TWI658276B - 檢查裝置及檢查方法 - Google Patents

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TWI658276B
TWI658276B TW106143369A TW106143369A TWI658276B TW I658276 B TWI658276 B TW I658276B TW 106143369 A TW106143369 A TW 106143369A TW 106143369 A TW106143369 A TW 106143369A TW I658276 B TWI658276 B TW I658276B
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作山努
大槻祥平
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日商斯庫林集團股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可高精度地檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件的檢查技術。本發明之檢查裝置具備：保持台，其一面保持工件一面使工件以對稱軸與旋轉軸一致之狀態繞著旋轉軸旋轉；頂端攝像機構，其拍攝旋轉之工件之凸部之頂端；上游攝像機構，其拍攝自於工件之旋轉方向上與凸部之上游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的上游壁面；下游攝像機構，其拍攝自於旋轉方向上與凸部之下游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的下游壁面；及檢查部，其基於利用頂端攝像機構、上游攝像機構及下游攝像機構拍攝之圖像而檢查工件。

Description

檢查裝置及檢查方法
本發明係關於一種檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件的檢查裝置及檢查方法。
[相關申請案之相互參照]
以下所示之日本申請之說明書、圖式及申請專利範圍中之揭示內容藉由參照而將其全部內容併入本說明書中。
日本專利特願2017-47284(2017年3月13日申請)。
作為檢查繞著對稱軸旋轉對稱之工件之外觀之裝置，例如，已知有日本專利特開2012-63268號公報所記載之工件檢查裝置。於該工件檢查裝置中，藉由連結於馬達之保持器部而保持工件。然後，一面藉由上述馬達使工件旋轉一面利用複數台相機拍攝該工件，並基於藉由該等相機而取得之圖像檢查工件之外觀。
日本專利特開2012-63268號公報所記載之裝置係將齒輪設為工件者，檢查齒輪是否存在劃痕或缺陷等。於該裝置中，設置有合計3台相機，即：齒面攝影用相機，其用以自工件之徑向外側拍攝齒面；齒頂攝影用相機，其用以自工件之徑向外側拍攝齒 頂；及端面攝影用相機，其用以自工件之鉛垂上方拍攝齒頂。作為該等相機中之齒面攝影用相機，使用所謂區域相機，以拍攝包含至少2處以上之齒部之圖像之方式進行相機設置及相機設定(透鏡之選擇、倍率等)。
於齒輪之齒部，在齒輪之旋轉方向上形成有2個齒面。其中一個係自齒冠之頂端(齒頂)朝向旋轉方向之上游側之齒根形成之齒面(以下稱為「上游側齒面」)，另一個係朝向旋轉方向之下游側之齒根形成之齒面(以下稱為「下游側齒面」)。於上述日本專利特開2012-63268號公報所記載之裝置中，齒面攝影用相機不僅拍攝齒冠及齒根，亦一併拍攝上游側齒面及下游側齒面，藉由該拍攝而取得展示齒部之表面整體之圖像。因此，有時難以獲得為了精密地進行上游側齒面或下游側齒面之檢查所必需之資訊。又，根據齒輪之形狀或種類，有時亦難以拍攝上游側齒面及下游側齒面。此種問題於利用日本專利特開2012-63268號公報所記載之裝置檢查具有與齒輪同樣之特徵之工件、亦即具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件之情形時亦會產生。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種能夠高精度地檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件的檢查技術。
本發明之一態樣係一種檢查裝置，其係檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部的外周部之工件者，其特徵在於具備：保持台，其一面保持工件一面使工件以對稱軸與旋轉軸一致之狀態繞著旋轉軸旋轉；頂端攝像機構， 其拍攝旋轉之工件之凸部之頂端；上游攝像機構，其拍攝自於工件之旋轉方向上與凸部之上游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的上游壁面；下游攝像機構，其拍攝自於旋轉方向上與凸部之下游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的下游壁面；及檢查部，其基於由頂端攝像機構、上游攝像機構及下游攝像機構拍攝到之圖像而檢查工件。
