JP7205832B2 - 穴内部検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、穴内部検査装置に関する。

穴を有する金属製品或いは鋳造品は、穴の内周面に傷、凹み、鋳巣といった欠陥が生じることがあり、出荷前に検査し、不良品を取り除く必要がある。
従来、穴の内部の検査は、特許文献１～特許文献３で開示されているように、レーザ、或いは照明光を投射して距離データや画像データを取得してコンピュータによる自動検査が行われている。

特許文献１の穴内部検査装置では、穴の開口部の外側の離れた位置から該穴の内部を撮像して、取得した撮像画像に基づいて穴の内部に存在する異物等の有無を判定するようにしている。

特許文献２の穴内部検査装置では、ミラーを先端部に有するプローブ支柱を穴の内部に挿入して、外部からレーザ光を前記ミラーを介して穴の内部に照射するようにしている。そして、穴内部検査装置は、前記穴の内部からの反射光を前記ミラーを介して前記プローブと平行な光軸に配置したハーフミラーを介して受光素子に帰還する光の強度を解析することにより、穴検査を行うようにしている。

特許文献３の穴検査装置では、先端に広角レンズを備えた挿入シャフトを、穴に挿入し、前記広角レンズを通じ得られた画像に基づいて穴の壁面を検査するようにしている。

特開２０１８－３６２０３号公報 特開２０１６－１７３２７１号公報 特開２０１５－４９０４４号公報

特許文献１及び特許文献２の検査では、一枚の画像から欠陥の種類を特定する場合、表面が曲面であって、照明光が穴の挿入方向へ投射している場合、例えば穴の内周面が鏡面となっていると、照明光（スポット光）、或いはレーザ光は、その鏡面で鏡面反射して、センサ側に反射しないため、その部分については正確な画像を取得できない問題がある。

さらに、従来の光による検査法では、単色による照明が検査物に対して行われていることから、欠陥部位の凹凸の判別が煩雑となる。
なお、特許文献３では、具体的に照明光を使用しているとの記載はないが、一般的に、検査は照明灯を備えた検査室等で行うことから、上記特許文献１と同様の問題があることに変わりはない。

本発明の目的は、上記課題を解決して、被検査体の穴の傷の種類の判別を容易にでき、検出時間、コストを従来よりも軽減できる穴内部検査装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の穴内部検査装置は、被検査体の穴に挿入される挿入部材と、前記挿入部材の先端側に対して、前記被検査体に対する挿入方向に沿って互いに色が異なる複数のカラー光源が固定配置された光源部と、前記挿入部材において、前記光源部よりも基端側に取付けられるとともに、前記光源部の投射光が前記被検査体の穴の内周面に対して反射したときの反射光を受入可能な位置に位置するレンズと、前記レンズを介して前記被検査体の穴の内周面の反射光を受光し、前記カラー光源のカラーが付与された領域を含む撮像画像を取得する撮像部と、前記撮像部から出力された撮像画像を入力する検査部を有する。

上記構成により、被検査体の穴の内周面に傷がない場合、撮像部により取得され、検査部に入力された撮像画像は、鏡面反射している場合にはその反射光によるものが得られているため、複数のカラー光源で照明されたそれぞれのカラーが付与された単色領域は一様の画素値が分布されたものとなる。

すなわち、互いに色が異なる複数のカラー光源は、それぞれ挿入部材の挿入方向に沿って配置されているため、取得される撮像画像は、各カラー光源の照明角度が異なることを、異なる色で認識可能であるとともに、一様の画素値が分布した単色領域がカラー光源の配置順序と同じ順序で配置されたものとなる。

この場合は、穴の内周面は傷なしの判定が可能となる。検査部では、この撮像画像によって検査が可能となる。
また、被検査体の穴の内周面に傷がある場合、傷の種類に応じて撮像部により取得され、検査部に入力された撮像画像には、乱反射した反射光によるもの、或いは、反射光がないこともある。このため、撮像画像は、穴の内周面に傷がある場合は、複数のカラー光源で照明されたそれぞれの部位において、傷がある部分は一様の画素値の分布とならず、例えば、鏡面反射している場合には、鏡面反射した部位よりも画素値が低減した領域が含まれる。このように撮像画像において、被検査体の穴の内周面に傷がない場合、或いは傷がある場合に応じて、検査部では、傷の検査が可能となる。

また、撮像画像において、色が異なる領域は、複数の異なる色のカラー光源の照明角度が異なることを意味する。そして、この照明角度の相違により、傷があった場合においては、その傷の挿入方向における長さの程度が分かることになる。

例えば、複数の単色の領域の全領域に１つの傷が挿入方向に延びている場合は、その傷の挿入方向における長さは長いことが分かり、１つの色の領域にのみ傷が撮像されている場合にはその傷の挿入方向の傷の長さは短いことが分かることになる。

なお、正常の被検査体であれば、穴の内周面が均一の粗面となっている場合、正常ではない被検査対象では、穴の内周面に凸部や凹部があると、鏡面の場合に比して、全体の画素値は下がるが、同様に傷の種類の判定が可能となる。

また、前記検査部は、前記撮像画像を表示して、作業者が目視可能に設けられた表示部としてもよい。
上記構成により、撮像画像を表示する表示部を作業者が目視することにより、撮像画像において、例えば、穴の内周面が鏡面の場合、傷がない部位は鏡面反射して高い画素値の領域となり、傷がある部位は乱反射して画素値が低い領域となり、或いは反射光がなくて画素値が最小値の領域となって表示されることになる。作業者は、穴の内周面に傷がある場合は、この画素値の相違によりその傷の種類を判定できる。

また、前記検査部は、判別装置に含まれるとともに、前記撮像画像に基づいて前記穴の内周面の傷の種類判別を行う傷種類判別部としてもよい。
上記構成により、撮像画像において、穴の内周面の傷がない部位は鏡面反射して高い画素値の領域となり、傷がある部位は傷の種類に応じた画素値に特有な領域となる。このことから、傷種類判別部は、穴の内周面に傷がある場合は、傷の種類に応じた画素値の相違によりその傷の種類を判定する。

