WO2021053920A1 - 撮像装置、撮像方法および検査装置 - Google Patents

撮像装置、撮像方法および検査装置 Download PDF

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努 作山
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株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954—Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores

Definitions

  • the present invention relates to an imaging technique for imaging a workpiece having a tubular portion such as a gear or a bush, and an inspection technique for inspecting the workpiece.
  • One opening (lower opening) of the shaped part is closed by the inspection table, while the other opening (upper opening) is opened upward.
  • a conical reflection mirror is inserted into the tubular portion through the other opening and placed on the inspection table.
  • a camera is arranged above the reflection mirror to take an image of the tubular inner peripheral surface of the work.
  • an image pickup device that combines a reflection mirror and a camera captures an image of the entire circumference of the tubular inner peripheral surface, and a determination means inspects the tubular inner peripheral surface of the work based on the entire circumference image. ing.
  • Patent Document 1 uses a reflection mirror corresponding to the shape and size of the tubular portion of the work. Therefore, it is necessary to remake the reflection mirror according to the type of work, which is inferior in terms of versatility.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an imaging technique capable of imaging the tubular inner peripheral surface of each work with high versatility for a wide variety of workpieces and a tubular inner peripheral surface of each work are provided.
  • the purpose is to provide an inspection technique that can be inspected.
  • the first aspect of the present invention is an imaging device that images the tubular inner peripheral surface of a tubular portion provided so as to penetrate the work, and coincides with a rotation axis extending horizontally along the axis of the tubular portion.
  • a holding part that rotatably holds the work around the rotation axis in the rotated state, a rotation drive part that rotates the work held by the holding part around the rotation axis, and a tubular inner peripheral surface that is rotated by the rotation drive part.
  • the inner peripheral surface of the cylinder is locally imaged from a position separated from one side of the work in the horizontal direction with respect to the work rotated by the first illumination unit and the rotation drive unit to illuminate the inside of the cylinder.
  • a first imaging unit that acquires a first partial image of the peripheral surface, and a plurality of first partial images are acquired by the first imaging unit while the work makes at least one rotation around a rotation axis, so that the inside of the cylinder is formed.
  • the feature is that the entire circumference image of the peripheral surface is acquired.
  • a second aspect of the present invention is an imaging method for imaging the tubular inner peripheral surface of a tubular portion provided so as to penetrate the work, and is a rotation axis extending in the horizontal direction along the axis of the tubular portion.
  • the process of rotating the work around the rotation axis in the state of matching with, and the horizontal direction while illuminating the tubular inner peripheral surface of the work rotating around the rotation axis while the work makes at least one rotation around the rotation axis.
  • the step of acquiring a plurality of first partial images of the tubular inner peripheral surface by imaging the tubular inner peripheral surface from a position away from one side of the work from an oblique direction, and a tubular shape based on the plurality of first partial images. It is characterized by including a step of acquiring an image of the entire circumference of the inner peripheral surface.
  • the third aspect of the present invention is characterized by including the above-mentioned imaging device and an inspection unit that inspects the tubular inner peripheral surface based on a plurality of first partial images acquired by the imaging device.
  • the first imaging unit locally images the tubular inner peripheral surface from an oblique direction to acquire a first partial image of the tubular inner peripheral surface.
  • the acquisition of the first partial image is performed while the work makes at least one rotation, and the entire circumference image of the tubular inner peripheral surface is acquired.
  • the tubular inner peripheral surface is locally imaged from an oblique direction to obtain a plurality of first partial images of the tubular inner peripheral surface. Acquired, and the whole circumference image of the tubular inner peripheral surface is acquired by these. Therefore, regardless of the type of the work, the tubular inner peripheral surface of the work can be imaged, and high versatility can be obtained.
  • the plurality of components of each aspect of the present invention described above are not all essential, and may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or part or all of the effects described herein.
  • the technical features included in the above-mentioned aspect of the present invention it is also possible to combine some or all with some or all of the technical features contained in the other aspects of the invention described above to form an independent form of the invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an inspection device equipped with the first embodiment of the imaging device according to the present invention.
  • the inspection device 1 controls each part of the image pickup device 2 and the image pickup device 2 for photographing the inner peripheral surface Wb of the shaft hole Wa provided in the central portion of the spur gear W, which is an example of the "work" of the present invention. It is provided with a control device 3 that inspects the inner peripheral surface Wb based on a plurality of partial images captured and acquired by the image pickup device 2.
  • the shaft hole Wa corresponds to an example of the "cylindrical inner peripheral surface" of the present invention
  • the inner peripheral surface Wb corresponds to an example of the "cylindrical inner peripheral surface” of the present invention.
  • the XYZ right-angled coordinate axes are shown in FIG. That is, as will be described next, the X direction parallel to the horizontal direction in which the rotation axis AX1 of the spur gear W extends, the horizontal direction Y orthogonal to the X direction, and the vertical direction Z are shown.
  • the arrow X1 in the X direction points to one side (imaging side), and the arrow X2 in the X direction points to the other side (illumination side).
