专利名称：表面检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对检查对象物的表面缺陷进行检查的装置，特别是涉及一种适于对在钢板等的表面上产生的微小点状缺陷进行检查的表面检查装置。
背景技术：
以往，作为在对检查对象物的表面进行检查或观测时使用的照明，为了均匀地照射检查对象物表面，广泛使用环形照明。但是，若使用环形照明照射检查对象物，则存在如下问题，特别是在对象物表面的镜面度高的情况下，环形照明的光射出部映入(映U込对象物表面而产生亮度不均，很难看见微小点状缺陷。作为对策，例如在专利文献I中公开有在环形照明的光照射部与检查对象物之间 插入光扩散板的技术。另外，在专利文献2中公开有如下技术，将从光射出部射出的光向圆周外侧方向以规定的角度配置，并将以内面作为扩散反射面的扩散反射罩设置于环形照明端面部。具体而言，是如图18所示的环形照明装置100。在该环形照明装置100中，为了避免光晕并且抑制亮度不均的产生，在光射出部101的前方配置有光扩散板102，使从光射出部101射出的光扩散并照射到检查对象物103表面。从光射出部101射出的光通过扩散板102扩散并照射到检查对象物103，其反射光101a、101b、101c、…通过透镜104在面积传感器摄像机(工'J 7七 > 寸力^ 9 ) 105成像。专利文献I :(日本)特开2007 - 57421号公报专利文献2 :(日本)特开平6 - 235821号公报专利文献3 :(日本)专利第3585214号公报专利文献4 :(日本)特开2007 - 3243号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题但是，若使用图18所示的具备光扩散板102的现有的环形照明装置100，则会在具有如金属那样的细微凹凸构造的表面产生明暗点的亮度图案，这是成为表面干扰(地合)^ X)而降低缺陷检测的SN比的主要原因。其理由是因为，在该反射光中包含正反射光101a、前方扩散反射光101b、后方扩散反射光IOlc等。图19是不意性表不向如钢板那样的粗糙面103入射光201时的光反射强度分布203的图。光反射强度在正反射方向202最大。由图19可知，由于正反射光IOla及正反射附近的反射光因略微的角度变动而反射强度会变动很大，因此，检查对象物103在具有如金属那样的微细凹凸构造的表面会产生明暗点的亮度图案，这是成为表面干扰而降低缺陷检测的SN比的主要原因。因此，被扩散照射的光的一部分成为正反射光成分进入面积传感器摄像机105，因钢板表面的微细凹凸而引起表面干扰强度提高，在该表面干扰内埋藏有微小点状缺陷，很难将表面干扰和微小点状缺陷分离。
S卩，在上述专利文献I及专利文献2所公开的技术中，虽然具有抑制光晕的效果，但是也存在如下情况由于检查对象物的表面状态或检查对象物的材质不同，即使在没有微小点状缺陷的情况下，也会产生因表面干扰而误检测出存在微小点状缺陷之类的错误检测。本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种表面检查装置，其能够精度良好地检测微小点状缺陷。用于解决技术问题的技术手段为了解决上述问题实现目的，本发明的表面检查装置的特征在于，具备环形照明装置，其具有环状的光射出部、在该光射出部与检查对象物之间具有与该光射出部为同心圆状且内径比该光射出部的内径小的光学开口部的遮光板；摄像部，其配置在所述遮光板的开口部的中心线上，并且经由该开口部对所述检查对象物的表面进行摄像；在所述摄像部摄像的所述检查对象物表面上的摄像区域，仅照射从所述光射出部照射出的光中的被所述遮光板的开口部边缘部衍射的光，设定所述光射出部与所述检查对象物表面之间的距离，以使所述对象物表面上的摄像区域内的平均亮度级别在规定等级以上，且使该摄像区域内的亮度级别差在规定范围内。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，所述表面检查装置具备横动部，该横动部在输送具有规定长度的区间的期间内，使所述环形照明装置及所述摄像部在所述带状材料的整个宽度至少往复一次，并且在每输送具有所述规定长度的区间时都反复相同的动作，所述规定长度为所述带状材料固有设定的连续性缺陷的连续产生长度的最低长度以下，对在该带状材料表面产生的连续性缺陷进行检查。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，具备输送距离检测部，其检测所述带状材料的输送距离；摄像定时控制部，其对基于由所述输送距离检测部检测出的输送距离信息的所述横动部的往复动作和摄像定时进行控制，以使所述摄像部实际上遍及整个宽度地对所述带状材料进行摄像。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，在设置有以沿所述带状材料的长度方向相互平行的方式彼此邻接且具有与所述摄像部的宽度方向视野大致相同长度的宽度的多个细长的轨道区域的情况下，所述摄像部对属于各自所述轨道区域的彼此邻接的部分区域或在所述长度方向互相分开的所述部分区域进行摄像。