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技術 検査装置および検査方法

出願人 株式会社デンソー
発明者 大東昭弘林雄一
出願日 2015年12月28日 (3年6ヶ月経過) 出願番号 2015-255867
公開日 2017年7月6日 (2年0ヶ月経過) 公開番号 2017-120185
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 光学的手段による材料の調査の特殊な応用
主要キーワード 赤黄色 反対色 スポット照明 リング照明 コイル線 撮像状態 TIG溶接 外観検査
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月6日)のものです。
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図面 (10)

課題

外観検査判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法を提供する。

解決手段

第1照明11は、溶接部4および配線2,3を有する検査対象100に対し、溶接部4または配線2,3の色とは反対色の光を照射する。第2照明12は、第1照明11から照射される光の色とは異なる色の光を、溶接部4に照射することなく、複数の配線2,3に照射する。切替部14は、第1照明11が点灯し第2照明12が消灯する第1撮像状態と、第1照明11および第2照明12の両方が点灯する第2撮像状態とを切り替える。検出部15は、第1撮像状態のときに検査対象100を撮像して得られた第1データに基づき複数の配線2,3の位置を検出し、第2撮像状態のときに検査対象100を撮像して得られた第2データに基づき、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出することが可能である。

概要

背景

従来、検査対象カメラなどにより撮像して得られた画像データを用いて外観検査を行う検査装置が知られている。
特許文献1に記載の検査装置は、検査対象として、複数の配線同士を溶接した溶接部を外観検査するものである。この検査装置は、複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を撮像するカメラと、そのカメラの撮像範囲に光を照射するリング照明と、カメラから得られた画像データを処理する制御回路とを備えている。制御回路は、カメラにより撮像された画像の階調に基づき、溶接部の大きさ等を検出する。

概要

外観検査の判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法を提供する。第1照明11は、溶接部4および配線2,3を有する検査対象100に対し、溶接部4または配線2,3の色とは反対色の光を照射する。第2照明12は、第1照明11から照射される光の色とは異なる色の光を、溶接部4に照射することなく、複数の配線2,3に照射する。切替部14は、第1照明11が点灯し第2照明12が消灯する第1撮像状態と、第1照明11および第2照明12の両方が点灯する第2撮像状態とを切り替える。検出部15は、第1撮像状態のときに検査対象100を撮像して得られた第1データに基づき複数の配線2,3の位置を検出し、第2撮像状態のときに検査対象100を撮像して得られた第2データに基づき、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出することが可能である。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外観検査の判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の配線(2,3)の端部同士を溶接した溶接部(4)を有する検査対象(100,102)を外観検査する検査装置であって、複数の前記配線の前記端部に対向する方向から前記溶接部および前記配線を撮像する撮像部(10)と、前記溶接部および前記配線に対し、前記溶接部または前記配線の色とは反対色の光を照射する第1照明(11)と、前記第1照明から照射される光の色とは異なる色の光を、前記溶接部に照射することなく、複数の前記配線に照射する第2照明(12)と、前記第1照明が点灯し前記第2照明が消灯する第1撮像状態と、前記第1照明および前記第2照明の両方が点灯する第2撮像状態とを切り替え切替部(14)と、前記第1撮像状態のときに前記撮像部が撮像して得られた第1データと前記第2撮像状態のときに前記撮像部が撮像して得られた第2データとに基づき、複数の前記配線の位置に対応した前記溶接部の寸法を検出する検出部(15)と、を備えた検査装置。

請求項2

前記第2照明は、複数の前記配線のうち、前記溶接部から複数の前記配線が並んで延びる並列部(5)、および、前記並列部の前記溶接部とは反対側の端部から前記並列部が延びる方向に対して交差する方向に延びる延伸部(6)に向けて光を照射するものである請求項1に記載の検査装置。

請求項3

前記検出部は、前記第1データに基づき、複数の前記配線の輪郭を検出し、前記第2データに基づき、複数の前記配線と区別された前記溶接部の輪郭を検出するものである請求項1または2に記載の検査装置。

