JP3622943B2 - 芯線入りコイルの隙間検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、照明用ランプの発光源としての芯線入りコイルの隙間を検査する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、照明用放電ランプの発光源（電極）である芯線入りコイル２は、直径約０．６ｍｍの芯線２ａのまわりを直径０．２ｍｍ程度の細いワイヤーを隙間なく巻き付けて、コイル２ｂとした構造となっている。コイル２ｂに隙間があると、放電発光時に色むらとなって現れ、これが放電ランプの品質低下を招く。これを防ぐため、製造過程で、芯線入りコイル２の隙間の検査が重要となっている。
【０００３】
従来は、製造過程で、芯線入りコイルを１本ずつ投影機で検査員が全製品数にわたって検査していた。その検査法では、芯線入りコイル２のシルエットにおけるコイル２ｂの山部と山部とのピッチが規定値を超えたときに、不良とするものであるが、近年の自動化の流れの中で、画像処理を用いた検査の研究も試みられている。
【０００４】
図２は、一般的な光学系を用いて、検査対象の芯線入りコイル２の芯線２ａからの反射光を直接観察することによって、芯線入りコイル２を検査する装置である。芯線入りコイル２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標系で、Ｘ−Ｙ平面上におかれる。なおＸ軸は、芯線入りコイル２の芯線２ａの長手方向に設定されている。Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な光軸（Ｚ軸）上に落射方向の照明３ａとして、光軸上のレンズ３ｂ、４５°の傾斜角のハーフミラー３ｃおよび光源３ｄが設けられる。光軸上のＴＶカメラ６は、落射方向の照明３ａのもとで、芯線入りコイル２からの反射光を撮像し、画像信号に変換する。
【０００５】
図３は、図２の光学系を用いて撮像した芯線入りコイル２の画像である。黒いところが背景で、それ以外のところが芯線入りコイル２の画像である。落射方向の照明３ａであるから、芯線入りコイル２の表面で、ＴＶカメラ６の光軸に垂直な面および垂直に近い勾配を持つ面は、明るい画像となっている。画像で明るい領域は、芯線入りコイル２（コイル２ｂ）に隙間があったときの芯線部およびコイルの山部であるが、コイルの谷部の筋も明るくなり、コイルの谷部の筋と芯線部の区別ができない。もしも、コイルの谷部の筋が明るくなければ、コイルの山部はほぼ等ピッチで観測されるから、検出されたコイルの谷部と山部との間に明るい領域があれば、コイルの隙間を検出したということで、不良判定ができる。しかし、実際には、コイルの谷部の筋も明るく光り、コイルの谷部の筋と芯線部（コイルの隙間）との区別ができない。
【０００６】
図４は、図２の直交座標系において、芯線入りコイル２をＹ軸とＺ軸を含むＹ−Ｚ平面で切ったときの芯線入りコイル２の断面図である。Ｚ軸に対して約±２０°の傾きを持つ面からの反射光がＴＶカメラ６に帰り、明るい領域として画像上に写る。これが、図３における芯線部（コイルの隙間）およびコイルの山部である。なお、±２０°は、図２の光学系の寸法によって変わる値であり、ＴＶカメラ６と芯線入りコイル２との距離が大きくなれば、明るく写る角度の範囲も小さくなる。また、照明３ａの光源３ｄが小さくても、明るく写る角度の範囲も小さくなる。
【０００７】
次に、図５は、図２の座標系において、コイル２ｂをＸ軸とＺ軸とを含むＸ−Ｚ平面で切ったときのコイル２ｂの断面の一部である。芯線２ａに巻いてあるコイル（ワイヤー）２ｂの断面は、円形ではなく、表面に多くの凹凸がある。これは、図６に見られるように、ワイヤーの製造時、成形用ダイス等を通して成形する際に、長手方向に発生する筋である。
【０００８】
