JP5630719B2 - 磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法 - Google Patents
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Description
本発明は、磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法に関する。特に、きずの検出精度が良い磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法に関する。
従来より、鋼片等の強磁性体の表面を探傷するのに磁粉探傷装置が用いられている。磁粉探傷装置は、鋼片を飽和磁束密度の状態に磁化し、これにより鋼片表面のきずから洩れた磁束に蛍光磁粉を吸着させ、吸着した蛍光磁粉に紫外線を照射する。紫外線によって蛍光磁粉が蛍光するので、鋼片表面のきずをその他の部位から識別することができる。きずの深さが深い場合には、吸着される蛍光磁粉の量が増えるので蛍光強度が強くなる。従って、蛍光強度からきずの深さを判断することができる。このように蛍光磁粉を蛍光させるので、鋼片の表面の汚れやスケールに関わりなく探傷することができる。磁粉探傷装置では、鋼片表面に吸着して蛍光している蛍光磁粉を撮像し、撮像画像を画像処理してきずを検出している。
しかしながら、搬送ラインを搬送する鋼片の表面を磁粉探傷装置によって探傷する場合には、主として以下のような３つの課題（第１の課題、第２の課題、及び第３の課題）がある。
＜第１の課題＞
蛍光を見易くするために暗い状態で探傷を行うので、鋼片よりも広い領域に撮像視野を設定した場合、撮像画像中での鋼片と周囲との境界が区別し難い。従って、鋼片上の蛍光磁粉と、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉との区別が困難であり、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞がある。
この課題を解決するために、鋼片表面の撮像領域の搬送方向下流側に、搬送方向に垂直な方向に鋼片を横断する白色光を照射し、撮像画像での白色光に対応する画素群の濃度分布によって鋼片の幅方向の端部を検出し、検出した鋼片の幅方向の端部の位置から、蛍光している蛍光磁粉の位置を判断する磁粉探傷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような磁粉探傷装置においては、白色光が探傷領域の搬送方向の下流側の一方だけに設けられているので、探傷領域全域での蛍光磁粉の位置を判断するのが難しい。
蛍光を見易くするために暗い状態で探傷を行うので、鋼片よりも広い領域に撮像視野を設定した場合、撮像画像中での鋼片と周囲との境界が区別し難い。従って、鋼片上の蛍光磁粉と、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉との区別が困難であり、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞がある。
この課題を解決するために、鋼片表面の撮像領域の搬送方向下流側に、搬送方向に垂直な方向に鋼片を横断する白色光を照射し、撮像画像での白色光に対応する画素群の濃度分布によって鋼片の幅方向の端部を検出し、検出した鋼片の幅方向の端部の位置から、蛍光している蛍光磁粉の位置を判断する磁粉探傷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような磁粉探傷装置においては、白色光が探傷領域の搬送方向の下流側の一方だけに設けられているので、探傷領域全域での蛍光磁粉の位置を判断するのが難しい。
＜第２の課題＞
鋼片の搬送中に、鋼片の曲がりやパスラインの変動等により、鋼片の表面の傾きが鋼片の長手方向や幅方向で変動する。そして、鋼片表面の傾きの変動により、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が変動し、その角度が大きくなるほど鋼片表面に散布されている蛍光磁粉が受ける紫外線の量が少なくなるので、蛍光磁粉が発する蛍光の蛍光強度が弱くなる。このように、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。従って、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が大きくなるほど、きずを精度良く検出できない。
また、鋼片表面の傾きの変動により、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が変動し、その角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。図１は、きずａが存在する探傷領域と、きずｂが存在する探傷領域の撮像画像である。図１（ａ）は、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が０度の場合のきずａが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｂ）は、前記角度が４５度の場合のきずａが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｃ）は、前記角度が０度の場合のきずｂが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｄ）は、前記角度が４５度の場合のきずｂが存在する探傷領域の撮像画像である。なお、きずａの方が、きずｂに比べてきずの深さが深い。図２は、図１に示す撮像画像を構成する画素のうち、蛍光磁粉に対応する画素群の長手方向についての濃度の分布図である。図２（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の撮像画像の濃度の分布図であり、図２（ｂ）は、図１（ｃ）、図１（ｄ）の撮像画像の濃度の分布図である。これらの分布図の横軸は、画素群の長手方向の位置であり、画素群の一端からの画素数で表されている。１画素の大きさが約０．１１ｍｍであり、長手方向の画素数がおよそ９０なので、きずａ、きずｂの長さは約１０ｍｍである。縦軸は、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度であり、最小値が０であり、最大値が２５５である。
蛍光磁粉に対応する画素群の濃度は、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が０度の場合の方が４５度の場合よりも高くなっている。これは、きずａのようにきずの深さが深い場合も、きずｂのようにきずの深さが浅い場合も同様である。このように、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。従って、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が大きくなるほど、きずを精度良く検出できない。
このように、鋼片表面の傾きの変動によってきずの検出精度が低くなるが、搬送中の鋼片表面の傾きが変動しても、蛍光した蛍光磁粉が映っているだけの撮像画像を用いたのでは、鋼片表面の傾きの変動を撮像画像から認識できない。従って、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を鋼片表面の傾きに応じて補正することができないので、きずを精度良く検出できない。
鋼片の搬送中に、鋼片の曲がりやパスラインの変動等により、鋼片の表面の傾きが鋼片の長手方向や幅方向で変動する。そして、鋼片表面の傾きの変動により、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が変動し、その角度が大きくなるほど鋼片表面に散布されている蛍光磁粉が受ける紫外線の量が少なくなるので、蛍光磁粉が発する蛍光の蛍光強度が弱くなる。このように、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。従って、鋼片表面の法線方向に対して紫外線の照射方向が成す角度が大きくなるほど、きずを精度良く検出できない。
また、鋼片表面の傾きの変動により、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が変動し、その角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。図１は、きずａが存在する探傷領域と、きずｂが存在する探傷領域の撮像画像である。図１（ａ）は、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が０度の場合のきずａが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｂ）は、前記角度が４５度の場合のきずａが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｃ）は、前記角度が０度の場合のきずｂが存在する探傷領域の撮像画像であり、図１（ｄ）は、前記角度が４５度の場合のきずｂが存在する探傷領域の撮像画像である。なお、きずａの方が、きずｂに比べてきずの深さが深い。図２は、図１に示す撮像画像を構成する画素のうち、蛍光磁粉に対応する画素群の長手方向についての濃度の分布図である。図２（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の撮像画像の濃度の分布図であり、図２（ｂ）は、図１（ｃ）、図１（ｄ）の撮像画像の濃度の分布図である。これらの分布図の横軸は、画素群の長手方向の位置であり、画素群の一端からの画素数で表されている。１画素の大きさが約０．１１ｍｍであり、長手方向の画素数がおよそ９０なので、きずａ、きずｂの長さは約１０ｍｍである。縦軸は、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度であり、最小値が０であり、最大値が２５５である。
