(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、挿入引出動作時に引っかかりを生じ難い形状を有し、細径化が容易な外観検査装置を提供することである。【解決手段】  検査対象物の外観を撮像する外観検査装置において、軸方向に対して側方から光を入射する入射面２ａと入射面２ａから入射した光を軸方向に反射する反射面２ｂとが形成され、軸方向に光を伝搬する側視構成部材２と、側視構成部材２を通して伝搬された光を軸方向に伝送する経路部材となる光伝送部材４と、光伝送部材４で伝送された光を受光し、電気信号に変換する撮像部６とを備え、側視構成部材２が光伝送部材４に支持された構造を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の外観を撮像する外観検査装置において、
軸方向に対して側方から光を入射する入射面と前記入射面から入射した光を軸方向に反射する反射面とが形成され、軸方向に光を伝搬する側視構成部材と、
前記側視構成部材を通して伝搬された光を軸方向に伝送する経路部材となる光伝送部材と、
前記光伝送部材で伝送された光を受光し、電気信号に変換する撮像部と、を備え、
前記側視構成部材が前記光伝送部材に支持された構造を有することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の外観検査装置において、
前記側視構成部材と前記光伝送部材とは、軸方向に垂直な断面が同じ形で同じ寸法であることを特徴とする外観検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の外観検査装置において、
前記反射面は、前記側視構成部材の端面で構成され、
前記端面は、前記入射面から入射した光を軸方向に反射する角度に傾斜した傾斜面として形成されていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の外観検査装置において、
前記側視構成部材と前記光伝送部材との間に対物レンズを構成する対物レンズ部材を備え、
前記側視構成部材が前記対物レンズ部材に固定されることにより前記対物レンズ部材に支持され、前記対物レンズ部材が前記光伝送部材に固定されることにより前記前記光伝送部材に支持され、
以って、前記側視構成部材が前記光伝送部材に支持されたことを特徴とする外観検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の外観検査装置において、
前記側視構成部材、前記対物レンズ部材及び前記光伝送部材は、少なくとも周方向の一部に円筒形状部を有し、円筒形状部が同径に形成されたことを特徴とする外観検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の外観検査装置において、
前記撮像部で撮像された画像に対して、円筒曲面による結像関係の歪みを補正する画像処理部と、
前記画像処理部の結果及び対応する画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする外観検査装置。
【請求項７】
検査対象物の外観を撮像する外観検査方法において、
軸方向に対して側方から光を入射する入射面と前記入射面から入射した光を軸方向に反射する反射面とが形成され、軸方向に光を伝搬する側視構成部材と、
前記側視構成部材を通して伝搬された光を軸方向に伝送する経路部材となる光伝送部材とを有し、
前記光伝送部材で伝送された光を撮像部で受光し、電気信号に変換して撮像し検査する方法であって、
前記側視構成部材は前記光伝送部材に支持された構造を有することを特徴とする外観検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の外観検査方法において、
前記側視構成部材と前記光伝送部材とは、軸方向に垂直な断面が同じ形で同じ寸法であることを特徴とする外観検査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の外観検査方法において、
前記反射面は、前記側視構成部材の端面で構成され、
前記端面は、前記入射面から入射した光を軸方向に反射する角度に傾斜した傾斜面として形成されていることを特徴とする外観検査方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の外観検査方法において、
前記側視構成部材と前記光伝送部材との間に対物レンズを構成する対物レンズ部材を備え、
