JP7113533B2 - 管材自動検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、管材の内面検査に用いる管材自動検査装置に関する。

様々な用途に多様な管材が使われているが、特に、その内面傷が管材の信頼性に大きく影響する管材では、依然として目視検査が行われている。しかし、グローバル化の進展に伴い、生産性の向上が急務となっており、様々な多様な管材において、この目視検査の自動化に対するニーズは極めて大きい。

本願発明者等は、上記ニーズに対応した管材自動検査装置を、特許文献１～４に開示している。

図１（ａ）、（ｂ）は、特許文献１～３に開示した管材自動検査装置の構成を示した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示した管材自動検査装置において、被検査管材１１２は、管材投入ユニット１０１から管材検査ユニット１０２へ搬送される。管材１１２の一方に、カメラと可動焦点型ズームレンズ１０８が取り付けられ、その反対側に、光源ユニット１０９が設置されている。管材１１２の正面から管材１１２の内面画像をズームし、ピントを変えながら複数枚撮影して画像取得すると共に、画像解析して良否判定する。

良否判定後は、管材ストッカーユニット１０３送られ、良否判定に基づき、良品ストッカー１０４、不良品ストッカー１０５へ振り分けられる。

これら、管材投入ユニット１０１、管材検査ユニット１０２、管材ストッカーユニット１０３からなる管材搬送部１２０は、図１（ｂ）に示すように、水平な同一平面上に配置されている。そのため、管材１１２は、管材投入ユニット１０１から、管材搬送機構１１９を用いて、管材検査ユニット１０２、管材ストッカーユニット１０３に順次搬送される。

図２（ａ）、（ｂ）は、特許文献４に開示した管材自動検査装置の構成を示した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示した管材自動検査装置において、管材投入ユニット１０１、管材検査ユニット１０２、及び管材ストッカーユニット１０３からなる管材搬送部１２０に、重力方向に傾斜（傾斜角度＝α）を設けることにより、管材１１２を搬送するための機構を省略でき、管材自動検査装置の省スペース化を図ることができる。

特開２０１１－６９６１６号公報 特開２０１６－０９０２９３号公報 特開２０１８－０４８９８１号公報 特開２０１９－２０００９７号公報

しかしながら、特許文献１～４に開示した管材自動検査装置では、管材投入ユニット１０１、管材検査ユニット１０２、管材ストッカーユニット１０３からなる管材搬送部１２０上で、管材１１２を一本ずつ個別に搬送する機構を設置する必要がある。

管材の重量や形状が大きい等の場合、管材搬送部１２０上で管材１１２を一本ずつ搬送することはきわめて困難である。

塩ビ系の管材の場合、長さが４ｍ、外径が５０ｍｍφ程度のものであれば、重量は３ｋｇ程度であるため、特許文献４に開示した管材自動検査装置で問題なく動作する。

しかしながら、ステンレス系の管材の場合、長さ及び外径が同じものでは、１６ｋｇ程度になり、肉厚が１０ｍｍの管材であると３４ｋｇ程度となる。

このように重量が増加すると、特許文献４に開示した管材自動検査装置において、管材１１２を管材搬送部１２０上に乗せることが出来たとしても、管材１１２を管材搬送方向に流した後、管材ストッパ１２１、１２２、１２３を強靭な物にしないと、管材１１２を停止させることが難しくなる。

加えて、管材１１２の重量が大きいため、管材ストッパ１２１、１２２、１２３で直ちに静止せず、跳ね返りも大きくなる。そのため、管材１１２が静止するまでの時間が長くなり、検査時間の増加となる。

それでも、生産ラインで、管材１１２が１本ずつ順次流れてくるものであれば、特許文献１～４に開示した管材自動検査装置でも、管材１１２の検査にそれほど支障はない。

しかしながら、パイプの生産工程によれば、一旦生産されたパイプを一旦積み上げて保管する場合がある。

この場合、一旦積み上げられた管材を、検査装置の場所へ搬送し、一本ずつ、手動ないしは自動で検査装置に投入する必要がある。

特許文献１～４に開示した管材自動検査装置では、管材投入ユニット１０１、管材検査ユニット１０２、管材ストッカーユニット１０３からなる管材搬送部１２０上で、管材を一本ずつ個別に搬送する機構を備えている。

