JP2008070169A

JP2008070169A - 表面凸部検出装置および表面凸部検出方法

Info

Publication number: JP2008070169A
Application number: JP2006247384A
Authority: JP
Inventors: Ryo Kikuue; 亮菊植; Yoshihiro Tanaka; 由浩田中; Hideo Fujimoto; 英雄藤本
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】物体表面の微小な凸部を検出するための表面凸部検出装置および表面凸部検出方法を提供する．
【構成】本発明の表面凸部検出装置は，物体の表面に接触する可撓性を有するシート状介在部と，前記シート状介在部の前記物体と接触する一方の面と背向する他方の面に接触し，加わる圧力に略比例する量の総和を検出する力検出部と，前記力検出部と前記シート状介在部を略一定の力で前記物体表面に押圧する押圧手段と，から構成されることを特徴とする．また，前記シート状介在部は，前記物体表面に接触する面に近い部位の弾性率が高く，前記力検出部に接触する面に近い部位の弾性率が低いことを特徴とする．また，本発明の表面凸部検出方法は，前記表面凸部検出装置を前記物体の表面に当接した状態で該前記表面凸部検出装置と該物体とを相対移動させることを特徴とする．
【選択図】図１

Description

本発明は、物体上に凝着した異物などの微小な凸部を検出することができる表面凸部検出装置および表面凸部検出方法に関する．

たとえば物体表面に凝着した異物などの物体表面の微小な凸部を検出するためには，レーザ変位計やダイヤルゲージ式センサを用いる方法なども考えられる．しかし，これらの方法は広い範囲を短時間で検査するには不向きであり，装置の設置や設定にも時間がかかるという問題もある．
したがって，物体表面の微小な凸部を簡便に検出できる方法が望まれている．たとえば，特許文献１の圧力不均一性検出器では，感圧フィルムを物体表面に押し付けたとき，該表面に微小な凸部があれば，感圧フィルムの出力に変化が現れる現象を利用しており，簡便な検出が可能である．しかし，厚さ方向の柔軟性が少ない感圧フィルムを用いた場合，感圧フィルムを直接対象面に接触させるため，感圧フィルムと対象面との接触状態が安定せず，安定した検出ができない可能性がある．また，小さすぎる凸部の検出ができない可能性もある．
特願２００５−２５７３３９

本発明は，上記事情に鑑み，簡単な操作によって物体表面の微小な凸部を安定して検出することができる表面凸部検出装置を提供することを目的とする．

本発明の表面凸部検出装置は，物体の表面の凸部を検出するための装置であり，該物体の表面に接触して該物体の表面形状に影響されて変形する可撓性を有するシート状介在部と，該シート状介在部の前記物体と接触する一方の面と背向する他方の面に接触し，加わる圧力に略比例する量の総和を検出する力検出部と，該力検出部と前記シート状介在部を略一定の力で前記物体の表面に押圧する押圧手段と，から構成されることを特徴とする．また，前記シート状介在部は，前記物体表面に接触する面に近い部位の弾性率が高く，前記力検出部に接触する面に近い部位の弾性率が低いことを特徴とする．
ここで，前記シート状介在部の前記物体表面に接触する面に近い部位は，その弾性率が高いため，微小な凸部がある表面に接触したとき，該微小凸部が該シート状介在部を押し上げて，該微小凸部の側面に空隙が生じることになる．これにより，該シート状介在部の物体表面に当接する面には，物体表面の微小凸部よりも面積的に大きい凹部が形成されることになる．すなわち，小さな凸部の形状を面積的に拡大する効果があり，検出が容易になる．
また，前記シート状介在部の力検出部に接触する面に近い部位は，その弾性率が小さいため，微小な凸部と接触した際にも該シート状介在部が厚さ方向に縮み，力検出部が該表面と略平行な姿勢を保つことができる．これにより，微小凸部がどの部位に接触しても，安定した検出が可能になる．
本発明の表面凹凸検出方法は，物体表面上の異物を検出する表面異物検出方法であって，前記表面凸部検出装置を前記物体の表面に当接した状態で該表面凸部検出装置と該物体の表面とを相対移動させることを特徴とする．
本発明の表面凸部検出装置では，力検出部に分布して加わる圧力に略比例する量の総和が検出されるが，圧力の分布が不均一である場合と，圧力の分布が均一である場合とでは，通常異なった値が力検出部によって検出される．したがって，本発明の表面凹凸検出方法において，前記表面凸部検出装置を物体の表面に当接した状態で該表面凸部検出装置と該物体の表面とを相対移動させると，該物体の表面の上の微小な凸部の上を表面凸部検出装置が通過したときに，力検出部の出力値が変化する．この出力値の変化により，前記物体表面上の微小な凸部を検出することができる．

