JP2017168697A - 巻線コイル製造方法、巻線コイル検査方法、及び、検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線コイルのボビンに巻き付けられる線材の整列性を定量的に評価する。【解決手段】ステップＳ０２では、演算装置が、撮像工程にて作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、この任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより複数の差分画像を抽出する。複数の差分画像Ｄのそれぞれは、任意の巻き付けステップにおいてボビンに巻かれた線材のみを含む画像である。ステップＳ０５では、演算装置が、ステップＳ０２にて抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、第１差分画像の中の線材部分と、第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、線材をボビンに巻き付けて製造される巻線コイルに係る巻線コイル製造方法、巻線コイル検査方法、及び、検査装置に関する。

従来、線材をボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置において、ボビンに巻き付けられる線材の巻乱れの発生有無を検査する技術が提案されている。このような技術として、例えば特許文献１には、ボビンの線材巻き付け部にビームを照射し、光センサから得られる反射ビームの強度情報から線材の有無を検出することによって、線材巻き付け中の巻乱れを検査する手法が開示されている。

特開平１１−２３３３６０号公報

ところで近年は、例えば巻線コイルの許容電圧を高電圧化することなど、コイルの性能向上のニーズがある。このような傾向の下では、ボビンに巻き付けられる線材の整列性について、例えば、階層的に巻き付けられた線材のうち所定層分離れた線材同士が接触しないとの要件など、より厳しい要件が求められる。また、特許文献１に記載されるような従来の検査手法では、このような線材の整列性を定量的に評価できないという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、巻線コイルのボビンに巻き付けられる線材の整列性を定量的に評価できる巻線コイル製造方法、巻線コイル検査方法、及び、検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る巻線コイル製造方法は、線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）と、前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）、及び、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）、を備える検査装置（２）と、を用いる巻線コイル製造方法であって、前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成する撮像工程（Ｓ０１）と、前記検査部が、前記撮像工程にて作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出する抽出工程（Ｓ０２）と、前記検査部が、前記抽出工程にて抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する異常検出工程（Ｓ０５）と、前記巻線装置が、前記異常検出工程にて異常が検出されたとき、前記ボビン及び前記線材供給部の少なくとも一方の制御パラメータを調整して、前記整列性を改善させる改善工程（Ｓ０７）と、を備える。

同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る巻線コイル検査方法は、線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）と、前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）、及び、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）、を備える検査装置（２）と、を用いる巻線コイル検査方法であって、前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成する撮像工程（Ｓ０１）と、前記検査部が、前記撮像工程にて作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出する抽出工程（Ｓ０２）と、前記検査部が、前記抽出工程にて抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する異常検出工程（Ｓ０５）と、を備える。

同様に、上記課題を解決するために、本発明に係る検査装置（２）は、線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）のための検査装置（２）であって、前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）と、前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）と、を備え、前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成し、前記検査部が、前記撮像部により作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出し、前記抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分と、が所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する。

これにより、線材をボビンに巻き付ける過程において、それぞれが任意の巻き付けステップにおいてボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を用いて、２つの異なる層の線材を含む２つの差分画像を比較することで、２つの異なる層の線材の間が接近していることに起因する整列性の異常を精度よく検出できる。このように、差分画像に基づき異なる２層の線材同士の接近度合いを評価基準として用いることによって、巻線コイルのボビンに巻き付けられる線材の整列性を定量的に評価できる。

本発明によれば、巻線コイルのボビンに巻き付けられる線材の整列性を定量的に評価できる巻線コイル製造方法、巻線コイル検査方法、及び、検査装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る巻線コイル製造方法及び巻線コイル検査方法を実装する巻線コイル製造システムの概略構成を示す図である。 図２は、図１に示す巻線コイル製造システムにより実施される線材の整列性評価手法の手順を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態で用いられる撮像画像及び差分画像の一例を示す模式図である。 図４は、本実施形態における線材の整列性評価の手順を説明するための模式図である。 図５は、本実施形態における線材の整列性評価の手順を説明するための模式図である。 図６は、実施形態の変形例として例示した撮像画像及び差分画像の一例を示す模式図である。 図７は、実施形態の変形例における線材の整列性評価の手順を説明するための模式図である。 図８は、実施形態の変形例における線材の整列性評価の手順を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［実施形態］
図１〜図５を参照して本発明の一実施形態について説明する。まず図１を参照して、本実施形態に係る巻線コイル製造方法及び巻線コイル検査方法を実装する巻線コイル製造システム２０の構成について説明する。巻線コイル製造システム２０は、巻線装置１と、検査装置２とを備える。

