JP2010025805A

JP2010025805A - 深さ測定装置及び深さ測定方法

Info

Publication number: JP2010025805A
Application number: JP2008188720A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murozaki; 隆室崎; Takayoshi Sagara; 隆義相良
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】外部から視認することができないような穴の深さも測定可能な深さ測定装置及び深さ測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】深さ測定装置は、被検査物に形成された穴の一方の入口を照明する第１の光源（４）と、穴の一方の入口のテーパ状部を撮影した第１の画像を取得する第１の内視鏡（２）と、被検査物に形成された穴のテーパ状部を撮影した画像のテーパ状部に対応する領域における、その穴の半径方向の輝度勾配とテーパ状部の深さの関係を示す参照テーブルを記憶した記憶部（６３）と、第１の画像から一方の入口のテーパ状部における穴の半径方向の輝度勾配である第１の輝度勾配を求め、第１の輝度勾配と参照テーブルを参照して一方の入口のテーパ状部の深さを求める深さ測定部（６１）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、深さ測定装置及び深さ測定方法に関するものであり、より詳しくは、被検査物に形成された穴を撮影した画像からその穴の入口部分のテーパ状部の深さを測定する深さ測定装置及び深さ測定方法に関する。

機械部品の中には、所定の深さの穴が加工されるものがある。このような機械部品が仕様を満たしているか否かを検査するために、加工された穴の深さを測定する様々な装置が開発されてきた。特に、被検査物の非破壊検査を行うために、測定対象の穴を撮影した画像を解析して穴の深さを測定する装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

例えば、特許文献１に開示された深さ測定装置は、赤外光照明光源から照射された光により、測定対象のテーパ状の穴を照明する。係る深さ測定装置は、赤外線カメラで、その焦点の位置を穴の表面近傍から底面近傍まで変えて複数の画像を取得するとともに、撮影時の焦点位置を記憶する。そして深さ測定装置は、それら複数の画像を解析し、穴の径が最も小さくなったときの焦点の位置と、穴の表面に該当する画像が得られたときの焦点の位置との差を、穴の深さとする。

特開２００７−２８５９５３号公報

深さの測定には、独立して切削された二つの穴を連結する貫通穴の長さを測定することが求められる場合がある。例えば、ディーゼルエンジンの部品の一つであるコモンレールでは、高圧燃料を複数のインジェクタに分配供給するための供給路として、切削により別個に形成された二つの切削穴をつなぐ貫通穴が電解加工により形成される。その際、貫通穴の入口部分がテーパ状に形成されることがある。入口部分がテーパ状に形成されると、そのテーパ状に広がった部分の深さによって、貫通穴を通って一方の切削穴から他方の切削穴へ供給される１回当たりの燃料供給量が変動する。そのため、製造されたコモンレールが仕様通り作成されているか否かを検査するためには、貫通穴の広がりのない部分の長さ、すなわち実効長を測定する必要がある。ここで、それら二つの穴の深さ方向と貫通穴の深さ方向が異なっている場合、外部から貫通穴を直接視認することができない。そのため、特許文献１に記載された深さ測定装置のように、カメラの焦点位置を測定対象の貫通穴の深さ方向に変化させながら撮影し、撮影時の焦点位置を正確に知ることは困難であり、そのような貫通穴のテーパ状部の深さを正確に測定することは困難であった。また、係る深さ測定装置は、一つの穴の深さを測定するために、カメラを移動させつつ複数回の撮影を行わなければならないため、測定に時間が掛かり、製造ラインの検査工程での使用には適さないこともあった。

