JP2008082860A - クラック検査方法及びその検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に凹凸のある焼結金属のクラックの検出ができるようにする。
【解決手段】撮影した画像データに２値化処理を施し、得られた画素を膨張させて所定の大きさになったものを検出領域に設定し、検出領域と非検出領域とを設定する。そして、その検出領域に濃淡処理を行なって強調された濃淡に基づいてクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さが所定以上のものをクラックとする。こうすることで、表面の凹凸は連続性が無いため、連続性と認められる所定の長さのものを選択すれば、クラックを検出できる。
【選択図】図３

Description

この発明は、微小な凹凸のある表面を有するもの、例えば焼結金属体表面などのクラック検査に用いるのに最適なクラック検査方法及び検査装置に関するものである。

焼結金属は、金属粉末に潤滑添加剤を混合し、圧縮成型したのち焼結して作る。そのため、焼結する金属粉末に磁性体を使用すれば、任意の形状の磁性材料を簡単に作ることができる。また、その際、配合調整により磁束密度も簡単に向上させることができるので、例えば、高分解能が要求される磁気エンコーダなどにも用いられている。

このような磁気エンコーダを利用したものの一つとして、例えば図４（ａ）に示す自動車のホイール用ベアリング１へ装着して回転検出センサに使用するものがある。このホイール用ベアリング１では、磁気エンコーダ（メタルエンコーダ）２は円環状で、内輪に図４（ｂ）のように、加締めによって組み付けるようになっている。

ところで、このような焼結金属製のメタルエンコーダ２は、焼結のために硬くてもろく、組み付けの際に極めて小さなクラックが発生しやすい。また、メタルエンコーダ２の表面は、焼結による粒子の微小な凹凸があるため、例えば、渦流探傷などではクラックとの峻別が難しく、目視による外観検査以外の方法での検出ができなかった。

そのため、顕微鏡を使用して全数人手で外観検査を行なわなければならず、生産サイクルタイムに見合った顕微鏡などの検査装置や検査要員が必要となる問題があった。また、全数人手による検査のため、人的ミスによる異常品の流失も懸念される問題があった。

このような問題を解決する一つの方法として、（特許文献１）には、浸透探傷および磁粉探傷の二つの探傷法を使用して、配管部品などの溶接部分のクラックの判定処理を画像処理により行なうものが記載されている。

すなわち、浸透探傷を用いたものでは、検査対象の表面に赤い浸透液を塗布し、一定時間経過後に表面の浸透液を拭き取る。そして、その部分に現像液を塗布する。こうすることで、検査対象の欠陥の中に浸透していた赤い浸透液が白い現像液に吸い上げられることにより、赤い指示模様を発生する。そのため、その状態を画像データにして画像処理を施すことにより検出して、クラックの有無を判別するというものである。その際、例えば、色差の微分値を算出することにより、擬似欠陥（表面の谷状の窪みなどをクラックと誤って判別すること）を峻別するというものである。

一方、磁粉探傷を用いたものでは、試験体に蛍光磁紛材料を塗布し、試験体の表面を磁化して蛍光磁紛を欠陥部分に集中させる。次に、試験体に紫外線を照射し、欠陥部から発生する蛍光は紫外線カットフィルタを介して検出し、欠陥部の緑色の画像（Ｇ画像）を得る。このＧ画像を微分して２値化処理を行い、抽出した欠陥候補点から連続するものを１つの欠陥としてグループ分けし、それぞれのグループの欠陥候補について、長さや幅、周囲長、色度の平均、微分値の平均などの形状を抽出し、予め設定しておいたしきい値と比較して、しきい値以上の欠陥形状を持つものを真の欠陥と判定するというものである。

特開２００４−１５０９０８号公報

しかしながら、上記の方法では、いずれの場合も画像処理を行なう前に前処理を必要とする問題がある。すなわち、浸透探傷の場合は、検査対象の表面に赤い浸透液を塗布し、一定時間経過後に表面の浸透液を拭き取り、その部分に現像液を塗布するなどの処理を検査対象ごとに行なわなければならない。また、磁粉探傷の場合は、試験体に蛍光磁紛材料を塗布し、紫外線を照射するなどの処理を行なわなければならない。このように、前処理をしなければ、一般に使用されている画像処理（例えば、２値化処理）だけでは、クラックと表面上の凹凸との区別が困難で識別できない問題があった。

