JP6747747B2 - 巻線検査方法および巻線検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機に供される複数個のコア片を環状に配列した、いわゆる集中巻きの固定子において巻線状態を検査する巻線検査方法および巻線検査装置に関するものである。

回転電機のステータ製造工程では、巻線工程においてコイルが各層で等間隔に整列して巻かれる必要があり、巻線不良や異常の有無を検査するために巻線後のコイル目視検査や耐圧検査を実施している。しかし、目視検査は「検査時間に能力差がある」、「検査結果に個人差がある」等の問題がある。

これを解決するために、従来の巻線検査方法および巻線検査装置は、電線やケーブルなどをドラムに巻き取る方法において、巻き取り状態の画像を処理して巻き取り点を検出し、巻き取り点における目飛びや乗り上げなどの巻き取り異常を数量化して把握する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、巻線工程直後に巻線装置とは別にコイル外形検査装置を設け、ステータコアに巻き付けられた巻線コイルの巻外形の大きさを判別して、良否を判定する巻線装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３２７５２７６号（段落番号０００７〜００１６、図１〜図１１） 特許第４６７０７８９号（段落番号００１５〜００４９、図１〜図１１）

従来の巻線検査方法および巻線検査装置は、回転電機を構成する固定子に巻線を施す方法として、あらかじめコイルを形成して固定子のスロットと呼ばれる溝に挿入する分布巻線方式と、個々のコア片に直接巻線を施す集中巻線方式がある。分布巻線方式に対し集中巻線方式は、コイルの周長を大幅に短縮できることから太い電線を高密度に巻き付けることにより巻線抵抗を低減でき、分布巻線方式の回転電機と比較してモータ効率が高い。

このためエアコンおよび冷蔵庫用のコンプレッサのモータや回転数を変化できるインバータモータ等種々の回転電機は集中巻線方式が多い。特に容量が数十〜千ワットのモータは集中巻線方式が主流である。この集中巻線方式では生産性向上のため、巻回すための回転速度は千ｒｐｍ以上の高速で行われる。固定子の個々のコア片は、巻線を施す部位が四角断面であり、巻回す軸から見たコイル形状も長方形である、いわゆる異形ボビンである。

この背景を踏まえて、上記特許文献１を適用する場合、異形ボビンが回転するので巻掛かるワイヤの位置が１回転毎に２方向に移動し、これに加えて巻線の回転速度が高いことから巻掛かるワイヤの位置である計測点に追随してカメラを駆動させて巻き取り状態の画像を処理して巻き取り点を検出し、巻き取り点における目飛びや乗り上げなどの巻き取り異常を数量化すること自体困難であるという問題点があった。

この課題に対し、上記特許文献２では、巻線を施した後のコイル外形を検査する方法を提案している。しかし、円形に配列された隣り合うコイルの隙間を計測する方法では固定子のコア片全数に巻線を施し、且つ、コア片を配列し固定子の外周に中空のハウジングを焼嵌め等の手段を用いて嵌合し固定子を係止する工程以降にのみ実施可能である。よって、この段階で不良を検出した場合では、不良のコイルをコア片から取り除くことが困難である。不良のコイルの存在する固定子そのものを廃棄せざるを得ない。
よって、最終工程を経た製品としての不良率は低減できるものの、生産性は向上しないという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、固定子として形成される前にコア片の巻線不良の判定を行うことができる巻線検査方法および巻線検査装置を提供することを目的とする。

この発明の巻線検査方法は、
巻線装置にコア片を設置し、巻線を巻回して巻線コイルを前記コア片に形成する固定子の巻線検査方法において、
前記コア片の前記巻線の巻回終了直前の最終ターン部の最終ターン画像を取得する最終ターン取得工程と、
前記最終ターン画像から前記最終ターン部の輪郭の抽出を行う最終ターン抽出工程と、
前記コア片の巻回終了後の後画像を取得する後取得工程と、
前記後画像から前記コア片に巻回された前記巻線コイルの輪郭の抽出を行う後抽出工程と、
前記最終ターン部の輪郭および前記巻線コイルの輪郭を用いて前記巻線コイルの良否を判定する判定工程とを備える。
また、この発明の巻線検査装置は、
巻線装置にコア片を設置し、巻線を巻回して巻線コイルを前記コア片に形成する固定子の巻線検査装置において、
前記巻線装置に設置されたコア片を撮影する撮像部にて撮影された前記コア片の画像を取得する取得部と、
前記コア片の画像から前記コア片の前記巻線の巻回終了直前の最終ターン部の輪郭の抽出を行う最終ターン抽出部と、
前記コア片の画像から前記コア片の巻線終了後の前記巻線コイルの輪郭の抽出を行う後抽出部と、
前記最終ターン部の輪郭および前記巻線コイルの輪郭を用いて前記巻線コイルの良否を判定する判定部とを備える。

この発明の巻線検査方法および巻線検査装置によれば、
コア片の巻線不良の発生の診断し、固定子として形成する前に巻線コイルの巻線不良の判定を行うことができる。

この発明の実施の形態１の巻線検査方法を行う固定子の構成を示す斜視図である。 図１に示した固定子の平面図である。 図１に示した固定子のコア片の構成を示す斜視図である。 図３に示したコア片の巻線コイルを設置する前の構成を示す斜視図である。 図４に示したコア片の構成を示す分解斜視図である。 図１に示したコア片が連結されたコア部の構成を示す上面図である。 図６に示したＴ−Ｔ線の断面を示す断面図である。 図４に示したコア片が連結されたコア部を直線状に配置した状態を示す斜視図である。 図８に示したコア部のコア片に巻線の巻回を行う際の状態を示した斜視図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法を行う巻線検査装置を備えた巻線装置の構成を示す図である。 コア片におけるコイルの整列性の良品を説明するための図である。 コア片におけるコイルの整列性の良品を説明するための図である。 コア片におけるコイルの整列性の不良品を説明するための図である。 コア片におけるコイルの整列性の不良品を説明するための図である。 隣接するコア片におけるコイルの巻回を説明するための図である。 隣接するコア片におけるコイルの整列性の良品を説明するための図である。 隣接するコア片におけるコイルの整列性の不良品を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法の工程を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法の工程を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法の解析結果を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法のフローチャートを示す。 この発明の実施の形態１における巻線検査方法のフローチャートを示す。 この発明の実施の形態２における巻線検査方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２における巻線検査方法を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態３の巻線検査装置を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。まず、図１から図９を用いて、固定子１０および巻線コイルの検査の対象となるコア片の構成について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における巻線検査方法を行うコア片を用いた固定子の構成を示す斜視図である。
図２は図１に示した固定子の平面図である。
図３は図１に示した固定子のコア片の構成を示す斜視図である。
図４は図３に示したコア片の巻線コイルを設置する前の構成を示す斜視図である。

