JP2023036167A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な曲面を有する円筒体部品の外観を検査する外観検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置は、円筒体部品１５１を載置して回転する載置台１０１と、載置台１０１の上に配置された第１カメラ１０２と、反射鏡１０３とを備える。第１カメラ１０２は、載置台１０１の回転軸と光軸とを同一として載置台１０１の上に配置され、円筒体部品１５１を上方から撮像する。反射鏡１０３は、載置台１０１の回転中心に配置され、第１カメラ１０２の撮像方向を変更して開口の内周壁を第１カメラ１０２の撮像領域とする。また、外観検査装置は、載置台１０１の側方に配置され、円筒体部品１５１を側方から撮像する第２カメラ１０４を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、外観検査装置に関する。

例えば、受け台に載せられた円筒体部分を有するエンジンブロックをレールに沿って画像検査装置まで搬送し、画像検査装置の反射鏡を円筒体部分の内周面に向け上方から降下させ、前記画像検査装置を回転させて円筒体部分の内周面の外観検査を行う外観検査装置がある（特許文献１参照）。また、１方向に流れるコンベア上の基板をラインカメラとエリアカメラを用いて、電子部品の基板の外観検査を行う装置がある（特許文献２参照）。このような外観検査装置は検査要員の削減を目的とし各種産業に適用されつつある。

例えば、トランスミッション部品の製造では、ロール鋼板より打ち抜き加工することで円板状のブランク材を作製し、作製したブランク材を上壁に円形の開口を有する円筒体部品にプレス成形し、その円形の開口の内周面に環状溝を研削加工してＣＶＴのプランジャーの部品としている。この種の製造工程では、製造した部品を洗浄した後、上述した環状溝に残った切粉の有無、その他、表面の傷の有無や汚れの有無などを確認する外観の検査を実施している。この外観検査は、現状、目視により実施しているため、外観検査装置の採用が望まれる。

特許第４１３０１０３号公報 特許第６６２３５４５号公報

ところで、特許文献１では、受け台をレールに沿って搬送するため時間がかかるとともに、検査対象の部品と受け台の位置決めおよび受け台と外観検査装置の位置決めなどというように複数の位置決めが必要となり、検査時間が長くなり、またそれだけ位置ずれも発生しやすくなり検査精度も低下する。また、特許文献２では、１方向に流れるコンベア上で同じ箇所をラインカメラとエリアカメラで撮像するだけで、円筒体部品のような立体の外観検査に適用できない。

ＣＶＴのプランジャーなどのトランスミッション部品は、円筒体で内周面の環状溝、外面の凹凸形状のため複数の傾斜面を有する複雑な曲面を有する円筒体部品であって、製品の人手による目視の検査では、検査時間が長くかかり検査結果にばらつきが発生するなどの問題があり、人員削減も含め、この検査を機械化することが検討されている。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複雑な曲面を有する円筒体部品の外観を検査する外観検査装置の提供を目的とする。

本発明に係る外観検査装置は、円筒体部品の円形の開口を撮像することで取得した外観画像の画像認識により、円筒体部品の外観の検査を実施する外観検査装置であって、円筒体部品を載置して回転する載置台と、円筒体部品の中心を載置台の回転中心と一致する状態で円筒体部品を載置台に固定する固定機構と、載置台の回転軸と光軸とを略同一として載置台の上に配置され、円筒体部品を上方から撮像する第１カメラと、載置台の回転中心に固定され、第１カメラの撮像方向を変更して開口の内周壁を第１カメラの撮像領域とする反射鏡とを備える。

上記外観検査装置の一構成例において、固定機構は、載置台の回転中心から水平面上で異なる３つの半径方向に進退自在とされた保持部を備え、保持部は、進出位置で円筒体部品の内周面を３方向以上で押圧して、円筒体部品の中心と載置台の回転中心とを一致させて載置台に固定する。

上記外観検査装置の一構成例において、第１カメラは、リニアイメージセンサから構成されている。

上記外観検査装置の一構成例において、載置台の側方に配置され、円筒体部品を側方から撮像する第２カメラをさらに備える。

上記外観検査装置の一構成例において、第２カメラは、載置台の平面に対して垂直な方向に画素が配列されるリニアイメージセンサから構成されている。

上記外観検査装置の一構成例において、第２カメラの撮像方向と載置台の平面とのなす角度を変更するように第２カメラを移動させるロボットを備える。

上記外観検査装置の一構成例において、載置台の回転軸に沿った光軸となるように載置台の上に配置され、円筒体部品を上方から撮像するエリアイメージセンサから構成された第３カメラと、
第３カメラの撮像範囲から第１カメラを待避させる第１カメラ移動機構と
をさらに備える。

