金型成形品検査システム
【課題】金型成形品の品質を高精度に検査する。
【解決手段】このシステムは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ、レーザ測長器ユニット４、各種温度センサ（５１）、判別手段６を備え、成形品の３次元方向の画像データ及び３次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元方向の基準画像データ及び３次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に判別し、併せてプレス機械１の温度データにより、金型を含む発熱部各部の温度の適否を判別して、全数の成形品の品質を多元的に評価判定する。
【解決手段】このシステムは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ、レーザ測長器ユニット４、各種温度センサ（５１）、判別手段６を備え、成形品の３次元方向の画像データ及び３次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元方向の基準画像データ及び３次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に判別し、併せてプレス機械１の温度データにより、金型を含む発熱部各部の温度の適否を判別して、全数の成形品の品質を多元的に評価判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型プレス加工や金型樹脂成形による成形品の品質検査に使用する金型成形品検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金型プレス加工に使用されるプレス機械は、本体フレームに固定のボルスタとボルスタ上で上下動可能なスライドとを備え、ボルスタ上に下型が取り付けられ、スライドの下部に上型が取り付けられて、固定側の下型と可動側の上型との協働動作によりワークにプレス加工を行うようになっている。また、金型樹脂成形では、成形機に固定側の下型とこの下型に対向する可動側の上型とを備え、型閉め時に下型と上型との間に形成されるキャビティの中で成形原料を加圧成形するようになっている。
【０００３】
ところで、このようなプレス加工や樹脂成形においては、成形品の形状や寸法など、成形品の品質を検査して、成形品の良否の判定が行われている。この良否判定には種々の品質検査方法や装置が提案されており、特許文献１にその一例が記載されている。この文献１の品質検査方法及び装置では、検査対象の成形品が付着する可動側の金型又は固定側の金型に対して、可動側の金型と固定側の金型の相対移動方向より所定の斜め方向から点光源を照射し、型開きによる成形品の移動にともなって成形品の形状に沿ってできる点光源の移動軌跡をビデオカメラで撮影し、移動軌跡の画像データを予め決められた基準の移動軌跡の画像データと比較、照合して、予め決められた条件内での一致性により品質の良否を判定する。
【特許文献１】特開平６−１１３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この種のプレス加工や樹脂成形においては、特に精密加工のように成形品の形状が複雑になると、成形品の形状や寸法の不良などが成形品の不特定の箇所で発生することがあり、またそれを確実に検出することは極めて難しい。また、プレス加工の場合、金型内に発生する加工熱やプレス機械から発生する機械熱などにより、プレス機械の駆動部に伸縮が生じ、被加工材料に加えるプレス圧力に変動があると、成形品の本来のスペックを実現することができない。樹脂成形の場合、型締め力が適切でないと成形品にバリが出るなど不良が発生することがある。このように成形品の不良の発生原因はさまざまで、従来のような単眼的な検査手法では、成形品の品質の実効ある十分な検査を期待することができないという問題がある。
【０００５】
また、従来の成形品の品質検査では、検査装置が使用されているとはいえ、検査装置による成形品の良否判別を、検査装置に併設された表示装置に表示して、これを検査を担当する補助者が目視により確認し、人手により行われるため、成形品の全数検査は困難で、当該検査はどうしてもサンプリング検査にならざるを得ない。このため、検査されていない成形品の中には不良品が混在することがあり、不良品を確実に排除することが難しいという問題がある。また、検査を担当する補助者が表示装置で成形品の不良を確認した場合、補助者の操作によって成形機の運転を止めることになるが、補助者が成形品の不良を確認してから成形機の運転を停止するまでの間、成形機は稼動し、不良の成形品が追加的に発生するため、その結果、材料コストの浪費、金型等の損耗が拡大するという問題がある。さらに、補助者を必要とするため、検査費用は増大し、特に検査を外部委託する場合には、さらにコストが上昇するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するもので、この種の金型成形品の品質を高精度に検査することができ、また、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができ、併せて検査費用、製造費用等コストの低減を図ることのできる金型成形品検査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の金型成形品検査システムは、金型成形機に併設され、前記金型成形機により成形された成形品を３次元以上の多次元方向から撮像する複数の撮像手段と、前記成形品の３次元以上の多次元形状を計測する光学系の計測手段と、前記金型成形機の発熱部の温度を検出する温度検出手段と、前記各撮像手段からの画像データ及び前記計測手段からの計測データと、予め設定された成形品の良品の基準画像データ及び基準計測データとを比較、照合して前記成形品の良否を判別し、また、前記温度検出手段からの温度データと予め設定された基準温度データに基いて前記金型成形機の発熱部の温度の適否を判別する判別手段とを備え、前記成形品の品質を多元的に評価判定することを要旨とする。
【０００８】
本発明の金型成形品検査システムはまた、次のように具体化される。第１に、複数の撮像手段は成形品を少なくともＸ軸方向から撮像する手段、Ｙ軸方向から撮像する手段、及びＺ軸方向から撮像する手段とにより構成され、前記各手段は、成形品に照明光を照射する照明装置と、前記成形品からの反射光を所定方向に導くミラーと、前記ミラーにより前記成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラとを備える。第２に、ミラーを、金型成形機の金型の開動に応じて、前記金型間の内外に進退駆動するミラー移動機構を具備する。第３に、全部又は一部のＣＣＤカメラを成形品に近接する撮像位置と前記成形品から離れた退避位置との間で移動するＣＣＤカメラ移動機構を具備する。第４に、光学系の計測手段は、レーザ測長器と、前記レーザ測長器を垂直方向に回動可能に支持する手段、水平方向に回転可能に支持する手段、垂直方向に昇降する手段、水平方向に移動する手段、又はこれらを選択的に組み合わせた手段のうちから選択される手段とを具備するレーザ支持機構とを備える。第５に、温度検出手段は、少なくとも金型の温度変化を検出する温度センサを備える。第６に、判定部は、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型成形機の発熱部の温度を不適と判別したときに、金型成形機の動作を停止する信号を出力する手段を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金型成形品検査システムは、上記構成により、成形品の３次元以上の多次元方向の画像データ及び３次元以上の多次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元以上の多次元方向の基準画像データ及び３次元以上の多次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に自動判別し、併せて金型成形機の温度データにより、発熱部の温度の適否を自動判別して、成形品の品質を多元的に評価判定するので、金型成形品の品質を全数に亘って高精度に検査することができる。また、不良品が発生したときに、又は金型成形機の発熱部が不適な温度に変化したときに、金型成形機の運転を即時、自動停止するので、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができる。併せて検査を担当する補助者を不要とし、また材料コストの浪費、金型等の損耗を低減して、検査費用、製造費用等コストの大幅な低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る金型成形品検査システムの一実施の形態について図を用いて説明する。なお、この実施の形態では、金型プレス加工に適用する金型成形品検査システムとして例示する。図１及び図２において、１はプレス機械で、２はこのプレス機械に併設された金型成形品検査システムである。
【００１１】
