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技術 光学式金属板表面検査装置モジュール

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 高田英紀戸村寧男
出願日 2004年3月30日 (16年9ヶ月経過) 出願番号 2004-099978
公開日 2005年10月13日 (15年2ヶ月経過) 公開番号 2005-283437
状態 未査定
技術分野 光学的手段による材料の調査の特殊な応用
主要キーワード 駆動設備 光屈折素子 光学式表面検査装置 線状欠陥 検出欠陥 ラインスキャン 屈折方向 光屈折
関連する未来課題
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図面 (10)

課題

簡単な装置構成で種々の欠陥を検出することができる。

解決手段

光学式金属板表面検査装置は、平行光を照射する光源1と、光源1から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板200の幅方向屈折させて金属板200の表面に照射する光屈折部10と、光屈折部10から照射され、金属板200の表面で反射された光をカメラ3,4で受光撮像)し、その受光結果撮像画像)に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する図示しない画像処理装置とを備える。

概要

背景

金属板表面欠陥或いは疵を検出、検査する方法或いは装置は多種あり、その一つに光学式金属板表面検査装置がある。
光学式金属板表面検査装置では、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて、金属板表面の欠陥或いは疵を検査している。例えば、装置構成は、金属板表面に向けて平行光線照射する光源装置と、金属板表面で反射されたその光源装置からの光を受光して、金属板表面を撮像する撮像装置と、その撮像装置の撮像画像に基づいて、例えば撮像画像の明暗に基づいて、金属板表面の欠陥等を検出する検出装置とからなる。つまり、金属板表面上に欠陥等があれば、その光の反射量が正常部と異なる結果、撮像画像中に欠陥特有明暗差が生じることを利用して、欠陥等を検出するように構成されている。例えば、従来の装置として、金属板一種である鋼板に用いる特許文献1に開示されている装置がある。

このような光学式金属板表面検査装置では、光源から照射され、金属板表面で反射された光を撮像装置で撮像する方式を採用しているので、光源及び撮像装置の配置が重要になる。ここで、図6及び図7には一般的な光学式金属板表面検査装置の構成を示す。なお、図6は、側方からみた装置構成であり、図7は、上方からみた装置構成である。
この図6及び図7に示すように、金属板200の流れ方向に光源101と撮像装置(カメラ)102とを並べて配置して、光源101から照射して、金属板200の表面で反射された光を撮像装置102で撮像する方式、すなわち光源101からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置102を配置する方式が一般的な方式である。

なお、図7中、一点鎖線で示す領域Aは、撮像装置102の視野範囲又は撮像範囲を示し、同図中、二点鎖線で示す領域Bは、光源101による金属板200の表面上の照射範囲を示す。
このような方式を採用した場合の欠陥或いは疵の検出原理を図8及び図9を用いて説明する。ここで、図8は、金属板200の表面に欠陥或いは疵(以下、欠陥と総称する。)がない場合の検出の様子を示し、図9は、金属板200の表面に欠陥201がある場合の検出の様子を示す。なお、両図ともに、図中(A)は、側方からみた様子を示し、図中(B)は、上方からみた様子を示す。

図8に示すように、金属板200の表面に欠陥がない場合には、光源101からの入射光のほとんどが金属板200の表面で正反射されて、撮像装置102に入射される。しかし、図9に示すように、金属板200の表面に欠陥201がある場合には、光源101からの入射光が当該欠陥201で乱反射されて、拡散されるようになり、撮像装置102では当該欠陥201からの受光量が少なくなる。この結果、撮像画像において明暗差が発生し、その撮像画像中の暗部を金属板200の表面に存在する欠陥として検出できる。
特開平7−218451号公報

概要

簡単な装置構成で種々の欠陥を検出することができる。光学式金属板表面検査装置は、平行光を照射する光源1と、光源1から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板200の幅方向屈折させて金属板200の表面に照射する光屈折部10と、光屈折部10から照射され、金属板200の表面で反射された光をカメラ3,4で受光(撮像)し、その受光結果(撮像画像)に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する示しない画像処理装置とを備える。

