JPH0623648B2 - Ｘ線透視検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、移動する被検査物の欠陥を検出する方法に関
し、例えば、このＸ線透視検査によって鋼材の表面及び
内部欠陥等が検出される。

［従来の技術］ 被検査物の被破壊検査を行なうに際して、例えばＸ線透
視検査法は、フィルムの現像を伴なうＸ線フィルム法と
比較し、直ちに結果がフィードバックできる大きな利点
を有している。

しかし、工業用被破壊検査では、ＪＩＳ規格（日本）ま
たはＡＳＭＥ規格（米国）等で像質が規定されており、
Ｘ線透視画像はＸ線フィルム画画像に比べて像質が悪い
ため、上記各規格を満足することができない。Ｘ線透視
画像の像質が悪い主な原因は、Ｘ線量子ノイズとイメー
ジ増倍管の空間分解能による。イメージ増倍管の空間分
解能は欠陥の投影面上の大きさが大きい場合はあまり問
題にならず、線量子ノイズの影響は多数の透視画像を重
ね合わせることによって改善することができる。

多数の透視画像を被検査物の静止状態にて重ね合わせる
積分器は従来から存在し、また、先の積分器を移動する
被検査物のＸ線透視画像による検査に適用した例とし
て、特開昭60−123754号公報がある。

従来は、上記のような方法で得た画像をもとにして、検
査員による目視検査により欠陥の検出を実施していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような目視による検査は、生産ライ
ンに乗って搬送される被検査物を対象とするために熱練
を要し、また、検査員に大きな負担を強いることにな
る。

そこで本発明においては、被検査物の欠陥検出を自動化
し得る高精度の欠陥検出方法を提供することを課題とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明においては、Ｘ線透
視検査において、所定の方向に移動する被検査物の、所
定検出範囲の物理的な特徴を示す特徴データに対し、所
定時間毎に移動した移動量を計測し、特徴データを移動
量分だけシフトさせて積分処理した特徴データを該検出
範囲の２次元的な位置に対応付けして抽出し、該特徴デ
ータを処理を加える方向に対応する方向に平滑化し、該
平滑したデータと元の特徴データとの差分データを求
め、該差分データに基づいて被検査物に生じた欠陥を検
出する。

［作用］ 本発明において、被検査材は所定の方向に所定の処理が
加えられるので、その処理が予定している被検査材の物
理的な特徴の変化はほぼ連続しているが、該被検査材に
欠陥を生じるとその変化が不連続になる。例えば、被検
査材に対しＸ線透視検査を実施した場合、その被検査材
の厚みは長さ方向にほぼ均一であるため、Ｘ線透視画像
の濃度はほぼ均一となるが、欠陥部では厚みに変化を生
じるため、Ｘ線透視画像の濃度変化が急峻になる。

つまり、本発明によれば、所定の方向に移動する被検査
物の、所定検出範囲の物理的な特徴を示す特徴データに
対し所定時間毎に移動した移動量を計測し、特徴データ
を移動量分だけシフトさせて積分処理することによりノ
イズ分を低減し画質の改善を行ない、また、移動速度の
変化による濃度むらの発生をなくした。積分処理された
特徴データを処理を加える方向に平滑化して、被検査材
に加える処理が予定している物理的特徴の変化を予測
し、該予測と元の特徴データとの差分に基づいて該処理
が予定していなかった被検査材の物理的特徴の変化を検
出しているので、被検査材に加えた処理の影響等を受け
ることなく、高い精度で欠陥を検出することができる。