  • the arrow Y1 in the Y direction points to one side in the Y direction, and the arrow Y2 in the Y direction points to the other side in the Y direction.
  • the arrow Z1 in the Z direction points vertically upward, and the arrow Z2 in the Z direction points vertically downward.
  • the image pickup apparatus 2 includes a holding unit 21 that rotatably holds the work W, a rotation driving unit 22 that rotates the work W held by the holding unit 21 around a rotation axis AX1 extending in the horizontal direction, and a shaft hole Wa. It includes an illumination unit 23 that spot-illuminates the peripheral surface Wb, and an image pickup unit 24 that images the region R1 that is spot-illuminated by the illumination unit 23.
  • the region R1 of the inner peripheral surface Wb that is spot-illuminated by the illumination unit 23 and locally imaged by the imaging unit 24 is hereinafter referred to as “image-imposed area R1”.
  • the holding portion 21 has rollers 211 and 212 that are rotatable around the rotation axis AX2 extending in the X direction. Both of these rollers 211 and 212 are made of a material softer than the spur gear W, such as rubber or resin.
  • One roller 211 is rotatably arranged while being in contact with the tooth tip portion Wc of the spur gear W on the Y1 direction side with respect to the spur gear W and at a position lower than the rotation shaft AX1.
  • the other roller 212 is rotatably arranged while being in contact with the tooth tip portion Wc of the spur gear W on the Y2 direction side with respect to the spur gear W and at a position lower than the rotation shaft AX1.
  • the spur gear W is rotatably held from the lower side by the two rollers 211 and 212 in a state where the axis AX3 of the shaft hole Wa is aligned with the rotation shaft AX1. Further, when the spur gear W is rotated around the rotation shaft AX1 by the rotation drive unit 22 described below, the rollers 211 and 212 rotate in accordance with the rotation of the spur gear W. In this way, the spur gear W is rotatably held in a sideways posture by the holding portion 21.
  • the rotation drive unit 22 includes rollers 221 and 222 that are rotatable around a rotation shaft AX4 extending in the Z direction, and a motor 223 that rotationally drives the rollers 222. All of these rollers 221 and 222 are made of a material softer than the spur gear W, such as rubber or resin, and are arranged so as to sandwich the side surface portion Wd of the spur gear W in the X direction. That is, one roller 221 is rotatably arranged on the X1 direction side of the spur gear W and on the lower side (Z2 direction side) of the side surface portion Wd while in contact with the side surface portion Wd of the spur gear W on the X1 direction side. ing.
  • the other roller 222 is rotatably arranged on the X2 direction side of the spur gear W and on the lower side (Z2 direction side) of the side surface portion Wd while in contact with the side surface portion Wd of the spur gear W on the X2 direction side. ing. Further, the roller 222 is connected to the motor 223. Therefore, when a rotation command from the control device 3 that controls the entire device is given to the motor 223, the motor 223 rotationally drives the roller 222 around the rotation shaft AX4 and causes friction on the side surface portion Wd of the spur gear W in the Y2 direction. A force is applied to rotate the spur gear W around the rotation axis AX1 in the direction of the arrow AR.
  • the rollers 221 and 222 function as driven rollers and drive rollers, respectively, to rotate the spur gear W.
  • the motor 223 is also connected to the rollers 221 to use the rollers 221 as drive rollers. It may work.
  • the lighting unit 23 is arranged at a position separated from the spur gear W held by the holding unit 21 in the X2 direction.
  • the illumination unit 23 has an LED element (not shown).
  • the illumination unit 23 is arranged in a posture in which the light emitting surface of the LED element is directed toward the image pickup region R1. Then, when the illumination command from the control device 3 is received, the LED element is turned on and the illumination light is irradiated obliquely downward from the X2 direction side to spot-illuminate the imaged region R1.
  • the imaging unit 24 is arranged at a position separated from the spur gear W held by the holding unit 21 in the X1 direction.
  • the image pickup unit 24 has a two-dimensional image pickup element (not shown) such as a CCD image sensor.
  • the image pickup unit 24 is arranged with the image pickup surface of the two-dimensional image pickup element facing the image pickup region R1, and locally images the inner peripheral surface Wb of the spur gear W rotating in the arrow direction AR. More specifically, the two-dimensional image sensor captures the imaged region R1 spot-illuminated by the illumination unit 23 to acquire a partial image (reference numeral PI in FIG. 2) of the inner peripheral surface Wb of the spur gear W.
  • n partial image PIs it is possible to acquire the entire circumference image of the inner peripheral surface Wb by acquiring n partial image PIs.
  • the number of partial image PIs to be acquired is not limited to n, and (n + 1) or more partial image PIs may be acquired, and the entire circumference image is obtained by n consecutive partial image PIs among them. Can be obtained. It is also possible to acquire an all-around image based on a partial image PI that exceeds one rotation by a conventionally known method.
