CN102667443B - 钢材的材质判断装置和钢材的材质判断方法 - Google Patents

Abstract

能够稳定且高精度地辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。提供一种钢材的材质判断装置，其特征在于，包括：摄像单元(11)，其连续多次拍摄摩擦钢材(18)时产生的火花；检测单元(12)，其从由摄像单元拍摄得到的各摄像图像(2)中检测与由于上述钢材所含有的合金成分被摩擦而产生的合金火花相对应的合金火花区域；计算单元(13)，其算出由检测单元检测出的合金火花区域的总数；辨别单元(14)，其在算出的合金火花区域的总数为第一阈值以上的情况下，判断为钢材是由低合金钢构成的钢材，在算出的合金火花区域的总数小于第一阈值的情况下，判断为钢材是由碳钢构成的钢材。

Description

钢材的材质判断装置和钢材的材质判断方法

技术领域

本发明涉及一种辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材的钢材的材质判断装置和钢材的材质判断方法。

背景技术

作为判断钢材的含碳量、辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材等的方法，已知由检查员通过目视来观察在用研磨机等摩擦钢材时产生的火花并由检查员根据观察到的火花的状态来进行上述判断和辨别的方法。但是，该方法的判断结果、辨别结果取决于检查员的技能，因此有以下的问题，即上述判断和辨别的精度不稳定，另外，需要熟练的检查员。

提出了以稳定且高精度地进行上述判断为目的的钢材检查装置(例如参照日本专利第3482265号公报)。但是，日本专利第3482265号的钢材检查装置并非以稳定且高精度地进行上述辨别为目的，因此依然希望开发一种能够稳定且高精度地进行上述辨别的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钢材的材质判断装置和钢材的材质判断方法，能够稳定且高精度地辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。

本发明提供一种钢材的材质判断装置，其特征在于，具备：摄像单元，其连续多次拍摄摩擦钢材时产生的火花；检测单元，其从由上述摄像单元拍摄得到的各摄像图像中检测合金火花区域，该合金火花区域与由于上述钢材所含有的合金成分被摩擦而产生的合金火花相对应；计算单元，其针对全部摄像图像将由上述检测单元检测出的各摄像图像中的合金火花区域的个数进行相加，来算出合金火花区域的总数；以及辨别单元，在上述总数为第一阈值以上的情况下，该辨别单元判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材，在上述总数为小于上述第一阈值的情况下，该辨别单元判断为上述钢材是由碳钢构成的钢材。

作为摩擦钢材时产生的火花的种类，具有：只在对含有合金成分的钢材摩擦时产生的合金火花；对完全不含有合金成分的钢材和含有合金成分的钢材的任意一个钢材摩擦时都产生的普通火花。在对摩擦由碳钢构成的钢材的情况和摩擦由低合金钢构成的钢材的情况进行比较时，摩擦由低合金钢构成的钢材时所产生的合金火花的个数多。本发明所涉及的材质判断装置从摩擦钢材时产生的火花的摄像图像中检测显示合金火花的摄像图像的区域即合金火花区域。并且，在合金火花区域的总数上，设定用于判断是低合金钢还是碳钢的第一阈值，本发明所涉及的材质判断装置在检测出的合金火花区域的总数为第一阈值以上的情况下，将钢材判断为由低合金钢构成的钢材，在检测出的合金火花区域的总数小于第一阈值的情况下，将钢材判断为由碳钢构成的钢材。即，根据本发明所涉及的材质判断装置，能够根据第一阈值与检测出的合金火花区域的总数之间的大小关系，自动地辨别钢材是由碳钢构成还是由低合金钢构成。因此，根据本发明所涉及的材质判断装置，钢材是由碳钢构成还是由低合金钢构成的辨别结果并不取决于检查员的技能，能够稳定地进行该辨别。另外，如果预先调查摩擦由低合金钢构成的钢材时产生的合金火花区域的总数、和摩擦由碳钢构成的钢材时产生的合金火花区域的总数，并根据调查结果设定第一阈值，则本发明所涉及的材质判断装置能够高精度地进行上述辨别。

在对摩擦钢材时产生的火花进行拍摄所得到的摄像图像中，存在上述合金火花区域、显示上述普通火花的摄像图像的区域即普通火花区域、位于合金火花区域和普通火花区域各自周围的周围区域、以及显示合金火花和普通火花的背景的摄像图像的区域即背景区域。以下，将合金火花区域和普通火花区域统称为“火花区域”。与位于各火花区域周围的周围区域相比，各火花区域的浓度高，背景区域的浓度比任意的火花区域和任意的周围区域的浓度都低。另外，合金火花区域和普通火花区域的形状不同。因此，作为从摄像图像中检测合金火花区域的方法，能够考虑以下的方法，即通过根据浓度对摄像图像进行二值化而从摄像图像中检测火花区域，根据检测出的火花区域的形状从火花区域中检测合金火花区域。

