JP5603109B2 - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物を回転させることなく測定対象物の検査対象部の下端部，上端部を精度良く検査することができる外観検査装置及び外観検査方法に関する。

従来、図６に示すように、例えばキャップ付きのビン等の容器１をリフレクター２の内側中心に設置し、リフレクター２の内鏡面２ａに容器１の像を写し出し、この写し出された反射画像をＣＣＤカメラ３で撮像して、撮像した画像を図外の処理手段で撮像分析することで、容器１の外観を検査する装置が提案されている（特許文献１）。
当該装置は、測定対象物である容器１をリフレクター２よりも下方に位置決めし、容器１の外周面のみをリフレクター２の内鏡面２ａに写し出す構成であり、ＣＣＤカメラ３により、容器１の外周（例えば蓋の外周に付いた傷、クラック、異物等）は撮像できるものの、容器１の上端部，下端部は内鏡面２ａに写らず、容器１の上端部，下端部をＣＣＤカメラ３で撮像することはできない。
即ち、上記構成の検査装置では、ＣＣＤカメラ３が、容器１を上から目視した像（上面像）、容器１を下から目視した像（底面像）を詳細には撮像できない。
一方、図４に示すようなゴムブッシュ等が存在する。図４におけるゴムブッシュは、例えば車両等のサスペンション系のネジ部等に介挿される防振用の部品である。
当該ゴムブッシュは概略、外筒４２と、当該外筒４２の中心に設けられ、外筒４２より長さが長く、外筒４２の内面との間に間隔を有し、外筒４２の両端より上，下に突出する内筒４３と、外筒４２と内筒４３との間隙を埋める合成ゴム等の緩衝材４４とから成る。
緩衝材４４は、例えばインジェクション成型により外筒４２及び内筒４３と一体成型されるが、成型時の射出圧力の誤差や成型時の射出物の射出不足等により、緩衝材４４の上端部あるいは下端部に欠損部が生じることや、内筒４３が外筒４２に対して偏心して一体化されてしまう恐れがある。
図５は、緩衝材４４に欠損部４５が生じた場合の図であり、欠損部４５の窪みが深い程、製品としては不適切となる。このような形状のものをワークＷとして特許文献１の装置で検査する際には、ワークＷの上端部及び下端部を適切に撮像し、緩衝材４４の欠損部４５やクラック等の品質の良否を左右する性状を検査することが要求される。しかし、上記構成の検査装置によって外周を撮像しただけでは、緩衝材４４の欠損部４５やクラック等を十分に撮像できず、ワークＷの上端部，下端部を容易、かつ精度よく検査できないという欠点があった。

特開２００１−１６５６３７号公報

そこで、本発明は上記課題を解決すべく、ワークの上端部及び下端部を精度良く撮像し、ワークの上端部，下端部を容易、かつ、精度良く検査することが可能な外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。

