(57)【要約】本発明は、自動的にセラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着させて撮像を行い、撮像して得られたの画像情報に基づきセラミックボールが欠陥ボールであるか否かを識別し、セラミックボールを収納するボール収納装置を決定するセラミックボールの自動選別システム及び方法を開示し、プロセス全体に手作業する必要がなく、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。該方法では画像自動つなぎ合わせ技術により各角度から撮像したボール表面の画像を自動的につなぎ合わせ、ボール全体画像を得て投影を実現し、設定された閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより欠陥を識別し、セラミックボールが欠陥ボールであるか否か及び収納するボール収納装置を決定することによって、セラミックボールの欠陥識別及び選別自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。【選択図】図１
2021502229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータと、前記コンピュータにそれぞれ接続されるセラミックボール送りレール、ロボットアーム、撮像装置、セラミックボール把持・反転装置、ボール収納装置とを備え、
前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームはセラミックボールを吸着する位置に位置決められ、前記セラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着し、かつ前記セラミックボールを撮像するために前記撮像装置の撮像領域へ移動させ、
前記撮像装置によって前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信し、
前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームによって前記セラミックボールを前記セラミックボール把持・反転装置へ移動させ経線方向に９０度反転させてから、反転した前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信し、
前記コンピュータは前記撮像装置によって得られた画像情報に基づき前記セラミックボールを収納するボール収納装置を識別するとともに、前記ロボットアームを制御すると共に、前記セラミックボールを前記ボール収納装置へ収納する制御コマンドを送出することでセラミックボールの自動選別を実現することを特徴とするセラミックボールの自動選別システム。
【請求項２】
前記セラミックボール送りレールはセラミックボールの自動位置決め装置を備え、前記セラミックボール送りレールが前記セラミックボールの自動位置決め装置を介して前記コンピュータに接続され、
前記セラミックボール送りレールが斜めに配置され、前記セラミックボールが斜めの前記セラミックボール送りレールの高点から低点へ転がることを特徴とする請求項１に記載のセラミックボールの自動選別システム。
【請求項３】
前記ロボットアームに真空ガス源が接続され、前記ロボットアームは接続される前記真空ガス源によって前記セラミックボールを吸着し、前記ロボットアームに回転モータが接続され、前記回転モータは前記ロボットアームが軸方向に沿って回転するように駆動し、前記軸方向回転の角度範囲が１２０度であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックボールの自動選別システム。
【請求項４】
前記撮像装置は、エアスライドと、前記エアスライド上に固定されるカメラと、前記エアスライドに接続されるカメラ位置制御システム及び位置センサーを含み、前記撮像装置が前記カメラ位置制御システムを介して前記コンピュータに接続されることを特徴とする請求項１に記載のセラミックボールの自動選別システム。
【請求項５】
前記ボール収納装置は、欠陥セラミックボール収納装置と合格セラミックボール収納装置を含み、前記欠陥セラミックボール収納装置及び前記合格セラミックボール収納装置の位置を特定の位置に固定し、前記コンピュータは前記欠陥セラミックボール収納装置と前記合格セラミックボール収納装置の位置に基づき、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを対応のボール収納装置中に収納することを特徴とする請求項１に記載のセラミックボールの自動選別システム。
【請求項６】
請求項１に記載の前記システムに応用されるセラミックボールの自動選別方法であって、
セラミックボールの直径Ｄを取得し、前記セラミックボールの直径Ｄに基づきセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出するステップと、
ロボットアームを制御してセラミックボール送りレールの終点までの平行距離がＬである位置でセラミックボールを吸着するステップと、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを撮像装置の撮像領域へ移動させるステップと、
前記セラミックボールの直径Ｄに基づき撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出するステップと、
