JP3789097B2 - 被検査物の外周検査方法および外周検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検査物の外周検査方法およびその装置に関し、より詳細には、円筒状の形態を有する被検査物の外周面の傷や汚れやなどの欠陥を光学的に検出測定する探傷技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベアリングの外輪のような円筒状の形態をした被検査物の外周面に生じた傷やさび、汚れなどの欠陥を検出するための外周検査装置は、被検査物Ｗの外側に円錐形状の鏡面Ｍを有する反射体ａを配設するとともに、この鏡面Ｍの上方に光源ｂとカメラｃとを配設してなり、上記光源ｂから同軸落射照明により上記鏡面Ｍに光を当てて該鏡面Ｍで反射した光を上記被検査物の外周面Ｗａに照射するとともに、被検査物の外周面Ｗａで反射した光を上記鏡面Ｍで再び反射させてカメラｃで撮像し、該カメラｃで撮像した画像を判定装置ｄに入力して被検査物Ｗの外周面Ｗａの欠陥検出を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の外周検査装置では、光源ｂとカメラｃとが共に鏡面Ｍの上方に配置され、同じ鏡面Ｍを用いて被検査物外周面Ｗａへの光の照射とカメラｃへの反射光の入射が行われているため、光源ｂとカメラｃの位置の微妙な調節が必要であり、かかる調節作業が煩雑であるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、被検査物外周面の欠陥検査を容易かつ正確に行い得る被検査物の外周検査方法および外周検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る被検査物の外周検査方法は、円筒状の被検査物の外周に光の透過率αが０＜α≦５パーセントのハーフミラーを配置して当該ハーフミラーを透過させて上記被検査物の外周面に光を照射し、上記被検査物の外周面で反射した反射光を前記ハーフミラーで反射させてイメージセンサに受光させ、これにより被検査物の外周面の状態を上記イメージセンサに撮影させ、この撮影された画像を基に上記被検査物の外周面の欠陥検査を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る被検査物の外周検査装置は、円筒状の被検査物の外周面の欠陥検査を行うための装置であって、上記被検査物の外側に配される光源と、該光源と上記被検査物との間に配設され、上記光源から照射される光を透過させて被検査物の外周面に照射させるとともに、上記被検査物からの反射光をセンサ手段に向けて反射させるハーフミラー手段と、上記ハーフミラー手段で反射された上記反射光を受光して被検査物の外周面の状態を撮影するセンサ手段と、上記センサ手段で撮影された被検査物外周面の画像から被検査物外周面の欠陥の有無を判別する判別手段とを備えてなり、上記ハーフミラー手段の光の透過率αが０＜α≦５パーセントに設定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、被検査物の外周面の欠陥検出にあたり、光源からの光をハーフミラーを透過させて被検査物の外周面に照射することにより該ハーフミラー自体を照明として機能させる一方、この照明により照らし出された被検査物外周面の状態をハーフミラーに写して、このハーフミラーに写った映像をセンサ手段（イメージセンサ）で受光させる。つまり、上記ハーフミラーを照明用の発光体と撮像用の反射鏡とに兼用する。
【００１０】
そして、上記ハーフミラーとしては、光の透過率αが０＜α≦５パーセントの範囲内にあるハーフミラーが使用される。これは、本発明においては、ハーフミラーは、光源からの光を透過させて被検査物外周面に光を照射する役割（照明としての役割）と、被検査物外周面からの反射光をセンサ手段（イメージセンサ）に向けて反射させる役割（反射鏡としての役割）とを有するが、反射鏡としての役割を重視させることにより、センサ手段（イメージセンサ）で良好な画像の撮像を可能にするためである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る被検査物の外周検査方法および外周検査装置に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
