本発明は、モータを構成するステータコイルの形状検査において、コイルエンドの部分の形状の良否判定を行うに際し、光切断法を用いるとともに、判定基準(比較の対象)として、良品形状を有する実際のワークではなく、所定の形状等を有する判定基準用のワークである基準ワークを用いるものである。そして、光切断法において生じる光の多重反射によるノイズの、検査精度への影響を低減しようとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るステータコイルの形状検査装置(以下単に「形状検査装置」という。)1は、ステータコイル10を検査対象物(ワーク)とする。ステータコイル10は、ステータコア10aとこれに巻き付けられるコイルによって形成されるコイルエンド10bとを有する。ステータコイル10は、全体として略円環形状を有する。本実施形態のステータコイル10は、自動車等に搭載される車両駆動用の三相モータを構成するものである。
ステータコア10aは、円環状の外形を有するとともに、その内側に複数のティース(内歯)を有する。このステータコア10aに対し、コイルが、隣り合うティース間に形成されるスロットに挿入され、ティースに巻き付けられる。本実施形態のステータコイル10は、前記のとおり三相モータを構成するものであるため、U相コイル、V相コイル、およびW相コイルが備えられ、これら各相のコイルが所定のスロットに挿入されてティースに巻き付けられる。このようにして構成されるステータコイル10においては、ステータコア10aの上下(表裏)に、コイル部分であるコイルエンド10bが形成される(図2参照)。そして、ステータコイル10において、そのコイルエンド10bの部分がケース(図示略)によって覆われることにより、モータが構成される。
形状検査装置1は、前記のような構成を備えるモータにおいて、ステータコイル10のコイルエンド10bの部分とそれを覆うケースとの間の絶縁を確保する等の観点から、ステータコイル10について、そのコイルエンド10bの部分の形状の検査を行う。すなわち、形状検査装置1は、所定の形状を有するケースに対するコイルエンド10bの形状(外形)が、ケースとコイルエンド10bとの間の絶縁に必要な間隔が確保されるような形状であるか否かの判定(良否判定)を行う。
形状検査装置1は、ステータコイル10のコイルエンド10bの形状の良否判定に際し、対象物体にスリット光11を照射することで得られる反射光の撮像画像である二次元画像を取得する光切断法を用いる。したがって、形状検査装置1は、光切断法を行うための装置構成を備える。
すなわち、図1に示すように、本実施形態に係る形状検査装置1は、照射手段としてのレーザ投光部2と、撮像手段としてのカメラ3と、演算手段としての演算制御部5を含む制御装置4とを備える。
レーザ投光部2は、ステータコイル10に対してスリット光11を照射する。レーザ投光部2は、例えば赤外半導体レーザ等のレーザ光の光源であるレーザ発信器やシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)等を有するレーザ出力ユニットとして構成される。すなわち、レーザ投光部2においては、レーザ発信器から発射されたレーザ光が、シリンドリカルレンズ(図示略)を透過することでスリット光(レーザシート)11に変換される。そして、レーザ投光部2から投光されるスリット光11が、ステータコイル10に照射される。レーザ投光部2からのスリット光11が照射されたステータコイル10の表面には、その断面形状に応じて光切断線(反射光の輝線)12が形成される。
カメラ3は、レーザ投光部2によってステータコイル10にスリット光11が照射されることで得られる反射光を撮像する。つまり、カメラ3は、レーザ投光部2によって照射されるスリット光11によりステータコイル10の表面に形成される光切断線12を撮像する。カメラ3は、光切断線12、つまりステータコイル10の表面にて反射するレーザ光(反射光)を受光する受光センサであり、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子により構成される。そして、カメラ3は、ステータコイル10の表面に形成される光切断線12を受光して撮像することにより、光切断線12についての画像(以下「スリット画像」ともいう。)を、撮像素子の撮像面において二次元画像13(図3参照)として取得する。カメラ3は、撮像面に対する光切断線12の結像に際してステータコイル10の表面からの反射光を受ける受光レンズ(図示略)を有する。
また、カメラ3は、レーザ投光部2からのスリット光11の照射方向(投光軸方向)に対して光軸(受光軸)が所定角度ずらされた状態で配置される。カメラ3により撮像された光切断線12についての画像データは、制御装置4に送られる。
制御装置4に備えられる演算制御部5は、カメラ3によって撮像された光切断線12を含む二次元画像13から光切断線12上の各点の三次元座標を計測する。すなわち、演算制御部5は、カメラ3によって撮像された二次元画像13の画像データに基づいて、レーザ投光部2の位置や、受光レンズのレンズ中心の位置や、ステータコイル10の表面からの反射光のカメラ3に対する入射角度等から、三角測量の原理により、ステータコイル10の表面における光切断線12上の各点(照射点)についての三次元座標を計測する。つまり、この光切断線12上の各点の三次元座標が、演算制御部5による計測データ(コイルエンド10bの断面形状に対応する位置データ)となる。一つの光切断線12についての計測データにより、コイルエンド10bの輪郭線が計測されることとなる。
そして、演算制御部5は、ステータコイル10にスリット光11を照射することで得られる反射光の撮像画像である二次元画像13を取得し、この二次元画像13に基づいて、コイルエンド10bの形状の良否判定(以下「形状良否判定」ともいう。)を行う。すなわち、演算制御部5は、後述するように形状良否判定に際して予め設定される判定基準としてのデータ(基準データ)を、検査対象物であるステータコイル10についての計測データの比較対象とし、これらの比較によって形状良否判定を行う。かかる形状良否判定により、ステータコイル10について良品であるか不良品であるかの判定が行われる。
ステータコイル10に照射されるスリット光11の位置は、走査(スキャニング)され所定間隔ごとに更新される。これにより、ステータコイル10に対するスリット光11の各走査位置(照射位置)に対応する光切断線12を含む二次元画像13が得られる。つまり、演算制御部5は、ステータコイル10に対するスリット光11の各走査位置(照射位置)における計測データを連続的に求める。
ステータコイル10に対するスリット光11の走査に際し、本実施形態の形状検査装置1は、次のような構成を備える。図1に示すように、本実施形態の形状検査装置1においては、レーザ投光部2とカメラ3とが、互いに所定の位置関係となる状態で、ケース6内に収容される。すなわち、レーザ投光部2およびカメラ3は、ケース6内に収容されることで、一体的なユニットである光切断スキャナ7として構成される。
図2に示すように、本実施形態の形状検査装置1は、四つの光切断スキャナ7(7a、7b、7c、7d)を備える。これら四つの光切断スキャナ7は、ステータコイル10においてステータコア10aを介して上下(図2における上下、以下同じ。)に形成されるコイルエンド10bそれぞれに対して二つずつ設けられる。また、上下それぞれのコイルエンド10bに対して設けられる二つの光切断スキャナ7は、略円環形状となるコイルエンド10bに対して、一方の光切断スキャナ7が外側から、他方の光切断スキャナ7が内側からスリット光11を照射する。
具体的には、本実施形態の形状検査装置1は、図2に示すように、四つの光切断スキャナ7として、上側のコイルエンド10bに対して外側斜め上方からスリット光11を照射する光切断スキャナ7aと、同じく上側のコイルエンド10bに対して内側斜め上方からスリット光11を照射する光切断スキャナ7bと、下側のコイルエンド10bに対して外側斜め下方からスリット光11を照射する光切断スキャナ7cと、同じく下側のコイルエンド10bに対して内側斜め下方からスリット光11を照射する光切断スキャナ7dとを備える。
これら四つの光切断スキャナ7によって照射されるスリット光11は、全体として略円環形状を有するステータコイル10に対して、そのステータコイル10の円周方向が走査方向とされる。本実施形態では、ステータコイル10と光切断スキャナ7との関係において、ステータコイル10がその略円環形状における中心軸方向を回転軸方向として回転することにより、スリット光11がステータコイル10に対して走査される。ステータコイル10に対してスリット光11が照射される部分は、少なくとも形状良否判定が行われるコイルエンド10bの部分を含む部分となる。したがって、四つの光切断スキャナ7によってステータコイル10に対してスリット光11が照射された状態で、ステータコイル10が一回転することにより、少なくともコイルエンド10bの部分の全体に対して順にスリット光11が照射されることとなる。
ステータコイル10および光切断スキャナ7は、支持装置20に対して支持される。支持装置20は、平板状に構成される支持台21を備える。支持台21は、その一側(下側)の板面に対して設けられる柱状の脚部22により、床面等に対して略平行となるように所定の高さ位置に支持される。ステータコイル10は、支持台21に対して支持される。支持台21に支持されるステータコイル10は、例えばモータ等を駆動源とする回転駆動機構によって、前記のとおり中心軸方向を回転軸方向として回転可能に設けられる(矢印A参照)。
ステータコイル10は、支持台21に対して、上下のコイルエンド10bが、支持台21の上側および下側にてそれぞれ露出する状態で支持される。つまり、ステータコイル10は、支持台21を上下方向に貫通した状態で、支持台21に対して支持される。そして、支持台21の上側に露出するコイルエンド10bに対して、支持台21の上側に配置される光切断スキャナ7a、7b(以下「上側光切断スキャナ7a、7b」ともいう。)が設けられ、支持台21の下側に露出するコイルエンド10bに対して、支持台21の下側に配置される光切断スキャナ7c、7d(以下「下側光切断スキャナ7c、7d」ともいう。)が設けられる。
上側光切断スキャナ7a、7bは、支持装置20が備える上支持ステー24に支持される。上支持ステー24は、支持台21の上面側に設けられる。上支持ステー24は、例えば図2に示すように、支持台21の上面に対して立設される二本の柱部24aと、これらを各柱部24aの上端部にて連結する梁部24bとを有し、全体として略門状に構成される。この上支持ステー24に対して、上側光切断スキャナ7a、7bが、スリット光11の照射方向に応じて、支持台21に支持されるステータコイル10に対して所定の姿勢となるように、適宜の方法で支持される。
下側光切断スキャナ7c、7dは、支持台21の下側において、上側光切断スキャナ7a、7bの場合と同様の構成によって配置支持される。すなわち、下側光切断スキャナ7c、7dは、支持台21の下側に設けられ二本の柱部25aと梁部25bとを有し全体として略門状に構成される下支持ステー25に、ステータコイル10に対して所定の姿勢となるように支持される。
このように、ステータコイル10および四つの光切断スキャナ7を支持する支持装置20により、各光切断スキャナ7から照射されるスリット光11のステータコイル10に対する走査が行われる。すなわち、支持装置20において所定の姿勢で支持される各光切断スキャナ7からスリット光11が照射されている状態で、支持台21に支持されるステータコイル10が回転させられることにより、スリット光11のステータコイル10に対する走査位置(照射位置)が、ステータコイル10の円周方向に連続的に変化させられる。
これにより、ステータコイル10に対して照射され円周方向に走査されながら所定間隔ごとに更新されるスリット光11の各走査位置についての二次元画像13が取得される。つまり、ステータコイル10の各部の断面形状を反映した光切断線12を含む二次元画像13が、所定の回数(例えば二千回程度)で更新されるスリット光11の各走査位置にて取得される。
なお、ステータコイル10に対するスリット光11の走査のための構成は、本実施形態に限定されるものではない。スリット光11の走査に際しては、例えば、回動可能に設けられスリット光11を反射させるミラーを備える構成が用いられてもよい。かかる構成においては、ミラーによるスリット光11の反射方向が、ミラーの角度によって偏向されることで、スリット光11がステータコイル10に対して走査されることとなる。
また、本実施形態では、ステータコイル10に対するスリット光11の走査のための構成として、ステータコイル10側が移動(回転)する構成が採用されているが、これに限定されるものではない。つまり、ステータコイル10に照射されるスリット光11が、ステータコイル10に対して相対的に走査方向に移動するように、ステータコイル10および光切断スキャナ7の少なくともいずれかが移動可能に設けられる構成であればよい。また、本実施形態では四つ備えられる光切断スキャナ7の個数についても、特に限定されるものではない。
制御装置4は、前記のとおりステータコイル10の三次元形状を計測する演算制御部5に加え、入力部14と、表示部17とを備える。
演算制御部5は、形状検査装置1の一連の動作を制御する。演算制御部5は、プログラム等を格納する格納部、プログラム等を展開する展開部、プログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果等を保管する保管部等を有する。
演算制御部5としては、具体的には、CPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続される構成や、ワンチップのLSI等からなる構成が用いられる。演算制御部5としては、専用品のほか、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等が格納されたものが用いられる。
入力部14は、演算制御部5に接続され、演算制御部5に形状検査装置1の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。入力部14としては、専用品のほか、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等が用いられる。
表示部17は、演算制御部5に接続され、形状検査装置1の動作状況、入力部14から演算制御部5への入力内容、形状検査装置1による検査結果等を表示する。表示部17による表示内容には、光切断線12についての画像であるスリット画像15が含まれる。表示部17としては、専用品のほか、市販のモニターや液晶ディスプレイ等が用いられる。
以上のように、本実施形態の形状検査装置1は、ステータコイル10を検査対象物とし、光切断法を用い、ステータコイル10に対するスリット光11の走査位置を連続的に変化させることでステータコイル10の各部について取得した二次元画像13に基づき、形状良否判定を行う。
以上のような構成を備える形状検査装置1が用いられて行われる本実施形態に係るステータコイルの形状検査方法(以下単に「形状検査方法」という。)について説明する。本実施形態の形状検査方法は、ステータコイル10を検査対象物とし、光切断法を用い、ステータコイル10に対するスリット光11の走査位置を連続的に変化させることでステータコイル10の各部について取得した二次元画像13に基づき、形状良否判定を行うものである。
そして、本実施形態の形状検査方法では、形状良否判定における判定基準となる基準データの取得・作成のため、実際のワークとしてのステータコイル10とは異なる基準ワーク30(図4参照)が用いられる。つまり、基準ワーク30が用いられて取得・作成された基準データと、検査対象物としてのステータコイル10について取得された計測データとが比較されることにより、そのステータコイル10についての形状良否判定が行われる。
基準ワーク30は、二次元画像13の取得に適した表面処理が施され、コイルエンド10bの部分の外形形状について良品として許容される最大外形形状を有する部分である限界形状部を備える。
図4に示すように、本実施形態における基準ワーク30は、全体として、実際のワークであるステータコイル10の外形形状に対する模式的な外形形状を有する。したがって、基準ワーク30は、ステータコイル10のステータコア10aに対応する部分であるステータコア部31と、このステータコア部31に対して上下方向(円環形状の中心軸方向)の両側に形成される、コイルエンド10bに対応する部分であるコイルエンド部32、33とを有する。
ステータコア部31は、その外周面部に、周方向に略等間隔を隔てて形成される三個のボルトボス部31bを有する。ボルトボス部31bは、ステータコイル10においてステータコア10aに設けられケース取付け用のボルト孔を有するボルトボス部(図示略)に対応する部分である。ボルトボス部31bは、基準ワーク30について、例えば二次元画像13における計測点の座標の位置基準として用いられる。
ステータコア部31の上下に形成されるコイルエンド部32、33は、ステータコイル10のコイルエンド10bの部分を模擬する部分である。各コイルエンド部32、33は、ステータコイル10のコイルエンド10bの外形形状について予め定められる最大外形形状を有する。
