WO2019167401A1 - 芯ズレ検出装置および芯ズレ検出方法 - Google Patents

芯ズレ検出装置および芯ズレ検出方法 Download PDF

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WO2019167401A1
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佐々　泰志
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株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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Definitions

  • the present invention uses a workpiece having an outer peripheral shape in which the radial distance from the central axis to the outer peripheral portion repeatedly increases and decreases in the circumferential direction as a detection target, and the center with respect to the rotation axis when the workpiece rotates around the rotation axis.
  • the present invention relates to a technique for detecting shaft misalignment.
  • Patent Document 1 there is a workpiece inspection device described in Patent Document 1 as an apparatus for inspecting the appearance of a workpiece in which irregularities are repeatedly provided on the outer peripheral portion, such as a gear.
  • a workpiece inspection apparatus a workpiece is held by a holder portion connected to a motor. And while rotating a workpiece
  • the rotation axis when rotating the workpiece coincides with the mechanical center of the workpiece in order to accurately perform the appearance inspection. It is necessary.
  • a technique for detecting whether the rotation axis of the workpiece coincides with the center of the machine or how much they are shifted is referred to as “core deviation”.
  • the outer periphery of the workpiece is circular or has a rotationally symmetric shape such as a spur gear, for example, by observing the position variation of the outer periphery during one rotation of the workpiece, the misalignment is detected. It is considered possible.
  • the workpiece is a toothless gear, the arrangement of teeth protruding from the outer peripheral portion is not equally spaced in the circumferential direction. For this reason, it becomes difficult to detect continuously the position fluctuation
  • a technique for evaluating the presence / absence of the misalignment and its size is also required. However, no such technology has been established so far.
  • This invention is made in view of the said subject, and it aims at providing the misalignment detection technique which can detect a misalignment reliably even when the shape of a workpiece outer peripheral part is not rotationally symmetric. .
  • a misalignment detecting device for detecting misalignment of a shaft, wherein in order to achieve the above object, a storage unit for storing a reference pattern corresponding to a part of the outer peripheral part, and an imaging field of view for at least a part of the outer peripheral part
  • the image capturing unit that captures the outer peripheral portion for at least one rotation of the workpiece, and pattern matching processing is performed on the image captured by the image capturing unit to detect a region corresponding to the reference pattern
  • a center misalignment detection unit that detects the center misalignment based on the detected position information of each of the plurality of regions.
  • the rotation of the workpiece having an outer peripheral shape in which the radial distance from the central axis to the outer peripheral portion repeats increasing and decreasing in the circumferential direction rotates around the rotation axis.
  • the reference pattern corresponds to the shape of the characteristic portion that has a congruent shape and exists in the outer peripheral portion in a symmetric positional relationship with respect to the rotation around the central axis.
  • the outer periphery of the rotating workpiece is imaged at a fixed point.
  • the fixed point in the image is not the mechanical center of the workpiece but the center of rotation.
  • the center of rotation is not necessarily included in the image.
  • the pattern matching process using the reference pattern corresponding to the characteristic part that is a part of the outer peripheral portion is executed on the image obtained by imaging the outer peripheral portion of the rotating workpiece. Thereby, the area
  • a plurality of regions corresponding to them are respectively detected from the image.
  • the plurality of characteristic portions have the same distance from the center axis of the workpiece, while the rotation axis is a fixed point in the image. Therefore, it is possible to detect the misalignment between the center axis and the rotation axis of the workpiece from the variation in the distance between each of the plurality of areas detected in the image and the fixed point.
  • a plurality of characteristic portions existing on the outer periphery of the workpiece are detected by pattern matching processing, and a misalignment between the center axis and the rotation axis of the workpiece is detected based on the position information. . Therefore, it is possible to detect the misalignment with high accuracy not only when the shape of the outer periphery of the workpiece has rotational symmetry but also when it is not.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an inspection apparatus equipped with an embodiment of a misalignment detection apparatus according to the present invention. It is a block diagram which shows the electrical structure of the test
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an inspection apparatus equipped with an embodiment of a misalignment detection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the inspection apparatus shown in FIG.
  • the inspection apparatus 100 inspects the appearance of a workpiece W having an outer peripheral shape such as a gear or an impeller that repeatedly increases and decreases in the radial direction from the mechanical center to the outer peripheral portion.
  • the inspection apparatus 100 includes a loading unit 1, a work holding unit 2, an imaging unit 3, an unloading unit 4, and a control unit 5.
  • the workpiece W is a mechanical part in which a gear Wb is provided above the shaft portion Wa, and is formed by forging or casting, for example. After the parts are manufactured, the workpiece W is transferred to the loading unit 1 by an external transfer robot or an operator.
  • the loading unit 1 is provided with a work container (not shown) such as a table or stocker. Then, when the workpiece W is temporarily accommodated in the workpiece accommodating portion by an external transfer robot or the like, the workpiece detection sensor 11 (FIG. 2) provided in the workpiece accommodating portion detects the workpiece W, and a signal to that effect is sent to the device. It transmits to the control unit 5 which controls the whole. Further, the loading unit 1 is provided with a loader 12 (FIG. 2), which receives an uninspected workpiece W accommodated in the workpiece accommodating portion in response to an operation command from the control unit 5, and receives the workpiece holding unit 2 Transport to.
  • a loader 12 FIG. 2
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the work holding unit.
  • the work holding unit 2 is equipped with holding tables 21 ⁇ / b> A and 21 ⁇ / b> B that hold the work W conveyed by the loader 12.
  • Both the holding tables 21A and 21B have the same configuration, and can hold and hold a part of the shaft portion Wa of the workpiece W in a posture in which the gear Wb is in a horizontal state.
  • the configuration of the holding table 21A will be described with reference to FIG.
  • the holding table 21B has the same configuration as the holding table 21A. For this reason, about the holding
  • a chuck mechanism 22, a horizontal positioning mechanism 23, a rotating mechanism 24, and a vertical positioning mechanism 25 are stacked in a vertical direction.
  • the chuck mechanism 22 includes substantially L-shaped movable members 221 to 223 in side view, and a moving unit 224 that moves the movable members 221 to 223 in a radial manner in response to a movement command from the control unit 5.
  • a projecting member 225 projects from the upper end surface of each of the movable members 221 to 223, and the upper end surface and the projecting member 225 can engage with the stepped portion of the shaft portion Wa.
  • the moving unit 224 moves the movable members 221 to 223 close to each other in accordance with a grip command from the control unit 5, whereby the central axis of the chuck mechanism 22 (symbol AX2 in FIG. 5) and the axis of the shaft part Wa. It is possible to hold the workpiece W while making them coincide with each other.
  • the moving unit 224 moves the movable members 221 to 223 away from each other in response to a release command from the control unit 5. At this time, loading of the uninspected workpiece W by the loading unit 1 and unloading of the inspected workpiece W by the unloading unit 4 can be performed.
  • the chuck mechanism 22 configured as described above is supported by the horizontal positioning mechanism 23.
  • the horizontal positioning mechanism 23 has a so-called XY table that moves in directions orthogonal to each other in the horizontal direction. For this reason, the XY table is driven in accordance with a movement command from the control unit 5, whereby the chuck mechanism 22 can be positioned with high accuracy on a horizontal plane.
  • a combination of a motor and a ball screw mechanism or a combination of two linear motors orthogonal to each other in the horizontal direction can be used.
  • the rotation mechanism 24 has a motor 241.
  • a rotating shaft (reference numeral 242 in FIG. 5) of the motor 241 extends vertically upward, and a horizontal positioning mechanism 23 is connected to an upper end portion thereof. For this reason, when a rotation command is given from the control unit 5, the motor 241 is operated, and the horizontal positioning mechanism 23, the chuck mechanism 22, and the workpiece W gripped by the chuck mechanism 22 are integrally integrated with the rotation shaft of the motor 241. Rotate around (reference numeral AX3 in FIG. 5).
  • a horizontal positioning mechanism 23 is provided between the chuck mechanism 22 and the rotation mechanism 24.
  • the technical significance is relative to the central axis of the chuck mechanism 22, the mechanical central axis (reference numeral AX ⁇ b> 4 in FIG. 5) of the gear Wb of the workpiece W gripped by the chuck mechanism 22, and the rotation axis of the motor 241.
  • the positional relationship can be adjusted by the horizontal positioning mechanism 23. That is, by making the central axis of the chuck mechanism 22 coincide with the rotation axis of the motor 241, the workpiece W gripped by the chuck mechanism 22 can be rotated around the shaft portion Wa.
  • the horizontal positioning mechanism 23 is provided and driven so as to correct the shift amount and the shift direction. In this way, the central axis of the gear Wb and the rotation axis of the motor 241 can be matched. As a result, it is possible to capture the image of the gear Wb by the imaging unit 3 with high accuracy, and the inspection accuracy of the workpiece W can be improved.
  • the vertical positioning mechanism 25 vertically connects the holding plate 251 that holds the motor 241, the base plate 252 disposed below the motor 241, four connecting pins 253 that connect the holding plate 251 and the base plate 252, and the base plate 252. And an elevating part 254 for elevating in the direction.
  • the elevating unit 254 elevates and lowers the base plate 252 in accordance with an elevating command from the control unit 5. Thereby, the rotation mechanism 24, the horizontal positioning mechanism 23, and the chuck mechanism 22 are moved integrally in the vertical direction. As a result, the height position of the workpiece W can be optimized at the pre-alignment position PA and the inspection position PI described below.
  • the holding tables 21A and 21B configured as described above are fixed on the support plate 261 with a predetermined distance apart as shown in FIG. Further, the support plate 261 is supported by the turning drive unit 262 at an intermediate position between the holding tables 21A and 21B. In response to a turning command from the control unit 5, the turning drive unit 262 can turn the support plate 261 180 degrees around the turning axis AX ⁇ b> 1 extending in the vertical direction. As shown in FIG. 3, the holding tables 21A and 21B are positioned at the pre-alignment position PA and the inspection position PI, respectively, and the holding tables 21A and 21B are positioned at the inspection position PI and the pre-alignment position PA, respectively. It is possible to switch between positions.
  • the turning drive unit 262 switches from the first position to the second position. Accordingly, the holding table 21A is shifted from the pre-alignment position PA to the inspection position PI, and the pre-aligned workpiece W can be positioned at the inspection position PI. Further, after the inspection of the workpiece W is finished, the holding table 21A is shifted from the inspection position PI to the pre-alignment position PA by turning in the reverse direction, and the inspected workpiece W is positioned at the pre-alignment position PA. be able to.
  • the position switching mechanism 26 that switches the position of the workpiece W is configured by the support plate 261 and the turning drive unit 262.
  • the pre-alignment position PA is a position where the pre-alignment process is performed as described above.
  • An alignment camera 27 is disposed above the holding table 21A (or 21B) positioned at the pre-alignment position PA. As shown in FIG. 3, the alignment camera 27 is disposed on the opposite side of the motor 241 with respect to the workpiece W, that is, on the upper side of the workpiece W.
  • the alignment camera 27 has a line sensor 271 that extends radially outward with respect to the central axis AX4 (see FIG. 5) of the workpiece W.
  • the alignment camera 27 is installed such that the longitudinal direction of the line sensor 271 is the radial direction of the workpiece W.
  • the imaging field of view FV of the alignment camera 27 has a strip shape extending from the motor rotation axis AX3 along the radial direction of the workpiece W. Further, the imaging field of view FV is set so as to always include a part of the outer periphery of the workpiece while the workpiece W makes one round. For this reason, the upper surface of the workpiece W can be imaged by the line sensor 271 while the workpiece W is rotated. By rotating the work W at least once, an image including all the convex portions (tooth end) and concave portions (tooth base) formed on the outer peripheral portion of the gear Wb is obtained.
  • an alignment illumination unit 28 (FIG. 2) is provided to illuminate the work W held on the holding table 21 ⁇ / b> A (or 21 ⁇ / b> B) and perform the alignment process satisfactorily. It has been. For this reason, while rotating the workpiece
  • FIG. The image data of the workpiece W is sent to the control unit 5. Based on this image data, the misalignment is corrected so that the center axis AX4 of the gear Wb and the rotation axis AX3 of the motor 241 coincide with each other, that is, a pre-alignment process is executed.
