JP6278274B2 - 平角エナメル線の外観検査方法および平角エナメル線の外観検査装置 - Google Patents

平角エナメル線の外観検査方法および平角エナメル線の外観検査装置 Download PDF

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Description

本発明は、平角エナメル線の外観検査方法および平角エナメル線の外観検査装置に関する。
線の外観検査方法として、線を移動しながら表面を撮像し、撮像データから線表面の欠陥を検出する方法が知られている。
このような外観検査方法を適用した例として、光を丸エナメル線表面に対して垂直に照射して線表面を撮像し、撮像データから表面欠陥を検出する、エナメル線の外観検査装置が知られている。(例えば、特許文献1。)
また、エナメル線の長手方向から光を照射して線表面を撮像し、撮像データからエナメルの膨れ欠陥を検出する、エナメル線の欠陥検出方法が知られている。(例えば、特許文献2)
特開2011−209112号公報 特開昭54−128389号公報
近年、巻線の小型化を目的として、巻線のエナメル線に平角エナメル線を用いることがある。平角エナメル線は、面に方向性があり、丸エナメル線と同様に外観検査を行うと、表面欠陥を見落としてしまう可能性がある。
例えば、特許文献1の外観検査装置を用いて平角エナメル線の外観検査を行うと、線の角部を暗く撮像してしまうことがあり、角部に欠陥が無いにもかかわらず、角部に欠陥があると誤検出してしまう可能性がある。また、特許文献1の外観検査装置は、色調変化の小さい欠陥を見落としてしまう可能性があり、緩やかな小さい凸にして色調変化の小さいエナメルの膨れ欠陥を見落としてしまう可能性がある。
また、特許文献2の欠陥検出方法を用いて平角エナメル線の外観検査を行うと、凹凸の小さい欠陥は検出できるものの、エナメル膜内に異物が混入した凹凸のない欠陥や、過加熱によるエナメル膜の焦げ付きなどの色調欠陥を見落としてしまう可能性がある。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、平角エナメル線の表面欠陥について、凹凸欠陥および色調欠陥を精度良く検出することが可能な、平角エナメル線の外観検査方法および平角エナメル線の外観検査装置を提供することを目的とする。
本発明の平角エナメル線の外観検査方法は、長手方向に移動する平角エナメル線の平面および角面に明視野撮像光を照射し、前記平面および前記角面の明視野像を撮像する工程と、前記平角エナメル線の長手方向に沿って暗視野撮像光を照射し、前記平面および前記角面の暗視野像を撮像する工程と、前記明視野像と前記暗視野像から、前記平面および前記角面における欠陥の有無を判定する工程とを有している。
そして、本発明の外観検査方法では、前記暗視野撮像光を、前記長手方向に沿って対向する2方向から照射し、該照射の対向する間隔の中央部で暗視野像を撮像することが好ましい。
また、本発明の平角エナメル線の外観検査装置は、長手方向に移動する平角エナメル線の平面および角面に明視野撮像光を照射する明視野撮像用照明装置と、前記平面および前記角面の明視野像を撮像する明視野撮像装置と、前記平角エナメル線の長手方向に沿って暗視野撮像光を照射する暗視野撮像用照明装置と、前記平面および前記角面の暗視野像を撮像する暗視野撮像装置と、前記明視野像と前記暗視野像から、前記平面および前記角面における欠陥の有無を判定する判定部とを具備している。
そして、本発明の外観検査装置は、前記暗視野撮像用照明装置が、前記暗視野撮像光を、前記長手方向に沿って対向する2方向から照射するものであることが好ましい。
本発明は、平角エナメル線の形状に対応する照明を用い、平角エナメル線の表面欠陥の有無を、平面および角面の明視野像と暗視野像から判定しているので、平角エナメル線の表面欠陥を精度良く検出することができる。
