JP4581981B2 - 品質検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばプレス加工品等の被検体を検査する品質検査装置に関するものである。

ある被検体の振動特性等を実験的に測定する場合や品質検査等を行う場合、ハンマによる打撃加振法等が知られている。この方法においては、ハンマにより被検体の一部を打撃することで被検体を振動させ、その振動をセンサにより計測している。
特開平９−１７１００８号公報

しかしながら、上記のような打撃加振法では、打撃時の力や角度等により振動データにばらつきが生じやすく、正確な振動データを得ることが困難であった。したがって微小な振動の変化を検知することが難しかった。

上記目的を達成するために、品質検査装置を次のように構成した。
金属パネル材からなる被検体を支持する支持手段と、支持手段による支持領域の外側に設けられ、被検体に流体を衝突させて被検体に振動を与える加振手段と、支持領域を挟んで加振手段とは反対に設けられた、被検体の振動を検知する振動検知手段と、流体と被検体との衝突状態を調節し、流体のポテンシャルコアが被検体に衝突するように設定する調節手段と、振動検知手段によって検知した振動に基づき被検体の良否判定を行う良否判定手段と、を備えて品質検査装置を構成した。

上記品質検査装置によれば、ポテンシャルコアが被検体に当たるように構成したため、金属パネル材である被検体を安定的に加振することができる。したがって、正確な振動データを得ることができ、振動の変化を敏感に検知し、正確な品質検査が実施できる。

以下、図１〜図７にしたがって、本実施形態にかかる品質検査装置１について説明する。なお、図２においては後方の支持部２０やガイド部４０を省略している。
図１乃至図３に示されるように、品質検査装置１は主に、土台となるテーブル１０に複数の支持部２０、加振手段としての加振機５０、複数のセンサ部６０、複数のガイド部４０等が着脱可能に取り付けられて構成されている。

テーブル１０はベースの一例である。テーブル１０は、例えばプレスラインにおけるプレス工程後の所定の位置に設置されている（図9（ａ）に示す）。テーブル１０は金属等からなり、平坦な上面１０ａを有している。上面１０ａは、パネル３０と同じ程度の大きさに構成されている。上面１０ａには複数の取付部１１が備えられている。この複数の取付部１１において、支持部２０、加振機５０、センサ部６０、ガイド部４０等が着脱可能に取り付けられている。なお、別の部材を検査する際にはこれらを別の位置に固定して対応することができるよう、複数の取付部１１の取付構造は全て同様に構成されている。

テーブル１０は除振機構（図示せず）を備えている。除振機構は、例えば空気ばね等であり、センサ部６０、加振機５０、支持部２０等に対する外部からの振動（例えば、周辺に配置されるプレス工程による振動）を取り除くことにより、検査精度への悪影響を防止する。上面１０ａには三つの支持部２０が設けられている。支持部２０はパネル３０を支持するものである。３つの支持部２０はそれぞれ、パネル３０が設置された際に、パネル３０の中央を中心とする三角形の頂点付近に位置する。この３つの支持部２０に囲まれた三角形は支持領域の一例である。

図４に示されるように、支持部２０は下端に取付部２１を有し、この取付部２１において上記テーブル１０に着脱可能に取り付けられている。取付部２１の上方には支柱部２２が形成されている。支柱部２２は細長い棒状に形成され、テーブル１０の上面１０ａに対して垂直を成している。支柱部２２は、多様な被検体の形状に対応できるように、高さ調整可能に構成されている。支柱部２２の上部には先端部２３が形成されている。先端部２３は、半球状をなし、パネル３０が定位置に設置されたときにパネル３０の下面に点接触することでパネル３０を支持する。

パネル３０は被検体の一例であり、自動車のドアに用いられるドアパネルとなるものである。パネル３０は金属板等がプレス加工により所定の形状に成形されてなる。具体的には、図１において２点鎖線で示されるような台形状の外形を有し、ウィンドウ孔３１等を有している。

