JP2021142541A - 検長装置、検長システムおよび検長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイヤから切断される前のコイルばねの長さを精度良く検出すること。【解決手段】 一実施形態に係る検長装置は、コイリングマシンによりワイヤから成形されるコイルばねの長さを検出するものであって、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列で撮像することにより得られた複数の画像を合成した合成画像を生成する画像合成モジュールと、前記合成画像に基づき前記コイルばねの長さを検出する検長モジュールと、を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルばねの長さを検出する検長装置、検長システムおよび検長方法に関する。

コイルばねは、コイリングマシンによって素材となるワイヤを螺旋状に成形し、この螺旋状に成形された部分をワイヤから切断することにより製造される。さらに、このように製造されるコイルばねに対しては、長さやピッチ等が予め定められた基準に適合しているかどうかを確認するために、各種データの計測が実施される。

例えば特許文献１〜３に開示されたように、上記計測は、素材となるワイヤから切断された後のコイルばねに対し、カメラやセンサを備えた装置を用いて実施される。また、特許文献４に開示されたように、コイリングマシンによる成形動作中にコイルばねに対する計測が実施される場合もある。

特開２０１３−１１９０８８号公報 特開２０１１−１７７７９１号公報 独国特許出願公開第４２３９２０７号明細書 特表２０１５−５１０８４１号公報

コイルばねの製造工程を効率化する観点からは、コイリングマシンにより成形されて素材となるワイヤから切断される前のコイルばねに対し計測が実施されることが好ましい。しかしながら、切断前のコイルばねには成形動作時の振動が残るため、例えばコイルばねの長さを計測しようとしても当該振動に起因した誤差が生じ得る。

そこで、本発明は、ワイヤから切断される前のコイルばねの長さを精度良く検出可能な検長装置、検長システムおよび検長方法を提供することを目的の一つとする。

一実施形態に係る検長装置は、コイリングマシンによりワイヤから成形されるコイルばねの長さを検出するものであって、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列で撮像することにより得られた複数の画像を合成した合成画像を生成する画像合成モジュールと、前記合成画像に基づき前記コイルばねの長さを検出する検長モジュールと、を備えている。

例えば、前記合成画像は前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、前記検長モジュールは前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する。

他の例として、前記合成画像は前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、前記検長モジュールは前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する。

さらに他の例として、前記画像合成モジュールは、前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された第１領域を示す第１合成画像と、前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された第２領域を示す第２合成画像とを生成する。さらに、前記検長モジュールは、前記第１合成画像における前記第１領域の端部の位置と、前記第２合成画像における前記第２領域の端部の位置とに基づいて前記コイルばねの長さを検出する。

この場合において、前記検長モジュールにより検出される前記コイルばねの長さは、前記第１領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第１長さと、前記第２領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第２長さの間の値であってもよい。

前記複数の画像のフレームレートは、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねの振動の周波数よりも大きいことが好ましい。

一実施形態に係る検長装置は、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列で撮像して前記複数の画像を生成するカメラと、前記検長装置と、を備えている。

一実施形態に係る検長方法は、コイリングマシンによりワイヤから成形されるコイルばねの長さを検出するものであって、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列に撮像し、撮像された複数の画像が合成された合成画像を生成し、前記合成画像に基づき前記コイルばねの長さを検出する。

本発明によれば、ワイヤから切断される前のコイルばねの長さを精度良く検出可能な検長装置、検長システムおよび検長方法を提供することができる。

図１は、一実施形態に係るコイリングマシンおよび検長システムの概略的な構成を示す図である。 図２は、上記実施形態に係るコイリングマシンおよび検長システムが備える制御要素の一例を示す図である。 図３は、上記実施形態に係るカメラが生成する画像の一例を示す図である。 図４は、上記実施形態に係る画像合成モジュールの動作の一例を示す図である。 図５は、上記実施形態に係る第１合成画像および第２合成画像の生成方法の一例を示す図である。 図６は、上記実施形態に係る第１合成画像の一例を示す図である。 図７は、上記実施形態に係る第２合成画像の一例を示す図である。 図８は、上記実施形態に係るコイリングマシンおよび検長システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、合成回数が３回の場合においてコイルばねの長さを検出および実測した結果を示すグラフである。 図１０は、図９に示した検出結果と実測結果の差分を示すグラフである。 図１１は、合成回数が５回の場合においてコイルばねの長さを検出および実測した結果を示すグラフである。 図１２は、図１１に示した検出結果と実測結果の差分を示すグラフである。 図１３は、合成回数が７回の場合においてコイルばねの長さを検出および実測した結果を示すグラフである。 図１４は、図１３に示した検出結果と実測結果の差分を示すグラフである。 図１５は、合成回数が９回の場合においてコイルばねの長さを検出および実測した結果を示すグラフである。 図１６は、図１５に示した検出結果と実測結果の差分を示すグラフである。

本発明の一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るコイリングマシン１および検長システム２の概略的な構成を示す図である。なお、コイリングマシン１および検長システム２を合わせてコイリングシステムなどと呼ぶこともできる。

図１に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびθ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。θ方向は、コイルばねを構成するワイヤが巻かれる方向である。

