本发明涉及一种钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法。
背景技术：
作为出现于经过冷轧(coldrolling)步骤、退火(annealing)步骤所生产的钢板的表面上的外观异常，有擦伤(galling)、结疤(scab)、污垢、油污、退火条纹(annealingstreak)等。擦伤、结疤、污垢是指有害的外观异常，换句话说是指表面缺陷，含有这些表面缺陷的钢板成为质量不良品。另一方面，油污、退火条纹是指无害的外观异常，含有这些外观异常的钢板不成为质量不良品。因此，在钢板的制造现场中，被要求高精度地区别这些外观异常。
一直以来，作为钢板的表面检查装置，已有提出一种如下装置，其对钢板的表面进行照明，且对拍摄其反射光所得的图像数据进行分析，由此检查表面缺陷的有无。例如在专利文献1、2中已公开了这种技术。
在专利文献1中已公开一种将熔融镀锌钢板的表面缺陷判别为浮渣和其他缺陷的浮渣(dross)缺陷检查装置。在该装置中，以相对于钢板的法线为50°至80°的角度对熔融镀锌钢板的表面照射光，且使用一台漫反射照相机(diffusereflectioncamera)以相对于所述法线为0°至40°的角度方向拍摄漫反射光来获得图像信号。然后，所述浮渣缺陷检查装置将所获得的图像信号当中的图像亮度比规定的阈值低且面积在规定范围内的部位判定为浮渣，且将图像亮度比规定的阈值低且面积在规定范围外的部位判定为浮渣以外的表面缺陷。
专利文献2所公开的质量管理装置，是将一台正反射照相机(specularreflectioncamera)和一台漫反射照相机组合在一起来使用。根据该质量管理装置，首先对熔融镀锌钢板的表面照射光，且根据拍摄该光的正反射光所得的图像信号来进行抽出瑕疵候补的图像信号的处理、以及也根据拍摄该光的漫反射光所得的图像信号进行抽出瑕疵候补的图像信号的处理。瑕疵候补的图像信号的抽出，是使用被设定于某质量水平的阈值而分别对正反射光、漫反射光进行的。其次，参照按照“线状瑕疵”、“未镀(unplated)”等瑕疵的每一种类而事先设定的基准信息，从上述瑕疵候补的图像信号中挑选出真正的瑕疵图像信号，且按照瑕疵的种类取得真正的瑕疵图像信号的分布状态的信息。然后，根据所获得的信息按照瑕疵的种类计算缺陷长度，且基于算出的缺陷长度在钢板总长中的存在率等，进行是否满足质量水平的合格与否判定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5594071号公报
专利文献2：日本特开2004-151006号公报
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
如专利文献1、2所公开的装置，虽然在检查对象的材料为镀覆钢板的情况下，出现于钢板的表面上的外观异常是未镀、针孔(pinhole)未镀、结疤、浮渣、污垢等，但是在检查对象的材料为并未施加镀覆的钢板的情况下，出现于钢板的表面上的外观异常就成为擦伤、污垢、油污、退火条纹等。其中，表面检查装置被要求区别检测出属于有害的外观异常、即表面缺陷的擦伤、污垢等、和属于无害的外观异常的油污、退火条纹等。另外，擦伤是指因钢板被卷时钢板彼此互相摩擦所产生的瑕疵。
虽然专利文献1所公开的装置仅使用一台漫反射照相机，但是在仅一台漫反射照相机的构成(一个光学系统)中，只要擦伤、结疤、油污、退火条纹的图像没有很好地设定阈值，都会造成亮度较低的暗图像。因此，无法区别属于有害的外观异常的擦伤、结疤等、和属于无害的外观异常的油污、退火条纹等。
专利文献2所公开的装置将一台正反射照相机和一台漫反射照相机组合在一起使用。虽然正反射光具有检测灵敏度较高的特征，但是在将未施加镀覆的钢板作为检查对象的情况时，就会与将镀覆钢板作为检查对象的情况有所不同，且有以下的问题：在钢板表面附着有涂油，因该涂油的不均匀会使质地(日语：地合；formation)中的反射光的亮度产生变动，而无法获得稳定的检查结果。