又，本發明之另一態樣係一種檢查方法，其係檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件者，其特徵在於具備如下步驟：一面保持工件一面使工件以對稱軸與旋轉軸一致之狀態繞著旋轉軸旋轉，與此同時，利用頂端攝像機構拍攝工件之凸部之頂端而取得頂端圖像，利用上游攝像機構拍攝自於工件之旋轉方向上與凸部之上游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的上游壁面而取得上游壁面圖像，利用下游攝像機構拍攝自於旋轉方向上與凸部之下游側鄰接之凹部之底部連接至凸部之頂端的下游壁面而取得下游壁面圖像；及基於頂端圖像、上游壁面圖像及下游壁面圖像而檢查工件。
於以此方式構成之發明中，分別設置專用於拍攝工件之凸部之頂端、上游壁面及下游壁面之頂端攝像機構、上游攝像機構及下游攝像機構，而個別地取得頂端圖像、上游壁面圖像及下游壁面圖像。然後，基於該等圖像而檢查工件。
如上所述，根據本發明，基於分別利用頂端攝像機構、上游攝像機構及下游攝像機構拍攝工件之凸部之頂端、上游壁面及下游壁面所取得之圖像而進行工件之檢查，因此，可高精度地檢查各種工件。
上述本發明之各態樣所具有之複數個構成要素並非全部為必需者，為了解決上述課題之一部分或全部，或達成本說明書所記載之效果之一部分或全部，可適當對上述複數個構成要素之一部分構成要素進行其變更、刪除、與新的其他構成要素之替換、限定內容之一部分刪除。又，為了解決上述課題之一部分或全部，或為了達成本說明書所記載之效果之一部分或全部，亦可將上述本發明之一態樣所包含之技術特徵之一部分或全部與上述本發明之其他態樣所包含之技術特徵之一部分或全部組合而作為本發明之獨立之一形態。
1‧‧‧裝載單元
2‧‧‧工件保持單元
3‧‧‧攝像單元
3A‧‧‧頂端攝像機構
3B‧‧‧上游攝像機構
3C‧‧‧下游攝像機構
4‧‧‧卸載單元
5‧‧‧控制單元(檢查部)
6‧‧‧顯示單元
11、41‧‧‧工件檢測感測器
12‧‧‧裝載機
21A、21B‧‧‧保持台
22‧‧‧夾頭機構
23‧‧‧水平定位機構
24‧‧‧旋轉機構
25‧‧‧鉛垂定位機構
26‧‧‧位置切換機構
27‧‧‧對準相機
28‧‧‧對準照明部
31‧‧‧檢查相機
31a~31c‧‧‧檢查相機(頂端攝像部)
31d、31e‧‧‧檢查相機(上游攝像部)
31f、31g‧‧‧檢查相機(下游攝像部)
32、32a~32c、32j~32l、32p~32r‧‧‧檢查照明部
33、36‧‧‧基底部
34、38、261‧‧‧支撐板
35‧‧‧頂端驅動部
37‧‧‧可動板
39‧‧‧上游驅動部
39a‧‧‧移動部
39b‧‧‧旋動部
42‧‧‧卸載機
51‧‧‧運算處理部(檢查部)
52‧‧‧記憶體
53‧‧‧驅動控制部
54‧‧‧外部輸入輸出部
55‧‧‧圖像處理部
56‧‧‧照明控制部
100‧‧‧檢查裝置
221~223‧‧‧可動構件
224‧‧‧移動部
225‧‧‧突起構件
241‧‧‧馬達
242‧‧‧旋轉軸
251‧‧‧保持板
252‧‧‧底板
253‧‧‧連結銷
254‧‧‧升降部
262‧‧‧迴轉驅動部
271‧‧‧線感測器
361、362、371、372‧‧‧導軌
363、364‧‧‧滑塊
AX1‧‧‧迴轉軸
AX2‧‧‧中心軸
AX3‧‧‧(馬達241之)旋轉軸
AX4‧‧‧對稱軸
Da~Dg‧‧‧攝像方向
Do‧‧‧正交方向
Dp‧‧‧旋動方向
Dr‧‧‧移動方向
Dw‧‧‧(工件之)旋轉方向
FA‧‧‧焦點位置
FB‧‧‧(上游)焦點位置
FC‧‧‧(下游)焦點位置
Ha、Hb‧‧‧水平方向
PA‧‧‧預對準位置
PC‧‧‧節圓(上游側軌跡、下游側軌跡)
PI‧‧‧檢查位置
W‧‧‧工件
Wa‧‧‧軸部
Wb‧‧‧齒輪
Wb1‧‧‧齒冠(凸部)
Wb2、Wb4‧‧‧齒根(凹部)
Wb3‧‧‧上游齒面(上游壁面)
Wb5‧‧‧下游齒面(下游壁面)
θa、θb、θf、θg‧‧‧角度
S1~S9‧‧‧步驟
圖1係表示本發明之檢查裝置之第1實施形態之整體構成之圖。
圖2係表示圖1所示之檢查裝置之電性構成之方塊圖。
圖3係表示工件保持單元之構成之立體圖。
圖4係表示攝像單元之頂端攝像機構之構成之圖。
圖5係表示攝像單元之上游攝像機構之構成之圖。
圖6(a)及(b)係示意性地表示檢查相機及檢查照明部相對於齒輪之配設關係之圖。
圖7係表示檢查相機相對於齒輪之攝影方向之圖。
圖8係表示利用圖1所示之檢查裝置執行之工件之檢查動作之流程圖。
圖9(a)至(c)係示意性地表示檢查動作之圖。
圖1係表示本發明之檢查裝置之第1實施形態之整體構成之圖。又，圖2係表示圖1所示之檢查裝置之電性構成之方塊圖。該檢查裝置100係檢查如齒輪或葉輪等般具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件W之外觀的裝置，且具有裝載單元1、工件保持單元2、攝像單元3、卸載單元4及控制單元5。再者，此處，工件W係如圖1所示般於軸部Wa之上部設置有齒輪Wb之機械零件，例如藉由鍛造或鑄造處理而形成。而且，於零件製造後，該工件W由外部搬送機器人或操作員搬送至裝載單元1。
於裝載單元1設置有台座或儲存等工件收容部(省略圖示)。而且，若藉由外部搬送機器人等將工件W暫時收容於工件收容部，則設置於工件收容部之工件檢測感測器11(圖2)對工件W進行檢測，並將該主旨之信號發送至控制裝置整體之控制單元5。又，於裝載單元1設置有裝載機12(圖2)，根據來自控制單元5之動作指令而接收收容於工件收容部之未檢查之工件W，並搬送至工件保持單元2。
