JP5331590B2

JP5331590B2 - 外観検査装置

Info

Publication number: JP5331590B2
Application number: JP2009149307A
Authority: JP
Inventors: 一憲山田; 昭治山本; 仁司森川
Original assignee: Koyo Machine Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Machine Industries Co Ltd
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: JP2011007540A

Description

本発明は、検査対象物たる球状をしたワークの外観を検査する外観検査装置に関する。

従来、前記外観検査装置として、例えば、特開平７−６３５３９号公報に開示されたものが知られている。この外観検査装置は、球状のワークを保持する保持機構と、保持機構によって保持されたワークを回転させる駆動機構と、保持機構によって保持されたワークの表面に向けてビーム断面が円形のレーザ光を照射する投光部及びワークの表面で反射したレーザ光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する受光部を備えた複数の光センサと、各光センサの受光部によって生成された電気信号を基に、ワークの表面にキズがないかどうかなど外観の良否を判定する判定部とから構成される。

前記保持機構は、それぞれ水平な軸中心に回転自在に設けられる２つの駆動ローラ及び１つの支持ローラによってワークを保持するように構成される。駆動ローラは、同軸且つ先端が相互に対峙するように配置され、先端部外周には先細のテーパ面がそれぞれ形成される。そして、ワークは、各駆動ローラのテーパ面及び支持ローラの外周面によって保持される。

前記駆動機構には、駆動モータと、駆動モータの回転動力を駆動ローラに伝達する伝達機構とが各駆動ローラにそれぞれ対応して設けられており、各駆動ローラを同じ回転方向に且つ回転速度差が生じる回転速度で軸中心にそれぞれ回転させてワークを回転させる。

この外観検査装置では、各駆動ローラのテーパ面及び支持ローラの外周面により保持されたワークの表面に向けて各投光部からレーザ光がそれぞれ照射され、ワークの表面で反射した後、各受光部によりそれぞれ受光されて、受光量に応じた電気信号が生成される。そして、生成された電気信号を基に、判定部により、ワークの外観の良否が判定される。尚、このとき、ワークは、駆動機構により各駆動ローラが駆動されることによって、ワーク表面におけるレーザ光の照射位置が走査されるように回転せしめられ、これによって、ワーク表面の全面が検査される。

特開平７−６３５３９号公報

しかしながら、上記従来の外観検査装置では、複数の光センサが設けられているので、製造コストが高くなったり、広い設置スペースを確保しなければならないという問題があった。また、複数の光センサが設けられているものの、投光部から照射されるレーザ光のビーム断面が円形であり、走査間隔を広くすることができないので、ワークの表面すべてを走査するには時間がかかり、このため、サイクルタイムが長いという問題もある。更に、投光部と受光部が一対一で対応しているので、小さなキズを検出し難く、即ち、小さいキズの場合には、生成される電気信号に、キズのあるときとないときとであまり変化を生じさせることができず、このため、精度の良い外観検査を実施することができないという問題もある。

また、各駆動ローラを回転速度差が生じるように回転させるに当たって、例えば、一方の駆動ローラの回転速度を一定にし、他方の駆動ローラの回転速度を周期的に変化させると、当該他方の駆動ローラを回転させる駆動モータに掛かる負荷が大きくなり過ぎるため、所定の回転速度差を得ることができなかったり、駆動モータが故障する原因となる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、製造コストを抑えることや、省スペース化を図ること、短時間で高精度に外観検査を行うこと、駆動モータに掛かる負荷を低くすることが可能な外観検査装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
検査対象物たる球状をしたワークの外観を検査する外観検査装置であって、
軸中心に回転自在に設けられるとともに、同軸且つ先端が相互に対峙するように配置された２つの駆動ローラを有し、この各駆動ローラの先端部外周には先細のテーパ面がそれぞれ形成されて、この各テーパ面に前記ワークが当接した状態でこのワークを回転自在に保持する保持手段と、
前記各駆動ローラにそれぞれ対応して設けられ、前記各駆動ローラを軸中心に回転させて前記ワークを従動回転させる２つの駆動手段であって、前記各駆動ローラの回転速度が周期的に且つ逆位相で変化するように各駆動ローラを同方向に回転させる２つの駆動手段と、
前記保持手段により保持されたワークの表面に向けてレーザ光を照射する投光手段であって、前記ワークの回転によりレーザ光が走査される方向と交差する方向にビーム断面が細長いスリット光を照射する投光手段と、
前記ワークの表面で反射したレーザ光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する複数の受光素子を有し、これらの受光素子が、反射したレーザ光のビーム断面の長手方向に沿って配置される受光手段と、
前記各受光素子によってそれぞれ生成された電気信号を基に前記ワークの外観の良否を判定する判定手段と、
少なくとも１つの前記受光素子により生成された電気信号を基に、少なくとも前記ワークが回転しているか否かを検出する回転検出手段とを備えてなることを特徴とする外観検査装置に係る。

この発明によれば、各駆動手段により各駆動ローラが軸中心に回転せしめられて、保持手段により保持されたワークが回転するとともに、この回転するワークの表面には、その回転によりレーザ光が走査される方向と交差する方向にビーム断面が細長いスリット光が投光手段から照射され、照射されたレーザ光はワークの表面で反射して受光手段の各受光素子により受光される。そして、各受光素子では反射光の受光量に応じた電気信号が生成され、それぞれ生成された電気信号を基に、判定手段によりワークの外観の良否が判定される。

本発明では、投光手段から照射されるレーザ光のビーム断面を、レーザ光の走査方向と交差する方向に細長くしているので、走査間隔を広く設定することが可能であり、これにより、ワーク表面の全面を短時間で走査してサイクルタイムを短縮することができる。

