JPWO2017175367A1 - 表面状態監視装置及び表面状態監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属体表面の、特定の色相を持つ領域と、特定の色相を持たず、表面の粗さが変化している領域とを監視する。【解決手段】光軸が金属体表面の法線方向と略平行なラインセンサカメラと、金属体表面に帯状の照明光を照射する第１、第２及び第３の照明光源とを有し、照射した３つの照明光の各反射光を各々区別して測定する測定装置と、反射光の輝度値に基づき表面状態監視情報を演算する演算処理装置とを備える。第２及び第３の照明光源は、各光軸とラインセンサカメラの光軸とがなす、第２の角度と第３の角度とが略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、ラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が第２の角度より大きくなるように配設される。演算処理装置は、第１の照明光の反射光の輝度値から金属体表面の色相に関する情報と、第２及び第３の照明光の各反射光の輝度値から金属体の表面粗さに関する情報とを演算する。【選択図】図２

Description

本発明は、金属体の表面状態を監視する金属体の表面状態監視装置及び金属体の表面状態監視方法に関する。

測定対象物の表面状態を測定する方法の一つに、レーザ光等を利用した照明光を用い、照明光の測定対象物からの反射光を撮像することで、測定対象物の表面状態を測定する方法がある。例えば、測定対象物が鋼板である場合、製品品質を損なう恐れのある表面異常を監視するために、表面状態の測定が行われる。

測定する表面異常には、モニタに映し出された映像の目視検査では見逃してしまうような微小な表面異常と、通板中に目視で監視可能な広がりをもった大きな表面異常とがある。ここで、大きな表面異常には、例えば、黄変、テンパーカラー等があり、区別すべき異常が多く存在する。一方、微小な表面異常には、例えば表面粗さが変化する肌荒れ、スケール残り等がある。これらの表面異常を区別して監視するため、例えば特許文献１には、鋼板表面に第１帯状光および白色光からなる第２帯状光を照射し、第１帯状光の反射像をグレー画像で撮像して微小疵を検出し、第２帯状光の反射像をグレー画像より低分解能のカラー画像で撮像して面状疵を検出し、色相により面状疵の種類を判別する、鋼板の疵検査方法が開示されている。

特開２００４−１３８４１７号公報

しかし、上記特許文献１では、面状疵以外の疵をグレー画像で検出するため、例えば、表面に特定の色相が現れている領域内に表面粗さが変化した表面異常が現れている場合、表面粗さが変化した表面異常のコントラストが低下して、当該異常を検出できない恐れがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、金属体の表面において、特定の色相を持つ領域と、特定の色相を持たず、表面の粗さが変化している領域とを監視することが可能な、新規かつ改良された金属体の表面状態監視装置及び金属体の表面状態監視方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体の表面に対して３つの照明光を照射し、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定する測定装置と、前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて、前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を備え、前記測定装置は、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、前記金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源と、を有し、前記カラーラインセンサカメラは、光軸が前記金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、前記第１の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設され、前記演算処理装置は、前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視装置が提供される。

前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より大きくなるように配設されてもよい。

前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相の補色に最も近い色が選定され、
前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定されてもよい。

このとき、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、前記第１の角度は４５°以上であり、前記第２の角度及び前記第３の角度は３°以上３０°以下としてもよい。

また、前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より小さくなるように配設されてもよい。

このとき、前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相に最も近い色が選定され、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定されてもよい。

このとき、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、前記第１の角度は３°以上３０°以下であり、前記第２の角度及び前記第３の角度は４５°以上としてもよい。

前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び前記第３の照明光源は、光の３原色である、赤、緑、青から選択され、前記第１の照明光の色を赤とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（青・緑）とする組み合わせ、前記第１の照明光の色を青とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・緑）とする組み合わせ、又は、前記第１の照明光の色を緑とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・青）とする組み合わせの何れかとなるように、それぞれ異なる色としてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、前記金属体の表面に対して照射された照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源とを有する測定装置を用いて、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設された前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設された前記第１の照明光源とにより、前記金属体の表面に対して照明光をそれぞれ照射して、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置により、前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、金属体の表面において、特定の色相を持つ領域と、特定の色相を持たず、表面の粗さが変化している領域とを監視することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る表面状態監視装置の一構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る表面状態監視装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体を側面から見た状態を示す。 図２の平面図である。 同実施形態に係る演算処理装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係るデータ処理部の構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係る表面状態監視方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る表面状態監視装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体を側面から見た状態を示す。 本発明の各実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 演算処理装置により取得された色相変化監視画像及び粗さ変化監視用画像より特定された色相変化領域及び粗さ変化領域の一例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
［１−１．表面状態監視装置の概要］
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る金属体の表面状態監視装置（以下、単に「表面状態監視装置」ともいう。）１０の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る表面状態監視装置１０の一構成例を示す説明図である。なお、以下の説明において、金属体Ｓは、搬送ライン（図示せず。）上を所定の方向に向かって搬送されているものとし、金属体Ｓの搬送方向は金属体Ｓの長手方向に対応するものとする。

本実施形態に係る表面状態監視装置１０は、所定の場所に載置されている鋼板や所定の搬送ライン上を搬送される鋼板等といった、各種の金属体Ｓの表面状態（例えば、色相や表面粗さ）を監視する装置である。

ここで、金属体Ｓのマクロな形状は特に限定されるものではなく、例えば、スラブやビレットといった板状のものであってもよく、金属板が巻き取られたコイル状のものであってもよい。また、金属体Ｓの成分も特に限定されるものではなく、鉄元素を主成分とする各種の鋼であってもよく、鉄と他の金属元素との各種合金であってもよいし、各種の非鉄金属であってもよい。

本実施形態に係る表面状態監視装置１０は、図１に示すように、測定装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。

測定装置１００は、演算処理装置２００による制御のもとで、金属体Ｓ（より詳細には、金属体Ｓの表面）に対して３種類の照明光を照射するとともに、当該照明光の金属体Ｓ（より詳細には、金属体Ｓの表面）からの反射光をそれぞれ区別して測定して、反射光の輝度値に関するデータを生成する。測定装置１００は、生成した反射光の輝度値に関するデータを、演算処理装置２００に対して出力する。

演算処理装置２００は、測定装置１００による金属体Ｓの測定処理を制御する。また、演算処理装置２００は、測定装置１００により生成された反射光の輝度値に関するデータを取得し、取得した輝度値に関するデータに対してデータ処理を行い、金属体Ｓの表面状態を監視するために用いられる各種の情報を算出する。金属体Ｓの表面状態とは、例えば、金属体Ｓの色相や表面粗さ等である。以下では、金属体Ｓの表面状態監視に用いられる各種の情報を、まとめて「表面状態監視情報」と称する。演算処理装置２００によって算出される表面状態監視情報としては、例えば、金属体Ｓの表面の色相に関する情報や、金属体Ｓの表面粗さに関する情報等がある。

測定装置１００による金属体Ｓの測定処理や、演算処理装置２００による表面状態監視情報の算出処理は、金属体Ｓの搬送にあわせてリアルタイムに実施することが可能である。表面状態監視装置１０の使用者は、表面状態監視装置１０（より詳細には、演算処理装置２００）から出力される監視結果に着目することで、金属体Ｓの表面状態をリアルタイムに把握して監視することが可能となる。また、表面状態監視装置１０により、演算した表面状態監視情報に基づいて、自動的に金属体Ｓの表面状態を判定することも可能である。以下、測定装置１００及び演算処理装置２００について、それぞれ詳述する。

