JP2018151244A - 芯ズレ検出装置および芯ズレ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークの回転部に対する芯ズレを高精度に検出する。【解決手段】回転部により回転されるワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像を撮像する撮像部と、撮像部により撮像された画像に対して二値化処理を施し、ワークの外周部の画像データをエッジ画像データとして抽出する画像処理部と、エッジ画像データに基づいてワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求めるエッジ波形導出部と、エッジ波形導出部により導出されたエッジ波形に基づいて回転部に対するワークの芯ズレを算出する芯ズレ演算部と、を備えている。【選択図】図６

Description

この発明は、対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークを検出対象物とし、回転部に対するワークの芯ズレを検出する芯ズレ検出技術に関するものである。

対称軸のまわりに回転対称なワークの外観を検査する装置として、例えば特許文献１に記載されたワーク検査装置が知られている。このワーク検査装置では、モータに連結されたホルダ部によりワークが保持される。そして、上記モータによりワークを回転させながら当該ワークを複数台のカメラで撮像し、それらの撮像画像に基づいてワークの外観を検査する。

特開２０１２−６３２６８号公報

特許文献１に記載の装置は、歯車をワークとするものであり、歯車に傷や欠陥などが存在していないかを検査する。この装置では、ホルダ部は、ワークを軸方向に貫通する貫通孔に通される軸部と、ワークを軸部と同軸でクランプするクランプ機構とを有している。そして、モータの回転軸が回転することで軸部とワークとが一体に回転する。ここで、ワークの外周面が平滑面であれば、クランプ機構によって保持されたワークの対称軸とモータの回転軸とが一致していない場合であっても、撮像された画像を処理することで上記検査を比較的高い精度で検査することは可能である。これに対し、例えば歯車のように外周面に対して凹部と凸部が周期的に繰り返されるワークを検査対象とする場合、単なる画像処理で上記検査を行うことは難しい。そこで、このようなワークを精度良く検査するためには、モータに対するワークの芯ズレを正確に把握することが望まれる。しかしながら、上記芯ズレを高精度に検出する技術は従来存在しなかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークの回転部に対する芯ズレを高精度に検出する芯ズレ検出技術を提供することを目的とする。

この発明の一の態様は、対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークを回転させる、回転部に対するワークの芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、回転部により回転されるワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像を撮像する撮像部と、撮像部により撮像された画像に対して二値化処理を施し、ワークの外周部の画像データをエッジ画像データとして抽出する画像処理部と、エッジ画像データに基づいてワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求めるエッジ波形導出部と、エッジ波形導出部により導出されたエッジ波形に基づいて回転部に対するワークの芯ズレを算出する芯ズレ演算部と、を備えることを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、芯ズレ検出方法であって、対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークをワーク保持部により保持する第１工程と、ワークを保持したワーク保持部を回転部により回転させることでワークを回転部の回転軸まわりに回転させる第２工程と、回転部によるワークの回転中にワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像を取得する第３工程と、第３工程により取得された画像に対して二値化処理を施し、ワークの外周部の画像データをエッジ画像データとして抽出する第４工程と、エッジ画像データに基づいてワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求める第５工程と、エッジ波形に基づいて回転部に対するワークの芯ズレを算出する第６工程と、を備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、回転部によりワークを回転させながらワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像が取得される。ここで、回転部に対するワークの芯ズレが発生している場合には、その芯ズレを反映した情報が上記画像に含まれる。ただし、本発明では、ワークの外周部には、凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられており、上記画像には凹凸情報も含まれているため、上記画像から直ちに芯ズレを検出することは困難である。そこで、本発明では、上記画像に対して二値化処理を施し、ワークの外周部の画像データ、つまりエッジ画像データを抽出するとともに、当該エッジ画像データに基づいてワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求めている。そして、エッジ波形に基づいて回転部に対するワークの芯ズレを算出している。

上記のように、本発明によれば、ワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像からワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求め、当該エッジ波形に基づいて回転部に対するワークの芯ズレを算出するため、回転部に対するワークの芯ズレを高精度に検出することができる。

本発明に係る芯ズレ検出装置の一実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。 図１に示す検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 ワーク保持ユニットの構成を示す斜視図である。 図１に示す検査装置によるワークの検査動作を示すフローチャートである。 検査動作を模式的に示す図である。 本発明に係る芯ズレ検出方法の一実施形態である芯ズレの検出工程を示すフローチャートである。 図６に示す芯ズレの検出方法で取得される各種波形の一例を示す図である。

