WO2016208626A1 - 表面欠陥検出方法、表面欠陥検出装置、及び鋼材の製造方法 - Google Patents
表面欠陥検出方法、表面欠陥検出装置、及び鋼材の製造方法 Download PDFInfo
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Definitions
- FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the incident angle of the laser and the amount of light received by the power meter.
- FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the surface defect detection process according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a surface defect detection process according to the third embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the configuration of the apparatus used in the example.
- FIG. 10 is a diagram illustrating the surface defect detection processing result of the example.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a surface defect detection processing result for a steel pipe portion where a scale has occurred.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a modification of the surface defect detection device according to the first embodiment of the present invention.
- the area sensors 4a and 4b be as close as possible and the respective optical axes be as parallel as possible.
- the area sensors 4 a and 4 b may be adjusted so that the optical axes thereof are coaxial by using any one of the half mirror 10, the beam splitter, and the prism. Thereby, the difference image mentioned later can be acquired accurately.
- the surface defect detection apparatus 1 having such a configuration discriminates the scale or harmless pattern from the surface defect in the inspection target part by executing the following surface defect detection process.
- the surface defects described here are irregular defects.
- the scale and harmless pattern mean a surface film with different optical characteristics and a surface property that is different from a steel part with a thickness of several ⁇ m to several tens of ⁇ m. It is a part to become.
- surface defect detection processing according to the first to third embodiments of the present invention will be described.
- the light sources 2a and 2b are discriminated by using the light sources 2a and 2b as light sources whose wavelength regions do not overlap each other.
- the light sources 2a and 2b are discriminated by using the light sources 2a and 2b as light sources whose wavelength regions do not overlap each other.
- two types of wavelength selection filters 20a and 20b whose wavelength regions do not overlap with the light sources 2a and 2b are installed, and the wavelength region of the illumination light L is selected.
- wavelength selection filters 21a and 21b having the same wavelength selection characteristics are installed in the area sensors 4a and 4b.
- This modification uses a dichroic mirror in place of the wavelength selection filters 21a and 21b installed in the area sensors 4a and 4b in the surface defect detection apparatus shown in FIG.
- a dichroic mirror is a mirror that reflects light of a specific wavelength component and transmits light of other wavelength components. By using a dichroic mirror, a wavelength selection filter becomes unnecessary.
- this modification irradiates illumination light from two directions, it is the same when irradiating illumination light from three or more directions.
- the bright part described below means a blob having an area of a predetermined value or more obtained by performing a concatenation process on a pixel whose luminance is a predetermined threshold or more in the difference image I_diff.
- the dark part described below refers to a blob having an area greater than or equal to a predetermined value obtained by performing concatenation processing on pixels whose luminance is equal to or lower than a predetermined threshold in the difference image I_diff.
- a blob means a set of labeled pixels.
- a light / dark pattern is recognized by extracting a bright part and a dark part by performing threshold processing.
- the light sources 2a and 2b are arranged symmetrically with respect to the normal vector of the inspection target part, so that the reflected light caused by the uneven shape on the surface is reflected.
- Light and dark patterns occur in the left-right direction. Since the right and left of the light and dark are reversed depending on the order of the difference processing, here, the right is bright and the left is dark, the concave shape, the right is dark, and the left is bright is the convex shape. Therefore, the difference image I_diff of the concave surface defect is as shown in FIG. Therefore, when the images of the bright part and the dark part are binarized by the luminance threshold values The and -The, respectively, the binarized images I_blight and I_dark of the bright part and the dark part are respectively expressed by the following formula (4).
- FIGS. 17A and 17B are diagrams showing an example of a difference image and a one-dimensional profile of a light-dark pattern in the line segment L4 shown in FIG.
- FIGS. 18 (a) and 18 (b) are diagrams showing an example of a two-dimensional image of the filter H created in advance and a one-dimensional profile thereof in the left-right direction.
- FIGS. 19A and 19B are diagrams showing an example of the difference image subjected to the filter processing using the filter H shown in FIGS. 18A and 18B and the one-dimensional profile thereof in the left-right direction. is there. As shown in FIGS. 19A and 19B, it can be seen that a two-dimensional image in which high-frequency noise is reduced and only the bright and dark pattern is enhanced is obtained.
