JP7392804B1 - 穴検査用レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】カメラによりワークの穴の内部を撮像する際に穴の内部で均一な照度を確保してカメラにより撮像される画像のノイズを低減化する。【解決手段】穴検査用レンズユニットは、筒状の外管と、外管の内部に挿通される筒状の内管と、内管の先端内に配置される対物レンズと、外管の基端部および内管の基端部を支持すると共に、対物レンズを介して穴の内部を撮像するカメラが取り付けられるマウント部と、外管の先端部により包囲されると共に内管の先端部を包囲するように外管と内管との間に配置される筒状の導光管と、それぞれ導光管のマウント部側の端部に対向するように外管の内部かつ内管の周囲に配設される複数の砲弾型発光ダイオードとを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、ワークに形成された穴の内部の検査に用いられる穴検査用レンズユニットに関する。

従来、検査ヘッドと、ワークの穴の開口部から所定距離だけ離して検査ヘッドを移動させるロボットとを含む穴内部検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この穴内部検査装置の検査ヘッドは、ワークの穴を撮像するカメラと、ワークの穴の軸線に対して平行な光軸を有する広角レンズと、複数の高精度レンズを組み合わせて構成されるリレーレンズと、スポット照明（光源）からの光を屈曲させて穴へ照射するハーフミラーとを含む。スポット照明からの光は、ハーフミラーにより屈曲されてリレーレンズと広角レンズとを透過し、穴の内部表面に均一に照射される。穴からの反射光は、広角レンズ、リレーレンズ、ハーフミラーを透過してカメラに入射される。そして、カメラは、穴の開口部から穴の外側に所定距離だけ離れた位置から穴の内部を撮像する。

特開２０１８－０３６２０３号公報

上述のように、カメラを穴の開口部から離間させた状態で当該穴の内部を撮像する場合、照明装置により穴の内部の全体において均一な照度を確保する必要がある。また、穴の内部における照度を確保するために、照明装置として例えば光ファイバを含む光源を用いることも考えられるが、光の直進性が強いことから、カメラにより撮像された画像に光の筋が含まれてしまう。

そこで、本開示は、カメラによりワークの穴の内部を撮像する際に穴の内部で均一な照度を確保してカメラにより撮像される画像のノイズを低減化することができる穴検査用レンズユニットの提供を主目的とする。

本開示の穴検査用レンズユニットは、ワークに形成された穴の内部の検査に用いられる穴検査用レンズユニットであって、筒状の外管と、前記外管の内部に挿通される筒状の内管と、前記内管の先端内に配置される対物レンズと、前記外管の基端部および前記内管の基端部を支持すると共に、前記対物レンズを介して前記穴の内部を撮像するカメラが取り付けられるマウント部と、前記外管の先端部により包囲されると共に前記内管の先端部を包囲するように前記外管と前記内管との間に配置される筒状の導光管と、それぞれ前記導光管の前記マウント部側の端部に対向するように前記外管の内部かつ前記内管の周囲に配設される複数の砲弾型発光ダイオードとを含むものである。

本開示の穴検査用レンズユニットを用いてワークに形成された穴の内部をカメラにより撮像する際には、マウント部にカメラが取り付けられたレンズユニットを対物レンズが穴の上方に位置するように静止させる。更に、各砲弾型発光ダイオードを発光させる。砲弾型発光ダイオードは、集光性に優れるものであり、各砲弾型発光ダイオードから発せられた光は、筒状の導光管を介して穴の内部に拡散されながら照射される。これにより、カメラによりワークの穴の内部を撮像する際に穴の内部で均一な照度を確保してカメラにより撮像される画像のノイズを低減化することが可能になる。

また、前記マウント部には、Ｃマウント規格の雄ねじが形成されてもよい。

これにより、画素数等の諸元が互いに異なる複数のカメラをマウント部に取り付けることが可能になるので、撮像対象となる穴に適したカメラを用いて当該穴の内部を撮像することができる。