  • the inspection position PI is a position where inspection processing is performed, and the imaging unit 3 is arranged above the holding table 21A (or 21B) positioned at the inspection position PI.
  • the workpiece W can be imaged by the imaging unit 3 while rotating the workpiece W in a state where the center axis AX4 of the gear Wb and the rotation axis AX3 of the motor 241 coincide with each other. Then, the image data of the workpiece W is sent to the control unit 5, and an inspection process for inspecting the gear Wb for the presence or absence of scratches or defects is executed.
  • the imaging unit 3 includes a plurality of inspection cameras 31 and a plurality of inspection illumination units 32.
  • the plurality of inspection illumination units 32 are arranged to illuminate the workpiece W held on the holding table 21A (or 21B) positioned at the inspection position PI from various directions. And while rotating the workpiece
  • the plurality of image data is sent to the control unit 5, and the work unit W is inspected by the control unit 5.
  • the holding table 21A (or 21B) holding the workpiece W thus inspected is shifted from the inspection position PI to the pre-alignment position PA by the position switching mechanism 26 as described above. Then, the unloaded unit 4 carries out the inspected workpiece W from the holding table 21A (or 21B).
  • the unloading unit 4 is basically the same as the loading unit 1. That is, the unloading unit 4 includes a workpiece storage unit (not shown) that temporarily stores the inspected workpiece W, a workpiece detection sensor 41 (FIG. 2), and an unloader 42 (FIG. 2).
  • the unloading unit 4 conveys the inspected workpiece W from the holding table 21A (or 21B) to the workpiece accommodating portion in response to an operation command from the control unit 5.
  • the control unit 5 is a known CPU (Central Processing Unit) that executes logical operations, a ROM (Read Only Memory) that stores initial settings, and various data during operation of the device. It consists of RAM (Random Access Memory) etc. that memorizes it.
  • the control unit 5 includes an arithmetic processing unit 51, a memory 52, a drive control unit 53, an external input / output unit 54, an image processing unit 55, and an illumination control unit 56.
  • the drive control unit 53 controls driving of drive mechanisms provided in each part of the apparatus, such as the loader 12 and the chuck mechanism 22.
  • the external input / output unit 54 inputs signals from various sensors provided in each part of the apparatus, and outputs signals to various actuators provided in each part of the apparatus.
  • the image processing unit 55 takes in image data from the alignment camera 27 and the inspection camera 31 and performs image processing such as binarization.
  • the illumination control unit 56 controls turning on and off of the alignment illumination unit 28 and the inspection illumination unit 32.
  • the arithmetic processing unit 51 has an arithmetic function, and controls a drive control unit 53, an image processing unit 55, an illumination control unit 56, and the like according to a program stored in the memory 52, and a series of operations described below. Execute the process.
  • symbol 6 in FIG. 2 is a display unit which functions as an interface with an operator.
  • the display unit 6 is connected to the control unit 5 and has a function as an input terminal configured by a touch panel and receiving an input from an operator, in addition to a function of displaying an operation state of the inspection apparatus 100.
  • the present invention is not limited to this configuration, and a display device for displaying an operation state and an input terminal such as a keyboard and a mouse may be adopted.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a workpiece inspection operation by the inspection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the inspection operation.
  • dots are given to the holding table 21B and the work W held by the holding table 21B.
  • the arithmetic processing unit 51 controls each part of the apparatus according to an inspection program stored in advance in the memory 52 of the control unit 5, and executes the following operations.
  • various operations performed on the workpiece W will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the control unit 5 loads no workpiece W on the holding table 21 ⁇ / b> A located at the pre-alignment position PA, and loads the uninspected workpiece W by the workpiece detection sensor 11.
  • the loading of the workpiece W onto the holding table 21A is started (step S1).
  • the loader 12 grips the uninspected workpiece W in the workpiece container and transports it from the loading unit 1 to the holding table 21A.
  • preparation for receiving the workpiece W is performed before the workpiece W is transported to the holding table 21A. That is, as shown in the column (a) of FIG. 5, the horizontal positioning mechanism 23 causes the center axis AX2 of the chuck mechanism 22 and the rotation axis AX3 of the motor 241 to coincide with each other. Further, the three movable members 221 to 223 are separated from each other. In this way, preparation for receiving the workpiece W is performed.
  • the chuck mechanism 22 moves the three movable members 221 to 223 close to each other and sandwiches a part of the shaft portion Wa of the workpiece W to grip the workpiece W. To do. More specifically, during the loading operation, the movable members 221 to 223 move close to each other, and the upper end surfaces of the movable members 221 to 223 and the protruding member 225 engage with the stepped portion of the shaft portion Wa. As a result, the workpiece W is held while the center axis AX2 of the chuck mechanism 22 is aligned with the axis of the shaft portion Wa (see column (b) of FIG. 5).
  • the loading process is completed, and at the time of completion, the rotational axis AX3 of the motor 241, the central axis AX2 of the chuck mechanism 22, and the axis of the shaft portion Wa are aligned.
  • the center axis AX4 of the gear Wb is disengaged from the axis of the shaft portion Wa, and the center of the workpiece W with respect to the motor 241 is obtained. Misalignment may occur.
  • the uninspected work W is illuminated by the alignment illumination unit 28 (FIG. 2).
  • the gear Wb is imaged by the alignment camera 27 while rotating the uninspected workpiece W by the motor 241 of the holding table 21A, and the image data is stored in the memory 52 (step S2).
  • the turning drive unit 262 switches from the first position to the second position. That is, the turning drive unit 262 turns the support plate 261 about the turning axis AX1 by 180 degrees.
  • the holding table 21A that holds the uninspected workpiece W moves from the pre-alignment position PA to the inspection position PI.
  • the lifting / lowering unit 254 moves the workpiece W to a height position at which the imaging unit 3 can capture an image (step S3).
  • the misalignment correction is performed in parallel with the movement. That is, the image data of the workpiece W is read from the memory 52, and the misalignment of the workpiece W with respect to the rotation mechanism 24 (motor 241) (corresponding to information including the displacement amount and the displacement direction in the present embodiment) is detected (step S4). Subsequently, the misalignment correction in the holding table 21A is performed (step S5).
  • the misalignment detection step (step S4) will be described in detail later.
  • the chuck mechanism 22 is moved by the horizontal positioning mechanism 23 so as to eliminate the misalignment detected in step S4. As a result, as shown in the column (c) of FIG. 5, the central axis AX4 of the gear Wb and the rotation axis AX3 of the motor 241 coincide with each other when the holding table 21A reaches or reaches the inspection position PI.
  • the workpiece imaging step (step S6) can be started.
  • the rotation mechanism 24 of the holding table 21A positioned at the inspection position PI is operated to start the work rotation.
  • the workpiece W held on the holding table 21A is in a so-called centering state that has been subjected to the above-described center misalignment correction, and rotates around the center axis AX4.
  • the plurality of inspection illumination units 32 are turned on to illuminate the rotating workpiece W from a plurality of directions.
  • the inspection illumination unit 32 is turned on after the workpiece is rotated.
  • the lighting timing is not limited to this, and lighting of the inspection illumination unit 32 may be started simultaneously with the start of rotation or before the start of rotation.
  • the plurality of inspection cameras 31 capture the work W from various directions.
  • Image data of the work W image (hereinafter referred to as “work image”) from a plurality of directions is transmitted to the control unit 5.
  • the control unit 5 stores the image data in the memory 52 and inspects the workpiece W based on the image data at the following timing.
  • the work rotation is stopped at the holding table 21A, and the inspection illumination unit 32 is turned off at the imaging unit 3.
  • the turning drive unit 262 turns the support plate 261 by turning 180 degrees around the turning axis AX1.
  • the holding table 21A moves from the inspection position PI to the pre-alignment position PA while holding the inspected work W.
  • the work W is moved to the original height position by the elevating unit 254 (step S7).
  • the control unit 5 reads image data from the memory 52. Then, based on the workpiece image, it is determined whether or not the gear Wb has scratches or defects, and the workpiece inspection is performed on the workpiece W held on the holding table 21A (step S8).
  • step S9 After the workpiece W returned to the pre-alignment position PA is gripped by the unloader 42, it is transferred from the holding table 21A to the unloader 42 by releasing the gripping by the movable members 221 to 223. Subsequently, the unloader 42 conveys the workpiece W to the unloading unit 4 and conveys it to the workpiece accommodating portion (not shown) (step S9).
  • the series of steps (steps S1 to S9) described above are alternately repeated by the holding tables 21A and 21B.
  • step S4 the misalignment detection process executed in the present embodiment will be described.
  • the horizontal positioning mechanism 23 causes the center axis AX2 of the chuck mechanism 22 and the rotation axis AX3 of the motor 241 to coincide with each other. For this reason, the shaft portion Wa of the workpiece W held by the chuck mechanism 22 coincides with the rotation axis AX3 of the motor 241.
  • the center axis AX4 of the gear Wb may deviate from the axis of the shaft portion Wa, and the motor 241 may be misaligned.
  • the misalignment of the workpiece W loaded on the holding table 21A is detected by the procedure described in detail below.
  • the description regarding the misalignment detection of the workpiece W is omitted.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams illustrating examples of the shape of a work to which the misalignment detection method of this embodiment can be applied.
  • the outer peripheral portion of the workpiece W1 shown in FIG. 6A is radially projected so as to protrude radially outward from the mechanical central axis AX4 of the workpiece W1 and is equally spaced in the circumferential direction, for example, like a general spur gear.
  • the portion (tooth) T1 is arranged.
  • both the workpiece W2 shown in FIG. 6B and the workpiece W3 shown in FIG. 6C have an outer peripheral portion having a shape obtained by removing some teeth from the workpiece W1 in FIG. 6A.
  • a gear having such an outer peripheral shape is called a toothless gear, and is used, for example, for intermittent power transmission.
  • the workpiece W2 has an uneven arrangement of the teeth T2 in the circumferential direction, but has a rotational symmetry of 90 degrees, that is, ( ⁇ / 2) [rad] with respect to the central axis AX4.
  • the arrangement of the teeth T3 in the circumferential direction is uneven, and the outer circumferential shape thereof does not have rotational symmetry with respect to the rotation around the central axis AX4.
  • the core misalignment detection method of the present embodiment described next is applicable to any shape of these workpieces W1 to W3.
  • the outer peripheral shape of the workpiece to be processed is not limited to these.
  • the workpiece W it is sufficient for the workpiece W to have the outer peripheral shape defined by the specification in the present specification, and the structure of other portions is not limited.
  • the basic principle and specific processing flow of the misalignment detection method in the present embodiment will be described in order. In these descriptions, a case where the workpiece W2 having the shape shown in FIG. 6B is set as the workpiece W to be processed will be described as an example. However, even when the workpiece has another shape, there is no difference in processing contents.
  • FIGS. 7A and 7B, and FIGS. 8A to 8C are diagrams showing the principle of the misalignment detection method of the present embodiment. More specifically, FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the characteristics of an image captured by the alignment camera 27 when there is no misalignment, and FIGS. 8A to 8C are those when the alignment camera 27 has a misalignment. It is a figure which shows the characteristic of the image imaged.
  • the line sensor 271 of the alignment camera 27 is arranged with the radial direction of the workpiece W from the motor rotation axis AX3 as the longitudinal direction. Therefore, the imaging field of view FV of the alignment camera 27 is also elongated in the same direction.
  • two-dimensional polar coordinates are introduced with the motor rotation axis AX3 as the origin, the radial direction of the workpiece W as the moving radius r, and the circumferential direction as the deflection angle ⁇ .
  • the radial direction corresponds to the radial direction of the workpiece W
  • the deflection angle ⁇ corresponds to the rotational phase angle of the workpiece W.
  • the alignment camera 27 sequentially captures the image data of the one-dimensional line image in the imaging field of view FV output from the line sensor 271 and outputs it to the control unit 5.
