(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管材の一方の開口端部側に配置する拡散光源と、
管材の他方の開口端部側に焦点可動型ズームレンズを介して配置するカメラを備え、
前記カメラの光軸と管材の中心軸を一致させるための光軸調整手段と、カメラに管材内面のみの情報を入力させるための遮光手段とを有し、
前記遮光手段は管材の焦点可動型ズームレンズ側の外周部を相互に挟み遮光できる遮光材と、当該遮光材と前記焦点可動型ズームレンズとの間の周囲を遮光する遮光ケースとからなることを特徴とする管材の内面検査装置。
【請求項２】
前記カメラと焦点可動型ズームレンズとの間に接写リングを配置したことを特徴とする請求項１記載の管材の内面検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の管材の内面検査装置を用いて、
焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面を撮影することで得られた複数の撮影画像を全焦点画像に統合した後に画像処理により管材の内面を検査することを特徴とする管材の内面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管材の内面検査に用いる検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体・液晶製造で大量に使用される高純度ガスの配管には、鋼管の内面傷が製造歩留りに大きく影響するため、鋼管内面を鏡面加工した高品質クリーン鋼管が多用されている。
この高品質クリーン鋼管は長さが４ｍと長く、径は小さいものでは４．３５ｍｍと非常に細い。
そのため、内面傷等の検査は、鋼管の形状が細長く扱いにくいことに加え、内面傷が数十ミクロンと微細なことから熟練工による目視検査に頼らざるを得ない。
しかし目視検査は、検査能率が低いことに加え人間の官能検査に頼るため、その判断基準が曖昧でデータ集積も不可能である。
そのため検査工程の改善がコストダウンや増産に対応する上で、最大の課題となっている。
【０００３】
鋼管の非破壊自動検査として、渦電流検査、超音波探傷検査が周知である。
しかし、渦電流検査や超音波検査方式はいずれも、鋼管の内面傷を直接検査するものでないため、検出感度が約０．５ｍｍレベルと著しく低く、クリーン鋼管内面傷の検査には不適当である。
また、管材の内面検査自動方法として、管材内面に検査装置を挿入する方法が周知である。
例えば、「特開平６−１３０００１」、「特開平６−５０７１９」の内面を走行する駆動車を用いた方法、「特開平６−６６７２９」の鋼管内にカプセルを挿入する方法、「特開平５−３３２９９５」のファイバーケーブルを用いる方法などである。
しかし、クリーン鋼管のような細径かつ長尺の管材では、これら手法を適用することはできない。
つまり、駆動車やカプセルを用いる手法は、検査対象が細すぎ駆動車やカプセルを入れることができず、ファイバーケーブルを用いる手法は挿入に時間がかかり検査時間のコストが高くなる。
また、検査装置を挿入する場合、管材内面を傷つけ品質を低下させる原因にもつながる。
【０００４】
上記の課題を解決した発明として、前に特開２０１１−６９６１６を出願した。
同公報に開示する技術は、管材の一方にカメラと可動焦点型ズームレンズを管材に対し微少な角度で交差するよう取り付け、その反対側に拡散光源を設置した装置であって、管材正面から管材内面をズームしピントを変えながら撮影して画像取得すると共に、その画像を統合した統合画像Ａを作成し、さらに管材を微少回転させ撮影し同様にして統合画像Ｂを作成しＡ、Ｂの画像を画像解析して検査するものである。
本発明は、管材を微小な角度で交差させて撮影したり、管材を微少回転することが不要な検査装置に改良したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３３２９９５号公報
【特許文献２】特開平６−５０７１９号公報
【特許文献３】特開平６−６６７２９号公報
【特許文献４】特開平６−１３０００１号公報
