(57)【要約】【課題】管状体の内径に変化が生じた場合でも、内表面に照射された環状光を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体の内表面における欠陥の有無を検査することができる、管状体内表面検査装置及び管状体内表面検査方法を提供する。【解決手段】管状体内表面検査装置２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、その都度、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整できる。よって、管状体内表面検査装置２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、環状レーザ光Ｌ１を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体１の内表面１ａにおける欠陥の有無を検査することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体の内表面を検査する管状体内表面検査装置において、
前記管状体の内表面の全周方向に対して環状光を照射する光照射部、及び、前記光照射部によって前記内表面の前記環状光を撮像し管内表面画像を生成する撮像部を有する管状体撮像装置と、
前記光照射部と前記撮像部との間の距離を調整する距離調整装置と、
前記管状体の管軸方向に沿って前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動させる移動装置と、
前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理装置と、
を備え、
前記距離調整装置は、前記撮像部の撮像範囲内に前記環状光全体が収まる位置に、前記撮像部及び前記光照射部のうち少なくともいずれか一方を前記管軸方向に沿って移動して、前記撮像部と前記光照射部との間の距離を設定し、
前記管状体撮像装置は、前記距離調整装置で設定された前記光照射部と前記撮像部との間の距離を固定したまま、前記移動装置によって前記管状体の管軸方向に前記管状体に対して相対的に移動されて、前記光照射部によって照射された前記環状光を前記撮像部で撮像して管内表面画像を生成し、
前記演算処理装置は、前記管内表面画像に対して画像処理を行うことで、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する、管状体内表面検査装置。
【請求項２】
前記光照射部と前記撮像部との間の距離を調整するための情報を生成する撮像範囲調整装置を備える、請求項１に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項３】
前記撮像範囲調整装置は、
前記管内表面画像内に表示された前記環状光を認識する環状光認識部と、
前記撮像範囲内に前記環状光全体が収まる、前記管内表面画像内の目標位置と、前記管内表面画像内の前記環状光との一致度を算出する一致度判定部と、を備え、
前記距離調整装置は、前記一致度を基に、前記光照射部と前記撮像部との間の距離が設定される、請求項２に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項４】
前記撮像範囲調整装置は、
前記撮像範囲内に前記環状光全体が収まる目標位置を、前記管内表面画像内に表示させる目標位置表示制御部を備え、
前記距離調整装置は、前記目標位置を基に、前記光照射部と前記撮像部との間の距離が設定される、請求項２に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項５】
前記管状体撮像装置は、
前記管状体の管内径を測定する管内径測定部を備え、
前記撮像範囲調整装置は、
前記撮像部の撮像範囲内に前記環状光全体を収めるための、前記撮像部と前記光照射部との間の設定距離情報が、前記管状体の管内径毎に予め記憶された設定距離情報記憶部と、
前記設定距離情報記憶部に記憶された複数の前記設定距離情報の中から、前記管内径測定部の測定結果に基づいて、前記管状体に対応した前記設定距離情報を特定する設定距離特定部と、を備え、
前記距離調整装置は、前記設定距離特定部で特定された前記設定距離情報に基づいて、前記光照射部と前記撮像部との間の距離が設定される、請求項２に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項６】
前記距離調整装置は、前記管状体の管内径に変化が生じた際に、前記撮像部によって前記環状光が所望の角度から撮像されるように、前記管状体の管内径の変化に追従して、前記撮像部と前記光照射部との間の距離を設定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項７】
前記管状体撮像装置は、
前記撮像部の必要分解能を、想定した最大管内径サイズにて確保しておき、想定した最小管内径サイズの前記管状体においても前記環状光が撮像された管内表面画像を生成する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項８】
前記環状光は、環状レーザ光及び環状照明光のうち少なくともいずれかである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の管状体内表面検査装置。
【請求項９】
管状体の内表面を検査する管状体内表面検査方法において、
前記管状体の内表面の全周方向に対して環状光を照射する光照射部、及び、前記光照射部によって前記内表面の前記環状光を撮像し管内表面画像を生成する撮像部を有する管状体撮像装置と、
前記光照射部と前記撮像部との間の距離を調整する距離調整装置と、
前記管状体の管軸方向に沿って前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動させる移動装置と、
前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理装置と、
を備えた管状体内表面検査装置を用い、
前記距離調整装置を用い、前記撮像部の撮像範囲内に前記環状光全体が収まる位置に、前記撮像部及び前記光照射部のうち少なくともいずれか一方を前記管軸方向に沿って移動して、前記撮像部と前記光照射部との間の距離を設定する設定ステップと、
前記移動装置を用いて、前記距離調整装置で設定された前記光照射部と前記撮像部との間の距離を固定したまま、前記管状体の管軸方向に前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動して、前記光照射部によって照射された前記環状光を前記撮像部で撮像して管内表面画像を生成する撮像ステップと、
前記演算処理装置を用いて、前記管内表面画像に対して画像処理を行うことで、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理ステップと、
を備える、管状体内表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状体内表面検査装置及び管状体内表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管のような金属管や樹脂製のパイプ等に代表される管状体の内表面の検査は重要な検査項目の一つである。近年では、管状体の内表面を全周に亘って撮像する撮像装置や照明装置等といった光学的手段からなる撮像機構を、管状体の内部で管軸方向に沿って移動させる、管状体内表面検査装置も考えらえている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、円盤状のレーザを管状体の内面に照射し、光切断画像を形成し、管状体内面の管軸方向に移動しながら、この光切断面を逐次撮像することで、管状体の内面形状を構築する技術が開示されている。特許文献２には、管状体の管軸方向に沿って移動しながら、管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射して得られる環状ビーム画像から光切断画像を得、内表面の凹凸疵と模様系の疵とを同時に検出する装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８５８９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２の装置は、予め特定した管内径の管状体に対してのみ適用可能な装置である。そのため、上述した特許文献１や特許文献２の装置では、管状体の管内径に変化が生じると、管状体の内表面における有害疵などの欠陥の有無を検査し難いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、管状体の内径に変化が生じた場合でも、内表面に照射された環状光を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体の内表面における欠陥の有無を検査することができる、管状体内表面検査装置及び管状体内表面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】
本発明の管状体内表面検査装置は、管状体の内表面を検査する管状体内表面検査装置において、前記管状体の内表面の全周方向に対して環状光を照射する光照射部、及び、前記光照射部によって前記内表面の前記環状光を撮像し管内表面画像を生成する撮像部を有する管状体撮像装置と、前記光照射部と前記撮像部との間の距離を調整する距離調整装置と、前記管状体の管軸方向に沿って前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動させる移動装置と、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理装置と、を備え、前記距離調整装置は、前記撮像部の撮像範囲内に前記環状光全体が収まる位置に、前記撮像部及び前記光照射部のうち少なくともいずれか一方を前記管軸方向に沿って移動して、前記撮像部と前記光照射部との間の距離を設定し、前記管状体撮像装置は、前記距離調整装置で設定された前記光照射部と前記撮像部との間の距離を固定したまま、前記移動装置によって前記管状体の管軸方向に前記管状体に対して相対的に移動されて、前記光照射部によって照射された前記環状光を前記撮像部で撮像して管内表面画像を生成し、前記演算処理装置は、前記管内表面画像に対して画像処理を行うことで、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する。
【０００８】
本発明の管状体内表面検査方法は、管状体の内表面を検査する管状体内表面検査方法において、前記管状体の内表面の全周方向に対して環状光を照射する光照射部、及び、前記光照射部によって前記内表面の前記環状光を撮像し管内表面画像を生成する撮像部を有する管状体撮像装置と、前記光照射部と前記撮像部との間の距離を調整する距離調整装置と、前記管状体の管軸方向に沿って前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動させる移動装置と、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理装置と、を備えた管状体内表面検査装置を用い、前記距離調整装置を用い、前記撮像部の撮像範囲内に前記環状光全体が収まる位置に、前記撮像部及び前記光照射部のうち少なくともいずれか一方を前記管軸方向に沿って移動して、前記撮像部と前記光照射部との間の距離を設定する設定ステップと、前記移動装置を用いて、前記距離調整装置で設定された前記光照射部と前記撮像部との間の距離を固定したまま、前記管状体の管軸方向に前記管状体撮像装置を前記管状体に対して相対的に移動して、前記光照射部によって照射された前記環状光を前記撮像部で撮像して管内表面画像を生成する撮像ステップと、前記演算処理装置を用いて、前記管内表面画像に対して画像処理を行うことで、前記管状体の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する演算処理ステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管状体の管内径に変化が生じた場合でも、管状体の管内径の変化に追従して、内表面に照射された環状光を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体の内表面における欠陥の有無を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置の構成を示したブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る管状体撮像装置の構成を示した概略図である。
【図３】保持基板の構成を示した概略図である。
【図４】環状レーザ光が写った管内表面画像を示した概略図である。
【図５】図５Ａは、管状体に対して管状体撮像装置を位置合わせする前の状態を示す概略図であり、図５Ｂは、管状体に対して管状体撮像装置を位置合わせした後の状態を示す概略図である。
【図６】図６Ａは、撮像部とレーザ光照射部との間を最適な距離に設定したときの概略図であり、図６Ｂは、管状体の管内径が変わることで撮像部とレーザ光照射部との間の距離を最適な距離に設定し直す必要があるときの概略図である。
【図７】図７Ａは、図６Ａの状態のときに撮像部により撮像された管内表面画像を示す概略図であり、図７Ｂは、図６Ｂの状態のときに撮像部により撮像された管内表面画像を示す概略図である。
【図８】図８Ａは、環状レーザ光を目標位置に位置合わせする前の管内表面画像を示す概略図であり、図８Ｂは、環状レーザ光を目標位置に位置合わせした後の管内表面画像を示す概略図である。
【図９】第１の実施形態に係る画像処理部の構成を示したブロック図である。
【図１０】管軸方向に沿って得られる管内表面画像を示す概略図である。
【図１１】第１の実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図１２】第１の実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図１３】第１の実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図１４】第１の実施形態に係る光切断線変位の二次元配列を示した説明図である。
【図１５】第１の実施形態に係る輝度の総和の二次元配列を示した説明図である。
【図１６】第１の実施形態に係る輝線の画素数の二次元配列を示した説明図である。
【図１７】光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【図１８】第１の実施形態に係る光切断線の近似補正処理を説明するための説明図である。
【図１９】第１の実施形態に係る欠陥検出処理で用いられるロジックテーブルの一例を模式的に示した説明図である。
【図２０】第２の実施形態に係る管状体内表面検査装置の構成を示したブロック図である。
【図２１】図２１Ａは、目標位置を表示させた管内表面画像を示した概略図であり、図２１Ｂは、管内表面画像内において目標位置に環状レーザ光を位置合わせしたときの概略図である。
【図２２】第３の実施形態に係る管状体内表面検査装置の構成を示したブロック図である。
