JP2000009436A - 円筒断面の偏肉測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラインセンサカメラで撮像したライン画像デ
ータの中空円筒の２層断面の明度の相違に着目し、外筒
及び内筒の偏肉を非接触にて精度よく迅速に測定する。 【解決手段】 回転運動を直性運動に変換する機構にエ
ンコーダを配置したアクチュエータ１にて駆動される検
査ステージ２に、被検査物４を載置する透明な検査フレ
ーム３を設け、前記検査フレーム３の上方から透過照明
を当て、下方にラインセンサカメラ６を設置して、所定
の等速で移動する前記検査フレーム３に同期させながら
被検査物４の等ピッチの移動毎に、前記ラインセンサカ
メラ６でライン画像を撮像し、別途設ける演算装置８の
メモリに集積して２次元画像に展開後、２値化すること
で明度の濃淡を識別することにより、被検査物４の断面
肉厚の偏りを検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空円筒状構造物
の肉厚の測定に関し、特に、押出し成形される長尺の円
筒断面の偏りを検査する偏肉測定装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】長尺の円筒断面を有する構造物の代表例
として、熱間押出しにより形成される継目なし鋼管があ
る。該継目なし鋼管の寸法精度を一定水準に維持するた
めには、有孔丸ビレットの寸法を管理する必要がある。
また、同様の構造物として、地中に埋設する電力又は通
信線の防蝕に供する熱収縮チューブ等がある。これ等の
中空円筒状構造物の寸法は、断面肉厚をノギスを用いて
手作業にて測定していた。

【０００３】ところがこの作業は、単に断面肉厚を計測
するだけでなく偏肉の許容限界をチェックする必要か
ら、多大の時間工数を必要とすること及び作業者の熟練
や疲労に伴う信頼性の低下する問題があった。この問題
を解決するため特開平７−２６０４３５号公報に、図９
に示す画像処理による偏肉測定装置と方法が提案されて
いる。

【０００４】図９において、ＣＣＤカメラにて有孔丸ビ
レット１００の端面を撮像し、その画像を画像処理装置
に取り込んで、有孔丸ビレット１００の断面１０１の外
周円の中心Ｏと内周円の中心Ｏ′の中心間の距離△を認
識し、これらの中心を結ぶ直線１０２（Ｌ、Ｎ、Ｓ、
Ｍ）が横切る位置における２カ所の肉厚寸法（Ｔｍａ
ｘ、Ｔｍｉｎ）を測定する。２カ所の肉厚寸法の内、長
い方を最大肉厚寸法、短い方を最小肉厚寸法とし、最大
肉厚寸法と最小肉厚寸法との差を算出して最大偏肉を求
める。

【０００５】この従来技術は、中空円筒状構造物の最大
肉厚寸法、最小肉厚寸法、最大偏肉を非接触方式によ
り、迅速、容易、かつ正確に求めることが可能である。
従って、従来手作業によって行っていた測定を機械を用
いて自動的に行えるようになり、作業者の労働条件を改
善することができる。また、他の機械を用いた測定に比
べても、測定値の算出のためのプログラム量が少なくて
すみ、コンピュータ処理にかかる時間を短縮できる効果
があると説明している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】中空円筒の断面が同一
材料の単層構造物である場合は、図９に示す従来の技術
思想により対応可能である。しかし、被検査物が熱収縮
チューブのように２層構造である場合は、円筒断面を画
像処理により単純に２値化できない。熱収縮チューブ
は、本出願人の出願になる特公昭５６−１７２１８号公
報で提案する主として、電力又は通信線を束ねて地中に
埋設する際、その外周を被覆して防水、防蝕するポリオ
レフィン系樹脂を主成分とするチューブであり、工事現
場で加熱し架橋収縮させるのが特徴である。熱収縮チュ
ーブの内側には、内包する線材の隙間を埋める半透明の
ダイマー酸ベースのポリアミド樹脂から成る粘着剤の層
がある。本発明は、中空円筒の２層断面の明度の相違に
着目し、外筒及び内筒の偏肉を非接触にて精度よく迅速
に測定するものである。