［１−２．表面状態監視装置の構成］
（ａ）測定装置
まず、図２及び図３を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１００について、詳細に説明する。なお、図２は、本実施形態に係る表面状態監視装置１０を構成する測定装置１００の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体Ｓを側面から見た状態を示す。図３は、図２の平面図である。

本実施形態に係る測定装置１００は、図２及び図３に示すように、カラーラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５と、第３の照明光源１０７とを有している。カラーラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。

（カラーラインセンサカメラ）
カラーラインセンサカメラ１０１は、１次元のライン単位で画像を撮像する撮像装置である。カラーラインセンサカメラ１０１としては、例えば、３ＣＣＤ方式等の、公知のカラーラインセンサカメラを使用することが可能である。カラーラインセンサカメラ１０１により、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の反射光に含まれる様々な波長成分（例えば、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分）の大きさを、それぞれ独立して同時に測定することが可能となる。なお、波長成分については、Ｒ成分（赤色成分）は、例えば波長６００〜７００ｎｍの光に対応する成分を指し、Ｇ成分（緑色成分）は、例えば波長５００〜５６０ｎｍの光に対応する成分を指し、Ｂ成分（青色成分）は、例えば波長４３０ｎｍ〜５００ｎｍの光に対応する成分を指す。

カラーラインセンサカメラ１０１は、その光軸が金属体Ｓの表面（以下、「金属体表面」ともいう。）に対して垂直となるように、金属体Ｓの上方（Ｚ軸正方向側）に配設されている。カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３から照射された第１の照明光、第２の照明光源１０５から照射された第２の照明光、及び第３の照明光源１０７から照射された第３の照明光の金属体表面での反射光をそれぞれ区別して測定する。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光の強度を示すデータ（すなわち、反射光の輝度値を示すデータ）を特定することができる。金属体Ｓが例えば一定距離搬送される毎にカラーラインセンサカメラ１０１で金属体表面を撮像する結果、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の金属体表面での反射光、第２の照明光の金属体表面での反射光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光、それぞれについての搬送方向及び幅方向（図１のＸＹ平面内）の分布を特定することができる。

カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の反射光の輝度値をそれぞれ区別して測定すると、得られた測定結果に対応するデータ（反射光の輝度値に関するデータ）を生成して、後述する演算処理装置２００に出力する。

（照明光源）
本実施形態に係る測定装置１００は、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７の、３つの照明光源を備える。各照明光源１０３、１０５、１０７は、金属体Ｓの表面に対して、それぞれ第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光を照射する。第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光は、中心波長がそれぞれ異なる光である。これらの照明光の強度（輝度値）は、カラーラインセンサカメラ１０１によりそれぞれ独立して測定することができる。第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光を区別して測定可能とすることで、カラーラインセンサカメラ１０１が測定した反射光の輝度値の分布が、第１の照明光、第２の照明光、又は第３の照明光のいずれに対応するものなのかを、容易に特定することが可能となる。

第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７は、例えば図３に示すように、金属体Ｓの幅方向のほぼ全域にわたって照明光を照射可能に構成される。このようなものであれば、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７として、任意の光源を利用することが可能である。例えば、各照明光源は、棒状のＬＥＤ照明であってもよく、レーザ光をロッドレンズ等により線状に広げた構成の照明であってもよい。また、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７に利用する可視光光源としては、単波長のレーザ光やＬＥＤを用いてもよく、連続スペクトルを有する光源を用いてもよい。

第１の照明光源１０３は、金属体表面の色相に関する第１の情報を取得するために設けられる。金属体表面に発生する表面異常として、金属体表面に色相の変化が広く発生する場合がある。このような表面異常としては、例えば、鋼板の酸洗プロセスにおいて発生する黄変や、ステンレス鋼板の製造プロセスにおいて発生するテンパーカラー等がある。第１の照明光源１０３には、このような金属体表面に広く発生する色相の変化を感度良く監視するため、以下のような光源を用い、配設するのが望ましい。

まず、第１の照明光源１０３の波長は、金属体表面から監視する色相の補色に対応する波長帯域から選定される。これにより、金属体表面に発生した色相の変化を精度よく監視することが可能となる。

また、第１の照明光源１０３は、金属体表面に対して低角度から照明光を入射させるように配置される。すなわち、第１の照明光源１０３の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第１の角度：θ_１）が４５°以上となるように、第１の照明光源１０３は設けられる。なお、角度θ_１は、後述する第２の照明光源１０５の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第２の角度：θ_２）及び第３の照明光源１０７の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第３の角度：θ_３）よりも大きい角度に設定される。

このように第１の照明光源１０３を配設することで、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３の照明光の反射光を、正反射方向から離れた位置で測定することになる。したがって、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の反射光を、正反射成分の少ない乱反射測定データとして取得する。正反射から離れた位置で測定されたデータには色の濃さ（すなわち、色彩）が強く現れるので、画像のコントラストを高めることができ、結果として、色相の変化の監視感度を高めることが可能となる。

一方、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、金属体Ｓの表面粗さに関する第２の情報を取得するために設けられる。例えば酸洗プロセスにおいて過酸洗により発生する肌荒れや、酸洗不足により発生するスケール残り等のように、金属体表面には、特定の色相を持たず、表面粗さが変化している領域がある。第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７には、このような金属体表面の表面粗さの変化を感度良く監視するため、以下のような光源を用い、配設するのが望ましい。

まず、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の波長は、第１の照明光源１０３の波長帯域以外から選定される。このとき、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の波長は、互いに異なる波長とする。

また、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、金属体表面に対して高い角度から照明光を入射させるように配置される。より具体的には、図２に示すように、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、カラーラインセンサカメラ１０１の光軸に対して対称に配設される。すなわち、第２の照明光源１０５の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第２の角度）をθ_２、第３の照明光源１０７の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第３の角度）をθ_３とすると、第２の角度θ_２と第３の角度θ_３とは略等しくなる。

ここで、第２の角度θ_２と第３の角度θ_３との角度差｜θ_２−θ_３｜は、例えば、１０°以内であることが好ましい。このような範囲の角度差であれば、金属体表面に発生した色相の変化による影響を受けにくい画像が得られやすい。

このとき、第２の照明光及び第３の照明光が正反射に近い状態で測定されるよう、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の各光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角の大きさが、光源の設置上の制約が存在しない範囲でなるべく小さくなるように、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は配設される。例えば、第２の角度θ_２及び第３の角度θ_３は、３°以上３０°以下となるように、それぞれ設定される。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第２の照明光の反射光及び第３の照明光の反射光を、正反射に近い正反射測定データとして取得することができる。正反射に近い条件で測定されたデータには金属体の表面粗さの変化が明確に現れるため、表面粗さの変化を感度良く監視することが可能となる。

図２及び図３に示すように、カラーラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７を配設することにより、金属体表面の状態を監視することが可能となる。すなわち、金属体表面に色相の変化がある場合には、第１の照明光の反射光の輝度値に変化が生じる。また、第２の照明光の反射光及び第３の照明光の反射光により、金属体表面の色相の変化に影響を受けにくい状態で、表面粗さの変化を感度良く監視できる。

以上、本実施形態に係る測定装置１００の構成について説明した。図２及び図３では、搬送方向の上流側に第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配設され、搬送方向の下流側に第３の照明光源１０７が配設される場合について示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送方向の上流側に第３の照明光源１０７が配設され、下流側に第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配設されてもよい。

（ｂ）演算処理装置
次に、図４及び図５に基づいて、本実施形態に係る表面状態監視装置１０が備える演算処理装置２００の構成について、詳細に説明する。なお、図４は、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成の一例を示すブロック図である。図５は、本実施形態に係るデータ処理部２０５の構成の一例を示すブロック図である。

