表面検査装置
【課題】被検査体の移動速度が大幅に変化する場合でも、被検査体上の疵を安定して検出する。
【解決手段】移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔に達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部とを備える表面検査装置。
【解決手段】移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔に達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部とを備える表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の表面上に存在する疵を検出する表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板等の走行する帯状の被検査体を光学式に検査する場合、ラインセンサカメラ等の一次元の撮像素子が用いられている。この場合、被検査体の幅方向（Ｘ方向）については撮像素子による一定周期の電子的な走査が行われ、被検査体の移動方向である長手方向（Ｙ方向）については被検査体自体の移動による走査が行われる。そして、撮像素子からの撮像信号を用いることにより、被検査体の表面上に存在する様々な疵を検出する表面検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、被検査体が長手方向（Ｙ方向）分解能の所定回数分の１だけ進む毎に撮像信号を取り込み、同一画素の信号を加算し、加算されたデータを当該所定回数で除して平均値を算出することで、被検査体の表面上に存在する疵の検出漏れが生じないようにする、あるいは、被検査体の移動速度が増減した場合の被検査体画像のブレを一定にする表面検査装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１３４６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の表面検査装置では、被検査体の速度が増減すると、画像のブレにより画像の分解能が変化し、検出能が一定にならないという問題があった。また、表面検査は、ヘゲ疵、穴、異物付着などの大きさが数ｍｍ程度以上の疵（いわゆる通常疵）を検出することが最重要ではあるが、一方で、検出レベルを上げて微小欠陥を多数検出させるようにすると、有害・無害を問わず、多数の疵候補を検出してしまう。その結果、信号処理の時間が追いつかなくなり、通常の検査に影響が出てしまうという問題があった。また、特許文献２記載の被検査体が所定距離進む毎に撮像信号を加算して平均値を算出する表面検査装置では、被検査体が高速で移動する場合に処理速度が間に合わなくなる、あるいは処理速度を高速化するために装置が高価になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、被検査体の移動速度が大幅に変化する場合でも、被検査体上の疵を安定して検出できる表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表面検査装置は、移動する被検査体から反射された光を受光する一次元撮像素子と、前記一次元撮像素子から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶するバッファと、被検査体の移動距離を検出する位置検出器と、位置検出器によって検出された前記被検査体の移動距離が所定間隔に達した時点で、前記バッファに一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御部と、前記バッファから読み出された撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる表面検査装置によれば、被検査体の移動速度が大幅に変化する場合でも、被検査体上の疵を安定して検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ラインセンサカメラと被検査体と光源との配置を示す図である。
【図２】図２は、被検査体におけるラインセンサの撮像範囲を示す図である。
【図３】図３は、鋼鈑の製造ラインにおけるライン速度の例を示す図である。
【図４】図４は、ラインセンサカメラの撮像範囲の露光時間を示す図である。
【図５】図５は、被検査体が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像を行った場合の露光時間を示す図である。
【図６】図６は、被検査体が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合の露光時間を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態で用いる形状特徴量について説明する図である。
【図９】図９は、特徴量を用いて周期疵判定する方法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、加算平均化ユニットを除いた構成の変形実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、疵総合判定部にて周期疵および通常疵の判定を行う構成の変形実施形態を示すブロック図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板のコイルマップの例である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板のコイルマップの例である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基本原理）
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の基本原理について説明する。
【００１１】
まず、図１および図２を用いて、本発明の実施形態に用いるラインセンサカメラ１と被検査体２と光源３との配置、および被検査体２におけるラインセンサカメラ１の撮像範囲について説明する。図１に示されるように、ラインセンサカメラ１と被検査体２と光源３とは、光源３から射出された光線が入射角θで被検査体２を照射し、被検査体２の表面で反射した光線をラインセンサカメラ１が受光角θで検出するように配置されている。そして、ラインセンサカメラ１のライン方向と垂直方向に被検査体２が速度Ｖで移動することにより、ラインセンサカメラ１は被検査体２の表面を走査する。以下、説明を容易にするために、被検査体２の表面におけるラインセンサカメラ１のライン方向（被検査体２の幅方向）をＸ方向とし、被検査体２の移動方向（被検査体２の長手方向）をＹ方向とする。
【００１２】
図２は、図１の配置における被検査体上２の撮像範囲について説明する図である。被検査体２が停止している場合のラインセンサカメラ１の１画素に対応する被検査体上２の撮像範囲は、図２の実線の範囲で示すように、Ｘ方向がδｘ，Ｙ方向がδｙ／cosθの矩形である。δｘおよびδｙは、ラインセンサカメラ１の撮像素子サイズ、レンズ焦点距離および撮像距離などから決まる量であり、撮像素子のサイズに光学倍率を掛けたものに相当する。また、一般に、ラインセンサカメラ１の１画素のサイズの縦横比は等しいのでδｘ＝δｙである。
【００１３】
一方、被検査体２が速度Ｖで移動している状況で被検査体２を撮像する場合、δx×δyの撮像範囲がＹ方向にＶ・δtだけブレて、図２における実線および破線の領域を重畳して露光していることになる。ここで、δtは、ラインセンサカメラ１の露光時間である。
【００１４】
ここで、図３および図４を参照して、製造ライン上を搬送する鋼板を被検査体２の例として、ラインセンサカメラ１の１画素に対応する被検査体上２の撮像範囲がどのように検出しているかについて検討する。図３は、鋼鈑の製造ラインにおけるライン速度の例を示す図である。そして、図４は、ライン速度Ｖによって場合分けした、ラインセンサカメラ１の撮像範囲がどのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示す図である。図４に示されるグラフは、被検査体２の表面のＹ方向（搬送方向）の相対位置を横軸とし、各相対位置についての露光時間を縦軸に表したグラフである。
【００１５】
図３に示されるように、製造ラインのライン速度Ｖは、定常時のライン速度増減（図中のハッチング部分：Ｖ２からＶ３まで）以外に、ルーパに溜まった被検査体２を払い出すための一時的な最高速度Ｖｍａｘ、被検査体２の継ぎ目をシャーカットするための低速度Ｖ１、および、被検査体２を目視検査するための完全停止速度（Ｖ＝０）がある。
【００１６】
まず、ライン速度Ｖが比較的低く、Ｖ・δｔ≦δｙ／cosθを満たす場合を考える。図４（ａ）は、この場合のラインセンサカメラ１の撮像範囲が、どのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示している。図４（ａ）に示すように、Ｙ方向におけるＶ・δｔからδｙ／cosθまでの領域はδｔ秒間の露光時間であるが、その前後の領域では、δｔ秒間の露光とならずに部分的な露光となっていることが解る。
【００１７】
一方、図４（ｂ）は、ライン速度Ｖが比較的高く、Ｖ・δｔ＞δｙ／cosθとなる場合のラインセンサカメラ１の撮像範囲が、どのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示している。図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向におけるδｙ／cosθからＶ・δｔまでの領域は一定の露光時間であるが、δｔ秒よりも少ない露光時間（δｙ／（cosθ・Ｖ））となることが解る。
【００１８】
以上まとめると、図４（ａ）、（ｂ）に示されるいずれの場合も、ラインセンサカメラ１の撮像範囲がＹ方向についてはδy／cosθ＋Ｖ・δtまでの範囲を露光しており、この範囲は、ライン速度ＶがＶｍｉｎからＶｍａｘまで可変する場合、δy／cosθ＋Ｖｍｉｎ・δtからδy／cosθ＋Ｖｍａｘ・δtまで変化することが解る。
【００１９】
上記の検討から、被検査体２の長手方向（Ｙ方向）の画像取り込み間隔が一定となるように表面検査を行おうとした場合、被検査体２の速度が最大であるＶｍａｘとなる場合を考慮すると、Ｙ方向の画像取り込み間隔Δが
Δ≧Ｖｍａｘ・δｔ （１）
を満たすように設定することが必要である。そして、できるだけ微小サイズの疵を検査しようとした場合、ラインセンサカメラ１の光学倍率など調節してδxおよびδyを小さくするように設計するので、Ｖ・δt＞δy／cosθとなる条件が満たされることが多い。すなわち、ラインセンサカメラ１の１画素は、図４（ｂ）で例示したような撮像範囲を露光することになる。
【００２０】
上記（１）の条件を満たす状況において、被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像を行った場合、ラインセンサカメラ１の露光時間の状況を表したものが図５である。とくに、図５（ａ）は、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合について、図５（ｂ）は、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合について、それぞれ被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで、ラインセンサカメラ１が次の撮像をしたときの露光の状況を表している。
