JP2022060848A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査に適した画像を取得することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、画像を解析する解析部に送られる画像を撮像するカメラ本体に照明が組み込まれたカメラユニットと、前記カメラユニットが取り付けられ、ワークの所定の位置に圧入された筒状部材に回転可能に挿し込まれる軸部と、を備える撮像部と、前記撮像部を回転させる撮像部回転駆動部と、前記撮像部及び前記撮像部回転駆動部を昇降移動させる昇降駆動部と、を備える。これにより、検査に適した画像を取得することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、吸気ポートや排気ポートに形成されたバルブシートの検査を行う方法として、撮像部（カメラ）と照明とを備えた検査装置を用い、撮像部によって撮像した画像に基づいてバルブシートの加工の良否を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された検査装置は、バルブシートが形成された吸気ポート等に反射部材を挿し込み、シリンダヘッドを覆うドーム型の照明に設けられた穴、吸気ポート等及び撮像部を一直線上に配置して、バルブシートを撮像する。

特開２００２－６６０１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された検査装置は、ドーム型の照明を用い、しかも、ドーム型の照明の外側に撮像部を配置して、検査を行いたい部分を上方から撮像する。この場合、検査を行いたい部分が適切に照らされず、検査に適した画像を取得できないことが想定される。

そこで、本明細書開示の撮像装置は、検査に適した画像を取得することを課題とする。

本明細書に開示された撮像装置は、画像を解析する解析部に送られる画像を撮像するカメラ本体に照明が組み込まれたカメラユニットと、前記カメラユニットが取り付けられ、ワークの所定の位置に圧入された筒状部材に回転可能に挿し込まれる軸部と、を備える撮像部と、前記撮像部を回転させる撮像部回転駆動部と、前記撮像部及び前記撮像部回転駆動部を昇降移動させる昇降駆動部と、を備える。

本明細書開示の撮像装置によれば、検査に適した画像を取得することができる。

図１は実施形態の撮像装置の概略構成を模式的に示す図である。 図２は実施形態の撮像装置によって検査されるバルブシートが形成されるシリンダヘッドをシリンダブロック組付け側から観た図である。 図３はバルブシートが形成されたシリンダヘッドを図２におけるＡ－Ａ線で断面とした図である。 図４（Ａ）は実施形態の撮像装置が備える撮像部の正面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＢ－Ｂ線断面図である。 図５（Ａ）は実施形態の撮像装置が備える撮像部がバルブガイド（筒状部材）の上方に配置された様子を示す図であり、図５（Ｂ）は撮像部が備える先端側シャフトがバルブガイドに挿し込まれた様子を示す図である。 図６は実施形態の撮像装置によって撮像した画像を用いた検査の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。なお、以下の説明では、図１に示すように、便宜上、鉛直方向をＺ方向とし、水平面内で直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。図１に示すシリンダヘッド（ワーク）５０は、その長手方向（シリンダ並列方向）をＸ方向に一致させて配置されるものとする。

（実施形態）
まず、図１を参照して、実施形態の撮像装置１００の概略構成について説明する。撮像装置１００は、カメラユニット１０と軸部２０を含む撮像部１、撮像部回転駆動部３０、スライダ３１、昇降ガイド部材３２、昇降駆動部３３、Ｘ方向ガイド部材３４、Ｘ方向駆動部３５及びワーク保持部４０を含む。撮像部１には、解析部４５が接続されている。また、解析部４５には、表示部４６が接続されている。撮像装置１００は、制御部４７を備える。Ｘ方向ガイド部材３４及びＸ方向駆動部３５は、ワーク保持部４０に保持されたシリンダヘッド（ワーク）５０に対し、撮像部１をＸ方向に沿って移動させる。