図５は図４に示したコア片の構成を示す分解斜視図である。
図６は図１に示したコア片が連結されたコア部の構成を示す上面図である。
図７は図６に示したＴ−Ｔ線の断面を示す断面図である。
図８は図４に示したコア片が連結されたコア部を直線状に配置した状態を示す斜視図である。
図９は図８に示したコア部のコア片に巻線の巻回を行う際の状態を示した斜視図である。

図において、固定子１０は、巻線コイル（以下、コイルと略して示す）１、コア部２、および絶縁部３で構成される。コア部２は、コイル１が巻回された９個のコア片２０が環状に連結されて構成される。本実施の形態１においては、９個のコア片２０が連結するコア部２の例を示した。これに限られることはなく、回転電機の特性上必要となる任意の個数のコア片２０にて固定子１０を構成できる。

本実施の形態１では巻線前後のコア片２０の画像から、コア片２０の形状およびコイル１の形状を計測し、巻線の不良を検査するものである。よって、コア片２０の巻線前と巻線後との構成を交えて説明する。本実施の形態１においては、コア片２０は、図８に示すように、巻線を施す前のコア片２０を前コア片２０１と称す。また、図９に示すように、巻線を施した後のコア片２０を後コア片２０２と区別して称す。また、後述する図１８に示すように、巻線の巻回終了直前のコア片２０を最終ターンコア片２０３と区別して称す。但し、巻線の前後の区別が不要な場合には、単にコア片２０として示す場合もある。

コア片２０は、磁性板材である電磁鋼板４を軸方向Ｚに積層してなる積層型コアである。積層する軸方向Ｚの上下二方向から絶縁部３としての第一絶縁部３０１および第二絶縁部３０２を挿入し、前コア片２０１が形成される。絶縁部３はコア部２とコイル１とを電気的に絶縁するものである。絶縁部３における、コイル１の端末線を結線するための形状および前コア片２０１に巻回するために端末線を係止するための形状などはここでの図示を省略している。

コア片２０は図３に示したように、単独にて形成される場合に限られるものではない。例えば、図６および図７に示すように、コア片２０同士を、連結部５を介して連結したコア部２を用いることも可能である。

本実施の形態１ではコア片２０の画像を用いて形状を計測する。よって、図６を用いてコア片２０の各部位の名称をあらかじめ定義しておく。コア片２０は、周方向Ｘに伸びるヨーク部７と、ヨーク部７から径方向Ｙの内側に突出するティース部６とを備えている。巻線は絶縁部３を介してティース部６に施される。このように、ヨーク部７は、ティース部６の径方向Ｙの外側に形成される。ここでは、ティース部６の径方向Ｙの内側を反ヨーク部８として、ヨーク部７と区別して定義する。

ヨーク部７の周方向Ｘの両端には連結部５がそれぞれ設けられている。連結部５は、凸部５１と凹部５２とにて構成される。凸部５１および凹部５２は、コア片２０のヨーク部７の周方向Ｘの端部にそれぞれ形成される。そして、隣接するコア片２０のヨーク部７の周方向Ｘの端部において、積層される電磁鋼板４同士を互い違いに重ね合わせる。隣接するコア片２０は、この重ね合わせ部分の、凸部５１、凹部５２をカシメ止めする。これにより、隣接するコア片２０を屈曲可能に連結する連結部５を構成する。尚、連結部５はこの構成に限られることはなく、隣接するコア片２０同士を屈曲可能に連結する構成であれば他の構成でもよい。

図１におけるコア部２を形成するために、図９における連結されたコア片２０の両端に位置する２個のコア片２０間のみを溶接すればよい。また、巻線を施す工程においては、図９に示すように巻線を施すコア片２０に隣接するコア片２０を屈曲させて行う。

次に、図１０を用いて、巻線装置１４の構成について説明する。図１０はこの発明の実施の形態１における巻線装置１４の構成を示す図である。図において、巻線装置１４は、コイル１を形成するためのマグネットワイヤ９を貯線するドラム１１と、テンショナ１２と、フライヤ１３と、巻線検査装置１４０と、巻線制御部１５とを備える。巻線検査装置１４０はカメラ１４１および画像処理部１４２を備える。

図１０は巻線装置１４の巻線を施す位置に、前コア片２０１が設置され固定された状態を示す。巻線制御部１５は、ドラム１１、テンショナ１２およびフライヤ１３を制御するものである。尚、これらの箇所に対する配線の図示は省略している。フライヤ１３は、前コア片２０１を中心に矢印Ｒの方向に旋回する。そして、前コア片２０１に絶縁部３を介してティース部６に巻線しコイル１を形成する。コイル１は高密度で巻回して形成される。

よって、フライヤ１３は、矢印Ｒの方向に１回転する毎に、ヨーク部７および反ヨーク部８に対向する矢印Ｑの方向に、マグネットワイヤ９の線径分に相当する距離分を、断続的もしくは連続に移動しながら巻回する。カメラ１４１は、コア片２０およびコイル１の位置および形状を撮影するために用いる。カメラ１４１は、その視野に通常位置に設置されたコア片２０の全体が映る位置に固定される。

