JP2011002439A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管状の貫通穴、有底穴の被検査物の内周囲面、及び周囲の被検査物の外観検査を容易に行うことができる検査装置を提供することを課題としている。
【解決手段１】管状の貫通穴、有底穴の被検査物（２）の内周囲面（２ａ）または周囲の被検査物に光を照射する照射手段（４）と、照射された光を、内周囲面（２ａ）または周囲に反射拡散する反射拡散手段（６）と、内周囲面または周囲を撮像する撮像手段（７）を備え、
該撮像手段（７）の魚眼レンズまたは広角レンズ（９）同軸上前方に該反射拡散手段（６）を配置した構成とし、該撮像手段（７）により検査を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は貫通穴、有底穴の被検査物の内周囲面、及び周囲の被検査物を検査する装置に関する。

従来、管状の被検査物内周囲面の検査及び測定は、内周面全周に亘ってリング光や収束光を照射する照射手段と内周囲面を撮像する撮像手段により内周囲面の検査、測定を行う計測装置が公知となっている。
特開平５−１４９８８４ 特公平７−３３９９６

一方、管状貫通穴の被検査物内周囲面の検査は、撮像手段と照明手段を被検査物内に挿入せず外部より内周囲面を斜照明と斜視の撮像情報に基づき検査している。
特開２０００−３５３２２

一方、管状貫通穴の被検査物内周囲面の検査は、撮像手段と照射手段を同軸上に配置し、撮像手段、照射手段に対向して円錐ミラーを配置し、円錐部の内周囲面鏡像を撮像し撮像情報に基づき検査している。
特開２００４−２０５２１８

上記特許文献１において、撮像手段前方に配置された照射手段がある事により、有底穴の場合は照射手段より奥側の内周面検査、測定が不可能である。また構造上、小径管状の内周囲面検査及び測定が容易ではなく検査範囲も狭い。

上記特許文献２において、照射手段前方に配置された撮像手段がある事により、有底穴の場合は撮像手段より奥側の内周面検査及び測定が不可能である。また構造上、小径管状の内周囲面の検査、測定が容易では無く検査範囲も狭い。

上記特許文献３において、被検査物が有底穴の場合、撮像手段前方に照射手段があることにより照射手段より奥の検査が不可能である。

上記特許文献４において、被検査物が貫通穴での検査手段であるが、円錐ミラーを使用すると、円錐ミラー頂点近傍は検査面が縮小されるため、詳細な面情報を得ることが困難である。

本発明は貫通穴、有底穴に関わらず内周囲面の状態、または周囲の状態を容易に、かつ短時間で外観検査と測定検査のできる検査装置、及び方法を、低コストで提供することを目的とする。

上記目的を解決するための本発明の検査装置は、第一の態様として、図１に示すように被検査物２の内周囲面２ａの外観検査と測定検査の検査装置であって、内周囲面２ａまたは周囲に亘って光を照射する照射手段４と、
該照射手段４によって照射された光を、前記内周囲面２ａまたは周囲に、撮像手段７の中心軸方向より照射４ａされるように反射拡散する反射拡散手段６と
内周囲面、または周囲の情報Ｒを撮像する撮像手段７を備え、
該撮像手段７による撮像情報に基づき、被検査物の外観検査と測定検査を行う検査装置において、
該撮像手段７の魚眼レンズ、または広角レンズ９の同軸上前方に反射拡散手段６を配置したことを特徴としている。

上記本発明の第２の態様として、図２に示すように被検査物２の内周囲面２ａの外観検査と測定検査、または周囲の被検査物の外観検査と測定検査の検査装置であって、
内周囲面２ａまたは周囲に亘って光を照射する照射手段１０と、
該照射手段１０によって照射された光を、前記内周囲面２ａまたは周囲に撮像手段７の中心軸方向より照射されるように反射拡散する反射拡散手段２８と、
内周囲面または周囲の情報Ｒを撮像する撮像手段７を備え、
該撮像手段７による撮像情報に基づき被検査物の外観検査と測定検査を行う検査装置において、
該撮像手段７の魚眼レンズ、または広角レンズ９の同軸上前方に照射手段１０と反射拡散手段２８を配置したことを特徴としている。

