JP2008045957A - 軸受用ころの外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査面の傷の検出を効率良く行うことができる軸受用ころの外観検査装置を提供する。
【解決手段】赤色光源３は、軸受用ころ２の径方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置され、青色光源４は、軸受用ころ２の軸方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される。このため、軸受用ころ２の軸方向の傷によって乱反射した赤色の光がカラーカメラ５に入射し、軸受用ころ２の周方向の傷によって乱反射した青色の光がカラーカメラ５に入射する。カラーカメラ５はこれらの反射光の様子を１枚のカラー画像として撮像し、画像処理部６はカラー画像の各色を抽出して濃淡画像を生成する。生成された赤色抽出画像及び青色抽出画像から軸方向及び周方向の傷の状態を個別に把握することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受用ころの転がり面に光を照射して外観を検査する軸受用ころの外観検査装置に関する。

従来、被検査物に対して光を照射し、その反射光をカメラで撮像して被検査物の外観を検査するようにした外観検査装置が知られている。こうした外観検査装置としては、特許文献１に示されるように、赤と緑と青との３色の光を被検査面に対して照射するようにしたものが提案されている。この外観検査装置では、３つの光源から異なる色（赤・緑・青）の光を異なる方向から被検査物に対して照射し、被検査物で反射した各色の反射光を１つのカラーカメラで撮像している。カラーカメラにより撮像されたカラー画像は、画像処理部で処理され、各色に対応する画像データ、すなわち３つの画像データに分離される。そして、これらの画像データの濃淡から被検査物の傷を検出し、外観の検査を行っている。このようにして、被検査物に対して３色の光を異なる方向から照射することにより、一方向からの光の照射では検出できない被検査物の傷を検出するとともに、傷の方向を容易に把握できるようにしている。
特開平５−１８８００６号公報

ところで、上記のような外観検査装置を軸受用ころの転がり面の外観検査に適用した場合、以下のような課題が生じ得る。すなわち、軸受用ころは、その製造工程上の理由から、転がり面に軸方向の傷と周方向の傷とがつき易い。また、被検査面となる軸受用ころの転がり面は、円筒状に形成されている。このため、転がり面の外観検査を行う際には、特許文献１に示されるように、３色の光を異なる方向から照射することが、被検査面の傷を検出するために必ずしも効率的ではなく、被検査面の傷の特性や形状を考慮した軸受用ころの外観検査装置が必要とされる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査面の傷の検出を効率良く行うことができる軸受用ころの外観検査装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、軸受用ころの転がり面の外観を検査する軸受用ころの外観検査装置であって、異なる色の光を軸受用ころの被検査面に対して照射する２つの単色光源と、単色光源によって照射された被検査面を略垂直方向から撮像するカラーカメラと、カラーカメラによって撮像されたカラー画像から異なる色をそれぞれ抽出するように処理する画像処理部とを備え、単色光源の一方は、軸受用ころの径方向側から、カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置され、単色光源の他方は、軸受用ころの軸方向側から、カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置されることを特徴とする。

同構成によれば、単色光源の一方は、軸受用ころの径方向側から、カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される。このため、被検査面に軸方向の傷が無い場合には、照射された光が被検査面で反射し、被検査面の略垂直方向に配置されたカラーカメラに導かれる光は、全体的に少なくなる。一方、被検査面に軸方向の傷が有る場合には、傷に照射された光が乱反射するため、傷においてカラーカメラの方向への反射光が局部的に多くなる。従って、この単色光源の反射光を検出することによって、被検査面に形成された軸方向の傷の状態を検査することができる。また、単色光源の他方は、軸受用ころの軸方向側から、カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される。このため、被検査面に周方向の傷が無い場合には、照射された光が被検査面で反射し、被検査面の略垂直方向に配置されたカラーカメラに導かれる光は、全体的に少なくなる。一方、被検査面に周方向の傷が有る場合には、傷に照射された光が乱反射するため、傷においてカラーカメラの方向への反射光が局部的に多くなる。従って、この単色光源の反射光を検出することによって、被検査面に形成された、周方向の傷の状態を検査することができる。そして、上記２つの単色光源は、異なる色の光を照射するため、カラーカメラによって撮像されたカラー画像から抽出される色ごとの画像から、軸方向及び周方向の傷の状態を個別に把握することができる。このため、軸方向及び周方向に傷が発生し易く円筒状に形成される軸受用ころの転がり面を被検査面とする場合に、傷の方向性に応じた外観検査が可能となり、軸受用ころの外観を効率良く検査することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の軸受用ころの外観検査装置において、２つの単色光源の一方は、その照射方向と撮像方向とのなす角度が、２つの単色光源の他方の照射方向と撮像方向とのなす角度に比べて、小さくなるように配置されていることを特徴とする。

