JP6512035B2

JP6512035B2 - 自動検査方法および自動検査装置

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Publication number: JP6512035B2
Application number: JP2015168458A
Authority: JP
Inventors: 亮二小野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: JP2017044620A

Description

本発明は、焼結磁石片など、粉末冶金法を用いて製造された焼結体片の自動検査方法および自動検査装置に関する。

粉末冶金法を用いて製造された焼結体片は、用途に応じた種々の形状を有している。しかしながら、焼結体片の製造過程において、焼結体片に欠けが発生することがある。

例えば、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物を主相とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、永久磁石の中で最も高性能な磁石として知られており、ハードディスクドライブのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）や、ハイブリッド車搭載用モータ等の各種モータや家電製品等に使用されている。Ｎｄの一部または全部は他の希土類元素Ｒに置き換えられても良く、Ｆｅの一部は他の遷移金属元素に置き換えられても良いため、Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ型化合物は、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ型化合物と表現される場合がある。なお、Ｂの一部はＣ（炭素）に置き換えられ得る。

しかし、特にＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石はもろく欠けやすい。そのため、製造工程間の輸送やハンドリング、加工での投入取り出し時などに焼結磁石片どうしが接触した時の衝撃による欠けが発生することがある。特に、近年需要が高まっている自動車の動力源用のモータや産業機器用モータに使用される焼結磁石片は、小型で長尺な形状（例えば、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を有しており、特に欠けが発生しやすい。

これらの焼結磁石片は大量生産されるので、大量の焼結磁石片について、欠けの有無（欠けの程度が許容範囲内か否かを含む。以下同じ。）を高い正確性をもって判定することが求められている。また、短時間（例えば３０個／分以上）で判定することが求められている。

本発明は、上記で例示した焼結磁石片などの焼結体片の欠けの有無を高い正確性をもって、および／または、短時間で判定することができる自動検査方法および自動検査装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による自動検査方法は、直方体の焼結体片の長さ、幅および高さを測定する工程Ａと、前記焼結体片の実体積を計測する工程Ｂと、前記実体積と前記長さ×前記幅×前記高さとの差として欠け体積を求める工程Ｃと、前記欠け体積を予め決められた許容体積と比較し、前記欠け体積が前記許容体積以下である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｄと、前記焼結体片の質量を測定する工程Ｅと、前記質量を予め決められた許容質量と比較し、前記質量が前記許容質量以上である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｆとを包含する。この実施形態によると、前記工程Ｄおよび前記工程Ｆで良品と判定された前記焼結体片が最終的に良品と判定される。

前記工程Ａおよび前記工程Ｂは、前記工程Ｃの前に行われればよく、前記工程Ａと前記工程Ｂとの順序はいずれであってもよい。また、前記工程Ｄは、前記工程Ｃの後に行われればよく、前記工程Ｄと前記工程Ｅおよび前記Ｆとの関係は任意であってもよい。また、前記工程Ｅは前記工程Ｆの前に行われればよく、前記工程Ｅおよび前記Ｆと前記工程Ａ〜Ｄとの関係は任意であってよい。

前記工程Ｆの後に、良品とされた焼結体片を選別する工程をさらに包含してもよい。前記選別された良品は、例えば、所定の位置に配置された容器内に配置される。

ある実施形態において、前記自動検査方法は、前記焼結体片の６つの面の画像を取得する工程Ｇと、前記工程Ｇにおいて取得した各画像内において、予め決められた許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求める工程Ｈと、前記総和が予め決められた許容面積以下である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｉとをさらに包含する。この実施形態によると、前記工程Ｄ、前記工程Ｆおよび前記工程Ｉで良品と判定された前記焼結体片が最終的に良品と判定され得る。前記工程Ｉの後に、良品とされた焼結体片を選別する工程をさらに包含してもよい。前記選別された良品は、例えば、所定の位置に配置された容器内に配置される。前記工程Ｇは、前記工程Ｈおよび前記工程Ｉの前に行われればよく、前記工程Ａ〜Ｆとの関係は任意であってよい。

