JPH08247927A - 鋼材検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋼材における所定の元素の含有量の検査を自動
的に、しかも正確に行うことを可能とする。 【構成】鋼材３を摩擦した際に生じる火花５をＣＣＤカ
メラ１１により撮像し、火花画像を得る。この火花画像
のうち火花破裂点検出装置２で検出された破裂領域内の
画像に対し、破裂二値化部１２で二値化処理、破裂膨張
処理部１３で膨張処理、また細線化処理部１４で細線化
処理を順に施すことにより、破裂部分の輝線の形状を示
す細線化画像を生成する。特徴量抽出部１５は、以上の
ように生成された細線化画像から、細線化画像が破裂領
域で占める面積値、輝線に相当する線分の端点数および
輝線に相当する線分どうしの交点数をそれぞれ求める。
推論機構１６は、特徴量抽出部１５により検出された面
積値、端点数および交点数の分布状況から鋼材における
所定の元素の含有量を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鋼材の種類を判
定するなどの目的から、鋼材を摩擦した際に生じる火花
の状態に基づいて鋼材における所定の元素の含有量を検
査する鋼材検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材を摩擦した際に生じる火花の状態が
鋼材に含まれる元素（炭素等）の量に応じて異なること
は従来より知られている。そしてこのような性質を利用
し、鋼材をグラインダにより摩擦した際に生じる火花の
状態を検査員が目視で認識し、鋼材の組成（炭素含有量
等）、あるいは鋼材の種類を判断することが従来より行
われている。

【０００３】ところが以上のような目視による判断で
は、検査員の経験則や勘によって鋼材の炭素含有量等を
判断することになるため、熟練した検査員を必要とする
上、判断結果が不正確になるおそれがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来は、
鋼材の炭素含有量等は、鋼材を摩擦した際に生じる火花
の状態に基づき、経験則や感によって検査員が判断して
いたために、検査員は十分な経験を積む必要があるなど
検査員の負担が大きい上に、必ずしも正確な判断を行う
ことができるわけではないという不具合があった。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、鋼材における
所定の元素の含有量の検査を自動的に、しかも正確に行
うことができる鋼材検査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、鋼材を摩擦した際に生じる火花を撮像す
る例えばＣＣＤカメラなどの撮像手段と、この撮像手段
により得られた火花画像のうちで少なくとも予め指定さ
れた破裂領域内の画像に対して二値化処理を施す例えば
破裂二値化部などの二値化手段と、この二値化手段によ
り二値化処理が施された画像のうちで少なくとも前記破
裂領域内の画像に対して膨張処理を施す例えば破裂膨張
処理部などの膨張処理手段と、この膨張処理手段により
膨張処理が施された画像のうちで少なくとも前記破裂領
域内の画像に対して細線化処理を施す例えば細線化処理
部などの細線化処理手段と、この細線化処理手段により
細線化処理が施された画像に関し、前記破裂領域内で像
が占める面積値、前記破裂領域内に存在する像の線分
（輝線に相当）の端点数および前記破裂領域内に存在す
る像の線分どうしの交点数をそれぞれ検出する例えば特
徴量抽出部などの検出手段と、この検出手段による検出
結果を用い、各破裂領域における前記面積値と前記端点
数との関係、前記面積値と前記交点数との関係および前
記端点数と前記交点数との関係をそれぞれの座標にプロ
ットするとともに、このプロット点を前記座標上の位置
に応じて予め設定された複数のパタンのいずれかに分類
する処理を複数の破裂領域について行い、前記複数のパ
タンのそれぞれに含まれるプロット点の割合に基づいて
前記鋼材における所定の元素の含有量を判定する例えば
推論機構などの判定手段とを備えた。

