among the reflected light captured by the light receiving camera arranged in the regular reflection direction of the steel plate. .
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the case of the incident light 8 irradiated from a position outside the central portion of the linear diffused light source 14, the light incident on the temper portion 6 is specularly reflected and reflected by the steel plate. Reflects in a direction different from the regular reflection direction. Therefore, the specularly reflected light cannot be captured in the regular reflection direction of the steel plate. On the other hand, the light incident on the non-tempered portion 7 is reflected in a specular diffusion manner, and the portion reflected in the regular reflection direction of the steel plate is captured by the light receiving camera. Therefore, all the reflected light captured by the light receiving camera disposed in the regular reflection direction of the steel sheet is specular diffuse reflected light reflected by the non-tempered portion 7.
[0044]
When the above two cases are combined, the specular reflection light from the temper portion 6 is captured by the observation from the regular reflection direction of the steel plate among all the incident light 8 irradiated from the entire longitudinal direction of the linear diffused light source 14. This is the sum of the specular diffuse reflected light from the non-tempered portion 7.
[0045]
Next, how the polarization characteristics change when observed from the regular reflection direction of the steel plate 4 using the linear diffused light source 14 will be described. In general, in reflection on a mirror-like metal surface, polarization characteristics are preserved by reflection in light parallel to the incident surface (p-polarized light) or light perpendicular to the incident surface (s-polarized light). . That is, the light is output as p-polarized light or s-polarized light. Further, when linearly polarized light having an arbitrary polarization angle having a p-polarized component and an s-polarized component at the same time is reflected, it is output as elliptically polarized light according to the reflectance non-tan Ψ and phase difference Δ of p and s-polarized light. To do.
[0046]
A case where the alloyed galvanized steel sheet is irradiated with light from the linear diffusion light source 14 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 10A, the light emitted from the central portion of the linear diffused light source 14 is specularly reflected by the temper portion 6 of the steel plate 4 and observed in the regular reflection direction of the steel plate. In this regard, the reflection on the general mirror-like metal surface is established as it is.
[0047]
On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), the light emitted from a position outside the central portion of the linear diffused light source 14 is specularly reflected by the minute surface element 13 inclined on the crystal surface of the non-tempered portion 7 of the steel plate 4. And observed in the direction of regular reflection of the steel sheet. In this case, even when p-polarized light parallel to the incident surface of the steel plate 4 is incident, the incident surface is not parallel to the minute surface element 13 in consideration of the inclined minute surface element 13 that actually reflects. Since it is linearly polarized light having both p and s polarization components, it is emitted as elliptically polarized light. The same applies when s-polarized light is incident from the linear diffused light source 14.
[0048]
Further, when linearly polarized light having an arbitrary polarization angle α having both p and s polarization components is incident on the steel plate 4 from the linear diffuse light source 14, the minute surface element 13 tilted from a position other than the central portion of the linear diffuse light source 14. Since the light incident on the light beam acts with an inclination of the polarization angle α, the shape of the elliptically polarized light emitted in the regular reflection direction of the steel sheet is different from the light incident from the center portion of the linear diffused light source 14 and specularly reflected by the temper portion 6. .
[0049]
Hereinafter, a case where linearly polarized light having p and s amphoteric components is incident on the steel plate 4 from the linear diffused light source 14 will be described in detail. First, as shown in FIG. 11, the incident light 8 from the linear diffused light source 14 is linearly polarized by the polarizing plate 15 having an azimuth angle (polarization angle) α, and then incident on the steel plate 4 arranged horizontally, As described above, the regular reflected light is received by the light receiving camera 16, and the incident light 8 emitted from the point C on the linear diffused light source 14 is specularly reflected by the temper portion 6 in the steel plate 4, and The component diffusely reflected from the minute surface element 13 having a normal angle ξ = 0 in which the normal line in the non-tempered portion 7 is oriented in the vertical direction of the steel plate 4 is reflected from the zero point on the steel plate 4 toward the light receiving camera 16. It contributes to the light to be.
[0050]
On the other hand, as shown in FIG. 12, for the incident light 8 from the point A shifted from the point O of the steel plate 4 on the linear diffused light source 14 by the angle φ, the specular reflection component is different from the direction of the light receiving camera 16. Since the light is reflected in the direction, only the specular diffuse reflection component by the minute surface element 13 having the normal angle ξ described above contributes.
[0051]
Here, the relationship between the angle φ indicating the incident direction of the incident light 8 and the normal angle ξ of the micro surface element 13 is determined by a simple geometrical consideration using the incident angle θ of the incident light 8 with respect to the steel plate 4. , (2).
[0052]
[Expression 1]

[0053]
Next, the polarization state of the light reflected in this way will be considered. The polarization state Ec after the incident light 8 emitted from the point C passes through the polarizing plate 15 having the azimuth angle (polarization angle) α and is specularly reflected at the point O on the steel plate 4 is generally used in polarization optics. Using the Jones matrix,
Ec = T · Ein (3)
It is expressed. However, Ein shows the right-angled polarization vector of the azimuth angle (polarization angle) (alpha) of the polarizing plate 15, and T shows the reflective characteristic matrix of the steel plate 4. FIG. The linearly polarized light vector Ein and the reflection characteristic matrix T are expressed as follows, where the amplitude reflectance ratio of p and s-polarized light is tan Ψ, the phase difference between the reflectances of p and s-polarized light is Δ, and the amplitude reflectance of s-polarized light is rs. It is given by equations (4) and (5).
[0054]
[Expression 2]

