(57)【要約】【課題】管材の開口端部側から、焦点を可変にしながら管材の内面画像を複数枚撮影して、管材内面を自動検査する装置において、検査時間の高速化を図る。【解決手段】本発明の管材の内面自動検査装置は、管材１０の一方の開口端部側に配置する光源５と、管材の他方の開口端部側に配置する焦点可動型ズームレンズ１１を有する撮像手段とを備え、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面画像を複数枚撮影する際に、一枚の画像を撮影した後、焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始すると同時に、撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管材の一方の開口端部側に配置する光源と、
前記管材の他方の開口端部側に配置する焦点可動型ズームレンズを有する撮像手段と
を備えた管材の内面自動検査装置において、
前記焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら前記管材の内面画像を複数枚撮影する際に、一枚の画像を撮影した後、前記焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始すると同時に、前記撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査することを特徴とする管材の内面自動検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の管材の内面自動検査装置において、
画像撮影後、前記焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始する時点で、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了しなかった場合に、次の撮影画像を一時退避画像ファイルとして保存し、
前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了したのちに、前記保存された一時退避画像ファイルの撮影画像の画像処理による合否判定検査を開始するか、あるいは、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査と並列して、次の撮影画像の画像処理を開始することを特徴とする管材の内面自動検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の管材の内面自動検査装置において、
撮影した画像の画像処理で、不良と判定された場合、その画像以降の画像撮影を中止し、次の管材の検査に移ることを特徴とする管材の内面自動検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の管材の内面自動検査装置において、
焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面画像を複数枚撮影する際に、ズームレンズの移動を止めず連続的に動かしながら、同時に撮影条件を連続的に可変して撮影し、得られた連続的な画像から複数枚の画像を選別し、選別した画像毎に、その画像の焦点が合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査することを特徴とする管材の内面自動検査装置。
【請求項５】
管材の開口端部側から、焦点を可変にしながら前記管材の内面画像を複数枚撮影して、前記管材内面を自動検査する方法であって、
一枚の画像を撮影した後、焦点を次の位置に移動開始すると同時に、前記撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査することを特徴とする管材内面の自動検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管材の内面検査に用いる自動検査装置及び管材内面の自動検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途に多様な管材が使われているが、特に、その内面傷が管材の信頼性に大きく影響する管材では、依然として目視検査が行われている。しかし、グローバル化の進展に伴い、生産性の向上が急務となっており、様々な多様な管材において、この目視検査の自動化に対するニーズは極めて大きい。
【０００３】
本願発明者等は、上記ニーズに対応した管材自動検査装置を、特許文献１に開示している。
【０００４】
特許文献１に開示した技術は、管材の一方にカメラと可動焦点型ズームレンズを取り付け、その反対側に拡散光源を設置し、管材正面から管材内面画像をズームし、ピントを変えながら複数枚撮影して画像取得すると共に、それ等の画像を統合した統合画像を作成し、それを画像解析して良否判定するものである。長尺管材の端から管材の中央までを、管材の両端から順次繰り返して２回、画像検査する構成としている。