コイリングマシン１は、複数の駆動ローラ１０と、複数の従動ローラ１１と、ワイヤガイド１２と、第１成形ローラ１３と、第２成形ローラ１４と、ピッチツール１５と、マンドレル１６と、カッタ１７とを備えている。

駆動ローラ１０と従動ローラ１１は、隙間を介して対向している。図１の例においては駆動ローラ１０と従動ローラ１１の対が２つ示されているが、コイリングマシン１はより多くの駆動ローラ１０および従動ローラ１１を備えてもよい。駆動ローラ１０と従動ローラ１１の隙間には、ワイヤ３が通されている。各駆動ローラ１０が回転すると、ワイヤ３を介して各従動ローラ１１も回転する。このとき、ワイヤ３はＸ方向に送り出される。ワイヤガイド１２には、ワイヤ３が挿入されている。ワイヤガイド１２は、ワイヤ３がＸ方向に直進するようにガイドして、ワイヤ３を第１成形ローラ１３に導く。

第１成形ローラ１３、第２成形ローラ１４およびピッチツール１５は、θ方向において順に配置されている。マンドレル１６は、第１成形ローラ１３、第２成形ローラ１４およびピッチツール１５の内側に配置されている。マンドレル１６は、例えば図示したようにＸ−Ｙ平面に沿う形状が半円状であり、Ｚ方向に長尺に延びている。

第１成形ローラ１３は、Ｘ方向に送られるワイヤ３をＹ方向に向けて円弧状に曲げる。第２成形ローラ１４は、第１成形ローラ１３を経たワイヤ３をさらに円弧状に曲げる。このように曲げられたワイヤ３は、ピッチツール１５によってガイドされてθ方向に送り出される。マンドレル１６は、第２成形ローラ１４とピッチツール１５の間に位置するワイヤ３の内周面を支持する。

ピッチツール１５を経たワイヤ３により、図示したような螺旋状のコイルばね３０が形成される。コイルばね３０は、ワイヤ３の連続的な送り出しに伴いＺ方向に成長する。カッタ１７は、マンドレル１６の上方に配置されている。カッタ１７は、例えば鋭利な切断刃を先端に有しており、Ｙ方向に沿って上下に移動可能である。カッタ１７が下降してワイヤ３に衝撃を与えると、コイルばね３０がワイヤ３から切り離される。

検長システム２は、検長装置４と、カメラ５と、光源６とを備えている。カメラ５と光源６は、Ｘ方向に正対している。コイリングマシン１により成形されるコイルばね３０は、カメラ５と光源６の間に位置する。

光源６は、例えばＹ方向およびＺ方向と平行な発光面６ａを有する面光源である。カメラ５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）を撮像素子として有しており、光源６によって照らされたコイルばね３０を撮像して、コイルばね３０が映し出された画像（画像データ）を生成する。検長装置４は、カメラ５および光源６を制御するとともに、カメラ５が生成する画像に基づいて各種の処理を実行する。光源６は、他の装置により制御されてもよいし、作業者がスイッチを操作することにより点灯および消灯されてもよい。

図２は、コイリングマシン１および検長システム２が備える制御要素の一例を示す図である。コイリングマシン１は、プロセッサを含むコントローラ１８と、駆動ローラ１０を回転させるフィードモータ１９と、第１成形ローラ１３および第２成形ローラ１４を駆動する成形ローラ駆動機構２０と、ピッチツール１５を駆動するピッチツール駆動機構２１と、カッタ１７を駆動するカッタ駆動機構２２とを備えている。

コントローラ１８は、コイルばね３０のピッチ、径および長さなどを含む予め設定された成形条件に基づいて各部を制御し、コイルばね３０を製造する。例えば、コントローラ１８は、成形ローラ駆動機構２０およびピッチツール駆動機構２１を制御して、第１成形ローラ１３、第２成形ローラ１４およびピッチツール１５を上記成形条件に応じた位置に調整する。また、コントローラ１８は、フィードモータ１９を回転させてワイヤ３を送り、上記成形条件が示す長さに相当する分だけワイヤ３を送るとフィードモータ１９を停止させ、カッタ駆動機構２２を制御してカッタ１７を下降させてワイヤ３を切断する。

検長装置４は、コントローラ４０を備えている。コントローラ４０は、カメラ５を制御してコイリングマシン１により成形されるコイルばね３０を撮像させるとともに、光源６を制御してコイルばね３０を照明する。また、コントローラ４０は、コイリングマシン１に対して成形条件の補正データ等を出力することもある。カメラ５が撮像時に生成する画像は、コントローラ４０に入力される。なお、カメラ５により生成される画像には、コイルばね３０の端末３１が含まれている。

コントローラ４０は、カメラ５から入力される画像に対する処理に関する要素として、画像合成モジュール４０ａと、検長モジュール４０ｂとを備えている。これら画像合成モジュール４０ａおよび検長モジュール４０ｂは、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）より実現される。

詳しくは後述するが、画像合成モジュール４０ａは、カメラ５から入力される複数の画像を合成する。検長モジュール４０ｂは、画像合成モジュール４０ａにより生成された合成画像に基づき、コイルばね３０の長さを検出（演算）する。