  • the control device 3 includes a well-known CPU (Central Processing Unit) that executes logical operations, a ROM (Read Only Memory) that stores initial settings, and a RAM (Random) that temporarily stores various data during device operation. It is composed of Access Memory) and the like, and functions as an image storage unit 31, an image composition unit 32, and an inspection unit 33.
  • the image synthesizing unit 32 synthesizes an all-around image of the inner peripheral surface Wb based on the partial image PI stored in the image storage unit 31. Further, the inspection unit 33 inspects the inner peripheral surface Wb of the spur gear W based on the all-around image (reference numeral WI in FIG. 2).
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a partial image acquisition operation and an all-around image acquisition operation in the inspection device shown in FIG.
  • the vertical axis in the figure shows the passage of time from the start of rotation of the spur gear W by the rotation drive unit 22, and the respective imaging timings T (1), T (2), T (3), ..., T (n). ), T (n + 1), T (n + 2), ...,
  • the imaging unit 24 images the imaged region R1 and acquires a partial image PI.
  • the partial image PI is acquired n times while the spur gear W makes one rotation, and is stored in the image storage unit 31.
  • the image synthesizing unit 32 sequentially reads out the partial image PIs from the image storage unit 31 immediately after the partial image PIs are stored n times or immediately after the two or more partial image PIs are stored, and the partial image PIs adjacent to each other are sequentially read out.
  • the whole circumference image WI of the inner peripheral surface Wb is synthesized by connecting them together.
  • the all-around image WI may be synthesized based on the partial image PI acquired at the imaging timings T (1), T (2), T (3), ..., T (n), for example, imaging.
  • the all-around image WI may be combined based on the partial image PI acquired at the timings T (2), T (3), ..., T (n), T (n + 1).
  • the inspection unit 33 compares the all-around image WI acquired as described above with the reference image, and inspects whether or not there is a defect such as a scratch or a defect on the inner peripheral surface Wb.
  • R1 is imaged by the imaging unit 24. Therefore, it is not necessary to change the component parts of the image pickup apparatus 2 in order to image the workpieces other than the spur gear W and the spur gear having different shapes and sizes, and the tubular inner peripheral surface provided for each workpiece for various kinds of workpieces. Can be imaged with high versatility.
  • the illumination unit 23 and the image pickup unit 24 correspond to an example of the "first illumination unit” and the “first image pickup unit” of the present invention, respectively.
  • the X direction, the X1 direction side, and the X2 direction side correspond to the "horizontal direction", "one side of the work", and “the other side of the work” of the present invention, respectively.
  • the partial image PI corresponds to an example of the "first partial image” of the present invention.
  • the imaged region R1 is set on the lowermost side of the inner peripheral surface Wb. That is, while illuminating the imaged region R1 with illumination light from diagonally above, the spur gear W is locally imaged by the imaging unit 24 from diagonally above the imaged area R1 to capture the partial image PI.
  • the position of the image-image region R1 is not limited to the lowermost portion of the inner peripheral surface Wb.
  • the imaging region R1 may be irradiated with illumination light from diagonally below, and the spur gear W may be locally imaged by the imaging unit 24 from diagonally below the imaging region R1 to capture a partial image PI.
  • the illumination unit 23 spot-illuminates the image-image area R1, but it may be configured to illuminate the entire inner peripheral surface Wb.
  • FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of an inspection device equipped with a second embodiment of the imaging device according to the present invention.
  • the image pickup apparatus 2 according to the second embodiment is significantly different from the first embodiment in that the second illumination unit 25 and the "second image pickup unit" of the present invention are used to image the outer surface of the spur gear W.
  • the point is that one imaging unit 26 to 28 is added, and the other configurations are basically the same as those of the first embodiment.
  • the second lighting unit 25 illuminates the vicinity of the upper end of the spur gear W.
  • the image pickup units 26 to 28 take an image of the region R2 illuminated by the second illumination unit 25 from the Z1 direction side, the obliquely upper side, and the X1 direction side, respectively. That is, as shown in FIG. 3, the image pickup unit 26 is arranged at a position directly above the spur gear W rotated by the rotation drive unit 22, and images the tooth tip portion Wc of the region R2 to obtain a partial image of the tooth tip portion Wc. get. Further, the imaging unit 28 is arranged on the X1 direction side of the region R2, and images the side surface portion Wd of the region R2 to acquire a partial image of the side surface portion Wd. Further, the imaging unit 27 is arranged between the imaging units 26 and 28, and the region R2 is imaged from diagonally above to image the vicinity of the tooth root of the spur gear W rotated by the rotation drive unit 22, and the portion near the tooth root. Get an image.
  • image data corresponding to a partial image of the inner peripheral surface Wb is transmitted from the image pickup unit 24 to the control device 3 at each imaging timing in the same manner as in the first embodiment. It is stored in the image storage unit 31.
  • the image data corresponding to the partial image of the tooth tip Wc, the image data corresponding to the partial image near the tooth root, and the image data corresponding to the partial image of the side surface Wd are the imaging units 26 to 28, respectively. Is transmitted to the control device 3 and stored in the image storage unit 31.
