JP2018194443A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明に対して様々な位置や角度からカメラで検査対象物を撮影することが可能な外観検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置はリンク作動装置７を備える。リンク作動装置７は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が、３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結されている。２組以上のリンク機構１４に、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータ１１が設けられている。他に、検査対象物１を載せて回転する回転テーブル５と、検査対象物１を撮影するカメラ４と、回転テーブル５上の検査対象物１を照らすテーブル側照明３と、リンク作動装置７に対して回転テーブル５およびテーブル側照明３を相対的に移動させる直動機構６とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、部品生産ラインで製造される部品等のキズ、変形、変質、欠落、異物混入等の欠陥の有無や表面状態の確認、寸法測定等を行う外観検査装置に関する。

従来から用いられている外観検査装置として、２軸直交ステージによりカメラをＸＹ平面上でＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させながら、検査対象物であるワークを上方から検査する方式のものがある。このような外観検査装置では、ワークの種類によっては、照明の種類や光を当てる方向によって見えやすさが変わることがある。このため、照明とカメラの配置が、検査結果に影響を与える大きな要因となる。

一般的に、照明とカメラの配置の違いによって、以下の各検査方法がある。図１４に示す検査方法は、照明１０３の光をワーク１０１で正反射させ、その正反射した光をカメラ１０４で撮影する。図１５に示す検査方法は、照明１０３の光の正反射した光を逃がして全体的に拡散した光をカメラ１０４で撮影する。図１６に示す検査方法は、照明１０３をワーク１０１の背面から照射し、透過光でワーク１０１のシルエットをカメラ１０４で撮影する。

前記各検査方法では、例えば、照明１０３によりワーク１０１に対して一定方向から光を当てたうえで、様々な位置、方向からカメラ１０４でワーク１０１を撮影して、欠陥の有無の判別や表面状態の確認が可能な画像を探し出す。その際、照明１０３とカメラ１０４の最適な配置を決める必要があり、カメラ１０４やワーク１０１を様々な角度に位置決めする角度位置決め機構が設けられている（例えば特許文献１、２）。

特許文献１に記載の角度位置決め機構は、回転３軸の回転機構からなる。特許文献２に記載の角度位置決め機構は、垂直多関節ロボットからなる。また、特許文献３には、照明およびセンサを複数備えた検査装置が開示されている。

特開２０１３−６４６４４号公報 特開２０１７−２６４４１号公報 特許第３５８３４５０号公報

特許文献１に記載の角度位置決め機構は、一般的な垂直多関節ロボットの手首関節と同じ構成の回転３軸の回転機構からなる。このような回転機構は、先端の姿勢を少し変更させる場合でも、回転機構全体を大きく動かす必要があるため、動作速度が遅いという課題がある。具体的には、角度位置決め機構の先端の位置を変えずに角度を変更する場合、先端の角度変更量に比べて基端側の旋回軸（特許文献１では第１回転軸１３１に相当）を大きく動かす必要がある。

図１７は、回転機構からなる角度位置決め機構を備えた検査装置の一例を示す。この検査装置は、角度位置決め機構１０７が天井材１０９に設けられたＸＹステージ１１１に設置され、この角度位置決め機構１０７の先端にカメラ１０４が搭載されている。地面には、ワーク載置用のＺステージ１１２が設けられている。また、地面に設置した照明支持装置１１３に、照明１０３が高さ調節可能かつ角度調節可能に支持されている。

この検査装置は、ＸＹステージ１１１により角度位置決め機構１０７を左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動させ、かつ、Ｚステージ１１２によりワーク１０１を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させて、カメラ１０４とワーク１０１の相対位置を調整し、照明１０３からワーク１０１に向けて照射した光の正反射光をカメラ１０４で撮影する。その場合、ワーク１０１の左側（照明支持装置１１３側）外周面にある検査対象部位Ｆについては、照明１０３および照明支持装置１１３が検査対象部位Ｆを遮ってしまい、正反射光をカメラ１０４で撮影することが難しいため、検査できない可能性がある。

図１８は、回転機構からなる角度位置決め機構を備えた検査装置の他の例を示す。この検査装置は、角度位置決め機構１０７が天井材１０９の固定位置に吊り下げ状態で設けられ、この角度位置決め機構１０７の先端にカメラ１０４および照明１０２が搭載されている。照明１０２は、発光部がリング状のリング照明である。地面には、直交３軸方向に移動可能な直動機構１０６が設けられ、この直動機構１０６の水平状の支持台１７４の上にワーク１０１が載置される。

この検査装置は、直動機構１０６によりワーク１０１を左右方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）、および上下方向（Ｚ軸方向）に移動させて、カメラ１０４とワーク１０１の相対位置を調整し、照明１０２からワーク１０１に向けて照射した光の拡散反射光をカメラ１０４で撮影する。例えば、図１８（Ａ）のように、ワーク１０１の右側面にある貫通孔１０１ａを撮影した後、図１８（Ｂ）のように、ワーク１０１の左側面にある貫通孔１０１ｂを撮影する場合、ワーク１０１を左右に大きく移動させる必要がある。このため、直動機構１０６のＸ軸移動用アクチュエータ１７１を左右に長くしなければならず、検査装置全体のサイズが大きくなる。また、ワーク１０１の移動に時間がかかるため、検査タクトも長くなる。

