JPH09152407A - 中空経路の内部検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドシリンダ等の中空経路の内部異常を投
受光用光電センサで検査する際、経路内を光が乱反射し
て受光側センサまで正確に届かず、検査困難になるこ
と、又、光電センサの光はスポット光のため、中子の半
詰まりを検出出来ない時があること、更に、ヘッドシリ
ンダの点火栓周辺の中空経路は網目状の複雑な屈曲迷路
のため、網目内に詰まった中子は検査不能になる点であ
る。 【解決手段】 屈曲した中空経路4を有する被検査体1に
おける内部の異常有無を検査するにあたり、経路4入口
から拡散光Lbを投光し、経路4内を乱反射して通過した
光を所定の撮像手段9により経路出口で二次元平面にて
受光して撮像する工程と、撮像画像を２値化して検査に
係る２値化画像を抽出する工程と、２値化画像を画像処
理して画像特徴量を計測し、その計測データの正常デー
タに対する適合度をファジィ推論により判別して中空経
路4の内部異常有無を検査する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外から内部を観察
出来ない屈曲した中空経路を有する被検査体における内
部の異常有無を検査する中空経路の内部検査方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】水冷式エンジンは、シリンダブロック及
びヘッドシリンダに燃焼室部の冷却水路（ウォータジャ
ケット）を有し、この部分に冷却水を循環供給してエン
ジンの焼き付きを防止しており、図４（ａ）（ｂ）にヘ
ッドシリンダ（１）の一例の下面図、部分垂直断面図を
それぞれ示す。上記ヘッドシリンダ（１）は、図４
（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ筒（２）…の周囲
に沿ってヘッド下面側（シリンダブロック側）に水穴
（３）…が形成されている。上記水穴（３）…はヘッド
シリンダ（１）がシリンダブロックと結合することによ
り循環冷却水路を形成し、又、隣接する水穴間に外から
観察出来ない冷却水路用中空経路（４）…を形成する。
又、ヘッド上面側の点火栓及び吸排気バルブ周辺に砂抜
き穴が形成され、砂抜き穴間に冷却水路用中空経路が形
成されている。

【０００３】上記中空経路（４）は、図４（ｃ）に示す
ように、屈曲した経路を形成し、特に図４（ｅ）に示す
ように、ヘッド上面側の中空経路（4a）は網目状の複雑
な屈曲迷路状経路を形成しており、ヘッドシリンダ
（１）は、屈曲した中空経路（４）（4a）を有する被検
査体の一例である。

【０００４】上記冷却水路用水穴（３）及び中空経路
（４）（4a）を形成する場合、鋳型に中子をセットして
溶融金属（例えば溶融アルミ合金）を注湯し、凝固させ
た後、鋳型及び中子を除去して製品とするが、ヘッドシ
リンダ（１）の冷却水路は、シリンダブロックの冷却水
路に比べて形状が複雑となり、中子砂が除去されずに残
存し易い。特に、中空経路（3a）（4a）の内部は外から
観察出来ないため、中子砂が残存したまま最終工程まで
移行することが多々あり、その結果、最悪の場合、エン
ジンを不良品として処分せざるを得ないことがある。

【０００５】又、中子の造形時や鋳型へのセット時、中
子が一部欠損していたり、亀裂個所がある場合、これを
そのまま鋳型にセットすると、注湯した溶融金属がこれ
らの欠損個所や亀裂個所にも流れ込んで鋳バリとして残
存する結果、冷却水路を閉塞させ、エンジンの冷却作用
が悪化する。