【０００５】
すなわち、特許文献１に開示した管材自動検査装置における検査方法は、焦点を連続変化させて得られた複数枚の管材の内面観察画像を一枚の統合画像に合成し、その後、その統合画像を、傷検出解析手段で画像解析して合否判定検査するものである
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６９６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示した管材内面の自動検査装置は、図６に示すように、管材正面から管材内面画像をズームし、ピントや光学条件を変えながら複数枚撮影して画像取得したのち、それらの画像を統合した統合画像を作成し、それを画像解析して良否判定するものである。
【０００８】
そのため、かかる自動検査装置では、複数枚の管材内面観察画像を撮影する際に、ズームレンズ移動やカメラ及び光学条件の設定に時間が掛かるため、複数枚の画像撮影後に、統合画像に合成し画像解析する従来の手法では、検査時間の高速化に限界があった。
【０００９】
本発明は、かかる不都合に鑑みてなされたもので、その主な目的は、管材の開口端部側から、焦点を可変にしながら管材の内面画像を複数枚撮影して、管材内面を自動検査する装置において、検査時間の高速化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る管材の内面自動検査装置は、管材の一方の開口端部側に配置する光源と、管材の他方の開口端部側に配置する焦点可動型ズームレンズを有する撮像手段とを備え、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面を複数回撮影する際に、一枚の画像を撮影した後、焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始すると同時に、撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査することを特徴とする。
【００１１】
ある好適な実施形態において、画像撮影後、焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始する時点で、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了しなかった場合に、次の撮影画像を一時退避画像ファイルとして保存し、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了したのちに、保存された一時退避画像ファイルの撮像画像の画像処理による合否判定検査を開始するか、あるいは、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査と並列して、次の撮影画像の画像処理を開始する。
【００１２】
ある好適な実施形態において、撮影した画像の画像処理で不良と判定された場合、その画像以降の画像撮影を中止して、次の管材の検査に移るようにアルゴリズムを設定する。
【００１３】
ある好適な実施形態において、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面画像を複数枚撮影する際に、ズームレンズの移動を止めず連続的に動かしながら、同時に撮影条件を連続的に可変して撮影し、得られた連続的な画像から複数枚の画像を選別し、選別した画像毎に、その画像の焦点が合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査する。
【００１４】
本発明に係る管材内面の自動検査方法は、管材の開口端部側から、焦点を可変にしながら管材の内面画像を複数枚撮影して、管材内面を自動検査する方法であって、一枚の画像を撮影した後、焦点を次の位置に移動開始すると同時に、撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面画像を複数回撮影するに際し、一枚の画像を撮影した後、焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始させると同時に、撮影した画像の焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査するため、検査時間の高速化が可能になる。
【００１６】
