(57)【要約】      （修正有）【課題】機械加工が施されたワークの表面の傷の有無を検出し、かつ、その位置、大きさを推定できる表面検査装置を提供する。【解決手段】シリンダブロック５に切削加工されたボア３の内側表面３Ａを検査する表面検査装置９において、切削加工と直交する方向に所定長さ延びる１次元デジタル輝度画像を前記デジタル輝度画像から抽出し、１次元パワースペクトル処理部６３と、１次元パワースペクトルデータの周波数ｆに対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するツール目ピッチ変換部６４と、ピッチデータを並列に並べて評価用画像を生成する評価用画像生成部５５と、前記評価用画像に基づいて傷の有無を検出する評価部５７とを有し、前記１次元パワースペクトル処理部は、１次元方向の長さＬを可変しながら１次元パワースペクトルデータを算出し、前記ツール目ピッチ変換部は、複数のピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成する。【選択図】図１
2011043446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工が施されたワークの表面のデジタル画像に基づいて傷の有無を検査する表面検査装置において、
前記機械加工の方向と直交する方向に所定長さ延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、
前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、
前記機械加工の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて評価用画像を生成する評価用画像生成手段と、
前記評価用画像に基づいて前記表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、
前記１次元パワースペクトル算出手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出し、
前記ピッチデータ変換手段は、前記１次元パワースペクトル算出手段が算出した複数の１次元パワースペクトルのそれぞれをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
シリンダブロックに切削加工により形成され研磨されたボアの内側表面のデジタル画像に基づいて該内側表面を検査する表面検査装置において、
前記切削加工の方向と直交する方向に所定長さ延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、
前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、
前記切削加工の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて評価用画像を生成する評価用画像生成手段と、
前記評価用画像に基づいて前記内側表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、
前記１次元パワースペクトル算出手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出し、
前記ピッチデータ変換手段は、前記１次元パワースペクトル算出手段が算出した複数の１次元パワースペクトルのそれぞれをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
機械加工が施されたワークの表面のデジタル画像に基づいて傷の有無を検査する表面検査装置において、
所定長さに延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、
前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、
一定の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて画像を生成するとともに、該一定の方向を前記デジタル画像に対して所定角度ずつ回転させ、それぞれの回転角度で前記画像を生成し、各画像の中から高い信号強度が最も多く含まれる画像を評価用画像に選択する評価用画像生成手段と、
前記評価用画像に基づいて前記表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、
前記１次元パワースペクトル算出手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出し、
前記ピッチデータ変換手段は、前記１次元パワースペクトル算出手段が算出した複数の１次元パワースペクトルのそれぞれをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
前記１次元デジタル画像の長さを、所定の傷を検出可能なＳ／Ｎとなる長さに設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記１次元パワースペクトル算出手段は、複数の前記１次パワースペクトルを算出するときには、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを縮めながら算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工が施されたワーク表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックにボアをボーリング加工が行われる。このボアのボーリング加工では、ボーリング用バイトを回転させながらシリンダブロックに対して進退させてボアを形成するため、ボアの内側表面に螺旋状の加工痕が生じ、この加工痕をエンジンオイルの通り道（オイルピット）として利用できる。