  • the image processing unit 55 of the control unit 5 arranges the image data of the line images sequentially transmitted from the alignment camera 27 in chronological order. Thereby, image data corresponding to a two-dimensional image in which line images are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction is created.
  • the two-dimensional image may be binarized with an appropriate threshold.
  • the two-dimensional image created in this way is a linear development of the outer periphery of the workpiece W, which has a substantially circumferential shape. More specifically, as shown in the upper diagram of FIG. 7B, an image is obtained by plotting the position of the boundary Pr between the inner area and the outer area of the outer periphery of the workpiece W with respect to the deflection angle ⁇ . . In the workpiece W (W2) shown in FIG. 7A, an image is obtained in which a portion corresponding to the tooth T2 protrudes upward according to the arrangement position from a horizontal straight line corresponding to the tooth root. This image pattern is repeated in one cycle of the workpiece, that is, at a cycle of the declination angle 2 ⁇ [rad].
  • the teeth T2 of the workpiece W are congruent in shape and have rotational symmetry with respect to the rotation around the central axis AX4. That is, the teeth T2 are provided at equal positions in the radial direction with respect to the central axis AX4 and at different positions in the circumferential direction. Therefore, if the center axis AX4 of the workpiece W and the rotation axis AX3 of the motor 241 coincide with each other, the radial position of the region detected as corresponding to the reference pattern PT is the same for all the teeth T2. Should be identical. That is, it is considered that a single straight line is formed by connecting the coordinates of the detected positions.
  • the positional relationship between the alignment camera 27 and the rotation axis AX3 of the motor 241 is determined in advance. Therefore, in the image obtained by the alignment camera 27, the rotation axis AX3 is a fixed point whose position does not fluctuate with respect to the rotation. Even when the rotation axis AX3 is outside the imaging field of view FV, the position of each point in the image can be represented by the distance from the motor rotation axis AX3. That is, when points having the same distance from the motor rotation axis AX3 are connected in the image, a straight line is formed as in FIG. 7B.
  • each tooth T2 of the workpiece W is provided at an equal distance from the center axis AX4 of the workpiece W. Therefore, when the center axis AX4 and the motor rotation axis AX3 are misaligned, the distance from the motor rotation axis AX3 to each tooth T2 is not necessarily the same.
  • the position of the boundary Pr between the inside and the outside of the workpiece W is the rotation of the workpiece W as shown in FIG. It will fluctuate periodically corresponding to the period.
  • the pattern matching process based on the reference pattern PT corresponding to the shape of one tooth T2 is executed on the two-dimensional image in this case in the same manner as described above. Then, as shown in FIG. 8C, the detection position in the radial direction of the region corresponding to the reference pattern PT also periodically changes. The greater the misalignment, the greater the fluctuation amplitude.
  • the presence or absence of misalignment and its magnitude can be detected by determining whether the position of the region detected by the pattern matching process has a fluctuation in the radial direction and the magnitude of the fluctuation. Is possible.
  • the sine function f ( ⁇ ) with the angle ⁇ as a variable can be generally described as follows.
  • the physical meanings of the constants A, B, C, and D in (Equation 1) below will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 9A and 9B are diagrams illustrating the meaning of constants in the sine function.
  • the distance Ra between the motor rotation axis AX3 and the workpiece center axis AX4 represents the amount of misalignment, that is, the size of the misalignment.
  • the declination angle ⁇ a represents the direction of misalignment.
  • FIG. 9B shows the positional relationship of the workpiece center axis AX4 with respect to the motor rotation axis AX3 that changes as the workpiece W rotates, and which point on the sine curve the positional relationship corresponds to.
  • the position of the region detected by the pattern matching process with the reference pattern PT is approximated by the sine function of (Equation 1).
  • the constant A representing the amplitude has information corresponding to the misalignment amount Ra.
  • a constant C for shifting the sine curve in the ⁇ direction has information related to the misalignment direction ⁇ a.
  • the constant B relates to the cycle of the sine curve, but may be 1 when the declination ⁇ is considered as the rotational phase angle of the workpiece W.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the misalignment detection process in this embodiment. This process corresponds to step S4 in FIG.
  • This process is realized by the arithmetic processing unit 51 provided in the control unit 5 executing a control program prepared in advance to control each part of the apparatus to perform a predetermined operation.
  • the control program causes each part of the apparatus to execute the procedures (1) to (5) described above.
  • a line image including a part of the outer peripheral portion of the workpiece W is taken by the alignment camera 27 for at least one rotation of the workpiece W (step S401).
  • image data corresponding to a two-dimensional image in which line images for one rotation are arranged in chronological order is created (step S402).
  • the two-dimensional image data may be subjected to smoothing processing or binarization processing using an appropriate filter for the convenience of later pattern matching processing.
  • the reference pattern PT and the search range in the image in the pattern matching process are set (step S403).
  • the reference pattern PT is determined in advance according to the shape of the workpiece W and is stored in the memory 52. Further, the region corresponding to the reference pattern PT does not appear at random in the image, but can be predicted to some extent from the shape of the workpiece W. In such a case, by limiting the search range based on the prediction, it is not necessary to search the entire image, and the processing speed can be increased. Setting information relating to such a search range is also stored in the memory 52 in advance. The arithmetic processing unit 51 reads these pieces of information from the memory 52 according to the type of the work W to be processed, and applies it to the pattern matching process. If no problem occurs in the processing time, the search range may be narrowed down.
  • pattern matching processing is executed by the image processing unit 55 based on the set reference pattern PT and search range. Thereby, a region corresponding to the reference pattern PT is searched in the two-dimensional image (step S404).
  • a known image processing technique can be applied as the pattern matching process, and for example, a normalized correlation method can be used.
  • coordinate information indicating the position is specified and stored in the memory 52 (step S405).
  • the position information data thus obtained can include unnecessary data (outliers) mainly due to erroneous detection in the matching process. Therefore, prior to approximation to the sine function, processing for removing such an outlier is executed by the image processing unit 55 or the arithmetic processing unit 51 (step S406).
  • the position of the region detected by the pattern matching process is considered to be distributed on one sine function curve.
  • a position that is greatly separated from the sine function curve due to noise on the image may be included in the detection result.
  • FIG. 11A to FIG. 11C are diagrams showing the principle of the outlier removal of this embodiment.
  • This process utilizes the property that abnormal data can take random values, but proper data does not deviate greatly from the average value.
  • a set of coordinate values of positions (radial direction) in a two-dimensional image of each of a plurality of regions detected by the pattern matching process is used as a population, and the average ⁇ and standard deviation ⁇ values of the population are calculated. I ask for it.
  • the evaluation value pp is small for appropriate data.
  • the evaluation value pp is large for data with a high probability of outliers. Therefore, an appropriate threshold value Th is set for the evaluation value pp, and for example, an evaluation value pp larger than the threshold value Th can be regarded as an outlier.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Excludes the area coordinates detected by the pattern matching process that are considered outliers in the above process. By doing so, as shown in FIG. 11C, abnormal data that may adversely affect the approximation to the sine function can be removed. By performing sine function approximation on the data from which the outlier has been removed in this way, it is possible to improve the accuracy of the calculation result of the final misalignment amount and the misalignment direction.
  • the arithmetic processing unit 51 performs fitting to (Expression 1) using the data after the outlier removal (step S406) (positional coordinate data of the region corresponding to the reference pattern PT). That is, each constant of (Expression 1) that best approximates the obtained data is specified.
  • the constants necessary for obtaining the misalignment amount Ra and the misalignment direction ⁇ a are the variable A related to amplitude and the variable C related to phase, and the variables B and D need not be considered.
  • the initial value A 0 of the amplitude A the maximum value (coordinates farthest from the rotation axis AX3) and the minimum value (coordinates closest to the rotation axis AX3) of the position coordinate data after removal of the outliers. Half of the difference can be used.
  • the initial value C 0 of the phase C may be set to 0.
  • the constant B can be 1 and the constant D can be 0.
  • the obtained constant A corresponds to the misalignment amount Ra. More precisely, a value obtained by multiplying the amplitude A in the image with the pixel size as a unit by the resolution of the line sensor 241 represents the misalignment amount Ra in the real space. A value (unit rad) obtained by subtracting ( ⁇ / 2) from the constant C represents the misalignment direction ⁇ a.
  • the workpiece W which is a gear
  • the outer peripheral portion is imaged for at least one rotation.
  • a plurality of characteristic portions appearing on the outer peripheral portion and are congruent with each other and symmetric with respect to the rotation around the center axis of the workpiece hereinafter referred to as “characteristic portion”;
  • a region corresponding to the shape of the tooth is detected.
  • a two-dimensional image in which one-dimensional line images acquired by the line sensor 241 including the outer peripheral portion of the workpiece W in the imaging field of view FV are arranged in time series order, it is set in advance according to the shape of the feature part.
  • a region corresponding to the reference pattern PT is searched by pattern matching processing.
  • the position of the region detected by the pattern matching process (distance from the rotation axis AX3) is determined by the rotation cycle. It fluctuates periodically synchronously.
  • the misalignment between the center axis AX4 and the rotation axis AX3 of the workpiece W can be specified. Specifically, such a periodic variation is approximated by a sine function, and the magnitude of the misalignment (center misalignment amount) is specified from the amplitude, and the direction of the misalignment is specified from the phase. If the size and direction of the misalignment are known in this way, it is possible to eliminate the misalignment by correcting the relative position between the members in accordance with it.
  • the misalignment detection process of the present embodiment using the pattern matching process can selectively detect a characteristic portion that repeatedly appears a plurality of times from various shapes appearing on the outer periphery of the workpiece W. For this reason, by appropriately setting the reference pattern PT used for the pattern matching process, it can be applied to a workpiece having various outer peripheral shapes. That is, like the workpiece W1 shown in FIG. 6A, teeth T1 having the same shape are arranged at a constant cycle, and like the workpiece W2 shown in FIG. 6B, the workpiece itself has rotational symmetry but the teeth T2 It is possible to detect misalignment by the same process for any of the arrangements that do not have a constant cycle and those that do not have rotational symmetry like the workpiece W3 shown in FIG. 6C.
  • the shape of the teeth provided on the outer periphery is the same.
  • the reference pattern PT corresponding to the shape of one tooth is used.
  • FIG. 12A and 12B are other examples of workpieces to which the misalignment detection of this embodiment can be applied.
  • a plurality of types of teeth T41, T42, and T43 having different widths are provided on the outer peripheral portion thereof.
  • other shape teeth are not detected in the pattern matching process.
  • the accuracy of function approximation is lowered, and as a result, the accuracy of detecting misalignment may be lowered.
  • a reference pattern that includes a shape that is common to all teeth, for example, a part of a tooth end, a part of a tooth root, and a tooth surface that connects them as shown by a dotted rectangle in the figure.
  • Set PT By doing so, it is possible to detect a part corresponding to the reference pattern PT by the pattern matching process for any of the teeth T41, T42, and T43 having different tooth widths.
  • the processing described above can be applied as it is except for the setting of the reference pattern PT. That is, it is possible to apply the misalignment detection processing of the present embodiment to the workpiece W4 as shown in FIG. 12A.
  • the workpiece W5 illustrated in FIG. 12B has teeth T51 and T52 whose protruding heights from the tooth bases are different from each other, and their arrangement is not periodic. Also in the teeth T51 and T52, the shapes of the connecting portions of the tooth surface and the tooth root surrounded by the dotted rectangle are the same, and the distances from the central axis AX4 are the same.
  • the workpiece W5 shown in FIG. 12B can also be an application target of the misalignment detection process of the present embodiment.
  • the principle (condition) for extracting the feature part that is the basis of the reference pattern in such a work is: (1) It has a shape pattern that appears multiple times on the outer periphery of the workpiece, that is, is present at multiple locations on the outer periphery, and is a portion having a congruent shape.
  • condition (3) is to prevent the accuracy of function approximation from being reduced by detecting other parts that do not fall under conditions (1) and (2) but have similar shape patterns. be introduced.
  • the influence can be suppressed by, for example, limiting the search range in the pattern matching processing or outlier removal processing, and this requirement may be omitted.
