JP2009270864A - 金属線状材の疵検査装置、及び該装置を用いた金属線状材の連続加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象線材の特性や種類に制限なく採用でき、安価で高速走行する線材に対しても検査可能な検査手段を備えた金属線状材の疵検査装置、及び連続加工装置を提供する。
【解決手段】線状材Ｗを軸心として回転する回転体でなり、かつ線状材に直交する照射光を照射する光源部１６と、その照射光と線状材からの反射光が、線状材の横断面視で９０゜を超え１８０゜未満の角度θで受光する位置に配置した受光センサー１７を備えてなる回転基体１１と、その系外に設けられた照射光の供給源、並びに受光センサーによる受光データを解析して表面疵に変換するデータ解析部との系外装置における回転基体との電気的接続が、接触又は非接触方式によるコードレス化によって回路形成されるとともに、回転基体は、金属線状材の送給速度に応じて可変かつ一方向に回転可能に構成したことを特徴とする金属線状材の疵検査装置と、その装置を用いた連続加工装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、長尺金属線状材の表面疵を効率的に検査する金属線状材の疵検査装置と、該装置を用いた金属線状材の連続加工装置に関し、特に伸線加工や熱処理段階で発生するダイスマーク、欠き疵等の表面欠陥に対して、より高精度かつ容易に実施できる改善された表面疵の検査装置を提供するものである。

金属線材は、その用途に応じて熱間圧延や伸線加工、熱処理等の種々加工処理を経て細径化され、また細径化した金属線材に対し更に曲げ加工やヘッダー加工などを行ない、例えばねじや釘その他種々の線材製品に供されている。こうした加工製品では、近年の高品質化要求によってその品質特性は従来にも増して強く、特に疵等の表面欠陥、例えば伸線加工でのダイスマークやその他加工段階でのカキ疵、われ疵等はその開口面積が大きく、最終製品において重大な品質低下を招くばかりでなく、加工性や製造歩留まりにも影響を及ぼし、品質安定化とコストダウンの観点から前記表面欠陥の根絶が求められている。

こうした要求に対し、これら製品の製造業者はこのような表面欠陥をできるだけ早期段階の工程で除去し、無欠陥のものだけを次工程に供給する品質保証体制を確立すべく、従来から種々の検査手法が提供されてきた。

例えば先行特許文献１（特開平7-167796号）は、その一例として伸線中の線に対し、投光部と受光部を各々線の長手方向に沿って配置したセンサーヘッドにより、照射し受光した反射光量から線表面の焼き付き疵を検出する技術を示し、同文献は、さらに線の全周検査の為に、ヘッドを回転・反転を繰り返すこと、複数のヘッドを線の周囲に配置することなどの応用技術も合わして提案している。

また先行特許文献２（特公昭59-22895号）は、角形ビレットなどの表面疵を検査する表面疵の自動探傷方法として、蛍光塗料のついた酸化鉄等の鉄粉を水に懸濁した懸濁液を疵内に侵入させて乾燥し、残留する磁性紛を疵検出用可視光線で照射しながら撮像する検査方法を提案している。更に先行特許文献3（特開2005-134177号）は、丸棒の検査装置として、丸棒を磁化することで丸棒表面に存在する疵に磁性を生じさせ、この疵に粉末を付着させた際の付着量の程度によって疵を判定する方法を開示している。またその具体的方法として、付着粉末は表面疵の形状を反映した模様を呈することから、その模様をＣＣＤ素子などのイメージセンサで測定し、画像処理等の方法で解析するものとしている。

特開平7-167796号公報 特公昭59-22895号公報 特開2005-13477号公報

しかしながら、前記各特許文献が開示する疵検査技術は、いずれも効率的な検査方法と言い難いもので、例えば特許文献1の検査方法では、センサーヘッドでの線材への照射光と反射光は線の長手方向に沿って行うもので、照射光をそのまま受光することから、線材が例えばダイヤモンドダイスで線引きされたような光輝表面を持つものでは、反射光量が大きすぎてハレーションを起こしたり、例えばダイスマークのような連続疵や微小疵では正確な疵検査ができないなどの問題がある。したがって、疵の測定可能限界や対象線材の種類限定などの制約が伴ない、また線の全周を検査する場合にも、高価なセンサーヘッドを多数準備したり、公報が開示するような検出ヘッドを回転する場合にも、常に反転を繰り返すことから高速回転は困難で、その為に例えば走行線材の線ブレの影響を受けて正確な検査ができなかったり、非連続の点状疵では計測視野から外れるなど適用面での問題がある。

また、特許文献２及び３の検査技術についても、その全周を検査する為には多数の測定装置を必要とし、しかも適用材料についても磁性特性を利用することから、例えばステンレス鋼線や非鉄金属線材のような特に非磁性の線材に対して高速で、かつその全面を検査する方法としては供し難いものである。