また、ボアの内側表面はピストンの摺動面となるため、ピストンとの摺動抵抗を抑えてエンジンに所望の性能を発揮させるには、該摺動面が適切な表面粗さ及び面性状に形成されている必要がある。そこで、通常、ボアのボーニング加工後には、該ボアの内側表面に対して、オイルピットが残る程度に研磨仕上げするホーニング加工が行われる。また、このホーニング加工後には、摺動抵抗の要因となるボアの研磨残りの検査が行われる。
この検査には、例えば、ボアの内側表面を撮影したデジタル画像に対して２次元フーリエ変換を施すことにより２次元パワースペクトル画像を生成し、この２次元パワースペクトル画像の各画素値に基づいて、ボアの内側表面の平滑状態を評価する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３２９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、パワースペクトル画像を用いた検査においては、ボアの内側表面の全体的な粗さの判定は可能なものの、パワースペクトル画像には空間的な情報が無いため、該パワースペクトル画像に基づいて研磨残りが見られる範囲や大きさを知ることはできない。したがって、研磨残りの箇所を特定するためには、ボアを撮影したデジタル画像を作業者が目視して見つけ、或いは、ボアを直接観察する等の作業が必要となる。そして、作業者は、研磨残りの箇所を確認した後、その大きさや形状などを勘案して、オイルピットであるか、或いは、研磨残りであるかといった最終的な判断を下している。
【０００５】
このように、従来の検査では、ボアの内側表面の全体的な粗さの程度が分かるのみであり、研磨残りの範囲や大きさが分からないため、結局は、作業者が研磨残りの箇所を見つけ出し目視で確認する必要があり、検査に時間がかかる、という問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、機械加工が施されたワークの表面の傷の有無を検出し、かつ、その位置、大きさを推定可能とし、以って、検査時間を短縮することができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１態様は、機械加工が施されたワークの表面のデジタル画像に基づいて傷の有無を検査する表面検査装置において、前記機械加工の方向と直交する方向に所定長さ延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、前記機械加工の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて評価用画像を生成する評価用画像生成手段と、前記評価用画像に基づいて前記表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、前記１次元パワースペクトル算出手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出し、前記ピッチデータ変換手段は、前記１次元パワースペクトル算出手段が算出した複数の１次元パワースペクトルのそれぞれをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、機械加工の方向に直交する方向を１次元方向とした１次元パワースペクトルを生成する構成とした。この１次元パワースペクトルにおいては、機械加工のピッチに対応した周波数に該機械加工の深さに応じた信号が得られことから、ボア３の内側表面３Ａの機械加工の痕を他の凹凸と区別して効率良く抽出することができる。
【０００８】
これに加えて、本発明によれば、１次元パワースペクトルを変換したピッチデータを並列に並べ、並列方向が機械加工の方向に対応させた画像である評価用画像を生成する構成とした。この構成により、評価用画像に基づいて、機械加工痕による傷の有無を効率よく検出することができるとともに、その傷が存在する箇所を特定することができる。さらに、この傷が存在する箇所の並列方向への広がりに基づいて、傷の大きさ（延びる長さ）を推定することができる。
したがって、作業者はワークを目視せずとも傷の有無、その箇所及び大きさを推定することが可能となり、ワーク表面の良否の判断が容易となる。また作業者が実際に目視で確認する場合でも傷の箇所を絞り込めるため検査時間を短縮することができる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、１次元デジタル画像からピッチデータを生成する際に、この１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の１次パワースペクトルを算出し、各１次元パワースペクトルをピッチデータに変換し、全てのピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成する構成とした。この構成によれば、各ピッチデータによりピッチのサンプル点が補間されるため、ピッチデータの分解能を簡単に高めることができ、傷の検出精度を高めることができる。