つぎに、図２及び図３を参照して、撮像装置１００の撮像対象について説明する。図２はワークとなるシリンダヘッド５０を図示しないシリンダブロックの組付け側から観た様子を示している。シリンダヘッド５０は４気筒の内燃機関用であり、４つの燃焼室のそれぞれに、複数の吸気ポート５１及び排気ポート５２を備えている。吸気ポート５１及び排気ポート５２は、それぞれシリンダ配列方向（Ｘ方向）に沿って設けられている。シリンダヘッド５０には、吸気ポート５１に連通するバルブガイド挿入孔５１ａと、排気ポート５２に連通するバルブガイド挿入孔５２ａが設けられている。本実施形態におけるシリンダヘッド５０は、アルミニウム合金の鋳物製であるが、他の素材を用いてもよい。

シリンダヘッド５０には、図３に示すように吸気ポート５１の入口近傍及び排気ポート５２の入口近傍にはそれぞれ周状にバルブシート６０が形成される。バルブシート６０は、アルミニウム合金製のシリンダヘッド５０に対し、銅合金など、シリンダヘッド５０とは異なる材料をレーザクラッド加工で接合するレーザ肉盛り加工によって形成される。本実施形態の撮像装置１００は、このバルブシート６０を撮像対象とする。撮像された画像は、バルブシート６０が適切に施工されており、欠陥がないかの検査に用いられる。

各バルブシート６０には、吸気ポート５１や排気ポート５２を開閉する不図示のバルブが備えるバルブヘッドに形成されたバルブ側シート部が当接する。このようなバルブは、図３に示すようにシリンダヘッド５０のバルブガイド挿入孔５１ａやバルブガイド挿入孔５２ａに圧入されたバルブガイド５５に摺動可能に支持される。各バルブガイド５５は、図３に示すヘッドカバー装着側から圧入される。本実施形態では、これらのバルブガイド５５のうち、吸気ポート５１と連通するバルブガイド挿入孔５１ａに圧入されるバルブガイド５５が、撮像部１に含まれる軸部２０が回転可能に挿し込まれる筒状部材に相当する。すなわち、本実施形態の撮像装置１００は、バルブガイド５５として機能する筒状部材を撮像部１の位置決めに利用する。

なお、本実施形態では、吸気ポート５１に設けられたバルブシート６０のみを検査の対象としている。このため、ワーク保持部４０に保持されたシリンダヘッド５０に対し、撮像部１をＹ方向に沿って移動させる機構を備えていない。ただし、撮像部１をＹ方向に沿って移動させる機構を別途備えることで、排気ポート５２に設けられたバルブシート６０も撮像し、検査の対象とすることができる。この場合、排気ポート５２と連通するバルブガイド挿入孔５２ａに圧入されたバルブガイド５５も撮像部１が備える軸部２０が回転可能に挿し込まれる筒状部材として機能する。

つぎに、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、撮像部１について詳細に説明する。撮像部１は、カメラユニット１０と、このカメラユニット１０が取り付けられる軸部２０を備える。カメラユニット１０は、カメラ本体１１を備える。カメラ本体１１は、内部に撮像素子を備えるとともにレンズ１２を備えたＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。カメラ本体１１には、照明１３が組み込まれている。照明１３は、レンズ１２と並べて設けられている。これにより、カメラ本体１１は、レンズ１２を向けた撮像対象、すなわちバルブシート６０を照明１３で適切に照らしながら撮像することができる。照明１３がカメラ本体１１に組み込まれていることで、いちいちレンズ１２と照明１３との位置合わせをしなくてもよく、検査時間を短縮することができる。なお、カメラ本体１１は、ＣＣＤカメラ以外の他の形式のカメラとしてもよい。

カメラユニット１０は、軸部２０に取り付けられている。軸部２０は、先端側シャフト２１、枠状部２２及び基端側シャフト２３を備える。先端側シャフト２１は、検査時にバルブガイド５５に挿し込まれる部分であり、バルブガイド５５に挿し込みやすいように、その先端部が尖った形状とされている。基端側シャフト２３には、のちに詳説するように撮像部回転駆動部３０（図１参照）が取り付けられる。先端側シャフト２１と基端側シャフト２３は、共通する中心軸ＡＸ上に配置されている。撮像部１は、撮像装置１００の使用時において、中心軸ＡＸがＺ方向に一致するように軸部２０を配置して用いられる。

