JP2013522599A - ボア検査システムおよび、これを用いた検査方法 - Google Patents

Abstract

構成部品であるボアの境界をなす内面（１２）を検査する撮像装置（１０）を、内面検査方法とともに提供する。本システムはレーザ光（２２）を発するように構成されたレーザ光源を含む。さらに、カメラ（１８）は、内面からのレーザ光の反射を撮像するように構成されている。少なくとも、第1の鏡（２０）がボア内に配置されている。レーザ光源は、第１の鏡へ入射するレーザ光を、レーザ光源から直接に、中心軸に対して実質的に平行に発するように構成されており、カメラは、内面からのレーザ光の反射を捉えるように配置されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年３月９日に提出され、その全体が引用によりこの明細書中に援用される米国仮出願連続番号第６１／３１１８０５号に対する優先権の利益を主張するものである。

発明の背景
１．技術分野
本発明は、概して表面の検査システムおよび表面の検査方法に関し、より特定的には、ボアを検査するための検査システムおよび検査方法に関する。

２．関連技術
環状の内面を備える製造部品、例えば、シール、ガスケット、ピストンのような車両部品は、一般的に、内面が所定の仕様を満たす事を保障するために、製造中に検査される。既知の検査システムおよび検査方法としては、製造中に部品と物理的に接触する測定システム、例えば、表面形状測定装置がある。これらのシステムは、スタライスと部品の接触面との間の相対運動を介してデータを取得する。この種類の検査システムは、正確な結果を提供することが可能であるが、この種類の検査システムは、検査表面に損傷を生じさせる可能性があり、また、一般的に、検査結果が得られるのは、検査表面の狭い部分に限られ、さらに、検査結果を得るのに非常に時間がかかる可能性がある。損傷した検査表面に加えて、既知の検査システムは、一般的に、比較的に狭い範囲を検査することに制限され、それゆえに、多くの場合、検査部品の表面全体を検査することができない。さらに、既知のボア検査システムは、一般的に複雑であり、多数の装置を互いに対して個々に方向付ける必要があるため、検査部品の異なる構成毎に、多大な設定時間を要する。そのため、既知のボア検査システムは、一般的に使用するために時間を費やし、それゆえに、運用するのに費用がかかる。

発明の概要
構成要素のボアの境界をなす内面を検査するための撮像システムを提供する。本システムはレーザ光を発するように構成されたレーザ光源を備える。さらに、カメラは、内面からのレーザ光の反射を撮像するように構成されている。少なくとも１つの鏡がボア内部に配置される。レーザ光源は、第１の鏡へ入射するレーザ光を、レーザ光源から直接に、中心軸に対して実質的に平行に、発するように構成されており、そして、カメラは、内面からのレーザ光の反射を捉えるように配置される。

本発明の別の局面によれば、本システムは、シールのボア表面に接するように構成された外面と、そこで鏡を受けるように構成された内面と、を有する光透過性のチューブを備える。

本発明の別の局面によれば、本システムは、シールのボアの内部に配置された第２の鏡を備える。第１の鏡は、入射するレーザ光がシールのボア表面に反射させるように構成されており、一方、第２の鏡は、シールのボア表面の画像をカメラへ反射させるように構成されている。

本発明の別の局面によれば、部品のボア表面を検査する方法が提供される。本方法は、ボア内に少なくとも１つの鏡を配置することを備える。さらに、レーザ光をボアの中心軸に対して実質的に平行に方向付けることと、レーザ光を第１の鏡から内面に向けて反射させ、当該少なくとも１つの鏡へ戻ってくるように反射させることと、を備える。さらに、少なくとも１つの鏡に戻ってくるように反射されたレーザ光による内面の画像をカメラで撮像することを備える。

本発明の別の局面によれば、本方法は、ガラスチューブをボア表面に隣接するように配置することと、ガラスチューブのボア内に少なくとも１つの鏡を配置することと、をさらに備える。

本発明の別の局面によれば、本方法は、検査されているボア内部に、別の鏡を配置することと、入射するレーザ光を一方の鏡からボアに反射させることと、他方の鏡からカメラに向けて、回帰レーザ光を反射させることと、をさらに備える。

本発明のさらに別の局面によれば、本方法は、発せられたレーザ光とカメラに向かう反射光とが互いに対して実質的に平行に伝わることを可能にするように、ボア内部において鏡を互いに対して合成角で方向付けることをさらに備える。