生産ラインで、生産中の管材が、検査すべき場所を通過ないしは保管される場合、その場所から、管材自動検査装置の設置させる場所に、管材を移動させるのは検査工程の増加を招く。

特許文献４に開示した管材自動検査装置では、管材搬送部１２０に、重力方向に傾斜を設けることによって、管材１１２が自然落下で流れ、搬送機構を省略する事が可能である。

しかしながら、長尺の管材１１２を傾斜方向に流した場合、左右の管材や機構の差により、左右の流れ方が異なり、管材１１２が並行に流れない場合がある。また、管材ストッパ１２１、１２２、１２３での跳ね返りにも左右差が発生する。そのため、管材１１２のたわみ、測定位置のずれ等が発生し、正確な検査に支障が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、簡単な構成で、正確な検査が可能な管材自動検査装置を提供することにある。

本発明に係る管材自動検査装置は、複数の管材を、該管材の軸方向を揃えて積層して載置する載置部と、管材の一方の開口端部側に配置され、可動焦点型ズームレンズを有する撮像手段と、管材の他方の開口端部側に配置された光源と、撮像手段を、管材の軸方向に垂直な方向であって、管材の積層方向、及び積層方向と垂直な方向に、移動制御する第１の制御手段とを備え、複数の管材のうち、撮影の目的とする管材に対して、第１の制御手段により、撮像手段を、管材の内面を撮影可能な位置に移動させた後、管材の内面を撮影して、管材の良否を判定する。

ある好適な実施形態において、光源を、管材の軸方向に垂直な方向であって、管材の積層方向、及び積層方向に垂直な方向に、移動制御する第２の制御手段をさらに備え、複数の管材のうち、撮影の目的とする管材に対して、第２の制御手段により、光源を撮像手段と対向する位置に移動させる。

ある好適な実施形態において、管材の一方の開口端部側に、光源がさらに配置され、管材の他方の開口端部側に、撮像手段がさらに配置されている。

ある好適な実施形態において、載置部は、積層された複数の管材に対して、一段毎に複数の管材を載置するトレーをさらに備えている。

ある好適な実施形態において、トレーは、該トレーに載置された各管材の位置をそれぞれ固定する固定手段を備えている。

本発明によれば、簡単な構成で、正確な検査が可能な管材自動検査装置を提供することができる。

（ａ）、（ｂ）は、従来の管材自動検査装置の構成を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来の管材自動検査装置の構成を示した図である。 本発明の実施形態における管材自動検査装置の構成を示した図である。 管材自動検査装置の具体的構成を示した図である。 管材自動検査装置の他の実施形態を示した図である。 管材自動検査装置の他の実施形態を示した図である。 管材自動検査装置の他の実施形態を示した図である。 トレーの構成を示した図である。 トレーの構成を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図３は、本発明の一実施形態における管材自動検査装置の構成を模式的に示した斜視図である。本実施形態における管材自動検査装置は、管材の内面を撮影して、管材の良否を判定するものである。検査対象とする管材は、鋼管の他、ポリ塩化ビニル、プラスチック、樹脂、ゴム等の円筒形であれば全て可能である。

図３に示すように、本実施形態における管材自動検査装置１は、複数の管材３００を、管材３００の軸方向Ｘを揃えて積層して載置する載置部４０１と、管材３００の一方の開口端部側に配置され、可動焦点型ズームレンズを有する撮像手段３０５と、管材３００の他方の開口端部側に配置された光源３０１とを備えている。

撮像手段３０５は、第１の制御手段４００によって、管材３００の軸方向Ｘに垂直な方向であって、管材の積層方向Ｙ、及び積層方向Ｙと垂直な方向Ｚに移動制御される。

本実施形態において、複数の管材３００のうち、撮影の目的とする管材に対して、第１の制御手段４００により、撮像手段３０５を、管材３００の内面を撮影可能な位置に移動させた後、管材３００の内面を撮影して、管材３００の良否を判定する。これにより、管材３００を移動させることなく、管材３００の内面を撮影して、管材３００の良否を判定することができる。これにより、簡単な構成で、正確な検査が可能な管材自動検査装置１を実現することができる。

