JPS60179638A - 熱間金属材料の表面欠陥検出装置 - Google Patents

熱間金属材料の表面欠陥検出装置

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JPS60179638A
JPS60179638A JP59035232A JP3523284A JPS60179638A JP S60179638 A JPS60179638 A JP S60179638A JP 59035232 A JP59035232 A JP 59035232A JP 3523284 A JP3523284 A JP 3523284A JP S60179638 A JPS60179638 A JP S60179638A
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弘郷 山根
Hideyuki Hanabusa
秀行 花房
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    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 熱間金属材料の表面欠陥検出装置に関して、この明細書
で述べる技術内容は、かかる欠陥検出の際に不可避に発
生するノイズにつき、その効果的な低域を図ることによ
り、表面欠陥の検出精度を高めることに関連している。
(従来技術とその問題点) ゛従来、熱間金属材料の表面欠陥を検出する代表的な方
法として、該材料から放射される自発光たどえば赤外光
の処理信号から表面欠陥を検出づるいわゆる光学式パッ
シブ法と、該材料に外部から光を照射し、その反射光の
処理信号から表面欠陥を検出するいわゆる光学式アクテ
ィブ法とが知られている。
前者の光学式パッシブ法では、ヘゲ疵やれんが疵および
スケール疵などの材質異常に基づく表面欠陥は比較的容
易に検出できるけれども、単純な凹みなどの形状異常に
ついては、欠陥部と正常部との間の温度差が小さいため
に欠陥信号とノイズ信号との区別が難しく、適正な検出
は困難であった。
一方、後者の光学式アクティブ法では逆に、形状異常に
基く表面欠陥は比較的らくに検出できる(プれども、形
状異常に基因した表面欠陥については、やはり欠陥信号
とノイズ信号との弁別が難しく、従って的確な欠陥の検
出はできなかった。
このように1掲した光学式パッシブ法およびアクティブ
法にはそれぞれ一長一短があって、いずれの方法におい
ても表面欠陥の種類によっては欠陥信号とノイズ信号と
の区別がつがなかったが、かかるノイズの発生は、大部
分熱間金属材料の表面に生成する酸化鉄に起因していた
その他特開昭49−131192号公報において、上記
した二つの方法を同時に用いた熱間処理製品の表面欠陥
検査法が提案されたが、この方法は自発光と反射光それ
ぞれの処理信号から、それぞれ異なる欠陥を個別に検出
する方法であるため、やはり光学式パッシブ法と光学式
アクティブ法とを単独で用いた場合と同様の不利を免れ
得ながったのである。
上述したように従来の欠陥検出法はいずれも、熱間金属
材料の表面に生成する酸化鉄の影響をまともに受けてい
たため、これまで表面欠陥の検出に当っては、それに先
立って脱スケール処理を行ってきたのであるが、かかる
脱スケール処理を施したとしても表面スケールを完全に
除去することは難しく、それ故依然として欠陥信号の誤
検出率が高いところに問題があったのである。
(課題解決の解明経緯) 発明者らは上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねたと
ころ、正字式パッシブ法およびアクティブ法のいずれに
おいCも、表面欠陥に起因した欠陥信号は、信号値の強
弱の差こそあれ走査線上の同一位置に表われるのに対し
、表面の酸化鉄に起因したノイズ信号は、上記パッシブ
法とアクティブ法とでは、それぞれ走査線上の異なる位
置で検出されることの知見を得た。
そこで発明者らは、かかる知見に基いて、新しい表面欠
陥検出法についてさらに研究を重ねた結果、熱間金属材
料につき、その被検出部から放射される自発光について
光電変換すると共に、該被検出部に上記自発光とは非干
渉の光を照射して得た反射光について光電変換し、つい
で得られた2つの電気信号をそれぞれ個別に2値化した
のち両者の論理積をとり、かかる論理積に塁いて表面欠
陥の判定を行うようにすれば、ノイズに由来した誤検出
を招くことなしに、高い精度の下に表面欠陥の検出が実
現されることを究明したのである。
(発明の目的) この発明は、上記した如き表面欠陥検出法の実施に用い
て好適な熱間金属材料の表面欠陥検出装置を提案するこ
とを目的とする。
(発明の構成〉 すなわちこの発明は、熱間金属材料から放射される自発
光に対して非干渉の光を該材料の被検出部に照射する投
光装置と、該被検出部からの反射光を自発光と同時に受
光し、ついで両者を分光してから分光したそれぞれの光
を光電変換する撮像装置および光電変換された2つの電
気信号を処理し該被検出部についC表面欠陥を判定する
信号処理回路からなり、撮像装置は、反射光d3よぴ自
