工件的缺陷检测装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供提高包含曲面的工件外周面的缺陷的检测精度的技术。缺陷检测装置(1)检测存在于外周面形成为曲面的工件(W)的外周面的缺陷(D)。缺陷检测装置(1)包括：支承工件(W)并且将其保持为旋转至预定角度的状态的夹具(10)；拍摄被夹具(10)保持为旋转至预定角度的状态的工件(W)的外周面的拍摄装置(20)；以及处理通过拍摄装置(20)得到的图像并判定缺陷的控制装置(30)。控制装置(30)存储有与工件(W)的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的拍摄装置(20)对工件(W)的拍摄部位和拍摄装置(20)的位置关系相关的信息，并在对缺陷(D)进行判定时使用上述信息。
【专利说明】工件的缺陷检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测存在于工件的外周面上的缺陷的技术。
【背景技术】
[0002]专利文献I公开了检查凸轮轴的表面的缺陷的技术。在专利文献I中，考虑凸轮的用途而将凸轮的表面分割成多个检查区域，针对各检查区域使用专用的光学设备，并且根据各检查区域改变缺陷判定所使用的基准，由此采用了对作为检查对象的凸轮轴来说最优的检查条件。这样，实现了考虑使用条件等、检查对象的特有的性质的情况下的缺陷检查。
[0003]专利文献2公开了检查在周缘部包含曲面的工件表面的缺陷的技术。在专利文献2中，考虑相对于拍摄单元成为倾斜面的曲面部分的灰白来改变图像处理的条件，由此识别存在于曲面部的缺陷。
[0004]但是，在现有技术中没有充分考虑在拍摄工件的曲面部分时产生的图像失真，有可能错误地识别曲面部的缺陷形状、特别是缺陷的大小。而且，由于拍摄工件的相机和工件的位置关系(距离、角度等)也可产生图像失真，因此，当前难以高精度地检测缺陷。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利文献特开平3-293542号公报；
[0008]专利文献2:日本专利文献特开2008-233106号公报。
【发明内容】
[0009]发明所要解决的问题
[0010]本发明的目的在于提供提高工件外周面的缺陷的检测精度的技术。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]本发明提供一种工件的缺陷检测装置，其检测存在于工件的外周面上的缺陷，并包括:夹具，所述夹具支承所述工件，并且将所述工件保持为旋转至预定角度的状态；拍摄装置，所述拍摄装置拍摄被所述夹具保持为旋转至预定角度的状态的工件的外周面；以及控制装置，所述控制装置处理通过所述拍摄装置得到的图像，并对缺陷进行判定，所述控制装置存储有与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，并且所述控制装置在对所述缺陷进行判定时，使用上述的信息。
[0013]在本发明的优选实施方式中，所述控制装置通过比较预先存储的阈值和通过所述拍摄装置得到的图像中所包含的缺陷的大小来对所述缺陷进行判定。
[0014]在本发明的一个实施方式中，优选的是:使用与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，根据所述缺陷的位置来改变在进行所述缺陷的判定时使用的阈值。
[0015]在本发明的其他的实施方式中，优选的是:使用与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，来修正通过所述拍摄装置得到的图像，并使用所述缺陷的实际形状来对所述缺陷进行判定。