【特許文献５】特開平２０１１−６９６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、簡単な構造で精度の高い画像処理ができる低コストの管材の内面検査装置及びそれを用いた検査方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る管材の内面検査装置は、管材の一方の開口端部側に配置する拡散光源と、管材の他方の開口端部側に焦点可動型ズームレンズを介して配置するカメラを備え、前記カメラの光軸と管材の中心軸を一致させるための光軸調整手段と、カメラに管材内面のみの情報を入力させるための遮光手段とを有し、前記遮光手段は管材の焦点可動型ズームレンズ側の外周部を相互に挟み遮光できる遮光材と、当該遮光材と前記焦点可動型ズームレンズとの間の周囲を遮光する遮光ケースとからなることを特徴とする。
ここで、カメラと焦点可動型ズームレンズとの間に接写リングを配置するのが好ましい。
本発明に係る検査方法は、請求項１又は２に記載の管材の内面検査装置を用いて、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しながら管材の内面を撮影することで得られた複数の撮影画像を全焦点画像に統合した後に画像処理により管材の内面を検査することができる。
【０００８】
本発明においては、撮影は管材の真正面から行い、反対側には拡散光源を配置し管材内面を照らすようにしてある。
また、管材を載せる検査台やカメラを固定するカメラ台は、カメラ光軸と管材の中心軸を一致させるため、光軸や管材の中心軸を微調整できる機能を有している。
遮光手段を取り付けることにより、確実に管材内面の中心軸を正しく捕らえ、正しい合焦点画像が確実に生成できる。
例えば、管端付近で少なくとも一か所、管材に負荷を与えない伸縮性と遮光性を併せ持った遮光性が高いスポンジなどの素材で管材を挟み、管材全体を遮光性の高いもので覆うようにして、拡散光源や外光を遮光し、カメラに管材内面の情報のみを入るような遮光機構とする。
このとき遮光スポンジで挟む箇所は、複数であってもかまわない。管材を挟む遮光素材として、遮光性に加え管材に負荷を与え管材が曲がらない素材を選ぶ。
カメラとズームレンズの間に接写リングを取り付けることにより、近接撮影ができるようにして画像全体に対する管材内面の割合を増やし、管材内面の解像度を増やすことができる。
【０００９】
ここで接写リングとは、カメラとレンズの間に装着する円筒状の撮影機材で、レンズ等の光学系を有しておらず、単に撮影素子とレンズ主点の距離を広げることにより、近接撮影を可能にするものである。
接写リングを使うと通常よりピントが手前になるため、近接撮影が行え対象物を大きく撮影することができる。
例えば、図３のようにＡ点にピントが合っている状態で、手前のＢ点を撮影しようとするとピントがボケるが、接写リングによりＢ点の集光位置に合うように画素素子の位置を後ろへずらすことで、Ｂ点にピントを合わせることができる。このようにして本来の位置よりも手前でピントが合うようになり、近接撮影が行え、解像度を増すことを可能にする。
接写リング以外にも近接撮影を可能とする機材やカメラには、マクロ専用レンズや既存のレンズに取り付けるクローズアップレンズ、マクロ機能付きズームレンズなどがあるが、近接のみの撮影に限定されたり、近接と望遠の間が撮影できないなどの問題があり、本発明のように近接から望遠までを１つのレンズで連続的に焦点を合わせることは非常に難しい。
【００１０】
本発明の装置におけるカメラは、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなど、パソコンに転送可能であれば何でもよい。
なお、ズームレンズは、接写リングを介した状態で、管材全長に渡ってピントを合わせられなくとも良いが、その場合、管端から管材中央までを２回に分けて検査するのがよい。
そのため、少なくとも管材中央までピントを合わせられるズームレンズを使用するのが好ましい。
また、ズームレンズを用いず、カメラを複数台使用して全領域分撮影し、後に統合画像を撮影してもよい。