  • a member having a characteristic part that satisfies these conditions can be used as a workpiece that is a target of the misalignment detection process of the present embodiment by preparing a reference pattern corresponding to such a part. It is.
  • this embodiment can detect misalignment of a workpiece having various outer peripheral shapes.
  • the alignment camera 27 functions as the “imaging unit” of the present invention.
  • the memory 52 functions as a “storage unit”.
  • the arithmetic processing unit 51 and the image processing unit 55 function as the “core misalignment detection unit” and the “image processing unit” of the present invention, respectively.
  • the rotation mechanism 24, the alignment camera 27, the arithmetic processing unit 51, and the image processing unit 55 constitute the “core misalignment detection device” of the present invention.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • a mechanical part such as a gear is used as a workpiece, but it does not matter what purpose or purpose the workpiece is manufactured. It is possible to apply at least the outer peripheral shape in which the radial distance from the central axis to the outer peripheral portion repeats increasing and decreasing in the circumferential direction as the work of the present invention.
  • the present embodiment is suitable when a gear having a plurality of teeth that is not necessarily periodically arranged is used as a workpiece.
  • it may of course be used exclusively for inspection of a work provided with teeth at a constant period.
  • the tooth placement may result in non-periodic tooth placement. Even in such a case, it is effective to apply the present invention to accurately detect and correct misalignment.
  • the outlier removal process is executed on the result of the pattern matching process, but the misalignment detection process can be executed even if the outlier removal process is omitted.
  • the processing content of the outlier removal processing is not limited to the above, and other methods may be used.
  • filter processing, binarization processing, and the like may be combined as necessary.
  • the misalignment is detected based on the amount of variation in the radial position between the plurality of detected regions. It may be configured as follows. The misalignment between the center axis of the workpiece and the rotation axis causes a change in the distance from the rotation center to the outer periphery of the workpiece. Therefore, it is possible to estimate the size of the misalignment from the positional fluctuation amount in the radial direction.
  • the imaging unit may include a line sensor having a radial direction in the longitudinal direction of the imaging field.
  • the imaging field of view of the line sensor includes a part of the workpiece outer peripheral portion, whereby a one-dimensional line image including the workpiece outer peripheral portion is acquired.
  • the workpiece outer peripheral portion sequentially passes through the imaging field of view. Therefore, an image of the entire outer periphery of the workpiece can be acquired by sequentially imaging the outer periphery of the workpiece that passes through the imaging field of view due to the rotation of the workpiece.
  • the pattern matching process may be executed on a two-dimensional image obtained by arranging the one-dimensional images acquired by the line sensor in the order of imaging.
  • the two-dimensional image created in this way is an image that represents a change in the radial position of the outer periphery of the work along a time series. For this reason, the position fluctuation of the area detected by the pattern matching process directly indicates the position fluctuation of the outer peripheral part of the workpiece due to the misalignment. As a result, the degree of misalignment can be obtained with high accuracy.
  • the misalignment may be obtained based on the amplitude and phase angle of a sine function approximating the position coordinates of the area detected in the two-dimensional image.
  • the center axis of the workpiece circulates around the rotation axis.
  • the position change of the outer peripheral part due to the change of the position of the central axis can be expressed by a sine function.
  • the amplitude in that case represents the size of the misalignment
  • the phase angle represents the direction of misalignment. That is, it is possible to quantitatively determine the size and direction of misalignment from each constant of the sine function obtained by approximation.
  • a process for removing insignificant ones of the positions of the plurality of areas detected by the pattern matching process may be further added.
  • the pattern matching process there is a problem of false detection due to the presence of noise or a portion having a shape similar to the reference pattern in the image. By performing the process of excluding such a detection result, it is possible to suppress an error in quantitatively obtaining the misalignment.
  • This invention is particularly effective when the workpiece for which the misalignment is detected has an outer peripheral shape in which the radial distance from the central axis to the outer peripheral portion repeats increasing and decreasing in the circumferential direction. That is, even when the work outer peripheral portion does not have rotational symmetry, the misalignment can be obtained with high accuracy.
  • Rotating mechanism 27 Alignment camera (imaging part) 51 Arithmetic processing part (core misalignment detection part) 52 Memory (storage unit) 55 Image processing unit 100 Inspection device 271 Line sensor AX3 Motor rotation axis (rotation axis) AX4 Workpiece center axis (center axis) PT Reference pattern Ra Center misalignment amount W Work ⁇ a Center misalignment direction

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Abstract

本発明の芯ズレ検出装置１００は、ワーク外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部５２と、外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、ワークの少なくとも１回転分について外周部を撮像する撮像部（アライメントカメラ）２７と、撮像部により撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部５５と、検出された複数の領域それぞれの位置の情報に基づき芯ズレを検出する芯ズレ検出部（演算処理部）５１とを備える。基準パターンは、互いに合同な形状を有し中心軸まわりの回転に対し互いに対称な位置関係で外周部に複数存在する、特徴部位の形状に対応したものである。

Description

芯ズレ検出装置および芯ズレ検出方法
　この発明は、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークを検出対象物とし、ワークが回転軸まわりに回転するときの回転軸に対する中心軸の芯ズレを検出する技術に関するものである。
　例えば歯車のように、外周部に凹凸が繰り返して設けられたワークの外観を検査する装置として、例えば特許文献１に記載されたワーク検査装置がある。このワーク検査装置では、モータに連結されたホルダ部によりワークが保持される。そして、上記モータによりワークを回転させながら当該ワークを複数台のカメラで撮像し、それらの撮像画像に基づいてワークの外観が検査される。
特開２０１２－６３２６８号公報
　このようにワークを回転させつつ撮像を行う検査装置においては、外観検査を精度よく行うために、ワークを回転させるときの回転軸（回転中心）が、ワークの機械的な中心と一致していることが必要である。言い換えれば、回転するワークがあるとき、当該ワークの回転軸が機械中心と一致しているか、あるいは両者がどの程度ズレているかを検出するための技術が必要とされている。以下、ワークの中心と回転軸との間のズレを「芯ズレ」と称する。
