KR20110084093A

KR20110084093A - 나사산의 검사 장치

Info

Publication number: KR20110084093A
Application number: KR1020100124142A
Authority: KR
Inventors: 마사키 아마노; 마사요시 미카미; 유키히로 히가시오카; 고지마
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-07-21
Also published as: TW201128163A; CN102128598A; CN102128598B; JP2011145182A; JP5471477B2

Abstract

(과제) 이 발명은, 나사산의 어떠한 변형도 양호하게 인식할 수 있는 검사 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 이 발명에 따른 나사산의 검사 장치는, 회전하는 나사의 외표면을 부분적 또는 연속적으로 조명하는 광원부(2)와, 나사로부터의 반사광을 수광하는 촬상 센서(5)와, 나사의 회전 정보와 촬상 정보에 의거하여 나사산의 형상을 인식하는 화상 처리부(6)를 가지는 구조에 있어서, 상기 촬상 센서는, 나사산 형상이 정상인 때에는 상기 반사광을 인식하지 않지만, 나사산에 원하지 않는 요철이 존재하는 경우만 당해 요철에 기인하는 반사광을 수광할 수 있는 영역을 적어도 관찰하는 것을 특징으로 한다.

Description

나사산의 검사 장치 {APPARATUS FOR INSPECTING SCREW THREAD}

본 발명은 나사산의 검사 장치에 관한 것이다. 특히, 수나사의 산에 형성된 요철을 발견하는 검사 장치에 관한 것이다.

차의 엔진이나 난방 기구에 사용되는 점화 플러그는 교환 작업의 용이성 때문에 나사 구조를 가지고 있다. 또, 스테이지의 위치 조정에 사용되는 볼 나사에도 나사 구조가 사용되고 있다. 그러나, 나사산이 찌부러져 있는 등 요철이 있으면, 수나사와 암나사를 확실하게 나합할 수 없거나, 혹은, 나합할 수 있더라도 떼어낼 수 없거나 한다. 이 때문에, 이들 나사는, 그 제조 공정에 있어서, 나사산이 찌부러져 있지 않은지, 또는 허용 범위인지에 대한 형상 검사가 행해진다.

나사산의 형상을 검사하는 장치로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는 나사산에 대해 한쪽의 측부로부터 광을 조명하여 반대측의 측부에서 얻어지는 투과광을 촬상하는 장치가 개시되어 있다. 방사광은, 나사산의 부분에서 차광되어 실루엣이 되고, 또, 골짜기의 부분의 투과광을 검지하여 나사의 형상을 파악하는 것이다. 그러나, 이러한 장치는, 모종의 형상 불량을 검지할 수는 있지만, 변형의 정도에 따라서는 불량을 인식할 수 없는 경우도 있었다.

도 6은 종래의 검사 장치의 원리를 설명하기 위한 모식적 구조를 나타낸다. (a)~(d)는 검사 대상물의 형상이 각각 상이하며, (a1)~(d1)는 검사 대상물을 사이에 두고 왼쪽에 광원, 오른쪽에 이미지 센서가 배치되는 구성을 나타낸다. (a2)~(d2)는 검사 대상물을 광원측에서 본 상태를 나타낸다. 검사 대상물은, 설명의 편의상, 삼각형의 판재를 기본으로 하고 있다.

(a)는 검사 대상물이 정상인 상태를 나타낸다. 광원으로부터의 방사광은 검사 대상물에서 일부가 차광되며, 차광되지 않고 이미지 센서까지 도달한 광에 의해, 검사 대상물의 형상을 인식한다.

(b)는 검사 대상물의 정점이 결락된 상태를 나타낸다. 이 경우, 광원으로부터의 방사광은 결락부분에서는 차광되지 않기 때문에, 이미지 센서는 (b2)에 나타낸 형상을 인식하게 된다. 그래서, 미리 기억된 정상 패턴과 비교함으로써 형상 결함을 검지할 수 있다.

