(57)【要約】【課題】  特にセラミックス球の外観検査装置において、静電気帯電防止を図ると共に、従来の装置で検出困難であったセラミックス球特有の色むら等の欠陥の検出を可能ならしめる。【解決手段】  セラミックス球１を油中に浸漬し、油中で回転装置によって子午線状に回転するセラミックス球の表面に照明手段６により光を照射して撮影手段７により球全表面を撮影し、撮影された球表面の画像を処理してセラミックス球の欠陥の有無を判定する装置において、上記照明手段６を特にセラミックス球に明視野及び暗視野となるように光を照射可能な照明手段とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックス球の表面欠陥を検査するセラミックス球の外観検査装置であって、検査対象となるセラミックス球を油中に浸漬し、油中で子午線状に回転させる回転装置を具備すると共に、回転装置によって子午線状に回転するセラミックス球の表面に光を照射する照明手段と、前記セラミックス球表面を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影された画像を処理する画像処理手段を有し、撮影された球表面の画像を処理することでセラミックス球の欠陥の有無を判定する検査装置において、照明手段を検査対象となるセラミックス球に明視野及び暗視野となるように光を照射する照明手段となしたことを特徴とするセラミックス球の外観検査装置。
【請求項２】
照明手段である光源が明視野及び暗視野となるように光を照射可能な位置へ変更可能な機構を設けている請求項１記載のセラミックス球の外観検査装置。
【請求項３】
撮影手段がレンズを取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラからなる請求項１または２に記載のセラミックス球の外観検査装置。
【請求項４】
照明手段である光源及び撮影手段であるエリアカメラもしくはラインカメラに取り付けたレンズを油中に配置し、油中で検査対象となるセラミックス球に光源から明視野及び暗視野となる光を照射し、エリアカメラもしくはラインカメラにより球全表面を撮影する請求項１，２または３に記載のセラミックス球の外観検査装置。
【請求項５】
照明手段である光源及び撮影手段であるエリアカメラもしくはラインカメラに取り付けたレンズを油面上部に配置し、該撮影手段と検査対象球であるセラミックス球の間にその一部分を油中に浸漬した透明体を配置して、光源から透明体を介して明視野及び暗視野となる光を照射し、透明体を介してエリアカメラもしくはラインカメラにより球全表面を撮影する請求項１，２または３に記載のセラミックス球の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベアリング及びボール弁等に使用される球体、特にセラミックス球の欠陥の有無を判定する外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼球など、球体の表面検査装置は一般的に球体を空気中において検査するのが通例であった。しかし、空気中の検査は球体を取り扱い易いという利点がある反面、球体表面が洗浄により完全に脱脂されていなければ油分がシミとなり、不良と誤判定されるだけでなく、その油分が検査部へ到達するまでの球の通路に蓄積され、更にそれらが球に付着して不良と誤判定される原因となっていた。また、球体が錆び易い金属では脱脂状態で長時間放置すると発錆が心配される問題があった。
【０００３】
そこで、本出願人は先に上述の油のシミの問題がなく、脱脂の必要をなくして錆び易い金属でも発錆の恐れなく、球体の外観検査を達成することができる装置として、油中に検査球を浸漬して欠陥検査を行うことを見出し、図７にその概略を示すように、検査対象鋼球１１を油中に浸漬、保持して、該鋼球１１に光源１２から光を当て鋼球からの反射光を受光素子１３で受けて受光量を電気変換し、判定部１４においてその電気信号変化量で欠陥の有無の判定を行う装置を提案した。（例えば特許文献１参照）
しかし、上述のような電気信号変化量で欠陥の有無を判定する光学式の外観検査装置では、一般的なベアリングに使用される、表面が鏡面状に仕上がっている鋼球に対しては好適であるが、近年、高速度化、高効率化が進み、より軽量さが求められるセラミックス球に対しては、セラミックス球の球表面が灰白色ないし黒色を呈しており、光を投射しても、球からの反射光量が大幅に低下することから有効な検査方法と云えなかった。
