JP4863117B2 - 高温鋼材の表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光切断法を用いて、鋳片や厚板などの高温鋼材の表面形状や表面疵の検査を行う表面検査装置に関する。

従来より、各種製品の表面形状や表面疵の検査などに、光切断法が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。光切断法は、被検査対象の表面に線状光を照射する一方、照射された線状光を照射方向とは異なる方向から撮像手段で撮像し、撮像画像中の線状光が照射された部位に対応する画素領域（以下、適宜「線状光領域」という）の屈曲状態を評価することで被検査対象の検査を行う手法である。

光切断法によれば、撮像手段と光源との位置関係に基づく幾何学計算によって、線状光領域の屈曲量を定量的に算出可能である（従って、被検査対象の表面形状や表面疵の寸法を定量的に算出可能である）という利点を有する。また、光切断法によれば、被検査対象が線状光を横切る方向に搬送中に検査可能であるため、検査効率や被検査対象の製造効率が低下しないという点で有利である。

上記の光切断法では、原理的に、被検査対象の表面形状や寸法が変化すれば、撮像画像中の線状光領域の位置や長さが変化する。また、被検査対象の表面形状や寸法に変化がなくても、その位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化すれば、撮像画像中の線状光領域の位置や長さが変化する。

ここで、例えば、連続鋳造設備で製造される鋳片（スラブ）など、表面性状が著しく粗い高温鋼材には、表面にスケールや埃が付着することが多い。このため、このような被検査対象に光切断法を適用する場合には、被検査対象に照射された線状光が表面に付着したスケール等の付着物で遮られるため、検査すべき被検査対象の部位全体に線状光が照射されず、屈曲状態を評価できない未検査領域が生じる虞がある。この未検査領域が生じた場合には、目視等の他の方法で検査するか、或いは、付着物を除去した後に光切断法で再検査する必要があるため、未検査領域の有無を精度良く検知することが重要である。換言すれば、未検査領域の有無を精度良く検知できず、正常に線状光が照射され正常に検査できた領域であるにも関わらず未検査領域であると誤検知した場合には、他の方法での検査や再検査を行う手間が増えるため、検査効率や被検査対象の製造効率が低下するという問題がある。

未検査領域が生じれば、未検査領域が生じていない場合（検査すべき被検査対象の部位全体に線状光が照射されている場合）に比べて線状光領域の長さが短くなる。このため、撮像画像から抽出した線状光領域の長さを算出・評価することによって未検査領域の有無を検知することが考えられる。具体的には、例えば、撮像画像に画像処理を適用することによって画素単位での線状光領域の長さを算出する一方、撮像手段に設定した撮像視野に基づき撮像画像の分解能を算出し、前記画素単位での線状光領域の長さに前記分解能を乗ずることによって、実寸単位での線状光領域の長さを算出する。次に、前記線状光領域の長さ（実寸単位）と、上位のプロセスコンピュータ等から入力された被検査対象の寸法（線状光の延びる方向の寸法）とを比較し、線状光領域の長さの方が顕著に小さければ、未検査領域が生じていると判定することが考えられる。この判定方法は、被検査対象の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化せずに一定である場合には有効である。

しかしながら、被検査対象の搬送条件（例えば、連続鋳造設備に後続する鋳片搬送ライン等）によっては、各被検査対象毎にその位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化する場合がある。そして、未検査領域が生じることによって線状光領域の長さが短くなる状況と、未検査領域は生じていないが被検査対象の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化する（具体的には、撮像手段から遠ざかる）ことに起因して線状光領域の長さが短くなる状況とが酷似し、上記のように単純に線状光領域の長さを算出・評価するだけでは、両者の識別が困難な場合がある。この場合、未検査領域の有無を精度良く検知できず、高温鋼材の検査効率や製造効率が低下するという問題が生じる。
特開平９−２１６２６号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するべくなされたものであり、搬送される高温鋼材の表面形状や表面疵を光切断法を用いて検査するに際して、たとえ高温鋼材の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化したとしても、未検査領域の有無を精度良く検知し、検査効率や製造効率の低下を抑制し得る高温鋼材の表面検査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明の発明者は鋭意検討した結果、
（１）高温鋼材（約６００℃〜１０００℃の表面温度を有する鋼材）の表面を撮像手段で撮像した場合、高温鋼材からの自発光と背景光（自然光）とのコントラストによって、撮像画像から高温鋼材の長手方向に沿ったエッジ部（線状光の延びる方向を横断するエッジ部）に対応する画素領域（以下、適宜「エッジ部領域」という）を抽出可能であること、
（２）高温鋼材の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化した場合、撮像画像中の線状光領域の長さと同様に、撮像画像中の両エッジ部領域間の距離も変化する（未検査領域が存在しない場合、線状光領域の長さと両エッジ部領域間の距離とは略同一となる）こと、
（３）従って、撮像画像に基づいて、線状光領域の長さを算出するのみならず、両エッジ部領域間の距離を算出し、両者の大小関係に応じて線状光の照射が正常であるか不良であるかを判定（例えば、高温鋼材の両エッジ部領域間の距離と線状光領域の長さとの差が所定値よりも大きい場合には不良と判定）すれば、たとえ高温鋼材の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化したとしても、未検査領域の有無を精度良く検知できること、
を見出した。