(c)도 (b)와 동일하게 검사 대상물이 변형된 상태로서, 검사 대상물의 정점이 찌부러져 버가 형성된 상태를 나타낸다. 이 경우도 이미지 센서는 버를 차광 부분으로서 인식하게 된다.

(d)는 검사 대상물의 광원측의 측부에 요철이 형성된 상태를 나타낸다. 이 경우, 검사 대상물의 전체 형상은 정상 패턴과 동일하기 때문에, 이미지 센서는 요철의 유무를 검지할 수는 없다.

이와 같이, 광원으로부터 이미지 센서를 향하는 광로에 대해 교차하는 방향에서 형상 변화가 발생하고 있는 경우는 이미지 센서는 그 형상 변화를 검지할 수 있지만, 광원으로부터 이미지 센서를 향하는 광로의 진행 방향을 따라 형상 변화가 발생하고 있는 경우는 차광 영역에는 영향을 주지 않기 때문에, 결과적으로 형상 변화를 검지할 수 없다.

또, 특허 문헌 2나 특허 문헌 3에는, 나사산의 측부로부터 광을 조명하여, 그 반사광을 센싱하는 구조가 개시된다. 그러나, 이러한 장치도 나사산의 유무나 변형의 유무를 인식할 수 있을지도 모르지만, 어떠한 변형인지를 정확하게 인식할 수 있는 것은 아니다. 또, 나사산의 일부에 요철이 발생한 경우는, 당해 요철의 반사광을 수광하여 버린다.

즉, 종래부터 알려져 있는 검사 장치는, 모종의 불량품은 검지할 수 있을지도 모르지만, 형상 변화의 정도에 따라서는 불량이라고 인식할 수 없는 경우도 있고, 고정밀도로 검지를 할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

다만, 다수의 광원을 사용하여, 복수의 각도로부터 시간을 들여 광을 조사시킴으로써 검지 정밀도를 향상시킬 수도 있지만, 나사는 본디 작은 것으로서, 나사산의 변형에 따라서 발생하는 요철을 고감도로 검지하는 것은 용이하지 않다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허 공개 소 62－49203 특허 문헌 2 : 일본국 특허 공개 평 5－240738 특허 문헌 3 : 일본국 특허 공개 소 55－70702

이 발명은, 나사산의 어떠한 변형도 양호하게 인식할 수 있는 검사 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 이 발명에 따른 나사산의 검사 장치는, 회전하는 나사의 외표면을 부분적 또는 연속적으로 조명하는 광원부와, 나사로부터의 반사광을 수광하는 촬상 센서와, 나사의 회전 정보와 촬상 정보에 의거하여 나사산의 형상을 인식하는 화상 처리부를 가지는 구조에 있어서, 상기 촬상 센서는, 나사 산 형상이 정상일 때는 상기 반사광을 인식하지 않지만, 나사산에 원하지 않는 요철이 존재하는 경우만 당해 요철에 기인하는 반사광을 수광할 수 있는 영역을 적어도 관찰하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부는 2개 형성되어 있으며, 상기 영역에 대해서, 나사의 회전 방향의 전방과 후방으로부터 당해 나사산을 조명하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부는 방사 파장이 각각 상이한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따른 나사산의 검사 장치는, 나사산에 요철이 형성된 경우만 나사 표면으로부터의 반사광을 수광하는 위치에 촬상 센서를 배치했으므로, 나사에 형성된 요철을 확실하게 검지할 수 있다. 또한, 상이한 파장의 광을 방사하는 2개의 광원을 설치함으로써, 촬상 화상의 농담 혹은 색 특성으로부터 요철의 형상을 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 나사산의 검사 장치의 개략 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 나사산의 검사 방법의 개략 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 나사산의 검사 방법의 개략 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 나사산의 검사 방법의 개략 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 나사산의 검사 장치를 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
도 6은 종래의 나사산의 검사 장치를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 나사산 검사 장치의 개략 구성을 나타낸다. 검사 대상인 나사는 유지대(1)의 회전부(1a)에 부착된다. 나사는 회전부(1a)에 의해, 도시의 방향, 즉, 암나사와 나합할 때의 방향으로 회전한다. 광원(2(2a, 2b))으로부터의 방사광은 확산판(3(3a, 3b))을 통과하여 나사의 외표면을 조명한다. 확산판 (3(3a, 3b))의 존재에 의해, 수나사의 길이 방향 전역을 조명할 수 있다. 또한, 수나사의 길이는 예를 들면 2~3mm 정도이다. 또, 도 1은, 후술하는 렌즈, 촬상 센서, 화상 처리부는 생략하고 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 검사 장치를 상방으로부터 바라본 상태를 나타낸다. 광원 2a와 광원 2b, 및 확산판 3a와 확산판 3b는, 나사, 렌즈(4), 촬상 센서(5)를 연결하는 가상 라인(A)을 사이에 두고 선대칭으로 배치되어 있다. 확산판 3a로부터 방사되는 광 L1a와 광 L2a는, 나사 표면에서 반사되어 렌즈(4)를 통해 촬상 센서(5)에 입사한다. 동일하게 확산판 3b로부터 방사되는 광 L1b와 광 L2b도 나사 외표면에서 반사되어 렌즈(4)를 통해 촬상 센서(5)에 입사한다. 촬상 센서(5)의 입력 정보는 화상 처리부(6)로 송신되어, 화상 처리부(6)에서는 촬상 센서(5)로부터의 광 정보와, 유지대(1)로부터의 회전 정보에 의거하여, 나사 전체 둘레면의 형상을 인식할 수 있다. 또한, 촬상 센서(5)는 나사의 크기에 대응하는 면적을 가지는 에리어 센서가 사용된다.