図１０においてカメラ１４１の位置は、巻線を施すコア片２０のヨーク部７、反ヨーク部８、ティース部６が映るように配慮されていればよく、コア片２０のヨーク部７に対して厳密な垂直方向でなくてもよい。また、カメラ１４１の位置は、図３における、第一絶縁部３０１もしくは第二絶縁部３０２の両方から撮影する場合、または、いずれか１方向から撮影する場合などが考えられる。また、カメラ１４１の画質の明暗の調整については、画像処理を行うために十分な照度があればよい。よって、本実施の形態１では照明の種類や要否を限定しないため記載を省略する。

画像処理部１４２は、カメラ１４１の画像を処理するものである。尚、画像処理部１４２と巻線制御部１５と間の配線は、例えば巻線制御部１５がフライヤ１３を駆動して巻回を開始するタイミング等を制御しており、画像処理部１４２がこのタイミング等の情報を収集して検査に利用することが可能なことを意味している。よって、必ずしも画像処理部１４２と巻線制御部１５と間の配線が必要とは限らない。

次に、図１１から図１７を用いて、コア片２０におけるコイル１の整列性の良品と、不良コイル１６の整列性の不良品との例を説明する。図１１はこの発明の実施の形態１におけるコイル１の整列性の良品を説明するため後コア片２０２の構成を示す上面図である。図１２は図１１に示した良品の後コア片２０２の構成を示す側面図である。図１３はこの発明の実施の形態１におけるコイル１の整列性の良品と対比するための不良コイル１６の整列性の不良品を説明するための後コア片２０２の構成を示す上面図である。図１４は図１３に示した不良品の後コア片２０２の構成を示す側面図である。

図１５から図１７は周方向Ｘに隣接するコア片におけるコイルの例を説明するための図である。図１５は巻線を巻回する前の状態を示す図である。図１６は巻線を巻回した後のコイル１の整列性の良品を示した図である、図１７は巻線を巻回した後の不良コイル１６の整列性の不良品を示した図である。

図１１において、後コア片２０２のティース部６に巻回されたコイル１の１周をターンと定義する。そして、コイル１の隣り合うターン同士の密着度合いを整列性として定義する。よって、整列性が良好という意味は、図１１および図１２に示すようにコイル１のターン同士が隙間なく密着することである。

これに対し、不良という意味は、図１３および図１４に示すように、不良コイル１６のターン同士が密着しておらずまたは重なり合い、ターン同士に隙間または重なり合う箇所が多く発生することである。図１３および図１４は、整列性が不良となる不良コイル１６の一例である。巻線の整列性の不良の例は多岐に亘るが、本実施の形態１においては、検査する対象において発生する頻度が高い不良コイル１６を例に説明する。

このように形成された不良コイル１６は、整列性が劣る、いわゆる巻乱れと呼ばれる状態である。このように、巻乱れが発生すると不良コイル１６に膨らみが発生する。そして、この不良コイル１６の膨らみが、図１のようにコア片２０を環状に配列する際に、隣り合うコイル１同士で干渉し、コイル１が押し潰される。

その結果、コイル１を構成するマグネットワイヤ９の絶縁被覆が損傷してショートとの相関が高い不良となる。また、図１３および図１４に示すように、巻乱れが生じた状態の不良コイル１６は、この一部のターンが絶縁部３から外れてコア部２と接触する状態としてのショート部１７が発生する可能性がある。尚、図１４にて示した、反ヨーク部８に生じたショート部１７はこの位置に限定されるものではなく、不良コイル１６がヨーク部７と接触しても同様の不良が生じる。

次に、図１５から図１７を用いて、周方向Ｘに隣接した２個の前コア片２０１に巻線を連続して巻回し、コイル１を形成する場合の良、不良コイル１６について説明する。尚、図１５から図１７においては、ヨーク部７の絶縁部３に巻線を係止するためのピン２１を示している。また、図１５から図１７においては、便宜上、紙面上右側のコア片２０から巻線を巻き始め、紙面上左側のコア片２０を巻線の巻き終わりとして説明する。尚、ここでは説明の都合上、周方向Ｘに隣接するコア片２０は２個の例を示したが、これに限られるものではなく、２個より多い、例えば図８に示したような９個など、複数個が周方向Ｘに隣接して形成される場合が考えられる。

図１５に示すように、周方向Ｘに隣接した２個の前コア片２０１の一方、ここでは紙面上右側の前コア片２０１のピン２１に巻線の巻始部１９を絡げて係止する。そして、ティース部６の左側面１８１および右側面１８２に沿うように巻線を巻回して、図１６に示すようにコイル１を形成した後コア片２０２が形成される。この際、コイル１の整列性の観点からヨーク部側側面２３に巻線が当接して巻回される。

次に、周方向Ｘの隣接する紙面上左側の前コア片２０１に連続して巻線を巻回するために、紙面上右側の後コア片２０２から巻線の巻終部２４を紙面上左側の前コア片２０１に渡るための渡り部２５が形成される。そして、紙面上左側の前コア片２０１の巻始部１９となり、上記に示した場合と同様にコイル１が形成される。そして、後コア片２０２の巻終部２４は最終端となり、ピン２１に絡げて係止される。尚、図示はしないものの、この巻終部２４が後工程で環状に配置されるコア片２０の巻線の端末と結線される。

尚、ここでは最初に巻線したコア片２０のコイル１の巻回方向と、連続して巻線されるコア片２０のコイル１の巻回方向が同一方向の例を示したが、これに限られることはなく、コア片２０や絶縁部３に対する渡り部２５および巻始部１９の位置に応じて左右どちらの方向でも設定できる。