本発明は、上記発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、高温鋼材を光切断法を用いて検査する装置であって、長手方向に搬送される高温鋼材の表面に対して、該高温鋼材の長手方向に略直交する方向に延びる線状光を照射する光源と、前記高温鋼材の長手方向に沿った前記高温鋼材の両エッジ部を撮像可能な撮像視野を有し、前記線状光が照射された部位を含む前記高温鋼材の表面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理手段とを備え、前記画像処理手段は、前記高温鋼材の全長分に相当する複数の撮像画像を連続的に取得する第１ステップと、前記取得した複数の撮像画像のそれぞれに対して所定の画像処理を施すことにより、前記線状光が照射された部位に対応する第１画素領域を抽出し、該抽出した第１画素領域の前記高温鋼材の長手方向に直交する方向の長さを算出する第２ステップと、前記複数の撮像画像のそれぞれに対して所定の画像処理を施すことにより、前記高温鋼材の両エッジ部に対応する第２画素領域を抽出し、該抽出した第２画素領域間の距離を算出する第３ステップと、前記算出した第１画素領域の長さと前記算出した第２画素領域間の距離とを比較し、その大小関係に応じて、前記線状光の照射が正常であるか不良であるかを判定する第４ステップと、を実行することを特徴とする高温鋼材の表面検査装置を提供するものである。

斯かる発明によれば、画像処理手段が、撮像手段によって撮像された撮像画像に対して所定の画像処理（微分処理や２値化処理等）を施すことにより、線状光が照射された部位に対応する第１画素領域（線状光領域）を抽出し、該抽出した第１画素領域の高温鋼材の長手方向に直交する方向の長さを算出する（第２ステップ）のみならず、高温鋼材の長手方向に沿った高温鋼材の両エッジ部に対応する第２画素領域（エッジ部領域）を抽出し、該抽出した第２画素領域間の距離を算出する（第３ステップ）構成である。さらに、画像処理手段は、第１画素領域の長さと第２画素領域間の距離とを比較し、その大小関係に応じて、線状光の照射が正常であるか不良であるかを判定（すなわち、未検査領域の有無を検知）する（第４ステップ）構成である。従って、たとえ高温鋼材の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化したとしても、これに応じて第１画素領域の長さと第２画素領域間の距離とが同様に変化する（未検査領域が存在しない場合、線状光領域の長さと両エッジ部領域間の距離とは略同一となる）ため、両者の大小関係に基づいて線状光の照射の正常・不良を判定する本発明によれば、未検査領域の有無を精度良く検知可能である。

なお、第４ステップにおける判定は、例えば、第２画素領域間の距離（Ｌ２）と第１画素領域の長さ（Ｌ１）との差（＝Ｌ２−Ｌ１）が所定値（０以上の値）よりも大きい場合に不良と判定（所定値以下の場合には正常と判定）したり、第２画素領域間の距離（Ｌ２）に対する第１画素領域の長さ（Ｌ１）の比（＝Ｌ１／Ｌ２）が所定値（１以下の値）よりも小さい場合に不良と判定（所定値以上の場合には正常と判定）したり、或いは、第２画素領域間の距離（Ｌ２）に対する第２画素領域間の距離と第１画素領域の長さとの差（Ｌ２−Ｌ１）の比（＝１−Ｌ１／Ｌ２）が所定値よりも大きい場合に不良と判定（所定値以下の場合には正常と判定）する等、第２画素領域間の距離（Ｌ２）と第１画素領域の長さ（Ｌ１）との大小関係に基づく判定である限りにおいて、種々の判定方法を採用することが可能である。

ここで、高温鋼材の表面にスケール等の付着物が存在せず、正常に線状光が照射されている（未検査領域が存在しない）にも関わらず、突発的なノイズの発生（典型的には、周辺設備に設置された照明等からの外乱光が撮像手段の撮像視野内に入射するケース）によって、このノイズ発生時に撮像した撮像画像中の第１画素領域（線状光領域）の濃度が変化する（典型的には、濃度が低下する）場合がある。このような撮像画像を、ノイズが発生していない撮像画像に対して設定したしきい値と同一のしきい値で２値化処理等したのでは、第１画素領域全体を適切に抽出できない（本来の長さよりも短くなる）虞がある。また、外乱光は高温鋼材のエッジ部近傍から入射するため、上記のような第１画素領域の濃度変化は、高温鋼材のエッジ部近傍に生じる場合が多い。換言すれば、第１画素領域の未抽出部分は、高温鋼材のエッジ部近傍、すなわち撮像画像中の第２画素領域近傍に生じる場合が多い。さらに、突発的なノイズの発生によって、撮像画像中の第２画素領域の濃度や、その近傍の背景光に対応する画素領域の濃度も変化する結果、第２画素領域を適切に抽出できない虞もある。換言すれば、抽出された第２画素領域の座標（高温鋼材の長手方向に直交する方向の座標）が本来の高温鋼材のエッジ部に相当する画素領域の座標（高温鋼材の長手方向に直交する方向の座標）と異なる結果、算出された第２画素領域間の距離が本来の高温鋼材の両エッジ部間距離と異なる虞がある。