【００２１】
図５（ｂ）から読み取れるように、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合、最初の撮像と２回目の撮像の境目（横軸でΔ〜δy／cosθ＋Ｖｍａｘ・δt）付近の領域では、他の領域に比べ露光時間が短く、この位置に微小疵が存在した場合、ラインセンサカメラ１が疵を検出し難くなる。
【００２２】
一方、図５（ａ）から読み取れるように、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合、被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像をした場合、被検査体２の移動による画像のブレはない（あるいは無視可能である）が、ラインセンサカメラ１は、δy／cosθからΔまでの範囲を露光しないことになる。つまり、この範囲に微小疵が存在する場合に検出できないことがわかる。
【００２３】
従って、上記（１）式の条件を満たしていた場合、露光時間を一定に維持しながら、微小疵が存在する領域によらずに検出漏れが発生しない検出方法を実現することは困難であることが解る。そこで、本発明では（１）式の条件を緩和することを考えることにする。
【００２４】
そのために、本発明では、被検査体２がΔだけ移動するタイミングで撮像するのではなく、一定の露光時間間隔で連続的に撮像している中で、Δだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出し、当該撮像信号を各画素の撮像信号として利用する方法を採用する。なお当該方法は、Ｖｍａｘ・δｔ＞Δとなる状況において撮像信号が更新される前に被検査体２がΔだけ移動してしまう。その結果、同じ撮像信号を複数の画素で重複して利用してしまうことになる。しかしながら、当該方法に従うシステムは矛盾せずに動作するので問題とならない。
【００２５】
図６は、上記方法に従い、被検査体２がΔだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合のラインセンサカメラ１の露光時間の状況を表した図である。とくに、図６（ａ）は、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合について、図６（ｂ）は、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合について、それぞれΔだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合の露光の状況を表している。
【００２６】
このとき、図６（ｂ）に示されるように、最初の撮像領域と２回目の撮像領域の重複領域（図中のＶ・δｔ〜δy／cosθ＋Ｖ・δt）は、最初の撮像と２回目の撮像の露光時間を合わせると、重複領域ではない領域の露光時間（δｙ／（cosθ・Ｖ））となる。つまり、全範囲に亘り各点の露光時間が一定になる。なお、条件によって、微小疵が１回の周期内で完全に撮像されたり、１回目と２回目の撮像に分離して撮像されたりする場合が起こるが、微小疵の情報を量子化した画素の信号として処理するのでやむを得ない。また、図６（ａ）に示されるように、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合についても、各点の露光時間が一定（δｔ）となる。
【００２７】
更に、被検査体２の移動速度が最も低い速度（これをＶｍｉｎとする）の場合にも検出漏れが生じないようにするためには、画像取り込み間隔Δが
Δ≦δy／cosθ＋Ｖｍｉｎ・δt （２）
を満たしている必要がある。
【００２８】
ここで、（２）式を緩和するためには被検査体２の移動速度の最小値Ｖｍｉｎを制限することも考えられる。しかしながら、被検査体２の移動速度は他の要因から決定され、一般に変更することができないことが多い。そこで、検査対象とする移動速度の最小値Ｖ’ｍｉｎを決めて、その範囲内（Ｖ’ｍｉｎからＶｍａｘまで）のみで検査をするようにしてもよい。これは例えば、最小値Ｖ’ｍｉｎをシャーカット速度（図３中ではＶ１）として、停止しているなどシャーカット速度以下での検出を除いたり、最小値Ｖ’ｍｉｎを定常時ライン速度範囲の下限値（図３中ではＶ２）とし、シャーカット速度での検出も除いたりするようなことである。通常の疵検査であれば、このような検査範囲を限定することは許されないが、対象の疵を連続して発生する周期疵とすれば、検査対象外とした速度で被検査体２が移動している場合には検出できないとしても、同一コイル内のいずれかの領域で周期疵を検出できればよいという方式も実用性がある。
【００２９】
以下に、撮像信号から疵を抽出するための閾値について検討する。
【００３０】
なお、対象とする最小の微小疵は、長手方向に一画素分の撮像範囲に相当する大きさである。このような大きさの疵の場合、図６（ｂ）に示すように、
Ｖ・δt＞δy／cosθ （３）
の場合、一画素に対する露光時間は、δy／(cosθ・Ｖ）となり、
Ｖ・δt≦δy／cosθ （４）
の場合の露光時間δtに対してδy／(cosθ・Ｖ・δt）倍だけ小さくなる。ここで、δy、cosθ、δtはいずれも定数であるから、被検査体２の移動速度Ｖを測定して、（３）式を満たす場合には、（４）式を満たす場合の閾値をδy／(cosθ・Ｖ・δt)倍して新たな閾値として採用する。これにより、長手方向の１画素程度の疵に対しては、検出能を一定に保つことが可能である。ただし、被検査体２の移動速度が大きくなり、一画素に対する露光時間が短くなっても、十分検出能が確保できる場合には、このような対策は不要であることは言うまでもない。
【００３１】
なお、疵検出の閾値を変えると、状況によって疵以外の正常部分のいわゆる地肌ノイズを過検出することが懸念される。しかしながら、地肌ノイズ自体も大きさが一画素程度の変動であるので、移動速度が大きい場合には、同様に信号レベルも低下していることにより過検出の問題はない。また、長手方向に複数画素連続し、長手方向のサイズがＶ・δt程度以上の通常の疵については、小さい露光時間でも長手方向複数画素の積算で効いてくるので、信号レベルの低下は発生しない。
【００３２】
本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、以下に本発明の詳細を実施形態によって説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図７は、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態にかかる表面検査装置４は、受光素子を直線上に配列した一次元撮像素子を有するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１の出力（撮像信号）をデジタル化するＡ／Ｄ変換部５と、デジタル化された撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、撮像信号を読み出して被検査体２の表面の疵候補点を検出する疵検出部７と、カメラおよび画像取り込みを制御する制御部８と、被検査体２を搬送するロールに取り付けられたロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。
【００３４】
なお、疵検出部７は、画像処理ユニット７ａと二値化ユニット７ｂとを内部に備え、制御部８は、カメラ制御ユニット８ａと画像取り込み制御ユニット８ｂとを内部に備える。画像処理ユニット７ａは、撮像信号用バッファ６から撮像信号を読み出して所定の画像処理を行うユニットであり、二値化ユニット７ｂは、後述する閾値により疵候補点を抽出するユニットである。カメラ制御ユニット８ａは、ラインセンサカメラ１、Ａ／Ｄ変換部５、および撮像信号用バッファ６を制御し、画像取り込み制御ユニット８ｂは、ロータリエンコーダ９の出力に基づいて画像処理ユニット７ａを制御するものである。
【００３５】
ラインセンサカメラ１は、先に説明した図１に示されるように、光源３から射出された光線が入射角θで被検査体２を照射し、被検査体２の表面で反射した光線をラインセンサカメラ１が受光角θで受光するように配置されている。つまり、被検査体２がラインセンサカメラ１のライン方向と垂直方向（Ｙ方向）に速度Ｖで移動することにより、ラインセンサカメラ１は被検査体２の表面を走査する配置である。
【００３６】
なお、本実施形態にかかるラインセンサカメラ１は、クロック周波数４０ＭＨｚ、画素数２０４８画素、かつ一画素の縦横比が１のものを用いている。また、入射角θ（受光角θ）を１０°となるように配置し、ラインセンサカメラ１の光学系は、Ｘ方向の視野範囲δｘが０．１ｍｍとなるように構成してある。従って、Ｙ方向の視野範囲δｙは、
δｙ=δｙ／cos１０°≒０．１０１５ｍｍ
である。
【００３７】
また、被検査体２の最大速度Ｖｍａｘは１０ｍ／ｓであり、
Ｖｍａｘ・δｔ≒１０×２０４８／(４０×１０６）＝０．５１２ｍｍ
である。また、シャーカット時の移動速度Ｖ１は、１ｍ／ｓであるので、
Ｖ１・δｔ≒１×２０４８／(４０×１０６）＝０．０５１２ｍｍ
である。従って、前述した従来技術のように、最高速度に合わせて画像取り込み間隔Δを設定すると、０．５１２ｍｍ以上にせざるを得ないため、Ｙ方向の視野範囲δｙ≒０．１０１５ｍｍまで小さくしていることが効果を発揮しない。
【００３８】
そこで、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置では、Δ＝０．１ｍｍに設定する。その結果、シャーカット時の移動速度Ｖ１においては、Ｙ方向の視野範囲δｙに鋼板の移動によるブレＶ１・δｔを加えても、
δｔ＋Ｖ１・δｔ≒０．１５２７
程度の高分解能での検査が可能になる。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換部５は、ラインセンサカメラ１の出力（撮像信号）をデジタル化するものである。Ａ／Ｄ変換部５によってデジタル化された撮像信号は、後段の撮像信号用バッファ６に入力される。
【００４０】
撮像信号用バッファ６は、デュアルポートメモリを用いており、一方のポートＡで撮像信号をそれぞれ対応するアドレスに記憶し、他方のポートＢから撮像信号を画像処理ユニット７ａへ送出する構成としている。また、撮像信号用バッファ６は、データ書き込み中の読み出しを避けるために、ダブルバッファとしており、内部のタイミングはバッファ内のメモリ制御ユニット６ａが制御している。
【００４１】
メモリ制御ユニット６ａは、カメラ制御ユニット８ａからのタイミングに従い、撮像信号を第１および第２の入力用バッファ６ｂ，６ｃに交互に書き込み、書き込んだ信号を内部バスにて高速に第１および第２の転送用バッファ６ｄ，６ｅへ転送する。一方、メモリ制御ユニット６ａは、画像処理ユニット７ａからのリクエスト信号に従い、書き込みと読み出しとが競合しないタイミングを選んで、転送用バッファのデータを疵検出部７の画像処理ユニット７ａへ転送する制御を行う。なお、各入力用および転送用バッファの容量は、ラインセンサカメラ１の画素数に合わせてそれぞれ２０４８バイトとする。
