JP2023067531A

JP2023067531A - 管内異物検査装置

Info

Publication number: JP2023067531A
Application number: JP2021178876A
Authority: JP
Inventors: 正也木下; Masaya Kinoshita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-05-16

Abstract

【課題】管内に異物がどこにあっても１回の撮像画像で検査でき、サイクルタイムを短縮すること。検査ロジックを削減すること。【解決手段】検査対象の管１の第１開口から光を照射する光源１１と、管１の第２開口から管１内の画像を撮像するカメラ１２と、カメラ１２により撮像した画像に基づき、管１内の異物を検査する検査部１３と、を備える管内異物検査装置１０において、カメラ１２は、第１レンズ群１２３と、第１レンズ群１２３より像側に配置された第２レンズ群１２４と、撮像素子１２２とを備え、第１レンズ群１２３は焦点距離が０未満であり、第１レンズ群１２３は第２レンズ群より焦点距離が小さく、検査部１３は、第１検出ロジックを用いて管１の内部での異物の有無を判定し、検査部１３は、第２検出ロジックで管１の口元での異物の有無を判定するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は管内異物検査装置に関し、例えば管内異物検査装置に関する。

現在、様々な用途に多様な管材が使われている。このような管材では、内面傷が管材の信頼性に大きく影響するので、管材の内面を目視検査することにより内面傷の有無が確認されている。しかし、様々な多様な管材において、生産性の向上が求められており、目視検査の自動化が検討されている。

特許文献１には、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変しつつ管材の内面を連続して撮影し、撮影した画像の焦点の合った範囲を逐次切り出し逐次並列で画像処理して、良否判定検査する検査装置が記載されている。

特開２０２１－１７３４号公報

しかしながら、特許文献１では、焦点可動型ズームレンズの焦点を可変させながら連続して撮影しているため、サイクルタイムが延びるという問題があった。また特許文献１では、複数枚の画像判定するための検査ロジックが大量に必要になる問題もあった。

一実施形態の管内異物検査装置は、被写界深度の大きいレンズを用いて撮影するとともに、異物の位置に応じて異なるロジックで判定を行うようにした。

本発明の管内異物検査装置は、管内に異物がどこにあっても１回の撮像画像で検査でき、サイクルタイムを短縮できる。また、本発明の管内異物検査装置は検査ロジックを削減できる。

本実施の形態にかかる管内異物検査装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態にかかる管内異物検査装置の光学系１２１の概略構成を示す断面図である。単焦点レンズによる光学系を示す断面図である。全体画像の一例を示す図である。第１レンズ群１２３毎に検査対象の管の穴奥から口元までを撮像した画像を示す図である。穴奥及び口元の異物を説明するための一例を示す図である。本実施の形態にかかる管内異物検査装置の判定動作の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる管内異物検査装置の画像処理の一例を示す図である。本実施の形態にかかる管内異物検査装置の画像処理の一例を示す図である。本実施の形態にかかる管内異物検査装置をクランクシャフトの油穴部の異物検査に応用した例を示す断面図である。本実施の形態にかかる管内異物検査装置をクランクシャフトの油穴部の異物検査に応用した例を示す断面図である。

（本実施の形態）

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態にかかる管内異物検査装置の概略構成を示す断面図である。図１において、管内異物検査装置１０は、光源１１と、カメラ１２と、検査部１３とを備える。また、図１において、管１は、検査対象である。また、異物２は、管１内に存在しうる異物であり、管内異物検査装置１０は、管１内に異物２があるか否かを検査する。

光源１１は、検査対象の管１の第１開口２から光を照射する光源である。例えば、光源１１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）面発光照明が好適である。

カメラ１２は、管１の第２開口３から管１内の画像を撮像するカメラである。例えば、カメラ１２は、光学系１２１と、撮像素子１２２を備える。

撮像素子１２２は、光源１１から管１及び光学系１２１を通った光を電気信号に変換する撮像素子が好適である。例えば、撮像素子１２２は５００万画素のモノクロ撮像素子である。

検査部１３は、カメラ１２により撮像した画像に基づき、管１内の異物を検査する。
検査部１３は、第１検出ロジックを用いて管１の内部での異物の有無を判定する、また、検査部１３は、第２検出ロジックで管１の口元での異物の有無を判定する。検査部１３は、コンピュータまたは電子回路で構成された演算回路で構成されることが好適である。

次にカメラ１２の光学系１２１の詳細について説明する。図２は、本実施の形態にかかる管内異物検査装置の光学系１２１の概略構成を示す断面図である。図２において、光学系１２１は、第１レンズ群１２３と、第１レンズ群１２３より像側に配置された第２レンズ群１２４を備える。ここで、像側とは、光軸方向において撮像素子１２２で結像する側という意味である。