【０００７】加えて、通常のＣＣＤカメラの解像度は５
００×５００画素程度しかないので、ラインセンサカメ
ラのライン上で可能とされる５０００画素の解像度を活
用して、被検査物をスイープしながら撮像し、被検査物
の断面全域をカバーして中空円筒の外筒及び内筒の偏肉
を精度よく測定する手段を提案する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】円筒断面の偏肉測定装置
は、回転運動を直線運動に変換する機構にエンコーダを
配置したアクチュエータにて駆動される検査ステージ
に、被検査物を載置する透明な検査フレームを設け、前
記検査フレームの上方から透過照明を当て、下方にライ
ンセンサカメラを設置して、所定の等速で移動する前記
検査フレームに同期させながら被検査物の等ピッチの移
動毎に、前記ラインセンサカメラでライン画像を撮像
し、別途設ける演算装置のメモリに集積して２次元画像
に展開後、２値化することで明度の濃淡を識別すること
により、被検査物の断面肉厚の偏りを検査する。

【０００９】そして、回転運動を直線運動に変換する機
構にて駆動されるエンコーダ付き検査ステージは、静止
状態から等速移動に至るまでにタイムラグが存在するの
で、検査ステージの速度を監視して、予め設定されてい
る移動速度に到達したことを認識する信号により、ライ
ンセンサカメラの撮像を開始する。

【００１０】又、透明な検査フレーム上に載置する被検
査物に、前記検査フレームの上方から透過照明を当て、
下方のラインセンサカメラにて前記被検査物を撮影すれ
ば、前記被検査物の厚さが変化しても前記ラインセンサ
カメラの焦点位置の調整を省くことができる。

【００１１】円筒断面の偏肉測定方法は、透明な検査フ
レーム上に載置する被検査物を、前記検査フレームの上
方から透過照明を当て、下方にラインセンサカメラを設
置して、前記ラインセンサカメラのコントローラから発
信するタイミングパルスの間隔と、アクチュエータのエ
ンコーダから発信されるピッチパルスの間隔が等しくな
るようにして、等速で移動している検査フレーム上の被
検査物を前記ラインセンサカメラでライン画像として撮
像し、別途設ける演算装置のメモリに集積して２次元画
像に展開後、明度の異なる複数の画像データを、それぞ
れに対応する閾値に照らして２値化することで明度の濃
淡を識別して、複数層断面の被検査物の断面肉厚の偏り
を検査する。

【００１２】又、ラインセンサカメラのコントローラか
ら発信するタイミングパルスの間隔と、アクチュエータ
のエンコーダから発信するピッチパルスの間隔を等しく
する手段として、アップダウンカウンタに両パルス信号
を入力して偏差を監視し、偏差値が閾値を超えれば検査
フレームの移動速度に異常があると認識して警告ランプ
を点灯させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】熱収縮チューブは、押出し条件調
整工程において中空中心部に対するダイス位置を微調整
しながら寸法精度を確かめて、断面偏肉を許容値内に収
める。従来、この作業は、ノギス等を用いて熱収縮チュ
ーブの輪切りにされたサンプルを測定していた。このた
め、多大の時間工数を必要とすること及び作業者の熟練
や疲労に伴う信頼性の低下する問題があった。

【００１４】この問題の解決を、本発明の円筒断面の偏
肉測定装置の構成要素の配置図である図１により説明す
る。１は、回転運動を直線運動に変換するエンコーダ
（図示せず）付きアクチュエータであり、２は、アクチ
ュエータ１より矢印Ａに示す前後方向に駆動される検査
ステージである。検査ステージ２には、透明なガラス板
等から成る検査フレーム３が設けられていて、被検査物
４である輪切りにした熱収縮チューブのサンプルが載置
される。アクチュエータ１より駆動される検査ステージ
２の変位は、エンコーダによって監視され、等速移動に
到達する速度になったことを認識すると、タイミングパ
ルス起動の信号が検査フレーム３の下方に配置されるラ
インセンサカメラ６に入力される。

