JP2905232B2

JP2905232B2 - 配管用光学検査装置

Info

Publication number: JP2905232B2
Application number: JP26681989A
Authority: JP
Inventors: 繁幸川上; 章宏金谷; 宏明東海林; 昭橋本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH03128441A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、蒸気配管等の配管内面に生じた傷などの欠
陥検出、あるいは配管内面に付着したスケールの剥離状
況などの検出に適用される光学検査装置に関する。

B.従来の技術従来、配管内部の状態を光学的に検査する管内検査装
置としては、第５図に示すものが知られている。

第５図において、１は検査対象となる配管で、この配
管１内の底部側には、車輪2aの回転により自走可能なロ
ボット２が配管１の長手方向に移動可能に設けられてい
る。ロボット２には、前方あるいは側方を照明する照明
装置３と、その照明方向の管内を撮像するTVカメラ４が
搭載されている。TVカメラ４には、配管１外に設置され
るモニタTV5がケーブル６を介して接続され、TVカメラ
４で撮像された配管内面の映像はモニタTV5に映し出さ
れ、また、カメラ制御装置７によりTVカメラ４の焦点、
絞り制御等が遠隔操作される。さらにロボット２にはケ
ーブル８を介してロボット制御装置９が接続され、ロボ
ット２の前進，後退等が遠隔操作される。

C.発明が解決しようとする課題しかしながら、上述のような従来の管内検査装置で
は、ロボット２に映し出された画像を操作者が目視する
ことで管内面の状態、即ち欠陥の有無あるいはスケール
の剥離状況を確認するものである。そのため、欠陥や剥
離したスケールの大きさ，面積などを定量的に正確に把
握することができない。欠陥の大きさなどを定量的に求
めるためには、TVカメラ４からの画像に対し、２値化を
含めた所定の画像処理を施す必要がある。

しかし、配管１内を自走するロボット２は第６図に示
すよう配管１の底部側にあって配管１に対し下方へ偏心
しており、しかも、配管１の内周面が曲率を有している
ため、例えば、配管１に対し偏心した位置にある照明装
置３が配管１の上方内周面をハッチングで示すように照
明した場合、その内周面の照度は、ハッチング領域の両
端から中央に行くにしたがい低下する。このため、該照
明領域の画像を明るさおよび位置情報をもつ画素（ピク
セル）からなるデジタル画像に変換した場合、１ライン
方向（配管の円周方向）の各画素に対する輝度レベル
は、第７図のように変化し、配管内周面に対する照明む
らが画素の輝度むらとなって表われ、管内の欠陥やスケ
ールの状況等を正確に把握できないという問題があっ
た。

本発明の技術的課題は、配管の曲率に起因する照明む
らによる輝度むらを除去して、配管内の欠陥や状況を正
確に検査することにある。

D.課題を解決するための手段一実施例を示す第１図により本発明を説明すると、本
発明に係る配管内の光学検査装置は、配管内を自走する
ロボット２と、このロボット２に搭載され配管内を照明
する照明装置３と、ロボット２に搭載され照明装置３に
より照明される部位を撮像する２次元カメラ４と、この
２次元カメラ４により撮像される基準の試料配管20（第
３図）から予め採取した輝度むら補正用の管内画像デー
タを格納する配管径を入力する入力手段13と、２次元カ
メラ４により撮影された検査対象の配管内画像をデジタ
ル化して格納する画像メモリ115と、この画像メモリ115
から読み出される画像データに対して補正用画像データ
と入力された配管径とに基づいて管内曲率に起因する照
明むらによる画像輝度むらを補正する演算手段116とを
具備することにより、上述の技術的課題を解決する。

E.作用補正用データメモリ112から読み出した画像データと
入力手段13から入力された配管径とに基づいて、演算手
段116は、画像メモリ115から順次読み出した輝度むらを
含む画像データを補正して輝度むらを補正する。

従って、本発明にあっては、配管の曲率に起因する照
明むらによる画像の輝度むらがなくなり、信頼性の高い
処理および配管内の欠陥やスケールなどの状況を正確に
検査することが可能になる。

