JP6300360B2 - Sphere rotation mechanism and sphere surface inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、各種球体の全表面検査、全表面処理等に適した球体回転機構、及びその球体回転機構を用いた球体表面検査装置に関する。本発明の球体表面検査装置は、軸受等に使用される球体、特にセラミックス球体の表面品質検査に適する。 The present invention relates to a sphere rotation mechanism suitable for all-surface inspection and all-surface treatment of various spheres, and a sphere surface inspection apparatus using the sphere rotation mechanism. The sphere surface inspection apparatus of the present invention is suitable for the surface quality inspection of spheres used for bearings and the like, particularly ceramic spheres.
近年、風力発電や電気自動車、ハイブリッド車等の分野では、軸受やボールナット等の摺動部品における球状摩擦軽減部材として、窒化硅素等のセラミックスからなる球体が使用されている。このセラミックス球体は、従来から使用されている鋼球に比べて高強度で耐磨耗性に著しく優れ、用途によっては半永久的とさえ言われている。更に軽量で高い絶縁性を有し、耐食性にも優れることから用途が飛躍的に拡大している。 In recent years, in the fields of wind power generation, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like, spheres made of ceramics such as silicon nitride have been used as spherical friction reducing members in sliding parts such as bearings and ball nuts. These ceramic spheres are said to be semi-permanent in some applications, with high strength and markedly superior wear resistance compared to conventionally used steel balls. In addition, applications are dramatically expanding due to its light weight, high insulation, and excellent corrosion resistance.
セラミックス球体の問題点は、価格が高いことに加え、製法上の関係から不良品の発生が比較的多いことである。すなわち、セラミックス球体は粉末焼結法により製造されるが、型内への粉末充填状態等に起因して球体表面に凹みが形成されやすいことである。粉末焼結法により製造されたセラミックス球体は表面研磨を受けて製品とされるが、このときの研磨代より深い凹みが表面に形成されると、表面研磨でも除去されないので、そのセラミックス球体は不良品として除外される。 The problem with ceramic spheres is that, in addition to the high price, there are relatively many defective products due to the manufacturing process. That is, the ceramic sphere is manufactured by a powder sintering method, but a dent is easily formed on the surface of the sphere due to the powder filling state in the mold. Ceramic spheres manufactured by the powder sintering method are subjected to surface polishing to become products, but if a dent deeper than the polishing allowance is formed on the surface, the ceramic spheres are not removed because they are not removed by surface polishing. It is excluded as a good product.
粉末焼結法により製造されたセラミックス球体の不良品除外のために実施されているのが表面検査である。この表面検査は一般に目視で行われているが、自動化も考えられている。典型的な自動表面検査装置は、特許文献１に記載されているような画像処理技術を用いたものである。この表面検査装置では、検体であるセラミックス球体を照明しながら上からカメラで撮影し、その撮影画像データから表面の凹みを検出する。検体は全表面の撮影のために回転させる必要があり、特許文献１に記載された検査装置では、傾斜した２本の平行な回転バー上で、検体を横に回転させながら縦に転動させる。
Surface inspection is performed to exclude defective ceramic spheres manufactured by the powder sintering method. This surface inspection is generally performed visually, but automation is also considered. A typical automatic surface inspection apparatus uses an image processing technique as described in
特許文献１に記載された自動表面検査装置では、検体であるセラミックス球体が傾斜した２本の平行な回転バー上を転がりながら移動するために、広い視野のカメラが必要となる。また、球体の縦方向の移動は自重による転動であるため、本質的に運動が不安定であり、画像データから凹みを検出する際の精度の低下を余儀なくされる。しかも、全表面の撮影に対して回転の過不足が生じ、過剰な回転は検査時間の増加を招き、回転不足は検査精度の低下を招く。
In the automatic surface inspection apparatus described in
本発明の目的は、球体を定位置で安定的に支持して過不足なく回転させることができる球体回転機構を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sphere rotation mechanism that can stably support a sphere at a fixed position and rotate the sphere without excess or deficiency.
