JP2006162288A - ロッドの反り検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ロッド（断面円形の線状体あるいは棒状体）の反りの大きさを簡便な方法により迅速に測定する。
【解決手段】
被検査物ロッドを転がし台上で回転転落させ、回転転落中のロッドによる遮光をラインセンサーにより一次元画像信号として検出する。一次元画像信号から得られる二次元画像信号によりロッドの回転転落中の位置揺らぎ量を求め、この位置揺らぎ量に基づいてロッドの反りの大きさを求める。位置揺らぎ量は、二次元画像信号から回転転落中のロッドの重心位置を求め、この重心位置と重心位置移動平均値との差から、回転転落中の修正重心位置を求め、その後修正重心位置の最大振幅を求めることにより算出される。遮光信号の検出は、回転転落する被検査物ロッドの先端近傍で行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ロッドの反り検査方法および検査装置に関する。

特開平５−４５１３９号公報には、転動中の丸棒体の一端から長手方向に沿って光を照射し、他端に到達する光の到達量を測定することにより、丸棒体の曲がりを測定する方法が開示されている。すなわち、検査すべき丸棒体を傾斜面から転がり落とし、基準平面上を転動中に丸棒の反りにより光が遮られ、受光器に到達する光量が反りの大きさに関係して変化することを利用した丸棒の反り検査方法および検査装置が開示されている。

特開平５−４５１３９

特開２００３−１４８９４８号公報には、断面円柱状の光ファイバー母材の両端を保持固定し、光ファイバーの軸方向と直角な方向からレーザー光を照射して、光ファイバー母材の外径の変動と径方向の軸ずれを測定し、もって光ファイバー母材の曲がりを測定する方法および測定装置が開示されている。

特開２００３−１４８９４８

しかしながら、特開平５−４５１３９号公報に記載の方法を実施するには、棒状体の曲がりを測定するのにレーザー光源および受光器、それらの精密な位置決め機構を有する光学系装置を必要とする。したがってこの検査装置を用いて製造ラインを構築するには、複数台の高額な検査装置を必要とする場合、とりわけ検査設備コストが増大してしまうという課題があった。また、棒状体の曲がりを精度よく計測することは困難であるという問題点があった。

また、特開２００３−１４８９４８号公報に記載の測定方法は、光ファイバーの曲がり特性を正確に計測できる利点はあるものの、設備が大がかりであり、経済性よくかつ迅速にロッド状の物品の反り（曲がり）測定を行うことは困難であるという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ロッドの反り（曲がり）測定を簡便に行うことができる方法およびそれを実行する装置を提供することを目的とする。

請求項１は、被検査物ロッドを転がし台上で回転転落させ、前記回転転落中のロッドによる遮光をラインセンサーにより一次元画像信号として検出し、前記一次元画像信号から得られる二次元画像信号により前記ロッドの回転転落中の位置揺らぎ量を求め、この位置揺らぎ量に基づいて反りを検査することを特徴とする。

請求項２は、請求項１において、前記位置揺らぎ量が、前記二次元画像信号から回転転落中のロッドの重心位置を求め、この重心位置と重心位置の移動平均値との差から得られる回転転落中の修正重心位置の揺らぎ量であることを特徴とする。

請求項３は、請求項１または２において、前記遮光信号を被検査物ロッドの先端近傍で検出することを特徴とする。

請求項４は、被検査物ロッドを傾斜方向に回転転落させる転がし台と、前記転がし台の傾斜方向に設けられたスリットに対して一方の側に配設された照明装置と、前記スリットに対して他方の側に配設されたラインセンサーと、回転転落する前記被検査物ロッドにより生じる前記照明装置からの光の遮光に基づいて、前記ラインセンサーで検出される一次元画像信号を二次元画像信号として読み取る画像読取手段と、前記二次元画像信号から前記回転転落中のロッドの位置揺らぎ量を算出する算出処理手段を備えることを特徴とする。

