特許 6732243 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(B1)

(11)【特許番号】6732243

(24)【登録日】2020年7月10日

(45)【発行日】2020年7月29日

(54)【発明の名称】欠陥検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20200716BHJP

   G01N 21/84 20060101ALI20200716BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/88 Z

   G01N21/84 E

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2019-188353(P2019-188353)

(22)【出願日】2019年10月15日

【審査請求日】2020年1月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513272871

【氏名又は名称】神谷 英治

(74)【代理人】

【識別番号】100107700

【弁理士】

【氏名又は名称】守田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】神谷 英治

【審査官】 嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０１９７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３３０２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 面型パターン照明を用いた凹凸判定機能付き欠陥検査法の開発，２００５年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，２００５年，E67，doi: 10.11522/pscjspe.2005S.0.261.0

【文献】 パターン照明を用いたフィルム表面凹凸欠陥の検出（第２報），精密工学会誌，２００１年，Vol. 67, No. 7，pp. 1135-1139，doi: 10.2493/jjspe.67.1135

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一断面の複数の平行光の光束を等間隔で被検査体の表面に照射する平行光照射手段と、前記被検査体の表面で反射された前記平行光によって生じた画像を撮像する撮像手段と、当該撮像手段で撮像された前記画像中の明暗変化の滲みや変形を検出することにより前記被検査体の表面の欠陥を検出する検出手段を備え、前記平行光照射手段を、面光源と、当該面光源からの射出光を入射させる板状の非透光性フィルタ部材とで構成し、前記フィルタ部材の非透光性の板面に等間隔で同形円形の貫通穴を複数形成するとともに、前記フィルタ部材の板厚を前記貫通穴の直径以上の所定範囲に設定することにより、前記複数の貫通穴を通過した前記面光源の射出光がそれぞれ前記同一断面の複数の平行光の光束となるようにした欠陥検出装置。

【請求項2】

前記フィルタ部材の板厚を前記貫通穴の直径の１．０倍〜２０倍、好ましくは１．２倍〜５倍とした請求項１に記載の欠陥検出装置。

【請求項3】

前記面光源は拡散光源である請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は被検査体の表面に生じた欠陥を検出する欠陥検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

被検査体表面の凹状や凸状の欠陥を検出する方法としては、透光領域と非透光領域を交互に規則正しく配列したフィルタ部材を使用し、光源から発した光をフィルタ部材に通して被検査体の表面に照射する。被検査体の表面に欠陥が生じている場合には照射画像を撮像した撮像画像における明暗変化の度合いを抽出することによって当該欠陥を検出することができる。その一例は例えば特許文献１に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−２１３３２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、被検査体が圧延加工された鋼板やアルミ板の場合にはその表面に加工時に微細な線状の凹凸（ヘアライン）が生じて表面粗度が大きくなっている。ヘアライン自体はその凹凸高さが０．０５ｍｍ程度であり欠陥にはならないが、このヘアラインがあることによって被検査体の表面が粗くなっているため、従来のフィルタ部材では欠陥検出が良好に行えないという問題があった。

【0005】

その一例を図５に示す。ここで使用したフィルタ部材７は厚さ０．２ｍｍの非透光フィルム材７に透光領域７１を有する角型格子を印刷したもので、四角の透光領域７１とこれに隣接する一定幅の非透光領域７２が規則的に形成されている。光源から発した拡散光をフィルタ部材７に通して被検査体たる圧延加工後の鋼板に照射しその照射画像を撮像すると、図６に示すように、ヘアラインの方向へ延びる格子線（図の左右方向）が薄くなってしまっており、これによって照射画像の明暗変化の滲みや変形の程度が正確に捉えられず、欠陥検出が妨げられる。

