JPH10281734A - 波形付長尺フレキシブル管の寸法計測装置及び製造システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管軸方向に連続的に製造・進行する波形付長
尺フレキシブル管の形状の特徴量を、非接触、かつ光学
的に検査する装置を提供する。 【解決手段】 照明手段と、連続的に製造・進行する波
形付長尺フレキシブル管の２次元の静止映像を得るため
のシャッタ付ＣＣＤカメラと、該シャッタ付ＣＣＤカメ
ラを制御するカメラコントロールユニットと、得られた
静止映像に対し、２値化処理、及び特徴量抽出処理を行
って、波形付長尺フレキシブル管の波形状のピッチや山
の高さを算出し、その処理結果を製造装置に転送する画
像処理装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管軸方向に連続的
に移動する波形付長尺フレキシブル管の波形特徴量を非
接触、光学的に計測する装置、及び波形付長尺フレキシ
ブル管の製造システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波形付長尺フレキシブル管（以降、波形
管と略す）は、鋼管の管軸方向に沿って一定間隔で波形
を形成させたもので、耐荷重に優れる一方で、薄肉、軽
量、しかも容易に、自由に曲げて使用することができる
ことから種々のものが製造されており、その用途にあわ
せて所定の波形特徴量の計測及び検査が行われている。

【０００３】長尺物の外径測定装置として、特開平８−
１３６２２８（第一の方法）がある。これは、波形外周
面を有する長尺物（これも波形管と称する）の進行経路
の垂直方向側から、波形管に向けレーザ光を発する投光
器と、該進行経路を挟んで投光器と反対側に投光器から
の光を受ける受光器を備えた装置であって、受光器で受
けた該波形管の径方向の一方側の外縁の投影光の波形状
変化における基準値からの最大値及び最小値と、他方側
の外縁の投影光の波形状変化における基準値からの最大
値及び最小値から、該波形管の最大外径、及び最小外径
を求めるものである。また、本出願人は特公平８−３３
３５６（第二の方法）に示すような波形付フレキシブル
管の波形形状検査方法を開示している。これは、波形管
の進行方向の垂直方向側の片側に該波形管に向けストロ
ボを配置し、もう一方の側にカメラを配置した装置構成
において、該ストロボより光を発し、該光のうち、波形
管に遮られることなく通過した光をカメラで撮像するこ
とで、静止画像を得、該静止画像を画像処理すること
で、該波形管のピッチや波ズレといった特徴量を得るも
のである。即ち、静止画像の適当な領域内を「輪郭追跡
法」によりエッジを求め、該エッジから、波形状の山、
及び谷の該領域内での座標を求め、該座標から波形状の
ピッチと隣接する山−谷、あるいは谷−山の距離を求め
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水用の配管又は樹脂被
覆等を施すことでガス用の配管として用いられるもの
は、波形寸法が所定の精度を越えるような場合、継手を
介した該波形管どうしの接続に支障を来たし、つまり該
波形管の継ぎ目に隙間が生じ、水漏れ、ガス漏れといっ
た重大災害を引き起こす原因となりかねない。特に、近
年の波形管用継手の短小化という規格変更に伴い、波形
管の最小外径や最大外径は一層厳しい精度が要求されて
いる。そのため、波付け工程後、波形の山径、谷径及び
ピッチ等の形状寸法を正しく計測し、不良品が流出しな
いようにしなければならない。また、造管波付けライン
は、生産性を高めるためにより高速化しており、これに
対応する製造システムが求められている。