［実施例］ 第１図に、本発明を一例で実施する鋼管の欠陥検出装置
を模式的に示した。第１図において、１は、円筒状の被
検査材で矢印方向に移動している。２は、Ｘ線管で被検
査材１の溶接部３近傍にＸ線を照射する。４は蛍光増倍
管で被検査物１を透過したＸ線を受けて電気信号に変換
し、カメラコントローラ６により制御されるＩＴＶカメ
ラ５によりＸ線透視画像を得る。Ｘ線管２の出力は、Ｘ
線制御器７にて管電圧及び管電流を設定し、その制御信
号が高圧発生器８に入力されて決定される。測長装置９
は、被検査材１に接触して回線するローラとこのローラ
の回転数を検出するエンコーダからなり、被検査材１の
移動量に応じたパルス信号を出力する。プロコン（プロ
セスコントローラ）１０より被検査材の管理ナンバーが
入出力装置１４へ送られ、画像処理装置１２にて画像処
理された結果はモニター１３に表示されるとともに、入
出力装置１４で整理された後、その結果をプロコン１０
に返送する。

第２図は、画像の移動積分処理の内容を示すブロック図
である。第２図において、ＩＴＶカメラ５は受光素子列
でなり、各受光素子は受光エネルギに応じた電気信号
（以下、濃度信号という：「濃度高」は「エネルギ高」
に対応する）を、６４０×４８０画素区分で出力する
（これにおいて、水平方向に主走査し、垂直方向に副走
査するラスタスキヤンが行なわれ、副走査方向は被検査
材の搬送方向と平行になるものとする）。ＩＴＶカメラ
５は１／３０秒で１画面を撮像する。画像処理装置１２
へ入力されるＩＴＶカメラ５の濃度信号（アナログ信
号）は、Ａ／Ｄコンバータ１２１でデジタル信号に変換
される。初期状態においては、切り換えスイッチ１２２
がａ側に閉じることにより、第３ａ図に示すＸ線透視画
像はストレートに画像メモリ１２７へ入力される。次回
からは、切り換えスイッチ１２２はｂ側に閉じ、次回の
第３ｂ図に示すＸ線透視画像は減算回路１２４にて前回
のＸ線透視画像とで減算され、この減算結果に対し乗算
回路１２５で定数（α）を乗算し、更に、この乗算結果
は加算回路１２６にて、前回のＸ線透視画像に加算され
る。なお、注目Ｘ線透視画像の入力画像（画面）データ
Ａ（ｎ）とし、注目Ｘ線透視画像の処理後の画像（画
面）データをＢ（ｎ）とすると、 B(n)＝B(n-1)+α〔A(n)-B(n-1)〕 ……(1) で与えられる。

被検査材の搬送移動距離は測長装置９にて計測を行な
い、シフト量演算器１２３にて１／３０秒間における被
検査材の移動量（Ｌ）だけシフトさせて画像メモリ１２
７にて積分処理される。以下、逐次同様の処理が繰り返
し行なわれ、第４図に示すように検査視野を水平方向に
７０mm、垂直方向に５２mmとした場合、初期の検査視野
範囲では段階的に積分される画像の回数が増え、次回の
検査視野範囲からは所定の積分回数処理されたＸ線透視
画像が得られることになる。例えば、被検査材の搬送速
度を４m/minでは２３回、１m/minでは９３回の積分処理
が可能であり、第５ａ図に示すように積分処理を加えな
い場合には、ノイズを含んだＸ線透視画像となるが、積
分処理を加えることにより第５ｂ図に示すように、ノイ
ズが低減されたＸ線透視画像が得られる。ここで、画像
メモリ１２７は第６ａ図に示すような疵データを有した
積分画像を得たものとすると、それと第７ａ図に示した
ようなその平滑画像とを用いて第８ａ図に示したような
差分画像を作成し、更２値化して第９ａ図に示したよう
な２値画像を得る。つまり、画像中の疵を通る被検査材
の搬送方向に平行な副走査ラインＬｖに注目してその方
向の濃度変化を調べると、第６ａ図に示した画像から第
６ｂ図に示したように低周波で変化する厚みのむらに対
応する波形と高周波で変化する疵に対応する波形とを合
成したデータが得られ、第７ａ図に示した画像から第７
ｂ図に示したように低周波で変化する厚みのむらに対応
するデータが得られる。従って、第８ａ図に示したこれ
らの差分画像から高周波で変化する疵のみに対応するデ
ータが得られ、これを２値化することにより、第９ｂ図
に示したような副走査方向の疵の位置を特定するデータ
が得られる。