同構成によれば、２つの単色光源の一方は、照射する光の方向とカラーカメラの撮像方向とのなす角度が、他方に比べ小さいので、正反射する光の方向とカラーカメラの撮像方向とのなす角度も小さくなる。従って、被検査面に傷が有る場合には、光の照射方向とカラーカメラの撮像方向とのなす角度が大きい場合に比べて、被検査面の傷においてカラーカメラの方向へ乱反射する反射光が多くなる。このため、傷の検出精度を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の軸受用ころの外観検査装置において、２つの単色光源の色は、赤又は緑又は青の何れかの組み合わせであることを特徴とする。

同構成によれば、２つの単色光源の色は、赤又は緑又は青の何れかの組み合わせであるため、光の３原色である赤と緑と青とを用いることにより、同系色の抽出を防止し、カラー画像から異なる色を容易に抽出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の軸受用ころの外観検査装置において、軸受用ころを軸中心に回転させる回転手段を更に備えることを特徴とする。

同構成によれば、軸受用ころを軸中心に回転させる回転手段を更に備えるため、軸受用ころの被検査面を適宜変更することで、軸受用ころの転がり面全周を効率良く検査することができる。

本発明によれば、軸方向及び周方向に傷が発生し易く円筒状に形成される軸受用ころの転がり面を被検査面とする場合に、傷の方向性に応じた外観検査が可能となり、軸受用ころの外観を効率良く検査することができる。

以下、図１〜７を参照して、本発明に係る軸受用ころの外観検査装置を具体化した一実施形態について説明する。図１は本実施形態の外観検査装置を示す概略図である。外観検査装置１は、軸受用ころ２の外観を検査するためのものである。外観検査装置１は、軸受用ころ２の転がり面２ａを照射する単色光源としての赤色光源３及び青色光源４と、各光源３，４によって照射された転がり面２ａの被検査面を撮像するカラーカメラ５と、画像処理部６と、回転手段としての検査台のローラ７とを備える。なお、本実施形態では単色光源として赤色光源３及び青色光源４を用いているが、赤色光源及び緑色光源、又は緑色光源及び青色光源を用いてもよく、光の３原色の組み合わせであればよい。

赤色光源３は、図１に示すように、軸受用ころ２に対して径方向（図中Ｘ方向）側で、且つ、カメラ方向（図中Ｚ方向）側の所定位置に配置される。すなわち、赤色光源３は、軸受用ころ２の径方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される。よって、赤色光源３は、径方向側の斜め上方から、軸受用ころ２の被検査面に対して、赤色の光を照射する。

青色光源４は、図１に示すように、軸受用ころ２に対して軸方向（図中Ｙ方向）側で、且つ、カメラ方向（図中Ｚ方向）側の所定位置に配置される。すなわち、青色光源４は、軸受用ころ２の軸方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される。よって、青色光源４は、軸方向側の斜め上方から、軸受用ころ２の被検査面に対して、青色の光を照射する。

カラーカメラ５はカラーラインセンサカメラであり、軸受用ころ２の被検査面を略垂直方向から撮像するように配置される。カラーカメラ５は、図示しない撮像素子を含む光電変換部と、Ａ／Ｄ変換部とを備える。光電変換部は、撮像素子に対して光が入射したときに、光の強弱に対応する電気信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部は、光電変換部によって生成された電気信号をデジタル信号へ変換する。そして、このデジタル信号からカラー画像が形成される。カラーカメラ５は、被検査面を撮像して得られたカラー画像を画像処理部６へ出力する。

画像処理部６は、カラーカメラ５から入力されたカラー画像を処理する。具体的には、カラー画像から所定の色成分を抽出して濃淡画像を生成する。すなわち、一枚のカラー画像から、赤色光源３の方向からのみ光を照射した場合の画像と、青色光源４の方向からのみ光を照射した場合の画像とを生成する。

回転可能に支持された検査台のローラ７は、軸受用ころ２を支持するとともに、軸受用ころ２を軸中心に回転させるよう配設される。検査台のローラ７はその回転によって、検査台のローラ７に置かれた被検査物である軸受用ころ２を回転させる。これにより、カラーカメラ５によって撮像される被検査面を適宜変更することができる。

