(57)【要約】【課題】作業者の目視官能検査に頼ることのない、定量的な歯車の歯当たり検査を実現する。【解決手段】従来、画像データを構成する画素ごとの輝度情報（輝度、ＲＧＢ明度など）のみを用いて行われていた画像処理を、輝度情報だけでなく、輝度変化情報（隣り合う画素における輝度情報の変化量）をも用いて行うこととした。この輝度変化情報という新たな色の特徴量を採用することによって、従来の２次元的表現から３次元的な等高線表現が可能となる。したがって、これら輝度情報と輝度変化情報をもとに被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって、被検査面での歯当たり状況を精度良く検査することができる。【選択図】図１
2005098911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープをカメラで撮影して得られた画像データを、コンピュータを用いて画像処理することによって前記被検査面での歯当たり状況を検査する歯車の歯当たり検査方法であって、
前記画像処理は、
前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、
隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、
を含み、
これら輝度情報と輝度変化情報をもとに前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法において、
前記画像処理は、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法において、
前記画像処理は、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項４】
請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法において、
前記画像処理は、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項５】
請求項１に記載の歯車の歯当たり検査方法において、
前記画像処理は、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含むことを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の歯車の歯当たり検査方法において、
前記画像処理によって確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定することを特徴とする歯車の歯当たり検査方法。
【請求項７】
検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、
前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成され、
前記画像処理装置は、
前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得する輝度情報取得機能と、
隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出する輝度変化情報算出機能と、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定する歯当たり候補領域特定機能と、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とし、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とする歯当たり輪郭点特定機能と、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定する歯当たり領域確定機能と、
を有することにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする歯車の歯当たり検査システム。
【請求項８】
検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、
前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成され、
前記画像処理装置は、
前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得する輝度情報取得機能と、
隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出する輝度変化情報算出機能と、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定する歯当たり候補領域特定機能と、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とし、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とする歯当たり輪郭点特定機能と、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定する歯当たり領域確定機能と、
を有することにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする歯車の歯当たり検査システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の歯車の歯当たり検査システムにおいて、
前記確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定する歯当たり判定機能を有することを特徴とする歯車の歯当たり検査システム。
【請求項１０】
検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、
前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成される歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムであって、
前記制御プログラムはコンピュータに、
前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、
隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含む処理を実行させることにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラム。
【請求項１１】
検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、
前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成される歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムであって、
前記制御プログラムはコンピュータに、
前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、
隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、
前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、
求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、
を含む処理を実行させることにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムにおいて、
前記確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定するステップを含む処理を実行させることを特徴とする歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の歯当たり検査方法、歯車の歯当たり検査システム、歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムに関し、特に、歯車の歯面状況を検査する際に行われる画像処理技術の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車はトルクの伝達を行うための機械要素であって、各種の機械装置に広く用いられている。このような歯車において、歯面の加工精度が低い場合や、適切な組み付けが行われないために歯合が良好でない場合には、互いに噛み合う歯車に振動や騒音が発生し、破損などのトラブル発生の原因となってしまう。そこで、従来から、歯車の製造段階や組立段階においては、歯車の歯当たり検査が実施されている。
【０００３】
例えば、自動車のデファレンシャルギアに用いられる歯車の製造には、その加工や組立段階において、数段階に渡る歯当たりの検査工程が設けられている。なお、デファレンシャルギアとは、コーナリング時に左右のタイヤの回転差を調整し、スムーズに自動車が曲がれるようにする機構である。このデファレンシャルギアの製造ラインにおける歯当たり検査工程について、図面を用いて説明する。図１２は、デファレンシャルギア製造ラインにおける歯車の品質保証工程を示すフローチャートである。
【０００４】
歯車は、まず歯切り工程（ステップ１０）において素材から歯車が切り出され、歯車としての外観形状が形成される。歯切りされた歯車のうち、抜き取りで歯当たり検査が行われ（ステップ１１）、歯当たりが所定の検査規格に合格していなければ歯当たり検査結果が歯切り工程（ステップ１０）にフィードバックされる。この検査情報のフィードバックによって歯切り作業の段取り修正が実施され、次回からの不良品発生を防止することができる。
【０００５】
次に、歯切りされた歯車には焼入れによる熱処理が施され（ステップ１２）、焼入れ後の歯当たり検査が先の工程（ステップ１１）と同様に抜き取りで実施される（ステップ１３）。さらに、歯車にはラップ（lapping）処理が施され（ステップ１４）、ラップ後には、歯車全数について歯当たり、加工残り、干渉、焼付きなどの検査項目が実施される（ステップ１５）。歯車は組み付け工程（ステップ１６）を経て完成することになるが、組み付け後には、歯車全数に対して歯当たりや組み付け状態などの検査項目が実施され（ステップ１７）、振動測定（ステップ１８）を行って、歯車製造完了となる。なお、焼入れ工程以降の歯当たり確認（ステップ１３，１５，１７）においても、その検査結果は前工程である焼入れ工程（ステップ１２）、ラップ工程（ステップ１４）、組み付け工程（ステップ１６）に伝達され、次回からの不良品発生の防止に役立つことになる。
【０００６】
また、歯当たり確認（ステップ１１，１３，１５，１７）で行われる具体的な方法は、次のような手順で行われていた。すなわち、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面を洗浄した後、光明丹と呼ばれる無機顔料などの塗料を塗布する。その後、これら一対の歯車について歯当たりテスターを用いてＰＭＤ（ピニオン・ドライブ・ディスタンス）を狙いに合わせ、歯当たり付けを実施する。歯当たり付けを実施された一対の歯車では、歯車の回転に伴って被検査面上の歯当たり部分で塗料の剥離が発生する。被検査面で剥離が発生した状態で残留した塗料は、粘着性のあるテープによって転写して採取される。この塗料の転写されたテープを作業者が目視確認することによって、歯当たり状況の確認が実施されることになる。
【０００７】
以上例示したように、歯車の製造ラインで実施される歯当たり確認作業は、作業者の目視による官能検査として実施されるのが一般的であった。従って、従来の歯当たり確認作業は、作業者間の熟練度や検査時の体調変化による評価のバラツキが大きい上に、定量的な検査情報のフィードバックを迅速に行うことが困難であった。
【０００８】
そこで、定量的な歯当たり検査方法として、テレビカメラによって撮影した被検査面の画像データを採取し、画像処理を行うことによって自動化された歯当たり検査を実施する種々の技術が提案されている。例えば、塗料を塗布した歯面部に歯当たり付けした後、粘着テープを貼り付けて当たり状態を転写し、剥がしたテープをテレビカメラによって撮像して、画像処理を行うことによって歯当たりを検査するというものである（例えば、下記特許文献１〜５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−０８２９０７号公報
【特許文献２】特開平０９−０８９５３３号公報
【特許文献３】特開平０４−２５４７３３号公報
【特許文献４】特開平０３−１１５８２９号公報
【特許文献５】特開平１０−０９６６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献に開示された従来の発明には、歯当たりによって塗料が剥離した部分と塗料が残留した部分の境界を正確に識別することが困難であるという問題が存在していた。
