JP2008229444A - 材料塗布検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、塗布状態を正確に三次元的に検出して、シール材の定量的な検出を行なうことができるようにした材料塗布検査装置を提供する。
【解決手段】ワーク２０に対してシール材等の材料２２を塗布する塗布部１１の両側に隣接して、ワークの被塗布面の塗布前後の領域をそれぞれ撮像するように並んで配置された二つの撮像カメラ１２，１３と、これらの撮像カメラの撮像範囲に対して少なくとも一種類のパターン光を斜めに照射する光源ユニット１４と、各撮像カメラからの撮像信号に基づいて、塗布部による塗布前後の三次元形状を検出し、これらの形状の差分を求める制御部１５と、を含むように、材料塗布検査装置１０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばシール材等の材料を塗布状態を検査するための材料塗布検査装置に関する。

従来、自動車のヘッドランプを製造する場合、ハウジングとレンズを接着することにより、内部を気密に保持するようにしている。
このような接着のために、従来シール材が使用されており、ハウジングとレンズの互いに対向する部分にシール材を塗布した後、ハウジングとレンズを互いに接合することにより、接触部分がシール材により気密的に密閉されるようになっている。
このようなシール材の塗布工程は、ロボット等を使用して自動化されている。

ところで、シール材が、ハウジングとレンズの接合部に均一に塗布されていないと、ハウジングとレンズの接合後に、内部の気密性が損なわれて、ヘッドランプの故障の原因となってしまう。

これに対して、特許文献１には、ノズルを備えた塗布装置がワークに対して移動可能に設けられていて、この塗布装置が駆動制御されることにより、ノズルがワークの被塗布面に対してシール材を塗布して、このシール材の塗布状態がレーザセンサにより連続的に補足され、このレーザセンサの出力信号が演算処理されることにより、レーザセンサとシール材のレーザ照射位置との距離の変化を検出して、シール材の吐出切れ等を検査するようにした、材料塗布検査装置が開示されている。

また、特許文献２には、溶接対象ワークの溶接点より先行した領域に対してレーザセンサの走査ビームを照射して、ＣＣＤカメラによりこの走査ビームによる光点の軌跡を検知して、仮付け溶接部を検出し、この仮付け溶接部と通常の溶接部とで溶接条件を切換えるようにした、溶接ロボットの制御方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、ＸＹテーブル上に載置された基板に対して、ＸＹテーブルを適宜に移動させながら塗布ノズルから線状ペーストを塗布し、塗布ノズルの前後左右に設けられた四台の撮像カメラを配置して、各撮像カメラの光軸とＸＹテーブルの交点に対して線状ペーストと直交するスリット光を照射するスリット光源を配置し、各撮像カメラの撮像データに基づいてペースト塗布性状の良否を判定すると共に、線状ペーストの塗布方向によって撮像カメラの撮像データを切換えて、判定精度を向上させるようにした、ペースト塗布装置が開示されている。
特開平０７−０３１９１７号 特開平０７−２６６０４４号 特開２０００−０１５１６３号

ここで、特許文献１による材料塗布検査装置においては、シール材の検出は、一つのレーザセンサ、即ち一つの光源及び検出部により構成されている。従って、具体的な検出内容は、実際にはシール材が塗布されているかいないかにより、塗布状態を検出するに留まっている。このため、塗布を含む正確な状態検出を行なうことは困難である。
例えば、塗布ノズルの軌道ぶれによる蛇行の影響によって、シール材が波打つ状態で塗布される場合には、シール材を正しく検出することができない。また、実際に塗布されたシール材の定量的な検出を行なうことはできない。このため、塗布量が少なく、これにより塗布状態が細くなった場合には、シール材の検出を行なうことが困難である。

また、特許文献２による溶接ロボットの制御方法においては、同様に仮付け溶接部の検出は、一台のＣＣＤカメラと一台のレーザセンサによって行なわれる。このため、同様に種々の塗布状態を検出することは困難である。
また、このような仮付け溶接部の検出は、二次元的である。従って、例えば複雑な形状のワークに対してシール材を塗布する場合には、三次元位置検出を正確に行なう必要があるが、特許文献２による制御方法では、三次元位置情報を正確に検出することはできない。

