JP2004354367A - 頭部付きネジの検査装置、検査方法及びパンチの欠け検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】頭部付きネジの操作穴の不良検出は、ダミービットを差し込んで穴の深さを計る方法でなされているが、この方法は効率が悪いので、画像検査による操作穴の良否検査を可能にする。
【解決手段】頭部付きネジＷを頭部が上になる姿勢にして位置決め保持する検査部１と、この検査部の直上に配置するＣＣＤカメラ２と、検査部１とＣＣＤカメラ２との間に配置する環状光源３と、ＣＣＤカメラの画像を処理し、処理画像に基づいて良否判定を行う判別装置４とで検査装置１０を構成し、環状光源３によりネジの操作穴Ａを影ができないように照らしてＣＣＤカメラで操作穴の穴底を鮮明に写すようにした。ネジＷの頭頂面の検査も行える。
【選択図】図１

Description

この発明は、頭部付きネジ（この発明で言う頭部付きネジには操作穴の付いたボルトも含まれる）の頭部に形成されている操作穴の良否や頭頂面を光学的に検査する検査装置と検査方法及びその装置を利用してネジの頭部を加工するヘッダのパンチにチッピングが発生したことを検出するパンチの欠け検出方法に関する。

頭部付きネジは、製造後に必要項目について検査を行い、不良品を取り除いて出荷される。その検査項目の中に、ネジの頭部に形成された操作穴の検査がある。ネジの操作穴には、六角、トルクス、四角、十字、十字とマイナスを組み合わせたプラマイ、ハイオス、及び特殊形状の穴がある。

操作穴は、ネジの頭部をヘッダで加工するときに同時に形成されるが、ヘッダのパンチの操作穴形成部の先端に微小な欠け（チッピング）があると、それが穴底に転写されて穴底の一部が盛り上がる。また、ヘッダによる操作穴の加工が正常になされた後に、穴の内部にネジ加工等によって生じた異物が入り込み、この異物が穴底に付着した状態でネジのメッキがなされて異物が穴底に固着して残ることもあり、この場合にも穴底が盛り上がる。

このような欠陥が生じると、操作用のビットが操作穴にうまく嵌まらず、ネジの操作に支障がでたり、無理な操作で穴を潰す等の問題が生じる。従って、穴底に盛り上がり部が生じたネジは検査して取り除く必要がある。

この操作穴の検査は、従来、ダミービットを操作穴に挿入して穴の深さを確認する方法でなされていた。

ダミービットによる検査は処理能力に問題があり、コストも嵩む。そこで、効率の良い画像検査法を採用することを考えた。ところが、従来の画像検査装置では、検査エリアが操作穴の中心部に限定される場合には検査が可能であるが、肝心の欠陥が生じやすい部分の検査が行えないという問題があった。

操作穴の欠陥は穴の中心部ではなく外周部に発生し易い。例えば、上述したヘッダのパンチのチッピングはパンチ先端の外周エッジ部に生じるので、そのチッピングによる操作穴の欠陥は当然に穴の外周部に発生する。

この欠陥が集中する操作穴の外周部を既存の画像検査装置で検査しようとすると、操作穴の外周のエッジ部に影ができ、カメラの画像から穴底の凹凸の違いを見極めることが困難である。欠陥部は凸になっているので、画像検査のためには穴底の凹凸の見極めが必要であり、それが出来なかったために効率の悪いダミービットによる深さ確認の方法を採らざるを得なかったのが実情である。

