JPH1137949A - 表面疵検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 丸ビレットの表面疵を自動的に精度良く検知
する表面疵検知方法及び装置を提供する。 【解決手段】 撮影手段１の光軸から所定の角度だけ離
れた光軸を有する照明手段２にて丸ビレットＢに光を照
射し、丸ビレットＢを撮影手段１で撮影する。撮影した
画像に対して、微分処理，２値化処理等の画像処理を施
し、その処理結果に基づいて丸ビレットＢの表面疵Ｄを
検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、丸ビレットの表面
疵を検知する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】渦流探傷法により、丸ビレットの表面疵
を検知する方法が、特開昭63-65361号公報に開示されて
いる。図７は、その実施状態の概要を示す図であり、丸
ビレットＢの軸方向に沿って並設され、インピーダンス
が等しくなるように導体線が巻かれており、対向する側
の磁極が同極となり、丸ビレットＢの軸方向に磁力線を
生じるように励磁される一対のコイルから構成される渦
流探傷センサ５１を設置し、丸ビレットＢに渦電流を発
生させ、その一対のコイルに誘導する電圧の差に基づい
て丸ビレットＢの周方向の疵を検知する。

【０００３】また、光学的手法ににより、金属材の表面
疵を検知する方法が、「鉄と鋼：'81-S137」に提案され
ている。図８は、その検知原理を示す図である。スラブ
材Ｓの表面に対して垂直方向にレーザ光を走査させ、そ
の表面での散乱光を複数方向に設けた光検出器にて受光
する。スラブ材Ｓの表面に疵が存在する場合にはレーザ
光はあまり散乱されず（図８（ａ））、スラブ材Ｓの表
面に疵が存在しない場合にはレーザ光は適度に散乱され
る（図８（ｂ））。よって、レーザ光の散乱光の強弱に
基づいて、疵の有無を判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開昭63-65361号公報
に開示されている手法では、熱間のビレットへの適用が
不可能である、ビレットにセンサを近接させるための設
備が必要であるので規模が大きく高コストである、ビレ
ットにセンサを近接させて実施するのでトラブルが発生
しやすい等の問題がある。

【０００５】また、「鉄と鋼：'81-S137」に提案されて
いる手法では、表面が平面であるスラブ材については有
効であるが、表面が曲面であって表面性状も悪い丸ビレ
ットへの適用は困難である。また、レーザ光の照射条件
を一定に保つ必要があるので、光学系を金属材の形状に
合わせて正確に追従させなけれなばらず、設備上での支
障も大きく、この点においても、丸ビレットへの適用は
不可能である。

【０００６】以上のような事情により、丸ビレットの表
面疵、特に、表面に比較的大きな開口部を持つ鋭角状断
面の疵の検知は、オペレータの目視検査によりなされて
いた。このような人為による目視検査では、オペレータ
の熟練度に応じて検知結果にばらつきが生じ、正確な検
知結果を得るためには熟練したオペレータが必要である
という問題がある。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、丸ビレットの表面疵を自動的に精度良く検知す
ることができる表面疵検知方法及び装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る表面疵検
知方法は、丸ビレットの表面疵を検知する方法におい
て、検知対象の丸ビレットに光を照射し、前記丸ビレッ
トにおける検知範囲を特定すべく、前記光の照射方向と
特定の角度をなす方向を光軸として前記丸ビレットの表
面を撮影し、撮影した画像に画像処理を施し、その画像
処理結果に基づいて表面疵を検知することを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に係る表面疵検知方法は、請求項
１において、前記画像処理は、撮影した画像に微分処理
を施すステップと、微分処理後の画像に所定輝度の閾値
による２値化処理を施すステップと、２値化処理後の画
像における明部の分布状態に応じて表面疵の有無を判定
するステップとを有することを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る表面疵検知装置は、丸ビレ
ットの表面疵を検知する装置において、検知対象の丸ビ
レットの表面を撮影する撮影手段と、前記丸ビレットに
おける検知範囲を特定すべく、前記撮影手段の光軸に対
して特定の角度をなして前記丸ビレットを照らす照明手
段と、前記撮影手段及び照明手段の動作タイミングを制
御する制御手段と、前記撮影手段にて撮影した画像に画
像処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１１】請求項４に係る表面疵検知装置は、請求項
３において、前記画像処理手段は、撮影した画像に微分
処理を施す手段と、微分処理後の画像に所定輝度の閾値
による２値化処理を施す手段と、２値化処理後の画像に
おける明部の分布状態に応じて表面疵の有無を判定する
手段とを含むことを特徴とする。