前記撮像装置を制御して前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの１次画像を撮像するステップと、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールをセラミックボール把持・反転装置へ移動させ前記セラミックボールを経線方向９０度反転させ、反転した前記セラミックボールを前記撮像装置の撮像領域へ移動させるステップと、
前記撮像装置を制御して前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの２次画像を撮像するステップと、
前記セラミックボールの１次画像と前記セラミックボールの２次画像をつなぎ合わせることによって、前記セラミックボールの全体画像を得るステップと、
設定された画像特徴量の閾値及び欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記セラミックボールの全体画像中の欠陥を識別することによって識別結果を得るステップと、
識別結果によって前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると判定した場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを欠陥セラミックボール収納装置へ収納するステップと、
識別結果によって前記セラミックボールが合格セラミックボールであると判定した場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを合格セラミックボール収納装置へ収納するステップと、
を含むことを特徴とするセラミックボールの自動選別方法。
【請求項７】
前記の前記セラミックボールの直径Ｄに基づきセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出するステップは、具体的に、
式Ｌ＝Ｄ／２によってセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出することを含むことを特徴とする請求項６に記載のセラミックボールの自動選別方法。
【請求項８】
前記セラミックボールの直径Ｄに基づき撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出するステップは、具体的に、
式Ｓ＝Ｄ／２ｓｉｎ１２°によって撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出することを含むことを特徴とする請求項６に記載のセラミックボールの自動選別方法。
【請求項９】
前記の前記セラミックボールの１次画像と前記セラミックボールの２次画像をつなぎ合わせることによって前記セラミックボールの全体画像を得るステップは、具体的に、
前記セラミックボールの１次画像に対してつなぎ合わせを行いつなぎ合わせられた１次画像を得ることと、前記１次画像が前記セラミックボールを緯線方向に連続３回１２０°反転させ撮像して得られた３枚の画像を含み、
前記セラミックボールの２次画像に対してつなぎ合わせを行い、つなぎ合わせられた２次画像を得ることと、前記２次画像が前記セラミックボールを経線方向に９０度反転させた後、緯線方向に連続３回１２０°毎に反転させて撮像して得られた３枚の画像を含み、
前記つなぎ合わせられた１次画像と前記つなぎ合わせられた２次画像をつなぎ合わせることによって前記セラミックボールの全体画像を得ることとを含む、ことを特徴とする請求項６に記載のセラミックボールの自動選別方法。
【請求項１０】
前記の設定された画像特徴量の閾値及び欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記セラミックボールの全体画像中の欠陥を識別することによって識別結果を得るステップは、具体的に、
前記の設定された画像特徴量の閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより分割背景画像中の前記セラミックボールの全体画像を識別することによって識別した前記セラミックボールの表面画像を得ることと、
前記の設定された欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記識別した前記セラミックボールの表面画像の欠陥を識別・分割することによって識別結果を得ることと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在する場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると判定することと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在しない場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが合格セラミックボールであると判定することとを含むことを特徴とする請求項６に記載のセラミックボールの自動選別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸受の転動体の表面品質を検出する技術分野に関し、特にセラミックボールの自動選別システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業化の高速発展に伴い、セラミックボール軸受に対する要求が益々高まっている。