JP2005140679A

JP2005140679A - 表面傷の検出装置

Info

Publication number: JP2005140679A
Application number: JP2003378598A
Authority: JP
Inventors: Saburo Okada; 三郎岡田; Masaaki Imaide; 政明今出; Hidekazu Miyauchi; 秀和宮内; Masaru Itani; 優井谷; Yoshiyuki Yashiki; 良行矢式
Original assignee: NIPPON SYST DESIGN KK; NIPPON SYSTEM DESIGN; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sigma Inc
Current assignee: NIPPON SYST DESIGN KK; NIPPON SYSTEM DESIGN; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sigma Inc
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】打痕や窪みなどの凹凸、圧延痕やツールマーク、引掻き傷のような鋭い傷の有無やその種類を検出する金属部品等の内周面の表面傷を検出する装置において、孔径の比較的小さなものから大きなものまで検出できるようにする。
【解決手段】プローブ１５にモータによって回転する回転体２２を設ける。レーザ発振器で発光された光はレンズで絞られて回転体２２に設けたミラー３１で向きを９０°転換し、回転体２２に回動かつ位置調整可能に取付けた移動体２８を通して検査面に照射される。反射光は移動体２８の同心円状をなす光ファイバー２９で受光され、固定側の光ファイバー２５に伝送される。移動体２８は金属部品等の内周面の孔径に応じて位置調整され、凹凸によって発生する反射散乱光が内周側の光ファイバー２９に、引掻き傷のような鋭い傷によって発生する回折光が外周側の光ファイバー２９に確実に受光されるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属部品や製品等（以下、単に「金属部品等」という）における加工面、とくにシリンダブロックの内周面のような金属部品等に形成される孔の内周面に付いた傷や欠陥（以下、単に「表面傷等」という）の有無やその種類を検出するための検出装置に関する。

金属部品等の加工面に付いた表面傷を検出する方法には、レーザ光を用いた光学的な方法、テレビカメラと円錐鏡を組合せた方法、渦電流による磁気的な方法がある。

このうち、レーザ光を用いた光学的な方法は、レーザ光をレンズで絞って検査面に照射し、その反射散乱光や回折光を光検出器で検出することにより行われるようになっている。下記特許文献１に開示されるものは、その一つの例で、この方法では、レーザ光の光路の周りに光ファイバーを周方向に並べて同心円状に配置したプローブを用い、反射散乱光を内側の光ファイバーの端面に、回折光を外側の光ファイバーの端面に集光させ、圧延痕やツールマークを予め検出しておいて、一つのプローブで圧延痕やツールマーク以外の表面傷の有無やその種類、形態や向きを検出できるようになっている。このプローブを用いてシリンダブロックのような金属部品等の内周面に付いた表面傷を検出するときには、プローブを、その先端にミラーを４５°の角度で回転可能に取付けて孔の中心軸に配置し、ミラーを中心軸の回りに回転させながら、レーザ光の光路をミラーで孔の径方向に直角に曲げて検査面に照射させ、その反射散乱光や回折光をミラーを介して同一円周上に配置される光ファイバーの端面に集光させ、光ファイバー他端でその光を検出することにより傷検査を行うことができるが、孔径の大きなものでは、検査面から反射した反射散乱光や回折光は広い範囲に広がってしまい、光ファイバーに集光することが困難となる。

テレビカメラと円錐鏡を組合せた方法では、撮像した画像が内側は密、外側は粗となって大きく歪むため補正する必要があり、検査に時間がかかる。また金属部品等の内周面の傷検査を行う際には、孔径ごとに円錐鏡を交換する必要がある。

渦電流による磁気的な方法は、磁気変化により傷を検出するため、金属以外には適用できないうえ、磁気が変化する程度の傷がないと検出できず、小さな傷では感度が悪いという難点があり、また孔内周面の傷検査を行う際には、孔径ごとに検出部を交換する必要がある。
特開２００２−１５６３３２号

