WO2011061971A1 - 鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法 - Google Patents

鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法 Download PDF

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WO2011061971A1
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region
alloy
steel material
steel
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武男 中田
池田　正美
内田　和宏
誠 阪本
藤原　健二
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住友金属工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/06—Investigating by removing material, e.g. spark-testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/20—Metals

Definitions

  • the present invention relates to a steel material judgment device and a steel material judgment method for discriminating whether a steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel.
  • a steel material inspection device has been proposed for the purpose of performing the above-described determination stably and accurately (see, for example, Japanese Patent No. 3482265).
  • Japanese Patent No. 3482265 since the steel material inspection apparatus of Japanese Patent No. 3482265 is not intended to stably perform the above-described discrimination, an apparatus that can still perform the above-described discrimination stably and accurately, and Development of a method is desired.
  • the present invention provides a steel material judgment device and a steel material judgment method capable of stably and accurately discriminating whether a steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel. With the goal.
  • the present invention is caused by friction of an alloy component contained in the steel material from an imaging unit that continuously images a spark generated when the steel material is rubbed a plurality of times, and each captured image captured by the imaging unit.
  • a detection means for detecting an alloy spark region corresponding to the alloy spark, and a calculation for calculating the total number of alloy spark regions by adding up the number of alloy spark regions for each captured image detected by the detection means for all captured images And when the total number is equal to or greater than a first threshold value, the steel material is determined to be a steel material made of low alloy steel, and when the total number is less than the first threshold value, the steel material is carbon steel.
  • a discriminating means for judging that the steel material is made of a steel material.
  • the types of sparks that occur when rubbing steel materials include alloy sparks that occur only when rubbing steel materials that contain alloy components, steel materials that do not contain any alloy components, and steel materials that contain alloy components. There is a normal spark that occurs when any of them is rubbed. Comparing the case of rubbing a steel material made of carbon steel with the case of rubbing a steel material made of low alloy steel, the number of alloy sparks generated is greater when the steel material made of low alloy steel is rubbed.
  • the material determination apparatus detects an alloy spark region, which is a region in which an alloy spark image is represented, from a spark image generated when a steel material is rubbed.
  • a first threshold value for determining whether the alloy spark region is low alloy steel or carbon steel is set, and the material determination device according to the present invention is configured so that the total number of detected alloy spark regions is the first.
  • the steel material is determined as a steel material made of low alloy steel, and when it is less than the first threshold value, the steel material is determined as a steel material made of carbon steel. That is, according to the material determination apparatus according to the present invention, whether the steel material is made of carbon steel or low alloy steel is automatically determined based on the magnitude relationship between the first threshold value and the total number of detected alloy spark regions. Will be discriminated.
  • the discrimination result as to whether the steel material is made of carbon steel or low alloy steel does not depend on the skill of the inspector, and the discrimination can be performed stably.
  • the total number of alloy spark regions generated when the steel material made of low alloy steel is rubbed and the total number of alloy spark regions generated when the steel material made of carbon steel is rubbed are investigated in advance, and the first is based on the result of the investigation. If a threshold value is set, the material determination device according to the present invention can perform the discrimination with high accuracy.
  • the above-described alloy spark region, the normal spark region that is the region where the captured image of the above-described normal spark is represented, the alloy spark region, and the normal spark region There are a peripheral region located in the periphery of each of the above and a background region that is a region in which captured images of the background of the alloy spark and the normal spark are represented.
  • the alloy spark region and the normal spark region are collectively referred to as “spark region”.
  • spark region has a higher density than the peripheral region located around each spark region, and the background region has a lower density than any spark region and any peripheral region.
  • the alloy spark region and the normal spark region have different shapes.
  • the spark region is detected from the captured image by binarizing the captured image based on the density, and the alloy is detected from the spark region based on the shape of the detected spark region.
  • a method for detecting a spark region is conceivable.
  • the concentration differs between the spark regions.
  • the higher the concentration of the spark region the higher the concentration of the peripheral region located around the spark region.
  • the density of the peripheral area with high density may be higher than that of the low density spark area.
  • the threshold value for binarization is set to a density lower than the density of the spark area having a low density, even the pixels constituting the peripheral area having a high density may be detected.
  • the threshold value for binarization is set to a density higher than the density of the peripheral area having a high density, there is a possibility that the spark pixel constituting the spark area having a low density may not be detected.
  • the detection unit has a density equal to or higher than a second threshold value continuous with each other along the pixel line for one pixel line constituting each captured image.
  • a first process for detecting a spark candidate pixel group comprising pixels having a pixel, and a third density that is less than the highest density and greater than the second threshold value.
  • the pixel line is a column of pixels connected in a straight line from one end side to the other end side of the captured image in the horizontal direction or the vertical direction of the captured image, and has one pixel in the width direction of the column.
  • the spark candidate pixel group refers to a group of pixels that may be a spark region.
  • the spark pixel group refers to a group of pixels indicating a spark region.
  • the second threshold value refers to a pixel density threshold value set to detect a spark candidate pixel group from a captured image.
  • the third threshold value is a threshold value of the pixel density set to detect the pixels constituting the spark pixel group from the pixels constituting the spark candidate pixel group.
  • the first process is a process of detecting a spark candidate pixel group including pixels having a density equal to or higher than a second threshold value that are continuous with each other along the pixel line. If the upper limit value that can be taken by the second threshold value is less than or equal to the density of the spark region with the lowest density, the spark pixels (pixels constituting the spark region) that are continuous with each other along the pixel line constitute a spark candidate pixel group Detected as a pixel. Further, if the lower limit value that can be taken by the second threshold value is made higher than the density of the background area having the highest density, it is excluded that the pixels constituting each background area are detected as the pixels constituting the spark candidate pixel group. it can.
  • the concentration of the peripheral region having a high concentration may be higher than that of the spark region having a low concentration.
  • the second threshold value is set between the upper limit value and the lower limit value described above, if there is a peripheral region whose density is higher than that of the spark region, the pixels constituting the peripheral region It is detected as a constituent pixel.
  • the second process detects the highest density of the pixels constituting each spark candidate pixel group, and the pixels constituting each spark candidate pixel group with a third threshold value that is less than the highest density and higher than the second threshold value Is a process of detecting the pixels constituting the spark pixel group from the pixels constituting each spark candidate pixel group.
  • the density of the color component for detection is higher than that in the peripheral region located around the spark region.
  • the third density threshold value between the density of the spark pixels that constitute the pixel, it can be excluded that the pixels that constitute the peripheral region are detected as the spark pixels. That is, this makes it possible to accurately detect the spark pixel from the captured image.
  • an individual third threshold value can be set for each second process performed for each spark candidate pixel group. For this reason, even if the density is different between the spark regions constituting each spark candidate pixel group, the third threshold value can be set in the above-described range in the second process performed for each spark candidate pixel group, A pixel constituting a spark region from each spark candidate pixel group can be detected as a pixel constituting the spark pixel group.
  • a binarized image representing a spark pixel group is created, and a series of spark pixel groups in the binarized image is recognized as a spark region.
  • the spark pixel group includes pixels that form a spark region. For this reason, what the spark pixel group recognized as the spark region in the third process is continuous is also composed of the pixels constituting the spark region. Therefore, the spark region can be accurately detected by the third process.
  • 4th process is a process which detects an alloy spark area
  • the fourth process is based on the ratio of the width of the end part on the front side in the sparking direction and the width of the end part on the rear side in the scattering direction in the spark region certified in the third process.
  • a determination process for determining whether or not the spark region certified in the third process corresponds to the first determination pattern, and a spark region determined to correspond to the first determination pattern in the determination process is the alloy.
  • a detection process for detecting as a spark region is the first detection process.
  • the ratio of the width of the end portion on the front side in the scattering direction of the alloy spark and the width of the end portion on the rear side in the scattering direction is within a predetermined range.
  • the first determination pattern is a pattern for determining whether the ratio of the width of the end portion on the front side in the scattering direction of the alloy spark and the width of the end portion on the rear side in the scattering direction is within a predetermined range. . For this reason, according to this preferable configuration, the alloy spark region can be detected with high accuracy.
  • the determination process determines whether the spark region certified in the third process corresponds to the first determination pattern, and the direction of the spark region certified in the third process. Based on the relationship with the direction of the other spark region existing behind the spark region in the scattering direction and the length of the other spark region, the spark region recognized in the third process is determined as the second determination. It is also determined whether or not it corresponds to a pattern, and the detection process detects the spark region determined to correspond to the first determination pattern and the second determination pattern in the determination processing as the alloy spark region. And
  • the direction of the other spark and the direction of the alloy spark have a predetermined relationship, and the length of the other spark is within a predetermined range.
  • the second determination pattern is a pattern for determining whether the direction of the other spark and the direction of the alloy spark have a predetermined relationship, and whether the length of the other spark is within a predetermined range. .
  • the spark region corresponding to both the first determination pattern and the second determination pattern is more likely to be an alloy spark region than the spark region corresponding to only the first determination pattern.
  • the alloy spark region can be detected with higher accuracy than the configuration in which the spark region corresponding to the first determination pattern is detected as the alloy spark region.
  • the determination process determines whether the spark region certified in the third process corresponds to the first determination pattern and the second determination pattern, and is certified in the third process. Based on the distance between the spark region and the other spark region, it is also determined whether or not the spark region certified in the third process corresponds to a third determination pattern, and the detection process includes the determination process. Then, a spark region determined to correspond to all of the third determination pattern from the first determination pattern is detected as the alloy spark region.
  • the distance between the alloy spark and the other sparks behind the alloy spark is within a predetermined range.
  • the third determination pattern is a pattern for determining whether the distance between the alloy spark and another spark behind the alloy spark in the scattering direction is within a predetermined range. For this reason, the spark region corresponding to all of the first determination pattern to the third determination pattern is more likely to be an alloy spark region than the spark region corresponding to both the first determination pattern and the second determination pattern. . For this reason, according to this preferable configuration, the alloy spark region can be detected with higher accuracy than the configuration in which the spark region corresponding to both the first determination pattern and the second determination pattern is detected as the alloy spark region.
