(57)【要約】【課題】一方向性凝固物を簡易的に検査可能な一方向性凝固物の検査装置、及び、一方向性凝固物の検査方法を提供する。【解決手段】一方向性凝固物の検査対象領域に対して光の照射方向を変化させながら撮像することで複数の画像データを取得し、当該取得した複数の画像データに基づいて、検査対象領域内における結晶境界を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に結晶境界を有する一方向性凝固物の検査装置であって、
前記一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射可能な光照射部と、
前記検査対象領域を撮像するための撮像部と、
前記光照射部による前記光の照射方向を変化させながら前記撮像部によって取得された複数の画像データに基づいて、前記検査対象領域内における前記結晶境界を特定するための結晶境界特定部と、
を備える、一方向性凝固物の検査装置。
【請求項２】
前記結晶境界特定部は、
前記複数の画像データの各々について、隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素を特定し、
前記複数の画像データに含まれる前記境界候補画素を結合することにより、前記結晶境界を求める、請求項１に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項３】
前記結晶境界特定部は、互いに乖離した２つの前記境界候補画素間の距離が予め設定された第１閾値未満である場合、当該２つの前記境界候補画素間に存在する画素を前記境界候補画素とみなすように前記結晶境界を特定する、請求項２に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項４】
前記結晶境界特定部は、前記検査対象領域において連続する少なくとも１つの前記境界候補画素からなる第１境界候補に含まれる前記境界候補画素の数が第２閾値未満であり、且つ、前記第１境界候補と前記第１境界候補から乖離する第２境界候補との間の距離が第３閾値以上である場合、前記第１境界候補を除外して前記結晶境界を特定する、請求項２又は３に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項５】
前記結晶境界特定部は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿った隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて前記境界候補画素を特定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項６】
前記第１方向は前記結晶境界の結晶方位に対応しており、
前記結晶境界特定部は、前記第２方向に沿った隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて特定された前記境界候補画素から得られる前記結晶境界の長さが第４閾値以上である場合、当該結晶境界をノイズとみなす、請求項５に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項７】
既知目盛りを有するスケールとともに前記検査対象領域が撮像された仮画像データを用いて、前記画像データの画素分解能を算出する分解能算出部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項８】
前記結晶境界特定部は、前記複数の画像データに含まれる境界候補を構成する各境界候補画素に対して、前記境界候補の形状的特徴に応じて設定される優先度を付与し、前記複数の画像データにわたって前記優先度を画素毎に積算した結果に基づいて、前記結晶境界を特定するように構成される、請求項１に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項９】
前記形状的特徴は、前記境界候補の長さである、請求項８に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１０】
複数の前記画像データの各々について前記画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関する評価パラメータを算出する評価パラメータ算出部を更に備え、
前記結晶境界特定部は、前記評価パラメータを基に、前記形状的特徴の各々に係る優先度を付与する、請求項７又は８に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１１】
複数の仮撮像条件でそれぞれ取得された複数の前記画像データの各々について前記画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関する評価パラメータを算出する評価パラメータ算出部と、
前記評価パラメータに基づいて前記撮像部の撮像条件を決定する撮像条件決定部と、を更に備え、
前記結晶境界特定部は、前記撮像条件で撮像された前記画像データに基づいて前記結晶境界を特定するように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１２】
前記評価パラメータは、次の（Ａ）〜（Ｆ）の少なくとも一つを含む、請求項１１に記載の一方向性凝固物の検査装置。
（Ａ）前記境界候補の平均長さ。
（Ｂ）前記境界候補の長さ分布の中間値。
（Ｃ）前記境界候補のうち長さが基準値以上であるものの数。
（Ｄ）前記境界候補の最大長さ。
（Ｅ）前記境界候補のヒストグラム平滑化後の平均長さ。
（Ｆ）前記境界候補のガンマ補正後の平均長さ。
【請求項１３】
前記複数の仮撮像条件は、前記撮像部の撮像方向軸に最も近い照射方向を含む１以上の照射方向で前記光照射部から前記光を照射するように設定される、請求項１１又は１２に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１４】
前記撮像条件決定部は、複数の前記照射方向の各々について前記撮像条件を決定し、
前記結晶境界特定部は、前記照射方向の各々において前記撮像条件に従って撮像された前記画像データに基づいて前記結晶境界を特定するように構成される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１５】
前記撮像条件決定部は、複数の前記照射方向の各々について複数の前記撮像条件を決定する、請求項１４に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１６】
前記光照射部は、前記検査対象領域を中心として所定角度で配置され、個別に点灯可能な複数の照明装置を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１７】
前記光照射部は、前記検査対象領域を中心として所定角度で移動可能に構成される照明装置を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１８】
前記一方向性凝固物は、ガスタービン又は航空機エンジンのタービン翼である、請求項１から１７のいずれか一項に記載の一方向性凝固物の検査装置。
【請求項１９】
表面に結晶境界を有する一方向性凝固物の検査方法であって、
前記一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射するステップと、
前記複数の照射方向の各々について前記検査対象領域を撮像することにより、複数の画像データを取得するステップと、
前記複数の画像データに基づいて、前記検査対象領域内における前記結晶境界を特定するステップと、
を備える、一方向性凝固物の検査方法。
【請求項２０】
前記結晶境界を特定するステップでは、
前記複数の画像データの各々について、隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素を特定し、
前記複数の画像データに含まれる前記境界候補画素を結合することにより、前記結晶境界を求める、請求項１９に記載の一方向性凝固物の検査方法。
【請求項２１】
前記結晶境界を特定するステップは、
前記複数の画像データの各々について境界候補を抽出するステップと、
前記境界候補を構成する各境界候補画素に対して、前記境界候補の形状的特徴に応じて設定される優先度を付与するステップと、
前記複数の画像データにわたって前記優先度を画素毎に積算した結果に基づいて、前記結晶境界を特定するステップと、
を含む、請求項１９に記載の一方向性凝固物の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一方向性凝固物の検査装置、及び、検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温環境下で使用される構造物に適した材料として一方向性凝固物が知られている。一方向性凝固物は従来の鋳造合金に比べてクリープ破断耐用温度や疲労寿命が大幅に向上でき、ガスタービンや航空機エンジンのタービン翼などに使用される。
【０００３】
