JPH05133730A - 表面検査装置 - Google Patents

表面検査装置

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JPH05133730A
JPH05133730A JP29445891A JP29445891A JPH05133730A JP H05133730 A JPH05133730 A JP H05133730A JP 29445891 A JP29445891 A JP 29445891A JP 29445891 A JP29445891 A JP 29445891A JP H05133730 A JPH05133730 A JP H05133730A
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Katsunori Ozawa
克典 小沢
Youji Yamada
陽滋 山田
Nuio Tsuchida
縫夫 土田
Koji Imai
孝二 今井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的走査を行わずに表面検査を行うことに
より、精度確保及び高速化を実現する。 【構成】 互いに異なる周波数のパルスで変調された光
ビームを検査対象物に向け照射する。PSD28が検査
対象物による反射光を受光し電流出力する。その信号か
ら各変調周波数に対応する直流成分が分離され、測長演
算が行われる。 【効果】 走査を行わずにある区域を同時に測長でき、
機械的走査排除による精度確保及び同時測長による高速
化が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳物等の検査対象物の
表面を光ビームにより検査する表面検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】鋳物の表面欠陥をセンシングする技術と
しては、特開平2−124412号に記載された技術が
あげられる。この技術は、図7に示されるように、光源
10から発射された光ビームをポリゴンミラー12によ
り反射させ、検査対象物の表面14による反射光を一次
元位置検出部16により受光し、一次元位置検出部16
の出力を信号処理部18により処理して測長する技術で
ある。また、ポリゴンミラー12はモータ20により回
転し、これにより光ビームが検査対象物の表面14を走
査するとともに、信号処理部18は光方向検出部22に
より検出されるビーム方向に応じて前記処理を実行す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、機械的走査を伴うためガタツキ等により精度向上
に限界があり、さらに走査にある程度の時間も必要であ
る。
【0004】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、機械的走査を行わ
ずに表面検査を行うことにより、精度確保及び高速化を
実現することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、鋳物等の検査対象物の表面に光ビ
ームを照射し、反射光に基づき測長演算を行い検査対象
物の表面状態を検査する表面検査装置において、互いに
異なる周波数のパルスで変調された光ビームを検査対象
物に向け照射する複数の発光部と、検査対象物による反
射光を受光し電流出力する受光部と、受光部の出力電流
に基づき各変調周波数の光ビームの集光位置を表す直流
成分を生成出力する周波数分離部と、この直流成分に基
づき各変調周波数毎に測長演算を行う処理部と、を備え
ることを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明においては、複数の発光部から検査対象
物に向け互いに異なる周波数のパルスで変調された光ビ
ームが照射される。検査対象物により反射された光は受
光部により受光され、さらに周波数分離部により変調周
波数毎に分離される。周波数分離部から出力される直流
成分は、各変調周波数の光ビームの集光位置を表してい
る。従って、この直流成分により各変調周波数毎に測長
演算を行うことが可能である。この結果、複数の発光部
により照射された光ビームにより測長を行っているた
め、走査を行わずにある区域を同時に測長でき、機械的
走査排除による精度確保及び同時測長による高速化が実
現される。また、光ビームはそれぞれ異なる周波数のパ
ルスで変調されており、複数の光ビームを同時照射する
ことによる不具合は特に生じない。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
【0008】図1には、本発明の一実施例に係る表面検
査装置の実体構成が(a)に正面図として、(b)に側
面図として、示されている。この図に示されるように、
本実施例は光ファイバ発光体24、レンズ26及び一次
元位置検出素子(PSD:Position Sensing Device)2
8を備えている。
【0009】光ファイバ発光体24は、図2(a)及び
(b)に示されるように、複数本の(図では10本の)
光ファイバ30をスリーブ32を用いて配列させ、ファ
イバホルダ34内でセルフォックマイクロレンズ(SM
L)36に対置させた構成である。光ファイバ30には
図示しないレーザダイオードからレーザ光が入射され、
このレーザ光はSML36によりビーム化される。この
光ビームは、検査対象物に照射される。なお、後述する
ように、レーザ光はそれぞれ異なる周波数のパルスで変
調されている。
【0010】ビーム径は、例えば1.5(deg)の照
射角度、50(mm)の距離で2.0φとなるよう設定
する。光ファイバ30は縦5、横2ずつ計10個が2.
