JP6857403B2 - 管状体又は棒状体の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、管状体又は棒状体の検査装置に関し、特に断面形状が円形である管状体又は棒状体の外観における欠陥の有無を検査する装置に関する。

従来、管状体又は棒状体の外観を検査する装置として、例えば、製造ライン上の所定の位置に、当該位置を通過する被検材（すなわち検査対象とする管状体又は棒状体）を取り囲むように、複数台のカメラ及び照明を配置したものがある。前記複数台のカメラ及び照明はいずれも前記被検材の中心を向くように固定されており、該被検材が前記所定の位置を通過する際に、該複数台のカメラによって該被検材の外周面が撮像される。そして、得られた画像に基づいて、該被検材の外周面に存在するキズや汚れなどの欠陥が検出される。

しかしながら、このような従来の検査装置では、被検材の外周上での位置に応じて、各カメラ及び照明との距離や角度が異なってくるため、被検材の全周を均一な条件で検査することができないという問題があった。

このような問題を解消するものとして、特許文献１には、搬送ライン上を直進送りされる被検材の周りを２組のカメラセンサ及び照明が回転しながら検査を行う検査装置が記載されている。この検査装置では、中央に穴を備えた円板状の支持部材に前記２組のカメラ及び照明が固定されており、該支持部材を回動させながら、前記穴を通過する被検材の外周面を撮影する。これにより、前記２組のカメラ及び照明を前記被検材の周りで円弧状に回動させつつ撮影を行うことができるため、該被検材の全周を均一な条件で検査することが可能となる。

特開平9-318550号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査装置では、被検材の進路上に前記円板を配置する必要があるため、該進路の上下左右に大きなスペースが必要となる。そのため、当該検査装置の設置に大きな制約が生じ、被検材の製造ラインの構成によっては、検査装置を設置できない場合があった。

本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、被検材の全周を均一な条件で検査できると共に、設置に関する制約の少ない、管状体又は棒状体の検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る管状体又は棒状体の検査装置は、
自身の軸方向に直進する断面円形の管状又は棒状の被検材の外周面を検査する装置であって、
a)各々が、線状の撮像素子アレイを備えた複数の撮像ユニットと、
b)前記被検材の進路に沿って配置され、各々の先端に前記複数の撮像ユニットの１つが取り付けられた複数のロボットアームと、
c)前記複数のロボットアームを制御する制御手段と、
を有し、
前記複数のロボットアームが、前記被検材の軸方向に互いに位置をずらして配置されており、
前記制御手段が、前記撮像素子アレイを前記被検材と平行且つ該被検材の中心に向けた状態で、前記複数の撮像ユニットが該被検材の周りをそれぞれ異なる角度範囲で回動するように、前記複数のロボットアームの各々を制御することを特徴としている。

ここで、複数の撮像ユニットが「被検材の周りをそれぞれ異なる角度範囲で回動する」とは、被検材を中心とする３６０°の範囲のうち、或る撮像ユニットが回動する角度範囲と、別の撮像ユニットが回動する角度範囲とが完全には重ならないことを意味しており、両撮像ユニットが回動する角度範囲の一部が重なるような場合も含まれる。

上記発明に係る管状体又は棒状体の検査装置によれば、上述した従来の検査装置のような円板状の支持部材が不要であるため、被検材の進路の上下左右（特に上方と下方）に必要なスペースをより小さくすることができる。なお、本発明に係る検査装置では、前記複数の撮像ユニットのそれぞれを駆動するロボットアームを、前記被検材の進路方向に位置をずらして配置することにより、アーム同士の干渉が効果的に防止される。

また、前記本発明に係る管状体又は棒状体の検査装置は、
前記複数のロボットアームが、前記被検材の進路を挟んで左右交互に配置されているものとすることが望ましい。

このような構成とすることにより、ロボットアーム同士の干渉をより効果的に防止しつつ、被検材の進路方向におけるロボットアームの設置間隔を短くすることができるため、検査装置の設置に必要なスペースをより小さくすることができる。