上記のように、突発的なノイズが発生することによって、撮像画像中の第１画素領域及び／又は第２画素領域を適切に抽出できなかった場合、この不適切な第１画素領域の長さと第２画素領域間の距離との大小関係に応じて未検査領域の有無を検知したのでは、実際には未検査領域が存在しないにも関わらず、未検査領域が存在すると誤検知してしまう虞がある。このような誤検知を抑制し、未検査領域の有無をより一層精度良く検知するには、線状光の照射が不良であると判定した撮像画像について、画像処理パラメータを変更（例えば、２値化処理のしきい値を低下させる等）した画像処理を再実行することにより、第１画素領域を抽出し直すことが好ましい。この際、前述のように、第１画素領域の未抽出部分は第２画素領域近傍に生じる場合が多いため、撮像画像を構成する画素領域全体ではなく、抽出した第１画素領域の近傍に位置し、且つ、第２画素領域の近傍に位置する画素領域についてのみ、画像処理を再実行することが好ましい。ただし、突発的なノイズ発生時に撮像した撮像画像については、画像処理を再実行する画素領域の基準となる第２画素領域自体が、前述のように適切に抽出されていない可能性がある。従って、未検査領域の有無をより一層精度良く検知するには、線状光の照射が不良であると判定した撮像画像について抽出した第２画素領域を基準とするのではなく、全ての撮像画像について抽出した第２画素領域の座標（高温鋼材の長手方向に直交する方向の座標）の平均値等を基準として、画像処理を再実行する画素領域を決定することが好ましい。同様に、画像処理を再実行することによって抽出された第１画素領域の長さと比較する第２画素領域間の距離としては、線状光の照射が不良であると判定した撮像画像について抽出した第２画素領域間の距離ではなく、全ての撮像画像について抽出した第２画素領域間の距離の平均値等を用いることが好ましい。

従って、前記画像処理手段は、以下の（１）〜（３）のステップを実行する構成とするのが好ましい。
（１）前記第１ステップで取得した全ての撮像画像についての前記第３ステップで抽出した第２画素領域の前記高温鋼材の長手方向に直交する方向の代表的な座標と、前記第１ステップで取得した全ての撮像画像についての前記第３ステップで算出した第２画素領域間の距離の代表値とを算出するステップ
（２）前記第４ステップで前記線状光の照射が不良であると判定した撮像画像における、前記第２ステップで抽出した第１画素領域の近傍に位置し、且つ、前記算出した第２画素領域の代表的な座標近傍に位置する画素領域に対して、画像処理パラメータ（第１画素領域を抽出するための２値化処理のしきい値）を変更して前記第２ステップを再実行するステップ
（３）前記再実行により算出された第１画素領域の長さと、前記算出した第２画素領域間の距離の代表値とを比較し、その大小関係に応じて、前記線状光の照射が正常であるか不良であるかを再判定するステップ

斯かる好ましい構成によれば、外乱光等の突発的なノイズの発生による誤検知を抑制し、未検査領域の有無をより一層精度良く検知し得ることが期待できる。なお、上記の好ましい構成における「第２画素領域の高温鋼材の長手方向に直交する方向の代表的な座標」とは、全ての撮像画像について抽出した第２画素領域の座標（高温鋼材の長手方向に直交する方向の座標）の平均値、又は、全ての撮像画像において最も数多く抽出された第２画素領域の座標（高温鋼材の長手方向に直交する方向の座標）を意味する。また、「第２画素領域間の距離の代表値」とは、全ての撮像画像について算出した第２画素領域間の距離の平均値、又は、全ての撮像画像において最も多く算出された第２画素領域間の距離を意味する。

本発明によれば、搬送される高温鋼材の表面形状や表面疵を光切断法を用いて検査するに際して、たとえ高温鋼材の位置（撮像手段の視線方向についての位置）が変化したとしても、未検査領域の有無を精度良く検知することができるため、検査効率や製造効率の低下を抑制可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被検査対象である高温鋼材が鋳片である場合を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置を適用する鋳片搬送ラインを模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る表面検査装置１００は、ツインキャスティングを行う連続鋳造設備１０で鋳造される全ての鋳片の両側面を検査対象としている。このため、図１に示すように、表面検査装置１００は、連続鋳造設備１０に後続する鋳片搬送ライン上に設けられた鋳片Ｍが２段積みされる秤量機４０の出側に設置されている。具体的には、連続鋳造設備１０で鋳造された鋳片Ｍは、トーチ２０で所定の長さに切断され、マーキング装置３０で所定のマーキングが施された後、秤量機４０で上下２段に積まれる。その後、上下２段に積まれた状態の鋳片Ｍ（上段の鋳片をＭ１とし、下段の鋳片をＭ２とする）が矢符Ｘで示す方向に搬送され、秤量機４０の出側に設置された表面検査装置１００によってその表面（側面）が検査される。

図２に示すように、表面検査装置１００は、鋳片Ｍ（Ｍ１、Ｍ２）を光切断法を用いて検査する装置であって、長手方向（Ｘ方向）に搬送される鋳片Ｍの表面（側面）に対して、鋳片Ｍの長手方向に直交する方向（本実施形態では上下方向であり、図２に示すＺ方向）に延びる線状光Ｌを照射する光源１と、鋳片Ｍの長手方向に沿った鋳片Ｍの両エッジ部を撮像可能な撮像視野を有し、線状光Ｌが照射された部位を含む鋳片Ｍの表面を撮像する撮像手段２と、撮像手段２によって撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理手段３とを備えている。

本実施形態では、鋳片Ｍの互いに対向する両側面を検査し得るように、光源１として一対の光源１ａ、１ｂが配置されている。光源１（１ａ、１ｂ）としては、鋳片Ｍが約８００℃程度の表面温度を有するため、鋳片Ｍからの自発光とのコントラストを高めて線状光Ｌが照射された部位に対応する第１画素領域を精度良く抽出し得るように、赤外領域よりも波長の短い光を出射する光源を用いるのが一般的である。このため、本実施形態では、光源１として、波長５３０ｎｍ（緑色）のレーザ光を出射するレーザと該レーザから出射されたレーザ光を線状光Ｌに変換するレンズ系とを具備する光源を用いている。光源１から照射される線状光Ｌの幅は、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍの側面上で約１．５〜２ｍｍ程度に設定されている。また、本実施形態では、光源１から照射される線状光Ｌの長さは、上段の鋳片Ｍ１及び下段の鋳片Ｍ２の双方の側面を同時に照射し得る長さに設定されている。しかしながら、光源１から照射される線状光Ｌの長さを何れか一方の鋳片Ｍ１又はＭ２の側面を照射する長さに設定し、上段の鋳片Ｍ１の側面を照射するための光源１と、下段の鋳片Ｍ２の側面を照射するための光源１とを別個に設ける構成を採用することも可能である。