本発明の実施形態による自動検査装置は、所定の位置に配列された複数の焼結体片を１つずつ所定の位置に順次搬送する搬送装置と、第１の位置に配置され、前記焼結体片の長さおよび幅を測定する２次元寸法測定器と、第２の位置に配置され、前記焼結体片の高さの測定および前記焼結磁石片の長さ方向に直交する面における断面積を長さ方向に沿って所定のピッチで測定することによって、または、幅方向に直交する面における断面積を幅方向に沿って所定のピッチで測定することによって、得られた複数の断面積から前記焼結体片の実体積を求めるプロファイル測定器と、第３の位置に配置され、前記焼結体片の質量を測定するロードセルと、予め決められた許容体積および許容質量を格納したメモリと、前記実体積と前記長さ×前記幅×前記高さとの差として欠け体積を求め、前記欠け体積を前記許容体積と比較し、前記欠け体積が前記許容体積以下である前記焼結体片を良品と判定し、かつ、前記質量を前記許容質量と比較し、前記質量が前記許容質量以上である前記焼結体片を良品と判定するプロセッサとを有する。

ある実施形態において、第４の位置に配置され、前記焼結体片の６つの面の画像を取得する６台のカメラをさらに有し、前記メモリは、予め決められた許容輝度範囲および許容面積をさらに格納しており、前記プロセッサは、前記６つの面の画像のそれぞれにおいて、前記許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求め、前記面積の総和が前記許容面積以下である前記焼結体片を良品と判定する。

本発明の実施形態によると、焼結磁石片などの焼結体片の欠けの有無を高い正確性をもって判定することができる自動検査方法および自動検査装置が提供される。

本発明の実施形態による自動検査方法および自動検査装置によって検査される焼結磁石片１の例を示す模式図である。焼結磁石片１の上面図、長さ方向側面図および幅方向側面図を示す模式図である。本発明の実施形態による自動検査方法のフローチャートである。本発明の実施形態による自動検査装置１００の模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による自動検査方法および自動検査装置を説明する。なお、本発明の実施形態は、例示する実施形態に限定されない。また、以下では、本発明の実施形態による自動検査方法および自動検査装置によって検査される焼結体片の例として、上述したＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の焼結磁石片１を例示する。

図１および図２に示す様に、焼結磁石片１は直方体（立方体を含む。）であり、長さＬ、幅Ｗ、高さ（厚さ）Ｈを有する（Ｌ≧Ｗ≧Ｈ）。焼結磁石片１は、例えば、長さＬ＝３０ｍｍ、幅Ｗ＝１０ｍｍ、高さＨ＝５ｍｍである。直方体の面の内で、長さＬ×幅Ｗで規定される面を主面と呼び、他を側面と呼ぶことにする。主面の内で、図１中の上側の主面を上面と呼び、下側の主面を下面と呼ぶ。また、側面の内で、長さＬ×高さＨで規定される側面を長さ方向側面と呼び、幅Ｗ×高さＨで規定される側面を幅方向側面と呼ぶ。

焼結磁石片１は、例えば、所望の大きさおよび形状に機械加工され、さらに表面処理された最終製品であり、欠けの検査工程は、製品出荷前の最終検査工程である。もちろん、本発明の実施形態による自動検査方法および自動検査装置は、これに限られず、必要に応じて、焼結磁石片１の製造プロセスの任意の段階で用いることができる。

図１および図２に示す焼結磁石片１は、角部に欠け１ｃを有する。ここでは、１つの角部の一部が欠けた例を示しているが、例えば、ある稜の全体（２つの角部を含む）にわたる欠けが発生することもある。

