JP4705083B2 - テープ巻異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明はテープ巻異常検出装置、詳しくは電線またはケーブルに一定ピッチで巻かれたテープの巻き状態の異常を検知するテープ巻異常検出装置に関する。

電線またはケーブル（ケーブル等）の製造では、金属製またはプラスチック製などのテープを表面に、例えばギャップ巻き、ラップ巻きにより巻き付けるテープ巻き工程を有する場合がある。そのテープ巻き時には、予め各ケーブル等の構造に適したテープの巻きピッチが決定される。このピッチを維持することがこの工程では重要となる。

従来、テープの巻きピッチの確認は、テープ巻き機の運転条件の設定時に、オペレータが最初の巻き出し部分と、予め決定された一定の巻き付け長さの中間点毎に、ノギスなどを使用してチェックするだけであった。すなわち、ケーブル等の全長にわたって上記巻きピッチを計測することは一般に行われていなかった。これは、テープ巻き機で巻きピッチが設定されてしまえば、テープ巻き中にピッチが変化することはほとんどないからである。

しかしながら、例えばテープの繰り出し側または巻き取り側でテープの巻芯が位置ずれした時または地震の発生時などにおいて、稀に、テープ巻き作業の途中でピッチが変化することがあった。
そこで、高精度な巻きピッチが要求されるケーブル等については、このテープ巻き不良を検出するため、ビデオカメラによりテープ巻き作業をケーブル全長にわたって撮影し、その後、オペレータが巻きピッチの異常をモニタ画面を見ながら検出することが考えられる。そして、このような画像による検査としては特許文献１に示すような方法が知られている。
特開平５−３２８５５５号公報

しかしながら、上述したようにビデオカメラを利用した検出の場合には、ビデオ画像のチェックを伴うので、検出を行うオペレータを必要とするとともに、膨大な検出時間を要していた。また、オペレータの視覚に頼る検出であったため、テープ巻きの異常を検出する精度が低かった。

そこで、発明者は鋭意研究の結果、カメラによるテープ巻きの実写画像の色および濃度を数値化し、これを予め記録された正常なテープ巻き状態の基準画像のそれと照合し、実写画像上で基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を仮の巻き異常部分と判定し、得られた仮の巻き異常信号が、走行するテープの表面の所定長さ範囲（所定時間内）において、２以上の所定回数検出されたときに真の巻き異常と判定するようにすれば、上述した問題は全て解決することを知見し、この発明を完成させた。
すなわち、この発明は、ラップ巻きまたはギャップ巻きなどで電線に巻かれたテープの巻き異常検出にオペレータを必要とせず、その結果、検出の低コスト化、検出時間の短縮化、検出の高精度化をそれぞれ図ることができるテープ巻異常検出装置を提供することを目的としている。
また、この発明は、テープ巻き機による電線またはケーブルのテープ巻き異常にリアルタイムで対応することができる検出装置を提供することを目的としている。
さらに、この発明は、テープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルのぶれを補正することができるテープ巻異常検出装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、表面にテープが螺旋状に巻かれ、かつテープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルを撮像する１台のカメラと、このカメラからの実写画像の情報によりテープ巻きの異常を検出する画像処理部と、上記カメラおよび上記画像処理部の制御部とを備えたテープ巻異常検出装置であって、上記画像処理部は、上記実写画像の色を数値化する色検出手段と、上記実写画像の濃度を数値化する濃度検出手段と、上記テープが正常に巻かれた電線またはケーブルを撮像した基準画像の色および濃度を数値化して得られた情報を記録するメモリと、このメモリに記録された基準画像と上記実写画像とを照合し、この実写画像上で上記基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を仮の巻き異常部分と判定する第１の巻き判定手段とを有し、上記制御部は、上記テープ巻き機から連続的に繰出中の上記電線またはケーブルの表面上で、上記テープのエッジを２つ以上検出可能な所定時間内に、上記第１の巻き判定手段からの仮の巻き異常信号を、２以上の所定回数検出した場合に、真の巻き異常状態と判定する第２の巻き判定手段を有したテープ巻異常検出装置である。