　ここで、ワークの外周部が円形、もしくは例えば平歯車のように回転対称な形状であれば、例えばワークが１回転する間の外周部の位置変動を観察すること等により、芯ズレを検出することは可能と考えられる。一方、外周部の形状が回転対称でないワークもある。例えばワークが欠歯歯車である場合、外周部に突出して設けられる歯の配置が周方向において等間隔でない。このため、ワークが１周する間の外周部の位置変動を継続的に検出することが難しくなる。このようなワークについても、芯ズレの有無やその大きさを評価するための技術が求められる。しかしながら、これまでそのような技術は確立されるに至っていない。
　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ワーク外周部の形状が回転対称でない場合であっても芯ズレを確実に検出することが可能な芯ズレ検出技術を提供することを目的とする。
　この発明の一の態様は、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸まわりに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、上記目的を達成するため、前記外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部と、前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部と、検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき、前記芯ズレを検出する芯ズレ検出部とを備えている。
　また、この発明の他の一の態様は、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸まわりに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出方法であって、上記目的を達成するため、前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する工程と、撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記外周部の一部に対応して予め定められた基準パターンに対応する領域を検出する工程と、検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する工程とを備えている。
　これらの発明において、前記基準パターンは、互いに合同な形状を有し前記中心軸まわりの回転に対し互いに対称な位置関係で前記外周部に複数存在する、特徴部位の形状に対応したものである。
　このように構成された発明では、ワーク外周部の形状が全体として回転対称性を有していなくても、中心軸まわりの回転に対し対称な位置関係で複数の特徴部位があれば、ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出することが可能である。その理由は以下の通りである。
　本発明では、回転するワークの外周部が定点撮像される。この場合、画像における不動点は、ワークの機械的な中心ではなく回転中心である。ただし回転中心が画像に含まれる必要は必ずしもない。
　回転するワークの外周部を撮像した画像に対し、外周部の一部である特徴部位に対応する基準パターンを用いたパターンマッチング処理が実行される。これにより、撮像された外周部の画像中で特徴部位に対応する形状を有する領域が検出される。特徴部位に対応する形状が外周部に複数ある場合には、それらに対応する複数の領域がそれぞれ画像から検出されることになる。
　ここで、複数の特徴部位が、ワークの機械的な中心軸まわりの回転に対し互いに対称な位置にある場合を考える。もし回転するワークの中心軸と回転軸とが完全に一致していれば、外周部を定点撮像した画像において、複数の特徴部位それぞれに対応する複数の領域は回転軸から互いに等距離の位置に現れるはずである。一方、ワークの中心軸と回転軸との間に芯ズレがある場合、各特徴部位と回転軸との距離が必ずしも同じではない。このため、特徴部位に対応する領域が画像において検出される位置は、芯ズレのない場合の位置に対して、ワークの回転周期に対応する周期で変動することになる。
　このような位置の変化から、芯ズレの有無やその大きさを検出することが可能である。複数の特徴部位はワークの中心軸からの距離が互いに等しく、一方、画像においては回転軸が不動点である。したがって、画像において検出された複数の領域それぞれと不動点との距離の変動から、ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出することができる。
　上記のように、本発明によれば、ワーク外周部に複数存在する特徴部位をパターンマッチング処理によって検出し、その位置の情報に基づきワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレを検出する。そのため、ワーク外周部の形状が回転対称性を有する場合のみならず、そうでない場合であっても芯ズレを高精度に検出することが可能である。
　この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、添付図面を参照しながら次の詳細な説明を読めば、より完全に明らかとなるであろう。ただし、図面は専ら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
本発明に係る芯ズレ検出装置の一実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。 図１に示す検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 ワーク保持ユニットの構成を示す斜視図である。 図１に示す検査装置によるワークの検査動作を示すフローチャートである。 検査動作を模式的に示す図である。 本実施形態を適用可能なワークの形状を例示する第１の図である。 本実施形態を適用可能なワークの形状を例示する第２の図である。 本実施形態を適用可能なワークの形状を例示する第３の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第１の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第２の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第３の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第４の図である。 本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す第５の図である。 正弦関数における定数の意味を説明する第１の図である。 正弦関数における定数の意味を説明する第２の図である。 この実施形態における芯ズレ検出処理を示すフローチャートである。 本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す第１の図である。 本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す第２の図である。 本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す第３の図である。 本実施形態の芯ズレ検出を適用可能なワークの他の例である。 本実施形態の芯ズレ検出を適用可能なワークの他の例である。
　図１は、本発明に係る芯ズレ検出装置の一実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。また、図２は、図１に示す検査装置の電気的構成を示すブロック図である。この検査装置１００は、例えば歯車や羽根車などのように、その機械的中心から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークＷの外観を検査する装置である。検査装置１００は、ローディングユニット１、ワーク保持ユニット２、撮像ユニット３、アンローディングユニット４および制御ユニット５を有している。なお、ここでは、ワークＷは図１に示すように軸部Ｗａの上部に歯車Ｗｂを設けた機械部品であり、例えば鍛造や鋳造処理によって形成される。そして、部品製造後に当該ワークＷは外部搬送ロボットあるいはオペレータによってローディングユニット１に搬送される。
　ローディングユニット１には、テーブルやストッカーなどのワーク収容部（図示省略）が設けられている。そして、外部搬送ロボットなどによりワークＷがワーク収容部に一時的に収容されると、ワーク収容部に設けられたワーク検出センサ１１（図２）がワークＷを検出し、その旨の信号を装置全体を制御する制御ユニット５に送信する。また、ローディングユニット１には、ローダ１２（図２）が設けられており、制御ユニット５からの動作指令に応じてワーク収容部に収容されている未検査のワークＷを受け取り、ワーク保持ユニット２に搬送する。
　図３はワーク保持ユニットの構成を示す斜視図である。ワーク保持ユニット２は、ローダ１２により搬送されてきたワークＷを保持する保持テーブル２１Ａ、２１Ｂを装備している。これらの保持テーブル２１Ａ、２１Ｂはともに同一構成を有し、歯車Ｗｂが水平状態となる姿勢でワークＷの軸部Ｗａの一部を把持して保持可能となっている。以下、図３を参照しつつ保持テーブル２１Ａの構成について説明する。一方、保持テーブル２１Ｂは保持テーブル２１Ａと同一構成である。このため、保持テーブル２１Ｂについては同一符号を付して説明を省略する。
　保持テーブル２１Ａでは、図３に示すように、チャック機構２２、水平位置決め機構２３、回転機構２４および鉛直位置決め機構２５が鉛直方向に積層配置されている。チャック機構２２は、側面視で略Ｌ字状の可動部材２２１～２２３と、制御ユニット５からの移動指令に応じて可動部材２２１～２２３を放射状に連動して移動させる移動部２２４とを有している。各可動部材２２１～２２３の上端面には突起部材２２５が突設されており、上端面と突起部材２２５とで軸部Ｗａの段差部位と係合可能となっている。このため、制御ユニット５からの把持指令に応じて移動部２２４が可動部材２２１～２２３を互いに近接移動させることでチャック機構２２の中心軸（図５中の符号ＡＸ２）と軸部Ｗａの軸芯とを一致させながらワークＷを保持することができる。一方、制御ユニット５からの解放指令に応じて移動部２２４が可動部材２２１～２２３を互いに離間移動させる。このとき、ローディングユニット１による未検査ワークＷのローディングやアンローディングユニット４による検査済ワークＷのアンローディングを行うことが可能となる。
　このように構成されたチャック機構２２は、水平位置決め機構２３に支持されている。水平位置決め機構２３は水平方向において互いに直交する方向に移動する、いわゆるＸＹテーブルを有している。このため、制御ユニット５からの移動指令に応じてＸＹテーブルが駆動されることで、チャック機構２２を水平面で高精度に位置決めすることが可能となっている。なお、ＸＹテーブルとしては、モータとボールネジ機構とを組み合わせたものや、水平方向において互いに直交する２つのリニアモータを組み合わせたものなどを用いることができる。
　回転機構２４はモータ２４１を有している。モータ２４１の回転シャフト（図５中の符号２４２）が鉛直上方に延設されており、その上端部に水平位置決め機構２３が連結されている。このため、制御ユニット５から回転指令が与えられると、モータ２４１が作動して、水平位置決め機構２３、チャック機構２２、およびチャック機構２２により把持されたワークＷを一体的に、モータ２４１の回転軸（図５中の符号ＡＸ３）まわりに回転させる。
　ここで、本実施形態では、チャック機構２２と回転機構２４との間に水平位置決め機構２３を設けている。その技術的意義は、チャック機構２２の中心軸、チャック機構２２に把持されたワークＷの歯車Ｗｂの構造上の機械的中心軸（図５中の符号ＡＸ４）およびモータ２４１の回転軸の相対的な位置関係を、水平位置決め機構２３によって調整可能とする点にある。すなわち、チャック機構２２の中心軸とモータ２４１の回転軸とを一致させておくことで、チャック機構２２で把持したワークＷを軸部Ｗａまわりに回転させることができる。しかしながら、歯車Ｗｂの中心軸が軸部Ｗａから外れている場合には、モータ２４１に対して芯ズレが発生しており、歯車Ｗｂは偏心して回転してしまう。そこで、水平位置決め機構２３を設け、ズレ量とズレ方向を補正するように駆動させる。こうすることで歯車Ｗｂの中心軸とモータ２４１の回転軸とを一致させることが可能となる。これによって、撮像ユニット３による歯車Ｗｂの画像を高精度に撮像することが可能となり、ワークＷの検査精度を向上させることができる。
　鉛直位置決め機構２５は、モータ２４１を保持する保持プレート２５１と、モータ２４１の下方位置に配置されたベースプレート２５２と、保持プレート２５１およびベースプレート２５２を連結する４本の連結ピン２５３と、ベースプレート２５２を鉛直方向に昇降させる昇降部２５４とを有している。昇降部２５４は、制御ユニット５からの昇降指令に応じてベースプレート２５２を昇降させる。これにより、鉛直方向において回転機構２４、水平位置決め機構２３およびチャック機構２２を一体的に移動させる。その結果、次に説明するプリアライメント位置ＰＡおよび検査位置ＰＩにおいてワークＷの高さ位置を適正化することができる。
　このように構成された保持テーブル２１Ａ、２１Ｂは、図３に示すように、支持プレート２６１上に一定距離だけ離間して固定されている。また、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂの中間位置で、支持プレート２６１が旋回駆動部２６２に支持されている。この旋回駆動部２６２は、制御ユニット５からの旋回指令に応じて、鉛直方向に延びる旋回軸ＡＸ１まわりに支持プレート２６１を１８０度旋回可能となっている。図３に示すように、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂがプリアライメント位置ＰＡおよび検査位置ＰＩにそれぞれ位置する第１ポジションと、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂが検査位置ＰＩおよびプリアライメント位置ＰＡにそれぞれ位置する第２ポジションとの間で切替可能となっている。例えばプリアライメント位置ＰＡに位置する保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷに対してプリアライメント処理を施すのと並行して、旋回駆動部２６２によって第１ポジションから第２ポジションに切り替える。これにより、保持テーブル２１Ａがプリアライメント位置ＰＡから検査位置ＰＩにシフトし、プリアライメント処理済のワークＷを検査位置ＰＩに位置決めすることができる。また、当該ワークＷの検査を終了した後、逆方向に旋回することで、保持テーブル２１Ａが検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡにシフトし、検査処理済のワークＷをプリアライメント位置ＰＡに位置決めすることができる。このように本実施形態では、支持プレート２６１および旋回駆動部２６２によりワークＷの位置を切り替えるポジション切替機構２６が構成されている。
