JP2009180505A

JP2009180505A - ワークの外周検査装置

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Publication number: JP2009180505A
Application number: JP2008017034A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yasuda; 信幸安田; Masahiro Tokawa; 昌弘東川
Original assignee: Yutaka Co Ltd
Current assignee: Yutaka Co Ltd
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】ワークの外周検査を、カメラの使用数を最小限にして行なえるようにして検査装置のコストを抑えること、及び、カメラをワークの側方に配置する要求に応えて回転テーブルを用いた搬送装置との組み合わせも可能にすることを課題としている。
【解決手段】ワーク２０を送り込む検査部Ｂと、その検査部Ｂにワークを側方から見るように配置されるカメラ１１_−１，１１_−２と、各カメラに付属させるプリズム１２_−１〜１２_−３を備えさせ、２台のカメラで、ワーク２０を直視した画像とプリズムを介した画像（複数方向からの画像）を撮像し、得られた画像を画像処理装置に送って処理し、処理後のデータに基づいてワーク外周の良否を判定するようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、ねじ、ボルト、リベットピンなどのワークについて、外周にある突起などの被検査物の有無や検査部位の形状の良否などを、カメラを用いて検査するワークの外周検査装置に関する。

例えば、ねじやボルトは、製造後に良否検査を行なって出荷される。このときの検査項目の１つに、ワークの外周をカメラで映し、得られた画像から外周に形成される凸部や切欠き部などの有無を調べる検査がある。

一例を挙げると、図５に示すような羽付きねじが市販されており、その羽付きねじについては、例えば、外周に定ピッチで複数設けられる羽２１（図のそれは２枚の羽を軸部の外周の中心対称位置に有する）が欠落することなく形成されているか否かの検査がなされる。以下では、検査対象のワーク２０がその羽付きねじである場合を例に挙げて説明を行う。

羽２１の欠落の有無は、人による目視検査では効率が悪いため、ワーク（羽付きねじ）２０を吊り下げるなどして搬送装置で搬送し、その搬送途中にワークの首下部を定位置にセットされたカメラで撮像し、得られた画像を画像処理装置に送って画像変換、特徴部の抽出などの必要な画像処理を施し、処理後の画像に基づいて羽の有無の判定を行なう方法で検査されている。

なお、量産品の機械化作業による連続検査では、搬送装置にセットされるワークの向きとカメラの位置関係が特定されないため、カメラを使用してワークの全周を撮像することがなされている。その全周撮像の検査では、死角の無い検査を行なうために、多数のカメラを必要とする。また、ワークを搬送する装置（以下、単に搬送装置という）の種類などによっては、構造上の干渉が起ってカメラを必要な場所に配置できないこともある。
そこで、この問題に対応した外観検査装置が開発されて、下記特許文献１によって提案されている。さらに、下記特許文献２や特許文献３に開示された技術も開発されて提案されている。
また、ねじなどの検査を効率よく行える検査装置として、下記特許文献４に開示された検査装置が知られている。
特開２００１−１６５６３７号公報特開２０００−１９９７０６号公報特開平８−１３６４６３号公報特開２００７−５５７６３号公報

上記特許文献１が開示している外観検査装置は、ワークの全周を円筒ミラーに写し、そのミラーからの反射画像をカメラで映すので、１台のカメラで全周検査を行える利点があるが、カメラをワークの軸心の延長上に配置する必要があることから、ワークの側方にカメラを配置せざるを得ないときに使用規制を受ける。

例えば、特許文献４が開示している検査装置は、搬送装置を回転テーブルで構成し、その回転テーブルの外周に定ピッチで設けられた切欠き溝にワークの首部を入れてワークを吊り下げて搬送する。この検査装置は、搬送装置が簡素でコスト低減が図れる。また、複数の異種検査部を回転テーブルの搬送路に順に並べて配置して１回のワーク搬送で数種類の検査を連続的、かつ、高速で行なえる利点もあるが、カメラを検査部の上方（ワークの上方）に配置すると、回転テーブルが邪魔になって回転テーブルの下側にある部分の外周の画像を見ることができない。このようなときにカメラをワークの側方に配置することが要求されるが、特許文献１の装置ではその要求に応えられない。
また、特許文献１の装置は、ワークと円筒ミラーが軸方向にずれており、そのずれ量が大きいとワークの外周を斜めに映す角度（真横から見る場合を０°としたときの角度）がきつくなって検査精度が低下することが考えられる。

