JP2007147324A - Surface inspection device - Google Patents

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秀夫 森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface inspection device capable of inspecting a defect having a fine size on an inspection object surface, and hardly affected by roughness, dirt or the like on the surface. <P>SOLUTION: In this surface inspection device 1 wherein reflected light of light floodlighted from a light source 24 onto the inner surface of the inspection object through a floodlighting fiber 20 is received through light receiving fibers 21, and a two-dimensional image corresponding to the surface of the inspection object 2 is generated based on the light receiving quantity, a plurality of light receiving fibers 21 are arranged around the floodlighting fiber 20, and the diameter of each light receiving fiber 21 is set to be larger than the diameter of the floodlighting fiber 20. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検査物表面に存在する異物、微細な溝又は傷を検査する表面検査装置に関する。   The present invention relates to a surface inspection apparatus for inspecting foreign matter, fine grooves or scratches present on the surface of an object to be inspected.

被検査物表面に存在する溝や傷を検査することのできる装置としては、光源から投光ファイバを介して被検査物の表面に投光された光の反射光を受光ファイバを介して受光し、その受光量に基づいて被検査物の表面に対応した二次元画像を生成し表面の溝や傷を検出する表面検査装置が知られている。この装置は、投光ファイバを介して投光される光を円筒体の内周に沿って回転させる回転手段及び円筒体の軸方向に沿って移動させる直線移動手段も備え、平面のみならず円筒体の内面も検査可能となっている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−281582号公報
As a device that can inspect grooves and scratches on the surface of the object to be inspected, the reflected light of the light projected from the light source to the surface of the object to be inspected via the light projecting fiber is received via the light receiving fiber. A surface inspection apparatus that generates a two-dimensional image corresponding to the surface of an object to be inspected based on the amount of received light and detects grooves and scratches on the surface is known. This apparatus also includes a rotating means for rotating the light projected through the light projecting fiber along the inner periphery of the cylindrical body and a linear moving means for moving the light along the axial direction of the cylindrical body. The inner surface of the body can also be inspected (for example, see Patent Document 1).
JP-A-11-281582

この表面検査装置により、微細な溝や傷を検出するためには、投光ファィバを細くして光の照射スポットを小さくし、分解能を向上させることが必要である。しかし、照射スポットを小さくしていくと、表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響を受けやすくなり、検出したい溝とこれらの荒れや汚れとの区別がしにくくなるという問題が生じてくる。このため、従来の表面検査装置を微細な溝の検出に用いることは困難である。   In order to detect fine grooves and scratches with this surface inspection apparatus, it is necessary to make the light emitting fiber thinner to reduce the light irradiation spot and improve the resolution. However, if the irradiation spot is made smaller, it becomes more susceptible to light scattering due to surface roughness and dirt, and there arises a problem that it becomes difficult to distinguish the groove to be detected from these roughness and dirt. For this reason, it is difficult to use a conventional surface inspection apparatus for detecting fine grooves.

そこで、本発明は、表面の荒れや汚れ等の影響を受けにくく、被検査物表面の微細な溝等の欠陥が検査可能な表面検査装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surface inspection apparatus that is less susceptible to surface roughness and dirt, and that can inspect defects such as fine grooves on the surface of an object to be inspected.

本発明の表面検査装置は、光源(24)から投光ファイバ(20)を介して被検査物(2)の表面に投光された光(L)の反射光を受光ファイバ(21)を介して受光し、その受光量に基づいて前記被検査物(2)の表面を検査する表面検査装置(1)において、前記投光ファイバ(20)の周囲に前記受光ファイバ(21)を複数配置し、前記受光ファイバ(21)の径を前記投光ファイバ(20)の径よりも大きくすることにより上記課題を解決する。   In the surface inspection apparatus of the present invention, the reflected light of the light (L) projected from the light source (24) onto the surface of the inspection object (2) via the light projecting fiber (20) is transmitted via the light receiving fiber (21). In the surface inspection apparatus (1) for inspecting the surface of the inspection object (2) based on the amount of received light, a plurality of the light receiving fibers (21) are arranged around the light projecting fiber (20). The above-mentioned problem is solved by making the diameter of the light receiving fiber (21) larger than the diameter of the light projecting fiber (20).

上述のように、表面検査装置において、分解能を向上させるために投光ファイバを細くしていくと、表面の浅い部分に存在する荒れや汚れによる光の散乱が反射光に及ぼす影響が大きくなってくる。しかし、この場合であっても、溝や傷の部分からの反射光と比べると、正反射の量が多くまた投光位置からの散乱光の広がりも小さい。本発明の表面検査装置は、投光ファイバの周囲に、複数の受光ファイバが配置され且つ受光ファイバの径は投光ファイバよりも大きいため、受光面積が従来と比べて広い。従って、正反射量が多く且つ散乱光の広がりが比較的狭い、荒れや汚れ部分からの反射光の場合、反射光全体のうちのかなりの割合の反射光を拾うことが可能となる。これに対して、表面の溝や傷部分からの散乱光は、正反射光が少なくまた散乱光が大きく広がっているため、受光面積を拡大しても、表面の荒れや汚れの場合と比べて受光量の増加の割合は少ない。すなわち、本発明の表面検査装置によると、溝や傷の部分からの受光量はあまり増加させずに、荒れや汚れの部分からの受光量のみ大きく増加することができる。従って、荒れや汚れが存在する部分と、溝や傷が存在する部分とを明確に区別することが可能となる。   As described above, in a surface inspection apparatus, if the light projecting fiber is made thinner in order to improve the resolution, the influence of light scattering due to roughness or dirt existing in a shallow portion of the surface increases on the reflected light. come. However, even in this case, the amount of regular reflection is large and the spread of scattered light from the light projection position is small as compared with the reflected light from the groove or scratched portion. In the surface inspection apparatus of the present invention, a plurality of light receiving fibers are arranged around the light projecting fiber and the diameter of the light receiving fiber is larger than that of the light projecting fiber, so that the light receiving area is wider than the conventional one. Therefore, in the case of the reflected light from a rough or dirty portion having a large amount of regular reflection and a relatively narrow spread of scattered light, it is possible to pick up a considerable proportion of the reflected light from the entire reflected light. On the other hand, the scattered light from the grooves and scratches on the surface has less specularly reflected light and the scattered light is greatly spread. Therefore, even if the light receiving area is increased, the surface is rough or dirty. The rate of increase in the amount of received light is small. That is, according to the surface inspection apparatus of the present invention, it is possible to greatly increase only the amount of light received from the rough or dirty portion without increasing the amount of light received from the groove or scratched portion. Therefore, it is possible to clearly distinguish a portion where roughness or dirt is present from a portion where grooves or scratches are present.

