JP2024067488A - 中空円筒状部材の検査システム、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空円筒の内面の傷又は錆を見逃すことなく、短時間で中空円筒の内面を検査する。【解決手段】円筒内面検査システム１は、中空円筒１０の内面を撮像する画像検査装置２０と、中空円筒１０の内径を計測する内径計測装置３０と、画像検査装置２０及び内径計測装置３０を、中空円筒１０の中空空間内で中空円筒１０の軸方向に沿って搬送する搬送装置４０と、を備える。これにより、中空円筒の内面の傷又は錆を見逃すことなく、短時間で中空円筒の内面を検査する。【選択図】図１

Description

本開示は、中空円筒状の部材の内面を検査する検査システム、及び検査方法に関する。

使用された機械部品を再利用する際は、部品の損傷状態の評価が必須となる。部品種別により必要な検査項目は異なるが、例えば油圧シリンダのシリンダチューブのような中空円筒状の部材の損傷としては、円筒内面に生じる傷、錆、及び摩耗などがあり、中空円筒内面の傷又は錆の有無、傷の深さ、錆の凹凸、及び内面の摩耗量の定量評価が求められる。

中空円筒状の部材の円筒内面に生じる傷、錆、及び摩耗などの定量評価のためには、円筒の全長にわたって内径を計測する必要がある。内径を計測するためには、例えば非接触光学式の内径計測装置が有効な手段となる。

非接触光学式の内径計測装置として、例えば、特許文献１には、「内径測定装置１は、レーザー変位計２及び光学鏡筒５を回転させて、測定対象８における測定孔８１の内径を測定する。回転機構４は、レーザー変位計２、コリメートレンズ６１、結像レンズ６２、プリズム６３、ケース本体部３及び光学鏡筒５を、ケース本体部３内及び光学鏡筒５内を通過する光軸中心線Ｃの回りに一体的に回転させる。演算手段７１は、光学鏡筒５が測定対象８の測定孔８１に配置された状態で、受光器２７によって合焦が検出されるときの、結像レンズ６２から測定孔８１の内壁面までの焦点距離を測定するとともに、回転機構４を回転させて測定孔８１の周方向の各点について行った焦点距離の測定結果に基づいて測定孔８１の内径を算出する。」と記載されている。

また、特許文献２には、「距離測定装置は、測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御部と、前記第１偏光状態制御部によって偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御部と、前記第２偏光状態制御部により偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替え素子と、を備え、前記第２偏光状態制御部は、前記光路切り替え素子から複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御し、前記光路切り替え素子は、出射した前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込むことを特徴とする。」と記載されている。

特開２０１４－１２６３９５号公報 特開２０２０－８４９６号公報

しかし、上記した定量評価を行うためには、特許文献１及び特許文献２のいずれの技術でも、中空円筒状の部材の全長が長くなると内径を計測する計測断面の数が増加する。特に、傷又は錆の検査については、見逃しを防止するために、中空円筒状の部材の軸方向の全体にわたって狭ピッチでの内径計測が求められ、建設機械などに用いられる大型の油圧シリンダなどにあっては、検査時間の長時間化が課題となる。

そこで、本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、中空円筒状の部材の内面の傷又は錆を見逃すことなく、短時間で中空円筒状の部材の内面を検査することが可能な中空円筒状部材の検査システム及び検査方法を提供することを目的とする。

本開示に係る中空円筒状部材の検査システムは、中空円筒状の部材の内面を撮像する画像検査装置と、中空円筒状の部材の内径を計測する内径計測装置と、画像検査装置及び内径計測装置を、部材の中空空間内で中空円筒の軸方向に沿って搬送する搬送装置と、を備える。

また、本開示に係る中空円筒状部材の検査方法は、中空円筒状の部材の内面を撮像する画像検査装置を、部材の中空空間内で中空円筒の軸方向に沿って搬送し、１又は複数の位置で部材の内面を撮像すること、及び中空円筒状の部材の内径を計測する内径計測装置を、軸方向に沿って搬送し、１又は複数の位置で部材の内径を計測すること、を有する。

本開示によれば、内径計測装置に画像検査装置を組み合わせることによって、画像検査装置が中空円筒状の部材の内面を撮像して、画像検査装置によって撮像された撮像画像から中空円筒状の部材の内面の傷又は錆をスクリーニングすることができる。そして、スクリーニングした傷又は錆が存在する位置で内径計測装置が部材の内径を計測することによって、中空円筒状の部材の内面の傷又は錆を見逃すことなく、短時間で中空円筒状の部材の内面を検査することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

実施例１の円筒内面検査システム１のブロック図である。 実施例１の円筒内面検査システム１の全体構成図である。 実施例１のコントローラ６０のハードウェアブロック図である。 実施例１の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例１の内径計測制御部４０１の構成図である。 実施例１の計測ヘッド案内機構３０１の拡大図である。 実施例１の計測ヘッド案内機構３０１の正面図である。 実施例１のガイド３０４の正面図である。 実施例１のワーク固定台３０５の詳細図である。 実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法１）を示したフローチャートである。 実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法２）を示したフローチャートである。 実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法３）を示したフローチャートである。 実施例２の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例３の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例４の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例５の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例５の第１偏光状態制御部と、第２偏光状態制御部と、光路切り替え素子との関係を説明するための図である。 実施例５の第１偏光状態制御部と、第２偏光状態制御部と、光路切り替え素子との関係を説明するための図である。 実施例６の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。 実施例７の画像検査装置２０のカメラの配置図である。 実施例７のカメラの移動機構の概要図である。 実施例８の円筒内面検査システム１の全体構成図である。 実施例８の円筒内面検査システムによる中空円筒１０の内面の検査方法を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

実施例において、プログラムを実行して行う処理について説明する場合がある。ここで、計算機は、プロセッサ（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ）によりプログラムを実行し、記憶資源（例えばメモリ）やインターフェースデバイス（例えば通信ポート）等を用いながら、プログラムで定められた処理を行う。そのため、プログラムを実行して行う処理の主体を、プロセッサとしてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路を含んでいてもよい。ここで、専用回路とは、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）等である。

プログラムは、プログラムソースから計算機にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバ又は計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、実施例において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。

以下、実施例を図１～図２３を用いて説明する。

［実施例１］
以下、実施例１の円筒内面検査システム１及び円筒内面検査システム１で実行される検査方法を、図１～図１２を用いて説明する。

（円筒内面検査システム１）
図１は、実施例１の円筒内面検査システム１のブロック図である。実施例１の円筒内面検査システム１は、本発明の検査システムの一例である。実施例１の円筒内面検査システム１は、検査対象となる中空円筒状の部材（以下、中空円筒１０とする）の内面を撮像し、撮像画像に基づいて傷又は錆の位置を特定し、特定した傷又は錆がある位置の内径を計測するシステムである。円筒内面検査システム１が検査対象とする中空円筒状の部材は、外観の形状が円筒の部材だけでなく、円筒以外（例えば、角筒）の部材であってもよい。すなわち、中空円筒状の部材は、外観の形状は限定されず、部材に設けられた中空空間が円柱形状であればよい。実施例１では、外観が円筒形状で、且つ中空空間が円柱形状の中空円筒１０を検査対象とする。なお、中空円筒１０は、例えば再利用の候補となる使用済みのシリンダであるが、使用済みの部材に限らず、未使用の部材であってもよい。中空円筒１０は、建設機械等に用いられる油圧シリンダのシリンダチューブを想定する。

円筒内面検査システム１は、図１に示すように、中空円筒１０の内面を撮像する画像検査装置２０と、中空円筒１０の内径を計測する内径計測装置３０と、画像検査装置２０及び内径計測装置３０を中空円筒１０の中空空間内で中空円筒の軸方向に沿って搬送する搬送装置４０と、中空円筒１０が設置されるワーク設置装置５０と、これらの装置（例えば、画像検査装置２０、内径計測装置３０及び搬送装置４０）を制御するコントローラ６０と、を備える。

図２は、実施例１の円筒内面検査システム１の全体構成図である。次に、図２を参照して、円筒内面検査システム１の画像検査装置２０、内径計測装置３０、搬送装置４０、及びワーク設置装置５０の概要を説明する。

（画像検査装置２０）
画像検査装置２０は、主として、カメラ１０１ａ及び１０１ｂ、環状照明１０２、並びにライトガイド１０３を有する。画像検査装置２０は、中空円筒１０の内面を撮像して、中空円筒１０の内面の傷又は錆の有無を検出する。環状照明１０２は、円環形状の照明であって、ライトガイド１０３に円環状の光を照射する。ライトガイド１０３は、円筒形状の導光体であって、環状照明１０２からライトガイド１０３の一端に照射された光は、ライトガイド１０３によって導光され、ライトガイド１０３の他端から中空円筒１０の内面に向かって照射される。中空円筒１０の内面に照射された光は、中空円筒１０の内面で反射し、カメラ１０１ａ及びカメラ１０１ｂの撮像素子で受光される。

コントローラ６０の画像検査制御部４０２は、接続ケーブル４１０を介して、カメラ１０１ａ及び１０１ｂ、並びに環状照明１０２を制御する。また、画像検査制御部４０２は、接続ケーブル４１０を介して、カメラ１０１ａ及び１０１ｂが撮像した撮像画像を取り込み、画像処理により中空円筒１０の内面の傷又は錆の有無を検出し、傷又は錆の位置を示す座標を算出する。傷又は錆の有無の検出結果、及び傷又は錆の位置を示す座標は、装置全体制御部４００に送信される。画像検査制御部４０２は、カメラ１０１ａ及び１０１ｂの電源部（図示せず）を有し、この電源部は、接続ケーブル４１０を介してカメラ１０１ａ及び１０１ｂに電源を供給する。また、画像検査制御部４０２は、環状照明１０２の電源部を有し、この電源部は、接続ケーブル４１０を介して環状照明１０２に電源を供給する。

（内径計測装置３０）
内径計測装置３０は、主として、測距プローブ２１０、レンズ部２２１（図４参照）、回転部２２２（図４参照）、及び光路変更素子２２３（図４参照）を有する。内径計測装置３０は、中空円筒１０の１又は複数の内径計測断面において、中空円筒１０の内径を円周方向に沿って計測し、中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成する。本実施例の内径計測装置３０は、画像検査装置２０によって検出された傷又は錆の位置で中空円筒１０の内径を計測し、傷又は錆がない位置での中空円筒１０の内径の計測を省略することができる。接続ケーブル４１０によって導かれた光は、測距プローブ２１０に導入された後、測距プローブ２１０の先端で光路が変更され、中空円筒１０の内面に照射される。光路変更素子２２３で光路が変更された測定光２１１は、中空円筒１０の内面に照射される。中空円筒１０の内径を計測するために、回転部２２２は、測距プローブ２１０を回転させる。これにより、中空円筒１０の内面に照射された光は中空円筒１０の円周方向に沿って走査される。

