Способ обнаружения дефектов поверхности и устройство для обнаружения дефектов поверхности

Способ обнаружения дефектов поверхности и устройство для обнаружения дефектов поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения дефектов поверхности и устройству для обнаружения дефектов поверхности для оптического обнаружения дефекта поверхности стального материала.

Уровень техники

В последнее время в процессах производства изделий из стали с учетом повышения производительности за счет предотвращения несовместимости компонентов требуется обнаруживать дефекты поверхности холодных и горячих стальных материалов. К упоминаемым здесь стальным материалам относятся: изделия из стали, включающие в себя стальные листы и профилированную сталь, например, бесшовные стальные трубы, сварные стальные трубы, горячекатаные стальные листы, холоднокатаные стальные листы и толстые плиты; и полуфабрикаты, такие как слябы, используемые для производства вышеуказанных изделий из стали. Был предложен способ обнаружения дефекта поверхности стального материала, согласно которому: сортовая заготовка в процессе производства бесшовной стальной трубы подвергается действию света; заготовка испускает отраженный свет; и наличие или отсутствие дефекта поверхности определяется по количеству отраженного света (см. Патентный документ 1). Кроме того, также был предложен способ, согласно которому: видимые световые пучки нескольких областей длины волны, которые не оказывают взаимного влияния с излучаемым светом от горячего стального материала и не оказывают влияния друг на друга, излучаются в диагональных направлениях симметрично друг другу относительно нормальной линии к поверхности горячего материала; изображение с помощью комбинированных отраженных световых пучков и изображения с помощью отдельных отраженных световых пучков получают в нормальном направлении поверхности горячего стального материала; и дефект поверхности горячего стального материала обнаруживают из комбинации этих изображений (см. патентный документ 2).

Перечень упоминаемых документов

Патентный документ 1: японская выложенная патентная заявка №11-037949;

Патентный документ 2: японская выложенная патентная заявка №59-052735.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Согласно способу, описанному в патентном документе 1, поскольку отражательная способность безвредного рисунка или окалины отличается от отражательной способности основного стального участка, безвредный рисунок или окалина могут быть ошибочно обнаружены как дефект поверхности. Следовательно, согласно способу, описанному в патентном документе 1, благодаря тому, что форма дефекта является линейной, дефект и окалину можно отличить друг от друга. Однако дефекты поверхности на стальном материале имеют не только линейные формы, но также различные формы, такие как круглые формы. Следовательно, способ, описанный в патентном документе 1, сложно использовать для процесса обнаружения дефекта поверхности стального материала. Согласно способу, описанному в патентном документе 2, поскольку существует многообразие дефектов, окалины, безвредных участков и т.п., окалину или безвредный рисунок сложно отличить от дефекта поверхности только за счет простой комбинации изображений. Кроме того, на практике сложно спроектировать логику, соответствующую многообразию комбинаций изображений.

Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеописанных проблем, и его задача состоит в том, чтобы предложить способ обнаружения дефектов поверхности и устройство для обнаружения дефектов поверхности, которые позволяют с высокой степенью точности отличить окалину от безвредного рисунка.

Решение проблемы

Способ обнаружения дефектов поверхности для оптического обнаружения дефекта поверхности стального материала по настоящему изобретению включает в себя: этап освещения для освещения заданного участка контроля осветительными световыми пучками с различных направлений, используя два или более различимых источников света; и этап обнаружения для получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих световых осветительных световых пучков и обнаружения дефекта поверхности на заданном участке контроля посредством выполнения процесса вычитания между полученным изображениями.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап освещения включает в себя этап выполнения освещения осветительными световыми пучками, вынуждая два или более источника прерывистого света многократно излучать свет таким образом, чтобы их периоды испускания света не перекрывали друг друга.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап освещения включает в себя этап одновременного испускания осветительных световых пучков двумя или более источниками, имеющими области длины волны, которые не перекрывают друг друга, и этап обнаружения включает в себя этап получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков посредством разделения отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков, которые смешиваются друг с другом, используя фильтры, которые пропускают световые пучки, имеющие длины волны, которые являются такими же, как длины волны осветительных световых пучков.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап освещения включает в себя этап одновременного выполнения освещения двумя осветительными лучами от двух источников света, имеющих характеристики линейной поляризации, которые ортогональны друг к другу; и этап обнаружения включает в себя этап получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков посредством разделения отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков, которые были смешаны друг с другом, за счет использования двух пластин поляризации, имеющих характеристики линейной поляризации, которые ортогональны друг к другу.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению угол падения осветительных световых пучков от соответствующих источников света относительно заданного участка контроля составляет не менее 25° и не более 55°.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап обнаружения включает в себя этап регулирования, используя полупрозрачное зеркало, светоделительную пластину или призму, оптических осей нескольких устройств обработки изображений, которые обеспечивают получение изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих световых пучков, так чтобы они были соосными друг с другом.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап обнаружения включает в себя первый этап определения для извлечения светлого участка и темного участка изображения, полученного посредством выполнения процесса вычитания между полученными изображениями, и определение наличия или отсутствия дефекта в виде вогнуто-выпуклой поверхности из позиционного соотношения между извлеченными светлым участком и темным участком и направлений освещения осветительных световых пучков.