【００１５】ラインセンサカメラ６と対極の検査フレー
ム３の上方には、被検査物４に透過照明を当てるライト
７が配置されている。検査ステージ２が等速で移動し始
めると、アクチュエータ１のエンコーダから予め設定さ
れた等回転角度毎に発信されるピッチパルスと、ライン
センサカメラ６のコントローラ(図示せず)に内蔵する一
定時間毎のタイミングパルスの両パルス信号を比較す
る。もし両パルス信号の偏差が、閾値を超えれば検査ス
テージ２が等速で移動していないことを意味するので、
ライン画像の信頼性が低いため、モニタ画面９上に再検
査を促す警告ランプ１０を点灯させ、又は、検査ステー
ジ２の駆動を停止させる。又、検査フレーム３と下方に
配置するラインセンサカメラ６の距離は略一定している
ので、例え被検査物４の厚さが変わっても焦点距離を調
整する必要はない。

【００１６】演算装置８のメモリに集積され２値化され
たデータは、画像データとして予め用意された校正値に
より実寸法に変換されて２次元画像でモニタ画面９上に
表示される。２次元画像に展開後、明度の濃淡を識別す
ることにより、被検査物の断面肉厚の偏りを中空円筒の
中心から任意の放射角毎に計測して、最大肉厚寸法と最
小肉厚寸法との差を算出して最大偏肉を求める。

【００１７】アクチュエータ１により駆動されている検
査ステージ２は、やがて位置センサ１１に当接してブザ
ーを鳴らして検査の終了を知らせると共に、アクチュエ
ータ１のモータ（図示せず）を逆転して検査ステージ２
を元の静止位置に後退させて自動停止する。検査ステー
ジ２の終端の検出は、位置センサ１１との物理的な接触
でなくても赤外線ビームをよぎる等の信号を利用するこ
とも可能である。

【００１８】次に、本発明の円筒断面の偏肉測定方法に
ついて説明する。図１の偏肉測定装置において、ライン
センサカメラ６は、ＣＣＤカメラのように被検査物４の
断面全域を一度に撮像することはできない。そこで、図
６に示すようにラインＡ、Ｂ、Ｃ毎に順次ライン画像を
スィープすることになる。図２に示すように検査ステー
ジ２の移動とは無関係にラインセンサカメラ６のコント
ローラから一定時間毎に発信するタイミングパルスＸが
ラインセンサカメラ６に入力する度に、１ライン分のラ
イン画像データをコントローラに出力する。この時、タ
イミングパルスＸは、ラインセンサカメラ６に内蔵する
コントローラからでなく、別途設ける外部のユニットか
ら発信させてもよい。

【００１９】そして、タイミングパルスＸの入力間隔に
よって、Ａライン分の受光素子の露光時間が決定され、
次のタイミングパルスＸの入力をトリガーにしてＢライ
ン画像データＺを、その次のタイミングパルスＸでＣラ
インの画像データというように順次、演算装置８のメモ
リに集積する。しかし、タイミングパルスＸの間隔が短
いとライン画像は暗く、長いと明るくなる。別の表現を
すれば、タイミングパルスＸの間隔はライン画像が認識
できる程度のパルス間隔とするのが好ましい。ラインセ
ンサカメラ６の解像度は、経済性を考慮すれば５０００
画素程度が限度であり、この画素数で充分である。

【００２０】図３において、タイミングパルスＸをトリ
ガーとして、検査ステージ２の移動とは無関係にライン
画像をラインセンサカメラ６のコントローラに出力させ
る方法を示す。即ち、アクチュエータ１のエンコーダか
ら発信されるピッチパルスＹは、被検査物４の微少移動
（通常はラインセンサカメラ６のライン方向分解能と等
しくする）毎に発生するので、この信号をトリガーとし
てライン画像データＺを演算装置８にメモリする。

【００２１】この方法によれば、ライン画像データを任
意のトリガー間隔で取り込むことができ、所定の露光時
間でライン画像を取り込むことができる。このため検査
ステージ２の移動速度を調整して、露光時間の調整をす
ることを省くことができる。

【００２２】前記の本発明の画像データの作成は、被検
査物４の断面全域を順次スイープしながら撮像するので
検査ステージ２は、等速で移動するのが前提である。し
かし、アクチュエータ１は機械的に不可避な精度誤差を
内在するので、この影響を避けるには、図４の手順でラ
イン画像データＺを演算装置８にメモリすればよい。