本実施形態に係る演算処理装置２００は、測定装置１００による反射光の輝度値に基づいて、金属体Ｓの表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を算出する装置である。演算処理装置２００では、かかる表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報が少なくとも演算される。

この演算処理装置２００は、図４に示すように、データ取得部２０１と、測定制御部２０３と、データ処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。

（データ取得部）
データ取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。データ取得部２０１は、測定装置１００によって生成され、測定装置１００から出力された反射光の輝度値に関するデータを取得し、後述するデータ処理部２０５へと伝送する。また、データ取得部２０１は、取得した反射光の輝度値に関するデータに、当該データを取得した日時等に関する時刻情報を紐づけて、履歴情報として後述する記憶部２０９に格納してもよい。

（測定制御部）
測定制御部２０３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。測定制御部２０３は、本実施形態に係る測定装置１００による金属体Ｓの測定制御を実施する。より詳細には、測定制御部２０３は、金属体Ｓの測定を開始する場合に、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７に対して、照明光の照射を開始させるための制御信号を送出する。

また、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７が金属体Ｓの表面に対して各照明光の照射を開始すると、測定制御部２０３は、金属体Ｓと測定装置１００との間の相対的な位置を変化させる駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、金属体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）に基づいて、カラーラインセンサカメラ１０１に対して測定を開始するためのトリガ信号を送出する。

これにより、測定装置１００は、金属体Ｓの搬送方向の各位置における測定データ（反射光の輝度値に関するデータ）を生成することが可能となる。

（データ処理部）
データ処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ処理部２０５は、測定装置１００により生成された反射光の輝度値に関するデータを利用して、各反射光の輝度値に関するデータに対して後述するデータ処理を行い、金属体Ｓの表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を算出する。

より詳細に説明すると、本実施形態に係るデータ処理部２０５は、例えば図５に示すように、測定値前処理部２２１と、測定値処理部２２３と、表面状態判定部２２５と、結果出力部２３３と、を備える。

測定値前処理部２２１は、第２の照明光の反射光の輝度値と第３の照明光の反射光の輝度値との和を算出する処理部であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。測定値前処理部２２１は、データ取得部２０１が取得した第２の照明光の反射光の測定値に関するデータ（以下、「第２の照明光の測定データ」とする。）と、第３の照明光の反射光の測定値に関するデータ（以下、「第３の照明光の測定データ」とする。）とのうち、少なくともいずれか一方に所定の係数を乗じた上で、第２の照明光の測定データと第３の照明光の測定データとの和を算出する。

ここで、上記の係数は、金属体Ｓの特定の色相を持つ異常部が発生している領域と発生していない領域を測定したときに、第２の照明光の測定データと第３の照明光の測定データとの和の値が、２つの領域において最も差が小さくなるように、予め定数の値を決定しておけばよい。

上記の係数を乗じる対象データは、第２の照明光の測定データであってもよく、第３の照明光の測定データであってもよく、第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データの双方であってもよい。

より具体的に説明すると、便宜的に、第２の照明光の測定データをＤ_２と表し、第３の照明光の測定データをＤ_３と表したとき、測定値前処理部２２１は、（Ｄ_１＋ｋ_ａ×Ｄ_２）又は（ｋ_ａ×Ｄ_２＋Ｄ_１）という前処理演算を行ってもよく、（ｋ_ｂ×Ｄ_１＋Ｄ_２）又は（Ｄ_２＋ｋ_ｂ×Ｄ_１）という前処理演算を行ってもよい。なお、係数ｋ_ａ、ｋ_ｂは上記のようにして事前に決定し、記憶部２０９等に格納されているとする。あるいは、測定値前処理部２２１は、（ｋ_ｃ×Ｄ_１＋ｋ_ｄ×Ｄ_２）又は（ｋ_ｄ×Ｄ_２＋ｋ_ｃ×Ｄ_１）という前処理演算を行ってもよい。係数ｋ_ｃ、ｋ_ｄは、同様に上記のようにして事前に決定し、記憶部２０９等に格納されているとする。

以上のような所定の係数を乗じた後に和を算出する前処理演算を行うことで、測定値前処理部２２１は、金属帯Ｓの表面全体についての和の値のデータ群（換言すれば、和の値に関するマップデータ）を得ることができる。このようにして得られる和の値のデータ群が、金属体Ｓの表面状態として、表面粗さの変化を監視する際に用いられる監視処理対象画像（以下、「粗さ変化監視用画像」ともいう。）となる。測定値前処理部２２１は、このようにして得られた和の値のデータ群（粗さ変化監視用画像）を、測定値処理部２２３に出力する。

測定値前処理部２２１により上述の測定値に対する前処理を行うことで、特定の色相を持つ異常部が発生している領域においても、表面粗さの変化を精度よく測定することが可能となる。

測定値処理部２２３は、第１の照明光の反射光の測定値に関するデータ（以下、「第１の照明光の測定データ」とする。）のデータ群、及び、測定値前処理部２２１により算出された和の値のデータ群（粗さ変化監視用画像）を参照し、これらのデータ群に対して所定の画像処理を行う。測定値処理部２２３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。

第１の照明光の測定データのデータ群は、金属体Ｓの表面状態として、金属体表面の色相の変化を監視する際に用いられる監視処理対象画像（以下、「色相変化監視用画像」ともいう。）となる。測定値処理部２２３は、色相変化監視用画像及び測定値前処理部２２１により算出された粗さ変化監視用画像を、それぞれに対して所定の画像処理を行い、各画像の処理データを表面状態判定部２２５に出力する。なお、画像処理する際に用いられる各種のパラメータ値は、特に限定されるものではなく、例えば、過去の操業データ等を解析することで適宜決定することが可能である。

表面状態判定部２２５は、測定値処理部２２３が出力した色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像の処理データに基づいて、金属帯Ｓの表面状態を判定する。表面状態判定部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。

表面状態判定部２２５は、図５に示すように、特徴量抽出部２２９及び判定部２３１を有しており、これらの処理部が連携して機能することにより、処理データから金属帯Ｓの表面状態を判定する。これらの処理部が実施する処理の内容については、特に限定されるものではなく、公知の表面状態判定処理の手法を適用することが可能である。

特徴量抽出部２２９は、測定値処理部２２３から出力された色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像の処理データから、一定範囲毎の平均値、分散値など、画像の変化を特徴づける公知の特徴量を抽出する。特徴量抽出部２２９は、抽出した特徴量を判定部２３１に出力する。

判定部２３１は、予め記憶部２０９に格納されている、表面異常の種別と特徴量との対応関係を示したデータベース等を参照して、表面異常が処理領域に存在するか否かを判定する。

判定部２３１は、金属帯Ｓの表面に存在する異常を検出し、検出された表面異常毎に、例えば表面異常の有害度を特定することが可能となる。判定部２３１は、表面異常の判定結果を結果出力部２３３に出力する。

結果出力部２３３は、判定部２３１から出力された表面異常の判定結果に関する情報を、表示制御部２０７に出力する。これにより、金属帯Ｓの表面に存在する異常に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、結果出力部２３３は、得られた判定結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた判定結果を利用して、製品の異常帳票を作成してもよい。また、結果出力部２３３は、表面異常の判定結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０９等に履歴情報として格納してもよい。

以上の機能を備えるデータ処理部２０５は、表面状態判定情報の算出処理を終了すると、得られた処理結果に関する情報を、表示制御部２０７に伝送する。

（表示制御部）
表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０７は、データ処理部２０５から伝送された、金属体Ｓに関する表面状態判定情報の算出結果を含む各種の処理結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、表面状態監視装置１０の利用者は、金属体Ｓについての表面状態判定情報等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。