上面１０ａの、パネル３０の外周付近に対応する位置には、複数のガイド部４０が設けられている。ガイド部４０はパネル３０を定位置に配設するためのものである。図５に示されるように、ガイド部４０は湾曲部４２と湾曲部４２の下端部４２ａを支持する取付部４１とを具備している。ガイド部４０は取付部４１を介して上記テーブル１０に着脱可能に取り付けられている。

湾曲部４２の下端部４２ａはパネル３０の外周が設置される位置に配されている。湾曲部４２の上部４２ｂは、下端部４２ａより外側方向に湾曲して延びている。パネル３０が、テーブル１０の上方から置かれたときに、湾曲部４２の上部４２ｂから下端部４２ａに向かって滑り落ちて移動することにより、定位置に正確に配される。

取付部４１と湾曲部４２とは逃がし機構４３を介して接続されている。逃がし機構４３は、パネル３０が定位置に正確に配されて安定した後かつ加振される前に、湾曲部４２を外側方向に移動させてパネル３０から退避させる。

図６及び図７に示される加振機５０は、流体を噴射することによってパネル３０を加振するものであり、ノズル５２、調整弁５３、ソレノイドバルブ５４、タンク５５、増圧弁５６、供給源５７、位置調節機構５８等を備えている。加振機５０は、取付部５１を介してテーブル１０の上面１０ａにおける支持領域の外側に着脱可能に取り付けられ、パネル３０の外周付近に配置されている。

位置調節機構５８は調節手段の一例であり、水平位置調節機構５８（ａ）、上下位置調節機構５８（ｂ）、角度調節機構５８（ｃ）を備え、ノズル５２の上下左右前後方向における位置、噴出口の向き、角度等を調節することができる。これによりパネル３０等の被検体からノズル５２の噴出口までの距離や噴射角が調節可能となっている。

ノズル５２はストレート型であり、下向きに配されて流体をパネル３０等の被検体に噴射する。パネル３０が、テーブル１０の上方から置かれるときに、ノズル５２と干渉しないように、例えばノズル５２を水平方向へ回転させて、パネル３０より退避させる退避機構を備える。または干渉しないようにノズル５２をパネル３０の下に上向きに配置して、パネル３０の下から流体を噴出してもよい。ノズル５２は調節手段の一例であり、着脱可能に取り付けられ、交換可能となっている。流体は気体でも液体でもよいが、例えば扱いやすい空気等が挙げられる。調整弁５３は、最終的にノズル５２から噴出する流体の圧力や流量を制御するものであり、これにより加振力や被検体を振動励起する周波数を調整することができる。

ソレノイドバルブ５４は、外部のコンピュータ７０等からの信号に応じて電磁的に開閉され、ノズル５２に連続的または間欠的に圧縮空気を供給する。これにより加振タイミングや加振時間等が調整可能になっている。

タンク５５はノズル５２に提供する圧縮空気を貯留し、流体を噴出する際の圧力変動を抑える。増圧弁５６は供給源５７とタンク５５の間に設けられており、供給源５７の圧力が必要な圧力より低い場合に流体の圧力を大きくする。供給源５７は例えばコンプレッサ等であって、加振機５０の内部あるいは外部に設けられ、タンク５５に圧縮空気を供給する。

加振機５０は、ポテンシャルコアが前記被検体に当たるように設定されている。ここでポテンシャルコアとは一定の長さの均一な流れの領域であり図１０におけるＥで示される。この領域では乱れが少なく流体速度や流体圧力が安定している。Ｆは静止流体と流出気体が混合する混合領域であり、気体同士のシアーによって乱れが発生する。Ｇは乱れが全般に拡散する乱流域である。ポテンシャルコアが前記被検体に当たるように構成するには、例えば位置調節機構５８によりノズル５２の噴射口から被検体までの距離ｘを調節し、当該距離ｘがノズル５２の径Ｄの約５倍よりも短くなるように設定する等が挙げられる。また５２を交換することでノズルの口径等を設定してもよい。

