JP4775943B2 - Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same - Google Patents
Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP4775943B2 JP4775943B2 JP2005242075A JP2005242075A JP4775943B2 JP 4775943 B2 JP4775943 B2 JP 4775943B2 JP 2005242075 A JP2005242075 A JP 2005242075A JP 2005242075 A JP2005242075 A JP 2005242075A JP 4775943 B2 JP4775943 B2 JP 4775943B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- light
- objective lens
- inspection
- line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Description
本発明は検査装置及び検査方法並びにそれを用いたシリンダブロックの製造方法に関し、特に詳しくは鏡筒を挿入して検査する検査装置及び検査方法並びにそれを用いたシリンダブロックの製造方法に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus, an inspection method, and a cylinder block manufacturing method using the inspection apparatus, and more particularly to an inspection apparatus and an inspection method for inserting and inspecting a lens barrel and a cylinder block manufacturing method using the same.
自動車用エンジンなどの開発、生産において、シリンダブロックに設けられたシリンダ内壁の観察、検査、解析することが非常に重要である。シリンダ内径は例えば、30mm程度の非常に小さいものがあり、計測用の顕微鏡を挿入できないため、従来は、サンプルをカットしたり、レプリカを取るなどして、3次元計測を行なっていた。しかしながら、開発段階ではシリンダをカットすることもできるが、量産ラインにおける検査では、製品をカットできない。そのため、シリンダの内壁を非破壊で検査したいという要望がある。 In the development and production of automobile engines and the like, it is very important to observe, inspect and analyze the cylinder inner wall provided in the cylinder block. The inner diameter of the cylinder is very small, for example, about 30 mm, and a measurement microscope cannot be inserted. Conventionally, three-dimensional measurement has been performed by cutting a sample or taking a replica. However, the cylinder can be cut at the development stage, but the product cannot be cut by inspection in the mass production line. For this reason, there is a demand for non-destructive inspection of the inner wall of the cylinder.
このように、内壁を観察するための顕微鏡が開示されている(特許文献1、特許文献2参照)。これらの顕微鏡では、筒の先端側に、対物レンズ及びミラーが組み込まれた構成を有している。そして、筒をシリンダに挿入することにより、シリンダ内壁を観察している。また、シリンダ内に挿入されたレーザ変位計を旋回させて内径を測定するための装置が開示されている(特許文献3参照)。 Thus, the microscope for observing an inner wall is disclosed (refer patent document 1 and patent document 2). These microscopes have a configuration in which an objective lens and a mirror are incorporated on the distal end side of the cylinder. Then, the cylinder inner wall is observed by inserting the cylinder into the cylinder. Further, an apparatus for measuring an inner diameter by turning a laser displacement meter inserted in a cylinder is disclosed (see Patent Document 3).
さらに、レンズの合焦位置を変化させ、合焦位置におけるレンズの変位量から光学中心と内壁表面の距離を求める孔内面検査装置が開示されている(特許文献4参照)。特許文献4の段落0021には、ビームサイズ法、ナイフエッジ法、非点収差法、フーコー法などの差動検出方式を用いて合焦状態を検出している点が記載されている。また、段落0029には、ピンホール検出方式を採用することが可能である点も記載されている。これにより、孔部の内径や凹凸形状を高精度に計測することができる。
ところで、近年の自動車用シリンダブロックの製造工程では、より精密な検査が要求されている。シリンダ内壁の凹凸形状のみならず、その表面状態をより正確に観察、測定することが求められている。例えば、アルミニウム製シリンダの内壁には、ピストンとの摩擦を緩和するため、アルミニウムとは材質の異なる特殊な物質が突出している。これにより、シリンダとピストンとのクリアランスが保たれるとともに、シリンダ内壁を保護する油膜が安定して形成される。従って、異なる材質の突出物質の突出量と分布を管理することができれば、エンジンの性能と寿命を向上させることができる。 By the way, in the manufacturing process of the cylinder block for automobiles in recent years, more precise inspection is required. There is a demand for more accurate observation and measurement of not only the concave and convex shape of the cylinder inner wall, but also its surface state. For example, on the inner wall of an aluminum cylinder, a special substance having a different material from that of aluminum protrudes in order to reduce friction with the piston. Thus, the clearance between the cylinder and the piston is maintained, and an oil film that protects the cylinder inner wall is stably formed. Therefore, if the protruding amount and distribution of protruding materials of different materials can be managed, the performance and life of the engine can be improved.
上記のような、より精密な検査を行う場合、高い分解能の対物レンズや検出器を用いる必要がある。この場合、3次元測定を行うと、測定時間が長くなってしまう。特に、シリンダ内壁の広い領域あるいは全面を検査する場合、検査時間が長時間となり生産性が低下してしまうという問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、精密な検査を短時間で行うことができる検査装置及び検査方法並びにそれを用いたシリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。
When performing a more precise inspection as described above, it is necessary to use a high-resolution objective lens or detector. In this case, if three-dimensional measurement is performed, the measurement time becomes long. In particular, when inspecting a wide area or the entire surface of the cylinder inner wall, there is a problem that the inspection time is long and productivity is lowered.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an inspection apparatus and an inspection method capable of performing a precise inspection in a short time, and a method of manufacturing a cylinder block using the inspection apparatus. And
本発明の第1の態様にかかる検査装置は、試料(例えば、本発明の実施の形態にかかるシリンダブロック21)に設けられた孔(例えば、本発明の実施の形態にかかるシリンダ22)に対して鏡筒(例えば、本発明の実施の形態にかかる外筒35)を挿入して前記孔の内壁面を検査する検査装置であって、光源(例えば、本発明の実施の形態にかかる光源11)と、前記光源からの光をライン状の光に変換する光変換手段(例えば、本発明の実施の形態にかかるシリンドリカルレンズ42)と、前記ライン状の光を前記鏡筒に入射させる光学系(例えば、本発明の実施の形態にかかるコンフォーカル光学ヘッド12)と、前記鏡筒に入射したライン状の光を集光する対物レンズ(例えば、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ33)と、前記対物レンズの焦点位置を変化させる焦点位置変化手段(例えば、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ焦点合わせモータ32)と、前記鏡筒に設けられ、前記ライン状に変換された光を前記内壁面の方向に反射するミラー(例えば、本発明の実施の形態にかかる曲げミラー34)と、前記ミラーの反射方向を変化させるよう前記鏡筒を回転させ、前記ライン状の光を前記鏡筒の周方向に走査する周方向走査手段(例えば、本発明の実施の形態にかかるθ回転モータ31)と、前記内壁面で反射された反射光をコンフォーカル光学系を介して検出する検出器であって、前記反射光の方向に対応した設けられた検出画素を有する検出器(例えば、本発明の実施の形態にかかる検出器46)と、前記ライン状の光を前記鏡筒の軸方向に走査する軸方向走査手段(例えば、本発明の実施の形態にかかるミラー44)とを備えたものである。これにより、精密な検査を短時間で行うことができる
The inspection apparatus according to the first aspect of the present invention is provided for a hole (for example, a
本発明の第2の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記ライン状の光の長手方向が前記鏡筒の軸方向と略垂直な方向に沿うように、前記ライン状の光が前記内壁面に照射されているものである。これにより、焦点合わせを容易に行うことができる。 The inspection apparatus according to the second aspect of the present invention is the inspection apparatus described above , wherein the line-shaped light is arranged such that the longitudinal direction of the line-shaped light is substantially perpendicular to the axial direction of the barrel. The inner wall surface is irradiated. Thereby, focusing can be performed easily.
