JP7178171B2 - 欠陥検査方法、および、欠陥検査システム - Google Patents
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Description
本発明は、欠陥検査方法、および、欠陥検査システムに関する。
トンネルなどの社会インフラ構造物や発電プラントにおいては、構造物の健全性を検査する方法として、目視検査（ＶＴ：Visual Testing）が適用されることがある。目視検査は、検査員が検査対象領域を直接的に視認するか、またはカメラなどの撮像機により取得された映像を表示装置から間接的に視認して、対象領域上の検出対象欠陥の有無を判定するものである。
検査対象構造物が、高所や狭隘部分、または、高温や高放射線環境などの過酷環境にあり、直接検査対象を視認することが難しい場合には、遠隔操作装置に搭載された撮像機により取得された映像を用いる。これにより、検査員は離れた場所から映像を視認して目視検査を行うことができる。
検査対象構造物が、高所や狭隘部分、または、高温や高放射線環境などの過酷環境にあり、直接検査対象を視認することが難しい場合には、遠隔操作装置に搭載された撮像機により取得された映像を用いる。これにより、検査員は離れた場所から映像を視認して目視検査を行うことができる。
目視検査用に取得された映像は、欠陥の性状や検査対象構造物の表面状態、撮像機や併用する照明の条件などによって、撮像映像における欠陥の視認性が異なる。そこで、撮像システムの視認性を定量的に評価する手法が提案されている。
例えば、特許文献１には、予め定めた空間解像度を持つ対象を撮像システムで撮像しコントラストを評価する手法が記載されている。
例えば、特許文献１には、予め定めた空間解像度を持つ対象を撮像システムで撮像しコントラストを評価する手法が記載されている。
目視検査において欠陥を確実に検出するには、欠陥を撮像する機器の配置を欠陥が明瞭に視認できる条件に調整することが望まれる。同じ欠陥を撮像した画像データであっても、機器の配置が異なると、画像データに写る欠陥の形状や表面状態、コントラストなどが異なって見えるからである。
そのため、特許文献１などの欠陥の視認性を評価するシステムよりは、欠陥の視認性を良くするために機器の配置を積極的に制御するような支援システムがあると便利である。なお、壁に対して深い傷を刻む亀裂と、壁に対して浅い傷である剥がれとでは、欠陥を見やすい撮影機器の配置が異なることもある。よって、欠陥の具体的な内容に対応して、撮影機器の配置を最適化することが望まれる。
そこで、本発明は、欠陥の目視検査がしやすいように、欠陥の撮影機器の配置を制御することを、主な課題とする。
前記課題を解決するために、本発明の欠陥検査方法は、以下の特徴を有する。
本発明は、欠陥検査システムが、データベースと、欠陥抽出処理部と、欠陥判定処理部と、機器配置制御部と、表示制御部とを備えており、
前記データベースには、構造物に関する欠陥の種類ごとにその特徴情報を対応付けている欠陥種類データと、前記欠陥の種類ごとに見やすい撮影機器の配置を規定した機器制御データとが対応付けて登録されており、前記欠陥の種類として構造物の平面に対する亀裂が登録され、
前記欠陥抽出処理部が、撮像機が撮像した撮像画像から、前記欠陥の写っている欠陥領域を抽出し、
前記欠陥判定処理部が、前記欠陥種類データの特徴情報を参照して、前記欠陥抽出処理部により抽出された前記欠陥領域内の前記欠陥の種類を分類する処理において、亀裂の前記欠陥種類データを参照して、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が所定値より大きいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を亀裂と判定し、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が前記所定値より小さいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を剥がれと判定し、
前記機器配置制御部が、前記機器制御データを参照して、前記欠陥判定処理部が分類した前記欠陥の種類に対応する前記撮像機の配置を決定し、その決定した配置になるように前記撮像機を制御する処理において、前記欠陥の種類が亀裂の場合には、亀裂の前記機器制御データを参照して、亀裂の最奥点が視認可能な程度に構造物の平面に対する角度が高い位置に、前記撮像機を配置し、前記欠陥の種類が剥がれの場合には、剥がれの前記機器制御データを参照して、剥がれの奥側の底面点と、構造物の手前側の表面点との延長線上の位置に、前記撮像機を配置し、
前記表示制御部が、前記機器配置制御部により制御された前記撮像機が撮像する前記撮像画像を表示装置に表示させることを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
本発明は、欠陥検査システムが、データベースと、欠陥抽出処理部と、欠陥判定処理部と、機器配置制御部と、表示制御部とを備えており、
前記データベースには、構造物に関する欠陥の種類ごとにその特徴情報を対応付けている欠陥種類データと、前記欠陥の種類ごとに見やすい撮影機器の配置を規定した機器制御データとが対応付けて登録されており、前記欠陥の種類として構造物の平面に対する亀裂が登録され、
前記欠陥抽出処理部が、撮像機が撮像した撮像画像から、前記欠陥の写っている欠陥領域を抽出し、
