JP2021135246A - 検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法公差の範囲内で製造されたワークの検査を高精度に行う。【解決手段】回転軸まわりに回転するワークを第１方向から撮像部により連続的に撮像することで、ワークの回転方向および第１方向の両方に直交する第２方向に一定幅を有するワークの部分画像を回転方向に展開した検査画像を取得し、ワークの外観を部分的に検査するための部分参照画像を複数個記憶し、部分参照画像ごとに、部分参照画像と検査画像とを比較して部分参照画像に対応するワークの外観を検査する検査技術において、第２方向において互いに隣接する２つの部分参照画像は第２方向におけるワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップしている。【選択図】図３

Description

この発明は、回転軸まわりに回転するワークを検査する検査方法および検査装置に関するものである。

例えば特許文献１に記載の装置は、ワークを回転軸まわりに回転させながら当該ワークを撮像部により撮像して検査画像を取得する。そして、当該装置は、当該検査画像を良品画像（本発明の「参照画像」に相当）と比較してワークを検査する。

特開２０１８−１５１２４２号公報

上記良品画像として、通常、設計寸法で製造されるワークのＣＡＤ（Computer Aided Design）データに基づいて作図された画像や設計寸法で製造されたワークを撮像して取得される画像が用いられる。しかしながら、従来技術は寸法公差によっては、次のような問題が発生することがあった。ワークの製造にあたっては設計寸法から寸法公差が許容されていることがある。ここで、その寸法公差が比較的大きいと、寸法公差内でワークが製造されているにもかかわらず、当該ワークを撮像して取得した検査画像と良品画像との大きさや形が完全に一致していないことから、寸法公差の範囲内に収まっており、しかも欠陥を有しておらず、本来的には良品を判定されるべきワークが誤って不良品と判定されることがあった。つまり、寸法公差の存在が検査精度の低下を招く主要因のひとつとなっている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、寸法公差の範囲内で製造されたワークの検査を高精度に行うことができる検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

この発明の一態様は、検査方法であって、回転軸まわりに回転するワークを第１方向から撮像部により連続的に撮像することで、ワークの回転方向および第１方向の両方に直交する第２方向に一定幅を有するワークの部分画像を回転方向に展開した検査画像を取得する検査画像取得工程と、ワークの外観を部分的に検査するための部分参照画像を複数個記憶する記憶工程と、部分参照画像ごとに、部分参照画像と検査画像とを比較してワークの外観を検査する検査工程と、を備え、第２方向において互いに隣接する２つの部分参照画像は第２方向におけるワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップしていることを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、回転軸まわりに回転するワークを検査する検査装置であって、ワークを第１方向から撮像する撮像部と、撮像部から出力される画像データに基づいてワークの回転方向および第１方向と直交する第２方向に一定幅を有するワークの部分画像を回転方向に展開した検査画像を取得する検査画像取得部と、ワークの外観を部分的に検査するための部分参照画像を複数個記憶する記憶部と、部分参照画像ごとに、部分参照画像と検査画像とを比較してワークの外観を検査する検査部と、を備え、第２方向において互いに隣接する２つの部分参照画像は第２方向におけるワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップしていることを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、第２方向においてワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップする複数の部分参照画像を記憶しておき、部分参照画像毎に検査画像と比較してワークの外観を検査している。したがって、設計寸法で製造されるワーク（以下「標準ワーク」という）はもちろんのこと、寸法公差の範囲内で製造されたワークについてもワークの検査を高精度に行うことができる。

本発明に係る検査装置の一実施形態を示す模式図である。 図１に示す検査装置のＡ−Ａ線矢視図である。 図１に示す検査装置によるワークの検査方法を模式的に示す図である。

図１は本発明に係る検査装置の一実施形態を示す模式図である。また、図２は図１に示す検査装置のＡ−Ａ線矢視図である。以後の説明のために、図１および図２に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。Ｚ軸における正方向は鉛直上向き方向である。

検査装置１は対称軸のまわりに回転対称なワークの外観を検査するものであり、例えば歯車をワークＷとする。検査装置１は、本体２と、コンピュータにより構成される制御ユニット３とを備えている。本体２は、鉛直方向Ｚと平行な回転軸ＡＸまわりにワークＷを少なくとも１周以上回転させながらワークＷを撮像して検査画像の画像データを制御ユニット３に出力する。そして、制御ユニット３は上記画像データを受け取り、検査画像を参照画像に基づいてワークＷの検査を行う。