  • the image synthesizing unit 32 sequentially reads out partial images from the image storage unit 31 and synthesizes all-around images of the inner peripheral surface Wb, the tooth tip portion Wc, the vicinity of the tooth root, and the side surface portion Wd. Then, the inspection unit 33 compares the entire circumference image acquired as described above with the reference image to determine whether or not there is a defect such as a scratch or a defect on the inner peripheral surface Wb or the outer surface of the spur gear W. inspect.
  • the partial image of the inner peripheral surface Wb is acquired as the "first partial image” of the present invention, and the partial images of the tooth tip portion Wc, the vicinity of the tooth root and the side surface portion Wd are obtained as the present invention. Obtained as a "second partial image” of the invention. Therefore, at the same time as the inner peripheral surface Wb of the shaft hole Wa of the spur gear W, the outer surface of the spur gear W can be imaged to obtain an image effective for inspection, and the spur gear W is integrated based on those images. Can be inspected.
  • the three imaging units 26 to 28 are arranged in the vertical direction, the diagonally upward direction, and the lateral direction, respectively.
  • the number and arrangement of image pickup units for use are not limited to this, and can be appropriately changed according to the type of work.
  • the spur gear W is rotated in a lateral posture in which the tooth tip portion Wc of the spur gear W is supported by the rollers 211 and 212 and the axis AX3 of the shaft hole Wa is aligned with the rotation shaft AX1 of the spur gear W.
  • the configuration of the holding portion 21 is not limited to this.
  • the spur gear W may be rotatably suspended and held by engaging the inner peripheral surface Wb of the shaft hole Wa with one or a plurality of rollers.
  • the spur gear W is rotated by applying a frictional force in the Y2 direction to the side surface portion Wd of the spur gear W, but the configuration of the rotation drive unit 22 is not limited to this.
  • the spur gear W may be rotated by applying a rotational driving force to at least one of the rollers 211 and 212 constituting the holding portion 21.
  • the inner peripheral surface Wb is locally illuminated by the illumination unit 23, but the inner peripheral surface Wb may be imaged with the entire spur gear W uniformly illuminated.
  • the spur gear W is imaged and inspected using the spur gear W as an example of the "work” of the present invention, but the application target of the present invention is not limited to this, for example.
