特許 6040930 表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040930

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/892 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/892 C

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-270881(P2013-270881)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-125089(P2015-125089A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2015年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】大野 紘明

(72)【発明者】

【氏名】腰原 敬弘

(72)【発明者】

【氏名】児玉 俊文

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 幸理

(72)【発明者】

【氏名】小川 晃弘

【審査官】 森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２３６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０５２７３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動中の鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法であって、
少なくとも許容される画像の位置ずれ量に基づいて発光時間が設定された２つ以上の弁別可能な光源を互いの発光タイミングが重ならないよう繰り返し発光させることによって、同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射ステップと、
各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする表面欠陥検出方法。

【請求項2】

前記発光時間が、許容される画像の位置ずれ量に加えて、画像の最小分解能及び前記鋼材の移動速度に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。

【請求項3】

前記発光時間、前記許容される画像の位置ずれ量、画像の最小分解能、及び鋼材の移動速度の関係が、次に示す数式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。

【数1】

【請求項4】

前記各照明光の反射光による画像は、光軸が同軸となるように調整された複数の撮像装置を利用して取得されることを特徴とする、請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の表面欠陥検出方法。

【請求項5】

前記検出ステップは、ハーフミラー、ビームスプリッター、及びプリズムのうちのいずれかを用いて、前記複数の撮像装置の光軸が同軸となるように調整するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出方法。

【請求項6】

前記検出ステップは、前記差分処理を行うことによって前記検査対象部位におけるスケール及び無害模様の画像信号を除去することにより、検査対象部位における凹凸性の表面欠陥を検出するステップを含むことを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載の表面欠陥検出方法。

【請求項7】

前記検査対象部位に対する各光源の照明光の入射角が２５°以上５５°以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項に記載の表面欠陥検出方法。

【請求項8】

移動中の鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出装置であって、
少なくとも許容される画像の位置ずれ量に基づいて発光時間が設定された２つ以上の弁別可能な光源を互いの発光タイミングが重ならないよう繰り返し発光させることによって、同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射手段と、
各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする表面欠陥検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、鉄鋼製品の製造工程では、大量不適合防止による歩留まり向上の観点から、熱間又は冷間で鋼材の表面欠陥を検出することが求められている。ここで述べる鋼材とは、継目無鋼管、溶接鋼管、熱延鋼板、冷延鋼板、厚板等の鋼板や形鋼をはじめとする鉄鋼製品、及びこれら鉄鋼製品が製造される過程で生成されるスラブ等の半製品のことを意味する。このため、鋼材の表面欠陥を検出する方法として、継目無鋼管の製造工程におけるビレットに光を照射して反射光を受光し、反射光の光量によって表面欠陥の有無を判別する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、熱間鋼材から放射される自発光と相互に影響を及ぼさず、互いに影響を及ぼしあうことのない複数の波長域の可視光を、熱間鋼材表面の法線に対し互いに対称な斜め方向から照射し、合成反射光による像及び個々の反射光による像を熱間鋼材表面の法線方向で得て、これらの像の組み合わせから熱間鋼材の表面欠陥を検出する方法も提案されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−３７９４９号公報

【特許文献2】特開昭５９−５２７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の方法によれば、無害模様やスケールの反射率が地鉄部分の反射率とは異なることから、健全な無害模様やスケールを表面欠陥と誤検出してしまう可能性がある。このため、特許文献１記載の方法では、ビレットの形状が直線状であることを利用してビレットとスケールとを弁別している。しかしながら、鋼材の表面欠陥は直線状だけでなく円形状等の様々な形状を有している。このため、特許文献１記載の方法を鋼材の表面欠陥の検出処理に適用することは難しい。一方、特許文献２記載の方法では、欠陥、スケール、無害模様等の種類が膨大にあることから、単純に像を組み合わせるだけではスケールや無害模様と表面欠陥とを弁別することは困難である。また、膨大な像の組み合わせに対応した検出ロジックを構築することは現実的には困難である。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、スケールや無害模様と表面欠陥とを精度よく弁別可能な表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法であって、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射ステップと、各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含むことを特徴とする。ここで述べる差分処理とは、単純な画像間の差分だけでなく、画像間を比較し差異もしくは差異の程度を抽出する処理を指す。

