JPH0210250A - 塗装面の欠陥検査装置用姿勢制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光線を塗装面へ照射してその反射光を
評価して塗装面の欠陥を検査する光学的方法による塗装
面の欠陥検査装置用姿勢制御方法及び装置に関するもの
である。

（従来の技術） 特開昭６２−１０５０３７により、レーザスリット光を
検査面に照射し、その正反射光をラインセンサ上に結像
させ、その受光レベルの減少を欠陥として検出する表面
欠陥検査装置が周知である。

〔発明か解決しようとする。！！！題〕しかしながら、
この装置によれば、スリット幅に対応して正反射光を受
光する必要かあるために受光部が嵩ばり、また曲面の検
査は不可能である。さらに、検査装置の姿勢制御も、ス
リット光をビームスプリッタで分光して、２個の並ｔさ
れたラインセンサに受光させて回転２軸で行っているた
めに、入射光の焦点ずれが生じ易く、スリット光幅が広
がワて微小欠陥の検出は困難であった。

そこで、同一出願人の同日付は特許出願により、レーザ
光源が発射するレーザビーム光を光偏向器により塗装面
に向けて反射させてライン状に走査し、塗装面でのレー
ザビーム光の散乱光を広角レンズを通して受光素子で受
光して、所定レベルを越える受光信号を欠陥信号として
検出するようにし、これらの各部が装着される光学ヘッ
ドなその走査基準点が塗装面に距離的に一致し、その基
準走査点ての直交２軸の回転角度が常に基準角に一致す
るように姿勢制御するようにした塗装面の欠陥検査装置
が提案されている。

本発明は、この点に鑑みて、冒頭に述べた塗装面の欠陥
検査装置に対して走査用レーザビーム光を利用した簡単
な構造により光学ヘッドを塗装面に対する距離及び直交
２軸の回転角が常に一定になるように姿勢制御する姿勢
制御方法及び装とを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、この目的を達成するために、第１図に示すよ
うに、レーザ光源ｌ、光偏向器２及び受光素子３が固定
された光学へラドｌＯを、走査基準点Ｐを通って塗装面
１１へ向うＺ軸に沿って移動可部で、かつ２軸に対して
それぞれ直交するＸ軸及びＹ軸の直交２軸周りを回動可
能にし、Ｚ軸の塗装面１１との交点と走査基準点Ｐとの
距離偏差を、塗装面＋１でのレーザビーム光の反射光を
入射光とする位置センサ４により検知し、レーザ光源ｌ
及び光偏向器２間の光路に走査基準点Ｐへ部分的にレー
ザビーム光を反射させるハーフミラ−６を配ｄして、前
記交点が走査基準点Ｐに一致し、かつ塗装面１１のＸ軸
及びＹ軸周りの角度かノλ準角になった状態てのハーフ
ミラ−６ての反射光の塗装面１１での正反射光を４分割
受光センサ５の中心点へ入射させ、光学ヘッド１０を位
置センサ４の検知信号に応答して距離偏差かなくなるよ
うに駆動し、４分割受光センサ５の４個の受光信号レベ
ルに応答して光学ヘッドｌＯを正反射光か４分割受光セ
ンサ５の中心点にへ入射するようにＸ軸及びＹ軸周りを
回動駆動させる。

この方法を実施するための装置としては、光学ヘッドｌ
口に、前述の位置センサ４と、ハーフミラ−６及び４分
割受光センサ５とをさらに固定し、さらにまた、光学ヘ
ッド１０をＺ軸方向に移動させるモータ及びこのモータ
を位置センサ４の検知信号に応答して距離偏差がなくな
るように駆動制御するＺ軸モータ駆動制御回路と、光学
ヘッド１０なＸ軸周りで回動させるモータ及びＹ軸周り
で回動させるモータと、４分割受光センサ５の検知信号
に応答して正反射光が中心点に入射するように両モータ
をそれぞれ駆動制御するＸ軸モータ駆動制御回路及びＹ
軸モータ駆動制御回路とを装置本体側に付設する。

（作用） レーザ光源ｌから発射されるレーザビーム光は光偏向器
２でスウィング反射され、集光レンズ２ａを通して塗装
面１１をライン走査する。この状ｙムて、Ｚ軸の塗装面
１１との交点と走査基準点Ｐとの距離偏差を位置センサ
か検知し、４分割受光センサはＸ軸及びＹ軸周りの角度
偏差を中心点からの偏差として検知する。そして、光学
ヘッドｌ口を前記交点か走査基準点Ｐに一致するように
Ｚ軸方向に移動させると共に、走査基準点Ｐでの塗装面
１１のＸ軸及びＹ軸周りの角度が基準角度に一致するよ
うに制御する。

