JP2007278915A - 工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種工具のスローアウェイチップなどの工具チップであるワークを、効率良く正確に検査することができる工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】工具の刃先に用いる工具チップであるワーク１２を回転自在に支持する支持部１４と、照明装置２０により照明されたワーク１２を撮像可能に形成されたカメラ２２を有する。カメラ２２により撮像された画像を表示する表示装置２６と、カメラ２２により撮像されたワーク１２の像を画像処理する画像処理装置２６とを備える。支持部１４を移動自在に保持したステージ１８と、支持部１４を回動または直線移動させる駆動装置である支持装置１６と、ワーク１２の刃先稜線を異なる角度から照明しカメラ２２の撮像方向に対して両側に位置した複数のスポット照明２９を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種加工用工具の刃先に取り付けるスローアウェイチップなどの工具チップの欠陥を検査する工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法に関する。

従来、ドリル刃、タップ、バイト、フライス等の切削工具の刃先を形成するスローアウェイチップには、適宜に厚みを有する略菱形や略正方形、又は略正三角形等に形成された多種類の構造が存在する。更に、スローアウェイチップは、粉体焼結製法によって作られる製品が多く、例えば数十μｍ程度の微細な欠けや割れ等の欠陥が、部分的または刃全体に亘って生じる場合があり、製品検査においては、これらを確実に識別する必要があった。従って、検査工程が複雑且つ微妙な判断が求められるため、従来、目視により、不良品の抽出並びに品種の仕分けが行われていた。

また、工具の欠陥検査は、目視による検査の他に、画像処理による検査も知られている。例えば、特許文献１〜３に開示されたスローアウェイチップの検査装置では、レーザ光を走査させてスローアウェイチップの切刃の形状的欠陥を検出し、切刃の欠損などを判別している。また、特許文献４には、工具チップ欠損検査システムは、既に工具に取り付けられ使用されている工具チップにスリット光を照射し、その撮像データを画像処理して、工具チップの欠けや摩耗を検査するシステムが開示されている。
特開平１０−２０２４７６号公報 特開平１０−２０２４７７号公報 特開平１０−２０２４７８号公報 特開平１０−９６６１６号公報

上記従来の方法では、目視により種別毎の不良品の抽出が行われているため、形状が一部のみ微妙に違う多種類の製品では、微細な欠けや変形などを有する不良品や異品種の区分けが難しいものであった。そのため、仕分けの際に微細な欠陥や不良品を見落としたりすることがあった。

また、特許文献１〜３に開示されている検査装置では、レーザ光の走査によりスローアウェイチップの刃線の欠損を検査しているものであり、明らかな欠損以外は検知できず、走査による検査時間も長く検査項目が少なく、多品種のスローアウェイチップを効率的に検査できるものではなかった。

その他、特許文献４に開示された検査装置も、スリット光の走査により工具チップの刃線等の画像を取得しているものであり、検査に時間が掛かり検査項目が少なく、多品種のスローアウェイチップを効率良く検査できるものではない。

この発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、各種工具のスローアウェイチップなどの工具チップであるワークを、効率良く正確に検査することができる工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法を提供することを目的とする。

この発明は、工具の刃先に用いる工具チップであるワークを回転自在に支持する支持部と、照明装置により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの検査像を画像処理する画像処理装置とを備えた工具欠陥検査装置において、前記支持部を移動自在に保持したステージと、前記支持部を回動または直線移動させる駆動装置と、前記ワークの刃先稜線を異なる角度から照明し前記カメラの撮像方向に対して両側に位置した複数の照明装置を備えた工具欠陥検査装置である。

前記ステージは、前記支持部を互いに直交する水平な２方向に移動可能に保持し、前記支持部は前記ワークを回動及び垂直方向に移動可能に保持する。また、前記照明は、前記ワーク刃先の稜線の両側の面を照明可能に設けられたものである。