【図２３】第３の実施形態に係る管状体撮像装置の構成を示す概略図である。
【図２４】図２４Ａは、環状レーザ光を目標位置に位置合わせする前の管内表面画像を示した概略図であり、図２４Ｂは、環状レーザ光を目標位置に位置合わせした後の管内表面画像を示した概略図である。
【図２５】第４の実施形態に係る管状体撮像装置の構成を示す概略図である。
【図２６】照明光照射部の構成を示す概略図である。
【図２７】環状照明光が写った管内表面画像を示す概略図である。
【図２８】図２８Ａは、撮像部と照明光照射部との間を最適な距離に設定したときの概略図であり、図２８Ｂは、管状体の管内径が変わることで撮像部と照明光照射部との間の距離を最適な距離に設定し直す必要があるときの概略図である。
【図２９】図２９Ａは、図２８Ａの状態のときに撮像部により撮像された管内表面画像を示す概略図であり、図２９Ｂは、図２８Ｂの状態のときに撮像部により撮像された管内表面画像を示す概略図である。
【図３０】第４の実施形態に係る撮像範囲調整装置の構成を示すブロック図である。
【図３１】第４の実施形態に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図３２】第５の実施形態に係る管状体撮像装置の構成を示す概略図である。
【図３３】第５の実施形態に係る管状体撮像装置により得られる管内表面画像を示す概略図である。
【図３４】図３４Ａは、撮像部、レーザ光照射部及び照明光照射部の各距離が最適な距離に設定されたときの概略図であり、図３４Ｂは、管状体の管内径が変わることで撮像部、レーザ光照射部と照明光照射部との間の各距離を最適な距離に設定し直す必要があるときの概略図である。
【図３５】第５の実施形態に係る画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図３６】環状レーザ光の照射位置と環状照明光の照射領域とが異なる管状体撮像装置の構成を示す概略図である。
【図３７】環状レーザ光の照射位置と環状照明光の照射領域とが異なるときの管内表面画像を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
（１）第１の実施形態
＜管状体内表面検査装置の全体構成について＞
図１に示すように、本実施形態に係る管状体内表面検査装置２は、管状体撮像装置３、演算処理装置４、駆動制御装置５、撮像範囲調整装置６、表示部９、及び、図示しない移動装置を有する。
【００１３】
管状体撮像装置３は、撮像部及びレーザ光照射部（図２において後述する）等を有し、それらを用いて、管状体１の内表面に環状レーザ光を照射しつつ、当該環状レーザ光を照射した内表面の部位を撮像し、管内表面画像を取得する。演算処理装置４は、管状体撮像装置３で得られた管内表面画像に対して、画像処理を行い、管状体１の内表面に欠陥が存在するか否かを判断する。
【００１４】
駆動制御装置５は、管状体撮像装置３を支持する支持バーによって構成された図示しない移動装置の動作を制御することで、管状体撮像装置３を管軸方向に沿って移動することができる。なお、以下では説明を簡単にするために、移動装置が、管状体撮像装置３を支持して移動させる態様を用いて説明しているが、本発明はこうした態様に限定されるものではなく、管状体撮像装置３を固定し、管状体１等、管状体撮像装置３以外を移動させるようにすることで、管状体撮像装置３と管状体１とを相対的に移動させるようにすることも可能である。
【００１５】
撮像範囲調整装置６は、管状体撮像装置３に設置された撮像部とレーザ光照射部との間の距離が最適な距離に設定されているか否かを判断することができる。
【００１６】
表示部９は、管状体撮像装置３の撮像部とレーザ光照射部との間の距離が所望の距離にあるか否かについて撮像範囲調整装置６により生成された情報を表示する。検査員は、表示部９に表示された、撮像範囲調整装置６からの情報を基に、管状体撮像装置３の撮像部とレーザ光照射部との間の距離を最適な距離に調整することができる。
【００１７】
管状体内表面検査装置２は、管状体撮像装置３の撮像部とレーザ光照射部との間の距離を最適な距離に設定する。これにより、管状体内表面検査装置２は、演算処理装置４で管状体１の内表面に欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査するために最適な管内表面画像を、管状体撮像装置３を用いて取得することができる。
【００１８】
本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管に代表される金属管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【００１９】
管状体撮像装置３は、管状体１の中空部に送入可能に設置される。管状体撮像装置３は、撮像部とレーザ光照射部との間の距離が設定されると、撮像部とレーザ光照射部との間の距離を変えずに、そのまま管状体１の管軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を管軸方向に沿って順次撮像してゆく。管状体撮像装置３は、管状体１の内表面を撮像した結果得られる管内表面画像を、演算処理装置４に出力する。
【００２０】
この際、管状体撮像装置３は、駆動制御装置５により、管状体撮像装置３全体の管軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置３への移動に伴いＰＬＧ（Pulse Logic Generator：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置４に出力される。また、管状体撮像装置３は、演算処理装置４によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【００２１】
駆動制御装置５は、管状体撮像装置３を支持する支持バーによって構成された図示しない移動装置の動作を制御することで、管状体撮像装置３全体の管軸方向の移動や、管軸方向を回転軸とする管状体周方向の回転を制御する、アクチュエータ等の装置である。駆動制御装置５は、演算処理装置４による制御のもとで、管状体撮像装置３全体の管軸方向への移動や、管状体１の周方向（以下、単に管周方向とも称する）の回転といった動作を制御する。
【００２２】
より詳細には、駆動制御装置５は、管状体撮像装置３を管状体内部に送入したり、送出させたりする。演算処理装置４は、管状体撮像装置３によって生成された、送入／送出時の管内表面画像を利用して縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して画像処理を行い、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する。表示部９には、演算処理装置４により得られた結果が表示され、これにより、検査員は、管状体１の内表面に欠陥が存在するか否かについて認識することができる。なお、演算処理装置４及び撮像範囲調整装置６の詳細構成については後述する。
【００２３】
＜管状体撮像装置の構成について＞
先ず始めに、管状体撮像装置３の構成について説明する。図２に示すように、管状体撮像装置３は、カメラ等の撮像部２１と、レーザ光照射部２２と、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整する距離調整装置２５とを有している。光照射部としてのレーザ光照射部２２は、管状体１の内表面１ａの全周方向（全管周方向）に対して環状レーザ光Ｌ１を照射し、管状体１の内表面１ａを照明する。
【００２４】
より具体的には、レーザ光照射部２２は、レーザ光源２２ａと、円錐状の光学素子２２ｂと、を有している。レーザ光源２２ａは、所定の波長を有するレーザ光を発振する光源である。このようなレーザ光源２２ａとして、例えば、連続的にレーザ発振を行うＣＷレーザ光源を用いることが可能である。レーザ光源２２ａが発振する光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長であることが好ましい。レーザ光源２２ａは、後述する演算処理装置４から送出される照射タイミング制御信号に基づいて、レーザ光の発振を行う。
【００２５】
光学素子２２ｂは、円錐形状のミラー又はプリズムを備える光学素子であり、円錐部の頂点がレーザ光源２２ａと対向するように設置されている。レーザ光源２２ａから射出されたスポット状のレーザ光は、光学素子２２ｂの円錐部の頂点によって反射され、管軸方向Ｙと直交する平面（管軸方向Ｙと直交する管状体１の縦方向及び横方向を含む面）において、光学素子２２ｂを中心に放射状に発散し、内表面１ａに対し環状に照射する環状レーザ光Ｌ１となる。ここで、円錐部の円錐角が９０°である場合には、レーザ光源２２ａからのレーザ入射方向に対して直角方向に、環状レーザ光Ｌ１が照射される。
【００２６】
撮像部２１は、後述する距離調整装置２５によって位置調整可能に保持され、管軸方向Ｙでレーザ光照射部２２と対向するように配置されている。撮像部２１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子が搭載されたカメラであり、モノクロカメラ又はカラーカメラである。撮像部２１は、管状体１の内表面１ａに対し垂直に照射された環状レーザ光Ｌ１を、当該環状レーザ光Ｌ１に対して角度φ１の方向から常に撮像するように、距離調整装置２５によりレーザ光照射部２２との距離が調整される。
【００２７】
距離調整装置２５は、撮像部２１が固定される保持基板２７ａと、レーザ光照射部２２が固定される保持基板２７ｂと、これら一対の保持基板２７ａ、２７ｂを対向配置させる支柱状の連結部材２６とを備える。距離調整装置２５は、撮像部２１の撮像中心軸（光軸）Ｚ２と、レーザ光照射部２２から照射される環状レーザ光Ｌ１の中心軸Ｚ３とが一致するように、連結部材２６に沿って撮像部２１及びレーザ光照射部２２を配設する。
【００２８】
保持基板２７ａ、２７ｂは同一構成でなり、例えば、図３に示すように、円盤状に形成されている。保持基板２７ａ、２７ｂには、撮像部２１又はレーザ光照射部２２が中心領域に固定されており、これら撮像部２１又はレーザ光照射部２２を避けるようにして縁周辺に、厚みを貫通する貫通孔２７が等間隔で形成されている。保持基板２７ａ、２７ｂには、貫通孔２７の孔形状に対応した形状でなる支柱状の連結部材２６が、各貫通孔２７にそれぞれ挿通されている。連結部材２６は、図２に示したように、長手方向が管軸方向Ｙに沿って延設されており、長手方向に沿って保持基板２７ａ、２７ｂを移動させることができる。
【００２９】
保持基板２７ａ、２７ｂの材料は、管状体撮像装置３に求められる強度等に応じて適宜選択することが好ましい。連結部材２６は、例えばガラス製等のような、環状レーザ光Ｌ１の波長に対して透明とみなすことができる材料を用いることが好ましい。ここでは連結部材２６の本数を４本としたが、本発明はこれに限らず、管状体撮像装置３に求められる強度に応じて連結部材２６の本数を適宜設定すればよい。撮像部２１及びレーザ光照射部２２が重量化し、連結部材２６に対して十分な強度が求められる場合には、連結部材２６は、例えば金属等のような、環状レーザ光Ｌ１の波長に対して透明とみなすことができない素材を利用して形成されることとなる。
【００３０】
距離調整装置２５は、保持基板２７ａ、２７ｂを連結部材２６の長手方向に沿って移動させることで、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２とレーザ光照射部２２の中心軸Ｚ３とを一致させた状態のまま、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を変えることができる。撮像部２１は、距離調整装置２５によって、管軸方向Ｙでレーザ光照射部２２から遠ざかる方向（図２は、ｙ１方向）、又は、近づく方向（図２では、ｙ２方向）に移動し、レーザ光照射部２２との距離が調整される。これにより、撮像部２１は、内表面１ａのうち環状レーザ光Ｌ１が照射される部位を撮像することができ、図４に示すように、環状レーザ光Ｌ１全体が撮像された管内表面画像Ｉ１を取得することができる。なお、管内表面画像Ｉ１には、内表面１ａに照射された環状レーザ光Ｌ１が白く環状に写っており、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間に延設した連結部材２６も写っている。
【００３１】
図２に示した距離調整装置２５は、図示しない移動装置の支持バーによって支持されている。管状体撮像装置３は、図５Ａに示すように、検査対象となる管状体１が所定位置に設置されると、先ず始めに、駆動制御装置５によって、支持バーが縦方向に移動される。これにより、管状体撮像装置３は、図５Ｂに示すように、駆動制御装置５によって、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２及びレーザ光照射部２２の中心軸Ｚ３を、管状体１の管中心軸Ｚ１に略一致させる。
【００３２】
その後、管状体撮像装置３は、距離調整装置２５によって、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が設定された後、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が固定された状態のまま、駆動制御装置５により移動装置が制御され、管軸方向Ｙに移動してゆく。すなわち、撮像部２１及びレーザ光照射部２２は、管中心軸Ｚ１に略一致した状態のまま管軸方向Ｙに沿って移動してゆき、管状体１の内表面１ａを走査する。
【００３３】
後述する演算処理装置４は、管状体撮像装置３が管軸方向Ｙに所定距離移動する毎に、撮像部２１に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。撮像部２１及びレーザ光照射部２２の距離設定後の一体的な管軸方向Ｙへの移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、撮像部２１に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。管軸方向Ｙの移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【００３４】
図２に示した角度φ１は、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると、環状レーザ光Ｌ１の内表面１ａからの散乱光（反射光）が弱くなる。一方、角度φ１を小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面１ａに存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【００３５】
管状体撮像装置３では、距離調整装置２５によって、撮像部２１を管軸方向Ｙに沿って移動させ、内表面１ａに照射された環状レーザ光Ｌ１を撮像部２１で撮像する際に、所望の角度φ１となるように、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が設定される。なお、本実施形態においては、距離調整装置２５によって、撮像部２１を管軸方向Ｙに沿って移動する場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、距離調整装置２５によって、レーザ光照射部２２を管軸方向Ｙに沿って移動させたり、又は、撮像部２１及びレーザ光照射部２２の両方を管軸方向Ｙに沿って移動させるようにしてもよい。
