JP5014170B2 - ワーク外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク外観検査装置に関し、詳細には複雑な形状のワークの欠陥を高精度に検査するワーク外観検査装置に関するものである。

今日では、エンジン用のノズル、電子回路用のコンデンサ等の多種多様の小型ワークがが存在し、これらの小型ワークは一般的には大量生産されている。これらの小型ワークは品質を保証するために傷、欠け、凹み、汚れ、バリ、メッキ不良等の欠陥の有無を検査する必要があり、このような小型ワークの外観検査は大量生産されている関係から生産工程のオンライン上で行う必要がある。

従来の小型ワークの外観検査装置としては、図８に示すような回転駆動される公転テーブル５０と、公転テーブル５０の外縁部に略等間隔に配設され、自転可能に支承される複数のチャック機構５１と、公転テーブル５０の外側かつ下方に配設される複数の自転駆動機構５２と、自転駆動機構５２の外側に配設される複数のカメラ（図示しない）とを備えるものが使用されている。このチャック機構５１の自転軸５３に固定されるギヤ５４と自転駆動機構５２の駆動軸５５に固定されるギヤ５６とが噛合するよう構成されている。

かかる従来のワーク外観検査装置は、チャック機構５１にワークＸを取り付け、公転テーブル５０を間欠的に回転させ、チャック機構５１の自転軸５３のギヤ５４と自転駆動機構５２の駆動軸５５のギヤ５６とが噛合した状態で自転駆動機構５２のモータ５７によりチャック機構５１を自転させ、カメラでワークＸの外観を撮影するものである。

上記従来のワーク外観検査装置は、ワークＸを保持したチャック機構５１を撮影のために自転させる際、チャック機構５１の自転軸５３のギヤ５４と自転駆動機構５２の駆動軸５５のギヤ５６との噛合が必要であり、その噛み合わせに非常に高い精度が必要であり、ワークＸの撮影の原点（始点）を定めるのは困難である。スリットが形成されたエンジン用ノズル等の複雑な形状を有するワークＸの場合、精密な外観検査には原点を定める必要があるため、かかる従来のワーク外観検査装置では高精度の検査は困難である。

加えて、上記従来のワーク外観検査装置は、公転テーブル５０の公転時に自転軸５３のギヤ５４と駆動軸５５のギヤ５６との噛合を切り離す必要があるため、公転及び自転の繰り返し動作にギヤの切り入り動作が必要になる。また、従来のワーク外観検査装置は、公転時にワークＸの姿勢を保持するため、チャック機構５１の自転を規制するブレーキ機構が必要になる。そのため、従来のワーク外観検査装置は、構造及び操作が複雑になり、モータ５７を備える自転駆動機構５２の移動及びギヤ噛合により衝撃、破損、断線等を招来するおそれがあり、さらにギヤの切り入り動作及びブレーキ機構の締結解除動作のためにサイクルタイムに悪影響を及ぼす。

一方、ワーク外観検査装置として、回転駆動される公転テーブルと、公転テーブルの外縁部に略等間隔に配設され、公転テーブルの回転に連動して自転するよう構成される複数のチャック機構と、公転テーブルの外側に配設される複数のカメラとを備えるものも開発されている（例えば、特開平７−３１８５１２号公報、特開２０００−２０３７１３号公報等参照）。

かかるワーク外観検査装置は、公転テーブルの公転軸の軸受け部に固定されるギヤとチャック機構の自転軸のギヤとの噛合等の手段によってチャック機構が公転テーブルの回転に連動して自転するよう構成されているため、上記従来のワーク外観検査装置のようなギヤの切り入り動作及びブレーキ機構の締結解除動作は不要となるが、カメラによる撮影の際に公転を停止すると自転も停止するため、直方体等の所定の撮影面を有するワークの外観検査は可能であるが、上述のようなエンジン用ノズル等の複雑な形状を有するワークの外観を精密に検査することは不可能である。
特開平７−３１８５１２号公報 特開２０００−２０３７１３号公報