図１８の検査装置は、図示のように左右両側の支柱１０８，１０８に透過用の照明１０３，１０３をそれぞれ設置することで、ワーク１０１の左右両側面を透過光により撮影することが可能である。照明１０３の数を増やせば、さらに違う方向からもワーク１０１に光を当てて撮影をすることができる。しかし、照明１０３を増やすと、検査装置全体のコストが高くなるだけでなく、型番変更時等の段取り替えが困難になる。

角度位置決め機構として、特許文献２のような垂直多関節ロボットを用いることも可能である。しかし、垂直多関節ロボットからなる角度位置決め機構は、先端の姿勢を少し変えるだけでも、回転機構からなる角度位置決め機構と同じ問題が生じる。また、ロボット全体の移動量が大きいため、安全柵等を設ける必要があり、それにより、さらに装置全体のサイズが多くなる。

この発明の目的は、全体構成がコンパクトで、照明に対して様々な位置や角度からカメラで検査対象物を撮影することが可能な外観検査装置を提供することである。

この発明の外観検査装置は、リンク作動装置を備える。前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられている。
外観検査装置は、前記リンク作動装置の他に、検査対象物を載せて回転する回転テーブルと、前記リンク作動装置の前記先端側のリンクハブに設けられ、前記回転テーブル上の検査対象物を撮影するカメラと、前記回転テーブル上の検査対象物を照らすテーブル側照明と、１軸方向に動作する直動アクチュエータを１つまたは複数有し、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に移動させる直動機構とを備える。

この構成によると、回転テーブルの上に載せた検査対象物を、テーブル側照明で光を当てながらカメラで撮影する。その際、リンク作動装置を動作させて基端側のリンクハブに対する先端側のリンクハブの姿勢を変更することで、カメラを検査対象物に対して適正な角度にする。また、回転テーブルを回転させると共に、直動機構により回転テーブルを移動させることで、カメラに対する検査対象物の向きおよび位置を変更する。テーブル側照明は、回転テーブルと共に移動する。

リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブを、４節連鎖の３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結してパラレルリンク機構を構成したため、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。このリンク作動装置によりカメラおよびカメラ側照明の角度を変更するため、検査対象物を様々な角度から素早くスムーズに撮影することができる。

回転テーブルにより検査対象物を回転させることにより、カメラを回転させる場合と比べて、検査対象物の移動量を少なくすることができる。これにより、直動機構の直動アクチュエータのストロークを短くすることが可能となり、外観検査装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、検査対象物の移動量が少なくなることにより、検査タクトも短縮できる。

この発明において、前記カメラの中心軸が、前記先端側のリンクハブの中心軸と一致していてもよい。
なお、先端側のリンクハブの中心軸は、前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記先端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を先端側の球面リンク中心を称する場合、この先端側の球面リンク中心を通り前記先端側のリンクハブと前記先端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。
この構成であると、先端側のリンクハブの角度とカメラの先端部との角度が一致するため、カメラの姿勢制御が容易である。

この発明において、前記直動機構は、移動方向が互いに直交する３軸の直動アクチュエータからなり、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に、水平面に沿う直交２軸方向および鉛直方向の直交３軸方向に移動させてもよい。
この場合、カメラに対して検査対象物を任意の相対位置に移動させることができるため、様々な形状の検査対象物に対する検査が可能になる。また、カメラに対してテーブル側照明を相対的に移動させることで、テーブル側照明からの光の照射方向に対して、様々な位置、方向、および角度での撮影が可能となる。

この発明において、前記直動機構は、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータからなり、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に、水平面に沿う１軸方向および鉛直方向の直交２軸方向に移動させてもよい。
この場合、リンク作動装置に対して回転テーブルおよびテーブル側照明を直交３軸方向に移動させる構成と比べて、直動アクチュエータの個数を１つ減らすことができるため、外観検査装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。

この発明において、前記回転テーブルの中心軸は前記基端側のリンクハブの中心軸と平行であり、前記直動機構が有する１つまたは複数の前記直動アクチュエータのうちの、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータのストロークをＳｔ、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との成す角度である折れ角が９０°であるときの前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との交点から前記カメラのレンズの先端までの距離をＬｐ、前記カメラのレンズの先端から前記検査対象物の外周面にある検査対象部位までの距離をＷＤ、前記回転テーブルの回転中心から前記検査対象物の外周面までの最大距離をＬｒ_ｍａｘとした場合、
Ｓｔ≧Ｌｐ＋ＷＤ＋２Ｌｒ_ｍａｘ
の関係が成り立つのが望ましい。
なお、基端側のリンクハブの中心軸は、前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸、および前記基端側の端部リンク部材と前記中央リンク部材の各回転対偶の中心軸がそれぞれ交差する点を基端側の球面リンク中心を称する場合、この基端側の球面リンク中心を通り前記基端側のリンクハブと前記基端側の端部リンク部材の各回転対偶の中心軸と直角に交わる直線を指す。
直動アクチュエータのストロークＳｔを上記のように定めると、検査対象物のどの部位も撮影可能となる。