本発明の他の目的は、検体である球体を定位置で安定的に、しかも過不足なく回転させることにより、高精度で迅速な表面全体の画像検査、目視検査等を可能とする球体表面検査装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a spherical surface inspection that enables rapid and accurate image inspection, visual inspection, etc. of the entire surface by rotating the sphere, which is the specimen, stably at a fixed position and without excess or deficiency. To provide an apparatus.
上記目的を達成するために、本発明の球体回転機構は、回転させるべき球体が組合せ中心部上に載置されるように平面上で四角形に組み合わされる４個の球体支持球と、４個の球体支持球を組み合わせ状態で回転自在に保持するリテーナと、該リテーナに保持された４個の球体支持球上に球体が載置された状態でそれらの球体支持球に下方から接触してそれらの球体支持球を前記平面に沿って２方向に回転させる駆動機構とを具備している。 In order to achieve the above object, the sphere rotation mechanism of the present invention includes four sphere support spheres that are combined in a square shape on a plane so that the spheres to be rotated are placed on the combination center, and four sphere support spheres. A retainer that rotatably holds the spherical support balls in a combined state, and the spherical support balls that are placed on the four spherical support balls held by the retainer and that are in contact with the spherical support balls from below A driving mechanism for rotating the spherical support sphere in two directions along the plane.
本発明の球体回転機構においては、リテーナにより平面上で四角形に組み合わされ保持された４個の球体支持球の組み合わせ中心部上に球体が安定性よく載置される。一方、４個の球体支持球の下からこれらの球体支持球に駆動機構が接触して、４個の球体支持球を前記平面に沿って２方向に回転させる。これにより、４個の球体支持球の組み合わせ中心部上に載置された球体が、定位置で前記平面に沿った２方向に回転し、表面全体を例えば上方の表面検査用カメラ、表面処理用機器等に向けることが可能となる。これにより高精度で迅速な表面全体の画像検査や目視検査、表面処理等が可能になる。 In the sphere rotation mechanism of the present invention, the sphere is stably placed on the combination center portion of the four sphere support spheres held in a square shape on the plane by the retainer. On the other hand, the driving mechanism comes into contact with these sphere support balls from under the four sphere support balls, and rotates the four sphere support balls in two directions along the plane. As a result, the sphere placed on the center of the combination of the four sphere support spheres rotates in two directions along the plane at a fixed position, and the entire surface is, for example, an upper surface inspection camera or surface treatment It can be directed to equipment. As a result, it is possible to perform image inspection, visual inspection, surface treatment, etc. of the entire surface with high accuracy and speed.
また、本発明の球体表面検査装置は、検体である球体を定位置で回転させながら前記球体の表面を上から検査する球体表面検査装置であって、前記球体が組合せ中心部上に載置されるように平面上で四角形に組み合わされる４個の球体支持球と、４個の球体支持球を組み合わせ状態で回転自在に保持するリテーナと、該リテーナに保持された４個の球体支持球上に球体が載置された状態でそれらの球体支持球に下方から接触してそれらの球体支持球を前記平面に沿って２方向に回転させる駆動機構とを具備している。 The sphere surface inspection apparatus of the present invention is a sphere surface inspection apparatus that inspects the surface of the sphere from above while rotating the sphere as a specimen at a fixed position, and the sphere is placed on a combination center portion. Four sphere support spheres combined in a quadrilateral shape on a plane, a retainer that rotatably holds the four sphere support spheres in a combined state, and four sphere support spheres held by the retainer A driving mechanism that contacts the sphere support balls from below in a state where the spheres are placed, and rotates the sphere support balls in two directions along the plane.
