(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材の周囲に複数の羽根が設けられた羽根車の外観検査に用いる検査装置であって、
前記羽根車を保持するための保持手段と、
羽根車の外観を撮像して画像情報を得るための撮像手段と、
撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い第一のエッジ及び第二のエッジを検出し、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出するための画像処理手段と、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定手段と、を備えていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記画像処理手段が、羽根車の羽根の端部を挟んで相対する端部の外方と内方を含む二値化画像を検査領域とし、該検査領域内における羽根の端部外方から画素列の値を順次調べて第一のエッジを検出する第一のエッジ検出と、羽根の端部内方から画素列の値を順次調べて第二のエッジを検出する第二のエッジ検出とを行うものである請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
羽根車を回動自在に支持するための支持部と、羽根車を回動させるための回動機構部が前記保持手段に設けられ、前記回動機構部による羽根車の回動を制御するための機構部制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記支持部が、羽根車の端部に当接し保持するための円弧状断面を持つ凸部が先端に設けられ、後端が回動自在に支持されているホルダ部を備え、前記回動機構部が、羽根車の端部を固定するための凹部が先端に設けられ弾性を有する材料から形成されているチャック部を備えることを特徴とする請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】
軸部材の周囲に複数の羽根が設けられた羽根車の外観検査に用いる検査方法であって、
羽根車の外観を撮像して画像情報を得る撮像処理と、
撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い第一のエッジ及び第二のエッジを検出し、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出する画像処理と、
前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定処理とを順次行うことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】
前記画像処理が、羽根車の羽根の端部を挟んで相対する端部の外方と内方を含む二値化画像を検査領域とし、該検査領域内における羽根の端部外方から画素列の値を順次調べて端部の位置を検出する第一のエッジ検出と、羽根の端部内方から画素列の値を順次調べて第二のエッジ検出とを行うものである請求項５記載の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材に複数の羽根が設けられた羽根車の外観を検査する方法、及びその検査に使用する外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジンのターボチャージャ等では、軸部材の周囲に複数のねじれ羽根が設けられた羽根車（タービンホイール）が用いられている。この羽根車の外観検査方法として、従来、人間が羽根車を直接目視して欠陥を見つける、いわゆる定性的な検査方法が主流であった。また検査装置を用いた検査方法として、変位計、或いは二次元測定器を用いて、羽根車に対してスキャンして得られる立体画像より形状を把握し、変形量を測定する等の定量的な検査方法が公知である（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
上記特許文献１に記載の検査方法は、羽根車の軸方向の両端を支持し、軸線周りに回転させて所定の回転位置を割り出し、この位置でタッチプローブの測定子を当接させ、羽根車の回転角度に対するタッチプローブの位置を測定し、この測定値に基づき、羽根輪郭等を求める方法である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の目視による検査方法は、検査をする人によってバラツキがあり、欠陥等を見逃したり、また誤検出などが発生する可能性があり、検査の精度が低いという問題があった。また特許文献１等に記載されている、検査装置を用いた定量的な検査方法は、検査する人によるバラツキはないものの、変位計を用いた場合には、特定点での形状情報しか得ることができなかった。また、スキャン方式の３次元形状測定では、高精度に測定しようとすると処理時間が長くなってしまい、検査に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
