JPH11183397A - 表面疵検査装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥を確
実に検出する。 【解決手段】 本発明の表面疵検査装置は、被検査面２
１に照明光を入射する線状拡散光源２２と、被検査面か
らの正反射光に含まれる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分のうち、鏡面拡散反射成分に比較して鏡面反射成分を
より多く抽出し受光する第１の受光手段２７ａと、被検
査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と鏡面拡散
反射成分のうち、鏡面反射成分に比較して鏡面拡散反射
成分をより多く抽出し受光する第２の受光手段２７ｂ
と、被検査面の正反射方向以外の方向から該被検査面か
らの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光手段２８
と、第１、第２及び第３の受光手段で受光された鏡面反
射成分及び複数の鏡面拡散反射成分に基づいて被検査面
の表面疵の有無を判定する判定処理部４０とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄鋼板表面
等の被検査面に光を照射してこの被検査面の表面疵を光
学的に検出する表面疵検査装置及び表面疵検査方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】薄鋼板表面等の被検査面に光を照射して
この被検査面からの反射光を解析することによって、被
検査面に存在する表面疵を光学的に検出する表面疵検査
は従来から種々の手法が提唱され実施されている。

【０００３】例えば、被検体表面に対して光を入射し、
被検体表面からの正反射光及び拡散反射光をカメラで検
出する金属物体の表面探傷方法が特開昭58-204353 号公
報に提案されている。この表面探傷方法においては、被
検体表面に対し３５°〜７５°の角度で光を入射し、被
検体表面からの反射光を、正反射方向と入射方向又は正
反射方向から２０°以内の角度方向に設置した２台のカ
メラで受光する。そして、２台のカメラの受光信号を比
較し、例えば両者の論理和を取る。そして、２台のカメ
ラが同時に異常値を検出した場合のみ該当異常値を傷と
みなすことにより、ノイズに影響されない表面探傷方法
を実現している。

【０００４】また、被検体からの後方散乱光を受光する
ことによる被検体表面の疵検査方法が特開昭60-228943
号公報に提案されている。この疵検査方法においては、
ステンレス鋼板に対して大きな入射角で光を入射し、入
射側へ戻る反射光、すなわち後方散乱光を検出すること
により、ステンレス鋼板表面のヘゲ疵を検出している。

【０００５】さらに、複数の後方散乱反射光を検出する
ことによる平鋼熱間探傷装置が特開平8-178867号公報に
提案されている。この平鋼熱間探傷装置は熱間圧延され
た平鋼上の掻疵を検出する。そして、この探傷装置にお
いては、掻疵の疵斜面角度は１０°〜４０°であり、こ
の範囲の疵斜面からの正反射光を全てカバーできるよう
に後方拡散反射方向に複数台のカメラが配設されてい
る。

【０００６】また、偏光を利用した表面の測定装置が特
開昭57-166533 号公報及び特開平9-166552号公報に提案
されている。特開昭57-166533 号公報に提案された測定
装置においては、測定対象に４５°方向の偏光を入射し
偏光カメラで反射光を受光している。偏光カメラにおい
ては、反射光をカメラ内部のビームスプリッタを用いて
３つに分岐し、それぞれ異なる方位角の偏光フィルタを
通して受光する。そして、偏光カメラからの３本の信号
を、カラーＴＶシステムと同様の信号処理により、モニ
タに表示し、偏光状態を可視化する技術が開示してい
る．この技術はエリプソメトリの技術を利用しており、
光源は平行光であることが望ましく、例えばレーザ光が
用いられている。

【０００７】また、特開平9-166552号公報に提案された
表面検査装置においては、特開昭57-166533 号公報記載
技術と同様に、エリプソメトリを利用して鋼板表面の疵
を検査している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各公開公報に提案された各測定技術は、いずれも顕著
な凹凸性を持つ疵を検出するか、又は酸化膜等異物が存
在する疵を検出することを目的としたものであり、顕著
な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠陥等に対しては全ての
疵を確実に捕捉することが困難であった。

【０００９】例えば、特開昭58-204353 号公報の探傷方
法においては、正反射光と散乱反射光を受光する２台の
カメラを有しているが、その目的は２つのカメラにおけ
る検出信号の論理和によるノイズの影響除去である。し
たがつて、顕著な凹凸性を有する疵、すなわち表面に割
れ・抉れ・めくれ上がりを生じているような疵に対して
は両方のカメラで疵の信号が捉えられるので適用可能で
ある。しかし、いずれか一方のカメラでしか疵の信号を
捕らえられないような顕著な凹凸性を持たない模様状ヘ
ゲ欠陥のような疵の場合は、その疵を全て検出すること
はできない。

【００１０】また、特開昭60-228943 号公報の表面状態
検査方法は、表面粗さの小さいステンレス鋼板上に顕在
化した持ち上がったヘゲ疵を対象としている。したがっ
て、顕在化していない持ち上がった部分のない疵や、疵
の存在しない部分も入射側へ戻る光を反射するような表
面の粗い鋼板に適用することはできない。

【００１１】特開平8-178867号公報の平鋼熱間探傷装置
は、掻き疵を対象にしており、疵斜面での正反射光を捉
えることに基づいているため、顕著な凹凸性を持たない
模様状ヘゲのような疵の場合には後方散乱反射光では捉
えられないものも存在し、検出もれを生ずる問題点があ
った。また、一度カメラを設置し、どの角度の反射成分
を受光するかが決定されると、容易にカメラ位置を変更
できない問題もあった。

【００１２】さらに、特開昭57-166533 号公報の測定装
置及び特開平9-166552号公報の表面検査装置は、エリプ
ソメトリの技術を用いており、「薄い透明な層の厚さ及
び屈折率」や「物性値のむら」を検出することはでき
る。しかしながら、例えば表面処理鋼板のように、もと
もと疵部が母材部と異なる物性値を有していたとして
も、その上から同一の物性値を有するものに覆われたよ
うな対象に対しては、有効性が低下してしまう問題があ
った。

【００１３】また、エリプソメトリでは、同一点からの
反射光を各ＣＣＤの対応する画素で受光し、画素毎にエ
リプソパラメータを計算する必要がある。そのため、特
開昭57-166533 号公報においては反射光をビームスプリ
ッタにより３分岐して３つのＣＣＤにより検出してお
り、光量が低下したり、ＣＣＤ間の画素合わせが困難で
あるという問題があった。

【００１４】また、特開平7-28633 号公報では、３台の
カメラを鋼板進行方向に並べたり、縦または横に並べた
り、３台のカメラの傾きを変えたりして、同一領域を見
るようにしている。しかし、鋼板の速度が変化したとき
の処理が複雑である問題があった。また、各カメラの角
度が異なるため光学条件が同一にならない。そのため、
画素合わせが困難である問題があった。

【００１５】製品の品質検査ラインに組込まれる表面検
査装置においては、製造製品に対する品質保証の観点か
ら、疵の検出もれがないことが絶対条件である。しかし
ながら、表面処理鋼板等まで検査対象とした表面疵検査
装置は実用化されていなかった。

