(57)【要約】【課題】検査対象の管の端面における欠陥を精度良く検出することが可能な管端面検査装置及び管端面検査方法を提供する。【解決手段】管端面検査装置（１）は、検査対象の管（１０）の端面（１０ａ）を撮影し、管端面（１０ａ）が写った検査画像を生成する撮像部（３）と、照明光を管端面（１０ａ）へ向けて照射し、管端面の外周端（１０ｂ）及び内周端（１０ｃ）で正反射された照明光の少なくとも一部が撮像部（３）へ向かい、管端面のその他の部位で正反射された照明光が撮像部（３）からそれるように配置された照明光源（２）と、検査画像から管端面の外周端（１０ｂ）に相当する第１のエッジ及び管端面の内周端（１０ｃ）に相当する第２のエッジを検出し、その第１のエッジ及び第２のエッジに基づいて管（１０）の良否を判定する画像処理部（４）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（１０）の端面（１０ａ）を撮影し、該管端面（１０ａ）が写った検査画像を生成する撮像部（３）と、
照明光を前記管端面（１０ａ）へ向けて照射し、前記管端面（１０ａ）の外周端（１０ｂ）及び内周端（１０ｃ）で正反射された照明光の少なくとも一部が前記撮像部（３）へ向かい、前記管端面のその他の部位で正反射された照明光が前記撮像部（３）からそれるように配置された照明光源（２）と、
前記検査画像から前記管端面の外周端（１０ｂ）に相当する第１のエッジ及び前記管端面の内周端（１０ｃ）に相当する第２のエッジを検出し、該第１のエッジ及び該第２のエッジに基づいて前記管（１０）の良否を判定する画像処理部（４）と、
を有することを特徴とする管端面検査装置。
【請求項２】
前記画像処理装置（４）は、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジの重心を通る直線上で、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジに相当する所定個数のエッジよりも多いエッジを検査画像上で検出すると、前記管（１０）は不良品であると判定する、請求項１に記載の管端面検査装置。
【請求項３】
前記画像処理装置（４）は、前記第１のエッジまたは前記第２のエッジ上の何れかの画素と前記第１のエッジ及び前記第２のエッジの重心との距離が、所定の距離範囲から外れている場合、前記管（１０）は不良品であると判定する、請求項１または２に記載の管端面検査装置。
【請求項４】
前記画像処理装置（４）は、前記第１のエッジ上の所定の画素と最も近い前記第２のエッジ上の画素までの距離を求めることにより、前記管の全周にわたって管厚を求め、前記管の何れかの部分の管厚が、所定の厚さ範囲から外れている場合、前記管（１０）は不良品であると判定する、請求項１〜３の何れか一項に記載の管端面検査装置。
【請求項５】
前記画像処理装置（４）は、前記第１のエッジ及び前記第２のエッジの重心を通る直線と交差し、かつ該重心を挟んで対向する前記第１のエッジ上の二つの画素間の距離を求めることにより、前記管の全周にわたって前記管の外径を求め、あるいは該直線と交差し、かつ該重心を挟んで対向する前記第２のエッジ上の二つの画素間の距離を求めることにより、前記管の全周にわたって前記管の内径を求め、前記管の何れかの部分の外径または内径が、所定の直径範囲から外れている場合、前記管（１０）は不良品であると判定する、請求項１〜４の何れか一項に記載の管端面検査装置。
【請求項６】
検査対象の管（１０）の端面（１０ａ）の外周端（１０ｂ）及び内周端（１０ｃ）で正反射された照明光の少なくとも一部が撮像部（３）へ向かい、前記管端面のその他の部位で正反射された照明光が該撮像部（３）からそれるように配置された照明光源（２）により、前記管端面（１０ａ）を照明するステップと、
前記撮像部（３）により前記管の端面（１０ａ）を撮影し、当該管端面が写った検査画像を生成するステップと、
前記検査画像から前記管端面の外周端（１０ｂ）に相当する第１のエッジ及び前記管端面の内周端（１０ｃ）に相当する第２のエッジを検出するステップと、
該第１のエッジ及び該第２のエッジに基づいて前記管（１０）の良否を判定するステップと、
を含むことを特徴とする管端面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の端面を撮影した画像を解析することにより、管の端面を検査する管端面検査装置及び管端面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な種類の管が、様々な装置の部品として使用されている。このような管には、所定通りの性能を発揮するため、管端面が仕様に定められた形状に加工されなければならないものがある。そこで、管端面に光を照射し、その反射光を測定することにより、管端面に欠陥がないか否かを検査する技術が開発されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【０００３】
また、作業者が目視によって検査対象物の形状を調べることにより、検査対象物の欠陥の有無を検査しようとすると、特に、検査対象物が多数存在する場合、作業者の熟練度、体調などによって欠陥品の検出精度が変動してしまう。そこで、検査対象物に所定の波長を持つ照明光を照射し、その照明光に照射された検査対象物を撮影した画像を解析することにより、検査対象物の形状を認識する技術が開発されている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１９１６１５号公報
【特許文献２】特開平８−２７１２３７号公報