本発明の第3の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記対物レンズが前記鏡筒の軸上に配置され、前記ミラーが前記対物レンズよりも前記鏡筒の先端側に設けられているものである。これにより、狭小な孔に対して検査を行うことができる。 An inspection apparatus according to a third aspect of the present invention is the inspection apparatus described above, wherein the objective lens is disposed on an axis of the lens barrel, and the mirror is provided on a distal end side of the lens barrel with respect to the objective lens. It is what. Thereby, it can test | inspect with respect to a narrow hole.
本発明の第4の態様にかかる検査方法は、試料に設けられた孔に対して鏡筒を挿入し、ライン状の光を、前記鏡筒に入射させ、前記ライン状の光を前記孔の内壁面の方向に反射し、前記鏡筒に入射したライン状の光を前記内壁面に集光する対物レンズの焦点位置を変化させ、前記ライン状に光の方向に対応して配列された検出画素を有する検出器によって、前記内壁面で反射された反射光をコンフォーカル光学系を介して検出し、前記ライン状の光を前記鏡筒の軸方向に走査し、前記対物レンズの焦点位置を変化させた時の前記検出器からの検出データに基づいて前記対物レンズの合焦点位置を算出し、前記合焦点位置における前記検出データに基づいて前記試料の内壁面を検査するものである。これにより、精密な検査を短時間で行うことができる In the inspection method according to the fourth aspect of the present invention, a lens barrel is inserted into a hole provided in a sample, linear light is incident on the lens barrel, and the linear light is incident on the hole. Detection that is reflected in the direction of the inner wall surface, changes the focal position of the objective lens that focuses the linear light incident on the lens barrel on the inner wall surface, and is arranged in a line corresponding to the direction of the light A detector having pixels detects reflected light reflected by the inner wall surface via a confocal optical system, scans the line-shaped light in the axial direction of the lens barrel, and determines the focal position of the objective lens. The focal point position of the objective lens is calculated based on the detection data from the detector when changed, and the inner wall surface of the sample is inspected based on the detection data at the focal point position. As a result, precise inspection can be performed in a short time.
本発明の第5の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記前記ライン状の光が反射する方向を前記鏡筒の周方向に走査して、検査を行うものである。これにより、内壁全面に対する検査が可能になる。 An inspection method according to a fifth aspect of the present invention is the inspection method described above, wherein the inspection is performed by scanning the direction in which the line-shaped light is reflected in the circumferential direction of the lens barrel. As a result, the entire inner wall can be inspected.
本発明の第6の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記ライン状の光の長手方向が前記鏡筒の軸方向と略垂直な方向に沿うように、前記ライン状の光が前記内壁面に照射されることを特徴とするものである。これにより、焦点合わせを容易に行うことができる。 Inspection method according to a sixth aspect of the present invention, in the inspection method described above, so that the longitudinal direction of the line-shaped light along the axial direction and substantially perpendicular to the direction of the lens barrel, the line-shaped light The inner wall surface is irradiated. Thereby, focusing can be performed easily.
本発明の第7の態様にかかる検査方法は、上述の検査方法において、前記試料に設けられた孔がエンジン用シリンダブロックに設けられたシリンダであり、前記シリンダブロックの内壁面から突出した突出物質の分布及び体積を前記合焦点位置の変化及び前記検出データに基づいて算出して前記シリンダブロックの検査を行うものである。これにより、検査をより精密に行うことができる。 An inspection method according to a seventh aspect of the present invention is the above-described inspection method, wherein the hole provided in the sample is a cylinder provided in the engine cylinder block, and the protruding material protrudes from the inner wall surface of the cylinder block. The cylinder block is inspected by calculating the distribution and the volume of the cylinder based on the change of the in-focus position and the detection data. Thereby, an inspection can be performed more precisely.
本発明の第8の態様にかかる検査装置は、上述の検査装置において、前記検出データをしきい値と比較した結果に基づいて突出物質であるか否かを判定して前記突出物質の分布を算出し、前記突出物質であると判定された箇所における前記合焦点位置の変化に基づいて前記突出物質の体積を算出するものである。これにより、検査をより精密に行うことができる。 An inspection apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the above-described inspection apparatus, wherein the inspection apparatus determines whether the substance is a protruding substance based on a result of comparing the detection data with a threshold value, and determines the distribution of the protruding substance. The volume of the protruding material is calculated based on the change in the focal position at the location determined to be the protruding material. Thereby, an inspection can be performed more precisely.
本発明の第9の態様にかかるシリンダブロックの製造方法は、上述の検査装置によってシリンダブロックの検査を行い、検査の結果により良否判定を行なうものである。これにより、生産性を向上することができる。 The cylinder block manufacturing method according to the ninth aspect of the present invention is such that the cylinder block is inspected by the above-described inspection apparatus, and the quality is determined based on the inspection result. Thereby, productivity can be improved.
本発明によれば、精密な検査を短時間で行うことができる検査装置及び検査方法並びにそれを用いたシリンダブロックの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inspection apparatus and inspection method which can perform a precise inspection in a short time, and the manufacturing method of a cylinder block using the same can be provided.
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。 Hereinafter, embodiments to which the present invention can be applied will be described. The following description is to describe the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. Moreover, those skilled in the art can easily change, add, and convert each element of the following embodiments within the scope of the present invention. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same element, and duplication description is abbreviate | omitted as needed for clarification of description.
本発明にかかる検査装置の構成について図1を用いて説明する。図1は、検査装置の全体構成を示す側面図である。図1において、10はベース、11はZガイド、12はコンフォーカル光学ヘッド、13はステージ、14は台座ブロック、21はシリンダブロック、22はシリンダ、31はθ回転モータ、32は対物レンズ焦点合わせモータ、33は対物レンズ、34は曲げミラー、35は外筒、36は内筒、37は軸受である。本実施の形態では、自動車エンジンのシリンダブロックを検査する例について説明する。すなわち、本実施の形態では、試料がシリンダ22を複数有するシリンダブロック21であるとして説明する。そして、シリンダ22の内壁表面を観察、測定し、表面に形成されている突出物質の分布や体積を求める。この突出物質の分布や体積により、シリンダブロック21の良否判定が行なわれる。なお、本実施の形態では、図1に示すように、鉛直方向をZ方向とし、シリンダ22の軸方向をY方向とする。さらに、Z方向及びY方向に垂直な方向をX方向とする。
