JPH10103938A - 鋳造品の外観検査方法及び装置 - Google Patents

鋳造品の外観検査方法及び装置

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JPH10103938A
JPH10103938A JP25511496A JP25511496A JPH10103938A JP H10103938 A JPH10103938 A JP H10103938A JP 25511496 A JP25511496 A JP 25511496A JP 25511496 A JP25511496 A JP 25511496A JP H10103938 A JPH10103938 A JP H10103938A
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casting
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Takahiro Sometsugu
孝博 染次
Koji Yoshimura
剛治 吉村
Nobuo Katsube
展生 勝部
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    • G01N2021/9516Objects of complex shape, e.g. examined with use of a surface follower device whereby geometrical features are being masked

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な形状をする鋳造品の表面に生じる凹状
の欠陥を精度良く効率的に自動検出する。 【解決手段】 鋳造品の表面の凹状欠陥の検出に画像処
理を用い、撮像カメラの受光軸の周方向に対して複数の
方向から、かつ該受光軸に対して複数の異なる角度から
同時あるいは逐次光を被検査面に照射する照明手段を設
けることにより、影による明暗を形成しないようにす
る。また、前記照明手段により照明した鋳造品の検査面
を撮像して得られる画像を基に、欠陥と思われる近傍の
明るさを調査することで欠陥候補点を抽出し、さらに複
数の良品と、欠陥候補点部の明るさを統計的に比較す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複雑な形状をする鋳造
品の表面に生じる凹状の欠陥を自動検出する方法及び装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鋳造は任意形状の部品を大量に生産でき
るという利点があるため、現在でも広く用いられる製造
手法であるが、鋳型の欠陥や鋳造条件の不適当により、
不具合が発生し易い。そのため、常時欠陥検査を行う必
要がある。鋳造品の内部に発生する鋳巣欠陥や組織欠陥
および亀裂欠陥は、鋳造品の形状が複雑であっても、比
較的発生部位が特定できるため、検査部位を限定するこ
とにより自動検査が行われる場合がある。しかしなが
ら、鋳型壊れやノロかみにより表面に発生する凹状欠陥
に対しては、至る所に発生するため検査部位が特定でき
ず、複雑形状の鋳造品では自動検査を行いにくい状況に
あり、このような複雑形状の鋳造品では、ほとんどが目
視の検査に頼ってきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】鋳造品のような金属表
面の欠陥を検出する一つの方法として、図6に示すよう
な渦流探傷法による方法が開示されている(特開平4−
184165)。すなわち、被検査物1の表面に適当な
方法で渦電流を誘起してやると、表面や表面に近い内部
のキズや鋳巣等の欠陥部分の磁気抵抗は他の健全な部分
より大きいため、磁束が欠陥部分に湾曲させられて、そ
の部分の磁気インピーダンスに変化が生じる。この変化
を感磁性素子のプローブ13にて検出することで欠陥を
探知することが出来る。
【0004】しかし、この渦流探傷に際しては、検出コ
イルからなるプローブ13を被検体の検査面に対してま
んべんなくかつ、垂直にかつ、被検体表面から一定の距
離で走査することが肝要であって、もし、プローブ13
と被検体1の表面との角度や距離に変化を生じると出力
信号に多大な影響を及ぼし、不正確な検出結果となって
しまう。このような理由から、渦流探傷法は、円盤や円
筒のような単純形状物や、検査する部位を限定すること
で使用可能であるが、複雑形状の鋳造品の全表面を検査
することは不可能であった。
【0005】また、図7に示すように、超音波の反射エ
コーを利用し、円筒状検査物表面の欠陥を検出する手法
も開示されている(特開平2−254355)。すなわ
ち、被検体1および超音波探触子14を水中に浸漬し、
該超音波探触子14から被検体1に超音波を入射させ、
その反射波を検出する。この場合、表面より反射してく
る信号と、表面欠陥から反射してくる信号では、検出時
に若干の時間的なずれが生じるため、ゲートを適正に設
定することで表面反射波と表面欠陥反射波を分離し表面
欠陥を検出する物である。しかしながら、この場合にお
いても超音波探触子14を被検体表面に対し適正な距離
