JP3124221B2 - ヘッドシリンダの閉塞検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのヘッド
シリンダの冷却水路及び吸排気路の各内部の閉塞有無を
検査するヘッドシリンダの閉塞検査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】水冷式エンジンは、シリンダブロック及
びヘッドシリンダに燃焼室部の冷却水路（ウォータジャ
ケット）を有し、この部分に冷却水を循環供給してエン
ジンの焼き付きを防止しており、図７（ａ）（ｂ）
（ｃ）にそれぞれヘッドシリンダ（１）の一例の吸気側
の側面図、下面図及び排気側の側面図をそれぞれ示す。
上記ヘッドシリンダ（１）は、図７（ｂ）に示すよう
に、ヘッド下面側（シリンダブロック側）に冷却水路の
開口となる水穴（2a）（2b）…が形成されている。上記
水穴（2a）…はヘッドシリンダ（１）がシリンダブロッ
クと結合することにより循環冷却水路を形成し、図８
（ａ）に示すように、隣接する水穴間に外から観察出来
ない冷却水路（３）…を形成する。更に、ヘッド上面側
の点火栓及び吸排気バルブ周辺に砂抜き穴が形成され、
砂抜き穴間に同様の冷却水路が形成されている。又、図
７（ａ）（ｂ）に示すように、側面側開口（4a）（4d）
（4g）から下面側開口（4b）（4c）（4e）（4f）（4h）
（4i）へ二股に分岐して連通する吸気路（４）と、側面
側開口（5a）から下面側開口（5b）（5c）（5e）（5f）
（5h）（5i）へ同様に二股に分岐して連通する排気路
（５）とを有する。

【０００３】上記水路（３）は、図８（ｂ）に示すよう
に、屈曲した中空経路を形成し、特に図８（ｄ）に示す
ように、ヘッド上面側の水穴（3a）は網目状の複雑な屈
曲迷路状経路を形成している。

【０００４】上記冷却水路（３）及び吸排気路（４）
（５）を形成する場合、鋳型に中子をセットして溶融金
属（例えば溶融アルミ合金）を注湯し、凝固させた後、
鋳型及び中子を除去して製品とするが、ヘッドシリンダ
（１）の冷却水路（３）は、シリンダブロックの冷却水
路に比べて形状が複雑となり、中子砂が除去されずに残
存し易い。特に、水路の内部は外から観察出来ないた
め、中子砂が残存したまま最終工程まで移行することが
多々あり、その結果、最悪の場合、エンジンを不良品と
して処分せざるを得ないことがある。

【０００５】又、中子の造形時や鋳型へのセット時、中
子が一部欠損していたり、亀裂個所がある場合、これを
そのまま鋳型にセットすると、注湯した溶融金属がこれ
らの欠損個所や亀裂個所にも流れ込んで鋳バリとして残
存する結果、冷却水路を閉塞させ、エンジンの冷却作用
が悪化する。

【０００６】そこで、特に屈曲した冷却水路や吸排気路
の各内部を検査して、その形状異常や中子残存等による
閉塞有無を検査する必要があり、その検査手段の一例を
図８（ａ）（ｃ）を参照して以下に示す。上記検査手段
は、ヘッドシリンダ（１）の下面側の水穴（2a）…及び
上面側の砂抜き穴にそれぞれ挿入する一対の投受光用第
１、第２各光電センサ（６）（７）を具備する。そし
て、例えば各光電センサ（６）（７）をそれぞれ水穴
（2a）…に挿入し、第１光電センサ（６）から投射した
光（La）を第２光電センサ（７）で受光した時、水路
（３）の内部は正常であると判別する。尚、光電センサ
（６）（７）は光量が弱く、乱反射しにくいため、図８
（ａ）（ｂ）（ｃ）の矢印に示すように、全ての水穴
（2a）…及び吸排気路の開口（4a）…（5a）…に光電セ
ンサ（６）（７）を挿入して検査する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、水路（３）や吸排気路（４）（５）の内面は梨地状
の細かい凹凸面を持っているため、反射し難く、しかも
図８（ｂ）に示すように、経路が屈曲しているため、光
が乱反射して受光側の第２センサ（７）まで正確に届か
ず、良品でも不良判定になって検査困難になること、
又、投光用第１光電センサ（６）の光は約１mm径のスポ
ット光のため、いわゆる半詰まり状態を確実には検出で
きず、例えば図８（ｃ）に示すように、中子（ｍ）が半
詰まりの場合、スポット光が半詰まり部をかすめて通る
ことにより検出不能になる時があること、更に、図８
（ｄ）に示すように、ヘッド上面側の点火栓周辺の水路
（3a）は網目状の複雑な屈曲迷路のため、網目（3b）内
に中子（ｍ）が詰まると、その検査は、目視は勿論のこ
と、光電センサ方式でも実施不能である点である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源に接続し
た線状導光体をエンジンのヘッドシリンダの冷却水路や
吸排気路を構成する多数の通路の所望の開口に選択的に
挿入して開口内部に向け投光する投光部と、上記通路を
通過して他の所定の開口から射出した光を二次元平面的
に受光して撮像する撮像部と、上記平面撮像画像の特徴
を識別して冷却水路及び吸排気路の各内部の閉塞有無を
判別する検査部とを具備したことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係るヘッドシリンダの閉
塞検査装置の実施の形態を図１〜図６を参照して以下に
説明する。まず図１（ａ）は本発明に係るヘッドシリン
ダの閉塞検査装置（８）の要部概略側断面図を示し、図
において（１）はヘッドシリンダ、（2a）…は水穴（冷
却水路の開口）、（３）は冷却水路、（９）は投光部、
（10）は撮像部である。上記投光部（９）は光源に接続
した導光体、例えば光ファイバで、水穴（2a）…又は吸
排気路の開口（4a）…（5a）…の所望の開口に選択的に
挿入される。上記ファイバ挿入の際、図１（ａ）に示す
ように、直接、ファイバ先端を開口に挿入したり、或い
は光路を真横に屈曲させて水路内に投光しても良い。