巻線装置１は、ボビン８に線材９を巻き付けることにより巻線コイルを製造する装置である。巻線装置１は、ボビン８と、線材供給部１０と、サーボモータ１１，１２と、モータコントローラ５とを備える。

ボビン８は、線材９が巻き付けられる筒状体である。ボビン８は、回転軸に沿って設けられる軸部８ａと、この軸部８ａの軸線方向両端に設けられ、外径方向に突出する一対のフランジ部８ｂから成る。ボビン８は、一対のフランジ部８ｂの間の範囲において軸部８ａの外周面に線材を巻き付けられる。

線材供給部１０は、ボビン８に巻き付けるための線材９を供給する装置である。線材供給部１０は、ボビン８に線材９を繰り出すノズル部１０ａを有する。ノズル部１０ａは、ボビン８の軸部８ａの外周面と対向配置される。軸部８ａの軸方向に沿ったノズル部１０ａの配置に応じて、線材供給部１０から線材９が供給されるボビン８上の位置（以下では「線材供給位置」という）が決まる。線材供給部１０は、線材供給位置をボビン８の軸方向に沿って移動可能に構成されている。線材供給部１０は、図示しない線材送出機構から線材９を引出し、ノズル部１０ａから所定の張力で線材９をボビン８へ繰り出すように構成されている。

サーボモータ１１は、ボビン８を回転させるための駆動力を発生する動力源である。サーボモータ１１の駆動力によってボビン８は回転軸まわりに任意の回転速度で回転することができる。

サーボモータ１２は、ボビン８に対する線材供給部１０の線材供給位置を移動させるための駆動力を発生する動力源である。サーボモータ１２は、線材供給部１０に連結されるボールねじ１３を回転させることによって、線材供給部１０をボビン８の軸方向に沿って任意の移動速度で移動させることができる。

モータコントローラ５は、サーボモータ１１，１２の動作を制御するための制御装置である。モータコントローラ５は、ボビン８の回転速度や、線材供給部１０による線材供給位置を所望のものに制御するために必要な制御指令をサーボモータ１１、１２に出力する。また、モータコントローラ５は、サーボモータ１１，１２からエンコーダパルスを受信する。

本実施形態では、巻線装置１は、モータコントローラ５の制御により、ボビン８を回転させ、かつ、線材供給部１０をボビン８の軸方向に沿って往復させることによって、線材９をボビン８の径方向に沿って階層的に巻き付ける巻き付けパターンを実施できるよう構成されている。この巻き付けパターンは、例えば図３の上部に示す一連の図のとおり、ボビン８の軸部８ａのうち一対のフランジ部８ｂの間の範囲において、ボビン８の軸方向に沿って連続的に連なる線材９の一群を一層とし、複数層の線材９をボビン８の径方向に積層させる巻き方である。

検査装置２は、巻線装置１により製造される巻線コイルの品質を検査する装置である。本実施形態では、検査装置２は、巻線装置１によりボビン８に巻き付けられる線材９の整列性を評価する。

ここで、「線材９の整列性」とは、上記の巻線装置１による巻き付けパターンに基づき、ボビン８に階層的に巻き付けられた線材９のそれぞれが本来の適切な位置に配置されていることを評価するための指標、とも表現することができる。

線材９のボビン８への巻き付け時に巻乱れが生じると、例えばフランジ部８ｂの近傍の巻線端部などに隙間ができる場合がある。この隙間に上位層（径方向外側）の線材９が入り込むと、本来は接触しないはずの下位層（径方向内側）の線材９と接触する虞がある。このような状態を、線材９の整列性が悪化している状態と表現することができる。線材９の整列性が悪化し、異なる層の線材同士が接触する場合、両者の層が離れるほど、より高い電位差が発生するため、接触によって線材９の被膜が破れショートが発生する可能性が高まる。そこで本実施形態では、検査装置２は、所定の複数層（例えば５層）以上離れた層の線材９同士が接触する虞がある状態を検出することを、線材９の整列性に異常が発生したことを判定するための評価基準として用いている。

