JP4923208B2 - 表面検査装置における検査ヘッドの支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、検査ヘッドから被検査物に検査光を照射してその被検査物の表面を検査する表面検査装置における検査ヘッドの支持構造に関する。

円筒状の被検査物の内周面を検査する装置として、中空軸状の検査ヘッドをその軸線の回り回転させつつ軸線方向に送り出して被検査物の内部に検査ヘッドを挿入し、その検査ヘッドの外周から検査光としてのレーザ光を被検査物に照射してその被検査物の内周面をその軸線方向一端から他端まで逐次走査し、その走査に対応した被検査物からの反射光を検査ヘッドを介して受光し、その受光した反射光の光量に基づいて被検査物の内周面の状態、例えば欠陥等の有無を判別する表面検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２８１５８２号公報

上述した表面検査装置においては、検査効率を高めるための対策として、検査ヘッドの回転の高速化が必要とされている。しかしながら、検査ヘッドの回転速度を高めるほど検査ヘッドの回転の振れに対する精度の要求が高くなる。その要求を満たすには、検査ヘッドの支持構造にも相応の精度が求められる。また、保守点検等の目的で検査ヘッドを着脱し、あるいは検査ヘッドを交換する際に検査ヘッドに芯ずれが生じると、その芯出し作業が必要となり、その作業に手間取って検査効率が損なわれるおそれがある。

そこで、本発明は検査ヘッドの回転の振れに対する精度を高めることができ、検査ヘッドを着脱あるいは交換する際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することが可能な検査ヘッドの支持構造を提供することを目的とする。

本発明の検査ヘッドの支持構造は、中空筒状の軸受嵌合部（１６ｂ）とその軸受嵌合部から先端側に延びる主軸部（１６ｃ）とを備えた検査ヘッド（１６）をその軸線の回りに回転させつつ該検査ヘッドの外周から被検査物（１００）に検査光を照射し、前記被検査物から前記検査ヘッドに返される反射光を受光し、該反射光の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（１）に適用される検査ヘッドの支持構造（７）であって、前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸（８）と、前記検査ヘッドの軸線方向に距離をおいた状態で前記ヘッド支持軸の外周と前記軸受嵌合部の内周との間に配置され、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重をそれぞれ負荷可能な一対の軸受（２０Ａ、２０Ｂ）と、前記一対の軸受のそれぞれの内輪（２０ｉ）を前記軸線方向に関して前記ヘッド支持軸上の一定位置に拘束する内輪拘束手段（８ａ、２１、２２、２３、２４）と、前記一対の軸受のそれぞれの外輪（２０ｏ）間にて前記検査ヘッドに対して前記軸線方向へ移動可能な状態で並べて配置された筒状又は環状の第１及び第２の予圧部材（２５、２６）と、前記予圧部材間に配置され、これらの予圧部材を前記一対の軸受のそれぞれの外輪に向かって付勢するばね手段（２７）と、前記第１の予圧部材（２５）と一方の軸受（２０Ｂ）の外輪との間に配置され、かつ外周が前記軸受嵌合部の内周に接触する弾性体リング（２８）と、前記軸受嵌合部内に設けられた第１拘束部（１６ｆ）と前記検査ヘッドの基端部に着脱自在に設けられた第２拘束部（２９）とによって、前記一対の軸受のそれぞれの外輪を前記軸線方向外側から拘束する外輪拘束手段と、を備え、前記第２の拘束部を前記検査ヘッドから取り外すことにより、前記検査ヘッドが前記軸受嵌合部及び前記主軸部を含んだ状態で前記一対の軸受上から前記軸線方向先端側に抜き取り可能とされた検査ヘッドの支持構造により、上述した課題を解決する。

