JP4758823B2 - めねじ成形部品の良否検査装置およびめねじ成形良否検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、穴部にめねじが成形されためねじ成形部品のめねじ成形良否を判定するめねじ成形部品の良否検査装置およびめねじ成形良否検査方法に関する。

ボルト等のおねじ部品で各種部材を締結する場合には、これと螺合するめねじを有するナットが広く用いられている。また、機械の構成部品には、他の構成部品をねじで締結するためにめねじが形成される。このようなめねじ成形部品のめねじは、タップや旋盤を用いて加工されるが、大量かつ連続的にめねじ加工を行う場合、図７に示すようにタップやねじ切りバイト等のめねじ切り工具５０の刃には、削られた被削材５１が残存して構成刃先５２が成長する。この構成刃先５２は、ある程度成長すると剥離して脱落し、再度成長するという過程を繰り返すものであるが、この構成刃先５２が成長した状態で切削されためねじは、めねじのねじ山が低くなり、結果めねじの内径が拡大してしまう。また、構成刃先が原因となるもの以外にも、下穴が許容寸法を超えて加工されている場合などにも、その後に加工されるめねじのねじ山は低くなってしまう。こうした内径が拡大しためねじを用いると、おねじとの螺合時に所望の締結力が得られなかったり、緩みを生じやすくなるため、めねじの成形良否の検査が必要となる。従来は、めねじを検査するために特許文献１に示される検査装置や、止まりゲージ等が用いられてきた。

特許第３４４２５１５号公報

上記従来の検査装置や止まりゲージを用いる検査方法では、必ずめねじにおねじ部材を螺合させる必要があるため、めねじ１個当たりの検査時間が長くなり、大量生産されるめねじ成形部品の検査には対応できないという問題があった。また、止まりゲージ等を螺合する場合にめねじの表面が傷付き、めっき被膜が削られて防錆機能が低下する等、本来の品質が維持できなくなる等の問題も発生していた。

一般に複数の部品を連続的かつ高速、しかも非接触で検査する場合は、画像処理技術を用いた検査装置が広く使用されている。部品の全体あるいは被検査部位をエリアセンサやラインセンサによって検出、撮像し、これによって得られた被検査部品の画像を処理して分析することにより、表面の損傷や各部寸法をチェックするものである。しかし、めねじは穴内に形成されるものであるため、その撮像が難しく画像処理検査は困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、めねじ成形部品のめねじの成形良否を正確かつ迅速に判定することができるめねじ成形部品の良否検査装置およびめねじ成形良否検査方法の提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、少なくとも一端が開口する穴部壁面にめねじが形成されためねじ成形部品の当該めねじの中心線に対して光軸が所定角度傾斜し、かつ視野角内に前記めねじ部分の複数のねじ山が収まるように配置された撮像手段と、前記めねじ成形部品のめねじをその開口側から照明する照明手段と、前記撮像手段によって撮像されためねじ成形部品のめねじ部分の画像を二値化処理し、この二値化画像から弧状の縞模様が明確に現れている箇所だけを分析に要するエリアとして抽出し、エリア内における白の画素数あるいは黒の画像数を分析してめねじ成形部品のめねじ成形良否を判定する処理判定手段と、を有することを特徴とする。

また本発明は、少なくとも一端が開口するめねじが形成されためねじ成形部品のめねじ成形良否を検査する方法であって、めねじの開口端側から撮像手段によってめねじを斜め方向から撮像することによりめねじ開口端から複数リード分のねじ山を撮像し、前記撮像手段によって撮像されためねじ成形部品のめねじ部分の画像を二値化処理し、この二値化画像から弧状の縞模様が明確に現れている箇所だけを分析に要するエリアとして抽出し、エリア内における白の画素数あるいは黒の画像数を分析してめねじ成形の良否を判定することを特徴とするめねじ成形良否検査方法でもある。

本発明によれば、めねじ成形部品のめねじを照明し、これの開口側の斜め方向から撮影することにより、めねじにおける複数のねじ山を撮像することができ、これを分析することでめねじの内径拡大を検査することができる。これにより、画像処理技術を利用しためねじの検査が可能となり、大量生産されるめねじ成形部品についても、これらを連続的に正確かつ迅速に良否検査を行うことが可能となる。また、止まりゲージ等をめねじ成形部品と螺合させずに非接触での検査が可能となるため、検査段階でめねじを傷めることがなくなり、めねじ成形部品の品質維持にも貢献することができる等の利点がある。また、止まりゲージ等の計測機器の校正作業も不要になる。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１ないし図３において、１はめねじ成形部品の良否検査装置（以下、めねじ検査装置という）である。このめねじ検査装置１は、めねじ成形部品の一例として両端が開口するめねじを成形して成る六角ナット２（以下、単にナット２という）を検査するものであり、ナット２をめねじ２１の開口端が上を向く姿勢で順次搬送する搬送路３を有する。この搬送路３は、図１に示すように、円形面を水平にして設置した円盤状の回転テーブル３ａをダイレクトドライブＡＣサーボモータ３ｂによって定速で回転駆動する構造としたものである。この搬送路３の所定位置上空には、ナット２のめねじ２１を開口側から照明するための照明手段４が設けられている。この照明手段４は、環状ケース４ａの内周壁面に複数の白色ＬＥＤ（図示せず）が取り付けられた所謂リング照明であり、ナット２のめねじ２１を開口側から照明するように構成される。