【特許文献３】特開２００６−１７０８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検査装置が、検査対象物である管端面に照明光を照射し、その管端面をカメラで撮影した画像を解析しても、欠陥が存在する位置によっては、欠陥で反射された光とその周囲で反射された光の強度差が小さく、画像上で欠陥を識別することが困難な場合があった。特に、管端面が溶接加工されている場合のように、管端面の表面形状に起伏がある場合には、管端面上の位置によって照明光が反射または散乱される方向が異なるため、欠陥の無い管でも、管端面を撮影した画像上で、管端面に相当する画素の輝度が一様にならない。また、管端面が、その管端面の加工に用いられた油などで汚れている場合も、管端面の汚れによって管端面に相当する画素の輝度が一様にならないことがある。そのため、管端面に欠陥があったとしても、検査装置は、その欠陥により画像上での輝度が変化しているのか、管端面の凹凸または汚れにより輝度が変化しているのか区別できないことがあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、検査対象の管の端面における欠陥を精度良く検出することが可能な管端面検査装置及び管端面検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の記載によれば、本発明の一つの形態として、管端面検査装置が提供される。係る管端面検査装置は、管（１０）の端面（１０ａ）を撮影し、管端面（１０ａ）が写った検査画像を生成する撮像部（３）と、照明光を管端面（１０ａ）へ向けて照射し、管端面（１０ａ）の外周端（１０ｂ）及び内周端（１０ｃ）で正反射された照明光の少なくとも一部が撮像部（３）へ向かい、管端面のその他の部位で正反射された照明光が撮像部（３）からそれるように配置された照明光源（２）と、検査画像から管端面の外周端（１０ｂ）に相当する第１のエッジ及び管端面の内周端（１０ｃ）に相当する第２のエッジを検出し、第１のエッジ及び第２のエッジに基づいて管（１０）の良否を判定する画像処理部（４）とを有する。
係る構成を有することにより、この管端面検査装置は、検査対象の管の端面における欠陥を精度良く検出することができる。
【０００８】
また請求項２の記載によれば、画像処理装置（４）は、第１のエッジ及び第２のエッジの重心を通る直線上で、第１の像及び第２の像に相当する所定個数のエッジよりも多いエッジを検査画像上で検出すると、管（１０）は不良品であると判定することが好ましい。
このように、この管端面検査装置は、検出されたエッジの個数に基づいて、管の内周端及び外周端以外にエッジが存在するか否かを調べることで、管端面に存在する亀裂などの欠陥を検出することができる。
【０００９】
また請求項３の記載によれば、画像処理装置（４）は、第１のエッジまたは第２のエッジ上の何れかの画素と第１のエッジ及び第２のエッジの重心との距離が、所定の距離範囲から外れている場合、管（１０）は不良品であると判定することが好ましい。
これにより、この管端面検査装置は、管が変形していることによる欠陥を検出できる。
【００１０】
また請求項４の記載によれば、画像処理装置（４）は、第１のエッジ上の所定の画素と最も近い第２のエッジ上の画素までの距離を求めることにより、管の全周にわたって管厚を求め、管の何れかの部分の管厚が、所定の厚さ範囲から外れている場合、管（１０）は不良品であると判定することが好ましい。
これにより、この管端面検査装置は、管の一部が歪んで管厚が異常に厚くなったり、あるいは細くなる欠陥を検出することができる。
【００１１】
また請求項５の記載によれば、画像処理装置（４）は、第１のエッジ及び第２のエッジの重心を通る直線と交差し、かつ重心を挟んで対向する第１のエッジ上の二つの画素間の距離を求めることにより、管の全周にわたって管の外径を求め、あるいはその直線と交差し、かつ重心を挟んで対向する第２のエッジ上の二つの画素間の距離を求めることにより、管の全周にわたって管の内径を求め、管の何れかの部分の外径または内径が、所定の直径範囲から外れている場合、管（１０）は不良品であると判定することが好ましい。
これにより、この管端面検査装置は、管が変形していることによる欠陥を検出できる。
【００１２】
さらに請求項６の記載によれば、本発明の他の形態として、管端面検査方法が提供される。係る管端面検査方法は、検査対象の管（１０）の端面（１０ａ）の外周端（１０ｂ）及び内周端（１０ｃ）で正反射された照明光の少なくとも一部が撮像部（３）へ向かい、管端面のその他の部位で正反射された照明光が該撮像部（３）からそれるように配置された照明光源（２）により、管端面（１０ａ）を照明するステップと、撮像部（３）により管の端面（１０ａ）を撮影し、管端面が写った検査画像を生成するステップと、検査画像から管端面の外周端（１０ｂ）に相当する第１のエッジ及び管端面の内周端（１０ｃ）に相当する第２のエッジを検出するステップと、第１のエッジ及び第２のエッジに基づいて管（１０）の良否を判定するステップとを含む。
係る手順を含むことにより、この管端面検査方法は、検査対象の管の端面における欠陥を精度良く検出することができる。
【００１３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一つの実施形態による管端面検査装置の概略構成図である。
【図２】管端面を正面から見たときの、照明光源と管の位置関係を示す概略配置図である。
