JP2013246146A

JP2013246146A - クリアランス測定装置及びクリアランス測定方法

Info

Publication number: JP2013246146A
Application number: JP2012122239A
Authority: JP
Inventors: Jiyouyuu Hakozaki; 譲優箱崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP5786799B2

Abstract

【課題】油又は異物の影響なくクリアランスを精度良く測定できるクリアランス測定装置及びクリアランス測定方法を提供する。
【解決手段】コントローラは、画像のＸ方向における輝度値分布Ｂｎを複数取得し、取得した複数の輝度値分布Ｂｎ同士の差分二乗和に基づいてクリアランス方向Ａを算出し、取得した複数の輝度値分布Ｂｎの第一範囲における偏差平方和を算出し、偏差平方和の２つの極大値を抽出し、２つの極大値を示したクリアランス部位を算出し、算出されたクリアランス部位間にて、第一範囲よりも狭い範囲である第二範囲における偏差平方和を算出し、偏差平方和の２つの極大値を抽出し、２つ極大値を示したクリアランス位置を算出し、クリアランス方向Ａとクリアランス位置とに基づいてクリアランスを算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、クリアランス測定装置及びクリアランス測定方法の技術に関する。

ハイブリッド自動車関連分野では、精密プレス加工によって製造される部品が多く用いられている。例えばハイブリッドモータの分割コアプレートは、精密プレス加工によって製造されるものである。精密プレス加工装置では、パンチとダイとのクリアランスの管理が重要とされている。特許文献１では、精密プレスにてパンチとダイとのクリアランスに偏りが生じた場合には、パンチの早期破損につながることが課題として開示されている。

現在、分割コアプレートを加工するパンチとダイとのクリアランスは、クリアランスの画像を解析することによって測定し、管理されている。しかし、数μｍレベルのオーダーで画像を解析する場合には、油又は異物の影響によって正確にクリアランスを測定することができない。そのため、画像にて油又は異物を判別してクリアランスを測定する必要があり、工数が増加している。

特開２００７−１６７９０５号公報

本発明の解決しようとする課題は、油又は異物の影響なく容易にクリアランスを精度良く測定できるクリアランス測定装置及びクリアランス測定方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、クリアランスが形成されるワークに光を照射する光源と、前記光源から照射され、或いは、前記ワークから反射される光を画像として取得する画像撮像手段と、前記画像撮像手段によって取得された画像を解析して前記クリアランスを測定する画像解析手段と、を具備するクリアランス測定装置であって、前記画像解析手段は、前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得した複数の輝度値分布同士の差分二乗和に基づいてクリアランス方向を算出し、前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得したそれぞれの輝度値分布の第一範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つ極大値を抽出し、前記所定方向における２つ極大値を示した範囲内をクリアランス部位として算出し、前記算出されたクリアランス部位間にて、前記第一範囲よりも狭い範囲である第二範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つの極大値を抽出し、前記所定方向における２つの極大値を示した範囲内をクリアランス位置として算出し、前記クリアランス方向と前記クリアランス位置とに基づいてクリアランスを算出するものである。

請求項２においては、クリアランスが形成されるワークに光を照射し、前記光源から照射され、或いは、前記ワークから反射される光を画像として取得し、前記画像を解析して前記ワークのクリアランスを測定するクリアランス測定方法であって、前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得した複数の輝度値分布同士の差分二乗和に基づいてクリアランス方向を算出し、前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得したそれぞれの輝度値分布の第一範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つ極大値を抽出し、前記所定方向における２つ極大値を示した範囲内をクリアランス部位として算出し、前記算出されたクリアランス部位間にて、前記第一範囲よりも狭い範囲である第二範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つの極大値を抽出し、前記所定方向における２つの極大値を示した範囲内をクリアランス位置として算出し、前記クリアランス方向と前記クリアランス位置とに基づいてクリアランスを算出するものである。

本発明のクリアランス測定装置及びクリアランス測定方法によれば、油又は異物の影響なく容易にクリアランスを精度良く測定できる。

クリアランス測定装置の全体的な構成を示した模式図。クリアランス測定工程の流れを示したフロー図。クリアランス方向抽出工程の流れを示したフロー図。同じく模式図。クリアランス部位抽出工程の流れを示したフロー図。同じく模式図。クリアランス測定工程の流れを示したフロー図。同じく模式図。