つまり、光学ヘッドｌＯは、Ｚ軸上の走査基準点Ｐか塗
装面１１のライン走査位置に一致し、その−致点ての塗
装面１１の直交２軸に対する角度が常に一定になるよう
に姿勢制御され、走査ビーム光は走査基準点Ｐを通る塗
装面３１の走査ライン領域１１ａにおいて絶えず一定の
入射角て焦点を結ぶ。

この状態で、走査ライン領域＋１ａの散乱光が受光素子
３に広角レンズを通して集光及び受光され、欠陥個所で
発生する大きな散乱光は所定レベルを越える塗装面欠陥
信号として検出される。

〔発明の実施例〕

第２図は１本発明の一実施例による塗装面の欠陥検査装
この構成を示す。

同図において、２１は、コリメートレンズ２１ａを前置
されてレーザビーム光を発射するレーザダイオードであ
る。２２は、レーザビーム光をミラー２２ａで塗装面３
１に向けて反射して集光レンズ２２ｂを通して走査基準
点Ｐを通るライン上を光走査する光偏向器である。２３
は、走査基準点Ｐが塗装面３１に一致した状態での走査
ビーム光の散乱光を広角レンズ２３ａで集光してフィル
タ２３ｂを通して受光する受光素子である。２４は、同
様に塗装面３１での散乱光を広角レンズ２４ａて集光し
てフィルタ２４ｂを通して受光する位置センサとしての
ＰＳＤ（′ｔ′、導体位置検出素子）である。

２５は、レーザタイオート２１及び光偏向器２２間の光
路に配置されて走査基準点Ｐへ部分的にレーザビーム光
を反射させるハーフミラ−２５ａ及びフィルタ２５ｂを
前置された角度センサとしての４分割受光センサである
。この４分割受光センサは、４個のフォトダイオード２
５．〜２５４より構成され基準角状ｆｌ、ではその中心
点２５．に正反射光が入射するように構成されている。

２６は、光偏向器２２及び集光レンズ２２ｂ間に配置さ
れたハーフミラ−２５ａからの反射光の入射位置を検出
するビーム振れ角検出用のＰＳＤである。そして、ライ
ン走査の中心点の反射光かこのＰＳＤ２６の中心位置に
入射するように構成されている。２７は、走査基準点Ｐ
近辺に向けて欠陥検出時にインクなＩ’ｄ射するインク
シェツトノズルである。

以ヒ説明した各部は、第３図に示すように、ロボットア
ーム３２に装着され、かつ走査基準点Ｐから塗装面３１
に向うＺ軸に沿って離接駆動させるバルスモータ３６に
よる駆動機構：Ｉ６ｂ、　Ｘ軸の周りを回転させるパル
スモータ３７による駆動機構３７ｂ及びＹ軸の周りを回
動させるパルスモータ３８による駆動機構３８ｂにより
姿勢制御される光学ヘッド２０に装着されている。そし
て、次のような位置関係に設定されている。即ち、４分
割受光センサ２５の中心点２５．を直交する線をＺ軸と
し、ＰＳＤ２４はそのＺ軸上の基準距離に在る走査ｉ！
！！準点Ｐに対するＺ軸と塗装面３１との交点の距離偏
差を検出する。４分割受光センサ２５は、塗装面３１の
走査基準点Ｐとの一致点の法線かＺ軸に一致した状態を
基準角として、Ｘ輛及びＹ軸周りの角度偏差を検出する
。