本来、Ｘ−Ｚ平面内では、コイル２ｂの約±２０°の傾きを持つ斜面からの反射光およびコイル２ｂの隙間である芯線部からの反射光だけが明るく観測されるはずであるが、コイル２ｂの表面の筋の部分でも勾配の傾斜角が±２０°の傾きを持つ斜面からの反射光も明るく観測される。これが、図３で見る細長いコイルの谷部の筋である。
【０００９】
このコイルの谷部の筋は、図２の落射方向の照明３ａで観測した画像では、コイル２ｂに隙間があったときの芯線部のすぐ近くに観測されるため、画像中の明るい領域がコイル２ｂの隙間なのか谷部の筋なのか区別がつかない。これが、画像処理による芯線入りコイル２の隙間検査ができない要因である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来法で、芯線入りコイル２の隙間を落射方向の照明３ａを用いて画像処理で検査するとき、ほぼ等しいピッチで観測されるコイルの山部と山部との間に発生する画像上の明るい領域は、コイル２ｂの隙間としての芯線部なのか、それともコイル２ｂの谷部の筋なのか区別がつかない。このため、画像処理によって、コイル２ｂの隙間検査ができないという課題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法は、芯線入りコイルの隙間検査装置（１）を用いる。芯線入りコイルの隙間検査装置（１）は、芯線入りコイル（２）の表面を落射方向から照射する第１の照明（３）と、芯線入りコイル（２）の表面を斜め方向から照射する第２の照明（４）と、第１の照明（３）および第２の照明（４）の点滅順序または点滅状態を制御する照明制御部（５）と、第１の照明（３）および第２の照明（４）による芯線入りコイル（２）からの反射光を画像信号として取り込むＴＶカメラ（６）と、ＴＶカメラ（６）の画像信号を多値画像データに変換するＡ／Ｄ変換部（７）と、Ａ／Ｄ変換部（７）の多値画像データを記憶する画像メモリ（８）と、画像メモリ（８）に記憶されている画像データを処理する演算部（９）とを有する。
【００１２】
請求項１の芯線入りコイルの隙間検査方法は、照明制御部（５）により第１の照明（３）および第２の照明（４）の点滅順序を切り換えながら落射方向の照明による芯線入りコイル（２）の第１の照明画像（Ｇ１）および斜め方向の照明による芯線入りコイル（２）の第２の照明画像（Ｇ２）をＴＶカメラ（６）により撮像してから、演算部（９）によって、第２の照明画像（Ｇ２）を２値化し、さらに第２の照明画像（Ｇ２）の白と黒とを反転して、濃度反転画像（Ｇ３）を得るとともに、濃度反転画像（Ｇ３）と第１の照明画像（Ｇ１）とを論理積演算して合成画像（Ｇ４）を生成し、合成画像（Ｇ４）を２値化して合成２値化画像（Ｇ５）を生成し、この合成２値化画像（Ｇ５）の隙間の像から芯線入りコイル（２）の隙間を検出する。
【００１３】
請求項２の芯線入りコイルの隙間検査方法は、第１の照明（３）および第２の照明（４）をそれぞれ互いに波長の異なる赤、緑、青のいずれかの色照明とし、ＴＶカメラ（６）をカラーＴＶカメラとし、またＡ／Ｄ変換部（７）を第１の照明（３）および第２の照明（４）の色のカラー多値画像データに変換できる構成とし、第１の照明（３）および第２の照明（４）を同時に点灯して、芯線入りコイル（２）のカラー画像（Ｇ０）をＴＶカメラ（６）により撮像してから、演算部（９）によって、カラー画像（Ｇ０）の色分解により第１の照明画像（Ｇ１）と第２の照明画像（Ｇ２）を求め、第２の照明画像（Ｇ２）を２値化し、さらに白と黒とを反転して濃度反転画像（Ｇ３）を得るとともに、濃度反転画像（Ｇ３）と第１の照明画像（Ｇ１）とを論理積演算して合成画像（Ｇ４）を生成し、合成画像（Ｇ４）を２値化して合成２値化画像（Ｇ５）を生成し、合成２値化画像（Ｇ５）隙間の像から芯線入りコイル（２）の隙間を検出する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図７は、芯線入りコイルの隙間検査装置１を示す。芯線入りコイルの隙間検査装置１は、本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法を実行し、検査対象の芯線入りコイル２の隙間を検出するために、第１の照明３、第２の照明４、照明制御部５、ＴＶカメラ６、Ａ／Ｄ変換部７、画像メモリ８、および演算部９などを有する。
