JP2004020340A

JP2004020340A - 内部寸法測定装置

Info

Publication number: JP2004020340A
Application number: JP2002174703A
Authority: JP
Inventors: Hideo Niwa; 丹羽　英夫; Osamu Suzuki; 鈴木　理; Masami Sugisaka; 杉坂　正美
Original assignee: Ryoei Engineering Co Ltd
Current assignee: Ryoei Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: JP3929361B2

Abstract

【課題】円筒孔等の被検査体の寸法を非接触で計測することができる内部寸法測定装置を目的とするものである。
【解決手段】被検査体内部へ挿入自在としたスリット光用反射鏡１５により被検査体の外方に配置された光源装置１４から放出されるスリット光を被検査体内部の被測定部位に案内するとともに、被検査体内部へ挿入自在とした撮像装置用反射鏡１６によりスリット光が照射される被測定部位を相対的に交差する方向から写した像を被検査体の外方に配置された撮像装置８に反射投影し、撮影された画像データに基づいて演算を行ない３次元の内部寸法を算出し、被検査体の良否判定を行うものである。
【選択図】　　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリンダブロック用中子のような小径の円筒孔を有する被検査体の内部寸法を計測する内部寸法測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検査体の被測定部位に照射されるスリット光を斜めから撮影して得た画像データに基づいて演算を行なって被測定部位の３次元寸法を計測する測定装置としては図６に示されるように、被検査体を撮影する撮像装置３０と、該撮像装置３０の光軸と交差する光軸を有するスリット光を被測定部位に照射する光源装置３１とからなるものが一般的である。これは被測定部位に斜めから照射されるスリット光を撮像装置３０により撮影し、画像に撮影されたスリット光の波うち量に基づき三角測量法により演算を行なって３次元寸法を算出している。しかしこの測定方法では表面上のものは計測できるが、円筒孔内等の内部空間の計測はできなかった。このため円筒孔内の計測は接触式の測定装置により行なうのが一般的であった。しかし、接触式の測定装置では表面が砂粒で形成されたシリンダブロック用中子等の被検査体は砂を削り取る恐れがあるため計測ができないという問題があった。しかもシリンダブロック用中子の場合は、冷却水が流れる通路となるため寸法は極めて重要であった。このため非接触で円筒孔内の空間寸法を計測できる装置の開発が強く要望されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は小径円筒孔等の被検査体の寸法を非接触で計測することができる内部寸法測定装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため本発明は、撮影した画像データに基づいて演算を行ない３次元の内部寸法を得る内部寸法測定装置において、被検査体内部へ挿入自在としたスリット光用反射鏡により被検査体の外方に配置された光源装置から放出される走査用のスリット光を被検査体内部の被測定部位に案内するとともに、被検査体内部へ挿入自在とした撮像装置用反射鏡によりスリット光が照射される被測定部位を相対的に交差する方向から写した像を被検査体の外方に配置された撮像装置に反射投影する内部寸法測定装置を請求項１の発明とし、請求項１の発明において、スリット光用反射鏡または撮像装置用反射鏡または両者を走査させる駆動装置が設けられる内部寸法測定装置を請求項２の発明とし、請求項１または２の発明において、スリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡の取付角度を可動とした内部寸法測定装置を請求項３の発明とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
本発明は撮像装置８と光源装置１４とスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６と駆動装置９とからなるものである。
図１中、１はフレーム本体であり、該フレーム本体１はベッド２と該ベッド２に立設された支柱３と該支柱３に取り付けられるリニアガイド４とからなるものである。該リニアガイド４には走査用の駆動装置９を介して撮像装置８が取り付けられて精度の高いスライドが可能となっている。５はベッド２に取り付けられるリニアモータであり、該リニアモータ５は被検査体（例えば、シリンダブロック用中子）を載置して移動させるためのもので、リニアガイド４の移動方向と直交する方向に移動するものである。６はリニアモータ５のスライダ７の４隅に設けられる被検査体受けである。
【０００６】
前記撮像装置８はスリット光が照射される被検査体の被測定部位（円筒孔内）を撮影するものであり、該撮像装置８はレンズと撮像素子とからなるディジタルカメラと撮影した画像を送り出す出力装置とからなるものである。撮影はスリット光が照射される被測定面の像を反射投影する後記の撮像装置用反射鏡１６を介して行なわれるものであり、スリット光による円筒孔内の連続的な走査に応じてスリット光が照射された被測定部位は撮像装置８により間歇的に撮影される。またスリット光はレーザ等の光源装置１４から扇形状に発生させたものとしているが、ハロゲンランプその他の高輝度光源をスリットを通過させてスリット光としてもよい。そして該スリット光はスリット光用反射鏡１５を介して被測定部位に走査照射される。
【０００７】
