JPH06109655A - 磁気光学欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源を改良し、広い範囲を均一な照度で照明
するとともに、欠陥検出の高速化を可能にし、点検や保
守を不要にし、かつ信頼性の高い欠陥検出を可能にす
る。 【構成】 ファラデ−効果が最大になる８００ｎｍの波
長を含む白色光を放射する白色光源３１を用い、その前
面に白色光源の光を拡散する拡散板３２を配置する。受
光側には、、８００ｎｍの波長の近傍の光のみを透過す
る、バンドパスフィルタ４５を配置する。投光側は走査
することなしに、広い範囲を均一な照度で同時に照明で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデ−効果を利用
して磁気光学的に検査対象物の欠陥を検出する装置に関
し、例えば厚板鋼板等における表面欠陥及び表層内欠陥
を検出するのに利用しうる。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファラデ−効果を利用して磁気光
学的に検査対象物の欠陥を検出する方法が注目されてい
る。この方法では、強磁性体でなる検査対象物を磁化
し、その表面に近接配置したファラデ−効果素子（又は
磁気光学効果素子と呼ばれる）に直線偏光の光を入射さ
せ、該素子を透過しその底面の反射膜で反射し、再びフ
ァラデ−効果素子を透過した反射光の偏光状態を、検光
子を介して観察する。即ち、ファラデ−効果素子を通過
する光の偏光面は、それが受ける磁界によって回転する
が、検査対象物に欠陥がない時には漏れ磁束がないので
ファラデ−効果素子が磁界の影響を受けないので偏光面
は回転せず、検査対象物に欠陥があると、漏れ磁束が生
じてファラデ−効果素子が磁界の影響を受け偏光面が回
転するので、検光子を通して反射光の偏光の方向を観察
することにより、欠陥の有無を検出しうる。

【０００３】この種の磁気光学欠陥検査装置に関する基
本的な従来技術については、例えば、特開平２−２５３
１５２号公報，特開平３−２７６０５０号公報等に開示
されている。

【０００４】ところで、磁気光学欠陥検査装置では一般
に、光源として、ヘリウムネオンレ−ザ管や半導体レ−
ザを用いており、一定パワ−のコヒ−レント光を偏光子
に通した光をファラデ−効果素子に照射している（例え
ば、特開昭６０−１０４２７０号公報，特開平３−２４
９５６５号公報）。また例えば、特開平３−２６７７１
６号公報では、発光ダイオ−ドを光源に用いることが示
唆されている。更に、特開平３−２４５０５２号公報に
は、広い範囲を検査するために、光源から出た光を回転
鏡を用いて機械的に走査することが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、実際に厚板鋼
板等の欠陥検査を行なう場合、鋼板の表面全体に渡って
検査を実施しなければならない。しかも、例えば０．１
ｍｍ程度の小さな欠陥までも検出することが要求されて
いる。しかし、従来の磁気光学欠陥検査装置では、光源
にスポット光を利用しているので、広い範囲の全体を検
査するには、例えば特開平３−２４５０５２号公報で示
されるような機械的な走査機構を用いて、スポット光を
細かく走査しなければらない。

【０００６】しかしながら機械的な走査機構は、高価で
あるし、高速で連続的に走査すると、摩耗等によって故
障が生じ易いので、比較的短い周期で点検や保守の作業
を実施する必要がある。また、機械的走査の速度には限
界があり、実際に厚板鋼板の全面の欠陥を例えば０．１
ｍｍ程度の分解能で精密に検査しようとすれば、鋼板の
搬送速度を現状よりも下げなければならない。

【０００７】更に、スポット光の走査を実施しながら、
広い範囲を均一な照度で照明することは技術的に非常に
難しいことである。また、磁気光学欠陥検査装置では、
投光側の装置（光源及び偏光子）と受光側の装置（検光
子及び光検出器）を光学的に互いに対称な位置に配置す
る必要があるが、光源の走査機構を設けると、そのよう
な配置にするのは困難になる。