前記欠陥判定処理部が、前記欠陥種類データの特徴情報を参照して、前記欠陥抽出処理部により抽出された前記欠陥領域内の前記欠陥の種類を分類する処理において、亀裂の前記欠陥種類データを参照して、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が所定値より大きいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を亀裂と判定し、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が前記所定値より小さいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を剥がれと判定し、
前記機器配置制御部が、前記機器制御データを参照して、前記欠陥判定処理部が分類した前記欠陥の種類に対応する前記撮像機の配置を決定し、その決定した配置になるように前記撮像機を制御する処理において、前記欠陥の種類が亀裂の場合には、亀裂の前記機器制御データを参照して、亀裂の最奥点が視認可能な程度に構造物の平面に対する角度が高い位置に、前記撮像機を配置し、前記欠陥の種類が剥がれの場合には、剥がれの前記機器制御データを参照して、剥がれの奥側の底面点と、構造物の手前側の表面点との延長線上の位置に、前記撮像機を配置し、
前記表示制御部が、前記機器配置制御部により制御された前記撮像機が撮像する前記撮像画像を表示装置に表示させることを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
本発明によれば、欠陥の目視検査がしやすいように、欠陥の撮影機器の配置を制御することができる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、欠陥検査システムの全体構成図である。欠陥検査システムは、撮像機駆動機構２０と、照明駆動機構３０と、ＰＣ５０と、表示装置６０とを備えている。
撮像機駆動機構２０は、撮像機２１と自己位置測定機２２とを保持して移動させる。照明駆動機構３０は、照明３１と相対位置測定機３２とを保持して移動させる。撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０は、人間によるリモコン操作などの手動指令または、ＰＣ５０による自動指令により、それぞれ遠隔制御される。
撮像機駆動機構２０は、撮像機２１と自己位置測定機２２とを保持して移動させる。照明駆動機構３０は、照明３１と相対位置測定機３２とを保持して移動させる。撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０は、人間によるリモコン操作などの手動指令または、ＰＣ５０による自動指令により、それぞれ遠隔制御される。
なお、撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０には、例えば複数のスラスタを用いて水中位置および姿勢が制御される水中移動装置として構成される。または、水中移動装置の代わりに、ドローンのような飛行装置としてもよいし、車輪を搭載した走行装置としてもよい。
さらに、図１では、撮像機駆動機構２０と照明駆動機構３０とを別々に移動する２つの装置として図示する例を示したが、２つの機構は一体化されて構成されていてもよい。例えば、撮像機駆動機構２０が照明駆動機構３０を支持するアームを有しており、照明駆動機構３０の位置を撮像機駆動機構２０からの相対位置により自在に移動させてもよい。
さらに、図１では、撮像機駆動機構２０と照明駆動機構３０とを別々に移動する２つの装置として図示する例を示したが、２つの機構は一体化されて構成されていてもよい。例えば、撮像機駆動機構２０が照明駆動機構３０を支持するアームを有しており、照明駆動機構３０の位置を撮像機駆動機構２０からの相対位置により自在に移動させてもよい。
撮像機２１は、検査対象領域１１上の欠陥１２を撮像する。照明３１は、検査対象領域１１上の欠陥１２に向けて光を照射する。
自己位置測定機２２は、撮像機２１の位置を測定する。相対位置測定機３２は、撮像機２１に対する照明３１の位置を測定する。自己位置測定機２２および相対位置測定機３２には、例えばレーザ距離計を利用した周辺構造物を基準とする位置測定装置が用いられる。
自己位置測定機２２は、撮像機２１の位置を測定する。相対位置測定機３２は、撮像機２１に対する照明３１の位置を測定する。自己位置測定機２２および相対位置測定機３２には、例えばレーザ距離計を利用した周辺構造物を基準とする位置測定装置が用いられる。
なお、撮像機２１および照明３１それぞれの空間上の位置測定手段として、単独で自身の位置を計測可能な自己位置測定機２２と、他の機器から見たときの自身の相対的な位置を計測可能な相対位置測定機３２とを組み合わせる一例を示した。一方、照明３１の位置測定に自己位置測定機を用い、撮像機２１の位置測定に相対位置測定機を用いてもよいし、撮像機２１および照明３１の位置測定にそれぞれ自己位置測定機を用いてもよい。
さらに、撮像機２１および照明３１の位置測定手段は、以下に例示する手法を適宜採用してもよい。
・レーザ距離測定により周辺構造物との位置関係を推定する手法
・カメラにより周辺構造物の距離画像を取得し位置を推定する手法
・マーカ位置をレーザで追跡により相対位置を推定する手法
・電波や超音波を利用した位置推定手法
・レーザ距離測定により周辺構造物との位置関係を推定する手法
・カメラにより周辺構造物の距離画像を取得し位置を推定する手法
・マーカ位置をレーザで追跡により相対位置を推定する手法
・電波や超音波を利用した位置推定手法
