JP5056286B2 - 表面処理鋼板の腐食部の観察装置、亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置及び観察方法 - Google Patents
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Description
(1)腐食部を健全部と区別して最もコントラストよく観察できるよう、照明入射角度と撮像角度とが自由に選択できること。
(2)試験片表面のあらゆる点が、同一の照明入射角度・撮像角度で観察が可能であること。
(1)撮像角度の選定:発生し始めの腐食は極めて小さいので、撮像にあたってピント合わせが重要な調整要素である。スチルカメラやテレビカメラのような「面領域」の撮像装置の場合には、試験片全体をピントを合わせて撮影する必要があるため、カメラは対象に対して正対して設置せざるを得ず、撮像角度は0度(法線方向)以外の選択肢はない。
(2)入射・撮像角度の均一性:スチルカメラやテレビカメラのような「面領域」観察系を用いて試験片表面を有限の距離から撮影する場合には、パースペクティブ(遠近効果)の影響により、試験片上の場所によって入射角度と撮像角度が変化する。たとえば、図13に示されるように、対象試験片を、斜め45゜方向から照明し法線方向から撮像する場合には、画面中央部では入射角度45゜、撮像角度0゜となるが、照明に近い側では入射角度はより浅くなり、また撮像角度も斜めに傾く。一方、照明と反対側では入射角度はより深く、また撮像角度は逆方向に斜めに傾く。このような光学系では、健全部と極めて微妙なコントラスト差の腐食部を、試験片の全面に亘って安定して観察・識別することは難しい。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置において、前記投光手段は、直線状の光源から構成される。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置において、前記移動手段は、前記画像化手段により得られる画像の縦横の分解能が略1:1となるよう設定された一定速度の移動機構から構成される。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置において、前記撮像手段は、リニアアレイカメラから構成される。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置において、前記投光手段は、照射される光の波長λに対する前記入射角度θの余弦の値の比cosθ/λが、前記鋼板の表面粗さに対応して決定される所定の値以下となるように、前記波長と前記入射角の関係が選定される。
本発明に係る表面処理鋼板の腐食部の観察装置は、鋼板に対して一方向又は複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段とを備え、前記投光手段は、撮像方向と同じ方向から鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の入射角度をもって前記鋼板を照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板を斜め上方から撮像する。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置は、鋼板に対して一方向又は複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段とを備え、前記投光手段は、撮像方向と同じ方向から鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の入射角度をもって前記鋼板を照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板を斜め上方から撮像する。
本発明に係る亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察方法は、鋼板に対して撮像方向と同じ方向から、入射角度が鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の角度をもって光を照射する投光工程と、前記投光工程の鋼板を所定の方向に移動する移動工程と、前記鋼板表面の反射輝度パタンを斜め上方から撮像する撮像工程と、前記反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化工程と、前記画像化工程で得られた画像を表示する工程とを備えたものである。
本発明の基本構成を実施形態1として以下説明する。図1は本発明の基本構成例を示した図である。図1の亜鉛めっき鋼板など表面処理鋼板の鋼板腐食試験片の腐食部(又は白錆部)の観察装置(以下、観察装置という)は、腐食試験片1を照明する(光を照射する)照明装置2、腐食試験片1の反射輝度パタンを撮像するリニアアレイカメラ3、腐食試験片1を移動するリニアステージ4、リニアアレイカメラ3により撮像された反射輝度パタンを取り込んで蓄積して画像を化する画像メモリ5、及び画像メモリ5により画像化された画像(2次元画像)を表示する表示装置6を備えている。なお、上記の照明装置2は本発明の投光手段を構成し、また、リニアアレイカメラ3は本発明の撮像手段を、画像メモリ5は画像化手段をそれぞれ構成している。
(1)リニアアレイカメラ3の線状視野と直交する方向に撮像角度を如何様に変化させても、線状視野内の全ての点でピントを合わせることが可能となり、撮像角度の最適設定にあたっての角度選定の制約がなくなる。
(2)リニアアレイカメラ3の線状視野内の各点で、照明装置2の入射角度とリニアアレイカメラ3の撮像角度が均一になり、視野内のコントラストの「ムラ」が小さくなる。