そこで、この発明の課題は、検査部分の表面に凹凸があっても、前処理をすることなく画像処理により、クラックの検出ができるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明では、撮影した画像データに２値化処理を施し、得られた画素を膨張させて所定の大きさになったものを検出領域に設定し、その設定した検出領域に濃淡処理を行なって強調された濃淡に基づいてクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さが所定以上のものをクラックとする方法を採用したのである。

このような方法を採用することにより、検査領域を２値化処理してクラック（凹凸を含む）を含む領域と、含まない領域とを検出する。このように、まず、２値化処理を行なうことで、検査をする検出領域と検査をしない非検出領域とに分ける。こうすることで、全検査領域に後述の濃淡処理を行なった場合よりも時間を短縮する。次に、２値化して得られた白の画素を膨張させて２値化した際に生じた孤立した黒の雑音を取り除く、このとき、画素の膨張で一定の大きさになったものは表面の凹凸と異なり、クラックの可能性があるので検出領域として設定する。そして、その設定した検出領域に濃淡処理を行なう。このようにして濃淡処理を行なうと、凹凸が深いと近傍の画素との差が大きくなるので濃淡が濃くなり、凹凸が浅いと濃淡が薄くなる。また、その際、表面の凹凸は連続性が無いため、連続性と認められる所定の長さのものを選択すればクラックを検出できる。

また、このとき、２値化して得られた白の画素を膨張させた際に、白の画素が占める領域が所定の大きさになったものを再度膨張させて検出領域を設定する方法を採用することもできる。

このような方法を採用し、膨張させた画素を再膨張させることにより、先の膨張で孤立した同じ領域に属する画素を連結して、連結領域として融合させることで隠れたクラック候補を検出できる。

また、メタルエンコーダを組み込んだホイール用ベアリングを載置する回転台と、その回転台のホイール用ベアリングの上方に配置してメタルエンコーダを照らす照明手段と、前記回転台のホイール用ベアリングの上方に配置して照明手段に照らされたメタルエンコーダを撮影する画像処理カメラと、前記画像処理カメラで撮影した画像を２値化処理のあと膨張させて検出領域を設定し、濃淡処理を行なって、強調された濃淡に基づいてクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さが所定以上のものをクラックとする処理手段とからなる構成を採用することができる。

このような構成を採用することにより、回転台上のホイールベアリングのメタルエンコーダに照明を当てながら、回転台を回転させ、その回転台の回転と同期させて画像処理カメラで連続撮影することで、メタルエンコーダの表面画像データを処理手段へ入力する。こうすることで、円環状のメタルエンコーダの検査領域全ての画像を処理手段に入力することができる。このように検査領域の画像の入力された処理手段は、画像データを２値化処理のあと膨張させて、大きさがクラックの可能性のある検出領域を設定し、濃淡処理を行なって、強調された濃淡に基づいて凹凸の深いクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さを検出して所定以上の長さのもので連続性のあるものをクラックとすることにより、メタルエンコーダのクラックを検査することができる。

この発明は、以上のように構成したことにより、画像処理だけでクラックを検出できる。そのため、人手を介さずコンピュータを使用した画像処理だけでクラックを検出できるので、人的ミスによる異常品（欠陥品）の流失を削減あるいは防止できる。また、検査の時間も短縮できる。

この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

この形態のクラック検出装置は、図１に示すように、回転台１０、照明手段１１、画像処理カメラ１２と処理手段１３とで構成されている。

回転台１０は、図１のように、台座１４とターンテーブル１５及びホルダー部材１６とからなっており、台座１４の上部にターンテーブル１５を配置し、そのターンテーブル１５上にホルダー部材１６を取り付ける構成となっている。

台座１４は、例えば、円筒形のもので固定用の金具１７でもって検査台などに固定するようになっている。また、台座１４は、内部に減速機構を有するモータを備えており、ターンテーブル１５を回転自在に支持する。

ターンテーブル１５は、上面にホルダー部材１６を止めるための係止手段を備えており、前記係止手段は、例えば、図１のような係合用のピン１８とラッチ用の突起１９とからなっている。前記ピン１８は、頭部を大径に形成し、一方、ラッチ用の突起１９は、スプリングによって突出方向に付勢してある。また他方、ホルダー部材１６の底部には、このピン１８と係合する溝と突起１９と係合する凹部を設けてある。前記溝は、例えばピン１８の嵌入部と係止部とからなる円弧状のもので、前記嵌入部の溝幅はピン１８の頭部の径に合わせてある。また、係止部の溝は、ピン１８の形状に合わせてある。このように溝を形成することにより、溝の嵌入部からピン１８を挿入し、挿入したピン１８を円弧状の溝に沿いスライドさせて係止部に移動すると、ピン１８の頭部が頭部よりも細くなった溝につかえて抜けなくなるようにしてある。また、このとき、ラッチ用の突起１９がホルダー部材１６の凹部に嵌合することで、この位置を保持できるようにしてある。