請求項５は、請求項４において、前記算出処理が、前記二次元画像信号から回転転落中のロッドの重心位置を求め、この重心位置と重心位置の移動平均値との差から、回転転落中の修正重心位置を求め、しかる後修正重心位置の最大振幅を算出する処理であることを特徴とする。

請求項６は、請求項４または５において、前記最大振幅についての閾値の記憶手段と、前記被検査物ロッドの最大振幅値と前記閾値を比較して前記被検査物ロッドの良否を判定する判定手段とを、さらに備えることを特徴とする。

請求項７は、請求項４〜６のいずれかにおいて、前記スリットが、被検査物ロッドの先端近傍が回転転落する位置に設けられていることを特徴とする。

請求項８は、請求項４〜７のいずれかにおいて、前記照明装置がＬＥＤを線状に配列した線光源または棒状蛍光灯であることを特徴とする。

ロッドに反りまたは曲がりがあると、ロッドの位置が転がし台上を転落方向に向かって前後しながら回転転落する。すなわち回転転落方向にロッドの位置が揺らぎながら転落する。この位置揺らぎは、ロッドの反りまたは曲がりが大きくなると大きくなる。請求項１のロッドの反り検査方法によれば、回転転落中のロッドの遮光をラインセンサーにより一次元画像信号として検出し、一次元画像信号から得られる二次元画像信号によりロッドの位置揺らぎ量を瞬時に算出することができるので、ロッドの反り検査を短時間に行うことができる。

また、二次元画像信号から求める回転転落中のロッドの位置を遮光信号の重心位置とし、遮光信号の重心位置の揺らぎ量から反りの大きさを評価することにより、反り量との関係を確実に関係づけることができる。

また、遮光信号を被検査物ロッドの先端近傍で検出することにより、位置揺らぎの検出感度を高めることができ、反りの検出限界を小さくすることができる。

本発明のロッドの反り検査装置は、ロッドを重力により回転転落させる転がし台、照明装置、ラインセンサーを配設した主要ハード設備と、二次元画像信号読取およびロッドの位置揺らぎ量を算出する演算処理を行う処理手段とで構成されるので、装置の設備費用が安価である。さらに、良品ロッドの位置揺らぎに関する閾値の記憶手段と、被検査物ロッドの位置揺らぎ量と閾値を比較して被検査物ロッドの良否を判定する判定手段をさらに備えることにより、生産現場で迅速、簡便に選別、検査できる装置とすることができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の一実施例のロッドの反り検査装置の転がし台、照明装置、ラインセンサーの配置図である。転がし台１は、両側端近傍に幅約５ｍｍ、長さ約１２０ｍｍのスリット３が設けられている。転がし台１は、スリット３の長手方向に２〜５度程度の傾斜を有するように基準台（図示せず）上に設置されている。スリット３の下方にスリット３の開口に沿って照明装置（棒状白色蛍光灯等）２が配設され、一方蛍光灯２から出射した光を受光できる位置にラインセンサー４がスリット３の上方の開口に沿って配設されている。照明装置２とラインセンサー４は逆の位置に配置してもよい。

被検査物である断面が円形の線状体あるいは棒状体の被検査物ロッドを転がし台の一方の端に、両スリットの開口をまたぐようにして載置し、図１の矢印で示す方向に重力により回転転落させる。ロッドは回転転落中に蛍光灯から出射した光を遮光して、その遮光がラインセンサー４により遮光信号として検出される。図１では、遮光の検出をロッドの両先端部近傍の２個所で同時に行う場合が図示されている。検査の目的により１個所で行ってもよいし、また転がし台の中央部にスリットを設けて遮光の検出を回転転落するロッドの中央部１個所あるいは複数個所で行ってもよい。

回転転落中のロッドの位置として、ロッドの転落方向の外周面すなわちロッドが光を遮光し始める位置を用いてもよく、ロッドの転落方向と反対方向の外周面すなわちロッドによる遮光が終了し始める位置を用いてもよい。またロッドの重心位置（遮光信号スペクトルから算出される重心位置）を用いてもよい。

