(57)【要約】【課題】積層ベルトリングの端面に生じた微小な傷も確実に検出することができ、また、同時に傷の大きさも自動的に検出できる方法と装置を提供する。【解決手段】積層ベルトリングの端面傷の検査装置である。ベルトリング端面を撮像可能で焦点距離を変更可能とした顕微鏡カメラと、当該顕微鏡カメラの少なくともベルトリング端面の面方向に移動可能とした駆動手段を備える。また、前記顕微鏡カメラによる撮像データから三次元画像を生成する画像処理手段および、前記積層ベルトリングと顕微鏡カメラとを相対的に周回移動させつつ顕微鏡の焦点を移動させてベルトリング端面を撮像することにより得た三次元画像データにより表示する表示手段を備え、積層ベルトリング端面の傷の深さと数の検出可能とした。【選択図】　　図１
2004101240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層ベルトリングの端面傷の検査方法であって、ベルトリングを周回移動させつつベルトリング端面を顕微鏡の焦点を移動させて撮像することにより得た三次元画像データにより積層ベルトリング端面の傷の深さと傷の大きさを検出することを特徴とする積層ベルトリング検査方法。
【請求項２】
前記顕微鏡を積層ベルトリングの端面厚さ方向に異なる視野が重複しないように複数並べてベルトリングの１周回移動により一括検査させることを特徴とする請求項１に記載の積層ベルトリング検査方法。
【請求項３】
積層ベルトリングの端面傷の検査装置であって、前記ベルトリング端面を撮像可能で焦点距離を変更可能とした顕微鏡カメラと、当該顕微鏡カメラの少なくともベルトリング端面の面方向に移動可能とした駆動手段と、前記顕微鏡カメラによる撮像データから三次元画像を生成する画像処理手段と、前記積層ベルトリングと顕微鏡カメラとを相対的に周回移動させつつ顕微鏡の焦点を移動させてベルトリング端面を撮像することにより得た三次元画像データにより表示する表示手段と、からなり積層ベルトリング端面の傷の深さと傷の大きさの検出可能としたことを特徴とする積層ベルトリング検査装置。
【請求項４】
前記積層ベルトリングはカートリッジに搭載されて周回移動可能とされていることを特徴とする請求項３記載の積層ベルトリング検査装置。
【請求項５】
前記顕微鏡カメラは積層ベルトリングの端面幅方向に視野をずらして複数設けたことを特徴とする請求項３記載の積層ベルトリング検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は積層ベルトリング検査方法および装置に係り、特にベルト式無断変速機に用いられる金属Ｖベルトを構成している積層ベルトリング（積層ベルトリング）の端面傷の検査、診断を行うのに好適な方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｖベルト式無段変速機等に動力伝達用として用いられる金属Ｖベルトは、無端ベルト状の金属リング部材と、この金属リング部材に沿って支持された多数の金属エレメント部材とからなり、駆動プーリ及び従動プーリ間に掛け渡されて動力を伝達するのに利用される。両プーリはそのＶ溝幅が可変制御できるようになっており、この両プーリのＶ溝幅を可変制御することにより両プーリにおける金属Ｖベルトの巻き掛け半径を変化させ、駆動軸と従動軸間の変速比を無段階に変化させることができるようになっている。前記金属リング部材は、薄肉の金属リングシートを十数枚積層して一体的に構成された積層ベルトリングであり、動力の直接的な伝達部材であるため、所望の強度と耐久性が必要とされる。このために変速機に組み込まれる前に傷の有無が検査される。積層ベルトリングは、板厚が０．１〜０．２ｍｍで板幅が９〜１０ｍｍの金属リングシートを十数枚重ねたものであり、重要部品であるため、金属リングシートの端面に小さな傷があっても取り除かなければならない。傷としては数十μｍの大きさも大きな影響をもたらすため、この程度の傷を検出できる能力が要求される。
【０００３】
現在、上記積層ベルトリング検査は作業者が光学顕微鏡を覗き、２次元画像の観察によって行っている。検査作業者は、積層ベルトリングの端面に反射した光り具合の画像より、積層ベルトリング正常品と傷有り品との識別をなしている。積層ベルトリングの端面の傷とは正確に言うと金属表面の窪みである。金属表面の滑らかな積層ベルトリングの正常品と比べて、窪みのある積層ベルトリング傷有り品では、光が窪みの表面部分で散乱し、正常品とは異なった像が得られるので、識別できる。