[0016]发明的效果
[0017]根据本发明，能够提高工件外周面的缺陷的检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是示出缺陷检测装置的图；
[0019]图2是示出与缺陷的位置相应的阈值的变化的图；
[0020]图3是示出作为缺陷检测的对象的工件的图；
[0021]图4是示出使用缺陷检测装置的拍摄装置进行的工件的拍摄的图；
[0022]图5是示出通过拍摄装置拍摄的图像数据的图；
[0023]图6是示出使用了图像数据进行的缺陷判定处理的图；
[0024]图7是示出作为缺陷检测的对象的工件的图；
[0025]图8是示出通过拍摄装置拍摄的图像数据的图；
[0026]图9是示出修正图像数据而得到的修正图像的图。
【具体实施方式】
[0027][第一实施方式]
[0028]以下，参照附图来说明缺陷检测装置的第一实施方式。
[0029]缺陷检测装置I是用于检测存在于工件W的外周面上的缺陷D的装置，其通过旋转工件W并拍摄外周面来检查整个外周。缺陷D是出现在工件W的表面上的缺陷，例如是由于机械加工而产生的气孔、裂纹、伤痕等凹缺陷。缺陷D根据其大小判定为能够允许/不能允许，具有大小不能允许的缺陷D的工件W被作为次品处理。
[0030]工件W在圆周方向上具有曲率，外周面形成为曲面。工件W被构成为包含轴R并能够绕该轴R旋转的轴状构件。工件W是从轴R到外周面的距离固定的圆柱构件、从轴R到外周面的距离随角度而变化的凸轮轴等。另外，如果在使用缺陷检测装置I进行缺陷检测时，能够绕轴R旋转，那么工件W的外周面可以形成为平面，例如可以是棱柱构件等。
[0031]如图1所示，缺陷检测装置I包括支承工件W的夹具10、拍摄工件W的拍摄装置20、以及控制工件W的旋转并处理来自拍摄装置20的图像，来判断有无缺陷D的控制装置30。
[0032]夹具10将工件W保持在预定位置，并且以可自由旋转的方式在轴R中心处支承工件W。夹具10包括用于旋转工件W的马达11。
[0033]马达11的输出轴与工件W的轴R连接，通过驱动马达11，工件W以轴R为中心旋转。另外，在马达11中附设有编码器12，能够检测马达11的旋转角(轴R的旋转角)。
[0034]马达11以及编码器12与控制装置30电连接。通过来自控制装置30的控制信号驱动马达11，并且编码器12的与马达11的旋转角相关的检测信号传送给控制装置30。这样，控制装置30通过来自编码器12的检测信号检测工件W的倾斜角度，同时向马达11传送控制信号来驱动或者停止马达11，从而能够将工件W保持在旋转至预定角度的状态。[0035]拍摄装置20拍摄工件W的表面(外周面)，并获取图像数据Img。拍摄装置20包括相机21和无影灯22。
[0036]相机21拍摄工件W的表面中的预定的视野范围并生成图像数据Img。相机21被固定在距离作为工件W的旋转中心的轴R预定距离的位置上，并且相对于轴R不能移动。
[0037]无影灯22是拱顶型的照明装置，用于照亮工件W的表面。无影灯22由围绕相机21的周围而配置的多个照明组构成。在拍摄装置20中，在通过无影灯22照亮工件W的状态下，通过相机21进行撮影，获取图像数据Img。
[0038]相机21以及无影灯22与控制装置30电连接。通过来自控制装置30的控制信号控制无影灯22的照明动作，并且控制相机21的拍摄动作。而且，通过相机21获取的图像数据Img被传送给控制装置30。
[0039]在缺陷检测装置I中，在通过夹具10将工件W保持在预定的倾斜角度的状态下，通过相机21来获取工件W的图像数据Img。这样，在通过夹具10可靠地确定了工件W的旋转角度的状态下，通过相机21对工件W进行拍摄。由此，针对工件W的每个旋转角度，相机21和工件W的表面的距离被固定，各旋转角度的图像数据Img的拍摄范围被固定。