この発明において、前記カメラ側照明および前記テーブル側照明のオン・オフの切り替え、および明るさを無段階に調整することが可能な照明制御装置を有していてもよい。
照明制御装置を有すると、検査対象物を撮影するときの照明条件の選択肢が広くなる。

この発明の外観検査装置は、リンク作動装置を備える外観検査装置であって、前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられ、検査対象物を載せて回転する回転テーブルと、前記リンク作動装置の前記先端側のリンクハブに設けられ、前記回転テーブル上の検査対象物を撮影するカメラと、前記回転テーブル上の検査対象物を照らすテーブル側照明と、１軸方向に動作する直動アクチュエータを１つまたは複数有し、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に移動させる直動機構とを備えるため、全体構成がコンパクトで、照明に対して様々な位置や角度からカメラで検査対象物を撮影することが可能である。

この発明の第１の実施形態にかかる外観検査装置の一部を省略した正面図である。 同外観検査装置のリンク作動装置、カメラ、およびカメラ側照明の一部分を断面で示す正面図である。 同リンク作動装置の一状態を示す図である。 同リンク作動装置の異なる状態を示す図である。 （Ａ）は図２のＶ−Ｖ断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。 同リンク作動装置の１つのリンク機構を直線で表現した図である。 （Ａ）カメラで検査対象物を撮影する状態の正面図、（Ｂ）はその平面図である。 この発明の第２の実施形態にかかる外観検査装置の一状態を示す一部を省略した正面図である。 同外観検査装置の異なる状態を示す一部を省略した正面図である。 この発明の第３の実施形態にかかる外観検査装置の一部を省略した正面図である。 この発明の第４の実施形態にかかる外観検査装置の一部を省略した正面図である。 検査対象物の一例の斜視図である。 この発明の第５の実施形態にかかる外観検査装置の一部を省略した正面図である。 外観検査の一方法を示す図である。 外観検査の他の方法を示す図である。 外観検査のさらに他の方法を示す図である。 従来の外観検査装置の一例の正面図である。 （Ａ）は従来の外観検査装置の他の例の一状態を示す正面図、（Ｂ）は他の状態を示す正面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１の実施形態］
図１はこの発明の第１の実施形態を示す。この外観検査装置は、部品生産ラインで製造される部品等の欠陥の有無や表面状態の確認等を行う装置であって、検査対象物１の検査対象部位にカメラ側照明２およびテーブル側照明３のいずれかまたは両方で光を当てながら、カメラ４で撮影する。検査対象物１は、回転テーブル５の上に載置される。回転テーブル５およびテーブル側照明３は、地面に設置された直動機構６により直交３軸方向に移動可能である。カメラ４およびカメラ側照明２は、リンク作動装置７に搭載され、角度変更が可能である。リンク作動装置７は、複数本の支柱８に支持された天井材９に吊り下げ状態で設置されている。

直動機構６は、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）に進退するＸ軸直動アクチュエータ７１と、紙面と直交する前後方向（Ｙ軸方向）に進退するＹ軸直動アクチュエータ７２と、上下方向（Ｚ軸方向）に進退するＺ軸直動アクチュエータ７３とからなる。これら各直動アクチュエータ７１，７２，７３は、それぞれモータ７１ａ，７２ａ，７３ａで駆動される。

Ｘ軸直動アクチュエータ７１は地面に設置され、このＸ軸直動アクチュエータ７１の可動部にＹ軸直動アクチュエータ７２が設置され、このＹ軸直動アクチュエータ７２の可動部にＺ軸直動アクチュエータ７３が設置されている。そして、Ｚ軸直動アクチュエータ７３の可動部に固定された水平状の支持台７４の上に、回転テーブル５およびテーブル側照明３が設けられている。支持台７４は、Ｙ軸直動アクチュエータ７２に設けられた上下方向のスライド軸７５によって支持されている。

回転テーブル５は、上面が水平面とされ、鉛直方向の回転中心７６周りに回転可能である。テーブル側照明３は、上下軸３ａに沿って高さ調節可能、かつ水平軸３ｂ周りに姿勢変更可能である。

図２は、リンク作動装置７、カメラ４、およびカメラ側照明２の一部分を断面で示す正面図である。なお、図２では、リンク作動装置７の一部が省略されている。リンク作動装置７は、パラレルリンク機構１０と、このパラレルリンク機構１０を作動させる姿勢制御用アクチュエータ１１とで構成される。パラレルリンク機構１０は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を、複数のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結したものであり、先端側のリンクハブ１３にカメラ４およびカメラ側照明２が取り付けられている。

