JP3458022B2 - 回転体外観検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼やセラミック等
からなる回転体、例えば球体や円柱体等の表面における
疵等の欠陥の有無や、回転体表面の仕上がり状態を光学
的に検査する回転体外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】玉軸受の鋼球等の球体は、真球であると
共に表面に疵の無いことが要求されることから、球体製
造の最終段階において球体の表面疵の有無検査が行なわ
れている。この球体表面疵の有無検査の一般的な方法と
して、球体の全表面にスポット光を順に走査させて、ス
ポット光の球体表面からの反射光を受光素子で検出し
て、その受光量から球体表面疵の有無や大小を検出する
方法が知られている。

【０００３】上記検査方法は、具体的に次のように行な
われている。図７に示すように、図示しない回転ローラ
等で定位置に保持された球体１を所定方向に回転（自
転）させ、この球体１の表面に所定方向から投光素子２
のスポット光を投射し、その球体表面からの反射光を定
位置に設置された受光素子３で受光する。球体１が３６
０゜回転して球体表面のスポット光で走査された所定幅
（スポット光の直径に相当）の円周部分（図７の１本の
子午線Ｌ部分）が検査されると、球体１の回転軸を球体
中心を中心に定ピッチ回転（公転）させて、更に球体１
を１回転（自転）させる。このような球体１の自転と公
転を連続的に繰返し行なって、図７のスポット光走査さ
れる子午線部分を順に移動させ、最終的に球体１の全表
面にスポット光を走査させる。球体１の表面からの反射
光を受光する受光素子３の受光量を、予め設定された疵
有無判定の基準光量と比較処理等することで、球体１の
表面の疵の有無が検査される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなスポット
光走査による球体表面疵有無の検査方法は、球体表面の
スポット光走査される子午線部分の幅、間隔を小さく
し、投受光素子による光学センサーの感度を上げること
で、疵検査精度を高くすることができる。しかし、球体
表面のスポット光走査される子午線部分の幅、間隔を小
さくする程、球体の全表面を検査するため必要な球体の
回転数が多くなり（直径１０ｍｍ程度の球体で２０回転
程度）、１個の球体の検査時間（サイクルタイム）が長
くなる問題があった。

【０００５】また、球体の回転速度を上げる程、１回の
検査時間が短くなるが、回転速度を上げることが、次の
（ａ）（ｂ）の理由で難しくて、検査時間の短縮化が難
しい問題があった。

【０００６】（ａ）球体の回転速度を上げる程、球体を
保持して回転させる回転ローラに対して球体が滑り易く
なり、球体の正確な回転が難しくなって、球体表面に検
査されない部分が生じる可能性がでてくる。このような
球体の滑りは、球体表面の油分が多い程、油分で助長さ
れる。

【０００７】（ｂ）球体を回転ローラや押えローラ等で
定位置に回転可能に保持しているが、球体の回転速度を
上げる程、球体を定位置に保持するローラによる球体押
圧力に大きなものを要し、このときの球体押圧力で球体
表面に疵が付く可能性が大となる。この可能性は、球体
の材料が軟質なもの程大きくて、尚更に軟質材料の球体
の外観検査の高速化を難しくしている。

【０００８】また、上記の（ａ）の理由における球体表
面の油分が、正確な検査の邪魔をすることから、検査前
に球体表面の洗浄脱脂乾燥処理を念入りに行なう必要が
あり、この洗浄脱脂乾燥処理に長時間を要していた。更
に、球体の洗浄脱脂乾燥処理後１日以内で検査をしない
と、球体の表面状態が湿気等で変化して回転速度を上げ
ることを難しくするため、球体の洗浄脱脂乾燥処理後１
日以内の早期に外観検査しなければならないといった管
理上の制約があった。