したがって、基準ワーク30においては、各コイルエンド部32、33が、前記限界形状部、つまりコイルエンド10bの部分の外形形状について良品として許容される最大外形形状を有する部分となる。ここで、コイルエンド部32、33が有する良品として許容される最大外形形状は、ステータコイル10に取り付けられるケースとの関係における絶縁が十分に確保されるように設定される、コイルエンド10bの部分の限界の外形形状に対応する。
コイルエンド部32、33の外形形状は、ステータコイル10のコイルエンド10bの外形形状に比して単純である。概略的には、コイルエンド部32、33は、略円環形状の略平面部である端面部と、この端面部の内側(内周側)および外側(外周側)それぞれに形成される側面部とから、全体として略円環状の外形形状となるように形成される。
図4に示すように、コイルエンド部32は、周方向に複数の異なる高さの部分を有する。ここで、コイルエンド部32の高さは、例えばステータコア部31の上端面31aを基準とする上下方向の寸法として規定される。具体的には、コイルエンド部32は、周方向に高さの異なる三種類の形状部分として、高さの高い順に、第一形状部32a、第二形状部32b、および第三形状部32cを有する。なお、第二形状部32bは、第一形状部32aと第三形状部32cとの間で二箇所に分かれて存在する。これら第一形状部32a、第二形状部32b、および第三形状部32cの各部における周方向の断面形状(中心軸方向および径方向に平行となる断面の形状)は、それぞれの部分において同一となる。
このようにコイルエンド部32が有する各部の高さは、実際のワークとしてのステータコイル10のコイルエンド10bが有する高さの周方向の変化に対応したものとなる。また、図示は省略するが、ステータコア部31の下側に形成されるコイルエンド部33についても、ステータコア部31の上側に形成されるコイルエンド部32と同様に、周方向に複数の異なる高さ部分が形成される。
本実施形態の基準ワーク30は、その外形形状が、前記のとおりコイルエンド部32、33について設定される最大外形形状や、ステータコイル10のステータコア10aの外形形状等に基づいて作成されるCAD図面等の設計図面を基準として形成される。基準ワーク30を構成する材料としては、例えば、アルミニウムやセラミックス等が用いられる。ただし、加工のしやすさやコスト面での有利さ等から、アルミニウムが好適に用いられる。
また、基準ワーク30には、前記のとおり二次元画像13の取得に適した表面処理が施されている。二次元画像13の取得に適した表面処理とは、光切断法による光学計測に適した表面処理である。つまり、基準ワーク30の表面が、スリット光11が照射されることで形成される光切断線12の抽出に適した状態となるような表面処理である。基準ワーク30の表面に形成される光切断線12の抽出は、二次元画像13における光切断線12の部分(スリット画像15)と背景部分との輝度差が大きくなるほど容易となる。したがって、二次元画像13の取得に適した表面処理は、基準ワーク30表面の反射率が、二次元画像13における光切断線12の部分と背景部分との輝度差が相対的に大きくなるような値となるような表面処理といえる。
基準ワーク30に施される表面処理としては、例えばアルマイト処理やショットブラスト等の適宜の表面処理が用いられる。なお、基準ワーク30に施される表面処理は、少なくとも形状検査の対象部分であるコイルエンド10bに対応するコイルエンド部32、33の部分に施されていればよい。
このような基準ワーク30が用いられることにより、形状良否判定における判定基準となる基準データが取得・作成される。すなわち、本実施形態の形状検査方法においては、基準ワーク30が用いられ、対象物体を基準ワーク30とする光切断法により取得された、コイルエンド部32、33の表面に形成される光切断線12を捉えた二次元画像13における計測点の集合である基準計測点群に基づき、形状良否判定における判定基準となる基準データが作成される。
なお、以下では、説明の便宜上、本実施形態の形状検査装置1が備える四つの光切断スキャナ7のうち、一つの光切断スキャナ7(例えば上側のコイルエンド10bに対して外側斜め上方からスリット光11を照射する光切断スキャナ7a)によって取得される計測データである二次元画像13を用いて説明する。ただし、以下に説明する形状検査方法は、形状検査装置1が備える四つの各光切断スキャナ7によって取得される二次元画像13それぞれについて同様にして行われる。
図3は、スリット光11のある走査位置における基準データの一例を示す。つまり、図3は、スリット光11が基準ワーク30に対してある走査位置にある状態で撮像された二次元画像13の一例である。したがって、図3に示す二次元画像13においては、基準ワーク30の表面に形成された光切断線12についての画像部分であるスリット画像15が存在する。
二次元画像13におけるスリット画像15は、基準ワーク30(のコイルエンド部32)の表面に形成された光切断線12、つまりスリット光11の反射光についての計測点の集合である。ここで、計測点は、二次元画像13における画素に対応する。また、本実施形態では、図3に示すように、二次元画像13において、横方向(図3における左右方向)がX軸方向とされ、これに直交する縦方向(図3における上下方向)がZ軸方向とされる。つまり、二次元画像13上に存在する計測点は、X座標およびZ座標により二次元画像13における位置が特定される。
また、スリット光11の照射により形成される光切断線12についての撮像画像は、線状の画像となるが、二次元画像13において有限の幅(線の太さ)を有する。つまり、光切断線12についての撮像画像の幅は、二次元画像13における一つの画素(ピクセル)の長さよりも長く、複数の画素にわたることとなる。そこで、例えば二次元画像13におけるZ軸方向(縦方向)の輝度分布(撮像素子の出力レベルの分布)に基づいて、スリット画像中心線が抽出される。
すなわち、光切断線12についての撮像画像においては、Z軸方向についての輝度分布から、そのZ軸方向についての中心位置に対応する画素(中心点)が所定の方法によって求められ、この中心点の集合が、スリット画像中心線となる。つまり、光切断線12についての撮像画像においては、各X座標についてZ軸方向の中心点が求められ、この中心点が二次元画像13における計測点となる。したがって、二次元画像13における計測点は、各画素に対応する各X座標について一点存在することとなる。そしてこの計測点の集合、つまりスリット画像中心線が、スリット画像15に対応する。このことは、検査対象物としてのステータコイル10について取得される二次元画像13についても同様である。そして、基準ワーク30について得られる計測点の集合(スリット画像15)が、基準計測点群15aとなる。
このように、基準ワーク30が用いられて取得される基準データは、基準ワーク30が有する限界形状部であるコイルエンド部32について得られるスリット画像15に基づくものである。このため、基準データは、二次元画像13において、ステータコイル10のコイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲を規定する境界を形成するものとなる。
また、基準ワーク30が用いられて取得される基準データとしては、基準ワーク30においてコイルエンド部32が高さの異なる部分として有する第一形状部32a、第二形状部32b、および第三形状部32cのそれぞれの部分について、スリット光11の走査位置によらずに共通のものとすることができる。つまり、前記のとおり第一形状部32a、第二形状部32b、および第三形状部32cは、各部における断面形状が同一であるため、これら各部について用いられる基準データは同一の基準データで対応することができる。このように、基準データが、断面形状が同一の部分についてスリット光11の走査位置によらずに共用されることで、基準データとしてのデータ量の大幅低減が可能となる。
このような基準データの作成が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、基準データ作成部51が備えられる。すなわち、基準データ作成部51は、対象物体を基準ワーク30とする光切断法により取得した、コイルエンド部32の表面に形成される光切断線12を捉えた二次元画像13における計測点の集合である基準計測点群15aに基づき、形状良否判定における判定基準となる基準データを作成する。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、基準データ作成部51としての機能を果たす。基準データ作成部51によって作成された基準データは、演算制御部5における格納部等に予め設定され記憶される。
このような基準データが用いられて、ステータコイル10について取得された計測データとの比較により、形状良否判定が行われる。すなわち、対象物体をステータコイル10とする光切断法により取得された、コイルエンド10bの部分の表面に形成される光切断線12を捉えた二次元画像13における計測点である実計測点が、基準データと比較されることにより、形状良否判定が行われる。
形状良否判定では、ステータコイル10について取得された各実計測点について、基準データとの比較が行われる。具体的には、二次元画像13において、各実計測点が、基準データの外側に位置するか否かの判定が行われる。ここで、基準データについての「外側」とは、二次元画像13において、コイルエンド部32に対応する領域に対する外側を意味する。つまり、基準データは、スリット光11の各走査位置におけるコイルエンド部32の断面形状に対応するものである。このため、二次元画像13においては、基準データを介して、コイルエンド部32の部分に対応する領域である内側の領域と、この内側の領域に対する外側の領域とが区画される。そこで、このように二次元画像13において基準データによって区画される内側の領域に対する外側が、基準データの外側となる。
実計測点が基準データの外側に位置するか否かの判定は、例えば二次元画像13におけるZ座標が用いられて行われる。すなわち、図3に示すように、二次元画像13において、あるX座標X1における基準データ(計測点MPs参照)のZ座標がZ1である場合とする。この場合、X座標X1について得られた実計測点のZ座標が、Z1よりも大きければ(実計測点MP1参照)、その実計測点は、基準データの外側に位置すると判定される。逆に、X座標X1について得られた実計測点のZ座標が、Z1よりも大きくなければ(Z1以下であれば、実計測点MP2参照)、その実計測点は、基準データの外側に位置しないと判定される。
このような各実計測点についての、基準データの外側に位置するか否かの判定(以下「内外判定」ともいう。)が、ステータコイル10について取得される全ての実計測点、つまりスリット光11の各走査位置にて取得される全ての二次元画像13における全ての実計測点について行われる。
そして、内外判定において、ステータコイル10についての全ての実計測点が、基準データの外側に位置しない(内側に位置する)と判定された場合、そのステータコイル10は良品と判定される。一方、ステータコイル10についての全ての実計測点のうち、基準データの外側に位置すると判定された実計測点は、そのステータコイル10が不良品と判定される根拠となる。
このような形状良否判定が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、良否判定部52が備えられる。すなわち、良否判定部52は、対象物体をステータコイル10とする光切断法により取得された実計測点を、基準データ作成部51により作成された基準データと比較することにより、形状良否判定を行う。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、良否判定部52としての機能を果たす。
以上のような本実施形態のステータコイル10の形状検査によれば、光の多重反射等により生じるノイズ等に起因する検査精度の低下を招くことなく、光切断法による形状計測を用いることができ、コイルエンド10bの形状について、ケースに対する絶縁不良につながる形状不良の有無を、非破壊(非接触)・自動・高速で精度良く検査することが可能となる。
すなわち、実際のワークとしてのステータコイル10のコイルエンド10bは、複雑形状であり光沢部分となるため、光切断法による形状の光学計測では、光の多重反射によるノイズ(偽の計測点)が高い頻度で発生する。このため、形状良否判定において判定基準(比較の対象)となるデータが、良品形状を有するステータコイル10が用いられて作成される場合、検査精度の確保が困難となる。この点、本実施形態の形状検査によれば、形状良否判定における判定基準となる基準データの作成に際し、比較的単純な形状を有し所定の表面処理が施されている基準ワーク30が用いられる。このため、光切断法が用いられて行われるステータコイル10の形状検査において、光の多重反射によるノイズ等に起因する検査精度の低下を防止することができる。
また、本実施形態の形状検査によれば、検査対象物であるステータコイル10に対しては、形状検査に際してスリット光11が照射されるだけであるため、非破壊での検査が可能となる。また、形状良否判定における判定基準が、予め基準データとして存在するため、検査において人による目視等が用いられることなく、自動かつ高速での検査が可能となる。
さらに、形状良否判定において、ステータコイル10についての計測データに対し、CAD図面等の図面値との比較が行われる場合、その計測データと図面値との位置合わせ処理が必要となる。つまり、光切断スキャナ7が用いられて取得される計測データは、その計測器における座標として取得されるものであるため、計測データの図面値との比較に際しては、位置合わせ処理としての座標変換が必要となる。この点、本実施形態の形状検査によれば、計測データの比較対象となる基準データは、計測データと同じ二次元画像13における計測点に基づくものであるため、位置合わせ処理が不要となり、簡便に形状良否判定を行うことができる。
次に、上述のような形状良否判定において、計測データの比較対象となる基準データの好ましい作成手法について説明する。
基準データは、前述したように、対象物体を基準ワーク30とする光切断法により取得された計測点の集合である基準計測点群15aに基づいて作成される。そこで、この基準計測点群15aについて、二次元画像13における所定の領域に含まれる計測点の集合から、その所定の領域ごとに基準点が算出される。これらの基準点間が、直線によって結ばれることにより、ポリラインが生成される。つまり、基準計測点群15aが、所定の基準点を通るポリラインとして近似される。そして、この基準計測点群15aが近似されたポリラインが、基準データとして用いられる。
基準データの作成手法の一例について、図5を用いて具体的に説明する。なお、図5は、図3におけるB部分を拡大したものに対応する。すなわち、図5において、四角形状の点で示される計測点MPの集合が、基準計測点群15a(の一部)である。
基準データの作成に際しては、まず、基準計測点群15aに基づいて、二次元画像13において基準計測点群15aを構成する計測点MPが複数含まれるように区画される所定の領域ごとに、基準点が算出される。本実施形態では、図5に示すように、二次元画像13において区画される複数の所定の領域として、二次元画像13がX軸方向について所定の間隔ごとに区画される領域R1、R2、R3が用いられる。前述したように二次元画像13における計測点は各X座標について一点存在することから、X軸方向の間隔が等しい各領域R1、R2、R3に含まれる計測点MPの数は同数となる。そして、これら各領域R1、R2、R3に含まれる複数の計測点MPから、各領域R1、R2、R3についての基準点が算出される。
基準点は、各領域R1、R2、R3に含まれる計測点MPの集合から、その領域における計測点MPの平均的な座標位置として算出される。本実施形態では、基準点の算出に際し、X座標については、各領域R1、R2、R3におけるX座標の中間値が用いられる。したがって、例えば領域R1が、X座標でXa〜Xb(Xa<Xb)の範囲として設定される場合、領域R1についての基準点のX座標は、(Xa+Xb)/2として算出される。また、基準点の算出に際し、Z座標については、各領域R1、R2、R3に含まれる計測点MPのZ座標の平均値が用いられる。このような方法によって、各領域R1、R2、R3についての基準点が算出される。ここでは、各領域R1、R2、R3について算出される基準点を、それぞれ基準点SP1、SP2、SP3とする。
このように、本実施形態では、二次元画像13における各領域R1、R2、R3についての基準点SP1、SP2、SP3は、各領域R1、R2、R3におけるX座標の中間値として算出されるX座標と、各領域R1、R2、R3に含まれる計測点MPのZ座標の平均値として算出されるZ座標とによって特定される二次元画像13上の座標位置となる。なお、基準点の算出方法は、本実施形態に限定されるものではない。つまり、二次元画像13の各領域について算出される基準点としては、他の方法が用いられて算出されたり各領域に含まれる計測点MPのうち所定の条件を満たす一個の計測点MPの座標位置が用いられたりしてもよい。
