JP3420367B2 - ニードル針自動検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニードル針自動検査装
置に関し、特に、ニードルフェルトやその他の不織布の
製造時のニードリングに用いる針板に植設したニードル
針の不良を検査するためのニードル針自動検査装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、製紙用の抄紙機に用いられるニ
ードルフェルトは、無端ベルト状の基布の上に、羊毛や
合成繊維のウェブを折り重ねたバット繊維をニードリン
グして多層に植毛することにより製造される。また、ニ
ードルパンチ不織布も同様にウェブをニードリングする
ことにより製造される。上記ニードリングは、フェルト
及び不織布の製造工程の中で最も重要な工程であり、そ
のニードリング針の良／不良により、製品の品質（表面
性、搾水性、強度）が大きく影響を受ける。

【０００３】従来、上記ニードル針の検査を手作業で行
っており、かつその作業には熟練を必要としていた。１
枚の針板には例えば９００〜２６００本のニードル針が
植設されており、針板には、その大きさ、ニードル針の
種類、ニードル針の植設パターンや密度など、各種のタ
イプがあり、それらの針を１本ずつ検査するため、検査
員の個人差（経験や感）が検査精度に大きく影響してい
た。さらに、検査ミスの生じた針板によりニードリング
すると製品の品質が損なわれるため、検査を十分に行う
必要があり、そのため検査工程が煩雑化するという問題
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、検査ミスの発生を
防止すると共に検査作業を省力化し得るニードル針自動
検査装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、基布の上にバット繊維をニードリングする
べく多数のニードル針を１本ずつ植設された針板を固定
するためのベッドと、前記ベッドに固定された前記針板
の前記ニードル針のシルエットを１本ずつ撮影するべく
前記針板の全面に渡って移動可能な移動体に支持されか
つ前記ニードル針を間にして対峙し得るように配設され
たカメラ及び射影板と、前記移動体を前記ニードル針の
１本毎に対応させて位置決めするための位置決め手段
と、前記ニードル針を検出し得る針検出センサと、前記
ニードル針に対して異なる２方向から撮影するべく前記
カメラ及び前記射影板の向きを変えるための撮影方向変
更手段と、前記カメラにより撮影された前記シルエット
を処理して前記ニードル針の折れ・曲がり・針先の欠陥
のある不良ニードル針を判定するための撮像処理手段と
を有することを特徴とするニードル針自動検査装置を提
供することにより達成される。特に、前記カメラを前記
ニードル針の突出側に離隔させた位置に設けると共に、
前記射影板が、前記多数のニードル針の針間に進退可能
にされていると良い。また、前記撮像処理手段により判
定された前記不良ニードル針を前記針板から除去可能に
押し出すための針押し出し治具を有すると良い。

【０００６】

【作用】このようにすれば、移動体を初期設定通りに針
板に沿って移動させて、ニードル針を１本ずつ２方向か
らカメラにより撮影し、その撮像を撮像処理手段により
判定して、折れ・曲がり・針先の欠陥のある不良針を検
出することができ、ニードル針の検査を自動化し得ると
共に、ニードル針間に進退可能な射影板を設け、次のニ
ードル針を撮影するべく移動体を移動する際には射影板
をニードル針間から退避させ、撮影時にはニードル針間
に進出させることにより、各ニードル針毎に明瞭な撮像
を得ることができる。また、撮像処理手段により判定さ
れた不良ニードル針を押し出すための針押し出し治具を
設けることにより、検査後に続けて不良ニードル針の摘
出を自動的に行い得る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。

【０００８】図１は、本発明が適用されたニードル針自
動検査装置の正面図であり、図２は、図１の矢印II線か
ら見た側面図である。図に示されるように、横長のベッ
ド１上には３軸直交座標ロボット２が設置されており、
そのロボット２には移動体としてのヘッド３が一体的に
設けられている。ヘッド３には撮影方向変更手段として
水平面回りに回動自在な回転装置４が装着さており、そ
の回転装置４には、ＣＣＤカメラ５と、射影板６と、ス
トロボ８と、針押し出し治具９とが同一ブラケットを介
して取り付けられている。ヘッド３には、固定ブラケッ
トを介して針検出センサー７とエアブロー治具２０とが
取り付けられている。

【０００９】ベッド１上には検査対象のニードル針１０
を板材に植設してなる針板１１が載置される。針板１１
には、その大きさに応じて１枚当たり例えば９００〜２
６００本のニードル針１０が植設されている。このよう
に多数のニードル針１０を板材に植設してなる針板１１
を図示されないニードルパンチ機に例えば５〜１１枚並
べて取り付け、基布の上に載置したバット繊維やウェブ
をニードリングして、フェルトが製造される。