本发明用以解决上述现有技术中所无法解决的课题，其目的在于提供一种钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法，其将表面并未施加镀覆等表面处理的钢板作为检查对象并将属于有害的外观异常(表面缺陷)的擦伤、结疤等，与属于无害的外观异常的油污、退火条纹等进行区别而检测出。
(二)技术方案
本发明的钢板的表面缺陷检查装置具备：照明部，其对位于钢板的表面上的拍摄对象部位进行照明；第一漫反射光拍摄部，其对朝向与照明光的正反射方向所成的角度成为第一角度的方向的来自所述拍摄对象部位的漫反射光进行拍摄；第二漫反射光拍摄部，其对朝向与照明光的正反射方向所成的角度成为比所述第一角度更大的第二角度的方向的来自所述拍摄对象部位的漫反射光进行拍摄；以及图像信号处理部，其对所述第一漫反射光拍摄部拍摄所得的第一漫反射图像信号、和所述第二漫反射光拍摄部拍摄所得的第二漫反射图像信号进行处理。所述第一漫反射光拍摄部和所述第二漫反射光拍摄部同时对来自所述拍摄对象部位的漫反射光进行拍摄。所述图像信号处理部将以下的部位作为表面缺陷部位来检测，所述部位是指所述第一漫反射光拍摄部拍摄所得的第一漫反射图像信号当中的亮度比规定的第一阈值低的部位，且就该部位而言，所述第二漫反射光拍摄部拍摄所得的第二漫反射图像信号的亮度比规定的第二阈值高。
根据具备该结构的钢板的表面缺陷检查装置，例如设定所述第一漫反射光拍摄部拍摄质地所得的第一漫反射图像信号的值或其附近的值，作为所述规定的第一阈值，设定所述第二漫反射光拍摄部拍摄质地所得的第二漫反射图像信号的值或其附近的值，作为所述规定的第二阈值，由此就能够将表面未施加镀覆等表面处理的钢板作为检查对象并将有害的外观异常(表面缺陷)，与无害的外观异常进行区别而检测出。
在具备所述结构的钢板的表面缺陷检查装置中，优选的是，所述图像信号处理部基于所述第一漫反射光拍摄部拍摄质地所得的第一漫反射图像信号的值而设定所述规定的第一阈值，且基于所述第二漫反射光拍摄部拍摄质地所得的第二漫反射图像信号的值而设定所述规定的第二阈值。
在具备所述结构的钢板的表面缺陷检查装置中，优选的是，所述第一角度的大小在0°至20°的范围内；所述第二角度的大小在10°至45°的范围内。
本发明的钢板的表面缺陷检查方法包括以下的步骤：对位于钢板的表面上的拍摄对象部位进行照明；分别对朝向与照明光的正反射方向所成的角度成为第一角度的方向的来自所述拍摄对象部位的漫反射光、和朝向与照明光的正反射方向所成的角度成为比所述第一角度更大的第二角度的方向的来自所述拍摄对象部位的漫反射光进行摄影；以及对分别拍摄所得的第一漫反射图像信号和第二漫反射图像信号进行处理。朝向所述第一角度的方向及第二角度的方向的来自所述拍摄对象部位的漫反射光的拍摄同时进行；所述处理是将以下的部位作为表面缺陷部位来检测，所述部位是指拍摄所得的第一漫反射图像信号当中的亮度比规定的第一阈值低的部位，且就该部位而言，拍摄所得的第二漫反射图像信号的亮度比规定的第二阈值高。
根据具备该结构的钢板的表面缺陷检查方法，例如设定拍摄质地所得的第一漫反射图像信号的值或其附近的值，作为所述规定的第一阈值，设定拍摄质地所得的第二漫反射图像信号的值或其附近的值，作为所述规定的第二阈值，由此就能够将表面未施加镀覆等表面处理的钢板作为检查对象并将有害的外观异常(表面缺陷)，与无害的外观异常进行区别而检测出。
在具备所述结构的钢板的表面缺陷检查方法中，优选的是，基于拍摄质地所得的第一漫反射图像信号的值而设定所述规定的第一阈值；基于拍摄质地所得的第二漫反射图像信号的值而设定所述规定的第二阈值。
