JP6650223B2 - 物品検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小な物品を複数の方向から撮像して外観を検査する方法、およびそのための装置に関する。

近年、電子機器等の小型化や各種機械装置の精密化などにより、微小な部品の使用が増加している。また、精密部品等では、物品の表面全体が検査されることがある。物品の外観を複数の方向から見て検査するには、物品を何らかの方法で保持して、多関節ロボットアームによって物品の姿勢を変えながら、カメラで撮像する方法を用いることができる。

例えば、特許文献１には、ロボットシステムに取り付けられたハンド部でワークを保持して、ワークの姿勢を複数変化させながら、検査用カメラにより検査する検査方法が記載されている。

特開２０１２−２２３８４０号公報

しかしながら、物品の姿勢を変えながらカメラで撮像する検査方法において、物品の姿勢を変えたときに撮像したい表面にピントが合わないことがある。微小な物品の検査に用いられるカメラでは、ピントが合う範囲が狭く、オートフォーカス機能が追従できる範囲も余り広くないため、このような現象が起こりやすい。また、オートフォーカス機能によってピント合わせが可能な場合であっても、一つの物品に対する撮像枚数が多くなると、ピント合わせに要する時間が長くなるため、検査速度の低下が無視できなくなる。

本発明は、上記を考慮してなされたものであり、微小な物品を保持し、その姿勢を変えながら複数の方向から撮像して検査する方法において、物品の姿勢を変えたときにも撮像したい表面にピントを合わせることができる物品検査方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような検査方法を実施可能な物品検査装置を提供することも目的とする。

上記課題に対して、本発明の物品検査方法は、多関節ロボットアームの先端に固定された保持装置によって物品の一主面を保持面として保持する工程と、前記物品の前記保持面と反対側の面をカメラで撮像して第１画像を取得する第１撮像工程と、前記保持装置を回転させて、前記物品の側面を前記カメラで順次撮像する第２撮像工程とを有し、前記第２撮像工程において、撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離を調節する。

ここで、主面とは、物品の外表面を構成する面のうちで面積の大きい面をいう。また、側面とは、物品の保持面およびその反対側の面以外の面をいう。この方法によって、第２撮像工程において物品の側面を撮像する場合に、撮像したい表面にピントを合わせることができ、高精度な外観検査が可能となる。

好ましくは、前記第２工程において、撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離が、各側面に対応した所要の距離になるよう調節される。

好ましくは、前記カメラは位置が固定され、撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離が、前記多関節ロボットアームの動作によって調節される。これにより、ピント合わせのためにカメラを移動させる機構を別途設ける必要がないので、検査装置の製造コストを抑えることができる。

好ましくは、前記第１撮像工程で得られた第１画像に基づいて、前記第２撮像工程において撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離が調節される。より好ましくは、前記第１画像から前記物品の外形および向きを認識し、前記認識された外形と向きに基づいて前記第２撮像工程において撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離が調節される。これらにより、第１画像に基づいて、保持面の反対側の面の外観検査を行うのと同時に、第２撮像工程で撮像する側面にピントが合う物品の位置を取得することができるので、全体の検査時間を短縮することができる。

さらに好ましくは、前記外形および向きの認識は、前記第１画像における前記物品の外周線を取得するステップと、前記外周線の変化量から前記外周線を直線部と角部に分別するステップと、前記直線部と前記角部のそれぞれについて、角度および前記物品の保持中心からの距離を算出するステップとによって実現される。ここで、物品の保持中心とは、第１画像中で保持装置の中心軸のある所をいい、多関節ロボットアームの動作により保持装置を回転させるときの回転中心となる。このようにして、第１画像から側面撮像時のピント合わせに必要なデータを算出することができる。

好ましくは、前記保持装置は、前記第１撮像工程において前記物品の輪郭からはみ出して前記第１画像に写り込まない程度に小さく形成されている。保持装置の写り込みがないことにより、第１画像から物品の外周線を抽出する際に、画像から保持装置を消去するための余計な画像処理を省くことができる。

好ましくは、前記保持装置は、非磁性材からなるスリーブと、前記スリーブの軸方向に直線運動する可動ロッドが該スリーブ内に挿入されたリニアアクチュエーターと、前記可動ロッドに直接または間接に固定され、前記スリーブ内に収容された磁石ユニットとを有する。そして、前記磁石ユニットは、１個の永久磁石または少なくとも１個の永久磁石を含む複数の磁性部材の組み合わせによって構成され、前方の端面が第１磁極であり、後方の端面が第２磁極である。