前記本発明に係る検査装置は、例えば、前記撮像ユニットによって取得された画像を液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させるものとすることができる。この場合、該画像をユーザ（検査担当者）が目視することによって、前記被検材の外周面における欠陥の有無が判断される。

また、前記本発明に係る管状体又は棒状体の検査装置は、更に、
d)前記複数の撮像ユニットによって取得された画像に基づいて、前記被検材の外周面に存在する欠陥を検出する欠陥検出手段と、
e)前記欠陥検出手段によって前記欠陥が検出された場合に、その旨をユーザに通知する通知手段と、
を有するものとすることが望ましい。

このような構成によれば、被検材の検査に要するユーザの作業負担を大幅に低減することができる。

また、前記本発明に係る管状体又は棒状体の検査装置は、
前記撮像ユニットが、前記被検材の外周面に当接させて使用される接触型の撮像センサであることが望ましい。

これにより、撮像時における被検材の中心から撮像ユニットまでの距離を小さくすることができるため、各撮像ユニットを回動させる際におけるロボットアーム同士の干渉を効果的に防止でき、検査装置の更なる省スペース化を図ることができる。

上記の通り、本発明に係る管状体又は棒状体の検査装置によれば、被検材の全周を均一な条件で検査できると共に、設置に関する制約が少なくなり、多様な構成の製造ラインに適用することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るパイプの外観検査装置の要部構成を示すブロック図。 前記パイプの外観検査装置に含まれる撮像ユニット及びロボットの配置を示す斜視図。 前記パイプの外観検査装置に含まれる各撮像ユニットの、走査時における軌道を示す模式図。 被検材であるパイプの外周面の展開図であって、前記各撮像ユニットによる撮像範囲をそれぞれ異なる網掛けで示している。 本発明の別の実施形態に係るパイプ検査装置の斜視図。 前記パイプの外観検査装置に含まれる各撮像ユニットの、走査時における軌道を示す模式図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本発明の一実施形態に係るパイプの外観検査装置（以下、単に「検査装置」とよぶ）の要部構成を示すブロック図であり、図２は該検査装置に含まれる撮像ユニット及びロボットの配置を示す斜視図である。

本実施形態に係る検査装置は、パイプ製造装置１０によって連続押し出し成形されるプラスチック製のパイプ２０の外観における欠陥（キズ、汚れ、又は異物混入等）の有無を検査するものである。この検査装置は、パイプ２０の外周面を撮像する３台の撮像ユニット６０、７０、８０と、各撮像ユニット６０、７０、８０をパイプ２０の外周面に沿って円弧状に移動させる３台のロボット３０、４０、５０と、制御部９１と、画像処理部９２と、欠陥検出部９３と、通知部９４と、を備えている。

撮像ユニット６０、７０、８０は、撮像対象物に接触した状態で、該撮像対象物の表面を走査することによって二次元画像データを取得する接触型の撮像ユニットであり、それぞれ、互いに平行に配置されたライン状イメージセンサ（以下、単に「イメージセンサ」とよぶ）６１、７１、８１と線状光源６２、７２、８２とを備えている。イメージセンサ６１、７１、８１は、例えば、ライン状に配列された複数個の撮像素子（例えば、ＣＣＤセンサ）と、ライン状に配列された複数個のロッド状レンズとを含んでおり、線状光源６２、７２、８２は、例えば、ライン状に配列された複数個のＬＥＤ素子を含んでいる。なお、前記複数個の撮像素子が本発明における「撮像素子アレイ」に相当する。

ロボット３０、４０、５０は、それぞれアーム３１、４１、５１（本発明におけるロボットアームに相当）を有しており、該アーム３１、４１、５１の先端に撮像ユニット６０、７０、８０が取り付けられる。アーム３１、４１、５１は、それぞれ複数の関節を備えており、撮像ユニット６０、７０、８０を三次元的に移動させることができる。

