JP2021047136A - 撮像装置、撮像方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多品種のワークについて各ワークに設けられる筒状内周面を高い汎用性で撮像する。【解決手段】ワークを回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、回転駆動部により回転される筒状内周面を照明する第１照明部と、回転駆動部により回転されるワークに対し、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間に第１撮像部により複数の第１部分画像が取得されることで筒状内周面の全周画像が取得される。【選択図】図１

Description

この発明は、歯車やブッシュなどの筒状部位を有するワークを撮像する撮像技術および当該ワークを検査する検査技術に関するものである。

工作機械や自動車などの種々の装置では、筒状部位が貫通して設けられた部品が数多く用いられている。これらの部品では筒状部位に対して軸やパイプなどの他の部品が嵌合される。このため、筒状部位の内周面、つまり筒状内周面に亀裂や気泡などの欠陥が存在しているか否かを検査することが求められている。そこで、筒状内周面を有する部品を撮像して検査する装置が従来より提案されている。例えば特許文献１では、中央部に筒状部位が貫通して設けられたワークは、当該筒状部位の軸線が鉛直方向に対して平行となる縦向き姿勢で検査テーブル上に載置され、筒状部位の一方の開口（下方側開口）が検査テーブルで塞がれる一方、他方の開口（上方側開口）が上方に開放される。また、他方の開口を介して円錐形の反射ミラーが筒状部位に挿入され、検査テーブル上に載置される。この反射ミラーの上方には、カメラが配置されてワークの筒状内周面を撮像する。このように従来では、反射ミラーとカメラとを組み合わせた撮像装置により筒状内周面の全周画像を撮像し、当該全周画像に基づいて判定手段がワークの筒状内周面を検査している。

特開平１０−４７９２９号公報

特許文献１に記載の撮像装置は、ワークの筒状部位の形状およびサイズに対応した反射ミラーを用いている。したがって、ワークの種類に応じて反射ミラーを作り直す必要があり、汎用性の面で劣っている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、多品種のワークについて各ワークに設けられる筒状内周面を高い汎用性で撮像することができる撮像技術および各ワークの筒状内周面を検査することができる検査技術を提供することを目的とする。

この発明の第１態様は、ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像装置であって、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態でワークを回転軸まわりに回転自在に保持する保持部と、保持部に保持されるワークを回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、回転駆動部により回転される筒状内周面を照明する第１照明部と、回転駆動部により回転されるワークに対し、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間に第１撮像部により複数の第１部分画像が取得されることで筒状内周面の全周画像が取得されることを特徴としている。

また、この発明の第２態様は、ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像方法であって、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態でワークを回転軸まわりに回転させる工程と、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間、回転軸まわりに回転しているワークの筒状内周面を照明しながら水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より撮像して筒状内周面の第１部分画像を複数取得する工程と、複数の第１部分画像に基づいて筒状内周面の全周画像を取得する工程とを備えることを特徴としている。

さらに、この発明の第３態様は、上記撮像装置と、撮像装置により取得された複数の第１部分画像に基づいて筒状内周面を検査する検査部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、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸と一致させた横向き姿勢で当該回転軸まわりにワークを回転させつつ、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から第１撮像部が筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する。第１部分画像の取得は、ワークが少なくとも１回転する間行われて筒状内周面の全周画像が取得される。

以上のように、本発明によれば、上記した横向き姿勢でワークを少なくとも１回転させつつ筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を複数取得し、これらにより筒状内周面の全周画像を取得している。したがって、ワークの種類を問わず、ワークの筒状内周面を撮像することができ、高い汎用性が得られる。

