JP2017120185A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外観検査の判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】第１照明１１は、溶接部４および配線２，３を有する検査対象１００に対し、溶接部４または配線２，３の色とは反対色の光を照射する。第２照明１２は、第１照明１１から照射される光の色とは異なる色の光を、溶接部４に照射することなく、複数の配線２，３に照射する。切替部１４は、第１照明１１が点灯し第２照明１２が消灯する第１撮像状態と、第１照明１１および第２照明１２の両方が点灯する第２撮像状態とを切り替える。検出部１５は、第１撮像状態のときに検査対象１００を撮像して得られた第１データに基づき複数の配線２，３の位置を検出し、第２撮像状態のときに検査対象１００を撮像して得られた第２データに基づき、複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象を外観検査する検査装置、および、検査方法に関する。

従来、検査対象をカメラなどにより撮像して得られた画像データを用いて外観検査を行う検査装置が知られている。
特許文献１に記載の検査装置は、検査対象として、複数の配線同士を溶接した溶接部を外観検査するものである。この検査装置は、複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を撮像するカメラと、そのカメラの撮像範囲に光を照射するリング照明と、カメラから得られた画像データを処理する制御回路とを備えている。制御回路は、カメラにより撮像された画像の階調に基づき、溶接部の大きさ等を検出する。

特開２００６−２１２１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査装置は、リング照明により、溶接部と、その溶接部から延びる配線との両方に光を照射している。そのため、溶接部と配線との接続箇所において、光の階調の変化が小さい場合、溶接部と配線との境界を正確に検出することが困難である。
また、溶接部の表面における光の反射率が大きい場合、溶接部と配線との接続箇所の階調の変化よりも、その溶接部の表面における階調の変化が大きくなり、溶接部と配線との境界を正確に検出することが困難になる（特開２０１５−１２５１０４の図２等参照）。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外観検査の判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

第１発明の検査装置は、複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を有する検査対象を外観検査するものであり、撮像部、第１照明、第２照明、切替部および検出部を備える。撮像部は、複数の配線の端部に対向する方向から溶接部および配線を撮像する。第１照明は、溶接部および配線に対し、溶接部または配線の色とは反対色の光を照射する。第２照明は、第１照明から照射される光の色とは異なる色の光を、溶接部に照射することなく、複数の配線に照射する。切替部は、第１照明が点灯し第２照明が消灯する第１撮像状態と、第１照明および第２照明の両方が点灯する第２撮像状態とを切り替える。検出部は、第１撮像状態のときに撮像部が撮像して得られた第１データと第２撮像状態のときに撮像部が撮像して得られた第２データに基づき、複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出する。

これにより、第１撮像状態では、溶接部と配線とが比較的明度の低い色で撮像された第１データが得られる。第２撮像状態では、溶接部のみが第１撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線がその溶接部の色よりも比較的明度の高い色で撮像された第２データが得られる。そのため、検出部は、第１データから複数の配線の輪郭を検出し、第２データから複数の配線と区別された溶接部の輪郭を検出し、これらの検出結果に基づいて複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出することが可能である。したがって、検査装置は、溶接部の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

第２発明は、検査方法の発明である。この検査方法は、第１撮像工程、第２撮像工程および演算工程を含む。第１撮像工程では、配線または溶接部の色とは反対色の光を第１照明から配線および溶接部に対して照射した状態で、撮像部により複数の配線の端部に対向する方向から配線および溶接部を撮像する。第２撮像工程では、配線および溶接部に対して配線の色とは反対色の光を第１照明から配線および溶接部に対して照射し、且つ、第１照明から照射される光の色とは異なる色の光を第２照明から溶接部に照射することなく複数の配線に照射した状態で、撮像部により配線および溶接部を撮像する。演算工程では、第１撮像工程で撮像された第１データから得られる複数の配線の輪郭、および、第２撮像工程で撮像された第２データから得られる溶接部の輪郭に基づき、複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出する。
この検査方法により、複数の配線の輪郭と溶接部の輪郭とが明確に検出されるので、溶接部の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