ここで、リニアアレイカメラ3については、その代わりに例えばファクシミリなどで使われている密着型イメージセンサ(セルフォックレンズアレイ付)のような線状の撮像手段であれば、その種類は問わない。また、照明装置2として点状光源を使用した場合には、線状視野の幅方向に入射角度が変化して「ムラ」が出やすいので、照明装置2としては、蛍光灯や光ファイバライン照明など線状光源を用いることが望ましい。したがって、以下の説明においては、照明装置2を線状照明装置2と称するものとする。
W=NVT … (1)
「溶融」亜鉛めっき鋼板の場合には、所謂「スパングル」と称する亜鉛の結晶が表面処理工程で成長し、健全部において大きさが数mmから数十mmの「うろこ状」の模様が観察される。「スパングル」の影響を受けず白錆だけを観察しうる光学系を確立するべく、図1の光学系を用いて照明撮像角度を検討した。検討結果を図2〜図5に示す。なお、これらの図並びに後述の図6及び図7の画像の1辺は実物の30mmに相当する。
図3は、所謂「正反射光観察光学系」を用いて、同じ試験片表面の鏡面反射光のパタンを画像化した例である。スパングルがうっすら見えている上に白錆部が黒く観察される。
図4は、所謂「低角入射光観察光学系」を用いて、同じ試験片表面の微妙な凸部を明るく強調して画像化した例である。スパングルは殆ど見えず、白錆部のみが白く観察される。
図5は、所謂「後方散乱光観察光学系」を用いて、同じ試験片表面の粗度の高い部分からの散乱光のパタンを画像化した例である。「低角入射光観察光学系」同様に、スパングルは殆ど見えず、白錆部のみが白く観察される。
なお、「低角入射光観察光学系」と「後方散乱光観察光学系」とは、何れも、白錆部を周辺の健全部と識別してコントラストよく観察しうる方法であるという点では共通しているが、異なるのは、「低角入射光観察光学系」の場合には、得られる画像が表面の凹凸の影響が支配的で白錆部の反射率は殆ど反映されないのに対して、「後方散乱光観察光学系」の場合には、得られる画像は白錆部の反射率の影響も強く受けるという点である。
図11は本発明の実施形態2に係る観察装置の構成を示した図であり、ここでは光学系として「低角入射光観察光学系」が用いられている。腐食試験片1を線状照明装置2を用いて極めて浅い角度で照明し、試験片1の撮像線状領域Lをリニアアレイカメラ3を用いて撮像する。試験片1をリニアステージ4を用いて撮像線状領域Lと直交する方向に移動させながら反射輝度パタン(1次元画像)を順次画像メモリ5に読み込んで蓄積し画像化し、その画像(2次元画像)を表示装置6に表示させる。照明装置2は片側からだと凸面の照明照射側のみ明るく見え、逆側は影となって暗くなり白錆と認識されづらくなるため、両側照明とすることが好ましい。
Beckmannの散乱理論(Petr BECKMANN「TheScattering of Electromagnetic Waves fromRough Surfaces」pp.80-97,Pergamon Press(1963))によれば、表面の鏡面性は、表面粗さ・入射角及び光の波長の関数として次式で表される鏡面性指数gによって決まる。g≪1のとき鏡面として、またg≫1のとき拡散面と見なすことができる。
g=(4πσcosθ/λ)2 … (1)
σ:rms表面粗さ(2乗平均粗さ)
θ:入射角(垂直入射が0゜)
λ:波長(可視光400〜700nm)
低角入射光観察光学系は表面が鏡面に近いのが好ましく、入射角度は鏡面性指数gが、g≪1となるよう設定する。例えば試験片として亜鉛めっき鋼板を観察する場合には、鋼板表面粗さσ=200nm,波長λ=500nmとして、g<1を満足する条件を求めると、以下のガイドラインが得られる。
θ>80゜ … (2)
また、λ=700nmであれば、g<1を満足する条件は、θ>73.8°となるので、73°以上が適用範囲であり、80°以上がより好ましい範囲とすることができる。
g=(4π・25・cos0/500)2 =0.395
なる値を基準にして、θを決定してもよい。この場合、鋼板の表面粗さσ=200nm、波長λ=500nmの条件であれば、θ=82.8°以下とすればよい。上述したのと同様に、設備制約などの理由で、線状照明装置2の入射角度を大きくできない制約がある場合には、例えば波長が800nmや1μm程度、更にはそれ以上の波長成分を有する線状照明装置2の波長を長くしてもよい。
なお、入射角度の上限は、原理上では90°であるが、照明装置の大きさなど設備制約上、90°にできない場合があるので、その場合は、それが上限と考えればよい。また、上述のσは、rms表面粗さとしたが、凹凸量の正規分布の標準偏差でもよい。
また、リニアアレイカメラ3の角度は、両側照明からの反射光を両側から同じ条件(均等)で受光するために、鋼板表面法線方向にほぼ一致させるのがよい。法線方向に対して0゜〜±45゜までが適当範囲であるが、好ましくは0゜〜±30゜、さらに好ましくは0゜〜±10゜の範囲がよい。
図12は本発明の実施形態3に係る観察装置の構成を示した図であり、ここでは光学系として「後方散乱光観察光学系」が用いられている。腐食試験片1の撮像線状領域Lを、リニアアレイカメラ3を用いて斜め上方から撮像する。後方散乱光を観察するため、線状照明装置2はリニアアレイカメラ3の撮像角度よりも浅い角度で照明する。この光学系の下に、試験片1をリニアステージ4を用いて撮像線状領域Lと直交する方向に移動させながら反射輝度パタンを順次画像メモリ5に読み込んで蓄積し画像化し、その画像を表示装置6に表示させる。
なお、リニアアレイカメラ3の撮像角度は、鋼板表面法線方向に対して30゜以上で、照明から投光角度(入射角度)より小さい角度が適当範囲である。30゜よりも小さい場合には、白錆の凸形状により、反対側に影が形成されて、白錆の発生量が少なく撮像されるからである。また、好ましくは45゜以上、さらに好ましくは60゜以上がよく、投光角度に対しては、照明装置と撮像装置との配置の干渉がある場合には、5゜〜10゜程度離してもよい。
Claims (10)