  • the determination process determines whether or not the spark region certified in the third process corresponds to the first determination pattern, and the spark region certified in the third process and the spark It is also determined whether or not the spark region recognized in the third process corresponds to a third determination pattern based on the distance from the other spark region existing behind the region in the scattering direction, A spark region determined to correspond to the first determination pattern and the third determination pattern in the determination process is detected as the alloy spark region.
  • a spark region corresponding to the first determination pattern and the third determination pattern is detected as an alloy spark region.
  • the alloy spark region can be detected with higher accuracy than the configuration in which the spark region corresponding to the first determination pattern is detected as the alloy spark region.
  • the discriminating means judges that the steel material is a steel material made of low alloy steel
  • the content of the alloy component in the steel material is judged based on the total number.
  • the total number of alloy sparks generated when rubbing a steel material made of low alloy steel increases as the alloy component content increases. For this reason, according to this preferable structure, content of the alloy component of the steel materials which consist of low alloy steel can be determined.
  • an alloy component contained in the steel material is rubbed from an imaging step of continuously imaging a spark generated when the steel material is rubbed a plurality of times, and each captured image captured in the imaging step.
  • the detection step of detecting the alloy spark region corresponding to the alloy spark generated by the above, and the number of alloy spark regions for each captured image detected in the detection step is summed for all captured images to calculate the total number of alloy spark regions
  • the steel material is determined to be a steel material made of low alloy steel, and when the total number is less than the first threshold value, the steel material is
  • a method for judging the material of a steel material comprising a discrimination step for judging that the steel material is made of carbon steel.
  • the imaging step is characterized by imaging a spark generated when the steel material is rubbed with a friction member pressed against the steel material with a force of 2.94N or more and 9.8N or less.
  • the force pressing the friction member against the steel is 2.94 N or more, the number of alloy sparks generated is stabilized. For this reason, according to this preferable method, it is possible to stably discriminate whether the steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel. Further, when the pressing force is 9.8 N or less, the steel material can be rubbed without giving a deep scratch to the steel material. For this reason, according to the preferable method described above, the above-described discrimination can be performed stably and accurately without giving a deep scratch to the steel material.
  • the present invention can provide a steel material judgment device and a steel material judgment method capable of stably and accurately discriminating whether a steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a steel material quality determination apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a captured image captured by the imaging unit.
  • FIG. 3 is a graph showing the density distribution of the pixel line X.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a binarized image of the captured image.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the spark region a and the spark region b of the binarized image of FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the concentration distribution in the longitudinal direction of the corresponding region.
  • FIG. 7 is a graph showing the number of alloy sparks generated when a steel material made of carbon steel and a steel material made of low alloy steel are rubbed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a steel material quality determination apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a captured image captured by the imaging unit.
  • FIG. 3 is a graph showing the density distribution of the pixel line X.
  • FIG. 8 is a graph showing the exposure time of the image pickup means and the number of spark regions appearing in the picked-up image when each of the three steel materials made of low alloy steel is rubbed at a peripheral speed of the grinder grindstone of 30 m / sec. is there.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the pressing force of the grinder's grindstone against the steel material, the number of sparks generated and the depth of scratches on the steel material.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a material determination apparatus according to the present embodiment.
  • the material determination device 1 includes an imaging unit 11.
  • a friction member (grinder 17 in this embodiment) is pressed against the steel material 18, and the imaging unit 11 continuously images the spark 19 generated from the steel material 18 by friction.
  • the peripheral surface of the disc-shaped grindstone 171 provided in the grinder 17 is pressed against the steel material 18.
  • the force which presses the peripheral surface of the grindstone 171 against the steel material 18 is 2.94N or more and 9.8N or less.
  • the peripheral speed of the grindstone 171 of the grinder 17 when rubbing the steel material 18 is 30 m / sec.
  • the exposure time of the imaging means 11 is 50 msec.
  • the imaging means 11 images the spark 19 continuously 20 times at intervals of 50 msec in 1 sec.
  • the steel material 18 contains Mo as an alloy component.
  • the types of sparks 19 generated when the steel material 18 containing Mo as an alloy component is rubbed include alloy sparks and normal sparks.
  • An alloy spark is a spark generated when a steel material containing Mo as an alloy component is rubbed.
  • a normal spark is a spark that occurs even when a steel material containing no Mo as an alloy component or a steel material containing Mo as an alloy component is rubbed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the captured image 2 captured by the imaging unit 11.
  • the right direction (direction of arrow Z) in FIG. 2 is a direction corresponding to the direction of arrow Y in FIG.
  • the direction of the arrow Y is a direction along the tangent of the part pressed against the steel material 18 among the parts of the peripheral surface of the grindstone 171 and away from the part.
  • the captured image 2 is configured by arranging M pixel lines in which N pixels are arranged in the horizontal direction in FIG. 2 in the vertical direction in FIG.
  • the captured image 2 includes an alloy spark region corresponding to an alloy spark, a normal spark region corresponding to a normal spark, a peripheral region located around each of the alloy spark region and the normal spark region, and an alloy spark and a normal spark.
  • the spark region (generic name of the alloy spark region and the normal spark region) is represented in black, the peripheral region is represented in gray, and the background region is represented in white.
  • region shown with the referential mark 24 is an alloy spark area
  • the imaging unit 11 inputs the entire captured image 2 captured as described above to the detection unit 12.
  • the detection unit 12 When the captured image 2 is input from the imaging unit 11, the detection unit 12 performs the first process on all the pixel lines of the entire captured image 2. The first process is performed for each pixel line.
  • the first process is a process of detecting a spark candidate pixel group made up of pixels having a density equal to or higher than a continuous second threshold from a pixel line to be subjected to the first process.
  • FIG. 3 is a graph showing the density distribution of the pixel line X (see FIG. 2).
  • spark regions 21, 22, 23 and peripheral regions 21 ′, 22 ′, 23 ′ located around the respective spark regions 21, 22, 23. To do.
  • each of the spark regions 21, 22, 23 has a higher concentration than the peripheral regions 21 ′, 22 ′, 23 ′ located around the spark regions 21, 22, 23.
  • the background region 20 has a lower density than any of the spark regions 21, 22, 23 and any of the peripheral regions 21 ', 22', 23 '.
  • the concentrations of the spark regions 21, 22, and 23 are different from each other. Further, the concentration in the peripheral regions 21 ′, 22 ′, and 23 ′ is higher as it is closer to the spark regions 21, 22, and 23.
  • the pixel located between the pixel X3 and the pixel X6 existing on the right side in the drawing is a pixel constituting the peripheral region 21 ′.
  • a pixel (not including the pixel X2 and the pixel X3) located between the pixel X2 and the pixel X3 is a pixel constituting the spark region 21.
  • the detection unit 12 first starts with pixels that form the pixel line X from pixels close to the end of one side of the pixel line X (the left side in FIG. 3 in the present embodiment). In order to the other side, it is determined whether or not the density is equal to or higher than the second threshold TH2.
  • This second threshold value TH2 is equal to or lower than the lowest density among the density of each pixel constituting any spark region existing in the captured image 2 and the density of each pixel constituting the background area. The concentration is higher than the highest concentration.
  • the second threshold value TH2 As a method of setting the second threshold value TH2 to a value within the above range, for example, the highest density among the densities of the pixels constituting the captured image 2 captured by the imaging unit 11 when no spark is generated. There is a method of setting a density slightly higher than the density as the second threshold value.
  • the detection unit 12 first detects the pixel X1 as a pixel having a density equal to or higher than the second threshold value TH2.
  • the detection means 12 recognizes the pixel X1 detected first as a start point pixel which is a pixel from which detection of a spark candidate pixel group is started.
  • the detection unit 12 determines that the pixel existing on the other side of the pixel line X from the start point pixel X1 has a density lower than the second threshold value TH2 in order from the pixel closer to the start point pixel X1. It is determined whether or not there is. As shown in FIG. 3, among the pixels existing on the other side of the pixel line X from the start point pixel X1, the pixel closest to the start point pixel X1 among the pixels whose density is less than the second threshold TH2 is the pixel This is a pixel X5 located between X3 and the pixel X6.
  • the detection unit 12 first detects the pixel X5 as a pixel whose density is less than the second threshold value TH2.
  • the detection unit 12 identifies the pixel X4 adjacent to the pixel X5 on one side of the pixel line X of the detected pixel X5 as an end point pixel that is a pixel for which detection of the spark candidate pixel group is finished.
  • the detecting means 12 detects a pixel group composed of pixels existing between the start point pixel X1 and the end point pixel X4 as a spark candidate pixel group 31 (see FIG. 3).
  • the pixels constituting the background region 20 become less than the second threshold value TH2, and the pixels constituting the background region 20 constitute the spark candidate pixel group 31.
  • the pixels constituting the spark regions 21, 22, and 23 are detected as the pixels constituting the spark candidate pixel group.
  • the detection unit 12 When the spark candidate pixel group 31 is detected, the detection unit 12 recognizes the start point pixel and the end point pixel from the pixels existing on the other side of the pixel line X with respect to the end point pixel X4, and determines other spark candidate pixel groups. To detect.
  • the detection means 12 includes the spark candidate pixel group 32 composed of the pixels constituting the spark region 22 and the pixels constituting the peripheral region 22 ′, and the pixels constituting the spark region 23 and the surroundings. It is assumed that a spark candidate pixel group 33 composed of pixels constituting the region 23 ′ is detected.
  • the detection unit 12 When the detection unit 12 finishes the first process for all the pixel lines of the entire captured image 2, the detection unit 12 performs the second process for all the spark candidate pixel groups.
  • the second process is performed for each spark candidate pixel group.
  • the second process is a process of detecting the pixels constituting the spark pixel group from the pixels constituting each spark candidate pixel group.
