JP2006292695A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の穴の内側表面の欠陥を、簡単な構成により検査する。
【解決手段】複数の光ファイバー１０の入口は円状に配置され、複数の光ファイバー１０の出口は直線状に配置されている。検査物１の円筒穴の円周方向全体の画像が、複数の光ファイバー１０の入口へ同時に入力され、複数の光ファイバー１０の出口から直線状に展開されて出力される。複数の光ファイバー１０の入口を、円筒穴の深さ方向へ移動しながら、複数の光ファイバー１０の出口から射出される光を検出することにより、円筒穴の内側表面の画像が、二次元画像として取得される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンのシリンダブロックや自動車の走行系部品等に設けられた穴の内側表面の欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

自動車用エンジンのシリンダブロックや自動車の走行系部品の多くは、円筒穴を有し、鋳造によって製造され、製造後に円筒穴の内側表面に鋳巣、傷等の欠陥がないかどうかの検査が行われる。この様な円筒穴の内側表面の欠陥を検査する欠陥検査装置として、特許文献１に記載のものがある。

従来のこの種の欠陥検査装置は、円筒穴の内側表面の画像を取得するために、ファイバースコープやミラー等の光学要素を円筒穴へ挿入し、それらを円筒穴内で回転させることによって、円筒穴の円周方向全体の画像を取得していた。また、光学要素の回転を不要とするために、円錐状のミラーを用いるものもあった。
特開２００４−２６４０５４号公報

従来のファイバースコープやミラー等の光学要素を用いた欠陥検査装置は、光学要素の回転によって画像が歪み、また光学要素を回転させる回転機構が必要で装置が複雑になるという問題があった。また、光学要素を円筒穴の深さ方向へステップ移動しなければならないため、ステップ移動のための移動機構が必要となって装置がさらに複雑になると共に、検査に時間を要するという問題があった。

一方、円錐状のミラーを用いた欠陥検査装置は、取得される画像の歪みが大きく、取得した画像から欠陥を検出するために、画像の歪みを補正する処理が必要になるという問題があった。

本発明の課題は、被検査物の穴の内側表面の欠陥を簡単な構成により検査することである。また、本発明の課題は、被検査物の穴の内側表面の欠陥を短時間で検査することである。

本発明の欠陥検査装置は、複数の光ファイバーを有し、複数の光ファイバーの入口を被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置し、複数の光ファイバーの出口を直線状に配置した光学要素と、複数の光ファイバーの入口を、被検査物の穴内で穴の深さ方向へ移動する移動手段と、複数の光ファイバーの出口から射出される光を検出する検出手段と、検出手段の検出信号を処理して被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出する処理手段とを備えたものである。

また、本発明の欠陥検査方法は、複数の光ファイバーの入口を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置して、被検査物の穴内で穴の深さ方向へ移動しながら、複数の光ファイバーの出口を直線状に配置して、複数の光ファイバーの出口から射出される光を検出し、検出した光の強度から被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出するものである。

複数の光ファイバーの入口を被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置することにより、被検査物の穴の外周方向全体の画像が、複数の光ファイバーの入口へ同時に入力される。そして、複数の光ファイバーの出口を直線状に配置することにより、被検査物の穴の外周方向全体の画像が、複数の光ファイバーの出口から直線状に展開されて出力される。従って、複数の光ファイバーの入口を被検査物の穴の深さ方向へ移動しながら、複数の光ファイバーの出口から射出される光を検出することにより、被検査物の穴の内側表面の画像が二次元画像として取得される。光学要素を回転させる必要がないので、回転機構が不要で、かつ画像の歪みも小さい。また、光学要素をステップ移動する必要がないので、移動機構も簡単な構成で済み、かつ検査時間が短くなる。

さらに、本発明の欠陥検査装置は、被検査物の穴より小さい照明を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置された複数の光ファイバーの入口の中心軸上に備え、移動手段が、複数の光ファイバーの入口の中心を被検査物の穴の中心に合わせながら、照明を複数の光ファイバーの入口と共に移動するものである。

また、本発明の欠陥検査方法は、被検査物の穴より小さい照明を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置された複数の光ファイバーの入口の中心軸上に設け、複数の光ファイバーの入口の中心を被検査物の穴の中心に合わせながら、照明を複数の光ファイバーの入口と共に移動するものである。

被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置された複数の光ファイバーの入口の中心を、被検査物の穴の中心に合わせることにより、被検査物の穴の内側表面が照明からの光で均等に照らされ、かつ各光ファイバーの入口が被検査物の穴の内側表面から等距離となる。従って、被検査物の穴の外周方向について、同じ撮影条件で画像が取得される。また、照明を複数の光ファイバーの入口と共に移動することにより、被検査物の穴の深さ方向について、同じ撮影条件で画像が取得される。