センサ部６０は、支持領域を挟んで加振機５０と反対側のパネル３０の外周付近に取付部６１を介して着脱可能に取り付けられている。すなわちセンサ部６０と加振機５０との間に支持領域が位置するように配されている。センサ部６０は振動検出手段の一例であり、図８に示されるように、先端に球状マグネット６２ａを有する加速度ピックアップセンサ６２を備え、この球状マグネット６２ａがパネル３０の下面に接触することで、加速度に基づき振動を検知する。

センサ部６０は、ウィンドウ孔３１等の孔部等、割れやひずみ等が生じやすい部分に配されている。センサ部６０は例えばロータリークランプシリンダ等により高さ調節可能に構成され、多様な被検体の形状に対応可能となっている。

図１に示されるように、テーブル１０の外部には、良否判定手段の一例として、コンピュータ７０が設けられている。コンピュータ７０はセンサ部６０が検知した波形につき不要な周波数帯域の振動波形を除去しＳＮ比（Signal to Noise ratio）を高める濾波器８０に接続されている。コンピュータ７０は、濾波器８０によって濾波されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を備えている。

また、コンピュータ７０は、ＡＤ変換器の出力側に、デジタル信号から特徴量を算出するための波形を切り出す波形切り出し手段を備えている。この波形切り出し手段により特徴量算出のための演算を簡単にすることができる。波形切り出し手段の出力側にはフィルタが接続されている。このフィルタは割れやひずみ等が存在する被検体から発生する振動の周波数帯域の振動のみを通過させる。フィルタの出力側には線形予測係数算出手段が接続されている。線形予測係数算出手段はフィルタを通過した信号の特徴量である線形予測係数を算出するものである。算出方法としては例えば最大エントロピー法に基づくもの等がある。

ここで線形予測係数とは信号処理で用いられる特徴量の一つで、信号の周波数の情報を圧縮した形で保存することができる。さらに最大エントロピー法により求めた線形予測係数を用いてスペクトルを計算する場合には時間的に短いデータに対して高精度のスペクトルを得ることができるといった特徴がある。

上記線形予測係数算出手段の出力側は、被検体の良否を判定する判定部に接続されている。この判定部は、パターンマッチング方法を基本とし、良品サンプルの特徴量の入力により構築された境界学習型ニューラルネットワークに上記パネル３０の特徴量が入力されると、両者の差が予め設定された一定の値に達したか否かを良否判定結果として出力する。例えばパネル３０の特徴量と良品サンプルの特徴量との差が予め設定された一定の値より大きければ不良品と判定し、小さければ良品と判定する。

次に、本実施形態にかかる品質検査装置を用いた検査工程を含むプレスラインの動作について説明する。まず図９（ａ）に示されるように、金属板がプレス工程を経て所定の形状に成形される。このとき例えば、概形が形成され、続いて縁加工、孔加工等が施される。こうしてパネル３０が形成されウィンドウ孔３１が形成される。

ついで搬送機により、パネル３０がテーブル１０の上方から所定の位置に載置される。このとき、多少の位置ずれがあっても、パネル３０がガイド部４０の湾曲部４２の上部４２ｂから下端部４２ａにすべり落ちて移動することにより正確に所定の位置に配置される。
またノズル５２は、パネル３０より退避した位置に配置されている。これに伴い複数の支持部２０がパネル３０の下面の所定位置に当接する。こうしてパネル３０が安定した後、ガイド部４０の逃がし機構４３が作動し、湾曲部４２が外方向に移動する（図５中２点鎖線）。こうしてガイド部４０がパネル３０から離間する。こうしてパネル３０が３つの支持部２０の先端部２３のみによって支えられる状態となる。