【００１０】その場合、光ファイバ（９）の先端を90゜
曲げると、開口内に挿入出来なくなる。そこで、例え
ば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、光ファイバ（９）
を嵌入したステンレス製筒体（11）と、反射鏡（12）を
二つの窓部（13a）（13b）に対向させて収納したステン
レス製筒体（14）とを着脱自在の機械的な挿し込み式に
接合する。そして、ファイバ先端から反射鏡（12）に入
射した光を屈曲させて窓部（13a）（13b）から投射す
る。上記反射鏡（12）として、図２（ｂ）に示すよう
に、二つの反射鏡を角度を異ならせて接合した多面鏡で
構成すると、左右に広角度に投射出来る。

【００１１】撮像部（10）はヘッドシリンダ（１）の下
面の所定領域を撮像して水穴（2a）…や開口（4a）…か
ら射出した光を受光及び撮像するカメラで、図３（ａ）
に示すように、実際には二台の第１、第２カメラ（10
a）（10b）を交互使用してヘッドシリンダ下面の全領域
をカバーする。又、実際には装置全体を黒色カバーで覆
い、外乱光の侵入を防止しておく。ここで、上記閉塞検
査装置（８）の総括的構成を図３（ａ）の上面図、図３
（ｂ）の側面図に示すと、（１）はヘッドシリンダ、
（9a）〜（9f）は水路検査用投光部（光ファイバ）、
（9g）（9h）（9i）は吸気路用投光部、（9j）（9k）
（9l）は排気路用投光部、（10a）（10b）は第１、第２
カメラである。

【００１２】上記構成に基づき本発明の動作を次に説明
する。まず図４（ｂ）に示すように、撮像手段（10）と
して二つの気筒（15）（16）の周辺領域を撮像する第１
カメラ（10a）と、同じく二つの気筒（16）（17）の周
辺領域を撮像する第２カメラ（10b）とを用意し、第
１、第２カメラ（10a）（10b）を交互使用してヘッドシ
リンダ下面の全領域をカバーする。そこで、図４（ｂ）
に示すように、まず矢印（Aa）（Ab）に指し示す水穴
（2m）（2o）（2e）に投光部（９）を選択的に挿入して
水路（３）内に投光する。そして、気筒（15）（16）を
１第カメラ（10a）により撮像し、他の選択した所定の
水穴（2r）（2k）（2g）から射出した光を二次元平面的
に受光及び撮像する。又、第２カメラ（10b）で気筒（1
6）（17）を撮像し、水穴（2c）から射出した光を二次
元的に撮像する。そうすると、図１（ｂ）に示すよう
に、水路（３）内が屈曲していても、光（Lb）が水路
（３）内を乱反射して通過するため、射出した光（Lb）
をカメラ（10）で正確に受光出来る。そして、中子
（ｍ）の反射率が小さいため、図１（ｄ）に示すよう
に、水路（３）内に中子（ｍ）が残存している場合、水
路（３）内を乱反射して射出した光（Lb）の明るさ面積
値や周囲長が縮小している。そこで、検査部（図示せ
ず）により水路開口毎の明るさ面積値や周囲長等の平面
撮像画像の特徴をファジイ推論等で判別して水穴（2m）
（2k）間、（2o）（2r）間、及び（2e）（2g）間、（2
c）（2e）間の各水路（３）の閉塞有無を検査する。