【図３】一つの実施形態による管端面検査装置が有する画像処理装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）は、欠陥が無い管端面を撮影した画像の一例を示す図であり、（ｂ）は、欠陥が存在する管端面を撮影した画像の一例を示す図である。
【図５】エッジ検出ウインドウの一例を示す図である。
【図６】一つのウインドウ及びそのウインドウ内に存在するエッジの一例を示す図である。
【図７】本発明の一つの実施形態に係る管端面検査装置により実行される管端面検査処理の動作フローチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態に係る管端面検査処理の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一つの実施形態による管端面装置について説明する。
この管端面検査装置は、例えば、二重管式オイルクーラに用いられる、同軸状に形成された二つの管がその端面で溶接された二重管の管端面を検査対象とする。この管端面検査装置では、管端面における、内周端部または外周端部で正反射された光の少なくとも一部がカメラに向かい、その他の部位で正反射された光はカメラからそれるように照明光源及びカメラが配置される。そしてこの管端面検査装置は、検査画像から管端面の内周の端部及び外周の端部を検出し、各端部の位置関係に従って管端面が仕様で定められた形状に仕上がっているか否かを判定する。またこの管端面検査装置は、検査画像上で管端面の内周の端部と外周の端部に対応するエッジと異なるエッジの有無を調べることで、管端面に溶接不良による亀裂といった欠陥が存在するか否か判定する。
【００１６】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る管端面装置１の全体構成を示す概略構成図である。管端面検査装置１は、照明光源２と、カメラ３と、画像処理装置４と、表示部５とを有する。そして管端面検査装置１は、照明光源２にて検査対象物である管１０の端面１０ａを照明し、その照明された管端面１０ａをカメラ３にて撮影する。そして画像処理装置４が、カメラ３により撮影された管端面１０ａの検査画像を解析して、管端面１０ａにおける欠陥の有無を判定することにより、管１０の良否を判定する。
【００１７】
図２は、管端面１０ａを正面から見たときの、照明光源２と管１０の位置関係を示す概略配置図である。照明光源２は、管１０よりも大きな直径を有する環状の支持部材２ａとその支持部材２ａの内周に取り付けられた複数の光源２ｂとを有する。各光源２ｂは、例えば、青色発光ダイオードである。しかし、各光源２ｂは、カメラ３が検知可能な他の色の光を発する発光ダイオードであってもよい。あるいは、照明光源２は、複数の光源２ｂの代わりに、支持部材２ａの内周に沿って取り付けられた一つまたは複数の蛍光管若しくは有機エレクトロルミネッセンス光源を有してもよい。ただし、照明光源２ａは、カメラ３が有する結像光学系の色収差による悪影響を避けるために、単色の照明光を発する光源であることが好ましい。
【００１８】
また、各光源２ｂから照射された照明光の少なくとも一部が管１０の外周端１０ｂ及び内周端１０ｃにおいて正反射されてカメラ３に向かい、管端面１０ａの他の正常に形成されている部位で正反射された照明光はカメラ３へ向かわないように、照明光源２は配置される。
【００１９】
撮像部であるカメラ３は、管端面１０ａから、管１０の軸方向に沿って所定距離離れた位置に配置される。そしてカメラ３は、照明光源２により照明された管端面１０ａを撮影する。
そのために、カメラ３は、例えば、２次元状に配置された電荷結合素子（Charge Coupled Device、CCD）センサまたは補性金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor、CMOS）センサを有するイメージセンサ（図示せず）と、そのイメージセンサ上に管端面１０ａの像を結像する光学系を有する。本実施形態では、カメラ３が有するイメージセンサは、約200万画素を有する検査画像を生成する。
また、カメラ３の前面に、管端面１０ａで反射された環境光がイメージセンサに入射することを防止するために、照明光源２から放射される光の波長と同じ波長の光を通すフィルタ３ａを設置することが好ましい。
またカメラ３は、画像処理装置４と接続される。そしてカメラ３は、管端面１０ａが写った検査画像を生成すると、その検査画像を画像処理装置４へ伝送する。
【００２０】
本実施形態では、検査対象物である管１０の一例では、管１０の外形及び内径は、それぞれ、28mm、25mmである。また、検査対象物である管１０の他の一例では、管１０の外形及び内径は、それぞれ、19mm、16mmである。これに対して、照明光源２として、内径110mmのリング照明を使用した。そして照明光源２は、カメラ３側の端面と管端面１０ａ間の距離が、管１０の軸方向に沿って11mm離れた位置となるように配置した。また、カメラ３は、その撮像光学系の光軸が、管１０の中心軸と一致し、カメラ３の前面と管端面１０ａ間の距離が124mmとなるように配置した。このように、照明光源２は、管端面１０ａに対してローアングルで照明することにより、管１０の外周端１０ｂ及び内周端１０ｃで正反射された光のみがカメラ３へ向かうようにしている。
【００２１】
画像処理装置４は、例えば、コンピュータで構成される。そして画像処理装置４は、カメラ３から受け取った検査画像を解析して、管端面１０ａにおける欠陥の有無を判定することにより、管１０の良否を判定する。