また、特許文献３によるペースト塗布装置においては、ペースト塗布方向に対応して、撮像カメラ及びスリット光源による撮像データを切換えて、塗布方向に垂直な方向のペースト塗布状態を検出することができるが、この場合もペースト塗布の有無を検出するのみであって、塗布状態の正確な検出を行なうことはできず、また四台の撮像カメラ及びスリット光源が必要である。このため、構造が複雑となり、コストが高くなってしまう。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、塗布状態を正確に三次元的に検出して、シール材の定量的な検出を行なうことができるようにした材料塗布検査装置を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、ワークに対してシール材等の材料を塗布する塗布部の両側に隣接して、ワークの被塗布面の塗布前後の領域をそれぞれ撮像するように並んで配置された二つの撮像カメラと、これらの撮像カメラの撮像範囲に対して少なくとも一種類のパターン光を照射する光源ユニットと、各撮像カメラからの撮像信号に基づいて、塗布部による塗布前後の三次元形状を検出し、これらの形状の差分を求める制御部と、を含んでいることを特徴とする、材料塗布検査装置により、達成される。

本発明による材料塗布検査装置は、好ましくは、上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布状態を検出する。

本発明による材料塗布検査装置は、好ましくは、上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布量を検出する。

本発明による材料塗布検査装置は、好ましくは、上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、塗布部の塗布のための軌道を修正する。

本発明による材料塗布検査装置は、好ましくは、上記光源ユニットが、線状のパターン光を照射する。

上記構成によれば、光源ユニットが各撮像カメラの撮像範囲に対してパターン光を照射する。これにより、各撮像カメラは、パターン光が照射されたワークの被塗布面における材料塗布前後の領域をそれぞれ撮像する。
このとき、各撮像カメラは、互いに並んで配置されていることから、これらの撮像カメラの画像信号に基づいて、制御部が、被塗布面の三次元画像を得る。
上記制御部は、この三次元画像に関して、材料塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料塗布による形状変化を検出することができる。

その際、ワークの被塗布面の形状に依存することなく、ワーク被塗布面の塗布前後の三次元形状が一定の精度で正確に検出されることになる。
さらに、上記光源ユニットからのパターン光の種類が変更されることにより、任意の形状の被塗布面に関して、三次元形状が検出され得る。

上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布状態を検出する場合には、材料が塗布されているか否か、あるいは材料が均一に塗布されているか等の塗布状態が検出され得る。

上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布量を検出する場合には、材料の塗布量が定量的に検出され得ることになる。

上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、塗布部の塗布のための軌道を修正する場合には、例えば絶対位置精度の低いロボットを使用して塗布部を塗布のために移動させるとき、このような軌道修正によって、塗布部が高精度で所定の軌道に沿って移動され得、材料の塗布が正確に行なわれ得ることになる。

上記光源ユニットが、線状のパターン光を照射する場合には、ワークの被塗布面または材料が着色されていたとしても、正確な三次元形状が検出され得ることになる。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、塗布状態を正確に三次元的に検出して、シール材の定量的な検出を行なうことができるようにした材料塗布検査装置が提供され得ることになる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図１１を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

［実施例１］
図１から図３は、本発明による材料塗布検査装置の一実施形態の構成を示している。
図１から図３において、材料塗布検査装置１０は、ワークに対してシール材等の材料を塗布するための塗布部１１と、この塗布部１１の両側に隣接して並んで配置された二つの撮像カメラ１２，１３と、これらの撮像カメラ１２，１３の撮像範囲に対して少なくとも一種類のパターン光を斜めに照射する光源ユニット１４と、各撮像カメラ１２，１３からの撮像信号が入力される制御部１５と、から構成されている。
ここで、これらの塗布部１１，撮像カメラ１２，１３，光源ユニット１４は、筐体１６に対して取り付けられ、固定保持されている。

上記塗布部１１は、公知の構成であって、下方に延びるノズル１１ａを備えている。
また、上記塗布部１１は、筐体１６の下側の中央付近に配置されており、この筐体１６がロボット等の駆動制御手段１７により三次元方向に移動されることにより、後述するワークに対して相対的に、図１にて矢印Ａで示すように左方に移動されるようになっている。
上記塗布部１１は、ワークに対して相対的に移動しながら、ノズル１１ａの先端から塗布すべきシール材等の材料を吐出する。これにより、ノズル１１ａから吐出された材料が、ワークの所定の被塗布面に対して塗布されるようになっている。