図１は、本発明に係る芯ズレ検出装置の第１実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。また、図２は、図１に示す検査装置の電気的構成を示すブロック図である。この検査装置１００は、歯車や羽根車などのように対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークＷの外観を検査する装置であり、ローディングユニット１、ワーク保持ユニット２、撮像ユニット３、アンローディングユニット４および制御ユニット５を有している。なお、ここでは、ワークＷは図１に示すように軸部Ｗａの上部に歯車Ｗｂを設けた機械部品であり、例えば鍛造や鋳造処理によって形成される。そして、部品製造後に当該ワークＷは外部搬送ロボットあるいはオペレータによってローディングユニット１に搬送される。

ローディングユニット１には、テーブルやストッカーなどのワーク収容部（図示省略）が設けられている。そして、外部搬送ロボットなどによりワークＷがワーク収容部に一時的に収容されると、ワーク収容部に設けられたワーク検出センサ１１（図２）がワークＷを検出し、その旨の信号を装置全体を制御する制御ユニット５に送信する。また、ローディングユニット１には、ローダ１２（図２）が設けられており、制御ユニット５からの動作指令に応じてワーク収容部に収容されている未検査のワークＷを受け取り、ワーク保持ユニット２に搬送する。

図３はワーク保持ユニットの構成を示す斜視図である。ワーク保持ユニット２は、ローダ１２により搬送されてきたワークＷを保持する保持テーブル２１Ａ、２１Ｂを装備している。これらの保持テーブル２１Ａ、２１Ｂはともに同一構成を有し、歯車Ｗｂが水平状態となる姿勢でワークＷの軸部Ｗａの一部を把持して保持可能となっている。以下、図３を参照しつつ保持テーブル２１Ａの構成について説明する一方、保持テーブル２１Ｂは保持テーブル２１Ａと同一構成であるため、保持テーブル２１Ｂについては同一符号を付して説明を省略する。

保持テーブル２１Ａでは、図３に示すように、チャック機構２２、水平位置決め機構２３、回転機構２４および鉛直位置決め機構２５が鉛直方向に積層配置されている。チャック機構２２は、側面視で略Ｌ字状の可動部材２２１〜２２３と、制御ユニット５からの移動指令に応じて可動部材２２１〜２２３を放射状に連動して移動させる移動部２２４とを有している。各可動部材２２１〜２２３の上端面には突起部材２２５が突設されており、上端面と突起部材２２５とで軸部Ｗａの段差部位と係合可能となっている。このため、制御ユニット５からの把持指令に応じて移動部２２４が可動部材２２１〜２２３を互いに近接移動させることでチャック機構２２の中心軸（図５中の符号ＡＸ２）と軸部Ｗａの軸芯とを一致させながらワークＷを保持することができる。一方、制御ユニット５からの解放指令に応じて移動部２２４が可動部材２２１〜２２３を互いに離間移動させることで、ローディングユニット１による未検査ワークＷのローディングやアンローディングユニット４による検査済ワークＷのアンローディングを行うことが可能となる。

このように構成されたチャック機構２２は水平位置決め機構２３に支持されている。水平位置決め機構２３は水平方向において互いに直交する方向に移動させる、いわゆるＸＹテーブルを有している。このため、制御ユニット５からの移動指令に応じてＸＹテーブルが駆動されてチャック機構２２を水平面で高精度に位置決めすることが可能となっている。なお、ＸＹテーブルとしては、モータとボールネジ機構とを組み合わせたものや、水平方向において互いに直交する２つのリニアモータを組み合わせたものなどを用いることができる。

回転機構２４はモータ２４１を有している。モータ２４１の回転シャフト（図５中の符号２４２）が鉛直上方に延設されており、その上端部に水平位置決め機構２３が連結されている。このため、制御ユニット５から回転指令が与えられると、モータ２４１が作動してモータ２４１の回転軸（図５中の符号ＡＸ３）まわりに水平位置決め機構２３、チャック機構２２、ならびにチャック機構２２により把持されたワークＷを一体的に回転させる。

