(57)【要約】【課題】  孔内に挿入される導光棒に照明と受光とを行なわせて光学系を一つとし、構造を簡素化して部品数を低減するとともに、部品精度の要求を抑えて組立を簡単にして製造コストを低減した安価な孔内周面撮影装置を目的とするものである。【解決手段】  光源光を拡散光として導光棒５の基端面に入射させる反射鏡７ｂを導光棒５の基方部周縁に設け、また、導光棒５が先端を受光と照明とを行なう円錐状面６とし、基端面を受光像投影面と光源入射面とされ、該導光棒５の基端面に入射された拡散光を全反射させて先端の円錐状面６に伝達して孔内周面を拡散光により照明するとともに、拡散光により照明された孔内周面からの反射像を前記円錐状面６により受光したうえ、導光棒５の基端面に全反射投影された受光像を撮影する撮影装置４が導光棒５の基端に設けられるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影装置の先端に検査対象である孔内部に挿入されて孔内周面像の受光と孔内周面の照明を行う導光棒を設けた孔内面撮影装置であって、光源光を拡散光として導光棒の基端面に入射させる反射鏡を導光棒の基方部周縁に設け、また、導光棒が先端を受光と照明とを行なう円錐状面とし、基端面を受光像投影面と光源入射面とされ、該導光棒の基端面に入射された拡散光を全反射させて先端の円錐状面に伝達して孔内周面を拡散光により照明するとともに、拡散光により照明された孔内周面からの反射像を前記円錐状面により受光したうえ、導光棒の基端面に全反射投影された受光像を撮影する撮影装置が導光棒の基端に設けられることを特徴とする孔内周面撮影装置。
【請求項２】
円錐状面が円錐部または円錐凹部よりなることを特徴とする請求項１に記載の孔内周面撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械部品等に形成された孔を検査するために用いられる孔内周面撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような孔内周面撮影装置として、コーンプリズムを介して孔の内周面にスリット光を投光する円環状光ファイバ群と、前記コーンプリズムを通じて孔内周面のリング状光像を結像する結像レンズと、光像を伝達する画像伝達光学系とを孔内に挿入して孔内の形状あるいは欠陥を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、管路内壁の全周からの反射光を取得する受光手段と、結像手段と、イメージ伝送手段と、前記受光手段を介して管路内壁面に照明光を供給する照明光伝達手段とを管内に挿入して管路内壁の欠陥を検出するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
しかし、特許文献１のものは、スリット光を用いて検査を行なうため、光学系に高い部品精度が要求されるうえに部品数も多く、構造が複雑で組立に熟練を要し高価な装置となる問題がある。また、特許文献２のものでは、多数のバンドル光ファイバから照明用の光線を放出するので均一な照明光とならず、管路内壁の欠陥を検出するには画像から照明光の斑を除去するという時間のかかる画像処理をしなければならないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９８３４５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は導光棒から拡散光の均一な照明光を照射して照明斑のない撮影画像を得ることができる孔内周面撮影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、撮影装置の先端に検査対象である孔内部に挿入されて孔内周面像の受光と孔内周面の照明を行う導光棒を設けた孔内面撮影装置であって、光源光を拡散光として導光棒の基端面に入射させる反射鏡を導光棒の基方部周縁に設け、また、導光棒が先端を受光と照明とを行なう円錐状面とし、基端面を受光像投影面と光源入射面とされ、該導光棒の基端面に入射された拡散光を全反射させて先端の円錐状面に伝達して孔内周面を拡散光により照明するとともに、拡散光により照明された孔内周面からの反射像を前記円錐状面により受光したうえ、導光棒の基端面に全反射投影された受光像を撮影する撮影装置が導光棒の基端に設けたことを特徴とする孔内周面撮影装置である。
【０００７】
