JP6095437B2 - 内面検査装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は内面検査装置および方法に関し、物体の穴の内面、パイプの内面等を撮影する技術に係るものである。

従来、この種の撮影装置には、例えば図９に示す原理のものがある。これは、リングビームデバイスと呼ばれるものであり、レーザ照射部１の半導体レーザから円状のレーザ光２を円錐ミラー３に照射し、円錐ミラー３に入射したレーザ光２がその入射光軸に対して直角方向に反射し、光跡が３６０°に広がるディスク状の光４が形成される。レーザ照射部１と円錐ミラー３は透明円筒体５で一体化している。

このディスク状の光４を物体の対象物内面に照射すると、対象物内面がリング状に照らされて、リング状の光切断面が照らし出される。この光切断面として映る光の輪は、図１０に示すように、対象物内面の断面輪郭を表す１本のリング状光６となる。以下においては対象物内面の断面輪郭を示す用語として光切断面を使用する。

このリング状光６をレーザ照射部１の後方に位置する撮影部のカメラ（図示省略）で撮影することにより対象物内面の輪郭形状情報を得ることができる。
特許文献１に記載する光学装置では、光源からの測定用光がレンズ系を介してコーンミラーの反射部によって反射され、光遮蔽部材の開口を介して、幅広で放射状の欠陥測定用光として測定対象側に出力される。コーンミラーの貫通穴を通過した測定用光は、コーンミラーの頂部周辺の反射部によって反射され、光遮蔽部材の開口を介して、幅狭で放射状の長さ特性測定用光として測定対象側に出力される。測定対象で反射した欠陥測定用光と長さ特性測定用光は、各々、測定部によって検出され、演算制御部によって測定対象の欠陥の有無判別や形状算出等が行われる。

また、特許文献２には、管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出する技術が記載されている。

特開２００９−２５００６ 特開２０１２−１５９４９１

ところで、上記した図９に示す構成では、レーザ照射部１とその後方に位置する撮影部とを一体のものとして管等の対象物の内部に挿入する必要がある。このため、レーザ照射部１とその後方に位置する撮影部とを一体的に備えた撮影ユニットは管等の対象物の内部に挿入する場合に、長尺なランスで支持する。

このランスを使用する場合に、撮影ユニットおよびランスを含む機器全体の基準軸と管状製品の内空間の軸心との軸ずれ量が、撮影ユニットを管状製品の内空間へ円滑に挿入することを保証できる正常範囲を外れると、撮影ユニットが管状製品の管端面や受口内部と干渉して撮影ユニットを管状製品内へ挿入することが困難となり、撮影装置が損傷する場合がある。

このような、軸ずれが生じる原因には、管状製品や撮影ユニットを保持する設備側の要因と、管状製品の側の要因がある。設備側の要因としては、管状製品を搬送する搬送設備のローラの磨耗による管状製品の高さ位置の変化、あるいは管状製品の前後を支持するローラの磨耗の不均一性による管状製品の姿勢の変化、複数の管状製品を複数の撮影ユニットで検査する場合に各撮影ユニットを支持するランスの高さ位置のバラツキ、あるいは搬送設備が走行するレールの磨耗や傾きによる管状製品の姿勢の変化がある。

また、管状製品側の要因としては、管状製品の外径や内径のバラツキ、管状製品の撓み等がある。
本発明は上記した課題を解決するものであり、撮影ユニットが対象物内に挿入可能な状態であるか否かを判断することが可能な内面検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の内面検査装置は、対象物である管状製品の内空間に面する対象物内面を対象物の内空間への進退方向に沿って撮影するものであって、光源光を出射する光源部を有し、光源部から出射した光源光を対象物内面に向けて放射状の照射光にして照射する照射部と、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を出退方向に沿って連続的に撮影する撮影装置を有する撮影部とを有する撮影ユニットと、撮影ユニットを支持して対象物の内空間に相対的に進退するランス部と、撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進退させる搬送駆動装置と、撮影ユニットおよびランス部が対象物の内空間に相対的に進退することが可能か否かを判断する異常判定部を備え、異常判定部は、撮影部が対象物の内空間の入口に臨み、照射部が対象物の内空間の中に位置する状態で対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする。