本発明の一実施形態による検査装置の構成図である。 図１のＩＩ方向の矢視図である。 第１撮像状態にて撮像された画像データである。 第２撮像状態にて撮像された画像データである。 一実施形態による検査方法のフローチャートである。 第１の検査対象における第１データの模式図である。 第１の検査対象における第２データの模式図である。 第２の検査対象における第１データの模式図である。 第２の検査対象における第２データの模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
［一実施形態］
本発明の一実施形態を図１〜図７に示す。本実施形態の検査装置１は、複数の配線２，３の端部同士を溶接した溶接部４を検査対象１００として外観検査するものである。この検査装置１の検査対象１００として、例えば３相ＡＣモータに用いられるステータコイルにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からそれぞれ取り出された複数の配線（コイル線）の端部同士をＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接したものが例示される。

図１及び図２に示すように、複数の配線２，３はいずれも、溶接部４から複数の配線２，３が並んで延びる並列部５、および、その並列部５の溶接部４とは反対側の端部から並列部５が延びる方向に対して交差する方向に延びる延伸部６を有する。なお、図２では、一方の配線２の延伸部６と他方の配線３の延伸部６とのなす角は約９０°であるが、この検査装置１の検査対象１００となる複数の配線２，３の延伸部６同士のなす角はそれに限るものではない。

（検査装置１の構成）
検査装置１の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、検査装置１は、撮像部としてのＣＣＤカメラ１０、第１照明１１、第２照明１２および制御部１３などを備えている。なお、図２では、説明のため、ＣＣＤカメラ１０と第１照明１１の位置を一点鎖線で示している。
ＣＣＤカメラ１０は、複数の配線２，３の並列部５が延びる方向の一方に設けられる。ＣＣＤカメラ１０は、複数の配線２，３の端部に対向する方向から溶接部４および配線２，３を撮像することが可能である。ＣＣＤカメラ１０により撮像されたデータは、制御部１３に伝送される。

第１照明１１は、リング照明であり、ＣＣＤカメラ１０の周囲に配置される。第１照明１１は、溶接部４および配線２，３に対し、溶接部４または配線２，３の色とは反対色の光を照射する。本実施形態では、配線２，３が銅線であり、赤色成分が多いことから、第１照明１１として青色ＬＥＤを採用することが好ましい。なお、第１照明１１は、青色ＬＥＤを使用したリング照明に限るものではなく、その形状、個数および配置についても、任意に設定することが可能である。

第２照明１２は、スポット照明であり、一方の配線２と他方の配線３に対応して２個設置されている。第２照明１２は、平行光を照射するためのレンズを有している。第２照明１２は、溶接部４に光を照射することなく、複数の配線２，３の並列部５および延伸部６に光を照射することが可能である。なお、第２照明１２は、並列部５のうち、溶接部４から僅かに離れた位置に光を照射することが好ましい。また、第２照明１２は、少なくとも並列部５と延伸部６とが接続している箇所に光を照射することが好ましい。

第２照明１２は、第１照明１１から照射される光の色とは異なる色の光を照射する。これにより、第１照明１１の光と第２照明１２の光とが合わさる箇所の配線２，３は、明度が高い色で撮像されることとなる。また、第２照明１２から照射される光の波長は、第１照明１１から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである。これにより、第２照明１２から照射される光の色がより明度の高い色になる。さらに、第２照明１２から照射される光の強度は、第１照明１１から照射される光の強度より大きく設定されている。本実施形態では、第２照明１２から照射される光は、白色光である。これにより、配線２，３を白く光らせて撮像することが可能となる。なお、第２照明１２は、白色のスポット照明に限るものではなく、その形状、個数および配置についても、任意に設定することが可能である。

制御部１３は、ＣＰＵおよびメモリなどを備えたコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより切替部１４および検出部１５等として機能する。
切替部１４は、第１照明１１および第２照明１２の点灯と消灯を切り替え制御するスイッチである。切替部１４は、第１照明１１が点灯し第２照明１２が消灯する第１撮像状態と、第１照明１１および第２照明１２の両方が点灯する第２撮像状態とを切り替えることが可能である。以下の説明において、第１撮像状態のときにＣＣＤカメラ１０で撮像した画像データを第１データと称する。また、第２撮像状態のときにＣＣＤカメラ１０で撮像した画像データを第２データと称する。