【0006】

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、ヘアライン等によって表面粗度が大きくなっている被検査体の表面欠陥を確実に検出できる欠陥検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本第１発明では、同一断面の複数の平行光の光束を等間隔で被検査体（４）の表面に照射する平行光照射手段（１，２）と、前記被検査体（４）の表面で反射された前記平行光によって生じた画像を撮像する撮像手段（５）と、当該撮像手段（５）で撮像された前記画像中の明暗変化の滲みや変形を検出することにより前記被検査体（４）の表面の欠陥を検出する検出手段（６）を備え、前記平行光照射手段を、面光源（１）と、当該面光源（１）からの射出光（１ａ）を入射させる板状の非透光性フィルタ部材（２）とで構成し、前記フィルタ部材（２）の非透光性の板面に等間隔で同形円形の貫通穴（２１）を複数形成するとともに、前記フィルタ部材（２）の板厚（ｈ１）を前記貫通穴（２１）の直径（ｄ１）以上の所定範囲に設定することにより、前記複数の貫通穴（２１）を通過した前記面光源（１）の射出光（１ａ）がそれぞれ前記同一断面の複数の平行光の光束となるようにする。なお、ここで平行光とは完全な平行光（拡散成分がゼロ）を意味するものではなく、欠陥検出に必要な十分な平行成分を拡散成分に比して有する光をいう。

【0008】

本第１発明においては、被検査体の表面に平行光の光束を等間隔で照射するから、被検査体の表面粗度がヘアライン等で大きくなっていても被検査体表面の凹凸による光の散乱は小さく抑えられる。この結果、欠陥がある場合の当該欠陥での光の散乱により生じる、撮像された画像中の明暗の滲みや変形が確実に検出される。また、簡易な構造で平行度の高い平行光を生成することができる。貫通穴を円形としたから、その縁部における光の回折がある程度生じても全周で均等であり、良質な平行光の光束が得られる。

【0009】

本第２発明では、前記フィルタ部材（２）の板厚（ｈ1）を前記貫通穴の直径の１．０倍〜２０倍、好ましくは１．２倍〜５倍とする。なお、上記数値範囲の下限を下回ると本発明の効果が得られなくなり、一方、上記数値範囲の上限を上回ると製造の困難性が増す割には本発明の効果の大きな伸びは見られなくなる。

【0011】

本第３発明では、前記光源（１）は発散光源である。

【0012】

本第３発明によれば、発散光源を使用して平行光を生成できるから、欠陥検出装置を安価に実現できる。

【0015】

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明の欠陥検出装置によれば、表面にヘアラインが生じている被検査体の表面欠陥を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】欠陥検出装置の全体構成を示す概略側面図である。

【図2】フィルタ部材の平面図と当該平面図のＡ−Ａ線に沿ったその断面図である。

【図3】表面欠陥の無い鋼板表面の照射画像である。

【図4】表面欠陥の有る鋼板表面の照射画像である。

【図5】従来のフィルタ部材の部分平面図である。

【図6】従来の鋼板表面の照射画像である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

【0019】

図１は欠陥検出装置の全体構成を示す概略側面図である。欠陥検出装置は面光源１を備え、当該面光源１から水平に出力される拡散射出光１ａはフィルタ部材２を経てハーフミラー３に入射し、ここで下方へ反射させられて被検査体たる圧延後のヘアラインを生じた鋼板４に入射する。入射光は鋼板４面で上方へ反射され、ハーフミラー３を通過してその上方に位置する撮像手段５の集光レンズ５１を経て撮像素子５２上に入射する。反射光の入射により、撮像素子５２にはフィルタ部材２の画像が結像する。

【0020】

フィルタ部材２の一例を図２に示す。本実施形態ではフィルタ部材２は一定厚ｈ1の非透光性の板体で、その板面には等間隔で透光領域たる同形円形の貫通穴２１が形成されている。各貫通穴２１の径ｄ1は検出すべき鋼板４面の凹状欠陥ないし凸状欠陥Ｄ（図１参照）の最大幅に応じて決定される。フィルタ部材２の板厚ｈ１は貫通穴２１の径ｄ1の１．０倍〜２０倍とするのが良く、より好ましくは１．２倍〜５倍とするのが良い。また、本実施形態では隣り合う貫通穴の間隔ｈ２は貫通穴の径ｄ1と等しくしてある。このようなフィルタ部材２の一例は、貫通穴２１の径ｄ1が０．２ｍｍ、板厚ｈ1が０．８ｍｍである。

