JPH08278258A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面異常の有無の識別精度を改善する。鋼板
表面が振動する場合にも確実な検査を可能にする。 【構成】 照明装置２から検査対象物１に入射する照明
光の、検査位置ＰＬでの入射光分布を、２つのピ−ク点
を有するパタ−ン形状に定め、反射光強度分布パタ−ン
を平担化する。反射光強度分布パタ−ンが平担になる
と、検査面の振動に対して、受光器の検出光量の変化が
低減される。実質的な光源位置を互いに近接した２カ所
に設け、それらの間に光を出射しない領域を設ける。照
明装置に可変絞り機構を設けて、入射光強度分布パタ−
ンを可変にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面検査装置に関し、例
えば鋼板などの表面の状態を光学的に検査する場合に利
用しうる。

【０００２】

【従来の技術】例えば鉄鋼業の分野においては、鋼板な
どの表面の状態を光学的に検査することにより、表面あ
るいは表層部の欠陥の有無を検査することが従来より実
施されている。

【０００３】例えば特開昭５８−２０４３５０号公報に
示されるように、この種の表面検査装置は、検査対象物
の表面に光を照射する照明装置と、前記検査対象物に照
射された光の正反射方向に設置された受光装置と、該受
光装置に入射した光に応じて前記検査対象物の表面の状
態を識別する識別装置を備えている。即ち、疵の有無に
応じて受光装置に入射する反射光の強度が変わるので、
受光量の違いにより疵の有無が識別できる。

【０００４】また、特開平４−１７８５４１号公報の表
面検査装置では、受光装置は正反射方向でない位置に設
置し、照明装置は所定の曲率半径で湾曲した面が発光す
るように構成し、照明装置の焦点位置が検査位置と一致
するように配置してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の表面検査装置
においては、識別装置に入力される信号のＳ／Ｎ比が比
較的小さく、例えば、疵が存在する領域を検査する場合
に受光装置に入射する光の強度と、疵が存在しない領域
を検査する場合に受光装置に入射する光の強度との差が
小さく、それらの違いの識別が困難な場合がある。

【０００６】ところで、検査対象物を搬送しながらその
表面を連続的に検査する場合には、検査対象物に振動が
生じるのは避けられない。検査対象物に厚み方向（表面
に垂直な方向）の振動が生じると、照明光の入射角が微
妙に変動するため、それに伴なって検査対象物からの反
射光の正反射方向も変動する。受光装置はある程度の広
さの視野を有しているので、反射光の正反射方向が変動
する場合であっても、連続的に正反射光を受光すること
ができる。しかしながら、反射光の正反射方向が変動す
ると、受光装置の視野内における検査対象物からの反射
光の強度分布が変動する。これによって、疵が存在する
領域を検査する場合に受光装置に入射する光の強度と、
疵が存在しない領域を検査する場合に受光装置に入射す
る光の強度との違いにも変動が生じ、疵の有無の判別に
誤りを生じ易くなる。

【０００７】従って本発明は、表面検査装置において、
検査対象面に振動が生じる場合であっても、その表面状
態の正しい識別を容易にすることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１では、検査対象物（１）の表面に光を照射
する照明装置と、前記検査対象物に照射された光の正反
射方向に設置された受光装置（３）と、該受光装置に入
射した光に応じて前記検査対象物の表面の状態を識別す
る識別装置（４）を備える表面検査装置において：前記
照明装置に、互いに間隔をおいて隣接する２つの位置か
ら、前記検査対象物の表面の実質的に同一の検査位置に
向けて照明光を照射する照明機構（２，２Ｂ，２Ｃ，２
Ｄ，２Ｅ）を設ける。

【０００９】また請求項２では、前記照明機構（２，２
Ｃ）は、互いに隣接する位置に設置された２つのスリッ
ト状の開口（５１，５２，５１Ｃ，５２Ｃ）と、これら
の開口に向けて光を照射する少なくとも１つの光源（２
０１，２１１，２２１）と、該光源と前記開口との間に
設置された拡散板（２０３，２１３，２２３）を備え
る。

【００１０】また請求項３では、前記照明機構（２Ｂ）
は、スリット状の開口（５１Ｂ，５２Ｂ）と、該開口に
向けて光を照射する光源（２１１，２２１）と、該光源
と前記開口との間に配置された光学レンズ（２３，２
４）とを有する照明ユニット（２１Ｂ，２２Ｂ）を互い
に隣接する位置に２つ設置して構成され、これら２つの
照明ユニットの照明光の光軸が、互いに傾斜する形で配
置される。

【００１１】また請求項４では、前記照明機構（２Ｄ）
は、ビ−ム状の光を出射する１つの光源（２５）と、該
光源から出射される単一の光ビ−ムを２つの光ビ−ムに
分離するビ−ム分離機構（２６，２７）と、該ビ−ム分
離機構から出る２つの光ビ−ムの通路に配置された光学
レンズ（２８）を備える。

【００１２】また請求項５では、前記照明機構は、前記
光源と光出射口との間に設置された可変絞り機構（２０
４，２１４，２２４）を備える。

【００１３】また請求項６では、前記照明装置の少なく
とも絞り機構の位置を照明光の光軸方向に対して移動自
在に支持する可動機構（４０，４１，４２）を備える。

【００１４】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。

【００１５】

【作用】例えば図１に示すように、光源からの光がある
入射角θ１で検査対象物の表面に入射する場合、θ１と
等しい反射角θ２（即ち正反射方向）を中心としてある
程度の広がりをもった範囲に反射光が向かう。つまり、
反射光強度分布は次式で表わされる。

【００１６】

【数１】反射光強度分布＝入射光強度分布＊反射分布特
性 ＊：コンボリュ−ション 例えば検査対象物が鋼板である場合には、反射分布特性
は主として鋼板の表面粗度に応じて定まる。そして、鋼
板の表面性状が異常であると、反射分布特性も変わるの
で、検査対象物の正常部と異常部とでは図１に示すよう
に、反射光強度分布が変わる。

