JP2012007895A - 軸状ワークの検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸状ワークを、外周の径方向張り出し部をテーブルで受け支えて吊り下げ姿勢で搬送しながら選別のための検査を行う検査装置について、検査の高速化と高精度化を図ることを課題としている。
【解決手段】回転テーブル２、吸着装置１０、回転駆動機構２０、ワーク突き上げ機構３０、および検査機４０を有し、吸着ヘッド１１とワーク突き上げピース３１が検査部５に対向して配置され、回転テーブル２が間欠的に回転して外周の切欠き溝に受け入れたワークＷを検査部５に移動させ、検査部において、ワーク突き上げ機構３０がワークＷをそのワークの頭頂部が吸着ヘッド１１に吸着・保持される位置まで下から突き上げ、回転駆動機構２０が吸着ヘッド１１と一緒にワークＷを回転させて検査機４０による検査が行われるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、外周の径方向張り出し部をテーブルで受け支えて吊り下げ姿勢で搬送される軸状ワーク（以下、単にワークと言う）、例えば、ねじ、釘、ボルト、リベット、連結ピン等について、選別のための検査を効率良く、精度良く行うことを可能にした検査装置に関する。

首記の如き検査装置として、例えば、下記特許文献１に開示された装置がある。その検査装置は、本出願人が提案しているものであって、回転テーブルの外周に定ピッチで設けた切欠き溝にワークの首部を受け入れてワークの頭部をテーブル上面で支持する。

そして、この状態で回転テーブルが間欠的に回転して回転テーブルに支持されたワークが検査部に移動し、その検査部において回転テーブルの上方に設けたチャックが下降してワークの頭部を把持し、その後、ワークの頭部がテーブル上面から浮き上がる位置までチャックが上昇し、回転駆動機構がチャックと一緒にワークを回転させ、そのワークの側方に設けた光学センサやカメラ、接触センサ、近接センサに代表されるその他の各種センサなどでワークを捕らえて検査を行う。

その検査は、例えば、傷の有無、異質製品や異サイズ製品の混入の有無、焼入れの有無、熱処理の状況などについてなされる。

特開２００５−３３７８８７号公報

首記のワークの検査については、検査精度を高めることと、検査を高速化して作業効率を高めることが併せて要求されている。

この要求に対し、前記特許文献１の検査装置は、チャックの爪を開閉してワークの把持と把持の解除を行うので、動作の高速化に限界がある。

また、特許文献１は、チャックで掴んだワークを回転テーブルから浮き上がらせて回転させることを必須の要件としていないが、ワークの径方向張り出し部（テーブルに支えられる頭部など）がテーブルと擦れないようにするためにその動作が不可欠であり、そのために必要なチャックの昇降動作も検査の高速化を図る上でのネックとなる。

チャックの上昇は、チャックによるワーク把持の完了信号を待って行うことになるので、
時間的な無駄が生じてしまう。

さらに、光学的検査法や磁気探傷法などでワークの良否（傷の有無など）を検査する場合、ワークが位置ずれした状態や傾いた状態で回転すると、検査精度が低下する。従って、検査は、ワークを定位置に垂直に保持し、この状態を維持しながら回転させて行うことが望まれるが、機械式のチャックでは、ワークを傾いた状態で一旦把持してしまうと姿勢の修正ができず、上記の要望に応えられない。

検査対象のワークの中には、首下に予め座金を装着した座金付きボルトなどがあり、このようなワークは回転テーブルに支持されたときに既に傾いているので、チャックで垂直姿勢に掴むことが保証されない。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検査の高速化と高精度化を図った軸状ワークの検査装置を実現して提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明は、外周に、頭部やフランジなどの径方向張り出し部（予め外周に組み付けられたリングなども径方向張り出し部とみなす）を有し、その径方向張り出し部をテーブルで受け支えて吊り下げ姿勢で搬送される軸状ワークについて選別検査を行う検査装置を、以下の通りに構成する。

