JP4503643B2 - 金属ベルトの検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属ベルトに存在する傷の有無を検査する装置に関する。

無段変速機（Continuously Variable Transmission、以下ＣＶＴと記す。）は、一対のプーリにベルトを掛け渡してなる。自動車用ＣＶＴでは、積層金属ベルトを使用する。積層金属ベルトは、薄い金属ベルトを複数枚積層してなる。積層金属ベルトは動力伝達部材であるため、傷を嫌う。そこで、金属ベルトに存在する傷の有無を検査することが必須となる。

金属ベルトを目視検査するのでは、能率が上がらないので、近年は自動検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−７７４２５公報（図７）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本原理を説明する図であり、（ａ）に示すような正常プロフィル１００を基準とする。そして（ｂ）に示すように破線で示される正常プロフィル１００に対して偏差が発生した場合には、曲線１０１は摩耗疵プロフィルと見なす。また、（ｃ）に示すように破線で示される正常プロフィル１００に対して偏差が発生した場合には、曲線１０２は打痕疵プロフィルと見なすというものである。

ところで、金属ベルトに、ほこりが付着することがある。ほこりは不合格の要因にはならない。ほこりは突起となって現れる。上記（ｂ）での凸部１０３や（ｃ）での凸部１０４が、ほこりによって発生することがあり得る。この結果、ほこりと傷のサイズが近いものの判断が難しく、過検出（過剰に検出されること）が生じる可能性がある。そこで、ほこりと傷とを区別して検査することができる技術が求められる。

金属リングの端部は、平坦部とこの平坦部の両端から傾斜している傾斜部とを有している。平坦部の傷などに比較して、傾斜部の傷などは見落としてしまう恐れがある。また、従来の技術では、凹凸の区別がつきにくいため、ゴミやホコリなどの外乱要因とそのサイズが近い傷部の区別が困難であった。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、非接触により金属リングの端部検査を行う装置を提供する。

請求項１に係る発明は、上平坦部と、この上平坦部の左端に繋がる左傾斜部と、この左傾斜部の左端から垂直に下がる左平坦部と、前記上平坦部の右端に繋がる右傾斜部と、この右傾斜部の右端から垂直に下がる右平坦部と、この右平坦部と前記左平坦部の下端同士を結ぶ下平坦部と、を輪郭とする縦長矩形断面を呈する金属ベルトを検査対象物とし、前記輪郭に存在する傷の有無を検査する金属ベルトの検査装置であって、
前記金属ベルトを走行させるベルト走行機構と、
前記金属ベルトの上に配置され、金属ベルトを下向きに照らす第１ランプ及び金属ベルトを上から撮影する第１カメラと、
前記金属ベルトの左に配置され、金属ベルトを水平に照らす第２ランプ及び金属ベルトを左横から撮影する第２カメラと、
前記金属ベルトの右に配置され、金属ベルトを水平に照らす第３ランプ及び金属ベルトを右横から撮影する第３カメラと、
前記第１〜第３カメラで撮影された画像情報を処理する画像処理装置とからなり、
前記第１〜第３ランプは、互いに異なる色の光を照射する照明であり、前記第１〜第３カメラは、カラー撮影が可能なカラーカメラであることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、金属ベルトの下に配置され、金属ベルトを上向きに照らす第４ランプ及び金属ベルトの下辺を撮影する第４カメラを有し、第４ランプは、第１ランプと同色の光を照射する照明であり、第４カメラは、カラー撮影が可能なカラーカメラであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、金属ベルトの周囲に第１〜第３ランプ及びカメラを配置した。第１〜第３ランプは互いに異なる色の光を発射し、第１〜第３カメラはカラーカメラである。金属ベルトに付着したほこりは、無彩色の凸像となって現れ、金属ベルトに付いた傷や異常形状は、有彩色の像となって現れる。画像処理装置で、ほこりと傷とを識別させる。
請求項１は、ほこりと傷とを区別して検査することができる技術を提供することができる。

すなわち、複数の撮像手段と照明手段を用いて非接触により検査を行うことができ、従来技術では検出が難しかった傾斜部の傷の検出及び過検出の防止の両方が容易になる。つまり、カラーカメラによる検出により、傾斜部の傷の検出及び過検出の防止の両方が容易になる。

請求項２に係る発明では、金属ベルトの下に第４ランプ及び第４カメラを配置した。第１カメラで金属ベルトの上端を検査し、第４カメラで金属ベルトの下端を検査することができるため、１パスで金属ベルトの上下端を検査することができ、作業能率が向上する。