またこの発明は、工具の刃先に用いる工具チップであるワークを回転自在に支持する支持部と、照明装置により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの検査像を画像処理する画像処理装置とを備え、前記ワークの検査像を画像処理して基準像と比較し欠陥の判別を行う工具欠陥検査方法において、前記ワークの検査工程毎に前記カメラを配置し、前記ステージ上で前記支持部を介して前記ワークを移動させ、前記ワークの表面と側面及び刃先を撮像し、各々所定の基準像と各検査像とを比較して欠陥を判定する工具欠陥検査方法である。

前記基準像は一つの対象ワークに対して異なる条件、例えば寸法誤差範囲や照明条件で複数用意し、前記対象ワークの検査像に対する比較結果の論理積または論理和を求めるものである。前記判定は、一つの検査像に対してその領域により閾値を変化させて行うものでも良い。

この発明の工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法によれば、工具の欠陥を高精度に且つ迅速に判別することができる。しかも多種の欠陥を一連の工程で迅速に検査することができ、効率的である。

以下、この発明の工具欠陥検査装置と工具欠陥検査方法の一実施形態について、図面を基にして説明する。この実施形態の工具欠陥検査装置１０と検査方法は、切削などに使用するドリル刃、タップ、バイト、フライス等の切削工具の刃先を形成するスローアウェイチップであるワーク１２の検査に使用される。この工具欠陥検査装置１０は、図１に示すように、ワーク１２を回転自在に支持する柱状の支持部１４と、この支持部１４を回転駆動及び昇降させる駆動装置を含む支持装置１６を備えている。支持装置１６は、支持装置１６を移動自在に保持したステージ１８に取り付けられている。支持装置１６の上面１６ａは、粗面の反射面として形成され、後述する照明装置２０による上方からの照明光を乱反射して、ワーク１２を背面側から照明する。

ステージ１８は、支持装置１６を互いに直交する水平な２方向に移動可能に保持し、ステージ１８の上方には各検査位置毎に、後述する種々の照明装置２０が設けられ、照明されたワーク１２を撮像するＣＣＤ等のカメラ２２が各検査位置毎に取り付けられている。さらに、各カメラ２２は、撮像した画像に対して所定の画像処理を施す処理プログラムが設けられたコンピュータ等の画像処理装置２４に各々接続され、画像処理装置２４にはその出力を表示する表示装置２６が設けられている。

ステージ１８上では、位置補正ポジションＡ、上面検査ポジションＢ、側面検査ポジションＣ、刃先検査ポジションＤ、色むら検査ポジションＥ、の各検査位置が設定され、各検査位置Ａ〜Ｅで後述する所定の検査が行われる。各検査位置の照明装置２０は、位置補正ポジションＡには、図２に示すようにリング照明２８が設けられ、上面検査ポジションＢ、側面検査ポジションＣ、刃先検査ポジションＤにおいては、図４、図５、図６に示すように、ワーク１２に対して複数の方向から照明する複数のスポット照明２９が、各カメラ２２の両側に各々位置している。

次に、この実施形態の検査動作について説明する。まず、ステージ１８のワーク供給ポジションＩＮにおいて、支持装置１６の支持部１４の図示しないチャックに、例えば切削工具のスローアウェイチップなどのワーク１２を固定する。

次に、支持装置１６はステージ１８上を移動し、位置補正ポジションＡに移る。そして、図２に示すように、上方からリング照明２８により適宜な照度により照明すると、照射光は同時に下方の支持装置１６上面１６ａで反射して乱反射光となり、下方からもワーク１２が照らし出される。これにより、ワーク１２の輪郭画像であるシルエット像がカメラ２２に撮像されて、画像処理装置２４に画像データとして取り込まれる。取り込まれた画像データは画像処理により検査され、位置補正及びワーク１２の種類が判定される。また、このとき、撮像した画像は、表示装置２６に表示される。

位置補正ポジションＡでは、リング照明２８の中央開口部の中心と同軸位置上に、ワーク１２が位置するように設定されている。リング照明２０の上方には、中央開口部の中心と同軸位置上にカメラ２２が位置し、カメラ２２は、リング照明２０の照明及び反射光により照らされたワーク１２を撮像可能に、図示しない固定具により取り付けられている。