蛍光磁粉に対応する画素群の濃度は、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が０度の場合の方が４５度の場合よりも高くなっている。これは、きずａのようにきずの深さが深い場合も、きずｂのようにきずの深さが浅い場合も同様である。このように、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が大きくなるほど撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低くなる。従って、鋼片表面の法線方向に対して撮像方向が成す角度が大きくなるほど、きずを精度良く検出できない。
このように、鋼片表面の傾きの変動によってきずの検出精度が低くなるが、搬送中の鋼片表面の傾きが変動しても、蛍光した蛍光磁粉が映っているだけの撮像画像を用いたのでは、鋼片表面の傾きの変動を撮像画像から認識できない。従って、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を鋼片表面の傾きに応じて補正することができないので、きずを精度良く検出できない。
＜第３の課題＞
鋼片表面の緩やかな凸凹からは磁束が漏れ難いので、幅が広くて深さが浅いきずは蛍光磁粉が吸着し難い。従って、幅が広くて深さが浅いきずは、磁粉探傷装置によって検出し難い。
この課題を解決するために、紫外線の照射に加えて、鋼片の表面に対して傾斜した方向から可視光を照射し、凸凹による影の幅、長さ、面積からきずを探傷する磁粉探傷装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような磁粉探傷装置での可視光による探傷では、きずの深さが異なっても影の幅、長さ、面積が同等であるため、きずの深さを判断することは難しい。
鋼片表面の緩やかな凸凹からは磁束が漏れ難いので、幅が広くて深さが浅いきずは蛍光磁粉が吸着し難い。従って、幅が広くて深さが浅いきずは、磁粉探傷装置によって検出し難い。
この課題を解決するために、紫外線の照射に加えて、鋼片の表面に対して傾斜した方向から可視光を照射し、凸凹による影の幅、長さ、面積からきずを探傷する磁粉探傷装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような磁粉探傷装置での可視光による探傷では、きずの深さが異なっても影の幅、長さ、面積が同等であるため、きずの深さを判断することは難しい。
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、搬送中の鋼片の周囲に在る蛍光磁粉の蛍光を鋼片表面のきずに吸着した蛍光磁粉による蛍光と誤認識する虞が少ない磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法を提供することを第１の課題とする。
また、鋼片表面の傾きが変動してもきずの検出精度が良い磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法を提供することを第２の課題とする。
また、鋼片表面の幅が広くて深さが浅いきずを検出することができる磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法を提供することを第３の課題とする。
また、鋼片表面の傾きが変動してもきずの検出精度が良い磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法を提供することを第２の課題とする。
また、鋼片表面の幅が広くて深さが浅いきずを検出することができる磁粉探傷装置及び磁粉探傷方法を提供することを第３の課題とする。
第１の課題及び第２の課題を解決するため本発明者らが鋭意検討したところ、探傷領域の搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、搬送方向に垂直な方向に鋼片表面を横断する可視光のスリット光を照射することにより、鋼片表面の傾きを計算して撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を補正することができると同時に鋼片上の蛍光磁粉と鋼片の周囲の蛍光磁粉とを区別できることを見出した。
前記第１の課題及び第２の課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載の如く、搬送ラインを搬送する鋼片の表面を探傷する磁粉探傷装置であって、前記鋼片表面の探傷領域を磁化する磁化部と、前記探傷領域に蛍光磁粉を散布する磁粉散布部と、前記磁化部によって磁化され、前記磁粉散布部によって蛍光磁粉が散布された前記探傷領域に紫外線を照射し、該蛍光磁粉を蛍光させる紫外線照射部と、前記探傷領域の搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、前記鋼片の搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光を照射するスリット光照射部と、前記探傷領域を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した撮像画像を画像処理する画像処理部とを備え、前記画像処理部には、前記鋼片表面の法線方向に対して前記紫外線照射部の紫外線の照射方向が成す第１傾斜角度と、該第１傾斜角度の変化に応じて変化する、前記撮像画像中の前記蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び該鋼片表面の法線方向に対して前記撮像部の撮像方向が成す第２傾斜角度と、該第２傾斜角度の変化に応じて変化する、該撮像画像中の該蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第２対応関係が予め記憶されており、前記画像処理部は、前記撮像部の位置、該撮像部の撮像方向、前記スリット光照射部の位置、該スリット光の照射方向、及び搬送方向上流側及び搬送方向下流側のスリット光に対応する画素群の前記撮像画像中での位置に基づいて、幾何学的に実際の第１傾斜角度及び第２傾斜角度を算出する傾斜角度算出ステップと、該傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第１傾斜角度である第１算出角度に対して前記第１対応関係によって対応付けられる濃度と、第１算出角度と異なる第１傾斜角度である第１補正角度に対して該第１対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、該撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１算出角度から第１補正角度に変化した場合の濃度に補正する第１補正処理ステップと、該傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第２傾斜角度である第２算出角度に対して前記第２対応関係によって対応付けられる濃度と、第２算出角度と異なる第２傾斜角度である第２補正角度に対して該第２対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、該撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第２傾斜角度が第２算出角度から第２補正角度に変化した場合の濃度に補正する第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出することを特徴とする磁粉探傷装置を提供する。
本発明において、磁化部による探傷領域の磁化と、磁粉散布部による探傷領域への蛍光磁粉の散布とは、いずれを先に行ってもよいし、また、両者を同時に行ってもよい。
鋼片の搬送中の鋼片表面の傾きの変動により、第１傾斜角度及び第２傾斜角度が変動し、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が変動する。
しかしながら、請求項１に係る発明によれば、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１補正角度であり、第２傾斜角度が第２補正角度である場合の濃度に補正できるので、第１補正角度及び第２補正角度を一定にすれば、搬送中に鋼片表面の傾きが変動しても、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度の変動を低減することができる。
従って、本発明において、第１補正角度及び第２補正角度を一定にすれば、鋼片表面の傾きを同様の条件にしてきずを検出するので、きずの検出精度が良くなる。
また、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、鋼片表面の法線方向から蛍光磁粉に紫外線を照射し、かつ、鋼片表面の法線方向から撮像した場合の濃度に補正することができる。このことにより、第１算出角度や第２算出角度が大きく、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低いためにきずの検出が困難な場合にも、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、きずを検出することができる。従って、きずの検出精度が良くなる。
また、搬送方向上流側と搬送方向下流側のそれぞれのスリット光の両端部が鋼片の幅方向の端部を示すので、２本のスリット光に挟まれた領域が探傷領域であることが容易に分かる。従って、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞が少ない。このことにより、きずの検出精度が良くなる。