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第２態様は、シリンダブロックに切削加工により形成され研磨されたボアの内側表面のデジタル画像に基づいて該内側表面を検査する表面検査装置において、前記切削加工の方向と直交する方向に所定長さ延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、前記切削加工の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて評価用画像を生成する評価用画像生成手段と、前記評価用画像に基づいて前記内側表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、前記評価用画像生成手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出するとともに各１次元パワースペクトルをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、本発明の第１態様と同様な効果を奏する。これに加え、視認し難いボアの内側表面を高精度に検査することができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第３態様は、機械加工が施されたワークの表面のデジタル画像に基づいて傷の有無を検査する表面検査装置において、所定長さに延びる１次元デジタル画像を前記デジタル画像から抽出し、１次元パワースペクトルを算出する１次元パワースペクトル算出手段と、前記１次元パワースペクトルを、該１次元パワースペクトルの周波数に対応するピッチごとに信号強度を示すピッチデータに変換するピッチデータ変換手段と、一定の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて画像を生成するとともに、該一定の方向を前記デジタル画像に対して所定角度ずつ回転させ、それぞれの回転角度で前記画像を生成し、各画像の中から高い信号強度が最も多く含まれる画像を評価用画像に選択する評価用画像生成手段と、前記評価用画像に基づいて前記表面の傷の有無を検出する検出手段と、を有し、前記１次元パワースペクトル算出手段は、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数の前記１次パワースペクトルを算出し、前記ピッチデータ変換手段は、前記１次元パワースペクトル算出手段が算出した複数の１次元パワースペクトルのそれぞれをピッチデータに変換し、各ピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、本発明の第１態様と同様な効果を奏する。これに加え、機械加工の方向が予め分かっていないワークの表面も検査することができる。
【００１４】
本発明の第４態様は、本発明の第１〜第３態様において、前記１次元デジタル画像の長さを、所定の傷を検出可能なＳ／Ｎとなる長さに設定したことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、１次元デジタル画像の長さによって、ピッチデータの分解能とＳ／Ｎとの間にトレードオフが生じるにもかかわらず、高い分解能でありながらも良好なＳ／Ｎを実現することができる。
【００１６】
本発明の第５態様は、本発明の第１〜第４態様において、前記１次元パワースペクトル算出手段は、複数の前記１次パワースペクトルを算出するときには、前記１次元デジタル画像の１次元方向の長さを縮めながら算出することを特徴とする。
【００１７】
１次元デジタル画像の１次元方向の長さを長くしながら複数の１次パワースペクトルを算出する場合には、その都度、１次元デジタル画像をデジタル画像から抽出し直す必要があるものの、本発明によれば、１次元デジタル画像の１次元方向の長さを縮めながら複数の１次元パワースペクトルを算出するため、１次元デジタル画像を１度だけ抽出すればよい。これにより、処理の簡略化及び処理時間の短縮化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、１次元パワースペクトルを変換したピッチデータが機械加工の方向に沿って並列に並べられた評価用画像が生成されるため、この評価用画像に基づいて、機械加工痕による傷の有無を効率よく検出することができるとともに、その傷が存在する箇所を特定することができる。さらに、この傷が存在する箇所の並列方向への広がりに基づいて、傷の大きさ（延びる長さ）を推定することができる。
これに加え、本発明によれば、１次元デジタル画像からピッチデータを生成する際に、この１次元デジタル画像の１次元方向の長さを可変しながら複数のピッチデータを生成し、全てのピッチデータを合成して１つのピッチデータを生成することで、サンプル点を補間したピッチデータが得られる。これにより、ピッチデータの分解能を簡単に高めることができ、傷の検出精度を高めることができる。
また、ボアの内側表面の検査においては、作業者が視認し難いボアの内側表面を簡単かつ正確に検査することができる。
また、一定の方向に沿って順次求められたピッチデータを並列に並べて画像を生成するとともに、該一定の方向をデジタル画像に対して所定角度ずつ回転させ、それぞれの回転角度で前記画像を生成し、各画像の中から高い信号強度が最も多く含まれる画像を評価用画像に選択することで、機械加工の方向が不明な場合でも、この機械加工の方向にピッチデータが並んだ画像を評価用画像とすることができる。
また、１次元デジタル画像の長さを、所定の傷を検出可能なＳ／Ｎとなる長さに設定することで、高い分解能で、かつ、良好なＳ／Ｎを実現することができる。
