【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄鋼板等の
微小凹凸性疵を光学的に検出する表面検査装置に関する
ものであり、さらに詳しくは、薄鋼板等の微小凹凸性欠
陥を、その表面粗さに影響されることなく自動検出可能
な表面検査装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface inspection apparatus for optically detecting minute unevenness defects such as a thin steel sheet, and more particularly, to a surface inspection apparatus for detecting minute unevenness defects such as a thin steel sheet. The present invention relates to a surface inspection apparatus capable of automatically detecting without being affected by roughness.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄鋼板の製造プロセスにおいては、ロー
ル疵またはチャタマークなどの凹凸性の疵が発生する場
合がある。これらの疵の大きさは数mm〜数十mm程度であ
るが、凹凸は数μm程度と非常に小さいものである。こ
の凹凸は鋼板の表面粗さと同じ程度であるため、そのま
まの状態で観察しても発見することができない。ところ
が、塗装され、表面粗さが塗料に埋められ表面が滑らか
になると、明瞭に見えるようになり、外観上大きな問題
となる。そのため、このような疵を出荷しないようにす
ることは、品質管理上重要な問題である。2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a thin steel sheet, irregular flaws such as roll flaws and chatter marks may occur. The size of these flaws is about several mm to several tens of mm, but the irregularities are as small as about several μm. Since these irregularities are almost the same as the surface roughness of the steel sheet, they cannot be found even when observed as they are. However, when the surface is painted and the surface roughness is buried in the paint and the surface becomes smooth, the surface becomes clearly visible, which is a serious problem in appearance. Therefore, preventing such flaws from being shipped is an important problem in quality control.
【０００３】疵の形態としては、前述のロール疵のよう
な点状の疵、チャタマークのような鋼板の幅方向に続く
線状の疵がある他、線状マーク、絞りマークのように鋼
板の長手方向に続く疵もある。[0003] The flaws include point flaws such as the above-mentioned roll flaws, linear flaws such as chatter marks extending in the width direction of the steel sheet, and steel flaws such as linear marks and drawing marks. Some flaws continue in the longitudinal direction.
【０００４】これらの疵の発生原因を考えてみると、例
えばロール疵は、ロールに付着した異物、あるいはその
異物がロールに噛み混んだことによってロール自体に生
じた凹凸であり、また、チャタマークは製造プロセスに
おけるロールもしくは鋼板自体の振動によるものであ
る。そのため、これらの疵が一旦発生すると、ロールを
交換したりプロセスを改善したりするまで連続的に発生
するため、早期に発見し対策を講じることは、歩留向上
の点からも極めて重要である。Considering the cause of the generation of these flaws, for example, a roll flaw is foreign matter adhering to the roll, or unevenness generated on the roll itself due to the foreign matter being caught in the roll. Is caused by the vibration of the roll or the steel sheet itself in the manufacturing process. Therefore, once these flaws occur, they occur continuously until the roll is replaced or the process is improved, so it is extremely important to detect them early and take countermeasures from the viewpoint of improving yield. .
【０００５】このような疵を見つけるために、製鉄プロ
セスの各検査ラインにおいては、全てのコイルについ
て、操業中に鋼板の走行を一度停止し、検査員が砥石が
けを行った後に目視検査をしている。砥石がけを行う
と、凹部に比べて凸部がより砥石にあたり、反射率が高
くなるので、凹凸部の差が明確になり、目視で確認可能
となる。[0005] In order to find such flaws, in each inspection line of the iron making process, the running of the steel plate is temporarily stopped for all the coils during the operation, and a visual inspection is performed after the inspector grinds the stone. ing. When the grinding stone is applied, the convex portion hits the grinding stone more than the concave portion, and the reflectance increases, so that the difference between the concave and convex portions becomes clear and can be visually confirmed.
【０００６】しかしながら、このような方法は、検査ラ
インを停止して行わなければならず、かつ、かなりの時
間を要するので、作業能率を低下させるという問題があ
った。それに対する対策として、凹凸が数μm程度の微
小凹凸性疵を自動検査する方法の開発が行われてきた。
このような、自動表面検査装置の例としては、特開昭５
８−８６４０８号公報、特開平５−２５６６３０号公
報、特開平６−５８７４３号公報に開示された技術があ
る。[0006] However, such a method has to be performed while stopping the inspection line and requires a considerable amount of time, so that there is a problem that the working efficiency is reduced. As a countermeasure against this, development of a method for automatically inspecting microscopic irregularity flaws having irregularities of about several μm has been developed.
An example of such an automatic surface inspection apparatus is disclosed in
There are techniques disclosed in JP-A-8-86408, JP-A-5-256630, and JP-A-6-58743.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭５８−８６４０８号公報に開示されている技術は、
鏡面を対象とした検査装置であり、表面粗さの大きい対
象に適用しようとすると、疵の凹凸による収束光・発散
光が、表面粗さによる拡散光に紛れてしまうため、疵を
検出することができない。However, the technology disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-86408 is as follows.
This is an inspection device for mirror surfaces, and if it is applied to an object with a large surface roughness, the convergent light and divergent light due to the unevenness of the flaws are mixed with the diffused light due to the surface roughness. Can not.
【０００８】特開平５−２５６６３０号公報に開示され
ている技術は、鋼板を対象にしたものであるが、やはり
ステンレス鋼板等のように鏡面性の高い対象でなければ
有効でない。また、照明光と垂直の向きの凹凸欠陥に対
しては有効であるが、平行の向きの凹凸欠陥は十分な検
出能が得られないという問題がある。The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-256630 is directed to a steel plate, but is not effective unless the target is a highly specular surface such as a stainless steel plate. In addition, although it is effective for uneven defects in the direction perpendicular to the illumination light, there is a problem that sufficient detectability cannot be obtained for uneven defects in the parallel direction.