【０００７】

【作用】このような手段を講じたことにより、鋼材を摩
擦した際に生じる火花を撮像手段により撮像して得られ
た火花画像のうちで少なくとも破裂領域に指定された領
域の画像に対して、まず二値化手段により二値化処理が
施される。次に、前記二値化手段により二値化処理が施
された画像のうちで少なくとも前記破裂領域内の画像に
対して膨張処理手段により膨張処理が施され、流線部分
に相当する線分から分岐した輝線に相当する線分の分岐
点付近が前記二値化処理により画像から消えてしまって
いても当該部分が再現される。続いて、前記膨張処理手
段により膨張処理が施された画像のうちで少なくとも前
記破裂領域内の画像に対して細線化処理手段により細線
化処理が施され、破裂部分における輝線の形状を示す画
像が生成される。次に、前記細線化処理手段により細線
化処理が施された画像に関し、前記破裂領域内で像が占
める面積値、前記破裂領域内に存在する像の線分の端点
数および前記破裂領域内に存在する像の線分どうしの交
点数がそれぞれ検出手段により検出される。そして判定
手段により、検出手段による検出結果を用い、各破裂領
域における前記面積値と前記端点数との関係、前記面積
値と前記交点数との関係および前記端点数と前記交点数
との関係をそれぞれの座標にプロットするとともに、こ
のプロット点を前記座標上の位置に応じて予め設定され
た複数のパタンのいずれかに分類する処理が複数の破裂
領域について行われ、前記複数のパタンのそれぞれに含
まれるプロット点の割合に基づいて鋼材における所定の
元素の含有量が判定される。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
き説明する。図１は本実施例に係る鋼材検査装置を適用
して構成された鋼材種類判定システムの要部構成を示す
図である。

【０００９】この鋼材種類判定システムは、鋼材検査装
置１および火花破裂点検出装置２からなる。鋼材検査装
置１は、ＣＣＤカメラ１１、破裂二値化部１２、破裂膨
張処理部１３、細線化処理部１４、特徴量抽出部１５お
よび推論機構１６を有する。ＣＣＤカメラ１１は、検査
対象となる鋼材３をグラインダ４で摩擦した際に生じる
火花５を撮像して火花画像を得る。破裂二値化部１２
は、ＣＣＤカメラ１１により得られた火花画像のうち
で、火花破裂点検出装置で検出されて通知される破裂位
置を中心とした所定の破裂領域内の画像を二値化して二
値破裂画像を生成する。破裂膨張処理部１３は、破裂二
値化部１２で生成された二値破裂画像に対して膨張処理
を施し、膨張破裂画像を生成する。細線化処理部１４
は、破裂膨張処理部１３で生成された膨張破裂画像に対
して細線化処理を施し細線化画像を生成する。特徴量抽
出部１５は、細線化処理部１４で生成された細線化画像
から破裂に関する所定の特徴量を抽出し、推論機構１６
に与える。推論機構１６は、特徴量抽出部１５から与え
られる特徴量に基づき、例えばファジィ推論などの推論
処理によって鋼材３の種類（高炭素鋼／中炭素鋼／低炭
素鋼の別）を判定する。

【００１０】火花破裂点検出装置２は、二値化部２１、
膨張処理部２２、収縮処理部２３、ラベリング部２４お
よび破裂位置決定部２５が順に直列に接続されてなり、
ＣＣＤカメラ１１にて得られる火花画像内における破裂
部分の位置の検出を行い、それを鋼材検査装置１に通知
するものである。

【００１１】次に以上のように構成された鋼材種類判定
システムの動作を説明する。まず、グラインダ４を高速
回転させて鋼材３を摩擦すると火花５が生じ、この火花
５がＣＣＤカメラ１１によって撮像される。これにより
ＣＣＤカメラ１１で得られた火花画像は、破裂二値化部
１２および火花破裂点検出装置２にそれぞれ与えられ
る。

【００１２】火花破裂点検出装置２では、ＣＣＤカメラ
１１から与えられる火花画像を原画像として二値化部２
１に入力する。二値化部２１は、原画像を二値化し、二
値画像を生成する。ところで火花においては一般的に、
破裂付近のほうが流線部分に比べて明るく、原画像にお
いては破裂付近のほうが流線部分に比べて高輝度レベル
となっている。そこで二値化部２１で用いる閾値は、破
裂付近に比べて大幅に低輝度な流線部分を二値画像から
除去するような比較的高い値に設定する。かくして、例
えば原画像が図２に示すものであったとき、例えば図３
に示すように低輝度な流線部分が除去され、破裂部分と
高輝度な流線部分とが残留した二値画像が生成される。

【００１３】このようにして二値化部２１で生成された
二値画像は、膨張処理部２２に与えられる。膨張処理部
２２は、二値化部２１から与えられる二値画像に対して
膨張処理を複数回（例えば５回）に亙って繰り返し施
す。これにより、例えば二値画像中において存在した図
４に示すような画像が図５に示すような画像に変換さ
れ、図３に示す二値画像に基づいて図６に示す膨張画像
が生成される。

