(57)【要約】【課題】  製造過程で油などが塗布されて油膜が形成される丸棒材表面の欠陥を、光学式にて効率よくかつ高精度に検出できる疵検査装置を提供する。【解決手段】  カメラ２と、ノズル機構３と、移送機構４と、移送機構制御手段５と、検査装置本体１とを備えてなる丸棒材Ｗの表面疵を検査する疵検査装置Ａであって、前記ノズル機構３は膜厚調整エアノズル２１を有し、該膜厚調整エアノズル２１は、丸棒材Ｗ表面に残存する油膜の膜厚が所定膜厚となるよう同棒材Ｗにエアを噴射するようにされ、前記移送機構４は、前記カメラ２およびノズル機構３を棒材Ｗの長手方向に沿って移送させるようにされ、前記移送機構制御手段５は、前記移送機構４を制御するものとされ、前記検査装置本体１は、制御部１１と、疵検出処理部１２と、エア噴射データベース１３とを有し、前記疵検出処理部１２は、カメラ２からの撮像画像を画像処理して疵を検出する疵検出処理をなすものとされてなる疵検査装置Ａである。【選択図】  図１
2005083828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段と、ノズル機構と、移送機構と、移送機構制御手段と、検査装置本体とを備えてなる棒材の表面疵を検査する疵検査装置であって、  前記ノズル機構は膜厚調整エアノズルを有し、該膜厚調整エアノズルは、棒材表面に残存する油膜の膜厚が所定膜厚となるよう同棒材にエアを噴射するようにされ、
前記移送機構は、前記撮像手段およびノズル機構を棒材の長手方向に沿って移送させるようにされ、
前記移送機構制御手段は、前記移送機構を制御するものとされ、
前記検査装置本体は、制御部と、疵検出処理部と、エア噴射データベースとを有し、
前記疵検出処理部は、前記撮像手段からの撮像画像を画像処理して疵を検出する疵検出処理をなすものとされてなる
ことを特徴とする疵検査装置。
【請求項２】
ノズル機構が撮像手段の撮像終了後に油膜を補修するよう油を噴霧する油ノズルを有してなることを特徴とする請求項１記載の疵検査装置。
【請求項３】
ノズル機構が口径の異なる複数の膜厚調整エアノズルを有してなることを特徴とする請求項１記載の疵検査装置。
【請求項４】
検査装置本体が検出された疵部位に関するデータを保存する疵部位データベースを有してなることを特徴とする請求項１記載の疵検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸棒材の疵検査装置に関する。さらに詳しくは、光学式センサを使用して丸棒材表面の疵の有無を検査する疵検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、研磨あるいは引き抜き加工により丸棒材を製造する際には、防錆を主な目的として材料表面に塗油を行うことが一般的になされている。そのため、研磨あるいは引き抜き加工により製造される丸棒材表面を検査する際には、油膜を通して疵の有無を確かめる必要がある。これを目視にて行うことは、微少な表面欠陥を検出するのに相当な熟練を要することになる。したがって、ＣＣＤカメラなどの低コストの光学式センサを使用し、その撮像画像に基づいて疵を検出する、光学式検査方法が精度向上および省力化の上で好ましい。
【０００３】
しかしながら、製造過程での塗油により形成される油膜はその膜厚は一定ではないため、その油膜をいかに取り扱うかが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、製造過程で油などが塗布されて油膜が形成される丸棒材表面の欠陥を、光学式にて効率よくかつ高精度に検出できる疵検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
製造過程で形成された油膜を有する丸棒材の疵検査方法として、油膜を完全に除去して検査するのが一番簡単であると考えられる。そこで、本発明者は油膜を完全に除去して丸棒材表面における疵の検査を行ったところ、ある種の疵例えば螺旋状の疵については精度よく検出できないことが判明した。
【０００６】
本発明者は、この問題を解決すべく鋭意研究した結果、油膜を２０μｍ程度の均一な膜厚として検査を行なえば、油膜のない場合より精度よく疵の検出がなし得ることを見出した。本発明かかかる知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明の疵検査装置は、撮像手段と、ノズル機構と、移送機構と、移送機構制御手段と、検査装置本体とを備えてなる棒材の表面疵を検査する疵検査装置であって、前記ノズル機構は膜厚調整エアノズルを有し、該膜厚調整エアノズルは、棒材表面に残存する油膜の膜厚が所定膜厚となるよう同棒材にエアを噴射するようにされ、前記移送機構は、前記撮像手段およびノズル機構を棒材の長手方向に沿って移送させるようにされ、前記移送機構制御手段は、前記移送機構を制御するものとされ、前記検査装置本体は、制御部と、疵検出処理部と、エア噴射データベースとを有し、前記疵検出処理部は、前