更に、前記対物レンズは、広角レンズであってもよく、前記内管の内部には、少なくとも１つのリレーレンズが配置されてもよい。

これにより、穴の内部の全体に焦点を合わせると共に、ワークの形状等に合わせてレンズユニットの軸長を定めることが可能になる。

本開示の穴検査用レンズユニットが適用される穴検査システムを示す概略構成図である。 本開示の穴検査用レンズユニットを示す断面図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の穴検査用レンズユニット（以下、単に「レンズユニット」という。）２０が適用される穴検査システム１を示す概略構成図である。同図に示す穴検査システム１は、例えば変速機のケースといったワークＷに形成された穴Ｈの内部の検査に用いられるものである。検査対象としての穴Ｈは、ねじ穴であってもよく、非ねじ穴であってもよく、貫通穴であってもよく、非貫通穴であってもよい。また、ワークＷは、変速機のケースに限られるものではない。

穴検査システム１は、図１に示すように、システム制御装置２と、複数のロボット３と、それぞれシステム制御装置２に接続されると共に対応するロボット３を制御する複数のロボット制御装置４と、システム制御装置２に接続される検査処理装置５とを含む。システム制御装置２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータを含むものであり、複数のロボット制御装置４および検査処理装置５と信号（情報）をやり取りして穴検査システム１を統括的に制御する。各ロボット３は、それぞれレンズユニット２０およびカメラ３０を含む撮像ツール１０を保持して移動させることができるロボットアームである。また、各ロボット制御装置４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータを含むものであり、予め定められた制御手順に従って、撮像ツール１０を対象となる穴Ｈの所定距離だけ上方の検査作業位置まで移動させるように対応するロボット３を制御する。

検査処理装置５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するコンピュータである。検査処理装置５には、ロボット３に設けられたコネクタやケーブル等を介して撮像ツール１０のカメラ３０が接続される。更に、検査処理装置５には、カメラ３０により撮像された穴Ｈの内部の画像（画像データ）に基づいて当該内部の状態を検査するための検査プログラムがインストールされている。検査プログラム（ソフトウェア）は、検査処理装置５のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭといったハードウェアと協働して、例えば、カメラ３０により撮像された画像に基づいて穴Ｈの内部の状態の良否を判定（診断）するニューラルネットワークを実装するものである。

図２は、レンズユニット２０を示す縦断面図である。同図に示すように、レンズユニット２０は、外管２１と、内管２２と、対物レンズ部２３と、複数のリレーレンズ２４と、カメラ３０が取り付けられるマウント部２５と、リテーナ２６と、導光管２７と、複数（本実施形態では、例えば６個）の砲弾型発光ダイオード２８とを含む。

外管２１は、金属等の遮光性を有する材料により円筒状に形成されており、当該外管２１の先端部は、先細に形成されている。内管２２は、金属（例えば、ステンレス）等の遮光性を有する材料により外管２１の内径よりも小さい外径を有する円筒状に形成されている。内管２２は、外管２１の内部に同軸に挿通されると共にリテーナ２６を介して外管２１の基端部に固定される。対物レンズ部２３は、広角レンズ２３ｗを有し、内管２２の先端内に配置（固定）される。複数のリレーレンズ２４は、マウント部２５に取り付けられたカメラ３０に広角レンズ２３ｗからの像を中継するように内管２２の内部に間隔をおいて配設される。

マウント部２５は、リテーナ２６に固定され、当該リテーナ２６を介して外管２１の基端部および内管２２の基端部を支持する。また、マウント部２５の外周面には、Ｃマウント規格の雄ねじ２５ｔが形成されている。これにより、マウント部２５に、Ｃマウント規格の様々な産業用カメラを取り付けることが可能となる。更に、マウント部２５には、アダプタを介してＣＳマウント規格の産業用カメラを取り付けることもできる。

導光管２７は、ガラスや石英等により比較的短尺の円筒状に形成されており、外管２１の内径よりも僅かに小さい外径および内管２２の外径よりも僅かに大きい内径を有する。導光管２７は、外管２１の先端部内に嵌合され、当該導光管２７の内部には、内管２２の先端部が嵌合される。これにより、導光管２７は、外管２１の先端部により包囲されると共に内管２２の先端部を包囲するように外管２１と内管２２との間に配置される。また、複数の砲弾型発光ダイオード２８は、それぞれ導光管２７のマウント部２５側の端部に対向（当接）するように外管２１の内部かつ内管２２の周囲に間隔をおいて（等間隔に）配設される。なお、各砲弾型発光ダイオード２８に接続される図示しないケーブルは、外管２１と内管２２との間の空間を介して外管２１の外部に引き出され、コネクタを介して図示しない照明用電源に接続される。

