JPH07318498A - 非接触表面傷検出方法および非接触表面傷検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検査人によらず自動的に、非接触でペレット
表面の傷を検出する。 【構成】 ペレット２４の反射率の平均値よりスレッシ
ョルドを求め、このスレッショルドとラインスキャンカ
メラ３２より得られた画素値を比較することにより、良
い画素と悪い画素とを求め、これより悪い画素のブロッ
ブを評価することにより、ペレットを選択又は排除す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、光学的に傷を検出するための
工作物の自動分析分野に関し、特に、円柱状の核燃料ペ
レットにおける側面または端部の傷（又は欠陥、以下す
べて同じ）の光学的検出、評価に関するものである。

【０００２】核燃料棒の製造において、核燃料ペレット
は濃縮または自然の酸化ウラニウムのマトリクス材から
形成され、典型的にはジルコニウム合金で作られて延長
された中空管の中に挿入されて、燃料棒として使用され
る。このペレットは短い円柱状で、管内に積み重ねられ
る。この管はその両端が端部プラグで密封されて加圧さ
れている。複数の燃料棒が原子炉の核分裂性の核心を形
成するために一列に整列される。

【０００３】ペレットの裂け目や割れのような傷が、原
子炉の動作中にペレットから離れてチップになる。この
ようなチップは原子炉の動作に悪影響を及ぼす。例え
ば、燃料のペレットから離れたチップは、ロッドの内壁
に隣接する燃料棒内に付着する。ペレットから離れたチ
ップ内の核分裂性物質は原子炉の炉心内で原子核フラッ
クスの影響で核分裂反応を続ける。このチップで生じた
熱は燃料ロッドの壁上で強い熱の局所化された領域を生
じる。これはチップのこの点においてロッドを弱め、そ
してロッド壁の破裂及びロッドからの高圧ガスのリーク
を生じさせることとなる。そしてこれが生じた場合には
原子炉は停止されなければならない。

【０００４】ペレットの表面におけるペレットの他の傷
もまた悪影響を与える。例えば、ペレット表面の金属介
在物はウラニウムの通常の核分裂反応に逆の効果を与え
る。ペレットは、原子炉の最適処理のため、チップや割
れ等のような傷が取り除かれなければならない。従来、
ペレットは人の検査により視覚的に検査されている。特
に、熟練された検査人は、ペレットがその長さ方向に収
納され、照明されたトレイを視覚によって検査し、明ら
かに傷と認められるどんなものも手作業で除去してい
る。ペレットの一面について検査した後、トレイは覆い
をかけられ、反対面を検査するために裏返される。

【０００５】このような方法によるペレットのマニュア
ル検査の結果は、人の目による検査のため、人に本来備
わっている主観性による矛盾が生じる。さらに、マニュ
アル検査はペレットによって生じる低いレベルの放射線
に検査人を長くさらさせることとなる。ペレットが生じ
るダストの潜在的な経口摂取もまた同様である。また、
トレイは重く且つそれを手で動かすことは肉体的にスト
レスが生じ、また怪我の危険もある。

【０００６】１９９１年１月１４日に出願されたペレッ
ト検査装置という名称のアメリカ特許出願０７／６４
０，７７０は、送られてくるペレットを自動視認装置を
使って連続的に検査するための自動移送装置を開示して
いる。上記出願の開示はここにおいても十分に具体化さ
れている。この開示に従えば、ペレットはコンベア手段
によって運ばれ、カメラの走査線前を通過するとき、ペ
レットは回転させられて軸方向に運ばれる。ペレットの
像は、それぞれ通過するペレットの周囲表面を覆って軸
方向に伸びる直線部分を代表する個々の値の一連の組と
してデジタル化される。このデジタル値は、数字で表し
たグレースケールに従う小さな領域または画素の反射係
数を表わすもので、集められてそれらの平均値がとられ
る。大きい反射係数と小さな反射係数がその平均値から
決定され、その画素の値がそのようにして決定された閾
値と比較される。閾値からはみ出た画素の数が数えら
れ、その数が所定の値を越えるときは、そのペレットは
排除される。この装置は、ペレットが運ばれるとき、お
互い軸方向に離れて置かれるように調整される。ここに
おいて、ペレットの軸方向の端を検出する必要がなく、
個々のペレットの寸法をチェックすることができること
にもなる。

【０００７】さらに、円柱ペレットまたはそのような光
学的検査装置の例が、アメリカ特許４，４９６，０５６
アメリカ特許４，５４９，６６２、さらにアメリカ特許
４，４４８，６８０に開示されている。

【０００８】この発明は、原子核燃料のペレットのよう
な工作物の非接触表面傷検出装置のために成されたもの
で、ペレットを回転させながら照明された通路に沿って
連続的に運ぶものである。ラインスキャンカメラは、ペ
レットに対してラインスキャンした一連の値を記憶し、
結果として得られたペレットの反射係数値がデジタル化
される。画素の値は適宜に定められた閾値の上限及び下
限と比較される。この閾値は例えば、平均値に対して所
定の範囲内にある画素が選ばれるように定められる。さ
らに、ビデオ信号の有限のインパルス応答フィルタ処理
がイメージ内に生じるノイズを減じるべく適用され得
る。この閾値との比較は、画素が良いか悪いかの二値マ
ップを発生する。後者は二つの閾値から外れた画素であ
る。この二値マップはまたマップの中でペレットの端を
規定する。プロセッサは閾値外の画素のグループまたは
ブロッブを論理的に限定し、評価のために、悪い画素を
数え、またこれらを関連付ける。プロセッサはまた、端
の傷を検出するために、端に最も適する名目的な端ライ
ンに、端の画素を一致させるためのチェックを行う。こ
のように評価されたペレットは選択または排除される。