図３は、画像処理装置４の概略構成図である。画像処理装置４は、通信インターフェース部４１と、記憶部４２と、制御部４３とを有する。
【００２２】
通信インターフェース部４１は、画像処理装置４とカメラ３を接続するためのインターフェース回路を有する。そして通信インターフェース部４１は、カメラ３から検査画像を受け取ると、その検査画像を制御部４３に渡す。
記憶部４２は、ハードディスクのような磁気記録媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、またはフラッシュメモリのような半導体メモリ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗのような読み書き可能な光記録媒体及びそのアクセス装置のうちの少なくとも一つを有する。
記憶部４２は、制御部４３で使用されるプログラム、各種のデータ、及びカメラ３から受信した検査画像などを記憶する。
記憶部４２は、制御部４３からの要求に応じて、各種のプログラム、データまたは検査画像を制御部４３へ渡す。
【００２３】
制御部４３は、１個または複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして制御部４３は、カメラ３により生成された検査画像を解析する。
【００２４】
図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、良品である管を撮影した画像と、不良品である管を撮影した画像の一例を示す図である。
図４（ａ）に示した良品の管が写った画像４００では、管１０の外周端１０ｂの像であるリング４０１と、管１０の内周端１０ｃの像であるリング４０２とが同心円状に写っている。そして画像４００では、このリング４０１及び４０２以外に輝度が高い画素は存在しない。
一方、図４（ｂ）に示した不良品の管が写った画像４１０においても、管１０の外周端１０ｂの像であるリング４１１と、管１０の内周端１０ｃの像であるリング４１２とが同心円状に写っている。しかし、画像４１０の領域４２０に含まれる部分で、管１０には、溶接不良によって外側の管と内側の管の間に生じた亀裂が存在する。そのため、リング４１１は、領域４２０に含まれる部分で外側に歪んでいる。逆にリング４１２は、領域４２０に含まれる部分で内側に歪んでいる。そしてリング４１１とリング４１２が歪んだところで、リング４１１とリング４１２の間に、外側の管と内側の管の間に生じた亀裂によるエッジが存在する。そのため、画像４１０には、そのエッジにより正反射または散乱された照明光の一部がカメラ３に入射することにより、輝度の高い画素により構成される楕円弧状のエッジ４１３が写っている。
このように、管端面１０ａが写っている画像では、管端面１０ａにおいて溶接不良などの欠陥があると、管の外周端及び内周端に対応する二つのリング以外にエッジが存在したり、またそれらリングの形状が歪む。
【００２５】
そこで、制御部４３は、そのような検査画像上の特徴を検出して管１０の良否を判定する。そのために、制御部４３は、制御部４３が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実装される機能モジュールとして、検査領域設定部４３１と、ウインドウ設定部４３２と、エッジパラメータ算出部４３３と、良否判定部４３４とを有する。なお、これらの機能モジュールは、それら各部の機能を実現する専用の演算回路であってもよい。
【００２６】
検査領域設定部４３１は、検査画像から、管端面１０ａの外周端１０ｂと内周端１０ｃで囲まれるリング状の領域を含む検査領域を抽出する。上記のように、管端面１０ａの外周端１０ｂまたは内周端１０ｃに相当する画素の輝度値は、他の部分に相当する画素の輝度値よりも高い。そこで、検査領域設定部４３１は、例えば、所定の２値化閾値により検査画像全体を２値化する。２値化閾値は、例えば、予め実験により定められる。あるいは、２値化閾値は、検査画像全体の各画素の輝度値のヒストグラムを判別分析することによって、輝度値が相対的に高い分布と輝度値が相対的に低い分布を区別するように決定される。さらにまた、検査領域設定部４３１は、検査画像に対して、管端面１０ａの外周端１０ｂ及び内周端１０ｃが含まれると想定される領域を１乃至複数設定し、各領域ごとに、領域内の輝度値の統計量（例えば、平均値）から２値化閾値を決定してもよい。
２値化閾値が決定されると、検査領域設定部４３１は、検査画像を、その２値化閾値よりも高い輝度値を持つ画素を高輝度画素（例えば、輝度値255）と、２値化閾値以下の輝度値を持つ画素を低輝度画素（例えば、輝度値0）に２値化した２値化画像を作成する。
【００２７】
次に、検査領域設定部４３１は、２値化画像において、管端面１０ａの外周端１０ｂ及び内周端１０ｃに相当する、高輝度画素により構成される二つのリングの途切れている部分が連結されるように、２値化画像を補正する。そのために、例えば、検査領域設定部４３１は、２値化画像の高輝度画素に着目してモルフォロジー演算のクロージング演算を実行する。あるいは、検査領域設定部４３１は、想定されるリングの途切れ部分の形状を持つフィルタと２値化画像の相関演算を行って、その途切れ部分に相当する画素を検出し、検出された画素を高輝度画素にすることにより、リングの途切れ部分を連結してもよい。
【００２８】