例えば羽根車の製造上の欠陥として、湯境欠陥と呼ばれるものがある。羽根車は、精度の高い製品を得るために、ロストワックス法で作られている。羽根車を製造する場合、ロストワックス法では湯口が複数有る為に、異なる方向からの湯の流れが合流する部分に亀裂が発生することがある。この欠陥部分は、羽根車の端部から内側に伸びた状態の亀裂として発見される。この亀裂を湯境欠陥という。羽根車に湯境欠陥の亀裂が存在すると、羽根車は欠陥の部分から破損しやすくなる。羽根車が破損すると、エンジンの内部に羽根車が破損したかけらが混入し、ひいてはエンジンのバーストを引き起こす。羽根車の検査工程で、湯境欠陥の存在する羽根車を確実に発見することは、ターボチャージャ付きエンジンの信頼性を向上させる上で重要な点である。しかしながら、上記従来の外観検査方法では、このような湯境欠陥を確実に発見することは困難であった。
【０００７】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであり、羽根車の外観を検査する際に、確実に湯境欠陥を発見することができ、しかも短時間に検査を行う事が可能な外観検査方法及び外観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】
【０００８】
本発明の外観検査装置は、軸部材の周囲に複数の羽根が設けられた羽根車の外観検査に用いる検査装置であって、前記羽根車を保持するための保持手段と、羽根車の外観を撮像して画像情報を得るための撮像手段と、撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い第一のエッジ及び第二のエッジを検出し、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出するための画像処理手段と、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定手段と、を備えていることを要旨とする。
【０００９】
上記外観検査装置において、前記画像処理手段が、羽根車の羽根の端部を挟んで相対する端部の外方と内方を含む二値化画像を検査領域とし、該検査領域内における羽根の端部外方から画素列の値を順次調べて第一のエッジを検出する第一のエッジ検出と、羽根の端部内方から画素列の値を順次調べて第二のエッジを検出する第二のエッジ検出とを行うものであることが好ましい。
【００１０】
上記外観検査装置において、羽根車を回動自在に支持するための支持部と、羽根車を回動させるための回動機構部が前記保持手段に設けられ、前記回動機構部による羽根車の回動を制御するための機構部制御手段を備えているように構成するのが好ましい。
【００１１】
上記外観検査装置において、前記支持部が、羽根車の端部に当接し保持するための円弧状断面を持つ凸部が先端に設けられ、後端が回動自在に支持されているホルダ部を備え、前記回動機構部が、羽根車の端部を固定するための凹部が先端に設けられ弾性を有する材料から形成されているチャック部を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の外観検査方法は、軸部材の周囲に複数の羽根が設けられた羽根車の外観検査に用いる検査方法であって、羽根車の外観を撮像して画像情報を得る撮像処理と、撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い第一のエッジ及び第二のエッジを検出し、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出する画像処理と、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定処理とを順次行うことを要旨とする。
【００１３】
上記外観検査方法において、前記画像処理が、羽根車の羽根の端部を挟んで相対する端部の外方と内方を含む二値化画像を検査領域とし、該検査領域内における羽根の端部外方から画素列の値を順次調べて端部の位置を検出する第一のエッジ検出と、羽根の端部内方から画素列の値を順次調べて第二のエッジ検出とを行うものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明外観検査装置は、羽根車の外観を撮像して画像情報を得るための撮像手段と、撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出するための画像処理手段と、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定手段とを備えているので、従来のパターンマッチング法を用いた検査装置では検出が困難であった湯境欠陥の様な亀裂を確実に検出することができる。更に、従来の変位計や二次元測定器を用いて得られる立体画像を用いて変形量を測定する装置等と比較して短時間に検査を行うことができる。