【００３６】
ここで、図６Ａは、所定の管内径Ｄ１を有する管状体１に対し、管状体撮像装置３における撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が最適な距離に設定された状態を示す。すなわち、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２及びレーザ光照射部２２の中心軸Ｚ３が、管状体１の管中心軸Ｚ１に略一致した状態で、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１全体が収まるように、距離調整装置２５によって、撮像部２１及びレーザ光照射部２２の位置が移動され、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が設定された状態を示す。
【００３７】
この場合、撮像部２１では、図７Ａに示すように、環状レーザ光Ｌ１全体が収まった管内表面画像Ｉ２を取得できる。これにより、演算処理装置４は、環状レーザ光Ｌ１全体が写った管内表面画像Ｉ２に対し所定の画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断する。
【００３８】
しかしながら、図６Ｂに示すように、図６Ａに示した管内径Ｄ１よりも大きい管内径Ｄの管状体１に対しては、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、図６Ａの管状体１に対して設定した距離とすると、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１を収めることができない。すなわち、撮像部２１では、図７Ｂに示すように、環状レーザ光Ｌ１が写っていない管内表面画像Ｉ３を得ることになる。この場合、演算処理装置４は、環状レーザ光Ｌ１が管内表面画像Ｉ３内に写っていないことから、当該管内表面画像Ｉ３に所定の画像処理を行うことができず、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断し得ない。
【００３９】
この際、例えば、距離調整装置２５を備えておらず、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が可変ではない構成の場合は、撮像部２１においてカメラの焦点距離を変えることで対応することになる。すなわち、撮像部２１の焦点距離を変える場合には、環状レーザ光Ｌ１の照射点を撮像部２１により撮像するために、撮像部２１の視線角度を広げることとなる。例えば、管状体１の管内径Ｄが大径の場合は、撮像部２１の焦点距離を短くすることで画角を拡大することができる。一方、管状体１の管内径Ｄが小径の場合は、撮像部２１の焦点距離を長くすることで画角を縮小することができる。
【００４０】
しかしながら、このように撮像部２１の視野角度を変えた場合には、（ｉ）管状体１の管内径Ｄまでの距離変化による撮影分解能の変化と、（ｉｉ）撮像部２１で視野角が変化するため、凹凸感度の低下や変化とが、同時に生じることになる。このように２つの指標が同時に変化することで、検出処理が煩雑になることや、管状体１の内表面１ａにある同一サイズの有害疵に対する検出感度が変化するという欠点がある。
【００４１】
そこで、本実施形態に係る管状体撮像装置３は、管状体１の管内径Ｄ、Ｄ１の変化に追従して、例えば撮像部２１が固定された保持基板２７ａを、連結部材２６の長手方向に沿って、レーザ光照射部２２から遠ざかる方向（図６Ｂ、ｙ１方向）に移動させることで、上記のような欠点を有さずに、環状レーザ光Ｌ１が収まった最適な管内表面画像Ｉ１を取得することができる。この際、距離調整装置２５における、連結部材２６に沿った保持基板２７ａの移動は、手動による移動でもよく、またモータ等の駆動部を利用した移動であってもよい。
【００４２】
ここで、図１に示したように、管状体内表面検査装置２は、撮像範囲調整装置６を備えており、当該撮像範囲調整装置６によって、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の最適な距離を特定することができる。撮像範囲調整装置６は、環状光認識部としての環状レーザ光認識部７と、一致度判定部としてのレーザ光一致度判定部８とを備えている。環状レーザ光認識部７は、管状体撮像装置３で得られた管内表面画像を受け取ると、図８Ａに示すように、管内表面画像Ｉ４内の輝度の違いに基づいて、当該管内表面画像Ｉ４内に表示された環状レーザ光Ｌ１を認識する。
【００４３】
管内表面画像Ｉ４は、例えば、環状レーザ光Ｌ１が照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。管内表面画像Ｉ４内における環状レーザ光Ｌ１は、過去の操業データ等に基づいて、管内表面画像Ｉ４内の環状レーザ光Ｌ１の輝度を予め特定しておくことで認識できる。環状レーザ光認識部７は、管内表面画像Ｉ４内における輝度の違いから、例えば輝度が所定以上の環状領域を、環状レーザ光Ｌ１が表示された領域として認識し、この環状レーザ光Ｌ１が表示された領域の画素面積（以下、レーザ光画素面積と称する）を算出する。環状レーザ光認識部７は、レーザ光画素面積を求めると、これをレーザ光一致度判定部８に送出する。
【００４４】
レーザ光一致度判定部８は、図８Ａに示すように、管内表面画像Ｉ４内に環状レーザ光Ｌ１が収まり、かつ、管内表面画像Ｉ４内に対して演算処理装置４により最適な画像処理を行える環状レーザ光Ｌ１の目標位置Ｇ１を予め記憶している。レーザ光一致度判定部８は、管内表面画像Ｉ４内に目標位置Ｇ１を重ね合わせ、これを表示部９に送出する。これにより表示部９には、撮像部２１により撮像した管内表面画像内に目標位置Ｇ１を重ね合わせた管内表面画像Ｉ４が表示される。
【００４５】
これ加えて、レーザ光一致度判定部８は、管内表面画像Ｉ４内において、目標位置Ｇ１の領域の画素面積（以下、レーザ光目標画素面積と称する）を予め記憶している。レーザ光一致度判定部８は、管内表面画像Ｉ４を基に算出した環状レーザ光Ｌ１が占める領域の画素面積と、予め記憶しているレーザ光目標画素面積とを比較する。
【００４６】
この場合、レーザ光一致度判定部８は、レーザ光目標画素面積に対してレーザ光画素面積が一致する割合（一致度合いとも呼ぶ）を算出し、この算出結果を表示部９に表示させる。管状体撮像装置３では、例えば、撮像範囲調整装置６で算出された一致度合いが、所定の値以上（例えば９０％以上）になると、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１全体が収まるような最適な距離であると規定する。
【００４７】
検査員は、図８Ｂに示すように、表示部９に表示された管内表面画像Ｉ５内において、環状レーザ光Ｌ１が目標位置Ｇ１に重なるように、距離調整装置２５を操作して撮像部２１を移動させつつ、撮像範囲調整装置６で算出された一致度合い（％）を目安にして、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整することができる。管状体内表面検査装置２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管内表面画像Ｉ４内の目標位置Ｇ１と、一致度合い（％）とを基に、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、その都度、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間を確実かつ正確に、最適な距離に設定させることができる。
【００４８】
即ち、撮像範囲調整装置６は、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整するための情報として、例えば、「一致度合い」を生成することができ、そうした情報に基づいて、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、最適な距離に設定することができる。
【００４９】
なお、モータ等の駆動部を利用して撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を設定する場合には、レーザ光一致度判定部８は、所定の閾値以上の一致度合い（例えば９０％以上）となる撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を算出する。レーザ光一致度判定部８は、算出した距離から、少なくとも撮像部２１及びレーザ光照射部２２のいずれか一方の移動量を算出し、これを距離調整装置２５に送出する。これにより、距離調整装置２５の保持基板２７ａ（２７ｂ）を、算出した移動量に基づいて移動させ、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を最適な距離に自動的に設定することができる。
【００５０】
＜管状体撮像装置の具体的な構成や設定値について＞
ここで、本実施形態に係る管状体撮像装置３について、その具体的な構成や設定値等を一例として列挙するが、このような具体例に限定されるものではない。管状体１は、管内径５０ｍｍ〜５００ｍｍ、長さ１０ｍ〜２０ｍの管状体１を適用できる。レーザ光照射部２２は、１００ｍＷの出力でレーザ光源２２ａから赤色レーザ光を照射する。円錐状の光学素子２２ｂ（円錐角９０度）により、５０ｍＷの環状レーザ光Ｌ１となって管状体１の内表面１ａに照射される。管状体１の内表面１ａに照射されるラインビーム幅は、０．２５ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
【００５１】
撮像部２１は、１０２４画素×１０２４画素のＣＣＤ（画素サイズ：５．５μｍ×５．５μｍ）を撮像素子として搭載したカメラを適用し、フレームレートは、９０ｆｐｓである。レンズの焦点距離は１．８１ｍｍであり、画角は１８０度である。撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像（管内表面画像）上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。撮像部２１は、管状体１の内表面１ａを、管軸方向Ｙに０．５ｍｍ進む毎に撮像する。撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離としては、７７ｍｍ〜１４５ｍｍで調整する。
【００５２】
＜演算処理装置の全体構成について＞
次に、第１の実施形態に係る演算処理装置４の全体構成について説明する。ここで、演算処理装置４の構成と、演算処理装置４で行われる画像処理は、特開２０１２−１５９４９１号公報及び特開２０１７−５３７９０号公報に開示された公知の内容であるが、参考のため、以下簡単に説明する。連結部材２６によって環状レーザ光Ｌ１や撮像視野が遮蔽される領域（以下、遮蔽領域とも称する）がある場合には、特開２０１２−１５９４９１号公報及び特開２０１７−５３７９０号公報に示すような、遮蔽領域を補完する補完処理を実行することになる。
【００５３】
連結部材２６に起因する不感帯（遮蔽領域と同じ。連結部材２６に遮られることで、管状体１の内表面１ａに照射された環状レーザ光を直接撮像することができない領域）を補完処理により無くす場合には、管状体撮像装置３が、管状体１内への送入から送出へと切り替わる時に、管状体撮像装置３を回転させ、管状体撮像装置３の管状体１内への送入時とは、遮蔽領域の位置が異なる管内表面画像を得るようにすることができる。管状体撮像装置３の管状体１内への送出時に撮像した管内表面画像を利用して、管状体撮像装置３の管状体１内への送入時に撮像した管内表面画像を補完する。
【００５４】
これにより、送入時及び送出時に撮像した管内表面画像に不感帯が存在する場合であっても、管状体１の内表面１ａを、全周囲にわたって検査することが可能となる。このような補完処理の詳細については、特開２０１２−１５９４９１号公報及び特開２０１７−５３７９０号公報に開示されているため、ここでは、管内表面画像内に遮蔽領域が存在せず、補完処理が不要な場合について簡単に説明する。
【００５５】
演算処理装置４は、例えば、図１に示したように、撮像制御部１１と、画像処理部１２と、表示制御部１３と、記憶部１４と、を有する。なお、演算処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるマイクロコンピュータ構成の制御部（図示せず）を有しており、撮像制御部１１や、画像処理部１２、表示制御部１３、記憶部１４に制御部が接続されている。演算処理装置４は、制御部のＲＯＭ等に予め格納されている基本プログラムや、画像処理プログラム等の各種プログラムをＲＡＭにロードして立ち上げることにより、演算処理装置４における各種機能を統括的に制御する。
【００５６】
撮像制御部１１は、管状体１の撮像を開始する際に、レーザ光照射部２２に対してレーザ光の発振を開始させるための制御信号を送出する。管状体撮像装置３が管状体１の撮像を開始すると、管状体撮像装置３からＰＬＧ信号が定期的に送出（例えば、管状体撮像装置３が０．５ｍｍ移動する毎に１パルスのＰＬＧ信号が送出）される。撮像制御部１１は、ＰＬＧ信号を取得する毎に撮像部２１に対して撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【００５７】
画像処理部１２は、管状体撮像装置３の撮像部２１から取得した管内表面画像を利用して、後述する縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部１２は、管状体１の内表面１ａの欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部１３に送出する。なお、この画像処理部１２については、以下で改めて詳細に説明する。
【００５８】
表示制御部１３は、画像処理部１２から受け取った、検査対象物である管状体１の欠陥検出結果を表示部９に表示させる。これにより、管状体内表面検査装置２を利用する検査員は、検査対象物（管状体１）の内表面１ａに存在する各種の欠陥に関する検出結果を、その場で把握することが可能となる。
【００５９】
記憶部１４には、本実施形態に係る演算処理装置４が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。例えば、記憶部１４は、Ａ／Ｄ変換された管内表面画像を画像処理部１２から受け取ると、これを記憶する。この記憶部１４は、撮像制御部１１、画像処理部１２、表示制御部１３等が、リード／ライト処理を実行することが可能である。
【００６０】
＜画像処理部について＞
続いて、図９を参照しながら、演算処理装置４に設けられた画像処理部１２について説明する。図９に示すように、画像処理部１２は、環状光センター算出部３１と、座標変換部３２と、縞画像フレーム生成部３３と、光切断線処理部３４と、深さ画像算出部３５と、輝度画像算出部３６と、検出処理部３７と、を有する。
【００６１】
環状光センター算出部３１は、Ａ／Ｄ変換された管内表面画像を記憶部１４から読み出し、管内表面画像内における環状レーザ光Ｌ１の環の重心位置と環の半径とをそれぞれ算出する。ここで、図１０に示すように、時系列に得られる管内表面画像Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４、Ｉ１５、…は、それぞれ管状体１の内表面１ａの管軸方向Ｙに沿った、ある位置において、管状体１の内表面１ａに照射された環状レーザ光Ｌ１を撮像したものである。
