JP2023107957A - 鉄管外表面の欠陥判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄管の外表面の欠陥を判定する欠陥判定装置において、前記鉄管の外表面のさまざまな種類の欠陥を判定可能な構成を得る。【解決手段】欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して面状の光を照射する光源部１２と、鉄管Ｗの外表面Ｗａのうち光源部１２によって前記面状の光が照射された部分の画像を取得する画像取得部１１と、画像取得部１１によって取得された画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を判定する欠陥判定部３０と、を備える。光源部１２は、鉄管Ｗに対し、鉄管Ｗを径方向に見て画像取得部１１と鉄管Ｗの軸線方向に並んで位置するとともに、鉄管Ｗの外表面に対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に前記面状の光を照射する位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄管の外表面に生じた欠陥に関する判定を行う欠陥判定装置に関する。

管の割れ等を検出する検出装置が知られている。このような検出装置として、例えば特許文献１には、パイプの素管の割れを画像処理により検出する割れ検出装置が開示されている。

前記特許文献１の割れ検出装置は、撮像装置と、割れ検出制御装置と、画像表示装置とを有する。前記撮像装置は、磁化装置と、検査薬塗布装置と、回転駆動部と、照明用光源と、撮像部と、撮像制御部とを有する。

前記磁化装置は、パイプに通電して前記パイプを磁化する。前記パイプの表面に割れがあると、そこから磁力が漏れるため、検査薬が付着する。検査薬塗布装置は、前記パイプの表面に前記検査薬を塗布する。前記回転駆動部は、前記パイプを保持した状態で、前記パイプを回転させる。前記照明用光源は、前記パイプの軸方向に均一な照明光を照射可能な線状光源である。前記撮像部は、１次元ＣＣＤカメラからなり、前記パイプの軸方向を視野にして前記パイプに臨む。前記撮像制御部は、前記撮像部の撮像動作と前記回転駆動部の回転動作とを制御して、前記パイプの全周の表面画像を撮像する。

前記パイプの表面に傷があると反射光の反射角度が変化するので、撮像部の受光量が変化する。これにより、撮像画像に濃淡変化が生じる。前記割れ検出装置は、前記撮像画像の濃淡変化に基づいて傷の検出を行うことができる。

特開２００２－３２４２３３号公報

前記特許文献１に開示されている割れ検出装置は、管の割れを検出することができる。しかしながら、管の外表面には、割れ以外の欠陥が生じる場合がある。例えば、管の欠陥は、線状欠陥、所定の面積を有する凹部または凸部、点状欠陥などを含む。これらの割れ以外の欠陥は、前記特許文献１に開示されている割れ検出装置のように線状光源を管の軸方向に配置しても、撮像画像に鮮明に表示できない。そのため、割れ以外の欠陥を、精度良く検出することができない。

本発明の目的は、鉄管の外表面の欠陥を判定する欠陥判定装置において、前記鉄管の外表面のさまざまな種類の欠陥を判定可能な構成を得ることにある。

本発明の一実施形態に係る鉄管外表面の欠陥判定装置は、鉄管の外表面に対して面状の光を照射する光源部と、前記鉄管の外表面のうち前記光源部によって前記面状の光が照射された部分の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部によって取得された画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥を判定する欠陥判定部と、を備える。前記光源部は、前記鉄管に対し、該鉄管を径方向に見て前記画像取得部と前記鉄管の軸線方向に並んで位置するとともに、前記鉄管の外表面に対して前記鉄管の径方向と交差する方向に前記面状の光を照射する位置に配置されている（第１の構成）。

鉄管の外表面に対して、前記鉄管を径方向に見て画像取得部と前記鉄管の軸線方向に並んで位置する光源部から、前記鉄管の径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、前記外表面の欠陥の周囲に影を作ることができる。これにより、前記画像取得部によって、前記欠陥の鮮明な画像を取得することができる。したがって、前記画像取得部によって取得された前記画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥を精度良く判定することができる。

前記第１の構成において、前記光源部は、前記鉄管の軸線方向において前記画像取得部と隣り合う位置に配置されている（第２の構成）。

鉄管の外表面に対して、前記鉄管の軸線方向において画像取得部と隣り合う位置に位置する光源部から、前記鉄管の径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、前記外表面の欠陥の周囲により確実に影を作ることができる。したがって、画像取得部によって取得された画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥をより精度良く判定することができる。

前記第１の構成において、前記光源部は、前記画像取得部に対して、前記鉄管の軸線方向の一方に配置されている（第３の構成）。

このように光源部が画像取得部に対して鉄管の軸線方向の一方に配置されていることにより、前記光源部は、前記鉄管の外表面の欠陥に対して、前記軸線方向の一方から面状の光を照射することができる。よって、前記欠陥の周りに影がより生じやすい。したがって、画像取得部によって、前記欠陥がより鮮明に表示された画像を取得することができる。

前記第１の構成において、前記光源部は、前記鉄管の外表面に対して、前記鉄管を軸線方向に見て前記外表面の接線方向に前記面状の光を照射するように配置されている（第４の構成）。

鉄管の外表面に対して、前記鉄管を軸線方向に見て光源部から前記外表面の接線方向に面状の光を照射することにより、前記外表面の欠陥の周囲に、より確実に影を作ることができる。これにより、画像取得部によって、前記欠陥の輪郭がより鮮明に映し出された画像を取得することができる。したがって、前記画像取得部によって取得された前記画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥をより精度良く判定することができる。

