特許 6407007 接合検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407007

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】接合検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20181004BHJP

   B23K 20/12 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/88 Z

   B23K20/12 310

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-254408(P2014-254408)

(22)【出願日】2014年12月16日

(65)【公開番号】特開2016-112598(P2016-112598A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2017年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】590000721

【氏名又は名称】株式会社キーレックス

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山根 稔正

(72)【発明者】

【氏名】山根 義昭

【審査官】 藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２６２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１５３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４９６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１６６２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１２２４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０５３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 植松 美彦ら，「非破壊検査による摩擦攪拌接合継手の接合欠陥検出と疲労寿命予測」，溶接学会論文集，２０１２年，Vol.30, No.3，pp.220-227

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８８

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

摩擦攪拌点接合によりワークに施された円形状の接合部を表面側から撮影するカメラと、
該カメラの側方に配置され、上記接合部表面に光を照射する光源と、
上記カメラに接続され、当該カメラで撮影された上記接合部表面の撮影画像を基に上記接合部の接合状態を検査する検査手段とを備え、
該検査手段は、上記撮影画像において、上記接合部の径方向に沿って線状に並ぶ画素列を上記接合部の中心周りに所定の間隔をあけて複数抽出する画素列抽出部と、上記各画素列における各画素の輝度値をそれぞれ演算処理する演算部と、上記各画素列において、所定値Ｚ_１以上の輝度値である画素を所定値Ｘ_１以上有するものを光反射ラインと認定する一方、所定値Ｚ_２以下の輝度値である画素を所定値Ｘ_２以上有するものを非光反射ラインと認定するライン認定部と、上記光反射ラインの本数が予め決められた基準値Ｔ_１以上で、且つ、上記非光反射ラインの本数が予め決められた基準値Ｔ_２以上であると上記接合部の接合状態に問題が無いと判定する判定部とを備えていることを特徴とする接合検査装置。

【請求項2】

請求項１に記載の接合検査装置において、
上記カメラで上記ワークを撮影する際、上記各接合部と上記カメラとの間の距離が撮影毎に一定となるよう上記ワークを上記カメラから所定の距離離れた基準位置に固定するワーク固定手段を備え、
上記カメラは、上記各接合部に対する焦点距離を撮影毎に一定にして撮影するよう構成されていることを特徴とする接合検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩擦攪拌点接合による接合部の接合状態を検査する接合検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、重ね合わせた金属板同士を互いに接合する１つの方法として摩擦攪拌による点接合が知られている。この接合は、棒状の回転ツールをその軸心回りに回転させるとともに、重ね合わせた金属板に上記回転ツールの先端を押し込むように移動させて上記金属板を加圧することにより、金属板同士を互いに摩擦熱で軟化させて固相接合させるものである。

【0003】

ところで、上述の如き摩擦攪拌点接合が実施される生産ラインでは、接合不良となった接合部を後工程に流出させないように、各接合部の検査を行っている。

【0004】

例えば、特許文献１では、接合時において回転ツールに加わる負荷と金属板の動摩擦係数とを用いて接合時に金属板に加わる発熱量を算出するとともに、接合時における上記金属板に対する回転ツールの押し込み量を当該回転ツールの移動量から算出し、算出した発熱量及び押し込み量と予め設定された設定値とを比較して上記接合部の接合状態に問題があるか否かを判定するよう構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２９２４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１では、接合後の接合部の接合状態について問題があるか否かを判定しているのではなく、接合中の回転ツールの移動量や発熱量を算出することによって接合後の接合部の状態を予測しているだけであるので、例えば、回転ツール先端に磨耗等が発生すると、算出する発熱量が実際の値から大きく外れてしまい、ひいては、接合部の接合状態に問題があるか否かの判定を誤ってしまうおそれがある。

【0007】

これに対応するために、接合後に作業者によって接合部を目視検査することが考えられるが、接合部を定量的に評価できないばかりか作業者の作業負荷を増やすことになってしまう。

