JP4005964B2 - ピストンリングの検査方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジン等に組み込まれる前のピストンを対象とし、このピストン外周にその軸線方向に所定間隔を隔てて形成されている複数のリング溝に組付けられたピストンリングの検査方法及びその装置に関する。

ピストンの複数のリング溝には、トップリング、セカンドリング、サイドレールアッパーリング、サイドレールロアーリング等の複数のピストンリングがピストンリング組付機等により組付けられる。その際、組付け忘れや各ピストンリング合口部の周方向位置が一致して直線上に並んでいるような組付け不良、さらには、組付け力等によってピストンリング自体が変形してその合口部の幅が所定値よりも変化するなどの異常事態が生じたままであると、ピストンをエンジンに組み込んだとき、ピストンリング本来の性能、つまり、ピストンとシリンダ内壁との間の気密性が損なわれたり、シリンダ内壁の潤滑油のかき落とし性能が不十分になったりしてエンジン動作に種々の弊害をもたらしかねない。そのため、ピストン外周面の複数のリング溝にピストンリングを組付けた後、各ピストンリングの有無の確認及び各ピストンリング合口部の周方向位置の確認並びに各ピストンリング合口部の幅の合否を判断する検査作業は必須不可欠である。

かかるピストンリングの検査方法として、従来一般には、作業者がピストンリングの組付後のピストンを一つ一つ手に取って目視によりピストンリングの有無の確認、合口部の周方向位置の確認及び合口部の幅の合否判断が行われていた。

しかし、上記したような従来の目視による検査方法の場合は、面倒な手数を要するだけでなく、検査時間が長くかかり、エンジンの組付ラインタクトに間に合わないため、ピストンリングの組付けが完了したピストンの多数を検査のためにストックしておくためのスペースの確保が必要になる。また、ピストンリングの有無及び合口部の周方向位置の確認は、一目するだけでよいので、熟練者でなくても可能であるが、合口部の幅の合否については、この種の作業経験並びに技術知識が豊富な熟練作業者でなければ正確に判定することができないという問題がある。

本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピストンリングの有無及び合口部の周方向位置の確認はもとより、合口部の幅の合否をも未熟練作業者であっても、容易かつ迅速に、しかも正確に判定することができるピストンリングの検査方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために案出された本発明に係るピストンリングの検査方法は、ピストン外周にその軸線方向に所定間隔を隔てて形成した複数のリング溝に組付けられたピストンリングの検査方法であって、ピストンの側方位置から前記ピストンリング組付け位置に向けてピストン径方向に対して傾斜する方向の光を照射し、この光照射状態でピストンをその軸心周りに回転させてその外周面一周分の画像を前記のピストン側方位置からカメラで撮影することにより、ピストンリングの有無及び各ピストンリング合口部の周方向位置を確認するとともに、前記撮影画像のデータ処理により、各ピストンリング合口部の幅の合否を判定することを特徴としている。

また、上記と同一の目的を達成するために案出された本発明に係るピストンリングの検査装置は、ピストン外周にその軸線方向に所定間隔を隔てて形成した複数のリング溝に組付けられたピストンリングの検査装置であって、ピストンの側方位置に配置され前記ピストンリング組付け位置に向けてピストン径方向に対して傾斜する方向の光を照射する光源と、ピストンをその軸心周りに回転させるピストン回転機構と、前記ピストンの側方位置に配置されピストンの回転時にその外周面一周分の画像を撮影するカメラと、その撮影画像のデータ処理により各ピストンリング合口部の幅の合否判定画面を表示する手段とを備えていることを特徴としている。

上記のごとき特徴構成を有する本発明に係るピストンリングの検査方法及びその装置によれば、ピストンの側方位置から複数のピストンリングが組付けられた位置に向けてピストン径方向に対して傾斜方向の光を照射した状態でピストンをその軸心周りに回転させてピストン外周面一周分の画像をカメラ撮影することにより、ピストンリングが正常にリング溝内に組付けられているときとそうで無いときとで各ピストンリングの外周面における最強光照射部位が画像上の異なる位置に線状に写し出されるために、その画像上に写し出された線状部位の位置を観察するだけで、各ピストンリングそれぞれが対応するリング溝に所定どおり組付けられているか否か、つまり、各ピストンリングの有無及び各ピストンリング合口部の周方向位置を容易かつ迅速に確認することができる。しかも、撮影画像のデータ処理により得られたピストンリング合口部の幅を画面上に表示させる、あるいは、ピストンリング合口部の幅として許容範囲の数値を予め入力しておき、この許容範囲の数値と撮影画像のデータ処理による数値とを比較させてピストンリング合口部の幅の合否判定結果を画面上に表示させることによって、熟練や経験の少ない作業者であっても、合口部の幅の合否を極めて容易に、かつ正確に判定することができる。したがって、ピストンリング組付け位置に向けて光を照射して得られる画像及びその画像のデータ処理結果として画面上に表示される内容を観察し読み取るだけでよく、ピストンリングの検査作業の省力化、効率化を実現できるだけでなく、非常に信頼性の高い検査を実行できるという効果を奏する。