圖3係表示工件保持單元之構成之立體圖。工件保持單元2裝備有保持由裝載機12搬送來之工件W之保持台21A、21B。該等保持台21A、21B均具有相同構成，且能夠以齒輪Wb成為水平狀態之姿勢固持工件W之軸部Wa之一部分而保持工件W。以下，一面參照圖3一面對保持台21A之構成進行說明，另一方面，由於保持台21B與保持台21A為相同構成，故而對保持台21B附註相同符號並省略說明。
如圖3所示，於保持台21A中沿鉛垂方向積層配置 有夾頭機構22、水平定位機構23、旋轉機構24及鉛垂定位機構25。夾頭機構22具有：可動構件221~223，其等在側視下為大致L字狀；及移動部224，其根據來自控制單元5之移動指令使可動構件221~223呈放射狀連動地移動。於各可動構件221~223之上端面突設有突起構件225，能夠藉由上端面及突起構件225而與軸部Wa之段差部位卡合。因此，藉由移動部224根據來自控制單元5之固持指令使可動構件221~223相互靠近移動而可一面使夾頭機構22之中心軸(圖9中之符號AX2)與軸部Wa之軸芯一致一面保持工件W。另一方面，藉由移動部224根據來自控制單元5之解放指令使可動構件221~223相互離開移動，而可進行利用裝載單元1之未檢查工件W之裝載或利用卸載單元4之經檢查過之工件W之卸載。
以此方式構成之夾頭機構22支撐於水平定位機構23。水平定位機構23具有於在水平方向上相互正交之方向上移動的所謂XY台。因此，能夠根據來自控制單元5之移動指令驅動XY台而將夾頭機構22於水平面上高精度地定位。再者，作為XY台，可使用將馬達與滾珠螺桿機構組合所得者或將於水平方向上相互正交之2個線性馬達組合所得者等。
旋轉機構24具有馬達241。馬達241之旋轉軸(圖9中之符號242)向鉛垂上方延伸設置，且於其上端部連結有水平定位機構23。因此，若自控制單元5賦予旋轉指令，則馬達241運作而使水平定位機構23、夾頭機構22、以及由夾頭機構22固持之工件W繞著馬達241之旋轉軸(圖9中之符號AX3)一體地旋轉。
此處，於本實施形態中，於夾頭機構22與旋轉機構 24之間設置有水平定位機構23，其技術意義在於如下方面，即，能夠藉由水平定位機構23而調整夾頭機構22之中心軸、固持於夾頭機構22之工件W之齒輪Wb之對稱軸(圖9中之符號AX4)及馬達241之旋轉軸之相對位置關係。即，可藉由預先使夾頭機構22之中心軸與馬達241之旋轉軸一致而使利用夾頭機構22固持之工件W繞著軸部Wa旋轉。然而，於齒輪Wb之對稱軸偏離軸部Wa之情形時，相對於馬達241產生偏芯，而齒輪Wb會偏心旋轉。因此，藉由設置水平定位機構23並以修正偏移量及偏移方向之方式使之驅動，而能夠使齒輪Wb之對稱軸與馬達241之旋轉軸一致。藉此，能夠利用攝像單元3高精度地拍攝齒輪Wb之圖像，而可提高工件W之檢查精度。
鉛垂定位機構25具有：保持板251，其保持馬達241；底板252，其配置於馬達241之下方位置；4根連結銷253，其等連結保持板251及底板252；及升降部254，其使底板252於鉛垂方向升降。升降部254可藉由根據來自控制單元5之升降指令使底板252升降而於鉛垂方向上使旋轉機構24、水平定位機構23及夾頭機構22一體地移動，從而於以下說明之預對準位置PA及檢查位置PI上使工件W之高度位置適當化。
以此方式構成之保持台21A、21B如圖3所示般隔開一定距離而固定於支撐板261上。又，於保持台21A、21B之中間位置，支撐板261支撐於迴轉驅動部262。該迴轉驅動部262能夠根據來自控制單元5之迴轉指令使支撐板261繞著沿鉛垂方向延伸之迴轉軸AX1迴轉180°，且如圖3所示，能夠於保持台21A、21B分別位於預對準位置PA及檢查位置PI之第1位置與保持台21A、 21B分別位於檢查位置PI及預對準位置PA之第2位置之間進行切換。例如，與對保持於位於預對準位置PA之保持台21A之工件W實施預對準處理並行地，藉由迴轉驅動部262而自第1位置切換為第2位置，藉此，保持台21A自預對準位置PA移位至檢查位置PI，從而可將經預對準處理過之工件W定位於檢查位置PI。又，於結束該工件W之檢查後，藉由向逆方向迴轉，而保持台21A自檢查位置PI移位至預對準位置PA，從而可將經檢查處理過之工件W定位於預對準位置PA。如此，於本實施形態中，由支撐板261及迴轉驅動部262構成切換工件W之位置之位置切換機構26。
預對準位置PA如上所述係進行預對準處理之位置，且於定位於預對準位置PA之保持台21A(或21B)之上方配置有對準相機27。如圖3所示，該對準相機27相對於工件W配置於馬達241之相反側、亦即工件W之上方側，且具有相對於工件W之對稱軸AX4朝徑向外側延伸設置之線感測器271。因此，能夠一面使工件W旋轉一面藉由該線感測器271拍攝工件W之上表面，藉由使工件W旋轉至少1周，可獲得包含形成於齒輪Wb之外周部之凸部(齒冠)及凹部(齒根)之全部之圖像。
又，雖於圖3中省略圖示，但設置有用以對保持於該保持台21A(或21B)之工件W進行照明而良好地進行對準處理之對準照明部28(圖2)。因此，可與藉由旋轉機構24使工件W旋轉同時地，一面藉由對準照明部28對工件W進行照明一面藉由對準相機27拍攝工件W。然後，將工件W之圖像資料傳送至控制單元5，而執行修正偏芯而使齒輪Wb之對稱軸與馬達241之旋轉軸一致、亦即預對準處理。
另一方面，檢查位置PI係進行檢查處理之位置，且於定位於檢查位置PI之保持台21A(或21B)之上方配置有攝像單元3。於該檢查位置PI，可一面以齒輪Wb之對稱軸與馬達241之旋轉軸一致之狀態使工件W旋轉，一面藉由攝像單元3拍攝工件W。然後，將工件W之圖像資料傳送至控制單元5，而執行檢查齒輪Wb中有無劃痕或缺陷等之檢查處理。
