JP5983321B2 - 刻印方法および刻印装置 - Google Patents

Description

本発明は、刻印方法および刻印装置に関する。

工業製品のトレサビリティ・管理のために、文字等の画像を工業製品に刻印する刻印装置が実用化されている。刻印方式としては、ドット式、ローリング式（ポンチ式）、チャック式、プレス式等の様々な方法が実用化されている。近年においては、これらのうちドット式の刻印方法が多く採用されるようになってきている。

ドット式は、刻印物として例えばアルミ部品に、打刻ピンを用いて点（ドット）で刻印し、刻印された点の集合により文字、マーク、或いはバーコード等の画像を得る方式である。ドット式によれば、刻印文字の自由度が高く、設備も安価であるという利点を有している。また、ドット式によれば、画像サイズや打刻エリアを設定可能範囲内で自由に設定でき、刻印駒の作製が不要なので、ランニングコストを大幅に削減できるというメリットもある。さらに、打刻ピンによれば、ワークに対する加圧負荷を軽減することができる。

特許文献１においては、打刻文字が刻印された面に対向配置されたカメラを用いて打刻文字を撮像し、得られた撮像画像から打刻文字の良否を検査する検査装置が提案されている。具体的には、打刻文字を撮像した画像から文字画像を抽出して、文字画像各部の幅および文字の部分欠けを定量的に検査する方法が提案されている。

特開平０７−０６３５３２号公報

しかしながら、シリアルナンバーやトレサビリティ管理のための刻印は、製品製造の最終段階に行われることが多く、打刻後に検査して刻印不良と判定された場合、ワークを廃棄することになりコストが増大するという問題があった。例えば、図１Ａに示す断面図のように、ワーク５０の刻印予定部に凹部欠陥があった場合、刻印装置により刻印文字「１ＪＺ」を刻印した場合に、例えば、図１Ｂのようになる。このようなワーク５０は、刻印後の品質チェック検査において不良と判定され、廃棄処理されていた。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、廃棄されるワークの数を減らしてロスコストの低減を実現する刻印方法および刻印装置を提供することである。

本発明に係る刻印方法は、ワークに刻印する刻印方法であって、前記ワークをワーク受け治具に固定する固定ステップと、前記ワークに刻印する前に、当該ワークの刻印が予定されている刻印予定部の画像を撮像するワーク撮像ステップと、前記ワーク撮像ステップで撮像された画像に基づいて、前記刻印予定部に凹凸の有無を検出する凹凸検出ステップと、前記凹凸検出ステップにおいて凹凸が検出されなかった前記ワークに対し、刻印を実施する刻印ステップとを備えるものである。

本発明の刻印方法によれば、ワークに刻印する前にワークの刻印予定部の凹凸を予め検出して、凹凸がないものに対して刻印を実施するので、廃棄されるワークの数を減らすことが可能となる。その結果、ロスコストの低減を実現できる。

ここに開示される刻印方法の好ましい一態様では、前記刻印ステップ後に、前記ワークの刻印画像を撮像する刻印画像撮像ステップと、前記刻印画像撮像ステップにより撮像された画像に基づいて、前記刻印画像が不良と判定されるものを抽出する不良刻印画像抽出ステップとをさらに備える。
また、ここに開示される刻印方法の好ましい一態様では、前記凹凸検出ステップにおいて凹凸が検出された前記ワークに対し、凹凸がない刻印エリアの有無を検索する検索ステップと、前記検索ステップで、凹凸がない刻印エリアが有りと判定されたワークに対し、当該刻印エリアに刻印を実施するステップとをさらに備える。
また、ここに開示される刻印方法の好ましい一態様では、前記刻印は、ドット式により行われる。

本発明に係る刻印装置は、ワークに刻印する刻印装置であって、前記ワークを固定するワーク受け治具と、前記ワークの刻印が予定されている刻印予定部の画像を撮像するワーク撮像手段と、前記ワーク撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記刻印予定部の凹凸の有無を検出する凹凸検出手段と、当該凹凸検出手段により凹凸が検出されなかった前記ワークに対して、前記刻印予定部に刻印する刻印ユニットとを備えるものである。

