JP2006200957A

JP2006200957A - 貫通孔検査装置およびこれを用いた貫通孔検査方法

Info

Publication number: JP2006200957A
Application number: JP2005011061A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Matsumoto; 弘顕松本; Kenji Sato; 健司佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】貫通孔の長いハニカム構造体の貫通孔検査に適した貫通検査装置と、これを用いた貫通検査方法の提供を目的とする。
【解決手段】透過用照明と、被検体であるハニカム構造体を固定する固定用台座と、ハニカム構造体の開口端面の分割画像を得るためのテレセントリックレンズを装着したエリアカメラと、このエリアカメラの向きを変更可能とする回転搬送ステージと、このエリアカメラを多軸方向に移動可能とする多軸搬送ステージと、取り込む分割画像が最適になるようにエリアカメラの位置を調整すると共に、得られた分割画像を組み戻してハニカム構造体の開口端面の画像を得、この画像を画像処理して貫通孔の適否を判断するためのコンピュータとで貫通孔検査装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は多数の貫通孔を有するハニカム構造体の検査方法に関し、具体的には画像処理方法によりハニカム構造体を構成する貫通孔の開口率を求める技術に関する。

ハニカム構造体の貫通孔の貫通度合いを検査するには、例えば、ハニカム構造体の一方の開口端面に光を照射し、他方の開口端面で貫通孔を通過してきた光を目視、或いは通常のカメラを用いて観察する。そして、充分な光が確認できたとき貫通孔が貫通していると判断し、充分な光が確認できないとき貫通孔が貫通しておらず、欠陥があると判断している。

しかし、昨今用いられるハニカム構造体においては貫通孔の開口径はより小さくなり、貫通孔の数もより多く集まって構成されるようになってきている。従って、目視検査で貫通孔の検査をしようとすると、多大な時間と労力が掛かようになってきている。

こうした問題点を解消すべく、上記ハニカム構造体における上記第１開口端面に光を照射し、該光を複数の上記貫通孔に侵入させる照明装置と、上記第２開口端面に開口した上記貫通孔から出た光を集光して、複数の上記貫通孔に対応する検査像を形成するテレセントリック光学系と、上記検査像を撮像するカメラと、該カメラによって撮像した上記検査像を表示するモニタとから構成された貫通検査装置が開示されている（特許文献１段落０００６参照）。

上記貫通検査装置では上記第２開口端面に開口した上記貫通孔から出た光は上記貫通孔と略平行であり、複数の貫通孔を通過する光は互いに略平行なるので、上記テレセントリック光学系の光軸を上記貫通孔の貫通方向と一致させることにより、多数の貫通孔を通過する互いに略平行な光を略均一に集光することができる（特許文献１段落０００７）としている。

そして、このようにして集光した光によって複数の貫通孔に対応する検査像を形成し、該検査像を上記カメラによって撮像し、これを上記モニタに表示し、或いは画像処理装置により画像解析する。これにより、複数の貫通孔の貫通度合を一括して検査することができるとしている（特許文献１段落０００８参照）。
従って，上記ハニカム構造体における多数の貫通孔について，効率よく貫通検査を行うことができるとしている。
特開２００３−２７０１５８号公報

しかしながら、昨今のハニカム構造体は貫通孔の長さを長くし、被処理物との接触時間を多くすることが行われている。その結果、ハニカム構造体を構成する貫通孔の開口部の一片や直径と貫通孔の長さの比が、１：１００以上となっている。また、ハニカム構造体開口端面の面積も１２００ｍｍ^２以上と大きくなってきている。そのため、前記特許文献１の方法で、こうした貫通孔の開口部の一片や直径と長さの比が１：１００以上のハニカム構造体の貫通検査を行おうとすると、まず、テレセントリック光学系で用いるレンズの直径を大きくしなければならなくなる。この直径を大きくしたテレセントリック光学系は高価である。またレンズの直径が大きく、なおかつ、テレセントリック光学系の平行度分布誤差を１／１００以下の精度でレンズを製作する事は容易では無い。従って、検査装置全体の価格が極めて高価なものとなり、安価に貫通検査を行うことができなくなる。

貫通孔が長くなると、具体的には貫通孔の径／貫通孔の長さ＝１／１００を越えると、大開口端面を一度に撮像する方法では、得られる画像が、例えば図４に模式的に示したように周辺部の貫通孔内を通過する光の直進性が確保できず、ハニカム構造体を構成する隔壁の影が発生し、開口部の面積が狭まり必ずしも良好な貫通検査を行うことができなくなる。

