JP5068731B2 - 表面疵検査装置、表面疵検査方法及びプログラム - Google Patents
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特許文献1に開示されている技術では、鋼板の幅方向に長い特定部分が搬送によって製造ライン上を移動することにともなって、当該特定部分からの散乱光について、経時的に2次元CCDカメラである撮像装置の受光角度が変化することを利用している。鋼板の特定部分を含む画像が、2次元CCDカメラで撮像している製造ライン上の撮像領域中でオーバーラップするように、2次元CCDカメラを利用して複数の受光角度夫々で複数枚の画像を撮影し、その複数枚の画像を画像合成する。したがって、異なる2枚以上の、予め設定した所定の複数の受光角度の鋼板画像を得るために、必ず当該特定部分は、撮影領域中で所定の受光角度の位置で2回以上撮影される必要がある。言い換えれば、必ず2回以上の撮影回数で、特定部分を含む2次元画像を撮像することが必要となる。このため、効率的な画像撮影が難しく、疵を検出するための合成画像の生成に時間がかかることが多い。
上記帯状光の上記帯状体に対する垂直方向入射角度が、上記帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射する照明装置と、
上記帯状光照射領域を挟んで上記照明装置と対向配置され、該帯状光照射領域の内の、上記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々相異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力する、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置と、
上記帯状体の移動に同期して上記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた上記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から上記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成する制御装置と、
上記フレーム画像を画像処理して、上記帯状体の表面の疵を検出する疵画像処理装置と、
を備えることを特徴とする表面疵検査装置が提供される。
上記制御装置は、予め設定した上記複数の垂直方向反射角度夫々に対応する上記複数の部分領域を、上記垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像するために、上記2次元CMOSカメラの複数の画素列、および該画素列にて撮像するときの露光時間を上記2次元撮像装置に指示してもよい。
照明装置が、上記帯状光の上記帯状体に対する垂直方向入射角度が、該帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射するステップと、
上記帯状光照射領域を挟んで上記照明装置と対向配置され、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置が、該帯状光照射領域の内の、上記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力するステップと、
制御装置が、上記帯状体の移動に同期して上記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた上記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から上記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成するステップと、
疵画像処理装置が、上記フレーム画像を画像処理して、上記帯状体の表面の疵を検出するステップと、
を有することを特徴とする表面疵検査方法が提供される。
上記帯状光の上記帯状体に対する垂直方向入射角度が、上記帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射する照明装置と、
上記帯状光照射領域を挟んで上記照明装置と対向配置され、該帯状光照射領域の内の、上記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々相異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力する、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置と、
を有する表面疵検査装置を制御するコンピュータに、
上記帯状体の移動に同期して上記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた上記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から上記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成する機能と、
上記フレーム画像を画像処理して、上記帯状体の表面の疵を検出する機能と、
を実現させるためのプログラムが提供される。
本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の関連技術について説明する。