ここで、図３に第１データの一例を示し、図４に第２データの一例を示す。この第１データと第２データとはいずれも、同一の検査対象１００が同じ位置で撮像されたものである。
図３に示した第１データは、画像背景に対し、溶接部４および配線２，３の両方が比較的明度の低い色となって撮像されている。なお、本実施形態における第１データは、カラー画像である。即ち、実際の第１データは、画像背景が明るい青色であり、溶接部４および配線２，３が暗い青色である。

図４に示した第２データは、画像背景と配線２，３が溶接部の色よりも比較的明度の高い色で撮像され、溶接部４のみが第１撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像されている。第１照明１１および第２照明１２の両方が点灯する第２撮像状態では、配線２，３上で第１照明１１の光と第２照明１２の光とが合わさることで、第１照明１１から照射された光が第２照明１２から照射された光によって打ち消されるようになり、配線２，３をより明度の高い色に光らせることが可能となる。一方、溶接部４には、第１照明１１の光のみが照射されるので、比較的明度の低い色となる。したがって、第２データでは、溶接部４が、複数の配線２，３と区別された状態で撮像されたものとなる。なお、本実施形態における第２データは、カラー画像である。即ち、実際の第２データは、画像背景が白色であり、配線２，３が白または明るい赤黄色であり、溶接部４のみが暗い青色である

検出部１５は、所定の色（本実施形態では暗い青色）を抽出する色抽出処理、或いは、２値化処理などにより、溶接部４および複数の配線２，３の輪郭を検出するものである。すなわち、検出部１５は、第１データに基づき、溶接部４及びその溶接部４から延びる複数の配線２，３の輪郭を検出する。また、検出部１５は、第２データに基づき、溶接部４のみの輪郭を検出する。第１データと第２データとはいずれも、検査対象１００が同じ位置で撮像されたものであるので、検出部１５は、その第１データと第２データに基づき、複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出することが可能である。

（検査方法）
次に、溶接品質の検査方法について、図５のフローチャート等を参照して説明する。
なお、図５では、ステップを「Ｓ」と表示している。
まず、ステップ１では、切替部１４により第１照明１１を点灯し、第２照明１２を消灯する。これにより、第１照明１１から検査対象１００である溶接部４および配線２，３に対して青色の光が照射される。これにより、第１撮像状態となる。
ステップ２では、その第１撮像状態において、ＣＣＤカメラ１０により検査対象１００を撮像し、第１データを得る。この第１データは、制御部１３に伝送される。

次に、ステップ３では、切替部１４により第１照明１１および第２照明１２の両方を点灯する。これにより、第１照明１１から青色の光が溶接部４および配線２，３に照射され、且つ、第２照明１２から白色の光が複数の配線２，３に照射される。なお、上述したように、第２照明１２の光は溶接部４に照射されることはない。これにより、第２撮像状態となる。
ステップ４では、その第２撮像状態において、ＣＣＤカメラ１０により検査対象１００を撮像し、第２データを得る。この第２データも、制御部１３に伝送される。

ステップ５では、制御部１３が検出部１５として機能し、第１データに基づき、溶接部４から延びる複数の配線２，３の輪郭が検出される。図６に、第１の検査対象１００における第１データの模式図を示す。なお、図６では、溶接部４および配線２，３の輪郭のみを実線にて示している。
検出部１５は、２本の配線２，３それぞれについて、配線２，３の輪郭の位置を検出し、次に、その配線２，３それぞれの中心線Ａ，Ｂの位置を検出する。続いて、検出部１５は、一方の配線２の輪郭の延長線Ｃ，Ｄと、他方の配線３の輪郭Ｅ，Ｆの延長線により、２本の配線２，３同士が突き合わされた面を検出する。以下、この位置を突合せ面Ｇという。

ステップ６では、検出部１５において、第２データに基づき、溶接部４の輪郭が検出される。上述したように、第２データは、溶接部４が、複数の配線２，３と区別された状態で撮像されたものである。図７に、図６と同一の第１の検査対象１００における第２データの模式図を示す。図７では、溶接部４の輪郭のみを実線にて示している。また図７では、上述したステップ５で検出した２本の配線２，３の輪郭の位置、中心線Ａ，Ｂの位置、および突合せ面Ｇを表記している。検出部１５は、それらの位置を記憶している。