以下、図４を参照しながら、管材自動検査装置１の具体的構成を説明する。

管材３００は、長さ４．０～４．１ｍ，外径６．３５～１２．７ｍｍ，肉厚は、１．００ｍｍ～１．２４ｍｍのクリーン鋼管である、管材３００の材質はステンレスで、内面の特殊加工は、電解研磨による鏡面仕上げ（ＥＰグレード）か、光輝焼鈍による表面仕上げ（ＢＡグレード）がされている。外径や肉厚、長さに関しては、検査対象の管材３００に合わせた光学系（拡散光源やカメラ、レンズなど）と自動検査装置を用意すれば、外径５．００～４５０．０ｍｍ，肉厚１．００～１２．７ｍｍ，長さ１．０～４．５ｍまで対応することができる。

本実施形態では、複数本のクリーン鋼管を保持しておくストッカーとして、搬送可能なラック（載置部）４０１を備え、複数本の被検査管材３００を格納する。なお、管材３００は、ラック４０１に、管材３００の軸方向Ｘを揃えて積層されて載置される。

カメラ・レンズユニット（撮像手段）３０５は、カメラ３０３、レンズ３０２の端に、ＬＥＤリング照明３０４を装着し、被検査管材３００を撮影して、管材３００の内面や管端の鮮明な画像が取得できるように構成されている。

カメラ・レンズユニット３０５の下方に、カメラ・レンズユニット３０５を支える移動微調整機構４０６が配置されている。移動微調整機構４０６は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動、及び角度の光軸調整手段を備えている。また、移動微調整機構４０６は、Ｙ方向（上下方向）の移動を制御する上下移動機構４０４、及びＺ方向（左右方向）の移動を制御する左右移動機構４０５が連結されている。

カメラ・レンズユニット３０５と、移動微調整機構４０６は、左右移動機構４０５、上下移動機構４０４を介して、カメラフレーム４０２に固定されている。移動微調整機構４０６、上下移動機構４０４、及び左右移動機構４０５は、カメラ・レンズユニット３０５をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動制御する第１の制御手段４００を構成している。

照明ユニット３０１は、照明フレーム４０３上に配置されている。照明ユニット３０１は、ラックに載置された全ての管材３００の開放端部を照射する。

カメラフレーム４０２、照明フレーム４０３上には、ラッククランプ４０７が配置されており、ラック４０１が固定されている。任意の長さのラック４０１に対応するために、カメラフレーム４０２と照明フレーム４０３は、可変長のユニット連結フレーム４０８でビス止めされている。

これらの各ユニットを制御する制御盤３０９及びコンピュータ（画像処理＆制御装置）３０８を備えている。

管材自動検査装置１を構成する各機材は、例えば、次のようなものを用いることができる。カメラ・レンズユニット３０５のズームレンズ３０２は、焦点距離８～１３６ｍｍ，最大口径比１：１．６，ズーム比１７倍，包括角度４３．６°×３３．４°から２．７°×２．２°，絞りＦ１．６～Ｃｌｏｓｅのものを用いることができる。接写リングは、厚さ１．５ｍｍ，カメラ・レンズユニット３０５のカメラはＣＭＯＳカメラで、最大解像度２４８８×２０４８～４０００×３０００のものを用いることができる。照明ユニット３０１、リング照明３０４には白色ＬＥＤ光源を用いることができる。

本実施形態における管材自動検査装置１では、ラック４０１に格納された被検査管材３００を、カメラフレーム４０２と照明フレーム４０３に、ラッククランプ４０７により固定する。

カメラフレーム４０２と照明フレーム４０３は、被測定管材３００の長さにあわせたユニット連結フレーム４０８で、あらかじめ連結されている。

管材３００の検査は、次のように行われる。まず、上下移動機構４０４、左右移動機構４０５により、被検査管材３００の初期基準位置に、カメラ・レンズユニット３０５が移動する。その後、管材３００のうち、基準となる基準管材３００１の管端画像を取得し、その管端画像から、基準管材３００１の管材中心位置と直径値を計測する。

