JP2947670B2 - シリンダブロックのボアの粗残り検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダブ
ロックボアの内周面の粗さ及び面性状を光学的に検査す
る粗残り検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のシリンダブロックボアの内周
面は、最終仕上加工後に粗残り検査が行われる。以下図
７を参照しつつシリンダブロック１にボア２を形成する
工程を説明する。

【０００３】まずシリンダブロック１に対してボーリン
グによるボア荒加工を行い、次に、ダイヤホーニングヘ
ッドによりボア仕上中グリを行って、ボア２の真円度、
円筒度などの形状精度の確保を行う。最後に砥石のＧＣ
ホーニングヘッドで最終仕上が行われ、ボア２の摺動面
としての適当な表面粗さ、面性状が決定される。

【０００４】なお、ボア荒加工の面粗さは約５０Ｚ、仕
上中グリ加工の面粗さは約１０〜２５Ｚ、最終仕上時の
面粗さは４Ｚ以下である。また、自動車用エンジンのボ
ア加工においては、仕上中グリ加工のダイヤボーリング
時に、ボア２の内周面３にクロスハッチのダイヤ目１０
が形成される。このダイヤ目１０は、図８（ａ）に概念
的に示すように、内周面３の軸方向に対して斜めにクロ
スする研削跡で、エンジンオイルの通り道として機能す
る。

【０００５】最終加工されたボア２の内周面３には、前
加工時の表面が残った粗残りが部分的に発生することが
ある。この粗残りは、極稀に鋳肌残りもあるが、代表さ
れるのは荒加工ボーリング跡残りとダイヤボーリング跡
残りである。かかる２つのボーリング跡残りは、ボア２
とホーニングヘッドとの芯ズレなどが原因で形成され
る。

【０００６】荒加工ボーリング跡残りは、図８（ｂ）に
示すように、ボア２の内周面３の周方向にバイトで研削
された平行な筋状のボーリング目１１として現れ、これ
は後述の検査対象となる。ダイヤボーリング跡残りは、
前記したダイヤ目１０に相当し、ダイヤ目１０の粗さが
基準以上または以下の場合に後述の検査対象の粗残りと
なる。

【０００７】図９にボア内周面３の正常面３ａと、ダイ
ヤ目１０の在る面３ｂ、ボーリング目１１の在る面３ｃ
の断面を示す。この各々の面の粗さは、ダイヤ目１０の
在る面３ｂが最も大で、ボーリング目１１の在る面３ｃ
の粗さは、正常面３ａの粗さと大差無い場合があり、４
Ｚ以下の粗さであれば粗さのみを検査すれば合格と判定
される恐れがある。

【０００８】ボア２の内周面３は、最終加工後に表面粗
さが検査される。この検査装置としては、粗さ計を使っ
たものと、斜方照明系及びカメラで被検査面を撮像して
画像処理するものが一般的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記粗さ計による表面
検査装置は、被検査面の表面をスポット（点）で検査す
るため、被検査面全域を検査するのに長時間を要し、エ
ンジンなどの製造のインライン検査には不適当である。
また、粗さのみの評価による検査のため、上記ボーリン
グ目１１やダイヤ目１０のような面性状に関する表面欠
陥を見逃す可能性が高い。

【００１０】また、上記画像処理方式の表面検査装置
は、被検査面を斜方照明して被検査面の欠陥部分に影を
作り、この影を撮像して得た画像を処理して検査する装
置で、１回の検査が短時間で行われる。この装置は、鋳
巣のような凹凸の大きな表面欠陥（数百ミクロンの大き
さ）を検査するには適するが、上記ダイヤ目１０などの
粗残りのような凹凸の微細な表面欠陥（数ミクロンの大
きさ）の検査には適さない。つまり、ダイヤ目１０など
の微細な粗残りは、斜方照明しても影が発生し難いため
である。

【００１１】そこで、上記ダイヤ目１０などの粗残りの
粗さと面性状の良否を検査する装置として、レーザース
ポット光とＣＣＤの受光素子を使った傷検査装置が一部
で使用されている。この装置は鉄板のシート検査などに
使用されるもので、被検査面に直交する一定距離からレ
ーザースポット光を照射し、その反射光の光量を被検査
面から一定距離の受光素子で検出して、被検査面の粗残
りの良否判定を行う。