次に、領域R1、R2、R3ごとに算出された基準点SP1、SP2、SP3に基づいて、基準計測点群15aが、ポリライン15bとして近似される。具体的には、図6に示すように、基準点SP1、SP2、SP3について、隣り合う基準点間が直線L1、L2で結ばれることで、ポリライン15bが形成される。つまり、隣り合う基準点間となる、領域R1についての基準点SP1と領域R2についての基準点SP2との間が、直線L1によって結ばれる。同様に、領域R2についての基準点SP2と領域R3についての基準点SP3との間が、直線L2によって結ばれる。
このように、本実施形態では、各領域R1、R2、R3について算出された基準点SP1、SP2、SP3が、二次元画像13における複数の線分(直線L1、L2)によって結ばれることで、ポリライン15bが生成される。ここで、各基準点間を結ぶ各直線L1、L2は、例えばZ=aX+b(a、b:定数)として算出され保存される。このようにして基準計測点群15aに基づいて作成されたポリライン15bが、形状良否判定において判定基準となる基準データとして用いられる。つまり、本実施形態では、基準計測点群15aに基づく基準データが、基準点間を結ぶ複数の直線が連結されたポリライン15bとしての境界線データとして作成される。なお、複数の基準点が用いられて生成されるポリラインとしては、各基準点を通る連続的な曲線として生成されてもよい。つまり、各領域についての基準点間を結ぶポリラインの生成に際しては、隣り合う基準点間が曲線で結ばれてもよい。
このように、本実施形態のステータコイル10の形状検査においては、基準データが、二次元画像13において基準計測点群15aを構成する計測点MPが複数含まれるように区画される複数の所定の領域(R1、R2、R3)それぞれについて、この所定の領域に含まれる計測点MPの平均的な座標位置である基準点(SP1、SP2、SP3)が算出され、隣り合う基準点間が直線(L1、L2)で結ばれることにより、二次元画像13における境界線データとして作成される。
このような境界線データとしての基準データの作成は、本実施形態の形状検査装置1において、演算制御部5が備える基準データ作成部51により行われる。すなわち、基準データ作成部51は、基準データの作成に際し、まず、二次元画像13において区画される領域(R1、R2、R3)それぞれについて、基準点(SP1、SP2、SP3)を算出する。そして、基準データ作成部51は、隣り合う基準点間を直線(L1、L2)で結ぶことにより、二次元画像13における境界線データとして基準データを作成する。
以上のようにして境界線データとして作成される基準データが用いられて、形状良否判定が行われる。すなわち、基準データとしてポリライン15bが用いられ、ステータコイル10について取得される全ての実計測点について、例えば前述したような二次元画像13におけるZ座標が用いられる内外判定が行われる。すなわち、かかる内外判定では、あるX座標について得られた実計測点のZ座標が、そのX座標におけるポリライン15bのZ座標よりも大きければ、その実計測点は、基準データの外側に位置すると判定される。逆に、あるX座標について得られた実計測点のZ座標が、そのX座標におけるポリライン15bのZ座標よりも大きくなければ、その実計測点は、基準データの外側に位置しない判定される。
そして、内外判定において、ステータコイル10についての全ての実計測点が、基準データであるポリライン15bの外側に位置しない(ポリライン15b以内に位置する)と判定された場合、そのステータコイル10は良品と判定される。一方、ステータコイル10についての全ての実計測点のうち、ポリライン15bの外側に位置すると判定された実計測点(例えば図6に示すようにポリライン15bの外側に位置する実計測点MP3参照)は、そのステータコイル10が不良品と判定される根拠となる。なお、内外判定においては、ポリライン15b上に位置する実計測点は、ポリライン15bの外側に位置することとされてもよい。
このように、基準データが、ポリライン15bのような境界線データとして作成されることにより、基準ワーク30が用いられて作成される基準データとしてのデータ量の大幅な低減が可能となり、形状良否判定における処理の高速化を図ることが可能となる。
すなわち、基準データとして、基準ワーク30についての計測点の集合である基準計測点群15aがそのまま点群データとして用いられる場合、内外判定において、基準計測点群15aと実計測点群(実計測点の集合)との比較、つまり計測点同士の比較計算が行われることとなる。このため、内外判定として行われる処理が煩雑となり、処理時間も膨大となると考えられる。
この点、本実施形態のように、基準データとして、直線の組み合せであるポリライン15bが用いられる場合、内外判定において、実計測点について行われる比較が、実計測点と直線との比較計算のみとなる。このため、基準データが基準計測点群15aである場合と比べて、内外判定として行われる処理が簡素化され、高速処理が可能となる。
また、基準データとしてポリライン15bが用いられることにより、基準データが基準計測点群15aである場合と比べて、基準データとしてのデータ量が低減される。すなわち、基準データとして基準計測点群15aが用いられる場合、基準データは、基準計測点群15aを構成する各計測点MPについての座標データに対応するものとなる。しかし、基準データとしてポリライン15bが用いられる場合、基準データは、二次元画像13における所定の領域(に含まれる複数の計測点)ごとの直線データとして保持されることとなる。これにより、基準データとしてのデータ量の大幅な低減が可能となる。ここで、基準データとしてのポリライン15bが、前述したように基準ワーク30において断面形状が同一となる部分(第一形状部32a、第二形状部32b、および第三形状部32c)についてスリット光11の走査位置によらずに共用されることにより、基準データとしてのデータ量のさらなる低減が図られる。
また、本実施形態の形状検査においては、ステータコイル10について得られる実計測点について、それがノイズであるか否かの判定(以下「ノイズ判定」という。)が行われる。そして、ノイズ判定において、ノイズと判定された実計測点は、形状良否判定に用いられる計測データから除外される(無視される)。
すなわち、光切断法が用いられる形状の光学計測では、ステータコイル10の表面形状等が原因で、ステータコイル10に照射されるスリット光11が多重反射する場合がある。かかる場合においては、ステータコイル10の表面ではない位置に、偽の照射点が出現するときがある。このような偽の照射点が計測点として取得されたものが、ノイズとなる。
ここで、ノイズ発生のメカニズムの一例について、図7を用いて説明する。本例は、ノイズが、ステータコイル10に対してレーザ光が照射されることによる光の多重反射が原因で発生する場合についてのものである。なお、本例では、説明の便宜上、図7に示すように、ステータコイル10がその表面に誇張して図示されるような凹凸を有するものとし、また、レーザ投光部2から照射されるスリット光11を直線状のレーザ光とする。
図7(a)は、ノイズが発生しない場合を示す図である。この場合、図7(a)に示すように、カメラ3によって撮像される光は、レーザ投光部2から照射されるレーザ光のステータコイル10に対する照射点IP1からの拡散反射光のみとなる。つまりこの場合、計測点が、レーザ光の多重反射による影響を受けることなく、ステータコイル10の表面上の照射点IP1に対応する三次元座標として取得される。
一方、図7(b)は、ノイズが発生する場合を示す図である。この場合、図7(b)に示すように、カメラ3によって撮像される光に、ノイズとしての偽照射点IP3が含まれる。偽照射点IP3は、レーザ投光部2からのレーザ光の光軸LAと、レーザ投光部2から照射されるレーザ光がステータコイル10に対する照射点IP2を含む部分に対して多重反射することで生じる反射光との交点上に出現する。つまりこの場合、計測点が、レーザ光の多重反射による影響を受け、ステータコイル10の表面上の照射点IP2に対応する三次元座標としてではなく、偽照射点IP3に対応する三次元座標の計測点(偽計測点)として取得されることとなる。
このようにして生じるノイズ(偽計測点)は、ステータコイル10の表面上に位置しない場合がほとんどである。このため、偽照射点が撮像されることで取得されたノイズが、形状良否判定における計測データとして混入することは、判定精度を低下させる原因となる。なお、このようなノイズを生じさせる原因としては、レーザ投光部2から照射されるレーザ光が多重反射することのほか、外部照明等による外乱光も挙げられる。
そこで、本実施形態の形状検査においては、ノイズ判定によってノイズと判定された実計測点が、形状良否判定に用いられる計測データから除外されるという処理(以下「ノイズ除去」という。)が行われる。
ノイズ判定としては、点間ノイズ判定と、面間ノイズ判定と、領域ノイズ判定とがある。点間ノイズ判定は、スリット光11の各走査位置について取得される二次元画像13に存在する実計測点について行われる二次元的なノイズ判定である。面間ノイズ判定は、点間ノイズ判定によってノイズと判定されなかった実計測点について行われるノイズ判定であり、スリット光11の次の走査位置について取得される二次元画像13に存在する実計測点との関係において行われるノイズ判定である。領域ノイズ判定は、かかる判定が行われる実計測点が存在する二次元画像13が取得されたスリット光11の走査位置以前の走査位置にて累積的に取得されたデータとの関係において行われるノイズ判定である。
これらのノイズ判定は、基準データ(ポリライン15b)の外側に位置する実計測点について行われる。これは次のような理由に基づく。すなわち、基準データの外側で発生するノイズは、前述したような基準データに基づく形状良否判定において、良品であるステータコイル10が不良品と判定される誤判定が生じることにつながる。つまり、形状良否判定において、基準データの外側に存在する実計測点は、ステータコイル10が不良品と判定される根拠となるが、基準データの外側の実計測点がノイズである場合、実際には良品のステータコイル10が不良品と判定されることとなる。このため、基準データの外側に位置する実計測点(以下「外側実計測点」という。)についてのノイズは、確実に除去される必要がある。一方で、基準データの内側に位置するノイズは、形状良否判定に影響を与えない。このため、基準データの内側に位置する実計測点については、ノイズ判定は不要となる。
このように、基準データよりも外側に位置する実計測点についてのみノイズ判定が行われることで、効率的な処理が可能となり、ノイズ判定の処理時間の短縮化を図ることができる。以下、各ノイズ判定について説明する。
まず、点間ノイズ判定について説明する。点間ノイズ判定は、スリット光11の各走査位置について取得される二次元画像13、つまりスリット光11の各走査位置におけるステータコイル10の断面形状として取得される計測データにおいて、外側実計測点を判定対象として行われるノイズ判定である。そして、点間ノイズ判定は、外側実計測点によって、所定の実計測点の集合(実計測点群)が構成されるか否か、言い換えると、判定対象となる外側実計測点が、所定の実計測点群を構成するものであるか否かの判定である。かかる判定で用いられる所定の実計測点群は、二次元画像13において、ステータコイル10のコイルエンド10bを形成するコイルの断面形状に対応する形状に沿って存在する実計測点群となる。
すなわち、例えば図8に示すように、ステータコイル10においては、コイルエンド10bを形成するコイルがコイルエンド10bの外形形状位置からはぐれて飛び出たもの(以下「はぐれ線」という。)10cが存在する場合がある。かかる場合、スリット光11が照射される位置(光切断線12が形成される位置)に、はぐれ線10cの部分が含まれることにより、二次元画像13において、はぐれ線10cからの反射光としての実計測点群が存在することとなる。このようなはぐれ線10cについての実計測点群が、前述したように点間ノイズ判定で用いられる所定の実計測点群に対応する。
はぐれ線10cについての実計測点群は、そのはぐれ線10cとしてのコイルの断面形状(コイルの表面に形成される光切断線12)に対応する形状に沿って連続する実計測点群となる。はぐれ線10cについての実計測点群は、例えば図10に示すように、はぐれ線10cとしてのコイルの断面形状に対応する略円形状(コイルの断面形状を仮想する二点鎖線CL参照)上に存在する実計測点MPrの集合となる。また、はぐれ線10cの表面に形成される光切断線12は、スリット光11が照射される側(光が当たる側)に形成される(図8参照)。このため、はぐれ線10cについての実計測点群は、コイルの断面形状に対応する略円形状(二点鎖線CL参照)におけるスリット光11が照射される側に対応する側(図10における上側)の部分としての略円弧形状に沿って存在することとなる。このように、はぐれ線10cについての実計測点群は、はぐれ線10cとしてのコイルの断面形状に対応する略円弧形状に沿って存在する実計測点MPrの集合となる。
したがって、はぐれ線10cについての実計測点群は、二次元画像13にて計測される距離として、コイルの径の大きさに対応して、隣り合う実計測点間の距離が一定の距離以下となる実計測点が、少なくとも一定の距離以上にわたって連続したものとなる。このような距離についての条件が用いられることで、判定対象となる外側実計測点が、はぐれ線10cについての実計測点群を構成するものであるか否かの判定が行われる。
すなわち、前述したように、二次元画像13においては、実計測点は各画素に対応する各X座標について一点存在することから、隣り合う実計測点間のX軸方向の距離は一定となる。このため、隣り合う実計測点間の距離(二点間距離)は、Z軸方向の距離に依存するものとなり、はぐれ線10cについての実計測点群を構成する実計測点間の二点間距離は、コイルの径に基づく一定距離以下となる。これに対し、はぐれ線10cについての実計測点群ではないノイズによる実計測点群は、コイルの形状としての略円弧形状に沿うというような規則性を有することなく、実計測点間におけるZ方向の位置、つまり二点間距離のばらつきが大きくなる。
そこで、点間ノイズ判定では、外側実計測点について、はぐれ線10cについての実計測点群を構成するものであるか否かが、X方向について一定の距離以上の連続性で、Z方向の距離に依存することとなる二点間距離が一定の距離以下となる実計測点群を構成するものであるか否かによって判定される。
そして、はぐれ線10cがコイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲を超えて存在するステータコイル10は、不良品に該当するが、はぐれ線10cについての実計測点群は、実際のはぐれ線10cからの反射光が捉えられたものであるため、ノイズ(偽計測点)には該当しない。そこで、外側実計測点のうち、はぐれ線10cについての実計測点群を構成するもの以外の実計測点が、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除外される。かかる処理が、点間ノイズ判定によるノイズ除去となる。
すなわち、点間ノイズ判定は、判定対象の実計測点が、隣り合う実計測点間の距離(二点間距離)が、予め設定される所定の点間距離(以下「最大点間距離」という。)以下であり、かつ、実計測点の二次元画像13における所定の座標方向としてのX軸方向についての連続性が確保される距離(以下「X軸方向連続距離」という。)が、コイルの径に基づいて予め設定される所定の連続距離(以下「最小連続距離」という。)以上である実計測点群であるコイル形状計測点群を構成するものであるか否かの判定である。
点間ノイズ判定について、外側実計測点によって構成されるコイル形状計測点群が存在する場合を想定して具体的に説明する。かかる場合、図8に示すように、ステータコイル10において存在するはぐれ線10cについての実計測点群が、基準データの外側に存在することとなる。つまり、図9に示すように、二次元画像13において、ステータコイル10についての実計測点群15r(実線)に対する、前述したようにポリライン(図6、ポリライン15b参照)として作成される基準データ18(破線)の外側に、はぐれ線10cについての実計測点群であるコイル形状計測点群16が存在することとなる。
図10は、図9においてコイル形状計測点群16を含むC部分の部分拡大図を示す。図10に示すように、二次元画像13上に存在するコイル形状計測点群16は、コイルの形状としての略円弧形状に沿って存在する実計測点群である。そして、二点間距離については、Z軸方向の距離が最大となる実計測点MPr間の二点間距離が最大となる。このため、コイル形状計測点群16においては、X軸方向の端部に位置する実計測点MPrについての二点間距離が、最も大きくなると考えられる。
具体的には、例えば図10に示すコイル形状計測点群16において、X軸方向の端部(図10において左側端部)に位置する実計測点MPr1および実計測点MPr2についての二点間距離D1が、コイル形状計測点群16において最も大きな二点間距離となる。そして、コイル形状計測点群16においては、この二点間距離D1が、最大点間距離以下となる。
