JP2018036094A

JP2018036094A - 立体物の外観検査装置

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Publication number: JP2018036094A
Application number: JP2016167864A
Authority: JP
Inventors: 宏和山田; Hirokazu Yamada
Original assignee: OOBITTO KK
Current assignee: OOBITTO KK
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: JP6936995B2

Abstract

【課題】歯車などの立体物を検査する場合に、簡単かつ迅速に種々の撮影位置から画像を取得して検査できるようにするとともに、その歯車などの回転体を駆動装置の回転軸に取り付けるようにする。【解決手段】歯車や丸鋸などのような軸対称な立体物２の外観を検査する場合、六軸多関節ロボット３を用いてその立体物２を把持させる。そして、そのロボット３の先端に設けられた回転機構３８を用いて立体物２を３６０度回転させるとともに、その立体物の回転軸を水平移動させたり、あるいは、傾斜させたりするようにする。そして、立体物２の回転の位相と同期して取得された同一画像を元に、立体物２の外観を検査する。また、このようにロボット３を用いて検査を行う場合、そのロボット３で検査待ちの立体物を把持してカメラ前まで移動させ、そこで全面画像を種々の角度から検査を行えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、立体物を回転させてその外観を検査する外観検査装置に関するものであり、より詳しくは、その立体物の全面画像を種々の角度から撮影して検査できるようにした外観検査装置に関するものである。

従来、歯車や丸鋸などのような軸対称の立体的を検査する外観検査装置が各種提案されている。

このような装置は、一般的に、軸対称の立体物を回転させながらカメラで撮影を行うとともに、その撮影された表面画像と基準画像とを比較することで、検査対象物の良否を検査できるようにしている（特許文献１、２など）。

このような立体物の外観検査措置の構成について、図８を用いて説明する。

図８において９１は検査対象物であり、歯車、丸鋸などのような軸対称な立体物で構成されるものである。この立体物９１の中心には、その立体物９１を回転させるための軸穴９２が設けられており、その軸穴９２を中心に回転させるようにしている。また、符号９３はその立体物９１を検査のために保持して回転させる回転装置であって、立体物９１の軸穴９２に回転軸９３Ｃを取り付けて回転させるようにしたものである。また、符号９４は画像取得部であり、照明装置９４ａやカメラ９４ｂなどによって構成されるものである。

このような装置を用いて立体物９１を検査する場合、検査対象物である立体物９１を取り出して、回転装置９３の回転軸９３Ｃに取り付けるとともに、その立体物９１の対称軸を中心に回転させる。そして、その回転の位相に同期して外周部分に設けられた同一形状である凹凸などをカメラ９４ｂで撮影し、これと基準画像とを比較することでその形成状態の良否を検査するようにしている。

特開２０１２−６３２５４号特開２０１４−１１５２２２号

ところで、このような装置を用いて立体物の形成状態を検査する場合、次のような問題がある。

すなわち、このような立体物の外周部分の凹凸を検査する場合、その凹部の底面部分だけでなく、その側壁面やエッジなどの他の部位も検査する必要がある。しかしながら、従来の検査装置で種々の方向から画像を取得して検査しようとすると、それぞれの位置にカメラを設けなければならず、コストが掛かってしまう。

また、このような立体物を回転装置に取り付ける場合、検査待ちの立体物の中から一つの立体物を取り出して、手でその回転装置に取り付けなければならないが、カメラが複数設けられていると、その回転装置がカメラで囲まれてしまうために、立体物を装着するのに時間が掛かってしまうといった問題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みて、立体物の外観を検査する場合、簡単かつ迅速に種々の方向から画像を取得して検査できるようにすることを第一の目的とし、また、このような立体物を検査する場合、その立体物を回転装置に取り付ける手間を省いて迅速に検査を行えるようにすることも目的とする。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、立体物の外観を検査する外観検査装置において、前記立体物を所定の回転軸を中心に回転させる回転部と、当該回転軸の位置や角度を変化させる軸変化部と、当該軸変化部で回転軸を変化させた状態で前記回転部を用いて立体物を回転させ、当該回転の位相に同期して画像を取得する画像取得部と、当該画像取得部で取得された画像を検査する検査部とを備えるようにしたものである。