ボア検査システムおよびこれを用いた検査方法の、これらのおよび他の局面、特徴および利点は、現在望ましい実施態様とベストモードについての以下の詳細な説明と、添付の特許請求の範囲と、添付の図面と、に関連して考慮されると、より容易に理解されるであろう。

発明の一局面に従って構成された、ボア検査システムの斜視図である。 発明の別の局面に従って構成された、ボア検査システムの斜視図である。 内部に透明なチューブが配置されたシールを内部に備えた、ボア検査システムのハウジングを示す概略正面図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
より詳細に図面を参照すると、図１が示すボア検査システムは、今後システム１０と称され、シール１４のボアの境界をなす内面１２を検査するように、本発明の一局面に従って構成されているが、ボアの境界をなす内面を有する任意の構成要素は、システム１０により検査されることで利益を得る可能性がある。システム１０は、レーザ発光装置１６とも称されるレーザ光源と、たとえばカメラ１８などのような撮像装置と、少なくとも１つの第１の鏡２０とを備える。レーザ発光装置１６は、（垂直または実質的に垂直な平面Ｐ１上に扇形に広がった）扇形のレーザ光２２の形で、レーザ光を送るように向けられており、レーザ光は、シール１４の水平な中心軸２４に平行または実質的に平行であり、シール１４のボア内において、内面１２と径方向に揃えて位置付けられている第１の鏡２０に入射する。扇形のレーザ光２２は、ボア１２の幅方向に広がる、目標とするシール表面２６へ、鏡２０から垂直に反射され、レーザビーム２２は、内面１２の全幅方向に広がる入射ラインとして、表面２６に反射され、当該ラインは、鏡２０に戻るように反射され、カメラ１８へと反射され、そして追加の鏡によって反射させなくても、直接および十分にカメラ１８により撮像される。このため、１つまたは複数の鏡だけが、シール１４の内面１２と径方向に揃えて、ボア内に配置される。シールのボア内面１２の表面２６全体の撮像を容易にするために、シール１４は、鏡２０が固定されたまま、シールの中心軸２４を中心に回転することができ、その回転は、操作可能にシール１４に固定された回転盤２８により容易になる。

図１に説明されている実施形態において、シール１４は、ハウジング３２とも称されるキャリアのボア３０に固定されて取り付けられている。ハウジング３２は、検査進行中に、ハウジング３２とシール１４とが回転盤２８と連動して、所望の通りに、選択された回転速度で回転するように、回転盤２８に固定されている。様々な直径および幅を有する構成要素の固定を容易にするために、望まれる通りの、任意の適切な直径および幅を有するハウジング３２のボア３０を設けることができることを認識するべきである。

レーザ発光装置１６，カメラ１８，および鏡２０は、全て互いに対して固定され、ここでは、共通な台３４に固定されているものとして示されている。レーザ発光装置１６およびカメラ１８は、それぞれの摺動レール３６，３８に沿って、調整可能であるとして示されている。台３４は、概して水平な平面に沿って延びており、そしてシール１４のボア内において、隙間に収まるような大きさにされた、狭い幅部分４０を有する。狭い幅部分４０は、ボア内部に配置されると、ボアの境界をなす内面１２に干渉せず、またそうでなければ接触せず、この場合、鏡２０は、狭い幅部分４０に固定されており、また内面１２に干渉もせず、またそうでなければ接触もしない。単一の物質で形成されていることは、レーザ発光装置１６とカメラ１８と鏡２０とを互いに対して方向付けてそれぞれの固定された所望の位置に確実に配置することを容易にするが、もちろん、台３４は単一の頑丈な材料で提供される必要がないことを認識されるべきである。

図３の概略図で示されているように、本発明の別の局面によれば、システム１０は、シールのボア内面１２と境を接するように構成された外面４６と、隙間嵌めで鏡２０を受けるように構成された内面４８と、を有する透明な円筒形のチューブ４４を含み得る。外面４６は、シール１４のためのシャフト寸法に似たような大きさに作られており、それゆえに、カメラ１８により得られる画像により、実際の使用時に、シールの表面２６と作動しているシャフトの表面との間に現れる接触面や、もし応用されて用いられるならば、摩耗スレーブに関する見通しが得られる。

透明または実質的に透明なガラスまたはポリマー材料などの光透過物質から形成されるチューブ４４により、レーザ光２２は、チューブ４４の壁の厚さを通過することができ、カメラ１８に、明瞭で正確なシール表面２６の画像を作り出す能力をもたらす。

