JP6272611B2 - 内面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査体の内面を検査する内面検査装置に関するものである。

従来、被検査体の円筒状内面に存在するキズや打痕、バリ等の欠陥部位を検出する装置として、被検査体の内面に当てたレーザ光の反射光量を測定しながら内面全体を走査して測定した反射光量によって画像を形成し、得られた画像から欠陥部位の有無を判定する内面検査装置が知られている。

このような内面検査装置においては、欠陥部位の判定精度を高めることが求められている。そのため、例えば特許文献１には、走査プローブの下降時と上昇時でレーザ光の反射角度を変更することにより、１回の検査で異なる２つの操作画像を取得して、検査効率を落とすことなく欠陥部位の判定精度を高めるようにした発明が記載されている。

特開２０１２−１８４９６３号公報

ところで、被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量によって画像を形成し、得られた画像から欠陥部位の有無を判定する際に、予め特定の部分を検査対象から除外する場合がある。例えば、円筒状内面に直交する方向に別の穴や溝が形成されている場合などには、画像上は周囲と較べて明らかに暗くなるが、元々設計されているものであって欠陥部位ではない。このように検査対象から予め除外する部分を特定する処理をマスク又はマスキングという。

マスク処理を行う方法としては、画像を見ながら手動でマスクする部分を特定する強制マスクと、内面検査装置が自動的にマスクする部分を特定する自動マスクとがある。強制マスクの場合、マスク領域ごとに手動での操作が必要であり煩雑であるとともに、被検査体自体の寸法公差の問題や、検査装置への被検査体の位置決め精度の安定性の問題によって、マスク領域にズレが生じる恐れがある。これに対して、自動マスクの場合には手動での操作のような煩雑さはないが、マスク領域の精度をどう高めるかが問題である。

さらに、マスク処理を行う部分は、別の穴や溝が形成されていることが多いため、別の穴の加工時にバリやカケといった不良が生じやすく、マスク処理により検査対象から除外されると欠陥部位を見逃すことになってしまう。従って、マスク処理と同時に欠陥部位であるバリカケの検出も求められる。ここで、「バリ」とは材料を加工する際に発生する不要な突起であり、「カケ」とは材料を加工する際に発生する欠けた部分である。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、検査対象から除外するマスク領域を自動マスクにより高精度で設定することでき、またバリカケを的確に検出することができる内面検査装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の内面検査装置は、被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量を円周方向に沿って測定し、前記反射光量の違いによって欠陥部位を検出する内面検査装置であって、検査対象から除外するマスク領域を自動的に設定する自動マスク手段を有し、前記自動マスク手段は、前記検出した反射光量に基づいてマスク領域設定のエッジ境界値を決定し、前記決定したエッジ境界値に基づいて境界を追跡しマスク領域を設定することを特徴とする。

また好ましくは、前記設定したマスク領域の境界の曲率変化に基づいてマスク領域のバリカケを検出するバリカケ検出手段を有することを特徴とする。

本発明の内面検査装置は、被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量を円周方向に沿って測定し、反射光量の違いによって欠陥部位を検出するものであり、検査対象から除外するマスク領域を自動的に設定する自動マスク手段を有している。そして、自動マスク手段は、検出した反射光量に基づいてマスク領域設定のエッジ境界値を決定し、決定したエッジ境界値に基づいて境界を追跡しマスク領域を設定するようになっている。従って、エッジ境界値を基準にしてマスク領域の境界を判断することができ、マスク領域を高精度で設定することができる。

また、設定したマスク領域の境界の曲率変化に基づいてマスク領域のバリカケを検出するバリカケ検出手段を有する場合には、マスク領域に生じやすい不良を的確に検出することができる。

以上、本発明の内面検査装置によれば、検査対象から除外するマスク領域を自動マスクにより高精度で設定することでき、またバリカケを的確に検出することができる。

本発明の実施形態に係る内面検査装置を示す構成図である。 プローブを示す構成図である。 内面検査装置のデータ画面を示す図である。 メインウインドを示す図である。 １回転データウインドを示す図である。 平面表示ウインドを示す図である。 自動マスク処理前の画面を示す図である。 自動マスク処理のフロー図である。 エッジ境界値決定の説明図である。 エッジ境界値決定の説明図である。 エッジ境界値決定の説明図である。 境界追跡の説明図である。 自動マスク処理後の画面を示す図である。 バリカケ検出後の画面を示す図である。 バリカケ検出処理のフロー図である。 曲率グラフを示す図である。 曲率グラフを示す図である。 曲率グラフを示す図である。 曲率グラフを示す図である。 曲率グラフを示す図である。