如圖2所示，該攝像單元3具有複數個檢查相機31及複數個檢查照明部32。於該攝像單元3中，以自各個方向對保持於定位於檢查位置PI之保持台21A(或21B)之工件W進行照明之方式配置有複數個檢查照明部32。而且，可與藉由旋轉機構24使工件W旋轉同時地，一面藉由檢查照明部32對工件W進行照明，一面藉由複數個檢查相機31自各個方向拍攝工件W。將該等複數個圖像資料傳送至控制單元5，藉由控制單元5而執行工件W之檢查。
保持以此方式檢查過之工件W之保持台21A(或21B)如上所述藉由位置切換機構26而自檢查位置PI移位至預對準位置PA。然後，藉由卸載單元4自保持台21A(或21B)將經檢查過之工件W搬出。再者，卸載單元4基本上與裝載單元1相同。亦即，卸載單元4具有暫時收容經檢查過之工件W之工件收容部(省略圖示)、工件檢測感測器41(圖2)及卸載機42(圖2)，根據來自控制單元5之動作指令將經檢查過之工件W自保持台21A(或21B)搬送至工件收容部。
如圖2所示，控制單元5係由如下構件構成：執行邏輯運算之周知之中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)、記 憶初始設定等之唯讀記憶體(ROM，Read Only Memory)、暫時記憶裝置動作中之各種資料之隨機存取記憶體(RAM，Random Access Memory)等。就功能方面而言，控制單元5具備運算處理部51、記憶體52、驅動控制部53、外部輸入輸出部54、圖像處理部55及照明控制部56。
上述驅動控制部53控制設置於裝置各部之驅動機構、例如裝載機12、夾頭機構22等之驅動。外部輸入輸出部54輸入來自裝備於裝置各部之各種感測器類之信號，另一方面，對裝備於裝置各部之各種致動器等輸出信號。圖像處理部55自對準相機27及檢查相機31取入圖像資料，並進行二值化等圖像處理。照明控制部56控制對準照明部28及檢查照明部32之點燈及熄燈等。
上述運算處理部51係具有運算功能者，藉由依照記憶於上述記憶體52之程式控制驅動控制部53、圖像處理部55、照明控制部56等而執行以下說明之一系列處理。
再者，圖2中之符號6係作為與操作員之介面發揮功能之顯示單元，與控制單元5連接，除顯示檢查裝置100之動作狀態之功能以外，亦具有作為由觸控面板構成且受理來自操作員之輸入之輸入終端之功能。又，並不限定於該構成，亦可採用用以顯示動作狀態之顯示裝置及鍵盤或滑鼠等輸入終端。
其次，一面參照圖1、圖4至圖7，一面對攝像單元3之構成及動作進行說明。圖4係表示攝像單元之頂端攝像機構之構成之圖。圖5係表示攝像單元之上游攝像機構之構成之圖。圖6係示意性地表示檢查相機及檢查照明部相對於齒輪之配設關係之圖。圖7係表示檢查相機相對於齒輪之攝影方向之圖。如圖1所示， 攝像單元3具有頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C，且能夠拍攝一面保持於保持台21A(或21B)一面於既定之旋轉方向Dw旋轉之工件W之齒輪Wb之各部位。
頂端攝像機構3A利用9個檢查照明部32自多個方向呈點狀對既定之照明區域進行照明，並且利用3個檢查相機31自多個方向拍攝工件W之齒輪Wb之齒部中之位於上述照明區域之齒部之頂端部、亦即齒冠Wb1(參照圖7)，並將齒冠Wb1之圖像(以下稱為「頂端圖像」)之圖像資料傳送至控制單元5。更詳細而言，如圖4所示，於頂端攝像機構3A中，相對於攝像單元3之本體部(省略圖示)固定配置基底部33，並且相對於該基底部33於與齒輪Wb之徑向平行之移動方向Dr移動自如地設置有支撐板34。亦即，於基底部33，2根導軌(省略圖示)沿移動方向Dr延伸設置，並且於導軌，於移動方向Dr移動自如地安裝有滑塊(省略圖示)。而且，於滑塊上固定有支撐板34。又，於支撐板34連接有頂端驅動部35，該頂端驅動部35具有使支撐板34相對於基底部33於移動方向Dr移動並定位之功能。因此，若頂端驅動部35依照來自控制單元5之指令使支撐板34於移動方向Dr移動，則如以下所說明般，經由托架或安裝臂等而安裝於支撐板34之檢查相機31及檢查照明部32一體地於移動方向Dr移動。藉此，能夠根據工件W之種類調整頂端攝像機構3A中之照明位置及攝像位置。
於頂端攝像機構3A中，為了自徑向外側之多個方向拍攝齒輪Wb之齒冠Wb1，而3個檢查相機31配置於在旋轉機構24之旋轉軸(圖9中之符號AX3)之軸向上彼此不同之位置，且如圖7所示，攝像方向Da~Dc互不相同。再者，為了對頂端攝像機構 3A中之檢查相機31加以區別而進行說明，以下，適當地如圖6及圖7所示般，將攝像方向Da相對於水平方向Ha傾斜角度θa(例如5°)之檢查相機31稱為「檢查相機31a」，將傾斜角度θb(例如45°)之檢查相機31稱為「檢查相機31b」，將大致正交之檢查相機31稱為「檢查相機31c」。
如此，檢查相機31a~31c具有彼此不同之攝像方向Da~Dc，但焦點位置FA一致，並且藉由頂端驅動部35以位於齒輪Wb之節圓PC上之方式於移動方向Dr上定位。因此，能夠自側方、斜方及上方之3個方向高精度地拍攝齒輪Wb之齒冠Wb1。