中空円筒１０の内面で反射された反射光は、測定光２１１とは逆順で、測距プローブ２１０及び接続ケーブル４１０を介して、内径計測制御部４０１に導かれる。

本実施例の内径計測装置３０は、距離計測の原理として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）を用いるが、その他の手法を用いてもよい。例えば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法、Ｐｈａｓｅ・Ｓｈｉｆｔ法、光コム測距法、白色共焦点法など複数の方法を採用することができる。

コントローラ６０の内径計測制御部４０１は、中空円筒１０の内径を円周方向に沿って計測するために、接続ケーブル４１０を介して、回転部２２２の回転を制御する。

画像検査装置２０のライトガイド１０３と内径計測装置３０の測距プローブ２１０とは、測距プローブ・ライトガイド連結部１２０によって連結されている。ライトガイド１０３と測距プローブ２１０とを連結することによって、測距プローブ２１０の回転に伴ってライトガイド１０３を回転させることができる。ライトガイド１０３には、中空円筒１０の内面に照射される測定光２１１及び中空円筒１０の内面で反射した光が通過する開口部１０４（図４参照）が形成されている。測距プローブ２１０の回転に伴ってライトガイド１０３を回転させることによって、中空円筒１０の内面に照射される光及び中空円筒１０の内面で反射した光の光路上に、常に開口部１０４を配置することができる。

（搬送装置４０）
搬送装置４０は、主として、計測ヘッド案内機構３０１、シャフト３０２、及びｙ軸ステージ３０３を有する。搬送装置４０は、画像検査装置２０及び内径計測装置３０を中空円筒１０の中空空間内で中空円筒の軸方向（ｙ方向）に沿って搬送する。ｙ軸ステージ３０３は、シャフト３０２を軸方向（ｙ方向）に移動させることによって、シャフト３０２に連結された画像検査装置２０及び内径計測装置３０を軸方向（ｙ方向）に沿って移動させる。計測ヘッド案内機構３０１の詳細は、後述する。

（ワーク設置装置５０）
ワーク設置装置５０は、主として、ガイド３０４、ワーク固定台３０５、及びワーク固定台３０６を有する。ガイド３０４は、画像検査装置２０及び内径計測装置３０を中空円筒１０の中空空間内に案内し、且つ画像検査装置２０及び内径計測装置３０の中心軸を調整する。ワーク固定台３０５及び３０６は、外径が異なる複数の中空円筒１０が固定可能である。ガイド３０４、ワーク固定台３０５、及びワーク固定台３０６の詳細は、後述する。

本実施例では、中空円筒１０の全長が長いため、中空円筒１０の設置時の安定性を鑑み、水平面（ｘｙ平面）に対して中空円筒１０の中心軸Ｏが平行になるように画像検査装置２０及び内径計測装置３０を設置する。すなわち、図２においては、中空円筒１０の中心軸Ｏがｘｙ平面と平行となる。ただし、中空円筒１０の設置方法は、中空円筒１０の中心軸Ｏが平行となる場合に限定しない。例えば、中空円筒１０は、中空円筒１０の中心軸Ｏが、水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように設置してもよい。

（コントローラ６０）
コントローラ６０は、装置全体制御部４００、内径計測制御部４０１、画像検査制御部４０２、及びステージ制御部４０３などの機能部を有する。装置全体制御部４００は、コントローラ６０と通信可能に接続された検査結果表示部４０４の表示処理、検査結果記憶部４０５へのデータの書込処理、及び検査結果記憶部４０５からのデータの読出処理などを実行する。内径計測制御部４０１は、接続ケーブル４１０を介して、内径計測装置３０の動作を制御する。内径計測制御部４０１の詳細は、後述する。画像検査制御部４０２は、接続ケーブル４１０を介して、画像検査装置２０の環状照明１０２の発光制御、及びカメラ１０１ａ及びカメラ１０１ｂが撮像した撮像画像に対する画像処理などを実行する。画像検査制御部４０２は、例えば画像処理によって得られた輝度情報に基づいて、中空円筒１０の内面の傷や錆の有無を検出する。

コントローラ６０は、軸方向（ｙ方向）の１又は複数の位置で中空円筒１０の内面を撮像するよう画像検査装置２０及び搬送装置４０を制御し、画像検査装置２０によって撮像された撮像画像に画像処理を行う。そして、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の欠陥（傷や錆）の位置を特定し、当該位置で中空円筒１０の内径を計測するよう内径計測装置３０及び搬送装置４０を制御する。

ステージ制御部４０３は、搬送装置４０及びワーク設置装置５０の動作を制御する。ステージ制御部４０３は、中空円筒１０の中心軸Ｏと計測ヘッド１００や測距プローブ２１０の中心軸とを一致させるため、ワーク設置装置５０のワーク固定台３０５及び３０６を自動で調節する。また、ステージ制御部４０３は、ワーク設置装置５０のガイド３０４を自動で調節する。なお、ワーク固定台３０５、ワーク固定台３０６、及びガイド３０４を手動で操作してもよい。また、ステージ制御部４０３は、ｙ軸ステージ３０３を制御し、搬送装置４０の計測ヘッド案内機構３０１を中空円筒１０の中空空間内の所定の位置に搬送する。なお、計測ヘッド案内機構３０１の搬送を、手動で実施してもよい。

図３は、実施例１のコントローラ６０のハードウェアブロック図である。ここで、コントローラ６０のハードウェア構成を説明する。コントローラ６０は、図３に示すように、プロセッサ６１と、主記憶部６２と、補助記憶部６３と、入出力Ｉ／Ｆ６４と、通信Ｉ／Ｆ６５と、を有する。プロセッサ６１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などである。Ｉ／Ｆは、インターフェースの略である。主記憶部６２は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などである。補助記憶部６３は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などである。入出力Ｉ／Ｆ６４は、ビデオＩ／ＦやＳＡＴＡ（Ｓｅｒｉａｌ ＡＴＡ）インターフェースであって、検査結果表示部４０４や検査結果記憶部４０５と通信可能に接続される。また、通信Ｉ／Ｆ６５は、ネットワークコントローラなどであって、有線又は無線により外部装置とネットワークを介して通信可能に接続される。

検査結果表示部４０４は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイである。また、検査結果記憶部４０５は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）装置である。

図４は、実施例１の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。なお、図４では、計測ヘッド案内機構３０１の図示を省略している。次に、図４を参照して、計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の詳細を説明する。

（計測ヘッド１００の詳細）
カメラ１０１ａ及び１０１ｂ、環状照明１０２、レンズ部２２１、測距プローブ２１０、及び回転部２２２は、中空円筒１０の中空空間内に導入される計測ヘッド１００と一体的に構成される。計測ヘッド１００は、コントローラ６０と画像検査装置２０及び内径計測装置３０とを接続するケーブル類などが収容する。計測ヘッド１００は、コントローラ６０と物理的に分離されているが、計測ヘッド１００とコントローラ６０とは、複数のケーブルの束線である接続ケーブル４１０で通信可能に接続されている。接続ケーブル４１０は、カメラ１０１ａ及び１０１ｂへの電源供給用のケーブル４１０ａ、カメラ１０１ａ及び１０１ｂとの通信用のケーブル４１０ｂ、環状照明１０２への電源供給用のケーブル４１０ｃ、測距プローブ２１０へ測定光２１１を導く光ファイバケーブル４１０ｄ、及び回転部２２２の回転を制御する制御ケーブル４１０ｅを有している。これらのケーブル４１０ａ～４１０ｅが計測ヘッド１００内に収容されている。

また、計測ヘッド１００には、光ファイバケーブル４１０ｄによって導入された光を集束するレンズ部２２１（光学素子）が収容されている。また、計測ヘッド１００には、測距プローブ２１０及びライトガイド１０３を回転させる回転部２２２が収容されている。

画像検査装置２０の電源及び内径計測装置３０の光源は、計測ヘッド１００に収容されておらず、コントローラ６０に設けられる。このように、画像検査装置２０の電源及び内径計測装置３０の光源を計測ヘッド１００の外側に設けることによって、計測ヘッド１００の小型化を図ることができ、径が小さい中空円筒１０にも計測ヘッド１００を挿入することが可能となる。

（画像検査装置２０の詳細）
カメラ１０１ａ及び１０１ｂの各々のレンズの中心は、環状照明１０２の中心と同心円の円周上に配置される。また、カメラ１０１ａ及び１０１ｂは、環状照明１０２の中心点を挟んで１８０°対抗するように配置される。また、中空円筒状のライトガイド１０３は、環状照明１０２のｙ軸方向の直下に配置される。なお、環状照明１０２と、ライトガイド１０３と、測距プローブ２１０とは、中心軸が概略一致するように配置される。

ライトガイド１０３は、環状照明１０２の照明光１０２ａが透過する透明の素材である。なお、ライトガイド１０３の内径は、測距プローブ２１０の直径より大きく、ライトガイド１０３の内面には、測距プローブ２１０が干渉しない。また、ライトガイド１０３の外側面の表面粗さは、ライトガイド１０３によって導かれる照明光１０２ａの波長より十分大きいものとする。環状照明１０２から照射された照明光１０２ａは、ライトガイド１０３を通過して、ライトガイド１０３の先端面１０３ａに到達する。ライトガイド１０３の先端面１０３ａは、頂点がライトガイド１０３の中心軸に略一致する円錐の表面に対応するように形成されている。ライトガイド１０３の先端面１０３ａに到達した照明光１０２ａは、先端面１０３ａで反射し、ライトガイド１０３の外側面から拡散反射して、中空円筒１０の内面の検査面Ｔを照射する。先端面１０３ａで反射した照明光１０２ａは、検査面Ｔの範囲に拡散される。先端面１０３ａを鏡面加工することによって、先端面１０３ａでの反射光率を上げ、検査面Ｔを効率的に照射することが可能となる。あるいは、ライトガイド１０３の臨界角をθ_０とすると、上記した円錐の頂角αは、α＜１８０°－２θ_０の条件を満たし、かつ先端面１０３ａの表面粗さが照明光１０２ａより十分小さい場合、照明光１０２ａは、先端面１０３ａにて全反射し、検査面Ｔを効率的に照射することができる。

なお、ライトガイド１０３の先端面１０３ａの頂角αを概ね９０°以上にすると、ライトガイド１０３の外側面から出射する照明光１０２ａは、図４のｙ軸負の方向を中心に拡散する。このとき、カメラ１０１ａ及び１０１ｂに入射する光が検査面Ｔからの正反射光１０２ｂではなく、乱反射光１０２ｃが主成分となるよう角度α及びライトガイド１０３の長さを調節する。これにより、中空円筒１０の内面に発生した傷の凹凸による乱反射の光成分をカメラ１０１ａ及び１０１ｂで感度よく検出し、傷を明線として検出することができる。錆については、錆からの乱反射光成分の色情報又は錆の凹凸による散乱反射から検出することができる。

