JP6743567B2

JP6743567B2 - 丸棒材の表面疵の検査方法および検査装置

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Publication number: JP6743567B2
Application number: JP2016156046A
Authority: JP
Inventors: 森　大輔; 大輔森; 湯藤　隆夫; 隆夫湯藤; 有史岡本
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: JP2018025416A

Description

本発明は丸棒材の表面疵の検査方法および検査装置に関し、特に表面疵の疵幅を正確に検出することによって確実に表面疵を検出することが可能な検査方法および検査装置に関するものである。

この種の表面疵の検査方法としては例えば特許文献１に示すものが知られている。ここでは、丸棒材表面を撮影する撮影手段の光軸と、丸棒材表面を照明する照明手段の光軸を所定角度異ならせて配置し、撮影画像中に影として現れる表面疵を、上記撮影画像に微分処理や二値化処理等を施すことによって検出するようにしている。

特開平１１−３７９４９

ところで、丸棒材の表面に生じる表面疵は、ピンチローラに鉄粉が噛む等が原因で丸棒材の長手方向へ延びるものが多く、撮影画像中で長手方向へ延びる疵幅を検出することによって問題となる疵か否かの判定を行うことができる。しかしこの場合、図５（１）に示すように、丸棒材３の表面疵３２が撮像手段としてのＣＣＤカメラ１に正対していれば、撮影画像中の疵幅ｗ（図５（２））は実際の疵幅を示すものになるが、図６（１）に示すように丸棒材３がその搬送時に回転して表面疵３２がＣＣＤカメラ１に正対していない状態では、撮影画像中の疵幅ｗ´（図６（２））が見かけ上小さくなるため、問題となる表面疵を見落とすという問題があった。なお、図５、図６中の三角斜線部はＣＣＤカメラの撮影領域を示す。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、丸棒材の表面疵が撮像手段に正対していない場合でも丸棒材の表面疵の幅を正確に検出して疵判定を確実に行うことができる丸棒材の表面疵の検査方法および検査装置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発明に係る丸棒材の表面疵の検査方法では、所定径の丸棒材（３）の表面に対向させて撮像手段（１）を設け、前記撮像手段（１）で撮影した前記表面の二次元画像中の表面疵（３１）の、前記丸棒材（３）の長手方向に直交する方向における軸心から前記表面疵（３１）の前端（３１１）および後端（３１２）までの各距離（ｘ1，ｘ2）を算出し、前記各距離（ｘ1，ｘ2）に基づいて前記丸棒材（３）の断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）の周方向における各角度位置（θ1，θ2）を算出し、前記各角度位置（θ1，θ2）から算出される前記二次元画像に直交する方向での前記丸棒材断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）間の距離（ｙ）と前記二次元画像上の前記丸棒材断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）間の距離（ｗ1）より前記平面疵（３１）の幅（ｗ0）を算出する。

本第１発明によれば、丸棒材が回転変位して丸棒材の表面疵が撮像手段に正対していない場合でも丸棒材の表面疵の幅を正確に検出して疵判定を確実に行うことができる

本第２発明の丸棒材の表面疵の検査装置では、丸棒材（３）の表面に対向させて設けられる撮像手段（１）と、前記撮像手段（１）で撮影した前記表面の二次元画像中の表面疵（３１）の、前記丸棒材（３）の長手方向に直交する方向における軸心から前記表面疵（３１）の前端（３１１）および後端（３１２）までの各距離（ｘ1，ｘ2）を算出する手段（ステップ１０１）と、前記各距離（ｘ1，ｘ2）に基づいて前記丸棒材（３）の断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）の周方向における各角度位置（θ1，θ2）を算出する手段（ステップ１０３）と、前記各角度位置（θ1，θ2）から前記二次元画像に直交する方向での前記丸棒材断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）間の距離（ｙ）を算出する手段（ステップ１０５）と、算出された前記前端（３１１）および後端（３１２）間の距離（ｙ）と前記二次元画像上の前記丸棒材断面内での前記前端（３１１）および後端（３１２）間の距離（ｗ1）より前記平面疵（３１）の幅（ｗ0）を算出する手段（ステップ１０６）とを備える。本第２発明の装置においても本第１発明と同様の効果が得られる。