ＰＣ５０は、欠陥抽出処理部５２と、欠陥判定処理部５３と、機器配置制御部５４と、表示制御部５５と、データベース５１とを内蔵し、表示装置６０と接続されている。ＰＣ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記憶部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。
このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、各処理部により構成される制御部（制御手段）を動作させる。
このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、各処理部により構成される制御部（制御手段）を動作させる。
データベース５１は、欠陥種類データ５１ａと機器制御データ５１ｂとを対応付けて格納している。欠陥種類データ５１ａは、「亀裂」、「表面層の剥がれ」などの欠陥の種類を分類するためのデータである。機器制御データ５１ｂは、欠陥を見やすくする撮像機２１および照明３１の位置を特定するデータである。例えば、欠陥が「亀裂」なら、機器制御データ５１ｂとして、亀裂の奥まで見やすいように、撮像機２１を表面層に対して高さ方向（垂直方向）寄りに配置する旨が定義される。
欠陥抽出処理部５２は、撮像機２１の撮像画像データ２３を取得画像９１として受信すると、その取得画像９１内の欠陥領域９２を抽出する。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２に写っている欠陥１２を、データベース５１に登録されている欠陥種類データ５１ａと照合することで、欠陥１２の種類を判定する。
機器配置制御部５４は、データベース５１に登録されている機器制御データ５１ｂを参照して、欠陥判定処理部５３が判定した欠陥１２の種類ごとに適した撮像機２１および照明３１の配置を決定し、その配置に従って撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０を制御する。
表示制御部５５は、撮像機２１からの取得画像９１を表示装置６０に画面表示するように制御する。これにより、検査員は、自身で撮像機２１や照明３１の位置を手動で操作しなくても、自動的に欠陥１２に適した位置で撮影された取得画像９１を画面表示から視認できる。よって、検査員は、欠陥１２の表示内容に集中できるので、欠陥１２の目視検査を素早く安定して実行できる。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２に写っている欠陥１２を、データベース５１に登録されている欠陥種類データ５１ａと照合することで、欠陥１２の種類を判定する。
機器配置制御部５４は、データベース５１に登録されている機器制御データ５１ｂを参照して、欠陥判定処理部５３が判定した欠陥１２の種類ごとに適した撮像機２１および照明３１の配置を決定し、その配置に従って撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０を制御する。
表示制御部５５は、撮像機２１からの取得画像９１を表示装置６０に画面表示するように制御する。これにより、検査員は、自身で撮像機２１や照明３１の位置を手動で操作しなくても、自動的に欠陥１２に適した位置で撮影された取得画像９１を画面表示から視認できる。よって、検査員は、欠陥１２の表示内容に集中できるので、欠陥１２の目視検査を素早く安定して実行できる。
図２は、欠陥検査システムの処理を示すフローチャートである。
Ｓ１０１の機器移動処理では、各機器（撮像機駆動機構２０、照明駆動機構３０）は、検査対象領域１１に向けて移動する。
Ｓ１０２の検査対象領域到達処理では、Ｓ１０１の各機器は、検査対象領域１１内の欠陥１２を撮影可能な程度に近づく位置まで到達する。
Ｓ１０３の画像撮像処理では、撮像機２１は、欠陥１２を含む検査対象領域１１を、撮像画像データ２３として撮像する（詳細は図７，図８）。
Ｓ１０４の欠陥抽出処理では、欠陥抽出処理部５２は、撮像機２１から撮像画像データ２３を取得画像９１として受信し、その取得画像９１から欠陥１２が写っている欠陥領域９２と、その他の表面領域９３とを抽出する（詳細は図９，図１０）。
Ｓ１０１の機器移動処理では、各機器（撮像機駆動機構２０、照明駆動機構３０）は、検査対象領域１１に向けて移動する。
Ｓ１０２の検査対象領域到達処理では、Ｓ１０１の各機器は、検査対象領域１１内の欠陥１２を撮影可能な程度に近づく位置まで到達する。
Ｓ１０３の画像撮像処理では、撮像機２１は、欠陥１２を含む検査対象領域１１を、撮像画像データ２３として撮像する（詳細は図７，図８）。
Ｓ１０４の欠陥抽出処理では、欠陥抽出処理部５２は、撮像機２１から撮像画像データ２３を取得画像９１として受信し、その取得画像９１から欠陥１２が写っている欠陥領域９２と、その他の表面領域９３とを抽出する（詳細は図９，図１０）。
Ｓ１１１の欠陥あり判定処理では、欠陥抽出処理部５２は、Ｓ１０４の結果として、取得画像９１の中に欠陥領域９２が存在するか否かを判定する。Ｓ１１１でＹｅｓならＳ１１２に進み、ＮｏならＳ１１５に進む。
Ｓ１１２の欠陥種類判定処理では、欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２の画像データを検索キーとして、データベース５１に格納されている欠陥種類データ５１ａを参照することで、欠陥領域９２に写っている欠陥１２の種類を判定（特定）する（詳細は図１１）。
Ｓ１１２の欠陥種類判定処理では、欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２の画像データを検索キーとして、データベース５１に格納されている欠陥種類データ５１ａを参照することで、欠陥領域９２に写っている欠陥１２の種類を判定（特定）する（詳細は図１１）。