また、複数の１次パワースペクトルを算出するときには、１次元デジタル画像の１次元方向の長さを縮めながら算出することで、複数の１次パワースペクトルを算出する際に、その都度、１次元デジタル画像をデジタル画像から抽出し直す必要がなく、処理の簡略化及び処理時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るボア内面検査システムと、検査対象となるボアが形成されたシリンダブロックの概略構成を示す図である。
【図２】穴内面検査で生成される画像を、検査の流れに沿って示した図である。
【図３】評価用画像生成部による１次元パワースペクトル画像の生成過程を示す図である。
【図４】１次元デジタル輝度画像と１次元パワースペクトルの関係を示す図である。
【図５】１次元デジタル輝度画像を抽出する抽出窓の高さとツール目ピッチの分解能及びＳ／Ｎとの関係を示す図である。
【図６】抽出窓の高さ変化によるツール目ピッチのサンプル点のシフトを示す図である。
【図７】ツール目ピッチの補間処理の説明図である。
【図８】ボア内面検査処理のフローチャートである。
【図９】本発明の変形例に係る表面検査システム１００の概略構成を、検査対象のワークとともに示す図である。
【図１０】加工方向の判定を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るボア内面検査システム１と、検査対象となるボア３が形成されたシリンダブロック５の概略構成を示す図である。
ボア３は、回転軸に設けたボーリングヘッドに切削バイトを径方向に突設し、該ボーリングヘッドを回転させながらワークとしてのシリンダブロック５に対して進退させる、いわゆるボーリング加工により形成されている。このボーリング加工により、ボア３の内側表面３Ａには、方向性を有する螺旋状の切削加工痕ができる。その後、ボア３の内側表面３Ａにオイルピットを残しつつエンジンの所望の性能を発揮可能な表面粗さ及び面性状をとすべく、該ボア３の内側表面３Ａに対し、ホーニング用砥石を配設した加工ヘッドを用いてホーニング加工が施されている。
【００２１】
ボア内面検査システム１は、ホーニング加工後にボア３の内側表面３Ａを撮影したデジタル画像に基づいて、研磨残りの有無を評価する。すなわち、ボア内面検査システム１は、ボア３の内側表面３Ａを走査するセンサヘッド７と、このセンサヘッド７の出力信号に基づいてデジタル画像を生成し該デジタル画像に基づいて研磨残りを評価する表面検査装置９と、センサヘッド７を移動駆動する駆動機構１１とを備えている。
センサヘッド７は、ボア３に進入可能な円筒状を成し、中心軸線１２の回りに回転可能かつ高さ方向に移動可能に上記駆動機構１１に取り付けられており、高さ位置を変えながらボア３の全内周面をセンシング可能に構成されている。このセンサヘッド７の構成について詳細には、センサヘッド８は、その周面に設けた開口１５からレーザ光をボア３の内側表面３Ａに向けて照射し、切削加工痕の形状に応じた反射光量を検出して表面検査装置９に出力する。すなわち、センサヘッド７は、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）１７、光ファイバ１９及び集光光学ユニット２１を備え、ＬＥＤ１７の光を光ファイバ１９で集光光学ユニット２１に導き、集光光学ユニット２１で集光して開口１５からレーザ光をボア３の内側表面３Ａに照射する。また、センサヘッド７は、反射光を受光する受光センサ２３を備えるとともに、集光光学ユニット２１を介してボア３の内側表面３Ａから戻ってくる反射光を受光センサ２３に導く複数の光ファイバ２５が光ファイバ１９に隣接して配設されている。
【００２２】
駆動機構１１は、センサヘッド７を回転させる回転駆動機構３１と、この回転駆動機構３１を進退させる進退機構３３とを備えている。
回転駆動機構３１は、ハウジング３４と、先端に上記センサヘッド７が取り付けられハウジング３４を上下に貫通して設けられたシャフト３５と、表面検査装置９の制御の下、シャフト３５を回転駆動するシャフトモータ３７と、シャフト３５の回転速度および回転角を検出し表面検査装置９に出力するロータリエンコーダ３９とを備えている。
進退機構３３は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部４１と、この軸部４１を回転駆動する進退モータ４３と、軸部４１の回転速度および回転角を検出し表面検査装置９に出力するロータリエンコーダ４５とを備える。軸部４１は、ハウジング３４のナット部３６に螺合されており、進退モータ４３を駆動することにより軸部４１が回転し、回転駆動機構３１を進退させる。
【００２３】
表面検査装置９は、駆動機構１１を制御してセンサヘッド７の位置を制御する位置制御部５１と、センサヘッド７の受光信号に基づいてボア３の内側表面３Ａのデジタル画像を生成する画像化部５３と、このデジタル画像に基づいて、研磨残りを評価するための評価用画像７３（図２）を生成する評価用画像生成部５５と、この評価用画像７３に基づいて研磨残りを評価する評価部５７とを備えている。かかる表面検査装置９は、例えばパーソナルコンピュータに、各部を実現するためのプログラムを実行させることで構成可能である。
【００２４】
表面検査装置９の各部について説明すると、位置制御部５１は、シャフトモータ３７及び進退モータ４３を駆動するサーボ機構を内蔵し、センサヘッド７の中心軸線１２上の位置と回転角を制御する。すなわち、位置制御部５１は、検査開始時に、センサヘッド７をボア３に挿入し、開口１５を検査範囲Ｋの下端位置Ｋａに位置させる。そして、ボーリング加工時のボーリング用バイトの軌跡に倣うように、センサヘッド７を中心軸線１２の回りに回転させながら上昇させる動作を、センサヘッド７の開口１５が検査範囲Ｋの上端位置Ｋｂに至るまで行い、該センサヘッド７で検査範囲Ｋの全表面を螺旋状に走査する。この検査範囲Ｋは、シリンダとの摺動面として機能する範囲により決定される。