本願の発明は、内筒と、当該内筒の外側に位置する外筒と、内筒及び外筒との間に設けられた緩衝材とから構成される測定対象物における内筒及び外筒の上下端部に形成される緩衝材の薄肉部の欠損の有無を検査する外観検査装置であって、内側に鏡面を有し、鏡面底部が凹曲面状となったリフレクターと、鏡面で囲まれるようにリフレクター内に位置する測定対象物の鏡面に写り込む画像を撮像するカメラと、測定対象物の前記リフレクター内における上下位置を決める位置決め手段とを備え、位置決め手段は、測定対象物を、当該測定対象物における下端側の薄肉部の周面が鏡面底部に写り込む位置、及び測定対象物における上端側の薄肉部の周面が鏡面底部に写り込む位置にそれぞれ位置決めすることを特徴とする。
本願の構成によれば、位置決め手段によって位置決めされる測定対象物における下端側の薄肉部の周面、及び測定対象物における上端側の薄肉部の周面がリフレクターの鏡面底部の凹曲面状の鏡面に写し出されるため、カメラによって内筒と外筒の間に緩衝材を設けたような複雑な構造を有する測定対象物における内筒及び外筒の上下端部に形成される緩衝材の薄肉部の欠損の有無を容易に撮像できる。
また、本願発明は、リフレクターが底部に前記測定対象物が通過可能な貫通孔を有することを特徴とする。
本願の構成によれば、リフレクターが底部に測定対象物が通過可能な貫通孔を有するため、測定対象物のリフレクター内における上下位置を容易に位置決めすることができる。
また、本願発明は、内筒と、当該内筒の外側に位置する外筒と、内筒及び外筒との間に設けられた緩衝材とから構成される測定対象物における内筒及び外筒の上下端部に形成される緩衝材の薄肉部の欠損の有無を検査する外観検査方法であって、測定対象物を、内側に鏡面を有し、鏡面底部が凹曲面状となったリフレクター内に鏡面で囲まれるように、かつ、測定対象物における下端側の薄肉部の周面が鏡面底部に写り込む位置、及び測定対象物における上端側の薄肉部の周面が鏡面底部に写り込む位置となるように、測定対象物の前記リフレクター内における上下位置をそれぞれ位置決めし、前記位置決め後に前記鏡面に写り込む測定対象物の画像をカメラによりそれぞれ撮像し、前記撮像された画像内の前記薄肉部に相当する領域の形状に基づいて前記測定対象物の良否を判定することを特徴とする。
本願の構成によれば、測定対象物における下端側の薄肉部の周面、及び測定対象物における上端側の薄肉部の周面がリフレクターの鏡面底部の凹曲面状の鏡面に写し出され、鏡面に写り込む画像がカメラによって撮像され、撮像された画像内の前記薄肉部に相当する領域の形状に基づいて前記測定対象物の良否を判定することから、内筒と外筒の間に緩衝材を設けたような複雑な構造を有する測定対象物における内筒及び外筒の上下端部に形成される緩衝材の薄肉部の欠損の有無を容易に検査できる。

本発明に係る外観検査装置の要部断面図である。 （ａ）は第一位置Ｐ１を示す断面図、（ｂ）は撮像画像Ｓ１とワークＷとの対応図である。 （ａ）は第二位置Ｐ２を示す断面図、（ｂ）は撮像画像Ｓ２とワークＷとの対応図である。 ワークＷの側面図及び断面図である。 ワークＷに生じた欠損部を示す側面図である。 従来の外観検査装置を示す概略図である。

図１は本発明に係る外観検査装置の実施形態を示す要部断面図であり、同図において５０は外観検査装置の基盤であり、この基盤５０の両側には平行に立上る２本のパイプ状支柱５１，５２が立設され、その上端にはリングフレーム５３がねじ５４で水平状に取付けられる。リングフレーム５３の内周側には、椀状のリフレクター５５の開口側上端が固定されている。リフレクター５５は、例えば、硬質合成樹脂をインジェクション成型することや、金属板を変形（環絞り）すること等により成型され、リフレクター５５の内面にはアルミニウム等の反射材を蒸着，スパッタリング等の処理を施して、鏡面５５ａが形成される。鏡面５５ａは、リフレクター５５の内周面に沿って半球状、或いは、断面半円状の曲面形状を描くように形成される。即ち、鏡面５５ａは上方から下方に窪む凹曲面状として形成される。

リフレクター５５の上部側は、カメラＫ側に開口しており、下部側にはワークＷが上下動自在に通り抜け可能な貫通孔５７が設けられる。貫通孔５７の周囲の底部５５ｍは、凹曲面状に形成されているため、当該底部５５ｍに写る像はワークＷの実際の形状が拡大された像として写ることとなる。つまり、底部５５ｍは拡大鏡として機能する。