前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記鉄管は、外表面に、欠陥よりも径方向に突出した複数の凸部を有する。前記画像取得部は、前記鉄管の外表面の画像を、前記鉄管の軸線に直交する方向から取得する（第５の構成）。

これにより、欠陥が鉄管の外表面に形成された凸部（ピーニング）によって隠れることなく、前記欠陥を含むより鮮明な画像を取得することができる。

しかも、上述のように画像取得部が前記鉄管の軸線に直交する方向から画像を取得することにより、前記画像取得部は、前記鉄管のできるだけ広範囲の画像を取得することができる。よって、前記鉄管の外表面の画像を効率良く取得することができる。

前記第５の構成において、前記画像取得部は、前記鉄管に対して上方または側方に位置する（第６の構成）。これにより、画像取得部に塵埃が積もるのを防止できる。よって、前記画像取得部によって、鉄管の外表面のより鮮明な画像を取得することができる。

前記第１の構成において、前記欠陥判定部は、前記鉄管の外表面の欠陥を判定するための判定基準データを取得する判定基準データ取得部を有する。前記判定基準データ取得部は、欠陥のパターンに応じた複数の画像取得領域を用いて、欠陥を有する鉄管の外表面の画像データから前記判定基準データを取得する（第７の構成）。

これにより、鉄管に特有の欠陥のパターンに応じた最適な判定基準データを取得することができる。よって、欠陥判定部で用いる前記判定基準データの精度を向上できるため、前記欠陥判定部によって鉄管の外表面の欠陥を精度良く判定することができる。

前記第７の構成において、前記複数の画像取得領域は、前記鉄管の外表面の欠陥が一方向に長い線状欠陥の場合に前記判定基準データの取得に用いられる第１画像取得領域と、前記鉄管の外表面の欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部である場合に前記判定基準データの取得に用いられる第２画像取得領域と、前記鉄管の外表面の欠陥が所定範囲内に点在する点状欠陥の場合に前記判定基準データの取得に用いられる第３画像取得領域と、を含む（第８の構成）。

これにより、鉄管に特有の３種類の欠陥（一方向に長い線状欠陥、所定の面積を有する凹部または凸部、所定範囲内に点在する点状欠陥）に応じて、３種類の画像取得領域を用いて、判定基準データを取得することができる。すなわち、例えば、欠陥が一方向に長い線状欠陥の場合には、細長い枠状の第１画像取得領域を用いて判定基準データを取得し、欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部の場合には、長方形状の第２画像取得領域を用いて判定基準データを取得し、欠陥が所定範囲内に点在する点状欠陥の場合には、矩形状の第３画像取得領域を用いて判定基準データを取得する。

よって、欠陥判定部で用いる前記判定基準データの精度を向上できるため、前記欠陥判定部によって鉄管の外表面の欠陥を精度良く判定することができる。

前記第１の構成において、前記光源及び前記画像取得部を前記鉄管の軸線方向に移動可能な移動部をさらに備える（第９の構成）。

鉄管に対して光源及び画像取得部を軸線方向に移動させつつ前記鉄管の外表面の画像を取得することにより、欠陥判定装置を大型化することなく、前記鉄管の外表面の画像を軸線方向に亘って効率良く且つ容易に取得することができる。しかも、前記光源及び前記画像取得部を前記軸線方向に移動させる移動部は、前記鉄管を軸方向に移動させる構成に比べてコンパクトであるため、欠陥判定装置全体を小型化できる。

前記第９の構成において、前記移動部は、前記光源部及び前記画像取得部を、前記鉄管の軸線方向に前記鉄管の挿し口側から受口側に向かって移動可能に構成されている。前記光源は、前記画像取得部よりも前記軸線方向の前記挿し口側に位置し、前記光源の光軸が前記鉄管の軸線に対して前記挿し口側から前記受口側に向かって斜めに延びるように、配置されている（第１０の構成）。

画像取得部と該画像取得部よりも軸線方向の挿し口側に位置する光源部とを、鉄管の軸線方向に挿し口側から受口側に向かって移動させるとともに、前記光源部を光軸が前記鉄管の軸線に対して前記挿し口側から前記受口側に向かって斜めに延びるように配置することにより、前記鉄管の受口と直管部との間の傾斜部分やその近傍を前記光源部によって照らしつつ、前記画像取得部によって、前記傾斜部分の欠陥の鮮明な画像を取得することができる。よって、前記画像を用いて、前記傾斜部分の欠陥を精度良く判定することができる。

前記第１の構成において、前記鉄管を、その軸線を中心として回転させる鉄管回転部をさらに備える（第１１の構成）。鉄管を回転させながら前記鉄管の外表面の画像を取得することにより、前記鉄管の周方向の画像を容易に取得することができる。

本発明の一実施形態に係る鉄管外表面の欠陥判定装置では、鉄管の外表面に対して光を照射する光源部は、前記鉄管に対し、前記鉄管の軸線方向において画像取得部と隣り合う位置に位置するとともに、前記鉄管の外表面に対して前記鉄管の径方向と交差する方向に光を照射する位置に配置されている。

これにより、前記鉄管の外表面の欠陥の周囲に影を作ることができる。よって、前記鉄管の軸線方向において光源部と隣り合う位置に位置する画像取得部によって、前記欠陥の鮮明な画像を取得することができる。したがって、前記画像取得部によって取得された前記画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥を精度良く判定することができる。

