JP2013024852A - 成形品画像処理検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個所の検査と、０．１ｍｍ位の異物とか欠けの検査がより簡単に且つ安価になる画像検査装置を提供する。
【解決手段】ロボット１のハンド部３がワーク４を把持。ハンド部３の構造としては把持した状態の繰り返し位置ずれを少なくする把持子１４を持つ。さらに当該位置ずれを少なくするためにロボット１が把持したワーク４をレーザセンサ１１又はカメラ５にかざしワーク４の位置を、予め当該ワーク４の良品をレーザセンサ１１又はカメラ５にかざしたデータと比較する。このデータを基にワーク４を、ロボット１が座標変換プログラムにより位置修正する。そしてワーク４をカメラ５にかざしトリガ信号をだして撮像する。予め当該ワークの良品を登録した画像と比較して画像検査し良品であれば良品シューター９位置にワーク４を開放し、不良品であれば不良品シューター１０位置に開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック成形品画像処理検査装置に関するものである。

現状の検査装置その１
カメラをコンベア上方向に設置してコンベアに載って移動するワークが一定の位置に来たところでカメラへのトリガ信号により撮像し、その画像と予め記憶してある良品の画像との比較により良否の判別をする装置

現状の検査装置その２
カメラをコンベア上方向に設置してコンベアに載って移動するワークが一定の位置に来たところで位置決めシリンダ等によりワークを位置決めし、位置のずれが無いようにしてからカメラへのトリガ信号により撮像し、その画像とあらかじめ記憶してある良品の画像との比較により良否の判別をする装置

現状の検査装置その３
カメラをコンベア上方向に設置してコンベア上に載って移動するワークが一定の位置に来たところでカメラへのトリガ信号を出し、ワークを回転させて連続写真を取り、その画像とあらかじめ記憶してある良品の画像との比較により良否の判別をする装置

設定の困難度合、
ワークの良否を判別するにはいろいろな角度で複数回撮像する必要があり、そのためにはカメラを複数台設置の位置を工夫しなければならない。又、それぞれのカメラでの不良品の検知に適したそれぞれの照明装置が必要になり、照明装置種類の選定には高度な知識が必要になっている。カメラレンズ選定、不良個所の検知をするためのアルゴリズムの設定をしなければならない。アルゴリズムも画像検査装置メーカーで不良個所の種類により、それに適したソフトが研究されている。アルゴリズムの種類の一部をのせると、位置補正、閾値設定、膨張、収縮、と数えきれない。照明の種類の一部をのせてみると、ドーム照明、バー照明、ＬＥＤ照明、赤色、青色、白色と数え切れない。
この中でどの種類のアルゴリズムを使って設定するかは、高度な知識と経験が必要になる。
その上照明との組み合わせ条件が加わりその設定が一層難しくなっている。
現場でカメラの位置、外乱光の影響、照明の位置の変化により不良品の検知が出来なくなるため設定のやり直しになり現場での苦労が絶えない現状である。

写真角度
ワークの良否を判別するには不良の種類、場所によりいろいろな角度で写真をとる必要がある。上から、横から、斜めから、下からとカメラを複数台設置の位置を工夫しなければならない。

良否判別精度
不良の種類の一部をのせてみると、異物、色むら、印刷かすれ、字の欠け、ワークの欠け、ウエルド、気泡等である。高精度な画像検査手段としては、異物の大きさ０．１ｍｍ以上を不良品として検知したい場合、カメラと照明とワークとの位置関係が、０．１ｍｍ以下の位置ずれになるように正確な位置決め装置が必要となる。しかし、いろいろな角度から検査したい場合は、位置決め装置が何台も必要となり複雑になり、検査時間がかかりすぎる問題がある。
０．１ｍｍ以上位置ずれしていてもカメラの画像処理ソフトの機能に画像位置補正の機能があり、すでに記憶している画像の特長を探し出し位置ずれを自動的に補正して比較する方法が一般的に実施されているが、正確に位置決めする方法より画像検査精度が落ちる。
その原因は、カメラの位置補正により画像はソフト的に補正してもワークと照明とカメラとの位置関係がずれているため影のでき方、光の反射具合、ワーク形状の歪具合が変わり検査精度が落ちる。