検査領域設定部４３１は、補正された２値化画像について、高輝度画素、すなわち、管端面１０ａの外周端１０ｂ及び内周端１０ｃに相当する画素の重心Gを求める。この重心Gは、管１０の中心に対応する。検査領域設定部４３１は、重心Gから高輝度画素までの距離の平均値を算出する。そして検査領域設定部４３１は、重心Gから高輝度画素までの距離の平均値から所定のオフセット値を引いた値を、抽出する検査領域の内半径riとする。一方、検査領域設定部４３１は、重心から高輝度画素までの距離の平均値に所定のオフセット値を加えた値を、抽出する検査領域の外半径r0とする。なお、所定のオフセット値は、例えば、管１０の外半径と内半径の差に相当する画素数とすることができる。
【００２９】
検査領域設定部４３１は、検査画像から、重心Gを中心とし、内半径ri及び外半径r0を有する検査領域に含まれる画素の値のみを抽出し、その他の領域の画素値を全て所定値（例えば、0）に書き換えたエッジ検査画像を作成する。そして検査領域設定部４３１は、エッジ検査画像をエッジパラメータ算出部４３３へ渡す。また検査領域設定部４３１は、重心Gの座標を及び検査領域の外半径r0をウインドウ設定部４３２へ渡す。
あるいは、検査領域設定部４３１は、検査画像そのものと、検査領域を表すパラメータ（すなわち、重心Gの座標、検査領域の内半径ri及び外半径r0）をエッジパラメータ算出部４３３へ渡してもよい。
【００３０】
ウインドウ設定部４３２は、管１０の半径方向に沿って輝度が変化するエッジを検出するための着目領域であるウインドウを設定する。
図５は、設定されるウインドウの例を示す図である。図５に示されるように、ウインドウ設定部４３２は、ウインドウとして、管端面の外周端及び内周端に相当する二つのリング５０１、５０２の重心Gを中心とし、検査領域５０３の外半径roの２倍にオフセット値を加えた長さを持つとともに、所定の幅を持つ複数の領域５１０−１〜５１０−ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）を設定する。隣接するウインドウは、重心Gを中心として角δθをなすように設定される。各ウインドウの幅及び隣接するウインドウ同士がなす角δθは、全てのウインドウで検査領域全体を覆うように設定される。
【００３１】
ウインドウ設定部４３２は、ウインドウが設定された領域を示す情報をエッジパラメータ算出部４３３へ渡す。なお、ウインドウが設定された領域を示す情報は、例えば、ウインドウの長さ、幅及びウインドウの回転角とすることができる。ウインドウの回転角は、ウインドウの長手方向と、重心Gを通る基準線（例えば、水平方向の線）とのなす角とすることができる。
【００３２】
エッジパラメータ算出部４３３は、ウインドウ内で、エッジ検査画像、あるいは検査画像上の検査領域の半径方向に沿って輝度値が変化するエッジを検出する。そしてエッジパラメータ算出部４３３は、検出されたエッジに基づいて、エッジ間の位置関係またはエッジの個数を表す少なくとも一つのエッジパラメータを算出する。
【００３３】
エッジパラメータ算出部４３３は、例えば、ウインドウの短手方向に沿って検査領域内の画素の輝度値を平均することにより、ウインドウの長手方向（すなわち、管１０の半径方向）に沿った輝度値の変化を表す信号プロファイルを作成する。そしてエッジパラメータ算出部４３３は、管１０の半径方向を検出方向とするエッジ検出フィルタを用いて、検査領域内の信号プロファイルに対してフィルタ処理を行うことにより、ウインドウの外側から重心Gに向かって近傍画素間で輝度値の差が所定値以上高くなる位置をエッジとして検出する。なお、所定値は、予め実験結果などに基づいて最適化される。また、エッジパラメータ算出部４３３は、検査領域の半径方向を検出方向とする、１次元のラプラシアンフィルタを、エッジ検出フィルタとして用いてもよい。
あるいはエッジパラメータ算出部４３３は、着目するウインドウ内で、ウインドウの長手方向に沿って１ラインずつ、エッジ検出フィルタを用いてエッジを検出してもよい。そしてエッジパラメータ算出部４３３は、ウインドウの短手方向に沿ってラインごとに検出されたエッジの個数を集計し、その個数がウインドウの短手方向の幅の所定比率（例えば、ウインドウの短手方向の幅の0.7〜0.8）よりも多いとき、そのラインの位置にエッジが存在すると判定する。
【００３４】
エッジパラメータ算出部４３３は、検出されたエッジからエッジパラメータを算出する。
図６を参照しつつ、エッジパラメータの例を説明する。図６は、一つのウインドウ６００及びそのウインドウ６００内に存在するエッジの一例を示す図である。図６において、白い線６０１〜６０４は、それぞれ、管１０の外周端及び内周端に相当するエッジである。
エッジパラメータの一つとして、例えば、ウインドウの長手方向、すなわち、重心Gを通る直線上で検出されたエッジの個数が算出される。図６の場合、エッジの個数は４である。また、他のエッジパラメータとして、管１０の外径に相当する、重心Gを通る直線と交差し、重心Gを挟んで対向するウインドウ６００のそれぞれの端に最も近いエッジ６０１、６０４間の距離do、または、管１０の内径に相当する、重心Gを通る直線と交差し、重心Gを挟んで対向する、ウインドウ６００のそれぞれのサイドにおける重心Gから最も近いエッジ６０２とエッジ６０３間の距離diが求められてもよい。さらに、他のエッジパラメータとして、管１０の管厚、すなわち、外半径と内半径の差に相当する、管の外周端に相当するエッジ６０１から、エッジ６０１にもっとも近い、管の内周端に相当するエッジ６０２までの距離dt1、及び管の外周端に相当するエッジ６０４から、エッジ６０４にもっとも近い、管の内周端に相当するエッジ６０３までの距離dt2が求められてもよい。さらに、エッジパラメータとして、各エッジの位置を表す、重心Gから各エッジまでの距離dej(j=1,2,...,m、ただしmは検出されたエッジの個数)が求められてもよい。