【００１０】上記針板１１を位置決めして固定するため
に、ベッド１の上面には、ベッド１に固設された固定ガ
イドレール１２ａと、固定ガイドレール１２ａに平行し
かつ近接離反可能に設けられた可動ガイドレール１２ｂ
と、固定ガイドレール１２ａに固定された基準ブロック
１３とが配設され、ベッド１の可動ガイドレール１２ｂ
の側方には針板位置決め治具１４と針板押さえクランプ
１５とが配設されている。

【００１１】ロボット２は制御ユニット１６により駆動
制御され、制御ユニット１６と接続されている画像処理
手段としての画像処理装置１７により、カメラ５から入
力される撮像信号に基づいてニードル針１０の検査が行
われる。また、画像処理装置１７にはディスプレイ１８
が接続されており、作業者が目視確認できるようになっ
ている。

【００１２】両ガイドレール１２ａ・１２ｂには、互い
に対峙する各内側角部を切除してなるＬ字状溝部がそれ
ぞれ形成されており、両Ｌ字状溝部間に掛け渡された状
態で針板１１が支持される。また、針板１１は、図３に
示されるように、Ｘ方向（針板１１の長辺方向）につい
ては基準ブロック１３に押し当てられることにより位置
決めされ、Ｙ方向（針板１１の短辺方向）については可
動ガイドレール１２ｂ側に設けられたボルト状の針板位
置決め治具１４を回して進退させることにより位置決め
される。そして、各ガイドレール１２ａ・１２ｂに沿っ
て適当数配設された針板押さえクランプ１５によりクラ
ンプされて、ベッド１上に針板１１が位置決めされかつ
固定される。

【００１３】ベッド１上に固定された針板１１の各ニー
ドル針１０に対して検査を行うための前記したカメラ５
は、ニードル針１０を順次撮影するべくヘッド３を移動
した際にニードル針１０と干渉しないように、図１に示
されるようにニードル針１０の突出側に若干離隔してお
り、従ってニードル針１０を斜め上方から撮影するよう
に構えた状態に固定されている。

【００１４】射影板６は、白濁色の半透明な材質の板材
からなり、カメラ５に対して撮影対象のニードル針１０
を間にするようにそのニードル針１０の背後に位置する
ようにされていると共に、上記したようにヘッド３を移
動する際にニードル針１０と干渉しないように、図１の
矢印Ａに示されるように上下動可能にアクチュエータ６
ａにより駆動される。射影板６のニードル針１０に対し
て後方側に前記ストロボ８が配設されており、撮影時に
ストロボ８を発光させて射影板６に当てると、射影板６
内にて光が拡散し、射影板６全体が白くなる。

【００１５】ＣＰＵ１９には針板の種類毎に各ニードル
針１０の座標が記憶されており、その座標に基づき制御
ユニット１６によりロボット２に指示が出されてＸ軸・
Ｙ軸・Ｚ軸方向にヘッド３が移動する。針検出センサ７
は、反射型または透過型の光電センサであって良く、ニ
ードル針のＹ方向検査時にはニードル針１０を検出し、
ストロボ８及びカメラ５の撮影のタイミングを決めるも
のである。また、Ｘ軸方向検査時にはカメラ５の撮影後
に射影板６を上げる動作が追加される。このようにして
位置決め手段が構成されている。

【００１６】ニードル針１０のＸ方向検査は、ヘッド３
を図１の状態にしてカメラ５をＸ方向に向け、Ｙ方向検
査は、ヘッド３を図２の想像線に示される状態にしてカ
メラ５をＹ方向に向けて、それぞれヘッド３をＸ方向に
移動して行う。検査対象のニードル針１０に対してスト
ロボ８を発光することにより、射影板６にニードル針１
０の影がシルエットとして映るため、その陰影をカメラ
５で撮影する。