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，具备图像处理 部，其提取由所述摄像部摄像的各图像内的缺陷有害度作为数值数据；缺陷分布计算部，其基于由所述图像处理部提取的所述各图像的缺陷数值数据和其摄像位置计算出带状材料表面的二维缺陷产生状况。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，还具备缺陷图显示部，该缺陷图显示部在所述带状材料表面的二维展开图上显示由缺陷分布计算部计算出的缺陷分布状况。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，所述缺陷图显示部将所述带状材料表面分割为矩形网格，通过改变显示色或显示标志来表示各网格的缺陷
有害度。 另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，所述检查对象物为钢板，对该钢板上的摄像区域内的微小点状缺陷进行检查。另外，本发明的表面检查装置在上述发明的基础上，其特征在于，所述带状材料为酸洗钢板，所述连续性缺陷为氧化皮残留。根据本发明，其具备环形照明装置，其具有环状的光射出部、在该光射出部与检查对象物之间具有与该光射出部为同心圆状且内径比该光射出部的内径小的光学开口部的遮光板；摄像部，其配置在所述遮光板的开 口部的中心线上，并且经由该开口部对所述检查对象物的表面进行摄像；在所述摄像部摄像的所述检查对象物表面上的摄像区域，仅照射从所述光射出部照射出的光中的被所述遮光板的开口部边缘部衍射的光，设定所述光射出部与所述检查对象物表面之间的距离，以使所述对象物表面上的摄像区域内的平均亮度级别在规定等级以上，并且使检查摄像区域内的亮度级别差在规定范围内，因此，能够使摄像区域内的亮度平稳，并且抑制表面干扰，精度良好地检查微小点状缺陷。
图I是表示本发明的实施方式一的表面检查装置的简要结构的剖面示意图；图2是对检查对象物即钢板表面的照明光的分布和摄像部的摄像区域进行说明的说明图；图3是对环形照明装置的几何学配置进行说明的说明图；图4是对钢板的表面与光射出部之间的距离进行说明的说明图；图5是表示因钢板的表面与光射出部之间的距离的不同，摄像区域内的亮度分布的变化的图；图6是表示本发明的实施方式二的表面检查装置的简要结构的示意图；图7是表示本发明的实施方式二的表面检查装置的一个例子的框图；图8表示本发明的实施方式二的表面检查装置的横动部与带状钢板的关系，是表示在横动方向切断带状钢板的状态的剖面图；图9是表示在带状钢板的表面产生的连续性缺陷的产生形态的一个例子的平面图；图10是对在输送速度变为低速的区域内带状钢板表面的检查频率增加的状况进行说明的平面图；图11表示在带状钢板移动规定距离AL期间结束摄像部的宽度方向移动的情况，是对在输送速度变为低速的区域内带状钢板表面的检查频率不增加的状况进行说明的带状钢板的平面图；图12是放大图11的虚线部分及其附近来表示摄像区域的带状钢板的平面图；图13是表示在带状钢板移动规定距离Λ L的期间，一边使摄像部向宽度方向移动一边进行摄像，且不沿宽度方向摄像地返回的实施方式的平面图；图14是表示在钢板移动规定距离Λ L的期间，一边使摄像部向宽度方向移动一边进行摄像，且不沿宽度方向摄像地返回的实施方式中，对各轨道区域内进行摄像的摄像区域彼此不连续的例子的平面图；图15是表示在二维图上显示通过本实施方式二的表面检查装置计算出的缺陷的产生分布状况的例子的平面图16是本发明的实施例中使用的横动部的例子，是表示在将两个检测头沿宽度方向间隔规定距离设置的例子的横动方向切断带状钢板的状态的剖面图；图17是表示通过根据由本发明的实施例计算出的缺陷参数的大小分为三个阶段而改变缺陷图的网格的深浅来进行显示的例子的图；图18是使用现有的具备光扩散板的环形照明的情况的说明图；图19是表示如钢板那样的粗糙面的光反射强度分布图案的说明图，是表示正反射光及正反射附近的反射光因略微的角度变动而使反射强度变动很大的说明图。标记说明 I、11表面检查装置Ia检测头2 钢板2a带状钢板3环形照明装置3A光射出部3B遮光板4摄像部4A面积传感器摄像机4B 透镜6横动部7图像处理部8输送距离检测部9摄像定时控制部10缺陷分布计算部12缺陷图显示部61 导轨62液压缸71图像输入部72图像数据存储部73缺陷提取部74缺陷参数计算部91输送方向摄像定时控制部92宽度方向摄像定时控制部93摄像位置存储部A摄像区域(部分区域)B直接光照射区域C环形照明装置的中心轴C4摄像部的光轴D连续性缺陷H 距离
