KR101970682B1 - 원통형 부품 내측 표면 검사용 시스템 및 방법 - Google Patents

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페더럴-모걸 엘엘씨
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Abstract

원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하기 위한 시스템 및 방법은 라인 스캔 카메라(30), 상기 내측 표면(22) 쪽으로 각각 빛을 향하게 하는 한 쌍의 발광 다이오드, 그리고 상기 내측 표면(22)에 대해 45도 각도로 원통형 부품(20) 내에 배치된 거울(36)을 포함하고 있다. 원통형 부품(20)이 중심축(A)을 중심으로 연속적으로 회전하고 이미지가 포착되는 동안 상기 라인 스캔 카메라(30)와 거울(36)은 고정된 위치에 유지되어 있다. 그 다음에 원통형 부품(20)은 상기 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 이동하고 원통형 부품(20)이 상기 중심축(A)을 중심으로 회전할 때 이미지가 다시 포착된다. 내측 표면(22)의 펴진 화상이 생성되어 내측 표면(22) 상의 결함(24)을 자동적으로 확인하는데 사용된다.

Description

원통형 부품 내측 표면 검사용 시스템 및 방법{TECHNIQUE FOR CYLINDRICAL PART INNER SURFACE INSPECTION}
본 발명은 내연 엔진용 실린더 라이너와 같은 원통형 부품의 내측 표면을 검사하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
내연 엔진용 대형 라이너(heavy-duty liner)와 같은 원통형 부품은 고객에게 결함이 있는 부품을 배송하는 것을 방지하려는 노력으로, 크랙과 다공성 결함(porosity defect)과 같은, 미묘한 결함에 대해서 사람이 수작업으로 검사한다. 이러한 수작업 검사 과정과 관련된 비용이 매년 수십만 달러에 달한다. 또한, 한 명의 검사 요원이 통상적으로 하루에 수천 개의 원통형 부품을 검사할 것을 요한다. 상기 원통형 부품은 무거우며, 원통형 부품의 중심부 근처에 있는 결함뿐만 아니라 200 미크론 이하의 결함과 같은 미묘한 결함은 육안으로는 거의 보이지 않는다. 따라서, 육체적 또는 정신적 피로, 또는 상기 결함을 볼 수 없는 것으로 인해 상기 결함을 간과할 가능성이 있고, 결과적으로 고객에게 결함이 있는 부품이 배송될 가능성이 높다.
사람의 실수를 줄이기 위한 시도로, 자동화된 표면 검사 기술이 개발되었다. 자동화된 기술의 한 예는 미국 특허출원 공개공보 제2007/0132990호에 개시되어 있다. 원통형 부품의 내측 표면 및 외측 표면을 검사하는 것을 포함하여 원통형 부품을 검사하는데 머신 비젼 기술(Machine vision technique)도 이용되고 있다. 그러나, 원통형 부품의 내측 표면을 검사하는데 사용되는 기술은 카메라가 원통형 부품의 내부에 배치될 것을 요하거나 원추형 거울을 필요로 한다. 첫 번째 기술은 축상 조명(on-axis lighting)을 요하며 카메라와 렌즈가 크기에 있어서 제한을 받는다. 따라서, 포착된 이미지는 통상적으로 have 낮은 해상도와 왜곡을 가지고 있다. 부가적으로, 전체 내측 표면의 이미지를 포착하기 위해서는 카메라와 광원의 위치가 수 차례 조정되어야만 하는데, 이는 번거롭고 시간이 많이 걸린다. 두 번째 기술은 검사할 모든 원통형 부품에 대하여 적절하게 조정된 크기의 원추형 거울을 필요로 한다. 또한, 상기 원추형 거울은 통상적으로 압축된 화소로 인해 이미지에 왜곡을 유발한다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있는 원통형 부품 내측 표면 검사용 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 원통형 부품의 내측 표면을 검사하는 개량된 시스템을 제공한다. 각각의 원통형 부품은 중심축 둘레로 원주방향으로 뻗어 있으며 보어를 제공하는 내측 표면을 포함하고 있다. 카메라가 상기 내측 표면의 이미지를 포착하기 위해서 상기 원통형 부품의 상기 중심축의 바깥쪽에 배치되어 있으며 상기 원통형 부품의 상기 중심축과 축방향으로 정렬되어 있다. 상기 카메라는 라인 스캔 카메라(line scan camera)이고 상기 이미지의 각각은 일차원이다. 광원이 상기 원통형 부품의 상기 내측 표면으로 빛을 향하게 하기 위해서 상기 카메라에 인접하여 배치되어 있다. 거울이 상기 중심축을 따라 소정의 고정된 위치에서 상기 원통형 부품의 상기 보어 내에 배치되어 있고, 상기 내측 표면에 대해 45도 각도로 배치되어 있다. 상기 거울은 상기 광원으로부터 나오는 빛을 상기 내측 표면으로, 그리고 상기 내측 표면으로부터 상기 카메라로 반사시킨다.
