JP2012237631A - 仮組み用ワイヤ残留検出装置および仮組み用ワイヤ残留検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仮組み用ワイヤ残留の検出精度を高める。
【解決手段】ろう付けにより製造された熱交換器１に仮組み用ワイヤ６が残留しているか否かを検出する仮組み用ワイヤ残留検出装置であって、熱交換器１のチューブ２を撮影する撮影手段１３と、撮影手段１３が撮影した画像を処理する画像処理手段１４とを備え、画像処理手段１４は、撮影手段１３が撮影した画像をチューブ２と平行な方向に収縮処理する第１の処理と、撮影手段１３が撮影した画像をチューブ２と直交する方向に収縮処理する第２の処理と、第１の処理を行った画像に対して、チューブ２が分断されているか否かを判定する第１の判定と、第２の処理を行った画像に対して、仮組み用ワイヤ６があるか否かを判定する第２の判定とを行うものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器仮組み用ワイヤの残留を検出する検出装置および検出方法に関する

従来、複数本のチューブが積層されてなる熱交換器は、各部材を仮組みした後、炉中において各部材を一体ろう付けすることによって製造される。この熱交換器の製造方法では、炉中で各部材の仮組み状態を維持するために、仮組み用ワイヤを用いている。

具体的には、各部材を仮組みした後に仮組み用ワイヤをチューブの積層方向に巻き付け、ろう付け後に仮組み用ワイヤを切断して除去する。仮組み用ワイヤを切断・除去する作業は機械によって自動化されている。

このような熱交換器の製造方法においては、ろう付けに用いられるろう材やフラックスの残渣によって、仮組み用ワイヤがチューブに接合されてしまうことがある。仮組み用ワイヤがチューブに接合されてしまうと、ろう付け後に仮組み用ワイヤを切断しても仮組み用ワイヤがチューブから外れないので、仮組み用ワイヤを自動で除去することができなくなってしまう。

そのため、従来では、仮組み用ワイヤの切断後に仮組み用ワイヤの残留状態を検出するための検出装置が用いられている。従来用いられている仮組み用ワイヤ残留検出装置では、熱交換器を撮影し、撮影した画像に基づいて仮組み用ワイヤの有無を判別するようになっている。

撮影した画像においては、チューブは光を反射するため白色になり、仮組み用ワイヤは光を反射しないため黒色になる。すなわち、仮組み用ワイヤは炉中で加熱されると黒色になるので、仮組み用ワイヤが残留している場合、チューブは仮組み用ワイヤによって断裂（分断）されて撮影される。このため、撮影した画像中のチューブの長さやブロッブの個数等を計測することによって、仮組み用ワイヤの有無を検出することができる。

因みに、特許文献１には、半導体装置用ボンディングワイヤの形状を検査する検査装置が記載されている。この従来技術では、ボンディングワイヤを撮影し、撮影した画像に対して画像処理を行うことによってボンディングワイヤの形状を検査する。

特許第２６８９５０５号公報

しかしながら、炉中で加熱された仮組み用ワイヤは必ずしも黒色になるとは限らず、例えば仮組み用ワイヤにろう材やフラックスが付着する等して白色になる場合がある。このため、従来の仮組み用ワイヤ残留検出装置では、仮組み用ワイヤの残留を正確に検出するのは困難であった。

本発明は上記点に鑑みて、仮組み用ワイヤ残留の検出精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ろう付けにより製造された熱交換器（１）に仮組み用ワイヤ（６）が残留しているか否かを検出する仮組み用ワイヤ残留検出装置であって、
熱交換器（１）のチューブ（２）を撮影する撮影手段（１３）と、
撮影手段（１３）が撮影した画像を処理する画像処理手段（１４）とを備え、
画像処理手段（１４）は、
撮影手段（１３）が撮影した画像をチューブ（２）と平行な方向に収縮処理する第１の処理と、撮影手段（１３）が撮影した画像をチューブ（２）と直交する方向に収縮処理する第２の処理と、
第１の処理を行った画像に対して、チューブ（２）が分断されているか否かを判定する第１の判定と、
第２の処理を行った画像に対して、仮組み用ワイヤ（６）があるか否かを判定する第２の判定とを行うものであることを特徴とする。