【０００８】従って本発明は、磁気光学欠陥検査装置に
おいて光源を改良し、広い範囲を均一な照度で照明する
とともに、欠陥検出の高速化を可能にし、点検や保守を
不要にし、かつ信頼性の高い欠陥検出を可能にすること
を課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の磁気光学欠陥検査装置は、検査対象物の少
なくとも表層部を磁化する磁化手段（１０）；検査対象
物の磁化される面の近傍に配置され、それが受ける磁界
に応じてそれを透過する光の偏光面を回転する、ファラ
デ−効果素子手段（２０）；該ファラデ−効果素子手段
のファラデ−効果が最大になる波長を含む白色光を放射
する白色光源（３１）；該白色光源の近傍に配置され、
光を拡散する、拡散手段（３２）；該拡散手段とファラ
デ−効果素子手段との間に配置され、直線偏光の光を、
ファラデ−効果素子手段の面に導く、偏光子（３３）；
前記ファラデ−効果素子手段からの反射光を受光する検
光子（４０）；前記白色光源から検光子までの間の光の
通路上に配置され、ファラデ−効果素子手段のファラデ
−効果が最大になる波長の近傍の光のみを透過する、バ
ンドパスフィルタ手段（４５）；及び前記検光子の近傍
に配置され、検光子を通った光の強度から検査対象物上
の欠陥を検出する、欠陥検出手段（５０）；を備える。

【００１０】また第２番の発明では、前記バンドパスフ
ィルタ手段を、前記検光子の近傍位置に配置する。

【００１１】なお上記括弧内に示した記号は、後述する
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。

【００１２】

【作用】本発明で用いている光源は、白色光源であるの
で、スポット光と異なり、比較的広い範囲に向けて光を
放射する。また、白色光源の前面には拡散手段が配置さ
れているので、拡散手段を透過してファラデ−効果素子
手段に向かう光は、広い範囲に対して均一な照度でファ
ラデ−効果素子手段を照明する。つまり、ファラデ−効
果素子手段がかなり広い面積を有する場合であっても、
その全面が同時に照明され、しかも各位置に入射する光
の強度は同一になる。従って、比較的広い範囲の全体を
検査する場合であっても、照明光を機械的に走査する必
要はなく、しかもファラデ−効果素子手段の全面を同時
に照明することができるので、広い範囲を検出対象にす
る場合の検出所要時間に関する照明側装置による制約は
従来に比べて大幅に改善される。

【００１３】但し、白色光源の発する光のスペクトル
は、様々な波長の成分を含むので、例えばファラデ−効
果素子手段にファラデ−効果が生じない波長成分の光
は、欠陥検出に関してノイズとなり、信号／雑音比（Ｓ
／Ｎ比）を下げるので、欠陥検出の妨げになる。しかし
本発明では、ファラデ−効果素子手段のファラデ−効果
が最大になる波長を含む白色光を放射する白色光源を用
いており、しかも、白色光源から検光子までの間の光の
通路上に、ファラデ−効果素子手段のファラデ−効果が
最大になる波長の近傍の光のみを透過する、バンドパス
フィルタ手段が配置されているので、検光子に入射する
光は、ファラデ−効果が最大になる波長近傍の成分だけ
に限定され、従って検光子に入射する光のＳ／Ｎ比が高
く、信頼性の高い欠陥検出が可能になる。

【００１４】また、第２番の発明では、前記バンドパス
フィルタ手段を、検光子の近傍位置に配置しているの
で、ファラデ−効果素子手段等に外来光が入射する場合
であっても、外来光が欠陥検出に悪影響を及ぼしにく
く、更に信頼性の高い欠陥検出が可能になる。