プレス機械１は、公知の精密加工用のプレス機械で、本体フレームに、固定のボルスタ１１と、このボルスタ１１上で上下動されるスライド１２とを備え、ボルスタ１１の上部に（固定側の）下型が取り付けられるとともに、スライド１２の下部に（可動側の）上型が取り付けられ、プレス機械１のコントローラ１３に予め格納された制御プログラムに基いて、スライド１２が駆動され、ワークにプレス加工を行う。また、このプレス機械１の場合、プレス機械１のプレス面上にワークの送り方向ｆがプレス機械１の長手方向（プレス面のＹ軸方向）に向けて設定され、ワークが送り手段により下型と上型との開動に合わせた所定のタイミングで当該プレス面上に送られて、プレス加工が繰り返される。
【００１２】
金型成形品検査システム２は、成形品を３次元方向から撮像する複数の撮像手段３と、成形品の３次元形状を計測する光学系の計測手段４と、プレス機械１の発熱部各部の温度を検出する温度検出手段５と、成形品の良否を判別し、また、プレス機械１の発熱部各部の温度の適否を判別する判別手段６とを備える。なお、成形品の検査は成形品の移動中でも停止中でもよいが、このシステム２では、撮像手段、計測手段で動く成形品を捕らえて、良否を判定する。
【００１３】
複数の撮像手段３は、成形品をＸ軸方向から撮像するＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと、Ｙ軸方向から撮像するＹ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙと、Ｚ軸方向から撮像するＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚとにより構成される。これらのＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚは、成形品に照明光を照射する照明装置と、成形品からの反射光を所定の方向（ＣＣＤカメラ３２）に導くミラー３１と、ミラー３１により成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラ３２とを備える。この場合、ＣＣＤカメラ３２には、１０ｍｍの視野で１０μｍの評価が可能な１．４ＭピクセルのＣＣＤカメラが採用され、像の歪みをなくすためにテレセントリックレンズが使用される。
【００１４】
これらのＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚを各別に見ていくと、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。なお、照明装置は各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ共通のものとして設置されてもよい。ミラー３１はプレス面に対してＸ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆに対して（水平方向に）直角方向）の片側一方に、支持部材３０１を介して、所定の高さに所定の方向（角度）に向けて設置される。この場合、支持部材３０１は、ミラー３１を垂直方向に回動可能にかつ水平方向に回転可能に支持する角度調整部と、ミラー３１を上下方向に昇降可能に支持する高さ調整部とを具備し、これらの調整部により、ミラー３１の向き（角度）及び高さがプレス面における成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて適宜調整される。なお、このミラー３１の調整方式は手動式、自動式のいずれでもよい。自動式にする場合は、ミラー３１を駆動するためのモータ又はシリンダ駆動のアクチュエータを併せて備える。さらに、ミラー３１を水平方向に移動する機構を備えてもよい（この機構は、後の段落００１６で説明する。）。これらの駆動部はプレス機械１のコントローラ１３により制御される。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＸ軸方向の片側他方にミラー３１に対向して、支持装置３０２を介して、所定の高さに所定の角度で据え付けられる。この場合、支持装置３０２は、ＣＣＤカメラ３２を垂直方向に回動可能にかつ水平方向に回転可能に支持する角度調整部と、ＣＣＤカメラ３２を上下方向に昇降可能に支持する高さ調整部とを具備し、これらの調整部により、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さがミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて適宜調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２の調整方式は手動式、自動式のいずれでもよい。自動式にする場合は、既述の支持部材３０１と同様の構成を採用すればよい。また、このＣＣＤカメラ３２の場合、金型の手前に設置される関係上、作業性を考慮して、ＣＣＤカメラ３２の据え付け面にＣＣＤカメラ移動機構が設置され、ＣＣＤカメラ３２がこのＣＣＤカメラ移動機構上に搭載されて、成形品に近接して成形品を撮像する撮像位置と成形品から離れた任意の退避位置との間で移動可能に配置される。このＣＣＤカメラ移動機構は、図示を省略するが、プレス面のＸ軸方向片側一方の平面上に、移動レールがプレス面のＹ軸方向と平行に、少なくとも成形品に近接して撮像可能な所定の撮像位置と成形品から離れた任意に設定された退避位置との間に敷設され、この移動レール上に台座がスライド可能に組み付けられて構成される。台座には移動レール上の任意の位置に固定できるように、ストッパが設けられる。台座の駆動方式は手動式でも、自動式でもよい。自動式にする場合は、移動レールに近接してモータ駆動のボールねじ機構や、モータシリンダ、油圧シリンダなど各種シリンダが設置され、これらの駆動装置に台座が作動連結される。この駆動装置はプレス機械１のコントローラ１３により制御される。台座上にＣＣＤカメラ３２が支持装置３０２とともに搭載される。この場合、ＣＣＤカメラ３２の支持装置３０２を台座上にマグネットを介して（着脱可能に）固定することで、ＣＣＤカメラ３２の取り付け、取り外しを簡易にすることができる。
【００１５】
Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。ミラー３１はプレス面に対してＹ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆ）の片側一方に、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同じ設置形式で、（ミラー３１の）向き（角度）及び高さをプレス面における成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて設置される。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＹ軸方向の片側他方にミラー３１に対向して、支持装置３０２により、所定の高さに所定の角度で設置される。この場合、支持装置３０２はＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同様のもので、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さがミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２においても、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと同じ駆動形式で設置されてもよい。
【００１６】
Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。ミラー３１は、プレス面に対してＸ軸方向の片側一方に設置されたミラー移動機構３３上に搭載される。このミラー移動機構３３は、プレス面に対してＸ軸方向の片側一方にプレス面に向けて設置された直動ガイドレール３３１と、この直動ガイドレール３３１上に移動可能に配置された直動ガイドプレート３３２と、直動ガイドプレート３３２を駆動する駆動部３３３とを備える。この場合、直動ガイドレール３３１は所定の長さを有し、一端がプレス機械１の外側に突出され、他端がプレス機械１のプレス面の直近所定の位置（手前）に置かれる。直動ガイドプレート３３２は直動ガイドレール３３１に比べて短い平面状のプレートで、下面に直動ガイドレール３３１上を摺動可能な摺動部材を有し、直動ガイドレール３３１上にその一端と他端との間を移動可能に、かつプレス面側の他端でプレス面上に突出可能に組み付けられる。駆動部３３３は、モータ駆動のボールねじ機構や、モータシリンダ、油圧シリンダその他の各種シリンダなどが採用され、この駆動部３３３が直動ガイドレール３３１の下部（又は近接位置）に設置され、直動ガイドプレート３３２に作動連結される。この駆動部３３３はプレス機械１のコントローラ１３により制御され、直動ガイドプレート３３２がプレス機械１の下型と上型との間に進退可能に構成される。ミラー３１はこの直動ガイドプレート３３２の先端側に支持部材３０１を介して、プレス面上の成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて所定の高さに所定の方向（角度）に向けて支持される。なお、支持部材３０１は、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同様である。このようにしてプレス機械１のコントローラ１３の制御により、直動ガイドプレート３３２が直動ガイドレール３３１上で、上型の開動に合わせてプレス機械１の下型と上型との間に進退駆動され、ミラー３１が下型と上型との間の内外に進退可能に構成される。このミラー移動機構はプレス機械１の毎分４０回のプレスに対応可能である。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＸ軸方向の片側一方に、ミラー移動機構３３に隣接して、下型・上型間に移動されたミラー３１に対向可能に、支持装置３０２により、所定の高さに所定の角度で据え付けられる。この場合、支持装置３０２はＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと同様のもので、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さが下型・上型間のミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２においても、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同じ駆動形式で設置されてもよい。