基盤５０の上面の中心位置には、Ｌ字状のシリンダ取付けフレーム５８の底板５９が固定される。シリンダ取付けフレーム５８を構成する垂直フレーム６０の突片６１には把持バンド６２によりシリンダ６３が固定される。シリンダ６３は、垂直方向に延長し、かつ、中心軸がカメラＫの撮像中心５６に一致するように固定される。シリンダ６３のピストン６４の上端には、アタッチメント６５がねじ止めされる。アタッチメント６５の上端には係止ピン６６が取付けられ、係止ピン６６がワークＷの内筒４３に下から挿入されることによりワークＷを縦向きで保持する。リフレクター５５の下面は、横梁６７に載置される。横梁６７には貫通孔５７に対応する孔径の貫通孔６８が形成される。

パイプ状支柱５１，５２からは上方にステー５１ａ，５２ａが突出し、その上端には、カメラＫのレンズが下向きに架設される。カメラＫは例えばＣＣＤカメラであって、下方に位置する底部５５ｍを含む鏡面５５ａに写り込む画像を例えばカラー画像として撮像する。
カメラＫの下方には、下面にリング光源６９を有するリング横板７０が取付けされる。リング横板７０の孔７１は鏡面５５ａの反射光をカメラＫが受光するのに障害とならない大きさに設定されている。
カメラＫの画像は、処理部７２に出力され、処理部７２において予め記憶された基準画像とパターンマッチングによる良否判定が実行される。
制御部７３はワークＷの上，下位置を制御するコントローラであり、位置決め手段としてのシリンダ６３及びピストン６４におけるシリンダ６３を駆動してワークＷの鏡面５５ａ内における上下方向の位置決めを行う。

以下、外観検査装置の測定対象物となるワークＷについて詳説する。
図４に示すように、測定対象物たるワークＷは、径方向外側から内側に向かって外筒４２、合成ゴム等の緩衝材４４、内筒４３の順に配列される。外筒４２及び内筒４３は両端開口の中空状の円筒であって、内筒４３の軸方向の延長長さは外筒４２の軸方向の延長長さよりも長く設定される。
緩衝材４４は、外筒４２の内周面及び内筒４３の外周面との隙間に充填される部材であって、外筒４２及び内筒４３の延長方向に沿って均一に充填される。
緩衝材４４は、外筒４２及び内筒４３の上下端部において薄肉部４４ｔ，４４ｕを有する。薄肉部４４ｔ，４４ｕは金型を用いるインジェクション成型に起因して形成される部分であり、当該薄肉部４４ｔ，４４ｕが周方向に亘って均一に形成されていれば、外筒４２及び内筒４３間に十分な量の緩衝材４４が充填されていることを確認することができる。逆に、薄肉部４４ｔ，４４ｕが周方向に亘って不均一に形成されている場合、即ち、欠損部が存在する場合には、外筒４２及び内筒４３間に必要な量の緩衝材４４が充填されていない可能性を看取することができる。
つまり、上記形状のワークＷにあっては、検査対象部を薄肉部４４ｔ，４４ｕとすることにより、その良否が検査可能である。より具体的には、上方に位置するカメラＫによって鏡面５５ａに写り込む薄肉部４４ｔ，４４ｕの周面を含むワークＷの上下端部を平面視するように撮像し、薄肉部４４ｔ，４４ｕの周面がワークＷの周方向に沿って均一に形成されているか否かにより緩衝材４４の充填量、即ち、ワークＷの良否が検査される。

以下、具体例に基づき、ワークＷの検査工程，動作について説明する。
まず、図１に示すようにアタッチメント６５の係止ピン６６を内筒４３の内部に挿入し、ワークＷが取付け位置に位置するようにシリンダ６３を駆動し、アタッチメント６５にセットしたワークＷを降下させる。

