JPH0470554A - 球体表面検査装置 - 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、り製等の球体における表面傷の有無、或いは表面粗
さ（生地不良の有無）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の変化
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１１図は従来の球体表面傷検査装置の模式図、第１２
図は検査時における球体の回転により移動する走査スポ
ット光の軌跡を示す説明図であり、図中３１は被検体た
る球体、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
２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鶴程度のスポット光
を反射鏡４２を経て第１１図に示す如く回転している球
体３１の表面に直角、又は所定の角度で入射させ、これ
によって球体３１の表面に矢符３１ａで示す如く直径Ｉ
Ｄ程度の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。

即ち球体３Ｉ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こととなるから、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、また約直径１ｍのスボ−／　
）光を用いると球体３１の回転数（３０００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標準球体表面からの反射光
を捉えて標準球体表面画像を得、この標準球体表面画像
の各部分に対する検出球体表面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。

しかし、セラミック製球体の場合、研磨工程で表面を規
定の粒度を持つ研磨材にて研磨し、表面を所定の粗さに
仕上げ、この研磨不良、即ち光沢不良の有無も検査する
が、上記した輝度変化を捉える方法ではＳ／Ｎ比が低く
、表面′光沢不良（生地不良という）を検査するのは難
しいという問題があった。

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球体表面画像のうちの乱反射領域に
ついての輝度変化を捉えることにより球体表面傷の有無
及び生地不良の有無を正確に検出し得るようにした装置
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する手段と、撮像した
球体表面画像と予め求めた標準球体表面画像とから前記
標準球体表面画像に対する球体表面画像の濃度変化を検
出する手段と、この濃度変化に基づき前記球体表面の生
地不良の有無を検出する手段とを具備することを特徴と
する。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって球体表面画像の乱反射領
域における輝度変化を捉え得て、表面傷の有無及び生地
不良の有無を検出し得ることとなる。

〔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ＩＩＩＪ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は平行く非平行でもよい）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１表面に投射される。球体１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、その画像信号は画像処理装置８へ
出力されるようになっている。

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、球体表面に
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）変換器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１月２へ出力されここに格納される。画像メモ
リ１２へ人力された画像データはマスク処理装置１３に
入力され、第４図（ａｌに示す如く画像データのうち、
検査領域ａ　（ハツチングを付して示す領域の信号）以
外の部分の信号を除去された画像データが輝度補正装置
１４へ出力されるようになっている。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、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
光量が極めて多く、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多く、いずれも傷の有無
、或いは生地不良の有無を検出するうえで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、大きさ等に応じて適
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から出力される検査領
域ａの画像信号は第４図（ｂ）に示す如き輝度分布を備
えている。第４図（ｂｌ、　（Ｃ１，（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が大きくなる
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は出来ない。

そこで輝度補正装置１４によって球体ｌの３次元曲面に
よる反射光量の差を補正する。

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は標準画像記憶装置、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６．７図に示すフローチャート
に基いて説明する。

ｉ）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、サイズ別の被検球体についてその
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Ｓ１）、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の大きさを求め（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についての輝度標準画像を作成し、これを予め標
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５６）。

勿論、各被検球体１の製造時のロフト毎に、或いは更に
高い頻度でその検査に先立って傷のない球体１を選別し
、これを用いて輝度標準画像を求め、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。

ｉｉ）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
ズに対応する輝度標準画像を選定し、これを画像記憶装
置２２から画像メモリ２３に移しておく。次に搬送回転
部２上に載置された被検球体１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に取り込み、画像信号はＡ／Ｄ変換部１
１、画像メモリ１２を経、マスク処理装置工３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
へ入力し、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標準画
像の信号を減算しくステップ５２１）、その差信号を表
面傷検出のための２値化器１５及び生地不良の有無を検
出するための濃度計測装置１７へ出力する（ステップ５
２２）。

ここまでは表面傷検出過程、生地不良検出過程とも同じ
であるが、これ以降は個別に処理される。

（表面傷検出〕 表面傷の検出は輝度補正装置１４からの出力を２値化器
１５３面積計測装置１６に通すことによって行われる。

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、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１
６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−窓以上の面積を占め
る領域も同様に雑音として除去し、表面傷の有無を最終
的に判断する。

〔生地不良検出〕

球体表面の生地不良の有無は濃度計測装置１７によって
行われる。第８図は濃度計測装置１７の具体的な構成を
示すブロック図であり、輝度補正装置１４からの輝度補
正後の画像データを減算器２５へ人力する。減算器２５
は輝度補正画像の各部分（例えば画素毎）の濃度から記
憶袋Ｗ２２に格納しである標準球体の輝度標準画像の対
応する各部分の濃度を減算し、各部分についての濃度差
画像を加算器２７へ出力する。加算器２７は各部分につ
いての濃度の総和を求めてこれを生地不良検出器２８へ
出力する。生地不良検出器２８は濃度の総和を予め定め
た設定値と比較し、これを越える場合には生地不良有り
の信号を、また基準値を越えない場合には生地不良無し
の信号を出力するようになっている。

傷信号、生地不良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、生地不良検出を行う。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。

傷信号又は生地不良信号が出力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。

この画像処理装置８への画像の取り込みは第９図に示す
過程で行う。第９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部Ｗ２を制御しつつ、そのと
きの回転数を検出しくステップ５３１）、撮像カメラ７
の視野内に位置する球体工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５３２）、
重複しているときはステップ５３１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５３３）。

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５３４）。

球体１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５３５）、終了していないときはステップＳ
３１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。

第１０図は本発明装置に依った場合の球体表面に対する
走査光の軌跡を示す説明図であり、第１２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日程度のスポット光によって走査を行うのに対し
、本発明装置では球体１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、従来装置に依った場合には検査終了まで球体を
数百回転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み、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の有無、生地不良の有無を効率よく
正確に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標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図は同じ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（非検査頭載）及び検査領域とその輝度分布を示す説
明図、第５図は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図は生地不良検
出のための濃度計測装置を示すブロック図、第９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１０図は本発明装置における球体表
面への光の走査軌跡を示す説明図、第１１図は従来装置
の模式図、第１２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　２
２・・・記憶装置２３・・・画像メモリ　２４・・・減
算器　２５・・・減算器２６・・・記憶装置　２７・・
・加算器　２８・・・生地不良検出品持　許　出願人　
　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　河　　野　
　登　　夫第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転する球体表面に光を照射しつつ球体表面を撮像
   する手段と、撮像した球体表面画像と予め求めた標準球
   体表面画像とから前記標準球体表面画像に対する球体表
   面画像の濃度変化を検出する手段と、この濃度変化に基
   づき前記球体表面の生地不良の有無を検出する手段とを
   具備することを特徴とする球体表面検査装置。