また第４ランプは、第１ランプと同色の光を照射する照明とする。光の三原色を第１〜第３ランプに振り分けると、第４ランプに当てる色が無くなる。そこで、第１ランプと同色することで、第１〜第４ランプを光の三原色で賄うようにした。この結果、ランプの調達が容易になり、検査装置のコストダウンを図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１はＣＶＴベルトの概念図であり、（ａ）に示すように、ＣＶＴベルト１０は、左右に溝１１Ｌ、１１Ｒを備えている金属製エレメント１２と、溝１１Ｌ、１１Ｒに嵌めた左右一対の積層金属ベルト１３、１３とから構成される。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、積層金属ベルト１３は、複数枚の薄い金属ベルト３０を積層してなる。この金属ベルト３０を１本単位で検査することができる装置が本発明に係る金属ベルトの検査装置である。

金属ベルトの検査装置の構成を、図２、３で説明する。
図２は本発明に係る金属ベルトの検査装置の基本構成図であり、金属ベルトの検査装置２０は、ベルト走行機構２１と、走行中の金属ベルト３０を囲うように配置されている４個のカメラ（第１ランプ付きカメラ４０、第２ランプ付きカメラ４５、第３ランプ付きカメラ５０、第４ランプ付きカメラ５５。詳細構成は後述。）とからなる。

そして、ベルト走行機構２１は、想像線で示すベース２２と、このベース２２に水平移動可能に設けられている駆動ローラ２３と、ベース２２に移動不能に設けられている空転自在のフリーローラ２４、２５、２６とからなる。

駆動ローラ２３は、レール２７に沿って図左へ移動させることができる。
そして、駆動ローラ２３及びフリーローラ２４、２５、２６に金属ベルト３０を掛け渡たす。
次に、駆動ローラ２３を、レール２７に沿って図右へ移動させる。すると、金属ベルト３０は緊張状態になる。続いて、駆動ローラ２２を始動し、所定回転速度まで増速すれば、金属ベルト３０を所定速度で走行させることができる。

なお、ベルト走行機構２１は、駆動ローラ２３とフリーローラ２４とからなる２個のローラでも成立させることができる。３個のローラで金属ベルト３０をトライアングル状に張ることもできる。したがって、ベルト走行機構２１は金属ベルト３０を安定して走行させることができるものであれば、構造は任意である。

金属ベルト３０を囲う第１ランプ付きカメラ４０、第２ランプ付きカメラ４５、第３ランプ付きカメラ５０及び第４ランプ付きカメラ５５の部位を断面図化した次図で金属ベルト３０の断面構造などを説明する。

図３はランプ付きカメラの配置を説明する図であり、先ず、図の中央に示した金属ベルト３０は、上平坦部３１と、この上平坦部３１の左端に繋がる左傾斜部３２と、この左傾斜部３２の左端から垂直に下がる左平坦部３３と、上平坦部３１の右端に繋がる右傾斜部３４と、この右傾斜部３４の右端から垂直に下がる右平坦部３５と、この右平坦部３５と左平坦部３３の下端同士を左右の傾斜部３６、３７を介して結ぶ下平坦部３８と、を輪郭とする縦長矩形断面を呈する金属部品である。

なお、左傾斜部３２、右傾斜部３４、左右の傾斜部３６、３７は、応力の集中を避けるために、一般に緩い円弧輪郭にするが、本図では、便宜的に直線輪郭にした。

このような金属ベルト３０の上に、第１ランプ付きカメラ４０が配置されている。この第１ランプ付きカメラ４０は、第１ハーフミラー４１を介して金属ベルト３０を下向きに照らす第１ランプ４２と、第１ハーフミラー４１を介して金属ベルト３０を上から撮影する第１カメラ４３からなる。第１カメラ４３は、有彩色の映像を得るカラーカメラである。以下に説明する第２〜第４カメラも同様にカラーカメラである。

なお、第１ランプ４２と第１カメラ４３とは、単品を分離して配置しても良い。この場合は、第１ハーフミラー４１が不要となる。ただし、第１ランプ４２と第１カメラ４３とを一体化した第１ランプ付きカメラ４０であれば、支持手段（サポート）が１個で済むという利点がある。したがって、第１ランプ４２と第１カメラ４３とを一体化するか分離するかは任意である。第２〜第４カメラも同様である。

また、金属ベルト３０の左に、第２ランプ付きカメラ４５が配置されている。この第２ランプ付きカメラ４５は、第２ハーフミラー４６を介して金属ベルト３０を水平に照らす第２ランプ４７と、第２ハーフミラー４６を介して金属ベルト３０を左横から撮影する第２カメラ４８からなる。