（記憶部）
記憶部２０９は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０９には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０９に対し、データ取得部２０１、測定制御部２０３、データ処理部２０５、表示制御部２０７等は、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。

以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。

［１−３．表面状態監視方法］
図６を参照しながら、本実施形態に係る表面状態監視装置１０で実施される表面状態監視方法の一例について説明する。なお、図６は、本実施形態に係る表面状態監視方法の一例を示すフローチャートである。

本実施形態に係る表面状態監視装置１０で実施される表面状態監視方法では、演算処理装置２００の測定制御部２０３の制御下、測定装置１００により、金属帯Ｓの表面の所定領域に対して３つの照明光を照射して、それぞれの照明光に関する測定データを生成する（ステップＳ１００）。測定装置１００は、第１の照明光の測定データと、第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データを生成し、演算処理装置２００に出力する。

次いで、演算処理装置２００のデータ取得部２０１は、測定装置１００から出力された測定データを取得すると、取得した測定データのうち、第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データを、データ処理部２０５の測定値前処理部２２１に出力する。データ処理部２０５は、第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データの入力を受けて、測定値前処理部２２１により、これらの測定データの和を算出する前処理を実施する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０では、上述したように、第２の照明光の測定データまたは第３の照明光の測定データのうち、少なくともいずれか一方に所定の係数を乗じた上で、第２の照明光の測定データと第３の照明光の測定データとの和を算出する処理が行われる。測定値前処理部２２１は、得られた和の値のデータ群を、データ処理部２０５の測定値処理部２２３に出力する。

測定値処理部２２３は、ステップＳ１２０で算出された、前処理後のデータである和の値のデータ群（粗さ変化監視用画像）、及び、乱反射測定データである第１の照明光の測定データのデータ群（色相変化監視用画像）に対し、所定の処理を行う（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）。測定値処理部２２３は、粗さ変化監視用画像を処理して、粗さ変化が生じている候補領域と特定するため処理データを算出する（ステップＳ１２０）。また、測定値処理部２２３は、色相変化監視用画像を処理して、色相変化が生じている候補領域と特定するため処理データを算出する（ステップＳ１３０）。測定値処理部２２３は、これらの処理データを、表面状態判定部２２５に出力する。

そして、表面状態判定部２２５の特徴量抽出部２２９及び判定部２３１は、それぞれの処理データについて、上述した公知の表面異常監視処理を実施する（ステップＳ１４０）。色相変化監視用画像は乱反射測定データに基づく画像であり、当該画像からは、金属体表面において色相の変化が生じている領域を特定することができる。一方、粗さ変化監視用画像は正反射測定データに基づく画像であり、当該画像からは、金属体表面において粗さが変化している領域を特定することができる。このとき、色相変化監視用画像と粗さ変化監視用画像とは互いに影響を及ぼすことなく、それぞれに現れる金属体表面の異常を監視することができる。表面状態判定部２２５は、判定部２３１により、得られた判定結果を結果出力部２３３に出力する。

その後、結果出力部２３３は、表面状態判定部２２５から入力された表面状態の判定結果を示したデータを、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力する（ステップＳ１５０）。これにより、ユーザは、金属帯Ｓの表面状態の監視結果を把握することが可能となる。

［１−４．まとめ］
以上、本発明の第１の実施形態に係る表面状態監視装置１０の構成と、これによる表面状態監視方法について説明した。本実施形態によれば、金属体Ｓの表面に対して３つの照明光を照射し、金属体Ｓの表面の法線方向に対して略平行となるように配設されカラーラインセンサカメラ１０１により、各照明光の反射光をそれぞれ区別して測定する。

ここで、第１の照明光源１０３は、金属体の表面異常部から測定される色相の補色に対応する波長帯域の波長の光を出射する光源であり、金属体表面に対して低角度から照明光を入射させるように配設される。このような第１の照明光源１０３を上述のように配設することにより、カラーラインセンサカメラ１０１により取得された第１の照明光の測定データから金属体Ｓの表面の色相に関する第１の情報を取得することができる。

また、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、第１の照明光源１０３を用いて金属体表面から監視する色相に対応する波長帯域の波長の光を出射する光源であり、金属体表面に対して高角度から照明光を入射させるように配設される。このような第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７を上述のように配設することにより、カラーラインセンサカメラ１０１により取得された第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データから、金属体Ｓの表面粗さに関する第２の情報を取得することができる。

＜２．第２の実施形態＞
次に、図７に基づいて、本発明の第２の実施形態に係る表面状態監視装置の構成とその作用について説明する。図７は、本実施形態に係る表面状態監視装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体Ｓを側面から見た状態を示す。

本実施形態に係る表面状態監視装置は、第１の実施形態に係る表面状態監視装置１０と比較して、３つの照明光源の配置が相違する。以下では、第１の実施形態との相違点である本実施形態に係る表面状態監視装置の測定装置の構成について主として説明する。なお、第１の実施形態と同一である表面状態監視装置の演算処理部等、第１の実施形態と同一の構成及び作用については、詳細な説明を省略する。

［２−１．測定装置の構成］
本実施形態に係る測定装置は、図７に示すように、カラーラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５と、第３の照明光源１０７とを有している。カラーラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。

（カラーラインセンサカメラ）
カラーラインセンサカメラ１０１は、１次元のライン単位で画像を撮像する撮像装置である。カラーラインセンサカメラ１０１としては、例えば、３ＣＣＤ方式等の、公知のカラーラインセンサカメラを使用することが可能である。カラーラインセンサカメラ１０１により、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の反射光に含まれる様々な波長成分（例えば、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分）の大きさを、それぞれ独立して同時に測定することが可能となる。

カラーラインセンサカメラ１０１は、その光軸が金属体表面に対して垂直となるように、金属体Ｓの上方（Ｚ軸正方向側）に配設されている。カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３から照射された第１の照明光、第２の照明光源１０５から照射された第２の照明光、及び第３の照明光源１０７から照射された第３の照明光の金属体表面での反射光をそれぞれ区別して測定する。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光の強度を示すデータ（すなわち、反射光の輝度値を示すデータ）を特定することができる。金属体Ｓが例えば一定距離搬送される毎にカラーラインセンサカメラ１０１で金属体表面を撮像する結果、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の金属体表面での反射光、第２の照明光の金属体表面での反射光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光、それぞれについての搬送方向及び幅方向（図１のＸＹ平面内）の分布を特定することができる。

カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の反射光の輝度値をそれぞれ区別して測定すると、得られた測定結果に対応するデータ（反射光の輝度値に関するデータ）を生成して、後述する演算処理装置２００に出力する。

（照明光源）
本実施形態に係る測定装置は、第１の実施形態と同様、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び第３の照明光源１０７の、３つの照明光源を備える。各照明光源１０３、１０５、１０７は、金属体Ｓの表面に対して、それぞれ第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光を照射する。

本実施形態において、第１の照明光源１０３は、金属体Ｓの表面粗さに関する第２の情報を得るために設けられる。第１の照明光源１０３の波長は、金属体表面から監視する色相に対応する波長帯域から選定される。これにより、金属体表面に発生した色相の変化による影響を受けにくい状態で、精度よく表面粗さの変化を監視することが可能となる。

また、第１の照明光源１０３は、第１の照明光源１０３の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角（第１の角度：θ_１）の大きさが、光源の設置上の制約が存在しない範囲でなるべく小さくなるように配置される。例えば、第１の角度θ_１は、３°以上３０°以下となるように、それぞれ設定される。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の反射光を、正反射に近い正反射測定データとして取得することができる。正反射に近い条件で測定されたデータには金属体の表面粗さの変化が明確に現れるため、表面粗さの変化を感度良く監視することが可能となる。

