JPH02208504A - 球体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、玉軸受用鋼球などの球体につきその表面凹
凸や真球度を検査するのに用いられる球体検査装置に関
する。

〈従来の技術〉 従来、玉軸受用鋼球を検査するのに、その表面粗さは触
針式表面粗さ測定器を用いて検査し、またその真球度は
真円度測定器を用いて検査している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところがこれら測定器は、測定に際して面倒な手操作が
必要であり、しかも鋼球を１個づつ処理する必要がある
ため、検査の自動化や高速化を実現するのが困難である
。殊にこの種球体の表面形状は３次元の凹凸をもつ立体
状であるため、この凹凸を検出するには３次元の形状情
報を検出することが不可欠であるが、その種形状情報を
得るのに有効な方法はいまだ存在せず、従って表面凹凸
を検査できる装置も実用化に至っていない。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、玉軸
受用鋼球のような球体につきその表面凹凸や真球度を光
学的な手法を用いて非接触に検査することにより、検査
の自動化と高速化とを実現した新規な球体検査装置を提
供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するのに、この発明では、球体の表面凹
凸および真球度を検査するのに、円環状光源を有する投
光部と、円環状光源の中心線上に検査対象である球体を
位置決めするための位置決め機構と、球体の表面からの
反射光像を球体の真上位置の前記中心線上で撮像するた
めの撮像部と、撮像部で得た撮像パターンより球体の表
面凹凸および真球度を検出する処理部とで球体検査装置
を構成することにした。

〈作用〉 位置決め機構により検査対象である球体を位置決めした
後、その球体の表面へ投光部の円環状光源より光を照射
すると、球体表面の所定の曲面領域からの反射光のみが
撮像部に至り、円環状の撮像パターンが生成される。こ
の撮像パターンの形状は球体の真球度に応じた真円度を
もち、またその輪郭線には球体の表面凹凸に応じた凹凸
が現れる。それ故、処理部では撮像パターンの凹凸状態
と真円度とをチエツクし、それにより球体の表面凹凸の
状態や真球度を検出する。

〈実施例〉 第１図は、この発明にかかる球体検査装置の原理説明図
であり、投光部５と撮像部６とがら成る検出系と、検査
対象である球体７との位置関係を示している。

同図において、投光部５より球体７の表面に対して入射
角ｉで光束８を投光すると、角度ビ　（＝　ｉ　）の反
射光束９が真上に置かれた撮像部６に入射して検出され
る。これにより前記光束８で照明された球体７の曲面要
素は基準面１０に対してｉの角度をなすことが検出され
たことになる。

また投光部５が、入射角がｉ十Δｉからｉ　−Δｉまで
２Δｉの幅をもつ光束８を投光するならば、その幅に対
応した幅を有する反射光束９が撮像部６により検出され
ることになる。すなわちこの場合は、基準面１０となす
傾斜角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲
面要素が検出できることになる。

さらに投光部５が、第２図に示す如く、基準面１０に対
して水平に設置された円環状のものであれば、球体７を
円環の中心線４上に位置させると、その球体７が基準面
１０に垂直な中心線４に対してどのような回転角をもっ
ていても、投光部５と球体７との距離は一定であり、曲
面要素の回転角方向の配向性は消去されるので、基準面
１０となす傾斜角だけが検出されることになる。

なおこの第２図に示すように、投光部５を球体７への入
射角が異なる複数の円環状光源１１゜１２．１３をもっ
て構成すれば、各光源による光束１４，１５．１６の入
射角に対応した配向をもつ曲面要素が検出できる。また
各光源１１゜１２．１３として異なる色相光を発するも
のを用いれば、異なる角度の配向をもつ曲面要素からの
検出データを格別な処理を必要とせずに区別して求める
ことができる。