本発明が外観検査を行う平角エナメル線の一例を示す図である。 本実施形態の装置の概略構成を示す図である。 本実施形態の明視野撮像ユニットの構成を示す図である。 本実施形態の明視野撮像ユニットにおいて撮像装置の光軸と平角エナメル線との関係を示す図である。 本実施形態の明視野撮像ユニットの構成の一部を拡大した図である。 本実施形態の暗視野撮像ユニットの構成を示す図である。 本実施形態の暗視野撮像ユニットにおいて撮像装置の光軸と平角エナメル線との関係を示す図である。 本実施形態の暗視野撮像ユニットの構成の一部を拡大した図である 本実施形態の明視野撮像ユニットにおける表面欠陥判定手順を示したフロー図である。 本実施形態の暗視野撮像ユニットにおける表面欠陥判定手順を示したフロー図である。 本実施例で撮像された平角エナメル線の明視野像である。 本実施例で撮像された平角エナメル線の暗視野像である。 本実施例と比較例において検出された表面欠陥数を示す図である。
以下、本発明の実施形態である平角エナメル線の外観検査装置について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の検査対象となる平角エナメル線の外観形状の一例を図1に示す。
通常の平角エナメル線は、平角エナメル線10のように、角の稜辺に面取りを施している。本実施形態の外観検査装置は、図1に示すような平角エナメル線を外観検査する装置であり、以下の説明では、平角エナメル線10の平らな面を平面10a、面取りを角面10bとしている。
次に、本実施形態の外観検査装置の概略構成の一例を図2に示す。本実施形態の外観検査装置は、平角エナメル線10表面の明視野像を撮像する明視野撮像ユニット1と、平角エナメル線10表面の暗視野像を撮像する暗視野撮像ユニット2と、コンピュータ3とを具備している。
そして上記構成に加え、本実施形態の外観検査装置は、平角エナメル線10を移動させる搬送装置4と、平角エナメル線10の振動を抑制するガイドローラ5とを具備している。
以下、これら構成要素について詳細に説明する。
(明視野撮像ユニット)
図2に示すように、本実施形態の装置は、明視野撮像ユニット1を、搬送装置4の巻出しローラ4aと巻取りローラ4bとの間に配していて、平角エナメル線10を巻出しローラ4a側から内部に通して、巻取りローラ4b側に排出している。そして、図3に示すように、平角エナメル線10表面を撮像する4基の明視野撮像装置1a、1b、1c、1dと、平角エナメル線10表面に明視野撮像光を照射する、4基の明視野撮像用照明装置1e、1f、1g、1hを有している。
そして、図2と図4(a)に示すように、4基の明視野撮像装置は、光軸m1、m2、m3、m4を、平角エナメル線10の4つの平面10aに対して垂直にしていて、4基の明視野撮像装置が、平面10aの正対視像を撮像するようにしている。また、図3には示していないが、4基の明視野撮像装置はコンピュータ3に接続していて、コンピュータ3が、これら撮像装置の撮像データを取得するようにしている。
ここで、4基の明視野撮像装置には、カラーまたはモノクロのCCDカメラ、CMOSカメラ等を用いることができる。そして、これら撮像装置は、平角エナメル線を高速で移動しても精度良く撮像できるよう、小さい撮像間隔で撮像可能な撮像装置を用いることが好ましく、1/10000秒程度の間隔で撮像可能な撮像装置を用いることがより好ましい。
また、4基の明視野撮像装置は、平角エナメル線10の表面全体を撮像可能な角度範囲において、平面10aに対する光軸の角度を垂直以外にすることができる。例えば、図4(b)に示すように、光軸を平面10aに対して傾けることができ、図には示していないが、隣り合う光軸とのなす角度を90°から任意の角度に変えることもできる。
また、図3に示すように、4基の明視野撮像装置に対応する位置に、4基の明視野撮像用照明装置1e、1f、1g、1hを配していて、明視野撮像光を、平面10aおよび角面10bに対して照射して、4基の明視野撮像装置が平面10aおよび角面10bの明視野像を撮像するようにしている。
図5は、明視野撮像用照明装置1eについて示したものである。なお、残る明視野撮像用照明装置1f、1g、1hは、明視野撮像用照明装置1eと同じ構成であり、説明は省略する。図5に示すように、明視野撮像用照明装置1eは、1基の落射照明具1eaと2基の板状照明具1eb、1ecを有している。