【００１６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、被検査面からの反射光に含まれる鏡面反
射成分と鏡面拡散反射成分と拡散反射光成分とを区別し
て検出することよって、被検査面における表面の割れ・
抉れ・めくれ上がりのような顕著な凹凸性を持たない模
様状ヘゲ欠陥を確実に検出でき、高い欠陥検出精度を発
揮でき、製品の品質検査ラインにも十分組込ことができ
る表面疵検査装置及び表面疵検査方法を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に請求項１の表面疵検査装置は、被検査面に照明光を入
射する線状拡散光源と、被検査面からの正反射光に含ま
れる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散
反射成分に比較して鏡面反射成分をより多く抽出し受光
する第１の受光手段と、被検査面からの正反射光に含ま
れる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射
成分に比較して鏡面拡散反射成分をより多く抽出し受光
する第２の受光手段と、被検査面の正反射方向以外の方
向から該被検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光する
第３の受光手段と、第１、第２及び第３の受光手段で受
光された鏡面反射成分及び複数の鏡面拡散反射成分に基
づいて被検査面の表面疵の有無を判定する判定処理部と
を備えたものであるる。

【００１８】また、請求項２の発明においては、上述し
た表面疵検査装置における線状拡散光源は被検査面に対
する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成
分を有する偏光を入射し、第１の受光手段は鏡面反射成
分をより多く抽出する方位角の検光子を有し、記第２の
受光手段は鏡面拡散反射光をより多く抽出する方位角の
検光子を有している。

【００１９】請求項３の発明においては、上述した表面
疵検査装置における第１の受光手段は鏡面反射成分をよ
り多く抽出する方位角の検光子と、正反射光の光路上に
配置された第１のカメラとを備え、第２の受光手段は鏡
面拡散反射光をより多く抽出する方位角の検光子と、正
反射光の光路上に配置されかつ第１のカメラと平行に配
置された第２のカメラとを備えている。

【００２０】さらに、請求項４の表面疵検査方法におい
ては、線状拡散光源から被検査面に照明光を入射し、被
検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と鏡面拡
散反射成分のうち、鏡面拡散反射成分に比較して鏡面反
射成分をより多く抽出し受光し、被検査面からの正反射
光に含まれる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、
鏡面反射成分に比較して鏡面拡散反射成分をより多く抽
出し受光し、被検査面の正反射方向以外の方向から該被
検査面からの鏡面拡散反射光成分を受光し、受光された
鏡面反射成分及び複数の鏡面拡散反射成分に基づいて被
検査面の表面疵の有無を判定する。

【００２１】次に、上述した発明の動作原理を図面を用
いて説明する。まず、本発明の表面疵検査装置が検査対
象とする鋼板表面の光学的反射の形態を鋼板表面のミク
ロな凹凸形状と関連づけて説明する。

【００２２】例えば、検査対象が合金化亜鉛メッキ鋼板
の場合においては、図５（ａ）に示すように、下地の冷
延鋼板は溶融亜鉛メッキされたのち合金化炉を通過す
る。この間に下地鋼板１の鉄元素がメッキ層２の亜鉛中
に拡散し、通常、図５（ｃ）に示すように合金の柱状結
晶３を形成する。このメッキされた鋼板４は次にロール
５ａ，５ｂで調質圧延される。すると、図５（ｄ）に示
すように、柱状結晶３における特に突出した箇所がロー
ル５ａ，５ｂで平坦につぶされ、それ以外の箇所は元の
柱状結晶３の形状を維持したままとなる。

【００２３】そして、この調質圧延のロール５ａ，５ｂ
にて平坦につぶされた部分をテンパ部６と呼び、それ以
外の調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接しない元の凹凸
形状を残した部分を非テンバ部７と称する。

【００２４】図６は、このようなテンパ部６と非テンバ
部７とを有する鋼板４の表面でどのような光学的反射が
生じるかをモデル化した断面模式図である。調質圧延の
ロール５ａ，５ｂによりつぶされたテンパ部６に入射し
た入射光８は、鋼板４の正反射方向に鏡面的に反射して
鏡面反射光９となる。一方、調質圧延のロール５ａ，５
ｂが当接しない元の柱状結晶３の構造を残す非テンパ部
７に入射した入射光８は、ミクロに見れば柱状結晶３の
各表面の微小面素一つーつにより鏡面的に反射される
が、反射の方向は鋼板４の正反射方向とは必ずしも一致
しない鏡面拡散反射光１０となる。

【００２５】したがって、鋼板４の表面におけるテンパ
部６及び非テンパ部７の各反射光の角度分布は、マクロ
に見ればそれぞれ図７（ａ）、図７（ｂ）のようにな
る。すなわち、テンパ部６では鋼板正反射方向に鋭い鏡
面性の反射が発生し、非テンパ部７では柱状結晶３の表
面の微小面素の角度分布に対応した広がりを持った反射
光となる。前述したように、テンパ部６の反射光を鏡面
反射光９と称し、非テンパ部７の反射光を鏡面拡散反射
光１０と称する。

【００２６】そして、実際には、テンパ部６と非テンパ
部７はマクロ的には混在しているので、カメラ等の光学
測定器で観察される反射光の角度分布は、図７（ｃ）に
示すように、鏡面反射光９及び鏡面拡散反射光１０の角
度分布をテンパ部６と非テンパ部７とのそれぞれの面積
率に応じて加算したものとなる。

【００２７】以上、テンパ部６と非テンパ部７とを合金
化亜鉛メッキ鋼板を例に説明したが、調質圧延により平
坦部が生じる他の鋼板にも一般に成立つ。次に、本発明
の検出対象となる顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ欠
陥と呼ばれる欠陥の光学反射特性について説明する。

【００２８】図８に示すように、合金化溶融亜鉛メッキ
鋼板に見られるヘゲ欠陥（ヘゲ部１１）は、メッキ加工
前の冷延鋼板原板にヘゲ欠陥（ヘゲ部１１）が存在し、
その上にメッキ層２が乗り、さらに下地鋼板１の鉄元素
の拡散によるヘゲ欠陥の合金化が進行したものである。

【００２９】一般に、ヘゲ部１１は鋼板４の正常部分を
示す母材１２と比較して、例えばメッキ厚に違いが生じ
たり、合金化の程度に違いが生じる。その結果、例え
ば、ヘゲ部１１のメッキ厚が厚く母材１２に対し凸の場
合には、調質圧延が印加されることによりテンパ部６の
面積が非テンパ部７に比べて多くなる。逆に、ヘゲ部１
１のメッキ厚が薄く母材１２に比べ凹の場合には、ヘゲ
部１１は調質圧延のロール５ａ，５ｂが当接せず、非テ
ンパ部７が大半を占める。また、ヘゲ部１１の合金化が
浅い場合には微小面素の角度分布は鋼板方線方向に強
く、拡散性は小さくなる。

