JP6926822B2

JP6926822B2 - 金属帯表面の検査方法および検査装置

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Publication number: JP6926822B2
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Description

本発明は、金属帯表面の検査方法および検査装置に関する。本発明は、特に連続ラインによって製造される金属帯表面の表面欠陥を検出する検査方法および検査装置に関する。

従来の金属帯の連続ラインに設置される金属帯表面の検査装置は、一つの光源から検査箇所を照射し、単体のカメラ或いは複数のカメラによって撮像する方法での検査が行われている。（例えば、特許文献１参照。）
また、特許文献２には、ＲＧＢ（赤緑青）各々の環状光源を用いて、その中心からの反射像をカラーカメラで撮像する方法が記載されている。
特許文献３には、青、黄、赤の三原色光線を用いて圧延製品または圧延ロール表面の疵を検出する装置が記載されている。
特許文献４には、ＲＧＢ光源を用いてスラブ等の製品の表面特徴に関する情報を確定および記憶する方法が記載されている。
特許文献５には、ＲＧＢの３原色光源を用いて対象物表面の疵を検知する装置が記載されている。

特開平５−１８８０１０号公報特開２００９−２９４１１５号公報特開平３−１０５２３９号公報特表２０１１−５１４２５７号公報特開平５−１８８００６号公報

金属帯の連続ラインに設置される金属帯表面の検査装置としては、一つの光源によって検査箇所を照射し、それに対して単体或いは複数のカメラによって撮像を行う構成が一般的である。金属帯表面の検査装置によって、金属帯表面に生じた多様な欠陥を検出する場合、噛み疵等の凹凸性の表面欠陥については複数の正反射光による撮像を得ることでより詳細な特定が可能となる。また、鍍金ムラやテンパーカラー等の変色性欠陥については、ＲＧＢそれぞれの色要素を検出するカラー撮影が有効となる。

しかし、従来方法では、そのカラーカメラによる撮像は変色などの有色性の表面欠陥に対しては有効であるものの、それ以外の撮像は金属帯表面の欠陥部分での変化が比較的小さく、モノクロによる撮像の場合とほぼ同様であり性能の向上をあまり望めなかった。一方でＲＧＢそれぞれ個々の明度情報を取得する事から情報量が三倍以上に増加し、これらを利用しようとする場合、情報処理の負担が大幅に増加する為、増加した情報を充分に活用できないという問題が存在した。

また、単一の光源を用いた従来のモノクロカメラ及びカラーカメラによる凹凸性及び表面性状由来の欠陥の検出においては、その撮影画像は欠陥位置の反射明度しか画像に反映されないため、表面欠陥の周囲の形状だけでなく、その内部の形状等を正確に認識する事が難しく、表面欠陥の検出能力及び分別能力の向上の障害となっていた。

更に、表面検査で照射する単色または白色光源とカメラを金属帯進行方向に平行な方向に配置した場合、幅方向の凹凸に対しては反射方向の変化が小さくて感度が低いという問題がある。一方で、単色または白色光源とカメラを金属帯の幅方向に平行な方向に配置した場合、金属帯進行方向の凹凸欠陥に対する感度が低下する。また、同一色の単色光または白色光を同時に二方向から照射した場合はカメラが二つの光源から照射された光を判別できない為に効果が無く、いずれか一方から照射された単色光または白色光による信号に絞らざるを得なかった。

また、特許文献２に記載のＲＧＢ各々の環状光源を用いると、カラーカメラは垂直面を撮像せざるを得ず、その環の中央には、３６０°あらゆる方向からＲＧＢの各光が照射されるため、反射光が干渉して、単色光の環状光源を照射した場合と同様に特定の方向に特徴を持つ金属帯表面の凹凸欠陥はきわ立って明瞭になるが、その特定方向と垂直な方向の凹凸欠陥は検出しにくくなり、場合によっては全く検出されない課題を有していた。
また、環状光源を用いると、照射する部位は環状光源の中心部に限定されるため、金属帯の幅方向全体に広く撮像することは複数の装置を必要とし多大なコストが掛かるため困難であった。

特許文献３では、青、黄、赤の照射装置を用いて圧延製品または圧延ロール表面を照射しているが、圧延製品または圧延ロール表面の同一ラインを照射してもおらず、しかも、それぞれの照射装置が圧延製品または圧延ロール表面の幅方向に平行に設置されていないことから（第２図、第３図）、照射装置から照射された光の圧延製品または圧延ロール表面までの光路長がばらばらで、３原色による疵の判定の精度が著しく低下していた。また、特許文献４、５においても、表面の同一ラインを照射していないため、特許文献３と同様、疵の判定の精度が著しく低下していた。

