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Erfindungshintergrund
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung 2006-227385 ,
in Japan angemeldet am 24. August 2006, auf deren gesamten Inhalt
hier Bezug genommen wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur visuellen
Prüfung,
mit dessen Hilfe das Vorhandensein von Defekten in Keramikkugeln, die
in Kugellagern, Kugelventilen u. ä verwendet werden, untersucht
werden kann.
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Bislang
ist es bei Systemen zur Prüfung
von Kugelflächen,
beispielsweise Stahlkugeln u. ä.
so, dass der Kugelkörper
im allgemeinen an Luft geprüft wird.
Während
jedoch die Prüfung
an Luft den Vorteil hat, dass der Kugelkörper leicht zu handhaben ist, bildet
der Ölgehalt,
wenn die Kugelfläche
nicht sorgfältig
durch Waschen entfettet worden ist, eine Verfärbung, die dazu führt, dass
der Kugelkörper
als fehlerhaft bewertet wird. Außerdem sammelt sich der Ölgehalt
auf der Bahn der Kugeln im Prüfteil
an, und das Anhaften dieses Ölgehalts
an den Kugeln kann dazu führen,
dass die Kugeln negativ bewertet werden. Insbesondere wenn der Kugelkörper aus einem leicht
korrodierenden Metall hergestellt ist, besteht die Möglichkeit,
dass der Kugelkörper
rostet, wenn er für
eine längere
Zeit entfettet gelassen wird.
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Die
Anmelderin hat daher ein System vorgeschlagen, das es ermöglicht,
Prüfungen
der Oberfläche
eines Kugelkörpers
ohne das Problem der Ölverfärbungen,
wie oben beschrieben, und ohne das Problem des Rostens, selbst bei
leicht korrodierenden Metallen, so durchzuführen, dass ein Entfetten nicht erforderlich
ist. Nach diesem System, von dem ein wesentlicher Teil in
4 schematisch
dargestellt ist, werden die Oberflächenprüfungen optisch so durchgeführt, dass
der zur Prüfung
vorgesehene Kugelkörper
in Öl getaucht
ist. Bei diesem System der Oberflächenprüfung wird Licht von einer Lichtquelle
12 auf eine
den zu prüfenden
Kugelkörper
darstellende Stahlkugel
101 gestrahlt, wobei die Stahlkugel
101 in Öl getaucht
und festgehalten ist, und das reflektierte Licht von einem Licht
aufnehmenden Element
13 aufgenommen und in elektrische
Signale umgewandelt wird, wonach das Vorhandensein von Defekten
in der Stahlkugel
101 auf der Grundlage der Veränderung der
elektrischen Signale durch ein Bewertungsteil
11 festgestellt
wird (siehe beispielsweise
JP 2002-277226A ).
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Während jedoch
optische Systeme zur Oberflächenprüfung, die
die Anwesenheit von Defekten auf Grund der Anzahl der Veränderungen
der elektrischen Signale, wie oben beschrieben, bewerten, ideal
sind für
Stahlkugeln, die bis auf eine Spiegeloberfläche bearbeitet sind und die
in üblichen
Kugellagern verwendet werden, sind Kugelventile u. ä. in den
letzten Jahren schneller und wirksamer geworden; diese Prüfsysteme
sind, wenn es zu Keramikkugeln kommt, im Hinblick auf die Forderung
nach deren Helligkeit nicht mehr ausreichend, denn selbst wenn Licht
aufproji ziert wird, wird das von der Keramikkugel reflektierte Licht
erheblich dadurch reduziert, dass die sphärische Fläche der Keramikkugel grau oder
schwarz ist. Wird die von der Keramikkugel reflektierte Lichtfülle durch
Heraufsetzen der Helligkeit der Lichtquelle verstärkt, dann
wird die Veränderung der
Signale zwischen defekten und nichtdefekten Teilen der Kugeloberfläche herabgesetzt,
weil das von anderen Objekten als den Keramikkugeln reflektierte Licht
ebenfalls auf das Licht aufnehmende Element auftrifft, was es erschwert,
winzige Defekte festzustellen. Bei Keramikkugeln im besonderen war
die Prüfung