また、前記被検査体を支持する支持部を有し、前記挿入部材、または前記支持部には、前記挿入部材を介して前記レンズを前記被検査体の穴に対して挿入方向にまたは反挿入方向に相対的に移動させる移動機構を有していてもよい。

上記構成により、前記移動機構が、挿入部材、または支持部を、前記被検査体の穴に対して相対的に挿入方向にまたは反挿入方向に移動させて、挿入方向または反挿入方向に移動時の撮像画像が取得される。

また、前記撮像部は、前記レンズの光軸における第１位置と、該第１位置から前記移動機構にて移動させた前記レンズの光軸における第２位置とで前記撮像画像である第１撮像画像及び第２撮像画像をそれぞれ取得し、前記検査部は、位置算出部を備え、前記位置算出部は、第１撮像画像と第２撮像画像にそれぞれ共通の傷像がある場合、第１位置と第２位置間の移動距離、第１撮像画像の前記傷像と前記光軸との間の第１距離、第２撮像画像の前記傷像と前記光軸との間の第２距離、並びに第１撮像画像または第２撮像画像に基づいて前記穴の内周面の傷の三次元位置を算出することにしてもよい。

上記位置算出部により、第１撮像画像と第２撮像画像にそれぞれ共通の傷像がある場合、第１位置と第２位置間の移動距離、第１撮像画像の傷像と前記光軸との間の第１距離、第２撮像画像の前記傷像と光軸との間の第２距離、並びに第１撮像画像または第２撮像画像に基づいて穴の内周面の傷の三次元位置を算出して得ることができる。

また、前記判別装置は、換算テーブルを備え、前記換算テーブルは、前記レンズの対角画角毎に、前記光軸から離間する前記被検査体の穴の内周面の部位から前記レンズの位置までを結ぶ直線が前記光軸と交差する交差角と、撮像画像における前記光軸から傷像迄の距離とが対応付けされていて、前記位置算出部は、前記換算テーブルに基づいて前記第１距離に対応する交差角を第１交差角として算出するとともに、前記第２距離に対応する交差角を第２交差角として算出し、第１交差角及び第２交差角、並びに前記移動距離に基づいて前記光軸からの前記穴の内周面の傷の離間距離を算出することにしてもよい。

上記構成により、位置算出部は、換算テーブルに基づいて第１距離に対応する交差角を第１交差角として算出するとともに、第２距離に対応する交差角を第２交差角として算出し、第１交差角及び第２交差角、並びに移動距離に基づいて光軸からの前記穴の内周面の傷の離間距離を算出することができる。

また、前記カラー光源は、点光源であってもよい。
上記構成により、カラー光源を点光源とすると、穴の内周面が半鏡面の場合、鏡面よりも良好に反射する。ここで、例えば内周面に擦り傷がある場合、該擦り傷の部位が半鏡面となる一例である。

また、前記カラー光源は、前記挿入方向に延出された線光源としてもよい。
上記構成により、カラー光源を線光源とすると、穴の内周面が鏡面の場合、半鏡面よりも良好に反射する。

また、前記複数のカラー光源のうち、相互に隣接するカラー光源間には該隣接する他のカラー光源の投射光を遮蔽する遮蔽部を有していることが好ましい。
上記構成により、遮蔽部により、相互に隣接するカラー光源による被検査体の穴での照明領域が区画することができる。

また、前記レンズは、広角レンズとすることが好ましい。
上記構成により、被検査体の穴におけるレンズに近い領域から、奥までの広がった範囲の撮像画像を取得する。

本発明によれば、被検査体の穴の傷の種類の判別を容易に行うことができ、検出時間、コストが従来よりも軽減できる効果を奏する。

第１実施形態の穴内部検査装置の略体図。 第１実施形態の穴内部検査装置の全体概略図。 撮像画像の一例の説明図。 （ａ）は鏡面反射の説明図、（ｂ）の乱反射の一態様の説明図、（ｃ）は乱反射の他の態様の説明図。 第２実施形態の穴内部検査装置の概略図。 第２実施形態の穴内部検査装置における判別装置６０が実行するプログラムのフローチャート。 フローチャートのＳ１０で取得した第１撮像画像であって、第１距離の説明図。 フローチャートのＳ２０で取得した第２撮像画像であって、傷像の移動を示す説明図。 フローチャートのＳ２０で取得した第２撮像画像であって、第２距離の説明図。 第１距離と第１交差角、及び第２距離と第２交差角との関係を示す概略原理図。 円筒座標系の説明図。 方位角φの算出の説明図。 他の実施形態の穴内部検査装置の概略図。 他の実施形態の穴内部検査装置の概略図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態の穴内部検査装置を図１～図３を参照して説明する。

図１に示すように、穴内部検査装置１０は、ベース部材１２上に配置された本体部２０、本体部２０に設けられた撮像部３０及び光源部４０、本体部２０を移動させる移動機構５０、撮像部３０で撮像した撮像画像を取得して傷の種類を判別する判別装置６０、判別装置６０に接続されたディスプレイ７０を備えている。

本体部２０は、断面四角形状に形成されていて、ベース部材１２に設けられた一対のレール部材１３間に配置されている。本体部２０は、レール部材１３に相対する側面にガイド突部１４を有していて、レール部材１３の内周面に対して長さ方向、すなわち、図１においては左右方向に延出されて凹設されたレール溝１５に対して、摺動自在に係入されている。なお、図１では、本体部２０よりも紙面の後ろ側のレール部材１３のみが図示されていて、本体部２０よりも前方側のレール部材１３は省略して図示されている。また、図１では、逆にガイド突部１４は、本体部２０よりも紙面の後ろ側のガイド突部１４が省略されていて、本体部２０よりも前方側のガイド突部１４が図示されている。

