JPH11337503A - 金属材の品質判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材表面を溶削したときに発生する火花を
正確に検出する方法を提供する。 【解決手段】 テレビカメラで溶融池を撮影し、画像信
号に２回微分処理を行ない、二値化及びラベリング処理
によって火花を検出し、溶削方向に交差する方向の距離
が所定範囲内の火花は同一の火花であると判定し、ま
た、連続した複数のフレームにおいて火花が検出された
場合で、火花の移動方向及び移動速度が溶削方向と溶削
速度に一致したとき、これら複数のフレームに亘って撮
影された火花は同一であると判定し、また、溶融池の如
何なる位置で火花が発生したかを検出することにより、
発生原因となった欠陥が存在した深さを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理による金
属材の品質判定方法に関し、特に、金属材表面を溶削す
ることによって生じた溶融池を撮影し、該画像から欠陥
火花を検出し、欠陥の数及び存在する深さを検出する金
属材の品質判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工業的大量生産品である鋼材をはじめと
する金属材は、一般に溶解・鋳造・圧延などの工程を経
て製造されるが、これらの工程にはそれぞれ固有の欠陥
が発生する要因がある。

【０００３】金属材の中に存在する欠陥は、金属材の使
用上の諸性質に影響を及ぼす。特に疲れ強さを考える場
合には欠陥を無視することができず、その検出は非常に
重要である。そこで、板材等の素材である連続鋳造鋼片
では、溶削の際に表層介在物から発生する火花を画像処
理によって欠陥を検出する方法が広く用いられている。

【０００４】溶削によって生じた火花の特性として、高
速に溶削した場合では火花は溶削方向に長く伸びた形状
となり、また、明るさのむらが生じて火花が途切れ、一
つの火花が複数の火花に分断されて撮影されることがあ
る。図１３は分断されて撮影された火花の模式図であ
る。火花４２ａ，４２ｂ及び４３ａ，４３ｂはそれぞれ
一つの火花が分断されて撮像されたものである。分断さ
れた火花は、図において４２ａ，４２ｂの如く長手方向
に途切れる火花と、４３ａ，４３ｂの如く幅方向に途切
れる火花がある。

【０００５】長手方向に分断された火花の正しい認識に
有効な方法としては、特開昭５６−１０７６８０号公報
に開示されたものがある。この方法では、画像の多数の
走査線中より任意に複数の計測用走査線を設定し、画像
の略縦方向に伸びた火花を検出する際、火花が複数本の
計測用走査線に跨って計測されており、しかも該計測が
各計測用走査線間で走査線の垂直方向から左右両側に所
定の角度の計測領域内でなされている場合、それらの像
を一つの火花であると判定することにより、長手方向に
分断された火花を同一の火花として認識することを可能
としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如き
従来の方法では、火花の長手方向に像が分かれて検出さ
れることしか考慮されておらず、幅方向に分かれて検出
された際には同一の火花を複数の別の火花として判定し
てしまう虞がある。また、複数のフレームに亘って撮影
された火花の同一性の判定については考慮されていなか
った。しかし、溶削による欠陥からの火花の発生は瞬時
の現象であるが、大きな欠陥から火花が発生した場合に
は、複数のフレームに亘って火花が撮影されることがあ
る。特に、高速度ビデオカメラを用いて撮影した場合に
おいても、一つの火花が複数のフレームに亘って撮影さ
れることがある。従来の方法では、一つの火花が複数の
フレームに亘って撮影された場合、撮影されたフレーム
分計数されることにより計数の誤差が大きくなってい
た。

【０００７】また、撮影手段への付着物の判定について
は考慮されていなかった。しかし、撮影手段への付着物
は、画面の同じ位置に検出され続けるため、従来の方法
では、付着物が撮影されたフレーム分、検出火花として
計数されることにより計数の誤差が大きくなっていた。

【０００８】更に、欠陥の分布状況も、金属材の品質に
大きな影響を与える重要な原因として知られているが、
上述した如き従来の方法においては、欠陥が存在する深
さを検出することはできなかった。本発明は斯かる事情
に鑑みてなされたものであり、検出火花の相対位置関係
より、同一フレーム内で分断されて撮影された火花の同
一性の判定、複数のフレームに亘って撮影された火花の
同一性の判定、及び、撮影手段への付着物の判定を可能
とし、また、検出火花の溶融池に対する相対位置関係よ
り、欠陥が存在する深さの検出を可能とした方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る金属材の
品質判定方法は、溶削火口と金属材表面とを相対的に移
動させながら前記金属材表面を溶削することによって発
生した溶融池を撮影手段によって撮影し、得られた画像
から前記溶融池内で金属表層部の欠陥から発生した火花
を検出することにより、金属材の品質を評価する方法に
おいて、１フレーム内の検出された火花の本数を計数
し、１フレームで火花が複数本検出されている場合に
は、２つの火花の溶削方向に交差する方向での距離を算
出し、該距離が所定範囲内であるときは、該２つの検出
火花は同一の欠陥より発生した火花であると判定するこ
とを特徴とする。