The configuration of the inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of the inspection apparatus. In FIG. 1, 10 is a base, 11 is a Z guide, 12 is a confocal optical head, 13 is a stage, 14 is a pedestal block, 21 is a cylinder block, 22 is a cylinder, 31 is a θ rotation motor, and 32 is an objective lens focusing device. A motor, 33 is an objective lens, 34 is a bending mirror, 35 is an outer cylinder, 36 is an inner cylinder, and 37 is a bearing. In this embodiment, an example of inspecting a cylinder block of an automobile engine will be described. That is, in the present embodiment, description will be made assuming that the sample is a
ベース10の上には、ステージ13が設けられている。ステージ13は、例えば、X―Yステージであり、シリンダブロック21を水平方向(XY方向)に移動させることができる。ステージ13上には、高さ調整のための台座ブロック14を介して、シリンダブロック21が載置されている。このシリンダブロック21は、図2に示すように、4つのシリンダ22が設けられている。なお、図2はシリンダブロック21の構成を示す正面図である。シリンダブロック21には設けられた4つのシリンダ22は鉛直方向に沿って配置されている。本実施の形態にかかる検査装置100は、シリンダ22の内壁を観察して、検査を行う。
A
図1に示すように、本実施の形態にかかる検査装置100では、検査を行うために設けられたコンフォーカル光学ヘッド12がZガイド11を介してベース10に取り付けられている。コンフォーカル光学ヘッド12は、Zガイド11に沿ってZ方向に移動する。すなわち、コンフォーカル光学ヘッドはZガイド11によってスライド可能に設けられている。従って、コンフォーカル光学ヘッド12を鉛直方向に移動させ、シリンダブロック21の大きさ及びシリンダ22の位置に応じた高さ調整を行なうことができる。
As shown in FIG. 1, in the
コンフォーカル光学ヘッド12には、光源や検出器を含む光学系が設けられている。コンフォーカル光学ヘッド12に内包されている光学系の構成については後述する。このコンフォーカル光学ヘッド12のステージ13側からは、内筒36及び外筒35がY方向に突出して設けられている。内筒36及び外筒35は、鏡筒であり、中空の円筒状に形成されている。よって、内筒36及び外筒35の内部が照明光及び検出光の光路となる。すなわち、コンフォーカル光学ヘッド12に設けられている照明用の光源から出射された照明光が、内筒36及び外筒35の内部を通って、シリンダ22の内壁に照射される。そして、シリンダ22の内壁で反射された反射光が、内筒36及び外筒35の内部を通って、コンフォーカル光学ヘッド12に設けられた検出器に検出される。コンフォーカル光学ヘッド12から延設された内筒36の先端側には、円筒状の対物レンズ33が取り付けられている。コンフォーカル光学ヘッド12から延設された外筒35の先端側には、曲げミラー34が取り付けられている。
The confocal
外筒35は、軸受37を介してコンフォーカル光学ヘッド12の筐体に取り付けられている。従って、外筒35は、コンフォーカル光学ヘッド12に対して回転可能に取り付けえられている。外筒35はY軸を回転中心として、回転する。外筒35の内部には、内筒36が挿入されている。内筒36は外筒35の内径よりも小さく設けられている。内筒36と外筒35の間には、内筒36をスライドさせるためのリニア軸受などが設けられている。また、内筒36と外筒35とは同心軸となっている。内筒36及び外筒35は、Y方向に沿って設けられている。従って、内筒36は、Y方向にスライド移動する。
The
外筒35に設けられた曲げミラー34がシリンダ22の内部に挿入される。具体的には、ステージ13上に設けられた台座ブロック14の上に、シリンダブロック21を載置する。そして、外筒35をシリンダ22の内部に挿入されるよう、Zガイド11によってコンフォーカル光学ヘッド12の高さを調整する。さらに、シリンダ22の内部に外筒35が挿入されるよう、ステージ13のX方向の位置を調整する。そして、ステージ13をY方向に移動させ、シリンダブロック21とコンフォーカル光学ヘッド12を近づけていく。そして、シリンダ22の内部に曲げミラー34が挿入されるまで、ステージ13を移動させる。このとき、シリンダ22の中心軸と、外筒35の中心軸が一致するように、ステージ13及びZガイド11を駆動することが好ましい。
A bending
コンフォーカル光学ヘッド12に設けられた照明光源からの光ビームは、内筒36の内部に導入される。このとき、光ビームの光軸は、内筒36及び外筒の中心軸と一致するよう光学系が配設されている。従って、光ビームはY方向に沿って内筒36及び外筒35の先端側まで伝播されて、対物レンズ33に入射する。そして、光ビームは、対物レンズ33により屈折されて、曲げミラー34に入射する。曲げミラー34の反射面は、光ビームの光軸に対して45°傾けて配置されている。よって、光ビームは図1に示すように90°曲げられる。ここで、外筒35の側面には、曲げミラー34で曲げられた光ビームが通過するよう窓部が設けられている。具体的には、外筒35側面には、鉛直下方側に光ビームを透過する開口が設けられている。なお、開口に限らず、光を透過する透明板を設けてもよい。曲げミラー34で曲げられた光ビームは、シリンダ22の内壁に照射される。そして、シリンダ22の内壁で反射された光ビームは、入射光の経路と同様の経路で伝播し、コンフォーカル光学ヘッド12に設けられた検出器で検出される。
The light beam from the illumination light source provided in the confocal
コンフォーカル光学ヘッド12には、θ回転モータ31が設けられている。θ回転モータ31は、Y軸を回転軸として外筒35をθ方向(周方向)に回転させる。これにより、曲げミラー34が回転して、シリンダ22内壁における光ビームの入射位置が変化する。すなわち、曲げミラー34による反射方向及び窓部の位置が対物レンズ33の光軸を中心軸として回転する。これにより、光ビームをシリンダ22のθ方向(周方向)に沿って走査することができる。すなわち、光ビームの曲げ方向を図1に示す鉛直下方以外の方向にすることができる。そして、θ回転モータ31を駆動して360°回転させると、シリンダ22の内壁全周を観察することができる。また、コンフォーカル光学ヘッド12に設けられた振動ミラー等を振動させることにより、シリンダ内壁における光ビームの入射位置がY方向に移動する。これにより、光ビームをシリンダ22の軸方向に走査することができる。さらに、ステージ13をY方向に移動させることにより、シリンダ22に対する光ビームの入射位置をずらすことができる。よって、シリンダ22内壁の全面に照明用の光ビームを入射させることができ、シリンダ22内壁全体に対して観察、測定を行うことができる。
The confocal
さらに、コンフォーカル光学ヘッド12には、対物レンズ焦点合わせモータ32が設けられている。対物レンズ焦点合わせモータ32を駆動させることにより、内筒36がY方向にスライド移動する。これにより、内筒36に取り付けられた対物レンズ33のY方向の位置が変化する。よって、対物レンズ33の焦点位置を変えることができる。すなわち、対物レンズ33の合焦点位置を光軸方向に沿って走査することができる。具体的には対物レンズの焦点位置がZ方向に変化するため、シリンダ22の半径方向(r方向)に合焦点位置を走査することができる。これにより、容易に焦点合わせを行なうことができ、シリンダ22内壁の任意の箇所において、合焦点位置での観察が可能になる。このとき、曲げミラー34が設けられた外筒35の位置は変わらないため、光ビームはシリンダ22内壁の同じ位置に入射する。すなわち、対物レンズ33が固定された内筒36の位置を変化させても、コンフォーカル光学ヘッド12の筐体に固定された外筒35の位置は、変化しない。
Further, the confocal
次に、本実施の形態にかかる検査装置の光学系の構成について、図3を用いて説明する。図3(a)は、本実施の形態にかかる検査装置の光学系の構成を示す図である。図3(b)は、検査装置の光学系の鏡筒部分を拡大して示す側面断面図である。なお、図1及び図2と同様の構成については説明を省略する。コンフォーカル光学ヘッド12の筐体内には、光源41、シリンドリカルレンズ42、偏光ビームスプリッタ(以下、PBS)43、λ/4板51、ミラー44、検出器46、レンズ47、レンズ48及びリレーレンズ49が設けられている。光源41は、例えば、レーザ光源であり、シリンダ内壁を照明するための光ビームを出射する。光源41からの光ビームは、シリンドリカルレンズ42によってライン状の光に変換される。すなわち、シリンドリカルレンズ42は、X方向に対応する方向に光ビームを屈折する。なお、光源41からの光ビームをライン状の光に変換する光変換手段は、シリンドリカルレンズ42に限らずスリットなどでもよい。また、光源41はレーザ光源に限らず、ランプ光源などであってもよい。
本発明における検査装置に用いられているコンフォーカル顕微鏡は、例えば、本件出願人による特開平10−104523号公報に示されているように、ライン照明を走査ミラー等を用いてライン照明の長手方向と直交する方向に試料上で走査し、これを1次元イメージセンサで同期検出することにより、1視野分の2次元コンフォーカル画像(スライス画像)を得るものである。さらに、焦点を光軸方向に移動しながら、各焦点位置とスライス画像を焦点移動メモリに記録し、これらを画像処理することによって3次元構造や断面形状、体積等を計算、表示することが出来る。言い換えれば、表面の高さはスライス画像のピークを示す画素に対応する焦点位置から求まる。
Next, the configuration of the optical system of the inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of an optical system of the inspection apparatus according to the present embodiment. FIG. 3B is an enlarged side sectional view showing a lens barrel portion of the optical system of the inspection apparatus. Note that the description of the same configuration as in FIGS. 1 and 2 is omitted. In the housing of the confocal
The confocal microscope used in the inspection apparatus according to the present invention is, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-104523 filed by the applicant of the present application, in the longitudinal direction of the line illumination using a scanning mirror or the like. The sample is scanned in a direction orthogonal to the sample, and this is synchronously detected by a one-dimensional image sensor, thereby obtaining a two-dimensional confocal image (slice image) for one field of view. Furthermore, while moving the focal point in the optical axis direction, each focal point position and slice image are recorded in the focal point movement memory, and by processing these images, a three-dimensional structure, a cross-sectional shape, a volume, and the like can be calculated and displayed. . In other words, the height of the surface is obtained from the focal position corresponding to the pixel indicating the peak of the slice image.
