JP7343781B2 - 金属板の表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面検査の対象物である金属板に対して、光源から照明光を照射し、その反射光を撮像カメラで撮像し、得られた画像の信号を処理して表面欠陥の検査を行う金属板の表面欠陥検査装置に関する。

金属板の一種であり、焼鈍工程、調質圧延工程を経て生産される鋼板では、その表面に現れる外観異常として、ヘゲ疵、巻き締め疵、横ズレ疵などがあり、これらの表面欠陥を含む鋼板は品質不良品となる。特殊鋼、普通鋼の最終検査工程では、めっき製品やステンレス製品とは異なり、工程間の錆やコイルの層間ズレによる疵を抑制するため、冷間圧延や調質圧延の油が付着した状態で検査を行う必要がある。加えて焼鈍によって不可避的に発生する焼鈍縞も含まれる。これらの外観異常を含む鋼板は、製品用途によっては、品質不良品とはならない。このため、鋼板の製造現場では、これらの外観異常を精度よく峻別することが求められる。
なお、上述した各種の外観異常のうち何が有害であり何が無害であるかは、金属板のユーザーによってそれぞれ異なるものである。したがって、外観異常のうち何を有害とし何を無害とするかは、ユーザーと製造業者との間の品質面に関する契約によって決められるものであり、製造業者はその契約に応じた検査項目・検査基準で外観異常の有害・無害を区別することが求められる。

従来より、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１（日本国・特許第６１１７３９８号公報）には、走行する鋼板表面のうちロールで下から支持された撮像対象部位を照明する照明部と、正反射方向との成す角度が第１の角度γとなる方向への乱反射光を撮像する第１の乱反射光撮像部と、正反射方向との成す角度が第２の角度δ（但しδ＞γ）となる方向への乱反射光を撮像する第２の乱反射光撮像部と、第１の乱反射光撮像部が撮像して得られた第１の乱反射画像信号と、第２の乱反射光撮像部が撮像して得られた第２の乱反射画像信号とを処理する画像信号処理部を備え、画像信号処理部は、第１の乱反射画像信号のうち所定の第１の閾値より低輝度となる部位であって、同部位について第２の乱反射画像信号が所定の第２の閾値より高輝度となる部位を表面欠陥部位として検出する表面欠陥検査装置が開示されている。
かかる技術によれば、表面にめっき等の表面処理が施されていない鋼板を検査対象として外観異常の有害、無害を区別して検出することが可能となる。

特許第６１１７３９８号公報

しかしながら、上記の従来技術には次の課題がある。
上述のように、走行中の金属板をロールで下から支持して金属板の表面(上表面)に形成される撮像対象部位で金属板の表面欠陥を検査する場合には何ら問題はないが、例えば、走行する金属板の表裏両面(上下両表面)を同時に検査すべく、その金属板をロールで上から支持して金属板裏面(下表面)に形成される撮像対象部位の表面欠陥を検査する際に、検査対象の金属板が例えば展延性に富んだ薄物などであった場合には、その金属板裏面の検査精度が低下するようになるという問題が生じていた。この点について詳述すると、金属板における撮像対象部位は、ロールで支持されたパスラインが極めて安定している位置に設けられるが、金属板の裏面を検査する場合のように、走行する金属板に上からロールを押し当ててこれを支持する場合には、金属板を下支えするものがないため、その自重などにより(上からのロールに支持された)金属板が垂れ下がってパスラインがバタつくようになる。その結果、撮像対象部位における信号の反射レベルが安定できず、外観異常の有害、無害の区別が困難になっていた。なお、かかる問題を解消するためには、走行する金属板にバックテンションを加えることによってパスラインを安定化させればよいが、検査対象の金属板が例えばビッカース硬度９０～１７０ＨＶ程度で且つ板厚０．５ｍｍ以下の薄物焼鈍材などの場合には、パスラインが安定する程度までバックテンションを加えた場合、ウレタン製ピンチロール(動力有)でスリップ疵が発生する、或いは、ライン入側と出側のスピード同期が難しくなり、高速運転が不可能になる、等の問題が発生する。