【0008】

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合部に問題があるか否かを定量的に、且つ、効率的に判定できる摩擦攪拌点接合用の接合検査装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明は、摩擦攪拌点接合において接合状態が良好である接合部表面に光を照射すると、接合部の径方向に沿って延びる光が反射する部分と光が反射しない部分とがそれぞれ発生することに着目し、これら光反射部分と非光反射部分とを撮影画像から抽出することによって接合部の接合状態に問題があるか否かを判定できるようにしたことを特徴とする。

【0010】

すなわち、第１の発明では、摩擦攪拌点接合によりワークに施された円形状の接合部を表面側から撮影するカメラと、該カメラの側方に配置され、上記接合部表面に光を照射する光源と、上記カメラに接続され、当該カメラで撮影された上記接合部表面の撮影画像を基に上記接合部の接合状態を検査する検査手段とを備え、該検査手段は、上記撮影画像において、上記接合部の径方向に沿って線状に並ぶ画素列を上記接合部の中心周りに所定の間隔をあけて複数抽出する画素列抽出部と、上記各画素列における各画素の輝度値をそれぞれ演算処理する演算部と、上記各画素列において、所定値Ｚ_１以上の輝度値である画素を所定値Ｘ_１以上有するものを光反射ラインと認定する一方、所定値Ｚ_２以下の輝度値である画素を所定値Ｘ_２以上有するものを非光反射ラインと認定するライン認定部と、上記光反射ラインの本数が予め決められた基準値Ｔ_１以上で、且つ、上記非光反射ラインの本数が予め決められた基準値Ｔ_２以上であると上記接合部の接合状態に問題が無いと判定する判定部とを備えている。

【0011】

第２の発明では、第１の発明において、上記カメラで上記ワークを撮影する際、上記各接合部と上記カメラとの間の距離が撮影毎に一定となるよう上記ワークを上記カメラから所定の距離離れた基準位置に固定するワーク固定手段を備え、上記カメラは、上記各接合部に対する焦点距離を撮影毎に一定にして撮影するよう構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

第１の発明では、摩擦攪拌点接合において接合状態が良好の接合部表面にはその中心周りに円状に延びる突条部が多数形成されるので、上記接合部表面に光を照射すると上記各突状部によって接合部の径方向に沿って乱反射する線状の部分と、接合部の径方向に沿って乱反射しない暗い部分とがそれぞれ発生する。したがって、接合部を表面側からカメラで撮影する際、撮影画像における乱反射部分又は非乱反射部分の発生数を調べることで定量的に接合部の接合状態を把握することができる。また、作業者が接合後の接合部を目視検査する必要がないので、作業者の作業負荷を増やすことなく効率的に接合部の検査を行うことができる。

【0013】

第２の発明では、カメラで撮影する各撮影画像における接合部の中心位置に対応する画素が必ず同じ座標になるので、光反射ライン又は非光反射ラインを認定するための画素列を抽出する際に、接合部の中心位置の設定を手動や複雑な画像処理で行う必要が無くなり、検査速度を速めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る接合検査装置の概略正面図である。

【図2】接合検査装置のカメラによるワークの撮影画像全体を示す図である。

【図3】図２のＡ部拡大図であり、画素列抽出部による撮影画像の演算処理について具体的な手順の一部を示す説明図である。

【図4】図３の各画素を誇張した概略図である。

【図5】（ａ）は、接合状態が良好な接合部表面の撮影画像を、（ｂ）は、（ａ）をライン認定部によって演算処理した結果をそれぞれ示す図である。

【図6】（ａ）は、接合不良の接合部表面の撮影画像を、（ｂ）は、（ａ）をライン認定部によって演算処理した結果をそれぞれ示す図である。

【図7】実施形態に係る接合検査装置による接合部検査時のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

【0016】

図１は、本発明の接合検査装置１を示す。該接合検査装置１は、車両の生産ラインにおいて、２つの板状アルミニウム板を重ね合わせるとともに摩擦攪拌点接合によって上記両アルミニウム板を互いに接合してワークＷにする接合工程の下流側に配置され、上記ワークＷにおける複数の円形状をなす接合部１０の接合状態を検査するものである。

