WO2017163476A1

WO2017163476A1 - 検査装置及び検査方法

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Publication number: WO2017163476A1
Application number: PCT/JP2016/082329
Authority: WO
Inventors: 定岡　紀行; 小西　孝明; 高橋　寿一; 博文松江
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2018-09-23
Also published as: JP2017173063A; JP6602707B2

Abstract

検査装置は、検査対象物の表面を計測する表面計測部と、検査対象物を打音検査する打音検査部と、表面計測部からの計測情報に基づいて、打音検査部の打付け部材の基準位置と検査対象物の設置基準位置との相対的位置を変更する。

Description

検査装置及び検査方法

　本発明は、鋳物部品の製造時インラインでの欠陥の検査装置および検査方法に関する。

　自動車部品などの量産鋳造品では、鋳造プロセス終了時に鋳造欠陥の有無を判定し、鋳造欠陥の無い鋳造品を次の機械加工プロセスに提供する必要がある。

　一般的に鋳造プロセスでは、種々の要因により鋳造欠陥が発生する。特に湯境により発生する表面欠陥は、当該物に外部荷重が加わる環境下では、疲労亀裂の起点になる可能性があり、鋳造プロセス終了時にはこの湯境による表面欠陥の有無を確認する事が重要である。また、表面欠陥以外に内部の鋳造欠陥や亀裂、材質不良の状態を非破壊で評価する必要性も高い。

日本国特開2013-88414号公報日本国特開2015-00751号公報

　従来、量産鋳造品工場では、上述の湯境による表面欠陥の有無や表面に現れる介在物の有無、型落ちによる欠損、打痕の有無、等を判定するために目視検査が実施されている。一方、鋳造品の生産量が増加し生産速度も速くなると、目視検査での対応が難しくなる。そのため、目視検査に代わる自動欠陥検査技術が求められている。

　また、一般的な量産品の表面検査では、電子基盤など平面的な対象物に対するインライン自動検査技術が発達しているが、自動車部品用の鋳造品にみられるような３次元的に複雑な立体構造物の全表面状態の自動検査技術は多くは見られていない。

　また、表面欠陥以外の内部の鋳造欠陥や亀裂、材質不良の状態は、従来、製造ラインでの抜き取りによる破壊検査により対応している。

　特許文献１には、複数の３次元形状計測法、表面計測法を相補的に組み合わせる事で測定対象の形状によらず高い計測精度を確保した３次元形状検査方法および装置が記載されている。この特許文献１では、対象物が回転軸中心を持つ羽根車のような３次元的には形状変化が比較的小さい構造物には有効であるが、本特許で対象とする自動車部品などの量産鋳造品のような３次元的に形状変化が大きい複雑構造物の全表面を検査するには不十分である。

　また、特許文献２には、トンネルのような固定構造物の内部材料劣化を検出するための打音検査システムが記載されている。特許文献２では、トンネル内の障害物を回避するためステレオカメラでトンネル内部を計測しながら打音検査を実施しているが、製造ラインの量差鋳造品においては複雑な３次元形状のため上記のシステムでは不十分である。

　また、量産鋳造品の製造時のインラインでの表面検査では、連続的に短時間で大量の鋳造品が生産されるため、目視にかわる自動表面検査では、１個あたりの検査時間を極力、短くする必要がある。３次元複雑形状物に対する打音検査では、検査対象物の打ち付け位置により発生する音響特性が変化するため、３次元形状の特定位置を正確に打ち付ける必要がある。一方、鋳造品は、鋳造時に用いる砂型や中子の寸法および設置精度が、機械加工品より劣るため、個々の鋳造品において設計寸法との差が発生し、３次元形状の特定位置を正確に打ち付けるには、個々の対象物の３次元形状を把握する必要がある。

　そのため、本発明の課題は、上記のような事情を背景になされたものであり、３次元複雑形状をした量産鋳造品の表面欠陥および内部欠陥や材質不良を、非破壊での表面欠陥検査と打音による内部状況欠陥評価により、精度よく効率的に検査する方法および装置を提供することにある。

　本発明の第１の態様によると、検査装置は、検査対象物の表面を計測する表面計測部と、検査対象物を打音検査する打音検査部と、表面計測部からの計測情報に基づいて、打音検査部の打付け部材の基準位置と検査対象物の設置基準位置との相対的位置を変更する。
　本発明の第２の態様によると、検査方法は、検査対象物の表面を計測し、表面計測データからの計測情報に基づいて、打音検査部の打付け部材の基準位置と検査対象物の設置基準位置との相対的位置を変更する。
　本発明の第３の態様によると、検査装置は、検査対象となる対象物を打ち付ける打付位置を決めるための打付基準位置を予め設定する設定部と、対象物の表面を計測する表面計測部と、対象物を打音検査する打音検査部と、打付基準位置と表面計測部からの計測情報に基づいて、対象物を打ち付ける打付位置を決定する決定部と、を備える。