また、本発明の一形態においては、前記受光ファイバ(21)により受光された光を光電変換し、光電変換後の信号を非線形に増幅する非線形増幅手段(4)を備えてもよい。 上述のように、受光面積を大きくすることで、分解能を向上させても、溝や傷の部分を表面の荒れや汚れから区別すること可能になる。しかし、その場合であっても、分解能を向上させるほど、光電変換後の、溝や傷の部分から受光された光に対応する出力信号と、表面の荒れや汚れの部分から受光された光に対応する出力信号との境界は、表面が滑らかで汚れのない部分から受光された光に対応する出力信号と比べて信号強度の低い部分に存在するようになる。従って、本形態のように、出力信号の低い範囲において大きく増幅されるように、光電返還後の信号を非線形に増幅すれば、表面の溝や傷と表面の荒れや汚れとをより容易に区別することが可能となる。   Moreover, in one form of this invention, you may provide the nonlinear amplification means (4) which photoelectrically converts the light received with the said light reception fiber (21), and amplifies the signal after photoelectric conversion nonlinearly. As described above, by increasing the light receiving area, it is possible to distinguish the groove and the scratched portion from the rough surface and dirt even if the resolution is improved. However, even in that case, the higher the resolution, the more the output signal corresponding to the light received from the groove and scratched part after photoelectric conversion and the light received from the rough surface and dirt part. The boundary with the corresponding output signal is present in a portion where the signal intensity is lower than the output signal corresponding to the light received from the portion having a smooth surface and no contamination. Therefore, if the signal after photoelectric return is amplified non-linearly so that it is greatly amplified in the low range of the output signal as in this embodiment, it is easier to distinguish surface grooves and scratches from surface roughness and dirt. It becomes possible to do.

前記光電変換後の信号が電圧信号であり、前記非線形増幅手段(4)の増幅率を、低電圧部では大きく、高電圧部では小さくすることができる。また前記非線形増幅手段としてログアンプを設けることもできる。これによると、上述したように、出力電圧の低い低電圧部において大きく増幅されるように光電返還後の電圧信号を非線形に増幅すれば、表面の溝や傷と表面の荒れや汚れとをより容易に区別することが可能となる。   The signal after the photoelectric conversion is a voltage signal, and the amplification factor of the nonlinear amplifying means (4) can be increased in the low voltage portion and decreased in the high voltage portion. In addition, a log amplifier can be provided as the nonlinear amplifying means. According to this, as described above, if the voltage signal after photoelectric return is amplified non-linearly so that it is greatly amplified in the low voltage portion where the output voltage is low, surface grooves and scratches and surface roughness and dirt can be further increased. It becomes possible to distinguish easily.

前記被検査物が円筒体(2)の内面であり、前記投光ファイバ(20)から投光される光を前記円筒体(2)の内周に沿って回転させる回転手段(12)と、前記円筒体(2)の軸方向に沿って移動させる直線移動手段(13)と、前記回転手段(12)の回転に対応するクロック信号を発生するクロック信号発生手段(5)と、前記増幅された電気信号を前記クロック信号と同期させてA/D変換するA/D変換手段(6)と、を備えることもできる。これによると、信号発生手段からクロック信号に基づき、増幅された電気信号をA/D変換するので、二次元画像が回転むらの影響を受けにくくなる。   Rotating means (12) for rotating the light projected from the light projecting fiber (20) along the inner periphery of the cylindrical body (2), wherein the object to be inspected is an inner surface of the cylindrical body (2). The linear movement means (13) that moves along the axial direction of the cylindrical body (2), the clock signal generation means (5) that generates a clock signal corresponding to the rotation of the rotation means (12), and the amplified signal. A / D conversion means (6) for A / D converting the electrical signal in synchronism with the clock signal. According to this, since the amplified electrical signal is A / D converted based on the clock signal from the signal generating means, the two-dimensional image is not easily affected by the rotation unevenness.

前記被検査物をエンジンのシリンダヘッドとし、前記被検査物の前記表面を前記シリンダヘッドの内面とし、前記溝や傷を、前記内面に設けられた凹部の側面と前記凹部に嵌め込まれたバルブシートの側面との隙間としてもよい。これによると、エンジンのシリンダヘッドの内面の、微細な表面の溝や傷を、表面の荒れや汚れの影響を受けることなく検査可能となる。   The inspection object is a cylinder head of an engine, the surface of the inspection object is an inner surface of the cylinder head, and the grooves and scratches are fitted into the side surfaces of the recesses provided in the inner surface and the valve seats. It is good also as a clearance gap with the side surface. According to this, it becomes possible to inspect minute grooves and scratches on the inner surface of the cylinder head of the engine without being affected by surface roughness or dirt.

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。   In addition, in the above description, in order to make an understanding of this invention easy, the reference sign of the accompanying drawing was attached in parenthesis, but this invention is not limited to the form of illustration by it.

以上、本発明の表面検査装置によると、表面の微細な溝や傷と表面の荒れや汚れとの差を明確にすることができ、溝や傷を明確に検出することが可能となる。従って、例えば、自動車部品等の検査基準の厳しい製造ラインに組み込んで、微細欠陥の検出に使用することが可能となり、製品精度及びスループットを向上することができる。   As described above, according to the surface inspection apparatus of the present invention, it is possible to clarify the difference between fine grooves and scratches on the surface and surface roughness and dirt, and it is possible to detect the grooves and scratches clearly. Therefore, for example, it can be incorporated into a production line with strict inspection standards for automobile parts and the like, and can be used for detection of fine defects, and product accuracy and throughput can be improved.

図1は、本発明の表面検査装置の一形態の概略図である。なお、本形態では、以下、被検査物として円筒体の内面を検査する表面検査装置について説明するが、本発明はこれに限定されず、平面状の被検査物の表面を検査するものであってもよい。図示したように、本発明の表面検査装置1は、被検査物である円筒体2の内部に挿入され、円筒体2の内面に光Lを投光しつつその反射光を受光する検査部3と、受光した光を非線形に増幅する非線形増幅器手段である非線形増幅器4と、その非線形増幅部4から送られる信号を、クロック信号発生手段であるエンコーダ5からのサンプリングクロック信号によりA/D変換するA/D変換手段であるA/D変換器6と、検査部3及びA/D変換器6に対する各種制御を行う制御部7と、それらの各種制御及びその他の後述する処理を行う演算処理部8と、を備える。   FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of the surface inspection apparatus of the present invention. In the present embodiment, a surface inspection apparatus for inspecting the inner surface of a cylindrical body as an inspection object will be described below. However, the present invention is not limited to this, and the surface of a planar inspection object is inspected. May be. As shown in the drawing, a surface inspection apparatus 1 according to the present invention is inserted into a cylindrical body 2 that is an object to be inspected, and inspects a light receiving the reflected light while projecting light L on the inner surface of the cylindrical body 2. Then, the nonlinear amplifier 4 which is nonlinear amplifier means for nonlinearly amplifying the received light and the signal sent from the nonlinear amplification section 4 are A / D converted by the sampling clock signal from the encoder 5 which is clock signal generation means. An A / D converter 6 that is an A / D conversion means, a control unit 7 that performs various controls on the inspection unit 3 and the A / D converter 6, and an arithmetic processing unit that performs these various types of control and other processes to be described later 8.