本発明に係る撮像装置の第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。 図１に示す検査装置における部分画像の取得動作および全周画像の取得動作を説明するための模式図である。 本発明に係る撮像装置の第２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は、本発明に係る撮像装置の第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。検査装置１は、本発明の「ワーク」の一例である平歯車Ｗの中央部に設けられた軸孔Ｗａの内周面Ｗｂを撮像する撮像装置２と、撮像装置２の各部を制御するとともに撮像装置２により撮像されて取得される複数の部分画像に基づいて内周面Ｗｂを検査する制御装置３と備えている。なお、平歯車Ｗでは、軸孔Ｗａが本発明の「筒状部位」の一例に相当し、内周面Ｗｂが本発明の「筒状内周面」の一例に相当している。また、装置各部の位置関係を明確にするために、図１ではＸＹＺ直角座標軸が示されている。つまり、次に説明するように平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１が延びる水平方向と平行なＸ方向と、当該Ｘ方向と直交する水平方向Ｙと、鉛直方向Ｚとが示されている。Ｘ方向の矢印Ｘ１は一方側（撮像側）を向いており、Ｘ方向の矢印Ｘ２は他方側（照明側）を向いている。Ｙ方向の矢印Ｙ１はＹ方向の一方側を向いており、Ｙ方向の矢印Ｙ２はＹ方向の他方側を向いている。さらに、Ｚ方向の矢印Ｚ１は鉛直上方側を向いており、Ｚ方向の矢印Ｚ２は鉛直下方側を向いている。

撮像装置２は、ワークＷを回転自在に保持する保持部２１と、保持部２１に保持されるワークＷを水平方向に延びる回転軸ＡＸ１まわりに回転させる回転駆動部２２と、軸孔Ｗａの内周面Ｗｂをスポット照明する照明部２３と、照明部２３によりスポット照明される領域Ｒ１を撮像する撮像部２４とを備えている。なお、このように内周面Ｗｂのうち照明部２３によりスポット照明されるとともに撮像部２４により局部的に撮像される領域Ｒ１を以下「被撮像領域Ｒ１」と称する。

保持部２１は、図１に示すように、Ｘ方向に延びる回転軸ＡＸ２まわりに回転自在なローラ２１１、２１２を有している。これらのローラ２１１、２１２はいずれも平歯車Ｗよりも軟らかい材料、例えばゴムや樹脂などで構成されている。一方のローラ２１１は平歯車Ｗに対してＹ１方向側でかつ回転軸ＡＸ１よりも低い位置で平歯車Ｗの歯先部Ｗｃと当接しながら回転自在に配置されている。また、他方のローラ２１２は平歯車Ｗに対してＹ２方向側でかつ回転軸ＡＸ１よりも低い位置で平歯車Ｗの歯先部Ｗｃと当接しながら回転自在に配置されている。このように２つのローラ２１１、２１２により平歯車Ｗは、軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を回転軸ＡＸ１と一致させた状態で下方側から回転自在に保持されている。また、次に説明する回転駆動部２２により平歯車Ｗが回転軸ＡＸ１まわりに回転されると、ローラ２１１、２１２は平歯車Ｗの回転に従動して回転する。こうして、平歯車Ｗは保持部２１によって横向き姿勢で回転自在に保持される。

回転駆動部２２は、図１に示すように、Ｚ方向に延びる回転軸ＡＸ４まわりに回転自在なローラ２２１、２２２と、ローラ２２２を回転駆動するモータ２２３とを有している。これらのローラ２２１、２２２はいずれも平歯車Ｗよりも軟らかい材料、例えばゴムや樹脂などで構成され、Ｘ方向において平歯車Ｗの側面部Ｗｄを挟み込むように配置されている。すなわち、一方のローラ２２１は平歯車Ｗに対してＸ１方向側でかつ側面部Ｗｄの下方側（Ｚ２方向側）で平歯車ＷのＸ１方向側の側面部Ｗｄと当接しながら回転自在に配置されている。また、他方のローラ２２２は平歯車Ｗに対してＸ２方向側でかつ側面部Ｗｄの下方側（Ｚ２方向側）で平歯車ＷのＸ２方向側の側面部Ｗｄと当接しながら回転自在に配置されている。さらに、ローラ２２２はモータ２２３と接続されている。このため、装置全体を制御する制御装置３からの回転指令がモータ２２３に与えられると、モータ２２３はローラ２２２を回転軸ＡＸ４まわりに回転駆動し、平歯車Ｗの側面部ＷｄにＹ２方向の摩擦力を与えて平歯車Ｗを回転軸ＡＸ１まわりに矢印ＡＲ方向に回転させる。なお、本実施形態では、ローラ２２１、２２２をそれぞれ従動ローラおよび駆動ローラとして機能させて平歯車Ｗを回転させているが、ローラ２２１に対してもモータ２２３を連結してローラ２２１を駆動ローラとして機能させてもよい。