2(mm)ピッチで配置されている。このような配置と
すると、高密度で10本の光束を検査対象物の表面に投
射できる。
【0011】光ファイバ発光体24、レンズ26及び一
次元PSD28は、図3に示されるような位置関係で配
置されている。すなわち、光ファイバ発光体24から出
射される光ビームは、検査対象物の表面38の表面で反
射し、レンズ26により一次元PSD28上の所定の集
光スポットにそれぞれ集光される。
【0012】j[kHz]で変調された光ビームの集光
スポットの位置Xjは、有効感度帯が6で与えられた場
合、出力電流i1j及びi2jを用いて次のように決定され
る。
【0013】 Xj /6=(i2j−i1j)/(i2j+i1j) この演算は、出力電流による正規化と呼ばれる。また、
図に示すD,W,Sj が定まれば、測長変位dj は、 dj =DSj /(W−Xj ) と定まる。
【0014】図4には、本実施例の回路構成が示されて
いる。この図に示されるように、本実施例は同期検波法
による周波数分離を実行している。
【0015】この実施例においては、レーザ光は異なる
パルス周波数で変調されている。すなわち、それぞれ5
kHz,6kHz,7kHz,…の周波数のパルス発振
器40と、これらの発振出力によりレーザダイオード
(LD)42を駆動する駆動回路44と、を備えてい
る。LD42の駆動により発生したレーザ光は、図1乃
至図3により説明した通り、レーザ光はPSD28によ
り受光される。
【0016】PSD28上に反射光が集光されると、当
該PSD28は電流i1j及びi2jを出力する。本実施例
では、各周波数毎の電流合計値Σi1 =i15+i16+i
17+…+高調波、Σi2 =i25+i26+i27+…+高調
波から、各変調周波数5kHz,6kHz,7kHz,
…の成分を分離する。
【0017】この動作を、電流i15及びi25の抽出によ
る5kHzで変調された光ビームのよる集光位置X5
算出を例として説明する。まず、5kHzのパルス発振
器40の出力を、バンドパスフィルタ46により瀘波す
ると、 B・sin(2πft+φ) の基本波成分が得られる。ただし、Bは当該バンドパス
フィルタ46のゲイン、fは5kHz、φは当該バンド
パスフィルタ46による位相変化である。これを、乗算
器48によりΣi1 に乗ずると、その乗算結果の直流成
分は B・I15・cosφ/2 となる。ただし、I15はi15の振幅を表す(以下同
様)。変調周波数の差の最小値が1kHzであるので、
交流成分はすべて1kHz以上の成分である。従って、
乗算器48の出力をローパスフィルタ50により瀘波
し、直流成分のみを取り出すことができる。これをゲイ
ンGの増幅器52により増幅すると、次のような直流信
号が得られる。
【0018】K1 =G・B・I15・cosφ/2 一方、乗算器54によりPSD28の出力電流の合計値
Σi2 をバンドパスフィルタ46の出力に乗じ、ローパ
スフィルタ56により瀘波し、増幅器58により増幅す
ると、次のような直流信号が得られる。ただし、ローパ
スフィルタ56及び増幅器58の特性は、ローパスフィ
ルタ50及び増幅器52と一致しているものとする。
【0019】K2 =G・B・I25・cosφ/2 このようにして得られた2個の直流成分は、それぞれI
15又はI25に比例している。これらは共に8ビットのA
/D変換器60に入力され、正規化が行われる。すなわ
ち、 (K1 −K2 )/(K1 +K2 ) が演算される。G・B・cosφ/2が回路設定により
定まる定数であるから、この値の演算は(I25−I15
/(I25+I15)の演算に等しい。これは、X5 /6で
あり、集光位置X5 が求められることになる。また、6
kHz,7kHz,…で変調された光ビームについて
も、同様の構成により分離及び正規化を行えば、集光位
置X6 ,X7 ,…が求められる。
【0020】なお、この実施例では、5kHz,6kH
z,7kHz,…でレーザを変調していたが、例えば、
変調周波数を最低5kHzから0.5kHzピッチで
9.5kHzまでの範囲に設定すれば、PSD28の
スルーレートで十分対応可能な周波数で、高調波が変
調周波数の帯域に含まれず、誤差が少ない位置検出を行