ついで、ノズル５２が退避位置から、パネル３０の外周付近上方へ移動し、加振機５０が作動し、パネル３０に対して空気が噴射される。このとき、ソレノイドバルブ５４が外部のコンピュータ７０により制御され、あるいは設定されることで、所定のタイミングおよび所定の噴射期間で噴射される。

また、位置調節機構５８及び調整弁５３によりノズル５２の噴出口からパネル３０までの距離や噴射角等もコンピュータ７０の制御や手動により設定されており、ポテンシャルコアがパネルに当たるようになっている。すなわち例えば上記したようにノズル５２の噴射口からパネル３０までの距離ｘがノズル５２の径Ｄの５倍よりも短くなるように調節される。さらに調節弁等により圧縮空気の圧力や噴出速度等が調節されることで、振動の大きさ、加振されたパネル３０の励起振動周波数帯も所定範囲内に設定される。

加振機５０による空気の噴射を受け、パネル３０が振動すると、センサ部６０によって振動が検知される。センサ部６０に検知された振動波形について、濾波器８０により不要な周波数帯域の振動波形が除去される。こうしてＳＮ比が高められた振動波形の情報は外部のコンピュータ７０に送られる。

コンピュータ７０において、まず振動波形についてのアナログ信号がＡＤ変換器によりデジタル信号に変換される。ついで波形切り出し手段により、デジタル信号から特徴量を算出するためのある時間帯域における波形が切り出される。
こうして切り出された波形はフィルタを通過する。線形予測係数算出手段により、フィルタを通過した波形に基づいて特徴量である線形予測係数が算出される。この特徴量である線形予測係数が、予め複数の良品サンプルの特徴量が入力されることにより構築された境界学習型ニューラルネットワークに入力される。そして、判定手段により両者の差異に基づいて良否判定が行われる。例えば両者の差異が予め設定された一定の値より大きければ不良品と判定され、小さければ良品と判定される。

判定結果は、パネル３０の移動と同期してその後の工程に通知される。すなわち例えば良否判定の対象となったパネル３０が積み込み台に到達すると同時に該当するパネル３０の判定結果が積み込み台付近のモニタ９０に表示される。こうして作業員の目視検査による再チェックが行われる。

なお、上記センサ部６０、加振機５０、ガイド、支持部２０は着脱可能であり、各取付部２１、４１、５１、６１の取付構造は同じであるため、パネル３０と異なる形状の部材についての検査は、被検体の形状に合わせて各取付部２１、４１、５１、６１の位置を変更し、品質検査装置１を用いて上記と同様に行われる。

また、テーブル１０に備えられた除振機構によって、外部からの振動（例えば周辺に配置されたプレス工程による振動）による悪影響を防止する。
上記実施形態においては、流体のポテンシャルコアが被検体に衝突するよう設定したため正確で安定した振動を与え、正確な振動データを得ることができる。したがって微小な振動の変化を敏感に検知し、割れの前兆等微小な品質の違いを検出することができる。

本実施形態にかかる加振機５０によれば、ノズル５２を交換する等によりノズル５２のテーパ角や口径、噴出口形状を調節することができるし、調整弁５３や増圧弁５６により流体の圧力や速度を調節することができる。位置調節機構５８により噴射角や被検体と噴射口との距離を調節することができ、さらにはソレノイドバルブ５４の開閉により加振タイミングや加振時間を調節することができる。したがって、被検体の形状に限定されることなく、容易に安定的な振動を与えることができる。

流体を被検体に噴射して加振する方式としたため、被検体に変形、傷を与えることがなく、図１２に示すように打撃加振や音波加振と比べて低周波数から高周波数まで広い帯域を励起することができ、様々な帯域で発生する不良品の特徴をとらえ易くなる。また、連続的加振であるため任意の時間帯の振動データを切り出すことにより目的に応じたデータ採取が可能である。

加振機５０によりパネル３０の支持領域の外側に振動を与える構成としたことにより微小な振動の変化も敏感に検知することができる。すなわち支持領域内部を加振する場合には支持部２０により振動が妨げられるため振動が鈍くなるが、本構成によれば振動が妨げられないため微小な振動の変化を正確に検知し、パネル３０が割れる前兆等も敏感に検出することができる。