在具备所述结构的钢板的表面缺陷检查方法中，例如优选的是，所述第一角度的大小在0°至20°的范围内；所述第二角度的大小在10°至45°的范围内。
(三)有益效果
根据本发明，就能够将表面并未施加镀覆等表面处理的钢板作为检查对象并将有害的外观异常(表面缺陷)，与无害的外观异常进行区别而检测出。
附图说明
图1是表示钢板的表面缺陷检查装置的结构例的图。
图2是针对钢板的质地、结疤、擦伤、油污、退火条纹来显示反射角度与反射光的亮度的关系的曲线图。
图3是关于钢板的表面所出现的结疤、油污的各种图像。
图4是关于钢板的表面所出现的擦伤、油污的各种图像。
图5是表示根据拍摄反射光所得的图像信号来检测表面缺陷，且将该表面缺陷的种类进行分类判定的顺序的流程图。
图6是表示用于判别外观异常的种类的条件例的对应表。
图7是正规化处理的说明图。
图8是噪声去除处理的说明图。
图9是缺陷连结处理的说明图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式的钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法。另外，本实施方式的钢板并未在表面施加镀覆等表面处理，而是在表面附着涂油。
图1所示的本发明的实施方式的表面缺陷检查装置1，将出现于钢板2的表面上的外观异常当中的属于有害的外观异常的擦伤、结疤等，与属于无害的外观异常的油污、退火条纹等进行区别而检测出。表面缺陷检查装置1由照明部3、第一漫反射光拍摄部4、第二漫反射光拍摄部5、图像信号处理部6、检查结果输出部7等所构成。通过该表面缺陷检查装置1而进行的钢板2的表面缺陷检查，优选在钢板2不会朝向板厚方向摆动的位置进行。在图1所示的例中，钢板2由夹辊(pinchroll)11、12所夹持，在这些夹辊11、12之间由辊子10所支承的位置被设为钢板2不会朝向板厚方向摆动的检查位置(后述的拍摄对象部位8)。
照明部3对钢板2的表面的拍摄对象部位8进行照明。该照明部3设置于比在拍摄对象部位8中与钢板2的行进方向正交的面9(以下也称为“正交面9”)更靠钢板2的行进方向下游侧，而相对于钢板2的表面的照明的入射角相对于正交面9设定为规定角度α(本实施方式中，α＝20°)。在本实施方式中，作为照明部3的光源，使用沿着板宽方向来对钢板2进行照明的led(light-emittingdiode；发光二极管)式线(line)照明。但是，照明部3的光源并不被限定于此，也能够采用卤素灯(halogenlamp)、金属卤化物灯(metalhalidelamp)、荧光灯等来取代led。
第一漫反射光拍摄部4拍摄从照明部3所照射出的光在钢板2的表面的拍摄对象部位8反射后的漫反射光。第一漫反射光拍摄部4设置于比所述正交面9更靠钢板2的行进方向上游侧，对朝向与照明光的正反射方向(在本实施方式中为与正交面9所成的角度β(＝20°)的方向)所成的角度成为第一角度γ(本实施方式中为γ＝10°)的方向的漫反射光进行拍摄。在本实施方式中，在第一漫反射光拍摄部4中使用ccd(charge-coupleddevice；电荷耦合元件)线传感器照相机(linesensorcamera)。也能够采用ccd区域传感器照相机(areasensorcamera)等来取代ccd线传感器照相机。另外，第一漫反射光拍摄部4的空间分辨率可根据作为检测对象的表面缺陷的种类而适当决定。
第二漫反射光拍摄部5拍摄从照明部3所照射出的光在钢板2的表面的拍摄对象部位8反射后的漫反射光。第二漫反射光拍摄部5设置于比所述正交面9更靠钢板2的行进方向上游侧，对朝向与照明光的正反射方向所成的角度成为第二角度δ(本实施方式中为δ＝25°)的方向的漫反射光进行拍摄。作为第二漫反射光拍摄部5，也能够使用与第一漫反射光拍摄部4同样的照相机。