본 발명은 또한 원통형 부품의 내측 표면을 검사하는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 중심축 둘레로 원주방향으로 뻗어 있는 내측 표면을 각각 포함하고 있는 복수의 원통형 부품을 제공하는 단계; 그리고 상기 중심축을 따라서 소정의 고정된 위치에 그리고 상기 내측 표면에 대해 45도 각도로 상기 원통형 부품 중의 한 개의 원통형 부품 내에 거울을 배치시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법은 또한 상기 원통형 부품의 상기 내측 표면으로 빛을 향하게 하는 단계; 상기 거울과 상기 내측 표면의 사이에서 빛을 반사시키는 단계; 그리고 각각 일차원인, 상기 원통형 부품의 상기 내측 표면의 복수의 이미지를 포착하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 상기 시스템과 방법은 상기 내측 표면 상의 결함을 확인하는 확실하고 비용효율적인 방식을 제공한다. 최소의 이미지 왜곡을 가진 상기 내측 표면의 고해상도 이미지가 제공된다. 또한, 상이한 사이즈의 원통형 부품을 검사하기 위해서 한 개의 거울이 사용될 수 있고, 전체 원통형 부품을 검사하는 동안 그리고 동일한 사이즈의 다수의 원통형 부품을 검사하는 동안 카메라와 광원의 위치가 고정된 상태로 유지될 수 있다. 상기 이미지는 200 미크론 범위 또는 그 이하의 결함을 포함하여, 여러 결함을 자동적으로 확인하기 위해서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법을 이용하는 경우, 종래 기술에 비하여, 결함을 간과하고 결함이 있는 원통형 부품을 고객에게 발송할 가능성이 현저하게 줄어든다. 또한, 각각의 원통형 부품에 대해 부품 조작 시간을 포함하여, 검사 시간이 통상적으로 약 10초 이하이고, 이는 종래 기술보다 더 빠른 것이다.
아래의 상세한 설명과 첨부된 도면을 함께 고려하면 본 발명의 다른 장점을 용이하게 알 수 있으며, 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 한 실시형태에 따른 원통형 부품의 내측 표면을 검사하기 위한 시스템 및 방법의 개략도이고;
도 2는 원통형 부품의 내측 표면을 검사하기 위한 시스템 및 방법의 다른 실시예의 개략도이고;
도 3은 본 발명의 시스템 및 방법을 이용하여 검사한 예시적인 원통형 부품의 사시도이고; 그리고
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 생성된 원통형 부품의 내측 표면의 펴진 화상이다.
도면을 참고하면, 원통형 부품(20)을 검사하기 위한 시스템 및 방법은 대체로 도 1a 내지 도 1c의 개략도로 도시되어 있다.
상기 시스템은, 내연 엔진용 실린더 라이너와 같은, 복수의 원통형 부품(20)을 포함하고 있다. 상기 원통형 부품(20)은 통상적으로 제조업자가 소유하고 있으며 고객에게 배송할 준비 상태에 되어 있다. 상기 제조업자는 원통형 부품(20)을 고객에게 배송하기 전에 결함(24) 또는 흠에 대해 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하기 위해서 상기 시스템 및 방법을 이용할 것이다. 각각의 원통형 부품(20)은 중심축(A)을 중심으로 원주방향으로 뻗어 있으며 양 단부(28)의 사이에 보어(26)을 제공하는 내측 표면(22)을 포함하고 있다. 상기 원통형 부품(20)은 또한 내측 표면(22)의 반대쪽으로 향하는 외측 표면(30)을 포함하고 있다. 각각의 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 양 단부(28)의 사이에 내경(D)을 가지고 있다.
상기 시스템은 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지를 포착하기 위해 카메라(32)를 포함하고 있고, 이 이미지는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22) 상의 결함(24)을 확인하는데 사용된다. 상기 카메라(32)는 상기 이미지를 포착하기 위해 원통형 부품(20)의 보어(26)를 향하는 렌즈(33)를 포함하고 있다. 상기 카메라(32)는 한 번에 원통형 부품(20)의 이미지를 포착한다. 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 카메라(32)는 원통형 부품(20)의 양 단부(28) 중의 한 단부의 바깥쪽의 소정의 위치에 배치되어 있다. 상기 카메라(32)는 또한 원통형 부품(20)의 중심축(A)과 축방향으로 정렬되어 있다. 상기 카메라(32)의 중심축(A) 상의 위치는 원통형 부품(20)의 이미지가 포착되는 동안 고정된 채로 유지되어 있다. 상기 카메라(32)는 또한 동일한 내경(D)을 가지는 원통형 부품(20)을 검사할 때 동일한 고정된 위치에 유지되어 있다. 그러나, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 카메라(32)의 중심축(A) 상의 위치는 보다 크거나 보다 작은 내경(D)을 가지는 다른 원통형 부품(20)의 이미지를 포착하기 전에 통상적으로 길이방향으로 조정된다.