[0040]通过在这样的条件下拍摄工件W，由此在通过相机21获取图像数据Img时，能够根据工件W的姿势而考虑由工件W的外周面的曲率引起的圆周方向的图像失真，能够在将曲面部分作为平面的图像拾取时考虑图像数据Img中包含的缺陷D的形状失真。
[0041]控制装置30与夹具10以及拍摄装置20连接，控制马达11、相机21以及无影灯22的动作，使工件W的旋转和相机21进行的拍摄动作同步，并且接收通过编码器12以及相机21获取的数据(工件W的旋转角度以及图像数据Img)，基于上述数据来进行解析以及图像处理。
[0042]另外，控制装置30存储有与工件W的形状(外周面的形状)相关的信息。所谓与该工件W的外周面的形状相关的信息是指与包含从工件W的轴R到外周面的距离以及角度的位置关系相关的信息，并且是指与相对于轴R以及工件W的旋转角度唯一确定的工件W的外周形状相关的信息。而且，控制装置30存储有工件W的各旋转角度下的相机21的视野范围内所包含的工件W的拍摄部位和相机21的几何学上的距离(位置关系)。即，在控制装置30中存储有图像数据Img中的工件W的各部位的图像失真程度，并存储有关于与图像数据Img内存在的缺陷D的位置相应的形状失真的信息。
[0043]另外，在控制装置30中存储有与工件W的各旋转角度下的工件W的图像失真相应的阈值Th,在图像数据Img内的缺陷D的大小超过阈值Th的情况下判定为在工件W的表面上存在大小不能允许的缺陷。
[0044]控制装置30利用与工件W的外周面的形状相关的信息、以及与工件W的各旋转角度下的相机21的视野范围内所包含的工件W的拍摄部位和相机21的位置关系相关的信息，比较阈值Th和缺陷D的大小来进行缺陷判定。
[0045]阈值Th根据各图像数据Img的图像失真的大小来设定。在如工件W这样的轴状物的情况下，在与相机21正对、失真小的中央部，阈值Th被设定得大，在作为相机21的图像视野的端部、相比于中央部失真程度大的端部，阈值Th被设定得小。如此被设定的阈值Th(X)针对各图像数据Img设定，如图2所示，其值被与图像数据Img内的圆周方向的位置(X)相应地设定。[0046]以下，参照图3?图6，说明使用缺陷检测装置I检查包含缺陷Dl?D3的工件W的情况下的缺陷检测处理。如图3所示，将工件W作为凸轮轴，对凸轮轴的凸轮部的表面进行检查。
[0047]缺陷Dl?D3是在工件W中的凸轮部的表面上存在的缺陷的代表例子，其中，假定缺陷Dl是出现在顶部的圆形的缺陷，缺陷D2是相对于缺陷Dl偏移了 40度左右相位的位置处存在的圆形的小型缺陷，缺陷D3是出现在侧部的圆形的缺陷。此外，假设缺陷DI和D3是大小不能允许的缺陷，缺陷D2是大小能够允许的缺陷。
[0048]如图4所示，通过夹具10使工件W以45度间隔旋转的同时通过拍摄装置20拍摄8张图像数据Imgl?Img8。此外，在图4中示出了固定工件W，并使相机21以工件W的轴R为中心以45度间隔旋转的图。
[0049]如图5所示,通过拍摄装置20得到图像数据Imgl?Img8。上述图像数据Imgl?Img8被获取作为沿圆周方向依次拍摄工件W的外周面而得到的平面图。此外，在图5中将工件W的圆周方向表示为左右方向，并将工件W的凸轮部的顶点表示为(0)。
[0050]而且，在控制装置30中通过比较图像数据Imgl?Img8中出现的缺陷Dl?D3的位置以及大小和阈值Th来判定是能够允许的缺陷或者不能允许的缺陷中的哪一种。
[0051]如图6所示，考虑各个图像数据Imgl?Img8中的图像失真来设定阈值Th(X)，并根据缺陷Dl?D3的大小以及圆周方向的位置(X)比较它们与阈值Th(X)的大小，来进行缺陷判定，并判定为缺陷Dl和D3是大小不能允许的缺陷，缺陷D2是大小能够允许的缺陷。
