JP5566137B2 - ワークの組付け検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの組付け検査方法及び装置に関する。

鋳造品、鍛造品等のワークを撮像手段により撮影して寸法を測定するワークの寸法測定装置が知られている（特許文献１参照）。これは、撮像手段による撮像画像中に測定エリアを設定する測定エリア設定手段と、この測定エリア設定手段により設定された測定エリア内の画像のコントラストによってワークのエッジを検出するエッジ検出手段と、このエッジ検出手段により検出したエッジが撮像画像の特定位置に一致するように撮像手段を寸法測定方向に移動させる制御手段とを備えたものである。

この装置によれば、ワークのエッジを確実に判断でき、ワークの寸法を容易に正確且つ迅速に測定できると共に、装置全体を簡単且つ小型化できる。

これに対し、複数の部品から製品を組み立てる工程では、部品の組み付けが正しく行われていることを検査するために、部品を組み付けた状態で各部品の位置を測定することが必要である。

例えば、図９に示すように、金型で成形された部品の座ぐり部３に別部品のワッシャ２を介してボルト１を締結する場合には、所定数（例えば１枚）のワッシャ２が正しく装着されたかどうかを検査するために、ワッシャ２を装着した部位を撮像手段であるカメラで撮像し、その画像から、ワッシャ２を挟んだボルト１の頭部１ａ下端のフランジ部１ｂと座ぐり部３の座面３ａとの間の間隔Ｄ（ワッシャ２の厚みに相当）を計測することが必要となる。このため、ボルトのようなワークを装着した別のワークの特定の部位（図示例の場合、座面）を基準面（位置）として、検査対象ワークの位置もしくは寸法を測ることとなる。

しかしながら、例えば、寸法精度が比較的高く機械加工された座ぐり部３の場合、その座面３ａにワッシャ２を介してボルト１が締結された後では、座面３ａがワッシャ２とボルト１の頭部１ａ又はフランジ部１ｂで隠されてしまい、座ぐり部３の撮像は実質的に鋳造肌面しか有しないものとなる。その鋳造肌面は、比較的寸法精度が劣るので、これを測定の基準面とすると、正規のワッシャ２が適正に締結されているか或いは数量が過不足ないか等を、正しく判断することが難しい。

また、上記座ぐり部のような同一種類の部品を形成するワークでも、鋳造用金型が異なるとワークの鋳造肌面の寸法精度がばらつくし、同じ金型であっても、ワークの量産に伴って金型が磨耗する。そのため、鋳造肌の寸法及び肌面の位置は経時的に変化する。例えば、図９に示すように座ぐり部３が鋳造肌面より盛り上がってしまった場合には、基準面となる座面３ａの位置が、その盛り上がった高さＨだけ高くなる。かくして、位置計測の基準面が変化してしまうという問題があった。

特開平９−３１１０１７号公報

本発明は、ワークを組み付ける鋳造品の肌面の位置又は寸法が経時的に変化しても、当該肌面を基準面としてワークの組付けを正しく検査できる方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の方法は、ワークに対して該撮像手段の視線と交わる平面上で光を照射して撮像することにより、該ワークを組み付ける別のワークの面を基準面として検査対象のワーク組付けを検査する組付け検査方法であって、
前記撮像手段の視野内には、前記検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、その鋳造肌面を前記基準面として、該基準面の位置及び前記検査対象のワークの位置を取得する位置取得工程と、
前記基準面の位置に対する前記検査対象のワークの位置によって前記検査対象のワークの組付けの正否を判定する判定工程と、
前記判定工程で正と判定した場合に、前記別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定工程で用いられる基準面の位置に補正する位置補正工程とを備えることを特徴とする。

本方法によれば、撮像手段の視野内には、検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、検査対象のワークの組付けの正否を判定する工程で正と判定した場合に、当該別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定工程で用いられる基準面の位置に補正するので、鋳造肌の寸法又は面位置が経時的に変化しても、補正した基準面の位置に対するワークの位置を検知する。これにより、ワークの組付け位置を正しく検査することができる。