一方、本実施形態において、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、金属体Ｓの色相に関する第１の情報を取得するために設けられる。第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の波長は、第１の照明光源１０３を用いて金属体表面から監視する色相の補色に対応する波長帯域から選定される。このとき、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の波長は、異なる波長とする。これにより、金属体表面に発生した色相の変化を精度よく監視することが可能となる。

また、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、金属体表面に対して低角度から照明光を入射させるように配置される。より具体的には、図７に示すように、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、カラーラインセンサカメラ１０１の光軸に対して対称に配設される。すなわち、第２の照明光源１０５の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第２の角度）をθ_２、第３の照明光源１０７の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第３の角度）をθ_３とすると、第２の角度θ_２と第３の角度θ_３とは略等しくなる。

このとき、第２の角度θ_２及び第３の角度θ_３は、例えば、３°以上３０°以下となるように、それぞれ設定される。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第２の照明光の反射光及び第３の照明光の反射光を、正反射成分の少ない乱反射測定データとして取得することができる。正反射から離れた位置で測定されたデータには「色の濃さ（すなわち、色彩）」が強く現れるので、画像のコントラストを高めることができ、結果として、色相の変化の監視感度を高めることが可能となる。なお、第２の角度θ_２及び第３の角度θ_３は、第１の角度θ_１よりも大きい角度に設定される。

このような測定装置の構成により、第１の実施形態と同様、カラーラインセンサカメラ１０１により、各照明光の金属体表面での反射光を、それぞれ測定する。これにより、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光の強度を示すデータ（すなわち、反射光の輝度値を示すデータ）をそれぞれ特定することができる。金属体Ｓが例えば一定距離搬送される毎にカラーラインセンサカメラ１０１で金属体表面を撮像する結果、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の金属体表面での反射光、第２の照明光の金属体表面での反射光、及び第３の照明光の金属体表面での反射光、それぞれについての搬送方向及び幅方向（図１のＸＹ平面内）の分布を特定することができる。

カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光、第２の照明光、及び第３の照明光の反射光の輝度値をそれぞれ区別して測定すると、得られた測定結果に対応するデータ（反射光の輝度値に関するデータ）を生成して、第１の実施形態と同様、演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００は、このようにして得られた各測定データに基づき、金属体表面の状態を監視する。演算処理装置２００による処理は第１の実施形態と基本的に同様とすることができる。

但し、第２の照明光の測定データと、第３の照明光の測定データとのうち、少なくともいずれか一方に所定の係数を乗じた上で、第２の照明光の測定データと第３の照明光の測定データとの和を算出する際に、第１の実施形態とは異なり、特定の色相を持つ異常部が発生している領域と発生していない領域とを測定したときに、第２の照明光の測定データと第３の照明光の測定データとの和の値が、２つの領域において最も差が大きくなるように、予め定数の値を決定しておけばよい。

金属体表面に色相の変化がある場合には、第２の照明光の反射光及び第３の照明光の反射光の輝度値の和に変化が生じる。また、第１の照明光の反射光により、金属体表面に色相の変化に影響を受けにくい状態で、表面粗さの変化を感度良く監視できる。

以上、本実施形態に係る測定装置の構成について説明した。なお、図７では、搬送方向の上流側に第１の照明光源１０３が配設される場合について示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送方向の下流側に第１の照明光源１０３を配設してもよい。また、図７では、搬送方向の上流側に第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配設され、搬送方向の下流側に第３の照明光源１０７が配設される場合について示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送方向の上流側に第３の照明光源１０７が配設され、下流側に第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配設されてもよい。

［２−２．まとめ］
本発明の第２の実施形態に係る表面状態監視装置によれば、金属体Ｓの表面に対して３つの照明光を照射し、各照明光の反射光をカラーラインセンサカメラにより測定する。

第１の照明光源１０３は、金属体表面から監視する色相に対応する波長帯域の波長の光を出射する光源であり、金属体表面に対して高角度から照明光を入射させるように配設される。このような第１の照明光源１０３を上述のように配設し、金属体Ｓの表面の法線方向に対して略平行となるように配設されたカラーラインセンサカメラ１０１により取得された第１の照明光の測定データから金属体Ｓの表面粗さに関する第２の情報を取得することができる。

また、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、金属体表面から監視する色相の補色に対応する波長帯域の波長の光を出射する光源であり、金属体表面に対して低角度から照明光を入射させるように配設される。このような第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７を上述のように配設し、カラーラインセンサカメラ１０１により取得された第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データから、金属体Ｓの表面の色相に関する第１の情報を取得することができる。

＜３．ハードウェア構成例＞
図８を参照しながら、本発明の上記実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図８は、本発明の各実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。

演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。

バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。

入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、表面状態監視装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。

ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。

ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。

接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。

通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。

以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。

以下、具体例を示しながら、本発明の上記実施形態に係る表面状態監視装置１０について説明する。以下に示す実施例は、本発明に係る表面状態監視装置及び表面状態監視方法のあくまでも一例であって、本発明に係る表面状態監視装置及び表面状態監視方法が、以下に示す実施例に限定されるものではない。

［実施例１：酸洗工程における黄変及び表面粗さ変化の監視］
実施例１では、酸洗工程における黄変及び表面粗さ変化の監視について説明する。酸洗工程は、鋼板を塩酸や硫酸等の酸性溶液に浸漬させた後、空気中に取り出し清浄な水又は温水で洗浄する処理であり、例えば、熱延コイルのスケール除去処理や鋼帯のめっき前処理として行われる。酸性溶液に浸漬された後の水による洗浄がすぐに行われないと、鋼板表面には付着している酸性溶液によって黄色の錆が生じる。この黄色の錆の発生現状を黄変という。

黄変は、鋼板表面に黄色の色相を有する領域として面状に現れる、表面状態の異常である。上記第１の実施形態に係る表面状態監視装置１０にて黄変を監視する場合、第１の照明光源１０３として、黄変の補色に近い波長を有する青色の照明光源を用いる。このとき、青色の照明光源は、当該照明光源の照明光の反射光が対応するラインセンサカメラにより乱反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して低角度から照明を入射させるように配置される。これにより、測定される色の濃さも強くなり、取得される画像のコントラストが高まるので、黄変を監視しやすくなる。

一方で、酸洗工程で使用された酸洗溶液の濃度に応じて、鋼板表面の粗さに変化が生じる。例えば、高濃度の酸洗溶液を使用した場合、過酸洗により、鋼板表面に肌荒れが発生しやすくなる。一方、低濃度の酸洗溶液を使用した場合には、酸洗不足によりスケール残りが発生しやすくなる。このような、特定の色相を持たず、表面粗さが変化している領域は、上記実施形態に係る表面状態監視装置１０では、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の各照明光の測定データを用いて監視される。

このとき、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、黄変のように黄色の色相を有する領域に表面粗さが変化している領域が存在する場合にも監視可能なように、第１の照明光源１０３に用いる青色以外の照明光源、すなわち、赤色の照明光源及び緑色の照明光源を用いる。赤色の照明光源及び緑色の照明光源は、これらの照明光源の照明光の反射光がカラーラインセンサカメラにより正反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して高角度から照明を入射させるように配置される。演算処理装置２００は、正反射測定データより、赤色成分の輝度と緑色成分の輝度との和を取り、和を取る際の所定の係数を前述の様に調整しておくことによって、鋼板表面に現れた色相の影響を受けにくい状態となる。また、表面粗さの変化を感度よく監視可能な正反射データを用いることで、肌荒れやスケール残りを高精度に監視することができる。