【００６２】
管内表面画像Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４、Ｉ１５、…は、管状体撮像装置３の距離調整装置２５（図２）により、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が調整されていることで、環状レーザ光Ｌ１全体が表示されている。環状レーザ光Ｌ１の円周上に重畳している凹凸が、管状体１の内表面１ａの断面形状と、内表面１ａに存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【００６３】
環状光センター算出部３１における環の重心位置と、環の半径とを算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、管内表面画像Ｉ１１内に写る環状レーザ光Ｌ１が真円に近い場合は、以下のような２つの方法を挙げることができる。
・２値化した管内表面画像Ｉ１１内において環状レーザ光Ｌ１の表示領域内の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状レーザ光Ｌ１）の重心と半径とを算出する。
【００６４】
環状光センター算出部３１は、各管内表面画像Ｉ１１について、環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部３２に出力する。
【００６５】
なお、本実施形態においては、管状体１の内表面１ａの断面形状が真円に近い場合について説明しているが、任意の断面形状に対して適用可能であり、例えば、管状体１の断面形状が楕円や角丸長方形等であってもよい。このような場合の重心は、管内表面画像に写った環状レーザ光の形状から求めることが可能であり、求めた重心との距離の最大値と最小値の平均値を半径として用いることで、後述する座標変換を同じ手順で実施できる。
【００６６】
座標変換部３２は、管内表面画像Ｉ１１内の環状レーザ光Ｌ１の重心位置、及び、当該重心位置と環状レーザ光Ｌ１の照射部分との離隔距離、に基づいて、管内表面画像Ｉ１１の座標系を変換する。環状レーザ光Ｌ１の重心位置が算出されることで、環状レーザ光Ｌ１の照射位置に対応する画素の存在位置を、重心位置を原点とした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。
【００６７】
座標変換部３２は、図１１に示したように、環状光センター算出部３１で算出された半径ｒに動径方向に±Δｒの余裕を設けたうえで（すなわち、ｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で）、０度≦θ≦３６０度として座標変換を実施する。なお、本実施形態では、動径方向のｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で座標変換を実施する場合について説明しているが、余裕値Δｒの値は、環状レーザ光Ｌ１の照射部分を含む範囲で、プラス方向とマイナス方向とで異なった値であってもよい。かかる場合、例えば、座標変換を行う範囲は、ｒ−Δｒ１〜ｒ＋Δｒ２等と表現することができる。ただし、本実施形態においては、プラス方向とマイナス方向とで同じ値Δｒを用いる場合について、以降の説明を行う。
【００６８】
このような座標変換を行うことで、図１１の右側に示したように、動径方向には半径ｒを中心として２Δｒの高さを有し、角度方向には３６０度分の長さを有する帯状の画像が抽出されることとなる。以上の説明からも明らかなように、抽出された帯状の画像は、環状レーザ光Ｌ１の照射部分を管状体１の管周方向に展開した線分（以下、「光切断線」とも称する。）を含むこととなる。また、動径方向に関して、半径ｒを中心として２Δｒの範囲を抽出することで、環状レーザ光Ｌ１の周に凹凸が存在していたとしても、かかる凹凸を含む環状レーザ光Ｌ１の周をもれなく抽出することが可能となる。このようにして得られた帯状の画像を、以下では光切断画像と称する。
【００６９】
なお、Δｒの大きさは、管状体１に存在すると考えられる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて予め大まかに算出しておくことで、決定することが可能である。上述のような管状体撮像装置３により撮像された管内表面画像Ｉ１１は、環状レーザ光Ｌ１として、約３００画素に相当する半径を有する環を含むこととなる。そこで、ｒ＝３００画素、Δｒ＝２５画素として、０度≦θ≦３６０度の範囲で光切断画像の抽出を行うと、横１８８５画素×高さ５０画素の光切断画像が生成されることとなる。
【００７０】
座標変換部３２は、抽出された光切断画像における各画素の座標（ｘ，ｙ）＝（ｒｃｏｓθ，ｒｓｉｎθ）を利用することで、光切断画像に含まれる画素の座標を極座標（ｒ，θ）に変換する。ここで、座標変換部３２が実施する座標値の変換は、直交座標系から極座標系への変換であるため、直交座標系における格子点（すなわち、画素の中心位置）が、極座標系において必ず格子点に対応するとは限らず、非格子点に対応するものも存在することとなる。そこで、座標変換部３２は、極座標系における非格子点の濃度（画素値）を補間するために、着目している点の近傍に位置する他の格子点の濃度に基づいて補間する、いわゆる画像補間法を併せて実施することが好ましい。
【００７１】
かかる画像補間法は、特に限定されるものではなく、例えば、「昭晃堂  画像処理ハンドブック」等に記載されている公知の画像補間法を利用することが可能である。このような画像補間法の例として、最近傍（nearest neighbor）法、双線形補間（bi−linear interpolation）法、３次補間（bi−cubic convolution）法等を挙げることができる。これらの方法のうち、前者ほど処理速度が速く、後者ほど高品質の結果を得ることができる。そこで、座標変換部３２は、利用する画像補間法の種別を、処理に用いることのできるリソース量や処理時間等に応じて適宜決定すればよい。本実施形態において示す光切断画像の具体例では、画像補間法として３次補間法を適用している。
【００７２】
座標変換部３２は、上述のような座標変換処理や画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、管状体１の管軸方向Ｙに沿って記憶部１４に順次格納していく。縞画像フレーム生成部３３は、記憶部１４から、管状体１の管軸方向Ｙに沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部３３は、取得した各光切断画像を管状体１の管軸方向Ｙに沿って順に配列して、図１２に示すような縞画像フレームを生成する。
【００７３】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように管内表面画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された管内表面画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、管軸方向Ｙに沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【００７４】
縞画像フレーム生成部３３は、図１２に示したような縞画像フレームを生成すると、生成した縞画像フレームを、後述する光切断線処理部３４に出力する。光切断線処理部３４は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）を含む光切断線特徴量を算出する。以下では、図１２及び図１３を参照しながら、光切断線処理部３４が実施する処理及び算出する光切断線特徴量について説明する。図１２は、縞画像フレームを模式的に示した説明図である。図１３は、光切断線処理部が実施する光切断線処理について説明するための説明図である。
【００７５】
図１２では、１つの縞画像フレームの中にＮ本の光切断線が存在しており、縞画像フレームの横方向の長さは、Ｍ画素であるものとする。また、１本の光切断線を含む１つの光切断画像は、縦２Δｒ画素×横Ｍ画素から構成されている。
【００７６】
ここで、説明の便宜上、縞画像フレームの管周方向（図１２における横方向）にＸ軸をとり、縞画像フレームの管軸方向（図１２における縦方向）にＹ軸をとって、縞画像フレーム中の画素の位置をＸＹ座標で表すものとする。以下の説明では、縞画像フレーム中に存在するｊ（１≦ｊ≦Ｎ）番目の光切断線の左側からｍ画素目（１≦ｍ≦Ｍ）の位置（すなわち、Ｘｊ，ｍで表される位置）に着目する。
【００７７】
光切断線処理部３４は、まず、着目すべき光切断線（以下、単に「ライン」とも称する。）の着目すべきＸ座標位置（本説明では、Ｘｊ，ｍで表される位置）を選択すると、図１３に示したように、着目したラインの着目したＸ座標位置における画素に対応付けられている画素値（すなわち、環状レーザ光Ｌ１の輝度値）の分布を参照する。この際、光切断線処理部３４は、光切断画像中の当該Ｘ座標位置における全ての画素について、以下で説明する処理を実施するのではなく、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲に属する画素（すなわち、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に属する画素）について、以下で説明する処理を実施する。
【００７８】
ここで、Ｙ座標の基準位置Ｙｓは、縞画像フレームのｊライン目の光切断画像に対して予め指定される管軸方向Ｙの位置であり、例えば光切断画像の管軸方向Ｙの中心を指定すれば、先述のようにプラス方向とマイナス方向とで同じ余裕値Δｒを用いる場合には、環状光センター算出部３１が算出した半径ｒ（すなわち光切断線の位置）に等しくなる。また、処理範囲を規定するパラメータＷは、管状体１に存在すると考えられる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲が光切断画像に収まるように、予め大まかに算出しておき、適宜決定すればよい。パラメータＷの値を小さくすることができれば、後述する光切断線処理部３４の処理負荷の低減を図ることができる。
【００７９】
光切断線処理部３４は、まず、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に含まれる画素の中から、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値の一例である所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を特定する。図１３に示した例では、Ｙｊ，ｋ、Ｙｊ，ｋ＋１、Ｙｊ，ｋ＋２で表される３つの画素が、それぞれ閾値Ｔｈ以上の画素値Ｉｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋２を有している。従って、光切断線処理部３４は、所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素の数を、線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍ＝３と設定する。この所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素の数を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍは、いわば位置（ｊ，ｍ）における輝線の画素数に対応する値であり、光切断線特徴量の一つである。また、光切断線処理部３４は、以下の処理において、抽出された画素に関する情報（Ｙｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ）、（Ｙｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋１）、（Ｙｊ，ｋ＋２、Ｉｊ，ｋ＋２）（以下、単に（Ｙ，Ｉ）と略記することもある。）の情報を利用して、更なる光切断線特徴量を算出していく。
【００８０】
また、光切断線処理部３４は、パラメータｐｊ，ｍ、及び、抽出した画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）を利用して、抽出された画素の輝度の総和Ｋｊ，ｍを算出する。図１３に示した例の場合、光切断線処理部３４が算出する輝度の総和は、Ｋｊ，ｍ＝Ｉｊ，ｋ＋Ｉｊ，ｋ＋１＋Ｉｊ，ｋ＋２となる。この輝度の総和Ｋｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８１】
更に、光切断線処理部３４は、抽出された画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）と、Ｙ座標の基準位置Ｙｓとを利用して、抽出された画素のＹ方向の重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出するとともに、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）の基準位置Ｙｓからの変位量Δｄｊ，ｍ＝Ｙｓ−ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出する。
【００８２】
ここで、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、抽出された画素の集合をＡと表すこととすると、以下の数１で表される値となる。従って、図１３に示した例の場合、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、以下の数２で表される値となる。
【００８３】
【数１】
2019060722.tif 000003
【００８４】
【数２】
2019060722.tif 000004
【００８５】
ここで、画素に対応する管軸方向Ｙの位置は、いわば管状体撮像装置３の移動幅（例えば、０．５ｍｍ）で量子化された値である。他方、上記数１で示したような演算により算出される重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、割り算という数値演算を利用することで算出される値であるため、管状体撮像装置３の移動幅（いわば量子化単位）よりも小さな値となる。従って、かかる重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を利用して算出される変位量Δｄｊ，ｍについても、移動幅よりも小さな値を有し得る値となる。このようにして算出される変位量Δｄｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８６】
光切断線処理部３４は、以上のような３種類の特徴量を、各切断線に含まれるＭ個の要素に関して算出する。その結果、図１４〜図１６に示すように、光切断線の変位量Δｄ、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関して、Ｍ列×Ｎ行の二次元配列が生成される。本実施形態に係る縞画像フレームの具体例の場合、Ｍ＝１８８５、Ｎ＝２５６であるため、各光切断線特徴量を構成するデータの個数は、１８８５×２５６個となる。