エッジパラメータ算出部４３３は、ウインドウごとに、求めたエッジパラメータを良否判定部４３４へ渡す。
【００３５】
良否判定部４３４は、エッジパラメータに従って管１０の良否を判定する。
ここで再度図４（ａ）を参照すると、管１０が良品であれば、管１０は、外周端１０ｂ及び内周端１０ｃで反射された照明光のみがカメラ３に届くように配置されているので、ウインドウの長手方向、すなわち検査領域の半径方向におけるエッジの個数は４個である。一方、図４（ｂ）を参照すると、溶接不良によって管１０の端面の一部に亀裂が存在し、その亀裂のエッジで反射された照明光がカメラ３に到達しているため、その亀裂部分にもエッジが存在する。そのため、エッジ４１３を含むように設定されたウインドウ４２２の長手方向におけるエッジの個数は５個となっている。
また、管端面１０ａにおいて、管１０の一部の形状が歪んでいると、管１０の外周端に相当する二つのエッジ間の距離が、管１０の仕様によって定まる距離と異なってしまうことがある。同様に、管端面１０ａにおいて、管１０の一部の形状が歪んでいると、管１０の内周端に相当する二つのエッジ間の距離が、管１０の仕様によって定まる距離と異なってしまうことがある。さらに、管１０の外周端に相当するエッジと内周端に相当するエッジとの距離が、仕様に定められた管１０の厚さと異なってしまうことがある。
【００３６】
そこで、良否判定部４３４は、各ウインドウについて求められたエッジパラメータが、エッジの個数、エッジ間の距離またはエッジと重心G間の距離に関する異常判定条件を満たすか否か判定する。そして何れかのウインドウについて、何れか一つのエッジパラメータでも異常判定条件を満たす場合、良否判定部４３４は検査対象物である管１０は不良品であると判定する。一方、全てのウインドウについて、どのエッジパラメータも異常判定条件を満たさない場合、良否判定部４３４は検査対象物である管１０は良品であると判定する。
良否判定部４３４は管１０の検査結果を表示部５に表示させる。また、画像処理装置４が通信ネットワークを介して他の装置と接続されている場合、良否判定部４３４は、管１０の検査結果を、画像処理装置４と接続されている装置へ出力してもよい。
【００３７】
表示部５は、管端面の検査結果、その他の所定の情報などを表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイを有する。そして、表示部５は、画像処理装置４による管１０の検査結果を表示する。
なお、画像処理装置４による管１０の検査結果が他の装置へ出力される場合、表示部５は省略されてもよい。
【００３８】
以下、図７に示したフローチャートを参照しつつ、本発明の一つの実施形態に係る管端面検査装置１による管端面検査処理について説明する。なお、図７に示される管端面検査処理は、画像処理装置４の制御部４３により制御される。
【００３９】
画像処理装置４は、カメラ３から通信インターフェース部４１を介して検査対象物である管１０の端面１０ａを撮影した検査画像を取得する（ステップＳ１０１）。取得した検査画像は、画像処理装置４の制御部４３に渡される。
【００４０】
次に、制御部４３の検査領域設定部４３１は、検査画像から管端面が写っているリング状の検査領域を抽出する（ステップＳ１０２）。検査領域設定部４３１は、検査領域を表す情報を制御部４３のエッジパラメータ算出部４３３へ渡す。また検査領域設定部４３１は、外周端、内周端に相当する画素からなる二つのリングの重心Gを検査領域の重心とし、その重心Gの座標を及び検査領域の外半径r0を制御部４３のウインドウ設定部４３２へ渡す。
【００４１】
また、ウインドウ設定部４３２は、検査領域の重心Gを回転中心とし、基準線に対して長手方向が角θをなすウインドウを設定する（ステップＳ１０３）。そしてウインドウ設定部４３２は、ウインドウが設定された領域を表す情報をエッジパラメータ算出部４３３へ渡す。
エッジパラメータ算出部４３３は、ウインドウ内で管１０の半径方向、すなわちウインドウの長手方向に沿って近傍画素間で輝度値が変化するエッジを検出する（ステップＳ１０４）。そしてエッジパラメータ算出部４３３は、設定されたウインドウについてエッジ個数、エッジ位置、エッジ間距離などのエッジパラメータを算出する（ステップＳ１０５）。そしてそれらエッジパラメータを、設定されているウインドウを識別する情報（例えば、ウインドウの長手方向と基準線がなす角）とともに記憶部４２に記憶する。
【００４２】
その後、制御部４３は、検査領域の全周に対してウインドウが設定され、エッジパラメータが算出されたか否か判定する（ステップＳ１０６）。
検査領域の何れかの部分に対してウインドウが設定されていない場合（ステップＳ１０６−Ｎｏ）、制御部４３は、ウインドウの長手方向と基準線のなす角θに、所定の角度ステップδθを加算する（ステップＳ１０７）。そして制御部４３は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理を繰り返す。
一方、検査領域の全周に対してウインドウが設定されている場合（ステップＳ１０６−Ｙｅｓ）、制御部４３の良否判定部４３４は、記憶部４２から全てのウインドウについてのエッジパラメータを読み込む。そして良否判定部４３４は、エッジパラメータが異常判定条件を満たすか否か判定する。先ず、良否判定部４３４は、全てのウインドウにおいてエッジ個数は、管１０の外周端及び内周端に相当するエッジの個数である４個か否か判定する（ステップＳ１０８）。