図３に本発明の実施形態による自動検査方法のフローチャートを示す。図３を参照して、本発明の実施形態による自動検査方法を説明する。

本発明の実施形態による自動検査方法は、以下の工程ａ〜ｆを包含する。なお、工程ａ〜ｆの順序は、図３に例示する順序に限られない。

工程ａでは、直方体の焼結磁石片１の長さＬ、幅Ｗおよび高さＨを測定する。ここで測定する長さＬ、幅Ｗおよび高さＨは、欠け１ｃの影響を受けない、すなわち欠けが無いとした場合の長さＬ、幅Ｗおよび高さＨであり、これらの値に基づいて、欠けが無いとしたときの焼結磁石片１の体積（「目的体積」と呼ぶことにする。）を求めることができる。

長さＬ、幅Ｗおよび高さＨは別々に測定してもよいし、このうちの任意の２以上を同時に測定してもよい。長さＬ、幅Ｗおよび高さＨの２以上を同時に測定することによって、検査を短時間化できる。例えば、２次元寸法測定器を用いて、焼結磁石片１の長さＬおよび幅Ｗを同時に測定することができる。特に、投影型の２次元寸法測定器（例えば、キーエンス社製のＴＭ−３０００）は、精度の高い測定を高速で行うことができる。２次元寸法測定器ＴＭ−３０００は、緑色のＬＥＤから出射された平行光を焼結磁石片１に照射し、２次元ＣＭＯＳで受光した光の輝度分布（「投影画像」ということもある。）における明暗のエッジラインを検出し、エッジラインに基づいて寸法や角度を測定することができる。また、投影画像の一部に欠けが存在しても、欠けのない部分から長さＬおよび幅Ｗを求めることができる。なお、投影型の２次元寸法測定器による測定に際しては、焼結磁石片１は静止していることが好ましい。

長さＬおよび幅Ｗを上述のようにして求める場合、高さＨは、例えば後述の実体積の測定と同時に、プロファイル測定機を用いて測定すればよい。例えば、焼結磁石片１を搬送しながら、焼結磁石片１の複数の異なる位置における高さＨを測定し、平均値を求めればよい。プロファイル測定機を用いると、焼結磁石片１が移動していても高い精度で高さＨを測定することができる。

工程ｂで、焼結磁石片１の実体積を計測する。実体積の測定は、例えば、プロファイル測定器（例えば、キーエンス社製のＬＪ−Ｖ７０６０）を用いて行うことができる。プロファイル測定器ＬＪ−Ｖ７０６０は、シリンドリカルレンズにより線状に広げられたレーザ光を焼結磁石片１に照射し、反射光を２次元ＣＭＯＳ上に結像させ、反射光強度の位置による変化を検出することによって形状を定量化する。得られる形状は焼結磁石片１の断面形状に相当する。したがって、例えば、焼結磁石片１の長さ方向に直交する面における断面積を長さ方向に沿って所定のピッチ（例えば０．２ｍｍ）で測定し、得られた複数の断面積から焼結磁石片１の実体積を求めることができる。この測定は高速で行えるので、焼結磁石片１を搬送しながら行うこともできるし、静止した状態で行ってもよい。なお、実体積の測定は、幅方向に直交する面における断面積を幅方向に沿って所定のピッチで測定することによって得られた複数の断面積から求めてもよい。ただし、測定の精度を考慮すると、実体積を求める基礎となる断面積の数は多い方が好ましいので、ここで例示した様に、長さ方向に沿って複数の断面積を求めることが好ましい（長さ≧幅≧高さ）。

ここで、例えば、図１および図２に示した焼結磁石片１では、欠け１ｃを含む上面側からプロファイルを測定すれば欠けを反映した実体積が得られる。欠けは一般にいずれの側にも発生し得るので、プロファイル測定は焼結磁石体１の上面側および下面側の両方から行うことが好ましい。尚、上述したようにプロファイル測定器は、工程ａにける高さＨの測定にも使用できるため工程ａの高さＨの測定と工程ｂの実体積の測定は別々のプロファイル測定器を用いてもよいが、より短時間で測定するために同時に測定した方が好ましい。

