JPH10197454A - 表面欠陥検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検体の欠陥部におけるコントラストの強調
を容易化すると共に、撮像した欠陥部を正確に表示し、
検査作業を高効率化することにある。 【解決手段】 被検体２０の表面欠陥を検出するに当っ
て、被検体の表面に水分を塗布する手段２２と、被検体
の表面を照明する手段２３と、表面欠陥部を撮像する手
段２１と、撮像手段を取り付けた撮像位置決め手段２
４、３０と、撮像して得た濃淡画像を２値化処理する画
像処理手段３１と、画像処理結果を表示する手段３３を
有し、被検体の表面に水分を塗布して表面欠陥部のコン
トラストが強調される最適な撮像時間の経過後、表面欠
陥部を撮像し、撮像して得た濃淡画像を２値化処理して
表面欠陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン等の
大規模プラントを構成する耐高温部品の表面欠陥検出方
法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン等の大規模プラントの定期
検査作業において、大規模プラントを構成する耐高温部
品の表面欠陥を検出することが行われる。この表面欠陥
検出は、従来、染色浸透探傷法を用いた目視によるスケ
ッチによって行っている。しかし、この目視によるスケ
ッチでは、人の目に依存したスケッチであるため、欠陥
部の正確な認識ができない。そこで、検査対象物の欠陥
部を撮像化する技術が提案され、特開平２−２２８５４
２ｂ号公報には、磁粉探傷法を採用して、テレビカメラ
により検査対象物の表面を画像化し、欠陥部を検出する
ことが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、検査対象物
の欠陥部を撮像化するに当って、欠陥部の画像を鮮明に
撮像するには、欠陥部のコントラストを強調する必要が
ある。しかし、磁粉探傷法を用いた表面欠陥検出では、
検査対象物の表面に塗布する磁粉の量や濃度を均一にす
ることが困難であり、特に検査対象物が新品でなく、使
用途中のものであるとき、表面が非常に荒れているた
め、欠陥部のみのコントラストを強くすることができな
い。また、染色浸透探傷法を用いて検査対象物の欠陥部
を撮像化するに当っても、染色材を検査対象物の表面に
均等に塗布することが困難であり、同様のことが云え
る。特に染色浸透探傷法を用いた場合、検査対象物の表
面が変色しているとき、染色に差がなくなり、欠陥部の
コントラストを強調することができなくなる。このよう
に、磁粉探傷法及び染色浸透探傷法を用いた表面欠陥検
出では、検査対象物の表面に磁粉や染色材を均等に塗布
することができないため、検査対象物の欠陥部を撮像し
ても、欠陥部のみのコントラストの強調が困難であり、
欠陥部を認識することができない、という問題があっ
た。また、表面欠陥検出のための作業効率が悪い、とい
う問題があった。