前記側視構成部材が前記対物レンズ部材に固定されることにより前記対物レンズ部材に支持され、前記対物レンズ部材が前記光伝送部材に固定されることにより前記前記光伝送部材に支持され、
以って、前記側視構成部材が前記光伝送部材に支持されたことを特徴とする外観検査方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の外観検査方法において、
前記側視構成部材、前記対物レンズ部材及び前記光伝送部材は、少なくとも周方向の一部に円筒形状部を有し、円筒形状部が同径に形成されたことを特徴とする外観検査方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の外観検査方法において、
前記撮像部で撮像された画像に対して、円筒曲面による結像関係の歪みを補正する画像処理部と、
前記画像処理部の結果及び対応する画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外観検査装置に係わり、例えば狭隘部に行われた溶接個所のように、外観の観察が困難な部分の画像を撮像するのに好適な外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外観検査装置の一例として、直接目視することが難しい狭隘部の外観を検査する装置が知られている。例えば図１に示すように、母材１００Ａ、１００Ｂの間に形成された開先に片側溶接を行う場合、図２及び図３の断面図に示すように、溶接部１０１の表側（図中上側）からの外観検査だけでなく、溶接部１０１の裏側（図中下側）からの外観検査を行う場合もある。すなわち、図２で示すように溶接の溶け込みが十分である場合は、溶接部１０１の裏側に裏波ビード１０２が形成されるものの、図３で示すように溶接の溶け込みが不十分である場合は、溶接部１０１の裏側に開口（開先）１０３が残存する可能性があるからである。
【０００３】
溶接部の裏波ビード部及びその近傍を観察する装置として、特許文献１に記載された装置がある。この装置では、反射板及び照明灯を備えたＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラをサポートする固定バンドと、ＣＣＤカメラを取り付け、所定の検査位置に移動するための本体と、ＣＣＤカメラ及び照明灯を制御するコントロールユニットと、ＣＣＤカメラにカメラケーブルを介して接続された観察装置（ＣＲＴ）とを有する（段落００２４、００２５）。
【０００４】
また、被検体（生体）の内部に挿入して被検体内を撮像する電子内視鏡が特許文献２に記載されている。この電子内視鏡では、撮像素子を収容する本体部と、本体部の一端に設けられ本体部より細径に形成された透光性カバーとを備えている。円筒形状の透光性カバーの内側には移動レンズ枠が設けられている。移動レンズ枠の先端側には、対物レンズが固定された対物レンズ保持孔が形成され、また斜め４５度の反射面を有する対物ミラーが固定されている。この電子内視鏡は、対物レンズを通して取り込んだ光が対物ミラーに反射され、透光性カバーの中心軸に沿って撮像素子に向けて進むように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３２４１８２号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。すなわち、特許文献１では、狭隘部に挿入され光を取り込んでＣＣＤカメラ（以下、撮像部という）に伝える光学系が、複雑な形状をしている。このため、光学系が構成された先端部には、段差形状等が形成され、複雑な形状の狭隘部に挿入する場合、挿入引出動作時に引っかかりを生じる可能性がある。特許文献１の装置では、引っかかりを回避する構成について十分な配慮が成されていなかった。また、特許文献２では、移動レンズ枠が導入光学部を構成する対物レンズ及び対物ミラーを支持する枠体となって、撮像素子（以下、撮像部という）との間に空間を隔てて対物レンズ及び対物ミラーが配置される構成になっている。このため、更なる細径化を図ろうとするとき、限界がある。
【０００７】
本発明の目的は、挿入引出動作時に引っかかりを生じ難い形状を有し、細径化が容易な外観検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、狭隘な部位にある検査（観察）対象の外観を検査する外観検査装置において、狭隘な部位に配置可能とし、軸方向を横切る方向（側方）に位置する観察対象部分からの光を入射し、軸方向に光を伝搬する側視構成部と、側視構成部と一体構造の光伝送部と、伝送された光を電気信号に変える画像撮像部とを備える。さらに、側視構成部が円筒形状を成す場合に、撮像した画像を処理して円筒曲面による結像関係の歪みを補正する画像処理部を備えるとよい。