【００１７】
光学系の計測手段４はレーザ測長器ユニットにより構成される。このレーザ測長器ユニット４は、プレス面上の成形品にレーザ光を照射してその形状（この場合、３次元形状）を計測し、計測データを出力するレーザ測長器４１と、レーザ測長器４１を多方向に駆動するレーザ支持機構４２とを備える。この場合、レーザ測長器４１は、測長範囲が最大１８０ｍｍの範囲を最小分解能１０μｍの測定が可能になっている。レーザ支持機構４２は、レーザ測長器４１を垂直方向に回動可能に支持する支持手段、水平方向に回転可能に支持する支持手段、垂直方向に昇降する支持手段、水平方向に移動する支持手段、又はこれらを選択的に組み合わせた支持手段のうちから選択されて組み立てられる。この場合、レーザ支持機構４２は、レーザ測長器４１を垂直方向に回動可能に支持する支持手段と、水平方向に移動する支持手段と、垂直方向に昇降する支持手段とにより組み立てられ、レーザ測長器４１を垂直方向に傾動する傾動駆動部４２１と、レーザ測長器４１を水平方向に駆動する水平方向駆動部４２２と、レーザ測長器４１を垂直方向に駆動する垂直方向駆動部４２３とを具備する。これら駆動部４２１、４２２、４２３により、レーザ測長器４１の稼動範囲は、水平方向に５０ｍｍ、垂直方向に５０ｍｍ、レーザの許容入射角度が、垂直方向から最大８５度までになっている。このレーザ支持機構４２はプレス面に対してＹ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆ）の片側一方に、Ｙ軸方向のＣＣＤカメラ３２に近接して設置され、このレーザ支持機構４２に支持されたレーザ測長器４１はＹ軸方向のＣＣＤカメラ３２の上方に配置される。このレーザ測長器ユニット４の場合、特に、各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚでは十分に計測できない成形品の高さ方向の計測を担当する。
【００１８】
温度検出手段５は、各種の温度センサが採用され、プレス機械１の発熱部各部に取り付けられて、各温度センサから各部の温度データが出力される。特に、金型の温度は成形品の品質に大きく影響するため、その管理は重要である。この場合、金型に熱電対を用いた温度センサ５１が採用される。この温度センサ５１は感温部がアルミニウム製のスリーブに保持されて、金型に取り付けられる。このスリーブにより、温度センサ５１がプレス機械１のオイルや溶剤による汚れを防止でき、また、温度センサ５１の取付作業に際して、温度センサ５１を落としたり、レンチや金属部品に衝突させたりしたときに保護することができる。この温度センサ５１を金型に取り付けるに当たり、金型の測温部分に温度センサ５１を取り付けるための治具が用意される。この治具にはねじ式又は直付け式が使用される。ねじ式の場合、温度センサ５１の感温部が金型にねじ締結により取り付けられ、直付け式の場合、温度センサ５１の感温部が金型に直接圧接されて取り付けられる。
【００１９】
判別手段６はマルチプロセッサが搭載されたマイクロコンピュータで構成され、プレス機械１のコントローラ１３により制御される。この判別手段６に、複数の撮像手段（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚの各部）、光学系の計測手段（レーザ測長器ユニット４の各部）、温度検出手段（温度センサ５１）が接続されて、各種の判定処理を行う。この場合、マイクロプロセッサのメモリ部には、各ＣＣＤカメラ３２からの画像データに基いて成形品の良否を判別する画像データ判別プログラム、レーザ測長器４１からの計測データに基いて成形品の良否を判別する計測データ判別プログラム、及び温度センサ５１からの温度データに基いてプレス機械１の発熱部各部の温度を管理する温度管理プログラムが格納され、これらのプログラムに必要な画像データ、計測データ、及びプレス機械１の発熱部各部の適正な温度データが記憶される。ここでは特に、画像データ判別プログラムに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラ３２からの画像データと良品の画像データとを比較、照合して成形品の形状及び寸法の良否を判別する形状及び寸法判別プログラムを備え、これに必要な画像データとして、良品の基準画像データを備える。計測データ判別プログラムに、レーザ測長器４１からの計測データと良品の計測データとを比較、照合して成形品の３次元形状の良否を判別する３次元形状判別プログラムを備え、これに必要な計測データとして、良品の基準計測データを備える。温度管理プログラムに、各温度センサからの温度データとプレス機械１の発熱部各部の適正な温度データとを比較、照合して、発熱部各部の適否を判別する温度データ判別プログラムを備え、これに必要な温度データとして、プレス機械１の金型を含む発熱部各部の適正な基準温度データを備える。なお、これらのプログラムやデータの入力及び各種の設定はプレス機械１のコントローラ１３に付帯される図示されない入力装置及び表示装置により行う。この判別手段６にはまた、検査中の成形品を不良と判別したときに、又はプレス機械１の発熱部各部の温度を不適と判別し、特に金型の温度が予め設定された基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止する信号を出力する手段（停止信号出力手段）が併せて設けられる。
【００２０】
このように金型成形品検査システム２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ、レーザ測長器ユニット４、温度センサ５１、及び判別手段６を備え、これら各部により、成形品の全数を検査対象としてその品質を多元的に評価判定する。次に、図１を参照しながら、このシステム２による成形品の評価判定方法について説明する。
【００２１】
このシステム２では、プレス機械１の固定側の下型と可動側の上型との協働動作により、ワークにプレス加工を行い、上型を開動する毎に、（移動中の）成形品の検査を自動的に行い、成形品の全数を評価判定する。まず、上型の開動に応じて、下型と上型との間にＺ軸方向のミラー３１をミラー移動機構３３により駆動する。ミラー３１を支持する直動ガイドプレート３３２を直動ガイドレール３３１上で下型と上型との間に直進駆動し、このミラー３１を下型と上型との間に進入して、プレス面上の成形品のＺ軸上に配置する。同時に、照明装置により照明光を成形品に照射し、その反射光を３次元方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚにより撮像する。この場合、成形品のＸ軸方向の外形状（反射光）を、Ｘ軸方向のミラー３１によりＸ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＸ方向の画像データを得る。同様にして、成形品のＹ軸方向の外形状（反射光）を、Ｙ軸方向のミラー３１によりＹ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＹ方向の画像データを得るとともに、成形品のＺ軸方向の外形状（反射光）を、Ｚ軸方向のミラー３１によりＺ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＺ方向の画像データを得る。
【００２２】
また、これら３次元方向のＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚと並行して、レーザ測長器ユニット４を駆動し、成形品の３次元形状を計測する。この場合、レーザ測長器４１をレーザ支持機構４２により成形品に向けて垂直方向及び水平方向に移動しながら、レーザ光を照射し、その反射光を受光して距離を測長し、成形品の３次元形状を計測する。このレーザ測長器ユニット４により、成形品の３次元形状の計測データを得る。
【００２３】
この間、プレス機械１の金型を含む発熱部各部の各温度センサにより、金型を含む発熱部各部の温度を検出し、温度データを得る。
【００２４】
