JPH0756474B2 - 線材表面欠陥検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は線材表面欠陥検出器に関するものである。更
に、詳述すれば本発明はエナメル線等の導線上に形成さ
れた塗膜層に発生した凹凸欠陥を検出できる線材表面欠
陥検出器に関するものである。

［従来の技術］ エナメル線は絶縁層が最も薄い絶縁電線である。それに
も拘らずエナメル線に要求される諸特性は高度なものが
ある。即ち、エナメル線は過酷な機械巻線に耐えられる
可撓性や耐摩耗性、浸蝕性の大きい有機溶剤を含むワニ
ス処理に耐えられる耐溶剤性、高温下での使用に耐えら
れる耐熱性、冷媒雰囲気下でも使用できる耐冷媒性、長
期間運転しても絶縁破壊しない優れた電気特性等が要求
される。

従ってエナメル線は外観において異状ないこと、例えば
粒、凹み等がないことが強く要求される。

このような厳しい要求に応えるためエナメル線の塗布、
焼付作業は導線上にエナメル塗料を数回〜十数回に分け
て行っている。即ち、エナメル線は導線上にエナメル塗
料を塗布してから、ダイスで均一に絞り、然る後高温の
焼付炉内を通過させる工程を５〜15回繰り返し行うこと
により製造されている。

しかしながらこのようにダイス絞りや分割塗装しても数
千メートル〜数万メートルに数個の粒や凹みが発生する
場合がある。

エナメル線製造業者にとってはこのような塗膜欠陥が発
生したときには、インラインで自動的に検出し、不良品
の除去とその防止対策を直ちに実施する必要がある。

さて、線材表面欠陥検出器には接触式タイプと非接触式
タイプがある。

接触式タイプ線材表面欠陥検出器としてはダイス式線材
表面欠陥検出器、挾持抵抗感知式線材表面欠陥検出器及
びローラー感知式線材表面欠陥検出器等が提案されてい
る。

ダイス式線材表面欠陥検出器としては実開昭47-30826
号、実開昭53-92669号、特開昭54-87883号、実開昭55-1
48608号、実開昭57-134608号、実開昭57-166115号、実
開昭58-184717号等の装置が提案されている。

ダイス式線材表面欠陥検出器は第８図に示すように、線
材１の塗膜にある粒２がダイス３を通過する際にダイス
３を上方に上げるように作用するのをリミットスイッチ
４等を介して検出するものである。

挾持抵抗感知式線材表面欠陥検出器としては実公昭56-5
3284号等が提案されている。この方法は第９図のように
線材５を抵抗体６で挾持するように挾持抵抗感知式線材
表面欠陥検出器内を通過させ、粒があるとき受ける抵抗
をスプリング７、リミットスイッチ８等で検出する装置
である。

ローラー感知式線材表面欠陥検出器としては第10図のよ
うに、粒10がある線材９を一対の接触子ローラー11間を
通過させ、粒10による変位を変位検出機構12により検出
する装置である。

一方、非接触式タイプの線材表面欠陥検出器としては透
過光タイプ、レーザー光タイプ、乱反射光タイプ等があ
る。

透過光タイプ線材表面欠陥検出器としては実開昭54-130
488号、特開昭59-109808号等の方法がある。この透過光
タイプ線材表面欠陥検出器は第11図のように、線材13に
光源16から検出光をレンズ17、スリット15を介して照射
し、検出器14で塗膜の凹凸を検出するものである。

レーザー光タイプ線材表面欠陥検出器としては第12図に
示すようにレーザー発振器19からレーザー光を回転ミラ
ー18に照射し、その反射光をレンズ20を介して線材21に
当て、粒22を受光素子23で検出する装置である。

乱反射光タイプ線材表面欠陥検出器としては実開昭54-1
43281号等が提案されている。この検出器は第13図に示
すように光源17からの光をレンズ28を介して線材24に照
射し、線材24の軸線に垂直な面内で反射する反射鏡と光
源の光軸と線材24の表面の交点を斜め方向から見込む深
孔内に設けた受光素子27とから塗膜の表面欠陥25を検出
する方法である。

このような乱反射光タイプ線材表面欠陥検出器の欠点を
改良するため、第14図に示すような楕円凹面鏡を使用す
る乱反射光集光タイプ線材表面欠陥検出器が実用されて
いる。この乱反射光集光タイプ線材表面欠陥検出器とし
ては特公昭55-25788号、特公昭56-29776号、特開昭53-6
3084号、特開昭53-63084号、特開昭53-63085号、実開昭
58-119753号、実開昭58-120952号等が提案されている。