  • the detection means 12 uses a third threshold value TH31 that is less than the maximum density Cmax1 of the pixels constituting the spark candidate pixel group 31 and exceeds the second threshold value TH2, and generates a spark candidate pixel.
  • the pixels constituting the group 31 are binarized.
  • the detection unit 12 detects pixels having a density equal to or higher than the third threshold value TH31 as pixels constituting the spark pixel group 34.
  • the third threshold value TH31 is higher than the highest density among the densities of the pixels constituting the peripheral area 21 ′, and is equal to or less than the lowest density among the densities of the pixels constituting the spark area 21.
  • the spark pixel group 34 is composed of pixels constituting the spark pixel 21.
  • an individual third threshold value can be set for each second process performed for each spark candidate pixel group. For this reason, even if the density of the spark regions constituting each spark candidate pixel group is different, in the second process performed for each spark candidate pixel group, the third threshold value is set between the spark region and the peripheral region. And the pixels constituting the spark region can be detected from each spark candidate pixel group.
  • the detecting means 12 performs the third process when the second process is completed.
  • a binarized image of each captured image 2 is created from each captured image 2.
  • the binarized image of each captured image 2 is a pixel detected as a pixel constituting the spark pixel group in the second process among the pixels constituting each captured image 2 input from the imaging means 11 and other pixels.
  • the pixel is an image binarized into black and white.
  • FIG. 4 is a binarized image 5 of the captured image 2 of FIG. In FIG. 4, pixels detected as pixels constituting the spark pixel group are represented in black, and pixels not detected as pixels constituting the spark pixel group are represented in white.
  • the detection unit 12 corresponds to the sparks generated when the steel material 18 is rubbed in the spark image group of the captured image 2 in the binarized image 5 of each captured image 2.
  • the spark regions a to j are identified by performing a labeling process on the binarized image 5, detecting a cluster of spark pixel groups, and authorizing the detected cluster as one spark region.
  • the spark pixel group includes pixels that form a spark region. For this reason, what the spark pixel group recognized as the spark region in the third process is continuous is also composed of the pixels constituting the spark region. For this reason, the spark region is accurately detected by the third process.
  • the detection means 12 performs the fourth process on all the spark regions certified in the third process.
  • the fourth process is performed for each spark region certified in the third process.
  • region aj (refer FIG. 4) recognized by the 3rd process is demonstrated.
  • the detecting means 12 calculates the number of pixels constituting each spark region aj.
  • the detection means 12 extracts a spark region having a number of pixels less than a predetermined number (for example, less than 125 pixels) from the spark regions a to j.
  • a predetermined number for example, less than 125 pixels
  • the spark regions c, d, e, and h have a large area and are composed of a predetermined number or more of pixels. Accordingly, here, it is assumed that the spark regions a, b, f, g, i, and j are extracted.
  • the detection means 12 extracts a spark region having a length less than a predetermined length from the extracted spark region.
  • the length of the spark region can be, for example, the distance between the pixel existing on the left side in the drawing and the pixel existing on the right side among the pixels constituting the spark region.
  • the spark regions f and i are long, and here, the spark regions a, b, g, and j are extracted.
  • the detection means 12 has a width of the front end portion (hereinafter referred to as “front end portion”) of the spark in the extracted spark region (having a length less than a predetermined length) and a rear side in the scattering direction.
  • the width of the end portion (hereinafter referred to as “rear end portion”) is calculated, and it is determined whether or not the first determination pattern is met.
  • the front side of the spark scattering direction is the right side
  • the rear side of the spark scattering direction is the left side.
  • the front end portion is, for example, a portion constituted by pixels existing on the right side in the binarized image 5 among the pixels constituting the spark region.
  • the rear end portion is, for example, a portion constituted by pixels existing on the left side in the binarized image 5 among the pixels constituting the spark region.
  • variety of a front-end part and a rear-end part is a dimension of the front-end part and rear-end part of the direction orthogonal to the straight line which passes along the center part of a front-end part, and the center part of a rear-end part, for example. If the spark region a is described as an example, the detection unit 12 determines whether or not the first determination pattern is satisfied based on the ratio between the front end width L01 and the rear end width L02.
  • the detection unit 12 determines that the first determination pattern falls when the ratio of the front end width L01 to the rear end width L02 is equal to or less than a predetermined value (for example, 0.4). To do. As shown in FIG. 4, the spark region a is determined not to correspond to the first determination pattern because there is no difference in the width of the front end portion and the rear end portion, and only the spark regions b, g, j are the first determination pattern. It is assumed that it falls under.
  • a predetermined value for example, 0.4
  • the shape of the alloy spark generated when the steel material containing Mo as an alloy component is rubbed is a bowl shape.
  • the saddle shape means a shape in which the rear end portion positioned on the rear side in the spark scattering direction has a larger width than the front end portion positioned on the front side in the spark scattering direction. Therefore, the spark region determined as the first determination pattern is highly likely to be an alloy spark region.
  • the alloy spark is small in size and short in length. For this reason, a spark region with a large number of pixels or a spark region with a long length is less likely to be an alloy spark region.
  • the calculation amount is quick and small by determining whether or not the first determination pattern corresponds only to a spark region having a number of pixels less than a predetermined number and having a length less than the predetermined number. Thus, it is possible to detect a spark region that is highly likely to be an alloy spark region.
  • the detecting means 12 determines whether or not the spark region determined to correspond to the first determination pattern also corresponds to the second determination pattern.
  • the determination performed for the spark region b will be described.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the spark region a and the spark region b of the binarized image 5 of FIG.
  • the left side of the spark region b means, for example, a region on the left side of the spark region b and sandwiched between the first partition line L1 and the second partition line L2, as shown in FIG. .
  • the first division straight line L1 is parallel to a straight line L passing through the width direction central portion 61 of the front end portion of the spark region b and the width direction central portion 62 of the rear end portion, and in a direction orthogonal to the straight line L.
  • the straight line L passes through the part 64 of the spark region b farthest from the straight line L.
  • the second partitioned straight line L2 is a straight line that is parallel to the straight line L and passes through the portion 65 of the spark region b that is farthest from the straight line L on the other direction side in the direction orthogonal to the straight line L.
  • the detection means 12 determines that another spark region a having a predetermined length exists on the left side of the spark region b.
  • the detection means 12 determines that the spark region b is the first based on the relationship between the direction of the spark region b and the direction of the spark region a. It is determined whether it corresponds to 2 determination patterns.
  • the direction of the spark region b is, for example, the direction of the straight line L described above.
  • the direction of the other spark region a is, for example, the direction of a straight line L3 passing through the leftmost pixel and the rightmost pixel among the pixels constituting the spark region a.
  • One specific example of the relationship between the direction of the spark region b and the direction of the other spark region a is an angle formed by the direction of the spark region b and the direction of the other spark region a. In this case, when the formed angle is equal to or smaller than the predetermined angle, the detection unit 12 determines that the spark region b also corresponds to the second determination pattern.
  • the angle formed by the direction of the spark region b and the direction of the other spark region a is equal to or smaller than a predetermined angle, and the detection means 12 determines that the spark region b also corresponds to the second determination pattern. .
  • the detection means 12 determines with the spark area
  • the predetermined direction is, for example, the right direction in the binarized image 5, that is, the direction along the tangent line of the portion pressed against the steel material 18 of the peripheral surface portion of the grindstone 171 and away from the portion. It is. *
  • the other sparks are scattered behind the alloy sparks so that they follow the alloy sparks.
  • the angle formed by the direction of the other spark and the direction of the alloy spark is within a predetermined range, and the lengths of the other sparks are within a predetermined range.
  • the spark region determined to be applicable to the second determination pattern is more likely to be an alloy spark region than the spark region determined to be applicable only to the first determination pattern.
  • the spark region j is determined to correspond to the second determination pattern.
  • the spark region g does not fit in the left region sandwiched between the first partition line L11 and the second partition line L12. 2 It is assumed that it is determined not to correspond to the determination pattern.
  • the detecting means 12 determines whether or not the spark region determined to be also applicable to the second determination pattern also corresponds to the third determination pattern.
  • the determination performed for the spark region b will be described.
  • the detection means 12 is sandwiched between the first segment straight line L1 and the second segment straight line L2 shown in FIG. 5 from the captured image 2 shown in FIG. 2, and the spark scattering direction from the front end portion of the spark region b.
  • a corresponding region P (see FIG. 2) corresponding to a linear region extending backward by a predetermined distance is recognized.
  • region has extended even to the back of the scattering direction rather than the rear-end part of the spark area
  • the detecting means 12 calculates the concentration distribution of the corresponding region P in the longitudinal direction of the corresponding region P (direction corresponding to the direction parallel to the first and second partition lines L1 and L2).
  • FIG. 6 shows the concentration distribution.
  • the detection means 12 calculates the average density in the longitudinal direction of the corresponding region P from the density distribution.
  • the detecting means 12 calculates a corrected density obtained by adding or subtracting a predetermined amount of density to the calculated average density.
  • the detection means 12 recognizes a portion corresponding to the rear end portion of the spark region b from the corresponding region P.
  • the detection means 12 also displays the spark region b in the third determination pattern.
  • the length W of the section whose density is less than the corrected density is not within the predetermined range, it is determined that the spark region b does not correspond to the third determination pattern.
  • the other sparks described above scatter slightly away from the alloy sparks behind the alloy sparks. For this reason, in the alloy spark region, there is a section where the concentration is low by a distance corresponding to some distance behind the spark scattering direction. For this reason, the spark region determined to be applicable to the third determination pattern is more likely to be an alloy spark region than the spark region determined to be applicable only to the first determination pattern and the second determination pattern.
  • the spark region a is slightly separated from the rear of the spark region b in the spark scattering direction. For this reason, here, it is assumed that the detection unit 12 determines that the spark region b also corresponds to the third pattern. On the other hand, as shown in FIG. 4, since the distance between the spark region j and the spark region i is greatly separated, here, it is determined that the detection unit 12 determines that the spark region j does not correspond to the third pattern. To do.