  • the "workpiece" of the present invention also includes all parts having a tubular portion such as a bush and a gear such as a helical gear, a screw gear, a bevel gear, and an inner helical gear.
  • the present invention can be applied to all imaging techniques for imaging a workpiece having a tubular portion and all inspection techniques for inspecting a tubular inner peripheral surface.

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Abstract

この発明は、ワークを回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、回転駆動部により回転される筒状内周面を照明する第１照明部と、回転駆動部により回転されるワークに対し、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間に第１撮像部により複数の第１部分画像が取得されることで筒状内周面の全周画像が取得される。

Description

撮像装置、撮像方法および検査装置
　この発明は、歯車やブッシュなどの筒状部位を有するワークを撮像する撮像技術および当該ワークを検査する検査技術に関するものである。
　以下に示す日本出願の明細書、図面および特許請求の範囲における開示内容は、参照によりその全内容が本書に組み入れられる：
　特願２０１９－１７１１５２（２０１９年９月２０日出願）。
　工作機械や自動車などの種々の装置では、筒状部位が貫通して設けられた部品が数多く用いられている。これらの部品では筒状部位に対して軸やパイプなどの他の部品が嵌合される。このため、筒状部位の内周面、つまり筒状内周面に亀裂や気泡などの欠陥が存在しているか否かを検査することが求められている。そこで、筒状内周面を有する部品を撮像して検査する装置が従来より提案されている。例えば特許文献１では、中央部に筒状部位が貫通して設けられたワークは、当該筒状部位の軸線が鉛直方向に対して平行となる縦向き姿勢で検査テーブル上に載置され、筒状部位の一方の開口（下方側開口）が検査テーブルで塞がれる一方、他方の開口（上方側開口）が上方に開放される。また、他方の開口を介して円錐形の反射ミラーが筒状部位に挿入され、検査テーブル上に載置される。この反射ミラーの上方には、カメラが配置されてワークの筒状内周面を撮像する。このように従来では、反射ミラーとカメラとを組み合わせた撮像装置により筒状内周面の全周画像を撮像し、当該全周画像に基づいて判定手段がワークの筒状内周面を検査している。
特開平１０－４７９２９号公報
　特許文献１に記載の撮像装置は、ワークの筒状部位の形状およびサイズに対応した反射ミラーを用いている。したがって、ワークの種類に応じて反射ミラーを作り直す必要があり、汎用性の面で劣っている。
　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、多品種のワークについて各ワークに設けられる筒状内周面を高い汎用性で撮像することができる撮像技術および各ワークの筒状内周面を検査することができる検査技術を提供することを目的とする。
　この発明の第１態様は、ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像装置であって、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態でワークを回転軸まわりに回転自在に保持する保持部と、保持部に保持されるワークを回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、回転駆動部により回転される筒状内周面を照明する第１照明部と、回転駆動部により回転されるワークに対し、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間に第１撮像部により複数の第１部分画像が取得されることで筒状内周面の全周画像が取得されることを特徴としている。
　また、この発明の第２態様は、ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像方法であって、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態でワークを回転軸まわりに回転させる工程と、ワークが回転軸まわりに少なくとも１回転する間、回転軸まわりに回転しているワークの筒状内周面を照明しながら水平方向においてワークの一方側に離れた位置から筒状内周面を斜め方向より撮像して筒状内周面の第１部分画像を複数取得する工程と、複数の第１部分画像に基づいて筒状内周面の全周画像を取得する工程とを備えることを特徴としている。
　さらに、この発明の第３態様は、上記撮像装置と、撮像装置により取得された複数の第１部分画像に基づいて筒状内周面を検査する検査部とを備えることを特徴としている。
　このように構成された発明では、筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸と一致させた横向き姿勢で当該回転軸まわりにワークを回転させつつ、水平方向においてワークの一方側に離れた位置から第１撮像部が筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を取得する。第１部分画像の取得は、ワークが少なくとも１回転する間行われて筒状内周面の全周画像が取得される。
　以上のように、本発明によれば、上記した横向き姿勢でワークを少なくとも１回転させつつ筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して筒状内周面の第１部分画像を複数取得し、これらにより筒状内周面の全周画像を取得している。したがって、ワークの種類を問わず、ワークの筒状内周面を撮像することができ、高い汎用性が得られる。
