JP6772084B2 - 表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状または円柱状の被検査体の表面欠陥検査装置およびその方法に係り、特に鋼管や丸棒等の表面欠陥を光学的に検査する表面欠陥検査装置およびその方法に関する。

鋼管の製造工程においては、鋼管表面にカキ疵、割れ、異物付着、汚れ等の欠陥が発生することがあり、これらの表面欠陥を全長全周に亘って自動的に検査することは品質保証上、または品質管理上極めて重要である。例えば、表面にめっき処理を施す鋼管でめっき付着不良があると、露出した部分が錆びて孔食し、搬送流体の漏洩といったトラブルが発生する懸念がある。

このため、従来の鋼管表面の欠陥検査は、各種非破壊検査（ＮＤＩ：Non Destructive Inspection）手法による検査の他、目視やカメラ等を用いた光学的検査によって行われてきた。そしてこのような鋼管の表面欠陥検査方法としては、例えば特許文献１〜３に示すように、鋼管表面をカメラで撮影し画像を得て、得られた画像内の輝度変化部分を欠陥部分として抽出することにより表面欠陥を検出する装置の開発が行われている。

例えば特許文献１には、鋼管正面を照明する明視野照明と、明視野照明と直交する真横方向から鋼管両側面を照明する一対の暗視野照明を設け、明視野照明と同じ方向からカメラで鋼管表面を撮影し画像を得て、その画像の輝度変化部分を欠陥部分として抽出する技術が記載されている。この特許文献１における技術では、特にφ３００ｍｍ以下の小径の鋼管あるいは棒鋼の場合に、明視野照明だけでは鋼管表面の明るい領域が狭くなるため、両側面からの暗視野照明を併用することによって明るい領域を増やし、鋼管表面のほぼ上半分全体を照明できるようにしている。

また、特許文献２には、鋼管の軸心方向に沿って長く伸びる１対の長尺集光照明を鋼管両側の斜め上から鋼管側縁部に照射することにより、鋼管表面の上部と側縁部との輝度をほぼ均等にし、両照明の中央位置からテレビカメラで鋼管表面を撮影し画像を得て、その画像の輝度変化部分を欠陥部分として抽出する技術が記載されている。この特許文献２における技術は、鋼管をその軸心を中心として回転しながら検査するものであり、表面の傷痕、汚れおよび形状不良等の欠陥が検査可能とされている。

また、特許文献３には、軸方向に搬送される鋼管の搬送パス上部に、２次元カメラと１次元カメラと複数のハロゲンランプを軸心方向に沿って配設し、２次元カメラで計測した鋼管表面からの反射光量を用いて、１次元カメラによる鋼管表面検査データを輝度補正して検査する技術が記載されている。この特許文献３における技術では、鋼管を回転させながら搬送することにより、鋼管の全長全周の検査も可能とされている。

また、上記特許文献１〜３の他にも、発明者らは、特許文献４に示すように、被検査体である鋼管の全周をカバーする撮像領域を有する撮像部と複数の線状光源を用いた表面欠陥検査装置であって、視野内における鋼管位置を特定するラインセンサカメラを併用したものを提案している。

また、特許文献５には、内面が反射面とされ、被検査体（線材）に近づくにつれて末広がりのドーム形状をなすドーム部材と、ドーム部材の開口部に配置されたカメラと、ドーム部材の下側開口端内側に等間隔に設けられ、カメラ側に向けて光を照射することにより、反射面で反射させた光を線材表面に均一に照射させる光源と、を備える線材表面探傷装置が開示されている。

特開２００６−２９２５８０号公報 特許第２９６２１２５号公報 特許第４０２３２９５号公報 特開２０１５−６４３０１号公報 特開２０１１−１６３９５４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、鋼管の全面を検査するために鋼管を軸方向に移動させず周方向に回転させる必要があるが、通常の製造ラインではそのような設備はないため検査専用の鋼管回転機構等を設ける必要がありコストアップになる。また、検査工程が搬送効率を低下させ、ひいてはラインの生産性低下が懸念され、また鋼管の撓みや扁平によりカメラと鋼管表面の距離が変動するなどの外乱が懸念されるという問題があった。これは特許文献２の方法でも同様である。

また、特許文献３は鋼管を螺旋状に搬送しながら検査する手法であり、超音波検査等では広く用いられているが、本質的には周方向の１か所しか測定しないため、検査視野と回転速度、搬送速度の調整を厳密に制御しないと検査抜け（未検査領域）が発生し、また特許文献１，２と同様に、鋼管の撓みや扁平が今度は螺旋状搬送の精度に影響し、結果として検査に影響が出るという問題があった。