【００１０】第１発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、１つの火花が長手方向に分断された場合、分断さ
れた像は幅方向にはほぼ等しい位置にあり、また、１つ
の火花が幅方向に分断された場合、分断された像は幅方
向には高々その火花自身の幅程度の距離しか位置が違わ
ないため、溶融池内を撮影した画像から火花を検出し、
１フレーム内で検出した火花それぞれについて、火花の
幅方向の位置の違いで火花の同一性を判定することで、
長手方向へ分断された火花だけでなく、幅方向へ分断さ
れた火花の同一性の判定が可能となる。

【００１１】第２発明に係る金属材の品質判定方法は、
溶削火口と金属材表面とを相対的に移動させながら前記
金属材表面を溶削することによって発生した溶融池を撮
影手段によって撮影し、得られた画像から前記溶融池内
で金属表層部の欠陥から発生した火花を検出することに
より、金属材の品質を評価する方法において、溶削火口
とともに金属材表面に対し相対的に移動する撮影手段で
溶融池を撮影し、複数のフレームにわたって火花が検出
された場合には、２つのフレームについて、一方のフレ
ーム内の任意の１つの検出火花と、他方のフレーム内の
任意の１つの検出火花との溶削方向に交差する方向での
距離を算出し、これが所定範囲内であるか否かを判定
し、前記２つの検出火花の溶削方向での距離を算出し、
これと前記２つのフレームの撮影時間差での溶削距離と
の差が所定範囲内であるか否かを判定し、先に撮影され
た火花の画面内での位置から後に撮影された火花の画面
内での位置への向きを求め、これが溶削方向と逆向きで
あるか否かを判定して、これらの判定条件が全て満たさ
れているときには、該２つの検出火花は同一の欠陥より
発生した火花であると判定することを特徴とする。

【００１２】第２発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、１つの火花が複数のフレームに跨って撮影された
場合、火花の金属材に対する相対位置は変化しないが、
撮影手段は金属材に対して溶削速度で相対的に移動しな
がら撮影しており、従って画面では火花が溶削速度で溶
削方向と逆向きに移動しているように映っている。この
ため、複数のフレームに亘って火花が検出された場合、
これらの内の２つのフレームの検出火花で、溶削方向に
交差する方向へはほぼ同じ位置であり、溶削方向へは溶
削速度で移動し、その移動方向が溶削方向と逆向きであ
るときに、これら２つの火花は同一の欠陥より発生した
ものであると判定することで、複数のフレームに跨って
検出された火花の同一性の判定が可能となる。

【００１３】第３発明に係る金属材の品質判定方法は、
溶削火口と金属材表面とを相対的に移動させながら前記
金属材表面を溶削することによって発生した溶融池を撮
影手段によって撮影し、得られた画像から前記溶融池内
で金属表層部の欠陥から発生した火花を検出することに
より、金属材の品質を評価する方法において、溶削火口
とともに金属材表面に対し相対的に移動する撮影手段で
溶融池を撮影し、火花が検出されたフレーム数を計数
し、所定数以上のフレームにわたって火花が検出された
場合には、２つのフレームについて、一方のフレーム内
の任意の１つの検出火花と、他方のフレーム内の任意の
１つの検出火花との溶削方向に交差する方向での距離を
算出し、これが所定範囲内であるか否かを判定し、該２
つの検出火花の溶削方向での距離を算出し、これが所定
範囲内であるか否かを判定し、２つの判定条件を共に満
たしている場合には、別のフレームの火花について同様
に調べ、前記２つの判定条件を共に満たす火花が存在す
るフレーム数が所定数に達するか、または前記２つの判
定条件を共に満たす火花が存在しないフレームが現れる
まで繰り返し、所定数の検出火花が前記２つの判定条件
を共に満たしたとき、該所定数の検出火花及びこれより
後に現れ、前記２つの判定条件を共に満たす検出火花は
前記撮影手段への付着物であると判定することを特徴と
する。