【００１７】一方、反射光が入射する受光器の視野角θ
ｖは、ある程度の大きさを有しているので、図１のよう
に正反射方向に受光器を配置すると、反射光強度分布の
うち、視野角θｖに含まれる範囲の反射光の全エネルギ
−に相当する光量が受光器によって検出される。

【００１８】例えば図２に示すθｖ１が受光器の視野で
ある場合には、視野θｖ１に含まれるエネルギ−の総和
が異常部の反射光と正常部の反射光とで明らかに異なっ
ているので、受光器の検出レベルを判定することによっ
て、検査対象面が正常部か異常部かを識別することが可
能である。ところが、例えば図２に示すθｖ２が受光器
の視野である場合には、視野の中央付近では「異常部」
＞「正常部」であり、逆に視野の周辺部では「異常部」
＜「正常部」であるため、視野θｖ２に含まれるエネル
ギ−の総和は、異常部の反射光と正常部の反射光とで大
きな差がなく、視野の大きさの僅かな違いによって、両
者の大小関係が逆転する可能性がある。従って、視野が
θｖ２である場合には、受光器に得られる信号のＳ／Ｎ
比が非常に低く、信頼性の高い検査ができない。

【００１９】また、図２に示すθｖ１が受光器の視野角
と一致する場合であっても、視野の中心が、反射光強度
のピ−クの方向と一致していなければ、視野がθｖ２で
ある場合と同様に、信頼性の高い検査ができない。実際
には、例えば鋼板を搬送しながらその表面を検査する場
合には、鋼板がその厚み方向に振動するため、照明光の
鋼板への入射角が微妙に変動し、鋼板からの反射光の向
かう方向も変動するため、受光器の視野内での反射光強
度分布に変動が現われる。従って、受光器に得られる信
号のＳ／Ｎ比が非常に低く、信頼性の高い検査ができな
い。特に、反射角の違いに対する反射光強度の変化が大
きく、例えば図２に示すように反射強度分布パタ−ンの
カ−ブが急俊であると、鋼板の振動に対する検査装置の
許容範囲が小さくなる。

【００２０】一方、請求項１の装置においては、互いに
間隔をおいて隣接する２つの位置から、前記検査対象物
の表面の実質的に同一の検査位置に向けて照明光を照射
する照明機構（２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ）が備わっ
ている。即ち、検査対象物表面の検査位置から見ると互
いに近接する２カ所に光源が存在するため、検査位置に
おける入射光（照明光）の入射角度方向の強度分布は、
例えば図９に示す特性ＣＢのようになる。また図９に示
すように、反射光強度分布は、入射光強度分布の違いに
応じて変化し、入射光強度分布が特性ＣＡの場合（光源
位置が１カ所の場合）には反射光強度分布は特性ＣＣの
ようになり、入射光強度分布が特性ＣＢの場合には反射
光強度分布は特性ＣＤのようになる。

【００２１】例えば図９の反射光強度分布において、
「正常部＜異常部」である範囲は、特性ＣＣがθｘ１、
特性ＣＤがθｘ２であり、明らかに「θｘ１＜θｘ２」
である。前述のように、検査対象物の振動などによって
反射光の角度が変化すると、反射光強度のピ−クの方向
と、受光器の視野中心軸方向とがずれる。例えば、図９
の特性ＣＣの例において、受光器の視野がθｘ１である
場合、反射光の方向が受光器の視野中心軸方向から少し
でもずれると、視野の範囲に「正常部＞異常部」の領域
が含まれるので、正常／異常の識別が難しくなる。一
方、図９の特性ＣＤの例において、受光器の視野がθｘ
１である場合、反射光の方向が受光器の視野中心軸方向
から（θｘ２−θｘ１）／２だけずれたとしても、視野
の全域に渡って「正常部＜異常部」であるため、正常／
異常の識別が容易である。つまり本発明では、実質上の
光源位置を互いに近接した２カ所に配置することによっ
て、検査対象物の振動による検査への悪影響を緩和する
ことができる。

【００２２】なお、光源位置を互いに近接した２箇所と
し、２つの光源位置の間に間隔を設けることによって、
図９の特性ＣＤのような反射光強度分布を得ることがで
きるが、例えば特開平４−１７８５４１号公報に示され
るように、単に広い範囲から照明光を照射しても特性Ｃ
Ｄのような反射光強度分布は得られない。

【００２３】請求項２においては、互いに隣接する位置
に設置された２つのスリット状の開口（５１，５２，５
１Ｃ，５２Ｃ）と、これらの開口に向けて光を照射する
少なくとも１つの光源（２０１，２１１，２２１）と、
該光源と前記開口との間に設置された拡散板（２０３，
２１３，２２３）が前記照明機構（２，２Ｃ）に備わっ
ている。２つのスリット状の開口を設けることによっ
て、光源位置を互いに近接した２カ所に設けることがで
きる。また、光源と開口との間に拡散板を設置すること
によって、照明装置の各光軸の方向を精密に調整しなく
ても、検査面に入射する照明光の入射光強度分布を図１
０に示すように均一化することができ、これによって反
射光強度分布のパタ−ンを安定化するとともに、反射光
強度分布の正常／異常の識別が容易な範囲をより広くす
ることができる。

【００２４】請求項３においては、スリット状の開口
（５１Ｂ，５２Ｂ）と、該開口に向けて光を照射する光
源（２１１，２２１）と、該光源と前記開口との間に配
置された光学レンズ（２３，２４）とを有する照明ユニ
ット（２１Ｂ，２２Ｂ）が互いに隣接する位置に２つ設
置され、２つの照明ユニットの照明光の光軸が、互いに
傾斜する形で配置される。各々の照明ユニットにおい
て、光源から出た光は光学レンズ（２３，２４）で集光
され、開口（５１Ｂ，５２Ｂ）を通って所定位置に焦点
を結ぶ。２つの照明ユニットの光軸の傾きを調整するこ
とによって、２カ所から出る照明光が検査対象物上の１
つの検査位置で焦点を結ぶように設定することができ
る。これにより、検査位置での入射光強度分布を、図１
０に示すように均一化することができる。