この種の一方向性凝固物の鋳造品の品質検査として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、一方向性凝固物の表面にＸ線を照射し、Ｘ線回折角を計測することで一方向性凝固物に含まれる結晶方位を評価することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１０９２６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、検査対象領域がＸ線が照射される局所的箇所に限定されるため、ガスタービンや航空機エンジンのタービン翼のような比較的サイズの大きな構造物を検査対象とした場合、広い範囲にわたって検査を行うために多くの時間を要してしまう。また上記特許文献１では、検査にＸ線を用いるため、その取り扱いに煩雑さを伴う。
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、一方向性凝固物を簡易的に検査可能な一方向性凝固物の検査装置、及び、一方向性凝固物の検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査装置は上記課題を解決するために、
表面に結晶境界を有する一方向性凝固物の検査装置であって、
前記一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射可能な光照射部と、
前記検査対象領域を撮像するための撮像部と、
前記光照射部による前記光の照射方向を変化させながら前記撮像部によって取得された複数の画像データに基づいて、前記検査対象領域内における前記結晶境界を特定するための結晶境界特定部と、
を備える。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射し、各照射方向に対応して取得された複数の画像データに基づいて、一方向性凝固物に含まれる結晶境界が特定される。一般的に、一方向性凝固物の表面には、一方向性凝固物に含まれる複数の結晶体に起因して様々な角度の結晶面が存在するため、一方向からの光照射によっては鮮明な結晶境界を特定することが難しい。本構成では、異なる照射方向から光を照射して撮像した複数の画像データを用いることで、結晶境界を精度よく特定できる。そして、このような手法は任意波長を有する光を広く用いることができるため、従来のようなＸ線を用いる場合に比べて簡易に実施できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記結晶境界特定部は、
前記複数の画像データの各々について、隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素を特定し、
前記複数の画像データに含まれる前記境界候補画素を結合することにより、前記結晶境界を求める。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、各画像データにおいて隣り合う画素間における輝度を比較することにより、境界候補画素が特定される。そして、各画像データで特定された境界候補画素を結合することで結晶境界が求められる。これにより、単一の画像データでは不鮮明な結晶境界を精度よく特定できる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、
前記結晶境界特定部は、互いに乖離した２つの前記境界候補画素間の距離が予め設定された第１閾値未満である場合、当該２つの前記境界候補画素間に存在する画素を前記境界候補画素とみなすように前記結晶境界を特定する。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、結晶境界特定部によって特定された２つの境界候補画素が互いに乖離しており、且つ、これら２つの境界候補画素間の距離が第１閾値未満である場合には、これら２つの境界候補画素間に存在する画素が境界候補画素とみなされる。これにより、有限数の画像データによって真の結晶境界を構成する全ての境界候補画素をカバーできない場合であっても、足りない境界候補画素を的確に補填することができ、精度よく結晶境界を特定できる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では上記（２）又は（３）の構成において、
前記結晶境界特定部は、前記検査対象領域において連続する少なくとも１つの前記境界候補画素からなる第１境界候補に含まれる前記境界候補画素の数が第２閾値未満であり、且つ、前記第１境界候補と前記第１境界候補から乖離する第２境界候補との間の距離が第３閾値以上である場合、前記第１境界候補を除外して前記結晶境界を特定する。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、結晶境界特定部によって特定された連続する少なくとも１つの前記境界候補画素からなる第１境界候補が第２閾値未満の境界候補画素未満から構成されており、且つ、第２境界候補からの乖離距離が第３閾値以上である場合、第１境界候補は結晶境界として信頼性が低いとして除外される。これにより、信頼性の高い境界候補画素に基づいて、より精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では上記（１）から（４）のいずれか１構成において、
前記結晶境界特定部は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿った隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて前記境界候補画素を特定する。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、検査対象領域における輝度分布を二次元的に評価することにより境界候補画素を特定できるので、より精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、
前記第１方向は前記結晶境界の結晶方位に対応しており、
前記結晶境界特定部は、前記第２方向に沿った隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて特定された前記境界候補画素から得られる前記結晶境界の長さが第４閾値以上である場合、当該結晶境界をノイズとみなす。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、結晶方位に交差する第２方向に沿って特定された境界候補画素から求められる結晶境界のうち、長さが第４閾値以上であるものをノイズとみなすことで、より精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では上記（１）から（６）のいずれか１構成において、
既知目盛りを有するスケールとともに前記検査対象領域が撮像された仮画像データを用いて、前記画像データの画素分解能を算出する分解能算出部を備える。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、分解能算出部では、既知目盛りを有するスケールとともに検査対象領域が撮像された仮画像データに基づいて、画像データにおける画素分解能が求められる。このように求められた画素分解能は、画像データに含まれる画素間の距離評価に用いることができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記結晶境界特定部は、前記複数の画像データに含まれる境界候補を構成する各境界候補画素に対して、前記境界候補の形状的特徴に応じて設定される優先度を付与し、前記複数の画像データにわたって前記優先度を画素毎に積算した結果に基づいて、前記結晶境界を特定するように構成される。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、各画像データに含まれる境界候補を構成する各境界候補画素について、境界候補の形状的特徴に応じて優先度が付与される。そして複数の画像データにわたって優先度を画素毎に積算することで、各画素における優先度の積算結果から結晶境界が特定される。このように各画像データの画素毎に優先度を積算することで、各画素が結晶境界である可能性を定量的に評価できるため、一方向性凝固物の表面状態に依存することなく、信頼性の高い検査が可能となる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では上記（８）の構成において、
前記形状的特徴は、前記境界候補の長さである。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、画像データに含まれる境界候補を構成する画素に対して、当該境界候補の長さに応じた優先度が付与される。例えば、長さが大きな境界候補を構成する画素ほど高い優先度が付与される。このように付与された優先度を画素毎に積算することで、各画素が結晶境界である可能性を定量的に評価できる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では上記（７）又は（８）の記載において、
複数の前記画像データの各々について前記画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関する評価パラメータを算出する評価パラメータ算出部を更に備え、