発光を受光、集光する光学レンズ系、かかる光学レンズ
系通過後の光を近赤外域と可視域とに分光する分光フィ
ルタならびに分光された近赤外光は透過させる一方で可
視域光はし−11)断づるフィルタをそなえる自発光用
のリニアアレイイメージセンサおよび分光された可視域
光は透過させる一方で近赤外光は吸収するフィルタをそ
なえる反射光用のリニアアレイイメージセンサをそなえ
、また信号処理回路は、撮像装置で光電変換された反射
光J3よび自発光それぞれの電気信号を個別に2値化処
理して欠陥信号と覆る2値化回路、2値化された2つの
欠陥信号を論理積処理する論理積回路および得られた論
理積に基いて表面欠陥を判定する判定回路をそなえるこ
とを特徴とする熱間金属材料の表面欠陥検出装置である
この発明におい−C1熱間金属材料の被検出部に照1)
J =lる外部光は、該材料から放射される自発光に対
して非干渉であることすなわち波長域が界なることが肝
要であって、自発光としては波長が700nm以上の近
赤外光が、また外部光としては波長400〜eoonm
程度の可視域光がとりわけ有利に適合する。
以下この発明を′具体的に説明する。
第1図に、この発明の好適実施例を模式で示し、図中A
が投光器、Bが撮像装置、Cが信号処理回路、そしてS
が熱間金属材料である。
投光器Aとし−Cは、超高圧水銀灯がとりわけ有利に適
合するが、かかる投光器へには、照射光として、熱間金
属材料Sの被検出部から放射される自発光と干渉しない
400〜600’n m程度の波長の光を投光できるよ
うに、赤外カットフィルタがイ」設されている。
次に撮像装置Bにおいて、番号1は光学レンズ系、2は
]−ルドミラーからなる分光フィルタであり、3は赤外
吸収フィルタ、4は反射光用のリニアアレイイメージセ
ンサ、また5は赤外透過フィルタ、6は自発光用のリニ
アアレイイメージセンサ、そして7はこれらのセンサ4
,6の作動を制御する駆動回路である。
さらに信号処理回路Cにおいて、番号8,9は光電変換
されl〔反射光a3よび自発光からの電気信号をそれぞ
れ個別に2値化処理する2値化回路、6そしで10が論
理積回路、11が判定回路である。
さて第1図に示したところにおいC1投光器△から照射
され、熱間金属相FASの被検出部で反射された反射光
は該被検出部から放射される自発光と共に光学レンズ系
1で集光されて撮像装置B内へ入る。撮像装置B内に侵
入した光は、まずコールドミラーからなる分光フィルタ
2にぶつかるが、ここでijJ視域光と近赤外光とに分
光される。すなわち近紫外、近赤外および可視域Jべで
を含んだ光は、第2図に示したような性質をそなえるコ
ールドミラーによって、波長:約700nmを境として
可視域光は反射され、一方近赤外光は透過されることに
なる。しかしながら反則された光の中にも第2図に示さ
れたように波長700nm以上の近赤外光が10〜15
%の割合で混在しているlcめ、リニアアレイイメージ
センサ4の前に、第3図に示したような特性をそなえる
赤外吸収フィルタ3を配置し、このフィルタ3によって
余分な赤外光をしゃ断してから可視域の反射光のみをリ
ニアアレイイメージセンサ4に受光させるようにしであ
る。同様に]−ルドミラ−2を透過した光の中にも、近
紫外や600〜700 n mの赤色領域光が含まれで
いるので、第4図に示すような特性をもつ赤外透過フィ
ルタ5にてフィルタリングを施すことによって近赤外域
の自発光のみをリニアアレイイメージセンサ6に受光さ
けるようにしである。かくして可視域光J5 J、び近
赤外光に弁別された被検出部からの反射光J>よび自発
光は、それぞれのリニアアレイイメージセンサ4,6に
−C光電変換され、2系統の電気信号とし°C信号処理
回回路に送られることになる。
なお駆動回路7は、これらのリニアアレイイメージセン
サ4,6の受光開始や信号伝送開始の制御を行うほか、
後続の信号処理回路Cへの電気信号の送信を司る。
第5図a、bに、リニアアレイイメージセンサ4.6′
c゛とらえた被検出部力日らの反射光および自発光の走
査線信号をそれぞれ示したが、同図より明らかなように
いずれもかなりのノイズが見られる。
さて信号処理回路Cにa3いて、リニアアレイイメージ
センサ4,6から送られてきた反射光d5よび自発光か
らの電気信号はまず、それぞれの2値化回路82,9に
おいて予め定めでおいた閾値により個別に2値化処理が
施される。
第6図a、bに、第5図a、bに示した反射光および自
発光の走査線信号をそれぞれ個別に2値化処理して得た
欠陥信号を示す。
第6図a、bから明らかなように、ノイズ信号は依然と
して多く、したがって従来の如く単にこれらのデータだ
けから欠陥を判定した場合には依然として誤検出率は高
い。
なJ5かような誤検出を抑制するだめの手段どして、2
値化処理時における閾値を高くすることが考えられるが
、閾値を高く設定した場合には、誤検出率は幾分低減す
ることができるかもしれないけれども、今度は欠陥の見
逃し率の増大という一層の不利を招く。従って見逃し率
の増大を回避するためには、閾値はある程度低めに設定
せざるを得ず、それ故ノイズの混入もまた不可避とされ