【０００５】これに対して、第一の方法は、基本的には
レーザ寸法測定器を用いたもので、波形管の走行速度を
ピッチで除した一周期間での受光器の電圧出力の最大値
と最小値を、基準値に対して単に加減算し、山径及び谷
径として換算するものであり、実際の走行速度やピッチ
がズレた場合、実際の山部分又は谷部分を見逃す恐れが
ある。また当然ながらピッチの測定は行うことができな
い。また、本方式ではレーザ走査回数は最大でも４００
回／秒程度であり、高速に走行している波形管に対して
は測定ピッチが粗くなり、その電圧出力は平均化される
ため、山部分又は谷部分を示すピーク値を捉えることが
できず、測定精度が低くなるという問題がある。また第
２の方法では、波形のピッチと波ズレ計測をするための
波形管の一方の外縁側の山及び谷の座標を求める方法が
説明されており、外径や谷径の計測については述べられ
ていない。本発明は、高速で走行する波形管の波形のピ
ッチ、山径、谷径等の寸法を、非接触、自動的に信頼性
高く計測検査する装置を提供するとともに、これを備え
た製造システムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の波形付長尺フレ
キシブル管の寸法計測装置は、走行する波形付長尺フレ
キシブル管の波形の寸法を画像処理により自動的に計測
する寸法計測装置であって、波形付長尺フレキシブル管
の走行経路を挟んで設けた平行光を照射する照明手段及
び撮像手段と、撮像手段が静止画像を得られるように撮
像手段又は照明手段のいずれかの遮光速度及びタイミン
グを制御するシャッタ制御手段と、静止画像を入力し、
画像処理で、波形付長尺フレキシブル管の中心線である
真管軸線と山座標及び谷座標を求め、隣接する対辺の山
及び谷から真管軸線に引いた垂線の長さを加算して山径
及び谷径とし、隣接する同一辺の山あるいは谷間の真管
軸線に沿った距離をピッチとして計測するような画像処
理装置とを有することを特徴としている

【０００７】また、本発明の製造システムは、波付け調
整手段を有した波付け装置と、波付け装置で波付けされ
た波形付長尺フレキシブル管の走行手段とを備えた波形
付長尺フレキシブル管の製造システムにおいて、波形付
長尺フレキシブル管の走行経路を挟んで設けた平行光を
照射する照明手段及び撮像手段と、撮像手段が静止画像
を得られるように撮像手段又は照明手段のいずれかの遮
光速度及びタイミングを制御するシャッタ制御手段と、
静止画像を入力し、画像処理で、波形付長尺フレキシブ
ル管の中心線である真管軸線と山座標及び谷座標を求
め、隣接する対辺の山及び谷から真管軸線に引いた垂線
の長さを加算して山径及び谷径とし、隣接する同一辺の
山あるいは谷間の真管軸線に沿った距離をピッチとして
計測し、予め設定した各々の基準値と比較し、所定範囲
以外であれば所定の調整情報を波付け装置に出力するよ
うな画像処理装置とを有することを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１から図
８を用いて説明する。図１は、本発明の波形付長尺フレ
キシブル管の寸法計測装置及び製造システムを説明する
ためのブロック図である。波形管の製造ラインにおい
て、測定系は波付け装置６の下流に配置される。管軸方
向７に連続的に製造され、進行している波形管１に対し
て、自動シャッタ付ＣＣＤカメラ３と平行光を発するこ
とのできる照明手段２を対向させ、撮像された静止画像
の画面内には、波形管１の管直径方向全体が、少なくと
も３ピッチ（波形状の山、及び谷がそれぞれ３つ）以上
含むように配置する。自動シャッタ付ＣＣＤカメラ３の
解像度は、前記で設定できる視野の大きさと、計測精度
等を考慮して決定する。波形管１の静止映像を得るため
に、自動シャッタ付ＣＣＤカメラ３のカメラ・コントロ
ール・ユニット（以下ＣＣＵ）４は、該波形管１の製造
速度に応じた速度でシャッタを切れるよう予め調整す
る。該自動シャッタ付ＣＣＤカメラ３にて撮像された静
止映像は、即時画像処理装置５に転送され、必要に応じ
て画像改善処理を行った後、適当なスライスレベルを以
て２値化処理を施し、該画像処理装置５のメモリに格納
される。