加振機５０とセンサ部６０との間に、前記支持領域の一部または全部が位置する構成としたことにより、振動を効果的に伝えられる。すなわち支持領域に対して同じ方向に加振機５０とセンサ部６０を設けると、振動を有効利用することができず、微小な品質の違いを正確に検知することが難しいが、両者が支持領域に対して逆方向に位置することにより振動を有効利用し、微小な品質の違いを正確に検出することができる。支持部２０の先端部２３の外形は断面円弧状であるため、前記先端部２３と前記被検体との接触部分を少なく抑え、加振機５０による振動を妨げることなく固定することができる。

パネル３０が定位置において安定した後かつ加振される前に、ガイド部４０がパネル３０から離間する構成としたことにより、加振機５０による振動を妨げることがない。
除振機構を有するテーブル１０を備えたことにより、品質検査装置１の外部からの振動を減らし、高い検査精度を確保することができる。

判定結果が、当該被検体移動と同期して別工程において通知される構成としたため、判定結果を参考に二重チェックすることでより確実な検査が可能となる。
加振機５０、センサ部６０、支持部２０、ガイド部４０等を着脱可能としたことにより同じ品質検査装置１で多種多様な部材を検査することができ、汎用性が高い。したがって設備費用を削減できる。

品質検査装置１がプレスライン中における、プレス機の振動を回避するタイミングで検査を実施することで、より正確かつ迅速な検査が可能となる。すなわち、複数のプレス工程をもち、各プレス工程での成形作業を同時に行うプレス機を有するプレスラインの中で、図１１に示されるようにプレス機の成形作業による振動を回避するタイミングｔ１又はｔ２で検査を行う。特に搬送による振動が減衰していないｔ１よりも、減衰したｔ２のタイミングで検査したほうが、外部振動による悪影響を少なくできより確実に検査することができる。またプレスラインに組み込んだことによりスムーズに行われる。

本実施形態においては流体噴射によりパネル３０を振動させるため、高い周波数での違いも敏感に検出することができる。すなわち図１２に示されるように例えば打撃による加振（図１２（ａ））では、高周波数帯Ａが加振されておらず、音響により振動させる場合（図１２（ｂ））は、高周波数帯Ｂにおいて周波数が高くなるほど加振力が弱くなっているが、本実施形態のような流体噴射による加振（図１２（ｃ））では高周波数帯Ｃも含め広い帯域で安定した加振力が得られる。

したがって、高周波数帯において現れる違いも敏感に検知することができる。また、振動に基づき検査する構成により、従来のようにＣＣＤカメラを用いる場合と比べ、広い範囲を検査することができる。また、加振機５０を外周に備えたことにより設置を容易とし、振動を最大限に利用することで微小な品質の違いをも敏感に検知することができる。さらに少数の線形予測係数でパワースペクトルが計算できるため、他の特徴量を用いる場合に比べて特徴量の数が少なくすむ。

なお本発明を実施するにあたり、センサ部６０、支持部２０、ガイド部４０等の各部材の数や形状はこの発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であることは言うまでもない。
上記実施形態においては、ソレノイドバルブ５４と調整弁５３を両方用いたが、電空比例弁を用いることによりバルブ動作と圧力制御を一元化してもよい。
また、下向きのストレート型のノズル５２を示したが、Ｌ字型や斜め型であってもよい。
上記実施形態において３つの支持部２０が三角形を形成している場合について示したが、支持部２０の数、位置及び支持領域は適宜変更可能である。例えば、支持部が１つであるときにはその接触部のみが支持領域となり、支持部が二つの場合は二つの支持部を結んだ直線が支持領域となる。また、支持部が４つ以上の場合はその支持部で形成した多角形が支持領域となる。