図１に示すように、検査装置２は、エリアカメラ３（撮像部）と、照明４と、同期取得ユニット６と、演算装置７（検査部）とを備える。

エリアカメラ３は、ボビン８に巻き付けられている線材９を撮像する。エリアカメラ３は、ボビン８の直上に設置される。エリアカメラ３は、例えば図３の上部に示すように、ボビン８の径方向に沿って、ボビン８の軸部８ａの外周面の位置から、外径方向に沿って線材９が巻き付けられたときの最大径となる位置までの範囲、かつ、ボビン８の軸方向に沿って、一対のフランジ部８ｂにより挟まれた軸部８ａの範囲を撮像できるように設定されている。

照明４は、ボビン８を挟んでエリアカメラ３の対面に配置され、エリアカメラ３の撮像領域に含まれるボビン８の部分に対して光を照射する。照明４がボビン８及びエリアカメラ３に向かって光を照射することによって、エリアカメラ３により撮像される撮像画像Ｉは、例えば図３などに示すように、ボビン８に巻き付けられている線材９のシルエット画像となる。

同期取得ユニット６は、モータコントローラ５からのエンコーダパルスを受け、信号処理を行い、エリアカメラ３への同期信号を生成する。言い換えると、同期取得ユニット６は、モータコントローラ５から入力されるサーボモータ１１，１２のエンコーダパルスに基づき、ボビン８の回転角度及び線材供給部１０の線材供給位置の情報を取得し、これらの情報に基づいて所定周期の同期信号を生成する。エリアカメラ３は、この同期信号に応じて所定周期で撮像を実施することができる。

このようにエリアカメラ３が同期信号に基づき周期的に撮像する処理は、「所定の巻き付けステップごとにボビン８に巻き付けられている線材９を撮像し、複数の撮像画像Ｉを作成する」処理とも表現することができる。同期信号の周期、すなわち巻き付けステップとは、本実施形態では、階層的にボビン８に巻き付けられる線材９について、階層の各層の線材９がボビン８に巻き付けられたタイミングである。すなわち、図３の上部に示す一連の撮像画像Ｉのように、ボビン８に１層目〜Ｎ層目の各層の線材９の巻き付けが完了し、かつ、ボビン８の回転位置が所定の同位相となる毎に、同期取得ユニット６が同期信号をエリアカメラ３に出力し、エリアカメラ３が撮像を行う。

演算装置７は、エリアカメラ３より撮像された撮像画像Ｉに基づき線材９の整列性を検査する。より詳細には、演算装置７は、エリアカメラ３により撮像された撮像画像Ｉを処理して、各巻き付けステップ間の複数の差分画像Ｄを作成し、これらの差分画像Ｄの中の線材部分の重畳の度合いに応じて線材９の整列性の異常を検出することができる。また、演算装置７は、線材９の整列性の異常を検出したときに、整列性を改善させるべく巻線パラメータ（ボビンの回転や線材供給部の移動に関する制御パラメータなど）を調整することができる。演算装置７による検査手法の詳細については図２〜図５を参照して後述する。

上記のモータコントローラ５、同期取得ユニット６、及び演算装置７は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有するコンピュータである。上述したモータコントローラ５、同期取得ユニット６の各機能、また、図２〜図５を参照して後述する演算装置７の各機能の全部または一部は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。また、図１に示す構成例では、モータコントローラ５、同期取得ユニット６、及び演算装置７が別個の装置として例示されているが、モータコントローラ５、同期取得ユニット６、及び演算装置７の機能を纏めて１台のコンピュータ装置により実装することも可能である。

次に、図２〜図５を参照して、上記の巻線装置１及び検査装置２を用いる本実施形態に係る巻線コイルの検査方法及び製造方法について説明する。以下では図２のフローチャートの手順に従い、適宜図３〜図５を参照しつつ説明する。

ステップＳ０１（撮像工程）では、エリアカメラ３により、巻線装置１が線材９をボビン８に巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、ボビン８に巻き付けられている線材９の撮像画像Ｉが取得される。エリアカメラ３は、同期取得ユニット６から入力される同期信号に応じて、所定の巻き付けステップごとにボビン８に巻き付けられている線材９を撮像し、複数の撮像画像Ｉを作成する。上述のとおり、本実施形態では、エリアカメラ３は、階層的にボビン８に巻き付けられる線材９について、階層の各層の線材９がボビン８に巻き付けられたタイミングごとに撮像を実施する。したがって、本ステップにて取得される複数の撮像画像Ｉは、図３の上段に示すように、ボビン８に線材９が巻き付けられていない状態の０層目画像、ボビン８に１層目の線材９が巻き付けられた状態の１層目画像、ボビン８に２層目の線材９が巻き付けられた状態の２層目画像、ボビン８に３層目の線材９が巻き付けられた状態の３層目画像、・・・ボビン８にＮ層目の線材９が巻き付けられた状態のＮ層目画像、の順で最も外側の層の画像までを含む一連の画像群となる。また、照明４からエリアカメラ３の撮像領域に照射される光によって、図３に示すように、各撮像画像Ｉはボビン８に巻き付けられている線材９のシルエット画像となる。エリアカメラ３は、作成した撮像画像Ｉを演算装置７に出力する。ステップＳ０１の処理が完了するとステップＳ０２に進む。

