JP2019148499A - 芯ズレ検出装置および芯ズレ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク外周部の形状が回転対称でない場合であっても芯ズレを確実に検出することが可能な芯ズレ検出技術を提供する。【解決手段】本発明の芯ズレ検出装置１００は、ワーク外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部５２と、外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、ワークの少なくとも１回転分について外周部を撮像する撮像部２７と、撮像部により撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部５５と、検出された複数の領域それぞれの位置の情報に基づき芯ズレを検出する芯ズレ検出部５１とを備える。基準パターンは、外周部に、互いに合同な形状を有し中心軸回りの回転に対し互いに対称な位置関係で複数存在する特徴部位の形状に対応したものである。【選択図】図２

Description

この発明は、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークを検出対象物とし、ワークが回転軸回りに回転するときの回転軸に対する中心軸の芯ズレを検出する技術に関するものである。

例えば歯車のように、外周部に凹凸が繰り返して設けられた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ある。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

このようにワークを回転させつつ撮像を行う検査装置においては、外観検査を精度よく行うために、ワークを回転させるときの回転軸（回転中心）が、ワークの機械的な中心と一致していることが必要である。言い換えれば、回転するワークがあるとき、当該ワークの回転軸が機械中心と一致しているか、あるいは両者がどの程度ズレているかを検出するための技術が必要とされている。以下、ワークの中心と回転軸との間のズレを「芯ズレ」と称する。

ここで、ワークの外周部が円形もしくは例えば平歯車のように回転対称な形状であれば、例えばワークが１回転する間の外周部の位置変動を観察すること等により芯ズレを検出することは可能と考えられる。一方、外周部の形状が回転対称でないワークもある。例えばワークが欠歯歯車である場合、外周部に突出して設けられる歯の配置が周方向において等間隔でないため、ワークが１周する間の外周部の位置変動を継続的に検出することが難しくなる。このようなワークについても、芯ズレの有無やその大きさを評価するための技術が求められるが、そのような技術は確立されるに至っていない。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ワーク外周部の形状が回転対称でない場合であっても芯ズレを確実に検出することが可能な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、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸回りに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、上記目的を達成するため、前記外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部と、前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部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パターンマッチング処理を実行し前記基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部と、検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する芯ズレ検出部とを備える。

また、この発明の他の一の態様は、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸回りに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出方法であって、上記目的を達成するため、前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する工程と、撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記外周部の一部に対応して予め定められた基準パターンに対応する領域を検出する工程と、検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する工程とを備えている。

これらの発明において、前記基準パターンは、前記外周部に、互いに合同な形状を有し前記中心軸回りの回転に対し互いに対称な位置関係で複数存在する特徴部位の形状に対応したものである。

このように構成された発明では、ワークの外周部全体としての形状が回転対称性を有していなくても、中心軸回りの回転に対し対称な位置関係で複数の特徴部位があれば、ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出することが可能である。その理由は以下の通りである。

本発明では、回転するワークの外周部が定点撮像される。この場合、画像における不動点は、ワークの機械的な中心ではなく回転中心である。ただし回転中心が画像に含まれる必要は必ずしもない。

回転するワークの外周部を撮像した画像に対し、外周部の一部である特徴部位に対応する基準パターンを用いたパターンマッチング処理が実行される。これにより、撮像された外周部の画像中で特徴部位に対応する形状を有する領域が検出される。特徴部位に対応する形状が外周部に複数ある場合には、それらに対応する複数の領域がそれぞれ画像から検出されることになる。

ここで、複数の特徴部位が、ワークの機械的な中心軸回りの回転に対し互いに対称な位置にある場合を考える。もし回転するワークの中心軸と回転軸とが完全に一致していれば、外周部を定点撮像した画像において、複数の特徴部位それぞれに対応する複数の領域は回転軸から互いに等距離の位置に現れるはずである。一方、ワークの中心軸と回転軸との間に芯ズレがある場合、各特徴部位と回転軸との距離が必ずしも同じではない。このため、特徴部位に対応する領域が画像において検出される位置は、芯ズレのない場合の位置に対して、ワークの回転周期に対応する周期で変動することになる。

このような位置の変化から、芯ズレの有無やその大きさを検出することが可能である。複数の特徴部位はワークの中心軸からの距離が互いに等しく、一方、画像においては回転軸が不動点であるから、画像において検出された複数の領域それぞれと不動点との距離の変動から、ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出することができる。