Ｓ１１３の欠陥視認可判定処理では、欠陥判定処理部５３は、Ｓ１１２で判定した欠陥領域９２に写っている欠陥１２に対して、予め定めた欠陥視認性パラメータで評価することにより、欠陥１２が視認可能か（人間が見やすいか）否かを判定する。この判定処理は、例えば、欠陥視認性パラメータが所定のしきい値を超えたときに、視認可能と判定される処理である。Ｓ１１３でＹｅｓならＳ１１４に進み、ＮｏならＳ１２１に進む。
Ｓ１１４の欠陥画像表示処理では、表示制御部５５は、欠陥１２の撮像結果として取得画像９１を表示装置６０に表示させる。
Ｓ１１５の全領域検査完了判定処理では、欠陥抽出処理部５２は、計画した検査対象領域１１の全ての撮像が完了したか否かを判定する。Ｓ１１５でＹｅｓなら図２の処理を終了し、ＮｏならＳ１０１に戻って各機器は次の（残りの）撮像位置まで移動する。
Ｓ１１５の全領域検査完了判定処理では、欠陥抽出処理部５２は、計画した検査対象領域１１の全ての撮像が完了したか否かを判定する。Ｓ１１５でＹｅｓなら図２の処理を終了し、ＮｏならＳ１０１に戻って各機器は次の（残りの）撮像位置まで移動する。
Ｓ１２１の機器配置決定処理では、機器配置制御部５４は、Ｓ１１２で判定した欠陥種類データ５１ａに対応する機器制御データ５１ｂを参照し、欠陥１２の種類によって定められた機器配置を決定する（詳細は図１２～図１４）。後記するように、機器配置制御部５４は、位置だけでなくその位置から見たときの各機器の姿勢（向き）も併せて決定してもよい。
Ｓ１２２の機器位置調整処理では、機器配置制御部５４は、Ｓ１２１で決定した機器配置に従い、各機器（撮像機駆動機構２０、照明駆動機構３０）の位置を調整する。つまり、機器配置制御部５４は、自己位置測定機２２および相対位置測定機３２による測定位置が、Ｓ１２１で決定した各機器の位置と一致するように、撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０に対して、駆動の指令信号を送信する。そして、処理をＳ１０３に戻す。
Ｓ１２２の機器位置調整処理では、機器配置制御部５４は、Ｓ１２１で決定した機器配置に従い、各機器（撮像機駆動機構２０、照明駆動機構３０）の位置を調整する。つまり、機器配置制御部５４は、自己位置測定機２２および相対位置測定機３２による測定位置が、Ｓ１２１で決定した各機器の位置と一致するように、撮像機駆動機構２０および照明駆動機構３０に対して、駆動の指令信号を送信する。そして、処理をＳ１０３に戻す。
以下、図３～図６を参照して、欠陥検査システムの３次元の座標系を定義する。
図３は、欠陥検査システムの３次元の座標系を説明するための斜視図である。欠陥検査システムの３次元空間は、検査対象領域１１の平面を（ｘ，ｙ）とし、その検査対象領域１１の平面からの垂直線１３をｚ軸とする（ｘ，ｙ，ｚ）座標系として定義される。
また、３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、検査対象領域１１と垂直線１３との交点（欠陥１２の略中心位置）を原点とした極座標系（方位θ，角度φ，距離Ｌ）としても定義される。
つまり、撮像機２１の３次元位置は、（方位θ１，角度φ１，距離Ｌ１）である。同様に、照明３１の３次元位置は、（方位θ２，角度φ２，距離Ｌ２）である。
図３は、欠陥検査システムの３次元の座標系を説明するための斜視図である。欠陥検査システムの３次元空間は、検査対象領域１１の平面を（ｘ，ｙ）とし、その検査対象領域１１の平面からの垂直線１３をｚ軸とする（ｘ，ｙ，ｚ）座標系として定義される。
また、３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、検査対象領域１１と垂直線１３との交点（欠陥１２の略中心位置）を原点とした極座標系（方位θ，角度φ，距離Ｌ）としても定義される。
つまり、撮像機２１の３次元位置は、（方位θ１，角度φ１，距離Ｌ１）である。同様に、照明３１の３次元位置は、（方位θ２，角度φ２，距離Ｌ２）である。
ここで、検査対象領域１１が曲面や凹凸のある面などの平面ではない場合は、欠陥１２の位置からの垂直線１３に垂直な平面を基準ｘｙ平面と定めてよい。また、欠陥１２に対する撮像機２１や照明３１の位置情報は、極座標系（方位θ，角度φ，距離Ｌ）で表現する代わりに、ワールド座標系（ｘ，ｙ，ｚ）としてもよいし、３次元空間上での位置が定まる任意のパラメータ３つによって位置を定めてよい。
図４は、検査対象領域１１の正面から見たときのｘｙ平面図である。検査対象領域１１を基準平面（ｘｙ平面）とすると、方位θはｘ軸を０度とした左回りの角度である。
撮像機２１が位置する方位θ１に沿った断面線１４Ｌ－１４Ｒと、照明３１が位置する方位θ２に沿った断面線１５Ｌ－１５Ｒとを図示する。これらの断面線に沿った断面図を、以下で説明する。
撮像機２１が位置する方位θ１に沿った断面線１４Ｌ－１４Ｒと、照明３１が位置する方位θ２に沿った断面線１５Ｌ－１５Ｒとを図示する。これらの断面線に沿った断面図を、以下で説明する。
図５は、図４の撮像機２１の断面線１４Ｌ－１４Ｒにおける断面図である。角度φ１は、垂直線１３に対して、断面線１４Ｌ－１４Ｒの方向にどれだけ傾いた位置に撮像機２１が存在するかを示す。
図６は、図４の照明３１の断面線１５Ｌ－１５Ｒにおける断面図である。角度φ２は、垂直線１３に対して、断面線１５Ｌ－１５Ｒの方向にどれだけ傾いた位置に照明３１が存在するかを示す。
図６は、図４の照明３１の断面線１５Ｌ－１５Ｒにおける断面図である。角度φ２は、垂直線１３に対して、断面線１５Ｌ－１５Ｒの方向にどれだけ傾いた位置に照明３１が存在するかを示す。