さらにまた、金属ベルト３０の右に、第３ランプ付きカメラ５０が配置されている。この第３ランプ付きカメラ５０は、第３ハーフミラー５１を介して金属ベルト３０を水平に照らす第３ランプ５２と、第３ハーフミラー５１を介して金属ベルト３０を右横から撮影する第３カメラ５３からなる。

好ましくは、金属ベルト３０の下に、第４ランプ付きカメラ５５が配置される。この第４ランプ付きカメラ５５は、第４ハーフミラー５６を介して金属ベルト３０を上向きに照らす第４ランプ５７と、第４ハーフミラー５６を介して金属ベルト３０を下から撮影する第４カメラ５８からなる。

第１ランプ４２は、例えば青色Ｂ１を照射する。第２ランプ４７は、例えば緑色Ｇを照射する。第３ランプ５２は、例えば赤色Ｒを照射する。すなわち、第１〜第３ランプ４２、４７、５２は、互いに異なる色の光を照射する照明である。好ましくは、上述のように、光の三原色である赤、青、緑を、第１〜第３ランプ４２、４７、５２に各々振り分ける。赤、青、緑のランプは、入手が容易であり、安価である。

なお、第４ランプ５７を設けるか否かは任意であるが、設ける場合は、第１ランプ４２と同色の例えば青色Ｂ２を照射させる。青であれば、隣接する第２ランプ４７及び第３ランプ５２と、異色となるからである。

さらには、第１〜第３カメラ４３、４８、５３で撮影された画像情報、又は第１〜第４カメラ４３、４８、５３、５８で撮影された画像情報を処理する画像処理装置６０が配置されている。画像処理装置６０は表示部６１を備えている。

図４は第１ランプ付きカメラの作用図であり、（ａ）に示すように、第１ランプ４２で発射された青色Ｂ１の光線は、第１ハーフミラー４１で反射され、一部が矢印（１）のように進み、上平坦部３１で反射され、矢印（２）となって、第１カメラ４３に至る。
青色Ｂ１の光線の残部は矢印（３）、（４）のように進み、左傾斜部３２と右傾斜部３４に到達するが、傾斜部３２、３４で反射されて、左又は右へ進むため、上に配置されている第１カメラ４３には至らない。

一方、（ｂ）に示すように、左から水平に進む緑色Ｇの光線は、左傾斜部３２で反射され、矢印（５）のように、第１カメラ４３に至る。右から水平に進む赤色Ｒの光線は、右傾斜部３４で反射され、矢印（６）のように、第１カメラ４３に至る。
下から上向きに発射された青色Ｂ２、Ｂ２は直進して、第１カメラ４３に至る。

この結果、次図（図５）の（ａ）に示すように、第１カメラでの映像は、（ａ）に示すように、中央（上平坦部３１）が青色Ｂ１の帯で、この帯の左右（左右傾斜部３２、３４）が緑色Ｇの帯と赤色Ｒの帯で、これらの帯の外側が青色Ｂ２、Ｂ２となる。

図５は映像イメージ図であり、第２カメラでの映像は、（ｂ）に示すように、中央（左平坦部３３）が緑色Ｇの帯で、この帯の上（左傾斜部３２）と下（左傾斜部３６）が青色Ｂ１、Ｂ２の帯で、これらの帯の外側が赤色Ｒ、Ｒとなる。
第３カメラでの映像は、（ｃ）に示すように、中央（右傾斜部３４）が赤色Ｒの帯で、この帯の上（右傾斜部３４）と下（右傾斜部３７）が青色Ｂ１、Ｂ２の帯で、これらの帯の外側が緑色Ｇ、Ｇとなる。

第４カメラでの映像は、（ｄ）に示すように、中央（下平坦部３８）が青色Ｂ２の帯で、この帯の左右が緑色Ｇの帯と赤色Ｒの帯で、これらの帯の外側が青色Ｂ１、Ｂ１となる。
以上の（ａ）〜（ｄ）に説明した映像画像は、図３に示す表示部６１に随時表示させることができる。以下の述べる映像画像も同様である。

以上の構成からなる金属ベルトの検査装置２０の作用を次に説明する。
図６は金属ベルトの上平坦部に、ほこりが付着しているときの説明図であり、（ａ）に示すように、ほこり６３が上平坦部３１に付着している。ほこり６３は、大部分が灰白色である。そして、ほこり６３は凸形状物であって、この凸形状物に有彩色の光を照射しても、光の大部分が発散するように乱反射されて、有彩色の反射光はカメラに到達しない。そのため、カメラは灰白色のほこり６３を映像することになる。