請求項１に記載の発明によれば、カメラによるテープ巻きの実写画像の色および濃度を色検出手段および濃度検出手段により数値化する。その後、実写画像の色、濃度を予め画像処理部のメモリに記録（記憶）された正常なテープ巻き状態の基準画像のそれと照合し、実写画像上において、基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を、第１の巻き判定手段によって仮の巻き異常部分が発生したものと判定する。この仮の巻き異常信号が、テープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルの表面上で、テープのエッジを２つ以上検出可能な所定時間内に、２以上の所定回数検出されたとき、第２の巻き判定手段によって真の巻き異常と判定する。その結果、電線またはケーブルに対するテープの巻き異常状態の検出にオペレータを必要とせず、検出の自動化が図れる。よって、ラップ巻きまたはギャップ巻きなどで電線に巻かれたテープの巻き異常検出の低コスト化、検出時間の短縮化および検出の高精度化もそれぞれ図ることができる。

テープ巻異常検出の対象物は電線でもケーブルでもよい。
電線（ケーブル）の種類、直径は任意である。
テープの種類としては、鉄、ステンレス、銅、真鍮、鉛などの金属製テープ、プラスチック製テープ、布テープ、ゴムテープなどを採用することができる。
テープの巻き方としては、例えばラップ巻き、ギャップ巻きなどがある。テープの巻き方により、テープの巻きピッチも任意である。ラップ巻きとは、電線にテープを螺旋状に巻く際、螺旋テープの一部を重ね合わせて巻く方法である。ギャップ巻きとは、電線にテープを螺旋状に巻く際、テープとテープとの間に一定間隔をあけて巻く（よって、ケーブルなどの母材外面がテープとテープとの間に視認される）方法である。
カメラとしては、ビデオカメラ特にＣＣＤカメラなどを採用することができる。

実写画像とは、カメラにより実際に撮像された画像をいう。
基準画像とは、予めカメラにより、テープが正常に巻かれた電線またはケーブルを撮像した画像を採用することができる。その他、テープが正常に巻かれた電線またはケーブルとしてコンピュータグラフィック（ＣＧ）により作成された画像でもよい。基準画像は、その画像の色を数値化した情報（データ）、および、その画像の濃度を数値化した情報のみでもよい。
ここでいう色とは、色相、色彩などをいう。
ここでいう濃度とは、色の濃淡をいう。
テープ巻きの異常としては、例えばテープの巻きピッチの変化、しわ、巻きコブ、傷、テープ切れ、テープ反転などを採用することができる。
テープの巻異常検出は、テープ巻き機から連続的に繰出された直後の電線またはケーブルに対して実施しても、所定長さにカットされた電線またはケーブルに対して実施してもよい。

色検出手段による実写画像の色の数値化とは、実写画像を色相、彩度、明度の３つの値で数値化することをいう。これらの数値により色判別が行われる。具体的にはＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）での検出の他、照度変化の影響が小さいＨ，Ｓ，Ｖの色相（Ｈ）パラメータによる判別も採用することができる。
濃度検出手段では、上記実写画像の濃度の数値化によって実写画像の部分的な濃淡レベルの評価がなされる。

第１の巻き判定手段による基準画像と実写画像との照合は、基準画像の色および濃度の数値化情報と、実写画像の色および濃度の数値化情報とを対比することでなされる。その際、実写画像上で基準画像との色差および濃度差が、ともに所定のしきい値を超えた部分を、仮の巻き異常部分と判定される。色差および濃度差の各所定のしきい値は適宜決定される。具体的には、実写画像全域での色の数値と基準画像全域での色の数値とを対比し、その色差（数値差）があらかじめ設定されたしきい値を超えるとともに、実写画像全域での濃度の数値と基準画像全域での濃度の数値とを対比し、その濃度差がしきい値を超えた場合を、仮の巻き異常部分と判定する。
その他、基準画像と実写画像とを多数のエリアに区分し、両画像の対応するエリアにおいて、色差および濃度差があらかじめ設定されたしきい値を超える場合に仮の巻き異常部分と判定する方法を採用してもよい。その際、異常と判断されるエリアが１つだけで仮の巻き異常部分と判定しても、２つ以上の任意のエリアが異常と判断された場合に、仮の巻き異常部分と判定してもよい。
また、実写画像上での例えば色差によりテープのエッジを検出し、実写画像上での上記エッジの傾斜角度と基準画像上でのテープのエッジの傾斜角度との差が、あらかじめ設定された角度差を超える場合を、仮の巻き異常部分と判定してもよい。さらに、実写画像上での隣接するエッジ間の距離と基準画像上でのエッジ間の距離との差が、あらかじめ設定された距離差を超える場合を、仮の巻き異常部分と判定してもよい。
制御部は、カメラおよび画像処理部を制御するものである。
真の巻き異常状態の判定時に利用されるテープ表面の範囲（領域）は任意である。
真の巻き異常状態と判定するための仮の巻き異常信号の検出数は、２つでも、３つ以上でもよい。

