JPH0429042A - 球体表面傷検査装置 - 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〕 本発明は主としてボールベアリング等に使用されるセラ
ミック類等の球体における表面傷の有無を検査する装置
に関する。

〔従来の技術〕

通常ポールベアリング用の球体は摩擦によるエネルギ損
失を可及的に低減するために形状が真球であり、また表
面傷がないことが必須の要件となる。そこで従来にあっ
ては球体の表面傷を検出するため、例えば鋼製の球体等
の場合には鏡面仕上げされた表面からの反射光量を捉え
て傷の有無を検査する装置が種々提案されている。

第９図は従来の球体表面傷検査装置の模式図、第１０図
は検査時における球体３１の回転により球体３１の表面
を移動するスポット光の軌跡を示す説明図であり、図中
３１は球体、３２は搬送回転部、３４は検査部を示して
いる。

搬送回転部３２は球体３１を複数のロール上に支持して
球体３１の全表面を検査部３４に対向せしめるべく第１
０同に示す如く球体３１を垂直面内、水平面内で夫々回
転させ得るよう構成されている。

一方、検査部３４は光源４１、反射鏡４２、センサ４３
を備えており、光源４１から直径１ｍ＋程度のスポット
光を反射鏡４２を経て回転している球体３１の上部表面
に直角、又は所定の角度で入射させる。これによって第
１０図に示す如く球体ｌの表面に矢符３１ａで示す如く
スポット光が走査され、球体３１表面の各位置からの反
射光をセンサ４３にて捉え、予め求めである基準光量に
対する光量変化の有無を検出するようになっている。

球体３１の表面は鏡面仕上げになっているため、無傷の
球体３１表面からは全反射に近い光が反射されるが、表
面傷が存在すると光がこの傷部分で乱反射され、センサ
４３が捉える光量が減少するから、この光量変化を検出
することにより傷の有無が検出されることとなる。

このような従来装置にあっては、反射光量の変化の検出
手段を比較的簡単なアナログ回路、ディジタル回路で構
成することが可能となり、また球体３１の回転数（３０
００回転／秒）を高速にしてリアルタイムで３個／秒程
度の割合で検査が可能となりでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで近年、鋼製球体に比較して耐熱性、耐久性に優
れたセラミック製球体が使用され始めているが、このセ
ラミック製球体は鋼製球体に比較して反射率が低いため
傷の有無による光量変化が小さく、十分なＳ／Ｎ比が得
られないこと、またセラミック製球体は陶器質の色を有
するため傷の色が白色又は黒色となるが、白色傷では傷
が存在するために逆に反射率が高くなる場合が発生し、
単純に正反射と乱反射との光量変化を捉えるのみでは表
面傷の検出が難しい。

そこで通常は傷のないときの球体表面からの反射光を捉
えて球体の２次元画像を得、この基準画像の各部分に対
する検出画像の各部分の輝度の変化を検出する方法が開
発されているが、球体の材料１表面状態の変化、或いは
球体表面へ光を投射する光源の経年変化に依る光量変化
等のために検出能が変化し、安定した検査性能が得られ
ない等の問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とすることろは傷のない球体表面からの反射光を捉
えて基準とする２次元画像を得、この基準画像を球体の
形状、サイズ、球体の材料。

或いは光源の経年変化による照度の変化等による検出能
の変化に対応して、自動的にこれを較正して高精度に傷
の検出を行い得るようにした球体表面傷検査装置を提供
するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る球体表面傷検査装置は、球体表面に光を照
射してその反射光を２次元画像として捉え、この画像に
基づいて球の表面の傷の有無を測定する球体表面傷検査
、装置において、傷のない球体表面からの反射光を捉え
た画像を基準とし、該基準値に基づいて反射光量の変化
を検出するようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって球体表面からの反射光を
２次元的に捉え、球体の材料、サイズ。

表面性状、或いは光源の光量変化等に対応して、基準画
像を較正することが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明に係る球体検査装置を示す模式図であり
、図中１は球体、２は搬送回転部、４は検査部を示して
いる。

搬送回転部２は制御器３の制御のもとて球体１を回転さ
せてその全表面を検査部４側に対向させ得るように構成
されている。制御器３はその制御信号を搬送回転部２へ
出方すると共に、検査部４における画像処理装置８へ出
力するようになっている。