本発明に係るピストンリングの検査方法及び装置において、請求項２及び請求項５に記載のように、光照射位置及びカメラ撮影位置とは反対側からピストン外周面にリング押出用ローラを押圧させて各ピストンリングの光照射及びカメラ撮影側の外周面部分をピストン外周面の外方へ飛び出させて一周分の画像を撮影することにより、ピストンリングが正常にリング溝内に組付けられているときとそうで無いときとで画像上の異なる位置に線状に写し出される最強光照射部位とそれ以外の部位とのコントラストを大きくとれ、画面上でのピストンリングの有無及び各ピストンリング合口部の周方向位置の確認を一層容易、正確なものとすることができる。

また、照射光及び光源としては、どんなものであってもよいが、特に、請求項３及び６に記載のように、指向性の強いレーザー光及びレーザーを用いることが望ましく、この場合は、いかなる作業環境のもとでの検査であっても、ピストンリングの有無及び各ピストンリング合口部の周方向位置の確認並びに合口部の幅の合否判定という所定の検査を正確に行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るピストンリングの検査方法に用いられる検査装置全体の概略平面図、図２はその要部の側面図、図３は同検査装置の要部の縦断正面図である。これら図１〜３において、１は床面に立設された架台２に図外のエアシリンダーを介して昇降自在に支持された装置フレームであり、この装置フレーム１にはベアリング３ａ付き筒状軸受部材３を介して縦軸４が回転自在に支承されている。

この縦軸４の下端部には、水平搬送コンベア上に載荷されるパレット（図示省略する）にその軸心が縦向き姿勢の状態で収容保持されて検査装置内に搬入されてくるピストン５を挟持して所定高さ位置まで上昇させるピストンハンドユニット６が装備されているとともに、上端部には、ロータリーエンコーダ７が直結されている。また、この縦軸４はタイミングプーリー８，９及びタイミングベルト１０を介して前記装置フレーム１に固設されたスピードコントロールモータ１１に連動連結されており、このスピードコントロールモータ１１と縦軸４と前記ハンドユニット６によりピストン５をその軸心、すなわち、縦軸心ａの周りに駆動回転させるピストン回転機構が構成されている。

前記パレットによるピストン５の搬入口部１２から検査後のピストン５の搬出口部１３までのピストン移動経路における移動方向（図１の矢印Ａ）に対して直交する方向の一側方に位置するフレーム部分１ａには、前記ピストン５の外周面でその軸線方向に所定間隔を隔てて形成されている複数のリング溝１４へのピストンリング組付け位置に向けてレーザー光ＬＢを照射するレーザー（光源）１５とそのレーザー光ＬＢの照射されたピストン５外周面の画像を撮影するＣＣＤカメラ１６とが配置されている。

また、前記レーザー１５及びＣＣＤカメラ１６の配置側とは反対側、つまり、前記ピストン移動経路における移動方向Ａに対して直交する方向の他側方位置にはエアシリンダー１７を介してピストン移動経路に対し矢印x-y方向に接近離間移動可能な可動枠１８が設けられており、この可動枠１８には後述する一対のピストンリング押出用ローラ１９，１９が取付けられている。さらに、前記ＣＣＤカメラ１６には、撮影画像をデータ処理してその処理結果等の画面を表示するＰＣ２０が接続されている。

なお、図１、図２では、前記ピストン移動経路に搬入されてくるピストン５の３個を同時に検査できるように、ハンドユニット６付き縦軸４、レーザー１５、ＣＣＤカメラ１６及びピストンリング押出用の一対のローラ１９，１９のそれぞれをピストン移動方向Ａに適宜間隔を隔てて３組、配置したものを示しているが、ピストン５を一つ一つ検査するように構成してもよく、以下においては一つのピストンリング検査装置の構成についてのみ説明する。

前記ピストン５の外周面に形成されている複数のリング溝１４、具体的には、３つのリング溝１４ａ〜１４ｃには、図４（ａ），（ｂ）に明示するように、トップリング２１ａ、セカンドリング２１ｂ、サイドレールアッパーリング２１ｃ、サイドレールロアーリング２１ｄと通称されている４つのピストンリング２１がそれらの合口部２１Ｂ（２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１，２１ｄ１）の周方向位置が少しづつずれるようにピストンリング組付機等を介して組付けられている。