鋼片の搬送中の鋼片表面の傾きの変動により、第１傾斜角度及び第２傾斜角度が変動し、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が変動する。
しかしながら、請求項１に係る発明によれば、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１補正角度であり、第２傾斜角度が第２補正角度である場合の濃度に補正できるので、第１補正角度及び第２補正角度を一定にすれば、搬送中に鋼片表面の傾きが変動しても、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度の変動を低減することができる。
従って、本発明において、第１補正角度及び第２補正角度を一定にすれば、鋼片表面の傾きを同様の条件にしてきずを検出するので、きずの検出精度が良くなる。
また、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、鋼片表面の法線方向から蛍光磁粉に紫外線を照射し、かつ、鋼片表面の法線方向から撮像した場合の濃度に補正することができる。このことにより、第１算出角度や第２算出角度が大きく、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低いためにきずの検出が困難な場合にも、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、きずを検出することができる。従って、きずの検出精度が良くなる。
また、搬送方向上流側と搬送方向下流側のそれぞれのスリット光の両端部が鋼片の幅方向の端部を示すので、２本のスリット光に挟まれた領域が探傷領域であることが容易に分かる。従って、鋼片の周囲に落下した蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞が少ない。このことにより、きずの検出精度が良くなる。
好ましくは、請求項２に記載の如く、前記画像処理部は、前記第１補正処理ステップ及び前記第２補正処理ステップを実行した前記撮像画像に対し、前記第２傾斜角度が前記第２算出角度から第２補正角度に変化した場合に前記撮像部によって撮像される撮像画像に幾何学的に変換する第３補正処理ステップを更に実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出する。
請求項２に係る発明によれば、第２傾斜角度が第２算出角度である場合に撮像された撮像画像を、幾何学的な面から、第２傾斜角度を第２補正角度に変化させた場合に撮像される撮像画像に変換することができる。このため、第２補正角度を、蛍光磁粉が表すきずの形状が見易い角度（例えば０°）に設定することにより、きずの検出精度が良くなる。
また、第１の課題、第２の課題のみならず第３の課題も解決するには、請求項３に記載の如く、前記スリット光照射部のスリット光照射方向と前記撮像部の撮像方向とが互いに異なる方向となるように、該スリット光照射部及び該撮像部は配置され、前記撮像部は前記探傷領域を複数回撮像し、前記画像処理部は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像について前記補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出すると共に、該複数の撮像画像について前記スリット光に対応する画素群に基づいてきずを検出する。
請求項３に係る発明によれば、スリット光によって、所謂光切断法による探傷を行うので、幅が広くて深さが浅いきずを検出し易い。
また、スリット光によってきずの検出を行う撮像画像の数が、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像の数よりも多い。従って、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像での探傷領域の搬送方向上流側と搬送方向下流側のスリット光の位置だけでなく、該探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
また、スリット光によってきずの検出を行う撮像画像の数が、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像の数よりも多い。従って、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像での探傷領域の搬送方向上流側と搬送方向下流側のスリット光の位置だけでなく、該探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
また、前記第１の課題及び第２の課題を解決するため、本発明は、請求項４に記載の如く、搬送ラインを搬送する鋼片の表面を探傷する磁粉探傷方法であって、前記鋼片表面の探傷領域を磁化する磁化ステップと、前記探傷領域に蛍光磁粉を散布する磁粉散布ステップと、前記磁化ステップによって磁化され、前記磁粉散布ステップによって蛍光磁粉が散布された前記探傷領域に紫外線を照射し、該蛍光磁粉を蛍光させる紫外線照射ステップと、前記紫外線照射ステップによって蛍光磁粉を蛍光させた前記探傷領域の搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、前記鋼片の搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光を照射するスリット光照射ステップと、前記スリット光照射ステップによってスリット光を照射された前記探傷領域を撮像し、撮像画像を形成する撮像ステップと、前記鋼片表面の法線方向に対して前記紫外線照射ステップにおける紫外線の照射方向が成す第１傾斜角度と、該第１傾斜角度の変化に応じて変化する、前記撮像画像中の前記蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び該鋼片表面の法線方向に対して前記撮像ステップにおける撮像方向が成す第２傾斜角度と、該第２傾斜角度の変化に応じて変化する、該撮像画像中の該蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第２対応関係を予め調査する対応関係調査ステップと、前記撮像ステップにおいて撮像する撮像部の位置、該撮像部の撮像方向、前記スリット光照射ステップにおいてスリット光を照射するスリット光照射部の位置、該スリット光の照射方向、及び搬送方向上流側及び搬送方向下流側のスリット光に対応する画素群の前記撮像画像中での位置に基づいて、幾何学的に実際の第１傾斜角度及び第２傾斜角度を算出する傾斜角度算出ステップと、前記傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第１傾斜角度である第１算出角度に対して前記第１対応関係によって対応付けられる濃度と、第１算出角度と異なる第１傾斜角度である第１補正角度に対して該第１対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、前記撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１算出角度から第１補正角度に変化した場合の濃度に補正する第１補正処理ステップと、前記傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第２傾斜角度である第２算出角度に対して前記第２対応関係によって対応付けられる濃度と、第２算出角度と異なる第２傾斜角度である第２補正角度に対して該第２対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、前記撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第２傾斜角度が第２算出角度から第２補正角度に変化した場合の濃度に補正する第２補正処理ステップと、前記第１補正処理ステップと前記第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出するきず検出ステップを含むことを特徴とする磁粉探傷方法を提供する。
本発明において、磁化ステップと磁粉散布ステップとは、いずれを先に行ってもよいし、また、両者を同時に行ってもよい。
本発明において、磁化ステップと磁粉散布ステップとは、いずれを先に行ってもよいし、また、両者を同時に行ってもよい。
本発明によれば、搬送中の鋼片の周囲に在る蛍光磁粉の蛍光を鋼片表面のきずと誤認識することなく、また、鋼片の傾きが変動してもきずを精度よく検出することができる。
（第１の実施形態）
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。
図３は、磁粉探傷装置の一構成例を概略的に示す図である。
磁粉探傷装置１は、磁化部２、磁粉散布部３、紫外線照射部４、スリット光照射部５、撮像部６、及び画像処理部７を備えている。また、磁粉探傷装置１は、撮像画像を表示する表示部８と、各部の動作を制御する制御部９とを備えている。鋼片Ｋは、磁粉探傷装置１が備える搬送ローラ１０によって、搬送方向に搬送される。
磁化部２は、鋼片Ｋを周方向に磁化する極間磁化コイル２ａと鋼片Ｋを軸方向に磁化する貫通磁化コイル２ｂと有し、鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓを磁化する。
磁粉散布部３は、探傷領域Ｓに蛍光磁粉Ｚを散布する。磁化部２による探傷領域Ｓの磁化と、磁粉散布部３による探傷領域Ｓへの蛍光磁粉Ｚの散布は、いずれを先に行ってもよいし、また、両者を同時に行ってもよい。
紫外線照射部４は、磁化部２によって磁化され、磁粉散布部３によって蛍光磁粉Ｚが散布された探傷領域Ｓに紫外線を照射し、蛍光磁粉Ｚを蛍光させる。紫外線照射部４は、例えば、ＵＶ−ＬＥＤや水銀灯である。