上記の問題点に鑑み、本発明は、外部から視認することができないような穴のテーパ状部の深さも測定可能な深さ測定装置及び深さ測定方法を提供することを目的とする。
また本発明の他の目的は、比較的短時間で測定が可能な深さ測定装置及び深さ測定方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の形態によれば、被検査物に形成された穴の一方の入口のテーパ状部の深さを測定する深さ測定装置が提供される。係る深さ測定装置は、穴の一方の入口を照明する第１の光源（４）と、穴の一方の入口のテーパ状部を撮影した第１の画像を取得する第１の内視鏡（２）と、被検査物に形成された穴のテーパ状部を撮影した画像のテーパ状部に対応する領域における、その穴の半径方向の輝度勾配とテーパ状部の深さの関係を示す参照テーブルを記憶した記憶部（６３）と、第１の画像から一方の入口のテーパ状部における穴の半径方向の輝度勾配である第１の輝度勾配を求め、第１の輝度勾配と参照テーブルを参照して一方の入口のテーパ状部の深さを求める深さ測定部（６１）と、を有する。
係る構成を有することにより、本発明に係る深さ測定装置は、外部から視認することができないような穴のテーパ状部の深さも測定することができる。また、本発明に係る深さ測定装置は、１回の撮影画像からその深さを測定することができるので、比較的短時間で深さ測定を行うことができる。

また請求項２に記載のように、被検査物に形成された穴は、被検査物の二つの空洞をつなぐ貫通穴であり、本発明に係る深さ測定装置は、穴の他方の入口を照明する第２の光源（５）と、穴の他方の入口の第２のテーパ状部を撮影した第２の画像を取得する第２の内視鏡（３）とをさらに有し、深さ測定部（６１）は、２の画像から他方の入口のテーパ状部における穴の半径方向の輝度勾配である第２の輝度勾配を求め、第２の輝度勾配及び参照テーブルを参照して他方の入口のテーパ状部の深さを求めることが好ましい。

さらに、請求項３に記載のように、本発明に係る深さ測定装置は、予め設定された穴の全長から、一方の入口のテーパ状部の深さ及び他方の入口のテーパ状部の深さを引いて、穴の実効長を算出する長さ決定部（６２）を有することが好ましい。

また、請求項４の記載によれば、本発明に係る、被検査物に形成された穴の一方の入口のテーパ状部の深さを測定する深さ測定方法が提供される。係る深さ測定方法は、被検査物に形成された穴の一方の入口を照明するステップと、穴の一方の入口のテーパ状部を撮影した第１の画像を取得するステップと、第１の画像から一方の入口のテーパ状部における穴の半径方向の輝度勾配である第１の輝度勾配を求めるステップと、第１の輝度勾配と、被検査物に形成された穴のテーパ状部を撮影した画像のテーパ状部に対応する領域における、穴の半径方向の輝度勾配とテーパ状部の深さの関係を示す参照テーブルとを参照して、一方の入口のテーパ状部の深さを求めるステップとを有する。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る深さ測定装置について詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る深さ測定装置は、一例として、ディーゼルエンジンの部品の一つであるコモンレールのように、二つの穴同士を連結する貫通穴が加工された被検査物について、その貫通穴の入口のテーパ状に形成された部分の深さを測定する。そこで、係る深さ測定装置は、テーパ状に形成された貫通穴の入口に照明光を照射して撮影した画像から、そのテーパ状部分に対応する貫通穴の半径方向の輝度勾配を求めることにより、テーパ状部分の深さを測定し、貫通穴の全長とテーパ状部の深さから、貫通穴の実効長を求める。

図１に、本発明の一実施形態に係る深さ測定装置１の概略構成図を示す。
本発明の一実施形態に係る深さ測定装置１は、二つの内視鏡２、３と、照明光源４、５と、コントローラ６とを有する。

内視鏡２及び３は、いわゆる工業用ビデオスコープである。そして内視鏡２及び３は、曲げることが可能なチューブの先端の正面または側面に位置する物体を、その先端に取り付けられた対物レンズと、チューブ内に設けられた光ファイバを通じて、ＣＣＤアレイなどの２次元光検出器上に結像して、その物体を撮影した画像を取得する。
内視鏡２は、被検査物１０の切削穴１１に挿入され、二つの切削穴１１と１２を連結する貫通穴１３の切削穴１１側の入口１４を撮影した第１の画像を取得する。そして内視鏡２は取得した第１の画像をコントローラ６へ送信する。一方、内視鏡３は、被検査物１０の切削穴１２に挿入され、貫通穴１３の切削穴１２側の入口１５を撮影した第２の画像を取得する。そして内視鏡３は取得した第２の画像をコントローラ６へ送信する。
なお、内視鏡２及び３は同一の構成を有するものであってもよく、あるいは異なる構成のものであってもよい。