また、X軸方向連続距離は、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのうち、X軸方向両端側に位置する実計測点MPr間の距離となる。したがって、例えば図10に示すコイル形状計測点群16において、X軸方向連続距離は、X軸方向の一端側(図10において左端側)に位置する実計測点MPr1と、同じくX軸方向の他端側(図10において右端側)に位置する実計測点MPr3との間の距離D2となる。そして、コイル形状計測点群16においては、X軸方向連続距離D2が、最小連続距離以上となる。
このように、点間ノイズ判定では、判定対象の実計測点MPrが、二点間距離が予め設定される最大点間距離以下であり、かつ、X方向連続距離が予め設定される最小連続距離以上である実計測点群を構成するものである場合、その実計測点MPrは、コイル形状計測点群16を構成するものと判定される。一方、コイル形状計測点群16を構成するものではないと判定された実計測点MPr、つまり上記の二点間距離およびX方向連続距離についての条件を満たさない実計測点MPrは、ノイズとして判定され、形状良否判定に用いられる計測データから除外される。したがって、基準データ18の外側に、二点間距離が最大点間距離以下であり、かつ、X方向連続距離が最小連続距離以上である実計測点群を構成する実計測点が存在しない場合、すべての外側実計測点は、ノイズとして判定され、形状良否判定に用いられる計測データから除外されることとなる。
点間ノイズ判定において二点間距離の対比の対象(規定値)となる最大点間距離は、例えば、コイルエンド10bを形成するコイルの径の大きさ(太さ)や、二次元画像13において一定となるX軸方向の実計測点間の距離等に基づき、予め行われる実験による実験データ等が用いられることによって予め設定される。
また、点間ノイズ判定においてX軸方向連続距離の対比の対象(規定値)となる最小連続距離は、最大点間距離と同様に、コイルエンド10bを形成するコイルの径の大きさ等に基づいて予め設定される。最小連続距離としては、例えば、コイルエンド10bを形成するコイルの径に対応する長さや、コイルの径の8割程度に対応する長さ等として設定される。
また、点間ノイズ判定に用いられる最大点間距離および最小連続距離の設定に際しては、実計測点についての計測機器、つまり二次元画像13を取得するためのカメラ3等の計測機器自身が有する計測データについてのばらつきが考慮される。計測機器が有するばらつきは、例えば平面であることが既知である基準平面に形成される光切断線12についてのスリット画像が撮像されることで、予め実験等によりデータとして取得される。
このような点間ノイズ判定が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、点間ノイズ判定部53が備えられる。すなわち、点間ノイズ判定部53は、外側実計測点を判定対象として、判定対象の実計測点MPrが、二点間距離が、予め設定される最大点間距離以下であり、かつ、X軸方向連続距離が、コイルの径に基づいて予め設定される最小連続距離以上である実計測点MPrの集合であるコイル形状計測点群16を構成するものであるか否かの判定である点間ノイズ判定を行う。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、点間ノイズ判定部53としての機能を果たす。ここで、点間ノイズ判定に用いられる最大点間距離および最小連続距離は、演算制御部5における格納部等に予め設定され記憶される。
そして、良否判定部52は、点間ノイズ判定部53により行われた点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16を構成するものではないと判定された実計測点MPrを、形状良否判定における基準データ18に対する比較対象から除外する。すなわち、良否判定部52は、点間ノイズ判定部53による判定結果に基づき、コイル形状計測点群16を構成するものではないと判定された外側実計測点を、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除去する。したがって、外側実計測点によって構成されるコイル形状計測点群16が存在しない場合、全ての外側実計測点がノイズとして除去され、外側実計測点が存在しないこととなるので、形状良否判定によってその検査対象のステータコイル10は良品と判定されることとなる。
以上のように、点間ノイズ判定は、外側実計測点によって形成される点群の形状が、コイルの断面形状に近似するものであるか否かの判定となる。そして、実計測点群の形状がコイルの断面形状に近似しない場合は、それらの実計測点は点間ノイズ判定によってノイズとして除去される。一方、実計測点群の形状がコイルの断面形状に近似する場合、つまり点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16を構成すると判定された実計測点MPrが存在する場合は、そのコイル形状計測点群16が、コイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲の外側(基準データ18の外側)にはぐれ線10cが存在することの判定に用いられる。
このように、点間ノイズ判定は、二次元画像13において外側実計測点によって形成される断面形状で、コイル単線の断面形状か否かの判定を行うものである。そして、点間ノイズ判定によれば、形状不良となるコイルとしてのはぐれ線10cの有無が検査される場合において、コイルの径と計測機器のばらつきが予め把握されることにより、基準データ18の外側にて発生するコイルの有無を容易に判定することが可能となる。実計測点について発生するノイズのうちの大部分は、それらによって形成される断面形状がコイル単線の断面形状に該当しないため、このような点間ノイズ判定により、外側実計測点についてのノイズを効率的に除去することが可能となる。
ところで、前述のようにして行われる点間ノイズ判定では、判定対象となる外側実計測点が、コイル形状計測点群16と構成するものとして認識されるためには、相当程度の数の外側実計測点が存在することが必要とされる。つまり、点間ノイズ判定において十分な判定精度が得られるための条件として、コイル形状計測点群16と認識されるのに十分な数の実計測点が、基準データ18の外側に存在することが挙げられる。
しかし、はぐれ線10cが存在する位置やはぐれ線10cの形状等によっては、コイル形状計測点群16を構成する実計測点のうちの一部のみが外側実計測点として存在し、残りの実計測点が基準データ18の内側に存在する場合がある。このような場合、その外側実計測点として存在するコイル形状計測点群16を構成する一部の実計測点のみが、点間ノイズ判定の判定対象となる。
したがって、この場合においては、そのコイル形状計測点群16を構成する外側実計測点の数が不十分であるとき、外側実計測点がコイル形状計測点群16を構成するものであるにもかかわらず、点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16を構成するものでないとの判定が得られることとなる。結果として、他にコイル形状計測点群16を構成する外側実計測点が存在しない場合、点間ノイズ判定により、実際は不良品としてのステータコイル10が良品として判定されるという誤判定が生じるおそれがある。
具体的には、図11に示すように、一部の実計測点MPrが基準データ18の外側(図11における上側)に位置するコイル形状計測点群16aが存在するとする。つまり、コイル形状計測点群16aにおいては、それを構成する一部の実計測点MPr4、MPr5、MPr6が、外側実計測点として存在することとする。また、コイル形状計測点群16aについて外側実計測点として存在する実計測点(MPr4、MPr5、MPr6)の数は、点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16aが認識されるのに不十分であるとする。
このようなコイル形状計測点群16aが存在する場合、点間ノイズ判定の判定対象となるのは、コイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPrのうち、前述のように不十分な数の実計測点MPr4、MPr5、MPr6のみとなる。したがって、この場合、基準データ18よりも外側に位置する実計測点MPr4、MPr5、MPr6を判定対象とする点間ノイズ判定では、これらの実計測点MPr4、MPr5、MPr6は、コイル形状計測点群16aを構成するものとは判定されず、ノイズとして除去されることとなる。つまりこの場合、基準データ18の外側に位置する実計測点MPr4、MPr5、MPr6は、コイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPrであるにもかかわらず、コイル形状計測点群16aを構成するものでないとする判定である誤判定がなされることにより、ノイズとして除去される。
このように、コイル形状計測点群16aを構成する実計測点のうちの一部(実計測点MPr4、MPr5、MPr6)のみが外側実計測点として存在する場合、外側実計測点についての前記のような誤判定が生じ、不良品であるステータコイル10が良品として判定されるおそれがある。
すなわち、コイル形状計測点群16aが存在し、その一部の実計測点MPrが基準データ18よりも外側に存在するということは、ステータコイル10においてはぐれ線10cが存在し、その一部がコイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲を超えた部分に存在するということになる。このような場合、実際にはそのステータコイル10は不良品となる。しかし、点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPr4、MPr5、MPr6がノイズとして(コイル形状計測点群16aを構成するものでないとして)判定されることから、基準データ18の外側に他のコイル形状計測点群16が存在しない場合、基準データ18の外側には実計測点MPrは存在しないこと(全てノイズ)とされ、形状良否判定によりそのステータコイル10が良品とされてしまう。
そこで、点間ノイズ判定においては、二次元画像13において基準データが内側にオフセットされる補正であるオフセット補正が行われることが好ましい。オフセット補正について、図11に示すコイル形状計測点群16aを用いて説明する。
図11に示すように、オフセット補正では、基準データ18が、基準データ18の外側に対する内側方向(図11における下側方向)に、予め設定される所定のオフセット距離ΔPだけオフセットさせられる(矢印D参照)。ここで、オフセット距離ΔPは、コイルエンド10bを形成するコイルの径に基づいて予め設定される。オフセット距離ΔPとしては、例えば二次元画像13においてコイルの径に対応する距離や、コイルの径の8割程度に対応する距離等として設定される。
また、基準データ18がオフセットさせられる方向である、基準データ18についての内側方向とは、二次元画像13においてコイルエンド部32の部分に対応する領域側に向かう方向となる。したがって、基準データ18がオフセットさせられたものであるオフセット基準データ18aは、例えば、二次元画像13において基準データ18によって描かれる基準ワーク30(コイルエンド部32)の外形形状に対し、基準データ18の内側において相似的に縮小された形状を描くような態様となる。
このように基準データ18がオフセットさせられた状態で、点間ノイズ判定が行われる。つまり、オフセット基準データ18aよりも外側に位置する実計測点MPrを判定対象とする点間ノイズ判定が行われる。このように、基準データ18がオフセットさせられた状態で点間ノイズ判定が行われることにより、点間ノイズ判定の判定対象となるための条件が基準データ18よりも外側に位置するということからオフセット基準データ18aよりも外側に位置するということになり、判定対象となる実計測点MPrの数が増加する。これにより、点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16aが構成されると認識されるに十分な数の実計測点MPrが確保される。
一方で、例えば図11に示すように、基準データ18に対しては内側に存在するがオフセット基準データ18aに対しては外側に位置する実計測点MPrを有するコイル形状計測点群16である内側コイル形状計測点群16bが存在する場合がある。つまり、内側コイル形状計測点群16bは、元々基準データ18の内側に存在していたが、基準データ18がオフセットさせられることで、少なくとも一部がオフセット基準データ18aの外側に位置することとなるコイル形状計測点群16である。言い換えると、内側コイル形状計測点群16bは、基準データ18がオフセットさせられることによって点間ノイズ判定の判定対象となる実計測点MPrを有することとなるコイル形状計測点群16である。
そして、内側コイル形状計測点群16bが、オフセット基準データ18aよりも外側に位置する実計測点MPrとして、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16が構成されると認識されるに十分な数の実計測点MPrを有する場合がある。かかる場合、その点間ノイズ判定によって、内側コイル形状計測点群16bを構成する実計測点MPrが、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrとして判定されてしまう。つまり、内側コイル形状計測点群16bを構成する実計測点MPrには、基準データ18を基準とする点間ノイズ判定では判定対象とならないが、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定では判定対象となるものが存在し、その判定対象となる実計測点MPrが、コイル形状計測点群16を構成するものとして判定されることとなる。
このような本来基準データ18の内側に存在する実計測点MPrが、基準データ18がオフセットさせられることによって、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrとして判定されることは、内外判定によっては良品と判定されるステータコイル10が不良品として判定されるという誤判定につながる。こうした誤判定は、内外判定では内側に位置すると判定され、本来許容される内側コイル形状計測点群16bの存在を認識するものであり、検査精度を確保する観点から好ましくない。そこで、オフセット補正では、このような誤判定の回避のため、次のような処理が行われる。
すなわち、オフセット補正では、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定において、コイル形状計測点群16を構成するものであると判定された実計測点MPrのうち、オフセット基準データ18aに対する外側方向(図11において上側方向)の距離がオフセット距離ΔPよりも長くなるコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrは、形状良否判定における基準データ18に対する比較対象から除外されない。つまり、かかる実計測点MPrは、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除去されない。
具体的には、図11に示すように、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定において、実計測点MPrによって構成されるコイル形状計測点群16として、基準データ18に対して一部の実計測点MPr(MPr4、MPr5、MPr6)が外側に位置するコイル形状計測点群16aと、基準データ18よりも内側に位置する内側コイル形状計測点群16bとが存在するとする。
このような場合において、各コイル形状計測点群16a、16bについて、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのオフセット基準データ18aに対する外側方向(図11において上側方向)の距離が算出される。そして、各実計測点MPrのオフセット基準データ18aに対する外側方向の距離のうち最も長い距離(最長距離)が算出される。すなわち、図11に示すように、コイル形状計測点群16aについては、オフセット基準データ18aに対して外側方向に最も遠くに位置する実計測点MPr5のオフセット基準データ18aに対する距離(最長距離)D3が算出される。また、内側コイル形状計測点群16bについては、オフセット基準データ18aに対して外側方向に最も遠くに位置する実計測点MPr7のオフセット基準データ18aに対する距離(最長距離)D4が算出される。
算出された各コイル形状計測点群16a、16bについてのオフセット基準データ18aに対する最長距離D3、D4は、オフセット距離ΔPと比較される。そして、オフセット基準データ18aに対する最長距離がオフセット距離ΔPよりも長いコイル形状計測点群16のみが、点間ノイズ判定において実計測点MPrによって構成されるコイル形状計測点群16として認識される。すなわち、図11に示す場合においては、オフセット基準データ18aに対する最長距離D3がオフセット距離ΔPよりも長いコイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPrが、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrとして判定される。つまり、コイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPrは、点間ノイズ判定によって、形状良否判定においてノイズとして除去されない。
