JP2009257979A - Method and device for inspecting inside of hole - Google Patents
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Abstract
【課題】構造の継手部にある直径数ミリの穴内部全面を非破壊で直接横から正確に等距離から自動的または手動で検査をすることができる。
【解決手段】プローブ11を検査対象の穴5内部に挿入し、上方から光を当ててプローブ先端のプリズム26を介して穴側面を照らし、穴側面から反射した光を対物レンズ13で集めCCDカメラ15により記録し、プローブを回転させて穴内部全面について画像を記録し、画像処理装置16により検査対象の穴内部の画像を連続した一枚の画像に記録し、画像処理により損傷、亀裂、腐食等の有無や大きさや深さなどの程度およびその正確な位置を検査する。
【選択図】図1An entire surface of a hole with a diameter of several millimeters in a joint part of a structure can be inspected automatically or manually from an equal distance directly from the side without being broken.
A probe 11 is inserted into a hole 5 to be inspected, light is irradiated from above, the side surface of the hole is illuminated through a prism 26 at the tip of the probe, and light reflected from the side surface of the hole is collected by an objective lens 13 and a CCD camera. 15, the probe is rotated to record an image of the entire inside of the hole, and the image inside the hole to be inspected is recorded on a continuous image by the image processing device 16. Examine the presence / absence, size, depth, etc., and its exact position.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、穴の内部検査、特に構造に使われる機械的継手部分のボルト、ファスナーおよびリベットを通すための穴等の穴内部を、破壊することなく検査を効率的にかつ正確に検査することができる穴の内部検査方法及びその装置に関する。 The present invention efficiently and accurately inspects the inside of a hole without destroying the inside of the hole, such as a hole for passing a bolt, fastener and rivet of a mechanical joint part used in a structure. The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a hole.
例えば、航空機等の構造の継手部にあるボルト、ファスナーおよびリベット結合用穴内部を整備段階で検査する場合、従来は穴内部を直接横から検査できるように、ボルト、ファスナーおよびリベットを取り除いた後に穴部を含めた板材を切断して検査すべき穴内部の一部を削除および損傷させてしまっており、かつ穴内部を全周に渡り検査できなかった(例えば、非特許文献1または2参照)。さらに、機構上の継手部にあるボルト、ファスナーおよびリベット結合用穴内部を製造時に検査する場合、上記のような破壊検査を適用することができないために、穴の上方または下方の位置より斜め方向から検査する必要があり、穴内部全面を正確に等距離から検査することが不可能で、目視による検査、画像による検査が困難であった。 For example, when inspecting the inside of a bolt, fastener, and rivet connection hole in a joint part of a structure such as an aircraft at the maintenance stage, conventionally, after removing the bolt, fastener, and rivet so that the inside of the hole can be directly inspected from the side. A part of the hole to be inspected is deleted and damaged by cutting the plate material including the hole, and the inside of the hole cannot be inspected over the entire circumference (for example, see Non-Patent Document 1 or 2). ). Furthermore, when inspecting bolts, fasteners, and rivet connection holes inside the joints on the mechanism during manufacturing, the above destructive inspection cannot be applied, so the diagonal direction from the position above or below the holes. Therefore, it is impossible to inspect the entire inner surface of the hole accurately from the same distance, and visual inspection and inspection by image are difficult.
従来、比較的大きな穴が形成された非検査物(例えば内燃機関のシリンダライナやシリンダボア)の内面を検査する表面検査装置として、棒状の検査ロッドを穴に挿入し軸周りに回転させ、または光反射面のみを回転させ、穴の内面に光を当て帰ってきた光の強度を使い欠陥または異物を検出できるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。 Conventionally, as a surface inspection device for inspecting the inner surface of a non-inspection object (for example, a cylinder liner or cylinder bore of an internal combustion engine) in which a relatively large hole is formed, a rod-shaped inspection rod is inserted into the hole and rotated around the axis, or light There has been proposed a technique in which only a reflecting surface is rotated so that a defect or a foreign object can be detected by using the intensity of light that has been reflected on the inner surface of a hole (for example, see Patent Documents 1 and 2).
これらの検査装置では、中空の検査ロッド内側に投光用光ファイバーと受光用光ファイバーを通しかつ光反射面を回転させる機構を検査ロッド先端に有しているために構造が複雑になり径が比較的太くなるために、直径数ミリの構造継手用穴には適用できない。また、内周面から反射される光の強度のみを使っているために、検査表面にある損傷や腐食の色調や損傷の深さなどの3次元計測に必要な画像情報が得られない。さらに、軸周りに光反射面を回転させているものの、その角度の絶対値を制御しておらず、欠陥や異物の有無が分かってもその正確な位置が記録できない。さらに、検査ロッドの穴軸に対して垂直方向への移動機能および制御機能を有していないために、多数の穴の自動内面検査ができないという欠点がある。 In these inspection apparatuses, the structure of the inspection rod is complicated because the optical fiber for projection and the optical fiber for light reception are passed inside the hollow inspection rod and the light reflecting surface is rotated at the tip of the inspection rod. Because it becomes thick, it cannot be applied to holes for structural joints with a diameter of several millimeters. Further, since only the intensity of light reflected from the inner peripheral surface is used, image information necessary for three-dimensional measurement such as damage on the inspection surface, the color of corrosion, and the depth of damage cannot be obtained. Furthermore, although the light reflecting surface is rotated around the axis, the absolute value of the angle is not controlled, and the exact position cannot be recorded even if the presence or absence of a defect or foreign matter is known. Further, since the inspection rod does not have a function of moving and controlling the hole in the vertical direction with respect to the hole axis, there is a drawback in that automatic inner surface inspection of a large number of holes cannot be performed.