図3(a)に示すように、シリンドリカルレンズ42から出射されたライン状の光ビームは、レンズ47で屈折され、PBS43に入射する。PBS43は入射した光ビームの一部をミラー44の方向に反射する。PBS43は、例えば、P偏光成分を透過し、S偏光成分を反射する。ここでは、光源41の光を効率よく反射するよう、偏光軸が調整されている。PBS43とミラー44の間には、λ/4板51が配設されている。λ/4板51は、PBS43で反射されたS偏光成分を円偏光する。λ/4板を透過した光はミラー44に入射する。ミラー44は、PBS43からの光ビームを対物レンズ33の方向に反射する。また、ミラー44は、ガルバノミラーなどの走査ミラーである。ミラー44を振動させることにより、光ビームが走査される。ここで、ミラー44は内筒36及び外筒35の中心軸の延長線上に配置されている。これにより、ライン状の光ビームは内筒36及び外筒35の内部に入射する。ミラー44で反射された光ビームは、リレーレンズ49を介して、内筒36及び外筒35の内部に入射する。そして、光ビームは、内筒36及び外筒35の中心軸に沿って伝播し、対物レンズ33に入射する。ここで、図3(b)に示すように、シリンダ22の中心軸、すなわち、内筒36及び外筒35を中心軸をθy軸とする。そして、コンフォーカル光学ヘッド12からの光ビームは、θy軸に沿って伝播する。なお、シリンダ22の中心軸であるθy軸と、ステージ13のY軸とは一致している。図3(a)に示すように、対物レンズ33は入射した光ビームを屈折して、シリンダ22内壁に集光する。また、対物レンズ33の出射側には、曲げミラー34が設けられており、対物レンズからの光ビームを90°曲げてシリンダ22内壁に照射する。このとき、図3(b)に示すように曲げミラー34で反射された光ビームは、外筒35に設けられた開口35aを通過する。このように、シリンドリカルレンズ42によってライン状に変換された光はシリンダ22の内壁に結像される。
As shown in FIG. 3A, the linear light beam emitted from the cylindrical lens 42 is refracted by the lens 47 and enters the
対物レンズ33を曲げミラー34と光源41の間の光路中に配置することによって、外筒35の外径を小さくすることができる。すなわち、曲げミラー34で曲げた光ビームを対物レンズ33に入射させる構成の場合、対物レンズ33の長さだけ、直径が大きくなってしまう。したがって、細いシリンダ22に挿入することができなくなってしまう。よって、曲げミラー34を対物レンズ33の先端側に設ける構成とすることが好ましい。これにより、内径が小さいシリンダ22に対しても検査を行うことができる。この場合、長作動対物レンズを使用し、先端に曲げミラーを取り付けることで、例えば、内径が30mm程度のシリンダ22に対して検査を行うことができる。
By disposing the
曲げミラー34で曲げられた光ビームは、シリンダ22内壁に対して略垂直に入射する。従って、シリンダ22内壁の表面で反射された反射光は、対物レンズ33からシリンダ22内壁に入射した入射光と同様の光路を伝播していく。すなわち、シリンダ22内壁で反射された反射光は、曲げミラー34で反射されて、対物レンズ33に入射する。そして、対物レンズ33に入射した反射光は、対物レンズ33で屈折され、リレーレンズ49で屈折され、ミラー44に入射する。ミラー44は対物レンズ33からの反射光をλ/4板51に反射する。PBS43に入射した反射光の一部は、PBS43を透過して、レンズ48で屈折され、検出器46に入射する。ここで、反射光は、λ/4板を通過するため、円偏光が直線偏光になる。そして、光源41からの光ビームがλ/4板51を往復で2回通過するため、P偏光がS偏光に偏光される。よって、反射光はPBS43を透過して、検出器46に効率よく入射する。
The light beam bent by the bending
検出器46は、例えば、1次元ラインCCDカメラであり、入射した光の強度に応じた検出信号を出力する。検出器46に設けられた複数の画素はシリンダ22内におけるX方向に対応する方向に設けられている。すなわち、検出器46の検出画素は、曲げミラー34及び対物レンズ33から出射されたライン状の反射光の方向に沿って配列されている。検出器46の受光面とシリンダ22内壁の表面とは、共役な結像関係に配置されている。すなわち、コンフォーカル光学ヘッド12に含まれる光学系及び対物レンズ33とはスリットコンフォーカル光学系を構成している。これにより、シリンドリカルレンズ42でライン状に変換された光ビームが対物レンズ33によってシリンダ22内壁の表面に集光される。さらに、シリンダ22内壁の表面で反射された反射光が検出器46の受光面で結像する。検出器46はコンフォーカル光学系を介して入射した光を検出している。従って、焦点がずれた位置からの反射光は検出器46の受光面の位置でぼやけてしまい、受光面の外側を通過するため光強度が弱くなる。これにより焦点から外れた像は消失してしまい、内壁表面の検査を精度よく行うことができる。対物レンズ33の合焦点位置以外からの反射光は、検出器46の検出画素に入射しなくなる。検出器46は検出したデータを処理装置(図示せず)に出力する。
The
コンフォーカル光学系では、対物レンズ33の合焦点位置が試料表面に配置されているとき、最も検出光量が大きくなる。よって、シリンダ22内壁の表面に集光されているとき、最も検出光量が大きくなる。本発明では、図3(b)に示すように内筒36と外筒35との間に、リニア軸受38が設けられている。これにより、内筒36が外筒35と対してスライド移動する。従って、対物レンズ焦点合わせモータ32を駆動して、内筒36の位置を移動させることによって、焦点位置を変化させることができる。そして、検出器46の検出光量が最大となっている位置が合焦点位置と判別される。すなわち、検出光量が最大となっている時の内筒36の位置により、合焦点位置におけるシリンダ22内壁と対物レンズ33との距離が算出される。そして、照明領域を走査したときの合焦点位置の変化を算出することにより、シリンダ22の表面形状を求めることができる。さらに、シリンダ22内壁の凹凸形状及び内径を求めることも可能である。具体的には、シリンダ22内壁表面に凸状となっている箇所では、合焦点位置が対物レンズに近くなる。これにより、シリンダ22内壁の表面に形成された突出物質の分布を求めることができる。また、合焦点位置は検出器46の各画素毎に判定される。
In the confocal optical system, when the in-focus position of the
次、シリンダブロック21の検査手順について図4を用いて説明する。図4は、シリンダブロック21を帯状に検査する手順を示すフローチャートである。まず、検査するシリンダブロック21を検査装置のステージ13上にセットする(ステップS101)。具体的には、観察対象のシリンダブロック21をステージ13の上に載置する。次に、XYZ軸を動かして、曲げミラー34をシリンダ22の内部に挿入する(ステップS102)。Z軸の駆動には、Zガイド11が用いられ、X軸及びY軸の駆動には、ステージ13が用いられる。そして、曲げミラー34がシリンダ22のコンフォーカル光学ヘッド12側の端部に配置される。これにより、シリンダ22の端部に照明用の光ビームを照射することができる。
Next, the inspection procedure of the
次に、対物レンズ33を焦点方向に走査し、データを取得する(ステップS103)。具体的には、対物レンズ焦点合わせモータ32を駆動して、対物レンズ33が取り付けられた内筒36の位置をY方向に変化させる。これにより、対物レンズ33の焦点位置が光軸方向に沿って走査される。そして、対物レンズ33を走査しながら検出器46で検出を行う。検出器46からの検出データは処理装置に記憶される。
Next, the
ここで、シリンダ22内壁の表面において、ライン状の光ビームの長手方向をθy方向と垂直な方向とすることが好ましい。すなわち、ライン状の光ビームをY方向と垂直な方向に沿って集光することが好ましい。換言すると、図5に示すように、シリンダ22内壁におけるライン状の光ビームの照射領域50を、シリンダ22の軸方向(Y方向)と垂直な方向に配置することが好ましい。なお、図5は、シリンダ22の表面における光ビームの照射領域50を模式的に示す斜視図である。図5に示す照射領域50は、各視野に対応している。このように、照射領域50を配置することにより、焦点合わせを容易に行うことができる。例えば、曲げミラー34が光ビームを鉛直下方に反射している場合について考えると、X方向に沿って照射領域50を照射した場合、シリンダ22内の湾曲面上に照射領域50が配置される。シリンダ22が円筒状になっているため、X方向の位置が変わると、Z方向の高さが変わる。シリンダ22内壁の表面に光ビームが集光されると、照射領域50の一部では合焦点位置となる。この場合、検出器46のいずれかの画素が合焦点位置となり、検出光量が大きくなる。すなわち、検出器46の全ての画素で検出光量が弱くなることを防ぐことができ、焦点合わせを容易に行うことができる。