第１レンズ群１２３は焦点距離が０未満である。そして、第１レンズ群１２３は第２レンズ群１２４より焦点距離が小さい。また、第２レンズ群１２４は焦点距離が０より大きい。

なお、第１レンズ群１２３及び第２レンズ群１２４は、レンズ１枚から構成されてもよく、また複数のレンズで構成されてもよい。

以上の構成で光学系の評価を行った。以下では、第１レンズ群１２３の焦点距離を５０ｍｍ、１２、５ｍｍ、－６．５ｍｍとした場合の撮影結果について説明する。表１は、第１レンズ群１２３の焦点距離、被写界深度、必要撮影回数及び画質を示す表である。

なお、焦点距離が０より大きいレンズ１～３では、第１レンズ群１２３により結像する。したがって、レンズ１～３を用いた光学系では、図５に示すように、像を再結合する第２レンズ群１２４は備えていない。図３は、単焦点レンズによる光学系を示す断面図である。

表１の条件で撮像した結果を図４に示す。図４は、全体画像の一例を示す図である。図４に示すように、レンズ１の焦点距離が大きいことにより、レンズ１を用いて撮影した画像は拡大画像となる。また、レンズ２を用いて撮影した画像は、被写体全体の画像となる。そして、レンズ３の焦点距離は小さいので、レンズ３を用いて撮影した画像は縮小画像となる。そして、レンズ４の焦点距離は負であるが、レンズ２と同程度の全体画像を得ている。

次に、レンズ別にピントの合う範囲を評価した結果について説明する。図５は、第１レンズ群１２３毎に検査対象の管の穴奥から口元までを撮像した画像を示す図である。図５では、管の穴奥に異物を配置して、撮像された画像を示している。

具体的には、図５では、第１レンズ群１２３が表１のレンズ１、レンズ２、レンズ３またはレンズ４である場合に、ピントが穴奥、穴中または口元にあった場合の撮像画像を示している。なお、各画像の右上には画質を二重丸、丸、バツの３段階評価で表している。

図５に示すように、第１レンズ群１２３がレンズ１またはレンズ２である場合、ピントが穴奥でピントが合っているので、異物が判定できる画質となっている。しかし、ピントが穴中または口元である場合、穴奥の異物にピントが合わないので、異物の判定が困難な画質となっている。

また、第１レンズ群１２３がレンズ３である場合、ピントが穴奥、穴中及び口元のいずれであっても、ピントが合わず、異物の判定が困難な画質となっている。

ところが第１レンズ群１２３がレンズ４である場合、ピントが穴奥、穴中及び口元のいずれであっても、異物が判定できる画質となっている。すなわち、レンズ４の場合、被写界深度が深いので、焦点が合っているように見える被写体側の距離の範囲が広く、穴奥、穴中及び口元のいずれであっても、ピントが合っている。

次に、表１のレンズ１～３とレンズ４との光学的な違いについて図２及び図３を用いて説明する。図３は、単焦点レンズによる光学系を示す断面図である。図３では、検査対象のワークを穴奥から口元まで単焦点で結像させるので、被写界深度の幅が小さい。図２では、被写界深度の大きな第１レンズ群１２３の像を第２レンズ群１２４で再結合することにより、小型のレンズと近距離配置で大きな幅の被写界深度を実現している。

次に画像処理の方法について説明する。図２に示すように、穴奥は口元より中心光軸よりの光路で結像する。すなわち撮像画像の中心よりに穴奥、周辺に口元が撮像される。

そこで、検査部１３は、第１検出ロジックを用いて管１の穴奥での異物の有無を判定すし、第２検出ロジックで管１の口元での異物の有無を判定する。

なお、管１の穴奥の異物は、図６の異物２１で示すように管１の光源１１側を意味する。また、管１の口元の異物は、図６の異物２２で示すように管１のカメラ１２側を意味する。

図７は、本実施の形態にかかる管内異物検査装置の判定動作の一例を示すフローチャートである。また、図８及び図９は、本実施の形態にかかる管内異物検査装置の画像処理の一例を示す図である。

まず、ステップＳ７０１において、カメラ１２により、検査対象の管の内部が撮影される。図８の画像８０１は撮像された画像である。そしてステップＳ７０２に進む。

ステップＳ７０２において、検査部１３により、撮像された画像から管の穴の部分の位置がサーチされる。そしてステップＳ７０３に進む。

ステップＳ７０３において、検査部１３により、管の穴の位置と径が算出される。そしてステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０４において、検査部１３により、撮像された画像に対する補正演算が行われる。具体的には、ステップＳ７０３において算出された穴径を微少に小さくする径補正である。例えば演算補正では、穴径を１０ピクセル程度小さくする。仮にこの演算補正を行わない場合、ステップＳ７０３において算出された穴径、位置の情報にて異物の有無を判定するが、微少な誤差をもっているため、円の外径付近を誤検出してしまう虞がある。ステップＳ７０４の演算補正を行うことにより、確実に異物を検出できる。そしてステップＳ７０５に進む。