本実施形態では、鋳片Ｍの互いに対向する両側面を検査し得ると共に撮像分解能を高めるため、撮像手段２として、上段の鋳片Ｍ１の一方の側面を撮像するための撮像手段２ａと、下段の鋳片Ｍ２の一方の側面を撮像するための撮像手段２ｂと、上段の鋳片Ｍ１の他方の側面を撮像するための撮像手段２ｃと、下段の鋳片Ｍ２の他方の側面を撮像するための撮像手段２ｄとが配置されている。撮像手段２（２ａ〜２ｄ）としては、例えば、２次元のＣＣＤカメラが好適に用いられる。

前述のように、撮像手段２は、鋳片Ｍの長手方向に沿った鋳片Ｍの両エッジ部を撮像可能な撮像視野を有する。具体的には、撮像手段２ａ、２ｃの撮像視野は、上段の鋳片Ｍ１の上側のエッジ部ＵＥ１及び下側のエッジ部ＬＥ１を撮像可能に設定されている。撮像手段２ｂ、２ｄの撮像視野は、下段の鋳片Ｍ２の上側のエッジ部ＵＥ２及び下側のエッジ部ＬＥ２を撮像可能に設定されている。本実施形態では、鋳片Ｍが撮像手段２の視線方向（図２に示すＹ方向）の予め定めた所定位置にあるときに、当該鋳片Ｍの側面上で、Ｘ方向に３２０ｍｍ程度、Ｚ方向に２４０ｍｍ程度の撮像視野が得られるように、撮像手段２の光学系が調整されている。

画像処理手段３は、汎用のコンピュータやこれにインストールされた画像処理プログラム等から構成されており、前述のように撮像手段２（２ａ〜２ｄ）によって撮像された撮像画像が入力され、該入力された撮像画像に対して所定の画像処理を施す。なお、画像処理手段３は、鋳片搬送ラインの各種制御を行うためのプロセスコンピュータ５０に接続されており、プロセスコンピュータ５０から出力される鋳片Ｍの情報（厚み等）を受信可能とされている。

以下、上記の構成を有する表面検査装置１００の動作について説明する。図３は、表面検査装置１００の概略動作を示すフロー図である。図３に示すように、表面検査装置１００の画像処理手段３は、被検査対象である上下２段に積まれた鋳片Ｍが表面検査装置１００の設置位置に向けて搬送される（図３のＳ１）際に、プロセスコンピュータ５０から当該鋳片Ｍの情報（厚み等）を受信する（図３のＳ２）。受信した鋳片Ｍの情報は、後述する屈曲量の演算等に用いられる。

画像処理手段３は、被検査対象である鋳片Ｍの先端及び後端が表面検査装置１００の設置位置を通過するタイミングを鋳片搬送ライン上に設置された所定のセンサ（図示せず）の出力信号によって検知し、鋳片Ｍの先端が通過したタイミングから後端が通過するタイミングまでの間の複数の撮像画像（すなわち、鋳片Ｍの全長分に相当する複数の撮像画像）を連続的に取得（記憶）する（図３のＳ３）。具体的には、撮像手段２で撮像した撮像画像は、一般的なビデオレートである１／３０ｓｅｃ毎に画像処理手段３に出力され、画像処理手段３は、鋳片Ｍの先端が通過したタイミングから後端が通過するタイミングまでの間、この１／３０ｓｅｃ毎に撮像画像を連続して取得する構成とされている。なお、連続する撮像画像間における撮像視野のズレ（鋳片Ｍの撮像部位の長手方向のズレ）は、鋳片Ｍの搬送速度に依存するが、本実施形態では、このズレが約５ｍｍ程度となるように鋳片Ｍの搬送速度が調整されている。

画像処理手段３は、上記のようにして取得した全長分の撮像画像に対して、所定の画像処理を順次施す。図４は、画像処理手段３によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の一例を模式的に示す図であり、図４（ａ）は撮像画像を、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図４（ｃ）は図４（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。

より具体的には、図４（ａ）に示す撮像画像は、図２に示す撮像手段２ａで撮像した撮像画像であり、鋳片Ｍに表面疵が存在せず且つ未検査領域が存在しない場合に得られる撮像画像の一例を示す。前述のように、撮像手段２ａの撮像視野は、上段の鋳片Ｍ１の上側のエッジ部ＵＥ１及び下側のエッジ部ＬＥ１を撮像可能に設定されているが、上段の鋳片Ｍ１と下段の鋳片Ｍ２との隙間が小さいため、下段の鋳片Ｍ２の上側のエッジ部ＵＥ２近傍も撮像される。図４（ａ）に示すように、背景光に対応する画素領域、鋳片Ｍ１、Ｍ２に対応する画素領域、線状光Ｌが照射された部位に対応する画素領域は、それぞれ濃度が異なるものとなる。例えば、８ビット階調で撮像画像を取得した場合、背景光に対応する画素領域は１００未満、鋳片Ｍ１、Ｍ２に対応する画素領域は１００〜１５０、線状光Ｌが照射された部位に対応する画素領域（第１画素領域）は２００〜２３０程度の濃度を有する場合が多い。すなわち、背景光に対応する画素領域、鋳片Ｍ１、Ｍ２に対応する画素領域、第１画素領域の順に濃度が高く（明るく）なる（図４（ａ）は、便宜上、逆順の濃度で図示している）。このように、各画素領域に濃度差が存在するため、後述する画像処理によって、第１画素領域及び第２画素領域を抽出することが可能となる。