本発明の支持構造によれば、第１及び第２の予圧部材がばね手段にて付勢されることにより、一対の軸受の外輪が軸線方向外側に押し込まれて各軸受に予圧が負荷される。これにより、軸受のガタツキを減らして検査ヘッドの回転振れの精度を高めることができる。検査ヘッドを取り外す必要が生じた場合には、外輪拘束手段の第２拘束部を検査ヘッドから取り外して軸受嵌合部を軸受上から軸線方向先端側に抜き取ることにより、検査ヘッドをその軸受嵌合部及び主軸部を含んだ状態で一体的に取り外すことができる。そして、検査ヘッドを軸受に取り付ける際には、検査ヘッドの軸受嵌合部を軸受の外周に嵌め合わせて外輪拘束手段の第２拘束部を検査ヘッドの基端部に装着すればよく、軸受嵌合部からの主軸部の分離を必要としない。このように、軸受嵌合部と主軸部とを取り外すことなく一体的に軸受に対して着脱することができるため、軸受嵌合部を軸受上に取り付けた後に軸受嵌合部と主軸部との間の芯出し作業を行う必要がない。これにより、検査ヘッドを着脱し、あるいは交換する際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。さらに、ばね手段の力で弾性体リングが軸受嵌合部の内周及び一方の軸受の外輪に密着することにより、これらの接触面間に摩擦力を作用させることができる。従って、検査ヘッドの回転の加速度又は減速度を高めても、軸受嵌合部と軸受の外輪との間でスリップが生じ難い。このため、スリップに起因する軸受嵌合部の内面の摩耗を抑え、回転振れ精度の径時的な劣化を抑えて回転振れの精度を長期間に亘って高く維持することができる。

本発明の支持構造の一形態においては、前記ばね手段として、前記予圧部材間に、前記検査ヘッドの周方向に等間隔をおいて複数のばね部材（２７）が設けられてもよい。複数のばね部材によって予圧部材を周方向に分担して付勢することにより、軸受に対して予圧を均等に負荷することができる。これにより、予圧荷重の偏りに起因する回転性能の低下を抑えることができる。

本発明の支持構造の一形態においては、前記弾性体リングとしてＯリング（２８）が設けられてもよい。シール部材として容易かつ安価に入手可能なＯリングを弾性体リングとして利用することにより、支持構造を容易かつ安価に実現することができる。

本発明の支持構造の一形態においては、前記軸受の外輪と前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部との間のはめあい公差がすきまばめ領域に設定されてもよい。はめあい公差をすきまばめ領域に設定することにより、軸受に対する軸受嵌合部の着脱を一層容易に行うことができる。はめあい公差がすきまばめ領域であっても、弾性体リングが軸受嵌合部に密着しているため、軸受嵌合部に半径方向のガタツキが生じるおそれがなく、回転振れの精度が劣化しない。

本発明の支持構造の一形態においては、前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部が、前記主軸部に対して分解不能な一体構造で形成されてもよい。上記のように軸受嵌合部と主軸部とを一体的に軸受に対して着脱することができるため、軸受嵌合部と主軸部とを予め分解不可能な一体構造で形成しても検査ヘッドの着脱には何ら支障がない。しかも、これらを一体構造で形成することにより、軸受嵌合部と主軸部との間で芯ずれが発生するおそれを排除し、回転振れ精度の劣化を未然に防止することができる。

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。

以上に説明したように、本発明の支持構造によれば、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重を負荷可能な一対の軸受にて検査ヘッドを回転自在に支持し、しかもこれらの軸受に予圧を負荷しているため、軸受のガタツキを減らして検査ヘッドの回転振れの精度を高めることができる。検査ヘッドの軸受嵌合部と主軸部とを取り外すことなく一体的に軸受に対して着脱可能としたため、軸受嵌合部を軸受上に取り付けた後に軸受嵌合部と主軸部との間の芯出し作業を行う必要がない。これにより、検査ヘッドを着脱し、あるいは交換する際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。さらに、ばね手段の力で弾性体リングを軸受嵌合部の内周及び一方の軸受の外輪に密着させてこれらの接触面間に摩擦力を作用させているので、検査ヘッドの回転の加速度又は減速度を高めても、軸受嵌合部と軸受の外輪との間でスリップが生じ難い。このため、スリップに起因する軸受嵌合部の内面の摩耗を抑え、回転振れ精度の径時的な劣化を抑えて回転振れの精度を長期間に亘って高く維持することができる。さらに、回転の加速度及び減速度を高めることにより、検査に要する時間を短縮して検査効率を高めることができる。

図１は本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示している。表面検査装置１は被検査物１００に設けられた円筒形の内周面１００ａの検査に適した装置であり、検査を実行するための検査機構２と、その検査機構２の動作制御、検査機構２による測定結果の処理等を実行するための制御部３とを備えている。さらに、検査機構２は、被検査物１００に対して検査光を投光し、かつ被検査物１００からの反射光を受光するための検出手段としての検出ユニット５と、その検出ユニット５に所定の動作を与えるための駆動ユニット６とを備えている。

