JP2005291771A - Surface inspection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒体の端面に形成されている平坦面を光学的走査手段を用いて走査し、平坦面に欠陥部が存在するか否かを検査する表面検査装置に関する。 The present invention relates to a surface inspection apparatus that scans a flat surface formed on an end surface of a cylindrical body using an optical scanning unit and inspects whether or not a defective portion exists on the flat surface.
一般に、自動車用部品であるエンジンシリンダの内周面はピストンが摺動し、又、この内周面に連続する平坦面はガスケットを介してシリンダヘッドに密着される。エンジンシリンダの内周面或いは平坦面に、巣、傷等の欠陥部が存在すると、オイル漏れや冷却水漏れ等が発生し易くなり、製品の信頼性が損なわれる。 Generally, a piston slides on the inner peripheral surface of an engine cylinder, which is an automotive part, and a flat surface continuous with the inner peripheral surface is in close contact with the cylinder head via a gasket. If a defective portion such as a nest or a flaw is present on the inner peripheral surface or flat surface of the engine cylinder, oil leakage or cooling water leakage is likely to occur, and the reliability of the product is impaired.
従来、このようなエンジンシリンダを代表とする円筒体において、加工された内周面、及び平坦面の表面を検査する場合、検査者が内周面や平坦面等の被検査部位に光を照射し、その反射光を目視により観察することで、巣、傷等の欠陥部の有無を検査している。又、内周面のように検査者が直接視認することが困難な部位は、ファイバスコープ等を用いて検査するようにしている。 Conventionally, in a cylindrical body typified by such an engine cylinder, when inspecting the processed inner peripheral surface and the surface of a flat surface, the inspector irradiates light to the inspected portion such as the inner peripheral surface or the flat surface. In addition, the presence or absence of defects such as nests and scratches is inspected by visually observing the reflected light. Further, a part such as an inner peripheral surface that is difficult for an inspector to visually recognize directly is inspected using a fiberscope or the like.
しかし、人為的な検査では、検査者の個人差により検査精度にばらつきが生じ易い。又、同一人の検査であってもそのときの体調により検査精度にばらつきが生じ易い。一方、ファイバスコープ等を用いた検査では、照明光の照射具合によってはハレーションが発生して欠陥部を正確に認識することが困難となる場合がある。又、CCDカメラを用いて円筒体の内周面及び平坦面を撮像し、撮像した画像に基づいて表面を検査する装置も提案されているが、この場合も照明光の照射具合によってはハレーションが発生し、表面検査に必要な画像を得ることが困難となる場合がある。 However, in the artificial inspection, the inspection accuracy tends to vary due to individual differences among the inspectors. Further, even in the inspection of the same person, the inspection accuracy tends to vary depending on the physical condition at that time. On the other hand, in an inspection using a fiberscope or the like, halation may occur depending on the illumination light irradiation condition, and it may be difficult to accurately recognize a defective portion. In addition, there has been proposed an apparatus for imaging the inner peripheral surface and the flat surface of a cylindrical body using a CCD camera, and inspecting the surface based on the captured image. In this case, halation may occur depending on the illumination light irradiation condition. May occur and it may be difficult to obtain an image necessary for surface inspection.
そのため、本出願人は、円筒体の内周面に形成される欠陥部を、画像で認識するのではなく、反射光の強度から認識する表面検査装置を、特許文献1(特開平11−281583号公報)において提案した。 For this reason, the present applicant has disclosed a surface inspection apparatus that recognizes a defect portion formed on the inner peripheral surface of a cylindrical body from an intensity of reflected light instead of recognizing it by an image, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-281583. No.).
すなわち、同文献に開示されている表面検査装置では、電動モータの先端に回転円筒を設け、この回転円筒内に投光ファイバ及び受光ファイバを配設し、回転円筒を円筒体の軸芯上に挿通し、電動モータの回転により回転円筒を回転させると共に、所定ピッチ毎に回転軸に沿った方向へ移動させながら、投光ファイバからの検査光をほぼ直角方向へ出射して、円筒体の内周面に照射し、その反射光を受光ファイバで受光し、受光した光の強度から、傷、或いは異物の付着等の欠陥部の有無を判定する。
しかし、特許文献1に開示されている技術では、レンズの焦点距離が一定であるため、円筒体の内径が異なる場合に、対応することができない。この場合、円筒体の内径に合わせた焦点距離となるように、レンズを交換する等して一々設定する必要があり、段取りが煩雑化する問題がある。
However, since the focal length of the lens is constant, the technique disclosed in
このような問題に対処するに、電動ズームなどを用いてレンズの焦点距離を円筒体の内径の変化に合わせて可変設定することも考えられるが、ズーム機構が複雑で、製品コストが高くなるばかりでなく、先端部分の外径が大型化する問題がある。 To deal with this problem, it is conceivable to variably set the focal length of the lens in accordance with the change in the inner diameter of the cylindrical body using an electric zoom or the like, but the zoom mechanism is complicated and the product cost is only increased. However, there is a problem that the outer diameter of the tip portion is increased.
更に、特許文献1に開示されている技術では、円筒体の内周面を検査することはできるが、円筒体の平坦面を検査することができない。
Furthermore, with the technique disclosed in
平坦面の欠陥部を検出する表面検査装置として、本出願人は、特許文献2(特開平8−334471号公報)において、先端部にアレイ状に配設した複数のファイバ束を設け、各ファイバ束の投光ファイバから出射した検査光を、平坦面に照射し、その反射光をフォトダイオードで受光し、この受光量を予め設定したしきい値と比較することにより、欠陥部を検出する技術を提案した。 As a surface inspection device for detecting a defective portion on a flat surface, the present applicant has provided a plurality of fiber bundles arranged in an array at the tip in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-334471), and each fiber A technique for detecting defects by irradiating a flat surface with inspection light emitted from a bundle of projecting fibers, receiving the reflected light with a photodiode, and comparing the amount of light received with a preset threshold value. Proposed.