Here, on the surface of the inner wall of the
例えば、ライン状の照射領域50の中心近傍が合焦点位置になっている場合、検出器46の中心近傍の画素で検出光量が大きくなる。このとき、ライン状の照明領域の両端近傍では、合焦点位置とならないため、検出器46の画素が両端に近づくほど検出光量が弱くなる。そして、対物レンズ33をシリンダ22内壁の表面から遠ざけていくと、照射領域50の中心近傍が合焦点位置から離れ、照射領域50の両端近傍が合焦点位置となる。このように、いずれかの画素が合焦点位置となっているため、対物レンズ33の走査を容易に行うことができる。さらには、合焦点位置となる画素の変化によって、対物レンズ33の走査方向を判断することができるため、効率よく走査することができる。
For example, when the vicinity of the center of the line-shaped
上記のように対物レンズ33を走査することによって、データを取得することができる。ここでは、照射領域50において、シリンダ22の半径方向の位置による検出光量の変化を求めることができる。すなわち、対物レンズ33を光軸方向に沿って変化して、焦点位置をシリンダの半径方向(r方向)に走査しながら、反射光を検出する。これにより、検出器46の各画素において、対物レンズ33の焦点位置と、検出した光量とが対応付けて、処理装置に記憶される。すなわち、対物レンズ33の焦点位置は、対物レンズ焦点合わせモータ32の位置情報に基づいて算出される。なお、処理装置の構成については後述する。ここで、各画素において検出光量が最大となるときの対物レンズ33の位置が、その画素における合焦点位置に対応する。処理装置は、検出器46からの検出データに基づいて、検出光量が最大のときの対物レンズの位置を、合焦点位置として判別する。また、処理装置は各画素毎に合焦点位置を算出する。
Data can be acquired by scanning the
次に、Y軸を1視野分移動して、データを取得する(ステップS104)。具体的には、まず、ミラー44の傾きを変えて、光ビームの反射方向に変化させる。そして、光ビームを1視野分移動して、照射領域50をY方向にずらす。これにより、図5に示す照射領域50がY方向に移動する。すなわち、光ビームのθy軸における入射位置が1視野分ずれる。そして、ステップS103と同様に対物レンズ33を走査して、データを取得する。
Next, the Y axis is moved by one field of view to acquire data (step S104). Specifically, first, the inclination of the
そして、上記の処理を繰り返し、シリンダ22の長手方向のデータを全て取得する(ステップS105)。すなわち、照射領域50を1視野分ずつ、ずらしていき、軸方向(Y方向)に走査を行う。すなわち、ミラー44を駆動して、光ビームの入射位置をずらしていく。さらに、ステージ13を駆動して、シリンダ22の位置を移動させる。そして、シリンダ22の反対側の端部まで照明されるまで、照射領域50を移動していく。これにより、シリンダ22内壁の3次元データを取得することができる。ここでは、シリンダ22の円周方向に走査を行っていないため、帯状の領域のデータを取得することができる。すなわち、θ回転モータを動作させていないため、図5に示すように、Y方向に沿ったシリンダ22の帯状の領域が照明される。
Then, the above process is repeated to acquire all the data in the longitudinal direction of the cylinder 22 (step S105). That is, the
そして、処理装置の解析ソフトにより上記のデータに基づいて、画面つなぎを行なう(ステップS106)。具体的には、処理装置により画像処理が行なわれ、検出データとその座標に基づいて各画素のデータがつなぎ合わされる。これにより、検出データが照明位置に応じて帯状につなぎ合わされる。そして、帯状につながった3次元データを解析し、シリンダ22内壁に形成された突出物質の分布と体積を求める(ステップS107)。そして、突出物質の分布及び体積を規格と比較し、合否判定する(ステップS108)。このようにして、シリンダ22の内壁の検査が行われる。また、上記の工程を繰り返し、シリンダブロック21に設けられている全4つのシリンダ22に対して検査を行ってもよい。
Then, the screen is connected based on the above data by the analysis software of the processing device (step S106). Specifically, image processing is performed by the processing device, and the data of each pixel is connected based on the detected data and its coordinates. As a result, the detection data is connected in a band shape according to the illumination position. Then, the three-dimensional data connected in a strip shape is analyzed, and the distribution and volume of the protruding substance formed on the inner wall of the
上記のように、ライン状の光を用いて照明することにより、検査時間を短縮することができる。さらに、ライン状の光を軸方向と略垂直な方向に照射することにより、対物レンズの走査を容易に行なうことができる。この場合、光軸と、シリンダ22の軸とが一致していないときでも、焦点合わせを容易に行うことができる。すなわち、光軸とシリンダ22の軸が一致していない場合、照射領域を走査すると、合焦点位置がシリンダ22の表面からずれることがある。内壁表面から合焦点位置が完全にずれてしまうと、再度、対物レンズを合焦点位置に移動させるために、長時間を要してしまうことがある。しかしながら、ライン状の光を軸方向と垂直な方向に照射することにって、いずれかの画素において合焦点位置となるため、容易に焦点合わせを行うことができる。なお、ステージ13を駆動してY方向の走査を行う構成に限らず、コンフォーカル光学ヘッド12を駆動して走査を行ってもよい。すなわち、シリンダ22の軸方向における曲げミラー34とシリンダ22との相対位置を変化させるよう、シリンダブロック及び光学系の少なくとも一方を移動させればよい。さらに、焦点位置の走査は、対物レンズ33を移動させる構成に限られるものではない。例えば、対物レンズ以外のレンズ等を移動して、焦点位置を走査してもよい。
As described above, the inspection time can be shortened by illuminating with line-shaped light. Furthermore, the objective lens can be easily scanned by irradiating the line-shaped light in a direction substantially perpendicular to the axial direction. In this case, focusing can be easily performed even when the optical axis and the axis of the
上記の検査では、帯状の領域を検査したが、シリンダ22内壁の全体を検査するようにしてもよい。この場合、検査手順は図6に示すようになる。図6は、シリンダ22内壁全体を検査する場合の検査手順を示すフローチャートである。なお、図4と同様の工程については、説明を省略する。
In the above inspection, the band-shaped region is inspected, but the entire inner wall of the
