JP7438648B1 - 計測装置及び成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来より画像処理による計測を正確に行うことが可能な技術の提供を目的とする。【解決手段】本実施形態の計測装置２０Ａには、成形機１０Ａによって成形される圧縮コイルばね９１を空中で撮像するためのカメラ２４が備えられている。そして、画像処理部６２Ａによって、カメラ２４で撮像された圧縮コイルばね９１の画像の画像処理を行って、圧縮コイルばね９１の寸法を計測する。【選択図】図７

Description

本開示は、ワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する計測装置と、そのような計測装置を備える成形機とに関する。

従来の計測装置として、カメラにてワークを撮像して得られる画像の画像処理によりワークの寸法計測を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５６６６９５４号公報（段落［００２０］、図２）

しかしながら、上述した従来の計測装置では、撮像時にワークを支持する支持部材が、ワークの一部を隠すように画像に映り込んだり、画像処理の際に支持部材がワークの一部と誤認識される等の不具合が発生して、計測を正確に行えないことがあり、それを解決する技術の開発が求められている。

発明の一態様は、産業機械によって製造されるワークを空中で撮像するためのカメラと、前記カメラにて撮像される前記ワークの画像の画像処理を行って、前記ワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する画像処理部と、を備える計測装置。

発明の一態様の計測装置では、ワークを空中で撮像して得た画像の画像処理にてワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測するので、従来のようにワークを支持する支持部材が画像に写り込んでワークの一部と誤認識されたり、ワークの一部が支持部材によって隠れる不具合の発生が抑えられ、従来より画像処理による計測を正確に行えるようになる。

図１は、第１実施形態に係る成形機の正面図 図２は、成形機のコイリングツール、ピッチツール等の斜視図 図３は、コントローラのブロック図 図４Ａは、圧縮コイルばねに成形される直前の線材及びツール群の側面図、図４Ｂは、成形の初期段階の線材及びツール群の側面図、図４Ｃは、成形の途中段階の線材及びツール群の側面図 図５Ａは、成形の最終段階の線材及びツール群の側面図、図５Ｂは、後続の線材から圧縮コイルばねが切り離れた状態の側面図 図６Ａは、成形直後の圧縮コイルばねの側面図、図６Ｂは、研削工程を経て完成した圧縮コイルばねの側面図 図７は、成形機の側断面図 図８は、計測装置の正断面図 図９Ａは、圧縮コイルばねの画像から外径を測定するときのイメージ図、図９Ｂは、圧縮コイルばねの画像から全長を測定するときのイメージ図、図９Ｃは、圧縮コイルばねの画像からピッチを測定するときのイメージ図 図１０は、第２実施形態に係る計測装置の平断面図 図１１Ａ及び図１１Ｂは第３実施形態に関し、図１１Ａは、マスターワークの画像のイメージ図、図１１Ｂは、マスターワークの画像にカメラにて撮像した圧縮コイルばねの画像を重ねた状態のイメージ図 図１２は、第４実施形態に係る圧縮コイルばねの画像から寸法を測定するときのイメージ図

［第１実施形態］
図１～図９を参照して本実施形態に係る成形機１０Ａについて説明する。図１に示すように成形機１０Ａは、鉛直に起立した基台１１に、線材送給装置３３、１対のピッチ・切断用スライド機構３０Ａ，３０Ｂ、１対のコイリング用スライド機構４０Ａ，４０Ｂ、計測装置２０Ａ（図７参照）等を組み付けて備える。

線材送給装置３３は、基台１１の前面に配置されて上下に並んだ１対のローラ３４を備える。また、図１に示すように、１対のローラ３４同士の共通の接線上には、線材ガイド１２が延びている。そして、１対のローラ３４が、間に線材９０を挟持した状態でサーボモータ３５（図３参照）により対称的に回転駆動されることで、線材９０が図１における右側に送給されて、線材ガイド１２の貫通孔１２Ａ（図４Ａ参照）を通り、線材ガイド１２の先端から送り出される。

線材送給方向における線材ガイド１２の前方には、基台１１の前面から突出する芯金１３が備えられている。図２に示すように、芯金１３は、例えば断面半円形の棒状をなし、その平坦な側面１３Ａが、線材ガイド１２側を向いている。

図１に示すように１対のコイリング用スライド機構４０Ａ，４０Ｂは、芯金１３より線材送給装置３３から離れた側に配置されて上下方向に対して傾斜する方向に延びている。また、コイリング用スライド機構４０Ａ，４０Ｂは、芯金１３に対して接近及び離間するスライダ４１を含んだクランクスライダ機構４０Ｋを備え、それらがサーボモータ４２Ａ，４２Ｂ（図３参照）によって駆動されるようになっている。