ていたのである。
ところでこの発明では、それぞれ個別に2値化した欠陥
信号をさらに論理積回路10にて論理積処理するわけで
あるが、かかる論理積処理によって余分なノイズ信号は
効果的に除去され゛C1本当の表面欠陥に由来した欠陥
信号のみが抽出されるのである。
ここに上記した如き論理積処理によってノイズ信号が効
果的に除去される理由は次のとおりである。
すなわち光電変換後の電気信号を2値化処理した場合、
本当の表面欠陥に由来した欠陥信号は、反射光、自発光
ども走査線上の同じ位置に表われるのに対し、酸化鉄に
由来するノイズ信号は、反射光J5よび自発光とでは、
走査線上の異なる位置に表われ、従って両者の論理積を
とった場合、ノイズ信号についで相互にフィルタリング
作用を及ぼしあって消滅するからである。
第7図に、第6図a、bに示した両欠陥信号を論理積処
理した後の欠陥信号を示す。第7図から明らかなように
反射光と自発光両者の欠陥信号の論理積をとることによ
り表面の酸化鉄に由来したノイズ信号はほぼ完全に除去
されて、表面欠陥に由来した信号のみが残存することに
なる。
そしてかくして得られた論理積に基いて、欠陥であるか
否かの判定を行うわけであるが、第7図と第6図a、b
それぞれに示された欠陥信号を比較すれば歴然としCい
るように、この発明装置により、表面欠陥の的確な判定
が可能になったのである。
そしてかかる欠陥の判定に際しては、論理積処理後の信
号を長さ、連続性判定回路13に導いC1その欠陥信号
の長さや連続性を加味した上で欠陥か否かの判定を下す
わけである。
なお上に述べた実施例では、分光フィルタとしてコール
ドミラーを用いた場合についC説明したが、]−ルドミ
ラーの替りにハーフミラ−やコールドフィルタを使用す
ることもできる。ただしコールドフィルタを使用する場
合は、このフィルタの性質がコールドミラーとは逆に、
可視域光は透過する一ノラ赤外光は反射するものである
ため、第1図に示した赤外透過フィルタ5と赤外吸収フ
ィルタ3どの位置を入れ変える必要がある。
(発明の効果) かくしてこの発明によれば熱間金属材料の表面欠陥の検
出に当り、とくに脱スケール処理を行わなくとも、該ス
ケールに起因したノイズ信号に基く誤検出を数100%
から15%程度にわたって著しく低減でき、従って検出
精度の大幅な向上が実現され、有利ひある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の好適実施例の模式図、第2図は、
コールドミラーの分光透過率を示したグラフ、 第3図は、赤外吸収フィルタの分光透過率を示したグラ
フ、 第4図は、赤外線透過フィルタの分光透過率を示したグ
ラフ、 第5図a、bはそれぞれ光電変換後の反射光および自発
光の電気信号の波形を示した図、第6図a、bはそれぞ
れ、第5図a、bに示した波形を2値化処理した後の2
値化信号を示した図、 第7図は、上記した2つの2値化信号を論理積処理した
のちの欠陥信号を示した図である。 A・・・投光器 B・・・撮像装置 C・・・信号処理回路 S・・・熱間金属材料1・・・
光学レンズ系 2・・・分光フィルタ3・・・赤外吸収
フィルタ 4・・・反則光用のリニアアレイイメージセンサ5・・
・赤外透過フィルタ 6・・・自発光用のリニアアレイイメージセンサ7・・
・駆動回路 8,9・・・2値化回路10・・・論理積
回路 11・・・判定回路第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、熱間金属材お1から放射される自発光に対して非干
    渉の光を該材料の被検出部に照射する投光装置と、該被
    検山部からの反射光を自発光と同時に受光し、ついで両
    者を分光してから分光しl〔それぞれの光を光電変換す
    る撮像装置および光電変換された2つの電気信号を処理
    し該被検出部について表面欠陥を判定する信号処理回路
    からなり、撮像装置は、反射光J5 J:び自発光を受
    光、集光する光学レンズ系、かかる光学レンズ系通過後
    の光を近赤外域と可視域とに分光する分光フィルタなら
    びに分光された近赤外光は透過させる一方で可視域光は
    しゃ断するフィルタをそなえる自発光用のリニアアレイ
    イメージセンサおよび分光された可視域光は透過させる
    一方で近赤外光は吸収するフィルタをそなえる反射光用
    のリニアアレイイメージセン4)をそなえ、また信号処
    理回路は、撮像装置で光電変換された反射光および自発
    光それぞれの電気信号を個別に2値化処理して欠陥信号
    とする2値化回路、2値化された2つの欠陥信号の論理
    積処理を行う論理積回路および得られた論理積に基いて
    表面欠陥を判定する判定回路をそなえることを特徴とす
    る熱間金属材料の表面欠陥検出装置。
JP59035232A 1984-02-28 1984-02-28 熱間金属材料の表面欠陥検出装置 Pending JPS60179638A (ja)

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