【００１４】膨張画像は収縮処理部２３に与えられる。
収縮処理部２３は、膨張処理部２２から与えられる膨張
画像に対して収縮処理を、膨張処理部２２での膨張処理
の回数よりも多い複数回（例えば７回）に亙って繰り返
し施す。これにより、収縮処理の方が膨張処理の回数よ
りも多いので、膨張画像において存在した像のほとんど
が除去されることになる。しかし、破裂部分においては
複数の輝線が近接して存在することから、膨張処理を行
った際にこれらの複数の輝線の像が互いにくっつき合
い、膨張画像では図５からも分かるようにより大きな像
（画素の塊）として存在している。このような像は収縮
処理後であっても完全に除去はされず、例えば図７に示
すように小さな像として残留することになる。かくし
て、図６に示す膨張画像に基づいて図８に示すように、
破裂が存在する位置に小さな像が存在する収縮画像が得
られる。

【００１５】この収縮画像は、ラベリング部２４を介し
て破裂位置決定部２５に与えられる。ラベリング部２４
は、収縮処理部２３から与えられる収縮画像における画
素の塊のそれぞれに対するラベリング処理を行う。また
破裂位置決定部２５は、ラベリング部２４にてラベリン
グ処理がなされた画素の塊のそれぞれについて図９に示
すように重心を求め、その位置を破裂位置として決定す
る。そして破裂位置決定部２５は、破裂位置を鋼材検査
装置１へと通知する。

【００１６】鋼材検査装置１は、破裂領域決定部２５か
らの破裂位置の通知を受けると、これを破裂二値化部１
２に入力する。破裂二値化部１２は、図９に示すように
破裂位置を中心として半径ｒ（火花画像における破裂の
大きさなどから予め設定しておく）を有した円形の領域
を破裂領域とする。すなわち例えば図２に示す火花画像
に対しては、図１０に示すＰ１〜Ｐ３の３つの破裂位置
が検出されるので、破裂二値化部１２はＡ１〜Ａ３で示
す３つの破裂領域を設定する。そして破裂二値化部１２
は、図１１に示すように、ＣＣＤカメラ１１から与えら
れる火花画像に図１０に示す破裂領域Ａ１〜Ａ３を対応
付け、各破裂領域内の画像のみを二値化する。なお破裂
二値化部１２で用いる閾値は、二値化部２１で用いる閾
値と同様に、破裂付近に比べて大幅に低輝度な流線部分
を二値画像から除去するような比較的高い値に設定す
る。また破裂二値化部１２は、二値化を行った画像の
み、すなわち破裂領域内の画像を二値化して生成した二
値破裂画像のみを破裂膨張処理部１３に与える。従っ
て、火花画像が図２に示すものであり、破裂領域が図１
１に示す状態で設定された場合には、破裂膨張処理部１
３には図１２に示すような３つの二値破裂画像が与えら
れる。

【００１７】ところで、破裂において流線部分から分岐
した輝線の分岐点付近は、当該輝線の先端側や流線部分
に比べて輝度が低い場合がある。このため、破裂二値化
部２において上述のように比較的高く設定された閾値で
二値化が行われると、図１３に示すように流線部分から
分岐した輝線の分岐点付近が消えてしまう場合がある。

【００１８】そこで破裂膨張処理部１３は、破裂二値化
部１２から与えられる二値破裂画像のそれぞれに対して
膨張処理を施す。そうすると、図１４に示すように流線
部分の像とこの流線部分から分岐した輝線部分の像とが
互いにくっつき合い、分岐点付近が再現される。なおこ
の破裂膨張処理部１３での膨張処理は、膨張処理部２２
にて生成される膨張画像に見られるような輝線の像どう
しの付着が余り生じることがない程度の回数とする。す
なわち、画像における破裂の形状が大幅に崩れてしまう
ことがないように、流線部分の像とこの流線部分から分
岐した輝線部分の像とを付着させることができる最低限
の膨張処理を行う。

【００１９】続いて細線化処理部１４は、破裂膨張処理
部１３から与えられる膨張破裂画像のそれぞれに対して
細線化処理を行うことにより、破裂における各輝線を細
線で示した細線化画像を生成し、この細線化画像を特徴
量抽出部１５に与える。なお細線化画像は、図１４に示
す膨張破裂画像に基づき、例えば図１５に示すものが生
成される。

【００２０】特徴量抽出部１５は、細線化処理部１４か
ら与えられる細線化画像のそれぞれにつき、その細線化
画像が破裂領域にて占める面積値、各輝線に相当する線
分の端点数および各輝線に相当する線分どうしの交点数
をそれぞれ求める。なお端点および交点は、例えば図１
５に示す細線化画像に対しては、図１６に示すような各
点として検出される。かくして特徴量抽出部１５では、
図１７に示すような特徴量が１つの火花画像に対して抽
出される。