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式的表面检查装置进行说明。(实施方式一)在该实施方式一中，能够使用衍射光的产生机制高精度地对检查对象物表面的微小点状缺陷进行检查。图I是表示本发明的实施方式一的表面检查装置I的简要结构的剖面示意图。另外，图2是对检测对象物即钢板2的表面上的照明光的分布和摄像部4的摄像区域A进行说明的说明图。而且，图3是对环形照明装置的几何学配置进行说明的说明图。如图I所示，该表面检查装置I具有环形照明装置3、摄像部4、图像处理装置5。图像处理装置5与摄像部4连接。环形照明装置3具备环状的光射出部3A和遮光板3B。另外，摄像部4具备面积传感器摄像机4A和透镜4B。另外，遮光板3B配置在光射出部3A与钢板2之间。该光射出部3A和遮光板3B也可以是一体构成的环形照明装置3。而且，环形照明装置3和摄像部4也可以一体构成。 摄像部4配置于光射出部3A的上方，并且使其光轴C4与光射出部3A的开口部的中心轴一致。另外，设定摄像部4的面积传感器摄像机4A，以使被钢板2的表面反射的衍射光的反射光通过透镜4B而进行成像。遮光板3B具有比光射出部3A的开口部的内径尺寸小的直径尺寸的圆形光学开口部。遮光板3B的开口部与环状的光射出部3A为同心圆状，并且具有相同的中心轴C。另夕卜，中心轴C与摄像部4的光轴C4 一致。作为该遮光板3B的材质，只要是光学性不透明的材质即可，不限定种类，但是，例如能够使用对表面进行黑色阳极化(黒K卜)处理的招材等。如图3所示，从光射出部3A射出的照明光以规定的扩散角向钢板2表面照射，但其一部分被遮光板3B遮挡。遮光板3B的设置条件为，不使从光射出部3A射出且具有扩散角的光直接向钢板2的表面上的摄像区域A内照射。被遮光板3B的内侧缘部折射的光向摄像区域A照射。S卩，在图3中，满足以下公式地进行配置。H · tan Θ — R > r在此，R为从光射出部3A的中心轴C到光射出部3A的光射出位置的距离。另外，r为从光射出部3A的中心轴C到摄像区域A的边缘部的距离。H表示从光射出部3A的光射出位置到钢板2的表面的距离。Θ为由遮光板3B遮挡的直接光的光路方向与中心轴C所构成的角。接着，对使用环形照明及遮光板3B的理由进行说明。使用环状照明作为照明是因为，通过从全方位对称地照射钢板2的表面来抵消因钢板2表面的微细的凹凸而产生的阴影。特别是在对于如酸洗钢板那样的表面性状差的检查对象物表面检查微小的缺陷的情况下，具有抑制表面干扰的效果。另外，设置遮光板3B是因为，如图I及图2所示，不使从环形照明装置3射出的直接光的一部分中包含的正反射光成分进入钢板2表面上的摄像区域A内。即，在没有被遮光板3B遮挡而向钢板2表面照射的直接光照射区域B (图2的阴影部)，虽然包含正反射成分，但是由于将摄像区域A设置在直接光照射区域B的内侧，因此仅向摄像区域A内照射遮光板3B的衍射光。其结果是，若使用设有遮光板3B的环形照明装置3，则摄像部4对摄像区域A进行摄像，摄像部4接收的光仅为来自于被遮光板3B遮挡的部分所产生的衍射光的反射光，正反射光没有在摄像部4成像。因此，即使是如钢板2那样的表面性状差的粗糙面，也能够抑制表面干扰而以高SN比检测微小点状缺陷。在此，如图4及图5所示，以摄像部4的光轴C4为中心的摄像区域A内的亮度分布根据从光射出部3A到检查对象物2的表面的距离H而发生变化。如图5 (a)所示，在距离H比适当的规定值Dth小的情况下，在摄像区域A的周边映入来自光射出部3A的直接光，该周边部分的亮度变得极高。另一方面，光轴C4附近的亮度变低。其结果是，摄像区域A内的亮度差增大，亮度变得不均匀，不能进行高精度的缺陷检查。另一方面，如图5 (C)所示，在距离H比适当的规定值Dth大的情况下，摄像区域A 内的亮度均匀，但向摄像区域A内的衍射光的强度减弱，摄像区域A内的平均亮度级别(輝度 > 降低。其结果是，特别是在对高光泽度的钢板表面等进行检查的情况下，需要极高亮度的照明，检查装置的导入成本及运营成本均提高。因此，如图5 (b)所示，通过将距离H设为适当的规定值Dth，能够维持高的亮度，并且能够获得平稳的亮度分布，能够进行高精度的表面检查。在此，由于适当的规定值Dth因环形照明装置3的尺寸及射出指向性，还有检查对象物表面的光反射特性而发生变化，因此，优选根据检查对象物预先确定规定值Dth。另外，规定值Dth优选设定为，摄像区域A内的平均亮度级别在规定等级以上且摄像区域A内的亮度级别差在规定范围内，例如在±10%以内时的值。另外，图像处理装置5的处理内容能够使用公知的技术。例如，在遮光修正('> 二一〒^ y補正)等预处理后，通过二值化或多值化(多値化)处理，提取超过规定阈值等级的像素，也可以在进行像素连结处理、孤立点除去、贴标处理后，通过计算图像特征量提取、判定缺陷。在此，上述的规定值Dth也可以以图像处理装置5的图像处理结果为基础自动设定。即，也可以具备能够使环形照明装置3向沿中心轴C的方向移动的驱动部；以图像处理装置5的图像处理结果为基�。郧拷星刂埔允咕嗬際为规定值Dth的控制部。由此，能够容易且精度良好地将光射出部3A和检查对象物2之间的距离H设定为适当的规定值Dth。另外，在将生产线输送来的带状材料的钢板2作为检查对象物的情况下，作为光射出部3A的光源，为了清晰地对带状的钢板2进行摄像，优选使用氙气闪光灯光源等。而且，作为光射出部3A，能够使用将LED配置为圆环状或者将与照明光源连结的光纤束分配成圆环状而构成的光射出部等。在该实施方式一中，仅向摄像区域A照射从光射出部3A照射的光中的通过遮光板3B的开口部边缘部衍射的光，而且，光射出部3A与检查对象物表面之间的距离H使摄像区域A内的平均亮度级别在规定亮度级别以上且摄像区域A内的亮度级别差在规定范围内，例如±10%以内，从而使亮度分布变得平稳，因此，在摄像区域A内不会出现亮度不均，能够高精度地对微小点状缺陷进行检查。(实施方式二)