しかし、特許文献2に記載されている表面検査装置は、複数のファイバ束をアレイ状に配設して構成されているため、各ファイバ束毎に発光ダイオードとフォトセンサとを備えなければならず、部品点数が多くなり、製品コストが高くなる問題がある。
However, since the surface inspection apparatus described in
これに対処するに、1つのファイバ束を円筒体の平坦面に沿って縦横に移動させることで、平坦面を走査することも考えられるが、検査に時間がかかる問題がある。 In order to cope with this, it is conceivable to scan the flat surface by moving one fiber bundle vertically and horizontally along the flat surface of the cylindrical body, but there is a problem that it takes time for inspection.
従って、本発明の目的は、装置を大型化すること無く、製品コストの大幅なアップを抑制し、異なる内径の筒体に対しても簡単に対応することができて、検査時間及び段取り時間の大幅な削減を実現できるばかりでなく、筒体の内周面と平坦面との双方の表面を、1台の装置で連続的に、或いは別々に検査することができて、使い勝手のよい表面検査装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to suppress a significant increase in product cost without increasing the size of the apparatus, and can easily cope with cylinders having different inner diameters. Not only can a significant reduction be achieved, but the surface of both the inner peripheral surface and the flat surface of the cylinder can be inspected continuously or separately with a single device, making it easy to use. To provide an apparatus.
上記目的を達成するため、本発明による第1の表面検査装置は、筒体の端面に形成された平坦面に検査光を照射し、その反射光量の変化に基づき該平坦面に欠陥部が存在するか否かを検査する表面検査装置において、上記筒体の軸芯方向へ上記検査光を出射するセンサヘッドを設け、上記センサヘッドの光軸上に、上記検査光を該光軸に交差する方向へ反射させると共に上記筒体に対して相対回転する第1の反射面を配設し、上記第1の反射面の反射方向に該第1の反射面と平行な第2の反射面を配設すると共に、該第2の反射面を上記平坦面に対設し、上記センサヘッドと上記第1の反射面との距離を、該第1の反射面から第2の反射面へ至る距離と該第2の反射面から上記平坦面へ至る距離とを、上記センサヘッドの焦点距離から減算した値に基づいて設定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first surface inspection apparatus according to the present invention irradiates a flat surface formed on an end surface of a cylindrical body with inspection light, and a defect exists on the flat surface based on a change in the amount of reflected light. In the surface inspection apparatus for inspecting whether or not to perform, a sensor head for emitting the inspection light in the axial direction of the cylindrical body is provided, and the inspection light intersects the optical axis on the optical axis of the sensor head A first reflecting surface that reflects in the direction and rotates relative to the cylindrical body is disposed, and a second reflecting surface that is parallel to the first reflecting surface is disposed in the reflecting direction of the first reflecting surface. And the second reflection surface is opposed to the flat surface, and the distance between the sensor head and the first reflection surface is a distance from the first reflection surface to the second reflection surface. The distance from the second reflecting surface to the flat surface is subtracted from the focal length of the sensor head. And setting, based on the value.
このような構成では、センサヘッドからの検査光は、第1の反射面にて光軸に交差する方向へ反射され、この第1の反射面と平行な第2の反射面にて反射されて、筒体の端面に形成された平坦面に照射される。その際、第1の反射面が筒体に対して相対回転するので、第1の反射面で反射された検査光は、平坦面上を周回する方向へ走査する。又、センサヘッドと第1の反射面との間の距離を、上記センサヘッドの焦点距離から第1の反射面から第2の反射面へ至る距離と、この第2の反射面から平坦面へ至る距離とを減算した値で設定するようにしたので、センサヘッドから平坦面に至る距離が常に一定となる。更に、レンズ等の対物光学系を動かすのではなく、センサヘッドと第1の反射面との距離を変化させるだけでよいので、構造が簡略化され、外径も比較的コンパクトにすることができる。 In such a configuration, the inspection light from the sensor head is reflected in the direction intersecting the optical axis by the first reflecting surface, and reflected by the second reflecting surface parallel to the first reflecting surface. The flat surface formed on the end surface of the cylinder is irradiated. At this time, since the first reflecting surface rotates relative to the cylindrical body, the inspection light reflected by the first reflecting surface scans in a direction that circulates on the flat surface. Further, the distance between the sensor head and the first reflecting surface is set to the distance from the focal length of the sensor head to the second reflecting surface from the first reflecting surface to the flat surface. Since the distance is set to a value obtained by subtracting the distance to reach, the distance from the sensor head to the flat surface is always constant. Furthermore, since the objective optical system such as a lens is not moved, it is only necessary to change the distance between the sensor head and the first reflecting surface, the structure can be simplified and the outer diameter can be made relatively compact. .
第2の表面検査装置は、第1の表面検査装置において、上記第2の反射面は、上記筒体の両端面に形成された上記平坦面に各々対設されていることを特徴とする。 The second surface inspection apparatus is characterized in that, in the first surface inspection apparatus, the second reflecting surfaces are respectively opposed to the flat surfaces formed on both end surfaces of the cylindrical body.
このような構成では、第2の反射面を、筒体の両端面に形成された平坦面に各々対設さることで、筒体の両端面に形成されている平坦面を連続的に検査することができる。 In such a configuration, the flat surfaces formed on both end surfaces of the cylinder are continuously inspected by setting the second reflecting surfaces to the flat surfaces formed on both end surfaces of the cylinder. be able to.
第3の表面検査装置は、第1或いは第2の表面検査装置において、上記第2の反射面は円錐体の内面に形成されており、該円錐体の軸心が上記センサヘッドの光軸に一致した状態で配設されていることを特徴とする。 According to a third surface inspection apparatus, in the first or second surface inspection apparatus, the second reflecting surface is formed on an inner surface of a cone, and an axis of the cone is an optical axis of the sensor head. It is characterized by being arranged in a matched state.
