JP7655664B2 - 半割筒状ワークの外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、半割筒状ワークの外観検査装置及び外観検査方法に関する。

特許文献１には、検査対象物の被検査箇所を撮像するカメラと、その被検査箇所の画像を得るための光の照射を行う照明装置と、対象物の被検査箇所でない部分をハンドにより保持した状態で、その対象物の被検査箇所をカメラ及び照明装置よりなる光学系の焦点位置に配置するよう三次元方向に自在に移動するロボットと、カメラ及び照明装置の駆動により得られた画像を画像処理することにより得られる画像データに基づいて検査対象物の良否判定を行う画像処理装置とにより構成された外観検査装置が開示されている。

特開平０６－１６００６６号公報

自動車、建設機械、船舶等のエンジン用部品として、カムシャフトやクランクシャフトが知られている。これらのシャフトの軸受として半割軸受が用いられている。このエンジン部品用半割軸受の内周面は、軸受の性能に影響することから、外観検査を厳密に行う必要がある。しかし、このような半割筒状ワークは、要求される仕様に応じ、内周面の半径及び開き具合が微妙に異なり、換言すると内周面の曲率半径が少しずつ微妙に変化していることがあるため、内周面を検査対象としたときの外観検査を高精度に行うのは困難である。

また、半割筒状ワークをハンド、換言するとチャックで把持する場合、内周面を検査対象としていることから、ワークの筒高方向の上下端に形成された小幅の周端面を把持せざるを得ない。従って、ワークの把持位置に誤差が生じ易く、把持したワークの姿勢がばらつき易いため、このこともワークの検査精度が低下する一因となる。

特許文献１に記載の装置は、このような半割筒状ワークの外観検査に係る特有の事情について格別な配慮がなされていないため、半割筒状ワークの外観検査の精度が低下するおそれがある。また、格別な配慮なく検査精度を向上しようとすると、例えばワークを載置したテーブルやワークを撮像するためのカメラ及び照明を移動させなければならないため、装置構成が複雑になって高コストとなるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、半割筒状ワークの内周面の外観検査を高精度に且つ低コストで行うことができる、半割筒状ワークの外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、一態様に係る半割筒状ワークの外観検査装置は、半割筒状ワークの内周面を検査する外観検査装置であって、ワークの周端面を把持するチャックと、チャックで把持したワークを周端面側から撮像して取得した画像を処理することによりワークの姿勢を測定するエリアカメラと、チャックを介してワークをその周方向に沿って回転軸を中心として回転させるとともに、ワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び回転軸の４軸において移動させるロボットと、ワークの回転に伴いワークの内周面を撮像して走査するラインスキャンカメラとを備え、ロボットは、エリアカメラが測定するワークの姿勢に基づいて、ワークの内周面に形成され、当該内周面に対するラインスキャンカメラの走査の焦点距離が所定の一定値となるワークの回転開始位置と、ワークの回転軸の位置及び傾きとをエリアカメラが取得した画像を処理することにより算出し、ワークの回転中に、ワークの内周面に対するラインスキャンカメラの焦点距離を一定とするべくワークを移動させることにより、回転開始位置と回転軸の位置及び傾きとを補正しながらワークを回転させる。

また、一態様に係る半割筒状ワークの外観検査方法は、半割筒状ワークの内周面をその周方向に沿って回転軸を中心として回転させるとともに、ワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び回転軸の４軸において移動させて検査する外観検査方法であって、ワークの周端面を把持する把持工程と、把持工程で把持したワークをエリアカメラによって周端面側から撮像して取得した画像を処理することによりワークの姿勢を測定する測定工程と、ワークの回転に伴いワークの内周面をラインスキャンカメラにより撮像して走査し、測定工程によって測定されるワークの姿勢に基づいて、ワークの内周面に形成され、当該内周面に対するラインスキャンカメラの走査の焦点距離が所定の一定値となるワークの回転開始位置と、ワークの回転軸の位置及び傾きとをエリアカメラの撮像画像を処理することにより算出する算出工程と、算出工程で算出された回転開始位置にワークを移動し、算出工程で算出された回転軸を中心としてワークを回転させる回転工程と、回転工程によるワークの回転に伴いワークの内周面を焦点距離にて撮像して走査する走査工程と、ワークの回転中に、走査工程における焦点距離を一定とするべくワークを移動させることにより、回転開始位置と回転軸の位置及び傾きとを補正する制御工程とを含む。