判別手段６は、３次元方向の各ＣＣＤカメラ３２から得た成形品の３次元方向の各画像データと、良品の成形品の基準画像データとを比較、照合して、成形品の形状及び寸法の良否を判別し、併せてレーザ測長器４１から得た成形品の３次元形状の計測データと、良品の成形品の基準計測データとを比較、照合して、成形品の３次元形状の良否を判別し、併せて、各温度センサから得たプレス機械１の発熱部各部の温度データと、プレス機械１の発熱部各部の適正な基準温度データとを比較、照合して、発熱部各部の適否を判別して、成形品を多元的に評価判定する。なお、この評価判定の結果を、図示されない表示装置の表示画面上に表示し、また図示されない記憶装置に記録する。この良否の判別において、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型の温度が予め設定された基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止する信号を出力し、プレス機械１の運転を即時、自動停止する。なお、成形品の不良原因又は金型温度の上昇原因を除去した後、プレス機械１の運転を再開し、この検査システム２により同様にして成形品の品質検査を行う。
【００２５】
以上説明したように、この金型成形品検査システム２によれば、成形品の３次元方向の画像データ及び３次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元方向の基準画像データ及び３次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に判別し、併せてプレス機械１の発熱部各部の温度データにより、プレス機械１の発熱部各部の温度の適否を判別して、成形品の品質を多元的に評価判定するので、金型成形品の品質を全数に亘って高精度に検査することができる。したがって、精密加工のように成形品の形状が複雑でも、その良否を確実に評価判定することができる。そして、この良否の判別において、不良品が発生したときに、プレス機械１の運転を即時、自動停止するので、引き続き不良品が発生するのを確実に防止することができる。また、金型内に発生する加工熱やプレス機械から発生する機械熱の温度を管理して、温度が予め設定した基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止するので、これらの熱に起因するプレス機械の駆動部の伸縮を未然に防止することができ、ワークを安定したプレス圧力で加工して、成形品の本来のスペックを実現することができる。したがって、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができる。併せて検査を担当する補助者を不要とし、また材料コストの浪費、金型等の損耗を低減して、検査費用、製造費用等コストの大幅な低減を図ることができる。
【００２６】
また、このシステム２では、特にＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚにミラー移動機構３３を備え、プレス機械１の金型の開動に応じて、Ｚ軸方向のミラー３１を金型間の内外に進退駆動するので、ミラー３１をプレス面上の成形品に対して垂直方向に配置して、又は成形品に可及的に近接させて、成形品の反射光をプレス面外部のＣＣＤカメラ３２へ導くことができ、成形品の外形状を高精度に撮像することができる。なお、このミラー移動機構３３はＸ軸方向及びＹ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙにも同様に適用することができ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においても、ミラー３１をプレス面上の成形品に可及的に近接させて、成形品の反射光をプレス面外部のＣＣＤカメラ３２へ導くことができる。
【００２７】
さらに、このシステム２では、特にＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３ＸにＣＣＤカメラ移動機構を備え、ＣＣＤカメラ３２を成形品に近接する撮像位置と成形品から離れた任意の退避位置との間で移動できるようにしたので、ＣＣＤカメラ３２を任意に移動して、その据え付け位置を変更することができ、また、プレス面の一方向を開放して、金型の交換や段取り時の作業性を向上させることができる。なお、このＣＣＤカメラ移動機構はＹ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｙ、３Ｚにも同様に適用することができ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向においても各ＣＣＤカメラ３２を任意に移動して、その据え付け位置を変更することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、複数の撮像手段３は、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙ、Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚの３軸により構成されているが、さらにＣＣＤカメラユニットを追加して、又はその他の撮像手段により、例えばセンサの増加により５軸、６軸などさらに多軸で構成されてもよい。この場合、各撮像手段３の設置位置は必要に応じて適宜選定される。また、光学系の計測手段４は１基のレーザ測長器ユニットにより構成されているが、さらにレーザ測長器ユニットを追加して、又はその他の計測手段により、複数基の計測手段で構成されてもよい。この場合も、各計測手段４の設置位置は必要に応じて適宜選定される。このようにして成形品をさらに多次元の方向から撮像、計測することにより、成形品の品質をさらに高精度に検査することができる。
【００２９】
また、上記実施の形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚは、（共通の）照明装置と、ミラー３１と、ＣＣＤカメラ３２とを備えているが、ミラーを省略し、（共通の）照明装置と、ＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段とにより構成して、ＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段を、ミラー移動機構と同様の構成を有するＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段移動機構に搭載して、プレス機械の金型の開動に応じて、金型間の内外に進退駆動するようにしてもよい。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、このシステム２を金型プレス加工に適用しているが、金型樹脂成形にも同様に適用して、同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態における金型成形品検査システムの平面図
【図２】同システムの斜視図
【符号の説明】
【００３２】
１ プレス機械
１１ ボルスタ
１２ スライド
１３ コントローラ
２ 金型成形品検査システム
３ 撮像手段
３Ｘ Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３Ｙ Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３Ｚ Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３１ ミラー
３０１ 支持部材
３２ ＣＣＤカメラ
３０２ 支持装置
３３ ミラー移動機構
３３１ 直動ガイドレール
３３２ 直動ガイドプレート
３３３ 駆動部
４ 計測手段（レーザ測長器ユニット）
４１ レーザ測長器
４２ レーザ支持機構
４２１ 傾動駆動部
４２２ 水平方向駆動部
４２３ 垂直方向駆動部
５ 温度検出手段
５１ 温度センサ
６ 判別手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型プレス加工や金型樹脂成形による成形品の品質検査に使用する金型成形品検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金型プレス加工に使用されるプレス機械は、本体フレームに固定のボルスタとボルスタ上で上下動可能なスライドとを備え、ボルスタ上に下型が取り付けられ、スライドの下部に上型が取り付けられて、固定側の下型と可動側の上型との協働動作によりワークにプレス加工を行うようになっている。また、金型樹脂成形では、成形機に固定側の下型とこの下型に対向する可動側の上型とを備え、型閉め時に下型と上型との間に形成されるキャビティの中で成形原料を加圧成形するようになっている。
【０００３】
ところで、このようなプレス加工や樹脂成形においては、成形品の形状や寸法など、成形品の品質を検査して、成形品の良否の判定が行われている。この良否判定には種々の品質検査方法や装置が提案されており、特許文献１にその一例が記載されている。この文献１の品質検査方法及び装置では、検査対象の成形品が付着する可動側の金型又は固定側の金型に対して、可動側の金型と固定側の金型の相対移動方向より所定の斜め方向から点光源を照射し、型開きによる成形品の移動にともなって成形品の形状に沿ってできる点光源の移動軌跡をビデオカメラで撮影し、移動軌跡の画像データを予め決められた基準の移動軌跡の画像データと比較、照合して、予め決められた条件内での一致性により品質の良否を判定する。