スリット光照射部５は、探傷領域Ｓの搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬを照射する。
撮像部６は、探傷領域Ｓを撮像する。撮像部６は、例えばＣＣＤカメラである。
画像処理部７は、撮像部６が撮像した撮像画像を画像処理し、きずを検出する。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。
図３は、磁粉探傷装置の一構成例を概略的に示す図である。
磁粉探傷装置１は、磁化部２、磁粉散布部３、紫外線照射部４、スリット光照射部５、撮像部６、及び画像処理部７を備えている。また、磁粉探傷装置１は、撮像画像を表示する表示部８と、各部の動作を制御する制御部９とを備えている。鋼片Ｋは、磁粉探傷装置１が備える搬送ローラ１０によって、搬送方向に搬送される。
磁化部２は、鋼片Ｋを周方向に磁化する極間磁化コイル２ａと鋼片Ｋを軸方向に磁化する貫通磁化コイル２ｂと有し、鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓを磁化する。
磁粉散布部３は、探傷領域Ｓに蛍光磁粉Ｚを散布する。磁化部２による探傷領域Ｓの磁化と、磁粉散布部３による探傷領域Ｓへの蛍光磁粉Ｚの散布は、いずれを先に行ってもよいし、また、両者を同時に行ってもよい。
紫外線照射部４は、磁化部２によって磁化され、磁粉散布部３によって蛍光磁粉Ｚが散布された探傷領域Ｓに紫外線を照射し、蛍光磁粉Ｚを蛍光させる。紫外線照射部４は、例えば、ＵＶ−ＬＥＤや水銀灯である。
スリット光照射部５は、探傷領域Ｓの搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬを照射する。
撮像部６は、探傷領域Ｓを撮像する。撮像部６は、例えばＣＣＤカメラである。
画像処理部７は、撮像部６が撮像した撮像画像を画像処理し、きずを検出する。
図４は、磁粉探傷装置１が行う磁粉探傷のフローを示すフロー図である。図５は、鋼片表面と、紫外線照射部４と、撮像部６との位置関係を示す図である。
この磁粉探傷装置１によって磁粉探傷を行う場合には、予め、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線照射部４の紫外線照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αと、第１傾斜角度αの変化に応じて変化する、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部６の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βと、第２傾斜角度βの変化に応じて変化する、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度との第２対応関係を調査する（対応関係調査ステップ）。
図６は、第１傾斜角度及び第２傾斜角度と、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との対応関係を示す図であり、図６（ａ）は、第１対応関係を示す図であり、図６（ｂ）は、第２対応関係を示す図である。
図７は、第１傾斜角度及び第２傾斜角度と、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との対応関係の調査方法を示す図であり、図７（ａ）は、第１対応関係の調査方法を示す図であり、図７（ｂ）は、第２対応関係の調査方法を示す図である。
この磁粉探傷装置１によって磁粉探傷を行う場合には、予め、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線照射部４の紫外線照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αと、第１傾斜角度αの変化に応じて変化する、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部６の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βと、第２傾斜角度βの変化に応じて変化する、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度との第２対応関係を調査する（対応関係調査ステップ）。
図６は、第１傾斜角度及び第２傾斜角度と、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との対応関係を示す図であり、図６（ａ）は、第１対応関係を示す図であり、図６（ｂ）は、第２対応関係を示す図である。
図７は、第１傾斜角度及び第２傾斜角度と、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との対応関係の調査方法を示す図であり、図７（ａ）は、第１対応関係の調査方法を示す図であり、図７（ｂ）は、第２対応関係の調査方法を示す図である。
第１対応関係の調査方法を、図７（ａ）を参照して説明する。
後述する磁化ステップと同様に鋼片表面Ｋ１の探傷領域を磁化する。続いて、後述する磁粉散布ステップと同様に、探傷領域に蛍光磁粉Ｚを散布し、蛍光磁粉Ｚを鋼片表面Ｋ１のきずに吸着させる。続いて、後述する紫外線照射ステップと同様に、探傷領域に紫外線を照射し、蛍光磁粉Ｚを蛍光させる。続いて、後述する撮像ステップと同様に、探傷領域を撮像する。
撮像時に、撮像部６の位置及び撮像方向Ｆ１１は一定に保持する。そして、紫外線照射部４の照射方向ＦＶを蛍光磁粉Ｚに向けた状態で、蛍光磁粉Ｚを中心として紫外線照射部４の位置を変え、第１傾斜角度αを変化させる。そして、撮像部６が撮像する撮像画像での第１傾斜角度αの変化に応じた濃度の変化を調べる。このとき、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βは、実際の磁粉探傷時に設定される第２傾斜角度の範囲内（例えば０°）に定めるのが望ましい。図６（ａ）に示すように、第１傾斜角度αが大きくなるほど、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度は低くなる。
後述する磁化ステップと同様に鋼片表面Ｋ１の探傷領域を磁化する。続いて、後述する磁粉散布ステップと同様に、探傷領域に蛍光磁粉Ｚを散布し、蛍光磁粉Ｚを鋼片表面Ｋ１のきずに吸着させる。続いて、後述する紫外線照射ステップと同様に、探傷領域に紫外線を照射し、蛍光磁粉Ｚを蛍光させる。続いて、後述する撮像ステップと同様に、探傷領域を撮像する。
撮像時に、撮像部６の位置及び撮像方向Ｆ１１は一定に保持する。そして、紫外線照射部４の照射方向ＦＶを蛍光磁粉Ｚに向けた状態で、蛍光磁粉Ｚを中心として紫外線照射部４の位置を変え、第１傾斜角度αを変化させる。そして、撮像部６が撮像する撮像画像での第１傾斜角度αの変化に応じた濃度の変化を調べる。このとき、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βは、実際の磁粉探傷時に設定される第２傾斜角度の範囲内（例えば０°）に定めるのが望ましい。図６（ａ）に示すように、第１傾斜角度αが大きくなるほど、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度は低くなる。
続いて、第２対応関係の調査方法を、図７（ｂ）を参照して説明する。
上述した第１対応関係の調査方法と同様にして、探傷領域を撮像する。
撮像時に、紫外線照射部４の位置及び紫外線の照射方向ＦＶは一定に保持する。そして、撮像部６の撮像方向Ｆ１１を蛍光磁粉Ｚに向けた状態で、蛍光磁粉Ｚを中心として撮像部６の位置を変え、第２傾斜角度βを変化させる。撮像部６が撮像する撮像画像での第２傾斜角度βの変化に応じた濃度の変化を調べる。このとき、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線照射部４の紫外線の照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αは、実際の磁粉探傷時に設定される第１傾斜角度αの範囲内（例えば０°）に定めるのが望ましい。図６（ｂ）に示すように、第２傾斜角度βが大きくなるほど、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度は低くなる。
このようにして、第１対応関係及び第２対応関係を調査し、画像処理部７に記憶させる。
上述した第１対応関係の調査方法と同様にして、探傷領域を撮像する。
撮像時に、紫外線照射部４の位置及び紫外線の照射方向ＦＶは一定に保持する。そして、撮像部６の撮像方向Ｆ１１を蛍光磁粉Ｚに向けた状態で、蛍光磁粉Ｚを中心として撮像部６の位置を変え、第２傾斜角度βを変化させる。撮像部６が撮像する撮像画像での第２傾斜角度βの変化に応じた濃度の変化を調べる。このとき、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線照射部４の紫外線の照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αは、実際の磁粉探傷時に設定される第１傾斜角度αの範囲内（例えば０°）に定めるのが望ましい。図６（ｂ）に示すように、第２傾斜角度βが大きくなるほど、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度は低くなる。
このようにして、第１対応関係及び第２対応関係を調査し、画像処理部７に記憶させる。
そして、搬送中の鋼片表面Ｋ１の磁粉探傷を、次のように行う（図４参照）。
磁化部２は、搬送中の鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓを磁化する（磁化ステップ）。