本発明の半割筒状ワークの外観検査装置及び外観検査方法によれば、半割筒状ワークの内周面の外観検査を高精度に且つ低コストで行うことができる。

第１実施形態に係る半割筒状ワークの外観検査装置の斜視図である。 （ａ）～（ｃ）：ワーク、エリアカメラ、及びラインスキャンカメラを上方から見た第１実施形態に係る平面図であり、ラインスキャンカメラによる内周面の走査を時系列的に示す図である。 外観検査装置を用いた外観検査方法を説明するための第１実施形態に係るフローチャートである。 （ａ）～（ｆ）：ワーク、ラインスキャンカメラ、及び第２照明を上方から見た第２実施形態に係る平面図であり、ラインスキャンカメラによる内周面の走査を時系列的に示す図である。 外観検査装置を用いた外観検査方法を説明するための第２実施形態に係るフローチャートである。

以下、各実施形態に係る半割筒状ワークの外観検査装置及び外観検査方法について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る半割筒状ワークの外観検査装置の斜視図を示す。外観検査装置（以下、単に装置ともいう）１は、チャック２、エリアカメラ４、ロボット６、ラインスキャンカメラ８、第１照明１０、及び第２照明１２を備えている。検査対象であるワーク１４は、半割筒状に形成され、内周面１４ａと、ワーク１４の筒高方向Ａの上下端に形成された周端面１４ｂとを有する。

チャック２は、ロボット６のアーム６ａの先端部６ｂに接続され、ワーク１４をその上下の周端面１４ｂにおいて内周面１４ａを覆うことなく把持している。チャック２の上下部には、ラインスキャンカメラ８及び第２照明１２に向けて突出した突出部２ａがそれぞれ形成されている。ワーク１４は各突出部２ａで挟み込むことにより把持される。エリアカメラ４は、固定されて、チャック２で把持したワーク１４を下側の周端面１４ｂ側から、破線矢印で示す撮像方向において撮像してワーク１４の姿勢（鉛直方向に対する傾き）を測定する。

ロボット６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び回転軸の４軸においてアーム６ａの先端部６ｂを移動させることができるスカラロボット（水平多関節ロボット）である。ロボット６は、アーム６ａの先端部６ｂの動作を制御するコントローラ１６を備え、コントローラ１６の指令により、チャック２を介してワーク１４をその周方向Ｂに沿って回転させる。

ラインスキャンカメラ８は、固定されて、ワーク１４の回転に伴いワーク１４の内周面１４ａを破線で示す走査ラインにおいて撮像して走査する。第１照明１０は、固定されて、一点鎖線で示すようにエリアカメラ４の撮像方向を照光する。第２照明１２は、固定されて、一点鎖線で示すようにラインスキャンカメラ８の撮像方向を照光する。チャック２の各突出部２ａは、第２照明１２の照光方向に対向して突出している。エリアカメラ４及びラインスキャンカメラ８は、コントローラ１６に電気的に接続されている。

図２（ａ）～（ｃ）は、ワーク１４、ラインスキャンカメラ８、及び第２照明１２を上方から見た平面図であり、ラインスキャンカメラ８による内周面１４ａの走査を時系列的に示す。なお、図２にエリアカメラ４、第１照明１０、及びコントローラ１６は図示していない。コントローラ１６は、エリアカメラ４から送信されるワーク１４の姿勢の測定信号に基づいて、ワーク１４の回転開始位置Ｐ１とワーク１４の回転中心となる回転軸Ｐ２の位置及び鉛直方向に対する傾きとを算出する。

そして、コントローラ１６は、アーム６ａの動作を制御することにより、ワーク１４の回転中に、ワーク１４の内周面１４ａに対するラインスキャンカメラ８の焦点距離Ｄを一定とするべく、内周面１４ａの曲率半径の変化に応じて、回転開始位置Ｐ１と回転軸Ｐ２の位置及び傾きと補正しながらワーク１４を曲率円中心で回転させる、いわばワーク回転制御を行っている。

図３は、装置１を用いた外観検査方法を説明するためのフローチャートを示す。外観検査が開始されると、先ず、ステップＳ１において、チャック２は、手動又は自動でワーク１４を把持する（把持工程）。次に、ステップＳ２において、エリアカメラ４は、把持工程で把持したワーク１４をその周端面１４ｂ側から撮像してワーク１４の姿勢を測定する（測定工程）。測定工程では、第１照明１０により撮像方向が照光される。

