JP2009109416A

JP2009109416A - 組立品の検査方法及び検査システム

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Publication number: JP2009109416A
Application number: JP2007283817A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Sasaki; 一郎佐々木; Noriyuki Sadaoka; 紀行定岡; Masatoshi Watanabe; 昌俊渡邊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-21
Also published as: US20090109287A1; CN101424524B; CN101424524A

Abstract

【課題】短時間に組立品を構成する各部品間の３次元的位置関係を求めて、被検査体である組立品の内部状態の検査を行う検査システムを提供する。
【解決手段】設計データを格納し、計算投影図を作成・編集するデータ編集処理部２と、前記計算投影図に基づいて抽出すべき部品の境界近傍の輝度を算出する輝度算出部３と、前記算出した輝度に基づいて当該境界近傍の投影像が鮮明になるように撮影装置５の感度を設定する感度設定部４と、搬送された前記組立品に対して複数の方向の投影像を取得する撮影装置５と、前記投影像を電気信号に変換して実投影図として画像処理を行う画像処理部６と、前記実投影図における部品が、前記データ編集処理部より取得した前記計算投影図の部品の許容範囲内に存在するか否かにより、前記組立品の合否を判定する判定部８とを備えることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の部品から構成される組立品の検査方法関し、更に詳しくは、設計データにより得られる計算投影図と撮影により得られた組立品の内部状態の投影像とにより、組立状態の検査を行う検査方法に関する。更に、この検査方法を用いた検査システムに関する。

工業製品は、通常複数の部品による組立品である。製品の検査としては、個々の部品の寸法検査に加えて組立状態（例えば、部品間の平行度や同軸度など）を検査する必要がある。

従来、内部の組立状態を調べるには、Ｘ線投影装置がよく用いられる。Ｘ線投影装置は、組立品にＸ線を照射し透過してきたＸ線をカメラで検出し投影像を得る。Ｘ線は物体を透過する際に、その材質に固有の減衰率と透過長さ（Ｘ線が物体中を進む距離）に応じてその強度が減衰する。したがって、投影像により組立品内部における個々の部品の位置を知ることができる。

また、別の方法としてＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置を用いることも考えられる。Ｘ線ＣＴ装置とは、組立品を囲む多数の方向からＸ線を照射して投影像を取得し、これら多数の投影像の集合から再構成画像（断面図）を計算で求める。実際には、各方向の投影像を１次元フーリエ変換し、これらを合成して２次元フーリエ変換像を作成してこれを逆フーリエ変換して再構成画像を得る。

例えば、特許文献１では、検査を行うプリント配線板の片面からＸ線を照射し、その反対面に透過したＸ線を検出・画像化し、予め与えられた配線パターンの寸法データ及びスルーホール位置及び穴径のデータと、得られた画像とを比較して、配線パターンの欠陥とスルーホールの欠陥を検査する方法が開示されている。

また、特許文献２では、多層基板に垂直方向はＸ線ＣＴ装置を用いた撮像結果を用い、水平方向は設計値を用いることにより、基板内部の３次元構造の画像を作成して多層基板の検査を行う検査方法が開示されている。

特開平０７−２３５７７３号公報特開昭６０−１６１５５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、照射されるＸ線の進行方向に垂直な方向における位置の特定は可能であるが、Ｘ線の進行方向における位置の特定は不可能であるという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、１個の組立品に対して多数（例えば１２００枚）の投影像を取得するため、撮影には時間がかかり、また画像の再構成の計算もフーリエ変換を繰り返すために時間を要し、合計で１個あたり１時間程度を必要とする。またＸ線ＣＴ装置特有のアーチファクトと呼ばれる虚像が現れることがあり、検査の障害となることがある。この方法は組立品の３次元構造が明らかになるため、上述したようなＸ線の進行方向における位置の特定は不可能であるという状態は回避できる。ところが、時間がかかりすぎるため量産品の検査に適用することは困難である。