【００２５】
画像化部５３は、センサヘッド７からの受光信号をＡ／Ｄ変換し、輝度を示すデジタル信号として出力するＡ／Ｄ変換ボード５９と、このデジタル信号に基づいて、ボア３の内側表面３Ａの上記検査範囲Ｋについてのデジタル輝度画像７０を構成する画像化部６１とを備えている。
デジタル輝度画像７０は、図２（Ａ）に示すように、ボア３内の各検査位置でセンサヘッド７により得られる反射光強度を該検査位置と対応させて画像化したものであり、本実施形態では、センサヘッド７の高さ位置とセンサヘッド７の回転角をそれぞれ縦軸及び横軸として画像化している。なお、同図のデジタル輝度画像７０における破線は、ボーリング加工時の切削加工痕（いわゆるツール目）Ｐを模式的に示している。
【００２６】
評価用画像生成部５５は、図２及び図３に示すように、デジタル輝度画像７０から抽出した１次元デジタル輝度画像７０Ａに基づいて、切削加工痕Ｐの方向と直交する方向の１次元パワースペクトルデータ８０を、切削加工痕Ｐの方向に沿って順次生成する１次元パワースペクトル処理部（１次元パワースペクトル算出手段）６３と、１次元パワースペクトルデータ８０を、該１次元パワースペクトルデータ８０の周波数ｆに対応するピッチごとの信号強度を示すピッチデータ８１に変換するツール目ピッチ変換部（ピッチデータ変換手段）６４とを備え、このピッチデータ８１を、各ピッチデータ８１の信号強度に応じて多値化した明暗置換画像７１を並列に並べて評価用画像７３を生成する。また、この評価用画像生成部５５は、１次元デジタル輝度画像７０Ａを１次元方向の長さＬを縮めながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出するとともに各１次元パワースペクトルデータ８０をピッチデータ８１に変換し、各ピッチデータ８１を合成して１つのピッチデータ８１を生成する補間処理部６５を備えている。なお、これら１次元パワースペクトルデータ８０、ピッチデータ８１、及び、評価用画像７３については後に詳述する。
評価部５７は、評価用画像７３の各画素の輝度値に基づいてボア３の内側表面３Ａの研磨残り（傷の有無）を評価する検出手段として機能する。
【００２７】
図３は、評価用画像生成部５５による明暗置換画像７１の生成過程を示す図である。
評価用画像生成部５５には、デジタル輝度画像７０において１次元パワースペクトル処理を施す領域を規定する窓として、幅Ｗが１ピクセル（ｐｉｘ）、長さＬが２００ピクセルの抽出窓（列）７５が予め設定されている。この抽出窓７５の長さＬの方向が１次元パワースペクトルデータ８０の１次元方向に相当する。
評価用画像生成部５５は、図２（Ａ）に示すように、デジタル輝度画像７０において抽出窓７５を、長さＬの方向が切削加工痕Ｐの方向に直交するように配置し、図３（Ａ）に示すように、この抽出窓７５に対応した範囲のデジタル輝度画像、すなわち幅Ｗが１ピクセルの１次元デジタル輝度画像７０Ａを抽出する。なお、図３（Ａ）には、ホーニング処理による研磨が足りない（加工痕が深い）切削加工痕Ｐを研磨残りＱとして模式的に示している。
【００２８】
次いで、評価用画像生成部５５は、この１次元デジタル輝度画像７０Ａに対して１次元フーリエ変換を施し、図３（Ｂ）に示すように、周波数ｆごとの信号強度を示す１次元パワースペクトルデータ８０を生成する。この１次元パワースペクトルデータ８０においては、切削加工痕Ｐの深さに応じた強度信号が、該切削加工痕Ｐのピッチに対応した周波数ｆに出現する。
詳述すると、図４（Ａ）に示すように、１次元デジタル輝度画像７０Ａにおいて、白黒が１ピクセルごとに変化している場合、各ピクセルの輝度値は、図４（Ｂ）のように、輝度値「２５０」（白）と「０」（黒）が交互に出現するパターンとなり、これを、１次元方向（長さＬの方向）の輝度変化で表すと図４（Ｃ）のような波形が得られる。一方、パワースペクトルで表した場合には、２ピクセルごとに黒と白が入れ替わることから、図４（Ｄ）に示すように、２ピクセル／サイクルに対応したピッチの信号が現れ、パワースペクトルにおいては、このピッチの逆数（サイクル／ピクセル）に相当する周波数ｆに信号が出現することとなる。なお、パワースペクトルにおいて、周波数ｆは離散化した値をとる。
ボーリング加工においては、切削加工痕Ｐが略一定ピッチの螺旋状となるから、１次元パワースペクトルデータ８０においても、切削加工痕Ｐが螺旋のピッチに対応した周波数ｆの信号として現れる。このとき、信号強度は、切削加工痕Ｐが深いほど大きくなる。なお、ボア３の内側表面３Ａに切削加工痕Ｐの他に打痕などにより凹凸がある場合には、この凹凸の深さに応じた強度の信号が他の周波数ｆとして出現することになる。
【００２９】
また、評価用画像生成部５５は、図３（Ｃ）に示すように、離散化した周波数ｆごとの信号強度を示す１次元パワースペクトルデータ８０を、同じく離散化したピッチＴ（以下、「ツール目ピッチＴ」と言う）ごとの信号強度を示すピッチデータ８１に変換する。このピッチデータ８１においては、各ツール目ピッチＴの信号強度により、抽出窓７５の範囲に分布する切削加工痕Ｐのピッチと深さ（大きさ）が示されることとなる。なお、このピッチの単位はピクセルで表現されるが、デジタル輝度画像７０における１ピクセルあたりの実寸（ｍｍ）を用いることで、ピクセルで表現されたピッチの長さを実寸（ｍｍ）で表現することもできる。
【００３０】