リンク作動装置７について詳しく説明する。
図３はリンク作動装置７の一状態を示す図、図４はリンク作動装置７の異なる状態を示す図である。図３、図４は、図２とは反対方向から見ている。リンク作動装置７のパラレルリンク機構１０は、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３を３組のリンク機構１４を介して姿勢変更可能に連結してなる。図２では、１組のリンク機構１４のみが示されている。リンク機構１４の数は、４組以上であってもよい。

各リンク機構１４は、基端側の端部リンク部材１５、先端側の端部リンク部材１６、および中央リンク部材１７で構成され、４つの回転対偶からなる４節連鎖のリンク機構をなす。基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６はＬ字状をなし、一端がそれぞれ基端側のリンクハブ１２および先端側のリンクハブ１３に回転自在に連結されている。中央リンク部材１７は、両端に基端側および先端側の端部リンク部材１５，１６の他端がそれぞれ回転自在に連結されている。

パラレルリンク機構１０は、２つの球面リンク機構を組み合わせた構造であって、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶、および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶の中心軸が、基端側と先端側においてそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ（図２）で交差している。また、基端側と先端側において、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じであり、端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７の各回転対偶とそれぞれの球面リンク中心ＰＡ，ＰＢからの距離も同じである。端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸は、ある交差角γ（図２）を持っていてもよいし、平行であってもよい。

図５（Ａ）は図２のＶ−Ｖ断面図であって、同図に、基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ１と、中央リンク部材１７と基端側の端部リンク部材１５の各回転対偶の中心軸Ｏ２と、基端側の球面リンク中心ＰＡとの関係が示されている。つまり、中心軸Ｏ１と中心軸Ｏ２とが交差する点が球面リンク中心ＰＡである。先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６の形状ならびに位置関係も図５と同様である（図示せず）。図の例では、リンクハブ１２（１３）と端部リンク部材１５（１６）との各回転対偶の中心軸Ｏ１と、端部リンク部材１５（１６）と中央リンク部材１７との各回転対偶の中心軸Ｏ２とが成す角度αが９０°とされているが、前記角度αは９０°以外であってもよい。

３組のリンク機構１４は、幾何学的に同一形状をなす。幾何学的に同一形状とは、図６に示すように、各リンク部材１５，１６，１７を直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが、中央リンク部材１７の中央部に対する基端側部分と先端側部分が対称を成す形状であることを言う。図６は、一組のリンク機構１４を直線で表現した図である。この実施形態のパラレルリンク機構１０は回転対称タイプで、基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６との位置関係が、中央リンク部材１７の中心線Ｃに対して回転対称となる位置構成になっている。各中央リンク部材１７の中央部は、共通の軌道円上に位置している。

基端側のリンクハブ１２と先端側のリンクハブ１３と３組のリンク機構１４とで、基端側のリンクハブ１２に対し先端側のリンクハブ１３が直交２軸回りに回転自在な２自由度機構が構成される。言い換えると、基端側のリンクハブ１２に対して先端側のリンクハブ１３を、回転が２自由度で姿勢変更自在な機構である。この２自由度機構は、コンパクトでありながら、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の可動範囲を広くとれる。

例えば、球面リンク中心ＰＡ，ＰＢを通り、リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６の各回転対偶の中心軸Ｏ１（図５）と直角に交わる直線をリンクハブ１２，１３の中心軸ＱＡ，ＱＢとした場合、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの折れ角θ（図６）の最大値を約±９０°とすることができる。また、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の旋回角φ（図６）を０°〜３６０°の範囲に設定できる。折れ角θは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した垂直角度のことであり、旋回角φは、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが傾斜した水平角度のことである。

基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢変更は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏを回転中心として行われる。図３は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが同一線上にある原点位置の状態を示し、図４は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡに対して先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢが或る作動角をとった状態を示す。姿勢が変化しても、基端側と先端側の球面リンク中心ＰＡ，ＰＢ間の距離Ｌ（図６）は変化しない。

各リンク機構１４が次の各条件を満たす場合、幾何学的対称性から基端側のリンクハブ１２および基端側の端部リンク部材１５と、先端側のリンクハブ１３および先端側の端部リンク部材１６とは同じに動く。よって、パラレルリンク機構１０は、基端側から先端側へ回転伝達を行う場合、基端側と先端側は同じ回転角になって等速で回転する等速自在継手として機能する。
条件１：各リンク機構１４におけるリンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１の角度および長さが互いに等しい。
条件２：リンクハブ１２，１３と端部リンク部材１５，１６との回転対偶の中心軸Ｏ１および端部リンク部材１５，１６と中央リンク部材１７との回転対偶の中心軸Ｏ２が、基端側および先端側において球面リンク中心ＰＡ，ＰＢで交差する。
条件３：基端側の端部リンク部材１５と先端側の端部リンク部材１６の幾何学的形状が等しい。
条件４：中央リンク部材１７における基端側部分と先端側部分の幾何学的形状が等しい。
条件５：中央リンク部材１７の対称面に対して、中央リンク部材１７と端部リンク部材１５，１６との角度位置関係が基端側と先端側とで同じである。