なお、回転テーブルが邪魔になる問題に対しては、カメラを上向きにしてワーク検査部の直下に配置する対応が考えられるが、これは、レンズ上への塵芥の堆積、異物の落下等が懸念されて好ましくない。

次に、特許文献２は、プリズムを通した画像をカメラで映してカメラの視野範囲を広げる技術を開示しているが、同文献の検査装置は、プリズムをカメラとワーク間に配置するので、画像の取り込み範囲が狭くなりがちであり、検査範囲が広い場合、カメラの使用数増、それによるコスト増を招く。

また、特許文献３が開示している外観検査装置は、第１の搬送手段で保持した円柱状ワークの外周面の半分を露出させてその露出部を第１の撮像手段で撮像し、次いで、第１の搬送手段で保持したワークを第２の搬送手段に移し替えることでワークの反対側の半分を露出させてその露出部を第２の撮像手段で撮像するようにしており、ワークの全周を２台の撮像手段（カメラ）で映すことができる。しかしながら、この装置は、ワークの全周を２台のカメラで２方向から映すので、ワークの形状によっては死角が生じて確実な検査ができない。例えば、ワークが図５の羽付きねじであると仮定して、第１、第２の搬送手段でそのワークを保持したときに、図６に示すように羽２１がカメラに映される軸部の縁よりも内側にあると、カメラの画像を例えば白黒画像に変換したときに変換後の画像が羽の無いものになって正しい検査がなされない。

この発明は、ワークの外周検査を、カメラの使用数を最小限にして行なえるようにして検査装置のコストを抑えること、及び、カメラをワークの側方に配置する要求に応えて特許文献４が開示しているような搬送装置との組み合わせも可能にす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、ワークを送り込む検査部と、その検査部にワークを側方から見るように配置されるカメラと、そのカメラに付属させるプリズムを有し、前記カメラとプリズムが、前記検査部に送り込まれたワークの外周の直視画像と、前記プリズムを介して見た画像が同一カメラの視野に重畳せずに入るように配置され、前記カメラでワークの外周を複数方向から撮像し、得られた画像を画像処理装置に送って処理し、処理後のデータに基づいてワーク外周の良否を判定するように構成されたワークの外周検査装置を提供する。

この検査装置のプリズムは、カメラとは異方向から見たワーク外周の画像をカメラに向けて反射させる。そのために、同一カメラに直視画像とプリズム経由で見た画像（異方向から見た複数の画像）が同時に映される。プリズムは、１台のカメラに複数個付属させることができ、１台のカメラに例えば２個のプリズムを付属させると１台のカメラによるワークの撮像画像数は３となり、プリズムが１個の場合に比べて１台のカメラによる撮像範囲を広げることができる。

この検査装置は、図５に示したワークの場合、２台のカメラと３個のプリズムがあれば死角のない全周検査を行なうことができる。２台のカメラと各カメラに付属させたプリズムをワークの全周又はほぼ全周が撮像される位置に配置し、各カメラの画像を前記画像処理装置で合成し、さらに、合成後の画像を処理すれば良否判定用のデータを得ることができる。

この発明の検査装置は、ワークを縦向きに保持して搬送するワーク搬送装置を備えさせると好ましい。ワーク搬送装置を有する検査装置については、搬送路の途中に前記検査部を設ける。

前記ワーク搬送装置は、エンドレス軌道を有するものが連続搬送を行なえて好ましい。連続搬送は、ワーク保持部を定ピッチで設けたベルトコンベヤやチエーンコンベヤなどを用いて行なうこともできるが、外周に定ピッチで切欠き溝を設けた回転テーブルが有利である。この回転テーブルの外周の切欠き溝にワークの一部を入り込ませてワークを吊り下げ、そのワークをテーブル回転により搬送し、その搬送中にワークが前記検査部を通過して外周検査がなされるようにすると特に好ましい装置になる。

この発明の検査装置は、同一カメラにワークの直視画像とプリズムを介した画像を取り込むので、ワーク外周の広い範囲を１台のカメラで撮像することができる。前掲の特許文献２が開示している検査装置もプリズムで反射させた画像をカメラで映すが、同文献の検査装置は、プリズムをワークとカメラの間に配置しているので、カメラでワークを直視することができない。この発明の検査装置は、その直視とプリズムを介した撮像を同一カメラで行なうので、周方向の撮像範囲が広がる。そのために、ワークの向きの変動に対する対応可能範囲が広がり、ワークの全周検査などを従来品よりもカメラの使用数を少なくしてコスト低減を図った検査装置で行なえるようになる。