また、ワークの表面で反射したレーザ光を受光手段の複数の受光素子により受光しているので、受光素子ひとつ当たりの検査領域を狭くすることができ、小さい不良であっても、生成される電気信号に、不良のあるときとないときとで差を生じさせることができる。即ち、ひとつの受光素子の検査領域を小さくすることで、小さな不良であっても、不良があるときの反射光量と不良がないときの反射光量に差を生じ易くすることができる。これにより、高精度な外観検査を実施することができる。

また、受光素子は複数設けているものの、投光手段は１つであるので、複数の光センサが設けられていた従来に比べ、製造コストを低減することができる。また、複数の光センサを設けるために広い設置スペースを確保しなければならないという問題が生じることもない。

また、各駆動手段により、各駆動ローラをその回転速度が逆位相となるように回転させているので、各駆動手段を構成する駆動モータに掛かる負荷をそれぞれ同じにすることができ、いずれか一方の駆動モータに過剰な負荷が掛かるのを防止することができる。また、レーザ光の走査間隔を広くするには、各駆動ローラの回転速度差を大きくしなければならないので、このような意味においても、回転速度が逆位相となるように各駆動ローラを回転させることが好ましく、このようにしない場合には、所望の走査間隔でレーザ光を走査することができない恐れもある。

また、前記外観検査装置は、少なくとも１つの前記受光素子により生成された電気信号を基に、少なくとも前記ワークが回転しているか否かを検出する回転検出手段を備えているので、例えば、ワーク表面の一部にフラット面が形成されている（フラット面は前工程で生じる場合がある）ような場合、ワークが回転していないことがあり、このようなときには、ワークの、レーザ光の照射部分に不良がなければ、判定手段により誤って良品と判定される恐れがある。そこで、ワークが回転しているか否かを検出すれば、回転不良のワークも検出することができ、このようなワークも不良品として扱うことができる。したがって、良品のワークに不良品のワークが混入するのを防止することができる。

ここで、ワークが回転しているか否かを検出するに当たっては、以下のようにして検出することができる。即ち、ワークが回転していれば、通常、生成される電気信号は一定間隔で変動することから、生成される電気信号が終始一定であるような場合には、ワークが回転していないと判断することができる。

また、前記保持手段によって保持されたワークと前記受光手段の各受光素子との間には、前記ワークの表面で反射したレーザ光のビーム径を調整する調整レンズが設けられていても良い。ワークの球径が変わって曲率が変化すると、各受光素子における反射光のビーム径が変化するため、即ち、ワークの球径が小さくなると、曲率が大きくなって各受光素子における反射光のビーム径が大きくなり、逆に、ワークの球径が大きくなると、曲率が小さくなって各受光素子における反射光のビーム径が小さくなるため、反射光が一部の受光素子でしか受光されなかったり、反射光の一部のみが各受光素子によって受光され、検査精度が低下するという不都合を生じる。また、ワークの球径が変わって当該ワークと各受光素子との間の距離が変化すると、ワークの球径が小さくなったときには、当該ワークと各受光素子との間の距離が長くなって各受光素子における反射光のビーム径が大きくなり、ワークの球径が大きくなったときには、当該ワークと各受光素子との間の距離が小さくなって各受光素子における反射光のビーム径が小さくなるので、このことによっても、上記と同様の問題を生じる。そこで、上記のように、反射光のビーム径を調整可能なレンズを設ければ、異なる球径をしたワークの外観を検査する場合でも受光手段の大きさに反射光のビーム径を対応させることができる。これにより、各種球径のワークをそれぞれ高精度に外観検査することができる。尚、調整レンズを設ける代わりに、ワークと受光手段の位置関係を変えるようにしても良いが、調整レンズを設ける方が便利である。

また、前記外観検査装置は、内部にオイルが貯留されたオイル槽を備え、前記保持手段は、前記オイル槽内のオイル中に前記ワークが浸漬された状態でこのワークを保持するように構成されていても良い。このようにすれば、検査時にワークにキズが付くのを防止することや防錆効果を得ることができる。

また、前記外観検査装置は、前記ワークを供給するワーク供給機構と、前記ワーク供給機構によって供給位置に供給されたワークを、前記保持手段により保持される保持位置に向けて水平方向に移動させるための案内部材と、前記水平方向に進退可能に設けられ、前記供給位置にあるワークに当接してこのワークを前記保持位置に移動させる供給部材と、前記供給部材を進退させる駆動機構とから構成される供給手段を備え、前記駆動機構は、上下方向に沿って配置されて上下動可能に設けられる駆動ロッドと、前記駆動ロッドを上下動させる上下駆動部と、前記駆動ロッドの下端に接続してその上下動を水平動に変換し、前記供給部材を進退させる水平駆動部とから構成されていても良い。更に、前記外観検査装置は、前記保持手段によって保持される保持位置にあるワークをこの保持位置から排出する排出手段を備え、前記保持手段は、前記各駆動ローラと軸線が平行であり且つ外周面が相互に間隔を隔てて対峙した２つの支持ローラを備え、前記各駆動ローラのテーパ面及び各支持ローラの外周面の間に前記ワークを保持するとともに、前記支持ローラの一方が、前記ワークに当接してこのワークが排出方向に移動するのを規制する当接位置と退避位置との間で進退可能に構成され、前記排出手段は、上下方向に沿って配置されて上下動可能に設けられる駆動ロッドと、前記駆動ロッドを上下動させる上下駆動部と、前記駆動ロッドの下端に接続してその上下動を水平動に変換し、前記支持ローラの一方を前記当接位置と退避位置との間で進退させる水平駆動部とから構成されていても良い。