以上の問題を解決するために、本発明は、多関節ロボット１のハンド部３の先端に繰り返し位置決め精度の高いハンド部把持子１４を持ち、当該ハンド部把持子１４によりワーク４を把持し、且つ当該ハンド部把持子１４で把持した当該ワーク４をレーザ１１、カメラ５等の位置・距離測定装置で、当該ワーク４の把持位置誤差を測定し、その誤差のデータにより多関節ロボット１の座標変換プログラムを使い位置補正をして把持位置の補正をすることで、カメラ５と照明６と当該ワーク４との相対位置を予め画像記憶した位置関係と同じ位置にし、当該ワーク４を画像検査のカメラ５にかざす際、当該ワーク４に当たる照明角度が同じになることにより画像検査精度を上げることができて、人間の目による検査より早く正確に当該ワークの検査をすることができることを特徴とする画像検査装置を提供するものである。

ロボット１がワーク４を把持して、当該ワークの複数面を多関節ロボットの教示により自在に様々な角度から画像検査のカメラにかざし撮像することにより、人間の目による検査より早く正確に当該ワークの検査をすることができる。

ロボット１がワーク４を把持してカメラ前にかざすためワーク４とカメラ５との角度を自在にセット出来て画像を見ながら教示できるため微調節が容易になる。

ロボット１がワーク４を把持した時のつかみ誤差が出て、画像処理ソフトの位置補正により、画像を補正して検査した場合はカメラ５とワーク４の位置関係補正はできても、照明６との位置関係が変化しているため、照明の当たり方が変わり検査結果が不安定になり検査精度が下がる。そのためロボット１のハンド部把持子１４が繰返し位置決め精度の高い形状にすることにより、カメラ５と照明６とワーク４の位置関係が同じになることにより、画像処理ソフトの位置補正をあてにしないで検査ができるため精度が上がる。

照明の種類、照度をワーク４の不良個所検出種類により照明装置に信号を出して最も適した選択に自動切り替えできる。

ワーク４を把持するハンド部把持子１４を交換し、ロボットプログラムをワークの種類ごとに作成しロボット位置を教示することにより、何種類ものワークを画像検査することが可能になる。

００１１項のハンド部把持子１４が繰返し位置決め精度の高い形状にしても把持した時のつかみ誤差が出る場合には、本検査装置内に組み込まれているレーザセンサ１１により、把持している状態の直線的、回転的な位置ずれを計測し、そのデータによりロボットの座標変換プログラムを使い位置補正をして把持位置の補正をすることで、記憶したワークとカメラと照明の位置と同じ位置にかざすことができるため、画像ソフトの位置補正と異なり、画像検査精度を上げることが可能になる。

レーザセンサ１１の代わりに画像検査装置のカメラ５で撮像してワーク４の位置データを取込み、そのデータによりロボットの座標変換プログラムを使い位置補正をして把持位置の補正をすることで、記憶したワークとカメラと照明の位置と同じ位置にかざすことができる。このように位置・距離測定装置は、レーザセンサとか画像検査装置とかが考えられるが、ワークにより適した装置、方法で問題無い。

６軸多関節ロボットの高速パラレルリンクロボットを使用できるため高速に検査することができ、射出成形機の成形サイクル内で成形品検査が終了となり、もし不良が発生した場合、早い対応がとれるためコストダウンできる。

発明を実施するための最良形態

本発明の一実施例を図１，２，３に示す。カメラ５が２台、レーザセンサ１１が１台、仮置き台部１３が１台の組み合わせが、ワーク４の６面検査をする最短時間検査の最良形態になる。