　上述した本発明の各態様の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
本発明に係る撮像装置の第１実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。 図１に示す検査装置における部分画像の取得動作および全周画像の取得動作を説明するための模式図である。 本発明に係る撮像装置の第２実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。
　図１は、本発明に係る撮像装置の第１実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。検査装置１は、本発明の「ワーク」の一例である平歯車Ｗの中央部に設けられた軸孔Ｗａの内周面Ｗｂを撮像する撮像装置２と、撮像装置２の各部を制御するとともに撮像装置２により撮像されて取得される複数の部分画像に基づいて内周面Ｗｂを検査する制御装置３と備えている。なお、平歯車Ｗでは、軸孔Ｗａが本発明の「筒状部位」の一例に相当し、内周面Ｗｂが本発明の「筒状内周面」の一例に相当している。また、装置各部の位置関係を明確にするために、図１ではＸＹＺ直角座標軸が示されている。つまり、次に説明するように平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１が延びる水平方向と平行なＸ方向と、当該Ｘ方向と直交する水平方向Ｙと、鉛直方向Ｚとが示されている。Ｘ方向の矢印Ｘ１は一方側（撮像側）を向いており、Ｘ方向の矢印Ｘ２は他方側（照明側）を向いている。Ｙ方向の矢印Ｙ１はＹ方向の一方側を向いており、Ｙ方向の矢印Ｙ２はＹ方向の他方側を向いている。さらに、Ｚ方向の矢印Ｚ１は鉛直上方側を向いており、Ｚ方向の矢印Ｚ２は鉛直下方側を向いている。
　撮像装置２は、ワークＷを回転自在に保持する保持部２１と、保持部２１に保持されるワークＷを水平方向に延びる回転軸ＡＸ１まわりに回転させる回転駆動部２２と、軸孔Ｗａの内周面Ｗｂをスポット照明する照明部２３と、照明部２３によりスポット照明される領域Ｒ１を撮像する撮像部２４とを備えている。なお、このように内周面Ｗｂのうち照明部２３によりスポット照明されるとともに撮像部２４により局部的に撮像される領域Ｒ１を以下「被撮像領域Ｒ１」と称する。
　保持部２１は、図１に示すように、Ｘ方向に延びる回転軸ＡＸ２まわりに回転自在なローラ２１１、２１２を有している。これらのローラ２１１、２１２はいずれも平歯車Ｗよりも軟らかい材料、例えばゴムや樹脂などで構成されている。一方のローラ２１１は平歯車Ｗに対してＹ１方向側でかつ回転軸ＡＸ１よりも低い位置で平歯車Ｗの歯先部Ｗｃと当接しながら回転自在に配置されている。また、他方のローラ２１２は平歯車Ｗに対してＹ２方向側でかつ回転軸ＡＸ１よりも低い位置で平歯車Ｗの歯先部Ｗｃと当接しながら回転自在に配置されている。このように２つのローラ２１１、２１２により平歯車Ｗは、軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を回転軸ＡＸ１と一致させた状態で下方側から回転自在に保持されている。また、次に説明する回転駆動部２２により平歯車Ｗが回転軸ＡＸ１まわりに回転されると、ローラ２１１、２１２は平歯車Ｗの回転に従動して回転する。こうして、平歯車Ｗは保持部２１によって横向き姿勢で回転自在に保持される。
　回転駆動部２２は、図１に示すように、Ｚ方向に延びる回転軸ＡＸ４まわりに回転自在なローラ２２１、２２２と、ローラ２２２を回転駆動するモータ２２３とを有している。これらのローラ２２１、２２２はいずれも平歯車Ｗよりも軟らかい材料、例えばゴムや樹脂などで構成され、Ｘ方向において平歯車Ｗの側面部Ｗｄを挟み込むように配置されている。すなわち、一方のローラ２２１は平歯車Ｗに対してＸ１方向側でかつ側面部Ｗｄの下方側（Ｚ２方向側）で平歯車ＷのＸ１方向側の側面部Ｗｄと当接しながら回転自在に配置されている。また、他方のローラ２２２は平歯車Ｗに対してＸ２方向側でかつ側面部Ｗｄの下方側（Ｚ２方向側）で平歯車ＷのＸ２方向側の側面部Ｗｄと当接しながら回転自在に配置されている。さらに、ローラ２２２はモータ２２３と接続されている。このため、装置全体を制御する制御装置３からの回転指令がモータ２２３に与えられると、モータ２２３はローラ２２２を回転軸ＡＸ４まわりに回転駆動し、平歯車Ｗの側面部ＷｄにＹ２方向の摩擦力を与えて平歯車Ｗを回転軸ＡＸ１まわりに矢印ＡＲ方向に回転させる。なお、本実施形態では、ローラ２２１、２２２をそれぞれ従動ローラおよび駆動ローラとして機能させて平歯車Ｗを回転させているが、ローラ２２１に対してもモータ２２３を連結してローラ２２１を駆動ローラとして機能させてもよい。
　照明部２３は、図１に示すように、保持部２１に保持された平歯車ＷからＸ２方向に離れた位置に配置されている。照明部２３はＬＥＤ素子（図示省略）を有している。当該ＬＥＤ素子の発光面を被撮像領域Ｒ１に向けた姿勢で照明部２３は配置されている。そして、制御装置３からの照明指令を受けると、ＬＥＤ素子が点灯してＸ２方向側から照明光を斜め下方に照射して被撮像領域Ｒ１をスポット照明する。
　撮像部２４は、図１に示すように、保持部２１に保持された平歯車ＷからＸ１方向に離れた位置に配置されている。撮像部２４はＣＣＤイメージセンサなどの二次元撮像素子（図示省略）を有している。当該二次元撮像素子の撮像面を被撮像領域Ｒ１に向けた姿勢で撮像部２４は配置され、矢印方向ＡＲに回転する平歯車Ｗの内周面Ｗｂを局部的に撮像する。より詳しくは、二次元撮像素子が照明部２３によりスポット照明された被撮像領域Ｒ１を撮像して平歯車Ｗの内周面Ｗｂの部分画像（図２の符号ＰＩ）を取得する。平歯車Ｗが回転している間、部分画像の撮像は所定時間間隔（＝Ｔ(2)－Ｔ(1)＝Ｔ(3)－Ｔ(2)＝…）で繰り返される。各撮像タイミング（図２中のタイミングＴ(1)、Ｔ(2)、…）において、部分画像に対応する画像データが撮像部２４から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。なお、本実施形態では、部分画像の撮像回数が所定回数ｎ（２以上の自然数）に達した時点で平歯車Ｗが回転軸ＡＸ１まわりに１回転し、画像記憶部３１にｎ個の部分画像ＰＩが蓄積される。つまり、ｎ個の部分画像ＰＩを取得することで内周面Ｗｂの全周画像を取得することが可能となっている。もちろん、部分画像ＰＩの取得数はｎ個に限定されるものではなく、（ｎ＋１）個以上の部分画像ＰＩを取得してもよく、それらのうち連続するｎ個の部分画像ＰＩにより全周画像を取得することができる。また、従来より周知の手法により１回転を越える部分画像ＰＩに基づいて全周画像を取得することも可能である。
