JP2018063144A - 油膜検査方法及び油膜検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型や機械ユニットの表面に形成された油膜を正確に検査することができ、設備コストが安価な油膜検査方法及び油膜検査装置を提供する。【解決手段】本発明の油膜検査装置は、紫外線をパルス状に照射する多数のＬＥＤ３を備えたリング状のＬＥＤ照明装置１と、このＬＥＤ照明装置１の中心に配置されたカメラ２と、これらのＬＥＤ照明装置１及びカメラ２の背面を覆うカバー６と、その内部に冷却エアーを供給するエアー供給手段１０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、金型や機械ユニットの表面に形成された油膜を検査するための油膜検査方法及びこの方法で用いられる油膜検査装置に関するものである。

河川や海などの水面に拡がった油膜を検出するために、水面に紫外線を照射して油膜を励起して蛍光発光させ、その励起光を撮像装置で受光する技術がある。特許文献１にはこの原理を用いた海上油膜検知装置が記載されている。特許文献１の海上油膜検知装置は、照射装置と撮像装置にフィルターを備え、励起光のピーク波長を正確に受光する工夫がなされている。

しかし水面に拡がった油膜は平坦であるが、金型や機械ユニットの表面には凹凸があるため形成される油膜も平坦ではない。このため、特許文献１の装置では金型や機械ユニットの表面に形成された油膜を検査することは難しい。

また特許文献２には、キセノンフラッシュランプやパルスレーザ光源からパルス光線を検査対象物に照射し、油膜からの励起光を受光する油検知装置が記載されている。この油検知装置は検知対象とする油膜の種類によって使用する波長を選択できるものであり、機器の内部からの油漏れなどを検知できるものである。

しかしこの装置はキセノンフラッシュランプやパルスレーザ光源を使用すること、光ファイバを用いていることなどから、システム全体のコストが非常に高くなるという問題がある。

特開２０１６−２０８１７号公報 特開平９−３０４２８１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、多額の設備コストを必要とせず、金型や機械ユニットの表面の油膜を正確に検査することができる油膜検査方法及び油膜検査装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の油膜検査方法は、リング状のＬＥＤ照明装置から検査対象物の表面に紫外線をパルス状に照射し、前記表面に付着している油膜が発する励起光を前記ＬＥＤ照明装置の中心に配置されたカメラで受光し、その画像を油膜が付着していない、または適正量付着した状態で撮像された検査対象物の画像と比較し、検査対象物の表面の油膜を検査することを特徴とするものである。

なお、カメラで受光した励起光の光量から、油膜の厚さを検査することも可能であり、この場合、検査対象物の表面の各測定ポイントについて、傾斜角度とカメラレンズまでの距離に応じて、励起光の光量と油膜の厚さとの関係を補正することが好ましい。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の油膜検査装置は、紫外線をパルス状に照射する多数のＬＥＤを備えたリング状のＬＥＤ照明装置と、このＬＥＤ照明装置の中心に配置されたカメラと、これらのＬＥＤ照明装置及びカメラの背面を覆うカバーと、このカバーの内部に冷却エアーを供給するエアー供給手段とを備えたことを特徴とするものである。

なお本発明の油膜検査装置は、前記ＬＥＤ照明装置とカメラの前面にそれぞれフィルターを配置した構造とすることが好ましく、また、前記ＬＥＤ照明装置の外周と前記カバーとの間に、冷却エアーの噴出流路を形成した構造とすることが好ましい。

本発明によれば、多数のＬＥＤを備えたリング状のＬＥＤ照明装置から検査対象物の表面に紫外線を照射し、油膜が発する励起光をＬＥＤ照明装置の中心に配置されたカメラで受光するので、光源とカメラとの位置関係を常に一定にすることができる。このため検査を安定的に行うことができるうえ、発光源としてレーザー光源よりもはるかに安価なＬＥＤを採用したので、設備コストを抑制することができる。

また本発明ではＬＥＤが紫外線をパルス状に照射するので、外乱光の影響をなくすことができる。特にフィルターを用いて励起光を選択的に受光するようにすれば、更に好ましい結果が得られる。また本発明では油膜が付着していない、または適正量付着した状態で撮像された検査対象物の画像と比較し、検査対象物の表面の油膜を抽出するようにしたので、金型や機械ユニットの表面に形成された油膜を正確に検査することができる。なお本発明によれば、カメラで受光した励起光の光量から、油膜の厚さを検査することも可能である。

さらに本発明の油膜検査装置は、カバーの内部に冷却エアーを供給する構造であるので、ＬＥＤ照明装置を冷却することができるとともに、カメラやＬＥＤ照明装置の前面をエアパージして異物や水蒸気などの付着を防止することができ、検査精度を高めることができる。