図２（ａ）は、図１に示す状態からワークＷを第一位置Ｐ１に位置決めした状態を示す。
同図において第一位置Ｐ１とは、検査対象部としての薄肉部４４ｕの下端部の高さＷ１が凹状曲面の底部５５ｍの最下縁（開口縁）５５ｐよりも上方の位置である。
ワークＷを当該位置まで降下させて位置決めすることにより、検査対象部となる薄肉部４４ｕは、周囲をリフレクター５５に取り囲まれた状態となり、底部５５ｍには、緩衝材４４の薄肉部４４ｕの下端面４４ｖ及び薄肉部４４ｕの周面（高さ）を含む像が写り込むこととなる。
なお、上記第一位置Ｐ１の説明においては、少なくとも検査対象部となる薄肉部４４ｕの下端部の高さＷ１を底部５５ｍの最下縁５５ｐよりも高くするものとしたが、ワークＷの下端部全体を検査する観点からは、内筒４３の下端面Ｗｍを底部５５ｍの最下縁（開口縁）５５ｐよりも上方の位置とするのがより好ましい。

図２（ｂ）は、上方のカメラＫによって撮像されるワークＷの下端部の撮像画像Ｓ１と、ワークＷの断面とを対応させた図である。同図に示すように、上方に位置するカメラＫによって撮像される撮像画像Ｓ１は、実像と鏡像（反射像）とが並存した画像である。以下、カメラＫによって撮像される撮像画像Ｓ１と、ワークＷとの対応関係について説明する。
まず、撮像画像Ｓ１における最も内側の領域Ａは、内筒４３内に係合される係止ピン６６の上端面に相当する領域である。次に、領域Ａの外側の領域Ｂは、内筒４３の内周面に相当する領域である。次に、領域Ｂの外側の領域Ｃは、内筒４３の上端面の厚さに相当する領域である。次に、領域Ｃの外側の領域Ｄは緩衝材４４の薄肉部４４ｔの上端面４４ｗの厚さに相当する領域である。次に、領域Ｄの外側の領域Ｅは、緩衝材４４の厚肉部の上端面厚さに相当する領域である。次に、領域Ｅの外側の領域Ｆは、外筒４２の上端面の厚さに相当する領域である。以上、撮像画像Ｓ１における領域Ａから領域Ｆに至る領域は、全てワークＷの上端部の画像（実像）である。

次に、領域Ｆの外側の領域Ｇは、底部５５ｍに写り込んだアタッチメント６５の側部の高さに相当する領域である。次に、領域Ｇの外側の領域Ｈは、底部５５ｍに写り込んだ内筒４３の露出部の高さに相当する領域である。
次に、領域Ｈの外側の領域Ｉは、底部５５ｍに写り込んだ緩衝材４４の薄肉部４４ｕの下端面４４ｖの厚さに相当する領域である。
次に、領域Ｉの外側の領域Ｊは、底部５５ｍに写り込んだ緩衝材４４の薄肉部４４ｕの周面の高さに相当する領域である。次に、領域Ｊの外側の領域Ｋは、底部５５ｍに写り込んだ外筒４２の下端面の厚さに相当する領域である。
以上、撮像画像Ｓ１における領域Ｇから領域Ｋに至る領域は、全てワークＷの下端部が底部５５ｍに反射することにより撮像される領域（鏡像）である。
そして、撮像画像Ｓ１においては、緩衝材４４の薄肉部４４ｕの周面の高さに相当する領域Ｊの稜線の一部Ｊ１が外側に膨出するように歪んでおり、Ｊ１における薄肉部４４ｕの高さが他の周囲の薄肉部４４ｕの高さよりも低い状態、即ち、図５に示すような薄肉部４４ｕの一部が欠損した状態であることが看取できる。

上記第一位置Ｐ１におけるワークＷの下端部の撮像終了後には、シリンダ６３を駆動して、アタッチメント６５にセットしたワークＷをさらに降下させ、図３（ａ）に示すようにワークＷの上端部が撮像可能な第二位置Ｐ２に位置決めする。
ここで、第二位置Ｐ２とは、検査対象部としての薄肉部４４ｔの上端部の高さＷ２が鏡面５５ａの上端部５５ｋ（図１参照）よりも下方の位置である。
ワークＷを上記位置まで降下させて位置決めすると、底部５５ｍには、薄肉部４４ｔの周面を含む像が写り込むこととなる。
なお、上記第二位置Ｐ２の説明においては、少なくとも検査対象部となる薄肉部４４ｔの上端部の高さＷ２を鏡面５５ａの上端部５５ｋよりも低くするものとしたが、ワークＷの上端部全体を検査する観点からは、内筒４３の上端面Ｗｎを鏡面５５ａの上端部５５ｋよりも下方の位置とするのがより好ましく、さらに好ましくは上記位置関係に加えて外筒４２の上端面が底部５５ｍの最下縁５５ｐよりも上方に存在し、内筒４３から外筒４２に至るワークＷの上端部全体がカメラＫの撮像範囲に収まる位置とするのがよい。

