JP2016070934A - 内腔検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
加工品８内の内腔６の内面４を検査するための、軸線方向１２を規定する測定ヘッド１０を有する内腔検査装置２であって、３６０度の視野を有する光学素子１４が、前記測定ヘッド１０に配置されていて、この光学素子１４は、デジタル画像センサ１６と後続配置されたデジタル評価装置とに画像を伝送するように接続している。
【解決手段】
本発明によれば、前記デジタル画像センサの出力信号から表面凹凸情報を取得するための手段が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加工品内の内腔の内面を検査するための、請求項１の上位概念に記載の種類の内腔検査装置に関する。

内視センサとも記されるこのような内腔検査装置は、内腔の内面を検査するために使用され、例えばクランク室内のシリンダの内腔の検査時に使用される。このような内腔検査装置は、内腔の半径方向の内面を投影し、引き続き表面特性に関して既定の要求を満たしているか否かを検査するために使用される。

対応する装置は、例えば、国際公開第２００９／００３６９２号パンフレット、独国特許出願公開第４４１６４９３号明細書、独国特許第４３２０８４５号明細書及び独国特許第３２３２９０４号明細書によって公知である。

加工品内の内腔の内面を検査することに関連する種類の検査装置が、独国特許第１０２００９０１９４５９号明細書によって公知である。当該検査装置は、軸線方向を規定する測定ヘッドを有する。３６０度の視野を有する光学素子が、この測定ヘッドに配置されている。この光学素子は、デジタル画像センサと後続配置されたデジタル評価装置とに画像を伝送するように接続している。当該明細書から公知の検査装置は、光学素子によって取得された内面の投影領域に光を当てるための照明装置をさらに有する。当該明細書から公知の検査装置は、中空空間、例えば内腔の内面の検査を迅速に且つ正確に可能にする。

国際公開第２００９／００３６９２号パンフレット 独国特許出願公開第４４１６４９３号明細書 独国特許第４３２０８４５号明細書 独国特許第３２３２９０４号明細書 独国特許第１０２００９０１９４５９号明細書

本発明の課題は、加工品における中空空間内の表面の欠陥の検出に関して改良されている請求項１の上位概念に記載の種類の装置を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の発明によって解決される。

本発明は、デジタル画像センサの出力信号から表面凹凸情報を取得するための手段を提供する。このような方法で、本発明の検査装置を用いると、中空空間の内面に光を当て、発生する輝度画像を評価することによって当該内面を検査することが可能であるだけではなくて、この中空空間の表面形状もさらに算出することが可能である。当該デジタル画像センサによって記録された画像（カメラ画像）の評価による検査時に、異常が発見された場合、表面凹凸情報を取得するための当該手段の出力信号を評価することによって、当該検出された異常が、表面内の窪み部分であるのか、すなわち、例えば製造誤差であるのか、又は場合によっては簡単に除去し得る汚れに起因する隆起部分であるのかが確認され得る。

こうして、本発明の内腔検査装置によって得られた検査結果は、さらに得られる上記表面凹凸情報によって、表面凹凸情報を含まない内面の画像（輝度画像）だけを提供する検査装置のときよりも明らかになお一層詳しい情報を提供する。したがって、その結果として、表面の欠陥の検出が改良されている。上記のデジタル画像センサの出力信号から表面凹凸情報を取得するための手段が、それぞれの要求に応じて、任意の適切な形態で構成され得る。したがって、例えば公知の「陰影」法によれば、検査すべき表面の表面形状を陰影像に基づいて算出すること、すなわち表面凹凸情報を取得することが可能である。しかしながら、寸法又は間隔を測定するために適している任意のその他の非接触式に実行される測定方法、特に光学式の測定方法、例えば共焦点顕微鏡法も使用され得る。