本発明の装置は、
検査対象のワークを撮像する撮像手段と、
該ワークに対して該撮像手段の視線と交わる平面上で光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から当該ワーク及びこれを組み付けた別のワークに光を照射し前記撮像手段で撮像して得られた画像において、前記検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、その鋳造肌面を基準面として該基準面の位置及び前記検査対象のワークの位置を算出する算出手段と、
前記基準面の位置に対する前記検査対象のワークの位置によって当該ワークの組付けの正否を判定する判定手段と、
前記判定手段で正と判定された場合に、前記別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定手段で用いられる基準面の位置に補正する位置補正手段とを備えることを特徴とする。

本装置によれば、撮像手段の視野内には、検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、検査対象のワークの組付けが正と判定された場合に、当該別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定手段で用いられる基準面の位置に補正する。そして、その補正した基準面の位置に対する検査対象のワークの位置を検知する。このため、基準面となる鋳造肌の寸法又は面位置が経時的に変化しても、ワークの位置を正しく検知してワークの組付けの正否を判定することができる。

実施形態のワーク組付け検査装置の構成を示す図。 ワークの各検査部位を示す図。 本発明により組付け検査されるワークと光源と撮像画面の配置図。 本発明で用いる光切断法によるワークの位置検出の説明図。 ワークの撮像から検査までの処理手順を示すフローチャート。 検査処理の手順を示すフローチャート。 移動平均法により測定データの平均値を得る方法の説明図。 本発明の方法を用いて正否を検査するワークの組み付け例を示す図。 ワークの組み付け例を示す図。

以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、図９に示したように、ワークとしてのボルト１を、別のワークである金型成形部品の座ぐり部３にワッシャ２を介して締結する場合に、所定数のワッシャ２が正しく装着されたかどうかを検査する方法及びこれを実施するための装置である。

本実施形態では、図１に示すように、検査対象のワークであるボルト１がワッシャ２を介して座ぐり部３に装着されたとき、撮像手段１１によりボルト１の検査部位を撮像する。ここで、ボルト１は、頭部１ａと、頭部下端のフランジ部１ｂと、座ぐり部３にねじ込まれるねじ部１ｃとからなり、フランジ部１ｂと座面３ａとの間にワッシャ２を介在させて座ぐり部３に締結されている。

また、実施形態の検査装置は、例えばＣＣＤカメラで構成される撮像手段１１と、検査対象ワークのボルト１に対して撮像手段１１の視線と交わる平面上で光を照射する光照射手段としてのレーザ光源１２と、この光源１２からの光（この実施形態では、レーザ光）の照射を制御すると共に、撮像手段１１で得られた画像に基づいて後述の位置検出等の処理を行うコントローラ１３とを備えている。

ここで、コントローラ１３は、例えばパーソナルコンピュータで構成され、そのＣＰＵにより、後述のように撮像手段１１で得られた画像に基づいてボルト１の各部の位置を算出する算出手段、前記基準面の位置に対する前記検査対象のワークの位置によって当該ワークの組付けの正否を判定する判定手段、及び後述の移動平均法により基準面の位置を補正する位置補正手段として動作するものである。

図１の構成によれば、検査時には、コントローラ１３による制御下で、光源１２から発射されるレーザ光Ｌをボルト１及びその周囲の検査部位に当て、その反射光による撮像画像に基づいてボルト１の各部の位置を計測する。

詳細には、図２に示すように、レーザ光Ｌをボルト１の一方側からボルト１の頭部１ａを越えて他方側まで斜線状に当てていくと、光Ｌは、座面３ａからワッシャ２、ボルト１のフランジ部１ｂ及び頭部１ａ上で、実線で示す軌跡となる。その反射光を受光して得られる画像上で、基準面となる座面３ａ上の点からワッシャ２、ボルト１のフランジ部１ｂ及び頭部１ａ上の各点の位置を検出し、それらの位置から、フランジ部１ｂと座面３ａとの間の間隔を算出する。そして、その間隔が所定数（例えば、１枚）のワッシャ２の厚みに等しいか否かにより、ボルト１がワッシャ２を介して正しく組み付けられたかどうかを判定することができる。以上の算出及び判定処理は、コントローラ１３を構成するコンピュータのＣＰＵで実行される。