図2は検査部3の概略構成を示した図である。図示したように、検査部3は、光源であるレーザダイオード(以下、LDと表記する)24と、受光した光を光電変換して受光量に応じた電圧を発生するフォトディテクタ(以下、PDと表記する)25と、LD24から及びPD25へ光を伝達するセンサヘッド10と、センサヘッド10の外部を囲む外筒11と、外筒11を回転させる回転手段である回転機構12と、外筒11を進退移動させる直線移動手段である直線移動機構13と、回転に合わせてサンプリングクロック信号を発生するエンコーダ5と、センサヘッド10を移動させて光の焦点合わせを行うセンサヘッド調整機構14と、を備える。   FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the inspection unit 3. As illustrated, the inspection unit 3 includes a laser diode (hereinafter referred to as LD) 24 that is a light source, and a photodetector (hereinafter referred to as PD) that photoelectrically converts received light to generate a voltage corresponding to the amount of received light. 25), the sensor head 10 that transmits light from the LD 24 to the PD 25, the outer cylinder 11 that surrounds the outside of the sensor head 10, the rotating mechanism 12 that is a rotating means that rotates the outer cylinder 11, and the outer cylinder 11. A linear movement mechanism 13 that is a linear movement means that moves forward and backward; an encoder 5 that generates a sampling clock signal in accordance with rotation; and a sensor head adjustment mechanism 14 that moves the sensor head 10 to focus light. .

センサヘッド10は、投光ファイバ20及び受光ファイバ21と、それらの投光ファイバ20及び複数の受光ファイバ21を保持する保持筒22と、保持筒22の先端に取り付けられ、投光ファイバ20からの光を外部に対して集光し、外部からの光を内部に対して集光する凸レンズ23とを備える。そして投光ファイバ20の基端はLD24に接続され、受光ファイバ20の基端はPD25に接続されている。そしてLD24で発生された光は投光ファイバ20を介して凸レンズ23へ投光され、凸レンズ23から入射した光は受光ファイバ21を介してPD25に伝達される。   The sensor head 10 is attached to a light projecting fiber 20 and a light receiving fiber 21, a holding tube 22 that holds the light projecting fiber 20 and the plurality of light receiving fibers 21, and a tip of the holding tube 22. And a convex lens 23 that condenses light to the outside and condenses light from the outside to the inside. The base end of the light projecting fiber 20 is connected to the LD 24, and the base end of the light receiving fiber 20 is connected to the PD 25. The light generated by the LD 24 is projected onto the convex lens 23 through the light projecting fiber 20, and the light incident from the convex lens 23 is transmitted to the PD 25 through the light receiving fiber 21.

図3(a)は投光ファイバ20と受光ファイバ21との保持筒22内での断面図を示したものである。図示したように、一本の投光ファイバ20の周りに4本の受光ファイバ21が配置され、また投光ファイバ20の径に比べて受光ファイバ21の径が大きいため、投光面積に比べて受光面積が大きい。なお、投光ファイバの周り配置する受光ファイバの数は4本に限定されず、複数であれば良く、例えば図3(b)に示したように、一本の投光ファイバの周りに3本の受光ファイバを配置することもできる。   FIG. 3A shows a cross-sectional view of the light projecting fiber 20 and the light receiving fiber 21 in the holding cylinder 22. As shown in the drawing, four light receiving fibers 21 are arranged around one light projecting fiber 20, and the diameter of the light receiving fiber 21 is larger than the diameter of the light projecting fiber 20. Large light receiving area. Note that the number of light receiving fibers arranged around the light projecting fiber is not limited to four, and may be any number, for example, three as shown in FIG. 3B. It is also possible to arrange a light receiving fiber.

図2に戻り、センサヘッド10の外側を覆う外筒11は、センサヘッド10と同軸に配置され、その先端の側部には光を通すための投/受光部30が開口されている。また、外筒11内部の先端部には反射鏡31が当該外筒11の軸線Cに対して45度の角度で取り付けられている。この反射鏡31により、センサヘッド10の凸レンズ23を通った光は直角に曲げられ、投/受光部30を通って円筒体2の内面の検査領域Rに投光されるようになっている。また検査領域Rからの反射光も投/受光部30を通って反射鏡31によって直角に曲げられ凸レンズ23を通って受光ファイバ21へ伝達される。   Returning to FIG. 2, the outer cylinder 11 that covers the outside of the sensor head 10 is disposed coaxially with the sensor head 10, and a light projecting / receiving portion 30 for allowing light to pass through is opened at the side of the tip. Further, a reflecting mirror 31 is attached to the distal end portion inside the outer cylinder 11 at an angle of 45 degrees with respect to the axis C of the outer cylinder 11. By this reflecting mirror 31, the light passing through the convex lens 23 of the sensor head 10 is bent at a right angle and is projected through the light projecting / receiving unit 30 onto the inspection region R on the inner surface of the cylindrical body 2. The reflected light from the inspection region R is also bent at a right angle by the reflecting mirror 31 through the light projecting / receiving unit 30 and transmitted to the light receiving fiber 21 through the convex lens 23.

一方、外筒11の基端側に取り付けられた回転機構12は回転モータを含んでおり、この回転機構12によって外筒11が回転されると、その外筒11に固定された反射鏡31も共に回転し、検査領域Rの位置が円筒体2の内面の周方向に沿って回転する。そして、外筒11が一回転すると、検査領域Rは円筒体2の内面を一周し、その回転に合わせて、エンコーダ5からサンプリングクロック信号が発生される。   On the other hand, the rotation mechanism 12 attached to the base end side of the outer cylinder 11 includes a rotation motor. When the outer cylinder 11 is rotated by the rotation mechanism 12, the reflecting mirror 31 fixed to the outer cylinder 11 is also provided. Together, the position of the inspection region R rotates along the circumferential direction of the inner surface of the cylindrical body 2. When the outer cylinder 11 makes one rotation, the inspection region R makes a round on the inner surface of the cylindrical body 2 and a sampling clock signal is generated from the encoder 5 in accordance with the rotation.

また、検査部3には、リニアモータ等の直線移動機構13が取り付けられており、外筒11が円筒体2の軸方向Cに沿って進退移動することができるようになっている。これにより、投/受光部30からの光は円筒体2の内面を周方向に沿って走査すると共に軸方向にも相対的に移動し、円筒体2の内面の全体を広範囲で検査することができる。   In addition, a linear movement mechanism 13 such as a linear motor is attached to the inspection unit 3 so that the outer cylinder 11 can move forward and backward along the axial direction C of the cylindrical body 2. Thereby, the light from the light projecting / receiving unit 30 scans the inner surface of the cylindrical body 2 along the circumferential direction and relatively moves in the axial direction, so that the entire inner surface of the cylindrical body 2 can be inspected over a wide range. it can.

図1に戻り、受光ファイバ21から伝達された光は、PD25により光電変換され、受光量に応じた電圧に変換される。そしてPD25に接続されている非線形増幅器4は、PD25からの電圧を非線形に増幅するものであり、ログアンプ(図示せず)を有し、ここで、電圧の低い部分が大きく増幅され、電圧の高い部分は小さく増幅される。   Returning to FIG. 1, the light transmitted from the light receiving fiber 21 is photoelectrically converted by the PD 25 and converted into a voltage corresponding to the amount of light received. The non-linear amplifier 4 connected to the PD 25 amplifies the voltage from the PD 25 non-linearly, and has a log amplifier (not shown), where the low voltage portion is greatly amplified, The high part is amplified small.