さらに、特許文献２がその従来技術として開示する渦流探傷法についても、検査する線材が非磁性材であったり、疵がダイスマークのような軸方向に伸びた連続疵には不向きである。またその処理は線材を一旦磁化させて行なうことから、その検査後には脱磁処理を行なう必要があるなど、装置や処理段階の複雑化を伴ない、導入価格の高額化や作業負担を高めるなど実施上の問題もあって十分な普及は見ていない。

本発明は、このような従来技術に鑑み、それら課題を解決して適用範囲を広げるとともに、構造簡素で、かつ伸線加工のような高速走行する金属線状材に対しても、高精度で正確な疵検査ができる金属線状材の疵検査装置と、この装置を用いてなる金属線状材の連続加工装置の提供を目的とする。

すなわち本願請求項1に係る発明は、
送給される金属線状材の表面疵を検査する疵検査装置であって、
ａ）前記線状材を軸心として回転する回転体でなり、かつ該線状材に直交する照射光を照射する光源部と、その照射光と前記線状材からの反射光が、該線状材の横断面視で９０゜を超え１８０゜未満の角度θで受光する位置に配置した受光センサーを備えてなる回転基体と、
ｂ）その系外に設けられた前記照射光の供給源、並びに受光センサーによる受光データを解析して表面疵に変換するデータ解析部との系外装置における前記回転基体との電気的接続が、接触又は非接触方式によるコードレス化によって回路形成されるとともに、
ｃ）前記回転基体は、前記金属線状材の送給速度に応じて可変かつ一方向に連続回転可能に構成したことを特徴とする金属線状材の疵検査装置である。

また本願請求項２に係る発明は、前記角度θは、前記金属線状材と光源部を結ぶ仮想線（Ａ）と、該線状材と受光センサーを結ぶ仮想線（Ｂ）との交差角度で示され、かつその角度が１３０°〜１７０゜であることを特徴とし、請求項3に係る発明は、前記回転基体は、スリップリング機構によってコードレス化され、かつ一方向に２００回／分以上で回転可能に構成したことを特徴とするものであり、請求項４に係る発明は、前記光源部と受光部は、照射光の周期１００〜１０００μｓｅｃ．で、かつ分解能８〜１６ｂｉｔに制御されるものであり、請求項５に係る発明は、前記光源部は発光ダイオード、受光センサーは前記光源部からの反射光を吸収して光電流を発生するシリコンフォトダイオードで構成したことを特徴とする前記疵検査装置である。

さらに請求項６に係る発明は、前記受光センサーは、一つの前記光源部に対して、前記仮想線（Ａ）を介した対照位置に複数配置され、多極化したことを特徴とし、請求項７に係る発明は、前記光源部と受光センサーは、その複数組を前記金属線状材の軸方向に沿って多段階に配置することで多極化したことを特徴とする前記疵検査装置である。

そして請求項8に係る発明は、これらいずれかの疵検査装置が、金属線状材の加工処理装置の前後いずれかに隣接して配置され、その加工のインライン工程中で疵検査を同時に可能に構成したことを特徴とし、請求項９に係る発明は、前記加工処理装置は、前記線状材がストランド方式で供給される熱処理装置、表面処理装置又は伸線加工装置のいずれかによるものであり、更に請求項10係る発明は、、前記金属線状材の表面疵を検査する計測ラインのピッチ（Ｐ）が、該線状材の線径の５倍以下に設定したことを特徴とする前記金属線材の連続加工装置である。

このように請求項1の発明によれば、表面疵の検出は光源からの反射光の光量レベルの変化を利用して疵程度に解析するもので、金属線状材の物性や材質に影響されず、幅広い応用を図ることができ、加工装置に組み込んで加工と同時に疵検査を行なうなど応用できるものである。

しかもその構造も、光源部及び受光部と線状材との交差角度（θ）が、該線状材の横断面視で９０°を超え１８０°未満の鈍角となる位置に配置して、金属線状材の周囲を回転するとともに、その回転は、前記光源部及び受光センサーと系外装置との電気的接続がコードレス化によって、可変かつ一方向に回転可能に構成したことから、回転数と金属線状材の走行速度の調整、並びに照射光と受光センサーによる検出精度の調整を任意に設定でき、線状材の線ブレの影響を減じて、効率よく高精度の全周検査をすることができ、また価格的にも安価に実施できるものである。したがってこの発明によれば、従来の計測技術である渦流探傷等の方法では検出困難であったダイスマークなど、特に長手方向に伸びた連続疵に対して有効であり、効率よく全周検査を行なうことができる。

また請求項２及び３の発明では、前記光源部と受光センサーによる前記角度θがより適切であること、及びコードレス化がスリップリング機構によって、２００回／分以上の高速で回転可能に構成したことから、疵の検出感度を向上してより高精度の疵検査が可能であり、請求項４及び５の発明では、検出光の照射及び受光周期を短くして、しかも解析精度を高めることができる。同様に請求項6及び７の発明によれば、より多くの受光部を備える多極化によって、線状材に対してより狭いピッチでの疵検査をすることができ、高精度のほぼ全面検査が可能となる。