ここで、前方とは保持装置から見て保持する物品のある方向をいい、後方とはその反対方向をいう。また、磁性部材とは磁性材からなる部材であり、磁性材とは永久磁石と軟質磁性材を含む概念である。第１磁極はＮ極またはＳ極であり、第２磁極は第１磁極と逆のＳ極またはＮ極である。このような保持装置は、微小な物品を吸着・移動させるのに適しており、また、サイズを小さくできるので、本発明の外観検査に特に適している。

好ましくは、前記第１撮像工程および／または第２撮像工程において、ローアングル照明によって前記物品が照らされる。ここで、ローアングル照明とは、検査する表面に対して低い角度から光を照射する照明である。ローアングル照明を用いることによって、物品表面のキズ等が目立ちやすく、欠点の発見が容易となる。また、ローアングル照明を用いることによって、第１画像において、より明瞭な外周線を得ることができる。

本発明の物品検査装置は、物品を保持する保持装置と、前記保持装置が先端に固定され、該保持装置に保持された前記物品を撮像位置に移動する多関節ロボットアームと、前記撮像位置にある前記物品に投光する照明手段と、前記照明手段により投光された前記物品を撮像するカメラとを有し、さらに、前記物品の保持された面と反対側の面を撮像して得られた画像に基づいて、前記物品の側面撮像時の前記物品の向きおよび位置を前記多関節ロボットアームに指示する演算部を有する。

この構成により、物品の側面を撮像する場合に、撮像したい表面にピントを合わせることができ、高精度な外観検査が可能となる。

本発明の物品の外観検査方法または装置によれば、多関節ロボットアームによって物品の姿勢を変えながらカメラで撮像するのに際して、物品の姿勢を変えたときにも、撮像したい表面に明瞭にピントを合わせることができる。その結果として、自動で、より高精度な外観検査を行うことができる。

本発明の一実施形態の物品検査装置の全体構成を示す図である。 本発明の検査方法の対象となる物品の例を示す図である。 本発明の一実施形態の保持装置の構造を示す図である。 本発明の一実施形態の検査装置の撮像部を示す図であり、第２撮像工程を示す図である。 本発明の一実施形態の検査方法の工程図である。 第１撮像工程を示す図である。 物品形状の認識方法を説明するための図である。 物品の３つの外形寸法を示す図である。 他の形状の物品に対する第１撮像工程を示す図である。 他の形状の物品に対する第１撮像工程（Ａ）および第２撮像工程（Ｂ）を示す図である。 他の形状の物品の形状認識方法を説明するための図である。 磁石ユニットの構成の変形例を示す図である。 貫通穴が形成された物品の位置決め機構を説明するための図である。 本発明の一実施形態の保持装置の動作を示す図である。 物品の輪郭とスリーブの大きさの関係を示す図である。

本発明の物品検査方法および装置の一実施形態を以下に説明する。まず本実施形態の検査装置の構成を図１〜４に基づいて説明する。

図１において、本実施形態の検査装置７０は、物品の保持装置１１、多関節ロボットアーム７１、ローアングルリング照明７２、ハイアングルリング照明７３、カメラ７４と演算部７５を有する。物品９０を保持装置で保持し、多関節ロボットアームの動作により物品の姿勢および位置を変えながら、カメラにより複数の方向から撮像することにより検査が行われる。

図２に検査対象である物品の一例を示す。物品９０は片状で主面９１、９２を有し、その厚み方向に貫通穴９７が形成されている。図２では、側面９３は４つの平面部９４を有し、隣り合う平面部の間にそれぞれ稜部９５を有している。なお、物品９０はあくまで検査可能な物品の一例を示すものであって、本発明が対象とする物品を限定するものではない。

図３において、本実施形態の保持装置１１は、スリーブ３０、エアシリンダー３５と磁石ユニット４１を有する。スリーブは、前方（図３の下側）の端に開口３２を有する。エアシリンダーは、本体３６がフランジ３８を介してスリーブに固定されており、可動ロッド３７がスリーブ内に収容されている。磁石ユニットはエアシリンダーの可動ロッドの先端に固定されている。エアシリンダーが伸びると、磁石ユニットが前進して、開口部で物品を吸着することができる。保持装置の詳細は後述する。

図１において、多関節ロボットアーム７１は複数の回転軸を有することにより、人間の腕に似た複雑な動きが可能である。ロボットアームは、保持装置１１の先端に吸着・保持した物品９０を、所要の姿勢で撮像位置に移動させる。ロボットアームは少なくとも、撮像位置において物品の姿勢を任意に変えることを可能とし、その姿勢を保ったままカメラと物品との距離を調節することを可能とするだけの関節数を必要とする。