請求項２に記載の発明は、上記電線またはケーブルは、テープ巻き機により各表面に上記テープが連続的に巻き付けられた直後のもので、上記制御部には、上記第２の巻き判定手段が真の巻き異常状態と判定したとき、上記テープ巻き機へ運転停止指令を出す停止指令手段を有した請求項１に記載のテープ巻異常検出装置である。

請求項２に記載の発明によれば、テープ巻き機により各表面にテープが連続的に巻き付けられた直後の電線またはケーブルに対して、第２の巻き判定手段が真の巻き異常状態と判定した場合には、停止指令手段からテープ巻き機へ運転停止指令を出し、テープ巻きを停止する。これにより、テープ巻き機による電線またはケーブルのテープ巻き異常にリアルタイムで対応することができる。
テープ巻き機としては、例えば、電線の表面またはケーブルの表面にテープが連続的に巻き付けられて繰出されるものなどを採用することができる。

請求項３に記載の発明は、上記画像処理部には、上記実写画像上での色差からテープ巻き中の上記電線またはケーブルのエッジを検出し、かつこのエッジのぶれに合わせて上記実写画像上での電線またはケーブルのテープ巻き異常検出範囲を変更する画像補正手段を有した請求項２に記載のテープ巻異常検出装置である。

請求項３に記載の発明によれば、画像補正手段により、実写画像上での色差からテープ巻き中の電線またはケーブルのエッジ（画像でのケーブルの端縁）を検出し、この検出信号に基づき、エッジのぶれに合わせて実写画像上での電線またはケーブルのテープ巻き異常検出範囲を変更する。その結果、テープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルのぶれを補正することができる。

電線またはケーブルのエッジの検出方法には、実写画像上での色差が利用される。その他、複数のウインドウ設定または演算設定によりエッジが検出される。エッジの検出は、テープ巻異常検出中、常に行うことが好ましい。
画像補正手段では、エッジの検出信号に基づき、電線またはケーブルのテープ巻き異常検出範囲を変更する。

請求項１に記載の発明によれば、まず、カメラによるテープ巻きの実写画像の色および濃度を数値化し、実写画像と予めメモリに記録された正常なテープ巻き状態の基準画像と照合し、実写画像上で基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を仮の巻き異常部分と判定し、得られた仮の巻き異常信号が、テープの表面の所定範囲において、２以上の所定回数検出されたとき、真の巻き異常と判定する。これにより、電線またはケーブルに対するテープの巻き異常状態の検出にオペレータを必要としない。その結果、ラップ巻きまたはギャップ巻きなどで電線に巻かれたテープの巻き異常検出の低コスト化、検出時間の短縮化および検出の高精度化をそれぞれ図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、テープ巻き機から繰出された直後の電線またはケーブルに対して、真の巻き異常状態と判定された場合には、停止指令手段からの運転停止指令に基づきテープ巻き作業を停止するので、テープ巻き機による電線またはケーブルのテープ巻き異常にリアルタイムで対応することができる。

請求項３に記載の発明によれば、実写画像上において、色差からテープ巻き中の電線またはケーブルのエッジを画像補正手段により検出し、エッジのぶれに応じて実写画像上での電線またはケーブルのテープ巻き異常検出範囲を変更するので、テープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルのぶれを補正することができる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１および図２において、１０はこの発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置で、このテープ巻異常検出装置１０は、テープ巻き機１１のうち、テープＴのラップ巻きが終了したケーブル１２を連続的に繰出するケーブル繰出部に付設されている。そのため、検出対象のケーブル１２は、表面にテープ巻きされた直後のものである。
テープ巻異常検出装置１０は、主に、テープＴをラップ幅ｔで巻いたケーブル１２を撮像するカメラ１３と、カメラ１３によるケーブル１２の撮像部分を照らすライト１４と、ライト１４の光度を調整する照明用コントローラ１５と、カメラ１３からの実写画像の情報によりテープ巻きの異常を検出する画像処理部１６と、図示しないモニタと、カメラ１３および画像処理部１６を含むこれらの機器を制御する制御部１７とを備えている。

ケーブル１２は、多数本の細い電線を撚り合わせて作製されている。テープＴは合成樹脂製または金属製である。
カメラ１３としては、株式会社キーエンスのＣＣＤ方式：カラーカメラが採用されている。ライト１４は白色蛍光灯または白色ＬＥＤである。照明用コントローラ１５には、株式会社キーエンス製のものが採用されている。また、画像処理部１６には、株式会社キーエンスの超高速デジタル画像センサコントローラが採用されている。モニタはカラーモニタである。制御部１７にはシーケンサが採用されている。

