JP5378159B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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Description
この表面検査を行う表面検査装置には、被検査物の穴に挿入される回転可能な検査ヘッド(以下、回転ヘッドと言う)を備え、この回転ヘッドからボアの内側表面にレーザー光を照射し、その反射光を検出するレーザー変位センサーを用いて表面検査を行う装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このため、回転ヘッドの重心位置が回転ヘッドの中心軸から偏心し、回転ヘッド回転時に回転モーメントが発生してしまう。この場合、回転ヘッドを高速回転すると、回転中心のずれや、このずれに伴う表面検査精度の低下が生じてしまい、高速回転化が難しかった。
また、上記構成において、前記ヘッドカバー(71)からの前記気体の噴出により前記回転ヘッド(21)を回転支持する静圧流体軸受が形成されるようにしてもよい。この構成によれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
また、被検査体が有する穴の内部表面に近接配置される渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、回転中の渦電流センサーと穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、渦電流センサーを用いるために回転ヘッドの重心位置が偏心する構成であっても、回転ヘッドを高速回転して精度良く検査できる。
また、気体噴出部材は、気体の噴出により回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成するようにすれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
また、回転ヘッドと共に回転しつつ、気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うようにすれば、複数種類の穴の内部を検査する際に、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置10を示す図であり、図2は、表面検査装置10の主要部を電気的構成と共に示す図である。
この表面検査装置10は、被検査体であるシリンダーブロック1(図2参照)のボア2の内部を検査する表面検査装置である。すなわち、自動車用エンジンの製造工程には、金型鋳造されたシリンダーブロック1のボア(シリンダーボアとも言う)2にボーリング加工やボア内壁面2Aを研磨するホーニング加工を行った後、ボア内壁面2Aに傷や巣がないか否かを検査するボア検査工程があり、このボア検査工程で本表面検査装置10が使用される。
シリンダーブロック1のボア2は、エンジンのピストン(不図示)が摺動するピストン摺動面となるため、適切なボア径、表面粗さ及び面性状を得るべくボーリング加工及びホーニング加工が施される。
このボーリング加工では、回転軸に設けたボーリングヘッドに切削バイトを径方向に突設し、該ボーリングヘッドを回転させながら筒ワークとしてのシリンダーブロック1に対して進退させてボア径を予め設定された目標ボア径まで切削する。このボーリング加工により、ボア内壁面2Aには、方向性を有する螺旋状の切削痕ができる。その後、ボア内壁面2Aに対して、螺旋状の切削痕をエンジンオイルの通り道(オイルピット)として利用可能な程度だけ残しつつ、エンジンの所望の性能を発揮可能な表面粗さ及び面性状を得るべく、ホーニング用砥石を配設した加工ヘッドを用いてホーニング加工が施される。
この表面検査装置10は、大別すると、渦電流センサー11を支持し、シリンダーブロック1のボア2内を進退自在でボア2内で回転する回転ヘッド21と、この回転ヘッド21が着脱自在に装着される装置本体31と、表面検査装置10の各部を制御する制御装置101とを備えている。
図1に示すように、装置本体31は、先端(下端)にヘッド装着部32が連結されて上方向に直線的に延びる主軸36と、移動駆動機構35によって上下方向及び左右方向に移動駆動される矩形状の移動台37とを備えている。この移動台37には、主軸36を回転自在に支持する軸受を収容する軸受ハウジング(軸受箱とも言う)38と、この主軸36に回転伝達機構(本実施形態ではギア伝達機構)39を介して連結される回転駆動モータ40とが固定されている。