図２〜図４に示すように、基端側のリンクハブ１２は、基端部材２０と、この基端部材２０と一体に設けられた３個の回転軸連結部材２１とで構成される。図５（Ａ）に示すように、基端部材２０は中央部に円形の貫通孔２０ａを有し、この貫通孔２０ａの周囲に３個の回転軸連結部材２１が円周方向に等間隔で配置されている。貫通孔２０ａの中心は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡ（図２）上に位置する。各回転軸連結部材２１には、軸心が基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと交差する回転軸２２が回転自在に連結されている。この回転軸２２に、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。

１つの基端側の端部リンク部材１５およびその両端周辺部を取り出した図５（Ｂ）に示すように、前記回転軸２２は、大径部２２ａ、小径部２２ｂ、および雄ねじ部２２ｃを有し、小径部２２ｂで２個の軸受２３を介して回転軸連結部材２１に回転自在に支持されている。軸受２３は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。これらの軸受２３は、回転軸連結部材２１に設けられた内径溝２４に嵌合状態で設置され、圧入、接着、加締め等の方法で固定してある。他の回転対偶部に設けられる軸受の種類および設置方法も同様である。

回転軸２２は、大径部２２ａで後記減速機構６２の出力軸６２ａに同軸上に配置される。その配置構造については、後で説明する。また、回転軸２２には、この回転軸２２と一体に回転するように、基端側の端部リンク部材１５の一端が連結される。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の一端に形成された切欠き部２５内に回転軸連結部材２１を配置し、回転軸２２の小径部２２ｂを、基端側の端部リンク部材１５の一端における前記切欠き部２５の両側部分である内外一対の回転軸支持部２６，２７にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受２３の内輪に挿通してある。そして、回転軸２２の大径部２２ａの外周に嵌合するスペーサ２８を介し、基端側の端部リンク部材１５と減速機構６２の出力軸６２ａとをボルト２９で固定すると共に、外側の回転軸支持部２７よりも突出した回転軸２２の雄ねじ部２２ｃにナット３０を螺着してある。軸受２３の内輪と一対の回転軸支持部２６，２７との間に、スペーサ３１，３２を介在させてあり、ナット３０を螺着時に軸受２３に予圧を付与する構成である。

基端側の端部リンク部材１５の他端には、中央リンク部材１７の一端に回転自在に連結された回転軸３５が連結される。この中央リンク部材１７の回転軸３５は、リンクハブ１２の回転軸２２と同様に、大径部３５ａ、小径部３５ｂ、および雄ねじ部３５ｃを有し、小径部３２ｂで２個の軸受３６を介して中央リンク部材１７の一端に回転自在に支持されている。すなわち、基端側の端部リンク部材１５の他端に形成された切欠き部３７内に中央リンク部材１７の一端を配置し、回転軸３５の小径部３５ｂを、基端側の端部リンク部材１５の他端における前記切欠き部３７の両側部分である内外一対の回転軸支持部３８，３９にそれぞれ形成された貫通孔、および軸受３６の内輪に挿通してある。そして、外側の回転軸支持部３９よりも突出した回転軸３５の雄ねじ部３５ｃにナット４０を螺着してある。軸受３６の内輪と一対の回転軸支持部３８，３９との間に、スペーサ４１，４２を介在させてあり、ナット４０を螺着時に軸受３６に予圧を付与する構成である。

図２〜図４に示すように、先端側のリンクハブ１３は、平板状の先端部材５０と、この先端部材５０の内面に円周方向等配で設けられた３個の回転軸連結部材５１とで構成される。３個の回転軸連結部材５１が配置される円周の中心は、先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢ上に位置する。各回転軸連結部材５１は、軸心が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと交差する回転軸５２が回転自在に連結されている。この先端側のリンクハブ１３の回転軸５２に、先端側の端部リンク部材１６の一端が連結される。先端側の端部リンク部材１６の他端には、中央リンク部材１７の他端に回転自在に連結された回転軸５５が連結される。先端側のリンクハブ１３の回転軸５２および中央リンク部材１７の回転軸５５も、前記回転軸３５と同じ形状であり、かつ２個の軸受（図示せず）を介して回転軸連結部材５１および中央リンク部材１７の他端にそれぞれ回転自在に連結されている。

リンク作動装置７の姿勢制御用アクチュエータ１１は、減速機構６２を備えたロータリアクチュエータであり、基端側のリンクハブ１２の基端部材２０の下面に、前記回転軸２２と同軸上に設置されている。姿勢制御用アクチュエータ１１と減速機構６２は一体に設けられ、モータ固定部材６３により減速機構６２が基端部材２０に固定されている。この例では、３組のリンク機構１４のすべてに姿勢制御用アクチュエータ１１が設けられているが、３組のリンク機構１４のうち少なくとも２組に姿勢制御用アクチュエータ１１を設ければ、基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を確定することができる。