請求項4

前記第2照明から照射される光の波長は、前記第1照明から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである請求項1から3のいずれか一項に記載の検査装置。

請求項5

前記第2照明から照射される光は、白色光である請求項1から4のいずれか一項に記載の検査装置。

請求項6

前記第1照明から照射される光の強度より、前記第2照明から照射される光の強度は大きいものとする請求項1から5のいずれか一項に記載の検査装置。

請求項7

複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を外観検査する検査方法であって、前記配線または前記溶接部の色とは反対色の光を第1照明から前記配線および前記溶接部に対して照射した状態で、撮像部により複数の前記配線の前記端部に対向する方向から前記配線および前記溶接部を撮像する第1撮像工程(S1,S2)と、前記配線および前記溶接部に対して前記配線の色とは反対色の光を前記第1照明から前記配線および前記溶接部に対して照射し、且つ、前記第1照明から照射される光の色とは異なる色の光を第2照明から前記溶接部に照射することなく複数の前記配線に照射した状態で、前記撮像部により前記配線および前記溶接部を撮像する第2撮像工程(S3,S4)と、前記第1撮像工程で撮像された第1データから得られる複数の前記配線の輪郭、および、前記第2撮像工程で撮像された第2データから得られる前記溶接部の輪郭に基づき、複数の前記配線の位置に対応した前記溶接部の寸法を検出する演算工程(S5−S7)と、を含む検査方法。

技術分野

0001

本発明は、検査対象外観検査する検査装置、および、検査方法に関する。

背景技術

0002

従来、検査対象をカメラなどにより撮像して得られた画像データを用いて外観検査を行う検査装置が知られている。
特許文献1に記載の検査装置は、検査対象として、複数の配線同士を溶接した溶接部を外観検査するものである。この検査装置は、複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を撮像するカメラと、そのカメラの撮像範囲に光を照射するリング照明と、カメラから得られた画像データを処理する制御回路とを備えている。制御回路は、カメラにより撮像された画像の階調に基づき、溶接部の大きさ等を検出する。

先行技術

0003

特開2006−21214号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載の検査装置は、リング照明により、溶接部と、その溶接部から延びる配線との両方に光を照射している。そのため、溶接部と配線との接続箇所において、光の階調の変化が小さい場合、溶接部と配線との境界を正確に検出することが困難である。
また、溶接部の表面における光の反射率が大きい場合、溶接部と配線との接続箇所の階調の変化よりも、その溶接部の表面における階調の変化が大きくなり、溶接部と配線との境界を正確に検出することが困難になる(特開2015−125104の図2等参照)。

0005

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外観検査の判定精度を高めることが可能な検査装置および検査方法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

0006

第1発明の検査装置は、複数の配線の端部同士を溶接した溶接部を有する検査対象を外観検査するものであり、撮像部、第1照明、第2照明、切替部および検出部を備える。撮像部は、複数の配線の端部に対向する方向から溶接部および配線を撮像する。第1照明は、溶接部および配線に対し、溶接部または配線の色とは反対色の光を照射する。第2照明は、第1照明から照射される光の色とは異なる色の光を、溶接部に照射することなく、複数の配線に照射する。切替部は、第1照明が点灯し第2照明が消灯する第1撮像状態と、第1照明および第2照明の両方が点灯する第2撮像状態とを切り替える。検出部は、第1撮像状態のときに撮像部が撮像して得られた第1データと第2撮像状態のときに撮像部が撮像して得られた第2データに基づき、複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出する。

0007

これにより、第1撮像状態では、溶接部と配線とが比較的明度の低い色で撮像された第1データが得られる。第2撮像状態では、溶接部のみが第1撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線がその溶接部の色よりも比較的明度の高い色で撮像された第2データが得られる。そのため、検出部は、第1データから複数の配線の輪郭を検出し、第2データから複数の配線と区別された溶接部の輪郭を検出し、これらの検出結果に基づいて複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出することが可能である。したがって、検査装置は、溶接部の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