目的

このような、難検出欠陥は、図6及び図7に示すように金属板の流れ方向に光源101やカメラ102が金属板200を臨む方向を設定しても検出し難く、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源101やカメラ102が金属板200を見る方向を設定して初めて検出が可能となる欠陥も多い。ところが、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源101やカメラ102が金属板200を見る方向を設定すれば、装置全体が金属板の幅方向に大きくなる。金属板の幅方向には金属板製造設備の各種駆動設備作業者通路があり、その設置はいよいよ困難になるのである。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な装置構成で設置場所が小さくて済み、種々の欠陥を検出することができる光学式金属板表面検査装置モジュールの提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

平行光を照射する光源と、前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板幅方向に成分を有する向きに屈折させて前記金属板表面に照射する光学素子と、前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する2つの欠陥検出手段と、を備える光学式金属板表面検査装置モジュールであって、前記光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する2つの光学屈折素子群からなり、前記2つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射した光を受光することを特徴とする光学式金属板表面検査装置モジュール。

技術分野

0001

本発明は、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて金属板表面に存在する欠陥検査を行う光学式金属板表面検査装置モジュールに関する。

背景技術

0002

金属板表面の欠陥或いは疵を検出、検査する方法或いは装置は多種あり、その一つに光学式金属板表面検査装置がある。
光学式金属板表面検査装置では、金属板表面に光をあてて、その反射光に基づいて、金属板表面の欠陥或いは疵を検査している。例えば、装置構成は、金属板表面に向けて平行光線照射する光源装置と、金属板表面で反射されたその光源装置からの光を受光して、金属板表面を撮像する撮像装置と、その撮像装置の撮像画像に基づいて、例えば撮像画像の明暗に基づいて、金属板表面の欠陥等を検出する検出装置とからなる。つまり、金属板表面上に欠陥等があれば、その光の反射量が正常部と異なる結果、撮像画像中に欠陥特有明暗差が生じることを利用して、欠陥等を検出するように構成されている。例えば、従来の装置として、金属板一種である鋼板に用いる特許文献1に開示されている装置がある。

0003

このような光学式金属板表面検査装置では、光源から照射され、金属板表面で反射された光を撮像装置で撮像する方式を採用しているので、光源及び撮像装置の配置が重要になる。ここで、図6及び図7には一般的な光学式金属板表面検査装置の構成を示す。なお、図6は、側方からみた装置構成であり、図7は、上方からみた装置構成である。
この図6及び図7に示すように、金属板200の流れ方向に光源101と撮像装置(カメラ)102とを並べて配置して、光源101から照射して、金属板200の表面で反射された光を撮像装置102で撮像する方式、すなわち光源101からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置102を配置する方式が一般的な方式である。

0004

なお、図7中、一点鎖線で示す領域Aは、撮像装置102の視野範囲又は撮像範囲を示し、同図中、二点鎖線で示す領域Bは、光源101による金属板200の表面上の照射範囲を示す。
このような方式を採用した場合の欠陥或いは疵の検出原理図8及び図9を用いて説明する。ここで、図8は、金属板200の表面に欠陥或いは疵(以下、欠陥と総称する。)がない場合の検出の様子を示し、図9は、金属板200の表面に欠陥201がある場合の検出の様子を示す。なお、両図ともに、図中(A)は、側方からみた様子を示し、図中(B)は、上方からみた様子を示す。

0005

図8に示すように、金属板200の表面に欠陥がない場合には、光源101からの入射光のほとんどが金属板200の表面で正反射されて、撮像装置102に入射される。しかし、図9に示すように、金属板200の表面に欠陥201がある場合には、光源101からの入射光が当該欠陥201で乱反射されて、拡散されるようになり、撮像装置102では当該欠陥201からの受光量が少なくなる。この結果、撮像画像において明暗差が発生し、その撮像画像中の暗部を金属板200の表面に存在する欠陥として検出できる。
特開平7−218451号公報

発明が解決しようとする課題

0006

光源からの照射方向に対して正反射方向に撮像装置を配置している場合、あらゆる形態の欠陥を検出することはできない。
例えば図10に示すように、流れ方向の欠陥である、金属板200の表面の鋭い凹凸状の欠陥(線状欠陥等)201に対しては、明暗差が明確になるので当該欠陥を問題なく検出できる。しかし、単に金属板200の表面の薄い着色である欠陥201に対しては、明暗差が少なくなることから、その検出が困難になる。