さらに、ライトガイド１０３を用いて照明光１０２ａを中空円筒１０の内側面の検査面Ｔまで導光しているため、環状照明１０２の直径が小さい場合でも、効率よく中空円筒１０の内面の検査面Ｔを照射することができる。仮に、ライトガイド１０３を用いず、環状照明１０２のみを用いる場合は、環状照明１０２からの照明光１０２ａの一部は、中空円筒１０の底面側（ｙ軸正側）に照射され、中空円筒１０の内面への照射量が低下する。以上より、ライトガイド１０３を用いることで環状照明１０２の小型化、及び計測ヘッド１００の小型化を図ることができる。

（内径計測装置３０の詳細）
レンズ部２２１は、内径計測制御部４０１から接続ケーブル４１０を介して導光された光を絞り、測定光２１１として測距プローブ２１０へと導く。測距プローブ２１０は、測定光２１１の光路が中空となっており、先端には光路変更素子２２３が格納されている。測距プローブ２１０の先端には、方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）側に開口部（図示せず）が形成されている。測距プローブ２１０に導光された測定光２１１は、光路変更素子２２３にて測定光２１１の進行方向（ｙ軸方向）に対して略直交する方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）に反射する。光路変更素子２２３には、例えばミラー、プリズム、偏光ビームスプリッタなどが用いられる。測定光２１１は、ライトガイド１０３の側面方向（方向５０１ｂ）に形成された開口部１０４を通って、中空円筒１０の内面の計測点Ｔ０へと照射される。測距プローブ２１０の先端の開口部とライトガイド１０３の開口部１０４とは、測距プローブ２１０の中心点を通る同一直線状に配置されている。計測点Ｔ０から反射した測定光２１１は、中空円筒１０の内面への照射とは逆の経路、すなわち、開口部１０４、光路変更素子２２３、測距プローブ２１０、レンズ部２２１、及び接続ケーブル４１０を経て、内径計測制御部４０１に到達する。

内径計測制御部４０１では、到達した測定光を所定の電気信号に変換して中空円筒１０の計測点Ｔ０までの距離を算出する。なお、測距プローブ２１０の構造は、上述した例に限らない。例えば、測距プローブ２１０を透過する材料で構成することで、測距プローブ２１０の先端の開口部が不要となる。

回転部２２２は、モータ等の回転駆動部を有する。回転部２２２は、内径計測制御部４０１の制御に従い、モータ等を回転駆動して、レンズ部２２１から出力される測定光２１１と平行な回転軸の回りに測距プローブ２１０を回転させる。また、測距プローブ２１０とライトガイド１０３とは、測距プローブ・ライトガイド連結部１２０を介して連結されており、測距プローブ２１０の回転に合わせてライトガイド１０３も同時に回転する。このため、測距プローブ２１０の回転時でも、測定光２１１の光路上には、ライトガイド１０３の開口部１０４が存在する。測距プローブ２１０を回転させ、中空円筒１０の内径を円周方向に沿って計測することによって、中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成することができる。

なお、ライトガイド１０３には必ずしも開口部１０４を設ける必要はない。例えば、ライトガイド１０３が測定光２１１を透過する材料で構成されている場合、測距プローブ２１０の先端の開口部から照射された測定光２１１は、ライトガイド１０３を透過し、中空円筒１０の検査面Ｔで反射される。そして、検査面Ｔで反射された光は、再びライトガイド１０３を透過し、測距プローブ２１０の先端の開口部へと戻る。また、ライトガイド１０３が測定光２１１を透過する材料で構成されている場合は、ライトガイド１０３を回転させる必要がなく、測距プローブ・ライトガイド連結部１２０は不要となる。

（内径計測制御部４０１の詳細）
図５は、実施例１の内径計測制御部４０１の構成図である。図５を参照して、内径計測制御部４０１の詳細を説明する。内径計測制御部４０１は、光ファイバケーブル４１０ｄ及び制御ケーブル４１０ｅを含む接続ケーブル４１０を介して、計測ヘッド１００と接続されている。また、内径計測制御部４０１は、装置全体制御部４００と接続されている。

内径計測制御部４０１は、発光部４２１、発振部４２２、ビームスプリッタ４２３、参照ミラー４２４、コネクタ４２５、受光器４２６、ＦＦＴアナライザ４２７、回転制御部４２８、及び距離演算部４２９を有する。

発振部４２２は、発光部４２１に対して三角波電流を注入し、駆動電流を変調する。発光部４２１は、変調された駆動電流により一定の変調速度で時間的に周波数掃引されたＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）光４２０を発生して、ビームスプリッタ４２３に出射する。ビームスプリッタ４２３に入射したＦＭ光４２０は、測定光２１１と参照光２１２とに分割される。測定光２１１は、コネクタ４２５を介して光ファイバケーブル４１０ｄに入射し、接続ケーブル４１０を経由して、レンズ部２２１、測距プローブ２１０、光路変更素子２２３の順に入射し、中空円筒１０の計測点Ｔ０に照射される。一方、参照光２１２は、参照ミラー４２４で反射する。測定光２１１の中空円筒１０の計測点Ｔ０からの戻り光と参照光２１２の参照ミラー４２４からの戻り光とを干渉させた干渉光２１３を、受光器４２６にて検出する。受光器４２６が検出した干渉ビート信号は、ＦＦＴアナライザ４２７にて解析される。

測定光２１１の戻り光及び参照光２１２の戻り光は、中空円筒１０の計測点Ｔ０及び参照ミラー４２４までの距離の差Ｌに応じて、受光器４２６に到達するまでの時間差が生じるため、受光器４２６上で光周波数差が生じ、その周波数差に応じた干渉ビート信号が発生する。ビート周波数ｆｂ、測定光２１１の戻り光と参照光２１２の戻り光との受光器４２６への到着時間の差Δｔ、周波数掃引幅Δν、及び変調周期Ｔｗには、次式（１）の関係がある。
Δｔ＝（Ｔｗ／Δν）×ｆｂ （１）

中空円筒１０の計測点Ｔ０及び参照ミラー４２４までの距離の差Ｌは、Δｔの間に光が進む距離の半分なので、大気中の光速度ｃを用いて、次式（２）のように算出することができる。
Ｌ＝（ｃＴｗ／２Δν）×ｆｂ （２）

ＦＦＴアナライザ４２７にて干渉光２１３の周波数解析を実施し、ビート周波数ｆｂを求め、距離演算部４２９において式（２）を用いて計算することで距離の差Ｌを算出することができる。また、事前に内径が既知のサンプルで校正を実施すれば、内径の絶対値を算出することができる。以上により、内径計測装置３０にて中空円筒１０の内径の計測が可能となる。なお、上述した内径計測制御部４０１の構造は一例であり、その他、目的に応じ、改変可能である。

（搬送装置４０の詳細）
図６は、実施例１の計測ヘッド案内機構３０１の拡大図であり、図７は、実施例１の計測ヘッド案内機構３０１の正面図である。次に、図６及び図７を参照して、計測ヘッド１００を中空円筒１０の軸方向に搬送する搬送装置４０の詳細を説明する。図６は、計測ヘッド１００、計測ヘッド案内機構３０１、及びシャフト３０２の平面図である。図５は、計測ヘッド案内機構３０１をシャフト３０２側から見た正面図である。

計測ヘッド案内機構３０１は、シャフト３０２側に設けられた４つの脚部３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ及び３０７ｄと、計測ヘッド１００側に設けられた４つの脚部３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ及び３０８ｄと、を有する。計測ヘッド案内機構３０１は、中空円筒１０の中空空間内を軸方向（ｙ方向）に移動する。計測ヘッド案内機構３０１は、計測ヘッド１００及びシャフト３０２と連結している。ｙ軸ステージ３０３を用いてシャフト３０２をｙ方向に移動させることで、計測ヘッド１００及び計測ヘッド案内機構３０１を中空円筒１０の軸方向の任意の位置に移動させることができる。なお、ｙ軸ステージ３０３がシャフト３０２を移動させることが可能な距離（移動可能距離）は、中空円筒１０の全長より長いものとする。また、計測ヘッド案内機構３０１の脚部３０７ａ～３０７ｄのそれぞれは、計測ヘッド案内機構３０１の中心点を中心に半径方向に変位可能である。脚部３０７ａ～３０７ｄのそれぞれの位置を調節することで、中空円筒１０の内径と、脚部３０７ａ～３０７ｄの車輪の当接面を含む外接円の直径と、を一致させることができる。これにより、異なる内径の中空円筒１０に計測ヘッド案内機構３０１を挿入することができる。なお、本実施例では、脚部３０７ａ～３０７ｄは、自動位置決め機構（図示しない）と接続されており、自動位置決め機構は、接続ケーブル４１１によってステージ制御部４０３と接続されている。装置全体制御部４００は、事前に登録された設定に従い、ステージ制御部４０３を介して、脚部３０７ａ～３０７ｄのそれぞれの位置を、中空円筒１０の内径に適した位置に移動する。また、脚部３０８ａ～３０８ｄの構成も、上記した脚部３０７ａ～３０７ｄと同様であるので、その説明を省略する。

また、脚部３０７ａ～３０７ｄの各車輪の当接面を含む外接円、及び脚部３０８ａ～３０８ｄの各車輪の当接面を含む外接円は、中空円筒１０の内径と一致するように配置される。そのため、計測ヘッド１００が自重でｚ軸マイナス方向に倒れることを防ぐことができる。なお、計測ヘッド１００が中空円筒１０の中心軸Ｏに対して傾くと、測距プローブ２１０が中空円筒１０の中心軸Ｏに対して傾いた状態で回転するため、中空円筒１０の内径の測定データが楕円形状となり、正しく中空円筒１０の内径を計測できなくなる。

さらに、脚部３０７ａ～３０７ｄの各車輪の当接面を含む外接円、及び脚部３０８ａ～３０８ｄの各車輪の当接面を含む外接円は、中空円筒１０の内径と一致するように配置されている。そのため、計測ヘッド１００及び計測ヘッド案内機構３０１の中心が一致するように連結されている場合、計測ヘッド１００の中心が中空円筒１０の中心軸Ｏと概略一致する。計測ヘッド１００の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとが概略一致する場合、測距プローブ２１０からの測定光２１１の照射条件及びライトガイド１０３からの照明光１０２ａの照射条件が中空円筒内面の円周方向で均一となるため、画像検査精度及び内径計測精度が安定する。

計測ヘッド案内機構３０１は、側面に接続ケーブル４１０を格納するための溝部３０１ａが設けられている。溝部３０１ａに接続ケーブル４１０を格納することで計測ヘッド案内機構３０１の省スペース化を実現し、接続ケーブル４１０が中空円筒１０と干渉することを防止することができる。

なお、脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄの位置決めは、自動で行うことには限定しない。また、脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄの可変機構は、上述の構造に限定されない。例えば、脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄがそれぞれ、車輪を除く部分が任意の１点を中心に回転する機構とすることで、脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄの車輪の当接面は、中空円筒１０の内径と一致するように配置することができる。

脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄを計測ヘッド案内機構３０１に固定し、計測ヘッド案内機構３０１を計測ヘッド１００及びシャフト３０２と着脱可能に構成してもよい。これにより、中空円筒１０の内径に合わせて計測ヘッド案内機構３０１を交換することができる。さらに、脚部３０７ａ～３０７ｄ及び脚部３０８ａ～３０８ｄの数は、４つに限定されない。また、脚部３０７ａ～３０７ｄは、計測ヘッド案内機構３０１や計測ヘッド１００が自重でｚ軸マイナス方向に倒れるのを防ぐために、ｚ軸マイナス方向を支持する脚部（例えば、脚部３０７ｃ及び３０７ｄ）だけであってもよい。また、同様に、脚部３０８ａ～３０８ｄは、計測ヘッド案内機構３０１や計測ヘッド１００が自重でｚ軸マイナス方向に倒れるのを防ぐために、ｚ軸マイナス方向を支持する脚部（例えば、脚部３０８ｃ及び３０８ｄ）だけであってもよい。

（ガイド３０４）
図８は、実施例１のガイド３０４の正面図である。次に、図８を参照して、ワーク設置装置５０のガイド３０４の詳細を説明する。図８は、ガイド３０４及び計測ヘッド案内機構３０１をシャフト３０２側から見た正面図である。

搬送装置４０を用いて中空円筒１０の中空空間内に画像検査装置２０及び内径計測装置３０を挿入する際、ガイド３０４を用いて計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを概略一致させる。

なお、検査対象の中空円筒１０が交換されるなど中空円筒１０の内径が変化し、計測ヘッド案内機構３０１を取り換える場合、ガイド３０４を用いて計測ヘッド案内機構３０１の高さを調節し、計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを一致させる。ガイド３０４は、例えば、治具３０９ａ、治具３０９ｂ、治具３０９ｃ、治具３０９ｄ、ｘ軸ステージ３１０ａ、ｘ軸ステージ３１０ｂ、及びｚ軸ステージ３１１を有する。治具３０９ａは、脚部３０７ａ及び脚部３０８ａの車輪と当接する斜面を有する。治具３０９ｂは、脚部３０７ｂ及び脚部３０８ｂの車輪と当接する斜面を有する。治具３０９ｃは、脚部３０７ｃ及び脚部３０８ｃの車輪と当接する斜面を有する。治具３０９ｄは、脚部３０７ｄ及び脚部３０８ｄの車輪と当接する斜面を有する。ｘ軸ステージ３１０ａは、治具３０９ａ及び治具３０９ｂをそれぞれ独立にｘ軸方向に移動し、ｘ軸ステージ３１０ｂは、治具３０９ｃ及び治具３０９ｄをそれぞれ独立にｘ軸方向に移動する。また、ｚ軸ステージ３１１は、ｘ軸ステージ３１０ａ及びｘ軸ステージ３１０ｂをそれぞれ独立にｚ軸方向に移動する。

ｘ軸ステージ３１０ａ、ｘ軸ステージ３１０ｂ及びｚ軸ステージ３１１を用いて、治具３０９ａ～３０９ｄの位置を調節して、計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを一致させる。脚部３０７ａ及び脚部３０８ａの車輪が治具３０９ａと当接する面を、当接面Ａ３０７及び当接面Ａ３０８とする。また、脚部３０７ｂ及び脚部３０８ｂの車輪が治具３０９ｂと当接する面を、当接面Ｂ３０７及び当接面Ｂ３０８とする。また、脚部３０７ｃ及び脚部３０８ｃの車輪が治具３０９ｃと当接する面を、当接面Ｃ３０７及び当接面Ｃ３０８とする。また、脚部３０７ｄ及び脚部３０８ｄの車輪が治具３０９ｄと当接する面を、当接面Ｄ３０７及び当接面Ｄ３０８とする。これらの当接面Ａ３０７～Ｄ３０７及びＡ３０８～Ｄ３０８が、ｘｚ平面上で中空円筒１０の中心軸Ｏを中心とする円周上に来るように、ｘ軸ステージ３１０ａ、ｘ軸ステージ３１０ｂ及びｚ軸ステージ３１１を制御して、計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを一致させる。なお、本実施例では、ステージ制御部４０３が、ｘ軸ステージ３１０ａ、ｘ軸ステージ３１０ｂ及びｚ軸ステージ３１１を自動で制御するが、ｘ軸ステージ３１０ａ、ｘ軸ステージ３１０ｂ及びｚ軸ステージ３１１を手動で調節してもよい。

また、ガイド３０４の構造は、上述の構成に限らない。例えば、治具３０９ａ～３０９ｄのそれぞれの斜面が、曲面であってもよい。更に、治具３０９ａ及び治具３０９ｂをｘ軸と平行な長辺をもつ一つの直方体治具とし、かつ、同様に治具３０９ｃ及び治具３０９ｄをｘ軸と平行な長辺をもつ一つの直方体治具とし、ｘ軸ステージ３１０ａ及び３１０ｂのそれぞれを治具固定部に置き換え、ｚ軸ステージ３１１にて治具固定部のｚ軸座標を調節する構成としてもよい。

（ワーク固定台３０５、３０６）
図９は、実施例１のワーク固定台３０５の詳細図である。続いて、図９を参照して、ワーク固定台３０５の説明をする。図９は、ワーク固定台３０５の正面図である。ワーク固定台３０５は、把持部３０５ａ、把持部３０５ｂ、及び両開き移動テーブル３０５ｃを有する。把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂは、例えば直角三角形の２か所の鋭角が切り落とされた形状の治具であり、同じ形状の治具がｚ軸方向に線対称で配置されている。ただし、把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂは、接近時に衝突しないように、ｙ座標の位置をずらした位置に配置されている。また、把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂは、両開き移動テーブル３０５ｃに搭載されている。中空円筒１０は、把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂの斜辺で挟み込み固定する。外径が異なる中空円筒１０を固定する場合は、把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂをｘ軸方向に移動し、中空円筒１０の外径に関わらず、中空円筒１０の中心軸Ｏのｘｚ座標が必ず同じ位置に来るように調整する。なお、本実施例では、両開き移動テーブル３０５ｃは、ステージ制御部４０３からの指示に従い、把持部３０５ａ及び把持部３０５ｂを自動で移動するが、手動で調節してもよい。ワーク固定台３０６もワーク固定台３０５と同様の構成を有する。また、ワーク固定台３０５及び３０６の構成は、上述の構成には限らない。例えば、Ｖ字状の治具に中空円筒１０を設置し、Ｖ字状治具をｚ軸方向に移動する構成としてもよい。

（検査方法１）
図１０は、実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法１）を示したフローチャートである。次に、図１０を参照して、実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法１）を説明する。実施例１では、図１０のフローチャートの各ステップがコントローラ６０の制御によって自動で実行される例を説明するが、一部のステップを手動で実行してもよい。

まず、コントローラ６０は、中空円筒１０を把持する図示しない把持装置を制御して、中空円筒１０を円筒内面検査システム１のワーク固定台３０５及び３０６に設置する（ステップ（以下、Ｓと記す）１０１）。なお、作業者が手動で中空円筒１０をワーク固定台３０５及び３０６に設置してもよい。

次に、コントローラ６０は、中空円筒１０の中心軸Ｏのｚ軸の高さが所定の位置にくるように、ワーク固定台３０５及び３０６を調節する。また、同時に、コントローラ６０は、計測ヘッド案内機構３０１の脚部３０７ａ～３０７ｄ及び３０８ａ～３０８ｄ、並びにガイド３０４を調節し、計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを概略一致させる（Ｓ１０２）。なお、Ｓ１０１とＳ１０２との順番は、入れ替わってもよい。また、Ｓ１０２の調節は、予め装置全体制御部４００に中空円筒１０の品種に紐づけられた設定を記録しておき、前記記録に基づき、ワーク固定台３０５、ワーク固定台３０６、計測ヘッド案内機構３０１の脚部３０７ａ～３０７ｄ及び３０８ａ～３０８ｄ、並びにガイド３０４を自動で調節してもよい。また、中空円筒１０の品種に基づき、手動でワーク固定台３０５、ワーク固定台３０６、計測ヘッド案内機構３０１の脚部３０７ａ～３０７ｄ及び３０８ａ～３０８ｄ、並びにガイド３０４を調節してもよい。

次に、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、シャフト３０２をｙ軸正の方向に動かし、計測ヘッド１００及び計測ヘッド案内機構３０１を中空円筒１０の中空空間内に挿入する。そして、コントローラ６０は、画像検査装置２０を制御して、中空円筒１０の内面を撮像する。このとき、例えばｙ軸ステージ３０３がシャフト３０２を等速で移動させ、画像検査装置２０が一定時間間隔で中空円筒１０の内面を撮像する（Ｓ１０３）。

コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３が計測ヘッド１００を所定の位置まで移動させると、計測ヘッド１００の移動を停止する（Ｓ１０４）。

その後、コントローラ６０（画像検査制御部４０２）は、画像検査装置２０の撮像画像から傷又は錆の有無を判定し、傷又は錆がある場合、撮像画像における傷又は錆の位置及びシャフト３０２の位置に基づいて、中空円筒１０の内径計測断面のｙ座標を決定する（Ｓ１０５）。傷又は錆の深さ、凹凸、及び範囲などを評価するため、中空円筒１０の計測断面のｙ座標は、例えば、傷又は錆の軸方向の中心などとするが、上述の位置には限定しない。

また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の傷又は錆の深さ、凹凸、及び範囲などを評価するための内径計測断面を、Ｓ１０５で決定したｙ座標に従って決定する。また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の摩耗量を評価するため、上記した内径計測断面に加えて、予め定めた断面を内径計測断面とする（Ｓ１０６）。

続いて、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、シャフト３０２をｙ軸負の方向（中空円筒１０の内面の撮像時の移動方向とは逆方向）に動かし、Ｓ１０６で決定した１又は複数の内径計測断面に測距プローブ２１０の計測点Ｔ０が一致するようにする。そして、コントローラ６０は、内径計測装置３０を制御して、１又は複数の内径計測断面で中空円筒１０の内径を計測し、１又は複数の内径計測断面での中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成する（Ｓ１０７）。

内径計測装置３０で中空円筒１０の内径を計測した後、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の摩耗量及びプロファイルの結果を検査結果記憶部４０５に記録する。また、中空円筒１０の内面の摩耗量、及びプロファイルの結果を検査結果表示部４０４に表示する。このようにして、中空円筒１０の検査が終了する。また、円筒内面検査システム１で使用済みの中空円筒１０の再生可否の判定を行う場合、例えば、中空円筒１０の修理後、再度、円筒内面検査システム１を用いて、傷又は錆の除去度合い、及び摩耗量の回復度合いを確認してもよい。

（検査方法２）
中空円筒１０の内面の検査方法のフローは上述のものに限らない。図１１は、実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法２）を示したフローチャートである。図１１は、計測ヘッド案内機構３０１が計測ヘッド１００及びシャフト３０２から着脱可能な場合のフローチャートである。上記した検査方法１と重複する説明は適宜省略される。