[0055]
Similarly, the incident light 8 emitted from the point A on the linear diffused light source 14 is reflected in the direction of the light receiver 16 by the minute pixel 13 having the normal angle ξ. If it is orthogonal to the analyzer of the light receiving camera 16, it is given by equation (6). In the equation (6), R is a rotation matrix and is given by the equation (7).
[0056]
[Equation 3]

[0057]
Equation (3) is a special case where the normal angle ξ = 0 of the micro-surface element 13 in Equation (6), and both the specular reflection component and the specular diffuse reflection component are unified using Equation (6). Can think. Equation (6) is calculated, and the elliptical polarization state of the reflected light from the micro-surface element 13 having the normal angle ξ is illustrated in FIG. Here, the azimuth angle (polarization angle) α of incident polarized light is 45 degrees, the incident angle θ is 60 degrees, and the reflection characteristic of the steel plate 4 is the arctangent Ψ = 28 degrees of the amplitude reflectance ratio of p and s polarized light, and p and s polarized light. As shown in FIG. 13, the ellipse tilts as the normal angle ξ = 0, that is, the value of the normal angle ξ changes with respect to the ellipse in the case of specular reflection. Can understand. Therefore, for example, by inserting the analyzer 17 in front of the light-receiving camera 16 and setting the detection angle β, it is selected which normal angle ξ to extract more reflected light from the micro-surface element 13. be able to.
[0058]
In order to quantify this, as shown in FIG. 12, the polarization state Eo after inserting the analyzer 17 having the detection angle β with respect to the reflected light of the polarization state Ea expressed by the equation (3) is expressed as When calculated, equation (8) is obtained.
[0059]
[Expression 4]

[0060]
In equation (8), A is a matrix representing the analyzer 17, and is represented by equation (9).
[0061]
[Equation 5]

[0062]
Next, the light intensity of the reflected light from the minute surface element 13 having the normal angle ξ detected by the light receiving camera 16 is obtained from the equation (8). As described above, when the area ratio of the corresponding micro-surface element 13 is S (ξ), the following equation (10) is established.
[0063]
[Formula 6]

[0064]
As described above, Ι (ξ, β) in the above equation is a weighting function indicating how much the reflected light from the micro-surface element 13 having the normal angle ξ can be extracted, and the polarization characteristics of the optical system and the subject. Depends on. And the reflectance rs of the steel plate 4 to it ² And incident light intensity Ep ² And the area ratio S (ξ) are multiplied by the detected light intensity.
[0065]
When considering an object with a uniform surface material such as a surface-treated steel plate, the reflectance rs ² The value of is considered constant. Moreover, incident light quantity Ep ² If the amount of incident light is uniform regardless of the position of the light source, it may be a constant value. Therefore, in order to obtain the light intensity detected by the light receiving camera 16, the area ratio S (ξ) and the weighting function Ι (ξ, β) of the minute surface element 13 having the normal angle ξ may be considered.
[0066]
Here, the weight function Ι (ξ, β) is considered. When trying to select the analysis angle βo of the analyzer 17 that maximizes the contribution of the normal angle ξ from the micro-surface element 13, the candidate is given by solving the following equation (11) for β. .
[0067]
[Expression 7]