又，於本實施形態中，為了自徑向外側拍攝位於上述焦點位置FA之齒冠Wb1，而自徑向外側之多個方向對齒輪Wb之齒冠Wb1進行照明。更具體而言，將檢查照明部32分為3組(側方照明組、斜方照明組及上方照明組)，並且於各組中將檢查照明部32沿著旋轉方向Dw離開既定之角度間隔而配置。再者，為了對頂端攝像機構3A中之檢查照明部32加以區別而進行說明，以下適當地將屬於側方照明組之3個檢查照明部32分別稱為「檢查照明部32a」、「檢查照明部32b」、「檢查照明部32c」，將屬於斜方照明組之3個檢查照明部32分別稱為「檢查照明部32d」、「檢查照明部32e」、「檢查照明部32f」，將屬於上方照明組之3個檢查照明部32分別稱為「檢查照明部32g」、「檢查照明部32h」、「檢查照明部32i」。
檢查照明部32a~32i能夠藉由控制單元5之照明控制部56而分別獨立地點燈及熄燈，但任一檢查照明部32a~32i均如圖6之上欄所示般，呈點狀對檢查相機31a~31c之焦點位置FA之附近進行照明。再者，於本實施形態中，任一檢查照明部32a~ 32i均偏離檢查相機31a~31c之光軸而將照明光照射至齒輪Wb，但亦可構成為一部分照明光與檢查相機31a~31c之光軸同軸地照射齒輪Wb。關於該方面，於以下說明之上游攝像機構3B及下游攝像機構3C中亦同樣。
上游攝像機構3B能夠拍攝自於旋轉方向Dw上與齒冠Wb1之上游側鄰接之齒根Wb2(參照圖7)之底部連接至該齒冠Wb1之頂端(齒頂)之上游壁面、亦即上游齒面Wb3(參照圖7)。進而，下游攝像機構3C能夠拍攝自於旋轉方向Dw上與齒冠Wb1之下游側鄰接之齒根Wb4(參照圖7)之底部連接至該齒冠Wb1之頂端(齒頂)之下游壁面、亦即下游齒面Wb5(參照圖7)。上游攝像機構3B及下游攝像機構3C之攝像對象不同，但基本構成相同，因此，以下，一面參照圖式一面對上游攝像機構3B之構成及動作進行詳細敍述，另一方面，對下游攝像機構3C附註相同或相當符號並省略構成之說明。
上游攝像機構3B如圖6所示般隔著工件W而配置於頂端攝像機構3A之相反側。如圖5所示，於上游攝像機構3B中，設置有6個檢查照明部32並且設置有2個檢查相機31。而且，利用檢查照明部32自多個方向呈點狀對既定之照明區域進行照明，並且藉由2個檢查相機31自多個方向拍攝工件W之齒輪Wb之齒部中之位於上述照明區域之齒部之上游齒面Wb3(參照圖7)，並將上游齒面Wb3之圖像(以下稱為「上游齒面圖像」)之圖像資料傳送至控制單元5。
更詳細而言，如圖5所示，於上游攝像機構3B，相對於攝像單元3之本體部(省略圖示)固定配置基底部36，並且相對 於該基底部36於與頂端攝像機構3A中之檢查相機31a~31c及檢查照明部32a~32i之移動方向Dr正交之正交方向Do移動自如地設置有可動板37。該可動板37如圖5所示般整飾成於俯視下為扇形狀，且具有以之後將說明之焦點位置FB為曲率中心之彎曲形狀。而且，相對於可動板37以焦點位置FB為旋動中心於旋動方向Dp旋動自如地設置有支撐板38。亦即，於基底部36，2根導軌361、362沿正交方向Do延伸設置，並且於導軌361、362，分別於正交方向Do移動自如地安裝有滑塊363、364。而且，於滑塊363、364上固定有可動板37。於該可動板37上設置以焦點位置FB為曲率中心之彎曲形狀之導軌371、372，並且於導軌371、372，沿著導軌371、372移動自如地安裝有滑塊(省略圖示)。而且，於滑塊上固定有支撐板38。因此，支撐板38於正交方向Do移動自如，並且以焦點位置FB為旋動中心旋動自如。
又，於上游攝像機構3B中，設置有上游驅動部39，該上游驅動部39具有：移動部39a，其使可動板37相對於基底部36於正交方向Do移動；及旋動部39b，其使支撐板38相對於可動板37繞著焦點位置FB旋動。因此，若上游驅動部39依照來自控制單元5之指令使支撐板38於正交方向Do移動，且以焦點位置FB為旋動中心旋動，則如以下所說明般，經由托架或安裝臂等而安裝於支撐板38之檢查相機31及檢查照明部32一體地於正交方向Do及旋動方向Dp定位。藉此，能夠根據工件W之種類調整上游攝像機構3B中之照明位置及攝像位置。
於上游攝像機構3B中，如圖6所示，為了自節圓PC之切線方向外側之多個方向拍攝齒輪Wb之上游齒面Wb3，而2個 檢查相機31配置於在旋轉機構24之旋轉軸(圖9中之符號AX3)之軸向上彼此不同之位置，且攝像方向Dd、De互不相同。再者，為了對上游攝像機構3B中之檢查相機31加以區別而進行說明，以下適當地如圖6及圖7所示般將攝像方向Dd相對於水平方向Hb傾斜角度(例如5°)之檢查相機31稱為「檢查相機31d」，將傾斜角度(例如45°)之檢查相機31稱為「檢查相機31e」。
如此，檢查相機31d、31e具有彼此不同之攝像方向Dd、De，但焦點位置FB一致，並且藉由上游驅動部39(=移動部39a+旋動部39b)以位於齒輪Wb之節圓PC上之方式於正交方向Do及旋動方向Dp上定位。因此，能夠自節圓PC之切線方向外側自側方及斜方之2個方向高精度地拍攝上游齒面Wb3。
又，於本實施形態中，為了自切線方向外側拍攝位於上述焦點位置FB之上游齒面Wb3，而自切線方向外側之多個方向對齒輪Wb之上游齒面Wb3進行照明。更具體而言，將檢查照明部32分為2組(側方照明組及斜方照明組)，並且於各組中將檢查照明部32沿著旋轉方向Dw隔開既定之角度間隔而配置。再者，為了對上游攝像機構3B中之檢查照明部32加以區別而進行說明，以下適當地將屬於側方照明組之3個檢查照明部32分別稱為「檢查照明部32j」、「檢查照明部32k」、「檢查照明部32l」，將屬於斜方照明組之3個檢查照明部32分別稱為「檢查照明部32m」、「檢查照明部32n」、「檢查照明部32o」。