0007

このような問題を故善すべく、前記特許文献1に記載の光学式金属板表面検査装置は、あらゆる態様の欠陥を検出するために、光源及びカメラの配置を変更、例えば金属板の流れ方向に対し前記仰角を最適化した。しかし、欠陥の種類によっては、図6に示す光源101やカメラ102が金属板200を臨む(見る)角度、すなわち仰角αが30°よりも浅くなる(αが小さくなる)。光源101やカメラ102と金属板200の距離には制限があるので、仰角αが浅くなると、装置全体が大きくなって設置が困難になる。一方、欠陥には、油をはじめとする透明な付着物による干渉着色、面積が大きな浅い凹みなど(以下、単に欠陥を総称する意味の「欠陥」と区別する必要がある場合には「難検出欠陥」と記載する。)がある。

0008

このような、難検出欠陥は、図6及び図7に示すように金属板の流れ方向に光源101やカメラ102が金属板200を臨む方向を設定しても検出し難く、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源101やカメラ102が金属板200を見る方向を設定して初めて検出が可能となる欠陥も多い。ところが、金属板の幅方向に成分を持つ向きに光源101やカメラ102が金属板200を見る方向を設定すれば、装置全体が金属板の幅方向に大きくなる。金属板の幅方向には金属板製造設備の各種駆動設備作業者通路があり、その設置はいよいよ困難になるのである。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な装置構成で設置場所が小さくて済み、種々の欠陥を検出することができる光学式金属板表面検査装置モジュールの提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0009

請求項に記載の発明は、平行光を照射する光源と、前記光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して前記金属板の幅方向に成分を有する向きに屈折させて前記金属板表面に照射する光学素子と、前記光学素子から照射され、前記金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、前記金属板表面の欠陥を検出する2つの欠陥検出手段とを備える光学式金属板表面検査装置モジュールであって、前記光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する2つの光学屈折素子群からなり、前記2つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射した光を受光することを特徴とする光学式金属板表面検査装置モジュールである。

発明の効果

0010

請求項に記載の発明によれば、光源からの光を金属板表面に直接照射して検出できなかった欠陥を検出できる。また、光学素子だけでこれを実現しているので、簡単な構成で種々の欠陥の検出を実現できる。
また、光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する2つの光学屈折素子群からなり、2つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射され前記金属板表面で反射された光を受光するので、浅い仰角としながらも設置場所を小さくできる。

発明を実施するための最良の形態

0011

本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態という。)を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置モジュールである。また、1つのモジュールで光学式金属板表面検査装置を構成している。
図1及び図2は、金属板200の上方に配置した光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す。図1は、側方からみた図であり、図2は、上方からみた図である。ここで、金属板200は例えば鋼板である。

0012

図1及び図2に示すように、光学式金属板表面検査装置モジュールは、光源(照明装置)1、光屈折部10及びカメラ3,4を備えており、光源1、カメラ3,4が、金属板200から所定の高さをもって配置されている。そして、金属板200の流れ方向(搬送方向)において、上流側に光源1、下流側にカメラ3,4が視野Aをもって配置されており、カメラ3,4は、金属板200の幅方向に並んで配置されている。そして、図1に示すように、光源1、カメラ3,4ともに、金属板200に対して同じ仰角αにして配置され、光源1から金属板200に向けて照射される照射光光路上、本実施形態では、光源1側近傍に、光屈折部10が配置されている。ここで、仰角αは金属板200の流れ方向に対して例えば20°である。

0013

光源1は、長い棒状体であり、金属板200の幅方向に平行に配置されている。この光源1は、平行光を照射する光源であり、その照射光が金属板200の流れ方向に平行になるように配置されている。この光源1から照射された光(平行光)は、光源1のカメラ3,4側に近接して配置されている光屈折部10に入射される。
光屈折部10は、光源1に沿うような形状をなし、すなわち光源1からの照射光が入射されるのに足りる形状をなす。図3は、その光屈折部10を上方からみた図である。
この図3に示すように、光屈折部10は、複数の光屈折素子111,112,113,・・・,11nからなる第1光屈折素子群11と、複数の光屈折素子121,122,123,・・・,12mからなる第2光屈折素子群12とが一体とされて構成されている。第1光屈折素子群11と第2光屈折素子群12とは、金属板200の幅方向に沿って隣接して配置されている。