【００３０】次に、このようなヘゲ部１１と母材部１２
の表面性状の相違により、模様状ヘゲ欠陥がどのように
見えるかを説明する。上述したモデルに基づきヘゲ部１
１と母材部１２の違いについて分類すると一般に次の３
種類に分けられる。

【００３１】(a) ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率及び非テンパ部７の微小面素の角度分布が、母材部
１２におけるテンパ部６の面積率及び非テンパ部７の微
小面素の角度分布と異なる（図１０（ａ），図９
（ａ））。

【００３２】(b) ヘゲ部１１におけるテンパ部６の面
積率は母材部１２におけるテンパ部６の面積率と異なる
が、ヘゲ部１１における非テンパ部７の微小面素の角度
分布は母材部１２における非テンパ部７の微小面素の角
度分布と変わらない（図１０（ｂ），図９（ｂ））。

【００３３】(c) ヘゲ部１１における非テンパ部７の
微小面素の角度分布は母材部１２における非テンパ部７
の微小面素の角度分布と異なるが、ヘゲ部１１における
テンパ部６の面積率は母材部１２におけるテンパ部６の
面積率と変わらない（図１０（ｃ），図９（ｃ））。

【００３４】図１１に示すように、入射光８が当接する
微小面素１３の法線方向の鋼板４の鋼板法線方向に対す
る傾斜角度を微小面素１３の法線角度ξとし、この法線
角度ξとテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）との関係を、上述
した(a)(b)(c) の３つの場合について、図１０（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示す。

【００３５】このようなテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）及
び微小面素１３の角度分布の違いが、図９（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示すような反射光量の角度分布の違いとして観
察される。図中実線で示す角度分布がヘゲ部１１に対応
するヘゲ部角度分布１１ａであり、図中点線で示す角度
分布が母材部１２に対応する母材部角度分布１２ａであ
る。

【００３６】すなわち、図９（ａ）はヘゲ部角度分布１
１ａと母材部角度分布１２ａとの間において、鏡面反射
成分と鏡面拡散反射成分とが共に差が存在する場合を示
し、図９（ｂ）は鏡面反射成分のみに差が存在する場合
を示し、図９（ｃ）は鏡面拡散反射成分のみに差が存在
する場合を示す。

【００３７】そして、ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角
度分布１２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に相違が
ある場合には、図９（ａ）（ｂ）に示すように、その差
は正反射方向から観察される。具体的には、正反射方向
からヘゲ部１１の反射光を測定した場合と母材部１２の
反射光を測定した場合に、ヘゲ部１１のテンパ部６の面
積率Ｓ（ξ）が母材部１２のテンパ部６の面積率Ｓ
（ξ）より大きい場合にはヘゲ部１１は母材部１２に比
較して相対的に明るく見える。逆に、ヘゲ部１１のテン
パ率６が母材部１２より小さいときにはヘゲ部１１は母
材部１２に比較して相対的に暗く観察される。

【００３８】ヘゲ部角度分布１１ａと母材部角度分布１
２ａとでテンパ部６の面積率Ｓ（ξ）に違いがない場合
には図９（ｃ）に示すように、正反射方向からの単なる
受光強度の差を観察するのみではヘゲ部１１の存在を観
察できない。しかし、鏡面拡散反射成分の拡散性（角度
分布）に違いがあるときには図９（ｃ）に示すように正
反射方向以外の拡散方向から欠陥が観察される。

【００３９】例えば、ヘゲ部１１の鏡面拡散反射成分の
拡散性（角度分布）が小さい時には、一般に正反射方向
に比較的近い拡散方向からはヘゲ部１１は明るく観察さ
れ、正反射方向から離れるに従い明るさは小さくなり、
ある角度で観察不能となる。さらに正反射方向から遠ざ
かると今度はヘゲ部１１は暗く観察される。

【００４０】このようなヘゲ部１１を母材部１２と確実
に区別して検出するためには、図１０において、どうい
う角度（法線角度ξ）の微小面素１３からの反射光を抽
出するのかを検討することが必要である。例えば、先の
図９（ａ）（ｂ）の例のように、正反射方向でヘゲ部１
１と母材部１２の違いを検出するということは、図１０
で示される微小面素１３の角度分布のうち微小面素１３
の法線角度ξ＝０について抽出し、ヘゲ部１１と母材部
１２との違いを検出していることになる。

【００４１】ここで、微小面素１３の法線角度ξ＝０の
反射光を抽出するということを数学的に表現すると、図
１０の特性（面積率Ｓ（ξ））それぞれに、図１２
（ａ）に示すデルタ関数δ（ξ）で表される抽出特性を
示す関数（以後この関数を重み関数Ｉ（ξ）と呼ぶ）を
乗じて積分することに相当する。

【００４２】また、例えば、入射角６０°において、正
反射方向から２０°ずれた４０°の角度位置で反射光を
測定することは、図１２（ｂ）のようなデルタ関数δ
（ξ＋１０）なる重み関数Ｉ（ξ）を用いて計算するこ
とに相当する。

【００４３】なお、図１１に示すように、反射角度θ´
と微小面素１３の法線角度ξと入射光８の入射角度θと
の関係は簡単な幾何学的考察によって(1) 式で求まる。 θ´＝−θ＋２ξ …(1) すなわち、どういう角度（法線角度ξ）の微小面素１３
からの反射光を抽出するかということは、どのような重
み関数Ｉ（ξ）を設計するかということに相当すること
が理解できる。

【００４４】このような観点から、図１０（ａ）（ｂ）
（ｃ）で表されるような各ヘゲ部１１を母材部１２と弁
別し検出するための重み関数Ｉ（ξ）を考えると、図１
２（ａ）（ｂ）に示すデルタ関数δ（ξ），δ（ξ＋１
０）も有効な重み関数Ｉ（ξ）の一つである。

【００４５】なお、重み関数Ｉ（ξ）は、必ずしも図１
２に示した特定の法線角度のみ抽出する幅が無限小のデ
ルタ関数δ（ξ）である必要はなく、ある程度の信号幅
を有することも可能である。

【００４６】しかしながら、このような弁別手法におい
ては、２つの光学系の視野を同一にすることはできな
い。また、拡散反射光を測定するために一旦カメラを設
置すると、その重み関数Ｉ（ξ）を変更することは、カ
メラの設置位置を変更することが必要であるから、容易
ではない。

【００４７】前者の課題に対しては同一光軸上の測定が
必要ある。すなわち、拡散反射光を捉えるのでなく、鋼
板４の正反射方向からの測定のみで鏡面反射成分と鏡面
拡散反射成分との両成分が捉えられることが望ましい。
そして、後者の課題に対しては、重み関数Ｉ（ξ）をあ
る程度自由度を持って設定できることが望ましい。

【００４８】そこで、本発明においては、まず光源とし
て、レーザのような平行光源ではなく拡散特性をもつ線
状の光源、すなわち線状拡散光源を用いている。また、
鋼板４の正反射方向から鏡面反射成分と鏡面拡散反射成
分とを分離して抽出する必要があるので偏光を用いてい
る。