【００８７】
光切断線処理部３４は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部３５に出力する。また、光切断線処理部３４は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部３６に出力する。
【００８８】
深さ画像算出部３５は、光切断線処理部３４が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、管状体１の内表面１ａの凹凸状態を表す深さ画像を算出する。具体的には、深さ画像算出部３５は、図１４に示したような変位量Δｄに関する特徴量（二次元配列）と、環状レーザ光Ｌ１の垂直成分入射角（図２における角度φ１）と、を利用して、深さ画像を算出する。かかる深さ画像は、管軸方向Ｙのそれぞれの位置での凹凸状態の一次元分布が管軸方向Ｙに沿って順に配列された、二次元の凹凸状態の分布を表す画像である。
【００８９】
まず、図１７を参照しながら、管状体１の内表面１ａに存在する凹凸の高さと、光切断線の変位量Δｄとの関係について説明する。図１７は、光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【００９０】
図１７では、管状体１の内表面１ａに凹みが存在した場合を模式的に示している。ここで、内表面１ａに凹みが存在しない場合の表面位置の高さと、凹みの底部の高さと、の差分をΔｈと表す。垂直入射した環状レーザ光が表面反射をする場合に着目すると、内表面１ａに凹みが存在しない場合には、図１７の光線Ａのように反射光は伝播することとなるが、内表面１ａに凹みが存在する場合には、図１７の光線Ｂのように反射光が伝播することとなる。光線Ａと光線Ｂとのズレが、本実施形態において光切断線の変位量Δｄとして観測されることとなる。ここで、幾何学的な位置関係から明らかなように、光切断線の変位量Δｄと凹みの深さΔｈとは、Δｄ＝Δｈ・ｓｉｎφ１の関係が成立する。
【００９１】
なお、図１７では、管状体の内表面に凹みが存在する場合について説明したが、管状体１の内表面１ａに凸部が存在する場合であっても、同様の関係が成立する。
【００９２】
深さ画像算出部３５は、以上説明したような関係を利用して、光切断線処理部３４が算出した光切断線の変位量Δｄに関する特徴量に基づき、管状体の内表面の凹凸に関する量Δｈを算出する。ここで、深さ画像の算出に用いられる光切断線の変位量Δｄは、先に説明したように光切断線の重心位置に基づいて算出されたものであり、移動幅よりも小さな値を有することができる。従って、深さ画像算出部３５により算出される深さ画像は、撮像される画素分解能よりも細かい分解能で凹凸が再現されている画像となる。
【００９３】
本実施形態で示した縞画像フレームの具体例は、撮影ピッチ０．５ｍｍで撮像された光切断線の変位を積み上げたものであるため、それぞれの変位量ΔｄをΔｈに変換すると、幅０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍの深さ画像が算出されることとなる。また、かかる具体例では、角度φ１＝４５°であるため、Δｄ＝（１／２０．５）・Δｈの関係が成立している。
【００９４】
なお、被検査体である管状体１の内表面１ａの形状の変化や、カメラ走査方向軸が管状体１の中心からずれることにより、図１８に示したように、光切断線に湾曲等の歪みが生じる場合がある。他方、本実施形態に係る管状体内表面検査方法では、光切断線に重畳している凹凸が、管状体１の内表面１ａの断面形状と内表面１ａに存在する表面欠陥に関する情報となっている。そのため、深さ画像算出部３５は、光切断線の変位量Δｄに基づいて深さ画像を算出する際に、光切断線毎に歪み補正処理を行って、光切断線に重畳している凹凸に関する情報のみを抽出してもよい。このような歪み補正処理を実施することにより、カメラ走査方向軸が管状体１の管中心軸に正確に一致していない場合や、内表面１ａの形状が円でない場合であっても、内表面１ａに存在する凹凸疵の情報のみを得ることが可能となる。
【００９５】
かかる歪み補正処理の具体例として、（ｉ）多次元関数や各種の非線形関数を利用したフィッティング処理を行い、得られたフィッティング曲線と観測された光切断線との差分演算を行う処理や、（ｉｉ）凹凸に関する情報が高周波成分であることを利用して、浮動フィルタやメディアンフィルタ等のローパスフィルタを適用する処理等を挙げることができる。このような歪み補正処理を実施することにより、内表面１ａに存在する凹凸疵の情報を保持したまま、光切断線の平坦化を図ることが可能となる。
【００９６】
深さ画像算出部３５は、以上説明したようにして算出した深さ画像に関する情報を、検出処理部３７に出力する。一方、輝度画像算出部３６は、光切断線処理部３４が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、管状体１の内表面１ａにおける環状レーザ光Ｌ１の輝度の分布を表す輝度画像を算出する。
【００９７】
具体的には、輝度画像算出部３６は、図１５に示したような輝度の総和Ｋに関する特徴量（二次元配列）、及び、図１６に示したような輝線の画素数ｐに関する特徴量（二次元配列）を利用して、総和輝度の線幅方向の平均値である平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ，ｍ）＝Ｋｊ，ｍ／ｐｊ，ｍ（１≦ｊ≦Ｎ、１≦ｍ≦Ｍ）を算出する。その後、輝度画像算出部３６は、算出した平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ,ｍ）からなるデータ配列を、着目している管状体１の輝度画像とする。かかる輝度画像は、管軸方向Ｙのそれぞれの位置での環状レーザ光Ｌ１の輝度の一次元分布が管軸方向Ｙに沿って順に配列された、二次元の輝度分布を表す画像である。輝度画像算出部３６は、以上説明したようにして算出した輝度画像に関する情報を、後述する検出処理部３７に出力する。
【００９８】
検出処理部３７は、深さ画像算出部３５により算出された深さ画像と、輝度画像算出部３６により算出された輝度画像とに基づいて、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥を検出する。
【００９９】
かかる検出処理部３７は、深さ画像及び輝度画像に基づいて欠陥部位を特定する欠陥部位特定機能と、特定した欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する特徴量抽出機能と、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する欠陥判別機能と、を有している。以下、これらの機能について説明する。
【０１００】
＜欠陥部位特定機能＞
検出処理部３７は、取得した深さ画像及び輝度画像の各画素に対して、周辺画素との画素値（深さを表す値、又は、輝度値）の線形和を得るフィルタ処理によって縦線状疵、横線状疵、微小疵等の領域を強調し、得られた値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上となるか否かの判定を行う。このようなフィルタ処理及び当該フィルタ処理結果に基づく判定処理を実施することで、検出処理部３７は、欠陥部位を特定するための２値化画像を生成することができる。かかる２値化画像において、算出した値が第２の閾値未満であった画素が正常箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝０）に該当し、算出した値が第２の閾値以上であった画素が欠陥箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝１）に該当する。更に、検出処理部３７は、連続して発生している欠陥箇所を結合していくことで、一つ一つの欠陥部位を特定する。
【０１０１】
＜特徴量抽出機能＞
検出処理部３７は、欠陥部位特定機能により深さ画像及び輝度画像の欠陥部位を特定すると、特定した欠陥部位ごとに、欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する。欠陥部位の形態に関する特徴量として、例えば、欠陥部位の幅、欠陥部位の長さ、欠陥部位の周囲長、欠陥部位の面積、欠陥部位の外接長方形の面積等を挙げることができる。また、欠陥部位の画素値に関する特徴量として、深さ画像に関しては、欠陥部位の深さの最大値、最小値、平均値等を挙げることができ、輝度画像に関しては、欠陥部位の輝度の最大値、最小値、平均値等を挙げることができる。
【０１０２】
＜欠陥判別機能＞
検出処理部３７は、特徴量抽出機能により各欠陥部位の特徴量を抽出すると、抽出した特徴量に基づいて、欠陥部位毎に欠陥の種別や有害度等を判別する。特徴量に基づく欠陥の種別や有害度等の判別処理は、例えば図１９に示したようなロジックテーブルを利用して行われる。すなわち、検出処理部３７は、図１９に例示したようなロジックテーブルによって表される判別条件に基づき、欠陥の種別や有害度を判別する。
【０１０３】
図１９に例示したように、ロジックテーブルの縦方向の項目として、欠陥の種別（欠陥Ａ１〜欠陥Ａｎ）が記載されており、ロジックテーブルの横方向の項目として、特徴量の種類（特徴量Ｂ１〜特徴量Ｂｍ）が記載されている。また、欠陥の種別及び特徴量により規定されるテーブルの各セルには、対応する特徴量の大小による判別条件式（条件式Ｃ１１〜条件式Ｃｎｍ）が記述されている。このようなロジックテーブルの各行が一組となって、一つ一つの欠陥の種別の判別条件となる。判別処理は、最上位の行に記載された種別から順に行われ、何れか一つの行に記載された判別条件を全て満たした時点で終了する。
【０１０４】
このようなロジックテーブルは、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検査員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により構築されたデータベースを利用して、公知の方法により生成することが可能である。
【０１０５】
検出処理部３７は、このようにして検出した欠陥部位ごとに欠陥の種別及び有害度を特定し、得られた検出結果を表示制御部１３に出力する。表示制御部１３は、検出対象物である管状体１の内表面１ａに存在する欠陥に関する情報を表示部９に送出し、当該情報を表示部９に表示させる。
【０１０６】
なお、以上の説明では、ロジックテーブルを利用して欠陥の種別や有害度を判別する場合について説明したが、欠陥の種別や有害度を判別する方法は上記例に限定されるわけではない。例えば、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検査員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により、ニューラルネットやサポートベクターマシン（ＳＶＭ）等の判別器を生成し、かかる判別器を欠陥の種別や有害度の判別に利用してもよい。
【０１０７】
本実施形態に係る管状体内表面検査装置２は、管状体１の内表面１ａを管周方向Ｘ全周、管軸方向Ｙ全長にわたって検査し得、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を検出できる。本実施形態に係る管状体内表面検査装置２では、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０１０８】
＜作用及び効果＞
以上の構成において、管状体内表面検査装置２では、レーザ光照射部２２が管状体１の管軸方向Ｙに沿って移動しながら、管状体１の内表面１ａの全周方向に対して環状レーザ光Ｌ１を照射する（光照射ステップ）。管状体内表面検査装置２では、レーザ光照射部２２とともに撮像部２１が管軸方向Ｙに沿って移動しながら、レーザ光照射部２２によって内表面１ａに生じた環状レーザ光Ｌ１を撮像し、環状レーザ光Ｌ１が撮像された管内表面画像を生成する（撮像ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置２では、演算処理装置４によって、管内表面画像に対して画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断できる（演算処理ステップ）。
【０１０９】
これに加えて、本発明の管状体内表面検査装置２では、撮像部２１により内表面１ａを撮像するに先立って、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１全体が収まるように、距離調整装置２５によって、撮像部２１を管軸方向Ｙに沿って移動させ、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を設定可能とした（設定ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、その都度、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整できる。よって、管状体内表面検査装置２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、環状レーザ光Ｌ１を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体１の内表面１ａにおける欠陥の有無を検査することができる。
【０１１０】
本発明の管状体内表面検査装置２では、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、管状体１の管内径サイズ毎に最適な距離に調整することで、環状レーザ光Ｌ１の照射点を常に同一の角度で撮像部２１により観察できることから、管状体１の内表面の凹凸に対して感度低下や、感度変化を防止できる。
【０１１１】
なお、本発明の管状体内表面検査装置２では、撮像部２１の必要分解能を、想定した最大管内径サイズにて確保することで、想定した最小管内径サイズで撮影分解能をより向上させることができ、管状体１の全サイズへの適用が可能となる。
【０１１２】
（２）第２の実施形態
上述した第１の実施形態においては、図８Ａに示したように、管内表面画像Ｉ４内に表示させた目標位置Ｇ１と、レーザ光一致度判定部８により算出した一致度合い（％）とを基に、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を設定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、管内表面画像Ｉ４内に表示させた目標位置Ｇ１と、レーザ光一致度判定部８により算出した一致度合い（％）と、のうちいずれか一方だけを利用して、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を設定するようにしてもよい。
【０１１３】
例えば、図１との対応部分に同一符号を付した図２０は、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整するための情報として、管内表面画像内に環状レーザ光Ｌ１を合わせる目標位置のみを表示させ、検査員に対して目標位置のみを目安に撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を設定させる管状体内表面検査装置４２を示す。この場合、撮像範囲調整装置４３には、目標位置表示制御部４４が設けられる。