【０００９】本発明の目的とするところは、球体をはじ
めとする回転体の表面検査を高精度、高速で行なうこと
の容易な回転体外観検査装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、水平な駆動軸
を中心として所定方向に回転し、外周に、段差と回転体
を収容可能な凹部とを有する略円形カム状の駆動ローラ
と、この駆動ローラの外周の上面位置に回転体を１個ず
つ供給し、この供給された回転体を駆動ローラ外周の上
面定位置に回転可能に保持する定配保持部と、駆動ロー
ラの上面定位置に保持された回転体に一定の検査荷重を
与える押さえローラと、駆動ローラの上面定位置に保持
された回転体の表面の、この回転体の回転軸と直交する
輪切り方向で区分けされた連続する複数の円周部分の各
々に検査光を投光してその反射光を受光する複数の光電
センサーを備えてなる外観検出部とを具備する。この検
査装置においては、駆動ローラの回転により、駆動ロー
ラ外周の上面定位置に保持された回転体を所定方向に１
回転以上従動回転させ、定配保持部で１個の回転体を供
給して、これを押えローラに当てることなく駆動ローラ
外周の上面定位置に回転可能に保持した後、回転体を駆
動ローラの段差で上昇させて押えローラに当接させ、こ
の状態で、外観検出部で回転体の全表面の外観検査を行
ない、駆動ローラの外周の凹部が外周上面位置に移動し
たところで凹部に検査済みの回転体を落下させて駆動ロ
ーラ外に排出する。

【００１１】前記定配保持部を、駆動ローラの回転に連
動して開閉動作することで駆動ローラ外周の上面位置に
回転体を１個ずつ供給する定配装置と、この定配装置か
ら供給された回転体を駆動ローラ外周の上面定位置に回
転可能に保持するローラ装置とで構成してもよい。

【００１２】回転する駆動ローラの外周の上面に１個の
回転体を供給し、これを定位置に保持して駆動ローラを
回転させると、駆動ローラの回転による摩擦力で回転体
が駆動ローラと反対向に従動回転する。そして、この回
転体が少なくとも１回転する間に回転体の全表面が外観
検出部の複数の光電センサーで外観検査が行なわれ、こ
の外観検査後に駆動ローラの回転でその外周の凹部が上
面位置に移動すると、凹部に検査済みの回転体が落下
し、さらなる駆動ローラの回転で凹部が上面位置から下
がったところで回転体が凹部から排出される。つまり、
駆動ローラを所定方向に連続して回転させることで、回
転体の定配供給、回転体の定位置での所定方向回転によ
る表面検査、回転体の排出が一連して行なわれ、回転体
の全表面の外観検査が回転体を少なくとも１回転させる
だけで可能となって、回転体の供給と排出の一連の動作
時間を含む回転体の１個の検査時間が短縮される。

【００１３】また、回転体検査時間の短縮化で、回転体
の低速回転化が可能となり、更に、この低速回転化で回
転体を駆動ローラ上の定位置に保持するローラ等による
回転体保持力を小さくして回転体表面に疵が付くのを防
止することでき、更に、回転体表面の油分や湿気による
影響を低減させることができ、検査前の回転体表面の洗
浄脱脂乾燥処理を不要とするばかりか、油中での検査も
可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明装置を、図１乃至図
６及び図８に基づいて説明する。但し、以下の説明で
は、回転体の一例として球体を使用している。

【００１５】図１は、図２乃至図６の本発明装置による
球体表面疵有無検査の方法を説明するためのもので、そ
の検査方法の概要を先に説明する。回転軸が水平で所定
方向に回転する略円形カム状の駆動ローラ５の外周の上
面の定位置に球体１を供給して回転可能に保持する。駆
動ローラ５を図１矢印の所定方向に回転させて、球体１
を定位置で駆動ローラ５と反対方向に従動回転させる。