上記問題点に鑑み、本発明は、短時間に組立品を構成する各部品間の３次元的位置関係を求めて、被検査体である組立品の内部状態の検査を行う検査方法を提供することを課題とする。更に、上記検査方法を用いた組立品の検査システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明による組立品の検査方法は、複数個の部品で構成された組立品の設計データから計算により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す計算投影図と、当該組立品を組み立てた後、撮影装置により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す投影像とに基づいて当該組立品の検査をする組立品の検査方法において、前記設計データから、抽出すべき部品を複数の方向から撮影したときの境界近傍の輝度を各々の方向毎に算出するステップと、前記輝度に基づいて当該境界近傍の投影像が鮮明になるように前記撮影装置の感度を設定するステップと、前記組立品に対して複数の方向の投影像を前記撮影装置により取得するステップと、前記投影像を電気信号に変換して実投影図として画像処理を行うステップと、前記実投影図により示される前記部品が、前記計算投影図より示される当該部品の許容範囲内に存在するか否かにより、前記組立品の合否を判定するステップとを備えることを特徴とする。

このように、抽出すべき部品の境界近傍の輝度を、撮影する方向毎に算出して、撮影装置の感度の設定を行い、複数方向から撮影を行うことができるため、短時間に被検査体である組立品における内部状態の検査を行う組立品の検査方法を提供することができる。

また、上記組立品の検査方法を用いた、組立品の検査システムを提供することができる。

本発明によれば、短時間に組立品を構成する各部品間の３次元的位置関係を知ることができるので、製造の量産工程において、効率よく組立品の良否の判定を行うことできる組立品の検査方法を提供することができる。

さらに、上記組立品の検査方法を用いた、組立品の検査システムを提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

添付の図１は、本発明の一実施形態になる組立品の検査方法の概念を説明する図である。上記の検査方法は、短時間で３次元的位置関係を求めるために１方向の実投影図のみでなく、複数方向からの実投影図と、設計データから計算により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す計算投影図とを組み合わせたものである。ここで、実投影図とは、後述するように、組立品をＸ線照射によりカメラで撮影して得られたアナログの投影像を、容易に画像処理できるようにデジタル化した図をいう。図１では、組立品に対して、Ｘ線を直行する２方向から照射し、各々の方向から撮影した２枚の実投影図を用いている。組立品１０１に対しては座標を設定（任意でよい）し、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれＸ線１０４、１０２を照射し、その投影像をそれぞれカメラ１０５、１０３で取得する。

なお、上記設計データには、例えば、組立品の中における個々の部品の位置を示す３次元座標、及び、個々の部品の形状を特定するための寸法や角度等が含まれる。

添付の図２は、組立品のＸ、Ｙ、Ｚ方向の断面図を示し、図２（ａ）は、任意のＺ軸方向の位置での断面図を示し、図２（ｂ）は、上記カメラ１０５で取得したＸ軸方向の実投影図を示し、図２（ｃ）は上記カメラ１０３で取得したＹ軸方向の実投影図を示している。組立品は外部品２０１の内側に内部品２０２を設置した構成となっている。Ｘ軸方向の実投影図２０３において設計データから計算で求めた内部品２０２の計算投影図２０５を破線で示す。但し、このときに内部品２０２の正確な偏差を示すため、外部品２０１の計算投影図が実際に得た実投影図に完全に重なるようにしなければならない。同様に、Ｙ軸方向の実投影図２０４に計算で求めた内部品２０２の計算投影図２０６を破線で示す。

両方向の実投影図２０３、２０４より、計算投影図と実投影図との偏差ΔＸ、ΔＹを求めることができ、これにより内部品２０２の外部品２０１に対する位置関係が判明する。以上がＺ軸方向の任意の位置にて求めた設計データから実投影図の偏差であるが、これをＺ軸方向のすべての位置に対して行うことにより、例えば、内部品２０２の中心軸の傾きなど、内部品２０２の外部品２０１に対する３次元的位置関係を求めることができる。これにより、設計で想定した各部品間の３次元的位置関係と直接比較することができ、組立品状態の検査が可能となる。

具体的に、組立品の合否を判定するためには、次の二通りが考えられる。一つは、図３（ａ）に示すように、計算投影図に破線で示す許容範囲内（例えば、検査の目的が、部品間の同軸度であれば、軸のずれの許容値に対応した部品の実投影図の範囲）を予め追記しておき、Ｘ線撮影により得られた実線の実投影図をこれに重ねるだけで瞬時に合否の判定をする方法である。

他の一つは、図３（ｂ）に示すように、上述したように、任意のＺ_ｎにおいて、Ｘ線撮影により得られた実線の実投影図と、検査すべき部品の位置、角度の設計データによる点線の計算投影図とから偏差（ΔＸ_１、ΔＸ_２、、、ΔＸ_ｎ）を求め、この偏差を予め設定されている偏差の許容値と比較することにより、合否の判定をする方法である。この場合は、合否のみでなく、偏差が数値として得られるため、偏差の傾向（例えば、ランダムに変動している、増加傾向にある等）を把握することができる。