一方で、オフセット基準データ18aに対する最長距離がオフセット距離ΔPよりも長くないコイル形状計測点群16は、点間ノイズ判定において実計測点MPrによって構成されるコイル形状計測点群16として認識されない。すなわち、図11に示す場合においては、オフセット基準データ18aに対する最長距離D4がオフセット距離ΔPよりも長くない内側コイル形状計測点群16bを構成する実計測点MPrは、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrとして判定されない。
以上のように、オフセット補正では、オフセット基準データ18aよりも外側に位置する実計測点MPrを判定対象として行われる点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16を構成するものと判定された実計測点MPrのうち、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのオフセット基準データ18aに対する最長距離が、オフセット距離ΔPよりも長いコイル形状計測点群16(16a)を構成する実計測点MPrが、形状良否判定における基準データ18に対する比較対象から除外されないという処理が行われる。
このように、オフセット補正において、コイル形状計測点群16についてのオフセット基準データ18aに対する最長距離がオフセット距離ΔPよりも長いという条件が用いられることは、(最長距離)−(オフセット距離)=(コイル形状計測点群16の基準データ18からの突出量(突出距離))の関係が成り立つことに基づく。かかる関係は、図11に示すコイル形状計測点群16aについては、(最長距離D3)−(オフセット距離ΔP)=(突出量D5)となる。
つまり、コイル形状計測点群16について、基準データ18からの突出部分が存在するということは、その突出部分を構成する実計測点MPr(基準データ18の外側に位置する実計測点MPr4、MPr5、MPr6)は、内外判定において基準データ18よりも外側に位置すると判定される実計測点MPrであり、基準データ18を基準とする点間ノイズ判定においても判定対象となる実計測点MPrである。このため、コイル形状計測点群16について基準データ18からの突出部分を構成する実計測点MPrは、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定において、コイル形状計測点群16を構成するものとして認識される必要がある。
一方、基準データ18からの突出部分が存在しないコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPr(基準データ18の内側に位置する実計測点MPr)は、内外判定において基準データ18よりも外側に位置しないと判定される実計測点MPrであり、基準データ18を基準とする点間ノイズ判定においても判定対象とならない実計測点MPrである。このため、基準データ18からの突出部分が存在しないコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrは、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定において、コイル形状計測点群16を構成するものとして認識される必要はない。
このようなオフセット補正が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、オフセット補正部54が備えられる。すなわち、オフセット補正部54は、基準データ18を内側方向にオフセット距離ΔPだけオフセットさせる。そして、オフセット補正部54は、オフセット基準データ18aよりも外側に位置する実計測点MPrを判定対象として点間ノイズ判定部53により行われる点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16(16a、16b)を構成するものと判定された実計測点MPrのうち、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのオフセット基準データ18aに対する最長距離が、オフセット距離ΔPよりも長いコイル形状計測点群16aを構成する実計測点MPrを、形状良否判定における比較対象から除外しない補正であるオフセット補正を行う。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、オフセット補正部54としての機能を果たす。ここで、オフセット補正に用いられるオフセット距離ΔPは、演算制御部5における格納部等に予め設定され記憶される。
このように、点間ノイズ判定においてオフセット補正が行われることにより、点間ノイズ判定において、基準データ18からわずかに突出するコイル形状計測点群16(図11、コイル形状計測点群16a参照)が存在する場合であっても、そのわずかに突出するコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrが、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrとして確実に捉えられる。つまり、二次元画像13において基準データ18からわずかに突出するコイル形状計測点群16は、ステータコイル10においてコイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲をわずかに超えるはぐれ線10cについての計測データである。このことから、基準データ18からわずかに突出するコイル形状計測点群16が、オフセット補正によって捉えられ、点間ノイズ判定において、ノイズとして除去されることなく、そのステータコイル10が不良品であることの判定に用いられる。
その一方で、基準データ18に対してわずかに内側に位置するコイル形状計測点群16(図11、内側コイル形状計測点群16b参照)が存在する場合であっても、オフセット基準データ18aを基準とする点間ノイズ判定において、そのわずかに内側に位置するコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrが、基準データ18からわずかに突出するコイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrと同様に捉えられることが回避される。
以上のようなオフセット補正によれば、コイル形状計測点群16の基準データ18からの突出量が、オフセット基準データ18aに対する最長距離からオフセット距離ΔPを引いた値として求められるため、ステータコイル10についての不良品の定量化が可能となる。また、基準データ18がオフセットさせられるオフセット補正においては、基準データ18に対してわずかに内側に位置するコイル形状計測点群16の検出が可能となるため、ステータコイル10について、良品として許容される最大外形形状(限界形状)に近い良品を検出することが可能となる。このため、不良品発生前に、コイルエンド10bを圧縮成形する成形設備等による前工程にて、予め対策を打つことが可能となる。
次に、面間ノイズ判定について説明する。面間ノイズ判定は、点間ノイズ判定によってコイル形状計測点群16を構成すると判定された実計測点MPr、つまりノイズとして除去されなかった実計測点MPrによって構成されるコイル形状計測点群16を判定対象として行われるノイズ判定である。そして、面間ノイズ判定は、点間ノイズ判定が行われたスリット光11の走査位置の次の走査位置において取得される計測データとして、コイル形状計測点群16に対応する実計測点群が存在するか否かの判定である。ここで、コイル形状計測点群16に対応する実計測点群とは、コイル形状計測点群16に対して、はぐれ線10cの形状に対応して所定の連続性を有する実計測点群(コイル形状計測点群16)となる。
すなわち、例えば図8に示すように、スリット光11の走査位置の連続的な変化における隣り合う走査位置で、スリット光11が照射される位置(光切断線12が形成される位置)に、はぐれ線10cの部分が含まれる場合がある。つまり、図8に示すように、スリット光11についての所定の走査位置においてステータコイル10の表面に形成される光切断線12と、前記所定の走査位置に対する次の走査位置に対応する光切断線12である次断面光切断線12aとのいずれもが、はぐれ線10cの部分を含む部分に形成される場合がある。
このような場合、例えば図12に示すように、所定の走査位置における光切断線12に対応する二次元画像13と、次断面光切断線12aに対応する二次元画像13である次断面二次元画像13aとのそれぞれにおいて、コイル形状計測点群16が存在することとなる。つまり、各二次元画像13に存在するコイル形状計測点群16は、共通のはぐれ線10cについての計測データである。このような隣り合う各走査位置についての二次元画像13に存在するコイル形状計測点群16同士は、二次元画像13においてスリット光11の走査位置の間隔やコイルの径等に基づく所定の範囲内に納まる位置関係を有すると考えられる。
そこで、面間ノイズ判定では、所定の走査位置についての二次元画像13で行われた点間ノイズ判定によって認識されたコイル形状計測点群16が、次断面二次元画像13aにおいて、共通のはぐれ線10cについての計測データとして存在するか否かが、各二次元画像13に存在するコイル形状計測点群16同士の二次元画像13における位置のずれ量が所定の許容範囲内であるか否かによって判定される。
すなわち、前述した点間ノイズ判定は、ステータコイル10の一断面での計測データに基づいて行われるコイル形状についての判定であるのに対し、面間ノイズ判定は、ステータコイル10の隣り合う断面間での計測データの関係性(連続性)に基づいて行われるコイル形状についての判定である。
そして、点間ノイズ判定によってコイル形状計測点群16を構成すると判定された実計測点MPrであっても、その実計測点MPrによって構成されるコイル形状計測点群16が次の断面に対応する次断面二次元画像13aにおいて対応するコイル形状計測点群16を有しない場合、それらの実計測点MPrはノイズとして除去される。つまりこの場合、隣り合う断面間で計測データの連続性がないとして、点間ノイズ判定によってコイル形状計測点群16を構成すると判定された実計測点MPrが、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除外される。かかる処理が、面間ノイズ判定によるノイズ除去となる。
すなわち、面間ノイズ判定は、点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16を構成するものであると判定された実計測点MPrが存在する場合、コイル形状計測点群16が存在する二次元画像13が取得されたスリット光11の走査位置の次の走査位置にて取得された二次元画像13(次断面二次元画像13a)に、コイル形状計測点群16に対して、所定の対応関係を有するコイル形状計測点群16である次断面コイル形状計測点群16cが存在するか否かの判定である。
そして、面間ノイズ判定において用いられる前記所定の対応関係は、コイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16cそれぞれについて、各計測点群を構成する実計測点MPrの中心的な座標位置として算出される中心座標点(図12、符号CP1、CP2参照)の、二次元画像13における相対的な距離についての関係(以下「断面間対応関係」という。)である。
具体的には、図12に示すように、断面間対応関係は、コイル形状計測点群16について算出される中心座標点(以下「第一中心座標点」という。)CP1と、次断面コイル形状計測点群16cについて算出される中心座標点(以下「第二中心座標点」という。)CP2との二次元画像13における相対的な距離についての関係である。そして、この両中心座標点CP1、CP2間の相対的な距離の関係として、二次元画像13における第一の座標軸方向であるZ軸方向の距離ΔZが、予め設定される許容範囲(第一の許容範囲)内であること、および、二次元画像13におけるZ軸方向に直交する第二の座標方向であるX軸方向の距離ΔXが、予め設定される許容範囲(第二の許容範囲)内であることが用いられる。つまり、面間ノイズ判定においては、断面間対応関係として、第一中心座標点CP1と第二中心座標点CP2との間の相対的な距離について、距離ΔZが第一の許容範囲内であり、かつ、距離Xが第二の許容範囲内であることが用いられる。
ここで、両中心座標点CP1、CP2間の相対的な距離についての関係を規定する距離ΔZおよび距離ΔXは、二次元画像13における距離である。このため、図12に示すように、両中心座標点CP1、CP2間の距離ΔZおよび距離ΔXは、例えば、次断面二次元画像13aにおいて、第一中心座標点CP1に対応する点(符号CP1a参照)と、第二中心座標点CP2との関係における距離ΔZおよび距離ΔXとして算出される。
断面間対応関係を規定する距離ΔZについての第一の許容範囲は、スリット光11の走査位置の変化方向であって二次元画像13の座標平面に対して近似的に直交する座標軸方向であるY軸方向についての走査位置の間隔である断面間隔ΔYに基づいて予め設定される。また、同じく断面間対応関係を規定する距離ΔXについての第二の許容範囲は、断面間隔ΔYおよびコイルの径に基づいて予め設定される。
面間ノイズ判定について、二次元画像13に存在するコイル形状計測点群16に対して断面間対応関係を有する次断面コイル形状計測点群16cが存在する場合を想定して具体的に説明する。かかる場合、コイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16cは、共通のはぐれ線10cについての計測データとなる。したがって、この場合、両中心座標点CP1、CP2間の相対的な距離についての関係において、距離ΔZは第一の許容範囲内となり、距離ΔXは第二の許容範囲内となる。
面間ノイズ判定において、コイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16cそれぞれについての中心座標点(第一中心座標点CP1および第二中心座標点CP2)は、各計測点群を構成する実計測点MPrの二次元画像13における中心的な座標位置として算出される。ここで、各計測点群を構成する実計測点MPrの中心的な座標位置としては、例えば次のような座標位置が採用される。
すなわち、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrについて、X軸方向およびZ軸方向それぞれについての最大値と最小値との間の中間の値に対応する座標位置が採用される。つまりこの場合、図12においては、X軸方向については、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのうち左右両端に位置する実計測点MPrについてのX座標の値の中間の値が採用される。また、Z方向については、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrのうち上下両端に位置する実計測点MPrについてのZ座標の値の中間の値が採用される。なお、コイル形状計測点群16についての中心座標点の算出方法は、特に限定されるものではなく、例えば、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrの座標の値の平均値等が採用されてもよい。
また、面間ノイズ判定において、第一の許容範囲および第二の許容範囲の設定に際して用いられる断面間隔ΔYの方向であるY軸方向は、前記のとおりスリット光11の走査位置の変化方向であって二次元画像13の座標平面に対して近似的に直交する座標軸方向である。すなわち、前述したように、全体として略円環形状を有するステータコイル10に対するスリット光11の走査方向は、ステータコイル10の円周方向である。また、スリット光11の走査位置の間隔は、ステータコイル10の円周方向の長さに対して極めて短い。これらのことから、断面間隔ΔYの方向が、X軸およびZ軸によって規定される座標平面としての二次元画像13に対して直交するY軸方向として近似される。
したがって、コイル形状計測点群16と次断面コイル形状計測点群16aとの関係は、二次元画像13において設定されるX軸およびZ軸、ならびにこのX−Z平面に対して直交するY軸が用いられてモデル化される三次元座標空間において把握される。そして、前述したようにコイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16aは、共通のはぐれ線10cについての計測データであることから、この三次元座標空間においては、はぐれ線10cについての計測データとしての実計測点群が存在することとなる。
続いて、面間ノイズ判定に用いられる断面間対応関係を規定する距離ΔZについての許容範囲である第一の許容範囲について、図13および図14を用いて説明する。