　制御装置３は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ（Central Processing Unit）、初期設定等を記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、画像記憶部３１、画像合成部３２および検査部３３として機能する。画像合成部３２は、画像記憶部３１に記憶された部分画像ＰＩに基づいて内周面Ｗｂの全周画像を合成する。また、検査部３３は全周画像（図２の符号ＷＩ）に基づいて平歯車Ｗの内周面Ｗｂを検査する。
　図２は図１に示す検査装置における部分画像の取得動作および全周画像の取得動作を説明するための模式図である。同図中の縦軸は回転駆動部２２による平歯車Ｗの回転開始からの時間経過を示しており、各撮像タイミングＴ(1)、Ｔ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)、Ｔ(n+1)、Ｔ(n+2)、…で撮像部２４による被撮像領域Ｒ１の撮像が行われ、部分画像ＰＩが取得される。本実施形態では、上記したように平歯車Ｗが１回転する間にｎ回の部分画像ＰＩが取得され、画像記憶部３１に記憶される。また、ｎ回の部分画像ＰＩが記憶された後あるいは２個以上の部分画像ＰＩが記憶された直後から画像合成部３２は画像記憶部３１から部分画像ＰＩを順次読み出し、互いに隣接する部分画像ＰＩ同士をつなぎ合わせて内周面Ｗｂの全周画像ＷＩを合成する。ここで、撮像タイミングＴ(1)、Ｔ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)で取得された部分画像ＰＩに基づいて全周画像ＷＩを合成してもよいし、例えば撮像タイミングＴ(2)、Ｔ(3)、…、Ｔ(n)、T(n+1)で取得された部分画像ＰＩに基づいて全周画像ＷＩを合成してもよい。
　検査部３３は上記のようにして取得された全周画像ＷＩを基準画像と比較して内周面Ｗｂに傷や欠陥などの不具合箇所を存在しているか否かを検査する。
　以上のように、本実施形態においては、軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１と一致させた横向き姿勢で平歯車Ｗを回転させながら照明部２３によりスポット照明された被撮像領域Ｒ１を撮像部２４で撮像している。このため、形状やサイズが異なる平歯車Ｗや平歯車以外のワークを撮像するために撮像装置２の構成部品を変更する必要がなく、多品種のワークについて各ワークに設けられる筒状内周面を高い汎用性で撮像することができる。
　上記したように、本実施形態では、照明部２３および撮像部２４がそれぞれ本発明の「第１照明部」および「第１撮像部」の一例に相当している。Ｘ方向、Ｘ１方向側およびＸ２方向側がそれぞれ本発明の「水平方向」、「ワークの一方側」および「ワークの他方側」に相当している。部分画像ＰＩが本発明の「第１部分画像」の一例に相当している。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、図１に示すように被撮像領域Ｒ１を内周面Ｗｂの最下部側に設定している。つまり、被撮像領域Ｒ１に対して斜め上方から照明光を照射するとともに被撮像領域Ｒ１の斜め上方から撮像部２４により平歯車Ｗを局部的に撮像して部分画像ＰＩを撮像しているが、被撮像領域Ｒ１の位置については内周面Ｗｂの最下部に限定されるものではない。例えば被撮像領域Ｒ１に対して斜め下方から照明光を照射するとともに被撮像領域Ｒ１の斜め下方から撮像部２４により平歯車Ｗを局部的に撮像して部分画像ＰＩを撮像してもよい。
　また、上記実施形態では、照明部２３が被撮像領域Ｒ１をスポット照明しているが、内周面Ｗｂ全体を照明するように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、内周面Ｗｂのみを撮像して検査しているが、内周面Ｗｂと同時に平歯車Ｗの外面を撮像して検査するように構成してもよい（第２実施形態）。
　図３は本発明に係る撮像装置の第２実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。第２実施形態に係る撮像装置２が第１実施形態と大きく相違するのは、平歯車Ｗの外面を撮像するために、第２照明部２５と、本発明の「第２撮像部」として３つの撮像部２６～２８とが追加された点であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。
　第２照明部２５は平歯車Ｗの上端部近傍を照明する。そして、第２照明部２５により照明された領域Ｒ２を撮像部２６～２８がそれぞれＺ１方向側、斜め上方側およびＸ１方向側から撮像する。つまり、図３に示すように、撮像部２６は回転駆動部２２により回転される平歯車Ｗの直上位置に配置され、領域Ｒ２の歯先部Ｗｃを撮像して歯先部Ｗｃの部分画像を取得する。また、撮像部２８は上記領域Ｒ２のＸ１方向側に配置され、領域Ｒ２の側面部Ｗｄを撮像して側面部Ｗｄの部分画像を取得する。さらに、撮像部２７は撮像部２６、２８の間に配置され、領域Ｒ２を斜め上方から撮像して回転駆動部２２により回転される平歯車Ｗの歯元近傍を撮像して歯元近傍の部分画像を取得する。
　回転駆動部２２により平歯車Ｗが回転されると、第１実施形態と同様にして各撮像タイミングにおいて内周面Ｗｂの部分画像に対応する画像データが撮像部２４から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。また同時に、各撮像タイミングにおいて歯先部Ｗｃの部分画像に対応する画像データ、歯元近傍の部分画像に対応する画像データおよび側面部Ｗｄの部分画像に対応する画像データがそれぞれ撮像部２６～２８から制御装置３に送信され、画像記憶部３１に記憶される。