このようにすれば、駆動ロッドの上下動が水平動に変換されて供給部材や支持ローラの一方を進退させることができるので、特に、ワークをオイルに浸漬させた状態で外観検査を行う場合で、供給部材や支持ローラの一方をアクチュエータにより直接駆動することができないような場合に効果的である。また、ワークをオイルに浸漬させた状態で外観検査を行う場合、油面が波立つと、検査精度に悪影響を及ぼす恐れがあると思われるが、駆動ロッドの下端、水平駆動部、供給部材や支持ローラの一方をオイル中に配置し、駆動ロッドの上部のみを油面から上方に突出させれば、水平駆動部、供給部材や支持ローラの一方がオイル中で動作し、駆動ロッドの上下動に伴う力のみが油面に作用するので、油面を波立ち難くすることができ、これにより、油面が波立つことによって検査精度が低下するのを防止することができる。

以上のように、本発明に係る外観検査装置によれば、製造コストを抑えることや、省スペース化を図ること、短時間で高精度にワークの外観検査を実施すること、駆動モータに掛かる負荷を低くすることができる。

本発明の一実施形態に係る外観検査装置の概略構成を示した正面図である。本実施形態に係る供給装置，保持装置及び検査装置などを示した断面図である。図２における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。本実施形態に係る上下駆動部などを示した断面図である。本実施形態に係る上下駆動部などを示した断面図である。本実施形態に係る供給装置，保持装置及び検査装置などを示した断面図である。本実施形態に係る供給装置，保持装置，検査装置及び排出装置などを示した断面図である。図７における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。図７における矢示Ｃ−Ｃ方向の断面図である。第１駆動ローラ及び第２駆動ローラの回転速度を示したグラフである。レーザ光の走査方向、レーザ光の照射状態、光電変換素子の配置関係などを説明するための斜視図である。シリンドリカルレンズ通過後のレーザ光のビーム断面図を示した説明図である。（ａ）は、レーザ光の走査について説明するための平面図であり、（ｂ）は、レーザ光の走査について説明するための側面図である。本実施形態に係る受光部を示した説明図である。光電変換素子により生成される電気信号を説明するための説明図である。光電変換素子により生成される電気信号を説明するための説明図である。本実施形態に係る供給装置，保持装置，検査装置及び排出装置などを示した断面図である。本実施形態に係る保持装置，排出装置，搬送装置及び不良品回収容器を示した断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る外観検査装置の概略構成を示した正面図である。

図１に示すように、本例の外観検査装置１は、検査対象物たる球状をしたワークＷを供給する供給装置１０と、内部にオイルＬが貯留されたオイル槽３９と、供給装置１０によって供給されたワークＷをオイル槽３９内のオイルＬ中に浸漬させた状態で保持する保持装置４０と、保持装置４０によって保持されたワークＷを回転させる回転駆動装置６０と、回転駆動装置６０によって回転せしめられるワークＷの外観を検査する検査装置７０と、保持装置４０によって保持されたワークＷを排出する排出装置８０と、良品のワークＷを収容する良品回収容器８８と、排出装置８０によって排出され、検査装置７０によって良品と判定されたワークＷを良品回収容器８８に搬送する搬送装置９０と、排出装置８０によって排出され、検査装置７０によって不良品と判定されたワークＷを収容する不良品回収容器８９と、供給装置１０，オイル槽３９，検査装置７０，良品回収容器８８及び搬送装置９０などを支持する支持フレーム９９とを備えて構成される。尚、前記ワークＷとしては、例えば、軸受に用いられる球体を挙げることができるが、これに限定されるものではない。

前記供給装置１０は、図１乃至図６に示すように、複数のワークＷが収容された供給ホッパ１１と、供給ホッパ１１から排出されたワークＷが落下する供給シュート１２と、供給シュート１２の下端から排出されたワークＷを保持装置４０側に供給する供給部１５とを備える。尚、供給シュート１２の下端は、前記オイル槽３９内のオイルＬ中に配置されている。

前記供給部１５は、水平方向（図２の矢示方向）に進退自在に設けられる第１供給部材１６と、第１供給部材１６と同方向に進退自在に設けられ、ワークＷに当接可能となった第２供給部材１７と、第２供給部材１７の移動方向と同方向に貫通してワークＷが保持装置４０側に移動するのを案内する案内通路１８ａを備え、上面に第１供給部材１６が進退可能に載置される案内部材１８と、各供給部材１６，１７をそれぞれ駆動して進退させる駆動機構２０とから構成される。

前記第１供給部材１６は、平板状の部材から構成されて上下に貫通する貫通穴１６ａを備えており、退避位置にあるときに、この貫通穴１６ａが供給シュート１２の下端の下方に位置して、供給シュート１２の下端から排出されたワークＷが貫通穴１６ａ内に収容されるようになっている。

前記案内部材１８には、第１供給部材１６が前進位置に移動したときに貫通穴１６ａと連通する供給穴１８ｂが、上面から案内通路１８ａの内面にかけて上下に貫通しており、これによって、貫通穴１６ａ内のワークＷが案内通路１８ａ内に落下して供給位置に配置されるようになっている。

前記第２供給部材１７は、その進退方向に細長い棒状の部材から構成され、案内通路１８ａ内を進退自在に配置されており、先端には凹曲面１７ａが形成され、この凹曲面１７ａがワークＷに当接する。また、第２供給部材１７は、退避位置から前進位置に移動するときに、供給穴１８ｂから供給位置に落下したワークＷを保持装置４０によって保持される保持位置に移動させる。