次に、ステップＳ３において、コントローラ１６は、測定工程によって測定されるワーク１４の姿勢に基づいて、ワーク１４の回転開始位置Ｐ１とワーク１４の回転中心となる回転軸Ｐ２の位置及び傾きを算出する（算出工程）。回転開始位置Ｐ１と回転軸Ｐ２の位置及び傾きとは、ワーク１４の内周面１４ａに対する走査の焦点距離Ｄが所定の一定値となるべく算出される。

次に、ステップＳ４において、ロボット６は、アーム６ａを動作させることにより、図２（ａ）に示すように、算出工程で算出された回転開始位置Ｐ１にワーク１４を移動し、図２（ｂ）に示すように、算出工程で算出された位置及び傾きとなる回転軸Ｐ２を中心としてワーク１４の回転を開始する（回転工程）。

次に、ステップＳ５において、ラインスキャンカメラ８は、回転工程によるワーク１４の回転に伴い、図２（ｃ）に示すように、焦点距離Ｄを維持しながらワーク１４の内周面１４ａを撮像して走査する（走査工程）。走査工程では、第２照明１２により撮像方向が照光される。次に、ステップＳ６において、コントローラ１６は、ワーク１４の回転中に、走査工程における焦点距離Ｄを前述した初期の設定値に一定とするべく、回転開始位置Ｐ１と回転軸Ｐ１の位置及び傾きとを補正する（制御工程）。

そして、ステップＳ７において、走査工程が終了したか否かを判定し、走査工程が終了していない場合（Ｎｏ）には、前述したワーク回転制御を行いながら、ステップＳ２～Ｓ６を繰り返し実行する。一方、走査工程が終了した場合（Ｙｅｓ）には、外観検査を終了する。

以上のように、本実施形態の半割筒状ワーク１４の外観検査装置１及び外観検査方法によれば、ロボット６が前述したワーク回転制御を行うことにより、半割筒状ワーク１４の内周面１４ａの外観検査を高精度に且つ低コストで行うことができる。詳しくは、ワーク１４の内周面１４ａの曲率半径が変化し、また、ワーク１４の把持姿勢に誤差を生じる場合であっても、ラインスキャンカメラ８によって焦点を合わせた高精度な走査を確実に行うことができる。

また、エリアカメラ４、ラインスキャンカメラ８、第１照明１０、及び第２照明１２は固定され、ロボット６によってワーク１４を回転させるだけで良いため、装置１の構成が簡素となり、外観検査に係るコストを低減することができる。さらに、本実施形態の外観検査装置１及び外観検査方法においては、ワーク１４の把持はチャック２により行われるため、例えばマグネット式の把持手段のような金属製のワーク１４に限定されることはなく、種々の材料のワーク１４の外観検査に適用することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係る外観検査方法を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、主として第１実施形態と異なる構成について説明する。本実施形態の外観検査方法は、第１実施形態で説明した装置１を用いるとともに、第１実施形態で説明した各工程に加え、ワーク１４の把持位置を切り替える把持切替工程を行っている。

図４（ａ）～（ｆ）は、ワーク１４、ラインスキャンカメラ８、及び第２照明１２を上方から見た平面図であり、ラインスキャンカメラ８による内周面１４ａの走査を時系列的に示す。なお、図４にエリアカメラ４、第１照明１０、及びコントローラ１６は図示していない。また、図５は、装置１を用いた本実施形態に係る外観検査方法を説明するためのフローチャートを示す。外観検査が開始されると、先ず、ステップＳ１１においては、チャック２は、手動又は自動でワーク１４の周方向Ｂにおける一端側を把持する（把持工程）。

次に、ステップＳ１２～Ｓ１６においては、ワーク１４の一端側をチャック２で把持しているため、ワーク１４の他端側の内周面１４ａ（領域Ｒ１）を対象に、第１実施形態で説明したステップＳ２～Ｓ６と同様の測定工程、算出工程、回転工程、走査工程、及び制御工程を行い、ワーク１４は図４（ａ）～（ｃ）に示すように順次回転する。