これによると、仮組み用ワイヤ（６）が黒色の場合、第１の処理を行うことで仮組み用ワイヤ（６）によるチューブ（２）の分断箇所が明確になる。そのため、第１の判定を行うことで黒色の仮組み用ワイヤ（６）の残留を良好に検出できる。

また、仮組み用ワイヤ（６）が白色の場合、第２の処理を行うことで仮組み用ワイヤ（６）が明確になる。そのため、第２の判定を行うことで白色の仮組み用ワイヤ（６）の残留を良好に検出できる。

したがって、黒色の仮組み用ワイヤ（６）および白色の仮組み用ワイヤ（６）の両方について残留を良好に検出できるので、仮組み用ワイヤ残留の検出精度を高めることができる。

なお、本発明における「チューブ（２）と平行な方向」とは、厳密にチューブと平行な方向のみを意味するものではない。また、本発明における「チューブ（２）と直交する方向」も、厳密にチューブと直交する方向のみを意味するものではない。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置において、画像処理手段（１４）は、第２の判定では、仮組み用ワイヤ（６）があるか否かをブロブの面積に基づいて判定することを特徴とする。

これにより、第２の判定にて白色の仮組み用ワイヤ（６）の残留を確実に検出できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置において、画像処理手段（１４）は、第１の判定では、チューブ（２）が分断されているか否かをブロブの周囲長に基づいて判定することを特徴とする。

これにより、第１の判定にて黒色の仮組み用ワイヤ（６）の残留を確実に検出できる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置を用いて、熱交換器（１）に仮組み用ワイヤ（６）が残留しているか否かを検出する仮組み用ワイヤ残留検出方法であって、
撮影手段（１３）によってチューブ（２）を撮影し、
画像処理手段（１４）によって第１の処理、第２の処理、第１の判定および第２の判定を行うことを特徴とする。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

一実施形態における仮組み用ワイヤ残留検出装置の検出対象である熱交換器の正面図である。 一実施形態における仮組み用ワイヤ残留検出装置の全体構成図である。 一実施形態における画像処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 図３の残留黒ワイヤ検査処理の詳細を示すフローチャートである。 図３の残留白ワイヤ検査処理の詳細を示すフローチャートである。 一実施形態における画像の例を示す図であり、仮組み用ワイヤが残留していない場合の画像の例を示している。 一実施形態における画像の例を示す図であり、黒色の仮組み用ワイヤが残留している場合の画像の例を示している。 一実施形態における画像の例を示す図であり、白色の仮組み用ワイヤが残留している場合の画像の例を示している。

一実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。まず、本実施形態における仮組み用ワイヤ残留検出装置の検出対象である熱交換器１について説明する。図１では、熱交換器１の例として、車両用空調装置の加熱用熱交換器であるヒータコアを示している。

ヒータコアは、車両のエンジンの発熱により温められたエンジン冷却水（温水）と、車室内に送風する空気とを熱交換させて、車室内に送風する空気を加熱するものである。なお、本実施形態における仮組み用ワイヤ残留検出装置は、ヒータコアに限らず、例えば、ラジエータ、エバポレータ（蒸発器）、コンデンサ（凝縮器）等の種々の熱交換器を検出対象とすることができる。

熱交換器１は、複数本のチューブ２およびフィン３からなる熱交換コア部と、各チューブ２と連通するヘッダタンク４と、熱交換コア部の補強部材をなすサイドプレート５とを有している。

複数本のチューブ２は、直管状に形成され、その内部にエンジン冷却水（内部流体）が流れるようになっている。また、複数本のチューブ２は、その長手方向と直交する方向に積層配置されており、隣り合うチューブ２同士の間には、空気（外部流体）が流通する空気通路が形成されている。

フィン３は、隣り合うチューブ２同士の間に配置され、チューブ２の外表面に接合されている。これにより、車室内に送風する空気（チューブ周りを流れる空気）との伝熱面積（熱交換面積）を増大させてエンジン冷却水と空気との熱交換を促進させるようになっている。