したがって、こうした疵検査装置を用いる請求項８乃至１０の発明では、特にストランド方式で供給される熱処理や表面処理、及び伸線加工装置に併設したインライン型の連続加工装置として構成でき、検出された表面疵に対して、瞬時にその発生を表示・警報乃至機械停止等のフィードバックできるなど自動化が図れ、不良品の低減に寄与するとともに、請求項１０の発明では、前記計測ラインのピッチが線状材の線径の５倍以下であることから、検出確率の高い全面検査に繋げることができ、高品質の加工線状材を提供することができる。

以下、本発明の一形態をその図面とともに説明する。
図1は本発明に係る連続加工装置1の一例として、伸線加工装置Ａにつなげて同一ライン上に疵検査装置Ｂを併設し、さらにデーター解析部Ｃ，応答手段Ｄ等を各々付加した構成図を示ている。金属線状材Ｗは、その前段側に配置した供給キャリアＭから連続的に引き出され、これを伸線加工装置Ａで所定線径に細径化して次の検査装置Ｂに連続的に送られ、得られた伸線加工後の線状材について例えばダイスマークやワレ疵、その他部分的な表面肌不良等の表面欠陥を検査して巻取リールＲに巻き取られるよう、その加工のインライン工程中でその前後いずれかに隣接配置され、巻き取られた線状材はそのまま次工程に払い出される。

また、前記検査装置Ｂで検出された検査データーは、例えば系外装置の一つであるデーター解析部Ｃで解析され、その値が予め設定した設定値以上の表面疵として検出された時は、その結果を応答手段Ｄに伝達して前記伸線加工を停止させたり、図示しない表示板に表示し、あるいは金属線状材Ｗの疵相当部に例えばペイント付与するなどの警報がなされ、フィードバックされる。

本発明に用い得る金属線状材Ｗとしては、例えば鉄線や鋼線、その他非鉄金属やその合金線等の種々金属材料でなる線状材（棒材、チューブ及びパイプなどを含む）が好適し、本発明ではその表面状態や材料特性を問わず幅広い選択が可能である。具体的には、ダイヤモンドダイスにより光輝状態で伸線加工されたもの、その表面を酸洗処理したようなダル状態に仕上げられたものなど種々対応でき、しかもその特性も磁性・非磁性を問わず前記種々の金属材料が供されるが、特に伸線加工では、難加工材としてダイスマークや割れ疵等の表面疵を誘発しやすい例えばチタン線、ステンレス鋼線、ニッケル合金線などに対してより大きな有効性を持つ。

またこれら金属線状材Ｗの断面形状及び適用線径についても、特に限定するものではないが、通常は例えば線径０．1〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．５〜８ｍｍ程度の断面円形の長尺状線材が用いられる。また計測機構を工夫することで、例えば楕円形状のような非円形線状材に応用することもできる。 なお本発明が対象とする表面欠陥としては、例えば前記ダイスマークや割れ疵、欠損疵などの他、材料組成の偏析などにより発生する部分的な肌荒れなどその開口部が比較的拡がった面状乃至長手方向に延びた連続疵に好適し、更にその検出間隔を狭めたり精度を高めることで、例えば点状または線状の微小疵を対象にすることもできる。

また疵の大きさや発生程度についても、その目的と使用する検査装置Ｃの解析精度の設定によって異なるが、例えば金属線状材Ｗがばね用途や冷間圧造用途など過酷な用途に用いられる場合や、伸線加工のような高速走行する場合は、前記検査装置Ｃでの光源部には発光ダイオードを、また受光部にはフォトダイオードを組合わせ、オシロスコープで波形データとして検出することが有効である。この構成によって疵の開口部が例えば幅５μｍ、深さ５μｍ程度の微小疵に対応できることが確認されており、更に解析精度に優れた手段や計測部材を用いることで、それより微細な微小疵にも十分に対応可能である。

他方、前記加工装置としては、前記するような伸線加工以外に、例えばストランド方式で処理される熱処理、清浄やめっき処理などの表面処理、さらにこれら線状材を用いて所定の成形品に加工する例えば曲げ加工や圧造加工などに幅広く適用でき、例えば前者のような長尺線材状態で排出される加工の場合は、その加工後の表面検査を検査する為に通常はその加工後段側に配置されるが、その設置場所まで限定するものではない。したがって、前記後者のような金属成形品を得る加工に用いる場合は、その供給側の加工前段側に設置して、素線状態での表面疵を検査するように構成することもできる。