【０００９】ラインスキャンカメラの個々のセンサ要素
は、ゲインとオフセットとがテストされる。そして、そ
の後個々のセンサ要素から入力されたデータは、センサ
要素間のばらつきを除去するため、規格化される。画素
データをシフトすることにより、移動ペレットをスキャ
ンすることで生じる曲がりを除去し、イメージを立面ま
たは平面図として処理することが可能となる。コンボル
ーションフィルタは、画素データ、二値マップに適用さ
れると共に、孤立している悪い画素を除去し、ペレット
の端でのコントラストを高めるために適用される。

【００１０】隣接する領域の処理のため、ペレットの画
素イメージは張り合わせられ、または一度に処理される
連続したサブセットイメージ内に集められる。タイルと
して張り合わせられた境界を横切って隣接する傷は、一
つに統合され、一つのブロッブとして評価される。この
装置は好ましくは、側面と端の傷を処理するため並列に
パイプラインが配置されている。これはＶＭＥモジュー
ルボードの接続によって具体化され得る。

【００１１】この発明に従うイメージの収集と分析を論
じるに際し、ペレットの傷は一般的に二つのカテゴリに
グループ化される。すなわち、側面傷と端傷である。側
面傷は、例えば、円周方向のクラックと、縦方向のクラ
ック、接続または枝別れした裂け目、エンドキャップ、
円周表面上のチップ、研磨されていない表面、そして金
属介在物を含んでいる。端傷はチップ、びびり、その他
のものとされ得る。このような名前は、この発明を論ず
る便宜のために使われる。しかしながら、この装置は光
学的に検出できるどんなタイプの属性の検出、選択にも
一般的に使用できるものと認められる。

【００１２】広く、色々な特定試験がペレットの質の評
価に適用され得、そして、ペレットの容認または排除に
多かれ少なかれ要求され得る。この発明はテスト範囲を
許容する方法に記述されている。しかしながら、ここで
は、ある模範的なテスト基準のみが例として特に議論さ
れている。例えば、検出された傷の特性、傷の大きさ、
その方向性、検出された傷の数、傷の潜在的な関係、傷
が相対的に明るいか暗いかなどが、検査され得る関心の
あるすべての潜在的な質パラメータとなる。

【００１３】この発明は、また好ましい具体例に関して
議論されている。ここにイメージの処理工程の多くの部
分がＶＭＥモジュールボード装置の機能によって整えら
れる。類似の処理機能が他のハードウエアとソフトウエ
ア部分を使用して具体化され得る。

【００１４】この発明の現在好ましいある具体例が図面
に示されている。しかしながら、この発明は、模範的な
ものとして意図され、示された装置等に厳格に制限され
ることのないことは明らかである。

【００１５】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明による非接触表面傷検出装置
の一般的なハードウエアと機能的要素を示している。前
端照明と光学装置２２が円柱状のペレット２４の本質的
なイメージを得る。このとき、ペレットはその軸回りに
回転させられ、材料取扱装置（移送機構）２６によって
軸方向に移送されている。光学装置である先端照明／光
学系２２は図２に概略的に示されているように、ペレッ
ト２４における表面４２の反射係数の変化を検出するた
めに設けられた光源２８とカメラ３２とを備えている。
好ましくは、光源２８とカメラ３２は、検査される点に
おいてペレットの接線に対する入射の角度が等しくなる
ように配置され、ペレット表面がスムーズなときカメラ
３２に対する光の伝達が最大になるようにし、そして、
クラック、チップ、不連続に類似するもの等がある場合
には、良いコントラストを与えるようにする。反射光の
レベルは材料成分の不連続、図２に示されるように光を
分散させるペレット表面の不連続による反射係数の関数
として変化する。この不連続はそれ故、カメラで受けら
れる光りレベルが明るいか暗いかとして検出できる。

【００１６】この配置はペレット検査を首尾よく行うた
めに重要である。この光学系によって与えられるイメー
ジは、正常なペレット表面と上述したすべての側面傷と
の間に良いコントラストを与える。詳述されたすべての
端傷を検出するための暗いレベルのコントラストもまた
同様である。

【００１７】前端の光学装置２２からのイメージはイメ
ージ取得装置５０によってデジタル化され、イメージバ
ッファ５２にストアされる。ペレットの通過を検出する
一対のフォトセル、又は近接センサを使用することによ
り発生されることができる“ペレットクロック”信号を
受けると、イメージ処理コントローラ５４は、最後に得
られた完全なペレットのイメージを処理のために転送を
行う。このイメージデータは潜在的な側面傷を検出する
ために表されている表面傷検出パイプライン６２と、ペ
レット端の境界傷を検出するために表されている端傷検
出パイプライン６４とによって処理される。

【００１８】ペレットの傷分析のためのイメージの取得
は、データキューブ（Ｄａｔａ Ｃｕｂｅ）によって売
られているＶＭＥモジュールボードのマックスビデオラ
イン（ＭａｘＶｉｄｅｏ ｌｉｎｅ）のような、市場で
入手できる高速イメージ取得ハードウエアを利用するこ
とができる。カメラ３２は、好ましくは、フェアチャイ
ルドＣＡＭ１５００ＲまたはＣＡＭ１８３０ラインスキ
ャンカメラのようなラインスキャンカメラであり、一列
に２０４８個のセンサ素子を有する。光源２８は、メル
クロン（Ｍｅｒｃｒｏｎ）から入手でき、高周波数（例
えば６０ＫＨｚ）ドライバによって駆動される蛍光管の
ような高周波数蛍光光源とすることができる。そして、
これによって各ラインスキャンの間で色々な照光サイク
ルを可能とすることができる。カメラ３２のセンサはそ
れらの上に集光された光レベルの関数として電荷を生じ
る。そして、この電荷は、デジタルアナログコンバータ
６６を用いて行うデジタル化のため、個々のセンサから
連続的に出力され、数値分析と処理が行われる。