このような構成では、第2の反射面を円錐体の内面に形成し、円錐体の軸心をセンサヘッドの光軸に一致した状態で配設するようにしたので、第1の反射面を回転させても、この第1の反射面と第2の反射面との距離は常に一定となり、センサヘッドから平坦面に至る距離を一定に設定することが容易となる。 In such a configuration, the second reflecting surface is formed on the inner surface of the cone, and the axis of the cone is arranged so as to coincide with the optical axis of the sensor head. Even if it is rotated, the distance between the first reflecting surface and the second reflecting surface is always constant, and it is easy to set the distance from the sensor head to the flat surface constant.
第4の表面検査装置は、第1〜第3の何れかの表面検査装置において、上記第1の反射面は、上記センサヘッドに外装された回転筒に固設されており、上記回転筒の回転により上記第1の反射面が回転することを特徴とする。 The fourth surface inspection apparatus is any one of the first to third surface inspection apparatuses, wherein the first reflection surface is fixed to a rotating cylinder that is externally mounted on the sensor head. The first reflecting surface is rotated by the rotation.
このような構成では、第1の反射面を、センサヘッドに外装された回転筒に固設し、回転筒の回転により第1の反射面を回転させるようにしたので、第1の反射面を筒体の外部から容易に回転させることが可能となる。 In such a configuration, the first reflecting surface is fixed to the rotating cylinder that is mounted on the sensor head, and the first reflecting surface is rotated by the rotation of the rotating cylinder. It can be easily rotated from the outside of the cylinder.
第5の表面検査装置は、第4の表面検査装置において、上記第1の反射面は、上記センサヘッドに外装された回転筒に固設されており、上記回転筒の回転により上記第1の反射面が回転すると共に、上記センサヘッドは、上記回転筒と同軸上に配設した筒状体に固設されており、上記回転筒と上記筒状体とを軸芯方向へ一体移動させることで上記平坦面が螺旋状に走査されることを特徴とする。 According to a fifth surface inspection apparatus, in the fourth surface inspection apparatus, the first reflection surface is fixed to a rotary cylinder that is externally mounted on the sensor head, and the first cylinder is rotated by the rotation of the rotary cylinder. While the reflecting surface rotates, the sensor head is fixed to a cylindrical body disposed coaxially with the rotating cylinder, and moves the rotating cylinder and the cylindrical body integrally in the axial direction. The flat surface is scanned spirally.
このような構成では、第1の反射面を回転筒に固設し、回転筒の回転により第1の反射面を回転させ、又センサヘッドを回転筒と同軸上に配設した筒状体に固設して、回転筒と筒状体とを軸芯方向へ一体移動させることで、筒体の平坦面を螺旋状に走査させるようにしたので、平坦面を連続的に走査することができる。 In such a configuration, the first reflecting surface is fixed to the rotating cylinder, the first reflecting surface is rotated by rotation of the rotating cylinder, and the sensor head is arranged on the cylindrical body coaxially with the rotating cylinder. Since the flat surface of the cylindrical body is spirally scanned by moving the rotating cylinder and the cylindrical body integrally in the axial direction, the flat surface can be continuously scanned. .
第6の表面検査装置は、第1〜第5の何れかの表面検査装置において、上記第1の反射面を上記筒体内に挿入し、上記筒体に対して相対回転させつつ軸方向に移動させることにより、上記筒体の内周面に欠陥部が存在するか否かを検査する機構を兼ね備えており、その際には、上記センサヘッドと上記第1の反射面との距離を、該第1の反射面から上記筒体の内周面へ至る距離を上記センサヘッドの焦点距離から減算した値に基づいて設定することを特徴とする。 The sixth surface inspection apparatus is the surface inspection apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first reflection surface is inserted into the cylindrical body and moved in the axial direction while rotating relative to the cylindrical body. In this case, it also has a mechanism for inspecting whether or not there is a defect on the inner peripheral surface of the cylindrical body. In this case, the distance between the sensor head and the first reflecting surface is set to The distance from the first reflecting surface to the inner peripheral surface of the cylindrical body is set based on a value obtained by subtracting the focal length of the sensor head.
このような構成では、筒体の端面の検査と、筒体の内周の検査とを同じ検査装置を用いて行うことが可能となる。 In such a configuration, it is possible to perform the inspection of the end face of the cylinder and the inspection of the inner periphery of the cylinder using the same inspection apparatus.
本発明によれば、装置を大型化すること無く、製品コストの大幅なアップを抑制し、異なる内径の筒体に対しても簡単に対応することができて、検査時間及び段取り時間の大幅な削減を実現できるばかりでなく、筒体の内周面と平坦面との双方の表面を、1台の装置で連続的に、或いは別々に検査することができて、使い勝手が良い。 According to the present invention, it is possible to suppress a significant increase in product cost without increasing the size of the apparatus, and to easily cope with cylinders having different inner diameters, and to greatly increase the inspection time and setup time. Not only can the reduction be realized, but the surface of both the inner peripheral surface and the flat surface of the cylindrical body can be inspected continuously or separately by one apparatus, which is convenient.
以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図1〜図10に本発明の第1形態を示す。図1に表面検査装置の概略構成図を示す。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 10 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the surface inspection apparatus.