【００４２】
画像処理ユニット７ａは、画像取り込み制御ユニット８ｂからの制御信号に基づいてメモリ制御ユニット６ａへリクエスト信号を発信する。先述のように、画像取り込み制御ユニット８ｂは検査体を搬送するロールに取り付けられたロータリエンコーダ９の出力により被検査体２の移動距離を把握し、被検査体２が設定値Δだけ移動したタイミングで画像処理ユニット７ａを制御する。つまり、画像処理ユニット７ａからメモリ制御ユニット６ａへのリクエスト信号は、被検査体２が設定値Δだけ移動したタイミングで発信され、すなわち、このタイミングで、撮像信号用バッファ６に保存されている最新の撮像信号が読み出される構成となっている。
【００４３】
また、画像処理ユニット７ａ、二値化ユニット７ｂ、特徴量算出部１０は、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどにより構成され、撮像信号を一周期（一ライン）毎に処理を行う。具体的には、画像処理ユニット７ａが、画像のフィルタリングなどの前処理により正規化を行い、二値化ユニット７ｂが、閾値と各画素の輝度を比較し、閾値を越える画素を疵候補と判定する。そして、特徴量算出部１０は、各ラインの信号を並べて二次元的な信号を作成するとともに、検出した疵のラベリング処理および特徴量の算出処理を行う。
【００４４】
被検査体上２の疵の特徴量は、大きく分けて、形状の特徴量と濃度の特徴量がある。形状の特徴量には、例えば、図８に示すように、長さ、幅、および面積（検出された画素の数）などの一次特徴量と、一次特徴量の演算で計算されるアスペクト比（長さと幅の比）、平均幅（面積と長さの比）などの二次特徴量がある。また、濃度の特徴量には、同様に、最大濃度値、最小濃度値、濃度積算値（各画素の濃度を積算した積分値）、および正極性面積比（全面積のうち正極のものの比率）などの一次特徴量と、平均濃度（濃度積算値と面積の比）などの二次特徴量があり、検出したい疵に対応して、種々考案されている。
【００４５】
これらの特徴量を用いて周期疵判定部１１が周期疵を判定する方法について、図９のフローチャートに基づいて説明する。なお、周期疵判定部１１は、例えば外部計算機等によって実現される。また、被検査体２のある領域（コイル１本、あるいは、コイル１本を長手方向に分割した領域など）にＮ個の疵候補が存在し、それぞれの疵候補に対し、特徴量算出部１０により特徴量が計算されているものとし、特徴量のリストは、Ｙアドレス順に予め並んでいるようにしておくものとする。
【００４６】
手順としては、まず、初期化を行う（ステップＳ１）。ここで変数ｐは、何周期分の周期疵候補が見つけられたかを表すパラメータであり、初期値を０とする。また、変数ｉは疵候補の番号を表す連番（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）であり、初期値を１とする。
【００４７】
次に、周期疵判定を行う元になる疵候補の番号を表すパラメータNo[ｐ]（ただし、p=0）を初期値ｉに初期化する（ステップＳ２）。今後、No[p]を、ｐ周期目の疵候補の番号を表すパラメータとして使用するが、ここでは、まだ周期疵判定が成立していないので、周期疵判定を行う元になる疵候補は、０周期目と考えている。
【００４８】
次に、周期疵判定の元になる疵候補が最後の疵かどうかを判定する（ステップＳ３）。最後の疵（すなわちｉ＝Ｎ）であれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、それ以降に周期疵判定すべき疵候補は存在しないので、周期疵判定は終了する。最後の疵でなければ（ステップＳ３：Ｎｏ）、周期疵か否かを判定する対象の疵の番号を示す変数ｊを初期化する（ステップＳ４）。初期値は、周期疵判定の元になる疵候補の番号の次の番号である。
【００４９】
そして、No[p]番目の疵候補とｊ番目の疵候補とが周期条件を満たすかどうか判定する（ステップＳ５）。
【００５０】
周期条件を満たすための条件は、（１）Ｘ（幅方向）アドレスが許容ずれ量以内で一致、（２）Ｙ（長手方向）アドレスの差が許容ずれ量以内で周期と一致することである。一致するかどうかを判定する周期は、１周期目の判定では、ロール疵の発生原因として考えられるロールを考慮して予め設定されている周期を用い、２周期目以降の判定では、０周期目と１周期目の疵候補の長手方向の位置から計算した仮の周期を用いる。ここで、Ｘアドレスの許容ずれ量、周期、周期の許容ずれ量は予め設定しておく。また、更に、幅・面積などが類似している、正／負の極性（明欠陥／暗欠陥）が一致している、信号のピーク値・積分値などが類似しているなど、形状あるいは濃度の特徴量の条件を加え、類似の疵候補間のみで周期判定を行い、周期判定精度を向上させることも可能である。
【００５１】
ステップＳ５にて周期条件を満たした場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、見つかった疵候補が１周期目かどうか判断する（ステップＳ６）。１周期目である場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ラベルｉとラベルｊの疵候補のＹアドレスから周期を仮決定する（ステップＳ７）。そして、見つかった周期数を表す変数ｐをインクリメントし、ｐ周期目の疵候補番号N[p]をｊにセットする（ステップＳ８）。一方、１周期目でない場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、仮に周期を決定しないで、見つかった周期数を表す変数ｐをインクリメントし、ｐ周期目の疵候補番号N[p]をｊにセットする（ステップＳ８）。
【００５２】
そして、変数ｐが、疵を何周期分見つければ周期疵と判定するかの設定値「周期疵判定周期数」に達しているか否かを判断する（ステップＳ９）。ｐが周期疵判定周期数に達していなければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、ラベルｊの疵候補が最後の疵候補かどうか判断し（ステップＳ１０）する。最後の疵候補であれば（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、そのときのｉ＝No[0]に対しては周期疵判定成立しないということで、変数ｉをインクリメントして次の疵候補を元に周期疵判定を行う（ステップＳ１３）。
【００５３】
一方、最後の疵候補でなければ（ステップＳ１０：Ｎｏ）、変数ｊをインクリメントして（ステップＳ１１）、更に以降の疵候補点の中で周期条件を満たすものがあるか否かを探す（ステップＳ５）。なお、この時の周期条件では、ステップＳ７で仮決定された周期を用いる。ステップＳ５で周期条件を満たさなかった場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、上述のステップＳ１０に合流する。
【００５４】
また、ステップＳ９で周期疵判定周期数に達していれば（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、それまで候補としていたNo[0]、・・・、No[p]を周期疵として確定する（ステップＳ１２）。このようにして、予め指定された周期疵判定周期数だけ連続して疵候補が並んでいる場合には、それらを周期疵として最終判定する。
【００５５】
そして、一組の周期疵が確定した場合、あるいは、ｉ＝No[0]に対して周期疵判定周期数だけ連続して疵候補が並んでいなかった場合は、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ１３）、次の疵候補を元に周期疵判定を繰り返す（ステップＳ２）。
【００５６】
ここで、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本実施形態で検査を行った結果例について説明する。図１４Ａは、第１実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板について、検出した疵候補位置をプロットしたコイルマップの例である。このように本実施形態の検査では多数疵候補が検出されるが、周期疵判定部１１で判定される実際の周期疵は、図中破線で囲った一連の疵候補のみであり、その他の疵候補は過検出として排除することができる。また、周期疵の周期は、３１６８ｍｍと計算され、直径１０００ｍｍのロールによるものであると特定できる。
【００５７】
図１４Ｂは、上記検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。図１４Ａと図１４Ｂとを比較することにより解るように、検出された周期疵は、ライン速度がシャーカット速度６０ｍ／分（１ｍ／ｓ）の時に検出されている。すべての鋼板は、前後を必ずシャーカットで切断されるので、シャーカット速度で鋼板を検査できる期間が必ず存在する。したがって、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置は、この期間において全長に亘って発生するような周期疵を確実に検出することができる。
【００５８】
以上より、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００５９】
さらに、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に加え、被検査体２の速度に応じて閾値を変更するための機能を追加した実施形態である。したがって、本実施形態の説明では、第１実施形態と共通部分については、同符号を参照することによって、説明を省略する。
【００６１】
図１０は、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。図１０に示されるように、第２実施形態にかかる表面検査装置４は、第１実施形態と共通構成として、ラインセンサカメラ１と、Ａ／Ｄ変換部５と、撮像信号用バッファ６と、疵検出部７と、制御部８と、ロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。しかし、第２実施形態にかかる表面検査装置４は、第１実施形態と異なり、疵検出部７が、画像処理ユニット７ａと、二値化ユニット７ｂと、発振器７ｃと、カウンタ７ｄと、閾値演算ユニット７ｅを備える。
【００６２】
発振器７ｃは、一般的な局所発振器である。カウンタ７ｄは、発振器７ｃからの一定周期パルスのパルス数を計数する。このように、カウンタ７ｄがパルス数を計測することにより、被検査体２がΔだけ移動して、撮像信号の取り込みを行うべき時間間隔を測定する構成としている。なお、厳密には、Ａ／Ｄ変換部５のタイミングと二値化ユニット７ｂのタイミングは時間差があるので、遅延を考慮する必要があるが、被検査体２の速度変化が急激でなければ、Δ×数ライン分移動する間の速度変化は測定に影響しない。
【００６３】
また、図６を参照して先述したように、被検査体２の速度Ｖが
Ｖ・δt＞δy／cosθ （３）
の場合、ラインセンサカメラ１の一画素に対する露光時間は、δy／(cosθ・Ｖ）となり、
Ｖ・δt≦δy／cosθ （４）
の場合の露光時間δtに対してδy／(cosθ・Ｖ・δt）倍だけ小さくなる。
【００６４】
そこで、閾値演算ユニット７ｅは、カウンタ７ｄにより計測されたパルス数から計算された被検査体２の移動速度Ｖに基づいて、（３）式を満たす場合には、基準となる閾値をδy／(cosθ・Ｖ・δt)倍する。ここで、基準となる閾値とは、（４）式を満たす場合に適用される閾値である。