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、構造がシンプルで操作が簡易かつ確実であり、複雑な形状のワークの欠陥の検査精度及び検査速度が格段に高く、さらに大量生産工程のオンライン上で行うことができるワーク外観検査装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
ワーク搬送装置及び撮影装置を装備するワーク外観検査装置であって、
このワーク搬送装置が、
ワークを保持し、水平回転可能に支承されるチャック機構と、
チャック機構を略水平に移動させるスライド機構と、
チャック機構の回転軸に連結される鉛直従動軸、この鉛直従動軸の下端に固定される回転板及びこの回転板の偏心位置（回転中心から偏心した位置）から下方に突設される凸部を有する従動機構と、
従動機構の鉛直従動軸の下方に配設され、かつ凸部が嵌挿する凹状溝を有するガイドレールと、
ガイドレールの一部を構成しかつ水平回転可能に支承される回転レール部及びこの回転レール部を回転させる駆動手段を有する自転駆動機構と
を備え、
上記回転レール部の回転中心から凹状溝の両端までの距離が凸部の偏心距離（鉛直従動軸の中心軸から凸部の中心軸までの水平距離）よりも大きくされており、
上記撮影装置が、搬送装置でワークを自転させた状態でワークの外観を撮影するカメラを備えていることを特徴とするワーク外観検査装置である。

当該ワーク外観検査装置のワーク搬送装置は、チャック機構を自転させる従動機構が、チャック機構の回転軸に連結される鉛直従動軸、この鉛直従動軸の下端に固定される回転板及びこの回転板の偏心位置から下方に突設される凸部を備え、この凸部をチャック機構の移動方向に沿って配設されるガイドレールの凹状溝に嵌挿していることから、スライド機構によるチャック機構の移動の際に保持したワークの姿勢を所定方向に規制することができる。また、当該ワーク外観検査装置のワーク搬送装置は、撮影位置（従動機構の鉛直従動軸と自転駆動機構の回転レール部の回転軸とが一致した位置）で、スライド機構によるチャック機構の移動を停止し、自転駆動機構の駆動手段により回転レール部を回転させることで、回転レール部の凹状溝に係合した従動機構の凸部が円運動し、凸部に連結する鉛直従動軸が回転し、ひいては鉛直従動軸に連結するチャック機構を自転させることができる。このように、当該ワーク外観検査装置は、ガイドレールの一部を構成する回転レール部の回転により係合した従動機構の凸部の円運動及び鉛直従動軸の回転を駆動することから、チャック機構の自転の原点（つまり、カメラによる撮影の始点）を容易かつ確実に定めることができ、その結果上述のエンジン用ノズル等のような複雑な形状を有するワークでも高精度に検査することができる。加えて、当該ワーク外観検査装置は、上述のような自転手段を有しているため、上記従来のワーク外観検査装置のようなギヤの切り入り動作及びブレーキ機構の締結解除動作は不要となり、その結果、構造や操作の単純化、検査の迅速化、自転駆動モータの破損等の低減化を格段に促進することができる。

複数の上記自転駆動機構及びカメラを備え、これらの複数のカメラを撮影対象のワークに対して異なる方向に配設するとよい。上述のような複雑な形状を有するワークは、一定方向からの撮影では完全な検査を行えない場合がある。当該手段のように複数のカメラによりワークの異なる位置を撮影することで、外観検査の精度をさらに向上させることができる。

複数の上記チャック機構及び従動機構を備えるとよい。このように複数のチャック機構及び従動機構を備えることで、複数のワークを連続して検査することができ、ワークの大量生産工程のオンライン上で行うことができる。

当該ワーク外観検査装置は、撮影装置で得られた画像データに基づいてワークの欠陥を検出する解析装置をさらに装備しており、この解析装置が、（ａ）カメラで撮影した画像データに基づき、画像処理を施す画像処理手段と、（ｂ）画像処理手段で取得した処理画像データに基づき、ワークの欠陥を検出する判定手段とを備えるとよい。かかる画像処理手段及び判定手段を備えることで、ワークの欠陥を自動的に検出することができる。