同図の符号1は生産ラインの中途に配設されている検査ステーションであり、この検査ステーション1において、所定に加工済みの被検査物である筒体としての円筒体2の内周面2aや平坦面2bに傷や異物が付着している等の欠陥部が存在するか否かの検査を行う。尚、筒体としては、必ずしも円筒体2に限定されるわけではなく、例えばエンジンシリンダやブレーキシリンダ等の各種の筒体に適用可能である。
円筒体2が載置される検査ステージ1aの上方に、架台3が配設されている。この架台3は昇降装置(図示せず)に連設されて昇降自在にされており、架台3に表面検査装置4の装置本体4aが載置されている。
A
装置本体4aには、回転センサ用スライダ5が内装されている。回転センサ用スライダ5は、装置本体4aの上下方向に延出されて、装置本体4aに両端が固設されたスライダ用ガイドロッド6に支持されて上下方向へ移動自在にされている。又、装置本体4aの上部に送り用駆動モータ7が配設され、この送り用駆動モータ7から下方へスライダ用スクリュー軸8が延出されている。
A
このスライダ用スクリュー軸8はスライダ用ガイドロッド6と平行に延出されており、このスライダ用スクリュー軸8が、回転センサ用スライダ5に固設されているガイドナット9に螺入されている。送り用駆動モータ7のスライダ用スクリュー軸8が正転すると、ガイドナット9を介して回転センサ用スライダ5が下降し、スライダ用スクリュー軸8が逆転すると回転センサ用スライダ5が上昇する。
The slider screw shaft 8 extends in parallel with the slider guide rod 6, and the slider screw shaft 8 is screwed into a guide nut 9 fixed to the
又、回転センサ用スライダ5に回転筒用モータ10が配設されている。この回転筒用モータ10に回転筒11の基端が連設されている。回転筒11の先端方向は、架台3に穿設されている孔部3aを貫通して下方へ延出されている。この回転筒11の下部に、反射部材としてのミラー12が配設されている。尚、回転筒11は必ずしも円筒である必要はなく、角筒であっても良い。
A
図2に示すように、ミラー12は回転筒11の軸芯に対して直交方向へ延出するミラー軸13に固定されており、このミラー軸13の両端が回転筒11に固設されている。ミラー12はミラー軸13に対し、チルト方向に45°の傾斜角度を有して固設されている。更に、回転筒11にはミラー12の表面に形成した第1の反射面としてのミラー面12aの反射方向に窓部11aが開口されている。
As shown in FIG. 2, the
又、回転筒11と同軸上に筒状体14が配設されている。筒状体14の基端は回転筒11を貫通してブラケット15に固設されている。このブラケット15は、回転センサ用スライダ5に対し、上下方向へ延出した状態で固設されている筒状体用ガイドロッド16に昇降自在に支持されている。
A
又、筒状体用ガイドロッド16と平行に筒状体用スクリュー軸17が配設されている。筒状体用スクリュー軸17は回転センサ用スライダ5に固設されているセンサヘッド位置調整用アジャストモータ18から延出されており、その中途がブラケット15に螺入されている。尚、送り用駆動モータ7、センサヘッド位置調整用アジャストモータ18は、制御装置31(図6参照)からの駆動信号に基づいて動作される。尚、制御装置31はマイクロコンピュータ等のコンピュータを主体に構成されている。
Further, a cylindrical body screw shaft 17 is disposed in parallel with the cylindrical
図4に示すように、筒状体14の下端にセンサヘッド20が配設されている。図5に示すように、センサヘッド20に、投光ファイバ22の先端部と受光ファイバ23の先端部とが結束された状態で配設されていると共に、各ファィバ22,23の先端部がレンズ保持筒21に保持されている。更に、レンズ保持筒21に1枚以上のレンズで構成された対物光学系24が保持され、この対物光学系24の光軸が筒状体14の軸芯に一致された状態で配設されている。
As shown in FIG. 4, the
又、図1、図3に示すように、架台3の底面に、円錐体35の上部に形成された筒状部35aが固設されている。尚、円錐体35は、架台3に対し着脱自在にされていても良く、又、検査対象となる円筒体2に合わせて異なるサイズの円錐体35が複数装備されていても良い。更に、円錐体35を着脱自在とすることで、円筒体2の平坦面2bの表面検査を必要としないときは取外しておくことも可能である。
As shown in FIGS. 1 and 3, a cylindrical portion 35 a formed on the top of the
円錐体35は回転筒11及び筒状体14と同軸上に配設されていると共に、その開口端の内径が、検査対象となる円筒体2の外径よりも大きく、更に、上部内径が円筒体2の内径よりも小さく形成されている。
The
又、円錐体35の内面に第2の反射面としてのミラー面35bが形成されている。ミラー面35bは、ミラー面12aに対して、平行な傾斜角度、すなわち、45°の傾斜角度を有して対設されている。従って、対物光学系24から出射した検査光は、ミラー面12aにて90°方向へ反射されて、ミラー面35bに至ると、ミラー面35bで反射されて円筒体2の平坦面2b上に垂直に照射される。
Further, a mirror surface 35 b as a second reflecting surface is formed on the inner surface of the
ところで、対物光学系24によって設定される焦点距離dは一定であるため、対物光学系24からミラー面12aまでの距離(以下「光学系・ミラー間距離」と称する)をdm、ミラー面12aからミラー面35bまでの距離(以下「ミラー・円錐体間距離」と称する)をdw、ミラー面35bから円筒体2の平坦面2bまでの距離(以下「円錐体・平坦面間距離」と称する)をdhとした場合、対物光学系24の先端から円筒体2の平坦面2bまでの距離dは、常に
d=dm+dw+dh=一定 …(1)
の関係を保持する必要がある。
By the way, since the focal distance d set by the objective
It is necessary to maintain the relationship.