図１を用いて、クリアランス測定装置１００について説明する。
なお、図１の左方には、精密プレス加工装置５００を表している。また、図１における破線は電気信号線を表している。さらに、以下の説明では、図１に表されるプレス方向に従うものとする。

クリアランス測定装置１００の構成について説明する。
クリアランス測定装置１００は、ワークに形成されるクリアランスを測定する装置である。本実施形態のワークのクリアランスは、後述する精密プレス加工装置５００のストリッパ２０とダイ１０とのクリアランスＣとしている。

精密プレス加工装置５００は、パンチ３０と、ストリッパ２０と、ダイ１０と、を具備している。ストリッパ２０は、パンチ３０をダイ１０側へ摺動して加工対象を打ち抜くときには、パンチ３０をダイ１０に誘導し、パンチ３０をダイ１０から離間する方向へ摺動して、ダイ１０からパンチ３０を抜くときには、ダイ１０をおさえるものである。本実施形態の精密プレス加工装置５００は、ハイブリッドモータの分割コアプレートを打ち抜き加工するものである。

本実施形態の精密プレス加工装置５００では、パンチ３０の外周面とパンチ３０が挿入されるストリッパ２０の内周面とのクリアランスは０公差（クリアランスが０μｍ）であって、パンチ３０の外周面とパンチ３０が挿入されるダイ１０の内周面とのクリアランスＣは数μｍであるものとする。つまり、パンチ３０とダイ１０とは数μｍ程度の精度で組み付けられることが要求されるものである。

そこで、クリアランス測定装置１００は、ストリッパ２０の内周面とダイ１０の内周面とのクリアランスＣを管理することによって、打ち抜き加工時のパンチ３０とダイ１０とのクリアランスを管理している。

クリアランス測定装置１００は、画像解析手段としてのコントローラ５０と、モニタ６０と、画像取得手段としてのカメラ７０と、光源８０・８０と、を具備している。

光源８０は、ストリッパ２０及びダイ１０のプレス方向の一側と他側に配置されている。
カメラ７０は、ストリッパ２０及びダイ１０のプレス方向の一側であるダイ１０側に配置され、モニタ６０に接続されている。つまり、カメラ７０は、ダイ１０及びストリッパ２０をプレス方向におけるダイ１０側から撮像するものである。

モニタ６０は、カメラ７０で取得した画像を映すものであって、カメラ７０及びコントローラ５０に接続されている。
コントローラ５０は、モニタ６０に映し出された画像を解析するものであって、モニタ６０に接続されている。

クリアランス測定装置１００の作用について説明する。
プレス方向の一側に配置された光源８０から照射された光は、ダイ１０の底面に反射してカメラ７０に画像として取得される。プレス方向の他側に配置された光源８０から照射された光は、ストリッパ２０及びダイ１０の内周部分（パンチ３０が摺動する部分）を通過してカメラ７０に画像として取得される。

一方、前記一側の光源８０から照射される光のうち、ストリッパ２０のダイ１０とのクリアランスＣの部分に相当する底面で反射して、カメラ７０に画像として取得される光は殆どなく、前記他側の光源８０から取捨される光のうち、ストリッパ２０の前記底面部分に相当する部分に照射された前記他側の光源８０からの光は、当該底面部分に相当する部分にて遮蔽されて、カメラ７０に画像として取得されることはない。そのため、カメラ７０には、理論的には、クリアランスＣの部分のみが暗くなる輝度値分布の画像（図１参照）取得されることになる。

しかし、単に前記一側及び他側の光源８０からストリッパ２０及びダイ１０に光を照射して、カメラ７０による撮像を行うだけでは、油或いは異物、又は光の乱反射の影響を受け、クリアランスＣの部分のみが暗くなる画像を取得することは困難である。そのため、以下に説明するクリアランス測定工程Ｓ１００によって、油又は異物の影響なくクリアランスＣを精度良く測定する。