そこで、本発明は、構造の継手部にあるボルト、ファスナーおよびリベット結合用穴のように直径数ミリの穴内部を製造段階および整備段階で検査する場合に、非破壊で穴内部全面を直接横から且つ等距離から自動的または手動で正確に検査をすることができる穴の内部検査方法及びその装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a non-destructive method for inspecting the entire inside of a hole directly in a non-destructive manner when inspecting the inside of a hole with a diameter of several millimeters, such as bolts, fasteners and rivet holes in a joint part of a structure, at the manufacturing stage and maintenance stage. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for inspecting an inside of a hole, which can be inspected automatically or manually from an equal distance.
上記課題を解決する請求項1に係る発明の穴の内面検査方法は、部材に形成された穴の内周面を非破壊で等距離からの検査を可能とする穴の内部検査方法であって、検査対象穴に入れることのできる鏡若しくはプリズムを角度を持って先端に有したプローブを前記検査対象穴の中心軸線上に挿入し、該プローブと前記検査対象穴を挟んで反対側に配置した対物レンズ側から前記鏡若しくはプリズムに光を当ててこの光がプローブ先端の鏡若しくはプリズムに反射して検査対象穴の内周面に対して直角に照らし、穴内周面から反射した光を前記鏡若しくはプリズムにより対物レンズに反射させて撮像手段により記録することを特徴とするものである。
本発明によれば、プローブは単に先端に鏡若しくはプリズムのみを有するものであるから、構成が簡単で且つ小型に形成できるから、小さな穴でも挿入してその内周面を正確に検査することができる。
The method for inspecting the inner surface of a hole according to the first aspect of the present invention that solves the above-described problem is a method for inspecting an inner surface of a hole that enables non-destructive inspection of the inner peripheral surface of the hole formed in the member from an equal distance A probe having a mirror or prism that can be inserted into the inspection target hole at an angle is inserted on the central axis of the inspection target hole, and arranged on the opposite side across the probe and the inspection target hole. Light is applied to the mirror or prism from the objective lens side, and this light is reflected by the mirror or prism at the tip of the probe to illuminate at right angles to the inner peripheral surface of the hole to be inspected, and the light reflected from the inner peripheral surface of the hole is reflected in the mirror Alternatively, it is reflected on the objective lens by a prism and recorded by an image pickup means.
According to the present invention, since the probe has only a mirror or a prism at the tip, the structure is simple and can be formed in a small size, so that even a small hole can be inserted to accurately inspect the inner peripheral surface. it can.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の穴の内部検査方法において、前記プローブを回転させることにより、穴内周面全面について等距離から複数画像により記録することを特徴とするものである。それにより、穴内周面を均一の精度で正確に検査できる。
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の穴の内部検査方法において、前記撮像手段で記録した画像を画像処理装置により損傷、亀裂、腐食等の表面状況の有無や大きさや深さなどの程度およびその正確な位置を判別することを特徴とするものである。それにより、損傷等の原因分析の解析向上に寄与することができる。
さらに、請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載の構造継手用穴の内部検査方法において、前記撮像手段で穴内周面全面について記録した画像を画像処理装置により、検査対象の穴内部の画像を連続した一枚の画像に記録することを特徴とするものである。それにより、穴内周面全体を均一の精度でかつ瞬時に容易に観察できる。
According to a second aspect of the invention, in the hole internal inspection method according to the first aspect, the whole surface of the inner peripheral surface of the hole is recorded as a plurality of images from the same distance by rotating the probe. . Thereby, the inner peripheral surface of the hole can be accurately inspected with uniform accuracy.
According to a third aspect of the present invention, in the internal inspection method for holes according to the first or second aspect, the image recorded by the imaging means is checked for presence or absence of surface conditions such as damage, cracks, corrosion, etc. by an image processing device. It is characterized by discriminating the degree of sheath and depth and its accurate position. Thereby, it can contribute to the analysis improvement of cause analysis, such as damage.
Furthermore, the invention according to claim 4 is the internal inspection method for a hole for a structural joint according to any one of claims 1 to 3, wherein an image recorded on the entire inner peripheral surface of the hole by the imaging means is obtained by an image processing device. The image inside the hole to be inspected is recorded in one continuous image. Thereby, the whole inner peripheral surface of the hole can be easily observed with uniform accuracy and instantaneously.