ここで、本実施形態では、チャック機構２２と回転機構２４との間に水平位置決め機構２３を設けているが、その技術的意義はチャック機構２２の中心軸、チャック機構２２に把持されたワークＷの歯車Ｗｂの対称軸（図５中の符号ＡＸ４）およびモータ２４１の回転軸の相対的な位置関係を水平位置決め機構２３によって調整可能とする点にある。すなわち、チャック機構２２の中心軸とモータ２４１の回転軸とを一致させておくことで、チャック機構２２で把持したワークＷを軸部Ｗａまわりに回転させることができる。しかしながら、歯車Ｗｂの対称軸が軸部Ｗａから外れている場合には、モータ２４１に対して芯ズレが発生しており、歯車Ｗｂは偏心して回転してしまう。そこで、水平位置決め機構２３を設け、ズレ量とズレ方向を補正するように駆動させることで歯車Ｗｂの対称軸とモータ２４１の回転軸とを一致させることが可能となる。これによって、撮像ユニット３による歯車Ｗｂの画像を高精度に撮像することが可能となり、ワークＷの検査精度を向上させることができる。

鉛直位置決め機構２５は、モータ２４１を保持する保持プレート２５１と、モータ２４１の下方位置に配置されたベースプレート２５２と、保持プレート２５１およびベースプレート２５２を連結する４本の連結ピン２５３と、ベースプレート２５２を鉛直方向に昇降させる昇降部２５４とを有している。昇降部２５４は制御ユニット５からの昇降指令に応じてベースプレート２５２を昇降させることで鉛直方向において回転機構２４、水平位置決め機構２３およびチャック機構２２を一体的に移動させ、次に説明するプリアライメント位置ＰＡおよび検査位置ＰＩにおいてワークＷの高さ位置を適正化することができる。

このように構成された保持テーブル２１Ａ、２１Ｂは、図３に示すように、支持プレート２６１上に一定距離だけ離間して固定されている。また、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂの中間位置で支持プレート２６１が旋回駆動部２６２に支持されている。この旋回駆動部２６２は制御ユニット５からの旋回指令に応じて鉛直方向に延びる旋回軸ＡＸ１まわりに支持プレート２６１を１８０゜旋回可能となっており、図３に示すように保持テーブル２１Ａ、２１Ｂがそれぞれプリアライメント位置ＰＡおよび検査位置ＰＩに位置する第１ポジションと、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂがそれぞれ検査位置ＰＩおよびプリアライメント位置ＰＡに位置する第２ポジションとの間で切替可能となっている。例えばプリアライメント位置ＰＡに位置する保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷに対してプリアライメント処理を施すのと並行して、旋回駆動部２６２によって第１ポジションから第２ポジションに切り替えることで保持テーブル２１Ａがプリアライメント位置ＰＡから検査位置ＰＩにシフトし、プリアライメント処理済のワークＷを検査位置ＰＩに位置決めすることができる。また、当該ワークＷの検査を終了した後、逆方向に旋回することで保持テーブル２１Ａが検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡにシフトし、検査処理済のワークＷをプリアライメント位置ＰＡに位置決めすることができる。このように本実施形態では、支持プレート２６１および旋回駆動部２６２によりワークＷの位置を切り替えるポジション切替機構２６が構成されている。

プリアライメント位置ＰＡは上記したようにプリアライメント処理を行う位置であり、プリアライメント位置ＰＡに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）の上方にアライメントカメラ２７が配置されている。このアライメントカメラ２７は図３に示すようにワークＷに対してモータ２４１の反対側、つまりワークＷの上方側に配置されており、ワークＷの対称軸ＡＸ４に対して径方向外側に延設されたラインセンサ２７１を有している。このため、ワークＷを回転させながら当該ラインセンサ２７１によりワークＷの上面を撮像可能となっており、ワークＷを少なくとも１周回転させることで歯車Ｗｂの外周部に形成される凸部（歯末）および凹部（歯元）の全てを含む画像が得られる。

また、図３への図示を省略しているが、当該保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）に保持されたワークＷを照明してアライメント処理を良好に行うためのアライメント照明部２８（図２）が設けられている。このため、回転機構２４によりワークＷを回転させるとともに、アライメント照明部２８によりワークＷを照明しながらアライメントカメラ２７によりワークＷを撮像することができる。そして、ワークＷの画像データが制御ユニット５に送られ、芯ズレを補正して歯車Ｗｂの対称軸とモータ２４１の回転軸とを一致させる、つまりプリアライメント処理が実行される。