【０００４】
そこで、光源の光量を上げることで球からの反射光量を増加することが考えられたが、その場合、球以外からの反射光も受光素子に入射し、良球面と欠陥部分での信号変化が小さくなり、微小な欠陥の検出が困難になるという欠点があった。特にセラミックス球の場合はその特有の欠陥、即ち、極表層部に存在する異物や焼結助剤の偏析による色むらや空孔といった微小欠陥はその部分での良球面との反射光量の変化が非常に小さいことから、光学式の外観検査装置では検出は困難であるという問題があった。
【０００５】
一方、顕微鏡を用いての肉眼での検査も考えられるが、人件費の負担からコストの増加が避けられないという問題及び今後のセラミックス球の需要拡大に対して経済的に対応が困難という問題がある。また、セラミックス球は鋼球と異なり、空気中で擦れると静電気が帯電し易く、空気中の小さな塵を吸着し、この塵を欠陥とみなす、いわゆる誤判定の問題もある。
【０００６】
そこで、本出願人は上述の如き実状に対処し、特にセラミックス球の外観検査に着目して改良を進め、該球を油中に保持した状態でデジタルカメラにより撮影された画像に対し所定の処理を施すことによりセラミックス球の静電気帯電防止をはかり、前述の光学式検査装置では検出が困難な微小な欠陥及びセラミックス特有の欠陥の検出を可能ならしめる装置を開発し、提案した。（例えば特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７７２２６号公報
【特許文献２】特開２００８−５１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記装置はその後、実際の使用を試みたところ、カケ，クラック，球表面に露出した異物等の表面に凹凸のある、もしくは露出した微小な欠陥について従前の装置に比べ、より良好な結果を得たが、セラミックス球の極表層部に存在する異物や焼結助剤の偏析による色むらや空孔等、セラミックス球特有の欠陥については未だ充分な検出を得るに至らないことが判明した。そこで、本発明者は更にその改良について検討を重ね、その結果、検査対象となるセラミックス球に明視野と暗視野となるように光を照射することが好適であることを見出した。
【０００９】
本発明はかかる明視野と暗視野に光を照射することの知見に基づくものであり、これによってさきに充分検出し得なかったセラミックス球の表層部に存在する異物や焼結助剤の偏析による色むらや空孔等、セラミックス特有の欠陥について検出を可能とし、セラミックス球表面の欠陥をより確実に検出せしめることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
即ち、上記目的に適合する本発明の特徴とするところは、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックス球の表面欠陥を検査する外観検査装置として、検査するセラミックス球を油中に浸漬し、油中で回転装置により子午線状に回転させるとともに、照明手段によりセラミックス球に光を照射し、撮影手段により球表面を撮影し、該撮影手段から出力された画像を画像処理手段により所定の処理を施して、セラミックス球の欠陥の有無の判定を行うようにした構成において、特に前記照明手段を検査対象となるセラミックス球に明視野及び暗視野となるように光を照射する照明手段となした点にある。
【００１１】
なお、上記構成において照明手段の具体的態様としては、セラミックス球に明視野及び暗視野となる光が照射可能なように、例えばメカニカルステージを設けることで、光源を簡単かつ高精度に前後左右上下に移動及び回転させることを可能としている。
【００１２】
ここで、明視野での検査では例えば、カケ、クラック、球表面に露出した異物等の球表面に凹凸のある、もしくは露出した微小な欠陥が検出可能であり、暗視野での検査では例えば、セラミックス球の極表層部に存在する異物や焼結助剤の偏析による色むらや空孔等、セラミックス球特有の欠陥が検出可能である。また、撮影手段としては、レンズを取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラを用いる。これら光源及びエリアカメラもしくはラインカメラに取り付けたレンズは油中に配置することも、また油面上部に配置することも可能である。しかし、油面上部に配置するときは、油面の揺らぎによる取込画像の乱れを無くすためにガラスやアクリル等の透明体を光源及びエリアカメラもしくはラインカメラのレンズと検査対象セラミックス球の間に配置することが好ましい。