在该实施方式中，对使用上述环形照明装置3及摄像部4，用简单的构成对生产线输送来的带状的钢板(带状钢板)2表面上的输送方向上连续(連絡)产生的微小缺陷进行检查的表面检查装置进行说明。但是，作为检查通过输送生产线输送来的带状钢板2a的表面所产生的连续性缺陷的例子，例如存在对酸洗的钢板的表面所产生的氧化皮残留缺陷进行检查的工序。在进行酸洗的生产线中，使带状钢板2a通过注入有硫酸等强酸的液槽中来除去表面的氧化皮(FeO^Fe3O4,Fe2O3等)。在该生产线中，在钢板的输送速度过快的情况下，或者在钢板表面产生所谓的粗糙表面且氧化皮侵入该粗糙表面部分的情况下，氧化皮残留在表面的情况变得稀少。这种氧化皮残留缺陷由直径O. 05 O. 3mm左右的微小点状缺陷密集地形成，在带状钢板2a的输送过程中很难通过目视识别。因此，通过表面检查装置自动检查氧化皮残留的产生，在保证酸洗钢板的表面质量方面极为重要。作为氧化皮残留缺陷的产生形态的特征，存在在同一宽度方向位置沿钢板的输送 方向连续产生规定长度以上的情况。另外，不限于氧化皮残留缺陷，在带状材料的表面产生的连续性缺陷在其制造生产线上固有的连续产生长度的范围多由经验可知。在本实施方式二中，涉及一种适合这种连续性缺陷的检查的检查装置。作为现有的酸洗钢板的制造生产线的表面检查装置，公知有沿钢板的宽度方向(与输送方向正交的方向)配置线状照明，遍及钢板的整个宽度设置几台至几十台生产线感应照相机，从而能够在与钢板相对的位置沿钢板的宽度方向毫无遗漏地对整个宽度进行检查的装置。在该表面检查装置中，将由各个生产线感应照相机获得的照相机输出信号在钢板的输送方向连结，通过图像处理提取表面缺陷部分。但是，在对以高速输送的酸洗钢板表面上产生的上述微小点状缺陷进行检查的情况下，在使用生产线感应照相机的表面检查装置中存在如下问题输送方向的照相机分辨率不足，不能获得充分的缺陷检查性能。例如，检测直径O. 05mm的点状缺陷需要将照相机分辨率设为大致O. 025mm以下。但是，在利用通常使用的4096像素(4096素子)的视频码率(才一卜)40MHz的生产线感应照相机中，输送速度2m/秒的酸洗生产线的输送方向的照相机分辨率不超过大约O. 2mm，所需分辨率也不足大约I位数。另一方面，作为提高输送方向的照相机分辨率的装置，考虑使用闪光灯照明等，通过高清晰的面积传感器摄像机将钢板表面作为静止图像进行摄像的装置。但是，在将使用这种闪光灯照明的装置用于对带状材料进行检查的情况下，存在如何控制输送方向的摄像定时的问题。例如，在专利文献3中公开有，以一定速度输送检查对象，以等时间间隔进行照相机摄像，从而使照相机的摄像视野在检查对象表面的输送方向为一定的表面检查装置。另外，在专利文献4中公开有，以等时间间隔进行照相机摄像，并且始终测量检查对象的输送距离，从而求出在各图像的摄像定时之间移动的输送距离，并且仅将在各图像内与该输送距离对应的一部分设为有效区域，仅进行该区域的图像处理。上述专利文献3所公开的检查装置不能适用于如酸洗钢板制造生产线那样地输送速度不断变动的生产线。另外，在专利文献4所公开的装置中，由于进行图像处理的范围根据输送速度在各图像内变化，因此，图像处理变得复杂，处理时间增长，很难在高速输送生产线进行实时的处理。另外，在包含专利文献3、4所公开的装置的现有的检查装置中，作为对氧化皮残留缺陷进行检查的情况的课题，存在以下(I)及(2)中说明的情况。(I)由于需要将带状材料的宽度方向上的照相机分辨率设为微小的点状缺陷尺寸的一半以下，因此，必须在宽度方向上设置多台照相机，检查装置变得非常昂贵，另外，照相机的调整及维护需要耗费很大力气。(2)在由微小的点状缺陷聚集而形成的氧化皮残留缺陷的情况下，若对各个点状缺陷的尺寸、亮度、形状等特征量逐一进行计算处理，则对图像处理施加巨大的负荷，很难进行实时的处理。因此，在该实施方式二中，能够精度良好地检查微小点状缺陷，即使是由微小点状缺陷聚集而形成的氧化皮残留缺陷那样的检查对象，也利用在输送方向连续产生的特征，获得结构简单且能够实时地进行处理的表面检查装置。图6是表示本发明的实施方式二的表面检查装置的简要结构的示意图。另外，图7是表示该表面检查装置的一个例子的框图。该实施方式二作为相对于由酸洗钢板的制造生产线输送来的带状钢板2a的表面检查装置而进行说明。[表面检查装置的简要结构]如图6所示，表面检查装置11通过在实施方式一中说明的装备有遮光板的环形照明装置3及摄像部4对输送来的带状钢板2a的表面进行摄像。环形照明装置3及摄像部4固定配置于检测头Ia中。另外，表面检查装置11具备使该检测头Ia沿带状钢板2a的宽度方向移动的横动部6、图像处理部7、输送距离检测部8、摄像定时控制部9、缺陷分布计算部10、缺陷图显示部12。[检测头]检测头Ia为搭载有实施方式一所示的环形照明3和摄像部4的部件。另外，通过使用高清晰度的面积传感器摄像机，摄像部4能够如酸洗钢板的氧化皮残留检查那样，即使在高速输送生产线中也能够对微小点状缺陷进行检测。摄像部4优选使用具有作为检查对象的缺陷的最小尺寸的大约一半以下的分辨率的部件。