また、ワークを側方から見る位置にカメラを配置したので、回転テーブルを使用してワークを吊り下げて搬送する搬送装置と組み合わせることも可能になる。回転テーブルを用いたその搬送装置は簡素である。また、一連の搬送路に異種検査部を複数設けて１回のワーク搬送で数種類の検査を行なうことができ、高速検査にも対応できる利点があり、検査装置のさらなるコスト低減や、機能、性能の向上効果をもたらす。

なお、２台のカメラと３個のプリズムを設けた検査装置は、例えば、図５に示すワークについては死角の無い全周検査を行なうことができる。ここで言う全周検査は、ワークの全周が完全に撮像されることを意味するものではない。例えば、図１の状態では、２台のカメラを、１３５°異なる方向から同一ワークを見る状態に配置しているのでワーク２０の全周は完全には映らない。しかしながら、ワーク２０の形状や検査内容によってはこのような配置でも問題のない全周検査が行なえる。この点については、後に詳しく説明する。

ワーク搬送装置を含ませてその装置の搬送路の途中に前記検査部を設けたものは、ワークを連続的に搬送しながら検査を行なうことができ、量産品のワークの効率的な連続検査が可能になる。特に、ワーク搬送装置として、外周に定ピッチで切欠き溝を設けた回転テーブルを用いたものは、搬送装置の利点（簡素、安価、複数の異種検査部を回転テーブルの搬送路に順に並べて配置して１回のワーク搬送で数種類の検査を連続的、かつ、高速で行なえる）を生かして量産品の全品検査に適した検査装置を実現することができる。

以下、この発明の外周検査装置の実施の形態を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。この外周検査装置は、ワーク搬送装置１と検査装置１０を組み合わせて構成されている。

ワーク搬送装置１は、エンドレス軌道を有するものが連続搬送を行なえて好ましい。連続搬送は、ワーク保持部を定ピッチで設けたベルトコンベヤやチエーンコンベヤなどを用いて行なうこともできるが、例示の搬送装置が有利である。図示のワーク搬送装置１は、切欠き溝３を外周に定ピッチで設けた回転テーブル２と、フィーダ４と、回転テーブル２の外周に沿って配置される固定ガイド５と、不良品排出口６及びワーク払い出し機構７と、良品排出口８及びワーク払い出し具９を有している。フィーダ４は、回転テーブル２によって構成される搬送路の始端に配置され、また、不良品排出口６とワーク払い出し機構７は前記搬送路の終端近くに、良品排出口８とワーク払い出し具９は前記搬送路の終端にそれぞれ配置される。

回転テーブル２は、駆動装置（図示せず）に駆動されて垂直な軸を中心にして回転する。この回転テーブル２にフィーダ４からワーク（図のそれは図５の羽付きねじ）２０が供給される。フィーダ４から供給されたワーク２０は、回転テーブル外周の切欠き溝３に首部が導入され、図２に示すように、頭部２２が回転テーブル２の上面に支えられて吊り下げられた状態になる。回転テーブル２は連続して回転しており（必要に応じて間歇的に回転させることもなされる）、その回転によって回転テーブル２に支持されたワーク２０が搬送路の終端に向けて搬送される。搬送中のワーク２０は、固定ガイド５によって切欠き溝３からの抜け出しが防止される。

搬送路の途中には、複数の検査部が設けられている。図の装置には、搬送方向に順番に並べて配置した３つの検査部Ａ、Ｂ、Ｃがあり、検査部Ｂにおいて羽の有無に関する外周検査が行なわれる。また、検査部Ａ、Ｃでは、その他の検査、例えば、ねじの長さやねじ山の形状の良否などの検査が行なわれる。なお、検査部Ａ、Ｃは、１回のワーク搬送で数種類の検査を行なう要求があるときに設けられるものであり、要求される検査を行なうための要素が配置される。