ここに開示される刻印装置の好ましい一態様では、前記刻印ユニットにより刻印された刻印画像を撮像する刻印画像撮像手段と、前記刻印画像撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記刻印画像が不良と判定されるものを抽出する不良刻印画像抽出手段とをさらに備える。
また、ここに開示される刻印装置の好ましい一態様では、前記凹凸検出手段において凹凸が検出された前記ワークに対し、凹凸が検出されない刻印エリアの有無を検索する検索機構と、前記検索機構により、凹凸が検出されない刻印エリアが有りと判定された前記ワークに対し、当該刻印エリアに刻印位置をずらす機構とを備える。
また、ここに開示される刻印装置の好ましい一態様では、前記刻印は、ドット式により行われる。

本発明によれば、廃棄されるワークの数を減らしてロスコストの低減を実現する刻印方法および刻印装置を提供できるという優れた効果を有する。

ワークの凹部欠陥の一例を示す刻印予定部の模式的断面図。 ワークの刻印予定部において、欠陥となるワークの要部の一例を示す模式的上面図。 第１実施形態に係る刻印装置の一例を示す概略説明図。 第１実施形態に係る刻印方法のフローチャート図。 第２実施形態に係る刻印方法のフローチャート図。 ワークの刻印予定部において、欠陥部を回避して刻印した良品となるワークの要部の一例を示す模式的上面図。 第３実施形態に係る刻印方法のフローチャート図。 第４実施形態に係る刻印方法のフローチャート図。

以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以降の実施形態において、同一の要素部材には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。また、下記の実施形態は、互いに好適に組み合わせられる。

［第１実施形態］
本発明の刻印装置は、例えば工業製品に対し、トレサビリティ・管理を行うために製品番号／管理番号、型式番号、マークなどの識別番号などの画像を刻印する装置である。刻印装置の刻印方法は、特に限定されず、公知の方法を制限なく利用できる。刻印方式の一例としては、ドット式、ローリング式（ポンチ式）、チャック式、プレス式等が挙げられる。以下、ドット式の刻印装置を例にとって説明する。

図２に、第１実施形態に係る刻印装置の模式的説明図の一例を示す。刻印装置１は、刻印ユニット１０、検査ユニット２０、制御ユニット３０、ワーク受け治具４０等を有する。また、刻印対象の材質等によって、刻印する押圧力等を制御する圧力制御機構等を備えていてもよい。

図２においては、ワーク５０も合わせて図示している。本発明に適用できるワーク５０は、刻印対象物であり、その種類は特に限定されない。例えば、自動車部品、電子機器、各種部品等が挙げられる。ワーク５０の刻印予定部の材質は特に限定されず、アルミニウム、ステンレス、銅やこれらの合金等をはじめ、セラミック、各種複合材料などに広範な材料に適用できる。ワーク５０の刻印予定部の形状は、良好な刻印が可能な限りにおいて限定されず、図２のように平板状であってもよいし、曲面状等でもよい。

刻印ユニット１０は、打刻ピン１１、ＸＹ面を自在に移動させるＸＹ面移動機構１２、Ｚ軸方向に刻印ユニットを自在に移動させるＺ方向移動機構１３等を有する。打刻ピン１１により、点をワーク５０の刻印予定部に打刻して刻印する。刻印された点の集合により文字、マーク、或いはバーコード等の画像が形成される。

検査ユニット２０は、ワーク５０の刻印が予定されている刻印予定部５１の画像を撮像する撮像手段２１と、この撮像手段２１により撮像された画像に基づいて、刻印予定部５１の凹凸を実際に刻印する前に予め検出する凹凸検出手段２２とを有する。なお、撮像手段２１と凹凸検出手段２２は、検査ユニット２０として一体的に形成されている例を挙げたが、別体に形成されていてもよい。