何れか一つのウインドウでも、エッジ個数が４個でなければ、良否判定部４３４は、エッジの個数が異常判定条件を満たし、管１０は不良品であると判定する（ステップＳ１１２）。そして良否判定部４３４は、その判定結果を表示部５に表示させる。
【００４３】
一方、全てのウインドウについてエッジ個数が４個である場合、良否判定部４３４は、全てのウインドウにおいて各エッジ位置は基準範囲内か否か判定する（ステップＳ１０９）。なお、各エッジの位置は、例えば、重心Gからの距離により表される。また基準範囲は、管１０の内周端に相当するエッジについては、重心Gから管１０の内半径の設計値だけ離れた位置を基準位置として、その基準位置を中心とした許容公差に相当する幅をもつ範囲とすることができる。同様に、管１０の外周端に相当するエッジについては、重心Gから管１０の外半径の設計値だけ離れた位置を基準位置として、その基準位置を中心とした許容公差に相当する幅をもつ範囲とすることができる。
何れか一つのウインドウでも、何れかのエッジ位置が基準範囲外となる場合、エッジの位置が異常判定条件を満たし、良否判定部４３４は、管１０は不良品であると判定する（ステップＳ１１２）。そして良否判定部４３４は、その判定結果を表示部５に表示させる。
【００４４】
一方、全てのウインドウについて各エッジの位置が基準範囲内に含まれる場合、良否判定部４３４は、全てのウインドウにおいてエッジ間距離は基準距離範囲内か否か判定する（ステップＳ１１０）。ここでエッジ間距離は、上記のように、管１０の外径に相当する距離do、管１０の内径に相当する距離di、及び管１０の管厚に相当する距離dt1、dt2のうちの少なくとも一つを含む。また基準距離範囲は、距離doに対して、管１０の外径の設計基準値を中心とした許容公差に相当する幅をもつ直径の範囲とすることができる。同様に、基準距離範囲は、距離diに対して、内径の設計基準値を中心とした許容公差に相当する幅をもつ直径の範囲とすることができる。さらに、基準距離範囲は、距離dt1、dt2に対して、それぞれ、内径及び管厚の設計基準値を中心とした許容公差に相当する幅をもつ厚さの範囲とすることができる。
【００４５】
何れか一つのウインドウでも、何れかのエッジ間の距離が基準距離範囲外となる場合、エッジ間距離が異常判定条件を満たし、良否判定部４３４は、管１０は不良品であると判定する（ステップＳ１１２）。そして良否判定部４３４は、その判定結果を表示部５に表示させる。
一方、全てのウインドウにおいてエッジ間距離は基準距離範囲内に含まれる場合、良否判定部４３４は、管１０は良品であると判定する（ステップＳ１１１）。そして良否判定部４３４は、その判定結果を表示部５に表示させる。
ステップＳ１１１またはＳ１１２の後、管端面検査装置１は、管端面検査処理を終了する。
【００４６】
以上説明してきたように、本発明の一つの実施形態に係る管端面検査装置では、管端面における、内周端部で正反射された照明光の少なくとも一部と外周端部で正反射された照明光の少なくとも一部とがカメラへ向かい、他の部分で正反射された光がカメラからそれるように照明光源及びカメラを配置した。そのため、検査画像上において管端面の内周端部及び外周端部が識別可能に観察される。したがって、この管端面検査装置は、管端面の内周端部及び外周端部を検査画像から正確に検出できるため、管端面の形状の歪みを精度良く検出できる。さらに、管端面の内周端部及び外周端部以外に、溶接不良などによるエッジが形成されていると、そのエッジで反射された光もカメラへ到達するため、検査画像上でそのエッジの像を観察することができる。そのため、この管端面検査装置は、検査画像上で管端面の内周端部と外周端部に対応するエッジと異なるエッジの有無を調べることで、管端面の欠陥を精度良く検出できる。
【００４７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、検査対象となる管が交換されても、カメラと管端面間の相対的な位置がほとんど変わらず、かつ検査対象となる管の外径及び内径が変わらない場合、検査領域設定部は、検査画像上の予め決められた領域に検査領域及びその重心を設定してもよい。
また、エッジ検出部は、検査領域を検出する際に作成した２値画像または管の内周端及び外周端に相当するリングがそれぞれ一本の円として結合されるように補正された２値画像を用いて、エッジを検出してもよい。
さらに、ウインドウ設定部は、検査領域の連続する一部の区間だけを含むウインドウを設定してもよい。この場合、画像処理装置は、管の内径及び外径を調べるために、検査領域の重心について点対称に配置される二つのウインドウのそれぞれから検出された管端面の外周端のエッジ間の距離と、管端面の内周端のエッジ間の距離を算出してもよい。
また、良否判定部は、図７に示したフローチャートのステップＳ１０８〜Ｓ１１０のうちの何れか一つまたは二つの処理のみを実行してもよい。また、ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理の順序は入れ替わってもよい。
【００４８】
さらに、他の実施形態によれば、管端面検査装置が有する画像処理装置は、検査画像を解析する他の管端面検査処理により、あるいは、そのような他の管端面検査処理と上記の管端面検査処理を併用することにより、管の良否を判定してもよい。
図８は、他の実施形態による、管端面検査処理の動作フローチャートを示す。なお、図８に示される管端面検査処理も、図３に示した画像処理装置４の制御部４３により制御される。