【０００９】
側視構成部と光伝送部とが一体化され、光伝送部が側視構成部を支持する構成であるため、狭隘部に挿入される先端部の形状を、挿入引出動作時に検査対象部位に引っかかり難い形状にすることができ、外観検査装置の耐久性を向上させることができる。また、側視構成部を支持する支持構造を別途設ける必要がなくなり、或いは別途設ける支持構造を簡素化することができ、狭隘部に挿入される先端部を細くすることが容易な構造になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、挿入引出動作時に引っかかりを生じ難い形状を有し、細くすることが容易な構造を有する外観検査装置を提供することができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】検査対象の溶接部の斜視外観図。
【図２】良好な溶接状態であって溶接裏側部分に溶接ビードが存在する状態を示す断面図。
【図３】不良な溶接状態であって溶接裏側部分に開口が存在する状態を示す断面図。
【図４】外観検査装置の全体構成を表す概略図。
【図５】第１の実施例における外観検査装置の先端部分の構成を表す概略図。
【図６】第１の実施例における側視構成部の円筒側面からの正視図。
【図７】第１の実施例における側視構成部の円筒軸方向からの正視図。
【図８】第１の実施例において、正方格子を撮像したときの検査領域の像を表した図。
【図９】第１の実施例において、正方格子を撮像したときの光伝送領域の像を表した図。
【図１０】第１の実施例において、正方格子を撮像したときの画像処理部によって処理された後の画像を現した図。
【図１１】第２の実施例における外観検査装置の先端部分の構成を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施例について、説明する。尚、以下の実施例では、本発明の外観検査装置を溶接部位の検査（観察）に用いた場合について、説明する。
【実施例１】
【００１４】
以下、図４から図１０を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。
【００１５】
図４は、本実施例の装置の全体構成を示している。
【００１６】
外観検査装置は、内視鏡１と、この内視鏡１に画像取込ボード７を介して接続された画像処理装置８と、この画像処理装置８に接続された表示部１２とを備えている。
【００１７】
内視鏡１は、狭隘な部位にある溶接裏側部分を撮像する撮像装置であり、先端から順に、円筒状の側視構成部２、対物レンズ３、光伝送部４、結像レンズ５、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ（撮像部）６が設けられている。側視構成部２、対物レンズ３、光伝送部４、結像レンズ５は、それぞれがガラスによって構成された、側視構成部材、対物レンズ部材、光伝送部材、結像レンズ部材からなる。なお、側視構成部材、対物レンズ部材、光伝送部材、結像レンズ部材はガラスに限らず、透光性を持つ別の材料としても良い。
【００１８】
側視構成部２は、軸方向を横切る方向（側方）に位置する観察対象部分からの光を、外周面を通して入射し、軸方向に光を伝搬する光学部品である。光伝送部４は対物レンズ３でつくった像（光）を伝送する細い線状体部材からなる光学部品であり、光を伝送する経路を構成する光伝送経路部材である。側視構成部２、対物レンズ３、光伝送部４及び結像レンズ５の各光学部品の中で、光伝送部４の長さが最も長く、狭隘部で検査対象物から取り込んだ光を電気量に変換することなく光のまま、狭隘部の外側に配置したＣＣＤセンサ６まで伝送できるようにしている。ＣＣＤセンサ６を狭隘部の外側に配置することにより、側視構成部２と対物レンズ３と光伝送部４とによって構成される光学系部分をより細くすることが可能になる。光学系部分を細くすることが必要でなければ、光伝送部４の長さを短くして、ＣＣＤセンサ６が狭隘部に挿入されるように構成してもよい。
【００１９】
側視構成部２の円筒形状側面から入射され、内視鏡１の円筒軸方向に反射された光（光学像）は、対物レンズ３によって光伝送部４の光入射面４ａに集光される。側視構成部２、対物レンズ３、光伝送部４は全て円筒形状をしており、例えば接着などにより、各部材の接合部に段差が出来ないように一体に保持されている。なお、一体に保持する方法は接着に限らず、同一の状態が得られる別の手段であっても良い。例えば、一体に保持する方法として、融着を用いてもよい。