１対のコイリング用スライド機構４０Ａ，４０Ｂのスライダ４１には、１対のコイリングツール１６Ａ，１６Ｂが固定されている。図２に示すように、一方のコイリングツール１６Ａは、芯金１３に対して斜め上方から突き合わされ、他方のコイリングツール１６Ｂは、芯金１３に対して斜め下方から突き合わされている。また、これらコイリングツール１６Ａ，１６Ｂの先端面には、丸溝１６Ｍが形成されている。そして、線材送給装置３３から送給された線材９０が各コイリングツール１６Ａ，１６Ｂの丸溝１６Ｍに案内されて、線材９０が芯金１３を取り囲むように円弧状に成形されて圧縮コイルばね９１になり（図４Ｃ参照）、その圧縮コイルばね９１は基台１１から離れる方向に成長していく。

図１に示すように、１対のピッチ・切断用スライド機構３０Ａ，３０Ｂは、上下方向に延び、芯金１３を間に挟んで上下に対称に配置されている。各ピッチ・切断用スライド機構３０Ａ，３０Ｂは、上下方向にスライドするスライダ３１を含んだクランクスライダ機構３０Ｋを備え、それらがサーボモータ３２Ａ，３２Ｂによって駆動されるようになっている。

上側のピッチ・切断用スライド機構３０Ａのスライダ３１には、切断ツール１５が固定され、その切断ツール１５と芯金１３とにより線材９０が切断される。一方、下側のピッチ・切断用スライド機構３０Ｂのスライダ３１には、ピッチツール１４が固定されている。図２に示すようにピッチツール１４の先端は楔状になって傾斜面１４Ａを有する。そして、その傾斜面１４Ａが圧縮コイルばね９１を構成する線材９０に対して基台１１側から当接し、ピッチツール１４を上方に移動すると、圧縮コイルばね９１のピッチが大きくなり、ピッチツール１４を下方に移動すると、圧縮コイルばね９１のピッチが小さくなる。

図３には、成形機１０Ａを制御するためのコントローラ４３が示されている。コントローラ４３は、上述した各サーボモータ３２Ａ，３２Ｂ，３５，４２Ａ，４２Ｂのサーボアンプと、それらサーボアンプが接続された制御回路４４とを備える。制御回路４４は、ＣＰＵ４５ＡとＲＡＭ４５ＢとＲＯＭ４５Ｃとフラッシュメモリ４５Ｄとを有する。そして、ＣＰＵ４５Ａが、ＲＯＭ４５Ｃに記憶されているばね成形プログラム（図示せず）を実行することで、上記した各サーボモータ３２Ａ，３２Ｂ，３５，４２Ａ，４２Ｂが駆動制御されて線材９０から圧縮コイルばね９１が順次成形される。

具体的には、ばね成形プログラムには、例えば、線材送給装置３３によって送給される１つの圧縮コイルばね９１分の送給長を複数分割してなる複数の分割ポイントが設定され、分割ポイント毎にコイリングツール１６Ａ，１６Ｂ、ピッチツール１４、切断ツール１５の位置がティーチングされている。そして、ばね成形プログラムが実行されることで、所謂ティーチングプレイバックにより線材送給装置３３、コイリングツール１６Ａ，１６Ｂ、ピッチツール１４、切断ツール１５が以下のように動作する。

即ち、切断ツール１５と芯金１３によって線材９０が切断された状態（図４Ａ参照）から線材送給装置３３が、予め設定された送給速度で線材９０を送給する。すると、送給された線材９０がコイリングツール１６Ａ，１６Ｂにおける丸溝１６Ｍの内面に衝合しかつピッチツール１４の傾斜面１４Ａに摺接して円弧状に成形される（図２参照）。詳細には、ばね成形の初期段階では、図４Ａから図４Ｂに示すように、ピッチツール１４が初期位置から少し上昇した第１成形位置に配置され、その状態で１巻分の線材９０が送給されて先端側の座巻９１Ａが成形される。

次いで、図４Ｂから図４Ｃに示すように、ピッチツール１４が第１成形位置から第２成形位置に上昇し、その状態で複数巻分の線材９０が送給されてコイル本体９１Ｂが成形される。そして、再び、図４Ｃから図５Ａに示すように、ピッチツール１４が第１成形位置に降下し、１巻分の線材９０が送給されて後端側の座巻９１Ｃが成形される。そして、ピッチツール１４が圧縮コイルばね９１から離間した待機位置に後退した後に、切断ツール１５が初期位置から降下し、圧縮コイルばね９１が後続の線材９０から切り離される（図５Ｂ参照）。そして、コイリングツール１６Ａ，１６Ｂ、ピッチツール１４、切断ツール１５のツール群が初期位置に戻る（図４Ａ参照）。

図６Ａには、成形機１０Ａから排出された状態の圧縮コイルばね９１が拡大して示されている。圧縮コイルばね９１は、その後、研削工程に送られ、例えば、特許第６９６４９５６公報、特開２０１９－０８４６４３号公報等に開示されているばね研磨装置により両端面を研削される。そして、図６Ｂに示すように、巻回中心軸ＣＬ（図９参照）に対して直交する１対の端面９１Ｚを両端に有し、それら１対の端面９１Ｚの間の距離が予め設定されたばね長Ｌ１になったところで研削工程が終了し、圧縮コイルばね９１が完成する。