次に、管材中心位置と直径値が、予め管材３００の品種毎に設定された規定値になるように、カメラ・レンズユニット３０５を移動微調整機構４０６により、管材３００に向かって、前後左右に移動し、カメラ・ズームレンズ３０２と被検査管材３００の管端との位置関係が規定値になるように調整する。

次に、基準管材３００１の管端画像を画像解析し、基準管材３００１の中央座標を計測する。予め、管材自動検査装置には、被検査管材３００の品種毎に、複数の必要な管材３００の内面画像取得位置と焦点が合う画像範囲が設定されているため、入力した品種名（口径）より、自動的に被検査管材３００の取得画像の、焦点の合った範囲を切り出し、画像処理して合否判定される。

基準管材３００１の検査が終了すると、管材の種類によりあらかじめ計算設定されている数値を用いて、カメラ・レンズユニット３０５が隣接する次の管材３００へ、上下移動機構４０４、左右移動機構４０５により移動する。

基準管材３００１の時と同様に、管材３００の管端画像を取得し、その管端画像から基準管材３００１の管材中心位置と直径値を計測する。

次に、その中心位置と直径値が予め管材３００の品種毎に設定された規定値になるように、カメラ・レンズユニット３０５を移動微調整機構４０６により、管材３００に向かって前後左右に移動し、カメラ・ズームレンズ３０２と被検査管材３００の管端との位置関係が規定値になるように調整する。その後、中央座標を計測し、被検査管材３００の内面画像を取得し、画像処理して合否判定される。

以降、同様に、カメラ・レンズユニット３０５が隣接する次の管材３００へ移動し、撮影、画像処理、合否判定される。

中央座標を計測した際に、中央座標が一定の基準値を超えて計測された場合、すなわち、カメラ光軸とパイプ中心がずれた場合は、一定の基準値を超えた数値より計算される値を用いて、カメラ・レンズユニット３０５の位置を、上下移動機構４０４、左右移動機構４０５、移動微調整機構４０６を調整し、最適な位置に移動させてもよい。

カメラ・レンズユニット３０５が隣接する次の管材３００へ移動する際、ラック４０１の大きさにより決まる限界値を超えた場合、すなわち終端の管材３００を超えた場合は、上下移動機構４０４、左右移動機構４０５の移動する方向を切り替え、次の管材３００へ移動する。

隣接する次の管材３００へ移動する場合の次の管材３００の位置の検出については、ある時点の管端画像を画像解析し、隣接する管材３００の存在と位置を計算／予測しても良い。

全ての管材３００の合否判定が終了した段階で、検査が終了する。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、図５に示すように、管材３００の他方の開口端部側に配置された照明ユニット（光源）３０１を、管材３００の軸方向Ｘに垂直な方向であって、管材３００の積層方向Ｙ、及び積層方向Ｙに垂直な方向Ｚに、移動制御する第２の制御手段（４０４、４０５、４０６）を備えていてもよい。これにより、カメラ・レンズユニット（撮像手段）３０５と同様に、複数の管材３００のうち、撮影の目的とする管材３００に対して、第２の制御手段（４０４、４０５、４０６）により、照明ユニット３０１を、カメラ・レンズユニット３０５と対向する位置に移動させることができる。

具体的には、図５に示すように、照明フレーム４０３上に、カメラフレーム４０２上の上下移動機構４０４、左右移動機構４０５、移動微調整機構４０６と同様の機構を設置し、照明ユニット３０１を配置する。

これにより、カメラ・レンズユニット３０５により撮影される被測定管材３００のみに照明を当てることができ、照明ユニット３０１の小型化、低消費電力化、低コスト化が可能になる。

また、図６に示すように、管材３００の一方の開口端部側に、照明ユニット（光源）３０１がさらに配置され、管材３００の他方の開口端部側に、カメラ・レンズユニット（撮像手段）３０５がさらに配置されていてもよい。

具体的には、図６に示すように、照明フレーム４０３上に、カメラフレーム４０２上と同様の上下移動機構４０４、左右移動機構４０５、移動微調整機構４０６、カメラ・レンズユニット３０５、照明ユニット３０１を配置する。