【０００９】また、特開平６−５８７４３号公報に開示
されている技術は、研磨する前の表面の粗いウエハを対
象としているが、全体光量により疵の有無を判定してい
るため、疵による明確な信号は検出できない。よって、
検出精度が低いという問題がある。The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-58743 is directed to a wafer having a rough surface before polishing. Signal cannot be detected. Therefore,
There is a problem that detection accuracy is low.
【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、表面粗さの粗い被検査対象物においても、凹凸
が数μm程度の微小凹凸性疵を、被検査体のパスライン
変動や大きな凹凸の影響を除去しながら確実に検出で
き、かつ、点状の疵、被検査体の幅方向に長い疵、被検
査体の長さ方向に長い疵のいずれをも検出できる装置及
び方法を提供することを課題とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and even in an object to be inspected having a rough surface, fine irregularities having irregularities of about several μm are prevented from being generated due to path line fluctuations of the object to be inspected. An apparatus and a method capable of reliably detecting a point-like flaw, a flaw long in a width direction of an object to be inspected, and a flaw long in a length direction of the object to be inspected while removing the influence of large irregularities. The task is to provide.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、被検査体の表面に所定の入射角で光を
照射する光源と、被検査体の表面により反射された光を
検出する検出系とを有し、反射された光量の変化から微
小凹凸性疵を検出する表面検査装置であって、光源から
の光の照射方向が、被検査体の幅に沿った方向と長手に
沿った方向の中間の方向とされ、照射光の波長に対する
照射光の入射角の余弦の値の比が、前記被検体の表面粗
さから決定される所定の値以下となるように、前記波長
若しくは前記入射角の一方、又は両方が選定されている
ことを特徴とする表面検査装置（請求項１）である。A first means for solving the above problems is a light source for irradiating the surface of the object to be inspected with light at a predetermined incident angle, and a light reflected by the surface of the object to be inspected. A surface inspection apparatus that has a detection system that detects a microscopic unevenness flaw from a change in the amount of reflected light, wherein the irradiation direction of light from the light source is a direction along the width of the object to be inspected. The intermediate direction of the direction along the longitudinal direction, so that the ratio of the value of the cosine of the incident angle of the irradiation light to the wavelength of the irradiation light is equal to or less than a predetermined value determined from the surface roughness of the subject, A surface inspection apparatus (Claim 1), wherein one or both of the wavelength and the incident angle are selected.
【００１２】本手段においては、光源からの光の照射方
向が、被検査体の幅に沿った方向と長手に沿った方向の
中間の方向とされている。すなわち、平面的に見た場
合、光の照射方向は、被検査体の長手方向に対しても幅
方向に対しても斜め方向から被検査体を照射している。
よって、点状欠陥、被検査体の長手方向に長い欠陥、被
検査体の幅方向に長い欠陥のいずれをも、精度良く検出
できる。In this means, the direction of light irradiation from the light source is set to a direction intermediate between the direction along the width of the object to be inspected and the direction along the length thereof. That is, when viewed in a plan view, the light irradiation direction irradiates the inspection object from an oblique direction with respect to the longitudinal direction and the width direction of the inspection object.
Therefore, any of a point defect, a defect long in the longitudinal direction of the object to be inspected, and a defect long in the width direction of the object to be inspected can be accurately detected.
【００１３】また、本手段においては、照射光の波長に
対する照射光の入射角の余弦の値の比が、前記被検体の
表面粗さから決定される所定の値以下となるように、前
記波長または前記入射角の一方もしくは両方が選定され
ている。Further, in this means, the ratio of the cosine value of the incident angle of the irradiation light to the wavelength of the irradiation light is equal to or less than a predetermined value determined from the surface roughness of the object. Alternatively, one or both of the incident angles are selected.
【００１４】本発明者らは、表面粗さの粗い鋼板に対し
ても、反射光のうち鏡面反射が支配的な条件を作り出す
ことができれば、魔鏡現象が成立し、疵を検出すること
が可能になると考えた。そこで、まず、表面粗さと反射
特性について検討を行った。Beckmann著The scattering
of electromagnetic waves from rough surface （Per
gamon Press, 1963）によると、凹凸量の分布が正規分
布となるモデルを仮定した場合、下記のパラメータｇが
小さいほど鏡面性が高いといえる。また、σ、λ、θ
1、θ2のそれぞれの値にかかかかわらず、ｇの値が等し
ければ鏡面性の程度は同等である。The present inventors have found that if a condition in which the specular reflection is dominant in the reflected light can be created even for a steel plate having a rough surface, the magic mirror phenomenon is established and the flaw can be detected. I thought it would be possible. Therefore, first, the surface roughness and the reflection characteristics were examined. The scattering by Beckmann
of electromagnetic waves from rough surface (Per
According to Gamon Press, 1963), assuming a model in which the distribution of the unevenness amount is a normal distribution, it can be said that the smaller the parameter g described below, the higher the specularity. Also, σ, λ, θ
Regardless of the value of 1, θ2, the degree of specularity is equal if the value of g is equal.
