(57)【要約】【課題】管材の自動内面検査装置を構成する各要素をユニット化し、様々な管材に合せて現場への導入が容易であり、各ユニットの組み合せに対するフレキシビリティが高い管材検査装置の提供を目的とする。【解決手段】管材投入ユニット、検査ステージ搬送・固定ユニット及び管材ストッカユニットをこの順に相互に分離及び接続可能に備え、前記検査ステージ搬送・固定ユニットは管材を検査ステージに搬送及び固定するためのものであり、前記検査ステージに固定保持された管材の一方の開口端部側に配置された光源ユニットと、前記管材の他方の開口端部側に配置された撮像ユニットをそれぞれ分離及び接続可能に有することを特徴とする。【選択図】  図１
2018048981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管材投入ユニット、検査ステージ搬送・固定ユニット及び管材ストッカユニットをこの順に相互に分離及び接続可能に備え、
前記検査ステージ搬送・固定ユニットは管材を検査ステージに搬送及び固定するためのものであり、
前記検査ステージに固定保持された管材の一方の開口端部側に配置された光源ユニットと、前記管材の他方の開口端部側に配置された撮像ユニットをそれぞれ分離及び接続可能に有することを特徴とする管材検査装置。
【請求項２】
前記光源ユニットは、それぞれ交換可能な拡散光源と、集光手段とを有することを特徴とする請求項１記載の管材検査装置。
【請求項３】
前記撮像ユニットはカメラとレンズからなり、
前記レンズ端と前記検査ステージに固定保持された管材の端部との距離調整手段と、
前記カメラ及びレンズの光軸と管材中心との位置合せ手段とを有し、
前記距離調整手段は、レーザー光等の光学測定手段又はストッパー等の機械的位置合せ手段を用いたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の管材検査装置。
【請求項４】
前記撮像ユニットと管材の端部間に外光の影響を防ぐための遮光手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の管材検査装置。
【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自動検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途に多様な管材が使われているが、特にその内面傷が管材の信頼性に大きく影響する管材では、依然として目視検査が行われているのが実情である。
しかし、グローバル化の進展に伴い、生産性の向上が急務となっており、様々な管材において、この目視検査の自動化に対するニーズは極めて大きい。
本発明は、様々な管材の製造におけるこのようなニーズに応えるものである。
【０００３】
一般に管材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、鋼管等の内面傷を直接検査するものでないため、検出感度が著しく低く管材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化方法として、管材内面にカメラ等の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号公報」、「特開平６−５０７１９号公報」の内面を走行する駆動車を用いた方法、「特開平６−６６７２９」の管材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、長尺の管材では、これら手法を適用することができない。
何故なら、駆動車やカプセルを用いる手法は、管材の口径が細い場合は駆動車やカプセルを入れることができないし、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コストが高くなるからである。
また、検査装置を挿入する際に、管材内面を傷つける恐れがあり、品質低下の原因にもつながる。
【０００４】
本発明者等は、これまでに上記の課題を解決した管材の自動検査装置として、「特開２０１１−６９６１６号公報」，「特開２０１４−２２２１８７号公報」に開示する技術を提案している。
特開２０１１−６９６１６号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取り付け、その反対側に拡散光源を設置し、管材正面から管材内面画像をズームしピントを変えながら複数枚撮影して画像取得すると共に、それ等の画像を統合した統合画像を作成し、それを画像解析して良否判定するものである。
長尺管材の端から管材の中央までを、管材の両端から順次繰り返して２回、画像検査する構成としている。