　従来の目視検査時における見落としや判定ミスを防止すると同時に、抜き取りでの対応であった内部欠陥や亀裂、材質不良を全数実施により抜けがなく検知でき、高効率で高品質な信頼性が高い量産鋳造品の製造を実現することができる。

本実施例の検査を実施するための製造ラインシステムの概要である。検査装置のブロック構成図である。本実施例の検査方法を含む、１個の被検査物に対する検査プロセスのブロック図である。図３のブロック図における、制御データ１０４を算出するプロセスのブロック図である。図１のシステム構成図の打音検査部２２で打音検査を実施するプロセスのブロック図である。打付け位置情報の例を示す図である。表面形状計測データ１０６から打付け位置情報を算出した例を示す図である。図１における打音検査部１０の拡大図である。他の実施例における検査を実施するための製造ラインシステムの概要である。

　以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
（実施例１）

　図１は、本実施例の検査を実施するための製造ラインシステムの概要である。図２は、検査装置のブロック構成図である。

　搬送路２は、検査対象である構造物１を製造ラインから搬送し、検査実施後、払い出しを行う。

　第１測定機３は、検査対象の表面を撮像する。第１把持部４は、測定対象を把持し、かつ軸と直交する方向に回転可能である。第１走査部５は、搬送路２から測定対象を抜き出し、かつ測定対象を戻すように第１把持部４を走査する。

　第２測定機６は、第１測定機３と異なる測定条件で検査対象の表面を撮像する。

　第２把持部７は、第１把持部４と異なる軸で測定対象を把持し、直交方向に回転可能である。第２走査部８は、搬送路２から測定対象を抜き出し、かつ測定対象を戻すように第２把持部７を走査する。

　第３走査部９は、搬送路２から測定対象を抜き出し、図２に示される打音検査部２２の打音打付け位置に構造物１を走査する。打音検査装置１０は、構造物１の指定位置を打ち付ける打付け部１１を有する。

　図１に示す製造ラインシステムにおいて、第１測定機３、第２測定機６から得られた表面計測データ、および打音検査装置１０から得られた打音検査データは、データ記憶・分析処理および表示装置１２へ入力される。

　図２に示される設計形状データ入力部１４は、図１に示される設計形状データ１３から設計情報等を読み込む。設定部１５は、この設計情報から検査対象となる構造物１を打ち付ける打付け位置を決めるための打付け基準位置を設定する。

　第１表面計測部１６は、第１測定機３、第１把持部４、第１走査部５を動作させ、構造物１の表面の計測データを取得する。第１データ記憶部１７は、得られた計測データを記憶する。

　第２表面計測部１８は、第２測定機６、第２把持部７、第２走査部８を動作させ、構造物１の表面の計測データを取得する。第２データ記憶部１９は、得られた計測データを記憶する。

　決定部２０は、第１表面計測部１６と第２表面計測部１８で得られた計測データと設計形状データ１３とを比較して、打音検査装置１０における打付け位置を決定する。制御部２１は、決定部２０で得られた打付け位置に構造物１および打音検査装置１０を設定する。打音検査部２２は、設定された配置において構造物１に打付けを実施する。

　第３データ記憶部２３は、打音検査により得られた結果を記憶する。判定結果処理部２４は、得られた表面計測データおよび打音検査データから検査結果を算出する。

　表示部２５は、判定結果処理部２４での結果を表示する。第４データ記憶部２６は、処理結果を記憶する。

　また、設定部１５、第１表面計測部１６、第２表面計測部１８およびこれらの計測で得られた計測データの第１データ記憶部１７と第２データ記憶部１９と第３データ記憶部２３、決定部２０、制御部２１、測定結果処理部２４は、データ記憶・分析処理および表示装置１２に含まれる。

　図３は、本実施例の検査方法を含む、１個の被検査物に対する検査プロセスのブロック図である。

　Ｓ１０１において、検査開始前に製造ラインから構造物１が払い出しされると、Ｓ１０２において、検査が開始される。

　Ｓ１０３において、搬送路２を搬送中の構造物１を、第１走査部５と第１把持部４の駆動により搬送ラインから抜き出す。このときの第１走査部５と第１把持部４の動作は、制御データ１０４の入力によって定義される。