また、上記穴の内部検査方法を実施するための請求項5に係る本発明の穴の内部検査装置は、部材に形成された検査対象穴に入れることのできる鏡若しくはプリズムを角度を持って先端に有したプローブと、穴内部の状況を画像により記録することのできる対物レンズと撮像手段、取り入れた画像を画像処理する画像処理装置、前記プローブを前記検査対象穴に対して3軸方向の変位機構とプローブ軸回りの回転機構を有するプローブ駆動機構、前記対物レンズを前記検査対象穴に対して3軸方向の変位機構を有する対物レンズ駆動機構を備えたことを特徴とするものである。前記プローブ駆動機構及び前記対物レンズ駆動機構は、手動または自動の何れの駆動制御機構を採用してもよい。 According to another aspect of the present invention, there is provided a hole internal inspection device according to claim 5 for carrying out the hole internal inspection method, wherein a mirror or prism that can be inserted into a hole to be inspected formed in a member is provided at an angled tip. An objective lens and an imaging means capable of recording the situation inside the hole by an image, an image processing device for image processing of the captured image, and displacement of the probe in three axial directions with respect to the inspection target hole A probe driving mechanism having a mechanism and a rotation mechanism around the probe axis, and an objective lens driving mechanism having a displacement mechanism in a triaxial direction with respect to the inspection object hole are provided. The probe drive mechanism and the objective lens drive mechanism may employ either manual or automatic drive control mechanisms.
請求項6に係る発明は、請求項5に記載の穴の内部検査装置において、前記プローブ又は前記対物レンズを3軸方向に位置決めするための左右位置決め用光源と前後位置決め用光源を備えたことを特徴とするものである。それにより、プローブ及び対物レンズを検査対象穴の中心位置への自動位置決めを可能とする。
また、請求項7に係る発明は、請求項5又は6に記載の穴の内部検査装置において、前記対物レンズを検査対象の穴の上で、前記プローブと同期させてまたは非同期で回転させることのできる対物レンズ回転手段を有することを特徴とするものである。それにより、対物レンズに対する反射光の入射条件を一定に保つことができ、より鮮明な画像の取得を可能とする。
さらに、請求項8に係る発明は、請求項5〜7何れかに記載の穴の内部検査装置において、検査対象穴のタイプの違いを自動で認識し、穴のタイプに対応したプリズムを有するプローブを自動的に選択するプローブ選択機構を有することを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the internal inspection device for a hole according to the fifth aspect of the present invention, the device includes a left-right positioning light source and a front-rear positioning light source for positioning the probe or the objective lens in three axial directions. It is a feature. Thereby, the probe and the objective lens can be automatically positioned at the center position of the inspection target hole.
According to a seventh aspect of the present invention, in the hole internal inspection device according to the fifth or sixth aspect, the objective lens is rotated on the inspection target hole in synchronization with the probe or asynchronously. It has an objective lens rotating means that can be used. Thereby, the incident condition of the reflected light with respect to the objective lens can be kept constant, and a clearer image can be obtained.
Furthermore, the invention according to claim 8 is the probe having the prism corresponding to the hole type in the hole internal inspection device according to any one of claims 5 to 7, which automatically recognizes the difference in the type of hole to be inspected. It has a probe selection mechanism which selects automatically.
この発明により、構造の継手部にあるボルト、ファスナーおよびリベット結合用等の直径数ミリの穴内部を整備段階で検査する場合、切断により検査すべき穴内部の一部を削除および損傷させることなく、かつ穴内部を連続的に且つ精密に検査できるようになり検査の品質向上が期待でき、また、これらの装置を自動化することにより多数の穴の検査を可能としかつ検査時間の短縮ができる。さらに、構造の継手部にあるボルト、ファスナーおよびリベット結合用穴内部を製造時に検査する場合、穴内部全面を正確に等距離から検査することが可能となり、製造時の継手品質向上に寄与することができ、また、これらの装置を自動化することにより検査時間の短縮ができる。穴内部を整備時に検査する場合、画像処理により損傷、亀裂、腐食等の表面状況の有無や大きさや深さなどの程度およびその正確な位置を検査および記録することが可能となり、整備精度の向上と検査時間の短縮ができる。 According to the present invention, when inspecting the inside of a hole with a diameter of several millimeters, such as for bolts, fasteners and rivets connected to a joint part of a structure, at the maintenance stage, a part of the inside of the hole to be inspected by cutting is not deleted and damaged. In addition, the inside of the hole can be inspected continuously and precisely, so that the quality of the inspection can be improved. By automating these devices, inspection of a large number of holes can be performed and the inspection time can be shortened. Furthermore, when inspecting the inside of bolts, fasteners and rivet coupling holes in the joint part of the structure at the time of manufacturing, it becomes possible to inspect the entire inside of the hole accurately from the same distance, contributing to the improvement of the joint quality at the time of manufacturing. The inspection time can be shortened by automating these devices. When inspecting the inside of a hole at the time of maintenance, it is possible to inspect and record the presence or absence of surface conditions such as damage, cracks, corrosion, etc., the size and depth, and their exact positions by image processing, improving maintenance accuracy And the inspection time can be shortened.