図４において、撮像部は、照明手段としてのローアングルリング照明７２およびハイアングルリング照明７３と、カメラ７４とによって構成されている。図４では、物品９０の側面９３をカメラに向けた状態を示している。

ローアングルリング照明７２はリング型のローアングル照明である。ローアングル照明は、検査対象である物品表面に対して、低い角度から光を投光する。これによって、物品表面のキズ等が目立ちやすく、欠点の発見が容易となる。ここで、低い角度とは、検査面からの角度が小さいという意味であって、検査面への入射角θｉ、すなわち物品の表面に立てた法線からの角度は大きい。入射角θｉは大きいほど欠点を明瞭に浮かび上がらせることができるので、４５度以上であることが好ましく、６０度以上であることがさらに好ましく、７０度以上であることが特に好ましい。ローアングルリング照明で物品の表面をムラなく照明するためには、照明と物品との距離を充分近づける必要がある。ローアングルリング照明と物品との距離は２０ｍｍ以下であることが好ましい。

ハイアングルリング照明７３は、リング型のハイアングル照明である。ハイアングル照明は、検査対象である物品表面に対して、高い角度から光を投光する。ハイアングル照明は、検査する表面に対して略垂直に光を照射する照明を含み、落射照明を含む概念である。本実施形態のハイアングル照明は、物品の撮像しようとする面に略垂直に光を照射する。ハイアングルリング照明は好ましくは拡散型の照明である。光線の指向性を弱めることによって照射面の輝度むらを抑えられるからである。また、ハイアングルリング照明として、カメラと同軸に光を照射する落射照明を用いてもよい。ハイアングルリング照明は必須ではないが、ローアングルリング照明７２と組み合わせて用いることが好ましい。検査領域が明確になるからである。

カメラ７４は、２つの照明７２、７３に投光された物品表面を、２つのリング照明の穴を通して撮像する。カメラの種類は特に限定されず、市販の各種検査用カメラを用いることができる。

ハイアングルリング照明７３を用いる場合、ローアングルリング照明７２とハイアングルリング照明に波長範囲の重ならない異なる色の照明を用い、カラーカメラを用いることが好ましい。例えば、ローアングルリング照明を赤色、ハイアングルリング照明を青色として、カラーカメラで撮像することができる。

図１において、演算部７５は得られた画像を処理し、キズ、欠け、異物付着等の欠点の有無を判断する。演算部は、また、物品の保持面と反対側の面を撮像した画像から、物品の外形と向きを認識して、その後に物品の側面を撮像するときの物品の姿勢および位置を決定する。

次に、本実施形態の物品検査方法を説明する。図５に検査の工程図を示す。

物品は多くの場合パレット等にばらばらに積み付けられて供給されるので、まず保持装置により物品を保持して、パレット等から物品を取り上げる。より具体的には、多関節ロボットアームの目となるカメラで物品の位置を確認しながら、ロボットアームを動作させて、保持装置を物品の主面の一つに正対させ、保持装置を物品に近づけてスリーブの開口端（図３の３１）を当該主面（保持面）に当接させ、エアシリンダーを伸ばして磁石ユニットを前進させ、物品に吸着させる。物品を、保持装置に吸着させて保持したまま、パレット等から取り上げる。

次いで、多関節ロボットアームを動作させて、物品の保持面と反対側の面（以下、単に「反対面」ということがある）をカメラに向けて、物品を撮像位置に移動させる。そして、反対面を撮像して第１画像を得る（第１撮像工程）。このとき、反対面がカメラの軸に対して厳密に垂直である必要はなく、反対面の全体がピントの合う範囲に収まっていればよい。また、反対面９２に確実にピントを合わせるために、予め物品の厚さ（保持面と反対面の距離）を登録しておいてもよい。図６に、この第１撮像工程を示す。

本実施形態では、ローアングルリング照明を赤色、ハイアングルリング照明を青色として、カラーカメラで撮像して、第１画像を得る。第１画像中で、反対面の面内はハイアングルリング照明からの光の反射によって青く写る。これによって検査領域が明確になり、青く写った領域内にキズ、異物等があるとローアングルリング照明からの光の反射によって赤く写るので、欠点を容易に検出することができる。

さらに、第１画像には、反対面の外周線が、ローアングルリング照明からの光の反射によって赤く写る。物品の形状によっては、第１画像に保持面の外周線が写ることがあるが、これについては後述する。図２の物品では、反対面の外周線は物品の外周線と一致する。この外周線を色分解によって抽出して、物品の外形と向きを認識（算出）することができる。図７Ａに抽出した外周線の例を示す。