【0007】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記検出ステップは、前記差分処理を行うことによって前記検査対象部位におけるスケール及び無害模様の画像信号を除去することにより、検査対象部位における凹凸性の表面欠陥を検出するステップを含むことを特徴とする。

【0008】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記照射ステップは、２つ以上のフラッシュ光源を互いの発光タイミングが重ならないよう繰り返し発光させることによって照明光を照射するステップを含むことを特徴とする。

【0009】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記照射ステップは、２つ以上の互いに波長領域が重ならない光源の照明光を同時に照射するステップを含み、前記検出ステップは、混ざり合った各照明光の反射光を照明光の波長と同じ波長を有する光を透過するフィルターを用いて分離することによって各照明光の反射光による画像を取得するステップを含むことを特徴とする。

【0010】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記照射ステップは、互いに直交する直線偏光特性を有する２つの光源の照明光を同時に照射するステップを含み、前記検出ステップは、混ざり合った各照明光の反射光を互いに直交する直線偏光特性を有する２つの偏光板を用いて分離することによって各照明光の反射光による画像を取得するステップを含むことを特徴とする。

【0011】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記検査対象部位に対する各光源の照明光の入射角が２５°以上５５°以下の範囲内にあることを特徴とする。

【0012】

本発明に係る表面欠陥検出方法は、上記発明において、前記検出ステップは、ハーフミラー、ビームスプリッター、及びプリズムのうちのいずれかを用いて、各照明光の反射光による画像を取得する複数の撮像装置の光軸が同軸となるように調整するステップを含むことを特徴とする。

【0013】

本発明に係る表面欠陥検出装置は、鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出装置であって、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射手段と、各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置によれば、スケールや無害模様と表面欠陥とを精度よく弁別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に示すエリアセンサの変形例の構成を示す模式図である。

【図3】図３は、図１に示す光源とエリアセンサとの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。

【図4】図４は、表面欠陥とスケール及び無害模様とを撮影した２つの２次元画像及びその差分画像の一例を示す図である。

【図5】図５は、照明光の入射角と健全部（地鉄部分）の反射率との関係を調査する実験に用いた装置の構成を示す模式図である。

【図6】図６は、レーザーの入射角とパワーメーターの受光量との関係を示す図である。

【図7】図７は、本発明の第２の実施形態である表面欠陥検出処理を説明するための模式図である。

【図8】図８は、本発明の第３の実施形態である表面欠陥検出処理を説明するための模式図である。

【図9】図９は、実施例で利用した装置の構成を示す模式図である。

【図10】図１０は、実施例の表面欠陥検出処理結果を示す図である。

【図11】図１１は、スケールが発生した部分に対する表面欠陥検出処理結果を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の変形例の構成を示す模式図である。

【図13】図１３は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の他の変形例の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の構成及びその動作について説明する。

【0017】

〔表面欠陥検出装置の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の構成について説明する。

【0018】

図１は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置１は、図示矢印方向に搬送される円筒形状の鋼管Ｐの表面欠陥を検出する装置であり、光源２ａ，２ｂ、ファンクションジェネレータ３、エリアセンサ４ａ，４ｂ、画像処理装置５、及びモニター６を主な構成要素として備えている。

【0019】

光源２ａ，２ｂは、ファンクションジェネレータ３からのトリガー信号に従って鋼管Ｐの表面上の同一の検査対象部位に弁別可能な照明光Ｌを照射する。光源２ａ，２ｂは、検査対象部位に対して対称に配置されることが望ましい。従って、光源２ａ，２ｂは、鋼管Ｐ表面の法線ベクトルに対して同一の角度だけずらし、照明光Ｌの照射方向ベクトルと鋼管Ｐ表面の法線ベクトルとが同一平面状となるように配置されている。ここで述べる入射角の同一性とは、異なる方向の光源を弁別したときに光学条件をできるだけ等しくし、スケールや無害模様を含む健全部の信号を差分処理によって大きく低減することを目的とする。また、健全部の信号は対象の表面性状に大きく依存し、同一性を一概に一定角度で保証することは困難である。従って、２５〜５５°の範囲内であれば、多少角度が異なっていても健全部の信号を差分処理によって低減できている限り同一角と表現する。なお、本実施形態では、光源の数を２つとしたが、弁別可能であれば光源の数を３つ以上にしてもよい。ここで述べる弁別可能な光源とは、対象から得られる反射光についてそれぞれの光源別に反射光量を求めることが可能となる光源を示す。