【００４９】この線状拡散光源の効果を説明するため
に、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、線状拡散光源１
４を鋼板４の表面に平行に配置し、光源に垂直な面内に
あり、入射角が出射角と一致する方向である鋼板正反射
方向から鋼板４上の一点を観察したときの反射特性を考
える。

【００５０】図１３（ａ）に示すように、線状拡散光源
１４の中央部から照射された入射光８の場合、テンパ部
６に入射した入射光８は鏡面的に反射され、鋼板正反射
方向で全て捉えられる。一方、非テンパ部７に入射した
光は鏡面拡散的に反射され、たまたま鋼板法線方向と同
一方向を向いている微小面素１３により反射された分の
みが捉えられる。このような方向を向いている微小面素
１３は非常に少ないので、鋼板正反射方向に配設された
受光カメラで捉えられる反射光のうちではテンパ部６か
らの鏡面反射光が支配的である。

【００５１】これに対し、図１３（ｂ）に示すように、
線状拡散光源１４の中央部以外の位置から照射された入
射光８の場合には、テンパ部６に入射した光は鏡面反射
して鋼板正反射方向とは異なる方向へ反射する。そのた
め、鏡面反射した光は鋼板正反射方向では捉えることが
できない。一方、非テンパ部７に入射した光は鏡面拡散
的に反射され、そのうち鋼板正反射方向に反射された分
が受光カメラで捉えられる。したがって、鋼板正反射方
向に配設された受光カメラで捉えられる反射光は全て非
テンパ部７で反射した鏡面拡散反射光である。

【００５２】以上２つの場合を併せると、線状拡散光源
１４の長尺方向全体から照射される全ての入射光８のう
ち鋼板正反射方向からの観察で捉えられるのは、テンパ
部６からの鏡面反射光と非テンパ部７からの鏡面拡散反
射光との和である。

【００５３】次に、鋼板４の正反射方向から線状拡散光
源１４を使用して観察した場合に、偏光特性がどう変化
するかについて説明する。一般に、鏡面状の金属表面で
の反射においては、電界の方向が入射面に平行な光（ｐ
偏光）あるいは入射面に直角な光（ｓ偏光）において
は、反射によっても偏光特性は保存される。すなわち、
ｐ偏光のまま又はｓ偏光のまま出射する。また、ｐ偏光
成分とｓ偏光成分とを同時に持つ任意の偏光角を有した
直線偏光が反射されると、ｐ、ｓ偏光の反射率比 tanΨ
及び位相差Δに応じた楕円偏光となって出射する。

【００５４】合金化亜鉛メッキ鋼板に線状拡散光源１４
から光が照射される場合を図１４（ａ）（ｂ）を用いて
説明する。図１４（ａ）に示すように、線状拡散光源１
４の中央部から出射した光は鋼板４のテンパ部６で鏡面
反射して鋼板正反射方向で観察される。これに関しては
上記一般の鏡面状の金属表面での反射がそのまま成立す
る。

【００５５】一方、図１４（ｂ）に示すように、線状拡
散光源１４の中央部以外の位置から出射した光は、鋼板
４の非テンパ部７の結晶表面の傾いた微小面素１３で鏡
面反射して鋼板正反射方向で観察される。この場合、鋼
板４の入射面に平行なｐ偏光の光を入射したとしても実
際に反射する傾いた微小面素１３に対して考えた場合に
は入射面は微小面素１３に対して平行ではなく、ｐ、ｓ
両偏光成分を持つ直線偏光であるため、楕円偏光となっ
て出射する。線状拡散光源１４からｓ偏光を入射した場
合も同様である。

【００５６】また、線状拡散光源１４からｐ、ｓ両偏光
成分を持つ任意の偏光角αの直線偏光が鋼板４に入射し
た場合、線状拡散光源１４の中央部以外の位置から傾い
た微小面素１３に入射した光は偏光角αが傾いて作用す
るため、鋼板正反射方向に出射する楕円偏光の形状は、
線状拡散光源１４の中央部から入射してテンパ部６で鏡
面反射した光とは異なる。

【００５７】以下、ｐ，ｓ両成分をもつ直線偏光を線状
拡散光源１４から鋼板４に入射する場合について詳細に
検証する。まず、図１５に示すように、線状拡散光源１
４からの入射光８を方位角（偏光角α）を有する偏光板
１５で直線偏光にした後、水平に配置された鋼板４に入
射させ、その正反射光を受光カメラ１６で受光する。前
述したように、線状拡散光源１４上のＣ点から出射され
た入射光８については、鋼板４におけるテンパ部６によ
り鏡面反射された成分、及び、非テンパ部７におけるた
またま法線が鋼板４の鉛直方向を向いた法線角度ξ＝０
の微小面素１３から鏡面拡散反射された成分が鋼板４上
のＯ点から受光カメラ１６方向へ反射する光に寄与して
いる。

【００５８】一方、図１６に示すように、線状拡散光源
１４上の鋼板４のＯ点から見て角度φだけずれた点Ａか
らの入射光８については、鏡面反射成分は受光カメラ１
６方向とは異なる方向に反射されるため、前述した法線
角度ξの微小面素１３による鏡面拡散反射成分のみが寄
与する。

【００５９】ここで、入射光８の入射方向を示す角度φ
と微小面素１３の法線角度ξとの関係は、入射光８の鋼
板４に対する入射角度θを用いて、簡単な幾何学的考察
により、(2) 式で与えられる。

【００６０】 COSξ＝［２・ cosθ・ cos² （φ／２）］ ／［sin ² φ＋４・｛ cos² θ・ cos⁴ （φ／４） ＋sin ² θ・ sin⁴ （φ／２）｝］^1/2 …(2) 次に、このようにして反射された光の偏光状態について
考える。

【００６１】Ｃ点から出射された入射光８が、方位角
（偏光角）αの偏光板１５を通り、鋼板４上のＯ点にて
鏡面反射された後の偏光状態Ｅ_C は、偏光光学で一般
に用いられるジョーンズ行列を用いて、 Ｅ_C ＝Ｔ・Ｅin …(3) と表される。但し、Ｅinは偏光板１５の方位角（偏光
角）αの直線偏光ベクトルを示し、Ｔは鋼板４の反射
特性行列を示す。そして、直線偏光ベクトルＥin及び
反射特性行列Ｔはそれぞれ(4) (5) 式で与えられる。

【００６２】

【数１】 但し、 tanΨ：ｐ，ｓ偏光の振幅反射率比 Δ：ｐ，ｓ偏光の反射率の位相差 ｒ_S ：ｓ偏光の振幅反射率 同様に、線状拡散光源１４上のＡ点から出射した入射光
８が、法線角度ξの微小面素１３で受光器１６方向に反
射された光の偏光状態Ｅ_A は、入射面が偏光板１５及
び受光カメラ１６の検光子と直交しているとすれば(6)
式で与えられる。 Ｅ_A ＝Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …（６） 但し、Ｒは回転行列であり、(7) 式で与えられる。