【０００４】本発明の課題は、被検体の欠陥部における
コントラストの強調を容易化すると共に、撮像した欠陥
部を正確に表示し、検査作業を高効率化するに好適な表
面欠陥検出方法及びその装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、被検体の表面に水分を塗布し、表面欠陥部のコント
ラストが強調される最適な撮像時間の経過後、表面欠陥
部を撮像し、撮像して得た濃淡画像を２値化処理して表
面欠陥を検出する。ここで、最適な撮像時間とは、水分
の乾燥過程において被検体の表面が乾き、表面欠陥部に
のみに水分が残った状態になる時間を云う。また、被検
体の表面に赤外線を照射し、表面欠陥部とその周辺との
赤外線放射強度の差を利用して表面欠陥部のコントラス
トを強調させた後、赤外線カメラにより表面欠陥部を撮
像し、撮像して得た濃淡画像を２値化処理して表面欠陥
を検出する。また、表面欠陥検出装置として、被検体の
表面に水分を塗布する手段と、被検体の表面を照明する
手段と、表面欠陥部を撮像する手段と、撮像手段を取り
付けた撮像位置決め手段と、撮像して得た濃淡画像を２
値化処理する画像処理手段と、画像処理結果を表示する
手段を有する。また、表面欠陥検出装置として、被検体
の表面に赤外線を照射する手段と、表面欠陥部を撮像す
る赤外線カメラと、赤外線カメラを取り付けた撮像位置
決め手段と、撮像して得た濃淡画像を２値化処理する画
像処理手段と、画像処理結果を表示する手段を有する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態による表
面欠陥検出装置を示す。表面欠陥検出装置は、検査対象
であるガスタービンを構成する耐高温部品２０を撮像す
る撮像装置２１、耐高温部品２０に水分を塗布する水分
塗布装置２２、耐高温部品２０の表面照らす照明装置２
３、撮像装置２１を備え付けたＸ−Ｙテーブル２４、Ｘ
−Ｙテーブルを制御するコントローラ３０、撮像装置２
１により撮影した画像を処理する画像処理装置３１、制
御装置３２、画像処理した映像を表示する表示装置３
３、画像処理した映像を記録するプリンタ３４から構成
する。本実施形態では、撮像装置２１として工業用テレ
ビ（ＩＴＶ）カメラ、水分塗布装置２２として霧吹き、
小型シャワーを用いる。本実施形態は、耐高温部品２０
に水分塗布装置（霧吹き、小型シャワー）２２から水分
を塗布し、照明装置２３により耐高温部品２０の表面を
照射する。一方、Ｘ−Ｙテーブルコントローラ３０によ
りＸ−Ｙテーブル２４を移動し、撮像装置（工業用テレ
ビ（ＩＴＶ）カメラ）２１を耐高温部品２０の撮影位置
に固定する。撮像装置２１により撮影した耐高温部品２
０の映像を表示装置３３に表示し、または、プリンタ３
４に出力する。制御装置３２はこの一連の操作を行う。

【０００７】図２に、表面欠陥を撮像及び検出する動作
フローを示す。まず、耐高温部品２０の表面欠陥を検出
するために被検体の照度、撮像倍率などを画像処理条件
データとして読み込む（ステップ１０）。また、照明条
件設定の確認を行う（ステップ１１）。次に、被検体の
表面欠陥のコントラストを強調させるために被検体の表
面に水分を塗布する（ステップ１２）。ここで、被検体
に塗布した水分は時間の経過と共に乾燥する。水分の乾
燥過程において表面が乾き、欠陥部にのみ水分が残った
状態のとき、欠陥部に水分があることによりその周辺と
の光の反射率が変わり、表面欠陥のコントラストが最も
強調される。この表面欠陥のコントラストが最も強調さ
れる状態のとき、つまり、最適な乾燥時間が経過したと
きが撮像のチャンスである。そこで、最適な撮像時間が
経過したか否かの判断を行い（ステップ１３）、最適な
撮像時間が経過していれば、表面欠陥の撮像を行う（ス
テップ１４）。続いて、２値化処理によって表面欠陥検
出を行う（ステップ１５）。ここで、表面欠陥部とその
周辺の濃度差が大きいため、２値化処理を行うことによ
って表面欠陥が検出できる。最後に、表面欠陥を表示
（プリント）出力する（ステップ１６）。

【０００８】以下、本実施形態の各構成を詳細に説明す
る。図３は、Ｘ−Ｙテーブル２４とＸ−Ｙテーブルコン
トローラ３０を示す。Ｘ−Ｙテーブルコントローラ３０
は、Ｘ−Ｙテーブル２４を縦、横に移動制御し、撮像装
置２１の撮像位置を決める。被検体表面の検査領域を撮
像する場合、検査領域全体を１回で撮像するケースと検
査領域を分割して何回かに分けて撮像するケースがあ
る。特に、微少な表面欠陥を検出するとき、倍率を上げ
て撮像するため、撮像の視野範囲が狭まくなる。このた
め後者のケースを採用する。この場合、Ｘ−Ｙテーブル
コントローラ３０は、撮像倍率（分割数）を設定すれ
ば、分割して撮像を行うための座標を自動的に計算し、
Ｘ−Ｙテーブル２４の移動制御を行う。