即ち、外周に定ピッチで切欠き溝を設けた回転テーブルと、下向き配置の吸着ヘッドを備えた吸着装置と、前記吸着ヘッドをヘッドの軸心を中心にして回転させる回転駆動機構と、ワーク突き上げピースとそれを昇降させるアクチュエータを組み合わせたワーク突き上げ機構と、外周に径方向張り出し部を有する軸状ワークについて傷の有無、異材質、異サイズ製品の混入の有無、焼入れの有無、熱処理状況などを検査する検査機を有し、
前記吸着ヘッドとワーク突き上げピースが検査部において前記回転テーブルの上下に対向して配置され、
前記回転テーブルが、前記ワークの首部を前記切欠き溝に受け入れ、かつ、当該ワークの前記径方向張り出し部を上面で支持して間欠的に回転し、この間欠回転により回転テーブルに支持されたワークが前記検査部に移動し、その検査部において、前記ワーク突き上げ機構が回転テーブルに支持されたワークをそのワークの前記径方向張り出し部がテーブルから浮き上がって頭頂部が前記吸着ヘッドに吸着・保持される位置に下から突き上げ、
この状態で前記回転駆動機構が前記吸着ヘッドと一緒にワークを回転させて前記検査機による検査が行われるものにした。

この検査装置の好ましい形態を以下に列挙する。
（１）前記回転駆動機構によるワークの回転が、当該ワークの上部が前記吸着ヘッドに、下部が前記ワーク突き上げ機構のワーク突き上げピースにそれぞれ支持された状態でなされるようにしたもの。
（２）前記アクチュエータが流体圧作動のシリンダであり、そのシリンダの出力ロッドにブラケットが連結され、そのブラケットに上下動可能に支持されたホルダに前記ワーク突き上げピースが回転可能に支持され、前記ホルダがスプリングによって上向きに付勢されたもの。
（３）前記ホルダが円筒状をなし、そのホルダに軸受を介して前記ワーク突き上げピースが支持されたもの。
（４）前記吸着装置が、真空吸引式、磁気吸引式のいずれかであるもの。真空吸引式の吸着装置が特に好ましい。その理由は後述する。
（５）前記ワーク突き上げピースと前記吸着ヘッドが、ワークの一部が適合して嵌る位置決め用の凹部を備えているもの。

この発明の検査装置は、検査部に設置するワーク突き上げ機構と吸着装置に特徴を有する。ワークを吊り下げて支持した回転テーブルは、ワークが検査部に移動した位置で一旦回転を停止する。

次いで、ワーク突き上げ機構が、ワークをそのワークの外周の径方向張り出し部がテーブルの上面から浮き上がる位置に下から突き上げる。そして、その突き上げ位置でワークの頭頂部が吸着ヘッドに吸着保持され、この状態、より好ましくは、吸着ヘッドによる頭頂部の吸着保持と同時にワークの下部がワーク突き上げピースに支持された状態でワークの回転駆動がなされて検査が行われ、検査終了後に、吸着装置による吸着の解除がなされて回転テーブルによるワーク支持が再開される。

この装置の動作には、ワークを掴む、離す工程が含まれていない。また、吸着装置の吸着ヘッドは、搬送中のワークとの干渉を避けるため、及びワーク突き上げストロークを小さくするために僅かに昇降させることがあるが、その場合も吸着ヘッドの下降はワーク突き上げピースの突き上げと同時に、吸着ヘッドの上昇はワーク突き上げピースの引き下げと同時に行えるので、動作時間の無駄もない。そのために、検査の高速化が図れる。

また、この発明では、ワークを吸着装置で吸着して掴まずに支持するので、傾いているワークも傾きが自然に修正される。ワーク突き上げピースと吸着ヘッドが位置決め用の凹部を備えている装置や回転テーブルの外周の切欠き溝にワークが遊びのない状態に導入される装置では、ワークの位置ずれも吸収される。

吸着ヘッドとワーク突き上げピースの２者によってワークの上下端がワーク回転時に２点支持されるようにしたものは、ワークの検査時の位置と姿勢が安定する。この発明の検査装置は、この２点支持を必須とするものではないが、ワークの頭頂部の吸着保持と、ワーク突き上げピースによる下側の支持を同時に行うことで、回転中のワークの位置、姿勢を安定して維持することができる。