図５は、転落開始直後から転落終了直前まで回転転落中のロッドによりラインセンサー４内に一列に配列された光電変換素子が検出する遮光信号を示す模式図である。図５には、ロッドの回転転落中に受光量が低下することにより遮光信号（図５では略矩形信号）が検出され、信号が検出される光電変換素子の位置が左から右へシフトする様子が図示されている。本発明によれば、ロッドの位置情報として矩形波信号強度が減衰する位置、回復する位置、重心位置のいずれもロッドの位置情報として用いることができる。重心位置（遮光信号スペクトルによる重心位置）は、ラインセンサーの光電変換素子数が少なく、遮光信号パルス波形が矩形からくずれて、立ち下がり、立ち上がりが斜めのパルス形状になっている場合でも、確実にロッド位置を算出処理できる点で好ましい。

図２は、本発明のロッドの反り検査装置の一実施例の全体構成を説明する図である。転がし台上を重力によって回転転落するロッドによって生じる遮光は、ラインセンサーにより遮光信号として検出される。照明装置は白色あるいは昼光色蛍光灯の他、ライン状に配列した複数の白色ＬＥＤランプからなる線状光源が好んで用いられる。

照明装置から出射された光をラインセンサーで検出する間隔（ラインセンサーの光電変換素子のスキャンスピードに関係する）が、外部からパソコン内に組み込まれた中央演算処理装置に入力される。ラインセンサーの光電変換素子（ＣＣＤリニアーセンサー）数は、回転転落するロッドの位置信号の位置検出分解能に関係し、たとえば７４５０画素のセンサーを用いることができる。本発明の目的を確実に達成する位置検出を行い、得られる一次元画像信号から二次元画像信号への処理を確実に行うには、２０４８以上の画素を有するラインセンサーを用いるのが好ましい。遮光信号の検出間隔は、ロッドの径、転落スピード等により適宜設定され、通常検出間隔を０．２〜１ミリ秒とされる。転がし回転中の遮光信号サンプリング時間は１〜３秒程度である。

ラインセンサーにより遮光信号として検出された一次元画像信号は、入力信号補正回路、Ａ／Ｄ変換回路（８ビット２５６階調）、デジタル化された信号の画像メモリ回路を含む画像読取手段により記憶される。ロッドの位置は、上述したように検出信号スペクトルの強度低下開始位置、重心位置、強度回復位置などいずれを用いても位置検出を行うことができる（位置検出処理）。得られた位置情報から後述するように位置の揺らぎ量が算出される（位置揺らぎ解析）。

画像読取手段に記憶される情報は、スタートからの時間軸と距離軸（光電変換素子の位置に相当）に関する遮光に基づく検出信号の位置情報であり、ロッドに反り、曲がり、偏心などがない理想的な円柱棒状体あれば、図３（ａ）に示すようにスムースな曲線（位置揺らぎがない曲線）が画像読取手段に記憶される。一方ロッドに反りあるいは曲がりがある場合、図３（ｂ）に示すように、ロッドの遮光に基づく位置信号は揺らぎながら（転落方向に前後しながら）移動する。図３（ｂ）の点線は、ロッドの位置曲線を移動平均処理して得られる移動平均位置曲線であり、重心位置のこの移動平均位置曲線からの乖離の大きさによりロッドの位置揺らぎ量が求められる。下記の本発明の実施の一形態では、位置揺らぎ量は重心位置を用いて算出される。