【００１２】このような粗残りを対象とする傷検査装置
は、傷検査装置の投受光窓と被検査面との距離が一定で
ある条件下では高精度である。しかし、傷検査装置と被
検査面との微小な位置ずれで、レーザースポット光の照
射距離、反射距離が微小量変動すると、その距離の２乗
に比例して受光素子への入射光量が大きく変動し、誤判
定を引き起こす可能性が高い。この距離変動に伴う誤判
定は、円形ボアの内周面のような曲面の被検査面におい
て多発し易く、事実上検査できないでいる。

【００１３】本発明の目的とするところは、円形ボアの
内周面のクロスハッチのダイヤ目や、周方向の研削跡で
あるボーリング目による粗残りの良否判定が容易かつ高
精度で行える粗残り検査装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダブロ
ックのボア内において、前記ボアの軸線方向に移動可能
かつ前記軸線回りに回動可能な光学ユニットであって、
前記光学ユニットは、前記ボアの内周面に対して周方向
に延びるレーザースリット光を所定の傾斜角度で照射す
るレーザー照射系と、前記ボアの内周面からボアの半径
方向に散乱反射する前記レーザースリット光を前記ボア
の軸線方向に反射するミラーとを具備してなる前記光学
ユニットと、前記ボアの外部にあって前記ミラーに光学
的に連結された撮像器と、前記撮像器で得られた画像デ
ータから所定の光量を有するドット数をカウントする画
像処理装置とを具備してなるシリンダブロックのボアの
粗残り検査装置を提供する。

【００１５】

【作用】円形ボアの内周面に対して周方向に延びるレー
ザースリット光を照射することで、１回で撮像されるボ
ア内周面の検査領域が広くなり、ボア内周面全域の検査
時間が短縮される。

【００１６】ボア内周面にレーザースリット光を斜めに
照射し、ボア半径方向に反射する散乱光を撮像すること
で、内周面のダイヤ目やボーリング目の粗残りがドット
状に撮像されて、粗残りの検出が可能となる。

【００１７】撮像器で撮像された粗残りのドット状画像
を画像処理装置で２値化してカウントしたカウント値
は、粗残りの粗さ、方向性である面性状の良否によって
異なり、このカウント値を判定基準値と比較すること
で、粗残りの良否が正確に判定される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の好適一実施例を図１〜５を参
照して説明する。

【００１９】図１の縦断面で示される粗残り検査装置
は、シリンダブロック１に機械加工された円形ボア２の
内周面３の粗残りを検査する。この装置は、ボア２に挿
入される光学ユニット７と、光学ユニット７に光学結合
された撮像器８と、その画像処理装置９を備える。

【００２０】光学ユニット７は、ボア２の内周面３にレ
ーザースリット光４を照射するレーザー照射系５と、内
周面３からのレーザースリット光４をボア軸方向に反射
するミラー６を有する。レーザー照射系５は、図２
（ａ）の横断面で示されるように、内周面３の周方向に
平行な一定幅Ｄのレーザースリット光４を、内周面３の
周方向と直交方向に対して所定の傾斜角度θで照射す
る。ミラー６は、内周面３からボア半径方向に反射する
レーザースリット光４の散乱光４'を反射する。

【００２１】レーザー照射系５とミラー６は、ボア２に
回動および軸方向移動可能に挿入される円筒状のケース
１２に収納される。ケース１２の下部に収納されたレー
ザー照射系５は、レーザーダイオード１３とレンズ１
４、ミラー６'で構成される。レーザーダイオード１３
から投射されたレーザー光がレンズ１４でレーザースリ
ット光４にされる。レーザースリット光４はミラー６'
で反射して、ケース１２の一部に設けた窓１５を透過し
て内周面３に上向きの傾斜角度θで照射される。

【００２２】レーザースリット光４で照射される内周面
３のレーザー照射範囲ｍで、レーザースリット光４はレ
ーザー照射範囲ｍの凹凸に応じた様々な方向に反射す
る。この反射光の内のボア２の半径方向に反射する散乱
光４'だけが窓１５を透過して、ケース１２内のミラー
６に達し、ミラー６でボア軸方向上方に反射して、撮像
器８に達する。

【００２３】撮像器８は、ケース１２の上部に光学結合
されたボアスコープ１６と、ボアスコープ１６に光学結
合されたシャッター付カメラ１７を備える。ミラー６で
反射した散乱光４'がボアスコープ１６からカメラ１７
に入射して、カメラ１７で内周面３のレーザー照射範囲
ｍが撮像される。