これに関連した従来例として特許文献１〜４がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−７１９３４号公報
【特許文献２】
特開平７−２０８９５８号公報
【特許文献３】
特開平９−３０４２８８号公報
【特許文献４】
特開２０００−５７３４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の検査は、検査員が積層ベルトリングの端面を撮像した光学顕微鏡の２次元画像を見て行っている。この検査員の視覚による判別作業を、検査員と同程度の時間で自動車の積層ベルトリングの傷（又は打痕）を検査できる装置はなかった。また、人の検査においては、個人差があり、かつ２次元的な画像による傷の有無の検査であるため、傷の深さまでは把握していない。つまり、品質管理を十分行っているとは言い難いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので、積層ベルトリングの端面に生じた微小な傷も確実に検出することができ、また、同時に傷の大きさも自動的に検出できるようにした積層ベルトリング検査方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る積層ベルトリング検査方法は、ベルトリングを周回移動させつつベルトリング端面を顕微鏡の焦点を移動させて撮像することにより得た三次元画像により積層ベルトリング端面の傷の深さと傷の大きさを検出することを特徴としている。前記顕微鏡を積層ベルトリングの端面厚さ方向に異なる視野が重複しないように複数並べてベルトリングの１周回移動により一括検査させるようにすることができる。
【０００８】
本発明に係る積層ベルトリング検査装置は、前記ベルトリング端面を撮像可能で焦点距離を変更可能とした顕微鏡カメラと、当該顕微鏡カメラの少なくともベルトリング端面の面方向に移動可能とした駆動手段と、前記顕微鏡カメラによる撮像データから三次元画像を生成する画像処理手段と、前記積層ベルトリングと顕微鏡カメラとを相対的に周回移動させつつ顕微鏡の焦点を移動させてベルトリング端面を撮像することにより得た三次元画像により表示する表示手段と、からなり積層ベルトリング端面の傷の深さと傷の大きさの検出可能としたことを特徴としている。前記積層ベルトリングはカートリッジに搭載されて周回移動可能とすればよく、また、前記顕微鏡カメラは積層ベルトリングの端面幅方向に視野をずらして複数設ければよい。
【０００９】
上記構成によれば、顕微鏡焦点を移動させることにより焦点があった箇所のクリアな画像を取得することができる。この焦点の合った画像を集積することにより距離画像を得ることができ、三次元画像を生成できる。積層ベルトリングの端面に傷があれば、それが窪みとして把握することができ、距離画像であるので窪みの大きさを算出することができる。顕微鏡視野をベルトリングに沿って周回させることにより、全周に亘って距離画像を取得でき、傷の数も把握することができる。顕微鏡カメラを積層ベルトリングの肉厚方向に移動させることにより、視野が狭くても全周の傷を検査できるが、視野が互いに重複しないように顕微鏡カメラをベルトリング肉厚方向に複数並べておくことにより、リング１周で一括した検査ができるようになる。積層ベルトリングをカートリッジに搭載して周回移動させるようにすれば、顕微鏡カメラとの相対位置を変動させることなく、精度の高い検査が可能となる。
【００１０】
このような構成において、顕微鏡カメラは高速で距離画像を生成できるものを利用すればよく、対物レンズを移動させることで焦点距離を高速で変化させる構造のものを採用すればよい。そして、カメラを顕微鏡に取付け、積層ベルトリングの周方向の視野位置を変える回転ステージ、積層ベルトリングの同心円方向に移動できる１軸ステージ、及び、積層ベルトリングを精度よく設置可能なカートリッジを設けた積層ベルトリング検査装置を構築すればよい。また、検査のパターンにより、積層ベルトリングを特定位置に配置するようにカートリッジなどに取付ければよい。
【００１１】