また、本発明の内面検査装置において、異常判定部は、搬送駆動装置により撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進入させることを、軸ずれ量が正常範囲内であるときに許可し、軸ずれ量が正常範囲外であるときに禁止することを特徴とする。

本発明の内面検査装置は、対象物である管状製品の内空間に面する対象物内面を対象物の内空間への進退方向に沿って撮影するものであって、光源光を出射する光源部を有し、光源部から出射した光源光を対象物内面に向けて放射状の照射光にして照射する照射部と、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を出退方向に沿って連続的に撮影する撮影装置を有する撮影部とを有する撮影ユニットと、撮影ユニットを支持して対象物の内空間に相対的に進退するランス部と、撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進退させる搬送駆動装置と、対象物の内空間における撮影ユニットの軸ずれ量を検知し、装置の異常を判断する異常判定部を備え、異常判定部は、撮影部が対象物の内空間で、かつ対象物を支持する複数の支持部近傍位置に臨んで、対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、得られた複数箇所の軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする。

また、本発明の内面検査装置において、異常判定部は、対象物の複数の支持部近傍位置での軸ずれ量を蓄積し、蓄積された軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする。

本発明の内面検査方法は、撮影部が対象物である管状製品の内空間の入口に臨み、照射部が対象物の内空間の中に位置する状態に撮影ユニットを配置し、撮影ユニットの光源部から出射した光源光を照射部で放射状の照射光にして対象物内面に向けて照射し、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を撮影部の撮影装置で撮影し、撮影部が対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の軸心と撮影ユニットおよびランス部の基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、撮影ユニットを完全に対象部内に挿入する前に、撮影部が対象物の内空間の入口に臨む状態で撮影した取得全画像において、対象物の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断するので、撮影ユニットと対象物との干渉を事前に予測して撮影ユニットの損傷を未然に防止することができる。

本発明の実施の形態における内面検査装置を示す断面図であり、（ａ）は内面検査装置の撮影ユニットが管状製品と干渉する状態を示す図、（ｂ）は内面検査装置の撮影ユニットが管状製品に正常に挿入された状態を示す図 同内面検査装置の検査工程を示す模式図 同内面検査装置の検査工程を示す模式図 同内面検査装置による取得全画像を示す模式図 同内面検査装置の管台車を示すブロック図 同内面検査装置で支持する管の各部におけるレーザリング画像 同内面検査装置における軸ずれ量の検査結果を示すグラフ図 設備の状態とレーザリング画像の関係を示す模式図 従来の構成を示す模式図 正常なリング状光を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図３において、内面検査装置は、対象物、例えば管１００の内空間である中空部の孔１０１に対して進退し、対象物の内空間に面する対象物内面、ここでは管内面を管軸心に沿った進退方向に沿って撮影するものであり、その主要な構成部として照射部１０と撮影部２０とランス部３０と異常判定部４０と搬送駆動装置５０を備えている。

本実施の形態では管１００は一端に受口１０２を有し、他端が挿口をなすが、本発明の対象物は本実施の形態に係る管１００に限定するものではなく、管１００が受口１０２のない直胴型であってもよく、管１００以外のものであっても良い。

照射部１０は光源光を対象物内面である管内面に向けて放射状の照射光にして照射するもので、支持ホルダ１１の光源部１２に格納した半導体レーザが光源光としてレーザ光を出射する。光源部１２の前方には透明ガラスの円筒体からなる反射部１３が配置されており、反射部１３は内部に円錐ミラーを収納している。円錐ミラーは半導体レーザが出射したレーザ光をその入射光軸に対して直角方向に反射し、光跡が３６０°に放射状に広がるディスク状の照射光とする。

連結部１４は、照射部１０と撮影部２０を連結するもので、樹脂もしくは金属のパイプ体からなり、照射部１０を支持するのに必要な十分な強度を有している。
撮影部２０は、照射光で照らされた対象物内面の光切断面（レーザリング）を進退方向に沿って連続的に撮影するものであり、接続部２１と撮影装置をなすレンズ部２２とカメラ部２３からなる。接続部２１は後端側でレンズ部２２のフード２４に螺合接続し、前端側にフランジ２５を有している。

フランジ２５には撮影部２０の撮影視野内に配置される透明保護材２６が連結されており、透明保護材２６がレンズ部２２の前方を覆っている。この透明保護材２６はガラス材質であり、本実施の形態では板状ガラスからなる。