但是，火花的亮度对于每个火花都不同，因此在一幅摄像图像中存在与多个火花对应的多个火花区域的情况下，火花区域间浓度不同。另外，具有以下的倾向，即火花区域的浓度越高，则位于该火花区域周围的周围区域的浓度越高。浓度高的周围区域的浓度有时比浓度低的火花区域还高。因此，在将上述二值化用的阈值设定为比浓度低的火花区域的浓度低的浓度时，有可能连构成浓度高的周围区域的像素也被检测出来。另一方面，在将上述二值化用的阈值设定为比浓度高的周围区域的浓度高的浓度时，有可能无法检测出构成浓度低的火花区域的火花像素。

从高精度地检测合金火花区域的观点出发，优选的是，其特征在于，上述检测单元进行以下处理：第一处理，针对构成上述各摄像图像的一个像素行检测由沿着上述像素行相互连续并且浓度在第二阈值以上的像素构成的火花候选像素群；第二处理，检测构成各上述火花候选像素群的像素的最高浓度，用第三阈值对构成各上述火花候选像素群的像素进行二值化，来从构成各上述火花候选像素群的像素中检测构成火花像素群的像素，该第三阈值小于该最高浓度并且大于上述第二阈值；第三处理，通过针对构成上述各摄像图像的全部像素行执行上述第一处理和上述第二处理来制作表示上述火花像素群的二值化图像，将在该二值化图像中连续的上述火花像素群认定为与摩擦上述钢材时产生的火花对应的火花区域；以及第四处理，其从通过上述第三处理认定出的火花区域中检测上述合金火花区域。

在此，像素行是指在摄像图像的横方向或纵方向上从摄像图像的一端侧到另一端侧连接为直线状的像素的列，列的宽度方向的像素数是1个。

火花候选像素群是指有可能是火花区域的像素的群。

火花像素群是指表示火花区域的像素的群。

第二阈值是指为了从摄像图像中检测出火花候选像素群而设定的像素的浓度的阈值。

第三阈值是指为了从构成火花候选像素群的像素中检测出构成火花像素群的像素而设定的像素的浓度的阈值。

第一处理是以下的处理，即检测由沿着像素行相互连续的具有第二阈值以上的浓度的像素构成的火花候选像素群。如果将第二阈值可取值的上限值设为浓度最低的火花区域的浓度以下，则沿着像素行相互连续的火花像素(构成火花区域的像素)被检测为构成火花候选像素群的像素。另外，如果将第二阈值可取值的下限值设为比浓度最高的背景区域的浓度高，则能够排除将构成各背景区域的像素检测为构成火花候选像素群的像素的情况。但是，如上所述，浓度高的周围区域的浓度有时比浓度低的火花区域还高。因此，在将第二阈值设定为上述上限值和下限值之间的情况下，在存在浓度比火花区域还高的周围区域时，构成周围区域的像素被检测为构成火花候选像素群的像素。

第二处理是以下的处理，即检测构成各火花候选像素群的像素的最高浓度，用低于该最高浓度并且高于第二阈值的第三阈值对构成各火花候选像素群的像素进行二值化，由此从构成各火花候选像素群的像素中检测构成火花像素群的像素。火花区域的检测用颜色成分的浓度比位于该火花区域周围的周围区域高。作为火花候选像素群，即使构成火花区域的像素和构成位于该火花区域周围的周围区域的像素被检测为火花候选像素群，也将第三阈值设定为构成周围区域的像素的浓度与构成火花区域的火花像素的浓度之间，由此能够排除将构成周围区域的像素检测为火花像素的情况。即，由此，能够高精度地从摄像图像中检测出火花像素。

另外，由于对每个火花候选像素群进行第二处理，因此能够针对对各火花候选像素群进行的每个第二处理设定各自的第三阈值。因此，即使在构成各火花候选像素群的火花区域之间浓度不同，也在对各火花候选像素群进行的第二处理中，能够在上述范围内设定第三阈值，能够从各火花候选像素群中将构成火花区域的像素检测为构成火花像素群的像素。

在第三处理中，制作表示火花像素群的二值化图像，在该二值化图像中将火花像素群连续的部分认定为火花区域。如上所述，火花像素群由构成火花区域的像素构成。因此，在第三处理中被认定为火花区域的火花像素群连续的部分也由构成火花区域的像素构成。因此，通过第三处理，能够正确地检测出火花区域。

第四处理是从通过第三处理认定出的火花区域中检测合金火花区域的处理。由于通过第三处理正确地检测出火花区域，因此能够通过第四处理高精度地检测出合金火花区域。

优选的是，其特征在于，上述第四处理包含以下处理：判断处理，根据通过上述第三处理认定出的火花区域中的火花的飞散方向的前方侧的端部的宽度与上述飞散方向后方侧的端部的宽度之比，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第一判断模式；以及检测处理，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

在合金火花中，合金火花的飞散方向前方侧的端部的宽度与该飞散方向后方侧的端部的宽度之比处于规定的范围内。第一判断模式是指用于判断合金火花的飞散方向前方侧的端部的宽度与该飞散方向后方侧的端部的宽度之比是否处于规定的范围内的模式。因此，根据该优选的结构，能够高精度地检测合金火花区域。