ステップＳ０２（抽出工程）では、演算装置７により、ステップＳ０１にて取得された複数の撮像画像Ｉを用いて差分画像Ｄが作成される。差分画像Ｄとは、複数の撮像画像Ｉのうち、任意の巻き付けステップ（ｉ層目）の画像と、この任意の巻き付けステップより１ステップ前（ｉ−１層目）の画像との間で差分をとることにより作成された画像である。差分画像Ｄは、任意の巻き付けステップ（ｉ層目）においてボビン８に巻かれた線材９のみの画像が抽出されたものとなる。例えば図３に示すように、撮像画像Ｉのうち１層目画像と０層目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは１層目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像Ｉの２層目画像と１層目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは２層目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像Ｉの３層目画像と２層目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは３層目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像ＩのＮ層目画像とＮ−１層目画像との差分をとって作成された差分画像ＤはＮ層目の線材９のみが抽出された画像となる。ステップＳ０２の処理が完了するとステップＳ０３に進む。

ステップＳ０３（加工工程）では、演算装置７により、ステップＳ０２にて作成された各層の差分画像Ｄを用いて各層の膨張画像ＤＢが作成される。膨張画像ＤＢは、差分画像Ｄの中の線材９の部分を所定の割合で拡大させる膨張加工を行って作成される画像である。例えば図４及び図５に示すように、１層目の差分画像Ｄ１において線材９に該当する黒丸の形状を所定割合で膨張加工することにより、１層目の膨張画像ＤＢ１が作成され、また、３層目の差分画像Ｄ３において線材９に該当する黒丸の形状を所定割合で膨張加工することにより、３層目の膨張画像ＤＢ３が作成される。ステップＳ０３の処理が完了するとステップＳ０４に進む。

ステップＳ０４（重ね合わせ工程）では、演算装置７により、ステップＳ０３にて作成された各層の膨張画像ＤＢを用いて重なり解析が行われる。演算装置７は、所定の巻き付けステップ（ｉ層目）の膨張画像と、この所定の巻き付けステップから所定の複数ステップ（Ｘ層分）異なる巻き付けステップ（ｉ＋Ｘ層目）の膨張画像を重ね合わせて評価用画像Ｅを作成する。上述のとおり、本実施形態では、検査装置２は、所定の複数のＸ層（例えば５層）以上離れた層の線材９同士が接触する虞がある状態を検出することを、線材９の整列性に異常が発生したことを判定するための評価基準として用いる。このため、本ステップでは、演算装置７は、任意のｉ層目の膨張画像について、所定のＸ層以上離れた層の膨張画像と重ね合わせた複数の評価用画像Ｅを作成する。例えば図４及び図５に示すように、１層目の膨張画像ＤＢ１と３層目の膨張画像ＤＢ３とを重ね合わせることにより、１層目と３層目との間の整列性評価に用いるための評価用画像Ｅ１３が作成される。ステップＳ０４の処理が完了するとステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５（異常検出工程）では、演算装置７により、ステップＳ０４にて作成された評価用画像Ｅを用いて、ボビン８に巻き付けられた線材９の整列性の評価が行われる。演算装置７は、評価用画像Ｅのそれぞれについて、２つの異なる層の線材９に相当する黒丸同士で接触するものがあり、各層の線材同士が重畳しているか否かを判定する。

演算装置７は、判定の結果、評価用画像Ｅの中の２つの異なる層の線材９に相当する黒丸同士で接触するものが無い場合には、該当する２つの層の間では線材９の整列性が正常であると評価する。例えば図４に示す例では、評価用画像Ｅ１３において、１層目の線材９に相当する黒丸と、３層目の線材９に相当する黒丸とが接触していないので、演算装置７は、１層目と３層目の線材９の間では重なりなしと判定し、整列性が正常であると評価する。