また前記駆動装置９は撮像装置８と光源装置１４とを可動させて撮影面（被測定部位）への移動や被測定部位にスリット光を走査させたりするものである。具体的には撮像装置８の撮像装置用反射鏡１６と光源装置１４のスリット光用反射鏡１５とを回転または昇降動させるものである。該駆動装置９は前記したリニアガイド４に取り付けられてリニアモータ５と直交する方向にスライドが可能となっている。駆動装置９には撮像装置８と光源装置１４とを回転または昇降させる回転機構と昇降機構とが組み込まれている。駆動機構９の図示しない昇降機構は後記するスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６を被測定部位内に挿入する役割と、被測定部位内におけるスリット光と撮影面の上下方向の走査を行なうものである。駆動装置９の昇降機構としては撮像装置８を取り付けた主軸１１を昇降動させるラックピニオン機構あるいはエアシリンダ等を用いるものとする。そして昇降機構をコンピュータで制御すれば、測定を自動化できることとなる。
【０００８】
また駆動装置９の回転機構１２はスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６を被測定部位（円筒孔内）で回転させて円筒孔面を走査するものである。この走査は内径を求める場合は円筒孔全周に対して行うものとし、必要に応じて部分的に行なうものとしてもよい。駆動装置９の回転機構１２は、駆動装置９の筒状本体に取り付けたブラケット１２ａにモータ１３を取り付け、該モータ１３の出力軸に取り付けたウオームと主軸１１に取り付けたウオームホイールとを噛合させることにより撮像装置８を取り付けた主軸１１を回転させるものである。該モータ１３をコンピュータで制御すれば回転角度（撮影範囲）を自由に設定できるので、測定を自動化することができる。また被測定部位を部分的に走査（撮像装置用反射鏡１６によりスリット光がケラレない範囲で、撮像装置８により撮影ができる範囲内）する場合にはスリット光用反射鏡１５のみを水平方向の左右に振って走査をするものとしてもよい。
【０００９】
さらに前記した光源装置１４は撮像装置８の筒状本体に斜めに取り付けられて撮像光軸とスリット光軸が交差するように配置されている。これは撮影光軸に対してスリット光軸を交差させることにより、被測定部位に存在する凹凸に基づいて照射されたスリット光が図５に示されるように波うつこととなる。該波うち状態を撮像装置８により撮影し、撮影した画像における波うち変位量を三角測量法に基づいて演算し、被測定部位の３次元寸法を得るものである。三角測量法に基づいて演算を行なう場合、撮像装置８の位置を予め知っておく必要がある。光源装置１４は撮像装置８の筒状本体に斜めに取り付けてスリット光軸と撮影光軸とを交差させるようにしているが、各光軸が交差すればよいので、光源装置１４に対して撮像装置８を斜めに取り付けるものとしてもよいことは勿論である。
【００１０】
さらに前記したスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６は撮像装置８の筒状本体の先端に図示しないフレームを介して取り付けられ、スリット光軸と撮影光軸を進行方向に９０°屈折させている。また、スリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６は被検査体の円筒孔内へ挿入可能なサイズとされている。さらにスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６はスリット光軸と撮影光軸が交差するように配置されるものである。またスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６は各光軸を９０°屈折させるため、水平から４５°の傾斜角度で固定されている。
【００１１】
スリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６の取付角度を可動とすれば、水平から４５°以上の傾斜角度にできるので被検査体の円筒孔径がより小さい被測定部位内にも挿入できるので検査対象の範囲を広げることができる。また撮像装置用反射鏡１６は表面に反射面を形成したものとしているから、普通の鏡のようにガラスの裏面に反射鏡を形成した場合と違って、反射像が二重像とならず解像度の高い映像を得ることができる。さらにスリット光用反射鏡１５は四角形のものとしているが、スリット光のため細長いものとしてもよく、細長とすればコンパクトになるから、より小さい円筒孔の計測が可能となるので検査対象をさらに広げることができる。
【００１２】
このように構成されたものは、先ず、リニアモータ５のスライダ７上に被検査体Ｓ（シリンダブロック用中子）を載置する。このとき被検査体が安定するようにスライダ７の４隅に設けられる被検査体受け６上に載置する。続いて、リニアモータ５を操作してスライドベース７上の被検査体Ｓの被測定部位と撮像装置８がＸまたはＹ方向で一致するように移動させる。
【００１３】
被検査体Ｓの被測定部位が撮像装置８とＸまたはＹ方向で一致したら、リニアモータ５を停止させたうえ、リニアモータ５と直交する方向に移動するリニアガイド４に取り付けられている駆動装置９を手動で動かして、被測定部位と撮像装置８とがＸ−Ｙ方向で一致させる。Ｘ−Ｙ方向で撮像装置８と被測定部位とが一致したら、駆動装置９の昇降機構を操作して主軸１１を所定量降下させる。この降下により撮像装置８と光源装置１４は連動して下降するが、被測定部位の円筒孔内にはスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６のみが挿入されることとなる。このときの挿入深さは撮影位置によって決定される。ストローク方向の撮影部位が撮像装置８によって全部で撮影できない場合は、スリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６の挿入位置を深くする等して２回目あるいは３回目の撮影を行なうものとする。２回目からの撮影は円筒孔の内周面を撮影した後に上下位置を変えて行なったほうが位置設定による時間的ロスを減らすことができる。
【００１４】