【００２５】また請求項４では、１つの光源（２５）か
ら出射される単一の光ビ−ムは、ビ−ム分離機構（２
６，２７）を通って２つの光ビ−ムに分離され、各々の
光ビ−ムは光学レンズ（２８）で集光されて検査対象物
上の１つの検査位置で焦点を結ぶように設定される。こ
れにより、検査位置での入射光強度分布を、図１０に示
すように平担化することができる。

【００２６】また請求項５では、前記光源と光出射口と
の間に可変絞り機構（２０４，２１４，２２４）が設置
されている。絞り量（例えば開口幅）を調整することに
より、入射光強度分布の広がり幅（図１０のθｗ１，θ
ｗ２，θｗ３）を変えることができる。入射光強度分布
の広がり幅を変えると、それに伴なって、反射光強度分
布のパタ−ンが変化する。従って、反射光強度分布のパ
タ−ンが最も好ましくなるように（反射光強度分布上の
異常有／無に応じた差が生じる範囲（θｘ１〜θｘ５）
が広く、しかも差が大きくなるように）調整することが
可能である。

【００２７】また請求項６では、可動機構（４０，４
１，４２）の調整により、絞り機構の位置を照明光の光
軸方向に対して移動することができる。絞り機構の位置
を照明光の光軸方向に対して移動すると、絞り量（例え
ば開口幅）が一定であっても、入射光強度分布の広がり
幅（図１０のθｗ１，θｗ２，θｗ３）を変えることが
できる。従って、反射光強度分布のパタ−ンが最も好ま
しくなるように（反射光強度分布上の異常有／無に応じ
た差が生じる範囲（θｘ１〜θｘ５）が広く、しかも差
が大きくなるように）調整することが可能である。

【００２８】図３の例では、入射角の広がりθＬ（図１
０のθｗ１〜θｗ３に相当）が５度，１０度，１５度及
び３０度の４種類のそれぞれの場合について、入射光強
度分布と反射光強度分布（正常部と異常部のそれぞれ）
を示している。図３を参照すると、入射角の広がりθＬ
に応じて、反射光強度分布のパタ−ンが変化するのが分
かる。また、受光器の視野角θｖとして図３のように一
定の範囲を想定すると、視野角θｖ内のエネルギ−の総
和、即ち受光器が受光する光量は、入射角の広がりθＬ
に応じて変化することが分かる。

【００２９】図３の例では、入射角の広がりθＬが５度
又は１０度の場合には、視野内に「異常部」＞「正常
部」の領域と、「異常部」＜「正常部」の領域が含まれ
ているため、両者の相殺によって、視野θｖに含まれる
エネルギ−の総和には、異常部の反射光と正常部の反射
光とで大きな差が生じない。また、入射角の広がりθＬ
が３０度の場合には、視野内の全域において、ほぼ「異
常部」＝「正常部」であるため、視野θｖに含まれるエ
ネルギ−の総和には、異常部の反射光と正常部の反射光
とで大きな差が生じない。一方、入射角の広がりθＬが
１５度の場合には、視野内の全域において、ほぼ「異常
部」＞「正常部」であるため、視野θｖに含まれるエネ
ルギ−の総和も「異常部」＞「正常部」となり、受光器
が受光する光量に基づいて、異常の有無を容易に識別で
きる。

【００３０】従って、検査対象物が振動しない場合であ
れば、照明装置の可変絞りを操作して照明光の入射角の
広がりθＬを調整することによって、異常の識別が容易
な状態（例えば、図３のθＬ＝１５度の状態）に設定す
ることができる。このような照明の調整によって、検査
の信頼性が大幅に向上する。

【００３１】

【実施例】一実施例の表面検査装置全体の構成を図４に
示す。この表面検査装置は、図４を参照すると、照明装
置２，ラインセンサカメラ３，６，信号処理回路７，
８，及び異常判別回路４を備えている。検査対象物であ
る鋼板１は、図中にＹで示す長手方向に一定の速度で搬
送されながら検査される。

【００３２】照明装置２は、図示しない支持機構によっ
て、上方から吊り下げられ固定されている。照明装置２
は、光出射口５から鋼板１の表面に向かって照明光を照
射するが、後述するように照明装置２の実質的な光出射
口は互いに近接した２カ所に設けられている。そして、
２カ所の光出射口から出る光は、いずれも鋼板１上の同
一の検査位置ＰＬを同時に照明するように構成されてい
る。また、２カ所の光出射口から出る照明光の中心軸の
方向は、鋼板１の表面に対して、位置ＰＬでそれぞれ角
度θ１ａおよびθ１ｂだけ傾くように配置されている。
照明装置２から出る光は、鋼板１の幅方向（Ｘ方向）の
全体を同時に照明する。つまり、照明装置２から出る各
照明光の中心軸と鋼板１表面とが交叉する位置ＰＬにお
いては、照明光の中心軸と鋼板１表面とのなす角度、即
ち光の入射角度が、それぞれθ１ａおよびθ１ｂにな
る。

【００３３】但し、後述するように、スリットを通して
照明しているため、位置ＰＬでの照明光の入射角度は、
図３に示すように幅θＬの広がりを有している。幅θＬ
の大きさは、スリット幅に応じて定まる。

【００３４】一方、ラインセンサカメラ３は、その視野
の中心軸が、鋼板１上の前記位置ＰＬに向かうように位
置決めされ固定されている。また、鋼板１上の位置ＰＬ
で鋼板１表面とラインセンサカメラ３の視野の中心軸と
のなす角度θ２が、照明装置２から鋼板１に入射する照
明光の入射角θ１（前記角度θ１ａとθ１ｂの中間の角
度）と一致するように位置決めされている。即ち、ライ
ンセンサカメラ３は、照明装置２から出て鋼板１表面で
反射する照明光の正反射方向に向けて配置されている。

【００３５】図１に示すように、光源からの光がある入
射角θ１で検査対象物の表面に入射する場合、θ１と等
しい反射角θ２（即ち正反射方向）を中心としてある程
度の広がりをもった範囲に反射光が向かう。つまり、反
射光強度分布は次式で表わされる。