前記駆動機構２０は、上述のように、前記各供給部材１６，１７をそれぞれ進退させるもので、第１供給部材１６についても、第２供給部材１７についても、それぞれ同様の機構で進退させる。したがって、ここでは第２供給部材１７を駆動するための機構のみ説明し、第１供給部材１６を駆動するための機構の説明については省略する。

前記駆動機構２０は、第２供給部材１７を駆動するための機構として、上下方向に沿って配置されて上下動可能に設けられる駆動ロッド２１と、駆動ロッド２１を上下動させる上下駆動部２２と、駆動ロッド２１の下端に接続してその上下動を水平動に変換し、第２供給部材１７を進退させる水平駆動部２９などを備える。尚、駆動ロッド２１の下端及び水平駆動部２９は、オイル槽３９内のオイルＬ中に配置され、上下駆動部２２は、水平駆動部２９の上方に配置される。

前記上下駆動部２２は、第２供給部材１７の進退方向と垂直な水平方向に沿って配置され、軸中心に回転自在に設けられる回転軸２３と、一端部が回転軸２３に外嵌され、他端部が駆動ロッド２１の上端に接続した揺動部材２４と、水平軸回りに回転自在に設けられるカム２５と、カム２５を回転させる駆動モータ（図示せず）と、揺動部材２４に取り付けられ、カム２５の上部外周面に当接する当接部材２６と、揺動部材２４及び適宜構造体２７ａにそれぞれ設けられたばねポスト２７と、両端が各ばねポスト２７にそれぞれ接続し、揺動部材２４が回転軸２３を中心にして下側に回動するようにこの揺動部材２４を下方に付勢する引張ばね２８とから構成される。

前記水平駆動部２９は、前記第２供給部材１７の進退方向に移動自在に設けられて第２供給部材１７が固設された移動部材３０と、支持部材（図示せず）に固設され、第２供給部材１７の進退方向に沿って設けられるガイドレール３１と、ガイドレール３１に係合し、移動部材３０に固設されたスライダ３２と、前記回転軸２３と平行に配置され、軸中心に回転自在に設けられる回転軸３３と、駆動ロッド２１の下端と回転軸３３とを連結する連結部材３４と、回転軸３３に外嵌され、移動部材３０に係合する係合部材３５とから構成される。前記移動部材３０には、長穴３０ａが上下方向に沿って形成されており、この長穴３０ａと係合部材３５の係合部３５ａとが係合している。

そして、この駆動機構２０では、駆動モータ（図示せず）によりカム２５が回転せしめられると、揺動部材２４が揺動して駆動ロッド２１が上下動し（図４の矢示方向及び図５参照）、駆動ロッド２１が上下動すると、連結部材３４及び係合部材３５が回転軸３３を中心に揺動して、移動部材３０がガイドレール３１及びスライダ３２により案内されて往復動し（図２の矢示方向及び図６参照）、これにより、第２供給部材１７が進退する。

このように構成された供給装置１０によれば、供給ホッパ１１内のワークＷが供給シュート１２を通って下方に落下し、この供給シュート１２の下端から排出され、排出されたワークＷは、退避位置にある第１供給部材１６の貫通穴１６ａ内に収容される。この後、第１供給部材１６が前進位置に移動すると、貫通穴１６ａと案内部材１８の供給穴１８ｂとが連通して貫通穴１６ａ内のワークＷが供給位置に落下し、それから、第１供給部材１６は元の位置に戻る。次に、第２供給部材１７が退避位置から前進位置に向けて移動すると、この第２供給部材１７の先端が供給位置にあるワークＷに当接し、ワークＷは、案内通路１８ａ内を保持位置に向けて移動する。そして、ワークＷが保持位置に移動すると、第２供給部材１７は元の位置に戻る。

前記保持装置４０は、図１並びに図７乃至図９に示すように、２つの駆動ローラ４１，４２（第１駆動ローラ４１及び第２駆動ローラ４２）及び２つの支持ローラ４３，４４（第１支持ローラ４３及び第２支持ローラ４４）と、第１支持ローラ４３によりワークＷを押さえる押さえ機構４５とを備えており、各ローラ４１，４２，４３，４４は、オイル槽３９内のオイルＬ中に、水平であり且つ前記各供給部材１６，１７の進退方向に垂直な軸中心に回転自在に設けられている。

前記各駆動ローラ４１，４２は、同軸且つ先端が間隔を隔てて相互に対峙するように配置されており、先端部外周には先細のテーパ面４１ａ，４２ａが形成されている。また、各駆動ローラ４１，４２は、その上部外周面が前記案内部材１８の案内通路１８ａに接続されており、案内通路１８ａから排出されたワークＷは、各駆動ローラ４１，４２のテーパ面４１ａ，４２ａにより案内されて保持位置に移動するようになっている。

尚、前記保持位置は、各駆動ローラ４１，４２の上端位置からその回転方向（図７の矢示方向参照）に少しだけずれた位置に設定されており、この保持位置にあるワークＷは、各駆動ローラ４１，４２のテーパ面４１ａ，４２ａ及び各支持ローラ４３，４４の外周面にそれぞれ当接して回転自在に保持されるようになっている。

前記第１支持ローラ４３は、ワークＷを上側から押さえるように構成され、前記第２支持ローラ４４は、ワークＷが各駆動ローラ４１，４２の回転方向に移動するのを規制するようにこのワークＷに当接する。尚、第２支持ローラ４４は、ほぼ水平方向に移動して（図７の矢示方向参照）、ワークＷに当接する当接位置とこの位置から退避した退避位置との間で進退可能に構成されている。

