JP2008164442A - レーザー式鋼球外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のフィラメント方式の光学外観検査で検出されるキズよりも微小な黒く深い欠陥及び検出し難い光沢のある浅い欠陥傷の安定した検出を可能ならしめる。
【解決手段】
鋼球１の表面傷を検査する外観検査装置において、検査する鋼球１を子午線状に回転する回転装置と、回転装置によって回転する鋼球１の表面を検査するレーザー光学系を設け、回転装置によって順次子午線状に走査される鋼球１表面をレーザー光学系の光源６よりレンズ系７でレーザー光を照射して検査し、鋼球全表面のキズの有無の判定を行うようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は軸受け用鋼球等に使用される鋼球の傷の有無をレーザー光学系を用いて判定するレーザー式鋼球外観検査装置に関するものである。

従来、鋼球など、球体の表面検査装置は一般に球体を空気中において検査するのが通例であった。しかし、空気中での検査は球体を取り扱い易いという利点がある反面、球体表面が洗浄により完全に脱脂されていなければ油分がシミとなり、不良と判定されるだけでなく、その油分が検査部の球の通路に蓄積され、さらにそれらが球に付着して不良の原因となっていた。殊に球体が錆び易い金属では脱脂状態で長時間放置すると、発錆が心配される問題があった。

そこで、本出願人はさきに上述の油のシミの問題がなく、脱脂の必要をなくして錆び易い金属でも発錆の恐れなく、球体の外観検査を達成することができる装置として、液体（油）の中に検査球を浸漬して表面検査を行うことを見出し、図１に示すように、検査対象球体（鋼球）１１を液（油）１０中に浸漬、保持して、該球体１１に光源１２のフィラメントからの光を当て、球からの反射光を受光素子１３で受けて受光量を電気変換し、電圧もしくは電流の変化に変え、判定部１４においてその電気信号変化量で傷の有無の判定を行う装置を提案した。（例えば特許文献１参照）
特開２００２−２７７２２６号公報

しかしながら、上述のような電気信号変化量で傷の有無を判定するフィラメント方式の光学外観検査装置では、一般的なベアリングに使用される、表面が鏡面状に仕上がっている鋼球に対しては傷の内容によっては信号の大小が発生してしまう。

例えば、鏡面状態の鋼球面に黒く深い欠陥で、その大きさが１辺７０μｍ以上の長さの傷がある場合は信号は捉え易く、欠陥信号のＳＮ比は良好である。しかし、鏡面状態の鋼球面に非常に浅く、しかも鏡面状態の光沢のある欠陥でその大きさがφ３００μｍの円形状の傷のある場合は信号が捉え難く、欠陥信号のＳＮ比は非常に悪くなり、検出が極めて困難であるという事実が判明した。

また、鏡面状態の鋼球面に非常に浅く、しかも鏡面状態の光沢のある欠陥で、その大きさがφ３００μｍの傷を検出するために前述のフィラメント方式の光量を増加させたり、電気増幅量を上昇させると、ノイズも増大され、歩留まりが悪化するという弊害が起こる。その場合、顕微鏡を用いて肉眼での検査も考えられるが、人件費の負担からコストの増加が避けられないという問題と、一日に何十万個という球を処理するには処理能力に無理があるという問題がある。また、鋼球を空気中で検査すると錆の問題が考えられ、また脱脂洗浄を行う必要があり、洗浄工程のコストの増加の問題が考えられた。

そこで本発明は、特にレーザー光学系の利用をはかることを見出すと共に、該レーザー光学系のレーザー光学センサ先端を液中に沈めて、レーザー光を液中にて鋼球に照射することにより、前述の光学検査で検出される１辺が７０μｍ傷よりも微小な深く黒い欠陥及び検出し難い浅い光沢のある欠陥φ３００μｍ傷の安定した検出を可能ならしめることを目的とするものである。

即ち、上記目的に適合する本発明は、先ず鋼球の表面の傷を検査する外観検査装置において、所定の位置に固定されたレーザー光学系を用いて回転装置によって子午線状に回転する鋼球の全表面を検査することを特徴とする。

請求項２はその具体的な態様であり、鋼球の表面傷を検査する外観検査装置において、上記検査する鋼球を子午線状に回転させる回転装置と、鋼球の表面を検査するレーザー光学系を設け、回転装置によって順次子午線状に走査される鋼球表面をレーザー光学系のレーザー光学センサーからレーザー光を照射して検査し、鋼球全表面の傷の有無の判定を行うことを特徴とする。

なお、請求項３は更に上記回転装置により順次子午線状に走査される鋼球を液（油）中に浸漬し、液中にてレーザー光を照射し鋼球全表面の錆の発生，擦り傷の発生を抑止して検査することを特徴とする。

上記本発明によればレーザー光学系の利用により、また液中にて鏡面状態の鋼球面にレーザー光を照射することにより、従来、検出されなかった非常に浅く、しかも鏡面状態の光沢のある欠陥でその大きさがφ１８０μｍまでを安定して検出することが可能である。

