JP2019113321A

JP2019113321A - 丸棒材の疵検出方法

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Publication number: JP2019113321A
Application number: JP2017244565A
Authority: JP
Inventors: 森　大輔; Daisuke Mori; 大輔森; 湯藤　隆夫; Takao Yuto; 隆夫湯藤; 有史岡本; Yuji Okamoto
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: JP7151078B2

Abstract

【課題】丸棒材表面に生じた疵の形状を正確に検出することが可能な丸棒材の疵検出方法を提供する。【解決手段】円形断面をなす丸棒材１の疵検出方法であって、丸棒材１の周面の法線ｖ方向から当該丸棒材１を見たときの疵１１の、丸棒材の中心軸ｏからの離間距離ｘ1，ｘ2を検出し、離間距離ｘ1，ｘ2と丸棒材１の半径ｒから中心軸ｏ周りの疵１１の角度位置θを算出して、各角度位置θに応じて予め定めた係数によって疵１１の法線方向から見た幅を補正する。上記係数は、丸棒材１の周面に予め形成した既知の幅の疵１１につき、丸棒材１を中心軸（ｏ）回りに回転させて、各角度位置における法線ｖ方向から見た疵１１の幅を測定することによって得る。【選択図】図６

Description

本発明は丸棒材の疵検出方法に関し、特に丸棒材の周面をその側方から撮像して当該周面に生じている疵を検出する方法に関するものである。

図１に示すように、丸棒材１に対してその側方（図では上方）にカメラ２を設置してある程度広い（例えば９０度視野角）範囲の疵１１を一度に検出することで検出の効率化を図ることが考えられる。

なお、特許文献１には丸棒材の側方に光源を配置して、丸棒材の周面で反射する光を受光センサで受光し、受光量の減少の程度から丸棒材表面の疵を検出する方法が提案されている。

特開２００８−１８５３５６

ところで、カメラ２を使用して効率的に疵１１を検出するために上述のような構成にした場合、カメラ２の焦点は通常その直下の対向する丸棒材１の表面に合わせるため、直下から外れた丸棒材１の周面にある疵１１はピンボケ状態となって正確な形状が得られないという問題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、丸棒材表面に生じた疵の形状を正確に検出することが可能な丸棒材の疵検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、円形断面をなす丸棒材（１）の疵検出方法であって、前記丸棒材（１）の周面の法線（ｖ）方向から当該丸棒材（１）を見たときの疵（１１）の、前記丸棒材の中心軸（ｏ）からの離間距離（ｘ1，ｘ2）を検出し、前記離間距離（ｘ1，ｘ2）と前記丸棒材（１）の半径（ｒ）から前記中心軸（ｏ）周りの疵（１１）の角度位置（θ）を算出して、各角度位置に応じて疵の判定基準を変更する。

本第１発明においては、法線方向から見た疵の幅は当該疵の角度位置によって変動するが、角度位置に応じて疵の判定基準を変更しているから、疵の誤検知や見逃しを防止することができる。

本第２発明では、前記丸棒材（１）の周面に予め形成した既知の幅の疵（１１）につき、前記丸棒材（１）を前記中心軸周りに回転させて、各角度位置における前記法線方向から見た前記疵（１１）の幅を測定し、当該幅に応じて前記疵の判定基準を変更する。

本第２発明によれば、判定基準を簡易な手順で変更することができる

本第３発明では、円形断面をなす丸棒材（１）の疵検出方法であって、前記丸棒材（１）の周面の法線（ｖ）方向から当該丸棒材（１）を見たときの疵（１１）の、前記丸棒材の中心軸（ｏ）からの離間距離（ｘ1，ｘ2）を検出し、前記離間距離（ｘ1，ｘ2）と前記丸棒材（１）の半径（ｒ）から前記中心軸（ｏ）周りの疵（１１）の角度位置（θ）を算出して、各角度位置（θ）に応じて予め定めた疵の補正係数によって前記疵（１１）の前記法線方向から見た幅を補正する。

本第３発明においては、法線方向から見た疵の幅は当該疵の角度位置によって変動するが、角度位置に応じて予め定めた疵の補正係数によって疵の幅を補正しているから、角度位置によることなく疵の幅を正確に知ることができ、これによって疵の誤検知や見逃しを防止することができる。