【特許文献１】特開平６−１１３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この種のプレス加工や樹脂成形においては、特に精密加工のように成形品の形状が複雑になると、成形品の形状や寸法の不良などが成形品の不特定の箇所で発生することがあり、またそれを確実に検出することは極めて難しい。また、プレス加工の場合、金型内に発生する加工熱やプレス機械から発生する機械熱などにより、プレス機械の駆動部に伸縮が生じ、被加工材料に加えるプレス圧力に変動があると、成形品の本来のスペックを実現することができない。樹脂成形の場合、型締め力が適切でないと成形品にバリが出るなど不良が発生することがある。このように成形品の不良の発生原因はさまざまで、従来のような単眼的な検査手法では、成形品の品質の実効ある十分な検査を期待することができないという問題がある。
【０００５】
また、従来の成形品の品質検査では、検査装置が使用されているとはいえ、検査装置による成形品の良否判別を、検査装置に併設された表示装置に表示して、これを検査を担当する補助者が目視により確認し、人手により行われるため、成形品の全数検査は困難で、当該検査はどうしてもサンプリング検査にならざるを得ない。このため、検査されていない成形品の中には不良品が混在することがあり、不良品を確実に排除することが難しいという問題がある。また、検査を担当する補助者が表示装置で成形品の不良を確認した場合、補助者の操作によって成形機の運転を止めることになるが、補助者が成形品の不良を確認してから成形機の運転を停止するまでの間、成形機は稼動し、不良の成形品が追加的に発生するため、その結果、材料コストの浪費、金型等の損耗が拡大するという問題がある。さらに、補助者を必要とするため、検査費用は増大し、特に検査を外部委託する場合には、さらにコストが上昇するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するもので、この種の金型成形品の品質を高精度に検査することができ、また、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができ、併せて検査費用、製造費用等コストの低減を図ることのできる金型成形品検査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の金型成形品検査システムは、金型成形機に併設され、前記金型成形機により成形された成形品を３次元以上の多次元方向から撮像する複数の撮像手段と、前記成形品の３次元以上の多次元形状を計測する光学系の計測手段と、前記金型成形機の発熱部の温度を検出する温度検出手段と、前記各撮像手段からの画像データ及び前記計測手段からの計測データと、予め設定された成形品の良品の基準画像データ及び基準計測データとを比較、照合して前記成形品の良否を判別し、また、前記温度検出手段からの温度データと予め設定された基準温度データに基いて前記金型成形機の発熱部の温度の適否を判別する判別手段とを備え、前記成形品の品質を多元的に評価判定することを要旨とする。
【０００８】
本発明の金型成形品検査システムはまた、次のように具体化される。第１に、複数の撮像手段は成形品を少なくともＸ軸方向から撮像する手段、Ｙ軸方向から撮像する手段、及びＺ軸方向から撮像する手段とにより構成され、前記各手段は、成形品に照明光を照射する照明装置と、前記成形品からの反射光を所定方向に導くミラーと、前記ミラーにより前記成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラとを備える。第２に、ミラーを、金型成形機の金型の開動に応じて、前記金型間の内外に進退駆動するミラー移動機構を具備する。第３に、全部又は一部のＣＣＤカメラを成形品に近接する撮像位置と前記成形品から離れた退避位置との間で移動するＣＣＤカメラ移動機構を具備する。第４に、光学系の計測手段は、レーザ測長器と、前記レーザ測長器を垂直方向に回動可能に支持する手段、水平方向に回転可能に支持する手段、垂直方向に昇降する手段、水平方向に移動する手段、又はこれらを選択的に組み合わせた手段のうちから選択される手段とを具備するレーザ支持機構とを備える。第５に、温度検出手段は、少なくとも金型の温度変化を検出する温度センサを備える。第６に、判定部は、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型成形機の発熱部の温度を不適と判別したときに、金型成形機の動作を停止する信号を出力する手段を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金型成形品検査システムは、上記構成により、成形品の３次元以上の多次元方向の画像データ及び３次元以上の多次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元以上の多次元方向の基準画像データ及び３次元以上の多次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に自動判別し、併せて金型成形機の温度データにより、発熱部の温度の適否を自動判別して、成形品の品質を多元的に評価判定するので、金型成形品の品質を全数に亘って高精度に検査することができる。また、不良品が発生したときに、又は金型成形機の発熱部が不適な温度に変化したときに、金型成形機の運転を即時、自動停止するので、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができる。併せて検査を担当する補助者を不要とし、また材料コストの浪費、金型等の損耗を低減して、検査費用、製造費用等コストの大幅な低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る金型成形品検査システムの一実施の形態について図を用いて説明する。なお、この実施の形態では、金型プレス加工に適用する金型成形品検査システムとして例示する。図１及び図２において、１はプレス機械で、２はこのプレス機械に併設された金型成形品検査システムである。
【００１１】
プレス機械１は、公知の精密加工用のプレス機械で、本体フレームに、固定のボルスタ１１と、このボルスタ１１上で上下動されるスライド１２とを備え、ボルスタ１１の上部に（固定側の）下型が取り付けられるとともに、スライド１２の下部に（可動側の）上型が取り付けられ、プレス機械１のコントローラ１３に予め格納された制御プログラムに基いて、スライド１２が駆動され、ワークにプレス加工を行う。また、このプレス機械１の場合、プレス機械１のプレス面上にワークの送り方向ｆがプレス機械１の長手方向（プレス面のＹ軸方向）に向けて設定され、ワークが送り手段により下型と上型との開動に合わせた所定のタイミングで当該プレス面上に送られて、プレス加工が繰り返される。
【００１２】
金型成形品検査システム２は、成形品を３次元方向から撮像する複数の撮像手段３と、成形品の３次元形状を計測する光学系の計測手段４と、プレス機械１の発熱部各部の温度を検出する温度検出手段５と、成形品の良否を判別し、また、プレス機械１の発熱部各部の温度の適否を判別する判別手段６とを備える。なお、成形品の検査は成形品の移動中でも停止中でもよいが、このシステム２では、撮像手段、計測手段で動く成形品を捕らえて、良否を判定する。
【００１３】
複数の撮像手段３は、成形品をＸ軸方向から撮像するＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと、Ｙ軸方向から撮像するＹ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙと、Ｚ軸方向から撮像するＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚとにより構成される。これらのＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚは、成形品に照明光を照射する照明装置と、成形品からの反射光を所定の方向（ＣＣＤカメラ３２）に導くミラー３１と、ミラー３１により成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラ３２とを備える。この場合、ＣＣＤカメラ３２には、１０ｍｍの視野で１０μｍの評価が可能な１．４ＭピクセルのＣＣＤカメラが採用され、像の歪みをなくすためにテレセントリックレンズが使用される。
【００１４】
これらのＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚを各別に見ていくと、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。なお、照明装置は各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ共通のものとして設置されてもよい。ミラー３１はプレス面に対してＸ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆに対して（水平方向に）直角方向）の片側一方に、支持部材３０１を介して、所定の高さに所定の方向（角度）に向けて設置される。この場合、支持部材３０１は、ミラー３１を垂直方向に回動可能にかつ水平方向に回転可能に支持する角度調整部と、ミラー３１を上下方向に昇降可能に支持する高さ調整部とを具備し、これらの調整部により、ミラー３１の向き（角度）及び高さがプレス面における成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて適宜調整される。なお、このミラー３１の調整方式は手動式、自動式のいずれでもよい。自動式にする場合は、ミラー３１を駆動するためのモータ又はシリンダ駆動のアクチュエータを併せて備える。さらに、ミラー３１を水平方向に移動する機構を備えてもよい（この機構は、後の段落００１６で説明する。）。これらの駆動部はプレス機械１のコントローラ１３により制御される。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＸ軸方向の片側他方にミラー３１に対向して、支持装置３０２を介して、所定の高さに所定の角度で据え付けられる。この場合、支持装置３０２は、ＣＣＤカメラ３２を垂直方向に回動可能にかつ水平方向に回転可能に支持する角度調整部と、ＣＣＤカメラ３２を上下方向に昇降可能に支持する高さ調整部とを具備し、これらの調整部により、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さがミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて適宜調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２の調整方式は手動式、自動式のいずれでもよい。自動式にする場合は、既述の支持部材３０１と同様の構成を採用すればよい。また、このＣＣＤカメラ３２の場合、金型の手前に設置される関係上、作業性を考慮して、ＣＣＤカメラ３２の据え付け面にＣＣＤカメラ移動機構が設置され、ＣＣＤカメラ３２がこのＣＣＤカメラ移動機構上に搭載されて、成形品に近接して成形品を撮像する撮像位置と成形品から離れた任意の退避位置との間で移動可能に配置される。このＣＣＤカメラ移動機構は、図示を省略するが、プレス面のＸ軸方向片側一方の平面上に、移動レールがプレス面のＹ軸方向と平行に、少なくとも成形品に近接して撮像可能な所定の撮像位置と成形品から離れた任意に設定された退避位置との間に敷設され、この移動レール上に台座がスライド可能に組み付けられて構成される。台座には移動レール上の任意の位置に固定できるように、ストッパが設けられる。台座の駆動方式は手動式でも、自動式でもよい。自動式にする場合は、移動レールに近接してモータ駆動のボールねじ機構や、モータシリンダ、油圧シリンダなど各種シリンダが設置され、これらの駆動装置に台座が作動連結される。この駆動装置はプレス機械１のコントローラ１３により制御される。台座上にＣＣＤカメラ３２が支持装置３０２とともに搭載される。この場合、ＣＣＤカメラ３２の支持装置３０２を台座上にマグネットを介して（着脱可能に）固定することで、ＣＣＤカメラ３２の取り付け、取り外しを簡易にすることができる。
【００１５】
Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。ミラー３１はプレス面に対してＹ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆ）の片側一方に、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同じ設置形式で、（ミラー３１の）向き（角度）及び高さをプレス面における成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて設置される。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＹ軸方向の片側他方にミラー３１に対向して、支持装置３０２により、所定の高さに所定の角度で設置される。この場合、支持装置３０２はＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同様のもので、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さがミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２においても、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと同じ駆動形式で設置されてもよい。
【００１６】
Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚの場合、照明装置はプレス面に対して適宜の位置に設置される。ミラー３１は、プレス面に対してＸ軸方向の片側一方に設置されたミラー移動機構３３上に搭載される。このミラー移動機構３３は、プレス面に対してＸ軸方向の片側一方にプレス面に向けて設置された直動ガイドレール３３１と、この直動ガイドレール３３１上に移動可能に配置された直動ガイドプレート３３２と、直動ガイドプレート３３２を駆動する駆動部３３３とを備える。この場合、直動ガイドレール３３１は所定の長さを有し、一端がプレス機械１の外側に突出され、他端がプレス機械１のプレス面の直近所定の位置（手前）に置かれる。直動ガイドプレート３３２は直動ガイドレール３３１に比べて短い平面状のプレートで、下面に直動ガイドレール３３１上を摺動可能な摺動部材を有し、直動ガイドレール３３１上にその一端と他端との間を移動可能に、かつプレス面側の他端でプレス面上に突出可能に組み付けられる。駆動部３３３は、モータ駆動のボールねじ機構や、モータシリンダ、油圧シリンダその他の各種シリンダなどが採用され、この駆動部３３３が直動ガイドレール３３１の下部（又は近接位置）に設置され、直動ガイドプレート３３２に作動連結される。この駆動部３３３はプレス機械１のコントローラ１３により制御され、直動ガイドプレート３３２がプレス機械１の下型と上型との間に進退可能に構成される。ミラー３１はこの直動ガイドプレート３３２の先端側に支持部材３０１を介して、プレス面上の成形品の位置、成形品の大きさ及び形状に合わせて所定の高さに所定の方向（角度）に向けて支持される。なお、支持部材３０１は、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同様である。このようにしてプレス機械１のコントローラ１３の制御により、直動ガイドプレート３３２が直動ガイドレール３３１上で、上型の開動に合わせてプレス機械１の下型と上型との間に進退駆動され、ミラー３１が下型と上型との間の内外に進退可能に構成される。このミラー移動機構はプレス機械１の毎分４０回のプレスに対応可能である。ＣＣＤカメラ３２はプレス面のＸ軸方向の片側一方に、ミラー移動機構３３に隣接して、下型・上型間に移動されたミラー３１に対向可能に、支持装置３０２により、所定の高さに所定の角度で据え付けられる。この場合、支持装置３０２はＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘと同様のもので、ＣＣＤカメラ３２の向き（角度）及び高さが下型・上型間のミラー３１の向き（角度）及び高さに合わせて調整される。なお、このＣＣＤカメラ３２においても、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘの場合と同じ駆動形式で設置されてもよい。
【００１７】
光学系の計測手段４はレーザ測長器ユニットにより構成される。このレーザ測長器ユニット４は、プレス面上の成形品にレーザ光を照射してその形状（この場合、３次元形状）を計測し、計測データを出力するレーザ測長器４１と、レーザ測長器４１を多方向に駆動するレーザ支持機構４２とを備える。この場合、レーザ測長器４１は、測長範囲が最大１８０ｍｍの範囲を最小分解能１０μｍの測定が可能になっている。レーザ支持機構４２は、レーザ測長器４１を垂直方向に回動可能に支持する支持手段、水平方向に回転可能に支持する支持手段、垂直方向に昇降する支持手段、水平方向に移動する支持手段、又はこれらを選択的に組み合わせた支持手段のうちから選択されて組み立てられる。この場合、レーザ支持機構４２は、レーザ測長器４１を垂直方向に回動可能に支持する支持手段と、水平方向に移動する支持手段と、垂直方向に昇降する支持手段とにより組み立てられ、レーザ測長器４１を垂直方向に傾動する傾動駆動部４２１と、レーザ測長器４１を水平方向に駆動する水平方向駆動部４２２と、レーザ測長器４１を垂直方向に駆動する垂直方向駆動部４２３とを具備する。これら駆動部４２１、４２２、４２３により、レーザ測長器４１の稼動範囲は、水平方向に５０ｍｍ、垂直方向に５０ｍｍ、レーザの許容入射角度が、垂直方向から最大８５度までになっている。このレーザ支持機構４２はプレス面に対してＹ軸方向（言い換えれば、ワークの送り方向ｆ）の片側一方に、Ｙ軸方向のＣＣＤカメラ３２に近接して設置され、このレーザ支持機構４２に支持されたレーザ測長器４１はＹ軸方向のＣＣＤカメラ３２の上方に配置される。このレーザ測長器ユニット４の場合、特に、各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚでは十分に計測できない成形品の高さ方向の計測を担当する。
【００１８】
温度検出手段５は、各種の温度センサが採用され、プレス機械１の発熱部各部に取り付けられて、各温度センサから各部の温度データが出力される。特に、金型の温度は成形品の品質に大きく影響するため、その管理は重要である。この場合、金型に熱電対を用いた温度センサ５１が採用される。この温度センサ５１は感温部がアルミニウム製のスリーブに保持されて、金型に取り付けられる。このスリーブにより、温度センサ５１がプレス機械１のオイルや溶剤による汚れを防止でき、また、温度センサ５１の取付作業に際して、温度センサ５１を落としたり、レンチや金属部品に衝突させたりしたときに保護することができる。この温度センサ５１を金型に取り付けるに当たり、金型の測温部分に温度センサ５１を取り付けるための治具が用意される。この治具にはねじ式又は直付け式が使用される。ねじ式の場合、温度センサ５１の感温部が金型にねじ締結により取り付けられ、直付け式の場合、温度センサ５１の感温部が金型に直接圧接されて取り付けられる。