本実施形態に係る穴の内部検査方法及び装置は、非破壊で穴内部全面を直接横から正確に等距離からの検査を可能とするために、検査対象となる直系数ミリの穴に入れることのできる鏡若しくはプリズムを角度を持って先端に有したプローブと、そのプローブと検査対象の穴との相対位置を調整する装置と、穴内部の状況を画像により記録することのできる対物レンズと撮像手段、検査対象の穴と対物レンズの相対位置を調整する装置、および取り入れた画像を画像処理する装置からなるものであり、プローブを検査対象の穴内部に挿入し、上方から光を当ててこの光がプローブ先端の鏡若しくはプリズムに反射して穴側面を照らし、穴側面から反射した光を前記鏡若しくはプリズムにより上方にあるレンズに反射させてCCDカメラにより記録し、さらにプローブを回転させることにより穴内部全面について画像を記録し、画像処理装置により検査対象の穴内部の画像を連続した一枚の画像に記録し、かつその記録された画像について画像処理により損傷、亀裂、腐食等の表面状況の有無や大きさや深さなどの程度およびその正確な位置を検査することを特徴とするものである。 The hole internal inspection method and apparatus according to the present embodiment is placed in a hole of several millimeters of the direct line to be inspected in order to enable non-destructive inspection of the entire inside surface of the hole directly from the side at exactly the same distance. A probe having an angleable mirror or prism at the tip, a device that adjusts the relative position of the probe and the hole to be inspected, an objective lens that can record the situation inside the hole with an image, and imaging Means, a device for adjusting the relative position of the hole to be inspected and the objective lens, and a device for image processing of the captured image. The probe is inserted into the hole to be inspected, and light is applied from above. The light is reflected by the mirror or prism at the tip of the probe to illuminate the side of the hole, and the light reflected from the side of the hole is reflected by the mirror or prism to the upper lens and is then reflected by the CCD camera. The image is recorded on the entire surface of the hole by rotating the probe, and the image inside the hole to be inspected is recorded on a continuous image by the image processing apparatus, and the image processing is performed on the recorded image. Thus, the presence or absence of surface conditions such as damage, cracks and corrosion, the degree of size and depth, and the exact position thereof are inspected.
図1は本発明の実施形態に係る構造継手用穴の内部検査装置の概略図であり、図2はその要部拡大図である。本実施形態に係る構造継手用穴の内部検査装置は、構造組立等における部材と部材との継手部分のボルト、ファスナー及びリベットを通すための穴内部表面を破壊することなく検査するための装置であって、穴内部の内周面全体を等距離から光学的に検査する装置である。継手部分の穴の形状としては、一般に図3に示すように、穴内面が単純に円筒面となっている平穴2、穴の外周部が全体に内側に傾斜して穴内周面がテーパー状に傾斜して拡がっている皿出し穴3、穴の上部が皿状に傾斜している皿取り穴4の3種類があり、これらが本実施形態における検査対象穴5となっている。即ち、本実施形態の穴の内部検査装置は、その何れの形状の穴の検査にも容易に適用できるものである。 FIG. 1 is a schematic view of an internal inspection device for a structural joint hole according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof. The internal inspection device for structural joint holes according to the present embodiment is a device for inspecting the internal surface of the hole for passing bolts, fasteners and rivets at the joint portion between the members in structural assembly or the like without destroying them. In this device, the entire inner peripheral surface inside the hole is optically inspected from an equal distance. As shown in FIG. 3, generally the shape of the hole in the joint portion is a flat hole 2 in which the inner surface of the hole is simply a cylindrical surface, and the inner peripheral surface of the hole is tapered with the outer peripheral portion of the hole inclined inward as a whole. There are three types, a dishing hole 3 which is inclined and widened, and a dishing hole 4 whose upper part is inclined like a dish, and these are inspection target holes 5 in the present embodiment. That is, the hole internal inspection device of this embodiment can be easily applied to inspection of holes of any shape.
本実施形態の穴の内部検査装置1は、その概略を図1に示すように、前記プローブ11と、該プローブを検査対象の穴に対して位置を調整するプローブ駆動装置12と、穴内部の状況を画像により記録することのできる対物レンズ13と撮像手段としてのCCD(電荷結合素子)カメラ15、対物レンズを検査対象の穴に対して位置を調整する対物レンズ駆動装置14、および取り入れた画像を画像処理する画像処理装置16とからなり、それらが検査台10のテーブル20を挟んで上下に配置されている。画像処理装置16は、本実施形態では後述するプローブ駆動装置12及び対物レンズ駆動装置14の制御手段も兼ねているコンピュータによって構成されている。 As shown schematically in FIG. 1, the internal inspection device 1 for a hole according to the present embodiment includes the probe 11, a probe driving device 12 that adjusts the position of the probe with respect to a hole to be inspected, An objective lens 13 capable of recording the situation by an image, a CCD (charge coupled device) camera 15 as an imaging means, an objective lens driving device 14 for adjusting the position of the objective lens with respect to a hole to be inspected, and an incorporated image The image processing device 16 performs image processing on the table, and they are arranged above and below the table 20 of the examination table 10. In this embodiment, the image processing device 16 is configured by a computer that also serves as a control unit for the probe driving device 12 and the objective lens driving device 14 described later.