【００６３】

【数２】

【００６４】(3) 式は、(6) 式において微小面素１３の
法線角度ξ＝０とした特別の場合であり、鏡面反射成分
についても鏡面拡散反射成分についても(6) 式を用いて
統一的に考えることができる。(6) 式を計算し、法線角
度ξの微小面素１３からの反射光の楕円偏光状態を図示
すると、図１７に示すようになる。

【００６５】但し、ここで入射偏光の方位角（偏光角）
αは４５°、入射角θは６０°、鋼板４の反射特性とし
てｐ，ｓ偏光の振幅反射率比の逆正接Ψ＝２８゜、ｐ，
ｓ偏光の反射率の位相差Δ＝１２０゜とした。図１７よ
り、法線角度ξ＝Ｏすなわち鏡面反射の場合の楕円に対
して法線角度ξの値が変化するに従って、楕円が傾いて
いくのが理解できる。

【００６６】したがって、例えば受光カメラ１６の前に
検光子１７を挿入し、その検光角βを設定することによ
って、どの法線角度ξの微小面素１３からの反射光をよ
り多く抽出するかを選択することができる。

【００６７】このことを定量化するために、図１６に示
すように、(3) 式で表される偏光状態Ｅ_A の反射光に
対して検光角βの検光子１７を挿入した後における偏光
状態Ｅ₀ を求めると、(8) 式となる。

【００６８】 Ｅ₀ ＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・Ｅ_A ＝Ｒ（β）・Ａ・Ｒ（−β）・Ｒ（ξ）・Ｔ・Ｒ（−ξ）・Ｅin …(8) 但し、Ａは検光子１７を表す行列であり、(9) 式で示
される。

【００６９】

【数３】

【００７０】次に、この(8) 式から受光カメラ１６で検
出する法線角度ξの微小面素１３からの反射光の光強度
を求める。前述したように、該当微小面素１３の面積率
をＳ（ξ）とすると、下記（10)式が成立する。

【００７１】 Ｓ（ξ）・｜Ｅ₀ ｜² ＝ｒ_S ² Ｅ_P ² ・Ｓ（ξ）・Ｉ（ξ，β） Ｉ（ξ，β）＝ tan² Ψ・ cos² （ξ−α）・ cos² （ξ−β） ＋２・ tanΨ・ cosΔ・ cos（ξ−α）・ sin（ξ−α） × cos（ξ−β）・ sin（ξ−β） ＋ sin² （ξ−α）・ sin² （β−ξ） …(10) 上式におけるＩ（ξ，β）は、前述したように、法線角
度ξの微小面素１３からの反射光をどの程度抽出できる
かを示す重み関数であり、光学系及び被検体の偏光特性
に依存する。そして、それに鋼板４の反射率ｒ_S ² 、入
射光光量Ｅ_P ²、面積率Ｓ（ξ）を乗じたものが検出さ
れる光強度になる。

【００７２】表面処理鋼板などのように、鋼板表面の材
質が均−な対象を考える場合は反射率ｒ_S ² の値は一定
と考えられる。また、入射光光量Ｅ_P ² は入射光量が光
源の位置によらず均一ならば同じく一定の値としてよ
い。

【００７３】したがって、受光カメラ１６が検出する光
強度を求めるには、法線角度ξの微小面素１３の面積率
Ｓ（ξ）と重み関数Ｉ（ξ，β）とを考えればよい。こ
こで、重み関数Ｉ（ξ，β）について考える。法線角度
ξの微小面素１３からの寄与が最も大きくなるような検
光子１７の検光角β₀ を選定しようとした場合、その候
補は次の(11)式をβについて解くことによって与えられ
る。

【００７４】

【数４】

【００７５】(11)式により、法線角度ξ＝０、すなわち
鏡面反射成分の寄与が最も大きくなるような検光角βを
求めると、検光角βは約−４５°である。但し、ここで
も、鋼板４の反射特性として前述した反射率比の逆正接
Ψ＝２８°、位相差Δ＝１２０°を採用し、線状拡散光
源１４からの入射光８に対する偏光板１５の方位角（偏
光角）α＝４５°を採用した。

【００７６】図１８に、検光子１７の検光角βが−４５
°の場合における微小面素１３の法線角度ξと重み関数
Ｉ（ξ，−４５）との関係を示す。但し、見やすさのた
めに重み関数Ｉ（ξ，−４５）の最大値を［１］に規格
化してある。

【００７７】図１８の特性から、法線角度ξ＝０°、す
なわち鏡面反射成分が最も支配的で、逆に法線角度ξ＝
±３５°付近の微小面素１３からの鏡面拡散反射光が最
も抽出されないことが理解できる。

【００７８】また、逆に法線角度ξ＝±３５°の反射光
を最もよく抽出するような検光子１７の検光角βを(10)
式及び(11)式より求めると、およそβ＝４５°である。
検光子１７の検光角β＝４５°に対する微小面素１３の
法線角度ξと重み関数Ｉ（ξ，４５）の関係を図１９に
示す。

【００７９】なお、図１９の重み関数Ｉ（ξ，β）の特
性が左右対称でないのは、入射面（微小面素１３に対す
る入射光８と反射光により張られる平面）を基準に考え
ると、微小面素１３の法線角度ξが正の場合、見かけ上
入射光８の偏光の方位角（偏光角）αが小さくなる（ｐ
偏光に近づく）ことと、鋼板４のｐ偏光反射率がｓ偏光
反射率より小さいことによる。

【００８０】また、検光子１７の検光角β＝−４５°と
β＝４５°の中間の特性となるβ＝９０°についても計
算した重み関数Ｉ（ξ，９０）も図１９に示した。(10)
式で示したように、法線角度ξの微小面素１３からの反
射光強度は、重み関数Ｉ（ξ，β）と面積率Ｓ（ξ）の
積により与えられるから、最終的に受光カメラ１６で受
光する光強度は［Ｓ（ξ）・Ｉ（ξ，β）］を法線角度
ξについて積分したものになる。例えば、図２０に示す
ような反射特性を有する鋼板４からの反射光を、検光角
βが−４５°の検光子１７を通して受光した場合、図２
０で示される面積率Ｓ（ξ）を図１８に示す重み関数Ｉ
（ξ，β）で示される重みをつけて積分したものが実際
に受光した光強度となる。

【００８１】そこで、鋼板４の表面に、図９（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示されるような特性のヘゲ部１１が存在
した場合を考える。その場合の各面積率Ｓ（ξ）は、そ
れぞれ図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）のようになっている。

【００８２】まず、図９（ｂ）、図１０（ｂ）のように
鏡面反射成分のみに違いがある場合を考える。このよう
な疵を検光角β＝−４５°の検光子１７を通して受光し
たときの光強度は、図１０（ｂ）に示す面積率Ｓ（ξ）
に図１８で表される重み関数Ｉ（ξ，β）をかけて積分
したものに相当するから、母材部１２とヘゲ部１１との
反射光量の違いを検出することができる。