【００１９】
判別手段６はマルチプロセッサが搭載されたマイクロコンピュータで構成され、プレス機械１のコントローラ１３により制御される。この判別手段６に、複数の撮像手段（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚの各部）、光学系の計測手段（レーザ測長器ユニット４の各部）、温度検出手段（温度センサ５１）が接続されて、各種の判定処理を行う。この場合、マイクロプロセッサのメモリ部には、各ＣＣＤカメラ３２からの画像データに基いて成形品の良否を判別する画像データ判別プログラム、レーザ測長器４１からの計測データに基いて成形品の良否を判別する計測データ判別プログラム、及び温度センサ５１からの温度データに基いてプレス機械１の発熱部各部の温度を管理する温度管理プログラムが格納され、これらのプログラムに必要な画像データ、計測データ、及びプレス機械１の発熱部各部の適正な温度データが記憶される。ここでは特に、画像データ判別プログラムに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラ３２からの画像データと良品の画像データとを比較、照合して成形品の形状及び寸法の良否を判別する形状及び寸法判別プログラムを備え、これに必要な画像データとして、良品の基準画像データを備える。計測データ判別プログラムに、レーザ測長器４１からの計測データと良品の計測データとを比較、照合して成形品の３次元形状の良否を判別する３次元形状判別プログラムを備え、これに必要な計測データとして、良品の基準計測データを備える。温度管理プログラムに、各温度センサからの温度データとプレス機械１の発熱部各部の適正な温度データとを比較、照合して、発熱部各部の適否を判別する温度データ判別プログラムを備え、これに必要な温度データとして、プレス機械１の金型を含む発熱部各部の適正な基準温度データを備える。なお、これらのプログラムやデータの入力及び各種の設定はプレス機械１のコントローラ１３に付帯される図示されない入力装置及び表示装置により行う。この判別手段６にはまた、検査中の成形品を不良と判別したときに、又はプレス機械１の発熱部各部の温度を不適と判別し、特に金型の温度が予め設定された基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止する信号を出力する手段（停止信号出力手段）が併せて設けられる。
【００２０】
このように金型成形品検査システム２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚ、レーザ測長器ユニット４、温度センサ５１、及び判別手段６を備え、これら各部により、成形品の全数を検査対象としてその品質を多元的に評価判定する。次に、図１を参照しながら、このシステム２による成形品の評価判定方法について説明する。
【００２１】
このシステム２では、プレス機械１の固定側の下型と可動側の上型との協働動作により、ワークにプレス加工を行い、上型を開動する毎に、（移動中の）成形品の検査を自動的に行い、成形品の全数を評価判定する。まず、上型の開動に応じて、下型と上型との間にＺ軸方向のミラー３１をミラー移動機構３３により駆動する。ミラー３１を支持する直動ガイドプレート３３２を直動ガイドレール３３１上で下型と上型との間に直進駆動し、このミラー３１を下型と上型との間に進入して、プレス面上の成形品のＺ軸上に配置する。同時に、照明装置により照明光を成形品に照射し、その反射光を３次元方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚにより撮像する。この場合、成形品のＸ軸方向の外形状（反射光）を、Ｘ軸方向のミラー３１によりＸ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＸ方向の画像データを得る。同様にして、成形品のＹ軸方向の外形状（反射光）を、Ｙ軸方向のミラー３１によりＹ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＹ方向の画像データを得るとともに、成形品のＺ軸方向の外形状（反射光）を、Ｚ軸方向のミラー３１によりＺ軸方向のＣＣＤカメラ３２で撮像し、成形品のＺ方向の画像データを得る。
【００２２】
また、これら３次元方向のＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚと並行して、レーザ測長器ユニット４を駆動し、成形品の３次元形状を計測する。この場合、レーザ測長器４１をレーザ支持機構４２により成形品に向けて垂直方向及び水平方向に移動しながら、レーザ光を照射し、その反射光を受光して距離を測長し、成形品の３次元形状を計測する。このレーザ測長器ユニット４により、成形品の３次元形状の計測データを得る。
【００２３】
この間、プレス機械１の金型を含む発熱部各部の各温度センサにより、金型を含む発熱部各部の温度を検出し、温度データを得る。
【００２４】
判別手段６は、３次元方向の各ＣＣＤカメラ３２から得た成形品の３次元方向の各画像データと、良品の成形品の基準画像データとを比較、照合して、成形品の形状及び寸法の良否を判別し、併せてレーザ測長器４１から得た成形品の３次元形状の計測データと、良品の成形品の基準計測データとを比較、照合して、成形品の３次元形状の良否を判別し、併せて、各温度センサから得たプレス機械１の発熱部各部の温度データと、プレス機械１の発熱部各部の適正な基準温度データとを比較、照合して、発熱部各部の適否を判別して、成形品を多元的に評価判定する。なお、この評価判定の結果を、図示されない表示装置の表示画面上に表示し、また図示されない記憶装置に記録する。この良否の判別において、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型の温度が予め設定された基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止する信号を出力し、プレス機械１の運転を即時、自動停止する。なお、成形品の不良原因又は金型温度の上昇原因を除去した後、プレス機械１の運転を再開し、この検査システム２により同様にして成形品の品質検査を行う。
【００２５】
以上説明したように、この金型成形品検査システム２によれば、成形品の３次元方向の画像データ及び３次元形状の計測データと、当該成形品の良品の３次元方向の基準画像データ及び３次元形状の基準計測データとの比較、照合により、成形品の良否を多眼的に判別し、併せてプレス機械１の発熱部各部の温度データにより、プレス機械１の発熱部各部の温度の適否を判別して、成形品の品質を多元的に評価判定するので、金型成形品の品質を全数に亘って高精度に検査することができる。したがって、精密加工のように成形品の形状が複雑でも、その良否を確実に評価判定することができる。そして、この良否の判別において、不良品が発生したときに、プレス機械１の運転を即時、自動停止するので、引き続き不良品が発生するのを確実に防止することができる。また、金型内に発生する加工熱やプレス機械から発生する機械熱の温度を管理して、温度が予め設定した基準値を超えたときに、プレス機械１の動作を停止するので、これらの熱に起因するプレス機械の駆動部の伸縮を未然に防止することができ、ワークを安定したプレス圧力で加工して、成形品の本来のスペックを実現することができる。したがって、全数の成形品から不良品を確実に判別、排除し、さらに不良品の発生を可及的に少なくするなど、信頼性の高い成形品の製造に資することができる。併せて検査を担当する補助者を不要とし、また材料コストの浪費、金型等の損耗を低減して、検査費用、製造費用等コストの大幅な低減を図ることができる。
【００２６】
また、このシステム２では、特にＺ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚにミラー移動機構３３を備え、プレス機械１の金型の開動に応じて、Ｚ軸方向のミラー３１を金型間の内外に進退駆動するので、ミラー３１をプレス面上の成形品に対して垂直方向に配置して、又は成形品に可及的に近接させて、成形品の反射光をプレス面外部のＣＣＤカメラ３２へ導くことができ、成形品の外形状を高精度に撮像することができる。なお、このミラー移動機構３３はＸ軸方向及びＹ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙにも同様に適用することができ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においても、ミラー３１をプレス面上の成形品に可及的に近接させて、成形品の反射光をプレス面外部のＣＣＤカメラ３２へ導くことができる。
【００２７】