また、特許文献４の方法では、鋼管の表面光沢が検査結果に与える影響が大きく、例えば鏡面性の強い鋼管を検査する場合は、光源からの光が鋼管に映りこんでハレーションが発生し、検査に影響が出るという問題があった。

さらに、特許文献４の方法では、表面光沢の影響を低減させるためには鋼管からの反射光の強度分布を周方向に対して均一に近づける必要があるが、このような対策は、同文献の特徴であるラインセンサカメラによる鋼管位置の特定の感度を低下させてしまうという問題があった。

また、特許文献５の方法では、被検査体を軸方向に搬送（縦送り）する検査を想定しており、ドーム部材の開口部に配置されたカメラの死角となる部位は検査することができないという問題があった。また、特許文献５で開示されたドーム部材および光源からなるドーム照明を、例えば鋼管をその軸方向と直交する方向に転がして搬送する搬送装置に設置して鋼管の検査を行おうとした場合、転がり位置によって鋼管の軸方向の照射長さが変化するため、鋼管全体の外表面の検査ができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、円筒状または円柱状の被検査体の表面欠陥を検査する際に、簡易な構成で精度高く表面欠陥検査を行うことができる表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表面欠陥検査装置は、円筒状または円柱状の被検査体を撮像する撮像装置と、前記撮像装置によって撮像された画像の輝度変化に基づいて前記被検査体の表面欠陥を検出する画像処理装置と、を備える表面欠陥検査装置において、製造ライン上に設けられ、前記被検査体を所定の傾斜に沿って転動させながら搬送する搬送装置と、前記搬送装置と前記撮像装置との間に配置され、前記被検査体を照明する間接照明装置と、を備え、前記撮像装置は、前記搬送装置によって搬送されており、かつ前記間接照明装置によって照明されている前記被検査体を撮像することを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査装置は、上記発明において、前記間接照明装置は、凹面側が光の反射面となる半円筒状の反射材と、前記反射材の反射面側に配置された光源と、を備え、前記光源からの光を前記反射材の反射面で反射することにより、前記搬送装置によって搬送されている前記被検査体を照明することを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査装置は、上記発明において、前記反射材は、その軸方向が前記被検査体の軸方向と平行になるように配置され、前記反射材においてその軸方向と直交する方向の幅は、前記被検査体の周長よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査装置は、上記発明において、前記光源は、前記反射材の軸方向に線状に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査装置は、上記発明において、前記撮像装置は、前記反射材の軸方向および幅方向の中心に配置されたエリアセンサカメラであることを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査装置は、上記発明において、前記撮像装置の視野内において、前記被検査体に対して前記撮像装置とは反対側に配置され、かつ前記被検査体の転動方向と平行に設けられた補助照明装置をさらに備え、前記撮像装置は、前記補助照明装置によって、前記撮像装置とは反対側から照明されている前記被検査体を撮像することを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表面欠陥検査方法は、円筒状または円柱状の被検査体を撮像装置によって撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて撮像された画像の輝度変化に基づいて前記被検査体の表面欠陥を検出する画像処理ステップと、を含む表面欠陥検査方法において、前記撮像ステップは、製造ライン上に設けられた搬送装置によって、所定の傾斜に沿って転動しながら搬送され、かつ間接照明装置によって照明されている前記被検査体を撮像することを特徴とする。

また、本発明に係る表面欠陥検査方法は、上記発明において、前記撮像ステップは、前記撮像装置の視野内において、前記被検査体に対して前記撮像装置とは反対側に配置され、かつ前記被検査体の転動方向と平行に設けられた補助照明装置によって、前記撮像装置とは反対側から照明されている前記被検査体を撮像し、前記画像処理ステップは、前記補助照明装置によって照明されている前記被検査体の画像に基づいて、前記被検査体の位置を検出することを特徴とする。