次に、図１乃至図２０を参照して、本発明の実施形態に係る内面検査装置について説明する。

（内面検査装置の構成）
図１は、本実施形態に係る内面検査装置１００を示す構成図である。内面検査装置１００は、プローブ１、プローブ送り機構２、モータ・ドライバ３、コントロール・ユニット４、パソコン５及び端子台６から構成されている。プローブ１は、被検査体の円筒状内面に挿入されてレーザ光を照射し、反射光量データを取得するためのセンサであり、プローブ送り機構２により搬送されるとともに、モータ・ドライバ３により回転制御されるようになっている。コントロール・ユニット４は、装置全体の制御を行うものであり、プローブ１から送信されてきたデータと軸位置を整合させてパソコン５に送信するようになっている。パソコン５は、欠陥部位の判定やパラメータの入力、データの保存を行う。端子台６は、外部機器との通信用である。

図２は、プローブ１を示す構成図である。プローブ１の先端部には、レーザ受発光部１１が設けられており、ミラーを介してレーザケーブル１５によって出力制御されたレーザを発光するとともに、被検査体の円筒状内面からの反射光を受光するようになっている。スピンドルシャフト１２は、高速回転してレーザ受発光部１１を被検査体の円筒状内面の円周上に沿って回転させる。そして、回転エンコーダ・センサ１３が１回転データを、データケーブル１４を介してコントロール・ユニット４に送信する。これにより円周方向に沿った１回転分に反射光量データが得られ、被検査体の円筒状内面の入口から底に向けて測定を繰り返すことにより、内面全体の反射光量データを取得することができる。

（反射光量データ）
図３は、内面検査装置１００のデータ画面を示す図である。データ画面３０は、メインウインド３１、１回転データウインド３２及び平面表示ウインド３３から構成されている。

図４に示すように、メインウインド３１は、計測開始、計測中止、データの読み出しや保存、判定結果の表示等を行うものである。図５に示すように、１回転データウインド３２は、被検査体からの反射光量データを波形表示するものである。グラフの横軸は円周方向（Ｘ）の取得データ点数を示したものであり、縦軸は受光した輝度値を−１２８〜１２８の２５６階調で示したものである。図６に示すように、平面表示ウインド３３は、検査画像を表示したものである。

以上のように、内面検査装置１００は、被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量を円周方向に沿って測定し、画面表示するようになっている。

（自動マスク手段）
内面検査装置１００は、検査対象から除外するマスク領域を自動的に設定する自動マスク手段を有している。自動マスク手段は、内面検査装置１００のパソコン５に記録されたプログラムによって実現される。

図７は、本実施形態における自動マスク処理前の画面を示す図である。図７の黒い部分に示すように、被検査体の円筒状内面に直交する方向には、複数の穴が形成されている。内面検査装置１００は、この複数の穴の部分を検査対象から予め除外するためのマスク処理を自動的に行うものである。

図８は、自動マスク処理のフロー図である。自動マスク処理は、検査画像を取得（ステップＳ１００）した後、予め設定した画像内のセグメントごとに、エッジ境界値の決定（ステップＳ１０１）、境界の追跡（ステップＳ１０２）、境界内の塗りつぶし（ステップＳ１０３）の各処理を繰り返して行われる。

（１）エッジ境界値の決定
図９は、エッジ境界値決定の説明図である。エッジ境界値は、マスク領域の内外を判定するための値であって、エッジ境界値よりも暗い部分がマスク対象となる。まず、マスク領域を判定するセグメント内の各座標の輝度をヒストグラムにする。ヒストグラムの横軸は輝度であり、縦軸はその輝度の座標数である。次に、ヒストグラムを移動平均してグラフを平滑化する。図９は、移動平均してグラフを平滑化したものである。次に、明るい方（グラフの右側）から暗い方（グラフの左側）へと移動しながら第１ピークにおける輝度を求め、さらに移動しながらボトム値における輝度を求める。ボトム値における輝度をエッジ境界値とする。なお、グラフの平準化は移動平均以外の方法で行ってもよい。