  • the detection unit 12 determines that the spark region a to j corresponds to all of the first determination pattern to the third determination pattern (spark region corresponding to the spark region 24 in FIG. 2). Is detected as an alloy spark region.
  • the calculating unit 13 calculates the total number of alloy spark regions by adding the number of alloy spark regions for each captured image detected by the detecting unit 12 as described above for all captured images.
  • the discrimination unit 14 determines that the steel material 18 is a steel material made of low alloy steel, and the total number is the first threshold value. When it is less than this, it determines with the steel materials 18 being the steel materials which consist of carbon steel.
  • the low alloy steel means a steel having a Cr content of less than 2% among steels satisfying at least one of the following conditions 1 to 4.
  • Condition 1 The Cr content is 0.5% or more.
  • Condition 2 Ni content is 0.5% or more.
  • Condition 3 Mo content is 0.25% or more.
  • Condition 4 Cu content is 0.25% or more.
  • Carbon steel means steel that does not satisfy all the conditions 1 to 4.
  • FIG. 7 shows the total number of alloy spark regions calculated by the calculation means 13 for four samples of steel materials made of carbon steel, and the alloy spark region calculated by the calculation means 13 for five samples of steel materials made of low alloy steel. It is a graph which shows a total number. As shown in FIG. 7, the number of alloy spark regions (alloy sparks) is higher in steel materials made of low alloy steel when the steel material made of carbon steel is rubbed and when the steel material made of low alloy steel is rubbed. . Therefore, the first threshold value is set to a number between the total number of alloy spark regions generated when the steel material made of low alloy steel is rubbed and the total number of alloy spark regions generated when the steel material made of carbon steel is rubbed.
  • the material determination apparatus 1 can discriminate whether the steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel. For this reason, according to the material determination apparatus 1, the said discrimination result does not depend on an inspector's skill, and this discrimination can be performed stably.
  • the discrimination means 14 determines the alloy component content in the steel material 18 based on the total number of alloy spark regions calculated by the calculation means 13. As shown in FIG. 7, the total number of alloy sparks generated when rubbing a steel material made of low alloy steel increases as the Mo content increases. For this reason, the material determination apparatus 1 can determine the content rate of the alloy component of the steel material which consists of low alloy steel, when the steel material 18 is steel material which consists of low alloy steel.
  • the correlation between the alloy component content of the steel material made of carbon steel and low alloy steel and the total number of alloy sparks was investigated in advance using a plurality of samples, and the alloy component content rate from the total number of alloy sparks. A correlation equation for calculating is obtained. And based on this correlation type
  • the discriminating means 14 provides a result display means 15 such as a monitor for the discrimination result of whether the steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel and the content ratio of the alloy component of the steel material made of low alloy steel. It is displayed or stored in the storage means 16 such as a hard disk or memory.
  • the preferable exposure time of the imaging means 2 is a time within the range of 15 msec to 250 msec when the peripheral speed of the grindstone is 30 m / msec. If the exposure time is shorter than the above range, the spark region on the captured image 2 becomes small. For this reason, as shown in FIG. 8, it is difficult to detect the alloy spark region from the captured image 2. On the other hand, if the exposure time is longer than the above range, the spark regions overlap, and the spark regions cannot be distinguished one by one, and it is difficult to accurately detect the spark region from the captured image 2. Moreover, in the above discrimination performed by the inspector visually observing the spark, the inspector is considered to visually recognize the alloy spark due to the afterimage effect. Similarly to the case where the inspector visually recognizes the alloy spark, it is preferable to set the exposure time to be equal to the time (50 to 250 msec) at which the afterimage effect occurs in order for the alloy spark to appear in the captured image.
  • the force with which the circumferential surface of the grindstone 171 is pressed against the steel material 18 is 2.94N or more and 9.8N or less. If the force with which the peripheral surface of the grindstone 171 is pressed against the steel material 18 is 2.94 N or more, the number of alloy sparks generated is stabilized as shown in FIG. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to stably and accurately discriminate whether the steel material is a steel material made of carbon steel or a steel material made of low alloy steel. Moreover, if the force pressed is 9.8 N or less, as shown in FIG. 9, the steel material 18 can be rubbed without giving the steel material 18 a deep flaw. For this reason, according to this embodiment, the said discrimination can be performed stably and accurately, without giving the steel material 18 a deep crack.