렌즈(4)는, 광원 2a의 방사광 중 나사 외표면의 에리어 a에 있어서의 반사광과, 광원 2b의 방사광 중 나사 외표면의 에리어 b에 있어서의 반사광을 도입한다. 광원(2(2a, 2b))의 방사광은 확산판(3(3a, 3b))을 통과하여, 상기 에리어(에리어 a, 에리어 b) 이외의 나사 외표면 영역(예를 들면, 에리어 c)에도 조명한다. 그러나, 이들 조명광은, 입사 각도의 관계로부터 렌즈(4)에는 도입되지 않는다. 따라서, 나사산의 형상이 정상적이면, 상기 에리어 a와 에리어 b에 있어서의 나사 형상만이 촬상 센서(5)에서 수광된다.

도 3은, 나사산의 형상이 정상인 경우에 있어서의, 광원과 렌즈간의 광로에 대해 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 또한, 지면 수직 방향으로 나사의 산과 골짜기가 연속적으로 형성되어 있는데, 도면은 나사를 단면 절단한 상태를 나타내기 위해 나사산의 형상은 나타나 있지 않다.

도면에서, 광원 2a의 방사광으로서 확산판 3a를 통과한 광 L1a가 나사 외표면을 조사하는 위치 P1a와, 광 L2a가 나사 외표면을 조사하는 위치 P2a의 사이에 형성되는 영역(에리어 a)에 있어서의 반사광이 렌즈(4)에 도입된다. 동일하게, 광원 2b의 방사광으로서 확산판 3b를 통과한 광 Llb가 나사 외표면을 조사하는 위치 P1b와, 광 L2b이 나사 외표면을 조사하는 위치 P2b의 사이에 형성되는 영역(에리어 b)에 있어서의 반사광도 렌즈(4)에 도입된다. 그 한편으로, 예를 들면, 광 L3a와 같이, 에리어 a로부터 떨어진 영역(에리어 c)을 조사한 경우, 그 반사광은 렌즈(4)에는 도입되지 않는다. 따라서, 도시 생략한 촬상 센서는, 회전하는 나사에 대해서, 에리어 a로부터의 반사광과 에리어 b로부터의 반사광을 동시에 인식해 가지만, 에리어 c에 있어서의 반사광은 인식하지 않는다. 또한, 나사의 길이 방향(나사를 회전한 경우에 나사가 진행하는 방향)에 대해서는, 확산판(3(3a, 3b))에 의해, 나사산 부분의 전역을 동시에 조명할 수 있다. 이 때문에, 나사를 적어도 1회전 시키면, 화상 처리부(6)는, 나사산 부분 전역의 형상을 파악할 수 있다.