３台のロボット３０、４０、５０は、いずれもパイプ製造装置１０から連続的に送り出されるパイプ２０の進路に沿って配置される。なお、アーム３１、４１、５１同士が干渉するのを防止するため、これらのロボット３０、４０、５０は、パイプ２０の軸方向における位置を互いにずらして（すなわち当該軸方向に間隔を空けて）配置される。なお、以下において、特に区別が必要な場合には、前記３台のロボット３０、４０、５０を、パイプ製造装置１０に近い側から順に、第１ロボット３０、第２ロボット４０、及び第３ロボット５０とよび、各ロボット３０、４０、５０に取り付けられた撮像ユニット６０、７０、８０を、それぞれ第１撮像ユニット６０、第２撮像ユニット７０、及び第３撮像ユニット８０とよぶ。

また、各ロボット３０、４０、５０は、パイプ製造装置１０に近い側から順に左右交互に配置される。例えば、図２の例では、第１ロボット３０と第３ロボット５０をパイプ２０の進行方向右側に配置し、第２ロボット４０をパイプの進行方向左側に配置している。これにより、前記軸方向におけるロボット３０、４０、５０の設置間隔を小さくした場合でも、アーム３１、４１、５１の干渉を効果的に防止することができる。

各ロボット３０、４０、５０のアーム３１、４１、５１の動作は、制御部９１によって制御される。また、各撮像ユニット６０、７０、８０に含まれるイメージセンサ６１、７１、８１で取得された二次元画像データは、画像処理部９２にて所定の処理（例えば、シェーディング処理、平均化処理、背景差分処理、二値化処理など）を施された上で、欠陥検出部９３に送出される。欠陥検出部９３は、画像処理部９２からの出力に基づいて被検材であるパイプ２０の外周面における欠陥の有無を判定する。なお、欠陥検出部９３によってパイプの表面に欠陥が検出された場合は、その旨が通知部９４によってユーザに通知される。なお、通知部９４は、液晶ディスプレイ等の表示装置又はスピーカーを制御するものであり、欠陥検出部９３からの出力信号に応じて、前記表示装置の画面上に、欠陥の検出を示すメッセージを表示させたり、前記スピーカーから、欠陥の検出を示す音声を発生させたりする。なお、通知部９４は、このようなメッセージの表示による通知と、音声の発生による通知の両方を行うものとしてもよい。

制御部９１、画像処理部９２、欠陥検出部９３、及び通知部９４の機能は、ＣＰＵやメモリを備えたコンピュータに所定のプログラムを実行させることによって、いわゆるソフトウェア的に実現される。なお、制御部９１と画像処理部９２とは、１つのコンピュータによって実現されるものとしてもよく、それぞれ異なるコンピュータによって実現されるものとしてもよい。後者の場合、例えば、制御部９１の機能は、パイプ２０の製造ラインの近傍に配置されたコンピュータによって実現し、画像処理部９２（並びに欠陥検出部９３及び通知部９４）の機能は、前記製造ラインとは離れた場所にある制御室等に配置されたコンピュータによって実現する構成等とすることができる。

本実施例に係る検査装置によってパイプ２０の外観検査を行う際には、制御部９１が各ロボット３０、４０、５０のアーム３１、４１、５１を制御することによって、撮像ユニット６０、７０、８０を、パイプ２０の外周面に該パイプ２０の軸方向と平行な姿勢で当接させた状態で、パイプ２０の軸を中心とする円弧状にそれぞれ回動させる。これによりパイプ２０の外周面が撮像ユニット６０、７０、８０によって走査される。前記走査時における各撮像ユニット６０、７０、８０の軌道を図３に示す。同図において、矢印Ａは第１撮像ユニット６０の軌道を示し、矢印Ｂは第２撮像ユニット７０の軌道を示し、矢印Ｃは第３撮像ユニット８０の軌道を示している。同図に示すように、各撮像ユニット６０、７０、８０は、それぞれパイプ２０の外周の互いに異なる角度範囲を走査する。但し、検査漏れが生じることがないよう、各撮像ユニット６０、７０、８０による回動角度範囲は、その一部がわずかに重複するようになっている。したがって、各撮像ユニット６０、７０、８０の回動角度の大きさは、いずれも１２０°（すなわち３６０°を撮像ユニットの台数で除した値）よりも大きく定められている。