図２を用いて、クリアランス測定工程Ｓ１００について説明する。
なお、図２では、クリアランス測定工程Ｓ１００の流れをフローにて表している。

クリアランス測定工程Ｓ１００は、クリアランス測定装置１００のカメラ７０によって取得された画像をコントローラ５０によって解析する工程である。クリアランス測定工程Ｓ１００は、主には、クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０と、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０と、クリアランス測定工程Ｓ１３０と、を具備している。

図３及び図４を用いて、クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０について説明する。
なお、図３では、クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０の流れをフロー図にて表している。また、図４では、クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０の流れを模式的に表している。

クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０は、輝度値分布の画像において、クリアランスの法線方向であるクリアランス方向Ａを決定する工程である。なお、取得した画像の画素は、ＸＹ座標によって位置づけられている（図４（Ａ）参照）。

ステップＳ１１１において、コントローラ５０は、画像において、基準とする輝度値分布Ｂｍを取得する。また、輝度値分布Ｂｍとは異なるＹ方向位置ＹｎにおけるＸ方向の輝度値分布Ｂｎを、複数のＹ方向位置Ｙｎについて取得する。

なお、輝度値分布Ｂｍとは、任意のＹ方向位置ＹｍにおけるＸ方向の輝度値分布をグラフ（図４（Ｂ）参照）として表したものである。また、各輝度値分布Ｂｎも任意のＹ方向位置ＹｎにおけるＸ方向の輝度値分布をグラフ（図４（Ｂ）参照）として表したものであり、各輝度値分布ＢｎのＹ方向の位置は互いに異なっている。

ステップＳ１１２において、コントローラ５０は、取得した輝度値分布Ｂｍを基準の輝度値分布とし、当該基準となる輝度値分布Ｂｍの輝度値Ｂと、複数の輝度値分布Ｂｎのうちの一の輝度値分布Ｂｎの輝度値Ｂとの差分二乗和を探索する。

なお、差分二乗和とは、２つの輝度値分布の任意の位置における画素の輝度値の差の二乗であって、差分二乗和の値が小さい画素同士ほど、輝度値分布のパターンが似ている箇所に位置する画像となる。差分二乗和の探索は、輝度値分布Ｂｍのある画素と、一の輝度値分布Ｂｎの各画素との差分二乗和を求めることにより行い、この差分二乗和の探索を輝度値分布Ｂｍの全ての画素について行う。

ステップＳ１１３において、コントローラ５０は、基準とする輝度値分布Ｂｍの各画素の輝度値Ｂと、一の輝度値分布Ｂｎの各画素の輝度値Ｂとの差分二乗和の最小値を探索し、基準とする輝度値分布Ｂｍの各画素の輝度値Ｂとの差分二乗和が最小となる一の輝度値分布Ｂｎの画素の位置がどの位置（Ｘ方向位置）にあるかを求める。つまり、基準とする輝度値分布Ｂｍの輝度値Ｂのパターンと共通する、一の輝度値分布Ｂｎの輝度値ＢのパターンがＸ座標においてどの位置にあるかを探索する。

ステップＳ１１４において、コントローラ５０は、Ｙ方向において、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３の処理を繰り返して、複数のＹ方向位置ＹｎにおけるＸ方向の輝度値分布Ｂｎについて、輝度値分布Ｂｍとの差分二乗和の最小値の探索を行う。この、複数の輝度値分布Ｂｎついての、輝度値分布Ｂｍとの差分二乗和の最小値の探索は、画像の全範囲にわたって行う。

なお、基準とする輝度値分布Ｂｍは、Ｙ方向における位置が離れるに従い、差分が大きくなるので、基準とする輝度値分布Ｂｍを一の輝度値分布Ｂｎで都度更新して探索を行うこともできる。

ステップＳ１１５において、コントローラ５０は、画像上にて、各輝度値分布Ｂｎにおける、輝度値分布Ｂｍに対する差分二乗和が最小となる画素同士を直線でＸＹ座標上にて回帰させる。
ステップＳ１１６において、コントローラ５０は、画像上にて、直線回帰式に対して垂直な方向をクリアランス方向Ａとして算出する。
なお、輝度値分布Ｂｍに対する差分二乗和が最小となる画素同士が円弧となる場合には、円フィッティングし、円中心からの方向としてクリアランス方向Ａを算出する。