【００１２】請求項５に係る表面疵検知装置は、請求項
３または４において、前記撮影手段及び照明手段が複数
であることを特徴とする。

【００１３】本発明の概要について説明する。丸ビレッ
トの表面に発生する鋭角断面の疵は一般的に「らせん
疵」「たてわれ」等と呼ばれ、図２に示すような幅１０
ｍｍ程度の開口部を有する断面形状をなしている。この
ような表面疵Ｄは、丸ビレットＢに対してその軸方向に
略平行に延在し、丸ビレットＢの全長にわたって続くこ
とが多い。本発明では、このような丸ビレットの表面疵
を検知する。

【００１４】図１は、本発明の表面疵検知装置の概略構
成を示す模式図である。図１においてＢは検知対象の丸
ビレットである。丸ビレットＢの上方には、丸ビレット
Ｂを撮影する撮影手段１と、撮影手段１の光軸から所定
の角度（θ）離れた光軸を有し、丸ビレットＢを照らす
照明手段２とが設けられている。撮影手段１の撮影タイ
ミング及び照明手段２の照明タイミングはタイミング制
御手段３で制御される。撮影手段１は取り込んだ画像を
画像処理手段４へ送る。画像処理手段４は、取り込まれ
た画像に対して後述するような画像処理を施し、表面疵
の有無を判定する。

【００１５】次に、動作について説明する。タイミング
制御手段３の制御により、照明手段２にて丸ビレットＢ
を照らし、撮影手段１にて丸ビレットＢを撮影する。こ
の場合に、撮影範囲に表面疵Ｄが存在すると、得られる
画像で表面疵Ｄにおいて影が作られる。本発明ではこの
影の形成が重要である。

【００１６】撮影手段１及び照明手段２の両光軸のなす
角度θの大きさに応じて、表面疵を検知できる範囲は異
なってくる。図３はこのことを示す模式図であり、図３
（ａ）は角度θが比較的小さい場合、図３（ｂ）は角度
θが比較的大きい場合を表している。本発明では、この
角度θの大きさに応じて検知範囲を規定しており、予め
角度θを知っておくことは、検知範囲を知る上で大切な
ことである。なお、図１では、１個の照明手段２を設け
ているが、丸ビレットＢの広い範囲で検知処理を行う場
合には、複数の撮影手段１及び照明手段２を設置してそ
れらの撮影タイミング及び照明タイミングを制御すれば
良い。

【００１７】撮影手段１で取り込まれた画像は画像処理
装置４に送られて、以下のような画像処理が施される。
図４は、この画像処理の基本的な流れを示すフローチャ
ートである。画像を取り込んだ後（Ｓ１）、その原画像
をまず水平方向に微分処理して（Ｓ２）、明暗のコント
ラストを強調させた画像を得る。この場合の微分係数
は、丸ビレットＢに発生する表面疵の特徴を考慮して最
適化すればよい。次に、その画像を所定輝度の閾値によ
り２値化する（Ｓ３）。次いで、検知範囲外のマスキン
グ処理，ノイズ処理等を施して（Ｓ４，５）、疵候補の
みが抽出された画像を得る。

【００１８】この疵候補のみが抽出された画像に基づい
て疵の有無を判定する（Ｓ６）。例えば、その疵は直線
状となることが多いので、抽出した疵候補について直線
度またはバラツキを指標化し、その結果に応じて疵の有
無を判定する。

【００１９】丸ビレットの表面疵を検知する際に、以上
のような表面画像に対する画像処理が必要であるのは以
下の理由による。丸ビレットは曲材であるので、その反
射特性は部位によって異なる。よって、図８に示すよう
にレーザ光を丸ビレットに走査させた場合、外表面の曲
率または表面肌の粗さの影響があって、スラブ材のよう
な疵検知は困難である。よって、疵周辺部を２次元的に
観察し、疵周辺部全体の情報から疵を認識するための画
像処理が不可欠である。また、丸ビレットは曲材である
ので、反射光が撮影手段に入射する量は均一ではなく、
得られる画像の両端は暗くなる。このような画像につい
て、単に明暗の絶対値を調べた場合、わずかな外乱に対
しても大きな影響を受けてしまう。そのため、上述した
ような微分処理を施して、明暗のコントラストを強調し
ておく必要がある。更に、丸ビレットの表面にはスケー
ルが付着している。このスケールは疵を覆い隠すだけで
なく、光学的に疵との判別が困難である。そのため、正
確に疵のみを検知するためには、疵の存在の有無を判定
する過程において、上述したような直線性等の特性を評
価する必要がある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。