この結果、（ｂ）に示す第１カメラの映像では、上平坦部３１に合致する青色Ｂ１中に灰白色の像６４が鮮明に現れる。（ｃ）に示す第２カメラの映像では、上平坦部３１の上に赤色Ｒを背景にして灰白色の像６４が鮮明に現れる。（ｄ）に示す第３カメラの映像では、上平坦部３１の上に赤色Ｇを背景にして灰白色の像６４が鮮明に現れる。

図７は金属ベルトの右傾斜部に、ほこりが付着しているときの説明図であり、（ａ）に示すように、灰白色のほこり６３が右傾斜部３４に付着している。
そこで、（ｂ）に示す第１カメラの映像では、右傾斜部３４に合致する赤色Ｒ中に灰白色の像６４が鮮明に現れる。（ｃ）に示す第２カメラの映像では、像は現れない。（ｄ）に示す第３カメラの映像では、右傾斜部３４に青色Ｂ１を背景にして灰白色の像６４が鮮明に現れる。

左右平坦部や下平坦部は、図６に類似した形態となり、左傾斜部は、図７と類似した形態となるため、図面は省略する（以下同様）。
図６、７から明らかなように、ほこり６３は凸形状物であるため、カメラには灰白色の像６４として捕らえられる。加えて、有彩色の背景に無彩色の像６４が鮮明に現れるため、像６４の発見は極めて容易である。

図８は金属ベルトの上平坦部に傷が付いているときの説明図であり、（ａ）に示すように、傷６６が上平坦部３１に付いている。傷６６は、凹形状物であって、この凹形状物に有彩色の光を照射すると、光の一部分がカメラに向かって反射され、有彩色の反射光がカメラに到達する。そのため、カメラは色の付いた像６７を映像することになる。なお、光の一部だけがカメラに到達するため、映像では暗い色の像６７となって現れる。

この結果、（ｂ）に示す第１カメラの映像では、上平坦部３１に合致する青色Ｂ１中に暗い青色の像６７が現れる。（ｃ）に示す第２カメラの映像では、傷は現れない。（ｄ）に示す第３カメラの映像でも、傷は現れない。傷が凹んでいるからである。

図９は金属ベルトの右傾斜部に傷が付いているときの説明図であり、（ａ）に示すように、傷６６が右傾斜部３４に付いている。
そこで、（ｂ）に示す第１カメラの映像では、右傾斜部３４に合致する赤色Ｒ中に左半分が暗い赤で右半分が暗い青の像６７が現れる。（ｃ）に示す第２カメラの映像では、傷は現れない。（ｄ）に示す第３カメラの映像では、右傾斜部３４に上半分が暗い青で下半分が暗い赤の像６７が現れる。

図８、９から明らかなように、傷６６は凹形状物であるため、カメラでは暗い有彩色の像６７として捕らえられる。
なお、凸像は原則として、ほこりとみなすことができるが、希に、金属の表面が隆起したことによる、金属凸像である可能性が考えられる。しかし、金属凸像は、有彩色の画像として現れるため、無彩色の画像として現れるほこりと、容易に区別することができる。

図１０は本発明に係る金属ベルトの検査方法を説明するフロー図である。ステップ（以下、ＳＴと略記する。）０１で、ベルト走行機構に金属ベルトをセットする（図２）。第１ランプ〜第４ランプを点灯し（ＳＴ０２）、金属ベルトの走行を開始し（ＳＴ０３）、第１カメラ〜第４カメラでの撮影を開始する（ＳＴ０４）。

そして、撮影情報を読込み（ＳＴ０５）、画像情報の処理を開始する（ＳＴ０６）。すなわち、図３に示す画像処理装置６０で、以降のフローを実施する。

画像処理装置６０に、傷、ごみ、ほこりなどが無い場合の画像が定常画像であると認識させるようにしておく。
そして、ＳＴ０７で画像が、定常画像であるか否かを判断させ、否であれば傷の可能性があるので、ＳＴ０８で凸像（図６（ｃ）、（ｄ））であるか否かを調べる。

ＹＥＳ（凸像）であれば、ほこりの可能性が高いが、金属の隆起の可能性も否定できない。そこで、ＳＴ０９で、凸像が無彩色であるか否かを調べる。金属の隆起や金属粉の固着であれば、凸像はカラー照明を受けて有彩色になる。
ＳＴ０８で否であれば傷と見なすことができ、ＳＴ０９で否であれば金属の表明形状の異常とみなすことができ、何れも、ＳＴ１０に進む。

そして、ＳＴ１０で、画像処理装置で像（傷又は異常形状）の面積Ｓ１を画像処理技術で計算する。なお、傷が浅い若しくは小さくて、許容される面積を、判断基準値Ｓ０とする。ＳＴ１１で、計算した像の面積Ｓ１が、判断基準値Ｓ０以下であるか否かを調べる。ＮＯ（判断基準値を超えている）であれば、不合格と判定する（ＳＴ１２）。