ステップＳ７０５において、検査部１３により、撮像された画像の穴中領域に対して前処理が行われる。具体的には、画像に対して輪郭を保ったままノイズ除去（例えばメディアン処理）が行われる。また、画像に対して濃淡補正（例えば黒強調）処理、２値化が行われる。図８の画像８０２は前処理された画像である。画像８０２の輪郭８２１が保たれたままノイズが除去されている。そしてステップＳ７０６に進む。

ステップＳ７０６において、検査部１３により、管の穴中に異物があるか否か判断される。具体的には、撮像された画像の光の中に黒を検出した場合、異物があると判断され、ステップステップＳ７１０に進む。また、撮像された画像の光の中に黒を検出しなかった場合、穴中領域には異物がないと判断され、ステップステップＳ７０７に進む。図８の画像８０３は検出用画像である。例えば、画像８０３の画像では、穴中領域８３１内に黒点８３２が検出されるので、穴中領域には異物があると判断される。

ステップＳ７０７において、検査部１３により、撮像された画像の口元領域に対して前処理が行われる。具体的には、画像に対して輪郭を保ったままノイズ除去（例えばメディアン処理）が行われる。また、画像に対して濃淡補正（例えば黒強調）処理、２値化が行われる。図９の画像９０２は前処理された画像である。画像９０２の輪郭９２１が保たれたままノイズが除去されている。そしてステップＳ７０８に進む。

ステップＳ７０８において、検査部１３により、管の穴中に異物があるか否か判断される。具体的には、輪郭の真円度に基づいて異物があるか否か判断される。具体的には、撮像された画像の輪郭が真円でない場合、異物があると判断され、ステップステップＳ７１０に進む。また、撮像された画像の輪郭が真円である場合、口元領域には異物がないと判断され、ステップステップＳ７０９に進む。図９の画像９０３は検出用画像である。例えば、画像９０３の画像では、輪郭９３１の真円度が崩れているので、口元領域には異物があると判断される。

ステップＳ７０９において、検査部１３により、管内に異物がないとの判定が示され、処理を終了する。

ステップＳ７１０において、検査部１３により、管内に異物があるとの判定が示され、処理を終了する。

このように本実施の形態の管内異物検査装によれば、被写界深度の大きいレンズを用いて撮影することにより、管内に異物がどこにあっても１回の撮像画像で検査でき、サイクルタイムを短縮できる。また、本実施の形態の管内異物検査装によれば、異物の位置に応じて異なるロジックで判定を行うことにより、検査ロジックを削減できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、検査対象の管は、２つの開口を有する直管でもよいし、クランクシャフト、カムシャフトまたはシリンダーヘッドのように２つの油孔を結ぶ直線で貫通した長孔を有するものであってもよい。

図１０及び図１１は、本実施の形態にかかる管内異物検査装置をクランクシャフトの油穴部の異物検査に応用した例を示す断面図である。まず図１０に示すように光源１１及びカメラ１２が配置される。

クランクシャフトの穴位置が異なる場合に対応するため、以下の機構を備えることが望ましい。
・カメラ１２及び光源１１をクランクシャフトの軸方向１１０１に移動させる機構
・カメラ１２及び光源１１を旋回１１０２させる機構
・クランクシャフトを位相変換（回転方向１１０３に移動）させる機構

これらの機構を備えることにより、油穴全部位を検査することができる。なお、これらの機構を用いることにより、油穴４カ所の撮像結果は同じように映るので、異物の判定方法（プログラム）は図７で説明したもののみで全ての油穴の異物検査に対応できる。

様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１管
１０管内異物検査装置
１１光源
１２カメラ
１３検査部
１２１光学系
１２２撮像素子
１２３第１レンズ群
１２４第２レンズ群

Claims

検査対象の管の第１開口から光を照射する光源と、
管１の第２開口から管１内の画像を撮像するカメラと、
前記カメラにより撮像した前記画像に基づき、管１内の異物を検査する検査部と、を備える管内異物検査装置において、
前記カメラは、第１レンズ群と、前記第１レンズ群より像側に配置された第２レンズ群と、撮像素子とを備え、
前記第１レンズ群は焦点距離が０未満であり、
前記第１レンズ群は前記第２レンズ群より焦点距離が小さく、
前記検査部は、第１検出ロジックを用いて前記管の内部での異物の有無を判定し、
前記検査部は、第２検出ロジックで管１の口元での異物の有無を判定する、管内異物検査装置。