【００１６】一方で、球体１の表面を、球体１の回転軸
Ｘと直交する輪切り方向で連続する複数の円周部分ｍ、
…に分け、その各分割円周部分ｍ、…の夫々に対応させ
て１基ずつの光電センサー２１、…を固定配備してお
く。複数の各光電センサー２１、…は、例えば光ファイ
バー２２、…とこれに光結合された図示しない投光素子
と受光素子を備える。各光ファイバー２２、…は、同一
平面上に放射状配列で固定配置され、各々の先端（検出
部）は、球体１の表面形状に倣って、すなわち球体１表
面の回転軸両極部を両端とする半円弧線状に並べて、球
体１の対応する各分割円周部分ｍ、…の夫々に定距離か
ら対向させてあり、この各先端の光軸は、球体１の略中
心に向けられている。各光ファイバー２２、…の間隔
は、球体１のサイズや検出したい疵の大きさ等に応じて
適宜設定される。各光ファイバー２２、…の後端に、投
光素子や受光素子が選択的に光結合されて、複数の光電
センサー２１、…が構成される。

【００１７】所定方向に回転する駆動ローラ５で球体１
を定位置で回転させて、各光電センサー２１、…を同時
に作動させる。各光電センサー２１、…は、光ファイバ
ー２２、…の先端（検出部）から球体１の各円周部分
ｍ、…に投光し、その反射光を受光し、受光した受光量
に相当する出力信号を図示しない疵有無検査回路に出力
する。疵有無検査回路は入力された信号を、予め設定さ
れた疵有無判定の基準値と比較処理等することで、球体
１の表面の疵の有無を検査する。各光電センサー２１、
…が、球体１の各円周部分ｍ、…での疵有無検出のため
の動作をすることで、球体１を少なくとも３６０゜の１
回転させると、各円周部分ｍ、…の全域が検査され、球
体１の全表面が検査される。

【００１８】上記のように光電センサー２１、…で球体
１の表面疵検査を行なう場合、疵有無判定の基準となる
しきい値を設定すればよい。例えば、疵無しのＯＫ模範
の出力値を設定し、疵有りのＮＧ模範の出力値を設定し
て、この２つの出力値の中間にしきい値を設定する。Ｏ
Ｋ模範としては、外乱の影響を避けるために、良品反射
光量の７０〜８０％に相当する表面の曇った球体を使用
し、ＮＧ模範としては、検出したい疵の反射光量に相当
した表面の曇った球体を使用すればよい。以上のように
しきい値を設定すると、球体１に疵が有る場合、この疵
がしきい値以下の出力に相当する疵であれば、球体１が
１回転する間に各光電センサー２１、…のいずれかが疵
を検出して、疵有りの判定が行なわれる。

【００１９】次に図１の球体外観検査方法を実施する本
発明装置の具体例を、図２乃至図６に基づき説明する。
尚、図２及び図３は、駆動ローラ５の外周の上面で球体
１を回転させて検査する検査開始時及び検査終了時での
側面図、図４及び図５は、球体１の外観検査終了後の球
体排出時と定配供給時の側面図である。

【００２０】同図に示される実施例の球体外観検査装置
は、定位置で所定方向に回転する駆動ローラ５と、駆動
ローラ５の外周の上面位置に球体１を１個ずつ供給して
定位置に回転可能に保持する定配保持部１０と、定位置
で回転する球体１の表面の疵の有無を光学的に検査する
外観検出部２０で構成される。

【００２１】駆動ローラ５の具体例を図６に示す。駆動
ローラ５は略円形のカム構造で、中心の水平な駆動軸４
に支持されて矢印方向に回転する。駆動ローラ５の外周
は、凹部６と投入の割付部７と検査の割付部８に分けら
れる。凹部６は、１個の球体１が余裕をもって出入りで
きる大きさの凹み、切り欠き等である。投入の割付部７
は、凹部６の片端（回転時における後行側端部）から延
在する外周で、駆動ローラ５が半径ｒの円形カムである
とすると、投入の割付部７は図６の鎖線で示す半径ｒの
外周を深さｄで削ったカム面として形成される。検査の
割付部８は、半径ｒの円形カム面で、投入の割付部７か
ら凹部６の先行側端部まで延在させて形成される。

【００２２】駆動ローラ５の側面の一部にカム９が固定
される。カム９は、凹部６の底と面一となる半径の円弧
カムで、凹部６と投入の割付部７の間に配置される。こ
のカム９は、後述するように定配保持装置１０を駆動ロ
ーラ５と連動させるためのものである。