第14図において30は線材、31は楕円凹面鏡、32はレン
ズ、33は光源、34は受光素子、35は正反射鏡、36は乱反
射鏡である。

即ち、この乱反射光集光タイプ線材表面欠陥検出器は光
源33から発した光をレンズ32を介して線材30に照射し、
線材30の微少部分からの正反射光を逃し、上記微少部分
を各々の焦点位置として配置された少くとも対なる楕円
凹面鏡31により乱反射光36を反射集光し、該乱反射光36
を受光素子34により受光して信号に変換し、その信号に
より線材30の表面欠陥を検出するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら第８図〜第10図に示すような接触式タイプ
線材表面欠陥検出器はダイス、抵抗体、ローラー等が接
触する方式であるため、走行する線材１、５、９、13、
21、24自身の振動とこれら検出器自身の振動とが重なっ
て誤動作が発生し易く、しかも感知材のダイス、抵抗
体、ローラー等により線材の擦れ傷が発生する難点があ
る。

その上第８図に示すようなダイス式線材表面欠陥検出器
にあっては検出対象線材の線径が変った場合その都度ダ
イスを交換する必要があり、段取り作業が厄介である。
また、第９図に示すような挾持抵抗感知式線材表面欠陥
検出器にあっては抵抗材６の摩耗劣化があり、それに伴
い挾持力の調整を常に行う必要がある。第10図に示すよ
うなローラー感知式線材表面欠陥検出器はローラの摩耗
とその押圧を常に管理する必要があり、これまたメイン
テナンス上の難点がある。

これらに対して第11図〜第13図に示すような非接触式タ
イプ線材表面欠陥検出器は線材に擦り傷を発生させる懸
念がないが、従来のものは構成が複雑なためかなり高価
となる難点がある。

即ち、第11図に示すような透過光タイプ線材表面欠陥検
出器では平行光線を使用する必要があり、この平行光線
を照射できる複雑な光学機構が必要である。また、この
透過光タイプ線材表面欠陥検出器の検出精度を上げるに
は強力なる光源と特殊な受光素子を設置する必要があ
る。しかもこの透過光タイプ線材表面欠陥検出器は線材
の１面側に欠陥検出しかできないから、線材全周の欠陥
検出には複数個の装置を設置する必要があり、装置の大
形化、複雑化及び高価化が避けられない。

第12図に示すようなレーザー光タイプ線材表面欠陥検出
器は透過光タイプ線材表面欠陥検出器の難点と同じ難点
を有し、しかもこの方式では高速で走行する線材の塗膜
凹凸をレーザー光によるスキャニングにより検出するた
め微小凹凸の検出に不向きである。

第13図に示すような乱反射光タイプ線材表面欠陥検出器
では反射光が四方八方へと散乱して微弱となるため、多
くの光源と多くの受光素子とから成る大形化、複雑化及
び高価化が避けられない。

また、第14図に示すような楕円凹面鏡を使用する乱反射
光集光タイプ線材表面欠陥検出器では、楕円凹面鏡が極
めて高精度な特殊品であるため高価なことが欠点であ
る。更に、このような楕円凹面鏡を使用する乱反射光集
光タイプ線材表面欠陥検出器では、表面欠陥を２個の受
光素子34で集光して検出するため、周波数応答性を高め
た特殊な増幅器とする必要がある。当然、特殊な増幅器
は高価なものとなる。

本発明はかかる点に立って為されたものであって、その
目的とするところは前記した従来技術の欠点を解消し、
表面欠陥を検出する線材径により部品の交換や調整を行
う必要がなく、非接触にて表面欠陥を確実に検出でき、
しかも小型、軽量で且つ安価な線材表面欠陥検出器を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところは、光源からの光を線材表面
に照射し、該線材からの乱反射光を受光、増幅して表面
欠陥を検出する線材表面欠陥検出器であって、取付板上
に前記光源と該光源の周辺に配置された複数の受光素子
とが固定されて成る検出板が３枚あり、該３枚の検出板
を前記光源と前記複数の受光素子とが内側となるように
三角筒状に形成して成ることを特徴とする線材表面欠陥
検出器にある。

本発明において三角形状の筒状体としたのは、構造が簡
単で且つ製作が容易でしかも不要光の影響を最も効果的
に解消できる利点があるためである。

本発明において光源としては従来のランプの他に、従来
照度が弱く実用できなかった発光ダイオード、半導体レ
ーザー等を用いることができる。

ここで発光ダイオードとしては光量が5mw以上の高輝度
発光ダイオードが適切である。これは5mw以下では検出
精度が若干低下するためである。

本発明において受光素子で受けた光を信号に変換するに
は光電変換素子を用いる。光電変換素子としてはフォト
ダイオード、フォトトランジスター、太陽電池、CCD等
を用いることができるが、光起電力が大きく、信号応答
性のよいシリコン光検出ダイオードが適切である。

