JP5305164B2 - 管材の内面検査装置及び検査方法 - Google Patents
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Description
この種のクリーン鋼管は長さが4〜6mと長く、しかも径は40mm程度のものから小さいものでは3〜6mmレベルのものもあるために、内面の傷の有無等を精度高く検査できる装置が無く、これまでは、高度に熟練した検査スキルを持つ熟練工による目視検査に頼らざるを得なかった。
産業分野、医療分野等においては、内視鏡を挿入して観察する技術を採用している例があるが、クリーン鋼管のような、長尺な管に対して内面に傷を付けることなく、挿入することは困難である。
しかし、特許文献1は、内周側に光ファイバー等を有する回転体を挿入しなければならないものであり、特許文献2は、内周側にテレビカメラを挿入しなければならないものであり、ともに細長い管材の内面検査に適用できるものではない。
管材の内面を一方の端部から焦点(フォーカス)を変えながら撮影した画像列を統合すると、中心に反対側の開口部が見え、その周囲に管材の内面が写った円形状の画像になる。
本発明においては、上記のようにフォーカスを変えながら撮影した点に特徴があり、それぞれの撮影だけではピントの合った以外の画像の精度は低いが、数箇所でピントの合致した画像を統合することで検査対象となる全域にわたってピントの合致した統合画像が得られる。
ここで、カメラで真正面から管内面を撮影した場合、線状の傷以外は比較的検出し易いが、線状のものは画像として取得するのが難しいことが多い。
また、鋼管内の光の反射による筋状パターンや微弱な擾乱、カメラ側のノイズなどにより誤って傷を判定する恐れがある。
そこで本発明は、管材の中心軸とカメラの光軸とを微小に交差させ、且つ、管材を軸廻りに微小回転させ比較した。
拡散光源は、管材の一方の開口端部から内部に照射することで、他方の開口端部からカメラで管材の内面を撮影しやすくするためのものである。
例えば、白色蛍光灯で十分であり、さらに拡散させた照明を得るには、白色の薄い高発泡ポリエチレンシートを白色蛍光灯に被せても良い。
カメラはCCDカメラでもCMOSカメラでもよく、CCDカメラは、Charge Coupled Device 素子からなるカメラをいい、CMOSカメラは、Complementary Metal Oxide Semiconductorを利用したカメラをいう。
本発明は、検出精度を向上させるのに、前記第1の内面観察統合画像と、第2の内面観察統合画像とを比較解析する傷検出解析手段に加えて、管内面の傷パターンを検出するエッジ検出フィルタリング手段や平滑化フィルタリング手段を有しているとよく、また検出された傷パターンに基づいて傷の有する管内面の3次元位置を特定する傷位置解析手段を有していると、さらに好ましい。
また、比較解析した傷データをさらにエッジ検出フィルタリングにて傷パターンを検出してもよい。
さらに、検出された傷パターンに基づいて傷の有する管内面の3次元位置を傷位置解析手段にて特定するとよい。
また、平滑化フィルタリング手段を用いると元画像のノイズを除去でき、フィルタリング処理で得られた背景画像と元画像との差分処理により傷領域の抽出がしやすくなる。
本発明の検査対象となる管材は、一方の端部から内部を照明し、他方の端部から内部を撮影できるものであれば、特に限定は無いが、クリーン鋼管等のように、細長い管材の内面評価に用いるのが効果的であり、内径としては3mm〜40mm、長さとしては4m〜6mの長さにも十分に対応できる。
一般的なデジタル画像は、矩形領域における正方格子状に画素値をもつ表現形式であり、エッジ検出や平滑化処理等の空間的なフィルタリング操作を行う場合にこの正方格子に合せた窓(マスク)を用いた積和演算を行うことになる。
従って本願のように管内面の画像を処理対象としている場合に、元画像をパノラマ展開し、正方格子に適合させる方策が考えられる。
しかし、パノラマ展開を行って目的の矩形画像を合成するには、その矩形領域の格子点に対応する元画像の画素値が必ずしも存在しないから、何らかの補間処理が必要となる。
その場合に補間関数にsinx/xを用いると相応の計算コストがかかるので、バイリニア、バイキュービック等の関数で近似することになる。
これに対して、本発明に係るエッジ検出フィルタリング手段や平滑化フィルタリング手段を用いると、管内面の画像をパノラマ展開することなく、従来のパノラマ展開してフィルタリング処理を行うのと同様の効果を得ることができる。
特に後述するエッジ検出フィルタリングや平滑化フィルタリングを用いると検出精度が向上し、傷の位置の特定も容易になる。
なお、パノラマ展開画像は検査工程のモニタリングとして、即ち自動判定結果の目視確認手段として補助的に役立つ。
長尺の管材wを載置する検査台6を備え、検査台6に管材wを載置し、検査後に移送するパイプマニピュレータ7を備えている。
パイプマニピュレータ7は、未検査の管材を検査台6に運び、後述するように、本発明の検査装置で良品、不良品を判定すると、良品と不良品とに分けて、それぞれのストックヤードに移送するように、自動制御することが可能である。