抽出窓７５の長さＬについて詳述すると、この長さＬには、ピッチデータ８１の分解能とＳ／Ｎを良好にする値が設定されている。すなわち、ピッチデータ８１の分解能は、抽出窓７５の長さＬに依存し、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、抽出窓７５の長さＬが短いほど分解能が低下する。このため、高い分解能を得るには、図５（Ｃ）に示すように、抽出窓７５の長さＬを例えば１２００ピクセル程度まで長くする必要がある。
しかしながら、長さＬが長いと、この抽出窓７５における切削加工痕Ｐの成分（信号）が相対的に減少するためＳ／Ｎが低下してしまう。また、細かい（浅い）切削加工痕Ｐを検出するには抽出窓７５の長さＬは小さい方がよい。
したがって、抽出窓７５の長さＬを２５ピクセル程度まで短くすることで、Ｓ／Ｎを良好にし、また、細かい切削加工痕Ｐの検出が可能になるものの、上述のように、分解能が不足するという問題がある。このように、長さＬを可変する際には、ピッチデータ８１の分解能とＳ／Ｎとの間にトレードオフが生じる。
【００３１】
そこで発明者らは、まず、有意な傷を良好に検出可能なＳ／Ｎが得られる抽出窓７５の長さＬを実験等を通じて求めた。この結果、長さＬ＝２００ピクセル（ｐｉｘ）が最適であるとの知見が得られ、この長さＬを抽出窓７５に用いることとした。しかしながら、この長さＬでは、ピッチデータ８１の分解能は比較的低いため、有意な傷の検出漏れが生じる可能性がある。そこで、発明者らは、抽出窓７５の長さＬを大きくしてピッチデータ８１の分解能を高めるのではなく、次のようにして、実質的な分解能を高めることとした。
【００３２】
すなわち、１次元デジタル輝度画像７０Ａの抽出窓７５の長さＬを可変すると、これに応じて、ツール目ピッチＴのサンプル点（離散値）がシフトする。具体的には、図６に示すように、抽出窓７５の長さＬを２００ピクセルから１９９ピクセルに縮めると、長さＬの減少に応じた分だけ、ツール目ピッチＴのサンプル点が全体的にピッチ長が減少する方向（左側）にシフトする。これにより、長さＬが２００ピクセルのときとは異なるツール目ピッチＴの離散値の信号強度が補間されることとなる。このとき、図６に示す例では、抽出窓７５の長さＬを１ピクセル減じるため抽出窓７５に含まれる情報が１ピクセル／２００ピクセル（＝０．５％）だけ欠落するものの、ピッチデータ８１のツール目ピッチＴのサンプル点が約倍に増え分解能を実質的に約倍（２００％）アップさせることができる。
【００３３】
本実施形態では、図７に示すように、同一の１次元デジタル輝度画像７０Ａに対して端部から長さＬが２００ピクセルから１９５ピクセルになるまで、該長さＬを１ピクセルずつ減じながら合計５つの１次元パワースペクトルデータ８０を算出し、各１次元パワースペクトルデータ８０をピッチデータ８１に変換し、これらのピッチデータ８１を合成する。これにより、ツール目ピッチＴのサンプル点を約５倍に増やしてピッチデータ８１の分解能を実質的に５倍にアップさせている。
【００３４】
なお、１次元デジタル輝度画像７０Ａの長さＬを減らしながらピッチデータ８１を求めるのではなく、高さＬを増やしながらピッチデータ８１を求めて分解能を実質的に高めてもよい。ただし、１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを長くしながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する場合には、その都度、１次元デジタル輝度画像７０Ａをデジタル輝度画像７０から抽出する必要がある。これに対して、１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを縮めながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する場合には、１次元デジタル輝度画像７０Ａを１度だけ抽出すればよく、これにより、処理の簡略化及び処理時間の短縮化が図られる。
【００３５】
また、本実施形態では、複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する際に、１次元デジタル輝度画像７０Ａの長さＬを１ピクセルずつ減じることとしたが、１ピクセルに限らず、複数ピクセル（例えば５ピクセル）ずつ可変させてもよい。ただし、１回あたりに減じるピクセル数は、図６に示すように、ピッチデータ８１のサンプリング点のシフト幅Ｍ１が、長さＬの１次元デジタル輝度画像７０Ａから求めたピッチデータ８１のサンプリング点の間隔幅（離散幅）Ｍ２の範囲内に収まるように設定することが好ましい。
【００３６】
かかる処理は、評価用画像生成部５５により行われる。すなわち、前掲図３（Ｃ）に示すように、評価用画像生成部５５は、１つの１次元パワースペクトルデータ８０（図３（Ｂ））をピッチデータ８１に変換するとともに、同一の１次元デジタル輝度画像７０Ａの長さＬを減じながら１次元パワースペクトルデータ８０を算出し、それぞれをピッチデータ８１に変換する。そして、全てのピッチデータ８１を合成し、図３（Ｄ）に示すように、ツール目ピッチＴのサンプル点を補間したピッチデータ８１を生成する。
【００３７】
次いで、評価用画像生成部５５は、図３（Ｅ）に示すように、信号強度が大きいほど、すなわち、傷が大きい（深い）ほど輝度値を低くした凡例にしたがって、ピッチデータ８１を多値化して明暗置換画像７１を生成する。なお、この明暗置換画像７１の寸法は抽出窓７５と同一となる。
【００３８】
評価用画像生成部５５は、図２（Ａ）に示すように、長さＬの方向ごとに抽出窓７５を切削加工痕Ｐの方向Ａに沿って回転角を０度〜３６０度まで移動させて順次明暗置換画像７１を生成し、図２（Ｂ）に示すように、これらを切削加工方向に沿って並列に並べて評価用画像７３を生成する。これにより、センサヘッド７の回転角に対応して明暗置換画像７１が並列に並んだ画像が得られることとなる。