一例として、第１の実施形態に係る金属体の表面状態監視装置１０を用いて、黄変とスケール残りとを同じ場所に発生させた鋼板サンプルに対する測定を行う。このとき、鋼板と各照明光源との距離を４００ｍｍ、照明光源の幅（長手方向の長さ）を８００ｍｍ、各照明の鋼板上での照射幅を１０〜３０ｍｍ程度として、図２に示すように３つの照明光源を配設する。第１の照明光源は青色とし、第２の照明光源及び第３の照明光源は赤色及び緑色とする。青色の照明光源の照明光の入射角（θ_１）は６０°、赤色の照明光源の照明光の入射角（θ_２）、緑色の照明光源の照明光の入射角（θ_３）はそれぞれ鋼板表面の法線方向に対して略平行となるように配設されたカラーラインセンサカメラを挟んで１０°となるようにする。カラーラインセンサカメラは、ＣＭＯＳ式のカラーラインセンサカメラであり、カラーラインセンサカメラと鋼板表面との距離は５００ｍｍとする。

このとき演算処理装置２００により取得された色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像より特定された色相の変化が生じている色相変化領域及び粗さ変化が生じている粗さ変化領域の一例を図９に示す。

図９の上側に、色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像の二値化データを重ね合わせた図を示す。図９において、領域Ａ_０は、表面異常のない、正常領域と判定された部分である。領域Ａ_１は、色相変化領域として特定された領域であり、本実施例では黄変が発生している領域となる。領域Ａ_２は、粗さ変化領域として特定された領域であり、本実施例ではスケール残りが発生している領域となる。

色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像それぞれについて、鋼板の長手方向の所定の位置において、幅方向における輝度値の変化を示す輝度プロファイルを作成する。図９の下側に、ラインＬにおける輝度プロファイルを示す。

まず、図９の中側に、第１の照明光源１０３から得られる撮像画像のラインＬにおける輝度プロファイルを示す。ここで、第１の照明光源１０３は黄変の補色に近い波長を有する青色の照明光源を用いているので、黄変が発生している領域Ａ_１を監視することができると期待される。実際に、第１の照明光源１０３についてのラインＬにおける輝度プロファイルより、鋼板の幅方向エッジ部分の輝度値が高く、中央部分の輝度値が低くなっていることがわかる。これより、図９の上側に示した正常領域Ａ_０と色相変化領域Ａ_１とを明確に区別できていることがわかる。すなわち、色相の変化が生じている領域を精度よく監視できているといえる。

また、図９の下側に、第２の照明光源１０５から得られる輝度値と第３の照明光源１０７から得られる輝度値との和から得られる輝度画像のラインＬにおける輝度プロファイルを示す。ここで、第２の照明光源１０５から得られる輝度値と第３の照明光源１０７から得られる輝度値との和から得られる輝度画像は、前述の様に所定の係数の値を調整しているので、黄変の影響を受けにくい状態で粗さ変化領域Ａ_２を監視することができると期待される。実際に、第２の照明光源１０５から得られる輝度値と第３の照明光源１０７から得られる輝度値との和から得られる輝度画像についてのラインＬにおける輝度プロファイルより、鋼板の中央付近に著しく輝度値が高くなっている部分があることがわかる。これより、図９の上側に示した正常領域Ａ_０と粗さ変化領域Ａ_２とを明確に区別できていることがわかる。ここで、粗さ変化領域Ａ_２は色相変化領域Ａ_１内にあるが、領域Ａ_２の輝度プロファイルには、色相変化領域Ａ_１の内外に関わらず、粗さ変化領域Ａ_２以外の部分の輝度値は低くなっている。したがって、色相の変化の影響を受けにくい状態で、表面粗さの変化が生じている領域を精度よく監視できているといえる。

なお、本例では、鋼板と各照明光源との距離を４００ｍｍとしたが、２００〜５００ｍｍ程度に設定してもよい。また、照明光源の幅（長手方向の長さ）は、測定対象物に応じて決定されるが、例えば８００〜２０００ｍｍ程度に設定してもよい。また、カラーラインセンサカメラと鋼板表面との距離は、２００〜１０００ｍｍ程度に設定してもよい。

［実施例２：ステンレス製造工程におけるテンパーカラー及び表面粗さ変化の監視］
実施例２では、ステンレス製造工程におけるテンパーカラー及び表面状態の監視を、上記第２の実施形態に係る表面状態監視装置を用いて行う場合について説明する。

ステンレス鋼板は、熱間圧延−焼鈍−酸洗板又は熱間圧延−酸洗板を７０〜９０％冷間圧延し、冷間加工組織を最終熱処理によって再結晶させる焼鈍工程を経ることで、組織の均一化が図られている。このような焼鈍工程は、焼鈍炉の雰囲気を制御しながら実施されるものであるが、焼鈍炉雰囲気の制御は、製品の製造し始めにおいて不安定になることがあり、また、焼鈍雰囲気の制御自体が不調になる場合も生じうる。雰囲気制御が不安定になったり、制御に不調が発生したりした場合には、焼鈍材表面に酸化皮膜が生成する。この酸化皮膜は、ステンレス鋼表面に形成されるが、クロム（Ｃｒ）が濃化した不動態皮膜とは異なり、Ｃｒ濃度が減少し、鉄（Ｆｅ）が多く濃化しており、また、皮膜の厚さと屈折率とに起因する光の干渉作用により、金色、青色、赤紫色等に変化するテンパーカラーを呈する。

ステンレス製造工程におけるテンパーカラーは、鋼板表面に所定の色相を有する領域として面状に現れる、表面状態の異常である。本実施例では、テンパーカラーのうち、特性の色相を持たず、表面粗さが変化している領域は、第１の照明光源１０３の照明光の測定データを用いて監視される。第１の照明光源１０３は、青色のテンパーカラーが現れている領域に表面粗さが変化している領域が存在する場合にも監視可能なように、青色の照明光源が用いられる。青色の照明光源は、その反射光がカラーラインセンサカメラ１０１により正反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して高角度から照明を入射させるように配置される。このように、青色の照明光源の反射光を測定データとして利用することで、鋼板表面に現れた色相の影響を受けにくい状態で、表面粗さの変化を感度よく監視できる。

一方、テンパーカラーのうち、特定の色相が現れた領域は、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の照明光の測定データを用いて監視される。第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７の照明光には、それぞれ、緑色、赤色の照明光源が用いられる。このとき、緑色及び赤色の照明光源は、当該照明光源の照明光の反射光がカラーラインセンサカメラにより乱反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して低角度から照明を入射させるように配置される。これにより、測定される色の濃さも強くなり、取得される画像のコントラストが高まるので、青色のテンパーカラーを監視しやすくなる。

なお、青色ではなく、赤紫色に近いテンパーカラーが発生する状況で、特に、赤紫色のテンパーカラーを監視する場合は、第１の照明光源１０３として、赤紫色に近い波長を有する赤色の照明光源を用いることもできる。このとき、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７には、それぞれ、緑色、青色の照明光源を用いる。これにより、赤紫色のテンパーカラーを監視しやすくなる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ 表面状態監視装置
１００ 測定装置
１０１ カラーラインセンサカメラ
１０３ 第１の照明光源
１０５ 第２の照明光源
１０７ 第３の照明光源
２００ 演算処理装置
２０１ データ取得部
２０３ 測定制御部
２０５ データ処理部
２０７ 表示制御部
２０９ 記憶部
２２１ 測定値前処理部
２２３ 測定値処理部
２２５ 表面状態判定部
２２９ 特徴量抽出部
２３１ 判定部
２３３ 結果出力部