优选的是，其特征在于，在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域的方向与存在于该火花区域的上述飞散方向后方的其它火花区域的方向之间的关系以及上述其它火花区域的长度，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第二判断模式，在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式和上述第二判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

其它火花在合金火花的飞散方向后方飞散。该其它火花的方向与合金火花的方向具有规定的关系，该其它火花的长度处于规定范围内。第二判断模式是指用于判断该其它火花的方向与合金火花的方向之间是否具有规定的关系、并且该其它火花的长度是否处于规定范围内的模式。因此，与只符合第一判断模式的火花区域相比，符合第一判断模式和第二判断模式两模式的火花区域是合金火花区域的可能性高。因此，根据该优选的结构，与将符合第一判断模式的火花区域检测为合金火花区域的结构相比，能够高精度地检测出合金火花区域。

优选的是，其特征在于，在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式和上述第二判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域与上述其它火花区域之间的距离，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第三判断模式，在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式至上述第三判断模式的所有模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

合金火花与该合金火花的飞散方向后方的其它火花之间的距离处于规定范围内。第三判断模式是指用于判断合金火花与该合金火花的飞散方向后方的其它火花之间的距离是否处于规定范围内的模式。因此，相比于符合第一判断模式和第二判断模式两模式的火花区域，符合第一判断模式至第三判断模式的所有模式的火花区域是合金火花区域的可能性高。因此，根据该优选的结构，与将符合第一判断模式和第二判断模式两模式的火花区域检测为合金火花区域的结构相比，能够高精度地检测出合金火花区域。

优选的是，其特征在于，在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域与存在于该火花区域的上述飞散方向后方的其它火花区域之间的距离，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第三判断模式，在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式和上述第三判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

在该优选的结构中，将符合第一判断模式和第三判断模式的火花区域检测为合金火花区域。因此，根据该优选的结构，与将符合第一判断模式的火花区域检测为合金火花区域的结构相比，能够高精度地检测出合金火花区域。

优选的是，其特征在于，上述辨别单元在判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材的情况下，根据上述总数判断该钢材中的合金成分的含有量。

合金成分的含有量越是增加，则摩擦由低合金钢构成的钢材时产生的合金火花的总数越多。因此，根据该优选的结构，能够判断由低合金钢构成的钢材的合金成分的含有量。

另外，本发明还提供一种钢材的材质判断方法，其特征在于，包括：摄像步骤，连续多次拍摄摩擦钢材时产生的火花；检测步骤，从在上述摄像步骤中拍摄得到的各摄像图像中检测合金火花区域，该合金火花区域与由于上述钢材所含有的合金成分被摩擦而产生的合金火花相对应；计算步骤，针对全部摄像图像将在上述检测步骤中检测出的各摄像图像中的合金火花区域的个数进行相加，来算出合金火花区域的总数；以及辨别步骤，在上述总数为第一阈值以上的情况下，判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材，在上述总数小于上述第一阈值的情况下，判断为上述钢材是由碳钢构成的钢材。

优选的是，其特征在于，在上述摄像步骤中，拍摄利用以2.94N以上且9.8N以下的力按压于上述钢材的摩擦构件摩擦上述钢材时产生的火花。

在将摩擦构件按压于钢材的力设为2.94N以上时，所产生的合金火花的个数稳定。因此，根据该优选的方法，能够稳定地辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。另外，在将按压力设为9.8N以下时，能够不对钢材造成严重损伤地摩擦钢材。因此，根据上述优选的方法，能够不对钢材造成严重损伤地、稳定且高精度地进行上述辨别。

本发明能够提供一种钢材的材质判断装置和钢材的材质判断方法，其能够稳定且高精度地辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。

附图说明

图1是本实施方式的钢材的材质判断装置的示意图。

图2是由摄像单元拍摄得到的摄像图像的示意图。

图3是表示像素行X的浓度分布的曲线图。

图4是表示摄像图像的二值化图像的图。

图5是图4的二值化图像的火花区域a和火花区域b附近的放大图。

图6是表示对应区域的长度方向的浓度分布的曲线图。

图7是表示分别对由碳钢构成的钢材和由低合金钢构成的钢材进行摩擦时产生的合金火花的个数的图。

图8是表示将研磨机的磨石的圆周速度设为30m/sec来对由低合金钢构成的三个钢材分别进行摩擦时的摄像单元的曝光时间和出现在摄像图像中的火花区域的个数的图。

图9是表示将研磨机的磨石的周面对钢材的按压力与所产生的火花的个数和对钢材造成的损伤的深度之间的关系的图。

具体实施方式

以下，说明通过本实施方式的钢材的材质判断装置(以下称为“材质判断装置”)辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。图1是本实施方式的材质判断装置的示意图。