本発明の第１の目的は、レーザ光を発光させるレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を絞るレンズと、各端面が同一円周上に位置し、光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーの他端面において光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、レーザ光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射散乱光及び若しくは回折光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、孔径の比較的広い範囲にわたって孔内壁の表面傷を検出できるようにするものである。

上記の目的を達成する装置では、光ファイバーがその長手方向に二分割され、その一半の上記一端が光路の周りを旋回し、かつ光路と直交する方向に位置調整可能な移動体に連結され、孔径に応じて移動体が径方向に位置調整される。そして移動体に取着のファイバー端で受光された光は、移動体と共に回転する光ファイバーの一半より、他半の固定側の光ファイバーに伝送される。光ファイバーをこのように回転側の光ファイバーと、固定側の光ファイバーに分割すると、両ファイバー間で光の伝送を行う必要がある。

本発明の第２の目的は、光ファイバーを回転側の光ファイバーと固定側の光ファイバーに分割して両ファイバー間で光の伝送が行われる検出装置において、回転側の光ファイバーから固定側の光ファイバーへの光の伝送が必要な光量で確実に行えるようにするものである。

検査面に付いた表面傷に関しては、圧延痕やツールマークは同じ向きに形成され、これによって発生する回折光は傷と直交する向きとなる。したがって同一円周上に配置され、回折光を受光する光ファイバーを図１に示すように、Ａ群とＢ群に分け、圧延痕やツールマークを予め検出しておいて、圧延痕やツールマークからの回折光が例えばＡ群で受光されるように光ファイバーの向きを矢印方向に調整して設定しておけば、Ｂ群での受光が検出されると、検査面には圧延痕やツールマーク以外の傷があることが分かる。

光ファイバーを分断して回転側の光ファイバーの端面と固定側の光ファイバーの端面を同一円周上に向かい合わせに近接して設置すれば、回転側の光ファイバーのうちのいずれかの光ファイバーに受光された光は、固定側の光ファイバーのいずれかに直接伝送することができるが、回転側の光ファイバーを図１に示すようにＡ群とＢ群に分け、固定側の光ファイバーもＡ群とＢ群に分けても、回転側の光ファイバーのＡ群から固定側の光ファイバーのＡ群に、或いは回転側のＢ群から固定側のＢ群に光を直接伝送することはできない。

本発明の第３の目的は、回転側の光ファイバーの所定の範囲内に受光された光と、それ以外の範囲に受光された光を固定側の光ファイバーで分離して検出できるようにし、圧延痕やツールマークと、それ以外の傷を確実に検出できるようにするものである。

請求項１に係る発明は、第１の目的を達成する検出装置に関するもので、レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換、好ましくは直角に方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、軸心に上記ミラーで方向転換された光路が通り、かつ該光路に沿って位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、上記光ファイバーが移動体に連結され、回転体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割され、また回転側の光ファイバーで受光された光を固定側の光ファイバーに伝送する伝送手段が設けられることを特徴とする。

本発明によると、光源からのレーザ光はレンズで絞られて直進し、ミラーで方向転換されて移動体の軸心を通り、検査面に照射される。そしてその反射光が移動体に連結される回転側の光ファイバーの端面で受光され、該光ファイバーを通り、伝送手段を介して固定側の光ファイバーに伝送される。そして光検出器がこれを検出して検査面の傷の有無を検出する。

金属部品等の孔内周面の傷検査を行うときには、孔径に応じて回転体に取着の移動体を出し入れし、その位置調整を行ったのち、回転体を孔内に挿入する。挿入後、回転体を孔内に更に挿入しながら回転させる。これにより孔内周面の傷の有無が検出される。
好ましい発明では、検出装置の送り装置が設けられ、これにより回転体が一定の送り量で孔内に挿入されるようにされる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、伝送手段が回転側の光ファイバー端面と固定側の光ファイバー端面を同一円周上で、僅かな間隙を存して互いに向かい合わせに対向配置させてなることを特徴とする。