図７及び図８に示すように、計測装置２０Ａは、ワークガイド２３と、カメラ２４とを有する（図１では、計測装置２０Ａは省略されている）。ワークガイド２３には、例えば、ガイドバー２１とガイドパイプ２２とが含まれている。ガイドバー２１は、丸棒の長手方向の２箇所を屈曲させてなる。そして、ガイドバー２１の始端部２１Ａは、芯金１３の先端面に接続され、芯金１３から離れるに従って僅かに下るように傾斜するように延び、ガイドバー２１の中間部２１Ｂは、始端部２１Ａの末端から屈曲して始端部２１Ａより急角度で下るように傾斜して延び、さらに、ガイドバー２１の終端部２１Ｃは、中間部２１Ｂの末端から屈曲して鉛直下方に向かって延びている。

ガイドパイプ２２は、例えば、全体が鉛直方向に延び、上方に向かって拡径するテーパー部２２Ａを上端部に備え、テーパー部２２Ａより下側は内径が均一なストレート部２２Ｂになっている。また、ガイドパイプ２２は、ガイドバー２１の終端部２１Ｃの同軸下方に配置され、ガイドバー２１の下端が、ガイドパイプ２２の上面開口に突き合わされている。さらには、ガイドパイプ２２の下端寄り位置には、側方から内外に貫通する貫通孔２２Ｃが形成され、ガイドパイプ２２の外面に固定されたセンサ５０により覆われている。そして、圧縮コイルばね９１の下端部が貫通孔２２Ｃの前を通過すると、そのことがセンサ５０によって検出される。

なお、センサ５０は、非接触式のものであれば、どのようなものでもよく、例えば、光学式、磁気式、電界式、静電容量式等の何れであってもよい。また、センサ５０は、ガイドパイプ２２より上方又は下方に配置されていてもよい。さらに、ガイドバー２１の終端部２１Ｃは、ガイドパイプ２２の内部に受容されていてもよい。また、ガイドバー２１は、中実の棒であってもよいし、中空の棒（即ち、パイプ）であってもよい。

ガイドパイプ２２は、ベース部２６に支持され、そのベース部２６は基台１１の前面に固定されたブラケット２７に支持されている。ブラケット２７は、詳細は図示されていないが、例えば下側のピッチ・切断用スライド機構３０Ｂの下端部を横方向から挟んで対向する１対の対向壁の先端間に支持プレートを架け渡した構造をなしている。そして、ブラケット２７のうち基台１１と反対側を向いた前面にベース部２６が固定されている。

図８に示すように、ベース部２６は、例えば、正面から見ると線材９０の線材送給方向（以下、適宜、「横方向」という）に延びる横長部２６Ｂと、横長部２６Ｂの一端から前方に突出する前方突出部２６Ａと、横長部２６Ｂの他端から上方に突出する上方突出部２６Ｃとを備える。そして、横長部２６Ｂのうち上方突出部２６Ｃを有する側の端部に、カメラ２４が取り付けられている。

カメラ２４は、例えば、テレセントリックレンズ付きのＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラであり、カメラ２４の前面（即ち、レンズを有する面）と前方突出部２６Ａとが間隔を空けて対向している。なお、カメラ２４は、画像をデジタルデータとして撮像することができるものであれば、どのようなものであってもよい。

上方突出部２６Ｃの上部前面には支持梁２６Ｄが固定され、その支持梁２６Ｄによりガイドパイプ２２が支持されている。そして、ガイドパイプ２２の下端部が、カメラ２４の前方領域Ｒ２（具体的には、カメラ２４と前方突出部２６Ａと横長部２６Ｂとに三方を包囲された領域）の真上に位置している。これにより、図７に示すように、成形機１０Ａの成形領域Ｒ１で成形された圧縮コイルばね９１は、ワークガイド２３によってカメラ２４の前方領域Ｒ２の上方位置まで降下するように案内され、そこから更に自由落下してカメラ２４の前方領域Ｒ２を通過する。このとき、センサ５０の検出結果に基づいてカメラ２４が動作し、空中の圧縮コイルばね９１がカメラ２４にて撮像される。

なお、カメラ２４の前方領域Ｒ２より下側には、図示しない容器が備えられ、カメラ２４の前方領域Ｒ２を通過した圧縮コイルばね９１はこの容器に収容されて前述の研削工程に搬送される。その容器の代わりに、例えば、上下方向に延びるバーやパイプを備えて、それらに圧縮コイルばね９１が嵌合するようにしてもよい。

図８に示すように、前方突出部２６Ａのうちカメラ２４との対向面には、バックライト２９が備えられている。具体的には、前方突出部２６Ａは、例えば、角筒状をなし、内部に発光基板２９Ａを有する。また、前方突出部２６Ａのうちカメラ２４との対向面には貫通孔２９Ｂが形成され、その貫通孔２９Ｂが例えば白濁色の透光部材２９Ｃにて覆われている。これにより前方突出部２６Ａの一部がバックライト２９をなし、カメラ２４により圧縮コイルばね９１を撮像する際にバックライト２９が発光することで、圧縮コイルばね９１とそれ以外の部分との境界が明確にされる。