一方、演算装置７は、判定の結果、評価用画像Ｅの中の２つの異なる層の線材９に相当する黒丸同士で接触するものがあり、各層の線材同士が重畳する場合には、線材９の整列性が異常であると評価する。例えば図５に示す例では、評価用画像Ｅ１３において、１層目の線材９に相当する黒丸と、３層目の線材９に相当する黒丸の一部が接触しているので、演算装置７は、１層目と３層目の線材９の間では重なりありと判定し、線材９の整列性が異常であると評価する。ステップＳ０５の処理が完了するとステップＳ０６に進む。

ステップＳ０６では、演算装置７により、ステップＳ０５の評価の結果、ボビン８に巻き付けられた線材９の整列性に異常があるか否かが判定される。整列性に異常がある場合（ステップＳ０６のＹＥＳ）にはステップＳ０７に進み、整列性に異常がない場合（ステップＳ０６のＮＯ）には本制御フローを終了する。

ステップＳ０７（改善工程）では、ボビン８に巻き付けられた線材９の整列性に異常があると判定されたため、巻線装置１により巻線パラメータの調整が行われる。演算装置７は、整列性に異常がある旨を巻線装置１のモータコントローラ５にフィードバックする。モータコントローラ５は、巻線パラメータ、すなわち、ボビン８及び線材供給部１０の少なくとも一方の制御パラメータを調整する。具体的には、モータコントローラ５は、例えば、ボビン８の回転速度を下げるようにサーボモータ１１への指令値を調整することにより、ボビン８に対する線材９の巻き付け力を緩和する。または、モータコントローラ５は、線材供給部１０による線材供給位置の軸方向の往復幅を増やすようにサーボモータ１２への指令値を調整することにより、ボビン８に巻き付けられる線材９の各層において、軸方向両端（フランジ部８ｂの近傍）に生じる隙間を縮小する。巻線装置１は、このようなパラメータ調整を行うことによって、その後に製造する巻線コイルの線材９の整列性を改善させることができる。ステップＳ０７の処理が完了すると本制御フローを終了する。

次に、巻線装置１及び検査装置２を用いる本実施形態に係る巻線コイルの検査方法及び製造方法の効果について説明する。なお、本実施形態に係る巻線コイルの検査方法は、図２のフローチャートに示すステップＳ０１からステップＳ０５を含み、本実施形態に係る巻線コイルの製造方法は、ステップＳ０１からステップＳ０７を含む。

本実施形態に係る巻線コイル検査方法及びこの方法を実施する検査装置２において、ステップＳ０１（撮像工程）では、エリアカメラ３が、線材９をボビン８に巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップ（各層の巻き付けが完了するタイミング）ごとにボビン８に巻き付けられている線材９を撮像し、複数の撮像画像Ｉを作成する。ステップＳ０２（抽出工程）では、演算装置７が、撮像工程にて作成された複数の撮像画像Ｉについて、任意の巻き付けステップの撮像画像と、この任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより複数の差分画像Ｄを抽出する。複数の差分画像Ｄのそれぞれは、任意の巻き付けステップにおいてボビン８に巻かれた線材９のみを含む画像である。ステップＳ０５（異常検出工程）では、演算装置７が、抽出工程にて抽出された複数の差分画像Ｄについて、所定の巻き付けステップの第１差分画像（例えば図４，５に示す１層目の差分画像Ｄ１）と、所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像（例えば図４，５に示す３層目の差分画像Ｄ３）とを比較して、第１差分画像の中の線材部分と、第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材９の整列性に関する異常を検出する。

これにより、線材９をボビン８に巻き付ける過程において、それぞれが任意の巻き付けステップにおいてボビン８に巻かれた線材９のみを含む複数の差分画像Ｄを用いて、２つの異なる層の線材９を含む２つの差分画像Ｄを比較することで、２つの異なる層の線材９の間が接近していることに起因する整列性の異常を精度よく検出できる。このように、差分画像Ｄに基づき異なる２層の線材９同士の接近度合いを評価基準として用いることによって、巻線コイルのボビン８に巻き付けられる線材９の整列性を定量的に評価できる。

また、本実施形態に係る巻線コイルの製造方法は、上記の各処理ステップに加えてステップＳ０７（改善工程）を備える。ステップＳ０７では、巻線装置１が、ステップＳ０５（異常検出工程）にて異常が検出されたとき、ボビン８及び線材供給部１０の少なくとも一方の制御パラメータを調整して、線材９の整列性を改善させる。これにより、線材９の整列性が最適化され、高い整列性を有する高品質なコイルを製造することが可能となる。