移動機構５０は、ベース部材１２上の一対の軸受５１に対し図１において左右方向に延びて架設されたボールネジ５２と、本体部２０下面に固定されて、ボールネジ５２と噛合するナット５３と、ボールネジ５２を軸心の回りで回転させる駆動モータ５４とを備えている。駆動モータ５４が正転駆動することにより、ボールネジ５２が軸心の回りで回転され、この回転により、ナット５３を介して本体部２０が、図１において、左方向に移動する。本実施形態では、この左方向は、後述するステー４１の被検査体８０の穴８２に対する挿入方向に相当する。また、駆動モータ５４が逆転駆動することにより、ボールネジ５２が軸心の回りで回転され、この回転により、ナット５３を介して本体部２０が、図１において右方向へ移動する。

撮像部３０は、本体部２０の一端側に配置された光学筒部３１と、光学筒部３１の先端に取り付けられたレンズ３２と、レンズ３２からの入射光を撮像するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のエリアイメージセンサからなる撮像素子３３を有する。撮像素子３３により取得した撮像画像は、判別装置６０に入力される。

レンズ３２は、本実施形態では３５ｍｍ版換算で、１４～３５ｍｍのいずれかの広角レンズとしている。広角レンズは、広角レンズではない標準レンズ、望遠レンズよりもピントが合焦する距離がレンズに近くなるとともに、被写界深度が広いため、好ましい。

本体部２０には、左方向へ延出された挿入部材としてのステー４１を備えている。ステー４１は、本実施形態では、棒状に形成されているが、形状は棒状に限定するものでないが、後述する被検査体８０の穴８２に挿入可能な大きさである必要がある。

光源部４０は、ステー４１の先端に設けられている。光源部４０は、複数のカラー光源４２、４３、４４からなる。本実施形態では、カラー光源４２、４３、４４は、点光源であって、ＬＥＤライトからなるが、ＬＥＤに限定するものではなく、ＬＥＤライト以外の光源であってもよい。例えば、カラー光源４２、４３、４４は、白色発光の光源に各種の色が付いたゼラチンフィルム、または照明用フィルタで覆うことにより、前記各種の色の照明を行ってもよい。

上記のようにカラー光源４２、４３、４４は異なる色で発光するとともに、図１に示すように、撮像部３０のレンズ３２よりも長さ方向に並ぶように配置されている。なお、カラー光源４２、４３、４４の照度は、同一のものが好ましいが、極端な差がなければ、異なっていてもよい。

本実施形態では、カラー光源４２、４３、４４は、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色としているが、これらの色の組合せに限定するものではなく、この３種の色の組合せの内、１種、または２種を他の色に変更したり、３種の色の全てを他の色に変更した組合せにしてもよい。カラー光源４２、４３、４４は、後述する被検査体８０の穴８２の内周面が鏡面であったときにその鏡面で投射光が鏡面反射したときの反射光がレンズ３２に反射光を受入可能な位置に配置されている。

カラー光源４２とレンズ３２との間、カラー光源４２、４３間、カラー光源４３、４４間において、ステー４１には、遮蔽部としての遮蔽部材４５が配置されている。カラー光源４２とレンズ３２との間の遮蔽部材４５は、カラー光源４２の照明光がレンズ３２に直接入らないようにしている。カラー光源４２、４３間、及びカラー光源４３、４４間の遮蔽部材４５は、それぞれ隣接しているカラー光源の照明光が穴８２の内周面に反射したとき、その反射光が極力混合しないように遮光するためのものである。遮蔽部材４５の形状は、上記目的を達するものであれば、限定されない。

判別装置６０は、コンピュータからなり、インターフェイス６１、画像入力部６２、傷種類判別部６３、画像記憶部６４、及び判別結果記憶部６５を備えているとともに、ディスプレイ７０が接続されている。インターフェイス６１には、撮像部３０は撮像素子３３に接続されており、光源部４０の照明による被検査体８０の穴８２内周面からの反射光を受光することにより撮像した撮像画像が撮像素子３３から判別装置６０に入力される。前記判別装置６０は、駆動モータ５４を正転または逆転駆動する制御を行う。

なお、撮像画像（カラー画像）は、静止画像、動画像のいずれでもよい。
被検査体８０は図１において左右方向に延出されていて、ベース部材１２上に載置される。被検査体８０は、少なくとも一端が開口端となる穴８２が穿設されている。従って、穴８２は、一端が開口端となり、他端が閉塞端とするもの、両端が開口端となるものを含む。被検査体８０自体の形状は、限定されるものではない。

また、被検査体８０の材質は、金属、合成樹脂等を含み、穴８２の内周面に鏡面が形成可能な材質であればよい。穴８２の横断面形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、多角形等であってもよく、限定するものではない。本実施形態では、穴８２の横断面は、円形としている。

図１に示すように、被検査体８０は、穴８２の開口端を介して、ステー４１の光源部４０及び撮像部３０が挿入されて、穴８２の軸心に沿って、光源部４０及び撮像部３０が挿入方向または、反挿入方向に移動可能に配置される。

（第１実施形態の作用）
次に、穴内部検査装置１０の作用を説明する。
まず、図１に示すように被検査体８０を、穴８２の軸心Ｏ１がステー４１の光源部４０と対向するようにしてベース部材１２上に載置し固定する。ベース部材１２は、支持部に相当する。

図２に示すように、そして、光源部４０のカラー光源４２、４３、４４を発光させた状態で、駆動モータ５４を正転駆動して、移動機構５０により本体部２０を被検査体８０の穴８２内に挿入させる。なお、撮像部３０の光軸Ｏ２と、軸心Ｏ１とは合致させるものとする。そして、穴内部検査装置１０の画像入力部６２は、撮像部３０からの撮像画像をインターフェイス６１を介して取得するとともに、画像記憶部６４に記憶する。

