CN112858166A - 内表面图像检查装置 - Google Patents

Abstract

本申请的目的在于提供一种内表面图像检查装置，能够灵活应对内径不同的各种检查对象。内表面图像检查装置(1)，对检查对象的孔的内表面进行检查，具有：摄像部(2)，镜筒(3)，被安装在摄像部(2)的前方，并收纳有光学系统的透镜(4、5)，光源单元(6)，能够相对于镜筒(3)装卸，分光镜(10)，将来自光源单元(6)的照明光向与光学系统的光轴平行的方向反射，筒形状的插入部(11)，被安装在镜筒(3)的前端，且被插入检查对象的孔中，反射镜(15)，以使反射面相对于光学系统的透镜(4、5)的光轴倾斜的方式被配置在插入部(11)的内部，以及直动机构(16)，以与光轴平行的方式移动反射镜(15)。

Description

内表面图像检查装置

技术领域

本申请涉及一种内表面图像检查装置。

背景技术

对作为检查对象的例如圆筒构件的内表面进行检查的内表面图像检查装置具有摄像部、光学系统、光源以及反射镜，该反射镜被设置于在检查时被插入圆筒构件中的插入部。来自光源的照明光被反射镜反射，并照射到圆筒构件的内表面上。在圆筒构件的内表面反射的反射光穿过光学系统而入射到摄像部，对内表面图像进行摄像。能够从内部图像来检查圆筒构件的内表面的表面特性等。

然而，光学系统分别将从物镜(或其玻璃盖片)到对象的距离即动作距离(WD)确定为固有值，因而需要根据圆筒构件的内径准备动作距离WD不同的多种内表面图像检查装置，或者需要具有能够改变动作距离WD的光学系统。

发明内容

发明要解决的问题

期望获得一种能够灵活应对内径不同的各种检查对象的内表面图像检查装置。

用于解决问题的手段

本公开的一形态为一种内表面图像检查装置，对检查对象的孔的内表面进行检查。内表面图像检查装置具有：摄像部，镜筒，被安装在摄像部的前方，且收纳有光学系统，光源单元，能够相对于镜筒装卸，分光镜，将来自光源单元的照明光反射向与光学系统的光轴平行的方向反射，筒形状的插入部，被安装在镜筒的前端，且被插入检查对象的孔内，反射镜，以使反射面相对于光学系统的光轴倾斜的方式配置在插入部的内部，以及直动机构，以与光轴平行的方式移动反射镜。

发明的效果

根据本形态，能够灵活应对内径不同的各种检查对象的检查。

附图说明

图1是一实施方式的内表面图像检查装置的外观图。

图2是图1的内表面图像检查装置的结构图。

图3是示出将图1的内表面图像检查装置安装在机器人装置上的使用例的图。

图4是示出图2的直动控制部的直动控制方法的补充图。

图5是示出图1的内表面图像检查装置的其他结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的内表面图像检查装置进行说明。本实施方式的内表面图像检查装置为了对检查对象的有底孔或通孔的内表面的表面特性等进行检查，而获取该内表面的图像。在此，以圆筒构件作为检查对象为例进行说明。

如图1、图2所示，本实施方式的内表面图像检查装置1具有摄像部2。该摄像部2具有CCD(Charge-coupled Device：电荷耦合元件)等图像传感器20。在摄像部2的前方安装有镜筒3。在镜筒3的内部，优选地保持有包括透镜4、5的远心透镜的光学系统。镜筒3的侧面的一部分被开口，在该开口处以能够装卸的方式设置有具有同轴端口7的光源单元6。光源单元6具有远心透镜8、LED射灯(LED spotlight)等光源9，并且该光源单元6与被配置成相对于光学系统的光轴OA倾斜45°的半反射镜等分光镜10共同构成同轴落射照明单元。此外，同轴落射照明单元也可以是模拟同轴落射照明单元。另外，如果能够均匀地照射圆筒构件WK的内部的检查对象面，则不限定于同轴落射照明。在此，为了简化结构，以适用具有同轴端口7的同轴落射照明的情况进行说明。圆筒构件WK的内表面弯曲，由于在检查过程中在内表面全周反复摄像，因此，优选视角为0或其近似值的远心光学系统，因为该远心光学系统不会由于尺寸改变而产生检查误差。

在镜筒3的前端安装有插入部11，该插入部11应被插入作为检查时的检查对象的圆筒构件WK内。插入部11具有圆筒体14，在该圆筒体14的侧面开口有圆形的检查窗12以及传感光用槽口13。在圆筒体14的内部，收纳有直角棱镜反射镜等反射镜15，该反射镜15被设置成反射面相对于光学系统的光轴OA倾斜45°。此外，作为反射镜15，也可以是相对于光学系统的光轴OA倾斜45°而安装的平面反射镜。通过反射镜15，能够将检查对象面(圆筒构件WK的内表面)的影像投影在图像传感器20的摄像面上。另外，来自光源单元6的照明光经由分光镜10以及反射镜15在与光轴正交的方向上从检查窗12射出，并被照射到圆筒构件WK的内表面。在圆筒体14的内部，收纳有反射镜15以及直动机构16，该直动机构16将反射镜15支撑为可沿着光轴OA直线地自由移动。作为直动机构16，适用滚珠丝杠机构、在一般的照相机的变焦镜头机构中使用的圆筒凸轮等任意的结构。在此，是以反射镜15电动地移动来进行说明的，但是反射镜15也可以手动地移动。

