JP2564737B2 - 自動磁粉探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁化した検査対象物の
表面を磁粉液を付着させてテレビカメラにより撮影し画
像データを解析することにより表面傷を検出する自動磁
粉探傷装置自に関し、特に、表面傷を検出するための画
像データ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属材料に生ずる割れ等の表
面傷の検査は、例えば磁粉探傷装置で行われているが、
その欠陥判定は人の目に依存していたため、欠陥の見逃
しや、評価の客観性に欠ける等の問題点があった。

【０００３】そこで、この様な問題点を解決する為に、
特公昭５９ー２２８９５号公報で開示された磁粉探傷装
置がある。これは紫外線ランプ照明の下に現れる、検査
対象物の表面に付着した磁粉の蛍光模様を工業用テレビ
カメラで撮影し、その画像データを基に様々な解析を行
って表面傷の検査及び欠陥の判定を行うものである。こ
の様な自動磁粉探傷装置の傷検出部では、多くの場合、
得られた画像データを２値化して割れ等の傷を抽出し、
良否判定を行う。その手順を詳述すると例えば、 (1)：テレビカメラから出力されるアナログ信号を、画
面を微小領域に分割した画素毎に量子化し、画像データ
としてデジタルフィルタをかけることにより、欠陥部分
の強調やノイズ除去等の前処理を行う， (2)：上記(1)のように前処理された画像データの画素毎
の輝度を求め、各素の輝度が所定の値（しきい値）より
も高い（低いか（明るいか暗いか）により、画像デ−タ
を２値化する。例えばしきい値よりも高いと高レベル
「１」、低いと低レベル「０」の２値化画像デ−タを生
成する， (3)：２値化画像デ−タが「１」の画素分布を認識し、
その特徴を表わす値（例えば、面積，最長径，長短径比
等）を算出する，および、 (4)：算出された特徴値から、２値化画像デ−タが
「１」の画素分布が欠陥であるかの評価および検査対象
物の良否判定をする， 等の段階を踏む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとき自動磁粉
探傷装置の欠陥判定の基礎は、画像データの２値化であ
るが、２値化のしきい値は、検査対象物に照射する紫外
線ランプの光量や検査対象物に付着した磁粉液の量及び
濃度により大きく影響される。すなわち、しきい値を一
定としておくと、同一検査対象物であっても、それらの
条件が変動すると２値化画像において欠陥に相当する部
分の形状や面積が変化し、検査毎に異なった判定結果が
生ずるという問題点がある。このうち、紫外線ランプの
光量については照射量を一定とする考案がなされている
（実開平１−１４１４６０号公報）が、磁粉液の量及び
濃度の変動については避け難く、画像処理の段階におけ
る対処が望まれている。

【０００５】自動磁粉探傷装置で行われる２値化に関し
ては、以下のように各種の方法が提案されているが、従
来の方法には各々問題点があった。 (a) ヒストグラムの谷による２値化 モード法と呼ばれる、一般的な手法で、輝度各値(横軸)
と各輝度に属する画素数(縦軸)の関係すなわち頻度ヒス
トグラムをとり、このヒストグラムに現れる谷の部分を
しきい値として２値化する。しかし、この谷は複数個出
現するのが通常でありしきい値とすべき谷を特定するの
が難しく又欠陥がない場合、谷が出現しない恐れがあ
る， (b) 局所２値化 例えば、「自動乾式磁粉探傷装置の開発」（永田ら、第
１回「産業における画像センシング技術シンポジウム」予
稿集、昭和６１年６月）に示されるように、１画面内の
局所領域毎にしきい値を変えて２値化する。しかし、１
画面内に大小種々の欠陥がある場合には、局所領域の設
定により欠陥が消滅してしまったり、逆にノイズを増大
させる可能がある， (c) ヒストグラムのピーク値からしきい値を定める２値
化 特開平２−５５９４８号公報に示すように、画素毎の輝
度による頻度ヒストグラムをとり、そのヒストグラムに
現れるピーク輝度（最大画素数となる輝度）に定数を乗
じてしきい値を決定して２値化する。しかし、傷の有り
無しに係わらずピーク輝度は同一であり、そのためしき
い値が一定となるため、傷が無い場合もバックグラウン
ドを傷と誤判定してしまう可能性がある。また、画像全
体の明るさに対応してしきい値が変化する特徴を持つ
が、傷部の明るさはバックグランドが変動しても一定の
ため、バックグラウンドが明るい場合は、傷の検出が出
来ない場合がある。

