JP2022092083A - Product defect detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は製品の欠陥検出方法に関し、特に鋳造品に生じる内部欠陥である鋳巣を検出するのに適した方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting defects in a product, and more particularly to a method suitable for detecting cavities, which are internal defects occurring in a cast product.
製品の欠陥、例えば鋳造品に生じる鋳巣を検出するために輪切り断面画像が取得できるCT(computed tomography)を使用する試みがなされているが(特許文献1)、CT画像にはアーチファクトという特有のノイズが生じるため、これによる欠陥検出精度の低下が問題となる。そこで例えば特許文献2には医用CT画像においてこれに生じる金属アーチファクトを除去する方法が示されており、ここでは、金属領域のピクセル点を中心とする円形検出領域を設定し、当該円形検出領域内の上記金属領域と非金属領域の比がプリセット値以上となった場合に上記円形検出領域を境界領域として境界平滑化処理を実行することにより金属アーチファクトを除去している。
Attempts have been made to use CT (computed tomography), which can obtain sliced cross-sectional images to detect defects in products, for example, cavities that occur in castings (Patent Document 1), but CT images have a peculiarity of artifacts. Since noise is generated, the deterioration of defect detection accuracy due to this is a problem. Therefore, for example,
しかし、上記従来のアーチファクト除去方法では複雑な演算を必要とするため、製品の欠陥検出を簡易に行うことができないという問題があった。 However, since the above-mentioned conventional artifact removing method requires complicated calculations, there is a problem that defect detection of a product cannot be easily performed.
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、CT画像からのアーチファクト除去の演算負担を軽減して、簡易に製品の欠陥検出を行うことが可能な欠陥検出方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a defect detection method capable of easily detecting defects in a product by reducing the computational burden of removing artifacts from CT images. And.
上記目的を達成するために、本第1発明では、所定数の同形製品を同一位置で輪切りした断面画像を取得し、これら断面画像の、対応する各画像領域の輝度を平均化した平均輝度を算出して、当該平均輝度を付与した前記各画像領域よりなる基準断面画像を生成し、一方、欠陥検出対象となる前記製品と同形の製品を前記同一位置で輪切りした検出断面画像を取得し、当該検出断面画像の各画像領域と当該各画像領域に相当する前記基準断面画像の各画像領域の輝度の差分をとった差分輝度を算出して、当該差分輝度を付与した画像領域よりなる欠陥検出用断面画像を生成して、当該欠陥検出用断面画像から欠陥を特定することを特徴とする。なお「画像領域」は一画素の領域でも良いし、所定の複数画素の領域でも良い。 In order to achieve the above object, in the first invention, a cross-sectional image obtained by cutting a predetermined number of products of the same shape into round slices at the same position is obtained, and the average brightness of these cross-sectional images obtained by averaging the brightness of each corresponding image region is obtained. A reference cross-sectional image consisting of the image regions to which the average brightness is applied is generated by calculation, while a detected cross-sectional image obtained by cutting a product having the same shape as the product to be a defect detection target at the same position is obtained. Defect detection consisting of an image region to which the differential brightness is imparted by calculating the differential brightness obtained by taking the difference between the brightness of each image area of the detected cross-sectional image and the brightness of each image area of the reference cross-sectional image corresponding to the image region. It is characterized in that a defect is generated and a defect is identified from the defect detection sectional image. The "image area" may be a one-pixel area or a predetermined plurality of pixel area.