したがって、本発明の好適なその他の構成は、表面凹凸情報を取得するための上記手段が、白色光干渉計を有することを提唱する。検査すべき内面上に当てるためのこの白色光干渉計の白色光が、ビーム路内に入射可能であるか又は入射されている。その構成及び機能が当業者自身に周知である対応する白色光干渉計は、本発明の範囲内で高い精度で表面凹凸情報を取得するために使用され得る。当該白色光干渉計は、構造的に比較的簡単であり、丈夫であり、高い測定精度を有する。本発明の範囲内の白色光干渉計の作用では、光源の白色光が、ビーム路内に入射され、ビームスプリッタによって基準ビームと測定ビームとに分割される。これらのビームのうちの基準ビームが、基準ミラーによって反射される一方で、測定ビームは、被測定物体の表面によって反射されて散乱される。当該戻りビームが、当該ビームスプリッタによってデジタル画像センサに転送され、このデジタル画像センサのそれぞれの個別画素に対する内面の表面形状に応じて、干渉信号を生成する。当該白色光干渉計の基準分岐路又は測定分岐路の長さが、位置決め装置によって変更されるときに、このデジタル画像センサの各画素が、この干渉信号を白色光のコレログラムとして走査する。このとき、１つの画素に当たる光の光路長が、当該基準ビームと当該測定ビームとに対して正確に等しいときに、この画素の干渉信号が、最大変調を有する。したがって、当該コレログラムの変調が最大であるときに、当該画像センサのこの画素上に投影される検査すべき表面上の１つの点のｚ値が、当該基準ミラーを位置決めするための位置決め装置のｚ値に一致する。この画素の出力信号の変調が最大であるときの当該位置決め装置のｚ値が、それぞれの個別画素に対して算定されることによって、当該表面凹凸情報が取得され得る、すなわち当該表面形状が算出され得る。したがって、この実施の形態は、表面凹凸情報の算出を比較的簡単に可能にする。

上記の実施の形態の場合にその構成を簡単に且つ安価に構成するため、評価装置が、基準ミラーの異なる位置に上記デジタル画像センサの対応する出力信号を割り当てるように、この評価装置にデータを伝送するように接続している制御装置によって制御可能である位置決め装置が、上記白色光干渉計の当該基準ミラーに付設されていることを、本発明の好適なその他の構成が提唱する。すなわち、当該基準ミラーが、当該位置決め装置によって位置決めされることによって、１つの画素の干渉信号変調が変更される。したがって、高い測定精度が、高い位置決め精度を有する位置決め装置を使用することによって達成され得る。

白色光干渉計のその他の構成及び機能は、周知であり、それ故にここでは詳しく説明しない。

３６０度の視野を有する光学素子（投影光学素子）を本発明にしたがって使用することによって、中空空間の内面が、回転する直線母線に沿って上記デジタル画像センサ上に投影される。中空空間の軸線方向の異なる領域を検査するため、上記測定ヘッドを軸線方向にステップごとに又は連続して送るための送り装置が、この測定ヘッドに付設されていることを、本発明の好適なその他の構成が提唱する。

本発明のもう１つのその他の構成は、少なくとも上記測定ヘッドが、特に内面に光を当てるための照明装置を有する測定ヘッドが、検査すべき内腔内に挿入可能な内視鏡として構成されていることを提唱する。

内腔は、本発明の範囲内では、どんな方法で凹部が加工品内に形成されたかに関係なく、凹部が例えば穿孔によって又はその他の機械加工方法を用いて又は成型等によって形成されたかに関係なく、加工品内の、回転対称又はほぼ回転対称なあらゆる凹部を意味する。ほぼ回転対称な凹部は、本発明の範囲内では、当該凹部の基本形が回転対称であるものの、この基本形が例えば溝等を有し得ることを意味する。回転非対称な凹部は、本発明の範囲内では、当該凹部の基本形が形成異常に起因して回転対称ではない先天的な凹部を意味する。

以下に、本発明を添付図面に基づいて詳しく説明する。本発明の内腔検査装置の実施の形態が、この添付図面に非常に概略的に示されている。この場合、本出願の要約書及び本出願の引用文献に関係なく、図面に示されている全ての特徴及び特許請求の範囲に記載されている全ての特徴並びに互いに任意に適切に組み合わせた全ての特徴が、本発明の対象を構成する。