磁粉散布部３は、搬送中の鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓに蛍光磁粉Ｚを散布する（磁粉散布ステップ）。この磁化ステップと磁粉散布ステップは、いずれを先に行ってもよいし、また、両ステップを同時に行ってもよい。
続いて、紫外線照射部４は、磁化ステップによって磁化され、磁粉散布ステップによって蛍光磁粉が散布された探傷領域Ｓに紫外線を照射し蛍光磁粉Ｚを蛍光させる（紫外線照射ステップ）。
続いて、スリット光照射部５は、探傷領域Ｓの搬送方向上流側において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬ１を照射し、探傷領域Ｓの搬送方向下流側において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬ２を照射する（スリット光照射ステップ）。このスリット光ＳＬ１とスリット光ＳＬ２を合わせて称する場合にはスリット光ＳＬという。このスリット光照射ステップによるスリット光ＳＬの照射は、紫外線照射ステップよりも先に開始していてもよい。つまり、次の撮像ステップの以前に、紫外線照射ステップとスリット光照射ステップを開始していればよい。
続いて、撮像部６は、探傷領域Ｓを撮像し、撮像画像を形成する（撮像ステップ）。このとき、鋼片表面Ｋ１の全幅が撮像されるように、鋼片表面Ｋ１の幅よりも広い領域に撮像視野を設定する。また、鋼片表面Ｋ１で撮像されていない箇所が無いように、搬送方向に探傷領域Ｓを連続して撮像する。図８は、撮像部６が撮像する撮像画像の一例の概略図である。撮像画像には、鋼片表面Ｋ１の周囲を含めて探傷領域Ｓが撮像される。
磁化部２は、搬送中の鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓを磁化する（磁化ステップ）。
磁粉散布部３は、搬送中の鋼片表面Ｋ１の探傷領域Ｓに蛍光磁粉Ｚを散布する（磁粉散布ステップ）。この磁化ステップと磁粉散布ステップは、いずれを先に行ってもよいし、また、両ステップを同時に行ってもよい。
続いて、紫外線照射部４は、磁化ステップによって磁化され、磁粉散布ステップによって蛍光磁粉が散布された探傷領域Ｓに紫外線を照射し蛍光磁粉Ｚを蛍光させる（紫外線照射ステップ）。
続いて、スリット光照射部５は、探傷領域Ｓの搬送方向上流側において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬ１を照射し、探傷領域Ｓの搬送方向下流側において、鋼片Ｋの搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光ＳＬ２を照射する（スリット光照射ステップ）。このスリット光ＳＬ１とスリット光ＳＬ２を合わせて称する場合にはスリット光ＳＬという。このスリット光照射ステップによるスリット光ＳＬの照射は、紫外線照射ステップよりも先に開始していてもよい。つまり、次の撮像ステップの以前に、紫外線照射ステップとスリット光照射ステップを開始していればよい。
続いて、撮像部６は、探傷領域Ｓを撮像し、撮像画像を形成する（撮像ステップ）。このとき、鋼片表面Ｋ１の全幅が撮像されるように、鋼片表面Ｋ１の幅よりも広い領域に撮像視野を設定する。また、鋼片表面Ｋ１で撮像されていない箇所が無いように、搬送方向に探傷領域Ｓを連続して撮像する。図８は、撮像部６が撮像する撮像画像の一例の概略図である。撮像画像には、鋼片表面Ｋ１の周囲を含めて探傷領域Ｓが撮像される。
続いて、画像処理部７は、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線照射部４の紫外線の照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αと、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部６の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βとを算出する（傾斜角度算出ステップ）。
上述した第１傾斜角度αの算出方法について説明する。
図９は、第１傾斜角度αの算出方法を説明する図であり、図９（ａ）は、鋼片表面Ｋ１のスリット光ＳＬを撮像部６が撮像している状態の概略図であり、図９（ｂ）は、スリット光ＳＬが撮像された撮像画像の概略図である。
以下の説明では、磁粉探傷装置中の任意の点を原点とし、図９（ａ）に示すように、搬送方向に垂直で水平な方向をＸ方向、搬送方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向としている。
撮像部６が固定されているので、撮像部６の位置と、撮像方向Ｆ１１と、撮像方向Ｆ１１を軸とし所定の方向を基準とした場合の撮像部６の回転角度とは、既知である。従って、撮像画像中の画素毎にそれぞれの画素に映し出される空間の位置を示す直線（以下、この直線を画素撮像直線という）は一意的に決まる。
画像処理部７は、撮像画像中のスリット光ＳＬ中から、任意の点Ｐ１を選ぶ。
この点Ｐ１に対応する画素撮像直線Ｆ１２は、Ｆ１２が通る任意の箇所の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を用いて下記の式で表わされる。
（Ｘ−Ｘ１）／ａ１＝（Ｙ−Ｙ１）／ｂ１＝（Ｚ−Ｚ１）／ｃ１・・・（１）
また、スリット光照射部５が固定されているので、スリット光照射部５の位置と、スリット光の照射方向Ｆ２と、スリット光の照射方向Ｆ２を軸とし所定の方向を基準とした場合のスリット光照射部５の回転角度とが既知である。ここで、スリット光照射方向とは、スリット光照射部５から扇形に照射される可視光の内で扇形の中心を通る可視光の方向をいう。
従って、扇状に広がるスリット光から成る面（以下、この面をスリット光面ＳＴという）の位置が決まる。このスリット光面ＳＴの位置は下記の式で表わされる。
ａ２Ｘ＋ｂ２Ｙ＋ｃ２Ｚ＝ｄ２・・・（２）
すると、撮像画像中の点Ｐ１に対応する鋼片表面Ｋ１上の点Ｕ１の座標は、画素撮像直線Ｆ１２とスリット光面ＳＴとの交点なので、式（１）と式（２）を解くことによって求められる。
こうして点Ｕ１の座標（ＸＵ１，ＹＵ１，ＺＵ１）が求められる。
このようにして、画像処理部７は、スリット光ＳＬ１及びＳＬ２の内のいずれか一方のスリット光上から点Ｐ１及び点Ｐ２の２点を選び、いずれか他方のスリット光上から点Ｐ３の１点を選ぶ。そして、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応する鋼片表面Ｋ１上の点Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の位置を算出する。
そして、点Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の３点を通る面の式 ａ３Ｘ＋ｂ３Ｙ＋ｃ３Ｚ＝ｄ３ を算出する。この式が鋼片表面Ｋ１の位置を示す。
そして、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈを算出する。一方、紫外線照射部４は固定されており、紫外線照射部４の紫外線照射方向ＦＶは既知なので、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線の照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αを算出することができる。
また、撮像部６の撮像方向Ｆ１１は既知なので、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部６の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βを算出することができる。
図９は、第１傾斜角度αの算出方法を説明する図であり、図９（ａ）は、鋼片表面Ｋ１のスリット光ＳＬを撮像部６が撮像している状態の概略図であり、図９（ｂ）は、スリット光ＳＬが撮像された撮像画像の概略図である。
以下の説明では、磁粉探傷装置中の任意の点を原点とし、図９（ａ）に示すように、搬送方向に垂直で水平な方向をＸ方向、搬送方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向としている。
撮像部６が固定されているので、撮像部６の位置と、撮像方向Ｆ１１と、撮像方向Ｆ１１を軸とし所定の方向を基準とした場合の撮像部６の回転角度とは、既知である。従って、撮像画像中の画素毎にそれぞれの画素に映し出される空間の位置を示す直線（以下、この直線を画素撮像直線という）は一意的に決まる。
画像処理部７は、撮像画像中のスリット光ＳＬ中から、任意の点Ｐ１を選ぶ。
この点Ｐ１に対応する画素撮像直線Ｆ１２は、Ｆ１２が通る任意の箇所の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を用いて下記の式で表わされる。
（Ｘ−Ｘ１）／ａ１＝（Ｙ−Ｙ１）／ｂ１＝（Ｚ−Ｚ１）／ｃ１・・・（１）
また、スリット光照射部５が固定されているので、スリット光照射部５の位置と、スリット光の照射方向Ｆ２と、スリット光の照射方向Ｆ２を軸とし所定の方向を基準とした場合のスリット光照射部５の回転角度とが既知である。ここで、スリット光照射方向とは、スリット光照射部５から扇形に照射される可視光の内で扇形の中心を通る可視光の方向をいう。
従って、扇状に広がるスリット光から成る面（以下、この面をスリット光面ＳＴという）の位置が決まる。このスリット光面ＳＴの位置は下記の式で表わされる。
ａ２Ｘ＋ｂ２Ｙ＋ｃ２Ｚ＝ｄ２・・・（２）
すると、撮像画像中の点Ｐ１に対応する鋼片表面Ｋ１上の点Ｕ１の座標は、画素撮像直線Ｆ１２とスリット光面ＳＴとの交点なので、式（１）と式（２）を解くことによって求められる。
こうして点Ｕ１の座標（ＸＵ１，ＹＵ１，ＺＵ１）が求められる。