なお拡散光源には、白色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ等のＬＥＤや白色蛍光灯等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により以下のことが可能となり、初めて細径長尺の鋼管に関する目視検査の自動化が可能になり、低コストかつ客観的な自動検査が可能となる。
（１）カメラ光軸と管材中心を一致させることにより、撮影時に情報の偏りがなくなり、各角度均一に情報を取得できるようになる。
（２）従来の回転機構を取り除いたことにより画像取得機構の簡素化と高速化が可能になる。
（３）ズームレンズに接写リングを取り付けることにより、近接撮影が行えるようになり、管材内面を大きく写せ、解像度を大幅に上げることができ、近接側０ｍｍ、望遠側は少なくとも５０００ｍｍまで、高い解像度を維持したまま幅広い範囲を１つのレンズで連続的に焦点を合わせることが可能になる。
（４）遮光手段を設けたことにより、外光（環境）に影響されることなく管材内面のみの画像情報が安定して画像を取得できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る検査装置の構成例を示す。
【図２】光軸調整の模式図を示す。
【図３】接写リングの特徴を示す。
【図４】遮光手段の構成例を示し、（ａ）は、カバー部材１７ｂを取り外した状態の平面図を示し、（ｂ）は側面図を示す。
【図５】（ａ）は斜視図、（ｂ）は遮光部の分解図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は下部遮光材、（ｅ）は上部遮光部材の例を示す。
【図６】検査システムの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る内面検査装置の全体図を図１に示すように、内面検査装置は、管材Ｗを載せる検査台１８、管材を撮影するためのカメラ１３とズームレンズ１１、高精度に撮影するための接写リング１２、管材内面を照射する拡散光源１４、管材内面のみカメラに写すようにする遮光手段１７、それらを制御するコンピュータ（画像処理手段）１５と結果等を表示するモニタ１６で構成される。
特に管材とカメラの位置は重要で、管材、カメラ、拡散光源はそれぞれ平行になるように配置し図２に示すように、管材中心とカメラ光軸を一致させる必要がある。
図示を省略したが、光軸調整手段を備える。
光軸調整手段は、カメラ側，検査台側の一方又は両方に設けることができる。
また、カメラとレンズの間には、接写リング１２を取り付け近接撮影により管材内面を明瞭に撮影できるようにする。
この遮光手段は、複数設けてもかまわない。
管材内面のみをカメラに写すため遮光機構を設ける手段は、管材の周りおよびカメラや拡散光源の周りを遮光性と伸縮性両方に富んだ遮光素材で囲むのが好ましい。
外光が画像に入らないようにレンズ側の管端を逆Ｕの字型の遮光ガイドの凹部に形成し、この部分に管材を挿入し、この凹部の開口部を他の遮光部材で塞ぐように管材を挟持する例が挙げられる。
また、図４（ｂ）に示すように遮光部材１７から拡散光源１４までをカバー部材１７ｂで覆ってもよい。
【００１４】
検査方法として図６に示した例は、まず管材ＷのＡ端側がズームレンズ側に位置するように第１検査台に載せ、拡散光源１４により管材内面を照射する。
次にズームレンズのズーム値と拡散光源の強度を変更しながら複数枚画像を撮影し、管材の中央部までズームする。
次に画像処理で全焦点画像を生成する。撮影した画像群の中から各々ピントが合っている部分を取り出し、管端から管材半分に至るまでの全てにピントが合った全焦点画像を生成する。
全焦点画像に対し不良判別を行う。
全焦点画像に傷等があればそれを抽出し不良か否か判断する。
以上のことを管材Ｗを第２検査台に移し、反対側（Ｂ端）からも同様に行えば全域に対し検査が行える。
【実施例１】
【００１５】
クリーン鋼管内面傷自動検査の実施例を図６に沿って具体的に説明する。