本発明は、表面欠陥の検出能力および分別能力に優れる金属帯表面の検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を備える。
［１］走行する金属帯の表面の幅方向同一ラインに、３つ以上の線光源からのそれぞれ波長の異なる光をそれぞれ異なる方向から平行照射し、前記照射されたラインを、前記光を検出可能なラインスキャンカメラでスキャンしつつ撮像する金属帯表面の検査方法であって、前記３つ以上の線光源は、それぞれ金属帯の幅方向に平行に設置され、前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯進行方向の正面から見て金属帯幅方向に対し斜めから光を平行照射し、前記金属帯の表面の幅方向同一ライン上の同一点を基点とし、前記基点から光照射面までの前記３つ以上の線光源からそれぞれ平行照射された光の光路長が等しいことを特徴とする金属帯表面の検査方法。
［２］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも１つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に平行に光を平行照射することを特徴とする［１］に記載の金属帯表面の検査方法。
［３］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に対し斜めから光を平行照射することを特徴とする［１］または［２］に記載の金属帯表面の検査方法。
［４］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て前記照射されたラインと同一直線上から光を平行照射することを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［５］前記ラインスキャンカメラの光軸を金属帯表面垂直方向とし、前記３つ以上の線光源は、前記ラインスキャンカメラの光軸廻りにそれぞれ均等な角度からなる方向から光路長を等しくして照射することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［６］前記３つ以上の線光源が、可視光領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［７］前記３つ以上の線光源が、赤、緑、青の光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１］〜［６］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［８］前記３つ以上の線光源が、赤外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１］〜［７］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［９］前記３つ以上の線光源が、紫外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１］〜［８］のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
［１０］走行する金属帯の表面の幅方向同一ラインにライン状に光を照射する照射手段と、前記照射手段により照射されたラインをスキャンしつつ撮像する前記光を検出可能なラインスキャンカメラと、を備え、前記照射手段は、それぞれ波長の異なる光を平行照射する３つ以上の線光源を有し、前記３つ以上の線光源は、それぞれ金属帯の幅方向に平行に設置され、前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯進行方向の正面から見て金属帯幅方向に対し斜めから光を平行照射し、前記金属帯の表面の幅方向同一ライン上の同一点を基点とし、前記基点から光照射面までの前記３つ以上の線光源からそれぞれ平行照射された光の光路長が等しいことを特徴とする金属帯表面の検査装置。
［１１］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも１つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に平行に光を平行照射することを特徴とする［１０］に記載の金属帯表面の検査装置。
［１２］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に対し斜めから光を平行照射することを特徴とする［１０］または［１１］に記載の金属帯表面の検査装置。
［１３］前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て前記照射されたラインと同一直線上から光を平行照射することを特徴とする［１０］〜［１２］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
［１４］前記ラインスキャンカメラの光軸を金属帯表面垂直方向とし、前記３つ以上の線光源は、前記ラインスキャンカメラの光軸廻りにそれぞれ均等な角度からなる方向から光路長を等しくして照射することを特徴とする［１０］〜［１３］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
［１５］前記３つ以上の線光源が、可視光領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１０］〜［１４］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
［１６］前記３つ以上の線光源が、赤、緑、青の光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１０］〜［１５］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
［１７］前記３つ以上の線光源が、赤外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１０］〜［１６］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
［１８］前記３つ以上の線光源が、紫外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする［１０］〜［１７］のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。

本発明によれば、表面欠陥の検出能力および分別能力により優れる金属帯表面の検査方法および検査装置を提供できる。
本発明の金属帯表面の検査方法および検査装置によれば、凹凸性の表面欠陥、表面性状や有色性の表面欠陥等の金属帯の表面欠陥に対する撮像に色情報を与え、これらの欠陥の特徴を際立たせて検出できる。そのため、本発明の金属帯表面の検査方法および検査装置によれば、これらの表面欠陥を精度よく検出でき、かつ分別することができる。また、凹凸性の表面欠陥について、二次元的な情報のみならず、深さ（高さ）方向等の三次元的な形状に関する情報が得られる。

図１は、本発明の一実施形態（第１の実施形態）にかかる金属帯表面の検査装置の実装例を示す金属帯の上方から見た平面図である。図２は、図１の金属帯の幅方向から見た側面図である。図３は、線光源１による照射パターンを説明する模式図である。（（ａ）は金属帯の上方から見た平面図、（ｂ）は金属帯進行方向から見た正面図である。）図４は、線光源２および線光源３による照射パターンを説明する模式図である。（（ａ）は金属帯の上方から見た平面図、（ｂ）は金属帯進行方向から見た正面図である。）図５は、本発明の一実施形態（第１の実施形態）にかかる照射パターンを説明する模式図（金属帯の上方から見た平面図）である。図６は、凹状欠陥の撮像例を示す模式図である。図７は、凸状欠陥の撮像例を示す模式図である。図８は、欠陥の深さ（高さ）方向の傾斜角が金属帯進行方向前後で異なる場合の撮像例を示す模式図である。図９は、欠陥の周方向の傾斜角が欠陥の周方向位置で異なる場合の撮像例を示す模式図である。図１０は、本発明の一実施形態（第２の実施形態）にかかる照射パターンを説明する模式図（金属帯の上方から見た平面図）である。図１１は、４つの線光源による凹状欠陥の撮像例を示す模式図である。図１２は、２つの線光源が金属帯の進行方向に平行な平行照射であり、２つの線光源がスキャンラインＳと同一直線上から光を平行照射する照射パターンを説明する模式図（金属帯の上方から見た平面図）である。