상기 카메라(32)는 바람직하게는 고 해상도의 라인 스캔 카메라(line scan camera)이고, 포착된 각각의 이미지는 일차원이다. 포착된 각각의 이미지가 단일 화소의 라인이기 때문에 상기 이미지는 라인 이미지로 지칭될 수 있다. 각각의 라인 이미지의 화소는 차례로 연달아 배치되어 있다. 각각의 라인 이미지는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 작은 부분을 나타낸다. 상기 카메라(32)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 내측 표면(22)의 원주를 따르는 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3,...cn)에서 각각의 라인 이미지를 포착한다. 예를 들면, 한 개의 라인 이미지는 c1에서 포착되고, 다른 라인 이미지는 c2에서 포착되고, 그리고 내측 표면(22)의 둘레로 c3 등에서 다른 라인 이미지가 포착된다. 각각의 화소는 정사각형이고 각각의 라인 이미지는 내측 표면(22)의 치수를 정확하게 반영한다. 상기 라인 이미지는 신장되거나 압축되지 않는다. 한 가지 바람직한 실시예에서는, 상기 카메라(32)가 이미지를 포착하기 위해 전하 결합 소자(CCD)를 포함하고 있다.
한 가지 실시예에서, 라인 스캔 카메라(32)는 1K 카메라이고, 이것은 상기 카메라(32)가 1K 화소 또는 1,000 화소의 이미지를 포착할 수 있다는 것을 의미한다. 상기 카메라(32)에 의해서 제공된 해상도는 관찰 중인 렌즈(33)의 시야 또는 표면적에 따라서 변경될 것이다. 예를 들어, 상기 카메라(32)가 1K 카메라이고 100 밀리미터의 시야를 가지고 있다면, 상기 카메라(32)에 의해서 제공된 해상도는 100 미크론(100 밀리미터/1,000 화소)이다. 따라서, 상기 시스템이 1K 카메라(32)를 포함하고 있으면, 상기 시스템은 300 미크론 범위의 결함을 감지할 수 있다. 상기 카메라(32)가 16K 카메라이고 100 밀리미터의 시야를 가지고 있다면, 상기 카메라(32)에 의해서 제공된 해상도는 6.3 미크론(100 밀리미터/16,000 화소)이다. 따라서, 16K 카메라(32)를 가지고 있으면, 상기 시스템은 20 미크론 범위의 결함을 감지할 수 있다. 본 발명의 시스템에 사용하기 위해 선택된 카메라(32)는 감지될 필요가 있는 결함의 크기에 따라서 1K 내지 16K 또는 그 이상의 범위에 있을 수 있다.
빛을 원통형 부품(20)의 보어(26)와 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)으로 향하게 하기 위해서 광원(34)은 카메라(32)에 인접한 원통형 부품(20)의 단부(28)와 카메라(32)의 사이에 배치되어 있다. 한 가지 실시예에서, 광원(34)은 일정한 라인의 빛을 내측 표면(22)으로 향하게 하는 발광 다이오드를 포함하고 있다. 다른 실시예에서는, 도 1a 내지 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 광원(34)이 카메라(32)에 대해 서로 반대쪽에 있는 한 쌍의 발광 다이오드를 포함하고 있다. 각각의 발광 다이오드는 카메라(32)의 렌즈(33)에 인접하게 배치되어 있다. 상기 광원(34)은 바람직하게는 내측 표면(22)에 전방 확산광(front diffused lighting)을 제공한다.
상기 시스템은 또한, 내측 표면(22)에 인접하여 있으며 내측 표면(22)으로부터 이격되어 있는 원통형 부품(20)의 보어(26) 내에 배치된 거울(36)을 포함하고 있다. 상기 거울(36)은 원통형 부품(20)의 중심축(A)을 따라서 소정의 위치에 배치되어 있으며 로드(37)에 의해 지지될 수 있다. 상기 거울(36)은 대체로 카메라(32) 쪽으로 향하는 거울면(38)을 가지고 있다. 상기 거울면(38)은 평면이고 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)에 대해 45도 각도로 배치되어 있다. 상기 거울(36)은 카메라(32)가 내측 표면(22)의 이미지를 포착할 수 있도록 광원(34)으로부터 나오는 빛을 내측 표면(22)으로 반사시키고, 그리고 내측 표면(22)으로부터 반사된 빛을 카메라(32)로 반사시킨다.