0008

第2発明は、検査方法の発明である。この検査方法は、第1撮像工程、第2撮像工程および演算工程を含む。第1撮像工程では、配線または溶接部の色とは反対色の光を第1照明から配線および溶接部に対して照射した状態で、撮像部により複数の配線の端部に対向する方向から配線および溶接部を撮像する。第2撮像工程では、配線および溶接部に対して配線の色とは反対色の光を第1照明から配線および溶接部に対して照射し、且つ、第1照明から照射される光の色とは異なる色の光を第2照明から溶接部に照射することなく複数の配線に照射した状態で、撮像部により配線および溶接部を撮像する。演算工程では、第1撮像工程で撮像された第1データから得られる複数の配線の輪郭、および、第2撮像工程で撮像された第2データから得られる溶接部の輪郭に基づき、複数の配線の位置に対応した溶接部の寸法を検出する。
この検査方法により、複数の配線の輪郭と溶接部の輪郭とが明確に検出されるので、溶接部の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施形態による検査装置の構成図である。
図1のII方向の矢視図である。
第1撮像状態にて撮像された画像データである。
第2撮像状態にて撮像された画像データである。
一実施形態による検査方法のフローチャートである。
第1の検査対象における第1データの模式図である。
第1の検査対象における第2データの模式図である。
第2の検査対象における第1データの模式図である。
第2の検査対象における第2データの模式図である。

実施例

0010

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
[一実施形態]
本発明の一実施形態を図1図7に示す。本実施形態の検査装置1は、複数の配線2,3の端部同士を溶接した溶接部4を検査対象100として外観検査するものである。この検査装置1の検査対象100として、例えば3相ACモータに用いられるステータコイルにおいて、U相、V相、W相からそれぞれ取り出された複数の配線(コイル線)の端部同士をTIG(タングステン不活性ガス)溶接したものが例示される。

0011

図1及び図2に示すように、複数の配線2,3はいずれも、溶接部4から複数の配線2,3が並んで延びる並列部5、および、その並列部5の溶接部4とは反対側の端部から並列部5が延びる方向に対して交差する方向に延びる延伸部6を有する。なお、図2では、一方の配線2の延伸部6と他方の配線3の延伸部6とのなす角は約90°であるが、この検査装置1の検査対象100となる複数の配線2,3の延伸部6同士のなす角はそれに限るものではない。

0012

(検査装置1の構成)
検査装置1の構成について説明する。
図1及び図2に示すように、検査装置1は、撮像部としてのCCDカメラ10、第1照明11、第2照明12および制御部13などを備えている。なお、図2では、説明のため、CCDカメラ10と第1照明11の位置を一点鎖線で示している。
CCDカメラ10は、複数の配線2,3の並列部5が延びる方向の一方に設けられる。CCDカメラ10は、複数の配線2,3の端部に対向する方向から溶接部4および配線2,3を撮像することが可能である。CCDカメラ10により撮像されたデータは、制御部13に伝送される。

0013

第1照明11は、リング照明であり、CCDカメラ10の周囲に配置される。第1照明11は、溶接部4および配線2,3に対し、溶接部4または配線2,3の色とは反対色の光を照射する。本実施形態では、配線2,3が銅線であり、赤色成分が多いことから、第1照明11として青色LEDを採用することが好ましい。なお、第1照明11は、青色LEDを使用したリング照明に限るものではなく、その形状、個数および配置についても、任意に設定することが可能である。

0014

第2照明12は、スポット照明であり、一方の配線2と他方の配線3に対応して2個設置されている。第2照明12は、平行光を照射するためのレンズを有している。第2照明12は、溶接部4に光を照射することなく、複数の配線2,3の並列部5および延伸部6に光を照射することが可能である。なお、第2照明12は、並列部5のうち、溶接部4から僅かに離れた位置に光を照射することが好ましい。また、第2照明12は、少なくとも並列部5と延伸部6とが接続している箇所に光を照射することが好ましい。