その場合、より好ましくはこれら加工において走行する金属線状材の走行ブレの影響を減じるように、その該線状材の０．２％耐力値×（０．０５〜０．９８倍）程度、好ましくは０．３〜０．９倍の張力を付加しながら検査処理することが推奨でき、その程度の張力付加は、該線状材自体の特性変化をもたらすものではなく、検査処理の高率アップを図ることができる。

次に本発明に係る前記検査装置について説明する。
検査装置Ｂは、例えば図２（ａ）及びそのａ−ａ‘側面図である図２（ｂ）に見られるように、中央に連続的に送給される金属線状材Ｗが通過する通路１０を備えるとともに、該線状材Ｗの周囲を所定速度で一方向に回転しながら線状材Ｗの表面を照射する光源部16と、その照射光による該線状材Ｗからの反射光を受光する受光部１７を所定の位置関係で配置した回転基体１１を有するとともに、本形態では該回転基体１１の一面側に電気的接触によって回路構成されるスリップリング機構による例を示している。なお前記回転基体１１は、ベース板１３上に支持される支持受具（軸受）12内に嵌合され、駆動源（モーター）１4によって回転可能に構成されている。

そして、前記光源部１６の光量調整と受光部１７での受光データは、各々前記スリップリング機構を介して図３（ａ）に示すように系外に設けた安定化電源２０及び前記データ解析部Ｃ等の系外装置との間で回路形成され、各々伝達処理される。

図３（ａ）及び図４（ａ）は、本発明による光の具体的な作用と疵検出のメカニズムを説明する模式的であって、この形態では、前記光源部１６として発光ダイオードを、また受光部１７にはフォトダイオードを各々用いるとともに、検出されたデータはオシロスコープによるデータ解析部Ｃに送られデータ解析される。

この構成において、前記発光ダイオード（光源部１６）は線状材Ｗの表面を所定の光量で射光するように該線に直交する方向から照射され、更にこの照射光は前記光源部１６と金属線状材Ｗを結ぶ仮想線Ａの同一横断面の面上で、かつその反射光との交差角度（受光角度ともいう）θが鈍角（９０°を超え１８０°未満）となる位置に設けたフォトダイオード（受光部１７）で受光されるように構成している。すなわちこの受光角度θは、前記仮想線Ａと、線状材Ｗ及び受光部１７を結ぶ仮想線Ｂとの交差角度で示され、より好ましくは１３０〜１７０°にするもので、こうして調整された回転基体１１の回転速度と、該線状材Ｗの走行供給速度との調整によって、その全面検査を行なうこともできる。

このように本発明では、図３（ａ）に見られるように、この照射光と反射光が重なった符合αの限定された計測領域内での光量レベルの変化を経時的に測定して、疵の有無とその程度を解析することを基本とし、符合１８は、前記発光ダイオードによる必要以上の光の拡散を防ぐ為の遮蔽板、また符合１９は、増幅した前記反射光を正確に集光して高率検査する為の集光レンズであるが、それらの使用は必要に応じて選択できる。

なおこのような照射及び受光手段の他の例として、例えば光源部には通常の白熱電球、レーザー、ＬＥＤなどがあり、受光部には前記フォトダイオードを一次元又は二次元的に配置したＣＣＤリニアセンサがあるが、特に前記発光ダイオードはレーザー光より広い面を比較的強い光で照射できるとともに、焦点合わせ等の煩雑さがなく、また熱を伴なわないことから長寿命化できる利点があり、他方ＣＣＤリニアセンサなどフォトダイオードを用いる方式では、半導体のＰＮ接合における光吸収によって光電流を発生することから、検出データを電気量で換算でき、また多面的な計測ができることから本発明に好適する。

次にこの構成の検査メカニズムを更に図３（ａ）に沿って説明すれば、発光ダイオード（光源部１６）からの照射光は同図矢印(1)に沿って金属線状材Ｗの表面を射光し、前記検査領域α内での反射光（矢印(2)）は集光レンズ１９を介してフォトダイオードで受光され、高次元にブロック細分されたフォトダイオード１７にて各所のデーターとして検出される。

この形態で前記光源部１６と受光部１７は、各々金属線状材Ｗの任意横断面上での回転基体11に配置され、駆動源であるモーター１４によって走行する前記線状材Ｗの表面上を回転しながら検査される。その際、検査領域α内に表面疵Ｘが存在すると、該照射光は乱反射して受光量が減少し、この光量レベルを超短時間の瞬間的データとして経時的に検出するとともに、疵のない平滑面での光量と疵Ｘに伴なって減少した光量との相対比較によって、疵の有無及びその大小を定量的に検出することが可能となる。