图像信号处理部6对第一漫反射光拍摄部4拍摄所得的第一漫反射图像信号t1、和第二漫反射光拍摄部5拍摄所得的第二漫反射图像信号t2进行处理，并抽出钢板2的表面缺陷，进而分类判定所抽出的表面缺陷。该图像信号处理部6由各种运算处理装置(例如，编入有用于执行后面所述的分类判定逻辑(logic)所需的程序(program)的个人计算机(personalcomputer)等)所构成。
检查结果输出部7在已通过图像信号处理部6抽出表面缺陷的情况下，将表面缺陷已被检测出的意旨以及已被检测出的表面缺陷的种类，通过显示、印刷等手段通知给本制造步骤、下一个制造步骤或用户。该检查结果输出部7，例如是由监视器(monitor)装置、打印机(printer)装置等所构成。
另外，表面检查装置1的设置场所虽然并未被特别限定，但是优选当作钢板2即将被卷取于张力卷筒(tensionreel)前的步骤来设置。
可是，由于钢板2的表面的反射角度与反射光的亮度的关系根据质地、外观异常的种类而有定性差异，所以优选考虑此而分别设定第一漫反射光拍摄部4的受光角度γ以及第二漫反射光拍摄部5的受光角度δ。图2所示的图表，其横轴表示反射角度(横轴的括号内的角度表示与正反射方向的角度差)，纵轴表示反射光的亮度。曲线g1表示反射面为质地的情况，曲线g2表示反射面为油污或退火条纹(以下仅记为“油污”)的情况，曲线g3表示反射面为结疤、擦伤(以下仅记为“结疤”)的情况。如曲线g1至g3所示，无论是哪一个在正反射角20°下的亮度都成为最高，反射角度越远离正反射角20°则亮度就越衰减。有关该亮度的衰减程度，反射面为质地的情况比反射面为油污、结疤等外观异常的情况格外的大。另外，有关反射光的亮度，反射面为结疤的情况遍及于全反射角度区域地相较于反射面为油污的情况更大。
在本实施方式中，将反射面为质地的情况的反射光的亮度(曲线g1)作为基准，而在如下反射角度位置(在本实施方式中为γ＝10°的位置)设置第一漫反射光拍摄部4，该反射角度位置使反射面为结疤的情况的反射光的亮度(曲线g3)成为比上述基准(或比上述基准值仅低规定值的值)低的亮度，也使反射面为油污的情况的反射光的亮度(曲线g2)成为比上述基准(或比上述基准值仅低规定值的值)低的亮度。另外，在如下反射角度位置(在本实施方式中为δ＝25°的位置)设置第二漫反射光拍摄部5，该反射角度位置使反射面为结疤的情况的反射光的亮度(曲线g3)成为比上述基准高的亮度，且使反射面为结疤的情况的反射光的亮度(曲线g2)成为比上述基准低的亮度。
出现于图3所示的各图像的白色点线内的黑色或白色的外观异常与出现于钢板2的表面上的结疤和油污相关。同图中，“结疤(γ＝10°)”及“油污(γ＝10°)”是基于在第一漫反射光拍摄部4中所拍摄到的第一漫反射图像信号而形成的图像。另外同图中，“结疤(δ＝25°)”及“油污(δ＝25°)”是基于在第二漫反射光拍摄部5中所拍摄到的第二漫反射图像信号而形成的图像。
如图3的“结疤(γ＝10°)”、“油污(γ＝10°)”所示，虽然在与正反射方向所成的角度γ为10°的情况下，结疤部分和油污部分比起周围的质地都看起来较黑(暗)，但是如同图的“结疤(δ＝25°)”、“油污(δ＝25°)”所示，在与正反射方向所成的角度δ为25°的情况下，结疤部分比起周围的质地还看起来较白(亮)，相对于此，油污部分比起周围的质地看起来较黑(暗)，这些是能够进行区别的。
另外，出现于图4所示的各图像的白色点线内的黑色或白色的外观异常与出现于钢板2的表面上的擦伤和油污相关。同图中，“擦伤(γ＝10°)”及“油污(γ＝10°)”是基于在第一漫反射光拍摄部4中所拍摄到的第一漫反射图像信号而形成的图像。另外同图中，“擦伤(δ＝25°)”及“油污(δ＝25°)”是基于在第二漫反射光拍摄部5中所拍摄到的第二漫反射图像信号而形成的图像。
