JPH0723210U - シリンダブロックのボアの粗残り検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円形ボア内周面のダイヤ目やボーリング目な
どによる粗残りを高精度、高速に検査するボア粗残り検
査装置。 【構成】 円形ボア２にボア軸方向移動可能に挿入され
る光学ユニット５に、レーザー光源６のレーザー光を反
射してボア内周面３に放射状に照射する第１の円錐ミラ
ー８と、ボア内周面３からの放射状の反射光を撮像器１
０に反射する第２の円錐ミラー９を設置する。第１の円
錐ミラー８からのレーザー放射光Ｒ1でボア内周面３の
３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1が照射され、このレー
ザー照射範囲Ｍ1の３６０゜の反射光が第２の円錐ミラ
ー９で撮像器１０に反射して、画像処理装置１１に３６
０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の画像データが送られ、こ
のデータを演算処理してボア内周面３の粗残り検査が行
われる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、自動車用エンジンなどの内燃機関におけるシリンダブロックのボア 内周面の粗さ、及び、面性状を光学的に検査する粗残り検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関のシリンダブロックのボアは、最終の仕上加工後に内周面の粗残り検 査が行われる。例えば図７に示されるシリンダブロック１のボア２は、次の工程 で形成され、最後に粗残り検査が行われる。

【０００３】 まず、シリンダブロック１に対してボーリングによるボア荒加工を行う。この ボア荒加工時のボア２の面粗さは約５０Ｚである。次に、ダイヤホーニングヘッ ドによりボア仕上中グリを行って、ボア２の真円度、円筒度などの形状精度の確 保を行う。この仕上中グリ時のボア２の面粗さは約１０〜２５Ｚである。最後に 、砥石のＧＣホーニングヘッドでボア２の最終仕上が行われ、ボア２の摺動面と しての適当な表面粗さ、面性状が決定される。この最終仕上時の面粗さは４Ｚ以 下である。

【０００４】 また、自動車エンジンのボア加工においては、上記の仕上中グリのダイヤホー ニング時に、ボア２の内周面３にクロスハッチのダイヤ目２０が形成される。ダ イヤ目２０は、図８（ａ）に概念的に示すように、内周面３の軸方向に対して斜 めにクロスする研削跡で、エンジンオイルの通り道として機能する。

【０００５】 最終加工されたボア２の内周面３には、前加工時の表面が残った粗残りが部分 的に発生することがある。この粗残りは、極稀に鋳肌残りもあるが、代表される のは荒加工ボーリング跡残りとダイヤホーニング跡残りである。かかる２つの粗 残りは、ボア２とボーリングヘッドの芯ズレなどが原因で形成される。

【０００６】 上記荒加工ボーリング跡残りは、図８（ｂ）に示すように、ボア２の内周面３ に周方向にボーリングヘッドのバイトで研削された平行な筋状のボーリング目２ １として現れ、これは後述の検査対象となる。ダイヤホーニング跡残りは、前記 したダイヤ目２０に相当し、ダイヤ目２０の粗さが基準以上または以下の場合に 後述の検査対象の粗残りとなる。

【０００７】 図９にボア内周面３の正常面３ａと、ダイヤ目２０の在る面３ｂ、ボーリング 目２１の在る面３ｃの断面を示す。この各々の面の粗さは、ダイヤ目２０の在る 面３ｂが最も大である。ボーリング目２１の在る面３ｃの粗さは、正常面３ａの 粗さと大差無い場合があり、この面３ｃが４Ｚ以下の粗さであれば、粗さのみの 検査で合格と判定される恐れがある。

【０００８】 以上のボア２の内周面３の粗さを検査する装置として、粗さ計を使ったものと 、斜方照明系及びカメラで被検査面を撮像して画像処理するものが考えられてい るが、それぞれが不適当である。

【０００９】 すなわち、粗さ計による検査装置は、ボア内周面３をスポット（点）で検査す るため、ボア内周面３の全域を検査するのに長時間を要し、エンジンなどの製造 のインライン検査には不適当である。また、粗さのみの評価による検査のため、 上記ボーリング目２１やダイヤ目２０のような方向性のある粗残りの表面欠陥を 見逃す可能性が高い。