ただし、dm+dw+dhの値は、対物光学系24によって設定される焦点距離dと必ずしも正確に一致する必要はない。対物光学系24の収差が全くないと仮定すると、dm+dw+dhの値が焦点距離dと正確に一致する場合、投光ファイバ22から出射された光を正反射させると、全て投光ファイバ22に戻ってしまう。したがって、投光ファイバ22から出射される光の焦点領域と、受光ファイバ23に合焦される反射光の領域とが一部重なるようにすることが必要である。このため、対物光学系24の収差が小さい場合には、dm+dw+dhの値を焦点距離dに対して多少ずれるように設定することが好ましい。この焦点dに対するずれ量は、上記重なる領域が、目的とする検出精度に対して適切な大きさになるように設定される。
However, the value of dm + dw + dh does not necessarily coincide with the focal length d set by the objective
図10に示すように、ミラー面12a、及びミラー面35bの傾斜角度θを45°とした場合、回転筒11を上下動させても、dw+dhは常に一定であるため、光学系・ミラー間距離dmは、円筒体2の上下動に関わらず常に一定となる。尚、本形態は、両反射面12a,35bの傾斜角度θが45°以外で有っても適用できる。
As shown in FIG. 10, when the tilt angle θ of the mirror surface 12a and the mirror surface 35b is 45 °, dw + dh is always constant even when the
すなわち、平坦面2bの肉厚をdtとし、図10に示すように、ミラー・円錐体間距離dwが、平坦面2bの内周端にあるときの、光学系・ミラー間距離をdm’(初期位置)とした場合、光学系・ミラー間距離dmは、回転筒11の下降に同期して、
dm=dm’−dt・tan(90−2θ) …(1’)
で移動させることで、焦点距離dを一定に保持させることができる。
That is, the thickness of the flat surface 2b is dt, and the distance between the mirror and the cone dw is dm ′ (when the mirror-cone distance dw is at the inner peripheral end of the flat surface 2b, as shown in FIG. In the case of the initial position), the distance dm between the optical system and the mirror is synchronized with the lowering of the
dm = dm′−dt · tan (90−2θ) (1 ′)
It is possible to keep the focal distance d constant by moving with.
しかし、この場合であっても、両反射面12a,35aの傾斜角度θは固定値であるため、表面検査の際に入力するデータは、反射面12a,35bの傾斜角度θが45°の場合と同じである。 However, even in this case, since the inclination angle θ of both the reflection surfaces 12a and 35a is a fixed value, the data input during the surface inspection is when the inclination angle θ of the reflection surfaces 12a and 35b is 45 °. Is the same.
又、本形態による表面検査装置4は、円筒体2の平坦面2bの表面検査に続けて、内周面2aの表面検査を行うことができる。図1には回転筒11の先端を、円筒体2の内周に挿通した状態が併記されている。同図に示すように、この場合の焦点距離dは、
d=dm+dw
となる。この場合、ミラー・円錐体間距離dwは一定であるため、光学系・ミラー間距離dmも一定となる。
Further, the
d = dm + dw
It becomes. In this case, since the mirror-cone distance dw is constant, the optical system-mirror distance dm is also constant.
一方、図6に示すように、各ファイバ22,23の後端が、演算回路部25に設けられている光源部26と検査演算部27とにそれぞれ接続されている。光源部26にはLDドライバ26aと、LDドライバ26aから駆動信号で発行するレーザダイオード26bとが設けられており、このレーザダイオード26bに投光ファイバ22の入射端が対設されている。尚、投光ファイバ22の光源としては、レーザダイオード26bに限らず、発光ダイオード等を用いることもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the rear ends of the
更に、検査演算部27には、受光ファイバ23の出射端に対設するフォトセンサ27aが設けられ、このフォトセンサ27aに増幅回路27bを介して比較回路27cの一方の入力端が接続され、この比較回路27cの他方の入力端にしきい値設定回路27dが接続されている。比較回路27cでは増幅回路27bから出力される、フォトセンサ27aで受光して光電変換した反射光量を示す電圧値Voと、しきい値設定回路27dから出力されるしきい値とを比較し、その結果を制御装置31へ出力する。
Further, the
図7に示すように、しきい値はハイレベルLHiとローレベルLLiとを有しており、比較回路27cでは、反射光量を示す電圧値Voとしきい値LHi,LLiとを比較して、円筒体2の平坦面2b、及び内周面2aに傷が形成されているか否か、或いは異物が混入しているか否かを検査し、その結果を制御装置31へ出力する。
As shown in FIG. 7, the threshold value has a high level LHi and a low level LLi, and the
制御装置31では、比較回路27cでの比較結果に基づき、円筒体2の平坦面2b及び内周面2aの表面の傷、或いは異物に対する必要な表示、印字等を行うため駆動信号をモニタ、プリンタ等の出力手段(図示せず)に出力すると共に、今回のデータを記憶する。
In the
次に、このような構成による本形態の作用について説明する。検査ステーション1の検査ステージ1a上に円筒体2を載置し、円筒体2の軸芯を、表面検査装置4の回転筒11の軸芯に一致させて固定する。
Next, the effect | action of this form by such a structure is demonstrated. The
次いで、装置本体4aを載置する架台3を下降させ、円筒体2の上面側の平坦面2bと、架台3に固設されている円錐体35の下端との距離Lを、予め決められている間隔(例えば5mm)に設定する。尚、円錐体35の軸芯は回転筒11の軸芯に一致した状態で固定されているため、円錐体35の軸芯は円筒体2の軸芯に一致されている。
Next, the
この状態では、表面検査装置4に設けた回転センサ用スライダ5は上昇されており、この回転センサ用スライダ5と一体に移動する回転筒11の下端が、架台3の少なくとも底面付近で待機されている。
In this state, the
一方、制御装置31は、円筒体2の内径データ(2dw)の入力待ち状態となっており、モニタには内径データの入力を要求する画面が表示されている。そして、図8に示す検査開始位置設定ルーチンのステップS1で、円筒体2の内径データ2dwが入力されると、ステップS2へ進む。尚、円錐体35に関するデータ(傾斜角度θ、下端の内径、下端と平坦面2b間の距離L等)は予め入力されているものとする。
On the other hand, the
ステップS2では、円筒体2の内径データ(2dw)が入力されると、予め入力されている円錐体35に関するデータに基づき、円錐体・平坦面間距離dhを算出する。
In step S2, when the inner diameter data (2dw) of the
次いで、ステップS3へ進み、(1)式、或いは(1’)式に基づき、光学系・ミラー間距離dmの初期位置を、
dm←d−(dw+dh)
或いは
dm←dt・tan(90−2θ)
から算出する。
Next, the process proceeds to step S3, and the initial position of the optical system / mirror distance dm is determined based on the equation (1) or (1 ′).