計測装置２０Ａは、図３に示すようにコントローラ４３に接続される制御部６０を有する。制御部６０は、例えば、ＣＰＵ６２Ａ、ＲＡＭ６２Ｂ、ＲＯＭ６２Ｃ、フラッシュメモリ６２Ｄを含んだ制御回路６２を備える。そのＣＰＵ６２Ａは、成形機１０Ａの起動を受けてＲＯＭ６２Ｃに記憶された撮像プログラムを実行する。そして、ＣＰＵ６２Ａは、センサ５０の検出結果を受けると、上述の如く圧縮コイルばね９１がカメラ２４の前方領域Ｒ２を通過するタイミングでカメラ２４を動作させる。そして、カメラ２４により撮像された圧縮コイルばね９１の画像をフラッシュメモリ６２Ｄに保存する。

画像がフラッシュメモリ６２Ｄに取り込まれると、ＣＰＵ６２Ａは、ＲＯＭ６２Ｃに記憶された画像処理プログラムを実行する。この画像処理プログラムを実行しているときのＣＰＵ６２Ａが、計測装置２０Ａの「画像処理部」となる。

画像処理部としてのＣＰＵ６２Ａは、図９Ａ～図９Ｃに例示された圧縮コイルばね９１の画像に対して以下の画像処理が行われる。即ち、画像を構成する複数のピクセル（図９Ａ～図９Ｃでは、各ピクセルは省略されている）が、圧縮コイルばね９１に相当する部分の黒色のピクセルと、背景に相当する部分の白色のピクセルとに区別されて、圧縮コイルばね９１の輪郭が特定される。そして、この画像（以下、適宜「対象画像」という）と、ＲＯＭ６２Ｃに記憶されている標準画像とがパターンマッチングされ、まず圧縮コイルばね９１の外径Ｄが特定される。具体的には、まず、対象画像に、標準画像に登録されている図９Ａに示される４カ所の四角い枠Ａ１～Ａ４が設定され、各枠Ａ１～Ａ４内において、図９Ａにおける左右方向の一番外側の点Ｂ１～Ｂ４が取得される。次いで、左側の上側の枠内の点Ｂ１と左側の下側の枠内の点Ｂ２を直線で結んだ直線Ｙ１が得られると共に，右側の上側の枠内の点Ｂ３と右側の下側の枠内の点Ｂ４を直線で結んだ直線Ｙ２が得られる。そして、この直線Ｙ１と直線Ｙ２との間の距離が圧縮コイルばね９１の外径Ｄとして特定され、フラッシュメモリ６２Ｄに保存される。

次いで、圧縮コイルばね９１の全長Ｌ０が特定される。具体的には、まず、対象画像に、標準画像に登録されている図９Ｂに示される上下２カ所の四角い枠Ｇ１，Ｇ２が設定され、各枠Ｇ１，Ｇ２内において、図９Ｂの上下方向の一番外側の点Ｊ１，Ｊ２が取得される。次いで、その点Ｊ１，Ｊ２を通り、直線Ｙ１，Ｙ２と直交する垂直線Ｘ１，Ｘ２が取得される。そして、この垂直線Ｘ１，Ｘ２の間の距離が圧縮コイルばねの全長Ｌ０として特定され、フラッシュメモリ６２Ｄに保存される。

最後に、圧縮コイルばね９１のピッチが特定される。具体的には、まず、対象画像に、標準画像に登録されている図９Ｃに示される四角い枠Ｋ１が設定される。次いで、枠Ｋ１内で圧縮コイルばね９１の４カ所の屈曲部分に対してそれぞれ形状に沿った直線Ｑ１～Ｑ８が取得される。そして、枠Ｋ１内の最下部の屈曲部分において、直線Ｙ１上で直線Ｑ１，Ｑ２が交差する交点同士の中点Ｆ１が取得され、その中点Ｆ１を通る垂直線Ｘ１，Ｘ２に平行な中心線Ｒ１が得られる。同様に、枠Ｋ１内の最下部以外の屈曲部分についても中点Ｆ２～Ｆ４が取得されて中心線Ｒ２～Ｒ４が得られる。そして、隣り合う中心線Ｒ１～Ｒ４同士の各距離が圧縮コイルばね９１のピッチＰ１～Ｐ３として特定され、フラッシュメモリ６２Ｄに保存される。

これら計測データ群がフラッシュメモリ６２Ｄに保存されると、ＲＯＭ６２Ｃに記憶された品質管理プログラムが実行される。画像処理プログラムを実行しているときのＣＰＵ６２Ａは、計測装置２０Ａの「品質管理部」となる。ここで、ＲＯＭ６２Ｃには、例えば、ばね長Ｌ０、外径Ｄ、ピッチＰ１～Ｐ３の各計測データに対して、複数段階ずつの基準値が予め設定されている。そして、品質管理部としてのＣＰＵ６２Ａは、各計測データが何れの段階の基準値以内に収まっているかに応じて、例えば、警告、注意、異常のようにレベルが異なる報知をモニタ６０Ｍに表示する。また、例えば、何れかの計測データが異常レベルであるときには、コントローラ４３に異常信号を出力し、成形機１０Ａが停止される。