本発明によれば、間接照明装置によって被検査体を照明しながら画像を撮像することにより、被検査体の表面光沢の影響を受けずに表面欠陥の検査が可能となる。また、製造ライン上に設けた搬送装置によって被検査体を転動させながら表面欠陥の検査を行うことにより、被検査体を全長および全周にわたって検査できるため、例えば検査専用の被検査体回転機構等を設ける必要や、その設置スペースまたは被検査体の搬送経路等を別途追加する必要がなく、安価な設備投資で被検査体の検査が可能となる。従って、本発明によれば、円筒状または円柱状に形成された被検査体の表面欠陥を検査する際に、簡易な構成で精度高く表面欠陥検査を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の間接照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の間接照明装置の動作原理を示す図である。 図４は、従来の光源（直接照明）を用いた場合における被検査体（鋼管）表面の反射光と均一照射幅を説明するための説明図である。 図５は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の間接照明装置を用いた場合における被検査体（鋼管）表面の反射光と均一照射幅を説明するための説明図である。 図６は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置による被検査体（鋼管）の撮像画像群の一例を示す図である。 図７は、図６に示した被検査体（鋼管）の撮像画像群を、被検査体の一周分の展開図に合成した図である。 図８は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、複数の撮像装置および複数の間接照明装置を備える、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の変形例１の構成を模式的に示す斜視図である。 図１０は、複数の撮像装置、複数の間接照明装置および複数の補助照明装置を備える、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の変形例２の構成を模式的に示す斜視図である。 図１１は、従来の方法によって撮像した鋼管の画像である。 図１２は、図１１のＡ−Ａ’線に沿った輝度分布を示すグラフである。 図１３は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置によって撮像した鋼管の画像である。 図１４は、図１３のＢ−Ｂ’線に沿った輝度分布を示すグラフである。

以下、本発明に係る表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［表面欠陥検査装置］
表面欠陥検査装置は、円筒状または円柱状の被検査体の表面欠陥を検査するためのものである。表面欠陥検査装置１は、図１に示すように、搬送装置１０と、間接照明装置２０と、撮像装置３０と、画像処理装置４０と、表示装置５０と、を備えている。なお、表面欠陥検査装置１の被検査体としては、鋼管や丸棒等が挙げられるが、以下では図１に示すように鋼管Ｐを用いた例について説明する。

搬送装置１０は、鋼管Ｐを搬送するものである。搬送装置１０は、鋼管Ｐの製造ライン上に設けられており、具体的には図１に示すように、所定の傾斜が設けられた搬送スロープである。搬送装置１０は、鋼管Ｐを傾斜に沿って転動させながら搬送する。

ここで、鋼管Ｐを始めとする円筒状または円柱状の製品の製造ラインでは、これらをその軸方向と直交する方向に搬送する際に、図１に示すように傾斜が設けられた搬送装置（搬送スロープ）１０を利用することが一般的に行われている。従って、このような搬送装置１０上で表面欠陥の検査を行うことにより、検査専用の鋼管回転機構や検査台等を新たに設ける必要がなくなる。なお、搬送時に鋼管Ｐと接触する搬送装置１０の表面は、後記する画像処理の際に鋼管Ｐとの識別を容易にするために、鋼管Ｐの表面とは色調が異なり、かつ反射を抑えた材質、例えば艶消しの白色または黒色に塗装したり、あるいは黒色のゴム板等を敷くことが望ましい。

間接照明装置２０は、搬送装置１０によって搬送される鋼管Ｐを反射光によって間接的に照明するものである。間接照明装置２０は、図１に示すように、搬送装置１０の上方であって、搬送装置１０と撮像装置３０との間に配置されている。また、間接照明装置２０は、図２および図３に示すように、反射材２１と、光源２２と、を備えている。

反射材２１は、図２に示すように、断面が半円筒状に形成されている。この反射材２１の材料としては、半円筒状に形成可能な材料であれば金属、木材、樹脂等、種類を問わずに利用可能であるが、可視光に関する拡散反射率が良好な材料を用いることが望ましい。

反射材２１の上部には、撮像装置３０が配置される貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａは、反射材２１の軸方向および幅方向の中心に、撮像装置３０の視野を確保できる程度の最小限の大きさで形成される。また、反射材２１は、図３に示すように、凹面側が光源２２からの光の反射面２１ｂとなり、この反射面２１ｂによって光源２２からの光を鋼管Ｐ側に反射する。

反射材２１は、その軸方向が鋼管Ｐの軸方向と平行になるように配置されている。また、反射材２１の幅、すなわち反射材２１においてその軸方向と直交する方向の幅は、鋼管Ｐの周長よりも大きく形成されている。

光源２２は、図２に示すように、反射材２１の軸方向に線状に設けられた線状光源（棒状光源）である。光源２２は、図３に示すように、反射材２１の反射面２１ｂ側に合計２本、左右一対で配置されており、当該反射面２１ｂに向けて光を照射する。これにより、その反射光および多重反射光が拡散し、図１の実線矢印に示すように、鋼管Ｐに対して様々な方向から光が照射される。