[0068]
According to the equation (11), when the normal angle ξ = 0, that is, the detection angle β that maximizes the contribution of the specular reflection component, the detection angle β is about −45 degrees. However, also here, as the reflection characteristic of the steel plate 4, the arc tangent Ψ = 28 degrees of the reflectance ratio described above and the phase difference Δ = 120 degrees are adopted, and the orientation of the polarizing plate 15 with respect to the incident light 8 from the linear diffused light source 14 An angle (polarization angle) α = 45 degrees was adopted.
[0069]
FIG. 14 shows the relationship between the normal angle ξ of the minute surface element 13 and the weighting function Ι (ξ, −45) when the analysis angle β of the analyzer 17 is −45 degrees. However, the maximum value of the weight function Ι (ξ, −45) is normalized to [1] for easy viewing. From the characteristics of FIG. 14, the normal angle ξ = 0 degrees, that is, the specular reflection component is the most dominant, and conversely, the specular diffuse reflection light from the micro-surface element 13 near the normal angle ξ = ± 35 degrees is the least extracted. I understand that.
[0070]
Further, when the detection angle β of the analyzer 17 that best extracts the reflected light having the normal angle ξ = ± 35 ° is obtained from the equations (10) and (11), it is approximately β = 45 degrees. . FIG. 15 shows the relationship between the normal angle ξ of the minute surface element 13 and the weighting function Ι (ξ, 45) with respect to the analysis angle β = 45 degrees of the analyzer 17. Here, the reason why the characteristics of the weight function Ι (ξ, β) in FIG. 15 are not symmetrical is that the microscopic surface is considered based on the incident surface (the plane stretched by the incident light 8 and the reflected light with respect to the microsurface element 13). When the normal angle ξ of the element 13 is positive, the apparent azimuth angle (polarization angle) α of the incident light 8 is reduced (approaching p-polarized light), and the p-polarized reflectance of the steel plate 4 is reflected by s-polarized light. By being less than rate.
[0071]
Also, the weight functions ξ (ξ, 0) and Ι (ξ, β) calculated for β = 0 ° and 90 ° which are characteristics between the analysis angles β = −45 ° and 45 ° of the analyzer 17 are also obtained. This is shown in FIG. Ι (ξ, 0) has a peak in the vicinity of −50 degrees, but in many cases, the influence in the vicinity of ξ = 15 degrees is the largest due to the area ratio of the measurement target. As shown by the equation (10), the reflected light intensity from the micro-surface element 13 having the normal angle ξ is given by the product of the weighting function Ι (ξ, β) and the area ratio S (ξ). The light intensity received by the light receiving camera 16 is obtained by integrating [S (ξ) · Ι (ξ, β)] with respect to the normal angle ξ. For example, when the reflected light from the steel plate 4 having reflection characteristics as shown in FIG. 16 is received through the analyzer 17 having the detection angle β of −45 degrees, the area ratio S (ξ) shown in FIG. The light intensity actually received is obtained by integrating the weights indicated by the weight function Ι (ξ, β) shown in FIG.
[0072]
Therefore, a case is considered where there is a shaving portion 11 having the characteristics shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C on the surface of the steel plate 4. FIG. Each area ratio S (ξ) in that case is as shown in FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c).
[0073]
First, let us consider a case in which only the specular reflection component is different as shown in FIGS. 5B and 6B. The light intensity when such a wrinkle is received through the analyzer 17 having the detection angle β = −45 degrees is the weighting function I () shown in FIG. 14 with the area ratio S (ξ) shown in FIG. Since it corresponds to an integral obtained by multiplying by (ξ, β), it is possible to detect a difference in the amount of reflected light between the base material portion 12 and the shaving portion 11.
[0074]
Further, as shown in FIG. 6B, there is no difference in the specular diffuse reflection component with respect to the light intensity when the same light is received through the analyzer 17 having the detection angle β = 45 degrees. As apparent from the fact that the integration is performed by applying the weighting function Ι (ξ, β) with the angle β = 45 degrees, the difference between the base material portion 12 and the shaving portion 11 cannot be detected.
[0075]
If only the specular diffuse reflection component is different as shown in FIGS. 5C and 6C, it can be detected by passing through the analyzer 17 having the detection angle β = −45 degrees. First, it can be detected when it passes through the power analyzer 17 having a light detection angle β = 45 degrees. However, the normal angle ξ at which the difference between the specular diffuse reflection components of the base material portion 12 and the shaving portion 11 has disappeared was around the normal angle ξ = ± 20 degrees in FIG. If there is a wrinkle whose angle happens to be around ± 30 degrees, it cannot be detected even through the analyzer 17 having the detection angle β = 45 degrees. In that case, another analyzer 17 having a light detection angle β (for example, 90 °) such as another weight function, for example, Ι (ξ, 90), is prepared and received by the third light receiving camera 16. You can do it.
[0076]
In general, the reflection characteristics of the base material portion 12 and the shaving portion 11 on the surface of the steel plate 4 are any of FIGS. 5A, 5B, and 5C, so that the shading portion 11 is not overlooked. It is necessary to extract and receive the reflected light from the micro-surface element 13 having three corresponding normal angles ξ by using the analyzer 17 having three different detection angles β. When there is a difference between the specular reflection component and the specular diffuse reflection component as shown in FIGS. 5A and 6A, basically, for example, an analyzer of either −45 degrees or +45 degrees. The difference between the base material portion 12 and the shaving portion 11 can be detected even by the reflected light that has passed through 17. Therefore, in the present invention, the linear diffused light source 14 is used, and the first light receiving means has a mirror surface compared to the specular diffuse reflection component among the specular reflection component and the specular diffuse reflection component included in the specular reflection light from the surface to be inspected. More reflection components are extracted and received, and the specular diffuse reflection component is compared with the specular reflection component of the specular reflection component and the specular diffuse reflection component included in the specular reflection light from the surface to be inspected by the second light receiving means. Extract more.
[0077]
Therefore, for example, even with the first and second light receiving means that receive only the regular reflection light from the surface to be inspected, each reflection characteristic of the surface of the steel plate 4 shown in FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (c). The presence of the shaving portion 11 can be reliably detected in comparison with the base material portion 12.
[0078]
With such an optical system, measurement is performed on a common optical axis from the regular reflection direction, so two signals corresponding to specular reflection and specular diffuse reflection can be obtained without being affected by fluctuations in the steel plate distance or speed changes. It is possible to obtain a surface wrinkle inspection apparatus that can detect a pattern-like bald wrinkle having no remarkable unevenness without causing a leakage.
[0079]
Therefore, in the present invention, the light projecting portion is arranged so that the polarized light is incident on the entire width direction of the surface to be inspected at a constant incident angle with respect to the surface to be inspected, and the light receiving portion that receives the reflected light from the surface to be inspected. Is placed at a predetermined position. The light receiving unit includes, for example, a beam splitter that separates incident light into, for example, three beams, three sets of linear array cameras that include, for example, CCD sensors that separately input the three separated beams and output image signals, and beams An analyzer is provided between the splitter and each linear array camera, and converts the reflected light from the non-inspected surface into polarized light having a different vibration surface. The three analyzers are arranged so that the respective azimuth angles, that is, the angles that the transmission axis forms with the incident surface of the surface to be inspected are, for example, 0 degrees, 45 degrees, and -45 degrees.
[0080]
The signal processing unit performs shading correction on the output image signal from each linear array camera to normalize and flatten the normal part so that it has the center density of all the gradations, and generates a light intensity signal indicating a relative change with respect to the normal part. Convert. A change in polarization is detected by comparing the change polarity and the change amount of the distribution of the three kinds of light intensity signals indicating the relative change with respect to the normal part with respective predetermined patterns. From the change polarity of the three kinds of light intensity signals with respect to the normal part and the magnitude of the change amount, the type of soot having a surface property different from that of the base material is determined.
[0081]
Also, the signal processing unit calculates the peak value of the absolute value of the pixel of light quantity change and the integral value of the absolute value of the light quantity exceeding the reference value from the light intensity distribution output from each light receiving optical system together with the above processing, The pattern is compared with a pattern predetermined for each type from the peak value of the system and the maximum value of the integrated light quantity, and for example, a grade of a wrinkle having a surface geometric shape different from that of a normal part such as an uneven wrinkle is determined.
[0082]
【Example】
FIG. 17 is a layout view showing an optical system according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the optical system 21 includes a light projecting unit 22 and a three-plate polarization linear array camera 23. The light projecting unit 22 is for making polarized light incident on the surface of an object to be inspected, for example, a steel plate 4 at a constant incident angle, and includes a light source 24 and a polarizer 25 provided in front of the light source 24. The light source 24 includes a rod-like light emitting source and a cylindrical lens extending in the width direction of the steel plate 4, and irradiates light having a uniform intensity distribution over the entire width direction of the steel plate 4. The polarizer 25 is made of, for example, a polarizing plate or a polarizing filter, and is arranged such that an angle α between the transmission axis P and the incident surface of the steel plate 4 is 45 degrees, as shown in the layout explanatory diagram of FIG. The three-plate polarization linear array camera 23 includes a beam splitter 26, three analyzers 27a, 27b, and 27c, and three