撮像手段２１を用いて刻印前のワーク５０の刻印予定部５１の画像を撮像し、凹凸検出手段２２によって、撮像された刻印予定部の画像処理を行い、刻印予定部の異物や刻印予定部の表面欠陥等による凹凸の有無を確認する。画像処理方法は、特に限定されず、２値画像処理や輝度画像処理などの公知の方法を制限なく利用できる。得られたデータから、製品として許容される範囲を超えたサイズの異物や表面欠陥による凹凸、或いはサイズは許容範囲であっても刻印画像と重なる位置にある異物や表面欠陥による凹凸等（以下、これらをまとめて「欠陥部」ともいう）を検出する。刻印予定部に製品として許容される範囲の異物や表面欠陥等の凹凸等の欠陥部があっても、刻印画像と重ならず、製品として出荷可能と判断される場合には、検出対象から除外する。即ち、刻印実施対象とする。即ち、凹凸検出は、製品として許容される範囲か否かを基準に検出を行う。

制御ユニット３０は、刻印装置１全体を制御するユニットである。制御ユニット３０は、刻印ユニット１０、検査ユニット２０等を制御する。例えば、刻印ユニット１０に刻印画像のデータを送信したり、刻印ユニット１０の位置制御を指令したりする。また、検査ユニット２０に検査指示を行ったりする。刻印予定部の検査をクリアしたワーク５０は、制御ユニット３０の指示に基づいて刻印ユニット１０により刻印が実施される。一方、検査において不合格であったワーク５０は、ワーク受け治具４０の固定を解除してワーク５０を刻印装置１から搬出する。

制御ユニット３０は、例えば、不図示の記憶装置と接続可能に構成し、刻印画像の読み出しや書き込みを行う構成としてもよい。また、制御ユニット３０とパーソナルコンピュータ等の外部装置を接続して、制御条件等を入力可能なようにしてもよい。

ワーク受け治具４０は、ワーク５０を固定する部分である。図２のような載置台において真空吸着等によってワーク５０を固定してもよいし、ワーク挟持部を設けて機械的に挟持することにより固定してもよい。図２においては、ワーク受け治具４０の上面にワーク５０を載置して固定しているが、ワーク受け治具４０の下面にワーク５０を真空吸着等により固定して、下方からワーク５０の刻印予定部に打刻するようにしてもよい。また、ワーク受け治具４０は、静置されていなくてもよく、回動可能な構成や、面内を移動可能な構成にしてもよい。

第１実施形態に係る刻印方法について、図３のフローチャート図を用いつつ説明する。まず、刻印装置１を起動し、ステップ１において刻印を行うワーク５０を刻印装置内に搬入し、少なくともワーク５０の刻印予定部を固定する（ワーク固定ステップ）。ワーク５０の搬入方法は、特に限定されず、ニーズや目的に応じて設計できる。例えば、搬入アーム等を用いてオートメーション式としても、手動式としてもよい。また、複数のワークを刻印装置１内に順次搬入して、後述するステップ１〜６を連続的に行うようにしてもよいし、ステップ１〜６の工程が終わった後に後続のワークをステップ１から開始するようにしてもよい。また、複数のワークを同時に処理可能に構成してもよい。

ステップ２においてワーク５０の刻印予定部の画像を撮像する（ワーク撮像ステップ）。次いで、ステップ３において、得られた画像に基づき、刻印予定部の凹凸を検出する。より具体的には、ステップ２により得られた画像を処理して、刻印予定部に刻印を行った場合に問題となる凹凸を刻印前に予め検出する（凹凸検出ステップ）。ここで凹凸検出するものは、製品として出荷できないものをいい、出荷可能な、例えば、目視においては判定し難い、極僅かな不良等を含むものは凹凸なしと判定する。