【００１７】ニードル針１０のＹ方向検査については、
Ｘ方向へのヘッド３の移動に伴って針検出センサ７にて
ニードル針１０の位置を検出し、ストロボ８を発光し、
カメラ５で撮影を行う。ニードル針１０のＸ方向検査に
ついては、ブラケットに取り付けられたカメラ５・スト
ロボ８・射影板６の３ユニットを回転装置４により９０
度回転させて、同様に撮影を行う。ヘッド３がＸ方向へ
移動する際には、射影板６をニードル針１０との干渉を
避ける様に上下動させ、射影板６が下りた時にストロボ
８を発光させてカメラ５で撮影する。針検出センサ７に
よりニードル針１０の位置を検出することにより、射影
板６を、撮影したニードル１０に接触させないように上
昇させ、次のニードル針１０の手前で下降させることが
でき、次のニードル針１０を同様に撮影する。

【００１８】上記したようにして撮影されたニードル針
の検査要領をディスプレイ１８の画像を示す図４を参照
して以下に示す。図４に示されるように、本画像処理装
置１７では、ニードル針１０の先端部の針影１０ａを検
査して、その良・不良を判定する。判定は、針影１０ａ
の先端を中心に、図の想像線で示される各寸法測定窓Ｗ
１〜Ｗ１１（Ｗ３は更に細分化されている）及び図示さ
れない画面全体に渡る寸法測定窓に基づいて２０箇所の
寸法測定を行い、予め設定された各許容値と比較して行
うが、寸法を数十μｍ単位で判定可能である。

【００１９】不良針となる判定項目の分類は、（１）針
の曲がり、（２）針の折れ、（３）針先端部の欠陥に大
別され、（３）針先端部の欠陥は、更に（ａ）左右への
傾斜角度、（ｂ）針幅（太さ）、（ｃ）曲がり、（ｄ）
エッジ、（ｅ）摩耗、（ｆ）内部傷の（ａ）〜（ｆ）の
各項目に分類される。撮影されたニードル針１０の１本
毎に上記全ての項目について予め設定された許容値との
対比を行い、１項目でも許容値を外れた場合には不良針
と判定される。不良針は、不良項目の種別に応じて３段
階にランク付けされ、ディスプレイ１８に結果がモニタ
ー表示される。

【００２０】不良針は、針板１１の底面から不良針の後
端部が５ｍｍ程度突出するように針押し出し治具９によ
りポンチングされる。この針押し出し治具９は、図５に
示されるように前記したブラケットに支持されたシリン
ダ駆動部９ａと、シリンダ駆動部９ａにより駆動される
二股のフォーク形状をなす治具部９ｂとからなる。この
治具部９ｂを下降させることにより、治具部９ｂの二股
の先端がニードル針１０の中間部に係合し、ニードル針
１０を軸線方向に押し込むことができる。

【００２１】なお、本装置にあっては、前記した固定ガ
イドレール１２ａに対して可動ガイドレール１２ｂが接
離可能であり、また各針板押さえクランプ１５は、検査
対象とする数種類の針板の長手方向の大きさに合わせて
各ガイドレール１２ａ・１２ｂに沿って予め変則的に設
置されている。これにより、長手及び短手両方向共に大
きさの異なる針板をベッド１に確実に固定することがで
きる。制御盤の手動モードのクランプスイッチを押すこ
とにより、針板押さえクランプ１５の固定ガイドレール
１２ａ側のクランプ治具が前方に突出して針板１１に圧
着し、可動ガイドレール１２ｂ側のクランプ治具が９０
度回転して針板１１に圧着する。これらの動作は自動で
行われ、全てのクランプ治具が同時に圧着動作を行う。
検査終了後に針板１１をベッド１から外す際にも、クラ
ンプスイッチを押すだけで、固定ガイドレール１２ａ側
のクランプ治具が後退し、可動ガイドレール１２ｂ側の
クランプ治具が９０度回転して退き、これらの動作も自
動で行われる。

【００２２】次に、自動検査の作動要領を説明する。制
御ユニット１６に接続された図示されない操作盤の検査
開始用スタートボタンを押すと、ディスプレイ１８のモ
ニタ上に針板選択画面が表れる。また、モニタ下のタッ
チパネルへの操作により針板の種類を選択して決定ボタ
ンを押すと、この時点でニードル針１０の位置決めが行
われ、次に針種選択画面が表示される。以下同様に操作
し、最後の検査開始の決定画面で検査開始の決定を行う
ことにより、原点からヘッド３が動きだし、検査が開始
される。なお、検査開始の決定画面で検査開始を否定す
ると、ヘッド３は動作せず、制御ユニット１６は、スタ
ートボタンを押す前の状態に戻る。この一連の動作をデ
ィスプレイ１８上でのモニタ表示を見ながら行う対話形
式により行うことから、不用意な誤作動を防止する効果
がある。