【0021】

このようなフィルタ部材２を使用すると、面光源１からの拡散射出光１ａはフィルタ部材２の貫通穴２１を通過した後は平行射出光２ａとなる。そして、このような平行射出光２ａ（図１）を、へアラインを生じた表面欠陥の無い鋼板４に入射させて、その反射光４ａを集光レンズ５１で撮像素子５２に結像させると、撮像素子５２で得られる画像には、図３に示すように、ヘアラインが延びる方向と直交する方向（図３の上下方向）へへアラインでの光の散乱によると思われるやや明るい帯状滲み域Ｚは生じるものの、フィルタ部材２の板面に形成された貫通穴２１の形状や配置が良く保たれた高輝度領域を有する格子模様Ｌが生じる。

【0022】

図４には、このような欠陥検出装置を使用して凸状欠陥Ｄ（図１参照）のある鋼板４面を撮像して得られた画像を示す。図４より明らかなように、格子模様Ｌは滲んで大きく崩れる。そこで、この格子模様Ｌの崩れを検出手段６（図１）で画像処理し検出することによって欠陥の存在を確実に検出することができる。なお、この画像処理の際に、欠陥の無い場合の照射画像をテンプレート画像としてこれとの差分画像を得るような手法を用いると、より正確な欠陥検出ができる。

【0023】

（その他の実施形態）
上記フィルタ部材の貫通穴は円形である必要は無く、四角等の角形や細長いスリット形、あるいはそれ以外の形状であっても良い。なお、隣り合う貫通穴の間隔はほぼ貫通穴の径と同じとするが、貫通穴を通過した光が穴縁で回折して、照射画像の高輝度領域が実際の穴径よりも大きくなることがあるから、これを考慮して貫通穴の径（あるいは幅）を隣り合う貫通穴の間隔よりもやや小さくして、照射画像上の高輝度領域の最大幅が、隣り合う高輝度領域の間隔と同じになるようにすると良い。

【0024】

上記実施形態では光源からの拡散射出光をフィルタ部材の貫通穴に入射させて平行光にした後に射出させるようにしたが、フィルタ部材を使用せず、同一断面の複数の平行光の光束を等間隔で被検査体の表面に照射できる光源を使用しても良い。また、光源から平行射出光を出力してこれをフィルタ部材の貫通穴に入射させるようにすれば、さらに平行度の高い（すなわち拡散度の低い）平行光を鋼板面に照射することができる。

【0025】

なお、被検査体は鋼板に限られず、他の金属板であっても良く、さらに被検査体の材料は金属に限られない。また板体に限られず立体でも良い。被検査体は圧延に限らず、鍛造、鋳造等によって製造されたものでも良く、また塗装品であっても良い。
また、被検査体の表面に油膜等の透明液の液膜を塗布等によって形成すると、被検査体表面での光の散乱が抑えられてその反射率（正反射率）が向上する結果、表面欠陥のさらに良好な検出を行うことができる。
被検査体の表面欠陥は上記実施形態で説明した凸状や凹状の点状欠陥以外に面状の欠陥や線状の欠陥であっても良い。

【符号の説明】

【0026】

１…光源、１ａ…射出光、２…フィルタ部材、２ａ…平行光、２１…透光領域。

【要約】

【課題】表面にヘアラインが生じている被検査体の表面欠陥を確実に検出できる欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】平行光照射手段は、光源１と、当該光源１からの射出光を入射させる板状のフィルタ部材２とで構成され、フィルタ部材２は、非透光性の板面に等間隔で円形の透光領域２１を複数形成するとともにその板厚ｈ1を透光領域２１の幅ｄ1の１．３倍〜５倍とする。平行光照射手段は、円形断面の複数の平行光の光束を等間隔で被検査体４の表面に照射する。被検査体４表面での反射光が撮像手段に入射し、干出手段６は、撮像された画像中の明暗変化の滲みや変形を抽出することで被検査体４表面の欠陥を検出する。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】