図１の実施例において、カメラ１８は、円周方向または径方向にオフセットされ、シール１４の水平な中心軸２４に対して、斜めに傾いた軸４２に沿って焦点が合わせられている。そのため、シール本体の幅が、第１の鏡２０とカメラ１８のレンズとの間の視野経路を妨害しない限り、平面Ｐ１に沿って、垂直に、扇形に広がるレーザ光により、カメラ１８は、追加の鏡の補助なしに、第１の鏡の平らな反射面２０から、直接的に内面１２に入射したレーザ光２２の入射ラインの全反射を捉えることができる。第１の鏡２０は、レーザ光２２に対して垂直方向に伸びている単一の水平な軸ＨＡを中心として、水平な平面から水平な中心軸２４から４５度傾けられており、それゆえに、レーザ光２２は、概ね９０度上方へ、内面１２に向かうラインとして反射される。もし、ボアの内面１２の幅が、シール１４の本体に、第１の鏡２０からの入射光のラインを全て見ることを少なくとも部分的に干渉させることを引き起こすのに十分な幅であるなら、図２に示し以下に説明するように、複数の鏡は、シールのボアの内部で、統合することができる。

図２において、システム１１０が例示されており、そこでは、上記と同様の参照番号に１００を足したものを用いて、同様の特徴を識別する。前述のシステム１０とは対照的に、システム１１０は、検査される内面１１２と、径方向に並んでボア内に配置された一組の鏡１２０，１２０′を組み込んでおり、このため、前述の内面１２の幅と比較して、中心軸１２４に沿って伸びている広い幅を有するボア１１２の検査および撮像が容易となる。システム１１０は、上述したのと同様に、ボアの内面１１２の表面１２６の全幅を撮像することを可能にするよう機能するが、撮像することができるボア１１２の幅に制限は課されない。これは、１つには、複数の鏡１２０，１２０′を使用することおよび方向付けることと、さらに、シール１１４の中心軸１２４に対して、レーザ発光装置１１６とカメラ１１８とを方向付けることと、に起因している。

当該複数の鏡のうちの一つは、第１の鏡１２０とも称され、上述と同じように方向付けられており、それゆえに、レーザ光１２２に垂直な方向に伸びている水平な軸ＨＡを中心として中心軸１２４に対して約４５度傾けられている。しかしながら、前述の実施例と異なり、第１の鏡１２０は、入射レーザ光１２２を反射させるような大きさであるが、シール表面１２６から反射したレーザ光１２２の入射ラインの反射を回避するのに十分なほど狭くなっている。そのため、第２の鏡１２０′とも称される他方の鏡は、シール表面１２６から反射された反射レーザ光１２２′を反射させるように位置づけられ、寸法決めされている。広い奥行きまたは幅のボアの検査を容易にするために、第２の鏡１２０′は、第１の鏡１２０の平らな反射面に対して、合成角で方向付けられている平らな反射面を有しており、それゆえに、第１の鏡１２０および第２の鏡１２０′の平らな反射面は、互いに平行でない。合成角は、第２の鏡１２０′を、中心軸１２４に対して、第１の鏡と同じ４５度の角度で第１の平面のみに広がるように方向付けることで形成される。それゆえに、第２の鏡１２０′は、まず第１の鏡１２０と同様に、水平な軸ＨＡを中心として、中心軸１２４に対して４５度傾けられている。そして、第２の鏡１２０′は、垂直な軸ＶＡを中心としても回転する。垂直な軸ＶＡに対する第２の鏡１２０′の回転は、中心軸１２４に平行な、または実質的に平行な軸１４２に沿ったカメラ１１８によって、反射レーザ光１２２′を完全に撮像するのに十分な角度を超えてなされる。したがって、入射光１２２およびレーザ光の反射ライン光１２２′は、互いに平行に、または実質的に平行に伝わる。それゆえに、カメラ１１８は、前述の実施例のように、中心軸１２４に対して傾いた関係で方向付けられるのではなく、レーザ発光装置１１６と概ね平行の関係にあるように、同じ方向に向くように方向付けられる。