画像処理部１６は、実写画像の色を数値化する色検出手段１８と、実写画像の濃度を数値化する濃度検出手段１９と、テープＴが正常に巻かれたケーブル１２を撮像した基準画像の色および濃度を数値化した情報を記録するメモリ２０と、メモリ２０に記録された基準画像と実写画像とを照合し、この実写画像上で基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を仮の巻き異常部分と判定する第１の巻き判定手段２１と、実写画像上での色差からテープ巻き中のケーブル１２のエッジを検出し、かつエッジのぶれに合わせて実写画像上でのケーブル１２のテープ巻き異常検出範囲Ａ（図４）を変更する画像補正手段２２と、演算部であるＣＰＵ３０とを有している（図２）。
制御部１７は、第１の巻き判定手段２１からの仮の巻き異常信号が、テープＴの表面の所定範囲で２以上の所定回数検出された場合を、真の巻き異常状態と判定する第２の巻き判定手段２３と、第２の巻き判定手段２３が真の巻き異常状態と判定したとき、テープ巻き機１１へ運転停止指令を出す停止指令手段２４と、演算部であるＣＰＵ３１とを有している（図３）。

メモリ２０に記録された基準画像と実写画像との照合は、数値化された色および濃度をそれぞれ対比することで行われる。
実写画像において、両しきい値をともに超えた部分が、仮の巻き異常部分である。
画像補正手段２２は、テープ巻き機１１から連続的に導出されるテープ巻きケーブル１２のぶれに対応して、実写画像上でのケーブル１２のテープ巻き異常検出範囲Ａの位置を変更する。具体的には、画像補正手段２２により、実写画像上での色差からテープ巻き中のケーブル１２のエッジを検出する。次いで、画像補正手段２２からの検出信号に基づき、エッジのぶれに合わせて、実写画像上でのケーブル１２のテープ巻き異常検出範囲Ａを移動させる。

次に、この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置１０を用いたテープ巻異常検出方法を説明する。なお、メモリ２０には、予め良品のテープ巻きケーブル１２をカメラ１３により撮影した基準画像が記録されているものとする（図４）。
図１に示すように、テープ巻き機１１のケーブル繰出部から所定速度で繰出されたテープ巻き直後のケーブル１２は、テープ巻異常検出装置１０の検出ステージへ連続的に移送される。ここでは、照明用コントローラ１５によって撮影に最適の光度に調整された光が、ライト１４からケーブル１２の表面に照射され、その反射光がカメラ１３の受光部へ入る。また、カメラ１３の撮像範囲Ａは、ケーブル長さ方向の長さａ、ケーブル直径方向の長さｂである（図４）。

撮影中にテープ巻きケーブル１２がぶれた場合には、実写画像上でのケーブル１２のテープ巻き異常検出範囲Ａの位置が自動的に補正される。具体的には、画像補正手段２２により、実写画像上での色差からテープ巻き中のケーブル１２のエッジが検出され、その検出信号に基づき、エッジのぶれに合わせて実写画像上でのケーブル１２のテープ巻き異常検出範囲Ａが移動する。これにより、テープ巻き機１１から連続繰出中のケーブル１２のぶれを補正することができる。
カメラ１３により撮像された実写画像（図５）は画像処理部１６へ送られ、ここで実写画像の色が色検出手段１８により数値化され、かつ濃度が濃度検出手段１９により数値化される。実写画像はカラーモニタに表示される。

次に、実写画像と、予め画像処理部１６のメモリ２０に記録された正常なテープ巻き状態の基準画像とをＣＰＵ３０により照合する。ここで、実写画像上において、基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分が、第１の巻き判定手段２１によって仮の巻き異常部分と判定される。具体的には、実写画像全域での色の数値と基準画像全域での色の数値とを対比し、その色差がしきい値を超えるとともに、実写画像全域での濃度の数値と基準画像全域での濃度の数値とを対比し、その濃度差がしきい値を超えた場合を、仮の巻き異常部分と判定する。
その他、基準画像と実写画像とを多数のエリアに区分し、両画像の対応するエリアにおいて、色差および濃度差があらかじめ設定されたしきい値を超える場合に仮の巻き異常部分と判定する方法を採用してもよい。また、実写画像上での色差によりテープＴのエッジを検出し、実写画像上での上記エッジの傾斜角度と基準画像上でのテープのエッジの傾斜角度との差が、あらかじめ設定された角度差を超える場合を仮の巻き異常部分と判定してもよい。さらに、実写画像上での隣接するエッジ間の距離と基準画像上でのエッジ間の距離との差が、あらかじめ設定された距離差を超える場合を仮の巻き異常部分と判定してもよい。