【００１３】
かくして、照明手段である光源及び撮影手段であるエリアカメラもしくはラインカメラに取り付けたレンズを油中に配置し、又は油面上部に配置して撮影手段とセラミックス球の間に一部を油中に浸漬した透明体を配置してセラミックス球に光源から直接又は透明体を介して明視野及び暗視野となる光を照射し、直接又は透明体を介してエリアカメラもしくはラインカメラにより球全表面を撮影することは本発明の実施態様とするところである。
【発明の効果】
【００１４】
上記の如く本発明は光学式と異なり、光源として明視野及び暗視野となる光を用いて、エリアカメラもしくはラインカメラにより撮影された球表面の画像を処理することにより球表面の欠陥を検出するものであり、光学式検査装置では検出が困難であった微小な欠陥やセラミックス球特有の色むらや空孔なやどの欠陥を検出することが可能となり、検査対象とするセラミックス球のどのような形態の欠陥でも確実に検出することが出来る効果を有する。
【００１５】
また、前記の如く回転装置により子午線状に球全表面を走査するため球全表面の検査が可能である他、回転装置を油中に設置することにより油中の検査を可能とし、検査前の球の脱脂洗浄乾燥工程も省くことが出来る。殊にセラミックス球は静電気を帯び易く、空気中で塵の付着により誤判定の恐れがあるが、油中で検査することにより、これを抑えることが出来る効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の検査装置の要部を概略的に示した図である。
【図２】本発明の検査装置の他の実施形態の要部を概略的に示した図である。
【図３】明視野照明を概略的に示した図である。
【図４】暗視野照明を概略的に示した図である。
【図５】図３における明視野での色むらの検出例を示す写真図である。
【図６】図４における暗視野での色むらの検出例を示す写真図である。
【図７】従来の検査装置の要部を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、更に添付図面に基づいて本発明の具体的な実施態様を説明する。図１及び図２は本発明に係る外観検査装置の１例を概略的に示した図であり、図において１は本発明の検査対象球であるセラミックス球であり、図に示す如く該セラミックス球１はドライブローラー２と、サポートローラー３とコントロールローラー４により油中に浸漬された状態で所定の位置に固定されている。そして、ドライブローラー２を回転させることでセラミックス球１が回転し、それによりコントロールローラー４も回転する。コントロールローラー４には偏芯ハスバギヤ５が取り付けられており、この偏芯ギヤ５により検査対象であるセラミックス球１にひねりが与えられ、セラミックス球１は子午線状に回転する仕組みになっているが、この基本構成については前述した本出願人の提案に係る先行文献に詳述する通りである。
【００１８】
しかし、本発明においては図７に示した如く検査対象球１１に光源１２から光を当て、その反射光を受光素子１３で受けて受光量を電気変換し判定部１４においてその電気信号変化量で欠陥の有無を判定するのとは異なり、照明手段として明視野及び暗視野の光が照射可能な機構を設けた光源と、撮影手段としてレンズを取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラを用いて撮影された画像に対して画像処理手段により所定の処理を施し球全表面の欠陥の有無を判定するように構成されている。
【００１９】
即ち、本発明は図１及び図２に示すように所定の位置に固定され球全表面を撮影するレンズ８を取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラ７が設けられ、検査するセラミックス球１を油中に浸漬保持して子午線状に回転させ、図３で示すように球からの反射光のほとんどが撮像手段であるレンズ８を取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラ７に入射するような明視野及び図４に示すように球からの反射光のほとんどが撮像手段であるレンズ８を取り付けたエリアカメラもしくはラインカメラ７に入射しないような暗視野となる所定の位置にメカニカルステージを用いて位置調整を行った光源６より光を照射して、エリアカメラもしくはラインカメラ７でその球表面を撮影すると共に、撮影された画像を処理用パソコン９に送り、その画像に対して予め設定した所定の処理を行うことで検査対象のセラミックス球の欠陥の有無を判定するようになっている。