【００１０】 また、上記画像処理方式の検査装置は、ボア内周面３を斜方照明してボア内周 面３の欠陥部分に影を作り、この影を撮像して得た画像を処理して検査する装置 で、１回の検査が短時間で行われる。この装置は、鋳巣のような凹凸の大きな表 面欠陥（数百ミクロンの大きさ）を検査するには適するが、上記ダイヤ目２０な どの粗残りのような凹凸の微細な表面欠陥（数ミクロンの大きさ）の検査には適 さない。これはダイヤ目２０などの数ミクロンの大きさの粗残りは、斜方照明し ても影が発生し難いがためである。

【００１１】 そこで、上記ダイヤ目２０などの粗残りの粗さと面性状の良否を短時間で正確 に検査する装置として、本考案者は先にレーザー光を使用したボア粗残り検査装 置を開発した。その具体例を図１０乃至図１３を参照して説明する。

【００１２】 図１０に示される粗残り検査装置は、光学ユニット５’と、光学ユニット５’ に光学結合された撮像器１０と、その画像処理装置１１を備える。光学ユニット ５’は、円筒状のケース２４に収納される。ケース２４は、ボア２の中にボア軸 方向に移動可能に、かつ、ボアの中心線を中心に回転可能に挿入される。

【００１３】 光学ユニット５’は、レーザーダイオードのレーザー光源６とレンズ７’、上 下一対の平面ミラー２２、２３を有する。レーザー光源６のレーザー光がレンズ ７’で一定幅、厚さの平行なスリット光Ｒ3にされ、このレーザースリット光Ｒ3 が平面ミラー２２で反射し、ケース２４の透明ガラス２５を透過して、ボア２の 内周面３に照射される。レーザースリット光Ｒ3は、図１１（ａ）及び（ｂ）に 示されるように、ボア内周面３の周方向の一定幅Ｄと、ボア軸方向の一定高さＨ のレーザー照射範囲Ｍ2に、ボア軸方向に対して所定の傾斜角度θで照射される 。

【００１４】 ボア内周面３のレーザー照射範囲Ｍ2でレーザースリット光Ｒ3は、レーザー照 射範囲Ｍ2の凹凸に応じた様々な方向に反射する。この反射光の内のボア２の半 径方向に反射する散乱光Ｒ4が、ケース２４の透明ガラス２５を透過して平面ミ ラー２３でボア軸方向上方に反射され、撮像器１０に入射する。

【００１５】 撮像器１０は、ケース１２の上部に光学結合されたボアスコープ１７と、ボア スコープ１７に光学結合されたシャッター付カメラ１８を備える。ミラー２３で 反射した散乱光Ｒ4がボアスコープ１７からカメラ１８に入射して、カメラ１８ でボア内周面３のレーザー照射範囲Ｍ2が撮像される。撮像器１０の画像データ が画像処理装置１１で計数処理されて、ボア２の粗残り検査が行われる。

【００１６】 画像処理装置１１は、図１２のフローチャートに示すように、カメラ１８で撮 像されて入力された画像データを濃淡画素に２値化処理し、濃淡画素の一方をカ ウントして、カウントされた画素数を判定基準値と比較処理し、ボア内周面３の 粗残りの良否を判定する。

【００１７】 光学ユニット５’のケース２４をボア２に挿入し、ケース２４を定速で上下回 転動させて、ボア内周面３におけるレーザー照射範囲Ｍ2を順次に移動させ、こ の移動毎にカメラ１８のシャッターを作動させて、ボア内周面３の全域が撮像さ れ、レーザー照射範囲Ｍ2毎に粗残り検査が行われる。レーザー照射範囲Ｍ2は、 周方向に長い面積領域であるので、ボア内周面３の全域を検査するに要する時間 が短縮される。