このようにして、画像処理部７は、スリット光ＳＬ１及びＳＬ２の内のいずれか一方のスリット光上から点Ｐ１及び点Ｐ２の２点を選び、いずれか他方のスリット光上から点Ｐ３の１点を選ぶ。そして、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応する鋼片表面Ｋ１上の点Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の位置を算出する。
そして、点Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の３点を通る面の式 ａ３Ｘ＋ｂ３Ｙ＋ｃ３Ｚ＝ｄ３ を算出する。この式が鋼片表面Ｋ１の位置を示す。
そして、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈを算出する。一方、紫外線照射部４は固定されており、紫外線照射部４の紫外線照射方向ＦＶは既知なので、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して紫外線の照射方向ＦＶが成す第１傾斜角度αを算出することができる。
また、撮像部６の撮像方向Ｆ１１は既知なので、鋼片表面Ｋ１の法線方向Ｈに対して撮像部６の撮像方向Ｆ１１が成す第２傾斜角度βを算出することができる。
続いて、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度αが実際の第１傾斜角度である第１算出角度α１から第１算出角度α１と異なる第１補正角度α２に変化し、かつ、第２傾斜角度βが実際の第２傾斜角度である第２算出角度β１から第２算出角度β１と異なる第２補正角度β２に変化した場合の濃度に補正する。
撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度αが第１算出角度α１から第１補正角度α２に変化した場合の濃度に補正するには、第１算出角度α１に対して第１対応関係によって対応付けられる濃度Ｄ１１と、第１補正角度α２に対して第１対応関係によって対応付けられる濃度Ｄ１２との比を用いて補正する（第１補正処理ステップ）。具体的には、次のように行う。
図１０は、第１対応関係及び第２対応関係を示す図であり、図１０（ａ）は、第１対応関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、第２対応関係を示す図である。
第１対応関係から、第１算出角度α１に対応付けられる濃度Ｄ１１を算出する。また、第１対応関係から、第１補正角度α２に対応付けられる濃度Ｄ１２を算出する。そして、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度がＥ１であるとすると、第１傾斜角度αが第１算出角度α１から第１補正角度α２に変化した場合の濃度Ｅ０１は、
Ｅ０１＝Ｅ１×Ｄ１２／Ｄ１１・・・（３）
の式によって算出される。
図１０は、第１対応関係及び第２対応関係を示す図であり、図１０（ａ）は、第１対応関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、第２対応関係を示す図である。
第１対応関係から、第１算出角度α１に対応付けられる濃度Ｄ１１を算出する。また、第１対応関係から、第１補正角度α２に対応付けられる濃度Ｄ１２を算出する。そして、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度がＥ１であるとすると、第１傾斜角度αが第１算出角度α１から第１補正角度α２に変化した場合の濃度Ｅ０１は、
Ｅ０１＝Ｅ１×Ｄ１２／Ｄ１１・・・（３）
の式によって算出される。
また、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度を、第２傾斜角度βが第２算出角度β１から第２補正角度β２に変化した場合の濃度に補正するには、第２算出角度β１に対して第２対応関係によって対応付けられる濃度Ｄ２１と、第２補正角度β２に対して第２対応関係によって対応付けられる濃度Ｄ２２との比を用いて補正する（第２補正処理ステップ）。具体的には、次のように行う（図１０（ｂ）参照）。
第２対応関係から、第２算出角度β１に対応付けられる濃度Ｄ２１を算出する。また、第１対応関係から、第２補正角度β２に対応付けられる濃度Ｄ２２を算出する。そして、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度がＥ１であるとすると、第２傾斜角度βが第２出角度β１から第２補正角度β２に変化した場合の濃度Ｅ０２は、
Ｅ０２＝Ｅ１×Ｄ２２／Ｄ２１・・・（４）
の式によって算出される。
第２対応関係から、第２算出角度β１に対応付けられる濃度Ｄ２１を算出する。また、第１対応関係から、第２補正角度β２に対応付けられる濃度Ｄ２２を算出する。そして、撮像画像中の蛍光磁粉Ｚに対応する画素群の濃度がＥ１であるとすると、第２傾斜角度βが第２出角度β１から第２補正角度β２に変化した場合の濃度Ｅ０２は、
Ｅ０２＝Ｅ１×Ｄ２２／Ｄ２１・・・（４）
の式によって算出される。
従って、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとにより、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度αが第１算出角度α１から第１補正角度α２に変化し、かつ、第２傾斜角度βが第２算出角度β１第２補正角度β２に変化した場合の濃度に補正することができる。
上述した第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとは、いずれの一方を先に行ってもよい。
第１補正処理ステップを先に行い、続いて第２補正処理ステップを行う場合には、上述した（４）式において、Ｅ１を（３）式で得たＥ０１に置き換えて、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとの補正を行った後の濃度Ｅ２を次のように算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ０１×Ｄ２２／Ｄ２１
反対に、第２補正処理ステップを先に行い、続いて第１補正処理ステップを行う場合には、上述した（３）式において、Ｅ１を（３）式で得たＥ０２に置き換えて、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとの補正を行った後の濃度Ｅ２を次のように算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ０２×Ｄ１２／Ｄ１１
また、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとを、一緒に行う場合は、補正後の濃度Ｅ２とすると、次の式によって算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ１×Ｄ１２／Ｄ１１×Ｄ２２／Ｄ２１
このように、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成する。
上述した第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとは、いずれの一方を先に行ってもよい。
第１補正処理ステップを先に行い、続いて第２補正処理ステップを行う場合には、上述した（４）式において、Ｅ１を（３）式で得たＥ０１に置き換えて、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとの補正を行った後の濃度Ｅ２を次のように算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ０１×Ｄ２２／Ｄ２１
反対に、第２補正処理ステップを先に行い、続いて第１補正処理ステップを行う場合には、上述した（３）式において、Ｅ１を（３）式で得たＥ０２に置き換えて、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとの補正を行った後の濃度Ｅ２を次のように算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ０２×Ｄ１２／Ｄ１１
また、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとを、一緒に行う場合は、補正後の濃度Ｅ２とすると、次の式によって算出すればよい。
Ｅ２＝Ｅ１×Ｄ１２／Ｄ１１×Ｄ２２／Ｄ２１
このように、第１補正処理ステップと第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成する。
次に、きずの検出を容易にするために補正撮像画像に２値化処理を行う（２値化ステップ）。撮像画像中の全画素を、濃度が予め定めた濃度以上か未満かによって区別し、予め定めた濃度よりも濃度が低い画素は、ノイズとして除去する。
そして、画像処理部７は、２値化処理された補正撮像画像からきずの検出を行う（きず検出ステップ）。
画像処理部７は、補正撮像画像中のスリット光ＳＬ１とスリット光ＳＬ２に挟まれた領域内の画素群を対象にきずの検出を行う。画像処理部７は、補正撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度や、形状や、大きさを、予め定めた基準と比較してきずか否かを判定する。
画像処理部７は、補正撮像画像中のスリット光ＳＬ１とスリット光ＳＬ２に挟まれた領域内の画素群を対象にきずの検出を行う。画像処理部７は、補正撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度や、形状や、大きさを、予め定めた基準と比較してきずか否かを判定する。