記撮像手段からの撮像画像を画像処理して疵を検出する疵検出処理をなすものとされてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の疵検査装置においては、ノズル機構が撮像手段の撮像終了後に油膜を補修するよう油を噴霧する油ノズルを有してなるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の疵検査装置においては、ノズル機構が口径の異なる複数の膜厚調整エアノズルを有してなるのが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の疵検査装置においては、検査装置本体が検出された疵部位に関するデータを保存する疵部位データベースを有してなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の疵検査装置によれば、製造過程で油などが塗布されて油膜が形成される棒材の疵検査を、油膜を完全に除去して疵を検査する場合に比して精度よくなし得るという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１３】
図１に本発明の一実施形態に係る疵検査装置の概略構成をブロック図で示し、この疵検査装置（以下、単に装置という）Ａは、光学式センサ（撮像手段）を使用して丸棒材Ｗ表面の疵を検出する疵検査装置とされる。この装置Ａは、特に研磨、引き抜き加工など油が使用され材料表面に油膜が形成される加工方法により製造される丸棒材Ｗ表面の疵を検出する疵検査装置とされる。
【００１４】
装置Ａは、具体的には、検査装置本体（以下、単に本体という）１と、カメラ２と、ノズル機構３と、移送機構（より具体的には、カメラを丸棒材Ｗに沿って移送するカメラ移送機構４ａと、ノズル機構３を丸棒材Ｗに沿って移送するノズル機構移送機構４ｂ）と、移送機構（より具体的には、カメラ２を丸棒材Ｗに沿って移送するカメラ移送機構４ａと、ノズル機構３を丸棒材Ｗに沿って移送するノズル機構移送機構４ｂ）を制御するトラッキング制御部（移送機構制御手段）５とを主要構成要素として備え、チャック６Ａ，６Ｂにより両端で把持される丸棒材Ｗ表面を、その油膜の膜厚を均一な所定厚さに調整しながら丸棒材Ｗ表面をカメラ２により撮像し、この撮像画像に基づいて疵を検出するものとされる。
【００１５】
以下、装置Ａの構成要素を説明する。
【００１６】
本体１は、パーソナルコンピュータなど、各種のソフトウェアの組み込み可能な汎用のコンピュータからなり、そのようなソフトウェアとして本体１に組み込まれる制御部１１、疵検出処理部１２、エア噴射データベース１３および疵部位データベース１４から構成されている。
【００１７】
カメラ２は、例えばＣＣＤエリアカメラからなり、丸棒材Ｗの所定距離上方に配設されて丸棒材Ｗ表面を所定範囲に亘って撮像し、その撮像画像を本体１に出力する。
【００１８】
ノズル機構３は、図２に示すように、加工の際に形成された油膜をエアーブローにより疵検出に必要とされる厚さにまで低減して調整する膜厚調整エアノズル（膜厚調整部）２１と、撮像終了後に必要に応じて丸棒材Ｗに塗油するよう油を噴霧する油ノズル（油膜補修部）２２とから構成される。
【００１９】
膜厚調整エアノズル（以下、単にエアノズルという）２１は、図３に示すように、口径の違うものが数種類（図示例では、大口径の第１エアノズル２１ａ、中口径の第２エアノズル２１ｂ、小口径の第３エアノズル２１ｃの３種類）用意され、かつその噴射圧力も例えば圧力調節弁２４により適宜調整できるようにされて、丸棒材Ｗの材質および直径に応じた膜厚に適した噴射量および噴射圧力が確保されるようにされている。なお、図３中の符号２３は電磁止弁を示す。
【００２０】
このエアノズル２１により調整される膜厚、つまりエア噴射後に丸棒材Ｗ表面に残存している油膜の膜厚（以下、残存膜厚という）は、油膜の屈折率および吸収率、カメラ２などの光学系の設置条件、ならびに疵の種類により多少の変動はあるものの、１μｍ〜２０μｍの範囲とされれば実用上問題はない。というのは、残存膜厚がこの範囲にあれば、油膜の有する屈折率により疵からの散乱光と正常部から反射光とが分離されやすくなり、そのため散乱光が多くカメラ２に入射して精度のよい疵検出がなし得るからである。
【００２１】
なお、残存膜厚がこれよりも薄い場合には、疵部からの散乱光と正常部からの反射光が混在しながらカメラ２に入射するため、疵検出の精度が低下するので好ましくない。また、残存膜厚がこれよりも厚い場合には、油膜による光の吸収ロスが多くなるため、疵検出が困難となるので好ましくない。
【００２２】
エアノズル２１と油ノズル２２との配置関係は、図４に示す検査開始時点において、図に矢印で示す進行方向前側から油ノズル２２、エアノズル２１の順に並べられるものとされ、この並びを維持しつつかつ後述するように相互の間隔を可変制御されて移送機構４により往復動されるものとされる。
【００２３】