なお、この非線形増幅器4の次に、高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置を配置することもできる。あるいは、非線形増幅器4の次にローパスフィルタのみ配置することもできる。これによると、高周波領域に多く表れる表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響や、他のノイズの影響を排除することができる。例えば、高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置を配置した場合、一周の検査時間20msとしたときに、その1/100である0.2ms、周波数にして5000Hz以上をローパスフィルタでカットすると効果的である。   Note that a fast Fourier transform device, a low-pass filter, and an inverse Fourier transform device can be arranged next to the nonlinear amplifier 4. Alternatively, only the low-pass filter can be arranged next to the nonlinear amplifier 4. According to this, it is possible to eliminate the influence of light scattering due to surface roughness and dirt that often appear in the high frequency region, and the influence of other noises. For example, when a fast Fourier transform device, a low-pass filter, and an inverse Fourier transform device are arranged, if the inspection time of one round is 20 ms, 0.2 ms, which is 1/100, and a frequency of 5000 Hz or more is cut by the low-pass filter. It is effective.

非線形増幅器4は直接、又は高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置、若しくはローパスフィルタを介在させて、更にA/D変換器6に接続され、このA/D変換期で信号は、エンコーダ5から発生されるサンプリングクロックに従ってサンプリングされてA/D変換される。サンプリングされたデジタル信号は、制御部7を介して後述する演算処理部8の記憶装置に記録される。なお、制御部7は、LD24、回転機構12、直線移動機構13、センサヘッド調整機構14の制御も行う。   The non-linear amplifier 4 is connected to the A / D converter 6 directly or via a fast Fourier transform device, a low-pass filter and an inverse Fourier transform device, or a low-pass filter. 5 is sampled and A / D converted in accordance with a sampling clock generated from 5. The sampled digital signal is recorded in a storage device of the arithmetic processing unit 8 described later via the control unit 7. The control unit 7 also controls the LD 24, the rotation mechanism 12, the linear movement mechanism 13, and the sensor head adjustment mechanism 14.

図4は制御部7と接続されている演算処理部8の構成図を示したものである。図示したように、この演算処理部8は、演算装置40と、演算装置40に対する入力装置41としてのキーボード41a及びマウス41bと、必要に応じて出力装置42としてのモニタ42a及びプリンタ42bとを備えている。また、演算装置40は、例えばマイクロプロセッサ及びその動作に必要な記憶装置43(RAM及びROM)等の周辺装置を備えたコンピュータユニットで構成される、例えばパーソナルコンピュータを使用することができる。   FIG. 4 shows a configuration diagram of the arithmetic processing unit 8 connected to the control unit 7. As illustrated, the arithmetic processing unit 8 includes an arithmetic device 40, a keyboard 41a and a mouse 41b as input devices 41 for the arithmetic device 40, and a monitor 42a and a printer 42b as output devices 42 as necessary. ing. The arithmetic device 40 can be, for example, a personal computer including a computer unit including a microprocessor and peripheral devices such as a storage device 43 (RAM and ROM) necessary for the operation thereof.

この演算装置40は、円筒体2の内面の周方向の位置をx座標とし、円筒体2の内面の長手方向位置をy座標とした二次元平面において、上述したように回転移動に合わせてサンプリングされて記憶装置43に記憶された受光量に相当するデジタル信号を画素の輝度の強弱として表す表示制御手段44を更に備える。また、その表示された二次元画像を2値化及びエッジ処理等する画像処理手段45も備えている。   The arithmetic unit 40 performs sampling in accordance with the rotational movement as described above on a two-dimensional plane in which the circumferential position of the inner surface of the cylindrical body 2 is the x coordinate and the longitudinal position of the inner surface of the cylindrical body 2 is the y coordinate. The display control means 44 further represents a digital signal corresponding to the received light amount stored in the storage device 43 as the intensity of the luminance of the pixel. Further, an image processing means 45 for binarizing and edge processing the displayed two-dimensional image is also provided.

更に、この演算装置40は、円筒体2の内面に設けられた溝の幅を求めるための溝幅決定手段46も備える。この溝幅決定手段46は、受光量を画素の輝度の強度で表した二次元画像を2値化し、その画像を更にエッジ処理した画像を、y方向に延びる直線に沿って複数に分割し、分割区間毎に溝幅を決定するものである。なお、本形態においてはエッジ処理した画像を分割するが、これに限定されず、受光量をその強度で表した二次元画像又は、それを2値化した画像を分割してもよい。   Further, the arithmetic device 40 includes a groove width determining means 46 for obtaining the width of the groove provided on the inner surface of the cylindrical body 2. The groove width determination means 46 binarizes a two-dimensional image in which the amount of received light is represented by the luminance intensity of the pixel, further divides the image obtained by edge processing into a plurality of lines along a straight line extending in the y direction, The groove width is determined for each divided section. In this embodiment, the edge-processed image is divided. However, the present invention is not limited to this, and a two-dimensional image in which the amount of received light is expressed by its intensity or a binarized image may be divided.