光ファイバーは、固定側の光ファイバーが回転体と共に回転するが、本発明においては、回転側の光ファイバーの端面は、固定側の光ファイバーの端面と同一円周上に位置して、該円周上に沿って移動するため回転側の光ファイバーから固定側の光ファイバーに光が直送される。

請求項３に係る発明は、第２の目的を達成する検出装置に関するもので、レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換、好ましくは直角に方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記光ファイバーが回転体と一体となって回転する回転側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されて、回転側の光ファイバー端面と固定側の光ファイバー短面を同一円周上で僅かな間隙を存して互いに向かい合わせに対向配置し、また、固定側の光ファイバーは回転側の光ファイバーより線径が小で、その全長のうち、少なくとも受光端が同一円周上に層状をなして密に配置されることを特徴とする。

回転側の光ファイバーと固定側の光ファイバーの線径が同じであると、図２ａに示すように、回転側の光ファイバー１ａが図の矢印方向に移動して図示する位置に位置したとき、ハッチングで示す部分で光が固定側の光ファイバー１ｂに伝送されなくなり、図示する位置で最大の伝送ロスを生ずる。これに対し、図２ｂに示すように固定側の光ファイバー１ｃの線径を回転側の光ファイバー１ａの線径より小で、かつ密に配置すると（図示する例では同一円周上に三層をなして密に配置されている）、最大の伝送ロスを生ずるときでもハッチングで示す部分の面積が図２ａに示すものと比べ、小さくなり、したがって回転側から固定側の光ファイバーへの伝送ロスも少なくなり、必要な光量の伝送が確実に行える。

請求項４に係る発明は、第２の目的を達成する別の検出装置に関するもので、請求項１に係る発明において、伝送手段が、上記回転体に設けられ、しかも分断された光ファイバーのうち、回転体と共に回転する光ファイバーから受光した光を電気信号に変換する光電センサーと、光電センサーから発信された電気信号を２進数のシリアル信号に変換して出力するＣＰＵと、該ＣＰＵからの出力により高速点滅して固定側の光ファイバーに点滅信号を伝送する発光手段とからなることを特徴とする。

本発明によると、光電センサーが回転側の光ファイバーから受光すると、それが一旦電気信号に変換され、発光手段を高速点滅させて固定側の光ファイバーに伝送される。光電センサーから発信された電気信号を増幅する増幅器を設ければ、光電センサーへの受光量にロスがあっても変換された電気信号を増幅することにより必要な光量で伝送することができる。
本発明で用いる光電センサーとしては、例えばホトダイオードを挙げることができ、発光手段としては、例えば発光ダイオードＬＥＤを挙げることができる。

請求項５に係る発明は、請求項３又は４に係る発明において、上記回転体には、ミラーで方向転換された光路が通り、かつ該光路に沿う方向に位置調整可能に取着される移動体を設けることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、第３の目的を達成する検出装置に関するもので、レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換、好ましくは直角に方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記ミラーで方向転換された光路の周りを回転方向に位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、また上記光ファイバーは、少なくとも回折光を受光する光ファイバーを有し、該光ファイバーは、一端を上記移動体に連結し、該移動体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されると共に、回転側の光ファイバーは受光側の一端が同一円周上に位置して圧延痕やツールマークから発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ａと、圧延痕やツールマーク以外の傷から発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ｂとに分けられ、また、群Ａに属する光ファイバーの出光側の他端と、群Ｂに属する光ファイバーの出光側の他端が二重の同心円を形成するように回転側の光ファイバーの並び換えが行われる一方、回折光を受光する固定側の光ファイバーも二重の同心円状に配置され、その一端が回転側の光ファイバーから受光できるように回転側の光ファイバーの出光端と僅かな間隙を存して対向配置されることを特徴とする表面傷の検出装置。