図１、２、３に示す一実施例を説明すると、フレーム部１２の中に往復運動部７を設置し、往復運動部７の上に受台部８を設置し、受台部８にはワーク４を受けるジグが取り付けてある。射出成形機から取出機で取出したワーク４を受台部８に開放する。

往復移動部７によりロボット１の下まで受台部８が移動して、ロボット１がワーク４を順次把持して取出し、カメラ５に把持したワークの検査したい面を順次かざして検査する。

検査方法は、予めマスターとなる良品ワークの検査したい正面とか斜め面を順次カメラ５にかざして、その画像を記憶しておく必要がある。次に検査するワークを同様に順次カメラ５にかざして良品記憶ワーク画像と検査ワーク画像の違いにより良否判別をする。

良否判別信号により、良品信号が出た場合は、ロボット１が良品シュータ９上に移動して把持しているワークを解放する。不良品信号が出た場合は、不良品シュータ１０上に移動して把持しているワークを解放する。

ワーク４の全面を検査したい場合、ロボット１のハンド部把持子１４によりワーク４を把持のため、その把持している場所はカメラ５で検査できないので、順次検査の途中、仮置き台部１３に一旦ワーク４を解放して、別の面を把持し直し把持していた場所をカメラ５にかざして検査することにより全面検査可能になる。

図４、５、６は、ワーク４の６面を順次検査する一実施例である。ハンド部把持子１４でワーク４を把持している。一対のカメラ５と照明６が対向しているため、ワーク４の裏表２面を同時に検査可能になる。

図６の検査で、把持している場所以外はカメラ５でみえるため検査可能になるが、把持している場所はカメラ５で見えないため００２２項の方法で把持し直し検査する。

この場合、把持しているハンド部把持子１４の材質を透明なアクリル樹脂等にすれば、アクリル樹脂等を透過してワーク４が見えるため検査可能になり、仮置きしない分、検査時間のサイクルを短くできる。

図７Ａ，７Ｂはハンド部把持子１４によりワーク４を把持している状態図である。ワークの把持する場所の凹凸形状にピッタリ合うようにハンド部把持子１４が加工されている。これにより把持した時の繰返し位置決め精度が安定するようになる。図８Ａ，８Ｂはハンド部把持子１４が開いている状態図である。

図９は、把持シリンダ部２とハンド部３の一実施例平面図である。図１０は、把持シリンダ部２とハンド部３の一実施例正面図である。図１１は、把持シリンダ部２とハンド部３の一実施例側面図である。図１１のハンド部把持子１４は取り換えが簡単にできるような構造になっている。又、このハンド部把持子１４を透明なアクリル樹脂等にすれば、アクリル樹脂を透過してワーク４が見えるため把持している場所でも検査可能になる。

予め良品のマスターワークを把持してカメラ５にかざし画像登録した把持位置に限りなく把持したワークの把持位置を近付ける程画像検査精度が上がる。しかし、実際把持した状態でのワークの位置は少しずれが出ることによりワークに対して照明の角度が変わるため画像が変わり検査結果が不良になってしまう。画像検査装置の位置補正ソフトでカメラと画像を位置補正して画像検査できたとしても実際カメラとワークの相対位置はずれているため照明の当たる位置などの影響を無くすことができない。

図１２から図１６はレーザセンサ１１による把持したワーク４の位置補正の方法を説明した一実施例図面である。図１２はレーザ１１の測定範囲内にロボット１でワーク４を移動し、この位置のレーザ値を計測する。この位置を仮にＺ１ポイントとする。次は図１３のようにワーク４をＺマイナス方向に移動してレーザ値を計測する。この位置を仮にＺ２ポイントとする。Ｚ１ポイントとＺ２ポイントの距離を図１３でＡとする。
Ｚ１ポイントとＺ２ポイントのレーザ値の差をＢとする。このデータによりワーク４の傾きをθとするとＴＡＮθ＝Ｂ／Ａになる。