検査台10は、テーブル20の中央に検査対象穴5の内径よりも充分大きな内径を有する透過穴21が形成され、検査対象物6を透過穴21の穴の位置に検査対象穴5を合わせて載置する。プローブ11は、プローブ軸25の先端部に所定角度に傾斜した反射鏡又はプリズム26を有し、上面より対物レンズ13を介して照射される照明光を該照明光が穴内周面に直角に照射するように光路を屈曲させると共に、穴内周の画像を対物レンズに対して垂直に反射させて対物レンズで集めて、撮像手段であるCCDカメラで穴内周面をその中心から等距離で撮影を可能にするものである。反射鏡又はプリズム26は、その反射面がプローブの回転軸に対して角度を持ってプローブ軸の先端に取り付けられており、その角度は検査対象穴5のタイプ(図3に示す平穴2、皿出し穴3、皿取り穴4が代表的タイプである。)によって使い分ける。 In the inspection table 10, a transmission hole 21 having an inner diameter sufficiently larger than the inner diameter of the inspection object hole 5 is formed at the center of the table 20, and the inspection object 6 is aligned with the hole position of the transmission hole 21. Place. The probe 11 has a reflecting mirror or prism 26 inclined at a predetermined angle at the tip of the probe shaft 25, and the illumination light is irradiated from the upper surface through the objective lens 13 at a right angle to the inner peripheral surface of the hole. In addition to bending the optical path, the image of the inner periphery of the hole is reflected perpendicularly to the objective lens and collected by the objective lens, and the inner peripheral surface of the hole can be photographed at an equal distance from the center by a CCD camera as an imaging means. It is to make. The reflecting mirror or prism 26 is attached to the tip of the probe shaft so that the reflecting surface thereof has an angle with respect to the rotation axis of the probe, and the angle depends on the type of the inspection object hole 5 (flat hole 2 shown in FIG. The dishing hole 3 and the dishing hole 4 are typical types.)
プローブ駆動装置12は、プローブ11を上下(Z軸)、前後(Y軸)、左右(X軸)の3軸方向への並進駆動及びプローブ軸(Z軸)回り回転の駆動機構からなっている。該駆動機構は、X−Y軸ステージとZ軸ステージを有する3軸駆動機構とZ軸回りの回転駆動機構の組み合わせからなる手動又は自動の公知の位置決め機構を適宜採用することができ、その構成は特に限定されるものではない。自動位置決め駆動機構を採用する場合は、駆動源としてそれぞれの軸方向に駆動制御するためのアクチュエータとしてサーボモータを採用するのが望ましい。そして、テーブル20に図1に示すように左右位置決め用光源17と前後位置決め用光源18を光線が直交するように設け、後述するように自動的にプローブ11を穴の中心に位置決めを可能としている。 The probe drive device 12 includes a drive mechanism that translates the probe 11 in the three axial directions of up and down (Z axis), front and rear (Y axis), and left and right (X axis) and rotates around the probe axis (Z axis). . As the drive mechanism, a well-known manual or automatic positioning mechanism composed of a combination of a three-axis drive mechanism having an XY axis stage and a Z-axis stage and a rotation drive mechanism around the Z axis can be adopted as appropriate. Is not particularly limited. When employing an automatic positioning drive mechanism, it is desirable to employ a servo motor as an actuator for controlling the drive in the respective axial directions as a drive source. As shown in FIG. 1, the table 20 is provided with the right and left positioning light sources 17 and the front and rear positioning light sources 18 so that the light beams are orthogonal to each other, and the probe 11 can be automatically positioned at the center of the hole as will be described later. .
同様に対物レンズ側もプローブ駆動装置12と同様に、X−Y軸ステージとZ軸ステージを有する3軸駆動機構とZ軸回りの回転駆動機構の組み合わせからなる対物レンズ駆動装置14を採用することにより、穴のタイプによって対物レンズ13のZ軸方向の調整、及び穴の中心位置への位置決め、および撮影時にプローブの回転と同期して対物レンズを回転させることができ、より鮮明な画像を得ることが可能となる。なお、光源は対物レンズ側に設置してあり、対物レンズ13と一体に移動する。 Similarly, on the objective lens side, similarly to the probe driving device 12, an objective lens driving device 14 comprising a combination of a three-axis driving mechanism having an XY axis stage and a Z-axis stage and a rotational driving mechanism around the Z axis is adopted. Thus, the objective lens 13 can be adjusted in the Z-axis direction according to the type of the hole, positioned to the center position of the hole, and the objective lens can be rotated in synchronization with the rotation of the probe at the time of photographing, thereby obtaining a clearer image. It becomes possible. The light source is installed on the objective lens side and moves integrally with the objective lens 13.