枠状部２２は、並行に配置された一対の縦部材２２ａと、並行に配置された一対の横部材２２ｂとを組み合わせることで矩形を形成している。先端側シャフト２１は、下側の横部材２２ｂから延びている。その方向は、撮像装置１００の使用時において、Ｚ方向下側である。基端側シャフト２３は、上側の横部材２２ｂから延びている。その方向は、撮像装置１００の使用時において、Ｚ方向上側である。

縦部材２２ａの軸方向はＺ方向と一致している。縦部材２２ａには、それぞれ第１調整部材２４が取り付けられている。第１調整部材２４は、図４（Ｂ）において矢示２ｆで示すように、それぞれ縦部材２２ａの軸方向（Ｚ方向）に沿って昇降移動することができ、また、縦部材２２ａに対して所望の位置に固定することができる。第１調整部材２４には、それぞれ第２調整部材２５が取り付けられている。第２調整部材２５は、図４（Ｂ）において矢示２ｇで示すように、第１調整部材２４に対して、それぞれ枠状部２２の前後方向に移動することができ、また、第１調整部材２４に対して所望の位置で固定することができる。

一対の第２調整部材２５の間には、カメラ取付部材２６が設けられている。カメラ取付部材２６は、第２調整部材２５とともに、矢示２ｇのように移動することができる。また、カメラ取付部材２６は、第１調整部材２４及び第２調整部材２５とともに、矢示２ｆのように移動することができる。カメラ取付部材２６には、図４（Ｂ）で示すように、固定バンド２７によってカメラユニット１０が括り付けられている。カメラユニット１０は、レンズ１２の中心が中心軸ＡＸを通過するように、カメラ取付部材２６に固定されている。このように、第１調整部材２４、第２調整部材２５及びカメラ取付部材２６を介してカメラユニット１０を軸部２０に取り付けることで、カメラユニット１０は、撮影位置の調整やピントの大まかな調整を行うことができる。なお、ピントの微細な調整は、カメラ本体１１が備える機能によって行うことができる。

図１に戻って、撮像部１は、基端側シャフト２３を介して撮像部回転駆動部３０に取り付けられている。撮像部回転駆動部３０は、サーボモータを内蔵しており、矢示２ａで示すように撮像部１を回転させることができる。撮像部回転駆動部３０は、撮像部１を所定の角度毎に回転させることができる。これにより、撮像部１は、所定の角度毎にバルブシート６０を撮像することができる。

撮像部回転駆動部３０は、スライダ３１に取り付けられている。スライダ３１は、Ｚ方向に沿って延びる昇降ガイド部材３２に摺動可能に取り付けられている。昇降ガイド部材３２には、昇降駆動部３３が設けられている。昇降駆動部３３はサーボモータを内蔵しており、矢示２ｂで示すようにスライダ３１を昇降ガイド部材３２に沿って昇降移動させることができる。これにより、撮像部１は、図５（Ａ）で示すように先端側シャフト２１がバルブガイド５５から抜き取られた状態及び図５（Ｂ）で示すように先端側シャフト２１がバルブガイド５５に挿し込まれた状態となることができる。先端側シャフト２１をバルブガイド５５に挿し込んだ状態で撮像部回転駆動部３０を作動させれば、撮像部１によって、バルブシート６０を３６０°に亘って撮像することができる。