また、画像撮影後、焦点可動型ズームレンズの焦点を次の位置に移動開始させる時点で、前に撮影した画像の画像処理による管材の内面の検査が終了しない場合でも、次の撮影画像を一時退避画像ファイルとして保存し、前の撮影画像処理による管材の内面の検査が終了したのちに、一時退避画像ファイルとして保存された次の撮像画像を画像処理により合否判定検査するか、あるいは、前の撮影画像の画像処理と並列に、一時画像ファイルとして保存された次の撮像画像を画像処理して合否判定検査することにより、画像の取りこぼしや画像処理の中断もなく、管材内面の自動検査の継続が可能になる。
【００１７】
また、撮影した画像の画像処理で不良と判定された場合、その画像以降の画像撮影を中止し、次の管材の検査に移るようにすれば、一層の高速化を図ることが可能になる。
【００１８】
あるいは、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面画像を複数枚撮影する際に、ズームレンズの移動を止めず連続的に動かしながら、同時にアイリスや照明強度等の撮影条件を連続的に可変して撮影し、得られた連続的な画像から複数枚の画像を選別し、選別した画像毎に、その画像の焦点が合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査すれば、より検査時間の高速化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における管材の内面自動検査装置の全体の構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の管材の内面自動検査装置における光軸調整機構を示した図である。
【図３】本発明の管材の内面検査装置の構成の一例を示した図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、光源ユニットの構成の一例を示した図である。
【図５】本発明の管材の内面自動検査装置の動作を説明した図である。
【図６】従来の管材の内面自動検査の手順を示した図である。
【図７】本発明の管材の内面自動検査の手順１を示した図である。
【図８】本発明の管材の内面自動検査の手順２を示した図である。
【図９】本発明の管材の内面自動検査の手順３を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態における管材の内面自動検査装置の全体の構成を模式的に示した図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態における管材の内面自動検査装置は、未検査の管材１０を乗せる管材投入ユニット２、管材検査ステージ搬送・固定ユニット３、管材１０の一方の開口端部側に配置され、管材１０を撮影するためのカメラ・レンズ・ユニット（撮像手段）１、管材１０の他方の開口端部側に配置され、管材１０の内面を照射する光源ユニット（光源）５、検査済みの管材１０を乗せる管材ストッカ・ユニット４、それらを制御するコンピュータ（画像処理手段）１５で構成される。
【００２３】
また、カメラ・レンズ・ユニット１と管材１０のカメラ側端の一部を管材１０の種類に応じた遮光箱で覆うことにより、外光の影響を除外している。
【００２４】
本発明の管材の内面自動検査装置では、図２に示すように、管材１０とカメラ１３を、管材１０、カメラ１３、拡散光源がそれぞれ平行になるように配置し、管材１０の中心軸とカメラ１３の光軸を一致させる必要がある。そのため光軸調整手段を備えている。
【００２５】
図３に、管材１０とカメラ・レンズ・ユニット１、光源ユニット５の関係を示す。カメラ・レンズ・ユニット１は、ズームレンズ１１、接写リング１２、カメラ１３、遮光手段１７で構成される。接写リング１２は近接撮影により管材１０の内面を明瞭に撮影できるようにする。ズームレンズ１１，接写リング１２、カメラ１３は、遮光手段１７によって、外光を遮断する。
【００２６】
光源ユニット５は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、拡散光源１４、集光手段１９で構成される。拡散光源１４からの拡散光１４０は、集光手段１９によって、対象となる管材１０の直径以上の範囲の平行光に調整された平行光１４１に変換され、管材１０へ導かれる。
【００２７】
様々な口径の管材１０に応じ、拡散光源１４、集光手段１９を変更することにより、最適な光を得ることができる。口径ａの管材１０の場合は、図４（ａ）のように、拡散光源１４、集光手段１９を使用し、口径ｂの管材１０の場合は、図４（ｂ）のように、異なる形状の拡散光源１４、集光手段１９を使用する。それぞれにおいて、拡散光源１４からの拡散光１４０が、集光手段１９によって、その管材１０に最適な平行光１４１に変換される。
【００２８】
図５に示す模式図に従い、本発明の管材の内面自動検査装置の動作について説明する。
【００２９】
まず、管材１０を、管材１０のＡ端側がズームレンズ１１側に位置するように、管材投入ユニット２より第１検査台に載せ、光源ユニット５により管材１０の内面を照射する。
【００３０】