【００１４】第３発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、撮影手段への付着物は、それが撮影手段へ付着し
た時点から以降付着し続けることから、初めて付着した
フレームから以降のフレームにおいて画面の同じ位置に
検出され続け、一方欠陥から発生する火花が同じ位置で
検出されることは非常に少ないため、所定数以上のフレ
ームに亘って火花が検出された場合であって、この内の
２つのフレーム内の検出火花に、溶削方向及びそれに交
差する方向での位置が共にほぼ等しいものが夫々存在
し、更に別のフレームについても前記検出火花と溶削方
向及びそれに交差する方向での位置が共にほぼ等しい検
出火花が存在し、同様の現象がその後所定数のフレーム
で連続して発生したときには、それらの火花全て及びそ
の後出現するほぼ等しい位置にある火花は撮影手段への
付着物であると判定することで、撮影手段への付着物の
判定が可能となる。

【００１５】第４発明に係る金属材の品質判定方法は、
溶削火口と金属材表面とを相対的に移動させながら前記
金属材表面を溶削することによって発生した溶融池を撮
影手段によって撮影し、得られた画像から前記溶融池内
で金属表層部の欠陥から発生した火花を検出することに
より、金属材の品質を評価する方法であって、溶融池及
び検出火花の画面内での位置を求め、これらの位置を比
較し、両者の相対位置より欠陥の深さを検出することを
特徴とする。

【００１６】図１４は溶削された金属材の斜視図であ
る。図において１は金属材である。また１８は金属材１
上を矢符により示す方向へ溶削した溶削跡であり、１８
ａは溶削跡１８の輪郭である。図１５は溶削跡１８の溶
削方向先端を拡大して描いた説明図である。１８ａ、１
８ｂ、１８ｃ及び１８ｄは等高線であり、同間隔でこの
順に低くなっている。１８ａは金属材表面の高さを表す
等高線であるため、溶削跡の輪郭線の役割も果たしてい
る。

【００１７】欠陥が溶削の進行によって金属材表面に現
れたときに火花は発生する。また、更に溶削が進んで欠
陥が完全に溶け出すか又は消失すると火花は消滅する。
即ち、溶融池中の火花発生位置と火花の原因の欠陥の深
さとの間には密接な関係がある。この関係を利用するこ
とにより、欠陥が存在する深さの検出を行なう。溶融池
の溶削方向の先端付近は金属材が新たに融け始めている
部分であり、溶融している深さは浅い部分である。一
方、溶融池の中央付近では少し溶融が進んでおり、溶融
している深さは少し深くなっている。また、溶融池の後
部付近は、更に溶融が進んでおり、溶融池が通り過ぎよ
うとしている部分であるため、溶融池中で溶融している
深さが最も深い部分である。

【００１８】溶削跡は溶融池の進行した跡であることか
ら、溶融池中の各部の溶融している深さは溶削跡から推
測することができる。溶削跡の溶削方向の先端部は溶融
池が最後に存在していた部分であり、溶融池がその形状
を保ったまま凝固したものである。したがって溶削跡の
溶削方向先端部の３次元形状から、溶融池の深さ分布を
推測することができる。また、溶削条件が等しい場合に
は溶融池の形状はほぼ等しいため、溶融池の形状は、そ
の溶融池によって生じた溶削跡からだけでなく、等しい
溶削条件で溶削したときの別の溶削跡からも推測するこ
とができる。

【００１９】図１６は溶削跡の形状より求めた等高線を
溶融池内に設定したときの説明図である。図において２
２は溶融池であり、２２ａは該溶融池２２の輪郭線であ
る。また１９ａ，１９ｂは同間隔でこの順で低くなる等
高線である。等高線１９ａよりも高い領域１９ｃは溶融
池２２内で浅い部分、等高線１９ａと等高線１９ｂに挟
まれた領域１９ｄは溶融池２２内で中程度の深さの部
分、等高線１９ｂよりも低い領域１９ｅは溶融池２２内
で深い部分となる。

【００２０】第４発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、溶削条件が等しい場合、溶融池の形状はほぼ等し
く、溶融池中の各位置と金属材表面からの深さとの対応
関係はほぼ特定できるため、上方から見た溶融池中の火
花発生位置を検出することで、火花の発生原因となった
欠陥が存在する深さの検出が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る品質
判定装置の構成を示すブロック図である。図において１
は金属材である。金属材１の表面を溶削火口２１からの
溶削ガスによって溶削し、溶削方向を画面の上方向とし
てテレビカメラ３にて溶融池２２を下向きに撮影する。
溶削火口２１及びテレビカメラ３は走行台車（図示せ
ず）に取付けられており、金属材上を溶削する際には、
金属材の長手方向に定速で走行するようになっている。
テレビカメラ３には微分フィルタ５を介して画像処理装
置６が接続されている。画像処理装置６はＡ／Ｄ変換器
７、テレビカメラ３にて撮影された画像２フレーム分の
多階調画像データを格納するメモリ８、マスキング回路
９、差分フィルタ１０、二値化回路１１、テレビカメラ
３にて撮影された画像２フレーム分の二値化画像を格納
する画像メモリ１２、及び欠陥弁別器１３から構成され
ている。