実施形態１
図１は、本発明に係る外周検査装置の概略構成の一例を示している。この外周検査装置１は、たとえばベアリングの外輪のような円筒状の被検査物Ｗの外周面Ｗａの欠陥検査を行うための装置であって、上記被検査物Ｗの径方向外側に配される光源２と、この光源２と上記被検査物Ｗとの間に配設されるハーフミラー（ハーフミラー手段）３と、上記ハーフミラー３で反射された光を受光するセンサ手段４と、上記センサ手段４の検出結果から被検査物外周面Ｗａの欠陥の有無を判別する判別手段５とを主要部として備えている。
【００１３】
なお、図１において符号７で示すのは、上記被検査物Ｗを図１に示す所定の検査位置に保持するためのワーク保持装置であって、図示しないワーク供給装置やワーク排出装置と連係して動作し、ワーク供給装置から搬入される被検査物Ｗを上記所定の検査位置に保持して後述する欠陥検査を行わせた後、ワーク排出装置を介して検査済みの被検査物Ｗを排出するように構成される。
【００１４】
光源２は、上記被検査物Ｗの外周全領域に光を照射するように被検査物Ｗの径方向外側に環状に配設された環状光源であって、具体的には、たとえば発光ダイオードや光ファイバなどの発光源を、上記被検査物Ｗの外周面Ｗａと同心状に該被検査物外周面Ｗａの全周にわたって多数環状配置することにより構成される。また、このように環状配置される光源２の軸方向寸法（図１の紙面上下方向の寸法）は、少なくとも上記被検査物Ｗの軸方向寸法と同一か、もしくは当該軸方向寸法より長く設定され、被検査物外周面Ｗａの全体を照明可能とされる。
【００１５】
ハーフミラー３は、上記光源２と上記被検査物Ｗとの間に配設されて、上記光源２から照射される光を透過させて被検査物外周面Ｗａに照射させるとともに、上記被検査物外周面Ｗａで反射した反射光Ｌｒをセンサ手段４に向けて反射させる鏡面ｍａを有するハーフミラーであって、図示のように、上記被検査物外周面Ｗａの外周全領域からの反射光Ｌｒを上記センサ手段４に向けて反射可能なように、上記被検査物Ｗの径方向外側に円錐形状の鏡面ｍａが形成された環状ハーフミラーの形態とされている。
【００１６】
ここで、このハーフミラー３としては、光の透過率が低いハーフミラーを用いるのが好ましい。
【００１７】
なお、この点に関し本願出願人が実験したところでは、上記ハーフミラー３はその光の透過率αを極めて低く（具体的には０＜α≦５パーセントの範囲内に）設定するのが最適であることが判明した。
【００１８】
すなわち、このハーフミラー３は、上述したように、光源２からの光を透過させて被検査物外周面Ｗａに光を照射する役割（照明としての役割）と、被検査物外周面Ｗａからの反射光Ｌｒをセンサ手段４に向けて反射させる役割（反射鏡としての役割）とを有するが、そもそもこの外観検査装置１はハーフミラー３で反射した反射光Ｌｒを基に被検査物外周面Ｗａの欠陥検査を行うことが目的であることから、前者の役割より後者の役割の方が重視される。
【００１９】
そのため、本実施形態ではかかるハーフミラー３の反射鏡としての役割を重視して、ハーフミラー３での光の反射率を高めて（換言すれば、光の透過率αを低くして）センサ手段４での受光を優先する構成を採用した。なお、光の透過率αを低くしたことに伴って、光源２から照射された光がハーフミラー３で遮られ、その結果、照明としての役割が低下するが、この点については光源２の光量を増加することにより解消可能であり、またそのことが実験により確認されたので、本実施形態では、上記ハーフミラー３として光の透過率αが０＜α≦５パーセントの範囲内にあるハーフミラーを採用することとした。
【００２０】
