JP4697328B2 - 熱交換器のコアの検査方法 - Google Patents
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Description
この検査方法によれば、チューブとフィンの2つの繰り返し的パターンを有する熱交換器コア面の外観検査において、画像処理による欠陥検出手法を適用するにあたり、被検部の画像を、1枚は明るさを制御してフィン成分を抑制したフィン検査画像として撮像し、もう1枚はフィン検査可能な明るさで撮像した画像を検査画像とする。そして、チューブ、又はフィンの検査画像を2次元フーリエ変換し空間周波数領域での検査画像を得る。その上で、例えば、入力画像の一部を利用して、良品サンプルのマスク画像データを作成し、良品の周波数成分を除去した後に、更に2次元フーリエ逆変換して、欠陥検出画像を得るものである。
後述する座屈したフィンは、等ピッチで発生している場合があるため、これまでの方法では、このような場合に座屈したフィンを精度良く検出できない恐れが生じていた。
フィンの不良モードとしては、図3に示すように、フィン短、潰れ、座屈、ピッチムラ、エロージョン、フラックス残渣等が存在する。これらのフィン不良の概念は、以下に示すものであるが、必ずしも厳密なものではない。
フィンの両先端とシートメタル16との距離は、ある一定範囲以内にあれば正規のフィン長さであり、それ以外の場合に、「フィン短」と称するフィン不良として仕分けされる。フィン短は、フィンが正規の折り返し長さで縮められてない場合や、又は、違うフィン仕様のものを、誤組付したりした正規の長さでないフィンの場合に生じるものである。なお、例えば、フィンが20段あれば、1段目と20段目にはサイドプレートがあり、パッキンがくるのでフィンの縮め量が違う。このため、最外列を除外して(1段目と20段目を除外した2段目から19段目のこと。これを、以下「最外列以外」という。)、フィン短が生じたものを、フィン短不良として仕分けされる。
「潰れ」とは、フィンを何か上からの力で押さえたときに発生するフィン上下端(図2に表示されたコア面を水平に載置した場合における上下方向の端部)の曲がりのことである。この潰れ量が大きいとフィン間の送風が妨げられる。
「座屈」とは、フィンの段数の先端部(先の例では、1段目と20段目)に起こる不良でサイドプレートに何かが当たるなどでサイドプレートが変形し、それに伴いフィンも変形してしまったものを指す。
「ピッチムラ」とは、フィンのピッチにおいて、通常の許容範囲を超えて、ムラが出たもので、ここでは、他に分類された不良モード(潰れ等)を除いたものとして定義される。
「エロージョン」とは、フィンが炉内の熱で熔けてしまった不良で、フィンのピッチがその部分大きくなったものである。
「フラックス残渣」とは、フィンにフラックスの残渣等の異物が付着したものである。
これまでは、これらのフィン不良を機械的に識別することができなかった。
これにより、フィン検査において、精度の高い検査をすることができるとともに、処理スピードを高めることができる。
これにより、フィン不良の検査において、フィン不良判定精度を周波数解析により、さらに向上させることができ、不良と判定すべきものを良品としてしまうことを避けることができる。
これにより、請求項1の発明と同様に、精度の高い検査をすることができるとともに、フィン短不良を検査することができる。
これにより、請求項1の発明と同様に、精度の高い検査をすることができるとともに、フラックス残渣不良検査の精度をより向上させることができる。
以下の実施態様において、検査対象は自動車のヒータ等に使用されるフィンアンドチューブタイプの熱交換器10のコア11である。検査対象であるフィンアンドチューブタイプの熱交換器の要素部分は、図1と同じ参照符号により指定されている。
なお、図4に示すようなスキャナ7による場合のフィン検査方法にあっては、以下の処理は、図5のベルトコンベアによる場合のフィン検査方法と同様なものとなる。
図4に見られるように、スキャナ7とコア11が曲がって置かれた場合は、画像処理装置において適宜撮像データをシートメタル16、コア外形等の角度を元に角度補正する。