dm ← d− (dw + dh)
Or dm ← dt · tan (90-2θ)
Calculate from
そして、ステップS4へ進み、送り用駆動モータ7に対して円錐体・平坦面間距離dhに対応する駆動信号を出力し、又、センサヘッド位置調整用アジャストモータ18に対して光学系・ミラー間距離dmに対応する駆動信号を出力して、ルーチンを終了する。尚、検査開始位置設定ルーチンは、検査ステージ1aに設置された円筒体2毎に実行しても良いが、生産ロット毎に実行するようにしてもよい。
In step S4, a drive signal corresponding to the distance dh between the cone and the flat surface is output to the feed drive motor 7, and between the optical system and the mirror to the sensor head position adjustment adjust
送り用駆動モータ7は、制御装置31から出力された円錐体・平坦面間距離dhに対応する駆動信号に基づき、スライダ用スクリュー軸8を所定量回転させる。スライダ用スクリュー軸8が回転すると、このスライダ用スクリュー軸8を螺入するガイドナット9を固設する回転センサ用スライダ5が、スライダ用ガイドロッド6に支持された状態で下降する。
The feed drive motor 7 rotates the slider screw shaft 8 by a predetermined amount based on a drive signal output from the
その結果、この回転センサ用スライダ5に固設されている回転筒11、及び筒状体14が一体に下降し、回転筒11の下部に固設されているミラー12の反射位置を、円錐体・平坦面間距離dhの初期位置にセットする。このとき、ミラー・円錐体間距離dwも同時に、初期位置にセットされる。
As a result, the
一方、センサヘッド位置調整用アジャストモータ18では、制御装置31から出力された光学系・ミラー間距離dmに対応する駆動信号に基づき、筒状体用スクリュー軸17を所定量正転、或いは逆転させる。筒状体用スクリュー軸17が回転すると、ブラケット15が筒状体用ガイドロッド16に支持された状態で下降、或いは上昇し、ブラケット15の下面に固設されている筒状体14を同方向へ一体移動させる。
On the other hand, the adjusting
その結果、筒状体14の下端に設けたセンサヘッド20の対物光学系24とミラー12との間の距離である光学系・ミラー間距離dmが設定される。
As a result, an optical system-mirror distance dm, which is the distance between the objective
次いで、回転筒用モータ10と送り用駆動モータ7とを共に正転方向へ定速回転させる。回転筒用モータ10が回転すると、回転筒11が定速回転し、この回転筒11の下端にミラー軸13を介して固定されているミラー12が同方向へ一定回転する。又、送り用駆動モータ7が回転すると、送り用駆動モータ7のスライダ用スクリュー軸8に螺入されているガイドナット9を介して回転センサ用スライダ5がスライダ用ガイドロッド6に沿って移動し、この回転センサ用スライダ5に保持されている回転筒11及び筒状体14を一体的に移動させる。その結果、回転筒11は定速回転しながら、送り用駆動モータ7の回転数で設定されたピッチで下降する。
Next, both the
筒状体14の下端に設けたセンサヘッド20に結束されている投光ファイバ22の先端からは、演算回路部25に設けた光源部26のレーザダイオード26bからの検査光が出射されており、この検査光が対物光学系24を介し、ミラー12のミラー面12aにて90°方向へ反射される。ミラー面12aにて反射された検査光は、円錐体35の内面に形成されているミラー面35bにほぼ直角に照射され、このミラー面35bから反射された検査光は、円筒体2の平坦面2bに対してほぼ直角に照射される。
Inspection light is emitted from the
ミラー12は筒状体14と一体回転しており、しかも、筒状体14が一定ピッチで下降しているため、図3に示すように、円錐体35のミラー面35bに照射された検査光は一定ピッチの螺旋を描いて下降する。従って、このミラー面35bから反射された検査光は、円筒体2の平坦面2b上を一定ピッチで螺旋状に走査する。
Since the
このピッチは回転筒用モータ10の回転数と、送り用駆動モータ7の送り量とで決定される。例えば、0.3mm以上の大きさの傷を検出する精度を必要とする場合は、回転筒11を1回転当たり、0.15mmの送り量とする。従って、回転筒11を3000rpmで回転させた場合には、この回転筒11を1秒間に7.5mmの速さで送り出せば良いことになる。
This pitch is determined by the rotational speed of the
円筒体2の平坦面2bに対して検査光がほぼ直角に照射されるので、その反射光は、往路と同じ経路を経て対物光学系24に到達し、この対物光学系24を経て受光ファイバ23に入射される。そして、この受光ファイバ23に入射された反射光は、演算回路部25の検査演算部27に設けられているフォトセンサ27aにて受光される。フォトセンサ27aで受光した反射光は、光電変換されて、増幅回路27bで所定に増幅された後、比較回路27cへ出力される。
Since the inspection light is irradiated to the flat surface 2 b of the
円筒体2の平坦面2bからの反射光は、平坦面2bに傷が存在している場合は散乱されるため、フォトセンサ27aでの受光量が減少し、低い電圧値Voとなる。一方、加工或いは搬送中に異物が付着してしまった場合、この異物からの反射光が、通常の平坦面2bからの反射光よりも強く反射する場合があり、このような場合には、高い電圧値Voが検出される。
The reflected light from the flat surface 2b of the
比較回路27cでは、増幅回路27bを介して入力された電圧値Voとしきい値設定回路27dから出力されているローレベルLLo、ハイレベルLHiの各しきい値とを比較する。尚、このしきい値LLi,LHiは、円筒体2の平坦面2bから反射した光量に基づき、表面に傷、異物が存在することを示す電圧値を、実験などから予測して設定した値である。
The
そして、比較回路27cでは、図7に示すように、電圧値Voが両しきい値LLi,LHi内に収まっているときはL信号を出力し、電圧値VoがローレベルLLi以下、或いはハイレベルLHi以上のときはH信号を出力する。尚、データの比較は、他の手法、例えば、画像処理技術等を用いて制御装置内で行ってもよい。
Then, as shown in FIG. 7, the
制御装置31では、比較回路27cからの信号に基づき、円筒体2の平坦面2bの傷、或いは異物の付着に対する必要な情報をモニタ、プリンタ等へ出力すると共に、所定に記憶する。
Based on the signal from the
そして、平坦面2bの表面検査が終了すると、回転筒用モータ10、及び送り用駆動モータ7の動作が一旦停止する。尚、この平坦面2bの表面検査を終了する時期は、上述した検査開始位置設定ルーチンのステップS2で算出した円錐体・平坦面間距離dhと、回転筒11の下方への移動量とに基づいて割り出すことができる。
When the surface inspection of the flat surface 2b is completed, the operations of the
一方、平坦面2bの表面検査を終了すると、表面検査装置4は、円筒体2の内周面2aを検査するか否かの指示待ち状態となり、モニタには継続して表面検査を行うか否かを要求する画面が表示されると共に、図9に示す内周面検査ルーチンが起動される。
On the other hand, when the surface inspection of the flat surface 2b is completed, the
そして、ステップS11で検査継続を選択するか否かの入力待ち状態となり、検査継続を選択すると、ステップS12へ進み、検査終了を選択すると、そのままルーチンを終了する。 Then, in step S11, the process waits for an input as to whether or not to select the inspection continuation. When the inspection continuation is selected, the process proceeds to step S12.