上記外観検査装置の一構成例において、第３カメラを、載置台の上方から退避させる第３カメラ移動機構をさらに備える。

上記外観検査装置の一構成例において、第１カメラ移動機構が第１カメラを待避させている状態で、円筒体部品を前工程から搬送して載置台に載置する搬送ロボットをさらに備える。

以上に説明したように、本発明によれば、検査対象となる円筒体部品を載置して回転する載置台の上に、第１カメラを配置し、検査対象の開口の位置において、反射鏡を載置台の回転中心に配置し、検査対象を側方から撮像する第２カメラを備えるので、複雑な曲面を有する製品の外観を検査する外観検査装置が提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す構成図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す平面図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す平面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す側面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す構成図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す側面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の動作例を説明するフローチャートある。 図８は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の一部構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る外観検査装置について図１を参照して説明する。この外観検査装置は、検査対象として上壁に円形の開口を有する円筒体部品１５１を撮像することで取得した外観画像の画像認識により、円筒体部品１５１の外観の検査を実施する。例えば、円筒体部品１５１の開口の内周壁の周方向の環状溝部に残った切粉の有無、その他、外面の上壁や外周の曲面の傷や打痕などの有無を検査する。環状溝部は、ＣＶＴのプランジャーの場合、軸のシールを装着するもので切粉はシール不良につながる。

円筒体部品１５１は、少なくとも円筒部分、および、その軸方向の開口を備えるものである。また、円筒体部品１５１は、上壁または下壁、それらの開口、円筒体の上端または下端のつば部を備えるものとすることもできる。また、円筒体部品１５１の円筒部の外周面、上壁、下壁に傾斜面を含む凹凸、また、開口の内周壁の環状溝、開口から上または下に張り出す環状のフランジ、または、その環状溝を備えるものとすることもできる。また、円筒体部品１５１は、上壁は断面に対して凹凸形状を有し、円筒体の外周面の縦壁や上壁の種々の角度を有する傾斜壁を有する複数の複雑な曲面から構成されたものとすることもできる。

この外観検査装置は、まず、円筒体部品１５１を載置して回転する載置台１０１と、載置台１０１の上に配置された第１カメラ１０２と、反射鏡１０３とを備える。

第１カメラ１０２は、載置台１０１の回転軸と光軸とを略同一または沿った状態として載置台１０１の上に配置され、円筒体部品１５１を上方から撮像する。第１カメラ１０２は、リニアイメージセンサから構成するラインカメラが好ましい。反射鏡１０３は、載置台１０１の回転中心に配置され、第１カメラ１０２の撮像方向を変更して開口の内周壁を第１カメラ１０２の撮像領域とする。円筒体部品１５１を回転させることで内周壁すべてを撮像できる。なお、反射鏡１０３は、載置台１０１とは独立して定盤１４０に立設し、載置台１０１が回転する際に回転しない。

また、この外観検査装置は、載置台１０１の側方に配置され、円筒体部品１５１を側方から撮像する第２カメラ１０４を備える。第２カメラ１０４は、載置台１０１の平面に対して垂直な方向に画素が配列されるリニアイメージセンサから構成されているラインカメラが好ましい。

また、この外観検査装置は、第２カメラ１０４の撮像方向と載置台１０１の仮想の水平面である平面とのなす角度を、例えば、図１の（ａ）の位置および（ｂ）の位置に変更するように第２カメラ１０４を移動させるロボット１０５を備える。ロボット１０５は、例えば、６軸自由度垂直多関節型ロボットとすることができる。ロボット１０５は、例えば、円筒体部品１５１の外周面である垂直な縦壁に光軸が直交する（ａ）の位置から傾斜する上壁（傾斜面）に光軸が直交する（ｂ）の位置になるように載置台１０１の中心と第２カメラ１０４とを通る仮想の直線と載置台１０１の平面とのなす角度を変更するように第２カメラ１０４を移動させることができる。

また、ロボット１０５は、第２カメラ１０４と円筒体部品１５１の外周面との距離を等距離とするように移動させることができる。円筒体部品１５１の外周面が周方向に曲面で断面に対し凹凸があるため、ロボット１０５は、第２カメラ１０４の撮像方向を載置台１０１の方向とした状態で、外周面または上壁に対する第２カメラ１０４の撮像方向の角度を曲面に沿って変更することができる。これにより、円筒体部品１５１の凹んだ外周面または上壁も撮像できる。ロボット１０５は、６軸構成とする必要はないが、６軸自由度垂直多関節型ロボットとすることが好ましい。また、ロボット１０５を、搬送ロボットとして用いることができる。