ステップ３の凹凸検出ステップにおいて、凹凸の検出がなされなかった場合には、ステップ４に進み、刻印予定部に刻印を実施する（刻印ステップ）。そして、刻印後、固定を解除してワークを刻印装置１外に搬出する（ステップ５）。

一方、ステップ３の凹凸検出ステップにおいて、凹凸検出がなされた場合、後述するステップ６に進み、刻印装置１から搬出し、刻印済みのワークとは別にする。刻印されなかったワークに対し、刻印装置１から搬出後、原因を解析して再利用できる可能性について検討する。例えば、ゴミや塵等が付着している場合に、これらを除去して再利用できるか否か、或いは、刻印予定部に凹凸面がある場合に、刻印位置を補正することにより対応できないか等について検討する。そして、対策により問題が解決できるものについては、必要な対策を講じた上で本発明の刻印方法を実施する。

なお、ステップ３の後、凹凸ありと判定されたワークに対し、刻印可能な条件を検討し、問題を除去して刻印可能な状態とする手段を有していてもよい。例えば、刻印予定部にゴミや塵等がある場合、エアーブローによりゴミや塵等を除去する手段を設けてもよい。また、後述する第２実施形態のように、刻印予定部の位置を補正する手段を設けてもよい。これらの対策によって刻印可能な状態になった場合には、ステップ４に進み、或いはステップ２に戻って画像を撮像してステップ３で凹凸の有無を再度検討してもよい。前述の手段によってもなお凹凸検出される場合にのみ、ステップ６に進むようにすることにより、刻印装置１から搬出される未刻印のワーク数を減らすことができる。

ドット式においては、刻印文字の自由度が高く、設備も安価なので多く使われている反面、刻印予定部の凹凸に影響されやすく、刻印文字が読み取れないなどの欠点があった。第１実施形態に係る刻印装置によれば、刻印前にワークの刻印予定部を検査し、刻印予定部の凹凸を検出する。そして、刻印予定部に凹凸があると判定された場合には、刻印を行わない。すなわち、第１実施形態によれば、刻印予定部に凹凸等の欠陥部がないと確定したワークにのみ刻印を行う。その結果、刻印予定部の欠陥部に図１Ｂに示すように刻印文字が重なってワークを廃棄する無駄を防止できる。その結果、ワークの廃棄率を低減し、ロスコストの低減を実現できる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る刻印装置および刻印方法として、上記第１実施形態とは異なる一例について図４のフローチャート図を用いつつ説明する。第２実施形態に係る刻印方法は、以下に説明する点を除き、第１実施形態と同様の方法により刻印を行う。

ステップ３までは、上記第1実施形態と同様である。また、ステップ３で凹凸なしと判定された場合には、上記第1実施形態と同様にステップ４に進む。一方、ステップ３において凹凸が検出された場合には、ステップ３Ａに進み、凹凸が検出されない刻印エリアの有無を検索する。具体的には、刻印位置を補正する（ずらす）ことにより良好な刻印が得られる位置があるか否かを検索する。位置の検索は、ステップ２で得られた画像に基づいて、ステップ３の凹凸検出手段２２を用いて行うことができる。ステップ２の画像において、刻印予定部の撮像を行う際、実際の刻印予定部よりも広めに撮像しておくことにより、検索範囲を広げることができる。

刻印位置を補正することにより刻印可能と判定された場合（刻印可能な凹凸なしの位置有と判定された場合）には、ステップＳ３Ａの情報に基づいてワーク５０の刻印位置をずらす（ステップＳ３Ｂ）。刻印位置をずらす機構は、種々の機構を採用できる。例えば、ワーク５０を固定したままワーク受け治具４０のＸＹ面の位置をずらすことにより調整してもよい。また、ワーク５０の固定を解除して、ワーク受け治具４０に対するワーク５０の固定位置を変更してもよい。或いは、刻印ユニット１０の位置を調整することにより刻印予定部を調整するようにしてもよい。

