(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂成形体の被検査部を透過した放射線で得られる元透過画像から画像情報を求め、画像処理して樹脂成形体に包含される空洞を検査する樹脂成形体の空洞検査方法において、元透過画像内で設定した検査領域について、検査領域内の明暗情報を平滑化し、樹脂成形体の元透過画像から空洞の位置と明暗濃度のデータを求め、空洞が円状になるように元透過画像の位置データを変換し、濃度データをもとに集中度フィルターで濃度勾配ベクトルを求め、勾配ベクトル方向の集中度合いに応じて濃度データを増幅し、空洞部と周辺部の濃度差を強調し、上記変換と逆変換することにより濃度差が強調された変換後の透過画像を当該濃度差を維持したままで元透過画像のサイズに復元し、被検査体特有で予め既知のノイズ成分から生ずる明暗を除去し、残った明暗部に対し所定の特徴量を算出して予め決めた特徴量判定基準値と照らし合わせて空洞を判別することを特徴とする樹脂成形体の空洞検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂成形体の内部に存する空洞を検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、例えばポリエチレンなどの合成樹脂は、スラリー状素材を射出成形等で金型に充填して成形されるが、素材が金型に充填される過程で、金型外に押し出されなかった空気が樹脂に混合したり、空気として残るのではなく真空部が発生したりして空洞が残ることがある。大きな空洞は製品強度の低下につながるため、空洞検査が行われ、一般にはＵＴ検査や、Ｘ線を透過させ透過画像から空洞を目視確認する方法がとられている。
樹脂製の真直な円筒体に介在する空洞を、Ｘ線透過で検査する例を図１３に示す。Ｘ線照射装置２から円筒体１に向けＸ線を照射し、透過したＸ線を画像発生装置３で受光し透過画像を得る。透過画像は、Ｘ線が円筒体１を透過する長さに応じた明暗濃度差を有し、長く円筒体１を透過するＸ線４による画像を暗部で表すと、短く円筒体１を透過するＸ線５による画像は明部として表れ、その中間部分はＸ線が透過する長さに応じた中間調として表れる。Ｘ線透過部に空洞があれば、透過長さは本来の長さより空洞長さ分短くなり、本来の画像より明るくなることになる。この変化を透過画像内で捉えて空洞を検査するものである（従来例１）。
【０００３】
また、従来例１を改良した技術として特開平６−２７３３５６号公報が開示されている（従来例２）。これは、従来例１における透過画像は、円筒体１の形状からくる明暗があり、この中から空洞が引起す明暗変化を見出すのは難しいとして、明暗のない透過画像を得るようにしたものである。図１４に示すように、円筒体１の外周部６に、円筒体直径と同一寸法の幅を有し同一材料で形成された治具７を密接させてＸ線を透過させるものである。即ち、Ｘ線が透過する樹脂体を、円筒体１と治具７とで構成して円筒体１の部位に係わらない同じ長さとすることで、Ｘ線４もＸ線５も同じ樹脂透過長さとなるようにし、明暗のない画像を得て、空洞による明暗変化を見出し易くする、としたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来例１においては、円筒体１を透過した透過画像は、暗部から明部まで幅広く明暗部が形成されているため、空洞による明暗変化は見出し難く、熟練者でなければ小さな空洞は検出できないという問題がある。また、従来例２の場合、治具７と円筒体外周部６との当接部に隙間が生じた場合、これを空洞と誤認識するという問題がある。このため、円筒体１の形状精度が極めて高い場合には適用できるが、樹脂成形品のように、大きさ、材質或いは成形方法などによってはばらつきが生じる恐れのあるものに適用することは難しい。また、円筒体１の形状に合わせた治具７を用意しなければならない上、検査の都度、治具７の装脱着を行う必要があり、能率的にも問題である。