檢查照明部32j~32o能夠藉由控制單元5之照明控制部56而分別獨立地點燈及熄燈，但任一檢查照明部32j~32o均如圖6之上欄所示般，呈點狀對檢查相機31d、31e之焦點位置FB 之附近進行照明。再者，於本實施形態中，任一檢查照明部32j~32o均偏離檢查相機31d、31e之光軸而將照明光照射至上游齒面Wb3，但亦可構成為一部分照明光與檢查相機31d、31e之光軸同軸地照射上游齒面Wb3。
圖8係表示利用圖1所示之檢查裝置執行之工件之檢查動作之流程圖。又，圖9係示意性地表示檢查動作之圖。再者，於圖9中，為了明確地區別保持台21A、21B之動作，而對保持台21B及由該保持台21B保持之工件W附加點。
於該檢查裝置100中，運算處理部51依照預先記憶於控制單元5之記憶體52之檢查程式控制裝置各部而執行以下動作。此處，著眼於1個工件W，一面參照圖8及圖9一面對針對該工件W執行之各種動作進行說明。控制單元5若如圖9之(a)欄所示般於位於預對準位置PA之保持台21A不存在工件W並且藉由工件檢測感測器11確認未檢查之工件W收容於裝載單元1之工件收容部，則開始向保持台21A裝載工件W(步驟S1)。於該裝載步驟中，裝載機12固持工件收容部之未檢查工件W，並自裝載單元1搬送至保持台21A。再者，於本實施形態中，為了順利地進行裝載步驟及之後之偏芯檢測步驟，而於向保持台21A搬送工件W前，如圖9之(a)欄所示般，藉由水平定位機構23使夾頭機構22之中心軸AX2與馬達241之旋轉軸AX3一致，並且使3根可動構件221~223相互離開而進行工件W之承收準備。
若藉由裝載機12將工件W搬送至保持台21A，則夾頭機構22如上述般使3根可動構件221~223相互靠近移動並夾住工件W之軸部Wa之一部分而固持工件W。更詳細而言，於裝載 動作中，可動構件221~223相互靠近移動，使可動構件221~223之各上端面及突起構件225與軸部Wa之段差部位卡合，而一面使夾頭機構22之中心軸AX2與軸部Wa之軸芯一致一面保持工件W(參照圖9之(b)欄)。如此，裝載步驟結束，於該結束時間點，馬達241之旋轉軸AX3、夾頭機構22之中心軸AX2及軸部Wa之軸芯一致。然而，於藉由鍛造或鑄造處理而製造之工件W中，例如有如下情況，如圖9之(b)欄所示般，齒輪Wb之對稱軸AX4偏離軸部Wa之軸芯，而產生工件W相對於馬達241之偏芯。
因此，於本實施形態中，利用對準照明部28(圖2)對未檢查工件W進行照明，與此同時，一面利用保持台21A之馬達241使未檢查工件W旋轉，一面利用對準相機27拍攝齒輪Wb，並將其圖像資料記憶於記憶體52(步驟S2)。
於該攝像結束後，藉由迴轉驅動部262而進行自第1位置向第2位置之切換。即，迴轉驅動部262使支撐板261繞著迴轉軸AX1迴轉180°，藉此，如圖9之(c)欄所示般，保持未檢查之工件W之保持台21A自預對準位置PA移動至檢查位置PI，並且藉由升降部254使之移動至能夠藉由攝像單元3拍攝工件W之高度位置(步驟S3)。
又，於本實施形態中，與上述移動並行地，自記憶體52讀出工件W之圖像資料，並檢測工件W相對於旋轉機構24(馬達241)之偏芯(本實施形態中，相當於包含偏移量△及偏移方向之資訊)(步驟S4)，繼而進行保持台21A中之偏芯修正(步驟S5)。該偏芯修正係以消除上述步驟S4中檢測出之偏芯之方式藉由水平定位機構23使夾頭機構22移動。藉此，如圖9之(c)欄所示般，於保 持台21A到達至檢查位置PI之時間點或到達前後，齒輪Wb之對稱軸與馬達241之旋轉軸一致，可直接開始工件拍攝步驟(步驟S6)。
於該步驟S6中，定位於檢查位置PI之保持台21A之旋轉機構24作動，而開始工件旋轉。此時，保持於保持台21A之工件W係接受了上述偏芯修正之所謂定心狀態，且繞著對稱軸AX4旋轉。又，與該旋轉對應地，複數個檢查照明部32點燈而自複數個方向對旋轉中之工件W進行照明。再者，此處，於工件旋轉後使檢查照明部32點燈，但點燈時序並不限定於此，亦可與旋轉開始同時地或於旋轉開始前開始檢查照明部32之點燈。
於如此進行工件W之旋轉及照明之期間，複數個檢查相機31自各個方向拍攝工件W，並將來自複數個方向之工件W之圖像之圖像資料發送至控制單元5。即，頂端攝像機構3A之檢查相機31a~31c自徑向外側之側方、斜方及上方3個方向拍攝齒輪Wb之齒冠Wb1。又，上游攝像機構3B之檢查相機31d、31e自節圓PC之切線方向外側從側方及斜方2個方向拍攝上游齒面Wb3。進而，下游攝像機構3C之檢查相機31f、31g自節圓PC之切線方向外側從側方及斜方2個方向拍攝下游齒面Wb5。如此，作為工件W之圖像，多角度地取得頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像，並將該等圖像資料傳送至控制單元5。另一方面，於控制單元5中，將上述圖像資料記憶於記憶體52，並於以下時序基於該圖像資料進行工件W之檢查。
於以此方式取得圖像後，於保持台21A中停止工件旋轉，於攝像單元3中將檢查照明部32熄燈。又，迴轉驅動部262使支撐板261繞著迴轉軸AX1反轉迴轉180°，藉此，保持台21A 維持保持經檢查過之工件W之狀態而自檢查位置PI移動至預對準位置PA，並且藉由升降部254使工件W移動至原來之高度位置(步驟S7)。與該工件W之移動並行地，控制單元5自記憶體52讀出圖像資料，並基於工件圖像(=頂端圖像+上游齒面圖像+下游齒面圖像)判定齒輪Wb是否存在劃痕或缺陷等，而對保持於保持台21A之工件W進行工件檢查(步驟S8)。