【０００６】本発明は、従来の自動磁粉探傷装置におけ
る上述のごとき問題点を改善することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁化させた検
査対象物の表面に磁粉液を付着させて、テレビカメラに
より得られる検査対象物表面の画像データを解析するこ
とにより被検査物探傷を行う自動磁粉探傷装置におい
て、画像データの１画面毎に画面幅方向もしくは、画面
縦方向のラインにおける輝度毎の画素数分布を求めた
後、該ラインにおける輝度毎の画素数分布より画素数が
零となる最も低い輝度を求め、最も低い輝度より求めら
れるしきい値により、該１画面毎の画像データを２値化
する手段を有することを特徴とする。

【０００８】この構成を図１に示す。図１を参照して説
明すると、本発明は、磁化させた検査対象物Ｗの表面に
磁粉液を付着させ、テレビカメラＣにより得られるその
検査対象物表面の画像データを２値化して解析すること
により検査対象物Ｗの探傷を行う自動磁粉探傷装置にお
いて、次のような各手段を有することを特徴とするもの
である。 (P1)：画像データ１画面毎に画面幅方向もしくは縦方向
のラインにおける輝度毎の画素数分布を求める輝度分布
変換手段、 (P2)：該ラインにおける輝度毎の画素数の分布より、画
素数がゼロとなる最も低い輝度（以下ベース輝度ＬＢと
呼ぶ）を求めるベース輝度検出手段、および、 (P3)：ベース輝度ＬＢから求められるしきい値ＳＬによ
り、画像データを２値化する２値化手段。 磁粉液の付着した検査対象物ＷはテレビカメラＣにより
撮影され、その画像データが所定の前処理を経て、輝度
分布変換手段Ｐ１に送られる。輝度分布変換手段Ｐ１で
は、ラインの画素毎の輝度信号を輝度により整理し、輝
度毎の頻度（画素数）分布を得る。ベース輝度検出手段
Ｐ２では、ラインの輝度毎の画素数分布のデータより、
画素数がゼロとなる最も低い輝度（ベース輝度ＬＢ）を
求める。２値化手段Ｐ３では、ベース輝度ＬＢの値か
ら、予め定められた規則に従い、しきい値（輝度）ＳＬ
を求め、そのしきい値により画像データを２値化する。
ここで規則とは、例えばベース輝度ＬＢよりいくつか明
るい輝度をしきい値ＳＬとするというようなものであ
り、予め実験等により定めておくものである。尚、以上
の各手段は直接接続されてもよいし、適宜各手段・装置
の間に中間データを一時的に記憶する手段を入れても良
い。例えば、画像データはテレビカメラＣから所定の前
処理を経た後、直接輝度分布変換手段Ｐ１に送られる場
合の他、撮影された画像データを一旦、磁気テープや磁
気ディスクに記録しておいて、別の機会に輝度分布変換
手段Ｐ１へ取り込んでも良い。

【０００９】

【作用】本発明の作用を、図４の（ａ）〜（ｅ）に示す
輝度分布の例で説明する。図４の（ａ）は、欠陥の無い
検査対象物２の画像の輝度分布カーブ５０の例であり、
輝度の低い方のピーク５２は、検査対象物２でない、そ
れ以外の部分（背景）によるものである。その他のピー
ク（５３〜５６等）は検査対象物２の表面からの蛍光に
よるものである。この場合、ＬＢが画素数がゼロとなる
最も低い輝度であるからベース輝度となる。