【００２２】テレビカメラ３で撮影した映像を微分フィ
ルタ５に入力し、微分処理を行なったビデオ信号を得
る。図２は火花４１を含む走査線Ａ−Ａの微分後のビデ
オ信号の出力例を示す説明図である。溶融池には中央部
は明るく、周辺部は暗いという特性があるため、微分後
のビデオ信号の内、溶融池２２を横切る部分２４は、横
切りはじめる部分が最も信号レベルが高く、横切る間は
なだらかに下がり続け、横切り終る部分が最も低くな
る。

【００２３】前記微分処理した映像をＡ／Ｄ変換器７に
よって標本化してディジタル画像にしたものをｆ（ｘ，
ｙ，ｔ）とする。（ｘ，ｙ）は画面左上端を原点とし、
ｘを右が正の横方向の座標軸、ｙを下が正の縦方向の座
標軸とした直交座標、ｔは撮影順のフレーム番号を表
す。テレビカメラ３にて撮影された画像１フレーム分の
画像データがメモリ８に格納される。このメモリ８のデ
ータを読み出し、これに対してマスキング回路９によっ
て溶削ガス流２３のような火花検出に不要な信号を除く
マスキング処理が施される。

【００２４】続いて、差分フィルタ１０により、 ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ）＝ｆ（ｘ−ｄｘ，ｙ，ｔ）−ｆ（ｘ
＋ｄｘ，ｙ，ｔ） が求められる。図３は、あるｙ，ｔにおいて走査線Ａ−
Ａが溶融池２２内の火花４１を横切っているときのビデ
オ信号について、ｆ１を求めた結果を示す説明図であ
る。このときのｆは前述したように、溶融池２２を横切
る間なだらかに下がり続ける。この信号に更に差分処理
が施されることにより、溶融池２２自体の緩やかな明る
さの変化の影響が抑制され、火花によるピーク４１だけ
が強調されることとなる。強調された火花が検出される
ように、差分処理が施された画像データを適宜の閾値１
９で二値化する。この様にして得られたテレビカメラ３
の一画面分の前記二値画像データが画像メモリ１２に記
憶され、欠陥弁別器１３に入力される。

【００２５】図４はＭＰＵ及びメモリによって構成され
た欠陥弁別器１３の処理を示すフローチャートである。
欠陥弁別器１３の処理は５つの処理手順から構成されて
いる。まず火花を検出し（ステップＳ１）、１つのフレ
ーム内に検出された複数の火花の同一性を判定し（ステ
ップＳ２）、連続した複数のフレームに亘って検出され
た火花の同一性を判定し（ステップＳ３）、火花として
検出された領域がテレビカメラ３への付着物であるか否
かを判定し（ステップＳ４）、次いで、火花が発生した
欠陥が存在した深さを判定し（ステップＳ５）、検査が
継続されているときはＳ１から処理を繰り返し、検査が
終了しているときは処理を終了する（ステップＳ６）。

【００２６】図５は火花の検出Ｓ１の処理手順を示すフ
ローチャートである。最も新しいフレームｔの二値画像
データを読み込み（ステップＳ１１）、連続領域をひと
まとめにして番号付けしていくラベリング処理を行なう
（ステップＳ１２）。ひとまとめにされた各連続領域の
画素数、つまり火花の面積と、各連続領域の画面上最も
下の位置にある画素の座標、つまり火花の根本位置が求
められる（ステップＳ１３）。これは次のような原理に
よる。溶融池には溶融池内の下端付近の一点に溶削ガス
が吹き付けられており、火花はこの点から放射する方向
へ伸びる性質がある。また、高速に溶削すると溶融池の
幅はあまり広がらないため、火花の方向はほぼ画面の上
方向と同じであり、よって火花の下端が根本位置とな
る。付着物リスト１６ｂから付着物の座標データ（ｘ０
ｉ、ｙ０ｉ）を読み込み（ステップＳ１４）、次の条件
α、 ｜ｘｉ−ｘ０ｉ｜＞ｄｘ０ 又は ｜ｙｉ−ｙ０ｉ｜＞ｄｙ０ を満たすか否かを調べる（ステップＳ１５）。ただし、
ｄｘ０，ｄｙ０は、実績から得られた溶削速度と検出誤
差の相関より予め決めておく。条件αを満足している場
合、付着物データがまだ残っているか否かを調べ（ステ
ップＳ１６）、残っていればステップＳ９から処理を繰
り返す。一方、残っていない場合は、画像番号ｔ、画像
内の火花番号ｉに対する火花ｉの面積Ａｉ、火花ｉの根
本のｘ座標ｘｉ及び火花ｉの根本のｙ座標ｙｉをリスト
１６ａに追加する（ステップＳ１７）。リスト１６ａに
データを追加したか、または条件αを満足していない場
合、検出火花の残りを調べ（ステップＳ１８）、残って
いる場合は、ステップＳ８から処理を繰り返す。一方、
残っていない場合は処理を終了する。