도 4는, 나사산의 형상이 정상이지 않고, 그 일부에 원하지 않는 요철이 존재하는 경우에 있어서의, 광원과 렌즈간의 광로에 대해 설명하는 도면을 나타낸다. 도 3과 동일하게, 에리어 a에 있어서의 반사광과, 에리어 b에 있어서의 반사광은, 렌즈(4)에 도입되어 촬상 센서(5)에서 수광된다. 한편, 광원 2a측의 광 L3a는, 에리어 c에 있어서 요철의 벽면 H1에서 반사되어, 그 반사광도 렌즈(4)에 도입된다. 또한, 광원 2b측의 광 L3b도 에리어 c에 있어서 요철의 벽면 H2에서 반사되어, 그 반사광은 동일하게 렌즈(4)에는 도입된다. 즉, 나사산의 형상이 정상이면, 에리어 c에 있어서의 반사광은, 조명광의 입사각도의 관계에서 렌즈(4)에는 도입되지 않지만, 나사산에 원하지 않는 요철이 존재하면 당해 요철의 벽면에 있어서의 반사광이 렌즈(4)에 도입되게 된다. 이것이 본 발명의 특징이다.

또한, 본 발명에서는, 광원 2a의 방사광에 의해 요철의 벽면 H1를 조명하고, 광원 2b의 방사광에 의해 요철의 벽 H2를 조명할 수 있다. 이와 같이 2개의 광원을, 검사 대상을 중심에 정반대의 방향으로 배치시킴으로써, 벽면 H1와 벽면 H2의 반사광을 동시에 검지할 수 있고, 결과적으로, 요철 형상을 보다 정확하게 검지할 수 있다. 좀 더 설명하면, 나사는 회전하고 있기 때문에, 요철이 에리어 a나 에리어 b에 위치할 때에 반사광에 의해 어떠한 이상을 인식하는 것은 가능할지도 모르지만, 요철에 대해서 한방향으로부터의 조명이기 때문에, 도 6에서 설명한 바와 같이 요철을 정확하게 인식할 수 없다.

도 5는 촬상 센서(5)(에리어 센서)에 의한 수광 상태를 나타낸다. 회전하고 있는 나사가 있는 순간에 있어서의 상태를 나타내고 있다. (a)는 도 3에 대응하는 것으로 나사산의 형상이 정상인 경우를 나타내고, (b)는 도 4에 대응하는 것으로 나사산의 일부에 원하지 않는 요철이 형성된 경우를 나타낸다.

(a)에 있어서, 촬상 센서(5)는, 광원 2a에 의거하는 에리어 a에 있어서의 반사광과, 광원 2b에 의거하는 에리어 b에 있어서의 반사광을 수광하지만, 에리어 c로부터의 반사광은 수광하고 있지 않다. 이 때문에, 에리어 c의 대응하는 영역은 어떠한 화상을 인식하고 있지 않다. 한편, (b)에 있어서, 촬상 센서(5)는, 광원 2a에 의거하는 에리어 a에 있어서의 반사광과, 광원 2b에 의거하는 에리어 b에 있어서의 반사광은 (a)와 동일하게 수광하는데, 에리어 c에서도 요철의 벽면으로부터의 반사광을 수광하고 있다.

이와 같이, 본 발명은, 촬상 센서(5)가 본래 수광하는 것이 영역으로부터의 반사광을 검지함으로써 나사산의 요철을 검출할 수 있다.