【００１９】図３−図５は、装置内の好ましい画像処理
機能を示す。ここに、この機能は側面、端傷検出パイプ
ライン６２、６４を定義するために結合されたマックス
ビデオモジュール内で具体化されている。一般に、この
パイプラインに沿ったボードは、反射係数の変化によっ
て特徴づけられる傷領域において、ペレットのラインス
キャンイメージを検査する論理的かつ数学的機能を具体
化する。処理が二つの処理パイプラインに沿って完全な
とき、潜在する傷領域またはブロッブ７０は識別化さ
れ、好ましくはまた測定され分類される。データの流れ
の終わりにおける処理は、画像処理工程の結果を最大限
受け入れることができる傷基準を表すストアされた情報
と比較する。傷と考えられる反射係数変化の十分な数と
タイプとによって特徴づけられたペレット２４は、後で
の排除のためにマークされる。

【００２０】ラインスキャンカメラ３２は、マックスス
キャンモジュールのようなイメージプロセッサ７４を通
して、イメージ処理装置にインタフェイスされる。これ
は、ラインスキャンカメラのコントローラボックスの必
要性を省く。このようなコントローラボックスはこの発
明に従って供給されるような工業的検査装置のために特
に作られるものではない。典型的なラインスキャンコン
トローラボックスの短所は、カメラが可能である最大デ
ータ速度より遅く動作するということである。この典型
的なコントローラボックス、例えば、３ＭＨｚの画素デ
ータ速度を許容するタイミング信号を使用できるが、一
方、カメラ２０ＭＨｚ以上の動作が可能である。

【００２１】カメラ３２が直接マックススキャンモジュ
ール７４と結合することによって、また、装置のプロセ
ッサ７４またはイメージ取得コントロール回路５４は、
たとえば、異なるペレットの移送速度または画素データ
速度の変化等を許容するような、要求される異なる処理
が可能となる。カメラコントローラボックスがあると、
画素のクロック速度やライン露出時間のような装置の大
事なパラメータがコントローラボックスのフロントパネ
ル等に取り付けられたノブによって手動でセットされな
ければならない。これらのパラメータはイメージ処理装
置で直接には制御されないので、不適切な設定がなされ
る。

【００２２】このような理由で、この発明による装置
は、マックススキャンモジュール（インタフェイス）７
４またはボード上に周波数シンセサイザを有する類似の
制御装置によってカメラ３２を制御する。この装置はこ
うしてカメラのスキャン速度と装置制御の下での露出時
間の変調能力を有する。この装置はまたフィードバック
コントロールループ内に供給され得る。例えば、要求さ
れるスキャンの濃さを確保し、明るい画素と暗い画素が
スケールから外れていく広がりを最小限にする平均値レ
ベルを維持するタイミングと露出レベルでカメラを操作
する。もしこのカメラが、例えば数えられた偶数と奇数
画素について、並列処理を要求し、または許容するなら
ば、インタフェイスのマックススキャン形態は、センサ
から入力される二つの分離データの流れをサンプルで
き、また一つのコヒーレントイメージ内にそれらをイン
ターリーブすることができる。

【００２３】カメラ３２から得られたクロック信号はマ
ックススキャンボード上のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）
コンバータ６６のクロックに使用される。カメラのクロ
ックの使用は、ケーブルの長さによって生じるどんな遅
延をも補償する（なぜなら、クロック信号はデータ信号
と同じ長さを移動するからである）。これはＡ／Ｄコン
バータによって使用される画素のクロックがデータの位
相を維持することを許容する。そして、また高周波処理
を可能にする。シールドされた捩れペアケーブルと、差
動回路とはノイズ除去に最適なものとして好ましい。

【００２４】マックススキャンモジュール７４はカメラ
３２のＣＣＤ要素から発生されたアナログ信号レベルを
デジタル数値データに変換する。特に、マックススキャ
ンインタフェイスモジュール７４は装置のバスと互換性
のあるデジタルデータ、例えばマックスバスコンパチブ
ルデジタル信号のようなデータを生じる。

【００２５】このインタフェイスモジュール（マックス
ースキャン）７４はまた画素毎にゲインとオフセットを
補償する。画素レベル毎のゲインとオフセットの補償
は、核燃料ペレット等の表面検査に極めて役立つ。そし
て、センサ要素間のまたは装置の光学系による不統一な
写真応答を補償することにより、装置の感度を増大させ
る。光学系装置における拡散反射率の標準値は、ライン
スキャンカメラ３２（オフライン）の各画素の較正を可
能にする。画素の性能と特性と光源２８及び光学系の機
構とは、それによりカメラセンサのすべての画素に対し
て規格化され、不統一な写真応答を補償する。一度、較
正が行われると、その結果であるゲイン／オフセットデ
ータはデジタルハードウエア（マックススキャン）内に
ロードされ、後のオンライン装置処理において、リアル
タイム処理されるように個々の画素を修正する。

【００２６】このセンサ較正処理は、前端の光学系セン
サ装置の本質的な不統一性のための補償機能を装置に与
え、その結果、光源、光学系、またはセンサ要素のばら
つきによって引き起こされるどんな放射強度の変動にも
依存しない非常に統一されたイメージ領域を生じる。

【００２７】好ましくは、ペレット２４は回転と直線移
動の間にスキャンされる。この発明は、移動ペレットを
ラインスキャンすることによって生じるイメージの曲が
りに対して、ユニークな解決を行っている。ペレットが
カメラ３２の前で安定して支えられ、そして、何等前進
移動することなく回転されたなら、イメージの曲がりは
生じないだろう。しかしながら、スキャン時間の間にペ
レットは移動しているので、画素イメージのエレベーシ
ョンタイプのＸ−Ｙメモリアレイにデータが直接マップ
化されるときに考慮されなければならない。