F.実施例第１図〜第５図により本発明の一実施例を図面に基づ
いて説明する。

第１図は、この発明による配管内の光学検査装置の一
実施例を示す全体の構成図である。

同図において、検査対象となる配管１内の底部には、
従来と同様に車輪2aの回転により自走可能なロボット２
が配管１の長手方向に移動可能に設けられている。ロボ
ット２には、前方あるいは側方を照明する照明装置３
と、その照明方向の管内を撮像するTVカメラ４がそれぞ
れ搭載されている。ロボット２には、その前進後進等を
遠隔操作するためのロボット制御装置９がケーブル８を
介して接続されている。また、TVカメラ４には、その焦
点，絞り等を遠隔操作で調整するためのカメラ制御装置
７がケーブル10を介して接続されており、さらに、画像
処理装置11がケーブル10を介して接続されている。

画像処理装置11は、TVカメラ４で撮像された入力画像
をデジタル信号に変換するA/D変換回路111と、照明むら
による画像の輝度むらを補正するために基準の試料配管
から予め採取した輝度むら補正用の画像データを記憶す
る補正用データメモリ112と、この補正用データメモリ1
12に記憶された補正用の画像データに対し、これを構成
する各画素の輝度が一定値となるように補正係数を算出
する補正係数演算回路113と、この算出した補正係数を
画素対応で記憶する補正係数メモリ114とを有する。ま
た、検査対象となる配管１の内部画像データを記憶する
画像メモリ115と、この画像メモリ115から読み出した画
像データに補正係数メモリ114から読み出した補正係数
を対応する画素毎に掛け合わせることにより、照明むら
に起因する輝度むらが補正された画像データを出力する
乗算回路116と、これらA/D変換回路111,補正用データメ
モリ112,補正係数メモリ114,補正係数演算回路113,画像
メモリ115および乗算回路116を制御するシステムコント
ローラ117とを備えている。

さらに、乗算回路116の出力側には、システムコント
ローラ117により制御されるＤ−Ａ変換回路118が接続さ
れ、このＤ−Ａ変換回路118でアナログ信号に変換され
た補正後の画像データはモニタTV5に出力される。ま
た、システムコントローラ117には、画像処理の開始指
令，処理内容，基準となる試料配管径および検査対象の
配管径などを入力する入力装置13が接続されている。

次に、本実施例の動作を第２図〜第４図を参照して説
明する。

第２図は補正係数算出のための手順を示すフローチャ
ート、第３図は補正用の画像データを採取するときの説
明図、第４図は補正用データ，補正係数および画像デー
タの補正適用例を示す説明図である。

まず、入力装置13から画像処理実行の指令が入力され
ると、第２図に示すプログラムがスタートし、ステップ
S1において輝度補正用画像データを取り込み、補正用デ
ータメモリ112に格納する。

補正用画像データを取り込む場合は、第３図に示すよ
うに検査対象となる配管１と同一内径の試料配管20の内
面を白く塗装し、この試料配管20内に、照明装置３およ
びTVカメラ４を搭載したロボット２を設置する。この状
態で、照明装置３を点灯して試料配管20内、例えば管内
周面を照明しその照明部位をTVカメラ４により撮影す
る。この時、TVカメラ４で撮像した画像はモニタTV5に
映し出されるが、モニタTV5の画像を見ながらカメラ制
御装置７を操作して撮像部位に対するTVカメラ４の焦点
および絞り等を調整する。

かかる状態でTVカメラ４により撮像された入力画像は
画像処理装置11のA/D変換回路111によりデジタル信号に
変換され、システムコントローラ117からの書き込み指
令によって補正用データメモリ112に格納される。補正
用データメモリ112は、ｉ×ｊの画素（例えば、512行×
512列）で構成される正方形のグリッドに分割された一
画面分の画像データを格納できる構成になっており、各
画素は画像上での位置情報とこれに関連する輝度情報を
もっている。この時の補正用データメモリ112内の１ラ
イン上における各画素の輝度は第４図（ａ）に示すよう
に分布する。即ち、各画素は試料配管20の内面曲率に起
因する照明むらを反映した輝度分布を呈することにな
る。