【００２１】図５は、本発明の表面疵検知装置の実施の
形態の一例を示す模式図である。図５においてＢは検知
対象の丸ビレットである。丸ビレットＢは、径２２５
φ、温度５００〜９５０℃である。丸ビレットＢの上方
には、撮影手段としての２次元のＣＣＤカメラ１１が、
丸ビレットＢから約１０００ｍｍ離して設けられてい
る。また、丸ビレットＢの上方に、ＣＣＤカメラ１１の
光軸からそれぞれ±２０度，±５０度離れた方向に光軸
を有する照明手段としての４個のストロボ１２が設置さ
れている。各ストロボ１２は、丸ビレットＢから約５０
０ｍｍ離して設けられている。なお、この例では、丸ビ
レットＢの表面の１／４の領域における表面疵の検知が
可能である。

【００２２】ＣＣＤカメラ１１は、カメラコントローラ
１３にて撮影動作が制御され、各ストロボ１２は、スト
ロボコントローラ１４の制御によるストロボ電源１５の
オン／オフにより照明動作が制御される。また、１６
は、ＣＣＤカメラ１１が撮影する、１秒あたり３０コマ
の画像からなる動画像の１コマの画像を記憶するイメー
ジフリーザであり、１７は、イメージフリーザ１６で記
憶した画像に画像処理を施して丸ビレットＢの表面疵を
検知する画像処理ボード１７ａと、ディジタル信号の入
出力を行ってストロボコントローラ１４及びイメージフ
リーザ１６を制御するＤＩＯボード１７ｂと、後述する
各種の演算処理を行うＣＰＵ１７ｃとを有するパーソナ
ルコンピュータである。

【００２３】ＤＩＯボード１７ｂは、検知開始信号をス
トロボコントローラ１４へ出力し、ストロボコントロー
ラ１４は、ＣＣＤカメラ１１及び各ストロボ１２の同期
をとるために、画像の取り込みを指示する信号（ＴＲＩ
Ｇ信号）をイメージフリーザ１６へ出力する。一方、イ
メージフリーザ１６は、各ストロボ１２を点灯させるた
めの信号（ＳＴＲＯＢＯ信号）、及び、画像取り込みの
完了を知らせるための信号（ＶＡＬＩＤ信号）をストロ
ボコントローラ１４へ出力する。

【００２４】このような構成により、各ストロボ１２の
光照射と同時にＣＣＤカメラ１１が撮影した１コマの画
像を取り込めるように、ストロボコントローラ１４及び
イメージフリーザ１６によりＣＣＤカメラ１１と各スト
ロボ１２とは同期がとられており、各ストロボ１２の光
照射順序及び光照射タイミングはパーソナルコンピュー
タ１７によって制御可能となっている。

【００２５】次に、動作について説明する。パーソナル
コンピュータ１７にて４個のストロボ１２を順次１つず
つ点灯させて光を丸ビレットＢに照射し、その照射タイ
ミングに同期する、ＣＣＤカメラ１１で撮影した４コマ
の画像をパーソナルコンピュータ１７の画像処理ボード
１７ａに取り込む。検知処理が開始されると、まず、パ
ーソナルコンピュータ１７のＤＩＯボード１７ｂは検知
開始信号をストロボコントローラ１４へ出力する。そし
て、ストロボコントローラ１４は、同期をとるためにＴ
ＲＩＧ信号をイメージフリーザ１６へ出力する。イメー
ジフリーザ１６は、ストロボ照射の指示を示すＳＴＲＯ
ＢＯ信号をストロボコントローラ１４へ出力する。スト
ロボコントローラ１４は、このＳＴＲＯＢＯ信号を入力
すると、対応するストロボ電源１５をオンにして１つの
ストロボ１２を瞬間的に点灯（フラッシュ）させる。同
時に、イメージフリーザ１６にてＣＣＤカメラ１１から
の１コマの画像を取り込む。画像の取り込みが完了する
と、イメージフリーザ１６は、その旨を示すＶＡＬＩＤ
信号をストロボコントローラ１４へ出力する。このよう
なストロボ照射処理及び画像取り込み処理を同期させ
て、各ストロボ１２毎に行って、４コマの画像を得る。

【００２６】次に、得られた各画像に画像処理を施し
て、表面疵の有無を判定する。まず、原画像をまず水平
方向（丸ビレットＢの周方向：Ｘ軸方向）に微分処理
し、明暗のコントラストが大きい部分を強調する。その
後、所定輝度の閾値に応じて２値化処理を行った後、マ
スキング処理，ノイズ処理等を施して、疵候補を明部と
して抽出する。

【００２７】そして、この疵候補が抽出された画像から
疵を検知する。図６はその疵検知の概念を示す図であ
る。図６（ａ）は、疵候補が抽出された画像の模式図で
あり、ハッチングを付していない部分が疵候補として抽
出された領域を示す。図６（ａ）に示す２値化画像につ
いて垂直方向（丸ビレットＢの軸方向：Ｙ軸方向）の明
部の数を度数分布として求める。この度数分布は、疵候
補の明部の画素数をＹ軸方向毎に計数することによって
求められ、図６（ａ）の画像に対する度数分布を図６
（ｂ）に示す。