【0020】

エリアセンサ４ａ，４ｂは、ファンクションジェネレータ３からのトリガー信号に従って光源２ａ，２ｂから照射された照明光Ｌの反射光による２次元画像を撮影する。エリアセンサ４ａ，４ｂは、撮影した２次元画像のデータを画像処理装置５に入力する。エリアセンサ４ａ，４ｂは、それぞれの撮像視野を確保した状態で可能な限り検査対象部位の法線ベクトル上に設置することが望ましい。

【0021】

なお、位置合わせの問題を解決するため、エリアセンサ４ａ，４ｂをできる限り近づけ、それぞれの光軸をできる限り互いに平行にすることが望ましい。また、図２に示すように、ハーフミラー、ビームスプリッター、及びプリズムのうちのいずれかを用いてエリアセンサ４ａ，４ｂの光軸が同軸になるように調整してもよい。これにより、後述する差分画像を精度よく取得することができる。

【0022】

画像処理装置５は、エリアセンサ４ａ，４ｂから入力された２つの２次元画像間で後述する差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する装置である。画像処理装置５は、エリアセンサ４ａ，４ｂから入力された２次元画像や表面欠陥の検出結果に関する情報をモニター６に出力する。

【0023】

このような構成を有する表面欠陥検出装置１は、以下に示す表面欠陥検出処理を実行することによって、検査対象部位におけるスケールや無害模様と表面欠陥とを弁別する。ここで述べる表面欠陥とは凹凸性の欠陥とする。また、スケールや無害模様とは、厚さ数〜数十μm程度の地鉄部分とは光学特性の異なる表面皮膜や表面性状を有する部分のことを意味し、表面欠陥検出処理においてノイズ要因となる部分である。以下、本発明の第１から第３の実施形態である表面欠陥検出処理について説明する。

【0024】

〔第１の実施形態〕
始めに、図３から図６を参照して、本発明の第１の実施形態である表面欠陥検出処理について説明する。

【0025】

図３は、光源２ａ，２ｂとエリアセンサ４ａ，４ｂとの駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図中、ｄは光源２ａ，２ｂの発光時間、Ｔはエリアセンサ４ａ，４ｂによる２次元画像の撮影周期を表す。本発明の第１の実施形態である表面欠陥検出処理では、光源２ａ，２ｂをフラッシュ光源として、フラッシュ光源を互いの発光タイミングが重ならないように繰り返し発光させることによって光源２ａ，２ｂを弁別する。

【0026】

すなわち、図３に示すように、本実施形態では、始めに、ファンクションジェネレータ３が光源２ａ及びエリアセンサ４ａにトリガー信号を送信し、光源２ａが照明光Ｌを照射し、時間ｄ以内にエリアセンサ４ａが２次元画像の撮影を完了する。そして、エリアセンサ４ａによる２次元画像の撮影完了後にファンクションジェネレータ３が光源２ｂとエリアセンサ４ｂとにトリガー信号を送信し、同様に２次元画像を撮影する。本実施形態によれば、時間差ｄで光量低下を発生することなく各光源から照射された照明光Ｌに対する個々の反射光による２次元画像を撮影することができる。

【0027】

なお、鋼管Ｐの搬送速度が速い場合には、フラッシュ光源は発光時間ｄが短いものであることが望ましい。これは、発光時間ｄが短ければ短いほど、エリアセンサ４ａ，４ｂによって得られる２つの２次元画像間のシャッター遅延が小さくなり、シャッター遅延による２次元画像の位置ズレを小さくできるためである。また、個々の反射光による２次元画像の差分画像を用いて表面欠陥を検出することを目的とした時、フラッシュ光源の発光時間ｄは以下の数式（１）に示す条件を満足する必要がある。