昇降駆動部３３は、スライダ３１の移動距離を調節することができる。これにより、撮像装置１００は、異なる形状を有するシリンダヘッド５０に適応することができる。すなわち、シリンダヘッドの多種類対応が可能となる。なお、例えば、単一種類のシリンダヘッドに適用する場合など、バルブガイド５５と撮像部１との関係が一定である場合には、例えば、先端側シャフト２１の基端側を拡径して段差を設けておくことで、撮像部１のバルブガイド５５に対するＺ方向の位置決めを容易に行うことができる。

昇降ガイド部材３２は、図１に示すようにＸ方向ガイド部材３４に摺動可能に取り付けられている。Ｘ方向ガイド部材３４は、Ｘ方向に沿って配置されている。Ｘ方向ガイド部材３４は、Ｘ方向駆動部３５を備えている。Ｘ方向駆動部３５は、サーボモータを内蔵しており、矢示２ｃで示すように、昇降ガイド部材３２から撮像部１までをＸ方向に沿って、移動させることができる。なお、図１では、Ｘ方向駆動部３５による移動対象を分かりやすくするために、対象部分を、ハッチングを付して示している。

つぎに、ワーク保持部４０について説明する。ワーク保持部４０は、架台４１、第１クランプ４２及び第２クランプ４３を備える。ワーク保持部４０は、シリンダヘッド５０をシリンダブロック組付け側を上側に向けた状態でクランプする。

第１クランプ４２は、架台４１に固定されている。第１クランプ４２は、第１支持部４２ａを備えている。第１支持部４２ａは、ワークであるシリンダヘッド５０に押し付けられた状態で、矢示２ｅで示すように回転することができるように設けられている。第２クランプ４３は、第１クランプ４２に対向させて、架台４１に対して矢示２ｄで示すようにＸ方向に沿って移動可能に設けられている。第２クランプ４３は、第２支持部４３ａと、この第２支持部４３ａを回転させるサーボモータを内蔵した第２支持部回転駆動部４４を備えている。第２クランプ４３は、第１クランプ４２側に移動することで第１支持部４２ａと第２支持部４３ａとの間でシリンダヘッド５０をクランプする。また、第２支持部回転駆動部４４を作動させることで、クランプしたシリンダヘッド５０をその長手方向軸回りに回転させる。このようにシリンダヘッド５０を回転させることで、撮像部１が挿し込まれるバルブガイド５５をＺ方向に沿った状態とすることができる。仮に、シリンダヘッド５０自体が水平となったままであると、バルブガイド５５は、図３に示すようにＺ方向に対して傾斜した状態となる。この状態であると、昇降駆動部３３を作動させて撮像部１を降下させても、先端側シャフト２１をバルブガイド５５に挿し込むことができない。そこで、シリンダヘッド５０を傾斜させ、バルブガイド５５をＺ方向に沿う状態とすることで、先端側シャフト２１をバルブガイド５５に挿し込むことができるようにする。

撮像装置１００には、図１に示すように解析部４５が接続される。解析部４５は、カメラ本体１１と接続されている。カメラ本体１１と解析部４５との接続形式は、無線接続であっても有線接続であってもよい。解析部４５には、カメラ本体１１で取得された撮像データが送信される。解析部４５は、取得した撮像データに基づいて、検査対象部であるバルブシート６０に不良が発生していないか否かの判定（検査）を行う。解析部４５は、ＡＩ（Artificial Intelligence）を用いて、自動でバルブシート６０における不良の発生を検出することができる。

本実施形態の撮像装置１００は、所定の角度毎（例えば、１５°毎）にバルブシート６０を撮像する。撮像装置１００では、照明１３によってバルブシート６０を照らした状態で撮像できるので、鮮明な撮像が可能である。さらに、カメラ本体１１を検査対象であるバルブシート６０に近づけて撮像することができるので、解像度が高い画像を得ることができる。また、本実施形態の撮像装置１００によれば、長方形の画像を取得することができる。長方形の画像は、ＡＩを用いた処理に適用し易く、精度の高い検査を短時間で行うことができる。さらに、撮像部１は、バルブガイド５５に挿し込まれて支持された状態で回転するので、その回転の際もバルブシート６０との位置関係が変わることがない。