上記スライド機構は、（ａ）周縁部にチャック機構を有し、水平回転可能に支承される回転テーブルと、（ｂ）この回転テーブルを回転させる公転駆動機構とを備えるとよい。このようにスライド機構として周縁部にチャック機構を有する回転テーブル及びその公転駆動機構を備えることで、複数のチャック機構、従動機構、自転駆動機構及びカメラを回転テーブルの周縁部及びその外側にコンパクトに纏めることができ、回転テーブルを一回転させることで、保持したワークの一連の外観検査を行うことができる。

以上説明したように、本発明のワーク外観検査装置によれば、構造がシンプルで操作が簡易かつ確実であり、複雑な形状のワークの欠陥の検査精度及び検査速度が格段に高くなり、かつ、オートメーション化が可能で、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係るワーク外観検査装置を示す斜視図、図２は図１のワーク外観検査装置におけるワーク搬送装置を示す平面図、図３は図１のワーク外観検査装置におけるワーク搬送装置を示す正面図、図４は図２のワーク搬送装置におけるチャック機構、スライド機構及び従動機構を除いた状態を示す概略平面図、図５は図２のワーク搬送装置の概略中央縦断面図、図６は図２のワーク搬送装置における一対のチャック機構及びその従動機構部分を示す概略縦断面図、図７は図２のワーク搬送装置における一対のチャック機構、その従動機構及び自転駆動機構部分を示す概略縦断面図である。

図１のワーク外観検査装置は、スリットを有する円筒状のワークＸの欠陥を検査する装置であり、主構成要素としてワーク搬送装置１、撮影装置２、解析装置（図示しない）及び各装置を固定するハウジングを装備している。

ワーク搬送装置１は、複数のワークＸを検査のために順次搬送するものであり、複数のチャック機構３、スライド機構４、従動機構５、ガイドレール６及び自転駆動機構７を備えている。

チャック機構３は、ワークＸを保持可能に構成されており、具体的にはワークＸを挟持する一対の爪８、突き上げにより一対の爪８を開閉する操作棒９等を備えている（図５から図７参照）。チャック機構３へのワークＸの取り付け及び取り外しの際には、操作棒９をエアシリンダ等により突き上げて一対の爪８を開くことで行われる。

チャック機構３は、後述するスライド機構４の回転テーブル１０に水平回転（鉛直軸中心の回転、つまり自転）可能に支承されている（図５から図７参照）。隣接する一対のチャック機構３ａ及びチャック機構３ｂは、同様に自転するよう構成されており、撮影装置２により同様の撮影が同時に行われるよう構成されている。当該ワーク外観検査装置は、図２に示すように複数対（図中８対）のチャック機構３ａ及び３ｂを略等間隔で備えている。

スライド機構４は、チャック機構３を略水平に移動させるものであり、具体的には回転テーブル１０、公転駆動機構１１等を備えている（図５参照）。回転テーブル１０は、周縁部にチャック機構３を有する円板状のものであり、水平回転（中央を通る鉛直軸中心の回転、つまり公転）可能に支承されている。公転駆動機構１１は、回転テーブル１０を回転させるものであり、具体的には駆動モータ等を有している。

従動機構５は、図６に示すように一対のチャック機構３ａ及びチャック機構３ｂ間かつ回転テーブル１０の下方に配設されており、具体的には鉛直従動軸１２、回転板１３、凸部１４等を備えている。

鉛直従動軸１２は、回転テーブル１０に支承されており、中間部にギヤ１５が固定されている。一方、一対のチャック機構３ａ及び３ｂの回転軸１６には一対のギヤ１７が固定されており、この一対のギヤ１７と鉛直従動軸１２のギヤ１５とは回転テーブル１０に回転自在に支承される一対の中間ギヤ１８を介して噛合されている。そのため、鉛直従動軸１２と一対のチャック機構３ａ及び３ｂの回転軸１６とはギヤ１５、１７及び１８を介して連結され、鉛直従動軸１２の回転により一対のチャック機構３ａ及び３ｂが同様に自転するよう構成されている。