【００３６】

【数２】 反射光強度分布＝入射光強度分布＊表面の反射分布特性 ＊：コンボリュ−ション 検査対象物が鋼板である場合には、反射分布特性は主と
して鋼板の表面粗度に応じて定まる。そして、鋼板の表
面性状が異常であると、反射分布特性も変わるので、検
査対象物の正常部と異常部とでは図１に示すように、反
射光強度分布が変わる。この反射光強度分布の違いを、
ラインセンサカメラ３が検出した信号から識別すること
によって、鋼板の表面性状の異常の有無（疵の有無等）
が判別される。ラインセンサカメラ３は、Ｘ軸方向に１
列に並ぶ多数（例えば４０９６個）の受光素子を内蔵し
ており、鋼板１上の位置ＰＬにおける全幅の各位置から
の反射光を同時にそれぞれの受光素子が受光する。従っ
て、機械的な走査を実施することなく、幅方向の全体の
検査を１回で実施することができる。また、検査対象物
の幅が広い場合には、光源および検出器の組を幅方向に
多数配列することにより、全幅の検査をすることができ
る。

【００３７】一方、もう１つのラインセンサカメラ６
は、その視野の中心軸が、鋼板１上の前記位置ＰＬに向
かうように位置決めされ固定されているが、視野の中心
軸が、鋼板１の表面に対して垂直になるように、位置Ｐ
Ｌの上方に設置されている。従って、ラインセンサカメ
ラ６は、鋼板１の表面で乱反射した光の成分を検出す
る。ラインセンサカメラ６も、Ｘ軸方向に１列に並ぶ多
数（例えば４０９６個）の受光素子を内蔵しており、鋼
板１上の位置ＰＬにおける全幅の各位置からの反射光を
同時にそれぞれの受光素子が受光する。

【００３８】なお、乱反射光を検出するラインセンサカ
メラ６を省略しても、鋼板表面性状の異常の有無を判別
することはできる。この実施例では、鋼板１の種類が変
化したり、照明装置２やラインセンサカメラ３の設置状
態が変化した場合であっても、無調整で鋼板表面性状の
異常を判別できるように、補助的にラインセンサカメラ
６を設置してある。

【００３９】ラインセンサカメラ３が出力する信号は信
号処理回路７を通り、ラインセンサカメラ６が出力する
信号は信号処理回路８を通り、それぞれ異常判別回路４
に入力される。異常判別回路４は、信号処理回路７が出
力する信号のレベル（ラインセンサカメラ３が検出した
各位置からの正反射光の光量レベル）を信号処理回路８
が出力する信号のレベル（ラインセンサカメラ６が検出
した各位置からの乱反射光の光量レベル）で補正した
後、その信号レベルを予め記憶している基準レベルと比
較して、両者の違いが所定以上である場合に、鋼板１の
表面性状が異常であると判別し、それ以外の場合には正
常と判別する。基準レベルは、予め目視検査などのより
表面性状が正常であると確認された鋼板の表面をライン
センサカメラ３，６によって検査した時に得られた信号
レベルであり、この基準レベルは特別な更新指示がある
まで異常判別回路４に保持される。

【００４０】図４に示した照明装置２の縦断面図を図５
に示す。図５を参照すると、この照明装置２は互いに同
一構成の２つの照明機構２１および２２を上下に重ね合
せて構成してある。照明機構２１および２２のそれぞれ
は、Ｘ軸方向に延びる直管状の蛍光灯ランプ２１１，２
２１と、放物面鏡２１２，２２２と、透光性の拡散板２
１３，２２３と、光出射口の近傍に配置された可変絞り
機構２１４，２２４を備えている。

【００４１】蛍光灯ランプ２１１から出る光は、放物面
鏡２１２で反射して、矢印Ａ方向に向かうほぼ平行な光
束になる。更に、この光束は拡散板２１３を透過して矢
印Ｂ方向に拡散し、その一部分が可変絞り機構２１４に
よって形成されるスリット状の開口５１を通って矢印Ａ
方向及びその軸に対して少し傾斜した方向に、つまり鋼
板１の表面に向かう方向に出射される。同様に、蛍光灯
ランプ２２１から出る光は、放物面鏡２２２で反射し
て、矢印Ａ方向に向かうほぼ平行な光束になる。更に、
この光束は拡散板２２３を透過して矢印Ｂ方向に拡散
し、その一部分が可変絞り機構２２４によって形成され
るスリット状の開口５２を通って矢印Ａ方向及びその軸
に対して少し傾斜した方向に出射される。

【００４２】可変絞り機構２１４は、可撓性の材料で構
成される長方形（薄板状）の遮光板２１５および２１７
を上下に備えている。遮光板２１５は、照明機構２１の
ケ−シング内壁とロ−ラ２１６によって挟まれ、ケ−シ
ング内壁の形状に従って変形している。ロ−ラ２１６
は、回動自在に支持されており、また図示しない電気モ
−タの駆動軸に連結されている。この電気モ−タを駆動
すると、ロ−ラ２１６が回動し、それに伴なって遮光板
２１５が移動する。同様に、遮光板２１７は、照明機構
２１のケ−シング内壁とロ−ラ２１８によって挟まれ、
ケ−シング内壁の形状に従って変形している。ロ−ラ２
１８は、回動自在に支持されており、また前記電気モ−
タの駆動軸に連結されている。電気モ−タを駆動する
と、ロ−ラ２１８が回動し、それに伴なって遮光板２１
７が移動する。

【００４３】同様に、可変絞り機構２２４は、可撓性の
材料で構成される長方形（薄板状）の遮光板２２５およ
び２２７を上下に備えている。遮光板２２５は、照明機
構２２のケ−シング内壁とロ−ラ２２６によって挟ま
れ、ケ−シング内壁の形状に従って変形している。ロ−
ラ２２６は、回動自在に支持されており、また前記電気
モ−タの駆動軸に連結されている。電気モ−タを駆動す
ると、ロ−ラ２２６が回動し、それに伴なって遮光板２
２５が移動する。同様に、遮光板２２７は、照明機構２
２のケ−シング内壁とロ−ラ２２８によって挟まれ、ケ
−シング内壁の形状に従って変形している。ロ−ラ２２
８は、回動自在に支持されており、また前記電気モ−タ
の駆動軸に連結されている。電気モ−タを駆動すると、
ロ−ラ２２８が回動し、それに伴なって遮光板２２７が
移動する。