本発明では、それぞれ波長の異なる光を照射する３つ以上の線光源を使用する。前記線光源は、表面欠陥の検出能力および分別能力を考慮して適宜に選択することができる。線光源としては、例えば、１００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外領域の光を照射する線光源、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光領域の波長を照射する線光源、８００ｎｍ〜１ｍｍの赤外領域の光を照射する線光源が挙げられる。

１００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外領域の光を照射する線光源としては、例えば、ＵＶ−Ａ（３１５ｎｍ〜４００ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（２８０ｎｍ〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（１００ｎｍ〜２８０ｎｍ）の光を照射する線光源が挙げられる。

４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光領域の波長を照射する線光源としては、例えば、紫（４００ｎｍ〜４３５ｎｍ）、青（４３５ｎｍ〜４８０ｎｍ）、緑青（４８０ｎｍ〜４９０ｎｍ）、青緑（４９０ｎｍ〜５００ｎｍ）、緑（５００ｎｍ〜５６０ｎｍ）、黄緑（５６０ｎｍ〜５８０ｎｍ）、黄（５８０ｎｍ〜５９５ｎｍ）、橙（５９５ｎｍ〜６１０ｎｍ）、赤（６１０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、赤紫（７５０ｎｍ〜８００ｎｍ）の光を照射する線光源が挙げられる。

８００ｎｍ〜１ｍｍの赤外領域の光を照射する線光源としては、例えば、ＩＲ−Ａ（８００ｎｍ〜１４００ｎｍ）、ＩＲ−Ｂ（１．４μｍ〜３μｍ）、ＩＲ−Ｃ（３μｍ〜１ｍｍ）の光を照射する線光源が挙げられる。

本発明では、上記のような線光源のなかから、任意に３つ以上の線光源を選択して使用することができる。表面欠陥の検出能力および分別能力がより高められる点からは、それぞれの線光源から照射される光の波長の重なりがないか、若しくは、重なりが小さいものを選択することが好ましい。さらに、取扱い性や入手の容易性などの点からは、可視光領域と赤外領域から３つ以上の線光源を選択することが好ましい。特に好ましい線光源は、青、緑、赤、ＩＲ−Ａの光を照射する線光源であり、これらの線光源を３つ以上組み合わせて使用することが好ましい。

以下、本発明例の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施形態〕
（金属帯表面の検査装置）
図１は、本発明の一実施形態（第１の実施形態）にかかる金属帯表面の検査装置（以下、単に「検査装置」ともいう。）の実装例を示す金属帯の上方から見た平面図であり、図２は、その金属帯の幅方向から見た側面図である。

図１に示すように、本発明の検査装置は、矢印６の方向に走行する金属帯５の表面をライン状に可視光を照射する照射手段（１、２、３）と、前記照射手段により照射されたラインをスキャンしつつ撮像するカラーラインスキャンカメラ４を備える。以下、カラーラインスキャンカメラ４がスキャン（走査）する金属帯５の表面のラインを、スキャンラインＳという。

本実施形態において照射手段は、赤色光（Ｒ光）を照射する第１の線光源１（以下、単に「線光源１」ともいう。）と、緑色光（Ｇ光）を照射する第２の線光源２（以下、単に「線光源２」ともいう。）と、青色光（Ｂ光）を照射する第３の線光源３（以下、単に「線光源３」ともいう）と、を有する（図１）。なお、赤色光、緑色光、青色光の各線光源の色は、図１にこだわるものではなく、いずれかの線光源がそれぞれ赤色光、緑色光、青色光であればよい。また、金属帯５の走行方向は矢印６の反対方向であってもよい。

本実施形態において線光源１は、カラーラインスキャンカメラ４に対して金属帯５の上流側に配置されている。図３は、前記線光源１による照射パターンを説明する模式図であり、図３（ａ）は、線光源１による照射パターンを金属帯５の上方からみた平面図、図３（ｂ）は、線光源１による照射パターンを金属帯５の進行方向である正面からみた正面図である。

図１、図３に示すように、線光源１は、例えばそのＲ光の金属帯５への照射面が金属帯５の幅方向に平行になるように配置されている。本実施形態においては、線光源１として、例えば、Ｒ光を発光する単色光源であるＬＥＤを用いている。線光源１は、ＬＥＤ発光部が細長くライン状に並んで構成されており、金属帯５の表面を幅方向に均等にライン状に平行照射を可能とする。

図１、図３に示すように、線光源１から照射されるＲ光は、その照射方向が金属帯５の進行方向６に平行な平行照射である。すなわち、図１、図３（ａ）に示すように、線光源１は、平面視で金属帯５の進行方向６に平行に特定波長領域の光（例えばＲ光）を照射し、スキャンラインＳを幅方向に均等に平行照射する。また、図３（ｂ）に示すように、線光源１は、正面視において、上方から下方に向けて金属帯５の幅方向に対して垂直にＲ光を照射し、スキャンラインＳを幅方向に均等に平行照射する。

また、図１に示すように、例えば、線光源２及び線光源３は、カラーラインスキャンカメラ４に対して金属帯５の下流側に配置されている。図４は、前記線光源２、３による照射パターンを説明する模式図であり、図４（ａ）は、線光源２、３による照射パターンを金属帯５の上方からみた平面図、図４（ｂ）は、線光源２、３による照射パターンを金属帯５の進行方向である正面からみた正面図である。