【0017】

上記接合検査装置１は、サーボモータ制御のマニピュレーター（ワーク固定手段）２を備え、該マニピュレーター２は、当該マニピュレーター２のアーム先端２ａで把持した上記ワークＷを上記接合部１０表面が上向く姿勢で基準位置Ｂ１に固定するようになっている。

【0018】

上記基準位置Ｂ１に固定されたワークＷの上方には、上記基準位置Ｂ１から所定の距離離れた位置にＣＣＤカメラ３が下方に向く姿勢で配置され、該ＣＣＤカメラ３は、上記マニピュレーター２によって基準位置Ｂ１に固定されたワークＷの各接合部１０に対する撮影毎の焦点距離が一定になるように上記各接合部１０を表面側から撮影するようになっている。

【0019】

上記ＣＣＤカメラ３の側方には、上記ワークＷに光を照射する光源４が配置されている。

【0020】

また、上記ＣＣＤカメラ３には、当該ＣＣＤカメラ３で撮影されたワークＷの撮影画像Ｐ１（図２参照）を取り込み、当該撮影画像Ｐ１を基に上記各接合部１０の接合状態を検査する制御盤（検査手段）５が接続されている。

【0021】

該制御盤５は、図３に示すように、上記撮影画像Ｐ１において、上記接合部１０の径方向に沿って線状に並ぶ画素列１１を上記接合部１０の中心位置Ｃ１周りに所定の間隔をあけて複数抽出する画素列抽出部６を有している。

【0022】

該画素列抽出部６は、図３及び図４を用いて具体的に説明すると、予め設定された内側境界円６ａと外側境界円６ｂの間の画素群において、撮影画像Ｐ１の中心位置Ｃ１から紙面下側（接合部１０の径方向外側）に向かう方向に沿って並ぶ５つの画素からなる画素列１１ａを抽出し、その後、画素列１１ａから接合部１０の円周方向に１０°ずつずれた位置の画素列１１を抽出するようになっていて、この場合、全部で３６個の画素列１１が得られるようになっている。

【0023】

尚、撮影画像Ｐ１は、ＣＣＤカメラ３によって基準位置Ｂ１に位置するワークＷを撮影毎に一定の焦点距離で撮影することで得られるので、撮影画像Ｐ１中の各接合部１０の位置は、撮影画像Ｐ１毎に略同じになる。したがって、各演算処理を行う際、接合部１０の中心位置Ｃ１、内側境界円６ａ、及び外側境界円６ｂの各座標は、接合部１０毎に予め設定された値が用いられる。

【0024】

また、上記制御盤５は、上記画素列抽出部６で抽出した各画素列１１における各画素の輝度をそれぞれ演算処理する演算部７を有している。

【0025】

さらに、上記制御盤５は、所定値Ｚ_１以上の輝度値である画素を所定値Ｘ_１以上有する画素列１１を光反射ライン８ａと認定する一方、所定値Ｚ_２以下の輝度値である画素を所定値Ｘ_２以上有する画素列１１を非光反射ライン８ｂと認定するライン認定部８を有している。

【0026】

ここで、当該ライン認定部８のライン認定作業をより具体的に説明する。例えば、図４において、領域Ｒ_１の色の画素の輝度値が２０で、且つ、領域Ｒ_２の色の画素の輝度値が２００であるとする。また、１００以上の輝度値である画素を３つ以上有する画素列１１を光反射ライン８ａと認定する一方、５０以下の輝度値である画素を３つ以上有する画素列１１を非光反射ライン８ｂと認定することにする。すると、図４において、上記画素列１１ａは、５つの画素全ての輝度値が２００なのでライン認定部８が光反射ライン８ａと認定するようになっている。一方、撮影画像Ｐ１の中心位置Ｃ１から紙面右側に向かう方向に沿って並ぶ画素列１１ｂは、５つの画素のうちの３つの画素の輝度値が２０なのでライン認定部８が非光反射ライン８ｂと認定するようになっている。