また、前記照明手段４の上方には撮像手段５が配置されている。この撮像手段５は、二次元イメージセンサ５ａ（以下、単にイメージセンサという）とレンズ５ｂ等を有する一般的なＣＣＤイメージセンサカメラであり、前記照明手段４の下方に位置したナット２を照明手段４の穴部を通じて撮像するように配置されている。具体的に、この撮像手段５は、その光軸が照明手段４の下方所定位置に移送されてきたナット２のめねじ２１の中心線に対して所定角度傾斜し、かつ、そのレンズ５ｂの焦点がナット２のめねじ２１部分に合わされ、さらにレンズ５ｂの視野角内に当該めねじ２１部分が収まるように調整、設置されている。この撮像手段５のイメージセンサ５ａは、処理判定手段６に接続されている。

前記処理判定手段６は、イメージセンサ５ａの水平転送用ＣＣＤ（図示せず）から出力される電荷を取り込んで二次元画像を得る画像取得部７と、この画像取得部７によって得られた二次元画像の各画素を所定の閾値により白（１）と黒（０）の二値に数値化（以下、二値化という）する二値化処理部８と、この二値化処理部８によって二値化された二値画像内の所定のエリアに相当する画素を取り出すエリア抽出部９と、このエリア抽出部９によって取り出された画素中の白の領域（画素数）を割り出し、これが予め設定された基準値以上であるか否かを判定する良否判定部１０と、この良否判定部１０による判定結果に応じて不良排除機器（図示せず）を駆動する不良排除部１１とを備える。

ナット２は、ボウルフィーダ等の供給装置（図示せず）から移送レール１２を通って前記姿勢で送られ、その姿勢のまま回転テーブル３ａの円形面外周部に載置される。そして、回転テーブル３ａの回転によって搬送される。この過程でナット２は、その移動路上に回転テーブル３ａとは非接触に設けられた整流円盤１３の円周部分に接し、これに沿って移動する。これにより、ナット２は回転テーブル３ａの外周部所定軌道上に整列し、かつ前後のナット２との間隔が開くように調整される。

その後、ナット２が照明手段４の下方の所定位置に送られたことをセンサ（図示せず）が検知すると、照明手段４が発光してナット２のめねじ２１部分を照明するとともに、ナット２のめねじ２１部分が撮像手段５によって撮像される。すなわち、レンズ５ｂを通じて入った光量に応じてイメージセンサ５ａの画素を成す受光ＣＣＤ（Charge Coupled Device；図示せず）がそれぞれ受光量に応じた電荷を蓄積し、これらが順次水平転送用ＣＣＤから画像取得部７に送られ、画像取得部７において二次元画像（便宜上、以下、これを原画像という）が生成される。この原画像は、図４に示すようにナット２のめねじ２１部分を開口側斜め上方から見たものであり、複数のねじ山が捉えられたものである。

図５は、正常なめねじ２１（同図（ａ））と成形不良により内径が拡大しためねじ２１′（同図（ｂ））とについて、同じ入射角の照明光が当たった場合のそれぞれの断面を示したものである。この図５（ａ）および（ｂ）に示すように、照明により各ねじ山２２，２２′の開口側フランク面２２ａ，２２ａ′の頂部側には光が当たり、谷側には上側のねじ山の陰Ｓが落ちる。このように、照明手段４による照明光はねじ山２２，２２′の各フランク面２２ａ，２２ａ′に光が当たっている部分と陰になっている部分とが生じるように当てられる。また、図５（ｃ）は、図５（ａ）と同図（ｂ）における受光面の長さｍ_１，ｍ_２をグラフ状に表したものである。めねじの内径が拡大していると、同じ入射角の照明光が当たった場合、明らかに受光面の長さに差が生じる。つまり、めねじ全体として見ると受光面積に差が生じる。よって、フランク面２２ａの受光面の領域（照明光が当たっている部分の領域）の大きさを、予め正確なめねじから得ておいた基準値と比較することにより、めねじ成形の良否を判別することが可能となる。この良否判別を行うため、まず、得られた原画像は二値化処理部８によって所定の閾値で白（１）または黒（０）に二値化される。これによりナット２において、光の当たっている明るい部分の画素が白（１）、陰になっている暗い部分の画素が黒（０）にそれぞれ変換された二値画像が得られる。なお、内径が拡大しためねじ２１′は、図５（ｂ）に示すように、その山頂部の平坦面２２ｂ′の幅が正常な場合の平坦面２２ｂより広くなったものもある。この平坦面２２ｂ′にも照明光が当たるが、フランク面２２ａ′とは反射角が異なるため、画像取得部７において得られる原画像においてはフランク面２２ａ′とで明暗が生じる。従って、二値化処理部８における二値化の段階で、平坦部２２ｂ′については黒に区分することが可能である。つまり、閾値がそのように設定される。