図１、図４に示すように、線光源２は、そのＧ光の金属帯への照射面が金属帯５の幅方向に平行に配置されている。また、線光源３は、そのＢ光の金属帯５への照射面が金属帯５の幅方向に平行に配置されている。さらに、線光源２及び線光源３は、金属帯５の幅方向に並列されており、線光源２及び線光源３の光照射面はスキャンラインＳに平行に面一とされている。なお、図２の側面図では、説明の便宜のため、線光源２及び線光源３の光照射面を面一とせず若干ずらして記載しているが、線光源２及び線光源３は面一とするものである。

本実施形態においては、例えば、線光源２として、Ｇ光を発光する単色光源であるＬＥＤを用いており、線光源３として、Ｂ光を発光する単色光源であるＬＥＤを用いている。線光源２、３は、ＬＥＤ発光部が細長くライン状に並んで構成されており、それぞれ金属帯５の表面を斜め方向から幅方向均等にライン状に平行照射を可能とする。

図１、図４に示すように、線光源２、３から照射されるＧ光、Ｂ光は、それぞれ照射方向が金属帯５の進行方向６に対して傾斜している斜方平行照射である。図１、図４（ａ）に示すように、線光源２は、平面視で右斜め上方に向けてＧ光を平行に照射し、スキャンラインＳを左斜め下方向から幅方向に平行に均等に照射する。また、図４（ｂ）に示すように、線光源２は、正面視で右斜め下方に向けて金属帯５の幅方向に対し斜めからＧ光を平行に照射し、スキャンラインＳを左斜め上方から平行に幅方向に均等に照射する。

また、図１、図４（ａ）に示すように、線光源３は、平面視で左斜め上方に向けて平行にＢ光を照射し、スキャンラインＳを右斜め下方向から平行に幅方向に均等に照射する。また、図４（ｂ）に示すように、線光源３は、正面視で左斜め下方に向けて金属帯５の幅方向に対し斜めからＢ光を平行に照射し、スキャンラインＳを右斜め上方から平行に幅方向に均等に照射する。

線光源１、線光源２、線光源３を、上記のような配置及び照射パターンとすることで、線光源１、線光源２、線光源３により、それぞれ異なる方向から、同一のスキャンラインＳを幅方向に均等に照射できる。

図５は、本発明の一実施形態にかかる一例として線光源１、線光源２、線光源３による照射パターンを説明する模式図である。

図５に示すように、本実施形態では、金属帯５の上方から見た平面視で、Ｒ光を線光源からの平行照射により金属帯５の進行方向６と平行方向に照射し、Ｇ光、Ｂ光を線光源からの斜方平行照射により金属帯５の進行方向６に対してぞれぞれ６０°傾いた方向から照射しており、全体としては１２０°ずつ均等な方向からスキャンラインＳ上の任意の点（Ｓ_１、Ｓ_２、・・Ｓ_ｎ、・）を均等に照射する。さらに、この際、スキャンラインＳ上の同一点を基点として、線光源１から平行に照射されたＲ光の光照射面までの光路長Ｒ_Ｌと、線光源２から平行に照射されたＧ光の光照射面までの光路長Ｇ_Ｌと、線光源３から平行に照射されたＢ光の光照射面までの光路長Ｂ_Ｌとが等しくなるように、線光源１、線光源２、線光源３が配置されている。そのため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光により、スキャンラインＳを金属帯５の幅方向により均等に照射できる。また、スキャンラインＳでのＲ光、Ｇ光、Ｂ光の反射光の強度が同程度となり、スキャンラインＳをカラーラインスキャンカメラ４でスキャンしつつ撮像した際に、より精細な撮像が得られ、表面欠陥の検出能力がより高められる。

また、図２において側面視したときの線光源１から照射された光と金属帯５表面のなす角θ_１と、線光源２および線光源３から照射された光と金属帯５表面のなす角θ_２は、それぞれ金属帯５の表面欠陥を検出しやすいように適宜に調整すればよいが、スキャンラインＳをより均等に照射する点やＲ光、Ｇ光、Ｂ光の反射光の強度を同程度に揃える点等から、前記θ_１とθ_２が同じ角度となるように調整されることが好ましい。

このように照射されたスキャンラインＳを、金属帯５の上方に設置したカラーラインスキャンカメラ４で撮像する。カラーラインスキャンカメラ４は、走行する金属帯５の連続的な撮像に適している。本実施形態において、カラーラインスキャンカメラ４は、ＲＧＢの受光素子を搭載したラインスキャンカメラであり、ＲＧＢの異なる色情報を別々の素子によって個別に取得することが可能である。

図１に示すように、本実施形態において、カラーラインスキャンカメラ４は、平面視で金属帯５の進行方向６に対して線光源１と線光源２（線光源３）の間に配置されている。また、図２に示すように、カラーラインスキャンカメラ４は、スキャンラインＳの直上において、スキャンラインＳを撮像可能に鉛直下向きに設置するとよく、線光源１、線光源２、線光源３から照射されたＲＧＢ各光の反射光を均等に受光可能にするとよい。好ましい形態としては、カラーラインスキャンカメラ４の光軸を金属帯表面垂直方向とし、線光源１、線光源２、線光源３を前記カラーラインスキャンカメラ４の光軸廻りに１２０°ずつ異なる方向から光路長を同じにして照射する形態が挙げられる（図２、図５）。