【００２３】この図４では、コントローラのタイミング
パルスＸを無視して検査ステージ２の移動速度を基準に
しているので、ピッチパルスＹのトリガー間隔である露
光時間が変動し、演算装置８のメモリに取り込まれるラ
イン画像データが縞目模様となる。

【００２４】図５は、前記の図３における等速移動を前
提とする問題、図４における縞目模様の発生する問題を
解消するための画像処理手順を示す。タイミングパルス
Ｘは、ラインセンサカメラ６に内蔵されるコントローラ
から発信され、一定の露光時間に設定することができ
る。次に、アクチュエータ１に付属するエンコーダから
発信されるピッチパルスＹのタイミングを、タイミング
パルスＸに近接するよう検査ステージ２を移動させる。

【００２５】そして、両パルスをアップダウンカウンタ
に入力して偏差を監視し、偏差値が許容値内に存在すれ
ばライン画像データＺを演算装置８にメモリする。偏差
値が閾値を超えれば検査ステージ２が等速で移動してい
ないことを意味するので、ライン画像の信頼性が低いた
め、モニタ画面９上に再検査を促す警告ランプ１０を点
灯する。この手順によれば、図３や４の方法に比べ撮像
時間は短縮できると共に、信頼性の高いライン画像デー
タＺを演算装置８にメモリすることができる。

【００２６】次に、演算装置８に集積されたライン画像
データＺを２次元画像として展開し、２値化して明度の
濃淡を識別することにより、被検査物４の断面肉厚の偏
りを測定する方法を図６によって説明する。

【００２７】図６において、２０は検査ステージ２の移
動方向Ａに従って演算装置８のメモリに集積されたライ
ン画像データＺである。２次元的には明度のランク付け
により、ラインａは、検査フレーム３の透明なガラス板
を通過する透過照明を示す。ラインｂは、閾値Ａにより
識別される熱収縮チューブの外筒２１を示す。ラインｃ
は、閾値Ｂにより識別される熱収縮チューブの半透明の
粘着剤層２２を示す。

【００２８】そして図７に示すように断面肉厚の偏り
は、中心円筒部２３の中心（イ）を求め、これを起点と
して任意に定める角度θ毎に放射状に査定線（ロ）を引
き、各層における最大肉厚寸法と最小肉厚寸法との差を
算出して最大偏肉を求める。２値化された画像データ
は、予め用意された校正値により実寸法に変換してモニ
タ画面９上に表示する。規格値に対して外れているデー
タは、赤字表示することで合否判定してもよい。

【００２９】続いて、本発明の円筒断面の偏肉測定装置
を用いて被検査物の断面肉厚の偏りを、画像処理により
計測するステップをフローチャートとして図８に示す。
まず、（１）被検査物を検査フレーム上に置く。（２）
アクチュエータのモータを起動する。（３）検査ステー
ジの速度を監視して、（４）検査速度に到達したと判定
すれば、（５）エンコーダからのピッチパルスＹの発信
と、（６）コントローラからのタイミングパルスＸの発
信を、アップダウンカウンタに入力しながら、（７）ラ
インセンサカメラでライン画像の撮像を開始する。
（８）また、同時にアップダウンカウンタで両パルスの
偏差値の比較を開始する。

【００３０】（９）やがて検査ステージは、位置センサ
に当接してブザーを鳴らせ検査の終了を知らせると共
に、アクチュエータのモータを逆転して検査ステージを
元の静止位置に後退させて自動停止する。（１０）アッ
プダウンカウンタの偏差値最大値から検査ステージの等
速移動を判断して、（１１）Ｎｏであれば警告ランプを
点灯して再検査を指示する。（１２）Ｙｅｓであれば、
演算装置にメモリしたライン画像データは２次元画像に
展開される。（１３）各層毎の閾値に照らして２値化す
る。

【００３１】（１４）任意に定める角度θ毎に放射状に
査定線を引き、各層における最大肉厚寸法と最小肉厚寸
法との差を算出して最大偏肉を求める。（１５）２値化
された画像データを、予め用意された校正値により実寸
法に変換してモニタ画面上に表示する。（１６）規格値
に対して外れているデータは、赤字表示することで合否
判定する。