ここで、セグメント内にマスク領域が存在する場合には、平準化したグラフは一般的に図９に示すような形状となる。すなわち、セグメント内の明るい部分が右側のピークとして現れるとともに、セグメント内に存在する穴や溝等の暗い部分が左端のピークとして現れ、その間にボトム値が現れる。これに対して、セグメント内にマスク領域が存在しない場合には、図１０に示すように、セグメント内の明るい部分が右側のピークとして現れるが、穴や溝等の暗い部分が存在しないため左端にピークが現れず、ボトム値も現れない。従って、ボトム値が存在しなければ、マスク領域が存在しないものと判断する。

また、グラフの平準化度合によっては、図１１に示すように第１ピークのすぐ近くにボトム値が現れる場合も考えられる。このような場合には、左端にピークが現れているわけではないため、マスク領域が存在すると判定すべきではないと考えられる。従って、第１ピークにおける輝度とボトム値における輝度との差（グラフにおけるＸ軸方向の差）が、予め定めた値以上離れている場合のみ、マスク領域が存在するものと判定するように構成することができる。

（２）境界の追跡
次に、決定したエッジ境界値に基づいて境界を追跡する。図１２は、境界追跡の説明図である。境界の追跡は、エッジ境界値より明るい画素と暗い画素との境界を追跡していきながら、境界に囲まれた部分をマスク領域として設定するものである。まず、セグメント内の左端から、現在地の画素（以下、「自分の画素」という。）と右隣の画素とを比較しながら、隣接する画素間の輝度の数値の間にエッジ境界値が存在するかどうかを確認していく。隣接する画素間においてエッジ境界値が存在すれば、その地点が境界のスタート地点となる。この処理を最初の境界スタート地点が見つかるまで行う。

最初の境界スタート地点が見つかると、図１２に示すように、自分の画素から時計回りに１画素ずつ、隣接する画素間の輝度の数値の間にエッジ境界値が存在するかどうかを確認しながら境界を追跡し、自分の画素に戻ったら追跡を終了する。追跡により囲まれた部分の領域を予め入力しておいたサイズと比較して大きければ、その領域をマスク領域とする。小さければ、欠陥部位の可能性があるためマスク領域とせず次の画素に移る。

以上の処理を、セグメント内の先頭ラインから最終ラインまで繰り返すことにより、セグメント内のマスク領域が設定される。

（３）境界内の塗りつぶし
最後に図１３に示すように、設定されたマスク領域は塗りつぶされる（図１３では、説明の都合上、塗りつぶした部分をハッチングで示している）。なお、マスク領域として設定された領域は、余裕を持たせるため外側に１画素分太らせるようにしてもよい。また、マスク領域内に白い島状の部分が残る場合には、その部分を塗りつぶすようにしてもよい。また、自動マスクの後で、さらに手動の強制マスクを行うようにしてもよい。

（バリカケ検出手段）
次に、バリカケ検出手段について説明する。内面検査装置１００は、マスク領域のバリカケを検出するバリカケ検出手段を有している。バリカケ検出手段は、自動マスク処理によってマスク領域として設定した部分に、バリカケが存在するかどうかを判定するものである。自動マスク処理だけでは、仮にマスク領域にバリカケが存在した場合に、欠陥部位を見逃すことになってしまうため、バリカケ検出手段は自動マスク処理に関して非常に重要な役割を持つものである。バリカケ検出手段は、内面検査装置１００のパソコン５に記録されたプログラムによって実現される。

図１４は、バリカケ検出後の画面を示す図である。画面において、丸印で囲まれた部分が、バリカケとして検出された部位である。

図１５は、バリカケ検出処理のフロー図である。バリカケ検出処理は、マスク領域の境界を追跡しながら境界の曲率変化を算出し、その曲率変化に基づいてバリカケを検出するものである。バリカケ検出処理は、検査画像を取得（ステップＳ２００）した後、予め設定した画像内のセグメントごとに、境界の追跡（ステップＳ２０１）、角度グラフの作成（ステップＳ２０２）、曲率グラフの作成（ステップＳ２０３）、バリカケ判定（ステップＳ２０４）の各処理を繰り返して行われる。

バリカケ検出手段は、境界追跡をしながら（ステップＳ２０１）、角度グラフを作成する（ステップＳ２０２）。角度グラフとは、境界がどちらに向かっているかを角度によって表現するものであり、例えば、最初の画素を基準として自分の画素より先（例えば５画素先）の座標に向けて直線を引きながら、その直線の方向を角度として次々にグラフにプロットしていくことにより作成することができる。なお、境界追跡の方法は、自動マスク処理と同様である。