本発明の球体表面検査装置においては、リテーナにより平面上で四角形に組み合わされ保持された４個の球体支持球の組み合わせ中心部上に球体が安定性よく載置される。一方、４個の球体支持球の下からこれらの球体支持球に駆動機構が接触して、４個の球体支持球を前記平面に沿って２方向に回転させる。これにより、４個の球体支持球の組み合わせ中心部上に載置された球体が、定位置で前記平面に沿った２方向に回転し、表面全体を上の表面検査用カメラ等に向けることが可能となる。 In the sphere surface inspection device of the present invention, the sphere is stably placed on the combination center of the four sphere support spheres held in a square shape on the plane by the retainer. On the other hand, the driving mechanism comes into contact with these sphere support balls from under the four sphere support balls, and rotates the four sphere support balls in two directions along the plane. As a result, the sphere placed on the combination center portion of the four sphere support spheres rotates in two directions along the plane at a fixed position, and the entire surface can be directed to the upper surface inspection camera or the like. It becomes possible.
リテーナに保持される４個の球体支持球の組み合わせ形態については、正方形、長方形、菱形等の四角形であれば、球体の支持、及び２方向回転が可能となるので、その種類を問わないが、球体の正確な支持及び回転を可能とするためには、４個の球体支持球を長方形、好ましくは正方形に組み合わせ、その長方形ないし正方形の直交する２辺に平行な２方向へ直線移動するＸ−Ｙテーブルを駆動機構として使用するのがよい。そうすることにより、Ｘ−Ｙテーブルの２方向の直線移動量と、これに伴う球体の２方向の回転周長とが一致し、球体の回転制御が容易となる。また、球体の直交する２方向への回転により、少ない回転で球体の表面全体を上に向けることが可能となる。特に正方形は、球体を２方向とも均等に支持できるので、その支持・回転のバランス及び安定性に優れる。 About the combination form of the four sphere support spheres held by the retainer, if it is a quadrangle such as a square, a rectangle, a rhombus, etc., the sphere can be supported and rotated in two directions. In order to enable accurate support and rotation of the sphere, four sphere support spheres are combined into a rectangle, preferably a square, and moved in two directions parallel to two orthogonal sides of the rectangle or square. It is preferable to use a Y table as a drive mechanism. By doing so, the amount of linear movement in the two directions of the XY table coincides with the rotational circumference in the two directions of the sphere, and the rotation control of the sphere becomes easy. Further, by rotating the sphere in two orthogonal directions, the entire surface of the sphere can be directed upward with less rotation. In particular, since the square can support the sphere equally in both directions, the balance and stability of the support and rotation are excellent.
カメラにより下の球体を撮影する場合、撮影可能なのは、球体の周長をＳとするとＳ／４の範囲である。このため、球体の表面全体を撮影するためには、次のような球体の回転パターンを採用するのが好ましい。球体を先ずＸ−Ｙ方向の一方へ１回転させた後、他の方向へ１／４回転させ、この状態で一方の方向へ１回転させ、その後に再び他の方向へ１／４回転させ、この状態で一方の方向へ１回転させた後、また再び他の方向へ１／４回転させ、この状態で一方の方向へ１回転させる。つまり、球体の表面をＳ／４ずつ４回にわたって全周撮影を行う。これにより、球体の最小限の回転動作で、その表面全体が撮影され、撮影時間の短縮、これによる検査効率の向上が可能となる。 When the lower sphere is photographed by the camera, the photographable range is S / 4, where S is the circumference of the sphere. Therefore, in order to photograph the entire surface of the sphere, it is preferable to employ the following sphere rotation pattern. First, the sphere is rotated once in one direction in the X-Y direction, then rotated in a quarter direction in the other direction, and in this state, rotated in one direction in one direction, and then rotated in the other direction by one quarter. In this state, one rotation is performed in one direction, and then another 1/4 rotation is performed in the other direction. In this state, one rotation is performed in one direction. In other words, the entire surface of the sphere is photographed four times at S / 4 times. As a result, the entire surface of the sphere can be imaged with the minimum rotational motion of the sphere, and the imaging time can be shortened, thereby improving the inspection efficiency.
