JP7093066B2

JP7093066B2 - ボア内面の検査方法及び検査装置

Info

Publication number: JP7093066B2
Application number: JP2020003601A
Authority: JP
Inventors: 昂洋上田; 昌司西川; 大器前迫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: CN113125466A; JP2021110674A

Description

本発明は、エンジンのボアの内面に形成されたクロスハッチ上にできた傷を自動検査するに適した、ボア内面の検査方法及び検査装置に関するものである。

エンジンのボアは燃焼によるエネルギでピストンが高速で上下動する部位である。このためボアの内面にはエンジンオイルが塗られていないと、滑らかなピストン運動が行えない。もしボアの内面が鏡面であると、ピストンリングによりエンジンオイルがボア内面から全て掻き落されてしまうため、ピストン運動が行えなくなる。そこでボア内面には、砥石により深さが0.1mm以下の微細なクロス状の凹凸模様を形成し、凹部にエンジンオイルを保持させているのが一般的である。このクロス状に形成された凹凸模様はクロスハッチと呼ばれている。

クロスハッチは砥石を用いたホーニング加工により形成されるが、加工中にたまたま砥粒の脱落が生ずると、細かい凹凸模様の中に深い傷が混じることがある。これは不良品として排出しなければならない。

従来、ボア内面のクロスハッチ上にできた傷の検査は、ボアの中に光を当てながら人の目で行われていた。しかし検査員の個人差があったり、目の疲労が生じたりするために完全な検査は容易ではなかった。また面粗度の計測器をボア内に入れて微細な凹凸を数値データとして測定する方法もあるが、小さなボア内径内に計測器を収め、全周を検査することは容易ではなかった。

このほか特許文献１には、ボアの内部にレーザ光源と受光用の鏡を挿入し、ボア内面からの反射光を鏡で受光してカメラで撮影するボア検査装置が開示されている。しかしボア内面に光源と受光器（鏡）を挿入すると、ボア内面からの強い反射光がハレーションとなるため微細な凹凸を検出するに適した鮮明な画像を得にくいという問題があるうえ、小径のボアの内部にはレーザ光源と受光用の鏡を挿入し難いという問題があった。

実開平７－２３２１０号公報

従って本発明の目的は、人の目に頼ることなく、ボア内面のクロスハッチ上にできた傷を正確に検査することができるボア内面の検査方法及び検査装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のボア内面の検査方法は、エンジンのボアの開口面の外側に位置させた光源から、ボアの内部に向けて斜めに光線を照射し、ボアの内部にボアの軸線に対して50°から60°の角度に傾斜させて挿入した鏡に映るボア内面からの反射光をボアの開口面の外側のカメラにより撮影し、これらの光源及び鏡をボアの周方向に回転させるとともに、ボアの軸線方向に移動させ、ボアの内面の傷を検査することを特徴とするものである。

なお、光源からボアの軸線に対して15°から45°の角度でボア内面に光線を照射することが好ましい。また、カメラが撮影したボア内面の局部的な画像を360°にわたり合成し、良否を判別することが好ましい。

更に、上記の課題を解決するためになされた本発明のボア内面の検査装置は、昇降機構に連結された昇降架台と、この昇降架台に支持され回転される回転台と、この回転台の中心に下向きに支持されたカメラと、この回転台の下面に保持されボアの内部に向けて斜めに光線を照射する光源と、この回転台の下面に保持されてボアの軸線に対して50°から60°の角度に傾斜させてボアの内部に挿入され、ボア内面の画像を前記カメラに向けて反射させる鏡とを備えたことを特徴とするものである。

なお、昇降機構の側方に、検査対象となるエンジンブロックの移動手段を配置することが好ましい。

本発明によれば、ボアの内部に鏡を挿入して回転させるだけで、ハレーションを避けながら、人の目に頼ることなく、ボア内面のクロスハッチ上にできた傷を正確に検査することができる。

実施形態のボア内面の検査装置の全体図である。図１の要部の説明図である。図２に対して直角方向の断面図である。光源とカメラの関係を示す断面図である。光源をボアの内部に入れた場合の拡大断面図である。光源をボアの上方に設置した場合の拡大断面図である。クロスハッチに入った傷の説明図である。フラットバー光源を用いた場合の説明図である。コリメーション光源を用いた場合の説明図である。カメラが撮影した画像の説明図である。画像処理の手順を示す説明図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は実施形態のボア内面の検査装置の全体図である。１０は左右一対の支柱であり、１１はこれらの支柱１０に支持された上部架台、１２は下部架台である。これらの上部架台１１と下部架台１２の間には複数本のガイドポスト１３が設けられている。１４はこれらのガイドポスト１３にガイドされ水平姿勢を保ったままで昇降することができる平板状の昇降架台である。