本第1発明において、基準断面画像ではその画像領域に、所定数の同形製品を同一位置で輪切りした断面画像の対応する各画像領域の輝度を平均化した平均輝度が付与されているから、上記各製品の内部に局部的な欠陥があってこの部分で輝度が大きく変化していても、平均化によって欠陥による輝度変化は薄められて十分小さくなり、欠陥画像部分の無い基準断面画像が得られる。この際、上記各断面画像上のアーチファクトは、上記同形製品の設置位置・姿勢が同一であれば、常に同一位置に同一輝度で現れるから、上記のように輝度を平均化しても基準断面画像上にそのまま残存する。一方、検出断面画像上には、欠陥画像部分とこれに重畳して上記基準断面画像上と同様のアーチファクトが現れる。そこで、検出断面画像の各画像領域と当該各画像領域に相当する前記基準断面画像の各画像領域の輝度の差分をとった差分輝度を算出して、当該差分輝度を付与した画像領域よりなる欠陥検出用断面画像を生成すると、欠陥検出用断面画像ではアーチファクトは除去されて欠陥の画像のみが残るから、欠陥が容易かつ確実に特定できる。このようにして、本第1発明によれば、複雑な演算を要することなく輝度の平均化演算と輝度の差分演算のみの簡易な演算で、製品の欠陥検出を簡易に行うことができる。 In the first invention, in the reference cross-sectional image, the image region is provided with the average brightness obtained by averaging the brightness of each corresponding image region of the cross-sectional image obtained by cutting a predetermined number of products of the same shape at the same position. Even if there is a local defect inside each product and the brightness changes significantly in this part, the change in brightness due to the defect is diluted by averaging and becomes sufficiently small, and a reference cross-sectional image without a defect image part can be obtained. .. At this time, if the installation position and orientation of the same-shaped product are the same, the artifacts on each of the cross-sectional images always appear at the same position with the same brightness. Therefore, even if the brightness is averaged as described above, the artifacts are displayed on the reference cross-sectional image. It remains as it is. On the other hand, on the detected cross-sectional image, the defect image portion and the same artifact as on the reference cross-sectional image appear superimposed on the defect image portion. Therefore, a defect consisting of an image region to which the difference brightness is given is calculated by calculating the difference brightness obtained by taking the difference between the brightness of each image area of the detected cross-sectional image and the brightness of each image area of the reference cross-section image corresponding to the image area. When the cross-sectional image for detection is generated, the artifact is removed in the cross-sectional image for defect detection and only the image of the defect remains, so that the defect can be easily and surely identified. In this way, according to the first aspect of the present invention, it is possible to easily detect defects in a product by a simple operation of only a luminance averaging operation and a luminance difference calculation without requiring a complicated calculation.
本第2発明では、前記欠陥検出断面画像を前記製品の異なる輪切り位置で必要数生成して、これら欠陥検出用断面画像より欠陥検出用三次元画像を生成し、当該欠陥検出用三次元画像から欠陥を特定する。 In the second invention, a required number of defect detection cross-sectional images are generated at different round slice positions of the product, a defect detection three-dimensional image is generated from these defect detection cross-sectional images, and a defect detection three-dimensional image is generated from the defect detection three-dimensional image. Identify defects.
本第2発明によれば、欠陥検出用三次元画像が生成されるから、欠陥の大きさ(体積)や存在位置をさらに正確に検出でき、欠陥の特定をより確実に行うことができる。 According to the second invention, since the three-dimensional image for defect detection is generated, the size (volume) and the existence position of the defect can be detected more accurately, and the defect can be identified more reliably.
本第3発明では、前記所定数取得する各断面画像中から、明らかな欠陥を予め除いておく。 In the third invention, obvious defects are removed in advance from each of the cross-sectional images acquired in the predetermined number.
本第3発明によれば、自動あるいは目視等によって各断面画像中から明らかな欠陥が予め除かれるから、残る欠陥の特定の効率が向上する。 According to the third aspect of the present invention, since obvious defects are removed in advance from each cross-sectional image by automatic or visual inspection or the like, the efficiency of identifying the remaining defects is improved.
本第4発明では、前記製品は鋳物であり、前記欠陥は鋳巣である。 In the fourth invention, the product is a casting and the defect is a cavity.
以上のように、本発明の欠陥検出方法によれば、CT画像からのアーチファクト除去の演算負担が軽減されて、簡易に製品の欠陥検出を行うことができる。 As described above, according to the defect detection method of the present invention, the calculation burden of removing artifacts from the CT image is reduced, and the defect detection of the product can be easily performed.
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。 The embodiments described below are merely examples, and various design improvements made by those skilled in the art within the scope of the present invention are also included in the scope of the present invention.