セラミックボールは各種軸受中の最も重用な回転体部品の一つであり、統計によると、軸受損傷要因の９０％が回転体部品の損傷、特に外観品質不良からなり、窪み、ピンホール等の表面欠陥が存在するセラミックボールは高温高圧の環境下で、最初に局所が高温になって損傷する。生産中製品ボールに対して表面欠陥検査を行い、外観不良のボールを１００％排除しなければならない。従来の検査方法ではセラミックボールを顕微鏡により２０倍で目視判定により観察するが、このような手作業検出方法は自動化程度が低く、検出見逃しや誤検出確率が高く、生産効率の向上が難いという問題がある。従って、軸受に最も大きい影響を与えるセラミックボールの欠陥制御及び識別・選別の自動化技術が非常に重要な課題になり、当分野では、セラミックボールの表面欠陥検査を正確で効率的に実施するためのセラミックボールの自動検出装置を緊急に必要とされて、これにはたくさんの手頃な価格で感度及び精度の高いセラミックボール外観検査装置が必要となるが、このような装置に対する適用例はまだ提案されていない。従来から手作業選別であるため、自動識別・選別装置はまだ研究開発段階にある。そこで、当業者ではセラミックボールの欠陥識別及び選別的自動化を実現するためのセラミックボールの自動選別システム及び方法が期待されている。
【発明の概要】
【０００３】
従来の技術問題を解決するために、本発明は、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させることができるセラミックボールの自動選別システム及び方法を提供することを目的とする。
【０００４】
従来の技術問題を解決するために、本発明は以下のようなセラミックボールの自動選別システム及び方法を提供している。
【０００５】
該セラミックボールの自動選別システムは、コンピュータと、前記コンピュータにそれぞれ接続されるセラミックボール送りレール、ロボットアーム、撮像装置、セラミックボール把持・反転装置、ボール収納装置とを備え、
前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームはセラミックボールを吸着する位置に位置決められ、前記セラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着し、かつ前記セラミックボールを撮像するために前記撮像装置の撮像領域へ移動させ、
前記撮像装置によって前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信し、
前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームによって前記セラミックボールを前記セラミックボール把持・反転装置へ移動させ経線方向９０度反転させてから、反転した前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信し、
前記コンピュータは前記撮像装置によって撮像して得られた画像情報に基づき前記セラミックボールを収納するボール収納装置を識別するとともに、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを前記ボール収納装置へ収納する制御コマンドを送出することによってセラミックボールの自動選別を実現する。
【０００６】
また、前記セラミックボール送りレールにはセラミックボールの自動位置決め装置を備え、前記セラミックボール送りレールは前記セラミックボールの自動位置決め装置を介して前記コンピュータに接続され、
前記セラミックボール送りレールは斜めに配置され、前記セラミックボールが斜めの前記セラミックボール送りレールの高点から低点へ転がっても良い。
【０００７】
また、前記ロボットアームに真空ガス源が接続され、前記ロボットアームは接続される前記真空ガス源によって前記セラミックボールを吸着し、前記ロボットアームに回転モータが接続され、前記回転モータが前記ロボットアームを軸方向に沿って回転するように駆動し、前記軸方向回転の角度範囲が１２０度であってもい。
【０００８】
また、前記撮像装置は、エアスライドと、前記エアスライド上に固定されるカメラと、前記エアスライドに接続されるカメラ位置制御システム及び位置センサーを含み、前記撮像装置が前記カメラ位置制御システムを介して前記コンピュータに接続されてもよい。
【０００９】
また、前記ボール収納装置は、欠陥セラミックボール収納装置と合格セラミックボール収納装置とを含み、前記欠陥セラミックボール収納装置及び前記合格セラミックボール収納装置の位置を特定の位置に固定し、前記コンピュータは前記欠陥セラミックボール収納装置と前記合格セラミックボール収納装置の位置に基づき、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを対応のボール収納装置中に収納してもよい。
【００１０】
該セラミックボールの自動選別方法は、
セラミックボールの直径Ｄを取得し、前記セラミックボールの直径Ｄに基づきセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出するステップと、
ロボットアームを制御してセラミックボール送りレールの終点までの平行距離がＬである位置でセラミックボールを吸着するステップと、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを撮像装置の撮像領域へ移動させるステップと、