如图4的“擦伤(γ＝10°)”、“油污(γ＝10°)”所示，虽然在与正反射方向所成的角度γ为10°的情况下，擦伤部分和油污部分比起周围的质地都看起来较黑(暗)，但是如同图的“擦伤(δ＝25°)”、“油污(δ＝25°)”所示，在与正反射方向所成的角度δ为25°的情况下，擦伤部分比起周围的质地看起来较白(亮)，相对于此，油污部分比起周围的质地看起来较黑(暗)，这些是能够进行区别的。
因此，如图2所示，将反射面为质地的情况的反射光的亮度(曲线g1)作为基准，而在如下反射角度位置设置第一漫反射光拍摄部4，该反射角度位置使反射面为结疤的情况的反射光的亮度(曲线g3)成为比上述基准(或比上述基准值仅低规定值的值)低的亮度，也使反射面为油污的情况的反射光的亮度(曲线g2)成为比上述基准(或比上述基准值仅低规定值的值)低的亮度，进而在如下反射角度位置设置第二漫反射光拍摄部5，该反射角度位置使反射面为结疤的情况的反射光的亮度(曲线g3)成为比上述基准高的亮度，且使反射面为油污的情况的反射光的亮度(曲线g2)成为比上述基准低的亮度，由此只要将上述基准(g1)作为阈值，就能够区别结疤、擦伤等的表面缺陷和油污、退火条纹等无害的外观异常。
以下，一边参照图5一边对根据在各漫反射光拍摄部4、5中拍摄漫反射光所得的图像信号来检测及分类表面缺陷的顺序进行说明。
首先，第一漫反射光拍摄部4、第二漫反射光拍摄部5分别拍摄在钢板2的表面反射后的漫反射光，且进行基于ccd的数字转换处理以分别获得256灰阶的第一漫反射图像信号t1及第二漫反射图像信号t2(s1)。
其次，图像信号处理部6在对第一漫反射图像信号t1、第二漫反射图像信号t2施加正规化处理之后(s2)，分别进行阈值处理(s3)。所述正规化处理是为了以下而进行：根据拍摄部4、5所具备的透镜的像差(aberration)影响、照明条件因钢板2上的拍摄位置的差异而不同等因素，来修正因钢板2上的拍摄位置的差异而产生的图像信号t1、t2的值的变动或偏移。作为所述正规化处理，例如是将在所述s1中所得的图像信号t1、t2的正态分布n(μ、σ2)转换成分别将平均值μ设为0、将分散值σ设为1的标准正态分布n(0、12)，更进一步进行将平均值从0补偿(offset)至128的处理。例如，在上述正规化处理前，图像信号t1、t2的值的波形为以从钢板2的宽度方向两侧端朝向宽度方向中央部慢慢地变高的曲线b1(参照图7)为中心所形成的情况下，则在上述正规化处理后，图像信号t1、t2的值的波形就以平均值为128且没有变动的线段b2(参照图7)为中心所形成。另外，图7的曲线图的纵轴表示0至255的范围的灰阶值，横轴表示钢板2的宽度方向位置。曲线b1、线段b2的两端对应于钢板2的两侧端位置。另外，从曲线b1、线段b2朝向下方突出的突起13表示外观异常的图像信号。
在对第一漫反射图像信号t1的阈值处理中，将亮度比规定的阈值p1低的第一漫反射图像信号t1l抽出作为外观异常。上述阈值p1是基于第一漫反射光拍摄部4拍摄质地所得的第一漫反射图像信号t1的值而设定的。在本实施方式中，将比第一漫反射光拍摄部4的拍摄范围中的各第一漫反射图像信号t1的移动平均值仅低规定值的值设为上述阈值p1。
在对第二漫反射图像信号t2的阈值处理中，针对所述外观异常部位(第一漫反射图像信号t1的亮度比规定的阈值p1低的钢板2上的部位)，将漫反射图像信号t2h的亮度比规定的阈值p2更高的部位判定为表面缺陷部位(结疤或擦伤)，且将漫反射图像信号t2l的亮度比规定的阈值p2更低的部位判定为无害的外观异常(在本实施方式中为油污或退火条纹)。上述阈值p2是基于第二漫反射光拍摄部5拍摄质地所得的第二漫反射图像信号t2的值而设定的。在本实施方式中，将第二漫反射光拍摄部5的拍摄范围中的各第二漫反射图像信号t2的移动平均值设为上述阈值p2。