これによって、高速で距離画像を生成できるカメラによって、傷の深さを管理し、十分な品質管理を行うことができ、積層ベルトリングを精度よく設置可能なカートリッジを設けることによって、取扱作業性向上、設置精度向上が可能となる。
【００１２】
なお、積層ベルトリング検査には１本のリングの検査を行う単品リング検査、リング直径の違う複数本の金属リングシートを同心円状に組み合わせたアセンブリリング検査がある。単品リング検査では積層ベルトリングを特定位置に配置することにより、複数本同時に検査を行える。この積層ベルトリング配置効果によって、高速に積層ベルトリングの検査を行うことができる。
【００１３】
このように構成すれば各構成手段はすべて自動制御が可能機構であるため、自動で積層ベルトリング検査を行うことができる。よって、従来の人による検査の問題点であった個人差解消、省力化が図られる。これにより、上記手段を用いて構築された積層ベルトリング検査装置では、人による検査時間と同等の高速な処理が行えるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る積層ベルトリングの検査方法と、その検査装置の具体的な実施形態を、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は実施形態に係る積層ベルトリング検査装置の全体の概要構成図を示している。図示のように、検査対象の積層ベルトリング１０を位置保持するカートリッジ１２が回転テーブル１４に取付けられている。カートリッジ１２としては、積層ベルトリング１０の肉厚幅を有する円形リング溝１６を形成したものを用い、円形リング溝１６内に積層ベルトリング１０の一方の側縁部分を嵌合させて装着し、端面を上方に向けた状態で位置保持をなす。したがって、回転テーブル１４の回転中心とカートリッジ１２の円形リング溝１６の中心を一致するように搭載位置を決めておくことにより、テーブル回転をなせば、カートリッジ１２に保持された積層ベルトリング１０は一定の円軌跡に倣って周回運動をなす。これにより、検査用の顕微鏡カメラ１８をベルトリング端面に向けて定位置に配置しておけば、ベルトリング１０の全周に亘って端面撮影が可能となる。
【００１５】
顕微鏡カメラ１８は、図示のように、２軸移動ステージ２０を介して撮影面がカートリッジ１２に搭載された積層ベルトリング１０の端面に向けられるように取付けられている。２軸移動ステージ２０は顕微鏡カメラ１８を積層ベルトリング１０の肉厚方向（リング半径方向）と、幅方向（上下方向）に移動できるように構成されたもので、顕微鏡カメラ１８の視野と積層ベルトリング１０の各構成金属リングシートとの位置関係や、積層ベルトリング１０の端面と距離を調整できるようにしている。
【００１６】
顕微鏡カメラ１８は被写体深度が浅い顕微鏡の焦点距離を高速で動かし、異なる焦点距離での複数の画像を取得することにより、いわゆるピントが合っている複数の画像を合成することで、視野全部に焦点が合っているとともに、被写体の奥行きデータを獲得して、３次元立体画像を得るようにしたものである。焦点が合っているか否かは焦点距離、物体距離、もしくは画像距離を動かしながら撮像した画像の観測点周りの局所空間周波数分析を行い、空間周波数が最大のパラメータが焦点の合ったところとなる。したがって、可変焦点機構を利用して対物レンズを動かして焦点を移動させながら複数の画像フレームを取込み、画像フレームの全ての画素点周辺での局所空間周波数分析を行い、周波数ピークの部分、すなわち焦点があった部分をピクセル単位で各画像から拾い上げ、１枚の画像として結合することにより全焦点画像を得ることができる。各点での焦点距離と画像距離から、その三次元データも得ることができるのである。
【００１７】
そのため、顕微鏡カメラ１８による撮像データを取込む距離画像生成器２２が設けられるとともに、距離画像生成器２２は計算機２４を介して表示器２６に三次元画像を送出して全焦点画像を表示できるようにしている。距離画像生成器２２では、顕微鏡カメラ１８が撮像する毎秒１０００フレームの画像を取込み、ピクセル単位で全焦点画像を上述した処理を行って合成表示する。
【００１８】