また、鏡面状態の鋼球面に黒く深い欠陥がある場合はその大きさが１辺３５μｍまでを安定して検出することが可能であり、前述のフィラメント方式の光学外観検査装置より検出能力を上げた状態でも歩留まりを約８０％→９０％に向上することができる。また、回転装置により子午線状に球全表面を走査するため、球全表面の検査が可能かつ容易である。

以下、更に添付図面に基づいて本発明の具体的な実施態様を説明する。

図２は本発明に係る外観検査装置の１例を概略的に示したものであり、１は本発明の検査対象球である鋼球であり、図に示す如くドライブローラー２と、サポートローラー３とコントロールローラー４により、図では液（油）１０中に浸漬され、所定の位置に固定されている。そして、ドライブローラー２を回転させることで鋼球１が回転し、それによりコントロールローラー４も回転する。コントロールローラー４には偏心ハスバギヤ５が取り付けられており、このギヤ５により検査対象である鋼球１にひねりが与えられ、鋼球１は子午線状に回転する仕組みになつているが、この基本構成については前述した本出願人の提案に係る特開２００２−２７７２２６号公報に詳述する通りである。

しかして、本発明は上述の如き回転装置により子午線状に回転している検査対象球である鋼球１にレーザー光学系を用い光源６からレーザーを照射し、所定の位置に固定されたレンズ系７で球表面にレーザー光を照射する。レンズ系７から照射されたレーザー光は、鋼球１に直進し鋼球１の表面で正反射し、受光部８でレーザー光を受光し電気変換されアンプ９に信号が送られて、欠陥の有無を判定できる構成になっている。この時、レーザー光の指向性が高いという特徴から、鋼球１の表面に非常に浅く、しかも鏡面状態の光沢のある欠陥でその大きさがφ３００μｍの傷ではレーザー光は散乱し、受光部８に正反射されなく欠陥信号が非常に捉え易く、欠陥信号のＳＮ比も良好で安定した検出が可能である。

この表面に非常に浅く、しかも鏡面状態の光沢のある欠陥大きさはφ１８０μｍまで安定して欠陥信号を捉えることが可能である。また、鋼球１の表面に黒く深い欠陥ではその大きさが１辺３５μｍ長さの傷まで安定して検出することが可能となった。

なお、図示の如く回転装置は液（油）中に設置することが可能な構造になっており、これに伴ってドライブローラー２，サポートローラー３，コントロールローラー４は液中に配置されていて、レンズ系７から照射されたレーザー光は液中に照射され、液中での検査が可能となっている。これにより検査前の球の洗浄脱脂乾燥工程を省くことができる。

以下、引き続き本発明に係るレーザー方式の外観検査装置と、既知のフィラメント方式外観検査装置を用いて夫々鋼球の傷の大きさ及び種類を変えて傷の検出を行い傷検出能力と検査による良品歩留まりを比較した。その結果を下記表１に示す。

上記表から本発明レーザー方式の検査装置と既知のフィラメント方式の検査装置を比較すると、光沢のあるキズφ１８０μｍがレーザー方式では１００％検出可能なのに対して、フィラメント方式では２０％しか検出できておらず、また、黒く深いキズ□３５μｍではレーザー方式では１００％検出できているのに対して、フィラメント方式では６０％しか検出できていない。これらのことより、検出能力はレーザー方式がフィラメント方式に比し優れていることが確認できる。また検出能力が向上している状態での良品の歩留まりはレーザー方式で９０％、フィラメント方式で７５％であり、レーザー方式ではより良品を得ることができ、コストの削減にも結びつくことが分かる。

既知の外観検査装置を概略的に示した図である。 本発明の外観検査装置を概略的に示した図である。

符号の説明

１：検査対象球（鋼球）
２：ドライブローラー
３：サポートローラー
４：コントロールローラー
５：偏心ハスバギヤ
６：光源
７：レンズ系
８：受光系
９：アンプ

Claims (3)

1. 鋼球の表面傷を検査する外観検査装置において、所定の位置に固定されたレーザー光学系を用いて回転装置によって子午線状に回転する鋼球の全表面を検査することを特徴とするレーザー式鋼球外観検査装置。
2. 鋼球の表面傷を検査する外観検査装置において、検査する鋼球を子午線状に回転する回転装置と、該回転装置によって回転する鋼球の表面を検査するレーザー光学系を設け、回転装置によって順次子午線状に走査される鋼球表面をレーザー光学系のレーザー光学センサーからレーザー光を照射して検査し、鋼球全表面の傷の有無の判定を行うようになしたことを特徴とするレーザー式鋼球外観検査装置。
3. 回転装置により順次子午線状に走査される鋼球を液中に浸漬し、液中にてレーザー光を照射し鋼球全表面を検査する請求項１または２に記載のレーザー式鋼球外観検査装置。

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