検出ユニット５は、検査光の光源としてのレーザダイオード（以下、ＬＤと呼ぶ。）１１と、被検査物１００からの反射光を受光し、その反射光の単位時間当りの光量（反射光強度）に応じた電流又は電圧の信号を出力するフォトディテクタ（以下、ＰＤと呼ぶ。）１２と、ＬＤ１１から射出される検査光を被検査物１００に向かって導く投光ファイバ１３と、被検査物１００からの反射光をＰＤ１２に導くための受光ファイバ１４と、それらのファイバ１３、１４を束ねた状態で保持する保持筒１５と、その保持筒１５の外側に同軸的に設けられる中空軸状の検査ヘッド１６とを備えている。検査ヘッド１６は図２に示す支持構造７を介して保持筒１５のさらに外側にて回転自在に支持されている。支持構造７の詳細は後述する。

図１に戻って、保持筒１５の先端には、投光ファイバ１３を介して導かれた検査光を検査ヘッド１６の軸線ＡＸの方向（以下、軸線方向と呼ぶ。）に沿ってビーム状に射出させ、かつ検査ヘッド１６の軸線方向に沿って検査光とは逆向きに進む反射光を受光ファイバ１４に集光するレンズ１７が設けられている。検査ヘッド１６の先端部（図１において右端部）には、光路変更手段としてのミラー１８が固定され、検査ヘッド１６の外周にはそのミラー１８と対向するようにして透光窓１６ａが設けられている。ミラー１８は、レンズ１７から射出された検査光の光路を透光窓１６ａに向けて変更し、かつ、透光窓１６ａから検査ヘッド１６内に入射した反射光の光路をレンズ１７に向かって進む方向に変更する。

駆動ユニット６は、直線駆動機構３０と、回転駆動機構４０と、焦点調節機構５０とを備えている。直線駆動機構３０は検査ヘッド１６をその軸線方向に移動させる直線駆動手段として設けられている。そのような機能を実現するため、直線駆動機構３０は、ベース３１と、そのベース３１に固定された一対のレール３２と、レール３２に沿って検査ヘッド１６の軸線方向に移動可能なスライダ３３と、そのスライダ３３の側方に検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に配置された送りねじ３４と、その送りねじ３４を回転駆動する電動モータ３５とを備えている。スライダ３３は検出ユニット５の全体を支持する手段として機能する。すなわち、ＬＤ１１及びＰＤ１２はスライダ３３に固定され、検査ヘッド１６は回転駆動機構４０を介してスライダ３３に取り付けられ、保持筒１５は焦点調節機構５０を介してスライダ３３に取り付けられている。さらに、スライダ３３にはナット３６が固定され、そのナット３６には送りねじ３４がねじ込まれている。従って、電動モータ３５にて送りねじ３４を回転駆動することにより、スライダ３３がレール３２に沿って検査ヘッド１６の軸線方向に移動し、それに伴ってスライダ３３に支持された検出ユニット５の全体が検査ヘッド１６の軸線方向に移動する。直線駆動機構３０を用いた検出ユニット５の駆動により、被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置（走査位置）を検査ヘッド１６の軸線方向に関して変化させることができる。

ベース３１の前端（図１において右端）には壁部３１ａが設けられ、その壁部３１ａには検査ヘッド１６と同軸の通し孔３１ｂが設けられている。その通し孔３１ｂにはサンプルピース３７が取り付けられている。サンプルピース３７は表面検査装置１の動作状態を判別するためのサンプルとして設けられるものであり、その中心線上には検査ヘッド１６と同軸の貫通孔３７ａが設けられている。貫通孔３７ａは検査ヘッド１６が通過可能な内径を有しており、検査ヘッド１６はその貫通孔３７ａを通過して被検査物１００の内部へと繰り出される。

