JPH0418602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面を自動的に検査するためのゾン
デに関する。

本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念記
載のゾンデから出発する。被加工材表面、なかん
ずく精密機械加工された被加工材の孔中内面を自
動的に表面検査する公知の装置および方法の場
合、表面がガラス繊維ケーブルを経て照射および
観察される光導体装置が使用される。この場合一
般に、制限された検地能を有するにすぎない明視
野測定が行なわれた。

さらに、孔中へ導入される円錐形ミラー装置が
公知であり、この装置の場合検査すべき表面がカ
メラを使用し環状のフオトダイオード装置で観測
される。

これに対し、特許請求の範囲第１項の特徴部記
載の特徴を有する本発明によるゾンデは、極めて
小さい表面単位が別々に検査されることのでき
る、自動化容易な無接触検査用の装置がつくり出
されるという利点を検査する。照射が、もはやガ
ラス繊維束により行なわれるのではなく、収束せ
るレーザ光束で行なわれ、このレーザ光束が検査
すべき面への入射に際し直径約0.1mmに収束せし
められる。コヒーレント性および、収束により得
られる良好な位置解像力により、反射光が、場合
による表面欠陥により極めて大きく散乱されかつ
大きい信号／ノイズ比で回折される。これに対し
公知の装置の場合、ガラス繊維束を経て照射せる
際に位置解像力が極めて大きく劣化する、それと
いうのも照射光束の開口角が光源開口率により特
定されず、個々の繊維のコアおよび被覆中の屈折
率により特定されるからである。この場合得られ
る開口角が10°〜60°である。

さらに、本発明によるゾンデを使用し、反射光
束の明視野および暗視野の同時測定を実施するこ
とが極めて簡単な方法で可能であり、その場合必
要に応じ暗視野測定値が反射光束の角度により解
析されることができる。このことは、表面のそれ
ぞれの点における直接反射光束の強度が測定され
るだけでなく、付加的に、側面方向へ散乱し去る
かないしは回折された光束の強度および方向分布
が測定されることを表わす。

以下に、本発明を図面実施例につき詳説する。

第１図において、１０は、孔１１を有する被加
工材を表わし、１２はこの孔の表面を表わす。こ
の孔１１は、その終端部から円錐形に角度α下に
延びる。

孔１１中へ導入されたゾンデ１３は、表面１２
を自動的に検査するのに役立つ。このゾンデは、
金属またはプラスチツクより成る管１５内部の直
線状の管状中心孔１４より成る。管１５回りに同
軸にガラス繊維リング１６が配置され、このリン
グに、薄板−またはプラスチツク管より成る遮光
部材１７の外側が接触する。この管の回りに、光
導体１８がガラス繊維セクターの形に配置されて
いる。この装置全体の外側が保護管１９により被
覆されている。さらに、保護管１９の内部に偏向
ミラー２０が配置され、このミラーが保護管１９
ないしは中心の入射レーザ光束２１とともに、レ
ーザ光束２１が被加工材１０の表面１２に対し直
角に偏向されるような角度βを包囲する。検査−
または測定工程で、被加工材１０が、ゾンデ１３
の同時的移動に際しゾンデ１３回りで旋回せしめ
られ、その結果表面１２の螺旋形走査が行なわれ
る。しかしながらまたその代りに、大型のまたは
非回転対称形の被加工材１０の場合、ゾンデ１３
を旋回させるか、または偏向ミラー２０を旋回可
能にゾンデ１３内部に配置することが可能であ
る。

第１ｂ図は、第１ａ図のｂ−ｂ線による横断面
図であり、ゾンデ１３の内側端面の構造を示す。
保護管１９の内部にガラス繊維セクター１８の形
の８つの光導体が、その中に遮光部材としての管
１７、その中に光導体としてのガラス繊維リング
１６およびその中に、内側に孔１４を形成する管
１５が配置されている。