また、本実施形態に係る巻線コイルの検査方法及び製造方法は、ステップＳ０５（異常検出工程）の前段として、ステップＳ０３（加工工程）及びステップＳ０４（重ね合わせ工程）とを含む。ステップＳ０３では、演算装置７が、第１差分画像（例えば図４，５に示す１層目の差分画像Ｄ１）及び第２差分画像（例えば図４，５に示す３層目の差分画像Ｄ３）の中の線材部分を所定の割合で拡大させる膨張加工を行い膨張画像（例えば図４，５に示す膨張画像ＤＢ１，ＤＢ３）を作成する。ステップＳ０４では、加工工程にて膨張加工が行われた後の第１差分画像（例えば図４，５に示す膨張画像ＤＢ１）と第２差分画像（例えば図４，５に示す膨張画像ＤＢ３）とを重ね合わせ、第１差分画像の中の線材部分と、第２差分画像の中の線材部分とが重畳するとき、線材９の整列性に関する異常を検出する。

これにより、膨張加工した画像の重畳の有無をみることによって、異なる２つの層の線材９同士の物理的な接触状態だけでなく、所定値以上の接近状態も検出することが可能となり、線材９の整列性の異常を検出する精度を向上できる。

また、本実施形態に係る巻線コイルの検査方法及び製造方法において、ステップＳ０１（撮像工程）にてエリアカメラ３により撮像される撮像画像Ｉは、ボビン８に巻き付けられている線材９のシルエット画像である。これにより、演算装置７が、撮像画像Ｉは白黒の２値画像となり、この撮像画像Ｉに基づき作成される評価用画像Ｅも２値画像となる。このため、評価用画像Ｅを用いた、２つの異なる層の線材９の重畳の検出を簡易に行うことが可能となり、線材９の整列性評価を迅速に行うことができる。

また、本実施形態に係る巻線コイルの製造方法において、ステップＳ０７（改善工程）では、巻線装置１が、ステップＳ０５（異常検出工程）にて線材９の整列性に異常が検出されたとき、ボビン８の回転速度を下げることにより線材９の巻き付け力を緩和するか、または、線材供給部１０による線材供給位置の軸方向の往復幅を増やして各層における軸方向両端に生じる隙間を縮小する。このような制御パラメータ調整を行うことによって、線材９の整列性をより適切に改善することが可能となり、巻線装置１の巻線条件をより一層最適化できる。これにより、巻線装置１は、さらに高い整列性を有する巻線コイルを製造することが可能となる。

［変形例］
図６〜図８を参照して上記実施形態の変形例について説明する。図６〜図８の各図は、上記実施形態で参照した図３〜図５に対応する。上記実施形態では、図２のステップＳ０１（撮像工程）において、エリアカメラ３が、階層的にボビン８に巻き付けられる線材９について、階層の各層の線材９がボビン８に巻き付けられたタイミングごとに撮像を実施する構成を例示したが、エリアカメラ３が線材９を撮像するタイミング（所定の巻き付けステップ）はこれに限られない。

例えば図６に示すように、ボビン８の所定回転数（図６では１回転ごと）の間に線材９がボビン８に巻き付けられたタイミングを、巻き付けステップとすることもできる。この場合、図６の上部に示す一連の撮像画像Ｉのように、１巻目〜Ｎ巻目の各層の線材９の巻き付けが完了する毎に、同期取得ユニット６が同期信号をエリアカメラ３に出力し、エリアカメラ３が撮像を行う。なお、図６の例では、所定回転数が１回転の場合を例示しているが、所定回転数を２回転以上とすることもできる。

図２のフローチャートの処理を行う場合、ステップＳ０１にて取得される複数の撮像画像Ｉは、図６の上段に示すように、ボビン８に線材９が巻き付けられていない状態の０巻目画像、ボビン８に１回転目の線材９が巻き付けられた状態の１巻目画像、ボビン８に２回転目の線材９が巻き付けられた状態の２巻目画像、ボビン８に３回転目の線材９が巻き付けられた状態の３巻目画像、・・・ボビン８にＮ回転目の線材９が巻き付けられた状態のＮ巻目画像、の順で最も外側の層の画像までを含む一連の画像群となる。