【００２８】図６は、移動ペレット２４の連続するイメ
ージをいかにイメージバッフア５２内に、正常にマップ
化するかを示している。ペレットがラインスキャンカメ
ラ３２の水平視野に入って来たとき、例えば、図６のよ
うに右から左へ入って来たとき、あるペレットの反射率
データを含む画素の最初の列は、その列の右端に沿う僅
かな数（例えば１か２）のペレット画素のみを含むであ
ろう。画素の次のラインがカメラから得られたとき（例
えば約１ミリ秒後）、ペレット２４はペレットの直進移
動の速度によって決定される量だけ左へ動いている。こ
の移動量は例えば０．１９０５ミリ（７．５ｍｉｌｓ）
である。それ故、次の列には、前の列よりも３つ多い画
素がペレットのデータを含んでいる。さらに、連続する
列における画素は前の列と不整なずれを有している。ペ
レットの端を読んでいると、ペレットのデータを含んだ
画素の数の増大は、カメラの視野にペレットが完全に入
るまで続く。この時点で連続する各列は、同じ数の画素
を含んでいる。しかし、各列は、前の列の画素に対して
ペレット上で３つの画素位置だけ左へずれている。図７
において、この結果は、曲がった画素８２の一連を見る
こととなる。ペレットが視野内から離れて行くとき、各
列においてペレットデータを含む画素の数は、視野から
ペレットが完全に離れるまでに３つずつ減少していく。

【００２９】好ましいマックスビデオ装置の信号処理構
造は、ゲート等のような回路で特徴づけられ、長方形状
をなしたイメージバッファのサブ領域、すなわち、テー
ブルまたは整列されたＸ−Ｙメモリ領域を処理するよう
に設計されている。しかしながら、図６を参照して、連
続する位置の長方形領域は、たった一つのペレットイメ
ージをも完全に含むものではない。この発明によれば、
イメージバッファ５２は、前の列に対して多くの画素を
置き換えて、連続する各列毎に出力することで効果を高
めている。たとえば、カメラに対して左から右へ移送さ
れるペレットを仮定すると、各列は、前の列に対して、
移送速度の関数である多くの画素間隔だけ右へシフトさ
れる。このシフトは連続的なラインイメージをストアデ
ータとして配列させ、このデータは、その列の最後のペ
レット画素に一致するよう整列され、ペレットの端に一
致するよう整列される。図７に示された曲がりを修正す
るイメージ８４の変換は、まるでペレット表面データの
Ｘ−Ｙ配列が一度に捕えられたかのように作用し、連続
して処理を行うモジュール内でのイメージ処理を簡単に
する。

【００３０】右へのシフト、すなわち図５に示されるよ
うに３つの画素のシフトは、マックスビデオイメージバ
ッファ（ＭＥＧＡＳＴＯＲＥ）５２が、実際に収集され
た各列の画素において３つ多くの画素を数えることによ
って達成できる。イメージバッファ５２は画素収集手段
を定義するセンサ素子の一端にデータを整列させること
により論理演算を行う。データの一連からなる各列は、
図７に示されるように、前列の右へ３画素寄せられ、そ
れから下段の処理モジュールに出力される。これによ
り、空間的なコンボルーションマスク等がメモリ領域の
Ｘ−Ｙサブ領域に適用され得る。これは相対的に、簡単
な修正がペレットの配列の１次修正を実行する。そして
他にはできない方法において、マックスビデオモジュー
ルのようなＸ−Ｙイメージ処理モジュールの使用を可能
にする。

【００３１】この問題は、イメージバッファ５２内にペ
レットデータを設けることと、処理されるペレットを全
体として含む関心の領域（ＲＯＩ）を定義することにあ
る。ペレット空間の適切なパラメータ、すなわち、前進
速度とカメラのラインスキャン周波数を知ることによ
り、最後に処理されたペレットの位置に対して、イメー
ジバッファ５２のどこに処理されるべき次のペレットが
ストアされているかを予想することが可能となる。ペレ
ットのクロックはまた周期性を有する。バッファ５２内
のペレットイメージの位置を予想することにより、捜索
領域を狭くして、バイナリサーチが非常に早くペレット
ＲＯＩを限定することができるようになる。

【００３２】好ましくは、多くのペレットイメージが常
に一度に処理される。各ペレットクロック信号毎に、装
置はイメージバッファ内に記録されている５つのペレッ
トのそれぞれに対し、予想されている記憶位置を更新す
る。各ペレットがカメラの視野を通る毎に、そのペレッ
トを完全に含むＲＯＩは、各ペレットクロック（１秒当
たり７．５個のペレットの割合で１３３ミリ秒）毎に更
新される。このため、ペレットが視野を離れたとき、Ｒ
ＯＩ移送器は処理サイクルを直ちに開始する。

【００３３】ペレットの画素データが補足され、整列さ
れ、そして位置定めされると、傷検出機能要素は表面反
射係数の変化についてデータを分析する。この傷検出要
素は、関心のある領域を限定するイメージバッファから
個々のペレットのサブ領域を受け取る。そして反射係数
の変化によって表されるペレット表面に潜在する傷の極
在する領域を画素データパターンの中で検出する。連続
的なラインスキャン内によく現れるこのように極在され
た潜在的な傷は、一般的にブロッブと名付けられ、どん
な方向にも並ぶクラック、エンドキャップ、連結された
または連結されていないクラック、穴、または隙間、金
属介在物、端または表面の滑らかさの変化等のような物
理的特性を含んでいる。このブロッブ７０は、図８に示
されるように、側面傷、端傷検出パイプライン６２、６
４に沿って識別され、処理される。

【００３４】端傷検出パイプライン６４からのデータ
は、潜在的な側壁と端傷を検出するために、側面傷パイ
プライン６２によって使用される。排除される潜在的な
傷の外観を表すブロッブデータは、パイプラインにより
理解され、傷排除部に移される。これはこの後更に充分
に説明されるように、傷検出と傷の区別を行う。好まし
くは、傷検出は二つの分離された処理パイプラインを含
む。一つは側面傷の特性を検出する。他の一つはペレッ
ト端の特性を検出する。