好ましい発明では、回折光を受光する光ファイバーの内側に反射散乱光を受光する光ファイバーが同心円状に設けられる。この場合にはしたがって、回転側の光ファイバーは、受光端が二重の同心円に、出光端が三重の同心円をなし、また固定側の光ファイバーは受出光端とも三重の同心円をなすようにされる。

請求項７に係る発明は、第３の目的を達成する別の検出装置に関するもので、レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換、好ましくは直角に方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記ミラーで方向転換された光路の周りを回転方向に位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、また上記光ファイバーは、少なくとも回折光を受光する光ファイバーを有し、該光ファイバーは、一端を移動体に連結し、該移動体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されると共に、回転側の光ファイバーは受光側の一端が同一円周上に位置して圧延痕やツールマークから発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ａと、圧延痕やツールマーク以外の傷から発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ｂとに分けられると共に、回折光を受光する固定側の光ファイバーは単一の円周上に配置され、また回転側の光ファイバーで受光された光を固定側の光ファイバーへ伝送するために設けられる伝送手段が、回転側のＡ群の光ファイバーから受光して、それを電気信号に変換する第１の光電センサーと、回転側のＢ群の光ファイバーから受光して、それを電気信号に変換する第２の光電センサーと、各光電センサーから発信された電気信号を２進数のシリアル信号に変換して出力するＣＰＵと、該ＣＰＵからの出力により高速点滅して固定側の光ファイバーに点滅信号を伝送する発光手段とからなることを特徴とする表面傷の検出装置。

本発明によると、Ａ群で受光された回折光は第１の光電センサーで受光し、またＢ群で受光された回折光は第２の光電センサーで検出してそれぞれ伝送手段により固定側の光ファイバーに伝送される。
本発明における光電センサー及び発光手段は、上述する請求項４に係る発明の光電センサー及び発光手段と同じものが用いられる。

請求項８に係る発明は、請求項６又は７に係る発明において、第二の回転体がミラーで方向転換された光路に沿う方向に位置調整可能に回転体に取着されることを特徴とする。
本発明によると、第１及び第３の目的を併せて達成することができる。

請求項９に係る発明は、請求項６〜８に係る発明において、固定側の光ファイバーは、回転側の光ファイバーより線径が小で、その全長のうち、少なくとも入光端が円周上に層状をなして密に配置されることを特徴とする。
本発明によると、第１〜第３の目的のうち、二以上の目的を達成することができる。

上記各発明において、レーザ光を照射したときの検査面からの反射光には、打痕や窪みなどの凹凸により発生する反射散乱光と、圧延痕やツールマーク、引掻き傷のような比較的鋭い傷から発生する回折光がある。

上記各発明の光ファイバーは、反射散乱光のみ、或いは回折光のみを受光できるようにしてもよいが、好ましくは特許文献１に開示されるものと同様、同心円状に配置し、内側の光ファイバーで反射散乱光を、外側の光ファイバーで回折光を受光できるようにされる。

したがって請求項１０に係る発明は、請求項１ないし９のいずれかの請求項に係る発明において、光ファイバーが同心円状に配置され、内側の光ファイバーで反射散乱光が、その外側の光ファイバーで回折光が受光されるようにしたことを特徴とする。
本発明によると、回折光の検出により圧延痕、ツールマーク、引掻き傷等の鋭い傷を、反射散乱光の検出により打痕や窪みなどの凹凸を検出することができる。

請求項１に係る発明によると、移動体を孔径に応じてミラーで方向転換された光路に沿う方向に位置調整することにより、光ファイバー端の受光位置も位置調整されるようになり、検査面からの反射散乱光や回折光を確実に受光でき、したがって孔径の比較的小さなものから大きなものまでの孔内壁の傷検査を行うことができる。