撮像ユニット６０、７０、８０を各々の回動角度範囲の始点（矢印Ａ、Ｂ、Ｃの基端）から該回動角度範囲の終点（矢印Ａ、Ｂ、Ｃの先端）まで回動させた後は、アーム３１、４１、５１によって各撮像ユニット６０、７０、８０をパイプ２０の外周面から離し、再び回動角度範囲の始点まで移動させる。その後は、アーム３１、４１、５１によって再び撮像ユニット６０、７０、８０をパイプ２０の表面に当接させ、上記同様に回動角度範囲の始点から終点まで円弧状に回動させる。このような撮像ユニット６０、７０、８０の走査は所定の時間間隔で繰り返し実行される。ここで「走査」とは、各撮像ユニット６０、７０、８０を各々の回動角度範囲の始点から終点まで回動させることによって該回動角度範囲におけるパイプ２０の外周面の画像データを取得することを意味しており、前記回動角度範囲の始点から終点までの回動１回が、１回の走査に相当する。なお、各撮像ユニット６０、７０、８０の回動角度範囲の始点から回動角度範囲の終点までの移動速度、及び各撮像ユニット６０、７０、８０による走査の実行間隔は、パイプ２０の進行速度を考慮して、撮像漏れが生じることがないように決定される。

なお、各ロボット３０、４０、５０による走査のタイミングは同期させてもよく、同期させなくてもよい。例えば、第１撮像ユニット６０と第２撮像ユニット７０がパイプ２０の軸方向に近接して配置されている場合には、アーム３１、４１同士又は撮像ユニット６０、７０同士が干渉することがないよう、第１撮像ユニット６０による各回の走査終了タイミングと第２撮像ユニット７０による各回の走査開始タイミングとが常に時間的に離れた状態となるように、各ロボット３０、４０の動作を同期させることが望ましい。一方、各撮像ユニット６０、７０、８０がパイプ２０の軸方向に十分に離間させて配置されている場合には、こうした干渉のおそれがないため、ロボット３０、４０、５０の動作は必ずしも同期させなくてもよい。

被検材であるパイプ２０は図２中の白矢印の方向に直進しているため、上記のように撮像ユニット６０、７０、８０を円弧状に回動させることにより、各撮像ユニット６０、７０、８０はパイプ２０の外周面を螺旋軌道の一部を描くように走査することとなる。図４に、パイプ２０の表面における各撮像ユニット６０、７０、８０による撮像範囲を示す。同図は、パイプ２０の外周面の展開図であり、各撮像ユニット６０、７０、８０によって撮像される領域をそれぞれパターンの異なる網掛けで示している。同図において、符号Ｘで示される平行四辺形は第１撮像ユニット６０による１回の走査で撮像される範囲を示し、符号Ｙで示される平行四辺形は第２撮像ユニット７０による１回の走査で撮像される範囲を示し、符号Ｚで示される平行四辺形は第３撮像ユニット８０による１回の走査で撮像される範囲を示している。同図に示すように、各撮像ユニット６０、７０、８０による１回の走査で撮像される範囲は、同一の撮像ユニット６０、７０、８０による直前及び直後の走査で撮像される範囲とわずかに重複している。また、各撮像ユニット６０、７０、８０によって撮像される範囲は、別の撮像ユニット６０、７０、８０によって撮像される範囲とわずかに重複している。これにより、パイプ２０の進行速度や、アーム３１、４１、５１による撮像ユニット６０、７０、８０の移動速度又は回動角度範囲に多少のズレが生じた場合でもパイプ２０の外周面全体を漏れなく撮像することができる。