従って、本発明は、樹脂成形品に内在する空洞を信頼性高く、能率的に判別できるような検査方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、樹脂成形体の被検査部を透過した放射線で得られる元透過画像から画像情報を求め、画像処理して樹脂成形体に包含される空洞を検査する樹脂成形体の空洞検査方法において、元透過画像内で設定した検査領域について、検査領域内の明暗情報を平滑化し、樹脂成形体の元透過画像から空洞の位置と明暗濃度のデータを求め、空洞が円状になるように元透過画像の位置データを変換し、濃度データをもとに集中度フィルターで濃度勾配ベクトルを求め、勾配ベクトル方向の集中度合いに応じて濃度データを増幅し、空洞部と周辺部の濃度差を強調し、上記変換と逆変換することにより濃度差が強調された変換後の透過画像を当該濃度差を維持したままで元透過画像のサイズに復元し、被検査体特有で予め既知のノイズ成分から生ずる明暗を除去し、残った明暗部に対し所定の特徴量を算出して予め決めた特徴量判定基準値と照らし合わせて空洞を判別することを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、被検査体としてポリエチレン製電気融着式管継手（以下、ＥＦ継手と称す）を例に説明する。
ＥＦ継手は、主にガス配管に用いられるポリエチレン製配管パイプを接続するための継手で、配管パイプを装入した後、内部に配設した電熱線に通電し、ポリエチレンを加熱溶融して融着するものであり、射出成形で製造される。ＥＦ継手にはソケット、エルボ、ティーなど種々の品種がありその外観形状は異なるが筒体であり、以下、従来例で引用した円筒体と類似形状をしたソケットを例に説明する。
【０００７】
本例における検査装置は、前記従来例１で説明したものとほぼ同様な構成であり、基本的に同一部分は同一符号を用いて説明する。図２において、ＥＦ継手１は、Ｘ線投射装置２から照射されるＸ線に対し軸方向を直交するようにセットされ、画像発生装置３でＸ線を受光しＥＦ継手の透過画像を得る。画像発生装置３は画像処理装置（図示せず）と接続され、各受光素子（画素）からの明暗濃度信号をもとに空洞判別処理を行う。以下、空洞判別処理手順の一例を図１に示すフローに従って説明する。
【０００８】
１）手順▲１▼
透過画面におけるＥＦ継手１の図心位置ｐと傾きαを計測し、所定角度以上傾いている場合回転修正する工程である。
検査されるＥＦ継手１の位置や姿勢が個々にばらついていると、得られた透過画像の位置や姿勢も画面内でばらつき、検査精度が低下したり、画像処理における演算が面倒となる。図３はＥＦ継手１の透過画像を図示した一例で、画面に設定したＸ−Ｙ座標系のＹ軸方向に対し軸心が傾いている場合である。透過画像の傾き算出は、例えば予めＹ軸方向に軸心を合わせて登録したＥＦ継手パターンをもとにパターンマッチングで画像検索し、図心位置ｐとＥＦ継手パターンとの相対傾きαを算出することにより行うとよい。傾きαが所定値以上である場合、透過画像を図心位置ｐを中心にして、傾きα分だけ例えばアフィン変換処理で回転修正する。回転修正後の透過画像の例を図４に示す。なお、パターンマッチング処理並びにアフィン変換処理は、公知であるのでこれらの処理内容については説明を省略する。本手順は、検査時のＥＦ継手１を、傾きばらつきが所定値以下になるようにセットできる場合は省略することができる。
【０００９】
２）手順▲２▼
透過画像における検査領域を算出する工程である。
樹脂成形品に発生する空洞の位置や形状は、成形方法に応じてほぼ決まってくる。本例におけるＥＦ継手１においては、図５に示すように、検査領域は検査方向に投影される左右２つの領域Ｗ１とＷ２とする。検査領域Ｗ１、Ｗ２の、画面上の座標位置又は撮像素子上の画素位置は、図４の透過画像における図心位置ｐと、予め決まっているＥＦ継手１の幅Ｗと長さＬ寸法、及び予め決めた領域幅ΔＷｘ、ΔＷｙを基に算出することができる。