【００３５】イメージバッファから受け取ったペレット
のサブイメージまたは領域は、一つのペレットイメージ
を完全に含むものである。それ故、どんな側面傷も検出
されたペレットに属するサブイメージ内に生じる。メガ
スタ（ＭＥＧＡＳＴＯＲＥ）モジュール内のバッファ
は、サブイメージをＲＯＩフォーマットから標準のＲＳ
−１７０フォーマットに変換するのに使われる。これ
は、ＲＳ−１７０を支持するマックスビデオＡＰＡ−５
１２ボードの使用を可能にする点で好ましい。ビデオの
有限インパルス応答（ＶＦＩＲ）フィルタ９２は、空間
分布している画素にローパスフィルタ処理を行うもの
で、サブイメージからその質を落とす事なくノイズを除
去する。

【００３６】マックスビデオスナップ（Ｍａｘ Ｖｉｄ
ｅｏ ＳＮＡＰ）モジュール９４は、ＶＦＩＲフィルタ
９２の下段のデータ通路に結合される。ＳＮＡＰモジュ
ール９４は、図９に示されるように、その検索テーブル
を使用する２重の閾値関数の役を果たす。この二つの閾
値Ｔ１，Ｔ２の間にあるどんな値を有する入力画素も一
つの値（例えば２５５）として出力される。Ｔ１より小
さな値を有するどんな画素またはＴ２より大きな値を有
するどんな画素、あるいはこのような値Ｔ１，Ｔ２に等
しい値を有するどんな画素も別の一つの値（例えば０）
として出力される。閾値の特定の値が、経験的に得られ
る平均的に“良い”画素の値の上下にある所定の値とし
て設定されている。これら閾値外の画素が、潜在的なブ
ロッブ７０に属しまたはその境界にあるものとして、ま
たはその背景（すなわちカメラ３２によって収集された
イメージないでペレットから外れた部分）にあるものと
して関心のあるものである。

【００３７】ゆるやかな表面反射係数の変化を計算する
ために、適当な閾値を決める技術は普通のペレット表面
における中間の暗い値を使用している。この値はＭＥＧ
ＡＳＴＯＲＥイメージメモリ５２をサンプリングするこ
とにより蓄積される。（もっとスピードが要求される場
合は、この替わりの解決策として、ＦＥＡＴＵＲＥＭＡ
Ｘ−ＭＫＩＩモジュールが使用できる。）好ましくは、
適応できる閾値技術は、完全なペレット表面と検査され
るべき領域に隣接する画素の領域またはその固まりの一
つまたは二つに関係する学習された係数を含んでいる。
各サイクルにおいて、閾値Ｔは次のように、正常なペレ
ット表面の値μ_Kの平均値にしたがって更新される。

【００３８】ε_K＝（μ_K−Ｍ_K-1） Ｔ_K-1＝Ｔ_K＋ρ＊ε_K Ｍ_K＝Ｍ_K-1＋１／２α＊ε_K

【００３９】ここで、Ｍ_Kは、良いペレット表面の画素
の名目上の平均値であり、ρは経験的に求められた加速
係数（ρ≪１.０）である。そしてαは経験的に求めら
れた係数の平均値の集団である。

【００４０】所定の最小の傷基準は好ましくは、側面の
傷について決定される。この最小の画素の寸法より小さ
いどんな孤立された傷も関心ないものとして考慮されな
い。模範的な最小の傷の寸法は０．１５２４ミリ（６ｍ
ｉｌ）×０．３８１ミリ（１５ｍｉｌ）の大きさであ
り、これは、２．４×６画素分の画素寸法に相当する。
一つの画素のブロッブによって、下段に設けられたＡＰ
Ａ−５１２イメージ処理モジュール９８に負担がかかる
のを避けるため、ＳＮＡＰモジュール９４はデータに対
しコンボルーションマスクを適用することにより閾値の
外にある孤立している画素についての考慮を除去してい
る。例えば、ＳＮＡＰモジュールは、３×３の画素内で
画素の関係について連続的にチェックすることができ
る。これは、画素毎に一つの画素ブロッブのような孤立
した傷を確認し、除去することによって行われる。この
ＳＮＡＰマスク１０２は、この目的のため、図１０に示
されるように、“０”（良い）画素による８つの取り得
る画素で囲まれた一つの“１”（傷）画素の関係を明ら
かにする。ＳＮＡＰモジュール９４は“０”画素を出力
し、局部的な３×３画素内における画素の関係がマスク
に調和するときは、孤立された“１”画素に置き換え
る。こうして、孤立された傷の画素はイメージの流れか
ら除去される。

【００４１】ここで述べられたように、イメージデータ
の処理は傷の画素を良い画素から分離する。そして側面
傷パイプライン６２の残りの部分に付与する。良い画素
はもはや考慮されなくなる。良い画素（２５５の値をも
つ）と悪い画素（０の値をもつ）は、共にＡＰＡ−５１
２イメージ処理モジュール９８にイメージデータと共に
移される。ＡＰＡ−５１２内における付加された閾値が
悪い画素のパターンを分離し、さらなる解析のためにこ
れらをストアするために使用される。これはデータの処
理速度に効果的である。

【００４２】ＡＰＡ−５１２のイメージ処理モジュール
９８は、入力されるサブイメージを受け、（これはＳＮ
ＡＰモジュールによって、良い画素と傷の画素が効果的
に既に分離されている）そして、傷の画素がより大きな
傷の外観として関連づけられるかどうかを決定するため
に、連結分析機能として働く。そして関連付けられると
きは、傷として査定する。ＡＰＡ−５１２は多くのブロ
ッブ７０の数と、それらの関連づけられた原因パラメー
タを出力する（これは傷を定義するに重要な性質を定義
し、排除されるペレットであるかどうかを決定する）。
この出力は、装置がより大きな、又はもっとたくさん
の、あるいはより小さな又はより少ない傷であるかどう
か、そして傷のタイプを区別することができるように、
ブロッブ７０の対応を示す。こうしてペレットのより質
の高い正確な選択が可能になる。