【０００９】図４は、画像処理装置３１の構成を示す。
画像処理装置３１は入力部４０、記録装置４１、表面欠
陥検出装置４２、画像連結装置４３、出力部４５からな
る。撮像装置２１によって撮像された画像は、まず、入
力部４０に入力され、記録装置４１にデータとして記録
される。その記録されたデータを表面欠陥検出装置４２
によって処理し、表面欠陥を検出する。そのデータは記
録装置４１に記録される。また、分割して被検体を撮像
した場合は、各分割画像を画像連結装置４３において１
つに連結する。連結された画像も記録装置４１に記録さ
れる。その後、表面欠陥の検出及び連結処理された処理
画像を評価部４４において、表面欠陥の長さ、面積、位
置座標、個数などの特徴量を検出し、定量化の処理を行
う。この処理結果を元に被検体である耐高温部品２０の
余寿命判断、修理の必要性などの評価を行う。これらの
画像データは、記録装置４１から出力部４５に送られ、
表示装置３３、プリンタ３４に出力される。

【００１０】図５は、表面欠陥検出装置４２の動作フロ
ーを示す。表面欠陥検出装置４２に入力された画像は、
まず、予め決められた計算式を用いて２値化しきい値を
演算し、設定する（ステップ５０）。次に、２値化処理
する（ステップ５１）。しかし、２値化処理だけではノ
イズが多く混入しているため、表面欠陥のみの検出を行
うことができない。そこで、ノイズを除去するために細
線化処理し（ステップ５２）、ノイズ除去する（ステッ
プ５３）。細線化処理とノイズ除去の画像処理を図６、
図７を用いて説明する。

【００１１】図６は、細線化処理の処理内容を示す。こ
の処理は、物体の骨格を検出し、幅１画素で表示するも
のである。被検体である耐高温部品２０の表面欠陥は線
状である。（ａ）は表面欠陥の線状画像を２値化処理し
た画像であり、細線化処理前の画像である。（ｂ）は細
線化処理後の画像である。この処理により表面欠陥の骨
格が忠実に検出、表示される。図７は、ノイズ除去処理
の処理内容を示す。（ａ）はノイズ除去処理前の画像で
あり、（ｂ）はノイズ除去処理後の画像である。孤立し
た画素だけを消去し、連続しているものは消去しない。
この手法を用いてノイズだけを削除する。このように、
細線化処理、ノイズ除去処理を用いることにより表面欠
陥だけを確実に検出することができる。

【００１２】図８は、画像連結装置４３の動作フローを
示す。表面欠陥を検出した２値画像を画像連結装置４３
に入力する。Ｘ−Ｙテーブル２４により分割して撮像
し、処理された画像の座標を検出する（ステップ８
０）。画像の座標を元に分割画像を１枚の画像に結合す
る（ステップ８１）。結合された連結画像を記録装置４
１に出力する。

【００１３】図９、図１０に、本実施形態の表面欠陥検
出の処理結果を示す。図９は、撮像画像を２値化処理し
た画像である。表示装置３３にはガスタービンを構成す
る耐高温部品２０の表面欠陥形状を２値画像として表示
する。しかし、ノイズが多く混入し、表面欠陥を検出で
きない。図１０は、図９の２値化画像に細線化処理及び
ノイズ除去処理を施した画像である。ノイズを除去し、
欠陥だけを検出している様子が判る。また、検出された
表面欠陥の数、長さ等の表示及びプリントアウトした記
録に基づいて表面欠陥を定量的に評価することができ
る。

