JP6738649B2 - 破断面検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
このコネクティングロッドのキャップ部とロッド部の破断面に、曲げ等の変形や、一部の欠落部などが生じていると、破断面どうしを突き合せて再結合する際に、破断面が正確に噛み合わない、結合部に空隙が生じる、などの結合不良を生じる。
また、特許文献2には、ロッド部とキャップ部とを再結合し、その結合部を含む近傍部分にレーザ光を照射して、照射面との離間距離を測定しつつ、再結合部の段差量を測定する方法が開示されている。
したがって、これらのデータ値の差分を求めることにより、両破断面の合否を確実に判定することができる。
図1〜図3は破断面検査方法に用いられる破断面検査装置10の例を示している。この破断面検査装置10は、コネクティングロッド1を破断して得られたロッド部2とキャップ部3(これらを本発明では分割部品と称す)を破断面4a,4b、5a,5bが上方を向くように並べて搬送する搬送装置20と、該搬送装置20の上方からロッド部2及びキャップ部3の破断面4a,4b、5a,5bを撮影して、その三次元形状データからロッド部2及びキャップ部3の欠陥検出を行う三次元形状計測装置30とを備えている。
搬送検出器36は、例えば、搬送装置20のコンベア21の駆動軸37に設けられたエンコーダであり、駆動軸37の回転量を検出することにより、コンベア21の移動距離(速度)に準じてパルス信号を発信する。そして、この搬送検出器36からのパルス信号のタイミングを基にして連続的に撮影を行うようになっている。コンベア21の移動速度が変化しても、等距離間隔でプロファイルデータを取得することが可能となる。
なお、図1中、符号38は外部制御装置を示しており、三次元形状計測装置30の計測結果に基づき、各種外部機器の制御を行う。
この破断面検査方法は、図4のフローチャートに示すように、ロッド部2及びキャップ部3の各破断面4a,4b、5a,5bの三次元形状データをそれぞれ生成する三次元形状データ生成工程S1と、両三次元形状データを加工しながら位置決めして各位置座標におけるデータ値(高さに関するデータ値)の相違に基づきロッド部2及びキャップ部3の合否判定を行う合否判定工程S2とにより実行され、合否判定工程S2は、具体的には、両三次元形状データの各位置座標におけるデータ値の差分を求める差分データ生成工程S5と、差分のデータ値から合否判定を行う判定工程S6とを有する。以下、工程順に説明する。
固定用治具22に保持されてコンベア21上を搬送されるロッド部2及びキャップ部3の破断面4a,4b、5a,5bに三次元形状計測装置30の撮影部32により線状のレーザー光Lを照射し、トリガ装置35により通知される検査開始信号を受信後、搬送検出器36からの信号に基づき、破断面4a,4b、5a,5bのライン投影像をエリアセンサ42により連続的に撮影する。このライン投影像の撮影データは、レーザー光Lが投影されたライン上の位置座標と、その位置座標に対応する高さに関するデータ値とにより構成される。
そして、この連続的に取得されるライン投影像の撮影データを画像処理部33のプロファイル生成演算部45により画像処理して、各破断面4a,4b、5a,5bの三次元形状データを生成する。この三次元形状データは、順次取得されるライン投影像の撮影データを取得の順序(コンベア21の搬送方向)に並べることにより形成され、平面的な位置座標と、その位置座標に対応する高さに関するデータ値とにより構成される。
図6(a)にA0〜D0で示す四つの画像データが、この三次元形状データ生成工程S1で生成された三次元形状データとする。この場合、高さに関するデータ値は画像の(色)濃淡で表示している。また、例えばA0,C0がロッド部、B0,D0がキャップ部であり、A0とB0、C0とD0の各組が、分割破断した組の画像データとする。また、F0は破断分割により生じた凸部であり、G0はその凸部F0に対応する凹部とし、これら凸部F0及び凹部G0は、素材に欠落等を生じることなく破断されたものとする。一方、K0は破断時に素材の一部が欠落した欠落部を示すものとする。また、これら凸部F0及び凹部G0、欠落部K0以外の部分は、説明を簡略にするため、例えば平面で分割されたものとして、以降の説明では除外する。
[差分データ生成工程S5]
差分データ生成工程S5では、三次元形状データの鏡像データを生成する鏡像データ生成処理と、三次元形状データの反転データを生成するデータ反転処理と、反転データとこの反転データに対して組となるべき鏡像データとの座標を一致させる位置決め処理と、位置決めされた同じ位置座標のデータ値の差分を求める差分演算処理とを行う。
なお、この実施形態では、位置決め処理は、後述するデータ回転処理と、データ移動処理とに分けられ、データ回転処理を鏡像データ生成処理とデータ反転処理との間に組み入れている。したがって、この実施形態の差分データ生成工程S5は、図5に示すように、鏡像データ生成処理S11、データ回転処理S12、データ反転処理S13、データ移動処理S14、差分演算処理S15の順で行われる。ただし、本発明においては、これら鏡像データ生成処理S11、データ回転処理S12、データ反転処理S13、データ移動処理S14、差分演算処理S15は、どのような順序で行ってもよい。