物品の外形と向きの認識は、例えば、次のように行うことができる。まず、外周線を、その変化量から、直線部と角部に分類する。具体的には、図７Ｂにおいて、外周線の傾きの変化の小さい部分を直線部（９４ａ〜９４ｄ）とし、変化の大きい部分を角部（９５ａ〜９５ｄ）として分別する。次いで、直線部について、最小二乗法により近似直線を作成して、物品の保持中心Ｏからその近似直線に垂線を下し、垂線の長さと角度を算出する。一方、角部について、保持中心からの距離が最長となる点と保持中心を結んだ直線の長さと角度を算出する。ここで、物品の保持中心とは、画像中で保持装置の中心軸のある所をいい、保持装置を回転させるときの回転中心となる。

本実施形態の検査方法は、物品の外形および向きを認識するに当たりＣＡＤデータ等の物品の設計データを利用することを排除するものではない。例えば、物品のＣＡＤデータを利用すれば、第１画像から抽出した外周線との比較によって物品の向きを認識し、その後の側面とカメラとの距離をＣＡＤデータに基づいて調節することができる。しかし、検査対象となる物品が多岐にわたる場合に、すべての物品について大量のデータを登録することには手間がかかる。上記のように、第１画像から物品の外形および向きを取得することができれば、ＣＡＤデータの登録が不要となるか、少なくともＣＡＤデータのごく一部（例えば物品の厚さ）を利用するだけで、後の第２撮像工程で撮像する側面に確実にピントを合わせることができる。

次いで、第１画像から認識した物品の外形と向きに基づいてロボットアームを動作させ、物品の姿勢を調節して側面をカメラに向け、物品とカメラとの距離を当該側面にピントが合うように調節して撮像する（第２撮像工程）。図４はこの第２撮像工程を示している。

そして得られた画像から、側面のキズ、異物等の欠点の有無を判定する。第２撮像工程で得られた画像でも、ハイアングルリング照明からの光の反射によって側面が青く写るので検査領域が明確になる。検査領域を明確にする方法として予め検査領域を登録しておくこともできるが、その場合は、物品やカメラの若干の傾き等によって、検査領域の周縁部で登録された領域と実際の画像上の領域にズレが生じることがある。本実施形態では、実際に撮像された画像上で検査領域が青く示されるため、そのような不都合が起こらない。

第２撮像工程は、保持装置を回転させながら必要に応じて繰り返される。例えば、図７に示した物品に対しては、側面のうちの平面部９４ａ、稜部９５ａ、平面部９４ｂ、稜部９５ｂ、平面部９４ｃ、稜部９５ｃ、平面部９４ｄ、稜部９５ｄ、に対して、第２撮像工程を８回繰り返すことによって、物品の側面全体を検査することができる。

保持装置を回転させる方法は、保持装置自体に回転機構を組み込んでもよいし、よし好ましくは、多関節ロボットアームの動作により保持装置を回転させる。多関節ロボットアームの動作によって保持装置を回転させれば、保持装置に回転機構が不要となり、保持装置をより小さく形成することができる。

次いで、すべての検査が終了した後、多関節ロボットアームを動作させて、物品をパレット等の上に解放して、積み付ける。なお、物品の保持面を検査するためには、例えば、第２撮像工程の後で物品を一旦台の上に置いて、反転させて、再度保持装置で元の反対面を保持して取り上げればよい。

以上のとおり、本実施形態の物品検査方法によれば、物品の姿勢を変えながら側面を検査する場合にも、当該側面に確実にピントを合わせることができる。これに対して、第１撮像工程から第２撮像工程、あるいは一つの側面に対する第２撮像工程から他の側面に対する第２撮像工程に移行する際に、単に保持中心を一定の位置にして物品の向きを変えるだけでは、ピントが合わないことがあった。この現象は、物品が扁平であったり、細長かったりすると、特に起こりやすい。そのような物品では、物品の姿勢によって、保持中心と表面との距離が大きく異なるからである。そのため、物品の形状によっては、検査を完全には自動化できないこともあった。本実施形態の物品検査方法によれば、物品の形状に依らず、検査すべき表面に確実にピントを合わせることができる。

本実施形態の検査方法または装置は片状や細長い物品に対して特に有用である。図８に物品の外形寸法を示す。３つの外形寸法Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ直交する方向への大きさである。本実施形態の検査方法または装置の効果が顕著に得られるという観点からは、物品のＸ、Ｙ、Ｚのうちいずれか２つの比が、好ましくは１．１以上であり、より好ましくは１．５以上である。