なお、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、本発明の丸棒材の表面疵の検査方法および検査装置によれば、表面疵が撮像手段と正対していない場合でも表面疵の幅を正確に検出して疵判定を確実に行うことができる。

丸棒材とＣＣＤカメラの位置関係を示す垂直断面図およびＣＣＤカメラによる丸棒材の撮影画像を示す図である。丸棒材の軸心に直交する線に沿う撮影画像の明度を二値化処理した図である。丸棒材の表面疵がある部分の拡大断面図である。演算装置内での処理手順を示すフローチャートである。従来例を示す、表面疵がＣＣＤカメラに正対している場合の丸棒材とＣＣＤカメラの位置関係を示す垂直断面図およびＣＣＤカメラによる丸棒材の撮影画像を示す図である。従来例を示す、表面疵がＣＣＤカメラに正対していない場合の丸棒材とＣＣＤカメラの位置関係を示す垂直断面図およびＣＣＤカメラによる丸棒材の撮影画像を示す図である。

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。

（第１実施形態）
図１（１）に本発明方法を実施する装置の構成を示す。図１（１）において、紙面垂直方向へ丸棒材３が搬送されており、その直上に撮像手段としてのＣＣＤカメラ１が丸棒材３に向けて設けられている。丸棒材３の軸心ＣｚとＣＣＤカメラ１のレンズ中心は同一の垂線ＬH上に位置させられている。図１（１）中の三角斜線部分はＣＣＤカメラ１の撮影領域（本実施形態では±４５度）を示している。丸棒材３の表面にはその長手方向へ延びる所定幅（例えば１ｍｍ）の溝が形成されて表面疵３１としてある。

丸棒材３の回転変位によって表面疵３１はＣＣＤカメラ１に正対しておらず、垂線ＬHに対して角度θxだけ回転した位置にある。図１（２）はこの時のＣＣＤカメラ１の撮影画像、すなわち水平面内の二次元画像であり、画像中の表面疵３１の位置は丸棒材３の軸線Ｃｚからずれている。そして、撮影画像中の見かけの疵幅ｗ1は実際の疵幅ｗ0よりも小さくなっている。ＣＣＤカメラ１は図１（１）に示すように演算装置２に接続されており、当該演算装置２内で以下に説明する処理によって撮影画像中の見かけの疵幅ｗ1から実際の疵幅ｗ0が算出される。

図２には、撮影画像（図１（２））中の丸棒材３の、軸心Ｃｚに直交するＡ−Ａ’線に沿う画像の明度を演算装置２内で二値化処理した図を示す。図２の横軸は左端からの画素数を示し、一画素は所定の距離に対応している（本実施形態では０．０３７ｍｍ／画素）。丸棒材３の両側部は明度が低下するのでこれらの領域Ｚ１，Ｚ２を除外した領域における黒色部分Ｂｚが疵３１に対応した部分である。そこで、丸棒材３の軸心Ｃｚ（すなわちＣＣＤカメラ１のレンズ中心位置）から表面疵３１の前端３１１および後端３１２（図１参照）までの各距離ｘ1，ｘ2がこの間の画素数から算出される（図４のステップ１０１）。

上記各距離ｘ1，ｘ2は水平面に投影された二次元画像内のものであるから、図３（１）に示すように、丸棒材３の軸心Ｃｚからの水平距離となり、この距離ｘ1，ｘ2の差が、不知の角度θｘだけ回転した位置にある平面疵３１の、水平方向の疵幅ｗ1に相当し、疵幅ｗ1が下式（１）で算出される（図４のステップ１０２）。そして、疵３１の前端３１１と後端３１２の、水平線に対する各角度位置θ1，θ2が、丸棒材３の既知の半径をｒとして、下式（２），（３）で算出される（図４のステップ１０３）。
ｗ1＝ｘ2−ｘ1…（１）
θ1＝cos^-1（ｘ1／ｒ）…（２）
θ2＝cos^-1（ｘ2／ｒ）…（３）