【００２４】画像処理装置９は、図４のフローチャート
に示すように、カメラ１７で撮像されて入力された画像
データ（濃淡画素）を２値化処理し、２値画素数をカウ
ントして、カウントされた画素数を判定基準値と比較処
理し、内周面３の粗残りの良否を判定する。この判定の
内容は後述する。

【００２５】光学ユニット７のレーザースリット光４で
照射される内周面３のレーザー照射範囲ｍは、図２
（ａ）と（ｂ）に示されるレーザースリット光４の幅Ｄ
と高さＨの積に相当する横に長い面積領域である。この
レーザー照射範囲ｍの幅Ｄは、内周面３の内周全長の例
えば１／７に設定される。内周面３における所定面積の
レーザー照射範囲ｍが順次移動して、内周面３の全域が
次のように短時間で検査される。

【００２６】光学ユニット７のケース１２をボア２に挿
入し、ケース１２を定速で上昇（または下降）させなが
らカメラ１７のシャッターを作動させて、レーザー照射
範囲ｍを撮像する。ケース１２の送り速度は図６のよう
に、レーザー照射範囲ｍがＮ回目と（Ｎ＋１）回目の検
査とでオーバーラップ幅ｈを持つように１画面当りの画
像処理時間Ｔより設定される（送り速度≦（Ｈ−ｈ）／
Ｔ））。こうしてケース１２を上昇（または下降）させ
ながらボアの上下方向について検査を行なった後、一定
の高さ位置でケース１２を３６０°／７（約５２°）で
間欠的に回動させ、レーザー照射範囲ｍを周方向に移動
させる。この後、再びケース１２をボア上下方向に移動
させ検査を行い、このケース１２の回動と上下動の繰り
返しにより、内周面３の全域が撮像され、検査される。

【００２７】カメラ１７で撮像される内周面３の１回の
レーザー照射範囲ｍは、周方向に長い面積領域であるか
ら、従来の点領域よりも格段に広くなり、内周面３の全
域を検査するのに要する時間が短縮される。実験による
と、自動車エンジンのボア検査では従来数１０分要して
いたものが、本発明によれば１０数秒に短縮された。

【００２８】レーザースリット光４は、図３に示すよう
に内周面３のレーザー照射範囲ｍで様々な反射をする。
つまり、内周面３の正常面３ａに傾斜角度θで入射した
レーザースリット光４のほとんどは全反射して、内周面
３と直交するボア半径方向にはほとんど反射しない。内
周面３のダイヤ目１０の面３ｂに入射したレーザースリ
ット光４は、ダイヤ目１０で乱反射し、その一部がボア
半径方向に散乱光４'として反射する。内周面３のボー
リング目１１の面３ｃに入射したレーザースリット光４
もボーリング目１１で乱反射し、ボア半径方向に散乱光
４'として反射する。

【００２９】ここで、内周面３の周方向に平行なレーザ
ースリット光４は、内周面３の周方向に形成されたボー
リング目１１に平行に照射される。その結果、ボーリン
グ目１１に照射されたレーザースリット光４は、ボーリ
ング目１１の凹凸に応じた方向性で反射し、ボア半径方
向の散乱光４'が増大する。

【００３０】以上のように、レーザースリット光４が内
周面３で効果的に散乱するためのレーザースリット光４
の傾斜角度θは、約５０°であることが実験の結果分か
っている。

【００３１】内周面３のレーザー照射範囲ｍからの散乱
光４'の画像を、画像処理装置９で２値化処理すると、
例えば図５に示すようなドット状画像（白地黒点は実際
には黒地白点として現われる。）が得られる。同画像に
おける白色部分（反射光が来なかった部分）は、内周面
３の正常面３ａに相当し、ドット状の黒色部分（反射光
が来た部分）は内周面３のダイヤ目１０やボーリング目
１１の凹凸部分に相当する。

【００３２】図５（ａ）の画像は、内周面３のレーザー
照射範囲ｍの粗残りの粗さ及び面性状が良好な場合で、
レーザー照射範囲ｍの図５鎖線で囲まれる中央部での黒
色部分の数が少なくて、広範囲に散らばる。なお、レー
ザー照射範囲ｍの両端部に黒色部分が集中しているの
は、内周面３の曲率の影響による。図５（ｂ）の画像
は、レーザー照射範囲ｍにダイヤ目１０の不良粗残りが
在る場合で、中央部での黒色部分の数が増大している。
図５（ｃ）の画像は、レーザー照射範囲ｍにボーリング
目１１の粗残りが在る場合で、中央部での黒色部分の数
が増大すると共に、黒色部分がボーリング目１１と同じ
方向性を持つ。