このホルダー部材１６の上部は、凹設してホイール用ベアリング１を載置するようになっており、図１のように、前記ベアリング１のメタルエンコーダ２を組み込んだ側を上にして凹設に嵌入すると、前記ベアリング１のフランジが凹設の周縁に当接して支持するようになっている。

照明手段１１は、図１のように、照明用スタンド２０に支持され、回転台１０に載置されたホイール用ベアリング１の斜め上方に位置するようになっており、前記ホイール用ベアリング１に組み付けられたメタルエンコーダ２を照らすようになっている。このとき、メタルエンコーダ２をムラ無く照らすため、照明手段１１の光源には、画像処理に最適な蛍光灯、ＬＥＤ、ハロゲンランプなどを使用するのが好ましい。また、特に、蛍光灯を使用する場合には、高周波用の蛍光灯と高周波電源を使用するとチラツキを押さえて画像処理の精度を向上させることができる。

画像処理カメラ１２は、デジタルカメラ（ビデオカメラ可）をスタンド２１によって、回転台の上方に配置したもので、回転台１０に載置されたホイール用ベアリング１のメタルエンコーダ２の一点と前記カメラ１２の光軸とが一致するように位置させてある。このカメラ１２の出力は、処理手段１３に接続してある。

処理手段１３は、この形態では、インターフェース用ボードを介して画像処理カメラ１２からの画像を取り込むようにしたパーソナルコンピュータに、クラック検査用の画像処理プログラムを備えたものである。

この形態は、上記のように構成され、以下、このクラック検査装置の画像処理について述べることにより、本願のクラック検査方法について説明する。

この形態では、被検査物としてホイール用ベアリング１に組み込んだ円環状のメタルエンコーダ２を検査対象とするものである。

ホイール用ベアリング１の回転台１０への載置は、例えば、ターンテーブル１５からホルダー部材１６を取り外し、取り外したホルダー部材１６の凹設に、前記ベアリング１のメタルエンコーダ２を組み込んだ側を上にして嵌入する。こうして嵌入した前記ベアリング１は、フランジを凹設の周縁に当接してホルダー部材１６に保持されることになるので、このベアリング１を保持したホルダー部材１６をターンテーブル１５に取り付ければ、簡単に回転台１０への載置ができる。

次に、照明手段１１を点灯し、円環状のメタルエンコーダ２に照明が当たるように位置を調整する。同時に、処理手段１３であるパソコンを起動して処理プログラムを立ち上げる。これで準備が整ったので、画像処理を開始する。

この画像処理では、第１工程として、回転台１０のターンテーブル１５を回転させてホルダー部材１６を回し、メタルエンコーダ２を回転させる。そして、その回転と同期させて、メタルエンコーダ２を画像処理カメラ１２で連続撮影し、円環状の検査領域全ての画像データを処理手段１３のパソコンへ入力する。そのパソコンへ入力したデータの一部を、パソコンのディスプレイに表示させたものを図２（ａ）に示す。

次の第２工程では、検査領域の２値化処理を行なう。この処理では、メタルエンコーダ（被検査物）２の検査領域全てに２値化処理を行なうのである。このときのしきい値の値は、被検査物の特性などによって変わると考えられるので、検出エラーを少なくするため、実験あるいは経験などに基づいて適宜決められるものである。

このように２値化処理を行うことで、後述の濃淡処理で全検査領域を処理する時間を短縮するのである。この状態では、図２（ｂ）に示すように、多数の白い点が表示されるので、表面の凹凸を検出しているのがわかる。

第３工程〜第５工程では、クラック検査領域を決定する。まず、第３工程では、第２工程の２値化処理で検出された画素（光源を斜めから当て、クラック及び凹凸のある部分は光が拡散して、上部のカメラで白く検出される部分）を膨張させる。その状態を図２（ｃ）に示す。

ここで、膨張とは、画素Ａの４近傍あるいは８近傍に、「１（白）」の画素があれば、その画素Ａを「１（白）」にする処理で、こうすることで、孤立した「０（黒）」の雑音を取り除くものである。