さらに、本発明の欠陥検査装置は、入口及び出口を上記の様に配置した複数の光ファイバーと複数の光ファイバーの出口から射出される光を結像するレンズ系と検出器とで構成される検出系を移動して、被検査物の穴の内側表面の画像を取得する画像取得手段と、画像取得手段で取得した画像の情報を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された情報を処理して被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出する処理手段を備えたものである。この様に、複数の光ファイバーとレンズ系と検出器とで構成される検出系を移動して、被検査物の穴の内側表面の画像を取得してもよい。

さらに、本発明の欠陥検査装置は、被検査物の穴の断面形状が円又は楕円であるものである。自動車用エンジンのシリンダブロックや自動車の走行系部品の多くは円筒穴を有し、この様な円筒穴の内側表面の鋳巣、傷等の欠陥の検査に適用することができる。しかしながら、本発明は、円や楕円の穴に限らず、断面が様々な形状の穴の内側表面の欠陥を検出する場合にも適用される。複数の光ファイバーの入口は、それらの穴の断面形状に合わせて配置される。

本発明によれば、被検査物の穴の内側表面の欠陥を簡単な構成により検査することができる。また、本発明によれば、被検査物の穴の内側表面の欠陥を短時間で検査することができる。

さらに、本発明によれば、被検査物の穴の周囲方向及び深さ方向について、同じ撮影条件で画像を取得することができるので、欠陥の検出を精度良く行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、被検査物１の円筒穴の内側表面の欠陥を検査する欠陥検査装置の例を示す。欠陥検査装置は、光学要素、照明２０、移動機構３０、駆動回路３１、検出器４０、処理装置５０、及び出力装置６０を含んで構成されている。

光学要素は、複数の光ファイバー１０を有し、各光ファイバー１０の入口側及び出口側の端部を除く大部分は、チューブ１１内又はファイバーケーブル１２内に収納されている。図２は、光ファイバーの入口側の端部の拡大図である。図２に示す様に、光ファイバー１０の入口側の端部は、Ｌ字状に曲げられている。

図１に示す様に、入口側の端部がＬ字状に曲げられた複数の光ファイバー１０の入口は、被検査物１の円筒穴より小さい円状に配置されている。本実施の形態では、各入口が円の中心から外側を向いて配置されている。円状に配置された複数の光ファイバー１０の入口の中心軸上には、被検査物１の円筒穴より小さい照明２０が設けられている。複数の光ファイバー１０及び照明２０の支柱２１はチューブ１１内に収納され、チューブ１１は移動機構３０に連結されている。移動機構３０は、例えばサーボモータ等を備え、駆動回路３１からの駆動信号により、矢印で示す移動方向へ移動する。

移動機構３０のチューブ１１が連結された面と反対側からは、複数の光ファイバー１０を収納したファイバーケーブル１２が伸びている。移動機構３０の移動が可能な様に、ファイバーケーブル１２は所定の長さを有する。ファイバーケーブル１２は移動機構３０から離れた位置で固定され、その端から複数の光ファイバー１０の出口側の端部が現れる。複数の光ファイバー１０の出口は、図１に示す様に、直線状に配置されている。

なお、本実施の形態では、複数の光ファイバー１０の入口を移動し、複数の光ファイバー１０の出口を固定しているが、複数の光ファイバー１０とレンズ１３と検出器４０とで構成される検出系全体を移動してもよい。

処理装置５０は、主制御部５１、メモリ５２、及び欠陥検出処理部５３を含んで構成されている。検査時、主制御部５１は、まず駆動回路３１を制御して移動機構３０を駆動する。これにより移動機構３０は、円状に配置された複数の光ファイバー１０の入口を、被検査物１の円筒穴内で、矢印に示す円筒穴の深さ方向へ移動する。

このとき、移動機構３０は、円状に配置された複数の光ファイバー１０の入口の中心を被検査物１の円筒穴の中心に合わせながら、照明２０を複数の光ファイバー１０の入口と共に移動する。円状に配置された複数の光ファイバー１０の入口の中心を被検査物１の円筒穴の中心に合わることにより、円筒穴の内側表面が照明２０からの光で均等に照らされ、かつ各光ファイバー１０の入口が円筒穴の内側表面から等距離となる。

被検査物１の円筒穴の内側表面からの反射光は、円状に配置された複数の光ファイバー１０の入口へ入射し、直線状に配置された複数の光ファイバー１０の出口から射出される。直線状に配置された複数の光ファイバー１０の出口から射出された光は、レンズ１３により集光され、検出器４０の受光面で結像する。検出器４０は、例えばフォトマルチプライヤー、フォトダイオード、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する検出器であり、本実施の形態では、ラインセンサーカメラで構成されている。検出器４０は、受光面で受光した光の強度に応じた画像信号を処理装置５０へ出力する。処理装置５０は、検出器４０からの画像信号をメモリ５２に記憶する。