【００２３】定配保持装置１０は、例えば駆動ローラ５
の外周の上面（最上位置での外周面）に向けて球体１を
供給する傾斜したシュート１１と、シュート１１の先端
から球体１を１個ずつ切り出して駆動ローラ５の外周上
面に供給する定配装置１２と、駆動ローラ５の外周上面
に供給された球体１を定位置で回転可能に保持するロー
ラ装置１３で構成される。

【００２４】定配装置１２は、駆動ローラ５の上方に延
在する上部１２ａと駆動ローラ５の上部側方に延在する
下部１２ｂを有し、この上部１２ａと下部１２ｂの中間
を支点にして駆動ローラ５の回転方向に往復揺動可能に
配置される。定配装置１２の下部１２ｂを駆動ローラ５
のカム９で押圧すると、定配装置１２は図４に示す開動
作を行ない、下部１２ｂがカム９から外れると、定配装
置１２は下部１２ｂに連結されたバネ１４で図５に示す
閉動作を行なう。

【００２５】ローラ装置１３は、駆動ローラ５の外周上
面の近傍に固定配置されたサポートローラ１５と押えロ
ーラ１６とを備える。サポートローラ１５は、駆動ロー
ラ５の外周上面の定位置に球体１を止めて回転可能に保
持し、押えローラ１６は、球体１を駆動ローラ５とサポ
ートローラ１５に向けて回転可能に押圧する。サポート
ローラ１５と押えローラ１６は、球体１に従動回転して
球体１を定位置に保持する。

【００２６】サポートローラ１５と押えローラ１６の間
に外観検出部２０が設置される。外観検出部２０は、複
数の光ファイバー２２、…を同一平面に放射状に支持し
たセンサーヘッドを備え、このセンサーヘッドがサポー
トローラ１５と押えローラ１６の間に斜めに固定配置さ
れる。センサーヘッドの各光ファイバー２２、…の先端
が駆動ローラ５の外周上面の定位置に保持された球体１
に半円弧配列で対向する。

【００２７】以上の球体外観検査装置は、駆動ローラ５
の連続回転でもって球体１の定配、外観検査、排出の各
動作を連続して自動的に行なう。これら一連の各動作状
態は図２乃至図５に示されている。

【００２８】駆動ローラ５が所定方向に回転して、その
外周上面位置の手前に凹部６が在るとき（図３の状
態）、カム９が定配装置１２の下部１２ｂに当接する。
この状態で駆動ローラ５が更に回転すると、カム９で定
配装置１２の下部１２ｂがバネ１４のバネ力に抗して押
圧されて、定配装置１２が図４に示すように揺動して開
く。この開動作でもってシュート１１の先端に在る１個
の球体１が駆動ローラ５の外周上面に落下供給される。
尚、シュート１１の先端から２個目の球体１は開いた定
配装置１２の上部１２ａに当たって落下しないようにし
てある。シュート１１の先端の球体１が落下する駆動ロ
ーラ５の外周上面は、凹部６から延在する投入の割付部
７になり、この割付部８の半径ｒからの削り代に相当す
る段差ｄの分だけ球体１の停止位置が下がって、球体１
は押えローラ１６に当たること無くその下を通過してサ
ポートローラ１５に当接する定位置で停止する。

【００２９】更に駆動ローラ５が回転すると、図５に示
すように、カム９が定配装置１２の下部１２ｂから離脱
して、定配装置１２がバネ１４の復元力で元の閉じた位
置に戻り、シュート１１からの球体落下を阻止する。同
時進行的に駆動ローラ５の外周上面に供給された球体１
が、駆動ローラ５の回転に従動回転しながら投入の割付
部７から検査の割付部８へと相対移動し、この相対移動
時に球体１が段差ｄの分だけ（１ｍｍ程度）上昇して押
えローラ１６に当接する。