前記結晶境界特定部は、前記評価パラメータを基に、前記形状的特徴の各々に係る優先度を付与する。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、境界候補画素に対して付与される優先度は、画像データの各々について画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関して算出される評価パラメータに基づいて設定される。
【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では上記（１）から（１０）のいずれか一構成において、
複数の仮撮像条件でそれぞれ取得された複数の前記画像データの各々について前記画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関する評価パラメータを算出する評価パラメータ算出部と、
前記評価パラメータに基づいて前記撮像部の撮像条件を決定する撮像条件決定部を更に備え、
前記結晶境界特定部は、前記撮像条件で撮像された前記画像データに基づいて前記結晶境界を特定するように構成される。
【００２８】
上記（１１）の構成によれば、複数の仮撮像条件においてそれぞれ取得された複数の画像データの各々について、画像データに含まれる境界候補の形状的特徴に関する評価パラメータが求められる。このように求められた評価パラメータに基づいて撮像部の撮像条件を決定することで、結晶境界の特定に用いられる画像データを高品位に取得することができる。その結果、一方向性凝固物の表面状態に関わらず、信頼性の高い検査が可能となる。
【００２９】
（１２）幾つかの実施形態では上記（１１）の構成において、
前記評価パラメータは、次の（Ａ）〜（Ｆ）の少なくとも一つを含む。
（Ａ）前記境界候補の平均長さ。
（Ｂ）前記境界候補の長さ分布の中間値。
（Ｃ）前記境界候補のうち長さが基準値以上であるものの数。
（Ｄ）前記境界候補の最大長さ。
（Ｅ）前記境界候補のヒストグラム平滑化後の平均長さ。
（Ｆ）前記境界候補のガンマ補正後の平均長さ。
【００３０】
上記（１２）の構成によれば、（Ａ）〜（Ｆ）を評価パラメータとして採用することで、画像データに含まれる境界候補の割合を的確に評価することができ、撮像部の撮像条件を適切に決定できる。
【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では上記（１１）又は（１２）の構成において、
前記複数の仮撮像条件は、前記撮像部の撮像方向軸に最も近い照射方向を含む１以上の照射方向で前記光照射部から前記光を照射するように設定される。
【００３２】
上記（１３）の構成によれば、撮像条件を決定する際に選択される仮撮像条件は、撮像部の撮像方向軸に最も近い照射方向で光を照射するものが含まれるように設定される。撮像部の撮像方向軸に最も近い照射方向で光を照射する仮撮像条件では、検査対象である一方向性凝固物の形状や周辺構成に起因する影が画像データに写りこみにくく、品質のよい画像データが取得できる。そのため、このように仮撮像条件を設定することで、より適切な撮像条件の決定が可能となる。
【００３３】
（１４）幾つかの実施形態では上記（１１）から（１３）のいずれか一構成において、
前記撮像条件決定部は、複数の前記照射方向の各々について前記撮像条件を決定し、
前記結晶境界特定部は、前記照射方向の各々において前記撮像条件に従って撮像された前記画像データに基づいて前記結晶境界を特定するように構成される。
【００３４】
上記（１４）の構成によれば、撮像条件の決定は、検査対象領域に対する光の照射方向毎に行われる。これにより、照射方向に応じて適切な撮像条件が決定されるため、より信頼性の高い結晶境界の特定が可能となる。
【００３５】
（１５）幾つかの実施形態では上記（１４）の構成において、
前記撮像条件決定部は、複数の前記照射方向の各々について複数の前記撮像条件を決定する。
【００３６】
上記（１５）の構成によれば、評価パラメータが最大値を含む適正範囲内において複数の撮像条件が決定される。このような複数の撮像条件に従って取得された画像データを用いて検査を行うことで、結晶候補の取りこぼしが少なく、精度の高い結晶境界の特定が可能となる。
【００３７】
（１６）幾つかの実施形態では上記（１）から（１５）のいずれか１構成において、
前記光照射部は、前記検査対象領域を中心として所定角度で配置され、個別に点灯可能な複数の照明装置を含む。
【００３８】
上記（１６）の構成によれば、検査対象領域を中心として所定角度で配置された複数の照明装置を個別に点灯させることで、複数の照射方向から検査対象領域に対して光を照射できる。
【００３９】
（１７）幾つかの実施形態では上記（１）から（１５）のいずれか１構成において、
前記光照射部は、前記検査対象領域を中心として所定角度で移動可能に構成される照明装置を含む。
【００４０】
上記（１７）の構成によれば、検査対象領域を中心として照明装置を移動させることで、複数の照射方向から検査対象領域に対して光を照射できる。
【００４１】
（１８）幾つかの実施形態では上記（１）から（１７）のいずれか１構成において、
前記一方向性凝固物は、ガスタービン又は航空機エンジンのタービン翼である。
【００４２】
上記（１８）の構成によれば、一方向性凝固物を含んで構成されるガスタービン又は航空機エンジンのタービン翼を簡易的に検査できる。
【００４３】
（１９）本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査方法は上記課題を解決するために、
表面に結晶境界を有する一方向性凝固物の検査方法であって、
前記一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射するステップと、
前記複数の照射方向の各々について前記検査対象領域を撮像することにより、複数の画像データを取得するステップと、
前記複数の画像データに基づいて、前記検査対象領域内における前記結晶境界を特定するステップと、
を備える。
【００４４】
上記（１９）の方法によれば、一方向性凝固物の検査対象領域に対して複数の照射方向から光を照射し、各照射方向に対応して取得された複数の画像データに基づいて、一方向性凝固物に含まれる結晶境界が特定される。一般的に、一方向性凝固物の表面には、一方向性凝固物に含まれる複数の結晶体に起因して様々な角度の結晶面が存在するため、一方向からの光照射によっては鮮明な結晶境界を特定することが難しい。本方法では、異なる照射方向から光を照射して撮像した複数の画像データを用いることで、結晶境界を精度よく特定できる。そして、このような手法は任意波長を有する光を広く用いることができるため、従来のようなＸ線を用いる場合に比べて簡易に実施できる。
【００４５】
（２０）幾つかの実施形態では上記（１９）の方法において、
前記結晶境界を特定するステップでは、
前記複数の画像データの各々について、隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素を特定し、
前記複数の画像データに含まれる前記境界候補画素を結合することにより、前記結晶境界を求める。
【００４６】
上記（２０）の構成によれば、各画像データにおいて隣り合う画素間における輝度を比較することにより、境界候補画素が特定される。そして、各画像データで特定された境界候補画素を結合することで結晶境界が求められる。これにより、単一の画像データでは不鮮明な結晶境界を精度よく特定できる。
【００４７】
（２１）幾つかの実施形態では上記（１９）の方法において、
前記結晶境界を特定するステップは、
前記複数の画像データの各々について境界候補を抽出するステップと、
前記境界候補を構成する各境界候補画素に対して、前記境界候補の形状的特徴に応じて設定される優先度を付与するステップと、
前記複数の画像データにわたって前記優先度を画素毎に積算した結果に基づいて、前記結晶境界を特定するステップと、
を含む。
【００４８】
上記（２１）の方法によれば、各画像データに含まれる境界候補を構成する各境界候補画素について、境界候補の形状的特徴に応じて優先度が付与される。そして複数の画像データにわたって優先度を画素毎に積算することで、各画素における優先度の積算結果から結晶境界が特定される。このように各画像データの画素毎に優先度を積算することで、各画素が結晶境界である可能性を定量的に評価できるため、一方向性凝固物の表面状態に依存することなく、信頼性の高い検査が可能となる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、一方向性凝固物を簡易的に検査可能な一方向性凝固物の検査装置、及び、一方向性凝固物の検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査装置を示す模式図である。
