JP5392903B2 - 表面疵検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の表面疵を検査する表面疵検査装置に関する。

鋼板には、製造過程での種々の原因により表面疵が発生することがある。表面疵が多い鋼板は、その品質が劣るので製品として出荷することができない。したがって、鋼板の製造に際しては、品質の劣る鋼板を流出させることがないように、表面疵の検査が行われている。表面疵の検査は、鋼板表面の微細な変化を検出しなければならないので、検査をする者が目視で行うと、検査者が疲労し、また検査者が相違することによって、その結果が変動する。このような目視検査による主観的要素を回避するために、検査装置を用いて表面疵の検査を自動化することが望まれている。

表面疵の検査装置については、被検査物の表面を撮像して得られる画像信号を平滑化し、オフセットを付加して閾値を設定し、次いで元の画像信号と閾値との差を求め、差が正値になる場合を表面疵として検出する装置が、先行技術として開示されている（特許文献１参照）。しかし、表面疵は多種多様であり、特定の検査装置のみで多種類の表面疵に対応することは難しい。

図８は、鋼板に発生する表面疵の一種についての生成原因を推定して示す。冷間圧延の素材にされる熱間圧延鋼板１は、熱間圧延時に形成される酸化スケールでその表面が覆われる。冷間圧延の前に、熱間圧延鋼板１は、ショットブラストやスケールブレーカーにより酸化スケール除去処理が施される。これらの処理を行うと、熱間圧延鋼板１の表面に疵２が生じることがある。熱間圧延鋼板１の疵２は、冷間圧延で塑性変形する周辺部分によってかさぶた状に覆われる。このかさぶた状の部分を、便宜上かさぶた３と称する。疵２がかさぶた３で覆われると、冷間圧延鋼板１ａが光輝焼鈍やスキンパス圧延されても、疵２は隠れたままで露出することがない。

しかし、かさぶた３に覆われている疵２は、次のようにして露出し、表面疵２として検出されることがある。表面性状を重要視するステンレス鋼板などでは、出荷の際、表面保護のため、片面に粘着剤層を有するビニルフィルムなどを被覆材として鋼板に貼ることがある。この被覆材はユーザーで加工等をする前に剥離されるが、被覆材の粘着力によりかさぶた３の部分がはがされて立ち上がり、表面疵２が露出することがある。立ち上がったかさぶた３の部分に光があたると、光が乱反射されてキラキラ光って見えるので、ゴールドダスト疵と呼ぶ。なお、図８では、発生原因の理解を容易にするために、ゴールドダスト疵の寸法を誇張して表す。実際のゴールドダスト疵は、光の乱反射がなければ目視で観察できない程度に微細である。

ゴールドダスト疵の検査は、以下のように行われている。鋼板の生産ライン内で、コイル状の鋼板の搬送を一時停止し、鋼板表面に被覆材を貼付ける。さらに被覆材を剥離して鋼板表面を目視観察し、ゴールドダスト疵の有無およびその発生量の程度を検査する。この検査は、検査者の目視により行われるので、検査者の疲労や相違などの主観的要素によって、検査結果が変動する。したがって、ゴールドダスト疵の検査には、長時間にわたり安定して、精度よく品質水準を評価することが難しいという問題がある。

特開平０５−１８０７８１号公報

検査者の主観的要素を回避し、長時間にわたり安定して精度よく検査するべく、前述の特許文献１の検査装置によるゴールドダスト疵の検査を考慮すると、以下のような問題がある。微細なゴールドダスト疵は、正常部と疵部との画像信号の強度差が、鋼板表面の光の反射状態により変化するほど微妙である。したがって、画像信号を平滑化し、さらにオフセットを付加して閾値にすると、元の画像信号と閾値とを対比する段階で、微妙な信号強度差として検出されるべきゴールドダスト疵の信号が閾値に埋没するおそれがある。すなわち、特許文献１の検査装置は、ゴールドダスト疵のような正常部と疵部との画像信号の強度差が微妙な表面疵の検出には適していない。