【０００６】そこで、特に屈曲した中空経路（４）（4
a）の内部を検査して、その形状異常や中子残存等の異
常の有無を検査する必要があり、その検査手段の一例を
図４（ｂ）を参照して以下に示す。上記検査手段は、ヘ
ッドシリンダ（１）の下面側の水穴（３）…及び上面側
の砂抜き穴にそれぞれ挿入する一対の投受光用第１、第
２各光電センサ（５）（６）を具備する。そして、例え
ば各光電センサ（５）（６）をそれぞれ水穴（３）…に
挿入し、第１光電センサ（５）から投射した光（La）を
第２光電センサ（６）で受光した時、中空経路（４）の
内部は正常であると判別する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、中空経路（４）の内面は梨地状の細かい凹凸面を持
ち、しかも図４（ｃ）に示すように、経路が屈曲してい
るため、光が乱反射して受光側の第２センサ（６）まで
正確に届かず、良品でも不良判定になって検査困難にな
ること、又、投光用第１光電センサ（５）の光は約１mm
径のスポット光のため、完全閉塞しか検出できず、図４
（ｄ）に示すように、中子（ｍ）が半詰まりの場合、ス
ポット光が半詰まり部をかすめて通ることにより検出不
能になる時があること、更に、図４（ｅ）に示すよう
に、ヘッド上面側の点火栓周辺の中空経路（4a）は網目
状の複雑な屈曲迷路のため、網目（4b）内に中子（ｍ）
が詰まると、その検査は、目視は勿論のこと、光電セン
サ方式でも実施不能である点である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、屈曲した中空
経路を有する被検査体における内部の異常有無を検査す
るにあたり、上記経路入口から拡散光を投光し、経路内
を乱反射して通過した光を所定の撮像手段により経路出
口で二次元平面にて受光して撮像する工程と、上記撮像
画像を２値化して検査に係る２値化画像を抽出する工程
と、上記２値化画像を画像処理して画像特徴量を計測
し、その計測データの正常データに対する適合度をファ
ジィ推論により判別して中空経路の内部異常有無を検査
する工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る中空経路の内部検査
方法の実施の形態を図１〜図３を参照して以下に説明す
る。まず図１（ａ）は図４（ａ）（ｂ）と同一のヘッド
シリンダ（１）及び本発明方法を実施するための検査手
段（７）の部分垂直断面図、図１（ｂ）（ｃ）は屈曲し
た中空経路（４）（4a）の部分水平断面図、図１（ｄ）
は検査手段（７）の動作例の側面図をそれぞれ示す。上
記検査手段（７）は投光部（８）と撮像部（９）とを具
備する。上記投光部（８）は、拡散光の発光源に接続し
た光ファイバからなり、例えば水穴（３）から中空経路
（４）内に拡散光（Lb）を投光する。撮像部（９）はカ
メラからなり、水穴（３）から入射して中空経路（４）
内を乱反射し、他の水穴（３）から射出した光を二次元
平面で受光して撮像する。

【００１０】上記構成に基づき本発明の動作を次に説明
する。まずヘッドシリンダ（１）を被検査体としてその
中空経路内部の異常有無を検査する場合、図１（ａ）に
示すように、例えばヘッド下面側の水穴（３）に光ファ
イバ（８）の投光端部を挿入する。そこから中空経路
（４）内に拡散光（Lb）を投光すると、その光が経路
（４）内を乱反射して再び他の水穴（３）から射出す
る。そこで、複数の水穴（３）…を一度にカメラ（９）
で二次元平面的に撮像し、水穴（３）…から射出した光
（Lb）を二次元平面的に受光して撮像する。そうする
と、図１（ｂ）に示すように、経路（４）内が屈曲して
いても、拡散光（Lb）が経路（４）内を乱反射して通過
するため、射出した光（Lb）をカメラ（９）で正確に受
光出来る。そして、中子（ｍ）の反射率が小さいため、
図１（ｄ）に示すように、中空経路（４）内に中子
（ｍ）が残存している場合、中空経路（４）内を乱反射
して射出した光（Lb）の明るさ面積値や周囲長が縮小し
ている。そこで、経路出口毎の明るさ面積値や周囲長を
ファジイ推論により判別して中空経路（４）内の異常有
無を検査する。

【００１１】上記ファジィ推論に際しては、判別に先立
って２値化しきい値（Ｈ）を被検査体に合わせて自動的
に設定し、カメラ（９）による撮像画像から所定レベル
以上の光度を持つ２値化画像を取り出し、その画像の面
積、周囲長等の特徴量に基づき検査する。そこで、上記
しきい値設定において、まず予め被検査体の複数の基準
となる画像の面積や周囲長等の特徴量の分布を計測して
ファジィ推論のメンバーシップ関数を経路出口毎に作成
しておく。又、図２（ａ）（ｂ）に示すように、カメラ
（９）による撮像画像の輝度分布図（Ba）（Bb）に対し
高い方から順に複数個の２値化しきい値（Ha）（Hb）
（Hc）を設定する。そうすると、良品の場合、しきい値
（Ｈ）のレベルが下がる程、各レベルの２値化画像面積
は次第に大きくなり、逆に、不良品の場合、２値化画像
面積は一定、又は図２（ｂ）に示すように、０となる。

【００１２】そこで、カメラ（９）による平面撮像画像
を最初に最大しきい値（Ha）で２値化し、図２（ｃ）に
示す２値化画像（Da）を取り出す。その時の２値化画像
面積（Sa）をファジィ推論等により対応する基準面積に
対する適合度を判定し、基準面積に略一致していれば、
しきい値（Ha）を最適しきい値（Ho）として設定して次
の内部異常有無の検査に移行する。又、２値化画像面積
（Sa）が基準面積よりも大きくなり過ぎる場合、最大し
きい値（Ha）のレベルを更に大きく設定して再調整す
る。