また、傷種類判別部６３は、検査部に想到し、画像入力部６２に入力された穴８２の内周面の撮像画像に基づいて、該内周面に、傷の有無及び傷があった場合は傷の種類判別を行う。

図３は、穴８２の内周面全体が鏡面の場合、すなわち、穴８２の内周面全体に傷がない場合において、画像入力部６２が入力した１フレームの撮像画像の一例である。ここで、撮像画像は、レンズ３２を基準にしてカラー光源４２、カラー光源４３、カラー光源４４の順に遠位に位置するため、遠近法により、図３に示すように、同心円状の多重の色画像となる。同図において、１００は、レンズ３２の前方に位置したステー、及びカラー光源４２とレンズ３２間の遮蔽部材４５の撮像領域である。同図において、リング状の単色領域１０２、１０４、１０６は、それぞれ、カラー光源（赤）４２、カラー光源（緑）４３、カラー光源（青）４４の撮像領域である。リング状の単色領域１０２、１０４、１０６は、黒色以外の単色領域となる。また、リング状の単色領域１０２、１０４間、リング状の領域１０４、１０６間には、黒色領域１０３、１０５が存在する。黒色領域１０３は光源からの照射がない領域である。

カラー光源４２、４３間、及びカラー光源４３、４４間には、それぞれ遮蔽部材４５が配置されていて、光源からの照射がない領域を積極的に生ずるようにしている。これにより、隣接するカラー光源によりそれぞれ照射された領域間に黒色の境界領域を生成することができる。

＜穴の内周面全体が鏡面の場合＞
このように穴８２の内周面全体が鏡面の場合、図４（ａ）に示すように、カラー光源（赤）４２、カラー光源（緑）４３、カラー光源（青）４４の照明光は、穴８２の内周面において鏡面反射する。そして、この鏡面反射した反射光が、レンズ３２を介して、撮像素子３３にて撮像される。傷種類判別部６３は、図３に示す撮像画像を取得すると、黒色領域１０３と、単色領域１０２、１０４、１０６とを区別する。単色領域１０２、１０４、１０６は、相互に異なる黒色以外の単色であって、その単色の画素値が高くなり、他の色の画素値が最小値となる。一方、黒色領域１０３、１０５は黒色となり、このことを利用して、傷種類判別部６３は、単色領域１０２、１０４、１０６と黒色領域１０３、１０５とを判別する。

そして、傷種類判別部６３は、各単色領域１０２、１０４、１０６において、各カラー光源の照明角度が異なることを、異なる色で認識可能であるとともに、画素値が一様に分布し、かつ、カラー光源の配置順序と同じ順序で配置されたものとなる。この場合は、傷種類判別部６３は、穴の内周面は、単色領域毎に傷なしの判定をする。

＜穴の内周面の一部が鏡面でなく、傷がある場合＞
穴８２の内周面の一部が鏡面でなく、傷が各単色領域１０２、１０４、１０６の少なくともいずれか１つの領域内にある場合について説明する。

穴８２の内周面が鏡面ではなく、傷がある場合、傷がある部分は、鏡面反射せず、その色の画素値は鏡面反射した領域の画素値よりも少なくなる。従って、その部位は、傷があると判別できる。例えば穴８２の内周面に擦り傷や凹み傷がある場合は、画像内に、その傷に特有の反射光による領域が現れる。

図４（ｂ）は、擦り傷の場合に拡散反射光が生ずる説明図である。同図に示すように、擦り傷領域は、半鏡面となっており、各光源４２、４３、４４からの入射光は、乱反射、すなわち、拡散反射する。そのため、擦り傷領域の画素値は、鏡面反射した部位に比較して一様に少なくなる。上記のようにして傷種類判別部６３は、単色領域毎に、鏡面反射した部位と比較して、画素値が一様に少ない領域は、擦り傷があると判別する。

図４（ｃ）は、凹み傷の場合の反射光の説明図である。同図に示すように、凹み傷の表面は、曲率半径が異なる部位を有していて、その部位で反射する場合がある。すなわち、図４（ｃ）に示すように、凹み傷の片側の面では影になって反射せず、他方の片側の面で反射する場合がある。このような場合、単色領域において、鏡面反射した部位の画素値は高いものとなり、凹み傷がある領域の画素値は、極端に少なくなり、そのような領域が、例えば線状、曲線状に表れることとなる。このような場合、傷種類判別部６３は、凹み傷があると判別する。

このように穴の内周面の一部に擦り傷がある場合と、凹み傷がある場合は、その傷の部位の撮像画像にはそれぞれ特有な画素値の分布が見られ、このことを利用して、傷種類判別部６３は、傷の種類判別を行う。

なお、撮像画像において、色が異なる領域は、複数の異なる色のカラー光源４２、４３、４４の照明角度が異なることを意味する。そして、傷種類判別部６３は、この照明角度の相違により、傷があった場合においては、その傷の挿入方向における長さの程度を計算してもよい。例えば、複数の単色の領域の全領域に１つの傷が挿入方向に延びている場合は、その傷の挿入方向における長さは長いことが分かり、１つの色の領域にのみ傷が撮像されている場合にはその傷の挿入方向の傷の長さは短いことが分かることになる。

なお、黒色領域１０３、１０５では、傷種類判別部６３は傷の種類判別は行わない。傷種類判別部６３は、ディスプレイにその判別結果を表示し、判別結果記憶部６５に記憶する。