【００１８】 ボア内周面３のレーザー照射範囲Ｍ2における散乱光Ｒ4と、これの画像を画像 処理装置１１で２値化した画像を、図１３に基づき説明する。

【００１９】 図１３（ａ）に示すように、ボア内周面３の正常面３ａに傾斜角度θで入射し たレーザースリット光Ｒ3のほとんどは正反射して、ボア内周面３と直交するボ ア半径方向にはほとんど反射しない。この場合、正常面３ａのレーザー照射範囲 Ｍ2からの散乱光Ｒ4で撮像された画像を、画像処理装置１１で２値化処理すると 、図１３（ａ’）に示すような濃淡（白黒）画像が得られる。同画像における白 色部分は、ボア内周面３の正常面３ａに相当し、点状の黒色部分はボア内周面３ のダイヤ目２０やボーリング目２１の凹凸部分に相当する。この画像は、ボア内 周面３のレーザー照射範囲Ｍ2の粗残りの粗さ、面性状が良好な場合で、画像中 央の鎖線で囲まれる検査領域Ｗで黒色部分の数が少なく、広範囲に散らばる。

【００２０】 また、図１３（ｂ）に示すように、ボア内周面３のダイヤ目２０の面３ｂに入 射したレーザースリット光Ｒ3は、ダイヤ目２０を乱反射し、その一部がボア半 径方向に散乱光Ｒ4として反射する。この場合、ダイヤ目２０からの散乱光Ｒ4が 増え、その分、図１３（ｂ’）に示すように、散乱光Ｒ4から得られた画像にお ける点状の黒色部分が増える。この黒色部分は画像中央の検査領域Ｗに分散して 、ダイヤ目２０の不良粗残りとして現われる。

【００２１】 また、図１３（ａ）に示すように、ボア内周面３のボーリング目２１の面３ｃ に入射したレーザースリット光Ｒ3もボーリング目２１で乱反射し、ボア半径方 向に散乱光Ｒ4として反射し、散乱光Ｒ4から得られた画像における点状の黒色部 分が増える。この場合、ボア内周面３の周方向に平行なレーザースリット光Ｒ3 は、ボア内周面３の周方向に形成されたボーリング目２１に平行に照射される結 果、画像中央の検査領域Ｗにおける黒色部分はボーリング目２１と同じ方向性で もって、ボーリング目２１の粗残りとして現われる。

【００２２】 したがって、画像処理装置１１で２値化された画像データから、レーザー照射 範囲Ｍ2の中央の検査領域Ｗでの黒色部分の画素数をカウントし、カウントされ た画素数を判定基準値と比較すると、比較結果からボア内周面３のダイヤ目２０ やボーリング目２１の有無が検知され、ボア内周面３の粗さ、面性状の良否が正 確に判定される。

【００２３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、光学ユニット５’からのレーザースリット光Ｒ3でボア内周面３を 周方向に照射した場合、一定幅Ｄのレーザー照射範囲Ｍ2の中央部と両端部にお けるレーザー光のボア内周方向に対する照射角度が異なるために、レーザー照射 範囲Ｍ2の中央部と両端部でレーザー光の照射光量斑が生じ、この光量斑がボア 内周面３の粗残り検出精度の改善を難しくしている。

【００２４】 また、レーザー照射範囲Ｍ2の周方向の光量斑で、レーザー照射範囲Ｍ2の両端 部に黒色部分が集中して現われ、この両端部の黒色部分もカウントして粗残り検 査をすると、誤判定する可能性が高くなる。そこで、レーザー照射範囲Ｍ2の黒 色部分が比較的正常に現われる中央部に検査領域Ｗを設定して、この限られた検 査領域Ｗでの黒色部分の画素だけをカウントして、粗残り検査を行うようにして いる。ところが、検査領域Ｗの幅ｄは、上記光量斑の制約から小さく成らざるを 得ず、この小さな検査領域Ｗをボア内周面３の周方向に、光学ユニット５’の機 械的手段による回転で移動させるのに時間を要し、これがボア内周面３全域の検 査時間の短縮化を難しくしている。