【００１５】
本発明の外観検査方法は、羽根車の外観を撮像して画像情報を得る撮像処理と、撮像して得られた画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出する画像処理と、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定処理とを順次行う方法を採用したことにより、従来のパターンマッチング法を用いた検査方法では検出が困難であった、湯境欠陥の様な亀裂を確実に検出することができる。更に、従来の変位計や二次元測定器を用いて得られる立体画像を用いて変形量を測定する方法等と比較して短時間に検査を行うことが可能である。
【００１６】
すなわち、従来法であるグレー処理では、画像の輝度情報を用いるため情報量が膨大となり検出速度が遅くなってしまう。また、従来法である正規化相関法では、鋳造製品の表面肌に大きく影響されて微少欠陥の検出は困難である。さらに、従来法である幾何学的パターンマッチングでは、微少欠陥の検出にその周囲の情報（特徴）が予め必要になり、煩雑である。こうした従来のパターンマッチング法を用いた検査方法と比較して、本発明では二値化した画像を用いるため、処理する情報量が少なくて済む。また単にエッジを検出し、これに基づいて欠陥の検査を行うため、対象とする画像の特徴量を予め必要とせず、微少欠陥であっても見落とすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例に係る外観検査方法及び外観検査装置について詳細に説明する。図１は本発明外観検査装置の一例の構成を示す概略図である。図１に示すように、外観検査装置１０は、被検査体（羽根車１）を所定の位置に保持するためのワーク保持手段２０、羽根車１の外観を撮像して画像情報を得るための撮像手段３０、羽根車１に光を照射するための光源装置４０、羽根車の位置を検知するためのワーク検知センサ５０、撮像した画像の画像処理や機構部の制御を行うための制御装置６０を備えている。ワーク保持手段２０は、羽根車１の軸方向両端を支持しており、羽根車１を任意に回動させることが可能である。図１の外観検査装置は、被検査体として自動車のターボチャージャ用羽根車（タービンホイール）の湯境欠陥の検出に用いられる装置である。
【００１８】
図２（ａ）、（ｂ）は外観検査に用いられる羽根車の外観を示す斜視図であり、（ａ）は羽根車を軸方向の一方側から見た図であり、（ｂ）は羽根車の軸方向の他方側から見た図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように羽根車１は、軸部材２と該軸部材２の周囲に設けられている複数のねじれ羽根３とから構成されている。この羽根車１はロストワックス法により鋳造されたものであり、材質として合金ステンレス、ＴｉＡｌ等が用いられる。本実施例の外観検査は、ねじれ羽根３の端部に発生する湯境欠陥を検出することを目的に行うものである。なお、本発明の外観検査方法及び外観検査装置は、このような軸部材２の周囲に複数の羽根３が設けられた羽根車の外観検査に用いられるものである。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）に示す羽根車１は、１０枚のねじれ羽根３が設けられているものである。本発明の検査の対象とする羽根車は、通常、羽根が８〜１２枚程度設けられている。羽根車はねじれ羽根以外に、ねじれのない羽根が設けられているものであっても良い。更に上記図２に示す羽根車１は、図２（ａ）に示すように、軸部材２の一方の端部が、六角形等のボルト形状のように正多角形の凸部からなるワークボルト部４として形成されている。また羽根車１は、軸部材２の他方の端部が、図２（ｂ）に示すように、中央部が円形に窪んだクレーター状の凹部からなるシャフト保持部５が設けられている。シャフト保持部５は、別部材のシャフトを溶接等で一体化するために設けられている。
【００２０】
図３は外観検査装置の制御関係の構成を示すブロック図である。図３に示すように撮像手段３０は、一台の上下面検査用カメラ３１と、側面の異なる３方向に配値されている３台の側面検査用カメラ３２、３３、３４（図１では記載を省略した）の合計４方向に設置した４台のカメラにより構成されている。図４（ａ）〜（ｄ）は、上記の各検査用カメラにより撮像した画像を示す。図４（ａ）は、上下面検査用カメラ３１による画像であり、同図（ｂ）は側面検査用カメラ３２による画像であり、同図（ｃ）は側面検査用カメラ３３による画像であり、同図（ｄ）は側面検査用カメラ３４による画像である。