移送機構４は、カメラ２およびノズル機構３を所定のシーケンスで丸棒材Ｗの軸方向に往復動させる。より具体的には、カメラ移送機構４ａはカメラ２を所定のシーケンスで丸棒材Ｗの軸方向に往復動させ、ノズル機構移送機構４ｂはノズル機構３のエアノズル２１および油ノズル２２を所定のシーケンスで丸棒材Ｗの軸方向に往復動させる。
【００２４】
トラッキング制御部５は、カメラ２およびノズル機構３が丸棒材Ｗに常に正対した状態で移動するように制御部１１からの指示に従って移送機構４、つまりカメラ移送機構４ａおよびノズル機構移送機構４ｂを制御する。
【００２５】
以下、本体１各部を詳細に説明する。
【００２６】
制御部１１は、所定のシーケンスで検査を実施するように、カメラ２、ノズル機構３およびトラッキング制御部５に所定の指示を送出するものとされる。
【００２７】
また、制御部１１には丸棒材Ｗの材質と直径に対するエアノズル２１の口径と噴射圧力に関するデータ（以下、エア噴射データという）がエア噴射データベース１３から入力されるようにされていて、検査対象となる丸棒材Ｗの材質と直径に対応した噴射量および噴射圧力が選定されるようにされている。この口径および噴射圧力は、例えば丸棒材Ｗの材質がＳＵＳ３０４で、その直径が６ｍｍである場合は、ノズル内径が４ｍｍとされ、噴射圧力が３ｋｇ／ｃｍ2とされる。なお、このエア噴射データは実験等により作成される。
【００２８】
疵検出処理部１２は、カメラ２の出力画像データを２値化処理、細線化処理などの各種画像処理を実施し、この画像処理されたデータに基づいて丸棒材Ｗ表面の疵を検出する疵検出処理を実施する。この疵検出処理は、疵部分の明度が周囲の明度より暗くなることなどを利用する公知の方法によるものとされる。
【００２９】
疵部位データベース１４は、疵が検出された丸棒材Ｗを特定する情報（例えば、ロット番号、合番など）を保存するとともに、検出された疵の内容および位置に関する情報を蓄積し、これによって、例えば不良品の発生原因の分析を可能とするものとされる。
【００３０】
しかして、かかる構成の装置Ａにおいては、以下のシーケンスで疵検査が実施される。
【００３１】
本シーケンスは、往工程と復工程とから構成される。すなわち、本シーケンスにおいては、カメラ２およびノズル機構３を丸棒材Ｗの全長に亘って軸方向に１往復させるようにして疵検査が実施される。このとき、往工程から復工程に移行する際に、チャック６Ａ，６Ｂの一方に設けられる図示しないモータにより丸棒材Ｗは１８０度回転される。つまり、往工程において丸棒材Ｗの半周面が検査され、復工程において残りの半周面が検査される。
【００３２】
図２に往工程の実行態様を示す。同図（ａ）は往工程の開始時点におけるカメラ２およびノズル機構３の配置を示し、同図（ｂ）は往工程実行中のカメラ２およびノズル機構３の動作態様を示す。以下、往工程を説明する。
【００３３】
（１）検査する丸棒材Ｗの材質および直径に基づき、エアノズル２１を選定するとともに、噴射圧力を設定する。例えば、エアノズル２１として第１エアノズル２１ａを選定するとともに、噴射圧力を３ｋｇ／ｃｍ2に設定する。
【００３４】
（２）エアノズル２１からエアを噴射させつつ丸棒材Ｗの一端側（チャック６Ｂ側）から他端側（チャック６Ａ側）に移動させる。これにより、丸棒材Ｗ半周表面の残存膜厚を所定膜厚に調整する。
【００３５】
（３）エアノズル２１に追随させるようにして、カメラ２を丸棒材Ｗの一端側から他端側に移動させつつ、残存膜厚が所定膜厚に調整された丸棒材Ｗ表面を撮像し、その撮像画像に基づいて疵検出処理部１２により丸棒材Ｗ表面の疵を検出する。
【００３６】
（４）油ノズル２２は、油の噴霧を行わず単に丸棒材Ｗの一端側から他端側に移動させる。
【００３７】
図４に復工程の実行態様を示す。同図（ａ）は復工程の開始時点におけるカメラ２およびノズル機構３の配置を示し、同図（ｂ）は復工程実行中のカメラ２およびノズル機構３の動作態様を示す。以下、復工程を説明する。
【００３８】
（11）エアノズル２１からエアを噴射させつつ丸棒材Ｗの他端側から一端側に移動させる。これにより、丸棒材Ｗの残り半周表面の残存膜厚を所定膜厚に調整する。
【００３９】
（12）エアノズル２１に追随させるようにして、カメラ２を丸棒材Ｗの他端側から一端側に移動させつつ丸棒材Ｗの残り半周表面を撮像し、その撮像画像に基づいて疵検出処理部１２により丸棒材Ｗ表面の疵を検出する。
【００４０】
（13）カメラ２に追随させるようにして、油ノズル２２から油を噴霧させつつ丸棒材Ｗの他端側から一端側に移動させる。これにより、検査により減少した油膜の膜厚補修を行う。なお、この工程は丸棒材Ｗの材質に応じて適宜実行されればよく、そのため必ずしも実行される必要はない。
【００４１】
このように、この実施形態の疵検査装置Ａにおいては、研磨、引き抜き加工など、材料に油が付着する加工方法により製造された丸棒材Ｗ表面の疵検査を、油膜を残存させたままで行うので、検査工程が簡素化されて疵検査の迅速化が図られる。また、残存膜厚を所定膜厚に調整して疵検査をなしているので、疵部からの散乱光と正常部からの反射光とを分離できるため、油膜を完全に除去して疵検査をなす場合に比して検査精度が向上する。