図13は、前述した三次元座標空間についてのY−Z平面を示している。図13に示すように、前記のとおり三次元座標空間においてはぐれ線10cについての計測データとして存在する実計測点群として、はぐれ線データ40cの存在を仮定する。つまりはぐれ線データ40cは、各走査位置についての二次元画像13(X−Z平面)において存在するコイル形状計測点群16がY軸方向に連続したものとしての実計測点群といえる。ここでは説明の便宜上、はぐれ線データ40cは直線状、つまりはぐれ線10cは直線状であるとする。そして、Y−Z平面において、直線状のはぐれ線データ40cについて、その直線方向とY軸方向とのなす角度をθ1とする。
図13に示すように、Y−Z平面において、第一中心座標点CP1の第二中心座標点CP2に対する移動方向、つまり第一中心座標点CP1から第二中心座標点CP2に向かうベクトルVzの方向は、Y−Z平面におけるはぐれ線データ40cの直線方向に略一致する。このため、第一中心座標点CP1と第二中心座標点CP2との間のZ軸方向の距離ΔZは、断面間隔ΔYとの関係において、次式(1)により表される。
ΔZ=ΔY・tanθ1 ・・・(1)
そして、距離ΔZについての第一の許容範囲は、角度θ1についての角度範囲として規定される。このように第一の許容範囲を規定する角度θ1についての角度範囲としては、本実施形態の形状検査装置1が備える光切断スキャナ7によるレーザ光の照射方向(光軸の方向)のY軸方向に対する角度範囲について、連続性を有する計測データの取得が可能な角度範囲が用いられる。これは、ノイズが発生する傾向として、取得される実計測点が不連続であること、および対象物体に対するレーザ光の照射方向からは計測データの取得が不可能となる範囲で連続性を有すること等が、実験等によって判明していることに基づく。
具体的には、図14に示すように、Y−Z平面に対応する平面視において、光切断スキャナ7のレーザ投光部2から照射されるレーザ光の光軸LAの方向と計測対象面の方向との角度(以下「光軸角度」という。)が用いられる。ここでは、光軸角度として、光軸LAの方向に対して直交する基準直線SL(Y軸方向)の方向に対する計測対象面(符号Sa、Sb参照)の角度が用いられる。また、光軸角度は、光軸LAの基準直線SLに対する交点O1を中心として、0〜180°の範囲となる。つまり、光軸角度は、交点O1を通る計測対象面の基準直線SLに対する角度であって、計測対象面が光軸LAに一致する場合に90°となる角度に対応する。
そして、図14に示すように、光軸角度について、連続性を有する計測データの取得が可能な角度範囲は、例えば、0°からθa(計測対象面Sa参照)となる角度範囲α(0°<α<θa)と、θb(計測対象面Sb参照)から180°となる角度範囲β(θb<α<180°)となる。つまりこの場合、光軸角度が、角度範囲αおよび角度範囲β以外の角度範囲である角度範囲γである状態では、計測点が不連続となったり、光軸LAの方向およびカメラ3に対する反射光の光軸に対して計測対象面が立ち面となることで計測データの取得が不可能となったりする。
そこで、光軸角度についての角度範囲αおよび角度範囲βの範囲内において次断面にて対応する実計測点が存在することが、距離ΔZについての第一の許容範囲として用いられる。つまり、第一中心座標点CP1に対して、光軸角度についての角度範囲αおよび角度範囲βの範囲内に第二中心座標点CP2が存在することが、第一の許容範囲として用いられる。
すなわち、距離ΔZについての第一の許容範囲を規定する角度θ1についての角度範囲は、0°<θ1<θa、およびθb<θ1<180°となる。したがって、これらの角度範囲と、上記式(1)により、第一の許容範囲は、次式(2)、(3)により表される。
ΔY・tan0°<ΔZ<ΔY・tanθa ・・・(2)
ΔY・tanθb<ΔZ<ΔY・tan180° ・・・(3)
ここで、tan0°=0、tan180°=0であることから、上記式(2)および(3)は、それぞれ次式(4)および(5)となる。
0<ΔZ<ΔY・tanθa ・・・(4)
ΔY・tanθb<ΔZ<0 ・・・(5)
したがって、上記式(4)、(5)から、第一の許容範囲として、次式(6)が導かれる。
ΔY・tanθb<ΔZ<ΔY・tanθa ・・・(6)
上記式(6)で表される距離ΔZの範囲が、第一の許容範囲となる。このような第一の許容範囲を規定する角度θa、θb、つまり光軸角度についての角度範囲α、β(以下「規定角度範囲」という。)は、実験等によって求められ予め取得される。
規定角度範囲の取得方法の一例について説明する。規定角度範囲は、形状検査装置1における光切断スキャナ7の対象物体に対する角度範囲として取得される。したがって、規定角度範囲の取得に際しては、光切断スキャナ7からのレーザ光の所定の対象物体に対する相対的な照射角度が変化させられながら、計測データの取得が行われる。
そして、規定角度範囲の取得に際して計測データが取得される所定の対象物体としては、例えばステータコイル10におけるコイルエンド10bと同様の表面反射率に仕上げられた平面部である基準計測面を有するテストピースが用いられる。つまり、光切断スキャナ7からのレーザ光に対する、テストピースが有する基準計測面の角度が変化させられながら、計測データの取得が行われる。なお、ここで用いられるテストピースとしては、前述した基準ワーク30で代用することもできる。
規定角度範囲の取得について、図14に示す場合を例に説明する。図14に示す場合においては、テストピースが有する基準計測面が、計測対象面(符号Sa、Sb参照)に対応する。すなわち、規定角度範囲の取得に際しては、テストピースが有する基準計測面が、光軸角度が0°から180°となる範囲で回転させられるとともに、所定の方向に向けてレーザ光(光軸LA)を照射する光切断スキャナ7が所定の走査方向に移動させられながら、計測データの取得が行われる。そして、このような光軸角度の変化をともなう計測データの取得において、計測データが連続性を有することとなる光軸角度の角度範囲が、規定角度範囲として取得される。
したがって、図14に示す場合においては、計測データが連続性を有することとなる規定角度範囲として、角度範囲α(光軸角度0°〜θa)、および角度範囲β(光軸角度θb〜180°)が取得される。言い換えると、光軸角度が角度範囲αおよび角度範囲βの範囲外である場合(角度範囲γである場合)には、カメラ3によって拡散反射光を連続的に受光することができないこととなる。このため、仮に、光軸角度が角度範囲γである場合に、計測対象面からの反射光が連続的に受光されたときは、その反射光は、計測対象面からの反射光ではなく、多重反射等によるノイズとなる。
ここで、計測データについて「連続性を有する」とは、レーザ光の走査位置の変化にともなって各走査位置にて連続的に取得される計測点が、基準計測面の形状に対応する形状に沿うように取得されることに対応する。したがって、各走査位置にて連続的に取得される計測点が、基準計測面の形状に対応することなく不連続的に取得される場合は、その計測データは連続性を有することとはならない。なお、光軸角度について、連続性を有する計測データが取得されることとなる角度範囲(規定角度範囲)は、基準計測面の反射率や、光切断スキャナ7におけるレーザ投光部2やカメラ3の配置等によって決まることが判明している。
また、連続性を有する計測データとしての計測点の移動ベクトル(隣り合う走査位置にて取得された各計測点についての連続方向に向かうベクトル)は、基準計測面の形状に沿う方向に略一致する。つまり、計測点の移動ベクトルの方向(角度)は、基準計測面の方向(角度)に略一致することとなる。
したがって、第一の許容範囲を規定する規定角度範囲は、隣り合う走査位置にて取得されるコイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16cそれぞれについて同様にして算出される第一中心座標点CP1および第二中心座標点CP2間におけるベクトルVz(図13参照)の方向(Y軸に対する角度)についての許容範囲ということができる。
このように、ΔZについての第一の許容範囲は、断面間隔ΔYに基づき、予め実験等によって求められる規定角度範囲が用いられ、上記式(6)で表される範囲として予め設定される。
次に、面間ノイズ判定に用いられる断面間対応関係を規定する距離ΔXについての許容範囲である第二の許容範囲について、図15および図16を用いて説明する。
図15は、前述した三次元空間についてのX−Y平面を示している。図15に示すように、X−Y平面において、三次元座標空間において存在する直線状のはぐれ線データ40cについて、その直線方向とY軸方向とのなす角度をθ2とする。
図15に示すように、X−Y平面において、第一中心座標点CP1の第二中心座標点CP2に対する移動方向、つまり第一中心座標点CP1から第二中心座標点CP2に向かうベクトルVxの方向は、X−Y平面におけるはぐれ線データ40cの直線方向に略一致する。このため、第一中心座標点CP1と第二中心座標点CP2との間のX軸方向の距離ΔXは、断面間隔ΔYとの関係において、次式(7)により表される。
ΔX=ΔY・tanθ2 ・・・(7)
また、X−Y平面において、cosθ2は、次式(8)により表される。
cosθ2=t・r/Ds ・・・(8)
上記式(8)において、rは、はぐれ線10cのコイル径であり、tは、所定の係数である。同じく式(8)において、Dsは、X軸方向の実計測点の連続距離である断面サイズである。断面サイズDsは、前述したX軸方向連続距離D2(図10参照)に対応する。
図16に示すように、はぐれ線データ40cについては、そのX−Y平面における幅寸法t・r(はぐれ線データ40cの直線方向に対する直交方向の寸法)は、コイル径rに基づく値となる。すなわち、前述したように、はぐれ線データ40cは、はぐれ線10cについての計測データとしての実計測点群である。このため、幅寸法t・rは、はぐれ線10cのコイルとしての径方向について、スリット光11が照射される範囲の部分の寸法となる。したがって、はぐれ線データ40cの幅寸法t・rは、コイル径rの寸法に対して若干小さくなる。つまり、所定の係数tの値としては、幅寸法t・rが、コイル径rの寸法に対して若干小さくなるような値(例えばt=0.8)が採用される。なお、コイル径rに対する所定の係数tは、実験等によって予め求められる。
また、断面サイズDsの方向は、前記のとおりX軸の方向である。このため、図15および図16に示すように、断面サイズDsの方向と幅寸法t・rの方向とのなす角度は、はぐれ線データ40cの直線方向とY軸方向とのなす角度θ2となる。したがって、cosθ2は、上記式(8)により表される。
tanθ2=sinθ2/cosθ2であることから、上記式(7)、(8)により、距離ΔXは、次式(9)により表される。
ΔX=(Ds・ΔY・sinθ2)/t・r ・・・(9)
そして、X−Y平面については、Y軸方向に沿うスリット光11の走査位置の変化方向側(図15における左側)に存在する全ての計測点が計測対象となる。つまり、X−Y平面においては、ベクトルVxのY軸方向に対する角度について、走査位置の変化方向側の全ての角度範囲で、連続性を有する計測データの取得が可能となる。このことから、距離ΔXについての第二の許容範囲を規定する角度θ2として、−90°<θ2<90°が用いられる。
したがって、上記式(9)から、第二の許容範囲として、次式(10)が導かれる。
−(Ds・ΔY)/t・r<ΔX<(Ds・ΔY)/t・r ・・・(10)
上記式(10)で表される距離ΔXの範囲が、第二の許容範囲となる。
このように、ΔXについての第二の許容範囲は、断面間隔ΔYおよびコイル径rに基づき、はぐれ線10のコイルとしての形状特徴が利用され、上記式(10)で表される範囲として予め設定される。
以上のようにして導かれる距離ΔZについての第一の許容範囲、および距離ΔXについての第二の許容範囲が第一中心座標点CP1と第二中心座標点CP2との相対的な距離についての関係において満たされることが、面間ノイズ判定における断面間対応関係として用いられる。
このような面間ノイズ判定が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、面間ノイズ判定部55が備えられる。すなわち、面間ノイズ判定部55は、点間ノイズ判定部53により行われた点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16を構成するものであると判定された実計測点MPrが存在する場合、次断面二次元画像13aに、コイル形状計測点群16に対して、前述した断面間対応関係を有する次断面コイル形状計測点群16aが存在するか否かの判定である面間ノイズ判定を行う。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、面間ノイズ判定部55としての機能を果たす。ここで、面間ノイズ判定に用いられる断面間隔ΔYや規定角度範囲やコイル径rの値等は、演算制御部5における格納部等に予め設定され記憶される。
そして、良否判定部52は、面間ノイズ判定部55により行われた面間ノイズ判定により、次断面コイル形状計測点群16aが存在しないと判定された場合、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrを、形状良否判定における基準データ18に対する比較対象から除外する。すなわち、良否判定部52は、面間ノイズ判定部55による判定結果に基づき、次断面コイル形状計測点群16aが存在しない場合、コイル形状計測点群16を構成する外側実計測点を、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除去する。したがって、外側実計測点によって構成されるコイル形状計測点群16が存在する場合であっても、それに対応する次断面コイル形状計測点群16aが存在しない場合、コイル形状計測点群16を構成する外側実計測点はノイズとして除去され、外側実計測点が存在しないこととなるので、形状良否判定によってその検査対象のステータコイル10は良品と判定されることとなる。
以上のように、面間ノイズ判定は、隣り合う断面間に存在する外側実計測点によって形成される点群の形状が、コイルの形状に近似するものであるか否かの判定となる。そして、実計測点群の形状がコイルの形状に近似しない場合は、それらの実計測点は面間ノイズ判定によってノイズとして除去される。一方、実計測点群の形状がコイルの形状に近似する場合、つまり面間ノイズ判定においてコイル形状計測点群16に対応する次断面コイル形状計測点群16aが存在する場合は、そのコイル形状計測点群16および次断面コイル形状計測点群16aが、コイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲の外側(基準データ18の外側)にはぐれ線10cが存在することの判定に用いられる。
このように、面間ノイズ判定は、隣り合う走査位置についての二次元画像13において外側実計測点によって形成される断面間の形状で、コイル単線の形状か否かの判定を行うものである。そして、面間ノイズ判定によれば、形状不良となるコイルとしてのはぐれ線10cの有無が検査される場合において、コイルの径と計測機器のばらつきが予め把握されることにより、基準データ18の外側にて発生するコイルの有無を容易に判定することが可能となる。面間ノイズ判定は、少なくとも二つの断面において同一のコイル(はぐれ線)を計測することができる場合に適用可能である。
そして、面間ノイズ判定では、コイル形状計測点群16の次断面に存在する計測点群(次断面コイル形状計測点群16a)に対する関係についての判定が、コイル形状計測点群16を構成する実計測点MPrから算出される一つの中心座標点(第一中心座標点CP1、第二中心座標点CP2参照)が用いられて行われる。このため、モータ等の生産ライン内での検査に適した高速度な判定が可能となる。
すなわち、コイル形状計測点群16を構成する全ての実計測点について上述したような判定(断面間対応関係の有無の判定)が行われる場合、多大な処理時間が必要となる。つまりこの場合、例えばコイル形状計測点群16を構成する実計測点としてn個の実計測点が取得されるとすると、各断面でn2回以上の判定が必要となる。この点、本実施形態の面間ノイズ判定によれば、各コイル形状計測点群16について一つ算出される中心座標点同士の関係についての判定であるため、生産ライン内での検査に適した高速度な判定を行うに十分な処理速度を得ることができる。
続いて、領域ノイズ判定について説明する。領域ノイズ判定は、計測データとして取得される実計測点が、前述したような三次元座標空間において所定の領域として形成される空白領域(図17、符号BS参照)内に存在するか否かの判定である。そして、実計測点が、その空白領域内に存在する場合にノイズと判定される。ここで用いられる空白領域は、光切断スキャナ7が有するレーザ投光部2およびカメラ3の位置と、レーザ投光部2から照射されるスリット光11の照射位置つまり光切断線12の位置とから定まる三次元的な領域である。
すなわち、図17に示すように、光切断スキャナ7からステータコイル10に対してスリット光11が照射されている状態においては、スリット光11の基点(符号VP1参照)と、ステータコイル10の表面に形成される光切断線12と、カメラ3によって撮像される反射光の先端点(符号VP2参照)とが結ばれることで、所定の形状(図17では略四面体形状)を有する空白領域BSが形成される。このような空白領域BSが、前述したようなX軸、Y軸、およびZ軸によって定義される三次元座標空間において把握される。
