JPH10132537A - Ｕ字溝形状を有する部品表面の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面の凹凸を画像処理を用いて検査する。 【解決手段】 照明光を検査対象面に対し、水平又は低
角度で照射し、凹凸部で乱反射した光を撮像し、画像処
理により凹凸部を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｕ字溝形状部表面
の凹凸を検出する方法に関するもので、特に鋳造品を加
工した後の表面に現れたひけ巣・ピンホール等の微小穴
を画像処理により検査するのに好適な方法である。

【０００２】

【従来の技術】製造上の問題で部材表面に凹部が発した
場合、用いられる用途によっては欠陥品として検査しな
ければならない。鋳造により製造された部品は、その製
造の過程でひけ巣やピンホール等が生じやすく、表面を
加工後もそれらが凹部状となって残ることがある。鋳造
により製造されたギアを用いた動力伝達機構を有する機
械装置において、ギア表面、特にギアの歯面に前記凹部
が露出しているような場合、例えばφ０．１ｍｍ程度の
微小穴でも、使用中にその穴から徐々に破壊が進行し、
ギア及び機械装置の破損を招くことがあり、この時には
φ０．１ｍｍ以上の穴は欠陥として検査する必要があ
る。

【０００３】表面の客観的かつ自動的な欠けやピンホー
ル、加工残りといった良品とは異なる表面の凹凸を検査
する装置として、レーザ光を用いた走査型の表面検査装
置がある。レーザ光を用いた検査装置の測定原理は、回
転ミラー等を用いてレーザーを検査表面に対し所定角度
で入射させ、かつ全域に渡って走査させ、表面から反射
あるいは散乱してくるレーザー光をディテクタ素子で受
光することにより検査面の凹凸を検出するものである。
一方、画像処理を用いたワークの表面検査方法として、
予め良品部の表面を基準画像とし、検査する表面の画像
とその基準画像との差画像をとることで、欠陥をその差
分として検出する方法がある。特開昭６３−２０１５５
６に画像処理を用いてギアの打痕を判別する方法が示さ
れている。これは基準画像を検査する歯車の歯の前の３
つの画像をメモリ等に取り込み、その画像と検査する歯
の画像の差をそれぞれとり、それらの差画像の総和をと
ってより欠陥を強調するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記公知
例を、鋳造で製造され荒加工されたギア表面の検査に適
用を試みた場合次のような問題が生じる。レーザー光を
用いた検査装置は、レーザー光の入射角度およびディテ
クタ素子と検査面の角度を高精度に保持することで、高
い検査精度を得ることができるが、ギア歯面のようなＵ
字溝形状部で、このような検出条件を維持するには非常
に大がかりな装置が必要となり、検査効率等を考慮する
と、大量生産品の検査工程への導入は困難である。ま
た、上記画像処理を用いた表面検査方法では、それぞれ
のギア歯の撮像において、ワークの位置決めに高精度が
要求される。また、検査面に加工による荒れが存在する
場合、これら荒れによるキズや加工模様は検査面個々に
より異なるため、欠陥とともにそれらも強調され差画像
中に残存し、欠陥との識別が困難である。本発明の目的
は、ワークの加工により生じる微小キズや加工模様等の
下地面の荒れに影響されることなく、Ｕ字溝形状を有す
るワークの表面の凹凸、特に加工後にも残存する凹部を
検出する方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、照明光をＵ字
溝形状の検査対象面に対しＵ字溝長手方向に対し水平、
又は低角度で照射し、凹凸部で乱反射した光を撮像し、
画像処理により凹凸部を検出することを特徴としてい
る。さらに画像処理は、まず加工方向に沿って微分処理
を行い、その後２値化処理を行うようにすることができ
る。また、より具体的な発明として、照明光を加工後の
ギア歯面に対し水平、又は低角度で照射し、歯面に対し
略直交する方向から撮像し、加工方向に沿って微分処理
を行った後２値化処理を行うことによりギア歯面に存す
る凹部を検出して、ギアの良否を判別することを特徴と
している。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明を鋳造後荒加工さ
れたギアの歯面の欠陥検査に適用した装置ブロック図
を、図２にギア歯面に対する照明手段及び撮像手段の配
置図を、図３にギア歯面への照明手段による照射の一例
を示す。検査前のギア１Ａが格納装置１２に格納される
と同時に、該情報が操作盤１３に伝わり、検査開始ので
きる状態になる。この状態で該操作盤１３より、検査開
始ボタンを押して検査を開始すると、該情報が検査制御
パソコン５、画像処理装置４、検査ステージ８、ワーク
の供給装置１０に伝達され、各装置が作動状態になる。