本発明の目的は、鋼板の表面に発生するゴールドダスト疵を、長時間にわたり安定して精度よく検査することができる表面疵検査装置を提供することである。

本発明は、鋼板の表面疵を検査する表面疵検査装置において、
鋼板の表面に対して傾斜して光を照射する照射手段と、
照射手段と同じ傾斜側に配置され、光が照射される鋼板の表面を撮像して画像信号を得る撮像手段と、
画像信号を二値化する二値化処理手段と、
二値化後の画像信号をブロブ処理するブロブ処理手段と、
鋼板の表面疵に関する品質とブロブ処理結果との関係として予め求められる検量線に、ブロブ処理手段により求められるブロブ処理結果を対比して、鋼板の表面疵に関する品質を判定する判定手段と、
を含み、
前記ブロブ処理手段は、ブロブ処理をしてブロブ個数およびブロブ面積を求めるとともに、ブロブ個数とブロブ面積とを乗算してブロブ積として求め、
前記判定手段は、鋼板の表面疵に関する品質とブロブ積との関係として予め求められる検量線に、ブロブ処理手段により求められるブロブ積を対比して、鋼板の表面疵に関する品質を判定することを特徴とする表面疵検査装置である。

ここで、表面疵とはゴールドダスト疵のことを言い、以下表面疵をゴールドダスト疵で表す。

本発明によれば、検査者の目視によることなく表面疵検査装置で検査することができるので、検査者の疲労や相違による検査結果の変動を排除し、長時間にわたり安定して鋼板のゴールドダスト疵を検査することができる。表面疵検査装置では、鋼板表面に対して傾斜して光を照射し、照射手段と同じ傾斜側に撮像手段を配置して撮像することで、ゴールドダスト疵の検出能を高めることができる。また、鋼板のゴールドダスト疵に関する品質水準と極めて相関の高いブロブ処理結果を判定指標とするので、高い精度で鋼板のゴールドダスト疵に関する品質を検査することができる。

また、表面疵検査装置により、鋼板のゴールドダスト疵に関する品質水準との相関が高いブロブ個数とブロブ面積との積を指標として品質水準を評価することができる。

図１は、本発明の実施の形態である表面疵検査装置１０の構成を示す図である。 図２は、ＣＣＤカメラ１２で得られる画像信号を二値化処理およびブロブ処理した画像を示す図である。 図３は、ブロブ処理手段１７によるブロブ処理の概要を示す図である。 図４は、ブロブ個数と目視判定による品質水準との関係を示すグラフである。 図５は、ブロブ面積と目視判定による品質水準との関係を示すグラフである。 図６は、本発明のもう一つの実施形態である表面疵検査装置に含まれる画像処理装置４１の構成を示す図である。 図７は、ブロブ個数とブロブ面積との積（ブロブ積）と目視判定による品質水準との関係を示すグラフである。 図８は、鋼板に発生する表面疵の一種についての生成原因を推定して示す図である。

図１は、本発明の実施の形態である表面疵検査装置１０の構成を示す。表面疵検査装置１０は、照射手段１１と、撮像手段１２と、画像処理装置１３と、を含む。画像処理装置１３は、メモリ１４と、二値化処理手段１５と、ブロブ処理手段１６と、判定手段１７と、入力手段１８と、を含む。

照射手段１１は、検査対象とされる鋼板２１の表面に対して傾斜して光を照射する光源である。ここで、鋼板２１の表面に対して傾斜して光を照射するとは、鋼板２１の表面を含む平面に対して、０度を超え９０度未満の傾斜角を有するようにして照射することを意味する。なお、傾斜角は、１５度以上、４５度以下であることが好ましい。照射手段１１は、鋼板２１の表面に対して撮像に必要な照度を与えることができるものであればよく、特に制約がない。ここでは、照射手段１１として、ハロゲンランプ１１を用いる。鋼板２１は、検査箱２２の中に設けられるステージ２３の上に載置される。検査箱２２は、ハロゲンランプ１１に臨む側に開口部を有し、内壁面に暗幕が張られる。鋼板２１を検査箱２２で囲うことによって、昼夜の明るさの相違や周辺の照明環境の影響を軽減し、表面疵の検出精度を安定させることができる。ステージ２３は、鋼板２１を含む平面内で、矢符２４で示す水平方向に移動可能である。ステージ２３の移動により、鋼板２１の移動を容易にし、鋼板表面の複数個所を短時間で検査することができる。なお、ステージ２３は、矢符２４で示す方向とそれに直交する水平方向との二次元方向に移動可能であることが一層好ましい。