mit optischen visuellen Prüfsystemen
wegen der extrem geringen Veränderung
der von den Kugeln reflektierten Lichtfülle in solchen Teilen schwierig,
in denen die für
Keramiken charakteristischen Defekte auftreten. Dies sind winzige
Defekte, beispielsweise von Einschlüssen in der äußeren Oberfläche herrührende Farbunebenheiten,
Löcher
oder dergleichen. Während
es andererseits auch möglich ist,
Prüfungen
mit dem bloßen
Auge – unter
Verwendung eines Mikroskops – durchzuführen, ist
dies in Hinblick auf die unvermeidbare Zunahme der Arbeitskosten
unzweckmäßig. Außerdem werden
Keramikkugeln, im Gegensatz zu Stahlkugeln, elektrostatisch leicht
aufgeladen, wenn Reibung in Luft erfolgt, wodurch kleine Staubteilchen
angezogen werden, die bei der Prüfung
als Defekte angesehen werden und zu fehlerhaften Bewertungen führen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der im Hinblick auf die oben beschrieben Situation entwickelten
Erfindung ist es, ein visuelles System zur Prüfung von Keramikkugeln zu schaffen,
mit dessen Hilfe verhindert werden kann, dass Keramikkugeln elektrostatisch
aufgeladen werden und die Feststellung kleinster Defekte sowie für Keramiken
charakteristischer Defekte, die mit Hilfe konventioneller optischer
Prüfsysteme
schwer festzustellen sind, zuverlässig durchgeführt werden kann.
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Zur
Lösung
der oben definierten Aufgabe prüft
ein visuelles Prüfsystem
für Keramikkugeln nach
der vorliegenden Erfindung Defekte in der Oberfläche der Keramikkugeln und umfasst
einen Öl enthaltenden Öltank, eine
Drehvorrichtung zum Drehen einer zur Prüfung vorgesehenen Keramikkugel
in dem Öl
in dem Öltank,
so dass eine Erfassung der Keramikkugel entlang eines Meridians
möglich
ist, eine Abbildungsvorrichtung zur Abbildung der gesamten Oberfläche der
durch die Drehvorrichtung gedrehten Keramikkugel, eine Bildverarbeitungsvorrichtung
zur Bildverarbeitung eines durch die Abbildungsvorrichtung abgebildeten
Bilds, sowie eine Bewertungsvorrichtung zur Bewertung der Anwesenheit von
Defekten in der Keramikkugel auf der Grundlage der aus der Bildverarbeitung
erhaltenen Bilddaten.
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Diese
Anordnung ist signifikant, es zu ermöglichen, entlang der Meridiane
einer Keramikkugel sequentiell bei Verwendung einer Drehvorrichtung
abzutasten, wobei vermieden wird, dass sich in der Luft vorhandener
Staub auf der Keramikkugel absetzt, indem die Keramikkugel in Öl getaucht
ist, wodurch aus der visuellen Prüfung der Keramikkugeln höchst zuverlässige Ergebnisse
erzielt werden können.
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Die
Abbildungsvorrichtung kann aus einer Digitalkamera mit aufgesetztem
Objektiv und einer Licht auf die Keramikkugel strahlenden Lichtquelle bestehen.
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Das
Objektiv der Digitalkamera und die Lichtquelle können in das Öl im Öltank gesetzt
werden; das Licht von der Lichtquelle kann auf die Keramikkugel
im Öl gestrahlt
werden, und die gesamte Oberfläche
der Keramikkugel kann durch die Digitalkamera abgebildet werden.
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Das
Objektiv der Digitalkamera und die Lichtquelle können auch über der Oberfläche des
im Öltank
befindlichen Öls
vorgesehen sein; auf der Öloberfläche zwischen
dem Objektiv der Digitalkamera und der Keramikkugel kann ein transparenter
Körper angeordnet
werden; durch den transparenten Körper kann Licht von der Lichtquelle
auf die Keramikkugel im Öl
gestrahlt werden, und die gesamte Oberfläche der Keramikkugel kann durch
den transparenten Körper
hindurch von der Digitalkamera abgebildet werden.