位置補正ポジションＡにおいては、ワーク１２の固定位置の補正をソフト的に行い、更にワーク１２の種類を判別する。この画像処理による位置補正及び品種判別方法は、図３に示すように、まず、ワーク１２のシルエット像を取得して（Ｓ１）、ワーク１２の中心及び傾きを検出する（Ｓ２）。続いて、シルエット像の補正量を計算し、位置補正を行う（Ｓ３）。この後、ワーク１２の形状及び寸法を検査する（Ｓ４）。そして、基準値と比較し、基準値と一致または所定の誤差の範囲内であるか否かを判断して、異品種の判別を行う（Ｓ５）。さらに、ワーク１２のコーナー部のＲについてもその寸法を求めて（Ｓ６）、基準値と比較し、基準値と一致または所定の誤差の範囲内であるか否かを判断して、異品種の判別を行う（Ｓ７）。

次に、支持装置１６はさらにステージ１８上を移動し、上面検査ポジションＢに移る。ここでは、図４に示すように、スポット照明２９により、ワーク１２の表面及び側面を照射する。ワーク１２は、複数の平面ないし曲面で構成されているので単軸の照明ではムラになってしまう。一方、リング照明等の無影照明ではムラ無く照明できるが、欠陥による影が薄くなると言う問題があった。そこで、スポット照明２９をカメラ２２の光軸と同一の垂直面内に複数軸配置し、照明の死角を減らし且つ欠陥の陰影が明確に表れるようにしている。これにより、カメラ２２によりワーク１２の輪郭線と欠陥の影が明瞭に映し出される。また、後述する基準像参照の際に、この輪郭線が位置基準となる。

また、検査時のワーク１２の動きは、図５ａ〜ｆに示すように、カメラ２２に対して、ワーク１２の刃先の稜線が全周に亘って撮影されるように、稜線に沿って移動及び回転する。なお、上面検査ポジションＢでは、図５のカメラ２２は、ワーク１２の稜線の側方ではなく、上方に位置する。

次に、支持装置１６はさらにステージ１８上を移動し、側面検査ポジションＣに移る。ここでは、図６に示すように、カメラ２２はワーク１２の側方に位置し、その上下の両側にスポット照明２９が配置され、さらに、ワーク１２の表面もスポット照明２９により照射される。図６に示すように、特に、ワーク１２の側面には、チップブレーカが無く平面領域が多いので、落射照明に近い条件でスポット照明２９が配置されている。さらに、上面への照射により、上面検査ポジションＢと同様に、位置基準となる輪郭線を生成している。このときのワーク１２の動きは、上面検査ポジションＢと同様に、図５ａ〜ｆに示すように、カメラ２２に対して、ワーク１２の刃先の稜線が全周に亘って撮影されるように、稜線に沿って移動及び回転する。

この後、支持装置１６はさらにステージ１８上を移動し、刃先検査ポジションＤに移る。ここでは、図７に示すように、カメラ２２はワーク１２の稜線の斜め上方に位置し、刃先を上下に囲むように６個のスポット照明２９が扇状に配置されている。これは、刃先稜線部は面の傾き変化が激しいので、検査領域を取り囲む照明として、照明の死角を極力抑えているものである。なお、ストレートエッジの刃の検査の場合は、この工程を省略しても良い。

そして、支持装置１６はさらにステージ１８上を移動し、色むら検査ポジションＥに移る。ここでは、図１に示すように、ワーク１２に対して拡散照明光を照射し、ワーク１２の輪郭及び表面像をカメラ２２で撮影し、表面処理の色むらを判別する。

次に、この実施形態の欠陥検査方法について説明する。欠陥検査は、上面検査ポジションＢ、側面検査ポジションＣ、刃先検査ポジションＤにおいて撮影された画像について、画像処理装置２４により、以下に述べる判定方法を用いて判定する。まず、上面検査ポジションＢから得られた画像について、チップブレーカ等ワーク１２固有の模様に埋もれた欠陥を抽出する場合について説明する。