【図２】図１の解析部の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図４Ａ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｂ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｃ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｄ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｅ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｆ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｇ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図４Ｈ】図１の記憶部に蓄積された複数の画像データの一例である。
【図５】図３のステップＳ１５における結晶境界の特定プロセスを工程毎に示すフローチャートである。
【図６】図４Ａ〜図４Ｈの各画像データを合成することで作成された合成画像データの一例である。
【図７】図５のステップＳ２３で実施される第１画像処理の説明図である。
【図８】図５のステップＳ２４で実施される第２画像処理の説明図である。
【図９】本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査方法に付随する画像データの分解能評価方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図１０】図９のステップＳ３０で用いられるスケールの一例である。
【図１１】図９のステップＳ３１における検査対象領域に対するスケールの取付例である。
【図１２】図１の変形例である。
【図１３】画像データに含まれる境界候補の比較例である。
【図１４】図２の他の実施形態である。
【図１５】図３のステップＳ１５における結晶境界の特定プロセスの他の例を工程毎に示すフローチャートである。
【図１６】画像データに含まれる境界候補画素に対する優先度の付与例を示す模式図である。
【図１７】図１４のステップＳ４５で特定された結晶境界を示す測定例である。
【図１８】図２の変形例を示す機能ブロック図である。
【図１９】変形例に係る一方向性凝固物の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図２０】仮撮像条件として露光時間を変化させた場合の評価パラメータの算出結果の一例である。
【図２１】適正範囲に設定される複数の撮像条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００５２】
図１は本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査装置１を示す模式図である。
【００５３】
検査対象物である一方向性凝固物２は、溶融金属が一方向の温度勾配下で一定の方向に凝固したものである。一方向性凝固物２は、例えば、ガスタービン、航空機のエンジンなどの耐熱性が要求される製品に用いられる一方向性鋳造物である。本実施形態では検査対象物の一例として、一方向性凝固物２は、表面に翼長方向に沿って延びる結晶境界を有するガスタービン又は航空機エンジンのタービン翼である。
尚、一方向性凝固物２は上記例の他の構造物が含まれてもよい。
【００５４】
検査装置１は、一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに対して複数の照射方向から光を照射可能な光照射部１０と、検査対象領域を撮像するための撮像部１２と、撮像部１２で撮像された画像データに基づいて解析を行うための解析部１４と、を備える。
【００５５】
尚、検査装置１は、検査対象物である一方向性凝固物２を一定の姿勢で保持するためのホルダ（不図示）を有しており、図１の例では、タービン翼である一方向性凝固物２は、翼長方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）となるようにホルダによって保持される。
【００５６】
光照射部１０は、一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに対して光を照射可能な少なくとも一つの照明装置２０ａ〜２０ｈを含む。照明装置２０ａ〜２０ｈは、例えば、ＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ)などの小型の発光素子を含んで構成されており、不図示の制御部からの点灯信号に従って発光可能に構成されている。
尚、照明装置２０には、任意の光学装置（例えば、その他の発光素子や光ファイバのような導光部材など）を採用可能である。
【００５７】
図１の例では、光照射部１０は、ＸＹ平面上において検査対象領域２ａを囲むように配置された複数の照明装置２０ａ〜２０ｈを含む。これらの照明装置２０ａ〜２０ｈは、ホルダによって保持された一方向性凝固物２の検査対象領域２ａを中心として、所定角度で配置されている。本実施形態では、撮像部１２の光軸Ｌが検査対象領域２ａの中心部Ｃに直交するように配置された際に、複数の照明装置２０ａ〜２０ｈは、光軸Ｌを基準（０度）としてＸＹ平面上において左右に例えば１０度間隔で配置されている。仮に照明装置を１０度の等間隔で配置した場合には、すなわち、照明装置２０ａは光軸Ｌに対して−４０度の位置に配置され、照明装置２０ｂは光軸Ｌに対して−３０度の位置に配置され、照明装置２０ｃは光軸Ｌに対して−２０度の位置に配置され、照明装置２０ｄは光軸Ｌに対して−１０度の位置に配置され、照明装置２０ｅは光軸Ｌに対して＋１０度の位置に配置され、照明装置２０ｆは光軸Ｌに対して＋２０度の位置に配置され、照明装置２０ｇは光軸Ｌに対して＋３０度の位置に配置され、照明装置２０ｈは光軸Ｌに対して＋４０度の位置に配置される。そして各照明装置２０ａ〜２０ｈは、不図示の制御部からの点灯信号に基づいて個別に（１つずつ）点灯可能に構成されており、各角度から検査対象領域２ａに対して光を照射可能に構成されている。
【００５８】
尚、光照射部１０を構成する複数の照明装置２０ａ〜２０ｈの配置角度（本実施形態の場合、「１０度」）は、検査に要求される精度と所用時間とのバランスを考慮して設定されるとよい。例えば、多くの照明装置を小さな角度で配置すると、高い測定精度が得られる一方で、測定に要する所用時間が増えてしまう。一方、少ない照明装置を角度を大きな角度で配置すると、測定に要する所用時間を減らすことができるが、その反面、測定精度が低下してしまう。
【００５９】
撮像部１２は、検査対象領域２ａを撮像するための撮像装置（例えばカメラ）であり、その光軸Ｌが一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに向かうように配置される。本実施形態では特に、撮像部１２は、撮像部１２の光軸Ｌ上に検査対象領域２ａが位置しており、光軸Ｌが検査対象領域２ａに直交するように配置されている。そして撮像部１２は、不図示の制御部からの撮像信号に基づいて、上述の光照射部１０の発光タイミングと同期して検査対象領域２ａを撮像することにより、複数の画像データを取得する。すなわち、光照射部１０を構成する複数の照明装置２０ａ〜２０ｈが異なる照射角度で一つずつ点灯制御される際に、各照射角度において撮像部１２による撮像が行われることで、各照射角度に対応する複数の画像データが取得されるように構成される。
【００６０】
解析部１４は例えば図１に示されるようなコンピュータなどの演算処理装置によって構成されており、所定のプログラムがインストールされることにより本発明の少なくとも一実施形態に係る検査装置１の一部として機能する。図２は図１の解析部１４の内部構成を示す機能ブロック図である。解析部１４は、撮像部１２で撮像された画像データを記憶するための記憶部１６と、記憶部１６に記憶された画像データに基づいて検査対象領域２ａ内における結晶境界を特定するための結晶境界特定部１７と、結晶境界特定部１７で特定された結晶境界を含む解析データを生成する解析データ作成部１８と、記憶部１６、結晶境界特定部１７及び解析データ作成部１８で取り扱われる各種データを表示可能な表示部１９と、を備えている。
【００６１】
尚、解析部１４は、前述のコンピュータなどの演算処理装置であるハードウェア装置に対して、後述する検査方法を実施するためのプログラムがインストールされることによって構成される。この場合、当該プログラムは、ハードディスクやメモリなどの記憶媒体に記録されており、ハードウェア装置によって読み込むことでインストール可能に構成されていてもよい。
【００６２】
尚、記憶部１６、結晶境界特定部１７及び解析データ作成部１８で取り扱われる各種データは、表示部１９で適宜表示されることにより、これらのデータはオペレータが確認可能になっている。本実施形態では、このような表示部１９は解析部１４と同一の端末に設けられているが、有線又は無線のネットワークを介して通信可能な他の端末に設けられていてもよい。
【００６３】
続いて上記構成を有する検査装置１を用いて実施可能な、本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物２の検査方法について説明する。図３は本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物２の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
【００６４】