撮像手段１２は、ハロゲンランプ１１と同じ傾斜側に配置され、光が照射される鋼板２１の表面を撮像して画像信号を得る。撮像手段１２としては、鋼板表面を撮像して画像信号を出力できるものであればよく、ＣＣＤカメラや光学カメラなどを用いることができる。ここでは、撮像手段１２として、画像信号のデジタル出力機能を備えるＣＣＤカメラ１２を用いる。なお、撮像手段による画像信号がアナログで出力される場合には、撮像手段と画像処理装置１３との間に、画像信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器を設ける。

ハロゲンランプ１１を鋼板表面に対して傾斜させて光を照射し、ＣＣＤカメラ１２をハロゲンランプ１１と同じ傾斜側に配置して鋼板表面を撮像することによって、ゴールドダスト疵の検出能を最も高くすることができる。ゴールドダスト疵の検出能がやや低下することを許容する場合、ＣＣＤカメラ１２の配置は、ハロゲンランプ１１と同じ傾斜側に限定されることなく、他の位置であってもよい。ＣＣＤカメラ１２は、ハロゲンランプ１１から照射される光が鋼板表面で正反射される方向以外に配置されることで、ゴールドダスト疵を検出することができる。

画像処理装置１３は、ＣＣＤカメラ１２で鋼板表面を撮像して得られる画像信号を処理し、鋼板２１のゴールドダスト疵に関する品質を判定する。画像処理装置１３に含まれるメモリ１４は、随時書込み、読出し可能なものであることが好ましく、たとえばハードディスクドライブが用いられる。メモリ１４には、ＣＣＤカメラ１２で得られる画像信号、二値化のための閾値、後述する検量線などが格納される。閾値や検量線は、たとえばキーボードで実現される入力手段１８から入力される。入力手段１８は、キーボードに限定されることなく、鋼板製造に係る諸情報が予め入力されている上位コンピューターであってもよい。

二値化処理手段１５は、メモリ１４から画像信号を読出して二値化処理を行う。ブロブ処理手段１６は、二値化処理手段１５により二値化された画像信号をブロブ処理する。

図２は、ＣＣＤカメラ１２で得られる画像信号を二値化処理およびブロブ処理した画像を示す。以下、二値化処理およびブロブ処理について説明する。図２（ａ）はＣＣＤカメラ１２で得られる元の画像を表し、図２（ｂ）は二値化処理した画像を表す。二値化処理手段１５は、メモリ１４から読出した２５６階調で表される元の画像信号を、予め閾値として定めてメモリ１４に格納される階調に基づいて二値化処理する。たとえば、閾値と同じまたは明度が高い階調の画素に論理値「１」、閾値より明度が低い階調の画素に論理値「０」を割当てて二値化する。元の画像は、明度が高い高明度検出部３１と、明度が中程度の中明度検出部３２と、明度が低い低明度検出部３３の３つの検出部を含む。図２の例では、中明度検出部３２と、低明度検出部３３との間の階調に閾値を定める。二値化処理後は、高明度検出部３１および中明度検出部３２は論理値「１」となり、低明度検出部３３は論理値「０」となる。したがって、図２（ｂ）に示すように、高明度検出部３１および中明度検出部３２は、二値化処理後の画像でも検出部として認識される。一方、低明度検出部３３は、二値化処理後の画像で論理値「０」である非検出部３４と同じとして認識され、検出されなかったものとされる。

図３は、ブロブ処理手段１６によるブロブ処理の概要を示す。ブロブとは、隣接する画素の論理値が同じであり、当該画素が集合して閉鎖領域を構成する一つの塊をいう。たとえば図３では、画素ａ１〜ａ６が同じ論理値「１」で集合して閉鎖領域を構成する一つのブロブａであり、また画素ｂ１〜ｂ４が同じ論理値「１」で集合して閉鎖領域を構成するもう一つのブロブｂである。ブロブ処理とは、検査領域内で、同じ論理値の画素の集合をブロブとして判定し、ブロブの個数とブロブ面積とのうち少なくとも一つを求めることを言う。ブロブ処理結果とは、ブロブ処理によって求められるブロブ個数もしくはブロブ面積またはブロブ個数とブロブ面積との両方のことを言う。