平滑データは、副走査ライン上の画素の濃度データを逐
次取り込みながら１次遅れ要素と２次遅れ要素により、
下側に隣接する画素の濃度データを予測した、予測デー
タである。つまり、差分データは、上側に連続する濃度
データから予測されなかったデータということになる。
具体的には、副走査ライン上に並ぶ画素の濃度データの
取り込みに主走査画素数（６４０）分のラインバッファ
1214及び1215を用いて、定数（×α）乗算回路１２９と
加算回路1210により１次遅れ要素を演算し、加算回路12
11により２次遅れ要素を演算し（本来微分要素が含まれ
るが、ここではサンプリング周期を単位としてその演算
を省略している）、定数（×β）乗算回路1212と加算回
路1213により予測データを演算している。この予測デー
タを、そのとき注目している画素（注目画素）の濃度デ
ータから減じたものが差分データであり、その演算は減
算回路１２８においてなされる。

なお、注目画素の濃度データをＯ(z)とし、そのときの
予測データ（平滑データ）をＰ(z)とすると（ｚは副走
査アドレスを示す）、１次遅れ要素Ｓ(z)は、 Ｓ(z)＝Ｐ(z)＋α〔Ｏ(z)−Ｐ(z)〕 ……(2) ２次遅れ要素Ｓ′(z)は、 Ｓ′(z)＝Ｓ′(z-1)＋α〔Ｏ(z)−(z)〕 ……(3) 下側に隣接する次の画素の予測データＰ(z)は、 Ｐ(z)＝Ｓ(z)＋β・Ｓ′(z) ……(4) でそれぞれ与えられる。

差分データは、比較回路1216においてマイクロコンピュ
ータ1219より与えられる２値化しきい値Sthと比較さ
れ、それより濃度が低い（暗い）ときには「１」、高い
（明るい）ときには「０」として２値化される。この２
値化データは、カウンタ1217に入力される。カウンタ12
17は、副走査同期信号でリセットされ、２値データの
「０」の立ち下がりでカウントアップする。このカウン
トデータは、各主走査の終了時にシフトレジスタ1218に
入力される。従って、１フレームの処理を終了したと
き、シフトレジスタ1218には２値画像の「０」画素を１
本の副走査ライン上に投影したデータが得られる。つま
り、例えば第１０ａ図に示したような「０」で与えられ
た疵を含む２値画像が得られたものとすると、シフトレ
ジスタ1218には、第１０ｂ図に示したように、副走査方
向の「０」画素の出現度を示したヒストグラムに対応す
る縦射影データＦ(z)が得られる（但し、各縦射影デー
タは副走査アドレスｚにより特定される）。マイクロコ
ンピュータ1219では、この縦射影データＦ(z)と所定の
しきい値Wthとを比較し、副走査方向に連続して該しき
い値を越えるデータ群（第１０ｂ図のヒストグラムを２
値化して得られる第１０ｃ図の２値データに対応）のそ
れぞれに関して主走査方向の最大画素数を「幅」、副走
査方向の画素数を「高さ」、中央の副走査アドレスを
「位置」とする特徴量をプロコン１０より与えられた疵
判定規準に基づいて吟味し、各疵を検出する。

次に、本実施例装置の全体的な動作を説明する。第１１
図を参照されたい。

入出力装置１４は、プロコン１０より被検出材の外径，
板厚，パイプ番号及び溶接異常情報等が入力され、被検
査材の条件を設定し、測長装置９は被検査材の板厚より
Ｘ線管２の管電圧及び管電流をＸ線制御器７により設定
を行なう。画像処理装置１２は、入出力装置１４を介し
てオペレータにより画像処理条件が入力されると、２値
化しきい値Sthや疵判定基準（Ｗ１ｌ，Ｔ１ｌ）等に関
する画像処理条件を設定し、システムコントローラを待
機モードに設定する。