まず検査対象となる一方向性凝固物２を用意し、一方向性凝固物２をホルダ（不図示）で保持することにより所定の姿勢で設置する（ステップＳ１０）。本実施形態では、図１に示されるように、一方向性凝固物２は、翼長方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）になる姿勢でホルダによって保持される。
【００６５】
続いて一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに対して、光照射部１０から所定角度αで光を照射する（ステップＳ１１）。このような光照射は、光照射部１０を構成する複数の照明装置２０ａ〜２０ｈのうち所定角度αに対応する１つの照明装置に対して点灯信号が選択的に送信されることにより行われる。すなわち、複数の照明装置２０ａ〜２０ｈのうちいずれか一つの照明装置が点灯状態になり、他の照明装置は消灯状態になることにより、検査対象領域２ａに対して角度αでの光照射が行われる。
【００６６】
このような光照射は、点灯状態にある照明装置を順次切り替えることで角度αが順次変化するように制御されるが、その点灯順は任意でよい。ここでは、点灯順の一例として、はじめに最端部に位置する照明装置２０ａが点灯状態にあることにより、照射角度αが「−４０度」になるように光照射が行われ、続いて照明装置２０ｂ、・・・、２０ｈが順に点灯状態になるように制御される。
【００６７】
続いて撮像部１２は、ステップＳ１１において所定角度αで光が照射されている検査対象領域２ａの撮像を行う（ステップＳ１２）。撮像部１２で取得された画像データは、解析部１４に送信され、記憶部１６に読み出し可能に記憶される。
【００６８】
このような撮像部１２による撮像は、光照射部１０による光照射タイミングと同期して実施される。上述のように照明装置２０ａによる光照射が行われている場合に撮像部１２によって画像データが取得すると、次の照明装置２０ｂによる光照射が行われている場合に撮像部１２によって再び画像データが取得される。そして続く照明装置２０ｃ、・・・、２０ｈによる光照射が行われている場合においても、同様に、それぞれ撮像部１２による画像データの取得が行われる。
【００６９】
検査装置１は、このような各照射角度αにおける撮像が全て完了したか判定を行う（ステップＳ１３）。その結果、全ての照射角度αにおける撮像が完了していない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、検査装置１は撮像が行われていない照射角度αが実現するように光照射部１０を制御し（ステップＳ１４）、当該照射角度αにおける撮像を再び実施する（ステップＳ１２）。このような光照射部１０及び撮像部１２の制御は、全ての照射角度αにおける撮像が完了するまで繰り返される。各照射角度αで取得された画像データは、それぞれ記憶部１６に読み出し可能に記憶される。
【００７０】
ここで図４は図１の記憶部１６に蓄積された複数の画像データの一例である。図４Ａ〜図４Ｈは、それぞれ照明装置２０ａ〜２０ｈによる光照射時に取得された画像データ２２ａ〜２２ｈを示している。具体的には、図４Ａは撮像部１２の光軸Ｌに対して−４０度の照射角度α１による光照射時における画像データ２２ａを示しており、図４Ｂは撮像部１２の光軸Ｌに対して−３０度の照射角度α２による光照射時における画像データ２２ｂを示しており、図４Ｃは撮像部１２の光軸Ｌに対して−２０度の照射角度α３による光照射時における画像データ２２ｃを示しており、図４Ｄは撮像部１２の光軸Ｌに対して−１０度の照射角度α４による光照射時における画像データ２２ｄを示しており、図４Ｅは撮像部１２の光軸Ｌに対して＋１０度の照射角度α５による光照射時における画像データ２２ｅを示しており、図４Ｆは撮像部１２の光軸Ｌに対して＋２０度の照射角度α６による光照射時における画像データ２２ｆを示しており、図４Ｇは撮像部１２の光軸Ｌに対して＋３０度の照射角度α７による光照射時における画像データ２２ｇを示しており、図４Ｈは撮像部１２の光軸Ｌに対して＋４０度の照射角度α８による光照射時における画像データ２２ｈを示している。図４Ａ〜図４Ｈに示されるように、各画像データ２２ａ〜２２ｈは、画素ごとの輝度分布を示しており、一方向性凝固物２の表面に存在する結晶境界に対応する模様がコントラスト表示されている。
【００７１】
撮像部１２による撮像が完了すると場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、解析部１４の結晶境界特定部１７は複数の画像データに基づいて検査対象領域２ａ内における結晶境界を特定する（ステップＳ１５）。ここで一方向性凝固物２の表面には複数の結晶体に起因して様々な角度の結晶面が存在するため、単体の画像データでは、結晶境界が部分的に不鮮明になってしまう。図４Ａ〜図４Ｈでは、互いに共通する領域「領域Ａ」、「領域Ｂ」及び「領域Ｃ」がそれぞれ示されている。これらを比較してわかるように、ある画像データでは表れている結晶境界を示すコントラスト（後述する境界候補画素２５に対応）が、他の画像データでは表れていない場合があり、逆にある画像データでは何も表れていない領域に、他の画像データでは結晶境界を示すコントラストが表れているものがある。このように各画像データには結晶境界に関する情報が含まれているが、部分的に不鮮明な不完全な情報になっている。ステップＳ１５では、このように不完全な情報を含む複数の画像データを解析することにより、検査対象領域２ａ内における結晶境界を特定することができる。
【００７２】
ここで図５は図３のステップＳ１５における結晶境界の特定プロセスを工程毎に示すフローチャートである。
【００７３】
まず結晶境界特定部１７は記憶部１６にアクセスすることにより、記憶部１６に蓄積された複数の画像データ２２ａ〜２２ｈを読み出す（ステップＳ２０）。そして結晶境界特定部１７は、各画像データ２２ａ〜２２ｈについて隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素２５を特定する（ステップＳ２１）。このような境界候補画素２５の特定は、画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる各画素の輝度値を把握し、隣り合う画素間における輝度の変化量が基準値以上である画素を、境界候補画素２５と特定することにより行われる。より具体的には、例えば、各画素間の輝度微分値が基準値以上である画素を、境界候補画素と特定する。これにより、図４を参照して前述したように、画像データ２２ａ〜２２ｈのうち輝度の変化量が大きな画素を境界候補画素２５として判断することができる。
【００７４】
このような画素間の輝度変化に基づく境界候補画素２５の特定は、検査対象領域２ａに沿った平面又は曲面を規定する互いに交差する第１方向及び第２方向に沿った隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて行われる。このように検査対象領域２ａにおける輝度分布を二次元的に評価することにより境界候補画素２５を特定できるので、より精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００７５】
続いて結晶境界特定部１７は、複数の画像データ２２ａ〜２２ｈを合成することにより、各画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補画素２５を結合する（ステップＳ２２）。図６は図４Ａ〜図４Ｈの各画像データ２２ａ〜２２ｈを合成することで作成された合成画像データ３０の一例である。画像データ２２ａ〜２２ｈは各構成画素における輝度値と対応する座標とが関連付けて規定されており、合成画像データ３０は、各画像データ２２ａ〜２２ｈについて各座標の輝度値が足し合わされることにより作成される。その結果、合成画像データ３０には、図６に示されるように、各画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補画素２５が結合されたものが現れる。
【００７６】
上記のように単独の画像データ２２ａ〜２２ｈではすべての結晶境界を鮮明に評価することは難しいが、合成画像データ３０では、複数の画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補画素２５を結合することで、精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００７７】
このように作成された合成画像データ３０はそのまま利用してもよいが、本実施形態では更に、以下に説明する画像処理を実施することにより、より精度のよい検査が可能となる。結晶境界特定部１７は、第１画像処理を実施する（ステップＳ２３）。第１画像処理では、合成画像データ３０に含まれる境界候補画素２５のうち互いに乖離した２つの境界候補画素２５間の距離Ｌ１が予め設定された第１閾値Ｌ０未満である場合、当該２つの前記境界候補画素２５間に存在する画素を境界候補画素２５とみなすように画像処理が行われる。
尚、「互いに乖離した２つの境界候補画素２５」とは、間に少なくとも１つの境界候補画素２５ではない画素が存在する２つの境界候補画素２５を意味する。
【００７８】