【００８３】また、同一疵を検光角β＝４５°の度検光
子１７を通して受光したときの光強度については、図１
０（ｂ）に示すように、鏡面拡散反射成分に違いがない
ため、図１９の検光角β＝４５°の重み関数Ｉ（ξ，
β）をかけて積分することを考えると明らかなように、
母材部１２とヘゲ部１１との違いを検出することができ
ない。

【００８４】また、図９（ｃ）、図１０（ｃ）のように
鏡面拡散反射成分のみに違いがある場合には、逆に、検
光角β＝−４５°の検光子１７を通したのでは検出でき
ず、検光角β＝４５°の度検光子１７を通したときに検
出できる。

【００８５】但し、母材部１２とヘゲ部１１の鏡面拡散
反射成分の違いがなくなっている法線角度ξは、図１０
（ｃ）では法線角度ξ＝±２０°付近であったが、も
し、その角度がたまたま±３０数度付近となる疵がある
と、検光角β＝４５°の検光子１７を通しても検出でき
なくなる。

【００８６】その場合は、別の重み関数（例えばＩ
（ξ，９０））となるような検光角β（例えば９０゜）
の検光子１７をもうーつ別に用意し、３番目の受光カメ
ラで受光することが考えられる。

【００８７】しかし、図１９の各重み関数Ｉ（ξ，β）
の特性で示すように、検光子１７の検光角βが９０°の
重み関数Ｉ（ξ，９０）は、検光角β＝４５°の重み関
数Ｉ（ξ，４５）や、検光角β＝−４５°の重み関数Ｉ
（ξ，−４５）との重なりが小さくなく、完全に独立し
た情報は得られない場合もある。

【００８８】その場合は、３番目の受光カメラを鋼板４
の鏡面反射方向とは異なる一般の拡散反射方向に設置す
ればよい。そして、検光子１７の検光角β＝９０°と同
じ位置にピークが存在するデルタ関数状の重み関数Ｉ
（ξ）を実現するには、図１１からも理解できるよう
に、入射光８の入射角θ＝６０°の場合、正反射光から
３５°程度ずらした位置、すなわち２５°方向の拡散位
置に３番目の受光カメラを設置すればよい。

【００８９】一般に、鋼板４の表面の母材部１２とヘゲ
部１１の反射特性は図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいず
れかであるので、ヘゲ部１１の見落としをなくするため
には、３つの異なる重み関数Ｉ（ξ）を用い、対応する
３つの法線角度ξの微小面素１３からの反射光を抽出し
て受光するようにすることが必要である。

【００９０】なお、図９（ａ）、図１０（ａ）のように
鏡面反射成分、鏡面拡散反射成分ともに違いがある場合
には、基本的には、例えば−４５°と＋４５°とのいず
れの検光子１７を通した反射光でも母材部１２とヘゲ部
１１との違いを検出できる。

【００９１】したがって、本発明では、線状拡散光源１
４を用い、第１の受光手段で被検査面からの正反射光に
含まれる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面
拡散反射成分に比較して鏡面反射成分をより多く抽出し
受光し、第２の受光手段で被検査面からの正反射光に含
まれる鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反
射成分に比較して鏡面拡散反射成分をより多く抽出し、
第３の受光手段で被検査面からの拡散反射光を検出して
いる。

【００９２】よって、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す鋼
板４の表面の各反射特性におけるヘゲ部１１の存在を母
材部１２との比較において確実に検出できる。このよう
な光学系により、速度変化に影響されることなく、鏡面
反射・鏡面拡散反射それぞれに対応した３つの信号を正
反射光を受光するカメラの検光子の方位角を設定するこ
とにより、ある程度の柔軟性をもつて得ることが可能に
なり、顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出もれ
を生じることなく検出可能な表面疵検査装置及び表面疵
検査方法が実現する。

【００９３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面を用
いて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態の表面
疵検査方法が採用された表面疵検査装置の側面図であ
り、図１（ｂ）は同表面疵検査装置の上面図である。

【００９４】この実施形態の表面疵検査装置は製鉄工場
における合金化亜鉛メッキ鋼板の品質検査ラインに設置
されている。図中矢印方向に搬送状態の鋼板２１の搬送
路の上方位置に、この帯状の鋼板２１の幅方向に線状拡
散光源２２が配設されている。この線状拡散光源２２
は、一部に拡散反射塗料を塗布した透明導光棒の両端か
ら内部へメタルハライド光源の光を投光することによっ
て、幅方向に一様の出射光を得る。

【００９５】線状拡散光源２２の各位置から出射された
鋼板２１に対する入射光２３は、シリンドリカルレンズ
２４と偏光板２５を介して走行状態の鋼板２１の全幅に
対して例えば６０°の入射角θで照射する。偏光板２５
の方位角（偏光角）αは４５°に設定されている。

【００９６】鋼板２１で反射された反射光２６は鋼板正
反射方向、すなわち鋼板２１の法線方向に対して６０°
方向に配置された第１の受光カメラ２７ａ及び第２の受
光カメラ２７ｂに入射する。また、鋼板２１の法線方向
に対して２５°の受光角度方向に第３の受光カメラ２８
が配設されている。この第３の受光カメラ２８は、鋼板
２１で種々の方向に拡散反射された拡散反射光のうち、
２５°方向の拡散反射光を入射する。

【００９７】この第１，第２，第３の受光カメラ２７
ａ，２７ｂ，２８は各光軸が鋼板２１の幅方向に設定さ
れたリニアアレイカメラで構成されている。そして、３
台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の視野のずれは、
信号処理部４０において補正している。このように各受
光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の光軸が平行に維持され
ていると、この３台の受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８
の各画素は鋼板２１の幅方向については同一視野サイズ
で一対一に対応する。このように、リニアアレイカメラ
を採用することによって、光量のロスがなくなり、効率
的な測定が可能となる。

【００９８】第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂの
レンズの前面には、検光角βがそれぞれ−４５°、４５
°に設定された検光子２９ａ，２９ｂが取付けられてい
る。なお、第３の受光カメラ２８の前面には検光子は取
付けられていなくて、第３の受光カメラ２８は直接鋼板
２１からの拡散反射光を受光する。

【００９９】ここで、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２
８として、リニアアレイカメラの代りに２次元ＣＣＤカ
メラを使用することもできる。さらに、単一光検出素子
とガルヴァノミラーやポリゴンミラーを組合わせた走査
型の光検出器を使用することも可能である。

【０１００】また、線状拡散光源２２として、蛍光灯を
使用することもできる。また、バンドルファイバの出射
端を直線上に整列させたファイバ光源を使用することも
できる。各ファイバからの出射光は、ファイバのＮ／Ａ
に対応して充分な広がり角を持つため、これを整列させ
たファイバ光源は実質的に線状拡散光源となるためであ
る。