【００１５】
第１の照明３は、芯線入りコイル２の表面をＴＶカメラ６の光軸方向から照射し、また、第２の照明４は、例えばリング状の光源からなり、芯線入りコイル２の表面を斜め方向全方位から照射する。なお、第１の照明３の内部構成は、前記従来例の照明３ａと同様である。照明制御部５は、ＴＶカメラ６と連動して、第１の照明３および第２の照明４の点滅順序または点滅状態を制御する。
【００１６】
ＴＶカメラ６は、第１の照明３および第２の照明４による芯線入りコイル２からの反射光を画像信号として取り込み、Ａ／Ｄ変換部７に送る。Ａ／Ｄ変換部７は、ＴＶカメラ６からの画像信号を多値画像データに変換し、画像メモリ８に送る。画像メモリ８は、Ａ／Ｄ変換部７からの多値画像データを記憶する。演算部９は、画像メモリ８に記憶されている画像データを本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法にもとづいて処理する。なお、これらは、バス１０によって双方向にデータ転送可能な状態で接続されている。
【００１７】
図８は、落射方向の照明による第１の照明画像Ｇ１および斜め方向の照明による第２の照明画像Ｇ２から、濃度反転画像Ｇ３、合成画像Ｇ４を経て、最終的に合成２値化画像Ｇ５を生成する過程を示している。また、図９は、本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法の手順を示している。
【００１８】
まず、照明制御部５は、第１の照明３のみを点灯する。このとき、ＴＶカメラ６は、第１の照明３による芯線入りコイル２からの反射光を撮像し、第１の照明画像Ｇ１の画像信号として取り込んで、Ａ／Ｄ変換部７に送る。Ａ／Ｄ変換部７は、第１の照明画像Ｇ１の画像信号を多値画像データに変換し、画像メモリ８に送り、そこに記憶させる。
【００１９】
つぎに、照明制御部５は、第２の照明４のみを点灯する。このとき、ＴＶカメラ６は、第２の照明４による芯線入りコイル２からの反射光を撮像し、第２の照明画像Ｇ２の画像信号として取り込み、Ａ／Ｄ変換部７に送る。Ａ／Ｄ変換部７は、第２の照明画像Ｇ２の画像信号を多値画像データに変換し、画像メモリ８に送り、そこに記憶させる。
【００２０】
第１の照明画像Ｇ１において、コイルの谷部の筋は、明るい領域となることから、本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法は、コイルの谷部の筋を画像処理対象から除くために、斜め方向の第２の照明４により得られる第２の照明画像Ｇ２を用いる。第２の照明画像Ｇ２では、コイルの谷部が明るい領域となっている。この明るい領域は、落射方向の第１の照明画像Ｇ１で、明るい領域となっているコイルの谷部の筋を含む。
【００２１】
そこで、演算部９は、第２の照明画像Ｇ２を適当なしきい値で２値化し、コイルの谷部を白、その他の領域を黒とし、つぎにこの２値化後の画像の濃度を反転し、コイルの谷部を黒、その他の領域を白とする濃度反転画像Ｇ３を生成する。第１の照明画像Ｇ１で明るい領域となっているコイルの谷部の筋は、第２の照明画像Ｇ２では明るい領域となって写るから、濃度反転画像Ｇ３では黒として処理される。
【００２２】
このあと、演算部９は、濃度反転画像Ｇ３と第１の照明画像Ｇ１とを論理積演算して合成画像Ｇ４を生成する。濃度反転画像Ｇ３で黒の部分に対応する第１の照明画像Ｇ１の画素は、合成画像Ｇ４では黒となり、濃度反転画像Ｇ３で白の部分に対応する第１の照明画像Ｇ１の画素の濃度値は、合成画像Ｇ４ではその濃度値のまま保持される。第１の照明画像Ｇ１で明るい領域となっているコイルの谷部の筋は、濃度反転画像Ｇ３では黒となっているから、合成画像Ｇ４では黒として処理される。