図１は、実施形態１に係る欠陥判定装置の概略構成を示す図である。 図２は、欠陥判定部の構成を模式的に示すブロック図である。 図３は、鉄管の外表面の欠陥を含む判定基準用画像データの一例を示す図である。 図４は、実施形態２に係る欠陥判定装置の概略構成を示す図である。 図５は、実施形態２に係る欠陥判定装置の移動部の移動方向と鉄管との関係を示す図である。 図６は、その他の実施形態に係る欠陥判定装置の概略構成を示す図である。 図７は、その他の実施形態に係る欠陥判定装置の概略構成を示す図である。 図８は、その他の実施形態に係る欠陥判定装置の概略構成を示す図である。

以下で、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分には同一の符号を付して、その同一部分の説明は繰り返さない。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

以下の説明において、上下方向は、欠陥判定装置１，１００，２００，３００，４００が欠陥判定を行う鉄管Ｗを軸線Ｐが水平方向に延びるように配置した状態で、鉄管Ｗに対する上下方向を意味する。軸線方向は、鉄管Ｗの軸線Ｐが延びる方向を意味する。径方向は、鉄管Ｗの軸線Ｐに対して直交する方向、すなわち鉄管Ｗの径方向を意味する。

また、以下の説明において、“固定”、“接続”及び“取り付ける”等（以下、固定等）の表現は、部材同士が直接、固定等されている場合だけでなく、他の部材を介して固定等されている場合も含む。すなわち、以下の説明において、固定等の表現には、部材同士の直接的及び間接的な固定等の意味が含まれる。

［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る欠陥判定装置１の概略構成を示す図である。欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の有無を判定するとともに、その欠陥の種類も判定する。なお、欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の有無のみを判定してもよいし、前記欠陥の種類のみを判定してもよい。

図３に示すように、鉄管Ｗは、外表面Ｗａに複数の凸部Ｘ（ピーニング）を有する。この複数の凸部Ｘが、鉄管Ｗの外表面Ｗａにピーニングを構成する。図３は、後述する画像取得部１１によって取得された、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像の一例である。なお、図３では、凸部Ｘは鉄管Ｗの外表面Ｗａの一部のみに図示されているが、凸部Ｘは鉄管Ｗの外表面Ｗａ全体に設けられている。

凸部Ｘは、鉄管Ｗの外表面Ｗａの曲率よりも小さい曲率を有する微細な凸形状である。凸部Ｘにおける鉄管Ｗの径方向の突出量は、例えば、外表面Ｗａの欠陥における鉄管Ｗの径方向の突出量よりも大きい。鉄管Ｗは、例えばダクタイル鉄管である。なお、鉄管Ｗは、ダクタイル鉄管以外の鉄管であってもよい。

図１に示すように、欠陥判定装置１は、画像取得部１１と、光源部１２と、欠陥判定部３０とを有する。

画像取得部１１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を取得する。画像取得部１１は、例えば、ＣＣＤカメラなどの撮像装置を含む。画像取得部１１によって取得された画像は、画像データとして、欠陥判定部３０に出力される。なお、画像取得部１１は、ＣＣＤカメラ以外の撮像装置であってもよい。

画像取得部１１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して、鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向に位置する。本実施形態では、画像取得部１１は、鉄管Ｗに対して上方に位置する。画像取得部１１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を、鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向（鉄管Ｗの径方向）から取得する。

光源部１２は、鉄管Ｗの外表面Ｗａのうち画像取得部１１によって画像を取得する部分に対して、面状の光を照射する。光源部１２は、例えば、ＬＥＤ照明装置を含む。光源部１２は、面状の光を出射すれば、面光源や点光源であってもよい。光源部１２は、１つの光源を有していてもよいし、複数の光源を有していてもよい。

光源部１２は、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して、鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向（鉄管Ｗの径方向）に位置する。光源部１２は、画像取得部１１に対して、鉄管Ｗの軸線方向の一方に配置されている。光源部１２は、鉄管Ｗを径方向に見て、画像取得部１１に対して鉄管Ｗの軸線方向に並んで位置する。本実施形態では、光源部１２は、鉄管Ｗに対して上方に位置する。光源部１２は、鉄管Ｗの外表面Ｗａのうち画像取得部１１によって画像を取得する部分に対して面状の光を照射するように配置されている。光源部１２は、光軸Ｌが鉄管Ｗの径方向に対して交差する方向に延びるように配置されている。

本実施形態では、光源部１２は、鉄管Ｗに対し、鉄管Ｗの軸線方向において画像取得部１１と隣り合う位置に位置するとともに、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に面状の光を照射する位置に配置されている。なお、光源部１２の光軸Ｌは、鉄管Ｗの軸線Ｐに対しても交差している。

一般的に、鉄管Ｗの外表面Ｗａに形成された良品の傷や汚れなどは、欠陥に比べて、鉄管Ｗの径方向の寸法（深さ）が小さい。よって、上述のように、光源部１２から、鉄管Ｗの径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、前記良品の傷や汚れなどには、影が生じにくい。これにより、欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の周囲のみに影を作ることができる。よって、画像取得部１１により、前記欠陥の輪郭が鮮明に映し出された画像を取得することができる。前記良品の傷は、擦り傷やＮＯ．の刻印などを含み、鉄管Ｗの機能に影響を与えない。

なお、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向に光を照射した場合には、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥内に光が入り込む。よって、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向に光を照射した状態で画像取得部１１によって取得された鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像からは、前記欠陥を鮮明に識別することは難しい。