続いて上記角度θ1，θ2から、前端３１１と下端３１２の水平線からの各距離ｙ1，ｙ2（図３（２））が下式（４），（５）で算出されるとともに（図４のステップ１０４）、下式（６）より垂線ＬH（図１）の方向、すなわちＣＣＤカメラ１で撮影された二次元画像に直交する方向における、丸棒材３の断面内での前後端３１１，３１２間の距離ｙが算出される（図４のステップ１０５）。
ｙ1＝ｒsinθ1…（４）
ｙ2＝ｒsinθ2…（５）
ｙ＝ｙ1−ｙ2…（６）

そして、最後に距離ｗ1,ｙより、下式（７）で表面疵の疵幅ｗ0（図３（３））が算出される（図４のステップ１０６）。

（実施例）
半径８ｍｍの丸棒材３の表面に幅１ｍｍの疵３１がある場合で、図２に示した二値データが得られた場合に、上記手順で平面疵３１の幅ｗ0を算出した例を以下に説明する。図２において、ｘ1は１０５画素あり、ｘ2は１２７画素ある。１画素が０．０３７ｍｍに対応しているから、
ｘ1＝１０５（画素）×０．０３７／画素＝３．８８５（ｍｍ）
ｘ2＝１２７（画素）×０．０３７／画素＝４．６９９（ｍｍ）
ｗ1＝ｘ2−ｘ1＝０．８１４（ｍｍ）

したがって、
θ1＝cos^-1（ｘ1／ｒ）＝３．８８５／８＝６０．９５（°）
θ2＝cos^-1（ｘ2／ｒ）＝４．６９９／８＝５４．０３（°）
ｙ＝８×（sin６０．９５°−sin５４．０３°）＝０．５１９（ｍｍ）

以上より、実際の疵幅１ｍｍに対して−０．０３５ｍｍの誤差で疵幅ｗ0が算出される。ＣＣＤカメラ１の分解能は前述したように一画素当たり０．０３７ｍｍであるから、この誤差は許容範囲内である。

（その他の実施形態）
丸棒材の径およびその回転角度から実際の疵幅がどのように変化するかのデータを予め記憶させておき、ＣＣＤカメラの撮影画像上の疵幅とその時の丸棒材の回転角度から実際の疵幅を求めるようにしても良い。なお、疵幅算出の対象となる疵は必ずしも丸棒材の長手方向へ延びる形状の疵である必要は無い。

１…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、２…演算装置、３…丸棒材、３１…表面疵、３１１…前端、３１２…後端。

Claims

所定径の丸棒材の表面に対向させて撮像手段を設け、前記撮像手段で撮影した前記表面の二次元画像中の表面疵の、前記丸棒材の長手方向に直交する方向における軸心から前記表面疵の前端および後端までの各距離を算出し、前記各距離に基づいて前記丸棒材の断面内での前記前端および後端の周方向における各角度位置を算出し、前記各角度位置から算出される前記二次元画像に直交する方向での前記丸棒材断面内での前記前端および後端間の距離と前記二次元画像上の前記丸棒材断面内での前記前端および後端間の距離より前記平面疵の幅を算出することを特徴とする丸棒材の表面疵の検査方法。
丸棒材の表面に対向させて設けられる撮像手段と、前記撮像手段で撮影した前記表面の二次元画像中の表面疵の、前記丸棒材の長手方向に直交する方向における軸心から前記表面疵の前端および後端までの各距離を算出する手段と、前記各距離に基づいて前記丸棒材の断面内での前記前端および後端の周方向における各角度位置を算出する手段と、前記各角度位置から前記二次元画像に直交する方向での前記丸棒材断面内での前記前端および後端間の距離を算出する手段と、算出された前記前端および後端間の距離と前記二次元画像上の前記丸棒材断面内での前記前端および後端間の距離より前記平面疵の幅を算出する手段とを備える丸棒材の表面疵の検査装置。