【００２７】リスト１６ａは、画像番号、火花番号、火
花の根本座標、及び後述するように求められた欠陥深さ
からなる火花のデータで構成される。また、テレビカメ
ラ３への付着物と判定された領域のデータで付着物リス
ト１６ｂが構成され、両者は欠陥弁別器１３内のメモリ
に格納される。これらは欠陥弁別器１３からの要求に応
じてデータの追加、削除、変更、参照等の操作が行なわ
れる。

【００２８】図６は同一フレーム内の火花の同一性の判
定Ｓ２の処理手順を示したフローチャートである。最も
新しいフレームｔの火花データをリスト１６ａから読み
込み（ステップＳ２１）、フレームｔの火花数Ｎを計数
する（ステップＳ２２）。Ｎ＞１の場合は（ステップＳ
２３）、フレームｔ内の一つの火花ｉを選び（ステップ
Ｓ２４）、更にフレームｔ内の一つの火花ｊを選ぶ（ス
テップＳ２５）。次の条件β、 ｜ｘｊ−ｘｉ｜＜ｄｘ１ を満足するか否かを調べる（ステップＳ２６）。ここ
で、ｄｘ１は火花の太さ及び火花の方向のｙ方向からの
ずれを考慮して次のように予め決めておく。実績から、
同じ溶削条件のときの火花の最大長さＬ、火花の最大太
さＷ、及び火花の方向のｙ軸方向からの最大傾斜角θを
求め、 ｄｘ＝Ｌｃｏｓθ＋Ｗｓｉｎθ としている。

【００２９】ステップＳ２６で前記条件βを満足した場
合、後述のようにしてリスト１６ａの更新を行なう（ス
テップＳ２７）。一方、満足しなかった場合は、リスト
１６ａの更新は行なわない。

【００３０】次いで、火花ｉと同一判定を行なっていな
い火花がないか否かを調べ（ステップＳ２８）、残って
いる場合は、残りがなくなるまでステップＳ２５以降の
処理を繰り返す。残りがなくなった場合は、ｉとして選
び出せる火花が残っているか否かを調べ（ステップＳ２
９）、残っている場合は、残りがなくなるまでステップ
Ｓ２４以下の処理を繰り返す。ステップＳ２３でＮ＞１
を満たさないか、または、火花の全組合せを調べ終えた
ときは、処理を終了する。

【００３１】図７はリスト１６ａの更新Ｓ２７の処理手
順を示すフローチャートである。まず、火花ｉの面積Ａ
ｉに火花ｊの面積Ａｊを加える（ステップＳ３１）。次
の条件γ、 ｙｊ＞ｙｉ を満足するか否かを調べ、ｙ座標値の大きい方が溶削源
に近いと判断して、条件γを満足した場合（ステップＳ
３２）、火花ｉの座標に火花ｊの座標を入れ換える（ス
テップＳ３３）。次に、リスト１６ａから火花ｊのデー
タを全て削除する（ステップＳ３４）。

【００３２】図８は複数のフレームに亘って検出された
火花の同一性の判定Ｓ３の処理手順を示すフローチャー
トである。まず、過去に撮影しているフレーム数は２以
上あるか否かを調べ（ステップＳ４１）、なければ終了
する。２以上ある場合、最も新しい２つのフレームｔ−
１，ｔの火花データをリスト１６ａから読み込む（ステ
ップＳ４２）。フレームｔの火花数Ｎ（ｔ）を計数し
（ステップＳ４３）、フレームｔ−１の火花数Ｎ（ｔ−
１）を計数する（ステップＳ４４）。次の条件δ、 Ｎ（ｔ）≠０ 及び Ｎ（ｔ−１）≠０ を満たしているか否かを調べ（ステップＳ４５）、満た
している場合は、２フレーム間の火花の同一性判定を行
ない（ステップＳ４６）、終了する。満たしていない場
合は、そのまま終了する。