リテーナは、４個の球体支持球を、各下部を下方に突出させた状態で各々の定位置に回転自在に位置決め保持する構成が合理的である。球体支持球の材質としては、球体との接触による磨耗を抑制するために、球体の材質と同等以上の耐磨耗性を有するものが好ましく、この観点からセラミックス球が推奨される。 The retainer is rationally configured to position and hold the four sphere support spheres at respective fixed positions in a state where the lower portions protrude downward. As a material of the sphere support sphere, in order to suppress wear due to contact with the sphere, a material having wear resistance equal to or higher than that of the sphere material is preferable, and a ceramic sphere is recommended from this viewpoint.
球体のハンドリングについては、球体をその下部が下方に突出した状態で定位置に回転自在に支持する球体ホルダがリテーナ上に載置されることにより、４個の球体支持球の組み合わせ中心部上に前記球体が移載されるようにするのが合理的である。 For handling the sphere, a sphere holder that rotatably supports the sphere in a fixed position with its lower part protruding downward is placed on the retainer, so that the sphere is placed on the center of the combination of the four sphere support spheres. It is reasonable that the sphere is transferred.
球体の表面を上からカメラ撮影するときの照明については、一対の照明機器により両側の斜め上方から低い角度、具体的には、５〜２５度という小さい俯角で、照明を行うのが好ましい。このような両側の低い角度からの照明によると、光が球体の表面に沿うように進み、ハレーションを生じないばかりか、表面の凹みによる陰影が明瞭になり、凹みの検出精度が向上する。 For illumination when the surface of the sphere is photographed from above, it is preferable to illuminate with a pair of illumination devices at a low angle from the diagonally upper sides on both sides, specifically, a small depression angle of 5 to 25 degrees. According to such illumination from low angles on both sides, the light travels along the surface of the sphere, and not only halation does not occur, but also the shading due to the dent on the surface becomes clear, and the detection accuracy of the dent improves.
本発明の球体回転機構は、回転させるべき球体に対して、４個の球体支持球を介して支持・回転を行うことにより、その球体を定位置で安定的に支持しながら過不足なく回転させることができるので、高精度で迅速な表面全体の画像検査や目視検査、或いは溶射、塗装を初めとする各種の表面処理等を可能とする。 The sphere rotation mechanism of the present invention rotates and supports the sphere to be rotated through four sphere support spheres and rotates the sphere without excess or deficiency while stably supporting the sphere at a fixed position. Therefore, it is possible to perform image inspection and visual inspection of the entire surface with high accuracy and speed, or various surface treatments including spraying and coating.
本発明の球体表面検査装置は、検体としての球体を定位置で回転させながら上から画像検査、目視検査する際に、その球体に対して、４個の球体支持球を介して支持・回転を行うことにより、その球体を定位置で安定的に支持しながら過不足なく回転させることができるので、高精度で迅速な表面全体の検査を可能とする。特に、球体が定位置で回転することにより、複数個の球体を並列させても、それらをカメラの視野内に収めることができるので、複数個の球体を同時並列的に画像検査することが可能となり、より一層の検査効率向上を図ることができる。 The sphere surface inspection apparatus of the present invention supports and rotates the sphere through four sphere support balls when performing image inspection and visual inspection from above while rotating the sphere as a specimen at a fixed position. By doing so, it is possible to rotate the sphere without excess or deficiency while stably supporting the sphere at a fixed position, so that the entire surface can be inspected with high accuracy and speed. In particular, by rotating the spheres at a fixed position, even if multiple spheres are arranged in parallel, they can be accommodated within the field of view of the camera, so multiple spheres can be imaged simultaneously in parallel. Thus, the inspection efficiency can be further improved.
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の球体表面検査装置は、風力発電設備のプロペラを支持する軸受等に使用されるセラミックス球体の研磨仕上げ前の表面性状検査に使用される球体表面検査装置である。検体であるセラミック球体は、窒化硅素の粉末焼結体であり、その焼結後に表面を研磨されて製品とされる。本実施形態の球体表面検査装置は、焼結により製造された研磨前の焼結体の表面性状検査に使用され、具体的には、粉末焼結球体に特有の表面の凹み、特に研磨量を超える深さの凹みの検出に用いられる。 The sphere surface inspection apparatus of this embodiment is a sphere surface inspection apparatus used for surface property inspection before polishing finishing of ceramic spheres used for a bearing or the like that supports a propeller of a wind power generation facility. The ceramic sphere, which is a specimen, is a silicon nitride powder sintered body, and after the sintering, the surface is polished to obtain a product. The spherical surface inspection apparatus of the present embodiment is used for the surface property inspection of the sintered body before polishing manufactured by sintering, and specifically, the surface depression specific to the powder sintered sphere, in particular, the polishing amount. It is used to detect a dent with a depth greater than that.