ワーク突き上げピースが回転可能に支持されたもの（ワーク突き上げピースが回転可能であることは必須ではない）は、そのワーク突き上げピースがワークに追従して回転するので、ワークとワーク突き上げピースとの間に摩擦抵抗が発生せず、その摩擦によるワークの傷つき、摩擦抵抗に起因したワークの姿勢の乱れが起こらない。

さらに、ワーク突き上げピースを支持したホルダを上下動可能となしてスプリングで上向きに付勢したものは、ワーク突き上げピースの過剰ストロークやワークの長さ寸法の誤差による突き上げ量の変動が、ホルダを付勢したスプリングが圧縮されることによって吸収されるので、過剰突き上げ、過小突き上げによるワークの姿勢の乱れも起こらない。これ等の作用で、ワークを定位置に垂直に保持して回転させる要求が確実に満たされて検査の精度も向上する。

この発明の検査装置の一例の概要を示す平面図 図１の検査装置の検査部に設ける吸着装置、回転駆動機構、ワーク突き上げ機構の一例を示す正面図 図２の吸着装置とワーク突き上げ機構の右側面図 （ａ）吸着ヘッドとワーク突き上げピースの拡大正面図、（ｂ）ワークを突き上げて回転させるときの動作説明図 図１の検査装置の検査部に設ける吸着装置、回転駆動機構、ワーク突き上げ機構の他の例を示す正面図 図５の吸着装置とワーク突き上げ機構の右側面図 図５の突き上げ機構でワークを突き上げて回転させるときの動作説明図 吸着装置とワーク突き上げ機構の変形例の要部を示す正面図

以下、添付図面の図１〜図８に基づいてこの発明の軸状ワークの検査装置の実施の形態を説明する。図１は、この発明の検査装置の一例の概要を表している。この検査装置１は、フィーダＦから送り込まれたワークＷを移動させる回転テーブル２と、その回転テーブル２の外周に沿わせた円弧状のガイド４と、ワークの移動路の途中に設ける検査部５_−１〜５_−Ｎ（_Ｎは検査部の設置数であり、図１では_Ｎ＝３）と、検査済みのワークＷを払い出す排出部６と各検査部に設ける吸着装置、回転駆動機構、ワーク突き上げ機構及び検査機（図１はこれ等の要素を省いた）からなる。

回転テーブル２の外周には、切欠き溝３が定ピッチで設けられている。その切欠き溝３にワークＷの首部が導入され、ワーク外周の径方向張り出し部（例えば、頭部）が回転テーブル２によって下側から支えられる。この状態で回転テーブル２が間欠的に回転してワークＷが検査部に向けて搬送される。このとき、ガイド４は、切欠き溝３からワークＷが抜け出すことを防止しており、ワークＷが移動中にテーブルから落下することはない。

図２〜図４に、検査部５_−１〜５_−Ｎに設ける吸着装置１０、回転駆動機構２０、ワーク突き上げ機構３０、検査機４０の一例を示す。吸着装置１０とワーク突き上げ機構３０は、検査部において対向して回転テーブル２の上下に配置される。吸着装置１０は回転テーブル２の上方に配置され、ワーク突き上げ機構３０は回転テーブル２の下方に配置される。

吸着装置１０は、下向き配置の吸着ヘッド１１と、その吸着ヘッドの位置を調整して吸着ヘッドを検査部中心に位置決めする位置調整機構１３_−１と、吸着ヘッド１１を上下動させる昇降機構１５を備える。

この吸着装置１０は、真空吸引式の吸着ヘッド１１（図１のそれは吸引ノズル）を備えたものを設けている。吸着ヘッド１１は、真空吸引装置（図示せず）につながれる。この真空吸引式の吸着装置１０は、ワークＷが非磁性体であっても吸着することができる。また、吸引を止めると即座に吸着が解かれ、応答性に優れるが、電磁石で発生させた磁力でワークを吸着させるものであってもよい。ワークの形状によっては真空吸着が許容されないことがある。磁力を利用する吸着装置はそのようなときに特に有効である。