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体の表面に対して３つの照明光を照射し、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定する測定装置と、前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて、前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を備え、前記測定装置は、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、前記金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源と、を有し、前記カラーラインセンサカメラは、光軸が前記金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、前記第１の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設され、前記演算処理装置は、前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視装置が提供される。前記第１の照明光源の色は、前記金属体の表面から監視する色相に応じて選定されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、前記金属体の表面に対して照射された照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源とを有する測定装置を用いて、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設された前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設された前記第１の照明光源とにより、前記金属体の表面に対して照明光をそれぞれ照射して、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置により、前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視方法が提供される。前記第１の照明光源の色は、前記金属体の表面から監視する色相に応じて選定されてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視装置において、金属体の表面に対して、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、金属体の表面に対して、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、３つの照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設され、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源は、第１の角度が第２の角度及び第３の角度より大きくなるように配設され、演算処理装置は、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視装置において、金属体の表面に対して、光の３原色である赤、緑、青のうち、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第１の照明光とは異なる色の、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第１の照明光及び第２の照明光とは異なる色の、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、３つの照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設され、演算処理装置は、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視装置が提供される。

第１の照明光の金属体の表面での反射光を、カラーラインセンサカメラが、正反射方向から離れた位置で測定できるように、第１の照明光源が配設され、第２の照明光及び第３の照明光の金属体の表面での反射光を、カラーラインセンサカメラが、正反射方向に近い位置で測定できるように、第２の照明光源及び第３の照明光源が配設され、第１の角度が、第２の角度及び第３の角度より大きくなるように、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源が配設されてもよい。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視装置において、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第２の照明光とは異なる、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第２の照明光及び第３の照明光とは異なる色の、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、３つの照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設され、演算処理装置は、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視装置が提供される。

第１の照明光の金属体の表面での反射光を、カラーラインセンサカメラが、正反射方向に近い位置で測定できるように、第１の照明光源が配設され、第２の照明光及び第３の照明光の金属体の表面での反射光を、カラーラインセンサカメラが、正反射方向から離れた位置で測定できるように、第２の照明光源及び第３の照明光源が配設され、第１の角度が、第２の角度及び第３の角度より小さくなるように、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源が配設されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視方法において、金属体の表面に対して、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、金属体の表面に対して、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、異なる３つの色の照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設され、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源は、第１の角度が第２の角度及び第３の角度より大きくなるように配設された表面状態監視装置を用いて、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源により、金属体の表面に対して照明光を照射し、カラーラインセンサカメラで、金属体の表面からの照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、測定された、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視方法が提供される。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視方法において、金属体の表面に対して、光の３原色である赤、緑、青のうち、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第１の照明光とは異なる色の、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第１の照明光及び第２の照明光とは異なる色の、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、異なる３つの色の照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設された表面状態監視装置を用いて、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源により、金属体の表面に対して照明光を照射し、カラーラインセンサカメラで、金属体の表面からの照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、測定された、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視方法が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体の表面状態を判定する表面状態監視方法において、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第２の照明光を照射する第２の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第２の照明光とは異なる、金属体の表面異常部の色相の補色に近い色の、帯状の第３の照明光を照射する第３の照明光源と、金属体の表面に対して、光の３原色である、赤、緑、青のうち、第２の照明光及び第３の照明光とは異なる色の、帯状の第１の照明光を照射する第１の照明光源と、３つの照明光の、金属体の表面での反射光をそれぞれ区別して測定するカラーラインセンサカメラと、カラーラインセンサカメラで測定された反射光の輝度値に基づいて、金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、を有し、カラーラインセンサカメラは、光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、第２の照明光源及び第３の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、カラーラインセンサカメラの光軸と第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、第１の照明光源は、カラーラインセンサカメラの光軸と第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、第２の角度及び第３の角度と異なるように配設された表面状態監視装置を用いて、第１の照明光源、第２の照明光源及び第３の照明光源により、金属体の表面に対して照明光を照射し、カラーラインセンサカメラで、金属体の表面からの照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、測定された、第１の照明光の反射光の輝度値、第２の照明光の反射光の輝度値、及び第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報に基づき金属体の表面状態を判定する、表面状態監視方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る表面状態監視装置の一構成例を示す説明図である。 同実施形態に係る表面状態監視装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体を側面から見た状態を示す。 図２の平面図である。 同実施形態に係る演算処理装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係るデータ処理部の構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係る表面状態監視方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る表面状態監視装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、金属体を側面から見た状態を示す。 本発明の各実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 演算処理装置により取得された色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像より特定された色相変化領域及び粗さ変化領域の一例を示す説明図である。

以上のような所定の係数を乗じた後に和を算出する前処理演算を行うことで、測定値前処理部２２１は、金属体Ｓの表面全体についての和の値のデータ群（換言すれば、和の値に関するマップデータ）を得ることができる。このようにして得られる和の値のデータ群が、金属体Ｓの表面状態として、表面粗さの変化を監視する際に用いられる監視処理対象画像（以下、「粗さ変化監視用画像」ともいう。）となる。測定値前処理部２２１は、このようにして得られた和の値のデータ群（粗さ変化監視用画像）を、測定値処理部２２３に出力する。

表面状態判定部２２５は、測定値処理部２２３が出力した色相変化監視用画像及び粗さ変化監視用画像の処理データに基づいて、金属体Ｓの表面状態を判定する。表面状態判定部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。

表面状態判定部２２５は、図５に示すように、特徴量抽出部２２９及び判定部２３１を有しており、これらの処理部が連携して機能することにより、処理データから金属体Ｓの表面状態を判定する。これらの処理部が実施する処理の内容については、特に限定されるものではなく、公知の表面状態判定処理の手法を適用することが可能である。

判定部２３１は、金属体Ｓの表面に存在する異常を検出し、検出された表面異常毎に、例えば表面異常の有害度を特定することが可能となる。判定部２３１は、表面異常の判定結果を結果出力部２３３に出力する。

結果出力部２３３は、判定部２３１から出力された表面異常の判定結果に関する情報を、表示制御部２０７に出力する。これにより、金属体Ｓの表面に存在する異常に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、結果出力部２３３は、得られた判定結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた判定結果を利用して、製品の異常帳票を作成してもよい。また、結果出力部２３３は、表面異常の判定結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０９等に履歴情報として格納してもよい。

本実施形態に係る表面状態監視装置１０で実施される表面状態監視方法では、演算処理装置２００の測定制御部２０３の制御下、測定装置１００により、金属体Ｓの表面の所定領域に対して３つの照明光を照射して、それぞれの照明光に関する測定データを生成する（ステップＳ１００）。測定装置１００は、第１の照明光の測定データと、第２の照明光の測定データ及び第３の照明光の測定データを生成し、演算処理装置２００に出力する。

測定値処理部２２３は、ステップＳ１１０で算出された、前処理後のデータである和の値のデータ群（粗さ変化監視用画像）、及び、乱反射測定データである第１の照明光の測定データのデータ群（色相変化監視用画像）に対し、所定の処理を行う（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）。測定値処理部２２３は、粗さ変化監視用画像を処理して、粗さ変化が生じている候補領域と特定するため処理データを算出する（ステップＳ１２０）。また、測定値処理部２２３は、色相変化監視用画像を処理して、色相変化が生じている候補領域と特定するため処理データを算出する（ステップＳ１３０）。測定値処理部２２３は、これらの処理データを、表面状態判定部２２５に出力する。

その後、結果出力部２３３は、表面状態判定部２２５から入力された表面状態の判定結果を示したデータを、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力する（ステップＳ１５０）。これにより、ユーザは、金属体Ｓの表面状態の監視結果を把握することが可能となる。