一方、検査位置ＰＩは検査処理を行う位置であり、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）の上方に撮像ユニット３が配置されている。この検査位置ＰＩでは、歯車Ｗｂの対称軸とモータ２４１の回転軸とが一致した状態でワークＷを回転させながらワークＷを撮像ユニット３によって撮像することができる。そして、ワークＷの画像データが制御ユニット５に送られ、歯車Ｗｂにおける傷や欠陥などの有無を検査する検査処理が実行される。

この撮像ユニット３は、図２に示すように、複数の検査カメラ３１と複数の検査照明部３２とを有している。この撮像ユニット３では、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）に保持されるワークＷを種々の方向から照明するように複数の検査照明部３２が配置されている。そして、回転機構２４によりワークＷを回転させるとともに、検査照明部３２によりワークＷを照明しながら複数の検査カメラ３１によりワークＷを種々の方向から撮像することが可能となっている。これら複数の画像データが制御ユニット５に送られ、制御ユニット５によりワークＷの検査が実行される。

こうして検査されたワークＷを保持する保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）は上記したようにポジション切替機構２６により検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡにシフトされる。そして、アンローディングユニット４により保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）から検査済のワークＷが搬出される。なお、アンローディングユニット４は基本的にローディングユニット１と同一である。つまり、アンローディングユニット４は、検査済のワークＷを一時的に収容するワーク収容部（図示省略）、ワーク検出センサ４１（図２）およびアンローダ４２（図２）を有しており、制御ユニット５からの動作指令に応じて検査済のワークＷを保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）からワーク収容部に搬送する。

制御ユニット５は、図２に示すように、論理演算を実行する周知のＣＰＵ（Central Processing Unit）、初期設定等を記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御ユニット５は、機能的には、演算処理部５１、メモリ５２、駆動制御部５３、外部入出力部５４、画像処理部５５および照明制御部５６を備えている。

上記駆動制御部５３は、装置各部に設けられた駆動機構、例えばローダ１２、チャック機構２２などの駆動を制御する。外部入出力部５４は、装置各部に装備されている各種センサ類からの信号を入力する一方、装置各部に装備されている各種アクチュエータ等に対して信号を出力する。画像処理部５５は、アライメントカメラ２７および検査カメラ３１から画像データを取り込み、２値化等の画像処理を行う。照明制御部５６はアライメント照明部２８および検査照明部３２の点灯および消灯等を制御する。

上記演算処理部５１は、演算機能を有するものであり、上記メモリ５２に記憶されているプログラムに従って駆動制御部５３、画像処理部５５、照明制御部５６などを制御することで次に説明する一連の処理を実行する。

なお、図２中の符号６はオペレータとのインターフェースとして機能する表示ユニットであり、制御ユニット５と接続され、検査装置１００の動作状態を表示する機能のほか、タッチパネルで構成されてオペレータからの入力を受け付ける入力端末としての機能も有する。また、この構成に限定されるものではなく、動作状態を表示するための表示装置と、キーボードやマウス等の入力端末を採用しても良い。

図４は図１に示す検査装置によるワークの検査動作を示すフローチャートである。また、図５は検査動作を模式的に示す図である。なお、図５においては、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂの動作を明確に区別するために、保持テーブル２１Ｂおよび当該保持テーブル２１Ｂにより保持されるワークＷに対してドットを付している。

この検査装置１００では、制御ユニット５のメモリ５２に予め記憶された検査プログラムにしたがって演算処理部５１が装置各部を制御して以下の動作を実行する。ここでは、１つのワークＷに着目して当該ワークＷに対して実行される各種動作について図４および図５を参照しつつ説明する。制御ユニット５は、図５の（ａ）欄に示すようにプリアライメント位置ＰＡに位置している保持テーブル２１ＡにワークＷが存在せず、しかもワーク検出センサ１１により未検査のワークＷがローディングユニット１のワーク収容部に収容されていることを確認すると、保持テーブル２１ＡへのワークＷのローディングを開始する（ステップＳ１）。このローディング工程では、ローダ１２がワーク収容部の未検査ワークＷを把持し、ローディングユニット１から保持テーブル２１Ａに搬送する。なお、本実施形態では、ローディング工程および後の芯ズレの検出工程を円滑に行うために、保持テーブル２１ＡへのワークＷの搬送前に、図５の（ａ）欄に示すように水平位置決め機構２３によりチャック機構２２の中心軸ＡＸ２とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とを一致させるとともに、３本の可動部材２２１〜２２３を互いに離間させてワークＷの受け入れ準備を行っている。