また、画像処理装置１２のマイクロコンピュータ1219
は、入出力ポートや内部レジスタ等を初期化した後、画
像処理条件を登録し、比較回路1216に２値化しきい値St
hを与えて待機モードに設定する。

この後、被検査材検知センサＴＳＥＮが被検査材の先端
を検知すると、システムコントローラ１１及び画像処理
装置１２のマイクロコンピュータ1219が立ち上がり、画
像処理の開始を指示する。

マイクロコンピュータ1219は、画像処理開始の指示があ
ると、そのときＩＴＶカメラ５が撮像した画面に対する
画像処理を行なう。第１２図は、移動する被検査材に対
してＩＴＶカメラ５より入力される画像を積分処理する
サブルーチンを示したフローチャートである。第１２図
を参照して説明する。

ＩＴＶカメラ５の副走査方向（査検査材の搬送される方
向に対して平行方向）の検査視野距離Ｈ，測長装置９の
１パルスカウント当りの距離Ｌ，及び画像の移動積分処
理定数αの読み込みを行なう。被検査材の搬送が開始さ
れ、被検査材検知センサＴＳＥＮが検知動作を行なう
と、被検査材１の移動量を測長装置９にて計測を開始
し、ＩＴＶカメラ５の撮像タイミング信号である１／３
０秒毎に被検査材の移動量としてパルスカウント数Ｐ
(n)を読み込み、画像のシフト量Ｓ(n)をＬ×Ｐ(n)にて
演算を行ない、また、同タイミングにてＸ線透視画像Ａ
(n)の読み込みを行なう（ステップ１〜７）。

読み込みを行なった画像が初期画像であれば、読み込み
を行なった画像Ａ(n)を画像Ｂ(n)として画像メモリへ入
力しモニター表示を行なう（ステップ８，９，１２，１
３）。

画像シフト量の積算値ΣＳ(n)が検査視野距離Ｈより小
さければ、ｎを１インクリメントして戻りパルスカウン
ト数Ｐ(n)、Ｘ線透視画像Ａ(n)を読み込み、画像処理後
の画像Ｂ(n)をＢ(n-1)＋α〔Ａ(n)−Ｂ(n-1)〕より求
め、画像をＳ(n)分シフトして画像メモリに読み込みを
行ない積分処理する。画像シフト量の積算値ΣＳ(n)が
検査視野距離Ｈより小さければ、ｎを１インクリメント
して同様の処理を繰り返し行なう（ステップ５〜８，１
０〜１５）。

画像シフト量の積算値ΣＳ(n)を検査視野距離Ｈと比較
し、等しいか大きければ、得られた積分処理画像を１回
目であるか比較を行ない、１回目であればｎをクリア
し、元へ戻る。２回目以後であり、検査が完了していな
ければ次の欠陥判定処理を行なう（ステップ１４，１
６，１７，１８）。

第１３ａ図及び第１３ｂ図は、欠陥判定処理のサブルー
チンを示したフローチャートである。このサブルーチン
は、システムコントローラ１１より欠陥判定処理実行の
指令があり、１視野分の移動積分処理終了時に起動され
る。以下、順を追ってこの処理を説明する。

前述したように、１視野分の移動積分処理終了的に、縦
射影データ採取を開始し、シフトレジスタ1218の出力端
から縦射影データＦ(z)が出力されるので、まずステッ
プ２においてこのデータを読み取り、ステップ３におい
てレジスタＴ，Ｗ，Ｇ，Ｚ，ｉ及びｚをクリア(O)す
る。