画像処理手段３は、図４（ａ）に示すような撮像画像に対して所定の画像処理を施すことにより、図４（ｂ）に示すように、線状光Ｌが照射された部位に対応する第１画素領域Ｐ１を抽出し、該抽出した第１画素領域Ｐ１の鋳片Ｍの長手方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｚ方向）の長さＬ１を算出する（図３のＳ４）。抽出された第１画素領域Ｐ１を構成する各画素の座標や長さＬ１は画像処理手段３に記憶される。第１画素領域Ｐ１はＺ方向に延びるため、これを抽出するための前記画像処理としては、例えば、３×３画素のフィルタを用いたＺ方向成分強調処理（Ｘ方向の微分処理）、２値化処理、小面積除去処理等の公知の画像処理手法を順次適用することが可能である。第１画素領域Ｐ１の長さＬ１は、第１画素領域Ｐ１を構成する各画素の内、上端に位置する画素のＺ方向座標と下端に位置する画素のＺ方向座標との差として算出される。なお、前述のように、線状光Ｌは、鋳片Ｍ１及びＭ２の双方に照射され、撮像手段２ａの撮像視野には、鋳片Ｍ２の上側のエッジ部ＵＥ２近傍も含まれる。このため、図４（ａ）に示すように、撮像手段２ａの撮像画像には、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域も含まれることになり、撮像画像にＺ方向成分強調処理を施した後、２値化処理しただけでは、この画素領域が残存する虞がある。仮に、この画素領域が残存し、且つ、この画素領域に表面疵が存在して屈曲している場合には、実際には鋳片Ｍ２に表面疵が存在しているにも関わらず、撮像手段２ａの撮像画像中に表面疵が存在する（鋳片Ｍ１に表面疵が存在する）と誤判定してしまう虞がある。従って、２値化処理の後に、前述のように小面積除去処理（小面積除去処理のしきい値として、前記線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域を除去し得るしきい値を設定する）を施すことが好ましい。図４（ｂ）に示す２値化画像は、上記小面積除去処理が施されることにより、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域が除去されている。

なお、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域を除去するために、後述のようにして抽出される下側の第２画素領域Ｐ２よりも下側に位置する画素領域を除去する処理（以下、適宜「画素領域除去処理」という）を施すことも可能である。この画素領域除去処理は、図５に示すように、前述した小面積除去処理では線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域を除去できない場合に特に有効である。具体的には、鋳片Ｍ１、Ｍ２が互いに極めて密着した状態で積まれているため、図５（ａ）に示す撮像画像にＺ方向成分強調処理を施して２値化処理したとき、図５（ｂ）に示すように、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ１の部位に対応する画素領域と、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ２の部位に対応する画素領域とが一つに繋がった画素領域として抽出されるような場合に有効である。図５（ｂ）に示す２値化画像に対して、図５（ｃ）に示す下側の第２画素領域Ｐ２よりも下側に位置する画素領域を除去する画素領域除去処理を施せば、図５（ｄ）に示すように、線状光Ｌが照射された鋳片Ｍ１の部位に対応する画素領域のみからなる第１画素領域Ｐ１を得ることができる。

また、画像処理手段３は、図４（ａ）に示すような撮像画像に対して所定の画像処理を施すことにより、図４（ｃ）に示すように、鋳片Ｍ１の両エッジ部ＵＥ１及びＬＥ１にそれぞれ対応する第２画素領域Ｐ２を抽出し、該抽出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２を算出する（図３のＳ５）。抽出された第２画素領域Ｐ２を構成する各画素の座標や距離Ｌ２は画像処理手段３に記憶される。第２画素領域Ｐ２はＸ方向に延びるため、これを抽出するための前記画像処理としては、例えば、３×３画素のフィルタを用いたＸ方向成分強調処理（Ｚ方向の微分処理）、２値化処理、小面積除去処理等の公知の画像処理手法を順次適用することが可能である。第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２は、上側に位置する第２画素領域Ｐ２を構成する各画素と、下側に位置する第２画素領域Ｐ２を構成する各画素との離間距離の最小値として算出される。なお、上記画像処理を適用して抽出される第２画素領域Ｐ２は、完全な直線とならない場合もあるため、上側の第２画素領域Ｐ２を構成する各画素の座標をデータとして最小自乗法等を適用してＸ方向に平行な近似直線を算出すると共に、下側の第２画素領域Ｐ２を構成する各画素の座標をデータとして最小自乗法等を適用してＸ方向に平行な近似直線を算出し、これら両近似直線間の距離を第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２とすることも可能である。また、撮像手段２ａの撮像視野には、鋳片Ｍ２の上側のエッジ部ＵＥ２近傍も含まれる。このため、撮像手段２ａの撮像画像には、エッジ部ＵＥ２に対応する画素領域も含まれることになり、上記の画像処理を適用しただけでは、このエッジ部ＵＥ２に対応する画素領域が残存する虞がある。従って、上記の画像処理を適用して抽出された画素領域の内、最も下側に位置する画素領域（エッジ部ＵＥ２に対応する画素領域）を除去する処理を施すことが好ましい。図４（ｃ）に示す２値化画像は、上記の処理が施されることにより、エッジ部ＵＥ２に対応する画素領域が除去されている。