図１６において、コイル１の整列性が良好な良品例を説明したが、図１７において、整列性が損なわれる不良コイル１６の例について説明する。不良コイル１６となると、ヨーク部７と接触するショート部１７が生じる可能性がある。具体的には、図１７に示すように、後コア片２０２の巻終部２４がヨーク部７と接触してショート部１７が生じる。一般的に、巻始部１９では、それ以降の巻線が集積されるため緩みが生じにくいのに対し、巻終部２４では、巻線が最外周に位置するため、隣接する後コア片２０２へと続く渡り部２５、もしくは、ピン２１へ絡げる渡り部２５が緩み易い。

よって、整列性が劣る巻乱れが発生した不良コイル１６の様に膨らんだ部分にて最終ターン部としての巻終部２４が位置すると、巻線完了時の最終ターン部の姿勢が不安定となるため巻回したコイルから外れ易くなる。結果、図１７に示すように、最終ターン部としてここでは巻終部２４がヨーク部７と接触するショート部１７が生じる可能性がある。このように、単一もしくは複数個隣接するコア片の巻線においてコイルの整列性や巻乱れが最終ターン部２４０の位置や緩み易さへ与える影響は大きく、本発明においても巻線後のコイルの整列性を定量化すると共に最終ターン部としての巻終部２４の位置を用いて巻線完了後に後工程で発生する不良を予測することを目的の一つとしている。

次に、本実施の形態１における、巻線検査装置１４０における巻線検査方法について図１８から図２５を用いて説明する。本実施の形態１においては、画像処理によって巻線の整列性を定量化することで巻線不良の検査を行うものである。ここでは、巻線が完了する直前の最終ターン部２４０の位置と、巻線が完了したコイル１の輪郭の定量化を行い巻乱れ等の巻線不良を検査し、先の図１６および図１７にて示した、例えば最終ターン部２４０の緩みに起因するヨーク部７と最終ターン部２４０との地絡発生の可能性、すなわちショート部１７が生じる可能性を判定するものである。

図１８から図２３は巻線検査方法の各工程および閾値の設定方法を説明するための説明図である。図１８はこの発明の実施の形態１におけるコア片２０の最終ターン部２４０の輪郭としてのコイル形状のエッジを抽出する最終ターン抽出工程を説明するための説明図である。図１８（Ａ）は、カメラ１４１の視野２６に映った最終ターンコア片２０３の形状から最終ターン部２４０を抽出するにあたり、最終ターンコア片２０３の部位を説明する説明図である。図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）に示したように得られた、最終ターンコア片２０３の最終ターン部２４０の位置を抽出する工程を説明する説明図である。

図１９はこの発明の実施の形態１におけるコア片２０の輪郭としてのコイル形状のエッジを抽出する後抽出工程を説明するための説明図である。図１９（Ａ）は、カメラ１４１の視野に映った後コア片２０２の輪郭から検査を行うにあたり、抽出する輪郭の部位を説明する説明図である。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）に示したように得られた、後コア片２０２の輪郭からコイル形状のエッジを抽出する工程を説明する説明図である。

図２０は、図１８にて得られたコイル１の最終ターン部２４０の位置および図１９にて得られたコイル１の輪郭の解析結果を示した図である。図２１は図２０にて得られたコイル１の輪郭として、整列性が良好で巻線の不良が発生しなかった最良のロットのコイルの最良輪郭３２１と、巻線不良が生じたロットであって、不良とはならなかった良品のコイルの良輪郭３２２との２種類の実データを元に、コイルの整列性をコイル面積として定量化し解析する演算条件を説明するための説明図である。

図２２および図２３は図２１にて得られた解析結果を用いて閾値を定め不良を判定する工程を説明する説明図である。図２２は図１８にて得られたコイル１の最終ターン部２４０の位置の内、径方向位置であるＹ位置としてヨーク部側からの距離を縦軸とし、図１９にて得られたコイル１の輪郭から定量化した図２０で説明したコイル面積Ｓを横軸とした解析結果である。図２３は図２２の解析結果を用いて不良の閾値判定の設定を説明する説明図である。図２４および図２５はこの発明の実施の形態１における巻線検査方法のフローチャートを示す図である。

以下、図２４および図２５に基づいて実施の形態１の巻線検査方法の処理工程を説明する。まず、図１０に示したように、巻線装置１４に巻線が巻回される位置に前コア片２０１が設置され、当該巻線の巻回が開始される直前からカメラ１４１を用いて動画の撮影を開始し、巻線が終了するまでの動画を撮影する（図２４のステップＳＴ１）。尚、動画とは、ＡＶＩ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）やＭＰＥＧ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）など一般の動画ファイル形式を有するもので、静止画の集合体である。

次に、動画ファイルから、例えば図１８で示した最終ターン部２４０を抽出するための特定の静止画、すなわち、巻回終了直前の最終ターンコア片２０３の最終ターン画像を取得する（図２４のステップＳＴ２）。この静止画の取得は、例えば、図１０に示す巻線制御部１５がフライヤ１３を駆動して巻回を開始するタイミングから実施することが可能である。そして、画像処理部１４２がこの情報を利用して巻回を開始するタイミングと動画の撮影を開始するタイミングとを同期する。よって、動画を構成する静止画の順番により、当該静止画の抽出は、容易に特定することが可能である。尚、画像を取得する工程は、以下の工程においても同様に行うことができる。

次に、取得した最終ターンコア片２０３の最終ターン画像の二値化処理を行う（図２４のステップＳＴ３）。この二値化処理は、一般に公知な処理方法にて行うことができるため説明は省略する。但し、取得された画像の明暗や撮影対象の色彩を考慮して二値化するための処理条件が必要である。例えば、絶縁部３が白色、コア片２０が金属の光沢を有する銀色、コイル１を形成するマグネットワイヤ９が銅線で光沢を有する茶色の場合には、ＲＧＢ値のそれぞれの閾値で二値化の処理を行う。

尚、二値化処理は、画像のノイズに対するフィルタ処理もあわせて行うことが可能である。また、二値化処理は、取得した画像の全域に渡り実施する必要はない。以下の工程においても同様に、取得した画像において使用する範囲のみ行えばよいため、この説明は適宜省略する。