また、集光レンズ２２ｂは走査基準点Ｐを中心にしてそ
の前後の直線領域を焦点を結んでライン走査する。また
、次のような回路部分が付属している。

即ち、２１ｃは、４分割受光センサ２５の総量光量に応
じてレーザダイオード駆動回路２１ｂをレーザダイオー
ド２１の発射光が一定のビーム強度になるように制御す
るオートゲインコントロール回路である。２２ｃは、ミ
ラー２２ａのスウィングにより塗装面３１をライン状に
所定幅たけビーム走査するように光偏向器２２を駆動制
御する光偏向器駆動回路である。２４ｃはＰＳＤ２４に
付属する距離検出回路であり、塗装面３Ｉの実際のビー
ム走査位置の走査基準点Ｐからの距離偏差に対応するＰ
ＳＤ２４への入射位置の変位量に対応する距離信号を出
力する。この距離検出回路は、第４図に示すように、走
査基準点Ｐからの偏差に対応して変化するＰＳＤ　２４
の出力電流１．、Ｌを電圧に変換して増幅するｌ／Ｖ変
換・増幅回路２４１．２４２、これらの出力信号を振れ
角Ｏ００個の発生時点で取込むサンプリング回路２４３
．２４４．１１．１２に相当する電圧信号を加算する１
＋１２用加算回路２４５、同様にｌｌ−１□用減算回路
２４６、（＋、−１□）／（＋、÷＋２）用割算回路２
４７とより構成されている。

２５ｃは、４分割受光センサ２５の検知信号に応答して
Ｘ軸及びＹ軸周りの角度信号を検出する角度検出回路で
ある。即ち、第５図に示すように、４個のフォトダイオ
ード２５．〜２５４の受光信号のレベルをＳｌ−Ｓ４と
し、塗装面３１のＸ軸周りを角度を検出する場合につい
て考える。先ず、Ｘ軸周りの基準角度に在る場合、 （Ｓ１◆５４）−（Ｓ２÷Ｓ、）＝Ｏとなる。

基準角度に対して点線位置方向に傾斜したとすると、（
Ｓｌ＋３４）−（Ｓ２＋Ｓ：＋）　＞　Ｏとなる。

１点鎖線方向に傾斜したとすると、 （Ｓ１令３４）−（Ｓ２◆Ｓｊ）＜Ｏとなる。

同様にＹ軸周りの回転については２！準角度に在る場合
には、（ｓ＋＋５ｚ）−（ｓｔ＋ｓｎ）　＝　ｏとなる
。

基準角度に対して一方の方向に傾斜したとすると、（Ｓ
＋＋５ａ）−（Ｓｉ＋ｓ４）　＞　ｏとなり、　他方の
方向に傾斜したとすると、（Ｓ＋◆５ｔ）−（ｓ＋＋ｓ
４）　＜　ｏとなる。したがって、角度検出回路２５ｃ
は、第４図に示すように、それぞれのフォトダイオード
２５１〜２５４の検出電流を電圧に変換して増幅するｌ
／Ｖ変換・増幅回路２５１〜２５４．Ｓ、、Ｓ２に相当
する電圧信号を加算するＳｌ＋３４用加算回路２５５、
同様にＳ２＋Ｓ３用加算回路２Ｓ６．Ｓ＋◆Ｓ２用加算
回路２５７．Ｓ、＋Ｓ、川加用回路２５８、（Ｓｌ＋３
４）−（Ｓ２＋５ｆｆ）用減算回路２５９、（Ｓｔ◆５
Ｚ）−（Ｓ□十３４）用減算回路２６０とより構成され
ている。

２ｆｉｂはＰ！ｌｉ［＋２６に付属するビーム振れ角検
出回路てあり、ＰＳＤ２６への入射光位置に応答してビ
ーム振れ角信号を出力する。この回路は、第４図に示す
ようにビーム振れ角に応じて変化するＰＳＤ２６の出力
Ｔｔｔ流１１．１２をそれぞれ電圧信号に変換して増幅
するＩ／Ｖ変換・増幅回路２６１，２６２．１１、Ｉ２
に相当する電圧信号を加算するｌ、＋　Ｉ２用加算回路
２６３、ｌｌ−１゜用減算回路２６４、（ＩＩ−＋２）
　／　（１１＋　１２）用割算回路２６５とより構成さ
れている。

２７ａは、欠陥検出時にインクジェットノズル２７を作
動させるインクジェット駆動回路である。３３は、受光
素子２３の１９１２分の検出信号中の所定レベルを越え
る信号を塗装面欠陥信号として検出する受光信号処理回
路である。３４は、塗装面欠陥信号の発生時点のビーム
振れ角信号を取込んて。