第１図による装置は、レーザ光束２１が、直線
状に孔１４を透過しかつ偏向ミラー２０で90°偏
向されかつ孔１１の表面２１の下側部分に直角に
入射するように作動する。表面状態に相応に、レ
ーザ光束２１の表面１２からの反射および散乱が
行なわれ、その結果１部分の光束、すなわち明視
野が入射レーザ光束２１にほぼ平行に反射され
る。この光束成分が、偏向ミラー２０から再びレ
ーザ光束２１にほぼ平行に偏向される。ガラス繊
維リング１６により、わずか約5°だけ側面方向へ
偏向せる光束が検出されかつ、図示せざる感光性
検知素子を有する測定装置へ導かれる。他の入射
レーザ光束成分が、表面状態に相応に表面１２か
ら散乱され、その場合スクラツチおよび溝のよう
な表面損傷がレーザ光束の散乱に際し殊に顕著に
なる。この反射光束成分の方向に依存する返送
が、ガラス繊維セクターの形の別々の光導体１８
を経て行なわれ、これらセクターには、ゾンデ１
３の外部で再び図示せざる感光性検知素子が配置
されている。光導体ケーブル１６および１８の２
つの角度範囲内へ反射せる明視野成分ないしは著
しく明視野中へ散乱せるレーザ光束を鮮明に分離
するため、それらの間に遮光部材１７が挿入され
る。これにより、例えば光導体装置１６が角度範
囲4°〜5°、光導体装置１８がゾンデ１３の外径に
応じ角度範囲15°〜20°またはそれ以上を検知す
る。

検査すべき表面の照射が、直径的0.1mmを有す
る収束せるレーザ光束２１を使用し行なわれる。
ゾンデ１３の中心部で、レーザ光束２１が、内径
約１mmを有する管状孔１４を直線的に透過する。
孔１４から射出された後、レーザ光束２１は、そ
の傾斜角βが孔の面傾斜角αに適合する偏向ミラ
ー２０へ入射する。この場合、ミラー傾斜角β
が、β＝90−α／２である。反射ないしは散乱され た光束の返送が光導体ケーブル１６および１８を
経て行なわれ、その場合光導体１８の端面がセク
ター形に円形リング中に配置されている。評価回
路として、図示せざる受光装置が光導体ケーブル
１６および１８に後接されている。管１５に密接
する内側ガラス繊維リング１６が、反射方向が極
めてわずかに変動せる光束を検知するために使用
される。この分量が、検査すべき表面の粗さと逆
比例する。ガラス繊維リング１６の外側に接触す
るリング状の遮光部材１７に、外側の光導体リン
グをｎ個の部分的範囲に分割するｎ個のセクター
を有する光導体１８が引続く。外側のリング１８
全体へ散乱せる光束の分量は表面粗さに比例す
る。散乱せる光束の方向分布は、表面曲率およ
び、とくに検査される表面を加工せる際の指向構
造に依存する。

孔１１の検査すべき内面１２が、例えばゾンデ
１３を孔１１中へ装入しかつこの場合被加工材１
０が孔軸回りで旋回されることにより、点状に円
−ないしは螺旋軌道で走査される。さらにこのた
め、ゾンデ１３またはゾンデの部材、とくに偏向
ミラー２０をも旋回させることができる。

以下の測定が、検査すべき表面１２の完全な特
性表示を可能にする： 第１の測定が、ガラス繊維リング１６に受光さ
れた光強度対レーザ光束２１による第１の照射光
強度の比を測定するために使用される。これら２
つの価から得られた比が、表面１２の暗位置を表
わしかつ、表面上の残渣、空洞、亀裂および類似
の欠陥への帰納を許容する。

第２の測定において、ガラス繊維リング１６に
受光された光強度対ガラス繊維セクター１８中の
光強度の比が得られ、その場合それぞれの光導体
１８中の測定値に関する積分値が得られる。これ
から得られる光強度比が、研磨品位への帰納を生
じ、従つてラツピング−またはホーニング欠陥、
溝、斑点、スクラツチ等の識別を許容する。

第３の測定工程において、それぞれのガラス繊
維セクター１８にそれぞれ受光された光強度間の
比が得られる。この比が、指向構造の変動に関す
る解を生じ、従つて研磨欠陥、スクラツチ等を表
わす。