원통형 부품(20) 중의 하나에 대해 이미지가 포착되는 동안 거울(36)의 위치는 고정된 위치에 유지되어 있다. 상기 거울(36)은 또한 동일한 내경(D)을 가지는 다른 원통형 부품(20)을 검사하는 동안 동일한 고정된 위치에 유지되어 있다. 그러나, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 중심축(A) 상의 거울(36)의 위치는 통상적으로 상이한 내경(D)을 가지는 다른 원통형 부품(20)의 이미지를 포착하기 전에 길이방향으로 조정된다. 카메라(32)에 대한 거울(36)의 상대적인 위치는 카메라(32)에 의해 포착된 이미지가 왜곡이 없이 선명하고 정확하게 되도록 선택된다.
거울(36)은 제1 거리(d1)만큼 카메라(32)로부터 이격되어 있고 제2 거리(d2)만큼 내측 표면(22)으로부터 이격되어 있다. 그러나, 한 가지 실시예에서, 비록 상이한 내경(D)을 가지는 원통형 부품(20)에 대해서 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)가 변하지만, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합은 검사되는 모든 원통형 부품(20)에 대해서 일정한 값으로 유지된다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1c의 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합은 동일한데, 0.01 미터의 내경(D)을 가지는 원통형 부품(20)을 검사하는 동안의 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합이 0.05 미터의 내경(D)을 가지는 원통형 부품(20)을 검사하는 동안의 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합과 동일하다. 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합을 일정한 값으로 유지시키는 것에 의해 왜곡이 없이 일관되게 선명하고 정확한 이미지를 제공한다.
상기 시스템은 검사하는 동안 원통형 부품(20)을 지지하는 아암(40)을 포함하고 있다. 상기 아암(40)은 통상적으로 원통형 부품(20)의 외측 표면(30)과 결합되어 있고 카메라(32)가 내측 표면(22)의 이미지를 포착하는 동안 원통형 부품(20)을 거울(36)과 카메라(32)에 대해 연속적으로 이동시킨다. 상기 아암(40)은 중심축(A)을 중심으로 360도로 원통형 부품(20)을 연속적으로 회전시킨다. 상기 아암(40)은, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 360도 회전하는 동안, 제1 소정의 길이방향 위치(l1)라고 칭하는, 양 단부(28) 사이의 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 제1 위치에 원통형 부품(20)을 유지시킨다. 원통형 부품(20)이 제1 길이방향 위치(l1)에서 회전하는 동안, 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지가 거울(36)로부터 카메라(32)로 반사되어, 카메라(32)가 상기 이미지를 포착할 수 있다. 카메라(32)는, 제1 소정의 길이방향 위치(l1)에서 상기 내측 표면(22)의 전체 원주에 대해 이미지가 포착될 때까지 상기 내측 표면(22)의 원주 둘레의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 이미지를 포착한다. 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)의 갯수 및 제1 소정의 길이방향 위치(l1)에서 포착된 이미지의 갯수는 원통형 부품(20)의 내경(D)과 정비례한다.
제1 소정의 길이방향 위치(l1)에서 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지를 포착한 후, 상기 아암(40)은, 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 원통형 부품(20)을 제2 소정의 길이방향 위치(l2)로 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 소정의 일정한 거리만큼 이동시킨다. 그 다음에, 상기 아암(40)은 원통형 부품(20)을 제2 소정의 길이방향 위치(12)에 유지시키면서 원통형 부품(20)을 중심축(A)을 중심으로 360도로 연속적으로 회전시킨다. 원통형 부품(20)이 제2 길이방향 위치(12)에서 연속적으로 회전하는 동안, 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지가 거울(36)로부터 카메라(32)로 반사되어, 카메라(32)가 상기 이미지를 포착할 수 있다. 카메라(32)는, 제2 길이방향 위치(l2)에서 상기 내측 표면(22)의 전체 원주에 대해 이미지가 포착될 때까지 상기 내측 표면(22)의 원주 둘레의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지를 포착한다. 상기 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)는 제1 길이방향 위치(11)에서의 소정의 원주방향 위치와 동일하다. 제2 길이방향 위치(12)에서 포착된 라인 이미지(line image)의 갯수도 원통형 부품(20)의 내경(D)과 정비례한다.