上記撮像カメラ１２，１３は、それぞれ例えばＣＣＤカメラから成る二次元エリアカメラであり、その撮像光軸が互いに距離Ｄだけ離れて平行に配置されるように、筐体１６の下側の両端付近に配置されている。
これにより、二つの撮像カメラ１２，１３は、所謂ステレオカメラとして機能する。また、図１にて塗布部１１がＡ方向に移動されるとき、一方の撮像カメラ１２が塗布部１１による材料塗布前のワークの被塗布面を撮像し、また他方の撮像カメラ１３が塗布部１１による材料塗布後のワークの被塗布面を撮像するようになっている。

上記光源ユニット１４は、後述する制御部１５により制御されて、後述するように、上記二つの撮像カメラ１２，１３の撮像範囲に対して線状のパターン光を斜めに照射するようになっている。
尚、光源ユニット１４は、図２に示すように、塗布部１１の下面の両側縁に配置されているが、直接に筐体１６の下側に配置されていてもよい。
また、図示の場合、二つの撮像カメラ１２，１３に対して、一台の光源ユニット１４が配置され、この唯一の光源ユニット１４が各撮像カメラ１２，１３の撮像範囲にパターン光を照射するようになっているが、これに限らず、各撮像カメラ１２，１３に対してそれぞれ専用の光源ユニットが設けられていてもよい。

上記制御部１５は、筐体１６の外側に配置されており、例えば駆動制御手段１７の制御部と併設され、あるいはこの制御部内に組み込まれている。
上記制御部１５は、図４に示すように、前述した二つの撮像カメラ１２，１３からの撮像信号が入力され、これらの撮像信号からワークの被塗布面の三次元形状を検出するようになっている。
尚、このような三次元形状の検出は、例えば特許第３０５４６８２号等から公知である三次元の物体認識により行なわれ得る。

また、上記制御部１５は、例えばＣＰＵ，メモリ，インタフェース等から成るパーソナルコンピュータ，マイクロコンピュータ等により構成されており、塗布部１１の移動に伴って、一方の撮像カメラ１２で材料塗布前のワークの被塗布面を撮像する。また、他方の撮像カメラ１３で材料塗布後のワークの被塗布面を撮像することにより、材料塗布前後の上記被塗布面の形状差分を求める。
上記制御部１５は、この形状差分に基づいて、ワークの被塗布面に塗布された材料の塗布状態、特に塗布量を検出するようになっている。

さらに、上記制御部１５は、二つの撮像カメラ１２からの撮像信号に基づいて、ワークの被塗布面までの相対距離Ｄ（図８参照）を演算するようになっている。
上記制御部１５は、これらの塗布状態及び相対距離を駆動制御手段１７の制御部に出力するようになっている。

ここで、上述した光源ユニット１４は、例えば図５に示すように、ワーク２０の被塗布面２１に対して、各撮像カメラ１２，１３の撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向にほぼ垂直な一本の直線状のパターン光Ｌ１，Ｌ２を斜めに照射するようになっている。
これに対して、上記光源ユニット１４は、図６に示すように、ワーク２０の被塗布面２１に対して、各撮像カメラ１２，１３の撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向にほぼ垂直で互いに平行な二本の直線状のパターン光Ｌ３，Ｌ４を斜めに照射するようにしてもよい。

ここで、上記光源ユニット１４は、図７（Ａ）に示すように、上記撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向にほぼ垂直で互いに平行な複数本、図示の場合には七本の直線状のパターン光を照射するようにしてもよい。
また、上記光源ユニット１４は、図７（Ｂ）に示すように、上記撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向を横切るように、互いに平行な複数本、図示の場合には三本の直線が互いに交差するパターン光を照射するようにしてもよい。