ステップS12へ進むと、上述した検査開始位置設定ルーチンのステップS1で入力した内径データ(2dw)に基づき、
dm=d−dw …(2)
から、光学系・ミラー間距離dmを算出する。
Proceeding to step S12, based on the inner diameter data (2dw) input in step S1 of the inspection start position setting routine described above,
dm = d−dw (2)
From the above, the distance dm between the optical system and the mirror is calculated.
そして、ステップS13へ進み、センサヘッド位置調整用アジャストモータ18に対して光学系・ミラー間距離dmに対応する駆動信号を出力し、ルーチンを終了する。
In step S13, a drive signal corresponding to the optical system / mirror distance dm is output to the sensor head position adjusting adjust
センサヘッド位置調整用アジャストモータ18では、制御装置31から出力された光学系・ミラー間距離dmに対応する駆動信号に基づき、筒状体14を動作させて、対物光学系24とミラー12との間の距離である光学系・ミラー間距離dmを設定する。
In the sensor head position adjusting adjust
その後、回転筒用モータ10と送り用駆動モータ7とを再び回転させ、上述した平坦面2bの表面検査と同様、レーザダイオード26bから出射され検査光を円筒体2の内周面2aにほぼ直角に照射し、内周面2aを一定ピッチで螺旋状に走査する。
Thereafter, the
そして、円筒体2の内周面2aからの反射光をフォトセンサ27aで受光し、比較回路27cにおいて、フォトセンサ27aで受光した光量としきい値LLi,LHiとを比較し、円筒体2の内周面2aの傷、或いは異物付着の有無を検査する。
Then, the reflected light from the inner peripheral surface 2a of the
このように、本形態では、1台の表面検査装置4を用いて、検査対象物物である円筒体2の平坦面2bと内周面2aとを連続して検査することができるので、作業効率が良い。
Thus, in this embodiment, the flat surface 2b and the inner peripheral surface 2a of the
又、1台の表面検査装置4を用いて円筒体2の平坦面2bと内周面2aを別々に検査することも可能であるため、使い勝手がよい。
Moreover, since the flat surface 2b and the inner peripheral surface 2a of the
更に、内径の異なる円筒体2であっても、その内径に応じて、光学系・ミラー間距離dmを調整することで適用できるようにしたので、レンズを交換する等の煩雑な作業が不要となり、取扱い性が良い。又、内径の異なるあらゆる円筒体に対しても対応することができるので、段取り時間の大幅な削減を実現できて作業効率が良く、製品コストの低減を実現することができる。
Furthermore, since the
又、円筒体2の平坦面2b、及び内周面2aを螺旋状に走査することで、欠陥部の有無を検査するようにしたので、平坦面2bの全面、及び内周面2aの上端から下端までを連続的に検査することができて、作業性が良い。この場合、送り用駆動モータ7の送り量をより低速に設定すれば、平坦面2b、及び内周面2aの欠陥部をより細密に検査することが可能となる。
Further, since the flat surface 2b and the inner peripheral surface 2a of the
又、図11に本発明の第2形態による表面検査装置の概略図を示す。上述した第1形態では、円筒体2を検査ステージ1aにセットした状態で、平坦面2bの表面検査を行うようにしたが、本形態では、円筒体2の底面側の平坦面2cも連続して表面検査を行うことができるようにしたものである。
FIG. 11 is a schematic view of a surface inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the surface inspection of the flat surface 2b is performed with the
本形態による表面検査装置4は、検査ステージ1a上に、開口端面を上方に指向する円錐体41を固設する。この円錐体41は、上方に対設する円錐体35と同一の構成を有しており、従って内周面には第2の反射面としてのミラー面41aが形成されている。
In the
表面検査に際しては、円錐体41の上方に円筒体2を対設させる。円錐体41上に円筒体2を対設する手段として、本形態では、図に示すように、円筒体2の外周2dを、ロボットアームの先端等に設けたグリッパ42で把持した状態で固定する。
In the surface inspection, the
次いで、表面検査装置4の回転筒11を円筒体2の軸芯に臨ませ、第1形態と同様の動作にて、円筒体2の上面側の平坦面2b、及び内周面2aを螺旋状に走査して表面検査を行う。
Next, the
そして、検査光が内周面2aの下端に達したとき、送り用駆動モータ7、及び回転筒用モータ10(図1参照)の動作を一旦停止する。 When the inspection light reaches the lower end of the inner peripheral surface 2a, the operations of the feed drive motor 7 and the rotary cylinder motor 10 (see FIG. 1) are temporarily stopped.