本例では、複数本のチューブ２は断面扁平形状になっており、その短径方向に積層されている。したがって、チューブ２の長径方向が空気流れ方向と一致している。本例のフィン３は、薄板材を波状に曲げ成形することで形成されたコルゲートフィンであり、その頂部がチューブ２の平坦面（扁平面）にろう付け接合されている。

なお、図１では、フィン３を一部のみ図示しているが、フィン３は、隣り合うチューブ２同士の間の略全域にわたって配置されている。以下では、熱交換コア部のうち空気流れ方向両端側（図１の紙面表裏方向両端側）の面をコア面と言う。

ヘッダタンク４は、チューブ２の長手方向両端側にてチューブ２の長手方向（紙面左右方向）と直交する方向に延びて各チューブ２と連通している。サイドプレート５は、熱交換コア部の両端側（チューブ２の積層方向両端側）に配置され、ヘッダタンク４にろう付け接合されている。

本例では、チューブ２、フィン３、ヘッダタンク４及びサイドプレート５を金属（例えばアルミニウム合金）で成形し、これらの部材２〜５をろう付けにて接合している。

次に、熱交換器１の製造方法について説明する。まず、上述した各部材２〜５をカシメ等によって仮固定した後、仮組み用ワイヤ６を、熱交換コア部およびサイドプレート５の外側にきつく巻き付ける（仮組み工程）。より具体的には、仮組み用ワイヤ６をチューブ２の長手方向と直交する方向（チューブ２の積層方向）に巻き付ける。

例えば、仮組み用ワイヤ６として針金を用いることができる。仮組み用ワイヤ６としては、表面に酸化被膜が形成された黒なましワイヤが好適であるが、表面の酸化被膜が薄い白色のワイヤを用いてもよい。

次いで、仮組みされた各部材２〜５を炉中で一体ろう付けする（ろう付け工程）。これにより、各部材２〜５が接合されて熱交換器１が出来上がる。このとき、各部材２〜５は、ろう付け時の加熱により熱収縮する。このため、ろう付け後の状態では、仮組み用ワイヤ６は熱交換器１のコア面から浮き上がった状態となる。

次いで、熱交換器１のコア面から浮き上がった仮組み用ワイヤ６を、ワイヤ切断装置（図示せず）で切断する（ワイヤ切断工程）。このとき、仮組み用ワイヤ６が熱交換器１（より具体的にはチューブ２）に接合されていなければ、仮組み用ワイヤ６が熱交換器１から除去されることとなる。

次いで、熱交換器１に対して仮組み用ワイヤ６の残留状態を仮組み用ワイヤ残留検出装置で検出し（ワイヤ残留検出工程）、仮組み用ワイヤ６が残留していないという検出結果であれば熱交換器１が良品であると判定する。

次に、仮組み用ワイヤ残留検出装置について説明する。図２は、本実施形態における仮組み用ワイヤ残留検出装置の全体構成図である。

仮組み用ワイヤ残留検出装置は、熱交換器１を把持するロボットチャック（図示せず）、熱交換器１を照明する照明装置１２（照明手段）、熱交換器１を撮影するカメラ１３（撮影手段）、およびカメラ１３が撮影した画像を処理する画像処理装置１４（画像処理手段）を備えている。なお、図２の例では、熱交換器１は、チューブ２の長手方向が図２の紙面表裏方向と一致するように把持されている。

照明装置１２は、電源２０から供給された電力を用いて熱交換器１のコア面を照明する。より具体的には、照明装置１２は、熱交換器１の表裏両側のコア面のうち一方のコア面を照明する。本例では、照明装置１２として、ＬＥＤバー照明が用いられている。

本例では、照明装置１２の光軸（一点鎖線で示す）は、熱交換器１のコア面に対して斜めになっている。より具体的には、照明装置１２の光軸と熱交換器１のコア面とがなす角度θが４０°程度になっている。