【００４４】この実施例では、前記電気モ−タを正転駆
動すると、遮光板２１５，２２５が上昇し、遮光板２１
７，２２７が下降する。また、電気モ−タを逆転駆動す
ると、遮光板２１５，２２５が下降し、遮光板２１７，
２２７が上昇する。従って、前記電気モ−タを正転駆動
すれば、遮光板２１５，２１７の間の開口５１のスリッ
ト幅Ｗｓｂ、ならびに遮光板２２５，２２７の間の開口
５２のスリット幅Ｗｓａが大きくなり、逆転駆動すれ
ば、スリット幅Ｗｓｂ，Ｗｓａが小さくなる。この電気
モ−タの正転駆動，逆転駆動，及び停止の制御は、図示
しないスイッチの操作に応答して実行される。また、常
にスリット幅ＷｓｂとＷｓａがほぼ同一になるように制
御される。

【００４５】なお、開口５１および５２は、Ｘ方向に細
長く（スリット状に）延びており、鋼板１の全幅と略等
しい長さを有している。従って、鋼板１の全幅に渡る範
囲を同時に照明することができる。

【００４６】照明装置２の光出射口５から出る光は、図
５に示すように、可変絞り機構２１４，２２４の開口の
大きさ、即ちスリット幅Ｗｓａ，Ｗｓｂに応じて制限さ
れる。例えば図６に示すように、開口５１を通って鋼板
１上の検査位置ＰＬに入射する照明光の入射角の広がり
幅θｗ３は、スリット幅Ｗｓｂに応じて定まり、開口５
２を通って鋼板１上の検査位置ＰＬに入射する照明光の
入射角の広がり幅θｗ３は、スリット幅Ｗｓａに応じて
定まる。つまり、スリット幅Ｗｓａ，Ｗｓｂを変えるこ
とにより、照明光の広がり幅θｗ３を変えることができ
る。また、照明光は拡散板２１３，２２３で拡散してか
ら開口５１，５２を通るので、θｗ３の範囲内における
照明光の強度分布はほぼ均一になる。このため、鋼板１
上の位置ＰＬにおける照明光の入射角に関する強度分布
は、図１０に示す特性Ｄ３のようになる。

【００４７】前記数２から分かるように、検査対象の鋼
板１の反射分布特性が一定であっても、入射光強度分布
が変化すれば、反射光強度分布も変化する。実際には図
３に示すようになる。図３は、入射光、即ち照明光の広
がり幅θＬ（図１０のθｗ１，θｗ２，θｗ３に相当）
が５度，１０度，１５度および３０度のそれぞれの場合
における、入射光強度分布と反射光強度分布を示してい
る。また、反射光強度分布については、鋼板１の表面性
状が正常な場合と異常な場合との両者を示している。ま
た、図３に示すθｖは、受光器（ラインセンサカメラ３
の相当）の視野角である。

【００４８】図３を参照すると、照明光の広がり幅θＬ
が５度，１０度，１５度および３０度のいずれであって
も、鋼板１の表面性状が正常か異常かに応じて、反射光
強度分布のパタ−ンが違っていることが分かる。しかし
ながら、実際に受光器によって検出される反射光の光量
は、視野角θｖの範囲内での平均的な光量レベルである
ため、パタ−ンに違いがあってもその違いの識別は困難
である場合がある。例えば、図３におけるθＬ＝５度の
例では、視野の中央付近では「正常部の反射光強度」＜
「異常部の反射光強度」であるが、視野の周辺部分では
「正常部の反射光強度」＞「異常部の反射光強度」であ
るため、視野の中央付近での受光量と周辺部分での受光
量との相殺により、受光器で検出される光量レベルに
は、正常部と異常部とで差がほとんどなくなる。また、
図３におけるθＬ＝３０度の例では、視野の全域に渡っ
て、「正常部の反射光強度」と「異常部の反射光強度」
との差がほとんどないため、受光器で検出される光量レ
ベルにも、正常部と異常部とで差がほとんど生じない。

【００４９】一方、図３におけるθＬ＝１５度の例で
は、視野の全域に渡って「正常部の反射光強度」＜「異
常部の反射光強度」であるため、受光器で検出される光
量レベルには、正常部と異常部とで明らかに差が生じ
る。即ち、反射光強度分布パタ−ンと視野角θｖとの関
係を、図３におけるθＬ＝１５度の場合のように定めれ
ば、表面検査の信頼性を高めることができる。視野角θ
ｖを固定する場合を想定すれば、照明光の入射光強度分
布を調整することによって、図３におけるθＬ＝１５度
の場合のように設定することができる。

【００５０】この実施例においては、図５に示す照明装
置を用いるので、鋼板１上の検査位置ＰＬにおける入射
光強度分布は、図１０に示す特性Ｄ３のようになる。即
ち、入射角θ１ａを中心としてθｗ３の広がり幅を有す
る範囲と、入射角θ１ｂを中心としてθｗ３の広がり幅
を有する範囲とが均一な入射光強度を有し、それ以外の
範囲（θ１ａとθ１ｂの中間の入射角θ１を中心として
θｗ３の広がり幅を有する範囲も含む）では入射光強度
が零になる。