次に、ズームレンズ１１のズーム値と、拡散光源１４の強度を変更しながら、複数枚管材１０の内面画像を撮影し、管材１０の中央部までズームし、画像の撮影毎に、その時点のズームレンズのズーム値により決まる焦点の合っている部分の画像を切り出し、その画像内の不良判定を行う。この動作を、複数枚の画像取得毎に行うが、本発明はこの手順に関する。
【００３１】
図６に、従来の管材の内面自動検査（撮影〜不良判定）の手順を示す。従来の管材の内面自動検査装置では、複数枚（図６では６枚）の画像撮影後、それ等の画像合成後に画像処理を行い、合否判定検査を実施する。
【００３２】
図７に、本発明の管材の内面自動検査における自動検査（撮影〜不良判定）の手順１を示す。手順１では、焦点可動型ズームレンズ１１の焦点を可変しながら管材１０の内面画像を複数枚撮影する際に、一枚の画像を撮影した後、焦点可動型ズームレンズ１１の焦点を次の位置に移動開始すると同時に、撮影した画像で焦点の合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査する。本発明では、各画像の撮影終了毎に合否判定検査を実施するため、全体の検査時間短縮が可能になる。
【００３３】
なお、本発明において、撮影した画像の画像処理、及び合否判定は、例えば、以下の手順で行うことができる。
【００３４】
すなわち、撮影した画像を、管材の内面に生じた傷の特徴に応じた周知の画像処置手法を用いて行う。例えば、背景差分法を用いて画像処理を行う場合、撮影した画像に対して、微細なノイズ除去のための弱フィルタ、及び背景画像作成のための強フィルタによる処理を行い、求めた差分画像をある閾値で二値化する。そして、二値化した画像を、例えば、ラベリング処理により、最大の傷部分を抽出し、その面積値を別途準備した判定規格値と比較して、合否判定する。
【００３５】
図８は、不良判定時間が撮影間隔よりも長くなった場合の手順２を示す。手順２では、撮影１の結果の不良判定１の時間が、次の撮影２の時刻に終了しなかった場合は、撮影２の結果を一時ファイルに保管（ファイル保存２）する。不良判定１が終了した後、保管したファイル保存２を用いて、不良判定２に移る。撮影３以降も、不良判定が終了しない場合は、同様にファイル保存を繰り返し、同様に次の不良判定を待機する。
【００３６】
すなわち、手順２では、画像撮影後、焦点可動型ズームレンズ１１の焦点を次の位置に移動開始する時点で、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了しなかった場合に、次の撮影画像を一時退避画像ファイルとして保存し、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査が終了したのちに、保存された一時退避画像ファイルの撮像画像の画像処理による合否判定検査を開始するか、あるいは、前の撮影画像の画像処理による合否判定検査と並列して、次の撮影画像の画像処理を開始する。これにより、画像の取りこぼしや画像処理の中断もなく、管材内面の自動検査の継続が可能になる。
【００３７】
図９は、不良判定時間が撮影間隔よりも長くなった場合の手順３を示す。手順３では、画像処理による合否判定検査を並列処理する場合を示す。不良判定時間が次の撮影時間まで終了する、終了しないに関わらず、それぞれの撮影に対する不良判定を独立した処理で行う。そのため、不良判定時間の長短にかかわらず、全体の検査時間の短縮が可能になる。
【００３８】
また、撮影した画像の画像処理で不良と判定された場合、その画像以降の画像撮影を中止し、次の管材の検査に移るようにすれば、一層の高速化を図ることが可能になる。
【００３９】
また、焦点可動型ズームレンズ１１の焦点を可変しながら管材１０の内面画像を複数枚撮影する際に、ズームレンズ１１の移動を止めず連続的に動かしながら、同時にアイリスや照明強度等の撮影条件を連続的に可変して撮影し、得られた連続的な画像から複数枚の画像を選別し、選別した画像毎に、その画像の焦点が合った範囲を並列に画像処理し、合否判定検査すれば、より検査時間の高速化が可能になる。
【００４０】
なお、本実施形態において、ズームレンズ１１の「移動を止めず連続的」に動かしながら撮影するとは、ズームレンズ１１の移動中に撮影した画像にぶれが生じる場合、撮影中、ズームレンズ１１の動作を一旦停止する動作も含むものである。勿論、ズームレンズ１１の移動に伴う画像のぶれが許容でくる場合には、ズームレンズ１１の動作を一旦停止する必要はない。
【００４１】
以上の処理を、管材１０を第２検査台に移し、反対側（Ｂ端）からも同様に行い、全域に対し検査する。
【実施例１】
【００４２】
図５に示した管材の内面自動検査装置の実施例について説明する。
【００４３】
管材１０は、長さ４．０ｍ、内径２０〜５０ｍｍ、の樹脂パイプである。なお、本管材の内面自動検査装置が検査対象とする管材は、鋼管、塩ビ、プラスチック、樹脂、ゴムなど、円筒形であれば何でも対応が可能である。