図３は、カメラ５がコイルばね３０の撮像時に生成する画像ＩＭＧの一例を示す図である。ここでは時系列に撮像されたＮｏ．１〜Ｎｏ．６の６つの画像ＩＭＧを示している。図１に示すようにカメラ５と光源６を正対させ、その間に配置されたコイルばね３０をカメラ５により撮像した場合、コイルばね３０に相当する領域が低輝度となる画像が得られる。例えば、図３に例示した画像ＩＭＧに映し出されたコイルばね３０は、端末３１側の一部である。

各画像上の破線枠は、予め定められた関心領域ＲＯＩである。関心領域ＲＯＩは、例えば螺旋状に成形された後に切断を待っている状態のコイルばね３０のＺ方向における端部が位置し得る範囲に設定される。各画像においてＹ方向に延びるラインＬＮは、関心領域ＲＯＩにおいてコイルばね３０のＺ方向における最端部の位置を表す。

図３中の各画像ＩＭＧの右方には、コイルばね３０の端部（Ｚ方向における最端部）の位置の測定値を表す曲線Ｃが示されている。成形直後のコイルばね３０には成形動作時の振動が残るため、各画像ＩＭＧにおけるコイルばね３０の端部の位置は安定しない。したがって、曲線Ｃは上記振動に応じて周期的に変動する。曲線Ｃに付された矢印は、例えば各画像ＩＭＧにおける端部の位置の平均である基準値からの変動分を表す。

このようにコイルばね３０の端部の位置が不安定であるため、仮に１枚の画像ＩＭＧに基づいてコイルばね３０の長さを検出しようとすると、振動に起因した誤差が生じる。そこで本実施形態においては、上述の画像合成モジュール４０ａおよび検長モジュール４０ｂにより、複数の画像ＩＭＧに基づいてコイルばね３０の長さが検出される。

図４は、画像合成モジュール４０ａの動作の一例を示す図である。図中左方には、カメラ５によって生成される画像ＩＭＧ１〜ＩＭＧ６が示されている。矢印ｔは、時間経過を表す。すなわち、画像ＩＭＧ１、画像ＩＭＧ２、画像ＩＭＧ３、画像ＩＭＧ４、画像ＩＭＧ５および画像ＩＭＧ６はこの順で時系列に撮像されたものであり、振動により端部の位置が変動するコイルばね３０が映し出されている。

画像合成モジュール４０ａは、これら画像ＩＭＧ１〜ＩＭＧ６のような画像ＩＭＧに基づいて第１合成画像Ｗと第２合成画像Ｂを生成する。第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂの生成元となる画像ＩＭＧの数は特に限定されないが、図４においては４つの画像ＩＭＧにより第１合成画像Ｗ１〜Ｗ３および第２合成画像Ｂ１〜Ｂ３が生成される場合を例示している。すなわち、画像ＩＭＧ１〜ＩＭＧ４に基づき第１合成画像Ｗ１および第２合成画像Ｂ１が生成され、画像ＩＭＧ２〜ＩＭＧ５に基づき第１合成画像Ｗ２および第２合成画像Ｂ２が生成され、画像ＩＭＧ３〜ＩＭＧ６に基づき第１合成画像Ｗ３および第２合成画像Ｂ３が生成される。

図５は、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂの生成方法の一例を示す図である。画像ＩＭＧ、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂは、例えばグレースケールの画像であり、水平方向および垂直方向にマトリクス状に並ぶ多数の画素の輝度値（階調値）を示すデータにより構成される。一例として、輝度値は０（黒）から２５５（白）の範囲の値である。画像ＩＭＧにおいては、コイルばね３０に対応する領域の輝度値が低くなる。

画像合成は例えば画像ＩＭＧに含まれる全ての画素について実行されるが、図５においては３つの画素ＰＸ１〜ＰＸ３を例にとり、図３に示した第１合成画像Ｗ１および第２合成画像Ｂ１が画像ＩＭＧ１〜ＩＭＧ４に基づいて生成される過程を例示する。

画像ＩＭＧ１において、画素ＰＸ１の輝度値は３０であり、画素ＰＸ２の輝度値は８０であり、画素ＰＸ３の輝度値は２２０である。また、画像ＩＭＧ２において、画素ＰＸ１の輝度値は９０であり、画素ＰＸ２の輝度値は１１０であり、画素ＰＸ３の輝度値は１３０である。画像合成モジュール４０ａは、先ずこれら画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２に基づいて第１合成画像Ｗａおよび第２合成画像Ｂａを生成する。

第１合成画像Ｗａの画素ＰＸ１の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ１の輝度値のうち高い一方、すなわち９０である。第１合成画像Ｗａの画素ＰＸ２の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ２の輝度値のうち高い一方、すなわち１１０である。第１合成画像Ｗａの画素ＰＸ３の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ３の輝度値のうち高い一方、すなわち２２０である。

第２合成画像Ｂａの画素ＰＸ１の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ１の輝度値のうち低い一方、すなわち３０である。第２合成画像Ｂａの画素ＰＸ２の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ２の輝度値のうち低い一方、すなわち８０である。第２合成画像Ｂａの画素ＰＸ３の輝度値は、画像ＩＭＧ１，ＩＭＧ２の画素ＰＸ３の輝度値のうち低い一方、すなわち１３０である。