関連技術に係る表面疵検査装置は、鋼板の表面の2次元照射領域に対して面状光を入射する照明装置と、その照明装置に対向配置された部分読み出し可能な2次元CMOSカメラとにより、照射領域からの反射光の中の所定の2つ以上の異なる受光角度で特定される反射光のみの画像信号を、鋼板の搬送速度に同期させて部分読み出しした画素列から得て、鋼板の長手方向に合成・配列する。その結果、関連技術に係る表面疵検査装置は、同時に2つ以上の受光角度の検査画像をリアルタイムに作成する。
図1は本発明の実施の形態の一例を示すもので、被検査体の帯状体は、複数の鋼板が、各鋼板の長手方向の後端と先端とが溶接点で溶接により連結されたものである。また、図1は、その鋼板が長手方向に移動しながら加工される鋼板製造ライン(以下では「鋼板ライン」と記す)に配設された表面疵検査装置の概略構成図である。なお、ここではこのように帯状体として鋼板を例示し、かつ、表面疵検査装置が鋼板ラインに配置された場合を例示するが、本発明の帯状体及び適用先は、特に限定されるものではない。本発明の実施の形態は、帯状体からの反射光を利用して表面疵を検出するため、反射光を反射しうる面を有するような帯状体であれば、様々な帯状体の表面疵を検出することができることは、言うまでもない。
照明装置10は、例えば蛍光灯、白熱灯又はハロゲンランプ等を有する光源11と、光ファイバー束12と、光源から出射された光を光ファイバー内へ導く入力端13と、光ファイバー内から光を出射する出力端14とからなっている。光ファイバー束12では多数の光ファイバーが帯状に整列されていて、入力端13は光源11が近接しており、鋼板1の幅方向に平行に設置された出力端14で帯状光L1が出射される。なお、この帯状光L1は、平行光であることが望ましい。また、照明装置10は、後述する制御装置30により例えばON/OFFや照度などが制御されて、帯状光を照射してもよいが、独立して動作することも可能である。
また、鋼板上の帯状光照射領域LAを撮像する2次元撮像装置20の光軸は、鋼板1の鋼板面の垂直方向とのなす角度β(垂直方向反射角度)が例えば45度で、垂直方向入射角度αと等しくなるように、2次元撮像装置20は設置されることが望ましい(図3を参照のこと)。しかし、2次元撮像装置20の撮像面内に正反射光が含まれる位置であれば、特に限定されるものではない。
制御装置30は、2次元撮像装置20等を制御する。より具体的には、制御装置30は、2次元撮像装置20で撮像する1枚の画像上の鋼板ライン方向(通板方向)の画素サイズが、1回の撮像動作の時間中に移動する鋼板の長さに等しくなるように、ライン速度に対応してPLG40から出力されるパルス信号に同期して、2次元撮像装置20が1回撮像するための撮像駆動信号を出力する。また、制御装置30は、後で詳細を記載するような処理で、画像信号を読み出すCMOS撮像素子22の複数の画素列を選択し、同時に前記画素列夫々の露光時間(垂直方向反射角度毎の露光時間)を設定する。そして、制御装置20は、2次元撮像装置20から1回の撮像動作中に得られる夫々の列単位画像を順次鋼板長手方向に合成してフレーム画像を作成し、順次疵画像処理装置31に出力する。
上述の通り、この制御装置30は、複数のp列目の画素列とq列目の画素列夫々に対する露光時間を設定する。ここでこの露光時間決定過程について、図6〜図9を参照して、フレーム画像の合成処理と共に詳しく説明する。
P(x)=I(x,1)+I(x,2)+…I(x、H)、1≦x≦W
制御装置30は、ステップ54において抽出した画素に対して、ステップ55において、その輝度値の平均値Vmを計算する。制御装置30は、さらにステップ56において、予め設定しておいた輝度範囲に計算した平均値Vmが収まるように露光時間を修正する。設定した輝度範囲の最大値をVmax、Vmin、露光時間の変更割合をΔE(>0)、現在の露光時間をE、更新後の露光時間をE’とすると、
Vm>Vmaxのとき、E’= E(1−ΔE)
Vm<Vminのとき、E’= E(1+ΔE)
上記以外のとき、 E’= E
のように更新後の露光時間E’を決定する。ここで、輝度範囲(Vmin,Vmax)はフレームの各画素の輝度値の取りうる範囲から、後述する疵画像処理装置31での処理に適した輝度範囲に設定する。例えば、画素が8ビットで表される場合、輝度値のとりうる範囲は0から255であるので、Vmin=80程度、Vmax=220程度に設定することが望ましいがこの数値はあくまで一例である。
疵画像処理装置31は、制御装置30で複数の列単位画像から作成したフレーム画像が入力されて、当該フレーム画像に対して、例えば、シェーディング補正等の画質改善・ラベリング処理・幾何学的特徴量抽出等のような画像解析などの画像処理、及び疵判定処理を行って有害疵を検出する(疵を検出するステップの一例)。例えば、本出願人が出願した特許文献2に開示されているように、疵画像処理装置31は、例え、閾値を用いて輝度値を2値化して閾値以上の領域などを疵候補画像として抽出したり、フレーム画像の輝度分布をパターンフィッティングして疵候補画像を抽出するなどのように、得られたフレーム画像から疵候補画像を抽出する。そして、疵画像処理装置31は、抽出された疵候補画像の中から特定形状の模様を含む画像を抽出し、抽出した画像に所定の画像処理(例えばパターンフィッテングや特徴量抽出及び判定など)を行って有害疵を検出することにより、有害疵を検出するために行う画像処理対象を絞り込んでもよい。このような処理を行うことにより、疵画像処理装置31は、高速且つ高精度で疵検出が可能であり、鋼板表面部分のみの画像処理を効率よく行うことができ、ロール2上を移動している鋼板がいわゆるウォークと呼ばれる蛇行をおこしても鋼板エッジを起点に有害疵の発生位置を正確に算出することができる。
オペレータ疵表示装置32は、例えばコンピュータディスプレーなどの表示装置で構成され、例えば、疵画像処理装置31から送られてくる検出した疵の疵画像および疵画像から抽出された特徴量を含む信号を重畳し、疵の画像および特徴量を表示する。ここで、例えば特徴量としては、疵の種類、鋼板上の発生位置、大きさ、有害度などのデータを含んでもよい。
