JP7501093B2

JP7501093B2 - 探傷装置、および探傷方法

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Publication number: JP7501093B2
Application number: JP2020087335A
Authority: JP
Inventors: 雄貴荒井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2024-06-18
Anticipated expiration: 2040-05-19
Also published as: JP2021181921A

Description

本発明は、丸棒状または円筒状の部材の外周面に設けられた突出部を有する対象物の外周面の画像を生成する探傷装置、および探傷方法に関する。

特許文献１には、歯車の歯先をラインカメラにより撮像し、得られた画像を結合して歯先面の展開画像を生成し、歯車の表面を検査する技術が記載されている。

特開２０１８－３６１７２号公報

ところが、歯丈が長い歯車など対象物表面の突出部の突出量が大きい場合など、１台のラインカメラだけでは突出部の根元が隣接する突出部の影になるため撮像できない欠陥部分が発生する。そのため、得られた画像は対象物の表面のすべてが反映されたものではなくなり、突出部を含む外周面全域の表面状態を正しく確認することができない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、円筒形状の外周面の画像であって欠陥部分が抑制された画像を生成する探傷装置、および探傷方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の１つである探傷装置は、円筒状の外周面に外向きに突出する突出部を有する対象物の前記外周面の画像を生成する探傷装置であって、行列状に配置される複数の撮像画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に像を結像する光学系を備えた撮像装置と、前記撮像装置と前記対象物とを前記対象物の周方向に相対回転させる回転装置と、前記回転装置による相対回転と同期した所定の時間間隔で前記対象物の外周面の画像を前記撮像装置に撮像させる撮像部と、前記撮像装置が撮像した画像データから、前記突出部の所定の第一面側が撮像される第一領域データ、および前記突出部の前記第一面側と逆側の第二面側が撮像される第二領域データを特定して取得する領域特定部と、前記第一領域データ、および前記第二領域データを合成して前記外周面の展開画像を生成する画像合成部と、を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明の他の１つである探傷方法は、円筒状の外周面に外向きに突出する突出部を有する対象物の前記外周面の画像を生成する探傷方法であって、行列状に配置される複数の撮像画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に像を結像する光学系を備えた撮像装置と前記対象物とを前記対象物の周方向に回転装置が相対回転させ、前記回転装置による相対回転と同期した所定の時間間隔で前記対象物の外周面の画像を前記撮像装置に撮像部が撮像させ、前記撮像装置が撮像した画像データから、前記突出部の所定の第一面側が撮像される第一領域データ、および前記突出部の前記第一面側と逆側の第二面側が撮像される第二領域データを領域特定部が特定して取得し、前記第一領域データ、および前記第二領域データを合成して前記外周面の展開画像を画像合成部が生成し、前記展開画像に基づき対象物表面の傷を検出する。

本探傷装置、および探傷方法によれば、対象物の外周面に存在する突出部に起因した欠陥部分の発生を抑制した外周面の画像を得ることが可能となる。

探傷装置の機構構成等を示す斜視図である。探傷装置の機構構成を示す側面図である。探傷装置が備える画像生成装置の機能構成を示すブロック図である。領域特定部が取得する領域データの関係を示す図である。展開画像である合成画像を示す図である。対処物と領域データの対応関係を示す図である。

以下に、本発明に係る探傷装置、および探傷方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、探傷装置の機構構成等を示す斜視図である。図２は、探傷装置の機構構成を示す側面図である。これらの図に示すように探傷装置１００は、円筒状の外周面に外向きに突出する突出部２１０を有する対象物２００の外周面の画像を生成して探傷に供する探傷装置１００であって、撮像装置１１０と、回転装置１２０と、画像生成装置１３０と、を備えている。本実施の形態の場合、探傷装置１００は、照明装置１４０を備えている。

対象物２００は、探傷装置１００により得られた外周面の展開画像に基づき傷の有無が検査される検査対象であって、円筒状の外周面に外向きに突出する突出部２１０を備えている。対象物２００の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、平歯車、ウォームシャフトなどを含む歯車、ボルト、木ネジなどを含む締結具、ホブ、エンドミルなどを含む切削工具などを例示することができる。本実施の形態の場合、対象物２００としてピニオンシャフトを例示しており、突出部２１０は、突条となっており、ピニオンシャフトの歯が対応している。