该摄像部4被设定为，在输送带状钢板2a的具有规定长度的区间的期间内，至少往复一次带状钢板2a的整个宽度，并且在该期间内，实际上横跨整个宽度对带状钢板2a进行摄像，该规定长度为钢板固有设定的连续性缺陷的连续产生长度的最低长度以下。[横动部]如图8所示，横动部6具有使设于检测头Ia的环形照明装置3及摄像部4沿带状钢板2a的宽度方向(横动方向)Y往复移动的功能。具体而言，横动部6构成为具备导轨61，其被架设为沿宽度方向Y横跨输送带状钢板2a的生产线；液压缸62，其沿带状钢板2a的宽度方向Y往复驱动在该导轨61行进的检测头la。如图6所示，通过来自摄像定时控制部9的控制信号对横动部6进行驱动。如图8所示，横动部6使摄像部4的光轴(虚线所示)完全横穿带状钢板2a，并且驱动检测头Ia在比带状钢板2a的宽度尺寸w长的检查范围尺寸W的行程内往复。另外，该检查范围尺寸W优选为还包含生、产线输送来的带状钢板2a的弯曲进行余量(蛇行代)。该横动部6被设定为，在输送具有规定长度的区间的期间内，使检测头Ia仅往复一次行程W的量，并且在每次输送具有规定长度的区间时都重复相同的动作，该规定长度为带状钢板2a固有设定的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d (参照图9)以下。[输送距离检测部]输送距离检测部8对带状钢板2a的输送距离进行检测，将带状钢板2a的输送距离信息向摄像定时控制部9输出。作为输送距离检测部8，能够使用公知的旋转编码器(口
一夕^!一工> 2 一夕')等。[摄像定时控制部]如图7所示，摄像定时控制部9具备输送方向摄像定时控制部91、宽度方向定时控制部92及摄像位置存储部93。作为摄像定时控制部9整体，将带状钢板2a的输送距离信息从输送距离检测部8向输送方向摄像定时控制部91输入，另外，将摄像部4的宽度方向位置信息从横动部6向 宽度方向摄像定时控制部92输入。该摄像定时控制部9与这些输入同步地将与输送距离及横动(宽度方向Y的横穿)距离同步的摄像触发信号向摄像部4输出。在后面对该详情进行说明。另外，摄像位置存储部93存储各图像的带状钢板2a上的摄像位置，并向缺陷分布计算部10输出。[图像处理部]如图7所示，图像处理部7具备从摄像部4被输入图像数据的图像输入部71、图像数据存储部72、缺陷提取部73及缺陷参数计算部74。具体而言，在图像处理部7中，将摄像图像数据从摄像部4输入图像输入部71。输入图像输入部71的摄像图像数据被存储于图像数据存储部72。在缺陷提取部73中，从存储于图像数据存储部72的摄像图像数据的图像内提取缺陷，在缺陷参数计算部74计算出反映缺陷有害度的缺陷参数，并向缺陷分布计算部10输出。在此，缺陷的提取能够使用公知的方法，S卩，例如在进行遮光修正等预处理后，提取超过规定的阈值的像素作为缺陷部的方法等。缺陷参数的计算是用于对各图像将缺陷的有害度表示为数值数据的计算。作为该数值数据，例如从图像内的平均亮度、超过阈值的像素数、或将超过阈值的像素以图像亮度加权的像素数等中选择与缺陷的有害度相关性较高的数据。另外，优选的是，在图像处理装置7设置有图像数据存储部72，能够存储摄像的全部图像或其中的有缺陷的图像，从而在实时或事后能够确认图像。在该实施方式二中，不是对各个缺陷，而是对各图像将其有害度作为数值参数来进行评价，从而特别是对如氧化皮残留那样得由微小的点状缺陷聚集而形成的连续性缺陷的有害度的评价极为有效。另外，相对于如氧化皮残留那样的连续性缺陷，若要如现有装置那样对各个点状缺陷的特征量进行评价，则会对图像处理部施加巨大的负荷，不能使检查装置稳定地工作。另外，在氧化皮残留中，由于微小的点状缺陷的产生密集度越高有害度越大，所以与对各个缺陷进行评价相比，对整个图像用面进行评价才能切实进行缺陷有害度的评价。[缺陷分布计算部]如图6及图7所示，相对于获取的各图像，将表示缺陷有害度的缺陷参数从图像处理部7输入缺陷分布计算部10，另外，从摄像定时控制部9输入获取了图像的钢板2上的输送方向X及宽度方向Y的位置。缺陷分布计算部10从这些信息计算出带状钢板2a表面的二维缺陷产生状况。
[缺陷图显示部]缺陷图显示部12将由缺陷分布计算部10计算出的缺陷分布状况在带状钢板2a表面的二维展开图上显示。[摄像部的摄像定时]接着，对摄像部4的摄像定时进行说明。氧化皮残留等连续性缺陷D具有如下特性(1)宽度方向的产生位置存在局部性的情况及遍及整个宽度的情况，(2)如图9所示，输送方向的产生位置在带状钢板2a的输送方向，连续地产生规定长度d以上，S卩，固有设定于带状钢板2a的连续性缺陷的连续产生长度DL的最低长度以上。该发明基于该见解，着眼于如果以连续性缺陷D的最低长度d以下的间距毫无遗漏地检查带状钢板2a表面的实际的整个宽度方向，即使在输送方向中断检查，实际上也能够遍及带状钢板2a的整个长度整个宽度进行氧化皮残留(连续性缺陷D)的检查。而且，该 发明是使摄像部4沿宽度方向横穿(横动)的装置结构，从而谋求降低照相机台数。S卩，在输送具有规定长度的区间的期间内，设定摄像部4，以使得在具有规定长度的区间内被摄像的部分区域就整体而言，实际上遍及带状钢板2a的整个宽度，具有规定长度的区间彼此的相对的摄像位置以规定长度的间距相对应，所述规定长度为带状钢板2a的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d以下。