照明部２３は、図１に示すように、保持部２１に保持された平歯車ＷからＸ２方向に離れた位置に配置されている。照明部２３はＬＥＤ素子（図示省略）を有している。当該ＬＥＤ素子の発光面を被撮像領域Ｒ１に向けた姿勢で照明部２３は配置されている。そして、制御装置３からの照明指令を受けると、ＬＥＤ素子が点灯してＸ２方向側から照明光を斜め下方に照射して被撮像領域Ｒ１をスポット照明する。

撮像部２４は、図１に示すように、保持部２１に保持された平歯車ＷからＸ１方向に離れた位置に配置されている。撮像部２４はＣＣＤイメージセンサなどの二次元撮像素子（図示省略）を有している。当該二次元撮像素子の撮像面を被撮像領域Ｒ１に向けた姿勢で撮像部２４は配置され、矢印方向ＡＲに回転する平歯車Ｗの内周面Ｗｂを局部的に撮像する。より詳しくは、二次元撮像素子が照明部２３によりスポット照明された被撮像領域Ｒ１を撮像して平歯車Ｗの内周面Ｗｂの部分画像（図２の符号ＰＩ）を取得する。平歯車Ｗが回転している間、部分画像の撮像は所定時間間隔（＝Ｔ(2)−Ｔ(1)＝Ｔ(3)−Ｔ(2)＝…）で繰り返される。各撮像タイミング（図２中のタイミングＴ(1)、Ｔ(2)、…）において、部分画像に対応する画像データが撮像部２４から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。なお、本実施形態では、部分画像の撮像回数が所定回数ｎ（２以上の自然数）に達した時点で平歯車Ｗが回転軸ＡＸ１まわりに１回転し、画像記憶部３１にｎ個の部分画像ＰＩが蓄積される。つまり、ｎ個の部分画像ＰＩを取得することで内周面Ｗｂの全周画像を取得することが可能となっている。もちろん、部分画像ＰＩの取得数はｎ個に限定されるものではなく、（ｎ＋１）個以上の部分画像ＰＩを取得してもよく、それらのうち連続するｎ個の部分画像ＰＩにより全周画像を取得することができる。また、従来より周知の手法により１回転を越える部分画像ＰＩに基づいて全周画像を取得することも可能である。

制御装置３は、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）等から構成されており、画像記憶部３１、画像合成部３２および検査部３３として機能する。画像合成部３２は、画像記憶部３１に記憶された部分画像ＰＩに基づいて内周面Ｗｂの全周画像を合成する。また、検査部３３は全周画像（図２の符号ＷＩ）に基づいて平歯車Ｗの内周面Ｗｂを検査する。

図２は図１に示す検査装置における部分画像の取得動作および全周画像の取得動作を説明するための模式図である。同図中の縦軸は回転駆動部２２による平歯車Ｗの回転開始からの時間経過を示しており、各撮像タイミングＴ(1)、Ｔ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)、Ｔ(n+1)、Ｔ(n+2)、…で撮像部２４による被撮像領域Ｒ１の撮像が行われ、部分画像ＰＩが取得される。本実施形態では、上記したように平歯車Ｗが１回転する間にｎ回の部分画像ＰＩが取得され、画像記憶部３１に記憶される。また、ｎ回の部分画像ＰＩが記憶された後あるいは２個以上の部分画像ＰＩが記憶された直後から画像合成部３２は画像記憶部３１から部分画像ＰＩを順次読み出し、互いに隣接する部分画像ＰＩ同士をつなぎ合わせて内周面Ｗｂの全周画像ＷＩを合成する。ここで、撮像タイミングＴ(1)、Ｔ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)で取得された部分画像ＰＩに基づいて全周画像ＷＩを合成してもよいし、例えば撮像タイミングＴ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)、T(n+1)で取得された部分画像ＰＩに基づいて全周画像ＷＩを合成してもよい。