図1には本発明方法を実施するための装置の一例を示す。製品として例えば鋳造品WがX-Y平面内で回転するテーブル(図示略)上に載置される。X-Y平面に平行な面内で、鋳造品Wを挟んで対向するようにCT(computed tomography)を構成するX線照射器1とラインセンサ2が位置しており、X線照射器1からコリメータ等によってビームを扁平に狭められた扇状に拡がるX線Rが鋳造品Wを輪切り状に透過してラインセンサ2に入力している。
FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention. As a product, for example, a casting W is placed on a table (not shown) that rotates in an XY plane. The
ラインセンサ2からの出力はデジタルデータとして制御装置内のコンピュータ3に入力される。鋳造品Wをテーブル上で回転させることによって全方位からの透過X線がラインセンサ2に入力し、ラインセンサ2からのデジタルデータを入力したコンピュータ3で公知の方法によって、Z方向の所定位置での鋳造品Wの輪切り断面画像が得られる。
The output from the
本実施形態では、鋳造品Wを載置したテーブルと、X線照射器1およびラインセンサ2は、Z方向へ相対移動可能であり、コンピュータ3内の演算によって、Z方向の複数位置で得られた断面画像から鋳造品Wの三次元画像を得ることができる。X線照射器1やテーブルの回転、Z方向への相対移動等はコンピュータ3からの出力信号で適宜行われる。なお、以下にフローチャートで説明する各手順は、コンピュータ3のプログラムによって実行される。
In the present embodiment, the table on which the casting W is placed, the
A.基準断面画像の生成
(断面画像の取得)
図2には基準断面画像を生成するための手順を示す。最初にステップ101で、鋳造品の所定のZ方向位置での断面画像を取得する。本実施形態では、一の鋳造品についてZ方向で複数位置の断面画像を取得する。これを図3に示し、図3のF1,F2,F3はそれぞれZ方向の3位置Z1,Z2,Z3で得られた鋳造品Wの断面画像の一例である。本実施形態では、一の鋳造品についてZ方向の複数(後述する三次元画像を得るのに必要な所定数)位置での断面画像を取得した後、同形の必要数の他の鋳造品についてもZ方向の同一位置でそれぞれ断面画像を取得する。
A. Generation of reference cross-section image (acquisition of cross-section image)
FIG. 2 shows a procedure for generating a reference cross-sectional image. First, in
(断面画像の位置補正)
続いて図2のステップ102では、上記断面画像F1~F3の位置を補正する。これはテーブル上に載置される鋳造品の位置がその都度僅かにズレるからである。このズレは本実施形態では鋳造品がテーブル上に置かれていることによりZ方向には生じず、X-Y平面内でのみ生じる。なお、鋳造品が置かれる際の位置ズレが問題の無い程度に小さい場合には特に位置補正の必要はない。
(Position correction of cross-sectional image)
Subsequently, in
断面画像の上記位置補正は本実施形態では、別に用意された当該鋳造品のCAD三次元画像を利用して行う。図4にはCAD三次元画像W´の一例を示し、図中のF1´,F2´,F3´は、CAD三次元画像W´を上記3位置Z1,Z2,Z3と同一のZ方向位置Z1´,Z2´,Z3´で輪切りにしたCAD断面画像である。 In the present embodiment, the position correction of the cross-sectional image is performed by using the CAD three-dimensional image of the cast product prepared separately. FIG. 4 shows an example of the CAD three-dimensional image W', and F1', F2', and F3'in the figure indicate the CAD three-dimensional image W'at the same Z-direction position Z1 as the above three positions Z1, Z2, and Z3. It is a CAD cross-sectional image cut into round slices by', Z2', Z3'.