図４は、二次元画像読取手段により読取られ記憶されたデータから重心位置揺らぎ量を算出する方法を説明するフローチャートである。図４を参照しながら以下に本発明にかかる位置揺らぎ量の算出処理方法を述べる。ラインセンサーにより回転転落中の遮光に基づく検出信号の取り込み（二次元画像読取）が完了すると、検出時刻毎のワーク（被検査物ロッド）の重心位置（遮光信号による重心位置）を算出する（ステップＳ１）。時刻ｔにおけるロッドの重心位置は、数式１により算出される。ここで、ｆ_t（ｎ）は時刻ｔにおけるラインセンサーの第ｎ番目の光電変換素子が検出した電圧出力値であって、Ｓは電圧出力値ｆ_t（ｎ）と時間軸で囲まれる部分の積分値（面積）（図５における検出信号の矩形の面積に相当）である。数式１から時刻ｔにおける重心位置Ｘg（ｔ）が求められる。

次に、ステップＳ２において、ロッドの回転転落中の位置揺らぎの振幅を算出するために、時刻ｔにおける重心位置Ｘg（ｔ）から時刻ｔにおける修正重心位置Ｘ’g（ｔ）を算出する。修正重心位置Ｘ’g（ｔ）は、Ｘg（ｔ）を移動平均計算処理した式を用いて求められ、移動平均処理の係数をｈとすると、修正重心位置Ｘ’g（ｔ）は、数式２により算出される。本算出処理では、係数ｈの値は１０〜１００とするのがよい。

回転転落中のロッドの重心位置は、図４のＡで模式的に図示される位置〜時間の関係で表され、修正重心位置は、図４のＢで模式的に示されるように時間軸が水平方向に修正されている。

修正重心位置の揺らぎ量のデータから、揺らぎの最大振幅（正の最大ピークから負の最小ピーク値を差し引いた値：ｐ−ｐ値）を算出し、このｐ−ｐ値が良品とすべき閾値と比較し、小さければ良品と判定し、大きければ不良品と判定する（ステップＳ３）。図８は、ロッドの反り形状を模式的に（誇張して）示した説明図である。

線径０．６mm、長さ５００ｍｍの多数本のガラス製のロッドを用意した。このロッドについて、本発明のロッドの反り検査装置を用いて、下記に示す条件でロッドの反りの大きさを測定した。本実施例ではロッドの両側端部について同時に遮光位置の信号検出を行い、両側端部について位置揺らぎ量を求め、いずれの側端部についても位置揺らぎの最大振幅（ｐ−ｐ値）の閾値が０．０４ｍｍ以下のものをＡ群のロッドとし、いずれか一方の側端部について最大振幅値が０．０４ｍｍを超えるロッドをＢ群のロッドとして反りの大きさにより選別した。

（遮光信号の検出）
転がし台傾斜角度 ：５度
転がし台のスリットの長さ ：１２０ｍｍ
転がし台のスリットの幅 ：５ｍｍ
ラインセンサーのＣＣＤ画素数：７４５０個
信号検出間隔 ：０．４ミリ秒
信号検出総時間 ：１．６秒
（位置揺らぎ量算出）
重心位置移動平均処理の係数ｈ：５０

反り量が小さいＡ群に選別されたロッドから得られた典型的な修正位置揺らぎのデータを図６に示す。ロッドは回転転落中に転落方向に約０．０１ｍｍ前方へあるいは後方へ位置が揺らぎながら回転転落していることが分かる。このサンプルのｐ−ｐ値は約０．０２である。

反り量が大きいＢ群に選別されたロッドから得られたものの修正位置揺らぎのデータを図７に示す。ロッドは回転転落中に転落方向に約０．０５ｍｍ前方へあるいは後方へ位置が揺らぎながら回転転落していることが分かる。このサンプルのｐ−ｐ値は約０．１０である。Ａ群のロッドを集積して作製した光学画像素子とＢ群のロッドを集積して用いた光学画像素子をそれぞれ作製したところ、前者の光学画像素子には画像の乱れはなかったが、後者の光学画像素子には乱れが生じていた。

回転転落中のロッドの位置揺らぎの測定を、上記の実施例では遮光信号の検出に必要とする照明装置やラインセンサーなどの光学系、画像読取手段、位置揺らぎ算出手段を２系統設けてロッドの両端部において同時に行ったが、一方の端部近傍で行ってもよく、目的によってはロッドの中央部の１個所または複数個所で行ってもよい。