  • spark region corresponding to all of the first determination pattern to the third determination pattern is detected as the alloy spark region, but the spark region corresponding to the first determination pattern, the first determination pattern, and the second determination are detected.
  • a spark region corresponding to the pattern, or a spark region corresponding to the first determination pattern and the third determination pattern may be detected as an alloy spark region.

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Abstract

鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを安定的に精度良く弁別することが可能なようにする。鋼材１８を摩擦した際に生じる火花を連続的に複数回撮像する撮像手段１１と、撮像手段が撮像した各撮像画像２から、鋼材に含有される合金成分が摩擦されることで生じた合金火花に対応する合金火花領域を検出する検出手段１２と、検出手段が検出した合金火花領域の総数を算出する算出手段１３と、算出された合金火花領域の総数が第１しきい値以上である場合、鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、算出された合金火花領域の総数が第１しきい値未満である場合、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であると判定する弁別手段１４とを備えることを特徴とする鋼材の材質判定装置を提供する。

Description

鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法
　本発明は、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを弁別する鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法に関する。
　鋼材の炭素含有量の判定や、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかの弁別等を行う方法として、鋼材をグラインダ等で摩擦した際に生じる火花を検査員が目視で観察し、観察した火花の状態から検査員が前記の判定や弁別を行う方法が知られている。しかし、この方法は、判定結果や弁別結果が検査員の技量に依存するため、前記の判定や弁別の精度が安定せず、また、熟練した検査員が必要であるという問題がある。
　上述の判定を安定的に精度良く行うことを目的とした鋼材検査装置が提案されている（例えば、日本国特許第３４８２２６５号公報参照）。しかし、日本国特許第３４８２２６５号の鋼材検査装置は、上述の弁別を安定的に精度良く行うことを目的としたものでないので、依然として、上述の弁別を安定的に精度良く行うことができる装置及び方法の開発が望まれている。
　本発明は、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを安定的に精度良く弁別することが可能な鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法を提供することを目的とする。
　本発明は、鋼材を摩擦した際に生じる火花を連続的に複数回撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した各撮像画像から、前記鋼材に含有される合金成分が摩擦されることにより生じた合金火花に対応する合金火花領域を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した各撮像画像についての合金火花領域の数を全撮像画像について合計して、合金火花領域の総数を算出する算出手段と、前記総数が第１しきい値以上である場合、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、前記総数が前記第１しきい値未満である場合、前記鋼材が炭素鋼からなる鋼材であると判定する弁別手段とを備えることを特徴とする鋼材の材質判定装置を提供する。
　鋼材を摩擦した際に生じる火花の種類として、合金成分が含有されている鋼材を摩擦した際にのみ生じる合金火花と、合金成分が全く含有されていない鋼材及び合金成分が含有されている鋼材の何れを摩擦した際であっても生じる通常火花とがある。炭素鋼からなる鋼材を摩擦した場合と低合金鋼からなる鋼材を摩擦した場合とを比較すると、生じる合金火花の数は低合金鋼からなる鋼材を摩擦した場合の方が多い。本発明に係る材質判定装置は、鋼材を摩擦した際に生じる火花の撮像画像から、合金火花の撮像画像が表わされた領域である合金火花領域を検出する。そして、合金火花領域の総数において、低合金鋼であるか炭素鋼であるかを判定する第１しきい値を設定し、本発明に係る材質判定装置は、検出した合金火花領域の総数が第１しきい値以上である場合は鋼材を低合金鋼からなる鋼材と判定し、第１しきい値未満である場合は鋼材を炭素鋼からなる鋼材と判定する。つまり、本発明に係る材質判定装置によれば、第１しきい値と、検出した合金火花領域の総数との大小関係に基づいて、鋼材が炭素鋼からなるのか低合金鋼からなるのかが自動的に弁別されることになる。このため、本発明に係る材質判定装置によれば、鋼材が炭素鋼からなるのか低合金鋼からなるのかの弁別結果が検査員の技量に依存せず、該弁別を安定的に行うことができる。また、低合金鋼からなる鋼材を摩擦した場合に生じる合金火花領域の総数と、炭素鋼からなる鋼材を摩擦した場合に生じる合金火花領域の総数とを予め調査し、調査結果に基づいて第１しきい値を設定すれば、本発明に係る材質判定装置は、精度良く前記の弁別が可能である。
　鋼材を摩擦した際に生じる火花を撮像した撮像画像においては、上述の合金火花領域と、上述の通常火花の撮像画像が表わされた領域である通常火花領域と、合金火花領域及び通常火花領域のそれぞれの周辺に位置する周辺領域と、合金火花及び通常火花の背景の撮像画像が表わされた領域である背景領域とが存在する。以下、合金火花領域と通常火花領域とを総称して「火花領域」という。各火花領域は、各火花領域の周辺に位置する周辺領域より濃度が高く、背景領域は、何れの火花領域及び何れの周辺領域よりも濃度が低い。また、合金火花領域と通常火花領域とは形状が異なる。このため、撮像画像から合金火花領域を検出する手法として、濃度に基づいて撮像画像を二値化することにより撮像画像から火花領域を検出し、検出した火花領域の形状に基づいて火花領域から合金火花領域を検出する手法が考えられる。
　しかし、火花の輝度は火花毎に異なるので、１枚の撮像画像に複数の火花に対応する複数の火花領域がある場合、火花領域間で濃度が異なる。また、火花領域の濃度が高ければ高いほど、その火花領域の周囲に位置する周辺領域の濃度が高くなる傾向にある。濃度の高い周辺領域の濃度は、濃度の低い火花領域よりも高くなる場合がある。このため、濃度が低い火花領域の濃度より低い濃度に前記の二値化用のしきい値を設定すると、濃度が高い周辺領域を構成する画素までもが検出される虞がある。一方、濃度が高い周辺領域の濃度より高い濃度に前記の二値化用のしきい値を設定すると、濃度が低い火花領域を構成する火花画素が検出されない虞がある。
　合金火花領域を精度良く検出する観点から、好ましくは、前記検出手段は、前記各撮像画像を構成する１つの画素ラインについて、前記画素ラインに沿って互いに連続する第２しきい値以上の濃度を有する画素からなる火花候補画素群を検出する第１処理と、前記各火花候補画素群を構成する画素の最高濃度を検出し、該最高濃度未満であり且つ前記第２しきい値より大きい第３しきい値で前記各火花候補画素群を構成する画素を二値化することにより、前記各火花候補画素群を構成する画素から火花画素群を構成する画素を検出する第２処理と、前記各撮像画像を構成する全画素ラインについて、前記第１処理と前記第２処理とを実行することにより、前記火花画素群を表した二値化画像を作成し、該二値化画像において連続する前記火花画素群を前記鋼材を摩擦した際に生じる火花に対応する火花領域と認定する第３処理と、前記第３処理にて認定された火花領域から、前記合金火花領域を検出する第４処理とを行うことを特徴とする。
　ここで画素ラインとは、撮像画像の横方向、又は縦方向に撮像画像の一端側から他端側に直線状に繋がる画素の列であり、列の幅方向の画素数が１個のものをいう。
　火花候補画素群とは、火花領域である可能性のある画素の群れをいう。
　火花画素群とは、火花領域を示す画素の群れをいう。
　第２しきい値とは、火花候補画素群を撮像画像から検出するために設定された画素の濃度のしきい値をいう。
　第３しきい値とは、火花候補画素群を構成する画素から火花画素群を構成する画素を検出するために設定された画素の濃度のしきい値をいう。
　第１処理は、画素ラインに沿って互いに連続する第２しきい値以上の濃度を有する画素からなる火花候補画素群を検出する処理である。第２しきい値が採り得る上限値を、最も濃度が低い火花領域の濃度以下とすれば、画素ラインに沿って互いに連続する火花画素（火花領域を構成する画素）が火花候補画素群を構成する画素として検出される。また、第２しきい値が採り得る下限値を、最も濃度が高い背景領域の濃度より高くすれば、各背景領域を構成する画素が火花候補画素群を構成する画素として検出されることを排除できる。但し、上述のように、濃度の高い周辺領域の濃度は、濃度の低い火花領域よりも高くなる場合がある。このため、上述の上限値と下限値との間に第２しきい値を設定した場合、濃度が火花領域よりも高い周辺領域が存在すると、周辺領域を構成する画素が、火花候補画素群を構成する画素として検出される。
　第２処理は、各火花候補画素群を構成する画素の最高濃度を検出し、該最高濃度未満であり且つ第２しきい値より高い第３しきい値で各火花候補画素群を構成する画素を二値化することにより、各火花候補画素群を構成する画素から火花画素群を構成する画素を検出する処理である。火花領域は該火花領域の周辺に位置する周辺領域より検出用色成分の濃度が高い。火花候補画素群として、火花領域を構成する画素と該火花領域の周辺に位置する周辺領域を構成する画素とが火花候補画素群として検出されても、周辺領域を構成する画素の濃度と火花領域を構成する火花画素の濃度との間に第３濃度しきい値を設定することで、周辺領域を構成する画素が火花画素として検出されることを排除できる。即ち、これにより、撮像画像から火花画素を精度良く検出できる。
　また、第２処理は、火花候補画素群毎に行われるため、各火花候補画素群に対して行われる第２処理毎に個別の第３しきい値を設定できる。このため、各火花候補画素群を構成する火花領域間で濃度が異なっていても、各火花候補画素群に対して行われる第２処理において、上述の範囲に第３しきい値を設定でき、各火花候補画素群から火花領域を構成する画素を、火花画素群を構成する画素として検出できる。
　第３処理では、火花画素群を表した二値化画像が作成され、該二値化画像において火花画素群が連続したものが火花領域と認定される。上述のように、火花画素群は、火花領域を構成する画素から構成される。このため、第３処理にて火花領域と認定される火花画素群が連続したものも、火花領域を構成する画素から構成される。よって、第３処理により、火花領域を正確に検出できる。
　第４処理は、第３処理にて認定された火花領域から合金火花領域を検出する処理である。第３処理により火花領域が正確に検出されるため、第４処理により、合金火花領域を精度良く検出できる。