また、ステップＳ０２で作成される差分画像Ｄは、複数の撮像画像Ｉのうち、任意の巻き付けステップ（図６の例ではｉ巻目）の画像と、この任意の巻き付けステップより１ステップ前（図６の例ではｉ−１巻目）の画像との間で差分をとることにより作成された画像となり、任意の所定回転数（図６の例ではｉ巻目）の間にボビン８に巻かれた線材９のみの画像が抽出されたものとなる。例えば図６に示すように、撮像画像Ｉのうち１巻目画像と０巻目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは１巻目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像Ｉの２巻目画像と１巻目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは２巻目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像Ｉの３巻目画像と２巻目画像との差分をとって作成された差分画像Ｄは３巻目の線材９のみが抽出された画像となり、撮像画像ＩのＮ巻目画像とＮ−１巻目画像との差分をとって作成された差分画像ＤはＮ巻目の線材９のみが抽出された画像となる。

また、ステップＳ０４にて作成される評価用画像Ｅは、所定の巻き付けステップ（ｉ巻目）の膨張画像と、この所定の巻き付けステップから所定の複数ステップ（Ｘ巻分）異なる巻き付けステップ（ｉ＋Ｘ巻目）の膨張画像を重ね合わせて作成される。言い換えると、評価用画像Ｅは、同一層において相互に所定の巻き数分（Ｘ巻分）だけ離れた線材９の膨張画像を重ね合わせて作成される。例えば図７及び図８に示すように、任意の同一層における１巻目の差分画像Ｄ１を加工した膨張画像ＤＢ１と、３巻目の差分画像Ｄ３を加工した膨張画像ＤＢ３とを重ね合わせることにより、１巻目と３巻目との間の整列性評価に用いるための評価用画像Ｅ１３が作成される。

ステップＳ０５の整列性評価は、例えば図７に示す例では、評価用画像Ｅ１３において、１巻目の線材９に相当する黒丸と、３巻目の線材９に相当する黒丸とが接触していないので、演算装置７は、１巻目と３巻目の線材９の間では重なりなしと判定し、整列性が正常であると評価する。一方、例えば図８に示す例では、評価用画像Ｅ１３において、１巻目の線材９に相当する黒丸と、３巻目の線材９に相当する黒丸の一部が接触しているので、演算装置７は、１巻目と３巻目の線材９の間では重なりありと判定し、線材９の整列性が異常であると評価する。

このように、図６〜図８に示したように、階層的にボビン８に巻き付けられる線材９について、ボビン８の所定回転数の間に線材９がボビン８に巻き付けられたタイミングごとにエリアカメラ３が撮像画像Ｉを作成する構成においても、上記実施形態と同様の手法を適用して線材９の整列性評価を行うことができる。したがって、この構成においても、上記実施形態に係る巻線コイルの検査方法及び製造方法と同様の効果を奏することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

上記実施形態では、差分画像Ｄを加工して膨張画像ＤＢを作成し、２つの膨張画像ＤＢの中の線材９に相当する部分同士が重畳する場合に、これらの２種類の線材９が所定量以上接近しており、線材の整列性に異常が発生している状態を検出する構成を例示したが、線材９の接近状態を検知する他の手法を用いることもできる。例えば、上記実施形態の膨張画像ＤＢの代わりに差分画像Ｄを用いて線材の接近状態を検出することもできる。この場合、２つの差分画像Ｄの中の線材９に相当する部分同士の距離が所定の閾値以下か否かを監視し、距離が閾値以下まで縮小した場合に線材の整列性の異常を検出することができる。

また、上記実施形態では、照明４を用いることにより、エリアカメラ３が作成する撮像画像Ｉを、ボビン８に巻き付けられている線材９のシルエット画像としたが、順光で撮像した画像を撮像画像Ｉとして用いることもできる。

１：巻線装置
２：検査装置
３：エリアカメラ（撮像部）
７：演算装置（検査部）
８：ボビン
９：線材
１０：線材供給部
Ｓ０１：撮像工程
Ｓ０２：抽出工程
Ｓ０３：加工工程
Ｓ０４：重ね合わせ工程
Ｓ０５：異常検出工程
Ｓ０７：改善工程

Claims (8)