また、撮像データは周方向ラインデータを含み、これを計算機２４にて演算し、予め定められたラインに沿った高さデータを求めるようにしている。これは、画像視野範囲の予め定められたラインに対するリングの円周方向データである。例えば、積層ベルトリング１０を構成している各金属リングシート２８端面の中央ラインと左右のラインとを定め、このライン上に沿ったデータのみを取得するもので、金属リングシート２８肉厚方向の距離画像の左端から１／４を「左」、２／４を「中央」、３／４を「右」として、その位置における周方向のデータを抽出するようにしている。このラインデータにより正常製品と、傷有り製品の判別は可能であり、傷の幅や深さの計量も可能である。図２は積層ベルトリング１０と顕微鏡カメラ１８の視野との関係を示している。
【００１９】
実施形態では、積層ベルトリング１０は９．２ｍｍ×０．１８６ｍｍ（幅×板厚）の金属リングシート２８単体を１２枚重ねたものであり、一方、顕微鏡カメラ１８の視野３０は８００μｍ×８００μｍである。したがって、一台の顕微鏡カメラ１８では金属リングシート２８を４枚積層した分しか視野３０に入れることができない。そのため、１台の顕微鏡カメラ１８で積層ベルトリング１０の肉厚方向に視野３０ａ、３０ｂ、３０ｃが互いに重複しないように１周ごとに位置移動して検査を行うようにしている。あるいは、３台の顕微鏡カメラ１８ａ、１８ｂ、１８ｃを用い、図２のように積層ベルトリング１０の肉厚方向に視野３０ａ、３０ｂ、３０ｃが互いに重複しないように配置して、一回の周回移動だけで検査できるようにすることもできる。
【００２０】
各金属リングシート２８の端面に中央ラインと、左右一対のラインを設定すると、図３（ａ）のようになり、同図（ｂ）は視野３０に４本の金属リングシート２８が適正に配置されている状態を示し、同図（ｃ）は視野中に設定したラインが金属リングシート２８の端面に適正に配置されていない場合示している。同図（ｃ）の場合には、顕微鏡カメラ１８を２軸移動ステージ２０により視野３０の位置調整を行い、同図（ｂ）の状態にすればよい。
【００２１】
これらの距離画像とラインデータとを正常品と傷有り製品との各々について求めた結果を図４、図５に示す。
【００２２】
実施形態に係る検査装置は、回転テーブル１４や２軸移動ステージ２０などの駆動系を有しているため、これらの駆動系制御器３４に対する制御データをキーボードなどの操作器３２により入力して、統括する計算機２４を介して駆動系制御器３４を作動させるようにしている。
【００２３】
このような構成に係る積層ベルトリング検査装置の全体制御フローチャートを図６に示す。検査を開始すると（ステップ１００）、最初にリング位置微調整を行う（ステップ１０２）。これは半径方向（ベルトリング肉厚方向）の１軸ステージ動作であり、顕微鏡カメラ１８の視野３０に対しリングが検査できる位置にあるように半径方向（肉厚方向）に１軸ステージを微移動させるものである。これは前述し図３（ｃ）に示したように、視野３０内に設定したラインが各金属リングシート２８の端面の中央位置と左右位置に適正に位置するように調整を行って、図３（ｂ）に示した適正範囲に視野３０を配置させるためのものである。その後、回転テーブル１４を回転させてカメラ１視野分の距離で移動して停止する（ステップ１０４，１０６）。回転テーブルが停止後、顕微鏡カメラ１８は対物レンズを高速昇降させながら毎秒１０００枚の画像フレームを出力し（ステップ１０８）、診断処理作業に入る（ステップ１１０）。画像フレームの取得に際し、顕微鏡カメラ１８は３０Ｈｚ周期で距離画像とトリガ信号を出力する。実際には、カメラのトリガ信号を基準に検査装置の制御を行うようにしている。この一例として、カメラ撮像、回転テーブル１４移動、解析診断のタイミングチャートを図８に示す。
【００２４】
診断処理作業の具体的フローチャートを図７に示す。カメラ１視野分のデータを取得したことにより診断作業を開始し（ステップ２００）、まず、図４〜図５のような全焦点距離画像からラインデータを取得する（ステップ２０２，２０４）。次いで、周方向ラインデータの幅と深さが設定値以上であるか否かの判別が行われる（ステップ２０６）。これはラインデータの高さの最大値と最小値の差分が設定値以上であるか、あるいは、周方向で基準高さよりも低いデータを示すデータ領域長さが設定値以上である場合などを判定基準とすればよく、適宜、閾値を設定することで自動判別が可能となる。この診断の結果、傷があると判定されれば（ステップ２０８）、傷位置（回転テーブル上の位置、１軸ステージ位置、リングナンバーなど）をメモリに記録して（ステップ２１０）、作業を終了する（ステップ２１２）。もちろん、正常と判定されれば（ステップ２１４）、診断作業を終了する。