【００３０】そして、図２に示すように、駆動ローラ５
の検査の割付部８が外周上面位置に入った段階で、球体
１が押えローラ１６で駆動ローラ５とサポートローラ１
５に一定の圧力で押圧されて定位置に保持された状態
で、駆動ローラ５の回転方向と反対方向に回転する。駆
動ローラ５が図２の検査開始の段階から図３の検査終了
の段階まで回転する間に、検査の割付部８の全長で球体
１が少なくとも１回転させられ、この間に外観検出部２
０が作動して球体１の全表面の外観検査を行なう。尚、
図２から図３の検査期間における球体１の回転数は、１
以上であればよいが、実際には１．５回転から３回転程
度までが安定した外観検査を行なう上で望ましい。

【００３１】図３の検査終了の段階から駆動ローラ５が
更に回転すると、図４に示すように、凹部６が検査済み
の球体１の位置まで移動して、凹部６に検査済み球体１
が落下し、同時にカム９で定配装置１２が開いて次の球
体１の定配が行なわれる。駆動ローラ５が更に回転して
凹部６が駆動ローラ５の側面まで移動すると、凹部６の
中の検査済み球体１が駆動ローラ５の遠心力でもって凹
部６から排出される。この排出に前後して次の球体１の
外観検査が行なわれる。

【００３２】以上のように球体１の全表面の疵有無等の
外観検査は、球体１を少なくとも１回転させるだけで可
能となる結果、１回の検査時間が球体１の１回転時間に
大幅に短縮される。この検査時間の大幅な短縮化は、球
体１を従来より多少低速回転させても可能である。球体
１を低速回転させるようにすると、押えローラ１６によ
る球体１の押圧力を小さく設定して、各ローラで球体１
が疵付けられることを抑制することが可能となる。ま
た、球体１の１回転と低速回転化で、球体１の表面に多
少の油分や湿気分が在り、球体１の回転に滑り発生して
も、これに影響を受けず正確な検査が可能となる。従っ
て、球体１の検査前の洗浄脱脂乾燥処理を簡素化または
不要とすることが可能となる。

【００３３】本発明装置は、上述した球体のみなず、回
転体、すなわち、平面上の特定形状を、その平面上にあ
る一軸の周りで回転させた時に生ずる形態、例えば円筒
ころ軸受のころのような円筒体にも適用可能である。

【００３４】図８は、このような円筒ころの検査用とし
て好適な検査装置の側面図である。この装置は、駆動ロ
ーラ５と別体に設けたカム９で押えローラ１６を昇降駆
動して円筒ころ１の定配を行なうことを特徴とするもの
であり、以下、この装置の構成及び作用を説明する。

【００３５】駆動ローラ５とカム９は、歯車（図示省
略）を介して連結されており、両者は１：１の回転比で
回転する。駆動ローラ５を駆動してカム９を回転させる
と、押えローラ１６が一時的に押し上げられるのと同時
に、カム９と同軸に取り付けた定配ブラシ１７により押
し出された円筒ころ１がシュート１１から検査部に投入
される（ｃ図）。この時、投入の割付部７が上部に達
し、円筒ころ１は、押えローラ１６に接触することなく
サポートローラ１５に接触する。

【００３６】円筒ころ１が検査部に入ると、駆動ローラ
５の検査の割付部７が上部に達する。また、カム９によ
り押えローラ１６が降下し、円筒ころ１は、２mm程度駆
動ローラ５により上昇させられ、押えローラ１６により
一定の検査荷重をかけられた状態で支持されながら従動
回転する。円筒ころ１は、１回転以上転がり、その間に
円筒ころ１の外周面及び両端面の形状に倣って配置され
た光ファイバ２２、２３により全表面を検査される（ｄ
図及びａ図）。外周面検査用の光ファイバ２２は、円筒
ころ１の軸線と平行に一直線上に並べられ、また、端面
検査用の光ファイバ２３は、円筒ころ１の端面に対向さ
せて直径方向に一列に並べられている。