【００５１】図１０は、入射光強度分布とそれに対応す
る反射光強度分布を示している。また、入射光強度分布
についてはＤ１，Ｄ２，Ｄ３の３種類が示され、表面性
状が正常なものと異常なものの２種類の検査対象物につ
いてのそれぞれの反射光強度分布Ｅ１，Ｅ２及びＥ３が
示されている。特性Ｄ１の入射光強度分布においては、
入射角θ１を中心としてθｗ１の広がり幅を有する範囲
で均一な入射光強度を有し、それ以外の範囲では入射光
強度が零になる。また、特性Ｄ２の入射光強度分布にお
いては、入射角θ１を中心としてθｗ２の広がり幅を有
する範囲で均一な入射光強度を有し、それ以外の範囲で
は入射光強度が零になる。そして、「θｗ１＝θｗ３＝
θｗ２／２」の関係になっている。

【００５２】図１０の反射光強度分布Ｅ１，Ｅ２及びＥ
３を参照すると、反射光強度が「異常」＞「正常」であ
る範囲の大きさθｘ３，θｘ４，θｘ５は、互いに異な
っている。即ち、「θｘ３＜θｘ４＜θｘ５」である。
ここで受光器の視野角θｖがθｘ４と同一である場合を
想定すると、特性Ｅ１の反射光強度分布については、受
光器の視野内に、反射光強度が「異常」＞「正常」であ
る範囲と「異常」＜「正常」である範囲との両者が含ま
れるので、受光器が検出するレベルの違いによって正常
／異常を識別するのが難しい。また、特性Ｅ２の反射光
強度分布については、受光器の視野内の全域について、
反射光強度が「異常」＞「正常」である。しかし、もし
も受光器の視野の中心が、反射光強度分布のピ−ク位置
からずれていると、特性Ｅ２についても特性Ｅ１の場合
と同様の結果になる。

【００５３】一方、特性Ｅ３の反射光強度分布について
は、受光器の視野内の全域について、反射光強度が「異
常」＞「正常」である。しかも「θｘ５＞視野角」であ
るため、例えば鋼板１の振動によって受光器の視野の中
心が、反射光強度分布のピ−ク位置から多少ずれた場合
であっても、受光器の視野内の全域について、反射光強
度が「異常」＞「正常」に維持される。従って、受光器
が検出するレベルの違いによって正常／異常を確実に識
別することができる。

【００５４】ところで、例えば特性Ｄ２の入射光強度分
布における広がり幅θｗ２を更に大きくすれば、反射光
強度分布Ｅ２における、「異常」＞「正常」である範囲
の大きさθｘ４を大きくし、θｘ４を視野の角度より大
きくすることができる。従って、鋼板の振動によって生
じる受光器の視野中心と反射光強度分布ピ−ク位置との
ずれに対しては、入射光強度分布における広がり幅θｗ
２を単に大きくするだけでも、多少の効果は得られる。

【００５５】しかしながら、一般的に受光器ではその視
野の中心に近い方が受光感度が高い傾向にある。反射光
強度分布パタ−ンが比較的尖鋭な場合には、受光器の視
野内の受光強度分布が、反射光分布のピ−ク位置と視野
中心との位置ずれの程度に応じて大きく変化するため、
受光器が検出する受光レベルも、その位置ずれの影響を
受ける。そして、反射光強度分布のピ−ク位置と受光器
の視野中心との位置ずれが生じると、「異常」と「正
常」の間の受光レベルの差が小さくなり、正常／異常の
識別が困難になる。従って、鋼板の振動によって生じる
受光器の視野中心と反射光強度分布のピ−ク位置とのず
れに対しては、反射光強度分布パタ−ンを平担化し、特
にピ−ク位置の近傍で反射光強度の変化が緩やかになる
ようにするのが望ましい。

【００５６】例えば特性Ｄ２の入射光強度分布における
広がり幅θｗ２を大きくするだけでは、反射光強度分布
のパタ−ン形状の変化はほとんどなく、受光器の視野内
における受光強度分布が平担にならない。しかし、入射
光強度分布を特性Ｄ３のように定め、照明の光軸位置
（入射角：θ１）近傍の入射光強度をその周辺に比べて
小さくすると、反射光強度分布が特性Ｅ３のようになる
ので、受光器の視野内における受光強度分布が平担にな
る。即ち、特性Ｄ３のような入射光強度分布にすると、
鋼板の振動などによって、受光器の視野中心と反射光強
度分布のピ−ク位置との間にずれが生じる場合であって
も、鋼板の表面性状の異常／正常の識別が容易になる。

【００５７】この実施例では、図６に示すように、照明
装置の光出射口５から出る光のうち、開口５１を通って
鋼板１上の検査位置ＰＬに入射する光の入射方向の広が
り幅θｗ３はスリット幅Ｗｓｂに応じて定まり、開口５
２を通って鋼板１上の検査位置ＰＬに入射する光の入射
方向の広がり幅θｗ３はスリット幅Ｗｓａに応じて定ま
る。また、開口５１，５２以外の部分から鋼板１上の検
査位置ＰＬに入射する照明光は存在しない。従って、鋼
板１上の検査位置ＰＬにおける照明の入射光強度分布は
図１０の特性Ｄ３のようになる。入射方向の広がり幅θ
ｗ３は、スリット幅Ｗｓａ，Ｗｓｂの調整により、必要
に応じて変更しうる。

【００５８】スリット幅Ｗｓａ，Ｗｓｂは、例えば次の
ような作業によって調整される。予め表面性状が正常で
あることが確認された第１の鋼板と、予め表面性状が異
常であることが確認された第２の鋼板（第１の鋼板と種
類が同じもの）とを用意し、第１の鋼板を検査した時に
信号処理回路７の出力に得られる信号のレベル（又はそ
れを信号処理回路８の出力によって補正したもの）と、
第２の鋼板を検査した時に信号処理回路７の出力に得ら
れる信号のレベル（又はそれを信号処理回路８の出力に
よって補正したもの）とを参照し、両者の違いができる
だけ大きくなるように、スリット幅Ｗｓａ，Ｗｓｂを調
整する。更に、第１の鋼板および第２の鋼板をそれぞれ
実際の検査環境で、即ち実際の設備を用いて鋼板を搬送
しながら表面検査を実施し、両者の信号レベルの違いが
できるだけ大きくなるように、スリット幅Ｗｓａ，Ｗｓ
ｂを再調整する。