この昇降架台１４の上面にはナット１５が固定されており、このナット１５に上部架台１１と下部架台１２の間に鉛直に設けられた送りねじ１６が貫通している。この送りねじ１６は上部架台１１の上方に設けられた昇降用モータ１７により正逆方向に回転され、昇降架台１４を昇降させることができるようになっている。なお１８は昇降用モータ１７と送りねじ１６を繋ぐカップリングである。これらのナット１５と送りねじ１６とにより、昇降機構が構成されている。

図２に示されるように、昇降架台１４の下面にはギヤ１９を備えた回転台２０が回動可能に支持されている。昇降架台１４の下面には回転用モータ２１が設けられており、その回転軸に取り付けられた駆動ギヤ２２がギヤ１９と常に噛み合っている。このため回転台２０は任意の角度にわたり回転することができるとともに、昇降架台１４とともに昇降することができる。

図２、図３に示すように、回転台２０の下面中央にはレンズ２９を備えたカメラ２３が下向きに取り付けられている。このカメラ２３の画像はリアルタイムで、あるいは記録媒体に記憶させて外部に取り出される。また回転台２０の下面には、光源２４と鏡２５とが取り付けられている。光源２４と鏡２５については、後述する。

支柱１０の前方位置には、エンジンブロックの移動手段２６が設けられている。この移動手段２６はレール２７とその上を移動できる移動台車２８とからなり、移動台車２８の上にエンジンブロックＥが搭載される。この実施例では４つのボアＢを備えたエンジンブロックＥが図示されており、図示を略した制御機構により、エンジンブロックＥは各ボアＢの中心が回転台２０の回転軸の直下に位置するように順次移動され、各ボアＢの内面が順次検査される。

鏡２５は、回転台２０から垂下するアーム２７の先端に斜めに取り付けられている。この鏡２５にはボアＢの内面の画像が写り、それをカメラ２３が撮影する。このため鏡２５は鏡面を上向きにして斜めに取り付けられる。光源２４は鏡２５がボアＢの最も深い位置まで降下した場合にもなおボアＢの開口面の外側に位置するように、鏡２５よりも高い位置に取り付けられている。

この実施例では光源２４は横長のフラットバー照明であり、ボアＢの開口面の外側から図４に示すようにボアＢの内面のクロスハッチを斜めに照らす。図５に示すようにボアＢの内部に光源を挿入し、ボアＢの内面に対して垂直方向に照明を当てた場合、もしクロスハッチに深い傷があるとその部分から垂直に反射される光量は正常部分よりも減少するはずである。しかし深い傷からの反射光は平面部からの反射光にかき消されてしまい、深い傷を検出することは困難である。

これに対して図６に示すように、ボアＢの開口面の外側からボアＢの軸線（鉛直線）に対して斜めに光線を照射すると、大部分の光は反対方向に反射され、鏡２５の方向には帰らない。そして深い傷の部分で乱反射した光だけが鏡２５の方向に向かうので、カメラ２３による撮影が可能となる。このような理由により、本発明ではボアＢの開口面の外側に位置させた光源２４から、ボアＢの内部に向けて斜めに光線を照射し、ボアＢの内部に挿入した鏡２５に映るボア内面からの反射光を局部的な画像としてボアＢの上方のカメラ２３により撮影している。

発明者が試行錯誤を繰り返した結果、ボア内面への光線の照射角度はボアＢの軸線（鉛直線）に対して15°から45°が好ましい。また、図４に示す鏡２５の角度ＡはボアＢの軸線に対して50°から60°が最適であった。鏡２５の角度を45°とすると反射の画面全体が明るすぎてハレーションに近い状況になり見え難い。逆にこの角度Ａが60°を超えると、画面全体に来る反射光量が不足し、画面が暗くなってしまう。このため45°から少し振った50°から60°が最適となる。