　画像合成部３２は画像記憶部３１から部分画像を順次読み出し、内周面Ｗｂ、歯先部Ｗｃ、歯元近傍および側面部Ｗｄの全周画像を合成する。そして、検査部３３は上記のようにして取得された全周画像を基準画像と比較して内周面Ｗｂや平歯車Ｗの外面に傷や欠陥などの不具合箇所を存在しているか否かを検査する。
　以上のように、第２実施形態では、内周面Ｗｂの部分画像を本発明の「第１部分画像」として取得するとともに、歯先部Ｗｃ、歯元近傍および側面部Ｗｄの部分画像を本発明の「第２部分画像」として取得している。このため、平歯車Ｗの軸孔Ｗａの内周面Ｗｂと同時に、平歯車Ｗの外面を撮像して検査に有効な画像を取得することができ、それらの画像に基づいて平歯車Ｗを総合的に検査することができる。なお、第２実施形態では、ワークの一例として平歯車Ｗの外面を検査するために、３台の撮像部２６～２８をそれぞれ鉛直方向、斜め上方および横方向に配置しているが、外面撮像用の撮像部の台数や配置などはこれに限定されるものではなく、ワークの種類に応じて適宜変更可能である。
　また、上記実施形態では、平歯車Ｗの歯先部Ｗｃをローラ２１１、２１２で支持して軸孔Ｗａの軸線ＡＸ３を平歯車Ｗの回転軸ＡＸ１と一致させた横向き姿勢で平歯車Ｗを回転自在に保持しているが、保持部２１の構成はこれに限定されるものではない。例えば１または複数のローラに対して軸孔Ｗａの内周面Ｗｂを係合させることで平歯車Ｗを回転自在に懸吊することで保持してもよい。
　また、上記実施形態では、平歯車Ｗの側面部ＷｄにＹ２方向の摩擦力を与えて平歯車Ｗを回転させているが、回転駆動部２２の構成はこれに限定されるものではない。例えば、保持部２１を構成するローラ２１１、２１２の少なくとも一方に回転駆動力を与えて平歯車Ｗを回転させてもよい。
　また、上記実施形態では、照明部２３により内周面Ｗｂを局部的に照明しているが、平歯車Ｗ全体を均一照明した状態で内周面Ｗｂを撮像するように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、平歯車Ｗを本発明の「ワーク」の一例として平歯車Ｗの撮像および検査を行っているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えばはすば歯車、ねじ歯車、やまば歯車、内ば歯車などの歯車やブッシュなどの筒状部位を有する部品全般も本発明の「ワーク」に含まれる。
　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。
　この発明は、筒状部位を有するワークを撮像する撮像技術全般および筒状内周面を検査する検査技術全般に適用することができる。
　１…検査装置
　２…撮像装置
　３…制御装置
　２１…保持部
　２２…回転駆動部
　２３…（第１）照明部
　２４…（第１）撮像部
　２５…第２照明部
　２６～２８…（第２）撮像部
　３３…検査部
　ＡＸ１…回転軸
　ＡＸ３…（軸孔の）軸線
　ＰＩ…部分画像
　Ｒ１…被撮像領域
　Ｗ…平歯車（ワーク）
　Ｗａ…軸孔（筒状部位）
　Ｗｂ…（筒状）内周面
　Ｘ…水平方向

Claims (6)

  1. 　ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像装置であって、
    　前記筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態で前記ワークを前記回転軸まわりに回転自在に保持する保持部と、
    　前記保持部に保持される前記ワークを前記回転軸まわりに回転させる回転駆動部と、
    　前記回転駆動部により回転される前記筒状内周面を照明する第１照明部と、
    　前記回転駆動部により回転される前記ワークに対し、前記水平方向において前記ワークの一方側に離れた位置から前記筒状内周面を斜め方向より局部的に撮像して前記筒状内周面の第１部分画像を取得する第１撮像部とを備え、
    　前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間に前記第１撮像部により複数の前記第１部分画像が取得されることで前記筒状内周面の全周画像が取得されることを特徴とする撮像装置。
  2. 　請求項１に記載の撮像装置であって、
    　前記第１照明部は、前記水平方向において前記保持部に保持される前記ワークの他方側から前記筒状内周面のうち前記第１部分画像が取得される被撮像領域を局部的に照明するスポット照明である撮像装置。
  3. 　請求項１または２に記載の撮像装置であって、
    　前記回転駆動部により回転される前記ワークの外面を照明する第２照明部と、
    　前記回転駆動部により回転される前記ワークの外側から前記ワークを局部的に撮像して前記外面の第２部分画像を取得する第２撮像部とを備え、
    　前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間に前記第２撮像部により複数の前記第２部分画像が取得されることで前記外面の画像が取得される撮像装置。
  4. 　請求項３に記載の撮像装置であって、
    　前記第１撮像部による前記第１部分画像の取得と、前記第２撮像部による前記第２部分画像の取得とが同時に行われる撮像装置。
  5. 　ワークに対して貫通して設けられた筒状部位の筒状内周面を撮像する撮像方法であって、
    　前記筒状部位の軸線を水平方向に延びる回転軸に一致させた状態で前記ワークを前記回転軸まわりに回転させる工程と、
    　前記ワークが前記回転軸まわりに少なくとも１回転する間、前記回転軸まわりに回転している前記ワークの前記筒状内周面を照明しながら前記水平方向において前記ワークの一方側に離れた位置から前記筒状内周面を斜め方向より撮像して前記筒状内周面の第１部分画像を複数取得する工程と、
    　前記複数の第１部分画像に基づいて前記筒状内周面の全周画像を取得する工程と
    を備えることを特徴とする撮像方法。
  6. 　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    　前記撮像装置により取得された前記複数の第１部分画像に基づいて前記筒状内周面を検査する検査部と
    を備えることを特徴とする検査装置。
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