本実施形態の構成に関する説明は以上である。上述したように本実施形態の計測装置２０Ａでは、圧縮コイルばね９１を空中で撮像して得られる画像の画像処理を行って、圧縮コイルばね９１の寸法を計測するので、従来のように圧縮コイルばね９１を支持する支持部材が画像に写り込んで圧縮コイルばね９１の一部と誤認識されたり、圧縮コイルばね９１の一部が支持部材によって隠れる不具合の発生が抑えられ、従来より画像処理による計測を正確に行えるようになる。

また、成形機１０Ａの成形領域Ｒ１から排出される圧縮コイルばね９１がカメラ２４の前方領域Ｒ２の上方位置まで降下するようにワークガイド２３に案内されてから、カメラ２４の前方領域Ｒ２を落下するので、撮像時における圧縮コイルばね９１の姿勢が安定し、画像処理による寸法等の計測が容易になる。

そのワークガイド２３には、湾曲した棒状のガイドバー２１が含まれ、そのガイドバー２１の始端部２１Ａは、成形中の圧縮コイルばね９１の内側に嵌合し、終端部２１Ｃは鉛直方向に延びているので、成形機１０Ａの成形領域Ｒ１から排出される圧縮コイルばね９１をスムーズにカメラ２４の前方領域Ｒ２の真上位置まで案内することができる。しかも、圧縮コイルばね９１は中心軸が鉛直方向に沿った姿勢でカメラ２４の前方領域Ｒ２を落下するので、圧縮コイルばね９１全体の撮像が容易になる。

また、本実施形態では、ガイドバー２１の同軸下方に配置されるガイドパイプ２２を備えている。ガイドパイプ２２は、その内側を圧縮コイルばね９１が通過するから、ガイドパイプ２２を外側から強固に支持することができる。これにより、カメラ２４の前方領域Ｒ２の真上位置における圧縮コイルばね９１のガイドが案内し、撮像時の圧縮コイルばね９１の姿勢がより一層安定する。

また、ガイドパイプ２２には圧縮コイルばね９１の通過を検出するセンサ５０が備えられ、カメラ２４は、センサ５０による検出結果に応じて動作して圧縮コイルばね９１を撮像するので、圧縮コイルばね９１が映っていない無駄な撮像による画像のデータ量が抑えられ、画像の保存が容易になる。

また、カメラ２４に前方から対向配置されるバックライト２９を備えるから、圧縮コイルばね９１の画像において圧縮コイルばね９１と背景との区別が容易になり、画像処理による圧縮コイルばね９１の寸法等の計測が容易になる。さらには、カメラ２４にはテレセントリックレンズが備えられていることで圧縮コイルばね９１のうちカメラ２４に近い側と遠い側との写り方の違いが抑えられ、画像処理による圧縮コイルばね９１の寸法等の計測が容易になる。

また、計測装置２０Ａは、成形機１０Ａに含まれ、順次成形される圧縮コイルばね９１の寸法を順次計測するので、効率良い計測を行うことができる。

なお、本実施形態の成形機１０Ａは、計測装置２０Ａによる計測結果が品質管理に使用されているが、計測装置２０Ａの計測結果に基づいて成形機１０Ａによるツール群の制御データが自動的に変更されるようにしてもよい。そのためには、例えば、特許第５７７７１８４号公報に開示されているように、自己回帰モデルによって寸法管理対象部位を予測し、補正量を演算する構成としてもよい。

また、例えば、機械学習による回帰分析を利用してもよい。具体的には、例えば、ティーチングによって設定される各ツール群の制御データを説明変数として様々な値に変更し、様々な値に変更された各制御データで圧縮コイルばね９１を実際に成形する。そして、計測装置２０Ａにてそれら圧縮コイルばね９１のばね長Ｌ０、外径Ｄ、ピッチＰ１～Ｐ３を計測してそれら計測結果を前述の説明変数に対する目的変数にして機械学習による回帰分析を行う。そして、その学習済みモデルを利用して、所望のばね長Ｌ０、外径Ｄ、ピッチＰ１～Ｐ３を成形するための制御データを決定するようにしてもよい。

［第２実施形態］
本実施形態の計測装置２０Ｂは、第１実施形態の変形例であって、図１０に示されているように、複数（例えば、２つ）のカメラ２４を備える。そして、それらカメラ２４によって異なる方向から圧縮コイルばね９１を撮像するようになっている。具体的には、第１のカメラ２４は、前記第１実施形態と同様に成形機１０Ａの横方向から圧縮コイルばね９１を撮像し、第２のカメラ２４は、成形機１０Ａの前方から圧縮コイルばね９１を撮像するようになっている。また、バックライト２９は、１対のカメラ２４のそれぞれと対向するように設けられている。そして、制御部６０（図３参照）は、１対のカメラ２４を同時に動作させる。また、画像処理部としてのＣＰＵ６２Ａは、１対のカメラ２４が同時に撮像した画像の画像処理を行って、圧縮コイルばね９１のばね長Ｌ０を計測する。詳細には、画像処理部としてのＣＰＵ６２Ａにより、第２のカメラ２４にて撮像された画像から、上下方向に対して圧縮コイルばね９１の横方向への傾斜角（以下、「横傾斜角」という）が求められる。そして、第１のカメラ２４が横方向から撮像した圧縮コイルばね９１の画像のうち前述の横傾斜角によって短くなった分が補正されてばね長Ｌ０、ピッチＰ１～Ｐ３が求められる。なお、外径Ｄに関しては、第１実施形態と同じようにして求められる。