回転板１３は、略長方形板状のものであり、鉛直従動軸１２の下端に固定されている。凸部１４は、扁平な円筒状のものであり、回転板１３の偏心位置から下方に突設され、回転板１３に水平回転可能に支承されている。

ガイドレール６は、チャック機構３の姿勢（回転テーブル１０の回転軸を基準とするワークＸの基本的向き、つまり自転の原点）を規制するものであり、図４及び図５に示すように回転テーブル１０の下方かつチャック機構３の公転移動軌跡に沿って環状に配設されている。ガイドレール６は、従動機構５の鉛直従動軸１２の公転移動軌跡の下方に配設される凹状溝１９を有している。この凹状溝１９には、従動機構５の凸部１４が嵌挿されている。

自転駆動機構７は、従動機構５の鉛直従動軸１２に回転を伝達するものであり、図４に示すように回転レール部２０、その回転レール部２０の駆動手段２１等を備えている。回転レール部２０は、上面に凹状溝１９を有するガイドレール６の一部を構成し、中央を通る鉛直軸中心に水平回転可能に支承されている。

駆動手段２１は、回転レール部２０を回転させるものであり、具体的には回転レール部２０の中央から下方に突設されかつ回転自在に支承される鉛直駆動軸２２、この鉛直駆動軸２２の下方に固定されるプーリ２３、ステッピングモータ等の制御モータ２４、この制御モータ２４の回転軸とプーリ２３との間に掛け渡されるベルト２５等を備えている（図４及び図７参照）。このような駆動手段２１により回転レール部２０が水平回転可能に構成されている。

回転レール部２０における凹状溝１９の両端の回転半径（つまり、回転レール部２０の回転中心から凹状溝１９の両端までの距離）は、従動機構５における凸部１４の偏心距離（つまり、鉛直従動軸１２の中心軸から凸部１４の中心軸までの水平距離）よりも大きくされている。そのため、従動機構５の鉛直従動軸１２と自転駆動機構７の回転レール部２０の回転軸とが一致した位置で、スライド機構４によるチャック機構３ａ及び３ｂの移動を停止し、自転駆動機構７の駆動手段２１により回転レール部２０を回転させることで、回転レール部２０の凹状溝１９に係合した従動機構５の凸部１４が円運動し、この凸部１４に連結する鉛直従動軸１２を回転駆動することができる。

上記構造の自転駆動機構７は、当該ワーク外観検査装置における４カ所の撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに配設されており、詳細には一対のチャック機構３ａ及び３ｂが４カ所の撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに位置した状態でこのチャック機構３ａ及び３ｂに連結する従動機構５を駆動させ得る位置に配設されている。

撮影装置２は、上記ワーク搬送装置１でワークＸを自転させた状態で一対のワークＸの外観を撮影するものであり、具体的には複数対のカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄを備えている。これらの複数対のカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄは、ぞれぞれ撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに位置した状態でチャック機構３ａ及び３ｂが保持する一対のワークＸを撮影するよう構成されており、それぞれワークＸの異なる部分を適切に撮影するよう異なる位置及び方向に配設されている。なお、撮影装置２は、複数のカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄによる撮影に応じ、好適な画像データが得られるよう適宜照明装置を備えるとよい。

解析装置は、撮影装置２で所得したワークＸの画像データに基づき、ワークＸの欠陥の有無を検出するものであり、具体的には画像処理手段及び判定手段を備えている。かかる画像処理手段及び判定手段を備えることで、ワークＸの欠陥を自動的に検出することができる。

上記画像処理手段及び判定手段は、システム的にはＣＰＵ等からなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボードなどを備えるコンピューターにより構成されており、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで上記画像処理手段及び判定手段として機能するよう構成されている。