図示の位置調整機構１３_−１は、水平面内で１軸方向に移動できるスライダ１４を設けてそのスライダで吸着ヘッド１１を支持している。昇降機構１５はエアーシリンダ１５ａを駆動源にしたものを設けた。ただし、駆動源がエアーシリンダであることは必須ではない。この位置調整機構１３_−１と昇降機構１５は、ワークの種類やサイズに合わせた段取り替えを可能ならしめ、多品種対応が可能な装置を実現する上での好ましい要素に過ぎない。図２の１６はスタンドであり、このスタンド１６の上部に位置調整機構１３_−１が設けられている。１９は、スタンド１６の位置を水平面内で変化させる位置調整機構であり、その機構で吸着装置１０とワーク突き上げ機構３０の検査部中心への位置決めを一括して行うことができる。

回転駆動機構２０は、動力源のモータ２１と、モータの回転を吸着ヘッド１１に伝える動力伝達要素（図のそれはプーリーとベルト）２２からなる。吸着ヘッド１１は、軸受を介してスライダ１４に回転可能に取付けられており、モータ２１による駆動で、軸心を中心にして回転する。

ワーク突き上げ機構３０は、ワーク突き上げピース３１とそれを昇降させるアクチュエータ３２を備える。アクチュエータ３２は流体圧作動のシリンダ（図のそれはエアーシリンダ）であり、そのシリンダの出力ロッドにブラケット３３が連結され、そのブラケット３３に垂直支軸３４が上下動可能に支持され、その垂直支軸３４の上端に円筒状のホルダ３５が固定され、そのホルダ３５にワーク突き上げピース３１が回転可能に支持されている。

ホルダ３５によるワーク突き上げピース３１の支持は、ホルダ３５に組み付けて軸受３６で支持した回転軸３７にワーク突き上げピース３１を連結して行われており、ワーク突き上げピース３１は小さな力で回転しうる。

ホルダ３５はスプリング３８によって上向きに付勢されており、ワーク突き上げピース３１の突き上げストロークが過剰なときには、スプリング３８が圧縮されて過剰ストロークが吸収され、これにより、ワーク突き上げピース３１の過剰突き上げが防止される。そのために、ワークＷがこじられて傾くことがない。

ワーク突き上げ機構３０も、スタンド１６の下方に設けた位置調整機構１３_−２のスライダ１４に取付けられており、吸着ヘッド１１と同様にワーク突き上げ機構３０を検査部中心に位置決めする目的で用いられているが、ワークに合わせた位置調整が要求されなければ不要である。

検査機４０は、磁気探傷式のものを図に示した。その磁気探傷式の検査機４０は、渦流探傷プローブ４１を有している。その渦流探傷プローブ４１を検査部のワークに近接させて検査が行われる。

磁気探傷式の検査機は、検査部のワークに渦電流を発生させる励磁用コイルとワークに生じた渦電流によって作り出される磁界を検出して電気信号に変換する磁気センサを備えたプローブと、検出信号を処理して傷の有無などを判断する検出装置と、演算処理装置を組み合わせたものが知られており（例えば特開平５−２０３６２９号公報参照）、市販品も存在する。ここではその市販品を用いた。

磁気探傷式の検査機を使用すると、ワークに生じた欠けなどの傷の有無の検出だけでなく、着磁の状況の違いから異質製品や異サイズ製品の混入の有無、焼入れの有無、熱処理の状況なども知ることができ、良品ワークと不良ワークの選別が行える。

なお、回転テーブル２やワーク突き上げピース３１の材料は、磁性体、非磁性体を問わない。磁気探傷式の検査機を使用する場合に磁性体で形成された回転テーブル２やワーク突き上げピース３１を用いても、それらがワークに及ぼす影響は一定であるため無視することができ、検査の妨げにはならない。

検査機４０は、カメラや光センサを用いて検査を行う周知の光学的検査機や接触式センサ、近接センサ等の他のセンサを用いて検査を行なうものであっても差し支えない。検査部を複数設けて各検査部に同一検査機を配置してもよいし、複数の検査部に検査方式の異なる検査機を設けることもできる。