このように構成すれば、立体物を回転させることで、同じ方向から全面画像を取得することができるとともに、その回転軸の位置や角度を変化させることで、種々の位置や角度から画像を取得して簡単かつ迅速な検査を行うことができるようになる。

また、このような発明において、立体物を回転させる場合、立体物の慣性主軸を中心に回転させるようにする。

このようにすれば、立体物を回転させる際に、大きな重心移動を伴うことがなくなり、立体物を高速に回転させて全面画像を取得することができるようになる。

さらに、前記回転部および傾斜機構を六軸多関節ロボットで構成する。

このように構成すれば、三軸方向への移動および三軸を中心とする回転運動を行わせることができ、種々の方向からの画像を取得することができるようになる。

また、このような六軸多関節ロボットを用いて立体物を検査する場合、検査待ちの立体物の存在する位置で立体物を把持し、前記画像取得部の前まで立体物を移動させるように前記六軸多関節ロボットを制御する。

このように構成すれば、検査待ちの立体物の取り出しと、その立体物の回転や傾斜などの動作を一台のロボットで行うことができるため、手で立体物を取り出して検査する場合と比べて、簡単かつ迅速に検査を行うことができるようになる。

本発明によれば、立体物を回転させることで、同じ方向から全面画像を取得することができるとともに、その回転軸の位置や角度を変化させることで、種々の位置や角度から画像を取得して簡単かつ迅速な検査を行うことができるようになる。

本発明の一実施の形態における外観検査装置を示す図同形態における把持部を示す図同形態における第一の位置で画像を取得した図同形態における第二の位置で画像を取得した図同形態における第三の位置で画像を取得した図同形態における第四の位置で画像を取得した図同形態における検査のフローチャート従来例を示す図

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態における立体物２の外観検査装置１は、歯車や丸鋸などのような外周部分に同一の形状を有する軸対称な立体物２を検査できるようにしたものであって、図１に示すように、立体物２を把持する把持部４と、この把持部４で把持された立体物２を対称軸を中心に回転させるロボット３と、当該回転する立体物２から外観画像を取得する画像取得部６と、当該画像取得部６で取得された画像に基づいて外観の良否を検査する検査部７とを備えるようにしたものである。そして、特徴的に、そのロボット３を用いて立体物２の回転軸を平行移動させたり傾斜させたりした状態で立体物２を３６０度回転させ、その回転の位相に同期して取得された画像に基づいて立体物２の外観を検査できるようにしたものである。以下、本実施の形態における外観検査装置１について詳細に説明する。

まず、検査対象物である軸対称な立体物２としては、歯車や丸鋸などのように、外周部分に歯車の凹凸や丸鋸刃などの同一の形状を有するものであって、ここでは、中心に軸穴２１を有するものを用いて説明する。このような立体物２は、外周部分に同一の凹凸などが均等に配置されており、この立体物２を回転させながら位相と同期を取って撮影することにより、同一形状の画像を取得できる。なお、ここでは立体物２の例として、歯車や丸鋸などを例に挙げて説明するが、これ以外にスリーブやナットなどのような軸対称な立体物を用いることもできる。

ロボット３は、この検査対象物である立体物２を三次元（ｘｙｚ）方向に移動させるとともに、これらの各軸回りに回転させるようにしたものであって、ここでは六軸多関節ロボットが用いられる。この六軸多関節ロボットは、図１に示すように、鉛直軸を中心に水平面内で回転するベース部３１と、そのベース部３１上に設けられた関節３２を中心に前後方向に傾動する第一アーム３３と、その第一アーム３３の先端側に設けられた関節３４ａ、３４ｂを中心に上下方向に動かすとともに長手方向の軸を中心に回転する第二アーム３５と、その第二アーム３５の先端側に設けられた関節３６を中心に上下方向に動かす第三アーム３７と、その第三アーム３７の先端側でその長手方向の軸回りに回転する回転機構３８とを備えて構成されている。この回転機構３８の先端には、図２に示すような立体物２を把持するための把持部４が設けられており、この把持部４によって立体物２を把持させて回転させられるようになっている。この把持部４には、立体物２を把持できるように、軸穴２１に挿入して内側から押圧させる複数の分割片４１を設けるようにしており、その分割片４１を中心に寄せることによって立体物２の軸穴２１に挿入できるようにしている。そして、立体物２の軸穴２１を把持させる場合は、その分割片４１を外側に拡大させることで径を大きくして軸穴２１を内側から押圧させるようにしている。これらの分割片４１には、立体物２をその把持部４の慣性主軸Ｃに対して鉛直に保持できるようにしたフランジ部４２が設けられており、このフランジ部４２を立体物２の表面を接触させて把持させるようにしている。