回転駆動機構４０は検査ヘッド１６を軸線ＡＸの回りに回転させる回転駆動手段として設けられている。そのような機能を実現するため、回転駆動機構４０は、回転駆動源としての電動モータ４１と、その電動モータ４１の回転を検査ヘッド１６に伝達する伝達機構４２とを備えている。伝達機構４２には、ベルト伝達装置、歯車列等の公知の回転伝達機構を利用してよいが、この形態ではベルト伝達装置が利用される。電動モータ４１の回転を伝達機構４２を介して検査ヘッド１６に伝達することにより、検査ヘッド１６がその内部に固定されたミラー１８を伴って軸線ＡＸの回りに回転する。回転駆動機構４０を用いた検査ヘッド１６の回転により、被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置を被検査物１００の周方向に関して変化させることができる。そして、検査ヘッド１６の軸線方向への移動と軸線ＡＸの回りの回転とを組み合わせることにより、被検査物１００の内周面１００ａをその全面に亘って検査光で走査することが可能となる。なお、検査ヘッド１６の回転時において、保持筒１５は回転しない。さらに、回転駆動機構４０には、検査ヘッド１６が所定の単位角度回転する毎にパルス信号を出力するロータリエンコーダ４３が設けられている。ロータリエンコーダ４３から出力されるパルス信号の個数は検査ヘッド１６の回転量（回転角度）に相関し、そのパルス信号の周期は検査ヘッド１６の回転速度に相関する。

焦点調節機構５０は、検査光が被検査物１００の内周面１００ａにて焦点を結ぶように保持筒１５を軸線ＡＸの方向に駆動する焦点調整手段として設けられている。その機能を実現するため、焦点調節機構５０は、保持筒１５の基端部に固定された支持板５１と、直線駆動機構３０のスライダ３３と支持板５１との間に配置されて支持板５１を検査ヘッド１６の軸線方向に案内するレール５２と、検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に配置されて支持板５１にねじ込まれた送りねじ５３と、その送りねじ５３を回転駆動する電動モータ５４とを備えている。電動モータ５４にて送りねじ５３を回転駆動することにより、支持板５１がレール５２に沿って移動して保持筒１５が検査ヘッド１６の軸線方向に移動する。これにより、検査光が被検査物１００の内周面１００ａ上で焦点を結ぶようにレンズ１７からミラー１８を経て内周面１００ａに至る光路の長さを調節することができる。

次に制御部３について説明する。制御部３は、表面検査装置１による検査工程の管理、検出ユニット５の測定結果の処理等を実行するコンピュータユニットとしての演算処理部６０と、その演算処理部６０の指示に従って検出ユニット５の各部の動作を制御する動作制御部６１と、ＰＤ１２の出力信号に対して所定の処理を実行する信号処理部６２と、演算処理部６０に対してユーザが指示を入力するための入力部６３と、演算処理部６０が処理した検査結果等をユーザに提示するための出力部６４と、演算処理部６０にて実行すべきコンピュータプログラム、及び、測定されたデータ等を記憶する記憶部６５とを備えている。演算処理部６０、入力部６３、出力部６４及び記憶部６５はパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータ機器を利用してこれらを構成することができる。この場合、入力部６３にはキーボード、マウス等の入力機器が設けられ、出力部６４にはモニタ装置が設けられる。プリンタ等の出力機器が出力部６４に追加されてもよい。記憶部６５には、ハードディスク記憶装置、あるいは記憶保持が可能な半導体記憶素子等の記憶装置が用いられる。動作制御部６１及び信号処理部６２はハードウエア制御回路によって実現されてもよいし、コンピュータユニットによって実現されてもよい。

被検査物１００の内周面１００ａの表面を検査する場合、演算処理部６０、動作制御部６１及び信号処理部６２のそれぞれは次の通り動作する。なお、この場合、被検査物１００は検査ヘッド１６と同軸上に配置される。検査の開始にあたって、演算処理部６０は入力部６３からの指示に従って動作制御部６１に被検査物１００の内周面１００ａを検査するために必要な動作の開始を指示する。その指示を受けた動作制御部６１は、ＬＤ１１を所定の強度で発光させるとともに、検査ヘッド１６が軸線方向に移動し、かつ軸線ＡＸの回りに一定速度で回転するようにモータ３５及び４１の動作を制御する。さらに、動作制御部６１は、検査光が被検査面としての内周面１００ａ上で焦点を結ぶようにモータ５４の動作を制御する。このような動作制御により、内周面１００ａがその一端から他端まで検査光によって走査される。なお、検査ヘッド１６の軸線方向の駆動に関しては、一定速度の送り動作としてもよいし、検査ヘッド１６が一回転する毎に所定ピッチずつ移動する間欠的な送り動作としてもよい。