図4及び図5は対物レンズの左右方向(X軸方向)の自動位置決め方法の一例を示している。図は検査対象物6の穴が平穴の場合を示しているが、他のタイプの穴の場合も同様にして行うことができる。
例えば図4に示すように、検査前に対物レンズ13を検査対象穴5と大まかな位置で合わせておき、対物レンズ側から光を当てながら対物レンズ13のみを自動的に左から右(若しくは右から左)へ移動させることによる対物レンズ13で受ける光の強さは、図5(b)のグラフで示すように、穴のない位置では反射光が多くて強く、次第に穴にかかることによって反射光が少なくなり弱くなる。ここで、光の強さに対しある閾値以下のときの対物レンズ位置が穴の開いた部分の上にあると判断できるので、図5(b)に示す位置XaとXbの中間点Xcenterを左右方向の穴位置と判断する。該位置のX座標点をコンピュータ16に記憶しておく。同じように、対物レンズ13のみを自動的に前から後(若しくは後から前)へ移動させることにより、Y軸方向の中間点Ycenterを得、同様にコンピユータにY座標点を記憶することにより、中心座標点が求まり、X軸駆動アクチュエータ及びY軸駆動アクチュエータが駆動して、対物レンズを穴の中心位置に位置決めを行う。また、Z軸方向は検査対象物のタイプに応じて予め設定しておく。
4 and 5 show an example of an automatic positioning method of the objective lens in the left-right direction (X-axis direction). The figure shows the case where the hole of the inspection object 6 is a flat hole, but the same can be done for other types of holes.
For example, as shown in FIG. 4, the objective lens 13 is aligned with the inspection target hole 5 at a rough position before the inspection, and only the objective lens 13 is automatically moved from the left to the right (or right) while applying light from the objective lens side. As shown in the graph of FIG. 5 (b), the intensity of the light received by the objective lens 13 by moving from the left to the left) is strong due to the large amount of reflected light at the position where there is no hole, and is gradually reflected by being applied to the hole. Light is reduced and weakened. Here, since it can be determined that the position of the objective lens when the light intensity is below a certain threshold is above the holed portion, the intermediate point Xcenter between the positions Xa and Xb shown in FIG. Judged as the hole position in the direction. The X coordinate point of the position is stored in the computer 16. Similarly, by automatically moving only the objective lens 13 from front to back (or from back to front), an intermediate point Ycenter in the Y-axis direction is obtained, and the Y coordinate point is similarly stored in the computer. The center coordinate point is obtained, and the X-axis drive actuator and the Y-axis drive actuator are driven to position the objective lens at the center position of the hole. The Z-axis direction is set in advance according to the type of the inspection object.
また、プローブの位置決め方法を図6、7に示す。
検査前に予め上記のように対物レンズ13と検査対象の穴中心位置を合わせておき、プローブ11が検査対象物6を置いたテーブル20の下部にある状態でプローブ11と対物レンズ13を同時に大まかな位置まで移動させて置く。その後、図7(a)に示すように左右方向位置決め用光源17の光を使い、自動的にプローブ11と対物レンズ13を同時に穴の無い部分から穴の部分を含めて左から右(若しくは右から左)へ移動させることにより、対物レンズにより受ける光の強さは、光線と穴の位置関係から図7(b)に示すようになる。ここで、光の強さに対しある閾値以上のときのプローブ位置が穴の開いた部分の下にあると判断できるので、図7(b)の位置XaとXbの中間点Xcenterを左右方向の穴位置と判断する。この場合位置XaとXbは穴の縁を示さなくてもよく、また、プローブの移動方向は穴中心を通っていなくてもXcenterは左右方向の穴中心位置を示している。同じように、前後方向位置決め用光源18の光を使い自動的に穴の無い部分から穴の部分を含めて前から後(若しくは後から前)へプローブ11と対物レンズ13を同時に移動させることにより前後方向の中間点Ycenterを得る。こうすることにより穴中心位置XcenterとYcenterの座標位置情報に基づいて、プローブ駆動装置を駆動制御することにより自動的にプローブ11を穴中心位置に位置決め調整および制御することができる。
The probe positioning method is shown in FIGS.
Prior to the inspection, the objective lens 13 and the hole center position of the inspection object are aligned in advance as described above, and the probe 11 and the objective lens 13 are roughly approximated simultaneously in a state where the probe 11 is below the table 20 on which the inspection object 6 is placed. Move to the correct position. Thereafter, as shown in FIG. 7 (a), the light from the right-and-left positioning light source 17 is used to automatically move the probe 11 and the objective lens 13 simultaneously from the left to the right (or right) including the hole portion to the hole portion. 7), the intensity of the light received by the objective lens is as shown in FIG. 7B from the positional relationship between the light beam and the hole. Here, since it can be determined that the probe position when the light intensity is equal to or greater than a certain threshold is below the holed portion, an intermediate point Xcenter between positions Xa and Xb in FIG. Judged as the hole position. In this case, the positions Xa and Xb do not need to indicate the edge of the hole, and Xcenter indicates the hole center position in the left-right direction even if the probe moving direction does not pass through the hole center. Similarly, by automatically moving the probe 11 and the objective lens 13 from front to back (or back to front) including the hole portion from the portion without the hole automatically using the light of the longitudinal positioning light source 18. Get the center Ycenter in the front-rear direction. By doing so, the probe 11 can be automatically positioned and adjusted to the hole center position by driving and controlling the probe driving device based on the coordinate position information of the hole center positions Xcenter and Ycenter.