それゆえに、本発明の目的は、走行する金属板の裏面側における外観異常の有害、無害を明確に区別して検出することができる金属板の表面欠陥検査装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１および図２に示すように、金属板の表面欠陥検査装置１０を次のように構成した。
すなわち、上下一組の前側ピンチロール１２と、その前側ピンチロール１２との間に金属板１４が走行するパスラインを形成する上下一組の後側ピンチロール１６と、上記パスライン上を走行する金属板１４に対して上側から当接する裏面検査用ロール１８と、走行する上記の金属板１４の下方に配設され、上記の裏面検査用ロール１８が上記の金属板１４に当接することによって当該金属板１４の裏面に形成される撮像対象部位２０へ向けて光を照射する照明部２２と、上記の撮像対象部位２０での反射光を撮像する反射光撮像部２４と、その反射光撮像部２４で撮像した反射光より得られる画像信号に基づいて上記の金属板１４の表面欠陥部位を検出する画像信号処理部２６とを備える。上記の裏面検査用ロール１８と後側ピンチロール１６との間に、上記の裏面検査用ロール１８とは非接触のガイドロール３０を配設し、そのガイドロール３０で上記の金属板１４の上記パスラインを上方へと持ち上げ付勢する。

本発明の金属板の表面欠陥検査装置は次の作用効果を奏する。
裏面検査用ロールと後側ピンチロールの間にガイドロールを配設し、そのガイドロールで金属板のパスラインを上方へと持ち上げ付勢するようにしているので、裏面検査用ロールの最下点前後の表面に沿って金属板が巻きついて撮像対象部位が形成されるようになる。その結果、撮像対象部位において金属板のバタつきが無くなり、撮像対象部位における信号(反射光)の反射レベルが安定し、走行する金属板の裏面側における外観異常の有害、無害を明確に区別して検出することが可能な金属板の表面欠陥装置を提供することができる。
また、上記ガイドロールは裏面検査用ロールとは非接触であるため、金属板表面に塗布されている油が絞られて滴下し、反射光撮像部や照明部などを汚染させたり、光の光軸と干渉することなどを防止することができる。

本発明においては、前記の裏面検査用ロール１８の直径が１００ｍｍ以上であり、前記の撮像対象部位２０における上記の裏面検査用ロール１８への前記の金属板１４の巻きつけ角度θ１が１０°以上であることが好ましい。
さらには、上記の撮像対象部位２０における上記の裏面検査用ロール１８への金属板１４の巻きつけ角度θ１のうち、上記の裏面検査用ロール１８の最下点Ｐ１より上記の金属板１４の走行方向下流側の角度θ２が２°以上であることが好ましい。
これらの場合、上述した作用効果がより一層顕著となるのに加え、表面欠陥検査装置の全体をコンパクトにまとめることができると共に、ガイドロール通過後に金属板に逆そりが発生するのを予防することができるようになる。

さらに、本発明は、後述する実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。

本発明における一実施形態の金属板の表面欠陥検査装置の概略を示すフロー図である。 図１における要部を拡大した概略フロー図である。 本発明における一実施形態の金属板の表面欠陥検査装置を用いて金属板表裏の微小横ズレ疵発生箇所を検査した際に出力された疵情報画像である。 従来の金属板の表面欠陥検査装置を用いて金属板表裏の微小横ズレ疵発生箇所を検査した際に出力された疵情報画像である。

以下、本発明の金属板の表面欠陥検査装置について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明における一実施形態の金属板の表面欠陥検査装置１０の概略を示すフロー図である。本発明の金属板の表面欠陥検査装置１０は、連続酸洗ラインやめっき・カラー塗装ラインやスリッターライン等における金属板１４のパスライン上に設置され、金属板１４の表面に現れる外観異常の有害、無害を区別して検出するものであり、この図が示すように、前側ピンチロール１２，後側ピンチロール１６，表面検査用ロール１７，裏面検査用ロール１８，照明部２１と２２，反射光撮像部２３と２４，画像信号処理部２６，検査結果出力部２８およびガイドロール３０で大略構成される。
なお、本実施形態における金属板１４は、鋼板であって、表面にめっき処理が施されておらず、塗油が付着した状態のものである。