上述したように本発明の表面凸部検出装置は，表面凸部の安定した検出を可能とし，性能の良い検出装置を提供できる．

以下，本発明の表面凸部検出装置および表面凸部検出方法の実施の形態を説明する．
本発明の表面凸部検出装置は，物体の表面の凸部を検出するための装置であり，前記物体の表面に接触して該物体の表面形状に影響されて変形する可撓性を有するシート状介在部と，前記シート状介在部の前記物体と接触する一方の面と背向する他方の面に接触し，加わる圧力に略比例する量の総和を検出する力検出部と，前記力検出部と前記シート状介在部を略一定の力で前記物体表面に押圧する押圧手段と，から構成されることを特徴とする．
押圧手段に関しては素材や形状に限定はないが，図１に示すように，底面が開口した硬い材質の円筒状の容器とその内部に設置した弾性体を用いることができる．該弾性体についても特に素材や形状に限定は無いが，スポンジやバネを用いることができる．この容器は，上部からたとえば人の手によって押さえつけることができるが，操作者から加えられる力の変動が直接は力検出部には伝わらずに，略一定の力を力検出部に与えることができる．
力検出部は，たとえば，感圧部に加えられた力に略反比例して抵抗値が変化する感圧フィルムを用いることができる．感圧フィルムには，図２に示す増幅回路が接続されている．この増幅回路は，感圧フィルムの抵抗値と略反比例する電圧を出力する．この電圧は，たとえばＡＤ変換器を備えた電子計算機（図示せず）によって測定して記録することができる．これにより，感圧フィルムの感圧部に加えられた力に略比例した出力が，電圧として得られるようになる．その背面には滑らかなアクリル板が接着されている．
シート状介在部に関しては素材や形状に限定はないが，本実施例では厚さ０．２ｍｍ程度のポリプロピレンシートと厚さ０．２ｍｍ程度のシリコーン製シートを重ねたものを用いる．シリコーン製シートを力検出部に接触させ，ポリプロピレン製シートを対象面に接触させて用いる．
なお，本実施例では，感圧フィルムとバネとの間に，剛性の高いアクリル板をはさんでいる．また，実施例と対象面を当接した状態で相対移動させやすいように，ケースのボールローラと接触する部位にはボールローラが埋め込まれている．
本実施例の力検出部とシート状介在部を表面凸部検出装置の底面を物体の表面に当接した状態で該表面凸部検出装置と該物体とを相対移動させると，前記物体表面上の微小な凸部の上を該表面凸部検出装置が通過したときに，感圧フィルムの抵抗値が変化する．この出力値の変化により，前記物体表面上の微小な凸部を検出することができる．
本実施例のシート状介在部の効果を実験的に確認するために，厚さが１２μｍで大きさが０．５ｍｍ四方のアルミ箔を貼り付けたアルミ部材を用意した．感圧フィルムを対象面に押し付け，感圧フィルムに接続した増幅回路から出力される電圧をパソコンに取り込んで計測する．計測は前記アルミ部材上の５つの点について行い，それぞれの場所を点１，点２，点３，点４，および点５と呼ぶことにする．前記アルミ箔は点２の場所に貼られており，他の点は平滑な面である．測定は点１から点５まで順に行い，点５の計測後は点５から点１まで順に測定した．この一連の作業を１セットの実験とする．この実験を（１）介在物なしの時，（２）「柔らかい弾性介在物」を挟んだ時，（３）「硬い弾性介在物」を挟んだ時，（４）「柔らかい弾性介在物」と「硬い弾性介在物」を重ねて「柔らかい弾性介在物」が感圧フィルム側になるように挟んだ時のそれぞれにおいて４セットずつ行った．計測時に感圧フィルムに加わる負荷は４００ｇｆ（約４Ｎ）であった．「柔らかい弾性介在物」としては厚さ０．２ｍｍのシリコーン製シート，「硬い弾性介在物」としては厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン製シートを使用した．
まず，介在物なしの時の実験結果を図３に示す．ここでは縦軸に感圧フィルムに接続した増幅回路の出力電圧を，横軸に測定点の番号をとって示してある．図より介在物が無い時，微小凸のある点２で出力電圧が大きくばらついている．また，点２で出力電圧が大きくなる時と出力が変化しない場合とがあり安定しない．また，微小凸のない他の点でも出力電圧がばらついており，安定して対象面の性状を検出できていない．これは微小凸によって感圧フィルムが傾いたり，目に見えないわずかな面ひずみにより感圧フィルムの姿勢が不安定になったりするためと考えられる．
「柔らかい弾性介在物」を介在させた時の実験結果を図４に示す．この時は点２で他の点とほぼ同じ出力電圧が出ているので微小凸の検出はできない．これは柔らかい弾性体を介在させると圧力分布が平滑化されてしまうためである．
「硬い弾性介在物」を介在させた時の実験結果を図５に示す．このとき，感圧フィルムの出力電圧のばらつきは介在物がない時よりも小さく抑えられている．これはポリプロピレン製シートの柔軟性によって，感圧フィルムの姿勢がある程度安定したためであると考えられる．また，点２で他の点よりも出力電圧が大きくなっている．これはポリプロピレンシートの効果で微小凸がある程度増幅されているからであると考えられる．しかし，点２で出力電圧が増加しない時もあり，安定性に問題が残っている．
最後に「柔らかい弾性介在物」と「硬い弾性介在物」を重ねて「柔らかい弾性介在物」が感圧フィルム側になるように挟んだ時の結果を図６に示す．この場合は，点２で出力電圧が他の点と比較して常に大きく出ているのがわかる．これは「硬い弾性介在物」のみを用いた場合よりも検出性能が高くなったことを示している．平滑な面を押した時の出力はほぼ同じで安定している．よってこの場合，微小凸の検出性能を強化し，かつ，安定した出力が得られたといえる．