如图1所示，材质判断装置1具备摄像单元11。使摩擦构件(在本实施方式中是研磨机17)按压钢材18，摄像单元11连续地拍摄由于摩擦而从钢材18产生的火花19。在此，研磨机17所具备的圆盘状的磨石171的周面按压钢材18。磨石171的周面按压于钢材18的力为2.94N以上且9.8N以下。摩擦钢材18时的研磨机17的磨石171的圆周速度为30m/sec。另外，摄像单元11的曝光时间为50msec。另外，摄像单元11在1sec的期间以50msec的间隔对火花19连续拍摄20次。另外，钢材18中含有Mo作为合金成分。对含有Mo作为合金成分的钢材18进行摩擦时产生的火花19的种类有合金火花和普通火花。合金火花是对含有Mo作为合金成分的钢材进行摩擦时产生的火花。普通火花是对完全不含有Mo作为合金成分的钢材和含有Mo作为合金成分的钢材的任意一个进行摩擦时都产生的火花。

图2是由摄像单元11拍摄得到的摄像图像2的示意图。图2中的右方向(箭头Z的方向)是与图1的箭头Y的方向对应的方向。箭头Y的方向是沿着磨石171的周面的部位中的按压于钢材18的部位的切线并且远离该部位的方向。在图2的上下方向上排列M行像素行而构成摄像图像2，该像素行在图2的左右方向上排列有N个像素。在摄像图像2中，存在与合金火花对应的合金火花区域、与普通火花对应的普通火花区域、位于合金火花区域和普通火花区域各自周围的周围区域、以及显示合金火花和普通火花的背景的摄像图像的区域即背景区域。在图2中，用黑色表示火花区域(合金火花区域和普通火花区域的统称)，用灰色表示周围区域，用白色表示背景区域。此外，图2的黑色区域中的用参照符号24表示的黑色区域是合金火花区域，其它黑色区域是普通火花区域。

摄像单元11将上述那样拍摄得到的全部摄像图像2输入到检测单元12。

检测单元12在从摄像单元11输入了摄像图像2时，对全部摄像图像2的全部像素行进行第一处理。对每个像素行都进行第一处理。第一处理是以下的处理，即从成为第一处理的对象的像素行中检测由连续的具有第二阈值以上的浓度的像素构成的火花候选像素群。

以下，说明对像素行X(参照图2)进行的第一处理。图3是表示像素行X(参照图2)的浓度分布的曲线图。如图2所示，在像素行X上，存在火花区域21、22、23、以及位于各火花区域21、22、23周围的周围区域21’、22’、23’。

如图3所示，火花区域21的浓度比位于火花区域21周围的周围区域21’高，火花区域22的浓度比位于火花区域22周围的周围区域22’高，火花区域23的浓度比位于火花区域23周围的周围区域23’高。另外，背景区域20的浓度比任意的火花区域21、22、23和任意的周围区域21’、22’、23’低。火花区域21、22、23的浓度各不相同。另外，周围区域21’、22’、23’的浓度越接近火花区域21、22、23越高。

此外，如图3所示，位于像素X0与在图中存在于像素X0的右侧的像素X2之间的像素、以及位于在图中存在于像素X2的右侧的像素X3与在图中存在于像素X3的右侧的像素X6之间的像素是构成周围区域21’的像素。另外，位于像素X2和像素X3之间的像素(不包含像素X2和像素X3)是构成火花区域21的像素。

在进行上述第一处理时，检测单元12首先针对构成像素行X的像素，从接近像素行X一侧(在本实施方式中是图3的左侧)的端部的像素向另一侧，依次判断浓度是否为第二阈值TH2以上。该第二阈值TH2是构成存在于摄像图像2中的任意一个火花区域的各像素所具有的浓度中的最低的浓度以下、并且比构成背景区域的各像素所具有的浓度中的最高的浓度高的浓度。作为将第二阈值TH2设定为上述范围内的值的方法，例如能够列举将比构成在没有产生火花时由摄像单元11拍摄得到的摄像图像2的各像素所具有的浓度中的最高的浓度稍高的浓度设定为第二阈值的方法。

如图3所示，构成像素行X并且浓度为第二阈值TH2以上的像素中的最接近像素行X一侧的端部的像素是位于像素X0和像素X2之间的像素X1。因此，检测单元12最初将像素X1检测为浓度为第二阈值TH2以上的像素。检测单元12将最初检测出的像素X1认定为开始检测到火花候选像素群的像素即起点像素。

在将像素X1认定为起点像素时，检测单元12针对存在于起点像素X1的像素行X另一侧的像素，从接近起点像素X1的像素开始依次判断浓度是否小于第二阈值TH2。如图3所示，在存在于起点像素X1的像素行X另一侧的像素中，浓度小于第二阈值TH2的像素中的最接近起点像素X1的像素是位于像素X3与像素X6之间的像素X5。因此，检测单元12最初将像素X5检测为浓度小于第二阈值TH2的像素。检测单元12将在检测出的像素X5的像素行X一侧与该像素X5相邻的像素X4认定为结束检测到火花候选像素群的像素即终点像素。检测单元12将由存在于起点像素X1与终点像素X4之间的各像素构成的像素群检测为火花候选像素群31(参照图3)。

在将第二阈值TH2设定在以上那样的范围内时，构成背景区域20的像素小于第二阈值TH2，能够排除将构成背景区域20的像素检测为构成火花候选像素群31的像素的情况，并且将构成火花区域21、22、23的像素检测为构成火花候选像素群的像素。