本発明において受光素子を複数個としたのはどの乱反射
光をも受光し、高精度の表面欠陥検出をさせると共に光
源の製作コストを大幅に下げることにある。即ち、受光
素子を乱反射光集光タイプ線材表面欠陥検出器のように
１個にしたのでは、集光性の点から楕円形状のような極
めて特殊な形状にする必要があり、その結果製作コスト
の高騰と保守管理費の高騰とが避けられなかった。これ
に対して本発明では受光素子を複数個組合わせて用いる
ことにより安価な汎用受光素子を用いることができる。

［作用］ 本発明の線材表面欠陥検出器は、上記のように構成した
ので、構造が簡単にして製作コストを大幅に低減でき、
且つ分解・清掃・組立・調整等の保守管理性も大幅に改
善でき、しかも正反射光を効果的に低減すると共に表面
欠陥部より発生する乱反射光を確実に受光して線材の表
面欠陥を高精度に検出することができる。

［実施例］ 次に、本発明の線材表面欠陥検出器の一実施例を図面に
より説明する。

第１図は本発明の線材表面欠陥検出器の一実施例を示し
た説明図、第２図はその検出原理の説明図、第３図〜第
６図は三角形状乱反射鏡の利点を説明するための説明図
である。

第１図において、37は線材、38は高輝度の発高ダイオー
ド、39は受光素子、40は取付板、41は外枠である。

即ち、本発明の線材表面欠陥検出器の一実施例は、内側
面上に適度な間隔をおいて４個の受光素子39とその４個
の受光素子39のほぼ中央位置に発光ダイオード38を取付
けて成る取付板40を３枚用意し、該３枚の取付板40を受
光素子39と発光ダイオード38の取付面側が内面側となる
ように三角筒状に組立て、その外周に外枠41を設けて成
るものである。つまり本発明の線材表面欠陥検出器の一
実施例では、合計３ケの発光ダイオード38と、12ケの受
光素子39から成っている。

この場合、３枚の取付板40の内の上面側を開閉できるよ
うに構成することにより、点検、清掃、調整作業が容易
である。

なお、取付板40は金属板か硬質高分子板に黒色発泡スチ
ロールシートを接着材を介して積層したものである。

第７図はこの粒検出制御回路の一例を示したものであっ
て、38は光源、39は受光素子、59は電圧変換用抵抗、60
は発振防止用コンデンサー、61は増幅器、62は記録計、
63は調整用抵抗である。

この粒検出制御回路の一実施例では、３ケの光源38より
出た光が線材37の表面欠陥に照射され、そこで発生した
乱反射光が12ケの受光素子39にて受光する、これらの12
ケの受光素子39は並列接続することにより、１個の大受
光面積受光素子と同等の受光効果が得られ、しかも受光
素子は取付板40に複数個あるから１個の大受光面積受光
素子を用いたときに起こりがちであった受光素子の固定
位置から遠方の乱反射光の受光ミスを効果的になくすこ
とができる。

次に、本発明の線材表面欠陥検出器の一実施例の検出原
理を説明する。

いま、表面欠陥がない線材47に発光ダイオード43より赤
外光を照射したとき、第２図に示すように正反射光45が
垂直に反射するので、受光素子42、44には電気信号を生
じない。

一方、表面に粒状突起物48のような欠陥がある線材47に
発光ダイオード43より赤外光を照射したとき、第２図に
示すように乱反射光46が斜め方向に反射するので、受光
素子42、44に電気信号を生じる。この生じた電気信号は
信号増幅回路で増幅され、表面欠陥数カウンター、自動
記録計等を動作させて線材37の表面欠陥数とその長手方
向の発生位置とを自動記録する。

本発明の線材表面欠陥検出器の形状は三角筒状体である
が、四角筒状体、五角筒状体、六角筒状体等も用いるこ
とができる。また、S/N比が向上できるような形状、例
えばドーナッツの輪状等にすることもできる。

一方、線材表面欠陥検出器は線材の表面にある欠陥から
の乱反射光を検出することにより表面欠陥を検出するも
のであるから、理想的には正反射光がゼロであることが
望ましい。しかし実際には光源からの光を照射して正反
射光をゼロにすることは不可能である。

そこで三角筒状にした本発明の線材表面欠陥検出器の一
実施例と、四角筒状にした線材表面欠陥検出器の一例と
について、正反射光、乱反射光との減衰性との関係につ
いて説明する。