另外，例如若使摄像部4以一定速度沿宽度方向横穿进行检查，则如图10所示，在输送速度向低速变化的区域(输送速度降低部分E)，输送方向X的检查频率增加。其结果是，在该低速部分，进行不需要的过多的图像获�。约觳樽爸檬┘游抻玫母汉桑朔淹枷翊娲⒖占洹Ａ硗猓捎谑渌头较騒的检查频率根据输送速度变化，因此，较难将钢板2整体的氧化皮残留产生分布沿输送方向X均匀地进行评价。而且，由于操作的异常等，在带状钢板2a的输送速度极为缓慢，或带状钢板2a暂时停止的情况下，产生重复检查带状钢板2a表面的同一部位，对同一缺陷重复计数的不良情况。因此，如图11所示，带状钢板2a每移动规定距离Λ L，就开始摄像部4在宽度方向上的横穿，仅检查一次带状钢板2a的整个宽度。其结果是，即使在输送速度为低速或者停止的情况下，也能够将输送方向的检查频率保持为一定。另外，在图11所示的例子中，列举如下例子移动摄像部4，以使得其从带状钢板2a的宽度方向的一侧向另一侧实际上遍及整个宽度地进行摄像，并且以从宽度方向的另一侧向一侧摄像的方式移动而向一侧返回的往复动作在连续性缺陷D的最低长度d的输送长度期间进行三次。在该实施方式二中，在输送带状钢板2a的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d以下的规定长度的期间内，移动摄像部4，以使得实际上遍及整个宽度地对带状钢板2a进行摄像，并且至少往复一次即可。通过反复上述动作，以连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d以下的输送间距进行检查，因此，通过实际上整个宽度的检查能够在任何摄像区域内切实地检测出最低长度d以上的连续性缺陷D。图12是放大图11的虚线部分的图。图中的四边形表示摄像部4的摄像区域(部分区域)A。每当带状钢板2a输送距离Λ L时，摄像定时控制部9都从输送距离检测部8接收信号，向横动部6输出摄像部4的横动开始信号。横动部6如果接收该信号，就开始摄像部4的宽度方向Y的横动，并且每横动规定距离Λ W，就向摄像部4输出摄像开始信号。另夕卜，图12所示的tl tN以沿带状钢板2a的输送方向X互为平行的方式彼此邻接，并且具有与摄像部4的宽度方向视野大致相同长度的宽度AW，方便地设定多个细长的轨道区域。在图12所示的例子中，这些轨道区域tl tN内的部分区域A彼此沿宽度方向连续。在摄像部4对带状钢板2a整个宽度进行摄像结束图像获取后，则横动部6停止横动，并待机，直至从摄像定时控制部9接收下一次横动开始信号。在这期间，摄像部4获取遍及带状钢板2a的整个宽度的图像Gil、G12、· · ·、G1N。若接收到下一次横动开始信号，则横动部6再次开始横动，根据横动距离向摄像部4输出摄像开始信号。其结果是，摄像部4 获取图像 G2N、G2N — I、· · .、G21。以上，对利用摄像部4对横动的去路及回路各检查一次整个宽度的情况进行说明，但如图13所示，也可以构成为在去路进行检查后，在回路的横动中不检查(不摄像)。而且，在将横动速度看做大致固定的情况下，也可以以与向宽度方向横动距离△ w的时间相当的时间间隔，使摄像部4进行连续摄像，从而省略各图像获取的摄像开始信号。横动速度的上限值为在宽度方向不产生漏检那样的速度，但是，其由摄像部4的宽度方向视野长度和摄像部4的最大允许反复摄像速率(撮像 > 一卜)决定。另外，如图12所示，优选部分区域A与在宽度方向邻接的轨道区域稍微重叠。另外，横动速度的下限值由横动的行程、最大输送速度及作为检查对象的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最小长度d决定。即，例如在图11的情况下，摄像部4进行三次往复的动作，按照6 · AL^d的方式进行设定。另外，在进行如图13所示的行程的情况下，也可以按照ALSd的方式进行设定。换言之，带状钢板2a可以被设定为，在输送比固有设定于带状钢板2a的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d短的距离的期间内，移动摄像部4，以使其至少遍及带状钢板2a的整个宽度一次。另外，在如图12及图13所示的例子中，例举部分区域A连续的例子，但如图14所示，也可以使彼此邻接的轨道区域t彼此的部分区域A不在输送方向(长度方向)上连续。在该情况下，由于部分区域A位于邻接的各个轨道区域t内一次，因此，能够实际上遍及整个宽度地进行摄像，能够切实地检测连续性缺陷D。另外，图14所示的ALt是在摄像部4从带状钢板2a的一侧向另一侧横动的期间内带状钢板2a前进的距离，Λ Lr是在摄像部4从另一侧返回到一侧的期间内带状钢板2a前进的距离。可以将该ALt和ALr相加得到的ΛL设定为连续性缺陷D的最低长度d以下的长度。另外，为了减少无用的图像获�。岫男谐坛ざ饶芄桓葑魑觳槎韵蟮拇锤职�2a的板宽变化而可以变化，但为了简便，也可以不依赖带状钢板2a的板宽而设为规定长度。在该情况下，行程长度被设为假定的带状钢板2a板宽的最大值加上弯曲进行余量的长度。