加工品８内の内腔６の内面４を検査するための、軸線方向に規定された測定ヘッド１０を有する本発明の内腔検査装置の実施の形態の非常に概略的な側面図である。

図面の図１には、加工品８内の内腔６の内面４を検査するための、軸線方向に規定された測定ヘッド１０を有する本発明の内腔検査装置２（内腔検査装置）の実施の形態が、非常に概略的に側面で示されている。この図面では、当該対応する軸線が、一点鎖線１２によって示されていて、測定ヘッド１０に配置されている３６０度の視野を有する光学素子１４（投影光学素子）の光軸に一致する。この光学素子１４は、デジタル画像センサ１６と後続配置されたデジタル評価装置とに画像を伝送するように接続している。当該デジタル評価装置は、簡略化の理由からこの図面では省略されている。

内腔６の内面４が、円周方向に回転する直線母線に沿って３６０度の視野を有する光学素子１４によって投影される。デジタル画像センサ１６の発生する出力信号が、後続配置されたデジタル評価装置内で表面４の異常又は欠陥に関して検査される。対応する内腔検査装置のここまでの基本的な機能は、当業者に周知であるので、ここでは詳しく説明されていない。当該関連事項は、特に独国特許第１０２００９０１９４５９号明細書に開示されている。

内面４に光を当てるため、追加の照明装置が、それぞれの状況に応じて設けられてもよい。しかしながら、当該追加の照明装置は、簡略化の理由から上記図面では省略されている。

測定ヘッド１０を内壁４に対して軸線方向に位置決めするため、測定ヘッド１０を軸線１２の方向にステップごとに又は連続して送るための送り装置が、この測定ヘッド１０に付設されている。当該軸線方向は、上記図面では両矢印１８によって示されている。本発明によれば、内腔検査装置２が、デジタル画像センサ１６の出力信号から表面凹凸情報を取得するための分割手段を有する。この場合、この手段は、当該図示された実施の形態では広帯域の光源２２を有する白色光干渉計２０によって構成されている。

上記光源のビーム２４が、ビームスプリッタミラー２６によって測定ビーム２８と基準ビーム３０とに分割される。この測定ビーム２８は、光学素子１４のビーム路内に入射され、内面４上に当たる。この基準ビーム３０は、基準ミラー３２へ向けて偏向される。図示された実施の形態では、当該偏向は、偏向ミラー３４によって実行される。しかしながら、この偏向ミラー３４は、上記白色光干渉計の基本的な機能にとっては必要でなく、当該図示された実施の形態では専ら構造上の理由から設けられている。

位置決め装置が、基準ミラー３２に付設されている。上記図面では、この位置決め装置は、両矢印３６によって示されていて、基準ビームの長さをこの基準ミラー３２の直線方向の位置決めによって変更するために使用される。この基準ミラー３２から反射した当該基準ビームが、ビームスプリッタ２６によって画像センサ１６へ向けて偏向される。測定ビーム２４が、内面４上に当たり、この内面４から反射し、光学素子１４を経由して同様にこの画像センサ１６に到達する。

したがって、測定ビーム２４の光路長と基準ビーム３０の光路長とが、ほぼ等しいときに、干渉が、画像センサ１６のそれぞれの画素上で発生する。基準ミラー３２の位置、すなわち白色光干渉計２０の基準分岐路の光路長が、位置決め装置３６によって変更されるときに、画像センサ１６の各画素が、白色光のコレログラム（干渉信号）を走査する。一般に、当該白色光干渉計の機能は、当業者に周知であるので、ここでは詳しく説明されていない。測定ヘッド１０の検査位置では、この測定ヘッド１０の軸線方向が、内腔６の軸線方向に一致する。

本発明の内腔検査装置２の機能は、以下のようである：
この実施の形態では内視鏡として構成された測定ヘッド１０が、検査すべき内腔６内に挿入される。この場合、光学素子１４が、回転する直線母線に沿って当該内腔６の内壁４の画像を取得し、画像センサ１６上に投影する。画像処理及びパターン認識の公知の方法を用いて、このときに記録された輝度画像、すなわち画像センサ１６の出力信号を評価することによって、異常又は欠陥が、内壁４に存在するか否かが確認され得る。