【００４２】
以上、本発明を一実施形態により説明してきたが、本発明はかかる実施形態に限られるものでなく、種々改変が可能である。例えば、本実施形態では、カメラ２をエリアカメラとしたが、これをラインセンサとして構成することも可能である。
【００４３】
例えば、図５に示すように、ラインセンサからなるカメラ２Ａと、エアノズル２１および油ノズル２２からなるノズル機構３Ａとを検査開始時点において、図５（ａ）のように棒材Ｗの他端側（チャック６Ａ側、なお各ノズルの並びを変えればチャック６Ｂ側でも可）に配置し、同図（ｂ）に示すように、エアノズル２１からエアを噴射させつつ一端側（チャック６Ｂ側）に移動させて丸棒材Ｗ表面を洗浄・乾燥し、これに追随させるようにカメラ２Ａを一端側に移動させつつ丸棒材Ｗ表面を撮像する。
【００４４】
このとき、丸棒材Ｗはカメラ２Ａの移動速度に対応した所定の速度で回転されるものとされ、これにより１つの工程で丸棒材Ｗ表面を全周、全長に亘って撮像することができるため、１つの工程で丸棒材Ｗの疵検査が完了させることが可能となる。
【００４５】
このように、カメラ２Ａとして画像取り込み速度の速いラインセンサを適用することによって少ない工程数で検査を完了することが可能となる。
【００４６】
なお、丸棒材Ｗの回転速度に充分対応可能なシャッター速度とすることが可能であれば、エリアカメラとすることもできる。
【実施例１】
【００４７】
以下、本発明をより具体的な実施例により説明する。
【００４８】
実施例１および比較例１
直径が６ｍｍφの丸棒材（材質：ＧＯ３１  ＣＧ（大同特殊鋼株式会社製商品名））を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図６に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例１）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：３ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：５０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を１０μｍとしたもの（実施例１）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００４９】
両図より、実施例１においては螺旋状の疵が明瞭に検出できるのに対し、比較例１においては螺旋状の疵が検出できないのがわかる。
【００５０】
実施例２および比較例２
直径が６ｍｍφの丸棒材（材質：ＳＵＳ３０４  ＣＧ）を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図７に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例２）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：５ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：５０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を５μｍとしたもの（実施例２）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００５１】
両図より、実施例２においては２値化画像により螺旋状の疵が明瞭に検出できるのに対し、比較例２においては螺旋状の疵が検出できないのがわかる。
【００５２】
実施例３および比較例３
直径が５ｍｍφの丸棒材（材質：ＳＦ２０Ｔ  ＣＭ）を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図８に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例３）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：３ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：３０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を２０μｍとしたもの（実施例３）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００５３】
両図より、実施例３においてはピンホールが明瞭に検出できるのに対し、比較例３においてはピンホールであるかノイズであるかが不明であるのがわかる。
【００５４】
実施例４および比較例４