次に、画像処理手段３は、前記算出した第１画素領域Ｐ１の長さＬ１と前記算出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２とを比較し、その大小関係に応じて、線状光Ｌの照射が正常であるか不良であるかを判定する（図３のＳ６）。本実施形態では、第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２に対する第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２と第１画素領域Ｐ１の長さＬ１との差（Ｌ２−Ｌ１）の比（＝１−Ｌ１／Ｌ２）が所定値（例えば２％）よりも大きい場合に不良と判定し、前記所定値以下の場合には正常と判定している。図４に示す例では、第１画素領域Ｐ１の長さＬ１と第２画素領域間の距離Ｌ２とが略等しくなるため、線状光Ｌの照射は正常であると判定（未検査領域は存在しないと判定）することになる。以下、他の例について順次説明する。

図６は、画像処理手段３によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図６（ａ）は撮像画像を、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図６（ｃ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。より具体的には、図６（ａ）に示す撮像画像は、図２に示す撮像手段２ａで撮像した撮像画像であり、鋳片Ｍに表面疵が存在せず且つ表面に付着したスケール等の付着物ＳＨで線状光Ｌが遮られることによって未検査領域が存在する撮像画像の一例を示す。

図６に示す例では、付着物ＳＨで線状光Ｌが遮られることにより、図６（ｂ）に示すように、抽出された第１画素領域Ｐ１の上方に未検査領域が生じている。すなわち、図６に示す例では、図４に示す例のように未検査領域が生じていない場合（鋳片Ｍの側面全体に線状光Ｌが照射されている場合）に比べて第１画素領域Ｐ１の長さＬ１が短くなる。一方、鋳片Ｍ１からの自発光は付着物ＳＨの影響を受け難いため、図６（ｃ）に示すように、鋳片Ｍ１の両エッジ部に対応する第２画素領域Ｐ２は適切に抽出される。すなわち、図６に示す例では、図４に示す例と同等の第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２が得られる。従って、図６に示す例では、第１画素領域Ｐ１の長さＬ１よりも第２画素領域間の距離Ｌ２が大きくなるため、その差の程度に応じて、線状光Ｌの照射が不良であると判定（未検査領域が存在すると判定）することになる。

図７は、画像処理手段３によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図７（ａ）は撮像画像を、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図７（ｃ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。より具体的には、図７（ａ）に示す撮像画像は、図２に示す撮像手段２ａで撮像した撮像画像であり、鋳片Ｍに表面疵が存在せず且つ未検査領域が存在しない場合であって、図４（ａ）に示す撮像画像が得られたときの状態に比べて、鋳片Ｍが撮像手段２ａの視線方向（図２に示すＹ方向）に遠ざかった状態となったときに得られる撮像画像の一例を示す。

図７に示す例でも、図６に示す例と同様に、図４に示す例に比べて第１画素領域Ｐ１の長さＬ１が短くなる。しかしながら、図６に示す例と異なり、第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２も同様に図４に示す例に比べて短くなる。すなわち、図７に示す例では、第１画素領域Ｐ１の長さＬ１と第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２とが略等しくなるため、線状光Ｌの照射は正常であると判定（未検査領域は存在しないと判定）することになる。

以上のように、本実施形態に係る画像処理手段３は、第１画素領域Ｐ１の長さＬ１だけではなく、第１画素領域Ｐ１の長さＬ１と第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２との大小関係に基づいて線状光Ｌの照射の正常・不良を判定するため、図６に示す例のように未検査領域が生じている場合と、図７に示す例のように未検査領域が生じていない場合とを精度良く識別可能である。

線状光Ｌの照射が正常であると判定した場合、画像処理手段３は、抽出した第１画素領域Ｐ１の屈曲量を演算し、演算した屈曲量の大小に応じて表面疵の有無を判定する（図３のＳ７）。以下、図８を適宜参照しつつ、屈曲量の演算方法について具体的に説明する。

図８は、画像処理手段３によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図８（ａ）は撮像画像を、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す第１画素領域の屈曲量の説明図を示す。より具体的には、図８（ａ）に示す撮像画像は、図２に示す撮像手段２ａで撮像した撮像画像であり、鋳片Ｍ１に表面疵（割れ疵）Ｆが存在し且つ未検査領域が存在しない場合に得られる撮像画像の一例を示す。画像処理手段３は、図８（ａ）に示すような撮像画像に対して、前述のような所定の画像処理を施すことにより、図８（ｂ）に示すように、線状光Ｌが照射された部位に対応する第１画素領域Ｐ１を抽出する（図３のＳ４）。この第１画素領域Ｐ１の屈曲量を演算するに際し、画像処理手段３は、図８（ｃ）に示すように、第１画素領域Ｐ１を構成する各画素の内、上端に位置する画素ＰＵと下端に位置する画素ＰＬとを結ぶ直線ＬＰを算出する。次に、画像処理手段３は、第１画素領域Ｐ１を構成する各画素の内、直線ＬＰから最も離れた位置にある画素ＰＦと直線ＬＰとの離間距離Ｗ（画素単位）を算出する。

一方、画像処理手段３は、前述のようにプロセスコンピュータ５０から受信した鋳片Ｍ１の厚みと、前述のようにして算出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２（画素単位）とに基づき、撮像画像の分解能を算出する。すなわち、撮像画像の分解能は、鋳片Ｍ１の厚み／Ｌ２によって算出される。そして、上記の画素単位での離間距離Ｗに前記分解能を乗ずることによって、実寸単位での離間距離Ｗを演算する。この実寸単位での離間距離Ｗが第１画素領域Ｐ１の屈曲量とされる。