まず、コントローラ６０は、中空円筒１０を把持する図示しない把持装置を制御して、中空円筒１０を円筒内面検査システム１のワーク固定台３０５及び３０６に設置する（Ｓ１０１’）。

次に、コントローラ６０は、中空円筒１０の内径に対応するサイズの計測ヘッド案内機構３０１を計測ヘッド１００及びシャフト３０２に取り付ける（Ｓ１０２’）。なお、作業者が手動で中空円筒１０の内径に対応するサイズの計測ヘッド案内機構３０１を取り付けてもよい。

次に、コントローラ６０は、中空円筒１０の中心軸Ｏのｚ軸の高さが所定の位置にくるように、ワーク固定台３０５及び３０６を調節する。また、同時に、コントローラ６０は、計測ヘッド案内機構３０１のガイド３０４を調節し、計測ヘッド案内機構３０１の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとを概略一致させる（Ｓ１０３’）。なお、Ｓ１０１’とＳ１０２’との順番は、入れ替わってもよい。また、Ｓ１０３’の調節は、予め装置全体制御部４００に中空円筒１０の品種に紐づけられた設定を記録しておき、前記記録に基づき、ワーク固定台３０５、ワーク固定台３０６、及びガイド３０４を自動で調節してもよい。また、中空円筒１０の品種に基づき、手動でワーク固定台３０５、ワーク固定台３０６、及びガイド３０４を調節してもよい。

次に、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、シャフト３０２をｙ軸正の方向に動かし、計測ヘッド１００と計測ヘッド案内機構３０１を中空円筒１０の中空空間内に挿入する。そして、画像検査装置２０を制御して、中空円筒１０の内面を撮像する。このとき、例えばｙ軸ステージ３０３がシャフト３０２を等速で移動させ、画像検査装置２０が一定時間間隔で中空円筒１０の内面を撮像する（Ｓ１０４’）。

コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３が計測ヘッド１００を所定の位置まで移動させると、計測ヘッド１００の移動を停止する（Ｓ１０５’）。

その後、コントローラ６０（画像検査制御部４０２）は、画像検査装置２０の撮像画像から傷又は錆の有無を判定し、傷又は錆がある場合、撮像画像における傷又は錆の位置及びシャフト３０２の位置に基づいて、中空円筒１０の内径計測断面のｙ座標を決定する（Ｓ１０６’）。傷又は錆の深さ、凹凸、及び範囲などを評価するため、中空円筒１０の計測断面のｙ座標は、例えば、傷又は錆の軸方向の中心などとするが、上述の位置には限定しない。

また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の傷又は錆の深さ、凹凸、及び範囲などを評価するための内径計測断面を、Ｓ１０６’で決定したｙ座標に従って決定する。また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の摩耗量を評価するため、上記した内径計測断面に加えて、予め定めた断面を内径計測断面とする（Ｓ１０７’）。

続いて、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、シャフト３０２をｙ軸負の方向まで動かし、Ｓ１０７’で決定した１又は複数の内径計測断面に測距プローブ２１０の計測点Ｔ０が一致するようにする。そして、コントローラ６０は、内径計測装置３０を制御して、１又は複数の内径計測断面で中空円筒１０の内径を計測し、１又は複数の内径計測断面での中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成する（Ｓ１０８’）。

内径計測装置３０で中空円筒１０の内径を計測した後、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の摩耗量及びプロファイルの結果を検査結果記憶部４０５に記録する。また、中空円筒１０の内面の摩耗量、及びプロファイルの結果を検査結果表示部４０４に表示する。

（検査方法３）
中空円筒１０の内面の検査方法のフローは上述のものに限らない。図１２は、実施例１の円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法（検査方法３）を示したフローチャートである。次に、図１２のフローチャートでは、画像検査装置２０が中空円筒１０の内面を撮像する毎に、傷又は錆の有無を判定する。上記した検査方法１又は２と重複する説明は適宜省略される。

Ｓ２０１及びＳ２０２は、それぞれ図１０のＳ１０１及びＳ１０２と同様であるので、それらの説明を省略する。

次に、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、所定のピッチで計測ヘッド１００を中空円筒１０の軸方向に移動させる（Ｓ２０３）。ピッチの大きさは、例えば中空円筒１０の軸方向に対する、画像検査装置のカメラ１０１ａ及び１０１ｂの被写界深度以下とする。

そして、コントローラ６０（画像検査制御部４０２）は、画像検査装置２０の撮像画像から傷又は錆の有無を判定する（Ｓ２０４）。傷又は錆が検出された場合は（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、コントローラ６０（画像検査制御部４０２）は、傷又は錆の代表的なｙ軸座標（中空円筒１０の軸方向座標）を算出し、内径計測断面を決定する（Ｓ２０５）。傷又は錆が検出されなかった場合は（Ｓ２０４：Ｎｏ）、Ｓ２０７の処理を実行する。

続いて、コントローラ６０は、ｙ軸ステージ３０３を制御して、Ｓ２０５で決定した内径計測断面に測距プローブ２１０の計測点Ｔ０が一致するようにする。そして、コントローラ６０は、内径計測装置３０を制御して、中空円筒１０の内径を計測し、当該内径計測断面での中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成する（Ｓ２０６）。

次に、事前に設定していた断面に測距プローブ２１０の計測点Ｔ０が達した場合（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、コントローラ６０は、内径計測装置３０を制御して、当該断面で中空円筒１０の内径を計測する（Ｓ２０８）。そうでなければ（Ｓ２０７：Ｎｏ）は、Ｓ２０９の処理を実行する。

中空円筒１０の所定の位置まで中空円筒１０を搬送すると（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、コントローラ６０は、中空円筒１０の検査を終了し、中空円筒１０の内面の摩耗量及びプロファイルの結果を検査結果記憶部４０５に記録する。また、中空円筒１０の内面の摩耗量、及びプロファイルの結果を検査結果表示部４０４に表示する。そうでなければ（Ｓ２０９：Ｎｏ）、Ｓ２０３の処理を実行して、計測ヘッド１００を所定のピッチで中空円筒１０の軸方向に移動させ、Ｓ２０４～Ｓ２０９の処理を繰り返す。

図１２では、計測ヘッド１００を所定のピッチで移動させ、中空円筒１０の内面の傷や錆を検出することを繰り返し実行したが、計測ヘッド１００を移動させながら、中空円筒１０の内面の傷や錆を検出してもよい。この場合、計測ヘッド１００を移動させながら、撮像画像の画像処理を行う。画像処理の結果、中空円筒１０の内面に傷や錆が検出されると、計測ヘッド１００の移動を停止し、その位置で中空円筒１０の内径を計測する。

（実施例１の効果）
本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）中空円筒１０の内面の傷又は錆の有無、傷の深さ、錆の凹凸、及び内面の摩耗量を評価する際に、画像検査装置２０と内径計測装置３０とを組み合わせることにより、画像検査装置２０を上記した欠陥のスクリーニング機構として用いることができる。これにより、傷又は錆の座標を特定し、必要な位置のみを内径計測装置３０で内径を計測すればよく、検査時間を抑制することができる。

（２）画像検査装置２０の照明をライトガイド１０３により制御することによって、傷又は錆の検出感度を増加させることができる。

（３）計測ヘッド１００を小型化することによって、中空円筒１０の中空空間内に直接計測ヘッド１００を挿入することができ、全長の長い中空円筒１０の計測が可能となる。

（４）計測ヘッド１００を中空円筒１０の中空空間内に送り込む計測ヘッド案内機構３０１を、計測ヘッド１００と分離することによって、異なる内径の中空円筒１０に対しても同一の計測ヘッド１００を用いて検査することが可能となる。

（５）中空円筒１０の内径に合わせた計測ヘッド案内機構３０１を用いることによって、計測ヘッド１００が自重方向（ｚ軸方向）に倒れることを防ぎ、内径計測の誤差を抑制することができる。

（６）異なる内径の中空円筒１０を検査する際も、計測ヘッド１００の中心と中空円筒１０の中心軸Ｏとが概略一致するため、内径計測精度ならびに画像検査の精度が安定する。

［実施例２］
以下、実施例２の円筒内面検査システムを、図１３を用いて説明する。図１３は、実施例２の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。図１３では、計測ヘッド案内機構３０１の図示は省略している。実施例２では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例２の測距プローブ２１０Ａは、ライトガイド１０３より長く、測距プローブ２１０Ａの先端部は、ライトガイド１０３の先端部より突出した構造である。この場合、ライトガイド１０３に開口部１０４を設ける必要がない。そのため、ライトガイド１０３が照明光１０２ａを導光する際の照明光１０２ａの損失を低減することができる。また、測距プローブ２１０Ａとライトガイド１０３とを同時に回転させる必要がないため、回転部２２２の負荷低減を図ることができる。さらに、測距プローブ２１０Ａの中心とライトガイド１０３の中心との位置ずれ（偏心）による回転精度の悪化を防ぐことができる。

［実施例３］
以下、実施例３の円筒内面検査システムを、図１４を用いて説明する。図１４は、実施例３の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。図１４では、計測ヘッド案内機構３０１の図示は省略している。実施例３では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例３のカメラ１０１ａ及び１０１ｂは、それぞれのレンズの中心が環状照明１０２Ａの中心と同心円の円周と一致し、かつ環状照明１０２Ａの中心軸を挟んで１８０°対抗するように配置される。環状照明１０２Ａは、環状照明把持部１０５を用いて把持される。環状照明把持部１０５は、中空の円筒であり、環状照明把持部１０５の内径は、測距プローブ２１０より大きいものとし、測距プローブ２１０との干渉を避ける。

環状照明１０２Ａは、カメラ１０１ａ及び１０１ｂと測距プローブ２１０内の光路変更素子２２３との間に配置されている。測距プローブ２１０の先端には、光拡散部材として円錐状の拡散反射素子１０６が設けられている。拡散反射素子１０６は、環状照明１０２Ａからの照明光１０２ａを中空円筒１０内面の計測面Ｔに向けて拡散反射させる。このとき、カメラ１０１ａ及び１０１ｂに入射する光は、計測面Ｔからの正反射光１０２ｂではなく、乱反射光１０２ｃが主成分となるように拡散反射素子１０６の頂角βが調節される。これにより、中空円筒１０の内面に発生した傷の凹凸による乱反射光成分をカメラ１０１ａ及び１０１ｂで感度よく検出することができ、傷を明線として検出することができる。なお、拡散反射素子１０６は、円盤状の拡散スクリーンであってもよい。

また、実施例３では、拡散反射素子１０６を用いて照明光１０２ａを中空円筒１０の内面の計測面Ｔまで導光しているため、環状照明１０２の直径が小さい場合でも、効率よく中空円筒１０の内面の計測面Ｔを照射することができる。環状照明１０２Ａからの照明光１０２ａの一部は、中空円筒１０の底面側（ｙ軸側）に照射され、中空円筒１０の内面への照射量が低下する。以上より、拡散反射素子１０６を用いることで環状照明を小型化することができ、計測ヘッド１００の小型化を図ることができる。