【００２０】
ここで、上記外観検査装置において、検査対象とするセラミックス球１を回転するドライブローラー２、コントロールローラー４と、該球を支持するサポートローラー３は油中に浸漬設置されて油中での検査を可能としていると共に、回転装置により子午線状に回転している検査対象のセラミックス球１の近傍に上下左右前後に移動かつ回転可能なメカニカルステージに取り付けられ明視野及び暗視野となる光を照射可能な光源６と、前記球表面を撮影するためのエリアカメラもしくはラインカメラ７のレンズ８は何れも油中で所定位置に配設されて、回転している油中のセラミックス球１に光源６から明視野及び暗視野となる光を照射し、所定の位置に固定された前記エリアカメラもしくはラインカメラ７により球全表面を撮影し得るようになっている。検査対象球に欠陥があると、明視野の場合、欠陥部分で光が散乱しエリアカメラもしくはラインカメラ７に入射せず、その欠陥部分で輝度値が下がって、黒く表示される。この取り込んだ画像を予め設定した判定条件により処理を行い欠陥と判定する。
【００２１】
一方、暗視野の場合は、欠陥部分で散乱した光がエリアカメラもしくはラインカメラ７に入射することで、その欠陥部分で輝度値が上がり、白く表示される。また、例えば色むらの場合については、明視野では図５に見られるように殆ど表れることはないが、暗視野では図６に見られるように明瞭に表れ、、両者の違いは明らかとなる。
【００２２】
以上のように明視野，暗視野の違いにより取り込んだ画像の処理より得られる画像に異同が生じ、明視野では得られなかった欠陥も暗視野で得ることができ、特にセラミックス球特有の色むらや空孔の検出が可能となる。なお、エリアカメラもしくはラインカメラ７に取り付けるレンズ８は、より微小な欠陥の検出を目的とした場合はレンズ倍率を適宜変更することで容易に対応することが可能である。
【００２３】
なお、図１に示す如くエリアカメラもしくはラインカメラ７のレンズ８と光源６は油中にあることが望ましいが、必ずしも油中でなくエリアカメラもしくはラインカメラ７のレンズ８と光源６を図２に示す如く油面上部に配置するようにしてもよい。しかし、この場合は図２に示すように油面の揺らぎの影響をなくすためガラスやアクリル等の透明体１０をエリアカメラもしくはラインカメラ７のレンズ８及び光源６と検査対象であるセラミックス球１の間にその一部分を油に浸漬して配置することが必要であり、かつ効果的である。
【００２４】
上記説明では、照明手段である光源の位置変更により、明視野、暗視野となる光を照射する場合について説明しているが、光源として明視野用，暗視野用の２つを設けた構成としてもよい。その場合は、検査していない側の照明は消灯もしくは光を検査対象であるセラミックス球に届かないようにしておくことが望ましい。特に上記回転装置を油中に設置し、油中での検査を可能としている点は、これにより検査前の球の洗浄，脱脂，乾燥工程を省くことができると共に、特にセラミックス球においては、鋼球と異なり静電気を帯びやすく、空気中では静電気により塵等が付着しやすいことから誤判定の恐れがあるので極めて有効である。この場合は、用いる油としてはマイクロフィルターで濾過し、微小物を除去した油を用いることが望ましい。
【００２５】
本発明は以上のように、検査対象球となるセラミックス球に明視野及び暗視野となる光を照射し、エリアカメラもしくはラインカメラで球表面を撮影し、撮影された画像を処理することにより微小な欠陥、特にセラミックス球特有の欠陥を検出することができ、今後、様々な分野への適用により、需要の増加が予想されるセラミックス球の表面外観検査装置として頗る有用性大である。
【符号の説明】
【００２６】
１：セラミックス球
２：ドライブローラー
３：サポートローラー
４：コントロールローラー
５：偏芯ハスバギヤ
６：光源
７：エリアカメラもしくはラインカメラ
８：レンズ
９：処理用パソコン
１０：透明体
１１：検査対象球
１２：光源
１３：受光素子
１４：判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図５】
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【図６】
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