【００１５】 g = {2πσ(cosθ1+cosθ2)/λ}2 …（１） ここで、σは凹凸量の正規分布の標準偏差、λは照射光
の波長、θ1は入射角、θ2は出射角である。ここで、正
反射光を受光することを考え、入射角θ1及び出射角θ2
がともに等しく、その値をθとすると、 g = {4πσcosθ/λ}2 …（２） となる。G = {2πσ (cos θ1 + cos θ2 ) / λ}2 (1) where σ is the standard deviation of the normal distribution of the unevenness, λ is the wavelength of the irradiation light, θ1 is the incident angle, θ2 is the emission angle. Here, considering the reception of specularly reflected light, the incident angle θ1 and the output angle θ2
Are equal and the value is θ, g = {4πσcosθ / λ}2 (2)
【００１６】上式によれば、σが大きな対象であって
も、cosθ／λを所定の値以下にすれば、鏡面性を確保
できることが分かる。 例えばσ=0.5μmの粗面を有する
被検査体の鏡面性ｇを、σ=0.025μm程度の鏡面が、可
視光の波長0.5μm、入射角０度に対して有するのと同程
度の鏡面性ｇと同じ程度にしようとした場合、その方法
の例としては、波長はそのままで入射角を87度程度に大
きくするか、入射角はそのままで波長を10μm程度に大
きくすることが考えられる。According to the above equation, it can be seen that, even if σ is a large target, specularity can be secured if cos θ / λ is equal to or less than a predetermined value. For example, the specularity g of a test object having a rough surface of σ = 0.5 μm is approximately the same as that of a specular surface of σ = 0.025 μm at a visible light wavelength of 0.5 μm and an incident angle of 0 °. When trying to make it about the same as g, as an example of the method, it is conceivable to increase the incident angle to about 87 degrees while keeping the wavelength or to increase the wavelength to about 10 μm while keeping the incident angle.
【００１７】（１）、（２）式は、凹凸量が正規分布を
なすことを仮定しているので、必ずしも全ての鋼板に対
して適用できるとは限らないが、多くの場合、凹凸量は
近似的に正規分布をなすと考えられるので、（１）、
（２）式が適用できる。また、（１）、（２）式が適用
できない場合であっても、（１）、（２）式に相当する
関係式を実験的に求めることも可能である。Equations (1) and (2) are based on the assumption that the irregularities have a normal distribution, so they may not always be applicable to all steel plates. Since it is considered that a normal distribution is approximately formed, (1),
Equation (2) can be applied. Further, even when the equations (1) and (2) cannot be applied, the relational equations corresponding to the equations (1) and (2) can be experimentally obtained.
【００１８】前述のように、本手段においては、光源の
波長λに対する前記入射角θの余弦の値の比cosθ/λ
が、前記被検体の表面粗さに対応して決定される所定の
値以下となるように、前記波長と前記入射角の関係が選
定されている。よって、鏡面性が上がって魔鏡現象が起
こり、微小凹凸により反射された収束光・発散光が、表
面粗さによる拡散光に紛れることがなくなるので、表面
粗さと同等の深さの微小凹凸性疵を確実に検出すること
ができる。どの程度のｇ値とすべきかは、被検査体によ
っても異なるので、実験的に求めるようにする。As described above, in this means, the ratio of the cosine value of the incident angle θ to the wavelength λ of the light source cos θ / λ
The relationship between the wavelength and the angle of incidence is selected so that the value is equal to or less than a predetermined value determined according to the surface roughness of the subject. Therefore, the specularity rises and a magic mirror phenomenon occurs, so that the convergent light and divergent light reflected by the minute unevenness will not be scattered by the diffused light due to the surface roughness, so the minute unevenness with the same depth as the surface roughness The flaw can be reliably detected. The degree of the g value to be set depends on the test object, and is determined experimentally.
【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記波長が可視域の波長であ
り、前記入射角が90度近くの大きな角度であることを特
徴とするものである。前記（１）式、（２）式を満足さ
せるためには、λを大きくするかcosθを小さくするこ
とが必要である。本手段においては、cosθを小さく
し、λを可視光域の波長としている。これにより、光の
状態を目視できるので、装置の調整等を簡単に行うこと
ができる。A second means for solving the above-mentioned problem is:
The first means, wherein the wavelength is a wavelength in a visible region, and the incident angle is a large angle near 90 degrees. In order to satisfy Expressions (1) and (2), it is necessary to increase λ or reduce cos θ. In this means, cos θ is reduced, and λ is a wavelength in the visible light range. Thus, the state of light can be visually checked, and adjustment of the device and the like can be easily performed.
【００２０】前記課題を解決するための第３の手段は、
前期第１の手段であって、前記波長が赤外域の波長であ
ることを特徴とするもの（請求項３）である。A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The first means is the first means, wherein the wavelength is a wavelength in an infrared region (Claim 3).
【００２１】本手段においては、照射光の波長λが大き
いので、その分入射角と出射角θの値を小さくすること
ができる。よって検査装置と被測定体の間隔を大きくと
っても、装置サイズがあまり大きくならないので、設置
条件の制約が緩くなる。In this means, since the wavelength λ of the irradiation light is large, the values of the incident angle and the outgoing angle θ can be reduced accordingly. Therefore, even if the distance between the inspection device and the object to be measured is increased, the size of the device does not increase so much, and the restrictions on the installation conditions are relaxed.
【００２２】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前
記検出系が、前記被検査体の表面により反射された光を
投影するスクリーンと、当該スクリーン上の光強度分布
を測定する受光器とを有してなることを特徴とするもの
（請求項４）である。A fourth means for solving the above problem is as follows.
In any one of the first means to the third means, the detection system may include a screen for projecting light reflected by the surface of the device under test, and a light receiving device for measuring a light intensity distribution on the screen. (Claim 4).
【００２３】被検査体の表面で反射された光は、スクリ
ーン上に像を結ぶ。被検査体表面からの反射光は鏡面反
射光となるが、凹凸性疵があると、その部分が、明るい
又は暗いパターンとしてスクリーンに写るので、スクリ
ーン上の光強度分布をＣＣＤカメラ等の受光器で測定す
ることにより、欠陥を精度良く検出することができる。The light reflected on the surface of the object forms an image on a screen. The light reflected from the surface of the test object is mirror-reflected light, but if there are uneven flaws, that part is reflected on the screen as a bright or dark pattern. , The defect can be accurately detected.