【0028】

【数1】

【0029】

検出目標の表面欠陥の大きさを例えば２０ｍｍとすると、経験上、表面欠陥を検出するためには最小５角画素の信号が必要になるので、４ｍｍ／画素の分解能があればよい。また、この場合、許容される照明光Ｌの照射タイミングによる位置ずれは、経験上、０．２画素以内とする必要があるので、鋼管Ｐの搬送速度が１、３、５ｍ／ｓである場合、光源２ａ，２ｂの発光時間はそれぞれ、８００、２７０、１６０μｓｅｃ以下でなくてはならない。なお、鋼管Ｐの搬送速度や搬送方向が一定である場合には、この位置ずれは２次元画像の撮影後に補正できる。

【0030】

本実施形態では、画像処理装置５は、エリアセンサ４ａ，４ｂから入力された２次元画像に対して予め導出しておいたカメラパラメータを用いてキャリブレーション、シェーディング補正やノイズ除去等の画像処理を施した後、２次元画像間で差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する。

【0031】

具体的には、光源２ａから照明光Ｌを照射した時の２次元画像Ｉａを構成する各画素の輝度値をＩａ（ｘ，ｙ）（但し、画素数Ｘ×Ｙとし、ｘ座標を１≦ｘ≦Ｘ、ｙ座標を１≦ｙ≦Ｙとする）、光源２ｂから照明光Ｌを照射した時の２次元画像Ｉｂを構成する各画素の輝度値をＩｂ（ｘ，ｙ）とした時、その差分画像Ｉ＿ｄｉｆｆの各画素の輝度値Ｉ＿ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）は以下に示す数式（２）で表される。

【0032】

【数2】

【0033】

ここで、表面欠陥と欠陥で無いスケール及び無害模様を撮像した２次元画像Ｉａ、Ｉｂ及びその差分画像Ｉ＿ｄｉｆｆの例をそれぞれ図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、健全部では、スケールや無害模様に関わらず法線ベクトルと光源２ａの成す角と法線ベクトルと光源２ｂの成す角とが等しいため、輝度値Ｉａ（ｘ，ｙ）＝輝度値Ｉｂ（ｘ，ｙ）、すなわち輝度値Ｉ＿ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝０となる。しかしながら、表面欠陥部分では、表面が凹凸形状を有するため、法線ベクトルと光源２ａの成す角と法線ベクトルと光源２ｂの成す角とが等しくない箇所が必ず存在し、輝度値Ｉａ（ｘ，ｙ）≠輝度値Ｉｂ（ｘ，ｙ）、すなわち輝度値Ｉ＿ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）≠０となる。

【0034】

従って、差分器１１によって２つの２次元画像の差分画像を生成することによって欠陥で無いスケールや無害模様が除去され、表面欠陥のみを検出することができる。そして、このようにして表面欠陥のみを検出し、様々な特徴量により表面欠陥が有害かどうか最終的な評価を行い、モニター６に評価結果を表示する。

【0035】

なお、２つの２次元画像間に位置ズレがあり、差分画像に影響を与える場合には、２次元ローパスフィルタをかけ、２次元画像間の位置ズレの影響を軽減させることが望ましい。この場合、２次元ローパスフィルタをＨとすると、差分画像の輝度値Ｉ’＿ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）は以下に示す数式（３）で表される。

【0036】

【数3】

【0037】

また、光源２ａ，２ｂは同一のものを用いて、各光源はなるべく均一な平行光となるように照射し、検査対象部位は平面に近い方がよい。しかしながら、表面が多少均一でない場合や鋼管Ｐのようななだらかな曲面に対する適用においても、一般的なシェーディング補正により表面欠陥を検出することができる。

【0038】

また、照明光Ｌの入射角に関しては健全部の反射光に鏡面反射成分が入らず、且つ、十分な光量を確保できる範囲にすることが望ましい。本発明の発明者らは、照明光Ｌの入射角と健全部（地鉄部分）の反射率との関係を調査する実験を行った。実験に用いた装置の構成を図５に示す。図５に示すように、本実験では、パワーメーター１２を鋳片サンプル１４の真上の位置に固定し、レーザー１３の入射角θを０°から９０°まで変化させた時のパワーメーター１２の受光量を計測した。実験結果を図６に示す。図６に示すように、入射角θが０°から２０°の範囲内では、鏡面反射成分が含まれているためにパワーメーター１２の受光量は大きいが、入射角θが６０°以上になるとパワーメーター１２の受光量は大きく低下する。従って、照明光Ｌの入射角は検査対象部位の法線ベクトルに対して２５°から５５°の範囲内にすることが望ましい。