このように本実施形態の構成によれば、複数のカメラ２４が同時に撮像する画像に基づいて圧縮コイルばね９１の寸法等を計測するから、撮像時における圧縮コイルばね９１の姿勢の特定が容易になり、圧縮コイルばね９１の姿勢のばらつきによる計測誤差を抑えることができる。

［第３実施形態］
本実施形態は、第１及び第２の実施形態の変形例であり、図１１に示されているように、寸法を計測するのではなく、圧縮コイルばね９１とマスターワーク９１Ｍとの一致度を計測する点が前記実施形態とは異なる。即ち、本実施形態では、図１１Ａに示されるように、圧縮コイルばね９１のコイル本体９１Ｂの目標の形状を有するマスターワーク９１Ｍの画像がＲＯＭ６２Ｃに保存されている。そして、画像処理部としてのＣＰＵ６２Ａは、図１１Ｂに示すように、マスターワーク９１Ｍ（二点鎖線にて示される部分）と、カメラ２４にて撮像した圧縮コイルばね９１（黒塗りにて示される部分）におけるコイル本体９１Ｂとを重ね合わせる処理を行い、重なり合った部分の面積である重複面積を求める。そして、重複面積と予め設定された複数段階ずつの基準値とを比較し、重複面積が何れの段階の基準値より小さいかに応じて、例えば、警告、注意、異常のようにレベルが異なる報知をモニタ６０Ｍに表示する。

［第４実施形態］
本実施形態は、圧縮コイルばね９１の寸法の特定方法が第１実施形態と異なる。具体的には、図１２に示されるように、圧縮コイルばね９１に相当する部分の黒色のピクセルと、背景に相当する部分の白色のピクセルとに区別されて、圧縮コイルばね９１の輪郭が特定されると、画像の所定の点（例えば、画像の左下角部の点）を原点とするＸＹ座標軸が設定され、コイル径方向の端部に現れる複数の半円の中心点Ｃ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）の位置データが特定される。また、圧縮コイルばね９１の両端部で尖った突起のシルエットになっている線材９０の両端のエッジ点Ｅ１，Ｅ２の位置データも特定される。

次いで、圧縮コイルばね９１の径方向の一端の複数の中心点Ｃ（ｎ）（図１２におけるＣ（１）～Ｃ（６），Ｃ（１３））に対して距離が近い直線ＳＬ１が最小自乗法にて特定され、残りの複数の中心点Ｃ（ｎ）（図９におけるＣ（７）～Ｃ（１２））に対しても同様に直線ＳＬ２が特定される。そして、それら２つの直線ＳＬ１，ＳＬ２の間を２等分する直線が中心線ＣＬとして特定される。そして、圧縮コイルばね９１のうち中心線ＣＬをＹ軸とする一方、そのＹ軸と直交しかつ一方のエッジ点Ｅ２を通る直線をＸ軸とするＸＹ座標軸が新たに設定され、新たなＸＹ座標軸で、中心点Ｃ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）及びエッジ点Ｅ１，Ｅ２の位置データ群が特定されてフラッシュメモリ６２Ｄに保存される。

次いで、上記位置データ群を使用して、エッジ点Ｅ１，Ｅ２同士のＹ座標の値の差分がばね長Ｌ０として求められる。また、中心点Ｃ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）のＸ座標の値の絶対値の平均が求められ、その平均を２倍したものがコイル平均径Ｄとして求められる。また、中心点Ｃ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）のＸ座標の値の絶対値の標準偏差σ（ｒ）も求められる。また、隣り合う中心点Ｃ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）同士のＹ座標の値の差分から図１２に示したピッチＰ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）が演算され、コイル本体９１Ｂにおける複数のピッチＰ（２）～Ｐ（５）、Ｐ（８）～Ｐ（１０）の平均がピッチＰとして求められると共に、ピッチＰ（２）～Ｐ（５）、Ｐ（８）～Ｐ（１０）の標準偏差σ（Ｐ）も求められる。

［他の実施形態］
前記第１実施形態の計測装置２０Ａは、成形機１０Ａの成形領域Ｒ１から排出された直後の圧縮コイルばね９１を自動的に順次受け入れるものであったが、成形機１０Ａから排出されて集められた複数の圧縮コイルばね９１を任意の順番、任意のタイミングで受け入れるものであってもよい。

前記第１実施形態の成形機１０Ａは、圧縮コイルばね９１を成形するものであったが、成形機は、ワークを製造する産業機械であればどのようなものでもよく、例えば、板金をプレスしてワークを絞り成形又はしごき成形する成形機であってもよいし、ワークを切削加工又は研削加工する加工機であってもよいし、それら以外のものであってもよい。