【００４３】検査されている目的物の大きさと、光学系
次第でイメージサイズは、マックスビデオＡＰＡ−５１
２のようなイメージ処理ボードによって許容される最大
値よりもより大きくすることができる。この場合に、イ
メージはすべてのイメージが完全に処理されるまでタイ
ルごとに処理される。ペレットの検査においては、最も
大きなペレットの表面を完全に覆うためにわずか２つの
タイルが要求されるのみである。これは、オーバスキャ
ンも含んでいる。各タイル内のどんな傷もいつものよう
にブロッブの原因パラメータを発生する。図１１に示さ
れるように、隣り合うタイルの境界を横切る傷を取り扱
うために、ブロッブ７０がタイルの間の境界１０８の隣
の第１のタイル内に見いだされたときには、その隣のタ
イル１０４内のブロッブ１０６に対応するチェックが行
われる。もし２つのタイルが境界で、又は境界の近くで
ブロッブを含むとき、このブロッブ原因パラメータは２
つのタイル１０４において、結合していると考えられ
る。それゆえ、より大きなブロッブ又は２つのタイルか
らなるイメージから発生される性質を有するブロッブを
規定するために２つのブロッブを合体する。

【００４４】隣り合うタイルの潜在的に関係のあるブロ
ッブを取り扱うために、バウンディングボックスはブロ
ッブの検査において隣のタイルの検査を境界から所定の
距離に制限する。隣接するブロッブとタイルの二つの傷
のバウンディングボックス１１０を比較することによ
り、二つのブロッブが境界１０８を横切って連結してい
るかいなか（すなわち、バウンディングボックスがオー
バラップしているかいなか）について早いチェックがな
される。もし連結していると判断された場合は、二つの
ブロッブは連結している。もし、連結していないと判断
された場合は、それらは単に個々のブロッブとして数え
られる。もしオーバラップについて疑問が生じたなら、
ルーチンは境界の画素の値をテストすることができ、ま
た、傷の画素の“１”をテストすることができ、ブロッ
ブが本当に連結しているかどうかを判断することができ
る。もしブロッブが連結しているなら、ブロッブパラメ
ータは合体される。そして、一つの大きなブロッブが見
いだされ、容認、または排除を決定するためのルーチン
へ移される。その他の場合は、二つのブロッブは個々の
（小さな）ブロッブとして処理される。タイル処理は、
タイルの境界を横切る傷を簡単に処理でき、それらを適
当な所で合体させる。もちろん、比較的大きなブロッブ
とより多くのブロッブが共に生じた場合は、ペレット２
４に逆に反映し、どちらも排除決定の原因の重大な特例
になり得る。

【００４５】述べたように、側面傷検出パイプライン６
２の最終結果は、ブロッブとブロッブを評する連合した
原因パラメータのリストである。それぞれは、潜在的に
ペレットの側壁に沿う傷を示す。タイルの境界上に位置
するブロッブの結合は例外として、既述された処理のす
べては、ハードウエアで実行され、そして大きいデータ
速度で処理される。

【００４６】例えば、図１０に示すようなゲートアレイ
がＳＮＡＰマスクを容易に履行することができる。ここ
で、要求される出力は、単にメモリレジスタを通して画
素データをシフトすることによって得られる。端傷検出
パイプライン６４はまたペレットの端検出処理のために
も利用される。端傷検出パイプラインによって、イメー
ジバッファ５２から受け取ったイメージは、ペレットの
完全なイメージを含む。それゆえ、このイメージ内にあ
るどんな端傷も検知されているペレットに属する。

【００４７】このパイプラインの第１のステップはペレ
ットの名目的な端を決めることである。これはビデオ有
限インパルス応答フィルタ（ＶＦＩＲ）と他のコンボル
ーションマスクとを用いることにより達成される。この
場合に、コンボルーションマスクは垂直な端の傾斜に横
たわる画素を強調するために案出された重み係数を有し
ている。図１２は垂直端を強調するための適当なマスク
１２２を示す。すなわち、これは水平端のような他の外
形部分よりも垂直端でより大きな絶対値または出力値を
出力することにより、端のコントラストを高めている。
端検出装置は数的なグレースケールを処理するので、孤
立した傷画素に使われるような２値装置よりも平均グレ
ーレベルの変化及び側面傷検出パイプラインによる閾値
の決定ステップの変化に対し、より大きな容量を有す
る。それはまた従事する線形帰還のサブ画素の解明の正
確さを改善する。

【００４８】図１２のコンボルーションマスクは、縦横
３画素（図１０と同様）からなる。尚、他の大きさのコ
ンボルーションマスクを有することも可能である。図１
２に従って与えられる画素のコンボルーション出力は、
マスクボックスによって決定されるような、中央の画素
１２４に対し、空間的に対応する関係を有する画素の値
にコンボルーションマスクボックスの各位置の係数を乗
じ、更にこれらを加え合わせることにより得られる。コ
ンボルーションマスクの係数は図１２の垂直端のような
イメージに基づく外観を与える重み係数である。また、
所定の大きさの穴、垂直又は水平クラック等、画素の他
のパターンを与えるコンボルーションマスクを規定する
ことも可能である。画素データにこのようなコンボルー
ションマスクを適用することにより、マスクによって与
えられた外観は、画素データとして強調され、検出、測
定、処理が容易になる。

【００４９】端傷検出パイプラインはFEATUREMAX−MKII
モジュール１２５を使用するのが好ましい。垂直端の検
出においてFEATUREMAX−MKII１２５モジュールは、左又
は右端画素のＸ／Ｙ座標を抽出する。各座標は左端（図
１２に従ったコンボルーションによる強調を受け大きな
正の値を有する）から出力されたか、または右端（大き
な負の値を有する）から出力されたかに従って適宜に付
けられる。