基準位置の決定方法としては、一例として、コア11がベルトコンベア上を搬送ガイドに沿って移送するようにして、撮像手段3がコア11の先端を検知し、品番情報から得られた既に入力済みの製品寸法データと照合して基準位置を設定することができる。撮像時に位置決めされているのであれば、基準位置は、製品寸法データから算出可能である。その他、画像処理して全体の外形形状を割り出して、基準位置を設定してもよい。
なお、以下の説明におけるウィンドウの設定に際しては、すべてチューブ長手方向をY軸として、X−Y座標を設定する。
第2ウィンドウにおける各チューブの両側のエッジからエッジ座標を算出する。さらに、チューブ間ピッチ、チューブ本数、チューブ幅も算出できる。
第2ウィンドウにおいて、上記各チューブの両側のエッジの座標を基に、Y軸方向に細長い第3ウィンドウ(第3の領域)を作成する。第3ウィンドウは、フィン検査用ウィンドウであって、隣り合うチューブの中間部に、上部端と下部端のタンク部14を含んで設定されている。第3ウィンドウは、全ての隣り合うチューブの中間部に設定されている。
また、フィンの上下のエッジ位置からは、フィン板厚(FinWid)を求めることができるので、この最小値(FinWidMin)と最大値(FinWidMax)でフィン不良を判定することができる。
n番目のエッジのY座標とn+1番目のエッジのY座標の差を取ればフィンピッチの1/2の値が得られる。このフィンピッチを統計処理して、平均(FinGapMean)、標準偏差(FinGapStd)、最小値(FinGapMin)、最大値(FinGapMax)を求めて良否判別を行う。以下、この統計処理を、フィンの「ピッチ間隔の統計処理」という。最小値(FinGapMin)、最大値(FinGapMax)、平均(FinGapMean)については、これらが経験的に得られた所定値の範囲内に入っていれば良品とする。標準偏差(FinGapStd)については、フィンピッチに異常があれば、所定値から外れるので判別することができる。
第3ウィンドウにおいて、既に得られたフィンの画像に対して、X軸方向に輝度の投影(水平方向に輝度を足しこんだもの)を行うと、画像Bに示すように、サイン波が得られる。正常の場合きれいなサイン波を示すが、不良がある場合この波形が崩れる。よって波形の周波数成分を調べることによって良否判定が可能となる。図7の画像Bにおいて、Y軸方向の離散的線列が示す波形は、Y軸方向が位置、X軸方向が輝度の累積和を表している。
周波数のばらつきを解析すれば、座屈の場合は結果的にピッチの乱れが認められるため、座屈不良を識別することができる。
潰れについては、フィン上下端が曲がっているので光を反射し、明るい(画像処理後は白輝度)部分の塊となるので、それを見つけるために正常フィンの細い部分を消去(正常フィンをオープニング処理により消去)し、残った部分がフィン潰れであるとして判別してもよい。
後述の第5ウィンドウでのチューブ画像を用いて、サイドプレート15付近のチューブ長手方向全長のチューブピッチを算出すれば、より精度良くチューブピッチの異常を検出することができる。
ステップS101において、第1、第2、第4、第5ウィンドウを設定する。ステップS102において、第2ウィンドウにおいて、各チューブの両側のエッジからチューブエッジ座標、チューブ本数、チューブ幅等が算出できる。また、第5ウィンドウにおいては、各チューブのY軸方向に亘るチューブ幅の最大値が得られる。ステップS103において、既に各チューブの両側のチューブエッジ座標がわかっているので、第3ウィンドウを設定することができる。
ステップS107において、まず、チューブ本数、フィンピッチ総数、チューブ幅(第5ウィンドウでの処理で得られたチューブ幅)、フィン板厚等が、品番情報から得られるものと比較して、正常範囲値か否か判別する。NOならば、ステップS107において、フラックス残渣、潰れ不良としての処理に入る。YESならば、ステップS109において、座屈不良の判別に入り、座屈不良と判別されれば、ステップS110に行き、そうでなければ、ステップS111に行く。
ステップS113、S115において、平均(FinGapMean)、標準偏差(FinGapStd)を、これらが経験的に得られた正常範囲値内に入っているか否かをみて、入っていれば、ステップS116に行く。そうでなければ、ステップS114でピッチムラの不良処理に入る。