【００３９】
このようにして得られた評価用画像７３に基づいて評価部５７が研磨残りＱを評価する。詳述すると、評価部５７は、前掲図２（Ｃ）に示すように、オイルピットを除外して研磨残りＱに応じた強度だけをより確実に残すために、該オイルピットを区別可能な所定の輝度閾値で２値化処理を行って２値化画像７８を生成する。
そして、評価部５７は、図２（Ｄ）に示すように、２値化処理で残った各画素に対し、それらの画素を抽出した抽出窓７５（すなわち、該画素を含んでいた明暗置換画像７１）を当てはめ該抽出窓７５に対応するエリアを着色により色分けした異常エリア抽出画像７９を生成する。これにより、この異常エリア抽出画像７９においては、研磨残りＱが存在する範囲Ｒが色分けして明示されることとなる。なお、この色分けした範囲Ｒには、研磨残りＱ以外にも、切削工具などが衝突して付いた打痕といった、各種の傷も含まれる。
【００４０】
図８は、ボア内面検査システム１によるボア内面検査処理のフローチャートである。
検査対象のボア３が形成されたシリンダブロック５を駆動機構１１の直下の所定位置にセットした後、位置制御部５１によりセンサヘッド７をボア３に進入させ、回転させながら進退させることでボア３の内側表面３Ａを検査範囲Ｋに亘って走査し、この走査によって得られた信号に基づいて画像化部５３により検査範囲Ｋのデジタル輝度画像７０を生成する（ステップＳ１）。次いで、評価用画像生成部５５の１次元パワースペクトル処理部６３により、デジタル輝度画像７０に切削加工痕Ｐに対して直交する方向に長さＬだけ延びた抽出窓７５を設定し該抽出窓７５の範囲から１次元デジタル輝度画像７０Ａを抽出する（ステップＳ２）。
【００４１】
次いで、１次元パワースペクトル処理部６３により、この１次元デジタル輝度画像７０Ａの長さＬを１ピクセルずつ縮めながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する（ステップＳ３）。そして、ツール目ピッチ変換部６４により、各１次元パワースペクトルデータ８０をピッチデータ８１に変換し（ステップＳ４）、補間処理部６５により全てのピッチデータ８１を合成してツール目ピッチＴのサンプル点を補間したピッチデータ８１を生成する（ステップＳ５）。次に、評価用画像生成部５５は、このピッチデータ８１の信号強度に基づいて多値化した明暗置換画像７１を生成する（ステップＳ６）。
【００４２】
評価用画像生成部５５は、検査範囲Ｋの全てについて明暗置換画像７１を生成するまでの間（ステップＳ７がＮＯの間）、デジタル輝度画像７０において抽出窓７５を切削加工痕Ｐに沿って移動させ（ステップＳ８）、明暗置換画像７１の生成を繰り返し行う。そして、評価用画像生成部５５は、これらの明暗置換画像７１を並列に並べて評価用画像７３を生成する（ステップＳ９）。
【００４３】
次に、評価部５７により、研磨残りＱに応じた強度だけを残すために所定の輝度閾値で評価用画像７３の２値化処理を行って２値化画像７８を生成し（ステップＳ１０）、残った画素を抽出した抽出窓７５に相当する範囲（すなわち、残った画素を含んでいた明暗置換画像７１の全画素）を着色により色分けして異常エリア抽出画像７９を生成する（ステップＳＳ１１）。次いで、評価部５７は、このようにして生成された異常エリア抽出画像７９に着色範囲が存在しない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ボア３の内側表面３Ａには研磨残りＱが無いと評価し（ステップＳ１３）、着色範囲が存在する場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、研磨残りＱありと評価する（ステップＳ１４）。
【００４４】
研磨残りＱがある場合には、異常エリア抽出画像７９を図示せぬモニタ装置に表示することで作業者に提示される。この異常エリア抽出画像７９によれば、着色された範囲の広さから研磨残りＱの大きさを推し量ることができる。さらに、その着色範囲の位置から研磨残りＱが存在する位置も容易に推定することが可能となり、実際に目視で確認する際に研磨残りＱを見つけ出すことが容易となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
すなわち、本実施形態によれば、切削加工痕Ｐの方向に直交する方向を１次元方向とした１次元パワースペクトルデータ８０を生成する構成とした。この１次元パワースペクトルデータ８０においては、切削加工痕Ｐのピッチに対応した周波数ｆに該切削加工痕Ｐの深さに応じた信号が得られことから、ボア３の内側表面３Ａから切削加工痕Ｐを他の凹凸と区別して効率良く抽出することができる。
【００４６】
これに加えて、本実施形態によれば、１次元パワースペクトルデータ８０を変換したピッチデータ８１の多値化画像である明暗置換画像７１を並列に並べ、並列方向が切削加工痕Ｐの方向に対応させた画像である評価用画像７３を生成する構成とした。この構成により、評価用画像７３の画素値に基づいて、切削加工痕Ｐの研磨残りＱの有無を効率よく評価することができるとともに、その研磨残りＱが存在する範囲Ｒを特定することができる。さらに、この範囲Ｒの並列方向への広がりに基づいて、研磨残りＱの大きさ（延びる長さ）を推定することができる。
したがって、作業者は目視せずとも研磨残りＱの有無、その箇所及び大きさを推定することが可能となり、ボア３の良否の判断が容易となる。また作業者が実際に目視で確認する場合でも該研磨残りＱの箇所が絞り込めるため検査時間を短縮することができる。
【００４７】