在检测火花候选像素群31时，检测单元12从存在于终点像素X4的像素行X另一侧的像素中，认定起点像素和终点像素，检测其它火花候选像素群。此外，在本实施方式中，设为检测单元12检测出由构成火花区域22的像素和构成周围区域22’的像素构成的火花候选像素群32、以及由构成火花区域23的像素和构成周围区域23’的像素构成的火花候选像素群33。

检测单元12在针对全部摄像图像2的全部像素行结束了第一处理时，针对全部火花候选像素群进行第二处理。对每个火花候选像素群进行第二处理。第二处理是从构成各火花候选像素群的像素中检测构成火花像素群的像素的处理。

以下，说明对火花候选像素群31进行的第二处理。如图3所示，检测单元12根据小于构成火花候选像素群31的像素的最高浓度Cmax1且超过第二阈值TH2的第三阈值TH31，对构成火花候选像素群31的像素进行二值化。检测单元12将浓度为第三阈值TH31以上的像素检测为构成火花像素群34的像素。在本实施方式中，第三阈值TH31被设定为如下的浓度：高于构成周围区域21’的各像素所具有的浓度中的最高浓度并且低于等于构成火花区域21的各像素所具有的浓度中的最低浓度。因此，构成火花区域21的全部像素被检测为构成火花像素群34的像素，构成周围区域21’的像素没有被检测为构成火花像素群34的像素。火花像素群34由构成火花像素21的像素构成。

另外，对每个火花候选像素群进行第二处理，因此，能够针对对各火花候选像素群进行的每个第二处理设定各自的第三阈值。因此，即使构成各火花候选像素群的火花区域的浓度不同，也在对各火花候选像素群进行的第二处理中，能够将第三阈值设定在火花区域与周围区域之间，能够从各火花候选像素群中检测出构成火花区域的像素。

检测单元12在第二处理结束时，进行第三处理。在第三处理中，首先根据各摄像图像2制作各摄像图像2的二值化图像。各摄像图像2的二值化图像是将构成从摄像单元11输入的各摄像图像2的像素中的通过第二处理被检测为构成火花像素群的像素的像素和除此以外的像素二值化为黑色和白色所得的图像。图4是图2的摄像图像2的二值化图像5。在图4中，用黑色表示被检测为构成火花像素群的像素的像素，用白色表示没有被检测为构成火花像素群的像素的像素。

在制作了各摄像图像2的二值化图像5时，检测单元12在各摄像图像2的二值化图像5中，将相互连续的火花像素群认定为与摩擦钢材18时产生的火花对应的火花区域a~j。通过对二值化图像5实施标记处理，检测出火花像素群的块，将检测出的块认定为一个火花区域，从而进行火花区域a~j的认定。如上所述，火花像素群由构成火花区域的像素构成。因此，通过第三处理认定为火花区域的火花像素群连续的部分也由构成火花区域的像素构成。因此，能通过第三处理正确地检测出火花区域。

检测单元12在结束了第三处理时，对通过第三处理认定出的全部火花区域进行第四处理。对每个通过第三处理认定出的火花区域进行第四处理。以下，说明对通过第三处理认定出的火花区域a~j(参照图4)进行的第四处理。

检测单元12首先算出构成各火花区域a~j的像素数。检测单元12从火花区域a~j中提取出像素数小于规定数(例如少于125像素)的火花区域。如图4所示，火花区域c、d、e、h的面积大，并且由规定数以上的像素构成。因而，在此，设为提取出了火花区域a、b、f、g、i、j。

接着，检测单元12从提取出的火花区域中提取出长度小于规定值的火花区域。火花区域的长度例如能够设为构成火花区域的像素中的存在于图中最左侧的像素与存在于最右侧的像素之间的距离。如图4所示，火花区域f、i长，在此，设为提取出了火花区域a、b、g、j。

接着，检测单元12算出提取出的(长度小于规定值的)火花区域中的火花的飞散方向前方侧的端部(以下称为“前端部”)的宽度、和该飞散方向后方侧的端部(以下称为“后端部”)的宽度，并判断是否符合第一判断模式。在图4的二值化图像5中，火花的飞散方向前方侧是右侧，火花的飞散方向后方侧是左侧。另外，前端部例如是指由构成火花区域的像素中的在二值化图像5中存在于右侧的像素构成的部分。另外，后端部例如是指由构成火花区域的像素中的在二值化图像5中存在于左侧的像素构成的部分。另外，前端部和后端部的宽度例如是指与通过了前端部的中央部分和后端部的中央部分的直线正交的方向的前端部和后端部的尺寸。如果以火花区域a为例进行说明，则检测单元12根据前端部的宽度L01与后端部的宽度L02之比，判断是否符合第一判断模式。在本实施方式中，检测单元12在前端部的宽度L01与后端部的宽度L02之比为预定的规定值(例如0.4)以下的情况下，判断为符合第一判断模式。如图4所示，设为火花区域a由于前端部与后端部的宽度没有差，所以被判断为不符合第一判断模式，只有火花区域b、g、j被判断为符合第一判断模式。