次に、最終ターンコア片２０３の最終ターン部２４０の位置を抽出する（図２４のステップＳＴ４）。次に、最終ターンコア片２０３の最終ターン部２４０の位置を定量化する（図２４のステップＳＴ５）。これらステップＳＴ５の最終ターン定量化工程までの工程について、図１８を用いて説明する。尚、図１８および図１９は、図１６に示したピン２１やピン２１に絡げられたコイル端末から遡ってコイル輪郭上の最終ターン位置を特定することも可能であるが、前述したように最終ターン部２４０と他のターン部とが同色のため、二値化による明確な区別が難しい場合を想定し、ここではピン２１やピン２１に絡げられたコイル端末は用いずに、以下に説明する最終ターン部２４０の位置の定量化方法を適用する。

まず、図１８（Ａ）に示すように、カメラ１４１で撮影した視野２６には、最終ターンが巻回された状態の最終ターンコア片２０３が映っており、最終ターン部２４０の位置を抽出するための分析左窓２７１および分析右窓２７２をそれぞれ設置する。この分析左窓２７１および分析右窓２７２は、それぞれの対角の２点（Ｘ１，Ｙ１）および（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）および（Ｘ４，Ｙ４）があらかじめ設定される。

例えば、図１８（Ａ）は、分析左窓２７１および分析右窓２７２に、コア片２０のヨーク部側側面２３と反ヨーク部側側面２２とを含む。また、いずれかの分析左窓２７１、分析右窓２７２、ここでは分析左窓２７１に最終ターン部２４０を含む。そして、図１８（Ａ）に最終ターンコア片２０３を示すコイルの最終ターン左輪郭２９１および最終ターン右輪郭２９２は、図１８（Ｂ）のように二値化された最終ターン左輪郭２９１および最終ターン右輪郭２９２の輪郭線として分析左窓２７１および分析右窓２７２にそれぞれ映る。そして、図１８（Ｂ）に示すように、コア片２０の基準を反ヨーク部側側面２２の両端となるＬ１およびＲ１の中点Ｃ１と、ヨーク部側側面２３の両端となるＬ２およびＲ２の中点である基準点Ｃ２とのそれぞれの座標を割り出す。

これによって、コア片２０の中点Ｃ１および基準点Ｃ２を通る中心線２８（ＣＬ）と、中心線２８上のコア片２０の基準点Ｃ２を得る。但し、必ずしも反ヨーク部側側面２２やヨーク部側側面２３上の定点を抽出する必要はなく、コア片２０の中心線２８と、中心線２８上の定点を得られれば他の部分でも同様に行うことができる。図１８（Ａ）に示すコイルの輪郭と最終ターン部２４０は、図１８（Ｂ）のように二値化された輪郭線が分析左窓２７１に映り、最終ターン部２４０と分析左窓２７１との交点であるＫ点（Ｘ５，Ｙ５）を得ることができる。すなわち、最終ターン部２４０の輪郭から最終ターン部２４０の径方向位置であるＫ点のＹ位置（Ｙ５）の値を得て、最終ターン部２４０の位置の定量化ができる。

次に、図２５のステップＳＴ６から最終工程であるステップＳＴ１０までを説明する。そして、撮影された動画から、巻線完了後のコイル１の形状を抽出し得る、巻線後の後コア片２０２の後画像を取得する（図２５のステップＳＴ６）。次に、後コア片２０２の後画像から、コイル１の輪郭を抽出するために２値化処理を行う（図２５のステップＳＴ７）。尚、後取得工程（図２５のステップＳＴ６）は最終ターン取得工程と、後二値化工程（図２５のステップＳＴ７）は最終ターン二値化工程と同様の処理を行うので説明を省略する。

次に、後抽出工程（図２５のステップＳＴ８）では後画像で抽出したコイル輪郭の二値化処理を行う。そして、後定量化工程（図２５のステップＳＴ９）では、コイル面積Ｓを算出し定量化を行う。そして、判定工程（図２５のステップＳＴ１０）では、最終ターン定量化工程にて定量化した最終ターン部２４０の径方向位置であるＹ位置と、後定量化工程にて定量化したコイル面積Ｓとからコイルの巻線不良の判定を行う。

以上、ステップＳＴ６からステップＳＴ１０までを、図１９から図２３を用いて説明する。図１９（Ａ）は図１８であらかじめ得た基準点Ｃ２（Ｘ６，Ｙ６）を用いて、視野２６中に（Ｘ７，Ｙ７）および（Ｘ８，Ｙ８）が設定された後分析窓３０３を設置する。そして、図１９（Ａ）の巻線完了後を示すコイルの左輪郭３１１および右輪郭３１２は、図１９（Ｂ）のように二値化された左輪郭３１１および右輪郭３１２の輪郭線として後分析窓３０３に映る。そして、巻線完了後の後分析窓３０３における、ヨーク部側側面２３と左輪郭３１１との交点をＭ点とし、反ヨーク部側側面２２と左輪郭３１３との交点をＰ点とする。

以下、ターン位置と輪郭との座標原点は当該基準点Ｃ２として説明する。また、後分析窓３０３のＹ方向の正負は視野２６のＹ方向と一致し、視野２６の紙面上方向を正と定義する。一方、Ｘ方向の正負は中心線２８を挟んで対称とし、これ以降の説明では当該正負に合わせて説明する。

図２０はコイル輪郭を集約して示したものであり、実施の形態１において定量化されたデータである。また、図１９（Ｂ）で抽出し定量化した左輪郭３１１を例に示す。図２０のＸＡ軸は図１９（Ｂ）のＸ軸と、ＹＡ軸は図１９（Ｂ）のＹ軸と同じ方向である。左輪郭３１１は図１９および図２０で同一である。Ｋ点は図１８で抽出した最終ターン部２４０と分析左窓２７１との交点である。