前側ピンチロール１２は、本発明の表面欠陥検査装置１０へ導入される金属板１４のパスラインの起点を形成するロール(回転体)であり、金属板１４の裏面に当接してこれを下支えする前側下部ロール１２ａと、この前側下部ロール１２ａの直上に配設され、当該前側下部ロール１２ａと協働して挟み込んだ金属板１４をその走行方向下流側へと送り出す前側上部ロール１２ｂとの上下一組のロールで構成されている。

後側ピンチロール１６は、本発明の表面欠陥検査装置１０へ導入された金属板１４のパスラインの終点を形成するロール(回転体)であり、金属板１４の裏面に当接してこれを下支えする後側下部ロール１６ａと、この後側下部ロール１６ａの直上に配設され、当該後側下部ロール１６ａと協働して挟み込んだ金属板１４を表面欠陥検査の後工程へと送り出す後側上部ロール１６ｂとの上下一組のロールで構成されている。

表面検査用ロール１７は、表面欠陥検査装置１０内に形成されるパスラインのうち前記の前側ピンチロール１２の直後を走行する金属板１４の裏面に当接してこれを下支えし、走行する金属板１４の表面に、当該金属板１４が板厚方向に揺れることのない撮像対象部位１９を形成するためのロール(回転体)である。この表面検査用ロール１７は、その直径が１００ｍｍ以上であることが好ましい。このように表面検査用ロール１７の直径が１００ｍｍ以上であれば、表面欠陥の検査に好適な撮像対象部位１９を形成することができるようになるからである。なお、図示実施形態では、この表面検査用ロール１７として直径２００ｍｍの硬質ウレタンゴムロールを採用している。

裏面検査用ロール１８は、表面欠陥検査装置１０内に形成されるパスラインのうち上記の表面検査用ロール１７と前記の後側ピンチロール１６との間を走行する金属板１４の表面に当接してこれを上側から支持し、金属板１４の裏面に、当該金属板１４が板厚方向に揺れることのない撮像対象部位２０を形成するためのロール(回転体)である。上述した表面検査用ロール１７と同様に、この裏面検査用ロール１８も、その直径が１００ｍｍ以上であることが好ましい。なお、図示実施形態では、この裏面検査用ロール１８も直径２００ｍｍの硬質ウレタンゴムロールが採用されている。

ここで、上述した表面検査用ロール１７と裏面検査用ロール１８との位置関係について説明すると、側面視において、上下一組の前側ピンチロール１２の接点(金属板１４を介して接触する前側下部ロール１２ａと前側上部ロール１２ｂとの接点)と、上下一組の後側ピンチロール１６の接点(金属板１４を介して接触する後側下部ロール１６ａと後側上部ロール１６ｂとの接点)とを結ぶ水平線Ｌ１に対して、表面検査用ロール１７の最上点Ｐ０は、その水平線Ｌ１よりも上側に配設され、逆に、裏面検査用ロール１８の最下点Ｐ１は、その水平線Ｌ１よりも下側に配設される。かかる構成により、表面検査用ロール１７および裏面検査用ロール１８それぞれの表面に金属板１４が巻き付くような構造となり、とりわけ表面検査用ロール１７においては、金属板１４のバタつきが抑えられた良好な撮像対象部位１９を形成することができる。

照明部２１は、金属板１４の表面(上表面)の撮像対象部位１９に照明光を照射するもので、その光源として、金属板１４の板幅方向に照明光を照射するＬＥＤ式のライン照明が用いられる。なお、照明部２１の光源はこれに限定されるものではなく、ＬＥＤに代えてハロゲンランプ、ＨＩＤランプ、蛍光灯などを用いることもできる。
図示実施形態の金属板の表面欠陥検査装置１０において、この照明部２１は、金属板１４表面の撮像対象部位１９において金属板１４の走行方向に直交する面３１(以下、「直交面３１」とも言う。)よりも金属板１４の走行方向上流側に設置されると共に、金属板１４の表面に対する照明光の入射角αが、直交面３１に対して所定の鋭角に設定されている。