また、特開２０１４−２２２１８７号公報に開示する技術は、カメラに接写リングを装着すると共に遮光機構を設け、鮮明な画像取得を可能にしたものである。
しかし、これ等の自動検査装置は、検査精度に優れるものの、管材の一方の開口端部側に光源を、管材の他方の開口端部側に焦点可動型ズームレンズを有する撮像手段を配置し、且つ光源と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や、管材の投入，搬送，検査ステージへの固定，ストッカーへの収納機構が、一体物で構成されていた。
そのため、様々な寸法や形状、材質の管材の自動内面検査に対応するには、構造が複雑である点、検査装置の占有面積が大きく設置スペースの確保が難しい点、管材の搬送機構や、カメラ・レンズ、照明（光源）等の光学系に、被検査管材毎に大幅な変更が必要である点等、さらなる改善の余地があった。
【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２０１１−６９６１６号公報（特許第５３０５１６４号）
【特許文献６】特開２０１６−０９０２９３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、管材の自動内面検査装置を構成する各要素をユニット化し、様々な管材に合せて現場への導入が容易であり、各ユニットの組み合せに対するフレキシビリティが高い管材検査装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る管材検査装置は、管材投入ユニット、検査ステージ搬送・固定ユニット及び管材ストッカユニットをこの順に相互に分離及び接続可能に備え、前記検査ステージ搬送・固定ユニットは管材を検査ステージに搬送及び固定するためのものであり、前記検査ステージに固定保持された管材の一方の開口端部側に配置された光源ユニットと、前記管材の他方の開口端部側に配置された撮像ユニットをそれぞれ分離及び接続可能に有することを特徴とする。
ここで分離可能とは、各ユニットが構造物としては別々に製作されていることをいう。
また、接続可能とは各ユニット間の位置合せが可能であることをいう。
これにより、様々な寸法，形状や材質の被検査管材に対して、それぞれのユニットを最適設計し、それらの各ユニットの組合せや接続構成を変えることにより、様々な管材の内面検査に対して柔軟な検査対応が可能にした。
【０００８】
本発明において、光源ユニットから平行光線を被検査管材端に照射することが、鮮明な画像取得のために重要である。
そのため、様々な口径の管材に柔軟に対応するには、様々な口径の管材に対応して光源（照明）の大きさを最適化する必要がある。
その変更を簡単にするため、本発明では拡散光源と管材端面の間に、フレネルレンズ等の凸レンズ、あるいはその他の集光手段を設け、その集光レンズを交換するだけで様々な口径の管材に対し柔軟に検査可能にした。
【０００９】
本発明において、撮像ユニットはカメラとレンズからなり、前記レンズ端と前記検査ステージに固定保持された管材の端部との距離調整手段と、前記カメラ及びレンズの光軸と管材中心との位置合せ手段とを有し、前記距離調整手段は、レーザー光等の光学測定手段又はストッパー等の機械的位置合せ手段を用いたものであってもよい。
自動検査中、レンズ端と検査ステージに固定される管材端の距離を、検査する管材の口径により決まる一定値に設定することが必要である。
そのため、従来の自動検査器では、管材を検査ステージに固定するに際し、複雑な位置合わせ機構が必要であった。
そこで本発明では、例えばレーザー光等でカメラ・レンズ支持台と管材端の距離を測定し、その値が指定の値となるようカメラ・レンズ支持台の位置を移動させる機構とし、装置構成を簡略化した。
あるいは、検査ステージ搬送・固定ユニットで、カメラ側端に、管材ストッパーとなる突起部を設け、光源側端から管材端を前記ストッパーに当たるまで移動させる機構を設け、装置構成を簡略化した。
【００１０】
管内の光学画像取得時に、管内透過光以外の外光の影響を除く必要があり、従来は長尺の管材全体を遮光する機構を設けたため、装置の複雑化や専有面積増大の原因になっていた。
そこで本発明では、撮像ユニットと管材の端部間に外光の影響を防ぐための遮光手段を有するようにした。
より具体的には、検査ステージ搬送・固定ユニットのカメラ側端に、遮光箱を上下移動させる機構を設け、管内の光学画像取得時に、撮像ユニットと管材のカメラ側端の一部のみを遮光箱で覆う構成とし、この遮光箱は、管材の口径によって最適化された構造のものを作成し、被検査管材の口径に応じて、簡単に交換できる構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ステンレス等の金属や塩化ビニール等のプラスチック、ゴム等、様々な材質の様々な口径や長さ等、様々な寸法の管材の自動内面検査装置を、検査装置を構成するカメラ・レンズ等の撮像ユニット，管材投入ユニット，検査ステージ搬送・固定ユニット，管材ストッカユニット，光源ユニットの各ユニットを最適なものに交換するだけで、柔軟かつ簡単に構成することができ、低コスト化が可能になる。