【００１３】上記同様に、矢印（Ba）（Bb）に指し示す
水穴（2a）（2v）（2i）に投光部（９）を選択的に挿入
して水路（３）内に投光する。そして、第１カメラ（10
a）で気筒（15）（16）を撮像し、水穴（2k）（2g）か
ら射出した光を二次元的に受光及び撮像する。又、気筒
（16）（17）を第２カメラ（10b）で撮像し、他の選択
した所定の水穴（2c）（2r）から射出した光を二次元平
面的に撮像する。そこで、検査部（図示せず）により平
面撮像画像の特徴をファジイ推論等で識別して水穴（2
k）（2j）間、（2g）（2i）間、（2r）（2v）間、及び
（2a）（2c）間の各水路（３）、即ち上記と併せて全冷
却水路系の閉塞有無を検査する。

【００１４】次に、水路系光源を消灯し、それとは別の
光源に接続した投光部（９）を吸排気路（４）（５）の
側面側開口（4a）（4d）（4g）（5a）（5d）（5g）に挿
入して吸排気路内に同時に投光する。この時、特に吸排
気路（４）（５）は内部で二股に分岐しているため、そ
の分岐角度に対応し、例えば図２（ａ）（ｂ）に示す反
射鏡（14）により広角度に投光するのが好ましい。そし
て、気筒（15）（16）（17）を第１、第２カメラ（10
a）（10b）により一度、又は順次、撮像し、他の選択し
た所定の下面側開口（4b）（4c）（4e）（4f）（4h）
（4i）及び（5b）（5c）（5e）（5f）（5h）（5i）から
射出した光を二次元平面的に受光及び撮像し、ファジィ
推論等で吸排気路（４）（５）の内部の閉塞有無を検査
する。尚、水路と吸排気路とを同時に撮像しても良い
が、吸排気路の開口は大径のため、光が漏れて水路系撮
像に悪影響を与え易く、それぞれ別光源で撮像するのが
好ましい。

【００１５】ここで、上記閉塞検査を例えばファジイ推
論により行なう際、ファジィ推論に先立って撮像用の２
値化しきい値（Ｈ）を被検査物に合わせて自動的に設定
し、カメラ（10）による撮像画像から所定レベル以上の
光度を持つ２値化画像を取り出し、その画像の面積、周
囲長等の特徴量に基づき検査する。そこで、上記しきい
値設定において、まず予め被検査物の複数の基準となる
画像の面積や周囲長等の特徴量の分布を計測してファジ
ィ推論のメンバーシップ関数を水路や吸排気路の各開口
毎に作成しておく。又、図５（ａ）（ｂ）に示すよう
に、カメラ（10）による撮像画像の輝度分布図（Ba）
（Bb）に対し高い方から順に複数個の２値化しきい値
（Ha）（Hb）（Hc）を設定する。そうすると、良品の場
合、しきい値（Ｈ）のレベルが下がる程、各レベルの２
値化画像面積は次第に大きくなり、逆に、不良品の場
合、２値化画像面積は一定のままか、又は図５（ｂ）に
示すように、しきい値（Ha）〜（Hc）で０のままとな
る。

【００１６】そこで、カメラ（10）による平面撮像画像
を最初に最大しきい値（Ha）で２値化し、図５（ｃ）に
示す２値化画像（Da）を取り出す。その時の２値化画像
面積（Sa）をファジィ推論等により対応する基準面積に
対する適合度を判定し、基準面積に略一致していれば、
しきい値（Ha）を最適しきい値（Ho）として設定して次
の内部閉塞有無の検査に移行する。又、２値化画像面積
（Sa）が基準面積よりも大きくなり過ぎる場合、最大し
きい値（Ha）のレベルを更に大きく設定して再調整す
る。