そこで、この発明は、検査効率を高めるために、従来困難とされてきた画像検査による操作穴の欠陥検出を可能ならしめることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、検査対象の頭部付きネジを頭部がＣＣＤカメラの側を向く姿勢にして検査部に位置決め保持し、この頭部付きネジの頭部に前記検査部よりもＣＣＤカメラ側にカメラの視野を取り囲むように配置した環状光源から照明光を照射し、この状態で前記カメラにより検査部に配置した前記ネジの頭頂部を写し、得られた画像を処理し、処理後の情報に基づいて前記ネジの頭部に形成された操作穴又はネジの頭頂面の良否判定を行う頭部付きネジの検査方法と、
検査対象の頭部付きネジを頭部がＣＣＤカメラの側を向く姿勢にして位置決め保持する検査部と、この検査部に保持されたネジの頭部に対面させるＣＣＤカメラと、前記検査部とＣＣＤカメラとの間にＣＣＤカメラの視野を取り囲むように配置する環状光源と、ＣＣＤカメラの画像を処理し、処理画像に基づいて良否判定を行う判別装置とを有し、前記環状光源から検査部に置かれたネジの頭部に斜め前方から光を照射してネジの頭頂部を前記ＣＣＤカメラで写し、得られた画像を処理して前記判別装置でネジの頭部に形成された操作穴又はネジの頭頂面の良否判定を行うようにした頭部付きネジの検査装置を提供する。

また、頭部加工工程から送られてくる頭部付きネジの操作穴又は頭頂面の検査を前述の検査方法又は検査装置を用いて行い、その操作穴又は頭頂面に設定した検査エリアに不良があり、かつ同一検査エリアの不良検出が複数のネジについて連続してなされたときに、ネジの頭部を加工するヘッダのパンチに欠けが発生したと判断するヘッダのパンチの欠け検出方法も併せて提供する。

なお、検査装置は、外周に定ピッチで設けた切り欠溝に検査対象の頭部付きネジを頭部が上を向く姿勢にして受け入れ、垂直軸を支点に回転して前記切り欠溝に受け入れた頭部付きネジを検査部に搬送するターンテーブルと、前記判別装置により良否判定がなされた頭部付きネジを、良品、不良品に分けて前記切り欠溝から取り出す払出し部とをさらに備えさせたものや、
放射状に伸びる周方向に定ピッチで配置された溝を上面の外周部に有し、その溝に検査対象の頭部付きネジを水平向きに、かつ、頭部が外周側になる姿勢にして受け入れ、垂直軸を支点に回転して前記溝に受け入れた頭部付きネジを検査部に搬送するターンテーブルと、前記判別装置により良否判定がなされた頭部付きネジを、良品、不良品に分けて前記切り欠溝から取り出す払出し部とをさらに備えさせたものなどが、効率的な検査を行えて好ましい。

また、検査装置の環状光源は、その中心を検査部の中心とＣＣＤカメラの中心とを結ぶ線上、或いはその線の近くに配置するのがよい。

この発明の検査装置と検査方法は、検査部とＣＣＤカメラとの間に環状光源を配置し、その環状光源からの照射光で検査部に配置した頭部付きネジの頭頂部の照明を行う。環状光源を用いると、点光源による照明で影になる部分にも反対側から光が差し込むので操作穴の外周のエッジ部に影ができない。

また、環状光源からの照明光が操作穴の内部に斜め上方から導入されるので穴底に欠陥の凸部があると、その凸部による影が生じ、穴底の凹凸がカメラの画像に鮮明に現れる。これにより、操作穴の画像検査が可能になり、検査効率が飛躍的に向上する。

なお、この発明の検査装置は、ネジの頭部の頭頂面の良否検査も行える。また、この発明の検査方法や検査装置を使用すれば、ネジの頭部を加工するヘッダのパンチにチッピングや欠けが生じたことを操作穴や頭頂面の検査状況に基づいて早期に発見することも可能になる。そのための方法に関する詳細説明は次項で行う。

図１及び図２に、この発明の検査装置の実施形態を示す。図１の１は、検査対象の頭部付きネジＷを位置決めして保持する検査部、２は検査部１の直上に配置したＣＣＤカメラ、３は検査部１とＣＣＤカメラ２との間に配置した環状光源、４はＣＣＤカメラ２で写した画像を処理して操作穴の良否判定を行う判別装置であり、この４者によって検査装置１０が構成されている。