本第４発明では、前記丸棒材（１）の周面に予め形成した既知の幅の疵（１１）につき、前記丸棒材（１）を前記中心軸周りに回転させて、各角度位置における前記法線方向から見た前記疵（１１）の幅を測定し、当該幅に応じて前記疵の補正係数を得る。

本第４発明によれば、疵の補正係数を簡易な手順で得ることができる。

本第５発明では、前記法線方向からカメラ（２）によって前記丸棒材（１）の対向周面を撮像する。

本第５発明においては、カメラによってその視野内の疵を一度に検出できるとともに、ピンボケによる疵の幅の変動も補償することができる。

本第６発明では、前記疵の判定基準ないし前記疵の補正係数を、単位幅の疵を有する前記丸棒材（１）を前記中心軸（ｏ）周りに回転させたときの各角度位置（θ）と当該角度位置（θ）における前記法線方向から見た溝幅との関係を近似した曲線ｆ（θ）に基づいて定める。

本第７発明では、前記中心軸（ｏ）周りの疵の角度位置を０°〜７０°に設定する。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の丸棒材の疵検出方法によれば、丸棒材表面に生じた疵の形状を正確に検出することが可能である。

カメラで丸棒材周面の疵を検出する場合の垂直断面図、平面図および斜視図である。カメラ画像の一例を示す図である。疵が丸棒材の上面にない状態での垂直断面図、平面図および斜視図である。カメラ画像の一例を示す図である。疵が丸棒材の上面にない状態でのカメラ画像の一例を示す図である。丸棒材の疵部分の概念的断面図である。丸棒材周面の角度位置による疵幅の変化を示す図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には円形断面の丸棒材表面（周面）の疵検出を行う一例を示し、図１（１）はその垂直断面図、図１（２）は平面図、図１（３）は斜視図である。図１において、丸棒材１の直上の、法線ｖ上の一定距離にカメラ２が設けてある。当該カメラ２は焦点位置を、これに対向する直下の丸棒材周面、すなわち丸棒材１の上面に一致させて、略９０度の視野角で丸棒材１の周面を撮像できるようになっている。したがって、このようなカメラ２を丸棒材周囲の四か所に９０度間隔で設ければ丸棒材１の全周の疵検出を一度に行うことが可能である。

図１は、一定幅の角溝状の疵１１がカメラ２の焦点位置である丸棒材１の上面にある場合を示し、この場合のカメラ２の撮影画面上では図２に示すように丸棒材１の画像１Ｇの中央を疵画像１１Ｇが一定幅ｗ1で長手方向へ延びている。

一方、図３に示すように、丸棒材１の疵１１の位置が上面以外の周面上にあると（図３（１）、（３））、上方のカメラ２で法線ｖ方向から見た疵１１の幅は実際より小さくなるが（図３（２））、一方で焦点位置から外れることによって画像がボケてその分疵画像１１Ｇの幅ｗ2は大きくなる（図４）。このように、疵１１がカメラ２に対向する上面以外の周面にあると、疵画像１１Ｇの幅が変動するために実際の疵１１の有無の判定を誤る。

そこで、本実施形態では以下の手順で疵画像の幅変動を補償して正確な疵の有無の判定を行う。最初に疵検出対象の丸棒材と同径の丸棒材１を用意して、当該丸棒材１の周面に長手方向へ延びる一定幅（例えば１ｍｍ）の溝を形成して疵１１とする。そして既に説明した構造で、丸棒材の側方（上方）に設けたカメラ２で丸棒材１の周面を撮影しつつ、丸棒材１の疵１１が上面にある状態から逐次丸棒材１をその軸周りに回転させる。

この場合、撮影画面（図５）上で中心軸ｏから疵画像１１Ｇの各側縁までの距離ｘ1,ｘ2を画像上の画素数から換算して、撮影画面上の疵幅ｗ＝(ｘ2−ｘ1)を算出する。続いて、丸棒材１の既知の半径をｒとして、これと上記距離ｘ1,ｘ2から、上記疵１１の角度位置θ（°）を下式（１）より算出する。
θ＝（θ1＋θ2）／２＝｛ｃｏｓ-1（ｘ1／ｒ）＋ｃｏｓ-1（ｘ2／ｒ）｝／２…（１）
ここで、θ1,θ2は疵の両側縁の各角度位置である（図６）。

角度位置θとこの時の撮影画面上の溝幅ｗの関係をプロットすると図７に示す折れ線ｍのようになる。そこで、これを最小二乗法によって３次式で近似して判定曲線Ｆ（θ）を得る。ここで、Ｆ（θ）の一例は下式（２）のようなものになる。
Ｆ（θ）＝0.000009θ³＋0.000478θ²＋0.012380θ＋0.935124…（２）