また、クロスハッチの正常な凹凸模様とその中にある深い傷とは同じ傾きを持っているため、図７に示すようにクロスハッチを形成している２方向の筋模様に対してそれぞれ垂直方向から光を当てると傷の反射が起こり易くなる。図８に示すようにボアＢの上方からボア内部に向けて幅のある広がりのある照明を当てることが好ましい。そこで本実施形態では光源２４として横長のフラットバー照明を用いている。

しかし、図９に示すようにコリメーション光源を用いることもできる。この場合には拡散光は得られないので、クロスハッチを形成している２方向の筋模様に対してそれぞれ垂直方向からコリメーション光を当てることが好ましい。

上記のように光源２４と鏡２５の角度を設定し、回転台２０とともに360°回転することにより、全周を検査する。またボアＢの長さが長い場合には昇降機構により回転台２０を昇降させることにより、ボアＢの内面全体の検査を行うことができる。なお、エンジンブロックＥにボアＢが複数ある場合には、エンジンブロックの移動手段２６によりエンジンブロックを移動させ、次のボアＢの内面を検査する。

上記のようにして撮影される画像は、円筒面の中心からボアの内表面を撮影した画像である。ボアの内表面は曲面であるため、図１０に示されるようにカメラのレンズ歪による中心とまわりで画像の伸縮による寸法違いも合わさった歪んだ画像である。なお黒丸はボアの内表面の円を撮影した場合の画像の歪を示すためのものである。

この画像から図１１に示すように中心部の所定範囲を抽出し、画像処理してＸ、Ｙ方向に均一な尺度の平面に換算した画像に変換する。この画像はボア内面の一部であるため、撮影した画像を横に並べて合成し、全周の画像とする。また鏡２５をボアＢの軸線方向にスライドさせて撮影した画像は、この全周画像の上下に合成される。このようにして合成した画像を解析して良否の判定を行うことができる。しかし処理時間やデータボリュームが増大するため、360°の１周づつの画像を解析して良否の判定を行うようにしてもよい。上記の画像処理は、コリメーション光源を用いた場合にも同様である。

なお、均一な尺度の平面に換算した画像に変換するためには、ボア内面と同じ曲率を持ったキャリブレーションボードを作り、これをボア内面と同じ位置で撮影し、この画像をキャリブレーションボードと同じ寸法になるように補正するプログラムを作り、処理して行くようにすればよい。

以上に説明したように、本発明によればエンジンブロックＥのボア内面のクロスハッチ上にできた傷を正確に検査することができる。また本発明によれば、クロスハッチ上のカケや鋳巣も検出することができる。さらに、カメラ２３としてカラーカメラを使用すれば、ボア内面の汚れや錆びをも検出することができる。

１０支柱
１１上部架台
１２下部架台
１３ガイドポスト
１４昇降架台
１５ナット
１６送りねじ
１７昇降用モータ
１８カップリング
１９ギヤ
２０回転台
２１回転用モータ
２２駆動ギヤ
２３カメラ
２４光源
２５鏡
２６移動手段
２７レール
２８移動台車
２９レンズ

Claims

エンジンのボアの開口面の外側に位置させた光源から、ボアの内部に向けて斜めに光線を照射し、ボアの内部にボアの軸線に対して50°から60°の角度に傾斜させて挿入した鏡に映るボア内面からの反射光をボアの開口面の外側のカメラにより撮影し、これらの光源及び鏡をボアの周方向に回転させるとともに、ボアの軸線方向に移動させ、ボアの内面の傷を検査することを特徴とするボア内面の検査方法。
光源からボアの軸線に対して15°から45°の角度でボア内面に光線を照射することを特徴とする請求項１に記載のボア内面の検査方法。
カメラが撮影したボア内面の局部的な画像を360°にわたり合成し、良否を判別することを特徴とする請求項１に記載のボア内面の検査方法。
昇降機構に連結された昇降架台と、この昇降架台に支持され回転される回転台と、この回転台の中心に下向きに支持されたカメラと、この回転台の下面に保持されボアの内部に向けて斜めに光線を照射する光源と、この回転台の下面に保持されてボアの軸線に対して50°から60°の角度に傾斜させてボアの内部に挿入され、ボア内面の画像を前記カメラに向けて反射させる鏡とを備えたことを特徴とするボア内面の検査装置。
昇降機構の側方に、検査対象となるエンジンブロックの移動手段を配置したことを特徴とする請求項４に記載のボア内面の検査装置。