JP5322390B2 - 丸棒検査装置及び丸棒検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、丸棒の外周面の疵や汚れ等を検査する丸棒検査装置及び丸棒検査方法に関する。

従来より、圧延等により製造された長尺の鋼材等の丸棒の外周面の疵や汚れ等の検査が行われている。この丸棒検査装置としては、例えば、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１の丸棒検査装置では、丸棒を磁化し、丸棒が磁化されることにより丸棒の表面に存在する疵に磁極が生じ、この疵に粉末を付着させ、この粉末の付着の程度により、疵の程度を判定している。具体的には、粉末が表面疵の形状が反映された模様を呈し、その模様をＣＣＤ素子等のイメージセンサで測定し、画像処理に準じる方法で模様を解析し、疵の程度を判定している。
特開２００５−１３４１７７号公報

しかしながら、従来の丸棒検査装置では、丸棒を磁化したり画像処理を掛けたりと装置が複雑で高価である。また、磁化できない丸棒を検査できないという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光源と受光センサのみの簡易な装置で容易に丸棒の外周面の疵等を検出することができる丸棒検査装置及び丸棒検査方法を提供することにある。

請求項１記載の丸棒検査装置は、丸棒の軸に略垂直に外周面に光を照射する光源と、丸棒の軸方向に略垂直な断面視で、丸棒の軸における光源の入射方向とのなす角度が１３０度〜１７０度になるように設けられた受光センサとを備え、丸棒の軸中心方向に向かって丸棒の太さ方向の略全体に対して照射された光源から光の外周面での反射光を受光センサで受光し、受光した光の光量の減少から疵や汚れを検出することを特徴とする。

請求項２記載の丸棒検査装置は、光源が、発光ダイオードであることを特徴とする。

請求項３記載の丸棒検査装置は、受光センサが、フォトダイオードであることを特徴とする。

請求項４記載の丸棒検査方法は、丸棒の軸に略垂直に外周面に光を照射し、丸棒の軸方向に略垂直な断面視で丸棒の軸における光源の入射方向とのなす角度が１３０度〜１７０度になるように設けられた受光センサで、丸棒の軸中心方向に向かって丸棒の太さ方向の略全体に対して照射された光源からの光の外周面での反射光を受光し、受光した光の光量の減少から疵や汚れを検出することを特徴とする。

請求項１及び請求項４の発明によれば、丸棒の軸方向に略垂直な断面視で、丸棒の軸における光源の入射方向とのなす角度が１３０度〜１７０度になるように設けられた受光センサとを備え、丸棒の軸中心方向に向かって丸棒の太さ方向の略全体に対して照射された光源からの光の外周面での反射光を受光センサで受光し、受光した光のレベルから外周面を検査することから、光源と受光センサのみの簡易な装置で容易に丸棒の外周面の疵等を検出することができる。また、丸棒の軸における光源の入射方向と受光センサとのなす角度が、１３０度〜１７０度であることから、疵等に対して感度が向上し、より精度の高い丸棒の外周面の疵等の検出が可能となる。さらに、光源からの光の外周面での反射光を受光センサで受光し、受光した光の光量の減少から疵や汚れを検出することから、検出したい疵等によらない光のレベルの変化や全体的な光量の変化による影響を抑え、より精度の高い丸棒の外周面の疵等の検出が可能となる。

請求項２の発明によれば、光源が発光ダイオードであることから、光を丸棒で合焦させる必要がなく、丸棒への光の照射が容易である。

請求項３の発明によれば、受光センサがフォトダイオードであることから、本装置のコストを抑えることが可能である。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る丸棒検査装置の一例を示す構成図である。図２は、同丸棒検査装置の構成の詳細を示す説明図である。図３は、同丸棒検査装置の動作を示す説明図である。図４は、同丸棒検査装置の動作の詳細を示す説明図である。

図における丸棒検査装置１は、丸棒ｗの外周面の疵や汚れ等を検査し、疵等の有無を判断するための装置である。丸棒検査装置１は、円筒状で中央を丸棒ｗが通過する誘導筒７，８と誘導筒７，８をそれぞれ回転自在に軸支する軸受基台５，６を、回転軸が同一軸になるように平行して備えている。そして、誘導筒７，８の向かい合う端部の間には、所定の間隙を有して平行に配置された２枚の円盤を有する回転基台１０が設けられている。この回転基台１０の円盤の回転中心（円盤の中心）は、誘導筒７，８の回転軸と同一軸であり、円盤の中心には丸棒ｗが通過可能な孔が穿設されている。そして、丸棒検査装置１は、丸棒ｗが、誘導筒７，８及び回転基台１０の回転中心を通過可能に作られている。