なお、本実施形態では、図１に示すように、上記光源２と上記ハーフミラー３との間には、光源２からの光を拡散させてハレーションを防止する拡散板（光拡散手段）６が設けられている。この拡散板６は、図示のように、上記光源２やハーフミラー３と同様に上記被検査物Ｗと同心状に環状配置されており、具体的には、たとえばすりガラスなどで構成される。
【００２１】
センサ手段４は、上記ハーフミラー３で反射された上記反射光Ｌｒを受光するための光センサであって、具体的には上記反射光Ｌｒを基に被検査物外周面Ｗａの画像を検出するイメージセンサの形態とされる。
【００２２】
より詳細には、本実施形態では上記センサ手段４としてＣＣＤカメラ４１が用いられる。このＣＣＤカメラ４１は、図示のようにレンズ４１ａと、カメラ本体４ｂとからなり、該レンズ４１ａは上記検査位置にある被検査物Ｗと同軸上に配設され、ＣＣＤカメラ４１において上記鏡面ｍａの全体が撮像可能とされている。つまり、光源２からの光により照らし出され、上記鏡面ｍａに写る被検査物外周面Ｗａの全景の映像が、上記ＣＣＤカメラ４１によって撮影可能とされている。
【００２３】
判別手段５は、上記センサ手段４の検出結果に基づいて被検査物外周面Ｗａの欠陥の有無を判別する装置であって、本実施形態では上記センサ手段４としてＣＣＤカメラ４１が用いられているので、該ＣＣＤカメラ４１で撮影された画像から被検査物外周面Ｗａの欠陥を検出するように構成される。
【００２４】
具体的には、この判別手段５は、上記ＣＣＤカメラ４１によって撮影された被検査物外周面Ｗａの画像を所定の走査パターンに従って走査し（ＣＣＤカメラ４１で撮影される被検査物外周面Ｗａの画像はドーナツのような中抜きの円環状の画像として現れるので、たとえばこの円環状の画像を径方向や周方向に走査するなどして）、被検査物外周面Ｗａの欠陥を検出する。
【００２５】
なお、この判別手段５による被検査物外周面Ｗａの欠陥検出は、上記ＣＣＤカメラ４１で撮影した画像を所定のしきい値で二値化して白黒画素信号とし、この白黒画素信号を基に欠陥の有無を検出したり、あるいはパターンマッチングにより欠陥の有無を検出するなど適宜設計変更可能である。
【００２６】
そこで、このように構成されてなる外観検査装置１の作用について図２に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
本発明に係る外観検査装置１では、被検査物外周面Ｗａの欠陥検出にあたり、まず上記光源２を点灯させる。これにより、光源２から放射された光Ｌ₁ は、図示しない拡散板６で拡散されてハーフミラー３に導かれ、該ハーフミラー３を透過して被検査物外周面Ｗａに照射される。
【００２８】
ここでハーフミラー３は、上述したようにその透過率αが極めて低く設定されているので、このハーフミラー３を透過する透過光Ｌ₂ の光量は、ハーフミラー３に入射する光Ｌ₁ の光量よりも大幅に低下する。そのため、上記光源２としては、予めこのようなハーフミラー３による光量低下を見越して、被検査物外周面Ｗａの照明に必要な光量の出力が可能な光源が採用される。
【００２９】
このようにして、被検査物外周面Ｗａに透過光Ｌ₂ が照射されると、被検査物外周面Ｗａで反射した反射光Ｌｒによりハーフミラー３に被検査物外周面Ｗａの映像が写し出され、このハーフミラー３に写った映像が上記ＣＣＤカメラ４１によって撮影される。
【００３０】
つまり、上記ハーフミラー３の表面に形成される円錐形状の鏡面ｍａは、被検査物外周面Ｗａからの反射光Ｌｒを上記ＣＣＤカメラ４１のレンズ４１ａに向けて反射させるのに適した傾斜角度をもった円錐形状とされる。
【００３１】
そして、上記ＣＣＤカメラ４１で被検査物外周面Ｗａの映像が撮影されると、その撮影された画像を基に上記判別手段５において被検査物外周面Ｗａの欠陥検出が行われる。なお、この欠陥検出の結果は、たとえば図示しないＣＲＴなどのディスプレイ装置に表示したり、あるいは、ワーク排出装置と連係させて欠陥検出の結果がＮＧの被検査物Ｗを選別排出するなどされる。