【００２５】 本考案の目的とするところは、ボア内周面のクロスハッチのダイヤ目や、周方 向の研削跡であるボーリング目による粗残りの検査の高精度化、高速化を実現し た粗残り検査装置を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、シリンダブロックのボア内にボア軸方向に移動可能な光学ユニット であって、ボアの内周面にボア周方向に延びる帯状のレーザー光を照射し、その 反射光から光学ユニットに光学的結合された撮像器でボア内周面を部分的に撮像 し、この撮像器で得た画像データを画像処理装置で計数処理してボア内周面の粗 残り検査を行う装置であって、前記光学ユニットに、レーザー光をボア軸方向と 所定の傾斜角度で、かつ、ボアの中心線を中心とする放射状パターンでボアの内 周面の全周に向けて反射する第１の円錐ミラーと、ボア内周面の全周からのレー ザー反射光を前記撮像器に反射する第２の円錐ミラーとを具備させたことにより 、上記目的を達成するものである。

【００２７】

【作用】

光学ユニットの第１の円錐ミラーを反射した放射状のレーザー光は、ボア内周 面に一定の照射角度で照射されて、ボア内周面のレーザー照射範囲全域でのレー ザー照射光量が一定し、ボア内周面の全周にわたるレーザー照射範囲の全域の高 精度な粗残り検査が実行される。また、ボア内周面のレーザー照射範囲がボア内 周面全周にわたるため、ボア内で光学ユニットを回転させることなく、光学ユニ ットをボア軸方向に移動させるだけでボア内周面の全域を検査ができ、検査時間 の大幅な短縮化が可能となる。

【００２８】

【実施例】

以下、図１０の粗残り検査装置に適用した本考案の一実施例を、図１乃至図６ を参照して説明する。なお、この実施例における図１０装置と同一または相当部 分には、同一符号を付して説明は省略する。

【００２９】 図１に示される粗残り検査装置は、ボア２に挿入される光学ユニット５と、こ れに光学結合された撮像器１０と、撮像器１０の画像データを演算処理する画像 処理装置１１を備える。この装置は、光学ユニット５にレーザー光源６のレーザ ー光をボア内周面３の全周に向けて放射状に反射する第１の円錐ミラー８と、ボ ア内周面３の全周からのレーザー反射光を撮像器１０に反射する第２の円錐ミラ ー９を有する。

【００３０】 光学ユニット５は、ボア２にボア軸方向に移動可能に、及び、後述するように 必要に応じて微少角度だけ回転可能に挿入される。光学ユニット５は、レーザー 光源６とレンズ７、上記一対の第１、第２の円錐ミラー８、９を備える。レーザ ー光源６のレーザー光は、レンズ７で円錐状に拡散して第１の円錐ミラー８の頂 点部分に達し、この頂点を中心に放射状に反射する。

【００３１】 第１の円錐ミラー８を反射したレーザー放射光Ｒ1で照射されるボア内周面３ の軸方向一部であるレーザー照射範囲Ｍ1は、ボア内周面３の全周にわたるリン グ状パターンである。レーザー照射範囲Ｍ1へのレーザー放射光Ｒ1のボア軸方向 での入射角度θは一定であり、レーザー照射範囲Ｍ1のボア軸方向での高さＨも 一定である。この入射角度θ、高さＨは図８装置と同一でよい。

【００３２】 レーザー照射範囲Ｍ1の全周からボア半径方向に反射した散乱光Ｒ2が第２の円 錐ミラー９でボア軸方向上方に反射して、撮像器１０に達し、撮像器１０でレー ザー照射範囲Ｍ1の全周にわたる表面が撮像される。撮像器１０で撮像された画 像データが画像処理装置１１で計数処理される。

【００３３】 光学ユニット５は、例えば上下２つの円筒状のケース１３、１４を備える。下 部の第１ケース１３にレーザー光源６とレンズ７と第１の円錐ミラー８が同軸に 収納され、レーザー光源６の駆動回路１２が収納される。駆動回路１２から延び る配線ケーブル（図示せず）は、第１ケース１３の定箇所と貫通して画像処理装 置１１の側に導出される。図４に示すように、第１ケース１３の上部は円筒状の 透明ガラス１５で構成され、この中に円錐ミラー８が上下逆に固定される。上部 の第２ケース１４は、第１ケース１３に連結体１９で連結され、この中に第２の 円錐ミラー９が固定される。第２ケース１４の上部が撮像器１０のボアスコープ １７に連結される。