前記セラミックボールの直径Ｄに基づき撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出するステップと、
前記撮像装置を制御して、前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの１次画像を撮像するステップと、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールをセラミックボール把持・反転装置へ移動させ、前記セラミックボールを経線方向に９０度反転させ、反転した前記セラミックボールを前記撮像装置の撮像領域へ移動させるステップと、
前記撮像装置を制御して前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの２次画像を撮像するステップと、
前記セラミックボールの１次画像と前記セラミックボールの２次画像をつなぎ合わせることによって、前記セラミックボールの全体画像を得るステップと、
設定された画像特徴量の閾値及び欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記セラミックボールの全体画像中の欠陥を識別することによって識別結果を得るステップと、
識別結果によって前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると判定した場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを欠陥セラミックボール収納装置へ収納するステップと、
識別結果によって前記セラミックボールが合格セラミックボールであると判定した場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを合格セラミックボール収納装置へ収納するステップと、を含む。
【００１１】
また、前記の前記セラミックボールの直径Ｄに基づきセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出するステップは、具体的に、
式Ｌ＝Ｄ／２によってセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出することを含んでもよい。
【００１２】
また、前記セラミックボールの直径Ｄに基づき撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出するステップは、具体的に、
式Ｓ＝Ｄ／２ｓｉｎ１２°によって撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出することを含んでもよい。
【００１３】
また、前記の前記セラミックボールの１次画像と前記セラミックボールの２次画像をつなぎ合わせることによって前記セラミックボールの全体画像を得るステップは、具体的に、
前記セラミックボールの１次画像に対してつなぎ合わせを行いつなぎ合わせられた１次画像を得ることと、前記１次画像は前記セラミックボールを緯線方向に連続３回１２０度毎に反転させて撮像し、得られた３枚の画像を含み、
前記セラミックボールの２次画像に対してつなぎ合わせを行い、つなぎ合わせられた２次画像を得ることと、前記２次画像は前記セラミックボールを経線方向に９０度反転させた後、緯線方向に連続３回１２０毎に反転させ撮像し、得られた３枚の画像を含み、
前記つなぎ合わせられた１次画像と前記つなぎ合わせられた２次画像をつなぎ合わせることによって前記セラミックボールの全体画像を得ることを含んでもよい。
【００１４】
また、前記の設定された画像特徴量の閾値及び欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記セラミックボールの全体画像中の欠陥を識別することによって識別結果を得るステップは、具体的に、
前記の設定された画像特徴量の閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより分割背景画像中の前記セラミックボールの全体画像を識別することによって識別した前記セラミックボールの表面画像を得ることと、
前記の設定された欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記識別した前記セラミックボールの表面画像の分割欠陥を識別することによって識別結果を得ることと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在する場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると判定することと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在しない場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが合格セラミックボールであると判定することとを含んでもよい。
【００１５】