続いて、画像合成モジュール４０ａは、第１合成画像Ｗａおよび画像ＩＭＧ３に基づいて第１合成画像Ｗｂを生成するとともに、第２合成画像Ｂａおよび画像ＩＭＧ３に基づいて第２合成画像Ｂｂを生成する。画像ＩＭＧ３において、画素ＰＸ１の輝度値は６０であり、画素ＰＸ２の輝度値は１２０であり、画素ＰＸ３の輝度値は６０である。

第１合成画像Ｗｂの画素ＰＸ１の輝度値は、第１合成画像Ｗａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ１の輝度値のうち高い一方、すなわち９０である。第１合成画像Ｗｂの画素ＰＸ２の輝度値は、第１合成画像Ｗａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ２の輝度値のうち高い一方、すなわち１２０である。第１合成画像Ｗｂの画素ＰＸ３の輝度値は、第１合成画像Ｗａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ３の輝度値のうち高い一方、すなわち２２０である。

第２合成画像Ｂｂの画素ＰＸ１の輝度値は、第２合成画像Ｂａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ１の輝度値のうち低い一方、すなわち３０である。第２合成画像Ｂｂの画素ＰＸ２の輝度値は、第２合成画像Ｂａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ２の輝度値のうち低い一方、すなわち８０である。第２合成画像Ｂｂの画素ＰＸ３の輝度値は、第２合成画像Ｂａおよび画像ＩＭＧ３の画素ＰＸ３の輝度値のうち低い一方、すなわち６０である。

さらに、画像合成モジュール４０ａは、第１合成画像Ｗｂおよび画像ＩＭＧ４に基づいて第１合成画像Ｗ１を生成するとともに、第２合成画像Ｂｂおよび画像ＩＭＧ４に基づいて第２合成画像Ｂ１を生成する。画像ＩＭＧ４において、画素ＰＸ１の輝度値は１８０であり、画素ＰＸ２の輝度値は７０であり、画素ＰＸ３の輝度値は２００である。

第１合成画像Ｗ１の画素ＰＸ１の輝度値は、第１合成画像Ｗｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ１の輝度値のうち高い一方、すなわち１８０である。第１合成画像Ｗ１の画素ＰＸ２の輝度値は、第１合成画像Ｗｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ２の輝度値のうち高い一方、すなわち１２０である。第１合成画像Ｗ１の画素ＰＸ３の輝度値は、第１合成画像Ｗｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ３の輝度値のうち高い一方、すなわち２２０である。

第２合成画像Ｂ１の画素ＰＸ１の輝度値は、第２合成画像Ｂｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ１の輝度値のうち低い一方、すなわち３０である。第２合成画像Ｂ１の画素ＰＸ２の輝度値は、第２合成画像Ｂｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ２の輝度値のうち低い一方、すなわち７０である。第２合成画像Ｂ１の画素ＰＸ３の輝度値は、第２合成画像Ｂｂおよび画像ＩＭＧ４の画素ＰＸ３の輝度値のうち低い一方、すなわち６０である。

なお、ここでは４つの画像ＩＭＧ（ＩＭＧ１〜ＩＭＧ４）に基づき第１合成画像Ｗ（Ｗ１）および第２合成画像Ｂ（Ｂ１）が生成される場合を例示したが、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂは２つ、３つまたは５つ以上の画像ＩＭＧに基づいて生成されてもよい。

以上のように、第１合成画像Ｗの生成過程においては、合成対象である２つの画像に含まれる画素の輝度値のうち高い一方が抽出される。すなわち、１つの画像がｍ行ｎ列の画素で構成されており、合成対象である２つの画像の一方における各画素の輝度値をＬ１（ｍ，ｎ）、他方における各画素の輝度値をＬ２（ｍ，ｎ）とすると、以下の条件（１）（２）にて合成画像における各画素の輝度値ＬＷ（ｍ，ｎ）が決定される。
（１） Ｌ１（ｍ，ｎ）＞Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合、ＬＷ（ｍ，ｎ）＝Ｌ１（ｍ，ｎ）
（２） Ｌ１（ｍ，ｎ）＜Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合、ＬＷ（ｍ，ｎ）＝Ｌ２（ｍ，ｎ）
なお、Ｌ１（ｍ，ｎ）＝Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合には、Ｌ１（ｍ，ｎ）およびＬ２（ｍ，ｎ）のいずれをＬＷ（ｍ，ｎ）に決定してもよい。このような条件にて順次画像を合成することにより生成される第１合成画像Ｗの画素は、合成元の複数の画像ＩＭＧにおける当該画素の輝度値の最大値を有する。

一方、第２合成画像Ｂの生成過程においては、合成対象である２つの画像に含まれる画素の輝度値のうち低い一方が抽出される。すなわち、合成対象である２つの画像の一方における各画素の輝度値をＬ１（ｍ，ｎ）、他方における各画素の輝度値をＬ２（ｍ，ｎ）とすると、以下の条件（３）（４）にて合成画像における各画素の輝度値ＬＢ（ｍ，ｎ）が決定される。
（３） Ｌ１（ｍ，ｎ）＞Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合、ＬＢ（ｍ，ｎ）＝Ｌ２（ｍ，ｎ）
（４） Ｌ１（ｍ，ｎ）＜Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合、ＬＢ（ｍ，ｎ）＝Ｌ１（ｍ，ｎ）
なお、Ｌ１（ｍ，ｎ）＝Ｌ２（ｍ，ｎ）の場合には、Ｌ１（ｍ，ｎ）およびＬ２（ｍ，ｎ）のいずれをＬＢ（ｍ，ｎ）に決定してもよい。このような条件にて順次画像を合成することにより生成される第２合成画像Ｂの画素は、合成元の複数の画像ＩＭＧにおける当該画素の輝度値の最小値を有する。