また、構造も簡単になり設置面積も小さくできるため、自動検査装置の製造現場への導入が容易になり、普及が進むと期待される。
また、光源やカメラ，レンズは技術革新が速い装置であるが、そのような最新装置へのバージョンアップも各ユニットの交換で済み、柔軟な対応が可能になる。
【００１２】
また、管材の一方の開口端部側の拡散光源の次に集光手段（フレネルレンズ等の凸レンズ等）を配置することで、拡散光を平行光線近くに調整し管材へ導くことができ、鮮明な画像取得が可能になる。
さらに様々な口径の管材に対して、集光手段である凸レンズ等を最適なものに交換することにより、光源（照明）を変えなくても簡単に平行光線の照射が可能になる。
【００１３】
本発明により、簡単な構造でかつ低コストの様々な管材内面目視検査の自動内面検査装置が可能になれば、管材の製造現場への導入が加速されると期待される。
その結果、将来、これ等の自動検査装置をインターネットを使ってシステム化し、工程管理やメンテナンスの合理化に使うＩＯＴ化も可能になると期待され、大幅な生産性向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】検査ステージの側面視を示す。
【図４】光源ユニットの構成例を示す。（ａ）は管材の直径がａの場合、（ｂ）は管材の直径がｂの場合である。
【図５】撮像ユニットと管材との光学的位調整方法の構成例を示す
【図６】撮像ユニットと管材との機械的位調整方法の構成例を示す
【図７】検査の流れを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る管材検査装置の全体図を図１に示す。
図１に示すように管材検査装置は、未検査の管材１０を乗せる管材投入ユニット１，管材の内面を検査するための検査ステージ搬送・固定ユニット２，管材１０の内面を撮影するためのカメラ，レンズ等からなる撮像ユニット４，管材内面を照射する光源ユニット５，検査済みの管材を乗せる管材ストッカユニット３，それらを制御する制御盤７及びコンピュータ（画像処理手段）８で構成される。
なお、図１に示した構成例は、管材の一方の端部（Ａ端）から中央部まで撮像する検査ステージと、他方の端部（Ｂ端）から中央部まで撮像する検査ステージに分けた例を示す。
特に管材とカメラの位置は重要で、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。
【００１６】
図３は、管材１０と撮像ユニット４，光源ユニット５の関係を示す。
撮像ユニット４は、図２に示すようにズームレンズ４１，接写リング４２，カメラ４３、遮光手段６で構成される。
接写リング４２は、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。
ズームレンズ４１，接写リング４２，カメラ４３は、遮光手段６によって、外光を遮断する。
光源ユニット５は、拡散光源５１，集光手段５２で構成される。
拡散光源５１からの拡散光５１ａは、集光手段５２によって対象となる管材の直径以上の範囲の平行光に調整された平行光５２ａに変換され、管材１０へ導かれる。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、様々な口径の管材に応じ、拡散光源５１，集光手段５２を変更することにより、最適な光を得ることができる。
口径ａの管材の場合は図４ａのように、拡散光源５１，集光手段５２を使用し、口径ｂの場合は、図４（ｂ）のように異なる形状の拡散光源５１、集光手段５２を使用する。
それぞれにおいて、拡散光源からの拡散光５１ａが集光手段５２によってその管材１０に最適な平行光５２ａに変換される。
【００１７】
撮像ユニット４，光源ユニット５に加え、図１に示す管材投入ユニット１，検査ステージ搬送・固定ユニット２，管材ストッカ・ユニット３のそれぞれを、独立して切り離し、接続組合せ自在な構成とする。
そして様々な寸法、形状や材質の被検査管材に対してそれぞれのユニットを最適設計し、それ等ユニットの組合せや接続構成を変えることにより、様々な管材の内面検査に対して柔軟な検査対応が可能となる。
また、撮像ユニット４と管材１０のカメラ側端の一部を管材１０の種類に応じた遮光箱の遮光手段で覆うことにより、外光の影響を除外する。
【００１８】
自動検査中、レンズ端と検査ステージに固定される管材端の距離を、検査する管材の口径により決まる一定値に設定することが必要である。