【００１７】次に、２値化画像面積（Sa）が基準面積よ
りも小さくなる場合は、被検査物が不良品であるか、又
は図５（ａ）の点線に示す輝度分布のように、良品であ
っても水路や吸排気路内面がざらついていたり、或いは
梨地状のため、射出光量が減少する場合である。この場
合、１段レベルを下げて次に大きいしきい値（Hb）で２
値化画像面積を再計測する。その時の２値化画像面積
（Sb）が前回しきい値（Ha）による２値化画像面積（S
a）よりも大きくなった時、又は対応する基準面積に略
一致した時、良品と判定し、その時のしきい値（Hb）を
最適しきい値（Ho）として設定する。又、大きくなり過
ぎると、しきい値（Hb）からやや上げたしきい値を最適
値とする。そして、しきい値を下げても２値化画像面積
（Sb）が一定のままか、又は最初から０のままであれ
ば、不良品と判定する。以上の操作を複数回、例えば５
回程度順次、繰り返し、２値化画像面積が一定又は、０
であれば、不良品と判定する。このようにして２値化画
像面積を判定し、それに応じてしきい値レベルを適宜、
自動調整して最適の２値化しきい値（Ho）を設定する。

【００１８】又、ファジィ推論の重心演算を用いて直
接、最適しきい値（Ho）を設定する手段もある。例えば
図６（ａ）に示すように、入出力部として２値化画像面
積及びしきい値の各メンバーシップ関数（Ma）（Mb）を
設定する。次に、図５（ａ）に示す輝度分布から所定の
しきい値により２値化画像面積（Sa）を取り出して入力
部のメンバーシップ関数（Ma）から適合度（Ta）（Tb）
を判定する。そして、その適合度（Ta）（Tb）を出力部
のメンバーシップ関数（Mb）に代入し、図６（ｂ）に示
すように、対応する合成台形面積（斜線部）の重心演算
により最適しきい値（Ho）を算出する。

【００１９】上記最適の２値化しきい値（Ho）を設定す
ると、次に、図６（ｃ）に示すように、しきい値（Ho）
に基づいてカメラ（10）による撮像画像から２値化画像
（Do）を取り出し、その画像（Do）の特徴量、例えば面
積や周囲長を計測する。そして、図６（ｄ）に示すよう
に、予めファジィ推論のメンバーシップ関数（Mc）を異
なる開口毎に設定しておき、例えば計測した面積データ
をメンバーシップ関数（Mc）に代入する。そこで、計測
データの正常データに対する適合度（α）をファジィ推
論のメンバーシップ関数（Mc）から導出する。そこで、
その適合度（α）を基準値（Ａ）と比較判別し、α＞Ａ
の時、良品と判定して水路や吸排気路内の閉塞有無を検
査する。

【００２０】上記メンバーシップ関数（Mc）は複数の良
品或いは不良品ワークの面積や周囲長等を計測し、（N
a）を正常領域、（Nb）（Nc）をそれぞれ閉塞領域とし
て確率分布を描いたもので、それを各開口毎に、且つ、
面積や周囲長等の各特徴量毎に作成する。例えば面積分
布において計測面積が（Pa）の場合、正常データに対す
る適合度は（Qa）となり、そこから（Qa）と（Ａ）とを
比較し、その大小に基づいて水路や吸排気路等の通路内
の閉塞有無を判別する。尚、領域（Nb）の内側は通路出
口側或いは中子により光量が減少して生じる閉塞領域を
示し、領域（Nc）の内側は通路中間或いは入口の閉塞鋳
バリにより光量が増大して生じる閉塞領域を示す。

【００２１】或いは、複数の開口の場合、その複数開口
を一度に撮像し、一画像中に複数の各開口画像を含んだ
２値化画像を取り出す。そして、その画像データに基づ
いて例えば複数画像の合計面積や各像の合計面積に対す
る割合等をデータとしてファジィ推論により水路や吸排
気路内の閉塞有無を検査しても良い。又、複数の開口を
一度に撮像すると、各開口毎の複数画像の各適合度を組
み合わせ、例えばその乗算値から閉塞有無を判別しても
良い。又、面積、周囲長の他、更に、画像の重心位置等
を判別要素として付け加え、各適合度を乗算すると、
良、不良の境界のものに対し検査精度を向上させること
が出来る。