次のステップS2〜S9では、補正用データメモリ112に
格納された補正用画像データから最大輝度Imaxと最少輝
度Iminを求める。

すなわち、まずステップS2でImaxとして０を、Iminと
して１を設定し、その後ステップS3に進み、ｋに０を設
定する。つまり、補正用データメモリ112上での画素位
置を左上端の（0,0）領域に指定する。そして次のステ
ップS4において、位置指定された補正用データメモリ11
2上のｋ番目、最初は（0,0）の補正用画像データを読み
込み、次のステップS5では、ｋ番目の画像データの輝度
Ｄ（ｋ）が最小輝度Imin未満かを判定する。ここで、Im
in≧Ｄ（ｋ）の場合はステップS6に進み、IminとしてＤ
（ｋ）を再設定して、内蔵のメモリ（図示せず）に補正
用データメモリ112に対応して一時記憶する。また、ス
テップS5において、Imin≧Ｄ（ｋ）でないと判断された
時は、ステップS7に進み、ｋ番目の画像データの輝度Ｄ
（ｋ）が最大輝度Imax以上か否かを判定する。ここで、
Imax以上と判断されたときは、ステップS8に進み、Imax
としてＤ（ｋ）を再設定し、内蔵のメモリに一時記憶す
る。また、Imax≦Ｄ（ｋ）でないと判断された時はステ
ップS9に進み、ｋ＝ｉ×ｊ、即ち、補正用データメモリ
112上の補正用画像データの位置が右下端のｉ×ｊ番目
になったかを判定する。「NO」の場合は、ステップS10
に進み、ｋに＋１を加えて補正用データメモリ112上の
次の番地を指定し、ステップS4に戻り、再びステップS4
〜S9の処理をｉ×ｊ番目まで順次実行する。

ステップS9において、ｋ＝ｉ×ｊであると判断された
ときは、ステップS11に進み、補正係数演算回路113が内
蔵するメモリ（図示せず）の番地であるｌに０を設定す
る。即ち、補正用データメモリ112の場合と同様に左上
端の（0,0）番目を指定する。その後、ステップS12にお
いて、指定されたｌ番目の補正用画像データＤ（ｌ）を
読み出し、ステップS13において、上述のようにして算
出されたImax,Iminを用いて、なる演算を実行して、ｌ番目の補正用画像データに対す
る補正係数Ｈ（ｌ）を算出する。算出された補正係数は
ステップS14において、補正係数メモリ114のｌ番目に格
納する。この補正係数メモリ114も補正用データメモリ1
12と同様にｉ×ｊの画素で構成される正方形のグリッド
に分割された構造になっている。

そして、次のステップS15において、ステップS6,S8で
求めたメモリ上の補正用画像データが最終の番地に相当
するｌ＝ｉ×ｊかを判定する。ここで、最終番地でない
と判定された時は、ステップS16に進み、ｌに＋１を加
えてメモリ上の次の番地を指定してステップS12に戻
り、再びステップS12〜S16の処理をｉ×ｊ番目まで順次
実行し、求めたｉ×ｊのすべてのデータに対する補正係
数を補正係数メモリ114に格納する。従って、例えば（i
_X,i_Y）番目の補正用データの値が（Imax＋Imin）/2であ
れば、その補正係数は１となる。また、第４図（ａ）に
示す各画素に対する輝度値の補正係数は、第４図（ｂ）
に示すように輝度特性を反転したグラフとなる。

上述のようにして求めた画像データを基にして実際の
検査対象である配管１の内部を光学的に検査する場合
は、第１図に示すように照明装置３およびTVカメラ４を
搭載したロボット２を配管１内に設置し、照明装置３に
より配管内部、例えば内周面を照明する。次いで、配管
１内の照明部位をTVカメラ４により撮像し、その入力画
像を画像処理装置11に取り込む。これに伴いA/D変換回
路111が入力画像をデジタル信号に変換し、システムコ
ントローラ117からの書き込み指令により画像メモリ115
に一時記憶させる。この時、画像メモリ115に格納され
る画像データのメモリ１ラインにおける画素輝度分布は
第４図（ｃ）に示すようになり、そして、インパルス状
の波形は管内面の欠陥またはスケールの付着状態を表し
ている。