このようにして、クリアランス方向抽出工程Ｓ１１０では、クリアランスＣ付近の油又は異物が原因のノイズが多い場合であっても、画像全体におけるダイ１０又は空間の輝度値分布からクリアランス方向Ａを抽出することができる。なお、比較的に油又は異物が原因のノイズが少ない場合には、差分二乗和以外のエッジ検出フィルタによる解析手段、或いは、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０で求める極大値に回帰する方法も利用できる。

図５及び図６を用いて、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０について説明する。
なお、図５では、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０の流れをフロー図にて表している。また、図６では、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０の流れを模式的に表している。

クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０は、輝度値分布の画像において、クリアランスのおよその位置（クリアランス部位）を抽出する工程である。なお、取得した画像の画素は、ＸＹ座標によって位置づけられている（図６（Ａ）参照）。

ステップＳ１２１において、コントローラ５０は、画像において、輝度値分布Ｂｎを取得する（図６（Ａ）参照）。

ステップＳ１２２において、コントローラ５０は、輝度値分布ＢｎのＸ方向における所定の第一範囲Ｒ１にて、輝度値Ｂの偏差平方和Ｅ１を算出する（図６（Ｂ）参照）。なお、第一範囲Ｒ１における偏差平方和Ｅ１とは、第一範囲Ｒ１における各画素の輝度値Ｂの偏差（輝度値分布Ｂｎにおける各画素の輝度値Ｂの第一範囲Ｒ１における平均値と、第一範囲Ｒ１における各画素の輝度値Ｂとの差）を二乗したものの合計であって、偏差平方和Ｅ１が大きいほど、輝度値Ｂの増減が著しいものとなる。

ステップＳ１２３において、コントローラ５０は、Ｘ方向において、ステップＳ１２２の処理を繰り返す。すなわち、第一範囲Ｒ１のＸ方向の位置をずらしながら輝度値Ｂの偏差平方和Ｅ１を繰り返し算出していき、輝度値分布ＢｎのＸ方向における全ての画素について、ステップＳ１２２の処理を繰り返す。なお、第一範囲Ｒ１のＸ方向の位置をずらす場合において、重複する画素があっても問題ない。

ステップＳ１２４において、コントローラ５０は、輝度値分布ＢｎのＸ方向の輝度値Ｂの偏差平方和Ｅ１について、極大値を探索する。

ステップＳ１２５において、探索した極大値から２つの極大値を抽出する。この２つの極大値を示す位置の間の距離ｒｄｘ（図６（Ｂ）参照）の範囲内がクリアランス部位である。なお、本実施形態では、第一範囲Ｒ１における偏差平方和Ｅ１を輝度値分布Ｂｎの全ての画素（全ての領域）にわたって算出しているが、必要となる所定領域にわたって算出することもできる。

ステップＳ１２６において、コントローラ５０は、Ｙ方向において、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４の処理を繰り返す。すなわち、全てのＸ方向の輝度値分布Ｂｎについて、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４の処理を繰り返す。

このようにして、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０では、クリアランス付近の微小な輝度変化を抽出することなく、およそのクリアランスＣの位置であるクリアランス部位を抽出することができる。

図７及び図８を用いて、クリアランス測定工程Ｓ１３０について説明する。
なお、図７では、クリアランス測定工程Ｓ１３０の流れをフロー図にて表している。また、図８では、クリアランス測定工程Ｓ１３０の流れをステップ毎に模式的に表している。

クリアランス測定工程Ｓ１３０は、クリアランス部位をさらに詳細に解析することによって、クリアランスＣの幅ｄを算出する工程である。

ステップＳ１３１において、コントローラ５０は、輝度値分布Ｂｎの偏差平方和Ｅ１における第二範囲Ｒ２にて、輝度値Ｂの偏差平方和Ｅ２を算出する（図８（Ｂ）参照）。なお、第二範囲Ｒ２とは、第一範囲Ｒ１よりも十分に小さい範囲とする。また、偏差平方和Ｅ２は、前述の偏差平方和Ｅ１と同様に算出する。