ここで、特殊な形状の物品への対応について、いくつかの例を説明する。なお、図９と図１０ではカメラと照明は省略した。

図９に示すように、物品９０の保持面９１と反対面９２が平行でない場合、第１撮像工程において、保持面をカメラ軸に垂直にして反対面をカメラに向けると、反対面の全体にピントが合わないことがある。このとき、保持面９１と反対面９２の成す角度が予め分かっていれば、反対面がカメラの軸に垂直となるように姿勢を調節することができる。保持面と反対面の成す角度を予め知り得ない場合は、予備的に１以上の方向から側面を撮像して、当該角度のおおよその大きさを求めてもよい。

図１０に示すように、物品９０が角錐台状等で、保持面９１と反対面９２の大きさが異なる場合は、第１撮像工程において、反対面と保持面の外周線が第１画像に現れることがある。その場合は、両方の外周線を抽出して形状を認識してもよいし、反対面の外周線だけ、または保持面の外周線だけを抽出してもよい。例えば、反対面の外周のみを抽出して、その外形と向きを認識し、さらに物品を側方から撮像して側面と反対面の成す角度を求めてもよい。その後は、側面９３がカメラの軸に略垂直になるように、物品の姿勢を調節することができる。

図１１に示すように、第１画像における外周線に直線部がない場合は、外周線を複数の角部に分割することができる。このとき、いくつの部分に分割するかは、各角部を撮像するときにその角部全体がピントの合う範囲に収まるように決定することができる。図１１では、円周である外周線を８つの角部に分割している。

次に、上記実施形態の保持装置について、図３および図１２〜１５に基づいて詳細に説明する。

図３において、スリーブ３０は、非磁性材からなる。非磁性材としては、プラスチック、銅、アルミニウム等を用いることができる。なかでも、プラスチックを用いることが好ましい。スリーブの開口端３１が物品に当接するときに、物品を傷つけにくいからである。

また、スリーブ開口端３１には、物品のずれを抑制するためにすべり止め部を設けてもよい。すべり止め部は、例えば、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のゴムや樹脂製の弾性体シートを開口端３１に貼着して形成することができる。

スリーブ３０の形状は特に限定されないが、円筒形であることが好ましい。吸着した物品の向きによらず、物品の輪郭からはみ出しにくく、撮像時に邪魔になりにくいからである。図６に示す第１撮像工程において、スリーブが物品の輪郭からはみ出して第１画像に写り込むと、外周線抽出の際に邪魔になる。また、図４に示す第２撮像工程において、スリーブが物品の輪郭からはみ出していると、検査すべき側面に照明の影ができるので、好ましくない。図１５において、スリーブ３０の断面が円形の場合は、その直径が物品９０の輪郭の最大内接円９８より小さいことが好ましい。多くの種類の物品に対して利用可能であるために、保持装置のスリーブの径は、好ましくは５０ｍｍ以下であり、より好ましくは３０ｍｍ以下であり、特に好ましくは２０ｍｍ以下である。

また、図４に示す第２撮像工程において、スリーブ３０の長さは、ローアングルリング照明７２の半径より長いことが好ましい。一般的なローアングルリング照明の半径が５０〜１００ｍｍ程度であることを考慮すると、スリーブの長さは、好ましくは５０ｍｍ以上であり、より好ましくは７５ｍｍ以上であり、特に好ましくは１００ｍｍ以上である。

図３に戻り、エアシリンダー３５は、本体３６がフランジ３８を介してスリーブ３０に固定されている。エアシリンダーをフランジに固定する方法およびスリーブを固定する方法は、ねじ留め等公知の方法を用いることができる。また、フランジを用いず、エアシリンダー本体を直接スリーブに固定してもよい。本体３６がスリーブに固定されていることによって、エアシリンダーが伸縮すると、スリーブ内に収容された可動ロッド３７がスリーブに対して相対的に、その軸方向に直線運動することができる。

エアシリンダー３５はリニアアクチュエーターの一種である。リニアアクチュエーターは、種々のエネルギーを直線運動に変換する装置である。リニアアクチュエーターとしては、エアシリンダーの他に、油圧シリンダー、電動シリンダー、リニアモーターを用いたもの、モーターの回転運動を運動変換機構により直線運動に変換するものを用いることができる。なかでも、小型化が可能で、精確な制御が容易であることから、エアシリンダーを用いるのが好ましい。