［１−４．まとめ］
以上、本発明の第１の実施形態に係る表面状態監視装置１０の構成と、これによる表面状態監視方法について説明した。本実施形態によれば、金属体Ｓの表面に対して３つの照明光を照射し、金属体Ｓの表面の法線方向に対して略平行となるように配設されたカラーラインセンサカメラ１０１により、各照明光の反射光をそれぞれ区別して測定する。

本実施形態に係る表面状態監視装置は、第１の実施形態に係る表面状態監視装置１０と比較して、３つの照明光源の配置が相違する。以下では、第１の実施形態との相違点である本実施形態に係る表面状態監視装置の測定装置の構成について主として説明する。なお、第１の実施形態と同一である表面状態監視装置の演算処理装置等、第１の実施形態と同一の構成及び作用については、詳細な説明を省略する。

また、第１の照明光源１０３は、第１の照明光源１０３の光軸とカラーラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角（第１の角度：θ_１）の大きさが、光源の設置上の制約が存在しない範囲でなるべく小さくなるように配置される。例えば、第１の角度θ_１は、３°以上３０°以下となるように設定される。これにより、カラーラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光の反射光を、正反射に近い正反射測定データとして取得することができる。正反射に近い条件で測定されたデータには金属体の表面粗さの変化が明確に現れるため、表面粗さの変化を感度良く監視することが可能となる。

このとき、第２の照明光源１０５及び第３の照明光源１０７は、黄変のように黄色の色相を有する領域に表面粗さが変化している領域が存在する場合にも監視可能なように、第１の照明光源１０３に用いる青色以外の照明光源、すなわち、赤色の照明光源及び緑色の照明光源を用いる。赤色の照明光源及び緑色の照明光源は、これらの照明光源の照明光の反射光がカラーラインセンサカメラにより正反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して高角度から照明を入射させるように配置される。演算処理装置２００は、正反射測定データより、赤色成分の輝度と緑色成分の輝度との和を取り、和を取る際の所定の係数を前述の様に調整しておくことによって、鋼板表面に現れた色相の影響を受けにくい状態となる。また、表面粗さの変化を感度よく監視可能な正反射測定データを用いることで、肌荒れやスケール残りを高精度に監視することができる。

ステンレス製造工程におけるテンパーカラーは、鋼板表面に所定の色相を有する領域として面状に現れる、表面状態の異常である。本実施例では、テンパーカラーのうち、特定の色相を持たず、表面粗さが変化している領域は、第１の照明光源１０３の照明光の測定データを用いて監視される。第１の照明光源１０３は、青色のテンパーカラーが現れている領域に表面粗さが変化している領域が存在する場合にも監視可能なように、青色の照明光源が用いられる。青色の照明光源は、その反射光がカラーラインセンサカメラ１０１により正反射測定データとして測定されるように、鋼板に対して高角度から照明を入射させるように配置される。このように、青色の照明光源の反射光を測定データとして利用することで、鋼板表面に現れた色相の影響を受けにくい状態で、表面粗さの変化を感度よく監視できる。

Claims (16)

1. 金属体の表面に対して３つの照明光を照射し、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定する測定装置と、
   前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて、前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置と、
   を備え、
   前記測定装置は、
   前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、
   前記金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源と、
   を有し、
   前記カラーラインセンサカメラは、光軸が前記金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、
   前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設され、
   前記第１の照明光源は、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設され、
   前記演算処理装置は、
   前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、
   前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視装置。
2. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より大きくなるように配設される、請求項１に記載の金属体の表面状態監視装置。
3. 前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相の補色に最も近い色が選定され、
   前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定される、請求項１または２に記載の金属体の表面状態監視装置。
4. 前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、
   前記第１の角度は４５°以上であり、
   前記第２の角度及び前記第３の角度は３°以上３０°以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属体の表面状態監視装置。
5. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より小さくなるように配設される、請求項１に記載の金属体の表面状態監視装置。
6. 前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相に最も近い色が選定され、
   前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定される、請求項５に記載の金属体の表面状態監視装置。
7. 前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、
   前記第１の角度は３°以上３０°以下であり、
   前記第２の角度及び前記第３の角度は４５°以上である、請求項５または６に記載の金属体の表面状態監視装置。
8. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び前記第３の照明光源は、光の３原色である、赤、緑、青から選択され、
   前記第１の照明光の色を赤とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（青・緑）とする組み合わせ、
   前記第１の照明光の色を青とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・緑）とする組み合わせ、
   又は、前記第１の照明光の色を緑とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・青）とする組み合わせの何れかとなるように、それぞれ異なる色とされる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属体の表面状態監視装置。
9. 光軸が金属体の表面の法線方向に対して略平行となるように配設され、前記金属体の表面に対して照射された照明光の反射光をそれぞれ区別して測定可能なカラーラインセンサカメラと、金属体の表面に対して帯状の照明光をそれぞれ照射する第１の照明光源、第２の照明光源、及び第３の照明光源とを有する測定装置を用いて、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第２の照明光源の光軸とがなす第２の角度と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第３の照明光源の光軸とがなす第３の角度とが、略等しくなるように配設された前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源と、前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記第１の照明光源の光軸とがなす第１の角度が、前記第２の角度及び前記第３の角度と異なるように配設された前記第１の照明光源とにより、前記金属体の表面に対して照明光をそれぞれ照射して、前記金属体の表面からの前記照明光の反射光をそれぞれ区別して測定し、
   前記測定装置による前記反射光の輝度値に基づいて前記金属体の表面状態の監視に用いられる表面状態監視情報を演算する演算処理装置により、前記第１の照明光の反射光の輝度値、前記第２の照明光の反射光の輝度値、及び前記第３の照明光の反射光の輝度値に基づいて、前記表面状態監視情報として、金属体の表面の色相に関する第１の情報、及び、金属体の表面粗さに関する第２の情報を演算し、
   前記金属体の表面の色相に関する前記第１の情報、及び、前記金属体の表面粗さに関する前記第２の情報に基づき前記金属体の表面状態を判定する、金属体の表面状態監視方法。
10. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より大きくなるように配設される、請求項９に記載の金属体の表面状態監視方法。
11. 前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相の補色に最も近い色が選定され、
    前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定される、請求項９または１０に記載の金属体の表面状態監視方法。
12. 前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、
    前記第１の角度は４５°以上であり、
    前記第２の角度及び前記第３の角度は３°以上３０°以下である、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の金属体の表面状態監視方法。
13. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源は、前記第１の角度が前記第２の角度及び前記第３の角度より小さくなるように配設される、請求項９に記載の金属体の表面状態監視方法。
14. 前記第１の照明光源の色は、光の３原色である、赤、緑、青のうち、前記金属体の表面異常部から測定される色相に最も近い色が選定され、
    前記第２の照明光源及び前記第３の照明光源の色は、赤、緑、青のうち、第１の照明光源の色以外の２色が選定される、請求項１３に記載の金属体の表面状態監視方法。
15. 前記カラーラインセンサカメラの光軸と前記金属体の表面の法線方向とがなす角度は５°以下であり、
    前記第１の角度は３°以上３０°以下であり、
    前記第２の角度及び前記第３の角度は４５°以上である、請求項１３または１４に記載の金属体の表面状態監視方法。
16. 前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び前記第３の照明光源は、光の３原色である、赤、緑、青から選択され、
    前記第１の照明光の色を赤とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（青・緑）とする組み合わせ、
    前記第１の照明光の色を青とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・緑）とする組み合わせ、
    又は、前記第１の照明光の色を緑とし、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の色の組み合わせを（赤・青）とする組み合わせの何れかとなるように、それぞれ異なる色とされる、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の金属体の表面状態監視方法。
    

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