本実施形態の球体表面検査装置は、図１に示すように、検体である球体１０をカメラ２０の下で回転させることにより球体１０の全表面についての画像データを採取し、その画像データのパソコン３０による解析から球体１０の表面全体について凹みの検出を行う。この検出のために、本実施形態の球体表面検査装置は、球体１０をカメラ２０の下の定位置で回転させる第１の機械系（検査ステーションＳ１）と、カメラ２０とパソコン３０を組み合わせた光学解析系と、光学解析系による解析結果に基づいて球体１０を良品と不良品とに選別する第２の機械系（選別ステーションＳ２）とを組み合わせた基本構成となっている。
As shown in FIG. 1, the sphere surface inspection apparatus according to the present embodiment collects image data about the entire surface of the
球体１０は、平板状の球体ホルダ４０に搭載された状態で、検査ステーションＳ１に搬送されて検査を受け、引き続き、その検査結果に基づいて選別ステーションＳ２に搬送されるが、この球体ホルダ４０については後で詳しく説明する。
While the
第１の機械系である検査ステーションＳ１は本発明の球体回転機構の一例である。この検査ステーションＳ１は、図１〜図３に示すように、球体１０を支持するために水平面内で正方形に組み合わされた４個の球体支持球５３と、４個の球体支持球５３を組み合わせ状態で収容して回転自在に支持する門型のリテーナ５０と、リテーナ５０の内側にあってリテーナ５０に支持された４個の球体支持球５３を水平面内の直角な２方向、すなわちＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）に回転駆動する駆動機構６０とを有している。なお、図１中の検査ステーションＳ１は正面図により表されている。
The inspection station S1, which is the first mechanical system, is an example of a sphere rotation mechanism of the present invention. As shown in FIGS. 1 to 3, the inspection station S <b> 1 is a combination of four
リテーナ５０は、Ｙ方向（縦方向）に比してＸ方向（横方向）の長い水平板部５１と、水平板部５１を長手方向両端で支持する両側の板状脚部５２とからなり、その水平板部５１には、トレイ状の球体ホルダ４０に保持された球体１０が、球体ホルダ４０と共に載置されると共に、球体ホルダ４０と共に載置された球体１０を支持して回転させるために、４個の球体支持球５３を正方形に組み合わせて構成された球体支持部５４が設けられている。
The
すなわち、リテーナ５０の球体支持部５４は、図６及び図７に示すように、正方形の各頂点に配置された４個の球体支持球５３の組み合わせ中心部上に球体１０を支持するように構成されており、この構成を実現するために、リテーナ５０の水平板部５１上面には、４個の球体支持球５３を収容可能な円形凹部５５が設けられおり、円形凹部５５の底部には、４個の球体支持球５３の下部が嵌合する４個の支持球収容孔５６が、円形凹部５５の中心周りに等角配置されている。球体支持球５３は、球体１０より十分に小さく、４個を組み合わせたときの外接円が球体１０の外周より若干大きくなる程度の大きさとされている。
That is, the
４個の支持球収容孔５６は、正方形の各頂点に配置されており、その正方形の直交する２辺の一方がＸ方向（横方向）であり、他方がＹ方向（縦方向）である。これにより、４個の支持球収容孔５６は、水平面内の直交する２方向、すなわちＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）の２方向に等間隔で配置されることになる。
The four support