上記のように、本発明によれば、ワーク外周部に複数存在する特徴部位をパターンマッチング処理によって検出し、その位置の情報に基づきワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出する。そのため、ワーク外周部の形状が回転対称性を有する場合のみならず、そうでない場合であっても芯ズレを高精度に検出することが可能である。

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。 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。 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。 本実施形態の芯ズレ検出方法を適用可能なワークの形状を例示する図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第１の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第２の図である。 正弦関数における定数の意味を説明する図である。 この実施形態における芯ズレ検出処理を示すフローチャートである。 本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す図である。 本実施形態の芯ズレ検出を適用可能なワークの他の例である。

図１は、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。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、例えば歯車や羽根車などのように、その機械的中心から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワーク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の構造上の機械的中心軸（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の中心軸が軸部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の中心軸とモータ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の中心軸ＡＸ４（図５参照）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。アライメントカメラ２７は、ラインセンサ２７１の長手方向がワークＷの径方向となるように設置されている。したがって、アライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶはモータ回転軸ＡＸ３からワークＷの径方向に沿って細長く延びる帯状となっている。また、ワークＷが１周する間、常にワーク外周部の一部を含むように撮像視野ＦＶが設定される。このため、ワークＷを回転させながらラインセンサ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の中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３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の中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３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の中心軸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の中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３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、中心軸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）について説明する。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の中心軸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。

図６は本実施形態の芯ズレ検出方法を適用可能なワークの形状を例示する図である。図６（ａ）に示すワークＷ１の外周部は、例えば一般的な平歯車と同様に、ワークＷ１の機械的な中心軸ＡＸ４から径方向外側に突出するように放射状に、かつ周方向において等間隔に凸部（歯）Ｔ１が配置された形状となっている。一方、図６（ｂ）に示すワークＷ２および図６（ｃ）に示すワークＷ３はいずれも、図６（ａ）のワークＷ１から一部の歯を除去した形状の外周部を有している。このような外周形状を有する歯車は欠歯歯車と称され、間欠的な動力伝達に用いられる。このうちワークＷ２は、周方向における歯Ｔ２の配置が不均等であるが、中心軸ＡＸ４に対しては９０度つまり（π／２）［ｒａｄ］の回転対称性を有している。一方、ワークＷ３では、周方向における歯Ｔ３の配置は不均等であり、その外周形状は中心軸ＡＸ４回りの回転に対する回転対称性を有していない。

次に説明する本実施形態の芯ズレ検出方法は、これらのワークＷ１〜Ｗ３のいずれの形状にも対応可能なものであり、しかも、後述するように処理対象となるワークの外周形状はこれらに限定されるものでもない。また、ワークＷはアライメントカメラ２７により撮像される面の外周形状が本明細書で規定したものとなっていれば足り、それ以外の部分の構造は問わない。以下、本実施形態における芯ズレ検出方法の基本原理および具体的な処理フローについて順に説明する。これらの説明においては、一例として図６（ｂ）に示す形状のワークＷ２を処理対象のワークＷとした場合について説明することとする。しかしながら、ワークが他の形状である場合でも処理の内容に差異はない。

図７および図８は本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す図である。より具体的には、図７は芯ズレがない場合にアライメントカメラ２７により撮像される画像の特徴を示す図であり、図８は芯ズレがある場合にアライメントカメラ２７により撮像される画像の特徴を示す図である。

まず、ワークＷの機械的な中心軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とが一致する、つまり芯ズレがない場合について、図７を参照しつつ説明する。前述のように、アライメントカメラ２７のラインセンサ２７１はモータ回転軸ＡＸ３からワークＷの径方向を長手方向として配置されており、アライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶも同方向に細長く延びたものとなる。

後の説明のために、図７（ａ）に示すように、モータ回転軸ＡＸ３を原点としワークＷの径方向を動径ｒ、周方向を偏角θとする二次元極座標を導入する。偏角θについては、便宜的にアライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶの延びる方向を、θ＝０とする。動径方向はワークＷの径方向に対応し、偏角θはワークＷの回転位相角に対応する。