次いで、システムコントローラ117からの制御指令が
乗算回路116および補正係数メモリ114,画像メモリ115に
与えられると、各メモリ114および115の左上端から順番
に読み出される補正係数と画像データは乗算回路116に
おいて掛け合わされ、その結果、各画素位置の画像デー
タの輝度レベルは第４図（ｄ）に示すように一定にな
る。そして、乗算回路116で乗算された画像データはＤ
−Ａ変換回路118によりアナログ信号に変換され、出力
画像としてモニタTV5に出力され表示される。

なお、検査対象である配管１の内径が試料配管20と同
一の場合は、基準径データをシステムコントローラ117
を通して補正係数演算回路113に入力することにより、
補正用データメモリ112を第４図に示す処理方式をその
まま実行して求めた補正係数を利用する。また、試料配
管20と異なる内径の検査対象配管である場合は、配管１
の測定内径を入力装置13から補正係数演算回路113に入
力し、補間演算して配管１に対応する補正係数を求めれ
ば良い。

上述のような本実施例にあっては、第４図（ｃ）に示
すような照明むらに起因する輝度むらを有する画像デー
タに第４図（ｂ）に示すごとき特性の補正係数を掛け合
わせることにより、補正後の画像データが第４図（ｄ）
のように一定輝度レベルとなるから、実際の欠陥等によ
る輝度差の生じている箇所のみ他と比べ異なった輝度で
検出できる。従って、画像処理に際し、照明むらによる
影響を除去することができるとともに、特徴抽出等の処
理結果の信頼性が向上し、配管内部の検査を正確にでき
ることになる。

なお、上記実施例では、補正用データメモリ112が１
個の場合について述べたが、利用される配管の各種内径
に応じたそれぞれの補正用データメモリ112を複数個設
け、これらの検査対象の配管に応じて選択的に利用する
方式としても良い。また、管内を撮像する２次元カメラ
はTVカメラに限定されない。

G.発明の効果以上のように本発明によれば、配管が曲率を有するた
めに起因する照明むらが除去でき、信頼性の高い画像処
理が可能になるとともに、検査対象の内径が試験配管と
異なるときにも補正ができるから管内面の欠陥や状況を
正確に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による配管用光学検査装置の一実施例を
示す全体構成図、第２図は本実施例における補正係数算
出処理の手順を示すフローチャート、第３図は補正用デ
ータ採取時の説明図、第４図（ａ）〜（ｄ）は補正用デ
ータ、補正係数および画像データの補正適用例を示す説
明図、第５図は従来の光学検査装置を示す構成図、第６
図は配管とロボットとの位置関係を示す説明図、第７図
は従来における管内画像データの輝度分布図である。 1:配管、2:ロボット 3:照明装置 4:TVカメラ（２次元カメラ） 5:モニタTV、11:画像処理装置 13:入力装置、20:試料配管 111:A/D変換回路 112:補正用データメモリ 113:補正係数演算回路、114:補正係数メモリ 115:画像メモリ、116:乗算回路 117:システムコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東海林宏明茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者橋本昭茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (56)参考文献特開昭63−25533（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−108644（ＪＰ，Ａ) 実開平１−59856（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/90

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】配管内を自走するロボットと、前記ロボットに搭載され配管内を照明する照明装置と、前記ロボットに搭載され照明装置により照明される部位
を撮像する２次元カメラと、前記２次元カメラにより撮像される基準の試料配管から
予め採取した輝度むら補正用の管内画像データを格納す
る補正用データメモリと、配管径を入力する入力手段と、前記２次元カメラにより撮影された検査対象の配管内画
像をデジタル化して格納する画像メモリと、この画像メモリから読み出される画像データに対して前
記補正用画像データと入力された配管径とに基づいて管
内曲率に起因する照明むらによる画像輝度むらを補正す
る演算手段とを具備することを特徴とする配管用光学検
査装置。