位置補正ステップ102の詳細を図5に示す。図5において、ステップ201では、CT断面画像データ(断面画像に対応)とこれに対応するCAD断面画像データ(CAD断面画像に対応)を切り出す。ステップ202ではCAD断面画像データをスキャンして四隅のコーナを検出する。CAD断面画像F1´で検出されたコーナC1´,C2´,C3´,C4´を図6(1)に示す。
The details of the
図5のステップ203では検出したコーナC1´~C4´の周辺に対応するCT断面画像データの縦方向及び横方向の微分値を算出し、微分値が一定量以上の重心を算出する(ステップ204)。図6(2)は、算出された重心C1,C2,C3,C4を断面画像F1上に示したものである。
In
図5のステップ205では、コーナC1´~C4´と重心C1~C4の相対位置関係よりCAD断面画像データに対するCT断面画像データの平行移動量と回転量を算出する。この算出は例えば、鋳造品のZ方向の複数位置Z1~Z3でそれぞれ検出ないし算出されたコーナC1´~C4´と重心C1~C4の相対位置関係を使って例えばその最小二乗誤差が最小になるような適当な平行移動量および回転角を求めることにより行う。ステップ206ではCT断面画像データを、算出された上記平行移動量および回転角だけ移動させて断面画像F1~F3の画像位置を補正する。
In
(平均輝度の算出、基準断面画像の生成)
図2のステップ103では、位置補正された断面画像F1~F3について、各画像領域(本実施形態では画素)の平均輝度を算出する。この平均輝度の算出は、必要数の同形の鋳造品Wについて、Z方向の同一位置で輪切りにされた各断面画像の各画像領域の輝度の平均を算出するものである。このように平均を算出することによって、鋳造品の内部に局部的な欠陥としての鋳巣があってこの部分で輝度が大きく変化していても、この平均化によって鋳巣による輝度変化は薄められて十分小さくなる。
(Calculation of average brightness, generation of reference cross-sectional image)
In
一方、各断面画像のアーチファクトは常に同一位置に同一輝度で現れるから、上記のような輝度の平均を算出してもそのまま残存する。したがって、各画像領域の輝度を平均化し、このような平均輝度が付与された画像領域からなる基準断面画像を生成すると(ステップ104)、基準断面画像は、鋳巣が解消された鋳造品の断面画像にアーチファクトが重畳したものとなる。本実施形態では、このような基準断面画像を、鋳造品についてZ方向の複数(後述する三次元画像を得るのに必要な数)位置で生成しておく。 On the other hand, since the artifacts of each cross-sectional image always appear at the same position with the same brightness, they remain as they are even if the average of the above brightness is calculated. Therefore, when the brightness of each image region is averaged and a reference cross-section image consisting of the image regions to which such average brightness is given is generated (step 104), the reference cross-section image is a cross-section of the casting product in which the cavities are eliminated. The artifact is superimposed on the image. In the present embodiment, such a reference cross-sectional image is generated at a plurality of positions (the number required to obtain a three-dimensional image described later) in the Z direction for the cast product.
平均輝度算出ステップ103(図2)の詳細を図7に示す。図7のステップ301では基準断面画像データのCT値(輝度値に相当)を0にリセットしておく。続いてCT画像データのCT値を上記基準断面画像データに加算し(ステップ302)、この加算を必要数のCT断面画像データについて繰り返し(ステップ303)、ステップ304で基準断面画像データの全ての画素のCT値をCT断面画像データの個数(必要数)で除算する。
The details of the average luminance calculation step 103 (FIG. 2) are shown in FIG. In
なお、平均輝度の算出は必ずしも上述のような算術平均には限られず、必要に応じて加重平均等によっても良い。 The calculation of the average luminance is not necessarily limited to the arithmetic mean as described above, and may be a weighted average or the like, if necessary.