さらに、このシステム２では、特にＸ軸方向ＣＣＤカメラユニット３ＸにＣＣＤカメラ移動機構を備え、ＣＣＤカメラ３２を成形品に近接する撮像位置と成形品から離れた任意の退避位置との間で移動できるようにしたので、ＣＣＤカメラ３２を任意に移動して、その据え付け位置を変更することができ、また、プレス面の一方向を開放して、金型の交換や段取り時の作業性を向上させることができる。なお、このＣＣＤカメラ移動機構はＹ軸方向及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｙ、３Ｚにも同様に適用することができ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向においても各ＣＣＤカメラ３２を任意に移動して、その据え付け位置を変更することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、複数の撮像手段３は、Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｙ、Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット３Ｚの３軸により構成されているが、さらにＣＣＤカメラユニットを追加して、又はその他の撮像手段により、例えばセンサの増加により５軸、６軸などさらに多軸で構成されてもよい。この場合、各撮像手段３の設置位置は必要に応じて適宜選定される。また、光学系の計測手段４は１基のレーザ測長器ユニットにより構成されているが、さらにレーザ測長器ユニットを追加して、又はその他の計測手段により、複数基の計測手段で構成されてもよい。この場合も、各計測手段４の設置位置は必要に応じて適宜選定される。このようにして成形品をさらに多次元の方向から撮像、計測することにより、成形品の品質をさらに高精度に検査することができる。
【００２９】
また、上記実施の形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の各ＣＣＤカメラユニット３Ｘ、３Ｙ、３Ｚは、（共通の）照明装置と、ミラー３１と、ＣＣＤカメラ３２とを備えているが、ミラーを省略し、（共通の）照明装置と、ＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段とにより構成して、ＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段を、ミラー移動機構と同様の構成を有するＣＣＤカメラ又はその他の撮像手段移動機構に搭載して、プレス機械の金型の開動に応じて、金型間の内外に進退駆動するようにしてもよい。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、このシステム２を金型プレス加工に適用しているが、金型樹脂成形にも同様に適用して、同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態における金型成形品検査システムの平面図
【図２】同システムの斜視図
【符号の説明】
【００３２】
１ プレス機械
１１ ボルスタ
１２ スライド
１３ コントローラ
２ 金型成形品検査システム
３ 撮像手段
３Ｘ Ｘ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３Ｙ Ｙ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３Ｚ Ｚ軸方向ＣＣＤカメラユニット
３１ ミラー
３０１ 支持部材
３２ ＣＣＤカメラ
３０２ 支持装置
３３ ミラー移動機構
３３１ 直動ガイドレール
３３２ 直動ガイドプレート
３３３ 駆動部
４ 計測手段（レーザ測長器ユニット）
４１ レーザ測長器
４２ レーザ支持機構
４２１ 傾動駆動部
４２２ 水平方向駆動部
４２３ 垂直方向駆動部
５ 温度検出手段
５１ 温度センサ
６ 判別手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型成形機に併設され、
前記金型成形機により成形された成形品を３次元以上の多次元方向から撮像する複数の撮像手段と、
前記成形品の３次元以上の多次元形状を計測する光学系の計測手段と、
前記金型成形機の発熱部の温度を検出する温度検出手段と、
前記各撮像手段からの画像データ及び前記計測手段からの計測データと、予め設定された成形品の良品の基準画像データ及び基準計測データとを比較、照合して前記成形品の良否を判別し、また、前記温度検出手段からの温度データと予め設定された基準温度データに基いて前記金型成形機の発熱部の温度の適否を判別する判別手段とを備え、
前記成形品の品質を多元的に評価判定することを特徴とする金型成形品検査システム。
【請求項２】
複数の撮像手段は成形品を少なくともＸ軸方向から撮像する手段、Ｙ軸方向から撮像する手段、及びＺ軸方向から撮像する手段とにより構成され、前記各手段は、成形品に照明光を照射する照明装置と、前記成形品からの反射光を所定方向に導くミラーと、前記ミラーにより前記成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラとを備える請求項１に記載の金型成形品検査システム。
【請求項３】
ミラーを、金型成形機の金型の開動に応じて、前記金型間の内外に進退駆動するミラー移動機構を具備する請求項２に記載の金型成形品検査システム。
【請求項４】
全部又は一部のＣＣＤカメラを成形品に近接する撮像位置と前記成形品から離れた退避位置との間で移動するＣＣＤカメラ移動機構を具備する請求項２又は３に記載の金型成形品検査システム。
【請求項５】
光学系の計測手段は、レーザ測長器と、前記レーザ測長器を垂直方向に回動可能に支持する手段、水平方向に回転可能に支持する手段、垂直方向に昇降する手段、水平方向に移動する手段、又はこれらを選択的に組み合わせた手段のうちから選択される手段とを具備するレーザ支持機構とを備える請求項１乃至４のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【請求項６】
温度検出手段は、少なくとも金型の温度変化を検出する温度センサを備える請求項１乃至５のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【請求項７】
判定部は、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型成形機の発熱部の温度を不適と判別したときに、金型成形機の動作を停止する信号を出力する手段を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【請求項１】
金型成形機に併設され、
前記金型成形機により成形された成形品を３次元以上の多次元方向から撮像する複数の撮像手段と、
前記成形品の３次元以上の多次元形状を計測する光学系の計測手段と、
前記金型成形機の発熱部の温度を検出する温度検出手段と、
前記各撮像手段からの画像データ及び前記計測手段からの計測データと、予め設定された成形品の良品の基準画像データ及び基準計測データとを比較、照合して前記成形品の良否を判別し、また、前記温度検出手段からの温度データと予め設定された基準温度データに基いて前記金型成形機の発熱部の温度の適否を判別する判別手段とを備え、
前記成形品の品質を多元的に評価判定することを特徴とする金型成形品検査システム。
【請求項２】
複数の撮像手段は成形品を少なくともＸ軸方向から撮像する手段、Ｙ軸方向から撮像する手段、及びＺ軸方向から撮像する手段とにより構成され、前記各手段は、成形品に照明光を照射する照明装置と、前記成形品からの反射光を所定方向に導くミラーと、前記ミラーにより前記成形品を撮像し、画像データを出力するＣＣＤカメラとを備える請求項１に記載の金型成形品検査システム。
【請求項３】
ミラーを、金型成形機の金型の開動に応じて、前記金型間の内外に進退駆動するミラー移動機構を具備する請求項２に記載の金型成形品検査システム。
【請求項４】
全部又は一部のＣＣＤカメラを成形品に近接する撮像位置と前記成形品から離れた退避位置との間で移動するＣＣＤカメラ移動機構を具備する請求項２又は３に記載の金型成形品検査システム。
【請求項５】
光学系の計測手段は、レーザ測長器と、前記レーザ測長器を垂直方向に回動可能に支持する手段、水平方向に回転可能に支持する手段、垂直方向に昇降する手段、水平方向に移動する手段、又はこれらを選択的に組み合わせた手段のうちから選択される手段とを具備するレーザ支持機構とを備える請求項１乃至４のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【請求項６】
温度検出手段は、少なくとも金型の温度変化を検出する温度センサを備える請求項１乃至５のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【請求項７】
判定部は、検査中の成形品を不良と判別したときに、又は金型成形機の発熱部の温度を不適と判別したときに、金型成形機の動作を停止する信号を出力する手段を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の金型成形品検査システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２３７６６７（Ｐ２００７−２３７６６７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６５８６３（Ｐ２００６−６５８６３）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（５９１１１７４１３）株式会社菊池製作所 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（５９１１１７４１３）株式会社菊池製作所 (33)
【Ｆターム（参考）】
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