　好ましくは、前記第４処理は、前記第３処理にて認定された火花領域における火花の飛散方向前方側の端部の幅と前記飛散方向後方側の端部の幅との比に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第１判定パターンに該当するか否かを判定する判定処理と、前記判定処理にて前記第１判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出する検出処理とを含むことを特徴とする。
　合金火花においては、合金火花の飛散方向前方側の端部の幅と、該飛散方向後方側の端部の幅との比が所定の範囲内となる。第１判定パターンとは、合金火花の飛散方向前方側の端部の幅と、該飛散方向後方側の端部の幅との比が所定の範囲内であるかを判定するためのパターンである。このため、かかる好ましい構成によれば、合金火花領域を精度良く検出できる。
　好ましくは、前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域の向きと該火花領域の前記飛散方向後方に存在する他の火花領域の向きとの関係、及び、前記他の火花領域の長さに基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第２判定パターンに該当するか否かも判定し、前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターン及び前記第２判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする。
　合金火花の飛散方向後方には、他の火花が飛散する。該他の火花の向きと合金火花の向きとは所定の関係を有し、該他の火花の長さは、所定の範囲内となる。第２判定パターンとは、該他の火花の向きと合金火花の向きとが所定の関係を有し、該他の火花の長さが所定の範囲内であるかを判定するためのパターンである。このため、第１判定パターン及び第２判定パターンの両方に該当する火花領域は、第１判定パターンにのみ該当する火花領域に比べて、合金火花領域である可能性が高い。このため、かかる好ましい構成によれば、第１判定パターンに該当する火花領域を合金火花領域として検出する構成に比べて、合金火花領域を精度良く検出できる。
　好ましくは、前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターン及び前記第２判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域と前記他の火花領域との距離に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第３判定パターンに該当するか否かも判定し、前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターンから前記第３判定パターンの全てに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする。
　合金火花と該合金火花の飛散方向後方の他の火花との距離は所定の範囲内となる。第３判定パターンとは、合金火花と該合金火花の飛散方向後方の他の火花との距離が所定の範囲内であるかを判定するためパターンである。このため、第１判定パターンから第３判定パターンの全てに該当する火花領域は、第１判定パターン及び第２判定パターンの両方に該当する火花領域に比べて、合金火花領域である可能性が高い。このため、かかる好ましい構成によれば、第１判定パターン及び第２判定パターンの両方に該当する火花領域を合金火花領域として検出する構成に比べて、合金火花領域を精度良く検出できる。
　好ましくは、前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域と該火花領域の前記飛散方向後方に存在する他の火花領域との距離に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第３判定パターンに該当するか否かも判定し、前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターン及び前記第３判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする。
　かかる好ましい構成では、第１判定パターン及び第３判定パターンに該当する火花領域を合金火花領域として検出する。このため、かかる好ましい構成によれば、第１判定パターンに該当する火花領域を合金火花領域として検出する構成に比べて、合金火花領域を精度良く検出できる。
　好ましくは、前記弁別手段は、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定する場合、該鋼材における合金成分の含有量を前記総数に基づいて判定することを特徴とする。
　低合金鋼からなる鋼材を摩擦した際に生じる合金火花の総数は、合金成分の含有量が増加するほど多くなる。このため、かかる好ましい構成によれば、低合金鋼からなる鋼材の合金成分の含有量を判定できる。
　また、本発明は、鋼材を摩擦した際に生じる火花を連続的に複数回撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて撮像した各撮像画像から、前記鋼材に含有される合金成分が摩擦されることにより生じた合金火花に対応する合金火花領域を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出した各撮像画像についての合金火花領域の数を全撮像画像について合計して、合金火花領域の総数を算出する算出ステップと、前記総数が第１しきい値以上である場合、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、前記総数が前記第１しきい値未満である場合、前記鋼材が炭素鋼からなる鋼材であると判定する弁別ステップとを含むことを特徴とする鋼材の材質判定方法も提供する。
　好ましくは、前記撮像ステップは、２．９４Ｎ以上９．８Ｎ以下の力で前記鋼材に押し付けられた摩擦部材で前記鋼材を摩擦した際に生じる火花を撮像することを特徴とする。
　摩擦部材を鋼材に押し付ける力を２．９４Ｎ以上とすると、生じる合金火花の数が安定する。このため、かかる好ましい方法によれば、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを安定的に弁別できる。また、押し付け力を９．８Ｎ以下とすると、鋼材に深い傷を与えることなく鋼材を摩擦できる。このため、上述のかかる好ましい方法によれば、鋼材に深い傷を与えることなく、前記の弁別を安定的に精度良く行うことができる。
　本発明は、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを安定的に精度良く弁別可能な鋼材の材質判定装置及び鋼材の材質判定方法を提供できる。
図１は、本実施形態の鋼材の材質判定装置の模式図である。 図２は、撮像手段が撮像した撮像画像の模式図である。 図３は、画素ラインＸの濃度分布を示すグラフである。 図４は、撮像画像の二値化画像を示す図である。 図５は、図４の二値化画像の火花領域ａ及び火花領域ｂ近傍の拡大図である。 図６は、対応領域の長手方向の濃度分布を示すグラフである。 図７は、炭素鋼からなる鋼材及び低合金鋼からなる鋼材をそれぞれ摩擦した際に生じた合金火花の数を示すグラフである。 図８は、グラインダの砥石の周速度を３０ｍ／ｓｅｃとして低合金鋼からなる３つの鋼材のそれぞれを摩擦した場合における、撮像手段の露光時間と、撮像画像に現れる火花領域の数を示すグラフである。 図９は、鋼材に対するグラインダの砥石の周面の押し付け力と、発生する火花の数及び鋼材に与える傷の深さとの関係を示すグラフである。
　以下、本実施形態の鋼材の材質判定装置（以下、「材質判定装置」という）により、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを弁別することについて説明する。図１は、本実施形態の材質判定装置の模式図である。
　図１に示すように、材質判定装置１は撮像手段１１を備える。鋼材１８に摩擦部材（本実施形態ではグラインダ１７）が押し付けられ、撮像手段１１は、摩擦によって鋼材１８から生じる火花１９を連続的に撮像する。ここでは、グラインダ１７に備えられた円盤状の砥石１７１の周面が、鋼材１８に押し付けられる。砥石１７１の周面を鋼材１８に押し付ける力は、２．９４Ｎ以上９．８Ｎ以下である。鋼材１８を摩擦する際のグラインダ１７の砥石１７１の周速度は、３０ｍ／ｓｅｃである。また、撮像手段１１の露光時間は、５０ｍｓｅｃである。また、撮像手段１１は、１ｓｅｃ間に、５０ｍｓｅｃの間隔で火花１９を２０回連続的に撮像する。また、鋼材１８には、合金成分としてＭｏが含有されている。合金成分としてＭｏが含有された鋼材１８を摩擦した際に生じる火花１９の種類は、合金火花と通常火花とがある。合金火花は、合金成分としてＭｏが含有されている鋼材を摩擦した際に生じる火花である。通常火花は、合金成分としてＭｏが全く含有されていない鋼材及び合金成分としてＭｏが含有されている鋼材の何れを摩擦した際であっても生じる火花である。
　図２は、撮像手段１１が撮像した撮像画像２の模式図である。図２における右向き（矢印Ｚの向き）は、図１の矢印Ｙの向きに対応する向きである。矢印Ｙの向きは、砥石１７１の周面の部位のうち、鋼材１８に押し付けられている部位の接線に沿い、且つ、該部位から遠ざかる向きである。撮像画像２は、図２の左右方向にＮ個の画素が配列された画素ラインが図２の上下方向にＭ個配列されて構成されている。撮像画像２には、合金火花に対応する合金火花領域と、通常火花に対応する通常火花領域と、合金火花領域及び通常火花領域のそれぞれの周辺に位置する周辺領域と、合金火花及び通常火花の背景の撮像画像が表わされた領域である背景領域とが存在する。図２においては、火花領域（合金火花領域と通常火花領域との総称）が黒色で表され、周辺領域が灰色で表され、背景領域が白色で表されている。尚、図２の黒色の領域のうち、参照符号２４で示す黒色の領域が合金火花領域であり、他の黒色の領域は通常火花領域である。
　撮像手段１１は、上述のように撮像した全撮像画像２を検出手段１２に入力する。
　検出手段１２は、撮像画像２が撮像手段１１から入力されると、全撮像画像２の全画素ラインについて第１処理を行う。第１処理は、画素ライン毎に行われる。第１処理は、連続する第２しきい値以上の濃度を有する画素からなる火花候補画素群を第１処理の対象となる画素ラインから検出する処理である。
　以下、画素ラインＸ（図２参照）について行われる第１処理について説明する。図３は、画素ラインＸ（図２参照）の濃度分布を示すグラフである。図２に示すように、画素ラインＸ上には、火花領域２１、２２、２３、及び、それぞれの火花領域２１、２２、２３の周辺に位置する周辺領域２１’、２２’、２３’が存在する。
　図３に示すように、各火花領域２１、２２、２３は、各火花領域２１、２２、２３の周辺に位置する周辺領域２１’、２２’、２３’よりも濃度が高い。また、背景領域２０は、何れの火花領域２１、２２、２３及び何れの周辺領域２１’、２２’、２３’よりも濃度が低い。火花領域２１、２２、２３の濃度は、それぞれ異なっている。また、周辺領域２１’、２２’、２３’における濃度は、火花領域２１、２２、２３に近いほど高い。
　尚、図３に示すように、画素Ｘ０と、画素Ｘ０の図での右側に存在する画素Ｘ２との間に位置する画素、及び、画素Ｘ２よりも図での右側に存在する画素Ｘ３と、画素Ｘ３の図での右側に存在する画素Ｘ６との間に位置する画素は、周辺領域２１’を構成する画素である。また、画素Ｘ２と画素Ｘ３との間に位置する画素（画素Ｘ２と画素Ｘ３とを含まない）は、火花領域２１を構成する画素である。
　上述の第１処理の際には、検出手段１２は、まず、画素ラインＸを構成する画素について、画素ラインＸの一方側（本実施形態では、図３の左側）の端部に近い画素から他方側に順に、濃度が第２しきい値ＴＨ２以上であるか否を判定する。この第２しきい値ＴＨ２は、撮像画像２に存在する何れかの火花領域を構成する各画素が有する濃度のうち最低の濃度以下であり、且つ、背景領域を構成する各画素が有する濃度のうち最高の濃度より高い濃度である。第２しきい値ＴＨ２を上記の範囲内の値に設定する方法としては、例えば、火花が生じていないときに撮像手段１１が撮像した撮像画像２を構成する各画素が有する濃度のうち最高の濃度を若干上回る濃度を第２しきい値に設定する方法が挙げられる。