また、上記回転駆動モータ40及び回転伝達機構39は、回転駆動機構34を構成し、回転駆動モータ40を駆動することにより主軸36が回転駆動されて回転ヘッド21が回転する。なお、回転伝達機構39はギア伝達機構以外を用いてもよい。これらの回転駆動機構34及び移動駆動機構35は、制御装置101の位置制御部102によって制御される。
この軸受ハウジング43には、エアカプラ44が設けられており、このエアカプラ44は、サブ軸42内を通って主軸36に向かって延びるエア通路(以下、サブ軸側エア通路と言う)51に連通する。
上記エアカプラ44には、不図示のエアホースが接続され、このエアホースから高圧のエアが供給されることによって、高圧のエアがエアカプラ44を介してサブ軸側エア通路51に供給されるように構成されている。
ここで、このエアカプラ44にエアを供給するか否かは、制御装置101内のエア制御部103が制御する。このエア制御部103は、不図示の開閉弁の開閉制御を行うことによって、エアカプラ44へのエア供給/エア供給停止を切り替える。
回転ヘッド21は、渦電流センサー11を横向きで支持してセンサーヘッド11Aをボア内壁面2Aに向けて支持する略筒状のヘッド本体22と、ヘッド本体22の上部に設けられた凸条の係合部23とを一体に備えている。この回転ヘッド21は、上記係合部23をヘッド装着部32(図2参照)に設けられた凹溝32A(図2参照)に挿入した状態でヘッド装着部32に装着され、これによって、ヘッド装着部32に位置決め固定される。ここで、図3中、符号53は、主軸側エア通路52の出口52Aに連通するエア通路(ヘッド側エア通路)であり、符号23Aは、回転ヘッド21をヘッド装着部32に固定するための不図示の固定用部材を挿通するヘッド固定用孔である。
また、このヘッド本体22の周壁部22Aには、渦電流センサー11が入る切り欠き部22Bが設けられており、この渦電流センサー11は、切り欠き部22Bに嵌るように支持され、ヘッド本体22に設けられたスライド機構25を介して回転ヘッド21の径方向に移動自在に支持される。
特に、渦電流センサー11の場合、ボア内壁面2Aに近接して配置する必要があるため、センサー11を装着した回転ヘッド21の重心位置が軸中心から偏心しており、回転ヘッド21の偏心回転時には渦電流センサー11とボア内壁面2Aとの距離変動により検出信号に変動が生じ、回転ヘッド21の高速化が難しい。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、エアをボア内壁面2Aに向けて噴出する気体噴出部材として機能するヘッドカバー71を設けている。
ここで、図6(A)は、ボア径D1が大の場合に対応する大型のヘッドカバー71を装着した回転ヘッド21の構造を示し、図6(B)は、ボア径D2が小の場合に対応する小型のヘッドカバー71を装着した回転ヘッド21の構造を示している(D1>D2)。なお、図6中、符号Rは、回転ヘッド21の回転方向を示している。また、符号61は、渦電流センサー11を回転ヘッド21に取り付けるためのボルト(締結部材)である。
このヘッドカバー71の覆い部72には、渦電流センサー11のセンサーヘッド11Aを露出させる円形の窓部74Aが形成されると共に、この窓部74に対しヘッドカバー71の軸対称位置にも同形状の窓部74Bが形成される。これによって、ヘッドカバー71の左右バランスが揃うと共に、いずれの窓部74A、74Bからもセンサーヘッド11Aを露出させることができ、渦電流センサー11の取付自由度が向上する。
この環状板部73には、周方向に間隔を空けて、ヘッド本体22の下面にボルト締結するための第1貫通孔75と、渦電流センサー11を位置決めするための位置決めピン81(図2、図6(A)(B)参照)を通す第2貫通孔76と、ヘッド本体22とヘッドカバー71とを位置決めするための位置決めピン(不図示)を通す第3貫通孔77とが形成される。
また、環状板部73と覆い部72とが連結される連結部分80は、環状板部73よりも肉厚に形成されて上方に環状に出っ張り、ヘッド本体22の先端部が嵌って位置決めする位置決め穴としても機能する。これによって、連結強度が十分に確保されると共に、ヘッド本体22の先端部にヘッドカバー71を位置決めできる。