次に、図７，図８を参照して、Ｓ１０３の画像撮像処理を説明する。
図７は、Ｓ１０３の画像撮像処理における欠陥検査システムの位置関係を示す斜視図である。撮像機２１は、照明３１の光が当てられている状態で、欠陥１２を含む検査対象領域１１を撮像画像データ２３として撮像する。
欠陥１２の一例である亀裂は、構造物表面において経時により発生し、検査対象面に対して、開口幅Ｗ、開口長さＬ、深さＤを持つ形状をしている。
図８は、図７の欠陥１２である亀裂に着目した側面図である。深さＤが深くなるほど照明３１からの光が当たりづらくなるので、撮像画像データ２３には、欠陥位置において画像の濃淡が発生する。
図７は、Ｓ１０３の画像撮像処理における欠陥検査システムの位置関係を示す斜視図である。撮像機２１は、照明３１の光が当てられている状態で、欠陥１２を含む検査対象領域１１を撮像画像データ２３として撮像する。
欠陥１２の一例である亀裂は、構造物表面において経時により発生し、検査対象面に対して、開口幅Ｗ、開口長さＬ、深さＤを持つ形状をしている。
図８は、図７の欠陥１２である亀裂に着目した側面図である。深さＤが深くなるほど照明３１からの光が当たりづらくなるので、撮像画像データ２３には、欠陥位置において画像の濃淡が発生する。
さらに、図９，図１０を参照して、Ｓ１０４の欠陥抽出処理を説明する。
図９は、撮像画像データ２３の一例として、検査対象領域１１を正面から撮影した取得画像９１を示す画面図である。取得画像９１の縦方向を大文字のＹ軸とし、横方向を大文字のＸ軸とする。
取得画像９１において、欠陥１２のない表面領域９３には照明光が照射されて輝度が高く（白く）、欠陥１２のある欠陥領域９２は照明光の照射量が減り輝度が低く（黒く）なる。なお、図１０の説明用に、欠陥領域９２を中心にして表面領域９３を横切る断面線９４Ｌ－９４Ｒも図示した。
図９は、撮像画像データ２３の一例として、検査対象領域１１を正面から撮影した取得画像９１を示す画面図である。取得画像９１の縦方向を大文字のＹ軸とし、横方向を大文字のＸ軸とする。
取得画像９１において、欠陥１２のない表面領域９３には照明光が照射されて輝度が高く（白く）、欠陥１２のある欠陥領域９２は照明光の照射量が減り輝度が低く（黒く）なる。なお、図１０の説明用に、欠陥領域９２を中心にして表面領域９３を横切る断面線９４Ｌ－９４Ｒも図示した。
図１０は、図９の取得画像９１内の断面線９４Ｌ－９４Ｒにおける輝度分布グラフである。このグラフの横軸が取得画像９１のＸ軸を示し、縦軸がＸ軸の各位置の輝度値を示す。
欠陥抽出処理部５２は、取得画像９１に画像処理を実施し、輝度の低い欠陥領域９２を抽出する。具体的には、欠陥抽出処理部５２は、濃淡情報である輝度値に任意の欠陥閾値を設定し、二値化処理を適用することで、欠陥閾値を下回る領域を欠陥として抽出する。
なお、欠陥抽出処理部５２は、輝度の低い欠陥領域を抽出する方法であれば二値化処理に限らず、例えばエッジ抽出処理を用いて欠陥境界部分を抽出し、欠陥領域９２か表面領域９３かを分類してもよい。
欠陥抽出処理部５２は、取得画像９１に画像処理を実施し、輝度の低い欠陥領域９２を抽出する。具体的には、欠陥抽出処理部５２は、濃淡情報である輝度値に任意の欠陥閾値を設定し、二値化処理を適用することで、欠陥閾値を下回る領域を欠陥として抽出する。
なお、欠陥抽出処理部５２は、輝度の低い欠陥領域を抽出する方法であれば二値化処理に限らず、例えばエッジ抽出処理を用いて欠陥境界部分を抽出し、欠陥領域９２か表面領域９３かを分類してもよい。
なお、図１０の輝度分布グラフは、欠陥の有無判定（Ｓ１０４の欠陥抽出処理）だけでなく、欠陥が有るときの視認性の判定（Ｓ１１３の欠陥視認可判定処理）にも役立つ。欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２の輝度平均値をＬ１、表面領域９３の輝度平均値をＬ２、表面領域９３の輝度ばらつき幅をＮとした場合に、２つの領域のコントラストＣ＝（Ｌ２－Ｌ１）／Ｎを欠陥視認性パラメータとして計算する。
そして、欠陥判定処理部５３は、Ｃ＞２（所定のしきい値）の場合に、欠陥領域と表面領域を視認した場合に明確に分類できると判定する。なお、判定の計算方法はこれに限らず、欠陥領域と表面領域の視認性を定量的に表し、計算結果をしきい値判定できる方法であればよい。
なお、この欠陥視認性パラメータＣを良くするためには、例えば、欠陥領域９２の輝度平均値をＬ１をより低くする、表面領域９３の輝度平均値をＬ２をより高くする、表面領域９３の輝度ばらつき幅Ｎを小さくするように、各機器の配置を変更すればよい。
そして、欠陥判定処理部５３は、Ｃ＞２（所定のしきい値）の場合に、欠陥領域と表面領域を視認した場合に明確に分類できると判定する。なお、判定の計算方法はこれに限らず、欠陥領域と表面領域の視認性を定量的に表し、計算結果をしきい値判定できる方法であればよい。
なお、この欠陥視認性パラメータＣを良くするためには、例えば、欠陥領域９２の輝度平均値をＬ１をより低くする、表面領域９３の輝度平均値をＬ２をより高くする、表面領域９３の輝度ばらつき幅Ｎを小さくするように、各機器の配置を変更すればよい。
図１１は、Ｓ１１２の欠陥種類判定処理を説明する構成図である。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２を囲むように所定の形状を当てはめることにより、欠陥領域９２に写っている欠陥の種類を判定する。そのため、欠陥判定処理部５３は、所定の形状と欠陥種類との対応データである欠陥種類データ５１ａを参照する。