計測結果の一例は例えば図3（ｂ）及び図4（ｃ）に示され、横軸は時間（ｔ）、縦軸は反射光量を各々示しており、この例では横軸に沿うベースラインから大きく凹んだ部分が表面欠陥に相当するものの、実際の検出データーではベースライン自体も種々大きさの凹凸を備えることから、検出データーに対して欠陥とすべきか否かの基準の尺度に閾値が用いられる。閾値は、対象の該線状材Ｗの加工程度及び使用用途等に応じて任意に設定されるもので、本発明では例えば２０〜４０％程度（好ましくは３０％）とされる。また同様に該検出データーから、欠陥の種類、大小及び形態等等の識別は、前記データー解析部Ｃでのオシロスコープ乃至種々の画像表示手段とパソコンシステム処理によって行なわれ、例えば凹部の発生間隔と形状、該線状材Ｗの線径、回転基体１１及び該線状材Ｗの走行速度などの各関係を総合して判断されるようにプログラムされている。

なお、前記光源部１６と受光部１７の光量調整については、その解析精度と疵程度に応じて任意に設定できるが、例えば前記バネ材としての伸線加工の線状材については、その後の過酷な使用状況を踏まえ、照射光の照射周期１００〜１０００μｓｅｃ．で、かつ分解能８〜１６ｂｉｔのもの、より好ましくは、周期１００〜５００μｓｅｃ．、かつ分解能１０〜１４ｂｉｔ程度で設定することが推奨できる。更に好ましくは、該線状材Ｗの走行速度ｔ1と回転基体１１の回転速度ｔ２との関係で描かれる螺旋状の計測ラインのピッチ（Ｐ）が、該線状材Ｗの線径φの１０倍以下、より好ましくは５倍以下になるように、本発明では前記回転基体１１は線状材Ｗの走行速度ｔ1に応じて可変で、かつその電気回路の形成が、接触又は非接触によるコードレス化によって一方向に連続回転可能に構成している。

また本発明は、前記したように照射光と反射光との受光角度θを鈍角、すなわち９０°を超え、１８０°未満にすることを特徴とするが、その理由は、受光角度が９０゜未満ではその反射面積が増して光量増加によるハレーションを起こし、結果的に疵の識別性能の低下を招き、逆に１８０゜を超えるものでは解析に必要な反射光量が得られない。その為、好ましくは前記受光部が対向する前記金属線状材の対向面のいずれか端側の１／３以下の曲面部からの反射光を受光するものとする。この場合の前記１／３とは、前記受光部１７が集束レンズ１９を介して対向する該線状材Ｗの対向面における周長と、前記計測領域α内での実質的な周長との比で示され、より好ましくは前記受光角度θは１５０±２０゜で設定される。

このように検査面が限られた計測領域ａに設定することで、疵部での光量の減少程度はほとんど変わることなくベースラインだけを下げることができ、それに伴なってベースラインレベル（Ｖ０）に対する疵部での光量の減少量（Ｖ１）との比率（Ｖ１／Ｖ０）を高めることとなり、より高精度の検査が可能となる。

さらに図4はこうした点を説明するもので、図４（ａ）のように受光角度θが９０゜と１５０゜の場合の受光レベルを同図（ｂ）及び（ｃ）に示している。これら各図から明らかなように、前記角度θを大きくすることで線表面からの反射光は減少（同図（ｂ））するものの、同図（ｃ）に見られるように反射光の減少量自体はほぼ一定で、ベースラインだけが全体に下がっていることが分かる。すなわちこの関係は、Ｖ‘／ｍ’＞Ｖ／ｍで示すことができ、ベースラインが低いもの（すなわち、受光角度θが大きいもの）ほど、疵に対して鋭敏な反応を示すもので、検出感度が優れることを意味する。したがって、前記角度θの調整によってより高精度の検査が可能となる。

以上説明は、図３（ａ）のように前記光源部16に対して一つの受光部１７で受光するように構成したものを説明したが、この場合、例えば加工手段が伸線加工のような高速で処理されるものでは処理に伴なって線ブレを起こしたり、計測ピッチ間隔が広くなり過ぎて緻密な表面状態が把握できない等の問題があることから、こうした問題に対して、本発明では更に次のような方策を含むものとしている。

図２の形態は、前記したように光源部１６と受光部１７を設けた回転基体１１を、スリップリング機構での接触方式によってコードレス化させ、一方向に高速回転可能にしたものであるが、それ以外にも例えば無線方式乃至回転トランス方式によるものなど、種々の接触又は非接触による電気伝達手段によってコードレス化したものを含み、また回転基体１１は、例えば一方向に２００回／ｍｉｎ．以上、好ましくは３００回／ｍｉｎ．以上で高速回転させることが望ましい。

前記スリップリング３０については従来から種々形態のものが知られており、例えばその細部を示す図５のように、凹状に中ぐりされベース板１３上に固定した固定枠３２内に、前記光源部１６と受光部１７を設けボールベアリング３４で軸支して回転可能に嵌合された前記回転基体１１（回転板３１ともいう）を備える。そして、該回転基体１１と固定枠３２はその対向面において各々個別の電気的回路が形成できるように、例えば回転基体１１側には、前記光源部１６等に接続された複数の給電手段（例えば給電ブラシ、給電ローラ）３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…を、また他方の固定枠３２側には、前記給電手段に対向して外部電源２０等の系外装置に各々接続された同心リング状の接面３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…が設けられ、両者各々の接触によって所定の電気的回路が形成されるように構成している。