まず、シリンダブロック21を検査装置のステージ13にセットする(ステップS202)。次に、XYZ軸を動かして、曲げミラー34をシリンダ22の内部に挿入する(ステップS202)。そして、対物レンズ33を焦点方向に走査し、データを取得する(ステップS203)。データ取得が完了したら、Y軸に1視野分移動して、データを取得する(ステップS204)。そして、ステップS204を繰り返して、長手方向のデータを全て取得する(ステップS205)。これにより、シリンダ22の帯状の領域が観察される。上記のステップS201〜ステップS205までの工程は、図4で示したステップS101〜ステップS105までの工程と同様であるため説明を省略する。このようにして、シリンダ22内壁の帯状の領域のデータを取得する。
First, the
次に、ステージ13をY方向に移動して、曲げミラー34に対するシリンダ22の位置を元に戻す(ステップS206)。これにより、曲げミラー34の位置がシリンダ22の端部に戻る。そして、θ回転モータ31により、円周方向に1視野分曲げミラーを回転させ、データを取得する(ステップS207)。さらに、ステップS103と同様に焦点位置を走査して、データを取得する。そして、ステップS204と同様に、Y軸を1視野分移動して、データを取得する(ステップS208)。そして、ステップS208を繰り返し、長手方向のデータを取得する(ステップS209)。これにより、シリンダ22の2視野分の帯状領域に対して、データが取得される。
Next, the
さらに、ステップS206〜ステップS209を1周分繰り返し、シリンダ22内壁全面に対するデータを取得する(ステップS210)。これにより、シリンダ22内壁全体に対する3次元データが取得され、シリンダ22の内壁全面をコンフォーカル顕微鏡で観察することができる。そして、上記のデータに対して解析ソフトにより画面つなぎを行なう(ステップS211)。これにより、検出データを筒状につなぐことができる。そして、筒状につながったデータを解析し、突出物質の分布と体積を求める(ステップS212)。そして、突出物質の分布及び体積を規格と比較し、合否判定する(ステップS213)。これにより、シリンダ22の内壁全面に対する観察、測定を行なうことができる。よって、より正確に検査を行うことができる。なお、シリンダ22の内壁全面に対する検査に限らず、シリンダ22内壁の一部の領域に対して検査を行うようにしてもよい。すなわち、シリンダ22に対して検査を行う領域に対して光ビームを照射するよう走査を行えばよい。また、光軸とシリンダ22の軸が一致していない場合、θ方向に走査を行うと、内壁表面から焦点位置がずれてしまう。しかしながら、軸方向と垂直な方向に光を照射することによって、内壁表面から焦点位置が完全にずれるのを防ぐことができる。したがって、光軸とシリンダ22の軸が一致していない場合でも走査を容易に行うことができる。これにより、光軸とシリンダ22の軸とを正確に一致させる必要がなくなるため、容易に検査を行うことができる。
Further, step S206 to step S209 are repeated for one round, and data for the entire inner wall of the
次に、上記の検査処理を行なう処理装置の構成について、図7及び図8を用いて説明する。図7は検査装置の構成を示すブロック図である。図8はシリンダの内壁表面を模式的に示す図である。処理装置70は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、データ記憶部71、合焦点位置算出部72、分布算出部73、体積算出部74と、良否判定部75及び制御部76を備えている。処理装置70は、ステージ13、θ回転モータ31、対物レンズ焦点合わせモータ32及び検出器46と接続されている。
Next, the configuration of the processing apparatus that performs the above-described inspection processing will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the inspection apparatus. FIG. 8 is a diagram schematically showing the inner wall surface of the cylinder. The
データ記憶部71は、検出器46からの検出データを記憶する。制御部76は、ステージ13、θ回転モータ31及び対物レンズ焦点合わせモータ32の駆動制御を行う。そして、ステージ13、θ回転モータ31及び対物レンズ焦点合わせモータ32の位置情報は、検出データと対応付けられてデータ記憶部71に記憶される。すなわち、データ記憶部71には、シリンダ22内壁表面に対する焦点位置の座標と、検出光量とが対応付けて記憶される。具体的には、ミラー44の角度、ステージ13のY方向の位置、曲げミラー34の回転角度及び対物レンズ33のY方向の位置等を検出器46からの検出データに対応付けて記憶する。
The
合焦点位置算出部72は、データ記憶部71に記憶されたデータに基づいて合焦点位置を算出する。すなわち、各画素において、検出光量が最も大きいときの、対物レンズ33の位置(対物レンズ焦点合わせモータ32の位置情報)に基づいて合焦点位置を算出する。各座標に対して検出された、合焦点位置での検出データをつなぎ合わせると、図8(a)に示すようになる。ここで、60はシリンダ内壁、61はシリンダ内壁から突出した突出物質である。突出物質61は、通常、Alからなるシリンダ内壁60よりも反射率が低い。従って、突出物質61が形成されている箇所では、検出器46での検出光量が低下する。このようにシリンダ22の内壁表面では、材質の違いによって反射率に差が生じる。
The in-focus
分布算出部73は突出物質の分布を算出する。具体的には、合焦点位置での検出データとしきい値とを比較し、検出光量が一定以下であるシリンダ内壁60の箇所に突出物質61が形成されていると判定する。すなわち、検出光量がしきい値以下の箇所が突出物質と判定され、しきい値以上の箇所は突出物質61でないと判定する。これにより、シリンダ22の内壁における突出物質61の分布を算出することができる。この判定結果は、図8(b)に示すようになる。このように、コンフォーカル光学系を介して検出することによって、内壁表面の反射率の違いによって生じる検出光量に差に基づいて突出物質の分布を算出することができる。
The
そして、体積算出部74は、シリンダ内壁60に形成された突出物質61の体積を算出する。具体的には、分布算出部73により突出物質61が形成されていると判定された箇所での合焦点位置の変化によって、体積を算出する。すなわち、シリンダ内壁60と突出物質61の表面との間における合焦点位置の違いによって、シリンダ内壁60の表面から突出物質61の表面の高さを求める。そして、各スライス画像のピークを示す画素の焦点移動量を足し合わせることにより、突出物質61の体積を求めることができる。さらに、図8(c)に示すような突出物質61の3次元形状を求めることができる。また、突出物質61の高さの測定も可能になり、この突出物質61の高さに基づいて検査を行ってもよい。
Then, the
良否判定部75は、分布算出部73で算出した突出物質61の分布及び体積算出部74で算出した突出物質61の体積に基づいてシリンダブロック21の良否を判定する。具体的には、シリンダ内壁の表面積における突出物質61の割合が一定範囲に含まれているか、及び、突出物質の合計体積が一定範囲に含まれているかを判定する。すなわち、算出された突出物質61の体積を、規格と比較して、シリンダ22の合否判定を行なう。不合格と判定されたシリンダ22を含むシリンダブロック21は不良品とされ、合格と判定されたシリンダ22のみからなるシリンダブロック21が良品と判定される。
The pass /
このように、突出物質61の体積及び分布に基づいて検査を行うことによって、より精密な検査を行うことができる。よって、エンジン用のシリンダブロックの良否判定をより厳密に行なうことができる。この検査装置による検査を行うことによって、エンジンの性能、寿命を改善することができる。すなわち、長寿命、高性能のエンジンを安定して生産することができる。さらに、短時間で検査することができるため、生産性を向上することができる。なお、上記の検査は、スリットコンフォーカルに限らず、ピンホール方式のコンフォーカル光学系に対して利用することも可能である。すなわち、ビームスポットを試料面に対して2次元走査して、2次元画像を形成し、焦点位置を変化させることによって突出物質の高さを求める。そして、突出物質の体積及び分布を求め、検査を行ってもよい。
Thus, a more precise inspection can be performed by performing an inspection based on the volume and distribution of the protruding
発明の実施の形態2.