次に、作成した角度グラフを微分して曲率グラフを作成する（ステップＳ２０３）。曲率グラフは、境界が形成する曲線の鋭さを表現するものであり、またどちら向きに変化したかも表している。図１６は、曲率グラフを示す図であり、グラフの線が急激に変化している部分において、境界が形成する曲線が鋭く変化していることを示している。図１６では、楕円形状のマスク領域１６に三角形のバリが存在しているため、その部分で曲率グラフが鋭く変化している。

同様に、図１７乃至図２０は、略矩形状の４種類のマスク領域における曲率グラフを示したものである。まず、図１７におけるマスク領域１７には、バリカケは存在していない。次に、図１８におけるマスク領域１８には、四角形のバリが存在している。次に、図１９におけるマスク領域１９には、四角形のカケが存在している。次に、図２０におけるマスク領域２０には、三角形のバリが存在している。

曲率グラフを作成したらバリカケ判定を行う（ステップＳ２０４）。判定は、曲率グラフの線が急激に変化している部分において、その変化の程度により判定する。その際には、曲率グラフの変化位置における、ピークとボトムのＹ軸方向の差と、ピークとボトムのＸ軸方向の差に基づいて判定することができる。なお、さらにバリやカケの部分の面積を算出して、予め定めた面積以上のものだけをバリカケとして判定するようにしてもよい。

本実施形態に係る内面検査装置１００は、被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量を円周方向に沿って測定し、反射光量の違いによって欠陥部位を検出するものであり、検査対象から除外するマスク領域を自動的に設定する自動マスク手段を有している。そして、自動マスク手段は、検出した反射光量に基づいてマスク領域設定のエッジ境界値を決定し、決定したエッジ境界値に基づいて境界を追跡しマスク領域を設定するようになっている。従って、エッジ境界値を基準にしてマスク領域の境界を判断することができ、マスク領域を高精度で設定することができる。

また、設定したマスク領域の境界の曲率変化に基づいてマスク領域のバリカケを検出するバリカケ検出手段を有する場合には、マスク領域に生じやすい不良を的確に検出することができる。

以上、本実施形態に係る内面検査装置１００によれば、検査対象から除外するマスク領域を自動マスクにより高精度で設定することでき、またバリカケを的確に検出することができる。

１ プローブ
２ プローブ送り機構
３ モータ・ドライバ
４ コントロール・ユニット
５ パソコン
６ 端子台
１１ レーザ受発光部
１２ スピンドルシャフト
１３ 回転エンコーダ・センサ
１４ データケーブル
１５ レーザケーブル
１６ マスク領域
１７ マスク領域
１８ マスク領域
１９ マスク領域
２０ マスク領域
１００ 内面検査装置

Claims (4)

1. 被検査体の円筒状内面に当てたレーザ光の反射光量を円周方向に沿って測定し、前記反射光量の違いによって欠陥部位を検出する内面検査装置であって、
   検査対象から除外するマスク領域を自動的に設定する自動マスク手段を有し、
   前記自動マスク手段は、前記検出した反射光量に基づいてマスク領域設定のエッジ境界値を決定し、前記決定したエッジ境界値に基づいて境界を追跡しマスク領域を設定するとともに、
   前記設定したマスク領域の境界の曲率変化に基づいて、前記自動マスク手段がマスク領域として設定した部分にバリカケが存在するかどうかを判定するバリカケ検出手段を有することを特徴とする内面検査装置。
2. 前記自動マスク手段は、マスク領域を判定するセグメント内の各座標の輝度から、横軸を輝度とし縦軸を座標数としたヒストグラムを作成し、前記作成したヒストグラムについて、明るい方から暗い方へと移動しながら、第１ピークにおける輝度とボトム値における輝度とを求め、前記ボトム値における輝度をエッジ境界値と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. 前記バリカケ検出手段は、境界追跡をしながら境界がどちらに向かっているかを角度によって表現する角度グラフを作成し、さらに作成した角度グラフを微分した曲率グラフを作成し、前記作成した曲率グラフの変化位置における、ピークとボトムのＹ軸方向の差と、ピークとボトムのＸ軸方向の差に基づいて、バリカケを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内面検査装置。
4. さらにバリやカケの部分の面積を算出して、予め定めた面積以上のものだけをバリカケとして判定することを特徴とする請求項３に記載の内面検査装置。