제2 길이방향 위치(12)에서 원통형 부품(20)의 전체 내측 표면(22)의 이미지를 포착한 후, 상기 아암(40)은, 도 1c에 도시되어 있는 바와 같이, 원통형 부품(20)을 제3 소정의 길이방향 위치(l3)로 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 소정의 일정한 거리만큼 이동시킨다. 상기 아암(40)은 원통형 부품(20)을 제3 소정의 길이방향 위치(13)에 유지시키면서 원통형 부품(20)을 중심축(A)을 중심으로 360도로 연속적으로 회전시킨다. 원통형 부품(20)이 제3 길이방향 위치(13)에서 연속적으로 회전하는 동안, 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지가 거울(36)로부터 카메라(32)로 반사되어, 카메라(32)가 상기 이미지를 포착할 수 있다. 카메라(32)는, 제3 길이방향 위치(l3)에서 상기 내측 표면(22)의 전체 원주에 대해 이미지가 포착될 때까지 상기 내측 표면(22)의 원주 둘레의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 이미지를 포착한다. 상기 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)는 제1 길이방향 위치(l1) 및 제2 길이방향 위치(l2)에서의 소정의 원주방향 위치와 동일하다. 제3 길이방향 위치(13)에서 포착된 이미지의 갯수도 원통형 부품(20)의 내경(D)과 정비례한다.
상기 이미지가 상기 내측 표면(22)을 따라 부가적인 길이방향 위치(ln)에서 포착되도록 이미지 포착 단계, 회전 단계, 그리고 길이방향으로의 이동 단계는 반복된다. 상기 이미지는 각각의 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에서의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 포착된다. 상기한 바와 같이, 상기 이미지의 각각은 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn) 중의 한 위치와 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln) 중의 한 위치에서 포착된다. 이미지, 바람직하게는 라인 이미지가 원통형 부품(20)의 양 단부(28) 사이의 전체 내측 표면(22)에 대해서 포착될 때까지 상기 단계들이 반복된다.
라인 스캔 카메라(32)에 의해 포착된 이미지는 고해상도를 가진다. 또한, 상(reflection)을 압축할 수 있고 결과적으로 이미지가 압축된 화소를 포함할 수 있는 원추 형상의 거울과 다르게, 45도 각도로 된 평면 거울면(38)이 상(reflection)을 압축하지 않고 내측 표면(22)을 반사하기 때문에 이미지의 왜곡이 최소화된다. 또한, 원통형 부품(20) 중의 하나를 검사하는 동안 카메라(32)와 거울(36)이 고정된 위치에 있기 때문에 고도의 정렬 정확도(high alignment accuracy)가 가능하고, 이는 또한 이미지의 고품질에 기여한다.
상기 시스템은 또한 카메라(32)에 의해 포착된 내측 표면(22)의 이미지, 바람직하게는 라인 이미지를 결합하기 위해 컴퓨터(42)를 포함하고 있다. 한 가지 실시예에서, 상기 컴퓨터(42)는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 케이블(43)에 의해 카메라(32)에 연결되어 있다. 라인 이미지는 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn) 및 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에 따라 순서대로 함께 배열되어서 내측 표면(22)에 대해 포착된 각각의 라인 이미지를 포함하는 고품질의 펴진 화상(unwrapped display)을 생성한다. 상기 이미지는 통상적으로 카메라(32)에 의해 포착된 순서대로 배열되어 있다.
상기 펴진 화상은 상기 내측 표면(22)의 치수와 특징을 정확하게 나타낸다. 따라서, 상기 펴진 화상은 내측 표면(22)의 선명하고 정확한 모습을 제공한다. 도 4는 상기 펴진 화상의 작은 부분의 한 예를 나타내고 있다. 도 4는 상이한 원주방향 위치(c1, c2, c3)에서 포착된, 하지만 하나의 길이방향 위치(l1)에서 각각 포착된 복수의 라인 이미지를 포함하고 있다. 도 4의 라인 이미지는 원주방향 위치(c1, c2, c3)에 따라 순서대로 함께 배열되어 있다. 펴진 화상의 일부분에서 기계가공 결함 또는 라인뿐만 아니라 다공성 결함(24)이 명확하게 확인될 수 있다.
한 가지 실시예에서, 컴퓨터(42)는 이미지 또는 펴진 화상의 표준 영상 처리 알고리즘(standard image processing algorithm)을 이용하여 자동적으로 원통형 부품(20)의 내측 표면(22) 상의 결함(24)을 확인한다. 다른 실시예에서는, 이미지 또는 펴진 화상이 결함(24)에 대해 수작업으로 조사된다. 원통형 부품(20)의 내측 표면(22) 상의 결함(24)이 확인되면, 원통형 부품(20)을 고객에게 발송하기 전에 제조업자는 상기 원통형 부품(20)을 폐기하거나 수리할 것이다.
상기한 바와 같이, 카메라(32) 및 거울(36)이 소정의 고정된 위치에 유지되어 있는 동안 동일한 내경(D)을 가지는 모든 원통형 부품(20)이 조사된다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상이한 내경(D) 또는 치수를 가지는 원통형 부품(20)을 검사하기 전에 카메라(32) 및 거울(36)의 위치가 중심축(A)을 따라서 서로에 대해 길이방향으로 조정된다. 카메라(32) 및 거울(36)은 상기 내측 표면(22)의 보다 선명하고 보다 정확한 이미지를 제공하기 위해서 조정된다. 그러나, 상기한 바와 같이, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합은, 상이한 내경(D)을 가지는 원통형 부품(20)을 검사할 때에도 동일하다. 효과적으로 빛을 내측 표면(22)으로 향하게 하기 위해서 상이한 내경(D)과 치수의 원통형 부품(20)을 검사하기 전에 광원(34)의 위치도 조정될 수 있다.