返回至預對準位置PA之工件W由卸載機42固持之後，藉由將可動構件221~223之固持解除而自保持台21A交付至卸載機42。繼而，卸載機42將工件W搬送至卸載單元4，並搬送至工件收容部(省略圖示)(步驟S9)。上述一系列步驟(步驟S1~S9)藉由保持台21A、21B而交替地重複。
如上所述，於本實施形態中，分別設置專用於拍攝工件W之齒冠Wb1之頂端(齒頂)、上游齒面Wb3及下游齒面Wb5之頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C，而個別地取得頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像。因此，對於在利用單一之相機拍攝上游齒面圖像及下游齒面圖像之習知技術中較為困難之工件W，亦可確實地取得上游齒面圖像及下游齒面圖像。又，與利用單一之相機一併拍攝頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像之習知技術相比，能夠清晰地拍攝各圖像。而且，由於基於該等圖像檢查工件W，故而可高精度地檢查各種工件W。
又，於上述實施形態中，針對每個攝像對象物使攝像方向不同。亦即，對於頂端攝像機構3A，係以自工件W之徑向外側拍攝齒冠Wb1之頂端之方式配置，另一方面，對於上游攝像機構3B及下游攝像機構3C，係以自節圓PC之切線方向外側分別拍 攝齒面Wb3、Wb5之方式配置。因此，可確實地拍攝頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像，從而可提高檢查精度。
又，於上述實施形態中，於頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C之任一者中均使檢查相機31之焦點位置位於節圓PC上。因此，能以聚焦狀態拍攝頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像，從而可提高檢查精度。
又，上游攝像機構3B以焦點位置FB為旋動中心沿著工件W之旋轉方向Dw旋動自如。因此，可藉由利用旋動部39b使上游攝像機構3B於旋動方向Dp旋動而使攝像方向Df、Dg與齒面Wb3之面法線之朝向對應。其結果，可藉由上游攝像機構3B始終自適當之方向拍攝上游齒面圖像，從而可良好地拍攝上游齒面圖像。關於該方面，對於下游攝像機構3C亦同樣。
又，於頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C之任一者中，均將複數個檢查相機31配置於在旋轉機構24之旋轉軸AX3之軸向上彼此不同之位置，而自彼此不同之攝像方向拍攝工件W。藉由如此自多個方向拍攝工件W，可應對各種工件W，從而可提高檢查裝置100之通用性。
又，如圖6所示，上游攝像機構3B及下游攝像機構3C隔著工件W而配置於頂端攝像機構3A之相反側，因此，可設置多個檢查相機31及檢查照明部32，從而能夠高精度地檢查各種工件W。
進而，於上述實施形態中，檢查相機31a~31g均配置於在鉛垂方向上較節圓PC更高之位置，並且，攝像方向Da~Dg均朝向下方。亦即，檢查相機31a~31g均以受光面(省略圖示)朝向 下方之狀態設置。因此，可有效地抑制灰塵或污物等附著於受光面，可良好地進行工件W之拍攝，並且可獲得較高之維護性。
如上所述，於本實施形態中，齒輪Wb之齒冠Wb1、齒根Wb2、上游齒面Wb3、齒根Wb4及下游齒面Wb5分別相當於本發明之「凸部」、「與凸部之上游側鄰接之凹部」、「上游壁面」、「與凸部之下游側鄰接之凹部」及「下游壁面」之一例，上游齒面圖像及下游齒面圖像分別相當於本發明之「上游壁面圖像」及「下游壁面圖像」之一例。又，檢查相機31a~31c相當於本發明之「頂端攝像部」之一例，檢查相機31d、31e相當於本發明之「上游攝像部」之一例，檢查相機31f、31g相當於本發明之「下游攝像部」之一例。又，控制單元5之運算處理部51作為本發明之「檢查部」發揮功能。又，節圓PC相當於本發明之「上游側軌跡」及「下游側軌跡」之一例，焦點位置FB、FC分別相當於本發明之「上游焦點位置」及「下游焦點位置」之一例。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，只要於不脫離其主旨之範圍內即可進行除上述者以外之各種變更。例如，於上述實施形態中，作為藉由工件W之旋轉而由上游齒面Wb3描繪之上游側軌跡，使用節圓PC，但上游側軌跡並不限定於此，例如，亦可使用上游齒面Wb3之任意之1點描繪之軌跡。關於該方面，於下游側軌跡中亦同樣。又，於上述實施形態中，作為本發明之「上游側軌跡」及「下游側軌跡」，共同使用節圓PC，但當然亦可使用彼此不同者。
又，於上述實施形態中，將具有齒輪Wb之工件W作為檢查對象，但工件W之種類並不限定於此，本發明之「工件」 包含具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部的所有工件。
又，於上述實施形態中，構成為藉由3根可動構件221~223保持工件W，但工件W之保持態樣或保持方式為任意。又，於上述實施形態中，對使2個保持台21A、21B交替地位於預對準位置PA而檢測偏芯之檢查裝置100應用本發明，但亦可對具有單一或3個以上之保持台之檢查裝置應用本發明。又，例如亦可對將檢查相機31c兼用作對準相機而於檢查位置檢測偏芯之裝置應用本發明。