【０１０１】各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８で受光
された反射光２６及び拡散反射光における鋼板２１の幅
方向の１ライン分の各画素毎の光強度はそれぞれ光強度
信号ａ，ｂ，ｃに変換されて判定処理部としての信号処
理部４０へ送信される。

【０１０２】図２は信号処理部４０の概略構成を示すブ
ロック図である。−４５°の検光子２９ａが組込まれた
第１の受光カメラ２７ａ、＋４５°の検光子２９ｂが組
込まれた第２の受光カメラ２７ｂ、及び検光子が組込ま
れていない受光角が２５°に設定された第３の受光カメ
ラ２８から入力された各光強度信号ａ，ｂ，ｃはそれぞ
れ平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃへ入力され
る。

【０１０３】各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
は、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８のスキャン周期
毎に各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８から入力される
各光強度信号ａ，ｂ，ｃを平均し、鋼板２１が信号処理
における長手方向分解能に相当する距離を移動した場合
に、１ライン分の信号を出力する。

【０１０４】このような間引き処理を行うことにより、
鋼板２１の搬送速度が変化しても信号処理における１ラ
インの鋼板移動方向の分解能を一定にすることができ
る。また、スキャン周期毎の各光強度信号ａ，ｂ，ｃを
平均しているので、信号処理における１ラインの鋼板移
動方向の分解能が受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８の鋼
板移動方向の視野サイズよりも十分大きい場合にも、間
を細かく測定した平均値を用いることができるので、見
落としをなくすことができる。

【０１０５】各平均値間引き部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
で信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各前処
理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃへ入力される。各前処理部
３１ａ，３１ｂ，３１ｂは、１ラインの信号の輝度ムラ
を補正する。ここでいう輝度ムラには、光学系に起因す
るムラも鋼板２１の反射率に起因するムラも含まれる。
また、各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、鋼板２１
の両側のエッジ位置も検出し、エッジにおける急激な光
強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を疵と誤認識することを防ぐ
処理も実施する。各前処理部３１ａ，３１ｂ，３１ｃで
信号処理された各光強度信号ａ，ｂ，ｃは次の各２値化
処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃへ入力される。

【０１０６】各２値化処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ
は、各光強度信号ａ，ｂ，ｃに含まれる各画素のデータ
を予め決められたしきい値と比較し、疵候補点を抽出し
て、次の特徴量算出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃへ送出す
る。

【０１０７】特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、
一続きとなっている疵候補点をーつの疵候補領域と判定
し、例えばスタートアドレス、エンドアドレスなどの位
置特徴量や、ピーク値などの濃度特徴量などを算出す
る。

【０１０８】鏡面性疵判定部３４及び鏡面拡散性疵判定
部３５では、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８に対応
する各特徴量抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより算出
された特徴量に基づいて、疵の種類、程度を判定する。

【０１０９】そして、疵総合判定部３６では、鏡面性疵
判定部３４及び鏡面拡散性疵判定部３５での判定結果及
び特徴量により、検査対象としての鋼板２１に対する最
終的な疵種及びその程度を判定する。

【０１１０】また、この総合判定部３６では、各特徴量
抽出部３３ａ，３３ｂ，３３ｃからの位置特徴量を基
に、各受光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８における視野ず
れの補正も行う。このように、特徴量単位で受光カメラ
２９ａ〜２９ｃ相互間の視野ずれの補正を行うので、受
光カメラ２７ａ，２７ｂ，２８相互間の視野を画素単位
で調整しておく必要はない。

【０１１１】

【実施例】図１に示す実施形態の表面疵検査装置を用い
た合金化亜鉛鍍金鋼板の表面疵の測定結果を図３，図４
に示し、その測定結果に基づく判定結果を表１に示す。
測定した各疵は、図９（ｂ）に示すテンパ部６の面積率
Ｓ（ξ）がヘゲ部１１で母材部１２より大きいが、非テ
ンパ部７の拡散性は変わらない疵と、図９（ｃ）に示す
テンパ部６の面積率Ｓ（ξ）にはヘゲ部１１と母材部１
２間に大きな差はないが、拡散性に差がある疵とであ
る。

【０１１２】さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有し
た疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１
の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表
面疵の測定を実施した。

【０１１３】そして、鋼板２１の幅方向の中央部に図９
（ｂ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４
５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定
された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受
光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方
向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光
強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に
示す。

【０１１４】図示するように、−４５°に検光角βが設
定された第１の受光カメラ２７ａの光強度信号ａに疵
（ヘゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この
場合、４５°に検光角βが設定された第２の受光カメラ
２７ｂの光強度信号ｂには疵（ヘゲ部１１）に対応する
ピーク波形は発生しない。

【０１１５】また、鋼板２１の幅方向の中央部に図９
（ｃ）に示すタイプの疵が発生した場合において、−４
５°、４５°に検光子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定
された第１，第２の受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受
光角が２５°に設定された第３の受光カメラ２８を幅方
向に１ライン分走査して得られた鋼材２１の１幅分の光
強度信号ａ，ｂ，ｃの変化を図３（ｄ）（ｅ）（ｆ）に
示す。

【０１１６】図示するように、４５°に検光角βが設定
された第２の受光カメラ２７ｂの光強度信号ｂに疵（ヘ
ゲ部１１）に対応するピーク波形が発生する。この場
合、−４５°に検光角βが設定された第１の受光カメラ
２７ａの光強度信号ａには疵（ヘゲ部１１）に対応する
ピーク波形は発生しない。

【０１１７】さらに、図９（ｃ）に示す反射特性を有し
た疵のうち、前述した入射光２３の照射位置の鋼板２１
の微小面素１３の法線角度ξが±３０数度付近である表
面疵が発生した場合において、−４５°、４５°に検光
子２９ａ，２９ｂの検光角βが設定された第１，第２の
受光カメラ２７ａ，２７ｂ、及び受光角が２５°に設定
された第３の受光カメラ２８を幅方向に１ライン分走査
して得られた鋼材２１の１幅分の光強度信号ａ，ｂ，ｃ
の変化を図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。

【０１１８】図示するように、受光角が２５°に設定さ
れた第３の受光カメラ２８の光強度信号ｃに疵（ヘゲ部
１１）に対応するピーク波形が発生する。この場合、−
４５°、４５°に検光角βが設定された第１，第２の受
光カメラ２７ａ，２７ｂの各光強度信号ａ，ｂには疵
（ヘゲ部１１）に対応する顕著なピーク波形は発生しな
い。

【０１１９】

【表１】

【０１２０】なお、比較のため、従来技術で、入射角６
０°で光を入射し、正反射方向（６０°）と入射方向か
ら２０°ずれた受光角（−４０゜）方向から無偏光で測
定した結果も同時に記載した。

【０１２１】従来技術では、２つの受光角で受光しノイ
ズ除去のために論理和をとっているが、これらの疵につ
いては、２つの受光角を同時に検出することは不可能で
ある。さらに言うと、どちらの受光角でも検出できない
疵も存在する。