欠陥判定部３０は、画像取得部１１によって取得された鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を判定する。欠陥判定部３０は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を検出するとともに、その欠陥の種類も判定する。欠陥判定部３０は、例えば、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に関するデータを判定基準データとして取得することにより、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を機械学習する学習機能を有している。

図２は、欠陥判定部３０の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、欠陥判定部３０は、判定基準データ取得部３１と、判定実行部３２と、判定結果出力部３３とを有する。

判定基準データ取得部３１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に関する画像データを含む判定基準データを取得する。具体的には、判定基準データ取得部３１は、判定基準用画像データから得られる鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の基準画像データＤＲと、その欠陥の種類に関する情報とを、関連付けることにより、前記判定基準データを取得する。すなわち、前記判定基準データは、欠陥の基準画像データＤＲと、前記欠陥の種類に関する情報とを含む。

判定基準データ取得部３１は、欠陥のパターンに応じた複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を含む判定基準用画像データから、欠陥の基準画像データＤＲを取得する。鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を含む判定基準用画像データは、画像取得部１１によって取得されてもよいし、別の画像取得装置によって取得されてもよいし、記憶装置やネットワーク等に保存された画像データであってもよい。

欠陥の基準画像データＤＲは、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の種類に応じた特徴的な欠陥の形状が画像に含まれている画像データである。

前記複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に応じて異なる。一般的に、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥は、湯境または割れなどのように一方向に長い線状の欠陥（以下では、線状欠陥と呼ぶ）、湯こぼれなどのように所定の面積を有する凹部または凸部である欠陥、及び、肌荒れまたはピンホールのように所定範囲内に点在する点状欠陥を含む。そのため、前記複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３の形状は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の形状及び特性に応じて異なる。なお、前記所定の面積は、点状欠陥の面積よりも大きい面積を意味する。

図３は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を含む判定基準用画像データＤの一例を示す図である。なお、図３に示す判定基準用画像データＤでは、説明のために、複数種類の欠陥の画像が含まれているが、判定基準用画像データＤには、通常、１種類または１つのみの欠陥の画像が含まれている。判定基準用画像データＤに、複数種類または複数の欠陥の画像が含まれていてもよい。

図３に破線で示すように、前記複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３は、線状欠陥の場合に用いられる一方向に細長い第１画像取得領域Ｒ１と、欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部である場合に用いられる長方形状の第２画像取得領域Ｒ２と、点状欠陥の場合に用いられる比較的面積の大きい第３画像取得領域Ｒ３とを含む。

第１画像取得領域Ｒ１、第２画像取得領域Ｒ２及び第３画像取得領域Ｒ３は、それぞれ、判定基準用画像データＤ上に、欠陥の一部または全部を囲むように設定される。第１画像取得領域Ｒ１、第２画像取得領域Ｒ２及び第３画像取得領域Ｒ３の少なくとも一つは、欠陥の大きさに応じて、複数の領域によって前記欠陥を囲んでもよい。

判定基準データ取得部３１は、上述の各種類の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの判定基準用画像データＤから、欠陥の基準画像データＤＲ（図３において破線で囲まれた部分の画像データ）を取得する。すなわち、判定基準データ取得部３１は、判定基準用画像データＤにおいて複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３によって囲まれた領域の画像を、基準画像データＤＲとして取得する。上述のように、前記複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３が、欠陥の種類に応じた複数の種類の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を含むことにより、判定基準データ取得部３１は、欠陥の基準画像データＤＲを精度良く取得することができる。

前記欠陥の種類に関する情報は、前記欠陥の基準画像データＤＲとは別に判定基準データ取得部３１に対して入力されてもよいし、判定基準データ取得部３１が前記欠陥の基準画像データＤＲを取得する際に図示しない記憶装置やデータベース等から取得してもよい。

判定実行部３２は、判定基準データ取得部３１によって取得された前記判定基準データと、画像取得部１１によって取得された鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像データとを用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａにおける欠陥の有無、及び、欠陥がある場合にはその欠陥の種類を判定する。具体的には、判定実行部３２は、画像取得部１１によって取得された鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像データに、前記判定基準データにおける欠陥の画像と特徴が一致する部分が存在するかどうかを判定する。判定実行部３２の判定結果は、判定結果出力部３３に出力される。

なお、判定実行部３２は、例えば、前記画像データにおける画素の明度、色度及び彩度とその位置情報とを用いて、前記画像データに、前記判定基準データにおける欠陥の画像と特徴が一致する部分が存在するかどうかを判定する。判定実行部３２は、他の方法によって、前記画像データに、前記判定基準データにおける欠陥の画像と特徴が一致する部分が存在するかどうかを判定してもよい。

判定実行部３２は、前記画像データから所定の画像取得領域のデータを抽出して、抽出されたでデータと前記判定基準データとの一致率を求めてもよい。前記所定の画像取得領域は、例えば、判定基準データ取得部３１で用いられる画像取得領域Ｒ１～Ｒ３と同様に欠陥のパターンに応じて異なっていてもよいし、欠陥のパターンに関係なく同一であってもよい。判定実行部３２は、前記一致率が閾値以上の場合に、前記画像データに、前記判定基準データにおける欠陥の画像と特徴が一致する部分が存在していると判定してもよい。判定実行部３２は、前記画像取得領域によって得られるデータを複数組み合わせて、前記判定基準データとの一致率を求めてもよい。