- the uneven surface defect is detected when the illumination light is irradiated from the direction that is symmetric with respect to the normal line of the inspection target part, but the irradiation direction of the illumination light is not necessarily symmetric. Moreover, the surface defect detection process of this embodiment can be applied to the entire production line of steel regardless of whether it is hot or cold.
- the inclination described here is the normal vector of each surface and the normal vector of the steel material reference plane when the orthogonal projection is performed on the plane formed by the light source, the area sensor, and the site to be inspected. It means the angle formed. 27 and 28 show the surface inclinations of the surface defect portion and the healthy portion, respectively.
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Abstract
Description
初めに、図1から図13を参照して、本発明の第1の実施形態である表面欠陥検出装置の構成及びその動作について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態である表面欠陥検出装置の構成を示す模式図である。図1に示すように、本発明の第1の実施形態である表面欠陥検出装置1は、図示矢印方向に搬送される円筒形状の鋼管Pの表面欠陥を検出する装置であり、光源2a,2b、ファンクションジェネレータ3、エリアセンサ4a,4b、画像処理装置5、及びモニター6を主な構成要素として備えている。
初めに、図3から図6を参照して、本発明の第1の実施態様である表面欠陥検出処理について説明する。
次に、図7を参照して、本発明の第2の実施態様である表面欠陥検出処理について説明する。
次に、図8を参照して、本発明の第3の実施態様である表面欠陥検出処理について説明する。
本実施例では、図9に示すように、光源2a,2bとしてフラッシュ光源を用い、光源2a,2bの発光タイミングを変化させる方法を用いて鋼管Pの表面欠陥を検出した。エリアセンサ4a,4bは並列させて2次元画像を撮影し、画像処理により位置合わせを行った。図10に表面欠陥の検出結果を示す。図10(a)が光源2aから照明光Lを照射した時に得られた2次元画像、図10(b)が光源2bから照明光Lを照射した時に得られた2次元画像、図10(c)が図10(a)に示す2次元画像と図10(b)に示す2次元画像との差分画像である。図10(a)~(c)に示す画像のSN比は順に3.5、3.5、6.0であり、単に一方向から照明光Lを照射した場合よりも差分画像のSN比が向上した。
図12は、本発明の第1の実施形態である表面欠陥検出装置の変形例の構成を示す模式図である。図12に示すように、本変形例は、1つの光源2aから照射した照明光を複数のミラー40a,40b,40c,40dにより分割し、最終的に2方向から鋼管P1の検査対象部位に照明光を照射する。この場合、照明光の各光路に波長選択フィルター20a,20bや直線偏光板30a,30bを設置することにより、第2及び第3の実施態様と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例は照明光を2方向から照射するものであるが、3方向以上から照明光を照射する場合も同様である。
図13は、本発明の第1の実施形態である表面欠陥検出装置の他の変形例の構成を示す模式図である。図13に示すように、本変形例は、図7に示す表面欠陥検出装置において、波長選択フィルター20a,20bによって光源の波長を限定するのではなく、パルスレーザー51a,51bと拡散板50a,50bとを用いて光源の波長を限定するものである。本変形例では、互いに波長領域が異なる2つのパルスレーザー51a,51bからのレーザー光を検査対象部位の左右方向から照射して光源を弁別する。このとき、パルスレーザー51a,51bから照射されたレーザー光を検査対象部位全域に照射するためにレーザー光の光路に拡散板50a,50bを挿入する。なお、本変形例は2方向から照明光を照射するものであるが、3方向以上から照明光を照射する場合も同様である。
本変形例は、図7に示す表面欠陥検出装置において、エリアセンサ4a,4bに設置する波長選択フィルター21a,21bの代わりにダイクロイックミラーを用いるものである。ダイクロイックミラーとは、特定の波長成分の光を反射し、その他の波長成分の光を透過するミラーのことである。ダイクロイックミラーを用いることによって波長選択フィルターが不要となる。なお、本変形例は2方向から照明光を照射するものであるが、3方向以上から照明光を照射する場合も同様である。