　次に、Ｓ１０５において、第１走査部５と第１把持部４の駆動中に、第１測定機３を用いて構造物１の表面の形状を測定する。測定した結果は、形状測定データ１０６として、Ｓ１１５の形状測定結果算出ステップに送られる。

　形状測定ステップＳ１０５を終えた構造物１は、Ｓ１０７において測定対象姿勢変換が実施される。

　その後、Ｓ１０８において、第１走査部５と第１把持部４の駆動中に、構造物１の表面形状測定を第１測定機３により実施する。測定した形状測定データ１０６は、Ｓ１１５の形状測定結果算出ステップに送られる。

　Ｓ１０９において、第１走査部５と第１把持部４の駆動により、構造物１を搬送路２に戻す。

　次に、Ｓ１１０において、搬送路２を搬送中の構造物１を、第２走査部８と第２把持部７の駆動により搬送ラインから抜き出す。このときの第２走査部８と第２把持部７の動作は、制御データ１０４の入力によって定義される。

　Ｓ１１１において、第２走査部８と第２把持部７の駆動中に、第２測定機６を用いて構造物１の表面の形状を測定する。測定した結果は、形状測定データ１０６として、Ｓ１１５の形状測定結果算出ステップに送られる。

　形状測定ステップＳ１１１を終えた構造物１は、Ｓ１１２において測定対象姿勢変換が実施される。

　その後、Ｓ１１３において、第２走査部８と第２把持部７の駆動中に、構造物１の表面形状測定を第２測定機６により実施する。測定した形状測定データ１０６は、Ｓ１１５の形状測定結果算出ステップに送られる。

　Ｓ１１４において、第２走査部８と第２把持部７の駆動により、構造物１を搬送路２に戻す。

　Ｓ１１４と前後して、Ｓ１１５においては、各ステップより送られた形状測定データ１０６から、構造物１の表面形状測定結果を算出し、Ｓ１１６の形状判定ステップへと進む。

　Ｓ１１６の形状判定ステップでは、構造物１の形状データ１１９（図１に示される設計形状データ１３に含まれる）とＳ１１５における表面形状測定結果とを比較し、形状合否が判断される。

　合格と判断される場合にはＳ１１７の表面検査を終了し、打音検査のステップへ進み、不合格と判断される場合にはＳ１１８の不良品搬出ステップに進む。

　図４は、図３のブロック図における、制御データ１０４を算出するプロセスのブロック図である。

　Ｓ１２０において、設計形状データ入力部１４に格納された設計データ１２１（図１に示される設計形状データ１３に含まれる）を取り出す。設計データ１２１の内容としては、例えば、製品設計情報に記載されたＣＡＤ情報、型番情報など、検査対象の形状データと固体番号を含むものとする。

　取り出された設計データ１２１は、Ｓ１２３の設計データ読み込みステップにおいて設定部１５に読み込まれる。

　Ｓ１２４において、各測定機、各把持部および各走査部の測定条件が設定され、Ｓ１２５において検査対象の測定領域が算出される。

　Ｓ１２６において、検査対象の表面のうち測定領域以外の死角領域となっている領域の有無が判定され、死角領域がないと判定された場合には、Ｓ１２９に進み、各測定機、各把持部および各走査部の測定条件が決定される。死角領域があると判定された場合には、フローはＳ１２６に進み、死角領域が最小となっているか判定される。死角領域が最小であると判定された場合には、Ｓ１２９に進み、各測定機、各把持部および各走査部の測定条件が決定される。死角領域が最小でないと判定された場合には、Ｓ１２８において測定条件の変更が実施され、Ｓ１２５の測定領域算出ステップに戻る。

　以上のステップを、Ｓ１２６で死角領域がないと判定される、または、Ｓ１２７で死角領域が最小であると判定されるまで繰り返し、Ｓ１２９の測定条件決定ステップまで進む。決定した各測定機、各把持部および各走査部の測定条件は、制御データ１０４として第２データ記憶部１９に格納され、図３の各ステップにおいてデータ記憶部から読み出され、制御部２１を通して各測定機、各把持部および各走査部の動作を制御する。

　図５は、図１のシステム構成図の打音検査部２２で打音検査を実施するプロセスのブロック図である。

　Ｓ１３０において、設計形状データ入力部１４に格納された設計データ１２１を取り出す。設計データ１２１の内容には前述の内容に加えて、構造物１に対して、打音装置１０による打付け部１１の打付け位置の設計寸法上の情報も含んでいる。