【００６５】
二値化ユニット７ｂは、閾値演算ユニット７ｅによって演算された閾値と各画素の輝度を比較し、閾値を越える画素を疵候補と判定する。そして、以下第１実施形態と同様に、特徴量算出部１０が特徴量の算出処理を行い、その後、周期疵判定部１１が周期疵の判定を行う。
【００６６】
図１５Ａは、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板について、検出した疵候補位置をプロットしたコイルマップの例である。そして、図１５Ｂは、上記検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。図１５Ａに示されるように、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置によれば、ライン速度によらずに周期疵を全長に亘り検出することができることが解る。
【００６７】
一方、図１４Ａに示された第１実施形態に係る表面検査装置による検出の例では、ライン速度が最高速の６００ｍ／分（１０ｍ／秒）の時には、鋼板の移動による画像のブレのために実質的な分解能が下がっているため、疵候補をほとんど検出できていない。この違いは、第２実施形態に係る表面検査装置がライン速度に応じて閾値を変更していることによる。したがって、周期疵が全長に亘って発生している場合は、第１実施形態、第２実施形態のいずれでも差異はないが、途中で発生したりしなくなったり、一部分のみで発生するような周期疵が存在するような場合には、第２実施形態の方が望ましい。
【００６８】
以上より、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００６９】
さらに、被検査体２の移動速度に応じて閾値を演算する閾値演算ユニット７ｅと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から、閾値演算ユニット７ｅにより演算された閾値に基づいて疵候補点を抽出する二値化ユニット７ｂとを備えたので、過検出することなく安定して撮像信号中から疵候補点を検出することができる。
【００７０】
また、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００７１】
（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態に加え、周期疵と通常疵を並行して検出するための機能を追加した実施形態である。したがって、本実施形態の説明では、第２実施形態と共通部分については、同符号を参照することによって、説明を省略する。
【００７２】
図１１は、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、第３実施形態にかかる表面検査装置４は、第２実施形態と共通構成である、ラインセンサカメラ１と、Ａ／Ｄ変換部５と、撮像信号用バッファ６と、疵検出部７と、制御部８と、ロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。これに加え、第３実施形態にかかる表面検査装置４は、さらに、加算平均化ユニット１２ａおよび第２の二値化ユニット１２ｂを内部に備える第２の疵検出部１２と、第２の特徴量算出部１３と、通常疵判定部１４とを備える。
【００７３】
加算平均化ユニット１２ａは、画像処理ユニット７ａにより処理された信号を、複数ライン分加算して、平均化を行うことにより長手方向の画像処理上の分解能を変換するものである。ここで、本発明の第３実施形態では、Ａ／Ｄ変換部５によってデジタル信号に変換された撮像信号を扱っているので、上記加算平均は撮像信号のデジタル値について演算を意味する。また、撮像信号のデジタル値は、検出した被検査体２の輝度に相当する情報であるので、複数ライン分の撮像信号のデジタル値を加算平均することにより、長手方向の画像処理上の分解能を変換することができる。したがって、上記加算平均処理後の長手方向の画像処理上の分解能をＶｍａｘ・δt以上にすることにより、被検査体２の速度によらず、一定の露光時間および長手方向分解能が実現できる。
【００７４】
第２の二値化ユニット１２ｂおよび第２の特徴量算出部１３は、それぞれ二値化ユニット７ｂおよび特徴量算出部１０と同様の機能をもつものであり、加算平均化ユニット１２ａによって変換された撮像信号から、疵候補を抽出して特徴量を算出するためのものである。また、通常疵判定部１４は、例えば上位計算機で実現されるものであり、第２の特徴量算出部１３が算出した特徴量を用いて通常疵の判定を行うものである。
【００７５】
以上より、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離または移動速度を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００７６】
さらに、被検査体２の移動速度に応じて閾値を演算する閾値演算ユニット７ｅと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から、閾値演算ユニット７ｅにより演算された閾値に基づいて疵候補点を抽出する二値化ユニット７ｂとを備えたので、過検出することなく安定して撮像信号中から疵候補点を検出することができる。
【００７７】
また、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００７８】
加えて、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号を加算平均する加算平均化ユニット１２ａと、加算平均化された撮像信号から疵候補点を抽出する第２の二値化ユニット１２ｂとを備えたので、通常疵の検出に全く影響を与えることなく、微小疵および微小周期疵を検出できる。
【００７９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、ラインセンサカメラとしてＣＣＤカメラを用いたが、ＣＣＤに限らず各種の固体撮像装置を用いることができる。さらに、撮像装置の画素サイズや画素数等は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。例えば、図１２は、図１１に示された表面検査装置４において加算平均化ユニット１２ａを除いた構成の変形実施形態を示すブロック図である。さらに、図１３は、周期疵用および通常疵用の特徴量算出部１０を共通構成として、疵総合判定部１５にて周期疵および通常疵の判定を行う構成の変形実施形態を示すブロック図である。これらの変形実施形態は、通常疵の発生数が多いときにはシステムの計算負荷増大に繋がるので、適用に際し注意が必要であるが、システムの簡素化および低廉化に資する構成である。
【符号の説明】
【００８０】
１ ラインセンサカメラ
２ 被検査体
３ 光源
４ 表面検査装置
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 撮像信号用バッファ
６ａ メモリ制御ユニット
６ｂ 第１の入力用バッファ
６ｃ 第２の入力用バッファ
６ｄ 第１の転送用バッファ
６ｅ 第２の転送用バッファ
７ 疵検出部
７ａ 画像処理ユニット
７ｂ 二値化ユニット
７ｃ 発振器
７ｄ カウンタ
７ｅ 閾値演算ユニット
８ 制御部
８ａ カメラ制御ユニット
８ｂ 画像取り込み制御ユニット
９ ロータリエンコーダ
１０ 特徴量算出部
１１ 周期疵判定部
１２ 疵検出部
１２ａ 加算平均化ユニット
１２ｂ 二値化ユニット
１３ 特徴量算出部
１４ 通常疵判定部
１５ 疵総合判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の表面上に存在する疵を検出する表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼板等の走行する帯状の被検査体を光学式に検査する場合、ラインセンサカメラ等の一次元の撮像素子が用いられている。この場合、被検査体の幅方向（Ｘ方向）については撮像素子による一定周期の電子的な走査が行われ、被検査体の移動方向である長手方向（Ｙ方向）については被検査体自体の移動による走査が行われる。そして、撮像素子からの撮像信号を用いることにより、被検査体の表面上に存在する様々な疵を検出する表面検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、被検査体が長手方向（Ｙ方向）分解能の所定回数分の１だけ進む毎に撮像信号を取り込み、同一画素の信号を加算し、加算されたデータを当該所定回数で除して平均値を算出することで、被検査体の表面上に存在する疵の検出漏れが生じないようにする、あるいは、被検査体の移動速度が増減した場合の被検査体画像のブレを一定にする表面検査装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１３４６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の表面検査装置では、被検査体の速度が増減すると、画像のブレにより画像の分解能が変化し、検出能が一定にならないという問題があった。また、表面検査は、ヘゲ疵、穴、異物付着などの大きさが数ｍｍ程度以上の疵（いわゆる通常疵）を検出することが最重要ではあるが、一方で、検出レベルを上げて微小欠陥を多数検出させるようにすると、有害・無害を問わず、多数の疵候補を検出してしまう。その結果、信号処理の時間が追いつかなくなり、通常の検査に影響が出てしまうという問題があった。また、特許文献２記載の被検査体が所定距離進む毎に撮像信号を加算して平均値を算出する表面検査装置では、被検査体が高速で移動する場合に処理速度が間に合わなくなる、あるいは処理速度を高速化するために装置が高価になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、被検査体の移動速度が大幅に変化する場合でも、被検査体上の疵を安定して検出できる表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表面検査装置は、移動する被検査体から反射された光を受光する一次元撮像素子と、前記一次元撮像素子から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶するバッファと、被検査体の移動距離を検出する位置検出器と、位置検出器によって検出された前記被検査体の移動距離が所定間隔に達した時点で、前記バッファに一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御部と、前記バッファから読み出された撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる表面検査装置によれば、被検査体の移動速度が大幅に変化する場合でも、被検査体上の疵を安定して検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ラインセンサカメラと被検査体と光源との配置を示す図である。
【図２】図２は、被検査体におけるラインセンサの撮像範囲を示す図である。
【図３】図３は、鋼鈑の製造ラインにおけるライン速度の例を示す図である。