　プリアライメント位置ＰＡは上記したようにプリアライメント処理を行う位置である。プリアライメント位置ＰＡに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）の上方には、アライメントカメラ２７が配置されている。このアライメントカメラ２７は、図３に示すようにワークＷに対してモータ２４１の反対側、つまりワークＷの上方側に配置されている。アライメントカメラ２７は、ワークＷの中心軸ＡＸ４（図５参照）に対して径方向外側に延設されたラインセンサ２７１を有している。アライメントカメラ２７は、ラインセンサ２７１の長手方向がワークＷの径方向となるように設置されている。したがって、アライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶは、モータ回転軸ＡＸ３からワークＷの径方向に沿って細長く延びる帯状となっている。また、ワークＷが１周する間、常にワーク外周部の一部を含むように撮像視野ＦＶが設定される。このため、ワークＷを回転させながらラインセンサ２７１によりワークＷの上面を撮像可能となっている。ワークＷを少なくとも１周回転させることで、歯車Ｗｂの外周部に形成される凸部（歯末）および凹部（歯元）の全てを含む画像が得られる。
　また、図３への図示を省略しているが、保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）に保持されたワークＷを照明してアライメント処理を良好に行うために、アライメント照明部２８（図２）が設けられている。このため、回転機構２４によりワークＷを回転させるとともに、アライメント照明部２８によりワークＷを照明しながらアライメントカメラ２７によりワークＷを撮像することができる。ワークＷの画像データは制御ユニット５に送られる。この画像データに基づき、芯ズレを補正して歯車Ｗｂの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とを一致させる、つまりプリアライメント処理が実行される。
　一方、検査位置ＰＩは検査処理を行う位置であり、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）の上方に撮像ユニット３が配置されている。この検査位置ＰＩでは、歯車Ｗｂの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とが一致した状態でワークＷを回転させながらワークＷを撮像ユニット３によって撮像することができる。そして、ワークＷの画像データが制御ユニット５に送られ、歯車Ｗｂにおける傷や欠陥などの有無を検査する検査処理が実行される。
　この撮像ユニット３は、図２に示すように、複数の検査カメラ３１と複数の検査照明部３２とを有している。複数の検査照明部３２は、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）に保持されるワークＷを種々の方向から照明するように配置されている。そして、回転機構２４によりワークＷを回転させるとともに、検査照明部３２によりワークＷを照明しながら複数の検査カメラ３１によりワークＷを種々の方向から撮像することが可能となっている。これら複数の画像データが制御ユニット５に送られ、制御ユニット５によりワークＷの検査が実行される。
　こうして検査されたワークＷを保持する保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）は、上記したように、ポジション切替機構２６により検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡにシフトされる。そして、アンローディングユニット４により保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）から検査済のワークＷが搬出される。なお、アンローディングユニット４は基本的にローディングユニット１と同一である。つまり、アンローディングユニット４は、検査済のワークＷを一時的に収容するワーク収容部（図示省略）、ワーク検出センサ４１（図２）およびアンローダ４２（図２）を有している。アンローディングユニット４は、制御ユニット５からの動作指令に応じて検査済のワークＷを保持テーブル２１Ａ（または２１Ｂ）からワーク収容部に搬送する。
　制御ユニット５は、図２に示すように、論理演算を実行する周知のＣＰＵ（Central Processing Unit）、初期設定等を記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御ユニット５は、機能的には、演算処理部５１、メモリ５２、駆動制御部５３、外部入出力部５４、画像処理部５５および照明制御部５６を備えている。
　駆動制御部５３は、装置各部に設けられた駆動機構、例えばローダ１２、チャック機構２２などの駆動を制御する。外部入出力部５４は、装置各部に装備されている各種センサ類からの信号を入力する一方、装置各部に装備されている各種アクチュエータ等に対して信号を出力する。画像処理部５５は、アライメントカメラ２７および検査カメラ３１から画像データを取り込み、２値化等の画像処理を行う。照明制御部５６は、アライメント照明部２８および検査照明部３２の点灯および消灯等を制御する。
　演算処理部５１は、演算機能を有するものであり、上記メモリ５２に記憶されているプログラムに従って駆動制御部５３、画像処理部５５、照明制御部５６などを制御することで次に説明する一連の処理を実行する。
　なお、図２中の符号６はオペレータとのインターフェースとして機能する表示ユニットである。表示ユニット６は制御ユニット５と接続され、検査装置１００の動作状態を表示する機能のほか、タッチパネルで構成されてオペレータからの入力を受け付ける入力端末としての機能も有する。また、この構成に限定されるものではなく、動作状態を表示するための表示装置と、キーボードやマウス等の入力端末を採用しても良い。
　図４は図１に示す検査装置によるワークの検査動作を示すフローチャートである。また、図５は検査動作を模式的に示す図である。なお、図５においては、保持テーブル２１Ａ、２１Ｂの動作を明確に区別するために、保持テーブル２１Ｂおよび当該保持テーブル２１Ｂにより保持されるワークＷに対して、ドットを付している。
　この検査装置１００では、制御ユニット５のメモリ５２に予め記憶された検査プログラムにしたがって、演算処理部５１が装置各部を制御して以下の動作を実行する。ここでは、１つのワークＷに着目して当該ワークＷに対して実行される各種動作について図４および図５を参照しつつ説明する。制御ユニット５は、図５の（ａ）欄に示すように、プリアライメント位置ＰＡに位置している保持テーブル２１ＡにワークＷが存在せず、しかもワーク検出センサ１１により未検査のワークＷがローディングユニット１のワーク収容部に収容されていることを確認すると、保持テーブル２１ＡへのワークＷのローディングを開始する（ステップＳ１）。このローディング工程では、ローダ１２がワーク収容部の未検査ワークＷを把持し、ローディングユニット１から保持テーブル２１Ａに搬送する。なお、本実施形態では、ローディング工程および後の芯ズレの検出工程を円滑に行うために、保持テーブル２１ＡへのワークＷの搬送前に、ワークＷの受け入れ準備を行っている。すなわち、図５の（ａ）欄に示すように、水平位置決め機構２３によりチャック機構２２の中心軸ＡＸ２とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とを一致させる。また、３本の可動部材２２１～２２３を互いに離間させる。こうしてワークＷの受け入れ準備が行われる。
　ローダ１２によりワークＷが保持テーブル２１Ａに搬送されてくると、チャック機構２２が３本の可動部材２２１～２２３を互いに近接移動させてワークＷの軸部Ｗａの一部を挟み込んでワークＷを把持する。より詳しくは、ローディング動作中に、可動部材２２１～２２３は互いに近接移動し、可動部材２２１～２２３の各上端面と突起部材２２５とが軸部Ｗａの段差部位に係合する。これにより、チャック機構２２の中心軸ＡＸ２と軸部Ｗａの軸芯とを一致させながらワークＷが保持される（図５の（ｂ）欄参照）。こうして、ローディング工程が完了し、この完了時点では、モータ２４１の回転軸ＡＸ３、チャック機構２２の中心軸ＡＸ２および軸部Ｗａの軸芯は一致している。しかしながら、鍛造や鋳造処理によって製造されたワークＷでは、例えば図５の（ｂ）欄に示すように、歯車Ｗｂの中心軸ＡＸ４が軸部Ｗａの軸芯から外れ、モータ２４１に対するワークＷの芯ズレが発生していることがある。
　そこで、本実施形態では、アライメント照明部２８（図２）により未検査ワークＷを照明する。そして、保持テーブル２１Ａのモータ２４１により未検査ワークＷを回転させながらアライメントカメラ２７により歯車Ｗｂを撮像し、その画像データをメモリ５２に記憶する（ステップＳ２）。
　この撮像完了後に、旋回駆動部２６２により第１ポジションから第２ポジションへの切替を行う。すなわち、旋回駆動部２６２が支持プレート２６１を旋回軸ＡＸ１まわりに１８０度旋回させる。これによって図５の（ｃ）欄に示すように未検査のワークＷを保持する保持テーブル２１Ａがプリアライメント位置ＰＡから検査位置ＰＩに移動する。また、昇降部２５４によって、ワークＷを撮像ユニット３により撮像可能な高さ位置に移動させる（ステップＳ３）。
　また、本実施形態では、上記移動と並行して芯ズレ補正を行う。すなわち、メモリ５２からワークＷの画像データを読み出し、回転機構２４（モータ２４１）に対するワークＷの芯ズレ（本実施形態では、ズレ量とズレ方向とを含む情報に相当）を検出し（ステップＳ４）、それに続いて保持テーブル２１Ａにおける芯ズレ補正を行う（ステップＳ５）。なお、芯ズレの検出工程（ステップＳ４）については後で詳述する。この芯ズレ補正では、上記ステップＳ４で検出された芯ズレを解消するように水平位置決め機構２３によりチャック機構２２を移動させる。これによって、図５の（ｃ）欄に示すように、保持テーブル２１Ａが検査位置ＰＩに到達した時点あるいは到達前後で、歯車Ｗｂの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とが一致し、直ちにワーク撮像工程（ステップＳ６）を開始することができる。
　このステップＳ６では、検査位置ＰＩに位置決めされた保持テーブル２１Ａの回転機構２４が作動し、ワーク回転を開始する。このとき、保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷは上記芯ズレ補正を受けた、いわゆる芯出し状態であり、中心軸ＡＸ４まわりに回転する。また、その回転に対応して、複数の検査照明部３２が点灯して回転中のワークＷを複数の方向から照明する。なお、ここではワーク回転後に検査照明部３２を点灯させている。しかしながら、点灯タイミングはこれに限定されるものではなく、回転開始と同時、あるいは回転開始前に検査照明部３２の点灯を開始してもよい。
　こうしてワークＷの回転と照明とを行っている間に、複数の検査カメラ３１がワークＷを種々の方向から撮像する。複数方向からのワークＷの画像（以下「ワーク画像」という）の画像データは制御ユニット５に送信される。一方、制御ユニット５では上記画像データをメモリ５２に記憶し、以下のタイミングで当該画像データに基づいてワークＷの検査を行う。
　こうした画像取得後、保持テーブル２１Ａではワーク回転が停止され、撮像ユニット３では検査照明部３２が消灯される。また、旋回駆動部２６２が支持プレート２６１を旋回軸ＡＸ１まわりに１８０度反転旋回させる。これによって保持テーブル２１Ａが検査済のワークＷを保持したまま検査位置ＰＩからプリアライメント位置ＰＡに移動する。また、昇降部２５４によってワークＷが元の高さ位置に移動する（ステップＳ７）。このワークＷの移動と並行して、制御ユニット５はメモリ５２から画像データを読み出す。そして、ワーク画像に基づいて歯車Ｗｂに傷や欠陥などが存在しているか否かを判定して保持テーブル２１Ａに保持されたワークＷについてワーク検査を行う（ステップＳ８）。
　プリアライメント位置ＰＡに戻ってきたワークＷはアンローダ４２によって把持された後、可動部材２２１～２２３による把持の解除により保持テーブル２１Ａからアンローダ４２に受け渡される。それに続いて、アンローダ４２がワークＷをアンローディングユニット４に搬送し、ワーク収容部（図示省略）に搬送する（ステップＳ９）。上記した一連の工程（ステップＳ１～Ｓ９）が保持テーブル２１Ａ、２１Ｂにより交互に繰り返される。
　次に、本実施形態において実行される芯ズレの検出工程（ステップＳ４）について説明する。本実施形態では、芯ズレの検出工程を実行するのに先立って、水平位置決め機構２３によりチャック機構２２の中心軸ＡＸ２とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とを一致させている。このためチャック機構２２により保持されたワークＷの軸部Ｗａは、モータ２４１の回転軸ＡＸ３と一致している。しかしながら、鍛造などにより成形されたワークＷでは、歯車Ｗｂの中心軸ＡＸ４が軸部Ｗａの軸芯からずれ、モータ２４１に対して芯ズレが発生していることがある。そこで、本実施形態では、以下に詳述する手順によって保持テーブル２１ＡにローディングされたワークＷの芯ズレを検出している。なお、保持テーブル２１Ｂに保持されたワークＷについても全く同様にして芯ズレが検出されるため、当該ワークＷの芯ズレ検出に関する説明については省略する。
　図６Ａないし図６Ｃは本実施形態の芯ズレ検出方法を適用可能なワークの形状を例示する図である。図６Ａに示すワークＷ１の外周部は、例えば一般的な平歯車と同様に、ワークＷ１の機械的な中心軸ＡＸ４から径方向外側に突出するように放射状に、かつ周方向において等間隔に凸部（歯）Ｔ１が配置された形状となっている。一方、図６Ｂに示すワークＷ２および図６Ｃに示すワークＷ３はいずれも、図６ＡのワークＷ１から一部の歯を除去した形状の外周部を有している。このような外周形状を有する歯車は欠歯歯車と称され、例えば間欠的な動力伝達に用いられる。このうちワークＷ２は、周方向における歯Ｔ２の配置が不均等であるが、中心軸ＡＸ４に対しては、９０度つまり（π／２）［ｒａｄ］の回転対称性を有している。一方、ワークＷ３では、周方向における歯Ｔ３の配置は不均等であり、その外周形状は中心軸ＡＸ４まわりの回転に対する回転対称性を有していない。
　次に説明する本実施形態の芯ズレ検出方法は、これらのワークＷ１～Ｗ３のいずれの形状にも対応可能なものである。しかも、後述するように、処理対象となるワークの外周形状はこれらに限定されるものでもない。また、ワークＷは、アライメントカメラ２７により撮像される面の外周形状が本明細書で規定したものとなっていれば足り、それ以外の部分の構造は問わない。以下、本実施形態における芯ズレ検出方法の基本原理および具体的な処理フローについて順に説明する。これらの説明においては、一例として図６Ｂに示す形状のワークＷ２を処理対象のワークＷとした場合について説明することとする。しかしながら、ワークが他の形状である場合でも処理の内容に差異はない。
　図７Ａおよび図７Ｂ、ならびに図８Ａないし図８Ｃは本実施形態の芯ズレ検出方法の原理を示す図である。より具体的には、図７Ａおよび図７Ｂは芯ズレがない場合にアライメントカメラ２７により撮像される画像の特徴を示す図であり、図８Ａないし図８Ｃは芯ズレがある場合にアライメントカメラ２７により撮像される画像の特徴を示す図である。