【0027】

上記ライン認定部８は、上記光反射ライン８ａ及び非光反射ライン８ｂを認定すると、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、上記撮影画像Ｐ１を表示する画面上に上記光反射ライン８ａ及び非光反射ライン８ｂにそれぞれ対応する補助線を重ねて表示させるようになっていて、これにより、作業者が光反射ライン８ａ及び非光反射ライン８ｂを視覚的に認識できるようになっている。

【0028】

そして、上記制御盤５は、上記接合部１０の接合状態における問題の有無を判定する判定部９を有し、該判定部９は、上記光反射ライン８ａが予め決められた基準値Ｔ_１以上で、且つ、上記非光反射ライン８ｂが予め決められた基準値Ｔ_２以上であると上記接合部１０の接合状態に問題が無いと判定するようになっている。

【0029】

ここで、図５（ａ）に示すような良好な接合状態の接合部１０の判定作業を行った場合と、図６（ａ）に示すような接合不良の接合部１０の判定作業を行った場合とについてそれぞれ具体的に説明する。ここでは、光反射ライン８ａが１本以上で、且つ、非光反射ライン８ｂが１０本以上の場合に接合部１０が良好である（問題が無い）と判定することにした。すると、図５（ｂ）に示す撮影画像Ｐ１では、演算処理の結果、光反射ライン８ａが３本で、且つ、非光反射ライン８ｂが２９本発生したので、判定部９は、この撮影画像Ｐ１に撮影された接合部１０は接合状態が良好であると判定するようになっている。一方、図６（ｂ）に示す撮影画像Ｐ１では、光反射ライン８ａが１本も無く、さらには、非光反射ライン８ｂも５本しか発生していないので、判定部９は、この撮影画像Ｐ１の接合部１０が接合不良であると判定するようになっている。

【0030】

次に、接合検査装置１における具体的な検査制御を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。

【0031】

まず、図示しない接合工程でワークＷが形成された後、マニピュレーター２が上記ワークＷを接合工程から取り出すとともに上記基準位置Ｂ１に固定させる。その後、マニピュレーター２から制御盤５に検査開始信号が出力される。

【0032】

制御盤５は、上記マニピュレーター２から検査開始信号を受け取ると、図７のフローチャートのステップＳ１に進む。このステップＳ１では、基準位置Ｂ１に固定されたワークＷをＣＣＤカメラ３で撮影することにより撮影画像Ｐ１を得る。撮影画像Ｐ１を得た後、ステップＳ２に進んで撮影画像Ｐ１内の７つの接合部１０の中から検査する接合部１０を１つ選択する。

【0033】

次いで、ステップＳ３では、撮影画像Ｐ１に基づいて、まず、予め設定された内側境界円６ａと外側境界円６ｂの間の画素群において、画素列抽出部６が接合部１０の径方向に沿って線状に並ぶ画素列１１を中心位置Ｃ１周りに所定の間隔をあけて複数抽出し、その後、これら抽出した各画素列１１の各画素の輝度値を演算部７において演算処理する。そして、ライン認定部８は、上記各画素列１１において、所定値Ｚ_１以上の輝度値である画素を所定値Ｘ_１以上有すると光反射ライン８ａと認定する一方、所定値Ｚ_２以下の輝度値である画素を所定値Ｘ_２以上有すると非光反射ライン８ｂと認定する。

【0034】

しかる後、ステップ４に進み、光反射ライン８ａが予め決められた基準値Ｔ_１以上であるか否かを判定部９が判定する。

【0035】

このステップ４で判定がＮＯであるとき、すなわち、光反射ライン８ａが予め決められた基準値Ｔ_１以上で無いと判定部９が判定すると、ステップＳ９に進み、制御盤５は、図示しない生産ラインのメイン制御部に生産ライン停止信号を出力した後、ステップＳ１０に進んで図示しない表示モニタに警告を表示させる。