此外，将动作距离WD定义为：从光学系统的物镜5的前表面或其玻璃盖片起经由反射镜15而到摄像对象面(圆筒构件WK的内表面)为止的光轴OA上的距离。在此，为了便于说明，设为从光学系统的物镜5的前表面经由反射镜15到圆筒构件WK的内表面为止的光轴OA上的距离。另外，将从物镜5的前端到对准其焦点的摄像对象面为止的动作距离WD称为基准动作距离WD0。

通过移动反射镜15，光学系统的物镜5的前表面与反射镜15的反射面之间的光轴OA上的距离发生变化。由此，光学系统的物镜5的前表面与圆筒构件WK的内表面在光轴OA上的距离(动作距离WD)也发生变化。通过根据圆筒构件WK的内径而使反射镜15移动到适当的位置，能够使该动作距离WD与基准动作距离WD0一致。由此，在检查内径不同的各种圆筒构件WK时，能够灵活应对从而排除失焦。换言之，即使光学系统的基准动作距离WD0是固定的，也能够排除失焦并对内径不同的各种圆筒构件WK的表面特性进行高精度地检查。

在插入部11的内部，连同反射镜15以及直动机构16一起，设置有距离传感器17，该距离传感器17用于测量从光学系统的光轴OA到圆筒构件WK的内表面为止的距离或者能够导出从光学系统的光轴OA到圆筒构件WK的内表面为止的距离的距离。作为距离传感器17，反射型的光学式或者超声波式等任意的方式都适用。在此，将距离传感器17设为反射型的光学式来进行说明。来自距离传感器17的例如激光经由传感光用槽口13而从插入部11输出，且被圆筒构件WK的内表面反射而由距离传感器17接收。

控制单元21具有：整体的控制部22；摄像控制部23，驱动控制图像传感器20并输出图像信号；光源驱动部24，驱动光源9；直动驱动部25，驱动直动机构16；传感器控制部26，驱动控制距离传感器17，并计算到圆筒构件WK的内表面的距离；以及直动控制部27。直动控制部27，根据由传感器控制部26计算的到圆筒构件WK的内表面的距离来控制直动驱动部25，以将反射镜15移动至适当的位置。

如图3所示，在使用内表面图像检查装置1检查圆筒构件WK时，典型地，内表面图像检查装置1被安装在多关节机器人装置40的臂前端。当然，也可以采用将内表面图像检查装置1固定在检查台上，并利用多关节机器人装置40等将圆筒构件WK移动至检查位置等其他方法。在此，将前者作为一个示例来进行说明。

在基部42上，经由回旋用旋转关节部J1载置有连杆44。在连杆44上，通过前后旋转用的旋转关节部J2连接有连杆46。在连杆46上，通过上下旋转用的旋转关节部J3连接有连杆50。在连杆50上，通过扭转旋转用的旋转关节部J4连接有连杆52。在连杆52上，通过腕部弯曲旋转用的旋转关节部J5连接有固定架54。在固定架54上设置有固定架板56，该固定架板56用于安装作为末端操作器的内表面图像检查装置1。固定架板56通过旋转关节部J6被设置成可自由地进行轴旋转。内表面图像检查装置1以使其光轴OA与旋转关节部J6的旋转中心线一致的方式被安装在固定架板56上。在进行内表面图像检查时，通过多关节机器人装置40的动作，内表面图像检查装置1被插入配置在检查位置的圆筒构件WK的内部，理想地以光轴OA为中心旋转。与该旋转同步地，通过图像传感器20反复对圆筒构件WK的内表面进行摄像。

接下来，说明直动控制部27对反射镜15的位置控制。如图4中的(a)所示，当反射镜15典型地位于可动范围的中心位置(称为基准位置)P0，且从物镜5的前表面经由反射镜15到圆筒构件WK0的内表面为止的光轴OA上的距离(动作距离WD)与基准动作距离WD一致时，将此时的圆筒构件WK0的内径设为基准径R0。

如图4中的(b)所示，直动控制部27根据基于距离传感器17的检测信号而由传感器控制部26计算出的光轴OA与圆筒构件WK1的内表面之间的距离R1、或者能够导出该距离R1的距离，来控制直动驱动部25，从而使反射镜15移动。移动方向是根据距离R0与距离R1的比较结果来确定的。当距离R1比距离R0长时，从基准位置P0向接近镜筒3的方向移动。从基准位置P0到移动后的位置P1的距离(位移量)ΔD1被设定为，距离R0与距离R1之差的绝对值|R0－R1|。由此，能够使从物镜5的前表面经由反射镜15到圆筒构件WK1的内表面为止的光轴OA上的动作距离WD1与基准动作距离WD一致。