ここでの処理は、あらかじめ正常なワークを用いて基準となる画像を作成しておき、基準像と検査像との比較により欠陥部分のみを抽出する。図８、図９に示すように、まず、ワーク１２を撮像したカメラ２２からワーク１２の輪郭及び表面像から成る検査像３０を取得する（Ｓ１）。また前もって、画像処理装置２４は、検査対象のワーク１２の画像に対する照合用に、あらかじめ基準像３２を記憶しておく。そして、検査時には、検査対象のワーク１２の検査像３０に対して、照合用にあらかじめ用意された基準像３２の明度をネガポジ反転し、検査像３０を基準像３２と重ね合わせて差分をとり、各画素の平均をとる。これにより、基準像３２と検査像３０との比較での差異成分の抽出（Ｓ２）が行われる。なお、ここでの処理は、基本的にモノクロ画像で十分であるが、カメラ２２をカラーカメラとして３原色毎に上記処理を行うことにより、コーティングの局所的な剥離のように、陰影の生じない欠陥も検知することができる。

この処理により、基準像３２と検査対象の検査像３０の共通の明度値の画素データは全て打ち消しあって、中間濃度となり、明度が異常な画素値が差異成分として、異なるコントラストとして残る。そして、図８に示すように、差異成分から得られた差分像３４を二値化して抽出二値化像３６を得る。これを、差異成分が規定範囲値内にあるか否かを画像処理装置２４により判定する（Ｓ３）。この場合、抽出二値化像３６の異常画素値を示す例えば白い部分の面積または寸法が、規定範囲値を越えると不良品として区別する。これにより、面状の欠陥やスクラッチ傷等の線状の欠陥も検知し、排除することができる。

また、検査画像中に複雑な模様の無い領域は、基準像を参照しつつ重ね合わせを用いない高感度な検査を行う。このとき、図１０に示すように、検査対象ワーク１２の検査像３０を明るい領域と暗い領域に分割し、それぞれに異なる閾値α，βを設定し、最適な閾値で異常な陰影を抽出し、抽出二値化像３６を得る。なお、閾値を分ける境界は直線や円弧の単純形状であれば、検査像から得るが、複雑な場合は基準像３２からマスク作成する。また、分割境界の設定が妥当かどうかの判断や、閾値をいくらにするかは基準像３２から導く。さらに、図１０に示すように、検査像３０を分割して、前述の比較処理を部分的に行って、抽出二値化像を得、一つの検査像３０において、異なる閾値による判断と前述の比較処理とを組み合わせても良い。

ここで、欠陥抽出処理は基準ワークと検査対象ワークの形状誤差成分も異常として抽出してしまう場合がある。そこで、許容値内の形状バラツキを許容し、かつ欠陥成分に対する感度を下げない検査を行う必要がある。そこで、図１１に示すように、許容値内でバラついたワークを用いて複数の基準像３２ａ，３２ｂを用意する。一つの検査対象の検査像３０に対して、それぞれの基準像３２ａ，３２ｂを用いて異常抽出を行い、抽出二値化像３６ａ，３６ｂを得る。そして、抽出二値化像３６ａ，３６ｂの結果に共通する部分を抽出し、その抽出二値化像に現れた欠陥部分が所定の範囲以上である場合に、真の欠陥像とする。すなわち、複数の基準像３２ａ，３２ｂに対する検査結果の論理積を求めることにより、微妙な形状誤差のあるワークについて、欠陥を誤って抽出することを防ぎ、本当の欠陥を正確に抽出することができたものである。

また、画像の暗い領域中の欠陥による影や、明るい領域中の欠陥によるテカリを、飽和させずに高感度に抽出する処理を行うようにしても良い。これは、図１２に示すように、例えば明るい領域と暗い領域が互いに反転するような２種類の照明条件を設定し、相互に切り替えて得た２種類の検査像３０ａ，３０ｂから抽出した抽出二値化像３６ａ，３６ｂを、加算合成した合成画像３７を作る。これにより、暗い領域中の影は抽出しにくいが、そこが明るくなれば容易に抽出できるようになる。この場合、照明光源にＬＥＤを用いることでストロボ状に短時間で条件を切り替えることができる。