予め良品のマスターワークを把持し、００２９項と同じようにレーザで計測したデータとの傾き差分角度を、ロボットのツール座標で修正後、ユーザー座標に変換し傾きを補正してから、図１４のようにワーク４を９０度回転し、水平にする。そしてワーク４の天面とレーザ１１までの距離を計測する。この位置を仮にＸ３ポイントとする。

予め良品のマスターワークを把持し００３０項と同じようにレーザで計測したデータとＸ３ポイントとのＺ方向天面距離差分Ｃを、ロボットのツール座標で修正し、図１５のようにワーク４を−９０度回転し、垂直にする。そしてワーク４の垂直面とレーザ１１までの距離を再度Ｚ１ポイントで計測する。

予め良品のマスターワークを把持し００３１項と同じようにレーザで計測したデータと再度Ｚ１ポイントとのＸ方向距離差分Ｄを、ロボットのツール座標で補正する。これにより傾きθはロボットのユーザー座標の補正、Ｚ方向とＸ方向はロボットのツール座標の補正となる。補正後の位置は予め良品のマスターワークを把持した位置と同じ位置になり図１６に表す。

この後の動作で、ワーク４をカメラ５に順次かざす位置を、ロボットのユーザー座標補正とツール座標補正により、ワーク４、カメラ５、照明６の相対位置が予め良品のマスターワークを把持したワークの位置と同じにできる。

画像による高精度成形品画像処理検査装置としては、カメラの位置補正により検査する方法のみよりも、ワーク４、カメラ５、照明６の相対位置がロボットにより補正できるレーザ、画像装置等の位置・距離測定装置を使う方が、画像による高精度成形品検査には適していることになる。

本発明の一実施例を示す正面図である。 本発明の一実施例を示す平面図である。 本発明の一実施例を示す側面図である。 ワークの１，３面撮像位置形態図である。 ワークの２，４面撮像位置形態図である。 ワークの５，６面撮像位置形態図である。 本発明のハンド部把持子閉の一実施例を示す形態平面図である。 本発明のハンド部把持子閉の一実施例を示す形態正面図である。 本発明のハンド部把持子開の一実施例を示す形態平面図である。 本発明のハンド部把持子開の一実施例を示す形態正面図である。 本発明の把持シリンダ部一実施例を示す平面図である。 本発明の把持シリンダ部一実施例を示す正面図である。 本発明の把持シリンダ部一実施例を示す側面図である。 レーザＺ１ポイント計測図 レーザＺ２ポイント計測図 レーザＸ３ポイント計測図 レーザ再度Ｚ１ポイント計測図 座標補正後のワーク位置図

１ 多関節パラレルリンクロボット
２ 把持シリンダ部
３ ハンド部
４ ワーク
５ カメラ部
６ 照明部
７ 往復移動部
８ 置き台部
９ 良品シュータ
１０ 不良品シュータ
１１ レーザセンサ
１２ フレーム部
１３ 仮置き台部
１４ ハンド部把持子

Claims (2)

1. 多関節ロボットのハンド先端に繰り返し位置決め精度の高い把持子を持ち、当該把持子によりワークを把持し、カメラと照明と当該ワークとの相対位置を予め画像記憶した位置関係と同じ把持位置にし、当該ワークの複数面を多関節ロボットの教示により自在に様々な角度から画像検査のカメラにかざし撮像することにより、人間の目による検査より早く正確に当該ワークの検査をすることを目的とした画像処理検査装置。
2. 請求項１の画像検査装置で、当該把持子で把持した当該ワークをレーザ、画像装置等の位置・距離測定装置により、当該ワークの予め画像記憶した位置関係との把持位置誤差を測定し、その誤差のデータにより多関節ロボットの座標変換プログラムを使い位置補正をして把持位置の補正をすることで、カメラと照明と当該ワークとの相対位置を予め画像記憶した位置関係と同じ把持位置にし、当該ワークを画像検査のカメラにかざす際、当該ワークに当たる照明角度が同じになることにより、画像検査精度を上げることを目的とした画像処理検査装置。

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