磁石ユニット４１は、可動ロッド３７の先端に固定されている。これにより、エアシリンダー３５が伸縮すると、可動ロッドの直線運動に伴って、磁石ユニットがスリーブ３０内面に案内されてスリーブの軸方向に直線運動する。

磁石ユニット４１は、１個の永久磁石、または少なくとも１個の永久磁石を含む複数の磁性部材の組み合わせによって構成されている。磁石ユニットの前方端面４７が第１磁極（例えばＮ極）であり、反対側の後方端面４８が第２磁極（例えばＳ極）である。このように開口３２に面して磁極を形成することにより、磁石ユニットの前方端面から出る磁束密度が大きくなり、強い吸着力が得られる。

磁石ユニット４１は、本実施形態では２つの部材からなる。前方の部材は永久磁石５１である。後方の磁性部材６１は、永久磁石であっても軟質磁性材からなる軟質磁性部材であってもよい。軟質磁性材としては、透磁率の高い、鉄などの各種公知の材料を用いることができる。好ましくは、磁石ユニットの最も前方にある部材は永久磁石である。これにより、より強い吸着力が得られるからである。

なお、磁石ユニットの構成は、図３のものに限られない。例えば、図１２Ａに示すように、磁石ユニット４２が単一の永久磁石５２からなるものであってもよい。また、例えば、図１２Ｂに示すように、磁石ユニット４３は、前方に軟質磁性部材６３を配置し、後方に永久磁石５３を配置してもよい。

永久磁石５１としては、磁力の強いものを用いることが好ましい。これにより、より多種の材質からなる物品を吸着できるからである。永久磁石は、好ましくはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石（ネオジム磁石）である。あるいは、永久磁石の種類に関わらず、磁石ユニット４１の前方端面４７における磁束密度が、好ましくは３００ｍＴ以上であり、より好ましくは４００ｍＴ以上であり、特に好ましくは５００ｍＴ以上である。これにより、一般的な磁石に吸着されないオーステナイト系のステンレス鋼からなる物品や、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、マンガンなどを成分として含む多くの合金からなる物品を吸着することができる。また、強い磁力で強力に保持することで、微小な物品を高速に搬送できる。なお、入手の容易さの点からは、永久磁石の磁束密度は７００ｍＴ以下であることが好ましい。

磁石ユニット４１をエアシリンダーの可動ロッド３７の先端に固定する方法は特に限定されず、接着剤を用いて接着する方法や、ねじ等を用いた機械的な方法などを用いることができる。

磁石ユニット４１を構成する部材同士の接合方法も特に限定されない。図３では、前方にある永久磁石５１は、後方に隣接する磁性部材６１に、磁力により吸着されて結合している。この構造を採用するためには、磁石ユニットと物品との吸着力に比べて、永久磁石と磁性部材との吸着力が格段に大きい必要がある。例えば、永久磁石がＮｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で、物品が一般的な磁石に着かないものなら、永久磁石と磁性部材の吸着力が格段に大きいので、この構造を採用することができる。この構造により、永久磁石５１の交換を極めて容易に行うことができる。

永久磁石５１の大きさは、強い磁力が得られるという点からは、大きい方が好ましい。一方、微小な物品を対象とする本実施形態の保持装置では、保持装置自体も小型であることが望ましく、スリーブの軸に垂直な断面における外径は、好ましくは４０ｍｍ以下であり、より好ましくは２０ｍｍ以下である。実際には、物品の種類やハンドリングの内容に応じて、所要の吸着力を得るための磁石の種類・サイズ等を決め、磁石の外形に合わせてスリーブを選択することになろう。永久磁石のスリーブ軸方向への長さは特に限定されない。磁石が長いほど磁力が強くなるので、必要に応じて適当な長さのものを選択することができる。

本実施形態では、永久磁石５１は環状である。物品の吸着面に穴が存在する場合、磁石ユニットの最も前方にある部材が環状または筒状であると、この形状が、物品の磁気的な位置決め手段として作用する。以下に説明する。

物品を磁石に吸着させる場合、磁石からでる磁力線がなるべく物品内を通るように、物品が位置や向きを変えようとする力が働く。微小な部品には固定のために穴が形成されているものが多い。そして、吸着時に位置や向きを変えようとする傾向は、物品の吸着面に物品を貫通する穴が形成されていると、特に顕著になる。

