JPH0429043A - 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
ミンク製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〕

通常ボ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１０図は従来の球体表面傷検査装置の模式図、第１１
図は検査時における球体３１の回転により移動するスポ
ット光の軌跡を示す説明図であり、図中３１は球体、３
２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
１図に示す如く球体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１■程度のスポット光
を反射鏡４２を経て第１１図に示す如く回転している球
体３１０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１１図に示す如く球体１の表面に矢符３１
ａ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
手段を比較的筒車なアナログ回路、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っている。

〔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り、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
検出能が変化すると、安定した検査性能が得られない等
の問題かあった。

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乱反射光を
捉えて画像を得、この画像における各部の輝度を基準画
像のそれと対比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、回転する球体表面
に光を照射しつつ球体表面を撮像し、撮像した球体表面
から乱反射光を２次元画像として捉え、この２次元画像
に基づいて球体の表面傷を検出することを特徴とする。

本発明に係る他の球体表面傷検査装置は、回転する球体
表面に光を照射しつつ球体表面を撮像し、撮像した球体
表面の画像と、予め求めた球体表面基準画像との比較に
基づき球体表面の傷を検査する装置であって、前記球体
の回転速度に対応させて前記球体表面の画像を得る手段
を有することを特徴とする。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって球体表面からの乱反射光
を２次元的に捉え、球体の表面を重複することなく撮像
し得て検査を効率的に行い得る。

〔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の制御のもとで球体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
出力すると共に、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装置６、撮像カメ
ラ７及び画像処理装置８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か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０球体工からの反射光は同
軸落射装置６を経て撮像カメラ７に入射し、ここで２次
元的に撮像され、その画像データは画像処理装置８へ出
力される。

画像処理装置８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による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（ハツチングを付して示す領域の
信号）以外の部分の信号を除去された画像データが輝度
補正装置１４へ入力される。

第４図（ａ）はマスク処理装置１３から出力される画像
信号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
いことから非検査域としである。

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１の種類に応して適正に設定
されるこ七は勿論である。

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図（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、また縦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
閲仰））、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
心からの距離が大きくなるに従って塚度が低下する輝度
分布をもつため、そのまま所定値で２値化しても表面傷
の正確な検出は出来ない。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１４を示すブロック図であり、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。

輝度補正装置１４についての準備段階で行われる較正時
と、検査時との動作を第７，８図に示すフローチャート
に基いて説明する。

ｌ）較正時 第６図は較正時の＋要過程を示すフローチャートであり
、輝度補正装Ｗ１４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
せた後（ステップＳｌ）画像メモリ２３に記憶させた画
像信号に基づいて球体ｌ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の大
きさを求め（ステップＳ３）、これをマスク処理装置１
３に入力する（ステップＳ４　）と共に、球体ｌ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の製造時のロフト毎にその検査に先立っ
て傷のない球体１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ｌ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０次に搬送回転
部２上に載置された球体ｌからの反射光を撮像カメラ７
にて所定のタイミングで撮像し、これを検査部４の画像
処理装置８に取り込む、この画像処理装置８への画像の
取り込みは第７図に示す過程で行う、第７図は画像入力
動作タイミングを示すフローチャートであり、制御器を
通じて球体１の回転数が所定値となるよう搬送回転装置
を制御しつつ、そのときの回転数を検出しくステップ５
２１）、撮像カメラ７の視野内に位置する球体ｌの表面
が先に入力した画像の位置と重複しないか否かを判断し
くステップ５２２）、重複しているときはステップＳ２
１に戻って再度光に撮像したときからの回転数を検出し
、重複しない位置であると判断されたときは画像入力ト
リガ出力器からトリガ信号を出力する（ステップ５２３
）。

これによって画像処理装置８が撮像カメラ７から画像を
取り込み、画像処理を行う（ステップ５２４）。

球体ｌの全表面について検査が終了したか否かを判断し
くステップ５２５）、終了していないときはステップＳ
２１に戻って前述した過程を反復し、また終了したとき
はこのルーチンを終了する。

画像処理装置８へ取り込まれた画像信号はＡ／Ｄ変換部
１１、画像メモリ１２を経、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２
４へ入力される。その後は第８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埴
化器１５へ出力する（ステップ５３２）。

２　（ｆ花器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′Ｒ送送回転
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ｌ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１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９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１１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１
ｍ＋程度のスポット光によって検査を行うのに対し、本
発明装置では球体ｌの半径又はそれに近い大きさの半径
を持つスポット光によって走査を行うから検査領域が広
くなっており、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ボールベアリング等に使用
される球体の表面傷を重複することなく効率よく検査す
ることが出来、検査効率が大幅に向上し、また画像の輝
度を予め求めた基準画像の輝度と対比することによって
傷の有無を検出するから、高い検出精度が得られる等、
本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図は同しく画像処理装置のブ
ロック図、第４図はマスク処理装置によるマスク処理領
域（非検査領域）及び検査領域の輝度分布を示す説明図
、′＠５図は第３図に示す画像処理装置における輝度補
正装置のプロ・ンク図、第６図は較正時の主要過程を示
すフローチャート、第７図は撮像カメラから画像処理装
置への画像取り込み過程を示すフローチャート、第８図
は検査時の主要過程を示すフローチャート、第９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
１０図は従来装置の模式図、第１１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
。 １・・・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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転する球体表面に光を照射しつつ球体表面を撮像
   し、撮像した球体表面からの乱反射光を２次元画像とし
   て捉え、この２次元画像に基づいて球体の表面傷を検出
   することを特徴とする球体表面傷検査装置。 ２、回転する球体表面に光を照射しつつ球体表面を撮像
   し、撮像した球体表面の画像と、予め求めた球体表面基
   準画像との対比に基づき球体表面の傷を検査する装置で
   あって、前記球体の回転速度に対応させて前記球体表面
   の画像を得る手段を有することを特徴とする球体表面傷
   検査装置。