前記押さえ機構４５は、第１支持ローラ４３の軸線と平行に配置されて軸中心に回転自在に設けられる回転軸４６と、長手方向の中間部が回転軸４６に外嵌され、一端部に第１支持ローラ４３を回転自在に支持する支持部材４７と、上下方向の変位を測定可能なマイクロメータヘッド４８と、上下に貫通する貫通穴４９ａを備え、マイクロメータヘッド４８を支持する支持部材４９と、支持部材４７の他端部上面及び適宜構造体５０にそれぞれ設けられたばねポスト５１と、両端が各ばねポスト５１にそれぞれ接続し、支持部材４７の一端側が回転軸４６を中心にして下側に回動するようにこの支持部材４７の他端側を上方に付勢する引張ばね５２と、支持部材４７の他端部上面に立設されたストッパ５３と、上部に鍔部５４ａを備え、支持部材４９の貫通穴４９ａ内に上部及び下部が突出するように挿通されるとともに、下端がストッパ５３の上面に当接した当接軸５４と、当接軸５４の鍔部５４ａと支持部材４９の上面との間に設けられる圧縮ばね５５と、支持部材４９の下面に当接可能且つ当接軸５４にクランプ可能に設けられるクランプ部材５６と、当接軸５４の下部に外嵌され、マイクロメータヘッド４８の先端に当接する当接部材５７とから構成される。

そして、この押さえ機構４５では、ワークＷが保持位置に移動する際に第１支持ローラ４３に当接すると、この第１支持ローラ４３が各駆動ローラ４１，４２から離れるように支持部材４７が引張ばね５２の付勢力に抗して回動し、これにより、ワークＷが保持位置に移動する。ワークＷが保持位置に移動すると、第１支持ローラ４３が各駆動ローラ４１，４２に接近するように支持部材４７が引張ばね５２の付勢力により回動し、ワークＷは、各駆動ローラ４１，４２のテーパ面４１ａ，４２ａ及び各支持ローラ４３，４４の外周面によって保持される。支持部材４７が引張ばね５２の付勢力により回動する際、ストッパ５３と当接軸５４とが当接して支持部材４７の回動が規制されるため、第１支持ローラ４３は所定の位置に移動してワークＷを押さえる。

また、クランプ部材５６のクランプが解除された後、マイクロメータヘッド４８の測定値が参照されながら当接部材５７及び当接軸５４の上下方向における位置が調整され、この後、クランプ部材５６が当接軸５４にクランプされると、当接軸５４の下部の突出量が調整されて、支持部材４７の他端部（ストッパ５３）の上昇端位置、即ち、第１支持ローラ４３によるワークＷの押さえ位置が調整される。

前記回転駆動装置６０は、図８に示すように、第１駆動ローラ４１を軸中心に回転させる第１駆動部６１と、第２駆動ローラ４２を軸中心に回転させる第２駆動部６５とから構成される。前記第１駆動部６１は、駆動モータ６２と、第１駆動ローラ４１の回転軸４１ｂを回転自在に支持する支持部材６３に配設され、駆動モータ６２の回転動力を第１駆動ローラ４１に伝達する伝達機構６４とを備え、前記第２駆動部６５は、駆動モータ６６と、第２駆動ローラ４２の回転軸４２ｂを回転自在に支持する支持部材６７に配設され、駆動モータ６６の回転動力を第２駆動ローラ４２に伝達する伝達機構６８とを備える。

前記各駆動部６１，６５は、各駆動ローラ４１，４２を同じ回転方向に（図７の矢示方向参照）且つ回転速度差が生じる回転速度でそれぞれ回転させる。具体的には、図１０に示すように、各駆動ローラ４１，４２の回転速度が周期的に且つ逆位相で変化するようにこれらの駆動ローラ４１，４２を回転させる。そして、各駆動ローラ４１，４２がこのように回転することで、ワークＷはその自転軸が随時変化しながら回転する。尚、図１０に示すように速度変化させるには、例えば、正弦関数などで表される速度変化を各駆動ローラ４１，４２に与えると良い。

前記検査装置７０は、図１，図７及び図１１に示すように、回転駆動装置６０によって回転せしめられるワークＷの表面に向けてレーザ光を照射する投光部７１と、ワークＷの表面で反射したレーザ光を受光して電気信号を生成する受光部７４と、受光部７４で生成された電気信号を基に、ワークＷの外観の良否を判定する判定部７６と、受光部７４で生成された電気信号を基に、ワークＷが正常に回転しているか否かを検出する回転検出部７７と、投光部７１及び受光部７４が収容される筐体７８とを備えており、投光部７１，受光部７４及び筐体７８がセンサヘッドとして機能している。

前記投光部７１は、前記各駆動ローラ４１，４２の軸線と平行な方向にビーム断面が細長い楕円形のレーザ光をワークＷの表面に向けて照射するレーザ発振器７２と、レーザ発振器７２と保持装置４０によって保持されたワークＷとの間に設けられ、レーザ発振器７２から照射されるレーザ光のビーム断面を、図１２に示すように、更に細長くする（レーザ発振器７２から照射されたレーザ光を更に細長いスリット光にする）シリンドリカルレンズ７３とから構成される。尚、ワークＷの表面におけるレーザ光の照射位置は、自転軸が随時変化しながらワークＷが回転することによって、図１３に示すように、所定の走査間隔Ｐで走査されるようになっている。

前記受光部７４は、ワークＷの表面で反射したレーザ光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する複数（図示例では１０個）の光電変換素子７５を有し、これらの光電変換素子７５が、図１１及び図１４に示すように、前記各駆動ローラ４１，４２の軸線と平行な方向に一列に配置される。