図６は、第１合成画像Ｗの一例を示す図である。図７は、第２合成画像Ｂの一例を示す図である。これら第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂの水平方向は図１に示したＺ方向に相当し、垂直方向は図１に示したＹ方向に相当する。

図６に示すように、第１合成画像Ｗは、低輝度な第１領域Ｒ１を含む。第１領域Ｒ１は、合成元となる複数の画像ＩＭＧの全てにおいてコイルばね３０が映し出された領域に相当する。第１領域Ｒ１とその周囲の領域は、例えば予め定められた階調値の第１閾値に基づいて隔てることができる。すなわち、第１領域Ｒ１は、当該第１閾値以下の輝度値を有する画素で構成される。

図７に示すように、第２合成画像Ｂは、低輝度な第２領域Ｒ２を含む。第２領域Ｒ２は、合成元となる複数の画像ＩＭＧの１つにでもコイルばね３０が映し出された領域に相当する。第２領域Ｒ２とその周囲の領域は、例えば予め定められた階調値の第２閾値に基づいて隔てることができる。すなわち、第２領域Ｒ２は、当該第２閾値以下の輝度値を有する画素で構成される。第１閾値と第２閾値は例えば同じであるが、互いに異なってもよい。

本実施形態において、上述の検長モジュール４０ｂは、第１合成画像Ｗにおける第１領域Ｒ１の端部の位置と、第２合成画像Ｂにおける第２領域Ｒ２の端部の位置とに基づいてコイルばね３０の長さを検出する。以下、当該検出に関する処理の一例について説明する。

先ず、検長モジュール４０ｂは、第１合成画像Ｗにおいて第１領域Ｒ１の端部を検出する。本実施形態においては、予め設定された関心領域ＲＯＩにおいて、第１領域Ｒ１に含まれる画素のうちＺ方向の最端（図中右端）の画素の位置が第１領域Ｒ１の端部となる。図６においては、第１領域Ｒ１の端部にラインＬＮ１が付されている。

さらに、検長モジュール４０ｂは、検出した第１領域Ｒ１の端部をコイルばね３０の端部とみなしてコイルばね３０の第１長さＫ１を検出する。第１長さＫ１は、第１合成画像Ｗに映し出された第１領域Ｒ１のＺ方向における長さＫ１０に対し、第１合成画像Ｗに映し出されていないコイルばね３０の長さＫ０を足すことで算出できる。長さＫ１０は、第１領域Ｒ１の端部の座標を予め設定された条件で長さに換算することにより得ることができる。長さＫ０は、例えばカメラ５の撮像範囲の端部からコイルばね３０の切断位置ＣＰまでの距離であり、予め実測した値を用いることができる。

続いて、検長モジュール４０ｂは、第２合成画像Ｂにおいて第２領域Ｒ２の端部を検出する。本実施形態においては、上述の関心領域ＲＯＩにおいて、第２領域Ｒ２に含まれる画素のうちＺ方向の最端（図中右端）の画素の位置が第２領域Ｒ２の端部となる。図７においては、第２領域Ｒ２の端部にラインＬＮ２が付されている。

さらに、検長モジュール４０ｂは、検出した第２領域Ｒ２の端部をコイルばね３０の端部とみなしてコイルばね３０の第２長さＫ２を検出する。第２長さＫ２は、第２合成画像Ｂに映し出された第２領域Ｒ２のＺ方向における長さＫ２０に対し、第２合成画像Ｂに映し出されていないコイルばね３０の長さＫ０を足すことで算出できる。長さＫ２０は、第２領域Ｒ２の端部の座標を予め設定された条件で長さに換算することにより得ることができる。

検長モジュール４０ｂは、このように検出した第１長さＫ１および第２長さＫ２に基づいて、コイルばね３０の最終的な長さＫを決定する。例えば、長さＫは、第１長さＫ１と第２長さＫ２の間の値である。一例では長さＫは第１長さＫ１と第２長さＫ２の単純平均であるが、加重平均などの他の手法で算出される値であってもよい。

成形直後かつワイヤ３から切断前のコイルばね３０には種々の振幅、周波数、方向の振動が生じ得る。一例として、検長に最も影響し得る振動の周波数は３５Ｈｚ程度である。また、カメラ５のフレームレートは１３０ｆｐｓである。検長の精度を高める観点からは、カメラ５のフレームレートが振動の周波数よりも大きいことが好ましい。フレームレートがより大きいほど検長の精度向上が期待できる。また、振動するコイルばね３０の長さが最長となる点と、最短となる点とを含む範囲（振動の１／２周期以上）で撮像された複数の画像ＩＭＧに基づいて第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成されることが好ましい。