本発明は、前記問題点を解消しうるテレセントリックレンズを用いたハニカム構造体の貫通検査装置と、これを用いた貫通検査方法の提供を目的とする。

上記課題を解決する請求項１記載の発明は、ハニカム構造体を構成する貫通孔の一片もしくは直径と、貫通孔の長さとの比が１：１００以上であるハニカム構造体の貫通孔の貫通検査を行うための装置であり、透過用照明と、被検体であるハニカム構造体を固定する固定用台座と、ハニカム構造体の開口端面の分割画像を得るためのテレセントリックレンズを装着したエリアカメラと、このエリアカメラの向きを変更可能とする回転搬送ステージと、このエリアカメラを多軸方向に移動可能とする多軸搬送ステージと、取り込む分割画像が最適になるようにエリアカメラの位置を調整すると共に、得られた分割画像を組み戻してハニカム構造体の開口端面の画像を得、この画像を画像処理して貫通孔の適否を判断するためのコンピュータとで構成されている貫通孔検査装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置において、採取した分割画像の貫通孔と判断される周辺に存在する影の部分の形状から、該影が最小となるべきエリアカメラの必要角度補正量を算出し、この補正量に基づきエリアカメラの角度を補正し、その後再度同一部位を撮像して分割画像を得る構成となっているものである。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の装置において、次の分割画像を得るに際して、採取予定の部位の貫通孔と判断される周辺に存在する影の部分の形状から、該影が最小となるべきエリアカメラの必要角度補正量を算出し、この補正量に基づきエリアカメラの角度を補正し、その後分割画像を得る構成となっているものである。

また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の装置において、以下のステップで分割画像中の貫通孔の適否を判断するように構成されているものである。
1) 分割画像を組み戻して得られたハニカム構造体の開口端面の画像中の貫通孔を構成する壁面部を認識し、該壁面部の形状を近似直線に変換する。
2) 得られた近似直線により構成される擬似的な貫通孔開口部の面積を求め、これを基準面積Ｓとする。
3) 2)で算出した擬似的な貫通孔開口部の真の開口面積Ｓ’を画像処理にて求める。
4) 開口率Ｈ＝Ｓ’／Ｓを算出し、この値Ｈと予め設定し、コンピュータに登録された開口率の閾値Ｈ’とを比較し、Ｈ＜Ｈ’の場合に不合格とする。

また、請求項５記載の発明は、ハニカム構造体開口端面の面積が１２００ｍｍ^２以上のハニカム構造体の貫通孔検査に用いることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかの貫通孔検査装置である。

また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載のいずれかの貫通孔検査装置を用いて行う貫通孔検査方法である。

本発明の貫通孔検査装置を用いて多数の貫通孔を有するハニカム構造体の貫通孔検査を行えば、分割画像に発生する壁面の影を最小にするようにテレセントリックレンズ付きエリアカメラの光軸を調整することが可能であるので、用いるテレセントリックレンズの収差や、２軸以上の搬送ステージの組み付け時の平行度の影響、またハニカム構造体の固定用台座への設置状況などの影響を受けず、良好な分割画像が得られる。本発明ではこうして得られた良好な分割画像を組み直してハニカム構造体開口端面の画像を基に貫通孔の適否を判断するため、正確な判断結果が得られる。また、大型のテレセントリックレンズを用いる必要もないため、本発明の装置は安価である。

図１、２に本発明の装置を用いた検査時の概要図例を示した。透過光照明１と、被検査体であるハニカム構造体２と、固定用台座３と、テレセントリックレンズ４を装着したエリアカメラ５と、このエリアカメラをθｚ軸方向で回転させる回転搬送ステージ６と、エリアカメラをθｘ軸方向で回転させる回転搬送ステージ１２と、縦方向搬送ステージ７と、横方向搬送ステージ８と、エリアカメラにより取り込んだ分割画像を画像処理して貫通孔の適否を判断すると共に、取り込む分割画像が最適になるようにエリアカメラの位置を調整するためのコンピュータ９とで構成されている貫通孔検査装置である。

テレセントリックレンズを用いて撮像し、画像処理しようとするとき、被検体の大きさによっては良好な画像を得るための撮像視野が不足する場合がある。特にハニカム構造体２開口部端面の面積が１２００ｍｍ^２以上となると撮像視野が不足する。有効視野が１２００ｍｍ^２以上のテレセントリックレンズは１／１００以下の平行光精度で製作する事がレンズ視野の拡大と共に困難になる。こうした問題を解消するため、テレセントリックレンズ４を装着したエリアカメラを縦方向、横方向に移動可能として分割撮像し、得られた分割画像を組戻し、組戻した開口部端面の画像を元に貫通孔検査をすることが好ましい。

