JP4339162B2

JP4339162B2 - 表面検査装置

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Publication number: JP4339162B2
Application number: JP2004103711A
Authority: JP
Inventors: 秀夫森
Original assignee: Kirin Techno System Co Ltd
Current assignee: Omron Kirin Techno System Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291771A

Description

本発明は、筒体の端面に形成されている平坦面及び該筒体の内周面を光学的走査手段を用いて走査し、平坦面及び内周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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平１１−２８１５８３号公報特開平８−３３４４７１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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及び該筒体の内周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及び該内周面に欠陥部が存在するか否かを連続的に検査する表面検査装置において、上記筒体の軸芯に沿った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、前記光軸に対して４５°の傾斜をなすように配設し、上記第１の反射面の反射方向に、円錐体の内面に形成された第２の反射面を、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、かつ、前記第２の反射面が前記光軸に対して４５°の傾斜をなすように配設すると共に、該第２の反射面を上記平坦面に対設し、上記平坦面を走査する時は、上記センサヘッド及び上記第１の反射面を一体に軸方向に移動させる手段によって、上記第１の反射面を上記円錐体内に挿入し、上記第１の反射面に対して上記センサヘッドを軸方向に移動させる手段によって、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となるように設定し、上記内周面を走査する時は、上記センサヘッド及び上記第１の反射面を一体に軸方向に移動させる手段によって、上記第１の反射面を上記筒体内に挿入し、上記第１の反射面に対して上記センサヘッドを軸方向に移動させる手段によって、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となるように設定する手段とを設けることを特徴とする。

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。

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。

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。

第３の表面検査装置は、第１〜第２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。

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。

第４の表面検査装置は、第３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。

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。

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検査することができて、使い勝手が良い。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、光学系・ミラー間距離ｄｍと、ミラー面１２ａから円筒体内周面２ａまでの距離との合計となる。この場合、ミラー面１２ａから円筒体内周面２ａまでの距離は一定であるため、光学系・ミラー間距離ｄｍも一定となる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次いで、ステップＳ３へ進み、（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）
から算出する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１形態による表面検査装置の概略構成図同、図１に示す回転筒の右側面断面図同、円錐体の平面図同、センサヘッドの拡大断面図同、図４のＶ−Ｖ断面図同、演算回路部の構成図同、フォトセンサで検出した電圧値としきい値との関係を示す波形図同、検査開始位置設定ルーチンを示すフローチャート同、内周面検査ルーチンを示すフローチャート同、対物光学系から第１の反射面までの距離を算出する手順を示す説明図第２形態による表面検査装置の概略構成図

符号の説明

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

Claims

筒体の端面に形成された平坦面及び該筒体の内周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及び該内周面に欠陥部が存在するか否かを連続的に検査する表面検査装置において、
上記筒体の軸芯に沿った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、前記光軸に対して４５°の傾斜をなすように配設し、
上記第１の反射面の反射方向に、円錐体の内面に形成された第２の反射面を、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、かつ、前記第２の反射面が前記光軸に対して４５°の傾斜をなすように配設すると共に、該第２の反射面を上記平坦面に対設し、
上記センサヘッド及び上記第１の反射面を一体に軸方向に移動させる手段と、
上記第１の反射面に対して上記センサヘッドを軸方向に移動させる手段と、
上記平坦面を走査する時は、上記センサヘッド及び上記第１の反射面を一体に軸方向に移動させる手段によって、上記第１の反射面を上記円錐体内に挿入し、上記第１の反射面に対して上記センサヘッドを軸方向に移動させる手段によって、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となるように設定し、上記内周面を走査する時は、上記センサヘッド及び上記第１の反射面を一体に軸方向に移動させる手段によって、上記第１の反射面を上記筒体内に挿入し、上記第１の反射面に対して上記センサヘッドを軸方向に移動させる手段によって、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となるように設定する手段とを設けることを特徴とする表面検査装置。
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請求項１記載の表面検査装置。
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
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
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
ことを特徴とする請求項３記載の表面検査装置。