自動車部品業界向けエアバッグ部品の組立検査カメラシステム

課題の背景

本案件の課題は、エアバッグユニットの樹脂部品が漏れなく正しい位置に組み立てられていることを、次工程へ送る前にカメラで確認することです。試験対象の部品は4モデルで、資料ではModel AからModel Dと呼ばれており、各モデルに左側部品と右側部品があります。ワークには樹脂ピンを挿入する必要があり、一部のモデルにはスライドプレート、黒色テープ、または接着パッドが必要です。

エアバッグは安全関連部品です。欠落したピンやわずかにずれた接着パッドは目視では見つけにくく、複数のモデルがあり、左側部品と右側部品の外観が似ている場合は特に困難です。そのためお客様は、すべての部品を同じ基準で検査するMachine Visionシステム（人の目の代わりにカメラとソフトウェアでワークを検査するシステム）を求めていました。

要件と制約

当社は、プロトタイプの要件を本案件の要件定義書（Requirement）と作業ステーション別の要件にまとめました。システムは4モデルのワークで5項目を検査し、検査結果を電気信号として作業ステーションの機器へ出力する必要があります。

• すべてのモデルのワークプレートで、樹脂ピンが全箇所に挿入されていることを検査
• Model Aのスライドプレート、Model Cの黒色テープ、Model Dの接着パッドの位置を検査
• 良品と不良品の自動選別
• 全モデルの左側部品（LH）と右側部品（RH）に対応
• ステーション単位のプロトタイプは、2つのスイッチからの信号を同時に受信し、合格、不合格、ステータスの3チャンネルで24 Vを出力する必要があります
• 黒色樹脂部品（PA66-GF30およびPP-GF30はガラス繊維強化樹脂のグレード名）では、取り付け位置の入れ違いを検出するため、丸ナットと角ナットを判別する必要があります

上方カメラ、Area Light照明、画像処理を選んだ理由

当社はカメラをワークの上方に設置し、Area Light照明を使用しました。本案件では、プログラムがワークの地と区別できる程度に、ピン、テープ、接着パッドのエッジを鮮明に捉える必要があるためです。試験セットでは、距離20 cmのCubeカメラと8 mmレンズを使用しました。カメラの画像はカメラを2台接続できるMedusa処理ユニットに入力され、画像処理プログラム（Image Processing）がモデルごとの検査箇所を特定します。

当社が試験セットから始めたのは、カメラ画像で全モデルの検査箇所をすべて確認できるか、カメラが何台必要かを先に確かめる必要があったためです。そのため試験セットの結果から、どの検査箇所で同じカメラを共用できるかを判断できます。

当社が構築し検証したもの

このプロトタイプは、ハードウェアの試験セットと、当社が作成してその試験セット上で試験した検査プログラムの2つの部分で構成されています。

• ハードウェア試験セット：Cubeカメラ、8 mmレンズ、Area Light照明、Medusa処理ユニット
• 4モデルのワーク向けの5項目の組立検査プログラム
• スイッチからの信号を受信し、検査結果を電気信号として作業ステーションへ出力する、作業ステーション単位のプロトタイププログラム
• 丸ナットと角ナットを判別する黒色樹脂部品の検査プログラム

試験の手順

試験は3段階で実施しました。まず全項目を検査できることを確認し、次に信号仕様に沿ってステーション単位で試験し、さらに黒色樹脂部品用のプログラムを追加しました。

• 試験セット上で5項目の検査を試験し、結果を試験レポートにまとめました
• 作業ステーション単位のプロトタイププログラムを良品ワークと不良ワークで試験しました
• 丸ナットと角ナットを判別するPA66-GF30およびPP-GF30の黒色樹脂部品の検査プログラムを追加しました

実際のワークでの試験結果の詳細

試験レポートでは、プロトタイプは4モデルのエアバッグ樹脂部品の組立について5項目すべてを検査できたとまとめられています。Model Bのピン検査とModel Dの接着パッド位置検査にはカメラ1台を使用しました。

試験セット上でのステーション単位のプロトタイプ試験では、システムは良品ワーク100回と不良ワーク100回をすべて正しく判定しました。この結果は、カメラの距離と照明を一定に制御できる試験セット上で測定したものです。生産ラインで使用するには、現場の照明条件と作業タイミングで改めて試験する必要があります。

私たちが学んだこと

本案件から、カメラによる組立検査に関する3つの原則が得られました。

• 良品と不良品の両方を試験し、結果を分けて報告します。良品のみで正しい結果が出ても、システムが不良品を検出できることを示すものではありません。そのため本案件では、良品ワークと不良ワークをそれぞれ100回ずつ試験しました。
• 試験サンプルは、ワークのモデル、左側部品と右側部品、ピンの色など、画像に差を生むすべての要素を網羅する必要があります。本案件では、白色のピンと水色のピンを別々に試験する必要がありました。
• 作業ステーションとの入出力信号は、プロトタイプの段階から定めておきます。カメラの検査結果は、作業ステーションの機器が合格、不合格、ステータスの信号を取り決めどおりに受信できてはじめて活用できます。

この手法を貴社の組立ラインに適用するには

貴社の組立ラインでピン、クリップ、テープ、接着パッドが漏れなく正しい位置にあることを確認する必要がある場合、このプロトタイプと同じ手法を利用できます。具体的には、上方カメラ、均一な光を与える照明、検査箇所ごとのプログラム、作業ステーションへの合格 / 不合格信号です。調整が必要なのは、貴社のワークのサイズと色に応じたカメラ距離、レンズ、照明、カメラ台数です。

• 全モデルの良品と不良品のサンプルワークを、左側部品と右側部品の両方について準備します
• 検査する箇所と、各箇所が有無の検査だけでよいのか位置の検査も必要なのかを明確にします
• 入出力信号の形式を作業ステーションの機器と当初から取り決めます
• 本格運用の前に生産ラインでの試行を計画します