【００２１】さて、特徴量抽出部１５で抽出された特徴
量のうち、各破裂領域での交差数と端点数との関係を図
１８（ａ）に示す座標に、交差数と面積値との関係を図
１８（ｂ）に示す座標に、また端点数と面積値との関係
を図１８（ｃ）に示す座標にそれぞれプロットして行く
と、各座標においてプロットされた点は鋼材３の炭素含
有量に応じてそれぞれ特徴的な分布を示す。またプロッ
トされた点は、例えば図１８にパターンＡ〜パターンＤ
で示すようないくつかの群に分類することが可能で、各
パターンに含まれる点の割合が鋼材３の炭素含有量に応
じて例えば図１９に示すように特徴的な値を示す。以上
の特徴は、一般的には鋼材３の炭素含有量が増すにつ
れ、破裂が大きく複雑になる性質から生じるものであ
る。

【００２２】そこで推論機構１６には、検査すべき鋼材
３の検査を開始するのに先立って、高炭素鋼、中炭素鋼
および低炭素鋼を摩擦した際に得られる火花画像から抽
出した特徴量をそれぞれ与え、各種の鋼材毎に図１９に
示すような傾向を予め学習させておく。そして検査対象
となる鋼材３を摩擦した際に得られる火花画像から抽出
した特徴量に基づき、その鋼材３の種類を判定する。

【００２３】かくして本実施例によれば、鋼材３を摩擦
した際に生じる火花５の状態に基づいて、鋼材３の種類
が自動的に判定される。従って、検査員の負担が軽減さ
れるとともに、経験の浅い検査員でも検査を行うことが
できる。

【００２４】また本実施例によれば、特徴量として、破
裂領域の画像、すなわち破裂画像に対して二値化処理お
よび膨張処理を施したのちに細線化処理を施して得た細
線化画像のそれぞれにつき、その細線化画像が破裂領域
にて占める面積値、各輝線に相当する線分の端点数およ
び各輝線に相当する線分どうしの交点数を用いるので、
破裂の大きさ、複雑さを正確に把握することができ、鋼
材３の種類を正確に判定することができる。

【００２５】なお本発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば上記実施例では、検査対象の鋼材が高
炭素鋼、中炭素鋼および低炭素鋼のいずれであるかを判
定するものを例示しているが、種類の区分としては上記
例には限定されない。また、炭素含有量に基づく種類の
判定には限らず、含有量に応じて火花の状態が変化する
元素であれば、その元素の含有量に基づく種類の判定を
行うこともできる。さらには、種類の判定を行うのでは
なく、単に元素の含有量を判定するようにしても良い。

【００２６】また上記実施例では、破裂領域を破裂点検
出装置２により自動的に検出するものとなっているが、
例えば検査員により手動で指定するものとしても良く、
この場合には破裂点検出装置２は必要ない。また破裂領
域を自動的に検出する場合であっても、破裂領域の検出
手順は上記実施例に挙げたものには限定されない。

【００２７】また上記実施例では、破裂領域を円形とし
ているが、方形等の他の形状としても良い。また上記実
施例では、二値化処理、膨張処理および細線化処理を破
裂領域内の画像についてのみ施しているが、これらの処
理を施す範囲は破裂領域を含んでいれば任意であって良
い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変形実施が可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、鋼材を摩擦した際に生
じる火花を撮像する例えばＣＣＤカメラなどの撮像手段
と、この撮像手段により得られた火花画像のうちで少な
くとも予め指定された破裂領域内の画像に対して二値化
処理を施す例えば破裂二値化部などの二値化手段と、こ
の二値化手段により二値化処理が施された画像のうちで
少なくとも前記破裂領域内の画像に対して膨張処理を施
す例えば破裂膨張処理部などの膨張処理手段と、この膨
張処理手段により膨張処理が施された画像のうちで少な
くとも前記破裂領域内の画像に対して細線化処理を施す
例えば細線化処理部などの細線化処理手段と、この細線
化処理手段により細線化処理が施された画像に関し、前
記破裂領域内で像が占める面積値、前記破裂領域内に存
在する像の線分の端点数および前記破裂領域内に存在す
る像の線分どうしの交点数をそれぞれ検出する例えば特
徴量抽出部などの検出手段と、この検出手段による検出
結果を用い、各破裂領域における前記面積値と前記端点
数との関係、前記面積値と前記交点数との関係および前
記端点数と前記交点数との関係をそれぞれの座標にプロ
ットするとともに、このプロット点を前記座標上の位置
に応じて予め設定された複数のパタンのいずれかに分類
する処理を複数の破裂領域について行い、前記複数のパ
タンのそれぞれに含まれるプロット点の割合に基づいて
前記鋼材における所定の元素の含有量を判定する例えば
推論機構などの判定手段とを備えたので、鋼材における
所定の元素の含有量の検査を自動的に、しかも正確に行
うことができる鋼材検査装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る鋼材検査装置を適用し
て構成された鋼材種類判定システムの要部構成を示す
図。