【００２４】前記課題を解決するための第５の手段は、
被検査体の表面に所定の入射角で光を照射し、被検査体
の表面により反射された光の光量の変化から微小凹凸性
疵を検出する表面検査方法であって、光源からの光の照
射方向が、被検査体の幅に沿った方向と長手に沿った方
向の中間の方向とされ、照射光の波長に対する照射光の
入射角の余弦の値の比が、前記被検体の表面粗さから決
定される所定の値以下となるように、前記波長若しくは
前記入射角の一方、又は両方が選定されていることを特
徴とする表面検査方法（請求項５）である。A fifth means for solving the above problem is as follows.
A surface inspection method for irradiating light at a predetermined incident angle to the surface of the inspection object and detecting minute unevenness flaws from a change in the amount of light reflected by the surface of the inspection object, comprising: The irradiation direction is an intermediate direction between the direction along the width of the test object and the direction along the length, and the ratio of the value of the cosine of the incident angle of the irradiation light to the wavelength of the irradiation light is the surface roughness of the object. A surface inspection method (claim 5), wherein one or both of the wavelength and the incident angle are selected so as to be equal to or less than a predetermined value determined from the above.
【００２５】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第５の手段であって、前記波長が可視域の波長であ
り、前記入射角が90度近くの大きな角度であることを特
徴とするもの（請求項６）である。A sixth means for solving the above-mentioned problem is:
The fifth means, wherein the wavelength is a wavelength in a visible region, and the incident angle is a large angle near 90 degrees (Claim 6).
【００２６】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第５の手段であって、前記波長が赤外域の波長であ
ることを特徴とするもの（請求項７）である。A seventh means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The fifth means, wherein the wavelength is a wavelength in an infrared region (claim 7).
【００２７】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第５の手段から第７の手段のいずれかであって、前
記被検査体の表面により反射された光をスクリーンにと
投影し、当該スクリーン上の光強度分布を測定すること
により欠陥の検出を行うことを特徴とするもの（請求項
８）である。Eighth means for solving the above-mentioned problem is:
Any one of the fifth means to the seventh means, wherein the light reflected by the surface of the object to be inspected is projected on a screen, and the light intensity distribution on the screen is measured to detect a defect. (Claim 8).
【００２８】これら第５の手段から第８の手段は、それ
ぞれ前記第１の手段から第４の手段と同じ作用を奏す
る。The fifth to eighth means have the same functions as the first to fourth means, respectively.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
である表面検査装置の構成を示す概要図である。図１に
おいて１は鋼板、２はロール、３は検出ヘッド、４は光
源、５はミラー、６はスクリーン、７は２次元カメラ、
８は信号処理装置、９は出力装置である。なお、以下の
図においては、同じ構成要素には同じ符号を付して重複
した説明を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a surface inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a steel plate, 2 is a roll, 3 is a detection head, 4 is a light source, 5 is a mirror, 6 is a screen, 7 is a two-dimensional camera,
8 is a signal processing device, and 9 is an output device. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００３０】鋼板１は、２つのロール２によって張力を
かけられ、平面に張られて走行している。鋼板１の表面
に近接して検出ヘッド３が設置されている。検出ヘッド
３中には、光源４が設けられ、鋼板１の表面に、可視域
の波長の平行光を入射角θが90度近くの大きな角度、例
えば87度で照射している。平行光は、ランプからからの
光を一旦集光し、ピンホールを透過させた後、レンズま
たは放物面鏡を用いて形成している。この平行光は、ミ
ラー５で反射された後、前記の入射角で鋼板１の表面を
照射する。The steel sheet 1 is tensioned by the two rolls 2 and runs on a flat surface. The detection head 3 is installed near the surface of the steel plate 1. A light source 4 is provided in the detection head 3 and irradiates the surface of the steel plate 1 with parallel light having a wavelength in the visible region at a large angle where the incident angle θ is close to 90 degrees, for example, 87 degrees. The collimated light is formed by using a lens or a parabolic mirror after once condensing light from a lamp and transmitting the light through a pinhole. After being reflected by the mirror 5, the parallel light irradiates the surface of the steel plate 1 at the aforementioned incident angle.
【００３１】鋼板１の表面で反射された光は、半透明の
スクリーン６上に像を結ぶ。その像をスクリーン６の背
面から２次元カメラ（ＣＣＤカメラ等）７で撮像し、信
号処理装置８で画像処理を行うことにより凹凸性疵を検
出する。鋼板表面からの反射光は鏡面反射光となるが、
凹凸性疵があると、その部分が、明るい又は暗いパター
ンとしてスクリーン６に写るので、疵の存在を検出する
ことができる。画像処理の方法としては、２値化処理
等、周知の手法を使用することができる。鋼板１の移動
速度が高速の場合、撮影した像のぶれを防ぐために、ス
トロボ光源を使用して照明時間を短くすることが必要で
ある。The light reflected on the surface of the steel plate 1 forms an image on a translucent screen 6. The image is picked up from the back of the screen 6 by a two-dimensional camera (CCD camera or the like) 7, and image processing is performed by a signal processing device 8 to detect unevenness flaws. The reflected light from the steel plate surface is specular reflected light,
If there is an uneven flaw, that part is reflected on the screen 6 as a bright or dark pattern, so that the presence of the flaw can be detected. As the image processing method, a known method such as a binarization process can be used. When the moving speed of the steel plate 1 is high, it is necessary to shorten the illumination time by using a strobe light source in order to prevent blurring of a captured image.