如上所述，在对含有Mo作为合金成分的钢材进行摩擦时产生的合金火花的形状是矛状。矛状的意思是指位于火花的飞散方向后方侧的后端部的宽度比位于火花的飞散方向前方侧的前端部大的形状。因此，被判断为第一判断模式的火花区域是合金火花区域的可能性高。

此外，合金火花的大小小并且长度短。因此，像素数多的火花区域、长度长的火花区域是合金火花区域的可能性小。如上所述，通过只对由小于规定数的像素构成并且长度小于规定值的火花区域判断是否符合第一判断模式，能够迅速并且计算量少地检测出很可能是合金火花区域的火花区域。

检测单元12判断被判断为符合第一判断模式的火花区域是否也符合第二判断模式。以下，说明对火花区域b进行的该判断。首先，在二值化图像5中，判断在火花区域b的左侧(火花的飞散方向后方侧)是否存在规定长度的其它火花区域。图5是图4的二值化图像5的火花区域a和火花区域b附近的放大图。此处的火花区域b的左侧例如是指如图5所示那样，在火花区域b的左侧，被第一分区直线L1和第二分区直线L2所夹的左侧的区域。第一分区直线L1是以下这样的直线，即与通过了火花区域b的前端部的宽度方向中央部分61和后端部的宽度方向中央部分62的直线L平行，并且在与该直线L正交的方向的一个方向侧通过了离直线L最远的火花区域b的部位64。第二分区直线L2是以下这样的直线，即与上述的直线L平行，并且在与该直线L正交的方向的另一方向侧，通过了离该直线L最远的火花区域b的部位65。另外，存在于火花区域b的左侧的意思是指整体处于被第一分区直线L1和第二分区直线L2所夹并且在火花区域b的左侧的区域中。如图5所示，火花区域a整体处于火花区域b的左侧并且被第一分区直线L1和第二分区直线L2所夹的左侧的区域。另外，设为火花区域a具有规定的长度(与在合金火花的飞散方向后方追随着合金火花而飞散的火花的长度对应的长度)。因而，检测单元12判断为在火花区域b的左侧存在规定长度的其它火花区域a。

在判断为在火花区域b的左侧存在规定长度的其它火花区域a时，检测单元12根据火花区域b的方向与火花区域a的方向之间的关系，判断火花区域b是否也符合第二判断模式。火花区域b的方向例如是上述的直线L的方向。其它火花区域a的方向例如是通过了构成火花区域a的像素中的存在于最左侧的像素和存在于最右侧的像素的直线L3的方向。

作为火花区域b的方向与其它火花区域a的方向之间的关系的一个具体例子，能够列举火花区域b的方向与其它火花区域a的方向所成的角度。在这种情况下，在所成的角度为规定角度以下的情况下，检测单元12判断为火花区域b也符合第二判断模式。

此外，在此，火花区域b的方向与其它火花区域a的方向所成的角度为规定角度以下，检测单元12判断为火花区域b也符合第二判断模式。

另外，作为火花区域b的方向与其它火花区域a的方向之间的关系的其它具体例子，能够列举火花区域b的方向与其它火花区域a的方向所成的角度θ’相对于火花区域b的方向与规定方向所成的角度θ的比例。在这种情况下，在上述比例为规定值以下(例如0.3以下)的情况下，检测单元12判断为火花区域b也符合第二判断模式。此外，规定方向例如是指二值化图像5中的右方向，即沿着磨石171的周面的部位中的按压于钢材18的部位的切线且远离该部位的方向。

在合金火花的飞散方向后方，其它火花追随着合金火花而飞散。该其它火花的方向与合金火花的方向所成的角度为规定范围内，另外，其它火花的长度为规定范围内。因此，与被判断为只符合第一判断模式的火花区域相比，被判断为还符合第二判断模式的火花区域是合金火花区域的可能性高。此外，在此，设为火花区域j也与火花区域b一样，被判断为符合第二判断模式。另一方面，设为虽然其它火花区域f整体位于火花区域g的左侧，但火花区域g并没有处于被第一分区直线L11和第二分区直线L12所夹的左侧的区域中，因此火花区域g被判断为不符合第二判断模式。

检测单元12判断被判断为还符合第二判断模式的火花区域是否还符合第三判断模式。以下，说明对火花区域b进行的该判断。首先，检测单元12从图2所示的摄像图像2中，识别与直线状区域对应的对应区域P(参照图2)，该直线状区域被图5所示的第一分区直线L1和第二分区直线L2所夹并且从火花区域b的前端部向火花的飞散方向后方延伸了规定距离。此外，该直线状区域至少从火花区域b的后端部延伸到飞散方向后方。检测单元12算出在对应区域P的长度方向(与第一分区直线L1和第二分区直线L2平行的方向所对应的方向)上的对应区域P的浓度分布。图6表示该浓度分布。检测单元12根据该浓度分布算出对应区域P在长度方向上的平均浓度。检测单元12算出将算出的平均浓度加上或减去规定量的浓度所得的修正浓度。检测单元12从对应区域P中识别与火花区域b的后端部对应的部分。检测单元12在识别出的与后端部对应的部分的后方，在浓度低于修正浓度的区间的长度W在规定范围内的情况下，判断为火花区域b还符合第三判断模式，在浓度低于修正浓度的区间的长度W不在规定范围内的情况下，判断为火花区域b不符合第三判断模式。