この検査装置１０は、回転テーブル５を使用した図２の選別機１３などに組み込まれる。図２の選別機１３は、垂直軸５ｂを支点にして回転させる回転テーブル５の外周に、頭部付きネジＷ（以下単にネジＷと記す）の軸部を半径方向に入り込ませる切欠き溝５ａを周方向に定ピッチで設けており、供給部６において切欠き溝５ａにネジＷを導入する。そして、テーブル５の上面でそのネジＷの頭部を受け支え、この状態でテーブル５を間欠回転或いは連続回転させて軸部の長さ検査を行う検査部７や、図１の検査装置１０で操作穴の良否検査を行う検査部１（選別機の検査部は、必要に応じてその数を増減させることができる）などにネジＷを送り込むようになっている。

また、最終検査部を通過したネジＷは、払出し部８において良品と不良品に分けて回転テーブル５から取り出すようにしてある。図２の９は、ネジＷの脱落防止のために供給部６から払出し部８の手前までの区間において切欠き溝５ａの入口を塞ぐガイドプレートである。なお、払出し部８の払出し手段は図示のアクチュエータ８ａに限定されない。エアーの吹き付けによる払出しも可能である。

ＣＣＤカメラ２は、検査部１に搬入されたネジＷの頭部を真上から撮影する。

また、図示の環状光源３は、リング３ａの下部に多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３ｂを設けて構成されている。この環状光源３は、検査部１の中心とＣＣＤカメラ２の中心を結ぶ線（センターラインＣ）上、あるいはその近くに中心を置くと、周方向の全域から検査部１に向けて平均的に光を照射することができる。

図３に、検査部１に置かれたネジＷの頭部に環状光源３からの照明光Ｌを当てた様子を模式化して示す。図中２ａは、ＣＣＤカメラ２のレンズを表す。点光源を用いた照明であると、ネジＷの頭部に形成された操作穴Ａの深さや光源からの投光角によっては照明光Ｌが操作穴Ａの穴縁に遮られて穴底に届かない箇所（図３のハッチングを入れた部分）が生じ、その部分に影ができるが、環状光源を用いれば影となる部分も反対方向からの光によって明るく照らされるので影ができない。従って、カメラの画像に穴底が鮮明に現れる。また、穴底に対して照明光が斜め上方から差し込むので、穴底に欠陥（凸）があるとその部分に欠陥による影ができる。

ＣＣＤカメラ２で捕らえた正常な操作穴Ａの画像を図４（ａ）に、また、ヘッダのパンチにチッピングが発生してそれによる欠陥Ｂが穴底に生じた操作穴Ａの画像を図４（ｂ）にそれぞれ示す。図４（ｂ）の画像に現れた欠陥Ｂは、操作穴Ａの外周側に偏っており、凹凸ができている。この欠陥Ｂの位置には欠陥のある側から照射された光は殆ど届かないが、反対側からの光は遮られずに差込む。そのため、欠陥発生部に正常な操作穴の画像には見られない影ができており、この影の有無によって穴底の欠陥の有無即ち操作穴Ａの良否を見分けることができる。

判別装置４は、ＣＣＤカメラ２で写した画像を二値化処理する画像処理部を有している。また、図４（ｂ）に丸枠で囲んだ検査エリアａを設定する機能と、処理後の画像から検査エリアａに欠陥が有るか否かを判定する機能を有している。

図３に示した操作穴Ａは、図５に示すトルクスネジの操作穴であり、操作用ビットの凸部が係合する６ヵ所の溝を有している。操作穴Ａの欠陥はその溝の部分に発生する可能性が高く、検査エリアａを図４（ｂ）の丸枠で囲んだ位置に設定することでその欠陥を確実に見つけ出して欠陥品を排除することができる。

この発明の検査装置は、ネジの頭部に形成された操作穴の良否を上述したように画像検査によって行うことができ、検査効率を大きく向上させることが可能になる。例えば、図２の選別機を使った連続検査では、ダミービットを使用して行う手作業に比較してトルクスネジで約３倍、十字ネジで約６倍の数の処理が可能であった。