【図２】原画像の一例を示す図。

【図３】図２に示す原画像を二値化して得られた二値画
像を示す図。

【図４】二値画像中に存在した１つの破裂の近傍の画像
の一例を模式的に示す図。

【図５】図４に示す画像を膨張処理して得られる画像を
模式的に示す図。

【図６】図３に示す二値画像に対して膨張処理を施して
生成された膨張画像を示す図。

【図７】図５に示す画像を収縮処理して得られる画像を
模式的に示す図。

【図８】図６に示す膨張画像に対して収縮処理を施して
生成された収縮画像を示す図。

【図９】収縮画像に存在する画素の塊に基づく破裂位置
および破裂領域の決定状況を説明する図。

【図１０】火花画像から破裂部分を抽出する際の抽出領
域の一例を示す図。

【図１１】図１中の破裂二値化部１２が二値化を行う範
囲の一例を示す図。

【図１２】図１中の破裂二値化部１２から破裂膨張処理
部１３に与えられる二値破裂画像の一例を示す図。

【図１３】流線部分から分岐した輝線の分岐点付近が消
えてしまった二値破裂画像の一例を模式的に示す図。

【図１４】膨張破裂画像の一例を模式的に示す図。

【図１５】細線化画像の一例を模式的に示す図。

【図１６】端点および交点の検出例を模式的に示す図。

【図１７】図１中の特徴量抽出部１５にて抽出される特
徴量を模式的に示す図。

【図１８】さて、各破裂領域での交差数と端点数との関
係、交差数と面積値との関係および端点数と面積値との
関係をそれぞれプロットした際のプロットされた点の分
布の一例を示す図。

【図１９】図１８の分布における各パターンに含まれる
点の鋼材３の炭素含有量に応じた割合の一例を示す図。

【符号の説明】

１…鋼材検査装置 １１…ＣＣＤカメラ １２…破裂二値化部 １３…破裂膨張処理部 １４…細線化処理部 １５…特徴量抽出部 １６…推論機構 ２…火花破裂点検出装置 ２１…二値化部 ２２…膨張処理部 ２３…収縮処理部 ２４…ラベリング部 ２５…破裂領域決定部 ３…被検査鋼材 ４…グラインダ ５…火花

フロントページの続き (72)発明者 上松 周一郎 愛知県名古屋市中区錦一丁目11番18号 大 同特殊鋼株式会社内 (72)発明者 村松 省三 愛知県名古屋市中区錦一丁目11番18号 大 同特殊鋼株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材を摩擦した際に生じる火花を撮像す
   る撮像手段と、 この撮像手段により得られた火花画像のうちで少なくと
   も予め指定された破裂領域内の画像に対して二値化処理
   を施す二値化手段と、 この二値化手段により二値化処理が施された画像のうち
   で少なくとも前記破裂領域内の画像に対して膨張処理を
   施す膨張処理手段と、 この膨張処理手段により膨張処理が施された画像のうち
   で少なくとも前記破裂領域内の画像に対して細線化処理
   を施す細線化処理手段と、 この細線化処理手段により細線化処理が施された画像に
   関し、前記破裂領域内で像が占める面積値、前記破裂領
   域内に存在する像の線分の端点数および前記破裂領域内
   に存在する像の線分どうしの交点数をそれぞれ検出する
   検出手段と、 この検出手段による検出結果を用い、各破裂領域におけ
   る前記面積値と前記端点数との関係、前記面積値と前記
   交点数との関係および前記端点数と前記交点数との関係
   をそれぞれの座標にプロットするとともに、このプロッ
   ト点を前記座標上の位置に応じて予め設定された複数の
   パタンのいずれかに分類する処理を複数の破裂領域につ
   いて行い、前記複数のパタンのそれぞれに含まれるプロ
   ット点の割合に基づいて前記鋼材における所定の元素の
   含有量を判定する判定手段とを具備したことを特徴とす
   る鋼材検査装置。