한 가지 바람직한 실시예에서는, 카메라(32)가 이미지를 포착하기 전에 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 청소한다. 통상적인 청소 방법을 이용하여 흙, 먼지, 기름(grease) 및 다른 오물을 내측 표면(22)으로부터 제거한다. 깨끗한 원통형 부품(20)의 펴진 화상은 먼지가 묻어 있거나 기름이 묻어 있는 원통형 부품(20)의 펴진 화상보다 더 고품질이다. 내측 표면(22)에 먼지가 묻어 있거나 기름이 묻어 있다면, 실제 결함(24)과 먼지 또는 흠을 구별하기 곤란할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 또한 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 중심축(A) 둘레로 원주방향으로 뻗어 있는 내측 표면(22)을 각각 포함하는 복수의 원통형 부품(20)을 제공하는 것을 포함한다.
그 다음에, 상기 방법은 원통형 부품(20) 중의 하나 내의 거울(36)을 중심축(A)을 따라서 배치시키는 것과, 상기 거울(36)을 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)에 대해 45도 각도로 배치시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한, 카메라(32)를 원통형 부품(20)에 인접하게 배치시키는 것; 상기 카메라(32)를 원통형 부품(20)의 중심축(A)과 축방향으로 정렬시키는 것; 그리고, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합이라고 칭하는, 카메라(32)와 거울(36) 사이의 거리와 거울(36)과 내측 표면(22) 사이의 거리의 합을 일정하게 하는 것을 포함한다.
상기 시스템 구성은, 카메라(32)와 원통형 부품(20)의 사이에 광원(34)을 배치시키는 것; 빛을 광원(34)으로부터 거울(36)로 향하게 하는 것; 상기 빛을 내측 표면(22)으로, 그리고 내측 표면(22)으로부터 카메라(32)로 반사시키는 것; 그리고, 원통형 부품(20)이 중심축(A)을 중심으로 360도 회전하는 동안 각각 일차원이며 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 일부분을 나타내는 단일 화소의 라인을 포함하는 복수의 이미지를 카메라(32)에 의해 포착하는 것을 포함한다.
이미지를 포착하는 단계는, 원통형 부품(20)을 제1 길이방향 위치(l1)에서 중심축(A)을 중심으로 360도 회전시키면서 내측 표면(22)의 원주 둘레의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 이미지를 포착하는 것; 제1 길이방향 위치(l1)에서 이미지를 포착한 후 상기 원통형 부품(20)을 제2 길이방향 위치(l2)로 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 소정의 거리만큼 이동시키는 것; 그리고 원통형 부품(20)을 제2 길이방향 위치(l2)에서 중심축(A)을 중심으로 360도 회전시키면서 내측 표면(22)의 원주 둘레의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 이미지를 포착하는 것을 포함한다. 상기 방법은, 원통형 부품(20)의 전체 내측 표면(22)에 대해 이미지를 포착할 때까지 이미지 포착 단계, 회전 단계 및 이동 단계를 반복하는 것을 포함한다.
한 가지 바람직한 실시예에서는, 내측 표면(22)의 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn) 중의 한 위치와 내측 표면(22)의 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln) 중의 한 위치에서 각각의 라인 이미지를 포착한 후, 상기 방법은, 각각의 라인 이미지를 함께 결합하는 것과 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)와 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에 따라 상기 라인 이미지를 순서대로 배열시키는 것; 그리고 배열된 라인 이미지를 포함하여, 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 펴진 화상을 생성하는 것을 포함한다.
한 가지 실시예에서, 상기 방법은, 라인 이미지의 표준 영상 처리 알고리즘(standard image processing algorithm)을 이용하여 원통형 부품(20)의 내측 표면(22) 상의 결함(24)을 자동적으로 확인하는 것을 포함한다. 상기 방법은, 동일한 내경(D)과 치수를 가지는 각각의 원통형 부품(20)에 대해 상기 단계들을 반복하는 것을 포함한다. 상이한 내경(D) 또는 치수를 가지는 원통형 부품(20)를 검사할 때, 상기 방법은, 내측 표면(22)의 선명하고 정확한 이미지를 포착하기 위해서 카메라(32) 및 거울(36)의 위치를 중심축(A)을 따라서 서로에 대해 길이방향으로 조정하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)의 합은 일정한 값으로 유지된다. 상기 방법은 또한, 빛을 효과적으로 내측 표면(22)으로 향하게 하기 위해서 상이한 내경(D)과 치수를 가진 원통형 부품(20)을 검사하기 전에 광원(34)의 위치를 조정하는 것을 포함할 수 있다.