図５（Ｂ）において、減速機構６２はフランジ出力であって、大径の出力軸６２ａを有する。出力軸６２ａの先端面は、出力軸６２ａの中心線と直交する平面状のフランジ面６４となっている。出力軸６２ａは、前記スペーサ２８を介して、基端側の端部リンク部材１５の回転軸支持部２６にボルト２９で接続されている。基端側のリンクハブ１２と基端側の端部リンク部材１５の回転対偶部の前記回転軸２２の大径部２２ａが、減速機構６２の出力軸６２ａに設けられた内径溝６７に嵌っている。

リンク作動装置７は、各姿勢制御用アクチュエータ１１を回転駆動することで、パラレルリンク機構１０が作動する。詳しくは、姿勢制御用アクチュエータ１１を回転駆動すると、その回転が減速機構６２を介して減速して回転軸２２に伝達される。それにより、基端側のリンクハブ１２に対する基端側の端部リンク部材１５の角度が変わり、基端側のリンクハブ２に対する先端側のリンクハブ３の姿勢が変更される。

図２に示すように、前記カメラ４は、先端側のリンクハブ１３の先端部材５０に、その中央の貫通孔５０ａに嵌め込んだ状態で取り付けられる。カメラ４の中心軸は、先端側のリンクハブの中心軸ＱＢと一致している。また、前記カメラ側照明２は、発光部が環状のリング照明であって、カメラ４の外周に位置するように先端部材５０に取り付けられる。カメラ側照明２の中心軸も、先端側のリンクハブの中心軸ＱＢと一致している。
ただし、カメラ４の中心軸およびカメラ側照明２の中心軸は必ずしも先端側のリンクハブの中心軸ＱＢと一致していなくてもよく、先端側のリンクハブの中心軸ＱＢと平行であってもよい。

カメラ４およびカメラ側照明２は、配線７７を介してカメラシステム７８(図１）と繋がっており、このカメラシステム７８により撮影時の各種制御が行われる。カメラシステム７８は、天井材９の上に設置されている。前記配線７７は、リンク作動装置７の各リンク機構１４の内側空間および基端部材１０の貫通孔１０ａに通されているため、取り回しが容易である。

［検査方法］
次に、上記外観検査装置による検査方法について説明する。ここでは、例えば上面から側面に抜ける貫通孔１ａ，１ｂを有する検査対象物１を検査する場合を例にする。
図１のように、回転テーブル５の上に検査対象物１を載せ、検査対象物１とカメラ４とが適正な位置関係となるように調整する。具体的には、リンク作動装置７を作動させて基端側のリンクハブ１２に対する先端側のリンクハブ１３の姿勢を変更することで、カメラ４の角度を変更する。また、回転テーブル５を回転させると共に、直動機構６で回転テーブル５を移動させることで、カメラ４に対する検査対象物１の向きおよび位置を変更する。

例えば、検査対象物１の上面の検査対象部位Ａを検査する場合、カメラ側照明２で検査対象部位Ａに光を当てながら、カメラ４で撮影する。図１のように検査対象部位Ａに対して角度を持たせた方向から撮影してもよく、検査対象部位Ａに対して正対する方向から撮影してもよい(図示せず）。また、テーブル側照明３により検査対象物１の左側方から光を当てて、貫通孔１ａを通り抜けた透過光をカメラ４で撮影してもよい。

検査対象部位Ｂを撮影する場合は、図１の状態から、回転テーブル５を１８０°回転させる。これにより、元の検査対象部位Ａの位置に検査対象部位Ｂがくる。このため、検査対象部位Ａの場合と同様に検査対象部位Ｂを撮影することができる。

先に説明したように、リンク作動装置７は、コンパクトでありながら、高速、高精度で、広範な作動範囲の動作が可能である。このリンク作動装置７によりカメラ４およびカメラ側照明２の角度を変更するため、検査対象物１を様々な角度から素早くスムーズに撮影することができる。

直動機構６は直交３軸方向に移動可能な構成であるため、カメラ４に対して検査対象物１を任意の相対位置に移動させることができる。そのため、様々な形状の検査対象物１に対する検査が可能になる。また、カメラ４に対して検査対象物１およびテーブル側照明３を相対的に移動させることで、テーブル側照明３から照射される光に対して、様々な位置、方向、および角度での撮影が可能となる。

例えば、図７に示すように、テーブル側照明３の光に対して正反射となるように検査対象物１を撮影（カメラ位置ｉ）すると共に、角度を変えて検査対象物１を撮影（カメラ位置ii）することで、１箇所の検査対象部位に対して、複数の方向からの画像が取得でき、外観の総合的な合否判定が可能になる。

回転テーブル５により検査対象物１を回転させることにより、カメラ４を回転させる場合と比べて、検査対象物１の水平面に沿う方向の移動量を少なくすることができる。これにより、直動機構６のＸ軸直動直動アクチュエータ７１およびＹ軸直動直動アクチュエータ７２のストロークを短くすることが可能となり、外観検査装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、検査対象物１の移動量が少なくなることにより、検査タクトも短縮できる。

さらに、カメラ４の中心軸が先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致し、かつカメラ側照明２の中心軸も先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢと一致していることにより、先端側のリンクハブ１３の角度とカメラ４の先端部との角度が一致している。このため、カメラ４の先端部の姿勢制御が容易である。