管材Ｗは、長さ４．０〜４．１ｍ、外径６．３５〜１２．７ｍｍ、肉厚は、１．００ｍｍ〜１．２４ｍｍのクリーン鋼管で材質は、ステンレス、内面の特殊加工は電解研磨による鏡面仕上げ（ＥＰグレード）か光輝焼鈍による表面仕上げ（ＢＡグレード）がされている。
なお、外径や肉厚、長さに関しては、検査対象の管材に合わせた光学系（拡散光源やカメラ、レンズなど）と搬送装置を用意すれば、外径５．００〜４５０．０ｍｍ、肉厚１．００〜１２．７ｍｍ、長さ３．５〜４．５ｍまで対応することができる。
本実施例では、鋼管を保持しておくストッカーとして、未検査鋼管用の供給ストッカーＳ、良品鋼管用の良品ストッカーＳ１、不良鋼管用の不良ストッカーを備えＳ２、良品ストッカーと不良ストッカーは設置高さを異なるようにしてある。
本実施例の自動検査装置に使用した機材は次の通りである。
ズームレンズは、焦点距離８〜１３６ｍｍ、最大口径比１：１．６、ズーム比１７倍、包括角度４３．６°×３３．４°から２．７°×２．２°、絞りＦ１．６〜Ｃｌｏｓｅのものを用いた。
また、接写リングは、厚さ１．５ｍｍ、カメラはＣＭＯＳカメラで、最大解像度６４８×４８８〜２５９２×１９４４、ピクセルサイズ２．２μｍ×２．２μｍ〜７．４μｍ×７．４μｍのものを用いた。
また、拡散光源には白色ＬＥＤ面光源を使用し、遮光手段として鋼管を挟む遮光素材には黒色のスポンジを用いた。
遮光素材には、図５に示すように外径６．３５ｍｍに合わせ切り込み１１７ａを入れた上部遮光材１１７と下側から上記切り込みを塞ぐように下部遮光材２１７を配置してある。
遮光材１１７及び２１７で管材Ｗを包み込み、この遮光材とズームレンズとの間の周囲を遮光ケース１７ａで外光を遮光する。
なお、検査する管材は、ステンレス鋼管以外でもよく、鋼管、塩ビ、プラスチック、樹脂、ゴムなど円筒形であれば何でもよい。
検査台は、一方の管端（Ａ端）から検査する第１検査台ともう一方の管端（Ｂ端）から検査する第２検査台を備える。
第１検査台は、Ａ端側にカメラレンズユニット、Ｂ端側に白色ＬＥＤ、その間に遮光機構を備え、鋼管、カメラ、白色ＬＥＤがそれぞれ平行になるように設置する。
第２検査台は第１検査台と逆の配置にする。
搬送装置はコンピュータと連携して空気圧によって制御し搬送動作を行う。それに連動してカメラ、ズームレンズ、拡散光源もコンピュータから同時に制御している。
搬送装置の開始ボタンが押されると、供給ストッカーから第１検査台へと鋼管をカメラと水平になるように搬送する。
搬送完了後、搬送装置は、コンピュータへＡ端検査開始の指令を送信する。
コンピュータがＡ端検査開始の指令を受信すると、Ａ端側を検査する。
Ａ端側の検査が終わればその指令を搬送装置へと伝える。
次に搬送装置は、第１検査台の鋼管を第２検査台へ搬送すると同時に供給ストッカーＳの鋼管を第１検査台へ搬送する。
搬送が完了すれば、搬送装置はコンピュータへ、Ａ端検査開始とＢ端検査開始の指令を送信し、コンピュータはこれを受けて両端の検査を開始する。
両端の検査が終われば、コンピュータは検査終了の指令を、搬送装置へと伝え、搬送装置は供給ストッカーの鋼管を第１検査台へ、第１検査台の鋼管を第２検査台へ、第２の検査台は両端共に良品ならば良品ストッカーＳ１へそれ以外は不良ストッカーＳ２へそれぞれ同時並行して搬送する。
鋼管内面の検査は、ズームレンズのズーム値と白色ＬＥＤの強度を、鮮明な画像を取得できる最適状態に合わせながら複数枚の内面撮影を行い、撮影された複数枚の内面画像から１枚目の全焦点画像を生成する。全焦点画像に対し背景差分法などの画像処理を行い、良否を判別する。
これら一連の動作を、供給ストッカーの鋼管が無くなるまで行い、鋼管の自動検査を完了する。
【符号の説明】
【００１６】
１１      ズームレンズ
１２      接写リング
１３      カメラ
１４      拡散光源
１５      画像処理手段
１７      遮光手段
１８      検査台
Ｗ        管材
【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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