上記実施形態においては良否判定結果をモニタ９０に表示して通知する構成としたが、検査終了直後に被検体に対し色や文字等の印を付けることで後の工程に通知してもよい。また、最終工程で自動機により製品を取り出す場合は判定結果として信号等を自動機に送るように設定してもよい。

支持部２０の先端部２３は半球状とし、パネル３０と点接触させる構成としたが、縦断面において半円形かつ横断面において長方形の先端部とし、パネル３０に線接触させてもよい。この場合には支持部２０を２つにしても安定させることができる。
さらに、加振機５０のソレノイドバルブ５４、ノズル５２等の調節やガイド部４０の逃がし機構４３、ノズル５２の退避機構は、外部のコンピュータ７０に制御される場合を示したが、例えばタクトタイムと合わせた所定の間隔で作動するように予め設定してもよい。

上記実施形態では搬送機によってパネル３０がテーブル１０上の所定の場所に載置される構成について示したが、テーブル１０がコンベア内に組み込まれている構成としてもよい。例えば図９（ｂ）に示すように、テーブル１０をプレス工程後のコンベアの脇に昇降可能に取り付け、パネル３０がコンベアに運ばれてテーブル１０の上方に位置したときにテーブル１０が上方に移動するように構成する。これにより載置する際の振動が小さく抑えられ、搬送機も不要となる。
上記実施形態ではプレスライン中に適用した場合を示したが、これに限らずあらゆる場面における検査に適用可能である。

本発明の実施形態にかかる品質検査装置の平面図。 図１のＡＡ矢視図。 図１のＢＢ矢視図。 本発明の実施形態にかかる支持部の正面図。 本発明の実施形態にかかるガイド部の正面図。 本発明の実施形態にかかる加振機の正面図。 本発明の実施形態にかかる加振機の構成を示す説明図。 本発明の実施形態にかかるセンサの正面図。 本発明の各実施形態にかかるプレスラインの作業工程を示す説明図。 ポテンシャルコアの説明図。 本発明の実施形態にかかるプレスライン中の安定期間を示す図。 加振方法と周波数との関係を示す図。

符号の説明

１…品質検査装置（品質検査装置）、１０…テーブル（ベース）、１１…取付部
２０…支持部（支持手段）、３０…パネル（被検体）、４０…ガイド部、４３…逃がし機構
５０…加振機（加振手段）、５２…ノズル、５８…位置調節機構、
６０…センサ部（振動検知手段）、７０…コンピュータ（良否判定手段）。

Claims (5)

1. 金属製パネルよりなる被検体に振動を付与し、付与した振動から前記被検体の良否判定を行う品質検査装置であって、
   前記被検体を支持する支持手段と、
   前記支持手段が前記被検体を支持する支持領域の外側に設けられ、該被検体に流体を衝突させて該被検体に振動を与える加振手段と、
   前記支持領域を挟んで前記加振手段とは反対に設けられた、前記被検体の振動を検知する振動検知手段と、
   前記流体と前記被検体との衝突状態を調節し、前記流体のポテンシャルコアが前記被検体に衝突するように設定する調節手段と、
   前記振動検知手段によって検知した振動に基づき前記被検体の良否判定を行う良否判定手段と、
   を備えて構成したことを特徴とする品質検査装置。
2. 前記加振手段は、交換可能なノズルを備え、該加振手段の噴出口の形状、噴出口の径、噴出通路のテーパ角のうち少なくとも一つが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の品質検査装置。
3. 前記加振手段は、前記流体の噴射角又は噴射距離を調節可能としたことを特徴とする請求項１に記載の品質検査装置。
4. 前記支持手段は、前記被検体を下方より支持する３つの支持部を有し、かつ該支持部による前記支持領域を三角形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の品質検査装置。
5. 前記被検体を定位置に配設するためのガイド部を、前記支持手段に支持されたときの該被検体の外周近傍に設け、かつ前記ガイド部を該被検体から退避可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の品質検査装置。

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