撮像装置１１０は、対象物２００の外周面を突出部２１０と共に撮像するいわゆるエリアカメラであって、撮像素子１１１（図４参照）と、光学系１１２（図４参照）とを備えている。撮像素子１１１は、光学系１１２により結像した像を二次元の画像データを取得する装置であり、行列状（マトリクス状）に配置される複数の撮像画素を有する。撮像素子１１１の種類は特に限定されるものではなく、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅｓ）タイプの撮像素子１１１、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）タイプの撮像素子１１１などを例示することができる。光学系１１２は、撮像素子１１１に結像させる単数、または複数の光学素子により形成されるものである。光学系１１２の種類は、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、光学系１１２は、突出部２１０の突出量（歯丈）程度の被写界深度を備え、突出部２１０の頂上部分（歯先）から突出部２１０の裾の部分（歯底）までピントが合うものとなっている。光学系１１２は、回転装置１２０に保持された対象物２００の回転軸２２２と光軸２２１とが直交するように配置されている。

回転装置１２０は、撮像装置１１０と対象物２００とを対象物２００の周方向に相対回転させる装置である。本実施の形態の場合、回転装置１２０に対し撮像装置１１０は、固定的に配置されており、回転装置１２０は、対象物２００の回転軸２２２周りに対象物２００を回転させることにより撮像装置１１０と対象物２００との相対回転を実現している。回転装置１２０の具体的な態様は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、回転装置１２０は、対象物２００の軸部２１１の周面に当接する二つのローラ１２１からなるローラ対を対象物２００の両端にそれぞれ配置し、撮像装置１１０の光軸２２１と対象物２００の回転軸２２２とが直交するように対象物２００を保持している。ローラ１２１の回転軸が対象物２００の回転軸２２２と平行になるように各ローラ１２１は配置されている。回転装置１２０のローラ１２１の少なくとも１つは、駆動装置（不図示）により回転駆動力が付与され、他のローラ１２１は、自由に回転するものとなっている。

照明装置１４０は、撮像装置１１０が対象物２００の外周面を撮像するために対象物２００の外周面に光を照射する装置である。照明装置１４０の種類は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、第一光源１４１と、第二光源１４２と、保持機構１４３とを備えている。

第一光源１４１は、突出部２１０の第一面側２３１に光を照射する。第二光源１４２は、第一面側２３１とは逆側の第二面側２３２に光を照射する。本実施の形態の場合、対象物２００の回転軸２２２が図中のＹ軸に沿って配置されており、Ｙ軸の負側（Ｙ－）からＹ軸の正側（Ｙ＋）に向かって時計回り（右回り）方向に法線が向く突出部２１０の面（歯面）が第一面側２３１、反時計回り（左回り）方向に法線が向く突出部２１０の面（歯面）が第二面側２３２となっている。

第一光源１４１、および第二光源１４２が放射する光の種類は、特に限定されるものではなく、レーザー光やＬＥＤ光などの単色光でもよく、白色光などでも構わない。また、撮像装置１１０が撮像可能であれば可視光以外でも構わない。例えば、対象物２００の外周面に蛍光を発する粉体が付着している様な場合は、蛍光物質が励起する波長を含む可視光ではない光を照射するものでもよい。第一光源１４１、および第二光源１４２は、撮像装置１１０が撮像する対象物２００の領域全体、つまり、前記領域内の突出部２１０の頂上部（歯先面）、第一面側２３１、第二面側２３２、隣り合う突出部２１０の間（歯元）をできる限り均等な照度となるように光を照射している。

保持機構１４３は、第一光源１４１、および第二光源１４２の位置を対象物２００の外周面に沿って移動可能に第一光源１４１、および第二光源１４２をそれぞれ保持する部材である。本実施の形態の場合、保持機構１４３は、回転装置１２０に保持された対象物２００の回転軸２２２を中心とした円弧形状を成しており、第一光源１４１、および第二光源１４２を、回転軸２２２を中心とした円周に沿って移動させ、所定の位置で保持することができるものとなっている。また、保持機構１４３は、回転軸２２２と平行な軸周りで第一光源１４１、および第二光源１４２をそれぞれ回転可能に保持している。