工程ｃでは、上述の様にして測定された実体積と、上述の様にして測定された長さ×幅×高さ（すなわち、目標体積）との差として欠け体積を求める。欠け体積＝目標体積−実体積の演算は、例えばプロセッサで行われる。

工程ｄでは、得られた欠け体積を予め決められた許容体積と比較し、欠け体積が許容体積以下である焼結磁石片１を良品と判定する。欠けの許容体積は、許容される欠けの体積の最大値であり、焼結磁石片１が、長さＬ＝３０ｍｍ、幅Ｗ＝１０ｍｍ、高さＨ＝５ｍｍのとき、例えば、３０ｍｍ³である。欠けの許容体積は、目標体積の２％である。許容体積の値は、例えばメモリに格納されており、目標体積を求める演算、欠け体積を求める演算および欠け体積と許容体積との比較は、例えば上記のプロセッサで行われる。

工程ｅでは、焼結磁石片１の質量を測定する。質量の測定は、種々のロードセル（例えば、バルコム社製のＶＰＷ４ＭＣ３−０．５ｋｇ）を用いて行うことができる。

工程ｆでは、得られた質量を予め決められた許容質量と比較し、得られた質量が許容質量以上である焼結磁石片１を良品と判定する。この比較も例えば上記のプロセッサで行われる。尚、前記許容質量とは、許容される焼結磁石片１の質量の最小値である。

上述の工程ａおよび工程ｂは、工程ｃの前に行われればよく、工程ａと工程ｂとの順序はいずれであってもよい。また、工程ｅは工程ｆの前に行われればよく、工程ｅおよびｆと工程ａ〜ｃとの関係は任意であってよい。ただし、検査の間に、欠けが発生する可能性もあるので、工程ｅは図３に例示した検査フローのように、工程ａおよびｂの後に行うことが好ましく、できるだけ後の工程で行うことが好ましい。

本発明の実施形態によると、工程ｄおよび工程ｆで良品と判定された焼結磁石片１が最終的に良品と判定される。焼結磁石片１などの焼結体には一般に密度にばらつきがある。密度のばらつきは、個体間にもあるし、１つの個体内にもある。したがって、質量だけでは欠けの有無（欠けの程度が許容範囲内か否か）の判定を行うのは難しい。本発明の実施形態による自動検査方法によると、欠けの体積に基づく良否判定と、質量に基づく良否判定とを併用しているので、検査の確度を向上させることができる。

本発明の実施形態による自動検査方法は、上記工程ｆの後に、良品とされた焼結磁石片１を選別する工程をさらに包含してもよい。選別された良品は、例えば、所定の位置に配置された容器内に配置される。もちろん、工程ｄおよび工程ｆで不良品と判定された焼結磁石片１を搬送ラインから取り除くようにしてもよい。

本発明の実施形態による自動検査方法は、さらに、焼結磁石片１の６つの面（２つの主面と４つの側面）の画像を取得する工程ｇと、工程ｇにおいて取得した各画像内において、予め決められた許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求める工程ｈと、総和が予め決められた許容面積以下である焼結磁石片１を良品と判定する工程ｉとをさらに包含してもよい。尚、前記許容面積とは、許容される許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の最大値である。

焼結磁石片１に塗装が施されているとき、塗装の剥がれが発生することがある。塗装が剥がれた箇所は白く見える。したがって、取得した各画像内において、予め決められた許容輝度範囲外の輝度を呈している領域は、塗装が剥がれた領域と言える。典型的には白く見える領域の直径（領域内に引ける最も長い直線の長さ）は数ミクロン程度である。