次に、本実施形態で用いられる光切断法によるワークの位置検出の原理を説明する。

図３に示すように、光源１２からレーザ光をワーク（図の例の場合、ボルト１）に照射し、ワーク上の曲がった帯状の光軌跡を撮像手段１１で撮像する。そして、撮像手段１１で得られた画像内の結像位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・から、検査部位（例えば、図２に示された座面３ａ、ワッシャ２、ボルト１のフランジ部１ｂ及び頭部１ａ上の各点）の位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を求める。

具体的には、図４に示すように、撮像手段（カメラ）１１の画面の方向をｘ軸、撮像手段１１から検査対象ワークに向かう方向をｚ軸とした３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定し、撮像手段１１の画面位置を原点Ｏ、光源１２の位置Ｓをｘ軸上とすると、上記検査部位Ｌ１の座標上の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）は、次式で表される。

ｘ１＝ｄ−ｚ１・tanφ
ｙ１＝ｚ１・tanα
ｚ１＝ｘ１・tanθ
ここで、ｄはｘ軸上の光源Ｓとカメラとの間の距離、φはｘ−ｚ平面上で光源Ｓから検査部位Ｌ１に向かう光線とｚ軸とのなす角度、αはｙ−ｚ平面上で検査部位Ｌ１からカメラに向かう光線（反射光）とｚ軸とのなす角度、θはｘ−ｚ平面上で検査部位Ｌ１からカメラに向かう光線（反射光）とｚ軸とのなす角度である。

以下、本実施形態の検査装置で実施される方法について説明する。

図５は、上記コントローラ１３で実施されるワーク組付け検査方法の処理手順を示す。

初めに、検査対象のワークであるボルト１に対して撮像手段１１の視線と交わる平面上で光源１２からレーザ光を照射し、検査部位（図１）を撮像する（ＳＴ１）。そして、画像を信号化する画像処理を行う（ＳＴ２）。その後、あるいはこの処理と並行して、ボルト１を組み付けた別ワークの座ぐり部３を鋳造した金型を認知する（ＳＴ３）。この処理のため、座ぐり部の製造に用いられる金型の型番等のデータを表（テーブル）として予めコンピュータの記憶部に格納しておき、当該座ぐり部に対する金型のデータを参照することにより、金型が認知される。

次に、図６に示す組付け検査処理を実施する（ＳＴ４）。この処理では、初めに通常撮影、すなわち撮像手段１１で検査対象のワークを撮像することにより、後の演算処理で用いるワーク中心座標（位置）を取得する（ＳＴ４１）。

次に、上記のレーザ光による撮像で得られた画像から、撮像手段１１の視野内に検査対象のワークのほか、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在することを確認した後、その鋳造肌面を基準面としてその座標（位置）を取得する（ＳＴ４２）。更に、検査対象ワークの座標（例えば、ボルト１のフランジ部１ｂの位置）も取得する（ＳＴ４３）。上記ＳＴ４２とＳＴ４３とで、基準面の位置及び検査対象ワークの位置を取得する位置取得工程を構成している。
その後、当該ワークの座標位置から基準面の位置を減算することにより位置の差（高低差）を得て（ＳＴ４４）、この差が所定の許容値以下であるか否かを判定する（ＳＴ４５）。

この判定が“ＮＯ”であれば、ＮＧ（組付け不良）と判断し、それを出力（例えば、コンピュータの画面に表示）して（ＳＴ４６）、検査処理を終了する。一方、“ＹＥＳ”であれば、ＯＫ（組付け良）と判断し、それを出力（例えば、コンピュータの画面に表示）する（ＳＴ４７）。上記ＳＴ４４〜ＳＴ４７により、基準面の位置に対する検査対象ワークの位置によって検査対象のワークの組付けの正否を判定する判定工程を構成している。
その後、以下のように基準面の位置補正を行って（ＳＴ４８）、検査処理を終了する。