【０００７】格納装置１２にあるギア１Ａは供給装置１
０に送られ、該供給装置１０から検査ステージ８に供給
される。該検査ステージ８に供給された検査対象のギア
１Ｂは回転部９により把持される。該ギア１Ｂの把持が
完了すると、回転部９がギア１Ｂを一定速度回転させ、
撮像手段としてのＣＣＤカメラ２は、照明手段３により
照射されたギア１Ｂの歯面の撮像を開始する。ＣＣＤカ
メラ２は該ギア１Ｂの回転に応じて、歯面が撮像可能と
なる所定位置にくる毎に歯面を撮像し、これを該ギア１
Ｂ全周にわたって行う。該ＣＣＤカメラ２により撮像さ
れた画像は画像処理装置４に伝送され、直ちに欠陥検出
処理が行われる。欠陥検出方法については後述する。

【０００８】画像処理装置４にて検出された欠陥の情報
は、該欠陥の位置と大きさを直ちにパソコン５に格納す
るとともに、前記のように排出装置１１、及び外部機器
１４等に出力される。ギア１Ｂの全歯面について検査が
終了すると、ギア１Ｂは回転部９から解放され排出装置
１１により排出される。該排出装置１１は、判定結果情
報を格納しているパソコン５からの排出制御命令で、良
品と不良品に排出方向を振り分けて排出する。排出装置
１１でギア１Ｂが排出されると同時に、予め格納装置１
２から供給装置１０に供給されている次の検査ギア１Ａ
が、検査ステージ８に供給装置１０により供給され、以
降同様の検査が自動的に繰り返し行われる。

【０００９】次にギア１Ｂに対する欠陥の検出方法につ
いて、まずＣＣＤカメラ２と照明手段３の位置関係から
説明する。ギア１Ｂの側面２方向（図２において上及び
下）からギア歯面に水平又は３０度以下の低角度で光を
照射するように、照明手段３Ａ１及び３Ａ２を配置す
る。ＣＣＤカメラ２は、その撮像ラインがギア歯面にほ
ぼ垂直になるように配置する。従ってＣＣＤカメラ２
は、ギア歯の各面に対応するように２台（２Ｒ及び２
Ｌ）設ける。本説明では照明手段を２組（３Ａ１と３Ａ
２の組及び３Ｂ１と３Ｂ２の組）設けているが、これは
照明手段が一組（３Ａ１、３Ａ２又は３Ｂ１、３Ｂ２）
だけの場合、ＣＣＤカメラ２Ｒ、２Ｌの配置がスペース
的に厳しくなるためであり、必ずしも２組必要なわけで
はない。なお、２組設ける場合はお互いが照射する光の
影響を受けにくくするため、図３に示すように数歯程度
はなれて照射するように配置し、各々の照射面について
ＣＣＤカメラを対応させるようにするとよい。

【００１０】また本説明では、図２に示すようにＣＣＤ
カメラで撮像する１つの観察部に対し、照明手段を上下
２方向に配置している。これはギア厚が大きい場合に
は、図２のギア上下方向において照明ムラが生じる可能
性があるが、この照明ムラを解消、又は大幅に軽減する
ためである。もちろん、ギア厚が小さい場合には上方、
又は下方のどちらか一方の照明手段でもギア１Ｂの歯表
面を十分均一に照射することが可能であり、この場合は
一方からの照射とすればよい。

【００１１】次にギア１Ｂの歯面上に存する凹部の検出
について、照明手段を３Ａ１、３Ａ２、ＣＣＤカメラを
２Ｒとし歯面の片面についての場合で説明する。なお反
対面についても同様である。前述したように、２方向か
らの照明手段３Ａ１、３Ａ２は、照射光がギアの検査対
象歯面に水平又は３０度以下の低角度で当たるように配
置されている。このように照射された光は水平、または
３０度以下の低角度で反射するため、欠陥のないギア歯
面に入射し反射した光は、ギア歯面にほぼ垂直に配置さ
れたＣＣＤカメラ２Ｒでは撮像することは不可能であ
る。一方、ギア歯面に凹部がある場合、入射光は凹部で
任意の角度で反射するため、該反射光をギア歯面にほぼ
垂直に配置されたＣＣＤカメラ２Ｒでも撮像することが
可能となる。即ち、ギア１Ｂの歯面の凹部を検出するこ
とが可能となる。この時のＣＣＤカメラ２Ｒの撮像画像
では、凹部は背景に対して明るく抽出される。