落射照明具1eaは、平角エナメル線10の平面10aに、明視野撮像光L1であるL1aを照射し、明視野撮像装置1aが、平面10aの正常部位を高輝度像にして撮像するようにしている。板状照明具1eb、1ecは、上記平面10aの両脇の角面10aに、明視野撮像光L1であるL1a、L1bを照射し、明視野撮像装置1aが、角面10bの正常部位を高輝度像にして撮像するようにしている。
ここで、明視野撮像用照明装置1eには、白色および有色のLED照明、蛍光灯等を用いることができる。そしてこれら照明装置は、照射範囲内を均一照度にできるものであることが好ましい。
また、図5に示す角度θ、すなわち、平面10aに対する2基の板状照明具の傾斜角度は、明視野撮像装置1aが角面10bの正常部位を高輝度像として撮像できるよう適宜設定することが好ましく、20°から50°に設定することが好ましい。
以上、上記4基の明視野撮像用照明装置と4基の明視野撮像装置の構成により、明視野撮像ユニット1は、平角エナメル線10の平面10aおよび角面10bにおける異物付着、疵、色調変化等の欠陥部位を、明視野像中の低輝度像として撮像することができる。これにより、平角エナメル線10表面の上記欠陥部位を精度良く検出することができる。
(暗視野撮像ユニット)
図6に示すように、本実施形態の装置は、暗視野撮像ユニット2を、搬送装置4の巻出しローラ4aと巻取りローラ4bとの間に配していて、平角エナメル線10を巻出しローラ4a側から内部に通して、巻取りローラ4b側に排出するようにしている。そして、図6に示すように、平角エナメル線10表面を撮像する4基の暗視野撮像装置2a、2b、2c、2dと、平角エナメル線10の長手方向から平面10aおよび角面10bに沿って暗視野撮像光を照射する、2基のリング照明具(暗視野撮像用照明装置)2e、2fを有している。
また、図2と図7(a)に示すように、4基の暗視野撮像装置は、光軸n1、n2、n3、n4を、平角エナメル線10の4つの平面10aに対して垂直にしていて、4基の暗視野撮像装置が、平面10aの正対視像を撮像するようにしている。そして、光軸n1、n2、n3、n4は、2基のリング照明具2e、2fにおける間隔の中央部に位置している。また、図3には示していないが、4基の暗視野撮像装置はコンピュータ3に接続していて、コンピュータ3が、これら撮像装置の撮像データを取得するようにしている。
ここで、4基の暗視野撮像装置には、明視野撮像装置と同様、カラーまたはモノクロのCCDカメラ、CMOSカメラ等を用いることができる。そして、これら撮像装置は、平角エナメル線を高速で移動しても精度良く撮像できるよう、小さい撮像間隔で撮像可能な撮像装置を用いることが好ましく、1/10000秒程度の間隔で撮像可能な撮像装置を用いることがより好ましい。
また、4基の暗視野撮像装置は、平角エナメル線10の表面全体を撮像可能な角度範囲において、平面10aに対する光軸の角度を垂直以外にすることができる。例えば、図7(b)に示すように、光軸を平面10aに対して傾けることができ、図には示していないが、隣り合う光軸とのなす角度を90°から任意の角度に変えることもできる。
また、図6に示すように、平角エナメル線10を内側に貫通するように、2基のリング照明具2e、2fを対向配置していて、暗視野撮像光を平面10aおよび角面10bに沿って照射するようにしている。
図8に示すように、2基のリング照明具は、暗視野撮像装置の光軸と平角エナメル線10の交差する位置を中央にする間隔を形成していて、平角エナメル線10の長手方向から平面10aおよび角面10bに沿って、暗視野撮像光L2であるL2aおよびL2bを照射するようにしている。これにより、暗視野撮像装置2は、平面10aおよび角面10bの正常部位を、低輝度像として撮像するようにし、平面10aおよび角面10bの異常部位である凹凸欠陥を、光の乱反射による高輝度像として撮像するようにしている。
ここで、リング照明具2e、2fには、白色および有色のLED照明、蛍光灯等を用いることができる。そしてこれら照明装置は、照射範囲内を均一照度にできることが好ましい。