次いで、上述した(1)式、或いは(1’)式に基づき、光学系・ミラー間距離dmの初期位置を算出し、センサヘッド位置調整用アジャストモータ18を駆動して、光学系・ミラー間距離dmを設定する。
Next, the initial position of the optical system / mirror distance dm is calculated based on the above-described formula (1) or (1 ′), and the sensor head position adjusting adjust
その後、回転筒用モータ10と送り用駆動モータ7とを再び回転させ、上述した平坦面2bの表面検査と同様、レーザダイオード26bから出射された検査光を、ミラー12のミラー面12aを介して90°方向へ反射させ、円錐体41の内面に形成されているミラー面41aを介して、円錐体2の平坦面2cに対しほぼ直角に照射し、その反射光をフォトセンサ27aで受光し、上述と同様、比較回路27cにおいて、フォトセンサ27aで受光した光量としきい値LLi,LHiとを比較し、円筒体2の内周面2aの傷、或いは異物付着の有無を検査する。
Thereafter, the
このように、本形態では、1台の表面検査装置4で、円筒体2の上面側の平坦面2b、内周面2a、及び底面側の平坦面2cを連続して検査することができるため、表面検査を効率良く行うことができる。
Thus, in this embodiment, the single
本発明の表面検査装置は、例えばエンジンシリンダ、ブレーキシリンダ、コンプレッサシリンダ、その他各種の作動シリンダの如き円筒状をなすものの内周面の欠陥部を、光学的に検査する装置として利用することができる。 The surface inspection apparatus of the present invention can be used as an apparatus for optically inspecting a defective portion on an inner peripheral surface of a cylindrical shape such as an engine cylinder, a brake cylinder, a compressor cylinder, and other various operating cylinders. .
検査対象物の形状も、円筒体2に限らず、楕円状の筒体、円錐状の筒体、底部が閉塞された容器状の筒体等、種々の物に適用することができる。
The shape of the inspection object is not limited to the
又、装置本体4aを検査ステージ1aの下側に固設し、円筒体2を上方から対設させることで、表面検査を行うようにしても良い。更に、ミラー12を固定し、円筒体2等の検査対象物を回転させて表面検査するようにしても良い。
Alternatively, the surface inspection may be performed by fixing the apparatus
1a…検査ステージ
2…円筒体
2a…内周面
2b,2c…平坦面
4…表面検査装置
4a…装置本体
11…回転筒
12…ミラー
12a…ミラー面
14…筒状体
20…センサヘッド
35…円錐体
35b…ミラー面
d…焦点距離
dh…円錐体・平坦面間距離
dm…光学系・ミラー間距離
dw…ミラー・円錐体間距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ...
Claims (6)
上記筒体の軸芯方向へ上記検査光を出射するセンサヘッドを設け、
上記センサヘッドの光軸上に、上記検査光を該光軸に交差する方向へ反射させると共に上記筒体に対して相対回転する第1の反射面を配設し、
上記第1の反射面の反射方向に該第1の反射面と平行な第2の反射面を配設すると共に、該第2の反射面を上記平坦面に対設し、
上記センサヘッドと上記第1の反射面との距離を、該第1の反射面から第2の反射面へ至る距離と該第2の反射面から上記平坦面へ至る距離とを、上記センサヘッドの焦点距離から減算した値に基づいて設定する
ことを特徴とする表面検査装置。 In the surface inspection apparatus that irradiates the flat surface formed on the end surface of the cylindrical body with inspection light and inspects whether there is a defect on the flat surface based on the change in the amount of reflected light.
A sensor head that emits the inspection light in the axial direction of the cylindrical body is provided,
On the optical axis of the sensor head, a first reflecting surface that reflects the inspection light in a direction intersecting the optical axis and rotates relative to the cylindrical body is disposed.
Disposing a second reflecting surface parallel to the first reflecting surface in the reflecting direction of the first reflecting surface, and facing the second reflecting surface to the flat surface;
The distance between the sensor head and the first reflecting surface is defined as the distance from the first reflecting surface to the second reflecting surface and the distance from the second reflecting surface to the flat surface as the sensor head. The surface inspection apparatus is set based on a value obtained by subtracting from the focal length.
ことを特徴とする請求項1或いは2記載の表面検査装置。 3. The second reflecting surface is formed on an inner surface of a cone, and is arranged in a state where an axis of the cone coincides with an optical axis of the sensor head. The surface inspection apparatus described.
上記回転筒の回転により上記第1の反射部材が回転する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の表面検査装置。 The first reflecting surface is fixed to a rotating cylinder that is packaged on the sensor head,
The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the first reflecting member is rotated by rotation of the rotating cylinder.
上記回転筒の回転により上記第1の反射面が回転すると共に、
上記センサヘッドは、上記回転筒と同軸上に配設した筒状体に固設されており、
上記回転筒と上記筒状体とを軸芯方向へ一体移動させることで上記平坦面が螺旋状に走査される
ことを特徴とする請求項4記載の表面検査装置。 The first reflecting surface is fixed to a rotating cylinder that is packaged on the sensor head,
The first reflecting surface is rotated by the rotation of the rotating cylinder, and
The sensor head is fixed to a cylindrical body disposed coaxially with the rotating cylinder,
5. The surface inspection apparatus according to claim 4, wherein the flat surface is helically scanned by integrally moving the rotating cylinder and the cylindrical body in the axial direction.
その際には、上記センサヘッドと上記第1の反射面との距離を、該第1の反射面から上記筒体の内周面へ至る距離を上記センサヘッドの焦点距離から減算した値に基づいて設定する
ことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の表面検査装置。 The first reflecting surface is inserted into the cylindrical body and moved in the axial direction while rotating relative to the cylindrical body, thereby inspecting whether there is a defect on the inner peripheral surface of the cylindrical body. Has a mechanism to
In that case, the distance between the sensor head and the first reflecting surface is based on a value obtained by subtracting the distance from the first reflecting surface to the inner peripheral surface of the cylindrical body from the focal length of the sensor head. The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the surface inspection apparatus is set.
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