上述のように構成されるレンズユニット２０を用いてワークＷに形成された穴Ｈの内部をカメラ３０により撮像する際には、撮像ツール１０すなわちマウント部２５にカメラ３０が取り付けられたレンズユニット２０を対物レンズ部２３（広角レンズ２３ｗ）が穴Ｈの所定距離だけ上方に位置するようにロボット３により移動させ、検査作業位置で静止させる。更に、各砲弾型発光ダイオード２８を発光させる。砲弾型発光ダイオード２８は、集光性に優れるものであり、各砲弾型発光ダイオード２８から発せられた光は、筒状の導光管２７を介して穴Ｈの内部に拡散されながら照射される。これにより、カメラ３０によりワークＷの穴Ｈの内部を撮像する際に穴Ｈの内部で均一な照度を確保して当該カメラ３０により撮像される画像の例えば光の筋といったノイズを極めて良好に低減化することが可能になる。

また、レンズユニット２０のマウント部２５には、産業用カメラの代表的な規格であるＣマウント規格の雄ねじ２５ｔが形成されている。これにより、画素数等の諸元が互いに異なる多くの産業用カメラをマウント部２５に取り付けることが可能になるので、撮像対象となる穴Ｈに適したカメラ３０を用いて当該穴Ｈの内部を撮像することができる。更に、レンズユニット２０の対物レンズ部２３は、広角レンズ２３ｗを含み、内管２２の内部には、複数のリレーレンズ２４が配置される。これにより、穴Ｈの内部の全体に焦点を合わせることができる。また、内管２２の内部に複数のリレーレンズ２４を配設することで、ワークＷの形状等に合わせてレンズユニット２０の軸長を定めることが可能になり、例えば、ワークＷの底部に形成された穴Ｈの内部を撮像するためのレンズユニット２０の軸長を長くすることができる。ただし、レンズユニット２０に要求される軸長によっては、内管２２内に単一のリレーレンズ２４が配置されてもよく、リレーレンズ２４が省略されてもよい。

なお、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、製造産業においてワークに形成された穴の内部を検査するのに極めて有用である。

１ 穴検査システム、２ システム制御装置、３ ロボット、４ ロボット制御装置、５ 検査処理装置、１０ 撮像ツール、１０ 撮像ツール、２０ レンズユニット、２１ 外管、２２ 内管、２３ 対物レンズ部、２３ｗ 広角レンズ、２４ リレーレンズ、２５ マウント部、２５ｔ 雄ねじ、２６ リテーナ、２７ 導光管、２８ 砲弾型発光ダイオード、３０ カメラ、Ｈ 穴、Ｗ ワーク。

Claims (4)

1. ワークに形成された穴の内部の検査に用いられる穴検査用レンズユニットであって、
   筒状の外管と、
   前記外管の内部に挿通される筒状の内管と、
   前記内管の先端内に配置される対物レンズと、
   前記外管の基端部および前記内管の基端部を支持すると共に、前記対物レンズを介して前記穴の内部を撮像するカメラが取り付けられるマウント部と、
   前記外管の先端部により包囲されると共に前記内管の先端部を包囲するように前記外管と前記内管との間に配置される筒状の導光管と、
   それぞれ前記導光管の前記マウント部側の端部に対向するように前記外管の内部かつ前記内管の周囲に配設される複数の砲弾型発光ダイオードと、
   を備え、
   前記導光管は、前記複数の砲弾型発光ダイオードから発せられた光を前記穴の内部に拡散させながら照射する穴検査用レンズユニット。
2. 請求項１に記載の穴検査用レンズユニットにおいて、
   前記外管は、遮光性を有する材料により円筒状に形成され、
   前記内管は、遮光性を有する材料により前記外管の内径よりも小さい外径を有する円筒状に形成されると共に、前記外管の内部に同軸に挿通され、
   前記導光管は、円筒状に形成されると共に、前記外管の前記先端部内に嵌合され、前記導光管の内部には、前記内管の前記先端部が嵌合される穴検査用レンズユニット。
3. 請求項２に記載の穴検査用レンズユニットにおいて、
   前記外管の前記先端部の内径は、前記外管の前記先端部よりも前記マウント部側の部分の内径よりも小さく、
   前記複数の砲弾型発光ダイオードは、前記外管の前記先端部よりも前記マウント部側の部分の内部かつ前記内管の周囲に配設される穴検査用レンズユニット。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の穴検査用レンズユニットにおいて、前記穴は、ねじ穴を含む穴検査用レンズユニット。
   
   

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