第２ａ図および第２ｂ図による装置は、原則と
して第１図による装置と同じであり、従つて同じ
部材が第１図におけると同じ記号で表わされてい
る。前述の装置に対し第２図による装置の大きい
相違は、中心管１５が約２mmの大きい内径を有
し、かつ中心ガラス繊維リング１６がないことで
ある。この実施例の場合、表面１２から散乱され
たレーザ光束の明視野中での返送が、空気を介
し、レーザ光束２１が表面へ導かれる中心孔１４
を経て行なわれる。第２図による装置において
も、中心孔１４が、それを包囲する、光導体ケー
ブル１８の端面とともに１つの平面に終わる。ゾ
ンデ１３の入口に、種々の光束を分離するため部
分的に透過性のミラー２２が配置され、このミラ
ーにより、反射された光束が明視野用の測定装置
２３へ偏向される。第２図によるゾンデの場合、
反射方向が極めてわずかに変更された反射光束
が、従つて光フアイバを経ずに大口径の管１５を
経て返送されかつ部分的に透過性のミラー２２を
経て測定装置２３の受光素子へ分離される。この
装置が有する利点は、とくに、直接に被加工材表
面から光束中へ反射された光束が検出され、それ
によりすでに暗視野成分が一緒に記録されること
であるが、第１図による装置によれば、この反射
光束から開口角4°〜5°の外側環状部が検出された
にすぎない。従つて、第２図による装置を使用
し、明−および暗反射間の明確な分離が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による装置の１実施例を略示
する縦断面図、第１ｂ図は第１ａ図のｂ−ｂ線に
よる横断面図、第２ａ図は本発明による装置の他
の１実施例を略示する縦断面図、および第２ｂ図
は第２ａ図のｂ−ｂ線による横断面図である。 １０……被加工材、１１……孔、１２……孔の
表面、１３……ゾンデ、１４……管状中心孔、１
５……管、１６……光導体ケーブル、１７……遮
光部材、１８……光導体ケーブル、１９……保護
管、２０……偏向ミラー、２１……入射レーザ光
束、２２……部分的に透過性のミラー、２３……
明視野測定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゾンデが中心孔を回転対称の中心とする円柱
   形状を有し、円柱側面を保護管１９で覆われ、保
   護管１９のミラーに対向する部分だけは開口を有
   するゾンデにおいて、入射するレーザ光束を透過
   させるための直線状の中心孔１４、および検査す
   べき表面１２から暗視野中へ散乱せる光束を戻す
   ための、遮光部材１７を設けて中心孔１４の周囲
   に配置された多数の光導体ケーブル１８を備え、
   入射レーザ光束２１および被加工材表面１２から
   反射された光束が、偏向ミラー２０を経て、被加
   工材表面１２に対し、ないしは中心孔１４ならび
   にこの中心孔を包囲する光導体ケーブル１６およ
   びこの光導体ケーブルを包囲する光導体ケーブル
   １８の端面に対し大体において直角に偏向され、
   外側の光導体ケーブル１８が、端面の範囲内で、
   セクター数ｎを有する円板セクター形断面を有す
   ることを特徴とする自動表面検査用のゾンデ。 ２ 中心孔１４が、円環状断面により管状に形成
   されている、特許請求の範囲第１項記載のゾン
   デ。 ３ 中心孔１４が、１つの平面中で、この中心孔
   を包囲する光導体ケーブル１６およびこの光導体
   ケーブルを包囲する光導体ケーブル１８の終端面
   とともに終わる、特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のゾンデ。 ４ 検査すべき表面１２から反射された明視野の
   光束、ないしは明視野の狭い角度範囲の周囲で反
   射された光束が、光束２１導入用の中心孔１４の
   周囲で同心配置された光導体ケーブル１６を経て
   戻される、特許請求の範囲第１項から第３項まで
   のいずれか１項に記載のゾンデ。 ５ 中心孔１４の内径が約１mmである、特許請求
   の範囲第４項記載のゾンデ。 ６ 検査すべき表面１２から反射された明視野の
   光束が、入射するレーザ光束２１が導入されたと
   同じ孔１４を経て戻され、この場合光路中に部分
   的に透過性のミラー２２が配置されている、特許
   請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項
   に記載のゾンデ。 ７ 表面照射に使用される入射レーザ光束成分２
   １が部分的に透過性のミラー２２を直線状に透過
   し、かつ測定に使用される明視野の反射光束成分
   が部分的に透過性のミラー２２により測定装置２
   ３へ偏向可能である、特許請求の範囲第６項記載
   のゾンデ。 ８ 中心孔１４の内径が約２mmである、特許請求
   の範囲第６項または第７項に記載のゾンデ。 ９ 偏向ミラー２０の反射角βが検査すべき表面
   １２に相応して変更可能である、特許請求の範囲
   第１項記載のゾンデ。 １０ 偏向ミラー２０が入射レーザ光束２１の軸
   線を中心に旋回可能である。特許請求の範囲第１
   項または第９項に記載のゾンデ。 １１ 中心の管状孔１４、この管状孔を包囲する
   光導体ケーブル１６およびこの光導体ケーブルを
   包囲する光導体ケーブル１８ならびに偏向ミラー
   ２０が保護管１９中に配置されている、特許請求
   の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項に
   記載のゾンデ。