また、この外観検査装置は、第３カメラ１０６を備える。第３カメラ１０６は、載置台１０１の回転中心と光軸とを略同一または沿った状態として載置台１０１の上に配置され、円筒体部品１５１を上方から撮像する。第３カメラ１０６は、エリアイメージセンサから構成するエリアカメラとすることができる。第３カメラ１０６を第１カメラ１０２の上方に配置できない場合は同じ位置とし、水平に別々または一体に回転する構成とすることができる。

また、この外観検査装置は、第３カメラ１０６を第１カメラ１０２の上方に配置でる場合は、第１カメラ１０２を載置台１０１の回転中心上から待避させる第１カメラ移動機構１０７を備える。第１カメラ移動機構１０７は、定盤１４０の上に固定されている支柱１１０に片持ち支持されている。また、第３カメラ１０６は、梁１１１により、支柱１１０に片持ち支持されている。

この外観検査装置は、円筒体部品１５１を、図２に示すように、６軸ロボットなどの搬送ロボット２０１により、前工程の例えば洗浄機２０２から載置台１０１への搬送、載置台１０１からパレット２０３へ搬送・箱詰めなどがなされる。このような搬送ロボット２０１による円筒体部品１５１の搬送や、第３カメラ１０６の撮像の際に、第１カメラ移動機構１０７は、第１カメラ１０２を載置台１０１の回転中心上から待避させる。

載置台１０１、ロボット１０５は、定盤１４０の上に固定されている。載置台１０１は、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，に示すように、複数のアーム１１２と、アーム１１２に連結してアーム１１２を支持する円筒体１１３とから構成されている。例えば、円筒体１１３の周方向に等間隔で排された３つのアーム１１２を備えることができる。

円筒体１１３の内部には、定盤１４０の上に形成された円柱体１１４が入り込み、円柱体１１４の外周面と円筒体１１３の内周面とが、例えば、ベアリング１１５を介して、周方向に回転可能とされている。円筒体１１３は、モータなどを内蔵した回転駆動機構１１６により、円筒体１１３の外周面に固定されたギア１１７を用いて回転駆動される。回転駆動機構１１６による回転駆動により、円筒体１１３とともに複数のアーム１１２も回転する。この回転駆動はプーリとベルトなど通常の手段を用いることができる。また、円柱体１１４の上面中央部には、支持棒１１８が固定され、支持棒１１８の上端に、載置台１０１（アーム１１２）とは独立して反射鏡１０３が固定されている。

また、載置台１０１は、円筒体部品１５１を固定するための位置決め兼固定機構（固定装置）を備えることができる。固定装置は、アーム１１２の上に配置された断面形状がＬ字状のチャック１１９と、チャック１１９に連結する連結棒１２０と、連結棒１２０を円筒体１１３の半径方向に出し入れするアクチュエータ１２１とを備える。

アクチュエータ１２１の動作により、連結棒１２０に連結するチャック１１９は、円筒体１１３の回転中心から半径方向に、進出・後退する。例えば、３つのチャック１１９が進出した状態では、図３Ｂに示すように、円筒体部品１５１の内周面を、外側に押圧し、円筒体部品１５１の中心と円筒体１１３の回転中心とが一致する状態で、円筒体部品１５１を固定する。この固定状態において、円筒体部品１５１の外周面が隠されることがないので、検査に支障をきたすことがない。また、図３Ｃに示すように、３つのチャック１１９が後退した状態では、円筒体部品１５１の内周面の外側への押圧が解消され、円筒体部品１５１は、チャック１１９に載置された状態で載置台１０１から搬入・搬出可能な状態となる。

なお、第１カメラ１０２による撮像、第２カメラ１０４による撮像、第３カメラ１０６による撮像は、コントローラ１４１により制御される。また、コントローラ１４１は、各々のカメラの撮像の結果により得られた外観画像の画像認識により、切粉、打痕、バリなどの外観検査を実施する。また、コントローラ１４１は、載置台１０１の回転動作、ロボット１０５、搬送ロボット、および第１カメラ移動機構１０７の動作と連動するように制御する。

次に、第１カメラ移動機構１０７について、図４を参照して説明する。第１カメラ移動機構１０７は、例えば、一端が支柱１１０に支持され、他端に第１カメラ１０２を固定する回転アーム１２２を備える。また、回転アーム１２２は、一端の支柱１１０に支持されている箇所を支点として、支柱１１０が延伸する垂直方向の平面内で回転可能とされている。また、回転アーム１２２には、アクチュエータ１２３が接続し、回転アーム１２２を撮像位置と待避位置との間で変位させる。コントローラ１４１の制御により、アクチュエータ１２３が動作する。アクチュエータ１２３は、例えば、回転アーム１２２と支柱１１０との間に架設するピストンとロッドで図略の油圧回路により進退自在とすることもできる。