照明部２２は、金属板１４の裏面(下表面)の撮像対象部位２０に照明光を照射するもので、その光源として、上述の照明部２１と同様に、金属板１４の板幅方向に照明光を照射するＬＥＤ式のライン照明が用いられる。なお、照明部２２の光源もこれに限定されるものではなく、ＬＥＤに代えてハロゲンランプ、ＨＩＤランプ、蛍光灯などを用いることもできる。
図示実施形態の金属板の表面欠陥検査装置１０において、この照明部２２は、金属板１４表面の撮像対象部位２０において金属板１４の走行方向に直交する面３２(以下、「直交面３２」とも言う。)よりも金属板１４の走行方向上流側に設置されると共に、金属板１４の表面に対する照明光の入射角βが、直交面３２に対して所定の鋭角に設定されている。

反射光撮像部２３は、照明部２１から照射された照明光が金属板１４表面の撮像対象部位１９で反射した光のうち、金属板１４表面の塗油ムラの影響を受け難い乱反射光を撮像するもので、高分解能のＣＭＯＳラインセンサカメラが用いられる。なお、反射光撮像部２３はこれに限定されるものではなく、ＣＭＯＳラインセンサカメラに代えてＣＭＯＳエリアセンサカメラやＣＣＤラインセンサカメラなどを用いることもできる。また、反射光撮像部２３の空間分解能や濃度分解能は、検出対象とする外観異常の種類に応じて適宜選択される。
本実施形態では、この反射光撮像部２３が、上記の直交面３１より金属板１４の走行方向下流側に設置されると共に、金属板１４の表面からの反射光のうち、正反射光よりも直交面３１との間で成す角度が大きな第１の乱反射光３４を撮像する低角カメラ２３ａと、第１の乱反射光３４よりも直交面３１との間で成す角度が大きな第２の乱反射光３６を撮像する高角カメラ２３ｂとで構成されている。なお、この反射光撮像部２３は、低角カメラ２３ａおよび高角カメラ２３ｂと言った２種類の乱反射光を撮像するカメラで構成されたものに限定されるものではなく、例えば目的に応じた１種類の乱反射光を撮像するもので構成するようにしてもよい。

反射光撮像部２４は、照明部２２から照射された照明光が金属板１４表面の撮像対象部位２０で反射した光のうち、金属板１４表面の塗油ムラの影響を受け難い乱反射光を撮像するもので、上記の反射光撮像部２３と同様に、高分解能のＣＭＯＳラインセンサカメラが用いられる。なお、反射光撮像部２４はこれに限定されるものではなく、ＣＭＯＳラインセンサカメラに代えてＣＭＯＳエリアセンサカメラやＣＣＤラインセンサカメラなどを用いることもできる。また、反射光撮像部２４の空間分解能や濃度分解能は、検出対象とする外観異常の種類に応じて適宜選択される。
本実施形態では、この反射光撮像部２４が、上記の直交面３２より金属板１４の走行方向下流側に設置されると共に、金属板１４の表面からの反射光のうち、正反射光よりも直交面３２との間で成す角度が大きな第１の乱反射光３８を撮像する低角カメラ２４ａと、第１の乱反射光３８よりも直交面３２との間で成す角度が大きな第２の乱反射光４０を撮像する高角カメラ２４ｂとで構成されている。なお、この反射光撮像部２４は、低角カメラ２４ａおよび高角カメラ２４ｂと言った２種類の乱反射光を撮像するカメラで構成されたものに限定されるものではなく、例えば目的に応じた１種類の乱反射光を撮像するもので構成するようにしてもよい。

画像信号処理部２６は、反射光撮像部２３および２４で乱反射光を撮像して得られた画像信号を処理して金属板１４の外観異常を抽出し、更に抽出した外観異常の有害、無害を分類判定する。この画像信号処理部２６は、例えば、表面疵などの外観異常判定ロジックを実行するために必要な各種プログラムが格納されたＰＣ(パーソナルコンピュータ)やマイクロコンピュータなどの演算処理装置で構成される。この必要なプログラムの一つとして、反射光撮像部２３および２４で得られた画像信号を２値化処理する際の閾値を選択する閾値選択プログラムなどが挙げられる。

検査結果出力部２８は、必要に応じて設置され、画像信号処理部２６により有害な外観異常が抽出された場合に、有害な外観異常が検出された旨および検出された有害な外観異常の種類を、表示、印刷等の手段により当製造工程、次の製造工程や必要に応じてユーザーに知らせるものである。この検査結果出力部２８は、例えば、モニタ装置やプリンタ装置などで構成される。

