JP2015137977A - 配管撮像装置とこれにより得た画像データの画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ安価な装置を用いて、配管の端部における外周面または内周面の凹凸や傷の有無を適切に検査できるようにする。
【解決手段】配管撮像装置１０は、検査対象面１ａに照明を当てる照明装置３と、検査対象面１ａを撮像するカメラ５と、照明装置３とカメラ５が取り付けられた支持体７と、支持体７をその回転軸Ｃ１を中心に回転させる駆動装置９とを備える。支持体７の回転軸Ｃ１を配管１の中心軸Ｃ２に一致させた同軸状態で、駆動装置９が支持体７を回転させると、検査対象面１ａにおいてカメラ５の撮像領域内となる撮像部分Ｒが、検査対象面１ａに沿って配管１の周方向に移動しつつ、この撮像部分Ｒへの照明が維持されるように、検査対象面１ａの寸法と形状に合わせて照明装置３とカメラ５との相対位置および相対姿勢が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の端部における外周面または内周面を検査対象面として、検査対象面の画像データを取得する配管撮像装置に関する。また、本発明は、配管撮像装置により得た画像データの画像処理装置に関する。

配管の端部同士を、溶接により接合するために、配管の端部を開先加工している。しかし、開先加工により、配管端部の外周面または内周面に、不適切な凹凸（特に、波打った形状）や傷が生じることがある。

従来では、このような凹凸や傷の有無を検査するために、Ｘ線装置や超音波装置を用いている。これに関して、下記の特許文献１では、配管の外面に超音波探触子を配置し、この探触子を移動させながら、探触子からの出力信号に対するエコー信号を検出し、エコー信号を連続して検出したときに、欠陥が存在すると判定している。

特開２００９−２３６７９４号公報

しかし、Ｘ線装置や超音波装置は、大型でかつ高価である。そこで、小型で、安価な装置が望まれる。また、この場合においても、配管端部の外周面または内周面における凹凸や傷の有無を適切に検出できるようにすることが望まれる。

そこで、本発明の目的は、小型で安価な装置を用いて、配管の端部における外周面または内周面の凹凸や傷の有無を適切に検査できるようにすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、配管の端部における外周面または内周面である検査対象面の画像データを取得する配管撮像装置であって、
前記検査対象面を照明する光を出す照明面を含み、この照明面からの光を前記検査対象面に当てる照明装置と、
前記検査対象面を撮像するカメラと、
前記照明装置と前記カメラが取り付けられた支持体と、
前記支持体を、予め設定した回転軸を中心に回転させる駆動装置と、を備え、
前記支持体の前記回転軸を前記配管の中心軸に一致させた同軸状態で、前記駆動装置が前記支持体を回転させると、前記検査対象面において前記カメラの撮像領域内となる撮像部分が、前記検査対象面に沿って配管の周方向に移動しつつ、この撮像部分への前記照明が維持されるように、前記検査対象面の寸法と形状に合わせて前記照明装置と前記カメラとの相対位置および相対姿勢が設定されている、ことを特徴とする配管撮像装置が提供される。

上述の配管撮像装置は、例えば、以下のように構成される。

前記照明装置は、前記同軸状態において、前記駆動装置による前記支持体の回転量によらず、前記照明面は、前記検査対象面における前記撮像部分から前記カメラまでの空間領域を覆うように当該空間領域に沿って延びている。

このように、駆動装置による支持体の回転量によらず、照明装置の照明面は、検査対象面上の前記撮像領域からカメラまでの空間領域を覆うように当該空間領域に沿って延びているので、前記照明装置の照明以外の照明や外光の影響が少ない画像データを得ることが可能になる。したがって、この画像データに基づいて、検査対象面における凹凸や傷の有無を適切に検出できる。
これに対し、検査対象面上の前記撮像領域からカメラまでの空間領域を覆わない場合には、検査対象面に、前記照明装置の照明以外の照明や外光が進入しやすくなり、検査対象面における外光の反射光により、凹凸や傷の有無を判定できない画像データが生成される可能性がある。