　図３に示すように、画素ラインＸを構成する画素であって、濃度が第２しきい値ＴＨ２以上である画素のうち、画素ラインＸの一方側の端部に最も近い画素は、画素Ｘ０と画素Ｘ２との間に位置する画素Ｘ１である。このため、検出手段１２は、濃度が第２しきい値ＴＨ２以上の画素として画素Ｘ１を最初に検出する。検出手段１２は、最初に検出した画素Ｘ１を火花候補画素群の検出が開始される画素である始点画素に認定する。
　画素Ｘ１を始点画素に認定すると、検出手段１２は、始点画素Ｘ１よりも画素ラインＸの他方側に存在する画素について、始点画素Ｘ１に近い画素から順に、濃度が第２しきい値ＴＨ２未満であるか否かを判定する。図３に示すように、始点画素Ｘ１よりも画素ラインＸの他方側に存在する画素の中では、濃度が第２しきい値ＴＨ２未満の画素のうち、始点画素Ｘ１に最も近い画素は、画素Ｘ３と画素Ｘ６との間に位置する画素Ｘ５である。このため、検出手段１２は、濃度が第２しきい値ＴＨ２未満の画素として、画素Ｘ５を最初に検出する。検出手段１２は、検出した画素Ｘ５の画素ラインＸの一方側において該画素Ｘ５に隣接する画素Ｘ４を火花候補画素群の検出が終了される画素である終点画素に認定する。検出手段１２は、始点画素Ｘ１と終点画素Ｘ４との間に存在する各画素から構成される画素群を火花候補画素群３１（図３参照）として検出する。
　以上のような範囲に第２しきい値ＴＨ２を設定すると、背景領域２０を構成する画素が第２しきい値ＴＨ２未満となり、背景領域２０を構成する画素が火花候補画素群３１を構成する画素として検出されることを排除できると共に、火花領域２１、２２、２３を構成する画素が火花候補画素群を構成する画素として検出される。
　火花候補画素群３１を検出すると、検出手段１２は、終点画素Ｘ４よりも画素ラインＸの他方側に存在する画素の中から、始点画素及び終点画素を認定して、他の火花候補画素群を検出する。尚、本実施形態では、検出手段１２は、火花領域２２を構成する画素と周辺領域２２’を構成する画素とから構成される火花候補画素群３２、及び、火花領域２３を構成する画素と周辺領域２３’を構成する画素とから構成される火花候補画素群３３を検出したものとする。
　検出手段１２は、全撮像画像２の全画素ラインについて第１処理を終えると、全火花候補画素群について第２処理を行う。第２処理は、火花候補画素群毎に行われる。第２処理は、各火花候補画素群を構成する画素から火花画素群を構成する画素を検出する処理である。
　以下、火花候補画素群３１について行われる第２処理について説明する。検出手段１２は、図３に示すように、火花候補画素群３１を構成する画素の最高濃度Ｃｍａｘ１未満であり、且つ、第２しきい値ＴＨ２を超える第３しきい値ＴＨ３１によって、火花候補画素群３１を構成する画素を二値化する。検出手段１２は、濃度が第３しきい値ＴＨ３１以上である画素を、火花画素群３４を構成する画素として検出する。本実施形態では、第３しきい値ＴＨ３１は、周辺領域２１’を構成する各画素が有する濃度のうち最高の濃度より高く、火花領域２１を構成する各画素が有する濃度のうち最低の濃度以下の濃度に設定されている。このため、火花領域２１を構成する全画素が火花画素群３４を構成する画素として検出され、周辺領域２１’を構成する画素は、火花画素群３４を構成する画素として検出されない。火花画素群３４は、火花画素２１を構成する画素から構成される。
　また、第２処理は、火花候補画素群毎に行われるため、各火花候補画素群に対して行われる第２処理毎に個別の第３しきい値を設定できる。このため、各火花候補画素群を構成する火花領域の濃度が異なっていても、各火花候補画素群に対して行われる第２処理において、火花領域と周辺領域との間に第３しきい値を設定でき、各火花候補画素群から火花領域を構成する画素を検出できる。
　検出手段１２は、第２処理を終えると、第３処理を行う。第３処理では、まず、各撮像画像２から各撮像画像２の二値化画像が作成される。各撮像画像２の二値化画像は、撮像手段１１から入力された各撮像画像２を構成する画素のうち、第２処理にて火花画素群を構成する画素として検出された画素とそれ以外の画素とが黒色及び白色に二値化された画像である。図４は、図２の撮像画像２の二値化画像５である。図４において、火花画素群を構成する画素として検出された画素は、黒色で表され、火花画素群を構成する画素として検出されなかった画素は、白色で表されている。
　各撮像画像２の二値化画像５を作成すると、検出手段１２は、各撮像画像２の二値化画像５において、互いに連続する火花画素群を、鋼材１８を摩擦した際に生じる火花に対応する火花領域ａ～ｊと認定する。火花領域ａ～ｊの認定は、二値化画像５にラベリング処理を施して、火花画素群の塊を検出し、検出した塊を１つの火花領域として認定することで行う。前述のように、火花画素群は、火花領域を構成する画素から構成される。このため、第３処理にて火花領域と認定される火花画素群が連続したものも、火花領域を構成する画素から構成される。このため、第３処理により、火花領域が正確に検出される。
　検出手段１２は、第３処理を終えると、第３処理にて認定された全火花領域について第４処理を行う。第４処理は、第３処理にて認定された火花領域毎に行われる。以下では、第３処理にて認定された火花領域ａ～ｊ（図４参照）について行われる第４処理について説明する。
　検出手段１２は、まず、各火花領域ａ～ｊを構成する画素数を算出する。検出手段１２は、火花領域ａ～ｊの中から、画素数が所定数未満（例えば、１２５画素未満）の火花領域を抽出する。図４に示すように、火花領域ｃ、ｄ、ｅ、ｈは面積が大きく、所定数以上の画素数から構成されている。従って、ここでは、火花領域ａ、ｂ、ｆ、ｇ、ｉ、ｊが抽出されたものとする。
　次に、検出手段１２は、抽出した火花領域の中から、長さが所定未満の火花領域を抽出する。火花領域の長さは、例えば、火花領域を構成する画素のうち、図中の最も左側に存在する画素と最も右側に存在する画素との距離とすることができる。図４に示すように、火花領域ｆ、ｉは長く、ここでは、火花領域ａ、ｂ、ｇ、ｊが抽出されたものとする。
　次に、検出手段１２は、抽出した（長さが所定未満の）火花領域における火花の飛散方向前方側の端部（以下、「前端部」という。）の幅と、該飛散方向後方側の端部（以下、「後端部」という。）の幅とを算出し、第１判定パターンに該当するか否かを判定する。図４の二値化画像５において、火花の飛散方向前方側とは右側であり、火花の飛散方向後方側とは左側である。また、前端部とは、例えば、火花領域を構成する画素のうち、二値化画像５において右側に存在する画素から構成される部分である。また、後端部とは、例えば、火花領域を構成する画素のうち、二値化画像５において左側に存在する画素から構成される部分である。また、前端部及び後端部の幅とは、例えば、前端部の中央部と、後端部の中央部とを通る直線に対して直交する方向の前端部及び後端部の寸法である。火花領域ａを例として説明すると、検出手段１２は、前端部の幅Ｌ０１と後端部の幅Ｌ０２と比に基づいて、第１判定パターンに該当するか否かを判定する。本実施形態では、検出手段１２は、後端部の幅Ｌ０２に対する前端部の幅Ｌ０１の比が予め定められた所定値（例えば０．４）以下である場合、第１判定パターンに該当すると判定する。図４に示すように、火花領域ａは、前端部及び後端部の幅に差が無いため、第１判定パターンに該当しないと判定され、火花領域ｂ、ｇ、ｊのみが第１判定パターンに該当すると判定されたものとする。
　前述のように、合金成分としてＭｏが含有されている鋼材を摩擦した際に生じる合金火花の形状は、槍状である。槍状とは、火花の飛散方向前方側に位置する前端部よりも火花の飛散方向後方側に位置する後端部の方が幅が大きい形状を意味する。従って、第１判定パターンと判定された火花領域は、合金火花領域である可能性が高い。
　尚、合金火花は、大きさが小さく、且つ、長さが短い。このため、画素数が多い火花領域や長さが長い火花領域は、合金火花領域の可能性が小さい。上述のように、所定数未満の画素数で構成され、且つ、長さが所定未満の火花領域にのみ第１判定パターンに該当するか否かを判定することで、迅速、且つ、少ない計算量で、合金火花領域の可能性が高い火花領域を検出できる。
　検出手段１２は、第１判定パターンに該当すると判定した火花領域が第２判定パターンにも該当するか否かを判定する。以下、火花領域ｂについて行われる該判定について説明する。まず、二値化画像５において、火花領域ｂより左側（火花の飛散方向後方側）に所定の長さの他の火花領域が存在するか否かを判定する。図５は、図４の二値化画像５の火花領域ａ及び火花領域ｂ近傍の拡大図である。ここでの火花領域ｂより左側とは、例えば、図５に示すように、火花領域ｂより左側であって、第１区画直線Ｌ１及び第２区画直線Ｌ２で挟まれた左側の領域を意味する。第１区画直線Ｌ１は、火花領域ｂの前端部の幅方向中央部６１と、後端部の幅方向中央部６２とを通る直線Ｌと平行であり、且つ、該直線Ｌと直交する方向の一方向側において、該直線Ｌと最も離れた火花領域ｂの部位６４を通る直線である。第２区画直線Ｌ２は、前記の直線Ｌと平行であり、且つ、該直線Ｌと直交する方向の他方向側において、該直線Ｌと最も離れた火花領域ｂの部位６５を通る直線である。また、火花領域ｂより左側に存在するとは、第１区画直線Ｌ１及び第２区画直線Ｌ２で挟まれ、且つ火花領域ｂの左側の領域に、全体が収まる事を意味する。図５に示すように、火花領域ａは、火花領域ｂの左側であって第１区画直線Ｌ１と第２区画直線Ｌ２とに挟まれた左側の領域に全体が収まっている。また、火花領域ａは、所定の長さ（合金火花の飛散方向後方において合金火花に追従するように飛散する火花の長さに対応する長さ）を有するものとする。従って、検出手段１２は、火花領域ｂより左側に所定の長さの他の火花領域ａが存在すると判定する。
　火花領域ｂより左側に所定の長さの他の火花領域ａが存在すると判定すると、検出手段１２は、火花領域ｂの向きと火花領域ａの向きとの関係に基づいて、火花領域ｂが第２判定パターンにも該当するか否かを判定する。火花領域ｂの向きは、例えば、上述の直線Ｌの向きである。他の火花領域ａの向きは、例えば、火花領域ａを構成する画素のうち、最も左側に存在する画素と最も右側に存在する画素とを通る直線Ｌ３の向きである。
　火花領域ｂの向きと他の火花領域ａの向きとの関係の１つの具体例としては、火花領域ｂの向きと他の火花領域ａの向きとの成す角度が挙げられる。この場合、成す角度が所定の角度以下である場合、検出手段１２は、火花領域ｂが第２判定パターンにも該当すると判定する。
　尚、ここでは、火花領域ｂの向きと他の火花領域ａの向きとの成す角度は、所定の角度以下であり、検出手段１２は、火花領域ｂが第２判定パターンにも該当すると判定する。
　また、火花領域ｂの向きと他の火花領域ａの向きとの関係の他の具体例としては、火花領域ｂの向きと所定の向きとの成す角度θに対する、火花領域ｂの向きと他の火花領域ａの向きとの成す角度θ’の割合が挙げられる。この場合、前記割合が所定の値以下（例えば、０．３以下）である場合、検出手段１２は、火花領域ｂが第２判定パターンにも該当すると判定する。尚、所定の向きとは、例えば、二値化画像５における右向き、即ち、砥石１７１の周面の部位のうち、鋼材１８に押し付けられている部位の接線に沿い、且つ、該部位から遠ざかる方向である。　
　合金火花の飛散方向後方には、他の火花が合金火花に追従するように飛散する。この他の火花の向きと合金火花の向きとの成す角度は所定の範囲内であり、また他の火花の長さは、所定の範囲内となる。このため、第２判定パターンにも該当すると判定された火花領域は、第１判定パターンにのみ該当すると判定された火花領域よりも、合金火花領域の可能性が高い。尚、ここでは、火花領域ｊも火花領域ｂと同様に、第２判定パターンに該当すると判定されたものとする。一方、火花領域ｇは、他の火花領域ｆの全体が火花領域ｇの左側であるが、第１区画直線Ｌ１１と第２区画直線Ｌ１２とに挟まれた左側の領域に収まっていないので、第２判定パターンに該当しないと判定されたものとする。
　検出手段１２は、第２判定パターンにも該当すると判定した火花領域が第３判定パターンにも該当するか否かを判定する。以下、火花領域ｂについて行われる該判定について説明する。まず、検出手段１２は、図２に示す撮像画像２の中から、図５に示す第１区画直線Ｌ１及び第２区画直線Ｌ２で挟まれ、且つ、火花領域ｂの前端部から火花の飛散方向後方に所定の距離だけ延びる直線状領域と対応する対応領域Ｐ（図２参照）を認識する。尚、この直線状領域は、少なくとも、火花領域ｂの後端部よりも飛散方向後方にまで延びている。検出手段１２は、対応領域Ｐの長手方向（第１区画直線Ｌ１及び第２区画直線Ｌ２と平行な方向に対応する方向）における対応領域Ｐの濃度分布を算出する。図６は、該濃度分布を示す。検出手段１２は、該濃度分布から対応領域Ｐの長手方向における平均濃度を算出する。検出手段１２は、算出した平均濃度に所定量の濃度を加算又は減算した修正濃度を算出する。検出手段１２は、対応領域Ｐの中から、火花領域ｂの後端部に対応する部分を認識する。検出手段１２は、認識した後端部に対応する部分から後方において、濃度が修正濃度未満である区間の長さＷが所定の範囲内である場合には火花領域ｂが第３判定パターンにも該当すると判定し、濃度が修正濃度未満である区間の長さＷが所定の範囲内でない場合には火花領域ｂが第３判定パターンに該当しないと判定する。