制御部５は、このロボット３の各関節３２、３４ａ、３４ｂ、３６に設けられたモーターや、把持部４を取り付けた回転機構３８、その把持部４の分割片４１などの駆動させるようにしたもので、あらかじめコンピュータで設定された条件に従ってロボット３や把持部４を駆動させるようにしている。この制御部５を用いてロボット３を駆動させる場合、分割片４１を用いて立体物２を把持させた後、カメラ６２の前方まで移動させ、その位置で、回転機構３８を用いて把持部４を３６０度回転させるようにする。そして、立体物２の外周の画像を取得して検査が終了した後、その結果に応じて、良品や不良品ごとに分けられた位置にアーム３３、３５、３７を移動させて、立体物２を振り分け回収させるようにしている。

画像取得部６は、このロボット３の把持部４に把持された立体物２の画像を取得できるようにしたものであって、ここでは照明装置６１やカメラ６２で構成されている。このカメラ６２は、照明装置６１から照射された光が正反射しない位置に一台だけ設けられており、これによって強い反射光を避けて表面画像を取得できるようにしている。なお、これらの照明装置６１としては、ＬＥＤや蛍光灯、ハロゲンランプなどのような光源に拡散板などを設けて均一な光を照射できるようにしたものなどが用いられ、また、カメラ６２としては、ラインセンサ、エリアセンサなどを用いることができる。この画像取得部６で画像を取得する場合、その周囲に形成された凹凸などの同一画像を取得できるように立体物２の回転と同期して撮影を行うようにする。この同期を行う方法としては、立体物２の外周部分に設けられたセンサーによって同期を行うようにしてもよいし、あるいは、モーターの回転角度に応じて同期を行うようにしてもよい。

検査部７は、この画像取得部６で取得された画像に基づいて立体物２の形成状態の良否を検査できるようにしている。この検査を行う方法については種々の方法を用いることができるが、ここでは、あらかじめ記憶された基準画像に関する情報と、検査対象物の画像から取得された情報とを比較することで検査を行えるようにしている。具体的には、検査対象物の検査を行う場合、あらかじめ、良品の立体物２から複数の画像を取得しておき、それぞれの立体物２の画素における輝度値を取得しておく。そして、各画像の同じ位置における画素の輝度値の正規分布から、良品と判断できる輝度幅をその画素に対応させて記憶させておく。そして、検査対象物から画像が取得された場合、まず、その検査対象物の画像と基準画像の位置合わせを行った後、検査対象物の画素の輝度値を取得する。そして、その検査対象物から取得された画素の輝度値と、これに対応してあらかじめ記憶されたその画素の輝度幅とを比較し、その検査対象物の輝度値が所定の輝度幅の範囲内に含まれている場合は、良画素と判断する。一方、検査対象物から取得された画素の輝度値が、その所定幅の輝度幅に含まれていない場合は、不良画素と判断する。そして、隣接して存在する画素の面積の大きさを算出し、その面積が所定の大きさを超えた場合に、「不良」として出力する。この「不良」を出力する方法としては、ディスプレイに「不良」である旨の情報とともに不良領域の画像を表示させるようにしてもよい。あるいは、その検査対象物を不良品用の回収部に回収させるための駆動用の制御信号として出力するようにしてもよい。