前記照明装置は、前記照明面上の各位置によらず、前記照明面から均一な光を射出するように構成されている。

これにより、照明面からの照明が、前記検査対象面の撮像部分に均一に当たるようになる。したがって、撮像部分の特定位置のみに強く照明が当たって、この特定位置における凹凸や傷の有無を判定できなくなることを回避できる。

前記同軸状態において、前記駆動装置による前記支持体の回転量によらず、前記照明面からの光は、前記検査対象面における前記撮像部分に斜めに入射するようになっている。

これにより、撮像部分に凹凸や傷がある場合には、その影ができる。したがって、凹凸や傷を示す当該影を表わした画像データが得られる。

また、本発明によると、上述の配管撮像装置により得られた画像データに基づいて、配管の検査対象面における凹凸または傷の有無を検出するための検出用画像データを生成する画像処理装置であって、
前記画像データに対して膨張収縮処理を行う膨張収縮処理部と、
膨張収縮処理が行われた前記画像データに対してエッジ抽出処理を行うことにより検出用画像データを生成するエッジ抽出処理部と、を備える、ことを特徴とする画像処理装置が提供される。

本発明によると、照明装置とカメラを取り付けた支持体を回転させると、検査対象面において前記カメラの撮像領域内となる撮像部分が、配管の周方向に移動しつつ、この撮像部分への前記照明が維持される。したがって、カメラは、検査対象面の一部（撮像部分）を撮像するものであればよいので、カメラの寸法は小さくてよい。また、カメラを小さくできるので、カメラを回転させる駆動装置も小さくてよい。よって、小型で安価な配管撮像装置を実現できる。

また、撮像部分への前記照明を維持しつつ、外周面または内周面において前記カメラの撮像領域内となる撮像部分が、検査対象面に沿って配管の周方向に移動するので、照明された外周面または内周面の全体の画像データを得ることができる。したがって、このような画像データに基づいて、配管端部の外周面または内周面における凹凸や傷の有無を適切に検査できる。

本発明の実施形態による配管撮像装置の構成を示す。 本発明の実施形態による配管撮像装置の別の構成を示す。 本発明の実施形態による画像処理装置のブロック図である。 本発明の実施形態による画像処理装置により得られた検出用画像データの一例である。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１（Ａ）と図２（Ａ）は、本発明の実施形態による配管撮像装置１０の構成を示す。配管撮像装置１０は、配管１の端部における検査対象面の画像データを取得する。図１は、検査対象面が、配管１の内周面１ａである場合を示す。図２は、検査対象面が、配管１の外周面１ｂである場合を示す。以下において、検査対象面が内周面１ａであるか、外周面１ｂであるかを区別せずに説明している場合には、その説明は、検査対象面が内周面１ａである場合と、検査対象面が外周面１ｂである場合との両方に当てはまる。

図１と図２の例では、検査対象面は、それぞれ、開先加工された配管１端部の内周面１ａと外周面１ｂである。この場合、配管１は、例えば、ボイラに設けられるものである。図２において、検査対象面となる配管１端部の外周面１ｂは、配管１の中心軸Ｃ２に対して傾いた方向を向いている。なお、本発明によれば、配管１は、開先加工された配管に限定されない。

配管撮像装置１０は、照明装置３と、カメラ５と、支持体７と、駆動装置９とを備える。照明装置３は、検査対象面１ａまたは１ｂに照明を当てる。カメラ５は、検査対象面１ａまたは１ｂを撮像する。支持体７には、照明装置３とカメラ５が取り付けられる。駆動装置９は、支持体７の回転軸Ｃ１を中心に支持体７を回転させる。