【００１４】ここで、撮像装置２１として工業用テレビ
（ＩＴＶ）カメラを用いる場合について説明したが、Ｉ
ＴＶカメラに代えて可視カメラを用いても同様にガスタ
ービンを構成する耐高温部品２０の表面欠陥を認識する
ことができる。図１１に、（ａ）水分塗布しない場合
と、（ｂ）水分塗布した場合の可視カメラによる画像を
示す。水分塗布を行った場合、水分塗布しない場合に比
し、表面欠陥が強調されて認識しやすくなっていること
が判る。

【００１５】このように、本実施形態によれば、被検体
に水分を塗布するのみで、簡単に表面欠陥のコントラス
トを強調させることができ、また、撮像した欠陥部を正
確に表示することができる。そして、塗布する物質が水
分であるので、使用後の洗浄の必要がなくなり、検査作
業を効率よく実行することができる。

【００１６】図１２は、本発明の他の実施形態を示す。
本実施形態は、図１の実施形態の被検体である耐高温部
品２０を撮像する撮像装置２１として赤外線カメラ２
５、照明装置２３として赤外線照明灯２６を用い、水分
塗布装置２２を省いた点に特徴があり、その他の構成は
同一である。以下、特徴点について説明する。赤外線カ
メラ２５を用いた場合、欠陥部のコントラストを強調す
るためには欠陥部とその周辺との赤外線放射強度の差を
大きくする必要がある。一般的には、加熱により欠陥部
とその周辺との赤外線放射強度の差を大きくするが、ガ
スタービンを構成する耐高温部品２０を対象とした場
合、被検体が大きく、材質が耐熱材のため、被検体全体
を均一に加熱するのが困難であり、欠陥部とその周辺と
の赤外線放射強度の差を大きくすることができない。そ
こで、本実施形態では、耐高温部品２０の表面に赤外線
照明灯２６を用いて赤外線を照射する。赤外線の照射に
より、耐高温部品２０の表面欠陥部とその周辺より放射
される赤外線放射強度の差が大きくなり、表面欠陥のコ
ントラストが強調される。このことにより赤外線カメラ
２５によって表面欠陥部分を撮像した場合、表面欠陥の
認識が可能となる。

【００１７】図１３に、表面欠陥を撮像及び検出する動
作フローを示す。まず、耐高温部品２０の表面欠陥を検
出するために被検体の照度、撮像倍率などを画像処理条
件データとして読み込む（ステップ１３０）。次に、被
検体の表面欠陥のコントラストを強調させるために被検
体に赤外線照明灯の照射を行う。（ステップ１３１）。
ここで、表面欠陥部とその周辺より放射される赤外線放
射強度の差によって表面欠陥のコントラストが強調され
る。続いて、表面欠陥の撮像を行い（ステップ１３
２）、２値化処理によって表面欠陥検出を行う（ステッ
プ１３３）。ここで、表面欠陥部とその周辺の放射強度
差が大きいため、２値化処理を行うことによって表面欠
陥が検出できる。最後に、表面欠陥を表示（プリント）
出力する（ステップ１３４）。

【００１８】本実施形態によれば、ガスタービンを構成
する耐高温部品に赤外線照射するのみで、簡単にかつ正
確に欠陥部を表示することができ、また、耐高温部品の
表面に欠陥部を検出するための塗布材の処理を施す必要
がないこと、また、塗布材による処理及び加熱による処
理に比較してコントラストを強調させる時間を要しない
ため、大幅な検査時間の短縮ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検体に水分を塗布するのみで、簡単に表面欠陥のコン
トラストを強調させることができ、また、撮像した欠陥
部を正確に表示することができる。そして、塗布する物
質が水分であるので、使用後の洗浄の必要がなくなり、
検査作業を効率よく実行することができる。また、本発
明によれば、ガスタービンを構成する耐高温部品に赤外
線照射するのみで、簡単にかつ正確に欠陥部を表示する
ことができ、また、耐高温部品の表面に欠陥部を検出す
るための塗布材の処理を施す必要がなく、そして、塗布
材による処理及び加熱による処理に比較してコントラス
トを強調させる時間を要しないため、大幅な検査時間の
短縮ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による表面欠陥検出装置