【００２０】
本実施例では、側視構成部２は対物レンズ３に支持され、対物レンズ３は光伝送部４に支持されている。本実施例では、側視構成部２は対物レンズ３のみによって支持され、対物レンズ３は光伝送部４のみによって支持されている。この場合、他に支持構造（支持部材）が設けられておらず、光伝送路の外周部に支持構造を設ける場合と比べて、細径化（細く）することが容易な構造である。
【００２１】
側視構成部２と対物レンズ３と光伝送部４とによって構成される光学系部分の外周部を柔軟な被覆体で覆う場合や、他の部材で補強する場合であっても、対物レンズ３が側視構成部２の支持体を構成し、光伝送部４が対物レンズ３の支持体を構成していることに変わりはなく、被覆体や補強部材の構成を簡素化できる。これにより、側視構成部２と対物レンズ３と光伝送部４とによって構成される光学系部分を細径化（細く）することが容易な構造を実現している。
【００２２】
側視構成部２と対物レンズ３と光伝送部４とによって構成される光学系部分において、結像レンズ５に固定される基端側とこの基端側に対して反対側の端部（先端側）とを結ぶ中心軸線方向を、軸方向と定義する。光学系が円筒形状に形成される場合、軸方向は円筒形状の中心線方向（円筒軸方向）と一致する。
【００２３】
図５は、内視鏡１の先端の拡大外観図を示している。検査領域１３からの光は、側視構成部２の入射面２ａを通過して内部に取り込まれる。このとき、側視構成部２の入射面２ａが円筒面であるためレンズとしての作用をもち、検査領域１３の像は円筒の軸に対して垂直方向、図５のＺ軸方向に広がりをもった像となって内部に取り込まれる。側視構成部２の入射面２ａを通過した光は、側視構成部２の円筒軸方向と垂直でない反射面２ｂによって反射され、円筒軸方向に伝搬される。なお、反射面２ｂは、図５においては円筒軸と４５度をなすように設定しているが、円筒軸方向に光を反射する作用を持っていれば設定角は４５度に限定されない。また、反射面２ｂは、側視構成部２の端面（対物レンズ３に支持された端部とは反対側の端部）が円筒軸に対して前記の設定角度に傾斜した傾斜面として形成されることによって、構成されている。円筒軸方向に反射された光は、側視構成部２の出射面２ｃを通して出射され、対物レンズ３を通して光伝送部４の入射面４ａに集光される。すなわち、検査領域１３の像は、１方向に広がりをもった状態で光伝送領域１４に結像される。なお、図５においては、検査領域１３、および、光伝送領域１４を長方形としているが、説明の都合により設定しているものであり、他の形状領域としても発明の効果を得ることが出来る。
【００２４】
上述の図４に戻り、光伝送部４の入射面４ａに集光された光は、光伝送部４を通して伝送され、結像レンズ５によってＣＣＤセンサ６上に結像される。さらに、ＣＣＤセンサ６によって光電変換された信号が画像取込ボード７に出力されるようになっている。画像取込ボード７は、ＣＣＤセンサ６からの信号に基づき画像データを作成し、この画像データを画像処理装置８に出力するようになっている。なお、光伝送部４は、例えばファイバイメージガイド等の光伝送方式のものであるが、これに代えて、例えばビデオスコープ等の電気伝送方式のものを用いてもよい。画像処理装置８は、バッファメモリ９、画像処理部１０、及びデータ記憶部１１を有している。画像処理装置８は、内視鏡１から画像取込ボード７を介して入力した画像を、バッファメモリ９及び画像処理部１０を介して表示部１２に出力する。
図６から図９を用いて、画像処理部１０で行われる処理の内容を説明する。なお、側視構成部２の円筒面において収差は発生しないものとする。図６は、側視構成部２を側面方向から（図５におけるＺ軸方向から）見た状態を示している。また、図７は、側視構成部２を円筒軸方向から（図５におけるＸ軸方向から）見た状態を示している。ここで、検査領域１３において、例えば方眼紙のように、内視鏡円筒軸に平行方向、垂直方向の２方向に等間隔に直線（正方格子）を配置する。図８に、検査領域１３における直線の配置図を示す。このとき、検査領域１３のＸ軸方向の幅をＷｏｘ、Ｚ軸方向の幅をＷｏｚ、直線の間隔をＰｏとする。また、図９に、検査領域に上記直線を配置した場合に光伝送領域１４に集光される画像を示す。このとき、光伝送領域１４のＹ軸方向の幅をＷｉｙ、Ｚ軸方向の幅をＷｉｚ、Ｙ軸方向の直線の間隔をＰｉｙ、Ｚ軸方向の直線の間隔をＰｉｚとする。検査領域１３から出た光は１方向に広がりをもって集光されるため、光伝送領域１４も１方向に広がりをもつ。図９の例では、ｚ方向に広がりをもっている。そこで、画像処理部１０では、画像のｚ方向の広がりを補正する処理を行う。