【０００９】図２は、映像入力から、該映像の処理の概
要を示したフローチャートである。該画像処理装置５の
出力信号のうち、処理可能であることを表すＢＵＳＹ信
号１１がＯＦＦ状態をであることをＣＣＵ４が識別して
シャッタを自動的に切り、シャッタを切った瞬間、ＣＣ
Ｕ４は露光信号１２を該画像処理装置５に出力する。こ
れにより該画像処理装置５は、該露光信号１２を検知す
ると直ぐに、該画像処理装置５内の画像処理領域と画像
格納領域を確保し、ＲＥＡＤＹ信号１３を該ＣＣＵ４に
返す。さらに該ＣＣＵ４は、該ＲＥＡＤＹ信号１３を検
知すると直ぐに該波形管１の静止映像を該画像処理装置
５に出力する。画像処理装置５は後述するようにして特
徴量を計測する。この一連の処理は、公知の技術を用い
て約０．１秒で行うことができる。該静止映像を得るた
めに、本説明では撮像手段として自動シャッタ付ＣＣＤ
カメラ３、照明方法として平行光を発することのできる
照明手段２との組み合わせを用いたが、特に撮像手段、
及び照明方法は限定するものではない。例えば、撮像手
段は、映像を画像処理装置で処理できるかたちで取得で
きるものであれば、何ら問題はない。さらに、撮像手段
として自動シャッタ付でない一般的なＣＣＤカメラと、
連続発光する照明手段、例えばストロボランプとの組み
合わせでも何ら問題なく静止映像を得ることができる。
また、照明手段２に平行光を出射できるものを採用する
ことにより、該波形管１から生じる乱反射光成分が極端
に少なくなるため、つまり測定精度に影響を与えるノイ
ズを押さえることが可能となる。

【００１０】以下、静止２値化画像から波形管１の特徴
量を計測する方法について説明する。図３に、得られた
波形管１の静止映像を画像処理装置５にて２値化して出
力した画像の一例をしめす。外径を求めるために、波形
管１の軸線を求めなければならない。該波形管１は、必
ずしも自動シャッタ付ＣＣＤカメラ３と照明手段２の間
を厳密に一定方向に沿って進行しない。つまり図４に示
すように、ある角度θを以て進行する場合が多い。その
ため、該波形管１の軸線を求めるためには、該角度θを
考慮しなければならない。

【００１１】図５は、図３の検査領域２０における拡大
した静止２値化画像図である。ちなみに、検査領域２０
はアイテム毎に定めた固有の領域である。図５におい
て、波形管１の波形状を求めるため、波の山部分と谷部
分を分離するための、仮分離線２２、２３が、仮管軸線
２１に平行に描かれている。ここで、該仮管軸線２１
は、画像処理装置が該静止２値化画像をメモリ内に格納
するために、便宜上定めた２次元領域におけるＹ軸に平
行な直線である。次に図６ａをもとに、仮分離線２２を
用いて仮山頂点と仮谷頂点を求める方法を説明する。仮
分離線２２に対し該２次元領域のＸ軸の正方向、及び負
方向に最も離れた点を仮山頂点２４ａ、２４ｂ、２４
ｃ、及び仮谷頂点２５ａ、２５ｂ、２５ｃとしてそれぞ
れ求める。それら、仮山頂点２４ａ、２４ｂ、２４ｃを
連ねた近似直線２６ａ、仮谷頂点２５ａ、２５ｂ、２５
ｃを連ねた近似直線２７ａをそれぞれ求め、その近似直
線２６ａ、２７ａの中間直線を真分離線２８とする。同
様に、対辺についても仮分離線２３を用いて、真分離線
２９を求める。その真分離線２８、２９の中間直線を、
真管軸線３０とする。

【００１２】一方、波形管１のピッチ等を求めるため
に、波形状の真山頂点、及び真谷頂点を求める必要があ
る。以下図６ｂをもとに説明する。図６ａにおいて、真
分離線２８で分離された真山部分３１ａ、３１ｂ、３１
ｃと真谷部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれにおい
て、２次、あるいは３次、円、楕円等の近似法を用いて
近似曲線を求め、その近似曲線の極値を求めることで、
真山頂点３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、及び真谷頂点３４
ａ、３４ｂ、３４ｃを求める。これらの結果を用いるこ
とで、ピッチや山の高さ、及び山−谷、あるいは谷−山
の間隔を求めることができる。同様に、反対側も求める
ことができる。また、真山頂点、及び真谷頂点を求める
にあたり、近似法を用いたが、この方法を用いたこと
で、波形管１に、通常許容できる糸ゴミ等が該波形管１
表面に付着していても、それを無視できるレベルで各頂
点を求めることができる。また、波形管１が図４に示す
ようにある角度θを以て、静止２値化画像を得たとして
も、図７ａ及び図７ｂに示すように何ら問題なく、該波
形管１の特徴量を求めることができる。