【００１５】

【実施例】実施例の欠陥検査装置を正面から見た状態及
び側面から見た状態の外観を、それぞれ図２及び図３に
示す。この欠陥検査装置は、製造された厚板鋼板１の検
査ラインに設置されている。厚板鋼板１は、図２の矢印
方向に高速で搬送されながら、その表面の全域が欠陥検
査装置によって検査される。実際の厚板鋼板１は非常に
大きいので、その全域を１台の欠陥検査装置で検査する
ことはできず、従って実際には、多数の欠陥検査装置が
検査ライン上に配列されているが、図では１台の欠陥検
査装置のみが示されている。また、欠陥検査装置は移動
しないが、４つの車輪２を介して厚板鋼板の表面１ａと
常時当接しており、表面１ａに倣って動くように支持さ
れている。

【００１６】この欠陥検査装置は、ファラデ−効果を利
用して、厚板鋼板表面の欠陥を検出する。即ち、厚板鋼
板１を磁化する場合、欠陥が無ければ表面１ａ上に漏洩
磁束は生じないが、欠陥があると漏洩磁束が生じる。従
って、表面１ａ上にファラデ−効果を生じる素子を配置
すれば、漏洩磁束の有無によって、該素子を通る光の偏
光面の方向が変化するので、偏光の方向によって、漏洩
磁束の有無、つまり欠陥の有無が検出できる。従って、
この欠陥検査装置の主要部は、磁化器１０，ファラデ−
効果素子２０，投光器３０，及び受光器６０で構成され
ている。

【００１７】ファラデ−効果素子２０は、薄板状で厚板
鋼板１の幅方向に長い帯状（長方形状）に形成されてお
り、厚板鋼板１の表面１ａに近接してそれと対向するよ
うに配置されている。ファラデ−効果素子２０の主要部
は、希土類・鉄・ガ−ネット（ＲＩＧ）の垂直磁化膜で
あり、面に垂直な方向以外は難磁化特性を有し、５００
〜１０００エルステッド程度の水平磁界では磁区の移動
や磁気飽和が生じない物が使用されている。また、膜の
上面（光の入射面）には無反射コ−ティング、膜の底面
（鋼板と対向する面）には全反射コ−ティングがそれぞ
れ施されており、ファラデ−効果素子２０に入射した光
は、垂直磁化膜内を通り、底面で反射されて再び垂直磁
化膜内を通り、ファラデ−効果素子２０から出る。光が
垂直磁化膜内を往復する間に、ファラデ−効果により、
偏光面の回転が生じる。回転量は、透過距離，膜の感度
定数，及び膜位置の垂直方向の磁束の大きさによって定
まり、垂直方向の磁束の大きさは、鋼板表面又は表層部
の欠陥の有無によって大きく変化する。

【００１８】磁化器１０の外観を図１に示す。図１を参
照すると、この磁化器１０は、強磁性体で構成されたコ
ア１１と、それに巻回された２つの電気コイル１２及び
１３で構成されている。コア１１は、４辺１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ及び１１ｄでなる実質上矩形の枠体であり、
互いに対向する２辺１１ｃ及び１１ｄに、それぞれ電気
コイル１２及び１３が巻回してある。また残りの２辺１
１ａ及び１１ｂには、それぞれ突起１１ｅ及び１１ｆが
形成してある。２つの電気コイル１２及び１３は、巻数
が同一になっており、また互いに対称に磁束を発生する
ように結線されている。つまり、電気コイル１２の一端
１２ａがＮ極、他端１２ｂがＳ極になる時には、電気コ
イル１３の一端１３ａがＮ極、他端１３ｂがＳ極にな
り、突起１１ｅ及び１１ｆがそれぞれＮ極及びＳ極の磁
極を形成する。

【００１９】図２及び図３に示すように、突起１１ｅ及
び１１ｆは、厚板鋼板１の表面１ａと近接して配置され
ているので、電気コイル１２及び１３に通電し、突起１
１ｅ及び１１ｆに磁極を形成することによって、厚板鋼
板１が磁化される。また、突起１１ｅ及び１１ｆは、各
辺１１ａ及び１１ｂの中央部に形成されているので、厚
板鋼板１は、磁化器１０の中心部と対向する位置が最も
強く磁化される。この位置と対向するように、ファラデ
−効果素子２０が配置されている。また、コア１１は矩
形の枠体であり、その中央部は開口部１１ｇを形成して
いるので、この部分に光路が形成されるように光学系、
即ちファラデ−効果素子２０，投光器３０，及び受光器
６０は配置されている。