図３は、探傷装置が備える画像生成装置の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、画像生成装置１３０は、撮像装置１１０と回転装置１２０とを制御して対象物２００の外周面の展開画像を生成するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）の１つである。本実施の形態の場合、画像生成装置１３０は、非一時的記憶媒体に記録されたプログラムを実行することにより実現する処理部として、撮像部１３１と、領域特定部１３２と、画像合成部１３３と、回転制御部１３４と、傷検出部１３５と、を備えている。

回転制御部１３４は、回転装置１２０による撮像装置１１０と対象物２００との相対回転を制御する。本実施の形態の場合、回転制御部１３４は、回転装置１２０が備える駆動装置を制御して、等速で対象物２００を回転させる。回転制御部１３４は、対象物２００の諸元を入力することで適切な回転速度を導出しても構わない。また、所定の回転速度で対象物２００を回転させた後、指定された箇所を先の回転速度よりも遅い回転速度で対象物２００を回転させても構わない。

撮像部１３１は、回転装置１２０による対象物２００と撮像装置１１０との相対回転と同期した所定の時間間隔で対象物２００の外周面の画像を撮像装置１１０に撮像させる処理部である。撮像部１３１は、一定の時間間隔、例えば３０ｆｐｓで撮像装置１１０に撮像させてもよい。また、回転制御部１３４から取得した同期信号に基づき、または対象物２００の回転速度に対応した時間間隔で撮像装置１１０に対象物２００を撮像させても構わない。

図４は、領域特定部が取得する領域データの関係を示す図である。同図に示すように、領域特定部１３２は、撮像装置１１０の撮像素子１１１が撮像した画像データ１５０から、突出部２１０の第一面側２３１が撮像される第一領域データ１５１、および突出部２１０の第二面側２３２が撮像される第二領域データ１５２を特定して取得する。本実施の形態の場合、領域特定部１３２は、画像データ１５０から突出部２１０の頂上部が撮像される第三領域データ１５３も特定して取得している。領域特定部１３２の領域の特定の仕方は特に限定されるものではなく、作業者が画像データ１５０からなる画像を目視により確認して複数の領域を指定することにより第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、第三領域データ１５３を特定してもよい。また、対象物２００の諸元を入力することで適切な第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、第三領域データ１５３を特定しても構わない。

領域特定部１３２は、撮像装置１１０に指示を与えることにより第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、第三領域データ１５３をそれぞれ取得してもよい。また、領域特定部１３２は、画像データ１５０を取得した後、得られた画像データ１５０から第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、第三領域データ１５３をそれぞれ切り出しても構わない。

第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、第三領域データ１５３の幅は、撮像画素の１つから取得するデータでもよく、複数の撮像画素から取得するデータでも構わない。

画像合成部１３３は、第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、および第三領域データ１５３をそれぞれ合成して対象物２００の外周面を相互に異なる方向で撮像した展開画像である例えば図５に模式的に示すような第一合成画像１６１、第二合成画像１６２、第三合成画像１６３を生成する。画像合成部１３３は、生成した第一合成画像１６１、第二合成画像１６２、第三合成画像１６３を表示装置１７０に表示させる。画像合成部１３３は、撮像素子１１１で一度に撮像した画像の部分が並ぶように第一合成画像１６１、第二合成画像１６２、第三合成画像１６３を並べて表示させてもよい。

傷検出部１３５は、画像合成部１３３が生成した第一合成画像１６１、第二合成画像１６２、第三合成画像１６３に基づき、ディープラーニングなどの人工知能を用いて傷を検出する。傷検出部１３５は、検出した傷が作業者に目視で認識できるように第一合成画像１６１、第二合成画像１６２、第三合成画像１６３の対応箇所に目印を付すことができる。

本実施の形態で説明した画像生成装置１３０を備えた探傷装置１００によれば、１つの撮像装置１１０により複数のアングルから対象物２００の外周面を撮像することできるため、突出部２１０に起因した欠損部が抑制された展開画像を生成することができる。従って、対象物２００の外周面に発生した傷を見逃すことなく検出することが可能となる。