組立品の内部状態を検査するためには、得られた実投影図により組立品を構成する各々の部品の配置状況を正確に知る必要がある。ところが、組立品の内部における部品の配置状況によっては、Ｘ線照射により得た実投影図では、部品と部品との境界線が幅を持ち少しぼける場合がある。

そこで、本検査方法では、計算投影図及び実投影図の輝度を１６ビット（０〜６５５３５）の点の集合として表し、予め、複数方向における抽出したい境界近傍の輝度の範囲を設計データから算出しておくことにより、算出した輝度に対応してカメラの感度を設定し、撮影することを可能にしている。

具体的に、図４により説明する。図４は、抽出すべき部品の境界近傍の輝度と位置関係を示す図である。実線がＸ線により撮影した、ある方向の実投影図を示し、破線が計算により算出した当該方向の計算投影図を示している。縦軸は輝度を表し、横軸は物体の位置を表している。部品が配置される位置によって、設計データから当該方向の輝度の範囲を算出することにより、その範囲が絞り込まれ、その範囲に対応したカメラの感度を設定することが可能になる。この感度設定は、抽出すべき部品の撮影毎に可能である。Ｘ線ＣＴ装置のように、同一の感度で所定回数の撮影が要求されるのとは異なる。このように、部品の配置状況に応じて、撮影の度にカメラの感度設定をすることができるので、短時間に実投影図を取得して組立品の合否を判定することが可能になる。

次に、上記検査を実現するための組立品の検査システムについて説明する。図５は、本発明の一実施形態になる組立品の検査システムの概略構成図である。検査システム１は、設計データを格納し、計算投影図を作成・編集するデータ編集処理部２と、前記計算投影図に基づいて抽出すべき部品の境界近傍の輝度を算出する輝度算出部３と、前記算出した輝度に基づいて当該境界近傍の投影像が鮮明になるように前記撮影装置の感度を設定する感度設定部４と、搬送された前記組立品に対して複数の方向の投影像を取得する撮影装置５と、前記投影像を電気信号に変換してデジタルデータからなる実投影図を生成する画像処理部６と、前記画像処理部６より取得した実投影図より示される部品の位置と、前記計算投影図により示される当該部品の位置との偏差を算出する偏差算出部７と、前記組立品の合否を判定する判定部８とを備える。

データ編集処理部２は、組立品における部品の位置を示す座標、及び部品の寸法や角度等の設計データを格納し、更に、この設計データを用いて計算投影図を作成する。

輝度算出部３は、上述したように部品の配置状況によって輝度が異なるため、計算投影図に基づいて抽出すべき部品の境界近傍の輝度を算出する。感度設定部４は、輝度算出部３により算出された輝度に基づいて、使用する撮影装置５のカメラに応じた感度に変換して設定する。ここで、感度の設定はＸ線ＣＴ装置と異なり、撮影の度ごとに設定可能である。撮影装置５は、例えば、Ｘ線発生装置とカメラからなるＸ線撮影装置がある。

画像処理部６は、上記撮影装置５で撮影した実撮影像を、画像処理しやすいデジタルデータ等の電気信号に変換し、画像処理を行って実投影図を生成する。

判定部８は、実投影図における組立品の部品の位置が、データ編集処理部２より取得した計算投影図の部品の位置の許容範囲内に存在するか否かにより、組立品の合否を判定する機能と、上記偏差算出部で算出した偏差が、データ編集処理部２より取得した偏差の許容値の範囲内に存在するか否かにより、組み立て品の合否を判定する機能とを備える。

添付の図６は、実施例１における量産組立品の組立精度を検査する検査方法を示す図である。検査される組立品６０１は、搬送テーブル６０３に所定の間隔で載せられている。Ｘ線発生装置６０４から発したＸ線が組立品６０１を水平方向に透過してカメラ６０５に達することにより、水平方向の投影像を得ることができる。また、Ｘ線発生装置６０６から発したＸ線がやはり組立品６０１を鉛直方向に透過してカメラ６０７に達することにより、鉛直方向の投影像を得ることができる。但し、搬送テーブル６０３がＸ線投影像取得の妨げとなるような場合には、テーブルの材質を変更するか、または孔を設けることも可能である。このようにして得られた投影像を画像処理部６で電気信号に変換し、実投影図として判定部に送出する。判定部８では、データ編集処理部２で作成された計算投影図を用いて、実投影図における部品の位置が計算投影図の部品の位置の許容範囲内にあるか否かを判定して合否を判定する。