カラーラインスキャンカメラ４により得られた撮像は、適宜パーソナルコンピュータ等の演算手段に転送され処理される。そして、その結果を前記演算手段に接続されたモニタ上に表示する。

以上、説明したように、本発明の一実施形態にかかる検査装置は、カラーラインスキャンカメラが撮像を行う際にＲＧＢの異なる色情報を別々の素子によって個別に取得する。本発明では、走行する金属帯の表面の連続的な撮像検査に適したカラーラインスキャンカメラを使用し、カラーラインスキャンカメラによってスキャンする金属帯のスキャンライン上を、カラーラインスキャンカメラが備えるＲＧＢの受光素子に対応したＲＧＢそれぞれの単色光源によって照射する。この時、単色光源を一つは金属帯の進行方向に平行な平行照射とし、他の二つは斜方平行照射として金属帯の進行方向に対してそれぞれ異なる方向からスキャンラインを照射するものとする。また、金属帯の進行方向でこれらの光源の照射位置から中間の位置にカラーラインスキャンカメラを設置する。これによって、均等に各方向から単色光によって照射されている状態のスキャンラインをカラーラインスキャンカメラで撮像する。

（金属帯表面の検査方法）
上記検査装置を用いて行う本発明の金属帯表面の検査方法では、スキャンラインＳを、それぞれ異なる方向から、ＲＧＢの各光により均等に照射し、このスキャンラインＳをカラーラインスキャンカメラ４で撮像することで、金属帯５の表面に生じた全方向の凹凸性に対してその方向別に色情報を付与することが可能である。

一例として、本発明の検査方法により、図６（ａ）に示すような断面形状の凹状欠陥１０を撮像した場合について説明する。この場合には、図６（ｂ）のような色情報をもった撮像（平面図）を得ることができる。

すなわち、金属帯５のバルク部（正常部）では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が反射され、これらの反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされるため、図６（ｂ）の撮像では、バルク部はグレーで表示される。また、グレーのバルク部とＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各反射光の外側との輪郭の境界が金属帯表面の欠陥の形状として判別できる。さらに、凹状欠陥１０に対し、Ｒ光は、金属帯５の上流側（図６（ａ）の紙面奥側）から凹状欠陥１０を照射する。当該Ｒ光は、凹状欠陥１０の紙面手前側の壁（図６（ｂ）の下側）で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図６（ｂ）の撮像では、凹状欠陥１０の領域のうち下方側が赤色の領域（Ｒ領域）で示される。

また、Ｇ光は、金属帯５の下流側（図６（ａ）の紙面左手前側）から凹状欠陥１０を照射する。当該Ｇ光は、凹状欠陥１０の紙面右奥側の壁で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図６（ｂ）の撮像では、凹状欠陥１０の領域のうち右上側が緑色の領域（Ｇ領域）で示される。

Ｂ光は、金属帯５の下流側（図６（ａ）の紙面右手前側）から凹状欠陥１０を照射する。当該Ｂ光は、凹状欠陥１０の紙面左奥側の壁で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図６（ｂ）の撮像では、凹状欠陥１０の左上側が青色の領域（Ｂ領域）で示される。

また、前記Ｒ領域と前記Ｇ領域の間の領域は、Ｒ光とＧ光の反射光による色情報が与えられるため黄色で示され、前記Ｇ領域と前記Ｂ領域の間の領域は、Ｇ光とＢ光の反射光による色情報が与えられるため水色で示され、前記Ｂ領域と前記Ｒ領域の間の領域はＢ光とＲ光の反射光による色情報が与えられるため紫色で示される。

なお、凹部の底の形状によっては、図６（ｂ）に示すように、凹状欠陥１０の中央の領域ＯでもＲ光、Ｇ光、Ｂ光が反射されるため、中央の領域Ｏもグレーで表示される場合がある。

さらに、凹状欠陥１０の壁の傾斜角により、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれの反射強度が異なるため、凹状欠陥１０の深さ方向の傾斜角が、図６（ｂ）の撮像のｒ方向の彩度に反映され、傾斜角が急峻なほど鮮明になる（例えば図８）。また、凹状欠陥１０の周方向の傾斜角は、図６（ｂ）の撮像のｗ方向の色相に反映され、均等深さの周方向の色相に比べ特定の色の周方向分布が大小変化する（例えば図９）。そのため、本発明の検査方法によれば、金属帯５表面の凹状欠陥１０を検出できるだけでなく、凹状欠陥１０の内部の形状（凹状欠陥１０の深さ、深さ方向及び周方向の凹凸形状など）まで検出することができる。

次に、本発明の検査方法により、図７（ａ）に示すような断面形状の凸状欠陥１１を撮像した場合について説明する。この場合には、図７（ｂ）のような色情報をもった撮像（平面図）を得ることができる。

すなわち、凸状欠陥１１に対し、Ｒ光は、金属帯５の上流側（図７（ａ）の紙面奥側）から凸状欠陥１１を照射する。当該Ｒ光は、凸状欠陥１１の紙面奥側の壁で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図７（ｂ）の撮像では、凸状欠陥１１の領域のうち上方側が赤色の領域（Ｒ領域）で示される。