いま半径がｒ、（ただしｎ　＝ｘ＋２＋３　）の３個の
円環状の光源１１，１２．１３を基準面ｌ。

に対して高さｈ　ａ　　（ｎ　＝Ｌ２４　）の位置に水
平に設置すれば、球体７への各光束１４．１５゜１６の
入射角はそれぞれｉｎ　　（ｎ　−Ｌ２＋３　＞となり
、球体７における傾斜角がそれぞれ１７である各曲面要
素を撮像部６により検出することができる。このとき各
光源１１，１２．１３から球体７の表面を経て撮像部６
に至る全光路長に比して曲面要素の大きさが十分に小さ
いので、次式により入射角、すなわち検出しようとする
曲面要素の傾斜角を定めればよい。

ＧＯ５１ｍ　””但、芹Ｆ 第３図は、この発明の一実施例にかかる球体検査装置の
全体構成を示している。

図示例の装置は、玉軸受用鋼球につきその表面粗さと真
球度とを自動的に検査するためのものであるが、この発
明は、玉軸受用鋼球に限らず、その他の球体の検査にも
適用できることば勿論である。またこの発明の装置は、
球体の表面粗さや真球度の検査のみならず、例えば球体
表面に生じた傷の有無を検査するなど、その他の各種の
検査にも適用実施できる。

図示例の装置は、予め計算で求めて記憶させた教示パタ
ーンと、検査対象である鋼球１を撮像して得た撮像パタ
ーンとを照合して、鋼球ｌの表面粗さと真球度とが適正
であるか否かを検査するためのもので、Ｘ軸テーブル部
２２．Ｙ軸テーブル部２３．投光部２４．撮像部２５゜
処理部２６などをその構成として含んでいる。

この実施例の場合、検査対象の鋼球１を一度に多数個検
査するもので、第４図に示す如く、検査基板２の表面に
複数個の支持穴３を等配列に設け、各支持穴３に鋼球１
をそれぞれ嵌合支持させたものを、この球体検査装置に
供給するようにしである。各鋼球１の配列間隔は、検査
基板２に対する投光部２４および撮像部２５の高さに対
して十分に小さいため、各鋼球１は投光部２４の中心線
上に存在するとみなされ、同時検査が可能となる。

前記Ｘ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３は、
検査基Ｆｉ２を投光部２４および撮像部２５に対して適
正位置に位置決めするための位置決め機構を構成するも
ので、それぞれ処理部２６からの制御信号に基づいて動
作するモータ（図示せず）を備えている。これらモータ
が駆動すると、Ｘ軸テーブル部２２は撮像部２５をＸ方
向へ移動させ、またＹ軸テーブル部２３は検査基板２を
支持するコンベヤ２７をＹ方向へ移動させる。

この検査基板２上の各鋼球１は、投光部２４からの照射
光を受けつつ撮像部２５により同時に撮像される。

投光部２４は、処理部２６からの制御信号に基づき赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発生して各鋼球１へ異な
る入射角で照射するための円環状の光源２Ｂ、２９．３
０を備えており、これら光源２Ｂ、２９．３０を発した
三原色光の混合した光により前記検査基板２に投光して
、その反射光像を撮像部２５で得て電気信号に変換する
。この実施例の場合、前記の各光源２８゜２９．３０は
白色光源に赤色、緑色、青色の各フィルタを被せた構造
のものを用いているが、各色相光を発生させるものであ
れば、このような構成に限られないことは勿論である。

つぎに描像部２５は、前記投光部２４の上方の中心線上
に位置させたカラーテレビカメラ３２を備えており、前
記検査基板２上の各鋼球１からの反射光はこのカラーテ
レビカメラ３２によって三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂ
に変換されて処理部２６へ供給される。