本実施の形態にかかる検査装置について図9を用いて説明する。図9は、本実施の形態にかかる検査装置の構成を示す側面図である。本実施の形態にかかる検査装置の基本的構成は、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。従って、本実施の形態では、実施の形態1と異なる構成について説明する。本実施の形態では、光源からの照明光が曲げミラー34によって曲げられた後、対物レンズ33で集光される構成を有している。具体的には、外筒35の先端側に曲げミラー用筐体39が取り付けられている。曲げミラー用筐体39の内部には、曲げミラー34が内包されている。曲げミラー34は実施の形態と同様に光ビームを90°曲げるよう光軸から傾いて配置されている。従って、図3に示すように、コンフォーカル光学ヘッド12から出射された光ビームは、鉛直下方に反射される。
Embodiment 2 of the Invention
The inspection apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a side view showing the configuration of the inspection apparatus according to the present embodiment. Since the basic configuration of the inspection apparatus according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. Therefore, in this embodiment, a configuration different from that in Embodiment 1 will be described. In the present embodiment, the illumination light from the light source is bent by the bending
曲げミラー用筐体38の側面には、対物レンズ33が設けられている。対物レンズ33は曲げミラー用筐体38の鉛直下方側の側面に設けられている。従って、曲げミラー34によって曲げられた照明光は対物レンズ33に入射する。対物レンズ33は入射した光ビームをシリンダ22内壁の表面に集光する。また、コンフォーカル光学ヘッド12の筐体の中には、実施の形態1と同様にθ回転モータ(図示せず)と対物レンズ焦点合わせモータ(図示せず)が設けられている。本実施の形態では、対物レンズ焦点合わせモータによって、光学系の中のリレーレンズ等を光軸方向に移動して、対物レンズ33の焦点合わせを行なう。
An
外筒35はθ回転機構38を介してコンフォーカル光学ヘッド12の筐体に取り付けられている。θ回転モータを回転すると外筒35がθ方向(周方向)に回転する。これにより、曲げミラー34及び対物レンズ33が回転して、照明領域を円周方向に走査することができる。そして、実施の形態1と同様に内壁の検査を行う。これにより、検査をより精密に行うことができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The
なお、この構成では、実施の形態1に比べて、内径が小さいシリンダ22の内壁の検査を行うことができなくなるが、ワーキングディスタンスが短い対物レンズを用いることが可能になる。すなわち、図10に示すように、曲げミラー用筐体39及びその側面に取り付けられた対物レンズ33がシリンダ22に挿入される。従って、シリンダ22の内部に挿入されう部分が外筒35の直径よりも大きくなってしまう。しかしながら、対物レンズ33とシリンダ表面との距離を近づけることができるため、ワーキングディスタンスの短い対物レンズ33を用いることができる。従って、本実施の形態にかかる検査装置は、内径が大きいシリンダの検査に好適である。
In this configuration, the inner wall of the
実施の形態1、2に示された検査を、アルミニウム等の金属材料を鋳造することによって作成されたシリンダブロックに対して行うことにより、シリンダブロックの生産性を向上することができる。なお、本発明にかかる検査装置は、シリンダブロック21内に形成された突出物質の分布及び体積を求めて、検査を行う構成に限られるものではない。例えば、突出物質の分布又は体積に基づいて検査を行ってもよく、さらに、シリンダ内の表面を観察することによって、検査を行ってもよい。また、合焦点位置の変化から突出物質の突出量(高さ)を求め、突出物質の突出量(高さ)に基づいて検査を行ってもよい。
By performing the inspection shown in the first and second embodiments on a cylinder block created by casting a metal material such as aluminum, the productivity of the cylinder block can be improved. Note that the inspection apparatus according to the present invention is not limited to the configuration in which the distribution and volume of the protruding material formed in the
本発明にかかる検査装置では、エンジン用のシリンダブロックに限らず、様々な試料に対して検査を行うことが可能である。例えば、原子力発電用等の冷却パイプ内壁の検査、溶接部の余寿命診断等、パイプ内壁や狭小部の観察・検査などに広く利用することができる。例えば、内壁面が変色したり、異物が付着したり、材質が異なる場合など、表面での反射率が変化する。従って、合焦点位置における検出光量に変化に基づいて検査を行うことによって、より精密な検査を行うことができる。本発明では、試料に設けられた孔に対して鏡筒の一部を挿入することにより、試料に設けられた孔の内壁面を検査することができる。 The inspection apparatus according to the present invention can inspect various samples without being limited to the cylinder block for the engine. For example, it can be widely used for the inspection and inspection of pipe inner walls and narrow portions, such as inspection of inner walls of cooling pipes for nuclear power generation, diagnosis of remaining life of welds, and the like. For example, the reflectance on the surface changes when the inner wall surface changes color, foreign matter adheres, or the material is different. Therefore, a more precise inspection can be performed by inspecting based on the change in the detected light amount at the in-focus position. In the present invention, the inner wall surface of the hole provided in the sample can be inspected by inserting a part of the lens barrel into the hole provided in the sample.
10 ベース、11 Zガイド、12 コンフォーカル光学系、13 ステージ、
14 台座ブロック、21 シリンダブロック、22 シリンダ、
31 θ回転モータ、32 対物レンズ焦点合わせモータ、33 対物レンズ
34 曲げミラー、35 外筒、36 内筒、37 軸受、38、リニア軸受、
41 光源、42 シリンドリカルレンズ、43 PBS、44 ミラー、
46 検出器、47 レンズ、48 レンズ、49 リレーレンズ、50 照明領域
60 シリンダ内壁、61 突出物質、70 処理装置、71 データ記憶部、
72 合焦点位置算出部、73 分布算出部、74 体積算出部、75 良否判定部、
76 制御部、100 検査装置
10 base, 11 Z guide, 12 confocal optical system, 13 stage,
14 base block, 21 cylinder block, 22 cylinder,
31 θ rotation motor, 32 objective lens focusing motor, 33
41 light source, 42 cylindrical lens, 43 PBS, 44 mirror,
46 detector, 47 lens, 48 lens, 49 relay lens, 50
72 in-focus position calculation unit, 73 distribution calculation unit, 74 volume calculation unit, 75 pass / fail determination unit,
76 Control unit, 100 Inspection device
Claims (9)
光源と、
前記光源からの光をライン状の光に変換する光変換手段と、
前記ライン状の光を前記鏡筒に入射させる光学系と、
前記鏡筒に入射したライン状の光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点位置を変化させる焦点位置変化手段と、
前記鏡筒に設けられ、前記ライン状に変換された光を前記内壁面の方向に反射するミラーと、
前記ミラーの反射方向を変化させるよう前記鏡筒を回転させ、前記ライン状の光を前記鏡筒の周方向に走査する周方向走査手段と、
前記内壁面で反射された反射光をコンフォーカル光学系を介して検出する検出器であって、前記反射光の方向に対応した設けられた検出画素を有する検出器と、
前記ライン状の光を前記鏡筒の軸方向に走査する軸方向走査手段とを備えた検査装置。 An inspection apparatus for inspecting the inner wall surface of the hole by inserting a lens barrel into the hole provided in the sample,
A light source;
Light converting means for converting light from the light source into line-shaped light;
An optical system for causing the line-shaped light to enter the barrel;
An objective lens for condensing line-shaped light incident on the lens barrel;
A focal position changing means for changing a focal position of the objective lens;
A mirror that is provided in the lens barrel and reflects the light converted into the line shape toward the inner wall surface;
Rotating the lens barrel so as to change the reflection direction of the mirror, and circumferential scanning means for scanning the line-shaped light in the circumferential direction of the lens barrel;
A detector for detecting reflected light reflected by the inner wall surface via a confocal optical system, the detector having a detection pixel provided corresponding to the direction of the reflected light;
An inspection apparatus comprising: an axial scanning unit that scans the line-shaped light in the axial direction of the barrel.