【図４】図４は、ラインセンサカメラの撮像範囲の露光時間を示す図である。
【図５】図５は、被検査体が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像を行った場合の露光時間を示す図である。
【図６】図６は、被検査体が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合の露光時間を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態で用いる形状特徴量について説明する図である。
【図９】図９は、特徴量を用いて周期疵判定する方法のフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、加算平均化ユニットを除いた構成の変形実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、疵総合判定部にて周期疵および通常疵の判定を行う構成の変形実施形態を示すブロック図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板のコイルマップの例である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板のコイルマップの例である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基本原理）
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の基本原理について説明する。
【００１１】
まず、図１および図２を用いて、本発明の実施形態に用いるラインセンサカメラ１と被検査体２と光源３との配置、および被検査体２におけるラインセンサカメラ１の撮像範囲について説明する。図１に示されるように、ラインセンサカメラ１と被検査体２と光源３とは、光源３から射出された光線が入射角θで被検査体２を照射し、被検査体２の表面で反射した光線をラインセンサカメラ１が受光角θで検出するように配置されている。そして、ラインセンサカメラ１のライン方向と垂直方向に被検査体２が速度Ｖで移動することにより、ラインセンサカメラ１は被検査体２の表面を走査する。以下、説明を容易にするために、被検査体２の表面におけるラインセンサカメラ１のライン方向（被検査体２の幅方向）をＸ方向とし、被検査体２の移動方向（被検査体２の長手方向）をＹ方向とする。
【００１２】
図２は、図１の配置における被検査体上２の撮像範囲について説明する図である。被検査体２が停止している場合のラインセンサカメラ１の１画素に対応する被検査体上２の撮像範囲は、図２の実線の範囲で示すように、Ｘ方向がδｘ，Ｙ方向がδｙ／cosθの矩形である。δｘおよびδｙは、ラインセンサカメラ１の撮像素子サイズ、レンズ焦点距離および撮像距離などから決まる量であり、撮像素子のサイズに光学倍率を掛けたものに相当する。また、一般に、ラインセンサカメラ１の１画素のサイズの縦横比は等しいのでδｘ＝δｙである。
【００１３】
一方、被検査体２が速度Ｖで移動している状況で被検査体２を撮像する場合、δx×δyの撮像範囲がＹ方向にＶ・δtだけブレて、図２における実線および破線の領域を重畳して露光していることになる。ここで、δtは、ラインセンサカメラ１の露光時間である。
【００１４】
ここで、図３および図４を参照して、製造ライン上を搬送する鋼板を被検査体２の例として、ラインセンサカメラ１の１画素に対応する被検査体上２の撮像範囲がどのように検出しているかについて検討する。図３は、鋼鈑の製造ラインにおけるライン速度の例を示す図である。そして、図４は、ライン速度Ｖによって場合分けした、ラインセンサカメラ１の撮像範囲がどのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示す図である。図４に示されるグラフは、被検査体２の表面のＹ方向（搬送方向）の相対位置を横軸とし、各相対位置についての露光時間を縦軸に表したグラフである。
【００１５】
図３に示されるように、製造ラインのライン速度Ｖは、定常時のライン速度増減（図中のハッチング部分：Ｖ２からＶ３まで）以外に、ルーパに溜まった被検査体２を払い出すための一時的な最高速度Ｖｍａｘ、被検査体２の継ぎ目をシャーカットするための低速度Ｖ１、および、被検査体２を目視検査するための完全停止速度（Ｖ＝０）がある。
【００１６】
まず、ライン速度Ｖが比較的低く、Ｖ・δｔ≦δｙ／cosθを満たす場合を考える。図４（ａ）は、この場合のラインセンサカメラ１の撮像範囲が、どのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示している。図４（ａ）に示すように、Ｙ方向におけるＶ・δｔからδｙ／cosθまでの領域はδｔ秒間の露光時間であるが、その前後の領域では、δｔ秒間の露光とならずに部分的な露光となっていることが解る。
【００１７】
一方、図４（ｂ）は、ライン速度Ｖが比較的高く、Ｖ・δｔ＞δｙ／cosθとなる場合のラインセンサカメラ１の撮像範囲が、どのような露光時間で被検査体２の表面を露光しているかを示している。図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向におけるδｙ／cosθからＶ・δｔまでの領域は一定の露光時間であるが、δｔ秒よりも少ない露光時間（δｙ／（cosθ・Ｖ））となることが解る。
【００１８】
以上まとめると、図４（ａ）、（ｂ）に示されるいずれの場合も、ラインセンサカメラ１の撮像範囲がＹ方向についてはδy／cosθ＋Ｖ・δtまでの範囲を露光しており、この範囲は、ライン速度ＶがＶｍｉｎからＶｍａｘまで可変する場合、δy／cosθ＋Ｖｍｉｎ・δtからδy／cosθ＋Ｖｍａｘ・δtまで変化することが解る。
【００１９】
上記の検討から、被検査体２の長手方向（Ｙ方向）の画像取り込み間隔が一定となるように表面検査を行おうとした場合、被検査体２の速度が最大であるＶｍａｘとなる場合を考慮すると、Ｙ方向の画像取り込み間隔Δが
Δ≧Ｖｍａｘ・δｔ （１）
を満たすように設定することが必要である。そして、できるだけ微小サイズの疵を検査しようとした場合、ラインセンサカメラ１の光学倍率など調節してδxおよびδyを小さくするように設計するので、Ｖ・δt＞δy／cosθとなる条件が満たされることが多い。すなわち、ラインセンサカメラ１の１画素は、図４（ｂ）で例示したような撮像範囲を露光することになる。
【００２０】
上記（１）の条件を満たす状況において、被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像を行った場合、ラインセンサカメラ１の露光時間の状況を表したものが図５である。とくに、図５（ａ）は、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合について、図５（ｂ）は、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合について、それぞれ被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで、ラインセンサカメラ１が次の撮像をしたときの露光の状況を表している。
【００２１】
図５（ｂ）から読み取れるように、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合、最初の撮像と２回目の撮像の境目（横軸でΔ〜δy／cosθ＋Ｖｍａｘ・δt）付近の領域では、他の領域に比べ露光時間が短く、この位置に微小疵が存在した場合、ラインセンサカメラ１が疵を検出し難くなる。
【００２２】
一方、図５（ａ）から読み取れるように、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合、被検査体２が画像取り込み間隔Δだけ移動したタイミングで次の撮像をした場合、被検査体２の移動による画像のブレはない（あるいは無視可能である）が、ラインセンサカメラ１は、δy／cosθからΔまでの範囲を露光しないことになる。つまり、この範囲に微小疵が存在する場合に検出できないことがわかる。
【００２３】
従って、上記（１）式の条件を満たしていた場合、露光時間を一定に維持しながら、微小疵が存在する領域によらずに検出漏れが発生しない検出方法を実現することは困難であることが解る。そこで、本発明では（１）式の条件を緩和することを考えることにする。
【００２４】
そのために、本発明では、被検査体２がΔだけ移動するタイミングで撮像するのではなく、一定の露光時間間隔で連続的に撮像している中で、Δだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出し、当該撮像信号を各画素の撮像信号として利用する方法を採用する。なお当該方法は、Ｖｍａｘ・δｔ＞Δとなる状況において撮像信号が更新される前に被検査体２がΔだけ移動してしまう。その結果、同じ撮像信号を複数の画素で重複して利用してしまうことになる。しかしながら、当該方法に従うシステムは矛盾せずに動作するので問題とならない。
【００２５】
図６は、上記方法に従い、被検査体２がΔだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合のラインセンサカメラ１の露光時間の状況を表した図である。とくに、図６（ａ）は、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合について、図６（ｂ）は、被検査体２の速度Ｖが最大速度Ｖｍａｘである場合について、それぞれΔだけ移動したタイミングで撮像信号を抜き出す方法で撮像をした場合の露光の状況を表している。
【００２６】
このとき、図６（ｂ）に示されるように、最初の撮像領域と２回目の撮像領域の重複領域（図中のＶ・δｔ〜δy／cosθ＋Ｖ・δt）は、最初の撮像と２回目の撮像の露光時間を合わせると、重複領域ではない領域の露光時間（δｙ／（cosθ・Ｖ））となる。つまり、全範囲に亘り各点の露光時間が一定になる。なお、条件によって、微小疵が１回の周期内で完全に撮像されたり、１回目と２回目の撮像に分離して撮像されたりする場合が起こるが、微小疵の情報を量子化した画素の信号として処理するのでやむを得ない。また、図６（ａ）に示されるように、被検査体２の速度Ｖが０もしくは略０である場合についても、各点の露光時間が一定（δｔ）となる。
【００２７】
更に、被検査体２の移動速度が最も低い速度（これをＶｍｉｎとする）の場合にも検出漏れが生じないようにするためには、画像取り込み間隔Δが
Δ≦δy／cosθ＋Ｖｍｉｎ・δt （２）
を満たしている必要がある。
【００２８】
ここで、（２）式を緩和するためには被検査体２の移動速度の最小値Ｖｍｉｎを制限することも考えられる。しかしながら、被検査体２の移動速度は他の要因から決定され、一般に変更することができないことが多い。そこで、検査対象とする移動速度の最小値Ｖ’ｍｉｎを決めて、その範囲内（Ｖ’ｍｉｎからＶｍａｘまで）のみで検査をするようにしてもよい。これは例えば、最小値Ｖ’ｍｉｎをシャーカット速度（図３中ではＶ１）として、停止しているなどシャーカット速度以下での検出を除いたり、最小値Ｖ’ｍｉｎを定常時ライン速度範囲の下限値（図３中ではＶ２）とし、シャーカット速度での検出も除いたりするようなことである。通常の疵検査であれば、このような検査範囲を限定することは許されないが、対象の疵を連続して発生する周期疵とすれば、検査対象外とした速度で被検査体２が移動している場合には検出できないとしても、同一コイル内のいずれかの領域で周期疵を検出できればよいという方式も実用性がある。