ワークＷが一定速度で回転されると、ワークＷの外周部のうち撮像視野ＦＶに含まれる箇所が刻々と変化してゆく。アライメントカメラ２７は、ラインセンサ２７１から出力される撮像視野ＦＶ内の一次元ライン画像の画像データを順次取り込んで制御ユニット５へ出力する。制御ユニット５の画像処理部５５は、アライメントカメラ２７から順次送信されるライン画像の画像データを時系列順に配列することで、ライン画像をその長手方向と直交する方向に並べた二次元画像に対応する画像データを作成する。ノイズや照明ムラ等の影響を軽減するために、適宜の閾値で二次元画像が二値化されてもよい。

こうして作成される二次元画像は、概略円周状であるワークＷの外周部を直線状に展開したものとなる。より具体的には、図７（ｂ）上図に示すように、ワークＷの外周部よりも内側の領域と外側の領域との境界Ｐｒの位置を、偏角θに対してプロットしたような画像となる。図７（ａ）に示すワークＷ（Ｗ２）では、歯元に対応する水平な直線から、歯Ｔ２に対応する部分がその配設位置に応じて上向きに突出した画像が得られる。この画像パターンはワーク１周分、すなわち偏角２π［ｒａｄ］の周期で繰り返される。

こうして得られるワーク１周分の二次元画像に対し、ワークＷが有する１つの歯Ｔ２に対応する画像パターンＰＴを基準パターンとしてパターンマッチング処理を実行した場合を考える。これにより、ワークＷに設けられた複数の歯Ｔ２それぞれに対応する領域が画像中から検出される。画像中にいて基準パターンＰＴに対応する領域が検出された位置（動径ｒ方向の位置）を偏角θに対しプロットすると、図７（ｂ）下図のような結果が得られる。各領域の位置については、当該領域を代表する座標値によって表すことができる。例えば検出された領域の重心の座標、左上隅の座標等を用いることができる。検出される複数の領域について同一のルールで代表座標値が定められていればよい。

ワークＷの各歯Ｔ２は、その形状が互いに合同で、かつ中心軸ＡＸ４回りの回転に対して互いに回転対称性を有している。つまり、各歯Ｔ２は、中心軸ＡＸ４に対して径方向には互いに等距離で、周方向には互いに異なる位置に設けられている。したがって、ワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とが一致していれば、基準パターンＰＴと対応するものとして検出される領域の動径方向の位置は、全ての歯Ｔ２に対して同一となるはずである。すなわち、検出された位置の座標を結ぶと単一の直線になると考えられる。

次に、図８（ａ）に示すように、ワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との間に芯ズレがある場合を考える。この場合、ワークＷが回転するときの中心軸はモータ回転軸ＡＸ３であるから、ワークＷの中心軸ＡＸ４は、点線矢印で示すようにモータ回転軸ＡＸ３の回りを周回することになる。

アライメントカメラ２７とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との位置関係は予め決まっているから、アライメントカメラ２７により得られる画像においては、回転軸ＡＸ３は回転に対してその位置が変動しない不動点となっている。回転軸ＡＸ３が撮像視野ＦＶの外部にある場合でも、画像内の各点の位置はモータ回転軸ＡＸ３からの距離によって表すことが可能である。つまり、画像内でモータ回転軸ＡＸ３からの距離が等しい点を結ぶと、図７（ｂ）と同様に一直線となる。

一方、ワークＷの各歯Ｔ２はワークＷの中心軸ＡＸ４から互いに等距離に設けられている。そのため、中心軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とに位置ズレがある場合には、モータ回転軸ＡＸ３から各歯Ｔ２までの距離は必ずしも同じではない。その結果、アライメントカメラ２７によりワークＷの外周部を撮像することで得られる二次元画像においては、図８（ｂ）に示すように、ワークＷの内部と外部との境界Ｐｒの位置が、ワークＷの回転周期に対応して周期的に変動することになる。

このケースの二次元画像に対し、前述の場合と同様に１つの歯Ｔ２の形状に対応する基準パターンＰＴに基づくパターンマッチング処理を実行すると、図８（ｃ）に示すように、基準パターンＰＴに対応する領域の動径方向における検出位置も周期的に変動することになる。芯ズレが大きいほど、変動の振幅も大きくなる。

言い換えれば、パターンマッチング処理によって検出される領域の位置が動径方向への変動を有するか否か、またその変動の大きさを求めることによって、芯ズレの有無やその大きさを検出することが可能である。