レジスタＧは、副走査方向に連続してしきい値Wthを越
える縦射影データＦ(z)のグループを検出するためのフ
ラグであり、この値が０であればレジスタｚ（副走査ア
ドレスに対応）を逐次インクリメントしながらしきい値
Wthを越える縦射影データＦ(z)を探索する（ステップ
４，５，１３，１４）。この間にしきい値Wthを越える
縦射影データＦ(z)が見つつかると、ステップ６におい
てレジスタＧの値を１にセットしてレジスタｉを１イン
クメントし、ステップ７においてレジスタｉの値で特定
されるレジスタＷ(i)（以下、レジスタＷ(i)という：他
についても同様）の値（当初は０）とデータＦ(z)より
小さい値であれば、ステップ８においてレジスタＷ(i)
にデータＦ(z)をを格納し、ステップ９においてレジス
タＴ(i)の値を１インクリメントし、ステップ１３にお
いてレジスタｚの値を１インクリメントしてステップ４
に戻る。

今度は、レジスタＧの値が１であるので、ステップ１０
において縦射影データＦ(z)としきい値Wth以下になるま
でステップ１０，７〜９，１３，１４及び４を繰り返
す。この後、縦射影データＦ(z)がしきい値Wth以下にな
ると、ステップ１１においてレジスタＧをクリアし、ス
テップ１２においてレジスタｚの値からレジスタＴ(i)
の値の１／２を減じた値をレジスタＺ(i)に格納する。
つまり、この時点で、しきい値Wthを越える縦射影デー
タＦ(z)グループのうち、上からｉ番目のグループの
「幅（グループ内の最大画素数）」がレジスタＷ(i)
に、「高さ（グループの副走査方向の画素数）」がレジ
スタＴ(i)に、「位置（グループの中心画素の副走査ア
ドレス）」がレジスタＺ(i)に、それぞれ格納される。

縦射影データＦ(z)のすべてについて以上の処理を行な
い、しきい値Wthを越える縦射影データＦ(z)のグループ
の特徴量をレジスタＷ(i)，Ｔ(i)及びＺ(i)に整理する
と、次に特徴量と欠陥判定基準との比較により各グルー
プの吟味を行なう。

このとき検出したグループの数はレジスタｉの値で示さ
れるので、ステップ１５においてレジスタｉの値をレジ
スタＩに退避し、ステップ１６においてレジスタＡｗ，
Ａｔをクリア(O)し、レジスタｉに１を格納する。次
に、ステップ１７においてレジスタＷ(i)に格納してい
るそのグループの幅データと幅判定基準Ｗ１ｌとを比較
し、ステップ１８においてレジスタＴ(i)に格納してい
るそのグループの高さデータと高さ判定基準Ｔ１ｌとを
比較する。これらの比較において、幅データが幅判定基
準Ｗ１ｌを越え、且つ、高さデータが高さ判定基準Ｈ１
ｌを越える時には、その縦射影データＦ(z)のグループ
は欠陥に対応するものと判定し、ステップ１９において
レジスタＡｗ(i)にレジスタ(i)の値を、レジスタＡｔ
(i)にレジスタ(i)の値をそれぞれ格納し、ステップ２０
においてレジスタｉの値を１インクリメントする。

上記の吟味をすべての縦射影データＦ(z)のそのグルー
プについて行ない、検出した欠陥の特徴量（幅及び高
さ）をレジスタＡｗ及びＡｔに整理するとステップ２２
においてそれらのデータをフレーム番号に対応付けて記
憶（登録）する。

以上の処理を、被検査材検知センサＴＳＥＮが被検査材
なしを検出するまで、所定の撮像周期毎に繰り返す。

システムコントローラ１１は、被検査材検知センサＴＳ
ＥＮの被検査材なしを検出すると、画像処理装置１２の
マイクロコンピュータ1219に処理終了を出力する。これ
により、マイクロコンピュータ1219からフレーム番号に
対応付けられて登録された欠陥に関するデータが転送さ
れるので、画像処理装置１２では、フレーム番号と欠陥
を整理し、被検査材先端からの距離に対応付けて各欠陥
ならびに特徴量を入出力装置１４のディスプレィに表示
し、併せてプリンタを介してプリントアウトする。