本体２は、ワークＷの対称軸が回転軸ＡＸと一致する姿勢でワークＷを保持するワーク保持部２１を有している。ワークＷの保持態様としては、特許文献１に記載の装置と同様に機械的に保持してもよいし、その他の方式、例えば吸着方式で保持してもよい。このワーク保持部２１はモータ本体（図示省略）から鉛直方向Ｚに延設された回転シャフト２２と接続されている。このため、制御ユニット３からの回転指令に応じてモータ本体が作動して回転シャフト２２を回転方向Ｒに回転させると、ワーク保持部２１に保持されたワークＷが回転軸ＡＸまわりに回転する。

本体２は、ワーク保持部２１に保持されたワークＷを種々の方向から撮像するために、複数の照明部２３と複数の検査カメラ（本発明の「撮像部」の一例）２４とを有している。図１では、各検査カメラ２４の撮像方向を明確にするために、照明部２３の図示が省略されている。一方、図２ではワークＷに対して横方向から照明光を照射する９個の照明部２３のみが図示されているが、本体２ではワークＷに対して斜め上方および鉛直上方から照明光を照射する照明部２３がさらに設けられている。このようにワークＷを取り囲むように複数の照明部２３が配置され、各照明部２３は制御ユニット３からの点灯指令に応じて点灯する。したがって、照明部２３の全部または一部を点灯させることで、ワークＷを検査内容に応じた照明パターンで照明することが可能となっている。

また、本体２では、横方向から撮像する３台、斜め上方から撮像する３台および鉛直上方から撮像する１台の合計７台の検査カメラ２４がワークＷを取り囲むように配置されている。このため、複数の照明部２３により照明されるワークＷを種々の方向から撮像することが可能となっている。例えば図１に示すように回転するワークＷの直上、つまり（＋Ｚ）方向に配置された検査カメラ２４（以下「直上検査カメラ２４Ａ」という）によりワーク１周分だけ連続的に撮像すると、例えば図３の中段に図示された検査画像ＩＭを取得することができる。すなわち、直上検査カメラ２４Ａは回転方向Ｒに回転しているワークＷの部分画像をＺ方向から撮像するものであり、その撮像方向Ｚおよび回転方向Ｒと直交する方向Ｘに一定幅ＷＸ（図３）を有する部分画像を取得する。したがって、ワークＷが１周分回転する間に連続的にワークＷを撮像することで上記部分画像の画像データが制御ユニット３に順次送られる。

制御ユニット３は演算処理部３１と記憶部３２とを有している。演算処理部３１は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。演算処理部３１は、例えば直上検査カメラ２４Ａから出力されてくる画像データを繋ぎ合わせて上記部分画像を回転方向Ｒに展開した帯状の検査画像ＩＭを取得する。また、その他の検査カメラ２４により取得される検査画像の画像データも上記検査画像ＩＭの画像データと同様にして制御ユニット３に送られ、演算処理部３１によって検査カメラ２４の撮像方向に対応した検査画像が作成される。このように、演算処理部３１は、検査カメラ２４毎に、その撮像方向と回転方向Ｒとの両方に直交する方向（以下「幅方向」という）において一定の長さを有するワークＷの部分画像を回転方向Ｒに展開した検査画像を取得する、いわゆる検査画像取得部３１１として機能する。

記憶部３２では、ワークＷを検査するための基準となる参照画像の画像データ（以下「参照画像データ３２１」という）が予め記憶されている。参照画像データ３２１は、例えばＣＡＤデータに基づいて作成することができる。また、設計寸法で製造されたワークを撮像して取得される画像のデータを参照画像データ３２１として用いてもよい。ここで、寸法公差が比較的小さい場合には、参照画像をそのまま検査画像と比較することでワークＷを検査することができる。しかしながら、寸法公差が比較的大きいと、寸法公差内でワークＷが製造されているにもかかわらず、幅方向において検査画像内のワーク像が参照画像内のワーク像よりも小さく、あるいは大きくなりすぎてワークＷを不良品と判定してしまうことがあった。

そこで、本実施形態では、図３の中段に示す検査画像を取得する検査画像取得工程を実行する前に、演算処理部３１は参照画像ＲＭから上流側部分参照画像ＲＭａと下流側部分参照画像ＲＭｂとを部分参照画像として作成し、それらの画像データ（上流側部分参照画像データ３２２、下流側部分参照画像データ３２３）を記憶部３２に記憶させている。そして、次に図３を参照しつつ説明するように、演算処理部３１は上流側部分参照画像ＲＭａと下流側部分参照画像ＲＭｂを用いてワークＷを検査する。このように、本実施形態では、演算処理部３１は部分参照画像作成部３１２および検査部３１３としても機能する。

図３は図１に示す検査装置によるワークの検査方法を模式的に示す図である。検査装置１は上記したように７個の検査カメラ２４を有しており、最大７個の検査画像を取得可能となっている。そして、取得した検査画像毎にワークＷを検査する。ここでは、発明の内容の理解を容易にするため、直上検査カメラ２４Ａにより取得される検査画像ＩＭに基づいてワークＷを検査する場合について説明する。