【００１１】
すなわち、従来の発明では、カメラに取り込んだ歯当たり画像を輝度やＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）明度などの輝度情報のみから階調表現し、その絶対値をスレッシュレベルとして２値化するということが行われていた。このような、輝度情報のみを階調表現し、その絶対値をスレッシュレベルとする従来の方法は、塗料の色ムラや汚れなどの被測定物側の要因や、あるいは照明の劣化による輝度低下などの測定機器側の要因によって検査条件変化の影響を受け易いため、真の歯当たり領域の輪郭を検出することが困難であった。特に、歯車に塗料を塗布し、歯当たり付けによって生じた塗料の剥離状態を粘着テープで採取するという手法を用いる歯車の歯当たり検査においては、歯車の滑りや塗料の塗布状態によって塗料の色ムラや汚れなどが発生しやすく、このことも検査精度を低下させることにつながっていた。したがって、歯車の製造・検査ラインでは、歯当たり検査工程を完全に自動化することは困難であり、最終的には作業者の目視による官能検査によって最終製品の品質保証を行わざるを得ないのが現実であった。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであって、その目的は、画像処理方法を改良することによって自動化された歯当たり検査の検査精度向上を図り、作業者の目視官能検査に頼ることなく定量的な歯車の歯当たり検査方法、歯車の歯当たり検査システムおよび歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上のような課題を解決するために、本発明に係る歯車の歯当たり検査方法は、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープをカメラで撮影して得られた画像データを、コンピュータを用いて画像処理することによって前記被検査面での歯当たり状況を検査するものである。本発明に係る歯車の歯当たり検査方法において、前記画像処理は、前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、を含み、これら輝度情報と輝度変化情報をもとに前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る歯車の歯当たり検査方法において、前記画像処理は、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、別の本発明に係る歯車の歯当たり検査方法において、前記画像処理は、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群のうち、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超える画素が特定されないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明に係る歯車の歯当たり検査方法において、前記画像処理は、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに、別の本発明に係る歯車の歯当たり検査方法において、前記画像処理は、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る歯車の歯当たり検査方法では、前記画像処理によって確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定することが好適である。
【００１９】
本発明に係る歯車の歯当たり検査システムは、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成され、前記画像処理装置は、前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得する輝度情報取得機能と、隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出する輝度変化情報算出機能と、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定する歯当たり候補領域特定機能と、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とし、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とする歯当たり輪郭点特定機能と、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定する歯当たり領域確定機能と、を有することにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする。
【００２０】
また、別の本発明に係る歯車の歯当たり検査システムは、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成され、前記画像処理装置は、前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得する輝度情報取得機能と、隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出する輝度変化情報算出機能と、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定する歯当たり候補領域特定機能と、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とし、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とする歯当たり輪郭点特定機能と、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定する歯当たり領域確定機能と、を有することにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る歯車の歯当たり検査システムでは、前記確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定する歯当たり判定機能を有することが好適である。
【００２２】