次に、上述の構成によって外観検査装置１が軸受用ころ２の転がり面２ａの外観検査を行う動作を説明する。
検査台のローラ７には、被検査物である軸受用ころ２が配置される。検査台のローラ７上の軸受用ころ２に対して赤色光源３と青色光源４とから同時に光が照射される。照射された光が軸方向の傷によって反射する様子を、図２及び図３を用いて説明する。赤色光源３から照射された光３ａは軸受用ころ２の被検査面２ｂで反射する。このとき、被検査面２ｂ上に傷が無い場合には、図２に示すように、反射した赤色の光３ｃはカラーカメラ５に入射しない。一方、軸受用ころ２の表面上に軸方向の傷が有る場合には、図３に示すように、被検査面２ｂ上の傷の位置において乱反射した赤色の光３ｂはカラーカメラ５に入射する。

同様に、照射された光が周方向の傷によって反射する様子を、図４及び図５を用いて説明する。青色光源４から照射された光４ａは軸受用ころ２の被検査面２ｂで反射する。このとき、被検査面２ｂ上に傷が無い場合には、図４に示すように、反射した青色の光４ｃはカラーカメラ５に入射しない。一方、軸受用ころ２の表面上に周方向の傷が有る場合には、図５に示すように、被検査面２ｂ上の傷の位置において乱反射した青色の光４ｂはカラーカメラ５に入射する。

そして、カラーカメラ５は、上記のように被検査面２ｂで反射した光の状態を撮像する。検査台のローラ７は、その回転により、カラーカメラ５によって撮像される軸受用ころ２の被検査面２ｂを順次変更していく。これにより、転がり面２ａの全周が撮像される。

カラーカメラ５の撮像素子は、赤色の光を受光すると、赤色の光の光量に応じた電気信号を生成し、青色の光を受光すると、青色の光の光量に応じた電気信号を生成する。これらの電気信号はＡ／Ｄ変換部によってデジタル信号へと変換され、カラー画像が生成される。カラーカメラ５は、このように生成されたカラー画像をつなぎ合わせて転がり面２ａ全周の２次元カラー画像を生成する。画像処理部６は、この２次元カラー画像から赤色及び青色のデジタル信号を抽出する。

図６は、画像処理部６によって抽出された赤色画像（赤色抽出画像８）の一例である。赤色抽出画像８中の濃度が大きい箇所Ａは、対応する転がり面２ａ上の位置に傷があることを示している。赤色抽出画像８は赤色光源３からの光によって照射された軸受用ころ２の被検査面を撮像したものであるため、箇所Ａのような濃度の変化を捉えることによって、転がり面２ａの軸方向の傷を検出することができる。

同様に、図７は、画像処理部６によって抽出された青色画像（青色抽出画像９）の一例である。青色抽出画像９中の濃度が大きい箇所Ｂは、対応する転がり面２ａ上の位置に傷があることを示している。青色抽出画像９は青色光源４からの光によって照射された軸受用ころ２の被検査面を撮像したものであるため、箇所Ｂのような濃度の変化を捉えることによって、転がり面２ａの周方向の傷を検出することができる。

上記実施形態の軸受用ころ２の外観検査装置１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、赤色光源３は、軸受用ころ２の径方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置されるため、軸受用ころ２の軸方向の傷によって乱反射した光がカラーカメラ５に入射する。また、青色光源４は、軸受用ころ２の軸方向側から、カラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置されるため、軸受用ころ２の周方向の傷によって乱反射した光がカラーカメラ５に入射する。このため、画像処理部６で生成された赤色抽出画像８及び青色抽出画像９から軸方向及び周方向の傷の状態を個別に把握することができる。従って、軸方向及び周方向に傷が発生し易く円筒状に形成される軸受用ころ２の転がり面２ａを被検査面とする場合に、傷の方向性に応じた外観検査が可能となり、軸受用ころ２の外観を効率良く検査することができる。

（２）上記実施形態では、光の３原色である赤色と青色とを単色光源（赤色光源３、青色光源４）として用いているため、カラー画像から異なる色ごとの画像を容易に抽出することができる。つまり、同系色を組み合わせて光源とした場合は各色の抽出が困難であるため、赤又は緑又は青の色を用いることで同系色の抽出を防止することができる。