そして、光源装置１４を起動してスリット光を放出させる。放出されたスリット光はスリット光用反射鏡１５により進行方向を９０°屈折されて被測定部位に照射されることとなる。次に、駆動装置９の回転機構１２を操作して撮像装置８と光源装置１４を３６０°回転させる。スリット光が被測定部位の円筒孔面を３６０°走査する像は撮像装置用反射鏡１６を介して撮像装置８に反射投影されて連続的に撮影されてゆくこととなる。例えば、スリット光が被測定部位に１°の幅で照射されているなら、駆動装置９が１°回転するたびに撮影を行ない３６０枚の撮影画像を得ればよい。そして撮影された画像は出力装置を介して送り出される。
【００１５】
このようにして得られた３６０枚の各角度の画像データに記録された波うち量の差から三角測量法に基づいて座標変換の演算を行い被測定部位の寸法を算出することとなる。このようにして被検査体の第１の被測定部位の測定が完了したら、駆動装置９の昇降機構を操作して撮像装置８と光源装置１４を上昇させる。そして、前記と同様にして第２の被測定部位上位置まで撮像装置８を移動させたうえ、駆動装置９の昇降機構を操作して前記と同様にスリット光用反射鏡１５と撮像装置用反射鏡１６を挿入する。続いて撮像装置８と光源装置１４を回転させて被測定部位の円筒孔内面の計測を行ったうえ寸法の演算算出を行う。以下同様にして全ての被測定部位の計測を行ない、演算算出した寸法に基づいて被検査体の良否判定を行なえばよいものである。
【００１６】
なお、前記好ましい実施の形態では被検査体の円筒孔の内径寸法を測定するものとしているが円筒に限ることはなく楕円形筒の内寸法を測定するものとしてもよいことは勿論である。
【００１７】
また前記好ましい実施の形態では撮像装置８に対して斜めに光源装置１４を取り付けたものとしているが、光源装置１４を鉛直線上に配置させて撮像装置８を斜めに配置してもよいことは勿論である。
【００１８】
さらに前記好ましい実施の形態では撮像装置８と光源装置１４を回転させつつスリット光が照射されている部位を１°毎連続的に撮影するものとしているが、撮像装置８の撮像素子の画素範囲内で多数回の撮影、すなわ、画素内に円筒孔すべての画像を記録するようにしてもよく、このようにすればメモリを有効に利用できることとなるうえに、円筒孔のどの領域に欠陥が発生しやすいかを画像解析する前に画像に基づいて目視判定することもできるので、中子等の修正を素早くでき、歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
前記説明によって明らかなように本発明は、被検査体内部へ挿入自在としたスリット光用反射鏡により被検査体の外方に配置された光源装置から放出されるスリット光を被検査体内部の被測定部位に案内するとともに、被検査体内部へ挿入自在とした撮像装置用反射鏡によりスリット光が照射される被測定部位を相対的に交差する方向から写した像を被検査体の外方に配置された撮像装置に反射投影するものであるから、撮像装置や光源装置が入らない狭い円筒孔内にスリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡を挿入するだけで円筒孔を有する被検査体の内径寸法を非接触で精度よく計測できることとなる。また非接触であるため、被検査体が中子のような砂粒よりなるものであっても削り取ることなく測定できる。さらにスリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡により光軸を一定角度に屈折させるだけのものであるから、装置設計も容易で安価に提供できるものとなる。また請求項２のように、スリット光用反射鏡または撮像装置用反射鏡または両者を走査させる駆動装置を設けることにより、内径等を高速で測定することができる。請求項３のように、スリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡の取付角度を可動とすることにより、スリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡の外形横幅を小さくすることができるので、円筒孔がより小さい被検査体の測定も可能となり検査対象を拡大することができる等種々の利点を有するものである。
従って、本発明は従来の問題点を解消した内部寸法測定装置として業界の発展に寄与するところ大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す一部切欠正面図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態を示す要部の一部切欠正面図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態を示す要部の一部切欠平面図である。
【図４】本発明の測定方法を示す概略説明図である。
【図５】本発明の好ましい実施の形態において、凹凸面にスリット光が照射された際のスリット光の波うち状態を示す斜視図である。
【図６】従来の３次元測定を示す概略説明図である。
【符号の説明】
８　撮像装置
９　駆動装置
１４　光源装置
１５　スリット光用反射鏡
１６　撮像装置用反射鏡

Claims

撮影した画像データに基づいて演算を行ない３次元の内部寸法を得る内部寸法測定装置において、被検査体内部へ挿入自在としたスリット光用反射鏡により被検査体の外方に配置された光源装置から放出される走査用のスリット光を被検査体内部の被測定部位に案内するとともに、被検査体内部へ挿入自在とした撮像装置用反射鏡によりスリット光が照射される被測定部位を相対的に交差する方向から写した像を被検査体の外方に配置された撮像装置に反射投影することを特徴とする内部寸法測定装置。
スリット光用反射鏡または撮像装置用反射鏡または両者を走査させる駆動装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の内部寸法測定装置。
スリット光用反射鏡と撮像装置用反射鏡の取付角度を可動としたことを特徴とする請求項１または２に記載の内部寸法測定装置。