次に、図１８にて定量化した最終ターン部２４０の径方向位置としてのＹ位置（Ｙ９）と、コイル輪郭から定量化したコイル面積Ｓとのデータを用いて判定を行う。但し、図２０に示すように、コイル面積Ｓを算出ための基準点Ｃ２からのＹＡ軸方向の距離Ｌは、Ｋ点を通る垂線のＹＡ軸方向の距離Ｌ１と一致するとは限らない。

ここで、コイル面積Ｓを算出するための手順を、図２１を用いて説明する。図２１において、不良発生のない正常な最良輪郭３２１は、図２０にて得られたコイル１の輪郭と同様であり、整列性が良好で巻線の不良が発生しなかったロットのコイルの輪郭の例を示す。また、不良発生のあった良輪郭３２２は、巻線不良が生じたロットではあるが不良とはならなかった良品のコイルの輪郭の例を示す。いずれの輪郭の表示も、各ロットのコア片２０の５個（ｎ＝５）の平均値にて示したものである。

コイルの整列性をコイル面積Ｓとして定量化して解析するためには、コイル輪郭の全てのコイル面積を算出することも考えられる。しかしながら、効率化および高精度化を考えると、図２１における距離Ｌを設定する必要がある。具体的には、図２１の最良輪郭３２１および良輪郭３２２を比較すると、当然ながら巻線不良が発生したロットの良輪郭３２２は、そのもの自身が不良品ではないにもかかわらず、良品の最良輪郭３２１とは異なる様相であることが判る。さらに、前述の良輪郭３２２は正常品の最良輪郭３２１と比べて特定の範囲で、許容範囲ではあるものの巻乱れによるコイルの膨れが発生する傾向が確かめられた。

このように、巻乱れ、すなわちコイルの膨らみはコイル面積Ｓの大きさが大きくなることにより判定可能である。このため、コイルの輪郭の全てのコイル面積Ｓを用いることも可能であるが、最良輪郭３２１と良輪郭３２２との差が最も大きくなる距離Ｌ、すなわち所定箇所のコイル面積Ｓを算出し定量化することで、判定を効率化および高精度化できるのは明らかである。以上の結果を踏まえ、図２２には実データを用いて、先に示した距離Ｌにおけるコイル面積Ｓと、先に定量化した最終ターン部２４０のＹ位置とをプロットした。縦軸を最終ターン部２４０のＹ位置とし、横軸をコイル面積Ｓとする。

図２２および後述する図２３における最良輪郭群３３１および良輪郭群３３２は、図２１と同じ種別のデータである。また、不良輪郭３３３の度数は”１”で、実際に巻線不良となった発生率が１／２４０００のデータを用いて説明する。図２３では閾値を用いた判定方法を、図２２と同じデータを用いて説明する。図２２に示すように、不良品が発生した良輪郭群３３２は最良輪郭群３３１と比較すると、最終ターン部２４０のＹ位置がヨーク部側により、また、コイル面積Ｓが増加する傾向がある。さらに、不良輪郭３３３においてはその傾向が最も顕著であることが判る。

そこで、図２２のプロットの基準を良品データとし、良品データの最終ターン部２４０のＹ位置およびコイル面積Ｓの平均と分散とを用いて基準化し、基準化した２軸の交点を中心に４５°回転し、一次変換したプロットを図２３に示す。すなわち、良品データの最終ターン部２４０のＹ位置とコイル面積Ｓとの各々の平均値Ｙ（ａｖｅ）、Ｓ（ａｖｅ）および分散σｙ、σｓとして、全てのプロットを下記式（１）にて変換した。

ここでは、上記式（１）に示すように、良品データの平均値を、図２３に示すように、Ｚ１軸とＺ２軸とが直交する原点（０、０）を中心として、θ＝４５°回転する計算を行う。尚、基準化と軸の回転角度とについては一般的な計算に則り、他の計算方法を用いても定量化が可能であればよい。以上の定量化を用いて図２３のプロットを得ることで、不良品の判定を一つの値で行うことができる。ここでは”Ｚ１≒６”を閾値３４として用いて判定が可能である。すなわち、Ｚ１が６より大きければ不良と判定し、６より小さければ良と判定する。

上記のように行われた実施の形態１の巻線検査方法および巻線検査装置によれば、巻線後直前の最終ターンコア片の最終ターン部の輪郭および後コア片のコイルの輪郭から巻線不良の判定を行うことができる。よって、巻線後のコア片を環状に配列し溶接等で固着してコア部を形成する前に、巻線不良を検出できる。よって、コイルの不良が検出された場合には、この時点で、不良とされたコア片を取り除く、コイルの巻直し、もしくは、コイルの修正を行うなどの対応が可能となる。これらにより、生産性を向上できる。このため、省エネルギーとなり、歩留まりが向上する。

さらに、巻線不良の判定に、コア片の最終ターン部の径方向位置および巻線コイルの面積を用いることにより、巻線（マグネットワイヤ）の線径や巻線のターンのパターン設計など巻線の整列性、また、照明等画像取得の外的環境により影響の受けにくいコイル面積を判定に使用するため、より一層精度よく良否の判定を行うことができる。さらに、抽出工程にて、解析窓を大きく逸脱しコア片が解析できない場合には、コア片の脱落や、マグネットワイヤの断線によりコイルや最終ターンが形成されていない等の現象を不良として判定を行うことができる。よって、巻線検査の精度が向上し、早期に巻線不良を検出でき、後工程への不良流出を防止できる。

尚、上記実施の形態１においては、２次元の映像にて処理する例を示したが、これに限られることはなく、３次元の映像にて処理して、上記実施の形態１と同様に判断することも可能である。また、このことは以下の実施の形態においても同様である。