その走査ライン個所のデータと共に検査結果データとし
て保持するコンピュータである。

３６ａはビーム振れ角検出回路２６ｂが振れ角０＠を検
出した時点でＰＳＤ２４の検知信号に応答して基準距離
からの距離偏差かなくなるようにパルスモータ３６を駆
動するＺ軸モータ駆動制御回路、３７ａはパルスモータ
３７．３８を４分割受光センサ２５の検知信号に応答し
てＸ輔及びＹ軸周りのそれぞれの基準角からの偏差角か
なくなるように駆動するＸ輛及びＹ軸モータ駆動制御回
路である。それぞれ割算回路２４７、減算回路２５９及
び減算回路２６０の出力信号に対する符号判定部、絶対
値信号発生部及びこの振幅のＶ／Ｆ変換部を有し、所属
のパルスモータを符号に対応した方向へＶ／Ｆ変換され
たパルス数だけ回転駆動する。

このように構成された欠陥検査装置の動作は。

次の通りである。

ロボットアーム３２により、光学へウド２０は、これに
装着された各光学要素が塗装面３１に対して作用し得る
領域に位置付けされる。

レーザダイオード２１からはレーザビーム光がコリメー
トレンズ２１ａで平行光線に集束されてスウィング駆動
されているミラー２２ａに入射し、そのスウィンタ角に
応して集光レンズ２２ｂを通して塗装面３１のライン状
に光走査する。

この間、ハーフミラ−２６ａからの反射光かＰＳＤ２６
の中心位置に入射した時点で、ビーム振れ角検出回路２
６ｂか走査基準点Ｐの走査を意味するビーム振れ角Ｏ″
信号出力し、その時点の距離偏差及び偏差方向を表わす
距離信号を割算回路２４７からＺ軸モータ駆動制御回路
３６ａに供給させる。これにより、パルスモータ３６は
走査基準点Ｐか塗装面３１に一致するように光学ヘッド
１０をＺ軸に沿って駆動する。一方、４分割受光センサ
２５は、ハーフミラ−２５ａて走査基準点Ｐに向けて反
射されたレーザビーム光の塗装面３１での正反射光を受
光しており、その入射位置の中心点２５ｏからの変位及
びその方向に応したフォトダイオード２５．〜２５４の
受光信号か角度検出回路２５ｃに供給される。これによ
り、その減算回路２５９．２６０から偏差方向及び偏差
角を表わす角度信号がＸ軸及びＹ軸モータ駆動制御回路
３７ａ、３８ａにそれぞれ供給され、パルスモータ３７
．３８がそれぞれＸ軸及びＹ軸周りを偏差角に応して光
学ヘッド２０をそれぞれ基準角に一致させるように駆動
する。

レーザダイオード２１は、所定のビーム強度になるよう
に自動制御されたレーザビーム光を発射し、このように
姿勢制御された状態で塗装面３１に一致した走査基準点
Ｐを中心に、所定の入射角で焦点を結んでライン走査領
域３１ａをライン走査する。受光素子２３には、このラ
イン走査領域３１ａの各位置での散乱光が広角レンズ２
３ａで集光されて入射し、その散乱光レベルに応じた光
電信号を出力する。欠陥点Ｐ０では、散乱光量が増大し
、したがって受光信号処理回路３３はそのレベルを欠陥
として弁別してパルス状の塗装面欠陥信号を出力する。

この欠陥信号は、インクジェット駆動回路２７ａにも供
給されてインクジェットノズル２７からライン走査領域
３１ａの中心点近辺に向けてインクを噴射させる。さら
に、この欠陥信号はコンピュータ３４にも供給されて、
その時点のビーム振れ角データを走査個所データと共に
、検査結果データとして保持させる。