前記レーザー１５は、該レーザー１５から出射されたレーザー光ＬＢがピストン径方向に対して傾斜する方向に指向されてピストン外周面を照射するような傾斜姿勢で前記フレーム部分１ａに配置固定されているとともに、前記ＣＣＤカメラ１６はレーザー光ＬＢの最強光照射位置を略中心とするような画像が得られる傾斜姿勢で前記フレーム部分１ａに配置固定されている。なお、レーザー１５及びＣＣＤカメラ１６の傾斜角度は調整可能に構成されている。

前記ピストンリング押出用の一対のローラ１９，１９は、図５及び図６に示すように、前記可動枠１８に固定のブラケット２２の左右二箇所に支軸２３，２３を中心として揺動自在に枢支されたベルクランク２４，２４の先端部に自由回転可能に支承されているとともに、両ベルクランク２４，２４の他端部間には、一対のローラ１９，１９をストッパー２５，２５による制限位置まで互いに接近する方向に揺動付勢するバネ２６が介在されており、これによって、可動枠１８が図１の仮想線に示すように、ピストン移動経路側に接近移動して一対のローラ１９，１９がピストン５外周面に当接したとき、バネ２５の付勢力に抗してベルクランク２４，２４が互いに離間する方向に揺動して一対のローラ１９，１９による弾性押圧力によって各ピストンリング２１の光照射及びカメラ撮影側の外周面部分２１Ａをピストン５外周面の外方へ飛び出させるように構成している。

次に、上記のように構成されたピストンリング検査装置による検査方法（手順）について説明する。
前記ピストン５を縦向き姿勢に収容保持しているパレットが水平搬送コンベアにより検査装置内部のピストン移動経路に搬入されて所定位置に停止されると、装置フレーム１が下降されて縦軸４下端部のハンドユニット６がピストン５を挟持し、続く装置フレーム１の上昇によって該ピストン５が図７に示すような所定高さ位置まで上昇される。

次いで、スピードコントロールモータ１１が作動開始しその回転力がタイミングプーリー９，８及びタイミングベルト１０を介して縦軸４に伝達されて該縦軸４及びその下端部に装備のハンドユニット６に挟持されたピストン５が縦軸心ａ周りに駆動回転される。このとき、可動枠１８はエアシリンダー１７を介して図１の仮想線に示すように、ピストン移動経路側に接近移動されて、この可動枠１８に取付けられている一対のローラ１９，１９がピストン５の外周面に弾性的に押圧されるので、各ピストンリング２１の光照射及びカメラ撮影側の外周面部分２１Ａは、図８に示すように、ピストン５外周面の外方へ飛び出され、この状態で縦軸４及びピストン５、ピストンリング２１はロータリーエンコーダ７に設定されているパルス数に基づいてピストン外周面の一周分だけ駆動回転される。

このような縦軸４、ピストン５及びピストンリング２１の回転に並行してレーザー１５が動作され、このレーザー１５から出射されたレーザー光ＬＢが図８に示すように、ピストン径方向に対して傾斜する方向からピストンリング組付け位置に向けて照射されるとともに、ＣＣＤカメラ１６が作動してピストン５外周面一周分の画像が撮影されることになる。

ここで、前記レーザー光ＬＢはピストンリング組付け位置の最も外方へ突出した部分を最も強く照射するので、各ピストンリング２１（２１ａ〜２１ｄ）が正常にリング溝１４内に組付けられているときは、図９に示すように、ピストンリング２１の最強光照射部位である飛び出しピストンリング２１の外周面部分２１Ａの線Ｌ１が、その他の部位のうち最強光照射部位となる複数のリング溝１４間のピストン外周面部分の線Ｌ２の一側に偏位して画像Ｐ上に写し出され、また、各ピストンリング２１がリング溝１４内に組付けられていないときは、図１０に示すように、各リング溝１４に対応する線Ｌ３が前記リング溝１４間のピストン外周面部分の線Ｌ２の他側に偏位して画像Ｐ上に写し出されるために、その画像Ｐ上に写し出された線Ｌ１またはＬ３の線Ｌ２に対する位置を観察するだけで、各ピストンリング２１それぞれが対応するリング溝１４に所定どおり組付けられているか否か、つまり、各ピストンリング２１の有無及び各ピストンリング合口部２１Ｂ（２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１，２１ｄ１）の周方向位置を容易かつ迅速に確認することができる。