本実施形態によると、支持体７の回転軸Ｃ１を配管１の中心軸Ｃ２に一致させた同軸状態で、駆動装置９が支持体７を回転させると、検査対象面１ａまたは１ｂにおいてカメラ５の撮像領域内となる撮像部分Ｒ（図１、２において破線で囲んだ範囲内の部分）が、検査対象面１ａまたは１ｂに沿って配管１の周方向に移動しつつ、この撮像部分Ｒへの上述の照明が維持されるように、検査対象面１ａまたは１ｂの寸法と形状に合わせて、照明装置３とカメラ５との相対位置および相対姿勢と、支持体７の回転軸Ｃ１が設定されている。なお、配管１の周方向とは、中心軸Ｃ２を回る方向である。本実施形態では、検査対象面となる内周面１ａまたは外周面１ｂの、配管１の周方向における各部分は、配管１の中心軸Ｃ２と平行な方向の位置が同じである。

上述の同軸状態で、駆動装置９が支持体７を回転させる時に、駆動装置９（例えば、後述のモータ９ａ）は、図示しない構造体に固定されている。

このような設定により、上述の同軸状態において、支持体７の回転により撮像部分Ｒが変わっても、撮像部分Ｒと照明装置３とカメラ５との相対位置および相対姿勢は維持される。すなわち、上述の同軸状態において、支持体７の回転により撮像部分Ｒが変わっても、この撮像部分Ｒからカメラ５までの距離と、この撮像部分Ｒから見たカメラ５の向きと、この撮像部分Ｒから照明装置３までの距離と、この撮像部分Ｒから見た照明装置３（後述の照明面３ａ）の向きとは、不変である。

照明装置３は、光を出す照明面３ａを含み、この照明面３ａからの光を検査対象面１ａまたは１ｂに当てる。図１に示すように、上述の同軸状態において、駆動装置９による支持体７の回転量によらず、照明面３ａは、検査対象面１ａまたは１ｂにおける撮像部分Ｒからカメラ５までの空間領域Ｘ（図１（Ａ）と図１（Ｂ）において、２点鎖線で囲んだ領域）を覆うように空間領域Ｘに沿って延びている。これについて、本実施形態によると、上述の同軸状態において、駆動装置９による支持体７の回転量によらず、照明面３ａは、カメラ５から、カメラ５の撮像方向Ｄに沿って、少なくとも撮像部分Ｒまで延びている。なお、撮像方向は、図において矢印Ｄの向きである。

好ましくは、図１または図２のように照明面３ａを設定する。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、照明面３ａ（すなわち、実線で囲んだ部分）と配管１のみを示している。同様に、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、照明面３ａ（すなわち、実線で囲んだ部分）と配管１のみを示している。図１と図２のうち図１では、照明面３ａは、配管１の開口１ｃを、配管１の中心軸Ｃ２方向に覆っている。図１と図２では、照明面３ａは、平面である。また、図１と図２のうち図１では、照明面３ａは、配管１の中心軸Ｃ２に対する各半径方向に関して、配管１の中心軸Ｃ２から配管１の外周面１ｂよりも外側まで延びている。なお、図１と図２では、照明面３ａは、照明面３ａと垂直な方向から見た場合に、矩形であるが、円形や楕円形であってもよい。

照明装置３は、好ましくは、照明面３ａ上の各位置によらず、照明面３ａから均一な光を射出するように構成されている。この場合、例えば、照明装置３は、図１と図２のように、内部空間（図において破線で囲まれた空間）に光源４（例えば、複数のＬＥＤ４）が配置されたケース６と、このケース６の壁面になるとともに半透明の材質（例えばプラスチック）で形成された照明面形成体６ａとを有する。照明面形成体６ａの外面が照明面３ａとなる。

上述の同軸状態において、駆動装置９による支持体７の回転量によらず、照明面３ａからの少なくとも一部の光は、検査対象面１ａまたは１ｂにおける撮像部分Ｒに斜めに入射するようになっている。この場合、駆動装置９による支持体７の回転量によらず、照明面３ａが向く方向と、検査対象面１ａまたは１ｂにおける撮像部分Ｒの法線とがなす角度が一定に保たれる。また、カメラ５による撮像方向Ｄは、照明面３ａの向きと交差（図１と図２の例では、直交）する。