ワークＷを検査する前に、演算処理部３１は予め記憶部３２に記憶されている参照画像データ（従来技術の良品画像に相当）を読み出す。また、演算処理部３１はワークＷの外観を部分的に検査するための２つの部分参照画像（上流側参照画像および下流側参照画像）を上記参照画像から作成し、ワークＷの検査精度を向上させるための準備を行う（準備工程）。より具体的には、次のようにして部分参照画像が作成される。

直上検査カメラ２４Ａの撮像方向はＺ方向であり、撮像方向Ｚおよび回転方向Ｒの両方に直交する幅方向はＸ方向である。そこで、図３の上段に示すように、演算処理部３１は参照画像ＲＭを幅方向Ｘにおいて上流領域Ｒ１、中央領域Ｒ２および下流領域Ｒ３の３つに区分けする。これらのうち中央領域Ｒ２の長さＬＸは幅方向Ｘにおける寸法公差ＴＬよりも長く設定されている。そして、演算処理部３１は上流領域Ｒ１と中央領域Ｒ２とで上流側部分参照画像ＲＭａを作成し、中央領域Ｒ２と下流領域Ｒ３とで下流側部分参照画像ＲＭｂを作成する。これによって、Ｘ方向において部分的にオーバーラップする上流側部分参照画像ＲＭａおよび下流側部分参照画像ＲＭｂが得られる。しかも、そのオーバーラップする範囲ＬＸは寸法公差ＴＬよりも長くなっている。

また、こうして作成された部分参照画像の画像データを演算処理部３１はそれぞれ上流側部分参照画像データ３２２および下流側部分参照画像データ３２３として記憶部３２に記憶する（記憶工程）。

検査前のワークＷが本体２に搬入されてワーク保持部２１に保持されると、モータ本体が作動し、ワークＷの回転を開始する。また、その回転に対応して複数の照明部２３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Ｗの回転後に照明部２３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照明部２３の点灯を開始してもよい。

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２４がワークＷを種々の方向から撮像し、複数の撮像方向からのワークＷの検査画像の画像データを制御ユニット３に送信する。それらのうちワークＷが１周回転する間に直上検査カメラ２４Ａから出力される画像データに基づき演算処理部３１は例えば図３の中段に示すような検査画像ＩＭを取得する（検査画像取得工程）。

演算処理部３１は、参照画像ＲＭに対応する画像単位を「１位相」とし、検査画像ＩＭに対して１位相ごとに上流側検査と下流側検査とを実行する（検査工程）。この上流側検査では、記憶部３２から上流側部分参照画像データ３２２が読み出され、１位相分の部分検査画像ＰＭが上流側部分参照画像ＲＭａと比較されてワークＷの上流側領域が検査される。また下流側検査では、記憶部３２から下流側部分参照画像データ３２３が読み出され、同部分検査画像ＰＭが下流側部分参照画像ＲＭｂと比較されてワークＷの下流側領域が検査される。ここで、上流側部分参照画像ＲＭａや下流側部分参照画像ＲＭｂによる検査としては、従来周知の検査方法、例えばテンプレートマッチングなどを用いることができる。

そして、演算処理部３１は上流側検査および下流側検査の結果（ＧＯＯＤ／ＮＧ）を総合判定してワークＷの良否を総合判定する。つまり、上流側検査および下流側検査のいずれもが「ＧＯＯＤ」であり、しかもその他の検査カメラ２４により取得された検査画像に基づく検査結果も同様である場合には、ワークＷは良品であると判定する。また、その判定結果を演算処理部３１は図示を省略する表示部に表示してユーザに報知する。一方、上流側検査および下流側検査のうちの少なくとも一方の結果が「ＮＧ」である、あるいはその他の検査カメラ２４により取得された検査画像に基づく検査結果も同様である場合には、ワークＷは不良品であると演算処理部３１は判定するとともに傷や欠けなどの欠陥箇所を特定する。そして、演算処理部３１は上記判定結果および欠陥箇所を表示部に表示してユーザに報知する。

以上のように、本実施形態では、Ｘ方向に上記寸法公差ＴＬ以上の長さＬＸにわたって互いにオーバーラップする２種類の上流側部分参照画像ＲＭａおよび下流側部分参照画像ＲＭｂを予め準備している。そして、検査画像ＩＭを１位相分ごとに上流側部分参照画像ＲＭａおよび下流側部分参照画像ＲＭｂとそれぞれ比較して上流側検査と下流側検査とを行っている。したがって、設計寸法通りに製造された、いわゆる標準ワークＷはもちろんのこと、標準ワークＷと完全同一でないものの寸法公差の範囲内で製造されたワークＷについても外観の検査を高精度に行うことができる。