工程ｇは、例えば、６台の照明一体型画像判別センサ（例えば、キーエンス社製のＩＶ−Ｇ）を用いて行うことができる。もちろん、照明を別途用意してもよい。画像判別センサＩＶ−Ｇを用いると、例えば、輝度が予め決められた許容範囲内にある領域と許容範囲外にある領域とを２値化し、各領域の面積を求めることができる。画像判別センサに代えて、６台のカメラと、予め決められた許容輝度範囲および許容面積を格納したメモリと、６つの面の画像のそれぞれにおいて、許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求め、面積の総和が許容面積以下である焼結磁石片１を良品と判定することができるプロセッサとで構成してもよい。６台の画像判別センサは、それぞれが上記のカメラと、メモリとプロセッサとを備えている。

この実施形態によると、工程ｄ、工程ｆおよび工程ｉで良品と判定された焼結磁石片１が最終的に良品と判定される。工程ｉの後に、上述したように、良品とされた焼結磁石片１を選別する工程をさらに包含してもよい。選別された良品は、例えば、所定の位置に配置された容器内に配置される。

工程ｇは、工程ｈおよび工程ｉの前に行われればよく、工程ａ〜ｆとの関係は任意であってよい。ただし、上述したように工程ｅは最後に行うことが好ましいので、工程ｇは工程ｅよりも前に行うことが好ましい。

上述の工程ａ〜ｉを含む検査方法は、例えば図４に示す自動検査装置１００によって自動的にインラインで行われ得る。

図４を参照して、本発明の実施形態による自動検査装置１００の構成および動作を説明する。図４は、本発明の実施形態による自動検査装置１００の模式図である。

図４に示す様に、自動検査装置１００は、所定の位置に配列された複数の焼結体片１を１つずつ所定の位置に順次搬送する搬送装置（不図示）を有し、矢印Ａ１および矢印Ａ２で示す経路（経路Ａという。）と、矢印Ｂ１およびＢ２で示す経路（経路Ｂ）に沿って焼結磁石体片１を搬送する。矢印Ａ１および矢印Ｂ１で示す経路の搬送は、例えば、吸着式ロボットハンドで行われる。矢印Ａ２および矢印Ｂ２で示す経路の搬送は、例えば、コンベアベルトで行われる。もちろん、いずれの搬送もこれに限られず、公知の種々の搬送装置を用いることができる。

自動検査装置１００は、２つの経路ＡおよびＢを有することによって、検査時間を短縮することができる。自動検査装置１００は、例えば、焼結磁石体片１を４０個／分で検査することができる。尚、図４においては、２つの経路ＡおよびＢを有する自動検査装置１００について説明したが、経路は２つ以上あってもよく（例えば４つ）、また、ひとつ（経路Ａのみ）であってもよい。

自動検査装置１００は、２次元寸法測定器（例えばＴＭ−３０００）１０Ａおよび１０Ｂと、プロファイル測定器（例えばＬＪ−Ｖ７０６０）２０Ａおよび２０Ｂと、ロードセル（例えばＶＰＷ４ＭＣ３−０．５ｋｇ）３０Ａおよび３０Ｂとを有している。

自動検査装置１００は、コントローラ６０を有し、コントローラ６０は、メモリ６２とプロセッサ６４とを有している。メモリ６２には、予め決められた許容体積および許容質量が格納されている。プロセッサ６４は、実体積と長さ×幅×高さとの差として欠け体積を求め、欠け体積を許容体積と比較し、欠け体積が許容体積以下である焼結磁石片を良品と判定する。プロセッサ６４は、質量を許容質量と比較し、質量が許容質量以上である焼結体片を良品と判定する。

自動検査装置１００は、さらに、焼結磁石片１の６つの面の画像を取得する６台のカメラ（不図示）を有してもよい。６台のカメラは、例えば、プロファイル測定器２０Ａとロードセル３０Ａとの間およびプロファイル測定器２０Ｂとロードセル３０Ｂとの間にそれぞれ配置される。このとき、メモリ６２は、予め決められた許容輝度範囲および許容面積をさらに格納しており、プロセッサ６４は、６つの面の画像のそれぞれにおいて、許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求め、面積の総和が許容面積以下である焼結体片を良品と判定する。メモリ６２およびプロセッサ６４は、それぞれ複数個用意してもよい。上記６台のカメラと、それぞれに対応するメモリとプロセッサとに代えて、６台の照明一体型画像判別センサ（例えば、キーエンス社製のＩＶ−Ｇ）を用いることができる。もちろん、照明を別途用意してもよい。