検査工程で被測定管材の停止位置が異なった場合でも、被測定管材の停止位置を検出し、検出した位置に従って撮像ユニット４の位置を動かす。
図５に示すように、撮像ユニット４に備えるレーザー発光受光器４４からの変調されたレーザー光で管材端の距離を測定し、その値が指定の値となるように移動装置４５で、撮像ユニット４の位置を移動させる。
距離測定として、送信光とその反射光との位相差からカメラ・レンズ端面と管材端面の距離を測るが、それ以外の方法でもよい。
図６に示すように、カメラ側端に管材ストッパーとなる突起状のストッパー２２を設け、光源側端から管材端を前記ストッパーに当たるまで、管材移動装置２１で移動させる。
加えて光源ユニット５の位置を動かすのもいい。
【００１９】
検査方法として図７に示した例は、まず管材１０のＡ端側がズームレンズ側に位置するように管材投入ユニット１より第１検査台（Ａ端検査ステージ）２Ａに載せ、光源ユニット５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１０を第２検査台（Ｂ端検査ステージ）２Ｂ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】
【００２０】
管材の一つであるクリーン鋼管内面傷自動検査の実施例を具体的に説明する。
管材１０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として、未検査鋼管用の管材投入ユニット１，検査済鋼管用の管材ストッカユニット３を備える。
管材ストッカユニット３は、良品鋼管用の良品ストッカーＳ１，不良鋼管用の不良品ストッカーＳ２を備え、良品ストッカーＳ１と不良品ストッカーＳ２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５１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。
集光手段５２には、焦点距離３５ｍｍ，φ１７５ｍｍ，ピッチ０．２５ｍｍのフレネルレンズを用いた。
拡散光源５１（白色ＬＥＤ面光源）と集光手段５２（フレネルレンズ）との間は焦点距離の３５ｍｍに設定した。
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，ゴム等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端側に遮光手段を備えた撮像ユニット４，Ｂ端側に光源ユニット５として白色ＬＥＤとフレネルレンズ，それに遮光機構を備え、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、管材投入ユニット１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管材投入ユニット１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、搬送装置は管材投入ユニット１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の検査台からは両端共に良品ならば良品ストッカーＳ１へそれ以外は不良品ストッカー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】
【００２１】
１        管材投入ユニット
２        検査ステージ搬送・固定ユニット
２Ａ      検査ステージ（第１検査台）
２Ｂ      検査ステージ（第２検査台）
３        管材ストッカユニット
４        撮像ユニット
５        光源ユニット
６        遮光手段
７        制御盤
８        画像処理手段
１０      管材
２１      管材移動装置
２２      ストッパー
４１      ズームレンズ
４２      接写リング
４３      カメラ
４４      レーザー光発光受光器
４５      移動装置
５１      拡散光源
５１ａ    拡散光
５２      集光手段
５２ａ    平行光
８１      モニタ
Ｓ        未検査鋼管用の供給ストッカー
Ｓ１      良品鋼管用の良品ストッカー
Ｓ２    不良鋼管用不良品ストッカー
【図１】
2018048981.tif 000003
【図２】
2018048981.tif 000004
【図３】
2018048981.tif 000005
【図４】
2018048981.tif 000006
【図５】
2018048981.tif 000007
【図６】
2018048981.tif 000008
【図７】
2018048981.tif 000009