第１の実施形態に係る磁粉探傷装置１において、第１補正角度及び第２補正角度を一定にすれば、搬送中に鋼片表面の傾きが変動しても、蛍光磁粉に対応する画素群の濃度の変動を低減することができる。そして、鋼片表面の傾きを同様の条件にしてきずを検出するので、きずの検出精度が良くなる。
また、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、鋼片表面の法線方向から蛍光磁粉に紫外線を照射し、かつ、鋼片表面の法線方向から撮像した場合の濃度に補正することができる。このことにより、第１算出角度や第２算出角度が大きく、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低いためにきずの検出が困難な場合にも、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、きずを検出することができる。従って、きずの検出精度が良くなる。
また、搬送方向上流側と搬送方向下流側のそれぞれのスリット光の両端部が鋼片の幅方向の端部を示すので、２本のスリット光に挟まれた領域が探傷領域であることが容易に分かる。従って、鋼片の周囲に在る蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞が少ない。このことにより、きずの検出精度が良くなる。
また、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、鋼片表面の法線方向から蛍光磁粉に紫外線を照射し、かつ、鋼片表面の法線方向から撮像した場合の濃度に補正することができる。このことにより、第１算出角度や第２算出角度が大きく、撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度が低いためにきずの検出が困難な場合にも、第１補正角度、及び、第２補正角度を小さい角度にすることにより、きずを検出することができる。従って、きずの検出精度が良くなる。
また、搬送方向上流側と搬送方向下流側のそれぞれのスリット光の両端部が鋼片の幅方向の端部を示すので、２本のスリット光に挟まれた領域が探傷領域であることが容易に分かる。従って、鋼片の周囲に在る蛍光磁粉を鋼片上のきずと誤認識する虞が少ない。このことにより、きずの検出精度が良くなる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。本実施形態に係る磁粉探傷装置は、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置が行う第１補正処理ステップと第２補正処理ステップの後に第３補正処理ステップを実行する。
第３補正処理ステップは、次のように行う。
画像処理部７は、第１補正処理ステップ及び第２補正処理ステップを実行して濃度が補正された撮像画像を、第２傾斜角度βが第２算出角度β１から第２補正角度β２に変化した場合に撮像部６によって撮像される撮像画像に幾何学的に変換する。ここでいう幾何学的に変換するとは、濃度が補正された撮像画像全体の形状を撮像画像中の画素群を含めて変換することである。この幾何学的な変換は、例えば、既知のアフィン変換や射影変換によって行うことができる。
第２補正角度を、蛍光磁粉が表すきずの形状が見易い角度（例えば０°）に設定することにより、きずの検出精度が良くなる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。本実施形態に係る磁粉探傷装置は、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置が行う第１補正処理ステップと第２補正処理ステップの後に第３補正処理ステップを実行する。
第３補正処理ステップは、次のように行う。
画像処理部７は、第１補正処理ステップ及び第２補正処理ステップを実行して濃度が補正された撮像画像を、第２傾斜角度βが第２算出角度β１から第２補正角度β２に変化した場合に撮像部６によって撮像される撮像画像に幾何学的に変換する。ここでいう幾何学的に変換するとは、濃度が補正された撮像画像全体の形状を撮像画像中の画素群を含めて変換することである。この幾何学的な変換は、例えば、既知のアフィン変換や射影変換によって行うことができる。
第２補正角度を、蛍光磁粉が表すきずの形状が見易い角度（例えば０°）に設定することにより、きずの検出精度が良くなる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。本実施形態に係る磁粉探傷装置は、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置、又は第２の実施形態に係る磁粉探傷装置が行うきずの検出に加えて、スリット光照射部が照射するスリット光によってきずを検出する。以下にそのきずの検出方法について説明する。
図１１は、スリット光によってきずを検出する方法の説明図であり、図１１（ａ）は、スリット光によってきずを検出している状態の概略図であり、図１１（ｂ）は、きずに照射されたスリット光を撮像した撮像画像である。図１１（ａ）では、鋼片Ｋの長手方向の一部のみを示している。
スリット光照射部５と撮像部６とは、スリット光照射部５のスリット光照射方向Ｆ２と撮像部６の撮像方向Ｆ１１とが互いに異なる方向となるように配置されている。
撮像部６は、探傷領域Ｓを複数回撮像する。画像処理部７は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像について、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置、又は第２の実施形態に係る磁粉探傷装置と同様に補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出する。また、画像処理部７は、撮像部６が撮像した前記複数の撮像画像についてスリット光ＳＬに対応する画素群に基づいてきずを検出する。
換言すると、画像処理部７は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像については、蛍光磁粉によるきずの検出とスリット光によるきずの検出の両方を行い、残りの撮像画像についてはスリット光によるきずの検出のみを行う。
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁粉探傷装置について説明する。本実施形態に係る磁粉探傷装置は、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置、又は第２の実施形態に係る磁粉探傷装置が行うきずの検出に加えて、スリット光照射部が照射するスリット光によってきずを検出する。以下にそのきずの検出方法について説明する。
図１１は、スリット光によってきずを検出する方法の説明図であり、図１１（ａ）は、スリット光によってきずを検出している状態の概略図であり、図１１（ｂ）は、きずに照射されたスリット光を撮像した撮像画像である。図１１（ａ）では、鋼片Ｋの長手方向の一部のみを示している。
スリット光照射部５と撮像部６とは、スリット光照射部５のスリット光照射方向Ｆ２と撮像部６の撮像方向Ｆ１１とが互いに異なる方向となるように配置されている。
撮像部６は、探傷領域Ｓを複数回撮像する。画像処理部７は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像について、第１の実施形態に係る磁粉探傷装置、又は第２の実施形態に係る磁粉探傷装置と同様に補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出する。また、画像処理部７は、撮像部６が撮像した前記複数の撮像画像についてスリット光ＳＬに対応する画素群に基づいてきずを検出する。
換言すると、画像処理部７は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像については、蛍光磁粉によるきずの検出とスリット光によるきずの検出の両方を行い、残りの撮像画像についてはスリット光によるきずの検出のみを行う。
スリット光ＳＬの照射位置にきずがあると、撮像画像においてスリット光ＳＬに対応する画素群は直線と成らずに曲がった形状となったり、また、一部が消滅した形状となる。
画像処理部７は、スリット光ＳＬに対応する画素群の形状を予め定めた基準と比較してきずか否かを判定する。
このように、スリット光によって、所謂光切断法による探傷を行うので、幅が広くて深さが浅いきずを容易に検出することができる。
また、本実施形態では、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像の数よりも、スリット光によってきずの検出を行う撮像画像の数の方が多い。
図１２は、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像と、スリット光にるきずの検出のみを行う撮像画像の撮像位置の概略図である。
スリット光によるきずの検出のみを行う撮像画像に撮像されているスリット光が、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像に撮像されている搬送方向上流側と搬送方向下流側の２本のスリット光の間に位置する。
従って、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像での探傷領域の搬送方向上流側と搬送方向下流側のスリット光の位置だけでなく、該探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
望ましくは、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像を２回撮像する間に、スリット光によるきずの検出のみを行う撮像画像の撮像を少なくとも１回行う。これにより、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像全てにおいて、探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