linear array sensors

28a, 28b, and 28c, as shown in the configuration diagram of FIG. The beam splitter 26 is composed of three prisms, and two reflecting surfaces having semi-transmission properties, in which a dielectric multilayer film is deposited on the incident surface, are provided, and the first reflecting surface 26a on which the reflected light from the steel plate 4 is incident is The transmittance and the reflectance are in a ratio of about 2 to 1, and the transmittance and the reflectance are in a ratio of 1: 1 in the second reflecting surface 26b on which the light transmitted through the first reflecting surface 26a is incident. The reflected light from the steel plate 4 is separated into three beams having the same light quantity. Further, the optical path lengths from the entrance surface of the beam splitter 26 to the exit surface of the three beams separated are the same. The analyzer 25a is provided in the optical path of the transmitted light of the second reflecting surface 26b, and is arranged so that the azimuth angle, that is, the angle β that the transmission axis forms with the incident surface of the steel plate 4 is 0 degree as shown in FIG. The analyzer 27b is provided in the optical path of the reflected light of the second reflecting surface 26b and is arranged so that the azimuth angle β is 45 degrees, and the analyzer 27c is provided in the optical path of the reflected light of the first reflecting surface 26a. The azimuth angle β is arranged to be −45 degrees. The

linear array sensors

28a, 28b, and 28c are composed of CCD sensors, for example, and are arranged at the subsequent stages of the analyzers 27a, 27b, and 27c, respectively. In addition, slits 29a, 29b, and 29c for cutting the multiple reflected light and unnecessary scattered light in the beam splitter 26 are provided between the beam splitter 26 and the analyzers 27a, 27b, and 27c. A lens group 30 is provided. Further, the gains of the

linear array sensors

28a, 28b, and 28c are adjusted so as to output the same signal when light having the same light intensity is incident.
[0083]
Since the analyzers 27a to 27c and the linear array sensors 28a to 28c are integrally provided in the optical path of the three beams separated from the incident light in this way, the linear array sensors 28a to 28c and the like are transported by the steel plate 4. When detecting the reflected light from the steel plate 4 arranged in the vicinity of the road, it is not necessary to adjust the position of the linear array sensors 28a to 28c and the like, and the reflected light from the same position of the steel plate 4 can be detected at the same timing. it can. In addition, since the three sets of linear array sensors 28a to 28c are housed together in the three-plate polarization linear array camera 23 and are downsized, the three-plate polarization linear array camera 23 can be easily placed in the optical path of the reflected light of the steel plate 4. Arrangement positions can be arbitrarily selected, and the degree of freedom of arrangement of the optical system 1 can be improved.
[0084]
The linear array sensors 28a to 28c of the three-plate polarization linear array camera 23 are connected to the signal processing unit 31 as shown in the block diagram of FIG. The signal processing unit 31 includes