ここで図７は図５のステップＳ２３で実施される第１画像処理の説明図である。図７では、ステップＳ２２で作成された合成画像データ３０の一部が拡大して示されており、マトリクス状には配列した複数の画素３２のうち、境界候補画素２５がハッチングで表されている。これらの境界候補画素２５のうち、破線で囲まれたグループＡ及びＢは、それぞれ複数の境界候補画素２５を含んだ一定範囲を有する集合体を形成している。グループＡ及びＢの間には、境界候補画素２５ではない画素が存在しており、互いに距離Ｌ１乖離している。
【００７９】
第１画像処理では、当該距離Ｌ１が第１閾値Ｌ０未満である場合に、これらの２つのグループＡ及びＢの間に存在する画素を境界候補画素２５とみなす。図７では、このように第１画像処理によって追加的にみなされた境界候補画素を符号「２５’」で示している。言い換えると、第１画像処理では、第１閾値Ｌ０未満の距離Ｌ１で離れている２つの境界候補画素２５の間に対して、画像処理によって直線補間的に境界候補画素２５が追加される。
【００８０】
上述のように結晶境界特定部１７は複数の画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補画素２５を結合することで結晶境界の特定を行うが、このような結晶境界の特定は有限個の画像データ２２ａ〜２２ｈに基づいて行われるため、全ての境界候補画素２５を厳密に求めることは困難である。しかしながら、第１画像処理を実施することによって、足りない境界候補画素２５を的確に補填することができ、より精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００８１】
続いて結晶境界特定部１７は、第２画像処理を実施する（ステップＳ２４）。第２画像処理では、合成画像データ３０の検査対象領域２ａにおいて連続する少なくとも１つの境界候補画素２５からなる第１境界候補に含まれる境界候補画素２５の数Ｔが第２閾値Ｔ０未満であり、且つ、第１境界候補と、第１境界候補から乖離する第２境界候補との間の距離Ｌ２が第３閾値Ｌ０’以上である場合、第１境界候補を除外して結晶境界を特定する。
【００８２】
図８は図５のステップＳ２４で実施される第２画像処理の説明図である。図８では、ステップＳ２２で作成された合成画像データ３０の一部が拡大して示されており、マトリクス状には配列した複数の画素３２のうち、境界候補画素２５がハッチングで表されている。この合成画像データ３０において、少なくとも１つの画素からなるグループＣに着目すると、当該グループＣを構成する画素数Ｔは「１」であり、第２閾値Ｔ０未満である場合にはノイズなどの要因によって生じたエラーである可能性が高まる。またグループＣは、前述のグループＡから距離Ｌ２を隔てて存在している。この距離Ｌ２が第３閾値Ｌ０’以上である場合には、グループＣは結晶境界の候補として信頼性が足りないデータと判断され、境界候補画素２５から除外される。
【００８３】
このように第２画像処理では、信頼性が低い境界候補画素２５を除外することで、信頼性の高い境界候補画素２５を抽出し、結晶境界の特性の精度を向上することができる。
【００８４】
続いて結晶境界特定部１７は、第３画像処理を実施する（ステップＳ２５）。第３画像処理では、結晶境界特定部１７は、合成画像データ３０に含まれる境界候補画素２５のうち一方向性凝固物２の翼長方向である第１方向（Ｚ方向）に交差する第２方向（Ｘ方向又はＹ方向）に沿った長さＬ３が第４閾値Ｌ０’’以上であるものがノイズとみなされる。
【００８５】
図６に示される合成画像データ３０では、第４閾値Ｌ０’’以上である第２方向に沿った長さＬを有する境界候補画素２５が矢印で示されている（図６では、該当する一部の境界候補画素２５についてのみ矢印で示されている）。第３画像処理では、このような矢印で示された境界候補画素２５は、ノイズであるとして除去される。
【００８６】
このように結晶境界特定部１７では、信頼性の低い境界候補画素２５は除去されるとともに、信頼性の高い境界候補画素２５が追加される。そのため、画像処理が実施された後の合成画像データ３０に基づいて精度のよい結晶境界の特定が可能となる。
【００８７】
図３に戻って、このように結晶境界特定部１７によって結晶境界が特定されると、解析データ作成部１８は、結晶境界特定部１７によって特定された結晶境界を含む解析データを作成する（ステップＳ１６）。解析データには、結晶境界特定部１７によって特定された結晶境界に関する情報が表示部１９への表示フォーマットに適した形式で含まれる。
【００８８】
そして解析データ作成部１８で作成された解析データは、表示部１９に出力されることにより、表示部１９に表示され、オペレータによって認識される（ステップＳ１７）。
【００８９】
ここで上述の第１画像処理、第２画像処理及び第３画像処理では、画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データ３０に含まれる境界候補画素２５について長さに関する評価を行っている。これらの長さは、画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データ３０に含まれる各画素の大きさに基づいて評価される。すなわち画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データの分解能に基づいて各画素の大きさを求め、当該求められた画素の大きさと境界候補画素２５とを比較することにより、長さに関する評価が行われる。
【００９０】
図９は本発明の少なくとも一実施形態に係る一方向性凝固物の検査方法に付随する画像データの分解能評価方法を工程毎に示すフローチャートである。
尚、分解能評価方法は、上述の検査方法とは独立的に実施されてもよい。
【００９１】
まず所定の目盛りを有するスケール２００を用意する（ステップＳ３０）。スケール２００に設けられた目盛りは、予めサイズが規定されたものである。ここで図１０は図９のステップＳ３０で用いられるスケール２００の一例である。このスケール２００は、それぞれ白色と黒色の略正方形が交互に配置されたパターンからなり、各正方形は一辺が数ｍｍに設定されている。
【００９２】
続いてステップＳ３０で用意したスケール２００を、検査対象である一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに取り付ける（ステップＳ３１）。ここで検査対象領域２ａに対するスケール２００の取付位置は任意であってもよいが、例えば、検査対象領域２ａの全体に広く分布するように配置してもよい。図１１は図９のステップＳ３１における検査対象領域２ａに対するスケール２００の取付例である。この例では、検査対象領域２ａの長手方向における両端部における縁部に沿って第１スケール２００ａ及び第２スケール２００ｂが取り付けられるとともに、第１スケール２００ａ及び第２スケール２００ｂの間に第３スケール２００ｃが取り付けられることにより、検査対象領域２ａの広範囲をカバーするようになっている。
【００９３】
続いて撮像部１２によってスケール２００が取り付けられた検査対象領域２ａを撮像し、仮画像データを取得する（ステップＳ３２）。ここでステップＳ３２における仮画像データの取得は、上述の検査方法の撮像時（図３のステップＳ１２）と同条件下で行われる。すなわち、ステップＳ３２で取得される仮画像データは、上述の検査方法で取得される画像データと同じ撮像領域が含まれるように撮像される（言い換えると、仮画像データは画像データと共通の画素分布を有するように撮像される）。
【００９４】
続いてステップＳ３２で取得した仮画像データを解析することにより、仮画像データに含まれるスケールの既知メモリと各画素の大きさを評価する（ステップＳ３３）。仮画像データには、検査対象領域２ａとともにステップＳ３１で検査対象領域２ａに取り付けられたスケール２００が含まれている。そのため、仮画像データに写り込んでいるスケール２００と、仮画像データの各画素とを比較することにより、仮画像データに含まれる各画素の大きさが求められる。
【００９５】
ここで仮画像データに含まれる画素のうちスケール２００の直上にある画素については、画素の大きさを直接的に求めることができるが、スケール２００上にない画素については、画素の大きさを間接的に特定することができる。このようにスケール２００上にない画素については、スケール２００上にある画素と同じ大きさを有するとみなしてもよい。またスケール２００上にない画素の大きさを、スケール２００上にある画素の大きさから推定してもよい。例えば図１１のようなパターンでスケール２００が検査対象領域２ａに取り付けられている場合、第１スケール２００ａと第３スケール２００ｃとの間にある画素の大きさは、第１スケール２００ａ上の画素の大きさと第３スケール２００ｃ上の画素の大きさに基づいて補間的に推定してもよい。同様に、第２スケール２００ｂと第３スケール２００ｃとの間にある画素の大きさは、第２スケール２００ｂ上の画素の大きさと第３スケール２００ｃ上の画素の大きさに基づいて補間的に推定してもよい。
【００９６】
続いてステップＳ３３の評価結果に基づいて画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データ３０の分解能が求められる（ステップＳ３４）。このように求められた画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データ３０の分解能は、上述の第１画像処理、第２画像処理及び第３画像処理において、画像データ２２ａ〜２２ｈ又は合成画像データ３０に含まれる境界候補画素２５について長さに関する評価に用いられる。