上記本発明の第３の態様として、図３に示すように被検査物２の内周囲面２ａ、または周囲の外観検査と測定検査の検査装置であって、内周囲面２ａまたは周囲に亘って光を照射する照射手段４と、
該照射手段４によって照射された光を前記内周囲面２ａ、または周囲に撮像手段７の中心軸方向より照射４ａされるように反射拡散する反射拡散手段と、
該反射拡散手段１４の内部に、レーザー発振装置１２から平行にコリメートされたレーザー光をコーンレンズ平端部中心に照射することで、コーンレンズの円錐部より該レーザー光を円錐状に広げ、線状のリング光Ｌを形成し投影するリング光形成装置付き反射拡散手段１４と、
内周囲面または周囲の情報Ｒ、Ｌａを撮像する撮像手段７を備え、
該撮像手段７による撮像情報に基づき、被検査物の外観検査と測定検査を行う検査装置において、
撮像手段７の魚眼レンズまたは広角レンズ９の同軸上前方に該リング光形成装置付き反射拡散手段１４を配置したことを特徴としている。

上記本発明の第４の態様として、図４に示すように被検査物２の内周囲面２ａまたは周囲の外観検査と測定検査の検査装置であって、内周囲面２ａまたは周囲に亘って光を照射する照射手段１５と、
レーザー発振装置１７と、
レーザーラインジェネレーターレンズ１６を１組または２組備え、
該レーザーラインジェネレーターレンズ１６の頂中心に該レーザー発振装置１７から平行にコリメートされたレーザー光を照射することで、扇状に広がるレーザーラインＹを形成し、内周囲面に投影する装置を備えた旋回アーム計測手段１８を、
撮像手段７の魚眼レンズまたは広角レンズ９を回転中心軸２１とする旋回軸２２に該旋回アーム計測手段を配置した構成としている。
該照射手段１５によって得られた内周囲面、または周囲の情報と、
該レーザーラインＹによって得られた情報Ｙａを撮像する撮像手段７による情報に基づき、被検査物の検査を行う検査装置において、
該撮像手段７の魚眼レンズまたは広角レンズ９の同軸上に、該同軸を旋回中心とする旋回アーム計測手段１８を配置したことを特徴としている。

以上のように構成される本発明によると、撮像手段に魚眼レンズまたは広角レンズを使用し、レンズ中心軸上に照射された光の反射拡散手段があることにより、内周囲の中心方向より光が照射されるため、多くの光情報が撮像手段によって直接撮像することができる。

これにより撮像手段は、円錐ミラーを使用した場合の縮小撮像情報でないため、高精度で検査を行うことができる。

撮像手段に魚眼レンズまたは広角レンズを使用したことにより、焦点深度が深く広い範囲を一度に検査することが可能であり検査時間の短縮になる。

撮像手段に使用した焦点深度の深い魚眼レンズまたは広角レンズの中心軸上に照射された光の反射拡散手段を配置したことにより、有底穴の場合も最深部まで検査が可能である。

撮像手段に使用した焦点深度の深い魚眼レンズまたは広角レンズを使用したことにより、レンズ中央部にレーザー装置などの設置が可能になり、小型装置による周囲の外観検査と測定検査が可能である。

図１は、本発明の検査装置の概要を示す断面図である。図１に示されるように、本装置は被測定物２内に挿入され、本実施形態においては被検査物の内周囲面の検査を行うことができる。

本検査装置は撮像手段７を内蔵する本体軸５と、撮像手段７を連結するカメラナット８と、それを固定する固定ナット８ａで撮像手段７を固定し、また固定ナット８ａはレンズホルダー３を連結し固定ナット３ａによりレンズホルダー３を固定しレンズ部を構成している。
レンズホルダー３には魚眼レンズまたは広角レンズ９を備え、レンズホルダー３の外周に照射手段４を配置し、魚眼レンズまたは広角レンズ９の中心軸前方に、照射手段４より照射された光を反射拡散する反射拡散手段６が固定されている。

なお撮像手段７はデジタルカメラを使用し、レンズは魚眼レンズまたは広角レンズ９を使用している。

前記反射拡散手段６は魚眼レンズ、または広角レンズ９中心軸方向から照射手段４の光が反射拡散４ａされ周囲に行き亘るように配置されていることにより、反射拡散手段６より奥側の検査が可能である。

図２は本発明の本実施形態において、比較的小径の内周囲面の検査に使用する態様の断面図である。
図１の撮像手段とレンズ部は同じ構成としており、魚眼レンズまたは広角レンズ９の中心軸上に、反射拡散手段２８に照明手段１０を配置して固定したことにより、装置の外径寸法を小さくすることが可能であり、小径または小周囲の被検査物内に挿入しての検査が可能である。