前記第１及び第２の実施形態の計測装置２０Ａ，２０Ｂは、二次元画像に基づいて圧縮コイルばね９１の寸法等を計測していたが、複数のカメラが同時に撮像する画像に基づいてワークの三次元モデルを特定し、その三次元モデルからワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する構成としてもよい。そのような構成とすれば、二次元画像に基づいて寸法等を計測するものより、詳細又は正確な計測を行うことができる。

前記第２実施形態の計測装置２０Ｂは、２つのカメラ２４にて圧縮コイルばね９１を同時に撮像する構成になっていたが、３つ以上の複数のカメラ２４にて圧縮コイルばね９１を同時に撮像してもよい。例えば、圧縮コイルばね９１の落下領域を中心とする周方向を３等分する位置に３台のカメラを配置すると共に、隣り合うカメラ同士の間にバックライトを配置して、ワークを３方向から撮像してもよいし、また、８台のカメラにて、空中のワークに対して斜め上方の４方向と斜め下方の４方向とからワークを撮像してもよい。

前記実施形態の計測装置２０Ａ，２０Ｂは、カメラ２４に対向するバックライト２９を備えていたが、バックライト２９を備えない構成としてもよい。

＜付記＞
以下、上記実施形態から抽出される特徴群について、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお、以下では、理解の容易のため、上記実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、これら特徴群は、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

[特徴１]
産業機械（１０Ａ）によって製造されるワーク（９１）を空中で撮像するためのカメラ（２４）と、前記カメラ（２４）にて撮像される前記ワーク（９１）の画像の画像処理を行って、前記ワーク（９１）の寸法又はマスターワーク（９１Ｍ）との一致度を計測する画像処理部（６２Ａ）と、を備える計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴１の計測装置によれば、ワークを空中で撮像して得られる画像の画像処理を行って、ワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測するので、従来のようにワークを支持する支持部材が画像に写り込んでワークの一部と誤認識されたり、ワークの一部が支持部材によって隠れる不具合の発生が抑えられ、従来より画像処理による計測を正確に行えるようになる。

[特徴２]
前記産業機械（１０Ａ）である成形機（１０Ａ）のうち前記ワーク（９１）を成形する成形領域（Ｒ１）から前記カメラ（２４）の前方領域（Ｒ２）の上方位置まで、前記ワーク（９１）が降下するように案内するワークガイド（２３）を備える特徴１に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴２の計測装置では、成形機の成形領域から排出されるワークがカメラの前方領域の上方位置まで降下するようにワークガイドに案内されてから、カメラの前方領域を落下するので、撮像時におけるワークの姿勢が安定し、画像処理による寸法等の計測が容易になる。

[特徴３]
前記ワーク（９１）は、圧縮コイルばね（９１）であり、前記ワークガイド（２３）には、湾曲した棒状をなしかつ、その一端部が水平方向又は水平方向に対して傾斜する方向に延びて成形中の前記圧縮コイルばね（９１）の内側に嵌合し、他端部が、前記一端部より下方で鉛直方向に延びるガイドバー（２１）が含まれる特徴２に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

ワークガイドは、ワークの形状に合わせて任意の構造が考えられるが、ワークが圧縮コイルばねである場合には、特徴３の計測装置のワークガイドのように、湾曲した棒状のガイドバーを含み、そのガイドバーの一端部が水平方向又は水平方向に対して傾斜する方向に延びて成形中の圧縮コイルばねの内側に嵌合し、他端部が鉛直方向に延びる構造とすることで、成形機の成形領域から排出される圧縮コイルばねをスムーズにカメラの前方領域の真上位置まで案内することができる。しかも、圧縮コイルばねは中心軸が鉛直方向に沿った姿勢でカメラの前方領域を落下するので、圧縮コイルばね全体の撮像が容易になる。

[特徴４]
前記ワークガイド（２３）には、鉛直方向に延びるパイプ形をなし、前記ガイドバー（２１）の他端部の同軸下方に配置されるガイドパイプ（２２）が含まれる特徴３に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

ワークが圧縮コイルばねの場合のワークガイドは、特徴３のガイドバーのみでもよいが、ガイドバーは、その外側を圧縮コイルばねが嵌合した状態で通過させるために、上端部以外の箇所を支持することができず、ガイドバーが振動する問題が生じる場合がある。これに対し、特徴４の計測装置では、ガイドバーの同軸下方に配置されるガイドパイプを備える。そして、ガイドパイプは、その内側を圧縮コイルばねが通過するから、圧縮コイルばねを外側から強固に支持することができ、振動が抑えられる。これにより、カメラの前方領域の真上位置における圧縮コイルばねのガイドが案内し、撮像時の圧縮コイルばねの姿勢がより一層安定する。

[特徴５]
前記カメラ（２４）より上方で前記ワーク（９１）の通過を検出するセンサ（５０）を備え、前記カメラ（２４）は、前記センサ（５０）による検出結果に応じて動作して前記ワーク（９１）を撮像する特徴１に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴５の計測装置によれば、ワークが映っていない無駄な撮像による画像のデータ量が抑えられ、画像の保存が容易になる。