また、Ｇ光は、金属帯５の下流側（図７（ａ）の紙面左手前側）から凸状欠陥１１を照射する。当該Ｇ光は、凸状欠陥１１の紙面左手前側の壁で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図７（ｂ）の撮像では、凸状欠陥１１の領域のうち左下側が緑色の領域（Ｇ領域）で示される。

Ｂ光は、金属帯５の下流側（図７（ａ）の紙面右手前側）から凸状欠陥１１を照射する。当該Ｂ光は、凸状欠陥１１の紙面右手前側の壁で反射され、その反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンされる。その結果、図７（ｂ）の撮像では、凸状欠陥１１の領域のうち右下側が青色の領域（Ｂ領域）で示される。

金属帯５のバルク部では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が反射され、これらの反射光がカラーラインスキャンカメラ４でスキャンしつつ撮像されるため、図７（ｂ）の撮像では、バルク部はグレーで表示され、その輪郭から欠陥の形状がわかる。また、図７（ｂ）に示すように、凸状欠陥１１の中央の領域ＯでもＲ光、Ｇ光、Ｂ光が反射されるため、中央の領域Ｏもグレーで表示される場合がある。

さらに、凸状欠陥１１の壁の傾斜角により、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれの反射強度が異なるため、凸状欠陥１１の高さ方向の傾斜角が、図７（ｂ）の撮像のｒ方向の彩度に反映され、高さ方向の傾斜角が大きいほど鮮明になる。また、凸状欠陥１１の周方向の傾斜角は、図７（ｂ）の撮像のｗ方向の色相に反映され、周方向に均等な傾斜角の場合に比べて、特定の色の周方向の変化が大きい。そのため、本発明の検査方法によれば、金属帯５表面の凸状欠陥１１を検出できるだけでなく、凸状欠陥の三次元的形状（凸状欠陥１１の高さ、高さ方向及び周方向の凹凸形状など）まで検出することができる。

また、凸状欠陥１１の撮像（図７（ｂ））は、凹状欠陥１０の撮像（図６（ｂ））を上下左右に反転した画像として得られる。そのため、本発明の検査方法により線光源の方向を把握していれば、表面欠陥の凹凸を分別して検出することができる。

さらに、本発明の検出方法によれば、凹凸を有さない表面欠陥も検出可能である。例えば、面状に発生した錆や、鍍金ムラ等の変色は、取得した撮像において色彩に反映され、例えば茶色等の領域で表示され、グレーで表示されるバルク部や、ＲＧＢの領域で表示される凹凸欠陥と分別される。

このように、本発明の検出方法によれば、凹凸性の表面欠陥、表面性状や有色性の表面欠陥等の金属帯の表面欠陥に対する撮像に色情報を与え、これらの欠陥の特徴を際立たせて検出できる。そのため、本発明の金属帯表面の検査方法によれば、これらの表面欠陥を精度よく検出でき、かつ分別することができる。さらに、欠陥の凹凸についての三次元的な情報も得られる。

なお、本発明における照射手段の配置パターンは、上述の実施形態に限定されない。本発明の検査方法及び検査装置では、線光源１、線光源２、線光源３により、金属帯５表面の同一のラインを、それぞれ異なる方向から照射できればよく、例えば、線光源１と、線光源２または線光源３の配置を入れ替えたり、線光源２と線光源３の配置を入れ替えてもよい。また、上述の実施形態では、金属帯５の上流側に１つ、下流側に２つの線光源を配置したが、これとは逆に、金属帯５の上流側に２つ、下流側に１つの線光源を配置してもよい。

また、線光源１、線光源２、線光源３から照射される各色光は、波長の重なりが小さい方が好ましく、例えばバンドパスフィルタ等を用いて各色光の波長の重なりを小さくするように調整してもよい。

また、上述の実施形態では、図５のようにＲＧＢ各光の入射方向を１２０°ずつずらして均等に照射しているが、欠陥の形態によっては、ＲＧＢ各光の入射方向を特定角度の方向に特化すると検出しやすい場合には、線光源から光を平行照射し、光照射面までの光路長を同一としたまま、均等では無く意図的に照射角度を偏らせてもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の一実施形態（第２の実施形態）にかかる金属帯表面の検査装置および検査方法について説明する。なお、以下に記載する実施形態において、第１の実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０は、本発明の一実施形態（第２の実施形態）にかかる照明パターンを説明する模式図である。

本実施形態において照射手段は、線光源１と、線光源２と、線光源３と、赤外光（ＩＲ光（ＩＲ−Ａ光））を照射する第４の線光源２０（以下、単に「線光源２０」ともいう）と、を有する（図１０）。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、ＩＲ光の各線光源は、図１０にこだわるものではなく、いずれかの線光源がそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光、ＩＲ光であればよい。また、金属帯５の走行方向は矢印６の反対方向であってもよい。

金属帯５の上方から見た図１０に示すように、本実施形態において、線光源１及び線光源２０は、赤外・カラーラインスキャンカメラ２１に対して金属帯５の上流側に配置されており、線光源２及び線光源３は、赤外・カラーラインスキャンカメラ２１に対して金属帯５の下流側に配置されている。