うことができる。さらに、ローパスフィルタ50、5
6のカットオフが比較的緩やかでよい。
【0021】図5及び図6には、本発明の効果を実験し
た結果が示されている。この実験は、7kHz,8kH
z,9kHzの3周波数でレーザを変調し、3個の発光
素子を用いた装置による実験である。まず、図5は3種
類の周波数のうち7kHzのみを用いた場合の7kHz
に係るPSD正規化出力を示しており、図6は3種類の
周波数をすべて用いた場合の7kHz,9kHzに係る
PSD正規化出力を示している。これらの図の横軸は、
発光部から50mmの点を0とした照射位置である。
【0022】これらの図により、ほぼ理論と一致する結
果が得られ、又、複数の光ビームを用いても単一の光ビ
ームとほぼ同じ結果が得られることが明らかである。
【0023】なお、本実施例の装置はバリ、鋳肌不良、
砂かみ、グイチ(段差)、欠け、割れ、巣、その他の検
出に適用でき、対象物の微小な面情報の入手に利用でき
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の光ビームを異なる変調周波数とし、受光された反
射光に係る信号を変調周波数毎に分離して測長を行うよ
うにしたため、機械的走査が不要となり、ガタツキ等に
よる精度低下が防止され、また瞬時同時測長による高速
化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る表面検査装置の構成を
示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図であ
る。
【図2】光ファイバ発光体の構成を示す図であり、
(a)は発光面を、(b)は側面を、それぞれ示す図で
ある。
【図3】この実施例における受光動作を示す図である。
【図4】この実施例の要部回路構成を示す図である。
【図5】この発明の効果を実験結果で示す図である。
【図6】この発明の効果を実験結果で示す図である。
【図7】一従来例に係る装置の構成を示す図である。
【符号の説明】 24 光ファイバ発光体 28 一次元位置検出素子(PSD) 46 バンドパスフィルタ 48 乗算器 50 ローパスフィルタ 60 A/D変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 孝二 愛知県名古屋市天白区久方二丁目12番地の 1 豊田工業大学内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳物等の検査対象物の表面に光ビームを
    照射し、反射光に基づき測長演算を行い検査対象物の表
    面状態を検査する表面検査装置において、 互いに異なる周波数のパルスで変調された光ビームを検
    査対象物に向け照射する複数の発光部と、 検査対象物による反射光を受光し電流出力する受光部
    と、 受光部の出力電流に基づき各変調周波数の光ビームの集
    光位置を表す直流成分を生成出力する周波数分離部と、 この直流成分に基づき各変調周波数毎に測長演算を行う
    処理部と、 を備えることを特徴とする表面検査装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279028A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Hamamatsu Univ School Of Medicine 内視鏡
CN116213686A (zh) * 2023-05-09 2023-06-06 溧阳市双盛机械制造有限公司 一种可震动铸件去砂的输送装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279028A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Hamamatsu Univ School Of Medicine 内視鏡
CN116213686A (zh) * 2023-05-09 2023-06-06 溧阳市双盛机械制造有限公司 一种可震动铸件去砂的输送装置

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