また、前記ＣＣＤカメラ１６で撮影された一周分の画像はＰＣ２０に入力されデータ処理されてそのディスプレイには図１１に示すようなモニター画面Ｓが表示される。このモニター画面Ｓ上に表示されたピストンリング合口部の幅ｗ（図４の（ｂ）参照）を確認するか、もしくは、ピストンリング合口部の幅として許容範囲の数値をＰＣ２０に予め入力しメモリに記憶入させておき、この記憶された許容範囲の数値と撮影画像のデータ処理による数値とを比較させてピストンリング合口部の幅の合否判定結果（ＯＫ又はＮＧ）をモニター画面Ｓ上に表示させることによって、熟練や経験の少ない作業者であっても、合口部の幅の合否を極めて容易に、かつ正確に判定することができる。

なお、前記ロータリーエンコーダ７への設定パルス数を変更することにより、外径寸法の異なる各種大きさ（径）のピストンを検査対象として、上記したような内容のピストンリングの検査に適用することが可能である。

また、カメラとしては、上述したとおり、ＣＣＤカメラが最も好ましいが、デジタルカメラであっても、ビデオカメラであってもよい。

本発明に係るピストンリングの検査方法に用いられる検査装置全体の概略平面図である。 同検査装置全体の要部の側面図である。 同検査装置の要部の縦断正面図である。 （ａ）は検査対象となるピストンリング組付けピストンの縦断面図、（ｂ）はその外観正面図である。 検査装置における要部の拡大平面図である。 同検査装置における要部の拡大側面図である。 同検査装置による検査開始時の状態を示す要部拡大正面図である。 同検査装置による検査状況を概略的に示す要部の平面図である。 各ピストンリングが正常にリング溝内に組付けられている（有）ときにカメラに写し出される撮影画像の図である。 各ピストンリングがリング溝内に組付けられていない（無）ときにカメラに写し出される撮影画像の図である。 一周分の撮影画像のデータ処理により得られてＰＣのディスプレイ上に表示されるモニター画面の図である。

符号の説明

５ ピストン
１４（１４ａ〜１４ｄ） リング溝
１５ レーザー（光源）
１６ ＣＣＤカメラ
１９ ピストンリング押出用ローラ
２０ ＰＣ（撮影画像のデータ処理及び表示手段）
２１（２１ａ〜２１ｄ） ピストンリング
２１Ａ 飛び出し外周面部分
２１Ｂ ピストンリング合口部
ＬＢ レーザー光

Claims (6)

1. ピストン外周にその軸線方向に所定間隔を隔てて形成した複数のリング溝に組付けられたピストンリングの検査方法であって、
   ピストンの側方位置から前記ピストンリング組付け位置に向けてピストン径方向に対して傾斜する方向の光を照射し、この光照射状態でピストンをその軸心周りに回転させてその外周面一周分の画像を前記のピストン側方位置からカメラで撮影することにより、各ピストンリングの有無及び各ピストンリング合口部の周方向位置を確認するとともに、前記撮影画像のデータ処理により、各ピストンリング合口部の幅の合否を判定することを特徴とするピストンリングの検査方法。
2. 前記ピストンの回転時に、光照射及びカメラ撮影位置とは反対側からピストン外周面にローラを押圧させることによって、各ピストンリングの光照射及びカメラ撮影側の外周面部分をピストン外周面の外方へ飛び出させて一周分の画像を撮影する請求項１に記載のピストンリングの検査方法。
3. 前記照射光として、レーザー光を使用する請求項１または２に記載のピストンリングの検査方法。
4. ピストン外周にその軸線方向に所定間隔を隔てて形成した複数のリング溝に組付けられたピストンリングの検査装置であって、
   ピストンの側方位置に配置され前記ピストンリング組付け位置に向けてピストン径方向に対して傾斜する方向の光を照射する光源と、ピストンをその軸心周りに回転させるピストン回転機構と、前記ピストンの側方位置に配置されピストンの回転時にその外周面一周分の画像を撮影するカメラと、その撮影画像のデータ処理により各ピストンリング合口部の幅の合否判定画面を表示する手段とを備えていることを特徴とするピストンリングの検査装置。
5. 前記の光線照射及びカメラ撮影位置とは反対側のピストンの側方位置には、ピストンの回転時にピストン外周面に押圧されて各ピストンリングの光照射及びカメラ撮影側の外周面部分をピストン外周面の外方へ飛び出させるリング押出用ローラが設けられている請求項４に記載のピストンリングの検査装置。
6. 前記光源が、レーザーである請求項４または５に記載のピストンリングの検査装置。
   
   

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