【００１０】
３）手順▲３▼
画像信号のノイズを軽減する平滑化処理を行う工程である。
一般的にＸ線透過画像には、Ｘ線発生時に生ずるホワイトノイズや、透過される材料の微妙な不均一な密度差に起因する微小なパルス状ノイズが乗っている。そこで、これらノイズの影響を低減するために、注目画素を中心とした周辺の例えば３×３個の合計９個の画素に対する明暗濃度信号の平均を求めたり、または３×３画素の中から中央値を抽出して、それを新たな注目画素の明暗濃度信号とする平滑化処理を行う。検査領域内の全ての画素が注目画素であり、メモリー内の注目画素に対する明暗濃度信号を書き換えるとともに、画面に出力を行い画像を更新してもよい。
【００１１】
４）手順▲４▼
空洞の形状を円形状に近くするように透過画像を縮小する工程である。
これは、後述する集中度フィルターを用いた時に集中度を高めるようにするための前処理である。画像の縮小方向と縮小率は、縮小後の空洞形状が円状になる方向に、即ち縦横比率が１に近くなるようにすることが好ましく、予め検出すべき空洞の形態を観察し、それに合わせて決めるとよい。本例に用いたＥＦ継手１に生じる空洞は、合せ面の軸心方向に倣った楕円形状、即ち図２におけるＡ−Ａ方向に短軸を有し、軸心方向（図４のＹ軸方向）に長軸を有する形状となる場合が多く、その縦横比はほぼ２倍程度のものが多いことが経験的に知られている。従って、本例では、手順▲３▼で得た画像（図示せず）に対して、Ｙ軸方向に１／２の縮小処理を行うようにした。なお、必ずしも長軸方向に縮小処理をしなくても短軸方向に拡大処理をするようにしてもよく、この場合Ｘ軸方向に２倍に拡大する。また、空洞が数方向に延び、予めその方向がわかっている場合は、順次各方向に透過画像を縮小又は拡大し、空洞を円形状に近似させて検査するとよい。
【００１２】
縮小方法としては、例えば、周波数変換処理にて該画像の帯域幅を求め、その１／２の帯域幅となるようにローパスフィルタを施し、下記に示す数式１、２による線形幾何学変換で、縮小後画像（Ｘ、Ｙ）に対する元画像の位置（ｘ、ｙ）の濃度を求め、元画像がそのまま格納されたメモリーから（ｘ、ｙ）にある濃度を読み出して（Ｘ、Ｙ）に書き込むようにするとよい。
ｘ＝（（Ｘ−ｘ０）ｃｏｓθ−（Ｙ−ｙ０）ｓｉｎθ）／ａ＋ｘ０  …（１）
ｙ＝（（Ｙ−ｙ０）ｓｉｎθ−（Ｙ−ｙ０）ｃｏｓθ）／ｂ＋ｙ０  …（２）
上式は、ｘ方向にａ倍、ｙ方向にｂ倍の拡大または縮小を行ない、反時計回りにθ°回転するマッピング関数である。点（ｘ０、ｙ０）は回転中心であるが、本例では回転させないので、（ｘ０、ｙ０）＝（０、０）、θ＝０°、ａ＝１、ｂ＝１／２とする。このようにして縮小処理した画像例を図６に示す。
【００１３】
５）手順▲５▼
前記手順▲４▼で得た縮小画像データをもとに、集中度フィルターで空洞を強調処理する工程である。
金型合わせ面の、図６に示すＹ軸に沿った走査ライン９上に空洞８が存する場合（図６では見えない）の濃度分布測定例を図７に示す。濃度は、受光信号をデジタル化処理で２５６階調（ｄｅｇ）に分解して量子化して表しており、空洞８の濃度は約１１０ｄｅｇであるが、周辺濃度は約１０５ｄｅｇとわずかの差しかない。透過画像における明暗差では、空洞８はわずかに明るい程度で、一般の人が目視で検出することは難しい。しかし、空洞８における濃度分布は、周縁部から中央部に向かうに従い濃度値が高くなっており、その勾配は空洞８のほぼ中央方向に向いている。勾配ベクトルに着目して、勾配ベクトルの向きの分布を調べ、その方向が集中する度合を評価する手法に集中度フィルターがある。
【００１４】