検査部４は平行（非平行でもよい）光線を発する光源５
、ハーフミラ等で構成される同軸落射袋Ｗ６、撮像カメ
ラ７及び画像処理袋Ｗ８を備えている。第２図は光学系
の配置を示す説明図であり、光源５は搬送回転部２の真
上に配置された同軸落射装置６の側方に配設されており
、光源５がらの光は同軸落射装置６にて直角下向きに転
向されて球体ｌに投射される。球体ｌがらの反射光は同
軸落射装置６を経て撮像カメラ７に入射し、ここで２次
元的に画像として撮像され、その画像信号は画像処理装
置８へ出力される。

画像処理袋Ｗ８からは前記撮像カメラ７及び制御器３に
対して同期的に制御信号が出力されており、球体１表面
に対する撮像位置が重複しないよう、球体１がその回転
方向に先に撮像された領域に相当する寸法だけ回転移動
せしめられたとき、撮像カメラ７から次の撮影画像を取
り込むよう設定されている。

第３図は画像処理装置８のブロック図であり、撮像カメ
ラ７から画像処理装置８へ入力された画像信号は先ずＡ
／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変換部１１に入力され
、ここで量子化されたディジタル値（画像データ）とし
て画像メモリ１２へ出力される。

画像メモリ１２へ入力された検出画像データはマスク処
理装置１３に入力され、第４図（ａ）に示す如く画像デ
ータのうち傷検査領域ａ（ハツチングを付して示す領域
の信号）以外の部分す、ｃ（非検査領域という）のデー
タを除去されて輝度補正装Ｗ１４へ入力される。

第４図（ａ）はマスク処理装置１３から出力される検査
領域を示す模式図であり、画像メモリ１２を経て入力さ
れる画像データのうち、ハツチングを付して示す傷検査
領域ａを除く、非検査領域す。

Ｃをマスク処理にて除去し、傷検査領域ａの画像データ
のみを輝度補正装置１４へ出力するようになっている。

非検査領域すは乱反射光量に比較して正反射光量が極め
て大きく、また非検査領域Ｃは逆に正反射光量に比較し
て乱反射光量が極めて大きく、いずれも傷の有無を検出
するうえでのＳ／Ｎ比が小さく正確な検査を期待し得な
いことから検査領域から除去する。

なおこの傷検査領域ａ、非検査領域す、ｃは球体１の条
件により変化するから球体ｌの種類に応して適正に設定
されることは勿論である。

ところでこのマスク処理装置１３から出力される傷検出
領域ａの画像信号は第４閃（ｂ）　、　（ｃ）　、　（
ｄ）に示す如き輝度分布を備えている。第４図（ｂ）　
、　（ｃ）　。

（ｄ）はいずれも横軸に撮像カメラ７の光軸からの距離
を、また継軸に輝度をとって示しである。このグラフか
ら明らかなように傷のない部分の輝度（第４図（ｂ））
、白色傷を含む部分の輝度（第４図（Ｃ））、黒色傷を
含む部分の輝度（第４図（ｄ））のいずれについても球
体１の表面が３次元曲面であることによって中心からの
距離か大きくなるに従って輝度が低下する輝度分布をも
つため、そのまま所定値で２値化しても表面傷の正確な
検出が困難である。そこで輝度補正装置１４によって球
体１の３次元曲面による反射光量の違いを補正する。

第５図は輝度補正装置工４を示すフロック図であり、図
中２１は較正装置、２２は基準画像記録装置、２３は画
像メモリ、２４は減算器を示している。

準備段階で行われる較正時と、検査時とにおける輝度補
正装置１４の動作を第６．７図に示すフローチャートに
基いて説明する。

）較正時 第６図は較正時の主要過程を示すフローチャートであり
、輝度補正装置１４は予め撮像カメラ７によって得た傷
のない各種の材料別、サイズ別の球体についてその表面
の画像信号をマスク処理装置１３によるマスク処理を施
さない状態で取り込み、これを画像メモリ２３に記憶さ
せ（ステップＳｌ）だ後、画像メモリ２３に記憶させた
画像信号に基づいて球体１夫々のサイズを検出しくステ
ップＳ２）、このサイズに基づいて非検査領域す、ｃを
求め（ステップＳ３）、これをマスク処理装置１３に入
力する（ステップＳ４　）と共に、球体１が３次元曲面
であることによる球体表面の輝度分布を解消すべく輝度
変換曲線を較正しくステップＳ５）、検査領域ａについ
ての輝度基準画像を作成し、これを予め基準画像記憶装
置２２へ記憶しておくようになっている（ステップＳ６
）。