【０１１４】
目標位置表示制御部４４は、図２１Ａに示すように、管内表面画像Ｉ２１内に環状レーザ光が収まり、かつ、演算処理装置４により最適な画像処理を行える環状レーザ光の位置を示した環状目標位置Ｇ２を予め記憶している。この場合、目標位置表示制御部４４は、管状体撮像装置３から管内表面画像Ｉ２１を受け取ると、所定幅を有した環状目標位置Ｇ２を、管内表面画像Ｉ２１に重ね合わせ、これを表示部９に送出する。
【０１１５】
これにより表示部９には、管状体撮像装置３により撮像した管内表面画像Ｉ２１内に環状目標位置Ｇ１を重ね合わせた管内表面画像Ｉ２１が表示される。検査員は、図２１Ｂに示すように、表示部９に表示された管内表面画像Ｉ２２内において、環状レーザ光Ｌ１が環状目標位置Ｇ２の領域内に収まるように、距離調整装置２５を操作して撮像部２１を移動させ、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整することができる。
【０１１６】
以上より、管状体内表面検査装置４２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管内表面画像Ｉ２１内の環状目標位置Ｇ２を基に、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、撮像部２１を最適な位置まで移動できる。よって、管状体内表面検査装置４２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間を確実、かつ正確に最適な距離に設定させることができる。
【０１１７】
なお、この際、距離調整装置２５における、連結部材２６に沿った保持基板２７ａの移動は、モータ等の駆動部を利用した移動であってもよい。この場合、目標位置表示制御部４４は、管内表面画像Ｉ２１内の環状目標位置Ｇ２と、管内表面画像Ｉ２１内の環状レーザ光Ｌ１の位置とから、環状レーザ光Ｌ１が環状目標位置Ｇ２に重なる撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を算出する。目標位置表示制御部４４は、算出した距離から撮像部２１又はレーザ光照射部２２の移動量を算出し、これを管状体撮像装置３の駆動部に送出する。これにより管状体撮像装置３は、駆動部によって距離調整装置２５の保持基板２７ａ（２７ｂ）を、移動量に基づいて移動させ、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を最適な距離に自動的に設定することができる。
【０１１８】
（３）第３の実施形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図２２は、第３の実施形態による管状体内表面検査装置５２の構成を示す。第３の実施形態による管状体内表面検査装置５２は、第１の実施形態による管状体内表面検査装置２及び第２の実施形態による管状体内表面検査装置４２とは、撮像範囲調整装置５４の構成と、管状体撮像装置５３に管内径測定部が設けられている点とで相違している。
【０１１９】
この場合、本実施形態による撮像範囲調整装置５４は、管状体撮像装置５３より、管状体１の管内径Ｄを測定した測定結果を受け取る。ここで、管状体撮像装置５３は、図２３に示すように、例えば、タイム オブ フライト方式のレーザ測定機等からなる管内径測定部５７が保持基板２７ｂに設けられている。管内径測定部５７は、例えば、管状体１の内表面１ａに向けて測定用レーザ光Ｌ３を照射してから、測定用レーザ光Ｌ３が内表面１ａで反射して受光するまでの時間を計測する。これにより管内径測定部５７は、管状体１の管内径Ｄを測定し、その測定結果を撮像範囲調整装置５４に送出する。
【０１２０】
図２２に示すように、本実施形態に係る撮像範囲調整装置５４は、設定距離情報記憶部５５と設定距離特定部５６とを備えている。設定距離情報記憶部５５は、管状体１の管内径毎に、それぞれ撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の最適な距離が予め対応付けられた、設定距離情報が記憶されている。例えば、設定距離情報としては、管状体撮像装置５３によって、管内径Ｄの管状体１の管内表面画像を撮像したときに、管内表面画像内で環状レーザ光Ｌ１が所望する位置に表示されるような、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離が、当該管内径Ｄに対応付けられている。このような設定距離情報は過去の操業データ等に基づいて作製できる。
【０１２１】
設定距離特定部５６は、管内径Ｄの測定結果を管状体撮像装置５３から受け取ると、この管内径Ｄの値に対応付けられた、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、設定距離情報記憶部５５から読み出す。設定距離特定部５６は、設定距離情報記憶部５５から読み出した、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、表示部９に送出し、これを、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を調整するための情報（距離調整装置２５により設定する設定距離情報）として表示部９に表示させる。検査員は、設定距離情報を基に、距離調整装置２５によって、少なくとも撮像部２１及びレーザ光照射部２２のいずれか一方を管軸方向Ｙに移動させることで、図２４Ａに示すように、所望する位置に環状レーザ光Ｌ１が写っていない管内表面画像Ｉ２４から、図２４Ｂに示すように、演算処理装置４による画像処理に最適な位置に環状レーザ光Ｌ１が写った管内表面画像Ｉ２５を、管状体撮像装置５３により取得できる。
【０１２２】
以上より、管状体内表面検査装置５２では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管状体撮像装置５３による管内径Ｄの測定結果を基に、管内径Ｄに合った撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の最適な距離を特定する。これにより、管状体内表面検査装置５２では、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、撮像部２１を最適な位置まで移動できるので、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間を確実、かつ正確に最適な距離に設定させることができる。
【０１２３】
なお、この際、距離調整装置２５における、連結部材２６に沿った保持基板２７ａの移動は、モータ等の駆動部を利用した移動であってもよい。この場合、設定距離特定部５８は、管状体撮像装置５３による管内径Ｄの測定結果を基に特定した、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離から、撮像部２１又はレーザ光照射部２２の移動量を算出する。設定距離特定部５８は、この移動量を管状体撮像装置３の駆動部に送出する。これにより管状体撮像装置５３は、駆動部によって距離調整装置２５の保持基板２７ａ（２７ｂ）を、移動量に基づいて移動させ、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離を、最適な距離に自動的に設定することができる。
【０１２４】
（４）第４の実施形態
上述した実施形態においては、環状光を照射する光照射部として、環状レーザ光Ｌ１を照射するレーザ光照射部２２を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。環状光を照射する光照射部としては、例えば、図２５に示すように、管状体１の内表面１ａを環状に照らす照明光（以下、環状照明光とも称する）を照射する照明光照射部６４を用いるようにしてもよい。
【０１２５】
本実施形態に係る管状体内表面検査装置の構成は、図１に示した第１の実施形態に係る管状体内表面検査装置２の構成とは、主に管状体撮像装置６３及び画像処理部（後述する）の構成が異なっている。ここでは、第１の実施形態と異なる点について着目して説明し、その他の構成の説明については省略する。
【０１２６】
図２５に示すように、管状体撮像装置６３は、環状照明光Ｌ２を照射する照明光照射部６４を有している以外は、第１の実施形態に係る管状体撮像装置３とほぼ同様の構成を有し、ほぼ同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、第１の実施形態との相違点である照明光照射部６４を中心に説明する。
【０１２７】
照明光照射部６４は、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長を有する環状照明光Ｌ２を、管状体１の内表面１ａの全周にわたって、広がり（内表面での広がり幅：ｄ）を持ちながら照射する。本実施形態に係る管状体撮像装置６３では、例えば、管状体撮像装置６３が管軸方向Ｙに、環状照明光Ｌ２の反射光の広がりｄラインだけ進む毎に、撮像部２１により環状照明光Ｌ２の反射光を１回撮像する。
【０１２８】
照明光照射部６４は、保持基板２７ｂに固定された基台部６５と、基台部６５に設けられた複数の発光素子６６とを有する。図２６に示すように、照明光照射部６４は、例えば、基台部６５が円環状に形成されており、基台部６５の外周側領域において円周に沿って、複数の発光素子６６が等間隔に配置されている。発光素子６６は、照明光の照射方向を制御するためのレンズが設けられている。また、レンズに加え、適宜、照度を均一にするための拡散板が設けられても良い。照明光照射部６４は、円環状の基台部６５の中心に対して放射状に広がり（すなわち、円環の径方向に外側に向かって）、内表面１ａに対して環状照明光Ｌ２を射出する。照明光照射部６４から照射される環状照明光Ｌ２の波長は特に限定されるものではない。
【０１２９】
基台部６５に設けられる発光素子６６の個数や設置間隔は特に限定されるものではなく、着目する内表面１ａの視野が所望の均一な明るさを有するように決定すればよい。また、複数の発光素子６６の替わりに、照明光の照射方向を制御するためのレンズを有した１つのリング状の発光素子を用いてもよい。
【０１３０】
基台部６５には、これら発光素子６６を避けるように内周側領域に、厚みを貫通する貫通孔６５ａが等間隔で形成されている。基台部６５には、保持基板２７ａ、２７ｂと同様に支柱状の連結部材２６が、各貫通孔６５ａにそれぞれ挿通されている。距離調整装置２５は、長手方向が管軸方向Ｙに延設された連結部材２６に沿って、撮像部２１を照明光照射部６４から遠ざかる方向（図２５では、ｙ１方向）、又は、照明光照射部６４に近づく方向（図２５では、ｙ２方向）に移動させる。但し、距離調整装置２５は、長手方向が管軸方向Ｙに延設された連結部材２６に沿って、照明光照射部６４を撮像部２１に近づく方向（図２５では、ｙ１方向）、又は、撮像部２１から遠ざかる方向（図２５では、ｙ２方向）に移動させるようにしてもよい。
【０１３１】
本実施形態でも距離調整装置２５は、保持基板２７ａ、２７ｂが連結部材２６の長手方向に沿って移動することで、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２と照明光照射部６４の中心軸Ｚ３とを一致させた状態のまま、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を可変することができ、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を調整することができる。これにより、撮像部２１は、内表面１ａのうち環状照明光Ｌ２が照射される部位を撮像することができ、図２７に示すように、環状照明光Ｌ２全体が撮像された管内表面画像Ｉ３０を取得することができる。なお、管内表面画像Ｉ３０では、内表面１ａに照射された環状照明光Ｌ２が白く環状に写っており、撮像部２１と照明光照射部６４との間に延設した連結部材２６も写っている。
【０１３２】
ここで、図２８Ａは、所定の管内径Ｄ１を有する管状体１に対し、管状体撮像装置６３における撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離が最適な距離に設定された状態を示す。すなわち、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２及び照明光照射部６４の中心軸Ｚ３が、管状体１の管中心軸Ｚ１に略一致した状態で、撮像部２１及び照明光照射部６４の位置が移動され、撮像部２１の撮像範囲内に環状照明光Ｌ２全体が収まるように、距離調整装置２５によって、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離が設定された状態を示す。
【０１３３】
ここで、照明光照射部６４は、環状照明光Ｌ２が内表面１ａに対して入射角φ２（φ２＜９０°）で入射するように配設されている（図２５）。撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離は、撮像部２１にて、環状照明光Ｌ２の正反射光が結像するように調整される。すなわち、撮像部２１は、内表面１ａの法線方向と撮像部２１の光軸とのなす角がφ２と略等しくなる位置に設定される。この際、環状照明光Ｌ２が照射されている内表面の管軸方向の長さをｄと表わすこととする。
【０１３４】
これにより、撮像部２１では、図２９Ａに示すように、環状照明光Ｌ２全体が収まった管内表面画像Ｉ３１を取得できる。演算処理装置４（図１）は、環状照明光Ｌ２全体が写った管内表面画像Ｉ３１に対し所定の画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断する。
【０１３５】
しかしながら、図２８Ｂに示すように、図２８Ａに示した管内径Ｄ１よりも大きい管内径Ｄの管状体１に対しては、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を、図２９Ａの管状体１に対して設定した距離のままとすると、撮像部２１の撮像範囲内に環状照明光Ｌ２を収めることができない。すなわち、撮像部２１では、図２９Ｂに示すように、環状照明光Ｌ２が写っていない管内表面画像Ｉ３２を得ることになる。この場合、演算処理装置４は、環状照明光Ｌ２が管内表面画像Ｉ３２内に写っていないことから、当該管内表面画像Ｉ３２に所定の画像処理を行うことができず、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断し得ない。
【０１３６】
管状体撮像装置６３は、管状体１の管内径Ｄ、Ｄ１の変化に追従して、例えば撮像部２１が固定された保持基板２７ａを、連結部材２６の長手方向に沿って、照明光照射部６４から遠ざかる方向（図２５では、ｙ１方向）に移動させることで、図２７に示したように、環状照明光Ｌ２が収まった管内表面画像Ｉ３０を取得できる。この際、距離調整装置２５における、連結部材２６に沿った保持基板２７ａの移動は、手動による移動でもよく、またモータ等の駆動部を利用した移動であってもよい。
【０１３７】
＜撮像範囲調整装置の構成＞
本実施形態に係る管内表面検査装置でも、上述した第１〜第３の実施形態に示した、いずれかの撮像範囲調整装置６、４３、５４を備えており、これら撮像範囲調整装置６、４３、５４のいずれかによって、撮像部２１と照明光照射部６４との間の最適な距離を特定する。