【００３２】
このように、本発明に係る被検査物の外観検査装置１では、光源２からの光Ｌ₁ をハーフミラー３を透過させて被検査物外周面Ｗａに照射することにより該ハーフミラー３を照明として用いる一方、この照明により照らし出された被検査物外周面Ｗａの状態をハーフミラー３に写して、その映像をセンサ手段４で受光して欠陥検査を行うので、光源２からの光Ｌ₁ がセンサ手段４で反射光Ｌｒを受光する妨げとならず、両者の位置関係の設定が容易になる。
【００３３】
実施形態２
次に、本発明に係る被検査物の外観検査装置の他の実施形態について図３に基づいて説明する。
【００３４】
図３は光源２の改変例を示しており、本実施形態では上記光源２が、発光体２１と、該発光体２１からの光を反射させて上記光拡散板６に照射する反射体２２とで構成される。なお、光源２以外の構成は上記実施形態１に示す外観検査装置１と同様であるので、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
すなわち、上記発光体２１はいわゆる落射照明を行う照明具であって、多数の発光ダイオードや光ファイバなどの発光源を、上記拡散板６の外側上方位置に下向きにリング状に配設することにより構成される。
【００３６】
一方、反射体２２は、上記拡散板６の外側であって上記発光体２１の下方に位置して、発光体２１からの落射照明を上記拡散板６に向けて反射する鏡であって、図３に示すように、受けた光をほぼ全反射する円錐形状の鏡面ｍｂを有して構成される。
【００３７】
本実施形態では上記光源２をこのように構成することにより、発光体２１から照射された光が上記発光体２１の鏡面ｍｂによって反射されて拡散板６、ハーフミラー３を介して被検査物外周面Ｗａに照射され、その反射光Ｌｒがハーフミラー３の鏡面ｍａを介して図外のセンサ手段４に受光され、上記実施形態１と同様に判別手段５において被検査物外周面Ｗａの欠陥検出が行われる。
【００３８】
このように、本実施形態に示す外観検査装置によれば、発光体２１からの光を反射体２２で反射させて上記光拡散板６に照射する構成を採用することにより、発光体２１の配設位置を被検査物Ｗの径方向位置から外すことができるので、発光体２１の照明に係る配線などが被検査物Ｗの径方向に出ることがなく、外観検査装置をコンパクトに構成することが可能となる。
【００３９】
実施形態３
次に、本発明に係る被検査物の外観検査装置の第３の実施形態について図４に基づいて説明する。
【００４０】
この第３の実施形態は、上記光源２およびハーフミラー３の形態の改変例であって、具体的には図４に示すように、上記光源２が、上記被検査物Ｗの軸方向の線状領域Ｅに光を照射する線状光源２′の形態とされるとともに、上記ハーフミラー３は、上記被検査物Ｗの線状領域Ｅからの反射光Ｌｒを上記センサ手段４に反射可能なように、上記線状領域Ｅに対応する線状ハーフミラー３′の形態とされる。
【００４１】
また、これら光源２およびハーフミラー３の形態の改変に伴い、上記線状光源２′および上記線状ハーフミラー３′の双方または上記被検査物Ｗの少なくともいずれか一方を、上記被検査物Ｗの軸線まわりに回転させる回転駆動手段８を備えて構成される。
【００４２】
すなわち、上記線上光源２′は、図４に示すように被検査物Ｗの周方向について上記線状領域Ｅに対応する所定の幅寸法をもった光源であり、本実施形態では上記実施形態２に示すのと同様に図外の発光体と反射体２２′とから構成される。そして、この発光体から照射された光が反射体２２′で反射され、拡散板６′を介して線状ハーフミラー３′に入射するように構成されている。
【００４３】
なお、本実施形態においては、光源２が上述したように被検査物Ｗの線状領域Ｅに光を照射する線状光源２′の形態とされることに伴い、上記発光体、反射体２２′および拡散板６′は、いずれもこの線状領域Ｅに対応する寸法形状に設定されている（図４参照）。
【００４４】