【００３２】図２は、鋼板１の上方から見た鋼板１の長
さ方向と光源からの光の照射方向の関係を示す図であ
る。光源からの光の照射方向は、図に示すように、鋼板
の長さ方向（走行方向）と幅方向に対して45°をなす方
向とされている。これにより、チャタマークのように鋼
板の幅方向に発生する疵と、線状マーク、絞りマークの
ように鋼板の長手方向に発生する疵のいずれが検出可能
となる。なお、光の照射方向は45°に限られるものでは
なく、検出すべき疵の程度・頻度を勘案して、鋼板の長
さ方向（走行方向）と幅方向の中間の適当な角度を選定
すればよい。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the length direction of the steel sheet 1 as viewed from above the steel sheet 1 and the direction of light irradiation from the light source. The direction of light irradiation from the light source is, as shown in the figure, a direction at 45 ° to the length direction (running direction) and the width direction of the steel plate. This makes it possible to detect any of flaws generated in the width direction of the steel sheet, such as chatter marks, and flaws generated in the longitudinal direction of the steel sheet, such as linear marks and drawn marks. The direction of light irradiation is not limited to 45 °. Considering the degree and frequency of flaws to be detected, select an appropriate angle between the length direction (running direction) and the width direction of the steel sheet. I just need.
【００３３】図３は、冷延鋼板のロール疵及を測定した
場合の、照射光の入射角θとS/N比の関係を示したもの
である。このように、これらの疵は、入射角87度以下で
は検出が困難であるのに対し、87度以上とすることによ
りS/N比を大きくでき、検出可能になっていることがわ
かる。以上の実施の形態では、ストロボ光源と二次元カ
メラを用いたが、線状光源とリニアアレイカメラを用い
ることもできる。FIG. 3 shows the relationship between the incident angle θ of the irradiation light and the S / N ratio when the roll flaw of the cold-rolled steel sheet is measured. Thus, it can be seen that these flaws are difficult to detect at an incident angle of 87 degrees or less, whereas by setting the angle to 87 degrees or more, the S / N ratio can be increased and can be detected. In the above embodiment, the strobe light source and the two-dimensional camera are used. However, a linear light source and a linear array camera may be used.
【００３４】本発明の第２の実施の形態である表面検査
装置の構成の概要図を図４に示す。図４に示した実施の
形態は、基本的には図１に示したものと同じであるが、
光源４に波長10.6μmのパルス発振のＣＯ2レーザを、２
次元カメラ７にサーモカメラを用いている。このよう
に、長い波長の光を用いると入射角θの制約がなくな
り、入射角θを小さくすることができるので、パスライ
ン変動によりスクリーン６上の像がぶれる影響を小さく
することができる。また、波長が10.6μmより短く、可
視より長い赤外光源及びカメラを用いることで、入射角
の条件を緩和することも可能である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a surface inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. The embodiment shown in FIG. 4 is basically the same as that shown in FIG.
A pulsed CO2 laser with a wavelength of 10.6 μm
A thermo camera is used as the three-dimensional camera 7. As described above, when light having a long wavelength is used, the restriction on the incident angle θ is eliminated, and the incident angle θ can be reduced, so that the influence of the fluctuation of the pass line on the image on the screen 6 can be reduced. In addition, by using an infrared light source and a camera whose wavelength is shorter than 10.6 μm and longer than visible, the condition of the incident angle can be relaxed.
【００３５】本発明の第３の実施の形態である表面検査
装置の構成の概要図を図５に示す。図５に示した実施の
形態は、本実施の形態においては、鋼板１がロール２に
巻き付いている部分を測定しており、パスラインの変動
による誤差が少ないという特長を有している。光源４
は、鋼板１の表面に、ミラー５を介して可視光を照射し
ている。照射光は、測定点の各点における入射角が等し
くなるように、ロール径に合わせて収束する光とされて
いる。鋼板１の表面で反射された光は、半透明のスクリ
ーン６上に像を結ぶ。その像をスクリーン６の背面から
２次元カメラ（ＣＣＤカメラ等）７で撮像し、信号処理
装置８で画像処理を行うことにより凹凸性疵を検出す
る。FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a surface inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention. The embodiment shown in FIG. 5 measures the portion where the steel plate 1 is wound around the roll 2 in the present embodiment, and has a feature that the error due to the fluctuation of the pass line is small. Light source 4
Irradiates the surface of the steel plate 1 with visible light via the mirror 5. The irradiation light is light that converges in accordance with the roll diameter so that the angles of incidence at the respective measurement points are equal. The light reflected on the surface of the steel plate 1 forms an image on the translucent screen 6. The image is picked up from the back of the screen 6 by a two-dimensional camera (CCD camera or the like) 7, and image processing is performed by a signal processing device 8 to detect unevenness flaws.
【００３６】このような表面検査装置の配置において、
ロール径と許容されるパスライン変動の関係は以下のよ
うに計算される。パスライン変動が表面検査装置に与え
る影響は、入射光軸に対して垂直に変動する場合が最も
影響が大きい。従って、図６のような場合を考える。パ
スライン変動が生じると、光の入射する位置が変わり、
結果的に入射角の変動となる。よって、この場合につい
て考察する。In the arrangement of such a surface inspection apparatus,
The relationship between the roll diameter and the permissible variation of the pass line is calculated as follows. The influence of the pass line fluctuation on the surface inspection apparatus is greatest when the path line fluctuation is perpendicular to the incident optical axis. Therefore, a case as shown in FIG. 6 is considered. When the path line fluctuates, the light incident position changes,
As a result, the incident angle fluctuates. Therefore, this case will be considered.