個々の支持球収容孔５６は、球体支持球５３が貫通して嵌合する貫通孔である。支持球収容孔５６の内周面は、下端部を除き、球体支持球５３の表面に対応して内径が下方に向かって漸減した湾曲面であり、その曲率半径は、球体支持球５３の表面の曲率半径より僅かに大きく設定されている。このため、個々の支持球収容孔５６内で球体支持球５３は若干の自由度を有する。
Each support
支持球収容孔５６の下端部は、球体支持球５３との接触面積を小さくして摩擦を軽減するために、下端部より上の部分とは逆に、下方に向かって漸次拡径した逃げ部５７になっている。
In order to reduce friction by reducing the contact area with the
球体ホルダ４０は図８に詳示されている。ここにおける球体ホルダ４０は平板からなり、球体１０の中段部から下部にかけての部分を収容して保持する球体収容孔４１を、中央部に有している。球体収容孔４１は、収容した球体１０の下端部が下方に突出する貫通孔である。球体収容孔４１は、上半部がストレート孔、下半部が下方に向かって漸次縮径したテーパー孔との組み合わせからなり、テーパー孔の内周面で球体１０を支持するように、ストレート孔の内径（テーパー孔の最大内径）は球体１０の直径より大きく、テーパー孔の最小内径は球体１０の直径より小さく設定されている。これにより、球体１０は球体収容孔４１内に若干の自由度を有して保持される。
The
この球体ホルダ４０は、図８に示すとおり、リテーナ５０の水平板部５１上に重ね合わされる。これにより、球体１０は、リテーナ５０の円形凹部５５内で正方形に組み合わされた４個の球体支持球５３上に移載され支持される。このとき、４個の球体支持球５３が球体ホルダ４０の裏面と干渉するのを回避するために、その裏面には浅い円形凹状の逃げ部４２が、球体収容孔４１と同心状に形成されている。
As shown in FIG. 8, the
リテーナ５０の内側に、これに取り囲まれるように配置された駆動機構６０は、上下２段のスライダ６１，６２を直角に組み合わせたＸ−Ｙステージであり、前記リテーナ５０に保持された４個の球体支持球２３をＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）に同期回転させる。
The
すなわち、上段のスライダ６１は、Ｙ方向（縦方向）に長い平板からなり、下段のスライダ６２上に設けられたＹ方向（縦方向）のリニアガイド６３により、リテーナ５０の内側でＹ方向（縦方向）に直線的に駆動される。下段のスライダ６２は、前記リニアガイド６３を支持するＹ方向（縦方向）の棒状支持体であり、Ｙ方向（縦方向）に間隔をあけて配置されたＸ方向（横方向）の２本のリニアガイド６４，６４により、リテーナ５０の内側でＸ方向（横方向）に直線駆動される。これにより、上段のスライダ６１はＸ−Ｙ方向に直線駆動される。
That is, the
上段のスライダ６１の上面には、ゴムなどからなる薄い摩擦部材が貼り付けられており、リテーナ５０の円形凹部５５内に配置された４個の球体支持球５３が上から自重で当接するようになっている。これにより、４個の球体支持球５３は、上段のスライダ６１のＸ−Ｙ方向の動きに合わせてＸ−Ｙ方向に同期回転し、その回転が４個の球体支持球５３上に支持された球体１０に伝わることにより、球体１０はＸ−Ｙ方向に回転する。ここにスリップは存在しないので、上段のスライダ６１のＸ−Ｙ方向の直線移動量と、球体１０のＸ−Ｙ方向の回転周長とは一致する。
A thin friction member made of rubber or the like is attached to the upper surface of the
光学解析系におけるカメラ２０は、リテーナ５０における４個の球体支持球５３に支持された球体１０を真上から撮影するために、４個の球体支持球５３の真上に真下を向けて設置されている。その撮影のために、球体１０は、リテーナ５０の球体支持部５４の両側に位置してリテーナ５０上に配置された一対の照明機器７０，７０により、両側の斜め上方から低い角度で照明される。照明機器７０，７０による照明角は、水平線に対する傾斜角度、すなわち俯角で表して４５度以下、特に５〜２５度が好ましく、ここでは約１５度に設定されている。
The