線状ハーフミラー３′も上記実施形態１および実施形態２と同様に、上記光源２′と上記被検査物Ｗとの間に配設され、光源２′から照射される光を透過させて被検査物外周面Ｗａに照射させるとともに、上記被検査物外周面Ｗａで反射した反射光Ｌｒをセンサ手段４に向けて反射させる鏡面ｍａを有するハーフミラーで構成されるが、本実施形態では、図示のように、上記被検査物外周面Ｗａの線状領域Ｅに対応する寸法形状に設定されている（図４参照）。また、この線状ハーフミラー３′も上記実施形態１と同様に光の透過率αが低いハーフミラーで構成される。
【００４５】
上記回転駆動手段８は、上記線状光源２′および上記線状ハーフミラー３′の双方または上記被検査物Ｗの少なくともいずれか一方を、上記被検査物Ｗの軸線まわりに回転させるための動力源であって、本実施形態では、この回転駆動手段８はワーク保持装置７を回転駆動するように構成される。
【００４６】
なお、本実施形態では、光源２やハーフミラー３等が被検査物Ｗの線状領域Ｅに対して光を照射等するように構成されるので、上記センサ手段４としてはこの線状領域Ｅの反射光Ｌｒの受光が可能なラインイメージセンサが好適に採用される。
【００４７】
このように構成された外観検査装置１′においては、線状光源２′から照射される光が、反射体２２′の鏡面ｍｂで反射され、拡散板６′、線状ハーフミラー３′を介して被検査物外周面Ｗａの線状領域Ｅに照射され、該線状領域Ｅで反射した反射光Ｌｒが線状ハーフミラー３′の鏡面ｍａで反射されてラインイメージセンサ（図示せず）に入力され、該ラインイメージセンサにおいて該線状領域Ｅの映像が撮影される。そして、この映像に基づいて図示しない判別手段が上記線状領域Ｅの欠陥検査を行う。
【００４８】
この線状領域Ｅにおける欠陥検査が完了すると、次に上記回転駆動手段８がワーク保持装置７を回転駆動して検査対象となる領域を変更して、上記同様の処理によって新たに設定された線状領域Ｅについての欠陥検査を行う。以後、このようにして被検査物外周面Ｗａの全周にわたってこの工程を繰り返すことにより、被検査物Ｗの全周にわたる欠陥検査が行われる。
【００４９】
このように、本発明の第３の実施形態に示す外観検査装置１′では、回転駆動手段８によって欠陥検査を行う線状領域Ｅの位置を順次ずらしながら欠陥検査を行うことにより、被検査物外周面Ｗａの全周にわたって欠陥検査を行うことができるので、光源２やハーフミラー３の構成を簡略化することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなくその発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００５１】
たとえば、上述した実施形態では、ハーフミラー３として図示されるような薄板状のハーフミラーが採用されたが、たとえばガラスなどの透明体のブロックに円錐形状の穴を穿ち、その穴の表面に上記鏡面ｍａを形成するように構成することも可能である。
【００５２】
また、上述した第２の実施形態では、発光体２１を拡散板６の外側上方に配設した場合を示したが、この発光体２１は被検査物Ｗの径方向延長線上を外して配設されていればよく、たとえば拡散板６の外側下方に配設されていてもよい。
【００５３】
また、同様に上述した実施形態では、発光体２１から照射された光の向きを反射体２２でほぼ９０°変更するように構成したが、発光体２１から照射された光を９０°以外の角度で（たとえば鋭角的に）反射するように構成することも可能である。
【００５４】
また、上述した第３の実施形態では、回転駆動手段８がワーク保持装置７を回転駆動する構成を採用したが、この回転駆動手段８は、上記線状光源２′、拡散板６′および上記線状ハーフミラー３′を同時に上記被検査物Ｗの軸線まわりに回転駆動するように構成してもよい。
【００５５】