画像処理手段３は、以上のようにして演算した第１画素領域Ｐ１の屈曲量Ｗ（実寸単位）の大小に応じて表面疵の有無を判定する。具体的には、予め定めたしきい値よりも屈曲量Ｗが大きければ表面疵が存在すると判定し、しきい値以下であれば表面疵が存在しないと判定する。図８に示す例では、表面疵Ｆの存在により屈曲量Ｗが大きくなるため、表面疵が存在すると判定することになる。

一方、線状光Ｌの照射が不良であると判定した場合、画像処理手段３は、不良と判定した撮像画像（以下、適宜「不良判定画像」という）を記録する（図３のＳ８）。具体的には、画像処理手段３に記憶した全長分の撮像画像の内、何れの撮像画像が不良と判定されたかを識別できるように、各不良判定画像と、該不良判定画像の特徴量（抽出された第１画素領域Ｐ１を構成する各画素の座標や長さＬ１、第２画素領域Ｐ２を構成する各画素の座標や距離Ｌ２）と、不良であったことを示すフラグとが紐付けられて記憶される。

画像処理手段３は、以上に説明した線状光Ｌの照射の正常・不良判定（未検査領域の有無の検知）、及び、正常である撮像画像については第１画素領域Ｐ１の屈曲量の演算・表面疵の有無判定を、全ての撮像画像に対して終了するまで繰り返し実行する（図３のＳ９）。そして、全ての撮像画像について線状光Ｌの照射が正常であると判定した場合（すなわち、不良判定画像が存在しなかった場合）には、表面検査装置１００の動作は終了する（図３のＳ１０）。一方、不良判定画像が存在する場合には、各不良判定画像に対して画像処理パラメータを変更した画像処理を再実行し、第１画素領域Ｐ１を再抽出する。以下、図９を適宜参照しつつ、不良判定画像に対する画像処理の再実行について具体的に説明する。

図９は、画像処理手段３によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図９（ａ）は撮像画像を、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図９（ｃ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を再実行する画素領域の説明図を、図９（ｄ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を再実行することにより第１画素領域を抽出し直した２値化画像を示す。より具体的には、図９（ａ）に示す撮像画像は、図２に示す撮像手段２ａで撮像した撮像画像であり、鋳片Ｍ１に表面疵が存在せず且つ突発的なノイズの発生によって線状光Ｌの照射が不良であると判定（未検査領域が存在すると誤検知）された不良判定画像の一例を示す。図９（ｂ）に示す例では、抽出された第１画素領域Ｐ１の上方に未抽出部分が生じている。

まず最初に、画像処理手段３は、取得した全ての撮像画像について抽出した第２画素領域Ｐ２の鋳片Ｍの長手方向に直交する方向（Ｚ方向）の代表的な座標と、取得した全ての撮像画像について算出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２の代表値とを算出する（図３のＳ１１）。具体的には、画像処理手段３は、全ての撮像画像について抽出した第２画素領域Ｐ２のＺ方向の座標（第２画素領域Ｐ２を構成する各画素のＺ方向の座標、若しくは、第２画素領域Ｐ２の近似直線のＺ方向の座標）の平均値、又は、全ての撮像画像において最も数多く抽出された第２画素領域Ｐ２のＺ方向の座標を前記代表的な座標として算出する。また、画像処理手段３は、全ての撮像画像について算出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２の平均値、又は、全ての撮像画像において最も多く算出された第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２を前記距離Ｌ２の代表値として算出する。

次に、画像処理手段３は、図９（ａ）に示すような不良判定画像における、前記抽出した第１画素領域Ｐ１（図９（ｂ）参照）の近傍に位置し、且つ、前記算出した第２画素領域Ｐ２の代表的な座標近傍に位置する画素領域に対して、画像処理パラメータを変更して画像処理を再実行し、第１画素領域Ｐ１を抽出し直すと共に、第１画素領域Ｐ１の長さを算出し直す（図３のＳ１２）。具体的には、図９（ｃ）に示すように、最初の画像処理（図３のＳ４）で抽出した第１画素領域Ｐ１（図９（ｂ）参照）を構成する各画素の内、上端に位置する画素ＰＵのＸ方向座標ＰＵ（Ｘ）を基準としたＸ方向の所定範囲内であって、且つ、第２画素領域Ｐ２のＺ方向の代表的な座標Ｐ２（Ｚ）を基準としたＺ方向の所定範囲内に存在する矩形の画素領域ＲＡに対して、画像処理パラメータを変更した画像処理を再実行する。本実施形態では、最初の画像処理の際に設定したしきい値よりも低下させたしきい値（例えば、８ビット階調で１０の濃度分だけ低下させたしきい値）で２値化処理を再実行し、第１画素領域Ｐ１を抽出し直している。そして、画像処理手段３は、画素領域ＲＡに対して抽出し直した第１画素領域Ｐ１と、最初の画像処理で抽出した画素領域ＲＡ外の第１画素領域Ｐ１とを合成し（図９（ｄ）参照）、合成後の第１画素領域Ｐ１全体の長さＬ１を算出する。

次に、画像処理手段３は、前記画像処理の再実行により算出された第１画素領域Ｐ１の長さ（合成後の第１画素領域Ｐ１全体の長さ）Ｌ１と、前記算出した第２画素領域Ｐ２間の距離Ｌ２の代表値とを比較し、その大小関係に応じて、線状光Ｌの照射が正常であるか不良であるかを再判定する（図３のＳ１３）。具体的な判定方法については、前述した方法（図３のＳ６）と同様であるので、ここでは説明を省略する。