【００１３】さらに、山径及び谷径については、各山及
び谷毎に求められる。しかし、図８のように、左右の山
または谷の位置がずれている場合には、波形管の左右の
真山頂点の位置関係からだけでは正確な外径は求められ
ない。そこで、前記求めた真管軸線３０を用いる。図８
において、各々真山頂点から、例えばＭ１、及びＭ２か
ら真管軸線３０に垂線を引き、垂線の長さを山の高さと
し、最も隣接する（この場合、Ｍ１とＭ２は、最も隣接
している。）垂線の長さＬ１とＬ２の和を真山頂点Ｍ１
とＭ２の外径即ち山径とする。同様にして、谷径を求め
ることができる。

【００１４】以上、求めた波形管１の形状の特徴量であ
る波形状のピッチや山の高さ、及び山径や谷径の結果
を、予め設定しておいた基準値とを比較することで、該
波形管１の良否判定を行うことが可能である。前記計測
は、０．１秒程度の非常に短い時間で連続的に行うこと
が可能であり、しかも非接触であることから、高速走行
している波形管に対しても適用が可能となる。対応でき
る走行速度或いは検査率は、必要計測精度と、対象波形
管サイズとから決まる視野の大きさと、前記計測処理時
間とから求めることができるが、実質上製造される波形
管全長の検査を行うことができる。この判定結果は適切
にデータ処理を行い品質管理情報とすることができるほ
か、適宜表示器等に出力し現場管理に用いることができ
る。さらに、図１に示すよう前記の計測結果をフィード
バック信号１４として波付け装置６に転送し、波付け調
整手段を制御することによって、常時安定した波形管１
の製造が可能となる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波形付長
尺フレキシブル管の寸法計測装置は、連続的に製造され
る波形管を非接触で高速に、ピッチ、山の高さ、最大外
径、及び最小外径の全ての特徴量を計測できるので、波
形管の品質保証を信頼性高く行うことができる。また、
本発明の波形付長尺フレキシブル管の製造システムは、
波形付長尺フレキシブル管の寸法計測装置を有し、その
判定結果をもとに波付け装置を制御するので、効率よく
一定品質の波形管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するブロック図

【図２】寸法計測のフローチャート

【図３】静止画像例

【図４】軸線が傾いた波形管の例を示す静止画像

【図５】寸法計測方法を説明するための図

【図６】寸法計測方法を説明するための図

【図７】寸法計測方法を説明するための図

【図８】寸法計測方法を説明するための図

【符号の説明】

１ 波形管 ２ 照明手段 ３ シャッタ付ＣＣＤカメラ ４ カメラコントロールユニット ５ 画像処理装置 ６ 波付け装置 １１ ＢＵＳＹ信号 １２ 露光信号 １３ ＲＥＡＤＹ信号 １４ 結果のフィードバック信号