なお図5の形態では、前記接面３２及び給電手段３１は回転基体１１の側面側で接触するようにしたものを示すが、これ以外にも例えば回転基体１１を所定長さを持つ円筒形状にして、その外周面上に複数の接面３２を順次設け回路形成したものを含み、こうした給電手段によって両者はコードレス化でき、回転基体１１を一方向にかつ高速回転させることができる。

同様に前記無線方式や回転トランス方式などによる非接触式のコードレス手段についても、ここでその詳細を説明するまでもなく、従来から同様の目的の為に種々の技術分野の中で使用されていることから、そうした事例に習ってこれら手段を本発明に応用することは容易であり、本発明はそうしたコードレス化をも包含するが、特に前記スリップリングによるものは、製造容易で、かつ装置全体をコンパクト化できる利点があり、好ましい。

こうした構成に加えて、本発明は更に前記受光部１７を複数設けることで多極マルチ化し高精度の検査を行なうように構成することが好ましく、例えば図３（ｃ）の形態では、一つの光源部１６に対して、その同一横断面上で前記仮想線Ａを介した対照位置に二以上の受光部１７，１７を設けたものを示し、図３（ｄ）では前記光源部１６と受光部１７の複数組を、予め所定の変位角度になるように調整して多段に配置したものを示している。

前者のように、一つの光源部１６からの照射光を利用して多極化するものでは、該照射光が該線状材Ｗの線径を超える拡がりを持ち、かつ該照射光の局部的にバラツキが生じないようにすることが望まれ、例えば線径４ｍｍ以下のような比較的細径の線状材に容易に用い得るが、それを超える太径の線状材に対しても、例えば光源部の設置位置を遠ざけたり、また拡散レンズを配置するで照射面積を拡げることで対応できる。

また後者のように、その複数組を多段配置したものでは、被検査面の計測ピッチ間隔をより緻密化してより詳細な計測データーが得られ、こうした多極化技術によって、例えば非連続的な点状疵や微小疵を適格に検出する機会を高めることができる。したがって、前記するように一つの光源部１６に対して複数の受光部１７を備えたものを、順次多段に積層すればその効果は更に促進させることができ、その場合の前記計測光量の受光パルスの周期は、少なくとも計測センサーの合計で前記範囲内になるようにすることが好ましい。

また前記図２の形態では、前記回転基体１１の前後には線状材Ｗを案内するガイドノズル１５Ａ，１５Ｂを距離を置いて配置するとともに、その導入側には該線状材Ｗの表面に付着した例えば潤滑剤等の付着物を除去する除去手段４０を設けたものを示している。前記案内ノズル１５Ａ，１５Ｂは供給される金属線状材Ｗの走行ブレを防いで常に直線状態で供給され安定した検査を可能にするもので、例えば若干太径としたセラミックダイスや送りロールを用いることができ、また除去手段４０については、例えば前記先行特許文献2による高圧エアーノズルや例えば特開昭６２−１７１７６８号公報が開示するようなスパイラル状の異物除去用ブラシ等を用いることができる。
次に、実施例により本発明を更に詳述する。

ＳＵＳ３０４ステンレス鋼線５．５ｍｍＲＯＤを２．４ｍｍφに冷間加工する連続伸線機につなげて、線材の表面疵を検査する検査装置を併設し、伸線と表面検査をインラインで行なう一連の加工ラインを準備した。
なお該鋼線ＲＯＤには、予めその表面に無機系潤滑皮膜が被覆されたもので、これを前輪キャリア内にセットして順次引き出され、一方各伸線ダイスボックス内には粉末状潤滑剤（商品名：コーシン）を併用しながら合計８枚の合金ダイスで細径化するもので、その伸線速度は８０ｍ/ｍｉｎ．で行なった。

そうした伸線加工を終え引き出された２．４ｍｍの線材は、順次検査装置に送られ、その際線表面に付着した潤滑剤などの付着物を高圧エアーで吹き飛ばす前処理を行いながら、導入ガイド15Ａ→回転基体→排出ガイド15Ａの順に通し、連続的に検査処理を行なった。

一方、前記回転基体11は、図5に示すように光源部にＥＩＬ５１丸型発光ダイオード（豊田合成社製）、受光部にはＴＯ−５型フォトダイオード（浜松ホトニクス社製）を各々設置角度θ：１４０゜の位置になるように位置合わせしており、これをサンプリング周期１２０μｓｅｃ．分解能１２ｂｉｔに制御された条件で射光及び受光しながら、スリップリングによるコードレス化によって一方向に毎分３００回の速度で連続回転させ、検出結果は系外のオシロスコープで解析した。