さらに、上記光源ユニット１４は、図７（Ｃ）に示すように、上記撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向を横切るように、互いに等間隔の同心円状のパターン光を照射するようにしてもよい。
また、上記光源ユニット１４は、図７（Ｄ）に示すように、上記撮像範囲にて、それぞれ塗布部１１の移動方向にほぼ垂直で互いに平行に、そして長手方向に分割された複数本、図示の場合には七本の直線状のパターン光を照射するようにしてもよい。

さらに、上記光源ユニット１４は、ワーク２０の被塗布面２１の形状に応じて、上記制御部１５により、これらの各種形状のパターン光を適宜に切換えて照射するようにしてもよい。

本発明実施形態による材料塗布検査装置１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。
即ち、図８に示すように、上記光源ユニット１４が制御部１５により駆動制御されて、上記光源ユニット１４が、ワーク２０の被塗布面２１に対して例えば線状のパターン光Ｌ１，Ｌ２を照射する。
この状態から、上記撮像カメラ１２，１３が制御部１５により駆動制御されて撮像を開始する。また、筐体１６そして塗布部１１が駆動制御手段１７によりワーク２０の被塗布面２１の表面に沿って矢印Ａ方向に移動され、ノズル１１ａから材料が吐出される。これにより、被塗布面２１に材料２２が塗布される。

このとき、上述した移動方向に関して、塗布部１１より先行する撮像カメラ１２は、それぞれパターン光Ｌ１，Ｌ２が照射された材料塗布前のワーク２０の被塗布面２１を撮像する。また、塗布部１１に追従する撮像カメラ１３は、材料塗布後のワーク２０の被塗布面２１を撮像することになる。そして、これらの撮像信号が上記制御部１５に入力される。

これにより、上記制御部１５は、各撮像カメラ１２，１３からの撮像信号に基づいて、所謂ステレオカメラの機能により、ワーク２０の被塗布面２１の三次元形状を検出し、塗布前後の形状差分を検出する。
上記制御部１５は、この形状差分に基づいて、ワーク２０の被塗布面２１に塗布された材料の塗布状態、即ち材料が塗布されているか否か、材料が均一に塗布されているか、そして表面高さの差から材料の塗布量を検出することができる。

その際、各撮像カメラ１２，１３は、パターン光Ｌ１，Ｌ２により照明されたワーク２０の被塗布面２１を検出することになる。このため、ワーク２０の表面の色や材料２２の色に依存することなく、正確にワーク２０の被塗布面２１の三次元形状を検出することが可能である。
さらに、上記制御部１５は、検出した三次元形状から、ワーク２０の被塗布面２１に対する相対距離Ｄを正確に検出することができる。

図９は、材料２０を塗布すべきワーク２０の上方に向かって凹状の被塗布面２１ａと、この塗布面に対する三種の塗布状態を示している。
即ち、図９（Ａ）の被塗布面２１ａに対して、図９（Ｂ）は、表面が平坦な材料２２の塗布状態を、図９（Ｃ）は、表面が山形の材料２２の塗布状態を、また図９（Ｄ）は、表面が凸面状の材料２２の塗布状態を、それぞれ示している。

このような各種形状の材料２２の塗布状態に対して、上記光源ユニット１４は、図１０の平面図に示すように、各種塗布状態の被塗布面２１ａに対して、それぞれ最適な形状のパターン光を照射する。
即ち、上記光源ユニット１４は、表面が平坦な材料２２の塗布状態に対しては、図１０（Ｂ）に示すように、同心円状のパターン光を照射し、また表面が山形の材料２２の塗布状態に対しては、図１０（Ｃ）に示すように、互いに平行な七本の直線状のパターン光を照射し、さらに表面が凸面状の材料２２の塗布状態に対しては、図１０（Ｄ）に示すように、互いに交差したそれぞれ三本の直線状のパターン光を照射する。
これにより、上記制御部１５は、図９（Ｂ）〜図９（Ｄ）に示した各種塗布状態を、それぞれ正確に検出することができる。

これに対して、従来の二次元的な材料塗布検査装置によれば、図９（Ａ）〜（Ｄ）のような被塗布面２１ａ及び塗布状態に関して、図１１の平面図に示すように、照射光によって、被塗布面２１ａの両側縁のエッジ部分のみしか検出することができない。このため、被塗布面２１ａに対する材料２２の塗布状態そして塗布量は、検出することができなかった。