カメラ１３は、熱交換器１の表裏両側のコア面のうち、照明装置１２によって照明されるコア面を撮影する。カメラ１３としては、ＣＣＤカメラが好適である。本例では、カメラ１３の光軸（一点鎖線で示す）は、熱交換器１のコア面に対して直角になっている。換言すれば、カメラ１３は、熱交換器１のコア面の真正面に配置されている。

画像処理装置１４は、カメラ１３で撮影された画像を取り込み、取り込んだ画像に基づいて、仮組み用ワイヤ６の残留の有無を判定する。画像処理装置１４としては、一般的なパーソナルコンピュータを用いることができる。

画像処理装置１４は、仮組み用ワイヤ６の残留の有無の判定結果を、熱交換器１の製造工程で用いられる制御装置２１に出力する。制御装置２１としては、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を有しているものが一般的に用いられている。

次に、画像処理装置１４が行う画像処理について説明する。図３〜図５は、画像処理装置１４が行う画像処理のアルゴリズム（仮組み用ワイヤ残留検出方法）を示すフローチャートであり、図６〜図８は、画像処理装置１４が処理する画像の例を模式的に示す図である。図６は仮組み用ワイヤ６が残留していない場合の画像の例を示し、図７、図８は仮組み用ワイヤ６が残留している場合の画像の例を示している。

図６〜図８の例では、画像処理装置１４は、カメラ１３で撮影された画像のうち、仮組み用ワイヤ６が存在する可能性のある一部の領域（ワイヤ抽出領域）のみに対して画像処理を行い、残余の領域に対しては画像処理を行っていない。

図３に示すように、まずステップＳ１００にて、カメラ１３で撮影された画像を取り込む（画像入力）。図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）は、ステップＳ１００で取り込んだ画像の例を示している。

ステップＳ１００で取り込んだ画像では、チューブ２は光を反射するため白色になっている。図７（ａ）の例では、仮組み用ワイヤ６は炉中で加熱されて黒色になっているが、図８（ａ）の例では、仮組み用ワイヤ６にろう材やフラックスが付着する等して仮組み用ワイヤ６が白色になっている。以下、黒色になった仮組み用ワイヤ６を黒ワイヤと言い、白色になった仮組み用ワイヤ６を白ワイヤと言う。

次いでステップＳ１１０に進み、残留黒ワイヤ検査処理（第１の処理）を行う。残留ワイヤ黒検査処理の詳細を図４に示す。残留黒ワイヤ検査処理では、まずステップＳ１１１にて、ステップＳ１００で取り込んだ画像を膨張処理してチューブ２を強調する。本例では、行：３×列：３のウインドウで膨張処理する。

次いでステップＳ１１２に進み、ステップＳ１１１でチューブ２を強調した画像をオープン処理（収縮→膨張処理）してフィン３を消す。本例では、行：１２×列：１の縦長のウインドウでオープン処理する。

次いでステップＳ１１３に進み、ステップＳ１１２でチューブ２を強調した画像を二値化処理する。

次いでステップＳ１１４に進み、ステップＳ１１３で二値化処理した画像をチューブ２の長手方向（チューブ２と平行な方向）に収縮処理して、ワイヤ干渉部のチューブ２を分離する。本例では、行：１２×列：１のウインドウで収縮処理する。

次いでステップＳ１１５に進み、ステップＳ１１４で収縮処理した画像を膨張処理して、チューブ２を強調する。本例では、行：１×列：１０のウインドウで膨張処理する。

図５（ｂ）、図６（ｂ）は、ステップＳ１１５で膨張処理した画像の例を示している。図６（ｂ）からわかるように、黒ワイヤ６が残留している場合、黒ワイヤ６によって形成されたチューブ２の分離箇所（分断箇所）が強調される。

次いでステップＳ１１６に進み、ステップＳ１１５で膨張処理した画像を対象にウインドウ（ｗｉｎｄ）内の白ブロブ処理を実施して、抽出ブロブの周囲長を計測する。図６（ｂ）を図５（ｂ）と比較するとわかるように、黒ワイヤ残留時はチューブ２の白ブロブが分断されるので抽出ブロブの周囲長が長くなる。このため、抽出ブロブの周囲長により、黒ワイヤ残留を検出することができる。以上により、残留黒ワイヤ検査処理（ステップＳ１１０）を終了する。