【００２１】
図３に示すように、これらの各検査用カメラ３１〜３４は制御装置の画像処理演算装置６１に接続されていて、撮像した画像のデータ（画像情報ということもある）を画像演算処理装置６１に送信可能である。また前記画像演算処理装置６１は、検査用カメラの撮像を制御することができる。撮像手段３０の各検査用カメラ３１〜３４は、被検査体を撮影して得られる光学像の二次元画像情報を電気信号として出力可能な装置であればよい。例えば検査用カメラ３１〜３４として、ＣＣＤカメラを用いることができる。
【００２２】
撮像手段３０の上下面検査カメラ３１は、昇降機構（図示しない）により上下動可能に支持されている。また側面検査用カメラ３２〜３４はスライド機構により前後方向に移動可能に支持されている。尚、上記上下方向とは、図１に示すように羽根車の回転軸が水平となるように配置した場合の図中上側又は図中下側のことであり、また上記前後方向とは羽根車１の方向を前方、羽根車と反対側を後方という。これらの検査カメラ３１〜３４は、制御装置６０に接続され、撮像した画像データを制御装置６０に送信するように形成されている。
【００２３】
照明手段４０は、羽根車１の上方の異なる４方向から該羽根車１に光を照射するように、４つの光源が設けられている（図１では２つの光源の記載を省略した）。照明手段４０に用いられる光源としては、例えばＬＥＤライト、フラッシュライト等の各種照明装置を用いることができる。照明手段４０は、前記制御装置６０の画像処理演算装置６１に接続して、羽根車１に対する調光を制御しても良い。
【００２４】
またワーク検知センサ５０は、羽根車１の位置を検知するためのものであり、制御装置６０に接続されている。ワーク検知センサ５０は公知の各種位置センサ等を用いることができる。
【００２５】
図３に示すように制御装置６０は、画像処理演算装置６１と機構部制御装置６２とから構成される。画像処理演算装置６１は、検査用カメラ３１〜３４の撮像を制御したり、該検査用カメラ３１〜３４において撮像して得られた画像情報の信号を受信して、後述する画像処理のための各種演算処理を行うものである。具体的には、画像情報を二値化し、得られた二値化した画像情報を用いて相対する二方向からそれぞれエッジ検出を行い、得られた二つのエッジのエッジ間距離を算出するための画像処理手段として機能する。また画像処理演算装置６１は、前記エッジ間距離を予め設定された閾値と比較して合否を判定する判定手段として機能する。画像演算処理装置６１は、例えば撮像した画像や処理画像等を表示する表示装置、画像データを保存するための記録装置、入出力装置等の周辺機器や、画像の二値化処理やエッジ検出を行う画像処理ソフトウェアや画像処理で得られたデータと予め格納した閾値データ等の合否判定を行うソフトウェア等を備えたパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００２６】
機構部制御装置６２は、ワーク検知センサ６０及びサーボモータ２５等に接続され、ワーク検知センサ５０からの信号を受信して、サーボモータ２５の動きを制御することができる。機構部制御装置６２は、羽根車１をステップ送りするようにサーボモータ２５の回転を制御することが可能である。また、機構部制御装置６２は、ワーク検知センサ５０の信号や、検査用カメラ３１〜３４で撮像した画像情報等に基づいて、検査用カメラ３１〜３４の昇降機構やスライド移動装置を制御して、カメラ位置を変化させることができる。機構部制御装置６２は、例えば、マイクロコンピュータ等の処理装置を用いることができる。
【００２７】
図１に示すように、ワーク保持手段２０は、羽根車１を回動自在に支持するための回動機構部２１と支持部２２とが、基台２３上に取付けられて構成されている。回動機構部２１は、羽根車１の軸部材２の軸方向端部のワークボルト部４に当接して、羽根車１のワークボルト部４側を支持するためのチャック部２４、及びチャック部２４に接続されチャック部２４を回動させるためのサーボモータ２５を備えている。また支持部２２は、羽根車１のシャフト保持部５側に当接して、チャック部２４との間で羽根車１を挟んで、羽根車１を回動自在に保持するためのホルダ部２６を備えている。羽根車１は、ワーク保持手段２０によって軸方向の両端が保持されている。そして機構部制御装置６２は、ワーク保持手段２０のワークボルト部４側に設置されたサーボモータ２５を回転させる際、所定の回転角で停止するように、段階的に回動させる、いわゆるステップ送りが可能に形成されている。機構部制御装置６２は、回動機構部による羽根車の回動を制御するための機構部制御手段として機能する。
【００２８】