当检查比圆筒构件WK1的内径短的圆筒构件WK2时，也同样地，如图4中的(c)所示，当距离R2比距离R0短时，从基准位置P0向远离镜筒3的方向移动。从基准位置P0到移动后的位置P2的距离(位移量)ΔD2被设定为，距离R0与距离R2之差的绝对值|R0－R2|。由此，能够使从物镜5的前表面经由反射镜15到圆筒构件WK1的内表面为止的光轴OA上的动作距离WD2与基准动作距离WD一致。

如上所述，在检查内径不同的各种圆筒构件时，通过使反射镜15沿光轴OA直线地移动，能够使从物镜5的前表面经由反射镜15到圆筒构件WK的内表面为止的光轴OA上的动作距离WD与规定距离、尤其是基准动作距离WD0一致，因此，本实施方式的内表面图像检查装置能够灵活应对内径不同的各种圆筒构件WK，从而排除失焦，以高精度地检查圆筒构件WK的内表面的表面特性。

在此，在固定架板56上安装内表面图像检查装置1时会产生安装误差，可能会导致内表面图像检查装置1的光轴OA与旋转关节部J6的旋转中心线不一致。当在该状态下旋转内表面图像检查装置1时，从物镜5的前表面到圆筒构件WK的内表面为止的光轴OA上的动作距离WD会根据旋转角而改变。在本实施方式中，由于能够通过距离传感器17反复测量光轴OA与圆筒构件WK1的内表面之间的距离，因此，随着该测量的距离的改变，而伴随内表面图像检查装置1的旋转，来使反射镜15动态地移动，从而能够在全周上使动作距离WD与基准动作距离WD0一致。

另外，即使在作为检查对象的内表面不是正圆形而是椭圆形，进而具有稍微的凹凸的形状的情况下，也与上述同样地，随着由距离传感器17测量的光轴OA与圆筒构件WK1的内表面之间的距离的改变，而伴随内表面图像检查装置1的旋转来使反射镜15动态地移动，从而能够在全周上使动作距离WD与基准动作距离WD0一致。

此外，在上述说明中，是以配备有距离传感器17的结构进行说明的，但是也可以为不配备距离传感器17的结构。用户能够通过直动控制部27来使反射镜15移动至任意的位置。典型地，当用户将设计好的内径输入到直动控制部27时，能够使反射镜15移动至动作距离WD与基准动作距离WD0一致的位置上。

而且，在上述说明中，对电动地移动反射镜15的情况进行了说明，但是也可以为手动地移动反射镜15的结构。

另外，如图5所示，能够将反射镜15替换为顶角为90°的圆锥形状的锥面镜(Conemirror)30。当然，锥面镜30被配置成其中心线与光轴OA一致。插入部11的侧面的圆形的检查窗12也可以替换为全周呈缝隙状的检查窗31。在不使内表面图像检查装置1旋转的情况下，能够以一个镜头对内表面全周的图像进行摄像。

虽然已经对一些实施例进行了说明，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并不旨在限制本发明的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以各种其它形式来体现；此外，可以在不脱离本发明的精神的情况下对本文所描述的方法和系统的实施方式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同内容旨在涵盖落入本发明的范围和精神内的形式或更改。

Claims (9)

1.一种内表面图像检查装置，对检查对象的孔的内表面进行检查，所述内表面图像检查装置的特征在于，具有：

摄像部，

镜筒，被安装在所述摄像部的前方，并收纳有光学系统，

光源单元，能够相对于所述镜筒装卸，

分光镜，将来自所述光源单元的照明光向与所述光学系统的光轴平行的方向反射，

筒形状的插入部，被安装在所述镜筒的前端，且被插入所述检查对象的孔中，

反射镜，以使反射面相对于所述光学系统的光轴倾斜的方式被配置在所述插入部的内部，以及

直动机构，以与所述光轴平行的方式移动所述反射镜。

2.根据权利要求1所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

还具有直动控制部，所述直动控制部控制所述直动机构，以从所述光学系统的透镜前表面到所述检查对象的孔的内表面为止的距离保持恒定而与所述检查对象的孔的内径无关的方式，使所述反射镜移动。

3.根据权利要求2所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述距离与所述光学系统的动作距离一致。

4.根据权利要求2所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

还具有距离传感器，所述距离传感器用于测量从所述光学系统的光轴到所述检查对象的孔的内表面为止的距离或者能够导出从所述光学系统的光轴到所述检查对象的孔的内表面为止的距离的距离。

5.根据权利要求4所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述直动控制部随着从所述光学系统的光轴到所述检查对象的孔的内表面为止的距离的改变，来使所述反射镜动态地移动。

6.根据权利要求1所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述光源单元包括远心透镜。

7.根据权利要求1所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述光学系统包括远心透镜。

8.根据权利要求1所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述反射镜为直角棱镜反射镜或者相对于所述光轴倾斜45°而安装的平面反射镜。

9.根据权利要求1所述的内表面图像检查装置，其特征在于，

所述反射镜为锥面镜。

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