【００１０】図４の（ｂ）は、同一の磁粉液量・濃度で
検査対象物２（図２）の表面に欠陥１が存在する場合で
ある。欠陥１の部分は磁粉液が多く付着して明るくなる
ため、輝度ヒストグラムは、カーブ６０（図４の（ｂ）
中の斜線部分）のように画素数がゼロとなる最も低い輝
度のベース輝度ＬＢ１以上の高輝度画素の数が多くな
る。この場合、ＬＢ１に予め定めた輝度量をプラスした
ＳＬ１がしきい値となる。

【００１１】図４の（ｃ）は、磁粉液の濃度が図４の
（ａ）および（ｂ）の場合より高くなったとき、或い
は、検査対象物２に付着する磁粉液の量が多い場合であ
る。カーブ７０に示すように、検査対象物２以外の背景
部分のピーク７２は変化しないが、検査対象物２の表面
全体が明るくなるため、それに対応してカーブ７０は高
輝度側に移動する（７３→７０）。すなわち、カーブ７
３より高輝度側の頻度（画素数）が増加するため、ベー
ス輝度ＬＢ２も同時に高輝度側に移動する。そして、当
然、欠陥１に相当する画素の輝度（カーブ７４：斜線部
分）も高輝度側に移動するため、ベース輝度ＬＢ２は高
輝度側に移動する。この場合、ＬＢ２に予め定めた輝度
量をプラスしたＳＬ２がしきい値となる。

【００１２】図４の（ｄ）は、磁粉液の濃度が図４の
（ａ）および（ｂ）の場合より低くなったとき、或い
は、検査対象物２に付着する磁粉液量が少ない場合であ
る。カーブ８０に示すように、検査対象物２以外の背景
部分のピーク８２は変化しないが、検査対象物２の表面
全体が暗くなるため、それに対応してカーブ８０は低輝
度側に移動する（８３→８０）。すなわち、カーブ８３
より低輝度側の頻度（画素数）が増加するためベース輝
度ＬＢ３も同時に低輝度側に移動する。そして、当然、
欠陥１に相当する画素の輝度（カーブ８４：斜線部分）
も低輝度側に移動するため、しきい値ＳＬ３も高輝度側
に移動することになる。

【００１３】図４の（ｅ）は、図４の（ｂ）の場合よ
り、欠陥１の面積が大きい場合である。カーブ９０に示
すように、検査対象物２以外の背景部分のピーク９２は
変化せず、検査対象物２の表面全体の明るさも変化しな
いため、カーブ９０の輝度は変化しない。すなわち、ベ
ース輝度ＬＢ４は変化せず、検陥１に相当する画素の輝
度（カーブ９４：斜線部分）のピーク９５が大きくなる
だけである。

【００１４】以上説明した通り、本発明では、取り込ん
だ画像データの２値化に際して、そのしきい値をその画
像データの、ラインの輝度分布のベース輝度ＬＢに基づ
いて決定する。従って、例えば検査対象物２に付着する
磁粉液の量や濃度が増減しても、それに応じてしきい値
が増減するため、２値化画像の欠陥に相当する部分の形
状や面積は殆ど変化せず、検査結果（判定結果）に殆ど
影響を及ぼさない。更に、欠陥の大きさにも影響を受け
ず、どんな場合でも２値化が可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を、図２〜図５を参照して説
明する。本実施例すなわち自動磁粉探傷装置、の画像デ
ータ処理装置は、図２に示す通り、磁粉液の付着した検
査対象物２を撮影するテレビカメラ６，テレビカメラ６
からの画像信号を入力して、後述の各種データ処理を行
う画像処理装置（ＩＰ）１０，及びＩＰ１０から出力さ
れるデータ処理前後の画像を映し出すビデオモニタ２０
から成る。