【００２９】
以下に、撮像信号から疵を抽出するための閾値について検討する。
【００３０】
なお、対象とする最小の微小疵は、長手方向に一画素分の撮像範囲に相当する大きさである。このような大きさの疵の場合、図６（ｂ）に示すように、
Ｖ・δt＞δy／cosθ （３）
の場合、一画素に対する露光時間は、δy／(cosθ・Ｖ）となり、
Ｖ・δt≦δy／cosθ （４）
の場合の露光時間δtに対してδy／(cosθ・Ｖ・δt）倍だけ小さくなる。ここで、δy、cosθ、δtはいずれも定数であるから、被検査体２の移動速度Ｖを測定して、（３）式を満たす場合には、（４）式を満たす場合の閾値をδy／(cosθ・Ｖ・δt)倍して新たな閾値として採用する。これにより、長手方向の１画素程度の疵に対しては、検出能を一定に保つことが可能である。ただし、被検査体２の移動速度が大きくなり、一画素に対する露光時間が短くなっても、十分検出能が確保できる場合には、このような対策は不要であることは言うまでもない。
【００３１】
なお、疵検出の閾値を変えると、状況によって疵以外の正常部分のいわゆる地肌ノイズを過検出することが懸念される。しかしながら、地肌ノイズ自体も大きさが一画素程度の変動であるので、移動速度が大きい場合には、同様に信号レベルも低下していることにより過検出の問題はない。また、長手方向に複数画素連続し、長手方向のサイズがＶ・δt程度以上の通常の疵については、小さい露光時間でも長手方向複数画素の積算で効いてくるので、信号レベルの低下は発生しない。
【００３２】
本発明は、上記のような点に着目してなされたものであり、以下に本発明の詳細を実施形態によって説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図７は、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態にかかる表面検査装置４は、受光素子を直線上に配列した一次元撮像素子を有するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１の出力（撮像信号）をデジタル化するＡ／Ｄ変換部５と、デジタル化された撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、撮像信号を読み出して被検査体２の表面の疵候補点を検出する疵検出部７と、カメラおよび画像取り込みを制御する制御部８と、被検査体２を搬送するロールに取り付けられたロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。
【００３４】
なお、疵検出部７は、画像処理ユニット７ａと二値化ユニット７ｂとを内部に備え、制御部８は、カメラ制御ユニット８ａと画像取り込み制御ユニット８ｂとを内部に備える。画像処理ユニット７ａは、撮像信号用バッファ６から撮像信号を読み出して所定の画像処理を行うユニットであり、二値化ユニット７ｂは、後述する閾値により疵候補点を抽出するユニットである。カメラ制御ユニット８ａは、ラインセンサカメラ１、Ａ／Ｄ変換部５、および撮像信号用バッファ６を制御し、画像取り込み制御ユニット８ｂは、ロータリエンコーダ９の出力に基づいて画像処理ユニット７ａを制御するものである。
【００３５】
ラインセンサカメラ１は、先に説明した図１に示されるように、光源３から射出された光線が入射角θで被検査体２を照射し、被検査体２の表面で反射した光線をラインセンサカメラ１が受光角θで受光するように配置されている。つまり、被検査体２がラインセンサカメラ１のライン方向と垂直方向（Ｙ方向）に速度Ｖで移動することにより、ラインセンサカメラ１は被検査体２の表面を走査する配置である。
【００３６】
なお、本実施形態にかかるラインセンサカメラ１は、クロック周波数４０ＭＨｚ、画素数２０４８画素、かつ一画素の縦横比が１のものを用いている。また、入射角θ（受光角θ）を１０°となるように配置し、ラインセンサカメラ１の光学系は、Ｘ方向の視野範囲δｘが０．１ｍｍとなるように構成してある。従って、Ｙ方向の視野範囲δｙは、
δｙ=δｙ／cos１０°≒０．１０１５ｍｍ
である。
【００３７】
また、被検査体２の最大速度Ｖｍａｘは１０ｍ／ｓであり、
Ｖｍａｘ・δｔ≒１０×２０４８／(４０×１０６）＝０．５１２ｍｍ
である。また、シャーカット時の移動速度Ｖ１は、１ｍ／ｓであるので、
Ｖ１・δｔ≒１×２０４８／(４０×１０６）＝０．０５１２ｍｍ
である。従って、前述した従来技術のように、最高速度に合わせて画像取り込み間隔Δを設定すると、０．５１２ｍｍ以上にせざるを得ないため、Ｙ方向の視野範囲δｙ≒０．１０１５ｍｍまで小さくしていることが効果を発揮しない。
【００３８】
そこで、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置では、Δ＝０．１ｍｍに設定する。その結果、シャーカット時の移動速度Ｖ１においては、Ｙ方向の視野範囲δｙに鋼板の移動によるブレＶ１・δｔを加えても、
δｔ＋Ｖ１・δｔ≒０．１５２７
程度の高分解能での検査が可能になる。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換部５は、ラインセンサカメラ１の出力（撮像信号）をデジタル化するものである。Ａ／Ｄ変換部５によってデジタル化された撮像信号は、後段の撮像信号用バッファ６に入力される。
【００４０】
撮像信号用バッファ６は、デュアルポートメモリを用いており、一方のポートＡで撮像信号をそれぞれ対応するアドレスに記憶し、他方のポートＢから撮像信号を画像処理ユニット７ａへ送出する構成としている。また、撮像信号用バッファ６は、データ書き込み中の読み出しを避けるために、ダブルバッファとしており、内部のタイミングはバッファ内のメモリ制御ユニット６ａが制御している。
【００４１】
メモリ制御ユニット６ａは、カメラ制御ユニット８ａからのタイミングに従い、撮像信号を第１および第２の入力用バッファ６ｂ，６ｃに交互に書き込み、書き込んだ信号を内部バスにて高速に第１および第２の転送用バッファ６ｄ，６ｅへ転送する。一方、メモリ制御ユニット６ａは、画像処理ユニット７ａからのリクエスト信号に従い、書き込みと読み出しとが競合しないタイミングを選んで、転送用バッファのデータを疵検出部７の画像処理ユニット７ａへ転送する制御を行う。なお、各入力用および転送用バッファの容量は、ラインセンサカメラ１の画素数に合わせてそれぞれ２０４８バイトとする。
【００４２】
画像処理ユニット７ａは、画像取り込み制御ユニット８ｂからの制御信号に基づいてメモリ制御ユニット６ａへリクエスト信号を発信する。先述のように、画像取り込み制御ユニット８ｂは検査体を搬送するロールに取り付けられたロータリエンコーダ９の出力により被検査体２の移動距離を把握し、被検査体２が設定値Δだけ移動したタイミングで画像処理ユニット７ａを制御する。つまり、画像処理ユニット７ａからメモリ制御ユニット６ａへのリクエスト信号は、被検査体２が設定値Δだけ移動したタイミングで発信され、すなわち、このタイミングで、撮像信号用バッファ６に保存されている最新の撮像信号が読み出される構成となっている。
【００４３】
また、画像処理ユニット７ａ、二値化ユニット７ｂ、特徴量算出部１０は、ＦＰＧＡ、ＤＳＰなどにより構成され、撮像信号を一周期（一ライン）毎に処理を行う。具体的には、画像処理ユニット７ａが、画像のフィルタリングなどの前処理により正規化を行い、二値化ユニット７ｂが、閾値と各画素の輝度を比較し、閾値を越える画素を疵候補と判定する。そして、特徴量算出部１０は、各ラインの信号を並べて二次元的な信号を作成するとともに、検出した疵のラベリング処理および特徴量の算出処理を行う。
【００４４】
被検査体上２の疵の特徴量は、大きく分けて、形状の特徴量と濃度の特徴量がある。形状の特徴量には、例えば、図８に示すように、長さ、幅、および面積（検出された画素の数）などの一次特徴量と、一次特徴量の演算で計算されるアスペクト比（長さと幅の比）、平均幅（面積と長さの比）などの二次特徴量がある。また、濃度の特徴量には、同様に、最大濃度値、最小濃度値、濃度積算値（各画素の濃度を積算した積分値）、および正極性面積比（全面積のうち正極のものの比率）などの一次特徴量と、平均濃度（濃度積算値と面積の比）などの二次特徴量があり、検出したい疵に対応して、種々考案されている。
【００４５】
これらの特徴量を用いて周期疵判定部１１が周期疵を判定する方法について、図９のフローチャートに基づいて説明する。なお、周期疵判定部１１は、例えば外部計算機等によって実現される。また、被検査体２のある領域（コイル１本、あるいは、コイル１本を長手方向に分割した領域など）にＮ個の疵候補が存在し、それぞれの疵候補に対し、特徴量算出部１０により特徴量が計算されているものとし、特徴量のリストは、Ｙアドレス順に予め並んでいるようにしておくものとする。
【００４６】
手順としては、まず、初期化を行う（ステップＳ１）。ここで変数ｐは、何周期分の周期疵候補が見つけられたかを表すパラメータであり、初期値を０とする。また、変数ｉは疵候補の番号を表す連番（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）であり、初期値を１とする。
【００４７】
次に、周期疵判定を行う元になる疵候補の番号を表すパラメータNo[ｐ]（ただし、p=0）を初期値ｉに初期化する（ステップＳ２）。今後、No[p]を、ｐ周期目の疵候補の番号を表すパラメータとして使用するが、ここでは、まだ周期疵判定が成立していないので、周期疵判定を行う元になる疵候補は、０周期目と考えている。
【００４８】
次に、周期疵判定の元になる疵候補が最後の疵かどうかを判定する（ステップＳ３）。最後の疵（すなわちｉ＝Ｎ）であれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、それ以降に周期疵判定すべき疵候補は存在しないので、周期疵判定は終了する。最後の疵でなければ（ステップＳ３：Ｎｏ）、周期疵か否かを判定する対象の疵の番号を示す変数ｊを初期化する（ステップＳ４）。初期値は、周期疵判定の元になる疵候補の番号の次の番号である。
【００４９】
そして、No[p]番目の疵候補とｊ番目の疵候補とが周期条件を満たすかどうか判定する（ステップＳ５）。
【００５０】
周期条件を満たすための条件は、（１）Ｘ（幅方向）アドレスが許容ずれ量以内で一致、（２）Ｙ（長手方向）アドレスの差が許容ずれ量以内で周期と一致することである。一致するかどうかを判定する周期は、１周期目の判定では、ロール疵の発生原因として考えられるロールを考慮して予め設定されている周期を用い、２周期目以降の判定では、０周期目と１周期目の疵候補の長手方向の位置から計算した仮の周期を用いる。ここで、Ｘアドレスの許容ずれ量、周期、周期の許容ずれ量は予め設定しておく。また、更に、幅・面積などが類似している、正／負の極性（明欠陥／暗欠陥）が一致している、信号のピーク値・積分値などが類似しているなど、形状あるいは濃度の特徴量の条件を加え、類似の疵候補間のみで周期判定を行い、周期判定精度を向上させることも可能である。
【００５１】
