JP2002214144A

JP2002214144A - 疵検査用照明装置

Info

Publication number: JP2002214144A
Application number: JP2001006867A
Authority: JP
Inventors: Shuji Naito; 修治内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高いSN比により鏡面部と粗面部の混在する地
合であっても疵を検出することができる疵検査用照明装
置を提供する。【解決手段】帯状または板状の被検査材１の表面に線
状の照明パターン３を形成する疵検査用照明装置におい
て、光源１０と、多数の光ファイバ２３が整列し、光源
１０からの入射光線を揃えて出射する光ファイバユニッ
ト２１と、前記光ファイバユニット２１の出射側に配置
された拡散フィルタ３０と、前記光ファイバ２３の整列
方向にレンズ母線が平行となるようにして拡散フィルタ
３０の出射側に配置された円柱レンズ４２からなる集光
ユニット４１とを備えいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は疵検査用照明装
置、特に走行中の帯状または板状の被検査材の表面を照
明して疵を光学的に検査する疵検査用照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】帯状または板材の疵検査装置の一つとし
て、光学式疵検査装置がある。光学式疵検査装置は、被
検査材の表面に線状の照明パターンを形成する照明装置
を備えている。例えば、冷延ストリップなどの鋼板を長
手方向に送りながら、照明装置で鋼板表面に線状の照明
パターンを形成する。リニアアレイカメラで撮像した画
像をモニタ画面上で目視により、または画像処理により
疵を検出する。

【０００３】従来、蛍光灯を代表とする照明装置の棒状
光源は、光量、集光性においてきわめて不十分であっ
た。そのため、被検査材との距離が取れないばかりか、
温度変化に弱く、指向性がなく、高速ラインへの適用
や、撮影分解能を上げることはできなかった。このよう
な問題を解決する照明装置として、光ファイバ照明が期
待され、様々な光ファイバ照明装置が開発されている。

【０００４】光ファイバ照明装置は、光源と、多数の光
ファイバ整列するシート状の光ファイバ束と、帯状また
は板状の被検査材の表面に線状の照射パターンを形成す
る集光レンズとからなっている。光ファイバ照明により
上記棒状光源が有する問題は解決されたが、次のような
問題があった。

【０００５】例えば、鋼板表面は図６に示すように鏡面
に近い部分（鏡面部）ａと粗面部ｂとが混在している。
鏡面部ａでは鏡面反射Ｒaし、照明光は粗面部ｂでは乱
反射Ｒbする。図７(a) は鏡面部ａからの反射光の強度
分布を、(b) は粗面部ｂからの反射光の強度分布をそれ
ぞれ示している。図７(a) に示すように(a) の場合の反
射方向の光強度は、(b)の場合の光強度に比べて著しく
高い。したがって、鏡面部ｂをリニアアレイカメラが捕
えた画像は全体的に灰色ぽくなり、鏡面部ａでは大きな
パルス状の白色ノイズが発生するため、その中に重大欠
陥があっても地合レベルと区別がつきにくい。この結
果、重大欠陥を疵として認識することは困難であり、疵
検出能が低下していた。

【０００６】なお、棒状光源を用いた照明装置として、
例えば特開２０００−６５７５５号公報で開示された表
面検査装置がある。光ファイバ束と集光レンズとを備え
た照明装置として、例えば特開２０００−１４９６０７
号公報で開示された照明装置がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、高
いSN比により鏡面部と粗面部の混在する地合であっても
疵を検出することができる疵検査用照明装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の疵検査用照明
装置は、帯状または板状の被検査材の表面に線状の照明
パターンを形成して疵を検査する疵検査用照明装置にお
いて、光源と、多数の光ファイバが整列し光源からの入
射光線を揃えて出射する光ファイバユニットと、前記光
ファイバユニットの出射側に配置された拡散フィルタ
と、前記光ファイバのう整列方向にレンズ母線が平行と
なるようにして拡散フィルタの出射側に配置された円柱
レンズからなる集光ユニットとを備えている。

【０００９】本来、光ファイバ１本ごとの射出量は図４
(b) に示すように、中心部に強度が集中した分布を持っ
ている。このため、これを円柱レンズで集光して被検査
材に投射すると鏡面反射部において、正反射方向に強い
鏡面反射を生じるので、白色ノイズの原因となってい
た。上記疵検査用照明装置において、光ファイバユニッ
トからの照明光は拡散フィルタにより拡散されるので、
鏡面部反射部において正反射にカメラに向かう鏡面反射
成分が弱くなる。したがって、鏡面部の疵でも地合との
コントラストが明瞭となり、高いＳＮ比で疵を検出する
ことができる。