光源２２としては、蛍光灯やライトガイド、あるいは近年改良が進んでいるＬＥＤ素子を配列させた線状光源等が利用可能である。なお、光源２２の配置は図１に示すものに限定されず、さらに光源２２の本数も２本以上であってもよいが、撮像の際の光軸（同図の実線矢印参照）が左右対称になるように光源２２の配置および本数を設定することが望ましい。

間接照明装置２０は、以上のような構成を備えることにより、図１に示すように、光源２２からの光を反射材２１の反射面２１ｂで反射し、搬送装置１０によって搬送されている鋼管Ｐを間接的に照明する。

撮像装置３０は、搬送装置１０によって搬送されており、かつ間接照明装置２０によって照明されている鋼管Ｐを撮像するものである。撮像装置３０は、図２に示すように、反射材２１の軸方向および幅方向の中心に形成された貫通孔２１ａの位置に配置されており、反射材２１の下側で搬送装置１０によって搬送される鋼管Ｐを所定の撮像周期で撮像する。そして、撮像装置３０は、撮像した複数の画像を画像処理装置４０に対して出力する。

撮像装置３０としては、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等のエリアセンサカメラを用いることができる。ここで、撮像装置３０の画素数および画角は、検出が必要な表面欠陥の大きさと検査視野、あるいは場合によっては視野をカバーするために複数配置される撮像装置３０（後記図９参照）等を勘案して決定する。

一般に、撮像装置３０（具体的にはエリアセンサカメラ）の画素数は、水平方向の画素（Ｎｘ）の方が垂直方向の画素（Ｎｙ）より大きく、「Ｎｘ：Ｎｙ＝４：３」程度であるため、視野の水平方向を鋼管Ｐの軸方向に、視野の垂直方向を鋼管Ｐの搬送方向（転動方向）に一致させることが望ましい。そして、視野の垂直方向は、鋼管Ｐの外径よりも少し長い範囲をカバーする必要がある一方で、１画素当たりの視野は、検出が必要な表面欠陥の大きさの半分〜１／５程度の細かさにした方が望ましい。

例えば外径が１００ｍｍの鋼管Ｐを検査して、φ２ｍｍの表面欠陥（例えば疵）を検出したい場合、鋼管Ｐの搬送方向の視野は「π×１００＝３１４ｍｍ」必要であり、１画素当たりの解像度は「２×（１／５）＝０．４ｍｍ」となる。従って、撮像装置３０の垂直方向の視野は３２０ｍｍ程度、垂直方向の画素数は「３２０÷０．４＝８００画素」程度あれば十分となる。

一方、撮像装置３０の垂直方向の視野を３２０ｍｍとした場合、前記した「Ｎｘ：Ｎｙ＝４：３」の関係より、撮像装置３０の水平方向の視野（鋼管Ｐの軸方向の視野）が「３２０÷３×４＝４３０ｍｍ」程度となる。そのため、例えば鋼管Ｐが数ｍに亘る長尺体の場合は、撮像装置３０が多数必要となってしまう。このような場合、解像度を維持したまま撮像装置３０の台数が数台で収まるように、前記した画素数と視野の設定を修正すればよい。

例えば、軸方向の長さが５０００ｍｍ（５ｍ）の鋼管Ｐを４台の撮像装置３０で検査する場合、撮像装置３０の水平方向の視野を「５０００／４＝１２５０ｍｍ」、１画素当たりの解像度を０．４ｍｍ、撮像装置３０の水平方向の画素数を３２００画素とする。そしてこの場合、撮像装置３０の垂直方向の画素数は「３２００×（３／４）＝２４００画素」となる。このような３２００画素×２４００画素の撮像装置３０は、市販されているエリアセンサカメラを利用すれば実現可能である。

ここで、図１において、撮像装置３０から伸びる３本の一点鎖線のうち、真ん中の一点鎖線は撮像装置３０のレンズの中心軸であり、両側の２本の一点鎖線は撮像装置３０の視野（垂直方向の視野）を示している。撮像装置３０は、同図に示すように、その視野内を転動する鋼管Ｐが周長分移動する間に連続的に撮像を行う。そして、後記する画像処理装置４０によって、複数の画像から表面欠陥が検出される。なお、撮像装置３０が視野内で鋼管Ｐを撮像する撮像周期は、例えば鋼管Ｐの搬送速度（転動速度）や搬送方向の均一照射幅等を勘案して決定すればよい。