signal preprocessing units

32a, 32b, and 32c,

memories

33a, 33b, and 33c, a soot parameter calculation unit 34, a pattern storage unit 35, a light amount storage unit 36, a reference pattern storage unit 37, and a soot type determination unit 38. A grade pattern storage unit 39, a heel grade determination unit 40, and an output unit 41 are provided. The signal preprocessing units 32a to 32c perform shading correction for correcting the unevenness of sensitivity in the width direction and the like of the polarized light intensity signals I1, I2, and I3 output from the linear array sensors 28a to 28c, and then perform normal signal processing. Is normalized so that the signal of the normal part becomes 128 gradations, which is the central density of 255 gradations, and the normalized light intensity signals I1, I2, I3 are stored in the memories 33a to 33c, respectively. The eyelid parameter calculation unit 34 is determined in advance with respect to each point of the eyelid that appears in the distribution of the light intensity signals I1, I2, and I3 stored in the memories 33a to 33c with reference to 128 gradations that are values of the normal part. For the change point exceeding the threshold value, the first width direction address A1s1, A2s1, A3s1 of the change point and the last width direction address A1e1, A2e1, A3s1 of the change point are obtained, and among the first width direction addresses A1s1, A2s1, A3s1 The first address is As1, and the last address in the width direction A1e1, A2e1, A3s1 is Ae1. Thereafter, the density integrated values I1s1, I2s1, I3s1 and the peak value I1p1, when the reference value “128” is set to “0” for each point exceeding the threshold for the signal between the first address As1 and the last address Ae1 I2p1 and I3p1 are obtained. The parameter calculation unit 34 performs the same calculation for the next output of the linear array sensors 28a to 28c that are repeatedly scanned, and the width direction addresses As2 and Ae2 of the next change points are the width direction addresses of the previous change points. If there is an address that overlaps As1 and Ae1, the current density integrated values I1s2, I2s2, and I3s2 are added to the previous density integrated values I1s1, I2s1, and I3s1, and the combined density integrated values Is1, Is2, and ls3 are obtained. Further, when there is a heel peak value that exceeds the previous heel peak value I1p1, I2p1, I3p1, the previous heel peak value is updated to be a new heel peak value I1p, I2p, I3p. This is repeated for each line output until the width direction addresses of the eyelid signals do not overlap. When there are no overlapping width direction addresses, the eyelid parameter calculation unit 34 considers that the measurement of one eyelid has been completed. The maximum concentration integrated value for calculating the polarity pattern Ipp and the value pattern Vpp indicating the amount of change from the obtained connected concentration integrated values Is1, Is2, Is3 and the soot peak values I1p, I2p, I3p and determining the grade of the buttocks IsMax and maximum peak value Ipeak are calculated, and each feature amount is output to the pattern storage unit 35 and the light amount storage unit 36. The pattern storage unit 35 stores the calculated polarity pattern Ipp and the value pattern Vpp, and the light amount storage unit 36 stores the calculated maximum density integrated value IsMax and the maximum peak value Ipeak. The reference pattern storage unit 37 stores in advance various polarity patterns and value patterns, and types corresponding thereto. The species determination unit 38 compares the polarity pattern Ipp and the value pattern Vpp stored in the pattern storage unit 35 with various polarity patterns and value patterns stored in the reference pattern storage unit 37 to determine the species. The grade pattern storage unit 39 stores in advance a grade reference pattern indicating the grade of the soot relative to the maximum density integrated value IsMax and the maximum soot peak value Ipeak for each type of soot. The soot grade determination unit 40 has a maximum density integrated value IsMax, a maximum soot peak value Ipeak, and a soot type determined by the soot type determination unit 38 stored in the light amount storage unit 36 and a grade reference pattern stored in the grade pattern storage unit 39. Compare to determine the grade of the bag. The output unit 41 outputs the soot type and soot grade output from the soot grade determining unit 40 to a display device or a recording device (not shown).
[0085]
Next, an operation when the surface of the steel plate 4 is inspected by the surface inspection apparatus configured as described above will be described. Polarized light emitted from the light projecting unit 22 and reflected by the surface of the steel plate 4 to the steel plate 4 moving at a constant speed is received by the three-plate polarization linear array camera 23. The reflected light of the steel plate 4 incident on the three-plate polarization linear array camera 23 is separated by the beam splitter 26 and passes through the analyzers 27a-27c and enters the linear array sensors 28a-28c. When the linear array sensors 28a to 28c detect the light intensity of the reflected light, the analyzers 27a to 28c having different azimuth angles β are provided on the front surfaces of the linear array sensors 28a to 28c. 28 c detects the light intensities I 1, I 2 and I 3 of different polarizations and sends them to the signal processing unit 31. The signal preprocessing units 32a to 32c of the signal processing unit 31 perform shading correction or the like for correcting the sensitivity unevenness in the width direction or the like of the polarized light intensity signals I1, I2 and I3 output from the linear array sensors 28a to 28c. From FIG. 21, for example, the normal signal is normalized so as to have 128 gradations, and the normalized light intensity signals I1, I2, and I3 are stored in the memories 33a to 33c, respectively, as shown in FIG. To do. In FIG. 21, (a) shows the distribution of the light intensity signal I1, (b) shows the distribution of the light intensity signal I2, (c) shows the distribution of the light intensity signal I3, (A) shows the first line, B) shows the distribution of the light intensity signal on the second line, and (C) shows the distribution of the light intensity signal on the third line. The eyelid parameter calculation unit 34 uses a threshold value that is determined in advance for each point of the eyelid portion that appears in the distribution of the light intensity signals I1, I2, and I3 stored in the memories 33a to 33c with reference to a normal gradation of 128 gradations, for example, ± The first and last width direction addresses As1 and Ae1 of the change points are obtained from the change points