図６（ａ）は、正常なめねじ２１について得られた二値画像であり、同図（ｂ）は、内径が拡大しためねじ２１′について得られた二値画像である。これら二値画像は、前述のフランク面２２ａ，２２ａ′の部分が白黒の弧状の縞模様となって現れる。但し、二値画像上でめねじの曲率が大きくなっている部分は、照明光の反射方向等の影響により縞模様が現れにくく、ほとんど黒（陰の部分）と認識されてしまう。めねじの成形良否を判断するためには、フランク面２２ａ，２２ａ′における明暗（白黒）が明確な部分を使用する必要がある。よって前記エリア抽出部９は、二値画像の縞模様が明確に現れているねじ山部分を含むよう、二値画像に対して扇形状のエリアＥを設定し、このエリアＥ内に含まれる画素を抽出する。抽出された画素は良否判定部１０に送られ、ここで白（照明光が当たっている部分）の画素数が基準値以上であるか否か判別される。この結果、白の画素数が所定の基準値を下回っている場合は、めねじ２１の内径が拡大していると判定して良否判定部１０から不良排除部１１に駆動指令が送られ、不良排除機器（図示せず）が作動して回転テーブル３ａ上の該当するナット２が排除される。また、白の画素数が基準値以上である場合には、めねじ２１が正しく成形されていると判定され、ナット２は回転テーブル３ａの回転にともなって所定位置まで運ばれ、そこで検査合格品として回収される。

なお、以上の例ではめねじ２１の内径が拡大している例を説明したが、ナット２の軸線と平行を成す平坦面２２ｂ，２２ｂ′については黒と識別する閾値が設定されているため、めねじが成形されていない下穴だけの未完成品についても見つけ出すことができる。また、めねじ２１の呼び径が小さい異種ナットが混入している場合、これのねじ山は小さく低く、得られる二値画像における白の画素が減少する。このため、こうした呼び径の小さな異種ナットの混入も発見し、排除することが可能である。

また、以上の説明では二値画像における所定エリアの白の画素数が基準値以上であるか否かを判定する例を説明したが、上限基準値と下限基準値とを設定しておき、白の画素数がこれらの範囲内に収まっているかどうかを判別して良否を判定するようにしてもよい。こうすることで、めねじ内径が拡大しためねじ成形部品やめねじが成形されていない未完成品、めねじの呼び径が小さい異種部品の混入のみならず、例えば、めねじの呼び径が大きい異種部品の混入も発見し、これを排除することが可能となる。

さらに、所定光量以上の光が当たっている（反射している）部分を示す白の画素数ではなく、陰の部分を示す黒の画素数について基準値を定めておき、得られる二値画像の黒の画素数について比較・判定するようにしても同様の効果が得られるものである。

本発明のめねじ成形部品の良否検査装置の要部を示す平面図である。 本発明のめねじ成形部品の良否検査装置の要部を示す拡大側面図である。 本発明のめねじ成形部品の良否検査装置の要部ブロック説明図である。 めねじ成形部品を撮像した原画像の一例を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）はめねじ成形部品の照明状態を示す要部拡大一部切欠断面図であり、（ｃ）は受光面の長さを表すグラフである。 本発明のめねじ成形部品の良否検査装置による二値画像の説明図である。 めねじ成形加工時の説明図である。

符号の説明

１ めねじ成形部品の良否検査装置
２ ナット（めねじ成形部品の一例）
３ 搬送路
３ａ 回転テーブル
３ｂ ダイレクトドライブＡＣサーボモータ
４ 照明手段
５ 撮像手段
５ａ イメージセンサ
５ｂ レンズ
６ 処理判定手段

Claims (2)

1. 少なくとも一端が開口する穴部壁面にめねじが形成されためねじ成形部品の当該めねじの中心線に対して光軸が所定角度傾斜し、かつ視野角内に前記めねじ部分の複数のねじ山が収まるように配置された撮像手段と、
   前記めねじ成形部品のめねじをその開口側から照明する照明手段と、
   前記撮像手段によって撮像されためねじ成形部品のめねじ部分の画像を二値化処理し、この二値化画像から弧状の縞模様が明確に現れている箇所だけを分析に要するエリアとして抽出し、エリア内における白の画素数あるいは黒の画像数を分析してめねじ成形部品のめねじ成形良否を判定する処理判定手段と、
   を有することを特徴とするめねじ成形部品の良否検査装置。
2. 少なくとも一端が開口するめねじが形成されためねじ成形部品のめねじ成形良否を検査する方法であって、
   めねじの開口端側から撮像手段によってめねじを斜め方向から撮像することによりめねじ開口端から複数リード分のねじ山を撮像し、
   前記撮像手段によって撮像されためねじ成形部品のめねじ部分の画像を二値化処理し、この二値化画像から弧状の縞模様が明確に現れている箇所だけを分析に要するエリアとして抽出し、
   エリア内における白の画素数あるいは黒の画像数を分析してめねじ成形の良否を判定することを特徴とするめねじ成形良否検査方法。