［第２の実施形態］
図８、図９は、検査対象物１の上面および側面のどの部位も撮影可能な外観検査装置を示す。この第２の実施形態の外観検査装置は、第１の実施形態の外観検査装置と比べて、Ｘ軸直動アクチュエータ７１が長く、かつ左右の支柱８，８間距離が長くなっている。他は第１の実施形態と同じである。

この外観検査装置は、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと垂直な平面に沿う方向に動作するＸ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔが次式のように定められている。
Ｓｔ≧Ｌｐ＋ＷＤ＋２Ｌｒ_ｍａｘ
ここで、
Ｌｐ：折れ角θが９０°であるときの基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと先端側のリンクハブ１３の中心軸ＱＢとの交点Ｏからカメラ４のレンズの先端までの距離
ＷＤ：カメラ４のレンズの先端から検査対象物１の外周面にある検査対象部位までの距離であり、カメラ４が備えるレンズの焦点距離、カメラ４が備える撮影素子のサイズ、および検査対象物１の検査に必要な視野（視野角）により求められる
Ｌｒ_ｍａｘ：回転テーブル５の回転中心７６から検査対象物１の外周面までの最大距離
ただし、ＬＰ、ＷＤ、およびＬｒ_ｍａｘの何れの距離も、基端側のリンクハブ１２の中心軸ＱＡと垂直な平面に沿う方向、すなわちＸ軸直動アクチュエータ７１の動作方向の距離とする。

上記式の根拠について説明する。
例えば、回転テーブル５の回転中心７６上に中心軸ＱＡ，ＱＢの交点Ｏが位置するときのＸ軸直動アクチュエータ７１の動作位置を原位置とする。Ｘ軸直動アクチュエータ７１が原位置にある状態から、検査対象物１の右側面を、カメラ４を正対させて撮影するためには、図８のように、Ｘ軸直動アクチュエータ７１を左方向に（Ｌｐ＋ＷＤ＋Ｌｒ_ｍａｘ）の距離だけ移動させる必要がある。このとき、パラレルリンク機構１０の折れ角θは９０°で左向きに折れ曲がっている。なお、検査対象物１の左側面を撮影する場合は、回転テーブル５を１８０°回転させればよい。

また、Ｘ軸直動アクチュエータ７１が原位置にある状態から、検査対象物１の左端を、カメラ４を正対させて撮影するためには、図９のように、Ｘ軸直動アクチュエータ７１を右方向にＬｒ_ｍａｘの距離だけ移動させる必要がある。このとき、パラレルリンク機構１０の折れ角θは０°で真下を向いている。なお、検査対象物１の右端を撮影する場合は、回転テーブル５を１８０°回転させればよい。

よって、Ｘ軸直動アクチュエータ７１のストロークＳｔが、検査対象物１の右側面を撮影する場合の移動距離（Ｌｐ＋ＷＤ＋Ｌｒ_ｍａｘ）と、検査対象物１の左端を撮影する場合の移動距離Ｌｒ_ｍａｘとの合計である（Ｌｐ＋ＷＤ＋２Ｌｒ_ｍａｘ）以上あれば、検査対象物１の上面および側面のすべてについて撮影可能である。

［第３の実施形態］
図１０は、テーブル側照明を複数設けた外観検査装置を示す。すなわち、第１の実施形態のテーブル側照明３と同様に設けられた第１のテーブル側照明３Ａに加えて、この第１のテーブル側照明３Ａの上方に設けられた第２のテーブル側照明３Ｂを備える。第２のテーブル側照明３Ｂも高さ調節可能かつ角度調節可能である。また、これら複数のテーブル側照明３Ａ，３Ｂのオン・オフの切り替え、および明るさを無段階に調整することが可能な照明制御装置８０が設けられている。
他は第１の実施形態と同じである。

この構成によると、例えば、検査対象部位Ａについては第１のテーブル側照明３Ａからの透過光で撮影し、検査対象部位Ｃについては第２のテーブル側照明３Ｂからの正反射光で撮影する等、１つの検査対象物１に対して複数の検査が可能である。また、照明制御装置８０により複数のテーブル側照明３Ａ，３Ｂのオン・オフの切り替え、および明るさを任意に組み合わせることで、１つの検査対象物１に対して複数の照明条件を設定することができる。

［第４の実施形態］
図１１は、直動機構６を簡素化した外観検査装置を示す。この外観検査装置の直動機構６は、Ｙ軸直動アクチュエータが無く、Ｘ軸直動アクチュータ７１とＺ軸直動アクチュエータ７３とで構成されている。
他は第１の実施形態と同じである。