Согласно способу определения дефектов поверхности по настоящему изобретению первый этап определения включает в себя этап выполнения расширения в отношении изображений светлого участка и темного участка и подсчета позиционного соотношения между светлым участком и темным участком посредством извлечения перекрывающегося участка между изображениями светлого участка и темного участка, которые были подвергнуты процессу расширения.

Согласно способу определения дефектов поверхности по настоящему изобретению первый этап определения включает в себя этап выполнения процесса бинаризации и процесса маркировки в отношении изображений светлого участка и темного участка и подсчета позиционного соотношения между светлым участком и темным участком посредством сравнения положений центров тяжести изображений, которые были подвергнуты процессу маркировки.

Согласно способу определения дефектов поверхности по настоящему изобретению первый этап определения включает в себя этап подсчета позиционного соотношения между светлым участком и темным участком посредством выделения светлого участка и темного участка с помощью процесса фильтрации изображений светлого участка и темного участка.

Согласно способу определения дефектов поверхности по настоящему изобретению первый этап определения включает в себя этап: подсчета в качестве величины характерной особенности, по меньшей мере, одной из величин характерной особенности, к которым относятся соотношение освещенностей, соотношение площадей и круглость яркого участка и темного участка, из комбинации светлого участка и темного участка, полученной посредством подсчета позиционного соотношения между светлым участком и темным участком; и определения на основании подсчитанной величины характерной особенности наличия или отсутствия дефекта в виде вогнуто-выпуклой поверхности.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению этап обнаружения включает в себя второй этап определения для получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков, извлечения светлого участка и темного участка изображения, полученного посредством выполнения процесса вычитания между полученными изображениями, подсчета величины характерной особенности формы, которая становится показателем удлиненности извлеченных светлого участка и темного участка, и определения на основании подсчитанной величины характерной особенности наличия или отсутствия удлиненного дефекта.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению второй этап определения включает в себя этап подсчета в качестве величины характерной особенности формы, по меньшей мере, одной из величин характерной особенности, к которым относятся: соотношение большая ось - малая ось согласно эллиптической аппроксимации; максимальный диаметр Фере; круглость; и степень заполнения выпуклого многоугольника.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению второй этап определения включает в себя этап определения наличия или отсутствия удлиненного дефекта на основании, помимо величины характерной особенности формы, направления светлого участка и темного участка.

Согласно способу обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению второй этап определения включает в себя этап определения направления светлого участка и темного участка посредством использования одного из следующих факторов, к которым относятся: соотношение большая ось - малая ось согласно эллиптической аппроксимации; максимальный диаметр Фере; и линейный фильтр.

Устройство обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению оптически обнаруживает дефект поверхности стального материала и включает в себя: узел освещения, выполненный с возможностью освещения заданного участка контроля осветительными световыми пучками с различных направлений, используя два или более различимых источников света; и узел обнаружения, выполненный с возможностью Получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков и обнаружения дефекта поверхности на заданном участке контроля посредством выполнения процесса вычитания между полученными изображениями.