【００２３】検査が開始されると、ヘッド３は、制御ユ
ニット１６からロボット２に指示された座標に従ってＸ
軸方向に移動しながら、第１列目のニードル針１０のＹ
軸方向についての検査を行う。前記したように、針検出
センサ７によりニードル針１０を検出したら、ストロボ
８を発光させてカメラ５で撮影する。第１列目のニード
ル針１０のＹ軸方向検査が終了すると、ヘッド３は、一
度原点方向に戻り、Ｙ軸方向への距離を座標テーブルか
ら読み取って、再スタートして第２列目のＹ軸方向検査
を行う。同様にして各列のＹ軸検査を最終列まで繰り返
し、最終列のＹ軸方向検査を終了するとヘッド３は停止
し、カメラ５・ストロボ８・射影板６・針押し出し治具
９の４ユニットは、回転装置により９０度回転させられ
た後に原点方向に移動する。Ｘ軸方向検査では、座標テ
ーブルに従って１列目の第１番目のニードル針１０の手
前で射影板６を下ろし、針検出センサ７によりニードル
針１０を検出したら、ストロボ８を発光させてカメラ５
で撮影する。そして、射影板６を上げて、次のニードル
針１０の手前で再び射影板６を下ろして同様に撮影す
る。第１列目のＸ軸方向検査が終了すると、Ｙ軸方向検
査と同様にヘッド３が原点方向に戻り、第２列目・第３
列目と検査し、最終列のＸ軸方向検査が終了すると、ヘ
ッド３は原点に戻って一旦停止する。なお、ニードル針
１０の撮像処理を数１０μｍ単位で行うことから、本装
置では検査前にごみを除去しているが、さらに検査中に
於いても前記したエアブロー治具２０によりエアを吹き
出してニードル針１０に付着しているごみを確実に除去
するようにしている。

【００２４】原点に戻ったヘッド３は、制御ユニット１
６からロボット２に出された検査終了の信号を受けて停
止状態になる。制御盤のスタートボタンには検査モード
とポンチングモード（不良針の押し出し）との２つが設
けられており、通常は２つのボタンを押すが、検査モー
ド用のスタートボタンしか押されていない場合には、上
記停止状態で検査が終了する。ポンチングモード用のス
タートボタンも押されている場合には、制御ユニット１
６により、ロボット２にポンチング開始の信号を送ると
共にＣＰＵ１９に記憶された不良針の座標を指図して、
ヘッド３を不良針の座標に移動し、針押し出し治具９に
よりポンチングが実施される。ヘッド３の動作は、同一
列に複数本の不良針がある場合には、原点側から１本ず
つポンチング動作を行い、終了すると一旦原点方向に戻
って次の不良針のある列に移動し、その列に対して同様
の動作を行う。全ての不良針のポンチングを終了する
と、ヘッド３は、原点に戻って停止する。検査からポン
チングまでの一連の動作は、全て制御ユニット１６によ
る完全自動運転で実施される。

【００２５】自動運転中の安全機構として、非常停止ボ
タンが、制御盤に１個、本体のベッド１の可動ガイドレ
ール１２ｂ側に２個設置されている。また、検査装置の
保護機構として針検出センサ７に常時微電流を流してお
り、検査中及びポンチング中に針検出センサ７に金属物
質が接触した場合や、例えば隣の列のニードル針に干渉
するように曲がったニードル針があった場合には、上記
微電流の変化を検出してヘッド３を停止させることがで
き、ヘッド３の非常停止を自動化し得る。

【００２６】前記した針押し出し治具９は、ヘッド３の
回転装置４に取り付けられたブラケットに吊り下げられ
た状態でＺ軸方向にエアシリンダ装置により往復駆動さ
れるように設けられていると共に、ニードル針１０の先
端部の外径よりも太い円柱状に形成されて、その下端部
の周面の一部にニードル針１０の先端部を受容し得るコ
字形断面状の溝を凹設されている。針押し出し治具９
は、検査中には上記エアシリンダ装置によりニードル針
１０に干渉しない高さに保持されている。ポンチング動
作に入ると、エアシリンダ装置により下方に針押し出し
治具９が数ｃｍ下げられ、同一ブラケットに取り付けら
れたカメラ５・ストロボ８・射影板６がポンチング動作
でニードル針１０に干渉しないように、ヘッド３は検査
時に比べて数十ｃｍ高い位置でＸ軸・Ｙ軸方向へ移動す
る。