ワーク払い出し機構７は、不良判定が下されたワーク２０を切欠き溝３から吹き外して不良品排出口６に落下させる空気噴射式の機構を示した。また、ワーク払い出し具９は、良品判定が下されたワーク２０を案内板で案内して良品排出口８に落下させるものを示したが、この両者は、シリンダアクチュエータなどでワークを押し落とすといったものも考えられる。

検査部Ｂに配置された検査装置１０は、２台のカメラ１１（説明の便宜上、以下では１１_−１，１１_−２と表示する）と、各カメラに付属させる第１〜第３のプリズム１２（以下では１２_−１〜１２_−３と表示する）と、各カメラの画像を取り込んで処理する画像処理装置１３と、処理後の画像データを基準データと比較して外周の良否判定（羽の有無の判定）を行なう判定回路１４と、判定結果を知らせる表示装置１５とで構成されている。

２台のカメラ１１_−１，１１_−２は、ワーク２０の首下部を側方から見る位置に配置されている。その２台のカメラ１１_−１，１１_−２は、検査部Ｂに送り込まれたワーク２０を間にして正対するように配置してもよいが、図１では、そのカメラ１１_−１，１１_−２を、１３５°異なる方向からワーク２０を見る向きにして固定ガイド５の外側に配置しており（この配置では、ワークの外周のごく一部が映らないが、羽などの突起物の検出はそれでも問題なく行える）、そのような配置とすることで、検査部Ａに配置される要素との干渉や検査部Ｂに到達する前のワークが検査の障害となることが回避される。

図１の外周検査装置は、回転テーブル２の外周の切欠き溝３にワークの一部を入り込ませてワーク２０を吊り下げ、そのワーク２０をテーブル回転により搬送する。その搬送中にワーク２０が検査部Ｂを通過して外周検査がなされる。従って、量産品の全品検査に適した検査装置を実現することができる。

カメラ１１_−１，１１_−２は、検査部Ｂに送り込まれたワーク２０を図３に示すように異なる方向から直視して直視画像（映写方向Ｉ，IVの画像）を撮像する。また、一方のカメラ１１_−１は、第１、第２プリズム１２_−１，１２_−２を介して映される映写方向II，IIIの画像を同時に撮像し、他方のカメラ１１_−２も第３プリズム１２_−３を介して映される映写方向Ｖの画像を同時に撮像する。第１〜第３のプリズム１２_−１〜１２_−３は、異なる方向から見たワーク外周の画像を組み合わせ相手のカメラに向けて反射させる。このように、プリズムを介した画像を同一カメラに取り込むと、２台のカメラでワークを４以上の方向（図はＩ〜Ｖの５方向）から撮像することができ、これにより、ワークの姿勢（周方向の向き）が変動しても死角ができることが無くなって首下部の外周の羽の有無を確実に検出できるようになる。

２台のカメラ１１_−１，１１_−２によって撮像された５つの画像は、画像処理装置１３に送られて検査に必要な部位が重畳しないように合成され、さらに、白黒画像などへの変換や変換後の画像の特徴部の抽出などが行なわれる。これらの処理を終えて得られる画像データが判定回路１４に送られて基準データと比較され、外周の良否判定（羽の有無の判定）がなされる。そして判定結果が表示装置１５に送られ、画面などに表示される。

表示装置１５によって表示される画面の一例を図４に示す。この画面には、２台のカメラで撮像した５方向からの画像（変換処理や特徴抽出を行なう前の画像）の必要部位が重畳しないように合成されて示され（映写方向II，III，Ｖの画像は、プリズム１２_−１〜１２_−３で反射されて鏡像となって映っている）、その合成画像と共に、検査結果を表す「ＯＫ」の文字が画面の右上に表示されている。「ＯＫ」の文字は、ワークが良品と判定されたこと、すなわち、ここでは、ねじの首下部に２つの羽が欠落せずに形成されていることを示している。不良の判定がなされたときには、表示装置１５の画面に「ＮＧ」の文字が表示される。

図４は、図３において、ワーク２０の羽２１が映写方向IVと平行向きに突出して映写方向IVに対して羽の向きが０°になるときの画像である。２台のカメラと３個のプリズムを使用する図１の検査装置は、ワーク２０が正常な場合、撮像した５つの画像のどれかに２つの羽が首下軸部の外周に突出した状態に映る。例えば、ワーク２０が図３の姿勢にあるときには、映写方向II，IIIの画像に羽２１が首下軸部の外周に突出した状態に映る（羽の突出量次第では、映写方向Ｖや映写方向Ｉの画像にも羽２１が首下軸部の外周に突出した状態に映ることがある）。従って、羽が映るべき画像に映っているか否かで、羽の欠落の有無を検出することができる。