検査部３３は上記のようにして取得された全周画像ＷＩを基準画像と比較して内周面Ｗｂに傷や欠陥などの不具合箇所を存在しているか否かを検査する。

以上のように、本実施形態においては、軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１と一致させた横向き姿勢で平歯車Ｗを回転させながら照明部２３によりスポット照明された被撮像領域Ｒ１を撮像部２４で撮像している。このため、形状やサイズが異なる平歯車Ｗや平歯車以外のワークを撮像するために撮像装置２の構成部品を変更する必要がなく、多品種のワークについて各ワークに設けられる筒状内周面を高い汎用性で撮像することができる。

上記したように、本実施形態では、照明部２３および撮像部２４がそれぞれ本発明の「第１照明部」および「第１撮像部」の一例に相当している。Ｘ方向、Ｘ１方向側およびＸ２方向側がそれぞれ本発明の「水平方向」、「ワークの一方側」および「ワークの他方側」に相当している。部分画像ＰＩが本発明の「第１部分画像」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、図１に示すように被撮像領域Ｒ１を内周面Ｗｂの最下部側に設定している。つまり、被撮像領域Ｒ１に対して斜め上方から照明光を照射するとともに被撮像領域Ｒ１の斜め上方から撮像部２４により平歯車Ｗを局部的に撮像して部分画像ＰＩを撮像しているが、被撮像領域Ｒ１の位置については内周面Ｗｂの最下部に限定されるものではない。例えば被撮像領域Ｒ１に対して斜め下方から照明光を照射するとともに被撮像領域Ｒ１の斜め下方から撮像部２４により平歯車Ｗを局部的に撮像して部分画像ＰＩを撮像してもよい。

また、上記実施形態では、照明部２３が被撮像領域Ｒ１をスポット照明しているが、内周面Ｗｂ全体を照明するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、内周面Ｗｂのみを撮像して検査しているが、内周面Ｗｂと同時に平歯車Ｗの外面を撮像して検査するように構成してもよい（第２実施形態）。

図３は本発明に係る撮像装置の第２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。第２実施形態に係る撮像装置２が第１実施形態と大きく相違するのは、平歯車Ｗの外面を撮像するために、第２照明部２５と、本発明の「第２撮像部」として３つの撮像部２６〜２８とが追加された点であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。

第２照明部２５は平歯車Ｗの上端部近傍を照明する。そして、第２照明部２５により照明された領域Ｒ２を撮像部２６〜２８がそれぞれＺ１方向側、斜め上方側およびＸ１方向側から撮像する。つまり、図３に示すように、撮像部２６は回転駆動部２２により回転される平歯車Ｗの直上位置に配置され、領域Ｒ２の歯先部Ｗｃを撮像して歯先部Ｗｃの部分画像を取得する。また、撮像部２８は上記領域Ｒ２のＸ１方向側に配置され、領域Ｒ２の側面部Ｗｄを撮像して側面部Ｗｄの部分画像を取得する。さらに、撮像部２７は撮像部２６、２８の間に配置され、領域Ｒ２を斜め上方から撮像して回転駆動部２２により回転される平歯車Ｗの歯元近傍を撮像して歯元近傍の部分画像を取得する。

回転駆動部２２により平歯車Ｗが回転されると、第１実施形態と同様にして各撮像タイミングにおいて内周面Ｗｂの部分画像に対応する画像データが撮像部２４から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。また同時に、各撮像タイミングにおいて歯先部Ｗｃの部分画像に対応する画像データ、歯元近傍の部分画像に対応する画像データおよび側面部Ｗｄの部分画像に対応する画像データがそれぞれ撮像部２６〜２８から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。

画像合成部３２は画像記憶部３１から部分画像を順次読み出し、内周面Ｗｂ、歯先部Ｗｃ、歯元近傍および側面部Ｗｄの全周画像を合成する。そして、検査部３３は上記のようにして取得された全周画像を基準画像と比較して内周面Ｗｂや平歯車Ｗの外面に傷や欠陥などの不具合箇所を存在しているか否かを検査する。

以上のように、第２実施形態では、内周面Ｗｂの部分画像を本発明の「第１部分画像」として取得するとともに、歯先部Ｗｃ、歯元近傍および側面部Ｗｄの部分画像を本発明の「第２部分画像」として取得している。このため、平歯車Ｗの軸孔Ｗａの内周面Ｗｂと同時に、平歯車Ｗの外面を撮像して検査に有効な画像を取得することができ、それらの画像に基づいて平歯車Ｗを総合的に検査することができる。なお、第２実施形態では、ワークの一例として平歯車Ｗの外面を検査するために、３台の撮像部２６〜２８をそれぞれ鉛直方向、斜め上方および横方向に配置しているが、外面撮像用の撮像部の台数や配置などはこれに限定されるものではなく、ワークの種類に応じて適宜変更可能である。