図5は、溝幅決定手段46が分割区間毎に溝幅を決定するアルゴリズムを示したフローチャートである。このフローチャートでは、まずステップ1において、作業者が入力装置41から入力する分割数等の指示に基づいて二次元画像平面をy方向に延びる直線に沿って複数に分割する。ステップ2では一の分割区間内において、x軸座標を一点に固定し、y軸に沿って溝の一方から溝に向って移動し、画素の輝度が隣接画素間で特定の閾値を超えて変化する一点を検索し、そのときのy座標を溝の一側縁部に対応するy座標として記憶する。ステップ3では、同じx軸座標上において、y軸に沿って溝の他方から溝に向って移動し、受光量に相当する画素の輝度が隣接画素間で特定の閾値を超えて変化する他点を検索し、そのときのy座標を溝の他側縁部に対応するy座標として記憶する。ステップ4において、予め作業者によって設定された、一の分割区間内で検索すべきx座標の数だけ両側縁部のy座標を求めたか検討する。そして、まだ所定の数、求めていない場合は、ステップ5に進み、同一の分割区間内でx座標を移動して、またステップ2に戻る。そしてステップ2からステップ4に至る動作を繰り返す。所定の数のx座標についてそれぞれ両側縁部のy座標を求めたら次のステップ6へと進む。ステップ6では、ステップ2で記憶した複数の一側縁部のy座標を集計し、そのうちの、集計数が最も多いy座標を一側縁部の代表座標とする。ステップ7では、同様にステップ3で記憶した複数の他側縁部のy座標を集計し、そのうちの集計数が最も多いy座標の他側縁部の代表座標とする。ステップ8において、その一側縁部の代表座標と他側縁部の代表座標の差を求め、その差をその分割区間における代表的な溝幅として記憶する。ステップ9において全分割区間について代表的な溝幅を決定したか検討し、全分割区間について決定されていない場合は、ステップ10により分割区間を移動して再度のステップ2に戻り、同様の作業を行う。全分割区間について代表的な溝幅を決定すると、フローチャートは終了する。そしてその計算結果は適宜モニタ等の出力装置から出力される。   FIG. 5 is a flowchart showing an algorithm in which the groove width determining means 46 determines the groove width for each divided section. In this flowchart, first, in step 1, the two-dimensional image plane is divided into a plurality along a straight line extending in the y direction based on an instruction such as the number of divisions input by the operator from the input device 41. In step 2, the x-axis coordinate is fixed at one point in one divided section, and moves from one of the grooves to the groove along the y-axis, and the luminance of the pixel changes between adjacent pixels exceeding a specific threshold value. One point to be searched is retrieved, and the y coordinate at that time is stored as the y coordinate corresponding to one side edge of the groove. In step 3, on the same x-axis coordinate, the other point moves from the other side of the groove along the y-axis toward the groove, and the luminance of the pixel corresponding to the amount of received light changes beyond a certain threshold value between adjacent pixels. And the y coordinate at that time is stored as the y coordinate corresponding to the other side edge of the groove. In step 4, it is examined whether the y-coordinates of both side edges are obtained by the number of x-coordinates set in advance by the operator and to be searched in one divided section. If the predetermined number has not yet been obtained, the process proceeds to step 5 where the x coordinate is moved within the same divided section and the process returns to step 2 again. Then, the operation from step 2 to step 4 is repeated. When the y-coordinates of both side edges are obtained for a predetermined number of x-coordinates, the process proceeds to the next step 6. In step 6, the y-coordinates of the plurality of one side edges stored in step 2 are totaled, and the y-coordinate having the largest total number is set as the representative coordinates of the one side edge. In step 7, similarly, the y-coordinates of the plurality of other side edges stored in step 3 are totalized, and the representative coordinates of the other side edge of the y-coordinate having the largest number of totals are obtained. In step 8, the difference between the representative coordinates of the one side edge and the representative coordinates of the other side edge is obtained, and the difference is stored as the representative groove width in the divided section. In step 9, it is examined whether representative groove widths have been determined for all the divided sections. If not determined for all the divided sections, the divided sections are moved in step 10 and the process returns to step 2 again. Do. When the representative groove width is determined for all the divided sections, the flowchart ends. The calculation result is appropriately output from an output device such as a monitor.

次に、本形態の表面検査装置で、自動車のエンジンのシリンダヘッドの、内面に形成された凹部の側面とその凹部に取り付けられたリング状のバルブシートの側面との隙間の幅を検査し、その幅を測定する場合について説明する。   Next, in the surface inspection apparatus of the present embodiment, the width of the gap between the side surface of the recess formed on the inner surface of the cylinder head of the engine of the automobile and the side surface of the ring-shaped valve seat attached to the recess is inspected, A case where the width is measured will be described.

図6(a)は自動車のエンジンのシリンダヘッドの概略図である。エンジンのシリンダヘッド2は、通常アルミニウム合金等で製造されており、燃焼室内に吸入空気を供給するための吸気ポート101と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気ポート102とが形成されている。各ポート101,102は、それぞれバルブ103によって開閉されるようになっており、また各ポート101,102の先端には、凹部104が設けられ、この凹部104には、バルブの気密性と耐久性を確保するために、鉄系の焼結材料等で作られたリング状のバルブシート105が嵌め込まれている。このバルブシート105と凹部104とは隙間なく嵌合されていることが望ましいが、製造上の誤差等によって、実際には多少の隙間Gが発生する。そして、この隙間Gが大きくなると所望のエンジン性能を得ることができないため、この隙間Gの幅を正確に測定し、一定の値以上の隙間を有する不良品は排除することが必要である。このような隙間Gは、図示したようにシリンダヘッド2の内面に存在し、直接目視することができない。このため、従来は、作業者が手作業により隙間Gに薄板材からなるシムを差し込み、シムが入ればその厚さの隙間Gが存在すると判断する方法が広く用いられている。しかし、この方法は、作業者の熟練度の影響が大きく、客観性に欠け、更に、手作業であるため、全品検査が困難であった。   FIG. 6A is a schematic view of a cylinder head of an automobile engine. The cylinder head 2 of the engine is usually manufactured from an aluminum alloy or the like, and is formed with an intake port 101 for supplying intake air into the combustion chamber and an exhaust port 102 for discharging exhaust gas after combustion. Yes. Each port 101, 102 is opened and closed by a valve 103, and a recess 104 is provided at the tip of each port 101, 102. The recess 104 has a valve airtightness and durability. In order to ensure this, a ring-shaped valve seat 105 made of an iron-based sintered material or the like is fitted. Although it is desirable that the valve seat 105 and the recess 104 are fitted with no gap, a slight gap G is actually generated due to a manufacturing error or the like. When the gap G becomes large, desired engine performance cannot be obtained. Therefore, it is necessary to accurately measure the width of the gap G and eliminate defective products having a gap of a certain value or more. Such a gap G exists on the inner surface of the cylinder head 2 as shown in the figure and cannot be directly observed. For this reason, conventionally, a method is widely used in which an operator manually inserts a shim made of a thin plate material into the gap G, and if the shim enters, the gap G having that thickness exists. However, this method has a great influence on the skill level of the worker, lacks objectivity, and is a manual operation, so that it is difficult to inspect all products.

本形態の表面検査装置による、このようなシリンダヘッド2の内面に形成された凹部の側面とその凹部に取り付けられたリング状のバルブシート105の側面との間の幅の検査及びその幅の決定は、以下のように行う。まず、バルブ103が取り付けられていない状態で、吸気ポート101又は排気ポート102のいずれか検査を行うポート内に、シリンダヘッド2の軸線と外筒11の軸線Cとを一致させて、投/受光部30がバルブシートの位置105にくるようにして表面検査装置1の外筒11を配置する。なお、図6(b)は吸気ポート101に表面検査装置1を挿入する場合を示した。次に、図2に示したセンサヘッド調整機構14によってセンサヘッド10を移動させ、シリンダヘッド2の内面に光Lの焦点を合わせる。これにより、LD24からの光は、投光ファイバ20を通って、凸レンズ23により集光されて反射鏡31に到り、直角に光路が変更されて投/受光部30からバルブシート105の内面の検査領域Rに投光される。   Inspection of the width between the side surface of the recess formed on the inner surface of the cylinder head 2 and the side surface of the ring-shaped valve seat 105 attached to the recess by the surface inspection device of this embodiment and determination of the width Is performed as follows. First, in a state where the valve 103 is not attached, the axis line of the cylinder head 2 and the axis line C of the outer cylinder 11 are made to coincide with each other in the port where the intake port 101 or the exhaust port 102 is inspected. The outer cylinder 11 of the surface inspection apparatus 1 is arranged so that the portion 30 comes to the position 105 of the valve seat. FIG. 6B shows the case where the surface inspection apparatus 1 is inserted into the intake port 101. Next, the sensor head 10 is moved by the sensor head adjustment mechanism 14 shown in FIG. 2, and the light L is focused on the inner surface of the cylinder head 2. As a result, the light from the LD 24 passes through the light projecting fiber 20, is collected by the convex lens 23, reaches the reflecting mirror 31, the optical path is changed at a right angle, and the light from the light projecting / receiving unit 30 to the inner surface of the valve seat 105. The light is projected onto the inspection region R.