照明光源４及び５は、それぞれ、内視鏡２または３により撮影される範囲を照明するための光源であり、例えば、１または複数個のＬＥＤ、キセノンランプなど、工業用ビデオスコープ用の照明光源として使用される光源とすることができる。照明光源４は、内視鏡２の近位端側に配置され、そして照明光源４から発した照明光が内視鏡２の内部を伝播し、内視鏡２の先端から内視鏡２の撮影方向へ向けて照射されるように構成される。また照明光源５は、内視鏡３の近位端側に配置され、照明光源５から発した照明光が内視鏡３の内部を伝播し、内視鏡３の先端から内視鏡３の撮影方向へ向けて照射されるように構成される。本実施形態では、照明光源４は、貫通穴１３の入口１４を、第１の画像においてハレーションが生じない程度の照度で暗照明することが好ましい。同様に、照明光源５は、貫通穴１３の入口１５を、第２の画像においてハレーションが生じない程度の照度で暗照明することが好ましい。
なお、内視鏡２と別個に光導波路を設け、照明光源４からの照明光がその光導波路を伝播して内視鏡２の撮影範囲を照明するようにしてもよい。同様に、内視鏡３と別個に光導波路を設け、照明光源５からの照明光がその光導波路を伝播して内視鏡３の撮影範囲を照明するようにしてもよい。

コントローラ６は、例えば、コンピュータにより構成される。そしてコントローラ６は、内視鏡２及び３から受け取った第１及び第２の画像に基づいて、貫通穴１３の実効長を測定する。そのために、コントローラ６は、深さ測定部６１と、長さ決定部６２と、記憶部６３と、通信部６４とを有する。
このうち、深さ測定部６１及び長さ決定部６２は、コントローラ６のマイクロプロセッサ上で動作するソフトウェアにより実装される機能モジュールである。また、記憶部６３は、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリ、あるいは磁気記録媒体及びそのアクセス装置若しくは光記録媒体及びそのアクセス装置などを有する。そして記憶部６３には、深さ測定装置１を制御するためのコンピュータプログラム及び各種パラメータなどが予め記憶される。さらに記憶部６３は、深さ測定用のデータ、例えば、内視鏡２、３から取得した画像も記憶する。通信部６４は、ＳＣＳＩ、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）などの規格にしたがった通信インターフェース、その周辺回路及びドライバプログラムを有し、内視鏡２、３から画像データを取得する。また、通信部６４は、通信回線を介して、外部の機器へ測定結果などを送信する。

深さ測定部６１は、第１の画像から、貫通穴１３の入口１４に形成されるテーパ状部の深さを測定する。また深さ測定部６１は、第２の画像から、貫通穴１３の入口１５に形成されるテーパ状部の深さを測定する。なお、入口１４のテーパ状部の深さを測定する処理と入口１５のテーパ状部の深さを測定する処理とは、同一の処理であるため、以下では入口１４のテーパ状部の深さを測定する処理について説明する。

図２に、貫通穴１３の入口１４を撮影した第１の画像の模式図を示す。なお、本実施形態では、貫通穴１３は、円筒状に形成されるものとする。図２に示すように、貫通穴１３の周辺部分２０１は、照明光の照射方向がその周辺部分２０１に対して法線方向に近い角度で入射するので、その周辺部分２０１で反射または散乱された光のうちの多くが内視鏡２に入射する。そのため、第１の画像２００において、その周辺部分２０１に相当する領域では、相対的に輝度が高く（すなわち、白く）なっている。一方、貫通穴１３の内壁が深さ方向に略平行となる本体部分２０２では、照明光の照射方向と貫通穴１３の内壁のなす角も小さくなるため、照明光は内視鏡２側へほとんど戻らない。そのため、第１の画像２００において、本体部分２０２に相当する領域の輝度は非常に低く（すなわち、黒く）、ほぼ一定となる。
さらに、貫通穴１３のテーパ状部２０３では、表面からの深さが大きくなるにつれて照明光の照度が低下する。そのため、第１の画像２００において、テーパ状部２０３に相当する領域では、略同心円状に、中心に向かうにつれて徐々に輝度が低下する。また、テーパ状部２０３における面の、貫通穴１３の本体部２０２の内壁に対する傾斜角に応じて、第１の画像２００上のテーパ状部２０３に対応する領域での貫通穴１３の中心から外へ向かう半径方向における輝度変化の勾配、すなわち、単位距離当たりの輝度の変化量も変化する。