又，於上述實施形態中，頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C中之檢查相機31之設置台數分別為「3台」、「2台」及「2台」，但各設置台數並不限定於此，只要分別設置至少1台以上即可。又，關於該方面，檢查照明部32之設置台數亦與檢查相機31同樣地，只要於頂端攝像機構3A、上游攝像機構3B及下游攝像機構3C之各者設置至少1台以上即可。
又，於上述實施形態中，將複數個檢查照明部32一併點燈，但亦可使工件W旋轉數次，並且每旋轉1次便切換點燈之檢查照明部32而進行拍攝，藉此，能夠以各種照明條件取得頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像，從而可強調外觀上之各種缺陷而進行攝影。
進而，基於頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像之檢查方法亦可將以往常用者、例如良品之圖像預先登錄於記憶體52，藉由與良品圖像加以比較而進行檢查。又，亦可進行基於頂端圖像、上游齒面圖像及下游齒面圖像所包含之特徵量之檢查或使用 機械學習。
以上，按照特定之實施例對發明進行了說明，但該說明並非意圖以限定之意思進行解釋。若參照發明之說明，則與本發明之其他實施形態同樣地，所揭示之實施形態之各種變形例對精通此技術之人員而言應當是明確的。因此，認為隨附之申請專利範圍於不脫離發明之真正之範圍之範圍內包含該變形例或實施形態。
本發明可應用於檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件的所有檢查技術。

Claims (9)

  1. 一種檢查裝置，係檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件者，其特徵在於，其具備有：保持台，其一面保持上述工件，一面使上述工件以上述對稱軸與旋轉軸一致之狀態繞著上述旋轉軸旋轉；頂端攝像機構，其拍攝旋轉中之上述工件之上述凸部之頂端；上游攝像機構，其拍攝自上述工件之旋轉方向上與上述凸部之上游側鄰接之上述凹部之底部連接至上述凸部之頂端的上游壁面；下游攝像機構，其拍攝自上述旋轉方向上與上述凸部之下游側鄰接之上述凹部之底部連接至上述凸部之頂端的下游壁面；以及檢查部，其根據由上述頂端攝像機構、上述上游攝像機構及上述下游攝像機構所拍攝之圖像來檢查上述工件；上述上游攝像機構自藉由上述工件之旋轉而由上述上游壁面所描繪之上游側軌跡之切線方向外側拍攝上述上游壁面，上述下游攝像機構自藉由上述工件之旋轉而由上述下游壁面所描繪之下游側軌跡之切線方向外側拍攝上述下游壁面，上述上游攝像機構具有使上游焦點位置位於上述上游側軌跡上而拍攝上述上游壁面之上游攝像部，上述下游攝像機構具有使下游焦點位置位於上述下游側軌跡上而拍攝上述下游壁面之下游攝像部。
  2. 如請求項1之檢查裝置，其中，上述頂端攝像機構自上述工件之徑向外側拍攝上述凸部之頂端。
  3. 如請求項1之檢查裝置，其中，上述上游攝像機構具有複數個上述上游攝像部，上述複數個上游攝像部係配置於上述旋轉軸之軸向上互不相同之位置，而相對於上述上游焦點位置以互不相同之角度進行拍攝。
  4. 如請求項3之檢查裝置，其中，上述上游攝像機構具有使其以上述上游焦點位置為旋動中心而沿著上述工件之旋轉方向旋動之上游旋動部。
  5. 如請求項1之檢查裝置，其中，上述下游攝像機構具有複數個上述下游攝像部，上述複數個下游攝像部係配置於上述旋轉軸之軸向上互不相同之位置，而相對於上述下游焦點位置以互不相同之角度進行拍攝。
  6. 如請求項5之檢查裝置，其中，上述下游攝像機構具有使其以上述下游焦點位置為旋動中心而沿著上述工件之旋轉方向旋動之下游旋動部。
  7. 如請求項1之檢查裝置，其中，上述頂端攝像機構具有複數個拍攝上述凸部之頂端之頂端攝像部，上述複數個頂端攝像部係配置於上述旋轉軸之軸向上互不相同之位置，而以互不相同之角度拍攝上述凸部之頂端。
  8. 如請求項1至7中任一項之檢查裝置，其中，上述上游攝像機構及上述下游攝像機構隔著上述工件被配置於上述頂端攝像機構之相反側。
  9. 一種檢查方法，係檢查具有以繞著對稱軸旋轉對稱之形狀週期性地重複設置有凸部及凹部之外周部之工件者，其特徵在於，其具備有：一面保持上述工件一面使上述工件以上述對稱軸與旋轉軸一致之狀態繞著上述旋轉軸旋轉，且與此同時地，利用頂端攝像機構拍攝上述工件之上述凸部之頂端來取得頂端圖像，利用上游攝像機構拍攝自上述工件之旋轉方向上與上述凸部之上游側鄰接之上述凹部之底部連接至上述凸部之頂端的上游壁面來取得上游壁面圖像，並利用下游攝像機構拍攝自上述旋轉方向上與上述凸部之下游側鄰接之上述凹部之底部連接至上述凸部之頂端的下游壁面來取得下游壁面圖像之步驟；根據上述頂端圖像、上述上游壁面圖像及上述下游壁面圖像來檢查上述工件之步驟；利用上述上游攝像機構，使上游焦點位置位於藉由上述工件之旋轉而由上述上游壁面所描繪之上游側軌跡上，並自上述上游側軌跡之切線方向外側拍攝上述上游壁面之步驟；以及利用上述下游攝像機構，使下游焦點位置位於藉由上述工件之旋轉而由上述下游壁面所描繪之下游側軌跡上，並自上述下游側軌跡之切線方向外側拍攝上述下游壁面之步驟。
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