【００３３】図９は２フレーム間の火花の同一判定Ｓ４
６の処理手順を示したフローチャートである。まず、フ
レームｔの中の一つの火花ｉを選び（ステップＳ５
１）、フレームｔ−１の中からも一つの火花ｊを選ぶ
（ステップＳ５２）。次の条件ε、 ｜ｘｉ（ｔ）−ｘｊ（ｔ−１）｜＜ｄｘ１ ｜ｙｉ（ｔ）−ｙｊ（ｔ−１）｜−｜ｙｃ｜＜ｄｙ１ ｙｉ（ｔ）−ｙｊ（ｔ−１）＞０ をすべて満たしているか否かを調べる（ステップＳ５
３）。ここで、ｙｃはフレーム間の間に火口が移動する
距離である。また実績により、ｙ方向の距離の誤差は溶
削速度に比例して大きくなることが分かっている。よっ
て、ｄｙは溶削速度に所定数を乗じたものとして予め決
めておく。

【００３４】ステップＳ５３で前記条件εをすべて満足
した場合、フレームｔ−１の火花ｊのデータをリスト１
６ａから削除する（ステップＳ５４）。これは、欠陥弁
別器１３における処理は新しいフレームの方に順次移行
していくため、フレーム間で重複しているデータは新し
いフレームの方に集約させていく方が処理しやすいこと
による。一方満足しなかった場合には、ｊとして選び出
せる火花がフレームｔ−１の中に残っているか調べ（ス
テップＳ５５）、残っている場合には残りの中から火花
ｊを選び出し、ｉとｊが条件εを満足するか又は残りが
なくなるまで繰り返す。次に、ｉとして選び出せる火花
がフレームｔに残っているか調べ（ステップＳ５６）、
残っている場合には、新たに火花ｉを選んだ後、同様の
処理を繰り返す。

【００３５】図１０，１１はテレビカメラ３への付着物
の判定Ｓ４の処理手順を示すフローチャートである。ま
ず、過去に撮影したフレーム数ｆは所定数ｎに対し、 ｆ≧ｎ を満たすか否かを調べ（ステップＳ６１）、満たさない
場合は処理を終了する。ここで実績により、同じ溶削条
件及び検査条件のときの火花が連続して検出された最大
フレーム数を求め、これをｎとしている。ステップＳ６
１における条件を満たしている場合は、最も新しいｎ枚
のフレーム、 ｔ−ｎ＋１，…，ｔ の火花データをリスト１６ａから読み込み（ステップＳ
６２）、夫々のフレーム中の火花数を計数する（ステッ
プＳ６３）。火花が検出されていないフレームがないか
調べ（ステップＳ６４）、火花が検出されていないフレ
ームがある場合、処理は終了する。一方、火花が検出さ
れていないフレームがない場合、フレームｔの中の火花
ｉを選び（ステップＳ６５）、カウンタｃを１に初期化
する（ステップＳ６６）。フレームｔ−ｃの中の火花ｊ
を選ぶ（ステップＳ６７）。次の条件ζ、 ｜ｘｊ（ｔ−ｃ）−ｘｉ（ｔ）｜＜ｄｘ０ 及び ｜ｙｊ（ｔ−ｃ）−ｙｉ（ｔ）｜＜ｄｙ０ を調べ（ステップＳ６８）、前記条件ζを満たした場
合、ｃの値をインクリメントし（ステップＳ６９）、ｃ
の値が所定数ｎに達しているかを調べる（ステップＳ７
０）。ｃ＝ｎの場合は、ｉの座標を付着物リスト１６ｂ
に加え（ステップＳ７１）、フレームｔ−ｎ＋１，…，
ｔのｉと座標が一致する全ての火花のデータをリスト１
６ａから削除する（ステップＳ７２）。

【００３６】一方、ステップＳ６８において前記条件ζ
を満たさなかった場合には、ｊとして選び出せる火花が
フレームｔ−ｃ中に残っているか調べ（ステップＳ７
３）、残っている場合には残りの中から火花ｊを選び出
し、ｉとｊが前記条件ζを満たすか又は残りがなくなる
まで繰り返す。ステップＳ７０においてｃ≠ｎであった
場合は、ステップＳ６７以降の処理を繰り返す。また、
ステップＳ７０においてｃ＝ｎを満たすか又はｔ−ｃ中
の全ての火花が前記条件ζを満たさないときまで以上の
処理を繰り返す。

【００３７】次に、ｉとして選び出せる火花がフレーム
ｔ１に残っているか調べ（ステップＳ７４）、残ってい
る場合には、ステップＳ６５以降の処理を繰り返す。残
っていない場合は処理を終了する。