Устройство обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению оптически обнаруживает дефект поверхности стального материала и включает в себя: узел освещения, выполненный с возможностью освещения заданного участка контроля осветительными световыми пучками с различных направлений, используя два или более различимых источников света; и узел определения, выполненный с возможностью получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков, извлечения светлого участка и темного участка изображения, полученного посредством выполнения процесса вычитания между полученными изображениями, и определения наличия или отсутствия дефекта в виде вогнуто-выпуклой поверхности из позиционного соотношения между извлеченными светлым участком и темным участком и направлений освещения осветительных световых пучков.

Устройство обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению оптически обнаруживает дефект поверхности стального материала и включает в себя: узел освещения, выполненный с возможностью освещения заданного участка контроля осветительными световыми пучками с различных направлений, используя два или более различимых источников света; и узел определения, выполненный с возможностью получения изображений с помощью отраженных световых пучков от соответствующих осветительных световых пучков, извлечения светлого участка и темного участка изображения, полученного посредством выполнения процесса вычитания между полученными изображениями, получения величины характерной особенности формы, которая становится показателем удлиненности извлеченных светлого участка и темного участка, и определения, на основании подсчитанной величины характерной особенности, наличия или отсутствия удлиненного дефекта.

Преимущественные эффекты изобретения

С помощью способа обнаружения дефектов поверхности и устройства для обнаружения дефектов поверхности по настоящему изобретению можно с высокой точностью отличить окалину или безвредный рисунок от дефекта поверхности.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематичное изображение конфигурации устройства для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 2 - схематичное изображение конфигурации модифицированного примера зональных датчиков, показанных на фиг. 1;

фиг. 3 - временная диаграмма, показывающая продолжительность действия источников света и зональных датчиков, показанных на фиг. 1;

фиг. 4 - пример, показывающий два двухмерных изображения, захватывающих дефект поверхности и окалину и безвредный дефект; и их изображение, полученное вычитанием;

фиг. 5 - схематичное изображение конфигурации устройства, используемого в эксперименте по исследованию соотношения между углом падения осветительного светового пучка и отражательной способностью неповрежденного участка (основной стальной участок);

фиг. 6 - график соотношения между углом падения лазерного луча и количеством света, которое получает ваттметр;

фиг. 7 - схематичное изображение процесса обнаружения дефектов поверхности по второму режиму настоящего изобретения;

фиг. 8 - схематичное изображение процесса обнаружения дефектов поверхности по третьему режиму настоящего изобретения;

фиг. 9 - схематичное изображение конфигурации устройства, используемого в примере;

фиг. 10 - результаты процесса обнаружения дефектов поверхности согласно примеру;

фиг. 11 - результаты процесса обнаружения дефектов поверхности на участке, где была образована окалина;

фиг. 12 - схематичное изображение модифицированного примера конфигурации устройства для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 13 - схематичное изображение другого модифицированного примера конфигурации устройства для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 14 - изображение, на котором показаны тени при испускании света в одном направлении в случаях, когда формы поверхности участков, подлежащих контролю, являются вогнутыми и выпуклыми.

фиг. 15 - пример изображения, полученного вычитанием дефекта в виде вогнутой поверхности;

фиг. 16 - технологическая схема осуществления способа подсчета позиционного соотношения между светлым участком и темным участком посредством использования процесса расширения;

фиг. 17 - изображение, полученное вычитанием, и одномерный профиль яркостной структуры;

фиг. 18 - пример двухмерного изображения и одномерный профиль фильтра;

фиг. 19 - пример изображения, полученного вычитанием, которое было подвергнуто фильтрации с помощью фильтра, показанного на фиг. 18, и его одномерный профиль;

фиг. 20 - схематичное изображение модифицированного примера положения источников света;

фиг. 21 - схематичное изображение яркостных структур, полученных с учетом положения источников света, показанных на фиг. 20;

фиг. 22 - результаты процесса обнаружения дефектов поверхности согласно примеру;

фиг. 23 - пример линейного удлиненного дефекта, где не образована яркостная структура отраженного луча;

фиг. 24 - технологическая схема осуществления процесса обнаружения удлиненного дефекта по варианту выполнения настоящего изобретения;

фиг. 25 - пример величин характерной особенности формы дефектов поверхности;

фиг. 26 - результаты процесса обнаружения дефектов поверхности согласно примеру.