【００２０】投光器３０は、白色ランプ３１，拡散板３
２，及び偏光板３３で構成されており、ファラデ−効果
素子２０の上方に配置されている。白色ランプ３１は、
細長い管状の白色光源（クセノンストロボランプ）であ
り、ファラデ−効果素子２０と同じ向きで平行に配置し
てある。また、白色ランプ３１から出る光は様々な波長
の成分を含んでいるが、特に波長が８００ｎｍの成分を
含んでいる。８００ｎｍの波長は、ファラデ−効果素子
２０の光の回転量が最も大きく、吸収による減衰も少な
い波長である。白色ランプ３１から出る光は、乳白色の
拡散板３２を透過し拡散されるので、比較的広いファラ
デ−効果素子２０の全面を均一な照度で照明することが
できる。また、拡散板３２から出た光は、１方向の直線
偏光成分のみが偏光板３３を通り、ファラデ−効果素子
２０に到達する。偏光板３３は、ポラロイド板を帯状に
切断したものであり、白色ランプ３１と同じ方向に向け
て平行に配置してある。

【００２１】受光器６０は、バンドパスフィルタ４５，
検光子４０，及び撮像装置（２次元イメ−ジセンサ）５
０で構成されており、ファラデ−効果素子２０の上方
に、前記投光器３０と光学的に対称な位置関係で配置さ
れている。バンドパスフィルタ４５は、特定の波長成分
の光のみを透過し、他の波長成分を遮断する特性を有す
る光学フィルタであり、この例では、中心波長が８００
ｎｍ、半値幅が１００ｎｍのものを使用している。つま
り、ファラデ−効果素子２０の感度の高い波長成分のみ
が抽出され、それ以外の成分はノイズとしてカットされ
る。検光子４０は、偏光板であり、それが透過する光の
偏光方向は、偏光板３３に対して４５度傾けてある。偏
光板３３を透過した光は、撮像装置５０に入射し、２次
元画像として撮像される。

【００２２】この欠陥検査装置の電気回路の構成を図４
に示す。図４を参照して説明する。発振器６１は、この
電気回路の制御タイミングを定める一定周期の方形波信
号を出力する。具体的には、発振器６１は、撮像装置５
０の二次元画像読取走査に使用される水平同期信号に同
期した三角波を生成し、それを整形して方形波を生成し
ている。発振器６１が出力する方形波信号は、移相器６
５を介して、ストロボ電源６２に印加される。ストロボ
電源６２は、発振器６１が出力する方形波信号に同期し
たパルス電力を、白色ランプ３１に供給し、所定のタイ
ミングで白色ランプ３１を点灯する。

【００２３】磁化コイル（電気コイル）１２及び１３に
は、発振器６１が出力する方形波信号を電力増幅器６４
が増幅した電力が印加される。この電力の極性は周期的
に変化するので、電化コイル１２及び１３によって磁化
器１０に発生する磁極も周期的に変化する。この極性変
化の周期は非常に短いので、表皮効果が現われ、厚板鋼
板１中の磁束はその表層部分に集中する。これにより、
比較的小さい電力で、厚板鋼板１の欠陥検出に必要な部
分だけを磁化することができる。

【００２４】撮像装置５０は、検光子４０を介して入射
する二次元画像光を走査しながら撮像する。撮像装置５
０が出力する画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５１によってデ
ジタル信号に変換され、極性変換器５２に印加される。
極性変換器５２は、発振器６１が出力する方形波信号の
極性を検出する極性検出器６３の出力によって制御され
る。極性変換器５２が出力する画像信号は、フレ−ムバ
ッファ５３と加算器５４に印加される。加算器５４は、
極性変換器５２が出力する画像信号とフレ−ムバッファ
５３が出力する画像信号とを加算し、その結果を画像処
理装置５５に出力する。画像処理装置５５は、画像信号
に所定の画像処理を施し、処理の結果を欠陥弁別器５６
に出力する。欠陥弁別器５６は、欠陥の有無を識別す
る。モニタＴＶ５７は、画像処理前の画像，画像処理後
の画像，欠陥弁別結果等をその二次元表示画面に表示す
ることができる。