本発明に係る歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムは、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成される歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムであって、前記制御プログラムはコンピュータに、前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含む処理を実行させることにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする。
【００２３】
また、別の本発明に係る歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムは、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、前記一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した前記被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープの表面を撮影することによって画像データを取得するカメラと、前記カメラが取得した画像データを画像処理することによって、前記被検査面での歯当たり状況を検査する画像処理装置と、によって構成される歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムであって、前記制御プログラムはコンピュータに、前記画像データを構成する画素ごとの輝度又はＲＧＢ明度である輝度情報を取得するステップと、隣り合う画素における輝度情報の変化量である輝度変化情報を算出するステップと、前記輝度情報に対してあらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな歯当たり候補領域を特定するステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とするステップと、前記歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、前記歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの前記輝度変化情報の大きさを順次参照し、前記輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、前記輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を特定し、この変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とするステップと、求められた前記歯当たり輪郭点を近似曲線で接続し、前記被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって歯当たり領域を確定するステップと、を含む処理を実行させることにより、前記被検査面での歯当たり状況を検査することを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る歯車の歯当たり検査システムを制御する制御プログラムでは、前記確定した歯当たり領域の重心を算出し、かかる重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定するステップを含む処理を実行させることが好適である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、画像処理方法を改良することによって自動化された歯当たり検査の検査精度向上を図ることができるので、作業者の目視官能検査に頼ることのない、定量的な歯車の歯当たり検査を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態における歯車の歯当たり検査方法を示したフローチャートであり、以下、このフローチャートに基づいて説明する。なお、本実施形態では、自動車のデファレンシャルギアに用いられる歯車の歯当たり検査を行う場合を例示して説明する。
【００２７】
歯当たり状況採取（ステップ２０〜ステップ２３）
本実施形態における歯車の歯当たり検査方法では、まず、図２において示されているような、検査対象となるリングギア１０と、このリングギア１０に噛み合って歯当たり付けを行うドライブピニオン１１の洗浄を行う（ステップ２０）。この洗浄は、歯当たり状況を正確に採取し、後工程の画像処理を同一条件で行うために実施されるものであり、リングギア１０およびドライブピニオン１１の表面に存在する塵や油などを除去している。
【００２８】
洗浄されたリングギア１０あるいはドライブピニオン１１の表面には、光明丹と呼ばれる無機顔料が塗布される（ステップ２１）。塗布される光明丹の膜厚は１０〜２０μｍ程度が好適とされているが、測定対象物の形状や画像処理装置などの機器側の条件によって最適な膜厚を選択すれば良い。なお、本実施形態では、リングギア１０に光明丹を塗布する場合を例示して説明することとするが、ドライブピニオン１１側に塗布しても良い。また、塗布する塗料は光明丹に限られるものではなく、歯当たり付け時に剥離を発生し、容易に歯当たり部を特定できるものであればどのような塗料であっても良い。
【００２９】
リングギア１０に光明丹を塗布した後、リングギア１０とドライブピニオン１１は、図示しない歯当たりテスターを用いることによってＰＭＤ（ピニオン・ドライブ・ディスタンス）を狙いに合わせ、歯当たり付けが実施される（ステップ２２）。歯当たり付けを実施されたリングギア１０とドライブピニオン１１は、歯車の回転に伴ってリングギア１０の被検査面上の歯当たり部分で塗料の剥離が発生する。
【００３０】
このリングギア１０の被検査面上で剥離が発生した状態で残留した光明丹は、粘着性のあるテープ１２によって転写して採取される（ステップ２３）。このテープ１２は、リングギア１０に複数存在する被検査面それぞれに対して１つずつ用意され、手作業で歯当たり状況の採取が行われることになる。なお、テープ１２は、後工程で行われる画像処理を考慮して、透明のものが好適である。
【００３１】
画像データの取り込み（ステップ２４）
続いて、テープ１２に採取された歯当たり状況をカメラで撮影し、画像データとして取り込む（ステップ２４）。この画像データの取り込みは、例えば、図３に例示されるような画像処理装置によって行われる。この画像処理装置は、テープ１２に採取された歯当たり状況を画像データとして取り込むカメラ１３と、カメラ１３で取り込んだ画像データを処理するカラー抽出部１５、画像処理部１６、モニタ１７、データ記憶部１８などによって構成されている。