添付の図７は、本実施例１による検査の手順を示す図である。組立品６０１は、搬送テーブル６０３に載せられて移動する。組立品６０１が撮影位置を通過する際に、２台のＸ線発生装置６０４、６０６を同時に動作させてカメラ６０５、６０７によりそれぞれ水平方向、鉛直方向の投影図を取得する。また、組立品６０１を撮影位置で一度停止させて、ある時間をかけて（ノイズ低減のため）撮影することもできる。このときに、上述したように、抽出すべき部品の境界近傍の輝度に合わせてカメラ６０５、６０７の感度を再設定することもできる。撮影終了後、搬送テーブル６０３は次の組立品６０８が撮影位置に来るよう移動する。一方、取得した水平方向、鉛直方向の投影像は上述の画像処理部６に送られ電気信号に変換されて実投影図として判定部８に送られ、ここで予めデータ編集・処理部２で作成された計算投影図と比較して合否を判定する。

このようにして、短時間に組立品を構成する各部品間の３次元的位置関係を求めて、被検査体である組立品の内部状態の検査を行うことが可能になる。

以上は、Ｘ線発生装置とカメラからなる一組の撮影装置を２組用いる場合について説明したが、添付の図８に撮影装置を１組で実施する場合の例を示す。搬送テーブルおよび組立品は図６と同じであるが、フレーム８０１に固定されたＸ線発生装置８０２とカメラ８０３が一体として矢印方向に回転できるようになっている。この場合、図６のように複数の方向での同時撮影はできず検査のスループットは低下するが、組立品の種類に対して最適な（精度のよい）方向の実投影図を得ることができ、また、得られる実投影図も２方向に限定されず任意の数の方向の投影図を得ることができる。したがって、必要に応じて従来のＸ線ＣＴ装置としても使用できる。

添付の図９は、本発明の実施例２を示す図であり、旋盤により円筒型の孔の内部を切削しながら、Ｘ線により撮影をしている状態を示す図である。旋盤の回転軸９０１に部品９０２が取り付けられており、これをバイト９０３によって部品９０２の内部を切削している。加工中の孔およびバイト９０３が投影できる位置に、Ｘ線発生装置９０４とカメラ９０５の組み合わせ、及び、Ｘ線発生装置９０６とカメラ９０７の組み合わせが設置されている。

回転軸９０１の所定の回転数における部品９０２の切削深度及びバイト９０３の位置を設計データとして追加し、この設計データに基づいて計算投影図を予め計算で求めておき、これと撮影で得た実投影図とを比較することにより、バイト９０３の先端の計算上の位置と実位置との偏差を求めることができる。この偏差を利用してバイト７０３の保持位置を修正することにより、外部からは見えない円筒型孔の内部を高精度に加工することができる。

このようにして、注目している部品の注目している部分の３次元位置がほぼリアルタイムで得ることができる。そのため、この方法を旋盤やフライスによる機械加工、特に部品内部を切削中でバイト先端が外部から見えないような場合のバイト先端の位置のモニタとして使用することができる。

本発明の実施例３について説明する。実施例３は、被検査体がＮ個の部品から構成される組立品であり、各部品の寸法および相互の位置関係を設計データとして用いる。この設計データにより、２方向の計算投影図を予め求めておく。これと同じ２方向のＸ線による実投影図を計算投影図とそれぞれ比較することにより、上述したように、Ｎ個のそれぞれの部品に対して実際の位置や方向と設計データとの偏差を求めることができる。

この偏差により設計データを修正し、このデータを用いて流体、熱、構造計算用の計算メッシュを作成すれば、各部品間の実際の相対位置関係を忠実に再現した計算シミュレーションが可能となる。同様のことはＸ線ＣＴ装置を用いても可能であるが、Ｘ線ＣＴ装置と比較して以下の利点がある。即ち、Ｘ線ＣＴ装置に見られる特有のアーチファクトの発生がなく、Ｘ線ＣＴ装置よりはるかに短時間で計算メッシュ生成が可能であり、更に、Ｘ線ＣＴ装置より安価なＸ線撮影装置で実現可能である。