[0052]此外，各缺陷D的圆周方向的位置(X)被确定为其在圆周方向上的中心位置。另夕卜，各缺陷D的大小被确定为其圆周方向的长度。
[0053]此时，在检测椭圆形状、新月形状、曲线形状等非圆形的缺陷D的情况下，基于存储在控制装置30中的图像数据Img的失真信息，将其视为以长度方向的大小(例如，椭圆形状的缺陷中的长轴)作为直径的圆形，并使用其直径以及中心位置来进行判定。
[0054]如以上那样，对于各个图像数据Imgl?ImgS设定考虑了几何学上的图像失真的阈值Th(X)，通过比较图像内所包含的缺陷Dl?D3的位置(X)以及大小和阈值Th(X)，能够高精度地检测具有曲率的工件W的外周面上出现的缺陷，特别是图像失真大的端部出现的缺陷，能够提高缺陷检测装置I的可靠性。
[0055]在本实施方式的情况下，直接利用图像数据Img中出现的缺陷D的尺寸，因此不需要针对图像数据Img的解析，能够减少图像处理的负荷。
[0056]另外，在拍摄的图像数据Img的视野角度(视野范围)大于等于工件W的旋转角度(这里是45度以上)的情况下，则在上述一系列的图像数据中相邻的图像数据之间存在重复的部分。在这样的重复部分中，被拍摄存在于边界附近的同一个缺陷，但是通过以距端部的距离变大的那侧的图像数据进行判定，能够在失真程度更小的位置进行判定，因此提高了缺陷检测的正确性。
[0057]具体地说，图5所示的图像数据Img2的端部存在的缺陷D3重复出现在图像数据Img3的端部。
[0058]在这样的情况下，通过测量缺陷D3的中心(圆周方向的中心位置)与各个端部的距离，使用距离大的一者(在本实施方式中图像数据Img3)来判定缺陷D3的大小，由此能够减少缺陷D3的图像失真的影响。即，通过采用相对于相机21的角度小的一者的图像数据Img，能够减少由于曲率引起的图像失真的程度。如此，能够提高各图像数据Img的端部出现的缺陷D的检测精度。
[0059][第二实施方式]
[0060]在上述的第一实施方式中，如图2所示，示出了使阈值Th根据圆周方向的坐标(X)变化，换言之，将阈值Th(X)作为圆周方向的位置(X)的变量进行处理来判定缺陷的方式。
[0061]以下，使用图7?图9，作为缺陷检测装置的第二实施方式，说明使阈值Th为固定值并进行缺陷判定的缺陷检测装置。在本实施方式中，考虑图像失真来修正缺陷D的形状，在调整到实际形状之后进行缺陷的判定。具体地说如下所述。
[0062]如图7所示，假设工件W是包含缺陷D4?D7的圆柱，同样地通过夹具10使工件W以45度间隔旋转并通过拍摄装置20拍摄8张图像数据Imgl?Img8。
[0063]缺陷D4?D7是存在于工件W的凸轮部的表面的缺陷的代表例子，缺陷D4是出现在顶部的圆形的缺陷，缺陷D5是相对于缺陷D4偏移了 40度左右相位的位置处存在的圆形的小型缺陷，缺陷D6是出现在侧部的椭圆形的缺陷，缺陷D7是出现在侧部的新月形状的缺陷。此外，假设缺陷D4、D6以及D7是大小不能允许的缺陷，缺陷D5是大小能够允许的缺陷，缺陷D6和D7相对于圆周方向倾斜。
[0064]如图8所示，通过拍摄装置20得到图像数据Imgl?Img8。
[0065]在控制装置30中，对如上述那样获取的图像数据Imgl?Img8进行图像失真的修正，将工件W的外周面处理为沿圆周方向展开的平面图。即，在本实施方式中，为了识别工件W的缺陷D的原本形状而修正图像数据Img进行处理。
[0066]在该情况下，控制装置30使用预先存储在控制装置30中的与工件W的形状(外周面的形状)相关的信息、以及与工件W的各旋转角度下的相机21对工件的拍摄部位和该相机21的位置关系相关的信息来进行对图像数据Imgl?ImgS的图像失真的修正。