図８（ｃ）における検出位置の変動は、偏角θ方向において２π［ｒａｄ］の周期を有する正弦関数（サイン関数）に則ったものと考えられる。したがって、パターンマッチング処理によって検出される各歯Ｔ２に対応する領域の位置座標を適宜の正弦関数によってフィッティングすれば、当該正弦関数は芯ズレを定量的に表すものとなり得る。

角度θを変数とする正弦関数ｆ（θ）は一般に次のように記述することができる。下記の（式１）において定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの持つ物理的意味については、図９を参照して説明する。

図９は正弦関数における定数の意味を説明する図である。図９（ａ）は、ワーク回転前の初期状態（θ＝０）におけるワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との位置関係を例示している。同図からわかるように、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との距離Ｒａは芯ズレ量、すなわち芯ズレの大きさを表している。また、偏角θａは芯ズレの方向を表している。

図９（ｂ）は、ワークＷの回転に伴い変化するモータ回転軸ＡＸ３に対するワーク中心軸ＡＸ４の位置関係と、当該位置関係が正弦曲線上のどの点に対応するかとを示したものである。上記のような芯ズレを有するワークＷがモータ２４１により回転されるとき、基準パターンＰＴとのパターンマッチング処理によって検出される領域の位置を（式１）の正弦関数で近似したとき、図９（ｂ）に示す関係から明らかなように、振幅を表す定数Ａが芯ズレ量Ｒａに対応する情報を有している。また、正弦曲線をθ方向にシフトさせる定数Ｃが芯ズレの方向θａに関わる情報を有している。

定数Ｂは正弦曲線の周期に関するものであるが、偏角θをワークＷの回転位相角として考える場合には１としてよい。また、定数Ｄは画像の不動点であるモータ回転軸ＡＸ３から各歯Ｔ２までの距離に対応するオフセット量であるが、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との相対的な距離Ｒａを求める上では考慮する必要がない。すなわち、Ｄ＝０としてよい。したがって、実質的には（式１）の定数Ａ、Ｃが求められれば、それらの値から芯ズレ量Ｒａおよび芯ズレ方向θａを特定することが可能となる。

以上より、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との間の芯ズレ、具体的には芯ズレ量とそのズレ方向とを定量的に求めるためには、
（１）ワークＷを回転させ、少なくともその１回転分について、ワークＷの外周部を定点撮像したライン画像を取得する、
（２）ワークＷの１周分のライン画像を並べて二次元画像を作成する、
（３）二次元画像に対しパターンマッチング処理を実行し、ワークＷ外周部の歯Ｔ２の形状に対応する基準パターンＰＴに対応する領域を検出する、
（４）検出された領域の位置の分布を近似する正弦関数を特定する、
（５）正弦関数の定数から芯ズレ量およびズレ方向を特定する、
という処理が順番に行われればよい。以下、その具体的な処理内容について説明する。

図１０はこの実施形態における芯ズレ検出処理を示すフローチャートである。この処理は、図４のステップＳ４に対応する処理であり、制御ユニット５に設けられた演算処理部５１が予め準備された制御プログラムを実行することで装置各部を制御して所定の動作を行わせることにより実現される。制御プログラムは、装置各部に上記した（１）〜（５）の手順を実行させる。

最初に、未検査のワークＷをモータ２４１により回転させながら、少なくともワークＷの１回転分について、ワークＷの外周部の一部を含むライン画像をアライメントカメラ２７により撮像する（ステップＳ４０１）。そして、１回転分のライン画像を時系列順に並べた二次元画像に対応する画像データを作成する（ステップＳ４０２）。なお、ここでは多数のライン画像のセットを二次元画像と同様に扱うことのできるような画像データが得られれば足り、実際に二次元画像を出力する必要はない。二次元画像データについては、後のパターンマッチング処理の便宜のために、適宜のフィルタによる平滑化処理や二値化処理が施されてもよい。

次に、予めメモリ５２に記憶されている事前登録情報に基づき、基準パターンＰＴおよびパターンマッチング処理における画像中での探索範囲が設定される（ステップＳ４０３）。基準パターンＰＴは、ワークＷの形状に応じて予め定められ、メモリ５２に記憶されている。また、基準パターンＰＴに対応する領域は画像中でランダムに出現するわけではなく、ワークＷの形状からある程度の予測が可能である。このような場合、予測に基づき探索範囲を制限することで、画像全体について探索を行う必要がなくなり、処理の高速化を図ることができる。このような探索範囲に関する設定情報も、予めメモリ５２に記憶されている。演算処理部５１は、処理対象であるワークＷの種類に応じてこれらの情報をメモリ５２から読み出し、パターンマッチング処理に適用する。処理時間において問題が生じなければ、探索範囲の絞り込みは省いてもよい。