このように、領域ノイズ判定において用いられる空白領域BSは、スリット光11の基点であるスリット光基点VP1の位置、光切断線12の位置、および二次元画像13として撮像される反射光(ステータコイル10にスリット光11を照射することで得られる反射光)の先端点である反射光先端点VP2の位置に基づいて設定される領域として形成される。なお、領域ノイズ判定の説明においては、説明の便宜上、図17に示すように、ステータコイル10がその表面に誇張して図示されるような凹凸を有するものとし、また、光切断線12は直線状に形成される(スリット光11の照射面は平面である)ものとする。また、光切断スキャナ7のステータコイル10に対する移動方向(スリット光11の走査方向)は、所定の直線方向であると近似する。
空白領域BSの基準の位置の一つであるスリット光基点VP1の位置としては、例えば、レーザ投光部2が有するシリンドリカルレンズにおけるスリット光11の照射方向の先端位置が用いられる。同じく空白領域BSの基準の位置の一つである反射光先端点VP2の位置としては、カメラ3が有する受光レンズにおける反射光の焦点の位置が用いられる。
また、空白領域BSは、スリット光11の走査位置の変化による光切断線12の位置の変化にともなって累積される。すなわち、空白領域BSは、光切断スキャナ7とステータコイル10との関係において、スリット光11の各走査位置にて形成される。そこで、スリット光11の各走査位置にて形成される空白領域BSが、スリット光11を照射しながら移動する光切断スキャナ7のステータコイル10に対する相対的な位置の変化にともない、各走査位置にて形成される空白領域BSが、ステータコイル10についての空白領域BSとして随時積算される。つまり、空白領域BSは、スリット光11のステータコイル10に対する走査位置が変化することにともなって随時拡大することとなる。
そこで、領域ノイズ判定では、このような空白領域BSが用いられることにより、判定対象となる外側実計測点がノイズであるか否かが、空白領域BSに含まれるか否かによって判定される。つまり、領域ノイズ判定は、前述したように設定される空白領域BSでは、ステータコイル10の表面から遊離した位置に物体が存在しない限り、実計測点が取得されることはないという原理を利用したものである。
そして、取得された実計測点が、空白領域BS内に存在する場合は、その実計測点は、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除外される。かかる処理が、領域ノイズ判定によるノイズ除去となる。
すなわち、領域ノイズ判定は、スリット光基点VP1の位置、光切断線12の位置、および、反射光先端点VP2の位置に基づいて設定される領域であって、スリット光11の走査位置の変化による光切断線12の位置の変化にともなって累積される空白領域BSを用いて、実計測点(外側実計測点)が、空白領域BSに含まれるか否かの判定である。
領域ノイズ判定について、図18〜図20を用いて具体的に説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図18〜図20に示すように、前記のとおり直線状であるとされる光切断線12に対する垂直方向視(スリット光11が直線状となる方向視)を用いて説明する。したがって、図18〜図20においては、空白領域BSの基準の位置の一つである光切断線12の位置が点(例えば照射線VLa参照)として表される。
領域ノイズ判定では、まず、図18(a)に示すように、スリット光11の走査位置、つまり光切断スキャナ7のステータコイル10に対する相対的な位置について、所定の基準位置としての位置Paが用いられ、計測データの取得が行われる。つまり、光切断スキャナ7が位置Paにある状態で、レーザ投光部2からスリット光11が照射されることでステータコイル10の表面に形成される光切断線12がカメラ3によって撮像され、二次元画像13が取得される。ここで、光切断スキャナ7の位置Paとしては、例えばステータコイル10に照射されるスリット光11の多重反射が発生しない走査位置が予め求められることで選択される。
図18(a)に示すように、光切断スキャナ7が位置Paにある状態においては、領域ノイズ判定に用いられる空白領域として、空白領域BSaが形成される。つまり、空白領域BSaは、光切断スキャナ7が位置Paにある状態で、レーザ投光部2におけるスリット光基点VP1と、レーザ投光部2からのスリット光11のステータコイル10に対する照射線VLa(光切断線12)と、カメラ3における反射光先端点VP2とが用いられて定義される空間領域となる。
領域ノイズ判定で用いられる空白領域BSは、前記のとおりスリット光11の走査位置の変化にともなって累積される。以下では、随時累積された空白領域を積算空白領域BStとする。また、ここでは、位置Paについての空白領域BSaが、積算空白領域BStについての初期値として設定されるとする。
例えば図18(b)に示すように、光切断スキャナ7が位置Paに対する次の走査位置に対応する位置Pbにある状態で形成される空白領域BSbは、光切断スキャナ7が位置Pbにある状態での、スリット光基点VP1と、照射線VLb(光切断線12)と、反射光先端点VP2とが用いられて定義される空間領域となる。そして、この位置Pbについての空白領域BSbが、位置Paについての空白領域BSaに対して加算される。つまり、光切断スキャナ7が位置Pbにある状態での積算空白領域BStは、位置Paについての空白領域BSaと位置Pbについての空白領域BSbとの和となる。
このようにして、領域ノイズ判定に用いられる空白領域は、スリット光11の走査位置の変化にともなって積算空白領域BStとして随時累積されていく。このように空白領域として積算空白領域BStが用いられることにより、計測が進行するにしたがって空白領域が随時拡大することとなるので、計測が進行するにしたがって領域ノイズ判定による判定精度が高まっていくこととなる。
このような空白領域が用いられる領域ノイズ判定によるノイズ判定の一例について、図19を用いて説明する。本例は、ステータコイル10に対してレーザ光が照射されることによる光の多重反射が発生することで、空白領域内にレーザ光の偽の照射位置が存在する場合についてのものである。
図19に示すように、本例に係る領域ノイズ判定は、光切断スキャナ7が位置Pb(図18(b)参照)に対する次の走査位置に対応する位置Pcにある状態において行われるノイズ判定となる。光切断スキャナ7が位置Pcにある状態では、カメラ3によって撮像される光に、偽照射位置VLfからの光が含まれる。偽照射位置VLfは、レーザ投光部2からのスリット光11と、レーザ投光部2から照射されるスリット光11がステータコイル10に対する照射線VLcを含む部分に対して多重反射することで生じる反射光との交点上に出現する。
このようにスリット光11の多重反射によって生じる偽照射位置VLfは、ステータコイル10の表面から遊離した位置に存在し、光切断スキャナ7が位置Pcに達するまでの積算空白領域BSt(=BSa+BSb)内に存在する。したがって、この場合、領域ノイズ判定によって、偽照射位置VLfに対応する実計測点は、空白領域に含まれるとして判定される。つまり、偽照射位置VLfに対応する実計測点は、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除外されることとなる。
また、領域ノイズ判定に用いられる空白領域の積算に際しては、次のような処理が行われる。すなわち、空白領域の積算に際し、空白領域内に存在する照射位置(偽照射位置)に基づいて形成される空白領域は、積算空白領域BStとして積算されないという処理である。
具体的には、例えば図19に示す場合と同様に多重反射が生じた場合を用いて説明すると、図20に示すように、光切断スキャナ7が位置Pcにある状態で生じる偽照射位置VLfが用いられることによっても、空白領域BScが定義され得る。つまり、光切断スキャナ7が位置Pcにある状態で形成される空白領域BScは、光切断スキャナ7が位置Pcにある状態での、スリット光基点VP1と、偽照射位置VLfと、反射光先端点VP2とが用いられて定義される空間領域となる。
そこで、このような積算空白領域BSt(=BSa+BSb)内に存在しノイズと判定されることとなる偽照射位置VLfに基づいて形成される空白領域BScが、積算空白領域BStに対して積算される空白領域から除かれる。したがってこの場合、光切断スキャナ7が位置Pcに対する次の走査位置に対応する位置に移動する時点での積算空白領域BStは、空白領域BScが含まれることなく、位置Paについての空白領域BSaと位置Pbについての空白領域BSbとの和となる。
このように、空白領域の積算に際して、空白領域内に存在する照射位置(偽照射位置)に基づいて形成される空白領域が除外されるという処理が行われることにより、領域ノイズ判定において用いられる空白領域(積算空白領域BSt)が、正常な実計測点(例えば照射線VLaに対応する実計測点)に基づくものとなる。これにより、領域ノイズ判定において判定精度の向上が図られる。
このような領域ノイズ判定が行われるに際し、本実施形態の形状検査装置1においては、図1に示すように、演算制御部5において、領域ノイズ判定部56が備えられる。すなわち、領域ノイズ判定部56は、外側実計測点を判定対象として、スリット光基点VP1の位置、光切断線12(例えば照射線VLa)の位置、および反射光先端点VP2の位置に基づいて設定され、スリット光11の走査位置の変化による光切断線12の位置の変化にともなって累積される空白領域BS(積算空白領域BSt)を用いて、実計測点が、空白領域BSに含まれるか否かの判定である領域ノイズ判定を行う。実体的には、演算制御部5が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、領域ノイズ判定部56としての機能を果たす。ここで、領域ノイズ判定において、空白領域の定義に用いられるスリット光基点VP1と反射光先端点VP2との三次元座標空間における位置関係等は、演算制御部5における格納部等に予め設定され記憶される。
そして、良否判定部52は、領域ノイズ判定部56により行われた領域ノイズ判定により、空白領域BSに含まれると判定された実計測点MPrを、形状良否判定における基準データ18に対する比較対象から除外する。すなわち、良否判定部52は、領域ノイズ判定部56による判定結果に基づき、空白領域BSに含まれると判定された外側実計測点を、形状良否判定に用いられる計測データからノイズとして除去する。したがって、全ての外側実計測点が空白領域BSに含まれる場合、全ての外側実計測点がノイズとして除去され、外側実計測点が存在しないこととなる。この場合、形状良否判定によってその検査対象のステータコイル10は良品と判定されることとなる。
本実施形態に係る形状検査方法の一例について、図21に示すフロー図を用いて説明する。なお、本例に係る形状検査方法に際しては、その準備段階として、基準ワーク30(図4参照)が用いられることによる基準データとしてのポリライン15b(図6参照)の作成が行われる。また、本例に係る形状検査方法は、ノイズ判定として、点間ノイズ判定および面間ノイズ判定が行われる場合についてのものである。
本例に係る形状検査方法においては、まず、検査対象物としてのステータコイル10が有するコイルエンド10bの計測が開始される(S110)。すなわち、光切断スキャナ7が備えるレーザ投光部2からのスリット光11が所定の走査位置にて照射されることでコイルエンド10bの表面に形成される光切断線12が、カメラ3によって撮像される。これにより、コイルエンド10bの断面形状についての二次元画像13、つまり計測データの取得が行われる。
次に、取得された計測データについて、基準データの外側に位置する実計測点があるか否かの判定が行われる(S120)。すなわち、基準データが用いられて、ステータコイル10について取得された計測データとの比較により、形状良否判定としての内外判定が行われる。
基準データによる内外判定が、ステータコイル10に対するスリット光11の走査位置が指定の最終位置に達するまで行われる(S130)。すなわち、基準データによる内外判定が、ステータコイル10に対して予め設定される全ての断面、つまりスリット光11の全ての走査位置において取得される計測データについて行われる。
そして、内外判定により、基準データの外側に位置する実計測点が存在しないと判定された場合、つまり全ての実計測点が、基準データの外側に位置しない(内側に位置する)と判定された場合、そのステータコイル10は良品と判定され(S140)、形状良否判定としての処理は終了する。
一方、上記ステップS120における内外判定により、基準データの外側に位置する実計測点が存在すると判定された場合、その基準データの外側に位置する実計測点(外側実計測点)について、ノイズ判定が行われる(S150〜S190)。
ノイズ判定としては、まず、コイルエンド10bの断面形状(外側実計測点によって形成される点群の形状)が、はぐれ線10cとしてのコイルの断面形状に近似するか否かの判定である点間ノイズ判定が行われる(S150)。すなわち、外側実計測点によって形成される点群の形状がコイル形状計測点群16(図10参照)を構成するものであるか否かの判定が行われる。なお、点間ノイズ判定においては、オフセット補正が適宜行われる。
点間ノイズ判定により、コイル形状計測点群16を構成するものではないと判定された実計測点は、ノイズとしてデータ削除される(S160)。すなわち、実計測点が、形状良否判定における基準データに対する比較対象から除外される。
そして、点間ノイズ判定が行われた場合であっても、ステータコイル10の全ての断面についての外側実計測点がノイズとしてデータ削除されたときは(S130)、そのステータコイル10は良品と判定され(S140)、形状良否判定としての処理は終了する。
一方、上記ステップS150において、コイルエンド10bの断面形状がコイルの断面形状に近似すると判定された場合、つまり点間ノイズ判定において外側実計測点によって構成されるコイル形状計測点群16の存在が認識された場合、前後断面でコイルの形状として連続する計測データがあるか否かの判定である面間ノイズ判定が行われる(S170)。すなわち、点間ノイズ判定において認識されたコイル形状計測点群16に対して断面間対応関係を有する次断面コイル形状計測点群16c(図12参照)が存在するか否かの判定が行われる。
面間ノイズ判定により、次断面コイル形状計測点群16cが存在しないと判定されたコイル形状計測点群16を構成する実計測点は、ノイズとしてデータ削除される(S180)。すなわち、実計測点が、形状良否判定における基準データに対する比較対象から除外される。
そして、点間ノイズ判定が行われた場合であっても、ステータコイル10の全ての断面についての外側実計測点がノイズとしてデータ削除されたときは(S130)、そのステータコイル10は良品と判定され(S140)、形状良否判定としての処理は終了する。
一方、上記ステップS170において、前後断面でコイルの形状として連続する計測データがあると判定された場合、つまり次断面コイル形状計測点群16cが存在すると判定された場合、ステータコイル10において形状不良コイルがあるということとなる(S190)。すなわち、この場合、ステータコイル10において、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cが存在するということとなる。したがって、この場合、ステータコイル10は不良品と判定され(S200)、形状良否判定としての処理は終了する。
なお、面間ノイズ判定(S170)において次断面コイル形状計測点群16cが存在すると判定された場合、形状良否判定としての処理は終了させることができるが、ステータコイル10における全ての断面についての計測データの取得が行われてもよい。これにより、ステータコイル10の形状検査として、ステータコイル10の全体において複数のはぐれ線10cが存在する場合等において、はぐれ線10cが存在する位置やはぐれ線10cの全体的な形状等を確認することが可能となる。
以上のようにして行われる本実施形態の形状検査は、形状不良コイルの大きさや向きに対してロバストであり、コイル上の多重反射によるノイズを自動で除去することが可能であり、コイルエンド10bの成形形状や構造の設計変更にも容易に対応することが可能である。
以下では、本実施形態に係る形状検査装置1が備える好ましい装置構成について説明する。
前述したように、本実施形態の形状検査装置1は、四つの光切断スキャナ7として、上側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する上側光切断スキャナ7a、7bと、下側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する下側光切断スキャナ7c、7dとを備える(図2参照)。そして、これら四つの光切断スキャナ7は、次のように配置される。
ここでは、支持装置20(図2参照)に支持された状態(以下「支持状態」という。)のステータコイル10に対する光切断スキャナ7の配置の条件として、光切断スキャナ7から照射されるスリット光11の光軸LAの角度θ3と、レーザシートであるスリット光11のシート面方向とが用いられる。