Описание вариантов выполнения

Ниже приводится описание вариантов выполнения настоящего изобретения с первого по третий со ссылкой на чертежи, конфигурации и функционирование устройства для обнаружения дефектов поверхности.

Первый вариант выполнения

Ниже со ссылкой на фиг. 1-13 приводится описание конфигурации и функционирование устройства для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

Конфигурация устройства для обнаружения дефектов поверхности

На фиг. 1 представлено схематическое изображение конфигурации устройства для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, устройство для обнаружения дефектов поверхности по первому варианту выполнения представляет собой устройство, которое обнаруживает дефект поверхности стальной трубы Р, которая транспортируется в направлении показанной на фигуре стрелки и имеет цилиндрическую форму, при этом устройство 1 для обнаружения дефектов поверхности включает в себя в качестве основных компонентов источники 2а и 2b света, функциональный генератор 3, зональные датчики 4а и 4b, устройство 5 обработки изображений и монитор 6.

Источники 2а и 2b света излучают свет на один и тот же заданный участок контроля на поверхности стальной трубы Р посредством различимых осветительных световых пучков L согласно инициирующим сигналам функционального генератора 3. Целесообразно, чтобы источники 2а и 2b света были расположены симметрично относительно заданного участка контроля. Следовательно, источники 2а и 2b света устанавливаются таким образом, чтобы источники 2а и 2b света были смещены от вектора нормали к поверхности стальной трубы Р под одинаковым углом и чтобы векторы направления излучения осветительных световых пучков L и вектор нормали к поверхности стальной трубы Р находились в одной плоскости. Одинаковость упомянутых здесь углов падения имеет целью сделать оптические параметры равными друг другу в максимально возможной степени, когда разнонаправленные источники света имеют друг с другом различия, и в значительной мере уменьшить сигнал от неповрежденного участка, включая сюда окалину и безвредный рисунок, посредством процесса вычитания. Кроме того, сигнал от неповрежденного участка в значительной мере зависит от характеристик поверхности заданного участка, и при определенном значении угла сложно в обязательном порядке обеспечить одинаковость полученных данных. Следовательно, когда углы соответствуют диапазону 25-55°, даже если углы немного отличаются друг от друга, при условии, что сигнал от неповрежденной части может быть уменьшен посредством процесса вычитания, эти углы будут выражаться как одинаковые. В этом варианте выполнения количество источников света равно двум, но при условии, что источники света имеют друг с другом различия, количество источников может равняться трем и более. Упомянутые здесь различимые источники света относятся к источникам света, для которых величина отраженного света может определяться отдельно для каждого из источников света по отношению к отраженным лучам, получаемым от заданного участка.

Зональные датчики 4а и 4b захватывают двухмерные изображения посредством отраженных световых пучков от осветительных световых пучков L, испускаемых от источников 2а и 2b света согласно инициирующим сигналам функционального генератора 3. Зональные датчики 4а и 4b передают данные по захваченным двухмерным изображениям в устройство обработки изображений. Целесообразно, чтобы зональные датчики 4а и 4b по мере возможности были расположены на векторах нормали к заданному участку контроля в состоянии, в котором обеспечиваются их соответствующие поля обзора для формирования изображений.

Для решения проблемы позиционирования зональные датчики 4а и 4b установлены на минимально возможном расстоянии друг от друга, и их оптические оси в максимальной степени параллельны друг другу. Кроме того, как показано на фиг. 2, оптические оси зональных датчиков 4а и 4b могут быть отрегулированы таким образом, чтобы они были соосными посредством использования полупрозрачного зеркала, светоделительной пластины или призмы. Таким образом, с высокой степенью точности может быть получено описанное ниже изображение, полученное вычитанием.

Устройство 5 обработки изображений представляет собой устройство, которое обнаруживает дефект поверхности на заданном участке контроля посредством выполнения описанного ниже процесса вычитания двух двухмерных изображений, полученных от зональных датчиков 4а и 4b. Устройство обработки изображений выдает данные о двух двухмерных изображениях, полученных от зональных датчиков 4а и 4b, и информацию, относящуюся к результатам обнаружения дефекта поверхности, на монитор 6.