続いて、ステップ７では、検出部１５は、複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出する。図７に示すように、検出部１５は、例えば、２本の配線２，３の突合せ面Ｇにおける溶接部４の寸法Ｈを検出する。また、検出部１５は、例えば、突合せ面Ｇと平行な配線２の中心線Ａにおける溶接部４の寸法Ｉを検出する。図７では、２本の配線２，３の突合せ面Ｇにおける溶接部４の寸法Ｈは、突合せ面Ｇと平行な配線２の中心線Ａにおける溶接部４の寸法Ｉよりも大きい。

これに対し、図８及び図９には、上述した図６および図７に示した第１の検査対象１００とは異なる第２の検査対象１０２を撮像して得られた第１データおよび第２データの模式図を示している。
図８では、溶接部４および配線２，３の輪郭のみを実線にて示している。図９では、２本の配線２，３の端面２１，３１、および、溶接部４の輪郭を実線にて示している。すなわち、図８及び図９に示した第２の検査対象１０２は、溶接部４が２本の配線２，３の端面２１，３１よりも小さく形成されたものである。

この第２の検査対象についても、検出部１５は、複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出する。図９では、２本の配線２，３の突合せ面Ｇにおける溶接部４の寸法Ｈは、突合せ面Ｇと平行な配線２の中心線Ａにおける溶接部４の寸法Ｉよりも小さい。これにより、検出部１５は、第２の検査対象１０２について、溶接部４が２本の配線２，３の端面２１，３１よりも小さいことを検出することが可能である。

上述した溶接品質の検査方法について、ステップ１および２が特許請求の範囲に記載の「第１撮像工程」の一例に相当する。また、ステップ３および４が特許請求の範囲に記載の「第２撮像工程」の一例に相当する。また、ステップ５から７が特許請求の範囲に記載の「演算工程」の一例に相当する。

（作用効果）
本実施形態では、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態の検査装置１は、第１撮像状態において、溶接部４と配線２，３とが比較的明度の低い色で撮像された第１データが得られる。第２撮像状態において、溶接部４のみが第１撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線２，３がその溶接部４の色よりも比較的明度の高い色で撮像された第２データが得られる。そのため、検出部１５は、第１データから複数の配線２，３の輪郭を検出し、第２データから複数の配線２，３と区別された溶接部４の輪郭を検出し、これらの検出結果に基づいて複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出することが可能である。したがって、検査装置１は、溶接部４の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

（２）本実施形態では、第２照明１２は、複数の配線２，３が有する並列部５および延伸部６に向けて光を照射するものである。
これにより、第２撮像状態において溶接部４が比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線２，３の延伸部６が比較的明度の高い色で撮像された第２データを得ることができる。
なお、複数の配線２，３の端面２１，３１の面積より溶接部４が小さい場合、第２撮像状態において複数の配線２，３の端面２１，３１と溶接部４とが比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線２，３の並列部５の側面と延伸部６とが比較的明度の高い色で撮像された第２データを得ることができる。

（３）本実施形態では、検出部１５は、第１データに基づき複数の配線２，３の輪郭を検出し、第２データに基づき複数の配線２，３と区別された溶接部４の輪郭を検出する。
これにより、検出部１５は、複数の配線２，３の位置と、溶接部４の位置との関係を検出することが可能である。

（４）本実施形態では、第２照明１２から照射される光の波長は、第１照明１１から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである。
これにより、第２照明１２から照射される光の色がより明度の高い色になる。そのため、第２撮像状態において、第１照明１１から配線２，３に対して照射された光を、第２照明１２から照射された光により打ち消すようにして、配線２，３をより明度の高い色にすることが可能となる。そのため、検出部１５は、第２撮像状態において、配線２，３と区別された溶接部４のみを明確に検出することができる。

（５）本実施形態では、第２照明１２から照射される光は、白色光である。
これにより、第２撮像状態において、配線２，３を白く光らせることが可能となる。そのため、検出部１５は、第２撮像状態において、配線２，３と区別された溶接部４のみを明確に検出することができる。

（６）本実施形態では、第１照明１１から照射される光の強度より、第２照明１２から照射される光の強度は大きい。
これにより、第２撮像状態において、配線２，３をより明度の高い色に光らせることが可能となる。そのため、検出部１５は、溶接部４と配線２，３との境界を明確に検出することができる。