本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）本実施形態の穴内部検査装置１０は、被検査体８０の穴８２に挿入される挿入部材としてのステー４１と、ステー４１の先端側に対して、被検査体８０に対する挿入方向に沿って互いに色が異なる複数のカラー光源４２、４３、４４が固定配置された光源部４０を備える。また、穴内部検査装置１０は、ステー４１において、光源部４０よりも基端側に取付けられるとともに、光源部４０の投射光が被検査体８０の穴８２の内周面に対して反射したときの反射光を受入可能な位置に位置するレンズ３２を有する。また、穴内部検査装置１０は、レンズ３２を介して被検査体８０の穴８２の内周面の反射光を受光し、カラー光源４２、４３、４４のカラーが付与された領域を含む撮像画像を取得する撮像部３０を備える。また、穴内部検査装置１０は、撮像部３０から出力された撮像画像を入力する検査部としての傷種類判別部６３を有する。

上記構成により、被検査体８０の穴８２の内周面に傷がない場合、撮像部３０により取得され、傷種類判別部６３に入力された撮像画像は、穴の内周面が鏡面の場合には、鏡面反射した反射光によるものが得られている。このため、複数のカラー光源で照明されたそれぞれのカラーが付与された単色領域は、各カラー光源の照明角度が異なることを、異なる色で認識可能であるとともに、一様の画素値が分布されたものとなる。

すなわち、互いに色が異なる複数のカラー光源は、それぞれステー４１の挿入方向に沿って配置されている。このため、取得される撮像画像は、互いに色が異なるとともに、一様の画素値が分布した単色領域がカラー光源４２、４３、４４の配置順序と同じ順序で配置されたものとなる。この場合は、穴８２の内周面は傷なしの判定となる。傷種類判別部６３では、この撮像画像によって検査が可能となる。

また、被検査体の穴の内周面に傷がある場合、傷の種類に応じて撮像部３０により取得され、傷種類判別部６３に入力された撮像画像には、乱反射した反射光によるもの、或いは、反射光がないこともある。このため、撮像画像は、穴の内周面に傷がある場合は、複数のカラー光源４２、４３、４４で照明されたそれぞれの部位において、傷がある部分は一様の画素値の分布とならず、鏡面反射した部位よりも画素値が低減した領域が含まれる。このように撮像画像において、被検査体８０の穴８２の内周面に傷がない場合、或いは傷がある場合に応じて、傷種類判別部６３では、傷の検査が可能となる。

また、撮像画像において、色が異なる領域は、複数の異なる色のカラー光源４２、４３、４４の照明角度が異なることを意味する。そして、この照明角度の相違により、傷があった場合においては、その傷の挿入方向における長さの程度が分かることになる。

例えば、複数の色の領域の全領域に１つの傷が挿入方向に延びている場合は、その傷の挿入方向における長さは長いことが分かり、１つの色の領域にのみ傷が撮像されている場合にはその傷の挿入方向の傷の長さは短いことが分かることになる。

この結果、本実施形態によれば、穴の内周面が曲面であって、鏡面を有している被検査体の穴の傷の種類の判別を容易に行うことができ、検出時間、コストが従来よりも軽減できる。

（２）本実施形態の穴内部検査装置１０は、検査部を撮像画像に基づいて穴８２の内周面の傷の種類判別を行う傷種類判別部６３としている。
この結果、撮像画像において、穴の内周面の傷がない部位は、穴の内周面が鏡面の場合、鏡面反射して高い画素値の領域となり、傷がある部位は傷の種類に応じた画素値に特有な領域となる。このことから、傷種類判別部６３は、穴の内周面に傷がある場合は、傷の種類に応じた画素値の相違によりその傷の種類を判定できる。

（３）本実施形態の穴内部検査装置１０は、被検査体８０を支持する支持部としてのベース部材１２を有し、挿入部材としてのステー４１には、ステー４１を被検査体８０の穴８２に対して挿入方向にまたは反挿入方向に相対的に移動させる移動機構５０を有している。

この結果、本実施形態では、移動機構５０が、ステー４１を、被検査体８０の穴８２に対して相対的に挿入方向にまたは反挿入方向に移動させて、挿入方向または反挿入方向に移動時の撮像画像を取得できる。

（４）本実施形態の穴内部検査装置１０では、カラー光源４２、４３、４４は、点光源としている。
上記構成により、カラー光源を点光源としているため、例えば内周面に擦り傷がある場合、該擦り傷の部位が、点光源により、鏡面の場合よりも、反射光が良好に得られる。

（５）本実施形態の穴内部検査装置１０では、複数のカラー光源４２、４３、４４のうち、相互に隣接するカラー光源４２、４３及びカラー光源４３、４４間には該隣接する他のカラー光源の投射光を遮蔽する遮蔽部としての遮蔽部材４５を有している。

この結果、本実施形態によれば、遮蔽部材４５により、相互に隣接するカラー光源による被検査体の穴での照明領域が区画される。
（６）本実施形態の穴内部検査装置１０では、レンズ３２は、広角レンズとしている。この結果、本実施形態によれば、被検査体８０の穴８２におけるレンズに近い領域から、奥まで広がった範囲の撮像画像を取得できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５～図１１を参照して説明する。本実施形態の穴内部検査装置１０のハード構成の一部、及び、ソフト構成が一部異なっている。

穴内部検査装置１０のハード構成では、前記実施形態では、カラー光源は、点光源としたが、本実施形態では、図５に示すように挿入方向に延出されたカラー光源は、線光源としている。このように構成すると、穴の内周面が鏡面の場合、半鏡面よりも良好に反射する。

また、前記実施形態の判別装置６０は、インターフェイス６１、画像入力部６２、傷種類判別部６３、画像記憶部６４、判別結果記憶部６５及びディスプレイ７０を備えていたが、本実施形態では、さらに、図５に示すように位置算出部６６、及び換算テーブル６７を備えている。

（第２実施形態の作用）
上記のように構成された穴内部検査装置１０の作用を図５～図１１を参照して説明する。図６は、判別装置６０が実行するプログラムのフローチャートである。なお、移動機構５０により、撮像部３０は、被検査体８０の穴８２の開口端側から撮像を開始するために、前記開口端を撮像開始位置として、移動させておくものとする。すなわち、本実施形態では、後述する穴８２の内周面の傷の三次元位置は、レンズ３２の光軸上の撮像開始位置を原点としている。なお、撮像開始位置を原点とすることに限定するものではなく、レンズ３２の光軸上の任意の位置を原点としてもよい。本実施形態においても、撮像部３０の光軸Ｏ２と、穴８２の軸心Ｏ１とは合致させるものとする。