ローダ１２によりワークＷが保持テーブル２１Ａに搬送されてくると、チャック機構２２が上記したように３本の可動部材２２１〜２２３を互いに近接移動させてワークＷの軸部Ｗａの一部を挟み込んでワークＷを把持する。より詳しくは、ローディング動作中に、可動部材２２１〜２２３は互いに近接移動し、可動部材２２１〜２２３の各上端面と突起部材２２５とが軸部Ｗａの段差部位に係合してチャック機構２２の中心軸ＡＸ２と軸部Ｗａの軸芯とを一致させながらワークＷを保持する（図５の（ｂ）欄参照）。こうして、ローディング工程が完了し、この完了時点では、モータ２４１の回転軸ＡＸ３、チャック機構２２の中心軸ＡＸ２および軸部Ｗａの軸芯は一致している。しかしながら、鍛造や鋳造処理によって製造されたワークＷでは、例えば図５の（ｂ）欄に示すように歯車Ｗｂの対称軸ＡＸ４が軸部Ｗａの軸芯から外れ、モータ２４１に対するワークＷの芯ズレが発生していることがある。

そこで、本実施形態では、アライメント照明部２８（図２）により未検査ワークＷを照明するとともに、保持テーブル２１Ａのモータ２４１により未検査ワークＷを回転させながらアライメントカメラ２７により歯車Ｗｂを撮像し、その画像データをメモリ５２に記憶する（ステップＳ２）。

この撮像完了後に、旋回駆動部２６２により第１ポジションから第２ポジションへの切替を行う。すなわち、旋回駆動部２６２が支持プレート２６１を旋回軸ＡＸ１まわりに１８０゜旋回させ、これによって図５の（ｃ）欄に示すように未検査のワークＷを保持する保持テーブル２１Ａがプリアライメント位置ＰＡから検査位置ＰＩに移動するとともに昇降部２５４によってワークＷを撮像ユニット３により撮像可能な高さ位置に移動させる（ステップＳ３）。

また、本実施形態では、上記移動と並行して、メモリ５２からワークＷの画像データを読み出し、回転機構２４（モータ２４１）に対するワークＷの芯ズレ（本実施形態では、ズレ量Δとズレ方向とを含む情報に相当）を検出し（ステップＳ４）、それに続いて保持テーブル２１Ａにおける芯ズレ補正を行う（ステップＳ５）。なお、当該芯ズレの検出工程（ステップＳ４）については後で詳述する。この芯ズレ補正は上記ステップＳ４で検出された芯ズレを解消するように水平位置決め機構２３によりチャック機構２２を移動させる。これによって、図５の（ｃ）欄に示すように、保持テーブル２１Ａが検査位置ＰＩに到達した時点あるいは到達前後で歯車Ｗｂの対称軸とモータ２４１の回転軸とが一致し、直ちにワーク撮像工程（ステップＳ６）を開始することができる。

このステップＳ６では、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａの回転機構２４が作動し、ワーク回転を開始する。このとき、保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷは上記芯ズレ補正を受けた、いわゆる芯出し状態であり、対称軸ＡＸ４まわりに回転する。また、その回転に対応して複数の検査照明部３２が点灯して回転中のワークＷを複数の方向から照明する。なお、ここではワーク回転後に検査照明部３２を点灯させているが、点灯タイミングはこれに限定されるものではなく、回転開始と同時、あるいは回転開始前に検査照明部３２の点灯を開始してもよい。

こうしてワークＷの回転と照明とを行っている間に、複数の検査カメラ３１がワークＷを種々の方向から撮像し、複数方向からのワークＷの画像（以下「ワーク画像」という）の画像データを制御ユニット５に送信する。一方、制御ユニット５では上記画像データをメモリ５２に記憶し、以下のタイミングで当該画像データに基づいてワークＷの検査を行う。

こうした画像取得後、保持テーブル２１Ａではワーク回転が停止され、撮像ユニット３では検査照明部３２が消灯される。また、旋回駆動部２６２が支持プレート２６１を旋回軸ＡＸ１まわりに１８０゜反転旋回させ、これによって保持テーブル２１Ａが検査済のワークＷを保持したまま検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡに移動するとともに昇降部２５４によってワークＷが元の高さ位置に移動する（ステップＳ７）。このワークＷの移動と並行して、制御ユニット５はメモリ５２から画像データを読み出し、ワーク画像に基づいて歯車Ｗｂに傷や欠陥などが存在しているか否かを判定して保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷについてワーク検査を行う（ステップＳ８）。