【００３４】 光学ユニット５は、その光軸をボア２の中心線に合致させた状態でボア２に挿 入される。光学ユニット５のレーザー光源６のレーザー光は、円錐ミラー８で放 射状に反射して透明ガラス１５を透過し、ボア内周面３に照射される。図２に示 すように、円錐ミラー８で反射したレーザー放射光Ｒ1の中心はボア中心点Ｐに 相当し、したがって、レーザー放射光Ｒ1はボア内周面３の全周に、その周方向 に対して一定の９０°の照射角度で照射される。したがって、レーザー放射光Ｒ 1で照射されるボア内周面３のレーザー照射範囲Ｍ1におけるレーザー照射光量は 、３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の全域で一定である。

【００３５】 レーザー照射範囲Ｍ1の全周でレーザー放射光Ｒ1は、レーザー照射範囲Ｍ1の 全周の凹凸に応じた様々な方向に反射し、その内のボア２の半径方向に反射する 散乱光Ｒ2が第２ケース１４の透明ガラス１６を透過して第２の円錐ミラー９の 全周面で反射し、撮像器１０に達する。

【００３６】 図３に示すように、撮像器１０にはリング状のレーザー照射範囲Ｍ1の全域か らの散乱光Ｒ2が一度に入射して、撮像器１０が３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1 の全域の表面を一度に撮像する。この撮像された画像は、例えば図５に示される ようなリング状の画像となる。この画像データが画像処理装置１１に送られて、 ２値化処理され、画像の黒色部分がカウントされて、レーザー照射範囲Ｍ1の全 域の粗残り検査が一度に行われる。

【００３７】 例えば３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1における散乱光Ｒ2と、これの画像を画 像処理装置１１で２値化した画像を、図６に示し説明する。

【００３８】 図６（ａ）は、ボア内周面３の正常面３ａにおける散乱光Ｒ2が示される。こ の場合、レーザー放射光Ｒ1のほとんどは正反射して、ボア内周面３と直交する ボア半径方向にはほとんど反射せず、正常面３ａからの散乱光Ｒ2で撮像された 画像は、図６（ａ’）に示すような黒色部分が散らばる正常な濃淡（白黒）画像 となる。ここで、３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の全域でレーザー光の照射光 量が均一であるから、図４（ａ’）の画像の全域で点状の黒色部分が平均的に散 らばる。したがって、画像処理装置１１でレーザー照射範囲Ｍ1全域での黒色部 分の画素数をカウントすることで、レーザー照射範囲Ｍ1全域の粗残り検査が高 精度に行うことができる。このことは図６（ｂ）、（ｃ）の場合も同様である。

【００３９】 図６（ｂ）は、ボア内周面３のダイヤ目２０の面３ｂにおける散乱光Ｒ2が示 される。この場合は、ダイヤ目２０からの散乱光Ｒ2が増えて、図６（ｂ’）に 示すように、散乱光Ｒ2から得られた画像における点状の黒色部分が増える。こ の黒色部分も３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の全域に平均的に分散する。

【００４０】 図６（ｃ）は、ボア内周面３のボーリング目２１の面３ｃにおける散乱光Ｒ2 が示される。この場合の散乱光Ｒ2から得られた画像における黒色部分は、図６ （ｃ’）に示すように、ボーリング目２１と同じ方向性でもって現われる。

【００４１】 なお、上記レーザー照射範囲Ｍ1の検査において、３６０゜のレーザー照射範 囲Ｍ1の画像の中に前述した駆動回路１２の配線ケーブルの影が生じ、この影部 分で粗残り検査を正確に行うことができなくなることがある。そこで、レーザー 照射範囲Ｍ1の粗残り検査の必要時に光学ユニット５を少し回転させ、レーザー 照射範囲Ｍ1の配線ケーブルの影の生じる部分を横移動させて、レーザー照射範 囲Ｍ1の全域が撮像されるようにする。このような光学ユニット５の回転は、少 しの角度で済み、粗残り検査の高速化にほとんど支障をきたさない。