また、図8に示すリング照明具2e、2fの内径ra、rbは、平角エナメル線10が通過可能な寸法範囲で、より小さくすることが好ましい。このようにすることで、より平行な光を凹凸欠陥に対して照射することができ、小さい凹凸欠陥であっても光を乱反射させて高輝度像にし、凹凸欠陥をより精度良く検出することができる。
また、リング照明具は、2e、2fのいずれか一方だけにすることもできる。しかし、凹凸欠陥をより高輝度にし、平角エナメル線10の長手方向に非対称な欠陥であっても、高輝度像にできることから、リング照明具は、2e、2fの2基を対向して配することが好ましい。
以上、上記リング照明具2e、2fと4基の暗視野撮像装置により、暗視野撮像ユニット2は、平角エナメル線10の平面10aおよび角面10bにおける凹凸欠陥を、暗視野像中の高輝度像として撮像することができる。これにより、平角エナメル線10表面において、緩やかな小さい凸にして色調変化の小さい膨れ欠陥であっても精度良く検出することができる。
(コンピュータ)
図1に示すように、コンピュータ3は、記憶部3aと、判定部3b、制御部3cを有していて、明視野撮像ユニット1と、暗視野撮像ユニット2に接続している。
記憶部3aは、明視野撮像ユニット1の4基の明視野撮像装置と、暗視野ユニット2の4基の暗視野撮像装置が撮像した撮像データを記憶するようにしている。
判定部3bは、記憶部3aに記憶した撮像データを基に、平角エナメル線10表面の欠陥の有無を判定可能にしている。
制御部3cは、明視野撮像ユニット1の4基の明視野撮像装置と、暗視野ユニット2の4基の暗視野撮像装置に接続し、各撮像装置の撮像のタイミングを制御するとともに、各撮像装置が撮像した撮像データを取得して、記憶部3aに転送するようにしている。
なお、記憶部3aには、別途取得した撮像位置あるいは撮像時刻に関するデータを記憶しても良く、撮像データとともに参照できるようにして、欠陥発生位置の特定に利用しても良い。
(搬送装置)
図1に示すように、搬送装置4は、平角エナメル線10を巻出す巻出しローラ4aと、平角エナメル線を巻取る巻取りローラ4bを有している。これらローラは、各々に接続する不図示のモータにより駆動し、平角エナメル線10を、巻出しローラ4aから巻取りローラ4bに、適度に張力を加えた状態にして、定速移動するようにしている。
(ガイドローラ)
図1に示すように、ガイドローラ5は、巻出しローラ4aと巻取りローラ4b間に位置し、移動する平角エナメル線10を上下左右方向から支持して、平角エナメル線10のぶれを抑制している。このようにすることで、明視野撮像ユニット1および暗視野撮像ユニット2における平角エナメル線10の撮像を安定にすることができ、より精度良く欠陥を検出することができる。なお、図1に示すように、ガイドローラ5は、明視野撮像ユニット1および暗視野撮像ユニット2の通過前後において、平角エナメル線10を支持するように配置することが好ましい。
次に、本実施形態の外観検査装置の動きについて説明する。
まず、図2に示す装置において、搬送装置4により、平角エナメル線10を長手方向に一定速度で移動させる。
そして、図3に示す明視野撮像ユニット1において、平角エナメル線10の平面10aおよび角面10bに、明視野撮像用照明装置1e、1f、1g、1hから明視野撮像光を照射し、明視野撮像光を照射した位置における平面10aおよび角面10bの明視野像を明視野撮像装置1a、1b、1c、1dにより撮像する。
そして、図6に示す暗視野撮像ユニット2において、平角エナメル線10の長手方向に沿って、暗視野撮像用照明装置であるリング照明具2e、2fから暗視野撮像光を照射し、暗視野撮像光を照射した位置における平面10aおよび角面10bの暗視野像を暗視野撮像装置2a、2b、2c、2dにより撮像する。
そして、両ユニットで撮像した明視野像と暗視野像の撮像データを、接続するコンピュータ3が取得して記憶部3aに記憶し、記憶した撮像データを基に判定部3bが欠陥の有無を判定する。
次に、判定部3bが、明視野撮像ユニット1にて撮像した撮像データ、すなわち明視野像について、欠陥の有無を判定する手順について説明する。