請求項２に係る発明によると、分断した光ファイバーの端面同士を向かい合わせに対向配置するだけで光を伝送することができ、伝送手段の構成が簡単となる。
請求項３に係る発明によると、光伝送時のロスが少なくなり、必要な光量の伝送を確実に行うことができる。

請求項４に係る発明によると、光電センサーが受光できれば、固定側の光ファイバーに必要な光量の光を確実に伝送することができる。
請求項５に係る発明によると、請求項３又は４に係る発明の効果と、請求項１に係る発明の効果を併せて奏することができる。

請求項６及び７に係る発明によると、圧延痕やツールマークと引掻き傷を区別して検出することができ、また請求項７に係る発明においては、更に固定側の光ファイバーを単一の円周上に配置すればよく、複数の同心円上に配置する必要がないため構造が簡単となる。
請求項８に係る発明によると、請求項６又は７に係る発明の効果に加え、孔径の比較的小さなものから大きなものまでの孔内壁の傷検査を行うことができる。

請求項９に係る発明によると、請求項６ないし８に係る発明の効果に加え、光伝送時のロスが少なくなり、必要な光量の伝送を確実に行うことができる
請求項１０に係る発明によると、圧延痕、ツールマーク、引掻き傷等の鋭い傷と、打痕や窪み等の凹凸を区別して検出することができる。

図３は、本発明に係る検出装置の全体構成を示すもので、台座１１上に直立する支柱１２と、該支柱１２に昇降可能に支持されるヘッド１３と、ヘッド１３より側方に延設されるアーム１４と、アーム端に支持されるプローブ１５からなり、プローブ１５を上下方向に送るため、図示していないが、支柱１２には例えばラックが添設されると共に、ヘッド１３にはモータと、該モータによって回転駆動され、ラックに噛合するピニオンとが内蔵され、モータの駆動によりヘッド１３とプローブ１５が一体となって支柱１２に沿い、一定量ずつ昇降して送られるようになっている。ピニオンとラックに換え、支柱１２にモータによって回転駆動されるボールネジを、ヘッド１３にボールネジに螺着されるナットを取付け、ボールネジを回転させてヘッド１３を昇降させるようにしてもよい。

プローブ１５は、図４に示すように内周及び外周が共に段付きをなし、上部の大径部でアーム端に取着される筒状のケーシング１６と、ケーシング外周の小径部に回転可能に装着される筒状のケース１７と、ケーシング上部の大径部に取着されるモータ１８と、該モータ１８のプーリ１９とケース１７との間に掛けられ、モータ１８によりケース１７を回転させるタイミングベルト２１と、ケース１７の下端に固着されるソケット部２０に差込んで図示しない止めネジにて止着され、ケース１７と共に回転する回転体２２と（図５、図８参照）、ケーシング１６内にケーシング１６と同心円をなして固着されるレーザ投射パイプ２３と、ケーシング上部の大径部内に取着されるレーザ光源としてのレーザ発振器２４と、レーザ発振器２４で発光されたレーザ光を絞り込んでレーザ照射パイプ２３に投射する長焦点のレンズ(図示しない)と、レーザ投射パイプ２３の外周に三重の同心円をなして配置される固定側の光ファイバー２５よりなり、各光ファイバー２５は、プローブ１５外の図示しない光検出器にそれぞれ接続され、各光ファイバー２５に受光された光が、各光検出器で個別に検出されるようになっている。

回転体２２内には、図５に示すように軸孔２７を有する移動体２８がレーザ投射パイプ２３と直交する方向に移動可能で、かつ軸心の周りに回動可能に取付けてあり、出し入れして位置調整をし、かつ回動して回転方向の位置調整をしたのち、図示しない止ネジで回転体２２に止着されるようになっている。