【００２８】得られた度数分布における各種の指標（各
明部集団の最大画素数，幅，偏差，広がり等）に鑑み
て、疵の有無を検知する。例えば、最大の明部集団を抽
出し、その集団における最大画素数が所定の閾値を越え
ている場合には、その集団の領域を表面疵と判定する。
各集団の最大画素数が小さいことは、２値化画像の明部
集団が少なくて途切れ途切れに存在していることを意味
するので、このような場合には表面疵とは判定しない。
また、集団の幅が広いまたは集団の偏差が大きいと、２
値化画像の明部集団が垂直方向から傾いていると考えら
れるので、このような場合にも表面疵とは判定しない。
このように、度数分布での各種の指標を評価することに
より表面疵の有無を判定できる。

【００２９】なお、上述した例では、丸ビレットＢ表面
の周方向の１／４の領域のみについて表面疵を検知する
構成としたが、このような装置を４組設置する場合に
は、丸ビレットＢ表面の全周領域に対して表面疵を検知
できる。また、ＣＣＤカメラ１１及びストロボ１２を丸
ビレットＢに対して揺動させ得るような構成にすれば、
図５に示す構成にて丸ビレットＢ表面の全周領域に対し
て表面疵を検知できる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明では、丸ビレットの
表面を撮影し、撮影した画像を画像処理して表面疵を検
知するので、丸ビレットの表面疵を自動的に精度良く検
知することができる。また、本発明の装置は丸ビレット
から比較的離して設置しても検知可能であるので、丸ビ
レットとの接触に伴うトラブルの発生頻度は少なく、メ
ンテナンス性が良い。また、装置費用も低コストであ
る。

【００３１】更に、丸ビレットが常温である場合だけで
なく、１０００℃程度の熱間過程でも表面疵を検知でき
るため、その製造直後での疵検知が可能であり、品質管
理を図るための製造装置へのフィードバック調整を迅速
に行え、歩留り向上にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面疵検知装置の概略構成を示す模式
図である。

【図２】丸ビレットの表面疵の代表的形状を示す図であ
る。

【図３】撮影手段及び照明手段の両光軸がなす角度差に
よる表面疵検知範囲の違いを示す模式図である。

【図４】画像処理の基本的な流れを示すフローチャート
である。

【図５】本発明の表面疵検知装置の実施の形態の一例を
示す模式図である。

【図６】表面疵の有無判定の概念を示す図である。

【図７】従来の表面疵検知方法の実施状態の概要を示す
図である。

【図８】従来の金属材の表面疵検知方法の検知原理を示
す図である。

【符号の説明】

１ 撮影手段 ２ 照明手段 ３ タイミング制御手段 ４ 画像処理手段 １１ ＣＣＤカメラ １２ ストロボ １４ ストロボコントローラ １６ イメージフリーザ １７ パーソナルコンピュータ １７ａ 画像処理ボード Ｂ 丸ビレット Ｄ 表面疵

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸ビレットの表面疵を検知する方法にお
   いて、検知対象の丸ビレットに光を照射し、前記丸ビレ
   ットにおける検知範囲を特定すべく、前記光の照射方向
   と特定の角度をなす方向を光軸として前記丸ビレットの
   表面を撮影し、撮影した画像に画像処理を施し、その画
   像処理結果に基づいて表面疵を検知することを特徴とす
   る表面疵検知方法。
2. 【請求項２】 前記画像処理は、撮影した画像に微分処
   理を施すステップと、微分処理後の画像に所定輝度の閾
   値による２値化処理を施すステップと、２値化処理後の
   画像における明部の分布状態に応じて表面疵の有無を判
   定するステップとを有する請求項１記載の表面疵検知方
   法。
3. 【請求項３】 丸ビレットの表面疵を検知する装置にお
   いて、検知対象の丸ビレットの表面を撮影する撮影手段
   と、前記丸ビレットにおける検知範囲を特定すべく、前
   記撮影手段の光軸に対して特定の角度をなして前記丸ビ
   レットを照らす照明手段と、前記撮影手段及び照明手段
   の動作タイミングを制御する制御手段と、前記撮影手段
   にて撮影した画像に画像処理を施す画像処理手段とを備
   えることを特徴とする表面疵検知装置。
4. 【請求項４】 前記画像処理手段は、撮影した画像に微
   分処理を施す手段と、微分処理後の画像に所定輝度の閾
   値による２値化処理を施す手段と、２値化処理後の画像
   における明部の分布状態に応じて表面疵の有無を判定す
   る手段とを含む請求項３記載の表面疵検知装置。
5. 【請求項５】 前記撮影手段及び照明手段が複数である
   請求項３または４記載の表面疵検知装置。