なおこの時の前記設置角度θは１４０°で、受光部が対向する金属線状材の対向面（線状材の全周長の半分に相当）の１／４以下に相当するものであり、また検出精度としては閾値３０％を設定して求めた。

測定結果は、伸線後の線材表面の顕微鏡拡大写真を図６（ａ）に、また検出データは図６（ｂ）に各々示しており、この中で図６（ｂ）は前記受光周期における直前１５０点を平均化した移動平均値（赤色線）に対する実測値との開きが、予め設定した前記閾値を超えるものを有害欠陥として設定していたが、加工線材はその全長に亙って比較的良好な表面状態で、またその検査データーでもチャートはほぼ安定しており、閾値３０％を超えるような有害性の大きい表面疵は見られず、前記表面状態によく対応するものであることが確認できた。

次に、前記実施例1と同様にＳＵＳ３１６ステンレス鋼線を単頭式のダブルデッキ伸線機によって加工率５０％で１．９５ｍｍに伸線加工するとともに、得られた線材の表面観察を前記と同様に、上がりダイスの後段に検査装置を組み込んだ。 伸線加工は１００ｍ／ｍｉｎの速度で行ない、該線状材にはその０．２％耐力値の０．９倍の張力が付加されていた。
そして、加工後の線の表面には図７（ａ）及び同（ｂ）で示されるような目視可能なダイスマークが見られており、検査データーでもベースラインから下方に凹んだ凹部が示され、ほぼ同形状で一定間隔で見られた事から、連続疵であることが確認された。またその凹部の深さを求めたところ１０．２μｍであったが、その値は線材現品での断面顕微鏡の測定値に比して大差は見られなかった。なお、この例では線径及び表面状態の影響によって反射光量が少なく、実施例１よりベースラインが低いものであった。

更に実施例２の加工線材について、更に熱処理と中間伸線を繰返し行いながら０．８ｍｍφの硬質細線とし、脱脂処理と表面付着物を除去しながら、最終的に炉長５ｍのストランド型電気炉内に通して温度１０５０℃×速度３０ｍ／ｍｉｎの条件で連続熱処理を行なった。 この熱処理による軟質線材では、前記中間加工によって前記ダイスマークは軽減されたものであった。そこでその細線を連続的に前記検査装置にかけて前記と同様に回転速度１０回／分で疵検査を行なったところ、同ダイスマークの深さは８．２μｍの結果が得られ、前記線径程度の細線にも十分に適用できることが確認された。

他の疵形態への適応性を確認する為に、(1)非連続なカキ疵（開口幅３０μｍ、深さ１２μｍ，長さ２ｍｍ）、(2)短小長さのワレ疵（開口幅２０μｍ、深さ２５ｍｍ，長さ５ｍｍ）、(3)ダイスマーク（開口幅８μｍ、深さ１２μｍ）を持つ１．０〜５．０ｍｍの線材を各々準備し、これらを各々左右に一定速度でスライド往復させながら、各疵部の検出精度を確認した。

計測に用いた検査装置は、前記受光角度θが１３５゜になるように二つのフォトダイオードを各々対照位置に配置し、更にこの二組を１８０°分ずらして重ね合わしたもの、すなわち4つの受光部を備えたもので、その検出間隔を半分にすることができた。また検査は、これを４００回／ｍｉｎ．で回転させながら、周期１２０μｓｅｃ／２センサー、分解能１２ｂｉｔ．で、閾値は各々３０％の条件で行なった。

この実施例では、合計４つのフォトダイオードが各々均等に位置をずらしされたもので、また回転速度も４００回／ｍｉｎ．の高速回転され、また各受光部（フォトダイオード）が描く計測ラインのピッチＰは、その線材Ｗの直径の１．８倍であったことから、ほぼ全面の表面疵の検査ができ、前記(1)〜(3)の何れの疵も検出することができた。

同様に冷間圧造用として製造したＳＵＳ−ＸＭ７の２．１５ｍｍのステンレス鋼軟質線を前輪にセットするとともに、実施例１と同じ検査装置をその加工機の前段に配置し、表面検査しながら釘成形機に付設したもので、据込み比が前記線状材の線径ｄの２．２倍となるように圧造加工し、長さ１５ｍｍの平頭釘を成形した。この時、前記ステンレス鋼線にはその０．２％耐力の約５０％、すなわち０．５倍の逆張力を付加することでほぼ安定的に線を送給することができ、線ブレなどは生じることなく疵検査を行なうことができた。

この時、前記ステンレス鋼線にはその０．２％耐力の約５０％、すなわち０．５倍の逆張力を付加することでほぼ安定的に線を送給することができ、線ブレなどは生じることなく疵検査を行なうことができ、またこの成形加工では、閾値２５％として照射光の周期１５０μｓｅｃ．分解能１０ｂｉｔの条件で行い、該線材中に含まれた割れ疵（開口幅１２μｍ，深さ１０．５μｍ，長さ３０ｍｍ）が検出でき、その瞬時に該成形加工を停止させることができた。