従来技術に比べて、本発明は以下のような有益効果が得られる。本発明はセラミックボールの自動選別システム及び方法を開示し、該システムは、コンピュータと、前記コンピュータにそれぞれ接続されるセラミックボール送りレール、ロボットアーム、撮像装置、セラミックボール把持・反転装置、ボール収納装置とを備え、前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームは前記セラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着し、前記セラミックボールを撮像するために前記撮像装置の撮像領域へ移動させ、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信し、前記コンピュータは前記撮像装置によって撮像して得られた画像情報に基づき前記セラミックボールを収納するボール収納装置を識別するとともに、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを前記ボール収納装置へ収納する制御コマンドを送出することによってセラミックボールの自動選別を実現する。該システムでは、自動的にセラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着させて撮像を行い、撮像して得られたの画像情報に基づきセラミックボールが欠陥ボールであるか否かを識別し、セラミックボールを収納するボール収納装置を決定するが、プロセス全体に手作業する必要がなく、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。本発明の開示するセラミックボールの自動選別方法では、画像自動つなぎ合わせ技術により撮像された各角度からのボール表面画像を自動つなぎ合わせを行い、ボール全体画像を得て、設定された画像特徴量の閾値に基づき、閾値分割アルゴリズムにより背景画像からセラミックボールの全体画像を識別・分割し、識別したセラミックボールの全体画像について、設定された欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより欠陥を識別し、セラミックボールが欠陥ボールであるか否か及び収納するボール収納装置を決定することによって、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別の精度及び選別効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
【図１】本発明のセラミックボールの自動選別システムの実施例の構造を示す図である。
【図２】本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例のフローを示す図である。
【図３】本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例におけるＬ値の算出原理図である。
【図４】本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例におけるＳ値の算出原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明のセラミックボールの自動選別システムの実施例の構造を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、該セラミックボールの自動選別システムは、コンピュータ５と、前記コンピュータ５にそれぞれ接続されるセラミックボール送りレール１、ロボットアーム３、撮像装置４、セラミックボール把持・反転装置６、ボール収納装置７を備える。該セラミックボールの自動選別システムが機器平台上に固定され、検出過程中に外部からの埃・異物の侵入を防止するために、全体が密封型正圧雰囲気（外部の異物の侵入を防止するために機器内部に圧縮ガスによって正圧雰囲気が形成される）中に配置される。
【００１９】
前記セラミックボール送りレール１はセラミックボールの自動位置決め装置２を備え、前記セラミックボール送りレール１が前記セラミックボールの自動位置決め装置２を介して前記コンピュータ５に接続され、前記セラミックボール送りレール１が斜めに配置され、前記セラミックボールが斜めの前記セラミックボール送りレール１の高点から低点へ転がり、前のセラミックボールが取り出された後、次のセラミックボールが重力作用下で前記セラミックボールの自動位置決め装置２での位置であるレール終点位置まで転がる。
【００２０】
前記ロボットアーム３はサーバモータと、ラスターライン変位センサーと、ワンチップ制御システムと、フィードバック信号処理回路等で構成され、信号フィードバック、信号処理、演算制御を実現する。その内に、サーバモータによって前記ロボットアーム３を制御して直線変位動作を実現し、ラスターライン変位センサーによって位置決められ、ワンチップ制御システムの具体的な型番がＳＴＣ８９Ｃ５４である。前記ロボットアーム３が左右移動、上下移動及び軸方向１２０度回転（緯線方向に沿って１２０度回転）することができ、サーバモータによって左右移動が実現され、モータ軸及びネジの協働によって上下移動が実現され、前記ロボットアーム３に回転モータが接続され、前記回転モータは前記ロボットアーム３が軸方向に沿って回転するように駆動し、前記軸方向の回転角度範囲が１２０度である。前記ロボットアーム３に真空ガス源が接続され、前記ロボットアーム３が接続される前記真空ガス源によって前記セラミックボールを吸着し、セラミックボールに対する吸着が負圧で実現され、ガス圧縮を一旦中止してセラミックボールをロボットアームから分離させ、このようにして、機械構造によるセラミックボールの表面に対する傷を防止することができる。前記ロボットアーム３が１つのセラミックボールに対する選別が終了した直後、ある固定の開始位置へ戻り再度次のセラミックボールに対する選別を行う。