処理部２６は、Ａ／Ｄ変換部３３．メモリ３８゜ティー
チングテーブル３５１画像処理部３４゜判定部３６．Ｘ
、Ｙテーブルコントローラ３７゜１最像コントローラ３
１．ＣＲ７表示部４１．プリンタ４２．キーボード４０
．フロッピディスク装置４３．制御部（ＣＰＵ）３９な
どから構成されるもので、ティーチングモードのとき、
計算により鋼球１の教示パターンを生成して判定データ
ファイルを作成し、また検査モードのとき、検査基板２
上の各鋼球１についてカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂを処理し、
撮像パターンを検出して被検査データファイルを作成す
る。そしてこの被検査データファイルと前記判定データ
ファイルとを比較して、この比較結果から検査基板２上
の各鋼球１につき表面粗さおよび真球度の良、不良を自
動的幅判定する。

第５図は、検査基板２を撮像して得た画像２０を示すも
ので、この画像２０中には全ての鋼球１についての撮像
パターンＰが含まれている。

第６図は、鋼球１の教示パターンＰ、を示すもので、円
環状をなす赤色、緑色、青色の各色相パターンＰＲ＋　
　ｐＣ，、ｐＨが同心円上に現れている。いずれの色相
パターンＰ、Ｉ、Ｐｃ　、Ｐａも完全な真円であり、そ
の輪郭線はなめらかであって凹凸は存在しない。

第７図は、ある鋼球１の撮像パターンＰを示すもので、
教示パターンＰ３と同順序で各色相パターンｐＲ，ＰＧ
、Ｐ、が同心円上に現れている、各色相パターンＰＩ　
、Ｐａ　、Ｐｓの内外の輪郭線には、鋼球ｌの表面凹凸
に応じた凹凸２１が現れており、教示パターンＰ３に対
する前記凹凸２１の程度を数値化することにより、鋼球
ｌの表面粗さの良否を判断する。

第８図は、教示パターンＰ３に対して真球度の低い撮像
パターンＰを一点鎖線で示したもので、各色相パターン
Ｐｉ＋　、Ｐａ　、Ｐｇの真円の程度を数値化すること
により、鋼球ｌの真球度の良否を判断する。

第３図に戻って、Ａ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２５か
らカラー信号Ｒ，Ｇ、　Ｂが供給されたときに、これを
アナログ・ディジタル変換して制御部３９へ出力する。

メモリ３８はＲＡＭなどを備え、制御部３９の作業エリ
アとして使われる。画像処理部３４は制御部３９を介し
て供給された画像データを画像処理して前記被検査デー
タファイルや判定データファイルを作成し、これらを制
御部３９や判定部３６へ供給する。

ティーチングテーブル３５はティーチング時に制御部３
９から判定データファイルが供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９が転送要求を出力したと
き、この要求に応じて判定データファイルを読み出して
、これを制御部３９や判定部３６などへ供給する。

判定部３６は、検査時に制御部３９から供給された判定
データファイルと、前記画像処理部３４から転送された
被検査データファイルとを比較して、検査基板２上の各
鋼球１につき表面粗さおよび真球度の良否を判定し、そ
の判定結果を制御部３９へ出力する。

撮像コントローラ３１は、制御部３９と投光部２４およ
び撮像部２５とを接続するインターフェースなどを備え
、制御部３９の出力に基づき投光部２４の各光源２８，
２９．３０の光量を調整したり、撮像部２５のカラーテ
レビカメラ３２の各色相光出力の相互バランスを保つな
どの制御を行う。

Ｘ、Ｙテーブルコントローラ３７は制御部３９と前記Ｘ
軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３とを接続す
るインターフェースなどを備え、制御部３９の出力に基
づきＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御する。

ＣＲ７表示部４１はブラウン管（ＣＲＴ）を備え、制御
部３９から画像データ、判定結果、キー人力データなど
が供給されたとき、これを画面上に表示する。プリンタ
４２は制御部３９から判定結果などが供給されたとき、
これを予め決められた書式（フォーマット）でプリント
アウトする。キーボード４０は操作情報や教示パターン
に関するデータなどを入力するのに必要な各種キーを備
えており、このキーボード４０から入力された情報やデ
ータなどは制御部３９へ供給される。