さらに、拡散反射素子１０６は、実施例１で用いたライトガイド１０３よりも中空円筒１０の軸方向の長さを短くできるため、拡散反射素子１０６は、ライトガイド１０３に対して軽量化することができる。すなわち、実施例１のライトガイド１０３を用いる場合と比較して、回転部２２２で回転させる部品の総重量が低下し、回転部２２２の負荷を低減することができる。

［実施例４］
以下、実施例４の円筒内面検査システムを、図１５を用いて説明する。図１５は、実施例４の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。図１５では、計測ヘッド案内機構３０１の図示は省略している。実施例４では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例４のカメラ１０１ａ及び１０１ｂは、それぞれのレンズの中心が測距プローブ２１０の中心と同心の円の円周上に配置され、かつ測距プローブ２１０を挟んで１８０°対向するように配置される。また、点光源１３１及び１３２は、計測ヘッド１００のｙ軸正側の端面に配置される。点光源１３１及び１３２は、測距プローブ２１０の中心と同心の円の円周上に配置され、かつ測距プローブ２１０を挟んで１８０°対向するように配置される。また、点光源１３１及び１３２は、カメラ１０１ａ及びカメラ１０１ｂよりも計測ヘッド１００の中心軸に近い位置に配置される。測距プローブ２１０の先端には、延伸シャフト２１４が装着される。さらに、延伸シャフト２１４の先端には、円形スクリーン１４０が装着される。

点光源１３１と点光源１３２とは、タイミングをずらして点灯される。これは、複数の点光源があると、欠陥の検出感度が低下するためである。例えば、点光源１３１が点灯した場合、光路１３１ａを通る照明光は、中空円筒１０の内面の位置Ｔ１で正反射し、円形スクリーン１４０の中心部Ｂに投影される。また、光路１３１ｂを通る照明光は、中空円筒１０の内面の位置Ｔ２で正反射し、円形スクリーン１４０の端部Ａに投影される。すなわち、円形スクリーン１４０の領域ＡＢには、検査領域Ｔ１－Ｔ２の検査面からの反射光が投影される。検査面Ｔ１－Ｔ２上に傷又は錆が存在する場合、乱反射が発生し、正反射成分が低下するため、円形スクリーン１４０に投影される正反射成分が減少し、円形スクリーン１４０の反射像上で傷に該当する箇所が黒線となる。この投影像をカメラ１０１ａで観察し、傷又は錆のスクリーニングが実施される。点光源１３２による検査も同様に、カメラ１０１ｂを用いて、上記した検査面Ｔ１－Ｔ２と対向する円形スクリーン１４０上の検査面（図示せず）が観察される。実施例４の画像検査装置２０の構成では、ｙ軸方向に奥行を持つ検査面Ｔ１－Ｔ２をｘｚ平面上に投影することができる。実施例１のように検査面Ｔ１－Ｔ２を直接観察する場合、中空円筒１０の奥行方向（ｙ軸方向）の検査可能範囲は、カメラ１０１ａ及び１０１ｂの被写界深度の範囲内に限定される。一方、実施例４の光学系の場合、ｘｚ平面上に投影された反射像を観察するため、被写界深度の制限がなくなり、一回の撮像で検査できる中空円筒１０の奥行方向の範囲が広くなる。

また、円形スクリーン１４０とカメラ１０１ａ及び１０１ｂとの間の距離は変わらないため、中空円筒１０の内径が変化しても、カメラ１０１ａ及び１０１ｂのピントを調節する必要がない。例えば、中空円筒１０とは内径が異なる中空円筒１０’を検査する場合、点光源１３１からの光路１３１’ａを通る照明光は、中空円筒１０’の内面の位置Ｔ１’で正反射し、円形スクリーン１４０の中心部Ｂに投影される。また、光路１３１’ｂを通る照明光は、中空円筒１０’の内面の位置Ｔ２’で正反射し、円形スクリーン１４０の端部Ａに投影される。中空円筒１０の内径が中空円筒１０’の内径に変化すると、検査面は、検査面Ｔ１－Ｔ２から検査面Ｔ１’－Ｔ２’に変化し、カメラ１０１ａからの距離も変わる。このため、検査面Ｔ１－Ｔ２及び検査面Ｔ１’－Ｔ２’を直接観察する場合は、カメラ１０１ａのピントを調節する必要がある。しかし、実施例４では、円形スクリーン１４０とカメラ１０１ａ及び１０１ｂとの間の距離は変わらないため、前述のように中空円筒１０の内径が変化しても、カメラ１０１ａ及び１０１ｂのピントを調節する必要がない。

［実施例５］
以下、実施例５の円筒内面検査システムを、図１６～図１８を用いて説明する。図１６は、実施例５の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。図１６では、計測ヘッド案内機構３０１の図示は省略している。実施例５では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例１では、測定光２１１は、レンズ部２２１で絞られた後、光路変更素子２２３を介して、中空円筒１０の内面方向（ｘｚ平面に平行な方向）に照射される。このとき、測定光２１１が例えばガウシアン強度分布をもつ場合、測定光２１１の波長λ、焦点位置のスポット半径（ビームウェスト）ｗ０、焦点位置からの距離ｚ、及び焦点位置からの距離ｚにおけるスポット半径ｗｚには、次式（３）の関係がある。
ｗｚ＝ｗ０（１＋（λｚ／（πｗ０^２））^２）^０．５ （３）

測定光２１１は、レンズ部２２１を通過したのち、焦点位置に向けてスポット径が収束していき、焦点位置にてスポット径が最小となる。焦点位置を通過後は再びスポット径が拡大していく。

線幅Ｌｗの傷の深さを計測するためには、測定光２１１のスポット径２ｗｚが線幅Ｌｗより小さいことが望ましい。このためには、中空円筒１０の計測点Ｔ０が、測定光２１１の焦点付近のスポット径２ｗｚが線幅Ｌｗより小さい領域内に収まる必要がある。スポット径２ｗｚが線幅Ｌｗより小さい領域は、測定光２１１の焦点から距離ｚ１の範囲に限定される。ｚ１は、式（３）を用いて次式（４）で示される。
ｚ１＝（πｗ０^２）×（（Ｌｗ／２ｗ０）^２－１）／λ （４）

すなわち、線幅Ｌｗの傷の深さを計測するためには、内径計測装置３０による計測可能領域は、焦点距離から±ｚ１の範囲に限定される。例えば、測距プローブ２１０の開口部から測定光２１１の焦点位置までの距離をＦとすると、計測可能な中空円筒１０の内径（半径）の範囲は、Ｆ－ｚ１からＦ＋ｚ１に限定される。なお、内径計測装置３０の計測可能範囲の決定条件は、前述のスポット径以外にも他の条件も存在するが、本実施例ではスポット径のみに限定する。

実施例５では、測定光２１１の光路を入れ替え、測距プローブ２１０の開口部から測定光２１１の焦点位置までの距離Ｆを変化させることで、計測可能な中空円筒１０の内径範囲を拡張する。

内径計測装置３０は、測距プローブ２１０、レンズ部２２１、及び回転部２２２を有する。実施例５の内径計測装置３０は、さらに、第１偏光状態制御部２４１、第２偏光状態制御部２４２、光路切り替え素子２４３、及び光路変更素子２４４を有する。このうち、レンズ部２２１、回転部２２２、及び第１偏光状態制御部２４１は、計測ヘッド１００に組み込まれている。また、実施例５の内径計測制御部４０１には、発光部４２１（図５参照）の直後に直線偏光切り替え素子（図示せず）が組み込まれている。

レンズ部２２１は、内径計測制御部４０１から接続ケーブル４１０を介して導光された測定光２１１を絞り、第１偏光状態制御部２４１へと導く。

第１偏光状態制御部２４１は、例えば、１／４波長板、液晶素子、又はファイバ型偏光制御素子である。第１偏光状態制御部２４１は、計測ヘッド１００の内部で固定されており回転しない。

回転部２２２は、モータ等の回転駆動部を有する。回転部２２２は、内径計測制御部４０１の制御に従い、モータ等を回転駆動して、レンズ部２２１から出力される測定光２１１と平行な回転軸回りに第２偏光状態制御部２４２、光路切り替え素子２４３、及び光路変更素子２４４を同時に回転させる。

第２偏光状態制御部２４２は、例えば、１／４波長板である。上述したように、第２偏光状態制御部２４２は、回転部２２２により、光路切り替え素子２４３及び光路変更素子２４４とともに第１の方向５０１ａを回転軸として回転される。

光路切り替え素子２４３は、例えば、偏光ビームスプリッタである。光路切り替え素子２４３は、直線偏光切り替え素子（図示せず）と第１偏光状態制御部２４１によって円偏光方向を制御された測定光２１１を、その偏光の方向に応じて選択的に射出する。具体的には、光路切り替え素子２４３は、レンズ部２２１から出力される測定光２１１の進行方向と同じ進行方向である第１の方向５０１ａ（ｙ軸方向）と、第１の方向５０１ａに略直交する第２の方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）との少なくとも一方に向かって光を射出する。

図１７及び図１８は、実施例５の第１偏光状態制御部２４１と、第２偏光状態制御部２４２と、光路切り替え素子２４３との関係を説明するための図である。次に、図１７及び図１８を参照して、実施例５の第１偏光状態制御部２４１と、第２偏光状態制御部２４２と、光路切り替え素子２４３との関係を説明する。ただし、図１７及び図１８においては、第１偏光状態制御部２４１には１／４波長板２５１を採用し、第２偏光状態制御部２４２は１／４波長板２５２を採用し、光路切り替え素子２４３は偏光ビームスプリッタ２５３を採用している。

１／４波長板２５１の光学軸を基準とした場合、図１７に示されるように、１／４波長板２５１に入射する測定光２１１の直線偏光の振動方向５０２ａの角度αがπ／４であるときは、１／４波長板２５１から出射する測定光は進行方向を見たときに時計回りに回転する円偏光状態（左円偏光）５０３ａとなる。また、図１８に示されるように、１／４波長板２５１に入射する測定光２１１の直線偏光の振動方向５０２ａの角度αが３π／４であるときには、１／４波長板２５１から出射する測定光は進行方向を見たときに反時計回りに回転する円偏光状態（右円偏光）５０３ｂとなる。なお、一般に、１／４波長板は、円偏光の光が入射されると、円偏光の回転方向に応じた方向に振動する直線偏光を出射する性質を有する。したがって、図１７に示されるように、１／４波長板２５２に対して、左円偏光５０３ａを入射させると、１／４波長板２５２の光学軸に対してπ／４の角度を持った直線偏光が出射される。また、図１８に示されるように、１／４波長板２５２に対して、右円偏光５０３ｂを入射させると、１／４波長板２５２の光学軸に対して３π／４の角度を持った直線偏光が出射される。１／４波長板２５２の後段に配置された偏光ビームスプリッタ２５３は、入射面５１０に平行な振動方向の直線偏光を透過し、すなわち、第１の方向５０１ａに出射する。また、偏光ビームスプリッタ２５３は、入射面５１０に対してπ／２の角度をなす振動方向の直線偏光を反射する、すなわち、第２の方向５０１ｂに出射する。なお、１／４波長板２５２、及び偏光ビームスプリッタ２５３は、回転部２２２によって回転される。したがって、１／４波長板２５２の光学軸と偏光ビームスプリッタ２５３の入射面の間を成す角度がπ／４となるように、１／４波長板２５２と、偏光ビームスプリッタ２５３とをそれぞれ測距プローブ２１０に格納させた状態で、１／４波長板２５２、及び偏光ビームスプリッタ２５３を回転させれば、第１の方向５０１ａに進行する測定光による距離測定と、第２の方向５０１ｂに進行する測定光による距離測定とを行うことができる。