光学解析系におけるパソコン３０は、カメラ２０により所定の時間間隔（例えば２００μｓ間隔）で撮影される球体１０表面の画像データに基づいて、その表面の問題となる凹みを検出する。問題となる凹みとは、球体１０の研磨仕上げにおける研磨量より大きい深さの凹みである。この凹みが検出された球体１０は不良品と判定され、それが検出されなかった球体１０は良品と判定される。
The
第２の機械系である選別ステーションＳ２は、検査後の球体１０を良品と不良品とに分ける箇所で、良品回収ステージと不良品回収ステージとからなり、良品と判定された球体１０については、その球体ホルダ４０が良品回収ステージに搬送され、ここでプッシャ９０により球体ホルダ４０から良品回収ボックスへ球体１０が投入される。不良品と判定された球体１０については、その球体ホルダ４０が不良品回収ステージに搬送され、ここでプッシャ９０により球体ホルダ４０から不良品回収ボックスへ球体１０が投入される。
The sorting station S2, which is the second mechanical system, is a part that divides the
プッシャ９０は、良品回収ステージに設置されるものも不良品回収ステージに設置されるものも同じ構造であり、ロッドが垂直方向に進退駆動される上向きシリンダーからなり、ロッド先端に取付けられたヘッド９１の先端傾斜面により、球体ホルダ４０に支持された球体１０を突き上げ、先端傾斜面の傾斜方向下流側へ排出し落下させる。球体ホルダ４０における検体排出側には、球体１０の案内及び排出促進のために傾斜溝４２が設けられている。選別ステーションＳ２における球体ホルダ４０は、検査ステーションＳ１における球体ホルダ４０より小さく描かれているが、これは図示上の制約からであり、実際の両者は同じものである。
The
次に、本実施形態の球体表面検査装置の動作及び機能について説明する。 Next, the operation and function of the spherical surface inspection apparatus of this embodiment will be described.
図８に示すように、検査すべき検体である球体１０をホルダ４０により支持して、そのホルダ４０に支持された球体１０が水平板部５１の球体支持部５４と同心状態となるようにして、そのホルダ４０をリテーナ５０の水平板部５１上に載置する。これにより、球体１０は、ホルダ４０の球体収容孔４１内に収容されたまま、球体支持部５４内の正方形に組み合わされた４個の球体支持球５３の組み合わせ中心部上に移載され、カメラ２０の視野内に収められる。
As shown in FIG. 8, the
ここで、カメラ２０が下方の球体１０の表面を正確に撮影できるＸ方向（横方向）の範囲は、図７に示すように、両側に４５度ずつ、合計９０度の範囲であり、球体１０の周長をＳとするならば、Ｓ／４の範囲である。ちなみに、Ｙ方向（縦方向）の撮影範囲も同じであるが、ここでは、これは問題としない。
Here, the range in the X direction (lateral direction) in which the
球体１０を保持したホルダ４０がリテーナ５０の水平板部５１上に載置され、その球体１０が４個の球体支持球５３の組み合わせ中心部上に移載されると、図５に示すように、第１ステップとして、駆動機構６０における上段のスライダ６１がＹ方向（縦方向）に球体１０の周長Ｓと同じ量だけ直線移動する。これにより、４個の球体支持球５３がスライダ６１の移動に追従して回転し、球体１０をＹ方向（縦方向）に１回転させる（図８の最下段参照）。その結果、球体１０の表面が、Ｘ方向（横方向）でＳ／４の範囲ついてＹ方向（縦方向）に１周（全周）分、撮影される。
When the
第１ステップが終わると、第２ステップとして、上段のスライダ６１がＸ方向（横方向）に球体１０の周長Ｓの１／４分と同じ量だけ直線移動する。これにより、球体１０がＸ方向（横方向）に球体１０の周長Ｓの１／４分、すなわち９０度だけ回転する。この後、第３ステップとして、上段のスライダ６１がＹ方向（縦方向）に球体１０の周長Ｓと同じ量だけ直線移動する。これにより、球体１０の表面が隣のＳ／４の範囲ついてＹ方向（縦方向）に１周（全周）分、撮影される。
When the first step ends, as the second step, the