続いて、設定された基準パターンＰＴおよび探索範囲に基づき、画像処理部５５によりパターンマッチング処理が実行され、二次元画像中で基準パターンＰＴに対応する領域が探索される（ステップＳ４０４）。パターンマッチング処理としては公知の画像処理技術を適用することができ、例えば正規化相関法を用いることができる。基準パターンＰＴに対応する領域が検出されると、その位置を表す座標情報が特定されメモリ５２に記憶される（ステップＳ４０５）。

こうして求められた位置情報のデータには、主としてマッチング処理における誤検出に起因する不要なデータ（アウトライヤー）が含まれ得る。そこで、正弦関数への近似に先立ってこのようなアウトライヤーを除去するための処理が、画像処理部５５または演算処理部５１により実行される（ステップＳ４０６）。

前記したように、パターンマッチング処理によって検出される領域の位置は、概ね１つの正弦関数曲線上に分布すると考えられる。しかしながら、基準パターンＰＴとの完全な一致を検出条件としないパターンマッチング処理においては、例えば画像上のノイズに起因して正弦関数曲線から大きく離れた位置が検出結果に含まれることがあり得る。このようなアウトライヤーを除去する方法としては種々のものがあり得るが、ここではその一例を示す。

図１１は本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す図である。この処理は、異常なデータはランダムな値を取り得るが、適正なデータは平均値から大きく離れることがないという性質を利用したものである。この処理では、パターンマッチング処理により検出された複数の領域それぞれの二次元画像中の位置（動径方向）の座標値の集合を母集団として、当該母集団の平均μおよび標準偏差σの値を求めておく。

そして、図１１（ａ）に示すように、母集団内の各要素と平均値μとの差Δ（θ）を、要素ごとに求める。適正なデータではこの値Δ（θ）は比較的小さいと考えられる。一方、図１１（ａ）に符号Ｐ１、Ｐ２を付した要素は平均値μから大きく離れており、アウトライヤーとみなすべきものである。このような要素では、Δ（θ）の値が比較的大きい。こうして求められた各要素のΔ（θ）と標準偏差σとの比の値を、各要素の有意性を示す評価値ｐｐとして用いる。すなわち、次式：
ｐｐ＝｜Δ（θ）｜／σ
により評価値ｐｐを求める。平均値からの乖離の大きさを評価するため、右辺の分子としては絶対値が用いられる。

図１１（ｂ）に示すように、適正なデータについては評価値ｐｐは小さな値となる一方、アウトライヤーの蓋然性の高いデータでは評価値ｐｐが大きくなる。そこで、評価値ｐｐに対して適宜の閾値Ｔｈを定めておき、例えば評価値ｐｐが閾値Ｔｈより大きいものをアウトライヤーとみなすことができる。

パターンマッチング処理で検出された領域の位置座標のうち、上記の処理でアウトライヤーとみなされたものを除外することで、図１１（ｃ）に示すように、正弦関数への近似に悪影響を及ぼすおそれのある異常なデータを除去することができる。こうしてアウトライヤーが除去されたデータに対し正弦関数近似を行うことで、最終的な芯ズレ量およびズレ方向の算出結果の精度を向上させることができる。

図１０に戻って芯ズレ検出処理の説明を続ける。演算処理部５１は、アウトライヤー除去（ステップＳ４０６）後のデータ（基準パターンＰＴに対応する領域の位置座標データ）を用いて（式１）へのフィッティングを行う。すなわち、求められたデータを最もよく近似するような（式１）の各定数を特定する。前記したように、芯ズレ量Ｒａおよびズレ方向θａを求めるために必要な定数は振幅に関する変数Ａと位相に関する変数Ｃとであり、変数Ｂ、Ｄについては考慮する必要はない。

このような関数近似を実現する方法としては種々のものが提唱されており、例えばＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法などが知られている。本実施形態でもこれらの技術を適用することができ、ここでは一例としてＧａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法について説明する。Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法の原理は公知であるためここでは詳しい説明を省略するが、基本原理は、定数の値を適宜に設定して得られる関数の値と実データサンプルとの残差を数値計算し、残差が最も小さくなるように各定数を収束させてゆくというものである。