前記判定部７６は、各光電変換素子７５により生成された電気信号を基に、ワークＷの表面にキズがないかどうかなど外観の良否を判定する。具体的には、光電変換素子７５により生成された電気信号の生成レベルが一定範囲内にあるかどうかを確認して、例えば、図１５（ａ）に示すように、一定範囲内にある場合には良品と判定し、例えば、図１５（ｂ）に示すように、一定範囲内にないような場合には不良品と判定する。

尚、判定部７６は、すべての光電変換素子７５から得られる電気信号の生成レベルが前記一定範囲内にある場合のみ良品と判定するようにしても良いし、一部の光電変換素子７５から得られる電気信号の生成レベルが前記一定範囲内にない場合であっても、電気信号の生成レベルが前記一定範囲内にない光電変換素子７５の数が一定数以下であれば、良品と判定するようにしても良い。前記一定数は、検出するキズの大きさなどに応じて設定することができる。また、図１５において、Ｖ１は前記一定範囲の上限値を、Ｖ２は前記一定範囲の下限値をそれぞれ示す。

前記回転検出部７７は、例えば、光電変換素子７５の１つ（図１４において、符号７５ａで示す真ん中の光電変換素子）により生成された電気信号を基に、ワークＷが正常に回転しているか否かを検出する。ワークＷが正常に回転している場合、通常、生成される電気信号は一定間隔で変動する（図１５参照）ことから、生成される電気信号が終始一定である場合（図１６（ａ）参照）や、変動の間隔が通常よりも長い場合（図１６（ｂ）参照）に、ワークＷが正常に回転していない、即ち、全く回転していない（図１６（ａ）の場合）、又は回転速度が通常よりも遅い（図１６（ｂ）の場合）と判断することができる。或いは、ワークＷが正常に回転しているときの、電気信号の生成レベルの変動の状態を予め測定しておき、前記予め測定した変動の状態と実際に生成される電気信号の変動状態とを比較して、実際の変動状態が前記予め測定した変動の状態と同じか近似していないときにワークＷが正常に回転していないと判断することができる。そして、ワークＷが正常に回転していないと判断した場合には不良品と判定する。

尚、このように、ワークＷが正常に回転しているか否かを確認するようにしているのは、例えば、ワークＷの表面の一部にフラット面が形成されている（フラット面は前工程で生じる場合がある）ような場合、ワークＷが正常に回転していないことがあり、このようなときには、ワークＷの、レーザ光の照射部分に不良がなければ、判定部７６により誤って良品と判定される恐れがあるからである。そこで、ワークＷが正常に回転しているか否かを検出すれば、回転不良のワークＷも検出することができ、このようなワークＷを不良品として扱うことが可能になる。

前記筐体７８は、その内部に、前記レーザ発振器７２，シリンドリカルレンズ７３及び各光電変換素子７５を収容しており、下面には、レーザ発振器７２からのレーザ光及び反射光を透過させるためのカバーガラス７８ａが設けられている。また、この筐体７８は、下部が前記オイル槽３９内のオイルＬに浸漬された状態で前記各駆動ローラ４１，４２の上方に配置されており、カバーガラス７８ａがワークＷに近づけられている。カバーガラス７８ａをワークＷに接近させれば、接近させた分だけ、オイルＬに含まれる、ごみ等の浮遊物によってレーザ光が遮られたり、屈折されたりするのを防止することができる。尚、カバーガラス７８ａをワークＷにどれだけ接近させるかは適宜変更することができ、図示例よりも更に接近させても良いし、図示例よりも離れさせても良い。また、前記カバーガラス７８ａには、前記オイル槽３９内のオイルＬと同等の屈折率を有するものが採用されている。

前記排出装置８０は、図１，図７，図１７及び図１８に示すように、第２支持ローラ４４を先端部に回転自在に支持する支持部材８１と、支持部材８１を駆動して、これに支持された第２支持ローラ４４を進退させる駆動機構８２と、前記保持位置から排出されるワークＷが落下する排出シュート８３と、排出シュート８３に設けられた進路切換機構８４とから構成される。

前記駆動機構８２は、前記駆動機構２０と同様の構成を備えるため、ここでは詳しい説明を省略するが、支持部材８１を移動させることにより、第２支持ローラ４４を前記当接位置と退避位置との間で進退させる（図７の矢示方向及び図１７参照）。そして、第２支持ローラ４４が退避位置に移動すると、各駆動ローラ４１，４２のテーパ面４１ａ，４２ａ及び各支持ローラ４３，４４の外周面により保持されたワークＷが前記保持位置から排出される。

前記進路切換機構８４は、水平な軸中心に回動可能に設けられた案内部材８５と、ワークＷを搬送装置９０側に導く第１位置と不良品回収容器８９側に導く第２位置との間で前記案内部材８５を回動させる駆動機構（図示せず）とを備える。

そして、この排出装置８０では、案内部材８５が前記第１位置にあるときには、保持位置から排出され、排出シュート８３を移動するワークＷは、搬送装置９０側に案内され、一方、案内部材８５が前記第２位置にあるときには、保持位置から排出され、排出シュート８３を移動するワークＷは、不良品回収容器８９側に案内されてこの不良品回収容器８９内に回収される。