exceeding 8 gradations, and the polarity pattern Ipp and change amount of the maximum density integrated value when the reference value “128” is set to “0”. The indicated value pattern Vpp is calculated. In the example shown in FIG. 21A, the width direction addresses of the normalized light intensity signals I1, I2, and I3 are A1s1 = 26, A1e1 = 31, A2s1 = 28, A2e1 = 31, A3s1 = 24, A3e1 = 29, the heads of the light intensity signals I1, I2, and I3 are ORed together to obtain the first address As1 = 24 and the last address Ae1 = 31. The integrated values I1s1, I2s1, and I3s1 of the light intensity signals I1, I2, and I3 when the normal value 128 gradation is “0” are (102, 50, 98), and the peak values I1p, I2p, and I3p are (22 , 15, 21). The address of the buttock in the output of the next line shown in FIG. 21B is A1s2 = 26, A1e2 = 31, A2s2 = 28, A2e2 = 29, A3s2 = 25, A3e2 = 29, and the first address of the buttock As2 = 25, the last address Ae2 = 31, and the integrated values I1s2, I2s2, I3s2 of the light intensity signals I1, I2, I3 are (71, 39, 59). Since the address of the heel overlaps with the previous line, it is regarded as the same heel, the integrated density values Is1, Is2, Is3 are (173, 89, 157), and the heel peak values I1p, I2p, l3p are (22, 17, 21). It becomes. In the output of the next line shown in (C) of FIG. 21, since there is no trap address overlapping with the previous line, the trap parameter calculation unit 35 assumes that the trap has ended, and determines the trap parameter polarity from the results of the first and second lines. A pattern Ipp and a value pattern Vpp indicating the amount of change are calculated. At this time, since the density integrated values are all positive, the polarity pattern Ipp is set to (+, +, +), and the density integrated value (Is1, Is2, Is3) = (173, 89, 157) with reference to the light intensity signal I1. The normalized value pattern Vpp is (1.0, 0.51, 0.91), the maximum density integrated value IsMax is “173”, the peak value Ipeak is “22”, and the calculated polarity pattern Ipp = (+ , +, +) And the value pattern Vpp = (1.0, 0.51, 0.91) are stored in the pattern storage unit 35. Further, the soot parameter calculation unit 34 stores the maximum density integrated value IsMax = 173 and the maximum soot peak value Ipeak = 22 in the light storage unit 36.
[0086]
In the reference pattern storage unit 37, polarity patterns and value patterns corresponding to a plurality of types are determined by experiments according to the degree of wrinkles, and are stored as reference patterns, for example, as shown in FIG. In FIG. 22, species A to species L indicate species in the order of species having a low degree of harm to species having a high degree of harm, for example, and reference values of polarity patterns and value patterns corresponding to species A to species L are shown. Show. Further, in the grade pattern storage unit 39, the correlation indicating the maximum concentration integrated value, the maximum soot peak value, and the soot grade according to the soot species A to soot L is examined in advance, and as shown in FIG. Is stored. In the case of the polarity pattern and value pattern stored in the pattern storage unit 35, for example, in the example shown in FIG. 21, the polarity type determination unit 38 has a polarity pattern Ipp = (+, +, +) and a value pattern = (1.0, 0. 51, 0.91) and the reference pattern stored in the reference pattern storage unit 37 shown in FIG. For example, in the case shown in FIG.
[0087]
On the other hand, the soot class determining unit 40 stores the maximum density integrated value IsMax, the maximum soot peak value Ipeak, and the soot type determined by the soot type determining unit 38 stored in the light quantity storage unit 36 in the class pattern storage unit 39 in the types A to A. The maximum concentration integrated value stored in accordance with the seed L and the peak value are compared with each other to determine the grade of the cocoon. For example, as shown in FIG. 23, when the maximum density integrated value IsMax = 150 and the maximum soot peak value Ipeak = 10 as shown in FIG. 23, the soot grade is determined to be “light”, and the maximum density integrated value IsMax = 150, maximum When the peak value Ipeak = 20, the rank of the peak is determined as “medium”. When the maximum concentration integrated value IsMax = 1200 and the maximum soot peak value Ipeak = 35 for the soot seed A, the soot grade is determined as “heavy”, but when the maximum soot peak value Ipeak = 20 is not exceeded, The grade is judged as “medium”. If the maximum concentration integrated value IsMax = 3000, the soot grade is determined as “heavy” regardless of the maximum soot peak value Ipeak. If the maximum concentration integrated value IsMax = 700 and the maximum soot peak value Ipeak = 15 for the soot seed C, the soot grade is determined as “light”. When the maximum concentration integrated value IsMax = 400 for the soot type C, no harmful soot is determined by the grade determination. Thus, since the grade of the wrinkles is determined based on the maximum concentration integrated value IsMax, the maximum wrinkle peak value Ipeak, and the wrinkle type, not only the wrinkled pattern wrinkles generated on the surface of the steel plate 4 but also the degree of the wrinkled wrinkles is accurate. Can be distinguished well. The soot grade determining unit 40 sends the soot grade determined as the soot type determined by the soot type determining unit 38 to the output unit 41. The output unit 41 outputs the soot type and soot grade output from the soot grade determining unit 40 to a display device or a recording device.
[0088]
The maximum density integrated value IsMax, the density integrated values Is1, Is2, Is3 and the sum ΣIj of the density integrated values in each channel are used as the characteristic amount for determining the class of the kite, and the grade when the threshold for class judgment is optimized The result of the judgment power and the result of the visual judgment power are shown in FIG. As shown in FIG. 24, when the maximum density integrated value IsMax was used, the total of the number of coincidence of the light defect, the medium defect, and the heavy defect by visual determination was the largest and the best coincidence. In addition, FIG. 25 shows the results of the class judgment power and the visual judgment power when the maximum power peak value Ipeak is further considered in the determination of IsMax, IS1, Is2, Is3, and ΣIj. As shown in FIG. 25, it was confirmed that the coincidence ratio with the visual determination was further improved by considering the maximum peak value Ipeak.
[0089]
Moreover, you may use the optical system 1a shown to the side view of Fig.26 (a), and the top view of (b). The light receiving unit 61 of the optical system 1a includes three