上述した内周面１００ａの走査に連係して信号処理部６２にはＰＤ１２の出力信号が順次導かれる。信号処理部６２は、ＰＤ１２の出力信号を演算処理部６０にて処理するために必要なアナログ信号処理を実施し、さらに、その処理後のアナログ信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号を反射光信号として演算処理部６０に出力する。演算処理部６０にて実行する信号処理としては、ＰＤ１２が検出した反射光の明暗差を拡大するようにその出力信号を非線形に増幅する処理、出力信号からノイズ成分を除去する処理といった各種の処理を適宜に用いてよい。高速フーリエ変換処理、逆フーリエ変換処理等を適宜に組み合わせることも可能である。また、信号処理部６２によるＡ／Ｄ変換は、ロータリエンコーダ４３から出力されるパルス列をサンプリングクロック信号として利用して行われる。これにより、検査ヘッド１６が所定角度回転する間のＰＤ１２の受光量に相関した階調のデジタル信号が生成されて信号処理部６２から出力される。

信号処理部６２から反射光信号を受け取った演算処理部６０は、その取り込んだ信号を記憶部６５に記憶する。さらに、演算処理部６０は、記憶部６５が記憶する反射光信号を利用して被検査物１００の内周面１００ａを平面的に展開した２次元画像を生成する。その２次元画像は、例えば被検査物１００の周方向をｘ軸方向、検査ヘッド１６の軸線方向をｙ軸方向とする直交２軸座標系で定義される平面上に内周面１００ａを展開した画像に相当する。なお、演算処理部６０における２次元画像の生成時には、反射光信号から得られる原画像に対して、エッジ処理、二値化処理等を施すことにより、検出すべき欠陥等を強調した２次元画像を生成してもよい。そして、演算処理部６０は、得られた画像を所定のアルゴリズムで処理することにより、内周面１００ａに許容限度を超える欠陥等が存在するか否か等を判定し、その判定結果を出力部６４に出力する。

図２は検査ヘッド１６に対する支持構造７の詳細を示す。なお、図２において検査ヘッド１６の右端部がその先端部、左端部がその基端部にそれぞれ対応する。支持構造７は、上述した保持筒１５と検査ヘッド１６との間に配置されるヘッド支持筒８を、検査ヘッド１６の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸として利用する。ヘッド保持筒８はスライダ３３に支持されており、その内部に保持筒１５が軸線方向に沿って移動自在に挿入される。なお、図２では保持筒１５の図示を省略している。また、検査ヘッド１６は、ヘッド本体１６Ａと、そのヘッド本体１６Ａの軸線方向先端部に着脱自在に装着されるミラーハウジング１６Ｂとを組み合わせた構成を有している。そのヘッド本体１６Ａには、軸受嵌合部としての中空筒状のベアリングハウス１６ｂと、そのベアリングハウス１６ｂから検査ヘッド１６の先端側（図２において右端側）に延びる主軸部１６ｃとが設けられている。ベアリングハウス１６ｂもまた支持構造７の一部として利用される。ベアリングハウス１６ｂは、主軸部１６ｃに対して分解不能な一体構造で形成されている。例えば、ベアリングハウス１６ｂと主軸部１６ｃとを単一のパイプ状素材から切削加工することによりヘッド本体１６Ａが形成されている。主軸部１６ｃは被検査物１００の内部に挿入されるべくベアリングハウス１６ｂよりも小径に形成されている。なお、ミラーハウジング１６Ｂは、主軸部１６ｃの先端に同軸的に固定される外筒１６ｄとその外筒１６ｄの内周に接着等の固定手段を用いて同軸的に固定されるミラー保持筒１６ｅとを備えている。ミラー１８はミラー保持筒１６ｅに取り付けられている。但し、検査ヘッド１６の先端部にミラー１８を取り付けることが可能な限りにおいて、ミラーハウジング１６Ｂを主軸部１６ｃの一部としてヘッド本体１６Ａと一体化してもよい。

ヘッド支持筒８の外周と検査ヘッド１６のベアリングハウス１６ｂの内周との間には一対の軸受２０Ａ、２０Ｂが軸線方向に距離をおいて配置されている。軸受２０Ａ、２０Ｂのそれぞれは、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重とを負荷できるアンギュラコンタクト型のボールベアリングである。軸受２０Ａ、２０Ｂは、それぞれの外輪２０ｏの背面（肉厚が大きい側の面）を向かい合わせるようにしてヘッド支持筒８の外周に組み付けられている。軸受２０Ａ、２０Ｂに対して検査ヘッド１６を容易に着脱できるように、軸受２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの外輪２０ｏとベアリングハウス１６ｂとの間のはめあい公差はすきまばめ領域に設定されている。