- 鋼板に対して複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、
前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、
前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、
前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段と
を備え、
前記投光手段は、入射角度を鋼板表面法線方向に対して80度以上とし、前記鋼板を両側から照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板の概略法線方向から撮像することを特徴とする表面処理鋼板の腐食部の観察装置。 - 鋼板に対して複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、
前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、
前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、
前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段と
を備え、
前記投光手段は、入射角度を鋼板表面法線方向に対して80度以上とし、前記鋼板を両側から照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板の概略法線方向から撮像することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。 - 前記投光手段は、直線状の光源から構成されることを特徴とする請求項2記載の亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。
- 前記移動手段は、前記画像化手段により得られる画像の縦横の分解能が略1:1となるよう設定された一定速度の移動機構から構成されることを特徴とする請求項2又は3記載の亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。
- 前記撮像手段は、リニアアレイカメラから構成されることを特徴とする請求項2〜4の何れかに記載の亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。
- 前記投光手段は、照射される光の波長λに対する前記入射角度θの余弦の値の比cosθ/λが、前記鋼板の表面粗さに対応して決定される所定の値以下となるように、前記波長と前記入射角の関係が選定されることを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載の亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。
- 鋼板に対して一方向又は複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、
前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、
前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、
前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段と
を備え、
前記投光手段は、撮像方向と同じ方向から鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の入射角度をもって前記鋼板を照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板を斜め上方から撮像することを特徴とする表面処理鋼板の腐食部の観察装置。 - 鋼板に対して一方向又は複数の方向から所定の入射角度で光を照射する投光手段と、
前記鋼板を所定の方向に移動する移動手段と、
前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化手段と、
前記画像化手段により得られた画像を表示する表示手段と
を備え、
前記投光手段は、撮像方向と同じ方向から鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の入射角度をもって前記鋼板を照射し、且つ、前記撮像手段は、前記鋼板を斜め上方から撮像することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察装置。 - 鋼板に対して、入射角度が鋼板表面法線方向に対して80度以上で、両側から光を照射する投光工程と、
前記投光工程の鋼板を所定の方向に移動する移動工程と、
前記鋼板表面の前記移動方向と直交する方向の反射輝度パタンを前記鋼板の概略法線方向から撮像する撮像工程と、
前記反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化工程と、
前記画像化工程で得られた画像を表示する工程と
を備えたことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察方法。 - 鋼板に対して撮像方向と同じ方向から、入射角度が鋼板表面法線方向に対して撮像角度以上の角度をもって光を照射する投光工程と、
前記投光工程の鋼板を所定の方向に移動する移動工程と、
前記鋼板表面の反射輝度パタンを斜め上方から撮像する撮像工程と、
前記反射輝度パタンを順次読み込んで蓄積し画像化する画像化工程と、
前記画像化工程で得られた画像を表示する工程と
を備えたことを特徴とする亜鉛めっき鋼板の白錆部の観察方法。
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