次の第４工程では、第３工程の画素の膨張で、一定の大きさになった「１（白）」の領域のものをだけを選択する。その状態を図３（ａ）に示し、その反転画像を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）の反転画像を見ると、一定の大きさになった領域（図３（ｂ）では「黒」の部分）を選択しているのがわかる。この選択のための大きさの設定は、被検査物の特性などによって変わると考えられるので、検出エラーを少なくするため、実験あるいは経験などに基づいて適宜決め、プログラム（ソフト）上で設定する。

第５工程では第４工程で選択した画素を再膨張させる。こうして、膨張させた画素を再膨張させることにより、先の膨張で孤立した画素を融合し、同じ領域に属するものとして結合させる。その融合した様子を図３（ｃ）に示す。このように表示させることができるので、この表示領域に基づいて最終のクラック検出領域を決定する。

第６工程では、濃淡処理によるクラック検査を行なう。この検査では、第５工程で最終決定した領域の画像に対して濃淡処理を行なう。濃淡処理は、近傍の画素との差で検出するもので、例えば、クラックのような急激な変化には、濃淡が濃くなり、また、凹凸のようななだらかな変化には濃淡が淡く表示させることができる。その状態を図３（ｄ）に示し、その反転画像を図３（ｆ）に示す。反転画像から濃淡の濃い部分が連なっているのがわかる。

第７工程では、クラックの判定を行なう。この判定処理では、第６工程の濃淡処理で検出されたクラック候補の長さが一定以上あるか、あるいは一定以下であるかで選別する。（図３（ｅ）参照。）

すなわち、濃淡処理を行なっても、表面の凹凸は連続性が無いため点と表示されるので、一定方向に一定の長さだけ繋がったクラック候補をクラックと判定するのである。例えば図３（ｆ）の符号Ｃをクラックとする。このとき、長さの基準は、被検査物の特性などによって変わると考えられるので、検出エラーを少なくするため、実験あるいは経験などに基づいて適宜決める。

このように、まず、検査対象範囲を高速処理が可能な２値化処理で検出範囲を特定し、そのうえで、低速（２値化処理に比べて）ではあるが高精度の検出ができる濃淡処理を施すことで、短時間で高精度のクラックの検出ができる。また、このように画像データの処理だけで（人間を介在させないで）クラックの判定ができるので、人的ミスによる異常品の流失を削減できる。

この発明は、２値化処理と濃淡処理を組み合わせたことにより、表面性状の外乱（凹凸）が影響を及ぼし難い検査方法なので、表面に凹凸のある焼結合金以外のクラックの検出、例えば、溶接部分や半田面のクラックの検出にも利用可能である。

実施形態のブロック図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施形態の作用説明図 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）実施形態の作用説明図 （ａ）、（ｂ）従来例の断面図

符号の説明

１ ホイール用ベアリング
２ メタルエンコーダ
１０ 回転台
１１ 照明手段
１２ 画像処理カメラ
１３ 処理手段

Claims (3)

1. カメラで検査対象を撮影し、その撮影した画像に所定のしきい値で２値化処理を施して、得られた白の画素（光源を斜めから当て、クラック及び凹凸のある部分は光が拡散して、上部のカメラで白く検出される部分）を膨張させて白の画素の占める領域が所定以上の大きさになったものを検出領域に設定し、その設定した領域に濃淡処理を行なって、強調された濃淡に基づいてクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さが所定以上のものをクラックとするクラック検査方法。
2. 上記２値化して得られた白の画素を膨張させた際に、白の画素が占める領域が所定の大きさになったものを再度膨張させて検出領域を設定し、濃淡処理を行なってクラック候補を抽出し、抽出したクラックの長さが所定以上のものをクラックとする請求項１に記載のクラック検査方法。
3. 円環状のメタルエンコーダを組み込んだホイール用ベアリングを載置する回転台と、その回転台のホイール用ベアリングの上方に配置してメタルエンコーダを照らす照明手段と、前記回転台のホイール用ベアリングの上方に配置して照明手段に照らされたメタルエンコーダを撮影する画像処理カメラと、前記画像処理カメラで撮影した画像を２値化処理のあと膨張させて検出領域を設定し、濃淡処理を行なって、強調された濃淡に基づいてクラック候補を抽出し、抽出したクラック候補の長さが所定以上のものをクラックとする処理手段とからなるクラック検査装置。