以上説明したように、本発明の実施形態の表面疵検査装置によれば、2次元撮像装置20の受光部21の画素列を選択し、当該画素列の露光時間を任意に設定することによって、撮像装置の数を増やすことなく、2次元撮像装置20の受光部21の画素列を全て露光する通常の撮像時間に比べて同時刻と見なせるくらい短い撮像時間において、複数の受光角度それぞれに適した露光時間を使って夫々撮像した疵画像を複数得ることができ、正反射光学系や乱反射光学系を容易に構築することができる。
この際、この表面疵検査装置は、発生する疵に併せて複数の受光角度を選択することも可能である。つまり、例えば、表面疵検査装置は、帯状体の正常部である地合からの散乱・反射光が少なく、帯状体の表面の微小な疵によるわずかな乱反射の違いや反射率の角度依存性に適した受光角度を選択することができる。そして、表面疵検査装置は、上記の通り、その受光角度の夫々に適した露光時間を設定し、その露光時間で効率よく撮像して、高速かつ高精度に画像処理して疵検出することができる。
従って、この表面疵検査装置は、所定の受光角度でしか輝度変化を得ることができないような疵のリアルタイム検出を、これまでよりも高精度で実現でき、さらには、安価でかつ容易に鋼板上に発生する様々な疵に対応した検査ができる。また、この表面疵検査装置は、簡便で装置を小型化でき、廉価化が可能であるため、装置の導入が容易である。
例えば、上記実施形態では、ステップ54における複数の画素を抽出する際に、制御装置30が、図7に示すように、エッジを縦プロジェクションから求める場合について説明した。しかしながら、この処理方法は、この例に限定されるものではなく、エッジ内の領域、つまり、検査対象である鋼板1が撮像された領域の複数の画素を、フレーム画像から抽出できる方法であれば、様々な方法が使用可能である。例えば、制御装置30は、フレーム画像の各画素列(つまり列単位画像)毎に、閾値を用いて操作して、左右エッジ位置を検出し、その左右エッジ位置間の画素を抽出すること可能である。この場合、制御装置30は、例えば鋼板1にうねりが生じていたり、幅が一定でない場合など、列単位画像毎にエッジ位置を検出することが可能となり、鋼板1を表した画素をより正確に抽出することが可能となる。なお、ここで説明したエッジ検出方法は、あくまで一例であり、画素抽出処理時には様々なエッジ検出方法を使用可能であることは言うまでもない。
また、上記実施形態では、図6に示すステップ55で計算した平均値Vmを用いて、制御装置30が、ステップ56においてその平均値Vmが、予め設定された輝度範囲Vmax〜Vmin内に収まるように、露光時間を変更割合ΔEだけ変更した。しかしながら、この露光時間調整方法は、この例に限定されるものではなく、その後撮像されるフレーム画像の輝度値が白飛びや黒潰れなどとならない値となるような露光時間調整であれば様々な方法を使用可能である。
Vt>Vmのとき、E’= E(1−ΔE)
Vt<Vmのとき、E’= E(1+ΔE)
上記以外のとき、 E’= E
のように更新後の露光時間E’を決定することも可能である。この場合も露光時間E’は、平均値VmがVtに近い値の範囲内で調整されることとなり、適切な露光時間調整が可能である。
n=Vt/Vm
で求められ、更に、変更後の露光時間E’は、
E’=n×E
のように決定することも可能である。この際、例えば、1のフレーム画像形成中に露光時間を変更する場合には、急激に明るさが変化して過検出となることを防ぐため、この変更倍率nを、リミッタ値nlにより、倍率n’へと
n’=min(n,nl)
により変更して、変更後の露光時間E’を、
E’=n’×E
のように決定することが望ましい。
また、例えば、制御装置30及び疵画像処理装置31等は、図1に示すように個別の専用装置で構成されてもよいが、ソフトウエアにより上記所定の機能をコンピュータに実現させても良い。上記機能をソフトウエア等により行う場合、汎用又は専用のコンピュータにプログラムを実行させることにより、制御装置30及び疵画像処理装置31等の機能を実現することができる。つまり、制御装置30及び疵画像処理装置31等は、所定の機能を実現させる夫々作業者が上記の疵検出のための設定値を入力するためのキーボードやマウス等の入力装置と、オペレータ疵表示装置32に対する入力/出力インターフェイスと、画像メモリを含む内部メモリと、DVD−RAMやHDD等の外部記録装置と、コンピュータ・ディスプレーなどを具備するコンピュータで構成することも出来る。また、制御装置30及び疵画像処理装置31は、夫々別個のコンピュータで構成してもよく、また、設置場所や製作費を低減するために一台で構成しても良い。さらに、鋼板等の製造ラインを統括するプロセス=コンピュータとLAN又は専用のケーブル等で接続するI/Oボードを備えて、被検査材の鋼板の種類の情報を当該プロセスコンピュータから得るようにしてもよく、又、疵検出結果を当該プロセスコンピュータに出力するようにしても良い。制御装置30及び疵画像処理装置31で行う上記の制御や各データ処理(情報処理)は、このようにコンピュータ等で構成した装置で、予め作成した疵画像測定プログラム及び疵画像処理プログラムをHDD及び内部メモリにロードして実行させることも可能である。
2 ロール
10 照明装置
11 光源
12 光ファイバー束
13 光ファイバー束入力端
14 光はフィバー束出力端
20 2次元撮像装置
21 受光部
22 CMOS撮像素子
23 部分読み出し手段
30 制御装置
31 疵画像処理装置
32 オペレータ疵表示装置
40 PLG
L1 帯状光
LA 帯状光照射領域