また、回転アーム１２２（第１カメラ移動機構１０７）は、支柱１１０に支持固定された位置決め梁１２４に固定された凹部材１２５と、回転アーム１２２に固定された凸部材１２６とを備える位置決め機構を有する。図５の（ａ）に示す待避状態から、撮像位置への移動により回転アーム１２２とともに下降する凸部材１２６が、凹部材１２５のＶ字状の溝に嵌合することで、回転アーム１２２が撮像位置に固定される。凸部材１２６が凹部材１２５に嵌合することにより、回転アーム１２２の位置が、上下方向および左右方向にずれることなく固定される。このような位置決め機構を用いることで、撮像位置が常に一定の箇所となる。

また、図６に示すように、回転アーム１２２が撮像位置に固定された状態で、第１カメラ１０２を上下方向に微動させる位置調整機構１２７を用いることができる。位置調整機構１２７は、第１カメラ１０２に固定され、雌ネジ部を有するスライダー１２８と、雄ネジ１２９とから構成することができる。雌ネジ部にねじ込まれている雄ネジ１２９は、回転アーム１２２に位置が固定されており、雄ネジ１２９を回転することで、スライダー１２８を上下移動させることができる。円筒体部品１５１の大きさが変わっても、位置調整機構１２７を用いることで、第１カメラ１０２の焦点合わせが容易となる。

次に、本発明の実施の形態に係る外観検査装置の動作例について、図７を参照して説明する。

まず、第１ステップＳ１０１で、搬送ロボットが、円筒体部品１５１を前工程から搬送して載置台１０１に載置する。このとき、コントローラ１４１の制御により、第１カメラ移動機構１０７は、第３カメラ１０６の撮像範囲から第１カメラ１０２を垂直状態に変更して待避させている。また、搬送ロボットによる円筒体部品１５１の搬送時には、第３カメラ移動機構により、第３カメラ１０６を、載置台１０１の上方から退避させることもできる。次いで、第２ステップＳ１０２で、コントローラ１４１の制御により、第３カメラ１０６で載置台１０１の上に載置された円筒体部品１５１の上壁の水平な平面部を上方から撮像する（図８）。

コントローラ１４１の制御により、第３カメラ１０６の撮像が完了すると、次に、図１に示すように、第１カメラ移動機構１０７により垂直状態から水平状態に変更して第１カメラ１０２の待避状態を解消する。これにより、第１カメラ１０２は、載置台１０１の回転軸と光軸とを同一として載置台１０１の上に配置され、第３ステップＳ１０３で、コントローラ１４１の制御により、載置台１０１の回転を開始する。次に、第４ステップＳ１０４で、コントローラ１４１の制御により、第１カメラ移動機構１０７により水平状態に変更して第１カメラ１０２の待避状態を解消し、第１カメラ１０２により、載置台１０１の回転軸と光軸とを同一として載置台１０１の上に配置され、円筒体部品１５１を上方から撮像する。載置台１０１の１回の回転の撮像により、反射鏡１０３に反射している円筒体部品１５１の開口の内周壁の環状溝部の全周の画像が取得される。

次に、第５ステップＳ１０５で、コントローラ１４１の制御により、図１の（ａ）に示すように、ロボット１０５を動作させて第２カメラ１０４を光軸が１の外周面（曲面）である検査対象面と直交する所定の箇所に移動させ、第６ステップＳ１０６で、コントローラ１４１の制御により、載置台を１回転して円筒体部品１５１の所定の１の外周面（曲面）、図１の（ａ）では円筒体部分の垂直の側壁を撮像する。

円筒体部品１５１の外周面は、前記垂直の側壁の上端に傾斜面がある（第７ステップＳ１０７のｎｏの場合）ので、図１の（ｂ）に示すように、ロボット１０５を動作させて第２カメラ１０４を光軸が１の外周面（曲面）である傾斜面と直交する所定の箇所に移動させ、第６ステップＳ１０６で、コントローラ１４１の制御により、載置台を１回転して円筒体部品１５１の所定の１の傾斜面を撮像する。