および角度で配設する必要があり、円筒のような単純形
状物では使用可能であるが、複雑形状の鋳造品で適用す
ることは不可能であった。
【0006】また、別の方法として、鋳造直後の鋳造品
の表面温度分布を測定し、局部的な温度分布のムラから
表面欠陥を検出する方法が開示されている(特開昭63
−30164)。すなわち、表面欠陥や表面直下の巣等
の欠陥部は、他の健全な部分と比較し、熱抵抗が大きく
なるため、鋳造直後の冷却時において、表面温度が局部
的に高温になる。従って、鋳造品の局部的な温度ムラか
ら表面欠陥を検出することが出来る。しかしながら、複
雑形状の鋳造品では、凹コーナ部や凸コーナ部等が存在
し、形状による温度ムラが発生するため、欠陥との区別
が困難となってしまう。本発明は、複雑な形状の鋳造品
に対しても、その表面欠陥を非破壊で検出することを目
的とするものである。
【0007】
【問題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明では、非接触で検査可能な画像処理を用い
た。すなわち、複雑形状の鋳造品の表面を撮像した画像
信号に基づいて、前記鋳造品の表面の凹状欠陥を検出す
る表面検査方法に於いて、撮像カメラの受光軸の周方向
に対して複数の方向で、該受光軸に対して複数の異なる
角度から同時あるいは逐次光を被検査面に照射し、その
反射光を受光することによって得られた画像から被検査
物の表面欠陥を検出した。また、撮像した検査画像に対
して欠陥と思われる近傍の明るさを調査することで欠陥
候補点を抽出し、さらに複数の良品と、欠陥候補点部の
明るさを統計的に比較することで表面欠陥を検出した。
【0008】さらに、上記検査を可能にするため、本発
明では撮像カメラの受光軸の周方向に対して複数の方向
から、かつ、該受光軸に対して、複数の異なる角度から
同時あるいは逐次光を被検査面に照射する照明手段と、
前記照明手段により照明した鋳造品の検査面を撮像する
撮像カメラと、前記撮像カメラから得られた画像を基に
演算を行う画像処理装置と、前記鋳造品の複数の面を撮
像するための鋳造品位置決め装置とを有する構成となっ
ている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の鋳造品の外観検査装置の構成を示
した図である。図に於いて、鋳造品1に対して照明装置
3にて照明が成され、上方より撮像カメラ2にて鋳造品
1の検査面を撮像する。ここで、照明装置3は円形の蛍
光灯照明であり、撮像光軸2Aに対してそれぞれ30
度、90度の入射角度となっており、照明駆動部8によ
り駆動され、制御部10によって制御されており、それ
ぞれ同時あるいは個々に点灯可能となっている。撮像カ
メラ2で得られた画像は画像処理部7に取り込まれ、画
像処理により欠陥を検出し、検出情報を制御部10に送
る。制御部10では、検出結果を結果表示部11にて表
示し、次の鋳造品を検査するため、位置決め制御部9に
鋳造品の交換を指示する。
【0010】次に、照明方法の選定について説明する。
複雑形状の鋳造品では、撮像光軸に対して検査面は0〜
90度までのあらゆる角度を採る可能性がある。一方、
検査効率を上げるには一度により広範囲が観察できるよ
うに、かつ影による明暗を形成しないようにする必要が
ある。また、検査面が撮像光軸2Aに対して45度以上
の角度になると、撮像カメラ2Aへの投影面積そのもの
が小さくなるので検出が困難となる。このため、撮像光
軸2Aに対し0〜45度までの検査面をカバーすること
にした。まず、図2に示すように、照明方向による比較
を行った。図2(a)はライン状の照明により一方向か
ら、図2(b)は円形照明により全周方向から照明する
場合を示した物である。この場合の比較方法として、健
全部とのコントラストを現す、数式1で現されるS/N
を用いた。
【数1】S/N=(健全部の輝度−欠陥部の輝度)/
(健全部の輝度の標準偏差×3)
【0011】結果を図3(a)に示すが、円形照明によ
りS/Nが向上することが解る。また、図2(b)に示
すように、撮像光軸2Aに垂直な面と検査面との成すワ
ーク角度θwと、照明角度θfの関係を図3(b)に示
す。照明角度θfが30度ではワーク角度θwが0〜1
5度、照明角度θfが90度ではワーク角度θwが30
〜45度でS/Nが高くなっており、正反射状態となる
条件でS/Nが最も良いことが解る。さらに、照明角度
θf30度と90度を同時に使用すると、個々に点灯さ
せた場合に比べ若干S/Nが低下するが、ワーク角度θ
wが0〜45度まで平均的にカバーできることがわか
る。
【0012】次に、図4に基づき欠陥の検出アルゴリズ
ムについて説明する。まず、図4(1)に示す、特徴量
を計測し欠陥候補点を抽出する特徴量計測法について説
明する。まず、上記構成の装置にて、本実施例では撮像
光軸2Aに対し照明角度が30度と90度の円形蛍光灯
を同時に点灯し、画像を撮像した。得られた原画像
(a)を空間フィルタを用いることにより欠陥部を強調
する(b)。次に2値化を行う(c)。得られた2値化
画像(c)において、ある面積以上の部分を抽出し、そ
の位置での特徴量を原画像(a)から計測し、特徴量を
評価することで欠陥候補点12mを抽出する(d)。こ