上述其它火花在合金火花的飞散方向后方稍微离开合金火花地飞散。因此，在合金火花区域的火花的飞散方向后方，在与稍许距离对应的距离上存在浓度低的区间。因此，与被判断为只符合第一判断模式和第二判断模式的火花区域相比，被判断为还符合第三判断模式的火花区域是合金火花区域的可能性高。

在此，如图2所示，在火花区域b的火花的飞散方向后方，稍微离开地存在火花区域a。因此，在此，设为火花区域b被检测单元12判断为还符合第三判断模式。另一方面，如图4所示，设为火花区域j与火花区域i之间离开很大距离，因此，在此火花区域j被检测单元12判断为不符合第三判断模式。

如上所述，检测单元将火花区域a~j中的被判断为符合第一判断模式至第三判断模式的所有模式的火花区域b(与图2的火花区域24对应的火花区域)检测为合金火花区域。

计算单元13针对全部摄像图像对上述那样由检测单元12检测出的各摄像图像中的合金火花区域的个数进行合计，来算出合金火花区域的总数。

在由计算单元13算出的火花区域的总数为第一阈值以上的情况下，辨别单元14判断为钢材18是由低合金钢构成的钢材，在上述总数小于第一阈值的情况下，辨别单元14判断为钢材18是由碳钢构成的钢材。此外，低合金钢是指满足以下的条件1~4中的至少一个条件的钢中的Cr的含有率小于2%的钢。

条件1：Cr的含有率为0.5%以上。

条件2：Ni的含有率为0.5%以上。

条件3：Mo的含有率为0.25%以上。

条件4：Cu的含有率为0.25%以上。

另外，碳钢是指不满足条件1~4的全部条件的钢。

图7是表示由计算单元13针对由碳钢构成的钢材的4个样本算出的合金火花区域的总数、由计算单元13针对由低合金钢构成的钢材的5个样本算出的合金火花区域的总数的图。如图7所示，在摩擦由碳钢构成的钢材时和摩擦由低合金钢构成的钢材时，由低合金钢构成的钢材的合金火花区域(合金火花)的个数多。因而，如果将第一阈值设定为摩擦由低合金钢构成的钢材时产生的合金火花区域的总数与摩擦由碳钢构成的钢材时产生的合金火花区域的总数之间的数值，则材质判断装置1能够辨别出钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。因此，根据材质判断装置1，上述辨别结果不取决于检查员的技能，能够稳定地进行该辨别。

另外，辨别单元14在判断为钢材18是由低合金钢构成的钢材的情况下，根据由计算单元13算出的合金火花区域的总数判断该钢材18中的合金成分的含有率。如图7所示，Mo的含有率越是增加，则在摩擦由低合金钢构成的钢材时产生的合金火花的总数越多。因此，材质判断装置1在钢材18是由低合金钢构成的钢材的情况下，能够判断出由低合金钢构成的钢材的合金成分的含有率。具体地说，使用多个样本预先调查由碳钢和低合金钢构成的钢材的合金成分的含有率与合金火花的总数之间的相关性，求出根据合金火花的总数算出合金成分的含有率的相关性公式。然后，基于该相关性公式，根据钢材的合金火花的总数判断合金成分的含有率。

辨别单元14将钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材的辨别结果和由低合金钢构成的钢材的合金成分的含有率显示在监视器等结果显示单元15上，或者存储在硬盘、存储器等存储单元16中。

在磨石的圆周速度为30m/msec的情况下，摄像单元2的优选曝光时间是从15msec~250msec的范围内的时间。在曝光时间比上述范围短时，在摄像图像2上，火花区域会变小。因此，如图8所示，难以从摄像图像2中检测出合金火花区域。另一方面，在曝光时间比上述范围长时，火花区域重叠，无法逐一地区别火花区域，难以正确地从摄像图像2中检测出火花区域。另外，在由检查员通过目视观察火花而进行上述辨别时，可认为检查员是通过余像效果来识别合金火花的。与由检查员通过目视来识别合金火花一样，为了在摄像图像中描绘出合金火花，优选是将曝光时间设为与产生余像效果的时间(50msec~250msec)相等。

如上所述，在本实施方式中，磨石171的周面按压于钢材18的力为2.94N以上且9.8N以下。在将磨石171的周面按压于钢材18的力设为2.94N以上时，如图9所示，所产生的合金火花的个数稳定。因此，根据本实施方式，能够稳定并且高精度地辨别钢材是由碳钢构成的钢材还是由低合金钢构成的钢材。另外，在将按压力设为9.8N以下时，如图9所示，能够不对钢材18造成严重损伤地摩擦钢材18。因此，根据本实施方式，能够不对钢材18造成严重损伤地，稳定并且高精度地进行上述辨别。