ブロブ個数は、検査領域の中に存在するブロブの数を累計したものである。たとえば図３では、検査領域Ａの中のブロブ個数がブロブａとブロブｂとの２個である。ブロブ面積は、検査領域の中に存在する全てのブロブの面積を累計したものである。ブロブ面積は、ブロブを構成する画素の数の累計であってもよく、検査領域の全画素数に対するブロブ構成全画素数の比であってもよい。たとえば図３でブロブ面積を画素数で表すと、ブロブａの画素数６とブロブｂの画素数４とを累計して、ブロブ面積が１０となる。前述の図２（ｃ）のブロブ処理画像では、高明度検出部３１および中明度検出部３２をそれぞれブロブとして判定するので、ブロブ個数が２個となり、ブロブ面積が両検出部３１，３２の画素数を累計した値となる。

判定手段１７は、ブロブ処理手段１６により求められるブロブ処理結果に基づいて、鋼板２１のゴールドダスト疵に関する品質を判定する。以下、ブロブ処理結果と、鋼板２１のゴールドダスト疵に関する品質との関係について説明する。

図４は、ブロブ個数と目視判定による品質水準との関係を示す。図４のブロブ個数は、ゴールドダスト疵の発生状態がそれぞれ異なる６枚の鋼板について、表面疵検査装置１０でブロブ処理を行って求めたデータである。さらに、当該６枚の鋼板について、検査者が目視によりゴールドダスト疵に関する品質を判定した。鋼板のゴールドダスト疵に関して、検査者が目視判定する際の品質判定基準を表１に示す。品質が最も悪い水準１から品質が最も良い水準５までの間を、相対的に区別して５段階評価とした。なお、目視による品質の判定結果は、複数の検査者で合議判定することによって、その客観性を担保した。図４に示すように、ブロブ個数と目視判定による品質の水準とは、極めて高い相関を有する。ここで、品質の判定とは、水準１から水準５までのいずれに該当するかを判定することを言う。

図５は、ブロブ面積と目視判定による品質水準との関係を示す。図５のブロブ面積は、ゴールドダスト疵の発生状態がそれぞれ異なる６つの鋼板について、表面疵検査装置１０でブロブ処理を行って求めたデータである。当該６つの鋼板について、ブロブ個数の場合と同様にして検査者が目視によりゴールドダスト疵に関する品質を判定した。図５に示すように、ブロブ面積と目視判定による品質の水準とは、極めて高い相関を有する。したがって、ブロブ個数またはブロブ面積が既知であり、かつ品質が既知である鋼板について、両者の関係を予め求めておくことによって、品質が未知の鋼板のブロブ個数またはブロブ面積から品質を判定することができる。ここで、ブロブ個数またはブロブ面積が既知であり、かつ品質が既知である鋼板について、予め求められる両者の関係を品質判定の検量線と呼ぶ。

検量線は、次のようにして求められる。検査対象とする鋼板の鋼種および表面仕上げごとに、予め目視判定で品質の水準が互いに異なる段階に該当すると判定したモデルサンプルを準備する。各モデルサンプルについて、表面疵検査装置１０で、ブロブ処理結果としてブロブ個数またはブロブ面積を求める。求めたブロブ個数またはブロブ面積と、目視判定による品質の水準と、を回帰分析して一次相関を求める。一次相関は、たとえば式（１）のような形で求められる。鋼板の鋼種および表面仕上げごとに求められる一次相関の式が、品質判定の検量線である。鋼板の鋼種および表面仕上げに対応して求められる検量線は、テーブルデータとして入力手段１８から画像処理装置１３に入力され、メモリ１４に格納される。