このフローチャートが開始されると、判別装置６０は、撮像部３０及び光源部４０を駆動して、Ｓ１０では、撮像部３０から穴８２の内周面の静止画像である撮像画像（カラー画像）を取得する。

Ｓ１２では、Ｓ１０で取得した穴８２の内周面の撮像画像に新たな傷像があるか否かを判定するとともに、新しい傷像がある場合は、第１実施形態の判定と同様にその傷の種類を判定する。ここで、新たな傷像とは、前回取得した撮像画像に後述するＳ２２の傷の三次元座標算出が行われていて、今回取得した撮像画像にはその傷像が相対的に移動した傷像ではないことを指す。また、最初にこのフローチャートが起動された場合には、このときに取得された撮像画像に傷があるか否かを判定することになる。Ｓ１２で、撮像画像に新たな傷像がない場合には、Ｓ１４に移行する。新たな傷像がある場合には、判別装置６０は、Ｓ１８に移行する。

Ｓ１２で、撮像画像に新たな傷像がないと判定した場合には、Ｓ１４で、判別装置６０は、移動機構５０の駆動モータ５４を駆動して、撮像部３０を穴８２の挿入方向へ所定の移動量で移動する。この移動量は、撮像画像に傷像がある場合、次に取得する撮像画像においては傷像が撮像素子３３の数十画素分を移動する量とすることが好ましい。

Ｓ１６では、Ｓ１４で撮像素子３３を移動した場合の、累計の移動量が、撮像が終了する終了点までの累計の移動量となっているか否かを判別装置６０が判定する。累計の移動量がこの終了点までの累計の移動量に達している場合には、判別装置６０は、撮像開始位置まで、移動機構５０の駆動モータ５４を駆動して移動機構５０により、撮像部３０を移動させた後、このフローチャートを終了する。

Ｓ１８では、Ｓ１０で取得した撮像画像に基づいて、穴８２の内周面の傷の三次元座標を算出し、算出が終了すると、三次元座標を算出した傷像について、判定済みデータを及び識別データをこの傷像に付与して、図示しない識別データ付与傷像の記憶部に格納した後、Ｓ１４に移行する。

（穴８２の内周面の傷の三次元座標の算出）
穴８２の内周面の傷の三次元座標の算出について説明する。なお、説明の便宜上、図３とは異なり、図７～図９では、単色領域１０２、１０４、１０６と黒色領域１０３、１０５の図示は省略されているが、単色領域１０２、１０４、１０６のうちのいずれか１つの単色領域において、傷像Ｋ１、Ｋ２がそれぞれ図示されているものとして理解されたい。

本実施形態では、傷の三次元座標は図１１に示す円筒座標系で算出される。円筒座標系は、図１１に示すようにＰ点の位置を、基準軸Ｚからの距離ｒ、基準軸Ｚに直交するＸ軸から測った方位角φ、及び、Ｘ軸を含むと共に基準軸Ｚに直交する基準平面Ｈからの距離ｚの三者によって決定する。なお、図１１において、Ｙ軸は、基準平面Ｈに含まれるとともに基準軸Ｚ及びＸ軸に直交する。

図１０は、本実施形態における傷の三次元座標を算出するために必要なパラメータａ、ｂを取得するための原理図である。
図１０において、Ａは被検査体８０の穴８２の内周面の傷があると位置、Ｂは撮像部３０におけるレンズ３２の光軸Ｏ２上の第１位置、Ｃは撮像部３０をＢから移動した後の撮像部３０におけるレンズ３２の光軸Ｏ２上の第２位置、ＤはＡを光軸Ｏ２上に投影した位置である。なお、説明の便宜上、図１０では撮像部３０の光学筒部３１は省略している。

第１位置に撮像部３０が位置している場合、Ａに位置する傷は、撮像素子３３には、光軸Ｏ２から第１距離ａ分離間した画素群に結像されて傷像Ｋ１を形成する。
また、撮像部３０が移動距離Ｌ分移動した後の第２位置に位置している場合、Ａに位置する傷は、撮像素子３３には、光軸Ｏ２から第２距離ｂ分離間した画素群に結像されて傷像Ｋ２を形成する。

ここで、図１０に示すように、ＡＤ間の高さｈは、三次元座標ではｒに相当する。このｒは、下記の式（１）で算出することができる。
ｒ＝ＡＤ
＝ＢＣ・tan(θ１)・tan(θ２)／（tan(θ１)＋tan(θ２)） ……（１）
また、θ２は、下記の式（２）で算出することができる。

θ２＝１８０°－θ３ ……（２）
また、Ｐ点の距離ｚ１は下記の式（３）で算出することができる。
ｚ１＝ＢＤ＝ＡＤ／tan(θ１) ……（３）
なお、方位角φの算出については後述する。

ここで、θ１はＡから傷像Ｋ１までの直線が光軸Ｏ２上と交差する第１交差角であり、θ２はＡから傷像Ｋ２までの直線が光軸Ｏ２上と交差する第１交差角である。
また、第１距離ａと第１交差角θ１との関係、及び第２距離ｂと第２交差角θ２との関係は、レンズ３２の対角画角が決まっていれば、第１距離ａ及び第２距離ｂに基づいて、第１交差角θ１及び第２交差角θ２は一義的に決定することができる。