　図６(ａ)には、打付け位置情報の例を示した。構造物１の一部の円筒部分の中心位置Ｏｄを打付け位置と示すために、図中Ｘ方向の側面からの距離（Ｌｘ）dおよび図中Ｙ方向の側面からの距離（Ｌｙ）dが、設計データ１２１の中に打付け位置情報として含まれる。他にも構造物１の各部位の３次元特徴量により複数の打付け位置情報が設計データ１２１に含まれる。

　取り出された設計データ１２１は、Ｓ１３１の設計データ読み込みステップにおいて設定部１５に読み込まれる。

　次に、Ｓ１３２において、図２の第１表面計測部１６および第２表面計測部１８で得られ、第１データ記憶部１７と第２データ記憶部１９に記憶されている表面形状計測データ１０６を取り出す。

　Ｓ１３３において、読み込んだ表面形状計測データ１０６から、打音装置１０による打付け部１１の打付け位置の特徴量を算出する。

　図６(ｂ)には、表面形状計測データ１０６から打付け位置情報を算出した例を示した。図６（ａ）の設計情報で設定した構造物１の一部の円筒部分の中心位置Ｏｄに相当する計測データ上で対応する円筒部分の中心位置Ｏｍを示すために、図中Ｘ方向の側面からの距離（Ｌｘ）ｍおよび図中Ｙ方向の側面からの距離（Ｌｙ）ｍを、計測データから算出する。

　Ｓ１３４において、表面形状計測データ１０６から算出した打音装置１０の打付け位置Ｏｍを示す（Ｌｘ）ｍおよび（Ｌｙ）ｍと対応する設計データ１２１における打付け位置Ｏｄを示す（Ｌｘ）dおよび（Ｌｙ）dの差分量をそれぞれ算出する。

　得られた差分量を基に、Ｓ１３５において打音装置１０による打付け部１１の打付け位置を、打音装置１０または構造物１を移動させ構造物１の円筒部分の中心位置Ｏｍに設定する。

　位置設定が終了すると、Ｓ１３６において、打付け部１１を動作させ打音計測を実施する。

　得られた打音計測データ１２２を基にＳ１３７において打音結果の判定を実施し、不合格の場合はＳ１３９で不良品として搬出し、合格の場合はＳ１３８で検査終了払い出しを行う。

　図７には図１における打音検査部１０の拡大図を示した。図５のフローで示したＳ１３５の打音装置１０による打付け部１１の打付け位置および、構造物１の円筒部分の中心位置Ｏｍに設定する場合の打音装置１０または構造物１の移動方向を示した。打付け位置が複数設定される場合は、打音装置１０または構造物１を複数回移動させ所定の打付け位置に設定し、各位置で打付けし打音検査を実施する。
（実施例２）

　本発明による量産鋳造品の検査方法および装置の実施例を図８に示した。本実施例では、実施例１の構成に加えて、打音検査を実施する際の位置決めプロセスに、構造物１の２点の位置により位置決めをするプロセスを追加する。

　すなわち、図８の打音検査装置１１の手前に位置決め装置２９を設ける。位置決め装置２９では打付け位置設定用冶具３０により構造物１の形状特徴を示す複数の位置に対して図５に示した処理フローを用いて、打付け位置を設定する。それにより位置決め精度が向上し打音検査における判定精度が向上する。

　本発明の量産鋳造品の検査方法および装置を用いることで、３次元複雑形状をした量産鋳造品の欠陥検査方法を効率的に構築する方法を提供し、さらに現状の目視検査に代わる量産鋳造品の製造時のインライン表面検査装置を提供でき、従来の目視検査時における見落としや判定ミスを防止し高効率で高品質な信頼性が高い量産鋳造品の製造が実現できる。同時に、全数を打音検査する事により内部欠陥や亀裂、材質不良検査をインラインで全数検査する事が可能となる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１６年第５７８１７号（２０１６年３月２３日出願）