図9に示すように、判定部3bは、ステップS11にて、記憶部3aから撮像データ(明視野像)を取得した後、ステップS12にて、像の平滑化処理を行って、銅線の加工痕による微小ノイズを除去する。その後、ステップS13にて、像の輝度変化について強調処理を行って、輝度コントラストの低い欠陥を検出可能にし、ステップ14にて、輝度2値化を行って、低輝度に写る欠陥部位のみを抽出し、ステップS15にて、膨張伸縮処理を行って、微小低輝度像の集合を一つの像に合体させる。以上の処理を行った像について、ステップS16にて、低輝度像のサイズを測定し、ステップS17にて、閾値との比較を行う。そして、低輝度像のサイズが、閾値より小さい場合は、ステップS18に進んで、欠陥無しと判定し、閾値より大きい場合は、ステップS19に進んで、欠陥有りと判定する。
判定部3bが欠陥有りと判定した場合、判定部3bは、欠陥有りと判定した撮像データの撮像時間と欠陥の大きさを記憶部3bに記憶し、後で参照できるようにする。
次に、判定部3bが、暗視野撮像ユニット2にて撮像した撮像データ、すなわち暗視野像について、欠陥の有無を判定する手順について説明する。
図10に示すように、判定部3bは、ステップS21にて、記憶部3aから撮像データ(暗視野像)を取得した後、ステップS22にて、像の平滑化処理を行って、銅線の加工痕による微小ノイズを除去する。その後、ステップS23にて、輝度2値化を行って、高低輝度に写る欠陥部位のみを抽出し、ステップS24にて、膨張伸縮処理を行って、微小高輝度像の集合を一つの像に合体させる。以上の処理を行った像について、ステップS25にて、高輝度像のサイズを測定し、ステップS26にて、閾値との比較を行う。そして、高輝度像のサイズが、閾値より小さい場合は、ステップS27に進んで、欠陥無しと判定し、閾値より大きい場合は、ステップS28に進んで、欠陥有りと判定する。なお、判定に用いる閾値は、明視野像の判定に用いた閾値と別の値にしても良い。
判定部3bが欠陥有りと判定した場合、判定部3bは、欠陥有りと判定した撮像データの撮像時間と欠陥の大きさを記憶部3bに記憶し、後で参照できるようにする。
以上のように、本実施形態の平角エナメル線の外観検査装置は、コンピュータ3の判定部3bが、平角エナメル線10の表面欠陥の有無を、平面10aおよび角面10bの明視野像と暗視野像それぞれにより判定している。これにより、凹凸の小さい欠陥や色調欠陥を、明視野像中の低輝度像として検出することができ、凹凸欠陥を、暗視野像中の高輝度像として検出することができる。特に、暗視野像において、緩やかな小さい凸にして色調変化の小さい膨れ欠陥を検出することができるので、平角エナメル線10の表面欠陥を精度良く検出することができる。
(実施例)
以下に、本発明の平角エナメル線の外観検査装置を用いて、平角エナメル線の外観検査を行った実施例について示す。
本実施例では、断面が3.5mm×2.5mm、長さが800mmの平角エナメル線を、10m/分の速度で移動しながら外観検査を行った。
外観検査装置の構成について説明すると、明視野撮像ユニットは、落射照明具にハーフミラーを内蔵したLED照明、板状照明具に板状のLED照明を用い、平角エナメル線の平面および角面に白色光を照射した。なお、平角エナメル線の平面に対する板状照明具の照射角度は30°とした。そして、明視野撮像装置には、モノクロ200万画素のCMOSカメラを用い、シャッタースピードを1/5000秒に制御した。
また、暗視野撮像ユニットは、2基のリング照明具に内径30mmの環状LED照明を用い、平角エナメル線の長手方向に沿って、対向して白色光を照射した。そして、暗視野撮像装置にも、モノクロ200万画素のCMOSカメラを用い、シャッタースピードを1/5000秒に制御した。
表面欠陥の判定では、明視野像および暗視野像ともに、判定の閾値を0.2平方mmとし、これ以上の面積である異常部位を欠陥と判定するようにした。
また、本実施例の比較例として、同じ平角エナメル線について、明視野撮像ユニットだけの外観検査、暗視野撮像ユニットだけの外観検査、目視による外観検査を行い、検査結果の比較を行った。