【００２２】又、図１（ｃ）及び図８（ｄ）に示すよう
に、水路（3a）内が屈曲迷路状に複雑に入り組んでいる
場合、一方向からの投光のみでは、網目（3b）内の閉塞
が撮像画像に全く反映されない場合があるため、十分に
水路（3a）内の閉塞有無を判別出来ない。そのため、例
えば投光部（９）の投光方向を変え、複数の異なる角度
から投光する。そこで、まず一方向から水路（3a）内の
一方の側面（3c）に向けて投光し、水路（3a）内及びそ
の網目（3b）内を通過した光を撮像する。同様に、他方
向から水路（3a）内の他方の側面（3d）に向けて投光
し、水路（3a）内及びその網目（3b）内を通過した光を
撮像する。そうすると、水路（3a）の異なる２側面（3
c）（3d）に投光することにより相異なる２個の撮像画
像が得られ、且つ、各画像に応じて明るさ面積値等に差
異が生じる。そこで、その各撮像画像の２値化画像を組
合せ、明るさ面積値等の特徴を比較判定してファジィ推
論により水路（3a）内の閉塞有無を判別する。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンヘッドシリン
ダの水路や吸排気路の内部閉塞有無を検査する際、水路
や吸排気路の所望の開口に投光部を挿入して各内部に投
光し、内部を乱反射して通過した光を所定の選択した開
口で二次元平面にて受光して撮像し、撮像画像の２値化
画像から画像特徴量を計測し、その計測データの正常デ
ータに対する適合度をファジィ推論等で判別して水路や
吸排気路の内部閉塞有無を検査したから、二次元平面で
受光するため、屈曲した水路内でも乱反射する光を正確
に受光出来る。又、２値化画像から面積や周囲長等の特
徴量を計測し、その計測データからファジィ推論により
内部閉塞有無を判別したから、誤判別を防止出来、正確
な判別が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検
査の実施の形態及び被検査物の一例である冷却水路の要
部垂直断面図である。（ｂ）はヘッドシリンダの冷却水
路の部分水平断面図である。（ｃ）はヘッドシリンダの
冷却水路の他の部分水平断面図である。（ｄ）は本発明
に係るヘッドシリンダの閉塞検査装置の動作実施例を示
す要部垂直断面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係る導光体の一例を示す側断
面図である。（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】（ａ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検
査装置の総括的構成を示す上面図である。（ｂ）は本発
明に係るヘッドシリンダの閉塞検査装置の総括的構成を
示す側面図である。

【図４】（ａ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検
査装置の動作例を示すヘッドシリンダ吸気側の側面図で
ある。（ｂ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検査
装置の動作例を示すヘッドシリンダの下面図である。
（ｃ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検査装置の
動作例を示すヘッドシリンダ排気側の側面図である。

【図５】（ａ）は本発明に係るヘッドシリンダの閉塞検
査装置の実施の形態を示す撮像画像の輝度分布の一例と
数種類の各２値化しきい値のグラフである。（ｂ）は本
発明に係るヘッドシリンダの閉塞検査装置の実施の形態
を示す撮像画像の輝度分布の他の一例と数種類の各２値
化しきい値のグラフである。（ｃ）は図１（ａ）（ｂ）
のしきい値で２値化した画像の一例を示す図である。
（ｄ）は図１（ａ）（ｂ）のしきい値で画像を取り出せ
なかった場合を示す図である。

【図６】（ａ）はファジィ推論によるしきい値設定の入
出力部の各メンバーシップ関数である。（ｂ）はファジ
ィ推論の重心演算例を示すメンバーシップ関数である。
（ｃ）は２値化画像の一例を示す図である。（ｄ）はフ
ァジィ判定用メンバーシップ関数の一例を示す波形図で
ある。

【図７】（ａ）は従来のヘッドシリンダの閉塞検査装置
の動作例を示すヘッドシリンダ吸気側の側面図である。
（ｂ）は従来のヘッドシリンダの閉塞検査装置の動作例
を示すヘッドシリンダの下面図である。（ｃ）は従来の
ヘッドシリンダの閉塞検査装置の動作例を示すヘッドシ
リンダ排気側の側面図である。

【図８】（ａ）はヘッドシリンダの部分垂直断面図であ
る。（ｂ）はヘッドシリンダの部分水平断面図である。
（ｃ）は本発明の課題を説明するためのヘッドシリンダ
の部分垂直断面図である。（ｄ）はヘッドシリンダの他
の部分水平断面図である。

【符号の説明】

１ ヘッドシリンダ 2a、2b、2c 水穴（開口） ３ 冷却水路 ８ ヘッドシリンダの閉塞検査装置 ９ 投光部 10 撮像部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 7/00 - 7/60 F02F 1/24 - 1/42 G01B 11/24 - 11/255 G01N 21/49 - 21/53 G01N 21/88 - 21/958

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源に接続した線状導光体をエンジンの
   ヘッドシリンダの冷却水路や吸排気路を構成する多数の
   通路の所望の開口に選択的に挿入して開口内部に向け投
   光する投光部と、上記通路を通過して他の所定の開口か
   ら射出した光を二次元平面的に受光して撮像する撮像部
   と、上記平面撮像画像の特徴を識別して冷却水路及び吸
   排気路の各内部の閉塞有無を判別する検査部とを具備し
   たことを特徴とするヘッドシリンダの閉塞検査装置。