図５は図１のワーク保持手段のチャック部を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、チャック部２４の中央には、羽根車のワークボルト部４が嵌合する円筒状の凹部２４Ａが設けられている。チャック部２４は弾性を有する材料により形成されている。凹部２４Ａは、その直径がワークボルト部４のボルトの径（最大径部分）よりもφ１ｍｍ小さく形成されている。チャック部２４を構成する弾性を有する材料としては、軟質ゴム、硬質ゴム等のゴムが好ましく用いられる。またチャック部２４の色は、羽根車１の撮像画像を画像処理する際に妨げとならないように、白又は黒色に形成するのが好ましい。
【００２９】
図６は図５のチャック部に羽根車のワークボルト部を装着した状態を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。羽根車４をチャック部２４に装着する場合、ワークボルト部４をチャック部２４の凹部２４Ａ中に押し込んで固定する。チャック部２４は、その凹部２４Ａの直径がワークボルト部４よりも小さく形成されているが、チャック部２４自体が弾性を有する材料により形成されているので、凹部２４Ａにワークボルト部４を強く押し込むことで、チャック部２４が拡大しワークボルト部４がチャック部の凹部２４Ａ内に密着して連結される。チャック部２４は、サーボモータ２５に接続されているので、サーボモータ２５の回転に伴い回動し、チャック部２４に装着した羽根車１を回動させることができる。
【００３０】
このようにチャック部２４は弾性を有する材料により形成したことで、羽根車１の種類が異なり、ワークボルト部４のボルトが六角形や八角形のように形状が相違しても、ボルトの外形寸法（最大径）が略同じであれば、これらの各種ワークボルト部を保持可能であり、ボルト形状を選ばないという利点がある。またチャック部は、機械的に締めつけて固定する方法ではないので、機械的バックラッシュが存在しない。羽根車１の各羽根を検査する場合、サーボモータ２５を所定の角度ごと回動させるステップ送りをして、各羽根毎に検査位置を調節することになる。このとき、ボルト頭（ワークボルト部４）を固定するチャック部にバックラッシュが存在すると、バックラッシュによって、微妙に位置がずれてしまう。これに対し、上記チャック部２４は、機械的バックラッシュがないので、羽根車１を高精度に位置決めすることができ、検査精度を向上させることができる。
【００３１】
また本発明の検査方法を自動化する場合等に、羽根車を取付ける際の位置決め方法及び位置決め精度は、検査の信頼性（精度）に重要な影響を与える。例えば、自動車用ターボチャージャの羽根車は、品種が多いため、羽根車の種類毎にチャッ部やホルダ部等のジグ部分を作成していたのでは、検査装置のコストが上昇してしまう。これに対し、上記のチャック部を用いることで、羽根車のワークボルト部の形状やサイズが多少異なっていても、チャック部を共通化して、検査装置の低コスト化を図ることができる。
【００３２】
図７は図１の支持部の説明図である。図７に示すように支持部２２は、前方（羽根車側）の先端が半球状の曲率を有する形状に形成されているホルダ部２６を備えている。ホルダ部２６の先端の半球部分の直径は、少なくとも羽根車１のシャフト保持部５の凹陥部の直径よりも大きく形成されている。ホルダ部２６の材質は、金属、硬質プラスチック等により形成されているのが、羽根車１にホルダ部２６を押圧した際に、ホルダ部自体が変形してしまう虞がなく、羽根車１の中心軸を良好に保持できる点から好ましい。
【００３３】
図７に示すように、支持部２２のホルダ部２６の後方は、ボールベアリング２７を介して支持杆２８に回動自在に取付けられている。更にホルダ２６の中心軸は、チャック部２４の回転軸の中心と同一になるように設置されている。また支持杆２８は回転しないように固定されている。支持杆２８の後方はエアシリンダ２９等に接続されていて、ホルダ部２６を前後方向に伸縮可能に形成されている。特に図示しないが、ワーク保持手段２０に羽根車１を設置する前は、支持部の支持杆２８はエアシリンダ２９側に縮んだ状態であり、羽根車１をチャック部２４に保持しても、ホルダ部２６がシャフト保持部５に当接しないようになっている。
【００３４】
羽根車１のワークボルト部４をチャック部２４に装着し、エアシリンダ２９を動かして支持杆２８を羽根車１側に移動させ、ホルダ部２６の先端を羽根車１のシャフト保持部５に押し付けて当接すると（図７参照）、図１に示すように、チャック部２４とホルダ２６との間に羽根車１を保持することができる。この場合、ホルダ２６は、その先端が曲率を有する半球部として形成されているので、支持杆２８をスライドさせてホルダ部２６を羽根車１のシャフト保持部５に押し付けるだけで、羽根車１の中心軸とホルダ部２６の中心軸を一致させることができる。そのため、ホルダ２６の中心軸と羽根車のシャフト保持部５の中心を一致させる位置合わせ作業が不要であり、羽根車１のワーク保持手段に対する装着を容易且つ短時間に行う事ができる。
【００３５】
