JP6447637B2 - 表面欠陥検出装置、表面欠陥検出方法、及び鋼材の製造方法 - Google Patents
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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に表面欠陥の検出処理結果を示す。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。
次に、本発明に係る表面欠陥検出方法を用いて厚鋼板の表面欠陥を検出する場合における照明光の入射角及び表面欠陥の検出能について検討する。図23は、本発明に係る表面欠陥検出方法を用いて落ち込み疵と呼ばれる表面欠陥を検出した結果を示す図である。図23に示すように、明暗パターンによって落ち込み疵をしっかりと検出できていることがわかる。しかしながら、ロール疵と呼ばれる表面欠陥については、厚鋼板の幅方向に照明光を照射した時は、図24(a)に示すように、ロール疵の形状が細長いために欠陥信号をほとんど確認することができないが、厚鋼板の長手方向に照明光を照射した時には、図24(b)に示すように、欠陥信号の強度が強まることが確認された。
最後に、表面欠陥の検査範囲及びノイズ要因について検討する。本発明は、2つ以上の異なる方向から検査対象部位に照明光を照射して差分画像を取得することを特徴としているが、以下では簡易化のため鋼材表面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を例として、光学系の条件について検討する。この場合、一方の光源から照明光を照射した時(便宜上、右方向からの照射とする)と他方の光源から照明光を照射した時(便宜上、左方向からの照射とする)とで照明光の入射及び反射に関する条件は同じであることが好ましい。
2a,2b 光源
3 ファンクションジェネレータ
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 (8)
- 移動中の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、
少なくとも許容される画像の位置ずれ量に基づいて発光時間が設定された2つ以上の弁別可能な光源を互いの発光タイミングが重ならないように繰り返し発光させることによって、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、
2つの光源のうちの一方の光源から前記検査対象部位に入射した照明光の正反射方向を示すベクトルをa1、前記検査対象部位における前記一方の光源から入射された照明光の前記画像を撮影する撮影手段方向への反射方向を示すベクトルをb1、2つの光源のうちの他方の光源から前記検査対象部位に入射した照明光の正反射方向を示すベクトルをa2、前記検査対象部位における前記他方の光源から入射された照明光の前記画像を撮影する撮影手段方向への反射方向を示すベクトルをb2とした時、前記検査対象部位においてベクトルa1、ベクトルb1、ベクトルa2、及びベクトルb2が以下に示す数式(1)を満足することを特徴とする表面欠陥検出装置。
- 2つの光源によって照射される照明光のうちの一つの照明光の照射方向が鋼材の長手方向に平行であることを特徴とする請求項1に記載の表面欠陥検出装置。
- 前記検出手段は、前記撮影手段として各照明光の反射光による2次元画像を撮影するエ リアセンサを備える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装置。
- 移動中の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、
少なくとも許容される画像の位置ずれ量に基づいて発光時間が設定された2つ以上の弁別可能な光源を互いの発光タイミングが重ならないように繰り返し発光させることによって、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、
2つの光源のうちの一方の光源から前記検査対象部位に入射した照明光の正反射方向を示すベクトルをa1、前記検査対象部位における前記一方の光源から入射された照明光の前記画像を撮影する撮影手段方向への反射方向を示すベクトルをb1、2つの光源のうちの他方の光源から前記検査対象部位に入射した照明光の正反射方向を示すベクトルをa2、前記検査対象部位における前記他方の光源から入射された照明光の前記画像を撮影する撮影手段方向への反射方向を示すベクトルをb2とした時、前記検査対象部位においてベクトルa1、ベクトルb1、ベクトルa2、及びベクトルb2が以下に示す数式(1)を満足することを特徴とする表面欠陥検出方法。
- 2つの光源によって照射される照明光のうちの一つの照明光の照射方向が鋼材の長手方向に平行であることを特徴とする請求項4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4又は5に記載の表面欠陥検出方法。
- 前記撮影手段として各照明光の反射光による2次元画像を撮影するエリアセンサを用い ることを特徴とする請求項4から6のうち、いずれか1項に記載の表面欠陥検出方法。
- 請求項4から7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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