また、上記実施形態では、平歯車Ｗの歯先部Ｗｃをローラ２１１、２１２で支持して軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１と一致させた横向き姿勢で平歯車Ｗを回転自在に保持しているが、保持部２１の構成はこれに限定されるものではない。例えば１または複数のローラに対して軸孔Ｗａの内周面Ｗｂを係合させることで平歯車Ｗを回転自在に懸吊することで保持してもよい。

また、上記実施形態では、平歯車Ｗの側面部ＷｄにＹ２方向の摩擦力を与えて平歯車Ｗを回転させているが、回転駆動部２２の構成はこれに限定されるものではない。例えば、保持部２１を構成するローラ２１１、２１２の少なくとも一方に回転駆動力を与えて平歯車Ｗを回転させてもよい。

また、上記実施形態では、照明部２３により内周面Ｗｂを局部的に照明しているが、平歯車Ｗ全体を均一照明した状態で内周面Ｗｂを撮像するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、平歯車Ｗを本発明の「ワーク」の一例として平歯車Ｗの撮像および検査を行っているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えばはすば歯車、ねじ歯車、やまば歯車、内ば歯車などの歯車やブッシュなどの筒状部位を有する部品全般も本発明の「ワーク」に含まれる。

この発明は、筒状部位を有するワークを撮像する撮像技術全般および筒状内周面を検査する検査技術全般に適用することができる。

１…検査装置
２…撮像装置
３…制御装置
２１…保持部
２２…回転駆動部
２３…（第１）照明部
２４…（第１）撮像部
２５…第２照明部
２６〜２８…（第２）撮像部
３３…検査部
ＡＸ１…回転軸
ＡＸ３…（軸孔の）軸線
ＰＩ…部分画像
Ｒ１…被撮像領域
Ｗ…平歯車（ワーク）
Ｗａ…軸孔（筒状部位）
Ｗｂ…（筒状）内周面
Ｘ…水平方向

Claims (6)

1. ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像装置であって、
   前記筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態で前記ワークを前記回転軸まわりに回転自在に保持する保持部と、
   前記保持部に保持される前記ワークを前記回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、
   前記回転駆動部により回転される前記筒状内周面を照明する第１照明部と、
   前記回転駆動部により回転される前記ワークに対し、前記水平方向において前記ワークの一方側に離れた位置から前記筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して前記筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、
   前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間に前記第１撮像部により複数の前記第１部分画像が取得されることで前記筒状内周面の全周画像が取得されることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記第１照明部は、前記水平方向において前記保持部に保持される前記ワークの他方側から前記筒状内周面のうち前記第１部分画像が取得される被撮像領域を局部的に照明するスポット照明である撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置であって、
   前記回転駆動部により回転される前記ワークの外面を照明する第２照明部と、
   前記回転駆動部により回転される前記ワークの外側から前記ワークを局部的に撮像して前記外面の第２部分画像を取得する第２撮像部とを備え、
   前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間に前記第２撮像部により複数の前記第２部分画像が取得されることで前記外面の画像が取得される撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置であって、
   前記第１撮像部による前記第１部分画像の取得と、前記第２撮像部による前記第２部分画像の取得とが同時に行われる撮像装置。
5. ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像方法であって、
   前記筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態で前記ワークを前記回転軸まわりに回転させる工程と、
   前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間、前記回転軸まわりに回転している前記ワークの前記筒状内周面を照明しながら前記水平方向において前記ワークの一方側に離れた位置から前記筒状内周面を斜め方向より撮像して前記筒状内周面の第１部分画像を複数取得する工程と、
   前記複数の第１部分画像に基づいて前記筒状内周面の全周画像を取得する工程と
   を備えることを特徴とする撮像方法。
6. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置により取得された前記複数の第１部分画像に基づいて前記筒状内周面を検査する検査部と
   を備えることを特徴とする検査装置。

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