　前述の他の火花は、合金火花の飛散方向後方に合金火花と若干離れて飛散する。このため、合金火花領域の火花の飛散方向後方においては、若干の距離に対応する距離だけ濃度が低い区間が存在する。このため、第３判定パターンにも該当すると判定された火花領域は、第１判定パターン及び第２判定パターンにのみ該当すると判定された火花領域よりも、合金火花領域である可能性が高い。
　ここでは、図２に示すように、火花領域ｂの火花の飛散方向後方には、火花領域ａが若干離れて存在している。このため、ここでは、火花領域ｂは第３パターンにも該当すると検出手段１２によって判定されたものとする。一方、図４に示すように、火花領域ｊと火花領域ｉとは距離が大きく離れているので、ここでは、火花領域ｊは第３パターンには該当しないと検出手段１２によって判定されたものとする。
　以上のように、検出手段１２は、火花領域ａ～ｊのうち、第１判定パターンから第３判定パターンの全てに該当すると判定した火花領域ｂ（図２の火花領域２４に対応する火花領域）を合金火花領域として検出する。
　算出手段１３は、以上のように検出手段１２が検出した各撮像画像についての合金火花領域の数を全撮像画像について合計して、合金火花領域の総数を算出する。
　弁別手段１４は、算出手段１３が算出した火花領域の総数が第１しきい値以上である場合、鋼材１８が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、前記の総数が第１しきい値未満である場合、鋼材１８が炭素鋼からなる鋼材であると判定する。尚、低合金鋼とは、次の条件１～４のうち少なくとも１つの条件を満たす鋼のうち、Ｃｒの含有率が２％未満の鋼を意味する。
条件１：Ｃｒの含有率が０．５％以上であること。
条件２：Ｎｉの含有率が０．５％以上であること。
条件３：Ｍｏの含有率が０．２５％以上であること。
条件４：Ｃｕの含有率が０．２５％以上であること。
また、炭素鋼とは、条件１～４の全ての条件を満たさない鋼を意味する。
　図７は、炭素鋼からなる鋼材の４つのサンプルについて算出手段１３によって算出された合金火花領域の総数と、低合金鋼からなる鋼材の５つのサンプルについて算出手段１３によって算出された合金火花領域の総数とを示すグラフである。図７に示すように、炭素鋼からなる鋼材を摩擦した際と低合金鋼からなる鋼材を摩擦した際とでは、合金火花領域（合金火花）の数は低合金鋼からなる鋼材の方が多い。従って、低合金鋼からなる鋼材を摩擦した場合に生じる合金火花領域の総数と、炭素鋼からなる鋼材を摩擦した場合に生じる合金火花領域の総数との間の数に第１しきい値を設定すれば、材質判定装置１は、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを弁別できる。このため、材質判定装置１によれば、前記の弁別結果が検査員の技量に依存せず、該弁別を安定的に行うことができる。
　また、弁別手段１４は、鋼材１８が低合金鋼からなる鋼材であると判定する場合、該鋼材１８における合金成分の含有率を算出手段１３が算出した合金火花領域の総数に基づいて判定する。図７に示すように、低合金鋼からなる鋼材を摩擦した際に生じる合金火花の総数は、Ｍｏの含有率が増加するほど多くなる。このため、材質判定装置１は、鋼材１８が低合金鋼からなる鋼材である場合、低合金鋼からなる鋼材の合金成分の含有率を判定できる。具体的にいえば、炭素鋼及び低合金鋼からなる鋼材の合金成分の含有率と合金火花の総数との相関が複数のサンプルを用いて予め調査され、合金火花の総数から合金成分の含有率を算出する相関式が求められる。そして、この相関式に基づいて、鋼材の合金火花の総数から合金成分の含有率を判定する。
　弁別手段１４は、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかの弁別結果及び低合金鋼からなる鋼材の合金成分の含有率について、モニタ等の結果表示手段１５に表示したり、ハードディスクやメモリ等の記憶手段１６に記憶させる。
　撮像手段２の好ましい露光時間は、砥石の周速度が３０ｍ／ｍｓｅｃの場合、１５ｍｓｅｃから２５０ｍｓｅｃの範囲内の時間である。前記の範囲より露光時間が短いと、撮像画像２上において火花領域が小さくなる。このため、図８に示すように、撮像画像２から合金火花領域を検出することが困難となる。一方、前記の範囲より露光時間が長いと、火花領域が重なり、火花領域を１つずつ区別できなくなり、撮像画像２から火花領域を正確に検出することが困難となる。また、検査員が火花を目視で観察して行う上述の弁別では、検査員は、残像効果により合金火花を視認していると考えられる。合金火花を目視により検査員が認識するのと同様に、撮像画像に合金火花が写るようにするには、露光時間を残像効果が生じる時間（５０～２５０ｍｓｅｃ）と同等にするのが好ましい。
　前述のように、本実施形態では、砥石１７１の周面が鋼材１８に押し付けられる力は、２．９４Ｎ以上９．８Ｎ以下である。砥石１７１の周面が鋼材１８に押し付けられる力を２．９４Ｎ以上とすると、図９に示すように、生じる合金火花の数が安定する。このため、本実施形態によれば、鋼材が炭素鋼からなる鋼材であるか低合金鋼からなる鋼材であるかを安定的に精度良く弁別できる。また、押し付けられる力を９．８Ｎ以下とすると、図９に示すように、鋼材１８に深い傷を与えることなく鋼材１８を摩擦できる。このため、本実施形態によれば、鋼材１８に深い傷を与えることなく、前記弁別を安定的に精度良く行うことができる。
　以上においては、第１判定パターンから第３判定パターンの全てに該当する火花領域についてのみ合金火花領域として検出しているが、第１判定パターンに該当する火花領域、第１判定パターン及び第２判定パターンに該当する火花領域、又は、第１判定パターン及び第３判定パターンに該当する火花領域を合金火花領域として検出してもよい。

Claims (9)

  1. 　鋼材を摩擦した際に生じる火花を連続的に複数回撮像する撮像手段と、
    　前記撮像手段が撮像した各撮像画像から、前記鋼材に含有される合金成分が摩擦されることにより生じた合金火花に対応する合金火花領域を検出する検出手段と、
    　前記検出手段が検出した各撮像画像についての合金火花領域の数を全撮像画像について合計して、合金火花領域の総数を算出する算出手段と、
    　前記総数が第１しきい値以上である場合、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、前記総数が前記第１しきい値未満である場合、前記鋼材が炭素鋼からなる鋼材であると判定する弁別手段とを備えることを特徴とする鋼材の材質判定装置。
  2. 　前記検出手段は、前記各撮像画像を構成する１つの画素ラインについて、前記画素ラインに沿って互いに連続する第２しきい値以上の濃度を有する画素からなる火花候補画素群を検出する第１処理と、
    　前記各火花候補画素群を構成する画素の最高濃度を検出し、該最高濃度未満であり且つ前記第２しきい値より大きい第３しきい値で前記各火花候補画素群を構成する画素を二値化することにより、前記各火花候補画素群を構成する画素から火花画素群を構成する画素を検出する第２処理と、
    　前記各撮像画像を構成する全画素ラインについて、前記第１処理と前記第２処理とを実行することにより、前記火花画素群を表した二値化画像を作成し、該二値化画像において連続する前記火花画素群を前記鋼材を摩擦した際に生じる火花に対応する火花領域と認定する第３処理と、
    　前記第３処理にて認定された火花領域から、前記合金火花領域を検出する第４処理とを行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼材の材質判定装置。
  3. 　前記第４処理は、
    　前記第３処理にて認定された火花領域における火花の飛散方向前方側の端部の幅と前記飛散方向後方側の端部の幅との比に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第１判定パターンに該当するか否かを判定する判定処理と、
    　前記判定処理にて前記第１判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出する検出処理とを含むことを特徴とする請求項２に記載の鋼材の材質判定装置。
  4. 　前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域の向きと該火花領域の前記飛散方向後方に存在する他の火花領域の向きとの関係、及び、前記他の火花領域の長さに基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第２判定パターンに該当するか否かも判定し、
    　前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターン及び前記第２判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする請求項３に記載の鋼材の材質判定装置。
  5. 　前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターン及び前記第２判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域と前記他の火花領域との距離に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第３判定パターンに該当するか否かも判定し、
    　前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターンから前記第３判定パターンの全てに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする請求項４に記載の鋼材の材質判定装置。
  6. 　前記判定処理は、前記第３処理にて認定された火花領域が前記第１判定パターンに該当するか否かを判定すると共に、前記第３処理にて認定された火花領域と該火花領域の前記飛散方向後方に存在する他の火花領域との距離に基づいて、前記第３処理にて認定された火花領域が第３判定パターンに該当するか否かも判定し、
    　前記検出処理は、前記判定処理にて前記第１判定パターン及び前記第３判定パターンに該当すると判定された火花領域を前記合金火花領域として検出することを特徴とする請求項３に記載の鋼材の材質判定装置。
  7. 　前記弁別手段は、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定する場合、該鋼材における合金成分の含有率を前記総数に基づいて判定することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の鋼材の材質判定装置。
  8. 　鋼材を摩擦した際に生じる火花を連続的に複数回撮像する撮像ステップと、
    　前記撮像ステップにおいて撮像した各撮像画像から、前記鋼材に含有される合金成分が摩擦されることにより生じた合金火花に対応する合金火花領域を検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップにおいて検出した各撮像画像についての合金火花領域の数を全撮像画像について合計して、合金火花領域の総数を算出する算出ステップと、
    　前記総数が第１しきい値以上である場合、前記鋼材が低合金鋼からなる鋼材であると判定し、前記総数が前記第１しきい値未満である場合、前記鋼材が炭素鋼からなる鋼材であると判定する弁別ステップとを含むことを特徴とする鋼材の材質判定方法。
  9. 　前記撮像ステップは、２．９４Ｎ以上９．８Ｎ以下の力で前記鋼材に押し付けられた摩擦部材で前記鋼材を摩擦した際に生じる火花を撮像することを特徴とする請求項８に記載の鋼材の材質判定方法。
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