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Gemäß dieser
Anordnung kann die Wirkung von Fluktuationen in der Öloberfläche durch
den transparenten Körper
eliminiert werden. Als Transparentkörper können Glas, Acryl oder dergleichen
verwendet werden.
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Die
zur visuellen Prüfung
nach der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Keramikkugeln bestehen
zum Beispiel aus Siliziumnitrid (Si3N4), Zirkoniumdioxid (ZrO2),
Aluminiumoxid (Al2O3),
Siliziumkarbid (SiC) oder dergleichen.
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Das
visuelle Prüfsystem
nach der vorliegenden Erfindung stellt Defekte in einer Kugelfläche nicht optisch,
sondern durch Bearbeitung der Bilder der von der Digitalkamera aufgenommenen
Kugelfläche fest,
wodurch es möglich
ist, kleinste Defekte und für Keramiken
charakteristische Defekte, die mit optischen Prüfsystemen schwer zu beobachten
sind, festzuhalten und es dadurch möglich gemacht wird, die Anwesenheit
von Ablenkungen in den geprüften Keramikkugeln
zuverlässig
zu bewerten.
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Es
kann auch die gesamte Kugelfläche
durch Abtasten entlang der Meridiane einer Keramikkugel unter Verwendung
der Drehvorrichtung, wie oben beschrieben, geprüft werden. Außerdem kann
die Prüfung
der Keramikkugeln in Öl
dadurch möglich
gemacht werden, dass die Drehvorrichtung im Öl angeordnet wird, so dass
ein Waschen, Entfetten und Trocknen der Kugeln vor der Prüfung entfallen
kann. Obgleich Keramikkugeln besonders leicht elektrostatisch aufgeladen
werden, was zu möglichen
fehlerhaften Bewertungen auf Grund des in der Luft befindlichen
Staubs führen
kann, kann dies mit der Durchführung
der Prüfung
in Öl unterdrückt werden.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt
schematisch ein Hauptteilstück eines
Prüfsystems
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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2,
die den Betrieb des Prüfsystems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, zeigt eine Prüfstrecke
auf einem Kugelkörper.
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3 zeigt
schematisch ein Hauptteilstück eines
Prüfsystems
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
schematisch ein Hauptteilstück eines
konventionellen Prüfsystems.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
schematisch ein Hauptteilstück eines
Systems zur visuellen Prüfung
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine zu prüfende Keramikkugel 1 wird
mit Hilfe einer Antriebsrolle 2, einer Stützrolle 3 sowie
zweier, ein Paar darstellender, konischer Steuerrollen 4 in Öl, das in einem Öltank 20 gehalten
wird, getaucht und in einer vorgegebenen Stellung befestigt. Am
anderen Ende jeder der Steuerrollen 4 ist ein exzentrisches
Schneckengetriebe 5 vorgesehen.
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Eine
Digitalkamera 7 zur Abbildung der gesamten Kugelfläche ist
so angeordnet, dass sie in einer vorgegebenen Position fixiert ist,
und ein in dieser Digitalkamera 7 vorgesehenes Objektiv 8 ist
teilweise in das Öl
getaucht. Eine Lichtquelle 6 zur Strahlung des Lichts auf
die Keramikkugel 1 ist in dem Öl in der Umgebung der Keramikkugel 1 angeordnet.
Ein Personalcomputer 9 errechnet das Vorhandensein von Defekten
in der geprüften
Keramikkugel 1 indem er die von der Digitalkamera 7 aufgenommenen
Oberflächenbilder
der Keramikkugel 1 wie vorgegeben verarbeitet.
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Bei
einem visuellen Prüfsystem
nach der obigen Anordnung dreht sich zunächst eine auf die Antriebsrolle 2 gesetzte
Keramikkugel 1 weil die Antriebsrolle 2 gedreht
wird, und die Steuerrollen 4 drehen sich auf Grund der
Drehung dieser Keramikkugel 1 ebenfalls. Zu gleicher Zeit
wird der Keramikkugel 1 durch die Exzentrizität jeder
der exzentrischen Schneckengetriebe 5 eine Drehung mitgeteilt,
und als Ergebnis der der Keramikkugel 1 im Verhältnis zum
Objektiv 8 der Digitalkamera 7 vermittelten Drehung entlang
der Meridiane ME, wie in 2 dargestellt, wird die gesamte
Kugelfläche
der Keramikkugel 1 entlang der Meridiane ME abgebildet.