そして、ステップＳ１７において、領域Ｒ１の走査工程が終了したか否かを判定し、領域Ｒ１の走査工程が終了していない場合（Ｎｏ）には、ワーク回転制御を行いながら、ステップＳ１２～Ｓ１６を繰り返し実行する。一方、領域Ｒ１の走査工程が終了した場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８においては、図４（ｄ）に示すように、ワーク１４の周方向Ｂにおける一端側におけるチャック２による把持を手動又は自動で切り替える。具体的には、ワーク１４を上下反転させたうえで、ワーク１４の周方向Ｂにおける他端側を把持し直す（把持切替工程）。次に、ステップＳ１９～Ｓ２３においては、ワーク１４の他端側をチャック２で把持しているため、今度はワーク１４の一端側の内周面１４ａ（領域Ｒ２）を対象に、ステップＳ１２～Ｓ１６と同様の測定工程、算出工程、回転工程、走査工程、及び制御工程を行い、ワーク１４は図４（ｅ）～（ｆ）に示すように順次回転する。

そして、ステップＳ２４において、領域Ｒ２の走査工程が終了したか否かを判定し、領域Ｒ２の走査工程が終了していない場合（Ｎｏ）には、ワーク回転制御を行いながら、ステップＳ１９～Ｓ２３を繰り返し実行する。一方、領域Ｒ２の走査工程が終了した場合（Ｙｅｓ）には、外観検査を終了する。

以上のように、本実施形態の半割筒状ワーク１４の外観検査方法によれば、ロボット６がワーク回転制御を行うことによって、第１実施形態の場合と同様に、半割筒状ワーク１４の内周面１４ａの外観検査を高精度に且つ低コストで行うことができる。特に本実施形態においては、把持切替工程を行うことにより、チャック２によって生じる影や、ワーク１４の回転の際に生じる死角の影響を受けることなく、半割筒状ワーク１４の内周面１４ａを全面に亘って確実に走査することができる。従って、半割筒状ワーク１４の内周面１４ａの外観検査をさらに高精度に行うことができる。

具体的には、チャック２の上下部には、ラインスキャンカメラ８及び第２照明１２に向けて突出した各突出部２ａが形成されている。内周面１４ａには、上側の突出部２ａの直下に影が生じ、ラインスキャンカメラ８による走査精度が低下するおそれがある。また、ワーク１４の周方向Ｂにおける一端側をチャック２により把持し、ワーク１４の他端側の内周面１４ａを検査する場面を想定する。

このとき、例えば内周面１４ａの曲率半径が比較的大きなワーク１４である場合には、ワーク１４が回転されて内周面１４ａにおける走査位置の終端に差し掛かったとき、ラインスキャンカメラ８の走査ラインが把持されたワーク１４の一端側により遮断され、内周面１４ａに走査不能な死角が生じ得る。しかし、把持切替工程を行うことにより、これらの不具合は発生しない。

以上で各実施形態についての説明を終えるが、上記各実施形態は、限定的ではなく、趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、第１及び第２照明１０、１２は、それぞれエリアカメラ４、ラインスキャンカメラ８の撮像方向を照光することにより、外観検査をより高精度に行うことができる。しかし、装置１の設置環境により許容される場合、装置１の構成に第１及び第２照明１０、１２を含まない場合もあり得る。

また、第２実施形態で説明した把持切替工程においては、ワーク１４を上下反転させないで、ワーク１４の周方向Ｂにおける他端側を把持し直しても良い。この場合には、図４（ａ）～（ｆ）において、ラインスキャンカメラ８の撮像方向の延び且つ回転軸Ｐ２を通る線を基準としたとき、左右対称となる位置にラインスキャンカメラ８及び第２照明１２をそれぞれ１セット設け、各セットによって走査工程を行う。これにより、ワーク１４の回転に伴いワーク１４自体によって第２照明１２による照光が遮断されて走査不能となることが防止される。従って、各領域Ｒ１、Ｒ２を各第２照明１２で照光しながら各ラインスキャンカメラ８で好適に走査可能である。

また、各実施形態で説明した外観検査装置１及び外観検査方法は、ワーク１４の外周面の外観検査に適用することもできる。例えば、ワーク１４を挟む位置に一対のラインスキャンカメラ８と一対の第２照明１２と正対させ、正対する各ラインスキャンカメラ８の離間距離Ｄをラインスキャンカメラ８の焦点距離Ｄの２倍値にワーク１４の径方向における厚みを加えた値に設定する。

これにより、ワーク１４の内周面１４ａと外周面とを同時に検査可能である。なお、各ラインスキャンカメラ８の位置は、正対位置に限らず、非正対位置であっても良い。この場合であっても、前述した外観検査方法を適用することにより、各ラインスキャンカメラ８の互いの走査ラインの角度や、互いの焦点距離Ｄが異なっていても、ワーク１４の内周面１４ａと外周面とを同時に検査可能である。