次いでステップＳ１２０に進み、残留白ワイヤ検査処理（第２の処理）を行う。残留白ワイヤ検査処理の詳細を図５に示す。残留白ワイヤ検査処理では、まずステップＳ１２１にて、ステップＳ１００で取り込んだ画像をチューブ２の積層方向（チューブ２と直交する方向）に収縮処理してチューブ２を消す。本例では、行：１×列：２５の横長のウインドウで収縮処理する。

次いでステップＳ１２２に進み、ステップＳ１２１でチューブ２を消した画像を白穴埋め処理してフィン３を消す。

次いでステップＳ１２３に進み、ステップＳ１２１、Ｓ１２２でチューブ２およびフィン３を消した画像を対象にウインドウ（ｗｉｎｄ）内の明るさのヒストグラムを計測し、明るい方から指定パーセンテージの輝度値を算出する。これにより、熱交換器１の焼け具合（ろう付けの際の加熱による変色の具合）に対応した二値化レベルを抽出する。

次いでステップＳ１２４に進み、ステップＳ１２２でチューブ２を強調した画像を引き伸ばし処理して白ワイヤ６を強調した濃淡画像にする。本例では、最小値側を、ステップＳ１２３で抽出した二値化レベルに設定する。

次いでステップＳ１２５に進み、ステップＳ１２４で白ワイヤ６を強調した画像を、ステップＳ１２３で抽出した二値化レベルで二値化処理する。

次いでステップＳ１２６に進み、ステップＳ１２５で二値化処理した画像を膨張処理して、白ワイヤ６を強調する。本例では、行：１×列：２５のウインドウで膨張処理する。

図５（ｃ）、図６（ｂ）は、ステップＳ１２６で膨張処理した画像の例を示している。図６（ｂ）からわかるように、白ワイヤ６が残留している場合、白ワイヤ６が強調される。

次いでステップＳ１２７に進み、ステップＳ１２６で膨張処理した画像を対象にウインドウ（ｗｉｎｄ）内の白ブロブ処理を実施して、抽出ブロブの面積を計測する。図６（ｂ）を図５（ｃ）と比較するとわかるように、白ワイヤ残留時は抽出白ブロブの面積が大きくなる。このため、抽出白ブロブの面積により、白ワイヤ残留を検出することができる。以上により、残留白ワイヤ検査処理（ステップＳ１２０）を終了する。

次いで、図３に示すステップＳ１３０へ進み、照明状態検査処理を行う。照明状態検査処理では、ステップＳ１００で取り込んだ画像を対象にウインドウ（ｗｉｎｄ）のヒストグラムを計測し、コントラストを算出する。照明装置１２が熱交換器１を照明していない場合（照明ＯＦＦ）、または照明装置１２が熱交換器１を照明していても照度が不足している場合（照度不足）はコントラストが低くなるので、コントラストを算出することで照明状態を把握することができる。

次いでステップＳ１４０に進み、検査結果判定処理を行う。検査結果判定処理では、黒ワイヤ残留判定（第１の判定）と白ワイヤ残留判定（第２の判定）と照明状態判定とを行う。

黒ワイヤ残留判定では、ステップＳ１１６で計測した抽出ブロブの周囲長が規格以下の場合、残留黒ワイヤなしと判定し、抽出ブロブの周囲長が規格を超えている場合、残留黒ワイヤありと判定する。

なお、黒ワイヤ残留判定の他の方法として、ステップＳ１１６において白ブロブの個数を計測し、白ブロブの個数が規格以下の場合、残留ワイヤなしと判定し、白ブロブの個数が規格を超えている場合、残留ワイヤありと判定するようにしてもよい。

白ワイヤ残留判定では、ステップＳ１２７で計測した抽出白ブロブの面積が規格以下の場合、残留白ワイヤなしと判定し、抽出白ブロブの面積が規格を超えている場合、残留白ワイヤありと判定する。