B.欠陥検出用断面画像の生成
(検出断面画像の取得)
図8には欠陥検出用断面画像を生成するための手順を示す。最初にステップ401で検出断面画像を取得する。検出断面画像は、欠陥検出の対象となる鋳造品をテーブル上に載置して前述したCTによって得られるZ方向の所定位置での輪切り断面画像である。欠陥検出の対象となる鋳造品は、基準断面画像を生成してある鋳造品と同形のものである。
B. Generation of cross-sectional image for defect detection (acquisition of detected cross-sectional image)
FIG. 8 shows a procedure for generating a cross-sectional image for defect detection. First, the detected cross-sectional image is acquired in
図8のステップ402では前述したと同様の手順(ステップ102、ステップ201~206参照)で検出断面画像の位置補正を行う。
In
(差分輝度の算出)
続いて図8のステップ403では、検出断面画像と基準断面画像の差分輝度を算出する。この場合の基準断面画像は、検出断面画像とZ方向の同一位置で鋳造品を輪切りして得られたものを使用する。ここで、検出断面画像は、鋳造品の断面画像にアーチファクトと鋳巣の画像(鋳巣がある場合には)が重畳したものとなっている。これに対して基準断面画像は、前述したように、鋳造品の断面画像部分にアーチファクトが重畳したものである。したがって、検出断面画像と基準断面画像の差分輝度を算出すれば、アーチファクトと、鋳造品の断面画像部分は除去されて、鋳巣の画像部分だけが残った欠陥検出用断面画像が得られることになる。
(Calculation of differential brightness)
Subsequently, in
差分輝度算出ステップ403の詳細を図9に示す。図9のステップ501ではCT断面画像データ(検出断面画像に対応)のCT値から基準断面画像データのCT値を減算し、減算結果が正値である場合はこれを0に設定し(ステップ502)、減算結果が負値である場合は-1を乗算して正値にする(ステップ503)。鋳巣がある場合にはその部分の輝度は低下するから減算値は大きな負値になる。そこで、これを正値に変換しておく。
The details of the differential
(低差分輝度領域の除去)
図8のステップ404では、ステップ403で得られた欠陥検出用断面画像中の、輝度が閾値よりも小さい部分をノイズとして除去する。
(Removal of low difference brightness area)
In
(エッジノイズの除去、欠陥検出用断面画像の生成)
図8のステップ405では、鋳造品の輪郭に沿って生じる欠陥検出用断面画像中の高輝度部分をエッジノイズとして除去して欠陥検出用断面画像を生成する(ステップ406)。図10には、エッジノイズ除去ステップ405の詳細を示す。図10において、ステップ601で境界距離を設定し、ステップ602では、当該欠陥検出断面画像データに対応するCAD断面画像データで認識できる鋳造品の輪郭部から境界距離以下の領域内に零でない差分データ(差分輝度値)がある場合にこれを0に設定する。
(Removal of edge noise, generation of cross-sectional image for defect detection)
In
(欠陥検出用三次元画像の生成、鋳巣の特定)
図8のステップ407では、上記欠陥検出用断面画像を、鋳造品のZ方向の異なる輪切り位置で必要数取得して、欠陥検出用三次元画像を生成する。この欠陥検出用三次元画像は鋳巣部分(候補)のみが三次元空間に配置されたものとなる。そこで、続くステップ408では上記欠陥検出用三次元画像中の鋳巣候補から鋳巣を特定する。
(Generation of 3D image for defect detection, identification of cavities)
In
鋳巣特定ステップ408の詳細を図11に示す。図11のステップ701では、鋳巣判定基準(体積、長さ、存在位置)を設定する。ステップ702では、欠陥検出用三次元画像データにおいて連続した非零領域である鋳巣候補を検出する。続くステップ703では、検出された鋳巣候補の体積、長さ、存在位置を算出し、鋳巣判定基準を満たす場合は当該鋳巣候補を鋳巣と特定する(ステップ704からステップ705)。この手順を全ての鋳巣候補について行う(ステップ706)。
The details of the
(その他の実施形態)
上記実施形態では欠陥検出用三次元画像で鋳巣を特定するようにしたが、二次元の欠陥検出用断面画像で特定するようにしても良い。
上記実施形態において、各断面画像中の明らかな欠陥を目視等によって予め除いておくようにすれば、残る欠陥の特定を効率的に行うことができる。
上記実施形態では鋳造品の鋳巣を検出するものとしたが、本発明は製品の欠陥の検出に広く適用できるものである。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the cavities are specified by the defect detection three-dimensional image, but it may be specified by the two-dimensional defect detection cross-sectional image.
In the above embodiment, if obvious defects in each cross-sectional image are removed in advance by visual inspection or the like, the remaining defects can be efficiently identified.
In the above embodiment, the cavities of the cast product are detected, but the present invention can be widely applied to the detection of defects in the product.
1…X線照射器、2…ラインセンサ、3…コンピュータ、R…X線、W…鋳造品(製品)。 1 ... X-ray irradiator, 2 ... line sensor, 3 ... computer, R ... X-ray, W ... casting (product).
Claims (4)
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JP2020204640A JP2022092083A (en) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | Product defect detection method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023248573A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 富士フイルム株式会社 | Display control device, display control method, and display control program |
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2020
- 2020-12-10 JP JP2020204640A patent/JP2022092083A/en active Pending
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WO2023248573A1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | 富士フイルム株式会社 | Display control device, display control method, and display control program |
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