【００５０】一度、ペレット端の座標が付けられると、
２次修正はイメージの曲がり修正に対して行われること
が望まれる。これは１次修正が一定の直進移動速度と仮
定し直進速度の変化が重要でないと仮定するときに望ま
れる。１つの画素の誤差は移送速度の誤差である０.１
％程度である。これはペレット端の位置に空間的な周期
的乱れを生じさせる。また、ディジタル化に伴う±１個
の画素位置の潜在的誤差が生じる。もし、与えられた列
において、左端と右端の両方が同方向に同じ量だけ変位
し、しかも両端の差が期待されるペレットの長さに一致
するならその変位はその列において正しい。従って、列
は傷を検査する前の処理ステップで配列される。

【００５１】左端画素の修正された座標は、線形の帰還
ルーチンに入力され、通常は直線であるペレットの左端
を最もよく表す多目的な線をイメージ空間内に決定す
る。この処理は、右端の画素座標に対しても繰り返され
る。端線は、ペレット表面の画素から背景の要素を隔離
する。どんな端傷も本質的に側面傷と同様の方法で検出
され得る。即ち、名目的な特性と異なる領域又はブロッ
ブ７０を見いだし関連づけることにより検出され得る。

【００５２】端傷処理の別な方法はMAX−GRAPHモジュー
ル１２６によって得られるマスクを更新するために、前
端線を用いることである。このマスクは２値信号を用い
て、且つ機能的にイメージメモリ内において理想的ペレ
ットの最も外側の画素が、ペレット２４（最適の端線に
よって定義されるような）の各端に沿って存ずるところ
を表すことができる。もし実際に検出された端画素が滑
らかな理想的端線に沿うとき、又は１つまたはそれ以上
の画素だけ外側または内側に片寄っているときは、画素
毎に基づいて決定することは容易なことである。変位し
た端画素の数と変位した端画素に関連するブロッブのパ
ラメータは端傷を評価するために決定される。

【００５３】ＭＡＸ−ＳＰモジュール内に含まれるよう
な算術論理ユニットは、論理アンドモードにおいて、２
つのバイナリサブイメージ、即ち、ペレット画素が理想
的に期待される場所を表すサブイメージと特定のペレッ
トにおいてペレット画素が実際に検出される場所を示す
他のサブイメージとを比較するために使用されることが
好ましい。この処理の出力は、望まれる位置に見いださ
れた各画素については論理“１”であり、見い出される
と創造されるところにペレット画素が発見されないとき
の各画素については論理“０”が出力される。この論理
“０”は定義により、端傷の画素である。FEATUREMAX−
MKIIモジュール１２５は、その端傷画素の計算のために
使用され得、端傷画素の数は、ファクタ化されるために
容認／排除判定に移される。

【００５４】傷の排除機能は、傷検出部からの潜在的な
表面及び端傷上のブロッブデータに基づいて機能する。
この傷排除プロセッサは、ブロッブ原因パラメータを傷
パラメータに変換し、この傷パラメータを寸法、タイ
プ、及び傷の数等のようなユーザがプログラムすること
ができる排除基準と比較する。そして、ペレットに対し
て容認又は排除判定を行う。この判定は傷パラメータデ
ータと協働して、ペレットの移送に同期されたファース
ト−イン−ファースト−アウト（ＦＩＦＯ）列１３２又
はシフトレジスタ内に移される。“排除可”の信号が排
除されるペレットの進行とともにＦＩＦＯ１３２を通し
てシフトされる。そして傷のあるペレットを廃棄（排
除）するために適当な時間で排除機構１３４を作動さ
せ、例えば容認されたペレットの流れから排除されるペ
レットの進行方向をそらせる。

【００５５】潜在的な各傷（ＰＤ）に対し、ブロッブ原
因パラメータと計算されたパラメータは所定の排除基準
と比較される。これはプログラムできることが好まし
い。テーブル（１）に示されるように、傷の数、特性、
大きさ、及び関係が容認／排除判定内でファクタ化され
る。所定の基準を満たすどんなブロッブも傷としてみな
され、ペレットの分類機構がその傷情報とともに更新さ
れる。どんなペレット２４も恐らく１つ以上の傷を有
し、又は検出された明確な傷は多かれ少なかれ重大であ
る。

【００５６】図１３と図１４は各潜在的傷のために使用
される前述された判定フロー１４０をグラフ的に示す。
傷タイプでの判定ステップ１４２は側面ＰＤと端ＰＤと
に関係する２つのパイプラインを区別するために示され
ている。側面傷を処理する手続き（図１３）において、
異なる出力を有する判定ステップ１４４は、クラック傷
とクラックのない傷の異なる取扱いのために供給され
る。クラックがある場合はクラックの方向がブロッブ原
因パラメータの外観となり、そして排除のため、異なる
長さを有する閾値が更なる判定ステップ１４６を介して
クラックが水平か垂直かに基づいて適用され得る。

【００５７】縦方向、円周方向又はエンドキャップを示
す所定の長さ以上のクラックは、排除の理由となる。一
つの短い縦方向のクラックは通過され、一方長いクラッ
クは排除を行うか、又はつめ立てクラックとして排除を
行うためにストアされる。そのようなクラックが追加的
に検出されたときも同様である。他の方向を有するクラ
ックは所定の閾値１４８より長くなければ、又は他のク
ラックと関係（例えば連結など）なければ容認され得
る。

【００５８】 表１ ＡＰＡ−５１２発生されたブロッブパラメータ 記述 領域 ブロッブ内の画素数 周囲 ブロッブの周囲長 ΣＸ 全てのブロッブ画素のｘ座標の合計 ΣＹ 〃 ｙ 〃 ΣＸ² 〃 ｘ座標の２乗の合計 ΣＹ² 〃 ｙ 〃 ΣＸＹ 〃 ｘ、ｙ座標の積の合計 極性 ブロッブが前景か背景か バウンディングボックス ブロッブ内の全画素のｘ、ｙ座標の最大値 と最小値 構造 親／子供／兄弟関係 ブロッブ内の穴の数 境界上にブロッブがあるかないか