自動検査装置１００は、オプショナルな選別装置４０Ａおよび４０Ｂを有する。選別装置４０Ａおよび４０Ｂはそれぞれコントローラ６０からの指示を受けて、良品と判定された焼結磁石片１を選別し、所定の位置に配置された容器５０Ａおよび５０Ｂに配置する。選別装置４０Ａおよび４０Ｂは、例えば、吸着式ロボットハンドで構成される。

自動検査装置１００は、上述の実施形態による自動検査方法を好適に実施することができる。

本発明の実施形態による自動検査方法および自動検査装置は、例えば、焼結磁石片の欠けの有無を高い正確性をもって、および／または、短時間で判定することができる。

１焼結磁石片
１０Ａ、１０Ｂ２次元寸法測定器
２０Ａ、２０Ｂプロファイル測定器
３０Ａ、３０Ｂロードセル
４０Ａ、４０Ｂ選別装置
５０Ａ、５０Ｂ容器（マガジンケース）
６０コントローラ
６２メモリ
６４プロセッサ
１００自動検査装置

Claims

直方体の焼結体片の長さ、幅および高さを測定する工程Ａと、
前記焼結体片の実体積を計測する工程Ｂと、
前記実体積と前記長さ×前記幅×前記高さとの差として欠け体積を求める工程Ｃと、
前記欠け体積を予め決められた許容体積と比較し、前記欠け体積が前記許容体積以下である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｄと、
前記焼結体片の質量を測定する工程Ｅと、
前記質量を予め決められた許容質量と比較し、前記質量が前記許容質量以上である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｆとを包含する、自動検査方法。
前記焼結体片の６つの面の画像を取得する工程Ｇと、
前記工程Ｇにおいて取得した各画像内において、予め決められた輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求める工程Ｈと、
前記総和が予め決められた許容面積以下である前記焼結体片を良品と判定する工程Ｉとをさらに包含する、請求項１に記載の自動検査方法。
所定の位置に配列された複数の焼結体片を１つずつ所定の位置に順次搬送する搬送装置と、
第１の位置に配置され、前記焼結体片の長さおよび幅を測定する２次元寸法測定器と、
第２の位置に配置され、前記焼結体片の高さの測定および前記焼結体片の長さ方向に直交する面における断面積を長さ方向に沿って所定のピッチで測定することによって、または、幅方向に直交する面における断面積を幅方向に沿って所定のピッチで測定することによって、得られた複数の断面積から前記焼結体片の実体積を求めるプロファイル測定器と、
第３の位置に配置され、前記焼結体片の質量を測定するロードセルと、
予め決められた許容体積および許容質量を格納したメモリと、
前記実体積と前記長さ×前記幅×前記高さとの差として欠け体積を求め、前記欠け体積を前記許容体積と比較し、前記欠け体積が前記許容体積以下である前記焼結体片を良品と判定し、かつ、前記質量を前記許容質量と比較し、前記質量が前記許容質量以上である前記焼結体片を良品と判定するプロセッサと
を有する、自動検査装置。
第４の位置に配置され、前記焼結体片の６つの面の画像を取得する６台のカメラをさらに有し、
前記メモリは、予め決められた許容輝度範囲および許容面積をさらに格納しており、
前記プロセッサは、前記６つの面の画像のそれぞれにおいて、前記許容輝度範囲外の輝度を呈している領域の面積の総和を求め、前記面積の総和が前記許容面積以下である前記焼結体片を良品と判定する、請求項３に記載の自動検査装置。