ステップS117において、フィン短不良の判別に入り、フィン短不良と判別されれば、ステップS118に行き、そうでなければ、ステップS119に行き、ステップS121で処理を終了する。ステップS105からステップS118までの処理は、隣り合うチューブ間の1列のフィン毎に行ってもよいし、所定数の列のフィン毎や、全てのフィンついて行ってもよい。
製造工程によっては、正四角形ではない、平行四辺形のコアが、出来る場合がある。平行四辺形のコアであっても、許容角度範囲内であれば、機能的に問題なく良品と扱われる。これまで説明してきた検査方法によると、チューブ、フィンはそれぞれ垂直であるとして検査されており、平行四辺形のコアに対しては、チューブ、フィンが垂直でないためチューブは結果的に幅が広くなり不良判定されることが生じていた。また、フィンの検出ウィンドウも角度が考慮されていないので隣のチューブに重なったりしたり、干渉しないようにウィンドウ自体の幅を狭くする必要が出たりして、フィンの不良を見逃したり、精度が落ちるという不具合が発生した。
チューブの角度を計測するやり方としては、様々な方法がある。一例として、前述の第2ウィンドウにおける各チューブの両側のエッジのエッジ座標を利用することができる。第2ウィンドウにおける各チューブの両側のエッジからエッジ座標を求めた後、それらの中心座標を、チューブ長手方向に亘って算出し、最小2乗近似で中心軸を算出して、中心軸のX軸に対する傾きからチューブの傾き角度を計測しても良い。
すなわち、X、Y軸方向から垂直にチューブ外形を囲う最小四角形でなく、チューブを囲う最小四角形に角度を持たせて、単一チューブ全体を囲む最小四角形を求め、そのときの角度を持たせた最小四角形から、チューブの傾き角度を計測することができる。
以上のようなチューブの傾き角度を基に、第3のウィンドウに角度を持たせることにより、フィン諸元等の算出ができるので、フィンをより精度良く計測できる。
2 画像処理装置
3 撮像手段
4 集光・照明手段
5 ベルトコンベア
6 エンコーダ
7 スキャナ
10 熱交換器
11 コア
12 チューブ
13 フィン
14 タンク部
15 サイドプレート
16 シートメタル
Claims (5)
- フィン(13)とチューブ(12)を具備する熱交換器のコア(11)の検査方法において、
撮像手段(3〜5、7)が該コアを撮像して、画像処理装置(2)に、撮像データを入力して記憶させるステップと、
前記撮像データにおいて、前記コア全体が撮像されている第1の領域を設定するとともに、全ての前記チューブの少なくとも一部が撮像されている第2の領域を設定して前記チューブの位置情報を特定するステップと、
前記特定された前記チューブの位置情報に基づいて隣り合うチューブ間にフィン検出用の第3の領域を設定するステップと、
前記第3の領域内において閾値を変化させる2値化処理及びノイズ除去処理をしてフィンの画像を求め、該フィンの画像からチューブ長手方向に亘るフィンのエッジ位置情報を特定するステップと、
前記フィンのエッジ位置情報に基づいてピッチ間隔の統計処理を行い、フィン不良を判別するステップからなる熱交換器のコアの検査方法。 - 前記第3の領域において、前記フィンの画像に対して、チューブ長手方向に直角な方向に輝度を足しこむ処理をチューブ長手方向に亘って行い、チューブ長手方向に亘る波形を得るステップと、
前記波形をWavelet解析して所定周波数範囲の総和を求め、フィン不良を判別するステップをさらに具備する請求項1に記載の熱交換器のコアの検査方法。 - 全ての前記チューブの上部端及び下部端を含むフィン短不良検出用の第4の領域を設定するステップと、前記第3の領域と前記第4の領域との共通領域において、前記熱交換器のコア(11)のタンク部(14)のシートメタル(16)と、当該シートメタル(16)に最も近接したフィンエッジ位置との距離を算出して、フィン不良を判別するステップをさらに具備する請求項1に記載の熱交換器のコアの検査方法。
- 単一チューブ全体を前記撮像データから取り出して、該チューブを囲む最小四角形を求め該チューブの幅を算出してフィン不良を判別するステップをさらに具備する請求項1に記載の熱交換器のコアの検査方法。
- 前記フィン検出用の第3の領域をチューブ長手方向の傾き角度により角度補正することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器のコアの検査方法。
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