광원(2)은 가시광선을 방사하는 것, 예를 들면 LED가 채용된다. 또, 도 1 및 도 2에 있어서, 광원 2a와 광원 2b는 각각 상이한 파장의 광(상이한 색의 광)을 방사시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 광원 2a는 적색의 광을 방사하는 LED를 사용하고, 광원 2b는 청색의 광을 방사하는 LED를 사용하는 점이다. 이 이점은, 하나의 요철에 대해서, 한쪽의 광원의 광이 반사한 벽면과, 다른쪽의 광원의 광이 반사한 벽면을, 각각 상이한 농담, 색 특성에 의해 화상을 검지함으로써, 당해 요철의 외관 형상을 보다 명확하게 특정할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 도 5(b)의 경우, 적색 화상 G1와 청색 화상 G2가 인식되면, 적색과 청색의 조합된 부분이 하나의 요철이며, 적색과 청색의 방향으로부터 요철의 구별도 할 수 있다. 또, 이들 화상의 포락선으로 연결한 부분이 요철의 크기라고 판단할 수 있다. 또한, 근접하여 발생한 요철의 구별도 가능해진다. 그러나, 만일, 광원 2a와 광원 2b가 동일하면, 화상 G1와 화상 G2가 동일 패턴으로서 인식됨과 더불어, 그 부근에 존재하는 화상 G3도 동일하게 인식해 버리고, 어느 화상의 조합에 의해 요철이 형성되어 있는지 특정하는 것이 곤란하게 된다. 이와 같이, 본 발명은, 상이한 파장의 광(상이한 색의 광)을 각각 상반되는 방향으로부터 조명하는 것도 특징으로 하고 있다.

촬상 센서는 컬러 화상을 촬영할 수 있는 CCD 카메라가 바람직하다. 또, 렌즈를 조정함으로써, 나사산과의 거리나 초점을 조정할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는, 촬상센서로서 에리어 센서를 이용하여 설명했는데, 라인 센서이어도 상관없다. 이 경우, 에리어 c만을 수광 영역으로서 라인 센서를 이용함으로써 동일한 작용 효과를 거둘 수 있다.

확산판(3)은 예를 들면 아크릴 수지판 등으로 이루어진다. 나사에 대한 조명광을 확산시킴으로써 모든 방향으로부터의 조명을 가능하게 한다. 이에 의해, 요철을 보다 고정밀도로 검지할 수 있다.

상기 실시예에서는, 광원(2)과 확산판(3)은 고정되어 있으며 나사의 전체 길이를 동시에 조명할 수 있는 경우에 대해 설명했는데, 예를 들면, 나사의 전체 길이가 긴 경우 등에 있어서, 광원(2)과 확산(3)이 일체적으로 나사의 전체 길이 방향으로 이동하는 것이며, 이동을 수반하여 나사 외표면을 조명해 가는 것도 가능하다.

또한, 상기 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5는, 발명을 설명하기 위한 편의상, 대단히 모식화해서 표현하고 있다. 이 때문에, 입사각, 반사각 등의 각도나 방향은 광학적으로 반드시 정확하게 기재하고 있는 것은 아니다. 또, 나사도 나사산, 골짜기의 부분만을 표현하고 있는데, 실제로는 나사의 머리나 동체부가 존재한다.

1 : 유지대
2 : 광원
3 : 확산판
4 : 렌즈
5 : 촬상 센서
6 : 화상 처리부

Claims

회전하는 나사의 외표면을 부분적 또한 연속적으로 조명하는 광원부와, 나사로부터의 반사광을 수광하는 촬상 센서와, 나사의 회전 정보와 촬상 정보에 의거하여 나사산의 형상을 인식하는 화상 처리부를 가지는 나사산의 검사 장치에 있어서,
상기 촬상 센서는, 나사산 형상이 정상일 때는 상기 반사광을 인식하지 않지만, 나사산에 원하지 않는 요철이 존재하는 경우만 당해 요철에 기인하는 반사광을 수광할 수 있는 영역을 적어도 관찰하는 것을 특징으로 하는 나사산의 검사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광원부는 2개 형성되어 있으며,
상기 영역에 대해서, 나사의 회전 방향의 전방과 후방으로부터 당해 나사산을 조명하는 것을 특징으로 하는 나사산의 검사 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 광원부는 방사 파장이 각각 상이한 것을 특징으로 하는 나사산의 검사장치.