図１３Ａに穴９７が形成された物品９０の平面図を示す。このような物品を、穴のない磁石、例えば円柱状の磁石５０に吸着させる場合、吸着の瞬間に物品が動いて、位置がずれたり向きが変化しやすい（図１３Ｂから図１３Ｃへの変化）。また、一旦吸着しても、搬送中に物品が動きやすく、物品を解放する瞬間にも物品が動きやすい。この現象は、穴５７のある環状や筒状の磁石５１を用いた場合にも起こり得る（図１３Ｄから図１３Ｅへの変化）。しかし、磁石の穴５７を物品の穴９７と同心にして、吸着面に垂直に磁石を近づけて、一旦吸着がされると、物品の位置および向きが安定する（図１３Ｆ）。本実施形態の保持装置では、永久磁石５１の穴と物品の穴が同心になるように物品をスリーブで押さえながら、磁石ユニット４１を近づけて吸着することができるので、以後は、搬送中にも物品が動きにくい。高速搬送による物品のずれを抑制するには、前述のとおり、スリーブ開口端３１にすべり止め部を設けることが好ましい。

次に、本実施形態の保持装置の動作を図１４に基づいて説明する。

図１４Ａにおいて、永久磁石５１の穴５７と物品９０の穴９７が同心になるように、保持装置１１を物品の一主面である保持面９１に正対させる。このとき、磁石ユニットは、スリーブ内に後退した位置にある。

次いで、図１４Ｂにおいて、保持装置を物品に近づけて、スリーブの開口端３１を物品の保持面９１に当接させる。保持装置をロボットアーム等によって操作する場合は、ロボットの目となるカメラで物品の位置を確認ながら保持装置の姿勢・位置を調整することにより、正確な動作が可能である。

次いで、図１４Ｃにおいて、エアシリンダーを伸ばし、可動ロッド３７と磁石ユニット４１を前進させて物品９０に吸着させる。このとき、スリーブ開口端で物品を押さえたまま、磁石ユニットを近づけていくので、吸着の瞬間に物品が動くことがない。また、点ではなく、開口端の円周全体で物品押さえるので、吸着の瞬間に物品が回転することもない。なお、磁力が強い場合は、磁石ユニットの前方端面４７がスリーブの開口端３１よりわずかに引っ込んだ位置で、十分な吸着力が得られる。その場合は、磁石ユニットの前方端面が物品９０に接触する直前で止めてもよい。エアシリンダーによって精確な位置送りができるため、このような制御も可能である。

次いで、図１４Ｄにおいて、物品を保持した状態で、保持装置を移動させることができる。このときも、スリーブ開口端３１が物品に接触した状態を保つことが好ましい。ロボットアームなどを用いて保持装置を移動させる場合には、物品に大きな力が作用することがある。スリーブ開口端を物品に当接した状態を保つことにより、搬送中の物品の位置ずれ、向きの変化（軸に垂直な面内での回転）を防止することができる。特に、本実施形態の外観検査で保持装置を用いる場合、タクトタイムを短縮するために可能な限りの高速搬送が求められる。そのため、実際のロボットアームの移動速度は２５００ｍｍ／秒、加速度は２．５Ｇに達することがある。このような場合でも、本実施形態の保持装置を用いることで安定した物品のハンドリングが可能となる。

保持装置１１が物品を解放する動作は、上記吸着動作と反対である。まず、物品を所要の位置に置く（図１４Ｃ）。次いで、物品にスリーブ開口端を当接させたまま、磁石ユニットを後退させる（図１４Ｂ）。このとき、スリーブ開口端で物品を押さえたまま磁石ユニットを後退させるので、磁石ユニットを離す瞬間に物品が動くことが起こりにくい。次いで、磁石ユニットを完全に後退させた後、保持装置を物品から離して、物品を解放する（図１４Ａ）。

本実施形態の保持装置が本実施形態の検査方法に適する理由を改めて説明する。

微小物品の保持装置としては、例えば、三つ爪などのチャックで物品を把持するものも用いられる。しかし、かかる保持装置では、物品の撮像時に、検査しようとする面の一部を爪が隠してしまうので、好ましくない。また、他の微小物品の保持装置としては、物品をノズルに真空吸着するものも用いられる。しかし、かかる保持装置では、物品の吸着面に溝・突条等の凹凸があったり、物品を貫通する穴が存在するような場合には使用することができず、保持できる物品の形状に制限がある。

また、本実施形態の保持装置によれば、スリーブを物品に当接させて、物品を押さえながら、磁石を吸着させるので、吸着時に物品が動いて位置がずれたり向きが変化することが起こりにくい。このとき、円形のスリーブ開口端で物品を押さえるので、ピンなどにより１点で押さえる場合よりも、物品が回転しにくい。物品が磁石ユニットに吸着した後も、スリーブ開口端を物品に接触した状態を維持することにより、搬送中にも物品がずれたり、回転したりしにくい。物品を解放するときは、スリーブで物品を押さえながら磁石を離脱させるので、離脱の瞬間に物品が動くことが起こりにくい。その結果、正確な位置に物品を解放することができる。