ここで、コイリングマシン１および検長システム２の一連の動作（検長方法）について説明する。図８は、コイリングマシン１および検長システム２の動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す動作は、１つのコイルばね３０を製造し、かつ当該コイルばね３０の長さを検出するためのものである。当該フローチャートに示す動作が繰り返されることにより、複数のコイルばね３０が順次に製造されるとともに、これらコイルばね３０の長さが検出される。コイリングマシン１の動作は、主にコントローラ１８の制御の下で実行される。また、検長システム２の動作は、主にコントローラ４０の制御の下で実行される。

コイリングマシン１においては、先ずワイヤ３からコイルばね３０が成形される（ステップＳ１０１）。具体的には、フィードモータ１９が駆動ローラ１０を回転させてワイヤ３を送り出し、このワイヤ３が第１成形ローラ１３、第２成形ローラ１４およびピッチツール１５によって螺旋状に成形される。予め定められた成形条件が示す長さに相当する分だけワイヤ３が送り出されると、フィードモータ１９が停止する（ステップＳ１０２）。

フィードモータ１９の停止後、コイリングマシン１から検長装置４に検長実行のトリガ（信号）が出力される（ステップＳ１０３）。その後、カッタ駆動機構２２がカッタ１７を下降させてワイヤ３を切断する（ステップＳ１０４）。これにより、１つのコイルばね３０が製造される。

その後、コイリングマシン１は、検長装置４から補正データを受信したかを判定する（ステップＳ１０５）。補正データは、後述のステップＳ２０９において検長装置４から送信されるものであり、例えば検出されたコイルばね３０の長さＫと基準値の差分を表す。

補正データを受信した場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、コイリングマシン１は、当該補正データに基づき成形条件の補正が必要か否かを判定する（ステップＳ１０６）。例えば補正データが表す上記差分が予め定められた閾値よりも大きい場合などには、コイリングマシン１は補正が必要と判定する（ステップＳ１０６のＹＥＳ）。補正が必要か否かの判定には、その他にも種々の方法を採用し得る。補正が必要と判定した場合、コイリングマシン１は、受信した補正データに基づいて上記差分が小さくなるように成形条件を補正する（ステップＳ１０７）。一方、補正が必要でないと判定した場合（ステップＳ１０６のＮＯ）、成形条件の補正を経ることなくコイリングマシン１の動作はステップＳ１０１に戻り、次のコイルばね３０が製造される。

検長装置４においては、カメラ５がコイリングマシン１で成形されるコイルばね３を撮像して画像ＩＭＧを生成する（ステップＳ２０１）。さらに、画像合成モジュール４０ａが第１合成画像Ｗを生成するとともに（ステップＳ２０２）、検長モジュール４０ｂが当該第１合成画像Ｗから第１長さＫ１を検出する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０２，Ｓ２０３と並行して、画像合成モジュール４０ａが第２合成画像Ｂを生成するとともに（ステップＳ２０４）、検長モジュール４０ｂが当該第２合成画像Ｂから第２長さＫ２を検出する（ステップＳ２０５）。

検長モジュール４０ｂは、ステップＳ２０３で検出した第１長さＫ１とステップＳ２０５で検出した第２長さＫ２に基づき、コイルばね３０の長さＫを決定する（ステップＳ２０６）。検長モジュール４０ｂは、当該長さＫをラッチする。検長装置４はコイリングマシン１からのトリガの入力を待っており（ステップＳ２０７）、トリガが入力されるまでステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が繰り返される（ステップＳ２０７のＮＯ）。

ステップＳ２０２における第１合成画像Ｗの生成およびステップＳ２０４における第２合成画像Ｂの生成には、直前のステップＳ２０１で生成された画像ＩＭＧおよび前回以前のループ（ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）におけるステップＳ２０１で生成された画像ＩＭＧが用いられる。例えば第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂを得るための合成回数が３回に設定されている場合、直前のステップＳ２０１で生成された画像ＩＭＧと、１〜３つ前のループのステップＳ２０１で生成された３つの画像ＩＭＧとに基づいて第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成される。

ステップＳ１０３にてコイリングマシン１から出力されるトリガが検長装置４に入力されると、検長装置４は、直前のステップＳ２０６において検長モジュール４０ｂにより検出され、ラッチされた長さＫが正常であるかを判定する（ステップＳ２０８）。例えば、長さＫが予め定められたコイルばね３０の正常長さ範囲内である場合、検長装置４は長さＫが正常であると判定する（ステップＳ２０８のＹＥＳ）。このとき、検長装置４は、成形条件の補正データをコイリングマシン１に送信する（ステップＳ２０９）。この補正データは、例えば上述の通り、ステップＳ２０６にて検出されたコイルばね３０の長さＫと基準値の差分を表す。ステップＳ２０９の後、検長装置４の動作はステップＳ２０１に戻り、次のコイルばね３０に対する処理が実行される。

一方、上記正常長さ範囲の上限値よりも長さＫが大きい場合や、当該範囲の下限値よりも長さＫが小さい場合、検長装置４は長さＫが正常でないと判定する（ステップＳ２０８のＮＯ）。このとき、検長装置４は、コイルばね３０の長さの異常を示す異常信号を送信する（ステップＳ２１０）。この異常信号は、例えばコイリングマシン１または他の装置により受信され、異常が報知される。異常の報知は、例えばディスプレイへのメッセージの表示やスピーカによる警告音の発生により行うことができる。また、異常の発生に伴い、コイリングマシン１および検長システム２の動作が停止されてもよい。