【０１３８】
本実施形態に係る管内表面検査装置は、環状レーザ光Ｌ１を用いた上述した第１〜第３の実施形態とは、幅のある環状照明光Ｌ２を用いる点で相違しているものの、撮像範囲調整装置６、４３、５４において、撮像部２１と照明光照射部６４との間の最適な距離を特定するための構成や、その方法は同じである。ここでは、上述した第１の実施形態の撮像範囲調整装置６を利用した構成のみを代表で説明し、第２及び第３の実施形態における撮像範囲調整装置４３、５４を利用した構成の説明についは、説明が重複するため省略する。
【０１３９】
例えば、図３０は、上述した第１の実施形態における撮像範囲調整装置６と同じ原理で、撮像部２１と照明光照射部６４との間の最適な距離を特定する撮像範囲調整装置６０の構成を示す。撮像範囲調整装置６０は、環状照明光認識部７ａと、照明光一致度判定部８ａと、を備えている。環状照明光認識部７ａは、管状体撮像装置７５で得られた管内表面画像Ｉ３０を受け取ると、管内表面画像Ｉ３０内の輝度の違いに基づいて、当該管内表面画像Ｉ３０内に表示された環状照明光Ｌ２を認識する。管内表面画像Ｉ３０内における環状照明光Ｌ２は、過去の操業データ等に基づいて、管内表面画像Ｉ３０内における環状照明光Ｌ２の輝度を予め特定しておくことで認識できる。
【０１４０】
環状照明光認識部７ａは、例えば輝度が所定以上の環状領域を環状照明光Ｌ２が表示された領域として認識し、この環状照明光Ｌ２が表示された領域の画素面積（以下、照明光画素面積と称する）を算出する。環状照明光認識部７ａは、照明光画素面積を求めると、これを照明光一致度判定部８ａに送出する。
【０１４１】
照明光一致度判定部８ａは、管内表面画像Ｉ３０内に環状照明光Ｌ２が収まり、かつ、管内表面画像Ｉ３０内に対して演算処理装置４により画像処理を行った際に最適な処理を行える環状照明光Ｌ２の目標位置（図２７において図示せず）を予め記憶している。照明光一致度判定部８ａは、管内表面画像Ｉ３０内に目標位置を重ね合わせ、これを表示部９に送出する。これにより表示部９には、撮像部２１により撮像した管内表面画像Ｉ３０内に目標位置を重ね合わせた管内表面画像が表示される。
【０１４２】
これ加えて、照明光一致度判定部８ａは、管内表面画像内において、目標位置に環状照明光Ｌ２が表示されたときの環状照明光Ｌ２の領域の画素面積（以下、照明光目標画素面積と称する）を予め記憶している。照明光一致度判定部８ａは、管内表面画像を基に算出した照明光画素面積と、照明光目標画素面積とを比較し、照明光目標画素面積に対して照明光画素面積が一致する割合（一致度合いとも呼ぶ）を算出し、この算出結果を表示部９に表示させる。管状体撮像装置６３では、例えば、撮像範囲調整装置６０で算出された一致度合いが、例えば９０％以上のときに、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離が、撮像部２１の撮像範囲内に環状照明光Ｌ２全体が収まる最適な距離として規定されている。
【０１４３】
検査員は、表示部９に表示された管内表面画像内において、環状照明光Ｌ２が目標位置に重なるように、距離調整装置２５を操作して撮像部２１を移動させつつ、撮像範囲調整装置６０で算出された一致度合い（％）を目安に、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を調整することができる。本実施形態に係る管状体内表面検査装置では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管内表面画像内の目標位置と、一致度合い（％）とを基に、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、撮像部２１と照明光照射部６４との間を確実、かつ正確に最適な距離に設定させることができる。
【０１４４】
なお、モータ等の駆動部を利用して撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を設定する場合、上述した第１の実施形態と同様に、照明光一致度判定部８ａは、所定の一致度合い（例えば９０％以上）となる、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を算出する。照明光一致度判定部８ａは、少なくとも算出した距離から撮像部２１及び照明光照射部６４のいずれか一方の移動量を算出し、これを管状体撮像装置６３の駆動部に送出する。これにより管状体撮像装置６３は、駆動部によって距離調整装置２５の保持基板２７ａ（２７ｂ）を、移動量に基づいて移動させ、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離を、最適な距離に自動的に設定することができる。
【０１４５】
＜演算処理装置における画像処理部の構成について＞
本実施形態に係る演算処理装置は、図１に示した第１の実施形態に係る演算処理装置４とは主に画像処理部の構成が異なっており、その他の撮像制御部１１や、表示制御部１３、記憶部１４については、第１の実施形態に係る演算処理装置４と同様の構成を有する。そこで、ここでは、画像処理部に着目して以下説明し、その他の撮像制御部１１、表示制御部１３及び記憶部１４についての説明は省略する。
【０１４６】
図３１に示すように、画像処理部６８は、環状光センター算出部６９、座標変換部７０、正反射画像算出部７１及び検出処理部７２を有している。ここで、画像処理部６８の構成と、画像処理部６８で行われる画像処理は、特開２０１７−５３７９０号公報に開示された公知の内容であるが、参考のため、以下簡単に説明する。本実施形態でも、連結部材２６によって環状照明光Ｌ２や撮像視野が遮蔽される領域（遮蔽領域）がある場合には、特開２０１７−５３７９０号公報に示すような、遮蔽領域を補完する補完処理を実行することになるが、ここでは、管内表面画像内に遮蔽領域が存在せず、補完処理が不要な場合について簡単に説明する。
【０１４７】
環状光センター算出部６９は、Ａ／Ｄ変換された管内表面画像を記憶部１４から読み出し、管内表面画像内における環状照明光Ｌ２の環の重心位置と環の半径とをそれぞれ算出する。ここで、時系列に得られる複数の管内表面画像は、それぞれ管状体１の内表面１ａの管軸方向Ｙに沿った、ある位置において、管状体１の内表面１ａに照射された環状照明光Ｌ２を撮像したものである。
【０１４８】
環状光センター算出部６９は、各管内表面画像に算出した重心位置及び半径の算出結果を、座標変換部７０に出力する。座標変換部７０は、算出された重心位置や半径等を利用して、管内表面画像を座標変換し、正反射展開画像を生成する。座標変換部７０は、管内表面画像内の環状照明光Ｌ２の部分を管状体１の管周方向Ｘに展開した正反射展開画像を生成し、これを正反射画像算出部７１に送出する。
【０１４９】
具体的には座標変換部７０は、環状光センター算出部６９で算出された半径ｒに対して、径方向に±ｄ／２の余裕を設けた上で、径方向のｒ−ｄ／２〜ｒ＋ｄ／２の範囲で、０度≦Ψ≦３６０度として座標変換を実施する。このような座標変換を行うことで、径方向には半径ｒを中心として高さｄを有し、角度方向には３６０度分の長さを有する帯状の正反射展開画像が抽出される。
【０１５０】
正反射展開画像は、正反射条件を満たすように撮像部２１に結像した、内表面１ａにおける環状照明光Ｌ２の反射光に関する画像であり、環状照明光Ｌ２の正反射光の輝度分布を管状体１の管周方向Ｘに展開した画像である。
【０１５１】
正反射画像算出部７１は、生成された正反射展開画像を管状体１の管軸方向Ｙに沿って順に配列して、正反射画像を生成する。正反射画像算出部７１は、生成した正反射画像を検出処理部７２に出力する。検出処理部７２は、正反射画像を利用して、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する。以上のような流れにより、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥が検出されることとなる。
【０１５２】
＜作用及び効果＞
以上の構成において、本実施形態に係る管状体内表面検査装置でも、照明光照射部６４が管状体１の管軸方向Ｙに沿って移動しながら、管状体１の内表面１ａの全周方向に対して環状照明光Ｌ２を照射する（光照射ステップ）。管状体内表面検査装置では、照明光照射部６４とともに撮像部２１が管軸方向Ｙに沿って移動しながら、照明光照射部６４によって内表面１ａに生じた環状照明光Ｌ２を撮像し、環状照明光Ｌ２が撮像された管内表面画像を生成する（撮像ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置では、演算処理装置４によって、管内表面画像に対して画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断できる（演算処理ステップ）。
【０１５３】
これに加えて、本発明の管状体内表面検査装置では、撮像部２１により内表面１ａを撮像するに先立って、撮像部２１の撮像範囲内に環状照明光Ｌ２全体が収まるように、距離調整装置２５によって、撮像部２１が管軸方向Ｙに沿って移動し、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離が設定されるようにした（設定ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、環状照明光Ｌ２を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体１の内表面１ａにおける欠陥の有無を検査することができる。
【０１５４】
（５）第５の実施形態
上述した実施形態においては、環状光を照射する光照射部として、環状レーザ光Ｌ１を照射するレーザ光照射部２２、又は、環状照明光Ｌ２を照射する照明光照射部６４を設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、図３２に示すように、環状光を照射する光照射部として、環状レーザ光Ｌ１を照射するレーザ光照射部２２と、環状照明光Ｌ２を照射する照明光照射部６４との両方を設けた管状体撮像装置７５を適用するようにしてもよい。
【０１５５】
本実施形態に係る管状体撮像装置７５は、第１の実施形態に係る管状体撮像装置３に対して、第４の実施形態に係る管状体撮像装置６３の照明光照射部６４を設けた構成を有する以外は、第１の実施形態及び第２の実施形態に係る構成とほぼ同様の構成を有し、ほぼ同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、第１又は第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１５６】
本実施形態に係る距離調整装置２５は、撮像部２１が固定された保持基板２７ａと、照明光照射部６４が固定された保持基板２７ｂとの間に、撮像部２１、照明光照射部６４及びレーザ光照射部２２が同心となるように、当該レーザ光照射部２２が固定された保持基板２２ｃを備えている。レーザ光照射部２２が固定される保持基板２２ｃは、照明光照射部６４が固定される保持基板２７ｂと同一構成を有しており、支柱状の連結部材２６が貫通孔に挿通されている。レーザ光照射部２２は、保持基板２２ｃが連結部材２６の長手方向に沿って移動することで、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２と、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４の中心軸Ｚ３とを略一致させた状態のまま、保持基板２２ｃとともに管軸方向Ｙに移動することができる。
【０１５７】
本実施形態に係る距離調整装置２５は、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離と、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離とが調整されることにより、管状体１の内表面１ａに照射された環状レーザ光Ｌ１の内表面１ａでの反射光と、環状照明光Ｌ２の内表面１ａでの反射光とが、撮像部２１の撮像範囲内に同時に収まるように設定される。
【０１５８】
本実施形態に係る撮像部２１は、同一撮像範囲内に結像している環状レーザ光Ｌ１の内表面１ａでの反射光、及び、環状照明光Ｌ２の内表面１ａでの反射光を、それぞれ撮像する。これにより、撮像部２１は、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２の内表面１ａでの反射光の強度を示すデータを特定することができる。管状体撮像装置７５が管状体１の管内部を一定距離進む毎に撮像部２１で内表面１ａの撮像を行う結果、撮像部２１は、環状レーザ光Ｌ１の内表面１ａでの反射光の管周方向Ｘの分布や、環状照明光Ｌ２の内表面１ａでの反射光の管周方向Ｘの分布を特定する。
【０１５９】
環状照明光Ｌ２の照射領域は、広がりｄを有している。そのため、あるタイミングで、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２の反射光を同時に撮像したとすると、その後、環状レーザ光Ｌ１が距離ｄだけ管軸方向Ｙに進む間は、環状照明光Ｌ２の反射光を撮像しても撮像しなくてもよい。なぜなら、環状レーザ光Ｌ１が距離ｄだけ管軸方向Ｙに進む間の環状照明光Ｌ２の反射光は、環状レーザ光Ｌ１と同時に撮像した環状照明光Ｌ２の反射光を利用可能だからである。
【０１６０】
そこで、本実施形態に係る管状体撮像装置７５では、環状レーザ光Ｌ１の反射光を撮像する毎に、環状照明光Ｌ２の反射光を毎回撮像するようにしてもよいし、環状レーザ光Ｌ１の反射光をｄライン分撮像する間（環状レーザ光Ｌ１の照射部分が管軸方向Ｙにｄだけ進む間）に、環状照明光Ｌ２の反射光を１回撮像するようにしてもよい。後者のような構成とすることによって、リソースをより効果的に使用することが可能となるため、処理のより一層の高速化を図ることが可能となる。
【０１６１】
本実施形態に係る管状体撮像装置７５では、図３３に示すように、管状体１の内表面１ａでの環状照明光Ｌ２の照射領域内に、環状レーザ光Ｌ１の照射位置が含まれる、管内表面画像Ｉ３５が取得できるように、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４の位置が調整されている。本実施形態でも、上述した第４の実施形態と同様に、照明光照射部６４は、図３２に示すように、環状照明光Ｌ２が内表面１ａに対して入射角φ２（φ２＜９０度）で入射するように配設されており、撮像部２１は、環状照明光Ｌ２の正反射光が結像するように配設されている。この際、環状照明光Ｌ２の照射領域はｄとなり、この照射領域ｄ内に環状レーザ光Ｌ１も照射される。
【０１６２】
ここで、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４は、管状体１の内表面１ａでの環状照明光Ｌ２の照射領域ｄの内部に環状レーザ光Ｌ１の照射位置が含まれることから、環状レーザ光Ｌ１と環状照明光Ｌ２とを、撮像部２１によって区別して撮像する必要がある。そのため、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２は、撮像部２１において、それぞれの反射光強度を別々に特定可能なように、例えば、波長、照射タイミング、又は、偏光が互いに異なるものとすることが必要である。