制御部４３は、検査画像から、管端面が写っているリング状の検査領域を抽出する（ステップＳ２０１）。管端面が写っている検査領域の抽出方法は、例えば、上記の実施形態における検査領域設定部４３１の処理と同様の方法とすることができる。あるいは、検査画像上の予め決められたリング状の領域を、管端面が写っている検査領域として抽出してもよい。
【００４９】
次に、制御部４３は、抽出された検査領域を複数の小領域に分割し、各小領域を２値化する（ステップＳ２０２）。なお、各小領域には、管端面の外周端に相当するエッジ及び内周端に相当するエッジが含まれるように、各小領域は設定されることが好ましい。例えば、各小領域は、抽出された検査領域を、管の中心を通り、互いに所定の角をなす複数の直線で区切った領域とすることができる。また２値化の閾値は、例えば、小領域内の輝度平均値とすることができる。これにより、管端面の外周端及び内周端のように、照明光をカメラ３の方へ反射させた部分に相当する画素の輝度値が高く、その他の部分に相当する画素の輝度値が低い２値化検査画像が得られる。したがって、２値化検査画像には、管端面の外周端に対応する外側のリングと、管端面の内周端に対応する内側のリングが表される。
【００５０】
その後、制御部４３は、２値化された検査画像に対してノイズ除去処理を実行する（ステップＳ２０３）。なお、ノイズ除去処理として、例えば、ヒゲ状のノイズを除去するよう、輝度が高い方の画素に着目してモルフォロジーのオープニング演算を用いることができる。逆に、制御部４３は、輝度値が低い方の画素に着目してモルフォロジーのクロージング演算を実行してもよい。また、制御部４３は、メディアンフィルタなどのノイズ除去処理を、オープニング演算またはクロージング演算を実行した後に、さらに実行してもよい。さらに、制御部４３は、管端面の外周端に相当する外側のリングと管端面の内周端に相当する内側のリングが、それぞれ１画素幅となるように、２値化検査画像に対して細線化処理を行ってもよい。
【００５１】
ノイズ除去処理を実行した後、制御部４３は、２値化検査画像において、管端面の外周端に相当する、輝度値が高い方の画素が連続した外側のリングについて、その外側のリングが途切れているところを連結するように、２値化検査画像を補正する（ステップＳ２０４）。具体的には、制御部４３は、リングが途切れている部分に相当するテンプレートと２値化検査画像とのテンプレートマッチングを行い、そのテンプレートと一致する位置の画素の輝度値を高い方の値に書き換える。同様に、制御部４３は、管端面の内周端に相当する、輝度値が高い方の画素が連続した内側のリングについて、その内側のリングが途切れているところを連結するように、２値化検査画像を補正する。
【００５２】
その後、制御部４３は、２値化検査画像と、良品の管の端面の２値化画像に相当する基準テンプレートとの相対的な位置を変更しつつ、２値化検査画像と基準テンプレートとのテンプレートマッチングを行う。そして制御部４３は、２値化検査画像と基準テンプレートが最も一致したところで、２値化検査画像と基準テンプレートとの差分画像を生成する（ステップＳ２０５）。この差分画像では、着目画素の輝度値は、例えば、２値化検査画像の着目画素の輝度値と基準テンプレートの対応する画素の輝度値との差の絶対値として表される。
【００５３】
制御部４３は、差分画像上で所定の閾値以上の輝度値を持つ画素の合計数を歪み量として算出する（ステップＳ２０６）。なお、所定の閾値は、２値化検査画像と基準テンプレートの両方とも２値化画像であるため、例えば、1に設定される。またこの歪み量は、管端面の形状の歪みが少ないほど、かつ、溶接不良などによる亀裂のようなエッジが少ないほど小さな値となる。
そこで制御部４３は、歪み量を良否判定閾値と比較する（ステップＳ２０７）。歪み量が良否判定閾値以下であれば、制御部４３は、検査対象の管を良品と判定する（ステップＳ２０８）。一方、歪み量が良否判定閾値よりも高ければ、制御部４３は、検査対象の管を不良品と判定する（ステップＳ２０９）。
なお、良否判定閾値は、例えば、不良品である管の複数のサンプルについて求めた歪み量の分布と、良品である管の複数のサンプルについて求めた歪み量の分布に対して、判別分析することによって決定される。
ステップＳ２０８またはＳ２０９の後、制御部４３は、管端面検査処理を終了する。
【００５４】
なお、画像処理装置４は、図７に示した動作フローチャートによる処理または図８に示した動作フローチャートによる処理の両方を実行する場合、何れか一方の処理で検査対象の管が不良品と判定されれば、その管を不良品とする。
上記のように、当業者は、本発明の範囲内で様々な修正を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    管端面検査装置
２    照明光源
３    カメラ
４    画像処理装置
４１    通信インターフェース部
４２    記憶部
４３    制御部
４３１    検査領域設定部
４３２    ウインドウ設定部
４３３    エッジパラメータ算出部
４３４    良否判定部
１０    管
１０ａ    管端面
１０ｂ    管の外周端
１０ｃ    管の内周端
【図１】
2011058970.tif 000003
【図２】
2011058970.tif 000004
【図３】
2011058970.tif 000005
【図５】
2011058970.tif 000006
【図７】
2011058970.tif 000007
【図８】
2011058970.tif 000008
【図４】
2011058970.tif 000009
【図６】
2011058970.tif 000010