ステップＳ５にて周期条件を満たした場合には（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、見つかった疵候補が１周期目かどうか判断する（ステップＳ６）。１周期目である場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ラベルｉとラベルｊの疵候補のＹアドレスから周期を仮決定する（ステップＳ７）。そして、見つかった周期数を表す変数ｐをインクリメントし、ｐ周期目の疵候補番号N[p]をｊにセットする（ステップＳ８）。一方、１周期目でない場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、仮に周期を決定しないで、見つかった周期数を表す変数ｐをインクリメントし、ｐ周期目の疵候補番号N[p]をｊにセットする（ステップＳ８）。
【００５２】
そして、変数ｐが、疵を何周期分見つければ周期疵と判定するかの設定値「周期疵判定周期数」に達しているか否かを判断する（ステップＳ９）。ｐが周期疵判定周期数に達していなければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、ラベルｊの疵候補が最後の疵候補かどうか判断し（ステップＳ１０）する。最後の疵候補であれば（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、そのときのｉ＝No[0]に対しては周期疵判定成立しないということで、変数ｉをインクリメントして次の疵候補を元に周期疵判定を行う（ステップＳ１３）。
【００５３】
一方、最後の疵候補でなければ（ステップＳ１０：Ｎｏ）、変数ｊをインクリメントして（ステップＳ１１）、更に以降の疵候補点の中で周期条件を満たすものがあるか否かを探す（ステップＳ５）。なお、この時の周期条件では、ステップＳ７で仮決定された周期を用いる。ステップＳ５で周期条件を満たさなかった場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、上述のステップＳ１０に合流する。
【００５４】
また、ステップＳ９で周期疵判定周期数に達していれば（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、それまで候補としていたNo[0]、・・・、No[p]を周期疵として確定する（ステップＳ１２）。このようにして、予め指定された周期疵判定周期数だけ連続して疵候補が並んでいる場合には、それらを周期疵として最終判定する。
【００５５】
そして、一組の周期疵が確定した場合、あるいは、ｉ＝No[0]に対して周期疵判定周期数だけ連続して疵候補が並んでいなかった場合は、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ１３）、次の疵候補を元に周期疵判定を繰り返す（ステップＳ２）。
【００５６】
ここで、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、本実施形態で検査を行った結果例について説明する。図１４Ａは、第１実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板について、検出した疵候補位置をプロットしたコイルマップの例である。このように本実施形態の検査では多数疵候補が検出されるが、周期疵判定部１１で判定される実際の周期疵は、図中破線で囲った一連の疵候補のみであり、その他の疵候補は過検出として排除することができる。また、周期疵の周期は、３１６８ｍｍと計算され、直径１０００ｍｍのロールによるものであると特定できる。
【００５７】
図１４Ｂは、上記検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。図１４Ａと図１４Ｂとを比較することにより解るように、検出された周期疵は、ライン速度がシャーカット速度６０ｍ／分（１ｍ／ｓ）の時に検出されている。すべての鋼板は、前後を必ずシャーカットで切断されるので、シャーカット速度で鋼板を検査できる期間が必ず存在する。したがって、本発明の第１実施形態に係る表面検査装置は、この期間において全長に亘って発生するような周期疵を確実に検出することができる。
【００５８】
以上より、本発明の第１実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００５９】
さらに、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に加え、被検査体２の速度に応じて閾値を変更するための機能を追加した実施形態である。したがって、本実施形態の説明では、第１実施形態と共通部分については、同符号を参照することによって、説明を省略する。
【００６１】
図１０は、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。図１０に示されるように、第２実施形態にかかる表面検査装置４は、第１実施形態と共通構成として、ラインセンサカメラ１と、Ａ／Ｄ変換部５と、撮像信号用バッファ６と、疵検出部７と、制御部８と、ロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。しかし、第２実施形態にかかる表面検査装置４は、第１実施形態と異なり、疵検出部７が、画像処理ユニット７ａと、二値化ユニット７ｂと、発振器７ｃと、カウンタ７ｄと、閾値演算ユニット７ｅを備える。
【００６２】
発振器７ｃは、一般的な局所発振器である。カウンタ７ｄは、発振器７ｃからの一定周期パルスのパルス数を計数する。このように、カウンタ７ｄがパルス数を計測することにより、被検査体２がΔだけ移動して、撮像信号の取り込みを行うべき時間間隔を測定する構成としている。なお、厳密には、Ａ／Ｄ変換部５のタイミングと二値化ユニット７ｂのタイミングは時間差があるので、遅延を考慮する必要があるが、被検査体２の速度変化が急激でなければ、Δ×数ライン分移動する間の速度変化は測定に影響しない。
【００６３】
また、図６を参照して先述したように、被検査体２の速度Ｖが
Ｖ・δt＞δy／cosθ （３）
の場合、ラインセンサカメラ１の一画素に対する露光時間は、δy／(cosθ・Ｖ）となり、
Ｖ・δt≦δy／cosθ （４）
の場合の露光時間δtに対してδy／(cosθ・Ｖ・δt）倍だけ小さくなる。
【００６４】
そこで、閾値演算ユニット７ｅは、カウンタ７ｄにより計測されたパルス数から計算された被検査体２の移動速度Ｖに基づいて、（３）式を満たす場合には、基準となる閾値をδy／(cosθ・Ｖ・δt)倍する。ここで、基準となる閾値とは、（４）式を満たす場合に適用される閾値である。
【００６５】
二値化ユニット７ｂは、閾値演算ユニット７ｅによって演算された閾値と各画素の輝度を比較し、閾値を越える画素を疵候補と判定する。そして、以下第１実施形態と同様に、特徴量算出部１０が特徴量の算出処理を行い、その後、周期疵判定部１１が周期疵の判定を行う。
【００６６】
図１５Ａは、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置により検査を行った鋼板について、検出した疵候補位置をプロットしたコイルマップの例である。そして、図１５Ｂは、上記検査における鋼板の移動速度を示したグラフである。図１５Ａに示されるように、本発明の第２実施形態に係る表面検査装置によれば、ライン速度によらずに周期疵を全長に亘り検出することができることが解る。
【００６７】
一方、図１４Ａに示された第１実施形態に係る表面検査装置による検出の例では、ライン速度が最高速の６００ｍ／分（１０ｍ／秒）の時には、鋼板の移動による画像のブレのために実質的な分解能が下がっているため、疵候補をほとんど検出できていない。この違いは、第２実施形態に係る表面検査装置がライン速度に応じて閾値を変更していることによる。したがって、周期疵が全長に亘って発生している場合は、第１実施形態、第２実施形態のいずれでも差異はないが、途中で発生したりしなくなったり、一部分のみで発生するような周期疵が存在するような場合には、第２実施形態の方が望ましい。
【００６８】
以上より、本発明の第２実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００６９】
さらに、被検査体２の移動速度に応じて閾値を演算する閾値演算ユニット７ｅと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から、閾値演算ユニット７ｅにより演算された閾値に基づいて疵候補点を抽出する二値化ユニット７ｂとを備えたので、過検出することなく安定して撮像信号中から疵候補点を検出することができる。
【００７０】
また、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００７１】
（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態に加え、周期疵と通常疵を並行して検出するための機能を追加した実施形態である。したがって、本実施形態の説明では、第２実施形態と共通部分については、同符号を参照することによって、説明を省略する。
【００７２】
図１１は、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置４の概略構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、第３実施形態にかかる表面検査装置４は、第２実施形態と共通構成である、ラインセンサカメラ１と、Ａ／Ｄ変換部５と、撮像信号用バッファ６と、疵検出部７と、制御部８と、ロータリエンコーダ９と、特徴量算出部１０と、周期疵判定部１１とを備える。これに加え、第３実施形態にかかる表面検査装置４は、さらに、加算平均化ユニット１２ａおよび第２の二値化ユニット１２ｂを内部に備える第２の疵検出部１２と、第２の特徴量算出部１３と、通常疵判定部１４とを備える。
【００７３】
加算平均化ユニット１２ａは、画像処理ユニット７ａにより処理された信号を、複数ライン分加算して、平均化を行うことにより長手方向の画像処理上の分解能を変換するものである。ここで、本発明の第３実施形態では、Ａ／Ｄ変換部５によってデジタル信号に変換された撮像信号を扱っているので、上記加算平均は撮像信号のデジタル値について演算を意味する。また、撮像信号のデジタル値は、検出した被検査体２の輝度に相当する情報であるので、複数ライン分の撮像信号のデジタル値を加算平均することにより、長手方向の画像処理上の分解能を変換することができる。したがって、上記加算平均処理後の長手方向の画像処理上の分解能をＶｍａｘ・δt以上にすることにより、被検査体２の速度によらず、一定の露光時間および長手方向分解能が実現できる。
【００７４】
第２の二値化ユニット１２ｂおよび第２の特徴量算出部１３は、それぞれ二値化ユニット７ｂおよび特徴量算出部１０と同様の機能をもつものであり、加算平均化ユニット１２ａによって変換された撮像信号から、疵候補を抽出して特徴量を算出するためのものである。また、通常疵判定部１４は、例えば上位計算機で実現されるものであり、第２の特徴量算出部１３が算出した特徴量を用いて通常疵の判定を行うものである。
【００７５】