【0039】

検査対象部位の深さ方向の分解能は、欠陥の傾斜角及びエリアセンサ４ａ，４ｂの分解能に依存する。ここで、欠陥の傾斜角とは、「欠陥部の法線ベクトル」を「検査対象部位の健全部表面の法線ベクトルと光源方向ベクトルとが成す平面」に正射影し、正射影されたベクトルと健全部表面の法線ベクトルとの成す角を取ったものである。検査対象部位の表面性状にも依存するが、例えば入射角４５°で入射光を照射したとき、欠陥の傾斜角が光源方向に対して約１０°以上であれば、差分処理によって欠陥信号を検出できることが確認されている。従って、１画素の分解能を０．５ｍｍと仮定すると、理論上０．５×ｔａｎ１０°＝０．０９ｍｍ程度の深さ方向の分解能を持つことになる。

【0040】

〔第２の実施形態〕
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態である表面欠陥検出処理について説明する。

【0041】

本発明の第２の実施形態である表面欠陥検出処理では、光源２ａ，２ｂを互いに波長領域が重ならない光源とすることによって光源２ａ，２ｂを弁別する。具体的には、図７に示すように、光源２ａ，２ｂに波長領域が重ならない２種類の波長選択フィルター２０ａ，２０ｂを設置し、照明光Ｌの波長領域を選択する。また、同一の波長選択特性を有する波長選択フィルター２１ａ，２１ｂをエリアセンサ４ａ，４ｂに設置する。

【0042】

このような構成によれば、光源２ａからの照明光Ｌの反射光は波長選択フィルター２０ａ，２１ａによってエリアセンサ４ａのみで受光され、光源２ｂからの照明光Ｌの反射光は２０ｂ，２１ｂによってエリアセンサ４ｂのみで受光される。従って、エリアセンサ４ａ，４ｂの撮影タイミングを一致させることにより、位置ずれなく光源２ａ，２ｂからの照明光Ｌの反射光による２次元画像を撮影することができる。２次元画像を撮影した後の処理は第１の実施形態と同様である。

【0043】

なお、検査対象部位の移動速度が大きい場合には、検査対象部位の移動による位置ずれを防止するために光源２ａ，２ｂをフラッシュ光源とし、光源２ａ，２ｂの照射タイミングを変化させずに２次元画像の撮影時間を短縮させてもよい。また、波長選択フィルター２０ａを青色透過フィルター、波長選択フィルター２０ｂを緑色透過フィルターとし、１台のカラーカメラを用いて２次元画像を撮影することにより、青チャンネルには光源２ａからの照明光Ｌの反射光のみが受光され、緑チャンネルには光源２ｂからの照明光Ｌの反射光のみが受光されるといったように構成してもよい。

【0044】

〔第３の実施形態〕
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施形態である表面欠陥検出処理について説明する。

【0045】

本発明の第３の実施形態である表面欠陥検出処理では、光源２ａ，２ｂを互いに直交する直線偏光特性を有する光源とすることによって光源２ａ，２ｂを弁別する。具体的には、図８に示すように、光源２ａ，２ｂに直線偏光板３０ａ，３０ｂをα°及び（α＋90）°（αは任意の角度）で設置し、それぞれ互いに直交する偏光成分の光のみ透過させる。ここで、直線偏光板とは、入射光に対して一定方向の直線偏光成分のみ透過させるフィルターのことを意味する。また、直線偏光板３０ａ，３０ｂと同一の直線偏光特性を有する直線偏光板３１ａ，３１ｂをα°及び（α＋90）°でエリアセンサ４ａ，４ｂに設置する。

【0046】

このような構成によれば、光源２ａからの照明光Ｌの反射光はエリアセンサ４ａのみで受光され、光源２ｂからの照明光Ｌの反射光はエリアセンサ４ｂのみで受光される。従って、エリアセンサ４ａ，４ｂの撮影タイミングを一致させることにより、位置ずれなく各光源からの照明光の反射光による２次元画像を撮影することができる。