さらに、本実施形態によれば、１次元デジタル輝度画像７０Ａからピッチデータ８１を生成する際に、この１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを短くしながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出し、各１次元パワースペクトルデータ８０をピッチデータ８１に変換し、全てのピッチデータ８１を合成して１つのピッチデータ８１を生成する構成とした。この構成によれば、各ピッチデータ８１によりツール目ピッチＴのサンプル点が補間されるため、ピッチデータ８１の分解能を簡単に高めることができ、研磨残りＱの検出精度を高めることができる。
【００４８】
特に本実施形態によれば、１次元デジタル輝度画像７０Ａの長さＬを、所望の深さの傷を検出可能なＳ／Ｎとなる長さに設定する構成としたため、長さＬによって分解能とＳ／Ｎにトレードオフが生じるにもかかわらず、高い分解能でありながらも良好なＳ／Ｎを実現することができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、１次元デジタル輝度画像７０Ａから複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する場合には、該１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを縮めながら算出する構成としたため、次のような効果を奏する。
すなわち、１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを長くしながら複数の１次元パワースペクトルデータ８０を算出する場合には、その都度、１次元デジタル輝度画像７０Ａをデジタル輝度画像７０から抽出する必要があるものの、本構成によれば、１次元デジタル輝度画像７０Ａの１次元方向の長さＬを縮めながら算出するため、１次元デジタル輝度画像７０Ａを１度だけ抽出すればよく、これにより、処理の簡略化及び処理時間の短縮化が図られる。
【００５０】
また本実施形態によれば、評価用画像７３を二値化してなる異常エリア抽出画像７９に対し、二値化により残った画素を、この画素を含んでいた明暗置換画像７１の各画素とともに色分けする構成とした。こうすることで、研磨残りＱが存在する範囲Ｒが明確になり、作業者が実際に目視する際に、研磨残りＱの箇所を見つけ出し易くなる。
【００５１】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。
例えば、実施形態では、ボア３の内側表面３Ａを検査する装置について例示したが、本発明は、ボア３のような穴の機械加工面を検査する装置に限らない。すなわち、図９に示すように、ワーク９０の平面な表面に略等ピッチで同一方向に切削加工が施された機械加工面を検査する装置にも適用可能である。この場合、機械加工面が平面であるため、機械加工面のデジタル輝度画像７０をカメラ９１で全体を１度で撮影することで得ることができる。
【００５２】
また、機械加工方向（切削加工痕Ｐの方向）が予め分かっていなくとも、次のようにして機械加工方向を特定することができる。すなわち、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、機械加工面のデジタル輝度画像７０を所定角度ずつ回転させるごとに、明暗置換画像７１（ピッチデータ８１）を、この明暗置換画像７１の１次元方向（長さＬの方向）と直交する方向Ｂに沿って順次生成し並列に並べて評価用画像７３を生成する。このとき、明暗置換画像７１の１次元方向が切削加工痕Ｐの方向と直交するようにデジタル輝度画像７０が回転したときに、各明暗置換画像７１に強い信号強度が最も多く含まれる評価用画像７３が得られる。したがって、このような評価用画像７３を特定することで、機械加工方向を特定することができる。
そして、図９に示すように、このようにして機械加工方向を判定する加工方向判定部９２を備えて表面検査システム１００の表面検査装置１０９を構成することで、機械加工痕の方向が予め分かっていないワーク９０についても機械加工面を評価可能な表面検査装置１０９を構成することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  ボア内面検査システム
３  ボア
３Ａ  内側表面
５  シリンダブロック
７  センサヘッド
９、１０９  表面検査装置
５５  評価用画像生成部（評価用画像生成手段）
５７  評価部（検出手段）
６３  １次元パワースペクトル処理部（１次元パワースペクトル算出手段）
６４  ツール目ピッチ変換部（ピッチデータ変換手段）
６５  補間処理部
７０  デジタル輝度画像（デジタル画像）
７０Ａ  １次元デジタル輝度画像（１次元デジタル画像）
７１  明暗置換画像
７３  評価用画像
７５  抽出窓
７９  異常エリア抽出画像
８０  １次元パワースペクトルデータ
８１  ピッチデータ
９０  ワーク
９１  カメラ
９２  加工方向判定部
１００  表面検査システム
Ｌ  抽出窓（１次元デジタル画像）の長さ
Ｐ  切削加工痕
Ｑ  研磨残り
Ｔ  ツール目ピッチ（ピッチ）
【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】
2011043446.tif 000009
【図８】
2011043446.tif 000010
【図９】
2011043446.tif 000011
【図１０】
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