レンズ部２２はフード２４およびフード２４に接続したカメラレンズ２７からなる。カメラ部２３はカメラレンズ２７に接続する撮影装置としてのカメラ２８からなる。
撮影部２０には衝突防止フランジ２９を設けている。衝突防止フランジ２９は、撮影ユニットの外径よりも一回り大きな外径を有しており、管内面を傷つけない材質からなり、管の内径のバラツキに起因して管内面と撮影ユニットが接触するおそれがある場合にあっても、衝突防止フランジ２９の外周縁が管内面に当接する状態で撮影ユニットを管内面から離間した状態に保持する。

照射部１０と撮影部２０からなる撮影ユニットはランス部３０の挿入用ランス３１の先端に設けてあり、挿入用ランス３１が先端側に撮影ユニットを支持して管１００の内空間に相対的に進退する。

ランス部３０は挿入用ランス３１の基端側を保持するランス支持台３２を備えており、ランス支持台３２は昇降部３３で挿入用ランス３１を支持し、昇降部３３の昇降により挿入用ランス３１の上下方向の位置を調整可能である。ランス部３０はランス延長パイプ３４を介して撮影部２０に接続している。

異常判定部４０は、画像処理装置（図示省略）にプログラム等によって構成された機能部で、対象物の管１００の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断するものである。

詳しくは、撮影部２０が対象物の管１００の内空間の入口に臨んで管内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像（レーザリング画像）の中心となる管中心座標との座標の偏差から管１００の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断する。

搬送駆動装置５０は管台車５１と管台車５１の走行を制御する台車制御装置５２を有している。管台車５１は支持ローラ５３を介して管１００を支持している。管台車５１は、管１００の搬送ライン６０との間において管１００を受け渡す退避ステーション５４と、管１００の孔１０１に撮影部２０および挿入用ランス３１が挿入される検査ステーション５５との間にわたって進退する。

以下、上記した構成の作用を説明する。
（基本動作）
図３（ａ）に示すように、台車制御装置５２は退避ステーション５４において搬送ライン６０から管１００を管台車５１の上に受け取り、その後に図３（ｂ）に示すように、管台車５１を検査ステーション５５に移動させる。管台車５１が検査ステーション５５へ移動する際に、撮影ユニットの照射部１０、撮影部２０が挿入用ランス３１とともに管１００の孔１０１に挿入される。

そして、挿入用ランス３１を管１００に挿入しながら、あるいは挿入用ランス３１を管１００から引き出しながら対象物内面である管内面を撮影部２０で撮影する。
（撮影動作）
照射部１０では、支持ホルダ１１の内部に格納した光源部１２の半導体レーザが光源光としてレーザ光を反射部１３の円錐ミラーに向けて出射する。反射部１３の円錐ミラーは半導体レーザが出射したレーザ光をその入射光軸に対して直角方向に反射し、光跡が３６０°に放射状に広がるディスク状の照射光にして対象物内面である管内面に向けて照射する。このディスク状の光を対象物内面に照射すると、対象物内面がリング状に照らされて、リング状の光切断面が照らし出される。この光切断面として映る光の輪は、対象物内面の断面輪郭を表す１本のリング状光、すなわちレーザリングとなる。このレーザリングを撮影部２０のカメラ２８で撮影することにより対象物内面の輪郭形状情報を得る。そして、輪郭形状情報に基づいて管１００の内面における欠陥の有無を判断する。
（衝突防止検査）
上述した基本動作において、図１（ａ）に示すように、撮影部２０の例えば接続部２１と管１００の直管部の端部が干渉すると、それ以上にランス部３０を挿入することが困難となる。図１（ｂ）は、撮影部２０を支持する挿入用ランス３１が管１００に正常に挿入された状態を示す。このため、衝突防止検査を行う。

図４（ａ）に示すように、撮影部２０が対象物の管１００の孔１０１の入口に臨む位置に撮影ユニットを配置する。図４においては、管１００の形状を略図的に直管状に示している。この状態において、撮影ユニットの撮影部２０は管１００の外に位置し、先端側の照射部１０が管１００の孔１０１の中に位置する。