なお、図５のワーク２０の場合、羽２１の検出は、２台のカメラを用いて行なうことができるが、カメラが２台のときには、最低３個のプリズムを用いるとよい。このケースでは、その２台のカメラを最大で１８０°見る向きを変えて配置することになる。このとき、３個のプリズムがあれば、１８０°の範囲を４５°間隔で見る方向を変えて撮像することができ、死角の無い信頼性の高い検査が行なえる。

撮像間隔をより狭めることが望まれる場合には、プリズムやカメラの使用数を増やすことで要求に応えることができる。

例示の外周検査装置は、２台のカメラと３個のプリズムを用いたが、ワークの形状やワークの搬送の仕方、あるいは、検査の内容次第では、１台のカメラと１個のプリズムを用いた検査装置も考えられ、また、検査精度確保のためにカメラとプリズムの使用数を増加させることもあり得る。

以上の説明からわかるように、この発明の外周検査装置は、ワークの外周に設けられる羽などの突起物の有無の検査に好適に利用することができるが、その用途は突起物の有無の検査に限定されない。ワークの外周の面取りや欠けの有無、ねじ山などの形状の良否などの検査に利用してもその有効性が発揮される。

この発明の外周検査装置の一例を示す平面図図１の要部の概要を示す側面図図１の装置のカメラとプリズムとワークの関係を拡大して示す平面図合成画像の一例を示す図検査対象のワークの一例を示す正面図図５のワークを４５°程度回転した位置から見た側面図

１ワーク搬送装置
２回転テーブル
３切欠き溝
４フィーダ
５固定ガイド
６不良品排出口
７ワーク払い出し機構
８良品排出口
９ワーク払い出し具
１０検査装置
１１_−１，１１_−２カメラ
１２_−１〜１２_−３第１〜第３のプリズム
１３画像処理装置
１４判定回路
１５表示装置
２０ワーク
２１羽
２２頭部
Ａ〜Ｃ検査部
Ｉ〜Ｖ映写方向

Claims

ワーク（２０）を送り込む検査部（Ｂ）と、その検査部（Ｂ）に前記ワークを側方から見るように配置されるカメラ（１１）と、そのカメラに付属させるプリズム（１２）を有し、前記カメラ（１１）とプリズム（１２）が、前記検査部（Ｂ）に送り込まれたワーク（２０）の外周の直視画像と、前記プリズム（１２）を介して見た画像が同一カメラの視野に重畳せずに入るように配置され、前記カメラ（１１）でワーク（２０）の外周を複数方向から撮像し、得られた画像を画像処理装置（１３）に送って処理し、処理後のデータに基づいてワーク外周の良否を判定するように構成されたワークの外周検査装置。
前記プリズム（１２）を１台のカメラ（１１）に対して複数個付属させた請求項１に記載のワークの外周検査装置。
前記カメラ（１１）を２台設け、その２台のカメラ（１１_−１，１１_−２）と各カメラに付属させたプリズム（１２_−１〜１２_−３）をワーク（２０）の全周又はほぼ全周が撮像される位置に配置し、各カメラの画像を前記画像処理装置（１３）で合成し、さらに、合成後の画像を処理して良否判定用のデータを得るようにした請求項１又は２に記載のワークの外周検査装置。
ワーク（２０）を縦向きに保持して搬送するワーク搬送装置（１）を有し、そのワーク搬送装置（１）の搬送路の途中に前記検査部（Ｂ）を設けて前記ワーク搬送装置（１）でワーク（２０）を搬送しながら検査を行なうようにした請求項１〜３のいずれかに記載のワークの外周検査装置。
前記ワーク搬送装置（１）が、外周に定ピッチで切欠き溝（３）を設けた回転テーブル（２）を有しており、前記切欠き溝（３）にワーク（２０）の一部を入り込ませてそのワーク（２０）を吊り下げ、そのワーク（２０）をテーブル回転により搬送し、その搬送中にワーク(２０)が前記検査部（Ｂ）を通過してそのワーク（２０）の外周の良否検査がなされるようにした請求項４に記載のワークの外周検査装置。