プリアライメント位置ＰＡに戻ってきたワークＷはアンローダ４２によって把持された後、可動部材２２１〜２２３による把持の解除により保持テーブル２１Ａからアンローダ４２に受け渡される。それに続いて、アンローダ４２がワークＷをアンローディングユニット４に搬送し、ワーク収容部（図示省略）に搬送する（ステップＳ９）。上記した一連の工程（ステップＳ１〜Ｓ９）が保持テーブル２１Ａ、２１Ｂにより交互に繰り返される。

次に、本実施形態において実行される芯ズレの検出工程（ステップＳ４）について図６および図７を参照しつつ詳述する。図６は本発明に係る芯ズレ検出方法の一実施形態である芯ズレの検出工程を示すフローチャートであり、図７は図６に示す芯ズレの検出方法で取得される各種波形の一例を示す図である。芯ズレの検出工程は、制御ユニット５のメモリ５２に予め記憶された芯ズレ検出プログラムにしたがって演算処理部５１が以下のように動作することで実行される。

本実施形態では、芯ズレの検出工程を実行するのに先立って、水平位置決め機構２３によりチャック機構２２の中心軸ＡＸ２とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とを一致させており、チャック機構２２により保持されたワークＷの軸部Ｗａはモータ２４１の回転軸ＡＸ３と一致している。しかしながら、鍛造などにより成形されたワークＷでは、歯車Ｗｂの対称軸ＡＸ４が軸部Ｗａの軸芯からずれ、モータ２４１に対して芯ズレが発生していることがある。そこで、本実施形態では、以下に詳述する手順によって保持テーブル２１ＡにローディングされたワークＷの芯ズレを検出している。なお、保持テーブル２１Ｂに保持されたワークＷについても全く同様にして芯ズレが検出されるため、当該ワークＷの芯ズレ検出に関する説明については省略する。

保持テーブル２１Ａへの未検査ワークＷのローディングが完了すると、アライメント照明部２８によりワークＷを照明した状態で当該ワークＷを回転させながらアライメントカメラ２７により歯車Ｗｂを上方より撮像する。これによって、歯車Ｗｂの１周分のワーク画像Ｉ１が取得され、ワーク画像Ｉ１の画像データは画像処理部５５に送られる（ステップＳ４０１）。画像処理部５５では、ワーク画像Ｉ１を３つ繋げた、ワーク３周分の連続画像Ｉ３を作成する（ステップＳ４０２）。また、平滑化フィルタ処理によってノイズ成分を除去して平滑化画像Ｉｓを作成する（ステップＳ４０３）。さらに大津の手法などの二値化処理により平滑化画像Ｉｓを二値画像に変換するとともに、ワークＷの歯車Ｗｂに相当する領域（以下「エッジ領域」という）の二値画像データをエッジ画像データとして抽出する（ステップＳ４０４）。

次に、演算処理部５１が以下の一連の処理（ステップＳ４０５〜Ｓ４１２）を実行することで、エッジ画像データからワークＷの芯ズレを求める。すなわち、エッジ領域を示すエッジ画像データをランレングスデータに変換することで、例えば図７の（ａ）欄に示すように、３周分のエッジ領域の形状を示すエッジ波形Ｆを導出する（ステップＳ４０５）。なお、図７の（ａ）欄および（ｂ）欄に示す各グラフにおける横軸Ｘは平滑化画像Ｉｓの画素位置（ワークＷの回転角および歯車Ｗｂの周方向における位置に相当）を示し、縦軸Ｙはラインセンサ２７１の長手方向（歯車Ｗｂの径方向）におけるエッジ位置を示している。

また、このエッジ波形Ｆに対して移動平均処理を施し、同図の（ｂ）欄に示す移動平均波形Ｆｓを導出する（ステップＳ４０６）。ここで、ワークＷの歯車Ｗｂ（本発明の「ワークの外周部」の一例に相当）においては凸部と凹部とが繰り返して設けられ、周期的な位相が存在することから本実施形態では１位相の画素数（回転角の範囲）をＬ１とすれば、移動平均フィルタのフィルタサイズを（Ｌ１／２）に設定している。こうして得られた移動平均波形Ｆｓ中の各位相には、極大値および極小値がそれぞれ１点ずつ存在し、そのうちの一方が歯車Ｗｂの歯先位置に相当し、他方が歯底位置に相当する。