図３は、本発明の一実施の形態による欠陥検査装置で取得される画像を説明する図である。複数の光ファイバー１０の入口を円状に配置することにより、被検査物１の円筒穴の円周方向全体の画像が、複数の光ファイバー１０の入口へ同時に入力される。そして、複数の光ファイバー１０の出口を直線状に配置することにより、円筒穴の円周方向全体の画像が、複数の光ファイバー１０の出口から直線状に展開されて出力される。従って、複数の光ファイバー１０の入口を、円筒穴の深さ方向へ移動しながら、複数の光ファイバー１０の出口から射出される光を検出することにより、円筒穴の内側表面の画像が、図３に示す様に、二次元画像として取得される。

処理装置５０の欠陥検出処理部５３は、メモリ５２に記憶された画像信号を処理し、予め決められた欠陥検出プログラムに従って、被検査物１の円筒穴の内側表面の欠陥を検出する。処理装置５０の出力装置６０は、例えばディスプレイやプリンタ等からなり、主制御部５１の制御によって、被検査物１の円筒穴の内側表面の画像や、欠陥検出処理部５３の検出結果を出力する。

図４は、本発明の他の実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、検出器４１としてリニアセンサーを用い、レンズ１３と検出器４１との間にシリンドリカルレンズ１４を設けたものである。その他の構成要素は、図１に示した実施の形態と同様である。

検出器４１のリニアセンサーでは、例えばフォトマルチプライヤー、フォトダイオード、ＣＣＤ等の光電変換素子が、リニアセンサーの横幅方向（図面横方向）に直線状に複数並んで配置されている。シリンドリカルレンズ１４は、レンズ１３により集光された光を、リニアセンサーの横幅方向と直交する方向（図面奥行き方向）に集束させて、リニアセンサーの受光面へ照射する。

これにより、リニアセンサーの各光電変換素子で受光される光の輝度が高くなるので、被検査物１の円筒穴の内側表面の画像をより鮮明に取得することができ、欠陥の検出をより精度良く行うことができる。

以上説明した実施の形態によれば、光学要素を回転させる必要がないので、回転機構が不要で、かつ画像の歪みも小さい。また、光学要素をステップ移動する必要がないので、移動機構も簡単な構成で済み、かつ検査時間が短くなる。従って、円筒穴の内側表面の欠陥を、簡単な構成により短時間で検査することができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、円筒穴の円周方向及び深さ方向について、同じ撮影条件で画像を取得することができ、欠陥の検出を精度良く行うことができる。

なお、以上説明した実施の形態は、被検査物１の円筒穴の内側表面の欠陥を検査する欠陥検査装置の例を示したが、本発明は、断面が円の穴に限らず、楕円や四角形等、断面が様々な形状の穴の内側表面の欠陥を検出する場合にも適用される。複数の光ファイバーの入口は、それらの穴の断面形状に合わせて配置される。

本発明の一実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。 光ファイバーの入口側の端部の拡大図である。 本発明の一実施の形態による欠陥検査装置で取得される画像を説明する図である。 本発明の他の実施の形態による欠陥検査装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 被検査物
１０ 光ファイバー
１１ チューブ
１２ ファイバーケーブル
１３ レンズ
１４ シリンドリカルレンズ
２０ 照明
２１ 支柱
３０ 移動機構
３１ 駆動回路
４０，４１ 検出器
５０ 処理装置
５１ 主制御部
５２ メモリ
５３ 欠陥検出処理部
６０ 出力装置

Claims (6)

1. 複数の光ファイバーを有し、該複数の光ファイバーの入口を被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置し、該複数の光ファイバーの出口を直線状に配置した光学要素と、
   前記複数の光ファイバーの入口を、被検査物の穴内で穴の深さ方向へ移動する移動手段と、
   前記複数の光ファイバーの出口から射出される光を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出信号を処理して被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出する処理手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 被検査物の穴より小さい照明を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置された前記複数の光ファイバーの入口の中心軸上に備え、
   前記移動手段が、前記複数の光ファイバーの入口の中心を被検査物の穴の中心に合わせながら、前記照明を前記複数の光ファイバーの入口と共に移動することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 複数の光ファイバーの入口を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置して、被検査物の穴内で穴の深さ方向へ移動しながら、
   複数の光ファイバーの出口を直線状に配置して、複数の光ファイバーの出口から射出される光を検出し、
   検出した光の強度から被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
4. 被検査物の穴より小さい照明を、被検査物の穴の断面形状より小さい形状に配置された複数の光ファイバーの入口の中心軸上に設け、
   複数の光ファイバーの入口の中心を被検査物の穴の中心に合わせながら、照明を複数の光ファイバーの入口と共に移動することを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
5. 請求項１に記載の複数の光ファイバーと該複数の光ファイバーの出口から射出される光を結像するレンズ系と検出器とで構成される検出系を移動して、被検査物の穴の内側表面の画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段で取得した画像の情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された情報を処理して被検査物の穴の内側表面の欠陥を検出する処理手段を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
6. 被検査物の穴の断面形状が円又は楕円であることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項５のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。

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