そして、回転基台１０には、基板２１に保持され丸棒ｗの外周面に向かって光を照射する光源である発光ダイオード２０、素子支持部２７に保持され発光ダイオード２０の光が丸棒ｗの外周面で反射した反射光を受光する受光センサであるフォトダイオード２５、反射光をフォトダイオード２５に向かって集光する集光レンズ２６、発光ダイオード２０の光が直接フォトダイオード２５に入射しないようにする遮光板１５を備えている。発光ダイオード２０は、丸棒ｗの軸に略垂直に丸棒ｗの外周面に光が当たる位置に配置されている。また、フォトダイオード２５は、丸棒ｗの軸断面視で、丸棒ｗの軸における発光ダイオード２０からの光の入射方向とのなす角度（図２の各θ）が９０度を超え１８０度未満になるように配置されている。尚、図示しない回転手段により誘導筒７，８を含め回転基台１０が回転することで、丸棒ｗ、発光ダイオード２０及びフォトダイオード２５の配置が維持された状態で、丸棒ｗの外周面の外側を、発光ダイオード２０、フォトダイオード２５及び遮光板１５が回転することになる。

図２に示しように、発光ダイオード２０には安定化電源２２が接続され、発光することになる。また、フォトダイオード２５には、フォトダイオード２５が出力する受光した光のレベルを処理し疵等の有無を判定するデータ解析部３０が接続されている。

このように構成された丸棒検査装置１の動作を図３及び図４を基に説明する。尚、図３及び図４においては、丸棒ｗの断面を集光レンズ２６やフォトダイオード２５に比べて大きく記載しているが、これは丸棒ｗの疵を強調して説明するためであり、実際には丸棒ｗの疵付近の反射光がフォトダイオード２５に到達する太さである。すなわち図３（ａ）に示すように、発光ダイオード２０からの照明光が、丸棒ｗの外周面で反射して、その反射光が集光レンズ２６で集められフォトダイオード２５に入射する。このフォトダイオード２５が捉える反射光のレベルは、図３（ｂ）に示すように、疵等がなければほぼ一定のレベル（ベースライン・レベル）になるが、疵があると反射光の光量が減少し、疵に応じたレベル分低下することになる。この反射光量減少を、データ解析部３０で検出することにより、丸棒ｗの疵等の検査が可能となる。尚、反射光のベースライン・レベルは、ほぼ安定しているものの若干の変動があることから、レベルの移動平均を行い、反射光量減少のみを適切に判定できるようにしてもよい。

尚、図４（ａ）に示すように角度θが異なると（図４の場合、約９０°と約１５０°を例示）、その角度により図４（ｂ）に示すように観測エリアが異なってくる。具体的には、約９０°に比べ約１５０°の方が観測エリアが狭くなる。観測エリアが異なると、図４（ｃ）に示すように、反射光のレベル（ベースライン・レベル）も異なってくる（約９０°の場合＝ｍ、約１５０°の場合＝ｍ‘）。観測エリアが狭い場合（角度θが大きい場合）、反射光のレベル（ベースライン・レベル）が小さく、広い場合（角度θが小さい場合）、反射光のレベル（ベースライン・レベル）が大きくなるのに対し、疵による反射光量減少（ｖ、ｖ’）はほぼ同じである。このため、ｖとｍとの比率（変位：ｖ／ｍ）に対し、ｖ‘とｍ’との比率（変位：ｖ‘／ｍ’）を比較すると、ｖ‘／ｍ’の方が疵に対して鋭敏な反応を示す（感度が向上する）こととなる。このため、約９０°に比べ約１５０°の方が、角度θとしては好ましい。この点を考慮すると、疵等の検査自体は角度θが９０度を超え１８０度未満であれば可能であるが、約１３０度〜約１７０度の範囲が好ましい。

尚、疵による反射光量減少の絶対値から判断することも可能であるが、角度θにより反射光のレベル（ベースライン・レベル）が異なることを考慮すると、反射光量減少のレベル（ベースライン・レベル）に対する変位を用いることが好ましい。