判定結果出力部３３は、判定実行部３２の判定結果を、例えば文字情報及び画像情報の少なくとも一方を含む出力データとして、ディスプレイ等に出力する。判定結果出力部３３は、判定実行部３２による判定の信頼度を出力してもよい。判定結果出力部３３は、前記出力データを他の機器に出力してもよいし、判定実行部３２の判定結果を紙などに印字して出力してもよい。

以上より、本実施形態に係る鉄管外表面の欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して面状の光を照射する光源部１２と、鉄管Ｗの外表面Ｗａのうち光源部１２によって前記面状の光が照射された部分の画像を取得する画像取得部１１と、画像取得部１１によって取得された画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を判定する欠陥判定部３０と、を備える。光源部１２は、鉄管Ｗに対し、鉄管Ｗを径方向に見て画像取得部１１と鉄管Ｗの軸線方向に並んで位置するとともに、鉄管Ｗの外表面に対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に前記面状の光を照射する位置に配置されている。

鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して、鉄管Ｗを径方向に見て画像取得部１１と鉄管Ｗの軸線方向に並んで位置する光源部１２から、鉄管Ｗの径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、外表面Ｗａの欠陥の周囲に影を作ることができる。これにより、画像取得部１１によって、前記欠陥の鮮明な画像を取得することができる。また、上述のように鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して面状の光を照射することにより、鉄管Ｗの外表面Ｗａの明るさをより均一な明るさにすることができる。これにより、鉄管Ｗの外表面Ｗａが暗い場合に比べて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を効率良く判定することができる。したがって、画像取得部１１によって取得された前記画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を精度良く且つ効率良く判定することができる。

鉄管Ｗの外表面Ｗａに形成された良品の傷や汚れなどは、欠陥に比べて、鉄管Ｗの径方向の寸法（深さ）が小さい。よって、上述のように、光源部１２から、鉄管Ｗの径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、前記良品の傷や汚れなどには、影が生じにくい。これにより、欠陥判定装置１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥のみに影を作って、前記欠陥の鮮明な画像を得ることができる。

なお、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向に光を照射した場合には、良品の傷や汚れなどと同様に、欠陥にも影が生じないため、欠陥のみを鮮明に映し出すことは難しい。

本実施形態では、光源部１２は、鉄管Ｗの軸線方向において画像取得部１１と隣り合う位置に配置されている。

鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して、鉄管Ｗの軸線方向において画像取得部１１と隣り合う位置に位置する光源部１２から、鉄管Ｗの径方向と交差する方向に面状の光を照射することにより、外表面Ｗａの欠陥の周囲により確実に影を作ることができる。これにより、画像取得部１１によって、前記欠陥の鮮明な画像を取得することができる。したがって、画像取得部１１によって取得された画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥をより精度良く判定することができる。

本実施形態では、光源部１２は、画像取得部１１に対して、鉄管Ｗの軸線方向の一方に配置されている。

このように画像取得部１１に対して鉄管Ｗの軸線方向の一方に光源部１２が配置されていることにより、光源部１２は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に対して、前記軸線方向の一方から光を照射することができる。よって、前記欠陥の周りに影がより生じやすい。したがって、画像取得部１１によって、前記欠陥がより鮮明に表示された画像を取得することができる。

本実施形態では、鉄管Ｗは、外表面Ｗａに、欠陥よりも鉄管Ｗの径方向に大きく突出した複数の凸部Ｘを有する。画像取得部１１は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を、鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向から取得する。なお、凸部Ｘは、欠陥よりも径方向に突出していれば、前記欠陥に対してどの程度突出していてもよい。

これにより、欠陥が鉄管Ｗの外表面Ｗａに形成された凸部Ｘ（ピーニング）によって隠れることなく、前記欠陥を含むより鮮明な画像を取得することができる。

しかも、上述のように画像取得部１１が鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向から画像を取得することにより、画像取得部１１は、鉄管Ｗのできるだけ広範囲の画像を取得することができる。よって、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を効率良く取得することができる。

本実施形態では、画像取得部１１は、鉄管Ｗに対して上方に位置する。これにより、画像取得部１１に塵埃が降り積もるのを防止できる。よって、画像取得部１１によって、鉄管Ｗの外表面Ｗａのより鮮明な画像を取得することができる。

本実施形態では、欠陥判定部３０は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を判定するための判定基準データを取得する判定基準データ取得部３１を有する。判定基準データ取得部３１は、欠陥のパターンに応じた複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を用いて、欠陥を有する鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像データから前記判定基準データを取得する。

これにより、鉄管Ｗに特有の欠陥のパターンに応じた最適な判定基準データを取得することができる。よって、欠陥判定部３０で用いる前記判定基準データの精度を向上できるため、欠陥判定部３０によって鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を精度良く判定することができる。

本実施形態では、複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥が一方向に長い線状欠陥の場合に判定基準データの取得に用いられる第１画像取得領域Ｒ１と、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部である場合に前記判定基準データの取得に用いられる第２画像取得領域Ｒ２と、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥が所定範囲内に点在する点状欠陥の場合に前記判定基準データの取得に用いられる第３画像取得領域Ｒ３と、を含む。

これにより、鉄管Ｗに特有の３種類の欠陥（一方向に長い線状欠陥、所定の面積を有する凹部または凸部、所定範囲内に点在する点状欠陥）に応じて、３種類の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を用いて、判定基準データを取得することができる。すなわち、例えば、欠陥が一方向に長い線状欠陥の場合には、細長い枠状の第１画像取得領域Ｒ１を用いて判定基準データを取得し、欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部の場合には、長方形状の第２画像取得領域Ｒ２を用いて判定基準データを取得し、欠陥が所定範囲内に点在する点状欠陥の場合には、正方形状及び長方形状を含む矩形状の第３画像取得領域Ｒ３を用いて判定基準データを取得する。