本発明の穴の内部検査装置は以上のように構成され、部材の穴の内部を検査するには、検査対象穴のタイプにより予めプロープ軸25に設置する鏡又はプリズム26の角度を設定し、検査対象穴5がテーブル20の透過穴21の上方に位置するように手動又はマニピュレータ等により自動的に検査対象物6をテーブル20上に供給し、その後対物レンズ駆動装置14及びプローブ駆動装置12が駆動されて前記の方法により対物レンズ13の位置決め、次いでプローブ11の位置決めを行う。この状態でプローブ駆動装置のX軸駆動アクチュエータが作動してプローブを反射鏡又はプリズムが正確に被検査対象穴の内周面に直角に光照射できる位置まで上昇駆動させる。 The hole internal inspection device of the present invention is configured as described above, and in order to inspect the inside of the hole of the member, the angle of the mirror or prism 26 installed in the probe shaft 25 in advance is set according to the type of hole to be inspected, The inspection object 6 is automatically supplied onto the table 20 manually or by a manipulator or the like so that the inspection object hole 5 is positioned above the transmission hole 21 of the table 20, and then the objective lens driving device 14 and the probe driving device 12 are supplied. When driven, the objective lens 13 is positioned and then the probe 11 is positioned by the above-described method. In this state, the X-axis drive actuator of the probe driving device is actuated to drive the probe up to a position where the reflecting mirror or prism can accurately irradiate light at right angles to the inner peripheral surface of the hole to be inspected.
その際、例えば図3に示すように、検査対象物の穴のタイプに対応したプリズムを有するプローブ11を用意し、検査対象となる構造継手用穴のタイプを自動的に認識し、認識したタイプに対応したプローブを自動的に選択し準備する機能を備えることもできる。構造継手用穴のタイプを自動的に認識する方法として、例えば図8に示すように特定の傾斜角度(図8では45゜)を有する対物レンズ13およびプローブ11の軸心を検査対象穴の中心に合わせた状態において、プローブ11を検査対象穴の下から上へ(または上から下へ)移動させたときに対物レンズ13により受ける光の強さを測定すると、図9(b)のようにそれぞれの穴のタイプにより光の強さを示すグラフ上の曲線が変わるので、予め穴のタイプごとの光の強さを示すグラフ上の曲線を求めておき、検査対象穴を計測する直前に計測した光の強さを示すグラフ上の曲線の形状と比較することにより穴のタイプを自動的に認識することができる。また穴のタイプに対応したプリズムを有するプローブを自動的に選択する機能を付加することもできる。特定のプローブを自動的に選択し装着できる装置、例えば、NCマシンのヘッド交換のように予め複数の異なるプローブを装着したプローブ交換装置を備え、検査対象穴のタイプが判明すると、認識した穴のタイプに合わせて図3に示すような適切な傾斜角度を持ったプリズムまたは鏡をもったプローブを自動的に装着する。なお、場合によっては対物レンズとプローブの位置関係を自動的に上下逆にする機能を備えることもできる。 At that time, as shown in FIG. 3, for example, a probe 11 having a prism corresponding to the type of hole of the inspection object is prepared, and the type of the hole for structural joint to be inspected is automatically recognized, and the recognized type It is also possible to provide a function for automatically selecting and preparing a probe corresponding to. As a method of automatically recognizing the type of the hole for the structural joint, for example, as shown in FIG. 8, the objective lens 13 having a specific inclination angle (45 ° in FIG. 8) and the axis of the probe 11 are centered on the inspection target hole. When the intensity of light received by the objective lens 13 is measured when the probe 11 is moved from the bottom to the top (or from the top to the bottom) of the inspection target hole in the state adjusted to, as shown in FIG. Since the curve on the graph indicating the light intensity varies depending on the type of each hole, the curve on the graph indicating the light intensity for each hole type is obtained in advance and measured immediately before measuring the hole to be inspected. The hole type can be automatically recognized by comparing with the shape of the curve on the graph indicating the intensity of the light. In addition, a function of automatically selecting a probe having a prism corresponding to the hole type can be added. A device that can automatically select and install a specific probe, for example, a probe changer that is equipped with a plurality of different probes in advance, such as the head change of an NC machine, and if the type of hole to be inspected is found, A probe having a prism or mirror having an appropriate inclination angle as shown in FIG. 3 according to the type is automatically mounted. In some cases, a function of automatically reversing the positional relationship between the objective lens and the probe may be provided.