本発明の一つの特徴は、これに加えてこのエリアカメラにθｘ軸方向で回転させる回転搬送ステージ１２とθｚ軸方向で回転させる回転搬送ステージ６を付加し、エリアカメラの角度を調整可能としていることである。この点の重要性について更に説明する。

図１、２の装置において、透過光照明１より出た光は、ハニカム構造体２の貫通孔を略直進し、テレセントリックレンズ４に入射する。この時、光の直進性が損なわれなければ、得られる画像は、例えば図３のようになるはずである。しかし、レンズの収差や、多軸の搬送ステージの組み付け時の平行度の影響や、ハニカム形状物の設置状況などにより、エリアカメラの方向を回転搬送ステージにより最適化しても、該貫通孔内を進む光の直進性が実質的に損なわれ、得られる画像は図４のようになる。

図４の白色部分は背面に設置してある透過光照明から出た光が貫通孔を通ってきた部分である。灰色部分は前記レンズの収差や、多軸の搬送ステージの組み付け時の平行度の影響や、ハニカム形状物の設置状況などの影響により貫通孔の側面に透過用照明光で生じた壁面の影の部分を表している。図４の様に完全な平行光による撮像を行う事が出来ない傾向はハニカム構造体２を構成する貫通孔の一片もしくは直径と、貫通孔の長さとの比が１：１００以上となるとより顕著になる。

図４の画像より４つの貫通孔断面を一組として図３のような開口部端面の全体画像を得る方法例を説明する。図４において、１３は視野１、１４は視野２、１５は視野３である。視野１より順次視野２，視野３への移行して分割画像を得る場合、視野１では、貫通孔内を進む全ての光の直進性が確保され、壁面の影は生じていないためそのまま分割画像を採取する。

図５は、視野１の分割画像を採取する際の視野２を拡大して示した図である。４つの貫通孔全ての左側に壁面を起因とする影が生じている。そこで、この影の部分が最小となるエリアカメラの回転角度をコンピュータにより演算処理して求め、この演算結果に従ってカメラを回転し、移動させて図６に示した状態の視野２を得る。得た視野２にまだ灰色部が有る場合は再度補正を行い、灰色部が無くなった時点で視野２の分割画像を得る。次に同様にして視野３以下の分割画像を得る。得られた分割画像を組み直して図３のような貫通孔内に発生する壁面の影が最小の開口部端面の全体画像を得る。

即ち、前記よりわかるとおり、上記壁面の影が最小となる分割画像を得るためには、本発明のエリアカメラをθｚ軸方向で回転させる回転搬送ステージ６の付加は不可欠なものとなっている。
次に、前記のようにして得られた開口部端面の全体画像から各貫通孔の開口率を測定する方法を述べる。まず図７の様に全体画面の最外周部の開口部（上/下/左/右面端部開口部）に計測線１６を引き、そのエッジ検出位置により各貫通孔の黒色側壁部の位置座標を測定する。測定した各座標より図７の様に仮想側壁部１７を作成する。作成した仮想側壁部を組み合わせた結果、貫通孔を囲んだ四角枠が形成される。その四角枠内の面積を測定し、その値を当該貫通孔の開口部の基準面積Ｓとする。次に実際に撮像された当該貫通孔開口部の真の開口面積Ｓ’を測定し、基準面積Ｓと真の開口面積Ｓ’から開口率ＨをＨ＝Ｓ’／Ｓで算出する。次に算出した開口率Ｈと予め設定し、コンピュータに登録しておいた開口率の閾値Ｈ’を比較し、最終的な開口率の良否判定を行う。そして、次の開口部の判定に移行する。なお、本例では１つの開口部について基準面積Ｓと真の開口面積Ｓ’とを求めて判定する方法を述べたが、複数個の開口部を一つにまとめて演算処理して処理速度の増加を図っても良い。

図１、２に示した構成の貫通孔検査装置を用い、直径２５０mm×長さ１５０mmで1ｍｍ角の断面を有する貫通孔が１．２ｍｍ間隔で平行に並んでいるハニカム形状物の開口率測定を行った。

まず、各貫通孔に０．５ｍｍ径のシャープペンシルの芯を１本ずつ挿入し、前記した手順に従い貫通孔の平均開口率を求め、理論計算上の平均開口率と比較した。得られた結果を表１に示した。次いで、各貫通孔に０．５ｍｍ径のシャープペンシルの芯を２本ずつ挿入し、前記した手順に従い貫通孔の平均開口率を求め、理論計算上の平均開口率と比較した。その結果を表１に示した。