なお、欠陥種類データ５１ａの一例として、図１１では、細長い楕円を所定の形状として、その細長い楕円に当てはまる欠陥を「亀裂」と判定する場合を示している。細長い楕円とは、例えば、長径ａ／短径ｂの比が所定値（５など）より大きいため、長径ａが短径ｂよりもかなり長く、引き延ばされた形状である。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２の欠陥１２に外接する最少の楕円形状を求め、その長径ａ、短径ｂ、座標系に対する長軸傾きθを算出する。そして、欠陥判定処理部５３は、算出したθから、撮像機２１および照明３１の配置方位を、長径ａと短径ｂの比ａ／ｂから、撮像機２１および照明３１の配置角度を決定する。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２を囲むように所定の形状を当てはめることにより、欠陥領域９２に写っている欠陥の種類を判定する。そのため、欠陥判定処理部５３は、所定の形状と欠陥種類との対応データである欠陥種類データ５１ａを参照する。
なお、欠陥種類データ５１ａの一例として、図１１では、細長い楕円を所定の形状として、その細長い楕円に当てはまる欠陥を「亀裂」と判定する場合を示している。細長い楕円とは、例えば、長径ａ／短径ｂの比が所定値（５など）より大きいため、長径ａが短径ｂよりもかなり長く、引き延ばされた形状である。
欠陥判定処理部５３は、欠陥領域９２の欠陥１２に外接する最少の楕円形状を求め、その長径ａ、短径ｂ、座標系に対する長軸傾きθを算出する。そして、欠陥判定処理部５３は、算出したθから、撮像機２１および照明３１の配置方位を、長径ａと短径ｂの比ａ／ｂから、撮像機２１および照明３１の配置角度を決定する。
以下に示すように、本実施形態の対象となる欠陥は、亀裂に限らず、参照光を照射し撮像した際に、表面形状の不連続部分において画像の濃淡が発生する形状を持つ欠陥であればよく、例えば、膨らみや異物付着、表面層の剥がれなどを検出対象としてよい。
例えば、当てはめる所定の形状の別の一例として、亀裂に当てはめる細長い楕円よりも長径ａ／短径ｂの比が小さい（真円に近い）形状に当てはまる場合に、欠陥を「表面層の剥がれ」とするような欠陥種類データ５１ａを用いてもよい。
さらに、検査対象領域１１のｘｙ平面に対して、欠陥領域９２がｚ軸の高さ方向に出っ張っている（凸型になっている）形状に当てはまる場合に、欠陥を「膨らみ」または「異物付着」とするような欠陥種類データ５１ａを用いてもよい。このように、欠陥種類データ５１ａとして、楕円に当てはめる方法に限らず、欠陥領域の方向性および方位を算出できる方法であれば、他の方法を用いてもよい。
例えば、当てはめる所定の形状の別の一例として、亀裂に当てはめる細長い楕円よりも長径ａ／短径ｂの比が小さい（真円に近い）形状に当てはまる場合に、欠陥を「表面層の剥がれ」とするような欠陥種類データ５１ａを用いてもよい。
さらに、検査対象領域１１のｘｙ平面に対して、欠陥領域９２がｚ軸の高さ方向に出っ張っている（凸型になっている）形状に当てはまる場合に、欠陥を「膨らみ」または「異物付着」とするような欠陥種類データ５１ａを用いてもよい。このように、欠陥種類データ５１ａとして、楕円に当てはめる方法に限らず、欠陥領域の方向性および方位を算出できる方法であれば、他の方法を用いてもよい。
以下、図１２～図１４を参照して、機器制御データ５１ｂに基づくＳ１２１の機器配置決定処理を説明する。
撮像機２１の距離Ｌ１は、欠陥幅に対する分解能を予め設定し、撮像機の画素数、画素サイズより決定される。または、撮像機２１の距離Ｌ１は、欠陥１２にピントが合うように、既存のオートフォーカス機構により決定してもよい。
照明３１の距離Ｌ２は、必要となる表面領域輝度と照明の照度より決定される。
撮像機２１の距離Ｌ１は、欠陥幅に対する分解能を予め設定し、撮像機の画素数、画素サイズより決定される。または、撮像機２１の距離Ｌ１は、欠陥１２にピントが合うように、既存のオートフォーカス機構により決定してもよい。
照明３１の距離Ｌ２は、必要となる表面領域輝度と照明の照度より決定される。
図１２は、各機器の方位θに着目した配置決定処理を示す斜視図である。
欠陥視認性パラメータＣを改善するための機器配置として、例えば、照明３１の方位θ２を欠陥領域９２の長軸に垂直な方位となるようにする。これにより、欠陥領域９２の輝度をより低くすることで、欠陥１２の内部断面に照射される光量を減らせばよい。
一方、撮像機２１の方位θ１は、欠陥領域９２の長軸に垂直な方位で、照明３１と対向する方位とする。これにより、欠陥１２の内部断面から反射または拡散して撮像機２１に入射する光量を減らすことで、欠陥領域９２の輝度を低くすればよい。
このように、機器制御データ５１ｂは、欠陥種類データ５１ａで定義される欠陥１２が存在する方位を基準とし、その欠陥１２が見やすいように機器の方位を決定するデータとして定義されていてもよい。
欠陥視認性パラメータＣを改善するための機器配置として、例えば、照明３１の方位θ２を欠陥領域９２の長軸に垂直な方位となるようにする。これにより、欠陥領域９２の輝度をより低くすることで、欠陥１２の内部断面に照射される光量を減らせばよい。
一方、撮像機２１の方位θ１は、欠陥領域９２の長軸に垂直な方位で、照明３１と対向する方位とする。これにより、欠陥１２の内部断面から反射または拡散して撮像機２１に入射する光量を減らすことで、欠陥領域９２の輝度を低くすればよい。
このように、機器制御データ５１ｂは、欠陥種類データ５１ａで定義される欠陥１２が存在する方位を基準とし、その欠陥１２が見やすいように機器の方位を決定するデータとして定義されていてもよい。