本実施形態の場合、振幅Ａの初期値Ａ₀としては、アウトライヤー除去後の位置座標データのうちの最大値（回転軸ＡＸ３から最も遠い座標）と最小値（回転軸ＡＸ３に最も近い座標）との差の半分を用いることができる。また、位相Ｃの初期値Ｃ₀については０としておけばよい。前記した通り、定数Ｂは１、定数Ｄは０とすることができる。

具体的には、下記の連立方程式（式２）を作成し、変数Ａ、Ｃの初期値Ａ₀、Ｃ₀を（式２）に代入し、（ΔＡ，ΔＣ）を解く。その解ΔＡ、ΔＣを更新しながら収束判定を行うことで、定数Ａ、Ｃが定まり、これにより実データに対する誤差が最も小さくなる関数を得ることができる（ステップＳ４０７）。

図９（ｂ）に示す関係から明らかなように、求められた定数Ａが芯ズレ量Ｒａに対応している。より正確には、画素サイズを単位としたときの画像内での振幅Ａに、ラインセンサ２４１の分解能を乗じた値が、実空間における芯ズレ量Ｒａを表す。また、定数Ｃから（π／２）を差し引いた値（単位ｒａｄ）が芯ズレの方向θａを表している。こうして芯ズレ量およびその方向が特定されると（ステップＳ４０８、Ｓ４０９）、芯ズレ検出処理は完了する。続く芯ズレの補正処理（図４のステップＳ５）では、前記したように、水平位置決め機構２３が、求められた芯ズレをキャンセルするために必要なチャック機構２２の移動を実行する。こうして芯ズレが補正されることで、ワークＷの回転軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とを一致させることができる。

以上のように、本実施形態では、例えば歯車であるワークＷを回転させ、その少なくとも１回転分について外周部を撮像した画像から、外周部に複数出現し、互いに合同かつワークの中心軸回りの回転に対して対称性を有する特徴的な部位（以下、「特徴部位」という；この例では１つの歯）の形状に対応する領域を検出する。具体的には、ワークＷの外周部を撮像視野ＦＶに含むラインセンサ２４１により取得される一次元ライン画像を時系列順に並べてなる二次元画像内において、特徴部位の形状に応じて予め設定された基準パターンＰＴに対応する領域が、パターンマッチング処理により探索される。

ワークＷの機械的な中心軸ＡＸ４と、回転における回転軸ＡＸ３との間に芯ズレがある場合、パターンマッチング処理により検出される領域の位置（回転軸ＡＸ３からの距離）は、回転の周期に同期して周期的に変動する。この変動を検出することで、ワークＷの中心軸ＡＸ４と回転軸ＡＸ３との芯ズレを特定することができる。具体的には、このような周期的変動を正弦関数によって近似し、その振幅から芯ズレの大きさ（芯ズレ量）を、位相から芯ズレの方向を特定する。こうして芯ズレの大きさと方向とがわかれば、それに応じた部材間の相対位置の補正により、芯ズレを解消することが可能である。

パターンマッチング処理を用いた本実施形態の芯ズレ検出処理は、ワークＷの外周部に現れる種々の形状のうち繰り返し複数回現れる特徴部位を選択的に検出することが可能である。このため、パターンマッチング処理に用いられる基準パターンＰＴを適宜に設定することにより、種々の外周形状を有するワークに適用することが可能である。すなわち、図６（ａ）に示すワークＷ１のように、互いに同一形状の歯Ｔ１が一定の周期で配置されたもの、図６（ｂ）に示すワークＷ２のように、ワーク自体は回転対称性を有するが歯Ｔ２の配置が一定周期ではないもの、図６（ｃ）に示すワークＷ３のように回転対称性を有していないもののいずれに対しても、同一の処理によって芯ズレの検出を行うことが可能である。

なお、これらの各ワークでは、外周部に設けられた歯の形状は全て同一である。このため１つの歯の形状に対応した基準パターンＰＴが用いられる。しかしながら、基準パターンＰＴを適宜に設定することにより、複数の歯の間で形状が異なるワークについても同様に芯ズレ検出を行うことが可能である。その一部の例について以下に説明する。