【００２５】撮像装置５０によって撮像される２次元画
像の例を、図５及び図６に示す。これらは、人工的に作
られた表面欠陥を含む厚板表面部に、ファラデ−効果素
子２０を対向させた時に得られた画像であり、図５は、
厚板鋼板１の磁化極性が正の場合の画像であり、図６は
それから磁化極性変化周期の半周期後の、つまり磁化極
性が負の場合の画像である。画像中の全域にわたって見
られる模様は、ファラデ−効果素子２０の磁区模様であ
る。

【００２６】極性変換器５２は、画像信号の極性（ポジ
／ネガ）を切換える回路であり、極性検出器６３の出力
する信号に従ってポジ／ネガを切換え、磁化極性変化周
期の半周期毎に、ポジ画像とネガ画像とを交互に出力す
る。従って例えば、厚板鋼板１の磁化極性が正の時には
ポジ画像が出力され、厚板鋼板１の磁化極性が負の時に
はネガ画像が出力される。

【００２７】図７は、図６の画像のネガ画像を示してい
る。図７を参照すると、磁区模様の白黒が反転してお
り、また欠陥部分の白黒の割合いは磁化極性が逆の画像
（図５）と同様になっているのが分かる。そこでこの実
施例では、図５のような画像と図７のような画像とを加
算器５４で加算することによって、ノイズである磁区模
様の成分を打ち消すようにしている。

【００２８】フレ−ムバッファ５３は、磁化極性変化周
期の半周期毎に、それまでに記憶していた画像の出力と
新しい画像の書き込みとを同時に行なう。従って加算器
５４には、極性変換器から出力される最新の画像と、半
周期前の画像とが同時に印加されるが、それらのうち一
方は反転されたネガ画像であり、他方は反転されないポ
ジ画像であり、しかも両者は磁化極性が逆であるので、
図５のような画像と図７のような画像とを同じタイミン
グで加算することができる。

【００２９】この加算によって得られる画像は、例えば
図８の最上部に示すようになり、磁区模様の成分はほと
んど消え、しかも欠陥部分のコントラストが倍増する。
図８の中央部に示す波形は、加算によって得られる画像
の１ラインの信号レベル変化を示しているが、欠陥の有
無を識別するためには、更に信号を処理する必要があ
る。

【００３０】そこで次の画像処理装置５５で、様々な信
号処理を実施している。即ち、ロ−パスフィルタ処理，
画像の縦方向の平均化処理，及びハイパスフィルタ処理
を実施している。ロ−パスフィルタ処理（平滑化）によ
って、磁区模様の残留成分が更に減衰され、縦方向の平
均化処理によって、欠陥信号のＳ／Ｎ比が改善され、ハ
イパスフィルタ処理によって、磁化器による緩やかな垂
直磁界分布によって生じる画像の輝度むらを低減するこ
とができる。この処理の結果、図８の最下部に示す信号
波形が得られ、この信号が次の欠陥弁別器５６に印加さ
れる。欠陥弁別器５６は、図８の最下部に示す信号のよ
うな比較的大きなレベル変化を、欠陥として識別する。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明で用いている光源
は、白色光源であるので、スポット光と異なり、比較的
広い範囲に向けて光を放射する。また、白色光源の前面
には拡散手段が配置されているので、拡散手段を透過し
てファラデ−効果素子手段に向かう光は、広い範囲に対
して均一な照度でファラデ−効果素子手段を照明する。
つまり、ファラデ−効果素子手段がかなり広い面積を有
する場合であっても、その全面が同時に照明され、しか
も各位置に入射する光の強度は同一になる。従って、比
較的広い範囲の全体を検査する場合であっても、照明光
を機械的に走査する必要はなく、しかもファラデ−効果
素子手段の全面を同時に照明することができるので、広
い範囲を検出対象にする場合の検出所要時間に関する照
明側装置による制約は従来に比べて大幅に改善される。