さらに、本実施形態の保持装置では、磁石ユニットの前方端面に環状の永久磁石５１が配置されているので、穴が形成された物品に対して、位置決め効果が得られる。すなわち、スリーブで物品を押さえながら磁石を吸着させるので吸着の瞬間に物品が動くことがなく、永久磁石５１の穴と物品の穴を同心にして、磁石ユニットを吸着させることができる。そして、２つの穴が同心になって吸着が完了すると、以後は、搬送中に物品の位置がずれたり、向きが変わったりすることが起こりにくい。物品の解放時にも、物品が動きにくい。

本発明の物品検査方法および装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、ローアングル照明とハイアングル照明に異なる色を用いたが、その代わりに、ローアングル照明とハイアングル照明の色に関係なく、ローアングル照明とハイアングル照明を順次点灯させて、１台のカメラで２枚の画像を順次撮像してもよい。この場合でも、２枚の画像を重ね合わせることにより、ローアングル照明とハイアングル照明に異なる色の照明を用いた場合と同様の効果が得られる。さらに、２枚の画像を順次撮像する場合は、カメラとしてモノクロカメラを用いることができ、カラーカメラよりも高精細の画像を得ることができる。

本発明の物品検査方法および装置は、様々な物品に対して用いることができる。そのような物品の例として、微小磁石、ボルト、ナット、超硬チップ、錠剤、カム部品、コネクタピンなどが挙げられる。

１１ 物品保持装置
３０ スリーブ
３１ スリーブ開口端
３２ スリーブ開口
３５ エアシリンダー（リニアアクチュエーター）
３６ エアシリンダー本体
３７ エアシリンダーの可動ロッド
３８ フランジ
４１−４３ 磁石ユニット
４７ 磁石ユニットの前方端面
４８ 磁石ユニットの後方端面
５１−５３ 永久磁石
５７ 永久磁石の穴
６１、６３ 磁性部材
７０ 検査装置
７１ 多関節ロボットアーム
７２ ローアングルリング照明
θｉ 入射角
７３ ハイアングルリング照明
７４ カメラ
７５ 演算部
９０ 物品
９１ 物品の主面（保持面）
９２ 物品の主面（反対面）
９３ 物品の側面
９４ 側面の平面部、外周線の直線部
９５ 側面の稜部、外周線の角部
９７ 物品の穴
９８ 物品の輪郭の最大内接円

Claims (5)

1. 多関節ロボットアームの先端に固定された保持装置によって、物品の一主面を保持面として保持する工程と、
   前記物品の前記保持面と反対側の面をカメラで撮像して第１画像を取得する第１撮像工程と、
   前記保持装置を回転させて、前記物品の側面を前記カメラで順次撮像する第２撮像工程とを有し、
   前記第２撮像工程において、前記第１画像から前記物品の外形および向きを認識し、前記認識された外形と向きに基づいて、撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離を調節し、
   前記外形および向きの認識は、
   前記第１画像における前記物品の外周線を取得するステップと、
   前記外周線の変化量から前記外周線を直線部と角部に分別するステップと、
   前記直線部と前記角部のそれぞれについて、角度および前記物品の保持中心からの距離を算出するステップとによって実現される、
   物品検査方法。
2. 前記カメラは位置が固定され、撮像しようとする前記側面と前記カメラとの距離が、前記多関節ロボットアームの動作によって調節される、
   請求項１に記載の物品検査方法。
3. 前記保持装置は、前記第１撮像工程において前記物品の輪郭からはみ出して前記第１画像に写り込まない程度に小さく形成されている、
   請求項１または２に記載の物品検査方法。
4. 前記保持装置は、
   非磁性材からなるスリーブと、
   前記スリーブの軸方向に直線運動する可動ロッドが該スリーブ内に挿入されたリニアアクチュエーターと、
   前記可動ロッドに直接または間接に固定され、前記スリーブ内に収容された磁石ユニットとを有し、
   前記磁石ユニットは、
   １個の永久磁石または少なくとも１個の永久磁石を含む複数の磁性部材の組み合わせによって構成され、
   前方の端面が第１磁極であり、後方の端面が第２磁極である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の物品検査方法。
5. 前記第１撮像工程および／または第２撮像工程において、ローアングル照明によって前記物品が照らされる、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の物品検査方法。

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