図１３は、亀裂に対する各機器の角度φに着目した配置決定処理を示す斜視図である。
照明３１の角度φ２は、欠陥傾斜角度＝ｔａｎ（短径ｂ／長径ａ）よりも狭い（垂直線１３側の）角度とする。図１３では欠陥傾斜を太線で示し、欠陥傾斜角度は、３点（垂直線１３上の点Ｐｄ、欠陥１２の最奥点Ｐｃ、欠陥１２の表面点Ｐｂ）のなす角度である。このように、照明３１の角度φ２を亀裂のほぼ真上に配置し、欠陥１２の最奥点Ｐｃに向けて入射光が届くようにほぼ真下に向けることで、欠陥１２の内部断面からの反射光を抑え、コントラストを高めることができる。
なお、欠陥傾斜角度と照明角度との関係は、例えば、予め定めた角度差以上とし、照明が検査対象と干渉しない範囲で決定する。なお、欠陥の傾斜角度については、「ｔａｎ（短径ｂ／長径ａ）」から求める一例を示したが、推定方法はこれに限らず、同様の効果が得られる別の手段を用いてもよい。
照明３１の角度φ２は、欠陥傾斜角度＝ｔａｎ（短径ｂ／長径ａ）よりも狭い（垂直線１３側の）角度とする。図１３では欠陥傾斜を太線で示し、欠陥傾斜角度は、３点（垂直線１３上の点Ｐｄ、欠陥１２の最奥点Ｐｃ、欠陥１２の表面点Ｐｂ）のなす角度である。このように、照明３１の角度φ２を亀裂のほぼ真上に配置し、欠陥１２の最奥点Ｐｃに向けて入射光が届くようにほぼ真下に向けることで、欠陥１２の内部断面からの反射光を抑え、コントラストを高めることができる。
なお、欠陥傾斜角度と照明角度との関係は、例えば、予め定めた角度差以上とし、照明が検査対象と干渉しない範囲で決定する。なお、欠陥の傾斜角度については、「ｔａｎ（短径ｂ／長径ａ）」から求める一例を示したが、推定方法はこれに限らず、同様の効果が得られる別の手段を用いてもよい。
一方、撮像機２１の角度φ１は、表面領域９３が鏡面である場合には、撮像機２１および照明３１の設置角度を同角とする。つまり、欠陥傾斜角度である３点（垂直線１３上の点Ｐｄ、欠陥１２の最奥点Ｐｃ、欠陥１２の表面点Ｐａ）のなす角度よりも狭い（垂直線１３側の）角度を撮像機２１の角度φ１とする。これにより、照明３１からの正反射光を撮像機２１に入射させることで、表面領域９３の輝度を高くすることができ、コントラストを高くすることができる。
また、表面領域９３が粗面である場合には、撮像機２１の配置角度によって表面領域９３からの拡散光は等法的であるため、欠陥１２の影領域となる部分を多く撮像できるように欠陥の真上方向（垂直線１３の方向）に撮像機２１を配置することで、欠陥の視認性を高くすることができる。
また、表面領域９３が粗面である場合には、撮像機２１の配置角度によって表面領域９３からの拡散光は等法的であるため、欠陥１２の影領域となる部分を多く撮像できるように欠陥の真上方向（垂直線１３の方向）に撮像機２１を配置することで、欠陥の視認性を高くすることができる。
図１４は、表面層の剥がれに対する各機器の角度φに着目した配置決定処理を示す斜視図である。図１３の亀裂と異なり、図１４の剥がれは、検査対象領域１１のｘｙ平面に沿って機器を寝かせる方向に配置したほうが、剥がれの様子が見やすくなる。
そこで、撮像機２１の角度φ１は、剥がれ底面点Ｐｆと剥がれ表面点Ｐａとの延長線上に設定される。同様に、欠陥１２の角度φ１は、剥がれ底面点Ｐｅと剥がれ表面点Ｐｂとの延長線上に設定される。
そこで、撮像機２１の角度φ１は、剥がれ底面点Ｐｆと剥がれ表面点Ｐａとの延長線上に設定される。同様に、欠陥１２の角度φ１は、剥がれ底面点Ｐｅと剥がれ表面点Ｐｂとの延長線上に設定される。
以上説明したように、機器配置制御部５４は、欠陥判定処理部５３が判定した欠陥１２の種別（亀裂、剥がれなど）に応じて、欠陥視認性を良くするように、撮像機２１の位置（方位θ１，角度φ１，距離Ｌ１）と、照明３１の位置（方位θ２，角度φ２，距離Ｌ２）とを決定する。
また、機器配置制御部５４は、撮像機２１および照明３１の姿勢（向き）についても、決定された位置から見て、欠陥１２が存在する位置を向くように決定すればよい。
また、機器配置制御部５４は、撮像機２１および照明３１の姿勢（向き）についても、決定された位置から見て、欠陥１２が存在する位置を向くように決定すればよい。
以上説明した本実施形態では、欠陥抽出処理部５２が撮像機２１から受信した取得画像９１から、欠陥１２の写っている欠陥領域９２を抽出する。そして、欠陥判定処理部５３が欠陥領域９２内の欠陥１２の形状や濃淡度などの特徴情報から欠陥種類を分類する。さらに、機器配置制御部５４が分類された欠陥種類データ５１ａに対応する機器制御データ５１ｂをデータベース５１から読み出し、撮像機駆動機構２０や照明駆動機構３０に対して制御を行う。
ここで、欠陥種類データ５１ａと機器制御データ５１ｂとは、欠陥１２の種類ごとに見やすい撮影機器の配置があらかじめ定義されているため、配置が制御された撮像機２１を介して、欠陥視認性の高い取得画像９１を撮影することができる。よって、検査員の属人性（スキルのばらつき）があっても、安定した欠陥判定を効率的に実行させることができる。
ここで、欠陥種類データ５１ａと機器制御データ５１ｂとは、欠陥１２の種類ごとに見やすい撮影機器の配置があらかじめ定義されているため、配置が制御された撮像機２１を介して、欠陥視認性の高い取得画像９１を撮影することができる。よって、検査員の属人性（スキルのばらつき）があっても、安定した欠陥判定を効率的に実行させることができる。
なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
また、前記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