したがって、溝幅１ｍｍ以上のものを疵１１と判定したい場合には、各角度θで判定曲線Ｆ（θ）よりも上方（図７の斜線領域）にプロットされたものを疵１１とする。
ここで、丸棒材１に対して、疵幅を定義すると、直径φｍｍとした場合には、対象となる疵幅は、直径φｍｍを基準として、１０％以内の幅が本発明の疵幅の対象となる。よって、適した条件は、疵幅Ｘ≦直径φ×１／１０が本発明の疵幅の範囲である。
また、本発明において、図７では、角度位置（°）の範囲を０°〜７０°としているが、これは、カメラで撮影する際に、疵幅を基準に０°〜７０°の範囲に丸棒材１を配置した場合には画像から疵幅を認識できるが、７１°〜９０°の範囲に配置した場合には、角度が大きくなるにつれて疵幅は狭くなり、疵は撮影画像から外れてしまい検出ができない。よって、適した角度位置（°）の範囲は０°〜７０°である。

ちなみに直径６０ｍｍの丸棒材で、回転角度約４２°では溝幅１ｍｍの疵１１は撮影画面上では１．２７９ｍｍになる。そこでこれを上記Ｆ（θ）で除して補正すると１．０３３ｍｍとなり、誤差は０．０３３ｍｍに抑えられる。このようにして、丸棒材１の周面の疵１１が、カメラ２に対向する側面以外の周面にある場合にも、カメラ２の焦点ボケの影響を排して疵１１の有無を誤まることなく確実に判定することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の適用範囲はカメラで疵を撮影する用途以外に、例えばレーザ変位計等によって疵形状を検出する場合にも適用できる。この場合、焦点から外れることによるボケの問題はないが、既述のように丸棒材の側方に設けたレーザ変位計から見た疵の形状（幅）は丸棒材の回転で変化するため、これを補償して疵の検出精度を向上させることができる。
また、本発明の対象となる疵の形状は溝状のものには限られない。

１…丸棒材、１１…疵、２…カメラ、ｏ…中心軸、ｒ…半径、ｖ…法線、ｘ1,ｘ2…離間距離、θ…角度位置。

Claims

円形断面をなす丸棒材の疵検出方法であって、前記丸棒材の周面の法線方向から当該丸棒材を見たときの疵の、前記丸棒材の中心軸からの離間距離を検出し、前記離間距離と前記丸棒材の半径から前記中心軸周りの疵の角度位置を算出して、各角度位置に応じて疵の判定基準を変更する丸棒材の疵検出方法。
前記丸棒材の周面に予め形成した既知の幅の疵につき、前記丸棒材を前記中心軸周りに回転させて、各角度位置における前記法線方向から見た前記疵の幅を測定し、当該幅に応じて前記疵の判定基準を変更する請求項１に記載の疵検出方法。
円形断面をなす丸棒材の疵検出方法であって、前記丸棒材の周面の法線方向から当該丸棒材を見たときの疵の、前記丸棒材の中心軸からの離間距離を検出し、前記離間距離と前記丸棒材の半径から前記中心軸周りの疵の角度位置を算出して、前記各角度位置に応じて予め定めた疵の補正係数によって前記疵の前記法線方向から見た幅を補正する丸棒材の疵検出方法。
前記丸棒材の周面に予め形成した既知の幅の疵につき、前記丸棒材を前記中心軸周りに回転させて、各角度位置における前記法線方向から見た前記疵の幅を測定し、当該幅に応じて前記疵の補正係数を得る請求項３に記載の丸棒材の疵検出方法。
前記法線方向からカメラによって前記丸棒材の対向周面を撮像するようにした請求項１ないし４のいずれか一つに記載の丸棒材の疵検出方法。
前記疵の判定基準ないし前記疵の補正係数を、単位幅の疵を有する前記丸棒材を前記中心軸周りに回転させたときの各角度位置と当該角度位置における前記法線方向から見た溝幅との関係を近似した曲線ｆ（θ）に基づいて定めた請求項１ないし５のいずれか一つに記載の丸棒材の疵検出方法。
前記中心軸周りの疵の角度位置を０°〜７０°に設定した請求項１ないし６のいずれか一つに記載の丸棒材の疵検出方法。