【００３２】
歯当たり状況を採取したテープ１２は、カメラ１３が設置された撮影台１９にセットされる。また、撮影台１９には、照明灯１４が設置されており、照明灯１４の輝度値やカメラ１３とテープ１２の距離などをあらかじめ決められた撮影条件に合わせた状態で、撮影が行われる。
【００３３】
このようにして取り込まれた画像データは、カラー抽出部１５、画像処理部１６などによって画像処理が実施され、その結果はデータ記憶部１８に記憶される。なお、モニタ１７は、画像処理装置のセッティングや画像処理状況の把握などに使用することができる。
【００３４】
画像処理の実施（ステップ２５）
続いて、本実施形態で特徴的な画像処理の内容について説明する。本実施形態における画像処理で特徴的なことは、画像データを構成する画素ごとの輝度情報（輝度、ＲＧＢ明度など）と、輝度変化情報（隣り合う画素における輝度情報の変化量）をもとに画像データを表現しているところにある。これら輝度情報と輝度変化情報をもとに被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界を特定することによって、被検査面での歯当たり状況を精度良く検査することができるのである。
【００３５】
ところで、従来の画像処理では、図４に示すように色の特徴量として輝度情報（輝度、ＲＧＢ明度など）のみを用いて歯当たりの輪郭を特定していた。すなわち、従来の画像処理では、カメラに取り込んだ歯当たり画像を輝度やＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）明度などの輝度情報のみから階調表現し、その絶対値をスレッシュレベルとして２値化するということが行われていた。背景技術でも説明した通り、輝度情報のみを階調表現し、その絶対値をスレッシュレベルとする従来の方法では、塗料の色ムラや汚れなどの被測定物側の要因や、あるいは照明の劣化による輝度低下などの測定機器側の要因によって検査条件変化の影響を受け易いため、真の歯当たり領域の輪郭を検出することが困難であった。特に、歯車に塗料を塗布し、歯当たり付けによって生じた塗料の剥離状態を粘着テープで採取するという手法を用いる歯車の歯当たり検査においては、歯車の滑りや塗料の塗布状態によって塗料の色ムラや汚れなどが発生しやすく、このことも検査精度を低下させることにつながっていた。
【００３６】
そこで、本実施形態では、従来、輝度情報（輝度、ＲＧＢ明度など）のみであった色の特徴量に輝度変化情報（隣り合う画素における輝度情報の変化量）を加えることとした。この輝度変化情報という新たな色の特徴量を採用することによって、図５に示すように、従来の２次元的表現から３次元的な等高線表現が可能となる。したがって、より精度の高い画像処理により、歯当たり輪郭の特定が可能となるのである。
【００３７】
具体的な画像処理の内容について説明する。図６は、図５において等高線表現されたメッシュのうちの１つ（α）を抜き出したものであり、本実施形態で実施される画像処理の内容を説明するための図である。
【００３８】
まず、輝度情報と輝度変化情報をもとに等高線表現された画像データに対して、（ｉ）あらかじめ設定されたスレッシュレベルをもとに、歯当たりの発生が明らかな「歯当たり候補」となる領域（つまり明らかに光明丹が無い場所）を選定する。このスレッシュレベルは、あらかじめ実験などを行うことによって決定することが可能であり、最高輝度から所定の輝度値を引いた値や、最高輝度から所定割合だけ低い輝度値を採用することができる。このスレッシュレベルの精度を上げることによって、画像処理時間の短縮を図ることが可能である。
【００３９】
次に、（ｉｉ）「歯当たり候補」領域の外側に位置する画素群に対して、歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの輝度変化情報の大きさを順次参照し、輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えたときには、その場所を歯当たり輪郭点とすることが行われる。この設定値は、輝度変化の傾きを示しており、例えば、１画素当たりの輝度の変化量や、１画素当たりの階調の変化量によって表される。つまり、光明丹の剥離した部分と残留した部分の境界では輝度や階調が急激に変化するという特徴を捉えることによって、精度良い歯当たり輪郭を捉えようとするものである。なお、この設定値については、測定対象物や測定機器の条件によって変化するため、あらかじめ実験を行うことによって決定することができる。
【００４０】
さらに、（ｉｉ）で行う処理において、輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えない場合が発生し得る。背景技術などでも説明した通り、歯車に塗料を塗布し、歯当たり付けによって生じた塗料の剥離状態を粘着テープで採取するという手法を用いる歯車の歯当たり検査においては、歯車の滑りや塗料の塗布状態によって塗料の色ムラや汚れなどが発生しやすいからである。そこで、さらに（ｉｉｉ）歯当たり候補領域の外側に位置する画素群に対して、歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの輝度変化情報の大きさを順次参照し、輝度変化情報の大きさがあらかじめ設定された設定値を超えないときには、輝度情報が減少から増加へと変化する変極点を求め、この変極点を歯当たり輪郭点とすることが行われる。
【００４１】
なお、この変極点については、歯当たり候補領域から外側に向けて画素ごとの輝度変化情報の大きさを順次参照して行き、最初に輝度情報が減少から増加へと変化する場所を採用し、歯当たり輪郭点とすることが好適な場合と、この求めた変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とすることが好適な場合とがある（図７参照）。この変極点から歯当たり輪郭点を求める方法についても、測定対象物や測定機器の条件によって変化するため、あらかじめ実験を行うことによって、より好適な方法を選択すれば良い。なお、変極点から所定距離内側の場所を歯当たり輪郭点とする方法については、あらかじめ決定した距離を採用しても良いし、図７中で示されているような、スレッシュレベルから変極点までの色の特徴量の差（Ａ）に所定の係数（Ｂ）を掛けて求めた値（Ａ×Ｂ／１００）を採用しても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、明らかに光明丹が無い場所を「歯当たり候補領域」とし、この領域の内側から外側に向けて画素ごとの輝度情報や輝度変化情報の大きさを順次参照して「歯当たり輪郭点」を特定する場合を例示して説明した。しかし、本発明は、この方法に限られるものではなく、例えば、明らかに光明丹が存在する場所を「歯当たり不発生領域」とし、この領域から内側に向けて画素ごとのデータを参照していく方法などを採用しても良い。