解析部４５には、表示部４６が接続されている。表示部４６には、検査結果が表示される。なお、表示部４６には、撮像画像を映し出すことができ、検査員による目視の検査を行うこともできる。

撮像装置１００は、制御部４７を備える。制御部４７には、カメラユニット１０、撮像部回転駆動部３０、昇降駆動部３３、Ｘ方向駆動部３５及び第２支持部回転駆動部４４が接続されている。また、第２クランプ４３を移動させる図示されていないサーボモータも制御部４７に接続されている。制御部４７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶部（ここではＨＤＤ（Hard Disk Drive））を備える。制御部４７は、予め設定されたプログラムに従って、各駆動部に駆動指令を発し、シリンダヘッド５０に設けられた複数のバルブシート６０の撮像、さらには、検査を自動で行う。

つぎに、図６を参照して、撮像装置１００によって撮像した画像を用いた検査の一例について説明する。撮像装置１００は、検査の実行に先立って、シリンダヘッド５０の型式に応じて、第１調整部材２４及び第２調整部材２５を調整しておく。これらの調整は、検査実行前に行っておけば、検査が完了するまで調整する必要はない。また、連続して同一型式のシリンダヘッド５０を検査する場合には、調整は不要である。

まず、ステップＳ１では、図示しないワーク搬入出装置によってシリンダヘッド５０を図１に示すように架台４１上に搬入する。

シリンダヘッド５０の搬入が完了したら、制御部４７は、ステップＳ２において、第２クランプ４３を第１クランプ４２に向かって移動させ、第１支持部４２ａと第２支持部４３ａとの間にシリンダヘッド５０をクランプする。

ステップＳ３において、制御部４７は、第２支持部回転駆動部４４を作動させ、図３に示すバルブガイド５５がＺ方向に沿うようにシリンダヘッド５０を傾斜させる。ステップＳ３に引き続いて行うステップＳ４では、制御部４７は、Ｘ方向駆動部３５を作動させ、撮像部１を最初に撮像を行うバルブシート６０の上方に配置する。

ステップＳ５では、制御部４７は、昇降駆動部３３を作動させ、撮像部１を降下させて先端側シャフト２１をバルブガイド５５へ挿入する。そして、ステップＳ６において、制御部４７は、撮像部回転駆動部３０を作動させ、撮像部１をθ°回転させる。ここで、θ°は、カメラ本体１１の解像度等に応じて適宜設定することができる。

ステップＳ６に引き続いて実行するステップＳ７では、カメラユニット１０による撮像が行われる。撮像時、照明１３は、照射状態とされている。また、バルブガイド５５が撮像部１のガイドとして機能し、カメラ本体１１をバルブシート６０に近接させ、レンズ１２をバルブシート６０の表面（内周面）に対向させた状態で撮像することができる。これにより、バルブシート６０をより鮮明に撮像することができ、検査に適した画像を取得することができる。撮像データは、順次、解析部４５へ送信される。なお、撮像部１の降下直後は、撮像部１を回転させることなく撮像を行い、その後に回転と撮像とを繰り返すようにしてもよい。

ステップＳ８では、制御部４７は、θ°ずつ回転している撮像部１が３６０°分の撮像を終えたか否かを判定する。制御部４７は、ステップＳ８で否定判定（Ｎｏ判定）した場合、ステップＳ６からの工程を繰り返し行う。一方、制御部４７は、ステップＳ８で肯定判定（Ｙｅｓ判定）した場合、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、解析部４５において、取得した撮像データに対して適宜画像処理を行い、処理された画像に基づいてバルブシート６０が適切に施工されており、欠陥がないかを検査する。ステップＳ１０では、制御部４７は、解析部４５がステップＳ９で行った画像判定の結果に基づいて、不良箇所の有無を判定する。制御部４７は、ステップＳ１０で肯定判定（Ｙｅｓ）した場合、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、制御部４７は、解析部４５を通じて表示部４６に不良箇所が検出された旨を表示させる。また、全設備を一旦停止させる。そして、一旦、処理を終了する（エンド）。処理を終了した後は、不良箇所と判定された部分の評価を行い、その後の処理の進め方を検討し、その検討結果に従った処理を行う。