この状態で、回転機構12及び直線移動機構13を駆動させると、シリンダヘッド2の内面に投光ファイバ20からの光が順次投光されて、内面の全周から反射光が受光ファイバ21に受光される。そして外筒11は回転し且つ軸方向Cに進み、バルブシート105の内面からシリンダヘッド2の内面にわたる所定範囲内の検査が可能になる。   When the rotation mechanism 12 and the linear movement mechanism 13 are driven in this state, light from the light projecting fiber 20 is sequentially projected onto the inner surface of the cylinder head 2, and reflected light is received by the light receiving fiber 21 from the entire circumference of the inner surface. Is done. Then, the outer cylinder 11 rotates and advances in the axial direction C, and an inspection within a predetermined range from the inner surface of the valve seat 105 to the inner surface of the cylinder head 2 becomes possible.

反射された光Lは投/受光部30を通って反射鏡31で直角に曲げられて、凸レンズ23で集光され、受光ファイバ21に受光される。この場合、シリンダヘッド2の表面は比較的滑らかであるため、投光ファイバ20から投光された光の大部分が正反射して受光ファイバ21によって受光される。バルブシート105の表面は、シリンダヘッド2の内面と比較すると表面がざらついているため、投光ファイバ20を細くして照射スポット径を小さくすると光の散乱の影響が出てくる。溝Gの部分においては、光の散乱がバルブシート105の部分より更に大きく、光の正反射もほとんどない。   The reflected light L passes through the light projecting / receiving unit 30, is bent at a right angle by the reflecting mirror 31, collected by the convex lens 23, and received by the light receiving fiber 21. In this case, since the surface of the cylinder head 2 is relatively smooth, most of the light projected from the light projecting fiber 20 is regularly reflected and received by the light receiving fiber 21. Since the surface of the valve seat 105 is rougher than the inner surface of the cylinder head 2, if the projection fiber 20 is thinned to reduce the irradiation spot diameter, the influence of light scattering appears. In the groove G portion, light scattering is larger than that in the bulb seat 105 portion, and there is almost no regular reflection of light.

ここで、投光ファイバ20の周囲に受光ファイバ21を4つ配置し且つ受光ファイバ21の径を投光ファイバ20より大きくすることにより受光面積が拡大されている。このため、バルブシート105の部分から受光ファイバ21によって受光される光の量は増加するが、一方、溝の部分から受光される光の量はあまり増加しない。従って、バルブシートの表面の部分と溝の部分との差が明確になる。   Here, the light receiving area is expanded by arranging four light receiving fibers 21 around the light projecting fiber 20 and making the diameter of the light receiving fiber 21 larger than that of the light projecting fiber 20. For this reason, the amount of light received by the light receiving fiber 21 from the portion of the valve seat 105 increases, while the amount of light received from the portion of the groove does not increase so much. Therefore, the difference between the surface portion of the valve seat and the groove portion becomes clear.

次に、シリンダヘッド2の内面を螺旋状にスキャンしながら受光ファイバ21を介して得られた上述の信号をPD25によって光電変換して受光量に応じた電圧に変換し、非線形増幅器4によって増幅する。図7はPD25からの非線形増幅器4に入力される信号と、非線形増幅器4のログアンプによって非線形に増幅した後の出力電圧の関係を示したグラフである。図7のAで示した部分は、溝の部分のPD25からの信号の部分である。一方、図7のBで示した部分は、バルブシート部分のPD25からの信号を含む、溝部以外の信号の部分である。ここで、PD25からの入力信号における溝からの信号部分Aとそれ以外の信号部分Bとは、上述のように受光ファイバ21の受光面積を大きくすることで、ある程度の差を生じているが、更にこの差を拡大できれば、より明確に両者を区別することができる。一方、この差の部分は、入力信号全体のうちの信号の少ない位置に存在している。従って、PDからの入力信号を非直線アンプあるいはログアンプで対数的に増幅することにより、この差の部分が拡大され、両者の間の出力電圧の差が大きくなり、表面の溝や傷を表面の荒れや汚れから更に区別しやすくなる。また、ログアンプの後に高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置、あるいは、ローパスフィルタが配置されている場合、高周波領域に多く表れる表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響や、他のノイズの影響が排除される。   Next, while the inner surface of the cylinder head 2 is scanned spirally, the above-mentioned signal obtained via the light receiving fiber 21 is photoelectrically converted by the PD 25 to be converted into a voltage corresponding to the amount of received light, and is amplified by the nonlinear amplifier 4. . FIG. 7 is a graph showing the relationship between the signal input to the nonlinear amplifier 4 from the PD 25 and the output voltage after nonlinear amplification by the log amplifier of the nonlinear amplifier 4. The portion indicated by A in FIG. 7 is a signal portion from the PD 25 in the groove portion. On the other hand, a portion indicated by B in FIG. 7 is a signal portion other than the groove portion including a signal from the PD 25 of the valve seat portion. Here, the signal portion A from the groove in the input signal from the PD 25 and the other signal portion B have a certain difference by increasing the light receiving area of the light receiving fiber 21 as described above. Furthermore, if this difference can be enlarged, both can be more clearly distinguished. On the other hand, the difference portion exists at a position where the signal is small in the entire input signal. Therefore, by amplifying the input signal from the PD logarithmically with a non-linear amplifier or log amplifier, this difference is enlarged, the difference in output voltage between the two becomes large, and grooves and scratches on the surface are removed. It becomes easier to distinguish from rough and dirty. In addition, when a fast Fourier transform device, a low-pass filter and an inverse Fourier transform device, or a low-pass filter are arranged after the log amplifier, the influence of light scattering due to surface roughness or dirt that often appears in the high-frequency region, The influence of noise is eliminated.

この出力電圧を、A/D変換器6にて、エンコーダ5から発生されるサンプリングクロックに従ってサンプリングしてA/D変換する。そして演算処理部8の表示制御手段44によって、シリンダヘッド2の周方向をx軸とし、軸方向をy軸とした、格子状の画像データに変換することにより、シリンダヘッド2の内面を展開したような二次元画像を得ることができる。ここで、回転機構に取り付けられたエンコーダから直接サンプリングクロック信号を発生させるので、光の回転と受光データとを同期させることができ、二次元画像が回転むらの影響を受けにくい。   This output voltage is sampled and A / D converted by the A / D converter 6 according to the sampling clock generated from the encoder 5. Then, the inner surface of the cylinder head 2 is developed by the display control means 44 of the arithmetic processing unit 8 by converting the cylinder head 2 into grid-like image data with the circumferential direction of the cylinder head 2 as the x axis and the axial direction as the y axis. Such a two-dimensional image can be obtained. Here, since the sampling clock signal is directly generated from the encoder attached to the rotation mechanism, the rotation of the light and the received light data can be synchronized, and the two-dimensional image is hardly affected by the rotation unevenness.