【０１６３】
環状レーザ光Ｌ１と環状照明光Ｌ２との波長が異なる場合には、透過帯域の異なるカラーフィルタにより、環状レーザ光Ｌ１の強度と環状照明光Ｌ２の強度とを、別々に測定可能である。また、環状レーザ光Ｌ１と環状照明光Ｌ２との照射タイミングが異なる場合には、環状レーザ光Ｌ１と環状照明光Ｌ２とが管状体１の内表面１ａを照射するタイミングが時分割される。すなわち、環状レーザ光Ｌ１が内表面１ａに照射されている際には、他の環状照明光Ｌ２は内表面１ａに照射されないこととなる。そこで、環状レーザ光Ｌ１の照射されるタイミングに撮影した画像と環状照明光Ｌ２の照射されるタイミングに撮影した画像とを別々に扱うことで、環状レーザ光Ｌ１の強度と環状照明光Ｌ２の強度とを別々に測定できる。
【０１６４】
また、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２の偏光が互いに異なるようにするためには、各光源の光軸上に、偏光方向の互いに直交する偏光子を配設すればよい。撮像部２１にも互いに直交する検光子を配置することで、環状レーザ光Ｌ１の強度と環状照明光Ｌ２の強度とを別々に測定できる。
【０１６５】
ここで、図３４Ａは、所定の管内径Ｄ１を有する管状体１に対し、管状体撮像装置７５における撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離と、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離と、レーザ光照射部２２と照明光照射部６４との間の距離と、がそれぞれ最適な距離に設定された状態を示す。すなわち、撮像部２１の撮像中心軸Ｚ２と、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４の中心軸Ｚ３とが、管状体１の管中心軸Ｚ１に略一致した状態となっている。さらに、距離調整装置２５は、撮像部２１、レーザ光照射部２２、及び照明光照射部６４を、管軸方向Ｙに沿って個別に移動させ、撮像部２１、レーザ光照射部２２、及び照明光照射部６４間の各距離をそれぞれ最適な距離に設定している。これにより、撮像部２１の撮像範囲内には、環状レーザ光Ｌ１全体及び環状照明光Ｌ２全体が収まる。
【０１６６】
撮像部２１では、図３３に示すように、環状レーザ光Ｌ１全体及び環状照明光Ｌ２全体が収まり、かつ環状照明光Ｌ２の表示領域内に、環状照明光Ｌ２と区別可能な環状レーザ光Ｌ１が表示された管内表面画像Ｉ３５を取得できる。これにより、演算処理装置４（図１）は、管内表面画像Ｉ３５に対し所定の画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断する。
【０１６７】
しかしながら、図３４Ｂに示すように、図３４Ａに示した管内径Ｄ１よりも大きい管内径Ｄの管状体１に対しては、撮像部２１、レーザ光照射部２２、及び照明光照射部６４間の互いの距離を、図３４Ａの管状体１に対して設定した距離のままとすると、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２を収めることができない。すなわち、撮像部２１では、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２が写っていない管内表面画像を得ることになる。この場合、演算処理装置４は、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２が管内表面画像内に写っていないことから、当該管内表面画像に所定の画像処理を行うことができず、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断し得ない。
【０１６８】
管状体撮像装置７５は、管状体１の管内径Ｄ、Ｄ１の変化に追従して、例えば撮像部２１が固定された保持基板２７ａや、レーザ光照射部２２が固定された保持基板２２ｃ、照明光照射部６４が固定された保持基板２７ｂを、連結部材２６の長手方向に沿って管軸方向Ｙに移動させることで、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２が最適な位置に収まった管内表面画像Ｉ３５を取得できる。この際、距離調整装置２５における、連結部材２６に沿った保持基板２７ａ、２７ｂ、２２ｃの移動は、手動による移動でもよく、またモータ等の駆動部を利用した移動であってもよい。
【０１６９】
＜撮像範囲調整装置の構成＞
本実施形態に係る管内表面検査装置でも、上述した第１〜第３の実施形態に示した、いずれかの撮像範囲調整装置６、４３、５４を備えており、これら撮像範囲調整装置６、４３、５４のいずれかによって、撮像部２１、レーザ光照射部２２、及び照明光照射部６４間の各距離についてそれぞれ最適な距離を特定する。本実施形態に係る管内表面検査装置は、上述した第１〜第３の実施形態とは、環状レーザ光Ｌ１だけでなく、環状照明光Ｌ２についても調整可能な点で相違しているものの、撮像範囲調整装置６、４３、５４の基本的な構成は同じであり、また、撮像部２１、レーザ光照射部２２、及び照明光照射部６４間の距離について最適な距離を特定するための方法は同じであるため、ここではその説明は省略する。
【０１７０】
一例としては、本実施形態に係る管内表面検査装置では、例えば第１の実施形態における撮像範囲調整装置６と、第４の実施形態における撮像範囲調整装置６０とを設けるようにすればよい。これにより、本実施形態に係る管内表面検査装置では、管内表面画像内の目標位置と、一致度合い（％）とを基に、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間や、撮像部２１と照明光照射部６４との間を最適な距離に設定させることができる。
【０１７１】
＜演算処理装置における画像処理部の構成について＞
本実施形態に係る演算処理装置は、図１に示した第１の実施形態に係る演算処理装置４とは主に画像処理部の構成が異なっており、その他の撮像制御部１１や、表示制御部１３、記憶部１４については、第１の実施形態に係る演算処理装置４と同様の構成を有する。そこで、ここでは、画像処理部に着目して以下説明し、その他の撮像制御部１１、表示制御部１３及び記憶部１４についての説明は省略する。
【０１７２】
図３５に示すように、画像処理部８５は、環状光センター算出部８６、座標変換部８７、縞画像フレーム生成部８８、光切断線処理部８９、深さ画像算出部９０、輝度画像算出部９１、正反射画像算出部９２及び検出処理部９３を有している。ここで、画像処理部８５の構成と、画像処理部８５で行われる画像処理は、特開２０１７−５３７９０号公報に開示された公知の内容である。また、画像処理部８５は、上述した第１の実施形態の画像処理部１２と、上述した第４の実施形態の画像処理部６８とを組み合わせたものである。よって、ここでは、参考のため、概略のみ以下簡単に説明する。
【０１７３】
なお、本実施形態でも、連結部材２６によって環状レーザ光Ｌ１、環状照明光Ｌ２、及び撮像視野が遮蔽される領域（遮蔽領域）がある場合には、特開２０１７−５３７９０号公報に示すような、遮蔽領域を補完する補完処理を実行することになるが、ここでは、管内表面画像内に遮蔽領域が存在せず、補完処理が不要な場合について簡単に説明する。
【０１７４】
環状光センター算出部８６は、Ａ／Ｄ変換された管内表面画像を記憶部１４（図１）から読み出し、例えば管内表面画像内における環状レーザ光Ｌ１の環の重心位置と環の半径とをそれぞれ算出し、その算出結果を座標変換部８７に出力する。座標変換部８７は、算出された重心位置や半径等を利用して、管内表面画像を座標変換する。座標変換部８７は、環状レーザ光Ｌ１の照射部分を管状体１の管周方向Ｘに展開した線分として表した光切断画像を生成するとともに、環状照明光Ｌ２の照射領域を管状体１の管周方向Ｘに展開した正反射展開画像を生成する。
【０１７５】
縞画像フレーム生成部８８は、管状体１の管軸方向Ｙに沿って格納された光切断画像を順に取得してゆき、各光切断画像を管状体１の管軸方向Ｙに沿って順に配列して縞画像フレームを生成する。光切断線処理部８９は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）を含む光切断線特徴量を算出する。
【０１７６】
深さ画像算出部９０は、光切断線処理部８９が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、管状体１の内表面１ａの凹凸状態を表す深さ画像を算出する。輝度画像算出部９１は、光切断線処理部８９が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、管状体１の内表面１ａにおける環状レーザ光Ｌ１の輝度の分布を表す輝度画像を算出する。一方、正反射画像算出部９２は、座標変換部８７で生成された正反射展開画像を管状体１の管軸方向Ｙに沿って順に配列して、正反射画像を生成する。
【０１７７】
検出処理部９３は、深さ画像算出部９０により算出された深さ画像と、輝度画像算出部９１により算出された輝度画像とに基づいて、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥を検出する。また、検出処理部９３は、正反射画像を利用して、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する。以上のような流れにより、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥が検出されることとなる。
【０１７８】
＜作用及び効果＞
以上の構成において、本実施形態に係る管状体内表面検査装置でも、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４が管状体１の管軸方向Ｙに沿って移動しながら、管状体１の内表面１ａの全周方向に対して環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２を照射する（光照射ステップ）。管状体内表面検査装置では、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４とともに撮像部２１が管軸方向Ｙに沿って移動しながら、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４によって内表面１ａに生じた環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２を撮像し、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２が撮像された管内表面画像を生成する（撮像ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置では、演算処理装置４によって、管内表面画像に対して画像処理を行い、管状体１の内表面１ａに欠陥が存在するか否かを判断できる（演算処理ステップ）。
【０１７９】
これに加えて、本発明の管状体内表面検査装置では、撮像部２１により内表面１ａを撮像するに先立って、撮像部２１の撮像範囲内に環状レーザ光Ｌ１全体及び環状照明光Ｌ２全体が収まるように、距離調整装置２５によって、少なくとも撮像部２１、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４のいずれか一方を管軸方向Ｙに沿って移動する。このようにして本発明の管状体内表面検査装置では、撮像部２１とレーザ光照射部２２との間の距離、撮像部２１と照明光照射部６４との間の距離、をそれぞれ設定する（設定ステップ）。これにより、管状体内表面検査装置では、管状体１の管内径Ｄに変化が生じた場合でも、管状体１の管内径Ｄの変化に追従して、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２の両方を確実に撮像することができ、従来と同様に、管状体１の内表面１ａにおける欠陥の有無を検査することができる。
【０１８０】
なお、上述した第５の実施形態では、管状体１の内表面１ａにおいて環状照明光Ｌ２の照射領域ｄ内に環状レーザ光Ｌ１の照射位置が含まれるように、レーザ光照射部２２と照明光照射部６４の位置を距離調整装置２５により調整するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、図３６に示すように、管状体１の内表面１ａでの環状レーザ光Ｌ１の照射位置と、管状体１の内表面１ａでの環状照明光Ｌ２の照射領域と、が管状体１の管軸方向Ｙにおいて異なる位置としてもよい。この場合、管状体撮像装置７５は、距離調整装置２５によって、図３６に示すように、レーザ光照射部２２及び照明光照射部６４の位置が調整される。
【０１８１】
照明光照射部６４は、環状照明光Ｌ２の内表面１ａに対する入射角φ２が、環状レーザ光Ｌ１の反射角φ１よりも大きくなる（すなわち、φ２＞φ１が成立する）ように配設される。環状レーザ光Ｌ１の照射部分と、環状照明光Ｌ２の照射領域とは、これらの照射領域が撮像部２１の撮像範囲内（同一視野内）に位置する範囲で、なるべく離隔していることが好ましい。環状レーザ光Ｌ１の照射部分を、環状照明光Ｌ２の照射領域から離隔させることで、環状照明光Ｌ２が背景光になり生じる環状レーザ光Ｌ１のＳ／Ｎの低下を、抑制することが可能となる。
【０１８２】
撮像部２１は、図３７に示すように、環状レーザ光Ｌ１の照射部分と、環状照明光Ｌ２の照射領域と、が分離した管内表面画像Ｉ３６を取得する。この場合、環状レーザ光Ｌ１の照射位置と、環状照明光Ｌ２の照射領域と、が撮像部２１の撮像範囲内で異なるように設定されているために、両者の反射光の撮像結果を容易に区別することができる。従って、環状レーザ光Ｌ１及び環状照明光Ｌ２の各波長は特に限定されるものではなく、環状レーザ光Ｌ１の波長と環状照明光Ｌ２の波長とが等しくてもよい。
【０１８３】
図３７に示す管内表面画像Ｉ３６であっても、特開２０１７−５３７９０号公報に開示された画像処理に従って、演算処理装置４により、深さ画像、輝度画像、及び正反射画像を生成でき、これらを利用して、管状体１の内表面１ａに存在する欠陥部位を検出し、欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定できる。なお、図３７に示す管内表面画像Ｉ３６を用いた画像処理については、特開２０１７−５３７９０号公報で開示されているため、ここではその説明は省略する。
【符号の説明】
【０１８４】
１  管状体
１ａ  内表面
２、４２、５２  管状体内表面検査装置
３、６３、７５  管状体撮像装置
４  演算処理装置
７  環状レーザ光認識部（環状光認識部）
７ａ  環状照明光認識部（環状光認識部）
８  レーザ光一致度判定部（一致度判定部）
８ａ  照明光一致度判定部（一致度判定部）
２１  撮像部
２２  レーザ光照射部（光照射部）
２５  距離調整装置
６４  照明光照射部（光照射部）
Ｌ１  環状レーザ光（環状光）
Ｌ２  環状照明光（環状光）
【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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【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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