こで用いた特徴量は、原画像(a)において欠陥とその
周囲との輝度差、欠陥周辺部の輝度の分散とその最大値
と最小値の差、および欠陥強調画像(b)における面
積、円形度、欠陥部輝度である。また、欠陥12bのよ
うな大欠陥は明らかであるので、周囲との輝度差が大き
いとか、面積が大きいとかいった特徴を利用し、この時
点で欠陥と判断する。
【0013】次に、図4(2)に示す統計比較法に付い
て説明する。まず、同じ種類の良品の鋳造品を多数個集
め、上記装置を用い、同一場所に位置決めして撮像を行
う。撮像した多数枚の画像に対し、同一座標の画素につ
いて平均値と分散値を求め、その座標での計算値とする
ことで、良品平均画像(e)と良品分散画像(g)を作
成しておく。次に、良品平均画像(e)を原画像(a)
でわり算し、比画像(f)を求める。次に、良品分散画
像(g)でわり算し、正規化画像(h)を求める。次
に、得られた正規化画像(h)に対して、上記特徴量計
測法(1)で得られている欠陥候補点12mの座標を中
心にある大きさのウインドウを張り、そのウインドウ内
であるしきい値を越える画素の輝度値を積算する。得ら
れた積算値が十分大きければ欠陥と判断する。こうし
て、小さな欠陥12aも欠陥として検出することが可能
となる。
【0014】次に、実際の鋳造品を用いて検査を行った
結果を図5に示す。まず、20個の良品を選定し、良品
平均画像と良品分散画像を作成した。その後、別の60
個の検査品を選定して、検査を行った。これより、不良
品の見逃しは0%であった。また、良品を不良品として
見る過検出は1.6%程度であり、再検査を行う対象と
した。以上のように高精度での検出が可能となっている
ことが解る。
【0015】また本説明では、撮像光軸に対して30度
と90度の照明装置を同時に点灯させた場合を示した
が、形状が比較的単純で影となる部分が少ない場合は、
よりS/Nを向上させるため、個々に点灯させても良
い。さらに、個々に点灯させた場合、一つの検査面に対
し複数回の撮像が必要となり処理時間が長くなってしま
うので、各々の照明を波長帯域毎(例えば青と赤)に分
け、受光側で分光することにより同時に点灯・撮像して
も良い。
【0016】
【発明の効果】上述したように本発明では、複雑形状の
鋳造品の被検査面に影による明暗を形成しないように照
明をすることで、一度により広い検査領域を検査するこ
とが可能となり、検査の効率を大幅に向上することが可
能である。また、前記照明により照射した鋳造品の検査
面を撮像して得られる画像を基に、欠陥と思われる近傍
の明るさを調査することで欠陥候補点を抽出し、さらに
良品と、欠陥候補点部の明るさを統計的に比較すること
で、表面の凹状欠陥をより高精度に検出することが可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋳造品の表面欠陥を画像処理により検
出する装置を説明する図
【図2】照明の条件を調査するときの配置を示す図
【図3】照明状態による欠陥のS/Nを説明する図
【図4】本発明における表面欠陥を検出するアルゴリズ
ムを説明する図
【図5】本発明による検出結果
【図6】渦流探傷による従来の検査方法
【図7】超音波による従来の検査方法
【符号の説明】
1 鋳造品 2 撮像カメラ 2A 撮像光軸 3 照明装置 4 鋳造品位置決め装置 5 鋳造品位置決め装置 6 フレーム 7 画像処理装置 8 照明駆動部 9 位置決め制御部 10 制御部 11 結果表示部 12 欠陥 13 渦流センサ 14 超音波探触子 θf 照明角度 θw ワーク角度

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳造品の表面を撮像した画像信号に基づ
    いて、前記鋳造品の表面の凹状欠陥を検出する表面検査
    方法に於いて、撮像カメラの受光軸の周方向に対して複
    数の方向で、該受光軸に対して複数の異なる角度から同
    時あるいは逐次光を被検査面に照射し、その反射光を受
    光することによって得られた画像から被検査物の表面欠
    陥を検出する鋳造品の外観検査方法。
  2. 【請求項2】 鋳造品の表面を撮像した画像信号に基づ
    いて、前記鋳造品の表面の凹状欠陥を検出する表面検査
    方法に於いて、撮像した検査画像に対して欠陥と思われ
    る近傍の明るさを調査することで欠陥候補点を抽出し、
    さらに複数の良品と、欠陥候補点部の明るさを統計的に
    比較することで表面欠陥を検出する鋳造品の外観検査方
    法。
  3. 【請求項3】 鋳造品の表面を撮像した画像信号に基づ
    いて、前記鋳造品の表面の凹状欠陥を検出する表面検査
    装置に於いて、撮像カメラの受光軸の周方向に対して複
    数の方向で、該受光軸に対して複数の異なる角度から同
    時あるいは逐次光を被検査面に照射する照明手段と、前
    記照明手段により照明した鋳造品の検査面を撮像する撮
    像カメラと、前記撮像カメラから得られた画像を基に演
    算を行う画像処理装置と、前記鋳造品の位置決め装置を
    有することを特徴とする鋳造品の外観検査装置。
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