以下、同様に偶数ステップで球体１０をＸ方向（横方向）に球体１０の周長Ｓの１／４分だけ回転させ、奇数ステップで球体１０をＹ方向（縦方向）に１回転させつつ、第７ステップまで実施する。
Hereinafter, similarly, the
かくして、球体１０の表面が、定位置（リテーナ５０の球体支持部５４上）で球体１０の周長Ｓの１／４ずつ４回（第１、３，５，７ステップ）にわたって全周撮影されることにより、その表面全体の撮影画像データが得られる。その撮影画像データから、球体１０の表面に存在する凹み、特に仕上げ研磨における研磨量より深い凹みが検出され、そのような深い凹みをもつ不良品が検出されて良品から区別され排除されることは前述したとおりである。
Thus, the entire surface of the
上段のスライダ６１を元の位置へ戻すときに同じ経路をたどりながら撮影を行うならば、球体１０の表面全体の撮影画像データが２つ得られ、これらを使用することにより、より高精度な検出が可能となる。
If shooting is performed while following the same path when the
ここで、球体１０の表面を上からカメラ２０で撮影するときの照明について説明する。本実施形態の球体表面検査装置では、一対の照明機器７０，７０により両側の斜め上方から低い角度、ここでは水平線に対する傾斜角度、すなわち俯角で表して約１５度の角度から照明される。このような両側の低い角度から球体１０の表面が照明されると、光が球体１０の表面に沿うように進み、ハレーションを生じないばかりか、表面の凹みによる陰影が明瞭になり、凹みの検出精度が向上する。
Here, illumination when the surface of the
なお、上記実施形態の球体表面検査装置は、１個の球体１０を検査する構成であるが、通常はリテーナ５０の水平板部５１上に、球体支持部５４をＸ方向（横方向）に所定間隔で複数設け、これらをカメラ２０の同一視野内に収めて、複数の球体１０を同時並行的に検査するように構成される。カメラ２０の視野にもよるが、通常は数個から１０個程度までの球体１０の同時検査が可能である。同時検査を行う場合は、球体ホルダ４０もその検査個数に対応する構成となることは言うまでもない。
The sphere surface inspection apparatus according to the above embodiment is configured to inspect one
カメラ２０を２機使用すれば、これらの更に２倍の球体１０を同時に検査することができる。
If two
複数個の球体１０を同時に検査する場合は、一つの球体ホルダ４０内に良品と不良品が混在することになる。このため、検査後、球体ホルダ４０は、選別ステーションＳ２における良品回収ステージ・不良品回収ステージの何れか一方に搬送され、ここで対応する球体１０（良品又は不良品）が回収された後、他方に搬送されて、対応する球体１０（不良品又は良品）が回収されることになる。
When inspecting a plurality of
また、リテーナ５０において球体１０を支持する球体支持球５３の個数であるが、本発明の球体表面検査装置では４個とし、これを好ましくは長方形に、より好ましくは正方形に組み合わせた構成が採用されているが、３個でも安定性は若干劣るものの同種の効果を得ることができる。また５個以上でも、構成が複雑化することを厭わなければ、球体支持球５３の大きさを小さくすることにより同種の効果を得ることができる。
The number of the
１０ 球体（検体）
２０ カメラ
３０ パソコン
４０ 球体ホルダ
４１ 球体収容孔
４２ 傾斜溝
５０ リテーナ
５１ 水平板部
５２ 板状脚部
５３ 球体支持球
５４ 球体支持部
５５ 円形凹部
５６ 支持球収容孔
６０ 駆動機構
６１，６２ スライダ
６３，６４ リニアガイド
７０ 照明機器
９０ プッシャ
９１ ヘッド
Ｓ１ 検査ステーション
Ｓ２ 選別ステーション
10 Sphere (specimen)
DESCRIPTION OF
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