また、上記実施形態においては、上流側検査と下流側検査はワーク１周分の検査画像ＩＭを取得し終えてから行ってもよいが、検査画像ＩＭの取得完了を待つことなく、１位相分の部分検査画像ＰＭが取得された毎に上流側検査と下流側検査とを行ってもよい。これによって、タクトタイムを短縮することができる。また、検査精度を高めるためにワークＷを１周よりも多く回転させて検査画像ＩＭを取得してもよい。

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、Ｘ方向における寸法公差に対応して直上検査カメラ２４Ａにより撮像された検査画像ＩＭと比較する参照画像として２つの部分参照画像（上流側部分参照画像ＲＭａ、下流側部分参照画像ＲＭｂ）を用いている。検査装置１は、直上検査カメラ２４Ａ以外にも別の６つの検査カメラ２４を有しているため、図３に示したワークＷの外観検査と並行し、他の撮像方向についても検査画像と２つの部分参照画像との比較によるワークＷの外観検査に行ってもよい。

また、寸法公差が設定されていない、あるいはゼロに近い方向については、従来技術と同様に、単一の参照画像によりワーク外観検査を行ってもよい（従来検査）。つまり、方向毎に寸法公差の有無に応じて、従来技術と同様に単一の参照画像を用いるのか、上記実施形態と同様に部分的にオーバーラップしている２つの部分参照画像を用いるのかを相違させてもよい。

また、上記実施形態では、参照画像を上流側部分参照画像ＲＭａと下流側部分参照画像ＲＭｂとの２つに区分けしているが、部分参照画像の個数は「２」に限定されるものではない。つまり、互いに隣接する間で寸法公差以上にわたってオーバーラップする、３つ以上の部分参照画像を用いて検査を行ってもよい。

さらに、上記実施形態では、７台の検査カメラ２４を有する検査装置１に本発明を適用しているが、少なくとも１台以上の検査カメラを有する検査装置に対して本発明を適用することができる。

この発明は、回転軸まわりに回転するワーク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
２４…検査カメラ（撮像部）
３１…演算処理部
３２…記憶部
３１１…検査画像取得部
３１２…部分参照画像作成部
３１３…検査部
ＡＸ…回転軸
ＩＭ…検査画像
Ｒ…回転方向
Ｒ１…上流領域
Ｒ２…中央領域
Ｒ３…下流領域
ＲＭ…参照画像
ＲＭａ…上流側部分参照画像
ＲＭｂ…下流側部分参照画像
ＴＬ…寸法公差
Ｗ…ワーク
Ｘ…幅方向（第２方向）
Ｚ…撮像方向（第１方向）

Claims (4)

1. 回転軸まわりに回転するワークを第１方向から撮像部により連続的に撮像することで、前記ワークの回転方向および前記第１方向の両方に直交する第２方向に一定幅を有する前記ワークの部分画像を前記回転方向に展開した検査画像を取得する検査画像取得工程と、
   前記ワークの外観を部分的に検査するための部分参照画像を複数個記憶する記憶工程と、
   前記部分参照画像ごとに、前記部分参照画像と前記検査画像とを比較して前記ワークの外観を検査する検査工程と、を備え、
   前記第２方向において互いに隣接する２つの前記部分参照画像は前記第２方向における前記ワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップしている
   ことを特徴とする検査方法。
2. 請求項１に記載の検査方法であって、
   前記複数の部分参照画像は、前記第２方向において上流側に位置する上流側部分参照画像と下流側に位置する下流側部分参照画像とを含む検査方法。
3. 請求項２に記載の検査方法であって、
   前記ワークの外観を検査するための参照画像を前記第２方向において上流領域、前記ワークの寸法公差をよりも長い中央領域および下流領域に区分けし、前記上流領域および前記中央領域で前記上流側部分参照画像を作成し、前記下流領域および前記中央領域で前記下流側部分参照画像を作成する準備工程を備える検査方法。
4. 回転軸まわりに回転するワークを検査する検査装置であって、
   前記ワークを第１方向から撮像する撮像部と、
   前記撮像部から出力される画像データに基づいて前記ワークの回転方向および前記第１方向と直交する第２方向に一定幅を有する前記ワークの部分画像を前記回転方向に展開した検査画像を取得する検査画像取得部と、
   前記ワークの外観を部分的に検査するための部分参照画像を複数個記憶する記憶部と、
   前記部分参照画像ごとに、前記部分参照画像と前記検査画像とを比較して前記ワークの外観を検査する検査部と、を備え、
   前記第２方向において互いに隣接する２つの前記部分参照画像は前記第２方向における前記ワークの寸法公差以上の長さにわたって部分的にオーバーラップしている
   ことを特徴とする検査装置。

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