【００１０】前記光源を高輝度点光源と凹面鏡とから構
成することが好ましい。高輝度点光源からの光を凹面鏡
で集光して光ファイバユニットに導くので、光ファイバ
出口の輝度は従来使用されていた蛍光灯に比べ極めて高
く、これを集光して照射すれば従来よりはるかに高い照
度で被検査材表面を照明することができる。

【００１１】前記拡散フィルタがレンチキュラプレート
であり、前記光ファイバの光軸および整列方向に対しレ
ンチキュラプレートの微細円柱レンズの母線が直角とな
るようにしてレンチキュラプレートが配置されているこ
とが好ましい。光ファイバユニットからの照明光線は、
レンチキュラプレートによりレンズ母線に対し直角方向
（縦方向）の拡散が抑えられ、レンズ母線方向（横方
向）に広がるので、線状の照明パターンの照度は高くな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１および図２は、この発明の照
明装置を模式的に示している。照明装置は、主として光
源１０、ライトガイド部２０、拡散フィルタ３０および
集光部４０から構成されている。

【００１３】光源１０は、高輝度点光源１２と凹面鏡１
４とを備えている。光輝度点光源１２として例えばメタ
ルハライドランプなどが用いられる。凹面鏡１４として
楕円面鏡が適している。

【００１４】ライトガイド部２０は、光源１０から光フ
ァイバユニット２１まで延びる光ファイバケーブル２５
を備えている。光ファイバケーブル２５は、多数の光フ
ァイバ２３が束ねられ、プラスチックシースで被覆され
ている。光ファイバユニット２１の内部において、光フ
ァイバ２３は光ファイバケーブル２５の先端部から分岐
整列して光ファイバ束（図示しない）を構成している。
光ファイバ束は上記多数の光ファイバ２３を光軸に対し
直角方向（横方向）に整列し、複数段積み重ねられてい
る。横方向に隣り合う光ファイバ束どうしは、側端部が
被検査材１の幅に合わせて接着剤でつなぎ合わされ、横
方向に延びる帯状となっている。光ファイバ２３とし
て、裸光ファイバ、光ファイバ素線、または光ファイバ
心線が用いられる。光ファイバユニット２１は、光ファ
イバ保持フレーム２７に保持されている。

【００１５】拡散フィルタ３０は、光ファイバユニット
２１の出射側に配置されている。拡散フィルタ３０は、
微小なガラスビーズ玉がフィルタ表面に密に配置された
透明な拡散プレートからなっている。微小なガラスビー
ズ玉は例えば半径が０．１mm程度である。光ファイバユ
ニット２１と拡散フィルタ３０との間隔は、例えば０〜
０．５mm程度である。

【００１６】集光部４０は、複数の集光レンズ４２から
なる集光ユニット４１を備えている。集光レンズ４２と
して円柱レンズが用いられ、集光ユニット４１は集光レ
ンズ４２の母線が前記光ファイバ２３の整列方向（横方
向）と平行となるように配置されている。集光レンズ４
２の焦点距離は、例えば５〜１５０mm程度である。集光
レンズ４２と光ファイバユニット２１との間隔は、６〜
１６０mm程度である。横方向に隣り合う集光レンズ４２
どうしは、側端部が光ファイバ束と同様に接着剤でつな
ぎ合わされて横方向に細長となっている。

【００１７】上記のように構成された装置において、高
輝度点光源１２からの照明光は凹面鏡１４で光ファイバ
ケーブル２５の入射端に集光される。照明光は、光ファ
イバケーブル２５を介して光ファイバユニット２１に導
かれる。光ファイバユニット２１を通って出射した照明
光は、拡散フィルタ３０でランダムな方向に拡散され
る。拡散された照明光は、集光レンズ４２で集光されて
被検査体表面１に線状の照明パターン３を形成する。被
検査体１はこれの長手方向Sに移動しており、疵Ｆはリ
ニアアレイカメラ５０で撮像される。疵Ｆはモニタ(図
示しない)の画面で目視により、または映像信号を画像
処理して検出される。光ファイバユニットからの照明光
は拡散フィルタにより拡散されるので、鏡面反射部にお
いて正反射にカメラに向かう鏡面反射成分が弱くなる。
したがって、鏡面部の疵でも地合とのコントラストが明
瞭となり、高いＳＮ比で疵を検出することができる。