移動体２８はまた、軸孔２７の周りに回転側の光ファイバーが、受光端では図１に示すうに、二重の同心円をなし、回転体端面の出光端では図６に示すように、三重の同心円をなすようにして配置され、図１に示す外側の光ファイバー２９のうち、Ａ群の光ファイバー２９が出光端では外側の円周上に、Ｂ群の光ファイバー２９がその内側の円周上に位置するように光ファイバー２９の並べ換えが行われている。図中、Ｃ群の光ファイバー２９は反射散乱光を受光する光ファイバーである。

固定側の光ファイバー２５は、線径が光ファイバー２９の１／２以下で、図７に示すようにレーザ投射パイプ２３の外周に光ファイバー２９と同様、Ａ群、Ｂ群、Ｃ群の光ファイバーを三重の同心円をなして配置し、各群Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ図２ｂに示すように、線径が光ファイバー２９の１／２以下の光ファイバーを三層をなして密に配置した構造となっている。そして各群Ａ、Ｂ、Ｃは、回転側の光ファイバー２９が出光端でなす同心円と同径で、回転体２２をケース下端のソケット部２０に差込んで止着したとき、固定側の光ファイバー２５の受光端と回転側の光ファイバー２５の出光端が同心をなして僅かな間隙を存して向かい合うようになっている。

図５において、符号３１はミラーで、レーザ投射パイプ２３から出たレーザ光はミラー３１で直角に方向転換されて移動体２８の軸孔２７を通り、検査面に照射されるようになっている。

本装置は以上のように構成され、内筒状をなす金属部品等の内周面の表面傷の有無を検出するときには、金属部品等３３を図３に示すように台座１１上に縦向きに置き、ついで回転体２２の止ネジを弛め、金属部品等３３の内径に応じて移動体２８を出し入れして位置調整をしたのち、支柱１２に沿い、ヘッド１３をプローブ１５と共に降下させ、回転体２２を金属部品等３３内に降下させる。そしてモータ１８を駆動して回転体２２を回転させ、金属部品等３３の内周面のツールマークを検出する。次にプローブ１５と共にヘッド１３を引き上げ、回転体２２を金属部品等２３より引き上げる。そしてツールマークが例えばＡ群で検出されたときは、そのまま、Ｂ群で検出されたときは、止ネジを緩めてＡ群で検出されるように移動体２８を回動調整する。次に再度ヘッド１３をプローブ１５と共に回転体２２が金属部品等３３の検査面に達するまで降下させる。その後、モータ１８を駆動して回転体２２を一定速度で回転させながら、図示していないモータを駆動してヘッド１３を一定の送り量で送り、レーザ発振器２４からのレーザ光をレンズ(図示しない)で絞ってレーザ照射パイプ２３に通し、ミラー３１で９０°方向転換させて移動体２８の軸孔２７を経、金属部品等３３の内周面の検査面に照射させる。そしてその反射光を光ファイバー２９の端面で受光し、傷の有無、傷がある場合には、その傷が打痕や窪みなどの凹凸であるか、或いは引掻き傷のような鋭い傷であるかの検出を行う。すなわち検査面に打痕や窪みなどの凹凸がある場合には、該凹凸によって発生する反射散乱光が二重の同心円状に配置される光ファイバー２９の受光端のうち、内側の受光端で受光され、光ファイバー２９の出光端から三重の同心円状に配置される光ファイバー２５の受光端のうち、内側の受光端に入射されて伝送され、光ファイバー２５端において光検出器で検出される。これにより検査面に打痕や窪みなどの凹凸があることが検出される。

検査面に引掻き傷のような鋭い傷があるときには、該傷によって発生する回折光が光ファイバー２９の受光端のうち、外側の受光端のＢ群で受光される。そして光ファイバー２９の出光端の三重の同心円をなす出光端のうち、中間部の出光端から光ファイバー２５の中間部の受光端に入射されて伝送され、光ファイバー２９端において別の光検出器により検出される。なおツールマークは光ファイバー２９の受光端のうち、外側の受光端のＡ群で受光され、外側の光ファイバー２９に伝送されて光検出器により検出される。
以上のようにして検査面の傷の有無、有る場合にはその種類が検出される。