次に、このような検査対象物の位置と画像取得部６の位置関係における画像の取得状況について説明する。

まず、図３に示すように、歯車の正面位置である第一の位置では、歯車の凹部２２の底面や凸部２３の凸面の明確な画像を取得することができる。そこで、制御部５では、この第一の位置で凹部２２の底面や凸部２３の凸面の画像を取得できるような位置に立体物２を移動させ、その位置で回転機構３８を駆動させる。すると、その回転機構３８に取り付けられた把持部４とともに立体物２が慣性主軸Ｃを中心に回転し、この回転の位相と同期して撮影を行うことで、その外周部分に形成された同一画像を複数枚取得して検査を行うことができる。

一方、図４に示すように、立体物２の中心から外れた第二の位置では、凹凸の一方の壁面２４ａの画像を取得することができる。そこで、制御部５では、この第二の位置で凹部２２の壁面２４ａの画像を取得できるように立体物２を水平移動させ、同様に、この位置で回転機構３８を駆動させる。そして、把持部４に把持された立体物２を慣性主軸を中心に回転させ、この回転の位相に同期して撮影を行うことで、その壁面２４ａの画像を複数取得して検査できるようにする。

また、図５に示すように、立体物２の中心から反対側に外れた第三の位置では、凹凸の他方の壁面２４ｂの画像を取得することができる。そこで、制御部５では、この第三の位置で凹部２２の壁面２４ｂの画像を取得できるように立体物２を水平移動させ、同様にして、この位置で回転機構３８を駆動させ、これに伴って、把持部４に把持された立体物２を慣性主軸Ｃを中心に回転させる。そして、この回転の位相に同期して撮影を行うことで、その壁面２４ｂと同一画像を複数枚取得して検査できるようにする。

さらに、図６に示すように、立体物２の回転軸を９０度傾斜させた第四の位置では、立体物２の表面方向から見た外周の凹凸形状の画像を取得することができる。そこで、制御部５を介して、この第四の位置に立体物２を移動させ、同様に、この位置で回転機構３８を駆動させ、これに伴って、把持部４に把持された立体物２を慣性主軸Ｃを中心に回転させる。そして、この回転の位相に同期して撮影を行うことで、その外周部分に形成された同一の輪郭形状の画像を複数枚取得して検査できるようにする。

次に、このように構成された外観検査装置１の使用方法について図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、この検査対象物である立体物２はベルトコンベアや集積部などにストックされているものとする。

このような検査待ちの立体物２を検査する場合、図示しないセンサーなどを用いて立体物２の位置を検出してアーム３３、３５、３７を移動させ、把持部４で立体物２を把持させる（ステップＳ１）。この把持の動作においては、分割片４１を中央に寄せた状態で立体物２の軸穴２１に挿入し、フランジ部４２をその立体物２の表面に当接させた状態で分割片４１を拡大させて、内側から軸穴２１を押圧する。

そして、このように立体物２を把持した状態で、図３に示すように、立体物２をカメラ６２の前方である第ｎ（ｎ＝１）の位置まで移動させる（ステップＳ２）。なお、ここで「第ｎの位置」における初期値は「ｎ＝１」に設定されているものとする。

そして、そこでロボット３の回転機構３８を駆動させて立体物２を３６０度回転させるとともに、この回転の位相と同期してカメラ６２で撮影を行い、その表面に形成された同一画像を複数枚取得する（ステップＳ３）。

この画像取得と並行して、取得された各画像と基準画像との位置合わせを行い、取得された画像における各画素の輝度値が基準画像の画素に対して所定の輝度幅の範囲内に含まれているか否かによって、各画素の良否を判断する（ステップＳ４）。このとき、不良と判断された画素が隣接して所定面積以上存在している場合は「不良」と判断し（ステップＳ５：Ｎｏ）、回収用のボックスなどにアーム３３、３５、３７を移動させて回収する（ステップＳ７）。一方、良品と判断された場合は、良品用のベルトコンベアや集積部などに移動させて良品として回収する（ステップＳ６）。

次に、このように第一の位置における検査が終了した場合、図４に示すように、ロボット３を用いて立体物２を第ｎ（ｎ＝２）の位置に水平移動させ（ステップＳ８〜Ｓ９、Ｓ２）、同様にして、立体物２を回転させて、片方の壁面２４ａの画像を取得し、検査結果に応じた回収を行うようにする（ステップＳ３〜Ｓ７）。