なお、円錐状面が円錐部または円錐凹部よりなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、光源光を拡散光として導光棒の基端面に入射させる反射鏡を導光棒の基方部周縁に設け、また、導光棒が先端を受光と照明とを行なう円錐状面とし、基端面を受光像投影面と光源入射面とされ、該導光棒の基端面に入射された拡散光を全反射させて先端の円錐状面に伝達して孔内周面を拡散光により照明するとともに、拡散光により照明された孔内周面からの反射像を前記円錐状面により受光したうえ、導光棒の基端面に全反射投影された受光像を導光棒の基端に設けた撮影装置により撮影されることとなるが、拡散光による均一な照明光が照射されるので照明斑がなく、孔内周面に生じた傷や鋳巣を精確に撮影でき判別も容易なものとなる。しかも、高い組み立て精度を要しないので、組立てに熟練を必要とせず製造コストを大幅に低減でき、生産性も大幅に向上できるものとなる。さらに、導光棒の基端面に投影された受光像を撮影するだけだから、一般に販売されているディジタルカメラを利用できるので入手が簡単で修理・交換も簡単なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好ましい実施形態の撮影装置を組み込んだ検査装置を示す正面図である。
【図２】撮影装置の実施例を示す一部切欠正面図である。
【図３】上記撮影装置の導光棒により受光された受光像を示す平面図である。
【図４】受光像が導光部の基端面に投影されない時の光路Ｂを示す説明図である。
【図５】撮影された同心円画像における抽出円Ｓを示す図である。
【図６】軸方向に移動させた抽出円Ｓに現れる傷・鋳巣を積み重ねた展開画像である。
【図７】導光棒の円錐状面を凹円錐部とした撮像装置の実施例を示す一部切欠正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態の撮影装置を組み込んだ検査装置を図１，２，３，４，５，６に基づいて詳細に説明する。
図１において１は検査装置のベースであり、該ベース１にはリニアガイド２と該リニアガイド２を昇降動させる昇降用モータ３が取り付けられている。４はリニアガイド２に取り付けられた撮影装置であり、該撮影装置４は図２に示されるように、撮像部４ａとテレセントリックレンズ１１と導光棒５とからなり、撮像部４ａとテレセントリックレンズ１１と導光棒５との光軸は一致されている。そして、リニアガイド２により撮影装置４の導光棒５は検査対象Ｗの中空孔Ｈ内に挿入されて間歇的な撮影のためのスライドが行なわれる。なお、テレセントリックレンズ１１の代わりに普通のカメラレンズを用いてもよいことは言うまでもない。
【００１１】
また、図２に示されるように、導光棒５は撮影装置４のテレセントリックレンズ１１にアタッチメント９を介して取り付けられるもので、前記導光棒５は先端を円錐部６ａとして約７６°近辺の頂角を有する円錐状面６を形成する。該円錐状面６を介して中空孔Ｈ内の照明と孔内周面像の受光を行なう。５ａは前記導光棒５の表面を被套するステンレス製の保護筒である。
【００１２】
円錐状面６による受光像は導光棒５の外径に近付く大径部ほど受光像が拡大され解像度が高まり、円錐状面６の先方部に近付くほど受光像は縮小されるので解像度が低下する。
【００１３】
しかし、導光棒５の外径に近付けることにより受光像は拡大され解像度は高くなるが、外径に近付け過ぎると導光棒５のわずかな偏心により実際の撮影部位と撮影画像とにずれが生じるため、図５に示されるように、偏心によるずれを吸収できる最大の拡大率となる仮想の抽出円Ｓを撮影画像中に設定する。
【００１４】
また、円錐状面６の上方で受光した受光像の光路Ｂは図４に示されるように、円錐状面６の内面で反射せず導光棒５の内周面で反射され、受光像は導光棒５の基端面に投影されないため、円錐状面６の前部６０％ほどが有効な受光領域となる。
【００１５】
また、抽出円Ｓの撮り込み領域を、例えば画像の1ピクセル単位に設定した場合には、1ピクセル単位毎に撮影装置４をスライドさせて中空孔Ｈ全体の孔内周面像を得る。
【００１６】
７は導光棒５の基端外周に設けられる照明装置であり、該照明装置７はホルダー８内に複数のＬＥＤよりなる光源７ａを環状に配置するとともに、該光源７ａを凹面鏡よりなる反射鏡７ｂで覆ったものであるが、中心部には開口７ｃを透設して孔内周面の受光像が撮影装置４により撮影できるようになっている。また、前記反射鏡７ｂにより光源光は拡散光として臨界角以内の角度で導光棒５の基端面より入射される。
【００１７】
導光棒５の基端面から入射された拡散光は導光棒５の内壁面により全反射しながら先端の円錐状面６に伝達され、円錐状面６より拡散光として照射されるので、孔内周壁面は濃淡のない均一な明るさで照明されることとなる。