制御部３９は、マイクロプロセッサなどを備えており、
つぎに述べる手順に沿って動作する。

まず新たな鋼球ｌを検査するとき、制御部３９は、教示
パターンについてのキー人力データに基づき、検査基板
２上の全鋼球１を検査するのに必要な判定データファイ
ルを作成し、これをティーチングテーブル３５に記憶さ
せた後、ティーチングを終了する。

つぎに検査モードに移行すると、制御部３９はティーチ
ングテーブル３５やキーボード４０からその日の日付デ
ータや、検査対象のＩＤナンバ（識′別番号）を取り込
むとともに、ティーチングテーブル３５から判定デー、
タフアイルを読み出して、これを判定部３６に供給する
。

この後、制御部３９は、撮像条件やデータの処理条件を
整えた後、Ｙ軸テーブル部２３上に検査基板２がセット
されたかどうかをチエツクする。

検査基板２がセットされると、制御部３９はＸ軸テーブ
ル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制御して検査基板
２を位置出しした後、撮像部２５に検査基板２上の全鋼
球１を撮像させる。

この撮像動作で得られた三原色のカラー信号Ｒ９Ｇ、　
ＢはＡ／Ｄ変換部３３でＡ／Ｄ変換され、その変換結果
はメモリ３８にリアルタイムで記憶される。

ついで制御部３９は、前記メモリ３８より各色相に対応
する画像データを画像処理部３４へ転送させ、この画像
処理部３４にて各色相の画像データを各色相側の適当な
しきい値で２値化するなどして、赤色、緑色、青色の各
色相パターンＰａ　、Ｐｃ　、Ｐｓを検出した後、各色
相パターンに基づき被検査データファイルを作成する。

ついで制御部３９は、前記被検査データファイルを判定
部３６に転送させ、この被検査データファイルと前記判
定データファイルとを比較させて、検査基板２上の各鋼
球１につき表面粗さおよび真球度の良否を判定させると
共に、この判定結果をＣＲ７表示部４１やプリンタ４２
に供給して、これらを表示させ、またプリントアウトさ
せる。なお上記実施例は、投光部２４として三原色光を
出力する３個の光源２８゜２９．３０を用いた例である
が、これに限らず、白色光または単色光を出力する１な
（１し複数個の光源を用いたものであってもよく、また
異なる色光を出力する４以上の光源を用いたものであっ
てもよい。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、球体の表面凹凸および真球度を
検査するのに、円環状光源を有する投光部と、円環状光
源の中心線上に検査対象である球体を位置決めするため
の位置決め機構と、球体の表面からの反射光像を球体の
真上位置の前記中心線上で撮像するための撮像部と、撮
像部で得た撮像パターンより球体の表面凹凸および真球
度を検出する処理部とで球体検査装置を構成したから、
検査に際して面倒な手操作を必要とせず、しかも鋼球を
非接触でかつ一度に多数個検査できるため、検査の自動
化や高速化を実現するなど、発明目的を達成した顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および〜第２図はこの発明の原理を示す原理説明
図、第３図はこの発明の一実施例にかかる球体検査装置
の全体構成を示す説明図、第４図は検査基板を示す斜面
図、第５図は撮像部で得た画像を示す説明図、第６図は
教示パターンを示す説明図、第７図は撮像パターンを示
す説明図、第８図はパターンの歪状態を示す説明図であ
る。 １・・・・鋼球　　　　　２２・・・・Ｘ軸テーブル部
２３・・・・Ｙ軸テーブル部 ５．２４・・・・投光部　　６．２５・・・・撮像部２
６・・・・処理部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 球体の表面凹凸および真球度を検査するための球体検査
   装置において、 円環状光源を有する投光部と、 円環状光源の中心線上に検査対象である球体を位置決め
   するための位置決め機構と、 球体の表面からの反射光像を球体の真上位置の前記中心
   線上で撮像するための撮像部と、撮像部で得た撮像パタ
   ーンより球体の表面凹凸および真球度を検出する処理部
   とを備えて成る球体検査装置。