よって、欠陥判定部３０で用いる前記判定基準データの精度を向上できるため、欠陥判定部３０によって鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥を精度良く判定することができる。

（実施形態１の変形例１）
上述の実施形態１では、光源部１２は、鉄管Ｗに対し、鉄管Ｗの軸線方向において画像取得部１１と隣り合う位置に位置するとともに、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に光を照射する位置に配置されている。

しかしながら、図７に示すように、光源部３１２は、鉄管Ｗを径方向に見て、鉄管Ｗの軸線方向に画像取得部１１と並んで位置するとともに、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に光を照射する位置に配置されていてもよい。光源部３１２は、鉄管Ｐの外周面に対する入射角（光軸Ｌと鉄管Ｐの径方向とがなす角度）が鋭角になるように配置されていてもよいし、図７に示すように鈍角になるように配置されていてもよい。また、光源部３１２は、画像取得部１１に対して鉄管Ｗの径方向に同じ位置に位置していてもよいし、図７に示すように異なる位置に位置していてもよい。

上述のように光源３１２が配置された場合でも、光源３１２によって鉄管Ｗの外表面Ｗａに照射された面状の光により、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に影を作ることができる。これにより、欠陥判定装置３００は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の鮮明な画像を得ることができる。

（実施形態１の変形例２）
図８に示すように、光源部４１２は、鉄管Ｗを径方向に見て、鉄管Ｗの軸線方向に画像取得部１１と並んで位置するとともに、画像取得部１１よりも鉄管Ｗの外表面Ｗａに近い位置で且つ光軸Ｌが鉄管Ｗの軸線Ｐと平行である位置に配置されていてもよい。これにより、光源部４１２から出射された光は、鉄管Ｗの外表面Ｗａに照射される。光源部４１２は、画像取得部１１に対して鉄管Ｗの径方向に同じ位置に位置していてもよいし、図８に示すように異なる位置に位置していてもよい。

上述のように光源４１２が配置された場合でも、光源４１２によって鉄管Ｗの外表面Ｗａに照射された面状の光により、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥に影を作ることができる。これにより、欠陥判定装置４００は、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の鮮明な画像を得ることができる。

なお、光軸Ｌが鉄管Ｗの軸線Ｐに対して平行とは、光軸Ｌと軸線Ｐとが完全に平行な場合だけでなく、光軸Ｌの延長線と軸線Ｐとが交差するように光軸Ｌまたは軸線Ｐが傾いている場合も含む。

［実施形態２］
図４に、実施形態２に係る欠陥判定装置１００の概略構成を示す。本実施形態の欠陥判定装置１００は、移動部１１０及び鉄管回転部１２０を有する点で、実施形態１の欠陥判定装置１とは異なる。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１の構成と異なる部分についてのみ説明する。

欠陥判定装置１００は、移動部１１０と、鉄管回転部１２０とを有する。移動部１１０は、画像取得部１１及び光源部１２を鉄管Ｗの軸線方向に移動させる。移動部１１０は、鉄管Ｗの軸線方向に延びるレール１１１と、レール１１１上を前記軸線方向に移動するスライダ１１２とを有する。

レール１１１は、鉄管Ｗの軸線Ｐに沿って延びるように配置されている。すなわち、レール１１１の延伸方向は、鉄管Ｗの軸線方向と一致している。

本実施形態では、スライダ１１２は、レール１１１の下側に前記軸線方向に移動可能に設けられている。スライダ１１２は、図示しない駆動装置によって、レール１１１に沿って前記軸線方向に移動可能である。前記駆動装置は、搬送ベルトを備えた装置であってもよいし、シリンダを備えた装置であってもよいし、スライダ１１２に設けられた車輪を備えた装置であってもよい。前記駆動装置は、スライダ１１２をレール１１１に沿って前記軸線方向に移動可能な構成を有していれば、どのような構成を有する装置であってもよい。

画像取得部１１及び光源部１２は、スライダ１１２に取り付けられている。これにより、画像取得部１１及び光源部１２は、レール１１１に沿って前記軸線方向に移動可能である。よって、画像取得部１１及び光源部１２を、鉄管Ｗに対して軸線方向に移動させることができる。

本実施形態では、欠陥判定装置１００が移動部１１０を有することにより、鉄管Ｗに対して光源部１２及び画像取得部１１を軸線方向に移動させつつ鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を取得することができる。よって、欠陥判定装置１００は、大型化することなく、鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を軸線方向に亘って効率良く且つ容易に取得することができる。しかも、光源部１２及び画像取得部１１を前記軸線方向に移動させる移動部１１０は、鉄管Ｗを軸方向に移動させる構成に比べてコンパクトであるため、欠陥判定装置１００全体を小型化できる。