検査台6に管材wを載置した状態にて、管材wの一方の開口端部w1側に管材よりも所定の間隔を設けて拡散光源1を有し、他方の開口端部w2側には、管材wの内面に焦点が合うように焦点可動型ズームレンズ2を取り付けたCCDカメラ3を設置してある。
検査する管材6は必要に応じて位置補正具8にてその位置が修正され、焦点可動型ズームレンズ2は制御ケーブル2a、CCDカメラ3は制御ケーブル3aにてそれぞれコンピュータ4に接続され、制御されている。
コンピュータ4にて処理された画像データはモニタ5にて映し出される。
内面検査対象の管材は、外径6.35mm、長さ4mのクリーン鋼管(内面鏡面加工した管材)を例に取り上げた。
拡散光源として、白色の薄い高発泡ポリエチレンシートを被せた200Wの白色蛍光灯を用いた。
焦点可動光学レンズは、焦点距離:8〜48mm、ズーム比:6×、包括角度:43.6°×33.4°at 8mm、7.7°×5.7°at 48mm、絞り:F1.0〜Close を用いた。
CCDカメラは、IIDC 1394−based Digital Camera Specification(DCAM)V1.31 A/D変換12ビット、最大解像度:1392x1032、ピクセルサイズ:4.65μmx4.65μm を用いた。
白色蛍光灯を管材の一方の端部から照らし、他方の開口部からフォ−カスを約4m奥のFARから約10cm手前のNEARの位置まで変化させつつ、一連の画像列を取り込んだ。
この場合に図2(b)に示すように、カメラの光軸を管材の中心軸に一致させるよりも(c)に示すように、管材の中心軸とカメラの光軸を0.01〜0.1°の微小角度だけ交差させる方が傷の検出が容易になり、さらに図3に示すように1.0〜2.0°の微小角度だけ管材を回転させると検出が容易になる。
管内面の円形領域の中心0を中心とする極座標(r,θ)において、f(r,θ)を定義するとx=rcosθ、y=rsinθ なるx,y-直交座標で表した画像F(x,y)との関係を次式のように得ることができる。
そこで、注目領域の各点(x,y)において
ここで、0≦α≦2πである。
線状傷パターンは、管内面の原画像で中心から周辺に向かって筋が見えるのでfr がほぼ0でfθの大きな画素が多く存在することになる。
fr,fθ は任意の値をとり得るので、その大きさに依らない量として
図4(a)に示すように単位円周上にエッジの分布をマッピングする。
なお、エッジが存在する画素として選ぶ際fr 2+fθ 2 の値があるしきい値以上でなければならない。
そこで、線状傷パターンでは、
一方、塊状傷パターンでは例えば、正方形状のものであれば、
円形状の塊状パターンであれば、ほぼ一様に分布する形となる。
その場合に、マスク関数w(r,θ)を畳み込むことによって計算できる。
このとき、対応するxy空間での畳み込みは次のようになる。
< 塊状傷パターンの場合>
画像面上で塊状傷の中心を(r,θ)とすれば,対応する管内面の点の奥行きは、
ここで、fはレンズの焦点距離,Rは管材の半径,dはレンズ中心から管端面までの距離である。
また、θはそのまま保存されるから傷の3次元位置は、管端面の円の中心を原点として、管材長尺方向を奥行きとする円筒座標系で(R,θ,z)と表される。
画像面上で線状傷パターンが(r1,θ)〜(r2,θ)に延びているとすると対応する管内面の傷は奥行き方向で、
もちろんθはそのまま保たれる。
w 管材
Claims (6)
- 管材の一方の開口端部側に配置する拡散光源と、
管材の他方の開口端部側に焦点可動型ズームレンズを介して配置するカメラを備え、
管材の中心軸に対してカメラの光軸が微小な角度で交差するように相対配置し、第1の管材位置にて焦点を連続変化させて得られた管材の第1の内面観察統合画像と、前記第1の管材位置に対して管材を軸廻りに微小回転させた第2の管材位置に対して焦点を連続変化させて得られた管材の第2の内面観察統合画像とを比較解析する傷検出解析手段を有することを特徴とする管材の内面検査装置。 - 前記第1の内面観察統合画像と、第2の内面観察統合画像とを比較解析する傷検出解析手段に加えて、
管内面の傷パターンを検出するエッジ検出フィルタリング手段又は/及び平滑化フィルタリング手段を有していることを特徴とする請求項1記載の管材の内面検査装置。 - 検出された傷パターンに基づいて傷の有する管内面の3次元位置を特定する傷位置解析手段を有していることを特徴とする請求項2記載の管材の内面検査装置。
- 管材の一方の開口端部側に配置する拡散光源と、管材の他方の開口端部側に焦点可動型ズームレンズを介して配置するカメラを備え、管材の中心軸に対してカメラの光軸が微小な角度で交差するように相対配置し、第1の管材位置にて焦点を連続変化させて得られた管材の第1の内面観察統合画像と、前記第1の管材位置に対して管材を軸廻りに微小回転させた第2の管材位置に対して焦点を連続変化させて得られた管材の第2の内面観察統合画像とを比較解析し、傷を検出することを特徴とする管材の内面検査方法。
- 比較解析した傷データをさらにエッジ検出フィルタリング又は/及び平滑化フィルタリング手段にて傷パターンを検出することを特徴とする請求項4記載の管材の内面検査方法。
- 検出された傷パターンに基づいて傷の有する管内面の3次元位置を傷位置解析手段にて特定することを特徴とする請求項5記載の管材の内面検査方法。
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