前記した「均一照射幅」とは、間接照明装置２０によって照明された鋼管Ｐの表面の画像の照度が均一とみなされる幅のことを示している。前記した特許文献４では、鋼管の曲率や照明の配置間隔等から均一照射幅を決定して用いていたが、本実施形態に係る表面欠陥検査装置１では、間接照明を用いたことでこの均一照射幅がかなり広がっている。

例えば図４は、特許文献４のように直接照明を用いた場合における鋼管Ｐの均一照射幅の一例を示す図、図５は、本実施形態のように間接照明を用いた場合における鋼管Ｐの均一照射幅の一例を示す図である。そして、図４および図５において、Ｗは均一照射幅、Ｄは鋼管Ｐの直径を示している。

特許文献４のように直接照明を用いた場合、鋼管Ｐの直径Ｄが１００ｍｍ（周長を３２０ｍｍとする）だとすると、均一照射幅Ｗは１５ｍｍ程度であった。従って、撮像装置３０は、鋼管Ｐがその視野内を１５ｍｍ転動するごとに撮像する必要があり、撮像回数は「３２０÷１５＝２１．３→２２回」となる。

一方、本実施形態のように間接照明を用いた場合、鋼管Ｐの直径Ｄが１００ｍｍ（周長を３２０ｍｍとする）だとすると、均一照射幅Ｗは３５ｍｍ程度であった。従って、撮像装置３０は、鋼管Ｐがその視野内を３５ｍｍ転動するごとに撮像すればよく、撮像回数は「３２０÷３５＝９．１４→１０回」となる。このように、本実施形態のように間接照明を用いることで、直接照明を用いる場合と比較して、撮像装置３０による撮像回数が大幅に減少する。

ここで、鋼管Ｐの均一照射幅Ｗごとの移動を撮像した画像から検出する場合、例えば画像のある水平ラインの輝度が明るい部分を重心演算する等により検出することができる。一方、データ処理の煩雑さを避けるために、図１に示すように、近接センサ６１とトリガ回路６２を別途設け、近接センサ６１によって撮像装置３０の視野内に入った鋼管Ｐを検出した場合に、トリガ回路６２からのトリガ信号を撮像装置３０に出力し、鋼管Ｐを撮像してもよい。

または、前記したトリガ回路６２と、鋼管Ｐの搬送距離を計測するレーザ距離計とを別途設け、一定の搬送距離ごとにトリガ回路６２からのトリガ信号を撮像装置３０に出力して撮像してもよい。さらに、搬送装置（搬送スロープ）１０の傾斜が緩やか等の理由により、鋼管Ｐの転動が一定速度とみなせる場合は、近接センサ６１で鋼管Ｐが撮像装置３０の視野内に入るタイミングのみを検出し、後は予め設定した時間間隔で所定回数画像を撮像するようにしてもよい。

このようにして鋼管Ｐが撮像装置３０の視野内を転動している際に連続的に撮像することにより、図６に示すように、鋼管Ｐの表面の画像が複数採取される。同図は、搬送装置１０によって搬送されており、かつ間接照明装置２０によって照明されている鋼管Ｐを撮像装置３０によって撮像した画像群であり、（１）〜（２５）は、撮像の順番を示している。また、同図に示した鋼管Ｐには、表面欠陥の代わりに円形の印をマーキングしている。

ここで、図６の例では、鋼管Ｐの回転による移動よりも撮像周期が短いため、複数の画像に鋼管Ｐの同一位置が撮像されている。このような撮像条件では、鋼管Ｐに欠陥がある場合は同一の欠陥を複数回撮像してしまう。従って、重複検出を避けるために、画像相互のマッチングを施して重複部分をカットする重複チェックが必要となる。但し、反対に撮像周期が長すぎると、欠陥の見逃しを招くおそれがあるため、撮像周期はなるべく短く設定することが望ましい。

画像処理装置４０は、撮像装置３０によって撮像された鋼管Ｐの画像を画像処理し、当該画像の輝度変化に基づいて鋼管Ｐの表面欠陥を検出するものである。画像処理装置４０は、撮像装置３０から入力された各画像に対してシェーディング補正、２値化処理等の周知の欠陥検出処理を行い、画像内の輝度変化部を表面欠陥として検出する。