【００３３】したがって、画像処理装置９で２値化され
た画像データから、レーザー照射範囲ｍの中央部に検査
領域（ウィンドウ）ｗを設定し、この検査領域ｗ内での
黒色部分の画素数（黒色部分の合計面積）をカウント
し、カウントされた画素数を判定基準値と比較すると、
比較結果から内周面３のダイヤ目１０やボーリング目１
１の有無が検知され、内周面３の粗さ、面性状の良否が
正確に判定される。

【００３４】以上のようなレーザー照射範囲ｍの黒色部
分の数は、光学ユニット７と内周面３との距離が多少変
動して散乱光の強弱のレベルが変動しても、面性状、粗
さの違いによる散乱パターン（図５）は変動しないこと
から、上記黒色部分の画素数カウントによる粗残り判定
は、光学ユニット７と内周面３の距離に多少の変動があ
っても正確に行われる。

【００３５】なお、レーザー照射範囲ｍの中央部の検査
領域ｗ内の黒色部分の画素だけをカウントするのは、両
端部の集中した黒色部分をカウントするとノイズが多く
なって、誤判定する可能性が高いためである。このよう
なレーザー照射範囲ｍの中央部だけの画像処理は、光学
ユニット７の窓１５から入射するレーザースリット光４
の両端部を窓１５でカットする物理的な方法、または画
像処理装置内にウィンドウ設定を行なうことで実現でき
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、円形ボアの内周面に、
その周方向に平行で一定幅のレーザースリット光を照射
して、内周面を撮像し検査するため、内周面が広い検査
範囲で順に検査できて、内周面全域の検査時間の大幅な
短縮化が図れる。

【００３７】また、ボア内周面にレーザースリット光を
斜め照射し、ボア半径方向に反射する散乱光で内周面を
撮像することで、内周面に周方向に形成されたボーリン
グ目の粗残りをも確実に検査ができ、例えば自動車エン
ジンのボア表面検査装置として優れた多機能な粗残り検
査装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図。

【図２】（ａ）は図１装置の要部の横断面図、（ｂ）は
図１装置の要部の拡大図。

【図３】図１装置における被加工物内周面の３種の粗さ
部分での拡大断面図。

【図４】図１装置における画像処理装置のフローチャー
ト。

【図５】図１装置の画像処理装置で２値化処理された画
像図で、（ａ）は正常画像、（ｂ）はダイヤ目の粗残り
画像、（ｃ）はボーリング目の粗残り画像を示す。

【図６】図１装置のレーザー照射範囲のオーバーラップ
状態を示す図。

【図７】被加工物の部分断面を含む部分斜視図。

【図８】図７被加工物の内周面の部分拡大図で、（ａ）
はダイヤ目、（ｂ）はボーリング目を示す。

【図９】図７被加工物の内周面の粗さを説明するための
部分拡大断面図。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ ボア ３ 内周面 ｍ レーザー照射範囲 ４ レーザースリット光 ４' 散乱光 ５ レーザー照射系 ６ ミラー ７ 光学ユニット ８ 撮像器 ９ 画像処理装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックのボア内において、前
   記ボアの軸線方向に移動可能かつ前記軸線回りに回動可
   能な光学ユニットであって、前記光学ユニットは、前記
   ボアの内周面に対して周方向に延びるレーザースリット
   光を所定の傾斜角度で照射するレーザー照射系と、前記
   ボアの内周面からボアの半径方向に散乱反射する前記レ
   ーザースリット光を前記ボアの軸線方向に反射するミラ
   ーとを具備してなる前記光学ユニットと、 前記ミラーに光学的に連結された撮像器と、 前記撮像器で得られた画像データから所定の光量を有す
   るドットの画素数をカウントする画像処理装置とを具備
   してなるシリンダブロックのボアの粗残り検査装置。
2. 【請求項２】 前記画像処理装置によるドット数のカウ
   ント値が、所定の値よりも大きいか否かを判別する判別
   手段を有する請求項１記載のシリンダブロックのボアの
   粗残り検査装置。