ゴールドダスト疵に関する品質水準＝−ａ・ｌｏｇＸ＋ｂ ・・・（１）
ここで、Ｘ：ブロブ個数またはブロブ面積
−ａ：定数（傾き）
ｂ：定数（切片）

判定手段１７は、入力手段１８から入力される検査対象の鋼板の鋼種および表面仕上げに応じ、メモリ１４のテーブルデータから所定の検量線を読出し、ブロブ処理で求められるブロブ個数またはブロブ面積を検量線に対比して、当該ブロブ個数またはブロブ面積に対応する品質を判定する。判定手段１７による判定結果は、リアルタイムでたとえば不図示の液晶表示部に表示してもよく、また検査データとして記憶媒体に保存してもよい。いずれにしても、判定結果に基づいて、当該鋼板の出荷の可否および再処理の要否が決定される。なお、検査精度を維持するには、モデルサンプルで検量線を随時チェックし、必要に応じて検量線を更新することが望ましい。

表面疵検査装置１０を用いて鋼板のゴールドダスト疵に関する品質を判定することにより、検査者の疲労や相違による検査結果の変動を排除することができ、長時間にわたり安定した検査精度を維持することができる。また、モデルサンプルを用いて客観性を担保した検量線を予め作成し、当該検量線にブロブ個数またはブロブ面積を対比して品質の判定をするので、客観的判定基準による品質の定量的評価が可能になる。

図６は、本発明のもう一つの実施形態である表面疵検査装置に含まれる画像処理装置４１の構成を示す。本実施形態の表面疵検査装置は、前述の表面疵検査装置１０に類似するので、特徴部分である画像処理装置４１の構成のみ表し、また対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の表面疵検査装置は、画像処理装置４１に含まれるブロブ処理手段１６が、ブロブ個数およびブロブ面積を求め、かつ両者を乗算してブロブ積として求める乗算部１６ａを備える。判定手段１７は、鋼板のゴールドダスト疵に関する品質とブロブ積との関係として予め定められる検量線に、ブロブ処理手段１６の乗算部１６ａにより求められるブロブ積を対比して、鋼板のゴールドダスト疵に関する品質を判定する。

図７は、ブロブ個数とブロブ面積との積（ブロブ積）と目視判定による品質水準との関係を示す。図７に示すブロブ積と目視判定によるゴールドダスト疵の品質水準との関係は、前述の図４に示すブロブ個数と目視判定によるゴールドダスト疵の品質水準との場合と同様にして求められる。ブロブ積と品質水準とは、極めて高い相関を示す。このことから、ブロブ積も、鋼板２１のゴールドダスト疵の品質判定の指標にすることができる。ブロブ積と品質水準との関係を表す検量線は、ブロブ個数と品質水準とに関する検量線と同様にして作成される。

本実施形態の表面疵検査装置によれば、鋼板のゴールドダスト疵に関する品質水準との相関が高いブロブ積を指標として品質を判定するので、上記表面疵検査装置１０と同様の効果を奏することができる。

１０ 表面疵検査装置
１１ ハロゲンランプ
１２ ＣＣＤカメラ
１３，４１ 画像処理装置
１４ メモリ
１５ 二値化処理手段
１６ ブロブ処理手段
１７ 判定手段

Claims (1)

1. 鋼板の表面疵を検査する表面疵検査装置において、
   鋼板の表面に対して傾斜して光を照射する照射手段と、
   照射手段と同じ傾斜側に配置され、光が照射される鋼板の表面を撮像して画像信号を得る撮像手段と、
   画像信号を二値化する二値化処理手段と、
   二値化後の画像信号をブロブ処理するブロブ処理手段と、
   鋼板の表面疵に関する品質とブロブ処理結果との関係として予め求められる検量線に、ブロブ処理手段により求められるブロブ処理結果を対比して、鋼板の表面疵に関する品質を判定する判定手段と、
   を含み、
   前記ブロブ処理手段は、ブロブ処理をしてブロブ個数およびブロブ面積を求めるとともに、ブロブ個数とブロブ面積とを乗算してブロブ積として求め、
   前記判定手段は、鋼板の表面疵に関する品質とブロブ積との関係として予め求められる検量線に、ブロブ処理手段により求められるブロブ積を対比して、鋼板の表面疵に関する品質を判定することを特徴とする表面疵検査装置。

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