同時に、白色光干渉計２０の測定ビーム２４と基準ビーム３０とが、画像センサ１６の各画素上で干渉する。この場合、変調が最大であるか否かが、この画像センサ１６の各画素に対する基準ミラー３２を位置決めすることによって確認され得る。コレログラムの変調が最大であるときに、位置決め装置３６の付随する位置決め変位が、内面４上の、この画素上に投影される点の高さ値に相当する。したがって、表面凹凸情報が、このような方法で取得され得る。その結果、当該内面４の表面形状が算出され得る。このとき、検出された異常が、表面内の、当該表面の欠陥を形成する窪み部分であるのか、又は当該表面上の、例えば汚れに起因する隆起部分であるのかが、当該表面凹凸情報に基づいて確認され得る。

したがって、本発明の内腔検査装置は、加工品における中空空間内の表面の欠陥の検出に関して改良されている。

記録される輝度画像の各画素に対する表面凹凸情報が、それぞれの要求に応じて取得され得る。その結果、内腔の内面の表面形状の全体が、上記の方法で算出される。しかしながら、表面凹凸情報、すなわち内面の微差構成の全体を検査するのではなくて、必要に応じて個々の表面箇所を検査することも可能である。この場合、表面凹凸情報を、異常が確認された当該表面箇所だけで検査することが、特に可能であり且つ重要である。何故なら、異常が存在する表面箇所だけが、その検査結果にとって重要であるからである。したがって、異常のない表面箇所は、表面凹凸情報の確認にとっては基本的に重要でない。

したがって、本発明の内腔検査装置を用いると、異常の検出時に、当該異常は、例えば表面の欠陥に起因する窪み部分であるのか、又は汚れを除去することによって場合によっては除去され得る当該汚れに起因する隆起部分であるのかが確認され得る。したがって、本発明の内腔検査装置で提供される表面凹凸情報に起因して、その検査結果が、従来の装置に比べてなお一層詳しい情報を提供する。

２ 内腔検査装置
４ 内面、表面、内壁
６ 内腔
８ 加工品
１０ 測定ヘッド
１２ 一点鎖線、軸線方向、軸線
１４ 光学素子、レンズ
１６ デジタル画像センサ、画像センサ
１８ 両矢印
２０ 白色光干渉計
２２ 光源
２４ ビーム
２６ ビームスプリッタミラー、ビームスプリッタ
２８ 測定ビーム
３０ 基準ビーム
３２ 基準ミラー
３４ 位置決め装置
３６ 両矢印、位置決め装置

Claims (5)

1. 加工品（８）内の内腔（６）の内面（４）を検査するための、軸線方向（１２）を規定する測定ヘッド（１０）を有する内腔検査装置（２）であって、３６０度の視野を有する光学素子（１４）が、前記測定ヘッド（１０）に配置されていて、この光学素子（１４）は、デジタル画像センサ（１６）と後続配置されたデジタル評価装置とに画像を伝送するように接続している当該検査装置において、
   前記デジタル画像センサ（１６）の出力信号から表面凹凸情報を取得するための手段を特徴とする検査装置。
2. 表面凹凸情報を取得するための前記手段は、光源（２２）を有する白色光干渉計（２０）を備え、前記内面（４）上に当てるためのこの光源（２２）の光が、前記光学（１４）のビーム路内に入射可能であるか又は入射されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 評価装置が、基準ミラー（３２）の異なる位置に前記デジタル画像センサ（１６）の対応する出力信号を割り当てるように、前記評価装置にデータを伝送するように接続している制御装置によって制御可能である位置決め装置（３４）が、前記白色光干渉計（３０）の前記基準ミラー（３２）に付設されていることを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
4. 前記測定ヘッド（１０）を軸線方向にステップごとに又は連続して送るための送り装置が、この測定ヘッド（１０）に付設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 少なくとも前記測定ヘッド（１０）が、特に照明装置を有する測定ヘッド（１０）が、検査すべき中空空間（６）内に挿入可能な内視鏡として構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。

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