【００４３】
以上のようにして求めた「歯当たり輪郭点」を近似曲線で接続し、歯当たり領域を確定する。この近似方法については、「歯当たり輪郭点」をそのまま直線で結んでも良いし、最小２乗法など公知の近似方法を採用しても良い。この処理によって、被検査面上で発生した塗料の剥離部と残留部との境界が特定され、歯当たり領域を確定することができる。
【００４４】
確定した歯当たり領域を評価する方法には、様々なものが存在している。例えば、本実施例で対象としている自動車のデファレンシャルギアに用いられる歯車の場合、歯当たり領域の重心を求め、この重心の位置情報によって歯当たりの良否を判定することが好適である。位置情報は、被検査面の横方向の位置Ｘと深さ（縦）方向の位置Ｙを算出することによって求めることが可能であり、この座標（Ｘ，Ｙ）が所定の範囲内であれば合格と判定することができる。
【００４５】
ただし、歯当たり領域の評価方法については、重心座標を求めるものに限られず、図８に示すような様々な判定方法を採用することが可能である。すなわち、当たり面積を求めるもの、当たり数を求めるもの、歯当たり領域と等価な楕円の主軸と副軸の長さの比を求めるもの、歯当たり領域を４分割してその面積比を比較するもの、歯当たり領域と等価な楕円の主軸の角度を求めるもの、歯当たり領域とその他の領域との面積比を求めるもの、歯当たり領域の長さの最大部と最小部の中心座標を求めるもの、などを測定対象物や測定条件によって選択すれば良い。
【００４６】
以上説明した本実施形態における歯車の歯当たり検査方法について、図９で示す代用特性にて、作業者の目視検査との乖離について評価した。代用特性は、被測定面の長さに対する歯当たり領域の長さの割合を示すものである。この代用特性について、本実施形態の歯車の歯当たり検査方法で求めた値および従来の画像処理方法で求めた値と、作業者の目視検査で求めた値との違いを比較することによって評価を実施した。
【００４７】
図１０は、従来の画像処理方法を用いた場合の評価結果を示す図である。図１０において、縦軸は従来の画像処理方法で求めた代用特性値を目視検査で求めた代用特性値で割ったものである。図１０から明らかな通り、従来の画像処理方法で求めた代用特性値と目視検査で求めた代用特性値との間に乖離が存在している。なお、調査の結果から、この乖離は、被検査面に存在する汚れが原因となって発生したことが明らかとなっている。
【００４８】
一方、図１１は、本実施形態における画像処理方法を用いた場合の評価結果を示す図である。図１１から明らかな通り、本実施形態における画像処理方法で求めた代用特性値と目視検査で求めた代用特性値とがほぼ同じ値となり、本実施形態における画像処理方法と作業者による目視検査との間の相関関係が向上していることが解る。したがって、本実施形態における歯車の歯当たり検査方法によれば、作業者の目視検査に頼ることなく歯当たり検査を実施することが可能となる。その結果、作業負荷軽減のみならず定量的な評価が行えるので、品質不良の早期発見・早期対策が可能となり、不良発生の低減と製造コストの削減などに寄与することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、検査対象の歯車の被検査面又はこの歯車と噛み合う歯車の歯合面に塗料を塗布し、これら一対の歯車の回転に伴って剥離が発生した被検査面上の残留塗料をテープに転写し、この塗料が転写されたテープをカメラで撮影して得られた画像データを、コンピュータを用いて画像処理することによって被検査面での歯当たり状況を検査する場合を例示して説明した。しかし、本発明は、この方法に限られるものではなく、例えば、被検査面上の残留塗料を直接カメラで撮影する方法などを採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態における歯車の歯当たり検査方法を示したフローチャートである。
【図２】本実施形態で検査対象として例示されるリングギアと、このリングギアに噛み合って歯当たり付けを行うドライブピニオンを示す図である。
【図３】本実施形態で例示される画像処理装置を示す図である。
【図４】従来実施されていた画像処理の内容を説明するための図である。
【図５】本実施形態における画像処理方法で表現が可能な、画像データの３次元的な等高線表現を示す図である。
【図６】図５において等高線表現されたメッシュのうちの１つ（α）を抜き出したものであり、本実施形態で実施される画像処理の内容を説明するための図である。
【図７】図６で例示された画像処理の別の実施例を示す図である。
【図８】様々な歯当たり領域の評価方法を示す図である。
【図９】本実施形態における歯車の歯当たり検査方法および従来の検査方法と、作業者による目視検査の比較を行うために評価基準として用いた代用特性を説明するための図である。
【図１０】従来の画像処理方法を用いた場合の評価結果を示す図である。
【図１１】本実施形態における画像処理方法を用いた場合の評価結果を示す図である。
【図１２】デファレンシャルギア製造ラインにおける歯車の品質保証工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  リングギア、１１  ドライブピニオン、１２  テープ、１３  カメラ、１４  照明灯、１５  カラー抽出部、１６  画像処理部、１７  モニタ、１８  データ記憶部、１９  撮影台。
【図１】
2005098911.tif 000003
【図２】
2005098911.tif 000004
【図３】
2005098911.tif 000005
【図４】
2005098911.tif 000006
【図５】
2005098911.tif 000007
【図６】
2005098911.tif 000008
【図７】
2005098911.tif 000009
【図８】
2005098911.tif 000010
【図９】
2005098911.tif 000011
【図１０】
2005098911.tif 000012
【図１１】
2005098911.tif 000013
【図１２】
2005098911.tif 000014