このようにして検査の準備が完了すると、プローブ駆動装置12により、プローブ11を検査対象の穴内部に挿入し、上方から光を当ててこの光がプローブ先端の鏡若しくはプリズム26に反射して穴側面を照らし、穴側面から反射した光を前記鏡若しくはプリズム26により上方にある対物レンズ13に反射させてCCDカメラ15により記録し、さらにプローブ11を順次所定角度づつ回転させて撮影することにより360゜穴内部全面について画像を記録する。そして得られた複数枚ごとの画像データを用いて、それらを画像処理により順番につなぎあわせることにより、パノラマ写真のように検査対象穴内部の表面状態を一枚の画像にし記録する。そして、その記録された穴内部の損傷、亀裂、腐食等の表面状態を画像の色、輝度、焦点距離データから、表面状況の分類、損傷や亀裂及び腐食等の大きさ面積および深さの計測、状況の程度区別を行ない、かつその正確な位置を記録する。 When the preparation for the inspection is completed in this way, the probe drive device 12 inserts the probe 11 into the hole to be inspected, shines light from above, and the light is reflected on the mirror or prism 26 at the probe tip to cause the hole. 360 light by illuminating the side surface, reflecting the light reflected from the side surface of the hole to the objective lens 13 located above by the mirror or prism 26 and recording it by the CCD camera 15, and further rotating the probe 11 by a predetermined angle and photographing. ° Record an image on the entire inside of the hole. Then, by using the obtained image data for each of the plurality of images and connecting them in order by image processing, the surface state inside the inspection target hole is recorded as a single image like a panoramic photograph. Then, the recorded surface conditions such as damage, cracks and corrosion inside the hole are classified from the color, brightness and focal length data of the image, the surface condition is classified, and the size area and depth of damage, cracks and corrosion are measured. , Distinguish the degree of the situation, and record its exact position.
さらに、上記の検査において、対物レンズ13を検査対象の穴の上で、前記プローブと同期させてまたは非同期で回転させることによってより正確な画像を得ることができる。例えば対物レンズ13をプローブ11の回転角度と全く等しく回転させるか、あるいはプローブの回転角度とは関係なく(即ち非同期で)回転させる。このとき、プローブの回転と非同期させて対物レンズを回転させて画像を記録した場合には各画像で検査対象穴の表面画像の角度が画像のフレームに対して任意になってしまうが、プローブの回転角度と同期させて対物レンズ13を回転させて画像を記録すると全ての画像が画像フレームに対し同じ位置および角度で記録でき、より鮮明な画像を得ることができる。図10は上記実施形態の装置により構造継手用穴の内面を撮影した写真であり、穴内周面の状態が鮮明に写し出されている。 Furthermore, in the above inspection, a more accurate image can be obtained by rotating the objective lens 13 on the inspection object hole in synchronism with the probe or asynchronously. For example, the objective lens 13 is rotated exactly the same as the rotation angle of the probe 11 or is rotated regardless of the rotation angle of the probe (that is, asynchronously). At this time, when the image is recorded by rotating the objective lens asynchronously with the rotation of the probe, the angle of the surface image of the hole to be inspected in each image becomes arbitrary with respect to the frame of the image. When the image is recorded by rotating the objective lens 13 in synchronization with the rotation angle, all images can be recorded at the same position and angle with respect to the image frame, and a clearer image can be obtained. FIG. 10 is a photograph of the inner surface of the hole for a structural joint using the apparatus of the above embodiment, and the state of the inner peripheral surface of the hole is clearly shown.
本発明の穴の内部検査及びその装置は、継手部分のボルト、ファスナーおよびリベットを通すための穴等の穴内部を、直径の小さい穴でも破壊することなく検査対象穴の全周面の状態を内部から等距離で撮影することができ、穴内面を効率的にかつ精密に検査することができ、特に各種構造の継手穴等の検査に好適に利用できる。 The internal inspection of the hole and the apparatus according to the present invention can be applied to the state of the entire peripheral surface of the hole to be inspected without destroying the inside of the hole such as a hole for passing the bolt, fastener and rivet of the joint part even with a small diameter hole. Images can be taken at an equal distance from the inside, and the inner surface of the hole can be inspected efficiently and precisely, and can be suitably used particularly for inspection of joint holes of various structures.
1 穴の内部検査装置 2 平穴
3 皿出し穴 4 皿取り穴
6 検査対象物 10 検査台
11 プローブ 12 プローブ駆動装置
13 対物レンズ 14 対物レンズ駆動装置
15 CCDカメラ(撮像手段) 16 画像処理装置
17 左右位置決め用光源 18 前後位置決め用光源
20 テーブル 21 透過穴
25 プローブ軸 26 プリズム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal inspection apparatus of a hole 2 Flat hole 3 Countersink hole 4 Countersink hole 6 Inspection object 10 Inspection stand 11 Probe 12 Probe drive device 13 Objective lens 14 Objective lens drive device 15 CCD camera (imaging means) 16 Image processing device 17 Light source for left / right positioning 18 Light source for front / rear positioning 20 Table 21 Transmission hole 25 Probe shaft 26 Prism
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