【0036】

一方、ステップＳ４の判定がＹＥＳのとき、すなわち、光反射ライン８ａが予め決められた基準値Ｔ_１以上であると判定部９が判定すると、ステップＳ５に進み、非光反射ライン８ｂが予め決められた基準値Ｔ_２以上であるか否かを判定部９が判定する。

【0037】

このステップＳ５の判定がＮＯであるとき、すなわち、非光反射ライン８ｂが予め決められた基準値Ｔ_２以上で無いと判定部９が判定すると、ステップＳ９に進み、制御盤５は、図示しない生産ラインのメイン制御部に生産ライン停止信号を出力した後、ステップＳ１０に進んで図示しない表示モニタに警告を表示させる。

【0038】

一方、ステップＳ５の判定がＹＥＳのとき、すなわち、非光反射ライン８ｂが予め決められた基準値Ｔ_２以上であると判定部９が判定すると、ステップＳ６に進み、判定部９が他に検査を行っていない接合部１０があるか否かを判定する。

【0039】

このステップＳ６の判定がＮＯのとき、すなわち、他に検査を行っていない接合部１０が無いと判定部９が判定すると、ステップＳ７に進み、制御盤５は、図示しない生産ラインのメイン制御部に生産ラインを継続させる信号を出力した後、ステップＳ８に進んで図示しない表示モニタにワークＷが問題ないことを表示させる。

【0040】

一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであるとき、すなわち、他に検査を行っていない接合部１０があると判定部９が判定すると、ステップＳ２に戻り、次に検査する接合部１０を選択する。

【0041】

以上より、本発明の実施形態によると、摩擦攪拌点接合において接合状態が良好の接合部１０表面にはその中心位置Ｃ１周りに円状に延びる突条部が多数形成されるので、上記接合部１０表面に光を照射すると上記各突状部によって接合部１０の径方向に沿って乱反射する線状の部分（光反射ライン８ａ）と、接合部の径方向に沿って乱反射しない暗い部分（非光反射ライン８ｂ）とがそれぞれ発生する。したがって、接合部１０を表面側からＣＣＤカメラ３で撮影する際、撮影画像Ｐ１における光反射ライン８ａ又は非光反射ライン８ｂの発生数を調べることで定量的に接合部１０の接合状態を把握することができる。また、作業者が接合後の接合部１０を目視検査する必要がないので、作業者の作業負荷を増やすことなく効率的に接合部１０の検査を行うことができる。

【0042】

また、ＣＣＤカメラ３で撮影した各撮影画像Ｐ１における接合部１０の中心位置Ｃ１に対応する画素が必ず同じ座標になるので、光反射ライン８ａ又は非光反射ライン８ｂを認定するための画素列１１を抽出する際に、接合部１０の中心位置Ｃ１の設定を手動や複雑な画像処理で行う必要が無くなり、検査速度を速めることができる。

【0043】

尚、本発明の実施形態では、ワークＷの接合部１０を複数含む領域の撮影にＣＣＤカメラ３を用いているが、ＣＭＯＳカメラを用いて撮影してもよい。

【0044】

また、本発明の実施形態では、ＣＣＤカメラ３の周りに１つの光源４が配置されているが、これに限らず、２つ以上の光源４を配置してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、摩擦攪拌点接合による接合部の接合状態を検査する接合検査装置に適している。

【符号の説明】

【0046】

１ 接合検査装置
２ マニピュレーター（ワーク固定手段）
３ ＣＣＤカメラ
４ 光源
５ 制御盤（検査手段）
６ 画素列抽出部
７ 演算部
８ ライン認定部
９ 判定部
１０ 接合部
１１ 画素列
Ｂ１ ワークの基準位置
Ｐ１ 撮影画像
Ｃ１ 接合部の中心位置
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】