図３（ｂ）に示すようにワークＷを第二位置Ｐ２に位置決めした状態において、まず、撮像画像Ｓ２における最も内側の領域Ａは、内筒４３内に係合される係止ピン６６の上端面に相当する領域である。次に、領域Ａの外側の領域Ｂは、内筒４３の内周面に相当する領域である。次に、領域Ｂの外側の領域Ｃは、内筒４３の上端面の厚さに相当する領域である。次に、領域Ｃの外側の領域Ｄは薄肉部４４ｔの上端面４４ｗの厚さに相当する領域である。次に、領域Ｄの外側の領域Ｅは、緩衝材４４の厚肉部の上端面厚さに相当する領域である。次に、領域Ｅの外側の領域Ｆは、外筒４２の上端面の厚さに相当する領域である。次に、領域Ｆの外側の領域Ｇは、外筒４２と貫通孔５７との隙間に相当する領域である。以上、撮像画像Ｓ２における領域Ａから領域Ｇに至る領域は、全てワークＷの上端部の画像（実像）である。

次に、領域Ｇの外側の領域Ｈは、底部５５ｍに写り込んだ外筒４２の周面の高さに相当する領域である。次に、領域Ｈの外側の領域Ｉは、底部５５ｍに写り込んだ薄肉部４４ｔの周面の高さに相当する領域である。次に、領域Ｉの外側の領域Ｊは、底部５５ｍに写り込んだ内筒４３の露出部の高さに相当する領域である。
以上、撮像画像Ｓ２における領域Ｈから領域Ｊに至る領域は、全てワークＷの上端部が底部５５ｍに反射することにより撮像される領域である。
そして、撮像画像Ｓ２においては、緩衝材４４の薄肉部４４ｔの周面の高さに相当する領域Ｉの稜線の一部Ｊ２が内側に膨出するように歪んでおり、Ｊ２における薄肉部４４ｔの高さが他の周囲の薄肉部４４ｔの高さよりも低い状態、即ち、図５に示すような薄肉部４４ｔの一部が欠損した状態であることが看取できる。

図１に示すように、第一位置Ｐ１及び第二位置Ｐ２においてカメラＫによってそれぞれ撮像された撮像画像Ｓ１，Ｓ２は、処理部７２に出力される。
処理部７２は、入力された撮像画像Ｓ１及びＳ２を予め撮像された基準画像Ｓ１´，Ｓ２´と比較するパターンマッチングを実行し、入力された撮像画像Ｓ１及びＳ２が基準画像Ｓ１´，Ｓ２´と一致するかを判定する。基準画像Ｓ１´は、予め良品として判定されたワークＷ´をワークＷを撮像した位置と同一の第一位置Ｐ１にて撮像した画像であり、基準画像Ｓ２´は、予め良品として判定されたワークＷ´を同じくワークＷを撮像した位置と同一の第二位置Ｐ２にて撮像した画像である。
そしてこれら基準画像Ｓ１´，Ｓ２´は良品として判定されたワークＷの画像であるため、前述の領域が均一な同心円によって形成されることとなる。
一方、前述の通り撮像画像Ｓ１及びＳ２にはそれぞれ、外側に膨出するＪ１と内側に膨出するＪ２が存在していることから、基準画像Ｓ１´，Ｓ２´と一致することはなくワークＷが不良として判定されることとなる。なお、良否の判定は予め規定した閾値によって、膨出量が閾値を超えたときに不良判定を行うようにしてもよい。
処理部７２による判定の結果、不良と判定されれば不良である旨の表示を図外のモニター等に表示し、撮像対象のワークＷが不良品であることを報知する。処理部７２は、判定処理が終了したことに基づいて制御部７３に復帰信号を出力し、制御部７３が復帰信号に基づいてシリンダ６３を駆動制御することにより検査対象のワークＷを元の取付け位置まで上昇させて、一回の検査工程が終了する。