次に、図14から図22を参照して、本発明の第2の実施形態である表面欠陥検出装置の構成及びその動作について説明する。なお、本実施形態の表面欠陥検出装置の構成は上記第1の実施形態の表面欠陥検出装置の構成と同じであるので、以下ではその構成の説明を省略し、表面欠陥検出装置の動作についてのみ説明する。
本発明の第2の実施形態である表面欠陥検出処理では、画像処理装置5が、エリアセンサ4a,4bから入力された2つの2次元画像に対して予め導出しておいたカメラパラメータを用いてキャリブレーション、シェーディング補正、及びノイズ除去等の画像処理を施した後、2次元画像間で差分処理を行うことによって差分画像を生成し、生成された差分画像から検査対象部位における凹凸性の表面欠陥を検出する。
本実施例では、ピット疵が形成されている検査対象部位とピット疵が形成されていない健全な検査対象部位に対して上記第1の位置関係算出方法を用いた表面欠陥検出処理を適用した。本実施例では、特徴量として、明部及び暗部の輝度比、面積比、及び円形度を算出した。円形度とは、明部及び暗部の面積をその周の長さの二乗で割って正規化した値であり、明部及び暗部の形状が円形状に近いか否かを判定する際に用いられる。同一起因の表面欠陥であれば、左右の信号で輝度や面積が著しく異なるということは考えにくく、輝度比や面積比を用いて左右のバランスを評価することによって表面欠陥の検出精度が向上する。また、陰影を評価するため明部及び暗部が円形状になることはほとんどなく、円形状に近いものは別起因であると判断できるために、特徴量に円形度を組み入れた。また、明部及び暗部の面積を算出し、面積が所定値以上である表面欠陥のみを検出できるようにした。検出結果を図22に示す。図22に示すように、本実施例によれば、ピット疵とピット疵が形成されていない健全部とを精度よく弁別できることが確認された。
最後に、検査対象部位に対する各光源の照明光の入射角の最適な範囲について検討する。なお、本発明は異なる2つ以上の方向から検査対象部位に対して照明光を照射することを特徴としているが、以下では簡易化のため検査対象部位の法線ベクトルに関して互いに対称な斜め方向から照明光を照射する場合における照明光の入射角の最適な範囲について検討する。また以下では、検査対象部位の表面性状が均一であると仮定した場合における表面欠陥の画像信号の強度について検討する。また以下では、エリアセンサ4の視野の中で左側から照明光を照射した場合における画面左側及び画面右側をそれぞれ「手前側」及び「奥側」と表現し、エリアセンサ4の視野の右側から照明光を照射した場合における画面左側及び画面右側をそれぞれ「奥側」及び「手前側」と表現する。
2,2a,2b 光源
3 ファンクションジェネレータ
4,4a,4b エリアセンサ
5 画像処理装置
6 モニター
L 照明光
P 鋼管
Claims (5)
- 鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法であって、
2つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射ステップと、
各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含み、
前記検査対象部位に対する各光源の照明光の入射角が60°以上82.5°以下の範囲内にあることを特徴とする表面欠陥検出方法。 - 前記照射ステップは、2つ以上のフラッシュ光源を互いの発光タイミングが重ならないよう繰り返し発光させることによって照明光を照射するステップ、及び/又は、2つ以上の互いに波長領域が重ならない光源の照明光を同時に照射するステップを含み、
2つ以上の互いに波長領域が重ならない光源の照明光を同時に照射する場合、前記検出ステップは、混ざり合った各照明光の反射光を照明光の波長と同じ波長を有する光を透過するフィルターを用いて分離することによって各照明光の反射光による画像を取得するステップを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の表面欠陥検出方法。 - 前記検出ステップは、取得した画像間で差分処理を行うことによって得られた画像の明部及び暗部を抽出し、抽出された明部及び暗部の位置関係と前記照明光の照射方向とから凹凸性の表面欠陥の有無を判定する第1判定ステップを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の表面欠陥検出方法。
- 鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出装置であって、
2つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射手段と、
各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって前記検査対象部位における表面欠陥を検出する検出手段と、を備え、
前記検査対象部位に対する各光源の照明光の入射角が60°以上82.5°以下の範囲内にあることを特徴とする表面欠陥検出装置。 - 請求項1から3のうち、いずれか1項に記載の表面欠陥検出方法を利用して鋼材の表面欠陥を検出し、検出結果に基づいて鋼材を製造するステップを含むことを特徴とする鋼材の製造方法。
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