線光源１、線光源２、線光源３、線光源２０は、それら光の金属帯への照射面が金属帯５の幅方向に平行に配置されている。さらに、線光源１と線光源２０、線光源２と線光源３は、金属帯５の幅方向に並列されており、線光源１と線光源２０、線光源２と線光源３の光照射面はスキャンラインＳに平行に面一とされている。

本実施形態においては、線光源２０は、例えば、ＬＥＤ発光部が細長くライン状に並んで構成されており、金属帯５の表面を斜め方向から幅方向に均等にライン状に平行照射を可能とする。

図１０に示すように、線光源１、線光源２、線光源３、線光源２０から照射される光は、それぞれ照射方向が金属帯５の進行方向６に対して傾斜している斜方平行照射である。また、線光源１、線光源２、線光源３、線光源２０は、それぞれ金属帯５の進行方向正面から見て金属帯幅方向に対し斜めから光を平行に照射し、スキャンラインＳを斜め上方から平行に幅方向に均等に照射する。各線光源を上記のような配置及び照射パターンとすることで、各線光源によりそれぞれ異なる方向から、同一のスキャンラインＳを幅方向に均等に照射できる。

図１０に示すように、本実施形態では、金属帯の上方から見た平面視で、それぞれの光を線光源からの斜方平行照射により金属帯５の進行方向６に対してぞれぞれ４５°傾いた方向から照射しており、全体としては９０°ずつ均等な方向からスキャンラインＳ上の任意の点（Ｓ_１、Ｓ_２、・・Ｓ_ｎ、・）を均等に照射する。さらに、この際、スキャンラインＳ上の同一点を基点として、それぞれの線光源の光路長が等しくなるように、各線光源が配置されている。そのため、スキャンラインＳを金属帯５の幅方向により均等に照射できる。また、スキャンラインＳでのそれぞれの光の反射光の強度が同程度となり、スキャンラインＳを赤外・カラーラインスキャンカメラ２１でスキャンしつつ撮像した際により精細な撮像が得られ、表面欠陥の検出能力がより高められる。

本実施形態において、赤外・カラーラインスキャンカメラ２１は、赤外受光素子に加えてＲＧＢの受光素子を搭載したラインスキャンカメラであり、波長の異なる光情報を別々の素子によって個別に取得することが可能である。

図２と同様に、赤外・カラーラインスキャンカメラ２１は、スキャンラインＳの直上において、スキャンラインＳを撮像可能に鉛直下向きに設置するとよく、線光源１、線光源２、線光源３、線光源２０から照射されたＲＧＢ各光とＩＲ光の反射光を均等に受光可能にするとよい。

赤外・カラーラインスキャンカメラ２１により得られた撮像は、適宜パーソナルコンピュータ等の演算手段に転送され処理される。そして、その結果を前記演算手段に接続されたモニタ上に表示する。

（金属帯表面の検査方法）
上記検査装置を用いて行う本発明の金属帯表面の検査方法では、スキャンラインＳを、それぞれ異なる方向から、赤外・ＲＧＢの各光により均等に照射し、このスキャンラインＳを赤外・カラーラインスキャンカメラ２１で撮像することで、金属帯５の表面に生じた全方向の凹凸性に対してその方向別に色情報を付与することが可能である。

一例として、本発明の検査方法により、図１１（ａ）に示すような断面形状の凹状欠陥１２を撮像した場合について説明する。この場合には、図１１（ｂ）のような光の情報をもった撮像（平面図）を得ることができる。

すなわち、金属帯５のバルク部（正常部）では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、ＩＲ光が反射され、これらの反射光が赤外・カラーラインスキャンカメラ２１でスキャンされるため、図１１（ｂ）の撮像では、バルク部はグレーで表示される。また、グレーのバルク部とＲ光、Ｇ光、Ｂ光、ＩＲ光の外側との輪郭の境界が金属帯表面の欠陥の形状として判別できる。

さらに、凹状欠陥１２に対し、Ｒ光は、金属帯５の上流側（図１１（ａ）の紙面左奥側）から凹状欠陥１２を照射する。当該Ｒ光は、凹状欠陥１２の紙面右手前側の壁（図１１（ｂ）の右下側）で反射され、その反射光が赤外・カラーラインスキャンカメラ２１でスキャンされる。その結果、図１１（ｂ）の撮像では、凹状欠陥１２の領域のうち右下側が赤色の領域（Ｒ領域）で示される。

ＩＲ光は、金属帯５の上流側（図１１（ａ）の紙面右奥側）から凹状欠陥１２を照射する。当該ＩＲ光は、凹状欠陥１２の紙面左手前側の壁（図１１（ｂ）の左下側）で反射され、その反射光が赤外・カラーラインスキャンカメラ２１でスキャンされる。その結果、図１１（ｂ）の撮像では、凹状欠陥１２の領域のうち左下側がＩＲ領域で示される。