画像処理手段は、撮影装置２のカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄで撮影した画像データに基づき、画像処理を施し、欠陥の有無の判定に好適な処理画像データを取得すものである。この画像処理手段の具体的方法としては、特に限定されるものではなく、対象部分の欠陥の有無の判定が容易になる公知の方法、例えば２値化処理、平均化処理、クロージング処理、差分処理、ダイナミックスレシホード、ソーベルフィルタ等が採用される。

判定手段は、上記画像処理手段で取得した処理画像データに基づき、ワークＸの欠陥の有無、位置、種類、程度等を検出するものである。具体的には、形状、光要素、欠陥がない場合の画像データとの対比等により欠陥の種類及び程度の判別が可能になる。

当該ワーク外観検査装置は、チャック機構３ａ及び３ｂを自転させる従動機構５が、チャック機構３ａ及び３ｂの回転軸１６に連結される鉛直従動軸１２、この鉛直従動軸１２の下端に固定される回転板１３及びこの回転板１３の偏心位置から下方に突設される凸部１４を備え、この凸部１４をチャック機構３ａ及び３ｂの移動方向に沿って配設されるガイドレール６の凹状溝１９に嵌挿していることから、スライド機構４によるチャック機構３ａ及び３ｂの移動の際に保持したワークＸの姿勢を所定方向に規制することができる。また、当該ワーク外観検査装置は、撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤでスライド機構４によるチャック機構３ａ及び３ｂの移動を停止し、自転駆動機構７の駆動手段２１により回転レール部２０を回転させることで、回転レール部２０の凹状溝１９に係合した従動機構５の凸部１４が円運動し、この凸部１４に連結する鉛直従動軸１２が回転し、この鉛直従動軸１２に連結するチャック機構３ａ及び３ｂを自転させることができる。このように、当該ワーク外観検査装置は、ガイドレール６の一部を構成する回転レール部２０の回転により従動機構５の凸部１４の円運動及び鉛直従動軸１２の回転を駆動するため、チャック機構３ａ及び３ｂの自転の原点（つまり、カメラによる撮影の始点）を容易かつ確実に定めることができ、その結果、上述のエンジン用ノズル等のような複雑な形状を有するワークＸでも高精度に検査することができる。加えて、当該ワーク外観検査装置は、上述のような自転手段を有しているため、上記従来のワーク外観検査装置のようなギヤの切り入り動作及びブレーキ機構の締結解除動作は不要となり、その結果、検査時間の短縮化、操作の容易化及び自転駆動モータの破損等の低減化することができる。

また、当該ワーク外観検査装置は、撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに複数の自転駆動機構７及びカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄを備え、これらの複数のカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄによりワークＸの異なる位置を異なる方向から撮影するため、外観検査の精度をさらに向上させることができ、上述のような複雑な形状を有するワークＸでも完全な外観検査を行うことができる。なお、撮影位置Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ以外の停止位置に、ワークＸをチャック機構３ａ及び３ｂに取り付ける機構と、検査後のワークＸをチャック機構３ａ及び３ｂから取り外す機構とを設けることで、多数のワークＸの連続的な検査が可能となる。

さらに、当該ワーク外観検査装置は、複数対のチャック機構３ａ及び３ｂとこれに連結する複数の従動機構５とを備えるため、複数のワークＸを連続して検査することができ、ワークＸの大量生産工程のオンライン上で行うことができる。

また、当該ワーク外観検査装置は、スライド機構４として周縁部に略等間隔に複数対のチャック機構３ａ及び３ｂを有する回転テーブル１０及びその公転駆動機構１１を備えることで、複数のチャック機構３ａ及び３ｂ、従動機構５、自転駆動機構７及びカメラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄを円形の回転テーブル１０の周縁部及びその外側にコンパクトに纏めることができ、回転テーブル１０を一回転させることで複数のワークＸに対して高精度かつ迅速に一連の外観検査を連続して行うことができる。