直径が９ｍｍφの丸棒材（材質：ＳＦ２０Ｔ  ＣＭ）を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図９に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例４）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：５ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：７０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を１０μｍとしたもの（実施例４）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００５５】
両図より、実施例４においては螺旋状の疵が明瞭に検出できるのに対し、比較例４においては螺旋状の疵が明瞭には検出できていないのがわかる。
【００５６】
実施例５および比較例５
直径が６ｍｍφの丸棒材（材質：ＳＦ１３）を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図１０に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例５）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：３ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：５０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を１０μｍとしたもの（実施例５）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００５７】
両図より、実施例５においては螺旋状の疵が明瞭に検出できるのに対し、比較例５においては螺旋状の疵が明瞭には検出できないのがわかる。
【００５８】
実施例６および比較例６
直径が６ｍｍφの丸棒材（材質：ＳＦ１３）を実施形態のカメラにより撮像した画像およびその２値化画像を図１１に示す。同図（ａ）は丸棒材の油膜を除去したもの（比較例６）示し、同図（ｂ）はエア噴射（噴射圧力：５ｋｇ／ｃｍ2，噴射量：６０００ｃｍ3／分）により残存膜厚を５μｍとしたもの（実施例６）を示す。なお、各図において上側を撮像画像そのものを示し、下側を撮像画像を２値化した画像を示す。
【００５９】
両図より、実施例６においては螺旋状の疵が明瞭に検出できるのに対し、比較例６においては螺旋状の疵が明瞭には検出できないのがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態の疵検査装置のブロック図である。
【図２】同疵検査装置による検査の往工程を説明図であって、同（ａ）は初期状態を示し、同（ｂ）は往工程実行中の状態を示す。
【図３】同疵検査装置の膜厚調整エアノズルの概略図である。
【図４】同疵検査装置による検査の復工程を説明図であって、同（ａ）は初期状態を示し、同（ｂ）は復工程実行中の状態を示す。
【図５】改変例における検査の説明図であって、同（ａ）は初期状態を示し、同（ｂ）は検査中の状態を示す。
【図６】実施例１および比較例１の画像であって、同（ａ）は比較例１を示し、同（ｂ）は実施例１を示す。
【図７】実施例２および比較例２の画像であって、同（ａ）は比較例２を示し、同（ｂ）は実施例２を示す。
【図８】実施例３および比較例３の画像であって、同（ａ）は比較例３を示し、同（ｂ）は実施例３を示す。
【図９】実施例４および比較例４の画像であって、同（ａ）は比較例４を示し、同（ｂ）は実施例４を示す。
【図１０】実施例５および比較例５の画像であって、同（ａ）は比較例５を示し、同（ｂ）は実施例５を示す。
【図１１】実施例６および比較例６の画像であって、同（ａ）は比較例６を示し、同（ｂ）は実施例６を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１        検査装置本体
２        カメラ
３        ノズル機構
４        移送機構
４ａ      カメラ移送機構
４ｂ      ノズル機構移送機構
５        トラッキング制御部（移送機構制御手段）
Ａ        疵検査装置
【図１】
2005083828.tif 000003
【図２】
2005083828.tif 000004
【図３】
2005083828.tif 000005
【図４】
2005083828.tif 000006
【図５】
2005083828.tif 000007
【図６】
2005083828.tif 000008
【図７】
2005083828.tif 000009
【図８】
2005083828.tif 000010
【図９】
2005083828.tif 000011
【図１０】
2005083828.tif 000012
【図１１】
2005083828.tif 000013