【００２５】
尚、円筒面において収差が発生する場合、例えば図９において、Ｐｉｚは等間隔ではなく、中央部における間隔が広く、両端部に近づくほど間隔が狭くなる。
【００２６】
対物レンズ３の倍率をｍとする。検査領域１３のＸ軸方向、および、光伝送領域１４のＹ軸方向については、円筒面による広がりをもたないため、次の式が成り立つ。
【００２７】
Ｗｉｙ＝（１／ｍ）・Ｗｏｘ  …（１）
Ｐｉｙ＝（１／ｍ）・Ｐｏ    …（２）
一方、検査領域１３のＺ軸方向、および、光伝送領域１４のＺ軸方向については、円筒面による広がりをもつため、以下の関係式が成り立つ。
【００２８】
Ｗｉｚ＝Ｒ・（１／ｍ）・Ｗｏｚ  …（３）
Ｐｉｚ＝Ｒ・（１／ｍ）・Ｐｏ    …（４）
ここで、Ｒは円筒面の曲率によって一意に決まる定数であり、通過する曲面が凸面の場合、Ｒ＞１である。本実施例では側視構成部２は円筒形状であるので、曲面は必ず凸面となりＲ＞１である。
【００２９】
（１）式、および、（３）式より、光伝送領域１４は、Ｙ軸方向に対しＺ軸方向がＲ倍の広がりをもっているため、画像処理部１０では、ＣＣＤセンサ６から画像取り込みボード７を介して送られてきた画像データを、Ｙ軸方向に対して１／Ｒ倍する処理を行う。図１０に、処理後画像１５を示す。画像処理部１０では、以下の式で示す画像の伸縮を行う。
【００３０】
Ｗｉｚ’＝（１／Ｒ）・Ｗｉｚ  …（５）
Ｗｉｙ’＝  Ｗｉｙ          …（６）
処理後画像１５は、画像処理部１０からデータ記憶部１１、および、表示部１２に送られ、内視鏡１の先端から取り込まれた検査画像は、円筒歪みを補正されて表示あるいは保存される。
【００３１】
溶接部の検査は、上記方法により表示あるいは保存された画像を用い、検査員が目視により溶接金属の存在を確認すること、または、それと同様の判定効果をもつ画像処理手段によって溶接が十分に溶け込んでいることを確認して実施される。
【００３２】
以上説明した方法により、高耐久化された外観検査装置を用いて溶接部の検査が可能となる。
【実施例２】
【００３３】
以下、図１１を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
【００３４】
本実施例による装置の全体構成は、図４に示したものと同様である。本実施例では、内視鏡１の先端の形状、および、画像処理装置８での処理内容が異なっている。
【００３５】
図１１は、本実施例による側視構成部２の外観図である。側視構成部２の入射面２ａを平面形状とし、一体化される対物レンズ３、光伝送部４の形状を側視構成部２と同一の断面形状とする。これにより、入射面２ａが円筒面であった場合の像の広がりは発生せず、実施例１では画像処理部１０において実施していた広がり補正処理を行わずに、画像をデータ記憶部１１に保存、または、表示部１２に表示される。
【００３６】
なお、例えば、側視構成部２と対物レンズ３の接合部分にテーパ状の構造をもたせる、円筒管を装着するなどし、接合部分で段差のない構造とすれば、対物レンズ３、光伝送部４の形状を側視構成部２と同一の断面形状とすることは必須ではない。
【００３７】
以上説明した方法により、高耐久化された外観検査装置を用い、画像補正処理を行わずに溶接部の検査が可能となる。
【００３８】
実施例１及び実施例２において、側視構成部材２、対物レンズ部材３、光伝送部材４及び結像レンズ部材５は、軸方向に垂直な断面が同じ形で同じ寸法である。側視構成部材２、対物レンズ部材３、光伝送部材４及び結像レンズ部材５の全周或いは周方向の一部が円筒形状に形成されている場合は、側視構成部材２、対物レンズ部材３、光伝送部材４及び結像レンズ部材５はその円筒形状部が同径である。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…内視鏡、２…側視構成部、２ａ…入射面、２ｂ…反射面、２ｃ…出射面、３…対物レンズ、４…光伝送部、４ａ…光伝送部の入射面、５…結像レンズ、６…ＣＣＤセンサ、７…画像取り込みボード、８…画像処理装置、９…バッファメモリ、１０…画像処理部、１１…データ記憶部、１２…表示部、１３…検査領域、１４…光伝送領域、１５…処理後画像、１００Ａ…溶接母材、１００Ｂ…溶接母材、１０１…溶接部、１０２…裏波ビード、１０３…開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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