各撮像ユニット６０、７０、８０のイメージセンサ６１、７１、８１によって取得された画像データは、上述の通り、画像処理部９２で所定の画像処理を施された上で欠陥検出部９３に送られる。欠陥検出部９３では、前記画像処理後の画像データに基づいてパイプ２０の外周面に存在する欠陥が検出される。具体的には、例えば、前記画像データにおいて、背景部分（すなわちパイプ２０の外周面のうち欠陥がない領域）との明度差が予め定められた閾値以上である画素が、予め定められた数以上集まって存在している箇所があれば、当該箇所を欠陥と判定する。欠陥検出部９３で欠陥が検出されると、通知部９４が表示装置の画面にメッセージを表示させたり、スピーカーから音声を発生させたりすることによって、ユーザに欠陥の検出を通知する。なお、このときユーザが欠陥箇所を目視で確認できるよう、前記表示装置の画面上に、パイプ２０の外表面の欠陥があると判定された領域の画像を表示することが望ましい。

以上、本発明を実施するための形態について具体例を挙げて説明を行ったが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、上記実施形態では、撮像ユニット及びロボットを３組備える検査装置の例を示したが、本発明に係る検査装置は、図５に示すように、撮像ユニット及びロボットを２組備えるものとしてもよい（同図において、図２と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付している）。また、本発明に係る検査装置は、撮像ユニット及びロボットを４組以上備えるものとすることもできる。いずれの場合も各撮像ユニットの回動角度の大きさは、３６０°を撮像ユニットの台数で除した値よりもわずかに（具体的には例えば１％〜１５％程度）大きいものとすることが望ましい。一例として、撮像ユニット及びロボットを２組設けた場合における、各撮像ユニットの走査時の軌道を図６に示す。なお、同図において、矢印Ａは第１撮像ユニット６０の軌道を示し、矢印Ｂは第２撮像ユニット７０の軌道を示している。

また、上記実施形態では、撮像ユニット６０、７０、８０を、検査対象物の表面に当接させて使用する接触型の撮像ユニットとしたが、本発明に係る検査装置は、これに限らず非接触型の撮像ユニットを用いるものとしてもよい。

また、上記実施形態に係る検査装置は、プラスチック製のパイプ（管状体）を検査するものとしたが、本発明に係る検査装置はこれに限らず、金属製のパイプの検査や、円形断面を有する棒状体の検査に用いることもできる。

１０…パイプ製造装置
２０…パイプ
３０…第１ロボット
４０…第２ロボット
５０…第３ロボット
３１、４１、５１…アーム
６０…第１撮像ユニット
７０…第２撮像ユニット
８０…第３撮像ユニット
６１、７１、８１…イメージセンサ
６２、７２、８２…線状光源
９１…制御部
９２…画像処理部
９３…欠陥検出部
９４…通知部

Claims (4)

1. 自身の軸方向に直進する断面円形の管状又は棒状の被検材の外周面を検査する装置であって、
   a)各々が、線状の撮像素子アレイを備えた複数の撮像ユニットと、
   b)前記被検材の進路に沿って配置され、各々の先端に前記複数の撮像ユニットの１つが取り付けられた複数のロボットアームと、
   c)前記複数のロボットアームを制御する制御手段と、
   を有し、
   前記複数のロボットアームが、前記被検材の軸方向に互いに位置をずらして配置されており、
   前記制御手段が、前記撮像素子アレイを前記被検材と平行且つ該被検材の中心に向けた状態で、前記複数の撮像ユニットが該被検材の周りをそれぞれ異なる角度範囲で回動するように、前記複数のロボットアームの各々を制御することを特徴とする管状体又は棒状体の検査装置。
2. 前記複数のロボットアームが、前記被検材の進路を挟んで左右交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の管状体又は棒状体の検査装置。
3. d)前記複数の撮像ユニットによって取得された画像に基づいて、前記被検材の外周面に存在する欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   e)前記欠陥検出手段によって前記欠陥が検出された場合に、その旨をユーザに通知する通知手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の管状体又は棒状体の検査装置。
4. 前記撮像ユニットが、前記被検材の外周面に当接させて使用される接触型の撮像センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の管状体又は棒状体の検査装置。

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