上記の再判定において、線状光Ｌの照射が不良であると判定された場合には、未検査領域の誤検知ではなく、実際に未検査領域が存在している（図６に示すような場合）として、対応する鋳片Ｍの部位について目視検査等が行われる。なお、上記の再判定においても線状光Ｌの照射が不良であると判定された場合には、線状光Ｌの照射が正常であると判定されない限り、予め定めた濃度まで段階的にしきい値を低下させて２値化処理の再実行を繰り返し、線状光Ｌの照射の正常・不良を繰り返し判定することも可能である。

一方、上記の再判定において、線状光Ｌの照射が正常であると判定された場合（図９に示す例では、正常と判定される）には、最初の画像処理では未検査領域の誤検知が生じていたとして、画像処理手段３は、第１画素領域Ｐ１（合成後の第１画素領域Ｐ１）の屈曲量を演算し、演算した屈曲量の大小に応じて表面疵の有無を判定する（図３のＳ１４）。具体的な屈曲量の演算方法や表面疵の有無の判定方法については、前述した方法（図３のＳ７）と同様であるので、ここでは説明を省略する。表面疵の有無を判定した後、表面検査装置１００の動作は終了する。なお、再判定において、線状光Ｌの照射が不良であると判定された場合であっても、未検査領域以外の第１画素領域Ｐ１について屈曲量の演算・表面疵の有無判定を行うことも可能である。

以上のように、本実施形態に係る画像処理手段３は、不良判定画像について、２値化処理のしきい値等の画像処理パラメータを変更した画像処理を再実行することにより、第１画素領域を抽出し直す構成である。このため、図９に示す例のように突発的なノイズの発生による誤検知を抑制し、未検査領域の有無をより一層精度良く検知することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置を適用する鋳片搬送ラインを模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す図である。 図３は、図２に示す表面検査装置の概略動作を示すフロー図である。 図４は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の一例を模式的に示す図であり、図４（ａ）は撮像画像を、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図４（ｃ）は図４（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。 図５は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図５（ａ）は撮像画像を、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより特定の画素領域を抽出した２値化画像を、図５（ｃ）は図５（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を、図５（ｄ）は図５（ｂ）に示す２値化画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を示す。 図６は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図６（ａ）は撮像画像を、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図６（ｃ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。 図７は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図７（ａ）は撮像画像を、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図７（ｃ）は図６（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第２画素領域を抽出した２値化画像を示す。 図８は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図８（ａ）は撮像画像を、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示す第１画素領域の屈曲量の説明図を示 図９は、図２に示す画像処理手段によって取得した撮像画像及びこの撮像画像に対して画像処理を施した結果の他の例を模式的に示す図であり、図９（ａ）は撮像画像を、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を施すことにより第１画素領域を抽出した２値化画像を、図９（ｃ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を再実行する画素領域の説明図を、図９（ｄ）は図９（ａ）に示す撮像画像に対して画像処理を再実行することにより第１画素領域を抽出し直した２値化画像を示す。

符号の説明

１・・・光源
２・・・撮像手段
３・・・画像処理手段
１００・・・表面検査装置
Ｍ・・・鋳片（高温鋼材）
Ｌ・・・線状光

Claims (2)

1. 高温鋼材を光切断法を用いて検査する装置であって、
   長手方向に搬送される高温鋼材の表面に対して、該高温鋼材の長手方向に略直交する方向に延びる線状光を照射する光源と、
   前記高温鋼材の長手方向に沿った前記高温鋼材の両エッジ部を撮像可能な撮像視野を有し、前記線状光が照射された部位を含む前記高温鋼材の表面を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理手段とを備え、
   前記画像処理手段は、
   前記高温鋼材の全長分に相当する複数の撮像画像を連続的に取得する第１ステップと、
   前記取得した複数の撮像画像のそれぞれに対して所定の画像処理を施すことにより、前記線状光が照射された部位に対応する第１画素領域を抽出し、該抽出した第１画素領域の前記高温鋼材の長手方向に直交する方向の長さを算出する第２ステップと、
   前記複数の撮像画像のそれぞれに対して所定の画像処理を施すことにより、前記高温鋼材の両エッジ部に対応する第２画素領域を抽出し、該抽出した第２画素領域間の距離を算出する第３ステップと、
   前記算出した第１画素領域の長さと前記算出した第２画素領域間の距離とを比較し、その大小関係に応じて、前記線状光の照射が正常であるか不良であるかを判定する第４ステップと、
   を実行することを特徴とする高温鋼材の表面検査装置。
2. 前記画像処理手段は、
   前記第１ステップで取得した全ての撮像画像についての前記第３ステップで抽出した第２画素領域の前記高温鋼材の長手方向に直交する方向の代表的な座標と、前記第１ステップで取得した全ての撮像画像についての前記第３ステップで算出した第２画素領域間の距離の代表値とを算出するステップと、
   前記第４ステップで前記線状光の照射が不良であると判定した撮像画像における、前記第２ステップで抽出した第１画素領域の近傍に位置し、且つ、前記算出した第２画素領域の代表的な座標近傍に位置する画素領域に対して、第１画素領域を抽出するための２値化処理のしきい値を変更して前記第２ステップを再実行するステップと、
   前記再実行により算出された第１画素領域の長さと、前記算出した第２画素領域間の距離の代表値とを比較し、その大小関係に応じて、前記線状光の照射が正常であるか不良であるかを再判定するステップと、
   を実行することを特徴とする請求項１に記載の高温鋼材の表面検査装置。