ホルダ部２６は羽根車１に追従して回転可能である。ホルダ部２６は、ボールベアリング２７を介して支持杆２８に支持されているので、支持杆２８に対し独立して自由に回転する。サーボモータ２５を回転させると、チャック部２４を介して羽根車１が回転し、羽根車１の回転に追従してホルダ部２６が回動する。ホルダ部２６は、先端が半球状の曲率を有する形状に形成されているので、羽根車１のシャフト保持部５に当接した際に、ホルダ部２６の芯ずれが発生せず、高精度で羽根車の回転軸と一致した状態が保持される。
【００３６】
以下、上記の外観検査装置を用いて羽根車の湯境欠陥を見つけるための外観検査方法について説明する。図８は本発明外観検査方法の手順を示すフローチャートである。図８に示すように、本発明に係る外観検査方法は、まず、外観検査装置１０のワーク保持手段２０に羽根車１を設置して、ワークの設置を行う（Ｓ１００）。次いで、検査用カメラで撮像処理を行う（Ｓ２００）。そして撮像処理により得られた画像を処理してエッジ検出を行いエッジ間距離を算出する画像処理を行う（Ｓ３００）。そして画像処理により得られたエッジ間距離を、予め設定した閾値と比較して、欠陥の有無を判定する判定処理を行う（Ｓ４００）ものである。以下上記の各処理について説明する。
【００３７】
ワークの設置（Ｓ１００）は、図１に示すように、羽根車１のワークボルト部４をチャック部２４に装着する。次いでホルダ部２６を羽根車１のシャフト保持部５に押し当てて当接し、羽根車１の軸方向の両端部を固定する。サーボモータ２５を回転させて停止し、羽根車１を所定の位置に固定する。
【００３８】
撮像処理（Ｓ２００）は、羽根車１の撮像の前に、撮像した画像の背景が黒くなり、輝度が均一となるように、背景及び撮影手段３０の各カメラ３１〜３４の位置や、照明手段４０の位置や明るさ等を調節する。次いで、検査用カメラ３１〜３４で撮像する。撮像した画像データは画像処理演算装置６１に送信される。図１１はＣＣＤカメラにより撮像された羽根車の撮像画像を示すものである。撮像処理（Ｓ２００）で得られた画像は、図１１に示すように、白、黒及び白と黒の中間のグレーの部分を含む二次元画像である。図１１において、黒く表示されている部分が背景画像ＢＧであり、白とグレーで表示されている部分が羽根車の画像ＷＰである。
【００３９】
図９は画像処理の手順を示すフローチャートである。画像処理は図９に示すように、先ず、撮像した画像に対し、ガウシアンフィルタや、平均化フィルタ等を用いてノイズ除去処理を行う（Ｓ３１０）。羽根車１は、鋳造した後に、表面にショットブラスト処理を施している。そのため羽根車１の表面にショットむらが存在する場合がある。羽根車１の表面にショットむらが存在すると、撮影した画像において光沢が不均一に現れてノイズとなることがある。これに対し、ノイズ除去処理（Ｓ３１０）を行うことで、光沢をぼかして平均化して、不均一な輝度を平均化させる。このノイズ除去した画像を原画像として後の画像処理を行う。
【００４０】
次に、必要に応じパターンマッチング法を用いて位置補正処理（Ｓ３２０）を行う。位置補正処理（Ｓ３２０）は、予め羽根車の検査部位の特徴点を基準テンプレート画像としておいて、上記原画像とこのテンプレート画像との形状の相関性を算出する。原画像の図形がテンプレート画像の図形を回転した形状や、拡大縮小した形状である場合、相関性が高いと言える。相関性が高ければ、原画像とテンプレート画像との特徴点座標の差分を算出し、その差をずれ量として補正する。羽根車１の位置決め精度が良ければ、特にこの処理は必要ない。
【００４１】
羽根車の画像ＷＰは、図１１に示すように、一つの画像のフレームの中で、羽根車１の羽根の輪郭となる端部の部分が水平になるように画像中に配置するのが好ましい。また図示しないが、羽根車１の端部の部分が画像中で垂直になるように配置してもよい。このように羽根車の画像ＷＰが配置されていると、後のエッジ検出処置の際に、画素列を端部と平行に選択する際に、水平線又は垂直線上の画素列が選択されることになり、後処理を容易に行うことができる。なお、画像中の羽根の輪郭となる端部の部分が水平及び垂直以外の斜めとなる画像であっても、エッジの画素列から最小自乗法等により近似曲線を算出し、この近似曲線に対する垂線方向に検査領域を設定し、該垂線方向を画素を走査する方向として処理することができる。
【００４２】
次に、エッジ検出エリア設定処理（Ｓ３３０）では、図１１に示すように、原画像ＯＰにおいて、エッジ検出を行う範囲として、エッジ検出エリアＤＡを設定する。エッジ検出エリアＤＡは、羽根車１の検査を行いたい所望の端部の位置における所定の幅ＡＷを有し、少なくとも端部から内方へ所定の長さＡＬを有する領域として設定することができる。エッジ検出エリアは、羽根車１において湯境欠陥が発生し易い箇所を、予め設定しておくことができる。例えば、タービンホイールは羽根の先端部分は、厚みが薄くなっている。このような薄肉部分は欠陥が発生しやすい。エッジ検出エリアＤＡは、羽根車の羽根の輪郭となる端部を挟んで相対する羽根の外方と内方の羽根面を含む領域に設定することが好ましい。