本発明の油膜検査装置の中央縦断面図である。 外乱光の影響を説明する斜視図である。 外乱光の除去方法の説明図である。 光量と油膜の厚さとの関係を測定した結果を示すグラフである。 角度と光量との関係を測定した結果を示すグラフである。 距離と光量との関係を測定した結果を示すグラフである。 角度と距離から、光量と油膜の厚さとの関係を補正する方法の説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の油膜検査装置の中央縦断面図であり、１はリング状のＬＥＤ照明装置、２はその中心に配置されたカメラである。ＬＥＤ照明装置１はその前面に多数のＬＥＤ３を備えている。ＬＥＤ３は紫外線を照射するものであり、図示しない光源制御装置によってパルス状に点滅される。

カメラ２は照射された紫外線によって油膜が発生する青色の励起光を撮像する。この励起光のみを選択的に受光できるように、カメラ２の前面には励起光以外の波長の光線をカットするフィルター４が配置されている。またＬＥＤ照明装置１の前面にも、必要な波長の紫外線以外の光線をカットするリング状のフィルター５が配置されている。なお、ＬＥＤ照明装置１から照射された紫外線が検査対象物の表面で反射してカメラ２に受光されると外乱光となるので、フィルター４はこの紫外線をもカットできる特性を持たせておくものとする。

これらのＬＥＤ照明装置１とカメラ２との背面は、樹脂製または金属製のカバー６によって覆われている。この実施形態ではカバー６の形状は円錐台であり、エアー供給手段１０から流路７を通じて、カバー６の内部に冷却エアーが供給されている。ＬＥＤ照明装置１の外周とカバー６との間には、全周にわたり冷却エアーの噴出流路８が形成されており、図示するように前面に冷却エアーを噴出している。この冷却エアーは発熱するＬＥＤ照明装置１を冷却する役割と、カメラ２やＬＥＤ照明装置１の前面をエアパージして異物や水蒸気の付着を防止する役割とを持つ。噴出流路８の隙間幅は０.５ｍｍ〜３ｍｍ程度が好ましい。

これらの全体はブラケット９に支持されており、ＬＥＤ照明装置１から検査対象物の表面に紫外線をパルス状に照射し、検査対象物の表面に油膜がある場合には油膜が発生する励起光をカメラ２で受光することにより、油膜を検査するものである。

前記したように、本発明の油膜検査装置は、金型や機械ユニットの表面に形成された油膜を検査することを目的としている。検査対象物は具体的にはエンジンやトランスミッションなどの内部に油を有するユニットや、ダイカスト、鍛造、焼結などの金型などである。これらの検査対象物の油漏れや潤滑油の塗布状態を全数検査することを想定した場合には、図２に模式的に示すように、本発明の油膜検査装置を検査対象物に対して一定の位置関係を維持するようにセットし、検査対象物を送り込んでその表面を検査すればよい。

本発明の油膜検査装置ではＬＥＤ照明装置１とカメラ２とが一体化されているため、検査対象物への紫外線の照射距離、照射強度、励起光の受光距離等を常に一定に保つことができる。しかしこの際に図２に示すように外乱光が入り、検査対象物の表面で反射してカメラ２に受光されると、検査精度が低下することとなる。外乱光自体を完全に遮断することは容易ではないが、上記したようにフィルター４によって励起光のみを選択受光することによって、外乱光の影響を抑制することができる。

更に本発明では、ＬＥＤ照明装置１をパルス状に点滅させ、点灯時に撮影した画像と消灯時に撮影した画像を比較することにより、励起光以外の外乱光の影響を削除している。図３はその原理を示す模式図であり、点灯時の画像から消灯時の画像を引き算すると、油膜による励起光のみが抽出された画像を得ることができる。なおこれらの画像は白黒に二値化されたものではなく、各点が輝度データを持つので、油膜の厚さに応じた輝度の画像を得ることができる。本発明ではその画像を、油膜が付着していない、または適正量付着した状態で撮像された検査対象物の画像と比較することにより、良否の判断をすることができる。

金型や機械ユニットの表面は平坦ではなく、傾斜していたりカメラ２との距離が部位によってさまざまである。しかし上記したように、検査対象物の全数検査を行う場合には、検査対象物の形状は一定であるから、この画像処理によって精度よく油膜の検査が可能となる。

上記したように、本発明によれば油漏れの有無や潤滑油の塗布量の過不足を正確に検査することが可能となるが、単に油膜の有無や過不足を検査するにとどまらず、以下に説明するように、油膜の量を定量的に測定することも可能となる。