本実施形態では、移動平均波形Ｆｓに含まれる各位相の極大値を抽出し、それらの離散点からワークＷの回転に伴う歯先位置（または歯底位置）の変化を示す関数Ｆｎを導出する（ステップＳ４０７）。なお、図７の（ｃ）欄に示すグラフが当該関数Ｆｎの一例であり、同グラフの左端部分が急峻となっているのは関数を導出する際のデータ処理上の問題であり、当該部分のデータは歯先位置（歯底位置）を示すものではない。そこで、本実施形態では、当該左端部分の急峻データを除いて、関数Ｆｎの平均値ＡＶを導出する（ステップＳ４０８）。ここで、図７の（ｃ）欄から明らかなように、芯ズレが発生していない場合には、歯先位置（歯底位置）はワークＷの回転角を問わず平均値ＡＶのライン（図中の破線）上に位置する。一方、芯ズレが発生する場合には、図中の実線で示すようにワークＷの回転周期で変動し、平均値ＡＶからの変動量の最大値がズレ量Δ（図５参照）に相当し、最大値を示す回転角がズレ方向に相当する。

そこで、本実施形態では、図７の（ｄ）欄に示すようにワークＷの１周分について平均値ＡＶからの相対変動量を示す関数Ｆｚを取り出し（ステップＳ４０９）、その関数Ｆｚに基づいてズレ方向を導出する（ステップＳ４１０）とともにズレ量Δを導出する（ステップＳ４１１）。より具体的には、関数Ｆｚが極大を示す画素位置Ｘmaxと、ワークＷの１周分に相当する画素数Ｌとに基づきズレ方向を次式
ズレ方向＝Ｘmax／Ｌ×３６０°
により求めている。もちろん、画素位置Ｘmaxの代わりに関数Ｆｚが極小を示す画素位置Ｘminを用いてもよい。また、関数Ｆｚの極大値Ｙmaxと極小値Ｙminから振幅Ａを次式
Ａ＝（Ｙmax−Ｙmin）／２
にしたがって求め、その振幅Ａにラインセンサ２７１の分解能を掛けて求めた値をズレ量Δとしている。

以上のように、本実施形態では、ワークＷを回転させながら撮像して得られたワーク画像Ｉ１に基づいて作成された平滑化画像Ｉｓからエッジ画像データ（歯車Ｗｂの外周部の画像データ）を抽出するとともに、当該エッジ画像データをランレングスデータに変換してエッジ波形Ｆを求めている。このエッジ波形Ｆは歯車Ｗｂの外周部の形状を正確に示しており、当該エッジ波形Ｆに基づいてモータ２４１の回転軸ＡＸ３に対するワークＷの芯ズレを高精度に算出することができる。そして、このようにして導出した芯ズレ（＝ズレ方向＋ズレ量Δ）を解消するように水平位置決め機構２３を駆動することで芯ズレを良好に補正することができる。さらに、芯ズレを補正した後でワークＷを回転させながらワークＷを撮像してワークＷを検査しているので、ワーク検査を高精度に行うことができる。

また、本実施形態では、歯車Ｗｂの１周分のワーク画像Ｉ１を３つ繋げて連続画像Ｉ３を作成し、当該連続画像Ｉ３に基づいて芯ズレを検出しているため、次のような作用効果が得られる。例えばプリアライメント位置ＰＡでワークＷを３回転させながら連続画像Ｉ３を取得してもよいが、芯ズレ検出のために要するワークＷの回転量が多く、芯ズレの検出時間が長くなる。これに対し、本実施形態ではワークＷの回転量を１周とすることができ、芯ズレの検出に要する時間を短縮することができる。

このように本実施形態における回転機構２４が本発明の「回転部」の一例に相当し、アライメントカメラ２７が本発明の「撮像部」の一例に相当している。また、演算処理部５１が本発明の「エッジ波形導出部」および「芯ズレ演算部」として機能している。そして、回転機構２４、アライメントカメラ２７、演算処理部５１および画像処理部５５により本発明の「芯ズレ検出装置」が構成されている。また、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂが本発明の「ワーク保持部」の一例に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、歯車Ｗｂの１周分のワーク画像Ｉ１を３つ繋げて連続画像Ｉ３を作成しているが、連続画像Ｉ３は少なくとも１周以上のワーク画像を有しておればよい。