また、上記実施の形態１においては、コア片の最終ターン部の径方向位置および巻線コイルの面積を用いて巻線不良の判定を行う例を示したが、これに限られることはなく、巻線後直前の最終ターンコア片の最終ターン部の輪郭および後コア片のコイルの輪郭から他の特定部分を用いて巻線不良の判定を行うことも可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１においては、最終ターン部２４０の輪郭から最終ターン部２４０の径方向位置であるＹ位置を算出し、コイルの輪郭からコイル面積Ｓを算出してコイルの良否を判定する例を示したが、これに限られることはなく、本実施の形態２においては、最終ターン部２４０の輪郭とコイルの輪郭とから最終ターン部２４０の径方向位置であるＹ位置および周方向位置であるＸ位置を算出してコイルの良否を判定する場合について説明する。

図２６および図２７は上記実施の形態１と同様に図２１にて得られた解析結果を用いて閾値を定め不良を判定する工程を説明するための説明図である。図２６は図１８にて得られたコイル１の最終ターン部２４０の径方向位置としてヨーク部側からの距離をＹ位置として縦軸とし、最終ターン部２４０の周方向位置としてコア片２０の中心線２８からの距離をＸ位置として横軸に示した解析結果である。図２７は図２３と同様の演算方法を用いて不良の閾値判定する工程を説明するための説明図である。尚、図２６は図２２と同じデータを用いて行っている。

次に、実施の形態２の巻線検査方法について説明する。まず、上記実施の形態１にて示した場合と同様に、図１８から最終ターン部２４０のＹ位置を算出する。次に、図１９および図２０の左輪郭３１１から、最終ターン部２４０のＹ位置に対応する周方向位置としてのＸ位置を抽出する。具体的には、左輪郭３１１と最終ターン部２４０のＹ位置との交点である（Ｘ９、Ｙ５）から、Ｘ位置（Ｘ９）を抽出し、コア片２０の中心線２８を基準とする最終ターン部２４０のＸ位置を定量化できる。

そして、図２６および後述する図２７における最良輪郭群３３１および良輪郭群３３２および不良輪郭３３３は、上記実施の形態１と同様に図２１と同じ種別のデータである。図２７では閾値を用いた判定方法を、図２６と同じデータを用いて説明する。図２６に示すように、不良品が発生した良輪郭群３３２は最良輪郭群３３１と比較すると、最終ターン部２４０のＹ位置がヨーク部側により、また、最終ターン部２４０のＸ位置が基準点Ｃ２から離反する傾向にある。さらに、不良輪郭３３３においてはその傾向が最も顕著であることが判る。

そこで、図２６のプロットの基準を良品データとし、良品データの最終ターン部２４０のＹ位置およびＸ位置の平均と分散とを用いて基準化し、基準化した２軸の交点を中心に４５°回転し一次変換したプロットを図２７に示す。すなわち、良品データの最終ターン部２４０のＹ位置とＸ位置との各々の平均値Ｙ（ａｖｅ）、Ｘ（ａｖｅ）および分散σｙ、σｘとして、全てのプロットを下記式（２）にて変換した。

ここでは、上記式（２）に示すように、良品データの平均値を、図２７に示すように、Ｚ１軸とＺ２軸とが直交する原点（０、０）を中心として、θ＝４５°回転する計算を行う。尚、基準化と軸の回転角度とについては一般的な計算に則り、他の計算方法を用いても定量化が可能であればよい。以上の定量化を用いて図２７のプロットを得ることで、不良品の判定を一つの値で行うことができる。ここでは”Ｚ１≒４”を閾値３４として用いて判定が可能である。すなわち、Ｚ１が４より大きければ不良と判定し、４より小さければ良と判定する。

上記のように行われた実施の形態２における巻線検査方法によれば、最終ターン部の径方向位置および周方向位置を用いて判定を行うので、精度としては上記実施の形態１より劣るものの、判定を行うための処理が少なく、高速にて判断を行うことができる。また、低コストとなる。

実施の形態３．
この発明における実施の形態３においては、上記各実施の形態で説明した巻線検査方法を実施するための巻線検査装置１４０に関するものである。尚、実施の形態３においては、上記実施の形態１において説明した固定子１０を参照して説明する。図２８はこの発明の実施の形態３における巻線検査装置１４０の構成を示す図である。図において、巻線検査装置１４０は、カメラ１４１と、画像処理部１４２とを備えている。

画像処理部１４２は、取込部３５、取得部３６、二値化処理部３７、最終ターン抽出部３８、最終ターン定量化部３９、後抽出部４４、後定量化部４５、判定部４８、および制御部４９を備える。

制御部４９はカメラ１４１と画像処理部１４２とを制御する。制御部４９は図示しない表示装置、キーボード、マウス等との間の信号処理を行う。画像処理部１４２はＣＰＵ、メモリ、ディスク、入出力部、および周辺機器部にて構成し、巻線検査方法の各処理工程をソフトウエアで処理できる。尚、制御部４９を巻線装置１４の一部として利用することも可能である。その場合、巻線制御部１５と制御部４３とは完全に同期して、検査員が判定結果を基に巻線装置１４の操作を行うことなく自動生産と巻線の自動検査とが実施できる。

取込部３５は、カメラ１４１を用いて前コア片２０１が巻線を施す位置に設置された直後（巻回直前）から、巻線を終了するまでの動画を撮影する。取得部３６は、得られた動画ファイルから、最終ターンコア片２０３および後コア片２０２の必要となる画像の取得を行う。二値化処理部３７は、取得された最終ターンコア片２０３および後コア片２０２の画像の明暗や撮影対象である絶縁部、コア部、コイルの色彩を考慮して二値化の処理を行う。

最終ターン抽出部３８は、最終ターンコア片２０３の最終ターン部２４０を含む最終ターンコア片２０３の輪郭の抽出などを行う。最終ターン定量化部３９は、最終ターンコア片２０３の輪郭から、最終ターン部２４０の径方向位置を定量化する。