なお、分割撮像を行った際の各分割撮像画像の貫通孔の側面濃度分布の測定により求められた補正角度は、６θｚ軸回転搬送ステージと１２θｘ軸回転搬送ステージを稼働させる事により±０．５度の範囲で実現した。

表１に示された理論計算上の開口率と本装置で算出された貫通孔の開口率との差は、貫通孔内に進入した散乱光が使用したシャープペンシルの芯により反射され高くなったものと判断している。

本発明の装置構成を側面方向から見た図である。本発明の多軸の搬送ステージ部を上面から見た図である。テレセントリックレンズの収差、多軸の搬送ステージの組み付け時の平行度の影響が無い、多数の貫通孔が空いたハニカム形状物の理想となる撮像画像の説明図である。テレセントリックレンズの収差、多軸の搬送ステージの組み付け時の平行度の影響が有る時の搬送ステージによる補正を行わない状態で分割撮像を行った際の多数の貫通孔が空いたハニカム形状物の撮像画像の説明図である。エリアカメラ撮像視野２を角度補正する際の説明図である。エリアカメラ撮像視野２を角度補正した際の説明図である。開口率の測定方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１―――透過光照明
２―――ハニカム構造体
３―――２の台座
４―――テレセントリックレンズ
５―――エリアカメラ
６―――θｚ軸回転搬送ステージ
７―――縦方向搬送ステージ
８―――横方向搬送ステージ
９―――搬送ステージ制御、カメラ撮像、画像処理用ＰＣ
１０―――エリアカメラ撮像信号
１１―――搬送ステージ制御信号
１２―――θｘ軸回転搬送ステージ
１３―――エリアカメラ撮像視野１
１４―――エリアカメラ撮像視野２
１５―――エリアカメラ撮像視野３
１６―――計測線
１７―――仮想側壁部

Claims

ハニカム構造体を構成する貫通孔の一片もしくは直径と、貫通孔の長さとの比が１：１００以上であるハニカム構造体の貫通孔の貫通検査を行うための装置であり、透過用照明と、被検体であるハニカム構造体を固定する固定用台座と、ハニカム構造体の開口端面の分割画像を得るためのテレセントリックレンズを装着したエリアカメラと、このエリアカメラの向きを変更可能とする回転搬送ステージと、このエリアカメラを多軸方向に移動可能とする多軸搬送ステージと、取り込む分割画像が最適になるようにエリアカメラの位置を調整すると共に、得られた分割画像を組み戻してハニカム構造体の開口端面の画像を得、この画像を画像処理して貫通孔の適否を判断するためのコンピュータとで構成されていることを特徴とする貫通孔検査装置。
請求項１記載の装置において、採取した分割画像の貫通孔と判断される周辺に存在する影の部分の形状から、該影が最小となるべきエリアカメラの必要角度補正量を算出し、この補正量に基づきエリアカメラの角度を補正し、その後再度同一部位を撮像して分割画像を得る構成となっていることを特徴とする貫通孔検査装置。
請求項１記載の装置において、次の分割画像を得るに際して、採取予定の部位の貫通孔と判断される周辺に存在する影の部分の形状から、該影が最小となるべきエリアカメラの必要角度補正量を算出し、この補正量に基づきエリアカメラの角度を補正し、その後分割画像を得る構成となっていることを特徴とする貫通孔検査装置。
請求項１〜３記載のいずれかの装置において、以下のステップで分割画像中の貫通孔の適否を判断するように構成されていることを特徴とする貫通孔検査装置。
1) 分割画像を組み戻して得られたハニカム構造体の開口端面の画像中の貫通孔を構成する壁面部を認識し、該壁面部の形状を近似直線に変換する。
2) 得られた近似直線により構成される擬似的な貫通孔開口部の面積を求め、これを基準面積Ｓとする。
3) 2)で算出した擬似的な貫通孔開口部の真の開口面積Ｓ’を画像処理にて求める。
4) 開口率Ｈ＝Ｓ’／Ｓを算出し、この値Ｈと予め設定し、コンピュータに登録された開口率の閾値Ｈ’とを比較し、Ｈ＜Ｈ’の場合に不合格とする。
ハニカム構造体開口端面の面積が１２００ｍｍ^２以上のハニカム構造体の貫通孔検査に用いることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれかの貫通孔検査装置。
請求項１〜５記載のいずれかの貫通孔検査装置を用いて行うことを特徴とする貫通孔検査方法。