【００５９】照明装置の変形例を図７に示す。なお、図
７において前記実施例と同一の構成要素には、同一の符
号を付して示してある。図７を参照して説明する。この
実施例においては、図５の拡散板２１３及び２２３の代
わりにレンズ２３及び２４が備わっている。従って、蛍
光灯２１１から出る光は、放物面鏡２１２で反射して矢
印Ａ方向に向かう光束になる。更にこの光束は、レンズ
２３を通って鋼板１上の検査位置ＰＬで焦点を結ぶよう
に集光され、可変絞り機構２１４の開口５１Ｂを通過し
た一部分の光のみが照明光として鋼板１上の検査位置Ｐ
Ｌに入射する。同様に、蛍光灯２２１から出る光は、放
物面鏡２２２で反射して矢印Ａ方向に向かう光束にな
り、レンズ２４を通って鋼板１上の検査位置ＰＬで焦点
を結ぶように集光され、可変絞り機構２２４の開口５２
Ｂを通過した一部分の光のみが照明光として鋼板１上の
検査位置ＰＬに入射する。

【００６０】図７の実施例では、２つの照明機構２１
Ｂ，２２Ｂは前側が係合部６１で係合しており、後側が
両者の間に挿入された移動可能なスペ−サ６２によって
それらの間隔が保持されている。スペ−サ６２の位置の
変更又はスペ−サ６２の厚みの変更により、照明機構２
１Ｂのケ−シングと照明機構２２Ｂのケ−シングとの相
対的な傾斜角度を調整することができる。照明機構２１
Ｂ及び２２Ｂの各々から出る照明光の光軸はそれぞれの
ケ−シングの向きによって定まるので、スペ−サ６２の
調整により、２つの照明機構２１Ｂ，２２Ｂの各々の光
軸が、焦点である鋼板１上の検査位置ＰＬに向かうよう
に光軸合せをすることができる。

【００６１】照明装置のもう１つの変形例を図８に示
す。図８を参照して説明する。この実施例においては、
単一の光源から出る光が、２つの光出射口から出射され
るように構成してあり、単一の照明機構２０が照明装置
２Ｃを構成している。蛍光灯２０１から出る光は、放物
面鏡２０２で反射して矢印Ａ方向に向かう光束になり、
拡散板２０３を通って拡散され、可変絞り機構２０４の
開口５１Ｃ及び５２Ｃを通過した一部分の光のみが照明
光として鋼板１上の検査位置ＰＬに入射する。可変絞り
機構２０４は、３枚の遮光板２０５，２０６及び２０７
を備えている。

【００６２】遮光板２０５はその一端が回動自在な軸２
０８によって支持され、遮光板２０６はその中央部が回
動自在な軸２０９によって支持され、遮光板２０７はそ
の一端が回動自在な軸２１０によって支持されている。
軸２０８，２０９及び２１０は、図示しない１つの電気
モ−タの駆動軸に連結されている。この電気モ−タを駆
動することによって、軸２０８，２０９及び２１０が時
計回り方向又は反時計回り方向に回転する。図８に示す
状態から軸２０８，２０９及び２１０が時計回り方向に
回転すると、開口５１Ｃ及び５２Ｃのスリット幅Ｗｓが
増大し、反時計回り方向に回転すると、スリット幅は小
さくなる。

【００６３】表面検査装置のもう１つの実施例を図１１
に示す。なお図１１において、照明装置２Ｄ及び検出器
以外は図４に示した実施例と同一である。図１１を参照
して説明する。この実施例では、照明装置２Ｄは、レ−
ザ光源２５，ハ−フミラ−２６，反射鏡２７，レンズ２
８および走査機構２９を備えている。走査機構２９は、
鋼板１の速度に同期して高速回転するポリゴンミラ−２
９１と、ポリゴンミラ−２９１から出た光を反射して鋼
板１の表面に導く反射鏡２９２を備えている。この反射
鏡２９２は、鋼板１の幅より大きいサイズで曲面形状を
しており、ポリゴンミラ−２９１の反射光とＹ軸方向
（鋼板の長手方向）とを一定の角度に保ったまま鋼板を
レ−ザ−照射することができる。このときの反射光は光
導棒及び光電子増倍管から構成されるパイプレシ−バ３
Ｂ，６Ｂを用いて検出される。このパイプレシ−バ３Ｂ
を用いることによって、鋼板幅方向位置とは無関係に、
照明光の正反射光の角度が一定の成分のみを受光でき
る。

【００６４】レ−ザ光源１０１から出射されるレ−ザ光
は、半分はハ−フミラ−２６を透過し、第１の光路を通
ってレンズ２８を通過し、ポリゴンミラ−２９１及び反
射鏡２９２で反射されて鋼板１の表面に入射する。また
レ−ザ光源１０１から出射されるレ−ザ光の残りの半分
は、ハ−フミラ−２６で反射した後、反射鏡２７で反射
して、第２の光路を通ってレンズ２８を通過し、ポリゴ
ンミラ−２９１及び反射鏡２９２で反射されて鋼板１の
表面に入射する。前記第１の光路を通った照明光の鋼板
表面への入射角はθ１ｂであり、前記第２の光路を通っ
た照明光の鋼板表面への入射角はθ１ａであり、θ１ａ
＜θ１ｂである。従って、鋼板表面に入射する照明光の
入射光強度分布は、例えば図９の特性ＣＢのようになる
ので、前記実施例の場合と同様に、反射光強度分布パタ
−ンが平担化される。

【００６５】レンズ２８は、レ−ザ光源１０１から出射
されたレ−ザ光が、鋼板１の検査位置の表面で焦点を結
ぶように予め調整される。

【００６６】図１１に示した実施例の構成では、照明光
の入射光強度分布パタ−ンが一定になるが、入射光強度
分布パタ−ンを調整できるように構成に変更してもよ
い。例えば、ビ−ムエクスパンダを使用してレ−ザビ−
ム径を拡大すれば、絞り調整機構によってビ−ム径を可
変にできるので、ハ−フミラ−２６及び反射鏡２７とレ
ンズ２８との間にビ−ムエクスパンダを設置し、このビ
−ムエクスパンダとレンズ２８との間にアイリス絞りの
ような可変絞り機構を設置すれば、入射光強度分布パタ
−ンが可変になる。また、ビ−ムエクスパンダの代わり
にシリンドリカルレンズを用いてもよい。