【００２３】
演算部９は、合成画像Ｇ４を適当な別のしきい値で２値化して、合成２値化画像Ｇ５を生成する。第１の照明画像Ｇ１で明るい領域となっているコイルの谷部の筋は、合成画像Ｇ４では黒となっているから、合成２値化画像Ｇ５でも黒として処理される。よって、合成２値化画像Ｇ５で白として抽出される領域は、コイルの山部とコイルの隙間である芯線部だけである。
【００２４】
演算部９は、合成２値化画像Ｇ５の中から面積の大きい白領域を画像処理により抽出し、その重心を画像処理によって求め、ほぼ等ピッチである白領域をコイルの山部とし、そのコイルの山部と山部との間に白領域があれば、芯線部の隙間検出と判定し、このときの芯線入りコイル２を不良とする。また、この過程で、この白領域の幅を芯入りコイル２の隙間の幅として検出することもできる。
【００２５】
次に、ＴＶカメラ６として、カラーＴＶカメラを用いることによって、第１の照明３および第２の照明４の点滅順序を制御するための照明制御部５を無くすることを考える。第１の照明３および第２の照明４のうち一方を赤、緑、青のいずれかの色の照明とし、他方を先の色の照明と波長の異なる赤、緑、青のいずれかの色から選択した照明とする。
【００２６】
図１０は、一例として、第１の照明３を赤とし、第２の照明４を青として、それらを同時に点灯したときの本発明の芯線入りコイルの隙間検査方法の順序を示している。同時点灯の状態で、カラーのＴＶカメラ６は、赤および青の照明の下で、芯線入りコイル２をカラー画像Ｇ０として撮像する。Ａ／Ｄ変換部７は、カラー画像Ｇ０の画像データをＡ／Ｄ変換して、２色の多値画像データとして、画像メモリ８に送り、記憶させる。ここで、演算部９は、カラー画像Ｇ０から色分解によって、画像をそれぞれ赤、青色毎の画像に分解し、第１の照明画像Ｇ１と第２の照明画像Ｇ２として生成する。以下の手順は、先に述べた手順と同様である。このように、着色照明を用いることによって、２つの照明の点滅状態を切り換えなくても、必要な画像処理が可能となる。
【００２７】
芯線入りコイルの隙間検査装置１にＸ軸方向のステージをつなぎ、Ｘ軸を制御する制御手段を設けることにより、予め登録されたＸ軸の位置にしたがって、Ｘ軸を順次に芯線入りコイル２の隙間検査の１視野毎と同期させて移動させることにより、１本の芯線入りコイル２を１視野だけでなく、全て検査することができる。また、芯線２ａの中心線と同心のθ軸ステージと、θ軸を制御する制御手段を設け、θ軸を順次芯入りコイルの隙間検査の１視野毎と同期させて回転させることにより、コイル２ｂのあらゆる方向の検査も可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、下記の特有の効果が得られる。芯線入りコイルを照射角度の異なる２つの照明を用いて、各照明毎に照明画像を得てから、それらの照明画像に対する２値化処理、濃度反転処理、合成処理などによって、最終的にコイルの山部とコイルの隙間とを判別可能な画像が得られるため、コイルの隙間検査が画像処理によって確実に行なえる。また、２つの照明として着色照明を用いることによって、照明の切り換えを行なわなくても、必要な２つの照明画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】芯線入りコイルの正面図である。
【図２】芯線入りコイルの隙間検出のための光学系の側面図である。
【図３】芯線入りコイルの落射方向の照明による画像の説明図である。
【図４】Ｙ−Ｚ平面で切った芯線入りコイルの断面図である。
【図５】Ｘ−Ｚ平面で切った芯線入りコイルの拡大断面図である。
【図６】芯線入りコイルの拡大正面図である。
【図７】芯線入りコイルの隙間検査装置のブロック線図である。