Lp、Lq 帯状光照射領域内の撮像位置(部分領域)
Claims (5)
- 長手方向に搬送される帯状体の表面の幅方向全域に帯状光を照射し、該帯状光が照射される領域である帯状光照射領域からの該帯状光の反射光を撮像し、該帯状体の表面の疵を検査する表面疵検査装置であって、
前記帯状光の前記帯状体に対する垂直方向入射角度が、前記帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射する照明装置と、
前記帯状光照射領域を挟んで前記照明装置と対向配置され、該帯状光照射領域の内の、前記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々相異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力する、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置と、
前記帯状体の移動に同期して前記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた前記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から前記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成する制御装置と、
前記フレーム画像を画像処理して、前記帯状体の表面の疵を検出する疵画像処理装置と、
を備えることを特徴とする表面疵検査装置。 - 前記2次元撮像装置は、複数のCMOS撮像素子からなる2次元の画素配列を有する2次元CMOSカメラを備え、前記制御装置の指示により任意の画素列を任意の露光時間で露光し、該画素列の前記列単位画像を該画素配列から出力するものであり、
前記制御装置は、予め設定した前記複数の垂直方向反射角度夫々に対応する前記複数の部分領域を、前記垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像するために、前記2次元CMOSカメラの複数の画素列、および該画素列にて撮像するときの露光時間を前記2次元撮像装置に指示する、
ことを特徴とする請求項1に記載の表面疵検査装置。 - 前記制御装置は、前記二つ以上の列単位画像夫々から構成した各フレーム画像の夫々について、予め定められた処理法により該フレーム画像から複数の画素を抽出し、該複数の画素の輝度値に基づいて、前記複数の垂直方向反射角度夫々に対応する露光時間を決定する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表面疵検査装置。 - 長手方向に搬送される帯状体の表面の幅方向全域に帯状光を照射し、該帯状光が照射される領域である帯状光照射領域からの該帯状光の反射光を撮像し、該帯状体の表面の疵を検査する表面疵検査方法であって、
照明装置が、前記帯状光の前記帯状体に対する垂直方向入射角度が、該帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射するステップと、
前記帯状光照射領域を挟んで前記照明装置と対向配置され、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置が、該帯状光照射領域の内の、前記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力するステップと、
制御装置が、前記帯状体の移動に同期して前記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた前記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から前記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成するステップと、
疵画像処理装置が、前記フレーム画像を画像処理して、前記帯状体の表面の疵を検出するステップと、
を有することを特徴とする表面疵検査方法。 - 長手方向に搬送される帯状体の表面の幅方向全域に帯状光を照射し、該帯状光が照射される領域である帯状光照射領域からの該帯状光の反射光を撮像し、該帯状体の表面の疵を検査するために、
前記帯状光の前記帯状体に対する垂直方向入射角度が、前記帯状光照射領域のすべての点において、予め設定した所定の値で等しくなるように帯状光を照射する照明装置と、
前記帯状光照射領域を挟んで前記照明装置と対向配置され、該帯状光照射領域の内の、前記帯状体の移動方向における位置が相異なる複数の部分領域からの反射光を、夫々相異なる複数の垂直方向反射角度において、該垂直方向反射角度毎の露光時間で撮像して、複数の列単位画像を出力する、列単位露光可能かつ部分読み出し可能な2次元撮像装置と、
を有する表面疵検査装置を制御するコンピュータに、
前記帯状体の移動に同期して前記2次元撮像装置に撮像させて、該撮像により得られた前記複数の列単位画像のうち少なくとも二つ以上の列単位画像を予め設定しておいた列数だけ夫々配列することにより、該少なくとも二つ以上の列単位画像の夫々が対応する垂直方向反射角度夫々から前記帯状光照射領域を撮像したフレーム画像を構成する機能と、
前記フレーム画像を画像処理して、前記帯状体の表面の疵を検出する機能と、
を実現させるためのプログラム。
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JP2010117322A (ja) | 2010-05-27 |
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