其次，图像信号处理部6实施用于抽出在第二漫反射图像信号t2的阈值处理中被视为表面缺陷部位的像素的噪声去除处理(s4)，且实施将有关被抽出的表面缺陷部位的像素彼此进行结合的缺陷连结处理(s5)。如图8的左图所示，上述噪声去除处理将在上述阈值处理中作为缺陷像素14、15而被检测出的像素当中的成为能够与其附近区别的孤立点(微小缺陷)的缺陷像素15视为噪声，且将其如图8的右图所示般地变更成正常像素。作为用于将缺陷像素14变更成正常像素的滤波器(filter)(噪声去除处理的手法)，周知的有平均化滤波器、低通滤波器(lowpassfilter)、高斯滤波器(gaussianfilter)、拉普拉斯滤波器(laplacianfilter)等。另外，所述缺陷连结处理，例如，如图9的左图所示，在存在有相互地邻近的多个缺陷14的情况下，则如图9的右图所示，将含有该多个缺陷14的一个区域(图9中以点线所例示的区域为四角区域)当作一个缺陷14来识别。
然后，图像信号处理部6是基于通过缺陷连结处理而被当作一个缺陷14来识别的表面缺陷部位的轮廓，来分析该表面缺陷部位的纵横尺寸比(aspectratio)等特征量。另外，算出存在于由轮廓线所包围的区域的像素当中的通过第二漫反射像素信号t2的阈值处理而被视为表面缺陷部位的像素所占的密度(s6)。
最后，图像信号处理部6对表面缺陷部位套用有关按照图6所示的表面缺陷的每一种类而设定的纵横尺寸比、密度等的阈值条件，并分类判定表面缺陷部位的种类(擦伤、结疤)(s7)。在本实施方式中，进行被抽出的表面缺陷为“擦伤a”、“擦伤b”、“结疤”的哪一种的分类判定。图6中的阈值条件当中的大写字母“a”是指实际上在表面缺陷检查中所得的实值，而小写字母和数字的组合“a1”、“b1”、…是指事先设定的阈值。在该阈值中，采用通过针对各种的表面缺陷进行重复实验等所得的最佳值。另外，图6中的“第一漫反射图像信号”栏的“暗”表示亮度比所述的阈值p1低，“第二漫反射图像信号”栏的“暗”表示亮度比所述的阈值p2低，“第二漫反射图像信号”栏的“明”表示亮度比所述的阈值p2高。
由以上所述可知，根据本发明的实施方式的钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法，则通过使从两个方向的漫反射光所得的漫反射图像信号的亮度信息并用、同步，就能够将属于有害的外观异常(表面缺陷)的擦伤、结疤等，与属于无害的外观异常的油污、退火条纹等进行区别而检测出。
另外，根据本发明的实施方式的钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法，因不利用正反射光，而是仅利用漫反射光，故而不受到钢板表面的涂油不均匀的影响，而能够获得稳定的检查结果。
另外，根据本发明的实施方式的钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法，也能够分类判定被检测出作为表面缺陷的擦伤和结疤。
另外，在已述的实施方式中，有关光学系统的各种角度，虽然已设为α＝20°、γ＝10°、δ＝25°，但是α也能够在10°至25°的范围内进行变更，γ在图2中以成为g1>g3>g2为前提而能够在0°至20°的范围内进行变更，δ在图2中以成为g3>g1>g2以及成为δ>γ为前提而能够在10°至45°的范围内进行变更。本申请的发明人已确认只要α、γ、δ分别在上述的范围内，就能够获得稳定的漫反射信号t1、t2，且能够获得稳定的检查结果。
工业上的可利用性
本发明能够应用于例如冷轧钢板的表面缺陷检查装置及表面缺陷检查方法中。
附图标记说明
1-表面缺陷检查装置；2-钢板；3-照明部；4-第一漫反射光拍摄部；5-第二漫反射光拍摄部；6-图像信号处理部；7-检查结果输出部；8-拍摄对象部位；t1-第一漫反射图像信号；t2-第二漫反射图像信号。