【００１２】なお、別の照明方法として、撮像方向と同
一方向から照明し、検査面で正反射してくる光を捉えて
検出する方法もある。しかし、ギアのように検査面がＵ
字溝形状を有する場合、検査面が曲面で形成されている
ため、全検査領域で撮像カメラにに対して正反射光が入
射するように照明するには、検査面の曲面形状を考慮し
た複雑な照明が必要となる。また、ギアのようにＵ字溝
が深い場合、検査面に対し手前の歯が影となり、照明光
を入射することができないといった問題もある。つま
り、本説明で用いた乱反射成分による凹部検出方法が有
効であることがわかる。もちろん、照明手段３のギア１
Ｂへの照射方向は前記に限定するものではなく、検出精
度又は周辺機械装置等の制約に応じて適宜に調整すれば
よい。その後、撮像した映像に対し画像処理装置４にて
２値化処理等を施して輝点部分を強調し、歯面上の穴位
置や大きさとして検出し、所定の仕様と照らし合わせて
欠陥の有無として判定する。なお、上記では凹部の検出
について説明を行ったが、凸部に対しても同様にして適
用可能である。

【００１３】ところで、荒加工のように工具の送り、切
り込み等が粗い場合加工段差が大きく、この加工段差部
で光が乱反射するため、これを実際の欠陥と区別する必
要がある。一般に、機械的な工具による加工面は、加工
方向には平滑であるが、加工方向と直交する方向には周
期的な段差を有している。そこで、前処理として加工方
向に平行に１ないし数回の微分処理を行うことにした。
加工方向には表面の凹凸はほとんどないことから、微分
処理後の画面では前記段差はキャンセルされることにな
る。その後２値化処理を行うことにより、例えばひけ巣
欠陥といった凹部状欠陥のみを検出することが可能とな
る。

【００１４】一方、ＣＣＤカメラ２の解像度は、欠陥と
判定する穴サイズや検査対象表面視野等で決められる
が、最小欠陥サイズをφ０．１ｍｍ、検査対象視野をを
３０ｍｍとした場合、ＣＣＤカメラ２は１０００（画
素）×１０００（画素）のＣＣＤ面を有する高解像度の
ものとする必要がある。なお、一般的なＣＣＤカメラ
は、５１２（画素）×５１２（画素）のＣＣＤ面を有し
ている。

【００１５】この高解像度のＣＣＤカメラ２により撮像
された画像の画像情報は、一般のＣＣＤカメラの画像情
報の約４倍となる。また、該画素情報を構成する１つ１
つの画素の周辺の画素情報をも考慮した演算処理を行う
ことから、扱う情報量が通常の処理の４〜１０倍程度に
なる。これに対しては、電気的に画像情報を処理できる
論理回路を画像処理装置４に導入することで高速に演算
処理することが可能であり、大量生産品の検査工程に対
しても適用できる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明には次のよ
うな効果がある。 １）凹部又は凸部で乱反射した光を撮像するので、感度
高く乱反射部が抽出でき精度の良い凹部又は凸部の検出
ができる。 ２）撮像画面を加工方向に沿って微分処理をすることで
加工段差の影響を排除しているので、対象とする凹部又
は凸部のみを検出できる。 ３）ギアを一定速度で回転させながらＣＣＤカメラで検
査対象面を撮像して画像処理するので、能率の良い検査
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をギア歯面検査に適用したときの装置ブ
ロック図

【図２】上記適用例におけるギアとＣＣＤカメラ、照明
手段の位置関係を示す図

【図３】上記適用例におけるギアへの照明の例を示す図

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ ギア ２
ＣＣＤカメラ ３ 照明手段 ４
画像処理装置 ５ パソコン ８
検査ステージ ９ 回転部 １０
供給装置 １１ 排出装置 １２
格納装置 １３ 操作盤 １４
外部出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三家本 司 埼玉県熊谷市三ケ尻6010番地 日立金属株 式会社生産システム研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像処理を用いたＵ字溝形状部の表面の
   検査において、照明光をＵ字溝長手方向に対し３０度以
   下の低角度で入射し、Ｕ字溝表面の凹凸部で乱反射した
   光を撮像し、撮像カメラにて画像を取り込み、画像処理
   により凹凸部を検出することを特徴とする表面検査方
   法。
2. 【請求項２】 Ｕ字溝形状部は加工されており、画像処
   理はまず加工方向に沿って微分処理を行い、その後２値
   化処理を行うような請求項１に記載の表面検査方法。
3. 【請求項３】 照明光を加工後のギア歯面に対し水平、
   又は低角度で照射し、歯面に対し略直交する方向から撮
   像し、加工方向に沿って微分処理を行った後２値化処理
   を行うことによりギア歯面に存する凹部を検出して、ギ
   アの良否を判別することを特徴とする表面検査方法。