【００２７】ヘッド３は、不良針の上方へ移動して、不
良ニードル針とその一本先のニードル針との間に針押し
出し治具９が下り得る位置で下降し、針押し出し治具９
の上記溝を設けられた部分が不良ニードル針の先端部の
側方に位置するようになる。その針押し出し治具９を原
点に近付く方に数ｍｍ動かすことにより、上記溝により
不良ニードル針の先端部の外周面を３方から囲むように
なる。また、ニードル針の先端部のテーパ状部分に針押
し出し治具９の下端が位置するようにしたり、ニードル
針の先端部の基端側部分を拡径しておくことにより、そ
の後ヘッド３を下げることによりニードル針の先端部の
基端側に針押し出し治具９の下端が係合し、針押し出し
治具９により不良針を押し下げることができる。押し下
げた後に針押し出し治具９を上げ、次の不良ニードル針
の位置へ向けてヘッド３が移動する。この一連の動作
も、前記検査により記憶された不良針の座標を制御ユニ
ット１６が指示して行う。

【００２８】

【発明の効果】このように本発明によれば、針板の大き
さ、ニードル針の種類、ニードル針の植設パターンや密
度などの異なった針板であっても、ニードル針自動検査
装置に針板をセットするだけで、自動的に不良針を検出
でき、従来の作業者の目視検査に対して極めて短時間
（約３倍の早さ）で検出可能であると共に、熟練作業が
不要になるため検査コストが削減され、針板の製造コス
ト、ひいてはニードルフェルトのコストを低減でき、か
つ作業者の個人差による検出精度の不均一性が生じるこ
とが無く、検査不良の発生を防止し得る。また、目視検
査時の検査精度と同じ精度に本装置を設定したときに、
全検査針に対する不良検出針の本数の比率は、従来の作
業者の目視検査の場合には針種によって０．２７〜０．
４５％であったが、本装置の場合には０．４５〜０．７
５％であった。従って、目視検査では検出され得なかっ
た許容値近傍の不良針についても検出可能になってお
り、手直し後の針板のニードル針の状態が、より均質に
なり、ニードルフェルトの品質も向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたニードル針自動検査装置の
正面図。

【図２】図１のII線から見た側面図。

【図３】図１のIII線から見た平面図。

【図４】針影の寸法測定要領を示す図。

【図５】針押し出し治具を示す部分拡大斜視図。

【符号の説明】

１ ベッド ２ ロボット ３ ヘッド ４ 回転装置 ５ カメラ ６ 射影板 ７ 針検出センサ ８ ストロボ ９ 針押し出し治具 ９ａ シリンダ駆動部 ９ｂ 治具部 １０ ニードル針 １０ａ 針影 １１ 針板 １１ａ 針板 １２ａ 固定ガイドレール １２ｂ 可動ガイドレール １３ 基準ブロック １４ 針板位置決め治具 １５ 針板押さえクランプ １６ 制御ユニット １７ 画像処理装置 １８ ディスプレイ １９ ＣＰＵ ２０ エアブロー治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−11456（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−307829（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34567（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87744（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 D04H 18/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基布の上にバット繊維をニードリングす
   るべく多数のニードル針を１本ずつ植設された針板を固
   定するためのベッドと、前記ベッドに固定された前記針
   板の前記ニードル針のシルエットを１本ずつ撮影するべ
   く前記針板の全面に渡って移動可能な移動体に支持され
   かつ前記ニードル針を間にして対峙し得るように配設さ
   れたカメラ及び射影板と、前記移動体を前記ニードル針
   の１本毎に対応させて位置決めするための位置決め手段
   と、前記ニードル針を検出し得る針検出センサと、前記
   ニードル針に対して異なる２方向から撮影するべく前記
   カメラ及び前記射影板の向きを変えるための撮影方向変
   更手段と、前記カメラにより撮影された前記シルエット
   を処理して前記ニードル針の折れ・曲がり・針先の欠陥
   のある不良ニードル針を判定するための撮像処理手段と
   を有することを特徴とするニードル針自動検査装置。
2. 【請求項２】 前記カメラを前記ニードル針の突出側に
   離隔させた位置に設けると共に、前記射影板が、前記多
   数のニードル針の針間に進退可能にされていることを特
   徴とする請求項１に記載のニードル針自動検査装置。
3. 【請求項３】 前記撮像処理手段により判定された前記
   不良ニードル針を前記針板から除去可能に押し出すため
   の針押し出し治具を有することを特徴とする請求項１に
   記載のニードル針自動検査装置。