次ぎに、撮影ユニットの照射部１０の光源部１２から出射した光源光を反射部１３で反射させて放射状の照射光にして対象物内面である孔１０１の管内面に向けて照射し、照射光で照らされた管内面の光切断面（レーザリング）を撮影部２０のカメラ部２３で撮影する。撮影部２０は、対象物の管内面の光切断面（レーザリング）を撮影する。

次ぎに、図４（ｂ）に示すように、撮影部２０が撮影した取得全画像Ｐ０において、取得全画像Ｐ０の中心となる撮影中心座標（Ｘ_１，Ｙ_１）と取得全画像中に映る光切断面画像Ｐ１の中心となる対象物中心座標（Ｘ_０，Ｙ_０）との座標の偏差から対象物である管１００の孔１０１の軸心と撮影ユニットおよびランス部の基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断する。

ここで、取得全画像Ｐ０の中心となる撮影中心座標（Ｘ_１，Ｙ_１）はカメラ部２３およびレンズ部２２の中心に一致するが、撮影ユニットおよびランス部の基準軸は必ずしも撮影中心座標（Ｘ_１，Ｙ１）と一致する必要はなく、基準軸と撮影中心座標（Ｘ_１，Ｙ_１）とが一定距離の位置関係を有していれば良い。

異常判定部４０は、求めた軸ずれ量が許容範囲内、すなわち正常範囲内であるときに、
搬送駆動装置５０により撮影部２０およびランス部３０を対象物である管１００の孔１０１に相対的に進入させることを許可する許可信号を台車制御装置５２に出し、軸ずれ量が許容範囲を超えるとき、すなわち正常範囲外であるときに、搬送駆動装置５０により撮影部２０およびランス部３０を対象物である管１００の孔１０１に相対的に進入させることを禁止する禁止信号を台車制御装置５２に出す。

このように、撮影ユニットの撮影部２０が管１００の外に位置し、先端側の照射部１０のみ管１００の孔１０１の中に位置する状態、すなわち管１００と撮影ユニットの衝突の可能性が低い状態で、撮影ユニットの挿入可否判断を行なえるので、衝突による撮影ユニットの損傷を未然に防止できる。
（管内面検査）
管１００の内面の欠陥を検査する工程では、上述撮影動作によって対象物の管１００の管内面をランス部３０の進退方向に沿って撮影する。そして、管内を移動しながら撮影した管内面の画像を二値化し、得られたレーザリング画像の欠損や歪みから管内面の凹部等の欠陥を検出する。

次ぎに、レーザリング画像から搬送設備の経時変化を検出する。図５に示すように、直管部先端ａと、受口ローラ部に相当する部位ｂ、挿口ローラ部に相当する部位ｃにおける軸ずれ量に注目する。

図６の（ａ）に示すように、直管部先端ａにおける軸ずれ量が大きくなる傾向を示す場合には管１００と撮影ユニットが衝突する危険度が増加すると判断する。
図６の（ｂ）、（ｃ）に示すように、受口ローラ部に相当する部位ｂ、挿口ローラ部に相当する部位ｃにおける軸ずれ量が大きくなる傾向を示す場合には、管１００を支持しているローラの磨耗が増加していると判断する。

図７に示すように、検査本数の増加に伴って搬送駆動装置５０の支持ローラ５３の磨耗等が生じるために、軸ずれ量は増加する傾向を示す。軸ずれ量が１度だけ閾値を超えた場合Ａには、管１００の側の要因による軸ずれと判断し、軸ずれの「警報」を通知する。しかし、軸ずれ量が連続して閾値を超える場合Ｂには、設備側の要因による軸ずれと判断し、軸ずれの「異常」を通知する。

そして、図８（ａ）に示すように、受口ローラ部に相当する部位ｂ、挿口ローラ部に相当する部位ｃにおける軸ずれ量がない場合にはメンテナンスの必要がないと判断する。図８（ｂ）に示すように、受口ローラ部に相当する部位ｂにおける軸ずれ量が大きく、挿口ローラ部に相当する部位ｃにおける軸ずれ量がない場合には受口ローラ部のメンテナンスが必要であると判断する。逆に、図８（ｃ）に示す場合もメンテナンスが必要であると判断する。図８（ｄ）に示すように、受口ローラ部に相当する部位ｂ、挿口ローラ部に相当する部位ｃにおける軸ずれ量がともに大きい場合には、受口ローラ部と挿口ローラ部のメンテナンスが必要であると判断する。