本発明のロッドの反り検査方法のガラス製ロッド線材についての適用について具体的に説明した。しかし、本発明の被検査対象物はこれに限られることなく、金属製、樹脂製、セラミック製、カーボン製等の種々の材料からなる断面円形の棒状体や線状体の反り、曲がりの評価、測定、検査、選別等に用いることができる。本発明の検査装置は、とりわけ製造工程中において迅速、簡便に製品あるいは半製品を検査、選別するのに有用である。

ロッド（断面円形の線状体あるいは棒状体）を、その反り（曲がり変形）の大小により簡易に検査することができる。

図１は、本発明のロッドの反り検査装置の一実施例の転がし台、照明装置、ラインセンサーの配置説明図である 図２は、本発明のロッドの反り検査装置の一実施例の全体構成を説明する図である。 図３は、本発明の画像読取手段に記憶される位置情報を説明する図である。 図４は、本発明の位置揺らぎ量を算出する方法を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の回転転落中のロッドによりラインセンサー４が検出する遮光信号を説明する図である。 図６は、実施例１のＡ群に選別されたロッドの一サンプルについての位置揺らぎデータである。 図７は、実施例１のＢ群に選別されたロッドの一サンプルについての位置揺らぎデータである。 図８は、ロッドの反りを説明する図である。

符号の説明

１：転がし台
２：照明装置
３：スリット
４：ラインセンサー
１１：加熱延伸炉
１２Ａ：予熱ヒータ
１２Ｂ：成形ヒータ
１３：ポット
１４：紫外線照射ランプハウス
１５Ａ、１５Ｂ：引っ張りロール
１６：巻き取りドラム
１７：レーザー測定器

Claims (8)

1. 被検査物ロッドを転がし台上で回転転落させ、前記回転転落中のロッドによる遮光をラインセンサーにより一次元画像信号として検出し、前記一次元画像信号から得られる二次元画像信号により前記ロッドの回転転落中の位置揺らぎ量を求め、この位置揺らぎ量に基づいて反りを検査することを特徴とするロッドの反り検査方法。
2. 前記位置揺らぎ量が、前記二次元画像信号から回転転落中のロッドの重心位置を求め、この重心位置と重心位置の移動平均値との差から得られる回転転落中の修正重心位置の揺らぎ量であることを特徴とする請求項１に記載のロッドの反り検査方法。
3. 前記遮光信号を被検査物ロッドの先端近傍で検出することを特徴とする請求項１または２に記載のロッドの反り検査方法。
4. 被検査物ロッドを傾斜方向に回転転落させる転がし台と、前記転がし台の傾斜方向に設けられたスリットに対して一方の側に配設された照明装置と、前記スリットに対して他方の側に配設されたラインセンサーと、回転転落する前記被検査物ロッドにより生じる前記照明装置からの光の遮光に基づいて、前記ラインセンサーで検出される一次元画像信号を二次元画像信号として読み取る画像読取手段と、前記二次元画像信号から前記回転転落中のロッドの位置揺らぎ量を算出する算出処理手段を備えることを特徴とするロッドの反り検査装置。
5. 前記算出処理が、前記二次元画像信号から回転転落中のロッドの重心位置を求め、この重心位置と重心位置の移動平均値との差から、回転転落中の修正重心位置を求め、しかる後修正重心位置の最大振幅を算出する処理であることを特徴とする請求項４に記載のロッドの反り検査装置。
6. 前記最大振幅についての閾値の記憶手段と、前記被検査物ロッドの最大振幅値と前記閾値を比較して前記被検査物ロッドの良否を判定する判定手段とを、さらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載のロッドの反り検査装置。
7. 前記スリットが、被検査物ロッドの先端近傍が回転転落する位置に設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のロッドの反り検査装置。
8. 前記照明装置がＬＥＤを線状に配列した線光源または棒状蛍光灯であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のロッドの反り検査装置。
   
   

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