図４、図５に示した実施形態では、カメラフレーム４０２側からの撮影及び検査しかできず、照明フレーム４０３側からの撮影及び検査は、ラック４０１反転させて、再度検査の必要がある。

これに対して、図６に示した実施形態では、管材３００のカメラフレーム４０２側と、照明フレーム４０３側の両端からの同時検査が可能となり、検査時間の短縮化が可能である。

また、図７に示すように、ラック４０１は、積層された複数の管材３００に対して、一段毎に複数の管材３００を載置するトレー４０９を備えていてもよい。

図４、図５、図６に示した実施形態では、被検査管材３００がラック４０１の下部から順次積層される。その結果、特に丸型の管材３００の場合は、一段毎に左右上下に位置がずれていき、管材３００の位置が不安定となる。このため、1つの管材３００の検査終了後に、次の管材３００を探す場合、次の管材位置の予想範囲を、管材３００の位置ずれを考慮した範囲で設定する必要がある。

これに対して、図７に示した実施形態では、トレー４０９上に管材３００を配置することにより、全ての管材３００の位置を固定することが可能となる。これにより、1つの管材３００の検査終了後、次の管材３００の位置の特定が容易になる。その結果、次の管材３００の位置の検出にかかる時間の短縮ないしは削除が可能となり、検査時間の短縮化が可能である。

なお、図８及び図９に示すように、各トレー４０９には、トレー４０９に載置された各管材３００の位置をそれぞれ固定する固定手段として、溝４１１または分離ブロック４１２が設けられていてもよい。

１ 管材自動検査装置
３００ 管材
３０１ 照明ユニット（光源）
３０２ カメラ・ズームレンズ
３０３ カメラ
３０４ リング照明
３０５ カメラ・レンズユニット（撮像手段）
３０８ コンピュータ
３０９ 制御盤
４００ 第１の制御手段
４０１ ラック（載置部）
４０２ カメラフレーム
４０３ 照明フレーム
４０４ 上下移動機構
４０５ 左右移動機構
４０６ 移動微調整機構
４０７ ラッククランプ
４０８ ユニット連結フレーム
４０９ トレー
４１１ 溝
４１２ 分離ブロック
３００１ 基準管材

Claims (3)

1. 同一品種からなる複数の管材を、該管材の軸方向を揃えて積層して載置する載置部と、
   前記管材の一方の開口端部側に配置され、可動焦点型ズームレンズを有する撮像手段と、
   前記管材の他方の開口端部側に配置された光源と、
   前記撮像手段を、前記管材の軸方向に垂直な方向であって、前記管材の積層方向、及び積層方向と垂直な方向に、移動制御する第１の制御手段と
   を備えた管材自動検査装置であって、
   前記載置部は、前記積層された前記複数の管材に対して、一段毎に前記複数の管材を載置するトレーを備え、
   前記トレーは、該トレーに載置された各管材を、それぞれ所定の位置に固定する固定手段を備えており、
   前記複数の管材のうち、撮影の目的とする管材に対して、前記第１の制御手段により、前記撮像手段を、前記管材の品種毎に設定された前記管材の内面を撮影可能な位置に移動させた後、前記管材の品種毎に該管材の内面画像取得位置と焦点が合う画像範囲を設定して、前記管材の内面を撮影して、該管材の良否を判定するとともに、良否判定をした後、該良否判定に基づき、良品及び不良品を振り分ける、管材自動検査装置。
2. 前記光源を、前記管材の軸方向に垂直な方向であって、前記管材の積層方向、及び積層方向に垂直な方向に、移動制御する第２の制御手段をさらに備え、
   前記複数の管材のうち、撮影の目的とする管材に対して、前記第２の制御手段により、前記光源を、前記撮像手段と対向する位置に移動させる、請求項１に記載の管材自動検査装置。
3. 前記管材の一方の開口端部側に、前記光源がさらに配置され、
   前記管材の他方の開口端部側に、前記撮像手段がさらに配置されている、請求項１または２に記載の管材自動検査装置。
   

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