なお、本発明のワーク外観検査装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ワークＸは、円筒状のバルブが例示されているが、その他の直方体状等のものでも検査可能である。また、当該ワーク外観検査装置のスライド機構は、上述のワークＸを円運動させる構造に限定されず、例えば直線状、曲線状にワークＸを移動させる構造も可能であり、ワークＸの搬送行程で外観検査を行うよう構成することもできる。さらに、当該ワーク外観検査装置のチャック機構は、上述の機械的チャック機構に限定されず、例えばワークＸを真空吸着するバキュームチャック機構や静電気により吸着する静電チャック機構なども可能である。

以上のように、本発明のワーク外観検査装置は、複雑な形状を有するワークの自動的な検査に有用であり、特に大量生産工程のオンライン上での欠陥検査に好適に使用される。

本発明の一実施形態に係るワーク外観検査装置を示す斜視図 図１のワーク外観検査装置におけるワーク搬送装置を示す平面図 図１のワーク外観検査装置におけるワーク搬送装置を示す正面図 図２のワーク搬送装置におけるチャック機構、スライド機構及び従動機構を除いた状態を示す概略平面図 図２のワーク搬送装置の概略中央縦断面図 図２のワーク搬送装置における一対のチャック機構及びその従動機構部分を示す概略縦断面図 図２のワーク搬送装置における一対のチャック機構、その従動機構及び自転駆動機構部分を示す概略縦断面図 従来のワーク外観検査装置を示す概略構成図

符号の説明

１ ワーク搬送装置
２ 撮影装置
３ チャック機構
４ スライド機構
５ 従動機構
６ ガイドレール
７ 自転駆動機構
８ 爪
９ 操作棒
１０ 回転テーブル
１１ 公転駆動機構
１２ 鉛直従動軸
１３ 回転板
１４ 凸部
１５ ギヤ
１６ 回転軸
１７ ギヤ
１８ 中間ギヤ
１９ 凹状溝
２０ 回転レール部
２１ 駆動手段
２２ 鉛直駆動軸
２３ プーリ
２４ 制御モータ
２５ ベルト
２６ カメラ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 撮影位置
Ｘ ワーク

Claims (5)

1. ワーク搬送装置及び撮影装置を装備するワーク外観検査装置であって、
   このワーク搬送装置が、
   ワークを保持し、水平回転可能に支承されるチャック機構と、
   チャック機構を略水平に移動させるスライド機構と、
   チャック機構の回転軸に連結される鉛直従動軸、この鉛直従動軸の下端に固定される回転板及びこの回転板の偏心位置から下方に突設される凸部を有する従動機構と、
   従動機構の鉛直従動軸の下方に配設され、かつ凸部が嵌挿する凹状溝を有するガイドレールと、
   ガイドレールの一部を構成しかつ水平回転可能に支承される回転レール部及びこの回転レール部を回転させる駆動手段を有する自転駆動機構と
   を備え、
   上記回転レール部の回転中心から凹状溝の両端までの距離が凸部の偏心距離よりも大きくされており、
   上記撮影装置が、搬送装置でワークを自転させた状態でワークの外観を撮影するカメラを備えていることを特徴とするワーク外観検査装置。
2. 複数の上記自転駆動機構及びカメラを備え、
   これらの複数のカメラが、撮影対象のワークに対して異なる方向に配設されている請求項１に記載のワーク外観検査装置。
3. 複数の上記チャック機構及び従動機構を備える請求項１又は請求項２に記載のワーク外観検査装置。
4. 撮影装置で得られた画像データに基づいてワークの欠陥を検出する解析装置をさらに装備しており、
   この解析装置が、
   カメラで撮影した画像データに基づき、画像処理を施す画像処理手段と、
   画像処理手段で取得した処理画像データに基づき、ワークの欠陥を検出する判定手段と
   を備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載のワーク外観検査装置。
5. 上記スライド機構が、
   周縁部にチャック機構を有し、水平回転可能に支承される回転テーブルと、
   この回転テーブルを回転させる公転駆動機構と
   を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワーク外観検査装置。

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