linear array cameras

63a, 62a, 62b, 62c having analyzers β-45, 45, and 0 degrees in front of the lens. 63b, 63c. The optical axes of the linear array cameras 63a to 63c are maintained parallel to each other. Further, the signal processing unit 31 corrects the visual field shift of each of the linear array cameras 63a to 63c. The signal processing unit 31 performs binarization, hail candidate area extraction, feature amount calculation for each signal from each of the linear array cameras 63a to 63c, and compares the representative coordinates of each hail candidate area, thereby comparing each linear array. Correlation of wrinkle candidate areas of the cameras 63a to 63c is performed.
[0090]
In this embodiment, the same result as in the previous embodiment can be obtained. If the optical axes of the linear array cameras 63a to 63c are maintained in parallel with each other as described above, the optical conditions of the three linear array cameras 63a to 63c are exactly the same, and the pixels have the same size. Further, since the three linear array cameras 63a to 63c are arranged, there is no loss of light amount compared to the case of using the beam splitter, and the measurement can be performed more efficiently. Further, by performing such signal processing, it is possible to omit the alignment for each pixel between the CCDs.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, the present invention makes polarized light incident on the surface to be inspected at a constant incident angle, detects the light intensity distribution of a plurality of polarized lights having different reflected light, normalizes the detected intensity distribution, It is easy to calculate the change polarity and change amount of the light intensity signal of polarized light with different polarization at the heel, and compare the calculated change polarity and change amount with the predetermined pattern respectively to determine the species. It is possible to quickly determine the species by simple processing.
[0092]
In addition, from the light intensity distribution output from each light receiving optical system, the integrated value of the light quantity change and the maximum value of the peak value are calculated. Selected and selected Maximum concentration integrated value and maximum peak value And varieties Since the grade of the wrinkles is determined from the above, it is possible to accurately determine not only the pattern wrinkles having no irregularities but also the degree of the irregular wrinkles with a simple process.
[0093]
Furthermore, since the type of soot and the grade of soot are determined quickly with a simple process, the configuration of the device itself can be simplified, and abnormal parts on the surface of a sheet-like product moving at high speed can be detected. It can be detected online with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a micro uneven shape on a steel sheet surface.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing optical reflection on a steel sheet surface.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an angle distribution of reflected light on a steel sheet surface.
FIG. 4 is an explanatory view showing a beard defect.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a difference in angular distribution of the amount of reflected light on the steel sheet surface.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the normal angle and the area ratio of the temper portion.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing normal angles of minute surface elements.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a weight function.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing reflection characteristics of light from a linear diffused light source on a steel plate surface.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reflection of light from a linear diffused light source on the surface of a steel plate.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing reflected light when linearly polarized light is incident on a steel sheet surface.
FIG. 12 is another explanatory view showing reflected light when linearly polarized light is incident on the steel sheet surface.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an elliptical polarization state of light reflected from a micro-surface element.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a relationship between a normal angle of a minute surface element and a weight function.
FIG. 15 is another explanatory diagram showing the relationship between the normal angle of the minute surface element and the weighting function.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the reflection characteristics of a steel plate.
FIG. 17 is a layout view showing an optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a layout explanatory diagram showing the operation of the optical system.
FIG. 19 is a configuration diagram of a three-plate polarization linear array camera.
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of a signal processing unit.
FIG. 21 is a light intensity distribution diagram showing a wrinkle signal.
FIG. 22 is a reference pattern diagram showing the correlation between the seed type, the polarity pattern, and the value pattern.
FIG. 23 is a reference pattern diagram showing a correlation between a cocoon type, a cocoon feature amount, and a grade.
FIG. 24 is a comparative diagram showing the result of the soot class determination power by the integrated concentration value without considering the maximum soot peak value.
FIG. 25 is a comparison diagram showing the results of the number of wrinkle determination judgments considering the maximum wrinkle peak value.
FIGS. 26A and 26B show an optical system according to another embodiment, in which FIG. 26A is a side view and FIG. 26B is a top view.
[Explanation of symbols]
4 Steel plate
21 Optical system
22 Projector
23 Three-plate polarization linear array camera
24 Light source
25 Polarizer
26 Beam splitter
27 Analyzer
28 Linear array sensor
31 Signal processor
32 Preprocessing section
33 memory
24 疵 Parameter calculator
35 Pattern memory
36 Light quantity storage
37 Reference pattern storage unit
38 Species determination unit
39 grade pattern storage
40 疵 grade judgment part
41 Output section