製品不良となるほどの欠陥部である場合は論外であるが、小さな刻印文字と重なった場合には支障が出るものの、刻印文字と欠陥部が重ならないようにすることにより、製品として支障がない軽微な欠陥部がある。例えば、図５の例のように、欠陥部が刻印文字と重ならない位置にある例が挙げられる。第２実施形態によれば、刻印予定部をずらす機構を設けることにより、最初の刻印予定部に欠陥部がある場合であっても、良好な刻印文字を得ることができる。第２実施形態に係る刻印装置によれば、第１実施形態と同様の理由によりロスコストの低減を実現できる。また、第２実施形態によれば、刻印予定部の位置をずらす手段を刻印装置内に設けることにより、当該フロー内で刻印可能なワーク数を増やすことができる。その結果、より効果的に処理の効率化を図ることができる。

なお、刻印予定部の位置を変更する方法は、上記方法に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ステップＳ３Ａを行わずに、自動的に刻印予定部を所定距離だけシフトさせるステップを備え、ステップ２、ステップ３をこの順で刻印が可能になるまで予め決めた回数まで行うようにしてもよい。

［第３実施形態］
図６に、第３実施形態に係る刻印方法のフローチャート図を示す。第３実施形態に係る刻印方法は、ステップ４の工程によりワーク５０に刻印された後、さらに、ステップ４Ａにおいて刻印画像を撮像するステップ（刻印画像撮像ステップ）と、ステップ４Ｂにおいて刻印画像の不良の有無を判定するステップを有する。ステップ４Ｂは、言い換えると不良刻印画像抽出ステップである。ここで、刻印画像が不良とは、製品として出荷できないレベルのもの（規格外のもの）をいい、製品として出荷可能な極軽微な不良を有しているものは良品として判定する。ステップ４Ｂにおいて良品と判定されると、第1実施形態と同様にステップ５に進む。一方、ステップ４Ｂにおいて不良と判定されると、ステップ７に進み、刻印装置１外に搬出され、良品の刻印済みワークと分ける。

第３実施形態においては、ステップ４の後、刻印画像を撮像し、得られた刻印画像を画像処理して、刻印画像が良好か不良かを判定し、不良品を抽出する抽出手段を有する。画像処理方法は特に限定されないが、例えば、打刻文字を撮像した画像から文字画像を抽出して、文字画像各部の幅および文字の部分欠け等を定量的に判断する方法等とすることができる。

刻印画像の撮像手段と、不良刻印画像抽出手段は、前述の検査ユニット２０と共用してもよい。即ち、ステップ２の刻印前の刻印予定部の撮像手段２１および凹凸検出手段２２と共用してもよい。言い換えると、図１の検査ユニット２０においてステップ２、３に加え、ステップ４Ａ、４Ｂを行ってもよい。また、検査ユニット２０とは別に刻印検査ユニットを設けてもよい。検査ユニットを共用することにより装置の小型化を図り、安価な装置を提供できる。一方、検査ユニットを別体とすることにより、処理の高速化を図ることができる。

第３実施形態に係る刻印装置によれば、第２実施形態と同様の理由によりロスコストを低減し、かつ、効果的に処理の効率化を図ることができる。また、第３実施形態によれば、刻印装置内において刻印画像が規格内であるか否かを判定できるという優れたメリットがある。
なお、ステップ４Ｂにおいて、文字等の刻印画像が規格内に入っていない場合には、アラームにより管理者に警告した上で、刻印装置を一時停止するようにしてもよい。刻印予定部が良好であるにもかかわらず刻印画像が不良となる場合には、刻印装置の故障などの原因も考えられ、管理者によって確認した方がさらなるワークの廃棄を出さないために好ましい。

［第４実施形態］
図７に、第４実施形態に係る刻印方法のフローチャート図を示す。第４実施形態は、ステップ３の工程により凹凸が検出された場合において、ステップ６の代わりにアラームにより管理者に知らせ、刻印装置１を一時停止する（ステップＳ８）点において第１実施形態と相違するが、その他のステップにおいては第１実施形態と同様である。なお、アラームに代えて他の方法により管理者に知らせる方法を採用してもよい。