【００１８】図３は、拡散フィルタの他の例を示してい
る。拡散フィルタ３４は、レンチキュラプレート３６か
らなっている。レンチキュラプレート３６は、図３に示
すように光軸が平行になるようにして整列した多数の微
細な円柱レンズ（拡散レンズ）３８の集合体である。拡
散レンズ３８は例えば半径が０．５mm、隣り合うレンズ
どうしのピッチが０．２mmである。拡散フィルタ３４
は、拡散レンズ３８の母線が前記光ファイバの光軸およ
び整列方向（横方向）に対し直角（縦方向）となるよう
に配置されている。

【００１９】拡散フィルタ３４を用いた場合、図４(a)
に示すように照明光は横方向に広がり、(b) に示すよう
に縦方向の広がりは抑えられる。ちなみに、蛍光灯の場
合、図８に示すように照明光は全体に拡散している。拡
散フィルタ３４を用いた場合、図５(a) に示すように集
光ユニット４０全体から被検査体表面に照射され、照度
の低下が少なく、かつ図９(b) に示すように鏡面に近い
部分でも、強い正反射による白色ノイズが発生しなくな
る。これに対して、拡散フィルタ３４を用いない場合、
図５(b) に示すように集光ユニット４０の一部からしか
集光されない。このため、拡散フィルタ３４を用いた場
合に比べて鏡面に近い部分においては、図９(a) に示す
ように正反射方向の強い反射光により白色ノイズが発生
しやすくなる。

【００２０】

【発明の効果】この発明の疵検査用照明装置では、光フ
ァイバユニットからの照明光は拡散フィルタにより拡散
されるので、鏡面部からの反射光は鏡面反射方向の強度
が低くなる。したがって、鏡面部の疵でも地合とのコン
トラストが明瞭となり、高いＳＮ比で疵を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態である疵検査用照明装置
を模式的に示す斜視図である。

【図２】図１に示す照明装置の光学系を模式的に示す側
面図である。

【図３】この発明の照明装置に用いられる拡散フィルタ
の例を示しており、(a) は正面図であり、(b) は断面図
である。

【図４】図３に示す拡散フィルタによる照明光の拡散状
態を模式的に示しており、(a)は平面図であり、(b) は
側面図である。

【図５】照明光の集光状態を模式的に示す平面図であ
り、(a) は拡散フィルタを用いた場合、(b) は拡散フィ
ルタを用いない場合をそれぞれ示している。

【図６】照明光の被検査体表面での反射を説明する図面
である。

【図７】被検査体表面からの反射光の強度分布図であ
り、(a) は鏡面部からの反射、(b) は粗面部からの反射
をそれぞれ示している。

【図８】蛍光灯の光の縦方向の拡散を模式的に示す図面
である。

【図９】被検査体表面からの反射光の強度分布図であ
り、(a) は鏡面部からの反射、(b) は粗面部からの反射
をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１被検査材３照明パターン１０光源１２光輝度点光源１４凹面鏡２０ライトガイド部２１光ファイバユニット２３光ファイバ２５光ファイバケーブル２７光ファイバ保持フレーム３０拡散フィルタ３４拡散フィルタ３６レンチキュラプレート３８拡散レンズ４０集光部４２集光レンズ５０リニアアレイカメラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状または板状の被検査材の表面に線状
の照明パターンを形成する疵検査用照明装置において、
光源と、多数の光ファイバが整列し、光源からの入射光
線を揃えて出射する光ファイバユニットと、前記光ファ
イバユニットの出射側に配置された拡散フィルタと、前
記光ファイバの整列方向にレンズ母線が平行となるよう
にして拡散フィルタの出射側に配置された円柱レンズか
らなる集光ユニットとを備えたことを特徴とする疵検査
用照明装置。
【請求項２】前記拡散フィルタがレンチキュラプレー
トであり、前記光ファイバの光軸および整列方向に対し
レンチキュラプレートの円柱レンズの母線が直角となる
ようにしてレンチキュラプレートが配置されている請求
項１記載の疵検査用照明装置。