まず金型や機械ユニットの場合には、測定対象とする油種は、測定に先立ち予め特定することができる。そして測定対象となる油種について、油膜の量に違いによって励起光の量がどのように変化するかの関係についての相関を確認する。例えば図４は、ある油種について、本発明の油膜検査装置を用いて、油膜の厚さとカメラ２で受光された励起光の光量との関係を測定した結果を示している。

しかし、金型や機械ユニットの表面は水面のような平坦面ではなく、傾斜している部分がある。また、測定ポイントからカメラレンズまでの距離もさまざまである。このためカメラ２で受光した光量は、測定ポイントの傾きとカメラレンズまでの距離の影響を受けていることとなるから、光量から油膜の厚さを測定するためには、これらの影響を考慮して補正しなければならない。

図５は油膜の厚さを一定とし、表面の傾斜角度と光量の関係を示したグラフである。また図６は、油膜の厚さを一定とし、表面の傾斜角度をゼロとしたときの、カメラレンズまでの距離と光量との関係を示したグラフである。それぞれの図中に、カメラ２の画像を併せて表示した。これらのグラフは、傾斜角度やカメラレンズまでの距離と撮影された画像の輝度値から、回帰分析によって算出したものである。なお、図中に示した回帰式は一例を示すものであり、個々の条件によって変わることは、言うまでもない。測定対象となる金型や機械ユニットの形状や表面の凹凸は設計データなどから事前に把握することができるので、検査対象物の部位ごとに傾斜角度とカメラレンズまでの距離を演算しておく。

例えば検査対象物の表面形状が図７のような溝形状であるとすると、丸付き数字出示した１、５、９の各点の傾斜角度はほぼ０°であるが、２、３、４、６、７、８の各点の傾斜角度は約８０°である。また１、９の点はカメラレンズまでの距離が近いが、その他の点は順次遠くなっている。

これらの各測定ポイントごとに、傾斜角度とカメラレンズまでの距離が光量に及ぼす影響を回帰式を用いて係数化し、図４に示された油膜の厚さと光量との関係式を補正する。この結果、各測定ポイントごとに光量から油膜の厚さを演算することが可能となる。そして油膜の膜厚がＯＫの範囲（例えば１０〜１００μｍの範囲）を各測定ポイントごとに表示すると、例えば図７の右端の図のようになる。

このように、測定対象となる油種と検査対象物の形状データを用いて、事前に各測定ポイントごとの油膜の厚さと光量との関係式を準備しておけば、検査対象物を次々と本発明の油膜検査装置に送り込み、油漏れの有無や、潤滑油の塗布量の適否などを、自動的に検査することが可能となる。

以上に説明したように、本発明によれば、多額の設備コストを要することなく、金型や機械ユニットの表面に形成された油膜の有無や膜厚を正確に検査することができる利点がある。

１ ＬＥＤ照明装置
２ カメラ
３ ＬＥＤ
４ フィルター
５ フィルター
６ カバー
７ 流路
８ 噴出流路
９ ブラケット
１０ エアー供給手段

Claims (6)

1. リング状のＬＥＤ照明装置から検査対象物の表面に紫外線をパルス状に照射し、前記表面に付着している油膜が発する励起光を前記ＬＥＤ照明装置の中心に配置されたカメラで受光し、その画像を油膜が付着していない、または適正量付着した状態で撮像された検査対象物の画像と比較し、検査対象物の表面の油膜を検査することを特徴とする油膜検査方法。
2. カメラで受光した励起光の光量から、油膜の厚さを検査することを特徴とする請求項１に記載の油膜検査方法。
3. 検査対象物の表面の各測定ポイントについて、傾斜角度とカメラレンズまでの距離に応じて、励起光の光量と油膜の厚さとの関係を補正することを特徴とする請求項２に記載の油膜検査方法。
4. 紫外線をパルス状に照射する多数のＬＥＤを備えたリング状のＬＥＤ照明装置と、このＬＥＤ照明装置の中心に配置されたカメラと、これらのＬＥＤ照明装置及びカメラの背面を覆うカバーと、このカバーの内部に冷却エアーを供給するエアー供給手段とを備えたことを特徴とする油膜検査装置。
5. 前記ＬＥＤ照明装置とカメラの前面に、それぞれフィルターを配置したことを特徴とする請求項４に記載の油膜検査装置。
6. 前記ＬＥＤ照明装置の外周と前記カバーとの間に、冷却エアーの噴出流路を形成したことを特徴とする請求項４に記載の油膜検査装置。