上記実施形態では、光ファイバー２９から光ファイバー２５への光の伝送がファイバー端を向かい合わせにして一方の光ファイバー２７の出光端から他方の光ファイバー２５の受光端へ直接行われるようになっているが、伝送手段を介して光の伝送が行われるようにしてもよい。

図８は、伝送手段の一例を示すもので、外周、中間、内周の各光ファイバー２９の出光端からの出光をそれぞれ個別に検出して、それを電気信号に変換する第１〜第３の光電センサーとしてのホトダイオード３５と、各ホトダイオード３５からの電気信号を２進数の時系列なシリアル信号に変換して出力するＣＰＵ３６と、該ＣＰＵ３６からの出力により高速点滅してＣＰＵ３６からの光量データを、レーザ投射パイプ２３の外周の単一の円周上に配置される光ファイバー２５の受光端に伝送する発光ダイオードＬＥＤ３７とからなっている。

本装置によると、凹凸傷から発生する反射散乱光は、内側の光ファイバー２９で受光されて第１のホトダイオード３５より、引掻き傷のような鋭い傷から発生する回折光は、中間部の光ファイバー２９で受光されて第２のホトダイオード３５より、またツールマークから発生する回折光は、外側の光ファイバー２９で受光されて第３のホトダイオード３５よりそれぞれＣＰＵ３６に出力され、ＣＰＵ３６はこれら三つの信号を時系列に発光ダイオード３７に出力して発光ダイオード３７を高速点滅させ、光ファイバー２５に伝送する。

回転体の光ファイバー端面及び固定側の光ファイバー端面は、それぞれ図９に示すように、同径の同一円周上に配置され、これにより回転側の光ファイバー２５から固定側の光ファイバー２５へ点滅信号が伝送されるようになっている。

Ａ群とＢ群とＣ群に分けた光ファイバーの端面を拡大した図。回転側と固定側の光ファイバー端面での光の伝送態様を示す模式図。検出装置の正面図。プローブの断面図。回転体の断面図。回転体端面における光ファイバーの端面を示す図。固定側の端面における光ファイバーの端面を示す図。回転体の別の態様を示す断面図。回転側及び固定側端面における光ファイバーの端面を示す図。

１ａ、１ｂ、２５、２９・・光ファイバー
１１・・台座
１２・・支柱
１３・・ヘッド
１４・・アーム
１５・・プローブ
１６・・ケーシング
１７・・ケース
１８・・モータ
２２・・回転体
２３・・レーザ投射パイプ
２４・・レーザ発振器
２８・・移動体
３１・・ミラー
３３・・金属部品等
３５・・ホトダイオード
３６・・ＣＰＵ
３７・・発光ダイオード