【００２１】
前記撮像装置４はエアスライドと、前記エアスライド上に固定されるカメラと、前記エアスライドに接続されるカメラ位置制御システム及び位置センサーを含み、前記撮像装置４が前記カメラ位置制御システムを介して前記コンピュータ５に接続される。前記カメラ位置制御システムは自動的に対応するセンサーの位置を選定することによってカメラ位置の自動位置決めを実現でき、自動ピント調整及び自動調節することができる。前記カメラがネジ穴を介してモータ軸に接続され、モータ軸の回転によりカメラの前後移動を実現する。寸法の異なるセラミックボールごとに異なる撮像位置に対応する。
【００２２】
前記ボール収納装置７は欠陥セラミックボール収納装置と合格セラミックボール収納装置を含み、前記欠陥セラミックボール収納装置及び前記合格セラミックボール収納装置を特定の位置に固定し、前記コンピュータ５は前記欠陥セラミックボール収納装置と前記合格セラミックボール収納装置との位置関係に基づき、前記ロボットアーム３を制御して前記セラミックボールを対応のボール収納装置７中に収納する。
【００２３】
前記コンピュータ５の制御下で前記ロボットアーム３はセラミックボールを吸着する位置に位置決められ、前記セラミックボール送りレール１上のセラミックボールを吸着し、かつ前記セラミックボールを撮像するために前記撮像装置４の撮像領域へ移動させる。
【００２４】
前記撮像装置４によって前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータ５へ送信する。
【００２５】
前記コンピュータ５は前記ロボットアーム３を制御して前記セラミックボールを前記セラミックボール把持・反転装置６へ移動させて、経線方向に９０度反転させてから、反転した前記セラミックボールを撮像し、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータ５へ送信する。
【００２６】
前記コンピュータ５は前記撮像装置４によって得られた画像情報に基づき前記セラミックボールを収納するボール収納装置７を識別すると共に、前記ロボットアーム３を制御して前記セラミックボールを前記ボール収納装置７へ収納する制御コマンドを送出することによってセラミックボールの自動選別を実現する。
【００２７】
本発明が開示するセラミックボールの自動選別システムでは、前記コンピュータの制御下で前記ロボットアームは前記セラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着し、前記セラミックボールを撮像するために前記撮像装置の撮像領域へ移動させ、撮像して得られた画像情報を即時に前記コンピュータへ送信すると、前記コンピュータは前記撮像装置によって得られた画像情報に基づき前記セラミックボールを収納するボール収納装置を識別すると共に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを前記ボール収納装置へ収納する制御コマンドを送出することによってセラミックボールの自動選別を実現する。本発明が開示するセラミックボールの自動選別システムによれば、自動的にセラミックボール送りレール上のセラミックボールを吸着して撮像を行い、撮像して得られた画像情報に基づきセラミックボールが欠陥ボールであるか否かを識別し、セラミックボールを収納するボール収納装置を決定するが、プロセス全体に手作業する必要がなく、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。
【００２８】
図２は本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例のフローを示す図である。
【００２９】
図２に示すように、該セラミックボールの自動選別方法は、
セラミックボールの直径Ｄを取得し、前記セラミックボールの直径Ｄに基づきセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出するステップ２０１を含む。
【００３０】
前記ステップ２０１は、具体的に、式Ｌ＝Ｄ／２によってセラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離Ｌを算出することを含む。
【００３１】
図３は本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例におけるＬ値の算出原理図である。図３に示すように、Ｌ値がセラミックボールの中心からレール終点（セラミックボールの自動位置決め装置）までの水平距離であり、セラミックボールの中心とセラミックボールの最高点及び最低点とが１つの直線上に位置するので、セラミックボールの最高点からセラミックボール送りレールの終点までの平行距離もＬになり、ただしＬ値がセラミックボールの直径Ｄの１／２になる。寸法の異なるセラミックボールごとに異なるロボットアーム吸着位置が対応され、検出するセラミックボールの寸法をコンピュータに入力すると、コンピュータは自動的に吸着位置の算出・位置決めを行い、Ｌ値をロボットアーム中のワンチップ制御システムへ入力すると、ラスターライン変位センサーによってロボットアームの位置決めを行い、サーバモータの作用下で直線変位動作を実現し、レール終点からの距離がＬである位置に位置決められ吸着動作を開始する。
【００３２】
該セラミックボールの自動選別方法は、さらに、