このように、メンテナンスの箇所とタイミングを判断できる。
上述の実施の形態では、検査対象物の管１００を載せた管台車５１が、退避ステーション５４と検査ステーション５５との間にわたって進退することで、管１００の孔１０１に撮影ユニットおよび挿入用ランス３１が挿入され、管１００の内面を検査する構成を示した。しかしながら、検査対象物と撮影ユニットを相対的に移動させるものであれば、この構成に限るものではない。例えば、検査対象物の管１００が静止している状態で、撮影ユニットおよび挿入用ランス３１を支持して移動させる移動手段により、撮影ユニットおよび挿入用ランス３１を管１００の孔１０１の内面を進退可能とする構成であってもよい。

１０ 照射部
１１ 支持ホルダ
１２ 光源部
１３ 反射部
１４ 連結部
２０ 撮影部
２１ 接続部
２２ レンズ部
２３ カメラ部
２４ フード
２５ フランジ
２６ 透明保護材
２７ カメラレンズ
２８ カメラ
２９ 衝突防止フランジ
３０ ランス部
３１ 挿入用ランス
３２ ランス支持台
３３ 昇降部
３４ ランス延長パイプ
４０ 異常判定部
５０ 搬送駆動装置
５１ 管台車
５２ 台車制御装置
５３ 支持ローラ
５４ 退避ステーション
５５ 検査ステーション
６０ 搬送ライン
１００ 管
１０１ 孔
１０２ 受口

Claims (5)

1. 対象物である管状製品の内空間に面する対象物内面を対象物の内空間への進退方向に沿って撮影するものであって、
   光源光を出射する光源部を有し、光源部から出射した光源光を対象物内面に向けて放射状の照射光にして照射する照射部と、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を出退方向に沿って連続的に撮影する撮影装置を有する撮影部とを有する撮影ユニットと、
   撮影ユニットを支持して対象物の内空間に相対的に進退するランス部と、
   撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進退させる搬送駆動装置と、
   撮影ユニットおよびランス部が対象物の内空間に相対的に進退することが可能か否かを判断する異常判定部を備え、
   異常判定部は、撮影部が対象物の内空間の入口に臨み、照射部が対象物の内空間の中に位置する状態で対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする内面検査装置。
2. 異常判定部は、搬送駆動装置により撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進入させることを、軸ずれ量が正常範囲内であるときに許可し、軸ずれ量が正常範囲外であるときに禁止することを特徴とする請求項１に記載の内面検査装置。
3. 対象物である管状製品の内空間に面する対象物内面を対象物の内空間への進退方向に沿って撮影するものであって、
   光源光を出射する光源部を有し、光源部から出射した光源光を対象物内面に向けて放射状の照射光にして照射する照射部と、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を出退方向に沿って連続的に撮影する撮影装置を有する撮影部とを有する撮影ユニットと、
   撮影ユニットを支持して対象物の内空間に相対的に進退するランス部と、
   撮影ユニットおよびランス部を対象物の内空間に相対的に進退させる搬送駆動装置と、
   対象物の内空間における撮影ユニットの軸ずれ量を検知し、装置の異常を判断する異常判定部を備え、
   異常判定部は、撮影部が対象物の内空間で、かつ対象物を支持する複数の支持部近傍位置に臨んで、対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の中心軸と撮影ユニットの基準軸との軸ずれ量を求め、得られた複数箇所の軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする内面検査装置。
4. 異常判定部は、対象物の複数の支持部近傍位置での軸ずれ量を蓄積し、蓄積された軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする請求項３に記載の内面検査装置。
5. 撮影部が対象物である管状製品の内空間の入口に臨み、照射部が対象物の内空間の中に位置する状態に撮影ユニットを配置し、撮影ユニットの光源部から出射した光源光を照射部で放射状の照射光にして対象物内面に向けて照射し、照射光で照らされた対象物内面の光切断面を撮影部の撮影装置で撮影し、撮影部が対象物内面の光切断面を撮影した取得全画像において、取得全画像の中心となる撮影中心座標と取得全画像中に映る光切断面画像の中心となる対象物中心座標との座標の偏差から対象物の内空間の軸心と撮影ユニットおよびランス部の基準軸との軸ずれ量を求め、軸ずれ量に基づいて異常の有無を判断することを特徴とする内面検査方法。

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