勿論、各球体１の製造時の口・ント毎にその検査に先立
って傷のない球体ｌを選別し、これを用いて輝度基準画
像を求め、これを用いて検査を行うこととしてもよいこ
とは言うまでもない。

１１）検査時 検査開始に際しては検査対象となる球体１の材質、サイ
ズに対応する輝度基準画像を選定し、これを画像記録装
置２２から画像メモリ２３に移しておく。次に搬送回転
部２上に載置された球体１からの反射光を撮像カメラ７
にて撮像し、所定のタイミングで検査部４の画像処理装
置８に読み込み、Ａ／Ｄ変換部１１、画像メモリ１２を
経た画像信号をマスク処理装置１３に通してマスク処理
を施した後、輝度補正装置１４の減算器２４へ取り込む
。その後は第７図のフローチャートに示す如く、減算器
２４は入力されたマスク処理を施した画像信号から画像
メモリ１に記憶されている輝度基準画像の信号を減算し
くステップ５３１）、その差信号を２値化器１５へ出力
する（ステップ５３２）。

２値化器１５は一定の闇値により画像の差信号を２値化
し、傷検査領域ａ内の傷信号を抽出する。

しかし傷信号中には電気的雑音のため誤検出信号が含ま
れているため、得られた各傷信号が生じた領域について
面積計測装置１６により画像上における傷信号が占める
面積を求め、面積が一定値以下の傷信号は微小雑音とし
て、また一定収上の面積を占める領域も同様に雑音とし
て除去する。

傷信号がない場合には画像処理装置８から搬送回転部２
の制御器３への制御信号に合わせて撮像位置が重ならな
いように次の画像を取り込み、前述したのと同様にして
傷検出を行う。

傷が検出されたときは検査途中においても検査を停止し
、次の球体１と交換して検査を続行する。

傷が検出されないときは球体ｌの全周にわたって検査を
継続し、それでも傷が検出されないときは良品と判定さ
れることとなる。

第８図は本発明装置に依った場合の球体表面に対する光
の軌跡を示す説明図であり、第１０図に示す従来の場合
と比較すれば明らかな如〈従来装置に依る場合は直径Ｉ
Ｍ程度のスポット光によって検査を行うのに対し、本発
明方法では同時に行うべき検査領域が広くなっている。

これによって従来装置に依った場合には球体の回転数を
数千回転とする必要があるのに対し、本発明装置によっ
た場合には数回転で済むこととなり、効率的である。

［効果〕 以上の如く本発明にあってはポールベアリング等に使用
される球体の表面傷を自動的に効率よく検査することが
出来、検査効率が大幅に向上する等、未発明は優れた効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式図、第２図は本発明装置にお
ける光学系の説明図、第３図は同じく画像処理装置のブ
ロック図、第４回はマスク処理装置によるマスク処理領
域及びその領域の輝度分布を示す説明図、第５図は第３
図に示す画像処理装置における輝度補正装置のブロック
図、第６図は較正時の主要過程を示すフローチャート、
第７図は検査時の主要過程を示すフローチャート、第８
図は本発明装置における球体表面の検査軌跡を示す説明
図、第９図は従来装置の模式図、第１０図は検査時にお
ける球体表面に対するスポット光の軌跡を示す説明図で
ある。 ■・・・球体　２・・・搬送回転部　３・・・制御器４
・・・検査部　５・・・光源　６・・・同軸落射装置７
・・・撮像カメラ　８・・・画像処理装置１１・・・Ａ
／Ｄ変換器　１２・・・画像メモリ　１３・・・マスク
処理装置　１４・・・輝度補正装置　１５・・・２値化
器１６・・・面積計測装置　２１・・・較正装置　２２
・・・画像記録装置　２３・・・画像メモリ　２４・・
・減算４特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理
人　弁理士　　河　　野　　登　　失策 図 第 ］ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、球体表面に光を照射してその反射光を２次元画像と
   して捉え、この画像に基づいて球体の表面の傷の有無を
   測定する球体表面傷検査装置において、 傷のない球体表面からの反射光を捉えた画 像を基準とし、該基準値に基づいて反射光量の変化を検
   出するようにしたことを特徴とする球体表面傷検査装置
   。