今度は、逆に他方の壁面２４ｂの検査を行うべく、図５に示すように、ロボット３を用いて立体物２を第ｎ（ｎ＝３）の位置に水平移動させ（ステップＳ８〜Ｓ９、Ｓ２）、同様にして、立体物２を回転させて壁面２４ｂの画像を取得し、その検査結果に応じた回収を行うようにする（ステップＳ３〜Ｓ７）。

また、必要に応じて、図６に示すように、立体物２の回転軸を９０度ほど傾斜させて第ｎ（ｎ＝４）の位置に立体物２を移動させ（ステップＳ８〜Ｓ９、Ｓ２）、同様にして、立体物２の表裏面の凹凸形状の画像取得や、その検査や回収などを行うようにする（ステップＳ３〜Ｓ７）。

このように上記実施の形態によれば、立体物２の外観を検査する外観検査装置１において、前記立体物２の慣性主軸Ｃを中心に立体物２を回転させる回転機構３８と、その慣性主軸Ｃの位置や角度を変化させるアーム３３、３５、３７などを備えたロボット３と、当該慣性主軸Ｃの位置や角度を変化させた位置で立体物２を３６０度回転させ、その回転の位相に同期して立体物２の外観画像を取得する画像取得部６と、当該画像取得部６で取得された画像を検査する検査部７とを備えるようにしたので、立体物を回転させることで、同じ方向から全面画像を取得することができるとともに、その慣性主軸Ｃの位置や角度を変化させることで、種々の位置や角度から画像を取得して簡単かつ迅速な検査を行うことができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、六軸多関節ロボットの先端部分の回転機構３８を用いて立体物２を回転させるようにしたが、この六軸多関節ロボットの先端に別途新たな回転機構を設けて立体物２を３６０度回転させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、ロボット３を用いて立体物２を回転させるとともに、その慣性主軸Ｃの変位や傾斜などを行わせるようにしたが、このようなロボット３を用いることなく、立体物２をステージの上に載置して慣性主軸Ｃを中心に３６０度回転させ、これによって、全面画像を取得できるようにしたもよい。そして、その際に、そのステージの回転軸を傾斜させるようにすることで、種々の角度からの画像を取得して検査できるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、立体物２の凹部２２の底面や凸部２３の表面、凹部２２の両壁面２４ａ、２４ｂ、凹凸の輪郭などを検査するようにしたが、これ以外に、立体物２の表面や裏面に形成された穴や模様、エッジの形成状態などを検査できるようにしてもよい。

１・・・外観検査装置
２・・・立体物
２１・・・軸穴
２２・・・凹部
２３・・・凸部
２４ａ、２４ｂ・・・壁面
３・・・ロボット
３１・・・ベース部
３２、３４ａ、３４ｂ、３６・・・関節
３３、３５、３７・・・第一アーム、第二アーム、第三アーム
３８・・・回転機構
４・・・把持部
４１・・・分割片
４２・・・フランジ部
５・・・制御部
６・・・画像取得部
６１・・・照明装置
６２・・・カメラ
７・・・検査部
８・・・制御部
Ｃ・・・慣性主軸

Claims

立体物の外観を検査する外観検査装置において、
前記立体物を所定の回転軸を中心に回転させる回転部と、
当該回転軸の位置や角度を変化させる軸変化部と、
当該軸変化部で回転軸を変化させた状態で前記回転部を用いて立体物を回転させ、当該回転の位相に同期して画像を取得する画像取得部と、
当該画像取得部で取得された画像を検査する検査部と、
を備えるようにしたことを特徴とする外観検査装置。
前記回転軸が、慣性主軸である請求項１に記載の外観検査装置。
前記把持部および傾斜機構が、六軸多関節ロボットで構成されるたものである請求項１に記載の外観検査装置。
検査待ちの立体物の存在する位置で立体物を把持し、前記画像取得部の前まで立体物を移動させるように前記六軸多関節ロボットを制御させる制御部を備えた請求項３に記載の外観検査装置。