【００９７】
尚、図１の例では、光照射部１０が個別に点灯可能な複数の照明装置を含むことで、異なる照射角度αが得られるように構成されているが、図１２のように光照射部１０は単一の照明装置から構成されていてもよい。図１２は図１の変形例である。
【００９８】
この変形例では、光照射部１０は、検査対象領域２ａを中心として移動可能に構成される照明装置２０を含む。照明装置２０は、例えば検査対象領域２ａを中心とした円弧軌道をガイドされながら移動可能に構成されている。照明装置２０の移動は、手動によって行われてもよいし、アクチュエータなどによって機械的に駆動されることで行われてもよい。
【００９９】
図３のステップＳ１２〜Ｓ１４では照射角度αを変化させながら画像データの取得が行われるが、本変形例では、照明装置２０の位置を移動させることで単一の照明装置２０を用いながらも様々な照射角度αでの光照射が可能となる。そのため光照射部１０を構成する照明装置２０の数を削減でき、より簡易な構成で上述の検査装置を実現できる。
【０１００】
以上説明したように上述の実施形態によれば、一方向性凝固物２の検査対象領域２ａに対して複数の照射方向から光を照射し、各照射方向に対応して取得された複数の画像データに基づいて、一方向性凝固物に含まれる結晶境界が特定される。そして、このような手法は任意波長を有する光を広く用いることができるため、従来のようなＸ線を用いる場合に比べて簡易に実施できる。
【０１０１】
続いて図３のステップＳ１５における結晶境界の特定プロセスの他の例について説明する。図５を参照して前述した手法では、検査対象領域２ａに対して複数の照射方向から光を照射して、各照射方向で取得した画像データから結晶境界候補を抽出及び加算することで、結晶境界の特定を行っていた。しかしながら、このような手法では次のような課題が生じることがある。
【０１０２】
検査対象である一方向性凝固物２は、その表面に検査実施前にエッチング処理が実施される。エッチング処理は、実施条件を個体毎に異ならしめるのは製品の品質確保の観点から好ましくないため、一律に設定される。このように一律な条件下で複数の一方向性凝固物２に対してエッチング処理を実施しても、個々の一方向性凝固物の表面状態には差違があり、明るさが異なる。そのため、上記検査を行った場合、境界候補の特定が困難になる場合がある。
【０１０３】
また上記手法では、複数の照射方向で取得した画像データから特定した境界候補画素２５を実質的に２値化（すなわち、境界候補画素２５であるものを「１」、境界候補画素２５でないものを「０」と扱う）して加算していた。しかしながら、一方向性凝固物２の個体によっては、複数の画像データにわたって境界候補画素２５を加算すると、図１３に示すように、加算結果に示される境界候補画素２５の数が過剰となってしまい、正確な結晶境界の評価が難しくなるものがある。
尚、図１３では複数の画像データにわたって積算された境界候補画素２５を、特定の画像データ２２ｄに重ね合わせて表示している。
【０１０４】
このような課題は、以下に説明する実施形態によって好適に解消することができる。図１４は図２の他の実施形態であり、図１５は図３のステップＳ１５における結晶境界の特定プロセスの他の例を工程毎に示すフローチャートである。
【０１０５】
図１４に示すように、この実施形態では解析部１４は、図２に比べて、評価パラメータ算出部４０を更に備える。評価パラメータ算出部４０は、画像データに含まれる境界候補に基づいて評価パラメータを算出する機能を有しており、その具体的機能の詳細は後述する。
【０１０６】
まず結晶境界特定部１７は、図５のステップＳ２０と同様に、記憶部１６にアクセスすることにより、記憶部１６に蓄積された複数の画像データ２２ａ〜２２ｈを読み出す（ステップＳ４０）。そして結晶境界特定部１７は、図５のステップＳ２１と同様に、各画像データ２２ａ〜２２ｈについて隣り合う画素間における輝度の比較結果に基づいて境界候補画素２５を特定する（ステップＳ４１）。
【０１０７】
続いて結晶境界特定部１７は、各画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補を抽出し（ステップＳ４２）、続いて評価パラメータ算出部４０は、その抽出結果に基づいて各画像データ２２ａ〜２２ｈについて評価パラメータを算出する（ステップＳ４３）。評価パラメータは、各画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる境界候補の形状的特徴を特定することで、画像データ毎に設定される指標である。このような評価パラメータとして、例えば、以下の指標を採用することができる。
（Ａ）境界候補の平均長さ。
（Ｂ）境界候補の長さ分布の中間値。
（Ｃ）境界候補のうち長さが基準値以上であるものの数。
（Ｄ）境界候補の最大長さ。
（Ｅ）境界候補のヒストグラム平滑化後の平均長さ。
（Ｆ）境界候補のガンマ補正後の平均長さ。
【０１０８】
例えば評価パラメータとして（Ａ）境界候補の平均長さを採用する場合、画像データに含まれる境界候補が抽出され、画像データ中に含まれる各境界候補の長さが計測され、これらを集計することにより平均長さが画像データ毎に算出される。
また評価パラメータとして（Ｂ）境界候補の長さ分布の中間値を採用した場合には、画像データに含まれる各境界候補の長さが計測され、これらを集計することにより中間値が画像データ毎に算出される。
また評価パラメータとして（Ｃ）境界候補のうち長さが基準値以上であるものの数を採用する場合には、画像データに含まれる各境界候補の長さが計測され、これらを予め設定された基準値と比較することで、基準値以上の長さを有する境界候補の数が画像データ毎に求められる。
また評価パラメータとして（Ｄ）境界候補の最大長さを採用する場合には、画像データに含まれる各境界候補の長さが計測され、これらを比較することにより最大長さが画像データ毎に求められる。
【０１０９】
また評価パラメータとして（Ｅ）境界候補のヒストグラム平滑化後の平均長さを採用する場合には、まずステップＳ４２で画像データから抽出された境界候補に対して、ヒストグラム平滑化処理が実施される。ヒストグラム平滑化処理を実施することで、画像データのコントラストが改善される。そのため、ヒストグラム平滑化処理が実施された画像データから抽出される境界候補の長さを評価パラメータとすることで、より的確な評価が可能となる。
【０１１０】
また評価パラメータとして（Ｆ）境界候補のガンマ補正後の平均長さを採用する場合には、まずステップＳ４２で画像データから抽出された境界候補を構成する各境界候補画素に対してガンマ補正が実施される。
【０１１１】
ここでガンマ補正値γを調整することで画像データのコントラスト制御が可能となる。ガンマ補正が実施された画像データから抽出される境界候補の平均長さを評価パラメータとすることで、より的確な評価が可能となる。
【０１１２】
続いてステップＳ４３で算出された評価パラメータに基づいて、画像データに含まれる各画素（境界候補画素２５）に対して優先度を付与する（ステップＳ４４）。優先度は、各境界候補画素２５が真の結晶境界である可能性を示す指標であり、ステップＳ４３で画像データ毎に算出された評価パラメータに応じて、各画像データに含まれる境界候補画素２５に対して付与される。
【０１１３】
尚、ステップＳ４４における優先度の付与は、各画像データ２２ａ〜２２ｈに含まれる各境界候補について形状的特徴を把握し、境界候補毎に形状的特徴に対応する優先度を付与するようにしてもよい。図１６は画像データ２２（画像データ２２ａ〜２２ｈのいずれでもよい）に含まれる境界候補画素２５に対する優先度の付与例を示す模式図である。図１６では、画像データ２２中に、境界候補画素２５が連続して形成される境界候補が幾つか示されている。境界候補Ａは１００画素分の長さを有することから、境界候補Ａを構成する各境界候補画素２５には「１００」の優先度が付与される。また境界候補Ｂは３０画素分の長さを有することから、境界候補Ｂを構成する各境界候補画素２５には「３０」の優先度が付与される。このように各画像データ２２に含まれる各境界候補画素２５には、境界候補の長さに対応する優先度が付与される。
【０１１４】
続いてステップＳ４４で付与された優先度を、複数の画像データ２２ａ〜２２ｈにわたって画素毎に積算する（ステップＳ４５）。これにより、検査対象領域２ａを撮像した画像データを構成する各画素には優先度の積算値が分布される。このような優先度の積算値の分布は、結晶境界である可能性が高い画素ほど大きな値を有する分布となる。
【０１１５】
続いて結晶境界特定部１７は、ステップＳ４５における積算結果に対して、結晶境界を特定するための閾値を適用することにより、優先度の積算値が閾値以上となる画素を結晶境界として特定する（ステップＳ４６）。図１７は図１５のステップＳ４６で特定された結晶境界を示す測定例である。前述の図１３の比較例では、複数の画像データ２２ａ〜２２ｈの境界候補画素２５を積算した結果、得られた境界候補の数が過剰検知されてしまい、正確な結晶境界の評価が難しくなっていた。それに対して図１７では、優先度が高い境界候補画素２５が優先的に表示されることで、優先度が低い境界候補画素２５が効果的に排除され、過剰検知を生じることなく、結晶境界を正確に表示できている。