【００４３】
原画像ＯＰ（ノイズ除去処理した画像も含む）では、白と黒以外の中間の輝度のグレーの領域が存在する。二値化処理（Ｓ３４０）では、上記原画像ＯＰに対し、予め定めておいた中間グレーの部分を、閾値を基準として、閾値より明るい部分が白に、閾値より暗い部分が黒になるように、原画像の中間の輝度の領域を白又は黒に変換して、白又は黒の二階調（二値）のみからなる二値化画像ＭＰを得る。得られた二値化画像ＭＰを、図１２に示す。図１２に示すように、二値化画像ＭＰが、背景ＢＧの部分が黒となり、羽根車の画像ＷＰの部分が全て白となり、湯境欠陥の欠損部分ＦＬ及び亀裂部分ＦＣは、全て黒く表示されている。
【００４４】
これは二値化処理の際の閾値の設定を適宜行うことで、上記の様に表示することができる。通常、羽根車を撮像した際、亀裂のような欠陥の部分は、光が乱反射するため、画像中に暗部として表示され易い。このように二値化した際に欠陥部分を黒くなるよう閾値を設定するのが、閾値の設定が容易であり好ましい。このように二値化画像ＭＰにおいて、羽根車の画像ＷＰは白で表示されるが、欠陥部分が存在すると、その欠陥部分は黒く表示されるので、欠陥であると明瞭に認識することができる。
【００４５】
図１３は上エッジ検出処理の説明図である。上エッジ検出処理（Ｓ３５０）は、図１３に示すように、エッジ検出エリアＤＡ内において、羽根車の端部から上方の背景画像ＢＧの部分であり、端部と平行であり、端部から所定距離離れた任意の横一列の画素列（Ｕ１）を選択する。そしてこの画素列Ｕ１の値が黒か白か（０又は１）を調べる。次いで、図中矢印Ｐで示すように、画素列Ｕ１から下部方向に向かって、所定の間隔でＵ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５・・・と各列毎にその画素列の値を順次調べる。その結果、画素列の値が黒から白（或いは白から黒）に反転するところ（図中ではＵ５）を上エッジＥＵと決定する。尚、エッジ検出処理（Ｓ３５０、Ｓ３６０）では、便宜的に、画像のフレーム中に表示される処理画像の上方、下方を、それぞれ上部方向、下部方向という。上エッジＥＵは羽根車１の端部の位置に該当する。尚、上エッジＥＵは本発明の第一のエッジに該当する。
【００４６】
図１４は下エッジ検出処理の説明図である。下エッジ検出処理（Ｓ３６０）は、図１４に示すように、エッジ検出エリアＤＡ内において羽根車の画像ＷＰの端部から下方の羽根車の画像ＷＰの部分であり、端部と平行であり、端部から所定距離離れた任意の横一列の画素列（Ｄ１）を選択する。そしてこの画素列Ｄ１の値を調べる。次いで、図中矢印Ｑで示すように画素列Ｄ１から上部方向に向かって、所定の間隔でＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５・・・のように各列毎に、その画素列の値を順次調べる。その結果、画素列の画素の中で白から黒（或いは黒から白）に反転する画素が存在する画素列（図中ではＤ５）を下エッジＥＤとする。すなわち、下エッジＥＤは、羽根の内側部における湯境欠陥の最先端となる部分を含む画素列のことである。尚、下エッジＥＤは本発明の第二のエッジに該当する。
【００４７】
羽根に湯境欠陥による亀裂等の欠陥が全くない場合には、下エッジＥＤ（第二のエッジ）は上エッジＥＵ（第一のエッジ）と同じ位置に認識されるので、理論的にはエッジ間距離はゼロとなるはずである。但し、識別の際の誤差等を考慮して、エッジ間距離の閾値は所定の値に決められる。
【００４８】
画素列の値を調べるための、画素列Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５・・・又はＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５・・・の間隔は、被検査体の大きさや、欠陥の検出精度等に応じて適宜決めることができる。
【００４９】
エッジ間算出処理（Ｓ３７０）は、上記上エッジ検出処理及び下エッジ検出処理で得られた上エッジＥＵ及び下エッジＥＤ間の距離Ｌｅ（図１４参照）を算出する。
【００５０】
図１０は判定処理のフローチャートである。判定処理（Ｓ４００）では、画像処理工程で算出されたエッジ間距離Ｌｅを予め設定されている閾値と比較する比較処理（Ｓ４１０）を行う。次いで、この比較処理（Ｓ４１０）の結果に基づいて、エッジ間距離Ｌｅが閾値よりも小さい場合は欠陥のない良品であると判定し、エッジ間距離Ｌｅが閾値よりも大きい場合には欠陥のある不良品として判定する、判定処理を行う（Ｓ４２０）。
【００５１】