Посредством выполнения процесса обнаружения дефекта поверхности, описанного ниже, устройство 1 для обнаружения дефектов поверхности, сконфигурированное так, описано выше, устанавливает различие между окалиной или безвредным рисунком и дефектом поверхности на заданном участке контроля. Упомянутый здесь дефект поверхности относится к дефекту в виде вогнуто-выпуклой поверхности. Кроме того, термин «окалина или безвредный рисунок» означает участок толщиной приблизительно от нескольких мкм до нескольких десятков мкм, имеющий характеристики оптических свойств поверхностной пленки или поверхности, отличающиеся от характеристик участка основной стали, что является причиной помех в процессе обнаружения дефектов поверхности. Ниже приводится описание процесса обнаружения дефектов поверхности по режимам с первого по третий настоящего изобретения. Первый режим

Прежде всего, со ссылкой на фиг. 3-6 будет описан процесс обнаружения дефектов поверхности по первому режиму настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлена временная диаграмма, показывающая продолжительность действия источников 2а и 2b света и зональных датчиков 4а и 4b. На фигуре «d» обозначает продолжительность излучения света источниками 2а и 2b света, и «Т» обозначает период формирования изображений применительно к двум двухмерным изображениям зональными датчиками 4а и 4b. В процессе обнаружения дефектов поверхности по первому режиму настоящего изобретения источники 2а и 2b света можно отличить друг от друга за счет того, что источники 2а и 2b света, служащие в качестве источников прерывистого света, многократно испускают свет таким образом, что их периоды испускания света не перекрывают друг друга.

Другими словами, как показано на фиг. 3, в этом режиме, прежде всего, функциональный генератор 3 передает инициирующий сигнал на источник 2а света и зональный датчик 4а, источник 2а света испускает осветительный световой пучок L, и зональный датчик 4а завершает захватывание двухмерного изображения в пределах отрезка времени «d». После завершения захватывания двухмерного изображения зональным датчиком 4а, функциональный генератор 3 передает инициирующий сигнал на источник 2b света и зональный датчик 4b, и двухмерное изображение захватывается схожим образом. Согласно этому режиму двухмерные изображения посредством отдельных отраженных световых пучков применительно к осветительным световым пучкам L, испускаемым соответствующими источниками света, могут захватываться с разностью d по времени без уменьшения светового потока.

Если скорость транспортирования стальной трубы Р является высокой, желательно, чтобы продолжительность d испускания света источниками прерывистого света был небольшой. Это связано с тем, что чем меньше продолжительность d испускания света, тем меньше задержка выдержки между двумя двухмерными изображениями, получаемыми зональными датчиками 4а и 4b, и, таким образом, тем меньше может быть позиционное смещение между двухмерными изображениями из-за задержки выдержки. Кроме того, когда задачей является обнаружение дефекта поверхности посредством использования изображения, полученного вычитанием, между двухмерными изображениями с помощью отдельных отраженных световых пучков, продолжительность d испускания света источниками прерывистого света должна удовлетворять условию, соответствующему следующему цифровому выражению (1).

Если размер дефекта, подлежащего обнаружению, составляет, например, 20 мм, то поскольку на основе опыта для обнаружения дефекта поверхности требуются сигналы, по меньшей мере, 5×5 пикселей, разрешение может составлять 4 мм/пиксель. Кроме того, в этом случае допустимое позиционное смещение из-за продолжительности испускания осветительных световых пучков L на основе опыта должно быть не больше 0,2 пикселя, и, таким образом, если скорость транспортирования стальной трубы Р составляет 1, 3 или 5 м/с, продолжительность испускания света источниками 2а и 2b света должна быть не выше 800, 270 или 160 мс, соответственно. Если скорость транспортирования и направление транспортирования стальной трубы Р являются постоянными, это позиционное смещение может быть скорректировано после захватывания двухмерных изображений.

В этом примере после выполнения обработки изображения, такого как калибровка, выравнивание фона, устранение помех и т.п., посредством использования параметров камеры, предварительно заданных для двухмерных изображений, получаемых от зональных датчиков 4а и 4b, устройство 5 обработки изображений обнаруживает дефект поверхности на заданном участке контроля посредством выполнения процесса вычитания между двухмерными изображениями.