通过如上所述地对摄像定时进行控制，图像处理部7可以相对于各图像实施相同的常规处理即可，因此，图像处理变得简单，即使在高速输送生产线中也不会对检查系统施加过大的负荷，所以能够进行稳定的可靠性高的检查。[缺陷分布计算和缺陷图的具体例]接着，对缺陷分布计算和缺陷图显示的具体例进行说明。缺陷分布计算部10计算出一个缺陷参数并分配给图12所示的各图像G11、G12、· · ·、G1N;G2N、G2N— I、· · ·、G21 ;G31、G32、· · *、G3N; · · ·。其结果是，带状钢板2a表面上的宽度方向Y及输送方向X的缺陷产生分布能够作为缺陷参数的数值的大小而定量地把握。缺陷图显示部12将该产生分布状况如图15所示的显示例那样显示在二维图上。在图15的显示例中，表示为围棋棋盘格状，以使得容易看见实际上对带状钢板2a表面上进行锯齿形扫描而获得的图像的坐标位置。最左边的列显示图像Gli (i=l，2，…N)的缺陷信息，另外，第二列显示图像G2i (1=1,2,…N)的缺陷信息，涂黑的网格表示缺陷参数比规定的阈值Thl大，画斜线的网格表示缺陷参数比规定的阈值Th2 (Th2 < Thl)大，比Thl 小。如上所述地将带状钢板2a的表面分割为矩形的网格，将各网格的颜色及图案根据缺陷参数的范围进行分涂，从而能够一目了然地把握连续性缺陷D的产生分布。在图的显示中，也可以通过用亮度色标(々'' > ^ 7的深浅、彩色的颜色的分涂，或者显示标志进行表示。在用显示标志表示的情况下，例如，可以将非常有害的网格标记为“ X ”、将中程度有害的网格标记为“Λ”、将轻度有害的网格标记为“O”、将无害的网格标记为空栏等。上述网格的尺寸未必需要与图像的尺寸(照相机视野的尺寸)一致，例如，也可以 将输送方向的两个图像部分和宽度方向的三个图像部分一起分配为一个网格。在该情况下，将图15的网格尺寸设为AX = 2AL、AY = 3AW。利用缺陷分布计算部10进行将多个图像分配为一个网格的处理。在该情况下，例如计算该多个图像的缺陷参数的平均值或最大值等作为网格的缺陷有害度。以上，对本发明的实施方式二进行了说明，但是根据该实施方式二，控制摄像定时，以使得基于由输送距离检测部8检测出的输送距离信息及摄像部4的宽度方向位置信息，使摄像部4按照实际上相对于带状钢板2a遍及整个宽度地对部分区域进行摄像，因此，即使输送速度变化也能够以固定的距离间隔对带状钢板2a表面进行检查，能够对在输送方向上连续产生的连续性缺陷D毫无遗漏地进行检查。此时，无需复杂的图像处理，并且无需对过多的区域进行摄像，因此，不会对图像处理施加负荷，即使在高速输送生产线上也能够实时地进行可靠性高的检查。另外，在该实施方式二中，通过利用横动部6使高清晰度的摄像部4向带状钢板2a的宽度方向Y移动，能够减少使用的照相机台数。在上述的实施方式二中，能够将摄像部4设为I台。另外，根据上述的实施方式二的表面检查装置11，不是通过各个缺陷，而是通过从各摄像图像提取的数值参数对缺陷的有害度进行判定，因此，在对如微小缺陷聚集而形成的连续性缺陷进行检查的情况下，图像处理的负荷减少，能够进行高速且稳定的图像处理。而且，根据上述实施方式二的表面检查装置11，由于具备环形照明装置3，所以能够防止来自检查对象物表面的明暗点的亮度图案的产生，并且能够抑制表面干扰而精度良好地检查微小点状缺陷，该环形照明装置3被设定为，将由遮光部3B生成的衍射光的在带状钢板2a的摄像区域内的反射光入射到摄像部4。另外，根据检查对象的不同，检测头Ia不限于使用实施方式一所示的衍射光，也可以照射通常的扩散照明光。另外，如图8所示，由于使环形照明装置3与摄像部4 一体地横动，所以希望使用轻量的小型照明。(其它实施方式)以上，对本发明的实施方式一、二进行了说明，但是不应理解为作为上述实施方式公开的一部分的论述及附图对该发明起限定作用。对于本领域技术人员而言，从该公开可知各种代替实施方式、实施例及运用技术。例如，在上述实施方式中，对将本发明适用于酸洗钢板的氧化皮残留缺陷的检查的情况进行了说明，但是，本发明的检查对象不限定于此，也能够适用于冷轧钢板及表面处理钢板等其它的钢板、或者铝等非铁金属及纸、薄膜、塑料等的制造生产线。另外，也能够适用于擦伤伤痕及周期性伤痕等具有在输送方向上连续产生缺陷的特性的其它表面缺陷的检查。另外，在上述实施方式中，在输送具有规定长度的区间的期间内，摄像部4构成为在从宽度方向的一侧向另一侧或从另一侧向一侧横动时连续地进行摄像，该规定长度为带状钢板2a的连续性缺陷D的连续产生长度DL的最低长度d以下，但是，例如也可以在去路对宽度方向的一半进行摄像，在回路对另一半进行摄像，从而在整个被摄像的部分区域实 际上遍及整个宽度地进行摄像。另外，在上述实施方式中，使用氙气闪光灯光源等作为环形照明装置3的光源，但是，另外也可以使用LED作为光射出部3A。而且,在上述实施方式中，横动部6具备导轨61和液压缸62,通过液压缸沿宽度方向驱动检测头la，但是，如果是实际上使摄像部4及环形照明装置3同步沿宽度方向移动的结构，则不限定于此。(实施例)以下，对将本发明适用于酸洗钢板的氧化皮残留检查的实施例进行说明。在该实施例中，将分辨率O. 