移動部１１０は、光源部１２及び画像取得部１１を、少なくとも鉄管Ｗの軸線方向に鉄管Ｗの挿し口Ｗ１側から受口Ｗ２側に向かって移動可能であるのが好ましい。光源部１２は、鉄管Ｗに対し、鉄管Ｗの軸線方向において画像取得部１１と隣り合う位置に位置するとともに、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して鉄管Ｗの径方向と交差する方向に光を照射する位置に配置されている。図５に示す例では、光源部１２は、画像取得部１１よりも鉄管Ｗの軸線方向の挿し口Ｗ１側に位置するとともに、光源部１２の光軸Ｌが鉄管Ｗの軸線Ｐに対して挿し口Ｗ１側から受口Ｗ２側に向かって斜めに延びるように、配置されている。光源部１２の光軸Ｌは、鉛直線に対して挿し口Ｗ１側に倒れるように、鉄管Ｗの軸線Ｐに対して交差している。光源部１２は、軸線Ｐに対する光の入射角が０度よりも大きくなるように、配置されている。

このように配置された光源部１２を、移動部１１０によって鉄管Ｗの軸線方向に鉄管Ｗの挿し口Ｗ１側から受口Ｗ２側に向かって移動させることにより、光源部１２は、受口Ｗ２の管本体側に位置する斜面Ｗｂに対し、前記斜面の法線により近い角度で光を照射することができる。したがって、欠陥判定装置１００は、画像取得部１１によって斜面Ｗｂやその近傍の鮮明な画像を取得することができ、斜面Ｗｂやその近傍の欠陥を精度良く検出することができる。
なお、移動部１１０は、光源部１２及び画像取得部１１を、鉄管Ｗの軸線方向に鉄管Ｗの受口Ｗ２側から挿し口Ｗ１側に向かって移動させてもよい。この場合、光源部１２は、画像取得部１１に対し、鉄管Ｗの軸線方向において鉄管Ｗの受口Ｗ２側に位置していてもよい。

鉄管回転部１２０は、鉄管Ｗを支持しつつ軸線Ｐを中心として鉄管Ｗを回転させる。鉄管回転部１２０は、回転支持部１２１を有する。回転支持部１２１は、鉄管Ｗを回転させる図示しないローラと、前記ローラを回転駆動する回転駆動部とを有する。回転支持部１２１の構成は、軸線Ｐを中心として鉄管Ｗを回転可能な構成であれば、ローラ以外の構成であってもよい。

本実施形態では、欠陥判定装置１００が鉄管回転部１２０を有することにより、鉄管Ｗを回転させながら画像取得部１１によって鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像を取得することができる。よって、欠陥判定装置１００は、鉄管Ｗの周方向の画像を容易に取得することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記各実施形態では、画像取得部１１及び光源部１２は、鉄管Ｗの上方に位置する。しかしながら、画像取得部及び光源部は、鉄管の側方に位置していてもよい。また、粉塵の少ない作業環境で使用される欠陥判定装置の場合や、画像取得部に積もった粉塵を除去可能な装置を備えた欠陥判定装置などの場合には、画像取得部及び光源部は、鉄管の下方に位置していてもよい。また、画像取得部及び光源部は、鉄管を軸線方向に見て、前記鉄管に対して斜め方向に配置されていてもよい。

前記各実施形態では、欠陥判定装置１，１００，２００は、光源部１２、２１２を有する。しかしながら、欠陥判定装置は、複数の光源部を有していてもよい。複数の光源部は、鉄管に対して複数の方向に面状の光を出射するように配置されていてもよい。

前記各実施形態では、光源部１２は、画像取得部１１に対して鉄管Ｗの軸線方向の一方に配置されている。しかしながら、光源部は、画像取得部に対して鉄管の軸線方向の他方に配置されていてもよい。すなわち、光源部は、画像取得部に対して鉄管の受口側に配置されていてもよい。

前記各実施形態では、画像取得部１１及び光源部１２は、鉄管Ｗの軸線方向に並んでいる。しかしながら、画像取得部の位置と光源部の位置とは、鉄管Ｗの周方向にずれていてもよい。

前記各実施形態では、欠陥判定装置１，１００によって欠陥判定される鉄管Ｗは、外表面Ｗａに、鉄管Ｗの外表面Ｗａを軸線方向に見て欠陥よりも突出量が大きい複数の凸部Ｘを有する。しかしながら、鉄管は、外表面の一部のみに凸部を有していてもよいし、凸部を有していなくてもよい。鉄管は、外表面に、凹部を有していてもよい。鉄管は、該鉄管の外表面を軸線方向に見て、欠陥と突出量が同等の凸部を有していてもよいし、欠陥よりも突出量が小さい凸部を有していてもよい。

前記各実施形態では、欠陥判定部３０は、判定基準データ取得部３１を有する。しかしながら、欠陥判定部は、判定基準データ取得部を有していなくてもよい。この場合、欠陥判定部は、予め設定された判定基準に基づいて、画像取得部が取得した画像中に欠陥が存在しているかどうかを判定してもよい。

前記各実施形態では、判定基準データ取得部３１は、欠陥に応じた複数の画像取得領域Ｒ１～Ｒ３を用いて、欠陥を有する鉄管Ｗの外表面Ｗａの画像データから判定基準データを取得する。しかしながら、判定基準データ取得部は、欠陥に応じて４種類以上または２種類以下の画像取得領域を用いて前記画像データから判定基準データを取得してもよい。また、判定基準データ取得部は、欠陥の種類や大きさなどに関係なく、一つまたは複数の画像取得領域を用いて前記画像データから判定基準データを取得してもよい。

前記各実施形態では、光源部１２は、鉄管Ｗの外表面Ｗａにおいて画像取得部１１が画像を取得する部分に対し、鉄管Ｗの上方で且つ鉄管Ｗの径方向に交差する方向に光を照射している。しかしながら、光源部は、鉄管を軸線方向に見て、前記鉄管の外周面に対して接線方向に光を照射してもよい。