Claims

投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数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換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあらかじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、
各受光光学系から出力された光強度分布から、疵部において閾値を上回る光強度変化量の積分値を各受光光学系毎に算出し、各受光光学系毎に算出された積分値のなかから最大値を選択し、選択した値と判定した疵種により疵の等級を判定することを特徴とする表面検査装置。A light projecting unit, a light receiving unit, and a signal processing unit; the light projecting unit is configured to make polarized light incident on the surface to be inspected; and the light receiving unit includes a plurality of light receiving optical systems that receive polarized light of at least three different angles. The reflected light reflected from the surface to be inspected is detected and converted into an image signal, and the signal processing unit uses the light intensity distribution output from each light receiving optical system as a reference in which the light intensity of the normal portion of the surface of the surface to be inspected is predetermined. Standardized to be a value, extracted 疵 from the light intensity change amount, and compared the normalized change intensity of multiple light intensities and the integrated value of the light intensity change amount exceeding the threshold with a predetermined pattern Judging the seed
From the light intensity distribution output from the light-receiving optical system, calculating an integral value of light intensity variation exceeding the threshold value in a flaw portion for each light-receiving optical system, from among the integrated values calculated for each light receiving optical system A surface inspection apparatus characterized by selecting a maximum value and determining a grade of wrinkles according to a selected hull type .

投光部と受光部と信号処理部とを有し、投光部は被検査面に偏光を入射し、受光部は少なくとも３方向の異なる角度の偏光を受光する複数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換し、信号処理部は各受光光学系から出力された光強度分布を被検査面の地肌正常部の光強度があらかじめ定めた基準値となるように規格化し、光強度変化量から疵を抽出し、疵領域における規格化した複数の光強度の変化極性と閾値を上回る光強度変化量の積分値とをあらかじめ定めたパターンと比較し疵種を判定し、
各受光光学系から出力された光強度分布から、前記光強度変化量の前記基準値を０としたときの光強度変化のピーク値の絶対値と、閾値を上回る光強度変化量の積分値とを各受光光学系毎に算出し、各受光光学系毎に算出されたピーク値と積分値のなかから最大値をそれぞれ選択し、選択した値と判定した疵種により疵の等級を判定することを特徴とする表面検査装置。A light projecting unit, a light receiving unit, and a signal processing unit; the light projecting unit is configured to make polarized light incident on the surface to be inspected; and the light receiving unit includes a plurality of light receiving optical systems that receive polarized light of at least three different angles. The reflected light reflected from the surface to be inspected is detected and converted into an image signal, and the signal processing unit uses the light intensity distribution output from each light receiving optical system as a reference in which the light intensity of the normal portion of the surface of the surface to be inspected is predetermined. Standardized to be a value, extracted 疵 from the light intensity change amount, and compared the normalized change intensity of multiple light intensities and the integrated value of the light intensity change amount exceeding the threshold with a predetermined pattern Judging the seed
From the light intensity distribution output from each light receiving optical system, the absolute value of the peak value of the light intensity change when the reference value of the light intensity change amount is 0, and the integrated value of the light intensity change amount exceeding the threshold value ; For each light receiving optical system, select the maximum value from the peak value and integral value calculated for each light receiving optical system, and determine the grade of the soot based on the selected seed value. Surface inspection device characterized by.