また、ここでは、本発明をＩＴＶカメラによる撮像を用
いた被検査材のＸ線透視検査における欠陥検出に適用し
た例を説明したが、他の手段により採取した被検査材の
物理的な特徴データ用いる欠陥検出にも同様に適用する
ことができる。

［発明の効果］ 以上説明したとうり、本発明においては、所定の方向に
移動する被検査材の、所定検出範囲の物理的な特徴を示
す特徴データに対し所定時間毎に移動した移動量を計測
し、特徴データを移動量分だけシフトさせて積分処理し
た特徴データを該検出範囲の２次元的な位置に対応付け
して抽出し、該特徴データを処理を加える方向に対応す
る方向に平滑化し、該平滑したデータと元の特徴データ
との差分データを求め、該差分データに基づいて被検査
材に生じた欠陥を検出している。

つまり、所定の方向にに移動する被検査材の、所定検出
範囲の物理的な特徴を示す特徴データに対し所定時間毎
に移動した移動量を計測し、特徴データを移動量分だけ
シフトさせて積分処理することにより、ノイズを低減し
画質の改善を行ない、また、移動速度の変化による濃度
むらの発生をなくした。積分処理された特徴データを処
理を加える方向に平滑化して、被検査材に加える処理が
予定している物理的特徴の変化を予測し、該予測と元の
特徴データとの差分に基づいて該処理が予定していなか
った被検査材の物理的特徴の変化を検出しているので、
被検査材に加えた処理の影響を受けることなく高い精度
で欠陥を検出することができる。

なお、実施例に示した装置では、実際の欠陥検出におい
て被検査材の板厚４０mmにて深さ３mmの欠陥の検出が可
能という高い信頼性が得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を一態様で実施する被検査材の欠陥検
出装置の構成を示す模式図である。 第２図は、実施例の装置に備わる画像処理装置１２の詳
細な構成を示すブロック図である。 第３ａ図，第３ｂ図，第３ｃ図及び第３ｄ図は画像処理
装置１２で行なわれる画像の移動積分処理の画像を示す
平面図、第４図は画像処理装置１２で移動積分処理され
る画像の位置を示す模式図である。 第５ａ図及び第５ｂ図は、それぞれ、移動積分処理未実
施時のＸ線透視画像と移動積分処理実施時のＸ線透視画
像を示す平面図である。 第６ａ図，第６ｂ図，第７ａ図，第７ｂ図，第８ａ図，
第８ｂ図，第９ａ図及び第９ｂ図は、画像処理装置１２
で行なわれる欠陥検出処理における各画像を示す平面図
である。 第１０ａ図，第１０ｂ図及び第１０ｃ図は、画像処理装
置で行なわれる欠陥の特徴データの抽出処理の内容を示
す平面図である。 第１１図は、実施例の装置の全体動作を示すフローチャ
ートである。 第１２図は、画像処理装置１２で行なわれる移動積分処
理を示すフローチャートである。 第１３ａ図及び第１３ｂ図は、画像処理装置１２で行な
われる欠陥検出処理を示すフローチャートである。 １：パイプ、２：Ｘ線管 ３：溶接部（ビード）、４：蛍光増倍管 ５：ＩＴＶカメラ、６：カメラコントローラ ７：Ｘ線制御装置、８：高圧発生器 ９：測長装置、１０：プロコン １１：システムコントローラ １２：画像処理装置、１３：モニター １４：入出力装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線透視検査において、所定の方向に移動
   する被検査物の、所定検出範囲の物理的な特徴を示す特
   徴データに対し、所定時間毎に移動した移動量を計測
   し、特徴データを移動量分だけシフトさせて積分処理し
   た特徴データを該検出範囲の２次元的な位置に対応付け
   して抽出し、該特徴データを処理を加える方向に対応す
   る方向に平滑化し、該平滑したデータと元の特徴データ
   との差分データを求め、該差分データに基づいて被検査
   物に生じた欠陥を検出する、Ｘ線透視検査方法。