　まず、ワークＷの機械的な中心軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とが一致する、つまり芯ズレがない場合について、図７Ａ、図７Ｂを参照しつつ説明する。前述のように、アライメントカメラ２７のラインセンサ２７１は、モータ回転軸ＡＸ３からワークＷの径方向を長手方向として配置されている。したがって、アライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶも同方向に細長く延びたものとなる。
　後の説明のために、図７Ａに示すように、モータ回転軸ＡＸ３を原点としワークＷの径方向を動径ｒ、周方向を偏角θとする二次元極座標を導入する。偏角θについては、便宜的にアライメントカメラ２７の撮像視野ＦＶの延びる方向を、θ＝０とする。動径方向はワークＷの径方向に対応し、偏角θはワークＷの回転位相角に対応する。
　ワークＷが一定速度で回転されると、ワークＷの外周部のうち撮像視野ＦＶに含まれる箇所が刻々と変化してゆく。アライメントカメラ２７は、ラインセンサ２７１から出力される撮像視野ＦＶ内の一次元ライン画像の画像データを順次取り込んで制御ユニット５へ出力する。制御ユニット５の画像処理部５５は、アライメントカメラ２７から順次送信されるライン画像の画像データを時系列順に配列する。これにより、ライン画像をその長手方向と直交する方向に並べた二次元画像に対応する画像データが作成される。ノイズや照明ムラ等の影響を軽減するために、適宜の閾値で二次元画像が二値化されてもよい。
　こうして作成される二次元画像は、概略円周状であるワークＷの外周部を直線状に展開したものとなる。より具体的には、図７Ｂ上図に示すように、ワークＷの外周部よりも内側の領域と外側の領域との境界Ｐｒの位置を、偏角θに対してプロットしたような画像となる。図７Ａに示すワークＷ（Ｗ２）では、歯元に対応する水平な直線から、歯Ｔ２に対応する部分がその配設位置に応じて上向きに突出した画像が得られる。この画像パターンはワーク１周分、すなわち偏角２π［ｒａｄ］の周期で繰り返される。
　こうして得られるワーク１周分の二次元画像に対し、ワークＷが有する１つの歯Ｔ２に対応する画像パターンＰＴを基準パターンとしてパターンマッチング処理を実行した場合を考える。これにより、ワークＷに設けられた複数の歯Ｔ２それぞれに対応する領域が画像中から検出される。画像中において基準パターンＰＴに対応する領域が検出された位置（動径ｒ方向の位置）を偏角θに対しプロットすると、図７Ｂ下図のような結果が得られる。各領域の位置については、当該領域を代表する座標値によって表すことができる。例えば検出された領域の重心の座標、左上隅の座標等を用いることができる。検出される複数の領域について、同一のルールで代表座標値が定められていればよい。
　ワークＷの各歯Ｔ２は、その形状が互いに合同で、かつ中心軸ＡＸ４まわりの回転に対して互いに回転対称性を有している。つまり、各歯Ｔ２は、中心軸ＡＸ４に対して径方向には互いに等距離で、周方向には互いに異なる位置に設けられている。したがって、ワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３とが一致していれば、基準パターンＰＴと対応するものとして検出される領域の動径方向の位置は、全ての歯Ｔ２に対して同一となるはずである。すなわち、検出された位置の座標を結ぶと単一の直線になると考えられる。
　次に、図８Ａに示すように、ワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との間に芯ズレがある場合を考える。この場合、ワークＷが回転するときの中心軸はモータ回転軸ＡＸ３であるから、ワークＷの中心軸ＡＸ４は、点線矢印で示すようにモータ回転軸ＡＸ３のまわりを周回することになる。
　アライメントカメラ２７とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との位置関係は予め決まっている。したがって、アライメントカメラ２７により得られる画像においては、回転軸ＡＸ３は回転に対してその位置が変動しない不動点となっている。回転軸ＡＸ３が撮像視野ＦＶの外部にある場合でも、画像内の各点の位置はモータ回転軸ＡＸ３からの距離によって表すことが可能である。つまり、画像内でモータ回転軸ＡＸ３からの距離が等しい点を結ぶと、図７Ｂと同様に一直線となる。
　一方、ワークＷの各歯Ｔ２はワークＷの中心軸ＡＸ４から互いに等距離に設けられている。そのため、中心軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とに位置ズレがある場合には、モータ回転軸ＡＸ３から各歯Ｔ２までの距離は必ずしも同じではない。その結果、アライメントカメラ２７によりワークＷの外周部を撮像することで得られる二次元画像においては、図８Ｂに示すように、ワークＷの内部と外部との境界Ｐｒの位置が、ワークＷの回転周期に対応して周期的に変動することになる。
　このケースの二次元画像に対し、前述の場合と同様に１つの歯Ｔ２の形状に対応する基準パターンＰＴに基づくパターンマッチング処理を実行する。そうすると、図８Ｃに示すように、基準パターンＰＴに対応する領域の動径方向における検出位置も、周期的に変動することになる。芯ズレが大きいほど、変動の振幅も大きくなる。
　言い換えれば、パターンマッチング処理によって検出される領域の位置が動径方向への変動を有するか否か、またその変動の大きさを求めることによって、芯ズレの有無やその大きさを検出することが可能である。
　図８Ｃにおける検出位置の変動は、偏角θ方向において２π［ｒａｄ］の周期を有する正弦関数（サイン関数）に則ったものと考えられる。したがって、パターンマッチング処理によって検出される各歯Ｔ２に対応する領域の位置座標を適宜の正弦関数によってフィッティングすれば、当該正弦関数は芯ズレを定量的に表すものとなり得る。
　角度θを変数とする正弦関数ｆ（θ）は一般に次のように記述することができる。下記の（式１）において定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの持つ物理的意味については、図９Ａ、図９Ｂを参照して説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図９Ａおよび図９Ｂは正弦関数における定数の意味を説明する図である。図９Ａは、ワーク回転前の初期状態（θ＝０）における、ワークＷの中心軸ＡＸ４とモータ２４１の回転軸ＡＸ３との位置関係を例示している。同図からわかるように、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との距離Ｒａは芯ズレ量、すなわち芯ズレの大きさを表している。また、偏角θａは芯ズレの方向を表している。
　図９Ｂは、ワークＷの回転に伴い変化するモータ回転軸ＡＸ３に対するワーク中心軸ＡＸ４の位置関係と、当該位置関係が正弦曲線上のどの点に対応するかとを示したものである。上記のような芯ズレを有するワークＷがモータ２４１により回転されるとき、基準パターンＰＴとのパターンマッチング処理によって検出される領域の位置を（式１）の正弦関数で近似したとき、図９Ｂに示す関係から明らかなように、振幅を表す定数Ａが芯ズレ量Ｒａに対応する情報を有している。また、正弦曲線をθ方向にシフトさせる定数Ｃが芯ズレの方向θａに関わる情報を有している。
　定数Ｂは正弦曲線の周期に関するものであるが、偏角θをワークＷの回転位相角として考える場合には１としてよい。また、定数Ｄは、画像の不動点であるモータ回転軸ＡＸ３から各歯Ｔ２までの距離に対応するオフセット量である。ただし、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との相対的な距離Ｒａを求める上では考慮する必要がない。すなわち、Ｄ＝０としてよい。したがって、実質的には（式１）の定数Ａ、Ｃが求められれば、それらの値から芯ズレ量Ｒａおよび芯ズレ方向θａを特定することが可能となる。
　以上より、モータ回転軸ＡＸ３とワーク中心軸ＡＸ４との間の芯ズレ、具体的には芯ズレ量とそのズレ方向とを定量的に求めるためには、
（１）ワークＷを回転させ、少なくともその１回転分について、ワークＷの外周部を定点撮像したライン画像を取得する、
（２）ワークＷの１周分のライン画像を並べて二次元画像を作成する、
（３）二次元画像に対しパターンマッチング処理を実行し、ワークＷ外周部の歯Ｔ２の形状に対応する基準パターンＰＴに対応する領域を検出する、
（４）検出された領域の位置の分布を近似する正弦関数を特定する、
（５）正弦関数の定数から芯ズレ量およびズレ方向を特定する、
という処理が順番に行われればよい。以下、その具体的な処理内容について説明する。
　図１０はこの実施形態における芯ズレ検出処理を示すフローチャートである。この処理は、図４のステップＳ４に対応する処理である。この処理は、制御ユニット５に設けられた演算処理部５１が予め準備された制御プログラムを実行することで装置各部を制御して所定の動作を行わせることにより実現される。制御プログラムは、装置各部に、上記した（１）～（５）の手順を実行させる。
　最初に、未検査のワークＷをモータ２４１により回転させながら、少なくともワークＷの１回転分について、ワークＷの外周部の一部を含むライン画像をアライメントカメラ２７により撮像する（ステップＳ４０１）。そして、１回転分のライン画像を時系列順に並べた二次元画像に対応する画像データを作成する（ステップＳ４０２）。なお、ここでは多数のライン画像のセットを二次元画像と同様に扱うことのできるような画像データが得られれば足り、実際に二次元画像を出力する必要はない。二次元画像データについては、後のパターンマッチング処理の便宜のために、適宜のフィルタによる平滑化処理や二値化処理が施されてもよい。
　次に、予めメモリ５２に記憶されている事前登録情報に基づき、基準パターンＰＴおよびパターンマッチング処理における画像中での探索範囲が設定される（ステップＳ４０３）。基準パターンＰＴは、ワークＷの形状に応じて予め定められ、メモリ５２に記憶されている。また、基準パターンＰＴに対応する領域は画像中でランダムに出現するわけではなく、ワークＷの形状からある程度の予測が可能である。このような場合、予測に基づき探索範囲を制限することで、画像全体について探索を行う必要がなくなり、処理の高速化を図ることができる。このような探索範囲に関する設定情報も、予めメモリ５２に記憶されている。演算処理部５１は、処理対象であるワークＷの種類に応じてこれらの情報をメモリ５２から読み出し、パターンマッチング処理に適用する。処理時間において問題が生じなければ、探索範囲の絞り込みは省いてもよい。
　続いて、設定された基準パターンＰＴおよび探索範囲に基づき、画像処理部５５によりパターンマッチング処理が実行される。これにより、二次元画像中で基準パターンＰＴに対応する領域が探索される（ステップＳ４０４）。パターンマッチング処理としては公知の画像処理技術を適用することができ、例えば正規化相関法を用いることができる。基準パターンＰＴに対応する領域が検出されると、その位置を表す座標情報が特定されメモリ５２に記憶される（ステップＳ４０５）。
　こうして求められた位置情報のデータには、主としてマッチング処理における誤検出に起因する不要なデータ（アウトライヤー）が含まれ得る。そこで、正弦関数への近似に先立ってこのようなアウトライヤーを除去するための処理が、画像処理部５５または演算処理部５１により実行される（ステップＳ４０６）。
　前記したように、パターンマッチング処理によって検出される領域の位置は、概ね１つの正弦関数曲線上に分布すると考えられる。しかしながら、基準パターンＰＴとの完全な一致を検出条件としないパターンマッチング処理においては、例えば画像上のノイズに起因して正弦関数曲線から大きく離れた位置が検出結果に含まれることがあり得る。このようなアウトライヤーを除去する方法としては種々のものがあり得るが、ここではその一例を示す。
　図１１Ａないし図１１Ｃは本実施形態のアウトライヤー除去の原理を示す図である。この処理は、異常なデータはランダムな値を取り得るが、適正なデータは平均値から大きく離れることがないという性質を利用したものである。この処理では、パターンマッチング処理により検出された複数の領域それぞれの二次元画像中の位置（動径方向）の座標値の集合を母集団として、当該母集団の平均μおよび標準偏差σの値を求めておく。
　そして、図１１Ａに示すように、母集団内の各要素と平均値μとの差Δ（θ）を、要素ごとに求める。適正なデータではこの値Δ（θ）は比較的小さいと考えられる。一方、図１１Ａに符号Ｐ１、Ｐ２を付した要素は平均値μから大きく離れており、アウトライヤーとみなすべきものである。このような要素では、Δ（θ）の値が比較的大きい。こうして求められた各要素のΔ（θ）と標準偏差σとの比の値を、各要素の有意性を示す評価値ｐｐとして用いる。すなわち、次式：
　　ｐｐ＝｜Δ（θ）｜／σ
により評価値ｐｐを求める。平均値からの乖離の大きさを評価するため、右辺の分子としては絶対値が用いられる。
　図１１Ｂに示すように、適正なデータについては評価値ｐｐは小さな値となる。一方、符号Ｐ１，Ｐ２で示すように、アウトライヤーの蓋然性の高いデータでは評価値ｐｐが大きくなる。そこで、評価値ｐｐに対して適宜の閾値Ｔｈを定めておき、例えば評価値ｐｐが閾値Ｔｈより大きいものをアウトライヤーとみなすことができる。
　パターンマッチング処理で検出された領域の位置座標のうち、上記の処理でアウトライヤーとみなされたものを除外する。こうすることで、図１１Ｃに示すように、正弦関数への近似に悪影響を及ぼすおそれのある異常なデータを除去することができる。こうしてアウトライヤーが除去されたデータに対し正弦関数近似を行うことで、最終的な芯ズレ量およびズレ方向の算出結果の精度を向上させることができる。
　図１０に戻って芯ズレ検出処理の説明を続ける。演算処理部５１は、アウトライヤー除去（ステップＳ４０６）後のデータ（基準パターンＰＴに対応する領域の位置座標データ）を用いて（式１）へのフィッティングを行う。すなわち、求められたデータを最もよく近似するような（式１）の各定数を特定する。前記したように、芯ズレ量Ｒａおよびズレ方向θａを求めるために必要な定数は、振幅に関する変数Ａと位相に関する変数Ｃとであり、変数Ｂ、Ｄについては考慮する必要はない。
　このような関数近似を実現する方法としては種々のものが提唱されており、例えばＬｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法、Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法などが知られている。本実施形態でもこれらの技術を適用することができ、ここでは一例としてＧａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法について説明する。Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法の原理は公知であるためここでは詳しい説明を省略するが、基本原理は、定数の値を適宜に設定して得られる関数の値と実データサンプルとの残差を数値計算し、残差が最も小さくなるように各定数を収束させてゆくというものである。