また、複数のアングルを一つの撮像素子１１１により一度に取得するため、欠損部の少ない展開画像を高速で生成することが可能となる。例えば、対象物２００がピニオンシャフトのように、突出部２１０の根元（歯元）側の厚み（歯厚）が先端（歯先）側の厚みよりも薄い場合、一台のラインカメラでは、突出部２１０の根本（歯元）部分に撮像できない欠陥部分が発生する場合があるが、上記探傷装置１００によれば、複数台のラインカメラを必要とせず、１台の撮像装置１１０によって、突出部２１０の先端を含む第一面側２３１、および第二面側２３２を撮影することができ、得られた画像に基づき探傷を実施することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、実施の形態では、第一領域データ１５１、第二領域データ１５２、および第三領域データ１５３を取得する場合を説明したが、図６に示すように、さらに、第四領域データ１５４、および第五領域データ１５５を取得し、第四合成画像、第五合成画像を生成しても構わない。

また、図４では、光学系１１２による焦点が対象物２００の外側に存在する場合を説明したが、焦点が対象物２００の内側に存在しても構わない。

探傷装置、および探傷方法は、外周面に突起のある、歯車、ネジ、切削工具などの傷の検出に利用可能である。

１００…探傷装置、１１０…撮像装置、１１１…撮像素子、１１２…光学系、１２０…回転装置、１２１…ローラ、１３０…画像生成装置、１３１…撮像部、１３２…領域特定部、１３３…画像合成部、１３４…回転制御部、１３５…傷検出部、１４０…照明装置、１４１…第一光源、１４２…第二光源、１４３…保持機構、１５０…画像データ、１５１…第一領域データ、１５２…第二領域データ、１５３…第三領域データ、１５４…第四領域データ、１５５…第五領域データ、１６１…第一合成画像、１６２…第二合成画像、１６３…第三合成画像、１７０…表示装置、２００…対象物、２１０…突出部、２１１…軸部、２２１…光軸、２２２…回転軸、２３１…第一面側、２３２…第二面側

Claims

円筒状の外周面に外向きに突出する突出部を周方向に複数有する対象物の前記外周面の画像を生成する探傷装置であって、
行列状に配置される複数の撮像画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に像を結像する光学系を備えた撮像装置と、
前記撮像装置と前記対象物とを前記対象物の周方向に相対回転させる回転装置と、
前記回転装置による相対回転と同期した所定の時間間隔で前記対象物の外周面の画像を前記撮像装置に撮像させる撮像部と、
前記撮像装置が撮像した画像データから、前記突出部の所定の第一面側が撮像される第一領域データ、および前記突出部の前記第一面側と逆側の第二面側が撮像される第二領域データを特定して取得する領域特定部と、
複数の前記第一領域データを合成して前記突出部の前記第一面側の合成画像である第一合成画像、および複数の前記第二領域データを合成して前記突出部の前記第二面側の合成画像である第二合成画像をそれぞれ生成する画像合成部と、
を備える探傷装置。
前記回転装置による前記撮像装置と前記対象物との相対回転を制御する回転制御部を備える
請求項１に記載の探傷装置。
前記突出部の前記第一面側に光を照射する第一光源と、前記第二面側に光を照射する第二光源と、前記第一光源、および前記第二光源の位置を前記外周面に沿って移動可能に前記第一光源、および前記第二光源を保持する保持機構を備える照明装置を備える
請求項１または２に記載の探傷装置。
前記画像合成部から取得した展開画像に基づき人工知能を用いて対象物表面の傷を検出する傷検出部を備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の探傷装置。
円筒状の外周面に外向きに突出する突出部を周方向に複数有する対象物の前記外周面の画像を生成する探傷方法であって、
行列状に配置される複数の撮像画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に像を結像する光学系を備えた撮像装置と前記対象物とを前記対象物の周方向に回転装置が相対回転させ、
前記回転装置による相対回転と同期した所定の時間間隔で前記対象物の外周面の画像を前記撮像装置に撮像部が撮像させ、
前記撮像装置が撮像した画像データから、前記突出部の所定の第一面側が撮像される第一領域データ、および前記突出部の前記第一面側と逆側の第二面側が撮像される第二領域データを領域特定部が特定して取得し、
複数の前記第一領域データを合成して前記突出部の前記第一面側の合成画像である第一合成画像、および複数の前記第二領域データを合成して前記突出部の前記第二面側の合成画像である第二合成画像を画像合成部がそれぞれ生成し、
前記展開画像に基づき対象物表面の傷を検出する
探傷方法。