【００５９】クラックのない傷（図１４）において、判
定フロー内の判定ステップ１５２は、傷が比較的明るい
か又は暗いかを判定する。ここで明るい傷は金属介在物
か未研磨表面を表し、暗い傷は空洞、穴を表す。これら
の傷において、排除の範囲ステップ１５４は傷領域に基
づいている。この検出された傷のタイプ、領域そして数
は良いペレットと悪いペレットとを区別するために使用
される。同様に、端傷判定において、所定の閾値より大
きな領域を有するＰＤ（潜在的傷）は排除判定される。

【００６０】更に図１３と図１４に示されるように、容
認／排除判定を発生することにより、また特定のペレッ
トにおいて既に処理された潜在的傷（ＰＤ）を（数によ
って潜在的排除を判定するために）記憶することによ
り、検出された傷を記入するのが好ましい。これは、欠
点が製造パラメータ、ペレットロット又はバッチ、特に
ペレット材料等のバッチに関連付けられることを可能に
するという情報管理の立場から役に立つ。この選択率
は、特定の傷の数に関連付けられるとして同一視される
製造パラメータの修正又は調整によって改善され得る。

【００６１】この発明は、客観的な基準を用いてペレッ
トを区別するための矛盾のない且つ信頼できる方法と装
置を提供している。人の主観的で不安定な検査処理は避
けられる。更にこの発明によれば検査人が低レベルの放
射線にさらされることがなくなるという重要な意義を有
し、更にまた検査人がペレットの重いトレイを持ち上
げ、移動させるという必要性を除去している。

【００６２】この発明は、一般的な自動検査装置に応用
できる。ここに記述された好ましい具体例は、特に原子
核燃料ペレットの検査を意図し、これは小さな円柱を対
象としているが、多くの同様な信号処理技術と装置が他
の特定の表面検査の応用として使用され得る。必要とさ
れるすべては、カメラと光学系に対して被検査物を正確
に所定の関係におくだけである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のハードウエアとソフトウエアの機能
を示すブロック図である。

【図２】ペレットに対するカメラと照明の関係を示す図
である。

【図３】この発明のパイプラインを示すＶＭＥモジュー
ル内の信号処理ユニットの位置部を示す図である。

【図４】この発明のパイプラインを示すＶＭＥモジュー
ル内の信号処理ユニットの位置部を示す図である。

【図５】この発明のパイプラインを示すＶＭＥモジュー
ル内の信号処理ユニットの位置部を示す図である。

【図６】ラインスキャンデータの曲がりを示す図であ
る。

【図７】ラインスキャンデータの曲がりの修正を示す図
である。

【図８】セパレートデータ処理パイプラインを示すブロ
ック図である。

【図９】２つの閾値に対する画素のグレースケールデー
タを示す図である。

【図１０】コンボルーションマスクを示す図である。

【図１１】隣接するタイルの境界を横切るブロッブを示
す図である。

【図１２】コンボルーションマスクを示す図である。

【図１３】ペレットの傷を評価するためのフローチャー
トである。

【図１４】ペレットの傷を評価するためのフローチャー
トである。

【符号の説明】

２４ ペレット ２８ ラインスキャンカメラ ５２ イメージバッフア ６２ 側面傷検出パイプライン ６４ ペレット端検出パイプライン ７０、１０６ ブロッブ １０２、１２２ コンボルーションマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 21/89 Ｚ Ｇ０６Ｔ 7/00 5/20 Ｇ２１Ｃ 17/06 Ｇ２１Ｃ 17/06 Ｒ (72)発明者 ローレンス・ジョゼフ・ザナ アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッ ツバーグ、メドー・ドライブ 2334 (72)発明者 ニコラ・ガブリエル・アーリア アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッ ツバーグ、ティース・アベニュー 564 (72)発明者 ジョン・マーチン・ビティ アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、マリ ースビル、タータン・コート 4104 (72)発明者 ハッサン・ジューマ・アーメド アメリカ合衆国、サウス・キャロライナ 州、イルモ、ワインディング・ロード 125

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を移送路に沿って連続的に移送す
   る工程と、 検査領域で工作物を照らす工程と、 上記工作物の少なくとも部分集合に対する複数のライン
   スキャンを記憶し、そのラインスキャンをデジタル化し
   て画素データイメージを規定する工程と、 上記画素データイメージの画素の値を処理し、平均値
   と、この平均値の所定の範囲内にある上下の閾値を規定
   し、上記画素データイメージの画素の値を上記上下の閾
   値と比較し、この比較の結果として、画素のイメージマ
   ップを発生する工程と、 上記イメージマップ内の画素を計数し且つ関連付けして
   上記閾値の外側における多数の画素を含むパラメータの
   少なくとも一つと、上記閾値の外側における画素の隣の
   ブロッブの少なくとも一つの大きさと、名目上の外形と
   上記工作物の端の画素との一致を検出する工程と、 上記パラメータの関数として上記工作物を選択し、排除
   する工程と、 を含む非接触表面傷検出方法。
2. 【請求項２】 円柱状の原子核燃料ペレット上の表面傷
   と端傷とを検出する非接触表面傷検出装置において、 移送路に沿って上記ペレットを回転させ、かつ軸方向に
   進行させることができる移送機構と、 監視領域を通過する上記ペレットの反射率を表す連続的
   なラインスキャン信号を出力することができる照明手段
   及びラインスキャンカメラと、 イメージバッファ内に上記ペレットの画素データイメー
   ジを取得して記憶するラインスキャン信号デジタル化手
   段と、 平均手段、ビデオ有限インパルス応答フィルタ、及びコ
   ンボルーションマスクプロセッサの少なくとも一つを有
   し、上記画素データを処理して少なくとも一つの閾値限
   界を越える上記個々のペレットの反射率の変化を表す画
   素マップを発生することができるイメージデータフィル
   タと、 上記画素のマップを分析して上記閾値限界を越える画素
   のグループ化されたブロッブを確認し、上記ブロッブの
   少なくとも一つ、及び上記閾値限界を越える上記画素を
   計数して上記ペレットの質を評価することができるプロ
   ッセサと、 を備えた非接触表面傷検出装置。