【００３８】本実施の形態では、処理を行ないたい溶融
池と等しい溶削条件のもとで溶削を行なった溶削跡か
ら、予め図１６に示すような楕円に近似した溶融池の輪
郭線２２ａ及び放物線に近似した２本の等高線１９ａ，
１９ｂを求めておく。また、事前にサンプルとして実際
に撮影された溶融池の最も長い縦の長さ、最も長い横の
長さ、縦に最も長いｘ座標ｘ０、及び横に最も長いｙ座
標ｙ０を求めておき、楕円たる輪郭線２２ａ、及び２本
の放物線たる等高線１９ａ，１９ｂを縦横比に合わせて
変形、大きさに合わせて拡大、または縮小し、輪郭線２
２ａの中心座標を（ｘ０，ｙ０）に合わせるように移動
しておく。検出火花の座標が等高線１９ａより上にある
ときは、領域１９ｃに属し、１９ａの上にはなく、等高
線１９ｂの上にあるときは領域１９ｄに属し、等高線１
９ｂの上にないときは領域１９ｅに属するとすることに
よって、検出火花が１９ｃ、１９ｄ、または１９ｅの何
れの領域に属するかを調べ、欠陥の深さを浅い、中程
度、または深いの３つの深さの何れかに判定する。

【００３９】図１２は欠陥の深さの判定Ｓ５の処理手順
を示すフローチャートである。最も新しいフレームｔの
火花データをリスト１６ａから読み込み（ステップＳ８
１）、フレームｔ中に火花が検出されているか否かを調
べる（ステップＳ８２）。火花が検出されていない場合
は、処理を終了する。火花が検出されている場合は、フ
レームｔにおいて一つの火花ｉを選ぶ（ステップＳ８
３）。火花ｉは領域１９ｃで検出されたか否かを調べ
（ステップＳ８４）、１９ｃ内で検出されている場合、
ｉは浅い部分の欠陥より発生していると判定される（ス
テップＳ８５）。１９ｃ内で検出されていない場合、領
域１９ｄで検出されたか否かを調べる（ステップＳ８
６）。１９ｄ内で検出されている場合、ｉは中程度の深
さの部分の欠陥より発生していると判定される（ステッ
プＳ８７）。１９ｄ内で検出されていない場合、ｉは深
い部分の欠陥より発生していると判定される（ステップ
Ｓ８８）。フレーム内にｉとして選び出せる火花が残っ
ているか調べ（ステップＳ８９）、残っている場合、新
たにｉを選び処理を繰り返す。フレームｔ内の全ての火
花について判定し終えた場合は処理を終了する。

【００４０】なお、前述の連続した撮影で火花が計測さ
れ、同一の火花と判定された場合には、その深さは最初
にその火花が計測された深さを採用してもよいし、ま
た、最も面積の大きい火花が計測された深さを採用して
もよい。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した如く第１発明に係る金属材
の品質判定方法によれば、溶削方向に交差する方向、つ
まり、撮影した画像の横方向での火花同士の距離を利用
して分断された火花の同一性の判定を行なうことによ
り、長手方向だけでなく、幅方向へ分断された火花にお
いても同一性の判定が可能となり、また、角度を用いた
処理を行なわないため、高速に処理を行なうことができ
る。

【００４２】第２発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、複数のフレームに亘って火花の移動方向及び移動
速度とテレビカメラの進行方向及び進行速度を比較する
ことで、連続した複数のフレームに撮影された火花の同
一性の判定が可能となる。

【００４３】第３発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、所定数以上のフレームに亘って同一の位置に火花
が検出されている場合にそれらの火花全て及びその後出
現する同じ位置にある全ての火花を撮影手段への付着物
であるとすることにより、火花と撮影手段への付着物と
の弁別が可能となる。

【００４４】第４発明に係る金属材の品質判定方法によ
れば、火花の溶融池中の発生位置を特定することによ
り、発生原因となった欠陥の金属表面からの深さを検出
できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る品質判定装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】火花を含む走査線Ａ−Ａにおけるハイパスフィ
ルタを透過した後の信号を示す説明図である。

【図３】火花を含む走査線Ａ−Ａにおける差分処理した
後の信号を示す説明図である。

【図４】欠陥弁別器１３の処理を示すフローチャートで
ある。

【図５】火花の検出Ｓ１の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図６】同一フレーム内の火花の同一性の判定Ｓ２の処
理手順を示すフローチャートである。

【図７】リスト１６ａの更新Ｓ２７の処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図８】複数のフレームに亘って検出された火花の同一
性の判定Ｓ３の処理手順を示すフローチャートである。