また、この発明の検査装置を頭部付きネジの製造ラインの中に配置して頭部加工工程から順次送られて来るネジの頭部の操作穴の良否検査を行うと、ネジの頭部を加工するヘッダのパンチにチッピングが生じたことを早期に発見することができる。

ヘッダのパンチは、ストロークを管理しているので、ストローク変化を伴う大きな欠損が生じると欠損したことが分かるが、ストロークに影響が出ない微小チッピングはヘッダを運転している間は確認することができない。その確認ができるまでの間、高速作動するヘッダの運転を続けると、欠陥品を大量に発生させることになり好ましくない。

そこで、この発明の検査装置を利用する。操作穴に設定した検査エリアに不良があり、かつ同一検査エリアの不良検出が複数のネジについて連続してなされた場合、ヘッダのパンチに欠けが発生したと考えてよく、この方法でヘッダのパンチの欠けを早期に知ることができる。なお、ヘッダで頭部を加工した直後のネジは加工油が付着しているので、この発明の装置でヘッダを通過した直後に操作穴の画像検査を行う場合には穴底に付着した加工油や異物をエアーなどで吹き払って検査を行うのがよい。

図６に、頭部付きネジの生産管理システムの一例を示す。図の１１はネジメーカの工場、１２は工場内に設けられた頭部付きネジの製造装置、１３はこの発明の検査装置を含む製品の選別機、１４は箱詰めベルトコンベア、１５は製造工場の事務所に設けられたパソコン（パーソナルコンピュータ）、１６はメーカの本社に設けたパソコン、１７は選別機１３のメンテナンスを行う会社（選別機の納入メーカ等）の選別機管理用パソコンである。

製造装置１２は、材料の定尺切断、ヘッダによる頭部加工、ねじ切りなどを行う。また、選別機１３は製造された頭部付きネジの良否検査を行って、良品と不良品を選り分ける。

製造装置１２、選別機１３は社内ＬＡＮ回線１８を介してパソコン１５に繋がれ、さらにパソコン１５、１６はインターネット回線を通じて情報をやり取りするようにしており、パソコン１５、１６により生産状況、在庫状況などの一括管理がなされる。また、営業マンは、ノートパソコンや携帯端末（ＰＤＡ）などを使って本社のパソコンにアクセスし生産状況や在庫状況を把握できるようにしている。

この様な生産システムであれば、製造されたネジの操作穴の不良発生状況からヘッダのパンチのチッピングを早期に検出することができる。また、装置停止などの他のトラブルも分かり、そのトラブルを装置のオペレータに携帯電話１９等を通じて知らせることができる。

なお、ここではトルクスネジを例に挙げて説明を行ったが、この発明の装置は、六角穴、四角穴、十字穴、プラマイ、ハイオスあるいは特殊形状の穴を有するネジの検査やネジの頭部の頭頂面の良否検査にも利用することができる。頭頂面を検査するネジは、操作穴の有無を問わない。

また、ネジの検査は、メッキ処理後に行ってもよい。

さらに、ネジの検査は、検査対象のネジＷを図７に示すように水平に保持して行うこともできる。図７の検査装置２０は、放射状に伸びる溝２５ａを上面の外周部に周方向に定ピッチで設けた回転テーブル２５を備えている。溝２５ａは、図示のＶ溝が好ましい。

この回転テーブル２５の上面の溝２５ａに検査対象のネジＷを水平向きにして、かつ、頭部が外周側に来る向きにして落とし込み、回転テーブル２５を垂直軸２５ｂを支点に回転させてこの回転テーブル２５で保持したネジＷを検査部１に送り込むようにしている。

検査部１と、ネジＷの頭部に対面させるＣＣＤカメラ２と、そのＣＣＤカメラ２と回転テーブル２５との間に配置する環状光源３は、ここでは水平なセンターラインＣ上に配置しており、この装置でも、図２の検査装置と同様の検査を行うことができる。

なお、ネジＷを水平に保持して検査する場合のネジの搬送手段は、図示の回転テーブルに限定されない。例えば、ベルトコンベヤに代表される無端軌道搬送装置の搬送面上に平行配置のＶ溝などを設け、その溝にネジを入れて保持し、そのネジの頭部の検査を搬送途中に行うこともできる。