ガイドロール３０は、裏面検査用ロール１８と後側ピンチロール１６との間において、その裏面検査用ロール１８とは非接触の状態で配設されると共に、金属板１４が裏面検査用ロール１８に支持されてその裏面に撮像対象部位２０を形成する際に、当該金属板１４が垂れ込まないように、パスラインを上方へと持ち上げ付勢するためのロール(回転体)である。
本実施形態では、このガイドロール３０として、直径１００ｍｍ未満(より詳しくは直径９０ｍｍ)の硬質ウレタンゴムロールを採用している。このように裏面検査用ロール１８よりも小径のロールを用いることによって、このガイドロール３０が反射光撮像部２４へと向かう第２の乱反射光４０の進路を妨害するのを防ぐことができる。

ガイドロール３０の配設に伴う金属板１４のパスライン持ち上げによって生じる、前記の撮像対象部位２０における裏面検査用ロール１８への金属板１４の巻きつけ角度θ１は、１０°以上であることが好ましい。ここで、この巻きつけ角度θ１とは、図２に示すようにガイドロール３０を側面視した場合において、パスラインの上流側にて金属板１４と裏面検査用ロール１８とが接触する点Ｐ２からその下流側において金属板１４と裏面検査用ロール１８とが離間する点Ｐ３までの円弧に対応して裏面検査用ロール１８の中心Ｃに形成される中心角のことである。
また、この撮像対象部位２０における裏面検査用ロール１８への金属板１４の巻きつけ角度θ１のうち、裏面検査用ロール１８の最下点Ｐ１より上記の金属板１４の走行方向下流側の角度θ２が２°以上であることがより好ましい。
以上のような巻きつけ角度θ１を与えることによって、撮像対象部位２０において金属板１４のバタつきが皆無となり、撮像対象部位２０における信号(本実施形態の場合は乱反射光３８および４０)の反射レベルがより一層安定し、走行する金属板１４の裏面側における外観異常の有害、無害をより明確に区別して検出することが可能となる。加えて、表面欠陥検査装置の全体をコンパクトにまとめることができるようになると共に、ガイドロール３０通過後に金属板１４に逆そりが発生するのを予防することができる。

なお、本実施形態では、上述のような巻きつけ角度θ１を実現するため、ガイドロール３０を次のような位置に設置した。すなわち、ガイドロール３０の最上点Ｐ４が裏面検査用ロール１８の最下点Ｐ１よりも上方に位置し、裏面検査用ロール１８から後側ピンチロール１６までのパスラインＬ２がガイドロール３０との接線位置(ｈ)において７ｍｍ持ち上げられる高さに当該ガイドロール３０を配置した。また、ガイドロール３０におけるパスライン最上流側の点Ｐ５が、裏面検査用ロール１８におけるパスライン最下流側の点Ｐ６よりも、パスラインのやや上流側に位置するように配置した。

以上のような本発明の金属板の表面欠陥検査装置１０を構成する各要素(部材)のうち、画像信号処理部２６および検査結果出力部２８を除く他の全ての構成要素は、図示しないフレームなどに取り付けられて、１つのユニットとして構成される。

次に、上述のようなガイドロール３０を備えた本実施形態の表面欠陥検査装置１０(以下、「本実施例装置」という。)と、そのようなガイドロール３０を有さない点以外は本実施形態のものと同じ構成の表面欠陥検査装置(以下、「従来装置」という。)とにおける表面欠陥検出能力の違いについて説明する。
図３は、本実施例装置を用い、金属板１４に微小横ズレ疵が発生している箇所を検査して出力された疵情報画像であり、図４は、従来装置を用い、金属板１４に微小横ズレ疵が発生している箇所を検査して出力された疵情報画像である。
ここで、微小横ズレ疵とは、金属板１４がコイル状に巻き上げられた状態で層同士が擦れたときに発生する微小な疵であり、金属板１４の表裏両面に発生する。また、この微小横ズレ疵は、主として当該金属板１４の幅方向に拡がった形で局在する(図３および図４において横長楕円で囲まれた部分が微小横ズレ疵)。なお、本実施例装置および従来装置の反射光撮像部２３，２４で撮像されるこの微小横ズレ疵は、図３の右上枠内に示すように、低角カメラ２３ａ，２４ａではそのシルエットが明瞭な形で撮像され、高角カメラ２３ｂ，２４ｂではそのシルエットが不明瞭な形(痕跡レベル以下)で撮像される。