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Die
vorliegende Ausführungsform
ist also so konfiguriert, dass eine vorgegebene Bearbeitung der unter
Verwendung der Digitalkamera 7 erhaltenen Bilder durchgeführt wird,
um das Vorhandensein von Defekten auf der gesamten Oberfläche der
Keramikkugel 1 festzustellen.
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Festzuhalten
ist, dass das an die Digitalkamera 7 befestigte Objektiv 8 leicht
so eingestellt werden kann, dass sie kleinste Defekte feststellen
kann, indem die Vergrößerung entsprechend
eingestellt wird.
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Obwohl
das obige Ausführungsbeispiel
in der Form beschrieben wurde, dass das Kameraobjektiv 8 und
die Lichtquelle 6, wie in 1 dargestellt, in Öl getaucht
sind, können
Kameraobjektiv 8 und Lichtquelle 6, wie in 3 dargestellt,
auch über
der Öloberfläche angeordnet
werden, ohne dass sie notwendigerweise in das Öl getaucht werden müssen. In diesem
Fall muss ein transparenter Körper 10,
beispielsweise Glas oder Acryl, auf die Öloberfläche zwischen Kameraobjektiv 8 und
die zu prüfende
Keramikkugel 1 gesetzt werden, um die Wirkung von Schwankungen
in der Öloberfläche auszuschalten. Die
von der Digitalkamera 7 aufgenommenen Bilder sind also
effektiv, d.h. es werden klare Bilder erhalten, die durch Schwankungen
in der Öloberfläche nicht
beeinflusst sind.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird die Prüfung
in Öl insbesondere
durch die Antriebsrolle 2, die Steuerrollen 4 und
die Stützrolle 3,
die alle im Öl
angeordnet sind, ermöglicht.
Die Arbeitsgänge des
Waschens, Entfettens und des Trocknens der Kugeln vor der Prüfung wie
nach den bislang üblichen
Techniken erforderlich sind also nicht mehr nötig und können also entfallen, was die
vorliegende Anordnung effizient und wirtschaftlich macht. Was die
möglichen
fehlerhaften Bewertungen bei Keramikkugeln betrifft, da sie im Gegensatz
zu Stahlkugeln leicht elektrostatisch aufgeladen werden können und
sich Staub und dergleichen auf Grund der statischen Elektrizität auf den
Kugeln leicht festsetzt, so ist die oben beschriebene Konfiguration
auch günstiger,
weil dies im vorliegenden Fall vermieden wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
werden kleinste im Öl
vorhandene Objekte vorzugsweise durch Verwendung von Mikrofiltern
aus dem Öl
ausgefiltert.
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Wie
oben beschrieben verarbeitet das erfindungsgemäße visuelle Prüfungssystem,
im Gegensatz zu konventionellen optischen Prüfungssystemen, mit einer Digitalkamera
aufgenommene Bilder von Kugelflächen,
was es möglich
macht, kleinste Defekte, insbesondere für Keramikkugeln charakteristische
Defekte, festzustellen und ausgezeichnete Voraussetzungen für zukünftige Anforderungen
zu schaffen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
erfindungsgemäße System
zur visuellen Prüfung
kann auch zur visuellen Prüfung
von anderen als keramischen Kugeln, die leicht elektrostatisch aufgeladen
werden, Anwendung finden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt werden,
ohne von ihrem Geist oder ihren wesentlichen Kennzeichen abzuweichen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind
somit in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als begrenzend
zu betrachten. Der Umfang der Erfindung ist in den beiliegenden
Ansprüchen
aufgezeigt und wird durch die obige Beschreibung nicht eingeschränkt. Außerdem sind
alle Modifikationen und Abänderungen,
soweit sie den Ansprüchen
gleichwertig zu betrachten sind, im Umfang der vorliegenden Erfindung
eingeschlossen.