0014

第1光屈折素子群11を構成する各光屈折素子111〜11nと第2光屈折素子群12を構成する各光屈折素子121〜12mとは、入射光を当該入射光の光軸(図3中の一点鎖線)に対して屈折させる光学素子であり、その屈折方向を金属板200の幅方向に成分を有する方向とし、且つ第1光屈折素子群11の光屈折素子111〜11nの照射光と第2光屈折素子群12の光屈折素子121〜12mの照射光とが金属板表面に垂直な方向から見て交差するようになっている。すなわち、屈折方向が、金属板200の内側或いは金属板200の中心に向かう方向となっている。

0015

この実施形態では、第1光屈折素子群11の光屈折素子111〜11nでは、入射光を当該入射光の光軸に対して屈折させる角度βを20°〜60°とし、また、第2光屈折素子群12の光屈折素子121〜12mでは、入射光を当該入射光の光軸に対して屈折させる角度γを20°〜60°としている。前記角度β、γは、好ましくは、ともに45°である。

0016

図2及び図3中、点線の矢印は、このような各光屈折素子111〜11n,121〜12mから構成される光屈折部10からの照射光を模式的に示す。この図2に示すように、光屈折部10は、各光屈折素子111〜11n,121〜12mから金属板200の幅方向に屈折させた光を照射する。
また、この光屈折部10は、光学式表面検査装置に対して着脱容易とされて取り付けられている。例えば、光屈折部10は、光源1に直接或いは光源1の図示しない取り付け部に対して着脱自在とされている。また、光源1或いは光源1の図示しない取り付け部に位置決め部があり、この位置決め部を基準に光屈折部10が取り付けられるようになっている。これにより、位置決め部を基準にして光屈折部10を取り付けるだけで、金属板200の流れ方向に前記角度β、γをなす照射光を当該光屈折部10から照射させることができる。

0017

このように光屈折部10から照射された光は、金属板200の表面に入射されて、カメラ3,4に向けて反射される。ここで、金属板200の表面に欠陥がある場合には、この欠陥で入射光は反射される。このように金属板200の表面の欠陥又は欠陥のない部位で反射された光は、カメラ3,4に入射される。このとき、カメラ3,4は各々のカメラ3,4から見て距離の大きい方の光学屈折素子群、すなわち、それぞれ光学屈折素子群12,11から照射され前記金属板表面で反射された光を受光する。
カメラ3,4は、例えばラインスキャンにより撮像を行うCCD(Charge Coupled Device)カメラであり、金属板200の表面で反射された反射光をそれぞれ受光する。そして、カメラ3,4で撮像した撮像画像を光学式金属板表面検査装置モジュールの備える画像処理装置で処理する。

0018

図4は、画像処理装置20の構成例を示す。
画像処理装置20では、カメラ3,4の撮像画像を画像処理部21で画像処理し、画像処理部21で画像処理した結果に基づいて、判定部22が金属板200の欠陥の有無を判定し、判定部22の判定結果をモニタ等の結果出力部23から出力する。
以上のように光学式金属板表面検査装置モジュールが構成されている。
次に光学式金属板表面検査装置によって実現される難検出欠陥の検出を説明する。

0019

図5中(A)は、光屈折部10を備えていない従来の光学式金属板表面検査装置により難検出欠陥251を検出しようとする様子を示し、図5中(B)は、光屈折部10を備えた本発明を適用した光学式金属板表面検査装置(モジュール)により難検出欠陥251(以下、単に「欠陥251」と記載する。)を検出する様子を示す。
図5中(A)に示す従来の光学式金属板表面検査装置は、例えば本発明を適用した光学式金属板表面検査装置と同様、光源1が長い棒状体であり、金属板200の幅方向に平行に配置され、かつ平行光を照射する光源である。