　本実施形態の場合、振幅Ａの初期値Ａ0としては、アウトライヤー除去後の位置座標データのうちの最大値（回転軸ＡＸ３から最も遠い座標）と最小値（回転軸ＡＸ３に最も近い座標）との差の半分を用いることができる。また、位相Ｃの初期値Ｃ0については０としておけばよい。前記した通り、定数Ｂは１、定数Ｄは０とすることができる。
　具体的には、下記の連立方程式（式２）を作成し、変数Ａ、Ｃの初期値Ａ0、Ｃ0を（式２）に代入し、（ΔＡ，ΔＣ）を解く。その解ΔＡ、ΔＣを更新しながら収束判定を行うことで、定数Ａ、Ｃが定まり、これにより実データに対する誤差が最も小さくなる関数を得ることができる（ステップＳ４０７）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図９Ｂに示す関係から明らかなように、求められた定数Ａが芯ズレ量Ｒａに対応している。より正確には、画素サイズを単位としたときの画像内での振幅Ａに、ラインセンサ２４１の分解能を乗じた値が、実空間における芯ズレ量Ｒａを表す。また、定数Ｃから（π／２）を差し引いた値（単位ｒａｄ）が芯ズレの方向θａを表している。こうして芯ズレ量およびその方向が特定されると（ステップＳ４０８、Ｓ４０９）、芯ズレ検出処理は完了する。続く芯ズレの補正処理（図４のステップＳ５）では、前記したように、水平位置決め機構２３が、求められた芯ズレをキャンセルするために必要なチャック機構２２の移動を実行する。こうして芯ズレが補正されることで、ワークＷの回転軸ＡＸ４とモータ回転軸ＡＸ３とを一致させることができる。
　以上のように、本実施形態では、例えば歯車であるワークＷを回転させ、その少なくとも１回転分について外周部を撮像する。そして、得られた画像から、外周部に複数出現し、互いに合同かつワークの中心軸まわりの回転に対して対称性を有する特徴的な部位（以下、「特徴部位」という；この例では１つの歯）の形状に対応する領域を検出する。具体的には、ワークＷの外周部を撮像視野ＦＶに含むラインセンサ２４１により取得される一次元ライン画像を時系列順に並べてなる二次元画像内において、特徴部位の形状に応じて予め設定された基準パターンＰＴに対応する領域が、パターンマッチング処理により探索される。
　ワークＷの機械的な中心軸ＡＸ４と、回転における回転軸ＡＸ３との間に芯ズレがある場合、パターンマッチング処理により検出される領域の位置（回転軸ＡＸ３からの距離）は、回転の周期に同期して周期的に変動する。この変動を検出することで、ワークＷの中心軸ＡＸ４と回転軸ＡＸ３との芯ズレを特定することができる。具体的には、このような周期的変動を正弦関数によって近似し、その振幅から芯ズレの大きさ（芯ズレ量）を、位相から芯ズレの方向を特定する。こうして芯ズレの大きさと方向とがわかれば、それに応じた部材間の相対位置の補正により、芯ズレを解消することが可能である。
　パターンマッチング処理を用いた本実施形態の芯ズレ検出処理は、ワークＷの外周部に現れる種々の形状のうち繰り返し複数回現れる特徴部位を選択的に検出することが可能である。このため、パターンマッチング処理に用いられる基準パターンＰＴを適宜に設定することにより、種々の外周形状を有するワークに適用することが可能である。すなわち、図６Ａに示すワークＷ１のように、互いに同一形状の歯Ｔ１が一定の周期で配置されたもの、図６Ｂに示すワークＷ２のように、ワーク自体は回転対称性を有するが歯Ｔ２の配置が一定周期ではないもの、図６Ｃに示すワークＷ３のように回転対称性を有していないもの、のいずれに対しても、同一の処理によって芯ズレの検出を行うことが可能である。
　なお、これらの各ワークでは、外周部に設けられた歯の形状は全て同一である。このため１つの歯の形状に対応した基準パターンＰＴが用いられる。しかしながら、基準パターンＰＴを適宜に設定することにより、複数の歯の間で形状が異なるワークについても同様に芯ズレ検出を行うことが可能である。その一部の例について以下に説明する。
　図１２Ａおよび図１２Ｂは本実施形態の芯ズレ検出を適用可能なワークの他の例である。図１２Ａに例示するワークＷ４では、その外周部に、互いに幅の異なる複数種の歯Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３が設けられている。このようなワークＷ４において、いずれかの歯の形状に対応した基準パターンを設定した場合、他の形状の歯はパターンマッチング処理において検出されない。これによりサンプルとなる実データの数が少なくなると、関数近似の精度が低下し、結果として芯ズレ検出の精度も低下してしまうおそれがある。
　このような場合、いずれの歯においても共通するような形状、例えば図に点線矩形で示されるように歯末の一部、歯元の一部およびそれらを接続する歯面を含むような基準パターンＰＴを設定する。こうすることにより、歯幅の異なる歯Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３のいずれについても、基準パターンＰＴと対応する部位をパターンマッチング処理によって検出することが可能となる。基準パターンＰＴの設定以外については上記した処理をそのまま適用することができる。すなわち、図１２Ａに示すようなワークＷ４に対しても、本実施形態の芯ズレ検出処理を適用することが可能である。
　また、図１２Ｂに例示するワークＷ５は、歯元からの突出高さが互いに異なる歯Ｔ５１、Ｔ５２を有し、しかもそれらの配置は周期的でない。これらの歯Ｔ５１、Ｔ５２においても、それぞれ点線矩形で囲んだ歯面と歯元との接続部分の形状は互いに合同で、しかも中心軸ＡＸ４からの距離が互いに等しい。このような部位を特徴部位として、これに対応する基準パターンＰＴを設定することにより、図１２Ｂに示すワークＷ５も、本実施形態の芯ズレ検出処理の適用対象とすることが可能となる。
　その他、例えば鋸歯状の外周部を有するワークなど、各種の外周形状を有するワークについて本実施形態の芯ズレ検出処理を適用することが可能である。そのようなワークにおいて基準パターンの元となる特徴部位を抽出するときの原則（条件）は、
（１）ワークの外周部に複数回出現する形状パターンを有する、すなわち外周部の複数箇所に存在する、互いに形状が合同な部位であること、
（２）ワークの中心軸まわりの回転によって当該部位同士が互いに重なり合う、すなわち中心軸からの距離が互いに等しく中心軸まわりの回転に対し互いに回転対称な位置関係にあること、
（３）同一または類似する形状パターンの部位が他に存在しないこと、
等である。
　このうち条件（３）は、条件（１）、（２）には該当しないが同じような形状パターンを有する他の部位が検出されることで関数近似の精度が低下するのを防止するために導入される。しかしながら、例えばパターンマッチング処理における探索範囲の制限やアウトライヤー除去処理によってその影響を抑制することができる場合もあるため、この要件を省くことができる場合もある。
　言い換えれば、これらの条件を満たす特徴部位を有する部材であれば、そのような部位に対応した基準パターンを用意することで、本実施形態の芯ズレ検出処理の対象物たるワークとすることが可能である。このように、本実施形態は、種々の外周形状を有するワークについて芯ズレ検出を行うことが可能である。
　以上説明したように、上記実施形態においては、アライメントカメラ２７が本発明の「撮像部」として機能している。一方、メモリ５２が「記憶部」として機能している。また、演算処理部５１および画像処理部５５がそれぞれ本発明の「芯ズレ検出部」および「画像処理部」として機能している。そして、回転機構２４、アライメントカメラ２７、演算処理部５１および画像処理部５５により、本発明の「芯ズレ検出装置」が構成されている。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、例えば歯車のような機械部品がワークとされているが、ワークがどのような用途・目的で製造されたものであるかを問わない。少なくとも、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するものについて、本発明のワークとして適用することが可能である。
　また、本実施形態は必ずしも周期的な配置でない複数の歯を有する歯車をワークとする場合に好適なものである。しかしながら、例えば図６Ａに示すように、一定周期で歯が設けられたワークの検査専用に用いられてももちろん構わない。例えば、特に素材が脆い等、製造上の都合で歯の部分的な欠損が生じやすい部品の検査では、欠損によって結果的に歯の配置が非周期的となることがある。このようなケースにおいても、芯ズレを的確に検出し補正するために本発明を適用することが有効である。
　また、上記実施形態では、パターンマッチング処理の結果に対してアウトライヤー除去処理が実行されているが、アウトライヤー除去処理を省いても芯ズレ検出処理は実行可能である。また、アウトライヤー除去処理の処理内容についても上記に限定されず他の方法によってもよい。その他、フィルタ処理や二値化処理等が必要に応じて組み合わせられてもよい。
　以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明の芯ズレ検出においては、例えば検出された複数の領域の間における径方向の位置の変動量に基づき芯ズレを検出するように構成されてもよい。ワークの中心軸と回転軸との間の芯ズレは、回転中心からワーク外周部までの距離の変動を招く。したがって、径方向における位置変動量から芯ズレの大きさを見積もることが可能となる。
　また例えば、撮像部は、径方向を撮像視野の長手方向とするラインセンサを有する構成であってもよい。このような構成によれば、ラインセンサの撮像視野がワーク外周部の一部を含むことで、ワーク外周部を含む一次元ライン画像が取得される。ワークが回転するとき、相対的にワーク外周部が順次撮像視野を通過することになる。したがって、ワークの回転により撮像視野を通過するワーク外周部を順次撮像することで、ワーク外周部全体の画像を取得することができる。
　この場合、ラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対しパターンマッチング処理が実行されてもよい。このようにして作成される二次元画像は、ワーク外周部の径方向の位置変化を時系列に沿って表した画像となっている。このため、パターンマッチング処理により検出される領域の位置変動が、芯ズレに起因するワーク外周部の位置変動を直接的に示すものとなる。これにより、芯ズレの程度を精度よく求めることが可能となる。
　また例えば、二次元画像において検出された領域の位置座標を近似した正弦関数の振幅と位相角とに基づき芯ズレが求められてもよい。芯ズレがある状態でワークが回転するとき、ワークの中心軸は回転軸の周りを周回することになる。こうして中心軸の位置が変動することによる外周部の位置変動は、正弦関数によって表すことができる。その場合の振幅は芯ズレの大きさを表し、位相角は芯ズレの方向を表すものとなる。すなわち、近似により得られた正弦関数の各定数から、芯ズレの大きさおよび方向を定量的に求めることが可能である。
　また例えば、パターンマッチング処理により検出された複数の領域の位置のうち、有意でないものが除去される処理がさらに付加されてもよい。パターンマッチング処理では、画像中のノイズや基準パターンに類似した形状の部位が存在することによる誤検出の問題がある。このような検出結果を除外する処理を行うことで、芯ズレを定量的に求める際の誤差を抑制することができる。
　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。
　この発明は、芯ズレ検出の対象となるワークが、中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有する場合に、特に有効なものである。すなわち、ワーク外周部が回転対称性を有していなくても、その芯ズレを精度よく求めることができる。
　２４　回転機構
　２７　アライメントカメラ（撮像部）
　５１　演算処理部（芯ズレ検出部）
　５２　メモリ（記憶部）
　５５　画像処理部
　１００　検査装置
　２７１　ラインセンサ
　ＡＸ３　モータ回転軸（回転軸）
　ＡＸ４　ワーク中心軸（中心軸）
　ＰＴ　基準パターン
　Ｒａ　芯ズレ量
　Ｗ　ワーク
　θａ　芯ズレ方向

Claims (8)

  1. 　中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸まわりに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出装置であって、
    　前記外周部の一部に対応する基準パターンを記憶する記憶部と、
    　前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する撮像部と、
    　前記撮像部により撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記基準パターンに対応する領域を検出する画像処理部と、
    　検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき、前記芯ズレを検出する芯ズレ検出部と
    を備え、
    　前記基準パターンは、互いに合同な形状を有し前記中心軸まわりの回転に対し互いに対称な位置関係で前記外周部に複数存在する、特徴部位の形状に対応したものである、芯ズレ検出装置。
  2. 　前記芯ズレ検出部は、検出された複数の前記領域の間における前記径方向の位置の変動量に基づき、前記芯ズレを検出する請求項１に記載の芯ズレ検出装置。
  3. 　前記撮像部は、前記径方向を前記撮像視野の長手方向とするラインセンサを有する請求項１または２に記載の芯ズレ検出装置。
  4. 　前記画像処理部は、前記ラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対し、前記パターンマッチング処理を実行する請求項３に記載の芯ズレ検出装置。
  5. 　前記芯ズレ検出部は、前記二次元画像における前記領域の位置座標を近似した、正弦関数の振幅と位相角とに基づき前記芯ズレを求める請求項４に記載の芯ズレ検出装置。
  6. 　中心軸から外周部までの径方向の距離が周方向において増加と減少とを繰り返す外周形状を有するワークが回転軸まわりに回転するときの、前記回転軸に対する前記中心軸の芯ズレを検出する芯ズレ検出方法であって、
    　前記外周部の少なくとも一部を撮像視野に含む定点撮像により、前記ワークの少なくとも１回転分について前記外周部を撮像する工程と、
    　撮像された画像に対しパターンマッチング処理を実行し、前記外周部の一部に対応して予め定められた基準パターンに対応する領域を検出する工程と、
    　検出された複数の前記領域それぞれの位置の情報に基づき前記芯ズレを検出する工程と
    を備え、
    　前記基準パターンは、互いに合同な形状を有し前記中心軸まわりの回転に対し互いに対称な位置関係で前記外周部に複数存在する、特徴部位の形状に対応したものである、芯ズレ検出方法。
  7. 　前記径方向を前記撮像視野の長手方向とするラインセンサにより取得される一次元画像を撮像順に並べて得られる二次元画像に対し前記パターンマッチング処理が実行される請求項６に記載の芯ズレ検出方法。
  8. 　前記パターンマッチング処理により検出された複数の前記領域の位置のうち有意でないものを除去する工程を備える請求項６または７に記載の芯ズレ検出方法。
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