以上説明したように、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法によれば、底部５５ｍが凹曲面状として形成され、かつ、測定対象物の検査対象部が底部５５ｍに写り込むように位置決めされることから、実施例におけるワークＷに示すような平坦な面と湾曲した面、或いは垂直に立ち上がる面等によって形成される複雑な形状を呈する測定対象物であっても、測定対象物の回転や付け替え等の作業を経ることなく測定対象物における検査対象部の上端部，下端部の形状を容易に検査することができる。
また、本例においては薄肉部４４ｔ，４４ｕの欠損部４５の存在がワークＷの品質を決定するメジャーとなることから、当該部分を検査対象部として薄肉部４４ｔ，４４ｕの周囲（高さ）を注視し、パターンマッチングを行ったが撮像画像Ｓ１，Ｓ２には、外筒４２の周面（高さ）を除く全ての面の形状が表れており、ワークＷの上下の端部を構成する他の面の欠損についても検査可能であることは言うまでもない。

４２ 外筒、４３ 内筒、４４ 緩衝材、５０ 基盤、５１，５２ パイプ状支柱、
５３ リングフレーム、５５ リフレクター、５５ａ 鏡面、５７ 貫通孔、
５８ シリンダ取付けフレーム、６３ シリンダ、６４ ピストン、
６５ アタッチメント、６６ 係止ピン、６８ 貫通孔、６９ リング光源、
７２ 処理部、７３ 制御部。

Claims (3)

1. 内筒と、当該内筒の外側に位置する外筒と、前記内筒及び外筒との間に設けられた緩衝材とから構成される測定対象物における前記内筒及び外筒の上下端部に形成される前記緩衝材の薄肉部の欠損の有無を検査する外観検査装置であって、
   内側に鏡面を有し、鏡面底部が凹曲面状となったリフレクターと、
   前記鏡面で囲まれるように前記リフレクター内に位置する測定対象物の前記鏡面に写り込む画像を撮像するカメラと、
   前記測定対象物の前記リフレクター内における上下位置を決める位置決め手段と、
   を備え、
   前記位置決め手段は、前記測定対象物を、当該測定対象物における前記下端側の薄肉部の周面が前記鏡面底部に写り込む位置、及び前記測定対象物における前記上端側の薄肉部の周面が前記鏡面底部に写り込む位置にそれぞれ位置決めすることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記リフレクターが底部に前記測定対象物が通過可能な貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 内筒と、当該内筒の外側に位置する外筒と、前記内筒及び外筒との間に設けられた緩衝材とから構成される測定対象物における前記内筒及び外筒の上下端部に形成される前記緩衝材の薄肉部の欠損の有無を検査する外観検査方法であって、
   前記測定対象物を、内側に鏡面を有し、鏡面底部が凹曲面状となったリフレクター内に前記鏡面で囲まれるように、かつ、前記測定対象物における前記下端側の薄肉部の周面が前記鏡面底部に写り込む位置、及び前記測定対象物における前記上端側の薄肉部の周面が前記鏡面底部に写り込む位置となるように、前記測定対象物の前記リフレクター内における上下位置をそれぞれ位置決めし、
   前記位置決め後に前記鏡面に写り込む測定対象物の画像をカメラによりそれぞれ撮像し、
   前記撮像された画像内の前記薄肉部に相当する領域の形状に基づいて前記測定対象物の良否を判定することを特徴とする外観検査方法。

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