【０１２２】それに対し、本発明の実施形態では、３つ
の異なる受光角に対応する反射光成分を、検光角βが異
なる値に設定された２つの検光子２９ａ，２９ｂを用
い、かつ受光角を鏡面反射方向とは異なる値に設定して
いるから、第１，第２，第３の受光カメラ２７ａ，２７
ｂ，２８のうちのいずれかでヘゲ部１１を母材部１２に
対して区別して検出することが可能である。また、検出
する必要がある疵の反射特性に合わせて、検光角βを最
適値に設定することも容易である。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の表面疵検査
装置及び表面疵検査方法においては、被検査面での正反
射光が鏡面反射成分と鏡面拡散反射成分とからなるとい
う知見に基づいて、それぞれの成分を区別して抽出して
検出している。具体的には、線状拡散光源を使用し、ｐ
偏光，ｓ偏光を共に有する偏光を被検査面に入射し、鋼
板正反射方向から、検光角を適当に設定することによ
り、鏡面反射成分をより多く含む成分と鏡面拡散反射成
分をより多く含む成分とを抽出し、さらに、拡散方向か
らも上記２成分とは異なる拡散反射成分を検出する構成
を採用した。

【０１２４】この構成及び方法により鏡面反射成分から
のみでは観察できない疵も検出可能となり、従来検出で
きなかった顕著な凹凸性を持たない模様状ヘゲ疵を検出
もれすることなく検出することが可能になった。

【０１２５】また、正反射光を受光するカメラの検光子
の検光角を調整することにより、どの角度の鏡面拡散反
射成分を抽出するかをある程度選択できるようになっ
た。さらに、品質保証の観点からは、表面疵検査装置は
未検出がないことが絶対条件である。そこで、本発明に
より初めて表面処理鋼板等へ広く適用可能な未検出のな
い表面疵検査装置が実現できたので、従来までは検査員
による目視の検査に頼っていた表面疵検査を自動化でき
るようになった点で産業上の利用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の表面疵検査装置の概略
構成を示す側面図及び上面図

【図２】 同表面疵検査装置の信号処理部の概略構成を
示すブロック図

【図３】 同表面疵検査装置で測定された光強度信号波
形図

【図４】 同じく同表面疵検査装置で測定された光強度
信号波形図

【図５】 同表面疵検査装置の検査対象となる合金亜鉛
メッキ鋼板の製造方法及び詳細断面構造を示す図

【図６】 検査対象の鋼板におけるテンパ部と非テンパ
部における入射光と反射光との関係を示す断面模式図

【図７】 同テンパ部と非テンパ部とにおける反射光の
角度分布図

【図８】 鋼板に存在するヘゲ部の生成過程を説明する
ための図

【図９】 ヘゲ部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反
射成分と、母材部における鏡面反射成分及び鏡面拡散反
射成分との関係を示す図

【図１０】 鋼板の照射部における微小面素の法線角度
と面積率との関係を示す図

【図１１】 鋼板に対する入射光の入射角と微小面素の
法線角度との関係を示す図

【図１２】 微小面素の法線角度と重み関数との関係を
示す図

【図１３】 線状拡散光源の各位置からの各入射光と鋼
板上の入射位置との関係を示す図

【図１４】 線状拡散光源の各入射光が偏光されていた
場合における反射光の偏光状態を示す図

【図１５】 線状拡散光源の中央部からの各入射光が偏
光されていた場合における微小面素からの反射光を示す
図

【図１６】 線状拡散光源の中央部以外の位置からの各
入射光が偏光されていた場合における微小面素からの反
射光を示す図

【図１７】 微小面素の法線角度と反射光の楕円偏光状
態との関係を示す図

【図１８】 反射光の光路に検光子を挿入した場合にお
ける微小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図

【図１９】 検光子の検光角を変更した場合における微
小面素の法線角度と重み関数との関係を示す図

【図２０】 微小面素の法線角度と面積率との関係を示
す図

【符号の説明】

４、２１…鋼板 ６…テンパ部 ７…非テンパ部 ８，２３…入射光 ９…鏡面反射光 １０…鏡面拡散反射光 １１…ヘゲ部 １２…母財部 １４，２２…線状拡散光源 １５，２５…偏光板 １６…受光カメラ １７，２９ａ，２９ｂ…検光子 ２４…シリンドリカルレンズ ２６…反射光 ２７ａ…第１の受光カメラ ２７ｂ…第２の受光カメラ ２８…第３の受光カメラ ４０…信号処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 的場 有治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 猪股 雅一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 吉川 省二 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 河村 努 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 杉浦 寛幸 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査面に照明光を入射する線状拡散光
   源と、 前記被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と
   鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散反射成分に比較して
   鏡面反射成分をより多く抽出し受光する第１の受光手段
   と、 前記被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と
   鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射成分に比較して鏡面
   拡散反射成分をより多く抽出し受光する第２の受光手段
   と、 前記被検査面の正反射方向以外の方向から該被検査面か
   らの鏡面拡散反射光成分を受光する第３の受光手段と、 前記第１、第２及び第３の受光手段で受光された鏡面反
   射成分及び複数の鏡面拡散反射成分に基づいて前記被検
   査面の表面疵の有無を判定する判定処理部とを備えた表
   面疵検査装置。
2. 【請求項２】 前記線状拡散光源は、前記被検査面に対
   する入射面に平行な方位角の成分及び垂直な方位角の成
   分を有する偏光を入射し、 前記第１の受光手段は、鏡面反射成分をより多く抽出す
   る方位角の検光子を有し、 前記第２の受光手段は、鏡面拡散反射光をより多く抽出
   する方位角の検光子を有することを特徴とする請求項１
   記載の表面疵検査装置。
3. 【請求項３】 前記第１の受光手段は、鏡面反射成分を
   より多く抽出する方位角の検光子と、前記正反射光の光
   路上に配置された第１のカメラとを備え、 前記第２の受光手段は、鏡面拡散反射光をより多く抽出
   する方位角の検光子と、前記正反射光の光路上に配置さ
   れかつ前記第１のカメラと平行に配置された第２のカメ
   ラとを備えたことを特徴とする請求項２記載の表面疵検
   査装置。
4. 【請求項４】 線状拡散光源から被検査面に照明光を入
   射し、 前記被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と
   鏡面拡散反射成分のうち、鏡面拡散反射成分に比較して
   鏡面反射成分をより多く抽出し受光し、 前記被検査面からの正反射光に含まれる鏡面反射成分と
   鏡面拡散反射成分のうち、鏡面反射成分に比較して鏡面
   拡散反射成分をより多く抽出し受光し、 前記被検査面の正反射方向以外の方向から該被検査面か
   らの鏡面拡散反射光成分を受光し、 前記受光された鏡面反射成分及び複数の鏡面拡散反射成
   分に基づいて前記被検査面の表面疵の有無を判定するこ
   とを特徴とするを表面疵検査方法。