このように、シリンダーブロック1のボア径D1、D2に応じて交換されるヘッドカバー71毎に、渦電流センサー11の位置を簡易に位置決めできるので、ボア内壁面2Aとセンサーヘッド11Aとの距離M(図2参照)をボア内壁面2Aに近接した一定距離に調整することができる。
ここで、図6(A)(B)に示すように、ヘッド側エア通路53は、単一のエア入口(ヘッド側エア入り口)53Aから分岐して周方向に間隔を空けて複数に分岐している。
まず、ヘッド側エア通路53について詳述すると、ヘッド側エア通路53は、回転ヘッド21の係合部23内を上下に延びてヘッド本体22内へ延びる単一のヘッド側エア入口53Aと、このエア入口53Aの下端から分岐し、ヘッド本体22内を周方向に間隔(本例では90度間隔)を空けて略水平に外周側に延びる複数(本例では4本)のヘッド側分岐エア通路53Bと、ヘッド側分岐エア通路53Bの外周側端部からヘッド本体22内を下方に延びて下端が開口する複数本(4本)のヘッド側エア出口53Cとを備えている。なお、図6(A)(B)中、符号85は、ヘッド側エア通路53及びヘッドカバー側エア通路54の途中からエアが漏れないようにするための埋め材である。
ボア径に応じて異なるヘッドカバー71は、図6(A)(B)に示すように、ヘッドカバー71外径の変化に応じて覆い部72の径とヘッドカバー側エア通路54の上記カバー側第1エア通路54Bの長さとが変更される点を除いて、同形状に形成されるようになっている。
このようにして、ヘッドカバー71には、上下一対のエアノズル55が周方向に間隔(90度間隔)を空けて形成され、全体として16個のエアノズル55が設けられる。本構成では、回転ヘッド21側からボア内壁面2Aに向かってエアを噴出するエアノズル55が設けられるので、エアノズル55から噴出された高圧のエアが、ヘッドカバー71とボア内壁面2Aとの間の隙間に強制的に供給され、ヘッドカバー71を介して回転ヘッド21の回転中心のずれを抑える保持力が生じるようになっている。
なお、エアノズル55の長さはヘッドカバー71の外径が変化しても同一になるように形成されており、これにより、エアノズル特性(エア噴出速度やエア噴出位置など)が揃うように構成されている。また、上記エアノズル55の長さが同じになるようにヘッドカバー71の覆い部72の肉厚も一定値に揃えられている。
しかも、本構成では、エアノズル55が、周方向に間隔を空けて複数形成されるので、ボア内壁面2Aの全周に渡ってエアを効率よく送ることができ、回転ヘッド21の回転時の保持力を適切に確保できる。さらに、エアノズル55は、図6(A)(B)に示すように、渦電流センサー11のセンサーヘッド11Aを通る水平面L2に対して上下の位置であって、上側が水平面L2近傍、下側が回転ヘッド21先端部に配置されるので、センサーヘッド11A部分の振れを効率よく抑えることができる。
また、上述の実施形態では、エアを吹き出す構成を説明したが、エア以外の気体(流体)を吹き出す構成にしてもよい。また、上述の実施形態では、自動車用エンジンのシリンダーブロックのボアを検査する表面検査装置に本発明を適用する場合について説明したが、これに限らず、自動二輪車用エンジンなどのレシプロエンジンのボアを検査する検査装置や、シリンダーブロック以外の被検査体が有する穴を検査する検査装置に本発明を適用することができる。また、この検査装置が備えるセンサーも渦電流センサーに限らず、他のセンサーでも本発明を適用してもよい。
2 ボア(穴)
2A ボア内壁面
10 表面検査装置
11 渦電流センサー
21 回転ヘッド
33 駆動機構
34 回転駆動機構
35 移動駆動機構
44 エアカプラ
52 主軸側エア通路
53 ヘッド側エア通路
54 ヘッドカバー側エア通路
55 エアノズル
71 ヘッドカバー(気体噴出部材)
101 制御装置
Claims (5)
- 被検査体が有する穴(2)の内部を検査する表面検査装置において、
前記穴(2)の内部を検査するセンサー(11)と、
前記センサー(11)を支持し、このセンサー(11)を前記穴(2)内に入れた状態でセンサー(11)とともに回転駆動される回転ヘッド(21)と、
前記回転ヘッド(21)に着脱自在に設けられるヘッドカバー(71)と、このヘッドカバー(71)と交換可能で、外径が異なるヘッドカバー(71)とからなる複数のヘッドカバー(71)とを備え、