本実施形態では、換算テーブル６７を有していて、該換算テーブル６７には、使用するレンズ３２の対角画角に応じて、第１距離ａ及び第２距離ｂがそれぞれ取得されると、位置算出部６６は、この値に基づいて、換算テーブル６７を参照することにより、第１交差角θ１及び第２交差角θ２が算出される。すなわち、換算テーブル６７は、レンズ３２の対角画角に対応させたものを用意することにより、その対角画角毎に対応した前記距離が算出されると、その距離に対応した交差角の換算が可能である。

具体的に説明すると、図７は、Ｓ１０で取得した撮像画像であり、すなわち、撮像部３０が第１位置で取得した第１撮像画像である。図８及び図９は、Ｓ２０で取得した撮像画像であり、すなわち、撮像部３０が第２位置で取得した第２撮像画像である。

図７に示すように、判別装置６０の位置算出部６６は、第１撮像画像において、傷像Ｋ１における重心と光軸Ｏ２の距離を第１距離ａとして算出する。すなわち、撮像素子３３は、複数の画素からなるエリアイメージセンサからなっているため、傷像Ｋ１における重心と光軸Ｏ２間の画素数をカウントし、その値を第１距離ａとする。

図８に示すように、第２撮像画像では、二点鎖線で示す第１撮像画像における傷像Ｋ１よりも若干ずれた位置に傷像Ｋ２が得られる。
レンズ３２の対角画角が予め分かっているため、撮像部３０が穴の挿入方向、また反挿入方向に移動した場合の傷像Ｋ１の移動方向は、一義的に決定できる。本実施形態では、これを利用して、判別装置６０の位置算出部６６は、傷像Ｋ１の移動による結果が傷像Ｋ２であることを判定している。

次に、図９に示すように、判別装置６０の位置算出部６６は、第２撮像画像において、傷像Ｋ２における重心と光軸Ｏ２の距離を第２距離ｂとして算出する。すなわち、撮像素子３３は、複数の画素からなるエリアイメージセンサからなっているため、傷像Ｋ２における重心と光軸Ｏ２間の画素数をカウントし、その値を第２距離ｂとする。

そして、位置算出部６６は、式(１)～式（３）により、ｒ及びｚ１を算出する。なお、本実施形態では、ｚ１は、第２位置に移動する前に位置した第１位置を基準とした値である。このため、この値に対して、穴８２の開口端の撮像開始位置からの撮像部３０の第１位置まで移動した距離を判別装置６０は、図示しない記憶部に記憶しており、この距離をさらに加算することにより、傷の穴８２の開口端からの傷の位置を、基準平面Ｈからのｚの値として求める。

また、位置算出部６６は、図１２に示すように、第２撮像画像において、光軸Ｏ２に直交するＸ軸を水平に配置したときのＸ軸から、光軸Ｏ２と傷像Ｋ２の重心を結ぶ直線Ｑまでの反時計回り方向の角度を方位角φとして算出する。なお、直線Ｑは、第１撮像画像において、光軸Ｏ２と傷像Ｋ２の重心を結ぶ直線としてもよい。この場合、第１撮像画像に基づいて方位角φを算出すればよい。

このようにして、位置算出部６６は、穴８２の内周面の傷の位置の三次元座標（ｒ、φ、ｚ）を算出する。
本実施形態では、下記の特徴を有する。

（１）穴内部検査装置１０の撮像部３０は、レンズ３２の光軸Ｏ２における第１位置と、該第１位置から移動機構５０にて移動させたレンズ３２の光軸Ｏ２における第２位置とで第１撮像画像及び第２撮像画像をそれぞれ取得する。

また、位置算出部６６、第１撮像画像と第２撮像画像にそれぞれ共通の傷像がある場合、第１位置と第２位置間の移動距離Ｌ、第１撮像画像の傷像Ｋ１と光軸Ｏ２との間の第１距離ａ、第２撮像画像の傷像Ｋ２と光軸Ｏ２との間の第２距離ｂ、並びに第２撮像画像に基づいて穴８２の内周面の傷の三次元位置を算出する。この結果、穴８２の内周面の傷の三次元位置を容易に算出して得ることができる。

（２）穴内部検査装置１０の判別装置６０は、換算テーブル６７を備えている。この換算テーブル６７は、レンズ３２の対角画角毎に、光軸Ｏ２から離間する被検査体８０の穴８２の内周面の部位からレンズ３２の位置までを結ぶ直線が光軸Ｏ２と交差する交差角と、撮像画像における光軸Ｏ２から傷像迄の距離とが対応付けされている。位置算出部６６は、この換算テーブル６７に基づいて第１距離ａに対応する第１交差角θ１を算出するとともに、第２距離ｂに対応する第２交差角θ２を算出する。そして、位置算出部６６は、第１交差角θ１及び第２交差角θ２、並びに移動距離Ｌに基づいて光軸Ｏ２からの穴８２の内周面の傷の離間距離である距離ｒを算出する。

この結果、本実施形態によれば、光軸Ｏ２からの穴８２の内周面の傷の離間距離を算出できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。

本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・前記実施形態では、穴の内周面の検査の対象を鏡面としたが、鏡面である必要はない。例えば内周面が均一の粗面を有している場合においても、その粗面に凹部や凸部があると、均一な粗面ではない領域となるため、その領域の傷の種類の判別を容易に行うことができ、検出時間、コストが従来よりも軽減できる。

・また、図１３に示すように、検査部として、ディスプレイ７０としてもよく、この場合は、ディスプレイ７０に撮像画像を表示して、作業者が傷の種類を目視判別する。なお、駆動モータ５４は、モータ制御装置９０により、検査時には駆動モータ５４を正転又は逆転制御する。

この場合、ディスプレイ７０において、撮像画像を表示して作業者が目視することにより、撮像画像において、穴の内周面の傷がない部位は、内周面が鏡面の場合には、鏡面反射して高い画素値の領域は、無傷とし、傷がある部位は乱反射等して画素値が低い領域、或いは反射光がなくて画素値が最小値の領域となって表示されることになる。