ＳＴ０７で画像が定常画像と判断されれば、合格と判定する（ＳＴ１３）。また、ＳＴ０９でＹＥＳ（無彩色）であれば、ほこりと判断でき、合格と判定する（ＳＴ１３）。加えて、傷や異常形状と判断したときであっても、傷や異常形状が許容できる程度に小さければ、合格と判定する（ＳＴ１３）。

以上に説明したように、異色の光を照射するランプと、カラーカメラを採用したことにより、従来は困難とされていたほこりと傷の区別を確実に行うことが可能となった。加えて、検出が難しいとされてきた、傾斜部での傷の判定も可能となった。

図３に示すように、金属ベルト３０の周囲に、第１〜第４ランプ付きカメラ４０、４５、５０、５５を配置することにより、１パスで、金属ベルト３０の上端と下端を検査することができる。

しかし、第１〜第３ランプ付きカメラ４０、４５、５０を配置することにより、金属ベルト３０の上端のみを検査するようにしても良い。この場合は、金属ベルト３０を上下反転し、先に下端であった部位を上にして検査する。２パスで、金属ベルト３０の上端と下端を検査することになり、検査時間は延びるが、レイアウトにより設備費用は節約できる。

尚、本発明は、ＣＶＴベルトの検査に好適であるが、金属ベルトであれば、種類は問わない。また、金属ベルトは、ＣＶＴベルトであれば無端ベルトであるが、線状のベルト（有端ベルト）であってもよい。

本発明は、ＣＶＴベルトに用いられる金属ベルトの検査に好適である。

ＣＶＴベルトの概念図である。 本発明に係る金属ベルトの検査装置の基本構成図である。 ランプ付きカメラの配置を説明する図である。 第１ランプ付きカメラの作用図である。 映像イメージ図である。 金属ベルトの上平坦部に、ほこりが付着しているときの説明図である。 金属ベルトの右傾斜部に、ほこりが付着しているときの説明図である。 金属ベルトの上平坦部に傷が付いているときの説明図である。 金属ベルトの右傾斜部に傷が付いているときの説明図である。 本発明に係る金属ベルトの検査方法を説明するフロー図である。 従来の技術の基本原理を説明する図である。

符号の説明

２０…金属ベルトの検査装置、２１…金属ベルト走行機構、３０…金属ベルト、３１…上平坦部、３２…左傾斜部、３３…左平坦部、３４…右傾斜部、３５…右平坦部、３８…下平坦部、４２…第１ランプ、４３…第１カメラ、４７…第２ランプ、４８…第２カメラ、５２…第３ランプ、５３…第３カメラ、５７…第４ランプ、５８…第４カメラ、６０…画像処理装置、６３…ほこり、６６…傷。

Claims (2)

1. 上平坦部と、この上平坦部の左端に繋がる左傾斜部と、この左傾斜部の左端から垂直に下がる左平坦部と、前記上平坦部の右端に繋がる右傾斜部と、この右傾斜部の右端から垂直に下がる右平坦部と、この右平坦部と前記左平坦部の下端同士を結ぶ下平坦部と、を輪郭とする縦長矩形断面を呈する金属ベルトを検査対象物とし、前記輪郭に存在する傷の有無を検査する金属ベルトの検査装置であって、
   前記金属ベルトを走行させるベルト走行機構と、
   前記金属ベルトの上に配置され、金属ベルトを下向きに照らす第１ランプ及び金属ベルトを上から撮影する第１カメラと、
   前記金属ベルトの左に配置され、金属ベルトを水平に照らす第２ランプ及び金属ベルトを左横から撮影する第２カメラと、
   前記金属ベルトの右に配置され、金属ベルトを水平に照らす第３ランプ及び金属ベルトを右横から撮影する第３カメラと、
   前記第１〜第３カメラで撮影された画像情報を処理する画像処理装置とからなり、
   前記第１〜第３ランプは、互いに異なる色の光を照射する照明であり、前記第１〜第３カメラは、カラー撮影が可能なカラーカメラであることを特徴とする金属ベルトの検査装置。
2. 前記金属ベルトの下に配置され、金属ベルトを上向きに照らす第４ランプ及び金属ベルトを下から撮影する第４カメラを有し、
   前記第４ランプは、前記第１ランプと同色の光を照射する照明であり、前記第４カメラは、カラー撮影が可能なカラーカメラであることを特徴とする請求項１記載の金属ベルトの検査装置。

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