１ 外観検査装置
２ チャック
４ エリアカメラ
６ ロボット
８ ラインスキャンカメラ
１０ 第１照明
１２ 第２照明
１４ 半割筒状ワーク（ワーク）
１４ａ 内周面
１４ｂ 周端面
Ｂ 周方向
Ｄ 焦点距離
Ｐ１ 回転開始位置
Ｐ２ 回転軸

Claims (5)

1. 半割筒状ワークの内周面を検査する外観検査装置であって、
   前記ワークの周端面を把持するチャックと、
   前記チャックで把持した前記ワークを前記周端面側から撮像して取得した画像を処理することにより前記ワークの姿勢を測定するエリアカメラと、
   前記チャックを介して前記ワークをその周方向に沿って回転軸を中心として回転させるとともに、前記ワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び前記回転軸の４軸において移動させるロボットと、
   前記ワークの回転に伴い前記ワークの前記内周面を撮像して走査するラインスキャンカメラと
   を備え、
   前記ロボットは、前記エリアカメラが測定する前記ワークの姿勢に基づいて、前記ワークの前記内周面に形成され、当該内周面に対する前記ラインスキャンカメラの走査の焦点距離が所定の一定値となる前記ワークの回転開始位置と、前記ワークの前記回転軸の位置及び傾きとを前記エリアカメラが取得した前記画像を処理することにより算出し、前記ワークの回転中に、前記ワークの前記内周面に対する前記ラインスキャンカメラの前記焦点距離を一定とするべく前記ワークを移動させることにより、前記回転開始位置と前記回転軸の位置及び傾きとを補正しながら前記ワークを回転させる、半割筒状ワークの外観検査装置。
2. 前記エリアカメラの撮像方向を照光する第１照明と、
   前記ラインスキャンカメラの撮像方向を照光する第２照明と
   をさらに備える、請求項１に記載の半割筒状ワークの外観検査装置。
3. 半割筒状ワークの内周面をその周方向に沿って回転軸を中心として回転させるとともに、前記ワークをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及び前記回転軸の４軸において移動させて検査する外観検査方法であって、
   前記ワークの周端面を把持する把持工程と、
   前記把持工程で把持した前記ワークをエリアカメラによって前記周端面側から撮像して取得した画像を処理することにより前記ワークの姿勢を測定する測定工程と、
   前記ワークの回転に伴い前記ワークの前記内周面をラインスキャンカメラにより撮像して走査し、前記測定工程によって測定される前記ワークの姿勢に基づいて、前記ワークの前記内周面に形成され、当該内周面に対する前記ラインスキャンカメラの走査の焦点距離が所定の一定値となる前記ワークの回転開始位置と、前記ワークの前記回転軸の位置及び傾きとを前記エリアカメラの撮像画像を処理することにより算出する算出工程と、
   前記算出工程で算出された前記回転開始位置に前記ワークを移動し、前記算出工程で算出された前記回転軸を中心としてワークを回転させる回転工程と、
   前記回転工程による前記ワークの回転に伴い前記ワークの前記内周面を前記焦点距離にて撮像して走査する走査工程と、
   前記ワークの回転中に、前記走査工程における前記焦点距離を一定とするべく前記ワークを移動させることにより、前記回転開始位置と前記回転軸の位置及び傾きとを補正する制御工程と
   を含む、半割筒状ワークの外観検査方法。
4. 前記測定工程及び前記走査工程では、それぞれの撮像方向が照光される、請求項３に記載の半割筒状ワークの外観検査方法。
5. 前記把持工程では、前記ワークの前記周方向における中央よりも一端側を把持し、前記ワークの前記周方向における前記一端側の把持を切り替えて、前記ワークの前記周方向における中央よりも他端側を把持し直す把持切替工程をさらに含み、
   前記ワークの前記一端側が把持されているときには、前記ワークの前記他端側における前記内周面の全面を対象に、前記測定工程、前記算出工程、前記回転工程、前記走査工程、及び前記制御工程を行う一方、前記把持切替工程を経て前記ワークの前記他端側が把持されているときには、前記ワークの前記一端側における前記内周面の全面を対象に、前記測定工程、前記算出工程、前記回転工程、前記走査工程、及び前記制御工程を行う、請求項３又は４に記載の半割筒状ワークの外観検査方法。

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