ところで、１／４波長板２５１に入射する測定光の直線偏光の振動方向の切り替えは、内径計測制御部４０１内の直線偏光切り替え素子（図示せず）が実行する。直線偏光切り替え素子は、自身に電圧が印加されていない場合、図１７に示されるように、１／４波長板２５１に入射する測定光２１１の直線偏光の振動方向を第１の測定光振動方向５０２ａに調整する。また、直線偏光切り替え素子は、自身に電圧が印加されている場合、図１８に示されるように、１／４波長板２５１に入射する測定光２１１の直線偏光の振動方向を第２の振動方向５０２ｂに調整する。すなわち、直線偏光切り替え素子を電気的に切り替え制御することにより、光路切り替え素子２４３の通過後の測定光２１１の出射方向を第１の方向５０１ａ又は第２の方向５０１ｂに変更することができる。

測距プローブ２１０は、上述したように、第２偏光状態制御部２４２と、光路切り替え素子２４３及び光路変更素子２４４を格納し、光路切り替え素子２４３から射出される測定光２１１を、第１の方向５０１ａ又は第２の方向５０１ｂに通過させる。第１の方向５０１ａを通過した測定光２１１は、光路変更素子２４４にて測定光２１１の進行方向に対して略直交する方向（ｘｚ平面に平行な方向）に反射し、ライトガイド１０３の第１の開口部１０４ａを通過し、中空円筒１０の内面の計測点Ｔａに照射される。一方、第２の方向５０１ｂを通過した測定光２１１は、ライトガイド１０３の第２の開口部１０４ｂを通過し、中空円筒１０の内面の計測点Ｔｂに照射される。なお、測距プローブ２１０は、上述の構造には限定されない。例えば、光路切り替え素子２４３及び光路変更素子２４４の間に１／２波長板を挿入し、第１の方向５０１ａに出射した測定光２１１と第２の方向５０１ｂに出射した測定光２１１の偏光方向を揃えてもよい。

光路切り替え素子２４３と光路変更素子２４４とは、ｙ軸方向に距離Ｌｙだけ離れている。そのため、測距プローブ２１０の光路変更素子２４４を露出させる開口部から測定光２１１の焦点位置ａまでの距離Ｆａは、測距プローブ２１０の光路切り替え素子２４３を露出させる開口部から測定光２１１の焦点位置ｂまでの距離Ｆｂよりも距離Ｌｙだけ短くなる。すなわち、計測可能な中空円筒の内径（半径）の範囲は、Ｆｂ－ｚ１からＦｂ＋ｚ１の範囲と、Ｆｂ－Ｌｙ－ｚ１からＦｂ－Ｌｙ＋ｚ１の範囲の２段階となり、計測可能な内径の範囲が第１の実施例より拡張される。

［実施例６］
以下、実施例６の円筒内面検査システムを、図１９を用いて説明する。図１９は、実施例６の計測ヘッド１００、画像検査装置２０、及び内径計測装置３０の拡大図である。図１９では、計測ヘッド案内機構３０１の図示は省略している。実施例６では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例６では、内径計測装置３０から照射される測定光２１１を中空円筒１０の軸方向５０１ａ（ｙ軸方向）と側面方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）とを切り替える。これにより、中空円筒１０の内径に加え、測距プローブ２１０の先端から中空円筒１０の底面１０ａまでの距離を計測することができる。測距プローブ２１０の先端から中空円筒１０の底面１０ａまでの距離を計測することで、例えば、ライトガイド１０３の先端又は測距プローブ２１０の先端と中空円筒１０の底面１０ａとが衝突することを防止することができる。

内径計測装置３０は、測距プローブ２１０、レンズ部２２１、及び回転部２２２を有する。さらに、実施例６の内径計測装置３０は、第１偏光状態制御部２４１、第２偏光状態制御部２４２、及び光路切り替え素子２４３を有する。これらのうち、レンズ部２２１、回転部２２２、及び第１偏光状態制御部２４１は、計測ヘッド１００に組み込まれている。また、実施例６の内径計測制御部４０１には、発光部４２１の直後に直線偏光切り替え素子（図示せず）が組み込まれている。

レンズ部２２１は、内径計測制御部４０１から接続ケーブル４１０を介して導光された測定光２１１を絞り、第１偏光状態制御部２４１へと導く。

第１偏光状態制御部２４１は、例えば、１／４波長板、液晶素子、又はファイバ型偏光制御素子である。第１偏光状態制御部２４１は、計測ヘッド１００の内部で固定されており回転しない。

回転部２２２は、モータ等の回転駆動部を有する。回転部２２２は、内径計測制御部４０１の制御に従い、モータ等を回転駆動して、レンズ部２２１から出力される測定光２１１と平行な回転軸回りに第２偏光状態制御部２４２及び光路切り替え素子２４３を同時に回転させる。

第２偏光状態制御部２４２は、例えば、１／４波長板である。上述したように、第２偏光状態制御部２４２は、回転部２２２により、光路切り替え素子２４３とともに第１の方向５０１ａを回転軸として回転される。

光路切り替え素子２４３は、例えば、偏光ビームスプリッタである。光路切り替え素子２４３は、直線偏光切り替え素子（図示せず）と第１偏光状態制御部２４１によって円偏光方向を制御された測定光２１１を、その偏光の方向に応じて選択的に射出する。具体的には、光路切り替え素子２４３は、レンズ部２２１から出力される測定光２１１の進行方向と同じ進行方向である第１の方向５０１ａ（ｙ軸方向）と、第１の方向５０１ａに略直交する第２の方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）との少なくとも一方に向かって光を射出する。

なお、第１偏光状態制御部２４１、第２偏光状態制御部２４２、及び光路切り替え素子２４３により、測定光２１１の進行方向を第１の方向５０１ａ（ｙ軸方向）と、第１の方向５０１ａに略直交する第２の方向５０１ｂ（ｘｚ平面に平行な方向）とに切り替える原理については、実施例５の図１７及び図１８を用いた説明と同一のため省略する。

以上により、実施例６では、中空円筒１０の内径に加え、測距プローブ２１０の先端から中空円筒１０の底面１０ａまでの距離を計測することができる。

［実施例７］
以下、実施例７の円筒内面検査システムを、図２０及び図２１を用いて説明する。図２０は、実施例７の画像検査装置２０のカメラの配置図である。実施例７では、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例７では、画像検査装置２０のカメラの配置を変更することによって、検査可能な中空円筒１０の内径の範囲を広げることができる。カメラの作動距離を固定した状態で、中空円筒１０の内径に応じてカメラの配置を変更することで、中空円筒１０の内径が異なっても同一の画素寸法で中空円筒１０の内面を検査することができる。すなわち、実施例７では、検査画像の分解能を一定に保ちながら計測可能な中空円筒１０の内径の範囲を広げることができる。なお、小径の中空円筒１０を検査する際は、カメラを計測ヘッド１００の中心に寄せ、中空円筒１０とカメラとが干渉することを防ぎ、計測ヘッド１００を挿入することができるようにする。前述の対応により、１台の計測ヘッド１００で小径及び大径の中空円筒１０の検査が可能となる。

実施例７では、画像検査装置２０のカメラとして、カメラ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ及び１０１ｄの４台を使用する。カメラ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ及び１０１ｄのレンズ中心１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄは、環状照明１０２の中心Ｏ’と同心円の円周上に配置される。また、カメラ１０１ａ及び１０１ｂは、円周の中心Ｏ’を中心として１８０°反対に対向する。カメラ１０１ｃは、カメラ１０１ａ及び１０１ｂから９０°間隔を空けて配置され、カメラ１０１ｄは、カメラ１０１ａ及びカメラ１０１ｂから９０°間隔を空けて配置される。また、カメラ１０１ｃ及び１０１ｄは、円周の中心Ｏ’を中心として１８０°反対に対向する。カメラ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ及び１０１ｄは、すべて同一の種類のカメラとする。また、カメラ１０１ａ及び１０１ｂは、ｚ軸方向に移動するステージに設置されており、カメラ１０１ｃとカメラ１０１ｄは、ｘ軸方向に移動するステージに設置されている。

例えば、カメラ１０１ａが作動距離２００ｍｍにて、視野がｘ方向に２００ｍｍ、ｚ方向に１５０ｍｍとなる仕様の場合、カメラ１０１ａ～１０１ｄのレンズ中心１１１ａ～１１１ｄを直径５０ｍｍの円周上に配置すると、カメラ１０１ａ、１０１ｂを合わせた視野は２００ｍｍ×２００ｍｍとなる。そして、内径２００ｍｍまでの中空円筒１０の内面を検査視野に収めることができる。なお、このとき、カメラ１０１ｃ及び１０１ｄは、起動しない。

次に、カメラ１０１ａをｚ軸正の方向に４０ｍｍ移動させる。同様にカメラ１０１ｂはｚ軸負の方向、カメラ１０１ｃはｘ軸負の方向、カメラ１０１ｄはｘ軸正の方向にそれぞれ４０ｍｍ移動させる。すなわち、カメラ１０１ａ～１０１ｄのレンズ中心１１１ａ～１１１ｄは、直径１３０ｍｍの円周上に配置されている。このとき、カメラ１０１ａ～１０１ｄを起動させることで、最大１８０ｍｍ×√２＝２８２ｍｍの内径の中空円筒１０の内面を検査視野に収めることができる。

カメラ１０１ａ～１０１ｄを移動させる移動機構としては、例えば図２１に示すように、移動ステージを複数重ねたステージ１２０ａ及びステージ１２０ｂを用いる手法がある。図２１には、カメラ１０１ａのステージ１２０ａ、及びカメラ１０１ｂのステージ１２０ｂを図示したが、カメラ１０１ｃ及び１０１ｄのステージも同様の構成とする。なお、カメラの位置の移動方法は、上述の例に限定されない。例えば、カメラをコの字型のアームに取り付け、前記アームのコの字型の片方の端部を中心に９０°回転させることで、カメラのレンズ中心を小径から大径に展開することが可能となる。