前記搬送装置９０は、図１，図１８及び図１９に示すように、オイル槽３９内に、軸線が水平に設けられる第１スプロケット９１と、オイル槽３９の外部であり且つ第１スプロケット９１の斜め上方に、軸線が第１スプロケット９１の軸線と平行に設けられる第２スプロケット９２と、各スプロケット９１，９２間に掛け渡されたチェーン９３と、チェーン９３に取り付けられ、前記排出シュート８３から排出されたワークＷを収容する複数の収容容器９４と、第２スプロケット９２を図１９の矢示方向に軸中心に回転させる駆動機構（図示せず）と、収容容器９４から排出されたワークＷを前記良品回収容器８８に案内する案内部材９５とを備える。尚、前記収容容器９４内に収容されるワークＷの数は、１個であっても複数個であっても、どちらでも良い。

この搬送装置９０では、駆動機構（図示せず）により第２スプロケット９２が回転せしめられ、チェーン９３が回動して収容容器９４が循環駆動されると（図１８及び図１９の矢示方向参照）、排出シュート８３から排出されたワークＷが収容容器９４内に収容されて上方に移動せしめられる。そして、上方に移動したワークＷは、その後、収容容器９４内から排出され、案内部材９５により案内されて良品回収容器８８内に回収される。

以上のように構成された本例の外観検査装置１によれば、供給ホッパ１１内のワークＷが各供給部材１６，１７により保持装置４０側に供給され、保持位置に供給されると、ワークＷは、各駆動ローラ４１，４２のテーパ面４１ａ，４２ａ及び各支持ローラ４３，４４の外周面によって保持される。

保持されたワークＷは、各駆動ローラ４１，４２が回転せしめられることによって従動回転せしめられるとともに、このようにして回転するワークＷの表面には、レーザ発振器７２からレーザ光が照射されてその反射光が各光電変換素子７５により受光される。そして、各光電変換素子７５では反射光の受光量に応じた電気信号が生成され、生成された電気信号を基に、判定部７６によりワークＷの外観の良否が判定され、回転検出部７７によりワークＷが正常に回転しているか否かが検出される。

この後、第２支持ローラ４４が退避位置に移動してワークＷが保持位置から排出されるが、判定部７６により良品と判定され、回転検出部７７によりワークＷが正常に回転していると判断された場合には、搬送装置９０側に案内されて収容容器９４内に収容され、収容されたワークＷは、上方に搬送されて良品回収容器８８内に回収される。一方、判定部７６により不良品と判定された場合、又は、回転検出部７７によりワークＷが正常に回転していないと判断された場合には、不良品回収容器８９側に案内されてこの不良品回収容器８９内に回収される。

ところで、本例の外観検査装置１では、投光部７１から照射されるレーザ光のビーム断面を、レーザ光の走査方向と交差する方向に細長くしているので、走査間隔を広く設定することが可能であり、これにより、ワークＷの表面の全面を短時間で走査してサイクルタイムを短縮することができる。

また、ワークＷの表面で反射したレーザ光を複数の光電変換素子７５により受光しているので、光電変換素子７５ひとつ当たりの検査領域を狭くすることができ、小さい不良であっても、不良のあるときとないときとで、生成される電気信号に差を生じさせることができる。即ち、ひとつの光電変換素子７５の検査領域を小さくすることで、小さな不良であっても、不良があるときの反射光量と不良がないときの反射光量に差を生じ易くすることができる。これにより、高精度な外観検査を実施することができる。

また、光電変換素子７５は複数設けているものの、投光部７１は１つであるので、複数の光センサが設けられていた従来に比べ、製造コストを低減することができる。また、複数の光センサを設けるために広い設置スペースを確保しなければならないという問題が生じることもない。

また、各駆動部６１，６５により、各駆動ローラ４１，４２をその回転速度が逆位相となるように回転させているので、各駆動モータ６２，６６に掛かる負荷をそれぞれ同じにすることができ、駆動モータ６２，６６のいずれか一方に過剰な負荷が掛かるのを防止することができる。また、レーザ光の走査間隔を広くするには、各駆動ローラ４１，４２の回転速度差を大きくしなければならないので、このような意味においても、回転速度が逆位相となるように各駆動ローラ４１，４２を回転させることが好ましく、このようにしない場合には、所望の走査間隔でレーザ光を走査することができない恐れもある。

また、ワークＷが正常に回転しているか否かを確認して、正常に回転していないワークＷを不良品と判定しているので、判定部７６だけでは良品か不良品かの区別をできないようなワークＷであっても良品か不良品かを区別して、良品のワークＷに不良品のワークＷが混入するような不都合が生じるのを防止することができる。

また、オイル槽３９内のオイルＬ中にワークＷが浸漬された状態でワークＷを保持しているので、検査時にワークＷにキズが付くのを防止することや防錆効果を得ることができる。