具体的には、スリット光11の光軸LAの角度θ3については、図22に示すように、全体として略円環状を有するステータコイル10が、その中心軸(回転軸)Oaの方向が上下方向となる状態で支持された状態において、上下方向(鉛直方向)およびステータコイル10の径方向に沿う断面(以下「径方向鉛直断面」という。)視で45°となるように、各光切断スキャナ7が配置される。すなわち、図22に示すように、径方向鉛直断面視において、外側斜め上方から上側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する光切断スキャナ7aは、その光軸LAが上下方向に沿う鉛直線Obに対して45°をなすように、支持状態のステータコイル10に対して配置される。同様にして、内側斜め上方から上側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する光切断スキャナ7b、外側斜め下方から下側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する光切断スキャナ7c、および内側斜め下方から下側のコイルエンド10bに対してスリット光11を照射する光切断スキャナ7dは、それぞれの光軸LAが鉛直線Obに対して45°をなすように配置される。
また、スリット光11のシート面方向については、図22に示すように、スリット光11のシート面が、径方向鉛直断面と平行となるように、各光切断スキャナ7が配置される。すなわち、図22に示すように、各光切断スキャナ7から照射されるスリット光11のシート面の面積が、径方向鉛直断面視で最も大きくなるように、四つの光切断スキャナ7a、7b、7c、7dのそれぞれが配置される。言い換えると、ステータコイル10の上面視または下面視において、面状のスリット光11が線状となるように、かつ、その線状の方向が、ステータコイル10の円周方向に対して垂直方向となるように(円周形状において径方向となるように)、各光切断スキャナ7が配置される。
このように、スリット光11の光軸LAの角度θ3、およびスリット光11のシート面方向が設定され、四つの各光切断スキャナ7が、支持装置20に対して所定の姿勢で配置支持される。これにより、ステータコイル10における全周のどの部位に発生する形状不良コイル(はぐれ線10c)も漏れなく検出することが可能となる。
すなわち、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cは、コイルエンド10bを形成する巻き線の一部が引き出された形を有する。具体的には、図23に示すように、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cは、コイルエンド10bから外側に向けて引き出された環状のコイル部分となる。このようなはぐれ線10cは、計測対象面となるコイル表面がスリット光11の光軸LAの方向等に対して立ち面となることや、反射光がカメラ3の死角に入ること等が原因で、コイルエンド10bからの突出方向によっては、例えば突出側先端部等の一部が計測不能となる場合がある。つまり、形状不良コイルについては、その突出方向によっては、コイル表面上のスリット光11の拡散反射量不足により、形状データ(計測データ)としての計測点群の一部が欠落する場合がある。
はぐれ線10cについての計測データの欠落例について、例えば図23に示すように、コイルエンド10bの径方向外側(図23において右側)に向けて突出するはぐれ線10dを用いて説明する。このようにコイルエンド10bから径方向外側に向けて突出するはぐれ線10dに対して、例えば図24(a)に示すように、上側からスリット光11が照射されるとする。かかる場合、はぐれ線10dのコイル表面について、スリット光11に対して立ち面となる部分が生じること等により、スリット光11の拡散反射量が不足する部分が生じることとなる。
したがって、この場合に得られる形状データとしては、例えば図24(b)に示すように、スリット光11の十分な拡散反射量が得られる部分のみについての計測点群となり、はぐれ線10d全体の形状に対して一部が欠落したものとなる。なお、図24(b)においては、実線部分10dsが取得された形状データの部分を示しており、破線部分10dbが欠落した部分を示している。
このように、はぐれ線10cについては、その突出方向によって計測データの一部が欠落し、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cが見逃される検出漏れが生じるおそれがある。こうした形状データの欠落等がなく、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cが確実に検出されるためには、形状不良コイルを含むコイルエンド10bの全体形状のうち、コイルエンド10bの外形について良品として許容される最大外形(以下「最大許容外形」という。)に対して最も突出した部位(以下「最突出部」という。)が計測できればよい。
具体的には、図23に示すように、コイルエンド10bの外形に対して設定される最大許容外形(破線LE1参照、以下「最大許容外形LE1」とする。)は、ステータコイル10のコイルエンド10bの部分の外形形状についての許容範囲を規定する基準データによる境界位置に対応する。つまり、最大許容外形LE1が、前述した内外判定の基準位置に対応する。そして、この最大許容外形LE1に対する最突出部、つまり各はぐれ線10cの突出側先端部が計測されることで、形状不良コイルとしてのはぐれ線10cの検出が可能となる。
また、はぐれ線10cは、前記のとおりコイルエンド10bから外側に向けて引き出された環状のコイル部分となる。このため、最突出部を形成するコイル部分の向き(コイル線の向き)は、その最突出部が最も近い最大許容外形LE1の部分の方向に対して局所的に平行と考えることができる。言い換えると、はぐれ線10cの突出側先端部におけるコイル線の向きは、環状の部分であるはぐれ線10cについての外側先端部における略接線方向となる。そして、その略接線方向が、最突出部に最も近い最大許容外形LE1の部分の方向と平行になると考えられる。
これらのことから、形状不良コイルが漏れなく検出可能となることの評価指標として、スリット光11が照射される面において、最大許容外形LE1に対して外側における所定の位置にて平行に配置されるコイルについての形状データが全て取得できるということを用いることができる。すなわち、前記評価指標として、例えば図23に示すように、最大許容外形LE1に対して外側における所定の位置(例えばコイルエンド10bから各方向に突出するはぐれ線10cの突出先端部に対応する位置)にて平行に配置されるコイル(コイル表面)を仮想するコイル仮想線LE2が用いられる。そして、このコイル仮想線LE2の全体についての形状データが取得されることが、形状不良コイルが漏れなく検出可能となることの評価指標となる。
そこで、前述したように、スリット光11の光軸LAの角度θ3が45°、スリット光11のシート面方向が径方向鉛直断面と平行となるような光切断スキャナ7の配置によれば、コイル仮想線LE2の全体についてスリット光11の照射および十分な拡散反射量の取得が可能となる。したがって、支持状態のステータコイル10に対して配置される各光切断スキャナ7の配置位置について、ステータコイル10の中心位置(中心軸Oa参照)に対する径方向(図22における左右方向)の位置、および上下方向(図22における上下方向)の位置は、コイル仮想線LE2の全体についてスリット光11の照射および十分な拡散反射量の取得が可能となるように調整される。
以上のように四つの光切断スキャナ7が支持状態のステータコイル10に対して配置され、各光切断スキャナ7からスリット光11が照射されている状態で、ステータコイル10が回転させられながら連続的に断面形状についての計測データの取得が行われる。このような計測データの取得が行われることで、ステータコイル10における全周のどの部位に発生する形状不良コイル(はぐれ線10c)も漏れなく検出可能となることが、実験等により実証されている。
なお、形状不良コイルの検出漏れが防止できる光切断スキャナ7の配置を探るための手法として、例えば形状不良コイルについて様々な角度や大きさ等のサンプルの計測可否による判定を行うことが考えられる。しかし、かかる手法によれば、例えば形状不良コイルのサンプルについてパターンに漏れが生じる場合があり、形状不良コイルの検出漏れが生じる可能性がある。この点、前述のような光切断スキャナ7の配置によれば、形状不良コイルの検出漏れが未然に防止される。
次に、本実施形態に係る形状検査装置1が備える好ましい装置構成として、ステータコイル10を支持する支持装置20が備える構成について説明する。
ステータコイル10は、支持装置20が備える平板状の支持台21に対して回転可能に支持される。また、ステータコイル10は、前述したように、上下のコイルエンド10bが、支持台21の上側および下側にてそれぞれ露出する状態、つまり支持台21を上下方向に貫通した状態で、支持台21に対して支持される。そこで、ステータコイル10は、ステータコア10aの部分が、支持台21によって支持される。
具体的には、ステータコイル10は、支持台21によって内側(内周面側)から保持された状態で支持される。図22に示すように、ステータコイル10は、ステータコア10aの内周側面(以下「コア内周側面」という。)10eから支持台21によって保持される。したがって、図示では省略するが、支持台21は、ステータコイル10を支持するための機構として、例えばステータコイル10をコア内周側面10e側からチャックする内径チャック機構等の保持機構を有する。
図22に示すように、ステータコイル10を支持する支持台21は、ステータコア10aを内側から把持する内側板部21aと、ステータコア10aの外側に位置する外側板部21bとを有する。内側板部21aには、支持台21を回転させるための回転軸26が貫通する。回転軸26は、例えばモータ等を駆動源として中心軸Oaを回転軸線として回転可能に設けられる。つまり、ステータコイル10は、回転軸26に対してステータコア10aを内側から保持する内側板部21aを介して支持されることで、回転可能に設けられる。
このようにしてステータコイル10を支持する支持台21においては、内側板部21aおよび外側板部21bが、ステータコイル10の上下から照射されるスリット光11に対する遮光板として機能する。すなわち、内側板部21aおよび外側板部21bによって、上側光切断スキャナ7a、7bから上側のコイルエンド10bに対して照射されるスリット光11が、支持台21よりも下側に対して遮光されるとともに、下側光切断スキャナ7c、7dから下側のコイルエンド10bに対して照射されるスリット光11が、支持台21よりも上側に対して遮光される。
したがって、内側板部21aの外周側面21cは、ステータコア10aの保持に用いられるコア内周側面10eに対して全周にわたって接触した状態となる。また、外側板部21bの内周側面21dは、ステータコア10aの外周側面(以下「コア外周側面」という。)10fに対して全周にわたって常時接触した状態となる。外側板部21bの内周側面21dがコア外周側面10fに対して常時接触した状態となるためには、例えばばね機構によって外側板部21bが内側に向けて付勢される構成等が用いられる。
なお、外側板部21bの内周側面21dのコア外周側面10fに対する接触状態は、ステータコイル10の回転を許容する。また、外側板部21bの内周側面21dにおいては、ステータコイル10が有するボルトボス部(図4、基準ワーク30が有するボルトボス部31b参照)のコア外周側面10fにおける突出を許容する溝部等が適宜形成される。また、ステータコイル10の上下から照射されるスリット光11を遮光するための部材としては、例えば布等が用いられてもよい。
このように、ステータコイル10が支持台21によって内側から保持されるとともに回転可能に設けられた状態で、ステータコイル10の上下一側から照射されるスリット光11が上下他側に対して遮光されることにより、上下両側のコイルエンド10bを同時に計測することが可能となる。
すなわち、本実施形態の形状計測装置1においては、四つの光切断スキャナ7によって同時に同一のステータコイル10が計測される。また、各光切断スキャナ7からは固有のスリット光11が照射される。このような構成においては、各光切断スキャナ7において、他の光切断スキャナ7からのスリット光11がカメラ3の撮像範囲内に照射された場合、その光が実際とは異なる計測値(座標値)、つまりノイズとなって現れることとなる。
そこで、ステータコイル10の上下から照射されるスリット光11が支持台21を構成する内側板部21aおよび外側板部21bが用いられて遮光されることにより、上側光切断スキャナ7a、7bと下側光切断スキャナ7c、7dとの関係において、上下一側の光切断スキャナ7からのスリット光11が、上下他側の光切断スキャナ7のカメラ3の撮像範囲内に照射されることが防止される。これにより、上下間のスリット光11の関係においては、ソフトウエアでのノイズ判定等を行うことなしに、上下両側のコイルエンド10bを同時に計測することが可能となる。
なお、上下間の光切断スキャナ7の関係において、上下他側の光切断スキャナ7のカメラ3の撮像範囲内へのスリット光11の照射を防止するための手法として、上下両側のコイルエンド10bを計測するに際して、各側のコイルエンド10bを計測するタイミングをずらすことが考えられる。しかし、かかる手法によれば、計測時間が長期化することとなる。この点、前述のような支持台21が有する遮光機能によれば、計測時間の長期化を招くことなく上下両側のコイルエンド10bの同時計測が可能となる。
続いて、本実施形態に係る形状検査装置1が備える好ましい装置構成として、支持状態のステータコイル10に対して外側に設けられる光切断スキャナ(以下「外側光切断スキャナ」ともいう。)7a、7cと内側に配置される光切断スキャナ(以下「内側光切断スキャナ」ともいう。)7b、7dとの円周方向における位置についての相対的な配置関係について説明する。
図25に示すように、外側光切断スキャナ7aおよび内側光切断スキャナ7bは、いずれもその照射するスリット光11の光軸LAが、回転軸26(図22参照)の中心軸Oaの位置に対応する中心位置Ocに向かうように配置される。そして、これら外側光切断スキャナ7aおよび内側光切断スキャナ7bの光軸LA同士がなす角度θ4として、一方の光切断スキャナ7のカメラ3の視野範囲に対して、他方の光切断スキャナ7からのスリット光11が照射されず、かつ、一方の光切断スキャナ7のカメラ3の視野範囲に、他方の光切断スキャナ7からのスリット光11が入らない角度(位相)が用いられる。
具体的には、各光切断スキャナ7の光軸LA同士がなす角度θ4として、60°が採用される。つまり、支持状態のステータコイル10に対して、互いのスリット光11の光軸LAがなす角度が60°となるように、外側光切断スキャナ7aおよび内側光切断スキャナ7bが支持装置20に対して配置支持される。なお、下側光切断スキャナ7c、7dとしての外側光切断スキャナ7cおよび内側光切断スキャナ7dについても、上側光切断スキャナ7a、7bと同様の相対的な配置関係が用いられて配置される。
このように、支持状態のステータコイル10の上下それぞれにおいて、外側光切断スキャナ7a、7cと、内側光切断スキャナ7b、7dとのスリット光11の光軸LAの角度が60°となるように各光切断スキャナ7が配置されることにより、上側または下側のコイルエンド10bを一度に計測することが可能となる。
すなわち、前述したように、それぞれ固有のスリット光11が照射される四つの光切断スキャナ7によって同時に同一のステータコイル10が計測される構成においては、各光切断スキャナ7において、他の光切断スキャナ7からのスリット光11がカメラ3の撮像範囲内に照射された場合、ノイズが現れることとなる。
そこで、外側光切断スキャナ7a、7cと内側光切断スキャナ7b、7dとが、光軸LA同士がなす角度θ4が60°となるように配置されることにより、外側光切断スキャナ7a、7cと内側光切断スキャナ7b、7dとの関係において、内外一側の光切断スキャナ7からのスリット光11が、内外他側の光切断スキャナ7のカメラ3の撮像範囲内に照射されることが防止される。これにより、内外間のスリット光11の関係においては、遮光板等の設置やソフトウエアでのノイズ判定等を行うことなしに、上側または下側のコイルエンド10bを一度に計測することが可能となる。
なお、内外間の光切断スキャナ7の関係において、内外他側の光切断スキャナ7のカメラ3の撮像範囲内へのスリット光11の照射を防止するための手法として、コイルエンド10bの内外両側を計測するに際して、各側のコイルエンド10bを計測するタイミングをずらすことが考えられる。しかし、かかる手法によれば、計測時間が長期化することとなる。この点、前述のような光切断スキャナ7の配置によれば、計測時間の長期化を招くことなくコイルエンド10bの内外両側の同時計測が可能となる。
なお、以上説明した本実施形態では、検査対象としてのステータコイル10が、自動車等に搭載される車両駆動用の三相モータを構成するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、車両駆動用のモータのほか、家電や船舶や航空部品等として用いられる様々なモータを構成するステータコイルに適用することができる。