【０１１６】
以上説明したように複数の画像データ２２ａ〜２２ｈの各々において抽出された境界候補画素２５に対して優先度を付与して積算した結果に基づいて結晶境界を特定することで、過剰検知を効果的に防ぎ、良好な検査を実施できる。
【０１１７】
続いて上記実施形態の変形例について説明する。図１８は図２の変形例を示す機能ブロック図であり、図１９は変形例に係る一方向性凝固物２の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
尚、以下の変形例に関する説明では上記実施形態に対応する構成等には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略する。
【０１１８】
図１８に示すように、本変形例の解析部１４は、図１４に比べて、撮像条件決定部４２を更に備える。撮像条件決定部４２は、光照射部１０によって検査対象領域２ａに光を照射しながら、撮像部１２によって撮像を行うための撮像条件を決定する。撮像条件は、光照射部１０による光照射、又は、撮像部１２による撮像に関する少なくとも一つのパラメータによって規定される。本実施形態では、撮像条件として撮像部１２の露光時間（シャッター速度）を例示的に取り扱うが、他のパラメータ（例えば光照射部１０から照射される光の照度など）も同様に採用可能である。
【０１１９】
図１９に示すように、本変形例ではまず、図３のステップＳ１０と同様に、検査対象となる一方向性凝固物２を用意し、一方向性凝固物２をホルダ（不図示）で保持することにより所定の姿勢で設置する（ステップＳ５０）。
【０１２０】
続いて光照射部１０による光の照射角度αｎ（ｎは１以上の自然数）を初期値α１（ｎ＝１）に設定する（ステップＳ５１）。照射角度αｎの初期値α１は、例えば、光照射部１０を構成する複数の照明装置２０ａ〜２０ｈのうち照明装置２０ａが選択されることにより実現される（図１を参照）。
【０１２１】
続いて撮像条件決定部４２は、仮撮像条件として露光時間を初期値Ｔ１に設定する（ステップＳ５２）。仮撮像条件は、検査装置１の撮像条件を決定するために暫定的に設定される条件であり、撮像条件と同様に、光照射部１０による光照射、又は、撮像部１２による撮像に関する少なくとも一つのパラメータによって規定される。本実施形態では、仮撮像条件として撮像部１２の露光時間（シャッター速度）を例示的に取り扱うが、他のパラメータ（例えば光照射部１０から照射される光の照度など）も同様に採用可能である。
【０１２２】
続いてステップＳ５２で設定された仮撮像条件に従って、検査対象領域２ａの撮像を行う（ステップＳ５３）。そして撮像部１２で取得された画像データを解析することにより、当該画像データに含まれる境界候補が抽出される（ステップＳ５４）。境界候補の抽出は、図５のステップＳ２１と同様に、画像データに含まれる各画素の輝度値を把握し、隣り合う画素間における輝度の変化量が基準値以上である画素を特定することにより行われる。
【０１２３】
続いてステップＳ５４で抽出された境界候補について、形状的特徴に関する評価パラメータを算出する（ステップＳ５５）。評価パラメータは、境界候補の形状的特徴に着目することで、当該境界候補が真の結晶境界であるかどうかの確からしさを示す指標であり、前述の図１４のステップＳ４３で算出される評価パラメータと同様である。
【０１２４】
続いて図１９に戻って、仮撮像条件の変更要否が判定される（ステップＳ５６）。仮撮像条件の変更要否は、仮撮像条件を推移させた場合に評価パラメータが最大値を含む所定範囲を示す程度に、仮撮像条件の変更が実施されたか否かに基づいて判断される（すなわち図２０を参照して後述するように、所定範囲にわたる評価パラメータの算出が十分に行われたか否かに基づいて判断される）。
【０１２５】
仮撮像条件の変更が必要な場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、仮撮像条件を次の仮撮像条件に変更し（ステップＳ５７）、処理をステップＳ５３に戻すことで、次の仮撮像条件に従って撮像された画像データに基づいて評価パラメータの算出が行われる。例えば仮撮像条件として露光時間Ｔ１が設定されていた場合には、次の仮撮像条件として露光時間Ｔ２が設定される。露光時間Ｔ２は、露光時間Ｔ１に対して変更量ΔＴだけ増加した値であり、当該変更量ΔＴは適宜設定される。このような仮撮像条件の変更と評価パラメータの算出は、仮撮像条件の変更が不要になるまで繰り返される。
【０１２６】
図２０は、仮撮像条件として露光時間Ｔを変化させた場合の評価パラメータの算出結果の一例である。図２０に示すように、評価パラメータは仮撮像条件である露光時間Ｔ１、Ｔ２、・・・、Ｔ５においてそれぞれ離散的に算出されており、特に露光時間Ｔ３とＴ４との間において最大値を示す振る舞いを示している。
【０１２７】
続いて撮像条件決定部４２は、評価パラメータに基づいて撮像条件を決定する（ステップＳ５８）。撮像条件は、評価パラメータが大きな範囲（例えば予め設定された基準値以上となる範囲、又は、最大値を有する範囲）として決定される。本実施形態では図２０に示すように、評価パラメータが離散的に求められているため、評価パラメータの最大値を正確に特定することが難しい。そこで離散的な評価パラメータに基づいて評価パラメータの最大値を大まかに推定し、当該最大値を含む適正範囲Ｒ０を撮像条件として決定する。この適正範囲Ｒ０は、評価パラメータの推定最大値を含む所定範囲として設定される。このように撮像条件に幅をもたせることで、境界候補を取りこぼす可能性を抑え、信頼性の高い検査が可能となる。
【０１２８】
続いて撮像部１２はステップＳ５８で決定された撮像条件に従って検査対象領域２ａを撮像する（ステップＳ５９）。本実施形態では、ステップＳ５８で決定された撮像条件である適正範囲Ｒ０を、所定幅で分割することにより得られる複数の撮像条件の各々において撮像が行われる。図２１は適正範囲Ｒ０に設定される複数の撮像条件を示す図である。図２１では、適正範囲Ｒ０を所定幅で細分化することで撮像条件が設定されており、各撮像条件で画像データの取得が行われる。
【０１２９】
このようにして照射角度α１における撮像が完了すると、他の照射角度αｎにおける撮像が完了しているか否かが判定される（ステップＳ６０）。例えば、照射角度α１だけで撮像が完了している場合には（ステップＳ６０：ＮＯ）、次の照射角度α２に変更され（ステップＳ６１）、処理がステップＳ５３に戻される。これにより、他の照射角度についても同様に撮像が繰り返される。
【０１３０】
そして全ての照射角度について撮像が完了すると（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、これまでに取得した複数の画像データを解析することにより結晶境界を特定する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２で複数の画像データから結晶境界を特定する手法としては、前述の各実施形態を用いることができる。
【０１３１】
尚、図１８では撮像条件の決定を全ての照射方向α１〜α８について実施しているが、一部の照射方向についてのみ撮像条件を決定してもよい。この場合、一部の照射方向には、少なくとも撮像部１２の撮像方向軸に最も近い照射方向を含むとよい。図１の例では、撮像部１２の近傍に配置されている照明装置２０ｄ又は２０ｅに対応する照射方向α４又はα５において少なくとも撮像条件の決定を行うとよい。照射方向α４又はα５では撮像部１２で撮像を行った際に、他の照射方向に比べて、一方向性凝固物２の形状や周辺構成に起因する影が画像データに写りこみにくく、品質のよい画像データが取得できる。そのため、このように仮撮像条件を設定することで、より適切な撮像条件の決定が可能となる。
【０１３２】
以上説明したように本変形例によれば、互いに異なる複数の仮撮像条件においてそれぞれ取得された複数の画像データについて、各画像データに含まれる境界候補に関する評価パラメータが求められる。そして、当該評価パラメータが最大値を含む適正範囲になるような撮像条件が決定される。このように決定された撮像条件に従って撮像された撮像データに基づいて結晶境界の特定を行うことで、一方向性凝固物２の表面状態に関わらず、撮像データに含まれる境界候補の取りこぼしが少なく、信頼性の高い検査が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明の少なくとも一実施形態は、一方向性凝固物の検査装置、及び、検査方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１  検査装置
２  一向性凝固物
２ａ  検査対象領域
１０  光照射部
１２  撮像部
１４  解析部
１６  記憶部
１７  結晶境界特定部
１８  解析データ作成部
１９  表示部
２０  照明装置
２２  画像データ
２５  境界候補画素
３０  合成画像データ
４０  評価パラメータ算出部
４２  撮像条件決定部
２００  スケール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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