【図９】２フレーム間の火花の同一性の判定Ｓ４６の処
理手順を示すフローチャートである。

【図１０】テレビカメラ３への付着物の判定Ｓ４の処理
手順を示すフローチャートである。

【図１１】テレビカメラ３への付着物の判定Ｓ４の処理
手順を示すフローチャートである。

【図１２】欠陥の深さの判定Ｓ５の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１３】分断されて撮影された火花の模式図である。

【図１４】溶削した金属材と溶削跡を示す斜視図であ
る。

【図１５】溶削跡の各位置と金属表面からの深さとの対
応を示す説明図である。

【図１６】溶融池中の各位置と金属表面からの深さとの
対応を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 金属材 ２２ 溶融池 ３ テレビカメラ ４１ 火花 ５ 微分フィルタ ６ 画像処理装置 １３ 欠陥弁別器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤澤 和夫 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶削火口と金属材表面とを相対的に移動
   させながら前記金属材表面を溶削することによって発生
   した溶融池を撮影手段によって撮影し、得られた画像か
   ら前記溶融池内で金属表層部の欠陥から発生した火花を
   検出することにより、金属材の品質を評価する方法にお
   いて、 １フレーム内の検出された火花の本数を計数し、１フレ
   ームで火花が複数本検出されている場合には、２つの火
   花の溶削方向に交差する方向での距離を算出し、該距離
   が所定範囲内であるときは、該２つの検出火花は同一の
   欠陥より発生した火花であると判定することを特徴とす
   る金属材の品質判定方法。
2. 【請求項２】 溶削火口と金属材表面とを相対的に移動
   させながら前記金属材表面を溶削することによって発生
   した溶融池を撮影手段によって撮影し、得られた画像か
   ら前記溶融池内で金属表層部の欠陥から発生した火花を
   検出することにより、金属材の品質を評価する方法にお
   いて、 溶削火口とともに金属材表面に対し相対的に移動する撮
   影手段で溶融池を撮影し、複数のフレームにわたって火
   花が検出された場合には、２つのフレームについて、一
   方のフレーム内の任意の１つの検出火花と、他方のフレ
   ーム内の任意の１つの検出火花との溶削方向に交差する
   方向での距離を算出し、これが所定範囲内であるか否か
   を判定し、前記２つの検出火花の溶削方向での距離を算
   出し、これと前記２つのフレームの撮影時間差での溶削
   距離との差が所定範囲内であるか否かを判定し、先に撮
   影された火花の画面内での位置から後に撮影された火花
   の画面内での位置への向きを求め、これが溶削方向と逆
   向きであるか否かを判定して、これらの判定条件が全て
   満たされているときには、該２つの検出火花は同一の欠
   陥より発生した火花であると判定することを特徴とする
   金属材の品質判定方法。
3. 【請求項３】 溶削火口と金属材表面とを相対的に移動
   させながら前記金属材表面を溶削することによって発生
   した溶融池を撮影手段によって撮影し、得られた画像か
   ら前記溶融池内で金属表層部の欠陥から発生した火花を
   検出することにより、金属材の品質を評価する方法にお
   いて、溶削火口とともに金属材表面に対し相対的に移動
   する撮影手段で溶融池を撮影し、火花が検出されたフレ
   ーム数を計数し、所定数以上のフレームにわたって火花
   が検出された場合には、２つのフレームについて、一方
   のフレーム内の任意の１つの検出火花と、他方のフレー
   ム内の任意の１つの検出火花との溶削方向に交差する方
   向での距離を算出し、これが所定範囲内であるか否かを
   判定し、該２つの検出火花の溶削方向での距離を算出
   し、これが所定範囲内であるか否かを判定し、２つの判
   定条件を共に満たしている場合には、別のフレームの火
   花について同様に調べ、前記２つの判定条件を共に満た
   す火花が存在するフレーム数が所定数に達するか、また
   は前記２つの判定条件を共に満たす火花が存在しないフ
   レームが現れるまで繰り返し、所定数の検出火花が前記
   ２つの判定条件を共に満たしたとき、該所定数の検出火
   花及びこれより後に現れ、前記２つの判定条件を共に満
   たす検出火花は前記撮影手段への付着物であると判定す
   ることを特徴とする金属材の品質判定方法。
4. 【請求項４】 溶削火口と金属材表面とを相対的に移動
   させながら前記金属材表面を溶削することによって発生
   した溶融池を撮影手段によって撮影し、得られた画像か
   ら前記溶融池内で金属表層部の欠陥から発生した火花を
   検出することにより、金属材の品質を評価する方法であ
   って、溶融池及び検出火花の画面内での位置を求め、こ
   れらの位置を比較し、両者の相対位置より欠陥の深さを
   検出することを特徴とする金属材の品質判定方法。