최종적으로, 상기 방법은, 각각의 원통형 부품(20)에 대해 펴진 화상을 생성하는 것과 결함(24)을 확인하는 것을 포함하여, 각각의 원통형 부품(20)에 대해 상기 단계들을 반복하는 것을 포함한다. 한 가지 바람직한 실시예에서는, 상기 방법이, 보다 좋은 품질의 이미지를 포착하기 위하여, 이미지를 포착하기 전에 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 청소하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 통상적으로 원통형 부품(20)을 고객에게 발송하기 전에 결함(24)을 포함하는 원통형 부품(20)을 폐기하는 것 또는 원통형 부품(20)에 있는 결함(24)을 수리하는 것을 포함한다.
명백히, 상기의 개시내용에 기초하여 본 발명의 다양한 변형 및 수정이 가능하며 첨부된 청구범위의 범위 내에서 상기한 것과 다르게 실시될 수 있다. 상기의 설명은 본 발명의 새로운 내용이 그 유용성을 발휘하는 임의의 조합을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템으로서,
    내경이 다른 복수의 원통형 부품으로서, 중심축(A) 둘레로 원주방향으로 그리고 대향 단부 사이에서 길이 방향으로 뻗어 있으며, 보어(26)를 제공하고, 상기 내경을 가지는 내측 표면(22)을 각각 포함하는 상기 복수의 원통형 부품(20);
    상기 원통형 부품이 상기 중심축 주위로 360도 회전하는 동안 상기 내측 표면(22)의 이미지를 포착하기 위한 렌즈를 구비한 카메라(32)로서, 상기 카메라의 렌즈는 상기 원통형 부품(20)의 바깥쪽에 배치되어 있으며, 상기 원통형 부품(20)이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 및 상기 내측 표면의 이미지를 포착하는 동안 고정된 위치에 유지되는 상기 카메라(32);
    상기 원통형 부품(20)의 상기 내측 표면(22)으로 빛을 향하게 하기 위해서 상기 원통형 부품의 바깥쪽에 배치된 광원(34); 그리고
    상기 원통형 부품(20)이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 및 상기 카메라가 상기 내측 표면의 이미지를 포착하는 동안 상기 중심축(A)을 따라 소정의 고정된 위치에서 상기 원통형 부품(20)의 상기 보어(26) 내에 배치된 거울(36);
    을 포함하고 있고,
    상기 거울(36)은 상기 광원(34)으로부터 나오는 빛을 상기 내측 표면(22)으로, 그리고 상기 내측 표면(22)으로부터 상기 카메라(32)로 반사시키도록 상기 내측 표면(22)에 대해 소정 각도로 배치된 거울 표면을 포함하고,
    상기 거울 표면은 상기 원통형 부품(20)이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 상기 원통형 부품의 내측 표면에 대하여 상기 중심축상에 고정된 위치에 배치되고,
    상기 렌즈 및 상기 거울 표면은 상기 카메라가 상기 원통형 부품의 상기 대향 단부 사이에 전체의 내측 표면의 이미지를 포착할 때까지 고정된 위치에 유지되고,
    상기 거울(36)은 제1 거리(d1) 만큼 상기 카메라(32)로부터 이격되어 있고 제2 거리(d2) 만큼 상기 내측 표면(22)으로부터 이격되어 있으며, 상기 카메라가 상기 복수의 원통형 부품 각각의 상기 내측 표면의 이미지를 포착할 동안 상기 제1 거리(d1)와 상기 제2 거리(d2)의 합은 일정한 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 카메라(32)는 상기 이미지를 포착하기 위한 전하 결합 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이미지의 각각은 화소의 라인인 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이미지의 각각은 상기 내측 표면(22)을 따라 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)와 소정의 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에서 포착되며; 그리고 상기 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)와 상기 소정의 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에 따라 배열된 상기 이미지의 각각을 포함하는 상기 내측 표면(22)의 펴진 화상을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 거울(36)은 상기 카메라(32)쪽으로 향하고 있으며 평면인 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 카메라(32)가 상기 이미지를 포착하는 동안 상기 원통형 부품(20)을 지지하며 상기 원통형 부품(20)을 상기 거울(36)과 상기 카메라(32)에 대해 이동시키는 아암(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 카메라(32)는 각각의 상기 원통형 부품(20)의 상기 내측 표면(22)의 이미지를 포착하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 고정된 상기 거울 표면은 상기 중심축 주위로 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 원통형 부품이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 상기 광원은 고정된 위치에 유지되고, 상기 광원은 상기 카메라가 상기 원통형 부품의 상기 대향 단부 사이에 전체의 내측 표면의 이미지를 포착할 때까지 상기 고정된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 시스템.