【0047】

なお、計測対象部位の移動速度が大きい場合には、光源２ａ，２ｂをフラッシュ光源とし、光源２ａ，２ｂの照射タイミングを変化させずに２次元画像の撮影時間を短縮させてもよい。以下、位置合わせ及び２次元画像撮影後の処理は第１及び第２の実施形態と同様である。

【0048】

〔実施例〕
本実施例では、図９に示すように、光源２ａ，２ｂとしてフラッシュ光源を用い、光源２ａ，２ｂの発光タイミングを変化させる方法を用いて鋼管Ｐの表面欠陥を検出した。エリアセンサ４ａ，４ｂは並列させて２次元画像を撮影し、画像処理により位置合わせを行った。図１０に表面欠陥の検出結果を示す。図１０（ａ）が光源２ａから照明光を照射した時の２次元画像、図１０（ｂ）が光源２ｂから照明光Ｌを照射した時の２次元画像、図１０（ｃ）が図１０（ａ）に示す２次元画像と図１０（ｂ）に示す２次元画像との差分画像である。図１０（ａ）〜（ｃ）に示す画像のＳ／Ｎ比は順に３．５、３．５、６．０であり、単に一方向から照明光を照射した場合よりも差分画像のＳＮ比が向上した。

【0049】

図１１は、スケールが発生した鋼管部分に対する表面欠陥検出処理結果を示す図である。図１１（ａ）が光源２ａから照明光を照射した時の２次元画像、図１１（ｂ）が光源２ｂから照明光Ｌを照射した時の２次元画像、図１１（ｃ）が図１１（ａ）に示す２次元画像と図１１（ｂ）に示す２次元画像との差分画像である。図１１（ａ），（ｂ）に示す２次元画像全体に広がっている黒斑点がノイズとなるスケールである。スケールの形状は平らであるので、差分画像を取得することによってスケールの画像は除去された。また、差分画像では、単に一方向から照明光を照射した場合と比較して、ノイズとなるスケールの信号が１／４程度に低減された。

【0050】

〔変形例１〕
図１２は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の変形例の構成を示す模式図である。図１２に示すように、本変形例は、１つの光源２ａから照射した照明光を複数のミラー４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにより分割し、最終的に２方向から鋼管Ｐ１の検査対象部位に照明光を照射する。この場合、照明光の各光路に波長選択フィルター２０ａ，２０ｂや直線偏光板３０ａ，３０ｂを設置することにより、第２及び第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例は照明光を２方向から照射するものであるが、３方向以上から照明光を照射する場合も同様である。

【0051】

〔変形例２〕
図１３は、本発明の一実施形態である表面欠陥検出装置の他の変形例の構成を示す模式図である。図１３に示すように、本変形例は、本発明の第２の実施形態である表面欠陥検出装置であって、波長選択フィルター２０ａ，２０ｂによって光源の波長を限定するのではなく、パルスレーザー５１ａ，５１ｂと拡散板５０ａ，５０ｂとを用いて光源の波長を限定するものである。本変形例では、互いに波長領域が異なる２つのパルスレーザー５１ａ，５１ｂからのレーザー光を検査対象部位の左右方向から照射して光源を弁別する。このとき、パルスレーザー５１ａ，５１ｂから照射されたレーザー光を検査対象部位全域に照射するためにレーザー光の光路に拡散板５０ａ，５０ｂを挿入する。なお、本変形例は２方向から照明光を照射するものであるが、３方向以上から照明光を照射する場合も同様である。

【0052】

〔変形例３〕
本変形例は、図７に示す本発明の第２の実施形態である表面欠陥検出装置であって、エリアセンサ４ａ，４ｂに設置する波長選択フィルター２１ａ，２１ｂの代わりにダイクロックミラーを用いるものである。ダイクロックミラーとは、特定の波長成分の光を反射し、その他の波長成分の光を透過するミラーのことである。ダイクロックミラーを用いることによって波長選択フィルターが不要となる。なお、本変形例は２方向から照明光を照射するものであるが、３方向以上から照明光を照射する場合も同様である。

【0053】

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１ 表面欠陥検出装置
２ａ，２ｂ 光源
３ ファンクションジェネレータ
４ａ，４ｂ エリアセンサ
５ 画像処理装置
６ モニター
Ｌ 照明光
Ｐ 鋼管

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図12】

【図13】

【図4】

【図10】

【図11】