【００４４】
本実施例では、管材を保持しておくストッカ・ユニットとして、未検査用の管材投入ユニット２、検査済用の管材ストッカ・ユニット４を備える。管材ストッカ・ユニット４は良品ストッカーＳ１、不良ストッカーＳ２を備え、良品ストッカーＳ１と不良ストッカーＳ２は設置高さが異なるようにしてある。
【００４５】
本実施例の自動検査装置に使用した光学機材は次の通りである。ズームレンズ１１は、焦点距離８〜１３６ｍｍ、最大口径比１：１．６、ズーム比１７倍、包括角度４３．６°×３３．４°から２．７°×２．２°、絞りＦ１．６〜Ｃｌｏｓｅのものを用いた。また、接写リング１２は、厚さ１．５ｍｍ、カメラ１３はＣＭＯＳカメラで、最大解像度６４８×４８８〜２５９２×１９４４、ピクセルサイズ２．２μｍ×２．２μｍ〜７．４μｍ×７．４μｍのものを用いた。
【００４６】
また、拡散光源１４には、白色ＬＥＤ面光源を使用し、遮光手段１７として鋼管を挟む遮光素材に黒色のスポンジを用いた。集光手段１９には、焦点距離３５ｍｍ、φ１７５ｍｍ、ピッチ０．２５ｍｍのフレネルレンズを用いた。拡散光源１４（白色ＬＥＤ面光源）と集光手段１９（フレネルレンズ）との間は焦点距離の３５ｍｍに設定した。
【００４７】
検査台１８は、一方の管端（Ａ端）から検査する第１検査台と、もう一方の管端（Ｂ端）から検査する第２検査台を備える。第１検査台は、Ａ端側にカメラ・レンズ・ユニット１、Ｂ端側に光源ユニット５として白色ＬＥＤとフレネルレンズ、その間に遮光手段１７を備え、管材１０、カメラ１３、白色ＬＥＤ１４がそれぞれ平行になるように設置する。第２検査台は、第１検査台と逆の配置にする。
【００４８】
管材１０の搬送装置は、コンピュータと連携して空気圧によって制御し搬送動作を行う。それに連動して、カメラ１３、ズームレンズ１１、拡散光源１４も、コンピュータから同時に制御している。搬送装置の開始ボタンが押されると、管材投入ユニット２から第１検査台へと管材をカメラと水平になるように搬送する。搬送完了後、搬送装置は、コンピュータへＡ端検査開始の指令を送信する。コンピュータがＡ端検査開始の指令を受信すると、Ａ端側を検査する。Ａ端側の検査が終われば、その指令を搬送装置へと伝える。次に、搬送装置は、第１検査台の管材を第２検査台へ搬送すると同時に、管材投入ユニット２の管材を第１検査台へ搬送する。搬送が完了すれば、搬送装置は、コンピュータへＡ端検査開始とＢ端検査開始の指令を送信し、コンピュータはこれを受けて両端の検査を開始する。
【００４９】
両端での検査が終われば、コンピュータは、検査終了の指令を搬送装置へと伝え、搬送装置は管材投入ユニット２の管材を第１検査台へ、第１検査台の管材を第２検査台へ、第２の検査台は両端共に良品ならば良品ストッカーＳ１へ、それ以外は不良ストッカーＳ２へそれぞれ同時並行して搬送する。
【００５０】
管材内面の検査は、ズームレンズ１１のズーム値と白色ＬＥＤの強度を、鮮明な画像を取得できる最適状態に合わせながら複数枚の内面撮影を行う。画像の撮影毎に、その時点のズームレンズのズーム値により決まる焦点の合っている部分の画像を切り出し、その画像内の不良判定を行う。複数枚画像を撮影／不良判定し、管材の中央部までズームした時点で検査を終了する。
【００５１】
複数枚の内面撮影を行うに際し、あらかじめ設定したズーム値に到達したときに、一旦ズーム操作を停止した上で、内面撮影を実施し、不良判定を行う。これは、シャッター速度が低速の場合の撮影画像のぶれを防ぐためである。
【００５２】
しかしながら、シャッター速度が高速であり、画像のぶれが不良判定に対して許容できる場合は、ズーム操作を停止すること無く、連続で撮影／不良判定する。
【００５３】
ズーム操作を停止することなく連続での撮影／不良判定する結果、検査時間のより高速化が可能になる。
【００５４】
これら一連の動作を、供給ストッカーの管材が無くなるまで行い、管材の内面自動検査を完了する。
【符号の説明】
【００５５】
１      カメラ・レンズ・ユニット 
２      管材投入ユニット 
３      管材検査ステージ搬送・固定ユニット 
４      管材ストッカ・ユニット 
５      光源ユニット 
１０    管材 
１１    焦点可動型ズームレンズ 
１２    接写リング 
１３    カメラ 
１４    拡散光源 
１５    画像処理手段
１７    遮光手段 
１８    検査台 
１９    集光手段 
１４０  拡散光 
１４１  平行光 
Ｓ      未検査鋼管用の供給ストッカー
Ｓ１          良品鋼管用の良品ストッカー
Ｓ２          不良鋼管用の不良ストッカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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