【００３２】また、白色光源の発する光のスペクトル
は、様々な波長の成分を含むので、例えばファラデ−効
果素子手段にファラデ−効果が生じない波長成分の光
は、欠陥検出に関してノイズとなり、信号／雑音比（Ｓ
／Ｎ比）を下げるので、欠陥検出の妨げになるが、本発
明では、ファラデ−効果素子手段のファラデ−効果が最
大になる波長を含む白色光を放射する白色光源を用いて
おり、しかも、白色光源から検光子までの間の光の通路
上に、ファラデ−効果素子手段のファラデ−効果が最大
になる波長の近傍の光のみを透過する、バンドパスフィ
ルタ手段が配置されているので、検光子に入射する光
は、ファラデ−効果が最大になる波長近傍の成分だけに
限定され、従って検光子に入射する光のＳ／Ｎ比が高
く、信頼性の高い欠陥検出が可能になる。

【００３３】また、第２番の発明では、前記バンドパス
フィルタ手段を、検光子の近傍位置に配置しているの
で、ファラデ−効果素子手段等に外来光が入射する場合
であっても、外来光が欠陥検出に悪影響を及ぼしにく
く、信頼性の更に高い欠陥検出が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例で用いる磁化器１０の外観を示す斜視
図である。

【図２】 実施例の欠陥検査装置の主要部の外観を示す
正面図である。

【図３】 図２の欠陥検査装置の主要部の外観を示す側
面図である。

【図４】 欠陥検査装置の電気回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】 撮像装置５０が撮像する画像の例を示す平面
図である。

【図６】 図５の半周期後の画像を示す平面図である。

【図７】 図６の画像のネガ画像を示す平面図である。

【図８】 処理前及び処理後の画像の輝度変化を示す波
形図である。

【符号の説明】

１：厚板鋼板 １ａ：表面 ２：車輪 １０：磁化器 １１：コア １１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，１１ｄ：辺 １１ｅ，１１ｆ：突起 １１ｇ：開口部 １２，１３：電気コイル ２０：ファラデ−効果
素子 ３０：投光器 ３１：白色ランプ ３２：拡散板 ３３：偏光板 ４０：検光子 ４５：バンドパスフィ
ルタ ５０：撮像装置 ５１：Ａ／Ｄ変換器 ５２：極性変換器 ５３：フレ−ムバッフ
ァ ５４：加算器 ５５：画像処理装置 ５６：欠陥弁別器 ５７：モニタＴＶ ６０：受光器 ６１：発振器 ６２：ストロボ電源 ６３：極性検出器 ６４：電力増幅器 ６５：移相器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の少なくとも表層部を磁化す
   る磁化手段；検査対象物の磁化される面の近傍に配置さ
   れ、それが受ける磁界に応じてそれを透過する光の偏光
   面を回転する、ファラデ−効果素子手段；該ファラデ−
   効果素子手段のファラデ−効果が最大になる波長を含む
   白色光を放射する白色光源；該白色光源の近傍に配置さ
   れ、光を拡散する、拡散手段；該拡散手段とファラデ−
   効果素子手段との間に配置され、直線偏光の光を、ファ
   ラデ−効果素子手段の面に導く、偏光子；前記ファラデ
   −効果素子手段からの反射光を受光する検光子；前記白
   色光源から検光子までの間の光の通路上に配置され、フ
   ァラデ−効果素子手段のファラデ−効果が最大になる波
   長の近傍の光のみを透過する、バンドパスフィルタ手
   段；及び前記検光子の近傍に配置され、検光子を通った
   光の強度から検査対象物上の欠陥を検出する、欠陥検出
   手段；を備える磁気光学欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記バンドパスフィルタ手段は、前記検
   光子の近傍位置に配置された、前記請求項１記載の磁気
   光学欠陥検査装置。