そこで、深さ測定部６１は、第１の画像２００上で、同心円状に輝度が変化する領域をテーパ状部２０３に対応する領域として検出し、その領域における半径方向の輝度変化の勾配を算出する。そのために、先ず、深さ測定部６１は、第１の画像２００上の各部で、貫通穴１３の内径と略等しい大きさの円形領域の平均輝度値を算出する。そして深さ測定部６１は、その平均輝度値が最小となるところを、貫通穴１３の本体部２０２に対応する領域とする。そして、平均輝度値が最小となったときのその領域の中心位置Cの座標を求める。なお、深さ測定部６１は、予め貫通穴１３の本体部２０２に対応するテンプレート画像を準備しておき、テンプレートマッチングによってテンプレートと最も一致する領域を検出し、その最も一致する領域を貫通穴１３の本体部２０２に対応する領域としてもよい。

次に、深さ測定部６１は、貫通穴１３のテーパ状部２０３の半径方向の輝度勾配を求めるために、上記の中心位置Cを中心とした、同心円状でかつ半径の異なるの二つの環状領域R1、R2を第１の画像上に設定する。図３に、それら二つの環状領域R1、R2と貫通穴１３のテーパ状部２０３の関係を示す。図３に示すように、環状領域R1、R2は、ともにテーパ状部２０３に含まれるように、被検査物１０の仕様に定められる貫通穴１３の半径よりも少し大きい程度の半径を持つ。さらに、それら環状領域R1、R2は、半径方向に所定の幅（例えば、１画素幅）を持ち、環状領域R1の内周は環状領域R2の外周に隣接するように設定される。
なお、環状領域R1、R2は、完全な環状ではなく、例えば、半周程度の円弧状であってもよい。さらに、環状領域R1、R2を貫通穴１３の中心に対して正確に同心円状に設定するために、深さ測定部６１は、それら環状領域の中心を貫通穴１３の本体部２０２の中心位置Cの周辺で上下左右に移動させつつ、環状領域R1の何れの画素についても、隣接する環状領域R2の画素よりも高い輝度値を有する位置を探索し、その探索した位置を改めて貫通穴１３の中心位置としてもよい。
深さ測定部６１は、領域R1内の画素の輝度値の平均値Sr1と領域R2内の画素の輝度値の平均値Sr2を算出する。そして、Sr1からSr2の値を引いた差分値を、領域R1とR2の半径の差で除した値を、テーパ状部２０３の輝度勾配ΔSとする。
なお、深さ測定部６１は、領域R1とR2の半径の差を一定に保ちつつ、領域R1とR2の半径を徐々に大きくして、Sr1からSr2の値を引いた差分値を算出する処理を複数回繰り返し、求めた各差分値の平均値を輝度勾配ΔSとしてもよい。

さらに、深さ測定部６１は、テーパ状部２０３の外周の半径r_Tを求めてもよい。テーパ状部２０３の周辺領域２０１では、テーパ状部２０３と比較して、内視鏡２に対する距離がほぼ等しいため、貫通穴１３の中心からの半径が大きくなっても輝度変化は小さい。そこで深さ測定部６１は、上記と同様に、領域R1とR2の半径の差を一定に保ちつつ、領域R1とR2の半径を徐々に大きくして、Sr1からSr2の値を引いた差分値を算出する処理を繰り返す。そして深さ測定部６１は、その差分値が所定の閾値Th1以下となったときの領域R2の外周半径を、テーパ状部２０３の外周の半径r_Tとする。なお所定の閾値Th1は、実験結果またはシミュレーション結果に基づいて、輝度差が無視できる程度であることを表す値に設定される。