ステップＳ１３２において、コントローラ５０は、クリアランス部位抽出工程Ｓ１２０にて抽出された２つの極大値を示した距離ｒｄｘ間において、ステップＳ１３１の処理を繰り返す。すなわち、第二範囲Ｒ２のＸ方向の位置をずらしながら偏差平方和Ｅ２を繰り返し算出していき、距離ｒｄｘ間の全ての輝度値Ｂについて、ステップＳ１３１の処理を繰り返す。なお、第一範囲Ｒ２のＸ方向の位置をずらす場合において、重複する画素があっても問題ない。

ステップＳ１３３において、コントローラ５０は、偏差平方和Ｅ１の距離ｒｄｘ間において算出した偏差平方和Ｅ２の極大値を探索し、探索した極大値から２つの極大値を抽出する。この２つの極大値を示した範囲内（２つの極大値を示す位置の間の距離ｄｘ（図８（Ｂ）参照））がクリアランスＣのＸ方向の幅である。

ステップＳ１３４において、コントローラ５０は、Ｙ方向において、ステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理を繰り返す。すなわち、互いに異なるＹ方向位置にある全てのＸ方向の輝度値分布Ｂｎについて、ステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理を繰り返す。これにより、各輝度値分布Ｂｎについて距離ｄｘが算出される。

ステップＳ１３５において、コントローラ５０は、各距離ｄｘの中央値ｄｘｍを算出する。
ステップＳ１３６において、コントローラ５０は、中央値ｄｘｍに基づいて、クリアランス測定工程Ｓ１００にて抽出したクリアランス方向Ａを補正する。

ステップＳ１３７において、コントローラ５０は、補正されたクリアランス方向Ａと、距離ｄｘと、に基づいて、クリアランスＣの幅ｄを算出する。

このようにして、クリアランス測定工程Ｓ１３０では、クリアランスＣ付近以外の微小な輝度変化を抽出することなく、かつ、設定する範囲を小さくすることで正確にクリアランスＣの幅ｄを算出することができる。

クリアランス測定工程Ｓ１００の効果について説明する。
クリアランス測定工程Ｓ１００によれば、油又は異物の影響なく容易にクリアランスを精度良く測定できる。

１０ダイ
２０ストリッパ
３０パンチ
１００クリアランス測定装置
５００精密プレス加工装置
Ｓ１００クリアランス測定工程
Ｃクリアランス
Ｂｎ輝度値分布
Ｅ１偏差平方和
Ｅ２偏差平方和

Claims

クリアランスが形成されるワークに光を照射する光源と、
前記光源から照射され、或いは、前記ワークから反射される光を画像として取得する画像撮像手段と、
前記画像撮像手段によって取得された画像を解析して前記クリアランスを測定する画像解析手段と、
を具備するクリアランス測定装置であって、
前記画像解析手段は、
前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得した複数の輝度値分布同士の差分二乗和に基づいてクリアランス方向を算出し、
前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得したそれぞれの輝度値分布の第一範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つ極大値を抽出し、前記所定方向における２つ極大値を示した範囲内をクリアランス部位として算出し、
前記算出されたクリアランス部位間にて、前記第一範囲よりも狭い範囲である第二範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つの極大値を抽出し、前記所定方向における２つの極大値を示した範囲内をクリアランス位置として算出し、
前記クリアランス方向と前記クリアランス位置とに基づいてクリアランスを算出する、
クリアランス測定装置。
クリアランスが形成されるワークに光を照射し、
前記光源から照射され、或いは、前記ワークから反射される光を画像として取得し、
前記画像を解析して前記ワークのクリアランスを測定するクリアランス測定方法であって、
前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得した複数の輝度値分布同士の差分二乗和に基づいてクリアランス方向を算出し、
前記画像の所定方向における輝度値分布を複数取得し、取得したそれぞれの輝度値分布の第一範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つ極大値を抽出し、前記所定方向における２つ極大値を示した範囲内をクリアランス部位として算出し、
前記算出されたクリアランス部位間にて、前記第一範囲よりも狭い範囲である第二範囲における偏差平方和を、前記輝度値分布の所定領域にわたって算出し、前記偏差平方和の２つの極大値を抽出し、前記所定方向における２つの極大値を示した範囲内をクリアランス位置として算出し、
前記クリアランス方向と前記クリアランス位置とに基づいてクリアランスを算出する、
クリアランス測定方法。