図３は本発明の内周囲面と周囲の形状や寸法の検査、または中心軸上と直行する前方の面検査に使用する態様の断面図である。
図１の撮像手段とレンズ部と照明手段は同じ構成としており、魚眼レンズまたは広角レンズ９の中心軸上に配置した反射拡散手段１４内部にリング光形成装置１１を内蔵し周囲面に線状のリング光Ｌを投影することで、内周囲面の検査と周囲の形状や寸法の検査、中心軸上と直行する前方の面検査が可能である。

前記リング光形成装置１１はレーザー発振装置１２とコーンレンズ１３と筒体のリング光形成装置本体１１によって構成されている。コーンレンズ１３の一端側は円錐状であり、他端部が平面の端面をなしている。
レーザー発振装置１２は内部でコリメートされ平行なレーザー光が中心より照射される。
該レーザー光はコーンレンズ１３の平端面側中心より照射され円錐部頂点を通るように筒体のリング光形成装置本体１１に収容され一体となしている。

筒体のリング光形成装置本体１１は、コーンレンズ側が開口しておりコーンレンズの円錐部が突出ている。レーザー発振装置１２からコーンレンズ１３平面端面にレーザー光が照射され円錐部頂点より円錐状に広がる線状のリング光Ｌが投影される。
レーザー発振装置１１はユニット化され反射拡散手段内に配置されリング光形成装置付き反射拡散手段１４としている。

なおリング光形成装置１１は筒体にレーザー発振装置１２とコーンレンズ１３を収納し構成されているため、レーザー光軸とコーンレンズ中心軸が容易に一致させることができ、ユニットの形成は容易である。リング光形成装置１１をユニット化することでレーザー光軸とコーンレンズ中心軸を一致させる等の調整を行う必要がない。

前記リング光形成装置付き反射拡散手段１４を、魚眼レンズまたは広角レンズ９の中心軸上に固定することにより、容易に被検査物の内周囲面、または前方の面にリング光を投影できる。
リング光形成装置付き反射拡散手段１４から投影されたリング光Ｌは被検査物２の内周囲面２ａに線状のリング光を投影しＬａの情報として撮像手段７へ提供される。

つまりリング光Ｌを周囲面に投影しＬａの情報が正常なサイズや形状と比較することで周囲面の検査ができる。

図４は本発明の内周囲面または周囲の外観と３次元検査に使用する態様の断面図である。
本検査装置は本体軸２１に撮像手段７を内蔵しており、
撮像手段７と本体軸２１はカメラナット８と固定ナット８ａで固定されている。
固定ナット８ａにはレンズホルダー３が連結され固定ナット３ａにより固定されて撮像部を構成しており、レンズホルダー３には魚眼レンズまたは広角レンズ９が配置されている。

前記本体軸２１を中心軸として回転機能を備えた旋回軸２２が配置され、該旋回軸には旋回用駆動プーリー２３を備えている。旋回はモーター駆動軸２０よりタイミングベルト１９を介し伝達される。

前記旋回軸２２は旋回アーム１８を備え照明手段１５とレーザー発振装置１７とレーザーラインジェネレーターレンズ１６が配置され、角度調整機構を備えた旋回アーム計測手段１８としている。

該旋回アーム計測手段１８の角度調整機構には、筒状の穴にレーザー発振装置１７とレーザーラインジェネレーターレンズ１６が収容されている。前記レーザーラインジェネレーターレンズ１６は一端側が円筒形レンズ直径を頂とする２面の角度で形成され、他端面側が平面の端面をなしている。
レーザー発振装置１７とレーザーラインジェネレーターレンズ１６は、レーザーラインジェネレーターレンズ１６の直径を頂とする中心軸線とレーザー光の照射軸線が一致し、レーザー光が照射されるように角度調整機構へ収容されている。
該レーザーラインジェネレーターレンズ１６の頂中心に照射されたレーザー光は、レーザーラインジェネレーターレンズ１６の平端面側より扇状に広がるレーザーラインＹを形成し投影される。

図５は前記角度調整機構Ａ−Ａの断面図であるが、図５に示されるようにレーザー発振装置１７とレーザーラインジェネレーターレンズ１６が２組配置されており、該レーザー発振装置１７から該レーザーラインジェネレーターレンズ１６を介し照射されるレーザーラインＹは、周囲面方向へ投影され、互いのレーザーライン軸はある角度で交差するように設定されている。