以上，只将符合第一判断模式至第三判断模式的所有模式的火花区域检测为合金火花区域，但也可以将符合第一判断模式的火花区域、符合第一判断模式和第二判断模式的火花区域、或符合第一判断模式和第三判断模式的火花区域检测为合金火花区域。

Claims (8)

1.一种钢材的材质判断装置，其特征在于，具备：

摄像单元，其连续多次拍摄摩擦钢材时产生的火花；

检测单元，其从由上述摄像单元拍摄得到的各摄像图像中检测合金火花区域，该合金火花区域与由于上述钢材所含有的合金成分被摩擦而产生的合金火花相对应；

计算单元，其针对全部摄像图像将由上述检测单元检测出的各摄像图像中的合金火花区域的个数进行相加，来算出合金火花区域的总数；以及

辨别单元，在上述总数为第一阈值以上的情况下，该辨别单元判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材，在上述总数小于上述第一阈值的情况下，该辨别单元判断为上述钢材是由碳钢构成的钢材；

上述检测单元进行以下处理：

第一处理，针对构成上述各摄像图像的一个像素行检测由沿着上述像素行相互连续并且浓度在第二阈值以上的像素构成的火花候选像素群；

第二处理，检测构成各上述火花候选像素群的像素的最高浓度，用第三阈值对构成各上述火花候选像素群的像素进行二值化，来从构成各上述火花候选像素群的像素中检测构成火花像素群的像素，该第三阈值小于该最高浓度并且大于上述第二阈值；

第三处理，通过针对构成上述各摄像图像的全部像素行执行上述第一处理和上述第二处理来制作表示上述火花像素群的二值化图像，将在该二值化图像中连续的上述火花像素群认定为与摩擦上述钢材时产生的火花对应的火花区域；以及

第四处理，其从通过上述第三处理认定出的火花区域中检测上述合金火花区域。

2.根据权利要求1所述的钢材的材质判断装置，其特征在于，

上述第四处理包含以下处理：

判断处理，根据通过上述第三处理认定出的火花区域中的火花的飞散方向前方侧的端部的宽度与上述飞散方向后方侧的端部的宽度之比，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第一判断模式；以及

检测处理，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

3.根据权利要求2所述的钢材的材质判断装置，其特征在于，

在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域的方向与存在于该火花区域的上述飞散方向后方的其它火花区域的方向之间的关系以及上述其它火花区域的长度，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合第二判断模式，

在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式和上述第二判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

4.根据权利要求3所述的钢材的材质判断装置，其特征在于，

在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式和上述第二判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域与上述其它火花区域之间的距离，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合距离判断模式，

在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式、上述第二判断模式和上述距离判断模式的所有模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

5.根据权利要求2所述的钢材的材质判断装置，其特征在于，

在上述判断处理中，判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合上述第一判断模式，并且还根据通过上述第三处理认定出的火花区域与存在于该火花区域的上述飞散方向后方的其它火花区域之间的距离，来判断通过上述第三处理认定出的火花区域是否符合距离判断模式，

在上述检测处理中，检测通过上述判断处理判断为符合上述第一判断模式和上述距离判断模式的火花区域来作为上述合金火花区域。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的钢材的材质判断装置，其特征在于，

上述辨别单元在判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材的情况下，根据上述总数判断该钢材中的合金成分的含有率。

7.一种钢材的材质判断方法，其特征在于，包括：

摄像步骤，连续多次拍摄摩擦钢材时产生的火花；

检测步骤，从在上述摄像步骤中拍摄得到的各摄像图像中检测合金火花区域，该合金火花区域与由于上述钢材所含有的合金成分被摩擦而产生的合金火花相对应；

计算步骤，针对全部摄像图像将在上述检测步骤中检测出的各摄像图像中的合金火花区域的个数进行相加，来算出合金火花区域的总数；以及

辨别步骤，在上述总数为第一阈值以上的情况下，判断为上述钢材是由低合金钢构成的钢材，在上述总数小于上述第一阈值的情况下，判断为上述钢材是由碳钢构成的钢材；

上述检测步骤包含以下处理：

第一处理，针对构成上述各摄像图像的一个像素行检测由沿着上述像素行相互连续并且浓度在第二阈值以上的像素构成的火花候选像素群；

第二处理，检测构成各上述火花候选像素群的像素的最高浓度，用第三阈值对构成各上述火花候选像素群的像素进行二值化，来从构成各上述火花候选像素群的像素中检测构成火花像素群的像素，该第三阈值小于该最高浓度并且大于上述第二阈值；

第三处理，通过针对构成上述各摄像图像的全部像素行执行上述第一处理和上述第二处理来制作表示上述火花像素群的二值化图像，将在该二值化图像中连续的上述火花像素群认定为与摩擦上述钢材时产生的火花对应的火花区域；以及

第四处理，其从通过上述第三处理认定出的火花区域中检测上述合金火花区域。

8.根据权利要求7所述的钢材的材质判断方法，其特征在于，

在上述摄像步骤中，拍摄利用以2.94N以上且9.8N以下的力按压于上述钢材的摩擦构件摩擦上述钢材时产生的火花。