１・・・構造物、２・・・搬送路、３・・・第１測定機、４・・・第１把持部、５・・・第１走査部、６・・・第２測定機、７・・・第２把持部、８・・・第２走査部、９・・・第３捜査部、１０・・・打音検査装置、１１・・・打付け部、１２・・・データ記憶、分析処理および表示装置、１３・・・設計形状データ、１４・・・設計形状データ入力部、１５・・・設定部、１６・・・第１表面計測部、１７・・・第１データ記憶部、１８・・・第２表面計測部、１９・・・第２データ記憶部、２０・・・決定部、２１・・・制御部、２２・・・打音検査部、２３・・・第３データ記憶部、２４・・・測定結果処理部、２５・・・表示部、２６・・・第４データ記憶部、２７・・・設計形状データの１例、２８・・・計測形状データの１例、２９・・・打音位置決め装置、３０・・・打音位置決め冶具、Ｓ１０１・・・製造ライン払い出しステップ、Ｓ１０２・・・検査開始ステップ、Ｓ１０３・・・ライン抜き出しステップ、１０４・・・制御データ、Ｓ１０５・・・形状測定ステップ、１０６・・・形状測定データ、Ｓ１０７・・・測定対象姿勢変換ステップ、Ｓ１０８・・・形状測定ステップ、Ｓ１０９・・・ライン戻しステップ、Ｓ１１０・・・ライン抜き出しステップ、Ｓ１１１・・・形状測定ステップ、Ｓ１１２・・・測定対象姿勢変換ステップ、Ｓ１１３・・・形状測定ステップ、Ｓ１１４・・・ライン戻しステップ
、Ｓ１１５・・・形状測定結果算出ステップ、Ｓ１１６・・・形状合否判定ステップ、Ｓ１１７・・・表面検査終了ステップ、Ｓ１１８・・・不良品搬出ステップ、１１９・・・形状データ、Ｓ１２０・・・設計データ取り出しステップ、１２１・・・設計データ、Ｓ１２３・・・設計データ読み込みステップ、Ｓ１２４・・・測定条件設定ステップ、Ｓ１２５・・・測定領域算出ステップ、Ｓ１２６・・・死角領域有無判定ステップ、Ｓ１２７・・・死角領域範囲判定ステップ、Ｓ１２８・・・測定条件変更ステップ、Ｓ１２９・・・測定条件決定ステップ、Ｓ１３０・・・設計データ取り出しステップ、Ｓ１３１・・・設計データ読み込みステップ、Ｓ１３２・・・表面形状測定データ読み込み、Ｓ１３３・・・表面形状測定データから打音の打付け位置および特徴寸法算出ステップ、Ｓ１３４・・・測定データと設計データとの差分量計算ステップ、Ｓ１３５・・・差分量に基づく打付け位置再設定ステップ、Ｓ１３６・・・打音計測ステップ、１２２・・・打音計測データ、Ｓ１３７・・・打音結果判定ステップ、Ｓ１３８・・・検査終了、払い出しステップ

Claims

　検査対象物の表面を計測する表面計測部と、
　前記検査対象物を打音検査する打音検査部と、
　前記表面計測部からの計測情報に基づいて、前記打音検査部の打付け部材の基準位置と前記検査対象物の設置基準位置との相対的位置を変更する検査装置。
　請求項１に記載された検査装置であって、
　前記表面計測部および打音検査部で得られた計測データを基に前記検査対象物の計測結果が判定基準を満足するか否かを判定する測定結果処理部を有する検査装置。
　請求項２に記載された検査装置であって、
　前記検査対象物の基準形状が予め設定され、
　前記基準形状と前記計測データとの差分量に基づいて、前記打付け位置を決定する検査装置。
　検査対象物の表面を計測し、
　前記表面の計測データからの計測情報に基づいて、打音検査部の打付け部材の基準位置と前記検査対象物の設置基準位置との相対的位置を変更する検査方法。
　請求項４に記載された検査方法であって、
　前記表面の計測データおよび打音検査データを基に前記検査対象物の計測結果が判定基準を満足するか否かを判定する検査方法。
　請求項４または５に記載された検査方法であって、
　前記検査対象物の基準形状が予め設定され、
　前記基準形状と前記計測データとの差分量に基づいて、前記打付け位置を決定する検査方法。
　検査対象となる対象物を打ち付ける打付位置を決めるための打付基準位置を予め設定する設定部と、
　前記対象物の表面を計測する表面計測部と、
　前記対象物を打音検査する打音検査部と、
　前記打付基準位置と前記表面計測部からの計測情報に基づいて、前記対象物を打ち付ける打付位置を決定する決定部と、を備える検査装置。
　請求項７に記載された検査装置であって、
　前記設定部は、更に、前記対象物の基準形状を予め設定し、
　前記決定部は、前記基準形状と前記計測情報との差分量に基づいて、前記打付位置を決定する検査装置。
　請求項７に記載された検査装置であって、
　前記設定部は、更に、差分量を計算するための差分基準位置を予め設定し、
　前記決定部は、前記差分基準位置と前記計測情報との差分量に基づいて、前記打付位置を決定する検査装置。