【００３７】図６において、１１は通常のパスライン、
１１’は入射光軸に対して直角方向にδだけずれたパス
ライン、１２は入射光、１３は定常状態における反射光
（正反射光）、１３’はパスラインが上記の値だけずれ
た場合の反射光（正反射光）である。いま、半径Ｒのロ
ールに巻き付いている鋼板に、入射角θで光が入射して
いる場合、入射光と垂直な方向にδだけパスライン変動
が生じると、図２より従って、許容できる入射角変動の値を±εmaxとする
と、 −2・sin(εmax /2)・cos(θ−εmax /2)≦δ／R ≦ 2・ sin(εmax /2)・cos(θ+ εmax /2) …（５） である必要がある。In FIG. 6, reference numeral 11 denotes a normal pass line;
11 'is a path line shifted by δ in the direction perpendicular to the incident optical axis, 12 is incident light, 13 is reflected light in a steady state (specular reflection light), and 13' is a case where the path line is shifted by the above value. (Specular reflection light). Now, when light is incident on a steel sheet wound around a roll having a radius R at an incident angle θ, if the path line fluctuates by δ in a direction perpendicular to the incident light, FIG. Therefore, if the allowable value of the incident angle variation is ± εmax, −2 · sin (εmax / 2) · cos (θ−εmax / 2) ≦ δ / R ≦ 2 · sin (εmax / 2) · cos (θ + εmax / 2) ... (5)
【００３８】いま、εが十分小さいとすると、 sin(εmax /2)= εmax /2 …（６） cos(θ±εmax /2)=cos(θ) …（７） と近似することができ、（５）式は |δ|／Ｒ ≦ εmax・cosθ …（８） となる。よって、この条件を満たすように、ロール径Ｒ
とパスライン変動δを決定すればよい。逆に、Ｒと予想
されるδが決まれば、（８）式を満足させるように入射
角θを決定することができる。Assuming that ε is sufficiently small, sin (εmax / 2) = εmax / 2 (6) cos (θ ± εmax / 2) = cos (θ) (7) Equation (5) is | δ | / R ≦ εmax · cosθ (8) Therefore, to satisfy this condition, the roll diameter R
And the pass line variation δ may be determined. Conversely, if R expected δ is determined, the incident angle θ can be determined so as to satisfy the expression (8).
【００３９】光の入射方向を、鋼板の走行方向に対して
45°傾けるには、図１や図４に示すように、平面状の鋼
板を測定する場合においては、表面検査装置そのものを
鋼板の走行方向に対して45°回転した位置に設ければよ
い。しかし、図５に示すように、ロールに巻きついた状
態の鋼板表面を測定する場合には、この方法であると、
入射角θが鋼板の幅方向で異なってくる。The incident direction of the light is set with respect to the running direction of the steel sheet.
In order to incline by 45 °, as shown in FIGS. 1 and 4, when measuring a flat steel plate, the surface inspection apparatus itself may be provided at a position rotated by 45 ° with respect to the traveling direction of the steel plate. However, as shown in FIG. 5, when measuring the surface of a steel sheet wound around a roll, this method requires:
The incident angle θ differs in the width direction of the steel sheet.
【００４０】よって、光の照射面は鋼板の幅方向に平行
で、入射方向だけが鋼板の走行方向に対して45°傾いた
光線を作ってやる必要がある。このような光線の作成方
法の例を図７に示す。図７において、２１はピンホー
ル、２２はレンズ、２３はシリンドリカルレンズ、２４
は光軸、２５は鋼板上の集光場所である。（なお、図を
原寸に近い感じで書くと、レンズ等が小さくなってしま
って分かりにくくなるので、図７においてはレンズ等の
寸法を巨大に書いてある。よって、鋼板とレンズ等が重
なり合うような図になっているが、当業者は、図の有す
る意味を理解できるであろう。）Therefore, it is necessary to create a light beam whose light irradiation surface is parallel to the width direction of the steel sheet and whose incident direction is only 45 ° inclined with respect to the running direction of the steel sheet. FIG. 7 shows an example of a method for creating such a light beam. In FIG. 7, 21 is a pinhole, 22 is a lens, 23 is a cylindrical lens, 24
Is an optical axis, and 25 is a light-condensing place on a steel plate. (Note that if the drawing is drawn to a size close to the original size, the size of the lens and the like will be reduced because the size of the lens and the like will be small, making it difficult to understand. However, those skilled in the art will understand the meaning of the figures.)
【００４１】いま、鋼板の進行方向をＸ軸、幅方向（水
平方向）をＹ軸、垂直方向をＺ軸とする直交座標系を考
える。光源（不図示）からの光は、楕円ミラー（不図
示）によりピンホール２１上に集光される。ピンホール
２１は、レンズ２２の焦点に位置しているので、ピンホ
ール２１を出た光は、レンズ２２により平行光束に変え
られる。光軸２４がＸ−Ｙ平面となす角は所定の入射角
をθ°とするとき（90−θ）°であり、光軸２４をＸ−
Ｙ平面に投影した線がＸ軸となす角は４５°とされてい
る。シリンドリカルレンズ２３は、そのレンズとしての
光軸をＸ−Ｚ平面に投影すると、光軸２４をＸ−Ｚ平面
に投影したものと一致し、その長軸がＹ軸方向に一致す
るように配置されている。Now, consider an orthogonal coordinate system in which the traveling direction of the steel sheet is the X axis, the width direction (horizontal direction) is the Y axis, and the vertical direction is the Z axis. Light from a light source (not shown) is collected on the pinhole 21 by an elliptical mirror (not shown). Since the pinhole 21 is located at the focal point of the lens 22, the light exiting the pinhole 21 is converted by the lens 22 into a parallel light beam. The angle between the optical axis 24 and the XY plane is (90-θ) ° when a predetermined incident angle is θ °, and the optical axis 24 is
The angle formed by the line projected on the Y plane and the X axis is 45 °. The cylindrical lens 23 is arranged such that, when the optical axis as the lens is projected on the XZ plane, the optical axis 24 matches the projection on the XZ plane, and its long axis matches the Y axis direction. ing.