また、図１３に示すように、ワーク１２のコーナー部の検査のときにはカメラ２２に正対する平面がほとんど無いので、正面からの照明では情報量が不足する。そこで、コーナー部の画像取得のときに限り、主照明のスポット照明２９の左右に補助照明４０を加えても良い。これは、側面検査ポジションＣばかりでなく、上面検査ポジションＢ、刃先検査ポジションＤのポジションの主照明および上側面照明の左右に補助照明４０を配置しても良い。

これにより、ワーク１２のコーナー部の検査のとき、図１４（ｂ）に示すように、検査可能な照明領域を広げて撮像枚数を抑えることができる。

なお、この発明のコーティング検査装置は上記実施形態に限定されるものではなく、照明する照明装置の種類や数、及び照度は、検査対象のワークの大きさに合わせて適宜設定可能である。また、大きなワークを撮像する際、分割して画像データを取り込んで、画像処理装置により合成して１つの画像データとしても良い。さらに、各部材の形状や素材など適宜変更可能である。

この発明の一実施形態の工具欠陥検査装置を示す概略全体構成図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の一部を示す部分概略斜視図である。 この実施形態の工具欠陥検査方法における位置補正等のフローチャートである。 この実施形態の工具欠陥検査装置の照明装置を示す部分概略正面図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置のワークの移動を示す平面図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の照明装置を示す部分概略正面図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の照明装置を示す部分概略正面図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の検査方法を示すイメージ図である。 この実施形態の工具欠陥検査方法における欠陥抽出のフローチャートである。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の検査方法を示すイメージ図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の検査方法を示すイメージ図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の検査方法を示すイメージ図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の他の照明装置を示す部分概略正面図である。 この実施形態の工具欠陥検査装置の照明装置に、補助照明が無い場合（ａ）と有る場合（ｂ）を示す検査像である。

符号の説明

１０ 工具欠陥検査装置
１２ ワーク
１４ 支持部
１６ 支持装置
１８ ステージ
２０ 照明装置
２２ カメラ
２４ 画像処理装置
２６ 表示装置
２９ スポット照明

Claims (6)

1. 工具の刃先に用いる工具チップであるワークを回転自在に支持する支持部と、照明装置により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの検査像を画像処理する画像処理装置とを備えた工具欠陥検査装置において、前記支持部を移動自在に保持したステージと、前記支持部を回動または直線移動させる駆動装置と、前記ワークの刃先稜線を異なる角度から照明し前記カメラの撮像方向に対して両側に位置した複数の照明装置を備えたことを特徴とする工具欠陥検査装置。
2. 前記ステージは、前記支持部を互いに直交する水平な２方向に移動可能に保持し、前記支持部は前記ワークを回動及び垂直方向に移動可能に保持した請求項１記載の工具欠陥検査装置。
3. 前記照明は、前記ワーク刃先の稜線の両側の面を照明可能に設けられたものである請求項１記載の工具欠陥検査装置。
4. 工具の刃先に用いる工具チップであるワークを回転自在に支持する支持部と、照明装置により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの検査像を画像処理する画像処理装置とを備え、前記ワークの検査像を画像処理して基準像と比較し欠陥の判別を行う工具欠陥検査方法において、前記ワークの検査工程毎に前記カメラを配置し、前記ステージ上で前記支持部を介して前記ワークを移動させ、前記ワークの表面と側面及び刃先を撮像し、各々所定の基準像と各検査像とを比較して欠陥を判定することを特徴とする工具欠陥検査方法。
5. 前記基準像は一つの対象ワークに対して異なる条件で複数用意し、前記対象ワークの検査像に対する比較結果の論理積または論理和を求めるものである請求項４記載の工具欠陥検査方法。
6. 前記判定は、一つの検査像に対してその領域により閾値を変化させて行うものである請求項４記載の工具欠陥検査方法。