制御部４７は、ステップＳ１０で否定判定（Ｎｏ判定）した場合、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、検査対象となるバルブシート６０の全箇所について検査（撮像）が終了したか否かを判定する。制御部４７は、ステップＳ１２で否定判定（Ｎｏ判定）した場合、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、制御部４７は、昇降駆動部３３を作動させて撮像部１を上昇させ、先端側シャフト２１をバルブガイド５５から抜き取る。ステップＳ１３を実行した後は、再び、ステップＳ４からの処理を繰り返す。繰り返し時のステップＳ４では、隣接箇所に設けられたバルブシート６０の検査を行うべく、撮像部１を移動させる。

ステップＳ１２で肯定判定（Ｙｅｓ判定）した場合、制御部４７は、ステップＳ１４へ進み、昇降駆動部３３及びＸ方向駆動部３５に指令を出し、これらを元位置に復帰させる。また、制御部４７は、ステップＳ１５において第２クランプ４３を第１クランプ４２から離間させる。そして、図示しないワーク搬入出装置によってシリンダヘッド５０を架台４１から排出する。その後、処理は終了となる（エンド）。

このように、本実施形態の撮像装置１００によれば、撮像部回転駆動部３０、昇降駆動部３３を備えるので、撮像部１をバルブガイド５５に容易に位置決めすることができ、撮像部１と撮像対象との位置合わせに要する時間を短縮することができる。この際、撮像部１は、シリンダヘッド５０に元々装備されているバルブガイド５５を用いるため、検査のためのジグなどを取り付ける必要がなく、検査の準備に時間がかからない。また、撮像部１は、バルブガイド５５に挿し込むだけでバルブシート６０との位置関係が調整されるので、撮像部１と検査対象であるバルブシート６０との位置合わせに時間がかからない。また、撮像装置１００は、撮像部回転駆動部３０、昇降駆動部３３とともにＸ方向駆動部３５を備えるので、一連の検査を自動で行うことができる。

また、カメラユニット１０に照明１３が組み込まれているため、いちいち照明１３の位置合わせをしなくても、照明１３は撮像に適した位置を照らすことができる。さらに、カメラ本体１１をバルブシート６０に近接させ、レンズ１２をバルブシート６０に対向させた状態で撮像することができる。これにより、検査に適した画像を取得することができる。

また、撮像装置１００は、解析部４５と接続されることでＡＩ処理を用いた自動検査を行うことができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１ 撮像部 １０ カメラユニット
１１ カメラ本体 １２ レンズ
１３ 照明 ２０ 軸部
２１ 先端側シャフト ２２ 枠状部
２３ 基端側シャフト ３０ 撮像部回転駆動部
３３ 昇降駆動部 ３５ Ｘ方向駆動部
４０ ワーク保持部 ４５ 解析部
４６ 表示部 ４７ 制御部
５０ シリンダヘッド（ワーク） ５１ 吸気ポート
５１ａ バルブガイド挿入孔 ５５ バルブガイド（筒状部材）
６０ バルブシート １００ 撮像装置

Claims (1)

1. 画像を解析する解析部に送られる画像を撮像するカメラ本体に照明が組み込まれたカメラユニットと、前記カメラユニットが取り付けられ、ワークの所定の位置に圧入された筒状部材に回転可能に挿し込まれる軸部と、を備える撮像部と、
   前記撮像部を回転させる撮像部回転駆動部と、
   前記撮像部及び前記撮像部回転駆動部を昇降移動させる昇降駆動部と、
   を、備える撮像装置。

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