本発明では集中度フィルターを利用し、以下のように集中度を係数で定量化し画像の強調に用いた。例えば、空洞８がない箇所では勾配ベクトルの方向はランダムであるため集中度係数は０とする。これに対して、上記手順▲４▼により空洞８が円状に圧縮された場合、勾配ベクトルの方向は１点に集中するので、集中度係数は１とする。空洞８が細長い等で勾配ベクトルの方向が複数箇所に分散する場合、分散程度に応じて集中度係数は０〜１間の値とする。従って、例えば集中度係数を明暗濃度に積算することで、空洞８を強調することができる。図８は強調処理後の前記走査ライン９上の濃度分布を示すものである。空洞８が強調されているとともに、ノイズに対するＳ／Ｎ比は５．０あり、判別処理が可能なことがわかる。この結果をもとに画像を再生すると、空洞が強調された画像を得ることができる。
【００１５】
なお一般に、画像処理における画像強調手法として、微分フィルター、コントラストフィルターが用いられている。比較例として、これらのフィルターを用いて評価した結果について説明する。
微分フィルターは、画像内で相対的に濃度変化の大きい場所を、エッジと称して画像の輪郭線などを抽出する上で多用されている。エッジの検出には、１次微分(Gradient：グラジエント)を用いる方法(グラジエントフィルター)と、２次微分(Laplacian：ラプラシアン)を用いる方法(ラプラシアンフィルター)がある。前記空洞８を２次微分フィルター強調(ラプラシアンフィルター)した時の濃度分布を図９に示す。空洞８は強調されているが、空洞ではないノイズに対するＳ／Ｎ比は約２．０と微弱であり、判別処理上問題がある。更に、空洞部が全体的に強調されず、濃度の変化が大きい部分のみが強調されて、分断箇所が発生し、空洞か否かを判別することが難しい。
【００１６】
コントラストフィルターは、周波数のフィルター処理であり、周波数領域を指定したフィルターと画像信号の間で２次元の畳み込み処理を行うものである。本例においては、空洞はなだらかな濃度変化をするとして、急峻な濃度変化箇所に生ずる高周波数成分を除去するため、低周波通過型フィルターで処理をした。その結果を図１０に示す。空洞８の強調はできず、Ｓ／Ｎ比も約１．７と微弱であり、適用することは難しい。
【００１７】
６）手順▲６▼
前記手順▲５▼で得た強調画像を、前記手順▲４▼と逆の手順で拡大し、元の透過画像と同じ画像サイズに復元する工程である。
本処理により、空洞の大きさは元の透過画像サイズにおけるものに戻り、かつ強調されているので、当初の透過画像時の状態に比して、はるかに空洞の存在を認識することは容易になる。なお、この工程は、コンピュータ等で完全な自動認識を行うだけであるならば省略可能な工程である。逆に、被検査体に空洞以外のノイズ成分がほとんどないか又は予めノイズ成分がわかっており、強調画像から目視で空洞を判定できるような場合、以下の手順▲７▼または▲８▼は省略することができる。
【００１８】
７）手順▲７▼
被検査体特有の構造や材質などからくる個々に有するノイズ成分であるバイアス成分を除去する工程である。手順▲６▼後の強調画像の例を図１１（ａ）に示すが、空洞８（わかり易くするため画像を処理して誇張している）の他に、ＥＦ継手１構造からくるノイズ、例えばＸ線透過量の差により濃度差が生じる内外周面部や電熱線の端部なども強調処理されて明部として表れていることがわかる。このため、検査領域内のＸ方向について、各濃度分布を平均した平均濃度分布を求め（図１１（ｂ））、検査領域内の各濃度分布をこの平均濃度分布で除算（または、減算）して画像化することにより、図１１（ｃ）に示すように大きなバイアス成分を除くことができる。この画像の検査領域内のＸ方向の平均濃度分布を図１１（ｄ）に示すが、ほぼ均一な濃度分布に改善できていることがわかる。
【００１９】
８）手順▲８▼
上記で処理した検査領域から、空洞を判別する工程である。