この発明の検査装置の全体の概要を示す図 図１の装置を組み込んだ選別機の概要を示す平面図 （ａ）はこの発明の検査装置による照明原理の説明図、（ｂ）は操作穴の照明状態を拡大して示す図 （ａ）はＣＣＤカメラで捕らえた正常な操作穴の画像を示す図、（ｂ）はＣＣＤカメラで捕らえた異常操作穴の画像を示す図 （ａ）はトルクスネジの頭部破断側面図、（ｂ）はトルクスネジの頭部の平面図 頭部付きネジの生産システムの一例を示す図 （ａ）は検査装置の他の実施形態の全体の概要を示す断面図、（ｂ）は回転テーブルに設けた溝の斜視図。

符号の説明

１ 検査部
２ ＣＣＤカメラ
３ 環状光源
４ 判別装置
５、２５ 回転テーブル
６ 供給部
７ 長さ検査部
８ 払出し部
９ ガイドプレート
１０、２０ 検査装置
Ｗ 頭部付きネジ
Ａ 操作穴
Ｂ 欠陥
Ｃ センターライン
ａ 検査エリア

Claims (5)

1. 検査対象の頭部付きネジを頭部がＣＣＤカメラの側を向く姿勢にして検査部に位置決め保持し、この頭部付きネジの頭部に前記検査部よりもＣＣＤカメラ側にカメラの視野を取り囲むように配置した環状光源から照明光を照射し、この状態で前記カメラにより検査部に配置した前記ネジの頭頂部を写し、得られた画像を処理し、処理後の情報に基づいて前記ネジの頭部に形成された操作穴又はネジの頭頂面の良否判定を行う頭部付きネジの検査方法。
2. 検査対象の頭部付きネジを頭部がＣＣＤカメラの側を向く姿勢にして位置決め保持する検査部と、この検査部に保持されたネジの頭部に対面させるＣＣＤカメラと、前記検査部とＣＣＤカメラとの間にＣＣＤカメラの視野を取り囲むように配置する環状光源と、ＣＣＤカメラの画像を処理し、処理画像に基づいて良否判定を行う判別装置とを有し、前記環状光源から検査部に置かれたネジの頭部に斜め前方から光を照射してネジの頭頂部を前記ＣＣＤカメラで写し、得られた画像を処理して前記判別装置でネジの頭部に形成された操作穴又はネジの頭頂面の良否判定を行うようにした頭部付きネジの検査装置。
3. 外周に定ピッチで設けた切り欠溝に検査対象の頭部付きネジを頭部が上を向く姿勢にして受け入れ、垂直軸を支点に回転して前記切り欠溝に受け入れた頭部付きネジを検査部に搬送するターンテーブルと、前記判別装置により良否判定がなされた頭部付きネジを、良品、不良品に分けて前記切り欠溝から取り出す払出し部とをさらに備えさせた請求項２に記載の頭部付きネジの検査装置。
4. 放射状に伸びる周方向に定ピッチで配置された溝を上面の外周部に有し、その溝に検査対象の頭部付きネジを水平向きに、かつ、頭部が外周側になる姿勢にして受け入れ、垂直軸を支点に回転して前記溝に受け入れた頭部付きネジを検査部に搬送するターンテーブルと、前記判別装置により良否判定がなされた頭部付きネジを、良品、不良品に分けて前記切り欠溝から取り出す払出し部とをさらに備えさせた請求項２に記載の頭部付きネジの検査装置。
5. 頭部加工工程から送られてくる頭部付きネジの操作穴又は頭頂面の検査を請求項２〜４のいずれかに記載の検査装置を用いて行い、その操作穴又は頭頂面に設定した検査エリアに不良があり、かつ同一検査エリアの不良検出が複数のネジについて連続してなされたときに、ネジの頭部を加工するヘッダのパンチに欠けが発生したと判断するヘッダのパンチの欠け検出方法。

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