【００４２】 上記要領で３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の全域の粗残り検査が行われると 、光学ユニット５をレーザー照射範囲Ｍ1のボア軸方向の高さＨに相当する距離 だけボア軸方向に移動させ、ボア内周面３の検査されるレーザー照射範囲Ｍ1の 移動を行い、次のレーザー照射範囲Ｍ1の粗残り検査を行う。このような光学ユ ニット５のボア軸方向移動がボア軸方向全長で行われて、ボア内周面３の全域の 粗残り検査が行われる。３６０゜のレーザー照射範囲Ｍ1の粗残り検査は、電気 的に瞬時に行われるので、ボア内周面３全域の粗残り検査は、極短時間で実行可 能である。

【００４３】

【考案の効果】

本考案によれば、光学ユニットの第１の円錐ミラーを反射した放射状のレーザ ー光で照射されるボア内周面のレーザー照射範囲はボア内周面の３６０゜の範囲 であり、このレーザー照射範囲のレーザー反射光が第２の円錐ミラーで撮像器に 反射して、撮像器が３６０゜のレーザー照射範囲を一度に撮像するので、ボア内 周面３６０゜のレーザー照射範囲が一度に検査され、したがって、光学ユニット をボアの軸方向に移動させるだけでボア内周面全域の粗残り検査が行え、検査時 間の大幅な短縮が可能となる。

【００４４】 また、ボア内周面の３６０゜のレーザー照射範囲に放射状のレーザーが照射さ れるので、レーザー照射範囲全域でのレーザー照射光量が一定して、レーザー照 射範囲全域の高精度な粗残り検査が可能となり、自動車用エンジンのボア粗残り 検査などに好適な信頼性の高い粗残り検査装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す縦断面図。

【図２】図１装置の要部の横断面図。

【図３】図１装置における一対の円錐ミラーによる放射
状レーザー光とその反射光の形態を示す斜視図。

【図４】図１装置の要部の拡大断面図。

【図５】図１装置の撮像器で撮像されるボア内周面の画
像図。

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１装置におけるボ
ア内周面の拡大断面図、（ａ’）、（ｂ’）、（ｃ’）
はボア内周面の２値化処理された画像図。

【図７】シリンダブロックの部分断面を含む部分斜視
図。

【図８】図７シリンダブロックのボア内周面の部分拡大
図で、（ａ）はダイヤ目、（ｂ）はボーリング目を示
す。

【図９】図７シリンダブロックのボア内周面の部分拡大
断面図。

【図１０】本考案の前提となる粗残り検査装置の縦断面
図。

【図１１】（ａ）は図１０装置の要部の横断面図、
（ｂ）は図１０装置の要部の拡大図。

【図１２】図１０装置における画像処理装置のフローチ
ャート。

【図１３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１０装置におけ
るボア内周面の拡大断面図、（ａ’）、（ｂ’）、
（ｃ’）はボア内周面の２値化処理された画像図。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ ボア ３ ボア内周面 ５ 光学ユニット ８ 第１の円錐ミラー ９ 第２の円錐ミラー １０ 撮像器 １１ 画像処理装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックのボア内でボア軸方向
   に移動可能な光学ユニットであって、ボアの内周面にボ
   ア周方向に延びる帯状のレーザー光を照射し、その反射
   光から光学ユニットに光学的結合された撮像器でボア内
   周面を部分的に撮像し、この撮像器で得た画像データを
   画像処理装置で計数処理してボア内周面の粗残り検査を
   行う装置であって、 前記光学ユニットは、内蔵したレーザー光源からのレー
   ザー光を、ボア軸方向と所定の傾斜角度で、かつ、ボア
   の中心線を中心とする放射状パターンでボアの内周面の
   全周に向けて反射する第１の円錐ミラーと、ボア内周面
   の全周からのレーザー反射光を前記撮像器に反射する第
   ２の円錐ミラーとを有することを特徴とするシリンダブ
   ロックのボアの粗残り検査装置。