[0067]具体地说，如图9所示，修正通过相机21获取的各图像数据Imgl?Img8，生成具有相机21的视野范围内的工件W的圆周方向的实际长度的修正图像Co_Imgl?Co_Img8。
[0068]存在于如此生成的修正图像Co_Imgl?Co_Img8内的缺陷D4?D7的形状也作为原本的形状出现。S卩，通过比较该修正图像Co_Imgl?Co_Img8内的缺陷的实际的大小和阈值Th来实施缺陷判定，并判定为缺陷D4、D6和D7是大小不能允许的缺陷、缺陷D5是大小能够允许的缺陷。
[0069]如上所述，通过在对各个图像数据Imgl?Img8实施了几何学上的图像修正之后，对修正图像内所包含的缺陷D4?D7的大小和阈值Th进行比较，由此能够高精度地检测出现在具有曲率的工件W的外周面上的缺陷，能够提高缺陷检测装置I的可靠性。
[0070]在本实施方式的情况下，由于计算缺陷D的实际尺寸并进行缺陷判定，因此能够进行更加严格的缺陷判定。
[0071]另外，存在于工件W上的缺陷很多都是其长度方向上的大小成为问题，在缺陷的形状为非圆形状、且为非椭圆形状的情况下，作为包含缺陷的轮廓那样的椭圆形状(或者长方形形状)进行识别，将其长径(或者长边)和阈值Th进行比较来判定。由此，对于异形的缺陷也能够同样地处理
[0072]例如，图中所示的缺陷D7是新月形状的异形的缺陷，因此将内含缺陷D7的椭圆的长径的大小或者长方形的长边的大小识别作为缺陷的大小。这样，能够避免由于异形的缺陷的形状、方向而产生的错误判定。
[0073]另外，拍摄装置20断续地拍摄通过夹具10保持为预定角度的工件W，但是不限于此，也可以通过夹具10旋转工件W的同时连续地拍摄。在该情况下，能够在相机21与缺陷D相对的位置处检测缺陷D的大小，能够将图像失真的影响抑制到最小限度。
[0074]产业上的可利用性
[0075]本发明可优选使用于工件的外周面具有曲率的情况下的缺陷检查。
[0076]符号说明
[0077]I缺陷检测装置
[0078]10 夹具
[0079]20拍摄装置
[0080]30控制装置
[0081]W 工件
[0082]R 轴
[0083]D 缺陷
[0084]Img图像数据
【权利要求】
1.一种工件的缺陷检测装置，其检测存在于工件的外周面上的缺陷，并包括: 夹具，所述夹具支承所述工件，并且将所述工件保持为旋转至预定角度的状态； 拍摄装置，所述拍摄装置拍摄被所述夹具保持为旋转至预定角度的状态的工件的外周面；以及 控制装置，所述控制装置处理通过所述拍摄装置得到的图像，并对缺陷进行判定， 所述控制装置存储有与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，并且所述控制装置在对所述缺陷进行判定时，使用上述的信息。
2.如权利要求1所述的工件的缺陷检测装置，其中， 所述控制装置通过比较预先存储的阈值和通过所述拍摄装置得到的图像中所包含的缺陷的大小来对所述缺陷进行判定。
3.如权利要求2所述的工件的缺陷检测装置，其中， 使用与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，根据所述缺陷的位置来改变在进行所述缺陷的判定时使用的阈值。
4.如权利要求1或2所述的工件的缺陷检测装置，其中， 使用与所述工件的外周面的形状相关的信息、以及与各旋转角度下的所述拍摄装置对工件的拍摄部位和所述拍摄装置的位置关系相关的信息，来修正通过所述拍摄装置得到的图像，并使用所述缺陷的实际形状来对所述缺陷进行判定。
【文档编号】G01B11/02GK103460028SQ201180069466
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2011年3月23日 优先权日:2011年3月23日
【发明者】青野宏 申请人:丰田自动车株式会社