また、カメラ１０１ａ～１０１ｄのレンズ中心１１１ａ～１１１ｄを径１３０ｍｍの円周上に固定配置すると、計測ヘッド１００を中空円筒１０に挿入する際に、中空円筒１０の内径が１３０ｍｍ以下の場合は、カメラと必ず干渉する。しかし、実施例７では、カメラ１０１ａ～１０１ｄを計測ヘッド１００の中心Ｏ’に向けて４０ｍｍ移動できる構造としているため、カメラ１０１ａ～１０１ｄと中空円筒１０との干渉は、中空円筒１０の内径が最小５０ｍｍまで生じない。正確には、カメラ１０１ａ～１０１ｄの寸法及び計測ヘッド１００との干渉を考慮する必要があるが、カメラ１０１ａ～１０１ｄの配置を移動できる機構とすることで、１台の計測ヘッド１００で小径及び大径の中空円筒１０の内面の検査が可能となる。

［実施例８］
図２２は、実施例８の円筒内面検査システム１の全体構成図である。図２３は、実施例８の円筒内面検査システムによる中空円筒１０の内面の検査方法を示したフローチャートである。図２２及び図２３を参照して、実施例８の円筒内面検査システム１の構成、及び円筒内面検査システム１による中空円筒１０の内面の検査方法を説明する。図２２では、図２と同様の構成（例えば、コントローラ６０）を省略している。実施例８では、図２３のフローチャートの各ステップがコントローラ６０の制御によって自動で実行される例を説明するが、一部のステップを手動で実行してもよい。

図２２に示すように、実施例８の円筒内面検査システム１は、中空円筒１０の中心軸Ｏが水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように中空円筒１０を固定する。中空円筒１０の中心軸Ｏが水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように固定された中空円筒１０の中空空間内にｚ方向に沿って画像検査装置２０及び内径計測装置３０を挿入する。

実施例８のワーク固定台３０５Ａは、中空円筒１０の中心軸Ｏが水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように、中空円筒１０を固定する。

また、実施例８のガイド３０４Ａは、画像検査装置２０及び内径計測装置３０を中空円筒１０の中空空間内に案内し、且つ画像検査装置２０及び内径計測装置３０の中心軸を調整する。

また、実施例８のｚ軸ステージ３０３Ａは、シャフト３０２Ａを軸方向（ｚ方向）に移動させることによって、シャフト３０２Ａに連結された画像検査装置２０及び内径計測装置３０を軸方向（ｚ方向）に沿って移動させる。

（検査方法）
まず、コントローラ６０は、中空円筒１０を把持する図示しない把持装置を制御して、中空円筒１０を円筒内面検査システムのワーク固定台３０５Ａに設置する（Ｓ３０１）。実施例８では、中空円筒１０の中心軸Ｏが水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように中空円筒１０を設置する。

次に、コントローラ６０は、計測ヘッド案内機構３０１の脚部３０７ａ～３０７ｄ及び３０８ａ～３０８ｄ、並びにガイド３０４を調節し、計測ヘッド案内機構３０１の中心とワーク固定台３０５Ａに固定された中空円筒１０の中心軸Ｏとを概略一致させる（Ｓ３０２）。

次に、コントローラ６０は、ｚ軸ステージ３０３Ａを制御して、シャフト３０２Ａをｚ軸正の方向に動かし、計測ヘッド１００と計測ヘッド案内機構３０１を中空円筒１０の中空空間内に挿入する。そして、画像検査装置２０を制御して、中空円筒１０の内面を撮像する。このとき、例えばｚ軸ステージ３０３Ａがシャフト３０２Ａを等速で移動させ、画像検査装置２０が一定時間間隔で中空円筒１０の内面を撮像する（Ｓ３０３）。

コントローラ６０は、ｚ軸ステージ３０３Ａが計測ヘッド１００を所定の位置まで移動させると、計測ヘッド１００の移動を停止する（Ｓ３０４）。

その後、コントローラ６０（画像検査制御部４０２）は、画像検査装置２０の撮像画像から傷又は錆の有無を判定し、傷又は錆がある場合、撮像画像における傷又は錆の位置及びシャフト３０２の位置に基づいて、中空円筒１０の内径計測断面のｚ座標を決定する（Ｓ３０５）。

また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の傷又は錆の深さや範囲などを評価するための内径計測断面を、Ｓ３０５で決定したｚ座標に従って決定する。また、コントローラ６０は、中空円筒１０の内面の摩耗量を評価するため、上記した内径計測断面に加えて、予め定めた断面を内径計測断面とする（Ｓ３０６）。

続いて、コントローラ６０は、ｚ軸ステージ３０３Ａを制御して、シャフト３０２Ａをｚ軸負の方向に動かし、Ｓ３０６で決定した１又は複数の内径計測断面に測距プローブ２１０の計測点Ｔ０が一致するようにする。そして、コントローラ６０は、内径計測装置３０を制御して、１又は複数の内径計測断面で中空円筒１０の内径を計測し、１又は複数の内径計測断面での中空円筒１０の内面形状を示すプロファイルを作成する（Ｓ３０７）。

中空円筒１０の中心軸Ｏが水平面（ｘｙ平面）に対して垂直となるように固定された中空円筒１０に対しても、実施例１と同様に、中空円筒１０の内面の傷又は錆を見逃すことなく、短時間で中空円筒１０の内面を検査することができる。また、実施例８の円筒内面検査システム１では、実施例１の円筒内面検査システム１に比べて、設置スペースを小さくすることができる。

（変形例）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 円筒内面検査システム
１０ 中空円筒
２０ 画像検査装置
３０ 内径計測装置
４０ 搬送装置
５０ ワーク設置装置
６０ コントローラ
１００ 計測ヘッド
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ カメラ
１０２、１０２Ａ 環状照明
１０２ａ 照明光
１０３ ライトガイド
１２０ 測距プローブ・ライトガイド連結部
２１０、２１０Ａ 測距プローブ
２１１ 測定光
２２１ レンズ部
２２２ 回転部
２２３ 光路変更素子
３０１ 計測ヘッド案内機構
３０２、３０２Ａ シャフト
３０３ ｙ軸ステージ
３０３Ａ ｚ軸ステージ
３０４、３０４Ａ ガイド
３０５、３０６、３０５Ａ ワーク固定台
４００ 装置全体制御部
４０１ 内径計測制御部
４０２ 画像検査制御部
４０３ ステージ制御部
４１０ 接続ケーブル

Claims (15)

1. 中空円筒状の部材の内面を撮像する画像検査装置と、
   前記中空円筒状の部材の内径を計測する内径計測装置と、
   前記画像検査装置及び前記内径計測装置を、前記部材の中空空間内で前記中空円筒の軸方向に沿って搬送する搬送装置と、を備える
   ことを特徴とする中空円筒状部材の検査システム。
2. 前記画像検査装置、前記内径計測装置、及び前記搬送装置を制御するコントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記軸方向の１又は複数の位置で前記部材の内面を撮像するよう前記画像検査装置及び前記搬送装置を制御し、
   前記画像検査装置によって撮像された撮像画像に画像処理を行い、前記部材の内面の欠陥の位置を特定し、
   特定した前記位置で前記部材の内径を計測するよう前記内径計測装置及び前記搬送装置を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
3. 前記コントローラは、
   前記画像検査装置が前記部材の内面を撮像する場合に、前記搬送装置を制御して、前記画像検査装置及び前記内径計測装置を前記軸方向の第１の方向に沿って搬送し、
   前記内径計測装置が前記部材の内径を計測する場合に、前記搬送装置を制御して、前記画像検査装置及び前記内径計測装置を前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に沿って搬送する
   ことを特徴とする請求項２に記載の中空円筒状部材の検査システム。
4. 前記内径計測装置は、光を前記軸方向に沿って導くプローブを有し、
   前記プローブの中心軸は前記中空円筒状の部材の中心軸と一致するように配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
5. 前記内径計測装置は、前記軸方向を中心に前記プローブを回転させ、且つ前記プローブから前記部材の内面に光を照射することにより、前記部材の内径を計測する
   ことを特徴とする請求項４に記載の中空円筒状部材の検査システム。
6. 前記搬送装置は、前記中空円筒状の部材の内面に当接する複数の脚部と、前記脚部を前記部材の内面に当接する位置まで移動させる移動機構と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
7. 前記搬送装置は、前記画像検査装置及び前記内径計測装置に着脱可能に構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
8. 前記画像検査装置は、前記部材の内面に照射される光の光源、及び前記部材の内面の画像を撮像する撮像素子を有し、
   前記内径計測装置は、光を集束する光学素子、前記光学素子によって集束された光を前記軸方向に沿って導くプローブ、前記プローブを前記軸方向の回りに回転させる回転部、を有し、
   前記光源、前記撮像素子、前記光学素子、前記プローブ、及び前記回転部は、前記部材の中空空間内に導入される計測ヘッドと一体的に構成され、
   前記画像検査装置及び前記内径計測装置を制御するコントローラは、前記計測ヘッドとは物理的に分離され、前記計測ヘッドと接続ケーブルを介して通信可能に接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
9. 外径が異なる複数の中空円筒状の部材を固定可能であって、且つ、固定している前記中空円筒状の部材の中心軸を変位可能なワーク設置装置、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
10. 前記画像検査装置は、円環状に光を照射する環状照明と、前記環状照明から照射された光を導光する中空円筒状のライトガイドと、を有し、
    前記ライトガイドの先端部は、当該先端部からの出射された光が前記部材の内面を照射するように加工される
    ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
11. 前記内径計測装置は、光を前記軸方向に沿って導くプローブと、前記プローブの先端部に設けられ、前記光を前記部材の内面に照射する光路変更素子と、を有し、
    前記画像検査装置は、円環状に光を照射する環状照明と、前記環状照明から照射された光を導光する中空円筒状のライトガイドと、を有し、
    前記プローブは、前記ライトガイドの中空空間内に配置され、
    前記光路変更素子は、前記ライトガイドの先端よりも突出した位置に配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
12. 前記画像検査装置は、光を照射する照明と、前記照明から照射された光が前記部材の内面を照射するよう拡散する光拡散部材と、を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
13. 前記画像検査装置は、光を照射する複数の点光源と、前記複数の点光源から照射され、前記部材の内面で反射した光を投影するスクリーンと、を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
14. 前記画像検査装置は、前記部材の内面の画像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の位置を前記中空円筒の径方向に移動する移動機構と、を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の中空円筒状部材の検査システム。
15. 中空円筒状の部材の内面を撮像する画像検査装置を、前記部材の中空空間内で前記中空円筒の軸方向に沿って搬送し、１又は複数の位置で前記部材の内面を撮像すること、及び
    前記中空円筒状の部材の内径を計測する内径計測装置を、前記軸方向に沿って搬送し、１又は複数の位置で前記部材の内径を計測すること、を有する
    ことを特徴とする中空円筒状部材の検査方法。

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