図１２は本実施形態の芯ズレ検出を適用可能なワークの他の例である。図１２（ａ）に例示するワークＷ４では、その外周部に、互いに幅の異なる複数種の歯Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３が設けられている。このようなワークＷ４において、いずれかの歯の形状に対応した基準パターンを設定した場合、他の形状の歯はパターンマッチング処理において検出されない。これによりサンプルとなる実データの数が少なくなると、関数近似の精度が低下し、結果として芯ズレ検出の精度も低下してしまうおそれがある。

このような場合、いずれの歯においても共通するような形状、例えば図に点線矩形で示されるように歯末の一部、歯元の一部およびそれらを接続する歯面を含むような基準パターンＰＴを設定することにより、歯幅の異なる歯Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３のいずれについても、基準パターンＰＴと対応する部位をパターンマッチング処理によって検出することが可能となる。基準パターンＰＴの設定以外については上記した処理をそのまま適用することができる。すなわち、図１２（ａ）に示すようなワークＷ４に対しても、本実施形態の芯ズレ検出処理を適用することが可能である。

また、図１２（ｂ）に例示するワークＷ５は、歯元からの突出高さが互いに異なる歯Ｔ５１、Ｔ５２を有し、しかもそれらの配置は周期的でない。これらの歯Ｔ５１、Ｔ５２においても、それぞれ点線矩形で囲んだ歯面と歯元との接続部分の形状は互いに合同で、しかも中心軸ＡＸ４からの距離が互いに等しい。このような部位を特徴部位として、これに対応する基準パターンＰＴを設定することにより、図１２（ｂ）に示すワークＷ５も、本実施形態の芯ズレ検出処理の適用対象とすることが可能となる。

その他、例えば鋸歯状の外周部を有するワークなど、各種の外周形状を有するワークについて本実施形態の芯ズレ検出処理を適用することが可能である。そのようなワークにおいて基準パターンの元となる特徴部位を抽出するときの原則（条件）は、
（１）ワークの外周部に複数回出現する形状パターンを有する、すなわち外周部の複数箇所に存在する互いに形状が合同な部位であること、
（２）ワークの中心軸回りの回転によって当該部位同士が互いに重なり合う、すなわち中心軸からの距離が互いに等しく中心軸回りの回転に対し互いに回転対称な位置関係にあること、
（３）同一または類似する形状パターンの部位が他に存在しないこと、
等である。

このうち条件（３）は、条件（１）、（２）には該当しないが同じような形状パターンを有する他の部位が検出されることで関数近似の精度が低下するのを防止するために導入される。しかしながら、例えばパターンマッチング処理における探索範囲の制限やアウトライヤー除去処理によってその影響を抑制することができる場合もあるため、この要件を省くことができる場合もある。

言い換えれば、これらの条件を満たす特徴部位を有する部材であれば、そのような部位に対応した基準パターンを用意することで、本実施形態の芯ズレ検出処理の対象物たるワークとすることが可能である。このように、本実施形態は、種々の外周形状を有するワークについて芯ズレ検出を行うことが可能である。

以上説明したように、上記実施形態においては、アライメントカメラ２７が本発明の「撮像部」として機能する一方、メモリ５２が「記憶部」として機能している。また、演算処理部５１および画像処理部５５がそれぞれ本発明の「芯ズレ検出部」および「画像処理部」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。

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、例えば歯車のような機械部品がワークとされているが、ワークがどのような用途・目的で製造されたものであるかを問わない。少なくとも、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するものについて、本発明のワークとして適用することが可能である。

また、本実施形態は必ずしも周期的な配置でない複数の歯を有する歯車をワークとする場合に好適なものであるが、例えば図６（ａ）に示すように一定周期で歯が設けられたワークの検査専用に用いられてももちろん構わない。例えば、特に素材が脆い等、製造上の都合で歯の部分的な欠損が生じやすい部品の検査では、欠損によって結果的に歯の配置が非周期的となることがあるので、このようなケースにおいても芯ズレを的確に検出し補正するために、本発明を適用することが有効である。

また、上記実施形態では、パターンマッチング処理の結果に対してアウトライヤー除去処理が実行されているが、アウトライヤー除去処理を省いても芯ズレ検出処理は実行可能である。また、アウトライヤー除去処理の処理内容についても上記に限定されず他の方法によってもよい。その他、フィルタ処理や二値化処理等が必要に応じて組み合わせられてもよい。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明の芯ズレ検出においては、例えば検出された複数の領域の間における径方向の位置の変動量に基づき芯ズレを検出するように構成されてもよい。ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレは、回転中心からワーク外周部までの距離の変動を招く。したがって、径方向における位置変動量から芯ズレの大きさを見積もることが可能となる。