第４実施形態に係る刻印装置によれば、第１実施形態と同様の理由によりロスコストを低減できる。さらに、第４実施形態に係る刻印装置によれば、凹凸が検出された場合にアラームにより管理者に知らせて刻印装置を一時停止するので、管理者によって刻印不可の理由を判定し、適切な対応を取ることができる。凹凸ありと判定されるケースとして、刻印予定部に凹凸がある場合の他、刻印装置自体の不具合や、ワークの固定不良等のケースもある。管理者が判定することにより、ケースに応じて的確かつ柔軟な対応を取ることができるというメリットがある。

なお、上記実施形態は一例であって、本発明の刻印装置および刻印方法は、種々の変形が可能である。また、上記実施形態においてはドット式の刻印方式について説明したが、他の刻印方式についても適用できることは言うまでもない。

１ 刻印装置
１０ 刻印ユニット
１１ 打刻ピン
１２ Ｚ方向移動機構
１３ ＸＹ面移動機構
２０ 検査ユニット
２１ 撮像手段
２２ 判定手段
３０ 制御ユニット
４０ ワーク受け治具
５０ ワーク

Claims (6)

1. ワークに刻印する刻印方法であって、
   前記ワークをワーク受け治具に固定する固定ステップと、
   前記ワークに刻印する前に、当該ワークの刻印が予定されている刻印予定部の画像を撮像するワーク撮像ステップと、
   前記ワーク撮像ステップで撮像された画像に基づいて、前記刻印予定部の凹凸を予め検出する凹凸検出ステップと、
   前記凹凸検出ステップにおいて凹凸が検出されなかった前記ワークに対し、刻印を実施する刻印ステップと
   を備え、
   前記凹凸検出ステップにおいて凹凸が検出された前記ワークに対し、凹凸がない刻印エリアの有無を検索する検索ステップと、
   前記検索ステップで、凹凸が検出されない刻印エリアが有りと判定されたワークに対し、凹凸が検出されない当該刻印エリアに刻印を実施するステップと
   をさらに備える刻印方法。
2. 前記刻印ステップ後に、前記ワークの刻印画像を撮像する刻印画像撮像ステップと、
   前記刻印画像撮像ステップにより撮像された画像に基づいて、前記刻印画像が不良と判定されるものを抽出する不良刻印画像抽出ステップと
   をさらに備える請求項１に記載の刻印方法。
3. 前記刻印は、ドット式により行われる請求項１又は２に記載の刻印方法。
4. ワークに刻印する刻印装置であって、
   前記ワークを固定するワーク受け治具と、
   前記ワークの刻印が予定されている刻印予定部の画像を撮像するワーク撮像手段と、
   前記ワーク撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記刻印予定部の凹凸を検出する凹凸検出手段と、
   凹凸検出手段において、凹凸が検出されなかった前記ワークに対して、前記刻印予定部に刻印する刻印ユニットと
   を備え、
   前記凹凸検出手段において凹凸が検出された前記ワークに対し、凹凸が検出されない刻印エリアの有無を検索する検索機構と、
   前記検索機構により、凹凸が検出されない刻印エリアが有りと判定された前記ワークに対し、凹凸が検出されない当該刻印エリアに刻印位置をずらす機構と、
   を備える刻印装置。
   る刻印装置。
5. 前記刻印ユニットにより刻印された刻印画像を撮像する刻印画像撮像手段と、
   前記刻印画像撮像手段により撮像された画像に基づいて、前記刻印画像が不良と判定されるものを抽出する不良刻印画像抽出手段と
   をさらに備える請求項４に記載の刻印装置。
6. 前記刻印は、ドット式により行われる請求項４又は５に記載の刻印装置。

Images