[特徴６]
前記カメラ（２４）に前方から対向配置されるバックライト（２９）を備える特徴１に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴６の計測装置では、バックライトによりワークの画像においてワークと背景との区別が容易になり、画像処理によるワークの寸法等の計測が容易になる。

[特徴７]
前記カメラ（２４）は、テレセントリックレンズを備える特徴１に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴７の計測装置では、カメラにテレセントリックレンズが備えられていることでワークのうちカメラに近い側と遠い側との写り方の違いが抑えられ、画像処理によるワークの寸法等の計測が容易になる。

[特徴８]
前記カメラ（２４）は、複数備えられて前記ワーク（９１）を複数方向から撮像可能に配置され、前記画像処理部（６２Ａ）は、前記複数のカメラ（２４）が同時に撮像する画像に基づいて前記ワーク（９１）の寸法又はマスターワーク（９１Ｍ）との一致度を計測する特徴１に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴８の計測装置では、複数のカメラが同時に撮像する画像に基づいてワークの寸法等を計測するから、撮像時におけるワークの姿勢の特定が容易になり、ワークの姿勢のばらつきによる計測誤差を抑えることができる。

[特徴９]
前記画像処理部（６２Ａ）は、前記複数のカメラ（２４）が同時に撮像する画像に基づいて前記ワーク（９１）の三次元モデルを特定し、前記三次元モデルから前記ワーク（９１）の寸法又はマスターワーク（９１Ｍ）との一致度を計測する特徴８に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）。

特徴９の計測装置では、複数のカメラが同時に撮像する画像に基づいてワークの三次元モデルを特定し、三次元モデルからワークの寸法又はマスターワークとの一致度を計測するので、二次元画像に基づいて寸法等を計測するものより、詳細又は正確な計測を行うことができる。

[特徴１０]
線材（９０）から圧縮コイルばね（９１）を順次成形する成形機（１０Ａ）であって、順次成形される前記圧縮コイルばね（９１）を計測対象のワーク（９１）として順次計測する特徴１から９の何れか１の特徴に記載の計測装置（２０Ａ，２０Ｂ）を備える成形機（１０Ａ）。

特徴１０の成形機が順次成形する圧縮コイルばねの寸法等を計測装置により効率良く計測することができる。

なお、本明細書及び図面には、特許請求の範囲に含まれる技術の具体例が開示されているが、特許請求の範囲に記載の技術は、これら具体例に限定されるものではなく、具体例を様々に変形、変更したものも含み、また、具体例から一部を単独で取り出したものも含む。

１０Ａ 成形機
２０Ａ，２０Ｂ 計測装置
２１ ガイドバー
２１Ａ 始端部（一端部）
２１Ｃ 終端部（他端部）
２２ ガイドパイプ
２３ ワークガイド
２４ カメラ
２９ バックライト
５０ センサ
６２Ａ ＣＰＵ（画像処理部）
９０ 線材
９１ 圧縮コイルばね（ワーク）
９１Ｍ マスターワーク
Ｒ１ 成形領域
Ｒ２ 前方領域

Claims (8)

1. 湾曲した棒状をなし、その一端部が水平方向又は水平方向に対して傾斜する方向に延びてコイルばねを成形する成形機に接続されると共に前記成形機にて成形中の前記コイルばねの内側に嵌合する一方、他端部が、前記一端部より下方で鉛直方向に延び、前記他端部から前記コイルばねを排出するガイドバーと、
   前記ガイドバーから自由落下する鉛直姿勢の前記コイルばねを空中で撮像するためのカメラと、
   前記カメラにて撮像される前記コイルばねの画像の画像処理を行って、前記コイルばねの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する画像処理部と、
   を備える計測装置。
2. 前記ガイドバーの前記他端部の同軸下方に配置されて、前記ガイドバーから排出される前記コイルばねを受け入れて、前記カメラの前方領域の上方位置までガイドするガイドパイプを備える請求項１に記載の計測装置。
3. 前記カメラより上方で前記コイルばねの通過を検出するセンサを備え、
   前記カメラは、前記センサによる検出結果に応じて動作して前記コイルばねを撮像する請求項１に記載の計測装置。
4. 前記カメラに前方から対向配置されるバックライトを備える請求項１に記載の計測装置。
5. 前記カメラは、テレセントリックレンズを備える請求項１に記載の計測装置。
6. 前記カメラは、複数備えられて前記コイルばねを複数方向から撮像可能に配置され、
   前記画像処理部は、前記複数のカメラが同時に撮像する画像に基づいて前記コイルばねの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する請求項１に記載の計測装置。
7. 前記画像処理部は、前記複数のカメラが同時に撮像する画像に基づいて前記コイルばねの三次元モデルを特定し、前記三次元モデルから前記コイルばねの寸法又はマスターワークとの一致度を計測する請求項６に記載の計測装置。
8. 線材からコイルばねを順次成形する成形機であって、
   順次成形される前記コイルばねを順次計測する請求項１に記載の計測装置を備える成形機。

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