  10. 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법으로서,
    내경이 다른 복수의 원통형 부품으로서, 중심축(A) 둘레로 원주방향으로 그리고 대향 단부 사이에 길이 방향으로 뻗어 있는 내측 표면(22)을 각각 포함하고 있는 복수의 원통형 부품(20)을 제공하는 단계;
    상기 중심축(A)을 따라서 소정의 고정된 위치에 상기 원통형 부품 내에 거울(36)을 배치시키는 단계;
    상기 내측 표면에 대하여 상기 중심축상에 소정 각도로 상기 거울의 거울 표면을 배치시키는 단계;
    상기 원통형 부품(20)의 상기 내측 표면(22)으로 빛을 향하게 하는 단계;
    상기 거울과 상기 내측 표면 사이에 빛을 향하게 하는 단계;
    상기 내측 표면의 이미지를 포착하기 위해 상기 원통형 부품의 바깥쪽에 카메라의 렌즈를 배치하는 단계;
    상기 원통형 부품이 상기 중심축을 360도 회전하는 동안 상기 원통형 부품의 내측 표면의 복수의 이미지를 포착하는 단계;
    상기 렌즈 및 상기 거울 표면을 상기 카메라가 상기 원통형 부품의 상기 대향 단부 사이에 전체의 내측 표면의 이미지를 포착할 때까지 상기 원통형 부품이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 및 상기 내측표면의 이미지를 포착하는 동안 고정된 위치에 유지시키는 단계;
    서로 다른 내경을 가지는 원통형 부품의 각각에 대하여 상기 단계들을 반복하는 단계;
    상기 카메라와 상기 거울 사이의 거리(d1)와 상기 거울과 상기 내측 표면 사이의 거리(d2)의 합을 고정시키는 단계; 및
    상기 카메라가 서로 다른 내경을 가지는 원통형 부품의 각각의 내측 표면의 이미지를 포착하는 동안 상기 합을 일정하게 유지시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 이미지를 포착하는 단계는 각각의 이미지에 대해 단일 화소의 라인을 포착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 내측 표면(22)의 원주를 따라서 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)와 상기 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 따라서 소정의 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에서 각각의 이미지를 포착하는 것; 상기 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)와 길이방향 위치(l1, l2, l3...ln)에 따라 각각의 이미지를 배열시키는 것; 그리고 배열된 이미지를 포함하는 상기 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)의 펴진 화상을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 라인 이미지의 이미지 처리 알고리즘을 이용하여 상기 원통형 부품(20)의 내측 표면(22) 상의 결함(24)을 자동적으로 확인하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 이미지를 포착하는 단계 동안, 중심축(A)을 따라 제1 소정의 길이방향 위치(l1)에서 상기 원통형 부품(20)을 중심축(A)을 중심으로 360도 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회전시키는 단계 동안, 상기 내측 표면(22)의 원주 둘레로 소정의 원주방향 위치(c1, c2, c3...cn)에서 각각의 이미지를 포착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1 소정의 길이방향 위치(l1)에서의 상기 이미지를 포착하는 단계 후에 상기 원통형 부품(20)을 제2 소정의 길이방향 위치(l2)로 중심축(A)을 따라서 길이방향으로 소정의 거리 만큼 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 원통형 부품(20)의 전체 내측 표면(22)에 대해서 이미지가 포착될 때까지 상기 이미지를 포착하는 단계와 상기 원통형 부품(20)을 회전시키는 단계와 상기 원통형 부품(20)을 이동시키는 단계를 반복하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  18. 제10항에 있어서, 각각의 원통형 부품(20)에 대해 상기 단계들을 반복하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  19. 제10항에 있어서, 상기 거울에 대해 상기 카메라의 위치를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  20. 제10항에 있어서, 상기 이미지를 포착하는 단계 전에 상기 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 청소하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  21. 제10항에 있어서, 고정된 상기 거울 표면은 상기 중심축 주위로 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  22. 제10항에 있어서, 상기 원통형 부품(20)의 각각에 대해 상기 단계들을 반복하는 동안 카메라는 고정된 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
  23. 제10항에 있어서, 상기 카메라가 상기 원통형 부품의 상기 대향 단부 사이에 전체의 내측 표면의 이미지를 포착할 때까지 상기 원통형 부품이 상기 중심축 주위로 360도 회전하고 상기 중심축을 따라 이동하는 동안 및 상기 내측 표면의 이미지를 포착하는 동안 광원을 고정된 위치에 유지시키는 것을 특징으로 하는 원통형 부품(20)의 내측 표면(22)을 검사하는 방법.
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