【００６７】表面検査装置のもう１つの実施例を図１２
に示す。なお図１２において、照明装置２Ｅ以外は図４
に示した実施例と同一である。図１２を参照して説明す
る。薄板状の金具で構成されるガイド部材４０は、所定
の角度（θ１）で傾斜した状態で固定支持されている。
照明装置２Ｅは、幅方向の両端部で、それぞれガイド部
材４０に形成された長穴４０ａ及び４０ｂと係合してお
り、長穴４０ａ，４０ｂに沿って矢印Ｄ方向（照明光の
光軸と平行）に移動自在になっている。また、固定具４
１，４２を絞め付けることにより、照明装置２Ｅの位置
を固定することができる。照明装置２Ｅの構成は、図５
の照明装置２の可変絞り機構２１４，２２４を固定絞り
機構に変更した以外は照明装置２と同一である。

【００６８】この実施例では、照明装置２Ｅのスリット
幅Ｗｓが一定である代わりに、照明装置２Ｅの矢印Ｄ方
向の位置を調整することにより、スリットと鋼板上の照
明位置ＰＬとの距離Ｌが変化する。スリット幅Ｗｓが一
定であっても、距離Ｌが変化すれば、照明位置ＰＬにお
ける照明光の分布範囲θＬが変化するので、前記実施例
と同様に、入射角に関する照明光の分布範囲θＬを調整
することができる。

【００６９】なお、スポット状の領域を検査する場合に
は、光源として点光源を用いてもよいし、図１１の実施
例における走査機構２９を省略してもよい。ラインセン
サカメラ３，６の代わりに一般的な受光装置を利用して
もよい。更に、検査対象材は鋼板に限定されるものでは
なく、表面性状に応じて反射特性が変化するものであれ
ば本発明の装置で検査しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一般的な表面検査装置の構成を示す模式図で
ある。

【図２】 表面性状が正常な鋼板と異常な鋼板から得ら
れる反射光強度分布を示すグラフである。

【図３】 ４種類の入射光強度分布と各々の入射光に対
する反射光強度分布を示すグラフである。

【図４】 一実施例の表面検査装置全体の構成を示す斜
視図である。

【図５】 図４に示す照明装置２の縦断面図である。

【図６】 照明装置２から出る光の光路の主要部を示す
模式図である。

【図７】 照明装置の変形実施例を示す縦断面図であ
る。

【図８】 照明装置のもう１つの変形実施例を示す縦断
面図である。

【図９】 ２種類の入射光強度分布と各々の入射光に対
する反射光強度分布を示すグラフである。

【図１０】 ３種類の入射光強度分布と各々の入射光に
対する反射光強度分布を示すグラフである。

【図１１】 別の実施例の表面検査装置全体の構成を示
す斜視図である。

【図１２】 もう１つの実施例の表面検査装置全体の構
成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１：鋼板 ２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ：照明装置 ３，６：ラインセンサカメラ ３Ｂ，６Ｂ：パイプレシ−バ（光導棒＋光電子増倍管） ４：異常判別回路 ５：光出射口 ７，８：信号処理回路 ２１，２２：照明機構 ２３，２４，２８：レンズ ２５：レ−ザ光源 ２６：ハ−フミラ− ２７：反射鏡 ２９：走査機構 ５１，５２：開口 ６１：係合部 ６２：スペ−サ ２０５，２０６，２０７：遮光板 ２０８，２０９，２１０：軸 ２１１，２２１：蛍光灯ランプ ２１２，２２２：放物面鏡 ２１３，２２３：拡散
板 ２１４，２２４：可変絞り機構 ２１５，２１７，２２５，２２７：遮光板 ２９１：ポリゴンミラ− ２９２：反射鏡 Ｗｓａ，Ｗｓｂ：スリット幅

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の表面に光を照射する照明装
   置と、前記検査対象物に照射された光の正反射方向に設
   置された受光装置と、該受光装置に入射した光に応じて
   前記検査対象物の表面の状態を識別する識別装置を備え
   る表面検査装置において：前記照明装置に、互いに間隔
   をおいて隣接する２つの位置から、前記検査対象物の表
   面の実質的に同一の検査位置に向けて照明光を照射する
   照明機構を設けたことを特徴とする表面検査装置。
2. 【請求項２】 前記照明機構は、互いに隣接する位置に
   設置された２つのスリット状の開口と、これらの開口に
   向けて光を照射する少なくとも１つの光源と、該光源と
   前記開口との間に設置された拡散板を備える、前記請求
   項１記載の表面検査装置。
3. 【請求項３】 前記照明機構は、スリット状の開口と、
   該開口に向けて光を照射する光源と、該光源と前記開口
   との間に配置された光学レンズとを有する照明ユニット
   を互いに隣接する位置に２つ設置して構成され、これら
   ２つの照明ユニットの照明光の光軸が、互いに傾斜する
   形で配置された、前記請求項１記載の表面検査装置。
4. 【請求項４】 前記照明機構は、ビ−ム状の光を出射す
   る１つの光源と、該光源から出射される単一の光ビ−ム
   を２つの光ビ−ムに分離するビ−ム分離機構と、該ビ−
   ム分離機構から出る２つの光ビ−ムの通路に配置された
   光学レンズを備える、前記請求項１記載の表面検査装
   置。
5. 【請求項５】 前記照明機構は、前記光源と光出射口と
   の間に設置された可変絞り機構を備える、前記請求項
   １，請求項２，請求項３，又は請求項４記載の表面検査
   装置。
6. 【請求項６】 前記照明装置の少なくとも絞り機構の位
   置を照明光の光軸方向に対して移動自在に支持する可動
   機構を備える、前記請求項１，請求項２，請求項３，又
   は請求項４記載の表面検査装置。