まず、第３図に示すような三角筒状にした本発明の線材
表面欠陥検出器の一実施例では、光源50より光を発する
と第４図のように正反射光53が少くとも２回以上面反射
を繰返しながら効果的に減衰し、その結果表面欠陥があ
ったとき発生する乱反射光の検出能力を顕著に改善する
ことができる。

これに対して第５図のような四角筒状にした線材表面欠
陥検出器の一例では、光源57から光を発すると第６のよ
うに正反射光58が直接受光素子56に入光するためノイズ
がやや大きくなり（反射率が0.5以上となる）、その結
果表面欠陥があったとき発生する乱反射光の検出能力が
若干低下する。従って線材表面欠陥検出器の形状として
は三角筒状が望ましいが、勿論、他の形状であっても十
分使用することができる。

また、取付板40においてはS/N比を向上させるため、反
射率が0.4以下の有色板、例えば黒色多孔質板等を使用
することが適切である。

［発明の効果］ 本発明の線材表面欠陥検出器は次のような優れた効果を
奏することができるものであり、工業上極めて有用であ
る。

（１）線材の表面欠陥を高精度で検出できる。

（２）構造が簡単で、製作が容易で、且つ分解、組立て
も容易であるから、その保守、点検調整、清掃作業等が
極めて容易である。

（３）製作コストが安価である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の線材表面欠陥検出器の一実施例を示し
た説明図、第２図はその検出原理の説明図、第３図〜第
６図は線材表面欠陥検出器の形状と正反射光、乱反射光
の減衰性を説明するための説明図、第７図は本発明の線
材表面欠陥検出器の一実施例における粒検出制御回路の
一例を示した回路図、第８図は従来のダイス式線材表面
欠陥検出器の説明図、第９図は従来の挾持抵抗感知式線
材表面欠陥検出器の説明図、第10図は従来のローラー感
知式線材表面欠陥検出器の説明図、第11図の従来の透過
光タイプ線材表面欠陥検出器の説明図、第12図は従来の
レーザー光タイプ線材表面欠陥検出器の説明図、第13図
は従来の乱反射光タイプ線材表面欠陥検出器の説明図、
第14図は従来の楕円凹面鏡を使用する乱反射光集光タイ
プ線材表面欠陥検出器の説明図である。 1,5,9,21,24,30,37,47,49,54:線材、2,10,22,25,48:表
面欠陥、3:ダイス、4,8:リミットスイッチ、6:挾持抵抗
体、7:スプリング、11:接触子ローラー、12:変位検出機
構、14:検出素子、15:スリット、16,26,33,50,52,55,5
7:光源、17,20,26,28,32:レンズ、18:回転ミラー、19:
レーザー発振器、23,27,34,39,42,44,51,56:受光素子、
29:凹面鏡、31:楕円凹面鏡、35,45,53,58:正反射光、3
6,46:乱反射光、38,43:発光ダイオード、40:取付板、4
1:外枠、59:電圧変換用抵抗、60:発振防止用コンデンサ
ー、61:増幅器、62:記録計、63:調整用抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 修一 茨城県日立市川尻町1500番地 日立電線株 式会社豊浦工場内 (72)発明者 松沢 操 茨城県日立市川尻町1500番地 日立電線株 式会社豊浦工場内 (72)発明者 光岡 昭雄 茨城県日立市川尻町1500番地 日立電線株 式会社豊浦工場内 (72)発明者 飛田 修二 茨城県日立市川尻町1500番地 日立電線株 式会社豊浦工場内 (72)発明者 篠原 伸行 茨城県日立市田尻町寺前983番地６ 株式 会社和興エンジニアリング内 (72)発明者 梶山 亮 茨城県日立市田尻町寺前983番地６ 株式 会社和興エンジニアリング内 (56)参考文献 実開 平３−30854（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−143281（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を線材表面に照射し、該線材
   からの乱反射光を受光、増幅して表面欠陥を検出する線
   材表面欠陥検出器であって、取付板上に前記光源と該光
   源の周辺に配置された複数の受光素子とが固定されて成
   る検出板が３枚あり、該３枚の検出板を前記光源と前記
   複数の受光素子とが内側となるように三角筒状に形成し
   て成ることを特徴とする線材表面欠陥検出器。
2. 【請求項２】取付板が有色多孔質板である黒色板である
   ことを特徴とする請求項１記載の線材表面欠陥検出器。
3. 【請求項３】取付板が反射率が0.4以下の黒色板である
   ことを特徴とする請求項１記載の線材表面欠陥検出器。