0020

この従来の光学式金属板表面検査装置を用いた場合、図5中(A)に示すように、金属板200の表面に欠陥251がある場合に、光源1からの照射光が当該欠陥251に入射されても、欠陥251の状態によりカメラ3(4)に向けて反射されない場合がある。この場合、カメラ3(4)では、欠陥251を明確に撮像することができなく、これにより、従来の光学式金属板表面検査装置は、欠陥251を検出することができない。

0021

一方、本発明を適用した光学式金属板表面検査装置(モジュール)を用いた場合、図5中(B)に示すように、光源1からの照射光を光屈折部10で屈折させて、欠陥251に入射させることで、前記図5中(A)と同一の欠陥251から反射光をカメラ3(4)に入射させることができるようになる。これにより、カメラ3(4)では、欠陥251を確実に撮像することができ、光学式金属板表面検査装置(モジュール)は、その撮像画像に基づいて金属板200の表面に存在する欠陥251を検出することができる。

0022

次に効果を説明する。
前述したように、光源1からの照射光を光屈折部10で屈折させて、金属板200の表面に浅い仰角で入射させている。これにより、金属板表面の難検出欠陥を検出することができるようになる。
また、前述したように、光屈折部10を光学素子で構成し、かつ装置に対して着脱自在にすれば、例えば前記所定角度β,γの異なる光屈折部10の装着が簡単にできるようになる。よって、前記所定角度β、γが異なるような種々の光屈折部10を用意し、これら光屈折部10を順繰りに装着していくだけで、光源1やカメラ3,4の配置を変更することなく、種々の欠陥を検出することができるようになる。

0023

また、本発明では、光学素子は前記金属板表面に垂直な方向から見て互いに交差する照射方向を有する2つの光学屈折素子群からなり、2つの欠陥検出手段は各々の欠陥検出手段から見て距離の大きい方の光学屈折素子群から照射され前記金属板表面で反射された光を受光する。具体的には、光屈折部10の屈折方向を金属板200の内側或いは金属板200の中心に向かう方向にしている。このため、光源1の照射光を有効に利用して金属板表面の欠陥を検出することができる。また、前記角度βやγを大きくしても光源1の照射光を金属板表面に入射させることができるので、これにより、角度βやγの選択幅が多くすることができ、この結果、種々の欠陥を検出できるようになる。

0024

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施形態では、金属板200の流れ方向(搬送方向)に光源1、光屈折部10及びカメラ3,4を配置している。しかし、これに限定されるものではない。すなわち、光源1、光屈折部10及びカメラ3,4を金属板200の流れ方向(搬送方向)に対して角度をもって配置してもよい。

0025

また、本発明の光学式金属板表面検査装置モジュールは1つ以上のモジュールを組合せて光学式金属板表面検査装置を構成する。モジュールの数としては、前記した実施形態のように1つのモジュールを用いてもよいし、金属帯の幅が大きい場合は複数を用いてもよい。複数用いた場合は、別モジュールから照射した光を別モジュールの検出装置で受光など、組合せはいかようにもできる。

0026

なお、前述の実施形態の説明において、光屈折部10は、光源から照射された平行光を当該平行光の光軸に対して金属板の幅方向に屈折させて金属板表面に照射する光学素子を実現しており、カメラ3,4及び画像処理装置20は、光学素子から照射され、金属板表面で反射された光を受光し、その受光結果に基づいて、金属板表面の欠陥を検出する欠陥検出手段を実現している。

図面の簡単な説明

0027

本発明の実施形態の光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す側面図である。
前記光学式金属板表面検査装置モジュールの構成を示す平面図である。
前記光学式金属板表面検査装置モジュールの光屈折部の構成を示す平面図である。
前記光学式金属板表面検査装置モジュールの画像処理装置の構成を示すブロック図である。
前記光学式金属板表面検査装置による金属板表面の難検出欠陥の検出の説明に用いた図である。
従来の光学式金属板表面検査装置の構成を示す側面図である。
前記従来の光学式金属板表面検査装置の構成を示す平面図である。
光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した図である。
光学式金属板表面検査装置による金属板表面の欠陥の検出原理の説明に使用した他の図である。

符号の説明

0028

1光源
3,4カメラ(欠陥検出手段)
10光屈折部(光学素子)
11,12光屈折素子群
111〜11n,121〜12m 光屈折素子
20画像処理装置(欠陥検出手段)

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