また例えば、撮像部は、径方向を撮像視野の長手方向とするラインセンサを有する構成であってもよい。このような構成によれば、ラインセンサの撮像視野がワーク外周部の一部を含むことで、ワーク外周部を含む一次元ライン画像が取得される。ワークが回転するとき、相対的取得することができる。

この場合、ラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対しパターンマッチング処理が実行されてもよい。このようにして作成される二次元画像は、ワーク外周部の径方向の位置変化を時系列に沿って表した画像となっている。このため、パターンマッチング処理により検出される領域の位置変動が、芯ズレに起因するワーク外周部の位置変動を直接的に示すものとなり、芯ズレの程度を精度よく求めることが可能となる。

また例えば、二次元画像において検出された領域の位置座標を近似した正弦関数の振幅と位相角とに基づき芯ズレが求められてもよい。芯ズレがある状態でワークが回転するとき、ワークの中心軸は回転軸の周りを周回することになる。こうして中心軸の位置が変動することによる外周部の位置変動は正弦関数によって表すことができる。その場合の振幅は芯ズレの大きさを表し、位相角は芯ズレの方向を表すものとなる。すなわち、近似により得られた正弦関数の各定数から、芯ズレの大きさおよび方向を定量的に求めることが可能である。

また例えば、パターンマッチング処理により検出された複数の領域の位置のうち、有意でないものが除去される処理がさらに付加されてもよい。パターンマッチング処理では、画像中のノイズや基準パターンに類似した形状の部位が存在することによる誤検出の問題がある。このような検出結果を除外する処理を行うことで、芯ズレを定量的に求める際の誤差を抑制することができる。

この発明は、芯ズレ検出の対象となるワークが、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有する場合に有効なものであり、ワーク外周部が回転対称性を有していなくてもその芯ズレを精度よく求めることができる。

１ 検査装置
２４ 回転機構
２７ アライメントカメラ（撮像部）
５１ 演算処理部（芯ズレ検出部）
５２ メモリ（記憶部）
５５ 画像処理部
２７１ ラインセンサ
ＡＸ３ モータ回転軸（回転軸）
ＡＸ４ ワーク中心軸（中心軸）
ＰＴ 基準パターン
Ｒａ 芯ズレ量
θａ 芯ズレ方向
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸回りに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、
   前記外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部と、
   前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部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パターンマッチング処理を実行し前記基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部と、
   検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する芯ズレ検出部と
   を備え、
   前記基準パターンは、前記外周部に、互いに合同な形状を有し前記中心軸回りの回転に対し互いに対称な位置関係で複数存在する特徴部位の形状に対応したものである芯ズレ検出装置。
2. 前記芯ズレ検出部は、検出された複数の前記領域の間における前記径方向の位置の変動量に基づき前記芯ズレを検出する請求項１に記載の芯ズレ検出装置。
3. 前記撮像部は、前記径方向を前記撮像視野の長手方向とするラインセンサを有する請求項１または２に記載の芯ズレ検出装置。
4. 前記画像処理部は、前記ラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対し前記パターンマッチング処理を実行する請求項３に記載の芯ズレ検出装置。
5. 前記芯ズレ検出部は、前記二次元画像における前記領域の位置座標を近似した正弦関数の振幅と位相角とに基づき前記芯ズレを求める請求項４に記載の芯ズレ検出装置。
6. 中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸回りに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出方法であって、
   前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する工程と、
   撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記外周部の一部に対応して予め定められた基準パターンに対応する領域を検出する工程と、
   検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する工程と
   を備え、
   前記基準パターンは、前記外周部に、互いに合同な形状を有し前記中心軸回りの回転に対し互いに対称な位置関係で複数存在する特徴部位の形状に対応したものである芯ズレ検出方法。
7. 前記径方向を前記撮像視野の長手方向とするラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対し前記パターンマッチング処理が実行される請求項６に記載の芯ズレ検出方法。
8. 前記パターンマッチング処理により検出された複数の前記領域の位置のうち有意でないものを除去する工程を備える請求項６または７に記載の芯ズレ検出方法。

Images