前記ミラーが前記対物レンズよりも前記鏡筒の先端側に設けられている請求項1又は2に記載の検査装置。 The objective lens is disposed on an axis of the barrel;
The inspection apparatus according to claim 1, wherein the mirror is provided closer to the distal end side of the barrel than the objective lens.
ライン状の光を、前記鏡筒に入射させ、
前記ライン状の光を前記孔の内壁面の方向に反射し、
前記鏡筒に入射したライン状の光を前記内壁面に集光する対物レンズの焦点位置を変化させ、
前記ライン状の光の方向に対応して配列された検出画素を有する検出器によって、前記内壁面で反射された反射光をコンフォーカル光学系を介して検出し、
前記ライン上の光を前記鏡筒の軸方向に走査し、
前記対物レンズの焦点位置を変化させた時の前記検出器からの検出データに基づいて前記対物レンズの合焦点位置を算出し、
前記合焦点位置における前記検出データに基づいて前記試料の内壁面を検査する検査方法。 Insert the lens barrel into the hole provided in the sample,
Line-shaped light is incident on the lens barrel,
Reflecting the line-shaped light toward the inner wall surface of the hole;
Changing the focal position of the objective lens for condensing the line-shaped light incident on the barrel onto the inner wall surface;
By means of a detector having detection pixels arranged corresponding to the direction of the line-shaped light, the reflected light reflected by the inner wall surface is detected via a confocal optical system,
Scan the light on the line in the axial direction of the barrel,
Calculate the in-focus position of the objective lens based on the detection data from the detector when the focal position of the objective lens is changed,
An inspection method for inspecting an inner wall surface of the sample based on the detection data at the in-focus position.
前記シリンダブロックの内壁面から突出した突出物質の分布及び体積を前記合焦点位置の変化及び前記検出データに基づいて算出して前記シリンダブロックの検査を行う請求項4、5又は6に記載の検査方法。 The hole provided in the sample is a cylinder provided in an engine cylinder block,
The inspection according to claim 4, 5 or 6, wherein the cylinder block is inspected by calculating the distribution and volume of the protruding material protruding from the inner wall surface of the cylinder block based on the change of the in-focus position and the detection data. Method.
前記突出物質であると判定された箇所における前記合焦点位置の変化に基づいて前記突出物質の体積を算出する請求項7に記載の検査方法。 Based on the result of comparing the detection data with a threshold value, it is determined whether or not it is a protruding substance, and the distribution of the protruding substance is calculated
The inspection method according to claim 7, wherein the volume of the protruding material is calculated based on a change in the in-focus position at a location determined to be the protruding material.
前記検査の結果により良否判定を行なうシリンダブロックの製造方法。 Cylinder block is inspected by the inspection method according to claim 7 or 8,
A method of manufacturing a cylinder block, which determines pass / fail according to the result of the inspection.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005242075A JP4775943B2 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005242075A JP4775943B2 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007057344A JP2007057344A (en) | 2007-03-08 |
JP4775943B2 true JP4775943B2 (en) | 2011-09-21 |
Family
ID=37920973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005242075A Expired - Fee Related JP4775943B2 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4775943B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5309542B2 (en) * | 2007-12-05 | 2013-10-09 | 株式会社ニコン | Measuring apparatus and method |
US9485473B2 (en) * | 2012-09-13 | 2016-11-01 | Alstom Technology Ltd | Method and system for determining quality of tubes |
JP6148852B2 (en) * | 2012-12-25 | 2017-06-14 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Inner diameter measuring device |
US10859376B2 (en) * | 2016-02-25 | 2020-12-08 | Mitutoyo Corporation | Information processing apparatus, information processing method, and non-transitory computer readable recording medium |
JP6945415B2 (en) * | 2017-10-18 | 2021-10-06 | 株式会社ミツトヨ | How to adjust the image measuring device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5867233A (en) * | 1981-10-15 | 1983-04-21 | キヤノン株式会社 | Apparatus for measuring cornea shape |
JPH03115912A (en) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optically measuring instrument for internal diameter of tube |
JPH06241737A (en) * | 1992-12-25 | 1994-09-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Cross sectional area and volume measuring device |
JP3736213B2 (en) * | 1999-07-15 | 2006-01-18 | 横河電機株式会社 | Confocal light scanner |
EP1563251B1 (en) * | 2002-11-18 | 2014-01-08 | NanoFocus AG | Device and method for measuring surfaces on the internal walls of cylinders, using confocal microscopes |
JP3914530B2 (en) * | 2003-10-16 | 2007-05-16 | 株式会社日立製作所 | Defect inspection equipment |
-
2005
- 2005-08-24 JP JP2005242075A patent/JP4775943B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007057344A (en) | 2007-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1990624B1 (en) | Apparatus and method for evaluating an optical system | |
JP4979246B2 (en) | Defect observation method and apparatus | |
US8204298B2 (en) | Focusing method and apparatus | |
US9410794B2 (en) | Light microscope and microscopy method for examining a microscopic specimen | |
EP2538170A1 (en) | Method and device for measuring multiple parameters of differential confocal interference component | |
JP4875936B2 (en) | Foreign object / defect detection method and foreign object / defect inspection device | |
JP6534658B2 (en) | Scanning microscope and method of determining point spread function (PSF) of scanning microscope | |
CN111257227B (en) | Dark field confocal microscopic measurement device and method based on polarization autocorrelation | |
JP4775943B2 (en) | Inspection apparatus, inspection method, and cylinder block manufacturing method using the same | |
JP2012515913A (en) | Optical measurement method and system | |
JP2002071513A (en) | Interferometer for immersion microscope objective and evaluation method of the immersion microscope objective | |
CN111896557A (en) | Three-dimensional measuring device and method for dark field microscopic defects of structured light modulation | |
JP2018009807A (en) | Photo cutting device for tank inner weld dent inspection | |
JP2008051576A (en) | Shape-measuring apparatus and shape-measuring method | |
US7019849B2 (en) | Depth measuring apparatus | |
JP4895351B2 (en) | Microscope and observation method | |
WO2022145391A1 (en) | Scanning confocal microscope and adjustment method for scanning confocal microscope | |
JP2007147323A (en) | Surface inspection device | |
JP5367292B2 (en) | Surface inspection apparatus and surface inspection method | |
JP2007198825A (en) | Visual examination device | |
JP4135133B2 (en) | Optical axis correction apparatus and optical instrument system | |
JP3075273U (en) | Cylinder inner surface inspection device | |
JP2009244228A (en) | Light wave interference measuring method | |
KR20240018970A (en) | Non-destructive transparent object processing depth measuring device | |
KR20240055384A (en) | Non-destructive transparent object processing depth measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080807 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110506 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110506 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110526 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110614 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110624 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4775943 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140708 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |