JP2021096088A - 円筒内面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査プローブ内において光ファイバ束により反射光を伝送させる構成と比較して、伝送される反射光の光量を増加するとともに検査プローブの構造を簡素化する。【解決手段】検査プローブ１２は、石英ガラスにより構成された円筒状の中空のガラスパイプ６１を、ステンレス等により構成された円筒状の外装部材６２に挿入することにより構成されている。ガラスパイプ６１は、レーザ発光装置１６からのレーザ光を照射光１０１として中空領域を介して先端部まで伝送する。検査プローブ１２は、照射光１０１をガラスパイプ６１の中空領域を介して先端部まで伝送してこの先端部に設けられた反射ミラー６４により反射させることにより検査対象物８０の内面に照射光１０１を照射し、検査対象物８０の内面から反射された反射光１０２を反射ミラー６４により反射させてガラスパイプ６１の中空領域以外の領域を介して光電変換部１７まで伝送する。【選択図】図７

Description

本発明は、円筒状の被検査物の内表面における傷の有無等の状態を検査するための円筒内面検査装置に関する。

自動車や電気製品等の様々な製品には、円筒状の部材や円筒状の穴が設けられた部品が使用されているものがある。これらの部材や部品の円筒内表面に傷や異物または汚れの付着等があると製品の性能や品質に問題が発生するため円筒内表面における傷の有無等の状態を検査するための様々な検査方法や検査装置が提案されている。

例えば、自動車エンジンのシリンダやブレーキマスターシリンダ等の内表面における傷の有無等を検査するために、円筒状の穴の外からカメラ等の装置で撮影を行うような検査方法や、光学素子等を先端に付けた筒状の検査プローブを円筒状の穴の中に挿入して、カメラやレーザ光によって内表面の検査を行うような検査方法等が提案されている。

このような様々な検査方法のうち、小径の穴の内部表面を高速に検査可能とするために、検査対象の穴の内表面にレーザ光を照射させて、その反射光の強度を測定することにより検査対象の穴の内表面における傷の有無等を検査するような方法が提案されている。（例えば特許文献１参照。）。

この特許文献１には、レーザ発振器を有する本体部に回転自由に装着された回転筒体内の光誘導空間を通してレーザ光を被検査体表面に照射し、被検査体表面からの反射レーザ光を回転筒体内に配置された複数本の光ファイバを介して本体部側の判定処理装置に伝送するように構成された表面検査装置が開示されている。この表面検査装置では、反射レーザ光の強度の変化を検出することにより検査対象の円筒内表面における傷等の有無が判定されることになる。

特許第５２６５２９０号公報

上述したような従来の検査装置では、円筒内面からの反射光を、検査プローブである回転筒体内に設置された複数本の光ファイバからなる光ファイバ束により伝送してフォトダイオード等の光検出素子まで届けるような構造となっている。

しかし、光ファイバはコアとクラッドとにより構成され、コア部分により受光した反射光のみしか伝送されない。また、筒状の回転筒体内に、検査対象面に照射するための照射光を通過させるための光路とは別に、反射光を伝送するための光ファイバ束を設置する場合、照射光を通過させる光路を確保するために中空構造とするためには、パイプ状の補強材を使用する必要がある。

その結果、回転筒体の断面積に対する反射光の有効受光面積が少なくなってしまう。そのため、伝送される反射光の強度がどうしても少なくなってしまい、反射光の強度を検出するための光電変換センサ等を感度の高いものとする必要がある。

また、回転筒体内に光ファイバ束やパイプ状の補強部材等を設置することにより、検査プローブの構造が複雑になり製造に手間がかかる、高コストになってしまう等の問題も発生する。

さらに、光ファイバ束を構成する複数本の光ファイバにおいて、反射光を受光する光ファイバに偏りが生じた場合、光電変換センサとの位置関係で受光感度に変化が発生してしまい正確な検査ができない可能性がある。

本発明の目的は、検査プローブ内において光ファイバ束により反射光を伝送させる構成と比較して、伝送される反射光の光量を増加させることができるとともに検査プローブの構造を簡素化することが可能な円筒内面検査装置を提供することである。

本発明は、円筒状の検査対象物の内面に照射するためのレーザ光を発生させるレーザ発光装置と、
前記レーザ発光装置からのレーザ光を照射光として中空領域を介して伝送する透明材料により形成されたパイプ状部材と、前記パイプ状部材を内部に収容する円筒状の外装部材と、前記外装部材の先端部に設けられた反射部材とから構成され、前記照射光を前記パイプ状部材の中空領域を介して先端部まで伝送して当該先端部に設けられた前記反射部材により反射させることにより検査対象物の内面に前記照射光を照射し、検査対象物の内面から反射された反射光を前記反射部材により反射させて前記パイプ状部材の中空領域以外の領域を介して伝送する検査プローブと、
前記検査プローブを回転させる回転装置と、
前記検査プローブの先端部とは反対側の前記パイプ状部材の端面から出射された反射光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記レーザ発光装置、前記検査プローブ、前記回転装置および前記光電変換部とからなる本体部を移動させる移動装置と、
を備えた円筒内面検査装置である。

本発明の円筒内面検査装置によれば、検査プローブがパイプ状部材と外装部材と反射部材とから構成されているので、複数本の光ファイバを束ねて構成した従来の検査プローブと比較して、検査プローブの構造を簡素化することができる。また、本発明の円筒内面検査装置によれば、パイプ状部材の端面全体で反射光を受光する構造となっているので、複数本の光ファイバにより反射光を受光する場合と比較して受光面積が広くなり、伝送される反射光の光量を増加させることができる。

また、本発明の他の円筒内面検査装置では、前記光電変換部が、前記レーザ発光装置からのレーザ光を通過させるための穴が設けられ、当該穴の周囲に光電変換センサが装着され、当該光電変換センサが前記検査プローブの先端部とは反対側の前記ガラスパイプの端面と近接するような位置となるように配置された基板状部材により構成されている。

また、本発明の他の円筒内面検査装置では、前記ガラスパイプの中空領域に、前記レーザ発光装置からのレーザ光を前記検査プローブの先端部まで伝送するための光ファイバが設けられているようにしても良い。

さらに、本発明の他の円筒内面検査装置では、前記パイプ状部材を、石英ガラスにより構成されている円筒状のガラスパイプにより構成するようにしても良い。

本発明によれば、検査プローブ内において光ファイバ束により反射光を伝送させる構成と比較して、伝送される反射光の光量を増加させることができるとともに検査プローブの構造を簡素化することが可能な円筒内面検査装置を提供することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の円筒内面検査装置１０の概略構成を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態の円筒内面検査装置１０を横から見た場合の外観を示す図である。 図２に示した本体部１１の構成の詳細を説明するための図である。 検査プローブ１２が高速回転した状態で昇降装置１４により検査対象物８０の穴内において上下に移動する様子を説明するための図である。 検査対象物８０の検査対象面に傷等の異常が無い場合の反射光・散乱光の様子を示す図（図５（Ａ））、および、傷等の異常がある場合の反射光・散乱光の様子を示す図（図５（Ｂ））である。 図２、図３等において示した検査プローブ１２の構造を説明するための図である。 検査プローブ１２および光電変換部１７の断面図である。 図７に示した穴あき基板７１の構造を説明するための斜視図である。 小型の光電変換センサ７２を用いずに構成した場合の光電変換部の一例である光電変換部１１７の構成を説明するための図である。 図７に示した検査プローブ１２により反射光１０２が伝送される様子を説明するための図である。 円柱状のガラスパイプ６１以外のガラスパイプを用いて構成された検査プローブ１２Ａの構成を示す図である。 光ファイバを用いて構成した検査プローブ１１２を示す図である。 本発明の一実施形態における検査プローブ１２を用いた場合と、従来構造の検査プローブ１１２を用いた場合とで、伝送される反射光１０２の光量がどれだけ異なるのかを説明するための図である。 ガラスパイプ６１の中空領域に光ファイバを設けるような構造の検査プローブ１２Ｂを示す図である。 図１４に示した構造の検査プローブ１２Ｂの断面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の円筒内面検査装置１０の概略構成を説明するための斜視図である。

本実施形態の円筒内面検査装置１０は、例えば検査対象物８０のような円筒状の物体の内面（または内表面）の状態を検査するための装置である。円筒内面検査装置１０では、検査対象物８０の内面の状態の検査を行う際に、検査対象物８０の検査対象の穴に検査プローブ１２を挿入する。そして、この検査プローブ１２が高速回転しつつ上下に移動することにより、検査対象物８０の内面の全面を走査して検査を行う。

なお、本実施形態の円筒内面検査装置１０には、パーソナルコンピュータ等の端末装置２０が接続されており、円筒内面検査装置１０の動作の制御や検査結果の表示等の処理を行っている。ここで、端末装置２０は、円筒内面検査装置１０を制御する装置の一例であり、スマートフォン、タブレット端末等の様々な装置を無線回線により円筒内面検査装置１０と接続して、円筒内面検査装置１０の動作の制御や検査結果の表示等の処理を行うようにしても良い。さらに、円筒内面検査装置１０の動作の制御を行う制御部や検査結果を表示する表示部等を円筒内面検査装置１０と一体化して構成するようなことも可能である。

次に、本実施形態の円筒内面検査装置１０を横から見た場合の外観を図２に示す。本実施形態の円筒内面検査装置１０は、図２に示されるように、本体部１１と、検査プローブ１２と、アーム１３と、昇降装置１４と、支柱１５と、台座１９とから構成されている。

支柱１５は、台座１９上において垂直に支持されている。そして、この支柱１５には、昇降装置１４が備え付けられており、この昇降装置１４は、支柱１５に沿って上下方向に移動するように構成されている。そして、昇降装置１４から水平方向にアーム１３が設けられており、このアーム１３の先端には本体部１１が取り付けられている。

そして、本体部１１には、検査を行う際に高速回転する検査プローブ１２が取り付けられている。検査プローブ１２は、１０００ｒｐｍ以上、例えば２０００〜４０００ｒｍｐというような高速で回転する。

なお、検査プローブ１２の先端には、レーザ光を出射するための開口部が設けられており、このレーザ光が照射光として検査対象物８０の内面を走査するような構成となっている。

また、端末装置２０には、制御部２１、処理部２２、表示部２３が構成されている。制御部２１は、円筒内面検査装置１０の昇降装置１４や本体部１１の動作を制御する。処理部２２は、本体部１１から出力される反射光の強度信号を入力して、検査対象物８０の内面に傷等があるか否かを判定する判定処理を行う。表示部２３は、処理部２２における判定結果を表示する。

なお、処理部２２は、検査対象物８０の内面からの反射光の強度の増減を監視して、例えば、反射光の強度が予め設定された値以上増加または減少した場合に、検査対象物８０の内面に傷または異物等の付着があると判定する。ここで、処理部２２は、反射光の受光強度の値そのものを監視するのではなく、検査中における受光強度の連続性等をも判定基準として傷等の有無の判定を行う。

次に、図２に示した本体部１１の構成について図３を参照して詳細に説明する。

本体部１１は、図３に示すように、検査プローブ１２に加えて、レーザ発光装置１６、光電変換部１７および中空モータ１８を備えている。

レーザ発光装置１６は、円筒状の検査対象物の内面に照射するためのレーザ光を発生させる。

中空モータ１８は、回転軸が中空構造となっているモータであり、検査プローブ１２がこの中空部分に挿入されることにより、検査プローブ１２を回転させる回転装置である。なお、本実施形態では、検査プローブ１２を中空モータ１８により回転する構造を用いて説明するが、回転装置はこのような構造に限定されるものではなく、モータによりプーリーを回転させ、このプーリーの回転力を検査プローブ１２に伝達して検査プローブ１２を回転するような構成の回転装置を用いることも可能である。

光電変換部１７は、検査プローブ１２の先端部とは反対側の端面から出射された反射光を電気信号に変換する。この光電変換部１７により変換された反射光の強度を示す電気信号は、端末装置２０の処理部２２に転送される。

そして、レーザ発光装置１６、検査プローブ１２、中空モータ１８および光電変換部１７とからなる本体部１１は、アーム１３により昇降装置１４に接続されており、昇降装置１４により上下に移動される構成となっている。

なお、本実施形態では、本体部１１を昇降装置１４により上下に移動させて検査を行う場合の構成について説明するが、アーム１３、昇降装置１４、支柱１５等をロボットアームに置き換えて構成するようなことも可能である。また、検査対象の穴が水平方向の場合には装置を寝かせた状態で使用する場合もあり、このような場合には本体部１１を水平方向に移動させることになる。つまり、昇降装置１４は、本体部１１を移動させる移動装置として機能するものであれば良い。

また、図３に示されるように、レーザ発光装置１６により生成されたレーザ光は、照射光１０１として光電変換部１７を通過し、検査プローブ１２内の中空領域を通過して、検査プローブ１２の先端部まで到達し、この先端部において反射されることにより方向が変化して検査対象物８０の内面に照射される構成となっている。そして、検査対象物８０の内面において反射された反射光１０２は、検査プローブ１２内を伝送されて光電変換部１７に到達するような構成となっている。この検査プローブ１２、光電変換部１７の詳細な構造については後述する。

次に、図４、図５を参照して、本実施形態の円筒内面検査装置１０により検査対象物８０の内面の検査を行う際の様子を説明する。

検査対象物８０の内面の検査を行う場合には、図４に示すように、検査プローブ１２が高速回転した状態で、昇降装置１４により検査対象物８０の穴内において上下に移動する。そのため、検査プローブ１２からの照射光１０１は、検査対象物８０の全内面を走査することになる。

次に、検査対象物８０の内面、つまり検査対象面に傷等の異常が無い場合の反射光・散乱光の様子と、傷等の異常がある場合の反射光・散乱光の様子を、それぞれ図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す。

図５（Ａ）を参照すると、検査対象物８０の検査対象面に傷等の異常が無い場合には、照射光１０１が照射点において均一に反射または散乱しているのに対しているのが分かる。これに対して、 図５（Ｂ）を参照すると、検査対象物８０の検査対象面に傷等の異常がある場合には、照射光１０１が照射点において均一に反射または散乱されず、特定の方向に反射または散乱されているのが分かる。

つまり、照射光１０１を検査対象物８０の検査対象面に走査した場合、傷等の異常がある箇所において反射光の強度が変化する。そのため、処理部２２では、この変化を検出して検査対象物８０の検査対象面に何らかの異常があると判定する。

次に、図２、図３等において示した検査プローブ１２の構造について説明する。

本実施形態における検査プローブ１２は、図６に示すように、石英ガラス（シリカガラス）により構成された円筒状の中空のガラスパイプ６１を、ステンレス等により構成された円筒状の外装部材６２に挿入することにより構成されている。

ここで、石英ガラスとは、不純物がほとんど含まれておらず、成分がほぼ１００％のＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）により構成されているガラスである。この石英ガラスは、一般的なガラスと比較して透明度がきわめて高く、光透過率が非常に高いという特性を有する。また、石英ガラスは、耐熱性、耐薬品性についても一般的なガラスと比較して優れているという特性を有する。

ガラスパイプ６１は、このような特性を有する石英ガラスにより構成されていることにより、一般的なガラスにより構成されているガラスパイプと比較して、反射光１０２の伝送率が高いものとなる。

なお、外装部材６２の先端部には、照射光１０１を出射するとともに、反射光１０２を入射するための開口部６３が設けられている。

次に、このような構造の検査プローブ１２および光電変換部１７の断面図を図７に示す。なお、図７は、装置構成の概略構成を説明するための図であるため、縦方向の寸法を短く省略して示している。

ガラスパイプ６１は、レーザ発光装置１６からのレーザ光を照射光１０１として中空領域を介して先端部まで伝送する。外装部材６２は、図６においても説明したように、ガラスパイプ６１を内部に収容する。なお、ガラスパイプ６１は、外装部材６２に接着されることにより外装部材６２に固定され、外装部材６２が中空モータ１８により高速回転された場合、この回転に伴って高速回転するようになっている。

また、外装部材６２の先端部には反射部材である反射ミラー６４が水平方向に対して４５度傾けられて装着されている。そのため、反射ミラー６４は、ガラスパイプ６１の中空領域を通過してきた照射光１０１を反射して進行方向を９０度変化させる。そのため、照射光１０１は、開口部６３から出射されて検査対象物８０の内面に照射されることになる。

ここで、反射ミラー６４の設置角度を４５度として、照射光１０１の進行方向を９０度変化させる場合について説明しているが、検査対象面によっては反射ミラー６４の設置角度を４５度以外として、照射光１０１の進行方向を９０度以外の方向に変化させるような場合もある。

さらに、検査対象物８０の内面において反射された反射光１０２は、この開口部６２に入射して反射ミラー６４により反射されて、進行方向が９０度変化する。そして、進行方向が９０度変化した反射光１０２は、ガラスパイプ６１の中空領域以外の領域、つまり石英ガラスにより構成された領域を介して光電変換部１７まで伝送される。

このような構成となっていることにより、検査プローブ１２は、照射光１０１をガラスパイプ６１の中空領域を介して先端部まで伝送してこの先端部に設けられた反射ミラー６４により反射させることにより検査対象物８０の内面に照射光１０１を照射し、検査対象物８０の内面から反射された反射光１０２を反射ミラー６４により反射させてガラスパイプ６１の中空領域以外の領域を介して光電変換部１７まで伝送する。

そして、光電変換部１７は、レーザ発光装置１６からのレーザ光を通過させるための穴が設けられ、その穴の周囲に光電変換センサ７２が装着され、光電変換センサが前記検査プローブの先端部とは反対側の前記ガラスパイプの端面と近接するような位置となるように配置された基板状部材である穴あき基板７１により構成されている。

次に、図７に示した穴あき基板７１の構造について、図８の斜視図を参照して説明する。

穴あき基板７１は、図８に示されるように、レーザ光通過穴７３が中心に設けられており、このレーザ光通過穴７３の左右にそれぞれ光電変換センサ７２が装着されている。この光電変換センサ７２は、フォトダイオードまたはＣＭＯＳセンサにより構成された小型の受光素子でありチップ部品として構成されている。そして、光電変換センサ７２はチップ部品として構成されていることにより、レーザ光通過穴７３の近傍に表面実装されている。

そして、光電変換センサ７２としてこのような小型部品を使用することにより、光電変換センサ７２をガラスパイプ６１の端面に近接して配置することが可能となる。ガラスパイプ６１の端面から出射される反射光は拡散するため、ガラスパイプ６１の端面と光電変換センサ７２との距離を長くすると、光電変換センサ７２により受光される反射光の光量が減少する。そのため、光電変換センサ７２は、できるだけガラスパイプ６１の端面に近接して配置することが好ましい。

例えば、光電変換センサ７２の受光角度が１２０度で、ガラスパイプ６１の端面からの反射光１０２の出射角度を１２０度とした場合、光電変換センサ７２をガラスパイプ６１の端面から１ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ程度の距離で配置する。

このような小型の光電変換センサ７２を用いずにガラスパイプ６１の端面から出射される反射光を受光しようとした場合、光電変換部１７の構造が複雑となる。

小型の光電変換センサ７２を用いずに構成した場合の光電変換部の一例を光電変換部１１７として図９に示す。

図９に示された光電変換部１１７は、穴あきミラー７４、集光レンズ７５、および光電変換センサ７６により構成されている。この光電変換部１１７では、光電変換センサ７６が大きな部品として構成されていることにより、ガラスパイプ６１から出射された反射光を穴あきミラー７４により反射した後、集光レンズ７５により集光してから光電変換センサ７６により受光するようになっている。

このように小型ではない光電変換センサ７６を使用した光電変換部１１７は、上記のような構成となることにより部品点数も多く、サイズも大きくなる。そのため、装置の小型化にも不利であり、また製造コストも高いものとなってしまう。

これに対して、本実施形態の円筒内面検査装置１０における光電変換部１７は、図８に示したような穴あき基板７１のみで構成されているため、集光レンズのような光学部品も不要となり小型化することが可能となる。

次に、図７に示した検査プローブ１２により反射光１０２が伝送される様子について図１０を参照して説明する。

図１０を参照すると、検査プローブ１２の一端から入射した反射光１０２は、検査プローブ１２内のガラスパイプ６１の中空領域以外の領域、つまり石英ガラスにより構成された領域内において伝搬されているのが分かる。なお、図１０では、ガラスパイプ６１内に入射した反射光１０２が直線状に伝搬するように示されているが、実際にはガラスパイプ６１内面で反射を繰り返しガラスパイプ６１内を拡散しつつ伝搬されるため、ガラスパイプ６１の反対側の端面から出射される際には、ドーナッツ状の端面において平均化されて出射されることになる。つまり、光電変換センサ７２とガラスパイプ６１との位置関係によって受光感度が影響を受けることはない。

また、ガラスパイプ６１の端面が平面（鏡面）であるほど、光電変換センサ７２における受光量が増加することになる。そして、ガラスパイプ６１の端面をすりガラス（荒面）とすることで、散乱光の偏りがさらに平均化させる。ただし、ガラスパイプ６１の端面をすりガラスとすることにより、光電変換センサ７２における受光量は減少する。

例えば、ある一定の反射光１０２を伝送した場合に、ガラスパイプ６１の両端の端面をすりガラスとすることにより光電変換センサ７２における受光量が０．３ｍＷであった場合、両端の端面を鏡面とすることにより受光量が０．８ｍＷまで増加する。

なお、本実施形態における検査プローブ１２では、中空領域を有する円柱状のガラスパイプ６１を用いた場合の構成について説明しているが、ガラスパイプ６１は円柱状のものに限定されるものではない。

円柱状のガラスパイプ６１以外のガラスパイプを用いて構成された検査プローブの一例である検査プローブ１２Ａの構成を図１１に示す。図１１に示された検査プローブ１２Ａでは、６角柱状のガラスパイプ６１Ａが外装部材６２に収容された構成となっている。なお、拡散光１０２を受光する受光面積を最大にするためには、本実施形態において使用しているような円柱状のガラスパイプ６１を用いた場合が最も有利となる。

次に、本実施形態の円筒内面検査装置１０においてガラスパイプ６１を用いて検査プローブ１２を構成したことによる効果について説明する。

まず、比較のために、上記で説明した特許文献１に示されたように光ファイバを用いて構成した検査プローブ１１２を図１２に示す。

図１２に示された検査プローブ１１２では、外装部材６２の中に、例えばアルミニウム製のパイプ等により構成された内側補強部材９１が設置され、この内側補強部材９１と外装部材６２との間に複数本の光ファイバ９２が設置された構成となっている。

そして、光ファイバ９２は、それぞれ、コア９３とクラッド９４とから構成されており、コア９３とクラッド９４の屈折率が異なるように構成されていることによりコア９３内に入射した光がコア９３とクラッド９４との境界部分でほぼ全反射してコア９３内を伝搬していく。つまり、光ファイバ９２では、コア９３部分が光を伝送するために使用されることになる。

このように、図１２に示したような光ファイバ９２を束ねて構成した従来構造の検査プローブ１１２では、照射光１０１が通過する領域を確保するために内側補強部材９１が必要となるとともに、受光した反射光１０２を他端まで伝送することが可能な受光領域が光ファイバ９２のコア９３部分だけであるため、反射光１０２を有効に受光することができる受光面積は本実施形態における検査プローブ１２と比較して狭くなる。

図１０に示した本実施形態における検査プローブ１２と、図１２に示した光ファイバ９２の束を用いた検査プローブ１１２とを比較すると、図１０におけるガラスパイプ６１の断面積は、図１２における複数本の光ファイバ９２のコア９３部分の断面積の合計の数倍の面積となっているのが分かる。

なお、本実施形態におけるガラスパイプ６１は外径が３ｍｍ、内径が１ｍｍであり、外装部材６２は外径が５ｍｍ、内径が３ｍｍとなっている。

ここで、従来構造の検査プローブ１１２における光ファイバ９２のコア９３領域の断面積の合計を算出することは難しいため、本実施形態における検査プローブ１２における受光面積と従来構造の検査プローブ１１２における受光面積との差を算出することは難しい。しかし、従来構造の検査プローブ１１２において、内側補強部材９１を省略等して単純計算した場合においても、本実施形態における検査プローブ１２における受光面積は、従来構造の検査プローブ１１２における受光面積に対して少なくとも４倍以上の面積となる。

なお、コア９３とクラッド９４とにより構成された光ファイバ９２と比較すると、石英ガラスのみにより構成されたガラスパイプ６１の伝送率は低くなる。

しかし、本実施形態における検査プローブ１２における受光面積は、上述したように従来構造の検査プローブ１１２における受光面積に対してはるかに広いため、光電変換部１７まで伝送される反射光１０２の光量は、従来構造の検査プローブ１１２を用いた場合よりも多くなる。

本実施形態における検査プローブ１２を用いた場合と、従来構造の検査プローブ１１２を用いた場合とで、伝送される反射光１０２の光量がどれだけ異なるのかを図１３を参照して説明する。

ここでは、本実施形態における検査プローブ１２の反射光１０２の受光面積を１００とし、従来構造の検査プローブ１１２の受光面積を、その４分の１の２５と仮定して説明する。また、本実施形態における検査プローブ１２の伝送率を８０％とし、従来構造の検査プローブ１１２の伝送率を９８％と仮定して説明する。

本実施形態における検査プローブ１２では、反射光１０２を光量１００で受光した場合、伝送率が８０％であるため、光電変換部１７に光量８０で伝送されることになる。

これに対して、従来構造の検査プローブ１１２では、反射光１０２を光量２５でしか受光できないため、伝送率がたとえ９８％であっても、光電変換部１７まで伝送される反射光１０２の光量は２４．５となる。

つまり、図１３を参照すると、光ファイバ９２を用いた従来構造の検査プローブ１１２の方がたとえ伝送率が高かったとしても、本実施形態における検査プローブ１２の方が、受光面積が圧倒的に広いため、光電変換部１７まで伝送される光量は本実施形態における検査プローブ１２の方が多くなる。

その結果、本実施形態の円筒内面検査装置１０において用いられている光電変換センサ７２に対して要求される感度もそれほど高いものが必要となくなる。その結果、光電変換センサ７２をチップ部品のような小型なものを使用することも可能となる。

さらに、本実施形態における検査プローブ１２は、図６において説明したように、ガラスパイプ６１を外装部材６２に挿入して固定するだけで作成することが可能である。これに対して、従来構造の検査プローブ１１２は、図１２に示したように、外装部材６２内に光ファイバ９２の束を挿入し、さらに内装補強部材９１を挿入してそれらを高速回転可能なように固定する必要がある。

このように、本実施形態における検査プローブ１２は、従来構造の検査プローブ１１２と比較して、構造が簡素化されている結果、従来構造の検査プローブ１１２と比較して製造工数も少なくてすみ製造コストも安くなる。

なお、上記で説明した本実施形態の円筒内面検査装置１０では、レーザ発光装置１６からのレーザ光を検査プローブ１２内のガラスパイプ６１の中空領域を通過させて先端部の反射ミラー６４まで到達させていた。

このような構造の代わりに、ガラスパイプ６１の中空領域に、レーザ発光装置１６からのレーザ光を検査プローブ１２の先端部まで伝送するための光ファイバを設けるような構造とすることも可能である。

このような構造の検査プローブの一例を検査プローブ１２Ｂとして図１４に示す。

図１４に示された検査プローブ１２Ｂでは、ガラスパイプ６１の中空領域内に光ファイバ６５が設けられ、この光ファイバ６５から出射された照射光１０１を集光するための集光レンズ６６が設けられている。集光レンズ６６により集光された照射光１０１は、反射ミラー６４により反射されて開口部６３を通過して検査対象物８０に照射されることになる。

図１４に示した構造の検査プローブ１２Ｂの断面図を図１５に示す。図１５を参照すると、検査プローブ１２Ｂでは、ガラスパイプ６１の中心の中空領域内に、光ファイバ６５が収容された構造となっているのが分かる。

なお、上記の実施形態では、ガラスパイプ６１を用いて検査プローブ１２を構成する場合について説明したが、アクリル樹脂等の透明度の高い透明材料により形成されたパイプ状部材を用いて検査プローブを構成することも可能である。

１０ 円筒内面検査装置
１１ 本体部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 検査プローブ
１３ アーム
１４ 昇降装置
１５ 支柱
１６ レーザ発光装置
１７ 光電変換部
１８ 中空モータ
１９ 台座
２０ 端末装置
２１ 制御部
２２ 処理部
２３ 表示部
６１、６１Ａ ガラスパイプ
６２ 外装部材
６３ 開口部
６４ 反射ミラー
６５ 光ファイバ
６６ 集光レンズ
７１ 穴あき基板
７２ 光電変換センサ
７３ レーザ光通過穴
７４ 穴あきミラー
７５ 集光レンズ
７６ 光電変換センサ
８０ 検査対象物
９１ 内側補強部材
９２ 光ファイバ
９３ コア
９４ クラッド
１０１ 照射光
１０２ 反射光
１１２ 検査プローブ
１１７ 光電変換部

図５（Ａ）を参照すると、検査対象物８０の検査対象面に傷等の異常が無い場合には、照射光１０１が照射点において均一に反射または散乱しているのが分かる。これに対して、図５（Ｂ）を参照すると、検査対象物８０の検査対象面に傷等の異常がある場合には、照射光１０１が照射点において均一に反射または散乱されず、特定の方向に反射または散乱されているのが分かる。

さらに、検査対象物８０の内面において反射された反射光１０２は、この開口部６３に入射して反射ミラー６４により反射されて、進行方向が９０度変化する。そして、進行方向が９０度変化した反射光１０２は、ガラスパイプ６１の中空領域以外の領域、つまり石英ガラスにより構成された領域を介して光電変換部１７まで伝送される。

Claims (4)

1. 円筒状の検査対象物の内面に照射するためのレーザ光を発生させるレーザ発光装置と、
   前記レーザ発光装置からのレーザ光を照射光として中空領域を介して伝送する透明材料により形成されたパイプ状部材と、前記パイプ状部材を内部に収容する円筒状の外装部材と、前記外装部材の先端部に設けられた反射部材とから構成され、前記照射光を前記パイプ状部材の中空領域を介して先端部まで伝送して当該先端部に設けられた前記反射部材により反射させることにより検査対象物の内面に前記照射光を照射し、検査対象物の内面から反射された反射光を前記反射部材により反射させて前記パイプ状部材の中空領域以外の領域を介して伝送する検査プローブと、
   前記検査プローブを回転させる回転装置と、
   前記検査プローブの先端部とは反対側の前記パイプ状部材の端面から出射された反射光を電気信号に変換する光電変換部と、
   前記レーザ発光装置、前記検査プローブ、前記回転装置および前記光電変換部とからなる本体部を移動させる移動装置と、
   を備えた円筒内面検査装置。
2. 前記光電変換部が、前記レーザ発光装置からのレーザ光を通過させるための穴が設けられ、当該穴の周囲に光電変換センサが装着され、当該光電変換センサが前記検査プローブの先端部とは反対側の前記パイプ状部材の端面と近接するような位置となるように配置された基板状部材により構成された請求項１記載の円筒内面検査装置。
3. 前記パイプ状部材の中空領域に、前記レーザ発光装置からのレーザ光を前記検査プローブの先端部まで伝送するための光ファイバが設けられている請求項１又は２記載の円筒内面検査装置。
4. 前記パイプ状部材が、石英ガラスにより構成されている円筒状のガラスパイプである請求項１から３のいずれか記載の円筒内面検査装置。

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