1. 線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）と、
   前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）、及び、
   前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）、
   を備える検査装置（２）と、
   を用いる巻線コイル製造方法であって、
   前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成する撮像工程（Ｓ０１）と、
   前記検査部が、前記撮像工程にて作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出する抽出工程（Ｓ０２）と、
   前記検査部が、前記抽出工程にて抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する異常検出工程（Ｓ０５）と、
   前記巻線装置が、前記異常検出工程にて異常が検出されたとき、前記ボビン及び前記線材供給部の少なくとも一方の制御パラメータを調整して、前記整列性を改善させる改善工程（Ｓ０７）と、
   を備える巻線コイル製造方法。
2. 前記異常検出工程は、
   前記第１差分画像及び前記第２差分画像の中の線材部分を所定の割合で拡大させる膨張加工を行う加工工程（Ｓ０３）と、
   前記加工工程にて膨張加工が行われた後の前記第１差分画像と前記第２差分画像とを重ね合わせ、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが重畳するとき、線材の整列性に関する異常を検出する重ね合わせ工程（Ｓ０４）と、
   を備える、
   請求項１に記載の巻線コイル製造方法。
3. 前記撮像工程において前記撮像部により撮像される撮像画像は、前記ボビンに巻き付けられている線材のシルエット画像である、
   請求項１または２に記載の巻線コイル製造方法。
4. 前記巻線装置は、前記ボビンを回転させ、かつ、前記線材供給部を前記ボビンの軸方向に沿って往復させることによって、線材を前記ボビンの径方向に沿って階層的に巻き付けるよう構成され、
   前記撮像工程において線材を撮像する所定の巻き付けステップとは、階層の各層の線材が前記ボビンに巻き付けられたタイミングであり、
   前記抽出工程において抽出される複数の差分画像とは、それぞれが前記ボビンに階層的に巻き付けられた線材のうち、任意の１層分の線材のみを含む画像であり、
   前記異常検出工程において比較される前記第１差分画像と前記第２差分画像とは、相互に複数層だけ離れた層の線材の画像である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線コイル製造方法。
5. 前記巻線装置は、前記ボビンを回転させ、かつ、前記線材供給部を前記ボビンの軸方向に沿って往復させることによって、線材を前記ボビンの径方向に沿って階層的に巻き付けるよう構成され、
   前記撮像工程において線材を撮像する所定の巻き付けステップとは、前記ボビンの所定回転数の間に線材が前記ボビンに巻き付けられたタイミングであり、
   前記抽出工程において抽出される複数の差分画像とは、それぞれが前記ボビンに階層的に巻き付けられた線材のうち、任意の前記所定回転数の間に前記ボビンに巻き付けられた線材のみを含む画像であり、
   前記異常検出工程において比較される前記第１差分画像と前記第２差分画像とは、同一層において相互に所定の巻き数分だけ離れた線材の画像である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線コイル製造方法。
6. 前記改善工程において、前記巻線装置が、前記異常検出工程にて異常が検出されたとき、前記ボビンの回転速度を下げることにより線材の巻き付け力を緩和するか、または、前記線材供給部による線材供給位置の軸方向の往復幅を増やして各層における軸方向両端に生じる隙間を縮小する、
   請求項４または５に記載の巻線コイル製造方法。
7. 線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）と、
   前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）、及び、
   前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）、
   を備える検査装置（２）と、
   を用いる巻線コイル検査方法であって、
   前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成する撮像工程（Ｓ０１）と、
   前記検査部が、前記撮像工程にて作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出する抽出工程（Ｓ０２）と、
   前記検査部が、前記抽出工程にて抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する異常検出工程（Ｓ０５）と、
   を備える巻線コイル検査方法。
8. 線材供給部（１０）から供給される線材（９）をボビン（８）に巻き付けて巻線コイルを製造する巻線装置（１）のための検査装置（２）であって、
   前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像する撮像部（３）と、
   前記撮像部により撮像された撮像画像に基づき線材の整列性を検査する検査部（７）と、
   を備え、
   前記撮像部が、線材を前記ボビンに巻き付けて巻線コイルを製造する過程において、所定の巻き付けステップごとに前記ボビンに巻き付けられている線材を撮像し、複数の撮像画像を作成し、
   前記検査部が、前記撮像部により作成された複数の撮像画像について、任意の巻き付けステップの撮像画像と、前記任意の巻き付けステップより１ステップ前の撮像画像との間で差分をとることにより、それぞれが前記任意の巻き付けステップにおいて前記ボビンに巻かれた線材のみを含む複数の差分画像を抽出し、
   前記抽出された複数の差分画像について、所定の巻き付けステップの第１差分画像と、前記所定の巻き付けステップから複数ステップ異なる第２差分画像とを比較して、前記第１差分画像の中の線材部分と、前記第２差分画像の中の線材部分とが所定量以上接近しているときに、線材の整列性に関する異常を検出する、
   検査装置。

Images