また、Ｇ光、Ｂ光は、第１の実施形態と同様に、凹状欠陥１２を照射する。その結果、図１１（ｂ）のような色情報をもった撮像が得られる。第１の実施形態と同様、凹状欠陥１２の壁の傾斜角により、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、ＩＲ光それぞれの反射強度が異なるため、凹状欠陥１２の深さ方向の傾斜角が、図１１（ｂ）の撮像のｒ方向の彩度に反映され、凹状欠陥１２の周方向の傾斜角が、図１１（ｂ）の撮像のｗ方向の色相に反映される。そのため、本発明の検査方法によれば、金属帯５表面の凹状欠陥１２を検出できるだけでなく、凹状欠陥１２の内部の形状（凹状欠陥１２の深さ、深さ方向及び周方向の凹凸形状など）まで検出することができる。

なお、第２の実施形態における線光源１、２、３、２０の配置は、図１２に示すように線光源のいずれか２つが、金属帯５の上方から見て金属帯５の進行方向に平行な平行照射であってもよい。図１２は、その例として線光源１（Ｒ光）と線光源２０（ＩＲ光）が、金属帯５の進行方向に平行な平行照射であり、線光源２（Ｇ光）と線光源３（Ｂ光）が金属帯５の上方から見てスキャンラインＳと同一直線上から幅方向均等にライン状に平行照射を可能とする斜方平行照射の場合である。この場合、金属帯進行方向の正面から見て線光源１と線光源２０は金属帯幅方向に対し垂直に、線光源２と線光源３は金属帯幅方向に対し斜めからそれぞれ光を金属帯幅方向に均等に平行照射する。

以上、説明したように、本発明によれば、金属帯の特定幅方向（スキャン）位置に対して、各方向からそれぞれ波長の異なる光を平行照射し、その特定幅方向位置をラインスキャンカメラで撮像することで、各光のそれぞれの成分毎に異なった方向から撮像対象である表面欠陥を照射した状態の画像を得るようにしたので、凹凸や表面性状によって反射特性に変化が現れた際にその傾斜角が彩度や色相に反映されるようになり、これらの性質を含む欠陥に対してそれらの情報を付与し、より詳細かつ正確に欠陥を検出し、しかも、分別することが可能となった。

１第１の線光源
２第２の線光源
３第３の線光源
４カラーラインスキャンカメラ
５金属帯（検査対象）
６金属帯の進行方向
１０、１２凹状欠陥
１１凸状欠陥
２０第４の線光源
２１赤外・カラーラインスキャンカメラ

Claims

走行する金属帯の表面の幅方向同一ラインに、３つ以上の線光源からのそれぞれ波長の異なる光をそれぞれ異なる方向から平行照射し、
前記照射されたラインを、前記光を検出可能なラインスキャンカメラでスキャンしつつ撮像する金属帯表面の検査方法であって、
前記３つ以上の線光源は、それぞれＬＥＤ発光部が細長くライン状に並んで構成されており、
前記３つ以上の線光源は、それぞれ金属帯の幅方向に平行に設置され、前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯進行方向の正面から見て金属帯幅方向に対し斜めから光を平行照射し、
前記金属帯の表面の幅方向同一ライン上の同一点を基点とし、前記基点から光照射面までの前記３つ以上の線光源からそれぞれ平行照射された光の光路長が等しいことを特徴とする金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも１つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に平行に光を平行照射することを特徴とする請求項１に記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に対し斜めから光を平行照射することを特徴とする請求項１または２に記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て前記照射されたラインと同一直線上から光を平行照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
前記ラインスキャンカメラの光軸を金属帯表面垂直方向とし、前記３つ以上の線光源は、前記ラインスキャンカメラの光軸廻りにそれぞれ均等な角度からなる方向から光路長を等しくして照射することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源が、可視光領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源が、赤、緑、青の光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源が、赤外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
前記３つ以上の線光源が、紫外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の金属帯表面の検査方法。
走行する金属帯の表面の幅方向同一ラインにライン状に光を照射する照射手段と、
前記照射手段により照射されたラインをスキャンしつつ撮像する前記光を検出可能なラインスキャンカメラと、を備え、
前記照射手段は、それぞれ波長の異なる光を平行照射する３つ以上の線光源を有し、
前記３つ以上の線光源は、それぞれＬＥＤ発光部が細長くライン状に並んで構成されており、
前記３つ以上の線光源は、それぞれ金属帯の幅方向に平行に設置され、前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯進行方向の正面から見て金属帯幅方向に対し斜めから光を平行照射し、
前記金属帯の表面の幅方向同一ライン上の同一点を基点とし、前記基点から光照射面までの前記３つ以上の線光源からそれぞれ平行照射された光の光路長が等しいことを特徴とする金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも１つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に平行に光を平行照射することを特徴とする請求項１０に記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て金属帯進行方向に対し斜めから光を平行照射することを特徴とする請求項１０または１１に記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源のうち少なくとも２つの線光源は、金属帯上方から見て前記照射されたラインと同一直線上から光を平行照射することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
前記ラインスキャンカメラの光軸を金属帯表面垂直方向とし、前記３つ以上の線光源は、前記ラインスキャンカメラの光軸廻りにそれぞれ均等な角度からなる方向から光路長を等しくして照射することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源が、可視光領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源が、赤、緑、青の光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源が、赤外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。
前記３つ以上の線光源が、紫外領域の波長を有する光を照射する線光源を含むことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の金属帯表面の検査装置。