本発明の表面凸部検出装置の実施例の概略図である．本発明の表面凸部検出装置の実施例に接続した増幅回路の回路図である．介在物なしの場合の実験結果である．「柔らかい弾性介在物」を挟んだ時の実験結果である．「硬い弾性介在物」を挟んだ時の実験結果である．「柔らかい弾性介在物」と「硬い弾性介在物」を重ねて「柔らかい弾性介在物」が感圧フィルム側になるように挟んだ時の実験結果である．

Claims

物体の表面の凸部を検出するための装置であり，該物体の表面に接触して該物体の表面形状に影響されて変形する可撓性を有するシート状介在部と，該シート状介在部の前記物体と接触する一方の面と背向する他方の面に接触し，加わる圧力に略比例する量の総和を検出する力検出部と，該力検出部と前記シート状介在部を略一定の力で前記物体の表面に押圧する押圧手段と，から構成されることを特徴とする，表面凸部検出装置．
前記力検出部は，感圧導電性ゴムを有する請求項１記載の表面凸部検出装置．
前記力検出部は，感圧導電性インクを有する請求項１記載の表面凸部検出装置．
前記シート状介在部は，前記物体表面に接触する面に近い部位の弾性率が高く，前記力検出部に接触する面に近い部位の弾性率が低いことを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の表面凸部検出装置．
前記シート状介在部は，弾性率の異なる２枚以上のシートから構成されることを特徴とし，前記物体表面に接触するシートは大きい弾性率を持ち，もう一方の前記力検出部に接触するシートは小さい弾性率を持つことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の表面凸部検出装置．
物体表面上の異物を検出する表面異物検出方法であって，請求項１〜５のいずれかに記載の表面凸部検出装置を前記物体の表面に当接した状態で該表面凸部検出装置と該物体の表面とを相対移動させることを特徴とする表面凹凸検出方法．