尚、前述の実施例において、距離用位ｌセンサとしては
前述のＰＳＤの代りにＣＣＤイメージセンサを用いるこ
ともでき、この場合必要によりビーム振れ角０°信号を
発生させることなく、走査基準点Ｐ前後のライン走査領
域を撮像してその基準位置からの変位量を検知するよう
にもできる。また、パルスモータの代りにＤＣサーボモ
ータを用いることも考えられる。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、レーザビーム光でライン走査さ
れた塗装面ての散乱光を広角レンズを通して受光して評
価を行う際に、走査用のレーザ光を利用した嵩ぼらない
光学系及び関連構造により、光学ヘッドを３次元的に姿
勢制御することができる。したがって、自由曲面に対し
て高精度の姿勢制御ができ、塗装面欠陥の検出が一層確
実に行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の姿勢制御方法の構成を示す図、第２図
は本発明の一実施例による欠陥検査装８の構成を示す図
、ｉ３図ａ、ｂ及びＣはそれぞれ同実施例の光学ヘッド
の正面図、底面図及び側面図、第４図は同実施例の回路
部分の詳細構成を示す図及び第５図は同実施例の角度セ
ンサの動作を説明する図である。 ｌ・・・レーザ光源、　２．２２・・・光偏向器、２ａ
、２２ｂ・・・集光レンズ、　３．２３・・・受光素子
、４・・・位置センサ、　５．２５・・・４分；１受光
センサ、６．２５ａ・・・ハーフミラ−１２１・・・レ
ーザダイオード、２４．２６・・・ｐｓｏ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）レーザ光源が発射するレーザビーム光を光偏向器に
   より塗装面に向けて反射させて集光レンズを通して走査
   基準点を通るライン上を走査し、前記塗装面での前記走
   査ビーム光の散乱光を広角レンズを通して受光素子で受
   光して、所定レベルを越える受光信号を欠陥信号として
   検出する塗装面の欠陥検査装置用の姿勢制御方法であっ
   て、前記レーザ光源、前記光偏向器及び前記受光素子が
   固定された光学ヘッドを、前記走査基準点を通って前記
   塗装面に向うＺ軸に沿って移動可能で、かつＺ軸に対し
   てそれぞれ直交するＸ軸及びＹ軸の直交２軸の周りを回
   動可能にし、 Ｚ軸の前記塗装面との交点と前記走査基準点との距離偏
   差を、前記塗装面での前記走査ビーム光の反射光を入射
   光とする位置センサにより検知前記レーザ光源及び前記
   光偏向器間の光路に前記走査基準点へ部分的に前記レー
   ザビーム光を反射させるハーフミラーを配置して、前記
   交点が前記走査基準点に一致し、かつ前記塗装面のＸ軸
   及びＹ軸周りの角度がそれぞれ基準角に一致した状態で
   の前記ハーフミラーでの前記反射光の前記塗装面での正
   反射光を４分割受光センサの中心点へ入射させ、 前記光学ヘッドを前記位置センサの検知信号に応答して
   前記距離偏差がなくなるように駆動し、前記４分割受光
   センサの４個の受光信号レベルに応答して、前記光学ヘ
   ッドを前記正反射光が前記中心点へ入射するようにＸ軸
   及びＹ軸周りを回動駆動させることを特徴とする塗装面
   の欠陥検査装置用姿勢制御方法。 ２）レーザ光源が発射するレーザビーム光を光偏向器に
   より塗装面に向けて反射させて集光レンズを通して走査
   基準点を通るライン上を走査し、前記塗装面での前記走
   査ビーム光の散乱光を広角レンズを通して受光素子で受
   光して、この受光信号中の所定レベルを越える信号を受
   光信号処理回路において塗装面欠陥信号として検出する
   ように成った塗装面の欠陥検査装置用の姿勢制御装置で
   あって、 前記レーザ光源、前記光偏向器及び前記受光素子が固定
   された光学ヘッドを、前記走査基準点を通って前記塗装
   面へ向うＺ軸に沿って移動可能で、かつＺ軸に対して直
   交するＸ軸及びＹ軸の直交２軸の周りを回動可能にし、 Ｚ軸の前記塗装面との交点と前記走査基準点との距離偏
   差を検知するように、前記塗装面での前記走査ビーム光
   の反射光を入射光とする位置センサと、前記レーザ光源
   及び前記光偏向器間の光路に前記走査基準点へ部分的に
   前記レーザビーム光を反射させるハーフミラーと、前記
   交点が前記走査基準点に一致し、かつ前記塗装面のＸ軸
   及びＹ軸周りの角度が基準角になった状態での前記ハー
   フミラーでの前記反射光の前記塗装面での正反射光が中
   心点に入射する４分割受光センサとをさらに前記光学ヘ
   ッドに固定し、 さらに、この光学ヘッドをＺ軸方向に移動させるモータ
   及びこのモータを前記位置センサの検知信号に応答して
   前記距離偏差がなくなるように駆動制御するＺ軸モータ
   駆動制御回路と、前記光学ヘッドを前記Ｘ軸周りで回動
   させるモータ及びＹ軸周りで回動させるモータと、前記
   ４分割受光センサの検知信号に応答して前記正反射光が
   前記中心点に入射するように前記両モータをそれぞれ駆
   動制御するＸ軸モータ駆動制御回路及びＹ軸モータ駆動
   制御回路とを付設したことを特徴とする塗装面の欠陥検
   査装置用姿勢制御装置。