【００３７】検査が終了した後、凹部６が上部に達し、
円筒ころ１は凹部６に押えローラ１６によって押されて
落下し（ｂ図及びｃ図）、駆動ローラ５の回転で搬送さ
れて排出部３０より排出される（ｄ図）。また、円筒こ
ろ１の排出直後にカム９により押えローラ１５が一時的
に押し上げられるのと同時に、定配ブラシ１７により次
の円筒ころ１が検査部に投入され、上記の運動を繰り返
す。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、駆動ローラを所定方向
に連続して回転させるだけで、駆動ローラへの回転体の
定配供給、回転体の定位置での所定方向回転による表面
検査、駆動ローラからの回転体の排出が一連して行なわ
れ、また、駆動ローラで回転体を少なくとも１回転させ
るだけで回転体の全表面の外観検査が可能となって、回
転体の供給と排出の一連の動作時間を含む回転体の１個
の検査時間が短縮される。

【００３９】この回転体検査時間の短縮化で、回転体の
低速回転化が可能となり、回転体を駆動ローラ上の定位
置に保持するローラ等による回転体保持力を小さくして
回転体表面に疵が付くのを防止することや、回転体表面
の油分や湿気による影響を低減させることができ、検査
前の回転体表面の洗浄脱脂乾燥処理を不要とするばかり
か、油等の液中での検査も可能となる。液中で検査を行
なえば、円筒ころの洗浄後、検査前の乾燥工程が不要に
なり、また、ゴミ等の付着による誤判定を抑制すること
ができる。

【００４０】また、駆動ローラの回転力を利用して回転
体の定配、回転体回転、回転体の排出を行なうようにし
たので、装置稼働のため必要なモータ等の駆動源が少な
くでき、設備の低コスト化、小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置による球体外観検査方法の概要を説
明するための要部の斜視図。

【図２】本発明の一実施例を示す要部の側面図。

【図３】図１装置の球体検査終了時の側面図。

【図４】図１装置の球体定配及び排出時の側面図。

【図５】図１装置の球体排出及び検査前の側面図。

【図６】図１装置における駆動ローラの側面図。

【図７】従来装置で外観検査される球体の斜視図。

【図８】本発明装置の他の実施例を示す側面図。

【符号の説明】

１ 球体（回転体） ｍ 複数の円周部分 ４ 駆動軸 ５ 駆動ローラ ６ 凹部 １０ 定配保持部 １２ 定配装置 １３ ローラ装置 ２０ 外観検出部 ２１ 光電センサー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平な駆動軸を中心として所定方向に回
   転し、外周に、段差と回転体を収容可能な凹部とを有す
   る略円形カム状の駆動ローラと、 この駆動ローラの外周の上面位置に回転体を１個ずつ供
   給し、この供給された回転体を駆動ローラ外周の上面定
   位置に回転可能に保持する定配保持部と、駆動ローラの上面定位置に保持された回転体に一定の検
   査荷重を与える押さえローラと、 駆動ローラの上面定位置に保持された回転体の表面の、
   この回転体の回転軸と直交する輪切り方向で区分けされ
   た連続する複数の円周部分の各々に検査光を投光してそ
   の反射光を受光する複数の光電センサーを備えてなる外
   観検出部とを具備し、 前記駆動ローラの回転により、駆動ローラ外周の上面定
   位置に保持された回転体を所定方向に１回転以上従動回
   転させ、定配保持部で１個の回転体を供給して、これを押えロー
   ラに当てることなく駆動ローラ外周の上面定位置に回転
   可能に保持した後、回転体を駆動ローラの段差で上昇さ
   せて押えローラに当接させ、この状態で、 外観検出部で
   回転体の全表面の外観検査を行ない、 駆動ローラの外周の凹部が外周上面位置に移動したとこ
   ろで凹部に検査済みの回転体を落下させて駆動ローラ外
   に排出することを特徴とする回転体外観検査装置。
2. 【請求項２】 前記定配保持部が、駆動ローラの回転に
   連動して開閉動作することで駆動ローラ外周の上面位置
   に回転体を1個ずつ供給する定配装置と、この定配装置
   から供給された回転体を駆動ローラ外周の上面定位置に
   回転可能に保持するローラ装置とを備えることを特徴と
   する請求項１記載の回転体外観検査装置。