また、上記実施形態では、図７に示すように移動平均波形Ｆｓに含まれる各位相の極大値から関数Ｆｎを導出しているが、極小値から関数Ｆｎを導出してもよい。

また、エッジ波形Ｆの導出手法は、上記したエッジ画像データのランレングスデータへの変換に限定されるものではなく、その他の手法によりエッジ波形Ｆを導出してもよい。

また、上記実施形態では歯車Ｗｂを有するワークＷを検出対象物としているが、本発明を用いることで対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワーク全般について芯ズレを高精度に検出することができる。

また、上記実施形態では、２つの保持テーブル２１Ａ、２１Ｂを交互にプリアライメント位置ＰＡに位置させて芯ズレを検出する検査装置１００に本発明に係る芯ズレ検出装置を適用しているが、単一あるいは３つ以上の保持テーブルを有する検査装置に対しても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、プリアライメント位置ＰＡを検査位置ＰＩから離間させた検査装置１００に本発明を適用しているが、プリアライメント位置ＰＡを検査位置ＰＩと一致させる、つまり検査位置で芯ズレ検出および芯ズレ補正を行った後で検査処理を行う検査装置にも本発明を適用することができる。また、このように構成された検査装置では、検査カメラ３１の一部をアライメントカメラ２７としても機能させてもよい。

この発明は、対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークの回転部に対する芯ズレを検出する芯ズレ検出技術全般に適用することができる。

５…制御ユニット
２１Ａ，２１Ｂ…保持テーブル（ワーク保持部）
２４…回転機構（回転部）
２７…アライメントカメラ（撮像部）
５１…演算処理部（エッジ波形導出部、芯ズレ演算部）
５５…画像処理部
１００…検査装置
２４１…モータ（回転部）
２７１…ラインセンサ
ＡＸ３…（モータ２４１の）回転軸
ＡＸ４…対称軸
Ｆ…エッジ波形
Ｉ１…ワーク画像
ＰＡ…プリアライメント位置
Ｗ…ワーク
Δ…ズレ量

Claims (5)

1. 対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークを回転させる、回転部に対する前記ワークの芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、
   前記回転部により回転される前記ワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された画像に対して二値化処理を施し、前記ワークの外周部の画像データをエッジ画像データとして抽出する画像処理部と、
   前記エッジ画像データに基づいて前記ワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求めるエッジ波形導出部と、
   前記エッジ波形導出部により導出された前記エッジ波形に基づいて前記回転部に対する前記ワークの芯ズレを求める芯ズレ演算部と、
   を備えることを特徴とする芯ズレ検出装置。
2. 請求項１に記載の芯ズレ検出装置であって、
   前記撮像部は、前記ワークに対して前記回転部の反対側で前記ワークの前記対称軸に対して径方向外側に延設されたラインセンサを有する芯ズレ検出装置。
3. 請求項１または２に記載の芯ズレ検出装置であって、
   前記芯ズレ演算部は、前記回転部の回転軸に対する前記対称軸のズレ量およびズレ方向を前記芯ズレとして求める芯ズレ検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の芯ズレ検出装置であって、
   前記エッジ波形導出部は、前記エッジ画像データをランレングスデータに変換して前記エッジ波形を求める芯ズレ検出装置。
5. 対称軸まわりに回転対称な形状で凸部と凹部とが周期的に繰り返して設けられた外周部を有するワークワークをワーク保持部により保持する第１工程と、
   前記ワークを保持した前記ワーク保持部を回転部により回転させることで前記ワークを前記回転部の回転軸まわりに回転させる第２工程と、
   前記回転部による前記ワークの回転中に前記ワークの外周部の少なくとも１周分を含む画像を取得する第３工程と、
   前記第３工程により取得された画像に対して二値化処理を施し、前記ワークの外周部の画像データをエッジ画像データとして抽出する第４工程と、
   前記エッジ画像データに基づいて前記ワークの外周部の形状を示すエッジ波形を求める第５工程と、
   前記エッジ波形に基づいて前記回転部に対する前記ワークの芯ズレを求める第６工程と、を備えることを特徴とする芯ズレ検出方法。

Images