【００４２】これにより、光線の挙動を上方から見る
と、(a)に示すように、レンズ２２により、鋼板の進行
方向に対して45°の方向に向かう平行光線とされた照射
光は、シリンドリカルレンズ２３に45°の入射角で入射
し、そのままシリンドリカルレンズ２３を付きぬけて直
進し、シリンドリカルレンズ２３と平行、すなわち鋼板
の走行方向に直角な線状光線２５となって鋼板１を照射
する。一方、光線の挙動を横から見ると、(b)に示すよ
うに、レンズ２２により鋼板１と（90−θ）°の角度を
なす平行光に変換された照射光は、シリンドリカルレン
ズ２３により、鋼板１上の１点２５に集光されているよ
うに見える。このようにして、鋼板１の表面を幅方向に
平行に照射し、水平方向入射角が走行方向に対して45°
傾き、垂直方向入射角がθの光線を作ることができる。Thus, when the behavior of the light beam is viewed from above, as shown in (a), the irradiation light, which has been converted into a parallel light beam directed at 45 ° to the traveling direction of the steel sheet by the lens 22, is cylindrical. The light is incident on the lens 23 at an incident angle of 45 °, goes straight through the cylindrical lens 23 as it is, and irradiates the steel sheet 1 as a linear light ray 25 parallel to the cylindrical lens 23, that is, perpendicular to the running direction of the steel sheet. On the other hand, when the behavior of the light beam is viewed from the side, as shown in (b), the irradiation light converted into parallel light at an angle of (90−θ) ° with the steel plate 1 by the lens 22 It appears that the light is focused on one point 25 on the steel plate 1. Thus, the surface of the steel plate 1 is irradiated in parallel to the width direction, and the angle of incidence in the horizontal direction is 45 ° with respect to the running direction.
A light beam having a tilt and a vertical incident angle θ can be formed.
【００４３】図８は、以上説明したような光学ヘッドを
用いて、鋼板のコイル全体の品質保証を行う全体システ
ムの概念図である。図８において１０はリニアガイドで
ある。図８（ａ）に示すように、これら各実施の形態に
おいては、検出ヘッド３は、鋼板１の板幅全域に亘って
検査が可能なものではなく、検査視野はその一部のみを
カバーするようになっている。そして、図に示すよう
に、リニアガイド１０に沿って鋼板１の幅方向にトラバ
ースして往復し、鋼板１の表面をジグザグに検査するよ
うになっている。FIG. 8 is a conceptual diagram of an overall system for performing quality assurance of the entire coil of a steel sheet using the optical head as described above. In FIG. 8, reference numeral 10 denotes a linear guide. As shown in FIG. 8A, in each of these embodiments, the detection head 3 is not capable of performing inspection over the entire width of the steel plate 1, and the inspection field of view covers only a part thereof. It has become. Then, as shown in the figure, the steel sheet 1 is traversed in the width direction along the linear guide 10 and reciprocated, and the surface of the steel sheet 1 is inspected in a zigzag manner.
【００４４】鋼板１の検査される面の様子を図８（ｂ）
に示す。検出ヘッド３の視野範囲は、図に示すように斜
めになっている。そして、検出ヘッド３が、その視野幅
だけ横に移動する間に、鋼板１は、周期性を有する疵の
想定最大周期の２倍以上の長さだけ移動するようになっ
ている。これにより、鋼板１の幅方向同一位置は、鋼板
１が、周期性を有する疵の想定最大周期の２倍以上の長
さだけ移動する間に亘って連続的に検査されるので、最
大周期を有する疵でも、この間に必ず２回検出できる。
よって、周期性を有する疵の周期を判別することができ
る。FIG. 8B shows the state of the surface of the steel plate 1 to be inspected.
Shown in The field of view of the detection head 3 is oblique as shown in the figure. While the detection head 3 moves laterally by the visual field width, the steel plate 1 moves by a length of twice or more the assumed maximum period of the periodic flaw. Thereby, since the same position in the width direction of the steel plate 1 is continuously inspected while the steel plate 1 moves by a length of twice or more the assumed maximum period of the periodic flaw, the maximum period is set. Even during this time, flaws can be detected twice.
Therefore, the period of the flaw having periodicity can be determined.
【００４５】このように、周期性を有する疵の検出を目
的とする場合には、鋼板１の一部のみの検査視野を有す
る検査装置をトラバースさせて鋼板１全面の欠陥検出を
行うことができ、安価な装置とすることができる。As described above, when the purpose is to detect flaws having periodicity, it is possible to traverse the inspection device having an inspection visual field of only a part of the steel sheet 1 to detect defects on the entire surface of the steel sheet 1. And an inexpensive device.
【００４６】板幅の一部分だけ検査する検出ヘッドを幅
方向にトラバースすることにより、全幅の検査を行って
いる。ロール疵などの周期性の疵の場合には、問題のロ
ールを特定し、対策を講じる必要がある。そのために
は、疵の発生周期を知ることが必要であり、幅同一位置
で少なくとも想定される最大周期の２倍以上の長さ以上
検査することが必要である。従って、本実施例では、鋼
板が最大周期の２倍走行するだけの時間で視野範囲に相
当する距離だけトラバースする割合の速度以下で、幅方
向のトラバースを行っている。The inspection of the entire width is performed by traversing the detection head for inspecting only a part of the plate width in the width direction. In the case of periodic flaws such as roll flaws, it is necessary to identify the roll in question and take countermeasures. For that purpose, it is necessary to know the cycle at which the flaw is generated, and it is necessary to inspect at least the length of at least twice the assumed maximum cycle at the same width position. Therefore, in the present embodiment, the traverse in the width direction is performed at a speed equal to or less than the rate at which the steel sheet traverses by a distance corresponding to the visual field range in a time required to travel twice the maximum cycle.