ヘッド支持筒８の外周には段部８ａが設けられ、検査ヘッド１６の基端側の軸受２０Ａの内輪２０ｉはその段部８ａにワッシャ２１を介して突き当てられている。軸受２０Ａ、２０Ｂの内輪２０ｉ間においてヘッド支持筒８の外周にはスリーブ２２が嵌め合わされ、軸受２０Ｂの内輪２０ｉよりも検査ヘッド１６の先端側には、カラー２３を介してロックナット２４がねじ込まれている。これにより、軸受２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの内輪２０ｉが検査ヘッド１６の軸線方向に関してヘッド支持筒８上の一定位置に拘束される。つまり、段部８ａ、ワッシャ２１、スリーブ２２、カラー２３及びロックナット２４の組み合わせが内輪拘束手段として機能する。

スリーブ２２の外周には第１の予圧部材としてのスペーサ２５、及び第２の予圧部材としてのばね受けリング２６が検査ヘッド１６の軸線方向に並べて設けられている。スペーサ２５及びばね受けリング２６はスリーブ２２に対して回転自在であり、かつ、検査ヘッド１６のベアリングハウス１６ｂに対して軸線方向に移動可能である。スペーサ２５とばね受けリング２６との間には複数のコイルばね２７が検査ヘッド１６の周方向（回転方向）に等間隔に設けられている。図２では２つのコイルばね２７のみを示すが、本形態では８本のコイルばね２７が周方向に等間隔で設けられている。但し、コイルばね２７の個数は適宜でよい。コイルばね２７はいずれも同一である。これらのコイルばね２７により、スペーサ２５及びばね受けリング２６が外輪２０ｏに向かって周方向に均等な力で付勢される。これらのコイルばね２７がばね手段として機能する。

スペーサ２５の外輪２０ｏと対向する端部には、弾性体リングとしてのＯリング２８が装着されている。Ｏリング２８は軸受２０Ｂの外輪２０ｏの背面及び検査ヘッド１６のベアリングハウス１６ｂの内周にそれぞれ接するように設けられている。さらに、ベアリングハウス１６ｂの内部には、軸受２０Ｂの外輪２０ｏを検査ヘッド１６の軸線方向先端側から拘束する第１拘束部としての段部１６ｆが設けられている。ベアリングハウス１６ｂの基端側（図２において左端側）には、第２拘束部として機能するエンドキャップ２９が設けられている。エンドキャップ２９はベアリングハウス１６ｂの内周にねじ込まれている。このエンドキャップ２９により、軸受２０Ａの外輪２０ｏが検査ヘッド１６の軸線方向基端側から拘束される。つまり、段部１６ｆ及びエンドキャップ２９が外輪拘束手段として機能する。なお、エンドキャップ２９には、ロータリエンコーダ４３の回転円盤４３ａが取り付けられる。また、ベアリングハウス１６ｂの基端側の外周には、伝達機構４２のプーリ４２ａが一体回転可能に取り付けられる。

外輪２０ｏが段部１６ｆ及びエンドキャップ２９にて軸線方向外側から拘束された状態でコイルばね２７は適度に圧縮される。その圧縮に対するコイルばね２７の反発力でスペーサ２５及びばね受けリング２６が外輪２０ｏに向かって付勢される。これにより、ばね受けリング２６が基端側の外輪２０ｏの背面に押し付けられて軸受２０Ａに予圧が負荷される。他方、コイルばね２７の力により、スペーサ２５に装着されたＯリング２８が先端側の外輪２０ｏの背面に押し付けられて軸受２０Ｂに予圧が負荷される。さらに、コイルばね２７の力でＯリング２８が軸線方向に圧縮されることにより、そのＯリング２８が検査ヘッド１６の半径方向に膨張する。これにより、Ｏリング２８がベアリングハウス１６ｂの内周に密着し、両者間に適度な摩擦力が作用する。