この判定処理（Ｓ４２０）を行い、羽根車の外観検査は終了する。以上説明した処理は、羽根車の一枚の羽根の一箇所の検査の例である。羽根の枚数や検査箇所に応じて、上記の処理を繰り返す。他の箇所の検査は、検査用カメラ３１〜３４を移動させたり、羽根車を回転させる等して、撮像位置を調整することで、所定の位置を選択できる。例えば、他の羽根の検査を行う場合は、羽根車をサーボモータで回転させステップ送りして撮像を行う。
【００５２】
本発明外観検査方法では、羽根車の欠陥を検出するための画像処理方法として、上記のエッジ検出方法を用いた点に大きな特徴がある。エッジ検出方法は、一般的なパターンマッチングによる画像処理方法と比較して、湯境欠陥のような端部から内部に向かって発生する亀裂状の欠陥の検出に極めて優れている。すなわち検査用カメラで撮像した二次元画像において、湯境欠陥は細い線状に表示される。パターンマッチングによる画像処理では、通常、テンプレート画像と被検査体の画像の輪郭を対比する。輪郭形状が顕著に異なる場合は、対比して相違を検出するのは容易である。しかし、湯境欠陥の様な、画像の輪郭の相違が微少であり画像中に黒い線でしか現れない場合には、このような画像をテンプレートと対比しても、黒い線を高い精度で検出するのは極めて困難である。これに対し上記したように本発明において用いたエッジ検出方法によれば、画像中に黒い線として現れる欠陥を高精度で識別できる。
【００５３】
上記実施例のエッジ検出方法は、羽根車の画像の端部を間に挟んで相対する上エッジと下エッジからなる二つのエッジを検出するエッジ検出を行う方法について説明したが、本発明では羽根車の画像の上下のエッジ検出のみに限定されず、羽根車の画像の端部を間に挟んで相対する任意の二方向のエッジ検出を行い二つのエッジを用いる方法であればよい。具体的には、撮像した画像中で羽根車の画像の端部を垂直に配置し、エッジ検出を羽根車の画像の端部を間に挟んでこの端部と平行な垂直線として得られる右エッジと左エッジの二つのエッジを検出し、このエッジ間距離を算出するようにエッジ検出処理を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明外観検査装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は外観検査に用いられる羽根車の外観を示す斜視図であり、（ａ）は羽根車を軸方向の一方側から見た図であり、（ｂ）は羽根車の軸方向の他方側から見た図である。
【図３】外観検査装置の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図４】各検査用カメラにより撮像した画像を示し、（ａ）は上下面検査用カメラ３１による画像であり、（ｂ）は側面検査用カメラ３２による画像であり、（ｃ）は側面検査用カメラ３３による画像であり、（ｄ）は側面検査用カメラ３４による画像である。
【図５】図１のワーク保持手段のチャック部を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５のチャック部に羽根車のワークボルト部を装着した状態を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図１の支持部の説明図である。
【図８】本発明外観検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】画像処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】ＣＣＤカメラにより撮像された羽根車の撮像画像を示すものである。
【図１２】図１１の画像を二値化した画像を示すものである。
【図１３】上エッジ検出処理の説明図である。
【図１４】下エッジ検出処理の説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  羽根車
２   軸部材
３   ねじれ羽根
４   ワークボルト部
５  シャフト保持部
１０   外観検査装置
２０   ワーク保持手段
２１   回動機構部
２２   支持部
２４   チャック部
２５   サーボモータ
２６   ホルダ部 
３０   撮像手段
３１   上下面検査用カメラ
３２   側面検査用カメラ
３３   側面検査用カメラ
３４   側面検査用カメラ
４０   照明手段
５０   ワーク検知センサ
６０   制御装置
６１   画像処理演算装置
６２  機構部制御装置
【図１】
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【図３】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【図４】
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【図１１】
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