このようにして、本発明実施形態による材料塗布検査装置１０によれば、二つの撮像カメラ１２，１３により、パターン光を照射したワーク２０の被塗布面２１を、材料塗布前後で撮像する。これにより、これらの撮像信号に基づいて、ワーク２０の被塗布面２１の三次元形状を検出し、その形状差分から、被塗布面２１に対する材料の塗布状態、そして塗布量を検出することができる。
従って、ワーク２０が平坦でなくても、例えば自動車のヘッドランプのような複雑な形状を有する対象物であっても、シール材を塗布すべき部分におけるシール材の塗布状態及び塗布量を検出することができる。

上記制御部１５が、これらの材料の塗布状態そして塗布量を、駆動制御手段１７の制御部に出力する。これにより、この駆動制御手段１７は、これらの塗布状態そして塗布量をフィードバックして、被塗布面２１に対する材料２２の塗布に関して最適な塗布状態及び塗布量となるように、塗布部１１のノズル１１ａからの材料２２の吐出量を制御することができる。

さらに、上記制御部１５が被塗布面２１に対する相対距離を駆動制御手段１７の制御部に出力するようにすれば、この駆動制御手段１７は、塗布部１１のノズル１１ａの先端がワーク２０の被塗布面２１に対して常に同じ相対距離となるように、筐体１６そして塗布部１１の移動速度及び移動方向を制御して、筐体１６及び塗布部１１が移動する軌道を修正することができる。

上述した実施形態においては、光源ユニット１４は、二つ設けられており、それぞれ対応する撮像カメラ１２，１３の撮像範囲にパターン光を照射するようになっているが、これに限らず、双方の撮像カメラ１２，１３の撮像範囲にパターン光を照射するように構成された一つの光源ユニットが設けられていてもよい。

このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、塗布状態を正確に三次元的に検出して、シール材の定量的な検出を行なうことができるようにした、極めて優れた材料塗布検査装置が提供され得る。

本発明による材料塗布検査装置の一実施形態の構成を示す概略正面図である。 図１の材料塗布検査装置を示す概略底面図である。 図１の材料塗布検査装置を示す概略側面図である。 図１の材料塗布検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１の材料塗布検査装置における光源ユニットのパターン光照射状態を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 図１の材料塗布検査装置における光源ユニットの他の種類のパターン光照射状態を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）側面図である。 図１の材料塗布検査装置における光源ユニットにより照射される種々のパターン光を示す概略図である。 図１の材料塗布検査装置を使用した材料塗布・検査を示す概略正面図である。 凹状の被塗布面と、種々の材料塗布状態を示す概略断面図である。 図９の被塗布面及び材料塗布状態に対する図１の材料塗布検査装置による適宜のパターン光を示す概略平面図である。 図９の被塗布面及び材料塗布状態に対する従来の材料塗布検査装置によるパターン光による検出部を示す概略平面図である。

符号の説明

１０ 材料塗布検査装置
１１ 塗布部
１１ａ ノズル
１２，１３ 撮像カメラ
１４ 光源ユニット
１５ 制御部
１６ 筐体
２０ ワーク
２１ 被塗布面
２２ 材料

Claims (5)

1. ワークに対してシール材等の材料を塗布する塗布部の両側に隣接して、ワークの被塗布面の塗布前後の領域をそれぞれ撮像するように並んで配置された二つの撮像カメラと、
   これらの撮像カメラの撮像範囲に対して少なくとも一種類のパターン光を斜めに照射する光源ユニットと、
   各撮像カメラからの撮像信号に基づいて、塗布部による塗布前後の三次元形状を検出し、これらの形状の差分を求める制御部と、
   を含んでいることを特徴とする、材料塗布検査装置。
2. 上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布状態を検出することを特徴とする、請求項１に記載の材料塗布検査装置。
3. 上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、材料の塗布量を検出することを特徴とする、請求項１に記載の材料塗布検査装置。
4. 上記制御部が、塗布前後の三次元形状の差分に基づいて、塗布部の塗布のための軌道を修正することを特徴とする、請求項１に記載の材料塗布検査装置。
5. 上記光源ユニットが、線状のパターン光を照射することを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の材料塗布検査装置。

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