【００１８】
アタッチメント９は後記するテレセントリックレンズ１１とホルダー８を接続するものであり、１０は撮影装置４により撮影された多数枚の孔内周面画像を処理する画像処理装置であり、該画像処理装置１０は撮影装置４により１ピクセルピッチで移動して撮影された図３に示されるような孔内周壁面の受光像から図５に示されるような抽出円Ｓ領域のデータを取り込み保存したうえ、抽出円Ｓ領域御データをＹ方向に積み重ねて図６に示されるような傷・鋳巣の展開画像を生成するものである。
【００１９】
具体的には画像処理装置１０は1ピクセル毎の抽出円Ｓに基づくリング状の孔内周面画像を二値化したうえ、二値化データの濃淡を１ピクセル毎順番に積み重ね処理すれば、中空孔Ｈ内の全体像が得られ、図６に示されるような孔内周面にできている傷・鋳巣が表わされるので、該傷・鋳巣のサイズをピクセル数に基づいて算出することにより、傷・鋳巣の大きさを判定検査することができる。
【００２０】
このように構成されたものは、検査装置のベース１上に検査対象Ｗを載置する。このとき撮影装置４の光軸と検査対象Ｗの中空孔Ｈの中心とをできる限る一致させる。次に、撮影装置４を取り付けたリニアガイド２を昇降用モータ３により下降させ、撮影装置４に取り付けた導光棒５の円錐状面６を中空孔Ｈ内に挿入する。
【００２１】
このとき、照明装置７の光源７ａからの照明光は反射鏡７ｂにより拡散光として反射されて臨界角以下の照明光が導光棒５の基端面より屈折入射される。
【００２２】
導光棒５内に入射された照明光のうち臨界角以上ものは導光棒５の内周面を全反射を繰り返しながら先端の円錐状面６まで伝達される。そして、円錐状面６の内面に臨界角以下で入射される照明光は全反射せず屈折して外部に照射されて中空孔Ｈ内を均一な明るさで照明することとなる。
【００２３】
照明斑のない中空孔Ｈ内周面からの孔内周面像は先端に形成された円錐状面６の傾斜表面に臨界角以下で入射し、反対側の傾斜内面で臨界角を越えるものは全反射して図３に示されるような受光像を導光棒５の基端面に投影する。基端面に投影された孔内周面の受光像はテレセントリックレンズ１１を介して撮像部４ａに入射される。そして、撮像部４ａに撮り込まれた画像のうち予め設定された１ピクセル単位の抽出円Ｓ領域が切り出されて画像処理装置１０に保存される。
【００２４】
前記のようにして１ピクセル毎に抽出円Ｓ領域の画像を画像処理装置１０に保存しながら撮影装置４を１ピクセルピッチでスライドさせ、中空孔Ｈの下端に達したら、撮影を終了し昇降用モータ３を作動させて撮影装置４を上昇復帰させる。
【００２５】
次に、画像処理装置１０に保存された１ピクセル単位の抽出円Ｓ領域の画像を二値化処理し、二値化処理画像をＹ方向に順次積み重ねて中空孔Ｈの内面全体像を得る。そして、黒く表示される傷・鋳巣の面積をピクセル単位に加算して算出する。このとき、ピクセルのＸ／Ｙ比率が等しくない場合には、Ｘ／Ｙ比に基づいて傷・鋳巣の面積を算出する。
【００２６】
また、抽出円Ｓはピクセル単位に基づくものであるため、傷・鋳巣の縁にピクセルが位置した場合と、傷・鋳巣にピクセル全体が位置する場合とでは輝度が異なるので、抽出円Ｓの周辺の輝度情報に基づいて平均した輝度とし、輝度に基づいて面積を判断して傷・鋳巣の大きさを正確に算出する。
【００２７】
なお、図７に示されるものは、導光棒５の円錐状面６を凹円錐部６ｂとした撮影装置４であり、凹円錐部６ｂにおける円錐状面６の傾斜角は約９０°としている。凹円錐部６ｂの場合も、円錐状面６の基方の先細り部で受光される孔内周面像ほど小さくなり粗いものとなり、導光棒５の外径に近付けるほど大きく解像度の高い受光像を得ることができるが、外径に近過ぎると導光棒５のわずかな偏心により撮影された領域と抽出円Ｓにより抽出された領域にずれが生じるので、このような問題の生じない拡大率となる抽出円Ｓを設定する。
【符号の説明】
【００２８】
１  ベース
２  リニアガイド
３  昇降用モータ
４  撮影装置
4a  撮像部
５  導光棒
5a  保護筒
６  円錐状面
6a  円錐部
6b  凹円錐部
７  照明装置
7a  光源
7b  反射鏡
7c  開口
８  ホルダー
９  アタッチメント
10  画像処理装置
11  テレセントリックレンズ
Ｈ  中空孔
Ｗ  検査対象
【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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