ｎ（ｎ≧２）箇所の検査部に同一検査機をそれぞれ設置し、回転テーブルをｎ×ｐ（ｐは、回転テーブルに設ける切欠き溝の設置ピッチ）の式で求まるピッチで間欠回転させてｎ箇所の検査部において同時に同一検査を行うことも可能であり、この方法によれば、検査機が一つの検査装置に比べて検査の効率がｎ倍に高まる。

例示の検査装置１は、回転テーブル２が、切欠き溝３にワークの首部を受け入れてワークの径方向張り出し部を支持し、所定ピッチ（同一検査部が１箇所の場合の回転ピッチは１ｐ）で間欠的に回転してワークを搬送する。その搬送によりワークは検査部５に移動する。

次に、検査部５において、ワーク突き上げ機構が作動してワーク突き上げピース３１が上昇し、回転テーブル２に支持されたワークＷをそのワークの径方向張り出し部がテーブルから浮き上がる位置まで下から突き上げる。その突き上げ量ｇは、１ｍｍもあれば十分である。

同時に吸着ヘッド１１が下降して突き上げられたワークを吸着し、頭頂部が吸着ヘッド１１に、下端がワーク突き上げピース３１にそれぞれ支持された状態で回転駆動機構２０が吸着ヘッド１１を回転させ、その吸着ヘッド１１とともにワークＷが回転して（ワーク突き上げピース３１もワークの回転に追従する）検査が行われる。

その後、ワーク突き上げピース３１の引き戻し、吸着装置１０による吸着の解除、吸着ヘッド１１の上昇が行われ、回転テーブル２の間欠回転による新たなワークの検査部への送り込みがなされ、以後、以上の動作が繰り返される。

上述したように、ワークの頭頂部を吸着し、さらに、ワークの上下を２点支持して検査が行われるため、検査時のワークの位置と姿勢が安定し、検査精度が高まる。

また、試作した検査装置の動作は、回転テーブルの１ピッチ送り時間が０．１秒、ワーク突き上げが０．１秒（突き上げ量１ｍｍ）、回転検査が０．３秒であり、検査部の数を１箇所にした装置で毎分１２０本のワーク（頭部付きボルト）の高速検査が可能であった。検査部の数を２箇所にすれば、検査能力は毎分２４０本に高まる。

次に、検査部に設ける吸着装置１０、回転駆動機構２０、ワーク突き上げ機構３０の他の例を図５、図６に示す。この図５、図６の吸着装置１０は、吸着ヘッド１１が電磁石で磁力を発生させ、その磁力でワークＷを吸着する。また、スタンド１６の上端に水平アーム１７を設けて吸着ヘッド１１と回転駆動機構２０をそのアームで支持している。

この構造と、図２の昇降機構１５に代えて吸着ヘッド１１の高さ調整機構１８を設けた点、スタンド１６の位置を水平面内で変化させる位置調整機構１９を設けてその機構で吸着装置１０とワーク突き上げ機構３０の検査部中心への位置決めを一括して行うようにした点、ワーク突き上げ機構３０の構造を一部変更した点が図２の検査装置と異なる。

ワーク突き上げ機構３０がワークＷを突き上げるときに吸着装置の吸着ヘッド１１は昇降しない。その他の構成は図２の装置と同じであるので、同一要素に同一符合を付して再説明を省く。

この図５、図６の装置は、回転テーブルに設けられる切欠き溝にワークが適合して収まる場合には、吸着装置１０を吸着機能の無い回転駆動されるワーク受け止め具に置き換え、そのワーク受け止め具と突き上げ力を受けたワーク突き上げピースとの間にワークを挟みつけて保持して回転させることも可能である。

なお、図２の装置は、図４に示すように、吸着ヘッド１１の吸引口１２（図４参照）がワーク位置決め用の凹部として機能する。図７、図８に示すように、ワーク突き上げピース３１や磁気吸引式の吸着ヘッド１１にもワーク位置決め用の凹部３９を設けることができる。