さらに、上述した実施形態では、上記ハーフミラー３（３′）として光の透過率αが０＜α≦５パーセントの範囲のハーフミラーを用いたが、使用するハーフミラーの光の透過率は適宜設計変更可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、円筒状の被検査物の外周に、ハーフミラーを透過させて光を照射し、上記被検査物の外周面で反射した反射光を上記ハーフミラーで反射させてこれをセンサ手段（イメージセンサ）で受光して被検査物の外周面の状態を撮影し、この撮影された画像を基に上記被検査物の外周面の欠陥検査を行うにあたり、上記ハーフミラーには、照明としての役割よりも反射鏡としての役割を重視して、光の透過率αが０＜α≦５パーセントのハーフミラーが用いられているので、被検査物外周面の欠陥検査を正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る被検査物の外観検査装置の概略構成の一例を示す説明図である。
【図２】 同外観検査装置における光の照射および反射の状態を示す斜視図である。
【図３】 同外観検査装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】 同外観検査装置の第３の実施形態を示す説明図である。

Claims (6)

1. 円筒状の被検査物の外周に光の透過率αが０＜α≦５パーセントのハーフミラーを配置して当該ハーフミラーを透過させて前記被検査物の外周面に光を照射し、前記被検査物の外周面で反射した反射光を前記ハーフミラーで反射させてイメージセンサに受光させ、これにより被検査物の外周面の状態を前記イメージセンサに撮影させ、この撮影された画像を基に前記被検査物の外周面の欠陥検査を行うことを特徴とする被検査物の外周検査方法。
2. 円筒状の被検査物の外周面の欠陥検査を行うための装置であって、
   前記被検査物の外側に配される光源と、
   該光源と前記被検査物との間に配設され、前記光源から照射される光を透過させて被検査物の外周面に照射させるとともに、前記被検査物からの反射光をセンサ手段に向けて反射させるハーフミラー手段と、
   前記ハーフミラー手段で反射された前記反射光を受光して被検査物の外周面の状態を撮影するセンサ手段と、
   前記センサ手段で撮影された被検査物外周面の画像から被検査物外周面の欠陥の有無を判別する判別手段とを備えてなり、
   前記ハーフミラー手段の光の透過率αが０＜α≦５パーセントに設定されている
   ことを特徴とする被検査物の外周検査装置。
3. 前記光源と前記ハーフミラー手段との間に、光源からの光を拡散させる光拡散手段が設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検査物の外周検査装置。
4. 前記光源が、光を放射する発光体と、該発光体からの光を反射させて前記光拡散手段に照射する反射体とを備えてなる
   ことを特徴とする請求項３に記載の被検査物の外周検査装置。
5. 前記光源は、前記被検査物の外周全領域に光を照射するように前記被検査物の外側に環状に配設された環状光源の形態とされ、
   前記ハーフミラー手段は、前記被検査物の外周全領域からの反射光を前記センサ手段に反射可能なように前記被検査物の外側に環状に配された環状ハーフミラーの形態とされる
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一に記載の被検査物の外周検査装置。
6. 前記光源は、前記被検査物の軸方向の線状領域に光を照射する線状光源の形態とされるとともに、前記ハーフミラー手段は、前記被検査物の線状領域からの反射光を前記センサ手段に反射可能なように前記線状領域に対応する線状ハーフミラーの形態とされてなり、
   前記線状光源および前記線状ハーフミラーの双方または前記被検査物の少なくともいずれか一方を、前記被検査物の軸線まわりに回転させる回転駆動手段を備えている
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一に記載の被検査物の外周検査装置。

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