（３）上記実施形態では、軸受用ころ２を軸中心に回転させる検査台のローラ７を用いるため、赤色光源３及び青色光源４が照射するとともに、カラーカメラ５が撮像する軸受用ころ２の被検査面２ｂを適宜変更することで、軸受用ころ２の転がり面２ａ全周を効率よく検査することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、軸受用ころ２を回転させるために、検査台のローラ７を用いているが、検査台のローラ７を用いずに、軸受用ころ２を中心にカラーカメラ５を回転させる等の手法で、カラーカメラ５が撮像する軸受用ころ２の被検査面２ｂを変更するようにしてもよい。このように被検査面２ｂの変更を行った場合であっても、上記（１）及び（２）の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、光の３原色である赤色と青色とを光源（赤色光源３、青色光源４）として用いているが、光電変換部の撮像素子に対応する色であれば異なる色の組み合わせを光源としてもよい。２つの単色光源が赤又は緑又は青の組み合わせ以外の場合であっても、上記（１）及び（３）の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、単色光源３，４の配置は、軸受用ころ２の径方向側又は軸方向側からカラーカメラ５の撮像方向に対して斜めに光が照射される点についてしか言及していないが、何れかの光源をカラーカメラ５の撮像方向と照射する光の方向とのなす角度が小さくなるように配置してもよい。このように単色光源を配置した上記実施例の変形例を図８に示す。図８（ａ）は青色光源４が軸受用ころ２に対して光を照射する様子を示しており、図８（ｂ）は赤色光源３が軸受用ころ２に対して光を照射する様子を示している。青色光源４が照射する光４ａの方向とカラーカメラ５の撮像方向とのなす角度はθ１である。他方、赤色光源３が照射する光３ａの方向とカラーカメラ５の撮像方向とのなす角度はθ２である。θ１の角度はθ２の角度よりも小さいので、図４で示す正反射する反射光４ｃの方向とカラーカメラ５の撮像方向との角度も小さくなる。そのため、軸受用ころで乱反射する光の量は正反射する角度に近いほど多いので、被検査面に傷がある場合は、青色光源４から照射された光４ａは傷において反射し、反射した乱反射光４ｂはカラーカメラ５に入射し易い。従って、傷の検出精度を高めることができる。なお、青色光源４は同軸落射照明のように構成してもよい。

・上記実施形態では、カラーカメラ５はカラーラインセンサカメラを用いたが、カラーラインセンサカメラの代わりにカラーエリアセンサカメラを用いてもよい。カラーエリアセンサカメラを用いた場合であっても、上記（１）乃至（３）の効果を得ることができる。

本発明の軸受用ころの外観検査装置を示す概略図である。 軸受用ころに対して、径方向側から光を照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。 軸方向に傷のある軸受用ころに対して、径方向側から光を照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。 軸受用ころに対して、軸方向側から光を照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。 周方向に傷のある軸受用ころに対して、軸方向側から光を照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。 軸方向に傷のある軸受用ころを撮像し、カラー画像から赤色を抽出した画像を示す平面図である。 周方向に傷のある軸受用ころを撮像し、カラー画像から青色を抽出した画像を示す平面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る外観検査装置の変形例を示す概略図である。

符号の説明

１…外観検査装置、２…軸受用ころ、２ａ…転がり面、２ｂ…被検査面、３…単色光源としての赤色光源、４…単色光源としての青色光源、５…カラーカメラ、６…画像処理部、７…回転手段としての検査台のローラ、８…赤色抽出画像、９…青色抽出画像

Claims (4)

1. 軸受用ころの転がり面の外観を検査する軸受用ころの外観検査装置であって、
   異なる色の光を軸受用ころの被検査面に対して照射する２つの単色光源と、
   前記単色光源によって照射された前記被検査面を略垂直方向から撮像するカラーカメラと、
   前記カラーカメラによって撮像されたカラー画像から前記異なる色をそれぞれ抽出するように処理する画像処理部とを備え、
   前記単色光源の一方は、軸受用ころの径方向側から、前記カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置され、
   前記単色光源の他方は、軸受用ころの軸方向側から、前記カラーカメラの撮像方向に対して斜めに光が照射されるように配置される
   ことを特徴とする軸受用ころの外観検査装置。
2. 前記２つの単色光源の一方は、その照射方向と前記撮像方向とのなす角度が、前記２つの単色光源の他方の照射方向と前記撮像方向とのなす角度に比べて、小さくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用ころの外観検査装置。
3. 前記２つの単色光源の色は、赤又は緑又は青の何れかの組み合わせであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸受用ころの外観検査装置。
4. 軸受用ころを軸中心に回転させる回転手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の軸受用ころの外観検査装置。

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