以上より、本発明の第３実施形態にかかる表面検査装置は、移動する被検査体２から反射された光を受光するラインセンサカメラ１と、ラインセンサカメラ１から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶する撮像信号用バッファ６と、被検査体２の移動距離または移動速度を検出するロータリエンコーダ９と、ロータリエンコーダ９によって検出された被検査体２の移動距離が所定間隔Δに達した時点で、撮像信号用バッファ６に一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御ユニット８ｂと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から被検査体２の表面の疵を検出する疵検出部７とを備えるので、被検査体２の速度の大小に拘らず、検出漏れのない安定的な表面検査ができる。
【００７６】
さらに、被検査体２の移動速度に応じて閾値を演算する閾値演算ユニット７ｅと、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号から、閾値演算ユニット７ｅにより演算された閾値に基づいて疵候補点を抽出する二値化ユニット７ｂとを備えたので、過検出することなく安定して撮像信号中から疵候補点を検出することができる。
【００７７】
また、特徴量算出部１０が抽出された疵候補点から位置、形状、または濃度の特徴量を算出し、周期疵判定部１１が、この特徴量を用いて周期疵か否かを判定するようにしたので、過検出することなく疵候補点の中から微小周期疵を安定して検出することができる。
【００７８】
加えて、撮像信号用バッファ６から読み出された撮像信号を加算平均する加算平均化ユニット１２ａと、加算平均化された撮像信号から疵候補点を抽出する第２の二値化ユニット１２ｂとを備えたので、通常疵の検出に全く影響を与えることなく、微小疵および微小周期疵を検出できる。
【００７９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、ラインセンサカメラとしてＣＣＤカメラを用いたが、ＣＣＤに限らず各種の固体撮像装置を用いることができる。さらに、撮像装置の画素サイズや画素数等は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。例えば、図１２は、図１１に示された表面検査装置４において加算平均化ユニット１２ａを除いた構成の変形実施形態を示すブロック図である。さらに、図１３は、周期疵用および通常疵用の特徴量算出部１０を共通構成として、疵総合判定部１５にて周期疵および通常疵の判定を行う構成の変形実施形態を示すブロック図である。これらの変形実施形態は、通常疵の発生数が多いときにはシステムの計算負荷増大に繋がるので、適用に際し注意が必要であるが、システムの簡素化および低廉化に資する構成である。
【符号の説明】
【００８０】
１ ラインセンサカメラ
２ 被検査体
３ 光源
４ 表面検査装置
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 撮像信号用バッファ
６ａ メモリ制御ユニット
６ｂ 第１の入力用バッファ
６ｃ 第２の入力用バッファ
６ｄ 第１の転送用バッファ
６ｅ 第２の転送用バッファ
７ 疵検出部
７ａ 画像処理ユニット
７ｂ 二値化ユニット
７ｃ 発振器
７ｄ カウンタ
７ｅ 閾値演算ユニット
８ 制御部
８ａ カメラ制御ユニット
８ｂ 画像取り込み制御ユニット
９ ロータリエンコーダ
１０ 特徴量算出部
１１ 周期疵判定部
１２ 疵検出部
１２ａ 加算平均化ユニット
１２ｂ 二値化ユニット
１３ 特徴量算出部
１４ 通常疵判定部
１５ 疵総合判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する被検査体から反射された光を受光する一次元撮像素子と、
前記一次元撮像素子から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶するバッファと、
前記被検査体の移動距離を検出する位置検出器と、
前記位置検出器によって検出された前記被検査体の移動距離が所定間隔に達した時点で、前記バッファに一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御部と、
前記バッファから読み出された撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記所定間隔は、前記一定周期の間に前記被検査体が移動する距離よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記バッファへの撮像信号の書き込みを制御するカメラ制御部を更に備え、
前記カメラ制御部と前記画像取り込み制御部とは、それぞれ独立したタイミングで制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記バッファは、デュアルポートメモリであり、一方のポートから前記一定周期で撮像信号が書き込まれ、他方のポートから前記画像取り込み制御部に従うタイミングで撮像信号が読み出されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記疵検出部は、疵候補点を抽出するための閾値を前記被検査体の移動速度に応じて演算する閾値演算手段と、
前記バッファから読み出された撮像信号から得られる被検査体の輝度と、前記閾値演算手段により演算された閾値とを比較して疵候補点を抽出する二値化手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する第２の疵検出部を更に備え、
前記第２の疵検出部が疵候補点を抽出するための閾値は、前記被検査体の移動速度によらず一定であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記第２の疵検出部は、前記バッファから読み出された撮像信号の輝度情報を加算平均化する加算平均化手段を有し、
前記加算平均化された撮像信号から疵候補点を抽出することを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部が算出した疵特徴量を用いて疵候補点が周期疵か否かを判定する周期疵判定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する第２の特徴量算出部と、
前記第２の特徴量算出部が算出した疵特徴量を用いて疵の有無を判定する通常疵判定部を更に備えることを特徴とする請求項1〜８の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量および前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部により算出された疵特徴量を用いて、前記疵検出部により抽出された疵候補点が周期疵か否か、および前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点が疵か否かを判定する疵総合判定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜７の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項１】
移動する被検査体から反射された光を受光する一次元撮像素子と、
前記一次元撮像素子から一定周期で出力される撮像信号を一時記憶するバッファと、
前記被検査体の移動距離を検出する位置検出器と、
前記位置検出器によって検出された前記被検査体の移動距離が所定間隔に達した時点で、前記バッファに一時記憶されている最新の撮像信号を読み出す制御を行う画像取り込み制御部と、
前記バッファから読み出された撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する疵検出部と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記所定間隔は、前記一定周期の間に前記被検査体が移動する距離よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記バッファへの撮像信号の書き込みを制御するカメラ制御部を更に備え、
前記カメラ制御部と前記画像取り込み制御部とは、それぞれ独立したタイミングで制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記バッファは、デュアルポートメモリであり、一方のポートから前記一定周期で撮像信号が書き込まれ、他方のポートから前記画像取り込み制御部に従うタイミングで撮像信号が読み出されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記疵検出部は、疵候補点を抽出するための閾値を前記被検査体の移動速度に応じて演算する閾値演算手段と、
前記バッファから読み出された撮像信号から得られる被検査体の輝度と、前記閾値演算手段により演算された閾値とを比較して疵候補点を抽出する二値化手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記撮像信号から前記被検査体の表面の疵候補点を検出する第２の疵検出部を更に備え、
前記第２の疵検出部が疵候補点を抽出するための閾値は、前記被検査体の移動速度によらず一定であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記第２の疵検出部は、前記バッファから読み出された撮像信号の輝度情報を加算平均化する加算平均化手段を有し、
前記加算平均化された撮像信号から疵候補点を抽出することを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部が算出した疵特徴量を用いて疵候補点が周期疵か否かを判定する周期疵判定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する第２の特徴量算出部と、
前記第２の特徴量算出部が算出した疵特徴量を用いて疵の有無を判定する通常疵判定部を更に備えることを特徴とする請求項1〜８の何れかに記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量および前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点の疵特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部により算出された疵特徴量を用いて、前記疵検出部により抽出された疵候補点が周期疵か否か、および前記第２の疵検出部により抽出された疵候補点が疵か否かを判定する疵総合判定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜７の何れかに記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１２７９４１（Ｐ２０１２−１２７９４１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１２９７（Ｐ２０１１−２４１２９７）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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