三次元形状データの位置座標を上下反転又は左右反転させることにより鏡像データを生成する(鏡映処理ともいう)。鏡像データは、高さに関するデータ値はそのままにして位置座標を上下反転又は左右反転するように変えることで得られるデータである。図6(b)に示す画像データが、同図(a)に示す各三次元形状データA0〜D0に対する鏡像データA1〜D1を示しており、三次元形状データのうちのA0に対してA1というように、同一のアルファベットで示されるデータが各三次元形状データに対応する鏡像データとする。この鏡像データ生成処理により、凸部F0及び凹部G0、欠落部K0は、位置座標が変えられるものの、高さに関するデータ値はそのままであるので、元の三次元形状データの符号を用いている(以降の処理においても、これら凸部F0及び凹部G0、欠落部K0については、高さに関するデータ値が変わらない場合には同一符号を付すものとする)。
なお、この図6では、ロッド部2及びキャップ部3の両方の三次元形状データの鏡像データを生成しているが、ロッド部2又はキャップ部3の一方のみの鏡像データを生成するようにしてもよい。
いずれかの三次元形状データを180°回転する。このデータ回転処理S12は、高さに関するデータ値は変えずに、位置座標を回転させる処理であり、画像の中心点を演算により求めた後、その中心点を中心として180°回転する。図6(a)に示す三次元形状データA0〜D0のうち、図7(a)に示す三次元形状データB0を対象として説明すると、このデータ回転処理S12により、図7(b)に示す三次元形状データB2に変化する。
なお、以降の説明では、便宜上、ロッド部2及びキャップ部3で2個ずつ得られる破断面4a,4b、5a,5bのデータのうち、破断分割された一組の破断面のデータについてのみ示す。具体的には、原始的に生成した三次元形状データA0,B0を対象とし、これらの変遷について説明する。
図7(b)から(c)に示すように、データ回転処理された三次元形状データB2の高さに関するデータ値を反転して反転データB3を生成する。この反転データは、位置座標を変えずに高さに関するデータ値のみを反転する。図7(b)に示す三次元形状データB2には、所定深さの凹部G0が検出されており、その高さに関するデータ値が反転されることにより、高さ方向には同じ値の所定高さの凸部G1に変換される。
仮に所定高さの凸部として検出された部分(例えば凸部F0)が含まれている場合には、高さ方向には同じ値の所定深さの凹部に変換される。
このようにして得られた反転データB3は、分割破断により欠落や変形等が生じていない場合には、この反転データB3の元の破断面の三次元形状データB0と組になっていた破断面の三次元形状データA0の鏡像データA1と同じデータとなるはずである。
データ反転処理S13により得られた反転データB3と、この反転データの元の破断面の三次元形状データに組となっていた破断面の鏡像データA1とを位置決めする。つまり、図7(c)に示すように二つのデータのうちの一方の位置座標を移動して、両データの位置座標を一致させる。
一致した座標における両データB3,A1の高さに関するデータ値の差分を演算する。これにより、二つのデータ値が同じ値であった場合には、その差が0になり、異なる値であった場合には0以外の値となる。
図8は、このようにして求められた差分のデータ値を画像データにより表示したものである。前述したように、破断面の撮影データにより原始的に生成された三次元形状データA0〜D0において、凸部F0と凹部G0とは破断時に欠落や変形等がなく破断された破断面の撮影データに基づくものであるから、図7(a)〜(c)に示すようにデータ回転処理S12、データ反転処理S13により変遷した三次元形状データB3における凸部G1と、図6(a)(b)に示すように鏡像データ生成処理S11により得られた三次元形状データ(鏡像データ)A1における凸部F0とは、全く同じデータ値であり、したがって、これらの差分のデータ値は0になる。一方、欠落部においては、図7の場合は、三次元形状データ(鏡像データ)A1の欠落部K0に、反転データB3の対応部分を位置合わせして差分を求めると、欠落部K0のデータ値の分、両者のデータ値が異なることから、欠落部K0のデータ値がそのまま残ることになる。
このようにして生成された差分のデータ値について、各位置座標における差分のデータ値の平均値を求め、その平均値に対して所定値の深さデータ値を加えたしきい値を設定し、そのしきい値を超える異常データ値の有無を判別し、その異常データ値が無かった場合に合格とし、異常データ値が有った場合に不良と判定する。図9が図8の差分のデータ値を位置座標を横軸にしてグラフ化して示したものであり、その平均値よりも所定深さ分、大きい深さのしきい値を設定している。欠落部K0の部分が、そのしきい値を超えるデータ値となって表れており、このしきい値を超えるデータ値の有無によって合否判定することにより、固定用治具22への支持精度等に影響されることなく、正確に合否判定することができる。