後抽出部４０は、後コア片２０２のコイル１の整列性を検査するためコイル１の輪郭の抽出を行う。後定量化部４５は、得られた後コア片２０２のコイル１の輪郭を、コア片２０のコイル面積Ｓまたは最終ターン部２４０の周方向位置を定量化する。またこれ以外に、この時点で、巻乱れおよびショート不良に代表される巻線不良を診断することも可能である。

判定部４８は、最終ターン定量化部３９の最終ターンコア片２０３の画像を定量化した結果と、後定量化部４５の後コア片２０２の画像を定量化した結果を用いてコア片２０のコイル１の良否判定を行う。制御部４９は、巻線検査の結果、すなわち判定部４８の判定結果とその値、さらに巻線済みのコア片２０であっても巻線装置１４内で付与したコア片２０を特定し得る情報を、表示装置に表示して巻線装置１４を扱う操作員含み検査に関わる人員に提示する。また、巻線前において不良の可能性を検出した場合は、巻線装置１４へ接続した入出力装置を介して警告信号を発信し、これを受けた巻線装置１４を自動停止できる。

上記のように構成された実施の形態３の巻線検査装置は、上記各実施の形態の巻線検査方法を実施することが可能となり、上記各実施の形態と同様の効果を奏することできる。さらに、巻線装置を巻線検査の結果に応じて適宜処理したり、操作員に対して巻線検査の結果を提供できる。

よって、コア片を環状に配置する前に巻線不良を検出し、巻線装置および操作員が不良のコア片に対して対応できる。よって、さらに生産性の向上、省エネルギー、歩留まりの向上が可能となる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ コイル、２ コア部、３ 絶縁部、４ 電磁鋼板、５ 連結部、６ ティース部、７ ヨーク部、８ 反ヨーク部、９ マグネットワイヤ、１０ 固定子、１１ ドラム、１２ テンショナ、１３ フライヤ、１４ 巻線装置、１５ 巻線制御部、
１６ 不良コイル、１７ ショート部、１９ 巻始部、２０ コア片、２１ ピン、
２２ 反ヨーク部側側面、２３ ヨーク部側側面、２４ 巻終部、２５ 渡り部、
２６ 視野、２８ 中心線、３４ 閾値、３５ 取込部、３６ 取得部、
３７ 二値化処理部、３８ 最終ターン抽出部、３９ 最終ターン定量化部、
４４ 後抽出部、４５ 後定量化部、４８ 判定部、４９ 制御部、５１ 凸部、
５２ 凹部、１４０ 巻線検査装置、１４１ カメラ、１４２ 画像処理部、
１８１ 左側面、１８２ 右側面、２０１ 前コア片、２０２ 後コア片、
２０３ 最終ターンコア片、２４０ 最終ターン部、２７１ 分析左窓、
２７２ 分析右窓、２９１ 最終ターン左輪郭、２９２ 最終ターン右輪郭、
３０１ 第一絶縁部、３０２ 第二絶縁部、３０３ 後分析窓、３１１ 左輪郭、
３１２ 右輪郭、３２１ 最良輪郭、３２２ 良輪郭、３３１ 最良輪郭群、
３３２ 良輪郭群、３３３ 不良輪郭、Ｃ１ 中点、Ｃ２ 基準点、Ｘ 周方向、
Ｙ 径方向、Ｚ 軸方向。

Claims (8)

1. 巻線装置にコア片を設置し、巻線を巻回して巻線コイルを前記コア片に形成する固定子の巻線検査方法において、
   前記コア片の前記巻線の巻回終了直前の最終ターン部の最終ターン画像を取得する最終ターン取得工程と、
   前記最終ターン画像から前記最終ターン部の輪郭の抽出を行う最終ターン抽出工程と、
   前記コア片の巻回終了後の後画像を取得する後取得工程と、
   前記後画像から前記コア片に巻回された前記巻線コイルの輪郭の抽出を行う後抽出工程と、
   前記最終ターン部の輪郭および前記巻線コイルの輪郭を用いて前記巻線コイルの良否を判定する判定工程とを備えた巻線検査方法。
2. 前記判定工程は、前記最終ターン部の輪郭から前記最終ターン部の径方向位置を算出し、
   前記巻線コイルの輪郭から前記巻線コイルのコイル面積を算出して前記巻線コイルの良否を判定する請求項１に記載の巻線検査方法。
3. 前記巻線コイルのコイル面積は、前記巻線コイルの所定箇所のコイル面積を用いる請求項２に記載の巻線検査方法。
4. 前記判定工程は、前記最終ターン部の輪郭と前記巻線コイルの輪郭とから前記最終ターン部の径方向位置および周方向位置を算出して前記巻線コイルの良否を判定する請求項１に記載の巻線検査方法。
5. 巻線装置にコア片を設置し、巻線を巻回して巻線コイルを前記コア片に形成する固定子の巻線検査装置において、
   前記巻線装置に設置されたコア片を撮影する撮像部にて撮影された前記コア片の画像を取得する取得部と、
   前記コア片の画像から前記コア片の前記巻線の巻回終了直前の最終ターン部の輪郭の抽出を行う最終ターン抽出部と、
   前記コア片の画像から前記コア片の巻線終了後の前記巻線コイルの輪郭の抽出を行う後抽出部と、
   前記最終ターン部の輪郭および前記巻線コイルの輪郭を用いて前記巻線コイルの良否を判定する判定部とを備えた巻線検査装置。
6. 前記判定部は、前記最終ターン部の輪郭から前記最終ターン部の径方向位置を算出し、
   前記巻線コイルの輪郭から前記巻線コイルのコイル面積を算出して前記巻線コイルの良否を判定する請求項５に記載の巻線検査装置。
7. 前記巻線コイルのコイル面積は、前記巻線コイルの所定箇所のコイル面積を用いる請求項６に記載の巻線検査装置。
8. 前記判定部は、前記最終ターン部の輪郭と前記巻線コイルの輪郭とから前記最終ターン部の径方向位置および周方向位置を算出して前記巻線コイルの良否を判定する請求項５に記載の巻線検査装置。

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