深さ測定部６１は、テーパ状部２０３の輝度勾配ΔSを求めると、記憶部６３に予め記憶された、輝度勾配ΔSとテーパ状部２０３の深さd1の関係を表す参照テーブルを参照する。そして深さ測定部６１は、その輝度勾配ΔSに対応するテーパ状部２０３の深さd1を求める。なお、参照テーブルは、テーパ状部２０３の面と貫通穴１３の本体部２０２の内壁とのなす角及びテーパ状部２０３の深さを様々に変化させたサンプルを予め準備し、それらのサンプルについて求めた輝度勾配ΔSとテーパ状部２０３の深さの関係を調べることにより作成できる（なおこの場合には、輝度勾配ΔSの測定後、サンプルを二つに切断して貫通穴１３を視認できるようにして、他の公知の測定方法を用いてテーパ状部２０３の深さを測定すればよい）。

また、テーパ状部２０３の輝度勾配ΔS及び外周半径r_Tとテーパ状部２０３の深さd1の関係を表す参照テーブルを予め作成し、記憶部６３に記憶しておいてもよい。この場合には、深さ測定部６１は、輝度勾配ΔS及び外周半径r_Tの両方を求めて参照テーブルを参照し、深さd1を決定する。

深さ測定部６１は、第２の画像についても同様の処理を行って、貫通穴１３の切削穴１２側の入口のテーパ状部の深さd2も求める。そして深さ測定部６１は、貫通穴１３の両側のテーパ状部の深さd1、d2を長さ決定部６２へ渡す。

長さ決定部６２は、貫通穴１３の両側のテーパ状部の深さd1、d2に基づいて、貫通穴１３の実効長L1を決定する。図４に、貫通穴１３の概略を示す。図４に示すように、貫通穴１３は、切削穴１１と１２を貫通するように形成される。本実施形態では、切削穴１１、１２は、ＮＣ加工機などにより精密に加工され、仕様を満たす範囲内の誤差で作成される。そのため、図４に示すように、切削穴１１の内壁から切削穴１２の内壁までの貫通穴１３の全体長Lは、仕様により決定される値とすることができる。そこで、長さ決定部６２は、貫通穴１３の全体長Lから、貫通穴１３の両側のテーパ状部の深さd1、d2を引くことにより、貫通穴１３の実効長L1（=L-d1-d2）を求める。

コントローラ６は、長さ決定部６２により、貫通穴１３の実効長L1を求めると、その測定結果を通信部６４を介して他の機器へ出力したり、ディスプレイに表示して、測定者に通知する。

図５を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る深さ測定装置１の測定動作について説明する。なお、深さ測定装置１の動作は、コントローラ６によって制御される。

図５に示すように、深さ測定装置１は、内視鏡２により、貫通穴１３の切削穴１１側の入口を撮影した第１の画像を取得し、コントローラ６へ渡す（ステップＳ１０１）。同様に、深さ測定装置１は、内視鏡３により、貫通穴１３の切削穴１２側の入口を撮影した第２の画像を取得し、コントローラ６へ渡す（ステップＳ１０２）。

コントローラ６の深さ測定部６１は、第１の画像に基づいて、貫通穴１３の切削穴１１側の入口に形成されるテーパ状部の、貫通穴１３の中心から外部へ向かう半径方向の輝度勾配を算出する。同様に、深さ測定部６１は、第２の画像に基づいて、貫通穴１３の切削穴１２側の入口に形成されるテーパ状部の、貫通穴１３の中心から外部へ向かう半径方向の輝度勾配を算出する（ステップＳ１０３）。さらに、深さ測定部６１は、求めた輝度勾配と、輝度勾配とテーパ状部の深さの関係を表す参照テーブルから、それぞれのテーパ状部の深さd1、d2を求める（ステップＳ１０４）。

最後に、コントローラ６の長さ決定部６２は、テーパ状部の深さd1、d2を、貫通穴１３の全長Lから引くことにより、貫通穴１３の実効長L1を求める（ステップＳ１０５）。