本発明の他の実施例として、前記スリップリング以外の伝送手段の例として、特開平７−３３４７８３号公報他による非接触型給電・信号伝送方式によりコードレス化したものを用い、実施例３の線材を対象にして同様の疵検査を行なった。

この非接触方式では、各回路毎に各々発信コイルと受信コイルを設けるとともに、非接触状態でも両コイルが所定の距離をもって接近した状態で、その他方側の受信コイルに誘起起電力を生じさせるようにしたもので、前記スリップリングによる接触方式のものと同様に給電及び信号伝送をすることができ、所定の検査データを得ることができた。

以上説明したように、本発明によれば、光源部と受光部を所定の位置関係に設けた検査装置でこれを種々の加工装置にインライン型で併用することで、加工と検査を同時平行的に行なうことができ、また対象材料の制限もなく、しかもその機構も簡単構造であることから、コストダウンが図れるなど多くの利便性を有し、種々の線状材や特性に関係なく幅広く応用することができる。

本発明に係る検査装置を線状材の加工装置の一例を示す構成図である。 検査装置の一例を示す平面図である。 検査装置の検出メカニズムを示す説明図である。 検出データの一例を示すチャート図である。 検査装置の他の形態を示す説明図である。 更に他の検査装置の形態を示す説明図である。 （ａ）は受光角度の違いによる検出メカニズムの説明図、（ｂ）は受光角度の違いによる検出データの一例である。 スリップリングの構造の一例を示す断面図である。 （ａ）は実施例による線状材の表面状態写真の一例、（ｂ）は（ａ）の線状材の検出結果のチャート図である。 （ａ）は他の実施例による線状材の表面状態写真の一例、（ｂ）は（ａ）の線状材の検出結果のチャート図である。

符号の説明

１ 加工装置
１１ 回転基体
１６ 光源部
１７ 受光部
２０ スリップリング
Ａ 加工手段
Ｂ 検査手段
Ｃ データ解析手段
Ｄ 応答手段
Ｗ 金属線状材

Claims (10)

1. 送給される金属線状材の表面疵を検査する疵検査装置であって、
   ａ）前記線状材を軸心として回転する回転体でなり、かつ該線状材に直交する照射光を照射する光源部と、その照射光と前記線状材からの反射光が、該線状材の横断面視で９０゜を超え１８０゜未満の角度θで受光する位置に配置した受光センサーを備えた回転基体と、
   ｂ）その系外に設けられた前記照射光の供給源、並びに受光センサーによる受光データを解析して表面疵に変換するデータ解析部との系外装置における前記回転基体との電気的接続が、接触又は非接触方式によるコードレス化によって回路形成されるとともに、
   ｃ）前記回転基体は、前記金属線状材の送給速度に応じて可変かつ一方向に連続回転可能に構成したことを特徴とする金属線状材の疵検査装置。
2. 前記角度θは、前記金属線状材と光源部を結ぶ仮想線（Ａ）と、該線状材と受光センサーを結ぶ仮想線（Ｂ）との交差角度で示され、かつその角度が１３０°〜１７０゜であることを特徴とする請求項1に記載の疵検査装置。
3. 前記回転基体は、スリップリング機構によってコードレス化され、かつ一方向に２００回／分以上で回転可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の疵検査装置。
4. 前記光源部及び受光部は、照射光周期１００〜１０００μｓｅｃ．かつ分解能８〜１６ｂｉｔに制御されたものであることを特徴とする請求項2又は3に記載の金属線状材の連続加工装置。
5. 前記光源部は発光ダイオード、受光センサーは前記光源部からの反射光を吸収して光電流を発生するシリコンフォトダイオードで構成したことを特徴とする請求項４に記載の疵検査装置。
6. 前記受光センサーは、一つの前記光源部に対して、前記仮想線（Ａ）を介した対照位置に複数配置され、多極化したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の疵検査装置。
7. 前記光源部と受光センサーは、その複数組を前記金属線状材の軸方向に沿って多段に配置することで、多極化したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の疵検査装置。
8. 更に前記請求項１〜７のいずれか疵検査装置が、金属線状材の加工処理装置の前後いずれかに隣接して配置され、該加工のインライン工程中で疵検査を同時に行なうものであることを特徴とする金属線状材の連続加工装置。
9. 前記加工処理装置は、前記線状材がストランド方式で供給される熱処理装置、表面処理装置又は伸線加工装置のいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の前記連続加工装置。
10. 更に、前記金属線状材の表面疵を検査する計測ラインのピッチ（Ｐ）が、該線状材の線径の５倍以下に設定したことを特徴とする請求項８または９に記載の前記連続加工装置。