例えば、形状を認識し易い検査対象物１である場合、カメラ４に対して検査対象物１をＸ軸方向とＺ軸方向の直交２軸方向に相対的に移動させるだけで、在荷確認や合否判定を行うことができる。また、図１２のような、検査対象部位Ｄ，Ｅをカメラ４に対して正対する位置に位置決めすることが可能な検査対象物１についても、直交２軸方向に相対的に移動させるだけでカメラ４により検査対象部位を撮影することが可能である。このため、上記の形状を認識し易い検査対象物１やカメラ４に対して正対して位置決め可能な検査対象物１を扱う外観検査装置では、直動機構６を直交２軸の機構とすることが可能である。直動機構６を直交２軸の機構とすると、第１の実施形態のように直動機構が直交３軸の機構である場合と比べて、直動アクチュエータの個数を１つ減らすことができるため、外観検査装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。

［第５の実施形態］
図１３に示す外観検査装置は、直動機構６が、上部機構部６Ａと下部機構部６Ｂとに分かれている。上部機構部６Ａは、Ｘ軸直アクチュエータ７１とＹ軸直動アクチュエータ７２とからなり、リンク作動装置７を左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）に移動させる。また、下部機構部６Ｂは、Ｚ軸直動アクチュエータ７３からなり、回転テーブル５およびテーブル側照明３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる。この構成であっても、第１の実施形態と同様に、リンク作動装置７に対して回転テーブル５およびテーブル側照明３を直交３軸方向に移動させることができ、第１の実施形態と同じように撮影することができる。
他は第１の実施形態と同じである。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…検査対象物
２…カメラ側照明
３…テーブル側照明
４…カメラ
５…回転テーブル
６…直動機構
７…リンク作動装置
１０…パラレルリンク機構
１１…姿勢制御用アクチュエータ
１２…基端側のリンクハブ
１３…先端側のリンクハブ
１４…リンク機構
１５…基端側の端部リンク部材
１６…先端側の端部リンク部材
１７…中央リンク部材
７１…Ｘ軸直動アクチュエータ
７２…Ｙ軸直動アクチュエータ
７３…Ｚ軸直動アクチュエータ
７６…回転中心
８０…照明制御装置
Ｏ…交点
Ｏ１…リンクハブと端部リンク部材の回転対偶の中心軸
Ｏ２…端部リンク部材と中央リンク部材の回転対偶の中心軸
ＱＡ…基端側のリンクハブの中心軸
ＱＢ…先端側のリンクハブの中心軸

Claims (6)

1. リンク作動装置を備える外観検査装置であって、前記リンク作動装置は、基端側のリンクハブに対し先端側のリンクハブが３組以上のリンク機構を介して姿勢を変更可能に連結され、前記各リンク機構は、それぞれ前記基端側のリンクハブおよび前記先端側のリンクハブに一端が回転可能に連結された基端側および先端側の端部リンク部材と、これら基端側および先端側の端部リンク部材の他端に両端がそれぞれ回転可能に連結された中央リンク部材とを有し、前記３組以上のリンク機構のうちの２組以上のリンク機構に、前記基端側のリンクハブに対する前記先端側のリンクハブの姿勢を任意に変更させる姿勢制御用アクチュエータが設けられ、
   検査対象物を載せて回転する回転テーブルと、
   前記リンク作動装置の前記先端側のリンクハブに設けられ、前記回転テーブル上の検査対象物を撮影するカメラと、
   前記回転テーブル上の検査対象物を照らすテーブル側照明と、
   １軸方向に動作する直動アクチュエータを１つまたは複数有し、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に移動させる直動機構と、
   を備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 請求項１に記載の外観検査装置において、前記カメラの中心軸が、前記先端側のリンクハブの中心軸と一致する外観検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の外観検査装置において、前記直動機構は、移動方向が互いに直交する３軸の直動アクチュエータからなり、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に、水平面に沿う直交２軸方向および鉛直方向の直交３軸方向に移動させる外観検査装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の外観検査装置において、前記直動機構は、移動方向が互いに直交する２軸の直動アクチュエータからなり、前記リンク作動装置に対して前記回転テーブルおよび前記テーブル側照明を相対的に、水平面に沿う１軸方向および鉛直方向の直交２軸方向に移動させる外観検査装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の外観検査装置において、前記回転テーブルの中心軸は前記基端側のリンクハブの中心軸と平行であり、前記直動機構が有する１つまたは複数の前記直動アクチュエータのうちの、前記基端側のリンクハブの中心軸に対して垂直な平面に沿う方向に動作する直動アクチュエータのストロークをＳｔ、前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との成す角度である折れ角が９０°であるときの前記基端側のリンクハブの中心軸と前記先端側のリンクハブの中心軸との交点から前記カメラのレンズの先端までの距離をＬｐ、前記カメラのレンズの先端から前記検査対象物の外周面にある検査対象部位までの距離をＷＤ、前記回転テーブルの回転中心から前記検査対象物の外周面までの最大距離をＬｒ_ｍａｘとした場合、
   Ｓｔ≧Ｌｐ＋ＷＤ＋２Ｌｒ_ｍａｘ
   の関係が成り立つ外観検査装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の外観検査装置において、前記カメラ側照明および前記テーブル側照明のオン・オフの切り替え、および明るさを無段階に調整することが可能な照明制御装置を有する外観検査装置。

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