【００１３】次に、２値化画像面積（Sa）が基準面積よ
りも小さくなる場合は、被検査体が不良品であるか、又
は図２（ａ）の点線に示す輝度分布のように、良品であ
っても中空経路内面がざらついていたり、或いは梨地状
のため、射出光量が減少する場合である。この場合、１
段レベルを下げて次に大きいしきい値（Hb）で２値化画
像面積を再計測する。その時の２値化画像面積（Sb）が
前回しきい値（Ha）による２値化画像面積（Sa）よりも
大きくなった時、又は対応する基準面積に略一致した
時、良品と判定し、その時のしきい値（Hb）を最適しき
い値（Ho）として設定する。又、大きくなり過ぎると、
しきい値（Hb）からやや上げたしきい値を最適値とす
る。そして、２値化画像面積（Sb）が一定、又は０にな
れば、不良品と判定し、更に、一段レベルを下げてしき
い値（Hc）で再計測する。以上の操作を複数回、例えば
５回程度順次、繰り返し、２値化画像面積が一定又は、
０になれば、不良品と判定し、しきい値設定をやり直
す。このようにして２値化画像面積を判定し、それに応
じてしきい値レベルを適宜、自動調整して最適の２値化
しきい値（Ho）を設定する。

【００１４】又、図示しないが、ファジィ推論の重心演
算を用いて直接、最適しきい値（Ho）を設定する手段も
ある。例えば、入出力部として２値化画像面積及びしき
い値の各メンバーシップ関数を設定する。次に、図２
（ａ）に示す輝度分布から所定のしきい値により２値化
画像面積を取り出して入力部のメンバーシップ関数から
適合度を判定する。そして、その適合度を出力部のメン
バーシップ関数に代入して対応する合成台形面積の重心
演算により最適しきい値（Ho）を算出する。

【００１５】上記最適の２値化しきい値（Ho）を設定す
ると、次に、図３（ａ）に示すように、しきい値（Ho）
に基づいてカメラ（９）による撮像画像から２値化画像
（Do）を取り出し、その画像（Do）の特徴量、例えば面
積や周囲長を計測する。そして、図３（ｂ）に示すよう
に、予めファジィ推論のメンバーシップ関数（Ma）を異
なる中空経路出口毎に設定しておき、例えば計測した面
積データをメンバーシップ関数（Ma）に代入する。そこ
で、計測データの正常データに対する適合度（α）をフ
ァジィ推論のメンバーシップ関数（Ma）から導出する。
そこで、その適合度（α）を基準値（Ａ）と比較判別
し、α＞Ａの時、良品と判定して中空経路内の異常有無
を検査する。この時、複数の中空経路出口を一度に撮像
し、各出口毎の複数画像の各適合度を組み合わせ、例え
ばその乗算値から異常有無を判別しても良い。又、面
積、周囲長の他、更に、画像の重心位置等を判別要素と
して付け加えると、検査精度を向上させることが出来
る。

【００１６】上記メンバーシップ関数（Ma）は複数の良
品或いは不良品ワークの面積や周囲長等を計測し、（N
a）を正常領域、（Nb）（Nc）をそれぞれ異常領域とし
て確率分布を描いたもので、それを各経路出口毎に、且
つ、面積や周囲長等の各特徴量毎に作成する。例えば面
積分布において計測面積が（Pa）の場合、正常データに
対する適合度は（Qa）となり、そこから中空経路内の異
常有無を判別する。尚、領域（Na）は中子残存により光
量が減少して生じる異常領域を示し、領域（Nb）は鋳バ
リ残存により光量が増大して生じる異常領域を示す。

【００１７】或いは、複数の中空経路出口がある場合、
その複数出口を一度に撮像し、一画像中に複数の各出口
画像を含んだ２値化画像を取り出す。そして、その画像
データに基づいて例えば複数画像の合計面積や各像の合
計面積に対する割合等をデータとしてファジィ推論によ
り中空経路（４）内の異常有無を検査しても良い。

【００１８】又、図１（ｃ）及び図４（ｅ）に示すよう
に、中空経路（4a）内が屈曲迷路状に複雑に入り組んで
いる場合、一方向からの投光のみでは、網目（4b）内の
異常が撮像画像に全く反映されない場合があるため、十
分に経路（4a）内の異常有無を判別出来ない。そのた
め、例えば投光部（８）の投光方向を変え、複数の異な
る角度から投光する。そこで、まず一方向から中空経路
（4a）内の一方の側面（4c）に向けて投光し、経路（4
a）内及びその網目（4b）内を通過した光を撮像する。
同様に、他方向から中空経路（4a）内の他方の側面（4
d）に向けて投光し、経路（4a）内及びその網目（4b）
内を通過した光を撮像する。そうすると、中空経路（4
a）の異なる２側面（4c）（4d）に投光することにより
相異なる２個の撮像画像が得られ、且つ、各画像に応じ
て明るさ面積値等に差異が生じる。そこで、その各撮像
画像の２値化画像を組合せ、明るさ面積値等の特徴を比
較判定してファジィ推論により経路（4a）内の異常有無
を判別する。