【００２５】
このような診断作業がカメラ１視野データで終了したならば、もとのフローに戻り、顕微鏡カメラ１８の視野３０に入る４本の金属リングシート２８の画像計測が正常に終了したか否かが判定される（ステップ１１２）。これは、金属リングシート２８の高さ方向のずれ（アセンブルリング１２本の高さのずれ、回転テーブル１４の精度の高さずれ、リング設置ずれなど）により、距離が正常に出力できない場合があるので、対象とする本数分正しい結果が出るまで、顕微鏡カメラ１８の高さを変更して距離画像の収集とリング傷のチェックを行うものである。異常終了であれば顕微鏡カメラ１８の高さ方向の調整移動を行って（ステップ１１４）、再度ステップ１０８に戻ってデータを取得する。正常に終了したならば、顕微鏡カメラ１８を高さ方向にリセット移動させて初期位置に戻し（ステップ１１６）、１周の検査が終了したか否かの判別をなし（ステップ１１８）、完全に１周するまで繰り返す。規定本数の検査すなわち、１２本の金属リングシート２８の全部を検査したか否かが行われ（ステップ１２０）、終了していない場合には半径方向（肉厚方向）に１軸ステージ移動をなし（ステップ１２２）、ステップ１０８から同様のデータ取得と検査を繰り返すのである。最終的に判定結果を表示器２６に出力して表示し（ステップ１２４）、作業を終了する（ステップ１２６）。
【００２６】
このように、本実施形態に係る積層ベルトリングの検査方法および装置によれば、積層ベルトリング１０の各金属リングシート２８の端面に生じた微小な傷も確実に検出することができ、また、同時に傷の大きさも自動的に検出できることができるので、従来の人的作業に拠っていた不確実性の高い検査の精度を向上させることができるとともに、検査作業効率を大幅に向上できる。特に、顕微鏡カメラ１８の視野３０が狭いので、顕微鏡カメラ１８を積層ベルトリング１０の肉厚方向に複数配列してリングの１周単位で一括検査できるようにすれば、より作業効率を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、積層ベルトリングの端面傷の検査方法であって、ベルトリングを周回移動させつつベルトリング端面を顕微鏡の焦点を移動させて撮像することにより得た三次元画像データにより積層ベルトリング端面の傷の深さと数を検出するように構成したので、人による検査時間と同等の高速な処理が行える。また、自動で積層ベルトリング検査を行うことができることで、省力化が期待できる。さらに、機械での検査によって従来の人による検査での問題点であった個人差の解消が図られる。加えて、３次元画像である距離画像による計測を行うことによって傷の深さを管理し、十分な品質管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る検査装置の構成ブロック図である。
【図２】積層ベルトリングと顕微鏡カメラの視野との関係を示す図である。
【図３】顕微鏡カメラの視野と検査ライン、金属リングシートとの関係を示す説明図である。
【図４】正常品の距離画像とラインデータである。
【図５】傷有り製品の距離画像とラインデータである。
【図６】検査作業の全体処理フローチャートである。
【図７】診断作業のフローチャートである。
【図８】作業のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０………積層ベルトリング、１２………カートリッジ、１４………回転テーブル、１６………円形リング溝、１８………顕微鏡カメラ、２０………２軸移動ステージ、２２………距離画像生成器、２４………計算機、２６………表示器、２８………金属リングシート、３０………顕微鏡カメラ視野、３２………操作器、３４………駆動系制御器。
【図１】
2004101240.tif 000003
【図２】
2004101240.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004101240.tif 000008
【図７】
2004101240.tif 000009
【図８】
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