以上の本実施形態においては、コイリングマシン１により成形されてワイヤ３から切断される前のコイルばね３０をカメラ５により撮像した複数の画像ＩＭＧの合成画像に基づいてコイルばね３０の長さが検出される。仮に１つの画像ＩＭＧからコイルばね３０の長さを検出する場合、コイルばね３０の振動により正確な長さを得ることが困難である。これに対し、時系列の複数の画像ＩＭＧの合成画像においては振動の影響が緩和されるため、検長の精度を高めることができる。

特に本実施形態においては、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂに基づいてコイルばね３０の長さが検出される。第１合成画像Ｗは、合成元となる複数の画像ＩＭＧの全てにおいてコイルばね３０が映し出された領域である第１領域Ｒ１を含む。このような第１合成画像Ｗにおいては、画像ＩＭＧに一時的に表れる油煙やスケール等の異物が映し出されにくい。したがって、異物等の影響を抑制してコイルばね３０の長さを検出することができる。

一方、第２合成画像Ｂは、合成元となる複数の画像ＩＭＧの１つにでもコイルばね３０が映し出された領域である第２領域Ｒ２を含む。このような第２合成画像Ｂにおいては、複数の画像ＩＭＧに含まれるコイルばね３０の軌跡が映し出される。したがって、コイルばね３０の振動が大きい場合であっても安定してコイルばね３０の長さを検出することができる。

このように異なる性質を有した第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂのそれぞれから検出した長さに基づき最終的なコイルばね３０の長さを決定することで、高精度な検長が可能となる。

なお、仮にコイルばね３０の振動がある程度減衰するのを待ったり、コイルばね３０に何らかの部材を接触させて機械的に振動を停止させたりすれば、１つの画像ＩＭＧからでも正確な検長が可能となる。しかしながら、この場合においては成形後のコイルばね３０を切断するまでの時間が長くなり、製造時間の遅延が生じる。これに対し、本実施形態のように振動した状態のコイルばね３０の長さを正確に検出できれば、製造時間の大幅な短縮が可能となる。

発明者らは、本実施形態にて開示したように合成画像を用いてコイルばねの長さを検出する方法の精度を検証すべく実験を行った。当該実験においては、コイリングマシンにより成形されるコイルばねの長さを第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂを用いる本実施形態に係る検出方法にて検出した。

第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂを得るために画像ＩＭＧを合成する回数は、３回、５回、７回、９回と変化させた。なお、合成回数が３回の場合には時系列に撮像された４つの画像ＩＭＧに基づき第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成され、合成回数が５回の場合には時系列に撮像された５つの画像ＩＭＧに基づき第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成され、合成回数が７回の場合には時系列に撮像された７つの画像ＩＭＧに基づき第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成され、合成回数が９回の場合には時系列に撮像された９つの画像ＩＭＧに基づき第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂが生成される。カメラ５のフレームレートは１３０ｆｐｓである。

また、本実施形態に係る検出方法に加え、画像合成に用いた１つの画像ＩＭＧから画像処理にてコイルばねの長さを検出するとともに、静電容量式のセンサによってコイルばねの長さを実測した。

図９、図１１、図１３および図１５は、それぞれ合成回数が３回、５回、７回および９回の場合において、１つの画像ＩＭＧからコイルばねの長さを検出した結果（「合成無し」）、本実施形態に係る検出方法でコイルばねの長さを検出した結果（「合成」）、および、コイルばねの長さを実測した結果（「実測」）を示すグラフである。横軸は実験回数（ｎ回）であり、縦軸は検出または実測されたコイルばねの長さ（ｍｍ）である。

図１０、図１２、図１４および図１６は、それぞれ図９、図１１、図１３および図１５における「合成無し」および「合成」の値から「実測」の値をそれぞれ減じた差分を示すグラフである。

図９、図１１、図１３および図１５から分かるように、「合成無し」、「合成」および「実測」のいずれの値も回ごとに同様の傾向にて変化するが、これらの値が大きく乖離する箇所も存在する。

また、図１０、図１２、図１４および図１６から分かるように、「合成無し」の値と「実測」の値の差分は回ごとに大きく変化するが、「合成」の値と「実測」の値の差分は比較的安定しており、全体として「実測」の値に近いと言える。すなわち、本実施形態に係る検出方法でコイルばねの長さを検出すれば、１つの画像ＩＭＧから当該長さを検出する場合に比べ、実測値に近い結果を安定して得られることが確認された。

さらに、発明者らは、図１０、図１２、図１４および図１６における「合成」の値に基づき、合成回数が３回、５回、７回および９回の場合のそれぞれにおけるばらつきσ［ｍｍ］を算出した。その結果、合成回数が３回の場合はσ＝０．０２３ｍｍ、合成回数が５回の場合はσ＝０．０２４ｍｍ、合成回数が７回の場合はσ＝０．０２４ｍｍ、合成回数が９回の場合はσ＝０．０２７ｍｍとなった。