前記複数のヘッドカバー(71)は、前記回転ヘッド(21)の周囲を覆う覆い部(72)と、この覆い部(72)の縁から内周側に延在し、前記回転ヘッド(21)に連結される環状板部(73)とを備え、前記覆い部(72)に、前記センサー(11)のセンサーヘッド(11A)を前記穴(2)の内部表面に向けて露出させる窓部(74A)を設けるとともに、前記環状板部(73)に、前記回転ヘッド(21)に設けられて気体を供給するヘッド側出口(53C)に連通する気体通路(54)を設け、この気体通路(54)を介して、回転中の前記センサー(11)と前記穴(2)の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記ヘッドカバー(71)から前記穴(2)の内部表面に向かって前記気体を噴出し、
前記複数のヘッドカバー(71)は、前記回転ヘッド(21)に取り付けるための貫通孔(75〜77)を有し、前記回転ヘッド(21)には、前記穴(2)の内径に応じて外径が異なる複数の前記ヘッドカバー(71)のいずれかが取り付けられ、前記貫通孔(75〜77)の位置は、前記複数のヘッドカバー(71)全てに共通して形成され、
前記複数のヘッドカバー(71)の前記気体通路(54)の気体入口(54A)と、前記回転ヘッド(21)のヘッド側出口(53C)とが連通するように形成されていることを特徴とする表面検査装置。 - 被検査体が有する穴(2)の内部表面に近接配置されて内部表面に発生する渦電流を検知する渦電流センサー(11)を備え、この渦電流センサー(11)により穴(2)の内部を検査する表面検査装置において、
前記渦電流センサー(11)を支持し、このセンサー(11)を前記穴(2)内に入れた状態で回転駆動される回転ヘッド(21)と、
前記回転ヘッド(21)に着脱自在に設けられるヘッドカバー(71)と、このヘッドカバー(71)と交換可能で、外径が異なるヘッドカバー(71)とからなる複数のヘッドカバー(71)とを備え、
前記複数のヘッドカバー(71)は、前記回転ヘッド(21)の周囲を覆う覆い部(72)と、この覆い部(72)の縁から内周側に延在し、前記回転ヘッド(21)に連結される環状板部(73)とを備え、前記覆い部(72)に、前記渦電流センサー(11)のセンサーヘッド(11A)を前記穴(2)の内部表面に向けて露出させる窓部(74A)を設けるとともに、前記環状板部(73)に、前記回転ヘッド(21)に設けられて気体を供給するヘッド側出口(53C)に連通する気体通路(54)を設け、この気体通路(54)を介して、回転中の前記渦電流センサー(11)と前記穴(2)の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記ヘッドカバー(71)から前記穴(2)の内部表面に向かって前記気体を噴出し、
前記複数のヘッドカバー(71)は、前記回転ヘッド(21)に取り付けるための貫通孔(75〜77)を有し、前記回転ヘッド(21)には、前記穴(2)の内径に応じて外径が異なる複数の前記ヘッドカバー(71)のいずれかが取り付けられ、前記貫通孔(75〜77)の位置は、前記複数のヘッドカバー(71)全てに共通して形成され、
前記複数のヘッドカバー(71)の前記気体通路(54)の気体入口(54A)と、前記回転ヘッド(21)のヘッド側出口(53C)とが連通するように形成されていることを特徴とする表面検査装置。 - 前記ヘッドカバー(71)は、前記回転ヘッド(21)と共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔(55)を備え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。
- 前記ヘッドカバー(71)からの前記気体の噴出により前記回転ヘッド(21)を回転支持する静圧流体軸受が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表面検査装置。
- 前記回転ヘッド(21)は、前記センサー(11)を回転中心に対して径方向にスライド可能に支持することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の表面検査装置。
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