図8は、エアシリンダの内面のバルブシートが取り付けられた部分を本発明の表面検査装置1で検査した二次元画像である。図中Aはシリンダヘッド2の内面であり、表面は比較的滑らかであるため反射光量が多く白くなっている。また、図中Bはバルブシート105の内面であり、この部分はシリンダヘッド2の内面と比較すると表面がざらついているため、反射光量が少なく、黒っぽくなっている。そして図中Gは、シリンダヘッド2とバルブシート105との間の隙間であり、この部分からの反射光はほとんどないため、黒くなっている。なお、図示しないが、受光ファイバの数が複数でなく且つ増幅器も線形である従来の表面検査装置の場合、同様の二次元画像において、シリンダヘッド2の内面は真っ白であり、バルブシート105と溝の部分は共に真っ黒となり、両者を区別することはできない。しかし、本形態の表面検査装置によると、図8で示したように、バルブシートの部分Bと、溝の部分Gとの間には、明暗に差が生じ、両者を区別することが可能となる。   FIG. 8 is a two-dimensional image obtained by inspecting the portion of the inner surface of the air cylinder where the valve seat is attached with the surface inspection apparatus 1 of the present invention. In the figure, A is the inner surface of the cylinder head 2, and since the surface is relatively smooth, the amount of reflected light is large and white. Further, B in the figure is the inner surface of the valve seat 105, and since this portion is rougher than the inner surface of the cylinder head 2, the amount of reflected light is small and blackish. In the drawing, G is a gap between the cylinder head 2 and the valve seat 105, and since there is almost no reflected light from this portion, it is black. Although not shown, in the case of a conventional surface inspection apparatus in which the number of light receiving fibers is not plural and the amplifier is linear, the inner surface of the cylinder head 2 is pure white in the same two-dimensional image, and the valve seat 105 and the groove Both parts are completely black and cannot be distinguished from each other. However, according to the surface inspection apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 8, there is a difference in brightness between the valve seat portion B and the groove portion G, and it is possible to distinguish between the two. Become.

より明確に溝Gを特定するために、図8の画像の画素の明るさを算出し、溝Gの部分の輝度とバルブシートBの部分の輝度との間に閾値を設定し、画素の明るさが閾値以上なら白色を画素に設定し、閾値以下の場合は、画素に黒色を設定する2値化処理を行う。この処理によって得られた画像が図9であり、溝Gを明確に特定することができる。更にその画像をエッジ処理し、溝Gの一側縁部g1と他側縁部g2とを黒点で表示したものが図10である。なお、この2値化処理及びエッジ処理は任意であって、これらの処理を行わずに、上述のように図5のデータから直接、溝Gの縁部の座標を求めることもできる。   In order to specify the groove G more clearly, the brightness of the pixel in the image of FIG. 8 is calculated, a threshold is set between the brightness of the groove G and the brightness of the valve seat B, and the brightness of the pixel If the threshold value is equal to or greater than the threshold value, white is set for the pixel, and if the threshold value is equal to or less than the threshold value, binarization processing is performed for setting the pixel to black. An image obtained by this processing is shown in FIG. 9, and the groove G can be clearly identified. Further, the image is edge-processed, and one side edge g1 and the other side edge g2 of the groove G are displayed with black dots as shown in FIG. The binarization process and the edge process are optional, and the coordinates of the edge of the groove G can be obtained directly from the data shown in FIG. 5 without performing these processes.

次に、この画像を、図10で示したようにx軸に沿って均等に1〜10の区間に分割する(S1)。そして、第1区間Z内において、x座標を一点に固定し、y座標に沿って、図中y座標aの位置から溝に向って一側縁部g1に相当する黒点を検索し、その点のy座標を求めて記憶する(S2)。次に、図中y座標bの位置から溝に向って他側縁部g2に相当する黒点を検索し、その点のy座標を求めて記憶する(S2)。この場合、y座標上に、ノイズ等の影響から溝の縁部に対応しない点も存在するが、適宜排除する。   Next, this image is equally divided into sections 1 to 10 along the x-axis as shown in FIG. 10 (S1). Then, in the first section Z, the x coordinate is fixed to one point, and along the y coordinate, a black point corresponding to the one side edge portion g1 is searched from the position of the y coordinate a in the figure toward the groove. Is obtained and stored (S2). Next, a black point corresponding to the other side edge portion g2 is searched from the position of the y coordinate b in the figure toward the groove, and the y coordinate of the point is obtained and stored (S2). In this case, although there are points on the y coordinate that do not correspond to the edge of the groove due to the influence of noise or the like, they are appropriately excluded.

そして第1区間Z内において、所定数の両側縁部のy座標を求め(S4,S5)検索された複数の一点のy座標のうちの、最も多くの点が占めた座標を一側縁部の代表座標とする(S6)。同様に検索された複数の他点のy座標のうちの、最も多くの点が占めた座標の他側縁部の代表座標とする(S7)。次いで一側縁部の代表座標と他側縁部の代表座標との差を求め、その値を第1区間の代表溝幅とする(S8)。更に、第2区間から第10区間第1区間までについても同様の計算を行い(S9,S10)、区間毎の代表幅を求める。以上、本形態の溝幅決定手段46によると、自動的且つ客観的に溝Gの区間毎の代表幅を決定することができる。   Then, in the first section Z, the y coordinate of a predetermined number of both side edges is obtained (S4, S5), and the coordinates occupied by the most points among the searched y coordinates of one point are set as one side edge. (S6). Similarly, the representative coordinates of the other side edge of the coordinates occupied by the most points among the y coordinates of a plurality of other points searched are used (S7). Next, the difference between the representative coordinates of the one side edge and the representative coordinates of the other side edge is obtained, and the value is set as the representative groove width of the first section (S8). Further, the same calculation is performed for the second section to the tenth section and the first section (S9, S10), and the representative width for each section is obtained. As described above, according to the groove width determining means 46 of this embodiment, the representative width for each section of the groove G can be determined automatically and objectively.

なお、例えばバルブシートが斜めに入っている場合等、溝の幅が一定でない場合ある。この場合、周方向全体で溝幅を計算すると、平均的な値となってしまうが、バルブシートの場合等平均値よりも最大溝幅が問題となる場合もある。本形態によると等間隔の複数の領域で分割して計算しているため、溝幅が一定でない場合、分割区間毎に溝幅を求めることができ、最大溝幅及び最小溝幅も求めることができる。またバルブが傾いているか否かを判断することもできる。ただし、本形態はこれに限定さるものではなく、分割をせずに全体についての代表的溝幅を決定することもでき、また、溝の一点における溝幅のみ求めることもできる。   The groove width may not be constant, for example, when the valve seat is inclined. In this case, if the groove width is calculated in the entire circumferential direction, an average value is obtained. However, in the case of a valve seat, the maximum groove width may be more problematic than the average value. According to the present embodiment, since the calculation is performed by dividing into a plurality of equally spaced regions, when the groove width is not constant, the groove width can be obtained for each divided section, and the maximum groove width and the minimum groove width can also be obtained. it can. It can also be determined whether or not the valve is tilted. However, the present embodiment is not limited to this, and it is possible to determine a representative groove width for the whole without dividing, and it is also possible to obtain only the groove width at one point of the groove.