ロボットアームを制御してセラミックボール送りレールの終点までの平行距離がＬの位置でセラミックボールを吸着するステップ２０２と、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを撮像装置の撮像領域へ移動させるステップ２０３と、
前記セラミックボールの直径Ｄに基づき撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出するステップ２０４と、を含む。
【００３３】
前記ステップ２０４は、具体的に、
式Ｓ＝Ｄ／２ｓｉｎ１２°によって撮像装置の撮像レンズからセラミックボールの中心までの水平距離Ｓを算出することを含む。
【００３４】
図４は本発明のセラミックボールの自動選別方法の実施例におけるＳ値の算出原理図である。図４に示すように、Ｓがセラミックボールの中心から撮像装置の撮像レンズ（カメラ）までの水平距離であり、Ｓ値を撮像装置のカメラ位置制御システムへ入力すると、前記カメラ位置制御システムはカメラとセラミックボールとの間の距離を自動調整して、カメラの位置自動調節を実現し、毎回撮像される画像の最低１５％が一致することを確保する。該実施例では毎回の画像一致度が３０％と設計し、Ｓの算出式として、Ｓ＝Ｄ／２ｓｉｎ１２°になり、その内Ｄがセラミックボールの直径である。該算出式で得られたＳ値は、画像のつなぎ合わせを確保するために、毎回撮像された画像が最低１５％が一致することを確保して、セラミックボールの全体画像を得るように設計される。最低１５％一致するためには、撮像視野角が最低１３８°であることが求められ、より高い３０％一致度を確保するために、撮像視野角を１５６°とする必要があるが、その対角が２４°になり、Ｓ値がＬ＝Ｄ／２ｓｉｎ１２°になる。
【００３５】
該セラミックボールの自動選別方法は、さらに、
前記撮像装置を制御して前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの１次画像を撮像するステップ２０５と、
前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールをセラミックボール把持・反転装置へ移動させ、前記セラミックボールを経線方向に９０度反転させ、反転した前記セラミックボールを前記撮像装置の撮像領域へ移動させるステップ２０６と、
前記撮像装置を制御して前記撮像装置の撮像レンズから前記セラミックボールの中心までの水平距離がＳである位置で前記セラミックボールの２次画像を撮像するステップ２０７と、
前記セラミックボールの１次画像と前記セラミックボールの２次画像をつなぎ合わせることによって、前記セラミックボールの全体画像を得るステップ２０８と、を含む。
【００３６】
前記ステップ２０８は、具体的に、
前記セラミックボールの１次画像に対してつなぎ合わせを行い、つなぎ合わせられた１次画像を得ることと、前記１次画像が前記セラミックボールを緯線方向に連続３回１２０毎に反転させ撮像して得られた３枚の画像を含み、
前記セラミックボールの２次画像に対してつなぎ合わせを行い、つなぎ合わせられた２次画像を得ることと、前記２次画像が前記セラミックボールを経線方向に９０度反転させた後、緯線方向に連続３回１２０°毎に反転させ撮像して得られた３枚の画像を含み、
前記つなぎ合わせられた１次画像と前記つなぎ合わせられた２次画像をつなぎ合わせることによって前記セラミックボールの全体画像を得ることと、を含む。
【００３７】
前記つなぎ合わせが画像自動つなぎ合わせ技術によって行われ、撮像して得られた６枚の画像を自動つなぎ合わせ、セラミックボール表面の３６０度の全体画像を得て、ひいては前記セラミックボールの全体画像を得ることができる。また、６回の画像つなぎ合わせの精度を確保するために、セラミックボールの寸法に基づき、カメラが固定されたエアスライド及び位置センサーの協働によってカメラ自動調整と検出されるセラミックボール間の距離を自動調整するように制御し、すべての画像が最低１５％が一致することを確保する。
【００３８】
該セラミックボールの自動選別方法は、さらに、
設定された画像特徴量の閾値及び欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記セラミックボールの全体画像中の欠陥を識別することによって識別結果を得て、
識別結果が前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると示す場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを欠陥セラミックボール収納装置へ収納し、
識別結果が前記セラミックボールが合格セラミックボールであると示す場合に、前記ロボットアームを制御して前記セラミックボールを合格セラミックボール収納装置へ収納するステップ２０９を含む。
【００３９】
前記ステップ２０９は、具体的に、
前記の設定された画像特徴量の閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより分割背景画像中の前記セラミックボールの全体画像を識別することによって識別した前記セラミックボールの表面画像を得ることと、
前記の設定された欠陥閾値に基づき閾値分割アルゴリズムにより前記識別した前記セラミックボールの表面画像の欠陥を識別・分割することによって識別結果を得ることと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在する場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが欠陥セラミックボールであると判定することと、