なお、白ワイヤ残留判定の他の方法として、ステップＳ１２７において白ブロブの幅サイズを計測し、白ブロブの幅サイズが規格以下の場合、残留白ワイヤなしと判定し、白ブロブの幅サイズが規格を超えている場合、残留白ワイヤありと判定するようにしてもよい。

照明状態判定では、ステップＳ１３０で算出したコントラストが規格以上の場合、照明装置１２が熱交換器１を照明しており、かつ照度が足りていると判定する（照明ＯＮ判定）。

次いでステップＳ１５０に進み、ステップＳ１４０で判定した検査結果を制御装置２１に出力する。以上により、熱交換器１に対する仮組み用ワイヤ６の残留検出が終了する。

本実施形態によると、仮組み用ワイヤ６が黒色の場合、残留黒ワイヤ検査処理を行うことで仮組み用ワイヤ６によるチューブ２の分断箇所が明確になる。そのため、黒ワイヤ残留判定を行うことで黒色の仮組み用ワイヤ６の残留を良好に検出できる。

また、仮組み用ワイヤ６が白色の場合、残留白ワイヤ検査処理を行うことで仮組み用ワイヤ６が明確になる。そのため、白ワイヤ残留判定を行うことで白色の仮組み用ワイヤ６の残留を良好に検出できる。

したがって、黒色の仮組み用ワイヤ６および白色の仮組み用ワイヤ６の両方について残留を良好に検出できるので、仮組み用ワイヤ残留の検出精度を高めることができる。

ちなみに本実施形態では、カメラ１３の光軸が熱交換器１のコア面に対して直角になっているが、カメラ１３の光軸が熱交換器１のコア面に対して斜めになっていても、黒ワイヤおよび白ワイヤの残留検出を支障なく行うことができる。そのため、カメラ１３の配置位置の制約が少なく、装置設計上の自由度が高いという利点がある。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、画像処理装置１４が行う画像処理のアルゴリズムの具体例を示したものであり、これに限定されることなく、画像処理装置１４が行う画像処理のアルゴリズムの細部を種々変更可能である。

１ 熱交換器
２ チューブ
６ 仮組み用ワイヤ
１３ カメラ（撮影手段）
１４ 画像処理装置（画像処理手段）

Claims (4)

1. ろう付けにより製造された熱交換器（１）に仮組み用ワイヤ（６）が残留しているか否かを検出する仮組み用ワイヤ残留検出装置であって、
   前記熱交換器（１）のチューブ（２）を撮影する撮影手段（１３）と、
   前記撮影手段（１３）が撮影した画像を処理する画像処理手段（１４）とを備え、
   前記画像処理手段（１４）は、
   前記撮影手段（１３）が撮影した画像を前記チューブ（２）と平行な方向に収縮処理する第１の処理と、前記撮影手段（１３）が撮影した画像を前記チューブ（２）と直交する方向に収縮処理する第２の処理と、
   前記第１の処理を行った画像に対して、前記チューブ（２）が分断されているか否かを判定する第１の判定と、
   前記第２の処理を行った画像に対して、前記仮組み用ワイヤ（６）があるか否かを判定する第２の判定とを行うものであることを特徴とする仮組み用ワイヤ残留検出装置。
2. 前記画像処理手段（１４）は、前記第２の判定では、前記仮組み用ワイヤ（６）があるか否かをブロブの面積に基づいて判定することを特徴とする請求項１に記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置。
3. 前記画像処理手段（１４）は、前記第１の判定では、前記チューブ（２）が分断されているか否かをブロブの周囲長に基づいて判定することを特徴とする請求項１または２に記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の仮組み用ワイヤ残留検出装置を用いて、前記熱交換器（１）に前記仮組み用ワイヤ（６）が残留しているか否かを検出する仮組み用ワイヤ残留検出方法であって、
   前記撮影手段（１３）によって前記チューブ（２）を撮影し、
   前記画像処理手段（１４）によって前記第１の処理、前記第２の処理、前記第１の判定および前記第２の判定を行うことを特徴とする仮組み用ワイヤ残留検出方法。

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