【００３２】

【発明の効果】中空円筒状構造物の最大肉厚寸法、最小
肉厚寸法、最大偏肉の計測は、従来、ノギス等の計測器
を用いて手作業によって行っていた。本発明は、多層構
造の中空円筒状構造物を輪切りにしたサンプルを透明な
検査フレーム上に置き、上方から透過照明を当て、下方
からラインセンサカメラでスイープしながらライン画像
を撮像し、別途設ける演算装置のメモリに集積して２次
元画像に展開後、明度の異なる複数の画像データを、そ
れぞれに対応する閾値に照らして２値化することで明度
の濃淡を識別して、従来手作業によって行っていた測定
を機械を用いて自動的に、複数層断面の中空円筒の断面
肉厚の偏りを精度よく、迅速に検査できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒断面の偏肉測定装置の概要図であ
る。

【図２】本発明のラインセンサカメラの露光時間とライ
ン画像データのメモリとのタイミングを示す説明図であ
る。

【図３】検査ステージの移動速度を遅くした場合のライ
ン画像データのメモリのタイミングを示す説明図であ
る。

【図４】ライン画像データをエンコーダからの信号をト
リガーにしたメモリのタイミングを示す説明図である。

【図５】本発明のライン画像データのメモリのタイミン
グを示す説明図である。

【図６】本発明の２次元画像を２値化して断面偏肉の偏
りを測定する手法の説明図である。

【図７】本発明の最大偏肉を求める手法の説明図であ
る。

【図８】本発明のシステム作動フローチャートである。

【図９】従来の画像処理による偏肉測定方法の説明図で
ある。

【符号の説明】

１：アクチュエータ ２：検査ステージ ３：検査フレーム ４：被検査物 ６：ラインセンサカメラ ７：ライト ８：演算装置 ９：モニタ画面 １０：警告ランプ １１：位置センサ ２０：ライン画像データ ２１：熱収縮チューブの外筒 ２２：粘着剤層 ２３：中心円筒部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転運動を直線運動に変換する機構にエ
   ンコーダを配置したアクチュエータにて駆動される検査
   ステージに、被検査物を載置する透明な検査フレームを
   設け、前記検査フレームの上方から透過照明を当て、下
   方にラインセンサカメラを設置して、所定の等速で移動
   する前記検査フレームに同期させながら被検査物の等ピ
   ッチの移動毎に、前記ラインセンサカメラでライン画像
   を撮像し、別途設ける演算装置のメモリに集積して２次
   元画像に展開後、２値化することで明度の濃淡を識別す
   ることにより、被検査物の断面肉厚の偏りを検査する円
   筒断面の偏肉測定装置。
2. 【請求項２】 透明な検査フレーム上に載置する被検査
   物に、前記検査フレームの上方から透過照明を当て、下
   方のラインセンサカメラにて前記被検査物を撮影するこ
   とで、前記被検査物の厚さが変化しても前記ラインセン
   サカメラの焦点位置の調整を省くことができるのを特徴
   とする請求項１に記載の円筒断面の偏肉測定装置。
3. 【請求項３】 透明な検査フレーム上に載置する被検査
   物を、前記検査フレームの上方から透過照明を当て、下
   方にラインセンサカメラを設置して、前記ラインセンサ
   カメラのコントローラから発信するタイミングパルスの
   間隔と、アクチュエータのエンコーダから発信されるピ
   ッチパルスの間隔のタイミングが等しくなるようにし
   て、等速で移動している検査フレーム上の被検査物を前
   記ラインセンサカメラでライン画像として撮像し、別途
   設ける演算装置のメモリに集積して２次元画像に展開
   後、明度の異なる複数の画像データを、それぞれに対応
   する閾値に照らして２値化することで明度の濃淡を識別
   して、複数層断面の被検査物の断面肉厚の偏りを検査す
   る円筒断面の偏肉測定方法。
4. 【請求項４】 ラインセンサカメラのコントローラから
   発信するタイミングパルスの間隔と、アクチュエータの
   エンコーダから発信するピッチパルスの間隔を等しくす
   る手段として、アップダウンカウンタを用いることを特
   徴とする請求項３に記載の円筒断面の偏肉測定方法。