ＳＴ４８の位置補正工程では、前述のように位置計測の基準面とした別ワークの鋳造肌面の位置を、これを鋳造した金型毎に移動平均法により補正する。具体的には、検査対象のワーク（例えば、ボルト１）とこれを組付ける別ワーク（例えば、座ぐり部３）は、これらを含む機種（製品もしくは部品）毎に組合せが決められるので、図７に示すように機種ａ，ｂ，ｃ，・・・毎に、次式により位置ｘの平均値＜ｘ＞を算出し、基準面の位置ｘを補正する。

＜ｘ＞＝（１／ｎ）Σｘ[i]（ｉ＝１〜ｎ）
ここで、ｎは値ｘの平均をとる直前の計測回数である。

従って、例えばｎ＝２０とすれば、今回（２１回目）の検査で用いる値ｘは直前２０回の計測値の平均値であり、次（２２回目）の検査では、２１回前の値を捨てて２０回分の平均値を算出することとなる。

ここで、図６のＳＴ４５で用いられる許容値をαとすれば、今回の検査対象のワークの位置が、前回までの計測値の平均値＜ｘ＞±αで表される範囲内にあるか否かによって、当該ワークの組付けの良／不良が判定されることになる。

本実施形態によれば、上記のように算出した平均値で補正した基準面（座面３ａ）の位置に対して検査対象のワークの所定部位（例えば、ボルト１のフランジ部下端）の位置を検知し、その検知した位置から当該ワークの組み付けの正否を判定することができる。

具体的には、図８において、（Ｂ）に示すように、座面３ａに１枚のワッシャ２を介在させてボルト１を装着した構造が適正であるのに対し、（Ａ）に示すようにワッシャ２がない場合は、基準面となる座面３ａの位置からボルト１のフランジ部１ｂまでの間隔が許容値より小さく、また、（Ｃ）に示すように２枚のワッシャ２が介在している場合は、基準面となる座面３ａの位置からボルト１のフランジ部１ｂまでの間隔が許容値より大きく検出される。これにより、ボルト１が正しく（１枚のワッシャ２を介して）組み付けられたかどうかを判定することができる。

以上、本発明の実施形態として、ワークとしてのボルトを別ワークの座ぐり部に組付けたものを検査する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、ワークを組み付ける鋳造品等の基準面の位置又は寸法が経時的に変化しても、ワークの組付けを検査する工程に好適に用いることができる。

また、上記実施形態では、撮像のために位相が揃ったレーザ光を用いて精密な計測を可能にしているが、照射する光はレーザに限らず、可視光、あるいは赤外線や紫外線のように計測のための画像を生成できるもの（電磁波）であればよい。

１…ボルト、２…ワッシャ、３…座ぐり部、１１…撮像手段、１２…光源、１３…コントローラ。

Claims (2)

1. ワークに対して撮像手段の視線と交わる平面上で光を照射して撮像することにより、該ワークを組み付ける別のワークの面を基準面として検査対象のワーク組付けを検査する組付け検査方法であって、
   前記撮像手段の視野内には、前記検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、その鋳造肌面を前記基準面として、該基準面の位置及び前記検査対象のワークの位置を取得する位置取得工程と、
   前記基準面の位置に対する前記検査対象のワークの位置によって前記検査対象のワークの組付けの正否を判定する判定工程と、
   前記判定工程で正と判定した場合に、前記別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定工程で用いられる基準面の位置に補正する位置補正工程とを備えることを特徴とするワークの組付け検査方法。
2. 検査対象のワークを撮像する撮像手段と、
   該ワークに対して該撮像手段の視線と交わる平面上で光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段から当該ワーク及びこれを組み付けた別のワークに光を照射し前記撮像手段で撮像して得られた画像において、前記検査対象のワークの他に、金型で鋳造された別のワークの鋳造肌のみが存在する場合、その鋳造肌面を基準面として該基準面の位置及び前記検査対象のワークの位置を算出する算出手段と、
   前記基準面の位置に対する前記検査対象のワークの位置によって当該ワークの組付けの正否を判定する判定手段と、
   前記判定手段で正と判定された場合に、前記別のワークを鋳造した金型毎に前記基準面の位置について計測した値の平均値を算出し、該平均値を前記判定手段で用いられる基準面の位置に補正する位置補正手段とを備えることを特徴とするワークの組付け検査装置。

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