画像処理部７は、スリット光ＳＬに対応する画素群の形状を予め定めた基準と比較してきずか否かを判定する。
このように、スリット光によって、所謂光切断法による探傷を行うので、幅が広くて深さが浅いきずを容易に検出することができる。
また、本実施形態では、蛍光磁粉によってきずの検出を行う撮像画像の数よりも、スリット光によってきずの検出を行う撮像画像の数の方が多い。
図１２は、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像と、スリット光にるきずの検出のみを行う撮像画像の撮像位置の概略図である。
スリット光によるきずの検出のみを行う撮像画像に撮像されているスリット光が、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像に撮像されている搬送方向上流側と搬送方向下流側の２本のスリット光の間に位置する。
従って、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像での探傷領域の搬送方向上流側と搬送方向下流側のスリット光の位置だけでなく、該探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
望ましくは、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像を２回撮像する間に、スリット光によるきずの検出のみを行う撮像画像の撮像を少なくとも１回行う。これにより、蛍光磁粉とスリット光とによってきずの検出を行う撮像画像全てにおいて、探傷領域の搬送方向中央付近にある幅が広くて深さが浅いきずも検出することができる。
１・・・磁粉探傷装置
２・・・磁化部
３・・・磁粉散布部
４・・・紫外線照射部
５・・・スリット光照射部
６・・・撮像部
７・・・画像処理部
Ｋ・・・鋼片
Ｋ１・・・鋼片表面
Ｓ・・・探傷領域
ＳＬ・・・スリット光
２・・・磁化部
３・・・磁粉散布部
４・・・紫外線照射部
５・・・スリット光照射部
６・・・撮像部
７・・・画像処理部
Ｋ・・・鋼片
Ｋ１・・・鋼片表面
Ｓ・・・探傷領域
ＳＬ・・・スリット光
Claims (4)
- 搬送ラインを搬送する鋼片の表面を探傷する磁粉探傷装置であって、
前記鋼片表面の探傷領域を磁化する磁化部と、
前記探傷領域に蛍光磁粉を散布する磁粉散布部と、
前記磁化部によって磁化され、前記磁粉散布部によって蛍光磁粉が散布された前記探傷領域に紫外線を照射し、該蛍光磁粉を蛍光させる紫外線照射部と、
前記探傷領域の搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、前記鋼片の搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光を照射するスリット光照射部と、
前記探傷領域を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した撮像画像を画像処理する画像処理部とを備え、
前記画像処理部には、前記鋼片表面の法線方向に対して前記紫外線照射部の紫外線の照射方向が成す第１傾斜角度と、該第１傾斜角度の変化に応じて変化する、前記撮像画像中の前記蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び該鋼片表面の法線方向に対して前記撮像部の撮像方向が成す第２傾斜角度と、該第２傾斜角度の変化に応じて変化する、該撮像画像中の該蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第２対応関係が予め記憶されており、
前記画像処理部は、前記撮像部の位置、該撮像部の撮像方向、前記スリット光照射部の位置、該スリット光の照射方向、及び搬送方向上流側及び搬送方向下流側のスリット光に対応する画素群の前記撮像画像中での位置に基づいて、幾何学的に実際の第１傾斜角度及び第２傾斜角度を算出する傾斜角度算出ステップと、該傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第１傾斜角度である第１算出角度に対して前記第１対応関係によって対応付けられる濃度と、第１算出角度と異なる第１傾斜角度である第１補正角度に対して該第１対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、該撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１算出角度から第１補正角度に変化した場合の濃度に補正する第１補正処理ステップと、該傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第２傾斜角度である第２算出角度に対して前記第２対応関係によって対応付けられる濃度と、第２算出角度と異なる第２傾斜角度である第２補正角度に対して該第２対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、該撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第２傾斜角度が第２算出角度から第２補正角度に変化した場合の濃度に補正する第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出することを特徴とする磁粉探傷装置。 - 前記画像処理部は、前記第１補正処理ステップ及び前記第２補正処理ステップを実行した前記撮像画像に対し、前記第２傾斜角度が前記第２算出角度から第２補正角度に変化した場合に前記撮像部によって撮像される撮像画像に幾何学的に変換する第３補正処理ステップを更に実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出することを特徴とする請求項１に記載の磁粉探傷装置。
- 前記スリット光照射部のスリット光照射方向と前記撮像部の撮像方向とが互いに異なる方向となるように、該スリット光照射部及び該撮像部は配置され、
前記撮像部は前記探傷領域を複数回撮像し、
前記画像処理部は、撮像された複数の撮像画像の中の一部の撮像画像について前記補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出すると共に、該複数の撮像画像について前記スリット光に対応する画素群に基づいてきずを検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁粉探傷装置。 - 搬送ラインを搬送する鋼片の表面を探傷する磁粉探傷方法であって、
前記鋼片表面の探傷領域を磁化する磁化ステップと、
前記探傷領域に蛍光磁粉を散布する磁粉散布ステップと、
前記磁化ステップによって磁化され、前記磁粉散布ステップによって蛍光磁粉が散布された前記探傷領域に紫外線を照射し、該蛍光磁粉を蛍光させる紫外線照射ステップと、
前記紫外線照射ステップによって蛍光磁粉を蛍光させた前記探傷領域の搬送方向上流側及び搬送方向下流側の各位置において、前記鋼片の搬送方向に垂直な方向に横断する可視光のスリット光を照射するスリット光照射ステップと、
前記スリット光照射ステップによってスリット光を照射された前記探傷領域を撮像し、撮像画像を形成する撮像ステップと、
前記鋼片表面の法線方向に対して前記紫外線照射ステップにおける紫外線の照射方向が成す第１傾斜角度と、該第１傾斜角度の変化に応じて変化する、前記撮像画像中の前記蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第１対応関係、及び該鋼片表面の法線方向に対して前記撮像ステップにおける撮像方向が成す第２傾斜角度と、該第２傾斜角度の変化に応じて変化する、該撮像画像中の該蛍光磁粉に対応する画素群の濃度との第２対応関係を予め調査する対応関係調査ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像する撮像部の位置、該撮像部の撮像方向、前記スリット光照射ステップにおいてスリット光を照射するスリット光照射部の位置、該スリット光の照射方向、及び搬送方向上流側及び搬送方向下流側のスリット光に対応する画素群の前記撮像画像中での位置に基づいて、幾何学的に実際の第１傾斜角度及び第２傾斜角度を算出する傾斜角度算出ステップと、
前記傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第１傾斜角度である第１算出角度に対して前記第１対応関係によって対応付けられる濃度と、第１算出角度と異なる第１傾斜角度である第１補正角度に対して該第１対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、前記撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第１傾斜角度が第１算出角度から第１補正角度に変化した場合の濃度に補正する第１補正処理ステップと、
前記傾斜角度算出ステップにより算出した実際の第２傾斜角度である第２算出角度に対して前記第２対応関係によって対応付けられる濃度と、第２算出角度と異なる第２傾斜角度である第２補正角度に対して該第２対応関係によって対応付けられる濃度との比を用いて、前記撮像画像中の蛍光磁粉に対応する画素群の濃度を、第２傾斜角度が第２算出角度から第２補正角度に変化した場合の濃度に補正する第２補正処理ステップと、
前記第１補正処理ステップと前記第２補正処理ステップとを実行することにより補正撮像画像を形成し、該補正撮像画像によりきずを検出するきず検出ステップを含むことを特徴とする磁粉探傷方法。
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