上記で述べられ、図示された、システム１０，１１０を使用したボアを検査する一方法によれば、その方法は、検査される内面１２，１１２のボア内に、少なくとも１つの鏡２０，１２０，１２０′を配置することを含む。そして、レーザ光２２，１２２を、少なくとも１つの鏡２２，１２２′からボア表面２０，１２０に反射させることを含む。さらに、少なくとも１つの鏡２０，１２０′からの反射レーザ光２２，１２２′を、カメラ１８，１１８を用いて、ボア１２，１１２内に配置される鏡２０，１２０′から下流にある追加の鏡の補助なしに、撮像することを含む。ボア１１２内の複数の鏡１２０，１２０′を使用するとき、当該方法は、シールのボアの内面１１２内で、鏡１２０，１２０′を互いに合成角で方向付けることと、入射光１２２および反射光１２２′を実質的に平行な軸１２４，１４２に沿って伝えることと、をさらに含む。

当該方法は、ボア表面２６，１２６に隣接するようにガラスチューブ４４を配置することと、ガラスチューブ４４のボア内部に少なくとも１つの鏡２０，１２０，１２０′を配置することと、を含む。

本発明の多くの変更例および変形例は、上記教示と照らして、言うまでもなく可能である。それゆえに、本発明は、添付された特許請求の範囲内で、具体的に説明された以外にも実施され得ることを理解されるべきである。

Claims (17)

1. 構成要素であるボアの境界をなす内面を検査する撮像装置であって、
   レーザ光を発するように構成されたレーザ光源と、
   前記内面からの前記レーザ光の反射を撮像するように構成されたカメラと、
   前記ボア内に配置された第１の鏡とを備え、
   前記レーザ光源は、前記第１の鏡へ入射する前記レーザ光を、前記レーザ光源から直接に、前記中心軸に対して実質的に平行に、発するように構成されており、前記カメラは、前記内面からの前記レーザ光の反射を捉えるように構成されている、撮像装置。
2. 前記第１の鏡は、前記ボアの中心軸に対して４５度傾けられた平らな反射面を有する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ボアに配置された第２の鏡をさらに備え、
   前記第２の鏡は、平らな反射面を有する、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１および第２の鏡の前記平らな反射面は、平行でない、請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の鏡の前記平らな反射面は、第１の平面に沿って、前記中心軸に対して４５度傾けられている、請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記第２の鏡の前記平らな反射面は、前記中心軸に対して、合成角で方向付けされる、請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記第２の鏡の前記反射面は、前記中心軸に対して実質的に平行な軌道に沿って前記レーザ光を前記カメラへ反射させるように向けられている、請求項３に記載の撮像装置。
8. 前記構成要素に固定されたキャリアをさらに備え、前記キャリアは、前記中心軸を中心として回転するよう構成されている、請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記カメラは、中心軸に対して傾けられた軌道に沿って、焦点を合わせられている、請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記カメラは、前記第１の鏡からのレーザ光の反射を直接捉える、請求項１に記載の撮像装置。
11. 部品であるボアの境界をなす内面を検査する方法であって、
    前記ボア内に少なくとも一つの鏡を配置することと、
    レーザ光を前記ボアの中心軸に対して実質的に平行に方向付けて、前記レーザ光を前記第１の鏡から前記内面へ反射させ、前記少なくとも１つの鏡へ戻ってくるように反射させることと、
    前記少なくとも１つの鏡に戻ってくるように反射された前記レーザ光による前記内面の画像をカメラで撮像することとを含む、検査方法。
12. 前記画像を撮像している間に、前記中心軸を中心として前記部品を回転させることをさらに含む、請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記カメラの視野角を前記中心軸に対して傾けて方向付けることをさらに含む、請求項１１に記載の検査方法。
14. 前記ボア内部に一組の鏡を配置することをさらに含み、前記一組の鏡の第１の鏡は、前記レーザから直接前記第１の鏡に入射するように構成され、前記一組の鏡の第２の鏡は、前記レーザ光を前記内面から前記カメラに反射するように構成される、請求項１１に記載の検査方法。
15. 前記第２の鏡の平らな反射面を、前記中心軸に対して合成角で方向付けることをさらに含む、請求項１４に記載の検査方法。
16. 前記一組の鏡の前記平らな反射面を、互いに平行でないように方向付けることをさらに含む、請求項１４に記載の検査方法。
17. 前記中心軸に対して実質的に平行な軌道に沿って、前記レーザ光をカメラへ反射し返すように、前記第２の鏡を向けることをさらに含む、請求項１４に記載の検査方法。

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