これらの動作を、円筒体部品１５１の外周面の屈曲形状（傾斜面）の数で設定されている全ての外周面（曲面）に対して前記外周面の屈曲形状（傾斜面）の数（種類）だけ載置台を回転させて実施したら（第７ステップＳ１０７のｙｅｓ）、第８ステップＳ１０８で、コントローラ１４１の制御により、載置台１０１の回転を停止し、検査を終了する。コントローラ１４１は、取得された外観画像をもとに、例えば、よく知られた画像認識などにより、円筒体部品１５１の外観検査を実施する。検査の結果、不良がない場合、円筒体部品１５１は、搬送ロボットにより、所定のパレットに箱詰めされる（次工程に移行する）。検査の結果、不良が存在していた場合、搬送ロボットにより不良品が集められる箇所に搬送される。

なお、上記では、第３カメラ→第１カメラ→第２カメラの撮像順番であったが、第３カメラ→第２カメラ→第１カメラのように、第１カメラと第２カメラの撮像の順番を逆にしたり、第１カメラ→第２カメラ→第３カメラのように、第３カメラと第２カメラの撮像の順番を入れ替えたり、第１～３カメラの退避・移動を考慮して短時間で撮像できる任意の撮像順番の変更が可能である。上記実施例において、第３カメラは第１カメラの上方で支柱に固定されたエリアカメラであるため、かかる退避・移動が不要となり、最短の時間の検査時間となる。

以上に説明したように、本発明によれば、検査対象となる円筒体部品を載置して回転する載置台の上に、第１カメラを配置し、円筒体部品の開口の位置において、反射鏡を載置台の回転中心に配置し、円筒体部品を側方から撮像する第２カメラを備えるので、外周面に複雑な曲面を有する製品の外観を検査する外観検査装置が提供できる。

本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…載置台、１０２…第１カメラ、１０３…反射鏡、１０４…第２カメラ、１０５…ロボット、１０６…第３カメラ、１０７…第１カメラ移動機構、１１０…支柱、１１１…梁、１４０…定盤、１４１…コントローラ、１５１…円筒体部品。

Claims (9)

1. 円筒体部品の円形の開口を撮像することで取得した外観画像の画像認識により、前記円筒体部品の外観の検査を実施する外観検査装置であって、
   前記円筒体部品を載置して回転する載置台と、
   前記円筒体部品の中心を前記載置台の回転中心と一致する状態で前記円筒体部品を前記載置台に固定する固定機構と、
   前記載置台の回転軸と光軸とを略同一として前記載置台の上に配置され、前記円筒体部品を上方から撮像する第１カメラと、
   前記載置台の回転中心に固定され、前記第１カメラの撮像方向を変更して前記開口の内周壁を前記第１カメラの撮像領域とする反射鏡と
   を備える外観検査装置。
2. 請求項１記載の外観検査装置において、
   前記固定機構は、前記載置台の回転中心から水平面上で異なる３つの半径方向に進退自在とされた保持部を備え、前記保持部は、進出位置で前記円筒体部品の内周面を３方向以上で押圧して、前記円筒体部品の中心と前記載置台の回転中心とを一致させて前記載置台に固定することを特徴とする外観検査装置。
3. 請求項１または２記載の外観検査装置において、
   前記第１カメラは、リニアイメージセンサから構成されていることを特徴とする外観検査装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の外観検査装置において、
   前記載置台の側方に配置され、前記円筒体部品を側方から撮像する第２カメラをさらに備えることを特徴とする外観検査装置。
5. 請求項４記載の外観検査装置において、
   前記第２カメラは、前記載置台の平面に対して垂直な方向に画素が配列されるリニアイメージセンサから構成されていることを特徴とする外観検査装置。
6. 請求項４または５記載の外観検査装置において、
   前記第２カメラの撮像方向と前記載置台の平面とのなす角度を変更するように前記第２カメラを移動させるロボットを備えることを特徴とする外観検査装置。
7. 請求項１～５のいずれか１項に記載の外観検査装置において、
   前記載置台の回転軸に沿った光軸となるように前記載置台の上に配置され、前記円筒体部品を上方から撮像するエリアイメージセンサから構成された第３カメラと、
   前記第３カメラの撮像範囲から前記第１カメラを待避させる第１カメラ移動機構と
   をさらに備えることを特徴とする外観検査装置。
8. 請求項７記載の外観検査装置において、
   前記第３カメラを、前記載置台の上方から退避させる第３カメラ移動機構をさらに備えることを特徴とする外観検査装置。
9. 請求項７または８記載の外観検査装置において、
   前記第１カメラ移動機構が前記第１カメラを待避させている状態で、前記円筒体部品を前工程から搬送して前記載置台に載置する搬送ロボットをさらに備えることを特徴とする外観検査装置。

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