画像処理装置４０は、検出した表面欠陥の種類や発生位置についても算出する。例えば、画像処理装置４０は、欠陥特徴量に基づいて表面欠陥の種類を算出する。また、画像処理装置４０は、画像内における表面欠陥の水平方向位置に基づいて表面欠陥の軸方向発生位置を算出する。また、画像処理装置４０は、連続的に撮像されたｎ枚の画像のうち、どの画像で表面欠陥が検出されたかという情報と、その画像内における表面欠陥の垂直方向位置に基づいて表面欠陥の軸方向発生位置を算出する。そして、画像処理装置４０は、算出した表面欠陥の種類および発生位置を表示装置５０に出力する。

表示装置５０は、鋼管Ｐにおける表面欠陥の種類および発生位置を、例えば数値または図表等によって表示するものである。表示装置５０は、図７に示すように、例えば画像処理装置４０における重複チェックを経た画像群（図６参照）から、鋼管Ｐの全周分の画像を展開図として合成した画像を表示する。

以上のような構成を備える表面欠陥検査装置１によれば、間接照明装置２０によって鋼管Ｐを照明しながら画像を撮像することにより、鋼管Ｐの表面光沢の影響を受けずに表面欠陥の検査が可能となる。すなわち、間接照明を利用することにより、直接照明の際に問題となる光源の映り込みを防止し、照度が均一な領域（均一照射幅Ｗ）を拡大することができるため、高精度な検査が実現可能となる。

また、製造ライン上に設けた搬送装置１０によって鋼管Ｐを転動させながら表面欠陥の検査を行うことにより、鋼管Ｐを全長および全周にわたって検査できるため、例えば検査専用の鋼管回転機構等を設ける必要や、その設置スペースまたは鋼管Ｐの搬送経路等を別途追加する必要がなく、安価な設備投資で鋼管Ｐの検査が可能となる。従って、表面欠陥検査装置１によれば、円筒状または円柱状に形成された鋼管Ｐの表面欠陥を検査する際に、簡易な構成で精度高く表面欠陥検査を行うことができる。

［表面欠陥検査方法］
前記した表面欠陥検査装置１を用いた表面欠陥検査方法について、図８を参照しながら説明する。表面欠陥検査方法は、検出ステップと、撮像ステップと、画像処理ステップと、表示ステップと、を行う。

まず、検出ステップにおいて、近接センサ６１は撮像装置３０の視野内に入った鋼管Ｐの有無を検出する（ステップＳ１）。そして、鋼管Ｐが検出されない場合（ステップＳ１でＮｏ）、近接センサ６１はステップＳ１の処理を繰り返す。一方、鋼管Ｐが検出された場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、トリガ回路６２は撮像装置３０に対してトリガ信号を出力する（ステップＳ２）。

続いて、撮像ステップにおいて、撮像装置３０は、トリガ信号に基づいて、搬送装置１０によって搬送されており、かつ間接照明装置２０によって照明されている鋼管Ｐを所定の撮像周期で撮像する（ステップＳ３）。続いて、画像処理ステップにおいて、画像処理装置４０は、撮像装置３０によって撮像された画像の輝度変化に基づいて鋼管Ｐの表面欠陥を検出する（ステップＳ４）。最後に、表示ステップにおいて、表示装置５０は、鋼管Ｐにおける表面欠陥の検出結果（表面欠陥の種類および発生位置）を表示する（ステップＳ５）。

［表面欠陥検査装置の変形例１］
ここで、前記したように、鋼管Ｐの長さが撮像装置３０の水平方向の視野（鋼管Ｐの軸方向の視野）よりも大きい場合は、例えば図９に示す表面欠陥検査装置１Ａのように、撮像装置３０を鋼管Ｐの軸方向に沿って複数台配置し、間接照明装置２０もそれに対応して複数セット配置すればよい。また、同図に示すように間接照明装置２０を複数セット配置する場合、隣接する反射材２１同士の境界部で検査洩れや光量のアンバランスが発生しないように、隣接する撮像装置３０同士で水平方向の視野がオーバーラップするように設計することが望ましい。

また、間接照明装置２０の反射材２１については、図９に示すように複数配置するのではなく、例えば鋼管Ｐの長さに合わせて設計し、反射材２１の内部に実装する光源２２を、鋼管Ｐの軸方向に沿って複数本継ぎ足すようにしてもよい。

［表面欠陥検査装置の変形例２］
変形例２に係る表面欠陥検査装置１Ｂは、図１０に示すように、前記した表面欠陥検査装置１Ａの構成に対して、複数の補助照明装置７０が追加されている。