以上の支持構造７によれば、検査ヘッド１６を回転自在に支持するための軸受２０Ａ、２０Ｂとしてアンギュラコンタクトベアリングを使用し、これらの軸受２０Ａ、２０Ｂにコイルばね２７の力で予圧を負荷しているため、一般的な深溝玉軸受を使用する場合と比較して軸受２０Ａ、２０Ｂのガタツキを減らし、検査ヘッド１６の回転振れの精度を高めることができる。しかも、ばね手段として、複数のコイルばね２７を周方向に等間隔に設けているので、軸受２０Ａ、２０Ｂに対して予圧を均等に負荷することができる。

検査ヘッド１６を取り外す必要が生じた場合には、エンドキャップ２９に対して検査ヘッド１６のベアリングハウス１６ｂをねじの緩み方向に回転させて軸受２０Ａ、２０Ｂの外周から検査ヘッド１６を先端側に抜き取ることができる。これにより、検査ヘッド１６のヘッド本体１６Ａを、あるいは検査ヘッド１６の全体を一度に取り外すことができる。検査ヘッド１６を取り付ける際にも、ベアリングハウス１６ｂを軸受２０Ａ、２０Ｂの外周上に差し込んでエンドキャップ２９をねじ込むことにより、検査ヘッド１６のヘッド本体１６Ａを、あるいは検査ヘッド１６の全体を一度に取り付けることができ、ベアリングハウス１６ｂの装着後にそのベアリングハウス１６ｂと主軸部１６ｃとの芯出し作業を実施する必要がない。しかも、軸受２０Ａ、２０Ｂの外輪２０ｏとベアリングハウス１６ｂとの間のはめあい公差がすきまばめ領域に設定されているので、軸受２０Ａ、２０Ｂに対して検査ヘッド１６を容易に着脱することができる。さらに、スペーサ２５にＯリング２８を設け、これをベアリングハウス１６ｂの内周と密着させているので、軸受２０Ａ、２０Ｂとベアリングハウス１６ｂとをすきまばめで嵌合させた構造であっても、ベアリングハウス１６ｂに半径方向のガタツキが生じるおそれがなく、回転振れの精度が劣化しない。

さらに、Ｏリング２８が軸受２０Ｂの外輪２０ｏ及びベアリングハウス１６ｂと密着してこれらの間に摩擦力が作用しているため、検査ヘッド１６の回転の加速度、あるいは減速度を高めても、外輪２０ｏがベアリングハウス１６ｂに対して周方向にスリップするおそれがない。このため、外輪２０ｏとベアリングハウス１６ｂとの間のスリップに起因するベアリングハウス１６ｂの内面の摩耗が生じるおそれがない。このため、回転振れ精度の径時的な劣化も抑えることができ、長期間に亘って回転振れの精度を高く維持することができる。回転の加速度及び減速度を高めることにより、検査に要する時間を短縮して検査効率を高められる利点もある。

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、上記の形態においてスペーサ２５及びばね受けリング２６は左右方向に勝手違いに配置されてもよい。第１の予圧部材及び第２の予圧部材はスペーサ及びばね受けリングの形状に限ることなく、筒状又は環状でかつ軸受の外輪間で軸線方向に移動可能に並べられている限りにおいて適宜に変更してよい。上記の形態では軸受にアンギュラコンタクト型のボールベアリングを用いたが、これに限らず、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重とを負荷することが可能な構造の軸受であれば、軸線方向に予圧を与えることによって軸受のガタツキをなくして検査ヘッドの回転振れの精度を高めることができる。一例として円すいコロ軸受を使用してもよい。

ばね手段はコイルばねに限らず、皿ばね、板ばね等の各種のばね手段を用いてよい。弾性体リングはＯリングに限らず、リング状でかつ検査ヘッドの内周と全周に亘って接触しつつ弾性変形することが可能な部材であれば適宜に変更してよい。

軸受嵌合部と主軸部との一体構造は、検査ヘッドの取り付け後に両者の芯出しが必要とならない限りにおいて適宜に変更してよい。例えば、軸受嵌合部と主軸部とを溶接にて接合し、その接合後に軸受嵌合部及び主軸部の少なくともいずれか一方を切削又は研削して両者の芯を一致させることにより両者を一体化してもよい。軸受嵌合部と主軸部とをボルト等の着脱が可能な連結手段によって結合した場合でも、両者の芯出し後に位置決めピン等の芯ずれ防止手段を設けて両者間の芯ずれのおそれを排除することにより、軸受嵌合部と主軸部とを実質的に分解不可能な一体構造として構成することができる。さらに、軸受嵌合部と主軸部が分解可能な構造であっても、軸受嵌合部と主軸部とを分解することなく軸受嵌合部を軸受から検査ヘッドの軸線方向先端側に抜き取り可能とする限り、検査ヘッドの取り付け時においても軸受嵌合部と主軸部とは分解不要であり、芯出し作業の負担の軽減又は解消を図ることができる。