このことから、合成回数が３回〜７回であれば同程度の検長結果を得ることができ、合成回数の増加が必ずしも精度の向上に繋がらないことが確認された。なお、合成回数が９回の場合のばらつきσが大きくなった理由としては、合成元の画像ＩＭＧの一部に成形途中のコイルばねが映し出されたこと、あるいは成形直後で振動の強いコイルばねが映し出されたことが考えられる。

以上の実施形態にて開示した発明を実施するに当たっては、コイリングマシン１および検長システム２の構成や動作を種々の態様に変更できる。
例えば、上記実施形態においては複数の画像ＩＭＧに基づいて第１合成画像Ｗと第２合成画像Ｂを生成し、これら合成画像に基づいてコイルばねの最終的な長さを検出する方法を例示した。しかしながら、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂのいずれか一方に基づいてコイルばねの最終的な長さが検出されてもよい。

すなわち、上記実施形態の他の例として、第１合成画像Ｗから検出される上述の第１長さＫ１がコイルばねの最終的な長さＫに決定されてもよい。上述のように第１合成画像Ｗには油煙やスケール等の異物が映し出されにくいことから、第１合成画像Ｗにのみ基づいてコイルばねの長さを検出する場合であっても、１つの画像ＩＭＧからコイルばねの長さを検出する場合に比べ検長の精度向上が期待できる。

さらに他の例として、第２合成画像Ｂから検出される上述の第２長さＫ２がコイルばねの最終的な長さＫに決定されてもよい。上述のように第２合成画像Ｂはコイルばねの振動が大きいときに有利であることから、第２合成画像Ｂのみに基づいてコイルばねの長さを検出する場合であっても、１つの画像ＩＭＧからコイルばねの長さを検出する場合に比べ検長の精度向上が期待できる。

コイルばねの長さの検出に用いる合成画像は、第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂ以外の方法で合成された画像であってもよい。また、このような合成画像とともに第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂの少なくとも一方を用いてコイルばねの長さが検出されてもよい。

第１合成画像Ｗおよび第２合成画像Ｂは、合成元の複数の画像ＩＭＧの全ての領域を合成したものでなく、例えば関心領域ＲＯＩのみ合成したものであってもよい。この場合においては、画像合成に関する演算速度の向上が期待できる。

１…コイリングマシン、２…検長システム、３…ワイヤ、４…検長装置、５…カメラ、６…光源、３０…コイルばね、４０ａ…画像合成モジュール、４０ｂ…検長モジュール、ＩＭＧ…画像、Ｗ…第１合成画像、Ｂ…第２合成画像、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｋ１…第１長さ、Ｋ２…第２長さ。

Claims (13)

1. コイリングマシンによりワイヤから成形されるコイルばねの長さを検出する検長装置であって、
   前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列で撮像することにより得られた複数の画像を合成した合成画像を生成する画像合成モジュールと、
   前記合成画像に基づき前記コイルばねの長さを検出する検長モジュールと、
   を備える検長装置。
2. 前記合成画像は、前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、
   前記検長モジュールは、前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する、
   請求項１に記載の検長装置。
3. 前記合成画像は、前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、
   前記検長モジュールは、前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する、
   請求項１に記載の検長装置。
4. 前記画像合成モジュールは、前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された第１領域を示す第１合成画像と、前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された第２領域を示す第２合成画像とを生成し、
   前記検長モジュールは、前記第１合成画像における前記第１領域の端部の位置と、前記第２合成画像における前記第２領域の端部の位置とに基づいて前記コイルばねの長さを検出する、
   請求項１に記載の検長装置。
5. 前記検長モジュールにより検出される前記コイルばねの長さは、前記第１領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第１長さと、前記第２領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第２長さの間の値である、
   請求項４に記載の検長装置。
6. 前記複数の画像のフレームレートは、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねの振動の周波数よりも大きい、
   請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の検長装置。
7. 前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列で撮像して前記複数の画像を生成するカメラと、
   請求項１に記載の検長装置と、
   を備える検長システム。
8. コイリングマシンによりワイヤから成形されるコイルばねの長さを検出する検長方法であって、
   前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねを時系列に撮像し、
   撮像された複数の画像が合成された合成画像を生成し、
   前記合成画像に基づき前記コイルばねの長さを検出する、
   検長方法。
9. 前記合成画像は、前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、
   前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する、
   請求項８に記載の検長方法。
10. 前記合成画像は、前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された領域を示す画像であり、
    前記合成画像における前記領域の端部を前記コイルばねの端部とみなして前記コイルばねの長さを検出する、
    請求項８に記載の検長方法。
11. 前記複数の画像の全てにおいて前記コイルばねが映し出された第１領域を示す第１合成画像と、前記複数の画像の１つにでも前記コイルばねが映し出された第２領域を示す第２合成画像とを生成し、
    前記第１合成画像における前記第１領域の端部の位置と、前記第２合成画像における前記第２領域の端部の位置とに基づいて前記コイルばねの長さを検出する、
    請求項８に記載の検長方法。
12. 前記第１領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第１長さと、前記第２領域の端部を前記コイルばねの端部とみなした前記コイルばねの第２長さの間の値を前記コイルばねの長さとして検出する、
    請求項１１に記載の検長方法。
13. 前記複数の画像のフレームレートは、前記ワイヤから切断される前の前記コイルばねの振動の周期よりも大きい、
    請求項８〜１２のうちいずれか１項に記載の検長方法。

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