本実施例装置では、図３に示すように、金属板１４の表裏両面で微小横ズレ疵を検出できている。これに対し、従来装置では、図４に示すように、金属板１４の表側については微小横ズレ疵を検出できているが、裏面側については微小横ズレ疵を検出できていない。図４の右上枠内に示す低角カメラ画像および高角カメラ画像を見ても、欠陥として検出された部分の画像は、図３の右上枠内に示す微小横ズレ疵のものとは異なったものである。このように、従来装置で金属板１４裏面の微小横ズレ疵を検出できなかった理由としては、金属板１４の裏面検査時に当該金属板１４の走行がバタついてパスラインが安定せず、画像信号処理部２６において厳しい閾値を設定できずにいたことが挙げられる。したがって、本実施例装置を用いれば、裏面も表面同様、厳しい閾値を設定できるため、高い検査精度を実現することができるようになる。

なお、上述の実施形態では、金属板１４のパスラインの上流側から下流側に向けて表面検査用ロール１７および裏面検査用ロール１８がこの順で配設される場合を示したが、必要でなければ、表面検査用ロール１７と、これに付帯する照明部２１および反射光撮像部２３とを省略するようにしてもよい。
また、金属板１４のパスラインの上流側から下流側に向けて裏面検査用ロール１８および表面検査用ロール１７をこの順で配設するようにしてもよい。この場合、別個のガイドロール３０を設けるのではなく、表面検査用ロール１７をガイドロール３０としても活用できるように調整すればよい。

また、本発明は、当業者が想定できる範囲でその他の変更を行えることは勿論である。

１０：金属板の表面欠陥検出装置，１２：前側ピンチロール，１４：金属板，１６：後側ピンチロール，１８：裏面検査用ロール，２０：撮像対象部位，２２：照明部，２４：反射光撮像部，２６：画像信号処理部，２８：検査結果出力部，３０：ガイドロール，Ｐ１：裏面検査用ロールの最下点．

Claims (3)

1. 上下一組の前側ピンチロール(１２)と、その前側ピンチロール(１２)との間に金属板(１４)が走行するパスラインを形成する上下一組の後側ピンチロール(１６)と、上記パスライン上を走行する金属板(１４)に対して上側から当接する裏面検査用ロール(１８)と、走行する上記の金属板(１４)の下方に配設され、上記の裏面検査用ロール(１８)が上記の金属板(１４)に当接することによって当該金属板(１４)の裏面に形成される撮像対象部位(２０)へ向けて光を照射する照明部(２２)と、上記の撮像対象部位(２０)での反射光を撮像する反射光撮像部(２４)と、その反射光撮像部(２４)で撮像した反射光より得られる画像信号に基づいて上記の金属板(１４)の表面欠陥部位を検出する画像信号処理部(２６)とを備えた金属板の表面欠陥検査装置において、
   上記の裏面検査用ロール(１８)と後側ピンチロール(１６)との間に、上記の裏面検査用ロール(１８)とは非接触のガイドロール(３０)を配設し、そのガイドロール(３０)で上記の金属板(１４)の上記パスラインを上方へと持ち上げ付勢する、
   ことを特徴とする金属板の表面欠陥検査装置。
2. 請求項１の金属板の表面欠陥検査装置において、
   前記の裏面検査用ロール(１８)の直径が１００ｍｍ以上であり、
   前記の撮像対象部位(２０)における上記の裏面検査用ロール(１８)への前記の金属板(１４)の巻きつけ角度(θ１)が１０°以上である、ことを特徴とする金属板の表面欠陥検査装置。
3. 請求項２の金属板の表面欠陥検査装置において、
   前記の撮像対象部位(２０)における前記の裏面検査用ロール(１８)への前記の金属板(１４)の巻きつけ角度(θ１)のうち、上記の裏面検査用ロール(１８)の最下点(Ｐ１)より上記の金属板(１４)の走行方向下流側の角度(θ２)が２°以上である、ことを特徴とする金属板の表面欠陥検査装置。