補助照明装置７０は、撮像装置３０の視野内に配置されており、１台の撮像装置３０につき１本の補助照明装置７０が視野に入るように配置されている。また、補助照明装置７０は、鋼管Ｐに対して撮像装置３０とは反対側、すなわち鋼管Ｐの下側に配置されており、当該鋼管Ｐを下側から照射する。また、補助照明装置７０は、鋼管Ｐの転動方向と平行な方向に、線状に設けられている。補助照明装置７０としては、光源２２と同様に、蛍光灯やライトガイド、あるいはＬＥＤ素子を配列させた線状光源等が利用可能である。

表面欠陥検査装置１Ｂにおいて、撮像装置３０は、補助照明装置７０によって撮像装置３０とは反対側から照明されている鋼管Ｐを撮像する。そして、画像処理装置４０は、補助照明装置７０によって照明されている鋼管Ｐの画像に基づいて、鋼管Ｐの位置（本変形例２の場合は、エッジ位置）を検出する。

ここで、図１１は、補助照明装置７０を備えない表面欠陥検査装置によって撮像した鋼管Ｐの画像であり、図１２は、図１１のＡ−Ａ’線に沿った輝度分布を示すグラフである。図１１および図１２に示すように、画像中において鋼管Ｐが存在する部分は、鋼管Ｐの周辺の背景部よりも輝度が高くなっている。一方、両図から判るように、本来検出したい鋼管Ｐのエッジ位置Ｅ１，Ｅ２に相当する部分Ｃ，Ｄにおける輝度は、その周辺の背景部に相当する画素の輝度とほぼ同じである。本発明に係る表面欠陥検査装置のおかれている環境、特に明るさによっては、図１１のような画像しか得られない場合がある。この場合は、閾値の設定等による検出が難しく、また、背景に映り込んでいる物体の輝度の影響を受ける等、不安定となりやすい。

一方、図１３は、図１０に示す表面欠陥検査装置１Ｂによって撮像した鋼管Ｐの画像であり、図１４は、図１３のＢ−Ｂ’線に沿った輝度分布を示すグラフである。図１３および図１４に示すように、画像中において鋼管Ｐが存在する部分は、鋼管Ｐの周辺の背景部よりも輝度が低くなっている。すなわち、表面欠陥検査装置１Ｂでは、補助照明装置７０から鋼管Ｐに向けて光を照射することにより、撮像装置３０の視野内において、補助照明装置７０からの光の一部が鋼管Ｐによって遮られる。これにより、鋼管Ｐのエッジ位置Ｅ３，Ｅ４に相当する部分Ｅ，Ｆにおける輝度と、その周辺の背景部に相当する画素の輝度との差を、より大きくすることができる。

従って、表面欠陥検査装置１Ｂによれば、撮像装置３０によって撮像した画像を画像処理装置４０で画像処理することにより、撮像装置３０の視野内における鋼管Ｐの位置を、本発明に係る表面欠陥検査装置がおかれている環境によらず、より容易に検出することが可能となる。さらに、鋼管Ｐの全周分の画像を合成することも、より容易となる。

また、表面欠陥検査装置１Ｂによれば、鋼管Ｐが補助照明装置７０からの光を遮った時点で鋼管Ｐの正確な位置を検出することが可能であるため、前記した図１に示すような、鋼管Ｐの位置を検出する近接センサ６１やトリガ回路６２等も不要となる。従って、表面欠陥検査装置１Ｂによれば、円筒状または円柱状に形成された鋼管Ｐの表面欠陥を検査する際に、より簡易な構成で精度高く表面欠陥検査を行うことが可能となる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本実施例では、前記した図９に示したように、長尺の鋼管に対応した表面欠陥検査装置（変形例１）を用いた。具体的には、直径１００ｍｍで長さ５ｍの鋼管の製造ラインにおいて、既設の搬送スロープ（搬送装置）に撮像装置および間接照明装置を設置し、鋼管の表面欠陥（具体的には疵）を検査した。

撮像装置としては、３２００画素×２４００画素のＣＭＯＳエリアセンサカメラを用い、分解能は０．４ｍｍ、視野サイズは水平方向１２８０ｍｍ、垂直方向４００ｍｍとした。間接照明装置の光源は、図９に示すように両側から撮像装置を挟むように、かつ鋼管の軸方向と平行に２００ｍｍ間隔で配置した。さらに鋼管の全長に亘って検査するために、撮像装置と光源を鋼管の軸方向に４台並べて設置した。