【００１６】ＩＰ１０は、画像処理用のコンピュータで
あり、ＣＰＵ１１，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３，ビデオＲ
ＡＭ１４，Ａ／Ｄ変換器１５及び外部入出力回路１６を
備える。ＲＯＭ１２は、以下に説明するような処理を実
行するためのプログラムや所定の定数等を予め記憶して
おり、ＲＡＭ１３は、以下の処理における演算途中のデ
ータを一時的に記憶する。ビデオＲＡＭ１４は、デジタ
ル化された画像データを格納しておくものである。尚、
ＩＰ１０は、この他に、画像データ等を記録するための
外部記憶装置を備えていてもよい。

【００１７】検査対象物２は磁化され、磁粉を含む蛍光
液が散布される。対象物２の表面あるいは表面近傍に
傷，割れ等の欠陥１が有る場合は、そこから磁束が漏れ
るため、磁粉液が他の部分より多量に付着する。このよ
うな部分は、紫外線ランプ４の照射により、他の部分よ
り明るく現れる。テレビカメラ６は、そのような映像を
撮影し、画像信号をＩＰ１０に送る。ＩＰ１０ではこの
信号に対して所定の処理を行い、検査対象物２の欠陥の
有無を判定する。以下、ＩＰ１０において行われる処理
を図３に示すフローチャートに従って説明する。

【００１８】検査対象物２の欠陥有無を判定する図３に
示すルーチンが開始すると、先ずステップ１００で、Ｉ
Ｐ１０及び周辺機器の初期化を行う。そして、ステップ
１１０で、テレビカメラ６からの画像信号を入力する。
テレビカメラ６から出力される画像信号はアナグロ信号
であるため、ＩＰ１０ではステップ１２０で、画像信号
をＡ／Ｄ変換器により所定の周期で量子化する。これに
よりテレビカメラ６で撮影された１画面が所定数の画素
に分割され、各画素のデジタル化された輝度が得られ
る。この後、前述のように、ノイズ除去や欠陥強調のた
めの前処理１２５を行う。この前処理後の輝度データは
ステップ１３０で一旦ビデオＲＡＭ１４に記憶される。

【００１９】次のステップ１４０では画像データの１画
面毎に画面幅方向もしくは縦方向の任意の１ラインの輝
度毎の画素数をカウントし、輝度分布すなわち輝度ヒス
トグラムを得る。このようにして得られた輝度毎の画素
数の分布から、画素数がゼロとなる最も低い輝度（ベー
ス輝度ＬＢ）をステップ１５０で算出する。図４の
（ａ）ではこれがＬＢ、（ｂ）ではＬＢ１、（ｃ）では
ＬＢ２、（ｄ）ではＬＢ３、および（ｅ）ではＬＢ４で
ある。そして、ステップ１６０では、ベース輝度ＬＢ，
ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３又はＬＢ４からしきい値ＳＬ，
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３又はＳＬ４を算出する。

【００２０】図５に、しきい値算出（および欠陥検出）
１６０の内容を更に詳細に示す。これにおいてはステッ
プ１５０で求められたベース輝度ＬＢ（ＬＢ，ＬＢ１，
ＬＢ２，ＬＢ３又はＬＢ４）を、ステップ２００及びス
テップ２１０で輝度カウンタＬに代入する。次にステッ
プ２２０で、輝度カウンタＬを１輝度進めて、ステップ
２３０で輝度Ｌの画素数をチェックし、ゼロでなければ
ステップ２３５で画像異常アラームを出力する。ゼロで
あればステップ２４０で輝度カウンタＬと定数ｎを比較
し定数ｎが小さければステップ２２０〜２４０を繰り返
す。定数ｎが大きければステップ２５０で現在の輝度カ
ウンタＬの値をしきい値ＳＬ（ＳＬ，ＳＬ１，ＳＬ２，
ＳＬ３又はＳＬ４）に決定する。ここで定数ｎは、ベー
ス輝度ＬＢ（ＬＢ，ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３又はＬＢ
４）と欠陥部の輝度ＳＬ１〜ＳＬ４の間に生ずる画素数
がゼロの輝度の個数を事前に実験等により確認し最適値
を設定しておく。以降ステップ２６０〜２８５では欠陥
なしの判定を行う。ステップ２６０では輝度カウンタＬ
を１輝度進める。ステップ２７０で輝度Ｌの画素数がゼ
ロでなければ欠陥１が存在するので、ステップ２７５で
２値化を実行する。画素数がゼロであれば、ステップ２
８０で輝度カウンタＬを最大輝度と比較する。輝度カウ
ンタＬが最大輝度と同一であれば、ステップ２８５で欠
陥なしと判断する。最大輝度より小さければステップ２
６０〜２８５を繰り返す。このように、しきい値ＳＬ
は、図４の（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の境界値Ｓ
Ｌ１，ＳＬ２，ＳＬ３、ＳＬ４に相当する値となるよう
に定められる。