【図２】本発明による表面欠陥を撮像及び検出する動作
フローチャート

【図３】本発明によるＸ−ＹテーブルとＸ−Ｙテーブル
コントローラを説明する図

【図４】本発明による画像処理装置の構成図

【図５】本発明による赤表面欠陥検出装置の動作フロー
チャート

【図６】本発明による細線化処理の処理内容を示す図

【図７】本発明によるノイズ除去処理の処理内容を示す
図

【図８】本発明による画像連結装置４３の動作フローチ
ャート

【図９】本発明による撮像画像を２値化処理した画像

【図１０】本発明による細線化処理及びノイズ除去処理
を施した画像

【図１１】本発明による可視カメラによる画像

【図１２】本発明の他の実施形態

【図１３】本発明の他の実施形態による表面欠陥を撮像
及び検出する動作フローチャート

【符号の説明】

２０…ガスタービンを構成する耐高温部品２１…撮像装
置 ２２…水分塗布装置 ２３…照明装置 ２４…Ｘ−Ｙテー
ブル ２５…赤外線カメラ ２６…赤外線照明
灯 ３０…Ｘ−Ｙテーブルコントローラ ３１…画像処理装
置 ３２…制御装置 ３３…表示装置 ３４…プリンタ ４０…入力部 ４１…記録装置 ４２…表面欠陥検
出装置 ４３…画像連結装置 ４４…評価部 ４５…出力部 ９０…２値化しき
い値演算部 ９１…２値化処理部 ９２…細線化処理
部 ９３…ノイズ除去部 １２０…撮像画像座
標検出部 １２１…画像連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 妹尾 誠 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体の表面欠陥を検出するに当って、
   被検体の表面に水分を塗布し、表面欠陥部のコントラス
   トが強調される最適な撮像時間の経過後、表面欠陥部を
   撮像し、撮像して得た濃淡画像を２値化処理して表面欠
   陥を検出することを特徴とする表面欠陥検出方法。
2. 【請求項２】 最適な撮像時間は、水分の乾燥過程にお
   いて被検体の表面が乾き、表面欠陥部にのみに水分が残
   った状態になる時間であることを特徴とする請求項１に
   記載の表面欠陥検出方法。
3. 【請求項３】 被検体の表面欠陥を検出するに当って、
   被検体の表面に赤外線を照射し、表面欠陥部とその周辺
   との赤外線放射強度の差を利用して表面欠陥部のコント
   ラストを強調させた後、赤外線カメラにより表面欠陥部
   を撮像し、撮像して得た濃淡画像を２値化処理して表面
   欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検出方法。
4. 【請求項４】 被検体の表面に水分を塗布して被検体の
   表面欠陥を検出する表面欠陥検出装置であって、被検体
   の表面に水分を塗布する手段と、被検体の表面を照明す
   る手段と、表面欠陥部を撮像する手段と、撮像手段を取
   り付けた撮像位置決め手段と、撮像して得た濃淡画像を
   ２値化処理する画像処理手段と、画像処理結果を表示す
   る手段を有し、被検体の表面に水分を塗布して表面欠陥
   部のコントラストが強調される最適な撮像時間の経過後
   に表面欠陥を表示することを特徴とする表面欠陥検出装
   置。
5. 【請求項５】 被検体の表面に赤外線を照射して被検体
   の表面欠陥を検出する表面欠陥検出装置であって、被検
   体の表面に赤外線を照射する手段と、表面欠陥部を撮像
   する赤外線カメラと、赤外線カメラを取り付けた撮像位
   置決め手段と、撮像して得た濃淡画像を２値化処理する
   画像処理手段と、画像処理結果を表示する手段を有し、
   被検体の表面に赤外線を照明して表面欠陥部のコントラ
   ストを強調させた後に表面欠陥を表示することを特徴と
   する表面欠陥検出装置。