近接センサとしては、ＬＥＤ透過光方式のコールドメタルディテクターを用い、画像の入出力および画像処理は、パソコンに搭載されたディジタル入出力（ＤＩＯ）の入力機能、画像キャプチャーボード、およびパソコン内で機能するソフトウェア等によって行った。

以上のような装置構成により、鋼管が１回転する間に２８回の撮像を行った。得られた画像の重複をチェックし、１０枚分の画像を選定した。これら選定した画像を繋ぎ合わせて、鋼管全周の表面欠陥を検査した。その結果、従来は長時間に亘る目視検査でしか検出できなかった有害な表面欠陥を、検査のための余分な所要時間や作業を一切使わずに、上記装置構成により１００％検出できることが確認された。

また、前記した図１０に示した表面欠陥検査装置（変形例２）を用いて、鋼管が１回転する間に２８回の撮像を行い、得られた画像の重複をチェックして１０枚分の画像を選定し、これら選定した画像を繋ぎ合わせて、鋼管全周の表面欠陥を検査した。この場合も、表面欠陥を１００％検出できることが確認された。

以上、本発明に係る表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１，１Ａ，１Ｂ 表面欠陥検査装置
１０ 搬送装置（搬送スロープ）
２０ 間接照明装置
２１ 反射材
２１ａ 貫通孔
２１ｂ 反射面
２２ 光源
３０ 撮像装置（エリアセンサカメラ）
４０ 画像処理装置
５０ 表示装置
６１ 近接センサ
６２ トリガ回路
７０ 補助照明装置
Ｐ 鋼管（被検査体）

Claims (6)

1. 円筒状または円柱状の被検査体を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置によって撮像された複数の画像の輝度変化に基づいて前記被検査体の表面欠陥を検出する画像処理装置と、
   を備える表面欠陥検査装置において、
   製造ライン上に設けられ、前記被検査体を所定の傾斜に沿って転動させながら搬送する搬送装置と、
   前記搬送装置と前記撮像装置との間に配置され、前記被検査体を照明する間接照明装置と、
   前記撮像装置の視野内において、前記被検査体に対して前記撮像装置とは反対側に配置され、かつ前記被検査体の転動方向と平行に設けられた補助照明装置と、
   を備え、
   前記撮像装置は、
   前記被検査体の軸方向に沿って複数台配置されており、
   前記搬送装置によって搬送されており、前記間接照明装置によって照明されており、かつ前記補助照明装置によって前記撮像装置とは反対側から照明されている前記被検査体を、所定の撮像周期で連続的に撮像し、
   前記補助照明装置は、一台の撮像装置につき一台の補助照明装置が視野に入るように複数配置されていることを特徴とする表面欠陥検査装置。
2. 前記間接照明装置は、
   凹面側が光の反射面となる半円筒状の反射材と、
   前記反射材の反射面側に配置された光源と、
   を備え、
   前記光源からの光を前記反射材の反射面で反射することにより、前記搬送装置によって搬送されている前記被検査体を照明することを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
3. 前記反射材は、その軸方向が前記被検査体の軸方向と平行になるように配置され、
   前記反射材においてその軸方向と直交する方向の幅は、前記被検査体の周長よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査装置。
4. 前記光源は、前記反射材の軸方向に線状に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表面欠陥検査装置。
5. 前記撮像装置は、前記反射材の軸方向および幅方向の中心に配置されたエリアセンサカメラであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の表面欠陥検査装置。
6. 円筒状または円柱状の被検査体を、前記被検査体の軸方向に沿って複数台配置された撮像装置によって所定の撮像周期で連続的に撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて撮像された複数の画像の輝度変化に基づいて前記被検査体の表面欠陥を検出する画像処理ステップと、
   を含む表面欠陥検査方法において、
   前記撮像ステップは、製造ライン上に設けられた搬送装置によって、所定の傾斜に沿って転動しながら搬送され、かつ間接照明装置によって照明されている前記被検査体を撮像し、
   前記撮像ステップは、前記撮像装置の視野内において、前記被検査体に対して前記撮像装置とは反対側に配置され、かつ前記被検査体の転動方向と平行に設けられた補助照明装置によって、前記撮像装置とは反対側から照明されている前記被検査体を撮像し、
   前記画像処理ステップは、前記補助照明装置によって照明されている前記被検査体の画像に基づいて、前記被検査体の位置を検出し、
   前記補助照明装置は、一台の撮像装置につき一台の補助照明装置が視野に入るように複数配置されていることを特徴とする表面欠陥検査方法。