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の波形付長尺フレ
キシブル管の寸法計測装置は、走行する波形付長尺フレ
キシブル管の波形の寸法を画像処理により自動的に計測
する寸法計測装置であって、波形付長尺フレキシブル管
の走行経路を挟んで設けた平行光を照射する照明手段及
び撮像手段と、前記撮像手段が静止画像を得られるよう
に撮像手段又は照明手段のいずれかの遮光速度及びタイ
ミングを制御するシャッタ制御手段と、前記波形付長尺
フレキシブル管の波形部での山径或いは谷径、及び山間
或いは谷間のピッチを計測する画像処理装置とを有した
ものである。また、本発明の波形付長尺フレキシブル管
の寸法計測装置に用いる画像処理装置は、撮像手段から
入力した静止画像を画像処理により、波形付長尺フレキ
シブル管の中心線である真管軸線と山座標及び谷座標を
求め、隣接する対辺の山又は谷から真管軸線に引いた垂
線の長さを加算して山径又は谷径として求め、隣接する
同一辺の山あるいは谷間の真管軸線に沿った距離をピッ
チとして求める機能を有するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】また本発明の波形付長尺フレキシブル管の
製造システムは、波付け調整手段を有した波付け装置
と、波付け装置で波付けされた波形付長尺フレキシブル
管の走行手段とを備えた波形付長尺フレキシブル管の製
造システムにおいて、波形付長尺フレキシブル管の走行
経路を挟んで設けた平行光を照射する照明手段及び撮像
手段と、前記波形付長尺フレキシブル管の波形部での山
径或いは谷径及び山間或いは谷間のピッチを計測し、該
計測結果をフィードバック情報として波付け装置に出力
するような画像処理装置とを有している。フィードバッ
ク情報をもとに波付け調整手段は自動又は手動で制御さ
れ、波付けが調整される。また本発明の波形付長尺フレ
キシブル管の製造システムに用いる画像処理装置は、撮
像手段から入力した静止画像を画像処理により、波形付
長尺フレキシブル管の中心線である真管軸線と山座標及
び谷座標を求め、隣接する対辺の山又は谷から真管軸線
に引いた垂線の長さを加算して山径又は谷径として求
め、隣接する同一辺の山あるいは谷間の真管軸線に沿っ
た距離をピッチとして求め、予め設定した各々の基準値
と比較し、所定範囲以外であれば所定の調整情報を波付
け装置に出力するものである。また、本発明の波形付長
尺フレキシブル管の製造システムは、波付け調整手段を
有した波付け装置と、波付け装置で波付けされた波形付
長尺フレキシブル管の走行手段とを備えた波形付長尺フ
レキシブル管の製造システムにおいて、波形付長尺フレ
キシブル管の走行経路を挟んで設けた平行光を照射する
照明手段及び撮像手段と、前記波形付長尺フレキシブル
管の波形部での山径或いは谷径、及び山間或いは谷間の
ピッチを計測し、予め設定した各々の基準値と比較し、
波形付長尺フレキシブル管の寸法の良否を判定する画像
処理装置と、前記判定結果を品質管理情報として出力す
る手段とを有したものである。品質管理情報は単なる良
否情報だけでなく定量的寸法精度情報など適宜設定し、
生産現場へ設置したランプや数字表示器または画面等に
出力して製造管理情報として用いることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木原 潔 埼玉県熊谷市三ケ尻6010番地 日立金属株 式会社生産システム研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行する波形付長尺フレキシブル管の波
   形の寸法を画像処理により自動的に計測する寸法計測装
   置であって、 波形付長尺フレキシブル管の走行経路を挟んで設けた平
   行光を照射する照明手段及び撮像手段と、 撮像手段が静止画像を得られるように撮像手段又は照明
   手段のいずれかの遮光速度及びタイミングを制御するシ
   ャッタ制御手段と、 静止画像を入力し、画像処理で、波形付長尺フレキシブ
   ル管の中心線である真管軸線と山座標及び谷座標を求
   め、隣接する対辺の山及び谷から真管軸線に引いた垂線
   の長さを加算して山径及び谷径とし、隣接する同一辺の
   山あるいは谷間の真管軸線に沿った距離をピッチとして
   計測するような画像処理装置とを有することを特徴とす
   る波形付長尺フレキシブル管の寸法計測装置。
2. 【請求項２】 波付け調整手段を有した波付け装置と、
   波付け装置で波付けされた波形付長尺フレキシブル管の
   走行手段とを備えた波形付長尺フレキシブル管の製造シ
   ステムにおいて、 波形付長尺フレキシブル管の走行経路を挟んで設けた平
   行光を照射する照明手段及び撮像手段と、 撮像手段が静止画像を得られるように撮像手段又は照明
   手段のいずれかの遮光速度及びタイミングを制御するシ
   ャッタ制御手段と、 静止画像を入力し、画像処理で、波形付長尺フレキシブ
   ル管の中心線である真管軸線と山座標及び谷座標を求
   め、隣接する対辺の山及び谷から真管軸線に引いた垂線
   の長さを加算して山径及び谷径とし、隣接する同一辺の
   山あるいは谷間の真管軸線に沿った距離をピッチとして
   計測し、予め設定した各々の基準値と比較し、所定範囲
   以外であれば所定の調整情報を波付け装置に出力するよ
   うな画像処理装置とを有することを特徴とする波形付長
   尺フレキシブル管の製造システム。