ワーク位置決め用の凹部３９は、吸着ヘッド１１とワーク突き上げピース３１の両者に設けることもできる。その凹部は、求心効果の得られる円錐状凹部が好ましい。

なお、例示の検査装置は、ワーク突き上げピース３１を回転可能となしたが、ワーク突き上げピース３１は、ワークの２点支持を行なわない検査装置に採用するものは、吸着ヘッドでワークを吸着して回転させる前にそのワーク突き上げピース３１を引き下げてワークから離反させるので、同ピースの回転機能は不要である。

１ 検査装置
２ 回転テーブル
３ 切欠き溝
４ ガイド
５ 検査部
６ 排出部
１０ 吸着装置
１１ 吸着ヘッド
１２ 吸引口
１３_−１，１３_−２，１９ 位置調整機構
１４ スライダ
１５ 昇降機構
１５ａ エアーシリンダ
１６ スタンド
１７ 水平アーム
１８ 高さ調整機構
２０ 回転駆動機構
２１ モータ
２２ 動力伝達要素
３０ ワーク突き上げ機構
３１ ワーク突き上げピース
３２ アクチュエータ
３３ ブラケット
３４ 垂直支軸
３５ ホルダ
３６ 軸受
３７ 回転軸
３８ スプリング
３９ ワーク位置決め用の凹部
４０ 検査機
４１ 渦流探傷プローブ
Ｆ フィーダ
Ｗ ワーク
ｇ ワークの浮き上がり量

Claims (6)

1. 外周に定ピッチで切欠き溝（３）を設けた回転テーブル（２）と、下向き配置の吸着ヘッド（１１）を備えた吸着装置（１０）と、前記吸着ヘッド（１１）をそのヘッドの軸心を中心にして回転させる回転駆動機構（２０）と、ワーク突き上げピース（３１）とそれを昇降させるアクチュエータ（３２）を組み合わせたワーク突き上げ機構（３０）と、外周に径方向張り出し部を有する軸状のワーク（Ｗ）について選別のための検査を行う検査機（４０）を有し、
   前記吸着ヘッド（１１）とワーク突き上げピース（３１）が検査部（５）において前記回転テーブル（２）の上下に対向して配置され、
   前記回転テーブル（２）が、前記ワーク（Ｗ）の首部を前記切欠き溝（３）に受け入れ、かつ、当該ワークの前記径方向張り出し部を上面で支持して間欠的に回転し、この間欠回転により回転テーブル（２）に支持されたワーク（Ｗ）が前記検査部（５）に移動し、その検査部において、前記ワーク突き上げ機構（３０）が回転テーブルに支持されたワーク（Ｗ）をそのワークの前記径方向張り出し部がテーブルから浮き上がって頭頂部が前記吸着ヘッド（１１）に吸着・保持される位置に下から突き上げ、
   前記回転駆動機構（２０）が前記吸着ヘッド（１１）と一緒にワーク（Ｗ）を回転させて前記検査機（４０）による検査が行われるようにした軸状ワークの検査装置。
2. 前記回転駆動機構（２０）によるワーク（Ｗ）の回転が、当該ワーク（Ｗ）の上部が前記吸着ヘッド（１１）に、下部が前記ワーク突き上げ機構のワーク突き上げピース（３１）にそれぞれ支持された状態でなされるようにした請求項１に記載の軸状ワークの検査装置。
3. 前記アクチュエータ（３２）が流体圧作動のシリンダであり、そのシリンダの出力ロッドにブラケット（３３）が連結され、そのブラケット（３３）に上下動可能に支持されたホルダ（３５）に前記ワーク突き上げピース（３１）が回転可能に支持され、前記ホルダ（３５）がスプリング（３８）によって上向きに付勢された請求項１又は２に記載の軸状ワークの検査装置。
4. 前記ホルダ（３５）が円筒状をなし、そのホルダに軸受（３６）を介して前記ワーク突き上げピース（３１）が支持された請求項３に記載の軸状ワークの検査装置。
5. 前記吸着装置（１０）が、真空吸引式、磁気吸引式のいずれかである請求項１〜４のいずれかに記載の軸状ワークの検査装置。
6. 前記ワーク突き上げピース（３１）と前記吸着ヘッド（１１）が、ワークの一部が適合して嵌る位置決め用の凹部（３９）を備えている請求項１〜５のいずれかに記載の軸状ワークの検査装置。

Images