駆動装置９は、図１と図２の例では、モータ９ａと、モータ９ａへ電力を供給するモータドライバ９ｂとを有する。モータ９ａの出力シャフトは、支持体７の回転軸Ｃ１と同軸となるように支持体７に結合されている。

本実施形態では、配管撮像装置１０は、制御装置１１を備える。制御装置１１は、カメラ５と駆動装置９を制御する。上述の同軸状態において、制御装置１１は、次の処理（Ａ）と（Ｂ）を順に繰り返す。
（Ａ）制御装置１１は、カメラ５を制御することにより、検査対象面１ａまたは１ｂの撮像部分Ｒに対する撮像をカメラ５に行わせる。
（Ｂ）制御装置１１は、駆動装置９を制御することにより、この撮像部分Ｒに相当する量だけカメラ５（すなわち、支持体７）を回転させる。

上述の処理（Ａ）と（Ｂ）を繰り返すことにより、複数の撮像部分Ｒの画像データが得られる。これらの画像データは、好ましくは、互いに重複することなく、連続した検査対象面１ａまたは１ｂの全体の画像データを構成する。

図３は、上述した配管撮像装置１０により得られた画像データを処理する画像処理装置２０のブロック図である。この画像処理装置２０は、上述した配管撮像装置１０により得られた画像データに基づいて、配管１の検査対象面１ａまたは１ｂにおける凹凸または傷の有無を検出するための検出用画像データを生成する。画像処理装置２０は、膨張収縮処理部１３とエッジ抽出処理部１５と出力装置１７を有する。

膨張収縮処理部１３は、上述した配管撮像装置１０により得られた画像データに対して膨張収縮処理を行う。膨張収縮処理とは、膨張処理と収縮処理を繰り返すことを意味する。

膨張処理では、膨張収縮処理部１３は、多数の画素からなる画像データにおいて、１つの局所領域（例えば、９個の画素からなる正方形の領域）を選択し、この局所領域の中心に位置する画素を対象画素として特定する。次いで、膨張収縮処理部１３は、選択した局所領域において最大輝度値の画素を特定し、対象画素の輝度値を、この最大輝度値に置き換える。膨張収縮処理部１３は、このような処理を、画像データにおけるすべての局所領域について行うことにより、１回の膨張処理を行う。これらの局所領域は、上下方向または左右方向に、互いに１画素ずつずれている。

収縮処理では、膨張収縮処理部１３は、多数の画素からなる画像データにおいて、１つの局所領域（例えば、９個の画素からなる正方形の領域）を選択し、この局所領域の中心に位置する画素を対象画素として特定する。次いで、膨張収縮処理部１３は、選択した局所領域において最小輝度値の画素を特定し、対象画素の輝度値を、この最小輝度値に置き換える。膨張収縮処理部１３は、このような処理を、画像データにおけるすべての局所領域について行うことにより、１回の収縮処理を行う。これらの局所領域は、上下方向または左右方向に、互いに１画素ずつずれている。

膨張収縮処理部１３は、膨張処理を１回だけ行ったら、画像データに収縮処理を１回だけ行い、その後、再び、この画像データに膨張処理を１回だけ行う。このようにして、膨張収縮処理部１３は、同じ画像データに対して膨張処理と収縮処理を繰り返す。膨張収縮処理により、検出が不要な微細な凹凸や傷の影響を、画像データから取り除く。

エッジ抽出処理部１５は、膨張収縮処理部１３により膨張収縮処理が行われた画像データに対して、エッジ抽出処理を行う。エッジ抽出処理は、例えば、微分処理または２値化処理である。微分処理では、画像データ全体にわたって、設定方向において画素の輝度値について微分を行う。２値化処理では、画像データの各画素について、この画素の輝度値が、しきい値以上であれば、この画素を白（すなわち、その輝度値を１）にし、この画素の輝度値が、しきい値より小さければ、この画素を黒（すなわち、その輝度値を０）にする。