上記処理後であっても、ノイズ成分を完全に除去することができない場合が多く、空洞検出アルゴリズムで空洞を判別する。まず、検査領域中の画素に対し、所定の閾値濃度より大きな濃度となる画素を欠陥候補として抽出する。次に、前記抽出した欠陥候補の集合体個々に、面積、円形度、濃度などの特徴量を算出する。次いで、算出した特徴量を、予め設定した特徴量判定基準と比較し空洞欠陥であるか否かを判定する。これを全ての検査領域について行う。図１２に、空洞が生じるような条件でサンプル製造したＥＦ継手５０個に対して、本発明による検査を行った結果を示す。この中には、熟練検査員がＸ線透過画像を見て空洞と判定したものが１０箇所あった。多数の欠陥候補が抽出されたが、特徴量判定基準として集合体中の欠陥候補画素の濃度の総和（面積×濃度）が２０００以上で、かつ集合体の円形度が２以下とすると、前記熟練検査員の判定と合致した結果を得ることができ、少なくとも熟練検査員と同等レベルの検査が自動でできることがわかる。
【００２０】
以上、本発明を、ポリエチレン製ＥＦ継手を対象に、空洞が生じる位置及び空洞形状がほぼ特定できるとし、空洞検査のための撮像透過画像は１枚の場合を例に説明したが、空洞が表れる場所が数箇所ある場合や不定の場合には、被検査体位置や姿勢を適宜変え、空洞を含む透過画像を必要枚数撮像し、その各々について上記処理を行えばよい。また、樹脂成形体としてはプラスチックの射出成形体だけでなく、他の高分子材料例えばゴム、エラストマーなどの加圧成形体でも適用することができる。また、本例ではＸ線で透過画像を得るとして説明したが、他の放射線、例えばγ線、β線、赤外線、可視光などを用いることもできるし、透過画像が得られれば磁気など他の手段を用いてもよく、被検査体に合わせて選定するとよい。また、空洞だけに限らず、予め概略形状や方向性や材質などがわかっている異物等他の内部欠陥に対しても適用できる。特徴量判定基準は、被検査体性状及び空洞など検査対象の性状に合わせて適宜設定すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は次のような効果を有している。
１）発生する空洞の長手方向に透過画像を縮小することにより空洞の形態を円近似するので、集中度フィルターによる空洞の集中度が強くなり、空洞を周辺部位から著しく強調することができ、空洞検査の信頼性が向上する。
２）熟練検査員と同等或いはそれ以上のレベルで空洞を自動抽出することができるので、長時間安定した精度で空洞検査をすることが可能となった。
３）目視検査に用いても、従来の透過画面に撮像された空洞より顕在化処理された空洞を見ることができるので、熟練検査員でなくても検査が可能になる。
４）基本的に特別な検査用治具を使用しないので、検査装置は簡潔となり、検査時間の短縮も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における空洞判別処理手順の一例を示す工程図
【図２】検査時のＸ線照射方向とＥＦ継手の姿勢を示す概念図
【図３】ＥＦ継手画像の透過画像の例を示す図
【図４】上記ＥＦ継手画像の傾き修正後の透過画像を示す図
【図５】ＥＦ継手画像の検査領域を示す図
【図６】図４に示す透過画像をＹ軸方向に１／２圧縮した図
【図７】空洞とその周辺部を走査した時の濃度分布を示す図
【図８】図７の濃度分布を集中度フィルターで処理した後の濃度分布を示す図
【図９】図７の濃度分布を微分フィルターで処理した後の濃度分布を示す図
【図１０】図７の濃度分布をコントラストフィルターで処理した後の濃度分布を示す図
【図１１】集中度フィルターで処理した後の検査領域の明暗を示す図
【図１２】本発明で空洞検査をした例を示す図
【図１３】Ｘ線を照射した従来の空洞検査方法を説明するための図
【図１４】Ｘ線を照射した従来の別の空洞検査方法を説明するための図
【符号の説明】
１  円筒体（ＥＦ継手）
２  Ｘ線投射装置
３  画像発生装置
４、５  Ｘ線
６  円筒体外周部
７  治具
８  空洞
９  走査ライン
【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】
0003957275.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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