また、駆動ロッド２１，上下駆動部２２及び水平駆動部２９からなる駆動機構２０やこれと同様の構成を有する機構によって、各供給部材１６，１７及び第２支持ローラ４４を進退させているので、オイル槽３９内のオイルＬ中に配置された各供給部材１６，１７及び第２支持ローラ４４を駆動するのに都合が良い。また、ワークＷをオイルＬに浸漬させた状態で外観検査を行う場合、油面が波立つと、検査精度に悪影響を及ぼす恐れがあると思われるが、駆動ロッド２１の下端、水平駆動部２９、各供給部材１６，１７をオイルＬ中に配置し、駆動ロッド２１の上部のみを油面から上方に突出させているので、水平駆動部２９や各供給部材１６，１７がオイルＬ中で動作し、駆動ロッド２１の上下動に伴う力のみが油面に作用するようにすることができる。これにより、油面を波立ち難くすることができ、油面が波立つことによって検査精度が低下するのを防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、球径の異なるワークＷの外観検査を行う場合には、保持装置４０によって保持されたワークＷと各光電変換素子７５との間に、ワークＷの表面で反射したレーザ光のビーム径を調整する調整レンズを設けるようにしても良い。ワークＷの球径が変わって曲率が変化すると、各光電変換素子７５における反射光のビーム径が変化するため、即ち、ワークＷの球径が小さくなると、曲率が大きくなって各光電変換素子７５における反射光のビーム径が大きくなり、逆に、ワークＷの球径が大きくなると、曲率が小さくなって各光電変換素子７５における反射光のビーム径が小さくなるため、反射光が一部の光電変換素子７５でしか受光されなかったり、反射光の一部のみが各光電変換素子７５によって受光され、検査精度が低下するという不都合を生じる。また、ワークＷの球径が変わって当該ワークＷと各光電変換素子７５との間の距離が変化すると、ワークＷの球径が小さくなったときには、当該ワークＷと各光電変換素子７５との間の距離が長くなって各光電変換素子７５における反射光のビーム径が大きくなり、ワークＷの球径が大きくなったときには、当該ワークＷと各光電変換素子７５との間の距離が小さくなって各光電変換素子７５における反射光のビーム径が小さくなるので、このことによっても、上記と同様の問題を生じる。そこで、上記のように、反射光のビーム径を調整可能なレンズを設ければ、異なる球径をしたワークＷの外観を検査する場合でも受光部７４の大きさに反射光のビーム径を対応させることができる。これにより、各種球径のワークＷをそれぞれ高精度に外観検査することができる。但し、ワークＷと受光部７４との位置関係を変えたり、ワークＷと投光部７１との位置関係を変えることを排除するものではない。

また、調整レンズを設ける代わりにカバーガラス７８ａにレンズ効果を持たせるようにしても良い。また、上例では、第２支持ローラ４４を進退させるための水平駆動部がオイルＬ中に配置されていなかったが、水平駆動部２９と同様に、オイルＬ中に配置しても良い。

１外観検査装置
４１第１駆動ローラ
４２第２駆動ローラ
６０回転駆動装置
６２駆動モータ
６６駆動モータ
７０検査装置
７１投光部
７２レーザ発振器
７３シリンドリカルレンズ
７４受光部
７５光電変換素子
７６判定部
Ｗワーク

Claims

検査対象物たる球状をしたワークの外観を検査する外観検査装置であって、
軸中心に回転自在に設けられるとともに、同軸且つ先端が相互に対峙するように配置された２つの駆動ローラを有し、この各駆動ローラの先端部外周には先細のテーパ面がそれぞれ形成されて、この各テーパ面に前記ワークが当接した状態でこのワークを回転自在に保持する保持手段と、
前記各駆動ローラにそれぞれ対応して設けられ、前記各駆動ローラを軸中心に回転させて前記ワークを従動回転させる２つの駆動手段であって、前記各駆動ローラの回転速度が周期的に且つ逆位相で変化するように各駆動ローラを同方向に回転させる２つの駆動手段と、
前記保持手段により保持されたワークの表面に向けてレーザ光を照射する投光手段であって、前記ワークの回転によりレーザ光が走査される方向と交差する方向にビーム断面が細長いスリット光を照射する投光手段と、
前記ワークの表面で反射したレーザ光を受光して受光量に応じた電気信号を生成する複数の受光素子を有し、これらの受光素子が、反射したレーザ光のビーム断面の長手方向に沿って配置される受光手段と、
前記各受光素子によってそれぞれ生成された電気信号を基に前記ワークの外観の良否を判定する判定手段と、
少なくとも１つの前記受光素子により生成された電気信号を基に、少なくとも前記ワークが回転しているか否かを検出する回転検出手段とを備えてなることを特徴とする外観検査装置。
前記保持手段によって保持されたワークと前記受光手段の各受光素子との間には、前記ワークの表面で反射したレーザ光のビーム径を調整する調整レンズが設けられてなることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
内部にオイルが貯留されたオイル槽を備え、
前記保持手段は、前記オイル槽内のオイル中に前記ワークが浸漬された状態でこのワークを保持するように構成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
前記ワークを供給するワーク供給機構と、前記ワーク供給機構によって供給位置に供給されたワークを、前記保持手段により保持される保持位置に向けて水平方向に移動させるための案内部材と、前記水平方向に進退可能に設けられ、前記供給位置にあるワークに当接してこのワークを前記保持位置に移動させる供給部材と、前記供給部材を進退させる駆動機構とから構成される供給手段を備え、
前記駆動機構は、上下方向に沿って配置されて上下動可能に設けられる駆動ロッドと、前記駆動ロッドを上下動させる上下駆動部と、前記駆動ロッドの下端に接続してその上下動を水平動に変換し、前記供給部材を進退させる水平駆動部とから構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの外観検査装置。
前記保持手段によって保持される保持位置にあるワークをこの保持位置から排出する排出手段を備え、
前記保持手段は、前記各駆動ローラと軸線が平行であり且つ外周面が相互に間隔を隔てて対峙した２つの支持ローラを備え、前記各駆動ローラのテーパ面及び各支持ローラの外周面の間に前記ワークを保持するとともに、前記支持ローラの一方が、前記ワークに当接してこのワークが排出方向に移動するのを規制する当接位置と退避位置との間で進退可能に構成され、
前記排出手段は、上下方向に沿って配置されて上下動可能に設けられる駆動ロッドと、前記駆動ロッドを上下動させる上下駆動部と、前記駆動ロッドの下端に接続してその上下動を水平動に変換し、前記支持ローラの一方を前記当接位置と退避位置との間で進退させる水平駆動部とから構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの外観検査装置。