JP3826578B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば薄鋼板表面等の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
２３ ３板式偏光リニアアレイカメラ
２４ 光源
２５ 偏光子
２６ ビームスプリッタ
２７ 検光子
２８ リニアアレイセンサ
３１ 信号処理部
３２ 前処理部
３３ 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

Claims (2)

1. 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。
2. 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。

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