В частности, если величина освещенности каждого пикселя, составляющего двухмерное изображение Ia, полученная во время испускания осветительного светового пучка L источником 2а света, составляет Ia (х, у) (где количество пикселей равно X×Y, координата х соответствует выражению 1≤х≤X, и координата у соответствует выражению 1≤у≤Y), и величина освещенности каждого пикселя, составляющего двухмерное изображение Ib, полученная во время испускания осветительного светового пучка L источником 2b света, составляет Ib (х, у), значение освещенности I_diff (х, у) каждого пикселя их изображения, полученного вычитанием, I_diff соответствует следующему цифровому выражению (2).

Примеры двухмерных изображений Ia и Ib, захватывающих дефект поверхности и окалину и безвредный рисунок, которые не являются дефектами, и их изображения, полученного вычитанием, I_diff представлены на фиг. 4(a), (b) и (с), соответственно. Как показано на 4(a), (b) и (с), на бездефектном участке, поскольку угол, образованный между вектором нормали и источником 2а света, равен углу, образованному между вектором нормали и источником 2b света, несмотря на наличие окалины и безвредного рисунка величина освещенности Ia (х, у) = величине освещенности Ib (х, у), т.е. значение освещенности I_diff (х, у)=0. Однако на участке дефекта поверхности, поскольку поверхность имеет вогнуто-выпуклую форму, всегда присутствует место, где угол, образованный между вектором нормали и источником 2а света, не равен углу, образованному между вектором нормали и источником 2b света, и, таким образом, величина освещенности Ia (х, у) ≠ величине освещенности Ib (х, у), т.е. значение освещенности I_diff (х, у)≠0.

С помощью устройства 11 субтракции, генерирующего изображение, полученное вычитанием, между двумя двухмерными изображениями, удаляются изображения окалины и безвредного рисунка, которые не являются дефектами, и может быть обнаружен только дефект поверхности. Обнаруживается только дефект поверхности, описанный выше, и окончательная оценка, является или нет дефект поверхности недопустимым, выполняется на основе ряда величин характерной особенности, после чего результат оценки отображается на мониторе 6.

Если между двумя двухмерными изображениями существует позиционное смещение, и оно влияет на изображение, полученное вычитанием, желательно использовать двухмерный низкочастотный фильтр для уменьшения влияния позиционного смещения между двухмерными изображениями. В этом случае, если двухмерный низкочастотный фильтр обозначен как «Н», значение освещенности I'_diff (х, у) изображения, полученного вычитанием, соответствует следующему цифровому выражению (3).

Кроме того, предпочтительно, поскольку используются одинаковые источники 2а и 2b света, каждый из этих источников света испускает свет таким образом, что свет по мере возможности становится равномерным параллельным светом, и заданный участок контроля является приблизительно плоским. Однако в отношении случая, где поверхность является немного неравномерной или гладкой криволинейной поверхностью подобно стальной трубе Р, дефект поверхности может быть обнаружен посредством общего выравнивания фона изображения.

Кроме того, угол отражения осветительных световых пучков L желательно должен находиться в диапазоне, препятствующем попаданию на компонент зеркального отражения отраженного света от бездефектного участка и обеспечивающем получение достаточного количества света. Авторы настоящего изобретения выполнили эксперимент по исследованию соотношения между углом падения осветительных световых пучков L и отражающей способностью неповрежденного участка (основного участка стали). Конфигурация устройства, используемого в эксперименте, показана фиг. 5. Как показано на фиг. 5, в этом эксперименте было измерено количество света, принимаемое ваттметром 12, когда ваттметр 12 был прикреплен вертикально над образцом 14 сляба, и угол падения луча лазера 13 изменялся от 0° до 90°. Результаты эксперимента показаны на фиг. 6. Как показано на фиг. 6, когда угол падения 0 составляет 0-20°, количество света, принимаемое ваттметром 12, является большим благодаря использованию компонента зеркального отражения, но когда угол падения θ становится не меньше 60°, количество света, принимаемое ваттметром 12, значительно уменьшается. Следовательно, желательно, чтобы угол падения осветительных световых пучков L составлял 25-55° относительно вектора нормали к заданному участку контроля.