（７）本実施形態による検査方法は、第１撮像状態で検査対象１００を撮像して得られた第１データと、第２撮像状態で同一の検査対象１００を撮像して得られた第２データに基づき、複数の配線２，３の位置に対応した溶接部４の寸法を検出する。
これにより、この検査方法は、溶接部４の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、２本の配線２，３同士を溶接した溶接部４を外観検査する装置及び方法を説明した。これに対し、他の実施形態では、検査装置１およびその方法は、３本以上の配線同士を溶接した溶接部４を検査するものとしてもよい。

（２）上述した実施形態では、ステータコイルから取り出されたコイル線の端部同士を溶接した溶接部４を外観検査する装置及び方法を説明した。これに対し、他の実施形態では、検査装置１およびその方法は、コイル線に限らず、種々の配線同士を溶接した溶接部を検査するものとしてもよい。なお、配線同士の溶接方法についても、ＴＩＧ溶接に限らず、種々の溶接法により溶接された溶接部の検査に対応することが可能である。

（３）上述した実施形態では、検出部１５は、２本の配線２，３の突合せ面Ｇにおける溶接部４の寸法Ｈ、および、突合せ面Ｇと平行な配線２の中心線Ａにおける溶接部４の寸法Ｉを検出した。これに対し、他の実施形態では、検出部１５は、それ以外に溶接部４の各種寸法または面積などを検出してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・検査装置
２，３・・・配線
４ ・・・溶接部
１０ ・・・ＣＣＤカメラ（撮像部）
１１ ・・・第１照明
１２ ・・・第２照明
１４ ・・・切替部
１５ ・・・検出部

Claims (7)

1. 複数の配線（２，３）の端部同士を溶接した溶接部（４）を有する検査対象（１００，１０２）を外観検査する検査装置であって、
   複数の前記配線の前記端部に対向する方向から前記溶接部および前記配線を撮像する撮像部（１０）と、
   前記溶接部および前記配線に対し、前記溶接部または前記配線の色とは反対色の光を照射する第１照明（１１）と、
   前記第１照明から照射される光の色とは異なる色の光を、前記溶接部に照射することなく、複数の前記配線に照射する第２照明（１２）と、
   前記第１照明が点灯し前記第２照明が消灯する第１撮像状態と、前記第１照明および前記第２照明の両方が点灯する第２撮像状態とを切り替える切替部（１４）と、
   前記第１撮像状態のときに前記撮像部が撮像して得られた第１データと前記第２撮像状態のときに前記撮像部が撮像して得られた第２データとに基づき、複数の前記配線の位置に対応した前記溶接部の寸法を検出する検出部（１５）と、を備えた検査装置。
2. 前記第２照明は、複数の前記配線のうち、前記溶接部から複数の前記配線が並んで延びる並列部（５）、および、前記並列部の前記溶接部とは反対側の端部から前記並列部が延びる方向に対して交差する方向に延びる延伸部（６）に向けて光を照射するものである請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検出部は、
   前記第１データに基づき、複数の前記配線の輪郭を検出し、
   前記第２データに基づき、複数の前記配線と区別された前記溶接部の輪郭を検出するものである請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記第２照明から照射される光の波長は、前記第１照明から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記第２照明から照射される光は、白色光である請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記第１照明から照射される光の強度より、前記第２照明から照射される光の強度は大きいものとする請求項１から５のいずれか一項に記載の検査装置。
7. 複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を外観検査する検査方法であって、
   前記配線または前記溶接部の色とは反対色の光を第１照明から前記配線および前記溶接部に対して照射した状態で、撮像部により複数の前記配線の前記端部に対向する方向から前記配線および前記溶接部を撮像する第１撮像工程（Ｓ１，Ｓ２）と、
   前記配線および前記溶接部に対して前記配線の色とは反対色の光を前記第１照明から前記配線および前記溶接部に対して照射し、且つ、前記第１照明から照射される光の色とは異なる色の光を第２照明から前記溶接部に照射することなく複数の前記配線に照射した状態で、前記撮像部により前記配線および前記溶接部を撮像する第２撮像工程（Ｓ３，Ｓ４）と、
   前記第１撮像工程で撮像された第１データから得られる複数の前記配線の輪郭、および、前記第２撮像工程で撮像された第２データから得られる前記溶接部の輪郭に基づき、複数の前記配線の位置に対応した前記溶接部の寸法を検出する演算工程（Ｓ５−Ｓ７）と、を含む検査方法。