以上説明してきたように、本発明の一実施形態に係る深さ測定装置は、測定対象の穴の入口を内視鏡により撮影した画像から、その穴の入口に形成されるテーパ状の輝度勾配を求め、輝度勾配と深さの関係を表す参照テーブルを参照することにより、そのテーパ状部の深さを求めることができる。したがって、測定対象の穴が、外部から視認することができず、内視鏡の物体側焦点位置と深さの関係を調べることができないものであっても、正確にそのテーパ状部の深さを測定することができる。さらに、係る深さ測定装置は、テーパ状部を撮影した１枚の画像からその深さを測定することができるので、短時間で測定することができる。

なお、上述してきた実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の測定対象である穴の形状は、上記のような円筒状でなくてもよく、四角柱、六角柱といった多角柱形状を有していてもよい。この場合には、テーパ状部の輝度勾配を求めるために、環状領域の代わりに測定対象の穴の形状に合わせた形状の領域が使用される。また、測定対象の穴は、必ずしも二つの空洞領域を接続する貫通穴でなくてもよい。さらに、参照テーブルは、必ずしも表の形式である必要はなく、例えば、テーパ状部の深さを輝度勾配の関数で表すものであってもよい。このように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る深さ測定装置の概略構成図である。貫通穴の入口を撮影した画像の模式図である。輝度勾配の算出に利用する二つ同心円状領域を示す図である。貫通穴の概略を示す図である。本発明の一実施形態に係る深さ測定装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１深さ測定装置
２、３内視鏡
４、５照明光源
６コントローラ
６１深さ測定部
６２長さ決定部
６３記憶部
６４通信部
１０被検査物
１１、１２切削穴
１３貫通穴

Claims

被検査物に形成された穴の一方の入口のテーパ状部の深さを測定する深さ測定装置であって、
前記穴の一方の入口を照明する第１の光源（４）と、
前記穴の一方の入口のテーパ状部を撮影した第１の画像を取得する第１の内視鏡（２）と、
被検査物に形成された穴のテーパ状部を撮影した画像の当該テーパ状部に対応する領域における、当該穴の半径方向の輝度勾配と当該テーパ状部の深さの関係を示す参照テーブルを記憶した記憶部（６３）と、
前記第１の画像から前記一方の入口のテーパ状部における前記穴の半径方向の輝度勾配である第１の輝度勾配を求め、前記第１の輝度勾配と前記参照テーブルを参照して前記一方の入口のテーパ状部の深さを求める深さ測定部（６１）と、
を有することを特徴とする深さ測定装置。
前記穴は、被検査物の二つの空洞をつなぐ貫通穴であり、
前記穴の他方の入口を照明する第２の光源（５）と、
前記穴の他方の入口の第２のテーパ状部を撮影した第２の画像を取得する第２の内視鏡（３）とをさらに有し、
前記深さ測定部（６１）は、前記第２の画像から前記他方の入口のテーパ状部における前記穴の半径方向の輝度勾配である第２の輝度勾配を求め、当該第２の輝度勾配及び前記参照テーブルを参照して前記他方の入口のテーパ状部の深さを求める、
請求項１に記載の深さ測定装置。
予め設定された前記穴の全長から、前記一方の入口のテーパ状部の深さ及び前記他方の入口のテーパ状部の深さを引いて、前記穴の実効長を算出する長さ決定部（６２）をさらに有する、請求項２に記載の深さ測定装置。
被検査物に形成された穴の一方の入口のテーパ状部の深さを測定する深さ測定方法であって、
前記穴の一方の入口を照明するステップと、
前記穴の一方の入口のテーパ状部を撮影した第１の画像を取得するステップと、
前記第１の画像から前記一方の入口のテーパ状部における前記穴の半径方向の輝度勾配である第１の輝度勾配を求めるステップと、
前記第１の輝度勾配と、被検査物に形成された穴のテーパ状部を撮影した画像の当該テーパ状部に対応する領域における、当該穴の半径方向の輝度勾配と当該テーパ状部の深さの関係を示す参照テーブルを参照して、前記一方の入口のテーパ状部の深さを求めるステップと、
を有することを特徴とする深さ測定方法。