本実施例において、平角エナメル線の明視野像と暗視野像は、例えば図11および図12に示すように撮像された。図11の明視野像中における低輝度像F1が表面欠陥であり、この欠陥は異物付着による凸状欠陥であった。また、図12の暗視野像中における高輝度像F2も表面欠陥であり、この欠陥はエナメルの膨れ欠陥であった。
そして、図13に示すように、目視による外観検査では、平角エナメル線から37個の表面欠陥を検出した。これに対し、明視野撮像ユニットだけの外観検査では、目視検査で検出できた表面欠陥の内、33個を検出できたが、4個の表面欠陥を見落としていた。そして、見落とした表面欠陥を調べたところ、これらは全てエナメルの膨れ欠陥であった。また、暗視野撮像ユニットだけの外観検査では、目視検査で検出できた表面欠陥の内、31個を検出できたが、6個の表面欠陥を見落としていた。そして、見落とした表面欠陥を調べたところ、これらは全てエナメルが焼付いた色調欠陥であった。
本実施例である、明視野撮像ユニットと暗視野撮像ユニットによる外観検査では、目視検査で検出できた表面欠陥すべてを検出することができ、精度良く外観検査できることが
確認できた。
以上、本発明の実施形態と実施例について説明してきたが、本発明は、上記実施形態と実施例に限定されるものでない。特許請求の範囲に示される技術範囲において実施形態を変更可能である。
例えば、上記実施形態では、移動する平角エナメル線10の上流側に明視野撮像ユニット1、下流側に暗視野撮像ユニット2を配しているが、これらの位置を逆にしても構わない。
また、上記実施形態の明視野撮像ユニットでは、明視野撮像用照明装置を、落射照明具と板状照明具に分けていたが、明視野撮像装置が平角エナメル線の角面を高輝度像にして撮像できる構成であれば、明視野撮像用照明装置を一体物の照明装置としても良い。
また、本発明の外観検査装置は、平角エナメル線の外観検査に適した検査装置ではあるが、明視野撮像用照明装置を調整することにより、丸エナメル線の外観検査にも用いることができる。
1:明視野撮像ユニット
1a,1b,1c,1d:明視野撮像装置
1e,1f,1g,1h:明視野撮像用照明装置
1ea:落射照明具
1eb,1ec:板状照明具
2:暗視野撮像ユニット
2a,2b,2c,2d:暗視野撮像装置
2e,2f:リング照明具(暗視野撮像用照明装置)
3:コンピュータ
3a:記憶部
3b:判定部
3c:制御部
4:搬送装置
4a:巻出しローラ
4b:巻取りローラ
5:ガイドローラ
10:平角エナメル線

L1:明視野撮像光
L2:暗視野撮像光

Claims (4)

  1. 長手方向に移動する平角エナメル線の平面および角面に明視野撮像光を照射し、前記平面および前記角面の明視野像を撮像する工程と、
    前記平角エナメル線の長手方向に沿って暗視野撮像光を照射し、前記平面および前記角面の暗視野像を撮像する工程と、
    前記明視野像と前記暗視野像から、前記平面および前記角面における欠陥の有無を判定する工程と
    を有することを特徴とする平角エナメル線の外観検査方法。
  2. 前記暗視野撮像光を、前記長手方向に沿って対向する2方向から照射し、該照射の対向する間隔の中央部で暗視野像を撮像する
    ことを特徴とする請求項1に記載の平角エナメル線の外観検査方法。
  3. 長手方向に移動する平角エナメル線の平面および角面に明視野撮像光を照射する明視野撮像用照明装置と、
    前記平面および前記角面の明視野像を撮像する明視野撮像装置と、
    前記平角エナメル線の長手方向に沿って暗視野撮像光を照射する暗視野撮像用照明装置と、
    前記平面および前記角面の暗視野像を撮像する暗視野撮像装置と、
    前記明視野像と前記暗視野像から、前記平面および前記角面における欠陥の有無を判定する判定部と
    を具備することを特徴とする平角エナメル線の外観検査装置
  4. 前記暗視野撮像用照明装置が、前記暗視野撮像光を、前記長手方向に沿って対向する2方向から照射し、該照射の対向する間隔の中央部で暗視野像を撮像するものである
    ことを特徴とする請求項3に記載の平角エナメル線の外観検査装置。
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