Разрешение в направлении глубины заданного участка контроля зависит от угла наклона дефекта и разрешений зональных датчиков 4а и 4b. Угол наклона дефекта представляет собой угол, полученный посредством ортографического проецирования «вектора нормали к участку дефекта» на «плоскость, образованную вектором направления источника света и вектором нормали к поверхности неповрежденного участка заданного участка контроля», т.е. угол, образованный между ортографически проецируемым вектором и вектором нормали к поверхности неповрежденного участка. Несмотря на зависимость от характеристик поверхности заданного участка контроля при испускании света с углом падения светового пучка, например, 45°, если угол наклона дефекта составляет не менее приблизительно 10° относительно направления источника света, было подтверждено, что сигнал о дефекте обнаруживается посредством процесса вычитания. Следовательно, если принять, что разрешение один пиксель составляет 0, 5 мм, теоретически может быть получено разрешение в направлении глубины приблизительно 0,5×tan 10°=0,09 мм.

Второй режим

Далее со ссылкой на фиг. 7 будет описан процесс обнаружения дефектов поверхности по второму режиму настоящего изобретения.

В процессе обнаружения дефектов поверхности по второму режиму настоящего изобретения за счет использования в качестве источников 2а и 2b света таких источников света, которые имеют области длины волны неперекрывающие друг друга, источники 2а и 2b света можно отличить один от другого. В частности, как показано на фиг. 7, у источников 2а и 2b света расположены фильтры 20а и 20b выбора длины волны двух типов, имеющие области длины волны неперекрывающие друг друга, и существует возможность выбора областей дины волны осветительных световых пучков L. Кроме того, у зональных датчиков 4а и 4b расположены фильтры 21а и 21b выбора длины волны, имеющие одинаковые характеристики выбора длины волны.

Согласно этой конфигурации отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2а света принимается только зональным датчиком 4а через фильтры 20а и 21а выбора длины волны, и отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2b света принимается только зональным датчиком 4b через фильтры 20b и 21b выбора длины волны. Таким образом, посредством согласования формирования изображений по времени между зональными датчиками 4а и 4b двухмерные изображения, создаваемые отраженными световыми пучками от осветительных световых пучков L от источников 2а и 2b света, могут захватываться без какого-либо позиционного смещения. Процесс, осуществляемый после захватывания двухмерных изображений, схож с процессом по первому варианту выполнения.

Если скорость перемещения заданного участка контроля является высокой, во избежание позиционного смещения из-за перемещения заданного участка контроля использование источников прерывистого света в качестве источников 2а и 2b света позволяет уменьшить периоды времени формирования двухмерных изображений без изменения выбора времени испускания света источниками 2а и 2b света. Кроме того, может быть адаптирована конфигурация, в которой посредством захватывания двухмерных изображений, используя синий пропускающий фильтр в качестве фильтра 20а выбора длины волны и зеленый пропускающий фильтр в качестве фильтра 20b выбора длины волны и используя одноцветную камеру, в синем канале принимается только отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2а света, и в зеленом канале принимается только отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2b света.

Третий режим

Далее со ссылкой на фиг. 8 будет описан процесс обнаружения дефектов поверхности по третьему режиму настоящего изобретения.

В процессе обнаружения дефектов поверхности по третьему режиму настоящего изобретения за счет использования в качестве источников 2а и 2b света таких источников света, которые имеют ортогональные друг другу характеристики линейной поляризации, источники 2а и 2b света можно отличить один от другого. В частности, как показано на фиг. 8, пластины 30а и 30b линейной поляризации расположены под углами α° и (α+90)° (где α - любой угол) у источников 2а и 2b света, и через них соответственно пропускается только свет с ортогональными друг к другу компонентами поляризации. Пластина линейной поляризации представляет собой фильтр, который пропускает только компоненту линейной поляризации определенного направления по отношению к падающему свету. Кроме того, пластины 31а и 31b, имеющие такие же характеристики линейной поляризации, как и пластины 30а и 30b, расположены под углами α° и (α+90)° у зональных датчиков 4а и 4b.

Согласно этой конфигурации отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2а принимается только зональным датчиком 4а, и отраженный световой пучок от осветительного светового пучка L от источника 2b принимается только зональным датчиком 4b. Таким образом, пос