その後、仮の巻き異常信号が制御部１７へ送られる。ここでは、第２の巻き判定手段２３によって、真の巻き異常か否かの判定が行われる。すなわち、テープＴの表面の所定範囲において、０．３秒間で２回以上検出されたとき、第２の巻き判定手段２３が真の巻き異常と判定する。ケーブル１２の送り速度から、ケーブル１２に巻かれたテープ表面のうち、ケーブル長さ方向に所定長さ、ケーブル半径方向に所定幅から得られる所定のテープ表面積について、テープ巻の異常検査を行ったことになる。

その結果、テープＴのラップ巻きの異常状態の検出にオペレータを必要とせず、検出の自動化が図れる。よって、テープＴの巻き異常検出の低コスト化、検出時間の短縮化および検出の高精度化もそれぞれ図ることができる。また、このテープ巻異常検出装置１０を使用し、テープＴのギャップ巻きの異常状態も検出することができる。
また、テープ巻き機１１によりテープＴが連続的に巻き付けられた直後のケーブル１２に対して、第２の巻き判定手段２３が真の巻き異常状態と判定した場合には、ＣＰＵ３１を経て停止指令手段２４からテープ巻き機１１の設備制御部２５へ運転停止指令を出し、テープ巻き作業を停止する。その結果、テープ巻き機１１によるケーブル１２のテープ巻き異常にリアルタイムで対応することができる。
実際に、テープ巻異常検出装置１０を用いてテープ巻の異常検出を行ったところ、図６に示すように、ラップ巻きされたテープＴの一部において、しわｔ１およびラップ不良ｔ２の部分が発見された。

この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置のブロック図である。 この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置に組み込まれた画像処理部のブロック図である。 この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置の制御部のブロック図である。 この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置のモニタ画面上の基準画像である。 この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置のモニタ画面上の良品の実写画像である。 この発明の実施例１に係るテープ巻異常検出装置のモニタ画面上の不良品の実写画像である。

１０ テープ巻異常検出装置、
１２ ケーブル（電線）、
１３ カメラ、
１６ 画像処理部、
１７ 制御部、
１８ 色検出手段、
１９ 濃度検出手段、
２０ メモリ、
２１ 第１の巻き判定手段、
２３ 第２の巻き判定手段、
２４ 停止指令手段、
Ｔ テープ。

Claims (3)

1. 表面にテープが螺旋状に巻かれ、かつテープ巻き機から連続的に繰出中の電線またはケーブルを撮像する１台のカメラと、
   このカメラからの実写画像の情報によりテープ巻きの異常を検出する画像処理部と、
   上記カメラおよび上記画像処理部の制御部とを備えたテープ巻異常検出装置であって、
   上記画像処理部は、
   上記実写画像の色を数値化する色検出手段と、
   上記実写画像の濃度を数値化する濃度検出手段と、
   上記テープが正常に巻かれた電線またはケーブルを撮像した基準画像の色および濃度を数値化して得られた情報を記録するメモリと、
   このメモリに記録された基準画像と上記実写画像とを照合し、この実写画像上で上記基準画像との色差および濃度差がともに所定のしきい値を超えた部分を仮の巻き異常部分と判定する第１の巻き判定手段とを有し、
   上記制御部は、
   上記テープ巻き機から連続的に繰出中の上記電線またはケーブルの表面上で、上記テープのエッジを２つ以上検出可能な所定時間内に、上記第１の巻き判定手段からの仮の巻き異常信号を、２以上の所定回数検出した場合に、真の巻き異常状態と判定する第２の巻き判定手段を有したテープ巻異常検出装置。
2. 上記電線またはケーブルは、テープ巻き機により各表面に上記テープが連続的に巻き付けられた直後のもので、
   上記制御部には、上記第２の巻き判定手段が真の巻き異常状態と判定したとき、上記テープ巻き機へ運転停止指令を出す停止指令手段を有した請求項１に記載のテープ巻異常検出装置。
3. 上記画像処理部には、上記実写画像上での色差からテープ巻き中の上記電線またはケーブルのエッジを検出し、かつこのエッジのぶれに合わせて上記実写画像上での電線またはケーブルのテープ巻き異常検出範囲を変更する画像補正手段を有した請求項２に記載のテープ巻異常検出装置。

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