前記識別した前記セラミックボールの表面画像に欠陥が存在しない場合に、前記識別結果は前記セラミックボールが合格セラミックボールであると判定することとを含む。
【００４０】
画像特徴量の閾値は領域特性の閾値分割アルゴリズムに基づき、ボールの表面画像を背景画像から識別・分割し、欠陥閾値も同様に領域特性の閾値分割アルゴリズムに基づき、ボールの表面欠陥を識別したボールの表面画像から再度分割・識別する。ボールの表面に欠陥が存在する場合に、コンピュータでは設定された閾値に基づき欠陥を表面背景から分割し、該欠陥に対する識別を実現する。該実施例では以窒化珪素セラミックボールを検査対象とし、前記設定された画像特徴量の閾値として一般的に１５程度であり、即ち階調値が１５以上の領域が黒、１５未満の領域が白とするが、前記設定された欠陥閾値が一般的に２０〜３０であり、一般的には窒化珪素セラミックボールの本体が濃い色で、欠陥が淡い色であるので、設定された欠陥閾値より小さい領域が欠陥領域になり、白い色で示され、欠陥閾値以上の領域が本体になり、黒い色で示される。実際の選別過程中、セラミックボールの表面に窪み、ひび、傷、破片や異物等の欠陥が現れ、セラミックボールの表面に欠陥が存在する場合に、コンピュータでは設定された閾値に基づき、自動的に欠陥を表面背景から識別・分離するが、異なる欠陥により閾値が異なるが、本体と比べて大い階調差別が現れ、人的デバッグ（異なる閾値を入力して、識別した欠陥が要求を満足するか否かを判断するし、満足しないと、続いて閾値を調整するが、その場の光線強度等の要素の変化により閾値が変化する）が必要とし、最終的に殆どの欠陥を識別可能な最適化閾値を探し出し、精度要求に応じて人的に閾値を調整することによって、それぞれの欠陥の受入度を調整する。また、画像特徴量の閾値及び欠陥閾値について閾値として設置されてもよく閾値の範囲として設置されてもよいが、閾値か、閾値の範囲かがその場の照明全体等の要素により決定される。
【００４１】
本発明が開示するセラミックボールの自動選別方法では、画像自動つなぎ合わせ技術により各角度から撮像したボールの表面画像を自動つなぎ合わせ全体画像を得て、設定された画像特徴量の閾値に基づき、閾値分割アルゴリズムによりセラミックボールの全体画像を背景画像から識別・分割し、識別したセラミックボールの全体画像中に、設定された欠陥閾値に基づき、閾値分割アルゴリズムにより欠陥に対する識別を行い、セラミックボールが欠陥ボールであるか及び収納するボール収納装置を決定することによって、セラミックボールの欠陥識別及び選別の自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。
【００４２】
本発明が開示するセラミックボールの自動選別方法では、画像つなぎ合わせ技術及び閾値化技術をセラミックボールの検出分野に応用することによって、セラミックボールの欠陥識別及び選別自動化を実現し、セラミックボールの欠陥識別精度及び選別効率を向上させる。セラミックボールの自動選別システムによれば、コンピュータの画像自動つなぎ合わせ技術及び閾値分割アルゴリズムにより、セラミックボールの表面画像自動撮像及び識別を実現でき、セラミックボール表面の異なる欠陥に対応する画像の特徴を利用して、異なる欠陥の画像での明暗度合い即ち階調が異なるので、撮像して得られた画像に基づき、予め人によって閾値を設定し、欠陥が識別可能な程度の閾値に達すると閾値を決定し、設定完了の閾値に基づき撮像して得られたボールの表面画像をコンピュータで処理し、欠陥をセラミックボールを表面背景から識別し、識別した欠陥ボールと合格ボールはコンピュータにより自動的に選別され、異なる位置に収納することで、セラミックボールの表面欠陥の自動検出及びセラミックボールの自動選別を実現でき、このような手作業不要で、完全自動化の検出方法はセラミックボールの表面品質検出効率を顕著に向上させ、正確且つ効率的にセラミックボールの表面欠陥検査を行え、使用するセラミックボールの自動選別システムが安価で、感度や正確さも高く、量産のセラミックボールの外観検出に適用される。
【００４３】
本実施例では、セラミックボールの自動選別システムによってφ３〜φ１０ｍｍのセラミックボールの欠陥自動識別及び選別を実現することができる。該セラミックボールの自動選別システムによってφ３．１７５ｍｍ〜φ９．５２５ｍｍの窒化珪素セラミックボールを検出したところ、以下のような検出結果が得られた。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
上記の検出結果から分かるように、本発明が開示するセラミックボールの自動選別システム及び方法によれば、セラミックボールの各種欠陥を検出することができ、検出率が１００％に達する。
【００４６】
以上、本発明を具現化するために上記のような実施形態を例に説明したが、上記の実施形態に対して普通の変更を加えて実施することが当業者にとって当然なことであるので、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本願の開示した原理と同一または類似の方法、プロセス、製品も全て本発明の保護範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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