【００４７】以上の実施例は、連続的にトラバースしな
がら鋼板長手方向の測定を行っているが、当然同一の幅
位置で最大周期の２倍以上測定した後、視野幅以下の距
離だけトラバースするという動作を繰り返して全幅の測
定を行っても構わない。In the above embodiment, the measurement in the longitudinal direction of the steel plate is performed while continuously traversing. Naturally, the measurement is made at least twice the maximum period at the same width position, and then traversed by a distance equal to or less than the visual field width. The above operation may be repeated to measure the entire width.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明、及び請求項５に係る発明においては、
光源からの光の照射方向が、被検査体の幅に沿った方向
と長手に沿った方向の中間の方向とされているので、点
状欠陥、被検査体の長手方向に長い欠陥、被検査体の幅
方向に長い欠陥のいずれをも、精度良く検出できる。ま
た、照射光の波長に対する照射光の入射角の余弦の値の
比が、被検体の表面粗さから決定される所定の値以下と
なるように、波長又は入射角の一方又は両方が選定され
ているので、表面粗さと同等の深さの微小凹凸性疵を確
実に検出することができる。As described above, in the invention according to claim 1 and the invention according to claim 5 of the present invention,
Since the irradiation direction of the light from the light source is set to an intermediate direction between the direction along the width of the inspected object and the direction along the longitudinal direction, a point-like defect, a defect long in the longitudinal direction of the inspected object, Any of the defects that are long in the width direction of the body can be accurately detected. In addition, one or both of the wavelength and the incident angle are selected such that the ratio of the cosine value of the incident angle of the irradiation light to the wavelength of the irradiation light is equal to or less than a predetermined value determined from the surface roughness of the subject. As a result, it is possible to reliably detect a fine unevenness flaw having a depth equal to the surface roughness.
【００４９】請求項２に係る発明及び請求項６に係る発
明においては、cosθを小さくし、λを可視光域の波長
としているので、光の状態を目視でき、装置の調整等を
簡単に行うことができる。According to the second and sixth aspects of the present invention, cos θ is reduced and λ is set to a wavelength in the visible light range, so that the state of light can be visually observed and adjustment of the apparatus can be easily performed. be able to.
【００５０】請求項３に係る発明及び請求項７に係る発
明においては、照射光の波長λが大きいので、その分入
射角と出射角θの値を小さくすることができる。よって
検査装置と被測定体の間隔を大きくすることができるの
で、設置条件の制約が緩くなる。In the inventions according to the third and seventh aspects, since the wavelength λ of the irradiation light is large, the values of the incident angle and the outgoing angle θ can be reduced accordingly. Therefore, the distance between the inspection apparatus and the object to be measured can be increased, and the restrictions on the installation conditions are relaxed.
【００５１】請求項４に係る発明及び請求項８に係る発
明においては、凹凸性疵があると、その部分が、明るい
又は暗いパターンとしてスクリーンに写るので、スクリ
ーン上の光強度分布をＣＣＤカメラ等の受光器で測定す
ることにより、欠陥を精度良く検出することができる。In the inventions according to the fourth and eighth aspects, if there are uneven flaws, the portions are reflected on the screen as a bright or dark pattern, so that the light intensity distribution on the screen can be measured by a CCD camera or the like. The defect can be detected with high accuracy by measuring with the light receiver of the above.
【図１】本発明の第１の実施の形態である表面検査装置
の構成を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a surface inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】鋼板１の上方から見た鋼板１の長さ方向と光源
からの光の照射方向の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a length direction of the steel sheet 1 viewed from above the steel sheet 1 and an irradiation direction of light from a light source.
【図３】冷延鋼板のロール疵及を測定した場合の、照射
光の入射角θとS/N比の関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the incident angle θ of irradiation light and the S / N ratio when the roll flaw of a cold-rolled steel sheet is measured.
【図４】本発明の第２の実施の形態である表面検査装置
の構成を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a surface inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施の形態である表面検査装置
の構成を示す概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a surface inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図６】パスライン変動による入射角の変化を説明する
ための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a change in an incident angle due to a pass line fluctuation.
【図７】入射方向が45°傾いた照射光を作成する方法を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method of creating irradiation light whose incident direction is inclined by 45 °.
【図８】光学ヘッドを用いて、鋼板のコイル全体の品質
保証を行う全体システムの概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of an entire system that performs quality assurance on the entire coil of a steel plate using an optical head.
１…鋼板、２…ロール、３…検出ヘッド、４…光源、５
…ミラー、６…スクリーン、７…２次元カメラ、８…信
号処理装置、９…出力装置、１０…リニアガイド、１１
…通常のパスライン、１１’…入射光軸に対して直角方
向にδだけずれたパスライン、１２…入射光、１３…定
常状態における反射光（正反射光）、１３’…パスライ
ンが上記の値だけずれた場合の反射光（正反射光）、２
１…ピンホール、２２…レンズ、２３…シリンドリカル
レンズ、２４…光軸、２５…集光場所DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steel plate, 2 ... Roll, 3 ... Detection head, 4 ... Light source, 5
Mirror, 6 Screen, 7 Two-dimensional camera, 8 Signal processing device, 9 Output device, 10 Linear guide, 11
.., A normal pass line, 11 ′ a pass line shifted by δ in a direction perpendicular to the incident optical axis, 12 incident light, 13 reflected light in a steady state (specular reflection light), and 13 ′ a pass line described above. Reflected light (specular reflected light) when the value is shifted by
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pinhole, 22 ... Lens, 23 ... Cylindrical lens, 24 ... Optical axis, 25 ... Focusing place
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA37 AB07 BA06 BA10 BA20 BC02 CA03 CA04 CB01 DA06 EA11 EB01 EB02 2G059 AA05 BB08 CC20 DD12 EE02 FF01 GG01 GG07 GG10 HH01 HH02 JJ11 JJ13 JJ14 KK04 MM05 MM09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G051 AA37 AB07 BA06 BA10 BA20 BC02 CA03 CA04 CB01 DA06 EA11 EB01 EB02 2G059 AA05 BB08 CC20 DD12 EE02 FF01 GG01 GG07 GG10 HH01 HH02 JJ11 JJ13 JJ14 KK04 MM05
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