なお、本実施形態では、組立品の内部形状の透視にＸ線を用いたが、Ｘ線以外にもＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴イメージング装置）等を用いることも可能である。

本発明の一実施形態になる組立品の検査方法の概念を説明する図である。上記組立品のＸ、Ｙ、Ｚ方向の断面図である。上記組立品の合否判定の概念を説明する図である。上記組立品の撮影像における物体の輝度と位置関係を示す図である。本発明の一実施形態になる組立品の検査システムの概略構成図である。実施例１を示す図である。実施例１における組立品の検査の手順を示す図である。実施例１における撮影装置を１組で実施する場合の例を示す図である。実施例２を示す図である。

符号の説明

１…検査システム、２…データ編集・処理部、３…輝度算出部、４…感度設定部、５…撮影装置、６…画像処理部、７…偏差算出部、８…判定部、１０１…組立品、１０２…Ｘ線照射方向（Ｙ軸方向）、１０３、１０５…カメラ、１０４…Ｘ線照射方向（Ｘ軸方向）、２０１…外部品、２０２…内部品、２０３…Ｘ方向実投影図、２０４…Ｙ方向実投影図、２０５、２０６…計算投影図、６０１、６０８…組立品、６０３…搬送テーブル、６０４、６０６…Ｘ線発生装置、６０５、６０７…カメラ、８０１…フレーム、８０２…Ｘ線発生装置、８０３…カメラ、９０１…回転軸、９０２…部品、９０３バイト、９０４、９０６…Ｘ線発生装置、９０５、９０７…カメラ

Claims

複数個の部品で構成された組立品の設計データから計算により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す計算投影図と、当該組立品を組み立てた後、撮影装置により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す投影像とに基づいて当該組立品の検査をする組立品の検査方法において、
抽出すべき部品を複数の方向から撮影したときに得られる境界近傍の輝度を、前記設計データから当該方向毎に算出するステップと、
前記輝度に基づいて当該境界近傍の投影像が鮮明になるように前記撮影装置の感度を設定するステップと、
前記組立品に対して複数の方向の投影像を前記撮影装置により取得するステップと、
前記投影像を電気信号に変換して実投影図として画像処理を行うステップと、
前記実投影図により示される前記部品が、前記計算投影図より示される当該部品の許容範囲内に存在するか否かにより、前記組立品の合否を判定するステップとを備える
ことを特徴とする組立品の検査方法。
請求項１に記載の組立品の検査方法において、
更に、前記実投影図により示される前記部品の位置と、前記計算投影図により示される当該部品の位置との偏差を算出するステップを備える
ことを特徴とする組立品の検査方法。
請求項２に記載の組立品の検査方法において、
前記偏差が、予め前記設計データにより設定した偏差の許容値の範囲内にあるか否かにより、前記組立品の合否を判定するステップを備える
ことを特徴とする組立品の検査方法。
複数個の部品で構成された組立品の設計データから計算により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す計算投影図と、当該組立品を組み立てた後、撮影装置により取得した当該組立品の部品の内部状態を示す投影像とに基づいて当該組立品の検査をする組立品の検査システムにおいて、
前記設計データを格納し、計算投影図を作成・編集するデータ編集処理部と
抽出すべき部品を複数の方向から撮影したときに得られる境界近傍の輝度を、前記設計データから当該方向毎に算出する輝度算出部と、
前記輝度に基づいて当該境界近傍の投影像が鮮明になるように前記撮影装置の感度を設定する感度設定部と、
搬送された前記組立品に対して複数の方向の投影像を取得する撮影装置と、
前記投影像を電気信号に変換して実投影図として画像処理を行う画像処理部と、
前記実投影図により示される前記部品が、前記計算投影図により示される当該部品の許容範囲内に存在するか否かにより、前記組立品の合否を判定する判定部とを備える
ことを特徴とする組立品の検査システム。
請求項４に記載の組立品の検査システムにおいて、
前記実投影図により示される前記部品の位置と、前記計算投影図により示される当該部品の位置との偏差を算出する偏差算出部とを備える
ことを特徴とする組立品の検査システム。
請求項５に記載の組立品の検査システムにおいて、
前記判定部は、偏差が、予め前記設計データにより設定した偏差の許容値の範囲内にあるか否かにより、前記組立品の合否を判定する
ことを特徴とする組立品の検査システム。