本発明の検査ヘッドの支持構造は検査ヘッドがその軸線回りに回転する限りにおいて様々な構成の表面検査装置に適用することができる。例えば、検査ヘッドを軸線方向に移動する機構が存在しない表面検査装置に対しても本発明の支持構造は適用可能である。検査ヘッドの形状、あるいは、検査光を照射し、かつ反射光を受光するための構成も上記の形態に限らず、適宜の変更が可能である。例えば、検査ヘッドの外周に発光素子及び受光素子を設けた構成の表面検査装置でも本発明の支持構造は適用可能である。

本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示す図。 図１の表面検査装置に組み込まれる検査ヘッドの支持構造を示す断面図。

符号の説明

１ 表面検査装置
７ 支持構造
８ ヘッド支持筒（ヘッド支持軸）
８ａ 段部（内輪拘束手段）
１６ 検査ヘッド
１６Ａ ヘッド本体
１６Ｂ ミラーハウジング
１６ａ 透光窓
１６ｂ ベアリングハウス（軸受嵌合部）
１６ｃ 主軸部
１６ｆ 段部（外輪拘束手段の第１拘束部）
２０Ａ、２０Ｂ 軸受
２０ｉ 内輪
２０ｏ 外輪
２１ ワッシャ（内輪拘束手段）
２２ スリーブ（内輪拘束手段）
２３ カラー（内輪拘束手段）
２４ ロックナット（内輪拘束手段）
２５ スペーサ（第１の予圧部材）
２６ ばね受けリング（第２の予圧部材）
２７ コイルばね（ばね手段）
２８ Ｏリング（弾性体リング）
２９ エンドキャップ（外輪拘束手段の第２拘束部）

Claims (5)

1. 中空筒状の軸受嵌合部とその軸受嵌合部から先端側に延びる主軸部とを備えた検査ヘッドをその軸線の回りに回転させつつ該検査ヘッドの外周から被検査物に検査光を照射し、前記被検査物から前記検査ヘッドに返される反射光を受光し、該反射光の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適用される検査ヘッドの支持構造であって、
   前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸と、
   前記検査ヘッドの軸線方向に距離をおいた状態で前記ヘッド支持軸の外周と前記軸受嵌合部の内周との間に配置され、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重をそれぞれ負荷可能な一対の軸受と、
   前記一対の軸受のそれぞれの内輪を前記軸線方向に関して前記ヘッド支持軸上の一定位置に拘束する内輪拘束手段と、
   前記一対の軸受のそれぞれの外輪間にて前記検査ヘッドに対して前記軸線方向へ移動可能な状態で並べて配置された筒状又は環状の第１及び第２の予圧部材と、
   前記予圧部材間に配置され、これらの予圧部材を前記一対の軸受のそれぞれの外輪に向かって付勢するばね手段と、
   前記第１の予圧部材と一方の軸受の外輪との間に配置され、かつ外周が前記軸受嵌合部の内周に接触する弾性体リングと、
   前記軸受嵌合部内に設けられた第１拘束部と前記検査ヘッドの基端部に着脱自在に設けられた第２拘束部とによって、前記一対の軸受のそれぞれの外輪を前記軸線方向外側から拘束する外輪拘束手段と、を備え、
   前記第２の拘束部を前記検査ヘッドから取り外すことにより、前記検査ヘッドが前記軸受嵌合部及び前記主軸部を含んだ状態で前記一対の軸受上から前記軸線方向先端側に抜き取り可能とされている、
   ことを特徴とする検査ヘッドの支持構造。
2. 前記ばね手段として、前記予圧部材間に、前記検査ヘッドの周方向に等間隔をおいて複数のばね部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検査ヘッドの支持構造。
3. 前記弾性体リングとしてＯリングが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査ヘッドの支持構造。
4. 前記軸受の外輪と前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部との間のはめあい公差がすきまばめ領域に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査ヘッドの支持構造。
5. 前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部が、前記主軸部に対して分解不能な一体構造で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検査ヘッドの支持構造。

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