0015

第2照明12は、第1照明11から照射される光の色とは異なる色の光を照射する。これにより、第1照明11の光と第2照明12の光とが合わさる箇所の配線2,3は、明度が高い色で撮像されることとなる。また、第2照明12から照射される光の波長は、第1照明11から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである。これにより、第2照明12から照射される光の色がより明度の高い色になる。さらに、第2照明12から照射される光の強度は、第1照明11から照射される光の強度より大きく設定されている。本実施形態では、第2照明12から照射される光は、白色光である。これにより、配線2,3を白く光らせて撮像することが可能となる。なお、第2照明12は、白色のスポット照明に限るものではなく、その形状、個数および配置についても、任意に設定することが可能である。

0016

制御部13は、CPUおよびメモリなどを備えたコンピュータであり、メモリに格納されたプログラムを実行することにより切替部14および検出部15等として機能する。
切替部14は、第1照明11および第2照明12の点灯と消灯を切り替え制御するスイッチである。切替部14は、第1照明11が点灯し第2照明12が消灯する第1撮像状態と、第1照明11および第2照明12の両方が点灯する第2撮像状態とを切り替えることが可能である。以下の説明において、第1撮像状態のときにCCDカメラ10で撮像した画像データを第1データと称する。また、第2撮像状態のときにCCDカメラ10で撮像した画像データを第2データと称する。

0017

ここで、図3に第1データの一例を示し、図4に第2データの一例を示す。この第1データと第2データとはいずれも、同一の検査対象100が同じ位置で撮像されたものである。
図3に示した第1データは、画像背景に対し、溶接部4および配線2,3の両方が比較的明度の低い色となって撮像されている。なお、本実施形態における第1データは、カラー画像である。即ち、実際の第1データは、画像背景が明るい青色であり、溶接部4および配線2,3が暗い青色である。

0018

図4に示した第2データは、画像背景と配線2,3が溶接部の色よりも比較的明度の高い色で撮像され、溶接部4のみが第1撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像されている。第1照明11および第2照明12の両方が点灯する第2撮像状態では、配線2,3上で第1照明11の光と第2照明12の光とが合わさることで、第1照明11から照射された光が第2照明12から照射された光によって打ち消されるようになり、配線2,3をより明度の高い色に光らせることが可能となる。一方、溶接部4には、第1照明11の光のみが照射されるので、比較的明度の低い色となる。したがって、第2データでは、溶接部4が、複数の配線2,3と区別された状態で撮像されたものとなる。なお、本実施形態における第2データは、カラー画像である。即ち、実際の第2データは、画像背景が白色であり、配線2,3が白または明るい赤黄色であり、溶接部4のみが暗い青色である

0019

検出部15は、所定の色(本実施形態では暗い青色)を抽出する色抽出処理、或いは、2値化処理などにより、溶接部4および複数の配線2,3の輪郭を検出するものである。すなわち、検出部15は、第1データに基づき、溶接部4及びその溶接部4から延びる複数の配線2,3の輪郭を検出する。また、検出部15は、第2データに基づき、溶接部4のみの輪郭を検出する。第1データと第2データとはいずれも、検査対象100が同じ位置で撮像されたものであるので、検出部15は、その第1データと第2データに基づき、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出することが可能である。

0020

(検査方法)
次に、溶接品質の検査方法について、図5のフローチャート等を参照して説明する。
なお、図5では、ステップを「S」と表示している。
まず、ステップ1では、切替部14により第1照明11を点灯し、第2照明12を消灯する。これにより、第1照明11から検査対象100である溶接部4および配線2,3に対して青色の光が照射される。これにより、第1撮像状態となる。
ステップ2では、その第1撮像状態において、CCDカメラ10により検査対象100を撮像し、第1データを得る。この第1データは、制御部13に伝送される。