【図８】２つの照明画像から合成２値化画像を生成する過程の説明図である。
【図９】芯線入りコイルの隙間検査方法の順序を示す説明図である。
【図１０】カラーＴＶカメラを用いた芯線入りコイルの隙間検査方法の順序の説明図である。
【符号の説明】
１ 芯線入りコイルの隙間検査装置
２ 芯線入りコイル
２ａ 芯線
２ｂ コイル
３ａ 照明
３ｂ レンズ
３ｃ ハーフミラー
３ｄ 光源
３ 第１の照明
４ 第２の照明
５ 照明制御部
６ ＴＶカメラ
７ Ａ／Ｄ変換部
８ 画像メモリ
９ 演算部
１０ バス
Ｇ０ カラー画像
Ｇ１ 第１の照明画像
Ｇ２ 第２の照明画像
Ｇ３ 濃度反転画像
Ｇ４ 合成画像
Ｇ５ 合成２値化画像

Claims (2)

1. 芯線入りコイル（２）の表面を落射方向から照射する第１の照明（３）と、芯線入りコイル（２）の表面を斜め方向から照射する第２の照明（４）と、第１の照明（３）および第２の照明（４）の点滅順序を制御する照明制御部（５）と、第１の照明（３）および第２の照明（４）による芯線入りコイル（２）からの反射光を画像信号として取り込むＴＶカメラ（６）と、ＴＶカメラ（６）の画像信号を多値画像データに変換するＡ／Ｄ変換部（７）と、Ａ／Ｄ変換部（７）の多値画像データを記憶する画像メモリ（８）と、画像メモリ（８）に記憶されている画像データを処理する演算部（９）とを有する芯線入りコイルの隙間検査装置（１）において、
   照明制御部（５）により第１の照明（３）および第２の照明（４）の点滅順序を切り換えながら落射方向の照明による芯線入りコイル（２）の第１の照明画像（Ｇ１）および斜め方向の照明による芯線入りコイル（２）の第２の照明画像（Ｇ２）をＴＶカメラ（６）により撮像してから、演算部（９）によって、第２の照明画像（Ｇ２）を２値化し、さらに第２の照明画像（Ｇ２）の白と黒とを反転して、濃度反転画像（Ｇ３）を得るとともに、濃度反転画像（Ｇ３）と第１の照明画像（Ｇ１）とを論理積演算して合成画像（Ｇ４）を生成し、合成画像（Ｇ４）を２値化して合成２値化画像（Ｇ５）を生成し、この合成２値化画像（Ｇ５）の隙間の像から芯線入りコイル（２）の隙間を検出することを特徴とする芯線入りコイルの隙間検査方法。
2. 芯線入りコイル（２）の表面を落射方向から照射する第１の照明（３）と、芯線入りコイル（２）の表面を斜め方向から照射する第２の照明（４）と、第１の照明（３）および第２の照明（４）による芯線入りコイル（２）からの反射光を画像信号として取り込むＴＶカメラ（６）と、ＴＶカメラ（６）の画像信号を多値画像データに変換するＡ／Ｄ変換部（７）と、Ａ／Ｄ変換部（７）の多値画像データを記憶する画像メモリ（８）と、画像メモリ（８）に記憶されている画像データを処理する演算部（９）とを有する芯線入りコイルの隙間検査装置（１）において、
   第１の照明（３）および第２の照明（４）をそれぞれ互いに波長の異なる赤、緑、青のいずれかの色照明とし、ＴＶカメラ（６）をカラーＴＶカメラとし、またＡ／Ｄ変換部（７）を第１の照明（３）および第２の照明（４）の色のカラー多値画像データに変換できる構成とし、
   第１の照明（３）および第２の照明（４）を同時に点灯して、芯線入りコイル（２）のカラー画像（Ｇ０）をＴＶカメラ（６）により撮像してから、演算部（９）によって、カラー画像（Ｇ０）の色分解により第１の照明画像（Ｇ１）と第２の照明画像（Ｇ２）を求め、第２の照明画像（Ｇ２）を２値化し、さらに白と黒とを反転して濃度反転画像（Ｇ３）を得るとともに、濃度反転画像（Ｇ３）と第１の照明画像（Ｇ１）とを論理積演算して合成画像（Ｇ４）を生成し、合成画像（Ｇ４）を２値化して合成２値化画像（Ｇ５）を生成し、合成２値化画像（Ｇ５）隙間の像から芯線入りコイル（２）の隙間を検出することを特徴とする芯線入りコイルの隙間検査方法。

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