なお、差分のデータ値の平均値を求める場合、移動平均法等の公知の方法も適用することができる。
例えば、実施形態では、組となる二つの三次元形状データの一方の鏡像データ(A1)と、他方の三次元形状データの反転データ(B2)とを位置合わせするようにしたが、一方の三次元形状データに対して、鏡像データ生成処理、データ反転処理を連続的に行って得られるデータと、他方の未処理の三次元形状データ(A0〜D0のうちの対応するデータ)とを位置合わせすることにより、合否判定することもできる。
また、合否判定工程では、三次元形状データ生成工程で生成された三次元形状データから鏡像データ処理、データ反転処理を経て、差分演算処理により差分のデータ値を求めて合否判定したが、三次元形状データ生成工程で生成された三次元形状データの位置座標を一致させて、両データ値の和を求めて合否判定することも可能である。
また,差分データ生成工程においては、鏡像データ生成処理S11の後にデータ反転処理S13を行い、その後、データ回転処理S12とデータ移動処理S14の両プロセスを画像処理技術の一つであるマッチング技術を使って二つの画像データをマッチング処理することも可能である。これを使えば、ロッド部とキャップ部の搬送装置への取り付け上の位置ずれや回転方向のずれがあっても、その位置や回転姿勢を補正して正確に処理することができる。
また、本発明の破断面検査方法及び破断面検査装置は、実施形態のコネクティングロッドだけでなく、石材等の脆性材の破断分割により生じた分割部品の破断面を検査する場合に適用することができる。
2 ロッド部(分割部品)
3 キャップ部(分割部品)
4a,4b,5a,5b 破断面
6 ボス部
7 ボルト挿入用孔
10 破断面検査装置
20 搬送装置
21 コンベア
22 固定用治具
23 ベース
24 ピン
30 三次元形状計測装置
31 筐体
32 撮影部
33 画像処理部
34 表示部
35 トリガ装置
36 搬送検出器
37 駆動軸
38 外部制御装置
41 レーザー光照射部
42 エリアセンサ
45 プロファイル生成演算部
46 三次元画像処理演算部
47 インターフェース部
48 同期制御部
A0〜D0 三次元形状データ
A1〜D1 鏡像データ
B3 反転データ
F0 凸部
F1 凸部
G0 凹部
K0 欠落部
L レーザー光
Claims (4)
- 破断分割により生じた二つの分割部品相互の破断面を検査する方法であって、各分割部品の破断面を撮影して該破断面の三次元形状データをそれぞれ生成する三次元形状データ生成工程と、両三次元形状データを画像処理して、各位置座標における高さに関するデータ値の相違に基づき前記分割部品の合否判定を行う合否判定工程とを有し、
前記合否判定工程は、一方の三次元形状データの高さに関するデータ値はそのままにして位置座標を反転することにより得られた鏡像データと、他方の三次元形状データの位置座標を変えずに高さに関するデータ値を反転して得られた反転データとの位置座標を一致させ、各位置座標における高さに関する差分のデータ値を求める処理を行うことを特徴とする破断面検査方法。 - 破断分割により生じた二つの分割部品相互の破断面を検査する方法であって、各分割部品の破断面を撮影して該破断面の三次元形状データをそれぞれ生成する三次元形状データ生成工程と、両三次元形状データを画像処理して、各位置座標における高さに関するデータ値の相違に基づき前記分割部品の合否判定を行う合否判定工程とを有し、
前記合否判定工程は、一方の三次元形状データの高さに関するデータ値はそのままにして位置座標を反転することにより得られた鏡像データに対して高さに関するデータ値を反転して得られた反転データと、他方の三次元形状データとの位置座標を一致させ、各位置座標における高さに関する差分のデータ値を求める処理を行うことを特徴とする破断面検査方法。 - 前記合否判定工程は、各位置座標における前記差分のデータ値の平均値を求め、該平均値と前記差分のデータ値とを比較して前記合否判定を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の破断面検査方法。
- 破断分割により生じた二つの分割部品相互の破断面を検査する装置であって、各分割部品の破断面を撮影する撮影部と、撮影部によって取得される撮影データから破断面の三次元形状データを生成するプロファイル生成演算部と、その三次元形状データを画像処理して合否判定を行う三次元画像処理演算部とを有し、
前記三次元画像処理演算部は、高さに関するデータ値はそのままにして位置座標を反転することにより鏡像データを生成する鏡像データ生成処理と、位置座標を変えずに高さに関するデータ値を反転して反転データを生成するデータ反転処理とを両三次元形状データのいずれか、又はその一方ずつに実行するとともに、得られる二つのデータの位置座標を一致させ、各位置座標における高さに関する差分のデータ値を求める処理を行うことを特徴とする破断面検査装置。
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