また、前記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
さらに、各装置を繋ぐ通信手段は、無線ＬＡＮに限定せず、有線ＬＡＮやその他の通信手段に変更してもよい。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
さらに、各装置を繋ぐ通信手段は、無線ＬＡＮに限定せず、有線ＬＡＮやその他の通信手段に変更してもよい。
１１ 検査対象領域
１２ 欠陥
１３ 垂直線
２０ 撮像機駆動機構
２１ 撮像機
２２ 自己位置測定機
２３ 撮像画像データ
３０ 照明駆動機構
３１ 照明
３２ 相対位置測定機
５０ ＰＣ
５１ データベース
５１ａ 欠陥種類データ
５１ｂ 機器制御データ
５２ 欠陥抽出処理部
５３ 欠陥判定処理部
５４ 機器配置制御部
５５ 表示制御部
６０ 表示装置
９１ 取得画像
９２ 欠陥領域
９３ 表面領域
１２ 欠陥
１３ 垂直線
２０ 撮像機駆動機構
２１ 撮像機
２２ 自己位置測定機
２３ 撮像画像データ
３０ 照明駆動機構
３１ 照明
３２ 相対位置測定機
５０ ＰＣ
５１ データベース
５１ａ 欠陥種類データ
５１ｂ 機器制御データ
５２ 欠陥抽出処理部
５３ 欠陥判定処理部
５４ 機器配置制御部
５５ 表示制御部
６０ 表示装置
９１ 取得画像
９２ 欠陥領域
９３ 表面領域
Claims (3)
- 欠陥検査システムは、データベースと、欠陥抽出処理部と、欠陥判定処理部と、機器配置制御部と、表示制御部とを備えており、
前記データベースには、構造物に関する欠陥の種類ごとにその特徴情報を対応付けている欠陥種類データと、前記欠陥の種類ごとに見やすい撮影機器の配置を規定した機器制御データとが対応付けて登録されており、前記欠陥の種類として構造物の平面に対する亀裂が登録され、
前記欠陥抽出処理部は、撮像機が撮像した撮像画像から、前記欠陥の写っている欠陥領域を抽出し、
前記欠陥判定処理部は、前記欠陥種類データの特徴情報を参照して、前記欠陥抽出処理部により抽出された前記欠陥領域内の前記欠陥の種類を分類する処理において、亀裂の前記欠陥種類データを参照して、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が所定値より大きいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を亀裂と判定し、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が前記所定値より小さいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を剥がれと判定し、
前記機器配置制御部は、前記機器制御データを参照して、前記欠陥判定処理部が分類した前記欠陥の種類に対応する前記撮像機の配置を決定し、その決定した配置になるように前記撮像機を制御する処理において、前記欠陥の種類が亀裂の場合には、亀裂の前記機器制御データを参照して、亀裂の最奥点が視認可能な程度に構造物の平面に対する角度が高い位置に、前記撮像機を配置し、前記欠陥の種類が剥がれの場合には、剥がれの前記機器制御データを参照して、剥がれの奥側の底面点と、構造物の手前側の表面点との延長線上の位置に、前記撮像機を配置し、
前記表示制御部は、前記機器配置制御部により制御された前記撮像機が撮像する前記撮像画像を表示装置に表示させることを特徴とする
欠陥検査方法。 - 前記機器配置制御部は、構造物の平面座標における亀裂に向けて光を照射する照明機の位置と、亀裂を撮影する前記撮像機の位置関係について、亀裂に外接する楕円形状の長径との垂線上の一方の端点に前記照明機を配置し、他方の端点に前記撮像機を配置することを特徴とする
請求項１に記載の欠陥検査方法。 - 構造物に関する欠陥の種類ごとにその特徴情報を対応付けている欠陥種類データと、前記欠陥の種類ごとに見やすい撮影機器の配置を規定した機器制御データとが対応付けて登録されており、前記欠陥の種類として構造物の平面に対する亀裂が登録されるデータベースと、
撮像機が撮像した撮像画像から、前記欠陥の写っている欠陥領域を抽出する欠陥抽出処理部と、
前記欠陥種類データの特徴情報を参照して、前記欠陥抽出処理部により抽出された前記欠陥領域内の前記欠陥の種類を分類する処理において、亀裂の前記欠陥種類データを参照して、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が所定値より大きいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を亀裂と判定し、前記欠陥領域に外接する楕円形状の長径と短径との比が前記所定値より小さいときに、前記欠陥領域に写っている前記欠陥の種類を剥がれと判定する欠陥判定処理部と、
前記機器制御データを参照して、前記欠陥判定処理部が分類した前記欠陥の種類に対応する前記撮像機の配置を決定し、その決定した配置になるように前記撮像機を制御する処理において、前記欠陥の種類が亀裂の場合には、亀裂の前記機器制御データを参照して、亀裂の最奥点が視認可能な程度に構造物の平面に対する角度が高い位置に、前記撮像機を配置し、前記欠陥の種類が剥がれの場合には、剥がれの前記機器制御データを参照して、剥がれの奥側の底面点と、構造物の手前側の表面点との延長線上の位置に、前記撮像機を配置する機器配置制御部と、
前記機器配置制御部により制御された前記撮像機が撮像する前記撮像画像を表示装置に表示させる表示制御部とを有することを特徴とする
欠陥検査システム。
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