例えば、図６に示すように、欠陥判定装置２００は、鉄管Ｗを軸線方向に見て鉄管Ｗの外表面Ｗａの接線方向で且つ鉄管Ｗの下方に配置された光源部２１２を有する。これにより、鉄管Ｗの外表面Ｗａに対して、鉄管Ｗを軸線方向に見て鉄管Ｗの外表面Ｗａの接線方向に光を照射することができる。よって、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥の周囲に、より確実に影を作ることができる。

画像取得部１１は、光源部２１２によって光が照射されている部分に対し、鉄管Ｗの軸線Ｐに直交する方向に配置されるのが好ましい。これにより、光源部２１２によって輪郭がより鮮明になった欠陥を含む画像を、画像取得部１１によって取得することができる。

したがって、図６に示すような光源部２１２及び画像取得部１１の配置により、欠陥判定装置２００は、画像取得部１１によって取得された画像を用いて、鉄管Ｗの外表面Ｗａの欠陥をより精度良く判定することができる。

前記実施形態２では、欠陥判定装置１００は、移動部１１０と、鉄管回転部１２０とを有する。しかしながら、欠陥判定装置は、移動部を有していなくてもよい。欠陥判定部は、鉄管回転部を有していなくてもよい。欠陥判定装置は、移動部及び鉄管回転部の両方を有していなくてもよい。
前記実施形態２では、移動部１１０は、光源部１２及び画像取得部１１を鉄管Ｗの軸線方向に移動させる。しかしながら、移動部は、画像取得部のみを鉄管の軸線方向に移動させてもよい。

本発明は、鉄管の外表面の欠陥を判定する欠陥判定装置に利用可能である。

１、１００、２００、３００、４００ 欠陥判定装置
１１ 画像取得部
１２、２１２、３１２、４１２ 光源部
３０ 欠陥判定部
３１ 判定基準データ取得部
３２ 判定実行部
３３ 判定結果出力部
１１０ 移動部
１１１ レール
１１２ スライダ
１２０ 鉄管回転部
１２１ 回転支持部
Ｗ 鉄管
Ｗ１ 挿し口
Ｗ２ 受口
Ｗａ 外表面
Ｗｂ 斜面
Ｐ 軸線
Ｌ 光軸
Ｄ 画像データ
ＤＲ 基準画像データ
Ｒ１ 第１画像取得領域
Ｒ２ 第２画像取得領域
Ｒ３ 第３画像取得領域
Ｘ 凸部

Claims (11)

1. 鉄管の外表面に対して面状の光を照射する光源部と、
   前記鉄管の外表面のうち前記光源部によって前記面状の光が照射された部分の画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部によって取得された画像を用いて、前記鉄管の外表面の欠陥を判定する欠陥判定部と、
   を備え、
   前記光源部は、前記鉄管に対し、該鉄管を径方向に見て前記画像取得部と前記鉄管の軸線方向に並んで位置するとともに、前記鉄管の外表面に対して前記鉄管の径方向と交差する方向に前記面状の光を照射する位置に配置されている、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
2. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記光源部は、前記鉄管の軸線方向において前記画像取得部と隣り合う位置に配置されている、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
3. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記光源部は、前記画像取得部に対して、前記鉄管の軸線方向の一方に配置されている、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
4. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記光源部は、前記鉄管の外表面に対して、前記鉄管を軸線方向に見て前記外表面の接線方向に前記面状の光を照射するように配置されている、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記鉄管は、外表面に、欠陥よりも径方向に突出した複数の凸部を有し、
   前記画像取得部は、前記鉄管の外表面の画像を、前記鉄管の軸線に直交する方向から取得する、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
6. 請求項５に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記画像取得部は、前記鉄管に対して上方または側方に位置する、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
7. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記欠陥判定部は、
   前記鉄管の外表面の欠陥を判定するための判定基準データを取得する判定基準データ取得部を有し、
   前記判定基準データ取得部は、欠陥のパターンに応じた複数の画像取得領域を用いて、
   欠陥を有する鉄管の外表面の画像データから前記判定基準データを取得する、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
8. 請求項７に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記複数の画像取得領域は、
   前記鉄管の外表面の欠陥が一方向に長い線状欠陥の場合に前記判定基準データの取得に用いられる第１画像取得領域と、
   前記鉄管の外表面の欠陥が所定の面積を有する凹部または凸部である場合に前記判定基準データの取得に用いられる第２画像取得領域と、
   前記鉄管の外表面の欠陥が所定範囲内に点在する点状欠陥の場合に前記判定基準データの取得に用いられる第３画像取得領域と、
   を含む、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
9. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
   前記光源部及び前記画像取得部を前記鉄管の軸線方向に移動可能な移動部をさらに備える、
   鉄管外表面の欠陥判定装置。
10. 請求項９に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
    前記移動部は、前記光源部及び前記画像取得部を、前記鉄管の軸線方向に前記鉄管の挿し口側から受口側に向かって移動可能に構成され、
    前記光源部は、前記画像取得部よりも前記軸線方向の前記挿し口側に位置し、前記光源部の光軸が前記鉄管の軸線に対して前記挿し口側から前記受口側に向かって斜めに延びるように、配置されている、
    鉄管外表面の欠陥判定装置。
11. 請求項１に記載の鉄管外表面の欠陥判定装置において、
    前記鉄管を、その軸線を中心として回転させる鉄管回転部をさらに備える、
    鉄管外表面の欠陥判定装置。

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