計測は旋回アーム計測手段１８を、該本体軸２１を中心軸とし旋回し、または被測定物を回転して行うが、該レーザー発振装置１７と該レーザーラインジェネレーターレンズ１６は片側の１組でも計測は可能である。
１組の場合、レーザーラインＹはある角度に設定されているため周囲面に大きい突起物を有する場合、突起物の片側はレーザーラインが投影されず高さ情報が得られない。
周囲面に大きい突起物を有する場合は、該レーザー発振装置１７と該ラインジェネレータレンズ１６を２組配置し、投影されるレーザーラインＹは互いに交差する角度をなしており、互いのレーザーラインが投影されない部分を補って計測を行う。
なお周囲面の突起物高さ、距離計測の演算手段は光切断方式などで行うが、演算手段は従来公知であるため、詳細な説明は割愛する。

つまり旋回アーム計測手段を旋回、または被検査物を回転することにより、周囲面の外観検査と３次元検査を行うことができる。

検査装置の第一態様の概要を示す側断面図である。 検査装置の第二態様の概要を示す側断面図である。 検査装置の第三態様の概要を示す側断面図である。 検査装置の第四態様の概要を示す側断面図である。 図４のＡ−Ａ線上の断面図である。

２ ： 被検査物
３ ： レンズホルダー
３ａ ： 固定ナット
４ ： 照明手段
５ ： 本体軸
６ ： 反射拡散手段
７ ： 撮像手段
８ ： カメラナット
８ａ ： 固定ナット
９ ： 魚眼レンズまたは広角レンズ
１０ ： 照明手段
１１ ： リング光形成装置
１２ ： レーザー発振装置
１３ ： コーンレンズ
１４ ： リング光形成装置付き反射拡散手段
１５ ： 照明手段
１６ ： レーザーラインジェネレーターレンズ
１７ ： レーザー発振装置
１８ ： 旋回アーム計測手段
１９ ： タイミングベルト
２０ ： モーター駆動軸
２１ ： 本体軸
２２ ： 旋回軸
２３ ： 旋回用駆動プーリー
２８ ： 反射拡散手段

Claims (5)

1. 管状の貫通穴、有底穴の被検査物の内周囲面、または周囲の被検査物に亘って光を照射する照射手段と、
   該照射手段によって照射された光を前記内周囲面、または周囲に亘って反射拡散する反射拡散手段と、
   前記内周囲面、または周囲を撮像する撮像手段を備え、
   該撮像手段による撮像情報に基づき被検査物の内周囲面、または周囲の被検査物の外観検査と測定検査を行う検査装置において、
   前記撮像手段の魚眼レンズ、または広角レンズ同軸上前方に、該反射拡散手段を配置した検査装置。
2. 管状の貫通穴、有底穴の被検査物の内周囲面、または周囲の被検査物に亘って光を照射する照射手段と、
   該照射手段によって光を照射された内周囲面を撮像する撮像手段と、
   該照射手段によって照射された光を前記内周囲面、または周囲の被検査物に亘って反射拡散する反射拡散手段を備え、
   該撮像手段による撮像情報に基づき、被検査物の内周囲面、または周囲の被検査物の外観検査と測定検査を行う検査装置において、
   撮像手段の魚眼レンズ、または広角レンズ同軸上前方に、該照射手段と該反射拡散手段を配置した検査装置。
3. 前記請求項１の検査装置において、該反射拡散手段の内部に、レーザー発振装置とコーンレンズを備え、
   該コーンレンズの底面中心に該レーザー発振装置から平行にコリメートされたレーザー光を照射することで、該コーンレンズの円錐部より該レーザー光を円錐状に広げ、線状のリング光を形成し周囲面に投影する装置を内蔵したリング光形成装置付き反射拡散手段を、撮像手段の魚眼レンズ、または広角レンズ同軸上の前方に配置した検査装置。
4. 管状の貫通穴、有底穴の被検査物の内周囲面、または周囲の被検査物を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段の魚眼レンズ、または広角レンズの中心軸を中心として回転する旋回アーム計測手段に、光の照射手段と、扇状のライン光を投影する装置のレーザー発振装置と、レーザーラインジェネレーターレンズを備えた検査装置において、
   該撮像手段の魚眼レンズ、または広角レンズの中心軸を中心として回転する、旋回アーム計測手段を配置した検査装置。
5. 照射手段、反射拡散手段、反射手段、レーザー手段、音波手段、受信手段、回転または旋回手段を、魚眼レンズまたは広角レンズの同軸上に配置した測定装置及び検査装置。

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