03mm的面积传感器摄像机4和环形照明装置3固定于检测头la，如图16所示,使用将两个检测头Ia沿宽度方向间隔840mm设置的装置。利用导轨61，使两个检测头Ia同时沿宽度方向横动840_。由此,能够对最大板宽为1600_的酸洗钢板即带状钢板2a的整个宽度进行检查。在环形照明装置3的光射出部(省略图示)的前表面设置有环状遮光板(省略图示)，该环状遮光板具有直径比光射出部的直径稍小的开口部。作为图3所示的几何学配置条件，R = 38mm、r = 21mm、H = 100mm、Θ =35°。使用旋转编码器作为输送距离检测部8，图像处理部7、缺陷分布计算部10、摄像定时控制部9均通过搭载有图像采集板、数字输入输出板、编码器板的个人计算机而进行。使用大型液晶监控器作为缺陷图显示部12。带状钢板2a每输送10m，就使摄像部4横动一次。这是基于氧化皮残留缺陷D沿输送方向连续产生30m以上的见解。检查结果是通过根据缺陷参数的大小分为三个阶段而改变缺陷图的网格的深浅来进行显示的。图17表示本实施例的检查结果。通过图17确认输送方向X及宽度方向Y的氧化皮残留的产生分布一目了然。这样，在带状钢板2a表面的二维图上，利用与数值参数对应的颜色或标志进行显示，因此，一看就能够定量地把握材料表面的缺陷产生分布，能够迅速且准确地进行缺陷产生时的应对。
权利要求
1.一种表面检查装置，其特征在于，具备 环形照明装置，其具有环状的光射出部、在该光射出部与检查对象物之间具有与该光射出部为同心圆状且内径比该光射出部的内径小的光学开口部的遮光板； 摄像部，其配置在所述遮光板的开口部的中心线上，并且经由该开口部对所述检查对象物的表面进行摄像； 在所述摄像部摄像的所述检查对象物表面上的摄像区域，仅照射从所述光射出部照射出的光中的被所述遮光板的开口部边缘部衍射的光，设定所述光射出部与所述检查对象物表面之间的距离，以使所述对象物表面上的摄像区域内的平均亮度级别在规定等级以上，且使该摄像区域内的亮度级别差在规定范围内。
2.如权利要求I所述的表面检查装置，其特征在于，所述检查对象物是沿长度方向被输送的带状材料，所述表面检查装置具备横动部，该横动部在输送具有规定长度的区间的期间内，使所述环形照明装置及所述摄像部在所述带状材料的整个宽度至少往复一次，并且在每输送具有所述规定长度的区间时都反复相同的动作，所述规定长度为所述带状材料固有设定的连续性缺陷的连续产生长度的最低长度以下，对在该带状材料表面产生的连续性缺陷进行检查。
3.如权利要求2所述的表面检查装置，其特征在于，具备 输送距离检测部，其检测所述带状材料的输送距离； 摄像定时控制部，其对基于由所述输送距离检测部检测出的输送距离信息的所述横动部的往复动作和摄像定时进行控制，以使所述摄像部实际上遍及整个宽度地对所述带状材料进行摄像。
4.如权利要求2或3所述的表面检查装置，其特征在于，在设置有以沿所述带状材料的长度方向相互平行的方式彼此邻接且具有与所述摄像部的宽度方向视野大致相同长度的宽度的多个细长的轨道区域的情况下，所述摄像部对属于各自所述轨道区域的彼此邻接的部分区域或在所述长度方向互相分开的所述部分区域进行摄像。
5.如权利要求2或3所述的表面检查装置，其特征在于，具备 图像处理部，其提取由所述摄像部摄像的各图像内的缺陷有害度作为数值数据； 缺陷分布计算部，其基于由所述图像处理部提取的所述各图像的缺陷数值数据和其摄像位置计算出带状材料表面的二维缺陷产生状况。
6.如权利要求5所述的表面检查装置，其特征在于，还具备缺陷图显示部，该缺陷图显示部在所述带状材料表面的二维展开图上显示由缺陷分布计算部计算出的缺陷分布状况。
7.如权利要求6所述的表面检查装置，其特征在于，所述缺陷图显示部将所述带状材料表面分割为矩形网格，通过改变显示色或显示标志来表示各网格的缺陷有害度。
8.如权利要求I 7中任一项所述的表面检查装置，其特征在于，所述检查对象物为钢板，对该钢板上的摄像区域内的微小点状缺陷进行检查。
9.如权利要求2 7中任一项所述的表面检查装置，其特征在于，所述带状材料为酸洗钢板，所述连续性缺陷为氧化皮残留。
全文摘要
本发明提供一种表面检查装置，其具备环形照明装置(3)，其具有环状的光射出部(3A)、在该光射出部与钢板(2)之间具有与光射出部为同心圆状并且内径比该光射出部的内径小的光学开口部的遮光板(3B)；摄像部(4)，其配置于遮光板的开口部的中心线(C)上，并且经由该开口部对钢板(2)的表面进行摄像；在摄像部(4)摄像的钢板表面上的摄像区域(A)，仅照射从光射出部照射出的光中的被遮光板(3B)的开口部边缘部衍射的光，设定光射出部与钢板(2)表面之间的距离(H)，使摄像区域(A)内的平均亮度级别在规定等级以上，且使该摄像区域(A)内的亮度级别差在规定范围内。由此，能够精度良好地进行微小点状缺陷的检测。
文档编号G01N21/892GK102792155SQ20118001310
公开日2012年11月21日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年3月11日
发明者奥野真, 村田宰一, 高田英纪 申请人:杰富意钢铁株式会社
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