【００１９】又、投光部（８）と撮像部（９）の各位置
をずらせ、２つの相異なる撮像画像を得て、上記同様、
その各撮像画像の２値化画像を組合せて経路（4a）内の
異常有無を判別しても良く、更に、投光方向や位置を変
えても良い。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンヘッドシリン
ダのような中空経路を持つ被検査体における中空経路の
内部異常有無を検査する際、中空経路入口に拡散光を投
光し、経路内を乱反射して通過した光を経路出口で二次
元平面にて受光して撮像し、撮像画像の２値化画像から
画像特徴量を計測し、その計測データの正常データに対
する適合度をファジィ推論により判別して中空経路の内
部異常有無を検査したから、二次元平面で受光するた
め、屈曲した中空経路内でも乱反射する光を正確に受光
出来る。又、２値化画像から面積や周囲長等の特徴量を
計測し、その計測データからファジィ推論により内部異
常有無を判別したから、誤判別を防止出来、正確な判別
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る中空経路の内部検査方法
の実施の形態を示す検査手段及び被検査体の一例である
ヘッドシリンダの要部垂直断面図である。（ｂ）はヘッ
ドシリンダの部分水平断面図である。（ｃ）はヘッドシ
リンダの他の部分水平断面図である。（ｄ）は本発明に
係る中空経路の内部検査方法の動作実施例を示す要部垂
直断面図である。

【図２】（ａ）は被検査体の撮像画像の輝度分布の一例
と数種類の２値化しきい値を示すグラフである。（ｂ）
は被検査体の撮像画像の輝度分布の他の一例と数種類の
２値化しきい値を示すグラフである。（ｃ）は図１
（ａ）（ｂ）のしきい値で２値化した画像の一例を示す
図である。（ｄ）は図１（ａ）（ｂ）のしきい値で画像
を取り出せなかった場合を示す図である。

【図３】（ａ）は２値化画像の一例を示す図である。
（ｂ）はファジィ判定用メンバーシップ関数の一例を示
す波形図である。

【図４】（ａ）は被検査体の一例であるヘッドシリンダ
の下面図である。（ｂ）は図４（ａ）のヘッドシリンダ
の部分垂直断面図である。（ｃ）は図４（ａ）のヘッド
シリンダの部分水平断面図である。（ｄ）は本発明の課
題を説明するためのヘッドシリンダの部分垂直断面図で
ある。（ｅ）は図４（ａ）のヘッドシリンダの他の部分
水平断面図である。

【符号の説明】

１ 被検査体（ヘッドシリンダ） ４、4a 中空経路 ７ 検査手段 ８ 投光部 ９ 撮像部 Lb 拡散光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈曲した中空経路を有する被検査体にお
   ける内部の異常有無を検査するにあたり、上記経路入口
   から拡散光を投光し、経路内を乱反射して通過した光を
   所定の撮像手段により経路出口で二次元平面にて受光し
   て撮像する工程と、上記撮像画像を２値化して検査に係
   る２値化画像を抽出する工程と、上記２値化画像を画像
   処理して画像特徴量を計測し、その計測データの正常デ
   ータに対する適合度をファジィ推論により判別して中空
   経路の内部異常有無を検査する工程とを含むことを特徴
   とする中空経路の内部検査方法。
2. 【請求項２】 中空経路入口に拡散光を投光する際、相
   異なる複数方向又は位置から時間をずらして投光し、各
   拡散光毎に２値化画像を抽出して撮像及び検査すること
   を特徴とする請求項１記載の中空経路の内部検査方法。
3. 【請求項３】 複数の中空経路出口がある場合、その複
   数出口を一度に撮像して一画像中に複数の各出口画像を
   含んだ２値化画像を取り出し、その２値化画像データに
   基づいて中空経路の内部異常有無を検査することを特徴
   とする請求項１又は２記載の中空経路の内部検査方法。
4. 【請求項４】 複数の中空経路の各出口を個別に撮像し
   て各出口毎の２値化画像を取り出し、各出口毎に中空経
   路の内部異常有無を検査することを特徴とする請求項１
   又は２記載の中空経路の内部検査方法。