作業者は、穴の内周面に傷がある場合は、この画素値の相違によりその傷の種類を判定できる。
・上記の各実施形態では、被検査体８０をベース部材１２に載置固定し、移動機構５０により、本体部２０、挿入部材としてのステー４１を移動するようにした。

この構成に代えて、図１４に示すように、反対に本体部２０、挿入部材としてのステー４１をベース部材１２に固定し、被検査体８０を、ベース部材１２上において、左右方向に移動自在の載置台９５に載置固定し、図示しない移動機構により、左右方向、すなわち、相対的に、穴８２に対して、挿入方向または反挿入方向に移動可能にしてもよい。ここで、移動機構は、例えば、ベース部材１２上を載置台９５と、載置台９５を前記方向に移動させるリニアモータで構成してもよい。勿論、リニアモータ以外の電動モータ、シリンダ等により、載置台９５を移動させてもよい。

・前記実施形態において、レンズ３２を広角レンズに限定するものではない。他のレンズであってもよい。例えば、３５ｍｍ版換算で標準レンズとされる５０ｍｍ、望遠レンズ、ズームレンズとしてもよい。

・前記実施形態では、カラー光源の数を３つとしているが、３つに限定するものではなく、２つ以上であればよい。
・遮蔽部としての遮蔽部材４５を省略してもよい。

・図示はしないが、カラー光源４２、４３、４４の周囲に拡散部材を配置してもよい。拡散部材は、例えば、半透明の筒状をなしていて、カラー光源４２、４３、４４及び遮蔽部材４５を共に覆うように外嵌可能に設ければ良い。

・第２実施形態では、レンズの画角を対角画角としたが、対角画角に限定するものではなく、垂直画角、水平画角としてもよい。
・第２実施形態では、三次元座標は、円筒座標系で説明したが、円筒座標系以外の座標系であってもよい。

１０…穴内部検査装置
１２…ベース部材（支持部）
１３…レール部材
１４…ガイド突部
１５…レール溝
２０…本体部
３０…撮像部
３１…光学筒部
３２…レンズ
３３…撮像素子
４０…光源部
４１…ステー（挿入部材）
４２、４３、４４…カラー光源
４５…遮蔽部材（遮蔽部）
５０…移動機構
５１…軸受
５２…ボールネジ
５３…ナット
５４…駆動モータ
６０…判別装置
６１…インターフェイス
６２…画像入力部
６３…傷種類判別部（検査部）
６４…画像記憶部
６５…判別結果記憶部
６６…位置算出部
６７…換算テーブル
７０…ディスプレイ
８０…被検査体
１０２…赤の単色領域
１０３…黒色領域
１０４…緑の単色領域
１０５…黒色領域
１０６…青の単色領域
Ｏ１…軸心
Ｏ２…光軸

Claims (9)

1. 被検査体の穴に挿入される挿入部材と、
   前記挿入部材の先端側に対して、前記被検査体に対する挿入方向に沿って相互に色が異なる複数のカラー光源が固定配置された光源部と、
   前記挿入部材において、前記光源部よりも基端側に取付けられるとともに、前記光源部の投射光が前記被検査体の穴の内周面に対して反射したときの反射光を受入可能な位置に位置するレンズと、
   前記レンズを介して前記被検査体の穴の内周面の反射光を受光し、前記カラー光源のカラーが付与された領域を含む撮像画像を取得する撮像部と、
   前記撮像部から出力された撮像画像を入力する検査部を有し、前記複数のカラー光源のうち、相互に隣接するカラー光源間には該隣接する他のカラー光源の投射光を遮蔽する遮蔽部を有する穴内部検査装置。
2. 前記検査部は、前記撮像画像を表示して、作業者が目視可能に設けられた表示部である請求項１に記載の穴内部検査装置。
3. 前記検査部は、判別装置に含まれるとともに、
   前記撮像画像に基づいて前記穴の内周面の傷の種類判別を行う傷種類判別部である請求項１に記載の穴内部検査装置。
4. 前記被検査体を支持する支持部を有し、
   前記挿入部材、または前記支持部には、前記挿入部材を介して前記レンズを前記被検査体の穴に対して挿入方向または反挿入方向に相対的に移動させる移動機構を有する請求項３に記載の穴内部検査装置。
5. 前記撮像部は、前記レンズの光軸における第１位置と、該第１位置から前記移動機構にて移動させた前記レンズの光軸における第２位置とで前記撮像画像である第１撮像画像及び第２撮像画像をそれぞれ取得し、
   前記検査部は、位置算出部を備え、
   前記位置算出部は、第１撮像画像と第２撮像画像にそれぞれ共通の傷像がある場合、第１位置と第２位置の移動距離、第１撮像画像の前記傷像と前記光軸との間の第１距離、第２撮像画像の前記傷像と前記光軸との間の第２距離、並びに第１撮像画像または第２撮像画像に基づいて前記穴の内周面の傷の三次元位置を算出する請求項４に記載の穴内部検査装置。
6. 前記判別装置は、換算テーブルを備え、
   前記換算テーブルは、前記レンズの画角毎に、前記光軸から離間する前記被検査体の穴の内周面の部位から前記レンズの位置までを結ぶ直線が前記光軸と交差する交差角と、撮像画像における前記光軸から傷像迄の距離とが対応付けされていて、
   前記位置算出部は、前記換算テーブルに基づいて前記第１距離に対応する交差角を第１交差角として算出するとともに、前記第２距離に対応する交差角を第２交差角として算出し、
   第１交差角及び第２交差角、並びに前記移動距離に基づいて前記光軸からの前記穴の内周面の傷の離間距離を算出する請求項５に記載の穴内部検査装置。
7. 前記カラー光源は、点光源である請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の穴内部検査装置。
8. 前記カラー光源は、前記挿入方向に延出された線光源である請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の穴内部検査装置。
9. 前記レンズは、広角レンズである請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の穴内部検査装置。

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