Claims

レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、軸心に上記ミラーで方向転換された光路が通り、かつ該光路に沿って位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、上記光ファイバーが移動体に連結され、回転体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割され、また回転側の光ファイバーで受光された光を固定側の光ファイバーに伝送する伝送手段が設けられることを特徴とする表面傷の検出装置。
伝送手段が回転側の光ファイバー端面と固定側の光ファイバー端面を同一円周上で、僅かな間隙を存して互いに向かい合わせに対向配置させてなることを特徴とする請求項１記載の表面傷の検出装置。
レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記光ファイバーが回転体と一体となって回転する回転側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されて、回転側の光ファイバー端面と固定側の光ファイバー端面を同一円周上で僅かな間隙を存して互いに向かい合わせに対向配置し、また、固定側の光ファイバーは回転側の光ファイバーより線径が小で、その全長のうち、少なくとも受光端が同一円周上に層状をなして密に配置されることを特徴とする表面傷の検出装置。
伝送手段が、上記回転体に設けられ、しかも分断された光ファイバーのうち、回転体と共に回転する光ファイバーから受光した光を電気信号に変換する光電センサーと、光電センサーから発信された電気信号を２進数のシリアル信号に変換して出力するＣＰＵと、該ＣＰＵからの出力により高速点滅して固定側の光ファイバーに点滅信号を伝送する発光手段とからなることを特徴とする請求項１記載の表面傷の検出装置。
上記回転体には、ミラーで方向転換された光路が通り、かつ該光路に沿う方向に位置調整可能に取着される移動体を設けることを特徴とする請求項３又は４記載の表面傷の検出装置。
レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記ミラーで方向転換された光路の周りを回転方向に位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、また上記光ファイバーは、少なくとも回折光を受光する光ファイバーを有し、該光ファイバーは、一端を上記移動体に連結し、該移動体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されると共に、回転側の光ファイバーは受光側の一端が同一円周上に位置して圧延痕やツールマークから発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ａと、圧延痕やツールマーク以外の傷から発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ｂとに分けられ、また、群Ａに属する光ファイバーの出光側の他端と、群Ｂに属する光ファイバーの出光側の他端が二重の同心円を形成するように回転側の光ファイバーの並び換えが行われる一方、回折光を受光する固定側の光ファイバーも二重の同心円状に配置され、その一端が回転側の光ファイバーから受光できるように回転側の光ファイバーの出光端と僅かな間隙を存して対向配置されることを特徴とする表面傷の検出装置。
レーザ光を発光させる光源と、該光源からのレーザ光を絞るレンズと、レーザ光の光路の周りに並設される多数の光ファイバーと、該光ファイバーを通る光を検出する光検出器よりなり、光源からのレーザ光をレンズで絞って金属部品等の検査面に照射し、その反射光を光ファイバーで受光することにより検査面の表面傷を検出する検出装置において、光源から検査面に至る上記光路の途中に配置され、光路を方向転換するミラーと、該ミラーを有し、かつ該ミラーで方向転換される光路のうち、光源から直進する光路を中心としてその周りを回転可能な回転体と、該回転体を回転させる駆動装置と、上記ミラーで方向転換された光路の周りを回転方向に位置調整可能に上記回転体に取着される移動体を有し、また上記光ファイバーは、少なくとも回折光を受光する光ファイバーを有し、該光ファイバーは、一端を移動体に連結し、該移動体と共に回転する側の光ファイバーと、光源から直進する上記光路の周りに固定される側の光ファイバーとに分割されると共に、回転側の光ファイバーは受光側の一端が同一円周上に位置して圧延痕やツールマークから発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ａと、圧延痕やツールマーク以外の傷から発生する回折光を受光する光ファイバーの群Ｂとに分けられると共に、回折光を受光する固定側の光ファイバーは単一の円周上に配置され、また回転側の光ファイバーで受光された光を固定側の光ファイバーへ伝送するために設けられる伝送手段が、回転側のＡ群の光ファイバーから受光して、それを電気信号に変換する第１の光電センサーと、回転側のＢ群の光ファイバーから受光して、それを電気信号に変換する第２の光電センサーと、各光電センサーから発信された電気信号を２進数のシリアル信号に変換して出力するＣＰＵと、該ＣＰＵからの出力により高速点滅して固定側の光ファイバーに点滅信号を伝送する発光手段とからなることを特徴とする表面傷の検出装置。
第二の回転体がミラーで方向転換された光路に沿う方向に位置調整可能に回転体に取着されることを特徴とする請求項６又は７記載の表面傷の検出装置。
固定側の光ファイバーは、回転側の光ファイバーより線径が小で、その全長のうち、少なくとも入光端が円周上に層状をなして密に配置されることを特徴とする請求項６ないし８記載の表面傷の検出装置。
光ファイバーが同心円状に配置され、内側の光ファイバーで反射散乱光が、その外側の光ファイバーで回折光が受光されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの請求項に記載の表面傷の検出装置。