エッジ抽出処理部１５は、上述のエッジ抽出処理を行うことにより、検出すべき大きさの凹凸や傷が明確にされた検出用画像データを、出力装置１７に出力する。

出力装置１７がディスプレイである場合には、ディスプレイは、検出用画像データを表示する。出力装置１７がプリンタである場合には、プリンタは、検出用画像データを用紙に印刷する。

図４は、出力装置１７としてのディスプレイにより表示された検出用画像データの一例を示す。図４では、白い破線で囲んだ範囲において、膨張収縮処理部１３による膨張収縮処理と、エッジ抽出処理部１５によるエッジ抽出処理（この例では、微分処理）とが行われている。図４の検出用画像データは、配管１端部における内周面１ａを示す。白い破線で囲んだ範囲において、明るい部分ほど、輝度値の差分がより大きいことを示す。すなわち、明るい部分は、内周面１ａの凹凸（波打った形状）を示している。一方、白い破線で囲んだ範囲において、黒い部分は、凹凸が存在しないことを示す。図４から、内周面１ａにおいて凹凸が存在することを認識できる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 配管、１ａ 内周面（検査対象面）、１ｂ 外周面（検査対象面）、１ｃ 開口、３ 照明装置、３ａ 照明面、４ 光源（ＬＥＤ）、５ カメラ、６ ケース、６ａ 照明面形成体、７ 支持体、９ 駆動装置、９ａ モータ、９ｂ モータドライバ、１０ 配管撮像装置、１１ 制御装置、１３ 膨張収縮処理部、１５ エッジ抽出処理部、１７ 出力装置、２０ 画像処理装置、Ｃ１ 回転軸、Ｃ２ 中心軸、Ｒ 撮像部分、Ｘ 領域

Claims (5)

1. 配管の端部における外周面または内周面である検査対象面の画像データを取得する配管撮像装置であって、
   前記検査対象面を照明する光を出す照明面を含み、この照明面からの光を前記検査対象面に当てる照明装置と、
   前記検査対象面を撮像するカメラと、
   前記照明装置と前記カメラが取り付けられた支持体と、
   前記支持体を、予め設定した回転軸を中心に回転させる駆動装置と、を備え、
   前記支持体の前記回転軸を前記配管の中心軸に一致させた同軸状態で、前記駆動装置が前記支持体を回転させると、前記検査対象面において前記カメラの撮像領域内となる撮像部分が、前記検査対象面に沿って配管の周方向に移動しつつ、この撮像部分への前記照明が維持されるように、前記検査対象面の寸法と形状に合わせて前記照明装置と前記カメラとの相対位置および相対姿勢が設定されている、ことを特徴とする配管撮像装置。
2. 前記照明装置は、前記同軸状態において、前記駆動装置による前記支持体の回転量によらず、前記照明面は、前記検査対象面における前記撮像部分から前記カメラまでの空間領域を覆うように当該空間領域に沿って延びている、ことを特徴とする請求項１に記載の配管撮像装置。
3. 前記照明装置は、前記照明面上の各位置によらず、前記照明面から均一な光を射出するように構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の配管撮像装置。
4. 前記同軸状態において、前記駆動装置による前記支持体の回転量によらず、前記照明面からの光は、前記検査対象面における前記撮像部分に斜めに入射するようになっている、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の配管撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の配管撮像装置により得られた画像データに基づいて、配管の検査対象面における凹凸または傷の有無を検出するための検出用画像データを生成する画像処理装置であって、
   前記画像データに対して膨張収縮処理を行う膨張収縮処理部と、
   膨張収縮処理が行われた前記画像データに対してエッジ抽出処理を行うことにより検出用画像データを生成するエッジ抽出処理部と、を備える、ことを特徴とする画像処理装置。