0021

次に、ステップ3では、切替部14により第1照明11および第2照明12の両方を点灯する。これにより、第1照明11から青色の光が溶接部4および配線2,3に照射され、且つ、第2照明12から白色の光が複数の配線2,3に照射される。なお、上述したように、第2照明12の光は溶接部4に照射されることはない。これにより、第2撮像状態となる。
ステップ4では、その第2撮像状態において、CCDカメラ10により検査対象100を撮像し、第2データを得る。この第2データも、制御部13に伝送される。

0022

ステップ5では、制御部13が検出部15として機能し、第1データに基づき、溶接部4から延びる複数の配線2,3の輪郭が検出される。図6に、第1の検査対象100における第1データの模式図を示す。なお、図6では、溶接部4および配線2,3の輪郭のみを実線にて示している。
検出部15は、2本の配線2,3それぞれについて、配線2,3の輪郭の位置を検出し、次に、その配線2,3それぞれの中心線A,Bの位置を検出する。続いて、検出部15は、一方の配線2の輪郭の延長線C,Dと、他方の配線3の輪郭E,Fの延長線により、2本の配線2,3同士が突き合わされた面を検出する。以下、この位置を突合せ面Gという。

0023

ステップ6では、検出部15において、第2データに基づき、溶接部4の輪郭が検出される。上述したように、第2データは、溶接部4が、複数の配線2,3と区別された状態で撮像されたものである。図7に、図6と同一の第1の検査対象100における第2データの模式図を示す。図7では、溶接部4の輪郭のみを実線にて示している。また図7では、上述したステップ5で検出した2本の配線2,3の輪郭の位置、中心線A,Bの位置、および突合せ面Gを表記している。検出部15は、それらの位置を記憶している。

0024

続いて、ステップ7では、検出部15は、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出する。図7に示すように、検出部15は、例えば、2本の配線2,3の突合せ面Gにおける溶接部4の寸法Hを検出する。また、検出部15は、例えば、突合せ面Gと平行な配線2の中心線Aにおける溶接部4の寸法Iを検出する。図7では、2本の配線2,3の突合せ面Gにおける溶接部4の寸法Hは、突合せ面Gと平行な配線2の中心線Aにおける溶接部4の寸法Iよりも大きい。

0025

これに対し、図8及び図9には、上述した図6および図7に示した第1の検査対象100とは異なる第2の検査対象102を撮像して得られた第1データおよび第2データの模式図を示している。
図8では、溶接部4および配線2,3の輪郭のみを実線にて示している。図9では、2本の配線2,3の端面21,31、および、溶接部4の輪郭を実線にて示している。すなわち、図8及び図9に示した第2の検査対象102は、溶接部4が2本の配線2,3の端面21,31よりも小さく形成されたものである。

0026

この第2の検査対象についても、検出部15は、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出する。図9では、2本の配線2,3の突合せ面Gにおける溶接部4の寸法Hは、突合せ面Gと平行な配線2の中心線Aにおける溶接部4の寸法Iよりも小さい。これにより、検出部15は、第2の検査対象102について、溶接部4が2本の配線2,3の端面21,31よりも小さいことを検出することが可能である。

0027

上述した溶接品質の検査方法について、ステップ1および2が特許請求の範囲に記載の「第1撮像工程」の一例に相当する。また、ステップ3および4が特許請求の範囲に記載の「第2撮像工程」の一例に相当する。また、ステップ5から7が特許請求の範囲に記載の「演算工程」の一例に相当する。

0028

作用効果
本実施形態では、次の作用効果を奏する。
(1)本実施形態の検査装置1は、第1撮像状態において、溶接部4と配線2,3とが比較的明度の低い色で撮像された第1データが得られる。第2撮像状態において、溶接部4のみが第1撮像状態と略同じく比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線2,3がその溶接部4の色よりも比較的明度の高い色で撮像された第2データが得られる。そのため、検出部15は、第1データから複数の配線2,3の輪郭を検出し、第2データから複数の配線2,3と区別された溶接部4の輪郭を検出し、これらの検出結果に基づいて複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出することが可能である。したがって、検査装置1は、溶接部4の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

0029

(2)本実施形態では、第2照明12は、複数の配線2,3が有する並列部5および延伸部6に向けて光を照射するものである。
これにより、第2撮像状態において溶接部4が比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線2,3の延伸部6が比較的明度の高い色で撮像された第2データを得ることができる。
なお、複数の配線2,3の端面21,31の面積より溶接部4が小さい場合、第2撮像状態において複数の配線2,3の端面21,31と溶接部4とが比較的明度の低い色で撮像され、且つ、配線2,3の並列部5の側面と延伸部6とが比較的明度の高い色で撮像された第2データを得ることができる。

0030

(3)本実施形態では、検出部15は、第1データに基づき複数の配線2,3の輪郭を検出し、第2データに基づき複数の配線2,3と区別された溶接部4の輪郭を検出する。
これにより、検出部15は、複数の配線2,3の位置と、溶接部4の位置との関係を検出することが可能である。

0031

(4)本実施形態では、第2照明12から照射される光の波長は、第1照明11から照射される光の波長とそれ以外の波長とを含むものである。
これにより、第2照明12から照射される光の色がより明度の高い色になる。そのため、第2撮像状態において、第1照明11から配線2,3に対して照射された光を、第2照明12から照射された光により打ち消すようにして、配線2,3をより明度の高い色にすることが可能となる。そのため、検出部15は、第2撮像状態において、配線2,3と区別された溶接部4のみを明確に検出することができる。

0032

(5)本実施形態では、第2照明12から照射される光は、白色光である。
これにより、第2撮像状態において、配線2,3を白く光らせることが可能となる。そのため、検出部15は、第2撮像状態において、配線2,3と区別された溶接部4のみを明確に検出することができる。

0033

(6)本実施形態では、第1照明11から照射される光の強度より、第2照明12から照射される光の強度は大きい。
これにより、第2撮像状態において、配線2,3をより明度の高い色に光らせることが可能となる。そのため、検出部15は、溶接部4と配線2,3との境界を明確に検出することができる。

0034

(7)本実施形態による検査方法は、第1撮像状態で検査対象100を撮像して得られた第1データと、第2撮像状態で同一の検査対象100を撮像して得られた第2データに基づき、複数の配線2,3の位置に対応した溶接部4の寸法を検出する。
これにより、この検査方法は、溶接部4の外観検査の誤判定を低減し、その検査の判定精度を高めることができる。

0035

(他の実施形態)
(1)上述した実施形態では、2本の配線2,3同士を溶接した溶接部4を外観検査する装置及び方法を説明した。これに対し、他の実施形態では、検査装置1およびその方法は、3本以上の配線同士を溶接した溶接部4を検査するものとしてもよい。

0036

(2)上述した実施形態では、ステータコイルから取り出されたコイル線の端部同士を溶接した溶接部4を外観検査する装置及び方法を説明した。これに対し、他の実施形態では、検査装置1およびその方法は、コイル線に限らず、種々の配線同士を溶接した溶接部を検査するものとしてもよい。なお、配線同士の溶接方法についても、TIG溶接に限らず、種々の溶接法により溶接された溶接部の検査に対応することが可能である。

0037

(3)上述した実施形態では、検出部15は、2本の配線2,3の突合せ面Gにおける溶接部4の寸法H、および、突合せ面Gと平行な配線2の中心線Aにおける溶接部4の寸法Iを検出した。これに対し、他の実施形態では、検出部15は、それ以外に溶接部4の各種寸法または面積などを検出してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

0038

1 ・・・検査装置
2,3・・・配線
4 ・・・溶接部
10 ・・・CCDカメラ(撮像部)
11 ・・・第1照明
12 ・・・第2照明
14 ・・・切替部
15 ・・・検出部

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