以上のように本実施例の丸棒検査装置１によれば、発光ダイオード２０からの光の外周面での反射光をフォトダイオード２５で受光し、受光した光のレベルから外周面を検査することから、発光ダイオード２０とフォトダイオード２５のみの簡易な装置で容易に丸棒ｗの外周面の疵等を検出することができる。また、本実施例の丸棒検査装置１は、非接触で検査を行うことから、検査にあたって丸棒ｗの揺れや振動に影響されにくい。尚、丸棒ｗの太さを例示すると、例えば直径が約１ｍｍ〜約３ｍｍの丸棒で、幅が約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの疵を検出することができる。

また、フォトダイオード２５で受光した光のレベルの変位により、丸棒ｗの外周面の疵や汚れ等を検査することから、検出したい疵等によらない光のレベルの変化や全体的な光量の変化による影響を抑え、より精度の高い丸棒ｗの外周面の疵等の検出が可能となる。さらに、受光センサがフォトダイオード２５であることから、本装置のコストを抑えることが可能である。

本実施例では、発光ダイオード２０とフォトダイオード２５を丸棒ｗの周囲で回転させ、丸棒ｗの全周の検査を可能としているが、発光ダイオード２０とフォトダイオード２５とを固定し、丸棒ｗを回転させて全周の検査を行うことも可能である。但し、例えば線材のように長尺でそれ自身を回転させることが困難な丸棒の場合は、発光ダイオード２０とフォトダイオード２５とが回転する方が好ましい。

また、光源としてレーザ光源も使用可能であるが、レーザ光源の場合はレーザ光を丸棒で合焦させる必要があり、光源自体が高価で構造が複雑なことから、発光ダイオードの方が、丸棒ｗへの光の照射が容易である。

尚、検査可能な丸棒ｗは、金属だけではなく樹脂等であっても構わず、光が外周面で反射する材質であれば幅広く検査が可能である。また、丸棒ｗの太さや長さに関しても限られるものではなく、丸棒ｗと発光ダイオード２０やフォトダイオード２５等の距離等を調整することにより適宜検査することができる。さらに、丸棒ｗの断面形状は、反射光がフォトダイオード２５に到達可能な反射角を形成可能な曲率を有していればよく、真円だけでなく楕円や歪んだ形状であってもよい。

以上のように、本発明によれば、光源と受光センサのみの簡易な装置で容易に丸棒の外周面の疵等を検出することができる丸棒検査装置及び丸棒検査方法を提供することができる。

本発明に係る丸棒検査装置の一例を示す構成図である。 同丸棒検査装置の構成の詳細を示す説明図である。 同丸棒検査装置の動作を示す説明図である。 同丸棒検査装置の動作の詳細を示す説明図である。

符号の説明

１・・・・丸棒検査装置
５・・・・軸受基台
６・・・・軸受基台
７・・・・誘導筒
８・・・・誘導筒
１０・・・回転基台
１５・・・遮光板
２０・・・発光ダイオード
２１・・・基板
２２・・・安定化電源
２５・・・フォトダイオード
２６・・・集光レンズ
２７・・・素子支持部
３０・・・データ解析部
Ｗ・・・・丸棒

Claims (4)

1. 丸棒の外周面の疵や汚れを検査する丸棒検査装置において、
   該丸棒の軸に略垂直に該外周面に光を照射する光源と、
   該丸棒の軸方向に略垂直な断面視で、該丸棒の軸における該光源の入射方向とのなす角度が１３０度〜１７０度になるように設けられた受光センサとを備え、
   該丸棒の軸中心方向に向かって該丸棒の太さ方向の略全体に対して照射された該光源から光の該外周面での反射光を該受光センサで受光し、該受光した光の光量の減少から該疵や汚れを検出することを特徴とする丸棒検査装置。
2. 前記光源が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の丸棒検査装置。
3. 前記受光センサが、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の丸棒検査装置。
4. 丸棒の外周面の疵や汚れを検査する丸棒検査方法において、
   該丸棒の軸に略垂直に該外周面に光を照射し、
   該丸棒の軸方向に略垂直な断面視で該丸棒の軸における該光源の入射方向とのなす角度が１３０度〜１７０度になるように設けられた受光センサで、該丸棒の軸中心方向に向かって該丸棒の太さ方向の略全体に対して照射された該光源からの光の該外周面での反射光を受光し、
   該受光した光の光量の減少から該疵や汚れを検出することを特徴とする丸棒検査方法。

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