【００２１】図３の、次のステップ１７０では、ステッ
プ１３０でビデオＲＡＭ１４に記憶された各画素の輝度
データをしきい値ＳＬ（ＳＬ，ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３
又はＳＬ４）と比較することにより２値化する。２値化
された画像データもビデオＲＡＭ１４の別の領域に記憶
される。ステップ１８０では２値化された検査対象物２
の画像から、特徴抽出を行う。特徴抽出は検査の目的に
応じて最適な方法（例えば、面積の測定，最長径の測定
長短径比，方向の判定等）が選ばれる。

【００２２】ステップ１９０では、そのように抽出され
た画像の特徴に応じて、検査対象物２の良否を判定す
る。以上で図３に示す欠陥有無を判定するル−チンを終
了する。尚、ビデオＲＡＭ１４に記憶された画像データ
や２値化された画像データは、適宜ビデオモニタ２０に
映し出される。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係わる自動磁粉探傷装置の傷検
出では、画像データの２値化に際して、しきい値を、画
像データのライン上輝度分布のベース輝度に応じて決定
する。従って、検査対象物に照射する紫外線の光量や検
査対象物に付着する磁粉液の量・濃度等により２値化画
像データにおける欠陥部分の形状，面積等が変化するこ
とが殆どなく、安定した検査結果が得られる。又、従来
の種々の２値化方法のような欠点もなく、欠陥の有り無
しに関わらず常に安定して２値化が行え、且つ、欠陥を
ありのままに捉える２値化画像を得ることができる。以
上のように、本発明は産業上際めて優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の機能構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図３】 図２に示す画像処理装置が行なう欠陥有無判
定処理の内容を示すフローチャートである。

【図４】 （ａ）〜（ｂ）は、各種検査対象物の画像デ
ータの任意の１ラインの輝度分布をそれぞれ示すグラフ
である。

【図５】 図３に示す「しきい値算出」１６０の内容を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１：欠陥 ２，Ｗ：検査対象物 ４：紫外線ランプ ６，Ｃ：テレビカメ
ラ １０：画像処理装置 ２０：ビデオモ
ニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久 保 三 敏 室蘭市仲町12番地 ニッテツ北海道制御 システム株式会社内 (72)発明者 松 田 著 利 室蘭市仲町12番地 ニッテツ北海道制御 システム株式会社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁化させた検査対象物の表面に磁粉液を付
   着させて、テレビカメラにより得られる検査対象物表面
   の画像データを解析することにより被検査物探傷を行う
   自動磁粉探傷装置において、 該画像データの１画面毎にラインにおける輝度毎の画素
   数分布を求める輝度分布変換手段と、 前記ラインにおける輝度毎の画素数分布より画素数が零
   となる最も低い輝度を求める輝度検出手段と、 前記最も低い輝度より求められるしきい値により該画像
   データを２値化する２値化手段と、を有することを特徴
   とする自動磁粉探傷装置。