以上、本形態の表面検査装置2によると、受光ファイバ21の受光面積が拡大され、また非線形増幅器を有するため、エンジンのシリンダヘッドの側面と、バルブシートの側面との間の微細な隙間と、バルブシートの表面の荒れや汚れとの差を明確にすることができ、その微細な隙間を明確に検出することが可能となる。従って、本形態の表面検査装置は、自動車部品等の検査基準の厳しい製造ラインに組み込こむことができ、全品検査も可能となり、製品精度、品質及びスループットの向上が可能となる。   As described above, according to the surface inspection apparatus 2 of the present embodiment, since the light receiving area of the light receiving fiber 21 is expanded and the nonlinear amplifier is provided, a fine gap between the side surface of the cylinder head of the engine and the side surface of the valve seat, It is possible to clarify the difference between the surface and the roughness of the valve seat surface, and to detect the minute gap clearly. Therefore, the surface inspection apparatus of this embodiment can be incorporated into a production line with strict inspection standards for automobile parts, etc., and all products can be inspected, and product accuracy, quality and throughput can be improved.

なお、本発明の好適な形態について説明したが、本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、上述したように、本形態では、被検査物として円筒体の内面を検査する表面検査装置について説明したが、これに限定されず、平面状の被検査物の表面を検査するものであってもよい。   In addition, although the suitable form of this invention was demonstrated, this invention may be implemented with a various form, without being limited to the form mentioned above. For example, as described above, in the present embodiment, the surface inspection apparatus that inspects the inner surface of the cylindrical body as the object to be inspected has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the surface inspection apparatus inspects the surface of the planar object to be inspected. May be.

本発明の表面検査装置の一形態の概略図。Schematic of one form of the surface inspection apparatus of this invention. 検査部の一形態の構成図を示した図。The figure which showed the block diagram of one form of a test | inspection part. 投光ファイバと受光ファイバの断面図。Sectional drawing of a light projecting fiber and a light receiving fiber. 本発明の表面検査装置の演算装置の構成図。The block diagram of the arithmetic unit of the surface inspection apparatus of this invention. 分割区間毎に溝幅を決定するアルゴリズムを示したフローチャート。The flowchart which showed the algorithm which determines a groove width for every division | segmentation area. 自動車のシリンダヘッドの概略図。Schematic of a cylinder head of an automobile. 非線形増幅器での非線形増幅を示したグラフ。The graph which showed the nonlinear amplification in a nonlinear amplifier. エンジンシリンダの内周の凹部とバルブシートとの間の隙間を本発明の表面検査装置で検査した二次元画像。The two-dimensional image which test | inspected the clearance gap between the inner peripheral recessed part and valve seat of an engine cylinder with the surface inspection apparatus of this invention. 図8の画像を2値化処理した画像。The image which binarized the image of FIG. 図9の画像をエッジ処理して分割した画像。An image obtained by dividing the image of FIG. 9 by edge processing.

符号の説明Explanation of symbols

1 表面検査装置
2 被検査物(円筒体,シリンダヘッド)
4 非線形増幅器(非線形増幅手段)
5 エンコーダ(クロック信号発生手段)
6 A/D変換部
12 回転機構(回転手段)
13 直線移動機構(直線移動手段)
20 投光ファイバ
21 受光ファイバ
30 投/受光部
46 溝幅決定手段
C 軸線
G 溝
L 光
g1 一点
g2 他点
1 Surface inspection device 2 Inspected object (cylindrical body, cylinder head)
4 Non-linear amplifier (non-linear amplification means)
5 Encoder (clock signal generation means)
6 A / D converter 12 Rotating mechanism (rotating means)
13 Linear movement mechanism (linear movement means)
20 Emitting fiber 21 Receiving fiber 30 Emitting / receiving section 46 Groove width determining means C Axis G Groove L Light g1 One point g2 Other point

Claims (6)

光源から投光ファイバを介して被検査物の表面に投光された光の反射光を受光ファイバを介して受光し、その受光量に基づいて前記被検査物の表面を検査する表面検査装置において、
前記投光ファイバの周囲に前記受光ファイバが複数配置され、且つ前記受光ファイバの径が前記投光ファイバの径よりも大きいことを特徴とする表面検査装置。
In a surface inspection apparatus that receives reflected light of a light projected from a light source through a projection fiber onto a surface of the inspection object through a light receiving fiber and inspects the surface of the inspection object based on the amount of the received light ,
A surface inspection apparatus in which a plurality of the light receiving fibers are arranged around the light projecting fiber, and a diameter of the light receiving fiber is larger than a diameter of the light projecting fiber.
前記受光ファイバにより受光された光を光電変換し、光電変換後の電気信号を非線形に増幅する非線形増幅手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の表面検査装置。   The surface inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a nonlinear amplifying unit that photoelectrically converts light received by the light receiving fiber and nonlinearly amplifies the electric signal after the photoelectric conversion. 前記光電変換後の信号が電圧信号であり、前記非線形増幅手段の増幅率が、低電圧部では大きく、高電圧部では小さいことを特徴とする請求項2に記載の表面検査装置。   3. The surface inspection apparatus according to claim 2, wherein the signal after the photoelectric conversion is a voltage signal, and the amplification factor of the non-linear amplification means is large in the low voltage part and small in the high voltage part. 前記非線形増幅手段としてログアンプを設けたことを特徴とする請求項3に記載の表面検査装置。   The surface inspection apparatus according to claim 3, wherein a log amplifier is provided as the nonlinear amplification means. 前記被検査物の前記表面が円筒体の内面であり、前記投光ファイバを介して投光される光を前記円筒体の内周に沿って回転させる回転手段と、前記円筒体の軸方向に沿って移動させる直線移動手段と、前記回転手段の回転に対応するクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、前記増幅された電気信号を前記クロック信号と同期させてA/D変換するA/D変換手段と、を更に備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の表面検査装置。   The surface of the object to be inspected is an inner surface of a cylindrical body, rotating means for rotating light projected through the light projecting fiber along the inner circumference of the cylindrical body, and an axial direction of the cylindrical body Linear moving means for moving along the clock, clock signal generating means for generating a clock signal corresponding to the rotation of the rotating means, and A / D for A / D converting the amplified electrical signal in synchronization with the clock signal The surface inspection apparatus according to claim 2, further comprising conversion means. 前記被検査物がエンジンのシリンダヘッドであり、前記被検査物の前記表面が前記シリンダヘッドの内面であって、前記溝や傷が、前記内面に設けられた凹部の側面と前記凹部に嵌め込まれたバルブシートの側面との隙間であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面検査装置。
The object to be inspected is an engine cylinder head, and the surface of the object to be inspected is an inner surface of the cylinder head, and the grooves and scratches are fitted into the side surface of the recess provided on the inner surface and the recess. The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the surface inspection apparatus has a gap with a side surface of the valve seat.
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